JP2008193180A - Piezoelectric oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電発振器に関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric oscillator.
従来より、圧電デバイスは、電子回路のクロック源として広く使用される圧電振動子や圧電発振器として様々な電子機器に用いられている。電子機器の小型化・薄型化に伴い、前記圧電振動子や圧電発振器も、より一層の小型化・薄型化が要求されているのが現状である。 Conventionally, piezoelectric devices have been used in various electronic devices as piezoelectric vibrators and piezoelectric oscillators widely used as clock sources for electronic circuits. As electronic devices become smaller and thinner, the piezoelectric vibrator and the piezoelectric oscillator are also required to be further reduced in size and thickness.
図11は、従来の圧電発振器の断面図で、図12は図11に示す圧電発振器の上面図である。但し、図12は、圧電発振器の一構成部品である蓋部材を取り除いた状態を示すものである。従来技術による圧電発振器は、平板状のシリコン基板1の下面に、回路パターン2を形成し、前記シリコン基板1の上面に圧電振動片3を実装したものである。4は圧電振動片3を覆うようにして前記シリコン基板1上面に搭載される蓋部材である。
11 is a sectional view of a conventional piezoelectric oscillator, and FIG. 12 is a top view of the piezoelectric oscillator shown in FIG. However, FIG. 12 shows a state in which the lid member which is one component of the piezoelectric oscillator is removed. The piezoelectric oscillator according to the prior art is obtained by forming a
前記回路パターン2としては、圧電振動片を動作させる帰還増幅回路のパターンが形成される。さらに、必要に応じて、周辺温度の変化による周波数変化を低減させるための温度補償回路のパターンを付加したり、外部からの制御電圧によって出力周波数を変化させるための電圧制御回路のパターンを付加することも可能である。
As the
回路パターン2の表面には、アルミニウム等の導電性材料からなる電極パッド(不図示)が形成され、回路パターン2と外部との電気的な入出力が可能となる。また、前記電極パッド(不図示)の形成部分を除く回路パターン2の表面には、図示しない保護膜が形成され、回路パターン2が外部から保護される。
An electrode pad (not shown) made of a conductive material such as aluminum is formed on the surface of the
また、圧電振動片3と回路パターン2との導通を確保するため、シリコン基板1の上面から回路パターン2にかけてスルーホール1aが形成されている。スルーホール1aは、マウント電極5の形成位置に穿設する。スルーホール1aの形成は、エッチング等の化学的方法や、ドリル等を用いた機械的方法などによって行われる。尚、スルーホール1a内は導電材料が充填され、マウント電極5と接触した構成である。
In addition, a through hole 1 a is formed from the upper surface of the silicon substrate 1 to the
前記マウント電極5は、圧電振動片3の端部に形成された接続電極(不図示)を接続する部分であり、シリコン基板1の上面の端部寄りに形成され、スルーホール1aの開口部の周辺に形成されている。
The
図13は、従来の圧電発振器のスルーホール形成部分の拡大図である。マウント電極5は、金やアルミニウム等によって構成されている。マウント電極5の形成は、マウント電極形成部分以外の部分をマスクした状態で、スパッタリングやメッキ手法によって行われる。まず、スルーホール1aの内周面に導電膜5aを形成する。さらに、導電膜5aの内側には充填部材として、導電材料5bが充填された構成であるが、該導電材料5bの充填は、前記導電膜5aの形成に合わせて連続的に行われる。前記導電膜5aと導電材料5bにより、マウント電極5が形成され、回路パターン2とマウント電極5との導通を確保することができる。また、前記導電材料5bにより、スルーホール1aを通じた圧電発振器内部の気密を確保しようとしたものである。
FIG. 13 is an enlarged view of a through hole forming portion of a conventional piezoelectric oscillator. The
圧電振動片3は、水晶等の圧電材料からなる平板の両面に、励振電極を形成したものである。ATカット水晶平板の場合には、その両面中央部に励振電極(不図示)を配置するとともに、その端部に2個の接続電極を並べて配置し、これらは、それぞれ各励振電極との導通を確保する。尚、各電極は、金/クロムまたは銀/クロムの2層で構成されている。
The piezoelectric vibrating
図11に示すように、圧電振動片3は、シリコン基板1上面のマウント電極5の上面に導電性固定部材6を塗布し、圧電振動片3の接続電極(不図示)をマウント電極5に接着する。前記導電性固定部材6は、例えば、半田や銀ペースト等である。このようにして、圧電振動片3は片持ち状態で実装される。これにより、回路パターン2から圧電振動片3の励振電極(不図示)に対して通電可能としたものである。
As shown in FIG. 11, in the
さらに、圧電振動片3をシリコン基板1上に実装した後、蓋部材4を装着する。蓋部材4は、例えば、コバール等の金属材料やガラス材料によって構成したものである。蓋部材4の装着は、窒素雰囲気または真空雰囲気で行うことにより、圧電発振器の内部を窒素雰囲気または真空雰囲気の状態で気密封止している。(例えば、特許文献1参照。)
Further, after the piezoelectric vibrating
しかしながら、前述の従来技術による圧電発振器の構成においては、以下のような問題点がある。 However, the configuration of the piezoelectric oscillator according to the above-described prior art has the following problems.
図14は従来の圧電発振器のスルーホール形成部分の拡大図で、スルーホール内に充填される導電材料が充填不充分な状態を示す図である。スルーホール1aは、孔径60μmで、深さ100μm程度の微細な孔である。このようなスルーホール1a内に導電材料5bを充填しようとした場合、図14に示す如く、充填不良部分Aが生じてしまう。このような状態で、スルーホール1a上方に導電性固定部材6が塗布され、圧電振動片3が実装されてしまうと、充填不良部分Aに残留空気を閉じ込めた状態となってしまう。この残留空気は、圧電発振器完成後に当該圧電発振器内部に放出し、窒素雰囲気若しくは真空雰囲気での気密状態を悪化させ、圧電発振器の特性劣化を招く虞がある。
FIG. 14 is an enlarged view of a through hole forming portion of a conventional piezoelectric oscillator, and shows a state where the conductive material filled in the through hole is insufficiently filled. The through hole 1a is a fine hole having a hole diameter of 60 μm and a depth of about 100 μm. When trying to fill the through hole 1a with the
そこで、本発明は、スルーホール内に空気を残さず、残留空気に起因する圧電発振器の特性劣化を防止した、高信頼性の圧電発振器を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a highly reliable piezoelectric oscillator that does not leave air in a through hole and prevents deterioration of the characteristics of the piezoelectric oscillator due to residual air.
本発明は、少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板の一方の面側に回路パターンを形成し、前記シリコン基板の他方の面側に圧電振動片を実装して成る圧電発振器において、前記シリコン基板には、前記回路パターンと電気的接続を成すためのスルーホールが形成されるとともに、該スルーホールに繋がるマウント電極が形成されており、該マウント電極上に導電性固定部材を介して前記圧電振動片が実装される構成であって、前記導電性固定部材は、前記スルーホールの開口部上に重ならない位置に設けられることを特徴とする。 The present invention provides a piezoelectric oscillator comprising at least a silicon substrate, a circuit pattern formed on one surface side of the silicon substrate, and a piezoelectric vibrating piece mounted on the other surface side of the silicon substrate. Has a through hole for electrical connection with the circuit pattern, and a mount electrode connected to the through hole, and the piezoelectric vibrating piece via a conductive fixing member on the mount electrode. The conductive fixing member is provided at a position that does not overlap the opening of the through hole.
さらに、本発明の圧電発振器は、前記シリコン基板が矩形状基板であり、前記マウント電極及び前記スルーホールが、前記シリコン基板の同一辺側寄りに設けられるとともに、前記マウント電極が外側に、前記スルーホールが内側になるよう、それぞれ配置される構成であることを特徴とする。 Furthermore, in the piezoelectric oscillator according to the aspect of the invention, the silicon substrate is a rectangular substrate, the mount electrode and the through hole are provided closer to the same side of the silicon substrate, and the mount electrode is on the outside. It is the structure which is each arrange | positioned so that a hole may become inside.
さらに、本発明の圧電発振器は、前記シリコン基板が矩形状基板であり、前記マウント電極は前記シリコン基板の一辺側寄りに設けられ、前記スルーホールは前記マウント電極が設けられていない他の辺側寄りに設けられていることを特徴とする。 Furthermore, in the piezoelectric oscillator of the present invention, the silicon substrate is a rectangular substrate, the mount electrode is provided closer to one side of the silicon substrate, and the through hole is on the other side where the mount electrode is not provided. It is provided in the side.
さらに、本発明の圧電発振器は、前記スルーホール内が充填部材により埋められていないことを特徴とする。 Furthermore, the piezoelectric oscillator of the present invention is characterized in that the through hole is not filled with a filling member.
さらに、本発明の圧電発振器は、前記スルーホールの開口部周辺部に、前記導電性固定部材の前記スルーホール開口部上への流出を防止する流出防止部材が設けられていることを特徴とする。 Furthermore, the piezoelectric oscillator of the present invention is characterized in that an outflow prevention member for preventing the conductive fixing member from flowing out onto the through hole opening is provided in the periphery of the opening of the through hole. .
さらに、本発明の圧電発振器は、前記スルーホールが、圧電振動片を実装する面側に広がるテーパー形状を有することを特徴とする。 Furthermore, the piezoelectric oscillator according to the present invention is characterized in that the through hole has a tapered shape that extends to a surface side on which the piezoelectric vibrating piece is mounted.
前記導電性固定部材は、前記スルーホールの開口部上に重ならない位置に設けられる構成としたので、前記導電性固定部材によって前記スルーホールを閉塞してしまうことが無いので、実装過程において生ずる残留空気による特性劣化等の問題がなくなり、高信頼性の圧電発振器が得られる。 Since the conductive fixing member is provided at a position that does not overlap the opening of the through hole, the conductive fixing member does not block the through hole. Problems such as deterioration of characteristics due to air are eliminated, and a highly reliable piezoelectric oscillator can be obtained.
以下、本発明の圧電発振器について、図面に基づき詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態を示す圧電発振器の断面図で、図2は、図1に示す圧電発振器の上面図である。但し、図2は、圧電発振器の一構成部品である蓋部材を取り除いた状態を示すものである。尚、従来技術に示した圧電発振器と同様の部材については、同一符号を付して説明する。 Hereinafter, a piezoelectric oscillator according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a piezoelectric oscillator showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a top view of the piezoelectric oscillator shown in FIG. However, FIG. 2 shows a state in which the lid member which is one component of the piezoelectric oscillator is removed. Note that members similar to those of the piezoelectric oscillator shown in the prior art will be described with the same reference numerals.
10は平板状のシリコン基板で、その下面には回路パターン11が形成されている。該回路パターン11は、圧電振動片3を動作させる帰還増幅回路のパターンであり、さらに、必要に応じて、周辺温度の変化による周波数変化を低減させるための温度補償回路のパターンを付加したものである。尚、回路パターン11の表面には、アルミニウム等の導電性材料からなる電極パッド(不図示)が形成され、回路パターン11と外部との電気的な入出力が可能となる構成である。また、前記電極パッド(不図示)の形成部分を除く回路パターン11の表面には、図示しない保護膜を形成することによって、回路パターン11が外部から保護されている。
前記シリコン基板1の上面から回路パターン11にかけては、スルーホール10aが形成されている。スルーホール10aは、シリコン基板10の上面に形成されたマウント電極12の形成位置に穿設する。スルーホール10aの形成は、エッチング等の化学的方法によって行われる。尚、スルーホール10a内壁面には導電膜12aが形成され、マウント電極12と接触している。前記導電膜12aは、回路パターン11とも接触している。
A through
前記マウント電極12は、圧電振動片3の端部に形成された接続電極(不図示)を接続する部分であり、シリコン基板1の上面の端部寄りに形成され、スルーホール1aの開口部の周辺に形成されている。
The
圧電振動片3は、シリコン基板10上面のマウント電極12の上面に導電性固定部材6を塗布し、圧電振動片3の接続電極(不図示)をマウント電極12に接着する。前記導電性固定部材6は、例えば、半田や銀ペースト等である。このようにして、圧電振動片3は片持ち状態で実装され、回路パターン11から圧電振動片3の励振電極(不図示)に対して通電可能としている。
In the piezoelectric vibrating
尚、前記導電性固定部材6は前記スルーホール10aの直上に重ならない位置に塗布する。したがって、前記マウント電極12は図示するように、スルーホール10aの穿設位置よりもシリコン基板10の中央側に延在して形成されている。
The
さらに、圧電振動片3をシリコン基板10上に実装した後、蓋部材4を装着する。蓋部材4は、例えば、コバール等の金属材料やガラス材料によって構成したものである。蓋部材4の装着は、窒素雰囲気または真空雰囲気で行うことにより、圧電発振器の内部を窒素雰囲気または真空雰囲気の状態で気密封止する。
Further, after the piezoelectric vibrating
前記構成によれば、導電性固定部材6がスルーホール10a上に重ならない位置関係になるので、スルーホール10a内に残留空気を閉じ込めてしまうことがなくなる。よって、圧電発振器完成後に、残留空気の放出による特性劣化を防止することができる。
According to the above configuration, since the conductive fixing
尚、スルーホール10aの上部には、何も配置されない構成で、開放状態となるが、蓋部材4の装着時に、スルーホール10a内部を含め、圧電発振器内部が窒素雰囲気あるいは真空雰囲気に保たれることになる。従って、スルーホール10a内部は導電材料等による充填を行い気密状態にする必要はないので、該構成を採用すれば、導電材料として用いられる金材料などの削減にも繋がる。もちろん、従来の如く導電材料を充填しても構わない。
In addition, although nothing is arranged in the upper part of the through
図3は本発明の他の実施形態を示す圧電発振器の断面図で、図4は、図3に示す圧電発振器の上面図である。但し、図4は、圧電発振器の一構成部品である蓋部材を取り除いた状態を示すものである。 3 is a sectional view of a piezoelectric oscillator showing another embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a top view of the piezoelectric oscillator shown in FIG. However, FIG. 4 shows a state in which the lid member which is one component of the piezoelectric oscillator is removed.
本実施形態の圧電発振器は、矩形状のシリコン基板20に形成されるマウント電極21及びスルーホール20aの穿設位置に特徴を有するものである。他の基本構成については、前述の実施形態と同様であるため詳細説明は省略する。前記マウント電極21及びスルーホール20aは、シリコン基板20の同一辺側に設けられるとともに、マウント電極21を外側寄りに配置し、スルーホール20aを内側寄りにそれぞれ配置した構成である。
The piezoelectric oscillator of the present embodiment is characterized by the mounting positions of the
前記構成によれば、導電性固定部材6がスルーホール10a上に重ならない位置関係になるので、スルーホール10a内に残留空気を閉じ込めてしまうことがなくなる。よって、圧電発振器完成後に、残留空気の放出による特性劣化を防止することができる。また、圧電振動片3のマウント位置を接続電極の位置に合わせてシリコン基板20の一辺端部側に寄せて実装できるので、前述の実装形態と比較して、パッケージ全体の小型化が可能になる。
According to the above configuration, since the conductive fixing
図5は本発明の他の実施形態を示す圧電発振器の断面図で、図6は、図5に示す圧電発振器の上面図である。但し、図6は、圧電発振器の一構成部品である蓋部材を取り除いた状態を示すものである。 FIG. 5 is a cross-sectional view of a piezoelectric oscillator showing another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a top view of the piezoelectric oscillator shown in FIG. However, FIG. 6 shows a state in which the lid member which is one component of the piezoelectric oscillator is removed.
本実施形態の圧電発振器も、矩形状のシリコン基板に形成されるマウント電極及びスルーホールの穿設位置に特徴を有するものである。他の基本構成については、前述の実施形態と同様であるため詳細説明は省略する。前記シリコン基板30上に設けられるマウント電極31は、シリコン基板30の一辺側の端部寄りに設けられ、スルーホール30aは前記マウント電極31が設けられていない他の辺側の端部寄りに配置した構成である。尚、前記マウント電極31は、接続パターン31aによりスルーホール30a側との電気的接続が成される。
The piezoelectric oscillator of this embodiment is also characterized by the mounting position of the mount electrode and the through hole formed on the rectangular silicon substrate. Since the other basic configuration is the same as that of the above-described embodiment, detailed description thereof is omitted. The
前記構成によれば、マウント電極31とスルーホール30aがシリコン基板30上の対向する辺側にそれぞれ対向配置されるので、導電性固定部材6がスルーホール30a上に重ならない位置関係となることは言うまでもなく、スルーホール10a内に残留空気を生ずることがなくなる。よって、圧電発振器完成後に、残留空気の放出による特性劣化を防止することができる。
According to the above configuration, since the
図7は本発明の他の実施形態を示す圧電発振器の断面図で、図8は、図7に示す圧電発振器の上面図である。但し、図6は、圧電発振器の一構成部品である蓋部材を取り除いた状態を示すものである。 7 is a cross-sectional view of a piezoelectric oscillator showing another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a top view of the piezoelectric oscillator shown in FIG. However, FIG. 6 shows a state in which the lid member which is one component of the piezoelectric oscillator is removed.
本実施形態の圧電発振器は、図1に示した構成に導電性固定部材6のスルーホール10a内への流出を防止する流出防止部材12bを付加したものである。流出防止部材12bはマウント電極12形成過程において、同一材料で同時に形成することが可能である。また、別材料、別部材で形成することも、もちろん可能である。
The piezoelectric oscillator of this embodiment is obtained by adding an
前記構成によれば、流出防止部材12bが導電性固定部材6の流出ストッパーとなるので、スルーホール10a上に流れてスルーホール10a開口部を塞いでしまうことはない。よって、残留空気を閉じ込めてしまうことはない。
According to the said structure, since the
図9は本発明の他の実施形態を示す圧電発振器の断面図で、図10は、図9に示す圧電発振器の上面図である。但し、図10は、圧電発振器の一構成部品である蓋部材を取り除いた状態を示すものである。 FIG. 9 is a sectional view of a piezoelectric oscillator showing another embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a top view of the piezoelectric oscillator shown in FIG. However, FIG. 10 shows a state in which the lid member which is one component of the piezoelectric oscillator is removed.
本発明の圧電発振器は、スルーホール形状に特徴を有するものである。シリコン基板40には、圧電振動片3を実装する面側に広がるテーパー形状を成すスルーホール40aを設けている。
The piezoelectric oscillator of the present invention is characterized by a through-hole shape. The
前記テーパー形状を成すスルーホール40aは、ウェットエッチングにより形成する。一般に、単結晶シリコンをアルカリ水溶液中でエッチングすると、結晶方位によってエッチング速度が著しく異なるため、3次元微細形状を加工出来ることが知られている。例えば、シリコン基板の表面(水晶振動片3実装面)の結晶方位を1.0.0面とし、スルーホール40aのテーパー面の結晶方位を1.1.1面とすると、1.0.0面に対して1.1.1面は200倍程度エッチング速度が遅い。そこで、1.0.0のシリコン基板40表面にレジスト等でマスキングして開口部をアルカリエッチングすると、1.0.0面に対して54.7°の角度で1.1.1面が現れ、図9に示すような断面V字形状のスルーホール40aが形成できる。
The through
前記構成によれば、仮に導電性固定部材6がスルーホール40a内に流れ込んだとしても、広い開口を有しているので、スルーホール40aを閉塞してしまう状態にはならず、残留空気を生ずるようなこともない。また、スルーホール40aはテーパー面を有する構成であるため、内壁面への導電膜形成が精度良く行える。
According to the above configuration, even if the conductive fixing
1 シリコン基板
1a スルーホール
2 回路パターン
3 圧電振動片
4 蓋部材
5 マウント電極
5a 導電膜
5b 導電材料
6 導電性固定部材
10 シリコン基板
10a スルーホール
11 回路パターン
12 マウント電極
12a 導電膜
12b 流出防止部材
20 シリコン基板
20a スルーホール
21 マウント電極
30 シリコン基板
30a スルーホール
31 マウント電極
31a 接続パターン
40 シリコン基板
40a スルーホール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 1a Through
Claims (6)
シリコン基板と、該シリコン基板の一方の面側に回路パターンを形成し、前記シリコン基板の他方の面側に圧電振動片を実装して成る圧電発振器において、
前記シリコン基板には、前記回路パターンと電気的接続を成すためのスルーホールが形成されるとともに、該スルーホールに繋がるマウント電極が形成されており、該マウント電極上に導電性固定部材を介して前記圧電振動片が実装される構成であって、前記導電性固定部材は、前記スルーホールの開口部上に重ならない位置に設けられることを特徴とする圧電発振器。 at least,
In the piezoelectric oscillator formed by forming a circuit pattern on one surface side of the silicon substrate and the silicon substrate, and mounting a piezoelectric vibrating piece on the other surface side of the silicon substrate,
The silicon substrate has a through hole for electrical connection with the circuit pattern, and a mount electrode connected to the through hole, and a conductive fixing member is provided on the mount electrode. The piezoelectric oscillator, wherein the piezoelectric vibrating piece is mounted, wherein the conductive fixing member is provided at a position not overlapping the opening of the through hole.
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