JP2005260727A - Piezo oscillating element supporting structure, and piezo oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電振動子の支持構造に関するものである。 The present invention relates to a support structure for a piezoelectric vibrator.
近年、モバイルコンピュータ等の情報機器や、携帯電話、自動車電話、ページングシステム等の移動体通信機器にあっては、装置の小型化が急速に進んでいる。このため、これらに用いられる水晶振動子、水晶発振器などの電子部品にも更なる小型化が要求されている。 In recent years, in information communication equipment such as a mobile computer and mobile communication equipment such as a mobile phone, a car phone, and a paging system, miniaturization of the device is rapidly progressing. For this reason, further miniaturization is required for electronic components such as crystal resonators and crystal oscillators used for these.
水晶振動子は周知のとおり水晶振動板の表裏に形成された励振電極から供給される交流電圧により駆動する。すなわち、圧電効果による機械的な振動領域が必要となるが、最近の小型化に伴い、振動領域を確保するため、矩形状水晶振動板の長辺方向の一端側のみを片持ち支持する構成が増加している。ところがこのような片持ち支持構成は、外部衝撃等により支持されない側すなわち自由端側が大きく撓み、水晶振動板が破損することがあった。このような不具合を無くすために、例えば特開平3−88373号に示すようにセラミックパッケージの自由端側に枕材を設け、撓みを抑制する構成も考えられている。 As is well known, the crystal resonator is driven by an AC voltage supplied from excitation electrodes formed on the front and back surfaces of the crystal diaphragm. In other words, a mechanical vibration region due to the piezoelectric effect is required, but in order to secure the vibration region with the recent miniaturization, a configuration in which only one end side in the long side direction of the rectangular crystal diaphragm is cantilevered is supported. It has increased. However, in such a cantilever support structure, the side that is not supported by an external impact or the like, that is, the free end side is greatly bent, and the crystal diaphragm may be damaged. In order to eliminate such a problem, for example, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-88373, a structure in which a pillow material is provided on the free end side of the ceramic package to suppress bending is also considered.
しかしながら水晶振動板は高周波数化するに従いその外形寸法も小さくなり、画一的なセラミックパッケージ構成では水晶振動板の自由端が枕材から外れる場合があり、多種のセラミックパッケージが必要となっていた。 However, as the frequency of the quartz diaphragm increases, the outer dimensions of the quartz diaphragm also become smaller. With a uniform ceramic package configuration, the free end of the quartz diaphragm may come off the pillow material, and various ceramic packages are required. .
また水晶発振器は水晶振動板と発振回路が内蔵された集積回路素子とがセラミックパッケージに格納された構成であり、例えば図8に示す構成を有している。図8において、1はセラミックパッケージ、2は励振電極が形成された水晶振動板(圧電振動素子)、3は集積回路素子、5は金属製のリッドである。セラミックパッケージ1の凹形開口の下部には集積回路素子3が設置され、その上部に水晶振動板2が位置する構成である。水晶振動板2が大きなサイズの場合は、自由端が補助支持台(枕材)1Cに補助的に支持されるが、水晶振動板2が小さい場合は当該補助支持台による補助支持効果を得ることができないため、図8に示すように外部衝撃により水晶振動板2が点線で示す2aの状態に傾斜し、集積回路素子に接触する等により水晶振動板の振動を阻害することがあった。
The crystal oscillator has a configuration in which a crystal diaphragm and an integrated circuit element in which an oscillation circuit is built are housed in a ceramic package. For example, the crystal oscillator has a configuration shown in FIG. In FIG. 8, 1 is a ceramic package, 2 is a crystal diaphragm (piezoelectric vibration element) on which excitation electrodes are formed, 3 is an integrated circuit element, and 5 is a metal lid. The
ところで水晶発振器は集積回路素子の上面がアース接続されており、またリッドもアース接続されている場合がある。このような場合、前述の水晶振動板の傾きにより周波数が変動することがある。すなわち、水晶振動板に形成された励振電極とリッド間距離t1、あるいは当該励振電極と集積回路素子間距離t2で形成される静電容量が変化することがある。この静電容量は水晶発振器における周波数決定パラメーターの一つであるため、上述のように水晶振動板が傾くことにより、励振電極とリッド間距離t1と当該励振電極と集積回路素子間距離t2が設定値から変化し、周波数変動が生じることがあった。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧電振動素子の外形サイズが変化しても、安定して支持が行われ、また特性変化の少ない圧電振動素子の支持構造および当該支持構造を用いた圧電発振器を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric vibration element that is stably supported and has little characteristic change even when the outer size of the piezoelectric vibration element changes. It is an object of the present invention to provide a support structure and a piezoelectric oscillator using the support structure.
上記の目的を達成するために、本発明は、電極接続を行う片持ち支持側に補助支持板を設けることにより、圧電振動素子の支持状態を安定させることに着目してなされたもので、次の構成により実現をすることができる。 In order to achieve the above object, the present invention has been made in view of stabilizing the support state of the piezoelectric vibration element by providing an auxiliary support plate on the cantilever support side for electrode connection. This can be realized by the configuration.
すなわち請求項1に示すように、支持台の上部に電極パッドが設けられ、当該支持台上に、表面に励振電極が形成された板状の圧電振動素子の一部を片持ち保持する圧電振動素子の支持構造であって、前記支持台と圧電振動素子間に補助支持板が形成され、当該補助支持板は前記支持台から一部はみ出した状態に搭載され、当該はみ出した領域を含んで前記圧電振動素子が搭載されるとともに、前記圧電振動素子の励振電極と前記電極パッドとが導電接合材により電気的に接続されていることを特徴とする圧電振動素子の支持構造である。
That is, as shown in
セラミックパッケージの具体的構成として、上方が開口するとともに、内部に複数の電極パッドが上面に形成された支持台を有するセラミックパッケージと、当該支持台上に片持ち搭載され、表裏に励振電極が形成されるとともに、当該励振電極を外周に引き出し、前記電極パッドとそれぞれ接続される引出電極を有する矩形状圧電振動素子と、前記支持台と圧電振動素子間にあり、一部が前記支持台に、他の部分が支持台からはみ出した状態で搭載され、当該はみ出した領域を含んで圧電振動素子を支持する補助支持板と、からなる圧電振動素子の支持構造をあげることができる。 As a specific configuration of the ceramic package, a ceramic package having a support base with an opening at the top and a plurality of electrode pads formed on the upper surface, and a cantilever mounted on the support base, excitation electrodes are formed on the front and back sides. In addition, the excitation electrode is drawn out to the outer periphery, a rectangular piezoelectric vibration element having an extraction electrode connected to each of the electrode pads, and between the support base and the piezoelectric vibration element, a part of the support base, A support structure for a piezoelectric vibration element comprising an auxiliary support plate that is mounted in a state where the other part protrudes from the support base and supports the piezoelectric vibration element including the protruding area can be given.
上述の補助支持板は、支持台に複数の異なる極性の電極パッドが形成される場合は絶縁性材料を用いる必要があるが、これに限定されることなく例えば特定の方向にのみ導電性を有する異方導電性材料からなる補助支持板を用いることも可能である。また補助支持板が絶縁性材料である場合は、当該補助支持板を素板のまま用いてもよいし、その表面に前記圧電振動素子に形成された引出電極等の電極パターン対応した電極膜を形成し、圧電振動素子の励振電極と支持台の電極パッドとの接続を補助してもよい。 The above-mentioned auxiliary support plate needs to use an insulating material when a plurality of electrode pads having different polarities are formed on the support base, but is not limited thereto, and has conductivity only in a specific direction, for example. It is also possible to use an auxiliary support plate made of an anisotropic conductive material. Further, when the auxiliary support plate is an insulating material, the auxiliary support plate may be used as it is, or an electrode film corresponding to an electrode pattern such as an extraction electrode formed on the piezoelectric vibration element on the surface thereof. It may be formed to assist the connection between the excitation electrode of the piezoelectric vibration element and the electrode pad of the support base.
上記構成によれば、圧電振動素子の片持ち支持部分の下方に補助支持板が位置することになり、片持ち支持部の接合領域を広くとることができる。従って外部衝撃等が加わった際に、比較的広い面積で衝撃吸収を行うことができる。また補助支持板自体の撓み等による緩衝機能によっても衝撃吸収を行うことができる。 According to the above configuration, the auxiliary support plate is positioned below the cantilevered support portion of the piezoelectric vibration element, and the joining area of the cantilevered support portion can be widened. Therefore, when external impact or the like is applied, impact absorption can be performed over a relatively large area. Further, shock absorption can also be performed by a buffering function due to bending of the auxiliary support plate itself.
ところで、補助支持板は支持台からはみ出している領域に置いては、その上部に搭載する圧電振動素子の幅より広い構成にすることが好ましい。これにより圧電振動素子が支持固定された後に外部から衝撃等が加わった場合でも、補助支持板全体で衝撃を緩和するためさらに緩衝機能が強化される。 By the way, it is preferable that the auxiliary support plate has a configuration wider than the width of the piezoelectric vibration element mounted on the upper part of the auxiliary support plate in a region protruding from the support base. Accordingly, even when an impact or the like is applied from the outside after the piezoelectric vibration element is supported and fixed, the buffer function is further strengthened to alleviate the impact on the entire auxiliary support plate.
本発明は、当該支持構造を圧電振動素子と集積回路素子とを同室に収納した構成の圧電発振器において適用する構成についても提案している。すなわち、請求項3に示すように、上方が開口するとともに、内部に複数の電極パッドが上面に形成された支持台を有するセラミックパッケージと、パッケージ内部底面に設置された集積回路素子と、当該集積回路素子の上部に位置し、前記支持台に片持ち支持される板状圧電振動素子からなる圧電振動素子と、前記支持台と前記圧電振動素子間に配置された補助支持板と、前記セラミックパッケージの開口を閉塞し、前記集積回路素子と圧電振動素子とを気密封止する金属製のリッドとからなる圧電発振器であって、前記圧電振動素子は矩形状で、表裏に励振電極が形成されるとともに、当該励振電極を外周に引き出し、前記電極パッドとそれぞれ接続される引出電極を有する構成であり、また前記補助支持板は前記支持台と圧電振動素子間にあり、一部が前記支持台上に、他の部分が支持台からはみ出した状態で搭載され、当該はみ出した領域においても圧電振動素子を支持する構成であることを特徴とする圧電発振器である。
The present invention also proposes a configuration in which the support structure is applied to a piezoelectric oscillator having a configuration in which a piezoelectric vibration element and an integrated circuit element are housed in the same chamber. That is, as shown in
請求項3の構成によれば、圧電振動素子の片持ち支持部分の下方に補助支持板が位置することになり、片持ち支持部の接合領域を広くとることができる。従って外部衝撃等が加わった際に、比較的広い面積で衝撃吸収を行うことができ、また補助支持板自体の撓み等による緩衝機能によっても衝撃吸収を行うことができる。このため圧電振動素子が斜めに傾いて支持されることもなく、従って、他の構成部材との位置関係の変化による静電容量の変化も生じなくなる。 According to the configuration of the third aspect, the auxiliary support plate is positioned below the cantilever support portion of the piezoelectric vibration element, and the joining area of the cantilever support portion can be widened. Therefore, when an external impact or the like is applied, the impact can be absorbed over a relatively large area, and the impact can also be absorbed by a buffering function due to bending of the auxiliary support plate itself. For this reason, the piezoelectric vibration element is not supported obliquely, and accordingly, the capacitance does not change due to the change in the positional relationship with other components.
本発明は前記補助支持板が圧電振動素子の上部に配置する構成についても提案している。すなわち、請求項2に示すように、支持台の上部に電極パッドが設けられ、当該支持台上に、表面に励振電極が形成された板状の圧電振動素子の一部を片持ち保持する圧電振動素子の支持構造であって、前記圧電振動素子上であって支持台上方に補助支持板が搭載され、当該補助支持板は平面視でみて前記支持台から一部はみ出した状態に配置され、当該はみ出した領域を含んで前記圧電振動素子が補助支持されるとともに、前記圧電振動素子の励振電極と前記電極パッドとが導電接合材により電気的に接続されている構成であってもよい。
The present invention also proposes a configuration in which the auxiliary support plate is disposed above the piezoelectric vibration element. That is, as shown in
上記構成によれば、圧電振動素子の片持ち支持部分の上方に補助支持板が位置することになり、片持ち支持部の接合領域を広くとることができる。従って外部衝撃等が加わった際に、比較的広い面積で衝撃吸収を行うことができる。また、補助支持板の錘効果により圧電振動素子において片持支持側の重量配分が増加する。従って外部衝撃等が加わった際においても、自由端側が傾くことが抑制され、安定した支持を行うことができる。 According to the above configuration, the auxiliary support plate is positioned above the cantilever support portion of the piezoelectric vibration element, so that the joining region of the cantilever support portion can be widened. Therefore, when external impact or the like is applied, impact absorption can be performed over a relatively large area. Further, the weight distribution on the cantilever support side increases in the piezoelectric vibration element due to the weight effect of the auxiliary support plate. Therefore, even when an external impact or the like is applied, the free end side is prevented from being inclined and stable support can be performed.
本発明は、上述のような構成において、当該支持構造を圧電振動素子と集積回路素子とを同室に収納した構成の圧電発振器において適用する構成についても提案している。すなわち、請求項4に示すように、上方が開口するとともに、内部に複数の電極パッドが上面に形成された支持台を有するセラミックパッケージと、パッケージ内部底面に設置された集積回路素子と、当該集積回路素子の上部に位置し、前記支持台に片持ち支持される板状圧電振動素子からなる圧電振動素子と、前記圧電振動素子上であって、支持台上方に搭載された補助支持板と、前記開口を閉塞し、前記集積回路素子と圧電振動素子とを気密封止する金属製のリッドとからなる圧電発振器であって、前記圧電振動素子は矩形状で、表裏に励振電極が形成されるとともに、当該励振電極を外周に引き出し、前記電極パッドとそれぞれ接続される引出電極を有する構成であり、また前記補助支持板は平面視でみて前記支持台から一部はみ出した状態に配置され、当該はみ出した領域を含んで前記圧電振動素子を補助支持している構成であってもよい。 The present invention also proposes a configuration in which the support structure is applied to a piezoelectric oscillator having a configuration in which the piezoelectric vibration element and the integrated circuit element are accommodated in the same chamber in the above-described configuration. According to another aspect of the present invention, there is provided a ceramic package having a support base in which an upper portion is opened and a plurality of electrode pads are formed on an upper surface, an integrated circuit element installed on a bottom surface inside the package, and the integration A piezoelectric vibration element formed of a plate-shaped piezoelectric vibration element that is positioned above the circuit element and cantilevered on the support base; and an auxiliary support plate mounted on the piezoelectric vibration element and above the support base; A piezoelectric oscillator comprising a metal lid that closes the opening and hermetically seals the integrated circuit element and the piezoelectric vibration element, wherein the piezoelectric vibration element is rectangular and excitation electrodes are formed on the front and back sides. In addition, the excitation electrode is led to the outer periphery and has a lead electrode connected to the electrode pad, and the auxiliary support plate partially protrudes from the support base in a plan view. Disposed state, the piezoelectric vibrating element may have a structure that the auxiliary support includes the overrunning region.
上記構成によれば、圧電振動素子の片持ち支持部分の上方に補助支持板が位置することになり、片持ち支持部の接合領域を広くとることができる。従って外部衝撃等が加わった際に、比較的広い面積で衝撃吸収を行うことができる。また、補助支持板の錘効果により圧電振動素子において片持支持側の重量配分が増加する。従って外部衝撃等が加わった際においても、自由端側が傾くことが抑制され、安定した支持を行うことができる。また他の構成部材との位置関係の変化による静電容量の変化も生じなくなる。 According to the above configuration, the auxiliary support plate is positioned above the cantilever support portion of the piezoelectric vibration element, and the joining area of the cantilever support portion can be widened. Therefore, when external impact or the like is applied, impact absorption can be performed over a relatively large area. Further, the weight distribution on the cantilever support side increases in the piezoelectric vibration element due to the weight effect of the auxiliary support plate. Therefore, even when an external impact or the like is applied, the free end side is prevented from being inclined and stable support can be performed. Further, the capacitance does not change due to a change in the positional relationship with other components.
本発明によれば、外部衝撃等が加わった際に、比較的広い面積で衝撃吸収を行うことができ、また補助支持板自体の撓み等による緩衝機能によっても衝撃吸収を行うことができる。このため圧電振動素子が斜めに傾いて支持されることもなく、従って、他の構成部材との位置関係の変化による静電容量の変化も生じなくなる。よって、圧電振動素子の外形サイズが変化しても、安定して支持が行われ、また特性変化の少ない圧電振動素子の支持構造および当該支持構造を用いた圧電発振器を得ることができる。 According to the present invention, when an external impact or the like is applied, the impact can be absorbed over a relatively large area, and the impact can also be absorbed by a buffering function due to the deflection of the auxiliary support plate itself. For this reason, the piezoelectric vibration element is not supported obliquely, and accordingly, the capacitance does not change due to the change in the positional relationship with other components. Therefore, even if the external size of the piezoelectric vibration element changes, the support structure can be stably provided and the piezoelectric vibration element supporting structure with little characteristic change and the piezoelectric oscillator using the support structure can be obtained.
以下、本発明による好ましい実施の形態について図面に基づいて説明する。
本発明の第1実施の形態について、圧電振動デバイスとして水晶発振器を例にとり、図面を参照して説明する。図1は水晶発振器の開蓋状態の斜視図、図2は図1において閉蓋した状態の断面図、図3は図1において各構成部品を組み込み、開蓋した状態(閉蓋前の状態)の平面図である。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, taking a crystal oscillator as an example of a piezoelectric vibration device. 1 is a perspective view of the crystal oscillator in the opened state, FIG. 2 is a sectional view of the crystal oscillator in the closed state in FIG. 1, and FIG. 3 is a state in which each component is incorporated in FIG. FIG.
本発明に適用される水晶発振器は電子部品用パッケージであるセラミックパッケージ1と、当該セラミックパッケージ内部に収納される集積回路素子3および水晶振動板2と、水晶振動板の下方に位置する補助支持板4と、セラミックパッケージを気密封止するリッド5とからなる。
The crystal oscillator applied to the present invention is a
セラミックパッケージ1は全体として直方体形状で、アルミナ等のセラミックスを主材料とし、図示しないが内部に導体配線パターンが形成された構成であり、かつ上部に開口し断面が凹形の収納部10を有する構成である。セラミックパッケージの堤部1Aの上部にはメタライズ層やメッキ等による金属層11が設けられ、当該金属層4はセラミックパッケージ下面に設けられたアース電極(図示せず)に接続されている。パッケージ内部の長辺方向の一端には支持台1Bが形成され、同他端には補助支持台(枕材)1Cが設けられている。支持台1Bと補助支持台1Cはほぼ同じ高さか、あるいは支持台1Bが若干高く形成されている。また支持台1B上面には電極パッド12,13が短辺方向に所定の間隔をもって形成されている。
The
収納部10は下部収納部10aと上部収納部10bを有している。両収納部は空間的につながっているが、それぞれ配置される電子部品素子が異なっており、下部収納部10aには集積回路素子3が、上部収納部10bには水晶振動板2がそれぞれ配置されている。下部収納部10aの底面には所定の電極配線による複数の電極パッド14が形成されており、当該電極パッド上に前記集積回路素子3が搭載されている。
The
集積回路素子3は全体として直方体形状であり、下面には複数の電極パッド31が形成され、また上面には図示していないが導電層が形成されている。当該導電層は下面の電極パッドの一つに引き出され、アース接続されている。複数の電極パッド14と集積回路素子3の電極パッド31との接合は、周知のフェイスダウンボンディング技術により電気的機械的な接合が行われるが、必要に応じて集積回路素子3と下部収納部10aの底面間には、絶縁性樹脂材によるアンダーフィルを形成してもよい。アンダーフィルの形成により集積回路素子3の機械的接合強度を向上させることができる。
The
当該集積回路素子3は水晶振動板1とともに発振回路を構成する回路構成が集積形成された1チップ集積回路素子である。また当該集積回路素子3には、必要に応じて、温度補償回路あるいは電圧制御回路あるいはPLL出力回路等の回路が組み込まれている。
The
上部収納部10bは水晶振動板2を配置する領域であり、高さ方向において支持台1Bの上面近傍の領域を示している。当該支持台1B上には前述のとおり電極パッド12,13が形成されている。当該電極パッド12,13はセラミックパッケージ内の配線により、集積回路素子3およびセラミックパッケージ下面に形成された外部接続電極(図示せず)と適宜接続されている。また当該電極パッド12,13は前述の底面に形成された集積回路素子接続用の電極パッド14と同様の手法にて形成するもので、例えばメタライズによるタングステン層上にニッケル層、金層の順にメッキ等の手段により形成するものである。なお、支持台1Bと電極パッド12あるいは13の合計高さは、下に配置する集積回路素子3を設置した状態の高さより高くすることが好ましい。
The upper storage portion 10b is an area in which the
また、支持台1Bの電極パッド12,13の一部上部には補助支持板4が接合材により接合されている。補助支持板4は例えばセラミックあるいは水晶からなり、切り欠き41を有している。当該切り欠き41は補助支持板接合時、電極パッド12を露出させる位置に形成されている。補助支持板の補助支持台1C側は支持台からはみ出たはみ出し領域4aを有する構成であり、少なくともはみ出し領域4aはその幅が水晶振動板2の幅より広く形成されている。なお、補助支持板4の外形および寸法は搭載する水晶振動板の形状や寸法により適宜決定すればよく、上記構成に限定されるものではない。また前記補助支持板4を支持台1Bに接合する接合材は、絶縁性接合材であっても導電性接合材であってもよい。導電性接合材を用いる場合は、隣接する電極パッドとの短絡を防ぐような接合材の供給が必要である。
Further, the
また、前記補助支持板4の上部には水晶振動板2の長辺方向一端が接合される。水晶振動板2は矩形状のATカット水晶振動板からなり、その中央部分には表裏面に対向した励振電極21,22(裏面の励振電極22は図示せず)が形成されている。当該励振電極21,22は引出電極211,221により、水晶振動板2の長辺方向の一端で短辺方向の両端部分にそれぞれ引き出されている。これら電極形成は励振電極と引出電極に対応した開口パターン形状を有する成膜マスクにより水晶振動板を被覆し、真空蒸着法あるいはスパッタリング法等により電極膜形成を行うことにより得ることができる。
Further, one end in the long side direction of the
当該水晶振動板2の接合にあたっては、補助支持台4上であって、搭載する水晶振動板の各引出電極部分にそれぞれ導電性接合材Sを塗布し、水晶振動板を片持ち支持状態に搭載する。このときの導電性接合材Sは、引出電極211と電極パッド12,引出電極221と電極パッド13それぞれに跨るような塗布をするとそれぞれの組が電気的に独立し状態で確実に電気的接合が行え好ましい。また必要に応じて、水晶振動板搭載後さらに接合部分に導電性接合材を上塗り塗布してもよく、これにより水晶振動板の確実な電気的機械的接合を行うことができる。なお、導電接合材Sは例えば導電材料を含有したシリコーン系樹脂接着剤を用いているが、ウレタン系あるいはエポキシ系の導電接合材を用いてもよい。
When the
その後、不活性ガス雰囲気中あるいは真空雰囲気中でリッド5によりセラミックパッケージの開口部を閉塞し、気密封止を行う。リッド5は金属製であり、例えばコバールをコア材として、その上部にニッケル層を形成するとともに、下部すなわちセラミックパッケージとの接合面側には銅層を介して銀ろう層が形成された構成である。このようなリッドをシーム溶接法により接合することにより、気密封止を行うことができる。リッドは金属層11からセラミックパッケージ内部に設けられた内部配線(図示せず)により、パッケージ下面に形成された外部接続電極(図示せず)に引き出されている。
Thereafter, the opening of the ceramic package is closed with the
なお、補助支持板4と水晶振動板2の支持台への搭載、接合は例えば自動機を用いた連続処理の中で実施することができる。すなわち、最初、支持台の電極パッド12,13それぞれに導電性接合材をディスペンサ等で供給し、その後補助支持板4を搭載する。このとき導電性接合材の供給は支持台の端部(段差部分)に近い位置に供給するとよい。続いて引出電極211と電極パッド12,引出電極221と電極パッド13それぞれに跨るように導電接合材をディスペンサ等で供給し塗布する。その後水晶振動板2を搭載し、各引出電極との電気的な接合を行い、さらに当該接合部分に上塗り用の導電接合材を塗布する。その後接着剤を硬化させ、導電接合の完成となる。
The mounting and joining of the
以上の構成により、補助支持板4が支持台1Bに堅固に固着されるため、その上部に導電接合される水晶振動板2は、外部衝撃による応力が加わった場合でも、自由端側が下方に傾くこと無く、安定して初期の支持状態を維持することができる。従って、水晶振動板の外形サイズが変化しても、安定して支持が行われ、また特性変化の少ない水晶発振器を得ることができる。
With the above configuration, since the
本発明は上記実施の形態に示したものに限定されるものではなく、多種の構成の補助支持板を用いることもできる。図4は支持台上に形成された補助支持板について他の構成を示す平面図である。なお、水晶振動板2は点線で構成している。図4(a)は補助支持板6上に電極膜(導電膜)を形成した例であり、電極パッド12に対して電極膜62が、電極パッド13に対して電極膜63がそれぞれ対応して形成されている。本例においては前述の実施の形態のように補助支持板6に切り欠きを設けていないが、各電極膜62,63により確実に電極接続を行うことができる。なお、切り欠きを有する補助支持板構成に本例のような電極膜を形成してもよい。さらには当該各電極膜62,63は両者の短絡のおそれがない限り幅広く形成したり、あるいは水晶振動板の長辺方向においても補助支持板の端部まで形成することにより、電気的接合並びに機械的接合の安定性を向上させることができる。
The present invention is not limited to that shown in the above embodiment, and auxiliary support plates having various configurations can be used. FIG. 4 is a plan view showing another configuration of the auxiliary support plate formed on the support base. The
また図4(b)は他の構成を示す補助支持板7である。本例は補助支持板7に切り欠き71を形成するとともに、長辺方向他端側に面取り部72,73を設けている。このような構成により外部衝撃の応力が水晶振動板に加わり、水晶振動板が撓んだ場合でも水晶振動板の支持部分の損傷を最小限にすることができる。なお、当該面取り構成は曲率を有する面取り構成であってもよい。また補助支持板の長辺方向の他端部すなわち補助支持台1C側において厚さが漸次薄くなる面取り構成を採用してもよい。
FIG. 4B is an
次に、本発明による第2実施の形態について、圧電振動デバイスとして水晶発振器を例にとり、図面を参照して説明する。図5は水晶発振器の閉蓋した状態の断面図、図6は図5において開蓋した状態の平面図である。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, taking a crystal oscillator as an example of a piezoelectric vibration device. 5 is a cross-sectional view of the crystal oscillator with the lid closed, and FIG. 6 is a plan view of the crystal oscillator with the lid open in FIG.
本発明に適用される水晶発振器は電子部品用パッケージであるセラミックパッケージ1と、当該セラミックパッケージ内部に収納される集積回路素子3および水晶振動板2と、水晶振動板の上方に位置する補助支持板6と、セラミックパッケージを気密封止するリッド5とからなる。
The crystal oscillator applied to the present invention is a
セラミックパッケージ1は全体として直方体形状で、アルミナ等のセラミックスを主材料とし、図示しないが内部に導体配線パターンが形成された構成であり、かつ上部に開口し断面が凹形の収納部10を有する構成である。セラミックパッケージの堤部1Aの上部にはメタライズ層やメッキ等による金属層11が設けられ、当該金属層4はセラミックパッケージ下面に設けられたアース電極(図示せず)に接続されている。パッケージ内部の長辺方向の一端には支持台1Bが形成され、同他端には補助支持台(枕材)1Cが設けられている。支持台1Bと補助支持台1Cはほぼ同じ高さか、あるいは支持台1Bが若干高く形成されている。また支持台1B上面には電極パッド12,13が短辺方向に所定の間隔をもって形成されている。
The
収納部10は下部収納部10aと上部収納部10bを有している。両収納部は空間的につながっているが、それぞれ配置される電子部品素子が異なっており、下部収納部10aには集積回路素子3が、上部収納部10bには水晶振動板2がそれぞれ配置されている。下部収納部10aの底面には所定の電極配線による複数の電極パッド14が形成されており、当該電極パッド上に前記集積回路素子3が搭載されている。
The
集積回路素子3は全体として直方体形状であり、下面には複数の電極パッド31が形成され、また上面には図示していないが導電層が形成されている。当該導電層は下面の電極パッドの一つに引き出され、アース接続されている。複数の電極パッド14と集積回路素子3の電極パッド31との接合は、周知のフェイスダウンボンディング技術により電気的機械的な接合が行われるが、必要に応じて集積回路素子3と下部収納部10aの底面間には、絶縁性樹脂材によるアンダーフィルを形成してもよい。アンダーフィルの形成により集積回路素子3の機械的接合強度を向上させることができる。
The
当該集積回路素子3は水晶振動板1とともに発振回路を構成する回路構成が集積形成された1チップ集積回路素子である。また当該集積回路素子3には、必要に応じて、温度補償回路あるいは電圧制御回路あるいはPLL出力回路等の回路が組み込まれている。
The
上部収納部10bは水晶振動板2を配置する領域であり、高さ方向において支持台1Bの上面近傍の領域を示している。当該支持台1B上には前述のとおり電極パッド12,13が形成されている。当該電極パッド12,13はセラミックパッケージ内の配線により、集積回路素子3およびセラミックパッケージ下面に形成された外部接続電極(図示せず)と適宜接続されている。また当該電極パッド12,13は前述の底面に形成された集積回路素子接続用の電極パッド14と同様の手法にて形成するもので、例えばメタライズによるタングステン層上にニッケル層、金層の順にメッキ等の手段により形成するものである。なお、支持台1Bと電極パッド12あるいは13の合計高さは、下に配置する集積回路素子3を設置した状態の高さより高くすることが好ましい。
The upper storage portion 10b is an area in which the
これら電極パッド上には水晶振動板2の長辺方向一端が接合され、片持ち支持される。水晶振動板2は矩形状のATカット水晶振動板からなり、その中央部分には表裏面に対向した励振電極21,22(裏面の励振電極22は図示せず)が形成されている。当該励振電極21,22は引出電極211,221により、水晶振動板2の長辺方向の一端で短辺方向の両端部分にそれぞれ引き出されている。当該水晶振動板2の接合にあたっては、支持台の電極パッド12,13上にそれぞれ導電性接合材Sを塗布し、前記引出電極211,221が導電性接合材S上に位置するように、水晶振動板を片持ち支持する。また必要に応じて、水晶振動板搭載後さらに接合部分に導電性接合材を上塗り塗布してもよく、これにより引出電極211と電極パッド12、引出電極221と電極パッド13それぞれを確実に電気的機械的接合することができる。
On one of these electrode pads, one end in the long side direction of the
水晶振動板2の片持ち支持部分上部には補助支持板6が接合材により設置されている。補助支持板6は例えばセラミックあるいは水晶からなり、切り欠き61を有している。当該切り欠き41は補助支持板接合時、電極パッド12を露出させる位置に形成されている。補助支持板の補助支持台1C側は支持台からはみ出たはみ出し領域6aを有する構成であり、少なくともはみ出し領域6aはその幅が水晶振動板2の幅より広く形成されている。なお、前記補助支持板6を支持台1Bに接合する接合材は、絶縁性接合材であっても導電性接合材であってもよい。導電性接合材を用いる場合は、隣接する電極パッドとの短絡を防ぐような接合材の供給が必要である。
An auxiliary support plate 6 is installed on the upper part of the cantilever support portion of the
その後、不活性ガス雰囲気中あるいは真空雰囲気中でリッド5によりセラミックパッケージの開口部を閉塞し、気密封止を行う。リッド5は金属製であり、例えばコバールをコア材として、その上部にニッケル層を形成するとともに、下部すなわちセラミックパッケージとの接合面側には銅層を介して銀ろう層が形成された構成である。このようなリッドをシーム溶接法により接合することにより、気密封止を行うことができる。リッドは金属層11からセラミックパッケージ内部に設けられた内部配線(図示せず)により、パッケージ下面に形成された外部接続電極(図示せず)に引き出されている。
Thereafter, the opening of the ceramic package is closed with the
以上の構成により、水晶振動板の片持ち支持部分に補助支持板6を設置するために、補助支持板の錘効果により水晶振動板において片持支持側の重量配分が増加する。また片持ち支持部の接合領域を広くとることができ、外部衝撃等が加わった際に、比較的広い面積で衝撃吸収を行うことができる。以上の作用により外部衝撃等が加わった際においても、自由端側が傾くことが抑制され、安定した支持を行うことができる。また他の構成部材との位置関係の変化による静電容量の変化も生じなくなる。従って、水晶振動板の外形サイズが変化しても、安定して支持が行われ、また特性変化の少ない水晶発振器を得ることができる。 With the above configuration, since the auxiliary support plate 6 is installed in the cantilever support portion of the crystal diaphragm, the weight distribution on the cantilever support side increases in the crystal diaphragm due to the weight effect of the auxiliary support plate. Moreover, the joining area | region of a cantilever support part can be taken widely, and when external impact etc. are added, impact absorption can be performed in a comparatively wide area. Even when an external impact or the like is applied due to the above action, the free end side is prevented from being inclined and stable support can be performed. Further, the capacitance does not change due to a change in the positional relationship with other components. Therefore, even if the external size of the crystal diaphragm changes, a crystal oscillator that is stably supported and has little characteristic change can be obtained.
さらに本発明は、補助支持板7を用いるにあたり、支持台上の電極パッドを工夫した構成についても開示している。すなわち、図7に示すように支持台1B上に形成された2つの電極パッド15、16(16は図示せず)はそれぞれ厚肉部15a,16a(16aは図示せず)と薄肉部15b、16b(16aは図示せず)を有する構成であり、薄肉部に補助支持板7設置している。このような構成により補助支持板は電極パッドとの接合面積が増加することにより、接合強度が向上するとともに、接合における位置決めも容易に行うことができる。なお、図7は発振回路等を有さない水晶振動子構成について例示している。
Furthermore, the present invention also discloses a configuration in which the electrode pad on the support base is devised when the
なお、上記各実施形態の例示においては、ATカット水晶振動板を用いた表面実装型の水晶発振器を例示したが、例えばATカット水晶振動板や音叉型水晶振動板を用いた水晶振動子であっても、あるいは圧電セラミック振動子であってもよく、上記実施形態の例示に限定されるものではない。 In the examples of the above embodiments, a surface mount type crystal oscillator using an AT cut crystal diaphragm is exemplified, but a crystal oscillator using an AT cut crystal diaphragm or a tuning fork type crystal diaphragm is used. Alternatively, it may be a piezoelectric ceramic vibrator, and is not limited to the example of the above embodiment.
水晶振動子、水晶発振器等の圧電振動デバイスの量産に適用できる。 It can be applied to mass production of piezoelectric vibration devices such as crystal oscillators and crystal oscillators.
1 セラミックパッケージ
2 水晶振動板(圧電振動素子)
3 集積回路素子
4、6,7 補助支持板
5 リッド
1
3 Integrated circuit elements
4, 6, 7
Claims (4)
前記支持台と圧電振動素子間に補助支持板が形成され、当該補助支持板は前記支持台から一部はみ出した状態に搭載され、当該はみ出した領域を含んで前記圧電振動素子が搭載されるとともに、前記圧電振動素子の励振電極と前記電極パッドとが導電接合材により電気的に接続されていることを特徴とする圧電振動素子の支持構造。 An electrode pad is provided on the upper part of the support base, and a piezoelectric vibration element support structure for cantilevering a part of the plate-like piezoelectric vibration element on which the excitation electrode is formed on the support base,
An auxiliary support plate is formed between the support base and the piezoelectric vibration element, the auxiliary support plate is mounted in a state of partially protruding from the support base, and the piezoelectric vibration element including the protruding area is mounted. A support structure for a piezoelectric vibration element, wherein the excitation electrode of the piezoelectric vibration element and the electrode pad are electrically connected by a conductive bonding material.
前記圧電振動素子上であって支持台上方に補助支持板が搭載され、当該補助支持板は平面視でみて前記支持台から一部はみ出した状態に配置され、当該はみ出した領域を含んで前記圧電振動素子が補助支持されるとともに、前記圧電振動素子の励振電極と前記電極パッドとが導電接合材により電気的に接続されていることを特徴とする圧電振動素子の支持構造。 An electrode pad is provided on the upper part of the support base, and a piezoelectric vibration element support structure for cantilevering a part of the plate-like piezoelectric vibration element on which the excitation electrode is formed on the support base,
An auxiliary support plate is mounted on the piezoelectric vibration element and above the support base, and the auxiliary support plate is arranged in a state of partially protruding from the support base in a plan view, and includes the protruding region and the piezoelectric element. A support structure for a piezoelectric vibration element, wherein the vibration element is supported and supported, and the excitation electrode of the piezoelectric vibration element and the electrode pad are electrically connected by a conductive bonding material.
前記圧電振動素子は矩形状で、表裏に励振電極が形成されるとともに、当該励振電極を外周に引き出し、前記電極パッドとそれぞれ接続される引出電極を有する構成であり、また前記補助支持板は前記支持台と圧電振動素子間にあり、一部が前記支持台に、他の部分が支持台からはみ出した状態で搭載され、当該はみ出した領域においても圧電振動素子を支持する構成であることを特徴とする圧電発振器。 A ceramic package having an opening at the top and a support base having a plurality of electrode pads formed on the upper surface thereof, an integrated circuit element installed on the bottom surface inside the package, and an upper part of the integrated circuit element, the support A piezoelectric vibration element composed of a plate-like piezoelectric vibration element that is cantilevered by a table, an auxiliary support plate disposed between the support table and the piezoelectric vibration element, the opening being closed, and the integrated circuit element and the piezoelectric vibration A piezoelectric oscillator comprising a metal lid that hermetically seals the element,
The piezoelectric vibration element has a rectangular shape, and excitation electrodes are formed on the front and back sides, the excitation electrode is led out to the outer periphery, and has an extraction electrode connected to the electrode pad, and the auxiliary support plate Between the support base and the piezoelectric vibration element, a part is mounted on the support base in a state where the other part protrudes from the support base, and the piezoelectric vibration element is supported even in the protruding region. Piezoelectric oscillator.
前記圧電振動素子は矩形状で、表裏に励振電極が形成されるとともに、当該励振電極を外周に引き出し、前記電極パッドとそれぞれ接続される引出電極を有する構成であり、また前記補助支持板は平面視でみて前記支持台から一部はみ出した状態に配置され、当該はみ出した領域を含んで前記圧電振動素子を補助支持していることを特徴とする圧電発振器。
A ceramic package having an opening at the top and a support base having a plurality of electrode pads formed on the upper surface thereof, an integrated circuit element installed on the bottom surface inside the package, and an upper part of the integrated circuit element, the support A piezoelectric vibration element comprising a plate-like piezoelectric vibration element that is cantilevered by a table; an auxiliary support plate mounted on the piezoelectric vibration element and above the support; and the opening is closed; And a piezoelectric oscillator comprising a metal lid for hermetically sealing the piezoelectric vibration element,
The piezoelectric vibration element has a rectangular shape, and excitation electrodes are formed on the front and back, the excitation electrode is led to the outer periphery, and has a lead electrode connected to the electrode pad, and the auxiliary support plate is a flat surface. A piezoelectric oscillator, wherein the piezoelectric oscillator is disposed so as to partially protrude from the support base when viewed from the outside, and supports the piezoelectric vibration element in an auxiliary manner including the protruding region.
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JP2007158465A (en) * | 2005-11-30 | 2007-06-21 | Kyocera Kinseki Corp | Piezoelectric device |
WO2007125612A1 (en) * | 2006-04-26 | 2007-11-08 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Vibration gyro |
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