JP2007158464A

JP2007158464A - 圧電発振器

Info

Publication number: JP2007158464A
Application number: JP2005347142A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Fukiharu; 栄一吹春
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2007-06-21

Abstract

【課題】集積回路素子の稼働により瞬間的な熱変動が生じた場合に、集積回路素子自体の温度と圧電振動素子の温度とを短時間で一致可能な圧電発振器を提供することにある。
【解決手段】第１の基板には凹形状の第１の空間部が形成され、第１の空間部内には圧電振動素子が搭載されており、蓋体により第１の空間部を気密封止した第１のパッケージ体と、第２の基板には凹形状の第２の空間部が形成され、第２の空間部内には少なくとも発振回路が内蔵された集積回路素子が配置された第２のパッケージ体とが重ねて配置され、第１のパッケージ体と第２のパッケージ体とを機械的及び電気的に接続固着してなる圧電発振器において、集積回路素子が配置された第２の空間部内面と第１の基板の他方の主面とにより囲われた空間内に、第２のパッケージ体を構成する物質より熱伝導率が高い熱硬化性ペーストが充填されている。
【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発振器に関するものであり、特に圧電発振器内に搭載される集積回路素子内に温度補償回路を内蔵し、環境温度変化による発振周波数変化量を補償する圧電発振器に関する。

従来から、携帯用の通信機器等の電子機器には電子部品として圧電発振器が使用されており、その圧電発振器の一つとして、電子機器の基準周波数信号発生源として温度補償回路を内蔵した温度補償型の圧電発振器（ＴＣＸＯ）が用いられている。

かかる従来の温度補償型圧電発振器としては、例えば図５に示す如く、第１の基板１０２の上下面に第１、第２の空間部１１０、１２０を有する第１のパッケージ体１０１の上面の第１の空間部１１０内に、圧電振動素子１１２を実装して気密封止し、且つ前記第２の空間部１２０内に、圧電振動素子１１２の温度補償を行なうため集積回路素子１３７を収容してなる温度補償型の圧電発振器であって、第２の空間部１２０の内表面に、集積回路素子１３７を保護するための樹脂１３８を充填した圧電発振器が開示してある。図５はその断面図である。

上述の構造により、第１のパッケージ体１０１の表面に圧電振動素子１１２を実装し、底面側に集積回路素子１３７を実装しているため、表面面積の小さい小型の圧電発振器ができる。また、圧電振動素子１１２と集積回路素子１３７とを全く異なる領域に収容することができるため、圧電振動素子１１２の発振動作を長期にわたり安定化させることができる。また、圧電振動素子１１２の発振特性の不良を製造工程中に簡単に検出できるため、集積回路素子１３７の無駄な消費、無駄な製造工程の未実施により、安価な圧電発振器となる。また、第１のパッケージ体１０１の表面に圧電振動素子１１２を実装した後に、集積回路素子１３７を実装しているので、圧電振動素子１１２の周波数安定化のために行なう熱処理が、集積回路素子１３７に印加されず、集積回路素子１３７の動作信頼性や接続信頼性を高めることができる。

上述したような圧電発振器は、以下に開示の先行技術文献に記載されている。
特開１９９９−３３３８５８号公報特開２０００−１３８５５３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、上述したような従来の圧電発振器では、第１の基板１０２を挟んで一方の主面上に圧電振動素子１１２が実装され、他方の主面上に集積回路素子１３７をフリップチップ実装し、且つ集積回路素子１３７が実装されている第２の空間部内には樹脂１３８が充填されている構造のために、主に樹脂１３８に集積回路素子１３７が発する熱が伝わるが、樹脂１３８の第２の空間部１２０開口部に露出している面積が広いので、開口部に露出している樹脂表面からの放熱が生じてしまい、集積回路素子１３７からの熱がパッケージ体１０１に精確に伝達しない。又、この樹脂１３８は熱を伝える機能が著しく低いために、集積回路素子１３７周囲のみに熱が集中してしまう可能性がある。このことにより、集積回路素子内に内蔵された温度補償回路を構成する感温素子が感知する温度と、実際の圧電振動素子１１２の温度との間に双方の温度が同一とならない、又は同一となるために時間がかかり、このことから温度補償回路による温度補償精度が低下してしまうおそれがある。

特に集積回路素子の稼働に伴う瞬間的な発熱による熱変動が生じた場合に、上述した温度差が大きくなる傾向があり、更に、圧電発振器自体の小型化が進むにつれ、集積回路素子の大きさが圧電発振器全体の大きさに対して占める割合が高くなり、且つ集積回路素子を搭載する第２の空間部を囲繞する第２の側壁部も薄くなる形態であるために、より第２の空間部開口部からの放熱が顕著となり、更に集積回路素子内に内蔵された温度補償回路を構成する感温素子が感知する温度と、実際の圧電振動素子の温度との差が大きくなる傾向がある。

本発明は上記課題を鑑み発明されたものであり、その目的は、フリップチップ実装される集積回路素子を有する圧電発振器において、集積回路素子からの瞬間的な発熱による熱変動が生じた場合においても、集積回路素子内に内蔵された感温素子が感じる温度と、圧電振動素子周囲の温度とを短時間に一致可能な圧電発振器を提供することにある。

本発明の圧電発振器は、絶縁性の第１の基板の一方の主面には凹形状の第１の空間部が形成され、該第１の空間部内には圧電振動素子が搭載され、該圧電振動素子は該第１の基板の他方の主面に形成した第１のパッケージ接続用端子と電気的に接続されており、且つ蓋体を該第１の空間部開口部に被せて該第１の空間部を気密封止した第１のパッケージ体と、
絶縁性の第２の基板の一方の主面には凹形状の第２の空間部が形成され、該第２の空間部内には少なくとも発振回路が内蔵された集積回路素子が配置且つ樹脂により固定され、該集積回路素子は該第２の空間部を囲繞する枠壁の頂面に形成した第２のパッケージ接続用端子と電気的に接続されており、更に該集積回路素子は該第２の基板の他方の主面に形成した外部接続電極端子とも電気的に接続された第２のパッケージ体とが重ねて配置されており、該第１のパッケージ接続用端子と該第２のパッケージ接続用端子とを機械的及び電気的に接続固着してなる圧電発振器において、
該集積回路素子が配置された該第２の空間部内面と該第１の基板の他方の主面とにより囲われた空間内に、該第２のパッケージ体を構成する物質より熱伝導率が高い熱硬化性ペーストが充填されていることを特徴とする。

本発明の圧電発振器によれば、集積回路素子が配置された該第２の空間部内面と該第１の基板の他方の主面とにより囲われた空間内に、該第２のパッケージ体を構成する物質より熱伝導率が高い熱硬化性ペーストが充填されていることにより、集積回路素子から発した熱を、熱伝導率が高い熱硬化性ペーストを介して、第２のパッケージ体への熱伝導を極力抑えた形態で圧電振動素子へ短時間に伝導するので、特に集積回路素子の稼働に伴う瞬間的熱変動による圧電振動素子と集積回路素子内の温度補償回路を構成する感温素子の感知温度差を小さくすることが可能となり、圧電発振器としての周波数温度補償精度を高く維持することができる。

又、熱硬化性ペーストはほとんど発振器外に露出していないので、熱硬化性ペーストに伝わった熱はスムーズに第１のパッケージ体に伝わり、第１のパッケージ体内の圧電振動素子及びその周囲の空間を加熱する作用によっても、圧電振動素子と集積回路素子内の温度補償回路を構成する感温素子の感知温度差を小さくすることが可能となり、圧電発振器としての周波数温度補償精度を高く維持することができる。

因って、本発明により、従来に比べ周波数温度補償精度が高く、且つ小型化が可能な圧電発振器を提供できる効果を奏する。

以下、本発明を添付した各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し、各図では、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また図示したものの寸法も一部誇張して図示している。

図１は、本発明に係る圧電発振器を例に示した断面図である。また、図２は、図１に図示した圧電発振器のうち、第２のパッケージ体部分を第１のパッケージ体側からみた平面図である。更に図３は、図１に図示した圧電発振器のうち、第１のパッケージ体部分を第２のパッケージ体側みた平面図である。
図１に示すように、本発明に係る圧電発振器は、集積回路素子３７を収容する第２の空間部２０と、この第２の空間部２０内の底面に集積回路素子３７を搭載するための素子接続用電極端子が形成されている第２のパッケージ体１１と、搭載面側に基板接続用電極端子が形成されている集積回路素子３７と、前記第２の空間部２０を覆うように配置される内部に圧電振動素子１２を収容した第１のパッケージ体１とから主に構成されている。更に第１のパッケージ体の底面の裏側、つまり第２パッケージ体１１と接する面には、第２パッケージ体１１の枠壁６と接続するために第２のパッケージ接続用端子１８が形成されている。

また、第２のパッケージ体の底部を構成する第２の基板５の底面の裏側、つまり、外部の電子機器（図示せず）のマザーボード（実装基板）等と向かい合う面には外部接続用電極端子９が設けられている。また、第２の空間部２０を囲い側面となる第２の枠壁６、第２の枠壁６の外側面には複数個の書込制御端子７が形成されている。更に第２の枠壁６の第２の空間部２０開口側上面には、第１のパッケージ体１と機械的及び電気的に接続するための第１のパッケージ接続用端子１９が形成されている。

第１のパッケージ体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ス材料から成る第１の基板２、第１の基板２と同様のセラミック材料から成る第１の枠壁３より成り、第１の基板２の表主面の辺縁部に第１の枠壁３を取着させ、第１の枠壁３で囲繞された第１の空間部１０には、第１の空間部１０内の底面を構成する第１の基板２の一方の主面に形成された圧電素子接続用電極パッドに導電性接着剤を介して圧電振動素子１２が実装されており、その第１の枠壁３の第１の空間部１０開口側端面上に４２アロイやコバール又はリン青銅等から成る蓋体４を載置し固着して、圧電振動素子１２を気密封止している。

尚、第１のパッケージ体１の第１の空間部１０に収容される圧電振動素子１２は、例えば圧電振動素子１２を構成する材料として水晶を用いる場合では、人工水晶体より所定のカットアングルで切り出され、外形加工を施された平板状の水晶片の両主面に、一対の励振用電極等の各種電極膜を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の励振用電極を介して水晶片に印加されると、所定の周波数モードで振動を起こす。

また、第２のパッケージ体１１は第１のパッケージ体１と同様に、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ス材料から成る第２の基板５、第２の基板５と同様のセラミック材料から成る第２の枠壁６より成り、第２の基板５の主面の辺縁部には、第２の枠壁６が形成され、また、第２の基板５の他方の主面の端面四隅には外部接続用電極端子９が形成されている。この第２の基板５で囲繞された第２の空間部２０内底面には、フリップチップ型の集積回路素子３７が配置されており、この集積回路素子３７は導電性の接合材を介して第２の基板５の他方の主面上に形成されている外部接続用電極パッド９に接続されている。

この集積回路素子３７にはその回路形成面に、圧電振動素子１２の環境温度状態を検知するための感温素子、圧電振動素子１２の温度特性データを有するメモリ回路、検知した温度データに基づいて圧電振動素子１２の周波数特性を温度変化に応じて補償する温度補償回路、温度補償回路に接続されて所定の発振出力信号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信号は、外部接続用接続端子９を介して外部に出力された後、例えば電子機器の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。

ここで本発明の特徴部分は、図１に図示するように、集積回路素子３７が搭載される第２の空間部２０内に集積回路素子３７の全面を覆うように、熱伝導率が代２のパッケージ体を構成するセラミックス材よりも高い熱硬化性ペースト３９を塗布し、その後塗布された熱硬化性ペースト３９に接触するように第１のパッケージ体１を第２のパッケージ体１１に重ねて配置し、第１のパッケージ接続用端子１９と第２のパッケージ接続用端子１８とを機械的及び電気的に接合すると平行して熱硬化性ペースト３９が加熱硬化されて形成されていることにある。集積回路素子３７が配置された第２の空間部２０内面と第１の基板２の他方の主面とにより囲われた空間内を、第２のパッケージ体１１を構成する物質より熱伝導率が高い熱硬化性ペースト３９により充填し固化されていることにより、集積回路素子３７から発した熱の大部分を、熱伝導率が比較的高い熱硬化性ペースト３９を介して圧電振動素子１２へ短時間で伝導するので、特に集積回路素子３７の稼働に伴う瞬間的熱変動による圧電振動素子１２と集積回路素子３７内の温度補償回路を構成する感温素子の感知温度差を小さくすることが可能となり、圧電発振器としての周波数温度補償精度を高く維持することができる。本実施例で用いる熱硬化性ペースト３９は、熱伝導率が１５〜２５（Ｗ／ｍｋ）程度のものを使用しており、第２のパッケージ体１１を構成するセラミック材料の熱伝導率は１４（Ｗ／ｍｋ）程度であるため、集積回路素子から発した熱の大部分は熱硬化性ペーストを介して第１のパッケージ体１へ伝導する。

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、半導体部品３７の周囲を熱硬化性ペースト３９の樹脂で被っているが、更に熱伝導性を高めるために図４に示すように第１の基板２の底面の裏側に平板状の伝熱用金属体４０を配置しても構わない。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。

図１は、本発明にかかる圧電発振器の一実施形態を示した概略断面図である。図２は、図１に図示した圧電発振器のうち、第２のパッケージ体部分を第１のパッケージ体側からみた平面図である。図３は、図１に図示した圧電発振器のうち、第１のパッケージ体部分を第２のパッケージ体側みた平面図である。図４は、本発明にかかる圧電発振器の他の実施形態について、圧電発振器を構成する第１のパッケージ体を第２のパッケージ側からみた平面図である。図５は、従来の圧電発振器の概略断面図である。

符号の説明

１・・・第１のパッケージ体
２・・・第１の基板
３・・・第１の枠壁
４・・・蓋体
５・・・第２の基板
６・・・第２の枠壁
７・・・書込制御端子
９・・・外部接続用電極端子
１０・・・第２の空間部
１１・・・第２のパッケージ体
１２・・・圧電振動素子
１８・・・第２のパッケージ接続用端子
１９・・・第１のパッケージ接続用端子
２０・・・第２の空間部
３７・・・集積回路素子
３９・・・熱硬化性ペースト
４０・・・伝熱用電極

Claims

絶縁性の第１の基板の一方の主面には凹形状の第１の空間部が形成され、該第１の空間部内には圧電振動素子が搭載され、該圧電振動素子は該第１の基板の他方の主面に形成した第１のパッケージ接続用端子と電気的に接続されており、且つ蓋体を該第１の空間部開口部に被せて該第１の空間部を気密封止した第１のパッケージ体と、
絶縁性の第２の基板の一方の主面には凹形状の第２の空間部が形成され、該第２の空間部内には少なくとも発振回路が内蔵された集積回路素子が配置且つ樹脂により固定され、該集積回路素子は該第２の空間部を囲繞する枠壁の頂面に形成した第２のパッケージ接続用端子と電気的に接続されており、更に該集積回路素子は該第２の基板の他方の主面に形成した外部接続電極端子とも電気的に接続された第２のパッケージ体とが重ねて配置されており、該第１のパッケージ接続用端子と該第２のパッケージ接続用端子とを機械的及び電気的に接続固着してなる圧電発振器において、
該集積回路素子が配置された該第２の空間部内面と該第１の基板の他方の主面とにより囲われた空間内に、該第２のパッケージ体を構成する物質より熱伝導率が高い熱硬化性ペーストが充填されていることを特徴とする圧電発振器。