JP2009218782A - 圧電デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電振動子と電子部品を一体化した圧電デバイスに付加回路を接続可能な圧電デバイスおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の圧電デバイスは、実装端子２８が形成されたベース基板２０と、ベース基板２０上に配設され、実装端子２８と導通した電子部品と、ベース基板２０と機械的に接続された圧電振動子３０とを備え、実装端子２８と、圧電振動子３０の外部電極３３とが実装面に配置されていることを特徴としている。
【選択図】図２

Description

本発明は圧電デバイスおよびその製造方法に係り、特に圧電振動子と電子部品を備えた圧電デバイスおよびその製造方法に関する。

基板上に圧電振動子と電子部品を備えた圧電デバイスは、小型の情報機器などの電子機器に幅広く用いられている。近年、電子機器分野においてはその低背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、さらなる低背化が要求されている。圧電デバイスの低背化を図ったものの例として特許文献１，２を挙げることができる。特許文献１，２には、水晶振動子およびＩＣチップを基板上に配設し、樹脂等の封止材によりモールドした構成の電子デバイスが開示されている。

図８は従来の圧電デバイスの構成概略を示す図である。同図（１）は側面図を示し、（２）は部分拡大図を示している。図示のように圧電デバイス１は、ベース基板２上の上面に圧電振動子３と電子部品（ＩＣチップ）４が配設されている。圧電振動片５は、蓋体９とパッケージベース６間の内部空間に実装されており、パッケージベース６は、下層から平板基板７、枠型基板８の順に構成されている。そして、圧電振動子３をベース基板２上に実装する場合には、パッケージベース６の平板基板の実装面に設けた外部電極と、ベース基板２の実装面に設けた実装電極とを電気的に接続させている。
特開２０００−３１３２４号公報 特開２００７−２０１０４４号公報

従来の圧電デバイスは、ベース基板上に圧電振動子、電子部品を実装させて表面基板を樹脂モールド材で覆った一体型に形成している。圧電振動子を実装した圧電デバイスについて、ユーザ側がコンデンサ、温度調整回路等の付加回路を追加する場合がある。しかしながら従来のベース基板上に圧電振動子を実装した構成では、圧電振動子および電子部品を実装した表面基板をモールドしているため、外部から圧電振動子へ電気的に接続することができず、周波数調整または新たな付加回路を追加することなどが困難であった。

また、図８（２）に示すように圧電振動子３、すなわち平板基板７と枠型基板８と蓋体９の厚みとベース基板２の厚みの和が製品全体の総厚みｄとなる。したがってパッケージベースを構成する平板基板を薄く構成したとしても、最終的には圧電振動子のパッケージベースの厚みとベース基板の厚みの和が圧電デバイスの総厚みとなるため、高さ寸法が大きくなってしまい、圧電デバイスの低背化が図れないという問題があった。

そこで本発明は、上記従来技術の問題点を解決するため、圧電振動子と電子部品を一体化した圧電デバイスに付加回路を接続可能な圧電デバイスおよびその製造装置を提供することを目的としている。
また本発明は圧電振動子と電子部品を備えた圧電デバイスを低背化することを目的としている。

本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本発明の圧電デバイスは、実装端子が形成されたベース基板と、前記ベース基板上に配設され、前記実装端子と導通した電子部品と、前記ベース基板と機械的に接続された圧電振動子とを備え、前記実装端子と、前記圧電振動子の外部電極とが実装面に配置されていることを特徴とする圧電デバイス。

このような特徴を有する圧電デバイスであれば、圧電振動子の外部電極と電子部品の実装端子とを実装面側となる同面に露出させているため、ユーザ側の実装基板上で付加回路等を容易に接続し、圧電振動子の周波数調整等を行うことができる。

［適用例２］適用例１に記載の圧電デバイスにおいて、前記電子部品は、前記ベース基板の一方の面に配設され、前記圧電振動子は、前記ベース基板の他方の面に配置され、前記ベース基板の前記他方から突出させた支持部の先端に前記実装端子が形成されていることを特徴とする圧電デバイス。

このような特徴を有する圧電デバイスであれば、圧電振動子の外部電極と電子部品の実装端子とを実装面側となる同面に露出させているため、ユーザ側の実装基板の平面上のスペースを小型化することができる。またユーザ側の実装基板上で付加回路等を容易に接続し、圧電振動子の周波数調整等を行うことができる。

［適用例３］適用例１に記載の圧電デバイスにおいて、前記圧電振動子は、前記電子部品と平面方向に並べて配置され、前記圧電振動子及び前記ベース基板は、樹脂モールド材を介して互いに機械的に接続され、前記樹脂モールド材は、前記実装端子と、前記外部電極とが露出するように形成されていることを特徴とする圧電デバイス。

このような特徴を有する圧電デバイスであれば、圧電振動子の外部電極と電子部品の実装端子とを実装面側となる同面に露出させているため、ユーザ側の実装基板上で付加回路等を容易に接続し、圧電振動子の周波数調整等を行うことができる。また圧電振動子のベース基板が不要となるため、圧電デバイスの低背化、低コスト化を図ることができる。

［適用例４］本発明の圧電デバイスは、実装端子が形成された電子部品と、前記電子部品と平面方向に並べて配置され、前記電子部品と樹脂モールド材を介して機械的に接続された圧電振動子とを備え、前記実装端子と前記圧電振動子の外部電極とが実装面に配置されていることを特徴とする圧電デバイス。

このような特徴を有する圧電デバイスであれば、圧電振動子の外部電極と電子部品の実装端子が実装面側となる同面に露出させているため、ユーザ側の実装基板上で付加回路等を容易に接続し、圧電振動子の周波数調整等を行うことができる。また圧電振動子および電子部品を配設するベース基板が不要となるため、圧電デバイスの低背化、低コスト化を図ることができる。

［適用例５］前記圧電振動子は、パッケージベースの側面に突起部が形成されていることを特徴とする適用例４に記載の圧電デバイス。
このような特徴を有する圧電デバイスであれば、モールドした後の圧電振動子が樹脂から脱落するのを防止することができる。

［適用例６］本発明の圧電デバイスは、圧電振動子及び電子部品を備えた圧電デバイスであって、前記圧電振動子は蓋体を備え、前記蓋体の一方の面に前記圧電振動子のパッケージベースが接合され、前記蓋体の前記一方の面に前記電子部品の一方の面が機械的に接続され、前記電子部品に形成された実装端子と、前記圧電振動子の外部電極とが実装面に配置されていることを特徴とする圧電デバイス。

このような特徴を有する圧電デバイスであれば、圧電振動子の外部電極と電子部品の実装端子とを実装面側となる同面に露出させているため、ユーザ側の実装基板上で付加回路等を容易に接続し、圧電振動子の周波数調整等を行うことができる。また圧電振動子のベース基板が不要となるため、圧電デバイスの低背化、低コスト化を図ることができる。さらに蓋体を介してシールド・放熱などの効果がある。またモールドする場合の仮の固定手段となる粘着シートを用いる必要がなく、圧電デバイスを容易に形成することができる。

［適用例７］本発明の圧電デバイスの製造方法は、粘着シート上に圧電振動子と電子部品の一方の面を平面方向に並べて接着させ、前記圧電振動子と前記電子部品の他方の面を樹脂モールド材で覆い、一体的に固定された前記圧電振動子と前記電子部品に接着した前記粘着シートを剥離し、前記圧電振動子と前記電子部品の前記他方の面に、前記電子部品と導通した実装端子と、前記圧電振動子の外部電極とを露出させたことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。

このような特徴を有する圧電デバイスの製造方法であれば、圧電振動子の外部電極と電子部品の実装端子とを実装面側となる同面に露出させているため、ユーザ側の実装基板上で付加回路等を容易に接続し、圧電振動子の周波数調整等を行える圧電デバイスを製造することができる。

本発明の圧電デバイスおよびその製造方法の実施の形態について、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
本発明の圧電デバイスの例として圧電発振器を用いて説明する。図１は第１実施形態の圧電発振器の説明図である。同図（１）は圧電発振器の断面側面図を示し、（２）は平面図を示している。

図１に示すように第1実施形態に係る圧電発振器１０は、ベース基板２０に圧電振動子３０と電子部品を備えた構成としている。
圧電振動子３０は、図示のように、平板基板と枠型基板の接合により内部空間３５が形成された矩形状のパッケージベース３６を有する表面実装型の振動子である。パッケージベース３６の内部空間３５に露出した内側底面、すなわち平板基板の上面には、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が設けられている。この電極部の上面には導電性接着剤が用いられて、水晶等の圧電材料により形成された圧電振動片３７が接合固定されている。

そして内部空間３５の電極部は、パッケージベースの外面に形成された外部電極３３と電気的に接続されている。またパッケージベース３６は、開放された端面に蓋体３９を接合して内部空間が密封されている。蓋体３９は金属製、ガラス製等の材料を用いて薄型に形成することができる。

電子部品は、本実施形態の場合、少なくとも圧電振動子を発振させる回路構造を有する半導体素子等から構成された集積回路（ＩＣ）チップ４０であり、（２）に示すように、その上面に複数の電極パッド４２を有している。なお発振回路素子の電極パッドの数や種類は任意に設定変更可能に構成することができる。本実施形態の場合、例えば実装端子部と接合された発振回路の入出力端子、発振回路にデータを書き込むための制御端子、グランド端子などからなっている。

ＩＣチップ４０は、後述するベース基板２０上の端子部２２とワイヤボンディングにより電気的に接続されている。このように本実施形態のＩＣチップ４０は、ベース基板２０と接着剤で接合され、端子部２２とワイヤボンディングで電気的に接続されている。またフリップチップボンディングで、ベース基板２０の端子部２２と電気的機械的に接続されるようにしてもよい。

ベース基板２０は図１（１）に示すように、断面形状が逆凹型であり、例えば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。ベース基板２０は、断面形状が逆凹型の上方の平板２０ａと、この平板の両端から下方に突出した一対の支持部２０ｂから構成されている。ベース基板２０の平板２０ａの上面には、ＩＣチップ４０が電気的機械的に接続している。本実施形態のベース基板２０は、ポリイミドやガラスエポキシ等で形成された絶縁フィルムと、この絶縁フィルムの上面に形成された複数の導電パターンを備えている。

導電パターンは、銅箔などの導電性材料が用いられて、ベース基板２０にエッチング、印刷、蒸着、メッキなどで形成されている。

導電パターンは、ＩＣチップ４０を電気的あるいは電気的機械的に接続するためのパッドとなる複数の端子部２２と、この複数の端子部同士及び／又は端子部と実装端子部とを電気的に接続するための配線パターンとから構成されている。

端子部２２はＩＣチップを電気的に接続するためのＩＣチップ用電極であり、ベース基板２０の上面側でＩＣチップの電極パッド４２とワイヤボンディングされている。また端子部２２のうち一部の端子は、ベース基板２０の支持部２０ｂの先端に形成した実装端子２８及びグランド端子と、配線パターンとビアホール内の導電部材を介して電気的に接続されている。

またベース基板２０は、基板上方の平板２０ａの上面側に配設したＩＣチップ４０との反対面、すなわち平板２０ａの下面側には、圧電振動子３０を配設している。圧電振動子３０は、蓋体３９の外面を接着剤により、ベース基板２０の上方の平板２０ａ下面に機械的に接続しているのみであり、電気的には接続されていない。そして圧電振動子３０の外部電極３３は、パッケージベース３６の下面に露出している。

このような構成の圧電発振器１０は、断面形状が逆凹型のベース基板２０の平板２０ａ上面にＩＣチップ４０を電気的に配設するとともに平板２０ａ下面に圧電振動子３０を機械的に配設し、平板２０ａの両端から下方に突出した支持部２０ｂの先端に実装端子２８を形成している。このため圧電振動子３０のパッケージ外面に形成した外部電極３３と、ＩＣチップと導通する実装端子２８を実装面に配置させることができる。したがってユーザ側の実装基板上で圧電振動子の周波数調整、付加回路等を容易に接続することができる。

また圧電発振器１０は、圧電振動子３０とＩＣチップ４０とを１つに組み合わせてユーザに提供される。このためユーザは、振動子３０とＩＣチップ４０を別々に実装基板に搭載する必要がなくなる。そして圧電振動子やＩＣチップについてはそれぞれにバラツキを有しているので、圧電振動子とＩＣチップを別々に実装基板に搭載した場合は、周波数精度等が合わない等の不具合が発生する。しかしながら本実施形態では、このような不具合が発生するのを防止でき、高精度の圧電発振器１０が得られる。

次に第２実施形態の圧電発信器について説明する。図２は第２実施形態の圧電発振器の説明図であり、図２（１）は圧電発信器の平面図を示し、（２）は（１）のＡ−Ａ線の断面図を示し、（３）は圧電発信器の底面図を示している。

図１に示すような第１実施形態に係る圧電発信器は、圧電振動子および電子部品をベース基板の上面および下面、すなわち縦型に配置している構成である。このような第１実施形態の圧電発振器では、実装基板に実装する際の平面上のスペースを小型化することができるが、発振器全体の高さが高くなってしまう。したがって低背化が求められている電子機器に適用することは困難である。そこで第２実施形態の圧電発振器は、圧電振動子と電子部品を平面方向に並べて配置している。

図２に示すように第２実施形態に係る圧電発振器１０Ａは、ＩＣチップ４０と圧電振動子３０を実装基板に実装する平面方向に並べて配置している。
ＩＣチップ４０および圧電振動子３０は、第１実施形態に係るＩＣチップおよび圧電振動子と同一の構成であり、その詳細な説明を省略する。

ＩＣチップ４０が配設されるベース基板２００は、図３に示すようになっている。ここで図３（１）はベース基板の平面図、図３（２）は底面図である。図３に示すようにベース基板２００は、平面視において圧電振動子と略同じ矩形形状に形成している。ベース基板２００の本体は、セラミック基板、有機材料基板または金属フレーム等で形成されている。ベース基板２００の一方の面２００ａは、図３（１）に示すように、ＩＣチップ４０に導通する端子部２２を備えている。また、端子部２２は、図３（２）に示す他方の面２００ｂに設けた実装端子２８に、ビアホールやスルーホール等の導通手段を介して導通している。なおベース基板２００の一方の面２００ａは、端子部２２以外をソルダーレジスト等の絶縁材で覆っている。したがって図２（１）に示すように、ベース基板２００の一方の面２００ａには端子部２２が露出している。

ベース基板２００に実装するＩＣチップ４０は、厚みを薄く形成することが可能である。ＩＣチップ４０は、水平方向については、圧電振動子３０よりも若干小さめに形成されており、高さ方向について、圧電振動子３０よりも高さが低くなるように形成され、接着剤を用いてベース基板２００の上面に接合されている。

図４は第２実施形態に係る圧電発振器の製造工程の説明図である。
まず始めに粘着シート５０上にＩＣチップ４０を配設したベース基板２００と、圧電振動子３０を交互に並べて一列に接着させる。このときベース基板２００の下面には、実装端子２８が形成されており、圧電振動子３０のパッケージベースの下面には外部電極３３が形成されている。このため、実装端子および外部電極が粘着シート５０上に接着されることになる（ステップ１）。なお図４（２）に示すようにこのＩＣチップ４０と圧電振動子３０を並べた列を複数列形成してもよい。

次に、粘着シート５０の上面、すなわちＩＣチップ４０と圧電振動子３０の表面を樹脂モールド材５２で覆う（ステップ２）。樹脂モールド材５２は、圧電振動子３０とＩＣチップ４０が接着された粘着シート５０上にポッティングすることにより形成することができる。

樹脂モールド材５２が硬化したのち、ＩＣチップ４０と圧電振動子３０のユニットごとに小片化し、粘着シート５０を剥離する（ステップ３）。これにより、圧電振動子とベース基板が樹脂モールド材を介して互いに機械的に接続される。

圧電発振器１０の底面は、図２（３）に示すようにベース基板２００の実装端子２８および圧電振動子３０の外部電極３３が実装面側となる同面に露出している。一方、ユーザ側の実装基板５４には、あらかじめ図５に示すように、実装する実装端子２８と外部電極３３と対応する位置に端子５５およびパターンが形成してある。そこでユーザ側の実装基板５４上に圧電発振器１０を実装する（ステップ４）。

このような構成の第２実施形態に係る圧電発振器１０Ａは、ベース基板２００上に配置したＩＣチップ４０と、圧電振動子３０を平面状に並べて、樹脂モールド材５２を介して互いに機械的に接続される。このため圧電振動子３０のパッケージ外面に形成した外部電極３３と、ＩＣチップ４０と導通する実装端子２８が実装面側と同面に露出して配置させることができる。したがってユーザ側の実装基板５４上で付加回路等を容易に接続することができ、圧電振動子３０の周波数調整等を行うこともできる。また圧電振動子３０を実装するベース基板が不要となる。このため、ベース基板分の厚みを軽減することができ、圧電デバイスの低背化、低コスト化を図ることができる。

次に第３実施形態に係る圧電発信器について説明する。図６は第３実施形態に係る圧電発信器の説明図である。
第３実施形態に係る圧電発振器１０Ｂは、第２実施形態に示すＩＣチップ４０を配設するベース基板を取り除き、ＩＣチップ４０の電極パッドに実装端子である金属ボール６０を導通および固定させておく。そして粘着シート上にＩＣチップ４０の電極パッドと導通する金属ボール６０および圧電振動子３０を並べて配置し、以下第２実施形態と同様の工程で樹脂モールド材５２により一体的に固定する。これにより電子部品４０と圧電振動子３０の実装面側となる下面に、金属ボール６０と、圧電振動子３０の外部電極３３を露出させることができる。

このような構成の圧電発信器１０Ｂであれば、実装面側となる同面に露出させた圧電振動子の外部電極と電子部品の実装端子を用いて、ユーザ側の実装基板上で付加回路等を容易に接続し、圧電振動子の周波数調整等を行うことができる。また圧電振動子および電子部品を配設するベース基板が不要となるため、圧電デバイスの低背化、小型化、低コスト化を図ることができる。

また圧電振動子３０のパッケージベース３６の側面に突起部６２を形成している。これにより樹脂モールド材５２中に突起部６２がパッケージベース３６から突出してストッパーの役割を果たし、モールドした後の圧電振動子３０が樹脂モールド材５２から脱落するのを防止することができる。

次に第４実施形態の圧電発信器について以下説明する。図７は第４実施形態に係る圧電デバイスの説明図である。
第４実施形態に係る圧電発振器１０Ｃは、図７に示すように平面視において圧電振動子３０のパッケージベース３６よりも大きく形成した蓋体３９０を用いている。具体的に蓋体３９０は、平面視において、圧電振動子３０とＩＣチップ４０を並べた大きさの略同じ大きさに形成している。またＩＣチップ４０は、第３実施形態と同様に電極パッドに実装端子である金属ボール６０を導通および固定させている。そして蓋体３９０の一方の面にパッケージベース３６とＩＣチップ４０を平面方向に並べて接着する。このときＩＣチップ４０は、電極パッドを形成してある面と反対面を蓋体３９０に接着する。ついで蓋体３９０とＩＣチップ４０の周囲を樹脂モールド材５２で覆う。蓋体３９０と接着したパッケージベース３６とＩＣチップ４０の反対側の面に、ＩＣチップ４０と導通した金属ボール６０と、圧電振動子３０の外部電極３３を露出させている。

このような構成の圧電発信器１０Ｃであれば、圧電振動子の外部電極と電子部品の実装端子が実装面側となる同面に露出させることができるため、ユーザ側の実装基板上で付加回路等を容易に接続し、圧電振動子の周波数調整等を行うことができる。また圧電振動子およびＩＣチップを蓋体に接着させているので、ベース基板が不要となる。このため圧電デバイスの低背化、小型化、低コスト化を図ることができる。さらに蓋体を介して圧電振動子およびＩＣチップのシールドあるいは放熱などの効果がある。またモールドする場合の仮の固定手段となる粘着シートを用いる必要がなく、圧電デバイスを容易に形成することができる。

第１実施形態に係る圧電発振器の説明図である。 第２実施形態に係る圧電発振器の説明図である。 第２実施形態に係る圧電発振器の製造工程の説明図である。 第２実施形態に係る圧電発振器を実装する実装基板の上面図である。 第３実施形態に係る圧電発信器の説明図である。 第３実施形態に係る圧電発信器の説明図である。 第４実施形態に係る圧電発振器の説明図である。 従来の圧電デバイスの説明図である。

符号の説明

１………圧電デバイス、２………ベース基板、３………圧電振動子、４………電子部品（ＩＣチップ）、５………圧電振動片、６………パッケージベース、７………平板基板、８………枠型基板、９………蓋体、１０………圧電発振器、２０、２００………ベース基板、２２………端子部、２８………実装端子、３０………圧電振動子、３３………外部電極、３５………内部空間、３６………パッケージベース、３９、３９０………蓋体、４０………ＩＣチップ、４２………電極パッド、５０………、粘着シート、５２………樹脂モールド材、５４………実装基板、６０………金属ボール、６２………突起部。

Claims (7)

1. 実装端子が形成されたベース基板と、
   前記ベース基板上に配設され、前記実装端子と導通した電子部品と、
   前記ベース基板と機械的に接続された圧電振動子と
   を備え、
   前記実装端子と、前記圧電振動子の外部電極とが実装面に配置されている
   ことを特徴とする圧電デバイス。
2. 請求項１に記載の圧電デバイスにおいて、
   前記電子部品は、前記ベース基板の一方の面に配設され、
   前記圧電振動子は、前記ベース基板の他方の面に配置され、
   前記ベース基板の前記他方から突出させた支持部の先端に前記実装端子が形成されている
   ことを特徴とする圧電デバイス。
3. 請求項１に記載の圧電デバイスにおいて、
   前記圧電振動子は、前記電子部品と平面方向に並べて配置され、
   前記圧電振動子及び前記ベース基板は、樹脂モールド材を介して互いに機械的に接続され、
   前記樹脂モールド材は、前記実装端子と、前記外部電極とが露出するように形成されている
   ことを特徴とする圧電デバイス。
4. 実装端子が形成された電子部品と、
   前記電子部品と平面方向に並べて配置され、前記電子部品と樹脂モールド材を介して機械的に接続された圧電振動子と
   を備え、
   前記実装端子と前記圧電振動子の外部電極とが実装面に配置されている
   ことを特徴とする圧電デバイス。
5. 前記圧電振動子は、パッケージベースの側面に突起部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の圧電デバイス。
6. 圧電振動子及び電子部品を備えた圧電デバイスであって、
   前記圧電振動子は蓋体を備え、
   前記蓋体の一方の面に前記圧電振動子のパッケージベースが接合され、前記蓋体の前記一方の面に前記電子部品の一方の面が機械的に接続され、
   前記電子部品に形成された実装端子と、前記圧電振動子の外部電極とが実装面に配置されている
   ことを特徴とする圧電デバイス。
7. 粘着シート上に圧電振動子と電子部品の一方の面を平面方向に並べて接着させ、
   前記圧電振動子と前記電子部品の他方の面を樹脂モールド材で覆い、
   一体的に固定された前記圧電振動子と前記電子部品に接着した前記粘着シートを剥離し、
   前記圧電振動子と前記電子部品の前記他方の面に、前記電子部品と導通した実装端子と、前記圧電振動子の外部電極とを露出させた
   ことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。

Images