JPH09181558A

JPH09181558A - 圧電素子及び樹脂封止型圧電部品

Info

Publication number: JPH09181558A
Application number: JP34143795A
Authority: JP
Inventors: Mutsuaki Hirota; 睦明廣田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1995-12-27
Filing date: 1995-12-27
Publication date: 1997-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】耐湿性に優れた圧電素子を提供する。また、
この圧電素子を利用して、安価で取り扱いの容易な樹脂
封止型圧電部品を提供する。【解決手段】圧電基板１上に電極２、３を形成し、こ
の圧電基板１に溌水被膜４を形成した圧電素子１０であ
る。また、この圧電素子１０を平板状基板２１、筺体状
基板２４で構成される容器に収容するにあたり、特に、
接合部材２５として樹脂を用いて、接合封止した樹脂封
止型圧電部品２０である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、溌水処理した圧電
素子、及びこれを容器に収容した樹脂封止型圧電部品に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、圧電素子は、圧電効果（電わい効果）の圧電基板を
用いた素子であり、例えば、共振子、フィルタなどが例
示できる。また、このような圧電素子は、外部に導出さ
れる電極が形成された容器に収納されてプリント配線基
板などに実装されていた。尚、圧電素子を容器に収納し
た状態を圧電部品という。

【０００３】また、圧電素子は圧電基板のバルク波を利
用したものや、圧電基板の表面に発生する弾性波を利用
したものがある。

【０００４】例えば、前者の場合、ＰＺＴ（チタン酸ジ
ルコン酸鉛）、ＰＴ（チタン酸鉛）などの分極処理した
圧電磁器基板、水晶などの所定結晶方位を利用した圧電
単結晶基板などの圧電基板に、圧電基板の厚み方向に互
いに対向する電極を形成していた。

【０００５】このような圧電素子を有する圧電部品は、
容器を構成する平板状基板と筺体状基板の一方に、前記
外部導出可能な電極と圧電素子の電極とを電気的に接続
するにように固定して、平板基板と筺体状基板とを封止
部材によって接合することによって形成されていた。容
器の材料としては、樹脂、セラミックなどが例示でき、
封止部材の材料として、樹脂、ガラス、半田などが例示
できる。

【０００６】ところが、過酷な使用条件で用いられる圧
電部品において、封止部材として、樹脂を用いると、こ
の封止部から水分が浸入してしまい、圧電素子上に露結
・氷結してしまい、安定した振動特性が得られないとい
う問題があった。

【０００７】このために、平板状基板、筺体状基板にセ
ラミックを用い、封止部材に低融点ガラスなどを用いて
いた。しかし、接合部材に低融点ガラスを用いてガラス
封止処理時に、３６０〜４００℃の熱処理を行う必要が
ある。

【０００８】この時に、圧電基板のキューリー点を越え
ることがあり、圧電特性が消失することから、ガラス封
止した圧電部品の圧電素子は、専ら圧電単結晶の圧電素
子に用いられていた。また、上述の熱処理を行うため
に、圧電素子と容器に形成した外部導出用の電極との接
合に、例えば、高価なポリイミド導電性樹脂ペーストを
用いる必要があった。

【０００９】上述の耐湿性を向上させた圧電部品では、
バルク波を用いた圧電素子のみならず、圧電基板の表面
に発生する弾性波を利用したものでも同様のことが言え
る。

【００１０】即ち、圧電部品の耐湿信頼性を向上させる
ためには、容器の構成、特にガラス封止などを用いて気
密的に封止しなくてはならず、この時の封止時の熱処理
温度は圧電素子の特性を充分に配慮する必要があった。

【００１１】本発明は、上述の問題点に鑑みて案出され
たものであり、その目的は、圧電素子そのものに耐湿性
を持たせ、これにより、湿気や露結による特性の変動を
抑えることができる圧電素子を提供することにある。

【００１２】また、別の目的は、この圧電素子を用いる
ことによって、容器の構成、特に、封止部材の処理を簡
略化して、安価で、取り扱い容易な圧電部品を提供する
ものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第１の発明によれば、圧
電基板の少なくとも一方主面に、圧電効果を発生させる
電極を形成するとともに、前記圧電基板及び電極の表面
に溌水被膜を形成した圧電素子である。

【００１４】ここで、圧電素子の電極が少なくとも一方
主面に形成したとは、例えば圧電基板に発生するバルク
波を用いる圧電素子の場合、圧電基板の両主面にその一
部が互いに対向しあう電極を形成する必要があり、ま
た、表面に発生する弾性波を用いた圧電素子には、一方
主面のみに電極が形成している。

【００１５】また、このような圧電素子は、平板状基
板、筺体状基板からなる容器に収容するとともに、該平
板状基板と筺体状基板との接合部材として、樹脂によっ
て接合封止した樹脂封止型圧電部品である。

【００１６】

【作用】第１の発明によれば、圧電素子の表面には、溌
水被膜を被覆したため、容器の構造に係わらず、容器内
に拡散した水分が、圧電素子の表面に付着しようとして
も、この水分を有効にはじくことができ、また、素子の
表面に露結を発生させることがない。従って、圧電基板
の変質や、電極の腐蝕、質量の変化によって発生する圧
電素子としての特性（周波数）の変動を有効に抑えるこ
とができる。

【００１７】第２の発明によれば、圧電素子自体の耐湿
信頼性が向上するために、容器を構成する平板状基板、
筺体状基板の材料、さらに、この両者の接合する材料に
耐湿性を配慮することが不要となり、特に、封止部材と
して低温で処理可能な樹脂を用いることができる。この
樹脂の使用によって、封止の熱処理温度が低温で処理で
きることから、使用可能な圧電素子の規制がなくなり、
安価で取り扱い容易で、且つ封止加工も簡単となり、全
体として低コストの樹脂封止型圧電部品となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の圧電素子を図面に
基づいて説明する。

【００１９】図１は、本発明の圧電素子の外観斜視図で
ある。尚、圧電素子として、圧電磁器基板を用い、電極
を圧電基板の両主面に形成した厚みすべり振動子を例に
説明する。

【００２０】図１において、１０は圧電素子であり、こ
の圧電素子１０は分極処理した圧電磁器基板（以下、圧
電基板という）１と、圧電基板１の両主面に形成された
電極２、３、溌水被膜４とから構成されている。

【００２１】圧電基板１は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン
酸鉛）などから成り、厚み方向に分極処理がされてい
る。

【００２２】この圧電基板１の両主面には、Ａｇなどを
薄膜技法によって形成した電極２、３が形成されてい
る。

【００２３】電極２は、圧電基板１の一方主面に、短辺
の一方端部から中央部にかけて被着・形成され、また、
電極３は、圧電基板１の他方主面に、短辺の他方端部か
ら中央部にかけて被着・形成されている。これによっ
て、圧電基板１の中央部付近においては、電極２と電極
３とが互いに所定面積で対向していることになる。

【００２４】このような電極２、３が被着形成された圧
電基板１には、溌水処理として、溌水被膜４が被着形成
されている。

【００２５】溌水被膜４は、溶剤を希釈したフッ素ポリ
マー溶液を塗布し、乾燥することによって形成される。
例えば、溶剤を希釈したフッ素ポリマー溶液に圧電基板
１を浸漬し、遠心装置で余分な溶液を除去して、８０〜
１５０℃の乾燥処理することによって形成する。また、
スピンコートや印刷によって圧電基板１に塗布して、乾
燥処理を行っても構わない。

【００２６】このようにして形成された溌水被膜４の膜
厚は、０．１μｍ程度であり、その被膜が絶縁被膜とし
て作用することがないため、電極２、３と外部回路との
電気的な接続も支障なく行える。

【００２７】このような溌水被膜４は、ポリフレオロア
ルキル基を含有する（メタ）アクリレートと水配基を含
有するメタアクリレートとの共重合体を形成することに
よって構成したり、また、減圧ＣＶＤ法を使ってＳｉＯ
₂膜、クロロシリコーン膜を形成することによって構成
することもできる。

【００２８】以上の圧電素子１０によれば、圧電素子１
０の表面に湿気や水分が付着しようとしても、水分、湿
気などを有効にはじくことができ、圧電素子１０を収容
する容器内部の湿度及び内部と外気との温度の差によっ
て露結が発生する状態となっても、圧電素子１０の表面
溌水作用により、圧電素子１０の表面に発生せず、容器
の内壁側に生じさせることができる。

【００２９】これらによって、圧電基板１の変質、電極
２、３の変質や腐蝕などを防止でき、また、圧電素子１
０の発振周波数が変動することがない、安定した特性を
長期間にわたり導出できるものとなる。

【００３０】また、圧電素子１０自身に、溌水被膜４に
よって耐湿性が向上するため、容器の構造、材料を、気
密性の高い構造や気密性の高い材料とする必要がないた
め、安価な圧電部品とすることができる。

【００３１】上述の説明は、圧電基板１として、バルク
波を利用した圧電素子を例としたが、圧電基板の表面の
弾性波を利用した圧電素子では、圧電基板の一方主面
に、間隔が非常に狭い櫛歯状の電極を形成するが、この
ような圧電素子に対して溌水被膜４を形成することによ
って振動電極材料のマイグレーション防止に非常に大き
な効果を奏することになる。また、圧電基板の変質の一
例としは、四ホウ酸リチウム基板などが例示できる。即
ち、この基板は、水分によって組成が変化してしまい、
これによって所定特性が導出できなくなることがある
が、このようなことが一切発生しない。

【００３２】図２は、第２の発明である圧電部品であ
る。

【００３３】圧電部品２０は、上述の圧電素子１０、平
板状基板２１、圧電素子１０が収納される領域が形成さ
れた筺体状基板２４、圧電素子１０の電極２、３と接続
する端子電極２２、２３、両基板２１、２４とを封止す
る封止部材２５、接続手段２６、２７とから構成されて
いる。

【００３４】平板状基板２１、筺体状基板２４は、セラ
ミック、エポキシ樹脂、液晶ポリマー樹脂などからな
り、いずれか一方に、プリント配線基板に接合及び外部
回路との接続を達成するための端子電極２２、２３が形
成されている。図２では、平板状基板２１の端部、即
ち、表面、端面、裏面の３面にかけて形成されている。

【００３５】このなような端子電極２２、２３は、例え
ば基板２１の表面にＡｇなどの導電性ペーストの焼きつ
けにより形成されたり、また、基板を形成する際に金属
平板部材などの一体形成時に、同時に形成されたりす
る。

【００３６】実施例では、端子電極２２、２３が、平板
状基板２１上に配置される圧電素子１０の長手方向の両
端部に相当する位置にまで延出し、この延出された部分
に、接続部材２６、２７を介して電気的に接続され、且
つ機械的に接合されている。

【００３７】接続部材２６、２７は、例えば、Ａｇなど
の導電性粉末が混練された導電性樹脂ペーストを用い
て、塗布、乾燥によって形成される。特に、圧電素子１
０と平板状基板２１との間に振動空間を確保する方法と
して、必要に応じて導電性ペースト中にギャップ材を混
入しておいても構わない。また、端子電極２２、２３が
金属平板部材で形成されている場合には、金属平板部材
の厚みを利用しても構わない。

【００３８】このようにして、圧電素子１０が配置され
４平板状基板２１上には、筺体状基板２４、圧電素子１
０を被覆するようにして接合・封止されている。筺体状
基板２４は、圧電素子１０を収納し得る凹部が形成され
ている。

【００３９】この平板状基板２１と筺体状基板２４との
接合は、筺体状基板２４の凹部の周囲面に接合部材２５
を介して封止されている。

【００４０】封止部材２５は、エポキシ樹脂などの熱硬
化性樹脂、紫外線硬化樹脂などが例示できる。

【００４１】従来、容器（平板状基板２１と筺体状基板
２４）の気密性を重視するためにセラミック製の平板状
基板とセラミック製筺体状基板を用い、両者の接合部材
として低融点ガラスなどを用い、３００℃以上の高温で
ガラス封止していた。また、接合面部分にメタライズ層
を形成しておき、シーム溶接処理をしていた。さらに、
金属製平板基板と金属製筺体状基板を用いて、両者を溶
接接合していた。

【００４２】これに対して、本発明では、平板状基板２
１と筺体状基板２４との接合を、樹脂封止部材２５で封
止している。封止には、例えば平板状基板２１と筺体状
基板２４との接合部分に封止部材２５となる樹脂を塗布
し、１次硬化（８０℃程度）させて、その後両者を仮接
合して、キュア処理（１５０〜２００℃）して完全に接
合していた。

【００４３】従って、圧電部品２０では、封止部材２５
に樹脂を用いているため、接合工程の熱処理温度が、高
々２００℃程度であるため、圧電基板１に分極処理を施
したとしても、例えば、圧電基板１の分極が消失するこ
とがなく、圧電特性を安定して導出できる。

【００４４】また、圧電層１の電極と端子電極２２、２
３との接続を達成する接続手段２６、２７についても、
この接続手段２６、２７に加わる熱が低いため、半田接
合や導電性樹脂などその材料の選択の幅も広がる。

【００４５】さらに、樹脂の封止部材２５により、接合
部材の材料が安価となり、しかも、簡単な接合工程で達
成されることからも、製造工程が簡略化して、安価な圧
電部品２０となる。

【００４６】尚、接合部材２５に樹脂を用いたため、接
合部における耐湿信頼性が低下してしまうものの、圧電
素子１には溌水被膜４が形成されているため、圧電部品
２０全体としての耐湿信頼性の低下を防止している。

【００４７】従って、この封止部材２５の他に、容器を
構成する平板状基板２１、筺体状基板２４の材料として
も、セラミック材料や金属材料を用いる必要もなくなる
ため、圧電部品２０としては一層安価なものとなる。

【００４８】図３は、表面弾性波、または圧電基板の表
面近傍の弾性波を利用した圧電素子１０を用いた圧電部
品３０の断面図である。

【００４９】図において、圧電素子１０は、平板状基板
２１の表面に樹脂接着材などを介して直接被着される。

【００５０】そして、圧電素子１０の各振動電極に接続
する入出力パッドは、ベース基板２１の表面に延出され
た端子電極２２、２３とが、ワイヤボンディング細線な
どの接続手段２６、２７によって接続される。

【００５１】その後、筺体状基板２４が樹脂の接合部材
２５を介して接合される。

【００５２】以上のように、本発明によれば、圧電素子
１０に溌水被膜４を形成して溌水処理を施しているた
め、圧電素子１０自身の耐湿信頼性が大きく向上し、こ
れによって、圧電素子１０の周波数変動を未然に防止す
るとともに、電極２、３の腐蝕やマイグレーションなど
を有効に防止することができる。

【００５３】尚、上述の実施例では、圧電素子１０とし
ては、短冊状の圧電基板１の両主面に振動電極２、３を
形成した素子、平板状の圧電基板１の一方主面に櫛歯電
極状の振動電極を形成した素子を例示したが、その他
に、音叉型の水晶材料の圧電基板であってもよい。

【００５４】また、図２、図３では、圧電素子１０を平
板状のベース基板２１に配置しているが、端子電極２
２、２３を筺体状基板２４側に形成し、筺体状基板２４
に圧電素子１０を収容した後、平板状基板２１で被覆接
合しても構わない。

【００５５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、圧電素
子の表面に溌水処理を施したため、圧電振動子自体に耐
湿性を持たせることができ、これにより、湿気や露結に
よる特性の変動を抑えることができる。

【００５６】また、圧電素子自体に耐湿性を持たせるこ
とができるため、圧電素子と外部との回路を接続し、且
つ圧電素子を収容する容器の耐湿信頼性を低下させて
も、圧電部品全体としての耐湿信頼性が低下しないた
め、容器の材料、容器の構造、接合手段の材料、構造な
どの選択の幅を大きくでき、その結果、圧電部品とした
安価で、且つ接続方法、取り扱いが非常に容易となる樹
脂封止型圧電部品である。

【００５７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電素子の外観斜視図である。

【図２】図１に示す圧電素子を用いた樹脂封止型圧電部
品の断面図である。

【図３】本発明の他の樹脂封止型圧電部品の断面図であ
る。

【符号の説明】１０・・・圧電素子１・・・圧電基板２、３・・電極４・・・溌水被膜２０、３０・・・樹脂封止型圧電部品２１・・平板状基板２２、２３・・・端子電極２４・・筺体状基板２５・・接合部材２６、２７・・・接続手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電基板の少なくとも一方主面に、圧電
効果を発生させる電極を形成するとともに、前記圧電基
板及び電極の表面に溌水被膜を形成したことを特徴とす
る圧電素子。
【請求項２】請求項１記載の圧電素子を、平板状基板
と素子収納領域が形成された筺体状基板とからなる容器
に収容するとともに、該平板状基板と筺体状基板とを樹
脂によって接合封止したことを特徴とする樹脂封止型圧
電部品。