JP2007274038A

JP2007274038A - 圧電発振器

Info

Publication number: JP2007274038A
Application number: JP2006093613A
Authority: JP
Inventors: Riyouma Sasagawa; 亮磨笹川
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-18

Abstract

【課題】封止状態を確実にし、集積回路素子の無駄を防ぎ、製造を容易とする。
【解決手段】基板１１と段差部１３を有しこの基板１１の縁部に設けられる環状の枠部１２とで一体に形成される基体１０と、段差部１３より基板１１側に位置し基板１１に搭載される圧電振動素子２０と、段差部１３に接合され圧電振動素子２０を搭載されている空間部Ｃ１を気密封止する蓋体３０と、蓋体３０に載置され回路形成面とは反対側の面が蓋体３０の表面に当接する集積回路素子４０と、枠部１３の先端から圧電振動素子２０の搭載位置まで達し、基体１０内部に設けられる配線部Ｓと、配線部Ｓと集積回路素子４０とを導通させ、１３枠部の先端と集積回路素子４０に設けられるバンプ４２とに接合される回路基板５０とを備え、蓋体３０に、集積回路素子４０を載置する際に位置を固定する掛止部３２が設けられて構成されている。
【選択図】図１

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圧電発振器が用いられている。かかる従来の圧電発振器は、基板の一方の主面に集積回路素子と圧電発振器を搭載するための第一のキャビティ部と第二のキャビティ部とが形成されており、第一のキャビティ部の上に第二のキャビティ部が位置し、第一のキャビティ部に集積回路素子が搭載され、第二のキャビティ部に圧電振動素子が搭載され、これら第一のキャビティ部と第二のキャビティ部とを蓋体で気密封止された構造となっている（例えば、特許文献１参照）。
また、圧電振動素子と集積回路素子とを搭載する圧電発振器において、基板に凹部を形成して空間部とし、その空間部を蓋体にて２つの空間部に仕切り、下側の空間部に圧電振動素子、上側の空間部に集積回路素子を配置した構成の圧電発振器も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

この圧電発振器は、例えば、１つの空間部を２つの空間部に仕切る蓋体に集積回路素子を実装し、蓋体にスルーホールを形成して配線を設け、圧電振動素子と集積回路素子との導通を図っている。また、配線パターンを設けた回路基板に集積回路素子を搭載し、この回路基板で２つめの空間部を塞いでいる。
また、回路基板に集積回路素子を実装し、この回路基板で残された２つめの空間部を封止しつつ、この空間部内に集積回路素子が収まるように構成された圧電発振器も提案されている。
特開平１０−２２７７２号公報（段落００２９〜００５３、図１）特開２００１−１７７３４７号公報（段落００１０〜００１５、図２）

しかしながら、電子機器の小型化に伴い、圧電発振器も小型化が要求されている中で、特許文献２に示されている圧電発振器では、封止する部材（従来では蓋体）にスルーホールを形成すると、接合面が十分に取れなくなり、気密状態を保てなくなる恐れがある。

また、回路基板に集積回路素子を搭載してから圧電振動素子を搭載する空間部よりも上に位置する空間部を当該回路基板で塞ぐ圧電発振器では、回路基板に集積回路素子を搭載する製造ラインと、圧電振動素子や蓋体等を作り込む製造ラインとの２つのラインが必要となり、製造が煩雑になる恐れがある。

また、特許文献１に示されている圧電発振器では、設けられるキャビティ内に集積回路素子を実装した後にその集積回路素子の上方に圧電振動素子を搭載する構造の圧電発振器では、圧電振動素子が不良であった場合、集積回路素子ごと破棄することとなり、高価で正常な集積回路素子が無駄になるという問題があった。

そこで本発明は、前記課題を解決し、封止状態を確実にし、集積回路素子の無駄を防ぎ、製造を容易とする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、本発明の圧電発振器は、基板と段差部を有しこの基板の縁部に設けられる環状の枠部とで一体に形成される基体と、前記段差部より前記基板側に位置し前記基板に搭載される圧電振動素子と、前記段差部に接合され前記圧電振動素子が搭載されている空間部を気密封止する蓋体と、前記蓋体に載置され回路形成面とは反対側の面が前記蓋体の表面に当接する集積回路素子と、前記枠部の先端から前記圧電振動素子の搭載位置まで達し、前記基体内部に設けられる配線部と、前記配線部と前記集積回路素子とを導通させ、前記枠部の先端と前記集積回路素子に設けられるバンプとに接合される回路基板とを備え、前記蓋体に、集積回路素子を載置する際に位置を固定する掛止部が設けられて構成されることを特徴とする。

また、本発明の圧電発振器は、前記回路基板の中央に開口部を有し、前記開口部から前記枠部内に樹脂を充填してなることを特徴とする。

本発明の圧電発振器によれば、蓋体にスルーホールを設けることがないので、圧電振動素子が搭載される空間部の封止を確実にすることができる。
また、集積回路素子が蓋体の上に載置するだけで固定できるため製造ラインを一本化することができるので製造が容易となり、製造コストを低くすることができる。

また、集積回路素子を搭載する前に圧電振動素子の特性を確認して良否判定を行うことができるので、集積回路素子を搭載してからの圧電振動素子の特性の確認を行う場合と異なり、圧電振動素子が良品でなかった場合に集積回路素子を無駄にするのを防ぐことができる。
さらに、枠部内に樹脂を注入するので、蓋体も樹脂で覆われて、蓋体と枠部との間に隙間が生じても注入された樹脂で気密漏れを防ぐことができる。

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、各実施形態において、同一の構成要素については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
また、本実施形態における集積回路素子を、絶縁性セラミック等から成る基体の下面に、周囲の温度状態を検知する感温素子（サーミスタ）、圧電振動素子の温度特性を補償する温度補償データを格納するとともに該温度補償データに基づいて圧電振動素子の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、該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の電子回路が設けられているものとして説明する。

（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態に係る圧電発振器の一例を示す分解斜視図である。図２（ａ）は蓋体を基体に接合した状態を示す図であり（ｂ）は回路基板を基体に接合する前の状態を示す図である。図３（ａ）は本発明の第一の実施形態に係る圧電発振器の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

図１に示すように、本発明の第一の実施形態に係る圧電発振器１００は、圧電振動素子である水晶振動素子（以下、「圧電振動素子」という。）２０と、圧電振動素子２０が搭載される基体１０と、圧電振動素子２０を気密封止する蓋体３０と、蓋体３０に載置固定される集積回路素子４０と、集積回路素子４０と導通する回路基板５０と、基体１０内に設けられる配線部Ｓと、とから主に構成されている。

図１に示す圧電振動素子２０は、水晶を所定の結晶軸でカットした圧電片２１の両主面に一対の振動電極２２を被着・形成して成り、外部からの変動電圧が一対の振動電極２２を介して圧電片２１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ようになっている。

図１及び図３（ｂ）に示すように、基体１０は、矩形平板状の基板１１と、この基板１１の縁部に設けられる段差１３を有した平面視環状の枠部１２とで主に構成され、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が用いられ、基板１１と枠部１２とを積層して平面視矩形形状を成すように一体に形成されている。
この基体１０は、枠部１２の段差部１３により、この段差部１３から基板１１までの間に形成される空間部Ｃ１と、段差部１３から枠部１２の先端までの間に形成される空間部Ｃ２とが形成されている。

図１及び図３（ｂ）に示すように、基板１１は、空間部Ｃ１内に前記圧電振動素子２０を搭載するための一対の搭載パッド１４が設けられており、Ａｕバンプや半田、異方性導電接着材等の導電性接着剤ＤＳによって圧電振動素子２０を搭載することができる。この導電性接着剤ＤＳにより、圧電振動素子２０は搭載パッド１４と電気的・機械的に接続されることとなる。

この基板１１の裏側、つまり、枠部１２が設けられる表面とは反対側となる面の四隅部に外部接続端子（電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子）ＳＴが形成され、４つの外部接続電極端子間の周縁には少なくとも２個の書込制御端子（図示せず）が形成されている。
なお、４つの外部接続端子は、本発明の実施形態に係る圧電発振器１００をマザーボード等の外部配線基板（図示せず）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着剤を介して電気的に接続されるようになっている。

図１及び図３（ｂ）に示すように、枠部１２は、平面視矩形形状であって環状に形成されており、基板１１の縁部に設けられている。この枠部１２は、その中間高さ近傍に段差部１３を形成しており、基板１１側の空間部Ｃ１より枠部１２の先端側の空間部Ｃ２が大きくなるように形成されている。
段差部１３には後述する蓋体３０と接合するためのメタライズ層１５が設けられている。また、枠部１２の先端は、後述する板状の回路基板５０が接合される面となり、この回路基板５０に設けられた回路パターンの端部と対応する位置に接続パッド１６Ａ〜１６Ｎが設けられている。

図１及び図３（ｂ）に示すように、これらの搭載パッド１４や外部接続端子ＳＴ、接続パッド１６Ａ〜１６Ｎのうちの所定の接続パッドは、基体（基板１１と枠部１２）１０の内部に設けられるスルーホール（図示せず）内に設けられた配線部Ｓ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。つまり、所定の配線部Ｓは、基体１０内部に設けられ、枠部１２の先端から基板１１上に設けられた圧電振動素子２０の搭載位置（搭載パッド１４）まで達している。

集積回路素子４０は、従来からのものが用いられ、図１に示すように、その形状は、平面視で矩形形状となっている。この集積回路素子４０の一方の主面は回路形成面となっており、その面の外周に沿って長手方向に４つ、短手方向に３つの合計８個の端子４１が設けられている。また、この集積回路素子４０の他方の主面を蓋体３０の表面に当接させる。各端子４１には従来から用いられている導電性の材質からなるバンプ４２が設けられている。

図１及び図３（ｂ）に示すように、蓋体３０は、平面視矩形形状となる板体となっており、その一方の主面の縁部に封止材３１が設けられ、他方の主面には、その中央部に載置される集積回路素子４０の載置位置を固定するための掛止部３２が設けられている。なお封止材３１は、従来から用いられているロウ材（金スズ、銀ロウ）が用いられる。

また、掛止部３２は、集積回路素子４０が嵌合する大きさの凹みとなっている。この掛止部３２は、例えば、蓋体３０が金属からなる場合は打ち込みによって集積回路素子４０の表面積と同じ面積が凹むようにして形成される。
これにより、集積回路素子４０は、段差部１３から枠部１２の先端までの間に形成される空間部Ｃ２に位置することとなる。

また、蓋体３０は、枠部１２の段差部１３上に設けられたメタライズ層１５の上に、封止材３１をこのメタライズ層１５と接触するように載置し、封止材３１とメタライズ層１５とを接合することで圧電振動素子２０が搭載されている空間部Ｃ１を気密封止する。

図１と図２（ｂ）と図３（ｂ）に示すように、回路基板５０は、基体１０と対応するように平面視矩形形状となり中央部に開口部５３を有する回路基板本体５１と回路パターン５１Ａ〜５１Ｊとから構成されている。
図２（ｂ）に示すように、これら回路パターン５１Ａ〜５１Ｊは、交わることがなく、回路パターン５１Ａ〜５１Ｊの一方の端部が集積回路素子４０に設けられた８個のバンプの位置に対応して開口部５３側に設けられている。

また、回路パターン５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｅ、５１Ｇ、５１Ｈ、５１Ｊの他方の端部は、基体１０の枠部１２の先端に設けられた接続パッド１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｆ、１６Ｉ、１６Ｊ、１６Ｍの位置と対応するように、回路基板本体５１の縁部側に設けられている。つまり、集積回路素子４０の角部に位置しない集積回路素子４０に設けられるバンプ４２に対応して設けられる回路パターン５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｅ、５１Ｇ、５１Ｈ、５１Ｊは、回路基板本体５１の開口部５３側から外側の縁部まで１本の経路でそれぞれ形成されている。

また、回路パターン５１Ａ、５１Ｄ、５１Ｆ、５１Ｉの他方の端部は、回路基板本体５１の角部で直角に交わる二つの辺に向けて分岐しており、それぞれ、回路パターン５１Ａの他方の端部は回路パターン５１ＡＡ、５１ＡＢ、回路パターン５１Ｄの他方の端部は回路パターン５１ＤＡ、５１ＤＢ、回路パターン５１Ｆの他方の端部は回路パターン５１ＦＡ、５１ＦＢ、回路パターン５１Ｉの他方の端部は回路パターン５１ＩＡ、５１ＩＢ、となっている。
これら回路パターン５１ＡＡ、５１ＡＢ、５１ＤＡ、５１ＤＢ、５１ＦＡ、５１ＦＢ、５１ＩＡ、５１ＩＢ、は、基体１０の枠部１２の先端に設けられた接続パッド１６Ａ、１６Ｎ、１６Ｄ、１６Ｅ、１６Ｇ、１６Ｈ、１６Ｋ、１６Ｌ、の位置と対応するように、回路基板本体５１の縁部側に設けられている。

このように形成することにより接続箇所が多くなるので、回路基板５０を枠部１２に接続した場合の接続強度を高めることができる。

次に、本発明の第一実施形態に係る圧電発振器の製造工程について説明する。
図１に示す、外部接続端子ＳＴと搭載パッド１４とを有する基板１１の縁部に段差部１３が形成され先端に接続パッド１６Ａ〜１６Ｎを枠部１２の先端に有し、この接続パッド１６Ａ〜１６Ｎと接続する配線部が内部に形成された基体１０において、まず、搭載パッド１４に、圧電振動素子２０を搭載する。このとき、圧電振動素子２０の励振電極２１から伸びる引き出し電極と搭載パッド１４とを導電性接着剤ＤＳで接続する。

図２（ａ）に示すように、圧電振動素子２０を搭載した後に蓋体３０を基体１０の枠部１２の段差部１３に載置し、圧電振動素子２０が搭載された空間部Ｃ１を気密封止する。
この状態で、圧電振動素子２０の特性を確認し、「良品」と判定されたものだけを用いる。

図２（ｂ）に示すように、蓋体３０に設けられた掛止部３２内に集積回路素子４０を配置して回路形成面とは反対側の面が蓋体３０の表面と当接させ、この掛止部３２で集積回路素子４０の載置位置を固定させる。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、集積回路素子４０の位置が固定された後に回路基板５０を枠部１２上に載置する。このとき、回路基板５０の外側の縁部に位置する回路パターンの一方の端部５１ＡＡ、５１Ｂ、５１Ｃ、５１ＤＡ、５１ＤＢ、５１Ｅ、５１ＦＡ、５１ＦＢ、５１Ｇ、５１Ｈ、５１ＩＡ、５１ＩＢ、５１Ｊ、５１ＡＢと、枠部１２の先端に設けられた接続パッド１６Ａ〜１６Ｎとの間に導電性接着剤（図示せず）を介して接続しつつ、他方の端部を集積回路素子４０に設けられたバンプ４２と接続する。なお、各バンプ４２は、それぞれ対応する各回路パターンに溶融して接合されても良いし、導電性接着剤で接合しても良い。

したがって、このように圧電発振器１００を構成したので、製造ラインを複雑にすることなく１本化することができるので製造が容易となり、製造コストを低くすることができる。また、蓋体３０にスルーホールを設けることがないので、圧電振動素子２０が搭載される空間部Ｃ１の封止を確実にすることができる。

また、集積回路素子４０を搭載する前に圧電振動素子２０の特性を確認して良否判定を行うことができるので、集積回路素子４０を搭載してからの圧電振動素子２０の特性の確認を行う場合と異なり、圧電振動素子２０が良品でなかった場合に集積回路素子４０を無駄にするのを防ぐことができる。

（第二の実施形態）
図４は、本発明の第二の実施形態に係る圧電発振器の一例を示す断面図である。
本発明の第二の実施形態に係る圧電発振器１０１は、空間部Ｃ２内に樹脂Ｊが充填されている点で第一の実施形態と異なる。

この樹脂Ｊは、絶縁性の材料からなり、図４に示すように、回路基板５０に設けられた開口部５３から空間部Ｃ２内に充填される。
このとき、樹脂Ｊは、集積回路素子４０が載置されている蓋体３０の全面を覆いつつ、集積回路素子４０の回路形成面（蓋体３０に当接している面とは反対側の面）を覆うまで充填される。なお、開口部５３に達するまで樹脂Ｊを充填しても良い。

これにより、蓋体も樹脂で覆われて、蓋体と枠部との間に隙間が生じても注入された樹脂で気密漏れを防ぐことができ、また、集積回路素子４０の回路形成面も保護することができる。

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、掛止部を蓋体から突起するように形成しても良い。つまり、掛止部を４つの突起状に形成された壁部とし、集積回路素子４０の下方の４つの端辺を押さえるように構成しても集積回路素子４０の位置を固定することができる。このとき、この掛止部の集積回路素子４０側の側面は蓋体３０の表面から離れるにつれて開口が広がるようにテーパを付け、集積回路素子４０を載置する際には、当該集積回路素子４０がこのテーパ状の表面を滑るようにして蓋体３０の表面に載置する。したがって、蓋体３０の表面に集積回路素子４０が載置されると、この掛止部３２により集積回路素子４０が載置された位置を固定することができる。
また、この掛止部は、蓋体３０の上に接着剤等により貼り付けてもよい。
また、回路基板に形成される回路パターンは、集積回路素子に設けられるバンプの配置位置に対応していれば良く、その回路パターンの形状は、第一の実施形態の形状に限定されない。
また、回路基板５０の外側の表面に絶縁材を介してシールド膜やシールド板を設けて、外部からの電気的な影響を防ぐように構成しても良い。

本発明の第一の実施形態に係る圧電発振器の一例を示す分解斜視図である。（ａ）は蓋体を基体に接合した状態を示す図であり（ｂ）は回路基板を基体に接合する前の状態を示す図である。（ａ）は本発明の第一の実施形態に係る圧電発振器の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。本発明の第二の実施形態に係る圧電発振器の一例を示す断面図である。

符号の説明

１００、１０１圧電発振器
１０基体
１１基板
１２枠部
１３段差部
２０圧電振動素子
３０蓋体
３２掛止部
４０集積回路素子
４２バンプ
５０回路基板
５３開口部
Ｃ１，Ｃ２空間部
Ｓ配線部
Ｊ樹脂

Claims

基板と段差部を有しこの基板の縁部に設けられる環状の枠部とで一体に形成される基体と、
前記段差部より前記基板側に位置し前記基板に搭載される圧電振動素子と、
前記段差部に接合され前記圧電振動素子が搭載されている空間部を気密封止する蓋体と、
前記蓋体に載置され回路形成面とは反対側の面が前記蓋体の表面に当接する集積回路素子と、
前記枠部の先端から前記圧電振動素子の搭載位置まで達し、前記基体内部に設けられる配線部と、
前記配線部と前記集積回路素子とを導通させ、前記枠部の先端と前記集積回路素子に設けられるバンプとに接合される回路基板とを備え、
前記蓋体に、集積回路素子を載置する際に位置を固定する掛止部が設けられて構成されることを特徴とする圧電発振器。
前記回路基板の中央に開口部を有し、前記開口部から前記枠部内に樹脂を充填してなることを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。