JP2015033076A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電素子、ＩＣチップ及びアンテナを内蔵した圧電デバイスにおいて、通信接続の安定度を向上させるとともに、小型化を実現する。【解決手段】 ＩＣチップ５０は、水晶振動素子４０に関するデータを記憶する。素子搭載部材２０は、ＩＣチップ５０及び水晶振動素子４０を搭載する。蓋部材３０は、上面３１及び下面３２を有するとともに、下面３２を素子搭載部材２０に向けて素子搭載部材２０上に設けられる。凹部空間１１は、素子搭載部材２０に形成され、水晶振動素子４０を収容する。凹部空間１２は、素子搭載部材２０に形成され、ＩＣチップ５０を収容する。アンテナ６０は、蓋部材３０の上面３１側に設けられ、ＩＣチップ５０に電気的に接続される。【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば温度補償型水晶発振器（以下「ＴＣＸＯ（Temperature Compensated Crystal Oscillator）」という。）などの圧電デバイスに関する。

圧電素子、ＩＣチップ及びアンテナを内蔵し、圧電素子に関するデータを無線を介して、ＩＣチップに書き込んだり、ＩＣチップから読み出したりできる、圧電デバイスが知られている（例えば特許文献１、２参照）。

特許文献１に記載の圧電デバイスは、素子搭載部材の凹部空間の底面に圧電素子、ＩＣチップ及びアンテナが搭載され、この凹部空間が蓋部材によって気密封止されたものである。ＩＣチップは圧電素子に関するデータを記憶し、そのデータはアンテナを介して無線で入出力される。

特許文献２に記載の圧電デバイスは、素子搭載部材の上側の凹部空間の底面に圧電素子が搭載され、この凹部空間が蓋部材によって気密封止され、素子搭載部材の下側の凹部空間の底面にＩＣチップ及びアンテナが搭載されたものである。ＩＣチップは圧電素子に関するデータを記憶し、そのデータはアンテナを介して無線で入出力される。

特開２００８−０９２１１０号公報（図３等） 特開２０１０−１３０２７９号公報（図１(b)、図２等）

しかしながら、特許文献１、２に記載の圧電デバイスでは、次のような問題があった。

特許文献１に記載の圧電デバイスでは、蓋部材の下方において凹部空間の底面に、圧電素子及びＩＣチップが搭載され、これらを取り囲むようにループ状のアンテナが搭載されている。特許文献２に記載の圧電デバイスでは、蓋部材の下方において、上側の凹部空間の底面に圧電素子が搭載され、下側の凹部空間の底面に、ＩＣチップが搭載され、かつＩＣチップを取り囲むようにループ状のアンテナが搭載されている。

ここで、データの書き込み又は読み出しに際しては、素子搭載部材側が電源電圧供給用のソケットに差し込まれるため、蓋部材側において電波を送受信していた。そのため、アンテナの上方又は内側に存在する蓋部材、圧電素子及びＩＣチップが電波の進行を妨げることにより、通信接続の安定度が低下していた。これは、金属製の蓋部材並びに圧電素子及びＩＣチップの電極や端子などが、アンテナから送信される電波又はアンテナで受信される電波を遮蔽したり反射したりするためである。

また、圧電素子やＩＣチップの外側にこれらを取り囲むようにアンテナが配置されるため、アンテナの存在が圧電デバイスの小型化を妨げていた。

そこで、本発明の目的は、圧電素子、ＩＣチップ及びアンテナを内蔵した圧電デバイスにおいて、通信接続の安定度を向上させるとともに、小型化を実現することにある。

本発明に係る圧電デバイスは、
圧電素子と、
この圧電素子に関するデータを記憶するＩＣチップと、
このＩＣチップ及び前記圧電素子を搭載する素子搭載部材と、
上面及び下面を有するとともに、当該下面を前記素子搭載部材に向けて当該素子搭載部材上に設けられた蓋部材と、
この蓋部材及び前記素子搭載部材の少なくとも一方に形成され、前記圧電素子及び前記ＩＣチップのうち少なくとも前記圧電素子を収容する凹部空間と、
前記蓋部材の前記上面側及び前記下面側のどちらか一方に設けられ、前記ＩＣチップに電気的に接続されたアンテナと、
を備えたものである。

本発明に係る圧電デバイスによれば、アンテナが圧電素子及びＩＣチップよりも蓋部材側にあることにより、アンテナから送信される電波やアンテナで受信される電波の進行が圧電素子及びＩＣチップによって妨げられないので、通信接続の安定度を向上できる。また、アンテナが圧電素子やＩＣチップの搭載面に無いことにより、圧電素子やＩＣチップの搭載面を、アンテナを無くした状態にまで縮小できるので、圧電デバイスを小型化できる。

実施形態１の圧電デバイスを示す分解斜視図である。 図１におけるII−II線断面図である。 図２の一部を拡大して示す断面図である。 実施形態１におけるＩＣチップを示すブロック図である。 実施形態２の圧電デバイスの一部を拡大して示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いる。図面に描かれた形状は、当業者（本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者）が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。

図１は、実施形態１の圧電デバイスを示す分解斜視図である。図２は、図１におけるII−II線断面図である。図３は、図２の一部を拡大して示す断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。

図１は水晶振動素子４０及びＩＣチップ５０を素子搭載部材２０に搭載する前の状態を示し、図２は圧電デバイス１０の完成後の状態を示している。凹部空間１２、ＩＣ用パッド２４及び導電性接合材５２は、図２にのみ示す。内部配線２８、絶縁膜３３及び金属枠２６ｃは、図２及び図３にのみ示す。絶縁膜６３及び導電膜６４は、図３にのみ示す。まず、圧電デバイス１０の構成についてその概要を説明する。

圧電デバイス１０は、凹部空間１１，１２、素子搭載部材２０、蓋部材３０、圧電素子としての水晶振動素子４０、ＩＣチップ５０、アンテナ６０などを備えたＴＣＸＯである。

ＩＣチップ５０は、水晶振動素子４０に関するデータを記憶する。素子搭載部材２０は、ＩＣチップ５０及び水晶振動素子４０を搭載する。蓋部材３０は、上面３１及び下面３２を有するとともに、下面３２を素子搭載部材２０に向けて素子搭載部材２０上に設けられる。凹部空間１１は、素子搭載部材２０に形成され、水晶振動素子４０を収容する。凹部空間１２は、素子搭載部材２０に形成され、ＩＣチップ５０を収容する。アンテナ６０は、蓋部材３０の上面３１側に設けられ、ＩＣチップ５０に電気的に接続される。

素子搭載部材２０は、水晶振動素子４０を搭載する上面２１及びＩＣチップ５０を搭載する下面２２を有する基板部２５と、基板部２５の上面２１の周縁に設けられた枠部２６ａと、基板部２５の下面２２の周縁に設けられた枠部２６ｂとからなる。基板部２５と枠部２６ａとによって凹部空間１１が形成され、基板部２５と枠部２６ｂとによって凹部空間１２が形成される。蓋部材３０は金属からなり、蓋部材３０の上面３１に絶縁膜３３が設けられ、絶縁膜３３上にアンテナ６０が設けられる。

素子搭載部材２０は、内部配線２８を有する。内部配線２８は、ＩＣチップ５０に電気的に接続し、素子搭載部材２０の内部を通って、素子搭載部材２０の表面に露出する。アンテナ６０は、素子搭載部材２０の表面において、内部配線２８の露出部分２８１に電気的に接続される。

次に、圧電デバイス１０の構成について更に詳しく説明する。

圧電デバイス１０は、水晶振動素子４０が素子搭載部材２０に搭載された状態で、素子搭載部材２０と蓋部材３０とがシーム溶接などによって接合されることにより、水晶振動素子４０が凹部空間１１内に気密封止された構造となっている。つまり、図２に示すように、枠部２６ａの上端に金属枠２６ｃを設け、金属枠２６ｃと蓋部材３０とに電流を流すことにより、ジュール熱を発生させてこれらを溶接する。

水晶振動素子４０は、表裏関係にある上面４１及び下面４２を有する水晶片４３と、水晶片４３の上面４１から下面４２まで延設された電極４４と、を備えている。水晶片４３は例えばＡＴカット板からなる。電極４４は、互いに絶縁された二つからなり、それぞれ励振電極、引き出し電極、パッド電極などに分けられ、上面４１から側面を跨いで下面４２まで延びている。

素子搭載部材２０における基板部２５及び枠部２６ａ，２６ｂは、例えば複数のグリーンシートが積層及び焼成された積層セラミックス板からなる。枠部２６ａは、基板部２５の上面２１側の周縁に沿って環状に設けられている。枠部２６ｂは、基板部２５の下面２２側の周縁に沿って環状に設けられている。内部配線２８は、例えばグリーンシートに印刷された導体パターンやビアホール導体からなる。素子搭載部材２０は、凹部空間１１の底面となる上面２１側に素子用パッド２３が設けられ、凹部空間１２の底面となる下面２２側にＩＣ用パッド２４が設けられている。なお、凹部空間１２を設けずに、凹部空間１１内の上面２１に水晶振動素子４０及びＩＣチップ５０を搭載するようにしてもよい。

素子用パッド２３は、水晶振動素子４０の電極４４に対向する位置に設けられ、導電性接合材２７によって電極４４に電気的に接続される。導電性接合材２７は、例えば銀ペーストなどの導電性接着剤であり、硬化前は流動性を有する。枠部２６ｂの四隅の突端面には、それぞれ外部接続端子２９が設けられている。外部接続端子２９には、例えば、周波数制御端子、接地端子、出力端子、電源電圧端子などがある。なお、素子用パッド２３、ＩＣ用パッド２４及び外部接続端子２９は、前述した内部配線（図示せず）によって相互にかつ電気的に接続されている。

ＩＣチップ５０は、後述する発振回路等を内蔵するとともに、接続端子５１を有する。接続端子５１は、導電性接合材５２を介してＩＣ用パッド２４に電気的に接続される。つまり、接続端子５１とＩＣ用パッド２４とは、同じ数だけ設けられている。

蓋部材３０は、例えばコバール（Kovar）などの金属からなり、矩形形状の平板となっている。蓋部材３０は、素子搭載部材２０に電気溶接などにより接合され、凹部空間１１を気密封止する。凹部空間１１は、本実施形態１では素子搭載部材２０側に形成しているが、蓋部材３０側に形成してもよい。

絶縁膜３３は、蓋部材３０の上面３１全体に、例えば絶縁性材料を塗布することにより設けられる。アンテナ６０は、絶縁膜３３上に例えば導電性材料のパターンを印刷することにより設けられ、導線部６１と端子部６２とに分けられる。導線部６１同士の交差部分には、それらの間に絶縁膜（図示せず）が設けられる。端子部６２と内部配線２８の露出部分２８１との間の金属部分には、絶縁膜６３が設けられている。この絶縁膜６３上に設けられた導電膜６４によって、端子部６２と露出部分２８１とが電気的に接続される。絶縁膜６３及び導電膜６４は、例えば、それぞれ絶縁性材料及び導電性材料の部分的な塗布によって設けられる。なお、アンテナ６０は、図示するループアンテナに限らず、例えばチップアンテナとしてもよい。

図４は、実施形態１におけるＩＣチップを示すブロック図である。以下、この図面に基づき、圧電デバイス１０の動作について説明する。

圧電デバイス１０は、水晶振動素子４０、ＩＣチップ５０、アンテナ６０などを備え、通信装置７０と無線で通信することが可能である。ＩＣチップ５０は、発振回路５３、メモリ回路５４、インタフェース回路５５、送受信回路５６などを有する。

水晶振動素子４０に関するデータとしては、例えば周波数温度特性が挙げられる。このとき、通信装置７０は、アンテナ６０、送受信回路５６及びインタフェース回路５５を介して、メモリ回路５４に周波数温度特性を書き込んだり、メモリ回路５４から周波数温度特性を読み出したりする。発振回路５３は、メモリ回路５４に記憶された周波数温度特性に従って、周囲温度に合わせて補償電圧を生成することにより、発振周波数を一定に保つ。

水晶振動素子４０に関するデータとしては、周波数温度特性以外に、発振周波数、負荷容量値及びクリスタルインピーダンス値等の仕様データや、製造会社名、製造年月及び製造ロット番号等の製造履歴データ、更に低ドライブ特性データやその他の温度特性データ等の特性データがある。

次に、圧電デバイス１０の作用及び効果について説明する。

（１）圧電デバイス１０では、アンテナ６０が水晶振動素子４０及びＩＣチップ５０よりも蓋部材３０側にある。一方、データの書き込み又は読み出しに際しては、素子搭載部材２０が電源電圧供給用のソケット（図示せず）に差し込まれるため、蓋部材３０側において電波を送受信する。したがって、アンテナ６０から発信される電波やアンテナ６０で受信される電波の進行が、水晶振動素子４０及びＩＣチップ５０によって妨げられないので、通信接続の安定度を向上できる。また、アンテナ６０が水晶振動素子４０又はＩＣチップ５０の搭載面に無いことにより、水晶振動素子４０やＩＣチップ５０の搭載面を、アンテナ６０を無くした状態にまで縮小できるので、圧電デバイス１０を小型化できる。

（２）圧電デバイス１０では、蓋部材３０が金属からなり、蓋部材３０の上面３１に絶縁膜３３が設けられ、絶縁膜３３上にアンテナ６０が設けられている。そのため、アンテナ６０の上方には、金属製の蓋部材３０、水晶振動素子４０及びＩＣチップ５０などの電波の進行を妨げる部品が存在しない。よって、蓋部材３０が金属製であっても、通信接続の安定度を向上できる。

図５は、実施形態２の圧電デバイスの一部を拡大して示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。

本実施形態２の圧電デバイスでは、蓋部材８０が例えばセラミックスなどの絶縁体からなり、蓋部材８０の上面８１に直にアンテナ６０が設けられている。また、蓋部材８０の上面８１から枠部２６ａにかけて、導電膜８３が設けられている。この導電膜８３によって、アンテナ６０の端子部６２と内部配線２８の露出部分２８１とが電気的に接続される。導電膜８３は、例えば導電性材料の部分的な塗布によって設けられる。また、枠部２６ａと蓋部材８０とは、例えば図示しないガラス封止材などによって接合されている。なお、蓋部材８０は絶縁体からなることにより電波の進行を妨げないので、アンテナ６０は蓋部材８０の下面８２に設けてもよい。

本実施形態２の圧電デバイスによれば、蓋部材８０が絶縁体からなることにより、蓋部材８０の上面８１及び下面８２のどちらにもアンテナ６０を設けられるので、設計の自由度を高められる。また、本実施形態２の圧電デバイスによれば、蓋部材８０が絶縁体からなることにより、実施形態１における絶縁膜３３，６３（図４）等が不要になるので、構成を簡素化できる。本実施形態２のその他の構成、作用及び効果は、実施形態１のそれらと同様である。

以上、上記実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。

本発明は、水晶やセラミックスからなる圧電素子を備えた圧電デバイスに利用可能である。

１０ 圧電デバイス
１１，１２ 凹部空間
２０ 素子搭載部材
２１ 上面
２２ 下面
２３ 素子用パッド
２４ ＩＣ用パッド
２５ 基板部
２６ａ，２６ｂ 枠部
２６ｃ 金属枠
２７ 導電性接合材
２８ 内部配線
２８１ 露出部分
２９ 外部接続端子
３０ 蓋部材
３１ 上面
３２ 下面
３３ 絶縁膜
４０ 水晶振動素子（圧電素子）
４１ 上面
４２ 下面
４３ 水晶片
４４ 電極
５０ ＩＣチップ
５１ 接続端子
５２ 導電性接合材
５３ 発振回路
５４ メモリ回路
５５ インタフェース回路
５６ 送受信回路
６０ アンテナ
６１ 導線部
６２ 端子部
６３ 絶縁膜
６４ 導電膜
７０ 通信装置
８０ 蓋部材
８１ 上面
８２ 下面
８３ 導電膜

Claims (3)

1. 圧電素子と、
   この圧電素子に関するデータを記憶するＩＣチップと、
   このＩＣチップ及び前記圧電素子を搭載する素子搭載部材と、
   上面及び下面を有するとともに、当該下面を前記素子搭載部材に向けて当該素子搭載部材上に設けられた蓋部材と、
   この蓋部材及び前記素子搭載部材の少なくとも一方に形成され、前記圧電素子及び前記ＩＣチップのうち少なくとも前記圧電素子を収容する凹部空間と、
   前記蓋部材の前記上面側及び前記下面側のどちらか一方に設けられ、前記ＩＣチップに電気的に接続されたアンテナと、
   を備えた圧電デバイス。
2. 前記蓋部材は金属からなり、
   前記蓋部材の前記上面に絶縁膜が設けられ、
   この絶縁膜上に前記アンテナが設けられた、
   請求項１記載の圧電デバイス。
3. 前記蓋部材は絶縁体からなり、
   前記蓋部材の前記上面及び前記下面のどちらか一方に直に前記アンテナが設けられた、
   請求項１記載の圧電デバイス。

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