JP2008141417A - 圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の圧電発振器では、集積回路素子を囲繞する側壁部頂部の角部に外部接続用電極端子を形成しなければならないので、実装専有面積として側壁部頂部の面積が必要となり、小型化を阻害する要因の一つとなっている。
【解決手段】圧電振動子部１１と集積回路素子１２との間には、圧電振動子部１１の一辺方向に延設した形態のフレキシブル基板１３が配置されており、基板接続用電極端子１６と圧電振動子部接続用電極パッド１７とが接続されており、更に、各種電極端子１８と圧集積回路素子接続用電極パッド１９とが接続されており、又、フレキシブル基板１３の延設した部分は集積回路素子１２の第２の主面方向へ折り曲げられ固着されており、更に、折り曲げられたフレキシブル基板１３の一方の主面領域には外部接続用電極端子２１が形成され、外部接続用電極端子２１と集積回路素子接続用電極パッド１９間が電気的に接続されている圧電発振器。
【選択図】図２

Description

本発明は電子部品の一つである圧電発振器に関し、特に小型化薄型化が可能な圧電発振器に関する。

従来、携帯用通信機器等の電子機器には、内部に搭載する電子部品の一つとして圧電発振器が使用されている。この圧電発振器は、搭載された電子機器のクロック信号発生源や基準信号発生源として用いられている。

かかる従来の圧電発振器の概略を図４に示す。即ち、仕切部４７の上下面に、仕切部４７上下面外周縁部に形成した側壁部４９で囲繞された凹形状の第１の空間部４４及び第２の空間部４５を有する容器体４３が、セラミック等の絶縁性素材により形成されている。この第１の空間部４４内には、圧電素板の表裏主面に励振用電極及び容器体接続用電極などを形成した圧電振動素子４２が配置実装されている。この圧電振動素子４２が搭載された第１の空間部４４の開口部は金属製の蓋体４１を被せることで覆われており、この蓋体４１と、第１の空間部４４を囲繞する側壁部４９の第１の空間部４４開口側頂部とを接合することにより、第１の空間部４４内は気密に封止されている。

又、第２の空間部４５内の仕切部４７下面には、上述した圧電振動素子４２と容器体４３内或いはその表面に形成した導配線やビアホールにより電気的に接続した、圧電振動素子４２の周波数温度補償を行なうため温度補償回路や発振回路等の電子回路網を少なくとも内蔵した集積回路素子４６が配置実装されている。又、この第２の空間部４５を囲繞する側壁部４９における第２の空間部４５開口側頂面の４つの角部には、集積回路素子４６の電源、出力及びＧＮＤ用電極パッド等の所定の電極パッドの一つとそれぞれ電気的に接続した外部接続用電極端子４８を形成することにより、圧電発振器４０が形成されている

上述したような形態の圧電発振器４０は、外部接続用電極端子４８により、電子機器のマザーボード等の外部配線基板へ電気的且つ機械的に接続され使用されている。

上述したような形態の圧電発振器については、以下のような先行技術文献に開示がある。
特開２００５−１５９５７５公報 特開２００４−３２０４２０公報 特開２００３−２４９８２１公報 特開平１１−３０８０５２号公報

尚、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。

近年では、電子機器に搭載される個々の電子部品におけるマザー基板上の実装専有面積或いは体積は、電子機器の小型化が進むにつれ、著しく縮小することが求められるようになった。しかしながら、電子部品の一つである前述したような形態の圧電発振器本体を、小型化（薄型化を含む）する場合、第２の空間部内に収容される集積回路素子も小型化が必要となる。しかし、集積回路素子の小型化には限界や、内部の回路パターン構築などの再設計に時間がかかり短時間での小型化対応が困難であった。また、上述したような構造の圧電発振器では、集積回路素子を囲繞する側壁部頂部の角部に外部接続用電極端子を形成しなければならないので、圧電発振器の実装専有面積として、集積回路素子の主面面積のほかに外部接続用電極端子を形成する側壁部頂部の面積が必要となり、これも圧電発振器の小型化を阻害する要因の一つとなっている。よって、従来の圧電発振器の構造のままでは、更なる圧電発振器の小型化が困難となる課題がある。

更に、圧電発振器が小型化された場合、第２の空間部内に収容される集積回路素子から発した熱が第２の空間部内に籠もり易く、又、圧電発振器の構造体を介して圧電発振器全体に伝熱し、その熱により圧電発振器としての出力信号の周波数変動が生じやすいという問題があった。

本発明は上記欠点に鑑み考え出されたものであり、従ってその目的は、従来の集積回路素子を使用した場合でも圧電発振器の小型化が可能であり、又、集積回路素子からの発熱による発振周波数変動が小さい圧電発振器を提供することにある。

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、圧電振動素子を絶縁性の容器体に形成された凹部空間内に搭載し、蓋体によりこの凹部空間を気密に封止した主面外形形状が概略矩形状の圧電振動子部と、少なくとも発振回路が内蔵されている集積回路素子とが、この集積回路素子に形成した圧電振動子接続用電極端子と圧電振動子部に形成した集積回路素子接続用電極端子とにより電気的に接続されており、且つ少なくとも集積回路素子に形成された電源、出力及びＧＮＤ用の各電極端子と外部接続用電極端子が電気的に接続した形態で、圧電振動子部と集積回路素子が合一体として形成されている圧電発振器であって、
上述した圧電振動子部と集積回路素子との間には、この圧電振動子部の一辺方向に圧電振動子部の辺端部外へ延設した形態のフレキシブル基板が配置されており、
又、圧電振動子部に形成した集積回路素子接続用電極端子を含む基板接続用電極端子と、フレキシブル基板の一方の主面に形成した圧電振動子部接続用電極パッドとが電気的且つ機械的に接続されており、
更に、集積回路素子に形成した各種電極端子と、圧電振動子部接続用電極パッドが形成されたフレキシブル基板の一方の主面領域に対してフレキシブル基板を挟んで対向するフレキシブル基板の他方の主面領域に形成された集積回路素子接続用電極パッドとが電気的且つ機械的に接続されており、
又、フレキシブル基板における圧電振動子部の一辺方向に圧電振動子部の辺端部外へ延設した部分は、集積回路素子の各種電極端子が形成されている第１の主面とは反対側の第２の主面方向へ折り曲げられており、集積回路素子の第２の主面と、折り曲げられ前記第２の主面と対向する位置に配されたフレキシブル基板の他方の主面とが、絶縁性接着剤により固着されており、
更に、折り曲げられ第２の主面と対向する位置に配された領域のフレキシブル基板の一方の主面領域には外部接続用電極端子が形成されており、フレキシブル基板に形成されている導配線により、外部接続用電極端子の所定の端子と集積回路素子接続用電極パッドの所定の端子との間が電気的に接続されていることを特徴とする圧電発振器である。

本発明の圧電発振器によれば、圧電素板に励振電極を形成した圧電振動素子を収納した圧電振動子部と、発振回路を形成した集積回路素子とから構成する圧電発振器において、圧電振動子部の下部に位置する形態で集積回路素子の電極端子形成面を搭載し、圧電振動子の基板接続用電極端子と集積回路素子の所定の電極端子とは、フレキシブル基板に形成された電極パッド及び導配線を介して直接的に電気的接続が取られており、更に、集積回路素子のからはフレキシブル基板を介して、集積回路素子の電極端子形成面とは反対側の主面側に設けた外部接続用電極端子へ引き出されている構造であることから、従来構造の圧電発振器では必要であった集積回路素子を収容する部分の容器体、特に、外部接続用電極端子を形成する集積回路素子を囲繞する容器体の側壁部を不要とすることが可能となり、更なる圧電発振器の小型化を実現することが可能となる。

又、本発明の圧電発振器の構造では、集積回路素子の３つの側面方向が開いており、圧電発振器外の空間に露出する形態であるので、この露出面から、集積回路素子から発した熱を圧電発振器外へ放熱することが可能となる。これにより、集積回路素子から発した熱が容器体等の構造体に伝わり、その熱により圧電発振器の発振周波数値が変動するという従来の課題を解決することが可能となる。

因って、本発明により、圧電発振器の小型化が可能であり、又、集積回路素子からの発熱による発振周波数変動が小さい圧電発振器を提供できる効果を奏する。

以下、本発明に係る圧電発振器を、添付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、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず（図１（ｂ）における集積回路素子１２内の断面構造等）、また寸法も一部誇張して図示している。特に、フレキシブル基板や各電極端子等の構成部材の厚み寸法は誇張して図示している。

図１は本発明の実施形態にかかる圧電発振器であり、図１（ａ）は圧電振動子部の蓋体上方から見た平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に記載の仮想切断線Ａ−Ａ′で切断した場合の概略断面図である。図２は、図１に記載の本発明の実施形態にかかる圧電発振器の外観斜視図である。図１及び図２に図示する圧電発振器１０は大略的に言って、圧電振動子部１１と、集積回路素子１２とフレキシブル基板１３とで構成されている。

即ち、絶縁性の容器体に形成された凹部空間１４に圧電振動素子１５を収容した圧電振動子部１１には、その圧電振動子部１１の実装面の四隅部に基板接続用電極端子１６が設けられている。この基板接続用電極端子１６のうちの２つは、フレキシブル基板１３との機械的接続機能の他に、集積回路素子１２と圧電振動素子１５とを電気的に接続する集積回路素子接続機能を有している。

この圧電振動子部１１の基板接続用電極端子１６は、フレキシブル基板１３の一方の主面の一短辺側にオフセットした形態で形成された圧電振動子部接続用電極パッド１７と、導電性接着剤、半田又は金属バンプ等の慣用技術により電気的且つ機械的に接続されている。又、集積回路素子１２における電源、出力及びＧＮＤ等の各種電極端子１８は、フレキシブル基板１３の圧電振動子部接続用電極パッド１７が形成されたフレキシブル基板１３の一方の主面領域に対してフレキシブル基板１３を挟んで対向するフレキシブル基板１３の他方の主面領域に形成された集積回路素子接続用電極パッド１９と、導電性接着剤、半田又は金属バンプ等の慣用技術により電気的且つ機械的に接続されている。

このフレキシブル基板１３は、その短辺寸法を圧電振動子部１１の長辺寸法と同等、或いは数百μｍ大きく形成しており、又、その長辺寸法は、圧電振動子部１１の一長辺側に向かって圧電振動子部１１の辺端部外へ延設している。この延設した部分は、集積回路素子１２の各種電極端子１８が形成されている第１の主面（実装面）とは反対側の第２の主面方向へ折り曲げられており、集積回路素子１２の第２の主面と、折り曲げられ第２の主面と対向する位置に配されたフレキシブル基板１３の他方の主面とが、絶縁性接着剤２０により固着されている。

また、このフレキシブル基板１３における、折り曲げられ集積回路素子１２の第２の主面と対向する位置に配された領域のフレキシブル基板１３の一方の主面部分の、集積回路素子１２の第２の主面の四隅部分に概略対応する位置に、外部接続用電極端子２１が形成されており、フレキシブル基板１３の内部或いは表面に形成されている導配線により、外部接続用電極端子２１の所定の端子と集積回路素子接続用電極パッド１９の所定の端子との間が電気的に接続されている。

図１（ｂ）において、圧電振動子部１１を構成する容器体は、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材料から成る２層構造の積層基板２２と、この積層基板２２の上面外周縁部に、積層基板２２と同様のセラミック材料から成る側壁部２３から形成されている。この側壁部２３で囲繞されている凹部空間１４内には圧電振動素子１５が実装されており、この凹部空間１４は、４２アロイやコパール、リン青銅等から成る蓋体２４を、側壁部２３の凹部空間開口側頂部面上に開口部を覆う形態で配置し、蓋体２４と側壁部２３頂部面とを接合することにより気密に封止されている。

一方、圧電振動子部１１の凹部空間１４に実装される圧電振動素子１５を構成する圧電素板の素材としては、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム又は圧電セラミックなどが使用されている。例えば、水晶の場合は、人工水晶体を所定のカットアングルで切断し外形加工を施した主面形状が矩形状の圧電素板２５の表裏両主面にそれぞれ励振用電極２６を被着形成してなり、外部からの変動電圧が一対の励振電極２６を介して水晶を素材とする圧電素板２５に印加されると、圧電素板２５は所定の周波数で厚みすべりや輪郭等の各種モードの振動を起こす。

また一方で図１、図２に図示するように、上述した積層基板２２の下面（実装面）の四隅部には基板接続用電極端子１６が形成されている。これら四隅部の基板接続用電極端子１６に各々相対する形態で、フレキシブル基板１３の一方の主面上に形成された圧電振動子部接続用電極パッド１７が配置され、フレキシブル基板１３における圧電振動素子部接続用電極パッド１７が形成されている一方に主面領域と反対側の他方の主面領域には、集積回路接続用電極パッド１９が形成され、主面形状が矩形状のフリップチップ型の集積回路素子１２のフレキシブル基板１３に相対する第１の主面には、集積回路素子１２への電源電圧供給用、集積回路素子１２からの信号出力用及びＧＮＤ端子用などの複数個の各種電極端子１８が形成されており、集積回路素子１２の各種電極端子１８と、圧電振動子部１１の積層基板２２下面に形成されている基板接続用電極端子１６とは、導電性接着剤や半田等の導電性接合剤２７を介して、フレキシブル基板１３の両主面に各々形成されている、集積回路素子接続用電極パッド１９と圧電振動子部接続用電極パッド１７により接続されている。また、集積回路素子１２の第１の主面（実装面）の各種電極端子１８は、集積回路素子１２の一長辺側面近傍で、集積回路素子１２の第１の主面とは反対側の第２の主面側へ折り曲げられたフレキシブル基板１３を経由して、第２の主面と対向する位置に配されたフレキシブル基板１３の他方の主面に形成された外部接続用電極端子３８と、各々所定の電極端子間同士が電気的に接続されている。

ここで集積回路素子１３には、その第１の主面側に、周囲の温度状態を検知する感温素子、圧電振動素子８の温度特性を補償する温度補償制御端子を有し、温度補償制御端子からの温度補償データに基づいて前記圧電振動素子８の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、温度補償回路に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路等の各種電子回路網が設けられており、この発振回路で生成された発振出力信号は、フレキシブル基板１３を介して所定の外部接続用電極端子２１から外部に出力された後、例えばクロック信号等の基準信号として利用される。

次に上述した圧電発振器の製造方法について説明する。
まず、フレキシブル基板１３における外部接続用電極端子２１が形成されている一方の短辺近傍の、外部接続用電極端子３８が形成されている面領域と反対側の他方の主面側領域に、絶縁性接着剤２０を塗布し、絶縁性接着剤２０塗布部分に集積回路素子３７の第２の主面を接合固着する。

次に、フレキシブル基板１３の他方の短辺側を集積回路素子１２の第１の主面方向へ折り曲げ、フレキシブル基板１３の他方の短辺近傍の他方の主面に形成された集積回路素子接続用電極パッド１９と、集積回路素子１２の第１の主面に形成されている各種電極端子１８とを、固化前の導電性接合剤２７により仮接続した状態で加熱処理（リフロー処理等）することで、フレキシブル基板３１と集積回路素子１２とを電気的且つ機械的に固着接続する。

次に、集積回路素子１２が接続したフレキシブル基板１３の一方の主面に形成された圧電振動子部接続用電極パッド１７上に、固化前の導電性接合剤２７を介して別工程により形成された圧電振動子部１１を配置し、上方から一定の圧力をかけながら加熱処理（リフロー処理等）を行うことで、集積回路素子１２が接続したフレキシブル基板１３と圧電振動子部１１とを電気的且つ機械的に固着接続することにより、本発明の圧電発振器が製造される。尚、上述の製造方法ではフレキシブル基板１３と集積回路素子１２を接続してから、圧電振動子部１１を接続しているが、フレキシブル基板１３と集積回路素子１２及び圧電振動子部１１との電気的且つ機械的な接続を、同時の加熱処理（リフロー処理等）により行うことで製造することも可能である。

ここで、本発明の特徴部分は図１、図２に図示するように、圧電振動子部１１の基板接続用電極端子１６と、集積回路素子１２の各種電極端子１８うちの所定の電極端子とを、フレキシブル基板１３に形成した電極パッドや導配線を介して、接続を所望する端子同士を電気的に接続し、又、集積回路素子１２の各種電極端子１８のうちの所定の電極端子と、フレキシブル基板１３の集積回路素子３７の第２の主面側に折り曲げられた部分に形成された外部接続用電極端子３８とが、接続を所望する端子同士を電気的に接続されている点にある。これにより、圧電発振器における集積回路素子を収容する部分の容器体、特に、外部接続用電極端子を形成する集積回路素子を囲繞する容器体の側壁部を不要とすることが可能となり、更なる圧電発振器の小型化を実現することが可能となる。

例えば、従来使用されている集積回路素子と同様サイズの集積回路素子を使用した場合でも、従来の圧電発振器に比べて更に小型の圧電発振器を製作可能となる。また、従来の圧電発振器では集積回路素子の発熱が容器体内に伝わり発振周波数が変動するという問題があったが、本発明に係る圧電発振器では、集積回路素子１２の３つの側面方向が開いており、圧電発振器１０外の空間に露出する形態であるので、この露出面から集積回路素子１２から発した熱を圧電発振器１０外へ放熱することが可能となる。これにより、集積回路素子１２から発した熱が容器体等の構造体に伝わり、その熱により圧電発振器の発振周波数値が変動するという従来の課題を解決することが可能となる。

また、上述したようなフレキシブル基板１３を複数個連接した形態のフレキシブル基板集合体を使用した組み立て作業により、圧電発振器を製造できるので、圧電発振器の生産性の向上も可能となる。尚、ここで用いるフレキシブル基板１３としては折り曲げた際の曲率半径が小さいものが望ましく、その曲率半径は０．３〜０．５ｍｍ程度のものが最適である。

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、上述した実施形態では、フレキシブル基板１３の延設方向として圧電振動子部１１の一長辺方向とした形態を示したが、フレキシブル基板１３の延設方向としては、他に圧電振動子部１１の一短辺方向とした形態の場合でも構わない。又、上述した実施形態では、外部接続用電極端子２１が、直接に外部マザーボード等の配線基板に接続される構造となっているが、これに変えて、外部接続用電極端子２１と配線基板との間に台座的な機能を有するフレキシブル基板より剛性がある基板を設け、この基板を介して外部の配線基板側に接続する構造としても、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、本発明の実施形態にかかる圧電発振器であり、図１（ａ）は圧電振動子部の蓋体上方から見た平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）記載の仮想切断線Ａ−Ａ′で切断した場合の概略断面図である。 図２は、図１に記載の本発明の実施形態にかかる圧電発振器の外観斜視図である。 図３は、従来の圧電発振器の概略断面図である。

符号の説明

１０・・・圧電発振器
１１・・・圧電振動子部
１２・・・集積回路素子
１３・・・フレキシブル基板
１４・・・凹部空間
１５・・・圧電振動素子
１６・・・基板接続用電極端子
１７・・・圧電振動子部接続用電極パッド
１８・・・各種電極端子
１９・・・集積回路素子接続用電極パッド
２０・・・絶縁性接着剤
２１・・・外部接続用電極端子
２２・・・積層基板
２３・・・側壁部
２４・・・蓋体
２７・・・導電性接合剤

Claims (1)

1. 圧電振動素子を絶縁性の容器体に形成された凹部空間内に搭載し、蓋体により前記凹部空間を気密に封止した主面外形形状が概略矩形状の圧電振動子部と、少なくとも発振回路が内蔵されている集積回路素子とが、前記集積回路素子に形成した圧電振動子接続用電極端子と前記圧電振動子部に形成した集積回路素子接続用電極端子により電気的に接続されており、且つ少なくとも前記集積回路素子に形成された電源、出力及びＧＮＤ用の各種電極端子と外部接続用電極端子が電気的に接続した形態で、前記圧電振動子部と前記集積回路素子が合一体として形成されている圧電発振器であって、
   前記圧電振動子部と前記集積回路素子との間には、前記圧電振動子部の一辺方向に前記圧電振動子部の辺端部外へ延設した形態のフレキシブル基板が配置されており、
   又、前記圧電振動子部に形成した前記集積回路素子接続用電極端子を含む基板接続用電極端子と、前記フレキシブル基板の一方の主面に形成した圧電振動子部接続用電極パッドとが電気的且つ機械的に接続されており、
   更に、前記集積回路素子に形成した前記各種電極端子と、前記圧電振動子部接続用電極パッドが形成された前記フレキシブル基板の一方の主面領域に対して前記フレキシブル基板を挟んで対向する前記フレキシブル基板の他方の主面領域に形成された集積回路素子接続用電極パッドとが電気的且つ機械的に接続されており、
   又、前記フレキシブル基板における前記圧電振動子部の一辺方向に前記圧電振動子部の辺端部外へ延設した部分は、前記集積回路素子の前記各種電極端子が形成されている第１の主面とは反対側の第２の主面方向へ折り曲げられており、前記集積回路素子の前記第２の主面と、折り曲げられ前記第２の主面と対向する位置に配された前記フレキシブル基板の他方の主面とが、絶縁性接着剤により固着されており、
   更に、折り曲げられ前記第２の主面と対向する位置に配された領域の前記フレキシブル基板の一方の主面領域には、前記外部接続用電極端子が形成されており、前記フレキシブル基板に形成されている導配線により、前記外部接続用電極端子の所定の端子と前記集積回路素子接続用電極パッドの所定の端子との間が電気的に接続されていることを特徴とする圧電発振器。

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