JP2009218783A

JP2009218783A - 圧電デバイス

Info

Publication number: JP2009218783A
Application number: JP2008059319A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Shimodaira; 和彦下平
Original assignee: Miyazaki Epson Corp
Current assignee: Miyazaki Epson Corp
Priority date: 2008-03-10
Filing date: 2008-03-10
Publication date: 2009-09-24
Also published as: US20090224635A1; US8080921B2

Abstract

【課題】圧電振動子と電子部品をベース基板に実装した圧電デバイスの低背化を図る。
【解決手段】本発明の圧電デバイスは１０、圧電振動子３０と電子部品４０とを平面視して互いに重ならないようにベース基板２０の一方の面に実装した圧電デバイス１０であって、圧電振動子３０のパッケージベース３６の実装面に凹陥部３２２又は切り欠き部３１が形成され、平面視してベース基板２０の一部が、圧電振動子３０の凹陥部３２２又は切り欠き部３１の領域内に配置され、凹陥部３２２又は切り欠き部３１の底面とベース基板２０とが接続されていることを特徴としている。この場合においてパッケージベース３６の凹陥部３２２又は切り欠き部３１の底面に外部電極３３が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は圧電デバイスに係り、特に基板上に圧電振動子と電子部品を備えた圧電デバイスに関する。

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チップを基板上に実装し、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４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が実装されている。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

しかしながら従来の圧電デバイスは、ベース基板上に圧電振動子などの部品を実装させているため、図４（２）に示すように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ベース基板に実装した圧電デバイスの低背化を図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、圧電振動子と電子部品とを平面視して互いに重ならないようにベース基板の一方の面に実装した圧電デバイスであって、前記圧電振動子のパッケージベースの実装面に凹陥部又は切り欠き部が形成され、平面視して前記ベース基板の一部が、前記圧電振動子の前記凹陥部又は前記切り欠き部の領域内に配置され、前記凹陥部又は前記切り欠き部の底面と、前記ベース基板とが接続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、パッケージベースを構成する平板基板の１層分の厚みを減らすことができる。したがって圧電デバイス全体の低背化を図ることができる。また、圧電振動子のパッケージに形成された凹陥部又は切り欠き部にベース基板を嵌め合わせるため、実装する際の位置決めを容易に行うことができ、実装箇所の位置ずれを防止することができる。

［適用例２］前記パッケージベースの前記凹陥部又は前記切り欠き部の前記底面に外部電極が形成されていることを特徴とする適用例１に記載の圧電デバイス。

これによりパッケージベースの最下面に外部電極を形成する必要がなく、平板基板の厚みをベース基板の厚みに重ね合わせた構成、すなわち平板基板とベース基板が接触していない構成であっても、圧電振動子とベース基板を電気的に接続することができる。したがって圧電デバイスの低背化を図ることができる。

［適用例３］前記パッケージベースは上層基板と下層基板とを備え、前記下層基板に凹陥部が形成され、前記ベース基板の凸部を前記凹陥部に嵌め合わせたことを特徴とする請求項１又は２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、パッケージベースの平板基板を二層構造とすることによりパッケージベースの強度を増大させるとともに、パッケージベースの平板基板の厚みに、ベース基板の厚みを一部嵌め込ませることができ、デバイス全体の低背化を図ることができる。また、圧電振動子の凹陥部をベース基板の凸部に嵌め合わせるため、実装する際の位置決めを容易に行うことができ、実装箇所の位置ずれを防止することができる。

本発明の圧電デバイス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）は圧電発振器の平面図を示し、（２）はＡ−Ａ線の断面図を示し、（３）Ｂ−Ｂ線の断面図をそれぞれ示している。図２は第１実施形態の圧電発振器のベース基板の説明図である。同図（１）は上面図を示し、（２）は下面図をそれぞれ示している。

図１に示すように本発明の圧電発振器１０は、圧電振動子３０と電子部品４０とを平面視して互いに重ならないようにベース基板２０の一方の面に実装した構成としている。
圧電振動子３０は、図１（２），（３）に示すように、平板基板３２と枠型基板３４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３２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。

枠型基板３４は、第１実施形態の場合、平板基板３２よりも平面視大に形成している。すなわち枠型基板３４は、図１（３）に示すように、枠型基板３４の長辺を平板基板３２の長辺よりも長く設定し、枠型基板３４の一対の短辺側に平板基板３２の短辺の側面より突出させた支持部３８を形成している。これによりパッケージベース３６の実装面には、断面視において平板基板３２と枠型基板３４で切り欠き部３１を形成するように構成している。また切り欠き部３１の底面には外部電極３３を形成している。

そして内部空間３５の電極部は、切り欠き部３１の底面の外部電極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３５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等から構成された発振回路素子であり、図１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４２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、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。

そして発振回路素子として例えばＩＣチップを用いた場合、ＩＣチップは厚みを薄く形成することが可能なため、ベース基板２０の上面に圧電振動子３０と並べて実装させている。またＩＣチップは、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２０に接合されている。

ＩＣチップは、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、基板の端子部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、圧電振動子３０と電子部品４０（ＩＣチップ）が電気的機械的に接続されている部材であり、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。本実施形態の場合、低背化を図るためベース基板２０は、具体的に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２４と、開口部２６とを備えている。

開口部２６は、ベース基板２０上に実装する圧電振動子３０の実装箇所と対応した位置に配置している。そして開口部２６は、前記平板基板３２を嵌め合わせるため、平面視における平板基板３２よりも僅かに大きい矩形形状に形成してある。

導電パターン２４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２４は図２に示すように、圧電振動子およびＩＣチップ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２３とから構成されている。

端子部２２ａは、圧電振動子３０をベース基板２０に電気的機械的に接続するための圧電振動子用の電極であり、圧電振動子３０の切り欠き部３１の底面に形成された外部電極３３と対向する位置に設けられ、図１（３）に示すように外部電極３３と電気的に接続されている。

端子部２２ｂ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２２ｂのうち一部の端子は、ベース基板２０の下面側に形成した実装端子及びグランド端子と、配線パターン２３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。

上記構成による圧電発振器は、圧電振動子３０のパッケージベース３６の実装面に形成したパッケージベース３６の平板基板３２と枠型基板３４からなる切り欠き部３１を、ベース基板２０の開口部２６に嵌め込む。具体的には開口部２６の縁に支持部３８を載置している。これにより平面視してベース基板２０の一部が、圧電振動子３０の切り欠き部３１の領域内に配置される。

そして切り欠き部３１の底面に形成した外部電極３３とベース基板２０に形成した端子部２２ａを電気的に接続している。また電子部品４０は接着剤を用いてベース基板２０上に接合し、電極パッド４２と、ベース基板２０の端子部２２ｂをワイヤボンディングにより電気的に接続している。これにより第１実施形態に係る圧電デバイスが得られる。

このような実施形態によれば、断面視において平板基板２２の厚みをベース基板２０の厚みに重ね合わせたことにより、パッケージベース３６を構成する平板基板２２の１層分の厚みを減らすことができる。したがって圧電デバイス全体の低背化を図ることができる。また、圧電振動子３０の切り欠き部３１をベース基板２０の開口部２６に嵌め合わせるため、実装する際の位置決めを容易に行うことができ、実装箇所の位置ずれを防止することができる。

パッケージベース３６の切り欠き部３１の底面に外部電極３３が形成されているため、パッケージベース３６の最下面に外部電極３３を形成する必要がなく、平面視してベース基板２０の一部が、圧電振動子３０の切り欠き部３１の領域内に配置される構成であっても、圧電振動子３０とベース基板２０を電気的に接続することができる。したがって圧電デバイスの低背化を図ることができる。

また支持部３８は、上面スペースにチップ部品などを載置するスペースとして有効活用することもできる。支持部３８の形成により、パッケージの封止部分が大きく確保することができ信頼性が向上する。

図３は第２実施形態の圧電発振器の説明図であり、図３（１）は圧電デバイスの平面図を示し、（２）は（１）のＣ−Ｃ線の断面図を示している。
図示のように第２実施形態に係る圧電発振器１００と、図１に示す圧電発振器１０との相違は、圧電振動子３００の実装構造であり、その他の構成は図１に示す圧電発振器１０の構成と同一であり、その詳細な説明を省略する。

第２実施形態の圧電発振器１００は、圧電振動子３００のパッケージベース３６０の強度を高める構造をとりながら、圧電デバイス全体の低背化を図っている。すなわち具体的にパッケージベース３６０は、平面視において同一形状の枠型基板３４０と平板基板３２０の接合により形成している。さらに平板基板３２０を上下２層の基板（上層基板３２０ａ，下層基板３２０ｂ）を接合した構造にしている。上層基板３２０ａには、封止材によりパッケージを封止する封止孔３２１を形成してある。下層基板３２０ｂには、後述するベース基板２００の凸部２１０に嵌め合う凹陥部３２２を形成している。

ベース基板２００は、前述の下層基板３２０ｂに形成した凹陥部３２２と嵌め合う凸部２１０を形成している。すなわち平面視矩形の基板において、圧電振動子３００を実装する２箇所のコーナーを切り欠き、平面視凸形状の基板を形成している。凸部２１０の実装面には端子部２２０を形成している。またパッケージベース３６０の凹陥部３２２の底面、すなわち上層基板３２０ａの実装面には、前記端子部２２０と電気的に接続する外部電極３３０を形成している。

上記構成による第２実施形態の圧電発振器１００は、圧電振動子３００のパッケージベース３６０の実装面に形成した凹陥部３２２を、ベース基板２００の凸部２１０に嵌め込み、断面視において下層の平板基板３２０ｂの厚みをベース基板２００の厚みに重ね合わせる。これにより平面視してベース基板２００の一部が、圧電振動子３００の凹陥部３２２の領域内に配置される。

そして凹陥部３２２に形成した外部電極３３０とベース基板２００に形成した端子部２２０ａを電気的に接続している。また電子部品４０は接着剤を用いてベース基板２００上に接合し、電極パッド４２と、ベース基板２００の端子部２２ｂをワイヤボンディングにより電気的に接続している。これにより第２実施形態に係る圧電デバイスが得られる。

このような実施形態によれば、パッケージベース３６０の平板基板３２０を二層構造とすることによりパッケージベース３６０の強度を増大させるとともに、断面視においてパッケージベース３６０の平板基板３２０ｂの厚みに、ベース基板２００の厚みを一部重ね合わせることができ、デバイス全体の低背化を図ることができる。また、圧電振動子３００の凹陥部３２２をベース基板２００の凸部２１０に嵌め合わせるため、実装する際の位置決めを容易に行うことができ、実装箇所の位置ずれを防止することができる。

第１実施形態の圧電発振器の説明図である。第１実施形態の圧電発振器のベース基板の説明図である。第２実施形態の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、１００………圧電発振器、２０、２００………ベース基板、２２………端子部、２３………配線パターン、２４………パターン電極、２６………開口部、３０、３００………圧電振動子、３１………切り欠き部、３２………平板基板、３３………外部電極、３４………枠型基板、３５………内部空間、３６、３６０………パッケージベース、３８………支持部、３９………蓋体、４０………電子部品、４２………電極パッド、２１０………凸部、３２１………封止孔、３２２………凹陥部。

Claims

圧電振動子と電子部品とを平面視して互いに重ならないようにベース基板の一方の面に実装した圧電デバイスであって、
前記圧電振動子のパッケージベースの実装面に凹陥部又は切り欠き部が形成され、
平面視して前記ベース基板の一部が、前記圧電振動子の前記凹陥部又は前記切り欠き部の領域内に配置され、
前記凹陥部又は前記切り欠き部の底面と、前記ベース基板とが接続されている
ことを特徴とする圧電デバイス。
前記パッケージベースの前記凹陥部又は前記切り欠き部の前記底面に外部電極が形成さ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。
前記パッケージベースは上層基板と下層基板とを備え、前記下層基板に凹陥部が形成され、
前記ベース基板の凸部を前記凹陥部に嵌め合わせたことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電デバイス。