特許 7506597 圧電デバイス及びパッケージ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-18

(45)【発行日】2024-06-26

(54)【発明の名称】圧電デバイス及びパッケージ

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/02 20060101AFI20240619BHJP

   H03H 9/10 20060101ALI20240619BHJP

【ＦＩ】

H03H9/02 A

H03H9/10

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020215984

(22)【出願日】2020-12-25

(65)【公開番号】P2022101737

(43)【公開日】2022-07-07

【審査請求日】2023-07-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000232483

【氏名又は名称】日本電波工業株式会社

(72)【発明者】

【氏名】山口 博史

【審査官】福田 正悟

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－１１２６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１９１４４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０８５３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０３５９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０９８３４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｈ ９／０２

Ｈ０３Ｈ ９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

平面視で矩形状の底板と、前記底板の縁に沿って設けられた土手部と、前記土手部で囲まれた凹部と、前記凹部の底面に設けられた接着パッドと、を有したパッケージ、及び、前記パッケージの前記凹部内に実装されていて平面視で矩形状で、かつ、厚み滑りモードで振動する圧電振動片を、備える圧電デバイスにおいて、
前記凹部の四隅各々に、前記土手部から前記底板に向かって下っていて前記接着パッドの付近の前記圧電振動片を実装する所定位置の境界に至る傾斜部を備え、
前記傾斜部は、前記土手部の角部から前記凹部の対角線に沿う方向に下っている対角線傾斜部であることを特徴とする圧電デバイス。

【請求項2】

平面視で矩形状の底板と、前記底板の縁に沿って設けられた土手部と、前記土手部で囲まれた凹部と、前記凹部の底面に設けられた接着パッドと、を有したパッケージ、及び、前記パッケージの前記凹部内に実装されていて平面視で矩形状で、かつ、厚み滑りモードで振動する圧電振動片を、備える圧電デバイスにおいて、
前記凹部の四隅各々に、前記土手部から前記底板に向かって下っていて前記接着パッドの付近の前記圧電振動片を実装する所定位置の境界に至る傾斜部を備え、
前記傾斜部は、前記圧電振動片の厚み滑り振動方向に沿う方向に土手部から凹部側に下っている１方向傾斜部であることを特徴とする圧電デバイス。

【請求項3】

平面視で矩形状の底板と、前記底板の縁に沿って設けられた土手部と、前記土手部で囲まれた凹部と、前記凹部の底面に設けられた接着パッドと、を有し、前記凹部内に圧電振動片が実装されて使用され、平面視で長方形状のパッケージにおいて、
前記凹部の四隅各々に、前記土手部から前記底板に向かって下っていて前記接着パッドの付近の前記圧電振動片を実装する所定位置の境界に至る傾斜部を備え、
前記傾斜部は、前記土手部の角部から前記凹部の対角線に沿う方向に下っている対角線傾斜部であることを特徴とするパッケージ。
以 上

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電振動片をパッケージに所定の位置精度で実装できる構造を有した圧電デバイス、およびその製造に用いて好適なパッケージに関する。

【背景技術】

【0002】

圧電デバイスの代表的なものとして、水晶振動子がある。その一例が、例えば特許文献１に開示されている。図６（Ａ）～（Ｃ）は、この水晶振動子７０の概略的な説明図であり、（Ａ）図は上面図、（Ｂ）図は（Ａ）図のＰ－Ｐ線に沿う断面図、（Ｃ）図は（Ａ）図のＱ－Ｑ線に沿う断面図である。なお、（Ａ）図では蓋部材７７の図示を省略している。

【0003】

この水晶振動子７０は、セラミック製パッケージ７１と、このセラミック製パッケージ７１内に実装された水晶片７３と、を備えている。詳細には、セラミック製パッケージ７１は、平面視で矩形状の底板７１ａと、底板７１ａの縁に沿って設けられた土手部７１ｂと、この土手部７１ｂで囲まれた凹部７１ｃと、凹部７１ｃの底面に設けられた接着パッド７１ｄと、底板７１ａの外側面に設けられた外部接続端子７１ｅと、を備えている。この例の場合、接着パッド７１ｄは、凹部７１ｃ内の四隅に合計４個設けられている。

【0004】

水晶片７３は、表裏に励振用電極７３ａおよび引出電極７３ｂを有している。水晶片７３は、接着パッド７１ｄに導電性接着剤７５によって、いわゆる４点接着で固定されている。４点の接着パッド７１ｄのうちの２点は、図示しないビア配線等を介して外部接続端子７１ｅに接続されている。

【0005】

この種の水晶振動子を製造する場合、セラミック製パッケージ７１の接着パッド７１ｄに、導電性接着剤７５が、ロボット等の組み立て装置によって塗布される。そして、組み立て装置が有する吸着ノズルによって、水晶片７３を吸着し、ＣＣＤカメラ等でセラミック製パッケージ７１の位置を確認しながら、水晶片７３がセラミック製パッケージ７１の所定位置に置かれ、その後、導電性接着剤７５の硬化が行われて、水晶片７３のセラミック製パッケージ７１への実装が完了する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００６－１４０６１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、組み立て装置の水晶片搭載精度や、予期せぬ振動、衝撃等の原因によって、水晶片７３をセラミック製パッケージ７１に搭載する位置が所定位置からずれてしまう場合がある（図６（Ａ）中の破線で示した水晶片７３ｘ）。ずれを修正する機能が無い場合は、水晶片はセラミック製パッケージに正しくない位置のまま接着され硬化されるため、水晶振動子の特性不良や、市場への不具合品の流出を起こす場合があった。
この出願は上記の点に鑑みなされたものであり、従ってこの出願の目的は、圧電振動片をパッケージに所定の位置精度で実装できる構造を有した圧電デバイス、およびその製造に用いて好適なパッケージを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この目的の達成を図るため、この発明の圧電デバイスによれば、平面視で矩形状の底板と、前記底板の縁に沿って設けられた土手部と、前記土手部で囲まれた凹部と、前記凹部の底面に設けられた接着パッドと、を有したパッケージ、及び、前記パッケージの前記凹部内に実装されていて平面視で矩形状で、かつ、厚み滑りモードで振動する圧電振動片を備える圧電デバイスにおいて、
前記凹部の四隅各々に、前記土手部から前記底板に向かって下っていて前記接着パッドの付近の前記圧電振動片を実装する所定位置の境界に至る傾斜部を、備えたことを特徴とする。

【0009】

この発明の構成によれば、傾斜部を有しているため、水晶片を凹部内に置いた際に水晶片が所定位置から万一ずれても傾斜部によって所定位置に導かれる。すなわち、水晶片の搭載位置がずれても修正が行える。
また、前記傾斜部は前記凹部の四隅に設けてあるため、傾斜部は平面視で矩形状の圧電振動片の四隅のみに接する。平面視で矩形状の厚み滑りモードで振動する圧電振動片では、四隅の方が辺の中央付近に比べて振動変位が小さいため、傾斜部が圧電振動片の四隅のどこかに接触する場合があっても、圧電デバイスの特性を低下させるおそれが低い。

【0010】

この発明を実施するに当たり、前記傾斜部は、前記土手部の第１の辺から、該第１の辺と直交する第２の辺に沿う方向に傾斜する第１傾斜部と、前記第２の辺から前記第１の辺に沿う方向に傾斜する第２傾斜部との２方向傾斜部（図１参照）で構成することができる。
２方向傾斜部を設けた場合、平面視で矩形状の圧電振動片の第１の辺に沿う方向と第１の辺に直交する第２の辺に沿う方向それぞれ独立に修正機能を持たせることができる。

【0011】

この発明を実施するに当たり、前記傾斜部は、前記土手部の角部から前記凹部の対角線に沿う方向に下っている対角線傾斜部（図２参照）で構成することができる。
対角線傾斜部を設けた場合、傾斜部の形成が比較的容易である。

【0012】

この発明を実施するに当たり、前記傾斜部は、前記圧電振動片の厚み滑り振動方向に沿う方向に土手部から凹部側に下っている１方向傾斜部（図３参照）で構成することができる。ここで振動方向とは、典型的には、圧電振動片を導電性接着剤で固定する際の固定位置がずれると圧電デバイスの特性に大きく影響する方向のことで、圧電振動片がＡＴカット水晶片の場合であれば、水晶の結晶軸の１つであるＸ軸に沿う方向であり、圧電振動片がＳＣカットに代表される２いわゆる２回回転水晶片の場合であれば、水晶の結晶軸の１つであって２回回転で生じるＸ′軸に沿う方向である。
１方向傾斜部を設けた場合、圧電デバイスの特性に影響が大きい方向のずれ修正を最低限できると共に、傾斜部の形成が比較的容易である。

【0013】

なお、上記した２方向傾斜部、対角線傾斜部および１方向傾斜部各々の傾斜面は、平面状の傾斜面（図１（Ｂ）、（Ｃ）参照）でも、また、曲面状の傾斜面（図４参照）でも良い。傾斜部を曲面状の傾斜面を持つものとする場合、曲面は凹部側に凸になる曲面（図４参照）でも、それとは逆に土手部側に凹状に凹んだ曲面いずれでも良い。しかし、凹部側に凸になる曲面（図４参照）の方が、圧電振動片がずれた場合の修正が行い易い。

【0014】

また、この出願の別の発明であるパッケージによれば、平面視で矩形状の底板と、前記底板の縁に沿って設けられた土手部と、前記土手部で囲まれた凹部と、前記凹部の底面に設けられた接着パッドと、を有し、前記凹部内に圧電振動片が実装されて使用されるパッケージにおいて、
前記凹部の四隅各々に、前記土手部から前記底板に向かって下っていて前記接着パッドの付近の前記圧電振動片を実装する所定位置の境界に至る傾斜部を、備えたことを特徴とする。
このパッケージの発明を実施するに当たり、前記傾斜部は、上記の圧電デバイスの発明と同様に、２方向傾斜部、対角線傾斜部および１方向傾斜のいずれかであることができ、また、傾斜面も平面でも曲面でも良い。

【0015】

なお、この出願の圧電デバイスおよびパッケージの各発明でいうパッケージは、任意の材料のもので良いが、好ましくはセラミック製パッケージが良い。セラミック製パッケージは、量産に適しており、かつ、信頼性にも優れ、かつ、近年は、成形による工法で製造できるからである。成形による工法であると、上記した２方向傾斜部、対角線傾斜部および１方向傾斜部を、傾斜面が平面状のもの、曲面状のもの含め、比較的容易に製造できる。また、傾斜部の傾斜面は平滑な面である方が、圧電振動片の位置がずれた際の修正を行い易いので、傾斜面はなるべく平滑面にすることが良い。また、傾斜面にメタライズをする等、平滑な面にする工夫をすることも好ましい。
この出願の圧電デバイスおよびパッケージによれば、圧電振動片をパッケージに所定の位置精度で実装できる構造を有した圧電デバイス、およびその製造に用いて好適なパッケージを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、第１の実施形態の圧電デバイス１０及びパッケージ１１を説明する図であり、特に図１（Ａ）はその平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＰ－Ｐ線に沿った断面図、図１（Ｃ）は図１（Ａ）のＱ－Ｑ線に沿った断面図である。なお、図１（Ａ）では、図１（Ｂ）及び（Ｃ）に示した蓋部材１７の図示を省略してある。

【図2】図２は、第２の実施形態の圧電デバイス３０及びパッケージ３１の傾斜部３１ａを説明する図であり、図１（Ａ）と同様に示した平面図である。

【図3】図３は、第３の実施形態の圧電デバイス４０及びパッケージ４１の傾斜部４１ａを説明する図であり、図１（Ａ）と同様に示した平面図である。

【図4】図４は、第４の実施形態の圧電デバイス５０及びパッケージ５１の傾斜部５１ａを説明する図であり、図１（Ａ）と同様に示した平面図である。

【図5】（Ａ）図は、本発明を片持ち支持構造の圧電デバイス６０に適用した例を説明する平面図、（Ｂ）図は（Ａ）図中のＰ－Ｐ線に沿った断面図である。

【図6】図６（Ａ）～（Ｃ）は、従来の圧電デバイス７０を説明する図であり、特に図６（Ａ）はその平面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＰ－Ｐ線に沿った断面図、図６（Ｃ）は図６（Ａ）のＱ－Ｑ線に沿った断面図である。なお、図６（Ａ）では、図６（Ｂ）及び（Ｃ）に示した蓋部材７７の図示を省略してある。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこれら発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の実施形態中で述べる形状、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。

【0018】

１． 第１の実施形態
図１に示すように、第１の実施形態の圧電デバイス１０は、パッケージとしてのセラミック製パッケージ１１（以下、パッケージ１１ともいう）と、圧電振動片としての水晶片１３と、導電性接着剤１５と、蓋部材１７と、を備えている。以下、各構成成分について具体的に説明する。

【0019】

パッケージ１１は、平面視で矩形状の底板１１ａと、底板１１ａの縁に沿って設けられた土手部１１ｂと、土手部１１ｂで囲まれた凹部１１ｃと、凹部１１ｃの底面に設けられた接着パッド１１ｄと、を有している。
底板１１ａは１層でも２層以上の多層構造でも良い。底板１１ａの外側面に外部実装用端子１１ｅを設けてあり、外部実装用端子１１ｅと接着パッド１１ｄとは、図示しないビア配線又はキャスタレーション配線によって接続してある。

【0020】

接着パッド１１ｄは、この実施形態では、凹部１１ｃの四隅各々の近傍に設けてある。接着パッド１１ｄに水晶片１３の四隅を、導電性接着剤によって接続してある。すなわち、４点支持構造の圧電デバイスとなっている。ただし、４つの接着パッドのうち２つは水晶片１３の表裏の励振用電極１３ａとの接続に用いてあり、残りの接着パッドは電気的にはフローティングであっても良いし、アースに接続されていても、設計に応じ任意である。

【0021】

水晶片１３は、平面視で四角形状のもので、表裏に励振用電極１３ａを有するもので、かつ、厚み滑りモードで振動するものである。水晶片１３は、具体的には、ＡＴカット水晶片、また、ＳＣカット等に代表される２回回転の水晶片であり、ベベル加工されたものでも（図示のもの）、ベベル加工のないものでもいずれでも良い。
導電性接着剤１５は、典型的には、シリコーン系の導電性接着剤である。また、蓋部材１７は、パッケージ１１の土手部１１ｂの天面に接合されて、水晶片１３をパッケージ１１の凹部１１ｃ内に封止するものである。蓋部材１７は、封止方式に応じた構成とする。

【0022】

そして、第１の実施形態の圧電デバイス１０は、凹部１１ｃの四隅各々に、土手部１１ｂから底板１１ａに向かって下っていて接着パッド１１ｄの付近の水晶片１３を実装する所定位置の境界（図１中Ｒで示す領域）に至る傾斜部１１ｆを、備えたことを特徴とする。しかも、第１の実施形態における傾斜部１１ｆは、土手部の第１の辺から、第１の辺と直交する第２の辺に沿う方向に傾斜する第１傾斜部１１ｆａと、第２の辺から第１の辺に沿う方向に傾斜する第２傾斜部１１ｆｂとの２方向傾斜部１１ｆで構成してある。なお、図１中の傾斜部１１ｆ中に示した矢印Ｓは、傾斜面が下っている方向を示している。なお、傾斜面各々は平面としてあるが、後に、曲面の実施形態も示している（図４参照）。
ここで水晶片１３を実装する所定位置の境界Ｒとは、凹部１１ｃ内に水晶片１３を置く際に予め定めた好ましい領域の境界である。具体的には、例えば、圧電デバイス１０の特性を維持できる範囲で接着パッド１１ｄに対しずれが許容される限界位置である。従って、傾斜部は、具体的には、例えば下記の寸法で配置することが好ましい。すなわち、図１（Ｂ））に示したように、パッケージ１１の土手部１１ｂの内面から水晶片１３の端までの設計寸法をＡとし、パッケージ１１の土手部１１ｂの内面から傾斜部１１ｆａの端までの距離をａとしたとき、ａ／Ａが０．５５≦ａ／Ａ≦０．９から選ばれた値、より好ましくは０．６６≦ａ／Ａ≦０．８０から選ばれたと値となるようにａを決めることが良い。また、傾斜部１１ｆａの水平線に対する角度θ（図１（Ｂ）参照）は、土手部１１ｂの高さを超えない範囲で４５度以上が好ましい。水晶片の短辺方向における寸法も上記ａ／Ａの関係となるよう決めるのが良い。

【0023】

この第１実施形態の圧電デバイス１０の場合、図１（Ｂ）、（Ｃ）に示したように、圧電デバイス１０を製造する際に、水晶片１３を凹部内に投入した際、水晶片１３の位置が正しい位置からずれた場合でも、傾斜部１１ｆの作用で水晶片１３を、図中にＳで示すよう移動でき、所定位置に置くことができる。なお、修正は、セルフアライメント的に修正される場合、又は、吸着ノズルで水晶片１３を凹部１１ｃ内に押し込む際に修正される場合等、任意の方法で行って良い。

【0024】

２．第２の実施形態
図２は、第２の実施形態の圧電デバイス３０及びパッケージ３１の傾斜部３１ａを説明する平面図である。第２の実施形態の第１の実施形態との相違点は、傾斜部３１ａにある。第２の実施形態では、傾斜部３１ａは、凹部１１ｃを囲っている土手部１１ｂの角部から凹部１１ｃの対角線に沿う方向に下っている対角線傾斜部３１ａとなっている。ただし、対角線傾斜部３１ａの凹部１１ｃ側の端部は、第１の実施形態の場合と同様に、水晶片１３を実装する所定位置の境界Ｒである。

【0025】

３．第３の実施形態
図３は、第３の実施形態の圧電デバイス４０及びパッケージ４１の傾斜部４１ａを説明する平面図である。第３の実施形態の第１の実施形態との相違点は、傾斜部４１ａにある。第３の実施形態では、傾斜部４１ａは、厚み滑りモードで振動する水晶片１３の振動方向に沿う方向に土手部から凹部側に下っている１方向傾斜部４１ａにある。ここで振動方向とは、具体的には、水晶片１３を導電性接着剤１５で固定する際の固定位置がずれると圧電デバイスの特性に大きく影響する方向のことで、ＡＴカット水晶片の場合であれば、水晶の結晶軸の１つであるＸ軸に沿う方向であり、圧電振動片がＳＣカットに代表される２いわゆる２回回転水晶片の場合であれば、水晶の結晶軸の１つであって２回回転で生じるＸ′軸に沿う方向である。
平面視で矩形状のＡＴカット水晶片を用いる場合、一般には、長方形状でかつ長辺が水晶のＸ軸に平行な水晶片を用いるので、その場合であれば傾斜方向は水晶片の長辺に沿う方向である。

【0026】

４．第４の実施形態
図４は、第４の実施形態の圧電デバイス５０及びパッケージ５１の傾斜部５１ａを説明する平面図である。第４の実施形態の第１の実施形態との相違点は、傾斜部５１ａにある。第１～第３の実施形態は、各傾斜部の傾斜面を平面で構成する例であったが、第４の実施形態は、傾斜部５１ａの傾斜面を曲面５１ａａで構成してある。曲面５１ａａは、この例では、凹部１１ｃ側に凸になっている曲面としてある。ただし、曲面は土手部１１ｂ側に凹状になった曲面でも良い。
曲面を有した傾斜部５１ａは、上記の２方向傾斜部１１ｆ、対角線傾斜部３１ａおよび１方向傾斜部４１ａ各々にも適用できる。

【0027】

５．他の適用例
図５（Ａ）、（Ｂ）は本発明を、片持ち支持構造の圧電デバイス６０に適用した例を説明する図である。具体的には、水晶片１３は、１つの辺に沿った両端２か所に引出電極１３ｂが引き出されている。そして、この水晶片１３を、セラミック製パッケージ１１の１つの辺に沿っている２つの接着パッド１１ｄに導電性接着剤１５によって固定して、片持ち支持を完成してある。なお、水晶片１３の導電性接着剤１５で固定した側とは反対端部、すなわち水晶片１３の先端に対応する底板１１ａの部分に、枕部１１ｇを設けておくのが好ましい。水晶片１３の振動部（励振用電極１３ａの領域）が底板１１ａに接触することを防ぐためである。
片持ち支持構造であっても、水晶片１３の位置ずれが生じた場合は、傾斜部１１ｆの効果を利用できる。

【符号の説明】

【0028】

１０：第１の実施形態の圧電デバイス １１：パッケージ
１１ａ：底板 １１ｂ：土手部
１１ｃ：凹部 １１ｄ：接着パッド
１１ｅ：外部接続端子 １１ｆ：傾斜部（２方向傾斜部）
１１ｆａ：第１傾斜部 １１ｆｂ：第２傾斜部
１３：圧電振動片（水晶片） １５：導電性接着剤
１７：蓋部材
３０：第２の実施形態の圧電デバイス ３１：パッケージ
３１ａ：傾斜部（対角線傾斜部）
４０：第３の実施形態の圧電デバイス ４１：パッケージ
４１ａ：傾斜部（１方向傾斜部）
５０：第４の実施形態の圧電デバイス ５１：パッケージ
５１ａ：傾斜部 ５１ａａ：曲面
６０：本発明を適用した片持ち支持構造の圧電デバイス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】