JP2011014951A

JP2011014951A - 圧電発振器

Info

Publication number: JP2011014951A
Application number: JP2009154472A
Authority: JP
Inventors: Akira Miura; 陽三浦
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2011-01-20

Abstract

【課題】発振周波数が変動することを防ぐ圧電発振器を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明の圧電発振器は、一方の主面に第１の凹部空間が設けられ、他方の主面に第２の凹部空間及び第３の凹部空間が設けられている素子搭載部材と、第１の凹部空間内に設けられた圧電振動素子搭載パッドに搭載されている圧電振動素子と、第２の凹部空間内に設けられた集積回路素子搭載パッド及び集積回路素子接続用電極パッドの内、集積回路素子接続用電極パッドに搭載され、ワイヤーボンディングにて集積回路素子搭載パッドと電気的に接合されている集積回路素子と、第３の凹部空間内に設けられた電子部品素子搭載パッドに搭載されている電子部品素子と、圧電振動素子を気密封止する蓋部材と、を備えていることを特徴とするものである。
【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ものである。

図５は、従来の圧電発振器を示す断面図である。図５に示すように、従来の圧電発振器２００は、その例として素子搭載部材２１０、圧電振動素子２２０、蓋部材２３０とから主に構成されている。

素子搭載部材２１０は、基板部２１０ａと第１の枠部２１０ｂと第２の枠部２１０ｃで主に構成されている。
この素子搭載部材２１０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、平面視して並ぶように第１の凹部空間２１１及び第２の凹部空間２１７が形成される。
この枠部２１０ｃの第１凹部空間２１１及び第２の凹部空間２１７を囲繞する開口側頂面の全周には、環状の封止用導体パターン２１２が形成されている。
この素子搭載部材２１０は、基板部２１０ａの一方の主面に第１の凹部空間２１１が形成される。また、前記第１の凹部空間２１１内底面より高い位置に搭載部ＴＢが設けられている。

圧電振動素子２２０は、圧電素板２２１の表裏主面にそれぞれ設けられた励振用電極２２２から一辺に延設された引き出し電極２２３を前記搭載部ＴＢに形成された圧電振動素子搭載パッド２１３に導電性接着剤ＤＳ１で固着することで片持ち固定されている。このときの引き出し電極２２３が設けられた一辺とは反対側の端辺を圧電振動素子２２０の自由端である先端部とする。

集積回路素子２４０は、前記素子搭載部材２１０の第１の凹部空間２１１内に露出した基板部２１０ａの主面に設けられた集積回路素子接続用電極パッドＳＰに導電性接合材ＤＳ２で固定され、ワイヤーボンディングＷＢで第１の凹部空間２１１内に露出した基板部２１０ａの主面に設けられた集積回路素子搭載パッド（図示せず）と接合されている。

電子部品素子２５０は、前記素子搭載部材２１０の第２の凹部空間２１７内に露出した基板部２１０ａの主面に設けられた電子部品素子搭載パッド２１６に導電性接合材ＤＳ２を介して搭載されている。また、電子部品素子２５０は、例えばコンデンサ、抵抗、インダクタ等のチップ部品、ＳＡＷフィルタ等である。

また、基板部２１０ａは、積層構造となっており、基板部２１０ａの内層には、配線パターン（図示せず）等が設けられている。この配線パターンにより圧電振動素子搭載パッド２１３及び集積回路素子搭載パッド（図示せず）は、素子搭載部材２１０の基板部２１０ａの他方の主面に設けられている外部接続用電極端子２１４と接続している。

素子搭載部材２１０の枠部２１０ｃの頂面には金属製の蓋部材２３０が被せられ、蓋部材２３０の封止部材２３１で接合されている。これにより、第１の凹部空間２１１及び第２の凹部空間２１７が気密封止されている（特許文献１参照）。

また、圧電発振器２００の小型化及び圧電発振器２００の発振周波数の高周波化が進んでおり、それに伴い、素子搭載部材２１０に搭載する圧電振動素子２２０の厚みが薄くなってきている。

特開２００６−１５７５１２号公報

しかしながら、従来の圧電発振器２００においては、集積回路素子２４０は、前記素子搭載部材２１０の第１の凹部空間２１１内に露出した基板部２１０ａの主面に導電性接合材ＤＳ２で固定されているが、蓋部材２３０の封止部材２３１を接合する際の熱により、導電性接合材ＤＳ２よりアウトガスが発生する。厚みが薄くなった圧電振動素子２２０の励振用電極２２２に発生したアウトガスが付着すると、アウトガスが足された状況になり、励振用電極２２２がアウトガスの重量の分だけ増量することになり、圧電発振器２００の発振周波数が変動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、発振周波数が変動することを防ぐ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、一方の主面に第１の凹部空間が設けられ、他方の主面に第２の凹部空間及び第３の凹部空間が設けられている素子搭載部材と、第１の凹部空間内に設けられた圧電振動素子搭載パッドに搭載されている圧電振動素子と、第２の凹部空間内に設けられた集積回路素子搭載パッド及び集積回路素子接続用電極パッドの内、集積回路素子接続用電極パッドに搭載され、ワイヤーボンディングにて集積回路素子搭載パッドと電気的に接合されている集積回路素子と、第３の凹部空間内に設けられた電子部品素子搭載パッドに搭載されている電子部品素子と、圧電振動素子を気密封止する蓋部材と、を備え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、集積回路素子は、素子搭載部材の第２の凹部空間内に露出した基板部の主面に導電性接合材で固定されている。よって、蓋部材の封止部材を接合する際の熱を印加し、導電性接合材よりアウトガスが発生しても、圧電振動素子は、第１の凹部空間内に搭載されているので、アウトガスが圧電振動素子の励振用電極に付着することがなくなる。よって、圧電発振器の発振周波数が変動することを防ぐことができる。

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。図１のＢ−Ｂ断面図である。本発明の実施形態に係る圧電発振器の他方の主面から見た一例を示す分解斜視図である。従来の圧電発振器を示す断面図である。

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。また、図示した寸法も一部誇張して示している。

図１は、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２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。図４は、本発明の実施形態に係る圧電発振器の他方の主面から見た一例を示す分解斜視図である。

図１〜図４に示すように、本発明の実施形態に係る圧電発振器１００は、素子搭載部材１１０と圧電振動素子１２０と蓋部材１３０と集積回路素子１４０と電子部品素子１５０とで主に構成されている。
この圧電発振器１００は、素子搭載部材１１０に形成されている第１の凹部空間１１１内に圧電振動素子１２０が搭載され、第２の凹部空間１１７内に集積回路素子１４０が搭載され、第３の凹部空間１１８内に電子部品素子１５０が搭載されている。その第１の凹部空間１１１が蓋体１３０により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〜図４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１２４と後述する第１の凹部空間１１１内底面に形成されている後述する圧電振動素子搭載パッド１１３とを、導電性接着剤ＤＳ１を介して電気的且つ機械的に接続することによって第１の凹部空間１１１に搭載される。このときの引き出し電極１２４が設けられた一辺とは反対側の端辺を圧電振動素子１２０の自由端である先端部１２３とする。

集積回路素子１４０は、図１〜図４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１１４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１４０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。
図３に示すように、集積回路素子１４０は、前記素子搭載部材１１０の第２の凹部空間１１７内に露出した基板部１１０ａの主面に設けられた集積回路素子接続用電極パッドＳＰに導電性接合材ＤＳ２で固定され、ワイヤーボンディングＷＢで第２の凹部空間１１７内に露出した基板部１１０ａの主面に設けられた集積回路素子搭載パッド１１５と電気的に接合されている。

図１及び図２に示すように、電子部品素子１５０は、例えば、コンデンサ、抵抗、インダクタ等のチップ部品、ＳＡＷフィルタ等である。
前記電子部品素子１５０は、後述する素子搭載部材１１０の第３の凹部空間１１８内の基板部１１０ａに露出するように設けられている電子部品素子搭載パッド１１６に導電性接合材ＤＳ２を介して搭載されている。

図１〜図４に示すように、素子搭載部材１１０は、基板部１１０ａと、第１の枠部１１０ｂと、第２の枠部１１０ｃと、圧電振動素子搭載パッド１１３と、外部接続用電極端子１１４と、集積回路素子搭載パッド１１５と、電子部品素子搭載パッド１１６とで主に構成されている。
この素子搭載部材１１０は、基板部１１０ａの一方の主面に第１の枠部１１０ｂが設けられて第１の凹部空間１１１が形成され、素子搭載部材１１０の他方の主面に第２の枠部１１０ｃが設けられて平面視して並列に配置されるようにして第２の凹部空間１１７及び第３の凹部空間１１８が形成された構造となっている。

尚、この素子搭載部材１１０を構成する基板部１１０ａ及び枠部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。
枠部１１０ｂは、例えば、シールリングを用いている。この場合、枠部１１０ｂは、４２アロイやコバール等の金属から成り、中心が打ち抜かれた枠状になっている。
また、第１の枠部１１０ｂは、基板部１１０ａの一方の主面の外周を囲繞するように設けられた封止用導体膜１１２上にロウ付けなどにより接続される。
第２の枠部１１０ｃは、平面視して並列に配置されるように、２つ打ち抜かれた枠状になっている。

第１の凹部空間１１１内で露出した基板部１１０ａの一方の主面には、２個一対の圧電振動素子搭載パッド１１３が設けられている。
第２の凹部空間１１７内で露出した基板部１１０ａの他方の主面には、集積回路素子接続用電極パッドＳＰと集積回路素子搭載パッド１１５が設けられている。
第３の凹部空間１１８内で露出した基板部１１０ａの他方の主面には、電子部品素子搭載パッド１１６が設けられている。
素子搭載部材１１０の第２の枠部１１０ｃの他方の主面の４隅には、外部接続用電極端子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。この配線パターンにより圧電振動素子搭載パッド１１３は、素子搭載部材１１０の第２の枠部１１０ｃの他方の主面に設けられている外部接続用電極端子１１４と接続している。

蓋部材１３０は、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ合金（４２アロイ）やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（コバール）などからなる。このような蓋部材１３０は、第１の凹部空間１１１を、窒素ガスや真空などで気密的に封止される。具体的には、蓋部材１３０は、窒素雰囲気中や真空雰囲気中で、素子搭載部材１１０の枠部１１０ｂ上に載置され、枠部１１０ｂの表面の金属と蓋部材１３０の金属の一部とが溶接されるように所定電流を印加してシーム溶接を行うことにより、枠部１１０ｂに接合される。

導電性接着剤ＤＳ１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。
また、導電性接着剤ＤＳ１には、塗布し易い粘度に調整するための添加した溶剤が含有されている。

導電性接合材ＤＳ２は、例えば、銀ペーストや鉛フリー半田等により構成されている。また、導電性接合材ＤＳ２には、塗布し易い粘度に調整するための添加した溶剤が含有されている。

樹脂層ＪＳは、図２及び図３に示すように、前記素子搭載部材１１０の第２の凹部空間１１７内に搭載されている前記集積回路素子１４０に対して全面被覆するように形成されている。
この樹脂層ＪＳは、導電性の異物等により、隣り合うワイヤーボンディングＷＢ同士が短絡することを防止するために用いられているものである。
前記樹脂層ＪＳは、例えば、エポキシ樹脂及び硬化剤等を混合したものを真空印刷することによって形成される。

本発明の実施形態に係る圧電発振器１００によれば、集積回路素子１４０は、前記素子搭載部材１１０の第２の凹部空間１１７内に露出した基板部１１０ａの主面に導電性接合材ＤＳ２で固定されていることによって、蓋部材１３０の封止部材１３１を接合する際の熱を印加し、導電性接合材ＤＳ２よりアウトガスが発生しても、圧電振動素子１２０が第１の凹部空間１１１内に搭載されているので、アウトガスが圧電振動素子１２０に付着することがなくなる。よって、圧電発振器１００の発振周波数が変動することを防ぐことができる。

また、電子部品素子１５０は、前記素子搭載部材１１０の第３の凹部空間１１８内に露出した基板部１１０ａに設けられた電子部品素子搭載パッド１１６に搭載されている。よって、蓋部材１３０の封止部材１３１を接合する際の熱を印加し、導電性接合材ＤＳ２よりアウトガスが発生しても、圧電振動素子１２０は第１の凹部空間１１１内に搭載され、集積回路素子１４０は第２の凹部空間内１１７に搭載されているので、アウトガスが集積回路素子１４０のワイヤーボンディングＷＢや圧電振動素子１２０に付着することがなくなる。よって、圧電発振器１００の発振周波数が変動することを防ぐことができる。

尚、本発明は前記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。
例えば、前記した本実施形態では、圧電振動素子を構成する圧電素材として水晶を用いた場合を説明したが、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て用いた圧電振動素子でも構わない。

１１０・・・素子搭載部材
１１０ａ・・・基板部
１１０ｂ・・・第１の枠部
１１０ｃ・・・第２の枠部
１１１・・・第１の凹部空間
１１２・・・封止用導体膜
１１３・・・圧電振動素子搭載パッド
１１４・・・外部接続用電極端子
１１５・・・集積回路素子搭載パッド
１１６・・・電子部品素子搭載パッド
１１７・・・第２の凹部空間
１１８・・・第３の凹部空間
１２０・・・圧電振動素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・先端部
１２４・・・引き出し電極
１３０・・・蓋部材
１４０・・・集積回路素子
１５０・・・電子部品素子
ＤＳ１・・・導電性接着剤
ＤＳ２・・・導電性接合材
ＳＰ・・・集積回路素子接続用電極パッド
ＷＢ・・・ワイヤーボンディング
ＪＳ・・・樹脂層
１００・・・圧電発振器

Claims

一方の主面に第１の凹部空間が設けられ、他方の主面に第２の凹部空間及び第３の凹部空間が設けられている素子搭載部材と、
前記第１の凹部空間内に設けられた圧電振動素子搭載パッドに搭載されている圧電振動素子と、
前記第２の凹部空間内に設けられた集積回路素子搭載パッド及び集積回路素子接続用電極パッドの内、前記集積回路素子接続用電極パッドに搭載され、ワイヤーボンディングにて前記集積回路素子搭載パッドと電気的に接合されている集積回路素子と、
前記第３の凹部空間内に設けられた電子部品素子搭載パッドに搭載されている電子部品素子と、
前記圧電振動素子を気密封止する蓋部材と、を備えていることを特徴とする圧電発振器。