JPH114137A - 圧電部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】圧電素子の基板に対する接続作業が簡単で、小
型の圧電部品を提供する。 【解決手段】基板１０には電極１１，１２と導通する導
電部１４，１５およびその間に絶縁部１６を有する保持
台１３が固定され、この保持台１３の凹部１７に、面積
振動を利用した圧電素子２０がその表裏の電極２２，２
３を基板１０の表面に対してほぼ垂直にして挿入され、
半田２４付けされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は面積振動を利用した
圧電素子を用いた圧電部品、特にｋＨｚ帯のフィルタや
発振子として好適な圧電部品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の圧電部品として、図１に
示されるような表面実装型の圧電部品が提案されてい
る。この圧電部品は、長さ振動や拡がり振動などの面積
振動モードを利用した圧電素子４を含んでおり、表裏面
に電極４ａ，４ｂが形成されている。圧電素子４が搭載
される基板１には電極２，３がパターン形成されてお
り、一方の電極２上に圧電素子４の裏側電極４ｂが導電
性接着剤５によって接続固定されている。圧電素子４の
表側電極４ａはワイヤー６によって他方の電極３と接続
されている。基板１上には圧電素子４を覆う金属キャッ
プ７が接着剤８によって接着封止されており、電極２，
３とキャップ７とが導通しないように基板１の上面には
絶縁層９が形成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような圧電部品
の場合、圧電素子４の裏側電極４ｂを基板１の電極２に
対して導電性接着剤５で接着し、圧電素子４の表側電極
４ａと電極３とをワイヤーボンディングによって接続し
なればならない。つまり、全く異なる種類の２つの工程
を行なう必要があるため、作業工程が煩雑で、コスト上
昇を招く欠点があった。また、圧電素子４の裏側電極４
ｂを基板１の電極２に対して接着する際に圧電素子４を
若干押し付けることになるが、接着部が外部から目視で
きないので、接続状況を確認できず、圧電素子４の振動
特性に悪影響を及ぼす程に接着剤５が拡がり過ぎる恐れ
があった。

【０００４】さらに、圧電素子４の表側電極４ａと基板
１の電極３とをワイヤーボンディングする際、圧電素子
４に衝撃力が加わるため、圧電素子４を損傷する恐れが
あった。また、基板１にワイヤー６の配線スペースを確
保する必要があるので、基板１が大型となり、圧電部品
全体として大型になるという欠点があった。そのため、
基板１上に複数の圧電素子４を配置するのが困難であっ
た。

【０００５】そこで、本発明の目的は、上記のような従
来の欠点を解消できる圧電部品を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は請求項１に記
載の発明によって達成される。すなわち、本発明の圧電
部品は、表裏面に電極を有し、面積振動を利用した圧電
素子と、表面に第１，第２の電極が形成された絶縁性の
基板と、基板上に固定され、第１，第２の電極とそれぞ
れ導通する第１，第２の導電部を有し、かつ導電部の間
に凹部を有する保持台と、を備え、上記圧電素子の電極
面が基板の表面に対してほぼ垂直となるように、圧電素
子のノード部近傍が保持台の凹部に挿入され、圧電素子
の下面が基板の表面から離れた状態で保持されるととも
に、表裏の電極のノード部近傍が第１，第２の導電部と
それぞれ接続されていることを特徴とする。

【０００７】圧電素子をその電極面が基板の表面に対し
てほぼ垂直となるように保持台の凹部に挿入し、圧電素
子の下面が基板の表面に接触しないように支持する。そ
して、表裏の電極を保持台の第１，第２の導電部とそれ
ぞれ半田や導電性接着剤などを用いて接続する。このよ
うに、本発明では従来における２種の異なる接続工程が
不要であり、作業工程が簡素化される。また、接続箇所
は両側に露出しているので、接続状況を確認できるとと
もに、接続領域は導電部の範囲内に制限されるので、必
要以上に拡がることがない。また、ワイヤーボンディン
グを無くすことができるので、圧電素子に損傷を与える
恐れがなく、また基板にワイヤーの配線スペースを確保
する必要がないので、圧電部品を小型化できる。

【０００８】本発明にかかる圧電素子は面積振動を利用
したものであるが、面積振動には長さ振動モードや拡が
り振動モードなどがある。この種の素子では、その表裏
面の中央部にノード点を有しているため、圧電素子の中
央部近傍を導電部と半田や導電性接着剤のような導電性
材料で接続すれば、保持部がノード点近傍つまり無振動
部となるので、圧電素子の振動が阻害されず、その電気
的特性を損なうことがない。また、圧電素子の下面が基
板の表面から離れた状態で支持されるので、振動がダン
ピングされることがなく、特性劣化を防止できる。

【０００９】圧電素子を導電部の間に挿入した場合、圧
電素子の下面が基板の表面から離れた状態で支持される
とは限らない。そこで、基板表面であって第１，第２の
導電部の間に導電部より低い絶縁部を形成し、圧電素子
の下面を絶縁部で支持するのが望ましい。この場合、圧
電素子の下面が絶縁部に接することになるが、この部分
はノード部近傍であるから、振動特性に悪影響を及ぼす
ことがない。また、導電部の間に絶縁部を形成すること
によって、導電部間の短絡を防止できる効果がある。ま
た、同様の目的で、第１，第２の導電部の内面に圧電素
子の下面を支持する段部を形成してもよい。この場合に
は、圧電素子の下面を基板の表面から確実に離れた状態
で支持することができる。

【００１０】本発明では一対の導電部の間に圧電素子を
配置しているので、基板上に複数対の導電部を直列に並
べて形成すれば、複数の圧電素子を並列配置でき、多素
子型の圧電部品を容易に構成できる。この場合、隣合う
導電部を共通化すれば、一層の小型化が可能である。

【００１１】

【発明の実施の形態】図２，図３は本発明にかかる圧電
部品の一例を示し、この実施例はｋＨｚ帯の表面実装型
の発振子の例を示す。この発振子は、基本的に基板１０
と圧電素子２０と蓋体３０とで構成されている。

【００１２】基板１０はアルミナセラミックス，耐熱性
樹脂等の絶縁材料からなる長方形の薄板であり、基板１
０の上面には第１と第２の電極１１，１２がスパッタリ
ング，蒸着，メッキ，印刷などの公知の手法で形成され
ている。電極１１，１２の外側端部１１ａ，１２ａは基
板１０の両端部まで引き出されて外部端子電極とされて
いる。この実施例では電極１１，１２の外側端部１１
ａ，１２ａは基板１０の両端部上面までしか引き出され
ていないが、外側端部１１ａ，１２ａを基板１０の側端
面を経て裏面まで引き出してもよい。電極１１，１２の
内側端部１１ｂ，１２ｂは基板１０の中央部で短辺方向
に近接しており、これら内側端部１１ｂ，１２ｂ上には
略凹字形の保持台１３が固定されている。保持台１３
は、図３に示すように、両側に内側端部１１ｂ，１２ｂ
とそれぞれ導通する第１，第２の導電部１４，１５を有
し、中央部に導電部１４，１５より低い絶縁部１６を有
しており、これら導電部１４，１５と絶縁部１６とによ
って凹部１７が形成されている。凹部１７の幅寸法Ｗは
圧電素子２０の厚みよりやや広めに設定され、凹部１７
の奥行き寸法Ｌは圧電素子２０の振動ダンピングが少な
くかつ所定の保持強度が得られる寸法に設定するのが望
ましい。また、凹部１７の深さＤは圧電素子２０の幅寸
法より短く設定するのが望ましい。

【００１３】圧電素子２０は、例えば長さ振動モードを
利用した圧電発振子であり、基板１０の長辺より短い短
冊形状に形成されている。圧電素子２０は圧電セラミッ
ク基板２１の表裏面全面に電極２２，２３を形成したも
のであり、表裏面が基板１０の表面に対してほぼ垂直と
なるように凹部１７に挿入され、電極２２，２３の中央
部つまりノード点付近が導電部１４，１５と半田や導電
性接着剤などの導電性材料２４によってそれぞれ接続固
定されている。このとき、圧電素子２０の中央部下面は
絶縁部１６に当接し、圧電素子２０の両端部（振動部）
は基板１０の表面から浮かせた状態で支持される。

【００１４】蓋体３０は基板１０と同様な絶縁材料より
なり、基板１０上に素子２０を覆うように接着固定され
ている。なお、蓋体３０として金属キャップを用いても
よいが、この場合には蓋体３０と基板１０の電極１１，
１２とが導通しないようにするため、基板１０の接着部
に絶縁層を形成しておくのが望ましい。

【００１５】上記のように圧電素子２０をその電極面が
基板１０の表面に対してほぼ垂直となるように保持台１
３の凹部１７に挿入し、圧電素子２０の表裏の電極２
２，２３を保持台１３の導電部１４，１５とそれぞれ半
田２４などによって接続固定したので、圧電素子２０の
機械的固定と電気的接続とを半田２４のみで行なうこと
ができ、作業工程が簡素化される。また、接続箇所は両
側に露出しているので、接続状況を容易に確認できる。
また、接続に際して半田２４などを押しつける必要がな
いので、半田２４が必要以上に拡がることがなく、圧電
素子２０の振動特性に悪影響を及ぼさない。なお、上記
実施例では圧電素子２０の機械的固定と電気的接続とを
半田２４のみで行なう例について説明したが、半田２４
は電気的接続のみを目的とし、圧電素子２０の機械的固
定は別の絶縁性接着剤を用いて行なってもよい。この場
合、接着剤の塗布位置は絶縁部１６とするのがよい。

【００１６】ここで、上記保持台１３の形成方法を図４
に従って説明する。図４の（ａ）は表面に電極１１，１
２を形成した基板１０を示す。図４の（ｂ）は電極１
１，１２の内側端部１１ｂ，１２ｂの間に絶縁部１６を
形成した状態を示す。この絶縁部１６は、例えば絶縁性
樹脂などをスクリーン印刷することによって容易に形成
できる。次に、図４の（ｃ）のように、絶縁部１６の両
側に電極１１，１２と導通するように導電部１４，１５
を形成する。これら導電部１４，１５は、例えば導電ペ
ーストをスクリーン印刷することにより容易に形成でき
る。なお、導電部１４，１５の厚みは、絶縁部１６とほ
ぼ同程度の厚みとしておくのが望ましい。次に、図４の
（ｄ）のように、ダイサーなどを用いて絶縁部１６にス
リット加工を行ない、凹部１７を形成する。この時、導
電部１４，１５の成形を同時に行なってもよい。図４で
は個々の基板１０に対して保持台１３を形成した例を示
したが、量産する場合には、マザー基板状態の基板１０
に電極１１，１２を連続的に形成するとともに多数の保
持台１３を形成し、その後でマザー基板を基板１０にカ
ットすればよい。

【００１７】図５は保持台の第２実施例を示す。この保
持台４０は、両側に導電部４１，４２を、その間に導電
部４１，４２より低い絶縁部４３を有しており、導電部
４１，４２と絶縁部４３とで凹部４４が形成されてい
る。導電部４１，４２の上端開口部には外開き状のガイ
ド面４１ａ，４２ａが形成されており、これにより圧電
素子を凹部４４に円滑に挿入できる。また、絶縁部４３
の中央には、導電部４１，４２の対向方向に延びる稜線
部４３ａが形成され、圧電素子の下面との接触面積を小
さくしている。

【００１８】図６は保持台の第３実施例を示す。この保
持台５０は、導電部５１，５２と絶縁部５３とで圧電素
子５４を挿入する凹部５５を形成するとともに、絶縁部
５３の中央に一段低い凹部５６を形成してある。この場
合も、絶縁部５３の両側の段差部５７で圧電素子５４の
下面を支えるので、接触面積を小さくできる。

【００１９】図７は保持台の第４実施例を示す。この保
持台６０は、導電部６１，６２と絶縁部６３とで圧電素
子６４を挿入する凹部６５を形成するとともに、絶縁部
６３の中央に突起部５６を形成したものである。この場
合も、突起部５６で圧電素子６４の下面を支えるので、
接触面積を小さくできる。

【００２０】図８は保持台の第５実施例を示す。この保
持台７０は、間隔を開けて固定された導電部７１，７２
のみで形成され、導電部７１，７２の内面には圧電素子
７３の下面を支持する段部７１ａ，７２ａが形成されて
いる。この場合も、圧電素子７３の下面との接触面積を
小さくできる。

【００２１】図９〜図１２は本発明にかかる圧電部品の
第２実施例であるラダー型フィルタを示し、この実施例
は図１３に示すように２個の直列共振子と２個の並列共
振子とを有している。このフィルタは、基板８０、４個
の圧電素子９１〜９４などで構成されている。

【００２２】基板８０には入力電極８１、出力電極８
２、アース電極８３および中間電極８４が形成されてお
り、電極８１〜８３の外側端部は基板８０の３辺の外側
縁部に引き出されている。また、入力電極８１の内側端
部とアース電極８３の内側端部の間には中間電極８４の
一端部が位置しており、アース電極８３の内側端部と出
力電極８２の内側端部との間には中間電極８４の他端部
が位置している。入，出力電極８１，８２およびアース
電極８３の内側端部上、および中間電極８４の両端部上
には、合計５個の導電部８５〜８９が一列にかつ一定間
隔で固定されており、これら導電部８５〜８９の間には
導電部より低い絶縁部９０が固定されている。上記導電
部８５〜８９と絶縁部９０とで連続した４個の保持台が
構成されている。

【００２３】圧電素子９１〜９４は第１実施例（図２参
照）における圧電素子２０と同様な長さ振動モードを利
用した短冊形状の圧電素子であり、表裏面に形成された
電極が横向き、つまり基板８０の表面に対して垂直な向
きになるよう導電部８５〜８９の間に挿入され、半田や
導電性接着剤などの材料９５によって接続固定されてい
る。なお、図１０では圧電素子９１〜９４の下面と絶縁
部９０との間に隙間を有しているが、圧電素子９１〜９
４の下面と絶縁部９０とが接触していてもよい。

【００２４】上記のように接続することで、圧電素子９
１，９４は入力電極８１と出力電極８２との間に直列接
続された直列共振子、圧電素子９２，９３はアース電極
８３との間に並列に接続された並列共振子となる。圧電
素子９１〜９４の両端部下面は基板８０の表面から浮か
した状態で支持されているので、圧電素子９１〜９４の
振動が阻害されたり、その電極が基板８０の電極８１〜
８４と導通する恐れがない。なお、基板８０上には、圧
電素子９１〜９４全体を覆う蓋体（図示せず）が接着さ
れ、内部が封止されている。

【００２５】上記のように複数の圧電素子９１〜９４を
一枚の基板８０上に配列できるので、高密度化と小型化
を実現できる。特に、圧電素子９１〜９４が保持台（導
電部８５〜８９，絶縁部９０）によって正確に位置決め
されるので、圧電素子同士が接触したり、位置ずれを起
こす恐れがなく、安定した品質の圧電部品を得ることが
できる。さらに、隣合う導電部８６〜８８を共通化する
ことで、圧電素子９１〜９４の間隔を小さくでき、素子
の実装密度を一層高めることができる。

【００２６】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、種々変更可能である。本発明にかかる圧電部品は
表面実装型に限るものではなく、基板に外部接続用端子
を固定することで、リード付の圧電部品として構成する
こともできる。また、図５〜図８に示した保持台を第１
および第２実施例の圧電部品（図２，図９参照）に適用
できることは勿論である。さらに、上記実施例では導電
部を導電シリコンなどの弾性導電材料で形成することも
可能である。この場合には、導電部の間隔を圧電素子の
厚みよりやや小さくしておくことで、圧電素子の電極面
を弾性的に挟持でき、仮保持が可能である。また、本発
明における圧電素子は２端子型の圧電素子に限らず、一
面に縦溝によって分割された複数の電極を有する３端子
以上の圧電素子でも適用可能である。この場合には、一
方の導電部を上下に複数段に構成することが必要であ
る。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、圧電素子をその電極面が基板の表面に対してほ
ぼ垂直となるように保持台の凹部に挿入し、圧電素子の
下面が基板の表面に接触しないように保持した状態で、
表裏の電極を保持台の第１，第２の導電部と接続固定し
たので、１種類の接続工程のみで済み、作業工程が簡単
となる。また、接続箇所が両側に露出しているので、接
続状況を確認できるとともに、接続箇所がノード部に限
定されるので、圧電素子の良好な振動特性を確保でき
る。また、ワイヤーボンディング工程を無くすことがで
きるので、圧電素子に損傷を与える恐れがなく、また基
板にワイヤーの配線スペースを確保する必要がないの
で、圧電部品を小型化できるという特徴がある。さら
に、基板に多素子を搭載する場合でも、素子同士を近接
して配置できるので、高密度に実装できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の圧電部品の一例の斜視図である。

【図２】本発明にかかる圧電部品の第１実施例の斜視図
である。

【図３】図２の圧電部品の一部の拡大斜視図である。

【図４】図２の基板の製造順序を示す工程図である。

【図５】保持台の第２実施例の斜視図である。

【図６】保持台の第３実施例の側面図である。

【図７】保持台の第４実施例の側面図である。

【図８】保持台の第５実施例の側面図である。

【図９】本発明にかかる圧電部品の第２実施例の平面図
である。

【図１０】図９の圧電部品の正面図である。

【図１１】図９の基板の平面図である。

【図１２】図９の基板の正面図である。

【図１３】図９の圧電部品の回路図である。

【符号の説明】

１０ 基板 １１，１２ 電極 １３ 保持台 １４，１５ 導電部 １６ 絶縁部 １７ 凹部 ２０ 圧電素子 ２２，２３ 電極 ３０ 蓋体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表裏面に電極を有し、面積振動を利用した
   圧電素子と、 表面に第１，第２の電極が形成された絶縁性の基板と、 基板上に固定され、第１，第２の電極とそれぞれ導通す
   る第１，第２の導電部を有し、かつ導電部の間に凹部を
   有する保持台と、を備え、 上記圧電素子の電極面が基板の表面に対してほぼ垂直と
   なるように、圧電素子のノード部近傍が保持台の凹部に
   挿入され、圧電素子の下面が基板の表面から離れた状態
   で保持されるとともに、表裏の電極のノード部近傍が第
   １，第２の導電部とそれぞれ接続されていることを特徴
   とする圧電部品。
2. 【請求項２】上記基板表面であって第１，第２の導電部
   の間には、導電部より低い絶縁部が形成されており、圧
   電素子の下面が絶縁部で支持されていることを特徴とす
   る請求項１に記載の圧電部品。
3. 【請求項３】上記第１，第２の導電部の内面には、圧電
   素子の下面を支持する段部が形成されていることを特徴
   とする請求項１に記載の圧電部品。
4. 【請求項４】複数対の第１，第２の導電部が基板上に直
   列に並べて形成されており、隣合う導電部は共通化され
   ていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに
   記載の圧電部品。