JP2008042479A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】小型化され、かつ、優れた特性を有する圧電デバイスを提供すること。
【解決手段】基板２０と、基板２０の上面２０ａに配置された電子部品４０と、電子部品４０の上側に配置された圧電振動子とを備えた圧電デバイスであって、圧電振動子は、基板２０に接合された複数の支持部材６０により支持されており、複数の支持部材６０のうち少なくとも一部６０ａ，６０ｂは、基板２０の四隅以外の位置であって、基板２０の上面２０ａに並んだ二つのパッド部５５，５６の間に設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板、電子部品、及び圧電振動子の順で配置された圧電デバイスに関する。

ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、圧電デバイスが広く使用されている。
図７は、従来の圧電デバイス１の側面図であり、一部を切り欠いて内部構造を示した図である（例えば、特許文献１参照）。

この図に示されるように、圧電デバイス１は、下から順に、基板２、電子部品３、及び圧電振動子４で構成されている。
すなわち、基板２の上面には支持部材７が設けられており、この支持部材７の上に圧電振動子４を搭載して、圧電振動子４と基板２との間に空間Ｓを形成し、この空間Ｓ内に電子部品３を配置するようにしている。

また、基板２は、その上面に、電子部品３と電気的に接続された複数のパッド部６を有している。パッド部６は、基板２上の配線パターン（図示せず）を介して、実装端子５と電気的に接続されている。また、パッド部６は、支持部材７に設けられた導電部８を介して、圧電振動子４と電気的に接続されている。
このように、圧電デバイス１は、基板２と電子部品３と圧電振動子４とを高さ方向に並べることで、電子部品３と圧電振動子４とを横並びに配置する場合と比べて、実装面積を小さくしている。

特開２００２−６４３３３特許公開公報

ところで、近年、電子機器などの小型化が急速に進んでおり、その電子機器に用いられる圧電デバイスについても、さらなる小型化が要求されている。
しかし、図７に示すような圧電デバイス１では、支持部材７で圧電振動子４を支持する構成となっているため、支持部材７の幅Ｗの分だけ、圧電デバイス１の長さＬを長くせざるを得ない。
また、実装端子５は、実装基板上に圧電デバイス１を水平に載置するため、四隅に設けられているが、基板２の上面の四隅には支持部材７が設けられている。このため、実装端子５と基板２の上面のパッド部６とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）の距離が長くなって、浮遊容量等が大きくなって特性に悪影響を及ぼす恐れがある。

本発明は、小型化され、かつ、優れた特性を有する圧電デバイスを提供することを目的とする。

上述の目的は、第１の発明によれば、基板と、前記基板の上面に配置された電子部品と、前記電子部品の上側に配置された圧電振動子とを備えた圧電デバイスであって、前記圧電振動子は、前記基板に接合された複数の支持部材により支持されており、前記複数の支持部材のうち少なくとも一部は、前記基板の四隅以外の位置であって、前記基板の上面に並んだ二つのパッド部の間に設けられている圧電デバイスにより達成される。

第１の発明の構成によれば、圧電振動子を支持するための複数の支持部材のうち少なくとも一部は、基板の四隅以外の位置において、基板の上面に並んだ二つのパッド部の間に設けられている。したがって、並んだパッド部とパッド部の間のスペースを有効活用して省スペース化に貢献できる。
また、支持部材は、基板の四隅以外に配置されているので、パッド部を基板の角部に配置することができる。このため、基板の上面側角部のパッド部と実装面側角部の実装端子とを、例えばビアホールを利用するなどして配線を短くし、浮遊容量などの特性に悪影響を及ぼす要因を抑制できる。
かくして、第１の発明によれば、小型化され、かつ、優れた特性を有する圧電デバイスを提供することができる。

第２の発明は、第１の発明の構成において、前記電子部品は、少なくとも前記圧電振動子を発振させる回路構造を有する半導体素子であって、前記基板の角部には、前記半導体素子の入出力用端子と電気的に接続された入出力用パッド部が設けられていることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、基板の角部には、半導体素子の入出力用端子と電気的に接続された入出力用パッド部が設けられている。すなわち、第１の発明により、支持部材は基板の四隅に配置されなくなったため、この第２の発明のように、入出力用パッド部を角部に置くことができる。そして、この入出力用パッド部は特に浮遊容量が発生し易い部分であるが、第１の発明と同様にして、浮遊容量の問題を有効に解決できる。

第３の発明は、第１または第２の発明の構成において、前記複数の支持部材のうち一対の支持部材は、前記圧電振動子の外部端子部の位置に合わせて配置されていることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、一対の支持部材が、圧電振動子の外部端子部の位置に合わせて配置されている。したがって、圧電振動子を支持部材に接続すれば、外部端子部と電子部品とを、支持部材に設けられた導電部を介して電気的に接続できる。また、外部端子部と電子部品とを電気的に接続するための配線を短くして、浮遊容量などの問題を軽減できる。

第４の発明は、第１ないし第３の発明のいずれかの構成において、前記支持部材は非導電性の部材で形成されていることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、支持部材は非導電性の部材で形成されている。このため、例えば、電子部品と基板上のパッド部とをワイヤボンディングする場合、ワイヤが支持部材に接触しても、短絡することがない。特に、基板と圧電振動子との間を樹脂モールドするために溶融樹脂を充填する際、樹脂に押されたワイヤが支持部材に接触し易い状況にあるが、このような状況であったとしても、ワイヤと支持部材との接触による短絡を防止できる。

図１ないし図４は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスの例として圧電発振器１０を示しており、図１は圧電発振器１０の概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線概略切断断面図、図３は圧電発振器１０の概略底面図、図４は圧電振動子を透過して見た概略平面図である。
なお、理解の便宜のため、図２および図４では、後述する樹脂５０の内側を透過して図示し、また、図２では、全てのボンディング用ワイヤを図示していない。

これらの図において、圧電発振器１０は、基板２０と、基板２０の上面２０ａに配置された電子部品４０と、電子部品４０の上側に配置された圧電振動子３０とを備えている。
圧電振動子３０は、図１および図２に示すように、内部空間Ｓ１が形成された矩形状のパッケージ３８を有する表面実装型の振動子である。

具体的には、パッケージ３８は、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板３８ａ，３８ｂを積層した後、焼結して形成されている。
そして、パッケージ３８の内部空間Ｓ１に露出した内側底面には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成した電極部３１が設けられている。
電極部３１は、図１に示すように、圧電振動子３０の幅方向の両端に一対設けられており、それぞれが、パッケージ３８の外側底面に設けられた外部端子部３５と電気的に接続されている。なお、外部端子部３５も、図示されていないが、圧電振動子３０の幅方向の両端に一対設けられている。

また、電極部３１の上面には、導電性接着剤３７が用いられて、圧電振動片３６が接合固定されている。
圧電振動片３６は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。ここでは、小型にするため、水晶ウエハを定められた方向にカットしたＡＴカット振動片が用いられているが、本実施形態はこれに限られず、例えば所謂音叉型振動片であってもよい。

また、図２に示すように、パッケージ３８の開放された端面には、ロウ材３３を用いて蓋体３４が接合され、内部空間Ｓ１が密封されている。
蓋体３４は、外部からレーザ光を圧電振動片３６の金属被覆部（図示せず）に照射して、質量削減方式により周波数調整を行うために、光を透過する材料、特に、薄板ガラスにより形成されたり、或いは、アース接地するために金属製で形成されたりしている。

電子部品４０は、本実施形態の場合、少なくとも圧電振動子３０を発振させる回路構造を有する半導体素子であり、好ましくは、圧電振動子３０の特性に応じた温度補償用のデータが書き込まれるようになっている。
具体的には、電子部品４０は、平板状の基板２０の上面２０ａに接合固定されている。また、電子部品４０は、水平方向について、圧電振動子３０の外形よりも小さな外形を有する矩形状であって、平面視において圧電振動子３０の内側に重なるように配置されている。

そして、電子部品４０は、図４に示すように、主面の片側の面（図２の上面）にのみ複数の端子部４１，４２，４３，４４が設けられている。
なお、電子部品４０の端子部の数や種類は、半導体素子の種類により図４に示すよりも多い場合も少ない場合もあるのは勿論であるが、本実施形態の場合、実装端子部６２（図２及び図３参照）と接続された発振回路の入出力用端子４１、圧電振動子３０と電気的に接続されたゲート／ドレイン（Ｇ／Ｄ）端子４４、電子部品４０にデータを書き込むための制御端子４２、グランド端子４３からなっている。

そして、電子部品４０のこれらの端子部４１，４２，４３，４４は、基板２０上のパッド部５５，５６，５７，５８とワイヤボンディングにより電気的に接続されている。
すなわち、これら複数の端子部４１，４２，４３，４４と、後述する基板２０上のワイヤボンディングすべき所定のパッド部５５，５６，５７，５８とは、出来るだけ近傍に配置されており、本実施形態の前記端子部は、電子部品４０の幅方向の両端に、一列ずつ並んで配置されている。

基板２０は、電子部品４０と圧電振動子３０とを縦方向に重ねて並べて、これらを電気的に接続するために介在する部材であり、基材がセラミックやポリイミド等の絶縁性部材で形成された平板状のリジット基板やフレキシブル基板を用いることができる。本実施形態の基板２０は、水平方向の外形が圧電振動子３０の水平方向の外形と略同じとなるように形成されている。

この基板２０の上面２０ａには、図４に示すように、印刷、蒸着、メッキ等で、複数のパッド部５５，５６，５７，５８が設けられている。
パッド部５５，５６，５７，５８は、圧電振動子３０と電子部品４０の導通や、電子部品４０と実装面の各端子の導通を図るための電極である。すなわち、図３及び図４に示すように、パッド部５５は、電子部品４０の入出力用端子４１とワイヤボンディングされた入出力用パッド部であり、基板２０の下面（実装面）２０ｂに設けられた実装端子６２と導通されている。パッド部５６は、電子部品４０の制御端子４２とワイヤボンディングされた制御用パッド部であり、基板２０の下面（実装面）２０ｂに設けられた制御用端子６５と導通されている。パッド部５７は、電子部品４０のグランド端子４３とワイヤボンディングされ、基板２０の下面（実装面）２０ｂに設けられた端子６３と導通されて、アース接地される。パッド部５８は、電子部品４０のゲート／ドレイン（Ｇ／Ｄ）端子４４とワイヤボンディングされ、配線パターン５９および後述する支持部材６０のビアホール６１（図２参照）内の導電部を介して、圧電振動子３０と導通されている。

また、この基板２０の上面２０ａには、複数の支持部材６０，・・・が接合されており、図２に示すように、複数の支持部材６０，・・・で圧電振動子３０を支持して、圧電振動子３０を位置決めすると共に、圧電振動子３０と基板２０との間に、電子部品４０やワイヤ等の各部品を収容する空間Ｓ２を形成している。
そして、この圧電振動子３０と基板２０との間の空間Ｓ２は、樹脂モールドされて、圧電振動子３０が確実に固定されると共に、電子部品４０やボンディングワイヤ等の各部品が保護されている。すなわち、金型を用いて空間Ｓ２にエポキシ樹脂などの絶縁部材を射出し、或いは、スクリーン印刷により樹脂を充填している。

ここで、この圧電振動子３０を支持する複数の支持部材６０，・・・のうち少なくとも一部６０ａ，６０ｂは、基板２０の四隅以外の位置であって、基板２０の上面２０ａに並べられたパッド部５５とパッド部５６との間に設けられている。
具体的には、例えば、図４の下側の支持部材６０について説明すれば、列設された複数のパッド部５５，５６，５７のうち、一部のパッド部（以下、「制御用パッド部」という）５６を入出力用パッド部５５と反対側にあるパッド部５７側に寄せて、制御用パッド部５６と入出力用パッド部５５との間に所定の間隔Ｌ１を空けている。そして、この所定の間隔Ｌ１の中であって、パッド部５５，５６，５７，５８と端子部４１，４２，４３，４４とをそれぞれを結ぶ領域（すなわち、ワイヤボンディングされる領域）を避けるようにして、支持部材６０ｂが配置されている。

また、制御用パッド部５６と入出力用パッド部５５との間隔Ｌ１は、支持部材６０ｂが長く形成できるように、十分な間隔を有するようになっている。すなわち、支持部材６０ｂは圧電振動子３０を支持するための部材であるが、四隅に配置されていない分、出来るだけ面積を確保することが好ましい。但し、支持部材６０ｂは、パッド部５５，５６の幅Ｗ１よりも大きな幅を有すると、圧電デバイス全体が大きくなってしまうため、パッド部５５，５６と略同じ幅を有するように細長く形成されている。

そして、このように支持部材６０ｂを基板２０の角部に配置せず、入出力用パッド部５５と制御用パッド部５６との間に配置したことで、入出力用パッド部５５を基板２０の角部に配置することができ、実装端子６２の直ぐ上に入出力用パッド部５５を配置することができる。
なお、図４の上側の支持部材６０ａについても、下側の支持部材６０ｂと略同じ構成になっているので説明は省略する。

また、本実施形態の場合、複数の支持部材６０，・・のうち、一対の支持部材６０ｃ，６０ｄは、図２に示すように、圧電振動子３０の一対の外部端子部３５の位置に合わせて配置されている。そして、この一対の支持部材６０ｃ，６０ｄは、ビアホール６１内に導電部を有し、この導電部と圧電振動子３５側の端面に形成された金属膜部６７とが接続されている。これにより、圧電振動子３０を支持部材６０に載置すれば、外部端子部３５と端面に形成された金属膜部６７とを対向して接続することができる。

また、これら複数の支持部材６０，・・・は、柱状であって、非導電性の部材で形成されている。
図５は、支持部材６０を形成するための製造工程を説明した図である。
すなわち、図５（ａ）に示すように、枠部７１と、この枠部７１の内側に向かって、所定の間隔をおいて突出する突起部７２とを備えたセラミック製の枠状部材７０をまず用意する。このとき、平板状のセラミック製の基板７４も用意しておく。

なお、この基板７４及び枠状部材７０は、一度に複数の基板２０及び支持部材６０を形成することができる寸法を有しており、枠状部材７０の突起部７２が、後述する切断の工程を経て支持部材６０（図２、図４参照）となり、上述した支持部材６０と同じ高さ及び位置関係を有している。また、基板７４が、後述する切断の工程を経て基板２０（図２、図４参照）となる。

そして、この枠状部材７０を基板７４の上面に重ねて焼成して、枠状部材７０と基板７４とを接合する。
次いで、図５（ｂ）に示すように、枠部７１より僅かに内側であって、枠部７１と突起部７２とが分離するようにして、基板７４および枠状部材７０の点線で示す部分を切断し、基板２０に支持部材６０が接合された状態を形成する。

本発明の実施形態は以上のように構成されており、圧電振動子３０を支持するための複数の支持部材６０のうち少なくとも一部６０ａ，６０ｂは、基板２０の四隅以外の位置において、基板２０の上面２０ａに並んだ二つのパッド部５５，５６の間に設けられている。したがって、並んだパッド部５５とパッド部５６の間のスペースを有効活用して省スペース化を図ることができる。すなわち、図４に示すように、電子部品４０を四角形の基板２０の一辺側に寄せて配置することができるようになり、圧電発振器１０全体を小型化できる。
また、支持部材６０は、基板２０の四隅以外に配置されているので、パッド部５５を基板２０の角部に配置することができる。このため、例えば、上面側の角部のパッド部５５と実装面側の角部の実装端子６２とを電気的に接続するための配線を短くして、浮遊容量などの特性に悪影響を及ぼす要因を排除できる。

なお、本発明は、上述した実施形態の変形例に係る概略縦断面図である図６に示すように、支持部材６０に金属ボールを用いて、電子部品４０と外部端子部３５との導通を図るようにしてもよい。また、支持部材６０に非導電性の部材を用い、ボンディング用のワイヤが支持部材６０に接触したときに、短絡するのを防止するようにしても良い。特に、基板２０と圧電振動子３０との間に溶融樹脂を充填して樹脂モールドをする際、樹脂に押されたワイヤが支持部材６０に接触し易い状況になるため、支持部材６０を非導電性の部材にする効果は大きい。

本発明は上述の実施形態に限定されない。実施形態や各変形例の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
例えば、複数の支持部材６０のうち、図４に示す支持部材６０ａ，６０ｂを非導電性の部材にし、一対の外部端子部３５の位置に合わせた一対の支持部材６０ｃ，６０ｄのみを、図６に示すような金属ボールにしてもよい。

本発明の実施形態に係る圧電デバイスの例示であり、圧電発振器の概略平面図。 図１のＡ−Ａ線概略切断断面図。 本発明の実施形態に係る圧電デバイスの例示であり、圧電発振器の概略底面図。 本発明の実施形態に係る圧電デバイスの例示であり、圧電振動子を透過して見た概略平面図。 支持部材を形成する工程を説明するための図。 本発明の実施形態の変形例に係る概略縦断面図。 従来の圧電デバイスの側面図であり、一部を切り欠いて内部構造を示した図。

符号の説明

１０・・・圧電デバイス（圧電発振器）、２０・・・基板、３０・・・圧電振動子、４０・・・電子部品（半導体素子）、４１，４２，４３，４４・・・端子部、５５，５６，５７，５８・・・パッド部、６０，６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ・・・支持部材

Claims (4)

1. 基板と、前記基板の上面に配置された電子部品と、前記電子部品の上側に配置された圧電振動子とを備えた圧電デバイスであって、
   前記圧電振動子は、前記基板に接合された複数の支持部材により支持されており、
   前記複数の支持部材のうち少なくとも一部は、前記基板の四隅以外の位置であって、前記基板の上面に並んだ二つのパッド部の間に設けられている
   ことを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記電子部品は、少なくとも前記圧電振動子を発振させる回路構造を有する半導体素子であって、
   前記基板の角部には、前記半導体素子の入出力用端子と電気的に接続された入出力用パッド部が設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記複数の支持部材のうち一対の支持部材は、前記圧電振動子の外部端子部の位置に合わせて配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電デバイス。
4. 前記支持部材は非導電性の部材で形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電デバイス。

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