JP2009225093A - 圧電デバイスおよび電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型化した圧電デバイスおよびこの圧電デバイスを搭載した電子機器を提供する。
【解決手段】圧電デバイス１０は、ＩＣチップ１２と圧電振動片３０とを積層方向に配置したものであって、ＩＣチップ１２の一方の面に内部パッド１６および絶縁層を設け、前記絶縁層と前記一方の面との間に再配置配線１８を設けて、再配置配線１８の一端を内部パッド１６に接続し、他端を前記一方の面の周縁部に配置し、前記他端には前記絶縁層を貫通する導通手段を設け、前記導通手段が前記絶縁層の外側表面に露出した部分に、ワイヤ２８が接合する再配置内部パッド１６を設け、ワイヤ２８を配設した側とは反対の平面方向へ再配置内部パッド１６からずれるとともに、内部パッド１６に対向して圧電振動片３０を配設した構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電デバイスおよび電子機器に係り、特に、圧電振動片とこれを発振させる回路とを備えた圧電デバイスおよびこれを搭載した電子機器に関する。

圧電デバイスには、圧電振動片と、この圧電振動片に導通して発振させる回路（発振回路）とをパッケージに収容した構成のものがある。発振回路は、集積回路（ＩＣ）チップになっており、ワイヤが接合されるパッドを表面に設けて能動面を構成している。そしてパッケージは、上方に向けて開口した凹陥部を備えたパッケージベースと、このパッケージベースの上面に接合して凹陥部を封止する蓋体とを備えている。この凹陥部は、側面を階段状にすることにより、２つの階段部を形成してある。そして能動面を上方に向けたＩＣチップを凹陥部の底面に固着して、この能動面に設けたパッドと、下方の階段部に設けたパッド電極とにワイヤを接合している。また圧電振動片は、上方の階段部に設けたパッケージ側マウント電極（搭載電極）に導電性接着剤を用いて固着している。これにより圧電デバイスは、圧電振動片の主面とＩＣチップの能動面とが向かい合い、且つ、この主面と能動面との間にワイヤを配置するようにして、ＩＣチップと圧電振動片を上下方向に配置している。（特許文献１を参照）

また特許文献２に記載された圧電発振器のように、圧電振動片とＩＣチップとを上下方向に配置しても、ＩＣチップの長辺と圧電振動片の長辺とを平面視して交差させることもできる。この場合、ＩＣチップの短辺は、平面視して圧電振動片と重なっていないので、このＩＣチップと圧電振動片とが重なっていない部分にパッドを設けることができる。これにより圧電振動片の主面とＩＣチップの能動面との間にワイヤが配置されることがなくなる。
特開２００４−１５４４１号公報 特開２００６−２０１４０号公報

前述したように、圧電振動片の主面とＩＣチップの能動面との間にワイヤを配置した圧電デバイスでは、圧電振動片とワイヤが接触してしまうと、発振の不良等の悪影響が発生するので、圧電振動片とワイヤが接触することのない間隔を設けておく必要がある。しかしながら、このように圧電振動片とワイヤの間隔を広くすると、圧電デバイスを薄型にできない。

また圧電振動片の長辺とＩＣチップの長辺を平面視して交差させ、圧電振動片の側方にパッドを設けた圧電デバイスでは、平面サイズが大きくなるという問題がある。またＩＣチップは、平面視して長方形に形成するとともに、この短辺に沿わしてパッドを設けなければならない。このようにパッドの配置位置が特殊なＩＣチップは、同じ機能の圧電デバイスであっても、パッケージ内部の配置構成が異なると使用することが困難になる場合があり、汎用性がない。

本発明は、薄型化した圧電デバイスおよびこの圧電デバイスを搭載した電子機器を提供することを目的とする。

本発明は、上述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
形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］平面視して圧電振動片の少なくとも一部がＩＣチップの一部と重なるように配置された圧電デバイスであって、前記ＩＣチップは、能動面の平面視して前記圧電振動片と重なる領域に形成された内部パッドと、前記能動面上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上の平面視して前記圧電振動片と重ならない領域に形成され、ワイヤの一端が接続される再配置パッドと、前記内部パッドと前記再配置パッドとを電気的に接続する配線であって、前記絶縁層と前記能動面との間に形成された再配置配線、および前記絶縁層の貫通導通手段を有する配線と、を備えたことを特徴とする圧電デバイス。

この再配置配線、導通手段、再配置パッドおよび絶縁層によって、パッドの位置を自由に変更できる。このため一方の面に設けたパッドの位置にかかわらず、圧電振動片とＩＣチップとを平面視してずらして配置すれば、この圧電振動片とＩＣチップが重なっていない位置に再配置パッドを配設できる。そしてワイヤを再配置パッドから圧電振動片の側方に引き出せるので、圧電振動片とＩＣチップの間にワイヤが設けられることがない。よって圧電デバイスを薄型化できる。
なお再配置配線の他端は、一方の面の周縁部に配置できる。これにより再配置パッドは、ＩＣチップを平面視したときの周縁部に配置できるので、圧電振動片を平面方向にずらす量を少なくできる。よって圧電デバイスの平面サイズを小さくできる。

［適用例２］前記再配置パッドは、前記ＩＣチップの周縁部のうちいずれか１つの辺に隣接して設けたことを特徴とする適用例１に記載の圧電デバイス。これにより一方の面の周縁部を構成するいずれか１辺が圧電振動片と平面視して重ならず、他の３辺を平面視して圧電振動片と重ねることができる。このため圧電振動片の幅を広くできるので、これに形成されている励振電極の面積も大きくできる。よって圧電デバイスを薄型できると共に、特性を向上できる。

［適用例３］前記絶縁層上に搭載電極を設け、前記搭載電極上に前記圧電振動片を実装したことを特徴とする適用例１または２に記載の圧電デバイス。これによりＩＣチップに圧電振動片を固着できる。また、このときでもＩＣチップと圧電振動片との間にワイヤが配置されないので、圧電デバイスを薄型にできる。

［適用例４］前記再配置配線に発振周波数を調整する周波数調整素子が接続されていることを特徴とする適用例１ないし３のいずれかに記載の圧電デバイス。これによりＩＣチップに設けた周波数調整素子で発振周波数を調整できるので、発振周波数を調整する他の回路部品を多く搭載する必要がなくなり、また回路部品の調整作業を軽減できる。

［適用例５］適用例１ないし４のいずれかに記載の圧電デバイスを搭載したことを特徴とする電子機器。これにより電子機器は小型化できる。

以下に、本発明に係る圧電デバイスおよび電子機器の最良の実施形態について説明する。図１は圧電デバイスの平面図である。なお図１では、蓋体を取り除いた状態を示している。図２は圧電デバイスの断面図である。図３はＩＣチップの概略断面図である。図４はＩＣチップにおける半導体素子の能動面と絶縁層の表面との平面図である。

図１および図２に示すように、圧電デバイス１０は、ＩＣチップ１２と圧電振動片３０を積層方向に配置してパッケージ３２に収容した構成になっている。このＩＣチップ１２は、図３に示すように、回路が形成されている半導体素子１４と、この半導体素子１４の能動面１４ａ（一方の面）の上に設けた絶縁層２２とを備えている。

半導体素子１４は、圧電振動片３０との間で電気信号を入出力して、この電気信号を増幅し、発振させる回路（発振回路）を備えており、外面に内部パッド１６を設けている。この内部パッド１６には、図４（Ａ）に示すように、能動面１４ａに設けた再配置配線１８が接続している。なお図４(Ａ）に示す一点鎖線は、圧電振動片３０を示している。こ
の再配置配線１８の一端は、平面視して圧電振動片３０と重なる内部パッド１６に接続しており、他端は平面視して圧電振動片３０と重ならない位置に設けた内部パッド１６に接続している。したがって図４（Ａ）に例示する場合では、能動面１４ａの周縁部を構成する２つの辺（半導体素子１４の上辺と下辺）に沿って内部パッド１６が設けてあるが、平面視して圧電振動片３０と重なる３つの内部パッド１６（半導体素子１４の下辺に沿ったもの）は、再配置配線１８によって能動面１４ａの周縁部を構成する右辺に沿った位置に引き出されて、圧電振動片３０と重ならないようになっている。

また絶縁層２２は、能動面１４ａや内部パッド１６、再配置配線１８を覆うことのできる絶縁材料で形成されていればよく、例えばポリイミド等の樹脂等で形成できる。この絶縁層２２には、図３に示すように、能動面１４ａに接合する面と外側表面（本実施形態では上面）とを貫通した導通手段２０が設けてある。この導通手段２０は、平面視して圧電振動片３０と重なっていない内部パッド１６（再配置配線１８の他端）に接合している。したがって図４（Ａ）に示す場合では、能動面１４ａの上辺に沿った内部パッド１６と、右辺に沿った内部パッド１６に導通手段２０が接合し、導通している。

そして導通手段２０が絶縁層２２の外側表面に露出した部分には、図３および図４（Ｂ）に示すように、ワイヤ２８等が接合される再配置パッド２４が設けてある。これにより再配置パッド２４は、導通手段２０および再配置配線１８を介して内部パッド１６に導通し、または導通手段２０を介して内部パッド１６に導通する。そして再配置パッド２４は、平面視して圧電振動片３０に重なっていない。すなわちＩＣチップ１２は、再配置配線１８や導通手段２０、再配置パッド２４、絶縁層２２を備えることにより、内部パッド１６の位置を移し変えている。

また図１および図２に示す圧電振動片３０は、電気信号が供給されると振動して発振するものであればよく、例えば、励振電極やマウント電極等の電極パターン（不図示）を圧電素板３０ａの表面に形成したものであればよい。

またパッケージ３２は、パッケージベース３４と蓋体４８を備えている。パッケージベース３４は凹陥部３６を備えており、この凹陥部３６の側面に階段部３８を形成している。パッケージベース３４は、例えば、平板の絶縁シートに枠型の絶縁シートを接合して形成すればよい。そしてこの後、枠型の絶縁シートの上面にシームリングを接合して、圧電振動片３０を収容するキャビティが形成される。なおキャビティは、シームリングを用いる形態の他に、枠型の絶縁シート（第２枠型絶縁シート）をさらに接合しても形成できるが、蓋体４８を接合するにはこの第２枠型絶縁シートの上に接合材を設ける必要がある。この点、キャビティをシームリングで形成すれば、この上に直接に蓋体４８を接合できるので、圧電デバイス１０を低背化できる。

そして階段部３８の上面には、ワイヤ２８が接合されるパッド電極４０と、圧電振動片３０が固着する搭載電極４２とが設けてある。この搭載電極４２は、図１に示す場合、パッケージベース３４に圧電振動片３０とＩＣチップ１２とを配設しても、圧電振動片３０がＩＣチップ１２の上面をその上方において完全に覆うことがなく、圧電振動片３０と再配置パッド２４が平面視して重ならない位置に設けてある。パッド電極４０のうちの一部は搭載電極４２と導通しており、他のパッド電極４０は、パッケージベース３４の外面に設けた外部端子４４と導通している。

またＩＣチップ１２は、再配置パッド２４を上方に向けて凹陥部３６の底面に固着してある。このＩＣチップ１２の再配置パッド２４にワイヤ２８の一端が接合し、他端がパッド電極４０に接合している。また搭載電極４２には、導電性接着剤４６を用いて圧電振動片３０を接合している。このとき圧電振動片３０の前記マウント電極が導電性接着剤４６に接合している。これにより圧電振動片３０は、ＩＣチップ１２等を介して、外部端子４４と導通する。

なお圧電振動片３０は、図１に示すように、搭載電極４２の配置位置を前述したように適切に設定し、且つ、ＩＣチップ１２に再配置パッド２４を設けることにより内部パッド１６の位置を変えているので、ワイヤ２８と重なることがない。
そしてパッケージベース３４の上面に蓋体４８が接合して、凹陥部３６を気密封止している。

このような圧電デバイス１０では、ＩＣチップ１２が再配置配線１８と再配置パッド２４等を備えているので、内部パッド１６の位置を自由に変更できる。また搭載電極４２を設ける位置についても、圧電振動片３０の平面形状や再配置パッド２４の位置に合わせて変更できる。このため圧電振動片３０の側方にワイヤ２８が配置され、圧電振動片３０とＩＣチップ１２の間にワイヤ２８が配置されないので、圧電振動片３０とＩＣチップ１２との間隔を少なくともワイヤ２８のループ高さの分だけ狭くできる。したがって圧電デバイス１０を薄型化できる。

また、特に近年では、ＩＣチップ１２の小型化が急速に進み、圧電振動片３０の平面サイズよりもＩＣチップ１２の平面サイズが小さくなっている。ところがＩＣチップ１２の平面サイズが小さくなっても、従来の平面サイズの大きなＩＣチップと同じ機能を備えたものであれば、パッドの数が同数必要になる。このときには、従来技術のようにＩＣチップの２つの短辺に沿ってパッドを設けていれば、少なくとも一方の短辺に沿ったパッドの上方に圧電振動片が配置されるので、ワイヤと圧電振動片の接触を防止するために、圧電デバイスが高くなってしまう。この点、本実施形態に係る圧電デバイス１０は、ＩＣチップ１２に再配置配線１８等を設けることで内部パッド１６の位置を変更できるので、低背化できる。

またＩＣチップ１２は、再配置配線１８等を備えることにより、内部パッド１６の位置を自由に変更できる。このため半導体素子１４の能動面１４ａのうちのいずれか一辺のみに沿って内部パッド１６が設けられない場合でも、再配置パッド２４をＬ字型等に配置すれば、圧電振動片３０とＩＣチップ１２とが重なる面積をできると共に、圧電振動片３０とワイヤ２８が重なるのを防止できる。よって圧電デバイス１０の平面サイズを小型化できる。

またＩＣチップ１２の形状や半導体素子１４の能動面１４ａに設けた内部パッド１６の位置には、特に限定がない。このため、ある特定の機能を備えた半導体素子１４を１つ製造しておけば、ＩＣチップ１２と圧電振動片３０の様々な配置に合わせて、再配置配線１８等を用いて内部パッド１６の位置を変更できるので、半導体素子１４（ＩＣチップ１２）の汎用性を向上でき、圧電デバイス１０の製造コストも低減できる。

なお半導体素子１４は発振回路を構成することにより、圧電デバイス１０を圧電発振器にすることができる。これにより圧電発振器である圧電デバイス１０は、設定された周波数の信号を出力できる。また半導体素子１４は、発振回路の他に電圧制御回路や温度補償回路を備えることができる。電圧制御回路は、外部から入力される制御電圧によって発振回路から出力する信号の周波数を可変または変調できるようにしている。この電圧制御回
路を備えた圧電デバイス１０は電圧制御型圧電発振器になる。また温度補償回路は、圧電振動片３０の周囲温度が変化しても、発振回路から出力される信号の周波数変化を少なくするようにしている。この温度補償回路を備えた圧電デバイス１０は温度補償型圧電発振器になる。

また前述した実施形態で説明したＩＣチップ１２は、再配置パッド２４をＬ字状に配置した構成である。しかしながら本発明に用いられるＩＣチップ１２は、この形態に限定されることはない。すなわち図５に示すように、ＩＣチップ１２の上面の周縁部を構成するいずれか１辺に沿って再配置パッド２４を設けることもできる。そして図５に示す場合は、ＩＣチップ１２をパッケージベース３４に配設したときに、搭載電極４２から最も離れる位置に再配置パッド２４を配置するようにしている。またパッド電極４０は、再配置パッド２４に対向するように設けている。これにより圧電振動片３０とワイヤ２８が平面視して重なるのを防止できるので、圧電デバイス１０ａを低背化できる。

また圧電振動片３０の長手方向の側方には、ワイヤ２８を配設していない。このため圧電振動片３０には、圧電素板３０ａの幅を広くしたものを用いることができる。圧電素板３０ａの幅を広くすれば、前記励振電極の面積を大きくできるので、Ｑ値が高くなり、圧電デバイス１０ａの特性を安定させることができる。

また図６に示すように、ＩＣチップ１２の上面の周縁部を構成するいずれか３辺に沿って再配置パッド２４を設けることもできる。そして図６に示す場合は、ＩＣチップ１２をパッケージベース３４に配設したときに、搭載電極４２に対向する位置に再配置パッド２４を設けず、他に再配置パッド２４を設けるようにしている。またパッド電極４０は、再配置パッド２４に対向するように設けている。そして搭載電極４２の上に圧電振動片３０を配設した場合は、平面視してコ字型に配置されている再配置パッド２４の内側に圧電振動片３０が配設される。これにより圧電振動片３０とワイヤ２８が平面視して重なるのを防止できるので、圧電デバイス１０ｂを低背化できる。

また図７は圧電デバイスの変形例を示しており、図７（Ａ）は概略平面図、図７（Ｂ）は概略断面図である。ＩＣチップ１２の上面には、再配置パッド２４の他に、圧電振動片３０が接合する搭載電極（再配置搭載電極５０）を設けることができる。この再配置搭載電極５０は、絶縁層２２を貫通して設けた前記導通手段２０によって半導体素子１４の能動面１４ａに設けた内部パッド１６と導通している。これにより圧電振動片３０は、前述した実施形態のように、パッド電極４０およびワイヤ２８等を介して内部パッド１６に導通することがなくなり、導通の経路が短くなるので、浮遊容量等が発生するのを防止できる。

そしてＩＣチップ１２は、これの上面の周縁部を構成する１辺に沿った再配置パッド２４を備えており、これらの再配置パッド２４がパッケージベース３４の短辺に沿うようにパッケージ３２に搭載されている。パッド電極４０は、再配置パッド２４に対向して設けてあり、これらにワイヤ２８を接合して導通させている。また圧電振動片３０は、再配置搭載電極５０の上に塗布した導電性接着剤４６によって固着されるが、このとき先端部をワイヤ２８とは反対側に向けて配置される。このため圧電振動片３０とワイヤ２８が平面視して重なることがなく、圧電デバイス１０ｃを低背化できる。

またＩＣチップ１２には、発振周波数を調整する素子（周波数調整素子）を設けることもできる。図８は周波数調整素子の説明図である。ここで図８（Ａ）は周波数調整素子であるコンデンサの説明図、図８（Ｂ）は周波数調整素子であるコイルの説明図、図８（Ｃ）は再配置配線に周波数調整素子を接続した一形態を示す図である。

図８（Ａ）に例示する周波数調整素子６０は、櫛歯状に形成した２つの電極６４を対向させて、互いの櫛歯を噛み合わせて形成したコンデンサ６２である。このような形態にすると、前記能動面１４ａにコンデンサ６２を形成することができる。

また図８（Ｂ）に例示する周波数調整素子６０は、電極６８を渦巻き型に形成したコイル６６である。このコイル６６の一端は、前記再配置配線１８を介して前記内部パッド１６に導通し、他方の電極６８は、内部パッド１６を介して前記導通手段２０に導通する。このような形態にすると、前記能動面１４ａにコイル６６を形成することができる。

そして図８（Ｃ）は、図８（Ａ）に示すコンデンサ６２を能動面１４ａに設けて内部パッド１６に導通させた形態を示している。これによりコンデンサ６２の一方の電極６４は、再配置配線１８を介して内部パッド１６に導通し、他方の電極６４は、再配置配線１８および内部パッド１６を介して前記導通手段２０に導通する。

なお実施形態よっては、周波数調整素子６０であるコンデンサは、能動面１４ａのみに設けた電極を用いるばかりでなく、積層方向に対向させて設けた電極を用いてもよい。このようなコンデンサは、絶縁層２２を２層構造としておき、各絶縁層２２の間にコンデンサの一方の電極を配置すると共に、能動面１４ａにコンデンサの他方の電極を配置して、各電極を対向させることにより形成すればよい。この場合、絶縁層２２の間に設けた電極は、導通手段２０を介して内部パッド１６と再配置パッド２４に接続していればよい。また能動面１４ａに設けた電極は、各絶縁層２２を貫通した導通手段２０を介して再配置パッド２４に接続していればよい。

このような圧電デバイス１０は、特に、薄型化が要求されている電子機器に搭載するのに好適となる。したがって圧電デバイス１０は、例えば、携帯電話やパーソナルコンピュータ、携帯情報端末等の、制御用のクロック信号を必要とする電子機器等に搭載することができる。ここで圧電デバイス１０がディジタル式携帯電話に搭載された場合、圧電デバイス１０が前述したような圧電発振器を構成していれば、例えば送受信信号の送信部および受信部を制御する中央演算装置（ＣＰＵ）に接続される。そして圧電デバイス１０の出力周波数を前記ＣＰＵに内蔵された所定の分周回路等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようになっている。また圧電デバイス１０に前記温度補償回路を搭載して温度補償型圧電発振器とした場合、温度補償型圧電発振器は、例えば前記ＣＰＵの出力側に接続されるとともに、前記送信部および前記受信部に接続される。そして環境温度が変化して前記ＣＰＵからの基本クロックが変動しても、温度補償型圧電発振器により修正されて、前記送信部および前記受信部に与えられるようになっている。

圧電デバイスの平面図である。 圧電デバイスの断面図である。 ＩＣチップの概略断面図である。 ＩＣチップにおける半導体素子の能動面と絶縁層の表面との平面図である。 第１変形例に係る圧電デバイスの説明図である。 第２変形例に係る圧電デバイスの説明図である。 第３変形例に係る圧電デバイスの説明図である。 周波数調整素子の説明図である。

符号の説明

１０………圧電デバイス、１２………ＩＣチップ、１４………半導体素子、１４ａ………能動面、１６…パッド、１８………再配置配線、２０………導通手段、２２………絶縁層、２４………再配置パッド、２８………ワイヤ、３０………圧電振動片、３２………パッ
ケージ、３４………パッケージベース、４０………パッド電極、４２………搭載電極、５０………再配置搭載電極、６０………周波数調整素子。

Claims (5)

1. 平面視して圧電振動片の少なくとも一部がＩＣチップの一部と重なるように配置された圧電デバイスであって、
   前記ＩＣチップは、
   能動面の平面視して前記圧電振動片と重なる領域に形成された内部パッドと、
   前記能動面上に形成された絶縁層と、
   前記絶縁層上の平面視して前記圧電振動片と重ならない領域に形成され、ワイヤの一端が接続される再配置パッドと、
   前記内部パッドと前記再配置パッドとを電気的に接続する配線であって、前記絶縁層と前記能動面との間に形成された再配置配線、および前記絶縁層の貫通導通手段を有する配線と、
   を備えたことを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記再配置パッドは、前記ＩＣチップの周縁部のうちいずれか１つの辺に隣接して設けたことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記絶縁層上に搭載電極を設け、前記搭載電極上に前記圧電振動片を実装したことを特徴とする請求項１または２に記載の圧電デバイス。
4. 前記再配置配線に発振周波数を調整する周波数調整素子が接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電デバイス。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電デバイスを搭載したことを特徴とする電子機器。

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