JPH11234079A - チップ型圧電部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電素子板の両主面に封止板を積層したチッ
プ型圧電部品の信頼性を向上させる。 【解決手段】 圧電素子板１０の両主面の端子電極５
１、５２上に導電体層６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ
を形成し、該導電体層が形成された圧電素子板の両面に
封止板２１、２２を絶縁性接着剤で積層し、導電体層と
封止板との間にも接着剤が介在するようにする。積層
後、圧電素子板上の導電体層及び端子電極が、封止板上
に設けられた実装用電極３１ａ、３１ｂと電気的に接続
される。導電体層の厚みが３〜１００μｍ、導電体層と
封止板の振動空隙部との間の最短距離が１００μｍ以上
であることが好ましい。また、導電体層は、端子電極全
体上に形成してもよい。これにより、機械的強度及び封
止性を保持しつつ、電気的接続の信頼性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、圧電共振子や圧電フィル
タ等のチップ型圧電部品に関し、特に、信頼性を向上さ
せることができるチップ型圧電部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電部品においては、従来より、圧電素
子板の保護あるいは不要振動を抑圧することを目的とし
て、振動電極が形成された圧電素子板の両主面に封止板
が接着され、封止板の外周部に実装用の外部電極が形成
されたチップ型圧電部品が用いられている。このような
圧電部品は、圧電素子を容器に封入した構成の圧電部品
に比べて、サイズを小型化することができるので、実装
スペースの削減を図ることができる。このようなチップ
型圧電部品を作製するためには、圧電素子板と封止板と
を積層した後、圧電素子板上の端子電極（すなわち、引
き出し電極）と封止板上の実装用電極（すなわち、外部
電極）とを電気的に接続する必要がある。この電気的接
続は、圧電素子板上の端子電極の断面を用いて接続する
ことになるが、端子電極を蒸着等により形成した場合に
は、電極の断面積が極めて狭いため、電気的接続の接続
面積も狭小になってしまう。したがって、電気的接続の
不良等の問題が生じてしまい、信頼性が低下してしまう
という問題点がある。

【０００３】このような問題点を解決するために、以下
の従来例１及び２のチップ型圧電部品が提案されてい
る。 従来例１：図３に示すように、振動空隙部７が設けられ
た封止板２の２つの端辺の中央部に、凹部８ａ、８ｂ
（または、切り欠き部でもよい）を形成している。他方
の封止板も同様の構成を有している。そして、該凹部８
ａ、８ｂにおいて導電体により圧電素子板上の端子電極
と封止板２上の実装用電極とを電気的に接続する。この
ように構成することにより、圧電素子板上の端子電極を
封止板の凹部８ａ、８ｂに露出させることができるの
で、電極の接続面積を大きくすることができる。よっ
て、電気的接続の信頼性を改善することができる。（実
開平４−３４０１７号公報参照） 従来例２：圧電素子板と封止板とを接着するための接着
剤を、端子電極近傍では導電性接着剤とし、それ以外は
絶縁性接着剤とし、それにより、電気的接続の信頼性を
改善する。（特開平３−２６５２０７号公報参照）

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来例１のチップ型圧電部品においては、端子電極と
外部電極との電気的接続を行っている凹部または切り欠
き部で、封止板が薄くなっているかまたは圧電素子板が
露出している。したがって、該チップ型圧電部品の実装
時や他の部品との接触等により、この凹部または切り欠
き部に衝撃が加わって損傷または破損が生じてしまう恐
れがある。このような損傷または破損が生じると、電気
的接続の信頼性が損なわれてしまうとともに、破損部か
ら亀裂が進行してしまい、封止性が損なわれてしまう。
また、端子電極と外部電極との電気的接続を導電性接着
剤により行っている従来例２のチップ型圧電部品におい
ては、導電性接着剤が絶縁性接着剤と比べて一般に接着
強度が低いことから、衝撃等で剥離しやすいという問題
点があり、電気的接続及び封止性の信頼性を十分に満足
するものではない。さらに、導電性と絶縁性との２種類
の接着剤を精度よく塗布する必要があるので、製造時に
接着剤を塗布する際に注意を払う必要がある。

【０００５】以上のように、従来例のチップ型圧電部品
は、電気的接続、封止性、及び機械的強度の信頼性、さ
らには、製造の容易性等において、必ずしも十分に満足
できるものではなかった。本発明はこのような従来例の
問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、電気的
接続、封止性、及び機械的強度の信頼性が高く、しかも
製造が容易なチップ型圧電部品を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明のチップ型圧電部品は、圧電素子板に形
成された端子電極の上の少なくとも実装用電極との接続
部近傍に導電体層を形成して、該導電体層及び端子電極
が実装用電極と電気的に接続されるようにし、かつ該導
電体層と封止板とを絶縁性接着剤で接着したことを特徴
としている。本発明のチップ型圧電部品においては、導
電体層と封止板の振動空隙部との間の最短距離は該導電
体層の厚みより大きく設定することが好ましく、特に、
導電体の厚みを３〜１００μｍ、導電体層と封止板の振
動空隙部との間の最短距離を１００μｍ以上とすること
が好ましい。

【０００７】

【発明の実施の態様】図１は、本発明の一実施例のチッ
プ型圧電部品を示しており、図１の（Ａ）は該部品の外
観斜視図、（Ｂ）は該チップ型部品中の圧電素子板の斜
視図である。図中、１０は圧電素子板、２１、２２は圧
電素子板１０を挟んで積層された封止板、３１ａ、３１
ｂは実装用電極、４１、４２は圧電素子板の表裏に形成
された振動電極、５１、５２は端子電極（引き出し電
極）を表している。圧電素子板１０上の端子電極５１、
５２それぞれの両側部には、該端子電極上に導電性物質
を重ね塗りすることにより形成された導電体層６１ａ、
６１ｂ、６２ａ、６２ｂが設けられている。また、これ
らの導電体層と封止板２１、２２との間にも、圧電素子
板と封止板とを積層し接着するための絶縁性接着剤が介
在している。導電体層は、図１の（Ｂ）に示したよう
に、圧電素子板１０の表裏それぞれの面の２つの隅に形
成する代わりに、図２に示すように、端子電極５１、５
２全体を覆うように長方形に形成してもよく、更に、任
意の形状にしてもよい。

【０００８】導電体層６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ
（又は、６１、６２）は、その厚さが３〜１００μｍ程
度に設定することが好ましい。これは、次の理由による
ものである。封止板と圧電素子板とを接着するために４
０〜５０μｍ程度の厚さの絶縁性接着剤が用いられてい
ることから、導電体層を１００μｍを越える厚さにする
と、絶縁性接着剤がその流動特性によって導電体層の周
囲に流れ込まない空乏部分ができてしまい、これによ
り、部品の封止性を悪化させてしまう。また、導電体層
を３μｍ未満にすると、重ね塗りの効果が十分ではな
く、電気的接続の十分な信頼性が得られない。

【０００９】また、圧電素子板１０と封止板２１、２２
とを積層した状態で、導電体層が封止板２１、２２の振
動空隙部の端から１００μｍ以上離れていることが好ま
しい。これは、導電体層の周囲に接着剤が流れ込まない
空乏部分が生じたとしても、導電体層の厚さが１００μ
ｍ以下であるから、空乏部分の範囲は該導電体層の端か
ら高々１００μｍとなり、したがって、振動空隙部から
１００μｍ以上離れて導電体層を形成すれば、振動空隙
部と空乏部分との間に絶縁性接着剤で密着された部分が
必ず形成されて、封止性を保つことができるからであ
る。導電体層を振動空隙部の１００μｍ以内に近づける
と、封止性が悪化してしまい、信頼性を低下させてしま
う恐れがある。これらの導電体層は、低温で硬化する銀
ペースト、導電性接着剤等によって形成される。

【００１０】本発明のチップ型圧電部品は、基本的に
は、以下のステップａ〜ｆにより形成される。 ａ．圧電素子板１０の両主面にそれぞれ、振動電極４
１、４２及び端子電極５１、５２からなる電極パターン
を形成する。 ｂ．端子電極５１、５２上に導電体層６１ａ、６１ｂ、
６２ａ、６２ｂ又は、６１、６２を形成する。 ｃ．振動電極４１、４２と対向する位置に窪みすなわち
振動空隙部を有する封止板を形成する。 ｄ．封止板２１、２２に実装用電極３１ａ、３１ｂを形
成する。 ｅ．圧電素子板１０の両面に封止板２１、２２を積層し
接着する。 ｆ．圧電素子板１０の端子電極５１、５２と封止板２
１、２２の実装用電極３１ａ、３１ｂとを電気的に接続
する。 ステップａ〜ｆは、必ずしもその順番である必要がない
ことは明らかであろう。例えば、ステップａ及びｂより
前にステップｃ及びｄを実行してもよく、また、同時に
実行してもよい。さらに、ステップｄはステップｃより
も先に実行してもよい。

【００１１】圧電素子板１０の材質としては、チタン酸
鉛系セラミックスやニオブ酸リチウム単結晶等の圧電材
料が用いられ、圧電部品の周波数等の仕様によって適宜
選択される。封止板２１、２２の材質としては、アルミ
ナ、コージェライト、チタン酸ストロンチウム系の誘電
体セラミックス等の無機材料が、封止性が高く好適であ
る。また、無機材料によっては静電容量を得ることがで
きるものもあり、このような材料を用いれば、静電容量
内蔵型のチップ型圧電部品を提供することが可能とな
る。加工しやすいエポキシ樹脂等も封止板２１、２２と
して採用することが可能であるが、耐熱性が無機材料に
比較して劣っていることを念頭に入れて、用いる必要が
ある。

【００１２】ステップａにおいて、圧電素子板１０上の
振動電極４１、４２及び端子電極５１、５２からなる電
極パターンは、銀等を蒸着又はスパッタリングし、レジ
ストインクを印刷した後にエッチングする、一般的な方
法により形成される。ステップｂにおいて、導電体層６
１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂまたは６１、６２は、低
温で硬化する特性を有する銀ペースト、導電性接着剤等
を、印刷及び熱処理することにより形成される。導電体
層の形状は、半円形、長方形、台形等、任意の形状でよ
いが、その厚みおよび振動空隙部からの距離を、該導電
体層の形成によって圧電部品の封止性が損なわれないよ
うに設定する必要がある。

【００１３】ステップｄにおいて、封止板２１、２２上
の実装用電極３１ａ、３１ｂは、銀ペーストの焼き付
け、導電性接着剤の塗布、無電解メッキ、スパッタや蒸
着による金属膜の形成等によって、形成される。ただ
し、導電性接着剤は一般に、半田塗れ性が良好とは言い
難く、また、無電解メッキのみでは電極の劣化が生じて
しまうことがあるので、これらを採用した場合には、電
極形成後に、電解メッキ等によりスズ被膜を形成するこ
とが望ましい。なお、このような電解メッキは、外部電
極と内部電極、すなわち実装用電極と端子電極とを接続
した後に行うこともできる。ステップｅにおいて、圧電
素子板１０の両主面に封止板２１、２２を接着により積
層する場合には、封止性及び耐熱性の面から、エポキシ
系接着剤やポリイミド系接着剤を用いることが好まし
い。

【００１４】ステップｄにおいて、圧電素子板１０上の
端子電極５１、５２及び導電体層６１ａ、６１ｂ、６２
ａ、６２ｂ又は６１、６２と封止板１上の実装用電極３
１ａ、３１ｂとを電気的に接続するために、導電体でか
つ低温で硬化できる銀ペーストまたは導電性接着剤を用
い、該導電体をスクリーン印刷またはディッピングする
ことにより電気的接続を行う。これ以外にも、無電解メ
ッキ、スパッタリング、あるいは蒸着等の手法も採用す
ることができる。さらに、端子電極５１、５２と実装用
電極３１ａ、３１ｂとを電気的に接続した導電体の機械
的強度を高めるために、該導電体上を電解メッキにより
金属被膜することが好ましい。

【００１５】図１に示した本発明のチップ型圧電部品
は、１素子分づつ独立して製造することもできるが、多
素子分の電極パターンが形成された圧電素子ウエハと多
素子分の振動空隙部が形成された封止板とを積層接着
し、ダイシングマシンによって１素子分に切り出す方法
によれば、大量に製造することができ、素子の生産コス
トを低減することができる。本発明の技術思想に基づい
てチップ型圧電部品を実験的に製造し、かつその特性等
について測定したが、その結果について以下に説明す
る。

【００１６】実験例１ チタン酸鉛系圧電材料を３０ｍｍ×４０ｍｍ×１５ｍｍ
のブロック状に成型して焼成した後、平板状にスライス
し、ラップ盤で０．２２ｍｍの厚さに研磨し、圧電素子
板を形成した。そして、圧電素子板の両面全面に銀電極
を蒸着し、分極し、５０素子分の電極パターンをレジス
トで印刷し、エッチングにより不要なパターンを除去
し、その後洗浄してレジストを除去した。なお、１素子
分の電極パターンは、図１の（Ｂ）に示されているよう
に、振動電極と該振動電極に接続された端子電極とから
なるパターンである。その後、圧電素子板上の電極パタ
ーンの端子電極上に、エポキシ−銀系ペーストを用いて
厚さ４０μｍの５０素子分の導電体層を形成した。１素
子分の導電体層は、図１の（Ｂ）に示されているように
表面の２隅部に設けられ、それぞれ半径３００μｍの１
／４円形で、積層状態で振動空隙部の端から７１０μｍ
離間して配置されるようにした。圧電素子板の裏面に
ついても、同様に導電体層を形成した。

【００１７】次に、アルミナ粉末を有機バインダと混合
して造粒し、これを５０素子分の封止板が形成されるよ
う板状にプレス加工し、焼成した。このとき、プレス加
工においては、圧電素子板上の振動電極に対向する部分
に深さが０．１５ｍｍの凹部を設けることにより振動空
隙部が形成されるようにした。さらに、圧電素子板との
密着性を向上させるために、振動空隙部が形成された面
を研磨して、厚さを０．５ｍｍとした。そして、振動空
隙部が設けられていない面上に２本の実装用電極を、銀
−パラジウム合金を含んだペーストで印刷し、焼き付け
た。このようにして、５０素子分の封止板を２つ形成し
た。

【００１８】そして、形成された１つの圧電素子板を２
つの封止板で挟み込むようにして、絶縁性のエポキシ系
接着剤で接着積層し、これをダイシングマシンにより１
素子分づつに分割した。接着剤は、その厚さが平均４０
μｍであり、圧電素子板の導電体層に対応する部分にも
塗布した。分割された１素子の２つの封止板上の実装用
電極同士を、導電性ペーストをスクリーン印刷により塗
布して、電気的に接続した。また、このとき、導電性ペ
ーストを圧電素子板上の導電体層が側面に露出した断面
部分にも塗布した。その後、バレルメッキを施して、導
電性ペーストと銀パラジウムからなる実装用電極との上
に半田層を析出させ、図１に示した構成のチップ型圧電
部品を５０素子作製した。

【００１９】上記した工程を繰り返すことにより、１０
０個のチップ型圧電部品を作製し、ベクトル・インピー
ダンス・アナライザを用いて、１００個の部品の３０Ｍ
Ｈｚ近傍での周波数−インピーダンス特性、及び共振周
波数でのインピーダンス特性を測定した。そして、測定
の結果、波形が観測されたものを接続良好部品とし、波
形が観測されないか又は著しく不良なものを、断線が生
じているものとして接続不良部品とした。

【００２０】さらに、封止性を確認するため、接続良好
部品を１３０℃、２気圧の水蒸気中に２４時間曝露し、
その直後にインピーダンス特性を測定した。その結果、
曝露試験前に比べて共振周波数が２割以上増加したもの
を、封止不良部品とし、それ以外を封止良好部品とし
た。これは、封止性が低い部品では、水蒸気がピンホー
ル等から振動空隙部内に侵入して結露する結果、発振不
良が生じることにより、共振周波数が変動することによ
るものである。さらにまた、封止良好部品を、蒸留水と
ともにポットミルに入れて２時間回転させることにより
バレル試験を行い、その後外観検査を行った。外観検査
で、封止板及び圧電素子板の破損や封止板の剥離等の損
傷が発見されたものをバレル不良部品とした。

【００２１】接続不良率、封止不良率、バレル不良率を
以下のように定義し、それぞれの不良率を計算した。 接続不良率（％） ＝接続不良部品数／全部品数（１０
０個）×１００ 封止不良率（％） ＝封止不良部品数／接続良好部品数
×１００ バレル不良率（％）＝バレル不良部品数／封止良好部品
数×１００

【００２２】実験例２ 上記した実験例１の場合とほぼ同様に１００個のチップ
型圧電部品を作製したが、ただし、圧電素子板上の導電
体層は、図２に示したように長方形とし、その厚さを８
０μｍとし、かつ振動空隙部からの距離が最短で１２０
μｍとなるようにした。作製した１００個の部品につい
て、実験例１と同様に、断線試験、封止試験、バレル試
験を行い、さらにそれぞれの不良率を計算した。

【００２３】本発明のチップ型圧電部品の作用効果を検
証するために、以下の比較例を作製して同様に不良率を
計算した。なお、比較例１及び２は、本発明の技術思想
にほぼ沿っているものの、導電体層の厚み及び振動空隙
部と導電体層との最短距離を等しく設定したものであ
る。また、比較例３及び４は、上記した従来例１及び２
を、上記した実験例１と同様な材料及びサイズで作製し
たものである。 比較例１ 上記した実験例１の場合とほぼ同様に１００個のチップ
型圧電部品を作製したが、ただし、圧電素子板上の導電
体層は、その厚さを１２０μｍ、形状を長方形とし、か
つ振動空隙部からの距離が最短で１２０μｍとなるよう
にした。作製した１００個の部品について、実験例１と
同様に、断線試験、封止試験、バレル試験を行い、それ
ぞれの不良率を計算した。

【００２４】比較例２ 上記した実験例１の場合とほぼ同様に１００個のチップ
型圧電部品を作製したが、ただし、圧電素子板上の導電
体層は、その厚さを８０μｍ、形状を長方形とし、かつ
振動空隙部からの距離が最短で８０μｍとなるようにし
た。作製した１００個の部品について、実験例１と同様
に、断線試験、封止試験、バレル試験を行い、それぞれ
の不良率を計算した。

【００２５】比較例３ 上記した実験例１の場合とほぼ同様に１００個のチップ
型圧電部品を作製したが、ただし、導電体層を設けず
に、封止板に図３に示した従来例１のように０．６ｍｍ
の半円状の凹部を設け、かつ積層後、該凹部が施された
部分の端面全体に銀ペーストを塗布することにより電気
的接続を行った。作製した１００個の部品について、実
験例１と同様に断線試験、封止試験、バレル試験を行
い、それぞれの不良率を計算した。

【００２６】比較例４ 上記した実験例１の場合とほぼ同様に１００個のチップ
型圧電部品を作製したが、ただし、導電体層を設けず、
積層に用いた接着剤として、圧電素子板上の端子電極と
重なる部分には銀を含有したエポキシ系の導電性接着剤
を用い、その他の部分には通常のエポキシ系の絶縁性接
着剤を用いた。その際、２種類の接着剤が混合しないよ
うにするため、圧電素子上に導電性接着剤をスクリーン
印刷により塗布し、封止板上に絶縁性接着剤をスクリー
ン印刷により塗布した。作製した１００個の部品につい
て、実験例１と同様に断線試験、封止試験、バレル試験
を行い、それぞれの不良率を計算した。

【００２７】上記した実験例１及び２、並びに比較例１
〜４により得られた接続不良率（％）、封止不良率
（％）、バレル不良率（％）は、表１に示される通りで
あった。なお、表１には、実験例１及び２並びに比較例
１及び２における、振動空隙部と導電体層の最短距離
（μｍ）、及び導電体層の厚み（μｍ）を、併せて示し
ている。

【表１】 表 １ 接続不良率 封止不良率 バレル不良率 最短長 厚み 実験例１ ０ ０ １ ７１０ ４０ 実験例２ ０ ４ ０ １２０ ８０ 比較例１ ０ ２２ １ １２０ １２０ 比較例２ ０ ３４ ２ ８０ ８０ 比較例３ ４ ０ １４ ―― ―― 比較例４ ０ ２０ ４２ ―― ――

【００２８】表１から明らかなように、実験例１及び２
並びに比較例１、２及び４においては断線が全く発生し
ていないが、比較例１（封止板に設けられた凹部で端子
電極と実装電極とを接続した構造）においては、接続が
不完全なものが４％あった。また、比較例１及び２は封
止性が不良であったが、これは、導電体層の厚さ及び該
導電体層と振動空隙部との最短距離を等しくして、相対
的に、導電体層を厚くしすぎたか又は振動空隙部に導電
体層を近づけすぎたことにより、導電体層の周囲に接着
剤層が形成されず、その結果、空乏部分が生じてしまっ
たことによるものである。比較例４の封止性の不良は、
導電性接着剤が通常のエポキシ系の絶縁性接着剤と比べ
て接着強度が弱く、その結果、導電性接着剤を用いた部
分の封止性が劣化したことによるものである。さらに、
比較例３及び４においてはバレル不良が発生している。
このバレル不良は、比較例３では、バレル試験中に部品
同士の接触により凹部に損傷が発生してしまい、また、
比較例４では、導電性接着剤の接着強度が低いことによ
り、バレル試験中に封止板が剥離してしまったことによ
るものである。

【００２９】以上のように、圧電素子板の端子電極上に
導電体層を設けることにより端子電極と封止板上の実装
用電極との電気的接続の断面積を大きくし、さらに、導
電体層を適宜の厚さ及びサイズとして該導電体層と封止
板との間にも絶縁性接着剤を介在させるよう設定する
と、チップ型圧電部品の電気的接続性、封止性、耐バレ
ル性（機械的強度）が向上することが、上記した実験の
結果から明らかである。従って、本発明のチップ型圧電
部品によれば、従来例と比べて製品の信頼性が格段に向
上するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のチップ型圧電部品、及び導
電体層を形成した圧電素子板の斜視図である。

【図２】本発明のチップ型圧電部品における、別の形態
の導電体層を形成した圧電素子板の斜視図である。

【図３】チップ型圧電部品の従来例を説明するための斜
視図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動電極及び該振動電極に接続された端
   子電極からなる電極パターンが両主面に形成された圧電
   素子板と、該圧電素子板を挟持するよう該圧電素子板の
   両面に接着されかつ振動電極と対向する位置に振動空隙
   が設けられた２つの封止板と、該封止板を周回するよう
   に設けられた実装用電極とからなるチップ型圧電部品に
   おいて、 端子電極の上の少なくとも実装用電極との接続部近傍に
   導電体層が形成されて、該導電体層及び端子電極が共に
   実装用電極に電気的に接続されるように構成され、 該導電体層と封止板とが絶縁性接着剤で接着されている
   ことを特徴とするチップ型圧電部品。
2. 【請求項２】 請求項１記載のチップ型圧電部品におい
   て、導電体層と封止板の振動空隙部との間の最短距離
   は、該導電体層の厚みより大きく設定されていることを
   特徴とするチップ型圧電部品。
3. 【請求項３】 請求項２記載のチップ型圧電部品におい
   て、導電体の厚みが３〜１００μｍであり、かつ導電体
   層と封止板の振動空隙部との間の最短距離が１００μｍ
   以上であることを特徴とするチップ型圧電部品。