JP2008312265A - 圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】チップ部品等の小型の回路部品上に圧電振動素子の一端部を導電性接着剤によって支持する際に、未硬化状態にあるために導電性接着剤による保持力が弱い期間中に、圧電振動素子の自重によって接着部が剥離する不具合を解消する。
【解決手段】底部に外部電極を有すると共に上部に該外部電極と導通したＩＣ搭載用の導通パッド２１ｂを備えたパッケージ本体２１と、該パッケージ本体の前記導通パッド上に導通接続されるＩＣチップ２２と、該ＩＣチップ上部の上部電極２２ｃに対して導電性接着剤Ｂによって少なくとも一端縁を支持された圧電振動素子２３と、該ＩＣチップ及び圧電振動素子を含むパッケージ本体上面を気密封止する蓋部材２４と、を備え、ＩＣチップは、圧電振動素子の一端縁から重心位置までの距離を越える長さを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は表面実装型圧電発振器の改良に関し、特に圧電振動素子と、発振回路を構成する回路部品を備えた圧電発振器の構成を簡略化して小型化を達成した表面実装型圧電発振器に関する。

携帯電話機等の移動体通信機器の普及に伴う低価格化及び小型化の急激な進展により、これらの通信機器において周波数制御デバイスとして使用される水晶発振器等の圧電発振器に対しても、低価格化、小型化、及び薄型化の要請が高まっている。このような要請に対しては、水晶振動子の他に、周波数調整回路、周波数温度補償回路等を含む発振回路を集積化、ＩＣ化した回路部品を一つのパッケージ内に収納して、コンパクト化を図っている。

［第１の従来例］
図５に示した従来の圧電発振器は、凹陥部２と段差部３を備えたパッケージ本体１の内底面にＩＣ化した回路部品４をフリップチップ方式等によって実装すると共に、凹陥部２の内壁に設けた段差３上の電極に圧電振動素子５の一端を導電性接着剤Ｂにより片持ち支持し、更にパッケージ本体１の外枠上面に金属蓋６を固定することによって凹陥部２を気密封止した構成を備えている（例えば、特開平７−３３６１７９号公報）。この圧電発振器は、同じ凹陥部２内の内底面に回路部品４を実装すると共に、回路部品４の直上位置に圧電振動素子５が位置するように段差３上に支持することによりコンパクト化を図っている。
しかし、このタイプの圧電発振器にあっては、凹陥部内壁から段差３が内側へ向けて突出する構造であり、且つ、凹陥部内底面に回路部品４を搭載する際に段差３との接触を避ける為、段差３と回路部品との間に十分なスペースを確保しておく必要があるため、パッケージ全体の平面積の減縮には限界がある。従って、圧電発振器に対して更なる小型化が求められた場合には、対応し切れないという問題があった。

また、図６は特開平１０−１７３４７５号公報に記載された圧電発振器の構成略図であり、凹陥部１２を有したセラミックパッケージ本体１１の内底面に実装したチップ部品（チップコンデンサ、或はチップ抵抗）１３の上面に圧電振動素子１４の一端を導電性接着剤Ｂ等によって電気的機械的に固定し、パッケージ本体１１の外枠上面に金属蓋１５をシーム溶接等によって固定した構成を有する。
しかし、この従来例にあっては、圧電振動素子１４の長手方向長に対して大幅に短い寸法のチップ部品１３にて支持する構造である為、圧電振動素子１４の一端部をチップ部品１３の上面に水平な姿勢に位置決め載置した上で導電性接着剤Ｂによって接着固定する際に、導電性接着剤Ｂが硬化するまでは治具等を用いて圧電振動素子１４の一端部を押えて水平な姿勢に維持し続ける必要がある。仮に、導電性接着剤Ｂの硬化前に圧電振動素子を押える力を解除すると、圧電振動素子の自重によって先端部が垂れ下がり、圧電振動素子の前記一端部及びチップ部品１３の上面から導電性接着剤が剥離して接着不良、或は圧電振動素子の脱落を起こす虞れがある。このような不具合を解決する為には、接着剤が硬化するまで圧電振動素子の一端部をチップ部品上に押え続けなければならないという煩雑な手順が必要とされた。しかし、バッチ処理によって大量生産する工程中において、全てのパッケージ内の圧電振動素子を押え続ける作業を組み込むことは、生産性を低下させる原因となっていた。
また、この従来例にあっては、チップ部品１３の中央部よりも右寄りの位置に圧電振動素子の一端部が固定されている。換言すれば、圧電振動素子とチップ部品１３がオーバーラップする幅Ｗ２が短いため、チップ部品１３が圧電振動素子の一端部から左側に突出する長さ分だけパッケージ本体１１として大型のものを使用する必要があり、発振器の小型化を妨げる要因となっている。

［第２の従来例］
次に、他の圧電発振器として、例えば特開２０００−１５１２８３公報には、上下に凹陥部を有した縦断面形状がＨ型のセラミックパッケージの上側の凹陥部内に圧電振動素子を収容して気密封止する一方で、下側の凹陥部の天井面にＩＣ化した回路部品を実装した構造が開示されている。
更に、同公報には、回路部品を実装したパッケージと圧電振動素子を収容したパッケージを上下位置関係で結合させた２段重ね構造の圧電発振器が開示されている。
更に、図５に示した如きパッケージ本体１の凹陥部２内に回路部品４を収容する一方、段差３上に図示しないパッケージ化された圧電振動子を搭載し、更にパッケージ本体１の凹陥部２を金属蓋６によって閉止したタイプの発振器も知られている。
上記各圧電発振器は、回路部品と圧電振動素子をパッケージ内において上下位置関係に配列することによって圧電発振器全体の平面積を小型化している点で共通している。更に、これらの発振器に共通する構造は、パッケージの凹陥部の外壁部を構成する外枠の上面に対して金属蓋をシーム溶接等によって固定して凹陥部を気密封止している点である。
しかし、パッケージ本体の外形をいかに小型化したとしても、パッケージ本体の外壁を構成する外枠上面と金属蓋との間の封止部の接合面積の小面積化、換言すれば、外枠上面の幅方向寸法（図５のＷ１）の減縮化には限界がある為、パッケージ本体の平面積を小型化して凹陥部の容量を小さくする場合には、それに応じて圧電振動素子の面積を小型化する必要がある。
しかしながら、圧電振動素子の面積を小型化すると、圧電振動素子をパッケージ内に接続する際に使用する導電性接着剤が励振電極に近接した状態となる為、振動エネルギーを励振電極の部分に集中させることができなくなり、発振器の特性に悪影響が生じる。更に、セラミックパッケージと水晶等の圧電材料から成る圧電基板を導電性接着剤によって接続するため、各材料の熱膨張係数の違いによって圧電振動素子に対して熱歪みが発生し、特性に悪影響を及ぼす。
特開平７−３３６１７９号公報 特開平１０−１７３４７５号公報 特開２０００−１５１２８３公報

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、第１の従来例に対応する第１の課題は、チップ部品等の小型の回路部品上に圧電振動素子の一端部を導電性接着剤によって支持する際に、未硬化状態にあるために導電性接着剤による保持力が弱い期間中に、圧電振動素子の自重によって接着部が剥離する不具合を解消することにある。換言すれば、接着部の剥離を防止する為に接着剤が硬化するまで治具等によって押え続けるという煩雑な作業を不要として生産性を高めることを課題とする。また、チップ部品の一部が圧電振動素子から横方向に突出することにより、その分だけパッケージが大型化するという不具合を解消することを課題とする。
次に、第２の従来例に対応する第２の課題は、回路部品と圧電振動素子を上下位置関係で配置してパッケージ化した場合に、パッケージを更に小型化しようとすると、圧電振動素子の面積を小型化する必要が発生し、その結果圧電振動素子の特性に悪影響が発生するという不具合を解決することにある。

上記課題を解決するため、本発明の請求項１は、底部に外部電極を有すると共に上部に該外部電極と導通したＩＣ搭載用の導通パッドを備えたパッケージ本体と、該パッケージ本体の前記導通パッド上に導通接続されるＩＣチップと、該ＩＣチップ上部の上部電極に対して導電性接着剤又は導体バンプによって少なくとも一端縁を支持された圧電振動素子と、該ＩＣチップ及び圧電振動素子を含むパッケージ本体上面を気密封止する蓋部材と、を備え、前記ＩＣチップは、前記圧電振動素子の前記一端縁から重心位置までの距離を越える長さを有していることを特徴とする。
請求項２は、前記圧電振動素子は、超薄肉の振動部及び該振動部の外周を一体的に保持する環状厚肉部を備えた圧電基板と、該圧電基板の振動部に形成した励振電極と、該環状厚肉部の下面に配置されて前記励振電極と導通するパッド電極と、を備え、前記環状厚肉部下面に設けた前記パッド電極を前記ＩＣチップ上部の電極と電気的機械的に接続したことを特徴とする。
請求項３は、前記圧電振動素子は、短冊状の圧電基板と、該圧電基板の振動部に形成した励振電極と、該圧電基板の下面適所に配置されて前記励振電極と導通するパッド電極と、を備え、前記パッド電極を前記ＩＣチップ上部の上部電極と電気的機械的に接続したことを特徴とする。
請求項４は、前記圧電振動素子は、前記ＩＣチップの全長をほぼ覆うように配置されていることを特徴とする。
請求項５は、前記圧電振動素子の一端縁を前記ＩＣチップ上部の電極に接続することにより圧電振動素子の他端縁をＩＣチップ端縁からオーバーハングさせた表面実装型圧電発振器において、前記パッケージ本体上に、前記圧電振動素子の他端縁の直下に張り出した段差を配置し、該段差の高さを前記ＩＣチップの高さよりも高くしたことを特徴とする。
請求項６は、発振回路を構成する回路素子を備えたシリコン基板と、該シリコン基板の底部に設けた外部電極と、該シリコン基板上面に配置されて該外部電極と導通した上部電極と、を備えたＩＣチップと、前記シリコン基板と整合又は、前記シリコン基板の内側に整合する平面形状を有すると共に上下面に凹陥部を備
え、凹陥部内底面の振動部に励振電極を備え、更に前記上部電極と対応する下面に励振電極と導通したパッド電極を備えた圧電振動素子と、該圧電振動素子と整合する平面形状を備えた蓋と、から成り、前記ＩＣチップ上に、前記圧電振動素子と前記蓋を順次重ねて前記上部電極と上記パッド電極とを接合し、更に圧電振動子上面に前記蓋を接合したことを特徴とする。
請求項７は、前記外部電極を除いた前記圧電発振器の外面を絶縁膜によって被覆したことを特徴とする。
請求項８は、前記圧電振動素子の上面を全面電極としたことを特徴とする。

本発明によれば、チップ部品等の小型の回路部品上に圧電振動素子の一端部を導電性接着剤によって支持する際に、未硬化状態にあるために導電性接着剤による保持力が弱い期間中に、圧電振動素子の自重によって接着部が剥離する不具合を解消することができる。換言すれば、接着部の剥離を防止する為に接着剤が硬化するまで治具等によって押え続けるという煩雑な作業を不要として生産性を高めることができる。また、チップ部品の一部が圧電振動素子から横方向に突出することにより、その分だけパッケージが大型化するという不具合を解消することができる。
また、回路部品と圧電振動素子を上下位置関係で配置してパッケージ化した場合に、パッケージを更に小型化しようとすると、圧電振動素子の面積を小型化する必要が発生し、その結果圧電振動素子の特性に悪影響が発生するという不具合を解決することができる。

以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る表面実装型圧電発振器の縦断面図である。
この表面実装型圧電発振器は、例えば水晶発振器２０であり、この水晶発振器２０は、セラミック等から成るパッケージ本体（プリント基板）２１上に、周波数調整回路、周波数温度補償回路等を含む発振回路を構成する平板状のＩＣチップ２２を搭載し、ＩＣチップ２２上面に水晶振動素子２３を搭載し、更にＩＣチップ２２及び水晶振動素子２３を含むプリント基板２１上面を蓋部材２４により封止した構成を有する。
セラミック板等から成るパッケージ本体２１は、その下面に外部電極２１ａを有すると共に、上面にＩＣ搭載用の導通パッド２１ｂを有する。
ＩＣチップ２２はベアチップであり、ＬＳＩ技術によりシリコン基板２２ａ内に発振回路を構成する各回路素子を形成し、且つ、そのシリコン基板２２ａの下面に外部電極２２ｂを、上面に上部電極２２ｃを備えている。
水晶振動素子２３は、超薄肉の振動部２５ａ及び振動部２５ａの外周縁を一体的に保持する厚肉の環状厚肉部２５ｂから成る水晶基板２５と、水晶基板２５の振動部２５ａの表裏面に夫々形成した励振電極２６と、各励振電極２６から引き出されたリード電極２６ａと、各リード電極２６ａを介して各励振電極２６と接続され環状厚肉部２５ｂの下面に位置するパッド電極２６ｂと、を備える。パッド電極２６ｂとＩＣチップ２２の上部電極２２ｃとを一対一で対峙させて導電性接着剤、半田、バンプ等の接続手段Ｂによって電気的機械的に接続する。
蓋部材２４は金属製又はセラミック製であり、ＩＣチップ２２及び水晶振動素子２３を含むパッケージ本体２１上の空間を気密封止するためにパッケージ本体２１上のアース電極２１ｃ上に下端面を半田等の封止部材により気密状態を保つよう固定される。
図示のように環状厚肉部下面に設けたパッド電極２６ｂのうち、振動部２５ａをはさんで対向する位置関係にある２つのパッド電極をＩＣチップ２２上に固定する場合にはＩＣチップ２２の横方向寸法を水晶振動素子２３とほぼ同等の長さに設定する必要がある。この場合、ＩＣチップ２２の奥行き寸法は水晶振動素子２３の奥行き寸法と同等かそれ以上であってもよいが、水晶振動素子２３で傾かず搭載できれば狭くてもよい。
これに対して、同図（ｂ）に示すとおり、一方のパッド電極２６ｂのみをＩＣチップ２２上に固定する片持ち支持構造を採用する場合には、ＩＣチップ２２の横方向寸法は図示のように水晶振動素子２３の横方向寸法よりも大幅に短くてもよいし、水晶振動素子２３とほぼ同等であってもよい。

即ち、図１（ｂ）は水晶振動素子を片持ち支持する場合の変形実施形態を示しており、この場合、ＩＣチップ２２の長さＬ１は、水晶振動素子２３の左側端縁から重心位置に相当する長さまで短くすることができる。即ち、水晶振動素子２３の長さ寸法Ｌ２の１／２程度、或は一端部（左端部）を導電性接着剤により支持した状態での水晶振動素子２３の重心位置まで、ＩＣチップ２２の長さを短くすることにより、導電性接着剤が硬化する前の段階で水晶振動素子２３をＩＣチップ上からずれ落ちることなく安定して載置しつつパッド電極２６ｂ（水晶振動素子の左端部にのみ配置）の接着固定を実施することが可能となる。従って、バッチ処理により量産する際にも、全てのＩＣチップ２２上に水晶振動素子２３の接着部を押え続けながら接着剤の硬化を待つという煩雑な工程を省略することができ、量産性を高めることができる。また、使用するＩＣチップとしても、横方向寸法が種々異なるタイプを使用することが可能となり、必ずしも水晶振動素子と同等の面積を有したＩＣチップの使用を強制されることがなく、設計の自由度が高まる。
なお、この実施形態ではパッケージ本体２１として平板状のプリント基板を使用しているが、上面に凹陥部を有した箱形のパッケージ本体を用いてもよいことは勿論である。この場合には、パッケージ本体上面を平板状の金属蓋により閉止することとなろう。また、水晶振動素子２３を導体バンプにてＩＣチップ２２上に固定する際には、導電性接着剤のように硬化時間を要しないので、上述した重心位置を考慮する必要はないが、重心をＩＣチップ上に位置させた方がＩＣチップ２２とパッケージ本体２１との接続点に加わる自重が均一となるので好ましく、また、水晶振動素子２３の左端を可能な限りＩＣチップ２２の左端の位置に寄せることにより、全体の小型化が図れる。

図１（ａ）（ｂ）に夫々示した実施形態に係る水晶発振器によれば、パッケージ本体上に搭載したＩＣチップ上に直接水晶振動素子を搭載するので、従来のようにパッケージ本体内壁に水晶振動素子を支持する為の段差を突設する必要がなくなり、また段差間に回路部品を組み込むためのスペースを確保する必要もなくなるので、パッケージの平面形状を小型化することが可能となる。
また、ＩＣチップ２２の長さＬ１は、圧電振動素子２３の一端縁（図中左端縁）から重心位置までの距離を越える長さを有する程度に小型であってもよいので、使用するＩＣチップの選択の範囲が広がり、設計の自由度が高くなる。
また、圧電振動素子２３の端縁からＩＣチップ２２が突出する量をできるだけ少なくし、圧電振動素子２３がＩＣチップ２２の長さ全長をほぼ覆うように組み付けることにより、ＩＣチップが圧電振動素子２３の寸法を越えて横方向に突出する量が減少し、パッケージの平面積を狭くすることができる。
なお、水晶振動素子２３の一端縁をＩＣチップ上に導電性接着剤により固定して片持ち支持した場合、接着時には水晶振動素子２３がＩＣチップ上面と平行な水平姿勢に保持されていたとしても、接着剤の硬化中に接着剤内に発生する上向きの応力により非接着側の一端縁が少しく上向きに傾斜した状態で固定される。このため、図１（ａ）（ｂ）のいずれの場合においても接着剤の硬化後には水晶振動素子２３の環状厚肉部２３ｂの左端縁を除いた下面はＩＣチップ２２の上面から離間した状態で保持される。従って、ＩＣチップの上面と環状厚肉部下面が広い範囲で接触することにより振動部の自由振動が妨げられるという不具合はなくなる。

次に、図２（ａ）は図１（ａ）の水晶発振器の変形実施形態の縦断面図であり、ＩＣチップ２２上に搭載する水晶振動素子２３として、短冊状（平板状）の水晶基板から成るものを用いた点が図１（ａ）のものと相違している。
即ち、この実施形態に係る水晶発振器に使用する水晶振動素子２３は、平板状の水晶基板２７と、水晶基板２７の表裏に夫々形成した励振電極２７ａと、各励振電極２７ａから両端縁に向けて引き出されたリード電極２７ｂと、各リード電極２７ｂと接続されると共に水晶基板２７の下面に配置されたパッド電極２７ｃと、を有する。
この実施形態では、水晶振動素子２３の対向する２つの端縁に夫々配置したパッド電極２７ｃをＩＣチップ上面に接着固定する場合を示したが、２つのパッド電極２７ｃを一端縁に沿って配置し、該一端縁に配置した各パッド電極２７ｃを導電性接着剤によりＩＣチップ上面に接着固定することによって片持ち支持するように構成してもよい。この場合、接着作業時には水晶振動素子２３の自由端部下面をＩＣチップ上面に接触させて一端縁に設けた各パッド電極２７ｃを導電性接着剤により上部電極２２ｃに固定するが、導電性接着剤が硬化する過程で接着剤内部に発生する上向きの応力により、水晶振動素子の自由端部が上向きに持ち上げられＩＣチップ２２と非接触の状態で固定されるため、水晶振動素子２３の自由振動がＩＣチップ２２によって妨げられることがない。
その他の構成上の特徴、効果等については、図１（ａ）について述べたことがそのまま当てはまる。

次に、図２（ｂ）は図１（ｂ）の変形実施形態であり、平板状の水晶振動素子２３の全長Ｌ２よりも大幅に短い寸法Ｌ１を有したＩＣチップ２２を用いて水晶振動素子２３を片持ち支持した構成が特徴的である。
即ち、図２（ｂ）は短冊状の水晶振動素子２３を片持ち支持する場合の変形実施形態を示しており、この場合、ＩＣチップ２２の長さＬ１は、水晶振動素子２３の左端縁から重心位置までの距離に相当する長さまで短くすることができる。
即ち、水晶振動素子２３の長さ寸法Ｌ２の１／２程度、或は一端部（左端部）を導電性接着剤により支持した状態での水晶振動素子２３の重心位置まで、ＩＣチップ２２の長さを短くすることにより、水晶振動素子２３をＩＣチップ上に安定して載置しつつ導電性接着剤によるパッド電極２６ｂ（水晶振動素子の左端部にのみ配置）の接着固定を実施することが可能となる。
つまり、この場合には、水晶振動素子２３の下面は、ＩＣチップ２２の右端縁から図面右方へ突出した部分を除き、ＩＣチップ２２の図中右端上面に接して載置した際、重心位置がＩＣチップ上にあるので、導電性接着剤が硬化する前の段階で、格別の治具等によって水晶振動素子２３をＩＣチップ２２上面に押え込まなくても、ＩＣチップ２２上から水晶振動素子２３がずれ落ちることがなく、接着部が剥離する虞れが一切なくなる。従って、バッチ処理により量産する際にも、全てのＩＣチップ２２上に水晶振動素子２３の接着部を押え続けながら接着剤の硬化を待つという煩雑な工程を省略することができ、量産性を高めることができる。また、使用するＩＣチップとしても、横方向寸法が種々異なるタイプを使用することが可能となり、必ずしも水晶振動素子と同等の面積を有したＩＣチップの使用を強制されることがなく、設計の自由度が高まる。
なお、この実施形態ではパッケージ本体２１として平板状のプリント基板を使用しているが、上面に凹陥部を有した箱形のパッケージ本体を用いてもよいことは勿論である。この場合には、パッケージ本体上面を平板状の金属蓋により閉止することとなろう。

次に、図３は図１又は図２に示した実施形態の変形例であり、この表面実装型圧電発振器は、底部に外部電極２１ａを有し、上面に凹陥部２１Ａを備えたパッケージ本体２１と、凹陥部２１Ａの内底面に設けた導通パッド２１ｂ上に搭載したＩＣチップ２２と、ＩＣチップ２２上の上部電極２２ｃに導電接着剤Ｂ（或は、バンプ）を用いて一端縁を片持ち支持された水晶振動素子２３と、パッケージ本体２１の外枠上面に固定されて凹陥部２１Ａを気密封止する蓋部材２４と、を有する。
水晶振動素子２３は、図１に示した薄肉振動部を環状厚肉部により支持したタイプと、図２に示した短冊状のタイプいずれであってもよい。
この実施形態に係る発振器の特徴的な構成は、パッケージ本体２１の凹陥部２１Ａの一方の内壁に段差２１Ｂを配置し、ＩＣチップ２２の端縁からオーバーハングした水晶振動素子２３の他端縁の直下位置に段差２１Ｂの上面が位置するように構成した点である。この段差２１Ｂの高さＨ２は、凹陥部内底面に搭載されたＩＣチップ２２の高さＨ１よりも少しく高くなるように設定する。
このように構成することにより、水晶振動素子２３をＩＣチップ２２上にマウントする際に、オーバーハングした他端縁の下面を段差２１Ｂ上に載置した状態で、一端縁を上部電極２２ｃに接着する作業を行うことができる。このため、水晶振動素子２３の下面に成膜された剥離し易い励振電極２６ａ、２７ａがＩＣチップ上面と擦れて損傷、剥離する等の不具合をなくすることができる。
なお、導電性接着剤Ｂが硬化した状態では、導電性接着剤内に発生する上向きの応力によって水晶振動素子の他端部は上向きに付勢されるので、硬化後においては水晶振動素子は全体として上向き傾斜姿勢で固定され、その他端部は段差２１Ｂの上面から十分に離間した状態に保持される。

［第２の実施の形態］
図４（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る表面実装型圧電発振器の斜視図、分解斜視図、及びＡ−Ａ断面図である。
この表面実装型圧電発振器は、例えば水晶発振器３１であり、この水晶発振器３１は、周波数調整回路、周波数温度補償回路等を含む発振回路を構成する平板状のＩＣチップ３２上に水晶振動素子３３、水晶板から成る蓋３４を順次積層して一体化した構成を備える。
ＩＣチップ３２はベアチップであり、ＬＳＩ技術によりシリコン基板４０上に発振回路を構成する各回路素子を形成し、且つ、そのシリコン基板４０の下面に外部電極４１を、上面に上部電極４２を備えている。
水晶振動素子３３は、超薄肉の振動部４５の周縁部を厚肉の環状厚肉部４６によって一体的に支持した構成を備え、振動部４５の表裏中央部には励振電極４７、４８を形成し、更に各励振電極４７、４８から引き出されたリード端子４７ａ、４８ａの終端部にはパッド電極４７ｂ、４８ｂが配置されている。各パッド電極４７ｂ、４８ｂは、環状厚肉部（厚肉部）４６の下面に位置する。水晶振動素子３３は、ＩＣチップ３２の上面に対して整合状態で密着整合し得るように寸法、形状を設定されると共に、環状厚肉部４６の下面に設けたパッド電極４７ｂ、４８ｂは、ＩＣチップ３２上の各上部電極４２と一対一で対応し合うように配置される。
水晶板又はガラスからなる蓋３４は、水晶振動素子３３の上面に対して密着して整合するように寸法、及び形状を設定されている。
ＩＣチップ３２を構成するシリコン基板４０と、水晶振動素子３３と、水晶板から成る蓋３４は、いずれも熱膨張率が同等の材料である。
この水晶発振器３１は、ＩＣチップ３２上に水晶振動素子３３と蓋３４を順次重ねて、上部電極３２とパッド電極４７ｂ、４８ｂ間を導電性接着剤、半田等のバインダや、金バンプ等によって接合し、更に蓋３４を環状厚肉部４６の上面に接着又はバンプ固定することにより完成される。バッチ処理により、大面積のＩＣチップ母材、水晶振動素子母材、及び蓋の母材を用いて製造する場合には、各母材を重ねて所要箇所を接着した後で、各個片毎に切断することにより個々の水晶発振器２１を得る。

なお、上記のようにＩＣチップ３２、水晶振動子３３及び蓋３４間を接着等により接合した場合、各部材間に微細な空隙が発生し、水晶振動素子３３の上下の凹所内の気密化が不十分となる虞れがある。そのため、完成した水晶発振器の外面全体（ＩＣチップ３２の外部電極４１を除く）にＳｉＯ₂等のシリコン（Ｓｉ）系の薄膜（絶縁膜）を蒸着、スパッタリング等の手法により均一に成膜して各所に散在する微細な空隙を封止し内部の気密性を保持する。また、外部電極４１を除いた導体が外面に露出している部分をシリコン系の薄膜により被覆して絶縁する上でも有効である。そしてこのような構成は、ＩＣチップ、水晶振動素子、蓋、及び蒸着膜がシリコン系材料であり、それぞれの熱膨張係数がほぼ等しいので、加熱等の温度変化によって蒸着膜に亀裂が発生し、気密性が低下するということが起きない。
或は、ＩＣチップ３２の外部電極４１を除いた発振器外面全体に絶縁樹脂膜（絶縁膜）をモールド被覆して微細な空隙を封止し、且つ露出した導体部分を絶縁被覆するようにしてもよい。また、モールド被覆することにより、各部材間の結合強度を高めることができる。
さらに、図４（ｄ）のように水晶振動素子の一方の面を全面電極４７Ａとしてもよいし、図４（ｅ）のように蓋と水晶振動素子をいずれも片面に凹陥を有する構造としてもよい。又、ＩＣチップと水晶振動素子の大きさは必ずしも一致している必要はないことは言うまでもない。

以上の構成を備えた本発明の発振器によれば、図５に示した如き凹陥部を有したパッケージ本体の外枠上面に金属蓋を溶接により固着する構成を採用しない為、少なくともパッケージ本体外枠の幅の合計に相当する面積を小さくし、発振器全体の平面積を小型化することができる。しかも、本発明における発振器の小型化は、水晶振動素子の面積の減縮を伴わない為、従来例にて説明した如き導電性接着剤が励振電極に干渉して振動エネルギーの集中を妨げて発振器の特性を劣化させるという不具合がなくなる。また、ＩＣチップ３２、水晶振動素子３３、及び蓋３４はいずれもシリコン系の材質、即ち、シリコン、水晶、ガラス等からなる為、熱膨張係数がほぼ同等であり、導電性接着剤、半田等によって部材間を接合した時に導電性接着剤等が冷却する際の熱歪みによって水晶振動素子の共振周波数に変動が生じることがない。
また、図示のごとくＩＣチップ３２、水晶振動素子３３、及び蓋３４を重ね合わせて要所を接合しただけの単純な構造である為、バッチ処理による量産に適している。即ち、大面積のＩＣチップ母材と、大面積の水晶振動素子母材と、大面積の蓋母材を、各母材に含まれる個々の個片の位置関係を整合させた状態で積み重ねて所要箇所を接合してから個片毎に分割し、その後個々の発振器の外面に所要の薄膜形成、モールド樹脂の被覆等を施すことにより、発振器が完成する。

（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る表面実装型圧電発振器の縦断面図、（ｂ）は水晶振動素子を片持ち支持する場合の変形実施形態を示す図。 （ａ）は図１（ａ）の水晶発振器の変形実施形態の縦断面図、（ｂ）は図１（ｂ）の変形実施形態の縦断面図。 図１又は図２に示した実施形態の変形例の縦断面図。 （ａ）は本発明の第２の実施形態に係る表面実装型圧電発振器の斜視図、（ｂ）は分解斜視図、（ｃ）はＡ−Ａ断面図、（ｄ）（ｅ）は変形実施形態の断面図。 従来例の発振器の縦断面図。 他の従来例の発振器の縦断面図。

符号の説明

２０ 水晶発振器、２１ パッケージ本体（プリント基板）、２１ａ 外部電極、２１ｂ 導通パッド、２２ ＩＣチップ、２２ａ シリコン基板、２２ｂ 外部電極、２２ｃ 上部電極、２３ 水晶振動素子、２４ 蓋部材、２５ 水晶基板、２５ａ 振動部、２５ｂ 環状厚肉部、２６ 励振電極、２６ａ リード電極、２６ｂ パッド電極、２７ 水晶基板、２７ａ 励振電極、２７ｂ リード電極、２７ｃ パッド電極、３１ 水晶発振器、３２ ＩＣチップ、３３ 水晶振動素子、３４ 蓋、４０ シリコン基板、４１ 外部電極、４２ 上部電極、４５ 振動部、４６ 環状厚肉部、４７ 励振電極。

Claims (8)

1. 底部に外部電極を有すると共に上部に該外部電極と導通したＩＣ搭載用の導通パッドを備えたパッケージ本体と、該パッケージ本体の前記導通パッド上に導通接続されるＩＣチップと、該ＩＣチップ上部の上部電極に対して導電性接着剤又は導体バンプによって少なくとも一端縁を支持された圧電振動素子と、該ＩＣチップ及び圧電振動素子を含むパッケージ本体上面を気密封止する蓋部材と、を備え、
   前記ＩＣチップは、前記圧電振動素子の前記一端縁から重心位置までの距離を越える長さを有していることを特徴とする表面実装型圧電発振器。
2. 前記圧電振動素子は、超薄肉の振動部及び該振動部の外周を一体的に保持する環状厚肉部を備えた圧電基板と、該圧電基板の振動部に形成した励振電極と、該環状厚肉部の下面に配置されて前記励振電極と導通するパッド電極と、を備え、
   前記環状厚肉部下面に設けた前記パッド電極を前記ＩＣチップ上部の電極と電気的機械的に接続したことを特徴とする請求項１記載の表面実装型圧電発振器。
3. 前記圧電振動素子は、短冊状の圧電基板と、該圧電基板の振動部に形成した励振電極と、該圧電基板の下面適所に配置されて前記励振電極と導通するパッド電極と、を備え、
   前記パッド電極を前記ＩＣチップ上部の上部電極と電気的機械的に接続したことを特徴とする請求項１記載の表面実装型圧電発振器。
4. 前記圧電振動素子は、前記ＩＣチップの全長をほぼ覆うように配置されていることを特徴とする請求項１、２、又は３記載の表面実装型圧電発振器。
5. 前記圧電振動素子の一端縁を前記ＩＣチップ上部の電極に接続することにより圧電振動素子の他端縁をＩＣチップ端縁からオーバーハングさせた表面実装型圧電発振器において、
   前記パッケージ本体上に、前記圧電振動素子の他端縁の直下に張り出した段差
   を配置し、該段差の高さを前記ＩＣチップの高さよりも高くしたことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の表面実装型圧電発振器。
6. 発振回路を構成する回路素子を備えたシリコン基板と、該シリコン基板の底部に設けた外部電極と、該シリコン基板上面に配置されて該外部電極と導通した上部電極と、を備えたＩＣチップと、
   前記シリコン基板と整合又は、前記シリコン基板の内側に整合する平面形状を有すると共に上下面に凹陥部を備え、凹陥部内底面の振動部に励振電極を備え、更に前記上部電極と対応する下面に励振電極と導通したパッド電極を備えた圧電振動素子と、
   該圧電振動素子と整合する平面形状を備えた蓋と、から成り、
   前記ＩＣチップ上に、前記圧電振動素子と前記蓋を順次重ねて前記上部電極と上記パッド電極とを接合し、更に圧電振動子上面に前記蓋を接合したことを特徴とする表面実装型圧電発振器。
7. 前記外部電極を除いた前記圧電発振器の外面を絶縁膜によって被覆したことを特徴とする請求項６記載の表面実装型圧電発振器。
8. 前記圧電振動素子の上面を全面電極としたことを特徴とする請求項５又は６記載の表面実装型圧電発振器。

Images