複合型圧電デバイス
【課題】生産性を向上させることができる複合型圧電デバイスを提供することを課題とする。
【解決手段】第１および第２の主面を有する基板部３１０ａと基板部３１０ａの第２の主面に設けられた脚部３１０ｂとを含むデバイス搭載部材３１０と、第１の凹部空間Ｋ１を有する第１の素子搭載部材１１０と第１の凹部空間Ｋ１内に搭載されている第１の圧電振動素子１２０とを含んでおり基板部３１０ａの第１の主面に接合された第１の圧電デバイス１００と、第２の凹部空間Ｋ２を有する第２の素子搭載部材２１０と第２の凹部空間Ｋ２内に搭載されている第２の圧電振動素子２２０とを含んでおり基板部３１０ａの第２の主面に接合されている第２の圧電デバイス２００とを備えていることを特徴とするものである。
【解決手段】第１および第２の主面を有する基板部３１０ａと基板部３１０ａの第２の主面に設けられた脚部３１０ｂとを含むデバイス搭載部材３１０と、第１の凹部空間Ｋ１を有する第１の素子搭載部材１１０と第１の凹部空間Ｋ１内に搭載されている第１の圧電振動素子１２０とを含んでおり基板部３１０ａの第１の主面に接合された第１の圧電デバイス１００と、第２の凹部空間Ｋ２を有する第２の素子搭載部材２１０と第２の凹部空間Ｋ２内に搭載されている第２の圧電振動素子２２０とを含んでおり基板部３１０ａの第２の主面に接合されている第２の圧電デバイス２００とを備えてい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複合型圧電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の複合型圧電デバイスは、その例として、素子搭載部材と、第１の圧電振動素子と、第２の圧電振動素子である音叉型屈曲圧電振動素子と、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）。
【０００３】
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。基板部の主面に第１の枠部を設けて第２の凹部空間が形成され、第１の枠部に第２の枠部を設けて第１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第１の枠部の第１の主面には、一対の第２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第１の主面には、一対の圧電振動素子搭載パッドが設けられている。また、基板部の第２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第１の圧電振動素子が搭載されている。この第１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の凹部空間及び第２の凹部空間が気密封止されている。また、第２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接続される第２の圧電振動素素子である音叉型屈曲圧電振動素子が搭載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２８０８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の複合型圧電デバイスにおいては、前記素子搭載部材に搭載された第１の圧電振動素子と第２の圧電振動素子である音叉型屈曲圧電振動素子のいずれか１つの発振周波数が変動し、周波数特性が悪い場合には、両方とも廃棄する必要があるため、生産性が低下してしまうといった課題があった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、生産性を向上させることができる複合型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】
【０００７】
本発明の複合型圧電デバイスは、第１および第２の主面を有する基板部と基板部の第２の主面に設けられた脚部とを含むデバイス搭載部材と、第１の凹部空間を有する第１の素子搭載部材と第１の凹部空間内に搭載されている第１の圧電振動素子とを含んでおり基板部の第１の主面に接合された第１の圧電デバイスと、第２の凹部空間を有する第２の素子搭載部材と第２の凹部空間内に搭載されている第２の圧電振動素子とを含んでおり基板部の第２の主面に接合されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の圧電デバイスによれば、基板部および脚部を含むデバイス搭載部材と、基板部の第１の主面に接合された第１の圧電デバイスと、基板部の第２の主面に接合されている第２の圧電デバイスとを備えていることによって、第１の圧電振動素子と第２の圧電振動素子のいずれか１つの発振周波数が変動し、周波数特性が悪い場合でも、第１の圧電デバイスと第２の圧電デバイスのどちらか１つを廃棄するだけなので、両方とも廃棄する必要がなく、生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る複合型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複合型圧電デバイスを構成する素子搭載部材を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る複合型圧電デバイスを構成する第２の圧電振動素子である音叉型屈曲圧電振動素子を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態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。
【００１１】
図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る複合型圧電デバイス４００は、第１の素子搭載部材１１０と第１の圧電振動素子１２０と第１の蓋部材１３０とで構成されている第１の圧電デバイス１００と、第２の素子搭載部材２１０と第２の圧電振動素子２２０と第２の蓋部材２３０とで構成されている第２の圧電デバイス２００と、デバイス搭載部材３１０とで主に構成されている。この複合型圧電デバイス４００は、前記デバイス搭載部材３１０の第１の主面に第１の圧電デバイス１００が搭載され、デバイス搭載部材３１０の第２の主面に形成されている第３の凹部空間Ｋ３内に第２の圧電デバイス２００が搭載されている。
【００１２】
（第１の圧電デバイス）
第１の圧電デバイス１００は、第１の素子搭載部材１１０と第１の圧電振動素子１２０と第１の蓋部材１３０とで構成されている。第１の圧電振動素子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。このような第１の圧電振動素子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１２４と第１の凹部空間Ｋ１内底面に形成されている第１の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１２４が設けられた一辺とは反対側の自由端となる端辺を第１の圧電振動素子１２０の先端部１２３とする。
【００１３】
図１〜図２に示すように、第１の素子搭載部材１１０は、基板部１１０ａと、枠部１１０ｂとで主に構成されている。この第１の素子搭載部材１１０は、基板部１１０ａの第１の主面に枠部１１０ｂが設けられて、第１の凹部空間Ｋ１が形成されている。
【００１４】
尚、この第１の素子搭載部材１１０を構成する基板部１１０ａは、例えばアルミナセラミックス、ガラス−セラミック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。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。
【００１５】
また、枠部１１０ｂは、基板部１１０ａの第１の主面の中央部を囲繞するように周辺部に設けられた封止用導体膜１１３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の第１の主面には、一対の第１の圧電振動素子搭載パッド１１１が設けられている。
【００１６】
第１の素子搭載部材１１０の第１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、第１の素子部材接続用端子１１２が設けられている。第１の圧電振動素子搭載パッド１１１と第１の素子部材接続用端子１１２の内の２つの端子は、第１の素子搭載部材１１０の第１の凹部空間Ｋ１内の基板部１１０ａに形成された部分を有する配線パターン（図示せず）と基板部１１０ａの内部に形成されたビア導体（図示せず）により接続されている。
【００１７】
第１の蓋部材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。このような第１の蓋部材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する。具体的には、第１の蓋部材１３０は、所定雰囲気で、素子搭載部材１１０の枠部１１０ｂ上に載置され、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、枠部１１０ｂに接合される。
【００１８】
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。
【００１９】
尚、第１の素子搭載部材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第１の圧電振動素子搭載パッド１１１、素子部材接続用端子１１２、封止用導体膜１１３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ビア導体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。
【００２０】
（第２の圧電デバイス）
第２の圧電デバイス１００は、第２の素子搭載部材２１０と第２の圧電振動素子２２０と第２の蓋部材２３０とで構成されている。第２の圧電振動素子２２０は、音叉型屈曲圧電振動素子２２０として説明する。図４に示すように、音叉型屈曲圧電振動素子２２０は、水晶片と、その水晶片の表面に設けられた励振用電極２２３ａ，２２３ｂ，２２４ａ及び２２４ｂと、接続用電極２２５ａ及び２２５ｂと、周波数調整用金属膜２２６ａ及び２２６ｂとにより概略構成される。
【００２１】
図４に示すように、水晶片は、例えば水晶からなり、平板状となる基部２２１と、この基部２２１の一辺から同一方向に延出している一対の振動腕部２２２とから構成されている。
【００２２】
図４に示すように、励振用電極２２３ａは、第一の振動腕部２２２ａの表裏主面に設けられている。また、励振用電極２２３ｂは、第一の振動腕部２２２ａの対向する両側面に設けられている。周波数調整用金属膜２２６ａは、第一の振動腕部２２２ａの表主面及び両側面の先端部に設けられている。接続用電極２２５ａは、基部２２１の第一の振動腕部２２２ａ側であって、基部２２１の表裏主面に設けられている。
【００２３】
また、励振用電極２２４ａは、第二の振動腕部２２２ｂの表裏主面に設けられている。また、励振用電極２２４ｂは、第二の振動腕部２２２ｂの対向する両側面に設けられている。周波数調整用金属膜２２６ｂは、第二の振動腕部２２２ｂの表主面及び側面の先端部に設けられている。また、接続用電極２２５ｂは、基部２２１の第二の振動腕部２２２ｂ側であって、基部２２１の表裏主面に設けられている。
【００２４】
なお、音叉型屈曲圧電振動素子２２０は、周波数調整用金属膜２２６ａ、２２６ｂを構成する金属の量を増減させることにより、その振動周波数値を所望する値に調整することができる。
【００２５】
図４に示すように、励振用電極２２４ａ、２２４ｂと、周波数調整用金属膜２２６ｂと接続用電極２２５ｂとは、水晶片の表面に設けられた、例えば導配線パターンにより電気的に接続している。接続用電極２２５ｂは、基部２２１に設けられている導配線パターンにより励振用電極２２３ａと電気的に接続している。また、接続用電極２２５ｂは、励振用電極２２４ｂと電気的に接続している。
【００２６】
また、励振用電極２２３ｂ、２２４ａと、周波数調整用金属膜２２６ａと接続用電極２２５ａとは、水晶片表面に設けられた、例えば導配線パターンにより電気的に接続している。接続用電極２２５ａは、励振用電極２２３ｂ及び周波数調整用金属膜２２６ａと電気的に接続している。また、基部２２１の表主面に設けられた導配線パターンは、励振用電極２２３ａ及び励振用電極２２４ｂと電気的に接続している。
【００２７】
なお、各励振用電極、接続用電極、周波数調整用金属膜、導配線パターンは、下地金属としてのＣｒ層と、その下地金属の上に重ねて設けられたＡｕ層とから構成されている。
【００２８】
この音叉型屈曲圧電振動素子２２０を振動させる場合、接続用電極２２５ａ及び２２５ｂに交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的にとらえると、第一の振動腕部２２２ｂの励振用電極２２３ｂは＋（プラス）電位となり、励振用電極２２３ａは−（マイナス）電位となり、＋から−に電界が生じる。一方、このときの第二の振動腕部２２２ｂの励振用電極は、第一の振動腕部２２２ａの励振用電極に生じた極性とは反対の極性となる。これらの印加された電界により、第一の振動腕部２２２ａ及び第二の振動腕部２２２ｂに伸縮現象が生じ、各振動腕部２２２に設定した共振周波数の屈曲振動を得る。
【００２９】
図１〜図２に示すように、第２の素子搭載部材２１０は、基板部２１０ａと、枠部２１０ｂとで主に構成されている。この第２の素子搭載部材２１０は、基板部２１０ａの第１の主面に枠部２１０ｂが設けられて、第２の凹部空間Ｋ２が形成されている。
【００３０】
尚、この第２の素子搭載部材２１０を構成する基板部２１０ａ及び枠部２１０ｂは、例えばアルミナセラミックス、ガラス−セラミック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２の凹部空間Ｋ２内で露出した基板部２１０ａの第１の主面には、一対の第２の圧電振動素子搭載パッド２１１が設けられている。
【００３１】
前記第２の素子搭載部材２１０の第２の圧電振動素子搭載パッド２１１が設けられている面とは反対側の主面には、第２の素子部材接続用端子２１２が設けられている。第２の圧電振動素子搭載パッド２１１と素子部材接続用端子２１２は、前記第２の素子搭載部材２１０の第２の凹部空間Ｋ２内の基板部２１０ａに形成された部分を有する配線パターン（図示せず）により接続されている。
【００３２】
第２の蓋部材２３０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。このような第２の蓋部材２３０は、第２の凹部空間Ｋ２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、第２の蓋部材２３０は、所定雰囲気で、第２の素子搭載部材２１０の枠部２１０ｂ上に載置され、枠部２１０ｂの封止用導体パターン（図示せず）と第２の蓋部材２３０の封止部材（図示せず）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、枠部２１０ｂに接合される。
【００３３】
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。
【００３４】
（デバイス搭載部材）
図１〜図３に示すように、デバイス搭載部材３１０は、基板部３１０ａと、脚部３１０ｂとで主に構成されている。脚部３１０ｂは、例えば枠部材、一対の壁部材または複数の柱部材などである。このデバイス搭載部材３１０は、基板部３１０ａの第２の主面に脚部３１０ｂが設けられて、第３の凹部空間Ｋ２が形成されている。
【００３５】
尚、このデバイス搭載部材３１０を構成する基板部３１０ａ及び脚部３１０ｂは、例えばアルミナセラミックス、ガラス−セラミック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。
【００３６】
前記基板部３１０ａの第１の主面には、第１の圧電デバイス搭載パッド３１１が設けられている。また、図３に示すように、第３の凹部空間Ｋ３内で露出した基板部３１０ａの第２の主面には、第２の圧電デバイス搭載パッド３１２が設けられている。また、図３に示すように、脚部３１０ｂの第２の主面には、外部接続用電極端子Ｇが設けられている。また、外部接続用電極端子Ｇのうちの１つが、グランド端子であっても構わない。
【００３７】
第１の圧電デバイス搭載パッド３１１及び第２の圧電デバイス搭載パッド３１２は、デバイス搭載部材３１０の基板部３１０ａに形成された部分を有する配線パターン（図示せず）とビア導体（図示せず）により、外部接続用電極端子Ｇと接続されている。
【００３８】
図２に示すように、第１の圧電デバイス搭載パッド３１１は、第１の圧電デバイス１００の前記第１の素子部材接続用端子１１２と導電性接合材ＤＨを介して電気的に接合されている。導電性接合材ＤＨは、例えば、半田等や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る。
【００３９】
また、図２に示すように、第２の圧電デバイス搭載パッド３１２は、第２の圧電デバイス２００の前記第２の素子部材接続用端子２１２と導電性接合材ＤＨを介して電気的に接合されている。つまり、第３の凹部空間Ｋ３内に収容されるようにして、第２の圧電デバイス２００は、第２の圧電デバイス搭載パッド３１２に接合されている。
【００４０】
このようにして、第１の圧電デバイス１００の前記第１の素子部材接続用端子１１２及び第２の圧電デバイス２００の前記第２の素子部材接続用端子２１２は、第３の素子搭載部材３１０の脚部３１０ｂの第２の主面に設けられている外部接続用電極端子Ｇと電気的に接続されている。
【００４１】
本発明の複合型圧電デバイス４００によれば、基板部３１０ａおよび脚部３１０ｂを含むデバイス搭載部材３００と、基板部３１０ａの第１の主面に接合された第１の圧電デバイス１００と、基板部３１０ａの第２の主面に接合されている第２の圧電デバイス２００とを備えていることによって、第１の圧電振動素子１２０と第２の圧電振動素子２２０のいずれか１つの発振周波数が変動し、周波数特性が悪い場合でも、第１の圧電デバイス１００と第２の圧電デバイス２００のどちらか１つを廃棄するだけなので、両方とも廃棄する必要がなく、生産性を向上させることができる。
【００４２】
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。
【００４３】
また、図１および図２に示された構造においては、平板型圧電振動素子１２０を有する圧電デバイスが基板部３１０ａの上側に設けられているとともに音叉型屈曲圧電振動素子２２０を有する圧電デバイスが基板部３１０ａの下側に設けられているが、その逆で、音叉型屈曲圧電振動素子２２０を有する圧電デバイスが基板部３１０ａの上側に設けられているとともに平板型圧電振動素子１２０を有する圧電デバイスが基板部３１０ａの下側に設けられている構造であってもよい。一般的に、音叉型屈曲圧電振動素子２２０を有する圧電デバイス２００の方が平板型圧電振動素子１２０を有する圧電デバイスよりも小型に作製することができるため、図１および図２に示されているように、音叉型屈曲圧電振動素子２２０を有する圧電デバイスが基板部３１０ａの下側に設けられており、デバイス搭載部材３１０の脚部３１０ｂ内に設けられている構造が好ましい。
【００４４】
なお、第１の圧電振動素子１２０を平板型圧電振動素子とするとともに第２の圧電振動素子２２０を音叉型屈曲圧電振動素子として説明したが、第１および第２の圧電振動素子１２０、２２０が、例えば表面弾性波（ＳＡＷ）素子等の他の圧電振動素子であってもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１１０・・・第１の素子搭載部材
２１０・・・第２の素子搭載部材
３１０・・・デバイス搭載部材
１１０ａ、２１０ａ、３１０ａ・・・基板部
１１０ｂ、２１０ｂ・・・枠部
３１０ｂ・・・脚部
１１１・・・第１の圧電振動素子搭載パッド
２１１・・・第２の圧電振動素子搭載パッド
１１２・・・第１の素子部材接続用端子
２１２・・・第２の素子部材接続用端子
３１１・・・第１の圧電デバイス搭載パッド
３１２・・・第２の圧電デバイス搭載パッド
１２０・・・第１の圧電振動素子
２２０・・・第２の圧電振動素子（音叉型屈曲圧電振動素子）
１３０・・・第１の蓋部材
２３０・・・第２の蓋部材
１００・・・第１の圧電デバイス
２００・・・第２の圧電デバイス
３００・・・デバイス搭載部材
４００・・・複合型圧電デバイス
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
ＤＨ・・・導電性接合材
ＨＢ・・・封止用導体膜
Ｇ・・・外部接続用電極端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器等に用いられる複合型圧電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の複合型圧電デバイスは、その例として、素子搭載部材と、第１の圧電振動素子と、第２の圧電振動素子である音叉型屈曲圧電振動素子と、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）。
【０００３】
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。基板部の主面に第１の枠部を設けて第２の凹部空間が形成され、第１の枠部に第２の枠部を設けて第１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第１の枠部の第１の主面には、一対の第２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第１の主面には、一対の圧電振動素子搭載パッドが設けられている。また、基板部の第２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第１の圧電振動素子が搭載されている。この第１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の凹部空間及び第２の凹部空間が気密封止されている。また、第２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接続される第２の圧電振動素素子である音叉型屈曲圧電振動素子が搭載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２８０８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の複合型圧電デバイスにおいては、前記素子搭載部材に搭載された第１の圧電振動素子と第２の圧電振動素子である音叉型屈曲圧電振動素子のいずれか１つの発振周波数が変動し、周波数特性が悪い場合には、両方とも廃棄する必要があるため、生産性が低下してしまうといった課題があった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、生産性を向上させることができる複合型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】
【０００７】
本発明の複合型圧電デバイスは、第１および第２の主面を有する基板部と基板部の第２の主面に設けられた脚部とを含むデバイス搭載部材と、第１の凹部空間を有する第１の素子搭載部材と第１の凹部空間内に搭載されている第１の圧電振動素子とを含んでおり基板部の第１の主面に接合された第１の圧電デバイスと、第２の凹部空間を有する第２の素子搭載部材と第２の凹部空間内に搭載されている第２の圧電振動素子とを含んでおり基板部の第２の主面に接合されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の圧電デバイスによれば、基板部および脚部を含むデバイス搭載部材と、基板部の第１の主面に接合された第１の圧電デバイスと、基板部の第２の主面に接合されている第２の圧電デバイスとを備えていることによって、第１の圧電振動素子と第２の圧電振動素子のいずれか１つの発振周波数が変動し、周波数特性が悪い場合でも、第１の圧電デバイスと第２の圧電デバイスのどちらか１つを廃棄するだけなので、両方とも廃棄する必要がなく、生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る複合型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複合型圧電デバイスを構成する素子搭載部材を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る複合型圧電デバイスを構成する第２の圧電振動素子である音叉型屈曲圧電振動素子を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態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。
【００１１】
図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る複合型圧電デバイス４００は、第１の素子搭載部材１１０と第１の圧電振動素子１２０と第１の蓋部材１３０とで構成されている第１の圧電デバイス１００と、第２の素子搭載部材２１０と第２の圧電振動素子２２０と第２の蓋部材２３０とで構成されている第２の圧電デバイス２００と、デバイス搭載部材３１０とで主に構成されている。この複合型圧電デバイス４００は、前記デバイス搭載部材３１０の第１の主面に第１の圧電デバイス１００が搭載され、デバイス搭載部材３１０の第２の主面に形成されている第３の凹部空間Ｋ３内に第２の圧電デバイス２００が搭載されている。
【００１２】
（第１の圧電デバイス）
第１の圧電デバイス１００は、第１の素子搭載部材１１０と第１の圧電振動素子１２０と第１の蓋部材１３０とで構成されている。第１の圧電振動素子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。このような第１の圧電振動素子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１２４と第１の凹部空間Ｋ１内底面に形成されている第１の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１２４が設けられた一辺とは反対側の自由端となる端辺を第１の圧電振動素子１２０の先端部１２３とする。
【００１３】
図１〜図２に示すように、第１の素子搭載部材１１０は、基板部１１０ａと、枠部１１０ｂとで主に構成されている。この第１の素子搭載部材１１０は、基板部１１０ａの第１の主面に枠部１１０ｂが設けられて、第１の凹部空間Ｋ１が形成されている。
【００１４】
尚、この第１の素子搭載部材１１０を構成する基板部１１０ａは、例えばアルミナセラミックス、ガラス−セラミック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。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。
【００１５】
また、枠部１１０ｂは、基板部１１０ａの第１の主面の中央部を囲繞するように周辺部に設けられた封止用導体膜１１３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の第１の主面には、一対の第１の圧電振動素子搭載パッド１１１が設けられている。
【００１６】
第１の素子搭載部材１１０の第１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、第１の素子部材接続用端子１１２が設けられている。第１の圧電振動素子搭載パッド１１１と第１の素子部材接続用端子１１２の内の２つの端子は、第１の素子搭載部材１１０の第１の凹部空間Ｋ１内の基板部１１０ａに形成された部分を有する配線パターン（図示せず）と基板部１１０ａの内部に形成されたビア導体（図示せず）により接続されている。
【００１７】
第１の蓋部材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。このような第１の蓋部材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する。具体的には、第１の蓋部材１３０は、所定雰囲気で、素子搭載部材１１０の枠部１１０ｂ上に載置され、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、枠部１１０ｂに接合される。
【００１８】
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。
【００１９】
尚、第１の素子搭載部材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第１の圧電振動素子搭載パッド１１１、素子部材接続用端子１１２、封止用導体膜１１３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ビア導体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。
【００２０】
（第２の圧電デバイス）
第２の圧電デバイス１００は、第２の素子搭載部材２１０と第２の圧電振動素子２２０と第２の蓋部材２３０とで構成されている。第２の圧電振動素子２２０は、音叉型屈曲圧電振動素子２２０として説明する。図４に示すように、音叉型屈曲圧電振動素子２２０は、水晶片と、その水晶片の表面に設けられた励振用電極２２３ａ，２２３ｂ，２２４ａ及び２２４ｂと、接続用電極２２５ａ及び２２５ｂと、周波数調整用金属膜２２６ａ及び２２６ｂとにより概略構成される。
【００２１】
図４に示すように、水晶片は、例えば水晶からなり、平板状となる基部２２１と、この基部２２１の一辺から同一方向に延出している一対の振動腕部２２２とから構成されている。
【００２２】
図４に示すように、励振用電極２２３ａは、第一の振動腕部２２２ａの表裏主面に設けられている。また、励振用電極２２３ｂは、第一の振動腕部２２２ａの対向する両側面に設けられている。周波数調整用金属膜２２６ａは、第一の振動腕部２２２ａの表主面及び両側面の先端部に設けられている。接続用電極２２５ａは、基部２２１の第一の振動腕部２２２ａ側であって、基部２２１の表裏主面に設けられている。
【００２３】
また、励振用電極２２４ａは、第二の振動腕部２２２ｂの表裏主面に設けられている。また、励振用電極２２４ｂは、第二の振動腕部２２２ｂの対向する両側面に設けられている。周波数調整用金属膜２２６ｂは、第二の振動腕部２２２ｂの表主面及び側面の先端部に設けられている。また、接続用電極２２５ｂは、基部２２１の第二の振動腕部２２２ｂ側であって、基部２２１の表裏主面に設けられている。
【００２４】
なお、音叉型屈曲圧電振動素子２２０は、周波数調整用金属膜２２６ａ、２２６ｂを構成する金属の量を増減させることにより、その振動周波数値を所望する値に調整することができる。
【００２５】
図４に示すように、励振用電極２２４ａ、２２４ｂと、周波数調整用金属膜２２６ｂと接続用電極２２５ｂとは、水晶片の表面に設けられた、例えば導配線パターンにより電気的に接続している。接続用電極２２５ｂは、基部２２１に設けられている導配線パターンにより励振用電極２２３ａと電気的に接続している。また、接続用電極２２５ｂは、励振用電極２２４ｂと電気的に接続している。
【００２６】
また、励振用電極２２３ｂ、２２４ａと、周波数調整用金属膜２２６ａと接続用電極２２５ａとは、水晶片表面に設けられた、例えば導配線パターンにより電気的に接続している。接続用電極２２５ａは、励振用電極２２３ｂ及び周波数調整用金属膜２２６ａと電気的に接続している。また、基部２２１の表主面に設けられた導配線パターンは、励振用電極２２３ａ及び励振用電極２２４ｂと電気的に接続している。
【００２７】
なお、各励振用電極、接続用電極、周波数調整用金属膜、導配線パターンは、下地金属としてのＣｒ層と、その下地金属の上に重ねて設けられたＡｕ層とから構成されている。
【００２８】
この音叉型屈曲圧電振動素子２２０を振動させる場合、接続用電極２２５ａ及び２２５ｂに交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的にとらえると、第一の振動腕部２２２ｂの励振用電極２２３ｂは＋（プラス）電位となり、励振用電極２２３ａは−（マイナス）電位となり、＋から−に電界が生じる。一方、このときの第二の振動腕部２２２ｂの励振用電極は、第一の振動腕部２２２ａの励振用電極に生じた極性とは反対の極性となる。これらの印加された電界により、第一の振動腕部２２２ａ及び第二の振動腕部２２２ｂに伸縮現象が生じ、各振動腕部２２２に設定した共振周波数の屈曲振動を得る。
【００２９】
図１〜図２に示すように、第２の素子搭載部材２１０は、基板部２１０ａと、枠部２１０ｂとで主に構成されている。この第２の素子搭載部材２１０は、基板部２１０ａの第１の主面に枠部２１０ｂが設けられて、第２の凹部空間Ｋ２が形成されている。
【００３０】
尚、この第２の素子搭載部材２１０を構成する基板部２１０ａ及び枠部２１０ｂは、例えばアルミナセラミックス、ガラス−セラミック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２の凹部空間Ｋ２内で露出した基板部２１０ａの第１の主面には、一対の第２の圧電振動素子搭載パッド２１１が設けられている。
【００３１】
前記第２の素子搭載部材２１０の第２の圧電振動素子搭載パッド２１１が設けられている面とは反対側の主面には、第２の素子部材接続用端子２１２が設けられている。第２の圧電振動素子搭載パッド２１１と素子部材接続用端子２１２は、前記第２の素子搭載部材２１０の第２の凹部空間Ｋ２内の基板部２１０ａに形成された部分を有する配線パターン（図示せず）により接続されている。
【００３２】
第２の蓋部材２３０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。このような第２の蓋部材２３０は、第２の凹部空間Ｋ２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、第２の蓋部材２３０は、所定雰囲気で、第２の素子搭載部材２１０の枠部２１０ｂ上に載置され、枠部２１０ｂの封止用導体パターン（図示せず）と第２の蓋部材２３０の封止部材（図示せず）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、枠部２１０ｂに接合される。
【００３３】
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。
【００３４】
（デバイス搭載部材）
図１〜図３に示すように、デバイス搭載部材３１０は、基板部３１０ａと、脚部３１０ｂとで主に構成されている。脚部３１０ｂは、例えば枠部材、一対の壁部材または複数の柱部材などである。このデバイス搭載部材３１０は、基板部３１０ａの第２の主面に脚部３１０ｂが設けられて、第３の凹部空間Ｋ２が形成されている。
【００３５】
尚、このデバイス搭載部材３１０を構成する基板部３１０ａ及び脚部３１０ｂは、例えばアルミナセラミックス、ガラス−セラミック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。
【００３６】
前記基板部３１０ａの第１の主面には、第１の圧電デバイス搭載パッド３１１が設けられている。また、図３に示すように、第３の凹部空間Ｋ３内で露出した基板部３１０ａの第２の主面には、第２の圧電デバイス搭載パッド３１２が設けられている。また、図３に示すように、脚部３１０ｂの第２の主面には、外部接続用電極端子Ｇが設けられている。また、外部接続用電極端子Ｇのうちの１つが、グランド端子であっても構わない。
【００３７】
第１の圧電デバイス搭載パッド３１１及び第２の圧電デバイス搭載パッド３１２は、デバイス搭載部材３１０の基板部３１０ａに形成された部分を有する配線パターン（図示せず）とビア導体（図示せず）により、外部接続用電極端子Ｇと接続されている。
【００３８】
図２に示すように、第１の圧電デバイス搭載パッド３１１は、第１の圧電デバイス１００の前記第１の素子部材接続用端子１１２と導電性接合材ＤＨを介して電気的に接合されている。導電性接合材ＤＨは、例えば、半田等や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る。
【００３９】
また、図２に示すように、第２の圧電デバイス搭載パッド３１２は、第２の圧電デバイス２００の前記第２の素子部材接続用端子２１２と導電性接合材ＤＨを介して電気的に接合されている。つまり、第３の凹部空間Ｋ３内に収容されるようにして、第２の圧電デバイス２００は、第２の圧電デバイス搭載パッド３１２に接合されている。
【００４０】
このようにして、第１の圧電デバイス１００の前記第１の素子部材接続用端子１１２及び第２の圧電デバイス２００の前記第２の素子部材接続用端子２１２は、第３の素子搭載部材３１０の脚部３１０ｂの第２の主面に設けられている外部接続用電極端子Ｇと電気的に接続されている。
【００４１】
本発明の複合型圧電デバイス４００によれば、基板部３１０ａおよび脚部３１０ｂを含むデバイス搭載部材３００と、基板部３１０ａの第１の主面に接合された第１の圧電デバイス１００と、基板部３１０ａの第２の主面に接合されている第２の圧電デバイス２００とを備えていることによって、第１の圧電振動素子１２０と第２の圧電振動素子２２０のいずれか１つの発振周波数が変動し、周波数特性が悪い場合でも、第１の圧電デバイス１００と第２の圧電デバイス２００のどちらか１つを廃棄するだけなので、両方とも廃棄する必要がなく、生産性を向上させることができる。
【００４２】
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。
【００４３】
また、図１および図２に示された構造においては、平板型圧電振動素子１２０を有する圧電デバイスが基板部３１０ａの上側に設けられているとともに音叉型屈曲圧電振動素子２２０を有する圧電デバイスが基板部３１０ａの下側に設けられているが、その逆で、音叉型屈曲圧電振動素子２２０を有する圧電デバイスが基板部３１０ａの上側に設けられているとともに平板型圧電振動素子１２０を有する圧電デバイスが基板部３１０ａの下側に設けられている構造であってもよい。一般的に、音叉型屈曲圧電振動素子２２０を有する圧電デバイス２００の方が平板型圧電振動素子１２０を有する圧電デバイスよりも小型に作製することができるため、図１および図２に示されているように、音叉型屈曲圧電振動素子２２０を有する圧電デバイスが基板部３１０ａの下側に設けられており、デバイス搭載部材３１０の脚部３１０ｂ内に設けられている構造が好ましい。
【００４４】
なお、第１の圧電振動素子１２０を平板型圧電振動素子とするとともに第２の圧電振動素子２２０を音叉型屈曲圧電振動素子として説明したが、第１および第２の圧電振動素子１２０、２２０が、例えば表面弾性波（ＳＡＷ）素子等の他の圧電振動素子であってもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１１０・・・第１の素子搭載部材
２１０・・・第２の素子搭載部材
３１０・・・デバイス搭載部材
１１０ａ、２１０ａ、３１０ａ・・・基板部
１１０ｂ、２１０ｂ・・・枠部
３１０ｂ・・・脚部
１１１・・・第１の圧電振動素子搭載パッド
２１１・・・第２の圧電振動素子搭載パッド
１１２・・・第１の素子部材接続用端子
２１２・・・第２の素子部材接続用端子
３１１・・・第１の圧電デバイス搭載パッド
３１２・・・第２の圧電デバイス搭載パッド
１２０・・・第１の圧電振動素子
２２０・・・第２の圧電振動素子（音叉型屈曲圧電振動素子）
１３０・・・第１の蓋部材
２３０・・・第２の蓋部材
１００・・・第１の圧電デバイス
２００・・・第２の圧電デバイス
３００・・・デバイス搭載部材
４００・・・複合型圧電デバイス
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
ＤＨ・・・導電性接合材
ＨＢ・・・封止用導体膜
Ｇ・・・外部接続用電極端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の主面を有する基板部と、前記基板部の前記第２の主面に設けられた脚部とを含むデバイス搭載部材と、
第１の凹部空間を有する第１の素子搭載部材と前記第１の凹部空間内に搭載されている第１の圧電振動素子とを含んでおり、前記基板部の前記第１の主面に接合された第１の圧電デバイスと、
第２の凹部空間を有する第２の素子搭載部材と前記第２の凹部空間内に搭載されている第２の圧電振動素子とを含んでおり、前記基板部の前記第２の主面に接合されている第２の圧電デバイスと、を備えていることを特徴とする複合型圧電デバイス。
【請求項１】
第１および第２の主面を有する基板部と、前記基板部の前記第２の主面に設けられた脚部とを含むデバイス搭載部材と、
第１の凹部空間を有する第１の素子搭載部材と前記第１の凹部空間内に搭載されている第１の圧電振動素子とを含んでおり、前記基板部の前記第１の主面に接合された第１の圧電デバイスと、
第２の凹部空間を有する第２の素子搭載部材と前記第２の凹部空間内に搭載されている第２の圧電振動素子とを含んでおり、前記基板部の前記第２の主面に接合されている第２の圧電デバイスと、を備えていることを特徴とする複合型圧電デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２１６９０１（Ｐ２０１２−２１６９０１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７９０００（Ｐ２０１１−７９０００）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【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）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【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）】
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