JP2007036808A

JP2007036808A - 圧電発振器

Info

Publication number: JP2007036808A
Application number: JP2005218788A
Authority: JP
Inventors: Emi Kato; 恵美加藤
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2007-02-08

Abstract

【課題】低背化が可能で、かつ、生産性にも優れた小型・低背の圧電発振器を提供する。
【解決手段】圧電素子５を気密封止してなる圧電振動子１と、発振回路を構成するＩＣチップ７と、ＩＣチップ７を実装するための電極パッド１２が設けられＩＣチップ７を収容し圧電振動子１を蓋として気密封止しする容器１０とを備え、ＩＣチップ７を収容するためのキャビティ部１５と、ＩＣチップ７に設けられるバンプ８の位置と対応してキャビティ部１５の底面に設けられるバンプ用凹部６とが容器１０に形成され、電極パッド１２がバンプ用凹部６の底面に設けられ、ＩＣチップ７のバンプ８が設けられている面がキャビティ部１５の底面に当接されつつ、バンプ８がバンプ用凹部６の底面に設けられている電極パッド１２に接合されて構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器に用いられる圧電発振器に関する。

従来より、携帯用通信機器等の電子機器には圧電発振器が用いられている。

例えば、図４に示すように、従来の圧電発振器２００は、内部に圧電素子（図示せず）が収容されている圧電振動子２３を、キャビティ部２５内に前記の圧電素子の振動に基づいて発振出力を制御するＩＣチップ２６やコンデンサ（図示せず）等の電子部品素子が収容されている容器２１上に取着させた構造のものが知られており、かかる圧電発振器２００を図示しない電子機器のマザーボード等の外部配線基板上に載置させた上、容器２１の裏面つまり実装面に設けられている外部端子（図示せず）を外部配線基板の配線に半田接合することにより当該外部配線基板上に実装される（例えば、特許文献１参照）。

なお、圧電振動子２３や容器２１は、通常、セラミック材料によって形成されており、その内部や表面には配線導体が形成され、従来周知のセラミックグリーンシート積層法等を採用することにより製作される。

また、前記ＩＣチップ２６の内部には、圧電振動子２３の温度特性に応じて作成された温度補償データに基づいて圧電発振器２００の発振周波数を補正するための温度補償回路（図示せず）が設けられており、圧電発振器２００を組み立てた後、上述の温度補償データをＩＣチップ２６のメモリ内に格納すべく、容器２１の裏面や外側面等に温度補償データ書込用の書込制御端子２７が設けられていた。この書込制御端子２７に温度補償データ書込装置のプローブ針を当ててＩＣチップ２６内のメモリに温度補償データを入力することにより、温度補償データがＩＣチップ２６のメモリ内に書込まれる。

特開２００４−１２９０９０号公報（図１）

しかしながら、前記した従来の圧電発振器２００のＩＣチップ２６が容器２１のキャビティ部２５に搭載させてある場合、ＩＣチップ２６が最背高の部品となるために容器２１の低背化が困難となり、その結果、容器２１の上に圧電振動子２３を搭載する圧電発振器２００の構造においては、当該圧電発振器２００の低背化に限界があった。

本発明は前記欠点に鑑み考えだされたものであり、低背化が可能で、かつ、生産性にも優れた小型・低背の圧電発振器を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、圧電素子を気密封止してなる圧電振動子と、発振回路を構成するＩＣチップと、前記ＩＣチップを実装するための電極パッドが設けられ前記ＩＣチップを収容し前記圧電振動子を蓋として気密封止しする容器とを備え、前記ＩＣチップを収容するためのキャビティ部と、前記ＩＣチップに設けられるバンプの位置と対応して当該キャビティ部の底面に設けられるバンプ用凹部とが前記容器に形成され、前記電極パッドが前記バンプ用凹部の底面に設けられ、前記ＩＣチップの前記バンプが設けられている面が前記キャビティ部の底面に当接されつつ、前記バンプが前記バンプ用凹部の底面に設けられている前記電極パッドに接合されて構成されることを特徴とする圧電発振器である。

また、本発明は、上記構成において前記ＩＣチップの前記バンプが設けられている面がＩＣチップの回路形成面を保護する回路保護材の表面であってもよい。

本発明の圧電発振器によれば、圧電素子を気密封止してなる圧電振動子と、発振回路を構成するＩＣチップと、前記ＩＣチップを実装するための電極パッドが設けられ前記ＩＣチップを収容し前記圧電振動子を蓋として気密封止しする容器とを備え、前記ＩＣチップを収容するためのキャビティ部と、前記ＩＣチップに設けられるバンプの位置と対応して当該キャビティ部の底面に設けられるバンプ用凹部とが前記容器に形成され、前記電極パッドが前記バンプ用凹部の底面に設けられ、前記ＩＣチップの前記バンプが設けられている面が前記キャビティ部の底面に当接されつつ、前記バンプが前記バンプ用凹部の底面に設けられている前記電極パッドに接合されていることから、前記ＩＣチップに設けられるバンプを前記容器に形成された前記バンプ用凹部に収容できるため、圧電発振器の高さ方向におけるバンプ分の高さに対応する高さ寸法を削除できるため、圧電発振器の更なる低背化が可能となる。

また、本発明の圧電発振器によれば、上記構成において、前記ＩＣチップの前記バンプが設けられている面がＩＣチップの回路形成面を保護する回路保護材の表面であることから、ＩＣチップを前記容器に接触させても、ＩＣチップが回路保護材で保護されていることから、ＩＣチップの回路形成面が損傷されることがなく、また、この回路保護材がキャビティの底面に接触しているので、外部からの塵等の浸入による回路形成面の電気的ショート等を防止することが可能となる。

次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。

図１は余剰部を含む容器の一例を示す平面図である。図２は、図１のＸ−Ｘ断面における容器に圧電振動子を接続した状態を示す断面図である。図３は、余剰部を含む容器をウェハの状態で示す平面図である。
図１及び図３に示すように、容器１０は、セラミックウエハー基板３０の状態において、容器部Ａ１−Ａ２部分を切断することによって得られる。また、容器部Ａ１−Ａ２と隣接して余剰部Ｂ１、Ｂ２が設けられている。また、容器部Ａ１−Ａ２と余剰部Ｂ２との境目にまたがって、複数個の書込制御端子１１が形成されている。

図２に示すように、本発明に係る圧電発振器１００は、ＩＣチップ７を収容するキャビティ部１５とこのキャビティ部１５の底面にＩＣチップ７を搭載するためのバンプ用凹部６とが形成された容器１０と、バンプ８が設けられた当該ＩＣチップ７と、前記キャビティ部１５を塞ぐように設けられる圧電素子５を収容した圧電振動子１とから主に構成されている。
また、バンプ用凹部６の底面にはＩＣチップ７に設けられたバンプ８を接続するための電極パッド１２が形成されている。また、容器１０の実装面、つまり裏面には外部接続電極端子１９が設けられている。また、キャビティ部１５を囲う側面となる枠壁１３、枠壁１３の外側面には複数個の書込制御端子１１が形成されている。なお、本発明の圧電発振器においては枠壁１３の一部には開放部９（図１参照）が形成されている。

また、図１及び図２に示すように、本発明に係る圧電発振器１００は、前記枠壁１３の上面に、圧電素子５が収容されている圧電振動子１を載置して固定した構造を有している。また、ＩＣチップ７を収容するキャビティ部１５を有する容器１０とその上面（つまり、キャビティ部の底面）に搭載されたＩＣチップ７の回路形成面（下面）には回路保護材１４が被膜されており、この回路保護材１４によりＩＣチップ７と容器１０間を外部からの塵等の浸入から保護している。

つまり、本発明に係る圧電発振器１００の特徴部分は図１、図２に示すように、ＩＣチップ７をバンプ８により容器１０に実装固着する場合に、ＩＣチップ７に設けられるバンプ８を搭載する位置を容器１０に形成されたバンプ用凹部６内部の底面とした点にある。これにより、ＩＣチップ７に設けられるバンプ８を容器１０に形成されたバンプ用凹部６内に収容されることとなるため、バンプ８の高さに対応する圧電発振器１００の高さ寸法を抑えることが可能となり、圧電発振器１００の更なる低背化が可能となる。

また、本発明の圧電発振器１００によれば、容器１０とＩＣチップ７との間が密接した配置構造となるため、外部からの塵等の浸入を防止可能となり、ＩＣチップ７の回路形成面の電気的ショート等もなく電気的特性も安定した圧電発振器１００を得ることが可能となる。

ここで、図２に示す圧電振動子１は、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料から成る基板２と、当該基板２と同様のセラミック材料から成る側壁３、４２アロイやコバール、リン青銅等の金属から成る蓋体４とから成り、基板２の上面に側壁３を取着させ、その上面に蓋体４を載置して固定させることによって圧電振動子１が構成され、側壁３の内側に位置する基板２の上面に圧電素子５が実装されている。

また、図１においてＩＣチップ７を収容するキャビティ部１５を有する容器１０の開放部９は余剰部Ｂ１まで達している。この開放部９は、容器１０のキャビティ部１５に配置されたＩＣチップ７の回路形成面（下面）のバンプ８を保護するための回路保護材１４の形成状態を確認するための確認に用いられる。この開放部９は、確認の後に埋められることとなる。

また、圧電振動子１は、その内部に、例えば、基板２の上面と側壁３の内面と蓋体４の下面とで囲まれる空間部内に圧電素子５を収容して気密封止されており、基板２の上面には圧電素子５の振動電極に接続される一対の搭載パッド等が、また、基板２の下面には後述する容器１０上の枠壁１３に接続される複数個の接続用端子１７がそれぞれ設けられ、これらのパッドや端子は基板２表面の配線パターンや基板２内部に埋設されているビアホール等を介して、対応するもの同士、相互に電気的に接続されている。

また、圧電振動子１の内部に収容される圧電素子５は、所定の結晶軸でカットされており、両主面に一対の振動電極が被着・形成されている。この圧電素子５は、外部からの変動電圧が一対の振動電極を介して圧電片に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こす。

ここで圧電振動子１の蓋体４を圧電振動子１の接続用端子１７や容器１０の接続用端子１８を介して後述するグランド端子用の外部接続電極端子１９に接続させておけば、その使用時に、金属から成る蓋体４が基準電位に接続されてシールド機能が付与されることとなるため、圧電素子５やＩＣチップ７を外部からの不要な電気的作用から良好に保護することができる。従って、圧電振動子１の蓋体４は圧電振動子１の接続用端子１７や容器１０の接続用端子１８を介してグランド端子用の外部接続電極端子１９に接続させておくことが好ましい。

そして、上述した圧電振動子１が取着されるＩＣチップ７を収容するキャビティ部１５を有する容器１０は略矩形状となっており、ガラス布基材エポキシ樹脂やポリカーボネイト，エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂等の樹脂材料やガラス−セラミック，アルミナセラミックス等のセラミック材料等によって平板状を成すように形成されている。

また、ＩＣチップ７を収容するキャビティ部１５を有する容器１０は、容器部Ａ１−Ａ２の下面の四隅部に４つの外部接続電極端子１９（電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子）が形成され、上面の四隅部を囲む周縁には枠壁１３が、また上面の中央域には例えばフリップチップ型のＩＣチップ７が、更に四隅部間の枠壁１３の外側側面には書込制御端子１１が設けられている。

また、容器１０の裏面つまり実装面に設けられている４つの外部接続電極端子１９は、圧電発振器１００をマザーボード等の外部配線基板に接続するための端子として機能するものであり、圧電発振器１００を外部配線基板上に搭載する際、外部配線基板の回路配線と半田等の導電性接合材を介して電気的に接続されるようになっている。

また、容器１０の上面に設けられる枠壁１３は、ＩＣチップ７を収容するキャビティ部１５を有する容器１０と圧電振動子１との間に、ＩＣチップ７を配置させるのに必要な所定の間隔を確保しつつ、ＩＣチップ７を収容するキャビティ部１５を有する容器１０の接続用端子１８を圧電振動子１の接続用端子１７に接続するためのものである。

更に、上述したＩＣチップ７を収容するキャビティ部１５を有する容器１０の中央域には、複数個のバンプ用凹部６が形成され、各バンプ用凹部６内部の底面には電極パッド１２が設けられており、これら電極パッド１２にＩＣチップ７の接続パッドをバンプ８を介して電気的、及び機械的に接続させることによってＩＣチップ７がキャビティ部１５を有する容器１０上の所定位置に取着される。なお、複数の電極パッド１２のうち、いくつかは外部接続電極端子１９接続しないものも含まれる場合がある。

また、ＩＣチップ７は、その回路形成面（下面）に、周囲の温度状態を検知する感温素子、圧電素子５の温度特性を補償する温度補償データを格納するメモリ、メモリ内の温度補償データに基づいて圧電素子５の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、先の温度補償回路に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路等が設けられており、この発振回路で生成された発振出力は、外部に出力された後、例えば、クロック信号等の基準信号として利用される。

なお、上述したＩＣチップ７表面にはポリイミド等の絶縁材料から成る回路保護材１４が介在されており、この回路保護材１４により、ＩＣチップ７の表面を保護するとともに、ＩＣチップ７と容器１０間のスペーサ部材としての機能も持たせている。

これにより、従来はＩＣチップと容器との間に、ＩＣチップ表面に形成された回路形成面を大気中の水分等によって腐食されるのを防止するためにアンダーフィル樹脂が充填されていたが、これに代えてＩＣチップ７を保護する回路保護材１４を用いることで、アンダーフィル樹脂機能を代用可能とすることができる。その結果、ＩＣチップ７と容器１０間にアンダーフィル樹脂が不要となり、ＩＣチップ７と容器１０とを近接して配置可能とすることができる。これにより、圧電発振器の低背化及び、圧電発振器の工数削減が可能となる。

なお、本発明は上述の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、前記実施形態において、図１、図２に示すように、ＩＣチップ７のバンプ８に対応する部分のみにバンプ８の大きさに相応したバンプ用凹部６が形成されているが、これに代えて容器１０の中央部に複数個のバンプ８全体をカバーする１個のバンプ用凹部６を形成しても構わない。この場合も本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。また、キャビティ部１５に、ＩＣチップ７の他にコンデンサなどの電子部品を収納してもよい。また、ＩＣチップ７の回路形成面に回路保護材１４を設けない状態でも本実施形態と同様の効果を奏する。

余剰部を含む容器の一例を示す平面図である。図１のＸ−Ｘ断面における容器に圧電振動子を接続した状態を示す断面図である。余剰部を含む容器をウェハの状態で示す平面図である。従来の圧電発振器の概略を示す斜視図である。

符号の説明

１００・圧電発振器
１・・・圧電振動子
２・・・基板
３・・・側壁
４・・・蓋体
５・・・圧電素子
６・・・バンプ用凹部
７・・・ＩＣチップ
８・・・バンプ
９・・・開放部
１０・・容器
１１・・書込制御端子
１２・・電極パッド
１３・・枠壁
１４・・回路保護材
１５・・キャビティ部
１７・・圧電振動子の接続用端子
１８・・容器の接続用端子
１９・・外部接続電極端子
３０・・セラミックウエハー基板

Claims

圧電素子を気密封止してなる圧電振動子と、発振回路を構成するＩＣチップと、前記ＩＣチップを実装するための電極パッドが設けられ前記ＩＣチップを収容し前記圧電振動子を蓋として気密封止しする容器とを備え、
前記ＩＣチップを収容するためのキャビティ部と、
前記ＩＣチップに設けられるバンプの位置と対応して当該キャビティ部の底面に設けられるバンプ用凹部とが前記容器に形成され、
前記電極パッドが前記バンプ用凹部の底面に設けられ、
前記ＩＣチップの前記バンプが設けられている面が前記キャビティ部の底面に当接されつつ、前記バンプが前記バンプ用凹部の底面に設けられている前記電極パッドに接合されて構成されることを特徴とする圧電発振器。
前記ＩＣチップの前記バンプが設けられている面がＩＣチップの回路形成面を保護する回路保護材の表面であることを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。