JP2010050778A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】更なる薄型化が図られた圧電デバイスの提供。
【解決手段】水晶発振器１は、水晶振動片１１と、水晶振動片１１を収容する第１凹部１２と第１凹部１２を塞ぐリッド１３と第１凹部１２の裏面に形成された第２凹部１４とを有し、外面に外部端子１６（１６ａ，１６ｂ）が形成されたパッケージ１５と、を有する水晶振動子１０と、水晶振動子１０の第１凹部１２側に配置され、接続端子２３が形成された回路基板２０と、水晶振動子１０の第２凹部１４に搭載され、外部端子１６ｂに接続されたＩＣチップ３０と、外部端子１６ａと接続端子２３とを接続する金属ワイヤ４０とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電振動子と回路基板とを含んで構成されている圧電デバイスに関する。

情報機器、移動体通信機器などの様々な電子機器に用いられる水晶発振器などに代表される圧電デバイスにおいては、情報機器、移動体通信機器などの小型薄型化に対応するために、市場から更なる小型薄型化が要求されている。
これに関して、圧電振動子と、この圧電振動子と重ねて配置された回路素子と、この回路素子を一方の面に搭載し、他方の面に実装用外部端子を備えた配線基板と、この配線基板の一方の面に搭載され、圧電振動子と配線基板とを接続する接続部材などとを備えた圧電デバイスの構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１０４１５１号公報

上記圧電デバイスの構成は、配線基板（以下、回路基板という）の一方の面に回路素子を搭載し、更にその上に圧電振動子を搭載している。そして、回路素子は、配線部材を用いてワイヤボンディング実装などにより回路基板と接続されている。これにより、上記圧電デバイスの構成は、回路素子及び配線部材と圧電振動子との間に、両者が干渉しないように十分な空隙を設ける必要がある。
このことから、上記圧電デバイスの構成は、更なる薄型化を図ることが困難であるという問題がある。

本発明は、上記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］本適用例にかかる圧電デバイスは、圧電振動片と、前記圧電振動片を収容する第１凹部と前記第１凹部を塞ぐ蓋体部と前記第１凹部の裏面に形成された第２凹部とを有し、外面に外部端子が形成されたパッケージと、を有する圧電振動子と、前記圧電振動子の前記第１凹部側に配置され、接続端子が形成された回路基板と、前記圧電振動子の前記第２凹部に搭載され、前記外部端子に接続された回路素子と、前記外部端子及び前記接続端子を互いに接続する接続部材と、を備えたことを特徴とする。

これによれば、圧電デバイスは、圧電振動子と、圧電振動子の第１凹部側に蓋体部と対向して配置された回路基板と、圧電振動子の第２凹部に搭載された回路素子と、圧電振動子の外部端子と回路基板の接続端子とを接続する接続部材とを備えている。
このことから、圧電デバイスは、回路素子が圧電振動子の第２凹部に搭載されていることで、回路素子と圧電振動子との間に両者の干渉を防ぐ従来のような空隙が必要なくなるとともに、回路素子と圧電振動子とを重ねた厚みを従来より薄くすることが可能である。
これにより、圧電デバイスは、従来より更なる薄型化を図ることができる。

［適用例２］上記適用例にかかる圧電デバイスにおいて、前記回路基板に、前記蓋体部が収まる貫通孔または窪みが形成されていることが好ましい。

これによれば、圧電デバイスは、回路基板に、蓋体部が収まる貫通孔または窪みが形成されていることから、例えば、パッケージの蓋体部の搭載面を回路基板で支持することで、蓋体部の厚み分だけ更に厚みを薄くすることができ、従来より更なる薄型化を図ることができる。

［適用例３］上記適用例にかかる圧電デバイスにおいて、前記回路素子が、能動面を前記第２凹部の底面に対向して搭載され、前記外部端子に接続されていることが好ましい。

これによれば、圧電デバイスは、回路素子が、能動面を第２凹部の底面に対向して搭載されていることから、回路素子をフリップチップ実装によって外部端子に接続することができる。このことから、圧電デバイスは、例えば、回路素子がワイヤボンディング実装によって金属ワイヤを介して外部端子に接続されている場合と比較して、金属ワイヤの略ループ高さ分、総厚を薄くすることができる。
このことから、圧電デバイスは、従来より更なる薄型化を図ることができる。

［適用例４］上記適用例にかかる圧電デバイスにおいて、前記各構成要素の少なくとも一部が被覆部材によって被覆されていることが好ましい。

これによれば、圧電デバイスは、各構成要素の少なくとも一部が被覆部材によって被覆されていることから、外部環境の変化の影響を低減でき、信頼性が向上する。

［適用例５］上記適用例にかかる圧電デバイスにおいて、前記接続部材が金属ワイヤであることが好ましい。

これによれば、圧電デバイスは、接続部材が金属ワイヤであることから、十分な実績を有するワイヤボンディング実装を用いることができ、接続の信頼性が向上する。

［適用例６］上記適用例にかかる圧電デバイスにおいて、前記回路素子が、前記金属ワイヤによって前記外部端子に接続されていることが好ましい。

これによれば、圧電デバイスは、回路素子が、金属ワイヤによって外部端子に接続されていることから、上記適用例５と組み合わせることで、十分な実績を有するワイヤボンディング実装を各接続に用いることができ、各接続の信頼性が向上する。

［適用例７］上記適用例にかかる圧電デバイスにおいて、前記外部端子の一部が、前記パッケージの前記外面の一部である前記蓋体部の搭載面に設けられ、前記外部端子と前記接続端子とが前記接続部材としての導電性ペーストにより接続されていることが好ましい。

これによれば、圧電デバイスは、外部端子の一部が、パッケージの蓋体部の搭載面に設けられ、外部端子と接続端子とが導電性ペーストにより接続されていることから、平面視における接続スペースを圧電振動子と回路基板とが重なる領域に設けることができる。
このことから、圧電デバイスは、金属ワイヤを用いて接続する構成と比較して、圧電振動子の外形から回路基板の外形までの寸法を短縮することができ、平面サイズを小型化できる。

以下、圧電デバイスの実施形態について図面を参照して説明する。
（実施形態）
図１は、本実施形態の圧電デバイスの一例としての水晶発振器の概略構成を示す模式図である。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。
なお、図１の平面図では、理解を容易にするために被覆部材を省略してある。

図１に示すように、水晶発振器１は、圧電振動子としての水晶振動子１０、回路基板２０、回路素子としてのＩＣ（Integrated Circuit）チップ３０、接続部材としての金属ワイヤ４０、被覆部材としてのモールド５０などから構成されている。

水晶振動子１０は、圧電振動片としての水晶振動片１１と、水晶振動片１１を収容する第１凹部１２と第１凹部１２を塞ぐ蓋体部としてのリッド１３と第１凹部１２の裏面１２ａに形成された第２凹部１４とを有し、外面（外側に露出している面）に外部端子１６が形成されたパッケージ１５とを有する。なお、水晶振動子１０は、略矩形に形成されている。

パッケージ１５のベース部分は、セラミックグリーンシートを積層して焼成することにより形成されている。パッケージ１５の第１凹部１２の底面１２ｂには、内部電極１７が形成されており、導電性接着剤１８により、水晶振動片１１が接着固定されている。
水晶振動片１１は、発振周波数に応じた所定の厚みに研磨された水晶ウエハから形成されている。なお、本実施形態では、水晶振動片１１をＡＴカット水晶振動片としている。

リッド１３は、コバールなどの金属からなり、パッケージ１５の第１凹部１２の蓋体部の搭載面としての外周部端面１９にシーム溶接され、第１凹部１２内が気密に封止されている。なお、パッケージ１５の第１凹部１２の内部は、真空状態または窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが封入されている。
なお、パッケージ１５は、平面視において、外周部端面１９の輪郭が、リッド１３の輪郭より外側にあるように形成されている。

外部端子１６は、パッケージ１５の外面としての第１凹部１２の裏面１２ａに形成されている外部端子１６ａと、同じくパッケージ１５の外面としての第２凹部１４の底面１４ｂに形成されている外部端子１６ｂとから構成されている。
なお、外部端子１６ａ及び外部端子１６ｂの一部は、図示しない内部配線により互いに接続されている。また、外部端子１６ｂの一部は、図示しない内部配線により内部電極１７に接続されている。

回路基板２０は、ガラエポ基板などを用いて略矩形に形成され、水晶振動子１０の第１凹部１２側に、パッケージ１５と対向して配置されている。
回路基板２０には、平面視においてリッド１３の輪郭より大きく、外周部端面１９の輪郭より小さい形状で、リッド１３が収まる貫通孔２１が形成されている。これにより、水晶振動子１０は、パッケージ１５の外周部端面１９が回路基板２０に支持されている。なお、回路基板２０と水晶振動子１０とは図示しない接着剤などで固定されている。
回路基板２０の水晶振動子１０を支持している一方の面２２には、接続端子２３が形成され、一方の面２２の反対側の他方の面２４には、外部機器に接続される外部接続端子２５が形成されている。なお、接続端子２３と外部接続端子２５とは、図示しない内部配線などで互いに接続されている。

ＩＣチップ３０は、水晶振動片１１を励振し、発振信号をインバータなどにより増幅して出力する発振回路及び水晶振動子１０の周波数の温度特性を補償する温度特性補償回路などを有する。
ＩＣチップ３０は、水晶振動子１０の第２凹部１４に能動面（上記回路などが形成されている面）３４を底面１４ｂに対向して搭載され、フリップチップ実装などによりパッド３１が金バンプなどのバンプ３２を介して外部端子１６ｂと電気的に接続されている。
なお、ＩＣチップ３０の水晶振動子１０の第２凹部１４への固定強度を補強するために、第２凹部１４内に樹脂などからなるアンダーフィル材３３を充填してもよい。

金属ワイヤ４０は、金線などが用いられワイヤボンディング実装などにより、水晶振動子１０の外部端子１６ａと回路基板２０の接続端子２３とを接続している。
回路基板２０の一方の面２２上に配置された上記の各構成要素は、樹脂などからなるモールド５０によって、回路基板２０の一方の面２２を含めて被覆されている。

ここで、水晶発振器１の製造方法の一例について概略を説明する。
まず、回路基板２０が、例えば升目状に複数個形成された大判のマザー基板を用意する。
ついで、水晶振動子１０の第１凹部１２側をマザー基板に対向させて回路基板２０の貫通孔２１にリッド１３が収まるように位置合わせしてマザー基板に搭載し、接着剤などで固定する。
ついで、ＩＣチップ３０を水晶振動子１０の第２凹部１４の底面１４ｂにフリップチップ実装し、パッド３１と外部端子１６ｂとをバンプ３２を介して接続する。

ついで、水晶振動子１０の外部端子１６ａと回路基板２０の接続端子２３とを、ワイヤボンディング実装により金属ワイヤ４０で接続する。
ついで、ディスペンサなどを用いてマザー基板上にモールド５０を塗布し、各構成要素を被覆して、加熱硬化後個片に切断する。
以上の工程により、図１に示す水晶発振器１が得られる。
なお、ＩＣチップ３０の第２凹部１４への実装は、水晶振動子１０をマザー基板へ搭載する前に予め行ってもよい。

上述したように、本実施形態の水晶発振器１は、水晶振動子１０と、水晶振動子１０の第１凹部１２側にリッド１３と対向して配置された回路基板２０と、水晶振動子１０の第２凹部１４に搭載されたＩＣチップ３０と、水晶振動子１０の外部端子１６ａと回路基板２０の接続端子２３とを接続する金属ワイヤ４０とを備えている。
このことから、水晶発振器１は、ＩＣチップ３０が水晶振動子１０の第２凹部１４に搭載されていることで、ＩＣチップ３０と水晶振動子１０との間に両者の干渉を防ぐ従来のような空隙が必要なくなるとともに、ＩＣチップ３０と水晶振動子１０とを重ねた厚みを従来より薄くすることが可能である。
これにより、水晶発振器１は、従来より更なる薄型化を図ることができる。

また、回路基板２０には、水晶振動子１０に、リッド１３が収まる貫通孔２１が形成されていることから、パッケージ１５の外周部端面１９を回路基板２０の一方の面２２で支持することで、リッド１３の厚みを回路基板２０の厚みで相殺することができる。
これにより、水晶発振器１は、更に厚みを薄くすることができ、従来より更なる薄型化を図ることができる。

また、水晶発振器１は、ＩＣチップ３０が、フリップチップ実装によって外部端子１６ｂに接続されていることから、例えば、ＩＣチップ３０が、ワイヤボンディング実装によって金属ワイヤを介して外部端子１６ｂに接続されている場合と比較して、金属ワイヤの略ループ高さ分、総厚を薄くすることができる。
このことから、水晶発振器１は、従来より更なる薄型化を図ることができる。

また、水晶発振器１は、回路基板２０上の各構成要素がモールド５０によって被覆されていることから、外部環境の変化の影響を低減でき、信頼性が向上する。

また、水晶発振器１は、水晶振動子１０の外部端子１６ａと回路基板２０の接続端子２３とが金属ワイヤ４０で接続されていることから、十分な実績を有するワイヤボンディング実装を用いることができ、接続の信頼性が向上する。

また、水晶発振器１は、ＩＣチップ３０の水晶振動子１０の第２凹部１４への固定強度を補強するために、第２凹部１４内に樹脂などからなるアンダーフィル材３３が充填されている。この際、水晶発振器１は、ＩＣチップ３０が水晶振動子１０の第２凹部１４へ実装されていることから、アンダーフィル材３３が第２凹部１４内に留まり、外部端子１６ａまで流出しにくい。このことから、水晶発振器１は、アンダーフィル材３３の流出による外部端子１６ａと金属ワイヤ４０との接続不良が低減できる。
また、水晶発振器１は、回路基板２０上の各構成要素がモールド５０によって被覆されているが、リッド１３については、貫通孔２１内に収まりモールド５０によって被覆されていない。これにより、水晶発振器１は、従来のように、モールド５０を掻きとってリッド１３を露出させることなく、リッドのマーキングが視認できる。

なお、回路基板２０の貫通孔２１の領域は、リッド１３と干渉しない深さの窪みにしてもよく、貫通孔２１をなくしてリッド１３を一方の面２２で支持する構成としてもよい。これによれば、水晶発振器１は、回路基板２０の強度が向上する。

ここで、上記実施形態の変形例について図面を参照して説明する。
（変形例１）
図２は、変形例１の水晶発振器の概略構成を示す模式図である。図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。
なお、図２の平面図では、理解を容易にするためにモールド５０を省略してある。また、上記実施形態との共通部分には、同一符号を付して説明を省略する。
ここでは、変形例１と上記実施形態との異なる点を中心に説明する。

変形例１の水晶発振器１０１と上記実施形態の水晶発振器１とは、ＩＣチップ３０の実装方法が異なる構成となっている。
図２に示すように、水晶発振器１０１は、ＩＣチップ３０が能動面３４上のパッド３１を水晶発振器１とは逆の方向である第１凹部１２の裏面１２ａ側にした状態で、第２凹部１４に搭載されている。なお、ＩＣチップ３０は、図示しない接着剤などで第２凹部１４の底面１４ｂに固定（ダイアタッチ）されている。

ここで、外部端子１６は、第１凹部１２の裏面１２ａに形成され、回路基板２０の接続端子２３に接続されている外部端子１６ａと、同じく第１凹部１２の裏面１２ａに形成され、図示しない内部配線により内部電極１７に接続されている外部端子１６ｂとから構成されている。

水晶発振器１０１は、ＩＣチップ３０と外部端子１６ａ，１６ｂとがワイヤボンディング実装などを用いて金属ワイヤ４０によって接続されている。これにより、水晶発振器１０１は、ＩＣチップ３０と外部端子１６ａ，１６ｂとの接続と、外部端子１６ａと回路基板２０の接続端子２３との接続とが、ともにワイヤボンディング実装などを用いて金属ワイヤ４０によって接続されている。

上述したように、水晶発振器１０１は、ＩＣチップ３０と外部端子１６ａ，１６ｂとの接続と、外部端子１６ａと接続端子２３との接続とが、ともに金属ワイヤ４０によって接続されている。
これにより、水晶発振器１０１は、十分な実績を有するワイヤボンディング実装を上記の各接続に用いることができることから、各接続の信頼性が向上する。また、水晶発振器１０１は、各接続がワイヤボンディング実装工程のみで行えることから、製造工程の効率化を図ることができる。

また、水晶発振器１０１は、ＩＣチップ３０が、接着剤などで第２凹部１４の底面１４ｂにダイアタッチされている。このことから、水晶発振器１０１は、接着剤などが第２凹部１４内に留まり、外部端子１６ａまで流出しにくい。このことから、水晶発振器１０１は、接着剤などの流出による外部端子１６ａと金属ワイヤ４０との接続不良が低減できる。

なお、変形例１では、ＩＣチップ３０と接続端子２３との段差が大きいことから、一旦ＩＣチップ３０と外部端子１６ａとを接続し、別途、外部端子１６ａと接続端子２３とを接続することで、ＩＣチップ３０と接続端子２３とが外部端子１６ａを経由して接続されている。
しかしながら、これに限定するものではなく、水晶発振器１０１は、ＩＣチップ３０と接続端子２３とが金属ワイヤ４０によって直接接続されていてもよい。
これによれば、水晶発振器１０１は、金属ワイヤ４０の本数が減ることから、ワイヤボンディング実装工程の工数を削減することができる。

（変形例２）
図３は、変形例２の水晶発振器の概略構成を示す模式図である。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図である。
なお、図３の平面図では、理解を容易にするためにモールド５０を省略してある。また、上記実施形態との共通部分には、同一符号を付して説明を省略する。
ここでは、変形例２と上記実施形態との異なる点を中心に説明する。

変形例２の水晶発振器２０１と上記実施形態の水晶発振器１とは、外部端子１６ａと接続端子２３との接続構成が異なっている。
ここで、外部端子１６ａは、パッケージ１５の外面としての第１凹部１２の外周部端面１９に形成されている。
そして、回路基板２０の接続端子２３は、外部端子１６ａと対向する位置に形成されている。
そして、外部端子１６ａと接続端子２３とは、導電性ペーストとしてのクリーム半田などの金属ペースト２４０を介して接続されている。

上述したように、水晶発振器２０１は、外部端子１６ａが、パッケージ１５のリッド１３の搭載面である外周部端面１９に設けられ、外部端子１６ａと接続端子２３とが金属ペースト２４０により接続されている。
これにより、水晶発振器２０１は、平面視における接続スペースを回路基板２０と水晶振動子１０とが重なる領域に設けることができる。このことから、水晶発振器２０１は、金属ワイヤ４０を用いて外部端子１６ａと接続端子２３とを接続する上記実施形態の水晶発振器１と比較して、水晶振動子１０の外形から回路基板２０の外形までの寸法を短縮することができ、平面サイズを小型化できる。

加えて、水晶発振器２０１は、モールド５０の回路基板２０からの高さを設定する際に、上記実施形態の水晶発振器１と比較して、金属ワイヤ４０のループ高さ分を考慮する必要がない。これにより、水晶発振器２０１は、モールド５０の上記高さを、ＩＣチップ３０の裏面（パッド３１が形成されている能動面３４の反対面）３５近くまで低くすることができる。
このことから、水晶発振器２０１は、上記実施形態の水晶発振器１と比較して、更なる薄型化を図ることができる。

なお、上記実施形態、各変形例では、圧電振動子を水晶振動子１０とし、圧電振動片を水晶振動片１１としたが、圧電振動片の材料を水晶に限定するものではなく、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料を用いてもよい。
なお、上記実施形態、各変形例では、被覆部材としてモールド５０を用いたが、モールド５０の代わりにキャップ状の被覆部材を用いてもよい。これによれば、モールド５０と比較して、作業性が向上する。

本実施形態の水晶発振器の概略構成を示す模式図。 変形例１の水晶発振器の概略構成を示す模式図。 変形例２の水晶発振器の概略構成を示す模式図。

符号の説明

１…圧電デバイスとしての水晶発振器、１０…圧電振動子としての水晶振動子、１１…圧電振動片としての水晶振動片、１２…第１凹部、１２ａ…第１凹部の裏面、１３…蓋体部としてのリッド、１４…第２凹部、１５…パッケージ、１６（１６ａ，１６ｂ）…外部端子、２０…回路基板、２３…接続端子、３０…回路素子としてのＩＣチップ、４０…接続部材としての金属ワイヤ。

Claims (7)

1. 圧電振動片と、
   前記圧電振動片を収容する第１凹部と前記第１凹部を塞ぐ蓋体部と前記第１凹部の裏面に形成された第２凹部とを有し、外面に外部端子が形成されたパッケージと、を有する圧電振動子と、
   前記圧電振動子の前記第１凹部側に配置され、接続端子が形成された回路基板と、
   前記圧電振動子の前記第２凹部に搭載され、前記外部端子に接続された回路素子と、
   前記外部端子及び前記接続端子を互いに接続する接続部材と、を備えた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、前記回路基板に、前記蓋体部が収まる貫通孔または窪み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または２に記載の圧電デバイスにおいて、前記回路素子が、能動面を前記第２凹部の底面に対向して搭載され、前記外部端子に接続されていることを特徴とする圧電デバイス。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電デバイスにおいて、前記各構成要素の少なくとも一部が被覆部材によって被覆されていることを特徴とする圧電デバイス。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電デバイスにおいて、前記接続部材が金属ワイヤであることを特徴とする圧電デバイス。
6. 請求項５に記載の圧電デバイスにおいて、前記回路素子が、前記金属ワイヤによって前記外部端子に接続されていることを特徴とする圧電デバイス。
7. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電デバイスにおいて、前記外部端子の一部が、前記パッケージの前記外面の一部である前記蓋体部の搭載面に設けられ、前記外部端子と前記接続端子とが前記接続部材としての導電性ペーストにより接続されていることを特徴とする圧電デバイス。

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