JP2007097040A - 圧電振動子及び圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、圧電発振器及び圧電振動子の高機能化、複合デバイス化の対応が可能な圧電発振器及び圧電振動子を提供することにある。
【解決手段】 同一密閉容器１の同一キャビティー７中に少なくとも２つ以上の圧電振動素板１１、１２を収納し、圧電振動素板１１、１２に励振電極１８、１９を形成した圧電振動子であって、各圧電振動子の各々の励振電極１８、１９部分が重ならない配置で密閉容器１内に搭載されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯用通信機器等の電子機器に用いられる圧電振動子及び圧電発振器に関するものである。

従来より、携帯用通信機器等の電子機器に圧電振動子及び圧電発振器が用いられている。

かかる従来の圧電発振器（ここでは圧電発振器を例に説明する。）としては、例えば図５に示す如く、容器１０１の上面に圧電振動素板１１１が、下面に半導体集積回路１１６が搭載されている。容器１０１の上側に積層されているセラミック基板上面に枠状の側壁１０３が形成されており、側壁１０３の内部に圧電振動素板１１１が搭載されている。圧電振動素板１１１は、セラミック基板の一端側に形成された配線パターンに圧電振動素板１１１が導電性接着剤１１３を介して固着され、電気的、機械的に保持されてなる。また、側壁１０３上面には蓋体１０４をシーム溶接等によって接合し、圧電振動素板１１１を気密封止している。

また、容器１０１の下側に積層されているセラミック基板の下面には部品搭載パッド（不図示、以下同じ）が設けてあり、発振用の半導体集積回路１１６が部品搭載パッド上に搭載されている。

さらに、セラミック基板の下面周囲には側壁部１０５が電気的、機械的に接続され、側壁部１０５底面の四隅部には４つの外部端子電極１０６が形成されている。この外部端子電極１０６は例えば、圧電振動素板１１１から引出配線１１４を介して接続された入出力端子として用いられる。
特開２００３−４６２５１号公報 特開２００３−１０１３４９号公報 なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

しかしながら、上述した従来の圧電発振器及び圧電振動子においては、その構造上、同一密閉容器内に圧電振動素板を複数個配置するといった複合化が困難であり、圧電発振器及び圧電振動子の高機能化、複合デバイス化の対応が困難であるという欠点を有していた。

本発明は上記欠点に鑑み考え出されたものであり、従ってその目的は、圧電発振器及び圧電振動子の高機能化、複合デバイス化の対応が可能な圧電発振器及び圧電振動子を提供することにある。

本発明の圧電振動子は、同一密閉容器の同一キャビティー中に少なくとも２つ以上の圧電振動素板を収納し、前記圧電振動素板に励振電極を形成した圧電振動子であって、前記各圧電振動子の各々の励振電極部分が重ならない配置で前記密閉容器内に搭載されていることを特徴とする。

また、上記構成における圧電振動子の配置は、段違いに配置されるかあるいは、同一高さに並行して配置する搭載構造を有することを特徴とする。

また、本発明の圧電発振器は、上記構成において圧電発振器に半導体集積回路を実装して発振器を構成することを特徴とする。

本発明の圧電振動子によれば、同一密閉容器の同一キャビティー中に少なくとも２つ以上の圧電振動素板を収納し、前記圧電振動素板に励振電極を形成した圧電発振器であって、前記各圧電発振器の各々の励振電極部分が重ならない配置で前記密閉容器内に搭載されていることから、２枚の圧電振動素板の周波数調整を同時に同一の工程で作業できるので圧電振動子の製造工程を簡略化することが可能となる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。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は本発明の実施形態にかかる圧電発振器の断面図である。図１に図示する圧電発振器は大略的に言って、容器１と、側壁部５、第１の圧電振動素板１１と第２の圧電振動素板１２、半導体集積回路１６、樹脂１７とで構成されている。図１に図示する圧電発振器は、キャビティー７に第１の圧電振動素板１１と第２の圧電振動素板１２を収容した容器１に、容器１の底面に側壁部５が接続され、かつ固定させるとともに側壁部５の底面の四隅部に外部端子電極６が設けられている。また側壁部５間に位置する容器１の下面に半導体集積回路１６を搭載した構造を有している。また、半導体集積回路１６と側壁部５側面は樹脂１７で被われた構造となっている。

図２はシート状の母基板（不図示）から切断された１個のベース２領域を示したものであり、シート状の母基板に半導体集積回路１６および樹脂１７を塗布注入した状態の半導体集積回路１６搭載面側の下面図である。

前記容器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ベース２、ベース２と同様のセラミック材料から成る側壁３、４２アロイやコパール、リン青銅等から成る蓋体４から成り、前記ベース２の上面に側壁３を取着させ、その上面に蓋体４を載置し固定させることによって容器１が構成され、側壁３の内側に位置するベース２の上面に導電性接着剤１３を介して第１の圧電振動素板１１と第２の圧電振動素板１２が実装される。前記容器１はその内部に、具体的には、ベース２の上面と側壁３の内面と蓋体４の下面とで囲まれるキャビティー７内に第１の圧電振動素板１１と第２の圧電振動素板１２を収容して気密封止するためのものである。

一方、前記容器１のキャビティー７に収容される第１の圧電振動素板１１と第２の圧電振動素板１２は、所定の結晶軸でカットした圧電片の両主面に一対の励振電極１８、１９を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の励振電極１８、１９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。

また一方で図１、図２に図示するように、上述したベース２の下面には、側壁部５が被着・形成されており、側壁部５の底面の四隅部に形成された外部端子電極６間に位置するベース２の下面には、矩形状に形成されたフリップチップ型の半導体集積回路１６が搭載されており、半導体集積回路１６は導電性接着剤１５を介してベース２に接続されている。また、半導体集積回路１６と側壁部５とは樹脂１７で覆われた構造となっている。

前記半導体集積回路１６はその回路形成面に、周囲の温度状態を検知する感温素子、第１の圧電振動素板１１と第２の圧電振動素板１２の温度特性を補償する温度補償データを有し、温度補償データに基づいて前記第１の圧電振動素板１１と第２の圧電振動素板１２の励振特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、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、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こととなる。ここで第１の圧電振動素板１１と第２の圧電振動素板１２と半導体集積回路１６は図１に図示するベース２の内層に設けられた引出配線１４により接続されている。

また、図３、図４は本発明の実施形態を圧電振動子に展開した場合の断面図であり、図３においては容器１に段差を設けて第１の圧電振動素板１１と第２の圧電振動素板１２の配置を段違いに配置した例であり、図４は容器１に第１の圧電振動素板１１と第２の圧電振動素板１２を同一高さに並行して配置した例の圧電振動子の配置構造である。

次に上述した圧電発振器の製造方法について、本発明の実施形態である図１、図２を用いて説明する。 まず、縦ｍ列×横ｎ行（ｍ、ｎは２以上の自然数）のマトリクス状に配列された複数個のキャビティー７を有するシート状の母基板（不図示）を準備する。次に、図１に図示するように各キャビティー７に第１の圧電振動素板１１と第２の圧電振動素板１２とを囲繞する側壁３とを搭載する。各キャビティー７には、その上面側に一対の接続パッドと接合用の導体層が被着・形成されている。また、各キャビティー７と相反する面の半導体集積回路１６搭載面側にはベース２の周囲に側壁部５を搭載する。また、側壁部５の底面には外部端子電極６が先の図２に図示するように被着して形成されている。

このようなシート状の母基板からなるベース２は、例えば、アルミナセラミックス等から成るセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加し更に混合して得たセラミックグリーンシートの表面等に、接続パッドや外部端子電極６等となる導体ペーストを所定のパターンに印刷して塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することによって製作される。

なお、シート状の母基板には、マトリクス状に配列された個々の圧電発振器の間には一般的に所定の捨代領域（不図示）が設けられている。この捨代領域には各圧電発振器に２個の温度補償制御端子（不図示）が接続されている。そして、キャビティー７を有するシート状の母基板に形成される側壁３の内側に第１の圧電振動素板１１と第２の圧電振動素板１２を１個ずつ搭載する。第１の圧電振動素板１１と第２の圧電振動素板１２はその励振電極１８、１９とシート状の母基板上面の対応する搭載パッドとを導電性接着剤１３を介して電気的及び機械的に接続することによってシート状の母基板上に搭載される。

また、シート状の母基板のキャビティー７と１対１に対応する複数個のカバー（蓋）領域を有する金属製の蓋体４を、第１の圧電振動素板１１と第２の圧電振動素板１２が封止されるように側壁３上に載置・接合する。前記蓋体４としては、例えば、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属から成る厚みが６０μｍ〜１００μｍの金属板が用いられ、このような蓋体４にも、先に述べたシート状の母基板と同様に、各カバー領域間に所定の捨代領域が設けられている。

この工程では、蓋体４を各カバー（蓋）領域の内側に対応するキャビティー７領域に第１の圧電振動素板１１と第２の圧電振動素板１２が配されるようにしてシート状の母基板上面の側壁３上に載置させ、しかる後に両者を従来から周知の金すず封止等により接合することによって蓋体４が側壁３の上面に取着し固定される。なお、上述した一連の接合工程は、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で行うのが好ましく、これによって第１の圧電振動素板１１と第２の圧電振動素板１２が収納される空間には不活性ガスが充満されるため、第１の圧電振動素板１１と第２の圧電振動素板１２が酸素や大気中の水分等によって腐食して劣化するおそれを有効に防止することができる。

次にシート状の母基板下面の側壁部５で囲まれる領域に半導体集積回路１６を１個ずつ搭載する。半導体集積回路１６は、その接続電極とシート状の母基板下面の対応する搭載パッドとを導電性接着剤１５を介して電気的及び機械的に接続することによってシート状の母基板に搭載される。その後、側壁部５の側面全面が覆われるように樹脂１７を塗布注入する。

そして、半導体集積回路１６は、その回路形成面に周囲の温度状態を検知する感温素子や第１の圧電振動素板１１と第２の圧電振動素板１２の温度特性を補償する温度補償データを有し、温度補償データに基づいて第１の圧電振動素板１１と第２の圧電振動素板１２の励振特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路を有する半導体集積回路１６へ、圧電発振器の仕様を所望の数値となるように、温度補償制御端子よりビットデータを入力し温度補償データの書き込みを行う。

最後に、シート状の母基板を各ベース２領域の外周に沿って一括的に分割・切断（ダイシング）し、これによって複数個の圧電発振器が同時に製作される。 また、シート状の母基板の切断（ダイシング）は、例えば、ダイサー等を用いて、これらの部材を一括的に切断（ダイシング）することによって行われ、これによって複数個の圧電発振器が同時に得られる。

ここで、本発明の特徴部分は図１に図示するように、同一密閉容器１の中に、第１及び第２の圧電振動素板１１、１２の各々の励振電極１８、１９部分が重ならないような位置関係で固着・収納したことにある。これにより、第１及び第２の圧電振動素板１１、１２の周波数調整を同時に同一の工程で作業できるので圧電発振器の製造工程の簡略化が可能となる。

また、本発明の圧電発振器によれば、第１の圧電振動素板１１と第２の圧電振動素板１２を同一周波数で動作させる場合には、第１の圧電振動素板１１を常時発振させ、第２の圧電振動素板１２は第１の圧電振動素板１１の異常発振を検知して動作するように半導体集積回路１６で設定処理することで、高い信頼性を要求される用途への使用が可能となる。

また、更に本発明の圧電発振器によれば、第１の圧電振動素板１１と第２の圧電振動素板１２のいずれかが半導体集積回路１６により発振器の機能として動作し、残る一方の圧電振動素板は半導体集積回路１６を介さずに振動素板単体の機能として動作することから、半導体集積回路１６により温度補償する圧電発振器として機能する第１の圧電振動素板１１と振動素板単体の発振周波数を発振する圧電発振器として機能する第２の圧電振動素板１２を同一密閉容器１内に収容することができることから、圧電発振器の複合化が可能となる。

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。

例えば上述の実施形態においては、第１の圧電振動素板１１と第２の圧電振動素板１２のみを同一密閉容器１内に収容しているが、さらに第３、第４の圧電振動素板を収容しても構わない。また、上述の実施形態においては、１個の半導体集積回路１６のみを搭載しているが、同一密閉容器１内に収容する圧電振動素板の数だけ半導体集積回路１６を搭載しても構わない。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無い。

本発明の実施形態にかかる圧電発振器の概略の断面図である。 本発明の実施形態にかかる圧電発振器の半導体集積回路および樹脂を塗布注入した状態を示す半導体集積回路搭載面側の下面図である。 本発明の実施形態を圧電振動子に展開した場合であり、容器に段差を設けて第１の圧電振動素板と第２の圧電振動素板の配置を段違いに配置した場合の断面図である。 本発明の実施形態を圧電振動子に展開した場合であり、容器に第１の圧電振動素板と第２の圧電振動素板を同一高さに並行して配置した場合の断面図である。 従来の圧電発振器の概略の斜視図である。

符号の説明

１・・・容器
２・・・ベース
３・・・側壁
４・・・蓋体
５・・・側壁部
６・・・外部端子電極
７・・・キャビティー
１１・・・第１の圧電振動素板
１２・・・第２の圧電振動素板
１３・・・導電性接着剤
１４・・・引出配線
１５・・・導電性接着剤
１６・・・半導体集積回路
１７・・・樹脂
１８・・・第１の圧電振動素板の励振電極
１９・・・第２の圧電振動素板の励振電極

Claims (3)

1. 同一密閉容器の同一キャビティー中に少なくとも２つ以上の圧電振動素板を収納し、前記圧電振動素板に励振電極を形成した圧電振動子であって、
   前記各圧電振動子の各々の励振電極部分が重ならない配置で前記密閉容器内に搭載されていることを特徴とする圧電振動子。
2. 請求項１記載の圧電振動子の配置は、段違いに配置されるかあるいは、同一高さに並行して配置した搭載構造を有することを特徴とする圧電振動子。
3. 請求項１または請求項２に記載の圧電振動子と半導体集積回路とを備えて構成されることを特徴とする圧電発振器。

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