JP2008017091A - 圧電振動子及び圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電振動素子のマウント位置のバラツキによる浮遊容量のバラツキを低減するこ
とができる圧電振動子を提供する。
【解決手段】圧電基板１１と、圧電基板１１の表裏両面に夫々形成された励振電極１２、
１３と、励振電極１２、１３から夫々圧電基板１１の端面に引き出されたリード端子１２
ａ、１３ａとを備えた圧電振動素子１０と、上面に圧電振動素子１０のリード端子１２ａ
、１３ａが導電性接合部材６を介して夫々接合される素子搭載用パッド７ａ、７ｂを備え
た凹所３と、外部底面に設けられた複数の実装電極５ａ〜５ｄと、素子搭載用パッド７ａ
、７ｂと実装電極５ａ、５ｂとを接続する内部配線とを有するパッケージ２とを備えた圧
電振動子１であって、実装電極５ａと素子搭載用パッド７ａとを接続する内部配線８ａが
励振電極１２、１３と対面すると共に、内部配線８ａと励振電極１２、１３間の距離が一
定となるように配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面実装型の圧電振動子及び圧電発振器に関わり、特に圧電振動子において
発生する浮遊容量のバラツキを抑制するのに好適なものである。

携帯電話機等の移動体通信機器の小型化に伴い、これらの移動体通信機器に使用される
圧電デバイス、例えば表面実装型の圧電振動子や圧電発振器等も、より一層の小型化が求
められている。

図５は、従来の圧電デバイスの一例として、特許文献１に開示されている表面実装型水
晶振動子の概略構造を示した図であり、（ａ）は表面実装用パッケージの平面図、（ｂ）
は表面実装用パッケージを一点鎖線Ｘ−Ｘで切断した縦断面図、（ｃ）は表面実装用パッ
ケージ内に収容される水晶振動素子の平面図である。
図５（ａ）（ｂ）に示す表面実装用パッケージ（以下、単に「パッケージ」と称する）
は、セラミックス製の絶縁ベース（底板）１１１と、同じくセラミック製の絶縁枠１１２
、１１３との３層構造となっている。
絶縁枠１１２の内部空間は、絶縁枠１１３の内部空間よりも一回り小さく形成されてい
る。この絶縁枠１１２の上面には配線パターン１１４、１１５が形成されている。これら
の配線パターン１１４、１１５の左端側には一対の接続パッド１１４ａ、１１５ａが形成
される。接続パッド１１４ａは、内部配線１１４ｂを介して絶縁ベース１１１の底面上に
形成された実装電極１１６ａに導電接続される。また接続パッド１１５ａは、図示しない
内部配線を介して絶縁ベース１１１の底面上に形成された実装電極１１６ｂに導電接続さ
れる。

図５（ｃ）に示す水晶振動素子１２０は、矩形状の圧電基板１２１の表面側に励振電極
１２２が形成され、裏面側に励振電極１２３が形成されている。励振電極１２２は、水晶
振動素子１２０の表面から圧電基板１２１の端縁を介して裏面上に形成されたリード端子
１２４に接続され、励振電極１２３は裏面上に形成されたリード端子１２５に接続されて
いる。
図５（ｃ）に示す水晶振動素子１２０は、図５（ａ）の一点鎖線で示す位置に配置され
、上記リード端子１２４、１２５が図示しない導電性接着剤を介して素子搭載用パッド１
１４ａ、１１５ａに接合されている。

しかしながら、水晶振動子の小型化、低背化に伴って、図５に示したような従来の表面
実装型水晶振動子では、水晶振動素子１２０の表面側の励振電極１２２と接続される内部
配線１１４ｂと、水晶振動素子１２０の裏面側の励振電極１２３との間隔が狭くなり、内
部配線１１４ｂと励振電極１２３との間で浮遊容量Ｃｓが発生する。このような内部配線
１１４ｂと励振電極１２３との間の浮遊容量Ｃｓは、外乱などによって水晶振動素子１２
０が機械的に振動すると、内部配線１１４ｂと励振電極１２３との間の距離が変化するこ
とによって容量値が変動し、水晶振動素子１２０の振動周波数が変動するという問題点が
あった。

そこで、特許文献１では、パッケージの内部配線１１４ｂが水晶振動素子１２０の裏面
側の励振電極１２３と接続されるように励振電極１２２、１２３とリード端子１２４、１
２５の接続関係を入れ替えることで、水晶振動子の低背化に伴ってパッケージ上の内部配
線１１４ｂと水晶振動素子１２０との間隔が狭くなった場合でも、内部配線１１４ｂと水
晶振動素子１２０の表面側の励振電極１２２との間の発生する浮遊容量を低減するように
していた。
特開平１１−２１４９５０号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている水晶振動子では、水晶振動素子１２０をパ
ッケージ内の素子搭載用パッド１１４ａ、１１５ａにマウントする際のバラツキによって
パッケージの内部配線１１４ｂと水晶振動素子１２０の励振電極１２２間の距離が異なる
ため水晶振動子の特性にバラツキが発生する。この結果、従来の水晶振動子を発振回路に
組み込んだときに、発振回路の特性に影響を及ぼすという問題点があった。
本発明は、上記したような点を鑑みてなされたものであり、水晶振動素子の励振電極と
内部配線との間で発生する浮遊容量のバラツキを防止した圧電振動子と、その圧電振動子
を備えた圧電発振器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、圧電基板と、圧電基板の表裏両面に夫々形成され
た励振電極と、励振電極から夫々圧電基板の端縁に引き出されたリード端子と、を備えた
圧電振動素子と、上面に前記圧電振動素子のリード端子が電気的に接合される少なくとも
２つの素子搭載用パッドを備えた絶縁基板と、外部底面に設けられた複数の実装電極と、
素子搭載用パッドと実装電極とを接続する内部配線と、を有する表面実装用パッケージと
、を備えた圧電振動子であって、素子搭載用パッド上に圧電振動素子のリード端子を接続
した状態において、１つの実装電極と１つの素子搭載用パッドとを接続する内部配線が励
振電極と対面している。
このような本発明によれば、１つの実装電極と１つの素子搭載用パッドとを接続する内
部配線は励振電極と対面することで、圧電振動素子をマウントする位置にバラツキが発生
しても、圧電振動素子の励振電極と内部配線との間で発生する浮遊容量のバラツキを防止
することができるので、発振回路に組み込んだときに発振回路の特性に影響を及ぼすこと
がない。

また本発明は、内部配線を表面実装用パッケージ底板の内層に形成した。このように構
成すれば、パッケージ底板上に内部配線を形成する場合より内部配線と圧電振動素子の励
振電極との距離を広げることができるので、圧電振動素子の励振電極と内部配線との間で
発生する浮遊容量を抑制することができる。

また本発明は、実装電極を表面実装用パッケージの対角位置に配置した。このように構
成すれば、圧電振動子を発振回路などの回路基板に実装する際に、実装向きを気にするこ
となく実装することが可能になる。

また、本発明は表面実装用パッケージの一方の長辺内壁から内部配線端までの距離をＡ
、表面実装用パッケージの一方の長辺内壁から励振電極端までの距離をＢ、表面実装用パ
ッケージの他方の長辺内壁から励振電極端までの距離をＣ、表面実装用パッケージの他方
の長辺内壁から内部配線端までの距離をＤとしたときに、内部配線と励振電極との位置関
係が、Ａ＞Ｂ＋Ｃ、Ｄ＞Ｂ＋Ｃの条件を満たことを特徴とする。このように条件を満たす
ようにすれば、パッケージ上の内部配線と圧電振動素子の励振電極とを確実にオーバーラ
ップ（重畳）させることができるので、圧電振動素子のマウント位置のバラツキが生じて
も、内部配線と励振電極との対向面積を一定に保つことができる。これにより、圧電振動
素子の励振電極と内部配線との間で発生する浮遊容量のバラツキを防止することができる
。

また、本発明の圧電発振器は、本発明の圧電振動子と、発振回路部品とを備えて構成さ
れる。このように構成した場合も、圧電振動子と発振回路部品を接続する内部配線と圧電
振動素子の励振電極との対向面積のバラツキを格段に低減することができ、圧電振動素子
をマウントする際にバラツキが発生しても、圧電振動素子の励振電極と内部配線との間で
発生する浮遊容量のバラツキを防止することができるので、圧電発振器の特性に影響を及
ぼすことがない。

以下、図面を参照して本発明の圧電振動子の実施形態を詳細に説明する。なお、本実施
の形態では圧電振動子の一例として水晶振動子を例に挙げて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係る表面実装型水晶振動子の概略構成を示した図であ
り、（ａ）は水晶振動子の上面図、（ｂ）は（ａ）に示した水晶振動子を一点鎖線Ａ−Ａ
で切断した断面図、（ｃ）は水晶振動子の底面図、（ｄ）は水晶振動素子の上面図である
。なお、（ａ）ではパッケージ内の構造が分かり易いようにパッケージ上に接合される金
属蓋の図示は省略する。
この図１（ａ）〜（ｄ）に示す圧電振動子１は表面実装用のパッケージ２の凹所３内に
水晶振動素子（圧電振動素子）１０を収容してから凹所３を金属蓋４により封止するよう
にして構成される。

パッケージ２は、例えばセラミック等の絶縁材料からなるベース板２ａ、２ｂと、枠体
２ｃとの３層構造になっている。なお、枠体２ｃの代わりにシームリング等を用いること
も可能である。
パッケージ２の外底面には表面実装用の実装電極５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが形成されて
いる。また凹所３の内底面に例えば導電性接着剤等の導電性接合部材６を介して水晶振動
素子１０を接合する素子搭載用パッド（電極パッド）７ａ、７ｂが配置されている。なお
、凹所３の内底面も絶縁基板の上面に含まれる。

素子搭載用パッド７ａは、パッケージ２の内底面上に形成された内部配線８ａ及びパッ
ケージ２のベース板２ａ、２ｂに形成されたバイアホール９ａを介して実装電極５ａに導
電接続される。また素子搭載用パッド７ｂは、パッケージ２のベース板２ａ、２ｂに形成
されたバイアホール９ｂを介して実装電極５ｂに導電接続される。
パッケージ２の上面には、金属蓋４を接合するためのメタライズ面（金属面）２ｄが形
成されている。このメタライズ面２ｄはパッケージ２に形成されたバイアホール９ｃ、９
ｄを介して実装電極５ｃ、５ｄに導電接続されている。

水晶振動素子１０は、図１（ｄ）に示すように水晶基板（圧電基板）１１と、この水晶
基板１１の両主面に夫々形成された励振電極１２、１３と、励振電極１２、１３から夫々
水晶基板１１の端面に引き出されたリード端子１２ａ、１３ａとを備えている。この場合
、励振電極１２から引き出されたリード端子１２ａは、水晶基板１１の端縁を介して水晶
基板１１の裏面上まで形成されている。
また励振電極１３から引き出されたリード端子１３ａは、水晶基板１１の端縁を介して
表面上まで形成されている。従って、両リード端子１２ａ、１３ａは圧電基板１１の一端
縁１１ａに沿って近接配置された状態にある。この場合、各リード端子１２ａ、１３ａは
、パッケージ側の素子搭載用パッド７ａ、７ｂと一対一で対応し得る位置関係となるよう
に形成されている。

このように構成される水晶振動子１においては、素子搭載用パッド７ａ、７ｂと水晶振
動素子１０のリード端子１２ａ、１３ａを接続した状態において、実装電極５ａと素子搭
載用パッド７ａとを接続する内部配線８ａが水晶振動素子１０の励振電極１２、１３と対
面し、且つ、内部配線８ａと励振電極１２、１３との間の距離が一定となるように配置さ
れている。即ち、本実施形態の水晶振動子１を上面から見たときに内部配線８ａが励振電
極１２、１３とオーバーラップ（重畳）するように配置した。

図２は、本実施形態の水晶振動子１の内部配線８ａと励振電極１２、１３との位置関係
を示した図であり、この図２に示すように、パッケージ２の一方の長辺内壁から内部配線
８ａの配線端までの距離をＡ、パッケージ２の一方の長辺内壁から励振電極１２、１３の
電極端までの距離をＢ、パッケージ２の他方の長辺内壁から励振電極１２、１３の電極端
までの距離をＣ、パッケージ２の他方の長辺内壁から内部配線８ａの配線端までの距離を
Ｄとしたときに、内部配線８ａと励振電極１２、１３との位置関係が、Ａ＞Ｂ＋Ｃ、Ｄ＞
Ｂ＋Ｃの条件を満たすようにした。このように配置すれば、水晶振動子１を上面から見た
ときに内部配線８ａを励振電極１３と確実にオーバーラップさせることができるので内部
配線８ａと励振電極１２、１３との対向面積を一定に保つことができる。

これにより、水晶振動素子１０をパッケージ２にマウントする際のマウント位置のバラ
ツキが発生しても、水晶振動素子１０の励振電極１２、１３と内部配線８ａとの間で発生
する浮遊容量Ｃｓのバラツキを防止できるので、発振回路に組み込んだときに発振回路の
特性に影響を及ぼすことがない。
また、本実施形態の水晶振動子１では、長方形状（矩形状）のパッケージの四隅に実装
電極５ａ〜５ｄを配置したうえで、水晶振動素子１０と接続される実装電極５ａ、５ｂを
対角位置に配置した。このように構成すれば、水晶振動子の向きを意識することなく水晶
振動子を発振回路基板の実装することが可能になる。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る表面実装型水晶振動子の概略構成を示した図で
あり、（ａ）は水晶振動子の上面図、（ｂ）は（ａ）に示した水晶振動子を一点鎖線Ｂ−
Ｂで切断した断面図、（ｃ）は水晶振動子の底面図である。なお、図３（ａ）においても
パッケージ内の構造が分かり易いようにパッケージ上に接合される金属蓋の図示は省略す
る。また図１に示した水晶振動子１と同一部位には同一符号を付して説明は省略する。

この図３に示す水晶振動子２０は、実装電極５ａと素子搭載用パッド７ａとを接続する
内部配線２１ａをパッケージ２の底板内層に形成した点に特徴がある。即ち、内部配線２
１ａをパッケージ２の底板であるベース板２ａとベース板２ｂとの間に形成し、内部配線
２１ａと素子搭載用パッド７ａとの間をバイアホール２２ａにより導通接続するようにし
た。そして、この場合も水晶振動子２０を上面から見たときに内部配線２１ａが励振電極
１２、１３とオーバーラップするように配置することで、内部配線２１ａと励振電極１３
との間の距離を一定に保つようにした。これにより、水晶振動素子１０をパッケージ２に
マウントする際のマウント位置のバラツキが発生しても、水晶振動素子２０の励振電極１
２、１３と内部配線８ａとの間で発生する浮遊容量Ｃｓのバラツキを防止することできる
ので、発振回路に組み込んだときに発振回路の特性に影響を及ぼすことがない。

また図３に示すように水晶振動子２０を構成した場合は、図１に示したようにパッケー
ジ２の底板上に内部配線８ａを形成する場合より内部配線２１ａと励振電極１２、１３と
の間隔を広げることができるため、励振電極１２、１３と内部配線２１ａとの間で発生す
る浮遊容量Ｃｓを低減することができる。
また、通常、パッケージ２内に水晶振動素子１０をマウントする場合は、パッケージ２
の上面に形成されたメタライズ面（金属面）２ｄの位置を基準にしてマウントを行うよう
にしている。このため、図１に示したようにパッケージ２の底板上に内部配線８ａが露出
している場合は、内部配線８ａをメタライズ面２ｄと誤認する虞がある。これに対して、
図３に示した水晶振動子２０ではパッケージ２の内層に内部配線２１ａを形成するように
しているので、内部配線２１ａをメタライズ面２ｄと誤認することがない。

なお、本実施形態では、凹所を有するパッケージ２の上面に平板状の金属蓋４を接合し
て水晶振動素子１０を気密封止するようにしているが、パッケージ２の構造はあくまでも
一例であり、例えばフラットなパッケージ基板（絶縁基板）の上面に素子搭載用パッド７
ａ、７ｂを設け、この素子搭載用パッド７ａ、７ｂ上に圧電振動素子１０を搭載したうえ
で、逆椀状（逆凹状）の金属蓋を接合して気密封止する場合にも適用可能である。

次に、本発明の水晶振動子を備えた圧電発振器について説明する。
図４は、本発明の実施形態に係る圧電発振器の概略構成を示した図であり、（ａ）は水
晶発振器の上面図、（ｂ）は（ａ）に示した水晶発振器を一点鎖線Ｃ−Ｃで切断した断面
図である。
この図４に示す圧電発振器（水晶発振器）３０は、セラミック製のパッケージ３１の上
面側に水晶振動素子１０を収容する凹所３２が設けられており、この凹所３２の底面に設
けられている素子搭載用パッド３３ａ、３３ｂ上に導電性接着剤等の導電性接合部材３４
により水晶振動素子１０が電気的、機械的に固定されている。この凹所３２の開口面には
金属蓋３５が取り付けられておりその内部を気密封止するようにしている。またパッケー
ジ３１の下面側には表面実装用の実装電極３６、３６が形成されている。またパッケージ
３１の下面側には凹陥部３７が形成されており、この凹陥部３７の内底面にＩＣチップ３
８が実装されている。

ＩＣチップ３８は、発振回路と温度補償回路が構成されたベアチップである。ベアチッ
プは、例えばシリコン基板の片面側に集積回路と、集積回路に接続された電極とが露出配
置されている。そして、この電極が形成されている面をパッケージ３１の内底面に向けた
状態（フェイスダウン状態）にして、接続部材であるバンプ３９を用いて凹陥部３７の内
底面に設けられている内部パッド４０に接続するようにしている。この場合、水晶振動素
子１０が接続される素子搭載用パッド３３ａ、３３ｂと、ＩＣチップ３８が接続される内
部パッド４０とは夫々内部配線４１ａ、４１ｂにより接続される。

このように構成される水晶発振器３０においても内部パッド４０と素子搭載用パッド３
３ａ、３３ｂとを接続する内部配線４１ａ、４１ｂが水晶振動素子１０の励振電極１３と
オーバーラップする位置に形成されており、内部配線４１ａ、４１ｂと励振電極１３との
対向面積を一定に保つようにしている。これにより、水晶振動素子１０のマウントする位
置にバラツキが発生しても、水晶振動素子１０の励振電極１２、１３と内部配線４１ａ、
４１ｂとの間で発生する浮遊容量Ｃｓのバラツキを防止することができるので、水晶発振
器３０の特性に影響を及ぼすことがない。

なお、本実施形態では、Ｈ型パッケージ３１を使用した圧電発振器３０を例に挙げて説
明したが、これはあくまでも一例であり、例えば圧電振動子と、ＩＣ部品を収容した発振
回路とを組み合わせて二階建て構造の圧電発振器や、圧電振動素子とＩＣ部品とを同一パ
ッケージ内に収容したシングルシール構造の圧電発振器等にも適用可能であることは言う
までもない。

本発明の第１の実施形態に係る表面実装型水晶振動子の概略構成を示した図である。 本実施形態の水晶振動子の内部配線と励振電極との位置関係を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係る表面実装型水晶振動子の概略構成を示した図である。 本発明の第３の実施形態に係る表面実装型水晶発振器の概略構成を示した図である。 従来の圧電デバイスの一例として表面実装型水晶振動子の概略構造を示した図である。

符号の説明

１、２０…水晶振動子、２、３１…パッケージ、３２…凹所、４、３５…金属蓋、５ａ
〜５ｃ、３６…実装電極、６、３４…導電性接着剤、７ａ、７ｂ、３３ａ、３３ｂ…素子
搭載用パッド、８ａ、２１ａ、４１ａ、４１ｂ…内部配線、９ａ〜９ｃ、２２ａ…バイア
ホール、１０…水晶振動素子、１１…水晶基板、１２、１３…励振電極、１２ａ、１３ａ
…リード端子、３０…水晶発振器、３７…凹陥部、３８…ＩＣチップ、３９…バンプ、４
０…内部パッド

Claims (5)

1. 圧電基板と、該圧電基板の表裏両面に夫々形成された励振電極と、前記励振電極から夫
   々前記圧電基板の端縁に引き出されたリード端子と、を備えた圧電振動素子と、
   上面に前記圧電振動素子のリード端子が電気的に接合される少なくとも２つの素子搭載
   用パッドを備えた絶縁基板と、外部底面に設けられた複数の実装電極と、前記素子搭載用
   パッドと前記実装電極とを接続する内部配線と、を有する表面実装用パッケージと、を備
   えた圧電振動子であって、
   前記素子搭載用パッド上に前記圧電振動素子のリード端子を接続した状態において１つ
   の前記実装電極と１つの前記素子搭載用パッドとを接続する内部配線が前記励振電極と対
   面していることを特徴とする圧電振動子。
2. 前記内部配線を前記表面実装用パッケージ底板の内層に形成したことを特徴とする請求
   項１に記載の圧電振動子。
3. 前記実装電極を前記表面実装用パッケージの対角位置に配置したことを特徴とする請求
   項１又は２に記載の圧電振動子。
4. 前記表面実装用パッケージの一方の長辺内壁から前記内部配線端までの距離をＡ、前記
   表面実装用パッケージの一方の長辺内壁から前記励振電極端までの距離をＢ、前記表面実
   装用パッケージの他方の長辺内壁から前記励振電極端までの距離をＣ、前記表面実装用パ
   ッケージの他方の長辺内壁から前記内部配線端までの距離をＤとしたときに、前記内部配
   線と前記励振電極との位置関係が、Ａ＞Ｂ＋Ｃ、かつＤ＞Ｂ＋Ｃの条件を満たことを特徴
   とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の圧電振動子。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動子と、発振回路部品と、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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