JP2016082538A - 圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】好適にパッケージングされた圧電発振器を提供する。
【解決手段】発振器１は、厚み方向に貫通する開口部３７ｈを有する配線基板７と、第１主面３７ａに開口部３７ｈを覆うように実装された振動子３と、開口部３７ｈ内に配置され、振動子３に実装された集積回路素子５と、を有している。配線基板７は、第１主面３７ａ、第２主面３７ｂ及び開口部３７ｈを有する絶縁基板３７と、第１主面３７ａに設けられ、振動子３が実装される振動子用パッド４１と、第２主面３７ｂに設けられた外部端子４３と、振動子用パッド４１と外部端子４３とを接続する接続導体４５と、を有している。絶縁基板３７は、その側面から内側へ離れた位置にて厚み方向に貫通する貫通孔３７ｅを有している。接続導体４５は、貫通孔３７ｅに設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、水晶発振器等の圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法に関する。

水晶振動素子と、水晶振動素子に電圧を印加して発振信号を生成する発振回路（集積回路素子）とを有する水晶発振器として、例えば、第１主面に水晶振動素子が収容される第１凹部が形成され、その背面の第２主面に集積回路素子が収容される第２凹部が形成された、いわゆるＨ型のパッケージを有するものが知られている。この水晶発振器は、例えば、第２主面を回路基板に対向させて、第２主面の第２凹部の周囲に形成されたパッドと、回路基板のパッドとがバンプによって接合されることにより、回路基板に実装される。

なお、水晶振動素子と、水晶振動素子を収容するパッケージとを有し、発振回路（集積回路素子）を有さない、水晶振動子もよく知られている。このような水晶振動子は、集積回路素子が実装された配線基板に実装されることによって、集積回路素子と電気的に接続され、水晶発振器を構成し得る。

特開２０００−４９５６０号公報

上述したＨ型のパッケージを有する水晶発振器は、例えば、集積回路素子が実装された配線基板に水晶振動子を実装した構成に比較して、パッケージが全体として一体化されていることから、小型化等において有利である。その一方で、例えば、水晶発振器と水晶発振器が実装される回路基板との接合部（パッド等）を変更するときに、パッケージ全体を設計変更する必要が生じる等の不都合も生じる。

従って、好適にパッケージングされた圧電デバイス及びその製造方法が提供されることが望まれる。

本発明の一態様に係る圧電デバイスは、第１主面、その背面の第２主面、及び、厚み方向に貫通する開口部を有する配線基板と、前記第１主面に前記開口部を覆うように実装された圧電振動子と、前記開口部内に配置され、前記圧電振動子に実装された電子素子と、を有し、前記配線基板は、前記第１主面、前記第２主面及び前記開口部を有する絶縁基板と、前記第１主面に設けられ、前記圧電振動子が実装された振動子用パッドと、前記第２主面に設けられた外部端子と、前記振動子用パッドと前記外部端子とを接続する接続導体と、を有し、前記絶縁基板は、当該絶縁基板の側面から内側へ離れた位置にて厚み方向に貫通する貫通孔を有し、前記接続導体は、前記貫通孔に設けられている。

好適には、前記貫通孔は、平面視において前記圧電振動子と重なる領域に位置している。

好適には、前記貫通孔は、平面視において前記開口部と繋がっている。

好適には、前記接続導体は、前記貫通孔の内周面に層状に形成されている。

好適には、平面視において前記電子素子は矩形であり、４つの前記貫通孔が前記電子素子の４隅側に位置している。

好適には、前記矩形の１対の対辺に平行に見て、前記電子素子と前記４つの貫通孔とが一部において重なっている。

好適には、前記矩形の他の１対の対辺に平行に見て、前記電子素子と前記４つの貫通孔とが一部において重なっている。

本発明の圧電デバイスの製造方法は、第１主面及び第２主面を有する絶縁基板に厚み方向に貫通する貫通孔を形成するステップと、前記第１主面に振動子用パッドを形成するステップと、前記第２主面に外部端子を形成するステップと、前記振動子用パッド及び前記外部端子に接続される導電体を前記貫通孔の内部に形成するステップと、平面視において前記貫通孔に重なる開口部を形成することによって前記導電体の一部を除去し、前記振動子用パッドと前記外部端子とを接続する接続導体を形成するステップと、前記開口部を覆うように圧電振動子を前記振動子用パッドに実装するステップと、前記開口部に収容されるように電子素子を圧電振動子に実装するステップと、を有している。

上記の構成によれば、好適にパッケージングされた圧電デバイスが実現される。

本発明の第１実施形態に係る水晶発振器の概略構成を示す分解斜視図。 図１のII−II線における断面図。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は図１の水晶発振器の基板部の表裏の平面図。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は図１の水晶発振器の配線基板の表裏の平面図。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は図４の配線基板の製造方法を説明する平面図。 本発明の第２実施形態に係る水晶発振器の配線基板の平面図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。

また、図面には、図面相互の関係を明確にする等の目的で、便宜的に直交座標系ｘｙｚを付すことがある。ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、部材の形状等に基づいて便宜的に定義されており、圧電体（水晶）の電気軸、機械軸及び光軸を意味するものではない。

＜第１実施形態＞
（水晶発振器の構成）
図１は、本発明の実施形態に係る水晶発振器１（以下、「水晶」は省略）の概略構成を示す分解斜視図である。図２は、図１のII−II線における断面図である。

発振器１は、例えば、全体として、概略、薄型の直方体状とされる電子部品であり、その寸法は適宜に設定されてよい。例えば、比較的小さいものでは、長辺又は短辺の長さが１〜２ｍｍであり、厚さが０．２〜０．４ｍｍである。

発振器１は、例えば、水晶振動子３（以下、「水晶」は省略）と、振動子３に実装される集積回路素子５と、振動子３が実装される配線基板７とを有している。

振動子３は、交流電圧が印加されるとその内部で固有振動を生じる。集積回路素子５は、発振回路を含んで構成されており、振動子３に電圧を印加して、振動子３内の固有振動を利用して発振信号を生成する。配線基板７は、不図示の回路基板等に接続され、振動子３のパッケージを介して、回路基板と集積回路素子５との間において電気信号を仲介する。これらの具体的な構成は、例えば、以下のとおりである。

振動子３は、例えば、水晶振動素子９（以下、「水晶」は省略）と、振動素子９を収容する素子搭載部材１１と、素子搭載部材１１を密閉する蓋部材１３とを有している。なお、素子搭載部材１１及び蓋部材１３によって、振動子３のパッケージが構成されている。

振動素子９は、例えば、水晶片１５と、水晶片１５に電圧を印加するための１対の励振電極１７と、振動素子９を素子搭載部材１１に実装するための１対の引出電極１９とを有している。

水晶片１５は、例えば、概ね長方形の板状に形成されている。水晶片１５は、例えば、ＡＴカット水晶片からなる。１対の励振電極１７は、例えば、水晶片１５の両主面の中央側に層状に設けられている。１対の引出電極１９は、例えば、１対の励振電極１７から引き出されて水晶片１５の長手方向の一端側部分に設けられている。１対の励振電極１７及び１対の引出電極１９は、例えば、振動素子９の両主面のいずれが実装側とされてもよいように、水晶片１５の長手方向に延びる不図示の中心線に対して１８０°回転対称の形状に形成されている。

素子搭載部材１１は、例えば、絶縁性の基体２１と、基体２１に設けられた各種の導体（例えば金属）とを有している。各種の導体は、例えば、振動素子９を素子搭載部材１１に搭載するための１対の素子搭載パッド２３、振動子３を配線基板７に実装するための複数（本実施形態では４つ）の振動子端子２５、及び、集積回路素子５を振動子３に実装するための複数（本実施形態では６つ）のＩＣ用パッド２６（図２）である。

基体２１は、例えば、セラミックからなり、振動素子９を収容する凹部２１ｒを有している。基体２１は、例えば、平板状の基板部２１ａと、基板部２１ａに重ねられた枠部２１ｂとを有しており、これにより、凹部２１ｒが構成されている。

１対の素子搭載パッド２３は、例えば、凹部２１ｒの底面（基板部２１ａの枠部２１ｂ側の主面）に層状に設けられている。複数の振動子端子２５は、例えば、基板部２１ａの枠部２１ｂとは反対側の主面の４隅に層状に設けられている（図３（ｂ）参照）。複数のＩＣ用パッド２６は、例えば、基板部２１ａの枠部２１ｂとは反対側の主面において、複数の振動子端子２５に囲まれた領域内に２列で配列されている（図３（ｂ）参照）。

振動素子９は、１対の引出電極１９と１対の素子搭載パッド２３とが１対のバンプ２７（図２）によって接合されることによって、素子搭載部材１１に片持ち梁のように固定されるとともに、素子搭載部材１１に電気的に接続される。なお、バンプ２７は、例えば、導電性接着剤からなる。

蓋部材１３は、例えば、金属からなる。蓋部材１３は、素子搭載部材１１の枠部２１ｂと接合され、これにより、凹部２１ｒは密閉される。凹部２１ｒ内は、例えば、真空とされ、又は、適宜なガス（例えば窒素）が封入される。

蓋部材１３及び素子搭載部材１１の接合は適宜な方法によりなされてよい。例えば、枠部２１ｂの蓋部材１３側の面には、金属からなる枠状の第１接合用パターン２９が形成される。一方、蓋部材１３の枠部２１ｂ側の面には、金属からなる枠状の第２接合用パターン３１が形成される。そして、両者がシーム溶接によって接合されることにより、蓋部材１３及び素子搭載部材１１は互いに接合される。

集積回路素子５は、例えば、概略薄型直方体状に形成されており、一方の主面に複数（本実施形態では６つ）のＩＣ端子３３を有している。ＩＣ端子３３と、素子搭載部材１１に設けられた既述のＩＣ用パッド２６とがバンプ３５（図２）によって接合されることにより、集積回路素子５は、素子搭載部材１１に固定されるとともに、素子搭載部材１１に電気的に接続される。

ＩＣ端子３３の数及び役割は、発振器１に要求される機能等に応じて適宜に設定されてよい。例えば、６つのＩＣ端子３３のうち、１つは基準電位を集積回路素子５に供給するためのものであり、１つは電源電圧（基準電位とは異なる電位）を集積回路素子５に供給するためのものであり、２つは集積回路素子５から振動素子９に電圧を印加するためのものであり、１つは発振信号の周波数を調整するための制御信号を集積回路素子５に入力するためのものであり、１つは集積回路素子５による発振信号の生成又は停止を指示するイネーブル・ディセーブル信号を集積回路素子５に入力するためのものである。

既に述べたように、集積回路素子５は、発振回路を含んで構成されている。発振回路は、例えば、帰還型のものである。また、集積回路素子５は、温度センサ、及び、温度センサの検出した温度に基づいて発振信号の温度変化を補償する温度補償回路を含んでいてもよい。集積回路素子５は、パッケージングされたものであってもよいし、ベアチップであってもよい。

配線基板７は、例えば、リジッド式のプリント配線基板と同様の構成とされてよい。例えば、配線基板７は、絶縁基板３７と、絶縁基板３７に設けられた各種の導体（例えば金属）とを有している。各種の導体は、例えば、振動子３を配線基板７に実装するための複数（本実施形態では４つ）の振動子用パッド４１、配線基板７を不図示の回路基板に実装するための複数（本実施形態では４つ）の外部端子４３、及び、複数の振動子用パッド４１と複数の外部端子４３とを接続する複数（本実施形態では４つ）の接続導体４５である。なお、特に図示しないが、配線基板７は、外部端子４３及び振動子用パッド４１を露出させつつ絶縁基板３７を覆うソルダーレジストを有していてもよい。

絶縁基板３７は、例えば、ガラスエポキシ材よりなる。絶縁基板３７（配線基板７）は、第１主面３７ａと、その背面の第２主面３７ｂと、厚み方向（ｚ方向。第１主面３７ａから第２主面３７ｂへ）貫通する開口部３７ｈと、開口部３７ｈの周囲にて厚み方向に貫通する複数（本実施形態では４つ）の貫通孔３７ｅを有している。絶縁基板３７の平面形状は適宜に設定されてよい。例えば、絶縁基板３７の外形は矩形である。

複数の振動子用パッド４１は、例えば、第１主面３７ａの４隅側に層状に設けられており、開口部３７ｈを囲んでいる。複数の外部端子４３は、例えば、第２主面３７ｂの４隅に層状に設けられており、開口部３７ｈを囲んでいる。複数の接続導体４５は、例えば、複数の貫通孔３７ｅの内周面に層状に設けられている。複数の接続導体４５（複数の貫通孔３７ｅ）は、例えば、絶縁基板３７の主面の４隅側に設けられており、開口部３７ｈを囲んでいる。

振動子３は、素子搭載部材１１に設けられた既述の複数の振動子端子２５と、振動子用パッド４１とがバンプ４７（図２）によって接合されることにより、配線基板７に対して固定されるとともに、電気的に接続される。振動子用パッド４１は、開口部３７ｈを囲むように配置されているから、振動子３は、開口部３７ｈを第１主面３７ａ側から覆うように配線基板７に実装される。なお、振動子３の面積は、例えば、開口部３７ｈの面積よりも大きく、平面視において開口部３７ｈは振動子３に収まる。

また、振動子３に実装された集積回路素子５は、開口部３７ｈに収容される。なお、図２では、集積回路素子５の天面（ｚ方向負側の面）は、第２主面３７ｂよりも内部側（ｚ方向正側）に位置しているが、当該天面は、第２主面３７ｂと概略面一とされてもよい。

集積回路素子５と振動子３との間にはアンダーフィル４９（図２）が充填されている。アンダーフィル４９は、例えば、熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂）からなる。アンダーフィル４９は、樹脂よりも熱膨張係数が低いフィラー（例えばＳｉＯ_２からなる）を含んでいてもよい。アンダーフィル４９は、集積回路素子５の側面を適宜な高さまで覆うように設けられてもよいし、集積回路素子５を側面だけでなく天面も覆うように設けられてもよい。

素子搭載部材１１（振動子３）の基体２１は、振動子端子２５、バンプ４７及び振動子用パッド４１の厚みに相当する隙間を介して配線基板７の絶縁基板３７と対向している。アンダーフィル４９は、開口部３７ｈ（及び複数の貫通孔３７ｅ）内から、基体２１と絶縁基板３７との隙間へ広がっていてもよいし、広がっていなくてもよい。また、広がっている場合、アンダーフィル４９は、前記の隙間を開口部３７ｈ（及び複数の貫通孔３７ｅ）の全周に亘って塞いでもよいし、塞いでいなくてもよい（開口部３７ｈと振動子３の外部とが連通されていてもよい。）。

素子搭載部材１１においては、６つのＩＣ用パッド２６のうちの２つと、１対の素子搭載パッド２３とが接続されている。これにより、ＩＣ用パッド２６に実装された集積回路素子５と、素子搭載パッド２３に実装された振動素子９とが電気的に接続されている。ひいては、集積回路素子５により振動素子９に電圧を印加して発振信号を生成することが可能となっている。

また、素子搭載部材１１においては、６つのＩＣ用パッド２６のうち残りの４つと、４つの振動子端子２５とが接続されている。これにより、ＩＣ用パッド２６に実装された集積回路素子５と、振動子端子２５が接合された振動子用パッド４１を有する配線基板７とが電気的に接続されている。ひいては、振動子用パッド４１と接続導体４５を介して接続された配線基板７の４つの外部端子４３に対する電気信号の入出力によって、集積回路素子５に対して電気信号を入出力することが可能となっている。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、上記のような素子搭載部材１１における接続の一例を説明するための図である。具体的には、図３（ａ）は、基板部２１ａを振動素子９から見た平面図であり、図３（ｂ）は、基板部２１ａを集積回路素子５側から見た平面図である。

図３（ａ）に示すように、１対の素子搭載パッド２３からは１対の第１接続パターン５１が延び、１対の第１ビア導体５３に接続されている。図３（ｂ）に示すように、１対の第１ビア導体５３は、基板部２１ａを厚み方向に貫通しており、１対の第２接続パターン５５に接続されている。１対の第２接続パターン５５は、２つのＩＣ用パッド２６に接続されている。また、図３（ｂ）に示すように、残りの４つのＩＣ用パッド２６は、４つの第３接続パターン５７を介して４つの振動子端子２５に接続されている。

第１接続パターン５１、第２接続パターン５５及び第３接続パターン５７は、層状に形成されている。第１接続パターン５１は、一部が枠部２１ｂと重なっていてもよい。１対の第２接続パターン５５の中途が幅広に形成されているのは、発振器１の製造過程において、振動素子９の特性を検査する検査装置のプローブを当接させるためである。第２ビア導体５９は、基準電位が付与される振動子端子２５と導体からなる蓋部材１３とを接続するためのものであり、枠部２１ｂも厚み方向に貫通している。

図４（ａ）は、配線基板７の第１主面３７ａ側の平面図であり、図４（ｂ）は、配線基板７の第２主面３７ｂ側の平面図である。なお、これらの図では、集積回路素子５も想像線（２点鎖線）で示している。

接続導体４５が設けられる貫通孔３７ｅは、開口部３７ｈと繋がっている。換言すれば、貫通孔３７ｅは、絶縁基板３７において、開口部３７ｈを構成する縁部を切り欠いた切り欠き部によって構成されている。従って、開口部３７ｈは、貫通孔３７ｅによって実質的に拡張されている。なお、貫通孔３７ｅは、配線基板７の側面からは離れており、平面視において配線基板７の側面を構成する縁部の切り欠きとはなっていない。

開口部３７ｈの平面形状は適宜に設定されてよい。例えば、開口部３７ｈの平面形状は、矩形状（角部が面取りされたもの含む）、矩形の短辺が弧状とされた長円状、楕円状又は円状である。図４では、楕円状の場合を例示している。

開口部３７ｈの大きさ（及び形状）は、例えば、平面視において集積回路素子５が収まるように設定されている。ただし、上述のように、開口部３７ｈは、貫通孔３７ｅによって実質的に拡張されているから、開口部３７ｈの大きさは、貫通孔３７ｅが設けられていないと仮定した場合に、集積回路素子５が開口部３７ｈに収まらない大きさであってもよい。図４では、開口部３７ｈの大きさが、貫通孔３７ｅが設けられていないと仮定したときに、集積回路素子５が開口部３７ｈに収まるが、集積回路素子５の角部と開口部３７ｈの内周面とのクリアランスが確保できない大きさである場合を例示している。貫通孔３７ｅが設けられておらず、かつ、集積回路素子５と開口部３７ｈの内周面とのクリアランスが確保できない場合、振動子３に実装された集積回路素子５を開口部３７ｈに収容することができず、振動子端子２５と振動子用パッド４１との距離がより長くなり、バンプ４７によって電気的に接続させることが困難となる虞がある。

貫通孔３７ｅの平面形状は適宜に設定されてよい。例えば、貫通孔３７ｅの平面形状は、矩形状（角部が面取りされたもの含む）、矩形の短辺が弧状とされた長円状、楕円状又は円状とされてよい。また、貫通孔３７ｅの平面形状は、本実施形態のように、上記のような矩形等の形状のうちの一部が開口部３７ｈによって削除された形状とされてよい（別の観点では貫通孔３７ｅは開口部３７ｈと重なってよい）。図４では、貫通孔３７ｅの平面形状が、円の一部が開口部３７ｈによって削除された形状である場合を例示している。

また、貫通孔３７ｅの平面形状が、円等の形状のうちの一部が開口部３７ｈによって削除された形状である場合、その削除される位置及び大きさ（換言すれば残る形状）も適宜に設定されてよい。例えば、貫通孔３７ｅが円形の一部が削除された形状である場合、残った弧の中心角は、９０°未満であってもよいし、９０°以上であってもよいし、１８０°以上であってもよい。図４では、中心角が１８０°超の場合を例示している。

貫通孔３７ｅの大きさは適宜に設定されてよい。例えば、貫通孔３７ｅの大きさは、接続導体４５の面積を十分に確保する観点、及び／又は、集積回路素子５と配線基板７とのクリアランスを十分に確保する観点から設定されてもよい。各貫通孔３７ｅの面積（開口部３７ｈによって削除されずに残った面積）は、例えば、開口部３７ｈの面積よりも小さい。

貫通孔３７ｅと振動子３及び集積回路素子５等との相対的な位置及び大きさ等も適宜に設定されてよい。例えば、貫通孔３７ｅは、振動子用パッド４１よりも開口部３７ｈ側に位置しており、ひいては、その全体が振動子３と重なる。また、例えば、貫通孔３７ｅは、集積回路素子５の矩形の１対の対辺に平行に見て（例えばｘ方向に見て）、集積回路素子５と４つの貫通孔３７ｅとが一部において重なるように設けられている。さらに、貫通孔３７ｅは、他の１対の対辺に平行に見て（ｙ方向に見て）、集積回路素子５と４つの貫通孔３７ｅとが一部において重なるように設けられている。

振動子用パッド４１及び外部端子４３の平面形状は適宜に設定されてよい。例えば、これらの平面形状は、矩形状（角部が面取りされたものを含む）、又は、矩形に位置決めのための形状が形成されたもの（例えば矩形の一の角部を面取りした５角形）とされてよい。また、本実施形態のように、振動子用パッド４１及び外部端子４３の平面形状は、上記のような矩形等の形状のうち、開口部３７ｈ側の一部が貫通孔３７ｅによって削除された形状とされてよい（別の観点では振動子用パッド４１及び外部端子４３は貫通孔３７ｅと重なってよい）。図４では、矩形の一の角部が貫通孔３７ｅによって削除された形状を例示している。

振動子用パッド４１の面積（貫通孔３７ｅを除く）は、例えば、バンプ４７による振動子端子２５との接合に十分な大きさとされる。同様に、外部端子４３の面積（貫通孔３７ｅを除く）は、例えば、不図示のバンプによる不図示の回路基板との接合に十分な大きさとされる。

接続導体４５は、例えば、貫通孔３７ｅの内周面の全体に亘って成膜されている。ただし、接続導体４５は、開口部３７ｈの内周面には形成されていない（図１）。なお、振動子用パッド４１に接合されるバンプ４７、及び／又は、外部端子４３に接合されるバンプは、その一部が接続導体４５に接合されてもよい。

（水晶発振器の製造方法）
以上の構成を有する水晶発振器の製造方法を説明する。なお、以下の説明では、製造過程の進行に伴って部材の形状等が変化しても、便宜上、完成後の発振器１の符号を用いることがある。

まず、図１の分解斜視図に示した各部材、すなわち、配線基板７、集積回路素子５、素子搭載部材１１、振動素子９及び蓋部材１３が準備される。これらの各部材の製造方法は、配線基板７の製造方法（後述）、及び、具体的な形状等を除けば、公知の方法と同様でよい。

次に、各部材が接合される。すなわち、振動素子９の素子搭載部材１１に対する接合、蓋部材１３の素子搭載部材１１に対する接合、集積回路素子５の素子搭載部材１１に対する接合、及び、素子搭載部材１１の配線基板７に対する接合が行われる。

これらの接合順は、蓋部材１３の素子搭載部材１１に対する接合が振動素子９の素子搭載部材１１に対する接合よりも後である限り、どのような接合順も可能である。また、第２接続パターン５５の一部を拡幅して形成した測定パッド（本実施形態では集積回路素子５が重なる）を介して振動素子９の特性を検査し、これに応じて励振電極１７の重さを調整する場合においては、集積回路素子５の素子搭載部材１１に対する接合は、振動素子９の素子搭載部材１１に対する接合よりも後、且つ、蓋部材１３の素子搭載部材１１に対する接合よりも前である。

次に、未硬化状態のアンダーフィル４９が開口部３７ｈ（及び／又は貫通孔３７ｅ）を介して集積回路素子５と振動子３との間に充填される。充填は、例えば、ディスペンサによって行われる。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、配線基板７の製造方法を説明するための、図４（ａ）に相当する平面図である。

まず、絶縁基板３７が多数個取りされる母基板を用意する。このような母基板は、公知の方法と同様に形成されてよい。

次に、図５（ａ）に示すように、母基板の各絶縁基板３７に相当する部分において、複数の貫通孔３７ｅを形成する。貫通孔３７ｅの形成は、例えば、刃具（例えばドリル）による切削、又は、マスクを介したエッチングによって行われる。このとき、貫通孔３７ｅが円形であれば、ドリルによって貫通孔３７ｅを形成することができ、貫通孔３７ｅの形成が容易である。

次に、図５（ｂ）に示すように、複数の貫通孔３７ｅ内に接続導体４５を形成する。また、絶縁基板３７の主面に振動子用パッド４１及び外部端子４３を形成する。これらの導体は、例えば、マスクを介したスパッタリング乃至は無電解めっき等によって形成される。

次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、開口部３７ｈを形成する。開口部３７ｈの形成は、例えば、打ち抜き加工、刃具による切削、又は、マスクを介したエッチングによって行われる。この際、開口部３７ｈは、貫通孔３７ｅの一部に重なるように形成される。これにより、複数の貫通孔３７ｅと開口部３７ｈとは繋がり、また、貫通孔３７ｅは、円形の一部が削除された形状となる。

また、複数の貫通孔３７ｅ及び開口部３７ｈを形成した後に接続導体４５を形成するのではなく、複数の貫通孔３７ｅの形成後、且つ、開口部３７ｈの形成前に接続導体４５を形成していることから、複数の貫通孔３７ｅは開口部３７ｈを介して互いに繋がっているものの、複数の接続導体４５は、互いに接続されていない。

その後、絶縁基板３７が多数個取りされる母基板がダイシングされる。なお、ダイシングは、振動子３を絶縁基板３７に実装する前に行われてもよいし、振動子３が絶縁基板３７に実装され、発振器１が構成された後に行われてもよい。

なお、接続導体４５、振動子用パッド４１及び外部端子４３は、同時に形成される必要はない。また、振動子用パッド４１及び外部端子４３の形成は、貫通孔３７ｅの形成前としたり、開口部３７ｈの形成後としたりすることも可能である。

以上のとおり、本実施形態では、発振器１は、厚み方向に貫通する開口部３７ｈを有する配線基板７と、第１主面３７ａに開口部３７ｈを覆うように実装された振動子３と、開口部３７ｈ内に配置され、振動子３に実装された集積回路素子５と、を有している。配線基板７は、開口部３７ｈを有する絶縁基板３７と、第１主面３７ａに設けられ、振動子３が実装された振動子用パッド４１と、第２主面３７ｂに設けられた外部端子４３と、振動子用パッド４１と外部端子４３とを接続する接続導体４５と、を有している。絶縁基板３７は、その側面から内側へ離れた位置にて厚み方向に貫通する貫通孔３７ｅを有している。接続導体４５は、貫通孔３７ｅに設けられている。

従って、例えば、振動子３のパッケージ（素子搭載部材１１及び蓋部材１３）と、配線基板７との組み合わせによって、発振器１のパッケージを構成することができる。その結果、例えば、配線基板７の変更乃至は交換によって簡便に外部端子４３の配置及び大きさを変更することができる。また、例えば、振動子及び集積回路素子の双方を配線基板に実装して発振器を構成する場合に比較して、開口部３７ｈに集積回路素子５が収容されるので、小型化が図られる。

さらに、接続導体４５が絶縁基板３７の側面から内側へ離れた貫通孔３７ｅに設けられていることからも、種々の効果が奏される。例えば、絶縁基板の側面に接続導体が設けられている場合に比較して、他の部品の端子と接続導体４５とが余剰な半田等によって意図せず接続されてしまうおそれが低減される。また、例えば、配線基板７の適宜な位置に貫通孔３７ｅを設けて接続導体４５を配置できることから、配線基板７においてデッドスペースになっている領域を有効利用することができる。

本実施形態とは異なり、絶縁基板の側面に接続導体が設けられている場合、接続導体は、例えば、以下のように形成される。まず、絶縁基板３７が多数個取りされる母基板において、絶縁基板の４隅又は縁部となる位置に貫通孔が形成される。次に、その貫通孔の内周面に接続導体となる金属膜が形成される。その後、母基板がダイシングされる。これにより、貫通孔は分割されてキャスタレーション（平面視における凹部）となる。また、金属膜は、キャスタレーションの内面に形成された接続導体となる。

上記のような絶縁基板の側面に接続導体を設ける構成においては、ダイシングの際の熱及び応力によって、接続導体となる金属膜が延ばされるとともに引きちぎられ、バリが生じるおそれがある。バリが生じると、例えば、発振器を検査用のソケットに装着するときに、バリがソケットの内周面に当接して、発振器のソケットへの装着を阻害するおそれがある。その結果、発振器の外部端子とソケットの端子との接触不良が生じ、生産性が低下するおそれがある。

しかし、本実施形態では、接続導体４５となる導電膜（金属膜）は、母基板のダイシングよっては切断されないことから、開口部３７ｈの形成にあたって、適宜な形成方法又は適宜な条件を選択することによって、バリが生じるおそれを低減できる。また、仮に、接続導体４５にバリが生じたとしても、バリは絶縁基板３７の側面から外側へ突出しないから、バリによって発振器１のソケットへの装着が阻害されるおそれは低減される。その結果、生産性が向上する。

また、本実施形態では、貫通孔３７ｅは、平面視において振動子３と重なる領域に位置している。

従って、例えば、振動子３、集積回路素子５及び接続導体４５を配線基板７の内側へ集約して、配線基板７の小型化を図ることができる。当該効果は、特に、振動子３が電子素子（本実施形態では集積回路素子５）に比較して大きい場合に有効である。また、例えば、貫通孔３７ｅにアンダーフィル４９が充填されない場合には、貫通孔３７ｅを介して振動子３又は振動子３と配線基板７との隙間への空気の流れを生じさせ、振動子３の放熱又は加熱を行ったり、貫通孔３７ｅ内に設けられた接続導体４５を介して振動子３の放熱又は加熱を行ったりすることが可能となる。すなわち、熱的に応用性が向上する。

また、本実施形態では、貫通孔３７ｅは、平面視において開口部３７ｈと繋がっている。

従って、例えば、振動子３、集積回路素子５及び接続導体４５の配線基板７の内側への集約が一層図られる。また、例えば、貫通孔３７ｅを形成した後、貫通孔３７ｅの一部を削除するように開口部３７ｈを形成することによって、貫通孔３７ｅの形状及び大きさを適宜なものとすることができる。例えば、平面視において、最終的な貫通孔３７ｅの面積に対して、一部削除前の貫通孔３７ｅの径を大きくすることができる。その結果、例えば、貫通孔３７ｅに対する接続導体４５の成膜が容易化される。

また、本実施形態では、上記のように貫通孔３７ｅが開口部３７ｈと繋がっていることに加えて、接続導体４５が貫通孔３７ｅの内周面に層状に形成されている。

従って、例えば、キャスタレーションが絶縁基板の側面に設けられたときと同等の面積を絶縁基板３７に確保しつつ、貫通孔３７ｅによって実質的に開口部３７ｈが拡張される。その結果、例えば、開口部３７ｈ内の電子素子（本実施形態では集積回路素子５）を大きくしたり、及び／又は、開口部３７ｈ内の電素素子の数を多くしたりすることが可能となる。すなわち、電子素子の選択の自由度が向上する。また、例えば、アンダーフィル４９によって配線基板７と振動子３との隙間が塞がれないようにアンダーフィル４９を開口部３７ｈに供給する場合において、余剰なアンダーフィル４９を貫通孔３７ｅに収容させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、貫通孔３７ｅが開口部３７ｈと繋がり、接続導体４５が層状であることに加えて、平面視において集積回路素子５は矩形であり、４つの貫通孔３７ｅが集積回路素子５の４隅側に位置している。

従って、例えば、集積回路素子５と配線基板７とのクリアランスの確保が難しい４隅側において、ピンポイントに開口部３７ｈを実質的に拡張できる。その結果、例えば、配線基板７の開口面積を小さくして配線基板７の強度を確保しつつ、上述した集積回路素子５の選択の自由度向上の効果をより確実に得ることができる。

特に、本実施形態では、矩形の１対の対辺に平行に見て、集積回路素子５と４つの貫通孔３７ｅとが一部において重なっていることから、当該１対の対辺に平行な方向において、貫通孔３７ｅによってクリアランスが確実に確保される。加えて、本実施形態では、矩形の他の１対の対辺に平行に見て、集積回路素子５と４つの貫通孔３７ｅとが一部において重なっていることから、平面視においていずれの方向においても、貫通孔３７ｅによってクリアランスが確実に確保される。このように貫通孔３７ｅによってクリアランスを確実に確保することで、振動子３に実装された集積回路素子５を開口部３７ｈに確実に収容することができる。従って、振動子端子２５と振動子用パッド４１との距離を最短とすることができ、バンプ４７によって確実に電気的に接続させることが可能となる。

また、本実施形態の発振器１の製造方法は、第１主面３７ａ及び第２主面３７ｂを有する絶縁基板３７に厚み方向に貫通する貫通孔３７ｅを形成するステップ（図５（ａ））と、第１主面３７ａに振動子用パッド４１を形成するステップ（図５（ｂ））と、第２主面３７ｂに外部端子４３を形成するステップと、振動子用パッド４１及び外部端子４３に接続される導電体を貫通孔３７ｅの内部に形成するステップ（図５（ｂ））と、平面視において貫通孔３７ｅに重なる開口部３７ｈを形成することによって導電体の一部を除去し、振動子用パッド４１と外部端子４３とを接続する接続導体４５を形成するステップ（図４（ａ）及び図４（ｂ））と、開口部３７ｈを覆うように振動子３を振動子用パッド４１に実装するステップと、開口部３７ｈに収容されるように集積回路素子５を振動子３に実装するステップと、を有している。

従って、既に述べたように、開口部３７ｈと貫通孔３７ｅとが繋がっている一方で、貫通孔３７ｅ内の接続導体４５が開口部３７ｈの内周面に形成されていない配線基板７を簡便に形成することができる。

＜第２実施形態＞
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第２実施形態に係る発振器の配線基板２０７を示す、図４（ａ）及び図４（ｂ）に相当する平面図である。なお、第２実施形態に係る発振器の構成は、配線基板２０７の構成を除いては、第１実施形態に係る発振器１の構成と同様である。また、第２実施形態に係る配線基板２０７についても、特に断りがない事項については、第１実施形態の配線基板７と同様である。

第２実施形態に係る配線基板２０７は、第１実施形態の配線基板７と同様に、開口部２３７ｈ及び複数の貫通孔２３７ｅを有する絶縁基板２３７と、絶縁基板２３７の第１主面２３７ａに設けられ、振動子３が実装される振動子用パッド２４１と、絶縁基板２３７の第２主面２３７ｂに設けられ、不図示の回路基板に接続される外部端子２４３と、貫通孔２３７ｅに設けられ、振動子用パッド２４１と外部端子２４３とを接続する接続導体２４５とを有している。

ただし、配線基板２０７は、例えば、以下の点において、第１実施形態の配線基板７と異なっている。まず、貫通孔２３７ｅは、平面視において開口部２３７ｈと繋がっていない。また、貫通孔２３７ｅは、振動子用パッド２４１に対して開口部２３７ｈ側ではなく、開口部２３７ｈとは反対側に位置している。また、貫通孔２３７ｅは、振動子用パッド２４１と重なっていないか、若しくは、比較的少ない量で振動子用パッド２４１と重なっている。また、接続導体２４５は、第１主面２３７ａの貫通孔２３７ｅの周囲にフランジ部２４５ｆを有しており、当該フランジ部２４５ｆは、配線を介さずに直接に振動子用パッド２４１と接続されている。なお、図６では不図示であるが、振動子３は、貫通孔２３７ｅの一部又は全部と重なってもよいし、重ならなくてもよい。

以上の第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が奏される。例えば、振動子３のパッケージ（素子搭載部材１１及び蓋部材１３）と、配線基板２０７との組み合わせによって、発振器のパッケージが構成されることから、パッケージが小型であり、また、設計変更が容易である。また、例えば、接続導体２４５が絶縁基板２３７の側面から内側へ離れた貫通孔２３７ｅに設けられていることから、接続導体２４５と他の部品との意図しない接続のおそれの低減、接続導体２４５のバリが検査を阻害するおそれの低減等の効果が奏される。

以上の実施形態において、水晶発振器１は圧電デバイスの一例であり、水晶振動子３は圧電振動子の一例であり、集積回路素子５は電子素子の一例である。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

圧電デバイスは、振動子と発振回路とを有する発振器に限定されない。別の観点では、振動子に実装され、配線基板の開口部に収容される電子素子は、発振回路を含む集積回路素子に限定されない。例えば、圧電デバイスは、発振回路を有さず、狭義の振動子３と、適宜な電子素子と、を有する広義の振動子であってもよい。なお、この場合、素子搭載部材１１において、振動素子９が搭載される１対の素子搭載パッド２３は、電子素子用のパッド（実施形態ではＩＣ用パッド２６）ではなく、振動子端子２５のいずれか２つに接続される。また、開口部には、例えば、サーミスタ及び／又はヒータが実装され、素子搭載部材１１を介して振動子端子２５に接続されてよい。また、圧電デバイスは、水晶を用いるものに限定されず、例えば、セラミックを用いるものであってもよい。

圧電デバイスが発振器である場合において、その用途乃至は機能は適宜に設定されてよい。例えば、圧電発振器は、クロック用発振器であってもよいし、電圧制御型発振器（例えばＶＣＸＯ）であってもよいし、温度補償型発振器（例えばＴＣＸＯ）であってもよいし、恒温槽付発振器(例えばＯＣＸＯ)の恒温槽内の発振器であってもよい。外部端子、振動子用パッド、振動子端子、ＩＣ用パッド及びＩＣ端子の数及びその配置は、圧電発振器に要求される機能に応じて適宜に設定されてよい。

圧電振動子の具体的構成は、適宜に変更されてよい。例えば、圧電振動素子は、２本の振動腕を有する音叉型のものであってもよいし、矩形の平板状の対角線上に１対の引出電極が形成されるものであってもよい。また、例えば、素子搭載部材は、枠部が金属によって構成されるものであってもよい。

配線基板は、主面だけでなく、内部に主面に平行な導体層を有していてもよい。また、配線基板は、平面視において振動子と概略同等の大きさを有する構成のものに限定されない。すなわち、配線基板は、振動子のパッケージとで、いわゆるＨ型のパッケージのような形状を構成するものに限定されない。例えば、配線基板は、比較的広い面積を有し、第１主面に振動子と並列に適宜な電子素子が実装されるものであってもよい。また、例えば、配線基板は、開口部を覆うように第２主面にヒータ等の電子部品が実装されるものであってもよい。

貫通孔の数、位置、形状及び大きさ等は、実施形態に示した以外にも適宜に設定されてよく、また、第１及び第２実施形態が組み合わされてもよい。例えば、貫通孔は、開口部の周囲に沿って振動子用パッドと並ぶように配置されてもよい。また、例えば、第１実施形態のように開口部と繋がる貫通孔においても、第２実施形態のように振動子用パッドと隣接又は離間していてもよいし、この場合に、第２実施形態のようにフランジ部が振動子用パッドと直接に接続されてもよいし、第２実施形態とは異なり、第１主面上の配線によって接続導体と振動子用パッドとが接続されていてもよい。また、実施形態では、複数の貫通孔（及び複数の接続導体）は、互いに同一の形状及び大きさとされるとともに、線対称乃至は回転対称の位置に配置されたが、そのようにされる必要はない。

接続導体は、貫通孔の内周面に形成された導電膜に限定されず、貫通孔の内部に充填された導体であってもよい。なお、この場合においても、貫通孔は、開口部と繋がっていてもよく、また、図５と同様に、接続導体となる導体が貫通孔に充填された後、貫通孔に重なる開口部が形成されてもよい。

１…水晶発振器（圧電デバイス）、３…水晶振動子（圧電振動子）、５…集積回路素子（電子素子）、７…配線基板、３７…絶縁基板、３７ａ…第１主面、３７ｂ…第２主面、３７ｈ…開口部、３７ｅ…貫通孔、４１…振動子用パッド、４３…外部端子、４５…接続導体。

Claims (8)

1. 第１主面、その背面の第２主面、及び、厚み方向に貫通する開口部を有する配線基板と、
   前記第１主面に前記開口部を覆うように実装された圧電振動子と、
   前記開口部内に配置され、前記圧電振動子に実装された電子素子と、
   を有し、
   前記配線基板は、
   前記第１主面、前記第２主面及び前記開口部を有する絶縁基板と、
   前記第１主面に設けられ、前記圧電振動子が実装された振動子用パッドと、
   前記第２主面に設けられた外部端子と、
   前記振動子用パッドと前記外部端子とを接続する接続導体と、を有し、
   前記絶縁基板は、当該絶縁基板の側面から内側へ離れた位置にて厚み方向に貫通する貫通孔を有し、
   前記接続導体は、前記貫通孔に設けられている
   圧電デバイス。
2. 前記貫通孔は、平面視において前記圧電振動子と重なる領域に位置している
   請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記貫通孔は、平面視において前記開口部と繋がっている
   請求項１又は２に記載の圧電デバイス。
4. 前記接続導体は、前記貫通孔の内周面に層状に形成されている
   請求項３に記載の圧電デバイス。
5. 平面視において前記電子素子は矩形であり、
   ４つの前記貫通孔が前記電子素子の４隅側に位置している
   請求項４に記載の圧電デバイス。
6. 前記矩形の１対の対辺に平行に見て、前記電子素子と前記４つの貫通孔とが一部において重なっている
   請求項５に記載の圧電デバイス。
7. 前記矩形の他の１対の対辺に平行に見て、前記電子素子と前記４つの貫通孔とが一部において重なっている
   請求項６に記載の圧電デバイス。
8. 第１主面及び第２主面を有する絶縁基板に厚み方向に貫通する貫通孔を形成するステップと、
   前記第１主面に振動子用パッドを形成するステップと、
   前記第２主面に外部端子を形成するステップと、
   前記振動子用パッド及び前記外部端子に接続される導電体を前記貫通孔の内部に形成するステップと、
   平面視において前記貫通孔に重なる開口部を形成することによって前記導電体の一部を除去し、前記振動子用パッドと前記外部端子とを接続する接続導体を形成するステップと、
   前記開口部を覆うように圧電振動子を前記振動子用パッドに実装するステップと、
   前記開口部に収容されるように電子素子を圧電振動子に実装するステップと、
   を有した圧電デバイスの製造方法。

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