JP2008042603A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】実装面積および厚み寸法を抑えて小型化された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とを備えた圧電デバイスであって、基板２０は、その上面の一端側の隅に、圧電振動子３０を支持するための支持部材６０が設けられており、電子部品４０は、基板２０にフリップチップ接続されており、圧電振動子３０は、支持部材６０および電子部品４０の上面に固定されていることを特徴とする。
【選択図】図２

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、圧電デバイス１は、その厚み方向に、基板２、電子部品３、および圧電振動子４を重ねて形成されているので、全体の厚みが大きくなってしまう。

本発明は、実装面積および厚み寸法を抑えて小型化された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、前記基板は、その一端側の隅に、前記圧電振動子を支持するための支持部材が設けられており、前記電子部品は、前記基板にフリップチップ接続されており、前記圧電振動子は、前記支持部材および前記電子部品の上面に固定さ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、電子部品は基板にフリップチップ接続されており、圧電振動子は、基板の一端側の隅に設けられた支持部材だけではなく、電子部品の上面にも固定されている。このため、電子部品が支持部材の役割も果たすことになり、圧電振動子を支持する支持部材を、基板の一端側と他端側の両隅に設ける必要がなくなる。したがって、基板の他端側に支持部材を設けなくてもよい分、圧電デバイスの実装面積を小さくすることができる。
また、圧電振動子は電子部品の上面に固定されているので、圧電振動子と電子部品との間には余計な空間は存在せず、圧電デバイスの厚みも薄くすることができる。
かくして、第１の発明によれば、実装面積および厚み寸法を抑えて小型化された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、前記支持部材は、前記基板の前記一端側であって幅方向の両端に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、支持部材は、基板の一端側であって幅方向の両端に設けられているため、両端に設けられた支持部材の間に生じたスペースを有効活用して、コンデンサ等の他の電子部品を載置することができる。

第３の発明は、第１または第２の発明の構成において、前記圧電振動子と前記電子部品とは接着剤で接合されており、前記電子部品と前記基板との間には、アンダーフィル材が充填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、圧電振動子と電子部品とは接着剤で接合されている。このため、支持部材の形状やフリップチップの精度によって、圧電振動子と電子部品との間に空間ができても、接着剤の量を増やして空間を埋めて、圧電振動子と電子部品とを接合固定できる。また、電子部品と基板との間には、アンダーフィル材が充填されている。したがって、圧電振動子と電子部品との間の空間を埋める接着剤の量が多すぎて、電子部品をフリップチップ接続するバンプにストレスが加わっても、電子部品と基板との接続を確保することができる。

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、前記基板はフレキシブル基板により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、基板はフレキシブル基板により形成されているので、基板の厚みを抑えて、圧電デバイスの厚み寸法を小さくすることができる。

第５の発明は、第１ないし第４の発明のいずれかの構成において、前記基板と前記圧電振動子との間は、樹脂モールドされていることを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、基板と圧電振動子との間は樹脂モールドされているため、基板と圧電振動子との間に配置されている電子部品を保護し、また、圧電デバイスの強度を高めることができる。特に、基板がフレキシブル基板で形成されている場合であっても、強度を高めた圧電デバイスを形成することができる。

図１ないし図３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の圧電振動子を透過して見た場合の概略平面図である。
なお、理解の便宜のため、図２および図３では、後述する樹脂５０の内側を透過して図示している。

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、パッケージ３８の外側底面の幅方向の両端に設けられた一対の外部端子部３５（図２参照。なお、図２では一つの外部端子部３５のみを図示している。）と電気的に接続されて、互いに異極となっている。

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、シームリング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、或いは、アース接地するために金属製で形成されている。

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。
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、平板状の基板２０の上面２０ａにフリップチップ接続されている。
具体的には、電子部品４０は、図３に示すように、基板２０と対向する面（図２の下面）の幅方向の両端に、一列ずつ並んだ複数の端子部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３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、図２に示すように、電子部品４０の上記端子部を有する面４０ａが、基板２０の上面２０ａにフェイスダウン実装されて、電子部品４０と基板２０とが電気的に接続されている。
すなわち、電子部品４０と基板２０とは、電子部品４０の各端子部４１，４２，４３，４４と、基板２０上の各端子パッド５２，・・・とが夫々対向するように配置され、電子部品４０の上記各端子部にバンプ（突起電極）５５を形成してフェイスダウンをし、バンプ５５と端子パッド５２を接続するフリップチップ接続が採用されている。
なお、フリップチップ接続の方式としては、バンプ５５及び端子パッド５２の双方を金（Ａｕ）で形成して、荷重と超音波によりバンプ５５と端子パッド５２とを融着接合するＡｕ−Ａｕ接合方式を採用しているが、本発明はこれに限らず、例えば、Ａｕ−Ｓｕ接合方式等の他の金属接合であっても勿論よい。

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、後述する製造方法に示すように、セラミック製の基板を用いているが、圧電デバイス１０の厚み寸法が小さくなるように、基板２０の厚みが薄いフレキシブル基板を用いるようにしてもよい。
また、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は、図２に示すように、その上面２０ａに、印刷、蒸着、メッキ等で、複数の端子パッド５２，・・・が設けられている。
端子パッド５２，・・・は、圧電振動子３０と電子部品４０との導通や、電子部品４０と実装面の各端子との導通を図るための電極である。すなわち、複数の端子パッド５２，・・・は、基板２０を引き回されて、実装面２０ｂに設けられた実装端子６２、制御用端子６５、及びグランド端子６３と電気的に接続されている。また、端子パッド５２，・・・のうち一部は、後述する支持部材６０を介して、圧電振動子３０と導通されている。

ここで、この基板２０の上面２０ａの一端側の隅に、圧電振動子３０を支持するための支持部材６０が設けられている。
本実施形態の支持部材６０は、圧電振動子３０を支持すると共に、電子部品４０と圧電振動子３０とを電気的に接続するための部材となっている。
具体的には、支持部材６０は、図２に示すように、基板２０の一端側（図３の左側）のみに設けられ、他端側（図３の右側）には設けられていない。
なお、本実施形態では支持部材６０をセラミック製等の非導電性の柱部材としているが、導電性の柱部材としてもよい。或いは、支持部材６０を図４に示すように金属ボールとし、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。

図５は支持部材６０を形成する製造工程を簡単に説明するための図である。まず、図５（ａ）に示すように、枠部７１の内側に突出する突起部７２を有するセラミック製の枠状部材７０と、平板状のセラミック製の基板７４とを用意する。この基板７４及び突起部７２は、一度に複数の上述した基板及び支持部材を形成することができる寸法や数等を有しており、後述する切断の工程を経て、突起部７２が支持部材６０（図２参照）に、基板７４が基板２０（図２参照）になる。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、基板７４および枠状部材７０の点線で示す部分を切断し、枠部７１と突起部７２とを分離して、基板２０に支持部材６０が接合された状態を形成する。

また、図３に示すように、一対の支持部材６０は、圧電振動子３０の一対の外部端子部（図３では図示せず）の位置に合わせて形成されており、図２に示すように、夫々に形成されたビアホール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と金属膜部６７とが接続されて、この支持部材６０を介して、圧電振動子３０と電子部品４０とを電気的に接続することができる。

そして、本実施形態の圧電発振器１０の場合、圧電振動子３０は、図２に示すように、基板２０の一端側にのみ設けられた支持部材６０，６０だけではなく、電子部品４０の上面４０ｂにも固定されている。
すなわち、電子部品４０の上面４０ｂの全体に接着剤４７が塗布されて、圧電振動子３０の外部端子部３５が設けられていない領域のほとんどが接合されている。
接着剤４７は、支持部材６０の高さ寸法の精度や、フリップチップ接続の際のバンプ５５の高さ寸法の精度などによって、その塗布量を調整するようになっている。すなわち、例えば、支持部材６０の高さ寸法が大きく形成されてしまい、圧電振動子３０と電子部品４０との間に空間が生じてしまっても、接着剤４７の量を増やしてその空間を埋め、圧電振動子３０と電子部品４０とを接合固定することができる。

また、図２に示すように、圧電発振器１０は、電子部品４０と基板２０との間に、アンダーフィル材６７が充填されている。
すなわち、電子部品４０を基板２０に接合する際、アンダーフィル材６７を用いてフリップチップ接続し、その後、電子部品４０の上面４０ｂに接着剤４７を塗布して、その上に圧電振動子３０を載置し、接着剤４７を乾燥固化させることで、電子部品４０と圧電振動子３０とを接合している。
これにより、圧電振動子３０と電子部品４０とを接合するための接着剤４７の量が多く、接着剤４７が乾燥する際の収縮により、バンプ５５にストレスが加わるようなことがあっても、そのストレスを緩和することができる。
なお、アンダーフィル材６７としては、エポキシ樹脂が用いられているが、本発明はこれに限られるものではない。

また、圧電振動子３０と基板２０との間は、樹脂モールドされている。
具体的には、電子部品４０と基板２０との間に設けられたアンダーフィル材６７とは別に、圧電振動子３０と基板２０との間の空間に、金型を用いてシリコーン系やエポキシ系の樹脂５０を射出成形し、或いは、スクリーン印刷により樹脂５０を充填している。
これにより、電子部品４０、或いは、一対の支持部材６０，６０の間にコンデンサ等の他の電子部品を配置した場合はこれを保護し、また、圧電発振器１０全体の強度を高めることができる。特に、基板２０にフレキシブル基板が用いられている場合であっても、強度の高い圧電発振器１０を形成することができる。

本発明の実施形態は以上のように構成されており、電子部品４０は基板２０にフリップチップ接続されており、圧電振動子３０は、基板２０の一端側の隅に設けられた支持部材６０だけではなく、電子部品４０の上面４０ｂにも固定されている。したがって、電子部品４０が支持部材６０の役割も果たすことになり、支持部材６０を基板２０の他端側（図２の右側）に設ける必要がなくなって、圧電発振器１０の実装面積を小さくすることができる。
また、圧電振動子３０は電子部品４０の上面４０ｂに接着剤４７で直接接合されているので、圧電振動子３０と電子部品４０との間には余計な空間は存在せず、圧電発振器１０の厚みも薄くすることができる。

なお、支持部材６０は、本発明の実施形態の変形例であって、図３に対応した概略平面図である図６に示すように、基板２０の一端側全体に設けるようにしてもよいが、本実施形態の場合、基板２０の幅方向の両端付近に設けられている。これにより、支持部材６０と支持部材６０との間に生じた領域４０ｃ（図３参照）を有効活用して、コンデンサ等の他の電子部品を載置することもできる。また、その際、支持部材６０は、非導電性の部材で形成されているため、他の電子部品との間での短絡を防止できる。

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。

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、圧電発振器の圧電振動子を透過して見た概略平面図。 本発明の実施形態の変形例であって、図２に対応した概略縦断面図。 支持部材を形成する工程を簡単に説明するための図。 本発明の実施形態の変形例であって、図３に対応した概略平面図。 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、４７・・・接着剤、５２・・・端子パッド、５５・・・バンプ、６０・・・支持部材

Claims (5)

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、
   前記基板は、その一端側の隅に、前記圧電振動子を支持するための支持部材が設けられており、
   前記電子部品は、前記基板にフリップチップ接続されており、
   前記圧電振動子は、前記支持部材および前記電子部品の上面に固定されている
   ことを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記支持部材は、前記基板の前記一端側であって幅方向の両端に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. 前記圧電振動子と前記電子部品とは接着剤で接合されており、
   前記電子部品と前記基板との間には、アンダーフィル材が充填されている
   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. 前記基板はフレキシブル基板により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。
5. 前記基板と前記圧電振動子との間は、樹脂モールドされていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電デバイス。

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