説明

圧電デバイス

【課題】 圧電振動素子の発振周波数の変動を低減することができる圧電デバイスを提供することを課題とする。
【解決手段】 この基板部の一方の主面に設けられる第1の枠部と、基板部の他方の主面に設けられる第2の枠部とからなる素子搭載部材と、基板部と第1の枠部とで形成される第1の凹部空間内に露出した基板部の主面に設けられた圧電振動素子搭載パッドに搭載されている圧電振動素子と、基板部と第2の枠部とで形成される第2の凹部空間内に露出した基板部の主面に設けられたサーミスタ素子搭載パッドに搭載されているサーミスタ素子と、第1の凹部空間を気密封止する蓋部材と、を備え、第2の枠部の厚みが、0.3〜0.5mmであることを特徴とするものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子機器等に用いられる圧電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来の圧電デバイスは、その例として素子搭載部材、圧電振動素子、サーミスタ素子、蓋部材とから主に構成されている構造が知られている(例えば、特許文献1を参照)。
素子搭載部材は、基板部と第1の枠部と第2の枠部で構成されている。
この素子搭載部材は、前記基板部の一方の主面に前記第1の枠部が設けられ、第1の凹部空間が形成される。
前記基板部の他方の主面に前記第2の枠部が設けられ、第2の凹部空間が形成されている。
第1の凹部空間内に露出する基板部の一方の主面には、2個一対の圧電振動素子搭載パッドが設けられている。
第2の凹部空間内に露出する基板部の他方の主面には、サーミスタ素子搭載パッドが設けられている。
また、第2の枠部の他方の主面の4隅には、外部接続用電極端子が設けられている。
この圧電振動素子搭載パッド上には、導電性接着剤を介して電気的に接続される一対の励振用電極を表裏主面に有した圧電振動素子が搭載されている。この圧電振動素子を囲繞する素子搭載部材の第1の枠部の頂面には金属製の蓋部材を被せられ、接合されている。これにより第1の凹部空間が気密封止されている。
また、サーミスタ素子搭載パッド上には、半田等の導電性接合材を介して接続されるサーミスタ素子が搭載されている。
サーミスタ素子は、抵抗値が、外部接続用電極端子を介して圧電デバイスの外へ出力される。この出力された抵抗値の変化から電圧が変化するため、電圧と温度との関係により、出力された抵抗値を電圧に換算することで、そのときの電圧から温度情報を得ることができる。例えば、電子機器等のメインIC内で温度情報に換算することができる。また、サーミスタ素子は、両端に2つ一対のサーミスタ接続電極が設けられている。
また、外部接続用電極端子は、2個一対の水晶振動素子用電極端子と、2個一対のサーミスタ素子用電極端子により構成されている。その水晶振動素子用電極端子は、対角に配置されている。また、サーミスタ素子用電極端子も同様に、対角に配置されている。
【0003】
また、電子機器は、マザーボードとパワーアンプ等により構成されている。従来の圧電デバイスは、マザーボード上に例えば、半田等の導電性接合材にて搭載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平11−145768号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来の圧電デバイスにおいては、圧電デバイスをマザーボードに搭載する際に、前記素子搭載部材の第2の枠部の厚みが薄くなると、導電性接合材が第2の凹部空間に入り、サーミスタ素子に付着してしまうことで、サーミスタ素子接続電極間、サーミスタ素子搭載パッド間、いずれか1つのサーミスタ素子電極と外部接続用電極との間が短絡してしまうことがあった。
サーミスタ素子接続電極間、サーミスタ素子搭載パッド間、いずれか1つのサーミスタ素子電極と外部接続用電極との間が短絡してしまうことで、外部接続用電極端子からサーミスタ素子の正確な抵抗値が出力されなくなってしまうといった課題があった。
【0006】
従来の圧電デバイスでは、圧電デバイスをマザーボードに搭載する際に、前記素子搭載部材の第2の枠部の厚みが厚くなると、マザーボード上に搭載されているパワーアンプの熱が圧電振動素子とサーミスタ素子とで伝わる時間が異なるため、サーミスタ素子から出力された抵抗値から得られた温度情報と、実際の圧電振動素子の周囲の温度情報に差異が大きくなってしまうことによって、圧電デバイスの発振周波数が変動してしまうといった課題があった。
【0007】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、サーミスタ素子の短絡を低減すると共に、温度情報の差異を低減し、発振周波数が変動することを低減することができる圧電デバイスを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の圧電デバイスは、基板部と、この基板部の一方の主面に設けられる第1の枠部と、基板部の他方の主面に設けられる第2の枠部とからなる素子搭載部材と、基板部と第1の枠部とで形成される第1の凹部空間内に露出した基板部の主面に設けられた圧電振動素子搭載パッドに搭載されている圧電振動素子と、基板部と第2の枠部とで形成される第2の凹部空間内に露出した基板部の主面に設けられたサーミスタ素子搭載パッドに搭載されているサーミスタ素子と、第1の凹部空間を気密封止する蓋部材と、第2の枠部の基板部の他方の主面と同一方向を向く面の4角に2個一対の圧電振動素子用電極端子と2個一対のサーミスタ素子用電極端子とから構成される外部接続用電極端子と、を備え、第2の枠部の厚みが、0.3〜0.5mmであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0009】
本発明の圧電デバイスによれば、第2の枠部の厚みが、0.3〜0.5mmであることによって、導電性接合材が第2の凹部空間に入ることがなくなり、サーミスタ素子に付着しないので、サーミスタ素子接続電極間、サーミスタ素子搭載パッド間、いずれか1つのサーミスタ素子電極と外部接続用電極端子との間の短絡を低減することができる。よって、サーミスタ素子から正確な抵抗値を出力することができる。
【0010】
また、本発明の圧電デバイスによれば、第2の枠部の厚みが、0.3〜0.5mmであることによって、マザーボード上に搭載されているパワーアンプの熱が圧電振動素子とサーミスタ素子とで伝わる時間の差異を低減できるため、サーミスタ素子から出力された抵抗値から得られた温度情報と、実際の圧電振動素子の周囲の温度情報の差異を低減することができ、圧電デバイスの発振周波数の変動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の実施形態に係る圧電デバイスを示す分解斜視図である。
【図2】図1のA−A断面図である。
【図3】本発明の実施形態に係る圧電デバイスをサーミスタ素子搭載側からみた平面図である。
【図4】(a)は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを構成する素子搭載部材の一方の主面からみた平面図であり、(b)は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを構成する素子搭載部材の基板部の一方の主面からみた平面図であり、(c)は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを構成する素子搭載部材の内層の一方の主面からみた平面図である。
【図5】(a)は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを構成する素子搭載部材の基板部の他方の主面からみた平面図であり、(b)は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを構成する素子搭載部材を他方の主面からみた平面図である。
【図6】本発明の圧電デバイスを構成する素子搭載部材の第2の枠部の厚みと短絡の伴う歩留りとの関係を示すグラフである。
【図7】本発明の圧電デバイスを構成する素子搭載部材の第2の枠部の厚みと温度補正誤差の伴う歩留りとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、圧電振動素子に水晶を用いた場合について説明する。
【0013】
本発明の実施形態に係る圧電デバイス100は、図1及び図2に示すように、素子搭載部材110と圧電振動素子120と蓋部材130とサーミスタ素子140で主に構成されている。この圧電デバイス100は、前記素子搭載部材110に形成されている第1の凹部空間K1内に圧電振動素子120が搭載され、第2の凹部空間K2内には、サーミスタ素子140が搭載されている。その第1の凹部空間K1が蓋部材130により気密封止された構造となっている。
【0014】
圧電振動素子120は、図1及び図2に示すように、水晶素板121に励振用電極122を被着形成したものであり、外部からの交番電圧が励振用電極122を介して水晶素板121に印加されると、所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。
水晶素板121は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し外形加工を施された概略平板状で平面形状が例えば四角形となっている。
励振用電極122は、前記水晶素板121の表裏両主面に金属を所定のパターンで被着・形成したものである。
このような圧電振動素子120は、その両主面に被着されている励振用電極122から延出する引き出し電極123と第1の凹部空間K1内底面に形成されている圧電振動素子搭載パッド111とを、導電性接着剤DSを介して電気的且つ機械的に接続することによって第1の凹部空間K1に搭載される。このときの引き出し電極123が設けられた一辺とは反対側の自由端となる端辺を圧電振動素子120の先端部とする。
【0015】
図1〜図2に示すサーミスタ素子140は、温度変化によって電気抵抗が顕著な変化を示すものであり、この抵抗値の変化から電圧が変化するため、抵抗値と電圧との関係及び電圧と温度との関係により、出力された抵抗値を電圧に換算することで、換算して得られた電圧から温度情報を得ることができる。サーミスタ素子140は、抵抗値が、外部接続用電極端子Gを介して圧電デバイス100の外へ出力されることにより、例えば、電子機器等のメインIC(図示せず)で出力された抵抗値を電圧に換算することで温度情報を得ることができる。
また、サーミスタ素子140の両端には、2個一対のサーミスタ素子接続電極141が設けられている。
サーミスタ素子140のサーミスタ素子接続電極141は、図2に示すように、素子搭載部材110の第2の凹部空間K2内に露出した後述する基板部110aに設けられたサーミスタ素子搭載パッド112と半田等の導電性接合材HDを介して搭載されている。
【0016】
サーミスタ素子140は、図3に示すように、素子搭載部材110の第2の凹部空間K2の長辺側壁部と平行になるように搭載されている。つまり、サーミスタ素子140は、素子搭載部材110の長辺側外周縁部と平行になるように搭載されている。
また、サーミスタ素子140は、前記素子搭載部材110に前記圧電振動素子120と前記サーミスタ素子140とを搭載した状態で、平面視で前記圧電振動素子120に設けられる励振用電極122の平面内に位置するように、第2の凹部空間K2内に搭載されている。つまり、サーミスタ素子140は、圧電振動素子120の励振用電極122の直下にある第2の凹部空間K2内に搭載され、前記励振用電極122からはみ出ることがなく、平面視で励振用電極122が設けられている面積内に設けられている。
【0017】
図1〜図2に示すように、素子搭載部材110は、基板部110aと、第1の枠部110b、第2の枠部110cとで主に構成されている。
この素子搭載部材110は、前記基板部110aの一方の主面に第1の枠部110bが設けられて、第1の凹部空間K1が形成されている。また、素子搭載部材110の他方の主面に第2の枠部110cが設けられて、第2の凹部空間K2が形成されている。
尚、この素子搭載部材110を構成する基板部110a及び第2の枠部110cは、例えばアルミナセラミックス、ガラス−セラミックス等のセラミック材料を複数積層することよって形成されている。
第1の枠部110bは、42アロイやコバール等の金属から成り、中心が打ち抜かれた枠状になっている。
また、第1の枠部110bは、基板部110aの一方の主面の外周を囲繞するように設けられた封止用導体膜HB上にロウ付けなどにより接続される。
第1の凹部空間K1内で露出した基板部110aの一方の主面には、2個一対の圧電振動素子搭載パッド111が設けられている。
また、図1〜図3に示すように素子搭載部材110は、基板部110aの他方の主面と第2の枠部110cによって第2の凹部空間K2が形成されている。
第2の凹部空間K2内で露出した基板部110aの他方の主面には、サーミスタ素子搭載パッド112が設けられている。
【0018】
前記素子搭載部材110の第2の枠部110cの圧電振動素子搭載パッド111が設けられている面とは反対側の主面の4隅には、外部接続用電極端子Gが設けられている。
外部接続用電極端子Gは、2個一対の圧電振動素子用電極端子G1と2個一対のサーミスタ素子用電極端子G2により構成されている。
2個一対の圧電振動素子用電極端子G1は、前記素子搭載部材110の第2の枠部110cの他方の主面の対角に設けられている。
また、2個一対のサーミスタ素子用電極端子G2は第2の枠部110cの前記圧電振動素子用電極端子G1が設けられている位置と異なる2つの隅部に設けられている。つまり、前記サーミスタ素子用電極端子G2は、前記圧電振動素子用電極端子G1が設けられている対角とは異なる第2の枠部110cの対角に設けられている。
ここで、図2に示すように、第2の枠部110cの厚みLは、基板部110aから外部接続用電極端子Gまでの距離、つまり第2の枠部の深さをいう。
【0019】
図2に示す第2の枠部110cの厚みは、0.3〜0.5mmとなっている。
第2の枠部110cの厚みLが0.3mm未満の場合には、図6に示すように、サーミスタ素子140が厚み方向にはみ出してしまうため、圧電デバイス100をマザーボードに導電性接合材で搭載する際に、導電性接合材がサーミスタ素子140に被着し、サーミスタ素子接続電極141間、サーミスタ素子搭載パッド112間、いずれか1つのサーミスタ素子電極141と外部接続用電極端子Gとの間が短絡してしまう結果が得られた。
サーミスタ素子140が短絡してしまうことで、サーミスタ素子140から正確な抵抗値が出力されない結果が得られた。また、出力された抵抗値から得られた温度情報と、実際の圧電振動素子120の周囲の温度情報との差異が大きくなってしまうことによって、圧電デバイス100の発振周波数が変動してしまう結果が得られた。
【0020】
第2の枠部110cの厚みLが0.5mmより大きい場合には、図7に示すように、圧電デバイス100をマザーボード(図示せず)に搭載する際に、マザーボード上に搭載されているパワーアンプ(図示せず)の熱が圧電振動素子120とサーミスタ素子140とで伝わる時間が異なるため、サーミスタ素子140から出力された抵抗値から得られた温度情報と、実際の圧電振動素子120の周囲の温度情報に差異が大きくなってしまうことによって、圧電デバイス100の発振周波数が変動してしまう結果が得られた。
【0021】
第2の枠部110cの厚みLが、0.3〜0.5mmであることによって、導電性接合材が第2の凹部空間K2に入ることがなくなり、サーミスタ素子140に付着しないので、サーミスタ素子接続電極141間、サーミスタ素子搭載パッド112間、いずれか1つのサーミスタ素子電極141と外部接続用電極端子Gとの間の短絡を低減することができる。
また、第2の枠部110cの厚みLが、0.3〜0.5mmであることによって、マザーボード(図示せず)上に搭載されているパワーアンプ(図示せず)の熱が圧電振動素子120とサーミスタ素子140とで伝わる時間の差異を低減できるため、サーミスタ素子140から出力された抵抗値から得られた温度情報と、実際の圧電振動素子120の周囲の温度情報の差異を低減することができ、圧電デバイス100の発振周波数の変動を低減することができる。
【0022】
第3の凹部空間K3は、図3に示すように、前記素子搭載部材110の前記第2の枠部110cの同一辺側で隣接しあう2つの外部接続用電極端子G間に張り出すようにして設けられている。
つまり、前記第3の凹部空間K3は、隣接しあう2つ外部接続用電極端子Gの間に、第2の凹部空間K2の一部が延出するようにして設けられている。
この第3の凹部空間K3には、前記サーミスタ素子用配線パターン116の一部が露出するようにして設けられている。
【0023】
圧電振動素子搭載パッド111といずれかの外部接続用電極端子Gは、前記素子搭載部材110の第2の凹部空間K2内の基板部110aに形成された部分を有する圧電振動素子用配線パターン113と、基板部110aに設けられた第1のビア導体114と、基板部110a及び第2の枠部110cの内部に形成された第2のビア導体115により接続されている。
つまり、図5に示すように、圧電振動素子搭載パッド111は、第1のビア導体114を介して圧電振動素子用配線パターン113の一端と接続されている。また、圧電振動素子用配線パターン113の他端は、第2のビア導体115を介して圧電振動素子用電極端子G1と接続されている。よって、圧電振動素子搭載パッド111は、圧電振動素子用電極端子G1と電気的に接続されることになる。
【0024】
また、サーミスタ素子搭載パッド112とサーミスタ素子用電極端子G2は、前記素子搭載部材110の第2の凹部空間K2内の基板部110aに形成された部分を有するサーミスタ素子用配線パターン116と第2の枠部110cの内部に形成された第3のビア導体117により接続されている。
つまり、図5(a)及び図5(b)に示すようにサーミスタ素子搭載パッド112は、サーミスタ素子用配線パターン116の一端と接続されている。また、サーミスタ素子用配線パターン116の他端は、第3のビア導体117を介してサーミスタ素子用電極端子G2と接続されている。よって、サーミスタ素子用搭載パッド112は、サーミスタ素子用電極端子G2と電気的に接続されることになる。
【0025】
第2の凹部空間K2内底面に露出している2個一対のサーミスタ素子用配線パターン116は、図5(b)に示すように、前記第3の凹部空間K3に素子搭載部材110の長辺側外周縁部と平行となる位置に設けられている。
つまり、2個一対のサーミスタ素子用配線パターン116は、搭載後のサーミスタ素子140と平行になるように設けられている。
【0026】
蓋部材130は、例えば、Fe−Ni合金(42アロイ)やFe−Ni−Co合金(コバール)などからなる。このような蓋部材130は、第1の凹部空間K1を、窒素ガスや真空などで気密的に封止される。具体的には、蓋部材130は、所定雰囲気で、素子搭載部材110の第1の枠部110b上に載置され、第1の枠部110bの表面の金属と蓋部材130の金属の一部とが溶接されるように所定電流を印加してシーム溶接を行うことにより、第1の枠部110bに接合される。
【0027】
前記導電性接着剤DSは、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、ニッケル鉄(NiFe)、のうちのいずれかまたはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。
【0028】
尚、前記素子搭載部材110は、アルミナセラミックスから成る場合、所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面に圧電振動素子搭載パッド111、サーミスタ素子搭載パッド112、封止用導体膜HB、外部接続用電極端子G等となる導体ペーストを、また、セラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内に第1のビア導体114、第2のビア導体115、第3のビア導体117等となる導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷によって塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することにより製作される。
【0029】
本発明の圧電デバイス100によれば、第2の枠部110cの厚みが、0.3〜0.5mmであることによって、導電性接合材が第2の凹部空間K2に入ることがなくなり、サーミスタ素子140に付着しないので、サーミスタ素子接続電極141間、サーミスタ素子搭載パッド112間、いずれか1つのサーミスタ素子電極141と外部接続用電極端子Gとの間の短絡を低減することができる。よって、サーミスタ素子140から正確な抵抗値を出力することができる。
【0030】
また、本発明の圧電デバイス100によれば、第2の枠部110cの厚みLが、0.3〜0.5mmであることによって、マザーボード上に搭載されているパワーアンプ(図示せず)の熱が圧電振動素子120とサーミスタ素子140とで伝わる時間の差異を低減できるため、サーミスタ素子140から出力された抵抗値から得られた温度情報と、実際の圧電振動素子120の周囲の温度情報の差異を低減することができ、圧電デバイス100の発振周波数の変動を低減することができる
【0031】
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
例えば、前記した本実施形態では、圧電振動素子120を構成する圧電素材として水晶を用いた場合を説明したが、他の圧電素材として、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたは、圧電セラミックスを圧電素材として用いた圧電振動素子でも構わない。
【0032】
また、前記した実施形態では、素子搭載部材110を構成する第1の枠部110bは、42アロイやコバール等の金属から成り、中心が打ち抜かれた枠状になっている場合を説明したが、第1の枠部110bがセラミック材料からなり、中心が打ち抜かれた枠状になっていても構わない。また、その際には、第1の枠部110bの主面には、封止用導体パターンが設けられ、蓋部材130に設けられた封止部材131と接合されることで、第1の凹部空間K1内が気密封止される。
【符号の説明】
【0033】
110・・・素子搭載部材
110a・・・基板部
110b・・・第1の枠部
110c・・・第2の枠部
111・・・圧電振動素子搭載パッド
112・・・サーミスタ素子搭載パッド
120・・・圧電振動素子
121・・・水晶素板
122・・・励振用電極
123・・・引き出し電極
130・・・蓋部材
140・・・サーミスタ素子
141・・・サーミスタ素子接続電極
100・・・圧電デバイス
K1・・・第1の凹部空間
K2・・・第2の凹部空間
K3・・・第3の凹部空間
DS・・・導電性接着剤
HD・・・導電性接合材
HB・・・封止用導体膜
G・・・外部接続用電極端子
G1・・・圧電振動素子用電極端子
G2・・・サーミスタ素子用電極端子

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板部と、この基板部の一方の主面に設けられる第1の枠部と、前記基板部の他方の主面に設けられる第2の枠部とからなる素子搭載部材と、
前記基板部と前記第1の枠部とで形成される第1の凹部空間内に露出した前記基板部の主面に設けられた圧電振動素子搭載パッドに搭載されている圧電振動素子と、
前記基板部と前記第2の枠部とで形成される第2の凹部空間内に露出した前記基板部の主面に設けられたサーミスタ素子搭載パッドに搭載されているサーミスタ素子と、
前記第1の凹部空間を気密封止する蓋部材と、
前記第2の枠部の前記基板部の他方の主面と同一方向を向く面の4角に2個一対の圧電振動素子用電極端子と2個一対のサーミスタ素子用電極端子とから構成される外部接続用電極端子と、を備え、
前記第2の枠部の厚みが、0.3〜0.5mmであることを特徴とする圧電デバイス。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2012−142691(P2012−142691A)
【公開日】平成24年7月26日(2012.7.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−292478(P2010−292478)
【出願日】平成22年12月28日(2010.12.28)
【出願人】(000104722)京セラクリスタルデバイス株式会社 (870)
【Fターム(参考)】