JP2012090202A - 圧電デバイス、圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数可変感度が高い１チップタイプの圧電発振器を提供する。
【解決手段】水晶発振器２０は、水晶振動片１０と、その水晶振動片１０を発振させるた
めの発振回路を含む半導体回路素子としてのＩＣチップ５０と、水晶振動片１０とＩＣチ
ップ５０との間に配置され、少なくとも一方の主面にシールド用パターン５ａが形成され
た台座基板２と、台座基板２に水晶振動片１０が積層された積層体１およびＩＣチップ５
０が収容される凹部を有し、その凹部に接地用電極３７が設けられたパッケージ３０と、
を含む。パッケージ３０内に、積層体１およびＩＣチップが封止された水晶発振器２０に
おいて、台座基板２のシールド用パターン５ａは、パッケージ３０内の接地用電極３７に
電気的に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電デバイス、および圧電発振器に関する。

従来より、圧電振動片をパッケージ内に気密封止して構成された表面実装型の圧電デバ
イスが広く用いられている。ここで、圧電振動片は、水晶などの圧電体基板を所定の角度
及び厚さに切り出した薄板が固有の共振周波数を有する特性を利用するもので、例えば、
圧電体基板を所謂ＡＴカットと呼ばれるカット角にて切り出した薄板を用いた厚み滑り振
動をするＡＴカット水晶振動片などが利用される。
このような水晶振動片を用いた圧電デバイスとして、例えば、水晶振動片と、その水晶
振動片を発振させる発振回路を含む半導体回路素子などの電子部品とを同一パッケージ内
に接合して封止した表面実装型の水晶振動子を用いた圧電発振器としての水晶発振器が、
周波数や時間などの基準源として多く用いられている（例えば、特許文献１）。

同一パッケージ内に発振回路を含む半導体回路素子と水晶振動片とを収容したワンチッ
プの水晶発振器においては、水晶振動片が、外部からの電磁波的影響を受ける虞があるこ
とに加えて、内部の半導体回路素子からも不要な電磁波を受けて振動特性が劣化する電磁
波的影響も受けやすくなるため、水晶発振器の発振特性が劣化する虞がある。このような
電磁波的影響から水晶振動片を遮蔽するためのシールド措置を講じた圧電発振器（圧電デ
バイス）が、例えば特許文献２に開示されている。

特許文献２の圧電発振器は、凹部が設けられた第１のパッケージ（容器）、その第１の
パッケージの凹部の凹底部分に接合された圧電振動片、および、第１のパッケージの凹部
の開口部を閉鎖する金属製の蓋体を有した圧電振動片搭載基板と、凹部が設けられた第２
のパッケージ、および、第２のパッケージの凹部の凹底部分に接合され前記圧電振動片を
発振させる駆動回路を含む半導体回路素子（ＩＣチップ）が接合された発振回路基板と、
を有している。これら圧電振動片搭載基板、および、発振回路基板は、第１のパッケージ
と第２のパッケージとの凹部の凹底面どうしを対向させるように配置され、接合されてい
る。即ち、間に金属製の蓋体を介して第１のパッケージおよび第２のパッケージ各々の開
口部どうしが接合されることにより、圧電振動片、または半導体回路素子をそれぞれ収容
した２つのキャビティーを有する１チップの圧電発振器が形成されている。
また、特許文献２の圧電発振器において、金属製の蓋体は設置電位（アース電位）に接
続されている。これにより、圧電振動片を、半導体回路素子からの不要な電磁波による電
磁波的な影響から遮蔽し、圧電発振器の安定した発振特性を保持することが可能な構成と
して示している。

特開２００９−２７１０２９号公報 特開２００２−２６１５４８号公報

しかしながら、特許文献２に開示されている圧電発振器（圧電デバイス）では、圧電振
動片を収容する第１のパッケージと、半導体回路素子を接合する第２のパッケージとの２
つのパッケージを用いて、これら２つのパッケージを金属製の蓋体を介して接合してワン
チップ化している。これにより、小型化（薄型化）を図ることが困難であるという課題が
あった。
また、圧電デバイスの小型化や高周波化が進展するのに伴って圧電振動片の小型化・薄
型化が進むなかで、パッケージの凹部の凹底部に圧電振動片を接合する構成となっている
。このため、圧電デバイスの落下などの衝撃により、パッケージの底部近傍に接合された
小型・薄型の圧電振動片が破損しやすくなり、耐衝撃性が確保できない虞があった。
さらに、２つのパッケージを接合した態様の特殊な専用パッケージが必要となるために
、パッケージに汎用性がなく、コストアップ要因になる虞が有るという問題があった。

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〕本適用例にかかる圧電デバイスは、振動部を有する圧電振動片と、前記圧
電振動片を駆動させるための駆動回路を含む半導体回路素子と、前記圧電振動片と前記半
導体回路素子との間に配置され、前記振動部との間に隙間を設けた状態で前記圧電振動片
を搭載する台座基板と、前記台座基板の少なくとも一方の面に形成されたシールド用パタ
ーンと、段差を有する凹部が設けられたパッケージと、前記パッケージの前記凹部の開口
部を閉鎖する蓋体と、を含み、前記凹部の凹底部側に前記半導体回路素子が配置され、前
記パッケージの前記凹部内には接地用電極が設けられ、前記シールド用パターンが、前記
接地用電極に電気的に接続されていることを特徴とする。

この構成によれば、パッケージの凹部内に、接地用電極に接続されたシールド用パター
ンを有する台座基板に圧電振動片を搭載した積層体と、駆動回路を含む半導体回路素子と
を、圧電振動片と半導体回路素子との間に台座基板が配置されるように収容し、蓋体によ
り封止する構造になっている。したがって、半導体回路素子から圧電振動片への不要な電
磁波を台座基板のシールド用パターンにより遮蔽することができるので、小型で、周波数
特性が安定し、ワンシール構造で信頼性が高いワンチップの圧電デバイスを提供すること
ができる。
また、シールド用パターンが形成された台座基板に圧電振動片を搭載した積層体を、パ
ッケージの凹部内に半導体回路素子とともに収容する構成としているので、汎用パッケー
ジを用いて、周波数特性が安定したワンチップの圧電デバイスを提供することができる。
また、台座基板上に圧電振動片を搭載することにより、小型化や高周波数化の進展に伴
って薄型化が進んでいる圧電振動片を補強することができるとともに、台座基板が圧電振
動片に加わる衝撃の緩衝材となる効果を奏することにより、落下や振動などの衝撃による
圧電振動片の破損などの不具合を回避することができる。

〔適用例２〕上記適用例にかかる圧電デバイスにおいて、前記圧電振動片または前記台
座基板の少なくとも一方に、他方に対向する凹部を形成し、前記隙間を設けたことを特徴
とする。

この構成によれば、圧電振動片の振動部と台座基板との間に隙間を設けた状態で台座基
板上に圧電振動片を搭載した積層体を容易に構成することができる。
なお、凹部は、台座基板側、または、圧電振動片側、あるいは、それらの両方側に設け
てもよい。

〔適用例３〕上記適用例にかかる圧電デバイスにおいて、前記蓋体に前記シールド用パ
ターンが形成され、または、前記蓋体が金属製であることを特徴とする。

この構成によれば、パッケージ（圧電デバイス）の外部から圧電振動片への不要な電磁
波を遮断して、圧電振動片の周波数特性の安定性をより高く保持することができる。

〔適用例４〕上記適用例にかかる圧電デバイスにおいて、前記パッケージの前記凹部の
凹底部分に前記シールド用パターンが設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、パッケージ（圧電デバイス）の外部から半導体回路素子への不要な
電磁波を遮断して半導体回路素子の動作の安定性を確保することができるので、より安定
した動作特性を有する圧電デバイスを提供できる。
また、半導体回路素子に含む発振回路自体が圧電デバイスの外部に電磁的な影響を与え
ることによって特性が不安定になるのを抑えることができる。

〔適用例５〕上記適用例にかかる圧電デバイスにおいて、前記圧電振動片の基材には水
晶が用いられ、且つ、前記台座基板の基材に水晶が用いられていることを特徴とする。

この構成によれば、圧電振動片の材料として最も広く使われている水晶を用いることに
より、既存の圧電振動片の製造設備や製造ノウハウを用いて、優れた発振特性を有し機械
的強度の高い水晶振動片と、台座基板とを、共に形成することができる。例えば、周知の
水晶基板への電極形成方法を用いて、水晶振動片および台座基板への電極やシールド用パ
ターンの形成を行うことができる。
また、圧電振動片と台座基板との線膨張係数が同じになることから、圧電振動片と台座
基板とを接合した積層体において、熱応力による不具合を抑えることができる。

〔適用例６〕本適用例にかかる圧電発振器は、上記適用例にかかる圧電デバイスを用い
た圧電発振器であって、前記半導体回路素子が、前記圧電振動片を発振させるための発振
回路を含むことを特徴とする。

この構成によれば、圧電振動片と、その圧電振動片を発振させる発振回路を含む半導体
回路素子との間に、上記適用例の台座基板が備えられているので、半導体回路素子から圧
電振動片への不要な電磁波が遮蔽されることによりノイズやクロストークの発生要因にな
ることを抑制できる。したがって、安定した発振特性を有するワンチップの圧電発振器を
提供することができる。

（ａ）は、圧電デバイスとしての圧電発振器の一実施形態を上側からみた概略平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図。 （ａ）は、本発明の圧電発振器にかかる圧電振動片としての水晶振動片の一例を上側からみた概略平面図、（ｂ）は、（ａ）（および（ｃ））のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は、下側からみた概略平面図。 （ａ）は、本発明の圧電発振器にかかる台座基板の一実施形態を上側からみた概略平面図、（ｂ）は、（ａ）（および（ｃ））のＣ−Ｃ線概略断面図、（ｃ）は、下側からみた概略平面図。 水晶振動片と台座基板とが接合された積層体の一例を示す概略断面図。 （ａ）は、台座基板の変形例１を上側からみた概略平面図、（ｂ）は、（ａ）（および（ｃ））のＤ−Ｄ線概略断面図、（ｃ）は、下側からみた概略平面図。 （ａ）は、積層体の変形例のうち、台座基板の変形例２を上側からみた概略平面図、（ｂ）は、積層体の変形例のうち、水晶振動片の変形例２を上側からみた概略平面図、（ｃ）は、積層体の変形例２を説明する概略断面図。

以下、本発明の圧電デバイスとしての圧電発振器の一実施形態について図面を参照しな
がら説明する。

図１（ａ）は、圧電発振器としての水晶発振器の一実施形態を上側からみた概略平面図
、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。なお、図１（ａ）において、水晶発振器の
内部の構成を説明する便宜上、蓋体としてのリッドを取り外した状態を図示している。ま
た、図２（ａ）は、本発明の圧電発振器にかかる圧電振動片としての水晶振動片の一例を
上側からみた概略平面図、（ｂ）は、（ａ）（および（ｃ））のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）
は、下側からみた概略平面図である。また、図３（ａ）は、本発明の圧電発振器にかかる
台座基板の一実施形態を上側からみた概略平面図、（ｂ）は、（ａ）（および（ｃ））の
Ｃ−Ｃ線概略断面図、（ｃ）は、下側からみた概略平面図である。さらに、図４は、水晶
振動片と台座基板とが接合された積層体の一例を示す概略断面図である。

図１に示すように、水晶発振器２０は、段差を有する凹部が形成されたパッケージ３０
と、パッケージ３０の凹部の凹底部分に接合された半導体回路素子としてのＩＣチップ５
０と、そのＩＣチップ５０の上方に配置された台座基板２と水晶振動片１０とからなる積
層体１と、を有している。パッケージ３０上にはリッド４０が接合され、パッケージ３０
内に接合されたＩＣチップ５０および台座基板２と水晶振動片１０との積層体１が封止さ
れている。

〔振動片〕
まず、水晶発振器２０にかかる水晶振動片１０について具体的に説明する。
水晶を用いて形成される水晶振動片１０は、例えば、人工水晶原石の一部を結晶軸（光
軸）を明確にしてブロック状に成形した水晶ランバードから所定の切断角度で切り出され
た単結晶基板としての水晶ウェハを用いて形成される。ここで、所定の切断角度とは、水
晶の結晶軸に対して狙った角度だけ傾けたカット角を指し、本実施形態では、結晶軸から
３５°１５′傾けた切断角度で切り出された所謂ＡＴカット水晶を用いて形成された厚み
滑り振動モードを呈する水晶振動片１０として説明する。このようなＡＴカット水晶を用
いた水晶振動片１０は、広範囲な温度領域において安定した周波数が得られる優れた温度
特性を有する圧電振動片として従来より広く利用されている。

水晶振動片１０は、図２（ａ）に示すように、固定端となる支持部１２と、自由端とな
る振動部１４とを有している。本実施形態の振動部１４は、水晶基板の一方の面に形成さ
れた凹部１８を有している。その凹部１８を含む振動部１４の両主面上には一対の励振電
極１５ａ，１５ｂが対向させて設けられている。また、支持部１２の両主面上には、各励
振電極１５ａ，１５ｂとそれぞれ対応する外部接続端子１６ａ，１６ｂが設けられ、対応
する各励振電極１５ａ，１５ｂおよび外部接続端子１６ａ，１６ｂ同士が、各励振電極１
５ａ，１５ｂから引き出された端子間配線を介して電気的に接続されている。
このような電極や端子あるいは配線などの電極パターンは、水晶ウェハをエッチングし
て水晶振動片１０の外形および凹部１８を形成した後で、蒸着またはスパッタリングによ
り、例えばニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層として、その上に例えば金（
Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）などの金属膜を成膜し、その後フォトリソグラフィーを
用いてパターニングすることにより形成できる。

〔台座基板〕
次に、水晶発振器２０にかかる台座基板２について具体的に説明する。
台座基板２は、図３に示すように、基部３と、基部３から延びるシールド形成領域（シ
ールド用パターン５ａが形成される領域）とが、絶縁性の同一材料により例えば平面内に
並んだ状態で一体形成されたものである。基部３は、上記の水晶振動片１０の支持部１２
と接合される部分であるとともに、水晶振動片１０と台座基板２とが積層された積層体１
をパッケージ３０に接合する際の固定部分となる部分であり（図１および図４を参照）、
水晶振動片１０およびパッケージ３０との電気的な接続に供する接続端子７ａ，７ｂが設
けられている。

台座基板２の基材には、水晶振動片１０と同じ水晶を用いることができる。圧電振動片
の材料として最も広く使われている水晶を用いて水晶振動片（圧電振動片）１０および台
座基板２を形成することにより、既存の圧電振動片の製造設備や製造ノウハウを用いて、
優れた発振特性を有し機械的強度の高い水晶振動片１０と、台座基板２を形成することが
できる。例えば、周知の水晶基板への電極形成方法を用いて、水晶振動片１０および台座
基板２への電極、端子、および配線や、シールド用パターン５ａの形成を行うことができ
る。また、台座基板２の基材に水晶を用いることにより、水晶振動片１０と台座基板２と
の線膨張係数が同じになることから、台座基板２上に水晶振動片１０を接合した積層体１
において、熱応力による不具合を抑えることができるので好ましい。

図３（ａ）に示すように、台座基板２の一方の主面において、基部３の一端部には接続
端子７ａおよび接続端子７ｂが設けられている。この台座基板２の一方の主面は、本実施
形態の水晶発振器２０において水晶振動片１０が搭載される面となる（図１および図４を
参照）。図３（ｂ）に示すように、基部３の一方の主面に設けられた接続端子７ａは、台
座基板２の側面を経て、台座基板２の他方の主面の基部３に引き出されている（図３（ｃ
）を併せて参照のこと）。これと同様に、基部３の一方の主面に設けられた接続端子７ｂ
も、台座基板２の側面を経て、台座基板２の他方の主面に引き出されている。
また、台座基板２の両主面のうち少なくとも一方のシールド形成領域には、シールド用
パターン５ａが形成されている。本実施形態では、台座基板２に水晶振動片１０が搭載さ
れた積層体１（図１、図４を参照）において、水晶振動片１０と対向する主面（一方の主
面）の反対側の主面（水晶発振器２０においてＩＣチップ５０側の主面（他方の主面））
にシールド用パターン５ａが設けた例を説明するが、シールド用パターン５ａは、水晶振
動片１０と対向する主面に設けてもよい。また、シールド用パターン５ａは、水晶発振器
２０において、水晶振動片１０とＩＣチップ５０との間に配置される台座基板２の主面の
なるべく広範囲に形成することが望ましい。

〔積層体〕
次に、本実施形態の水晶振動片１０と台座基板２とを積層させて接合した積層体につい
て説明する。
図４は、図１〜図３のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、およびＣ−Ｃ線断面と同じ断面における積
層体１を図示している。図４において、積層体１は、台座基板２上に水晶振動片１０を積
層させて接合したものである。具体的には、台座基板２の基部３の一方の主面に設けられ
た接続端子７ａ，７ｂ（図１、図３を参照）のうち一方の接続端子７ａと、水晶振動片１
０の対応する外部接続端子１６ａとが位置合わせされ、図示しない接合部材を介して接合
されている。これと同様に、台座基板２の他方の接続端子７ｂと水晶振動片１０の対応す
る外部接続端子１６ｂとが位置合わせされ、接合部材を介して接合される。
ここで、接合部材には、例えば導電性接着剤や半田などの導電性の接合部材を用いるこ
とにより、台座基板２の接続端子７ａ，７ｂと、水晶振動片１０の対応する外部接続端子
１６ａ，１６ｂとの電気的な接続を図るとともに、台座基板２と水晶振動片１０との機械
的な接合（固定）を行うことができる。一方、台座基板２の基部３と水晶振動片１０の支
持部１２との接合部の反対側の端部どうしの接合部分（台座基板２と水晶振動片１０との
図中右側の接合部分）に電気的な接続の必要がない場合には、樹脂系接着剤などの非導電
性の接合部材を用いて接合を行うことができる。
また、積層体１において、水晶振動片１０の振動部１４は、振動部１４の台座基板２側
の主面に設けられた凹部１８により、台座基板２との間に隙間を設けて配置される。

〔水晶発振器〕
次に、図１に戻り、上記水晶振動片１０および台座基板２の積層体１を用いた水晶発振
器について説明する。
図１に示すように、水晶発振器２０は、パッケージ３０と、水晶振動片１０および台座
基板２が積層された積層体１と、水晶振動片１０を駆動させる駆動回路を含む半導体回路
素子としてのＩＣチップ５０と、を有している。本実施形態の水晶発振器２０は、水晶振
動片１０と発振回路を含むＩＣチップ５０とがパッケージ３０の凹部内に接合されて封止
された、表面実装が可能な所謂ＳＭＤ（Surface Mount Device）タイプの１チップの水晶
発振器である。このようなＳＭＤタイプの水晶発振器２０は、小型、薄型化を図るのに有
利である。また、表面実装部品として規格化されているＳＭＤタイプの水晶発振器２０は
、例えば、基板に接合した水晶振動片を筒状のキャップで覆うことにより封止するタイプ
の水晶振動子のように、外部接続用のリード線を外部基板の接続端子形状に合わせて切断
したり成形したりする必要がなく、外部基板への搭載の自動化も図りやすいので、実装工
程の簡略化や低コスト化に有利である。

パッケージ３０は、略矩形平板状の第１層基板３１と、略矩形フレーム状の第２層基板
３２、及び第３層基板３３とがこの順に積層され、さらに、第３層基板３３上には、略矩
形フレーム状のシールリング３９が配置される。略矩形フレーム状の第２層基板３２、及
び第３層基板３３の開口部の大きさが上方にいくに従って大きく形成されており、これに
よって、パッケージ３０には、第１層基板３１の上面側を凹底部分とし、第２層基板３２
および第３層基板３３側に開口した段差を有する凹部が形成されている。

このようなパッケージ３０の凹部において、凹部の凹底部分となる第１層基板３１の上
面には、ＩＣチップ５０が接続されるＩＣ接続端子３５が設けられている。また、パッケ
ージ３０の外底面となる第１層基板３１の下面には、外部基板との接合に供する外部実装
端子３４が設けられている。また、本実施形態のパッケージ３０において、凹部の凹底部
分を形成する第１層基板３１は、２つの基材が積層された２層構造を有し、その層間にシ
ールド用パターン４５が設けられている。

また、第２層基板３２によりＩＣチップ５０載置領域を平面視で囲むように形成される
段差上には、台座基板２と水晶振動片１０とが積層された積層体１の、水晶振動片１０の
外部接続端子１６ａ，１６ｂのそれぞれと対応させて接続される振動片接続端子３６、お
よび、台座基板２のシールド用パターン５ａが接続される接地用電極３７が設けられてい
る。
これらの振動片接続端子３６、接地用電極３７、ＩＣ接続端子３５、あるいは外部実装
端子３４などの各電極・端子は、第１層基板３１〜第３層基板３３に形成された図示しな
い引き回し配線またはスルーホールなどの内層配線により、それぞれ対応する端子どうし
が接続されて回路配線を形成している。

以上、説明したパッケージ３０の第１層基板３１〜第３層基板３３は、セラミックス絶
縁材料などからなる。また、パッケージ３０に設けられた各電極、端子、あるいはそれら
を電気的に接続する配線パターンや層内配線パターンなどは、一般に、タングステン（Ｗ
）、モリブデン（Ｍｏ）などの金属配線材料をセラミックス絶縁材料上にスクリーン印刷
して焼成し、その上にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などのめっきを施すことにより形成
される。

図１（ｂ）において、水晶振動片１０を駆動振動させるための駆動回路を含む半導体回
路素子としてのＩＣチップ５０は、パッケージ３０の凹部の凹底部分に設けられたＩＣ接
続端子３５に接合される。本実施形態では、ＩＣチップ５０の電極パッド（図示せず）に
予め設けられた金属あるいは半田などからなるバンプ９８により、ＩＣ接続端子３５上に
ＩＣチップ５０がフェースダウン接合されている。フェースダウン接合によるＩＣチップ
５０の接合は、水晶発振器２０の薄型化（低背化）に有利であり、また、接続距離が極短
いことから電気的に高速化を図れるという利点がある。なお、バンプ９８によりＩＣチッ
プ５０をフェースダウン接合した後に、ＩＣチップ５０とパッケージ３０の凹部の凹底部
分との間にアンダーフィル材を充填して硬化させることにより、ＩＣチップ５０の接合強
度をより高めることができる。
なお、パッケージ３０へのＩＣチップ５０の接合はフェースダウン接合に限らず、例え
ばワイヤーボンディング法などの、他のＩＣ実装技術を用いて行うことができる。

台座基板２上に水晶振動片１０が接合された積層体１は、パッケージ３０の凹部内にお
いて、ＩＣチップ５０の上方に接合される。具体的には、パッケージ３０の振動片接続端
子３６および接地用電極３７と、積層体１の対応する接続端子７ａ，７ｂ、およびシール
ド用パターン５ａの一部とを位置合わせした状態で、例えば導電性接着剤などの導電性の
接合部材９５および接合部材９６により接合されている。これにより、水晶振動片１０を
発振させる発振回路を含むＩＣチップと、水晶振動片１０とが電気的に接続されるととも
に、台座基板２のシールド用パターン５ａが接地される。
また、水晶振動片１０は、ＩＣチップ５０との間に、台座基板２に設けられたシールド
用パターン５ａを介してパッケージ３０内に配置される。
なお、積層体１とパッケージ３０との接合に用いる接合部材９５および接合部材９６に
は、例えば、ポリイミド、シリコン系、またはエポキシ系などの樹脂に、銀（Ａｇ）フィ
ラメント、またはニッケル（Ｎｉ）粉を混入した導電性接着剤などを用いることができる
。また、積層体１を接合する導電性の接合部材９５は、導電性接着剤に限らず、半田など
の他の接合部材を用いることもできる。

ＩＣチップ５０と、水晶振動片１０および台座基板２が積層された積層体１とが接合さ
れたパッケージ３０の第３層基板３３上には、金属製の蓋体としてのリッド４０が接合さ
れてパッケージ３０の開口部を封鎖している。具体的には、例えば、４２アロイ（鉄にニ
ッケルが４２％含有された合金）やコバール（鉄、ニッケル及びコバルトの合金）等の金
属製のリッド４０が、鉄−ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）合金などをフレーム状に型抜きして形
成されたシールリング３９を介してシーム溶接されている。なお、リッド４０は、上記し
た金属製のもの以外に、シールド用パターンが形成されたセラミックス、あるいはガラス
などを用いることができる。この場合、シールド用パターンは、スパッタリングや蒸着、
あるいはめっきや印刷により形成した金属膜を用いることができる。また、例えばガラス
製のリッド４０を用いた場合には、低融点ガラスを接合部材として用いるなど、リッド４
０の材料に応じて適宜に接合部材を選定し、パッケージ３０とリッド４０との接合を行う
ことができる。

パッケージ３０及びリッド４０によって形成されるキャビティーは、水晶振動片１０が
動作するための空間となる。このキャビティーは、本実施形態の水晶発振器２０において
、減圧空間または不活性ガス雰囲気に密閉・封止することができる。例えば、キャビティ
ー内を減圧空間にして密閉封止する場合には、パッケージ３０の図示しない封止孔に固形
の封止材を配置させた状態で真空チャンバー内に入れ、所定の真空度まで減圧させて水晶
発振器２０の内側から出るガスを封止孔から排出させた後、固形の封止材を溶融させてか
ら、冷却することにより再び固化させることによって封止孔を閉塞させて封止することが
できる。これにより、パッケージ３０の凹部内に接合された水晶振動片１０及びＩＣチッ
プ５０を気密封止することができる。
なお、封止材の材料としては、完成した水晶発振器２０を外部実装基板に実装する際の
リフロー温度よりも高い温度を融点として有したものが望ましく、例えば、金と錫（Ｓｎ
）との合金、あるいは、金とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金などを用いることができる。

上記実施形態の水晶発振器２０によれば、パッケージ３０の凹部内に、接地用電極３７
に接続されたシールド用パターン５ａを有する台座基板２に水晶振動片１０を搭載した積
層体１と、発振回路を含むＩＣチップ５０とを、水晶振動片１０とＩＣチップ５０との間
に台座基板２が縦配置されるようにして収容している。この構成により、ＩＣチップ５０
から水晶振動片１０への不要な電磁波を、台座基板２のシールド用パターン５ａにより遮
蔽することができるので、周波数特性が安定し、ワンシール構造で信頼性が高いワンチッ
プの水晶発振器２０を提供することができる。
また、台座基板２に水晶振動片１０を搭載した積層体１を、パッケージ３０の凹部内に
ＩＣチップ５０とともに収容する構成としているので、汎用のパッケージ３０を用いて、
周波数特性が安定したワンチップの圧電デバイスとしての水晶発振器を提供することがで
きる。

また、水晶からなる台座基板２上に水晶振動片１０を搭載することにより、小型化や高
周波数化の進展に伴って薄型化が進んでいる水晶振動片１０（圧電振動片）を補強すると
ともに、台座基板２が水晶振動片１０に加わる衝撃の緩衝材となる効果を奏することによ
り、落下や振動などの衝撃による水晶振動片１０の破損などの不具合を回避することがで
きる。

また、本実施形態のパッケージ３０において、凹部の凹底部分を形成する第１層基板３
１は、さらに２層構造を有し、その層間にシールド用パターン４５が設けられている。こ
れにより、水晶発振器２０（パッケージ３０）の外部からＩＣチップ５０への不要な電磁
波を遮断してＩＣチップの動作の安定性を確保することができるので、安定した動作特性
を有する水晶発振器２０を提供できる。また、逆に、ＩＣチップ５０に含む発振回路自体
が水晶発振器２０の外部に電磁的な影響を与えることによって、特性が不安定になったり
、外部に電磁的な悪影響を及ぼすことも抑えることができる。
また、本実施形態の水晶発振器２０において、ＩＣチップ５０および水晶振動片１０が
収容されたパッケージ３０を封止する蓋体としてのリッド４０は、金属製であるか、また
は、少なくともシールド用パターンが形成されている構成とした。この構成により、水晶
発振器２０（パッケージ３０）の外部から水晶振動片１０への不要な電磁波を遮断して、
水晶振動片１０の周波数特性の安定性をより高く保持することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、以下の変形例を実施することもで
きる。

（変形例１）
上記実施形態では、台座基板２の一方の主面にのみシールド用パターン５ａを形成する
構成を説明した。これに限らず、台座基板の両主面にシールド用パターンを設ける構成と
することにより、台座基板によるシールド効果をさらに高めて水晶発振器（圧電デバイス
）の性能をより安定させることができる。
図５は、台座基板の変形例を説明するものであり、（ａ）は上側からみた概略平面図、
（ｂ）は（ａ）（および（ｃ））のＤ−Ｄ線概略断面図、（ｃ）は下側からみた概略平面
図である。なお、図５に示す台座基板の変形例において、上記実施形態の台座基板２と同
じ構成については同一符号を付して説明を省略する。

図５（ａ）〜（ｃ）に示す本変形例の台座基板７２において、基部３、および、シール
ド形成領域の両主面のうちの一方（上記実施形態の台座基板２における他方の主面）の構
成は、上記実施形態の台座基板２の構成と同一である。即ち、図５（ｂ）および図５（ｃ
）に示すように、台座基板７２の基部３の一方の主面において、基部３の一端部には接続
端子７ａおよび接続端子７ｂが設けられていて、これらの接続端子７ａ，７ｂは、台座基
板７２の側面を経て、図５（ｃ）に示すように、台座基板７２の他方の主面の基部３に引
き出されている。
また、台座基板７２の両主面のうちの一方（他方の主面）のシールド形成領域には、シ
ールド用パターン５ａが形成されている。
そして、本変形例の台座基板７２には、シールド用パターン５ａが形成された主面（他
方の主面）の反対側の主面（一方の主面）にも、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すよう
に、シールド用パターン５ｂが形成されている。台座基板７２の両主面に形成されたシー
ルド用パターン５ａ，５ｂは、図５（ｂ）に示すように、台座基板７２の側面で接続され
ている。

本変形例の台座基板７２によれば、台座基板７２の両主面ともに、シールド用パターン
５ａ，５ｂが電気的に接続された状態で形成されていることにより、台座基板の一方の面
にのみシールド用パターンを設けた場合に比して、台座基板のサイズをほとんど増大させ
ることなく、シールド用パターン５ａ，５ｂによるシールド効果を大きくすることができ
る。

（変形例２）
上記実施形態の水晶発振器２０では、積層体１を構成する水晶振動片（圧電振動片）１
０および台座基板２のうち、水晶振動片１０に凹部１８を設けた構成を説明したが、これ
に限らず、台座基板側に凹部を設ける構成としてもよい。
図６（ａ）は、本変形例の積層体のうち台座基板の変形例を上側からみた概略平面図、
（ｂ）は、同じく水晶振動片の変形例を上側からみた概略平面図、（ｃ）は、積層体の変
形例を説明する概略断面図である。

図６（ａ）に示すように、台座基板８２の一方の主面には凹部８８が形成されている。
台座基板８２の凹部８８が形成された主面は、積層体１０１（図６（ｃ）を参照）におい
て、水晶振動片１１０と対向する側の主面である。また、台座基板８２の凹部８８が形成
された主面を含む両主面には、図６（ａ）および図６（ｃ）に示すように、台座基板８２
の側面で電気的に接続されたシールド用パターン５ａ，８５ｂが形成されている。これら
シールド用パターン５ａ，８５ｂは、積層体１０１において、少なくとも水晶振動片１１
０の振動部１４と平面視で重なる領域に形成されている。なお、シールド用パターンは、
上記実施形態と同様に台座基板８２の両主面のうちいずれか一方に形成されている構成と
してもよい。

本変形例の積層体１０１においては、水晶振動片１１０には凹部を設けない構成を説明
する。図６（ｂ）は、水晶振動片１１０の台座基板８２と対向する主面側を図示している
。
本発明の圧電デバイスの積層体において、水晶振動片、または、台座基板に形成する凹
部は、水晶振動片の振動部を可動な状態とするために設けられるものであり、水晶振動片
と台座基板との対向する面のうちいずれか一方に形成すればよく、また、水晶振動片およ
び台座基板の両方側に設けてもよい。

以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発
明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の
変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態では、水晶振動片１０にＡＴカット水晶からなり厚み滑り振動モ
ードを呈する平板状の水晶振動片１０を用いた例を示した。これに限らず、例えば、ＢＴ
カット水晶を用いることにより、振動片の高周波数化や高速化を図ることが可能となり、
また、ＳＣカット水晶を用いることにより、耐応力性の高い振動片とすることができる。
また、この他の振動片として、例えば、基部と、基部から平行に延出された一対の振動
腕とを有する音叉型の振動片や、平行に配置された一対の振動腕の両端部が２つの基部に
それぞれ接続された双音叉型の振動片などの、屈曲振動モードの振動片を用いてもよい。
このような音叉型振動片や双音叉型振動片を用いることにより、フォトリソグラフィー技
術とエッチング手法を用いた従来の製造ラインが適用できるので、振動片の低コスト化が
図られるという利点がある。また、屈曲振動は気体の粘性の影響を受けやすいので、ＣＩ
値の変化がおおきく、力の検出感度が良くなるという効果がある。

また、上記実施形態では、圧電デバイスの一例として水晶発振器２０について説明した
。これに限らず、本発明は、種々の圧電デバイスに適用することができる。
例えば、本発明は、圧電振動片としてジャイロ振動片を用いた振動ジャイロに適用する
ことができる。

また、上記実施形態および変形例２の積層体１，１０１では、台座基板２，８２の基部
３側、および、基部３の反対側の端部を水晶振動片１０，１１０と接合した構成を説明し
た。これに限らず、台座基板２，８２の基部３上に水晶振動片１０，１１０の支持部１２
側のみを接合し、水晶振動片１０，１１０が片持ち支持された状態としてもよい。

また、上記実施形態および変形例では、圧電材料の代表例である水晶からなる水晶振動
片１０，１１０（圧電振動片）を用いた例について説明した。これに限らず、水晶以外に
、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、タンタル酸リチウ
ム（ＬｉＴａＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ほう酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇
）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウム、五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）
などの薄膜圧電材料を積層させて構成された圧電材料からなる圧電振動片を用いることも
できる。

１,１０１…積層体、２，７２，８２…台座基板、３…基部、５ａ，５ｂ，８５ｂ…シ
ールド用パターン、７ａ，７ｂ…接続端子、１０，１１０…圧電振動片としての水晶振動
片、１２…支持部、１４…振動部、１５ａ，１５ｂ…励振電極、１６ａ，１６ｂ…外部接
続端子、１８，８８…凹部、２０…圧電発振器としての水晶発振器、３０…パッケージ、
３１…第１層基板、３２…第２層基板、３３…第３層基板、３５…ＩＣ接続端子、３６…
振動片接続端子、３７…接地用電極、３９…シールリング、４０…リッド、５０…半導体
回路素子としてのＩＣチップ、７２…台座基板、９５，９６…接合部材、９８…バンプ。

Claims (6)

1. 振動部を有する圧電振動片と、
   前記圧電振動片を駆動させるための駆動回路を含む半導体回路素子と、
   前記圧電振動片と前記半導体回路素子との間に配置され、前記振動部との間に隙間を設
   けた状態で前記圧電振動片を搭載する台座基板と、
   前記台座基板の少なくとも一方の面に形成されたシールド用パターンと、
   段差を有する凹部が設けられたパッケージと、
   前記パッケージの前記凹部の開口部を閉鎖する蓋体と、を含み、
   前記凹部の凹底部側に前記半導体回路素子が配置され、
   前記パッケージの前記凹部内には接地用電極が設けられ、前記シールド用パターンが、
   前記接地用電極に電気的に接続されている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、
   前記圧電振動片または前記台座基板の少なくとも一方に、他方に対向する凹部を形成し
   、前記隙間を設けた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、
   前記蓋体に前記シールド用パターンが形成され、または、前記蓋体が金属製であること
   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、
   前記パッケージの前記凹部の凹底部分に前記シールド用パターンが設けられていること
   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、
   前記圧電振動片の基材には水晶が用いられ、且つ、前記台座基板の基材に水晶が用いら
   れていることを特徴とする圧電デバイス。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧電デバイスを用いた圧電発振器であって、
   前記半導体回路素子が、前記圧電振動片を発振させるための発振回路を含むことを特徴
   とする圧電発振器。

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