JP2010130455A - 圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電発振器の小型化が進んでも測定を容易に行え、外部接続用電極端子と圧電振動素子測定用パッドとの短絡を防ぐことができる構造の圧電発振器の提供。
【解決手段】圧電発振器１００は、基板部と第１の枠部と第２の枠部によって基板部の一方の主面に凹部空間１１１が設けられ、基板部の他方の主面に外部接続用電極端子を有する容器体１１０と、凹部空間内に搭載される圧電振動素子１２０と集積回路素子１３０と、凹部空間１１１を気密封止する蓋体１４０と、外部接続用電極端子に設けられているバンプと、凹部空間１１１が形成された容器体１１０の外側面であって、対向する２面に圧電振動素子測定用パッド１１７と、を設けて構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器等に用いられる圧電発振器に関する。

図５は、従来の圧電発振器を示す分解斜視図である。図６は、図５のＢ−Ｂ断面図である。図５及び図６に示すように、従来の圧電発振器２００は、凹部空間２１１を有する容器体２１０と圧電振動素子２２０と集積回路素子２３０と蓋体２４０とから主に構成されている。
前記容器体２１０は、基板部２１０ａと第１の枠部２１０ｂと第２の枠部２１０ｃで構成されている。
この容器体２０１は、基板部２１０ａの一方の主面に第１の枠部２１０ｂ、第２の枠部２１０ｃの順に設けられて凹部空間２１１が形成される。また、前記凹部空間２１１内には前記凹部空間２１１内底面より高い位置に搭載部２１６が形成されている。
前記圧電振動素子２２０は、前記搭載部２１６に形成された圧電振動素子搭載パッド２１３（２１３ａ、２１３ｂ）上に搭載されている。
前記集積回路素子２３０は、前記容器体２１０の凹部空間２１１内底面に形成された集積回路素子搭載パッド２１４上に搭載されている。
前記蓋体２４０は、前記容器体２１０の凹部空間２１１上に載置し、前記容器体２１０の側壁頂部と固着することにより、凹部空間２１１内を気密封止される。
このような圧電発振器２００において、前記容器体２１０の他方の主面の４隅には、外部接続用電極端子２１５である電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子が形成されている構造が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

また、前記容器体２１０の第１の枠部２１０ｂの対向する外側側面に、それぞれ１つずつ圧電振動素子測定用パッド２１７が設けられている。
圧電振動素子２２０の特性を測定する場合は、一対のコンタクトプローブ（図示せず）を一方向から並列させて圧電振動素子測定用パッド２１７に接触させることによって、圧電振動素子２２０のＣＩ（クリスタルインピーダンス）値、周波数等の特性を測定する（例えば、特許文献２を参照）。
また、コンタクトプローブは、例えば、導電性ゴムのようなもので形成されており、２０〜３０μｍ程度の太さの金属細線が一定の間隔でゴムの厚さ方向に埋め込まれたもので、ゴムの上面と下面との間は金属細線を介して電気的に接続されるが、隣接する金属細線間には絶縁性のゴムが介在しているため電気的に絶縁されており、ゴムの上下への導電はするが、横方向には絶縁を維持する異方導電性シートなどを用いる。
また、このような圧電発振器２００は、容器体２１０の外部接続用電極端子２１５と電子機器等のマザーボードに設けられた圧電発振器搭載パッド（図示せず）とを半田等の導電性接合材（図示せず）で接合することで表面実装される。

特開２００２―１１１４３５号公報 特開２００４−２１４７９９号公報

しかし、従来の圧電発振器２００では、小型化が進むと、容器体２１０の第１の枠部２１０ｂの対向する外側側面に設けられている圧電振動素子測定用パッド２１７の形成面積も小さくなってしまう。これにより圧電振動素子測定用パッド２１７に接触されるコンタクトプローブ同士が接触してしまったり、圧電振動素子測定用パッド２１７に正しく接触することができないといった課題があった。

また、圧電振動素子測定用パッド２１７を大きく形成する場合、マザーボード上にこの圧電発振器２００を搭載する際に、圧電発振器２００の自重で導電性接合材がつぶれて溢れ出し、外部接続用電極端子２１５と圧電振動素子測定用パッド２１７との間に溢れ出した導電性接合材が付着して短絡してしまうといった課題があった。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、圧電発振器の小型化が進んでも測定を容易に行え、外部接続用電極端子と圧電振動素子測定用パッドとの短絡を防ぐことができる構造の圧電発振器を提供することを課題とする。

本発明の圧電発振器は、基板部と第１の枠部と第２の枠部によって基板部の一方の主面に凹部空間が設けられ、基板部の他方の主面に外部接続用電極端子を有する容器体と、凹部空間内に搭載される圧電振動素子と集積回路素子と、凹部空間を気密封止する蓋体と、外部接続用電極端子に設けられているバンプと、凹部空間が形成された容器体の外側面であって、対向する２面に圧電振動素子測定用端子と、を設けて構成されていることを特徴とするものである。

また、外部接続用電極端子は、基板部の他方の主面の縁から間隔を空けて４隅に設けられていることを特徴とするものである。

本発明の圧電発振器によれば、圧電発振器の小型化が進んだ場合でも、凹部空間が形成された前記容器体の外側面であって、対向する２面に圧電振動素子測定用端子を設けることにより、圧電振動素子測定用パッドの面積を確保することができ、コンタクトプローブ同士が接触することなく、コンタクトプローブの接触不良を防止することができる。よって、圧電振動素子の特性を正確に測定することが可能となる。

また、凹部空間が形成された前記容器体の外側面であって、対向する外側面に圧電振動素子測定用端子を設け、容器体の他方の主面に設けられた外部接続用電極端子にバンプを設けることにより、マザーボード上にこの圧電発振器を搭載する際に、バンプによって、容器体とマザーボードの間に空隙が形成されるため、圧電発振器の自重で導電性接合材がつぶれても、圧電振動素子測定用パッドに導電性接合材が付着することがなくなる。つまり、外部接続用電極端子と圧電振動素子測定用パッドとの短絡を防止することができる。

また、前記外部接続用電極端子は、前記基板部の他方の主面の縁から間隔を空けて４隅に設けられていることにより、外部接続用電極端子と圧電振動素子測定用パッドとの間に間隔が設けられるため、導電性接合材が付着することを防止することができる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、圧電振動素子に水晶を用いた場合について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る圧電発振器を示す分解斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、本発明の実施形態を係る圧電発振器の他方の主面から見た斜視図である。図４は、本発明の実施形態を係る圧電発振器の他方の主面から見た平面図である。尚、図示した寸法を一部誇張して示している。

図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る圧電発振器１００は、容器体１１０と圧電振動素子１２０と集積回路素子１３０、蓋体１４０で主に構成されている。この圧電発振器１００は、容器体１１０に形成されている凹部空間１１１内に圧電振動素子１２０と集積回路素子１３０が搭載され、蓋体１４０により凹部空間１１１が気密封止された構造となっている。

圧電振動素子１２０は、図１及び図２に示すように、水晶素板１２１に励振用電極１２２を被着形成したものであり、外部からの交番電圧が励振用電極１２２を介して水晶素板１２１に印加されると、所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。
水晶素板１２１は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し外形加工を施された概略平板状で平面形状が例えば四角形となっている。 励振用電極１２２は、前記水晶素板１２１の表裏両主面に金属を所定のパターンで被着・形成したものである。
このような圧電振動素子１２０は、その両主面に被着されている励振用電極１２２から延出する引き出し電極と凹部空間１１１内の搭載部１１６に形成されている圧電振動素子搭載パッド１１３とを、導電性接着剤１５０を介して電気的且つ機械的に接続することによって凹部空間１１１に搭載される。このときの引き出し電極が設けられた一辺とは反対側の自由端となる端辺を圧電振動素子１２０の先端部１２３とする。

集積回路素子１３０は、図１及び図２に示すように、回路形成面に前記圧電振動素子１２０からの発振出力を生成する発振回路等が設けられており、この発振回路で生成された出力信号は外部接続用電極端子１１５を介して圧電発振器１００の外へ出力され、例えば、クロック信号等の基準信号として利用される。
また、集積回路素子１３０には、可変容量素子に周囲温度に応じた制御電圧を印加して温度変化による発振回路の発振周波数の変動を補償するため、３次関数発生回路及び記憶素子部により温度補償回路部が設けられており、３次関数発生回路には、温度センサが接続されている。
この温度センサは、検出した温度と、温度センサに印加させる電圧値とに基づいて生成される温度データ信号（電圧値）が３次関数発生回路に出力される構成となっている。
集積回路素子１３０は、容器体１１０の凹部空間１１１内に露出した基板部１１０ａに形成された集積回路素子搭載パッド１１４に半田等の導電性接合材（図示せず）を介して搭載されている。

図１及び図２に示すように、容器体１１０は、基板部１１０ａ、第１の枠部１１０ｂ、第２の枠部１１０ｃとで主に構成されている。
容器体１１０は、基板部１１０ａの一方の主面に第１の枠部１１０ｂと第２の枠部１１０ｂが設けられて、凹部空間１１１が形成されている。この容器体１１０は、例えば基板部１１０ａの上に第１の枠部１１０ｂ、第２の枠部１１０ｃの順に積層されており、前記第２の枠部１１０ｃが、前記第１の枠部１１０ｂの開口の幅よりも狭くなるように形成されている。これにより、第１の枠部１１０ｂと第２の枠部１１０ｃによって、搭載部１１６が形成される。つまり、搭載部１１６は、前記第１の枠部１１０ｂの前記第１の凹部空間内側壁部と、第２の枠部１１０ｃの主面によって形成される。
また、搭載部１１６の主面には、圧電振動素子搭載パッド１１３（１１３ａ、１１３ｂ）が設けられている。
尚、この容器体１１０を構成する基板部１１０ａ、第１の枠部１１０ｂ、第２の枠部１１０ｃは、例えばアルミナセラミックス、ガラス−セラミック等のセラミック材料を複数積層することよって形成されている。また、基板部１１０ａは、セラミック材が積層した構造となっている。
この容器体１１０の第２の枠部１１０ｃの主面には、環状の封止用導体パターン１１２が設けられている。
凹部空間１１１内で露出した基板部１１０ａの一方の主面には、集積回路素子搭載パッド１１４が設けられている。
基板部１１０ａの内層には、配線パターン（図示せず）等が設けられている。
容器体１１０の基板部１１０ａの他方の主面には、外部接続用電極端子１１５が設けられている。
また、この外部接続用電極端子１１５には、それぞれバンプＢＰが設けられている。
容器体１１０の外側面であって、対向する２面に圧電振動素子測定用パッド１１７が設けられている。容器体１１０の外側面とは、基板部１１０ａ、第１の枠部１１０ｂ、第２の枠部１１０ｃの凹部空間内側を向く面とは反対側の面である。
尚、圧電振動素子測定用パッド１１７は、第２の枠部１１０ｃの封止用導体パターン１１２に接触しないように、第２の枠部１１０ｃの外側面に設けても構わない。

外部接続用電極端子１１５は、例えば電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子として用いられる。
図４に示すように、外部接続用電極端子１１５は、基板部１１０ａの他方の主面の縁から間隔ｄを空けて４隅に設けられている。この他方の主面の縁から間隔ｄは、例えば５０μｍ以上である。
これにより、外部接続用電極端子１１５と圧電振動素子測定用パッド１１７と間に間隔ｄが設けられるため、圧電発振器１００をマザーボード（図示せず）上に搭載する際に、導電性接合材（図示せず）が付着することをさらに防止することができる。

図２及び図３に示すように、バンプＢＰは、容器体１１０の他方の主面方向に延びるように、外部接続用電極端子１１５に設けられている。
バンプＢＰは、例えば金や銅等から構成されており、厚みｔは、例えば５０μｍ〜２００μｍになるように設けられている。
バンプＢＰの厚みｔが５０μｍ未満の場合には、導電性接合材（図示せず）が潰れてしまう。溢れ出た導電性接合材（図示せず）が外部接続用電極端子１１５と圧電振動素子測定用パッドに付着することで短絡してしまう。また、バンプＢＰの厚みｔが２００μｍ以上の場合には、導電性接合材（図示せず）がバンプＢＰのみに付着してしまうため、接続強度が落ちてしまう。
また、図４に示すように、バンプＢＰの半径Ｒは、例えば５０μｍ〜２００μｍになるように設けられている。
これにより、圧電発振器１００をマザーボード（図示せず）上に搭載する際に、バンプＢＰによって、容器体１１０とマザーボード（図示せず）の間に空隙が形成されるため、圧電発振器１００の自重で導電性接合材（図示せず）がつぶれても、圧電振動素子測定用パッド１１７に導電性接合材（図示せず）が付着することがなくなる。

２個一対の圧電振動素子測定用パッド１１７は、凹部空間１１１が形成された前記容器体１１０の外側面であって、対向する２面に設けられている。つまり、容器体１１０の基板部１１０ａ、第１の枠部１１０ｂ、第２の枠部１１０ｃの対向する外側面に設けられている。
尚、この外側面内にあれば、容器体１１０の最下層まで圧電振動素子測定用パッド１１７を設けることができるので、測定するのに十分な面積を確保することができる。
前記圧電振動素子測定用パッド１１７は、容器体１１０の凹部空間１１１内に搭載されている圧電振動素子１２０の発振周波数やＣＩ（クリスタルインピーダンス）等の特性を測定するために用いられる。

蓋体１４０は、容器体１１０の第２の枠部１１０ｃの主面に設けられた封止用導体パターン１１２上に凹部空間１１１の開口部を覆うように配置接合される。この蓋体１４０には、前記封止用導体パターン１１２に相対する箇所に封止部材１４１が設けられている。
また、このような封止部材１４１は、前記封止用導体パターン１１２表面の凹凸を緩和し、気密性の低下を防ぐことが可能となる。

蓋体１４０は、従来周知の金属加工法を採用し、Ｆｅ−Ｎｉ合金（４２アロイ）やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（コバール）などからなる金属を所定形状に整形することによって製作される。蓋体１４０の表面には、ニッケル（Ｎｉ）層が形成され、更にニッケル（Ｎｉ）層の表面に少なくとも封止用導体パターン１１２に相対する箇所に封止部材１４１である金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層が形成される。金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層の厚みは、１０μｍ〜４０μｍである。例えば、成分比率が、金が８０％、錫が２０％のものが使用されている。

前記導電性接着剤１５０は、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、のうちのいずれかまたはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。

尚、前記容器体１１０は、アルミナセラミックスから成る場合、所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面に、封止用導体パターン１１２、圧電振動素子搭載パッド１１３、集積回路素子搭載パッド１１４、外部接続用電極端子１１５等となる導体ペーストを、また、セラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内にビア導体となる導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷によって塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することにより製作される。

本発明の実施形態に係る圧電発振器によれば、容器体１１０の基板部１１０ａ及び第１の枠部１１０ｂの対向する外側側面に、それぞれ１つずつ圧電振動素子測定用パッド１１７を設けることにより、圧電振動素子測定用パッド１１７の面積を確保することができ、コンタクトプローブ同士が接触することなく、コンタクトプローブの接触不良を防止することができる。よって、圧電振動素子１２０の特性を正確に測定することが可能となる。
また、凹部空間１１１が形成された前記容器体１１０の外側面であって、対向する外側面に圧電振動素子測定用端子１１７を設け、容器体１１０の他方の主面に設けられた外部接続用電極端子１１５にバンプＢＰを設けることにより、マザーボード（図示せず）上にこの圧電発振器１００を搭載する際に、バンプＢＰによって、容器体１１０とマザーボード（図示せず）の間に空隙が形成されるため、圧電発振器１００の自重で導電性接合材（図示せず）がつぶれても、圧電振動素子測定用パッド１１７に導電性接合材（図示せず）が付着することがなくなる。つまり、外部接続用電極端子１１５と圧電振動素子測定用パッド１１７との短絡を防止することができる。
また、外部接続用電極端子１１５と圧電振動素子測定用パッド１１７との間に間隔ｄが設けられるため、圧電発振器１００をマザーボード（図示せず）上に搭載する際に、導電性接合材（図示せず）が付着することをさらに防止することができる。

尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
尚、前記実施形態では、圧電振動素子を構成する圧電素材として水晶を用いた水晶振動素子を説明したが、他の圧電素材として、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたは、圧電セラミックスを圧電素材とした圧電振動素子でも構わない。
また、前記実施形態では、外部接続用電極端子１１５にバンプＢＰをそれぞれ１つずつ設けた場合について説明したが、外部接続用電極端子１１５にバンプＢＰを複数設けても構わない。

本発明の実施形態に係る圧電発振器の一例を示す分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施形態を示す圧電発振器を他方の主面からみた斜視図である。 本発明の実施形態を示す圧電発振器を他方の主面からみた平面図である。 従来の圧電発振器を示す分解斜視図である。 図５のＢ−Ｂ断面図である。

符号の説明

１１０・・・容器体
１１０ａ・・・基板部
１１０ｂ・・・第１の枠部
１１０ｃ・・・第２の枠部
１１１・・・凹部空間
１１２・・・封止用導体パターン
１１３、１１３ａ、１１３ｂ・・・圧電振動素子搭載パッド
１１４・・・集積回路素子搭載パッド
１１５・・・外部接続用電極端子
１１６・・・搭載部
１１７・・・圧電振動素子測定用パッド
１２０・・・圧電振動素子（水晶振動素子）
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・先端部
１３０・・・集積回路素子
１４０・・・蓋体
１４１・・・封止部材
１５０・・・導電性接着剤
１００・・・圧電発振器
ＢＰ・・・バンプ

Claims (2)

1. 基板部と第１の枠部と第２の枠部によって前記基板部の一方の主面に凹部空間が設けられ、前記基板部の他方の主面に外部接続用電極端子を有する容器体と、
   前記凹部空間内に搭載される圧電振動素子と集積回路素子と、
   前記凹部空間を気密封止する蓋体と、
   前記外部接続用電極端子に設けられているバンプと、
   前記凹部空間が形成された前記容器体の外側面であって、対向する２面に圧電振動素子測定用端子と、を設けて構成されていることを特徴とする圧電発振器。
2. 前記外部接続用電極端子は、前記基板部の他方の主面の縁から間隔を空けて４隅に設けられていることを特徴とする請求項１記載の圧電発振器。

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