JP2016111380A - 圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 専用設計が不要で高精度な温度補償または良好な起動特性を実現した圧電発振器を提供することを目的とする。【解決手段】 水晶発振器１は、その外底面に複数の外部電極７を有する水晶振動子２と、一主面３０１の中央部に集積回路素子４を搭載するための複数のパッド１１を有するとともに一主面３０１の外周部に外部電極７に対応した複数の接合電極１０を有する絶縁基板３とが、導電性接合材９を介して一体接合された構造となっている。絶縁基板３の上に水晶振動子２が位置するように外部電極７と接合電極１０とが導電性接合材９を介して導電接合された状態において、外部電極の下面７０と集積回路素子の上面４００とは接触した状態となっている。【選択図】 図１

Description

本発明は、電子部品が搭載された平板状の回路基板の上部に圧電振動子が導電接合された圧電発振器に関する。

各種電子機器に用いられている圧電発振器として表面実装構造のものが普及している。例えば圧電素子がパッケージ内に気密封止された圧電振動子の下部に、発振回路や温度補償回路等を内蔵した集積回路素子（ＩＣ）が搭載された平板状の回路基板を接合することによって、圧電素子や集積回路素子を封入するための専用パッケージを準備することなく表面実装型の圧電発振器を得ることができる。このような構成の圧電発振器は例えば特許文献１に開示されている。

特許文献１における圧電発振器では、パッケージ（１）と回路基板（６）との接合に半田や導電接着剤からなる接合材（１３）が用いられている。この圧電発振器は、回路基板（６）の下面の外部端子（１０）が、マザーボード等の外部基板（外部配線基板）上の配線に半田接合される。外部基板上に実装された様々な電子部品等から発生した熱は、当該基板上に実装された圧電発振器へも伝導する。具体的には外部基板から発生した熱は、外部端子（１０）から配線導体（９）等を経由して回路基板の上面の半導体集積部品（７）に伝導する。また外部基板から発生した熱は、外部端子（１０）から接合材（１３）等を経由して圧電振動子（５）にも伝導する。

特許文献１における圧電発振器の構成の場合、外部基板や集積回路素子から発生した熱の圧電振動子への熱伝導経路は主に半田から成る接合材１３である。このため回路基板から圧電振動子に熱が伝導して圧電発振器全体が熱的に平衡な状態になるまでに時間を要することになる。これにより、例えば温度センサや温度補償回路を内蔵した集積回路素子を有する温度補償型の圧電発振器（ＴＣＸＯ）の場合、温度変化に対する追従性（温度追従性）が良好でないことにより、周囲温度の変化に対する周波数の変動を表す，いわゆる周波数ドリフト特性を良化させることが困難となる。つまり、高精度な温度補償が困難になるという問題がある。また、温度センサや温度補償回路を内蔵しない集積回路素子を用いた圧電発振器（ＳＰＸＯ）の場合では、電源を投入してから発振周波数が安定するまでの時間、いわゆる起動特性を向上させ難くなってしまう。

特開２００７−０６７７７９号

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、専用設計が不要で高精度な温度補償または良好な起動特性を実現した圧電発振器を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために本発明は、圧電素子が収容された絶縁性容器の外底面に、前記圧電素子と電気的に接続された電極を含む複数の外部電極を有する圧電振動子と、平板状であって、その一主面の中央部に集積回路素子を搭載するための複数のパッドを有するとともに、前記一主面の外周部に前記圧電振動子の外部電極に対応した複数の接合電極を有する絶縁基板とが、導電性接合材を介して一体接合された圧電発振器であって、前記複数の接合電極には前記複数のパッドの一部と電気的に接続された圧電振動子用の接合電極が含まれ、前記圧電振動子が前記複数のパッドに接合された集積回路素子を覆うように、圧電振動子の外部電極と絶縁基板の接合電極とが導電性接合材を介して接合された状態において、前記外部電極の下面と前記集積回路素子の上面とが接触している。

上記発明によれば、圧電発振器の高精度な温度補償または起動特性の向上を実現することができる。これは圧電振動子の外部電極と絶縁基板の接合電極とが導電性接合材を介して接合されているとともに、圧電振動子の外部電極の下面と集積回路素子の上面とが接触していることによる。外部基板から圧電発振器の前記絶縁基板に伝導した熱は、前記導電性接合材を介して圧電振動子に伝導する。さらに前記絶縁基板に伝導した熱は、集積回路素子を経由してその上面に接触した前記外部電極を介して圧電振動子へも伝導する。つまり、圧電振動子への熱伝導経路が従来よりも増加するため、より早く圧電発振器を熱的に平衡な状態な状態に移行させることができる。これにより、温度追従性が向上し、高精度な温度補償または起動特性の向上を実現することができる。

また上記目的を達成するために、前記絶縁基板の他主面の外周部には、外部と接続するための複数の外部接続端子が形成されてなり、前記圧電振動子用の接合電極と電気的に接続されていないパッドを含む複数のパッドと、前記複数の外部接続端子とが、絶縁基板に設けられたビアまたはスルーホールまたは側面電極のうちのいずれか１つの接続手段を介して電気的に接続され、前記複数の接合電極の一部が、前記接続手段と電気的に接続されず、かつ当該複数の接合電極の各々に対向する外部接続端子と平面視で部分的に重畳していてもよい。

上記発明によれば、前記複数の接合電極の一部は、圧電振動子用の接合電極と電気的に接続されていないパッド（機能端子用パッド）と外部接続端子とをつなぐ接続手段と電気的に接続されていないため、機能端子である複数の外部接続端子と圧電振動子とを異なる電位に保つことができる。また前記複数の接合電極の一部が、当該接合電極の各々に対向する外部接続端子と平面視で部分的に重畳しているため、絶縁基板を挟んで互いに対向する接合電極と外部接続端子との間で発生する浮遊容量を低減することができる。

また上記目的を達成するために、前記導電性接合材が、揺変性を有する導電性接着剤であってもよい。

上記発明によれば、導電性接合材が揺変性（いわゆるチクソトロピー：Ｔｈｉｘｏｔｒｏｐｙ）を有するため、圧電振動子と絶縁基板との隙間に導電性接合材を留めることができる。また圧電振動子と絶縁基板との接合前の段階において、導電性接合材の厚み(高さ)を集積回路素子の厚み（高さ）以上に維持し易くなる。このようにすることによって、絶縁基板の上方に位置する圧電振動子に対して上方から加重した後の状態において、柱状になった導電性接合材の所望の径を確保することができる。つまり導電性接合材の局所的な小径化を抑制することができる。その結果、圧電振動子と絶縁基板との接合強度を向上させることができる。また、接合電極に対して内側に位置する集積回路素子を搭載するための複数のパッド等への接合材の流出による短絡を防止することができる。

以上のように本発明によれば、専用設計が不要で高精度な温度補償または良好な起動特性を実現した圧電発振器を提供することができる。

本発明の実施形態に係る水晶発振器の断面模式図 本発明の実施形態に係る水晶発振器の絶縁基板の上面模式図 本発明の実施形態に係る水晶発振器の絶縁基板の上面模式図 本発明の実施形態の変形例に係る水晶発振器の絶縁基板の上面模式図

以下、本発明の実施形態について図１乃至３を用いて説明する。本発明の実施形態では圧電発振器として温度補償型の水晶発振器（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ。いわゆるＴＣＸＯ）を例に挙げて説明する。図１は本発明の実施形態に係る水晶発振器の断面模式図である。図１に示すように水晶発振器１は、集積回路素子（ＩＣ）４が搭載された平板状の絶縁基板３の上部に、導電性接合材９を介して水晶振動子２が一体接合された構造となっている。水晶振動子２は、集積回路素子４の上面を完全に覆うように絶縁基板３の上に配されている。

以下、水晶発振器を構成する主要部材について説明する。まず水晶振動子について説明した後、水晶振動子と接合される絶縁基板等について説明する。図１において水晶振動子２は表面実装型の圧電振動子である。水晶振動子２は略直方体状であり、平面視における外形寸法は長辺側が２．０５ｍｍで、短辺側が１．６５ｍｍとなっている。水晶振動子２は、水晶素子５と、これを収容するための凹部８が設けられた絶縁性の容器２０と、凹部８を包囲する堤部の上面に取り付けられた金属リングＲと、凹部８を塞ぐように金属リングＲの上面に接合される蓋体２１とが主な部材となっている。

容器２０は、２枚のセラミックグリーンシート２０ａ，２０ｂが積層された状態で焼成により一体成型された箱状体である。具体的には容器２０は、下層シート２０ａの上面に、中央部分が開口した枠状の上層シート２０ｂが積層された積層体である。下層２０ａと上層２０ｂとによって凹部８が形成され、凹部８は平面視では略矩形となっている。なお上層シート２０ｂは前述した堤部に相当する。

容器２０の外底面は平面視矩形状の平坦面であり、当該外底面の４隅付近には水晶振動子を外部と接続するための外部電極７が形成されている。つまり７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの計４つの外部電極が容器２０の外底面の４隅付近に形成されており、このうち図１では７ｂ，７ｄのみを図示している。外部電極７ｂ，７ｄは後述する水晶素子５の表裏の励振電極の各々と電気的に接続されている。そして残る２つの外部電極７ａ，７ｃは、水晶素子５と電気的に接続されていない無接続電極となっている。４つの外部電極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは平面視で略矩形となっている。水晶振動子の搭載時の方向の識別のための目印として、４つの外部電極のうち、例えば１つの外部電極の１の角部に切り欠き等を設けてもよい。なお本発明の実施形態では外部電極の平面視形状を略矩形としたが、矩形以外の形状であってもよい。

容器２０の凹部８の内底面８０１は平面視矩形状であり、内底面８０１の一方の短辺側には一対の水晶素子搭載用パッド６ａ，６ｂ（図１では水晶素子搭載用パッド６ｂの記載は省略）が前記一方の短辺と平行に並列して形成されている。水晶素子搭載用パッド６ａからは、下層シート２０ａと上層シート２０ｂとの積層間から、下層シート２０ａの外側面を経由して下層シート２０ａの外底面に回り込む配線６ａ１が引き出されている。配線６ａ１の終端は容器２０の外底面に形成された外部電極７ａと接続されている。これにより、水晶素子５の一主面に形成された励振電極（図示省略）が水晶素子搭載用パッド６ａと配線６ａ１を介して外部電極７ａと電気的に接続されている。

同様に水晶素子搭載用パッド６ｂからは、凹部８の内底面８０１から下層シート２０ａと上層シート２０ｂとの積層間と下層シート２０ａの外側面を経由して下層シート２０ａの外底面に回り込む配線６ｂ１が引き出されている。配線６ｂ１の終端は容器２０の外底面に形成された外部電極７ｂと接続されている。これにより、水晶素子５の他主面に形成された励振電極（図示省略）が水晶素子搭載用パッド６ｂと配線６ｂ１を介して外部電極７ｂと電気的に接続されている。

水晶素子５と電気的に接続されていない外部電極７ａ，７ｃは、容器２０の堤部の内部に鉛直方向に設けられたビア（図示省略）および金属リングＲを介して最終的に蓋体２１と電気的に接続される。外部電極７ａ，７ｃのいずれか若しくは両方を接地用の電極とし、導電性接合材９や絶縁基板３等を介して外部基板の基準電位（グランド）のランドに水晶発振器１を導電接合することによって電磁的シールド効果を得ることができる。

内底面８０１の他方の短辺側には、導電性材料からなる平面視略長方形の枕部材が形成されている（図示省略）。前記枕部材はその長辺が容器の内底面８０１の短辺と略平行となるように配置されており、水晶素子５を容器２０に片持ち接合した状態で水晶素子の自由端の下方に位置するようになっている。前記枕部材はタングステンの印刷処理によって形成されており、その表面にニッケルめっき層、金めっき層が順次積層されている。

容器２０の堤部の上面にはコバールからなる金属リングＲが取り付けられている。この金属リング６は後述する金属製の蓋２１とシーム溶接法によって接合される。

図１において水晶素子５は、板状の圧電体であるＡＴカット水晶振動片の表裏主面の各々に各種電極（図示省略）が形成された圧電素子である。前記各種電極とは具体的に、水晶振動片を駆動させるための励振電極と、励振電極から水晶振動片の一端側に引き出された引出電極と、引出電極の終端部であり外部との接合に用いられる接着電極のことである。これらの電極は水晶素子の表裏主面の各々に形成され、表裏で一対となっている。

前記一対の接着電極は、導電性接着剤Ｓを介して容器２０の一対の水晶素子搭載用パッド６ａ，６ｂのそれぞれと一対一で導電接合される。つまり板状の水晶素子５の一端側が、導電性接着剤Ｓを介して水晶素子搭載用パッド６（６ａ，６ｂ）と片持ち接合される。なお水晶素子５は、定常状態ではその自由端側と前述した枕部材との間に僅かな隙間が生じるように水晶素子搭載用パッド６上に片持ち接合されている。

本実施形態では導電性接着剤Ｓとして、銀フィラーや樹脂バインダ、有機溶剤等を含有したシリコーン系の導電性樹脂接合材が使用されている。なお前記導電性接着剤はシリコーン系の導電性樹脂接合材に限定されるものではなく、シリコーン系以外にもエポキシ系などの導電性樹脂接合材を使用してもよい。また導電性接着剤以外に金属製のバンプを用いてもよい。

図１において蓋体２１は平面視略矩形の平板である。蓋体２１はコバールが基材となっており、基材の表面にはニッケルメッキが施されている。
以上が水晶振動子１に係る説明である。次に絶縁基板３について説明する。

図１において絶縁基板３はアルミナ等のセラミック材料から成る単層の回路基板である。図１において絶縁基板３は平面視略矩形であり、その外形寸法は２．１０ｍｍ×１．７１ｍｍであり、その厚みは０．１〜０．１５ｍｍとなっている。なお絶縁基板の基材としてセラミック材料以外にガラスエポキシ樹脂を用いてもよい。絶縁基板３の表裏主面のうち一主面（図１における上面）には、接合電極や集積回路素子を搭載するための複数のパッド等が形成されている。一方、絶縁基板３の他主面（図１における下面）には、外部基板のランド（端子）と半田等を介して導電接合される外部接続端子が複数形成されている。なお容器２０と絶縁基板３の基材を同一材料にすることによって、容器と絶縁基板との熱膨張率の差に起因する応力の影響を抑制することができる。

図２は絶縁基板３の上面（一主面３０１）から見た模式図となっている。絶縁基板３の一主面３０１の中央部分には、平面視矩形の集積回路素子が搭載される複数のパッド１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ）が平面視矩形状に配置されている。これら６つのパッドは発振回路や温度補償回路、温度センサ等を１チップ化した集積回路素子（ＩＣ）が有する６つの機能端子と対応したものとなっている。なお、図２における一点鎖線は集積回路素子（４）が６つのパッド上に搭載される概略位置を表している。これら６つのパッドは絶縁基板３の上面３０１の引出パターンや接合電極等と一括同時に形成されており、基板側からタングステンメタライズ、ニッケルメッキ、金メッキの順に積層されている。

前記６つのパッドのうち、パッド１１ｂと１１ｅは水晶振動子と接続される水晶振動子用のパッドとなっている。そしてパッド１１ｄは、水晶発振器１の複数の外部接続端子のうち、グランド接続用の端子と電気的に接続されたパッドとなっている。

絶縁基板３の一主面３０１の外周部には、水晶振動子の外部電極に対応した４つの接合電極１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが互いに離間した状態で配されている。接合電極１０ａと１０ｂとは平面視矩形状の絶縁基板３の一主面３０１の短辺と略平行に整列して配置されている。同様に接合電極１０ｃと１０ｄも絶縁基板３の一主面３０１の短辺と略平行に整列して配置されている。これら４つの接合電極同士を直線で結ぶと、平面視で長方形となるように４つの接合電極が一主面３０１上に形成されている。

図２に示すように、４つの接合電極の配列方向と６つのパッドの配列方向とは略平行になっている。具体的には、４つの接合電極１０ａ〜１０ｄの絶縁基板３の一主面３０１の短辺方向における配列方向と、６つのパッド１１ａ〜１１ｅの絶縁基板３の一主面３０１の短辺方向における配列方向とが略平行になっている。つまり、平面視矩形状の６つのパッドの長手方向と、絶縁基板３の短辺方向とが略平行になっている。

このような配置にすることによって、図２の６つのパッドだけが９０度回転した配置の構成の絶縁基板に比べて、水晶振動子用の接合電極１０ｂ，１０ｄと水晶振動子用のパッド１１ｂ，１１ｅとの間の距離を相対的に短縮することができる。換言すれば後述する引出パターン１２，１３の長さを短くすることができる。これにより、外部基板からの絶縁基板３を通じて集積回路素子４へ伝導した熱の、接合電極への伝導を早めることができる。その結果、より早く水晶発振器を熱的に平衡な状態に移行させることができる。

なお前記接合電極の上面のうち中央部だけが露出するように、接合電極上を周状にアルミナ等の絶縁性の膜で被覆してもよい。このような絶縁性の膜を接合電極上に形成することによって、導電性接合材のパッド等への流出防止効果を向上させることができる。

接合電極１０ｂはパッド１１ｂから引出パターン１２によって引き出された水晶振動子用の接合電極であり、接合電極１０ｄはパッド１１ｅから引出パターン１３によって引き出された水晶振動子用の接合電極である。つまり、４つの接合電極には６つのパッドの一部から引き出された水晶振動子用の接合電極が含まれている。

図２に示すように、パッド１１ａは絶縁基板３の一方の長辺側の周縁付近であって接合電極１０ａに近接する位置まで引出パターン１１ａ１を介して引き出されており、その終端部には絶縁基板３を厚み方向に貫通するビアＶ１が形成されている。パッド１１ｃは絶縁基板３の前記長辺側の周縁付近であって接合電極１０ｄに近接する位置まで引出パターン１１ｃ１を介して引き出されており、その終端部には絶縁基板３を厚み方向に貫通するビアＶ４が形成されている。

パッド１１ｆは、絶縁基板３の他方の長辺側の周縁付近であってパッド１１ｃよりも外側（１０ｂが配置された側）の位置まで引出パターン１１ｆ１を介して引き出されている。

一方、パッド１１ｄは、絶縁基板３の前記他方の長辺側の周縁付近を通る引出パターン１１ｄ１を経由して接合電極１０ｃと接続されている。パッド１１ｄと接合電極１０ｃとを結ぶ引出パターン１１ｄ１の途中には、絶縁基板３を厚み方向に貫通するビアＶ３が形成されている。なお図１ではビアＶ１とビアＶ４のみを図示している。前述したビアは、絶縁基板の表裏を貫通する貫通孔の内部に熱伝導率が良好な金属（例えば銅等）が充填された部材のことである。

絶縁基板３の他主面３０２は平面視略矩形であり、その４隅付近の各々には水晶発振器１を外部基板のランドと半田等を介して導電接合するための４つの外部接続端子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ（図１で１４ｂと１４ｄのみ図示）が形成されている。前述した４つのビアＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４はそれぞれ外部接続端子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと一対一で電気的に接続されている。なお前記ビア以外に、絶縁基板に穿孔した貫通孔の内壁面に導体が被着したスルーホールを用いてもよい。

このように４つの外部接続端子と、集積回路素子の搭載用のパッドの一部とを熱伝導率が良好な金属が充填されたビアを介して電気的に接続することによって、外部基板から絶縁基板の下面側に伝導した熱を、短距離で効率的に絶縁基板の上面の集積回路素子へ伝導させることができる。そして集積回路素子に伝導した熱は、集積回路素子の内部の温度センサで検知されるとともに、導電性接合材９を介した熱伝導経路以外に集積回路素子の上面と接触した水晶振動子の外部電極へも伝導される。このとき集積回路素子から発生した熱も、集積回路素子の上面と接触した水晶振動子の外部電極へ伝導される。なお４つの外部接続端子のうちの１つ（１４ｃ）はグランド接続用の端子となっており、当該端子に水晶振動子のグランド用の外部電極を導電接合することによって電磁的シールド効果を得ることができる。

また４つの外部接続端子と、集積回路素子の搭載用のパッドの一部との電気的接続をビアを介することによって、多数の絶縁基板がマトリクス状に整列して一体成型された集合基板から個体の絶縁基板に分割する際の金属屑の発生を防止することができる。なおビアの端部の上面に前述したアルミナ等の絶縁性の膜を、その中央部分が開口するように周状に被覆することによって、さらに前記金属屑の発生の防止効果を高めることができる。これを、平面視略矩形の絶縁基板の一主面と他主面との間の電気的接続を、絶縁基板の４つの角部に４分の１円状のキャスタレーション（詳細は後述）を設けることによって行う場合に関して説明する。

前記形状のキャスタレーションを形成するには、集合基板状態において隣接する４つの絶縁基板の縦横の境界線同士の交点を基準として平面視で全円状の貫通孔を隣接する４つの絶縁基板に跨るように穿孔する。そして穿孔された貫通孔の内壁面に導体（金属）を被着させた後に、前記縦横の境界線を基準として集合基板をダイシングやブレイク等によって分割する。これにより個体の絶縁基板の４つの角部には平面視で４分の１円状のキャスタレーションが形成される。そして前記分割時には導体が被着された部分（分割後にキャスタレーションとなる部分）の導体の一部が剥離する可能性がある。これに対して、前記キャスタレーション自体を絶縁基板に形成せずにビアを用いることによって、前述した導体の一部の剥離の可能性を無くすことができる。

４つの外部接続端子１４ａ〜１４ｄのうち、外部接続端子１４ｂには、平面視略矩形の絶縁基板の他主面３０２の長辺方向に突出した突出部７ｂ１が設けられている。すなわち、突出部７ｂ１と外部接続端子１４ｂとによって平面視ではアルファベットの「Ｌ」字状になっている。突出部７ｂ１は４つの機能端子である外部接続端子１４ａ〜１４ｄの方向性を識別するためのインデックスとして用いられている。この突出部７ｂ１は、電源用のパッドである１１ｆと接続されている。そしてビアＶ２は他の３つの端子１４ａ，１４ｃ，１４ｄと異なり、平面視で突出部７ｂ１の領域内に配置されている。このような配置にすることにより、一主面３０１において接合電極１０ｂとビアＶ２との間の距離をより多く確保することができる。これにより、接合電極１０ｂ上に塗布される導電性接合材９とビアＶ２との間の短絡をより防止することができる。

集積回路素子４はその回路面側が、一主面３０１に正対するように絶縁基板３の上面側に載置される。このとき、予め集積回路素子４の回路面側に設けられた６つの機能端子の各々には金からなるバンプＧがフリップチップ実装されている。集積回路素子４の６つの機能端子の各々に実装されたバンプＧと絶縁基板の一主面３０１上の６つのパッドとが一対一で対応するように、集積回路素子４が６つのパッド上に位置決め載置された状態で集積回路素子４の上面側から超音波を印加するとともに加熱しながら加圧する。これによって集積回路素子４に予め接合された６つのバンプＧと、前記６つのパッドとを超音波接合（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ｂｏｎｄｉｎｇ）する。なお集積回路素子４の上面（非能動面）であるシリコン素地はバックグラインドによって薄肉化されて平坦面となっている。

絶縁基板３の４つの接合電極１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの上面には、導電性接合材９が配される。この導電性接合材９は揺変性を有する接着剤となっている。導電性接合材９は、導電性接着剤Ｓに比べて銀フィラーをより多く含有しており、硬化後の状態において導電性接着剤Ｓよりも高い熱伝導率を有している。

導電性接合材９は揺変性を有するため、水晶振動子２と絶縁基板３との隙間に導電性接合材を留めることができる。また水晶振動子２と絶縁基板３との接合前の段階において、導電性接合材の厚み(高さ)を集積回路素子４の厚み（高さ）以上に維持し易くなる。このようにすることによって、水晶振動子２に対して上方から加重した後の状態において、柱状になった導電性接合材の所望の径を確保することができる。つまり導電性接合材の局所的な小径化を抑制することができる。その結果、水晶振動子２と絶縁基板３との接合強度を向上させることができる。また、接合電極に対して内側に位置する集積回路素子を搭載するための６つのパッドや引出パターン等への接合材の流出による短絡を防止することができる。

導電性接合材９は、硬化後の状態においては図１に示すように高さ方向の中央部分が曲面状に窪んだ側面形状となっている。つまり、導電性接合材と外部電極との接合界面および導電性接合材と接合電極との接合界面の各々から、当該接合材の高さ方向の中央部分に向かって曲面状に徐々に縮幅する側面形状となっている。このような形状により、前記接合界面において応力が集中するのを抑制することができるため、接合信頼性を向上させることができる。

集積回路素子４が一主面３０１に導電接合された絶縁基板３の上に、集積回路素子を覆うとともに、柱状に塗布された４つの導電性接合材９の上面と水晶振動子の４つの外部電極とが平面視で部分的に重なるように水晶振動子２を位置決め載置する。この状態においては図３に示すように水晶振動子２の４つの外部電極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの各々の一部と、集積回路素子４の上面４００とが平面視で部分的に重畳した状態になっている。

そして前述した位置決め載置が行われた状態のまま、水晶振動子２の上方から下方へ水晶振動子が加圧される（このとき同時に所定温度の環境下で導電性接合材の硬化も行われる）。これにより、図３に示すように水晶振動子２の４つの外部電極の下面７０の外側寄りの各領域において導電性接合材９が接合される。同時に水晶振動子２の４つの外部電極の下面７０の内側寄りの各領域と、集積回路素子４の上面４００の角部付近とが接触した状態となる。このとき水晶振動子２の外底面（容器２０の底面）のうち、４つの外部電極に対して内側の絶縁基材部分は、外部電極の厚みによって集積回路素子４の上面４００とは非接触の状態となっている。なお、水晶振動子の４つの外部電極７ａ〜７ｄと集積回路素子４の上面（角部付近）とが接触している領域（１５）の平面視の面積の総和は、４つの導電性接合材９と外部電極７ａ〜７ｄとの接触領域の平面視の面積の総和に比べて小さくなっている。これにより水晶振動子の外部電極と、集積回路素子の回路面との平面視の重畳による容量結合を抑制しつつ、より早く水晶発振器を熱的に平衡な状態に状態に移行させることができる。

集積回路素子４の基材はシリコンであり、その熱伝導率は銀（導電性接合材に含まれるフィラー成分）よりは低いが、アルミナに比べて高い。したがって集積回路素子４の方が、水晶振動子の容器２０の基材や絶縁基板３の基材よりも熱伝導率が高い。

上記構成によれば、水晶発振器の高精度な温度補償または起動特性の向上を実現することができる。これは水晶振動子の外部電極７ａ〜７ｄと絶縁基板の接合電極１０ａ〜１０ｄとが導電性接合材９を介して接合されているとともに、水晶振動子の外部電極の下面７０と集積回路素子の上面４００とが接触していることによる。外部基板から絶縁基板３に伝導した熱は、導電性接合材９を介して水晶振動子２に伝導する。さらに絶縁基板３に伝導した熱は、集積回路素子４を経由してその上面４００に接触した外部電極７ａ〜７ｄを介して水晶振動子２へも伝導する。つまり、水晶振動子への熱伝導経路が従来よりも増加するため、より早く水晶発振器を熱的に平衡な状態な状態に移行させることができる。これにより、温度追従性が向上し、高精度な温度補償または起動特性の向上を実現することができる。

本発明の実施形態の変形例として、例えば図４に示すように絶縁基板３０の一主面３０３上の複数のパッド１１ａ〜１１ｆの一部と、絶縁基板３０の他主面（下面）の外接続端子との電気的接続を、絶縁基板３０の４つの角の稜部を該基板の厚み方向に４分の１円柱状に切り欠いた部位（キャスタレーション）の内壁面を経由して行ってもよい。

図４では絶縁基板３０の他主面には、前述した本発明の実施形態と同様に４つの外部接続端子が形成されている（図示省略）。パッド１１ａからは引出パターン１１ａ２が引き出され、キャスタレーションＣ１を経由して絶縁基板３０の他主面の１つの外部接続端子と接続されている。同様にパッド１１ｃからは引出パターン１１ｃ２が引き出され、キャスタレーションＣ４を経由して絶縁基板３０の他主面の他の１つの外部接続端子と接続されている。パッド１１ｆからは引出パターン１１ｆ２が引き出され、キャスタレーションＣ２を経由して絶縁基板３０の他主面の残る２つのうちの１つの外部接続端子と接続されている。そしてパッド１１ｄからは引出パターン１１ｄ２が引き出され、キャスタレーションＣ３を経由して絶縁基板３０の他主面の残る１つの外部接続端子と接続されている。パッド１１ｄは同時にグランド接続用の端子である接合電極１０ｃとも接続されている。

図４のように絶縁基板３０の角部の外側面にキャスタレーションが形成されることによって、水晶発振器を外部基板に半田を介してリフロー実装した際に当該キャスタレーションの金属部分に半田が這い上がるように形成されるため、外部基板への接合強度を向上させることができる。また水晶発振器が超小型になった場合であっても、前記半田の這い上がりが形成されることによって半田の接合状態を視認し易くなる。このような構成は特に車載用等の、より高い接合信頼性が求められる用途において好適である。

前述した本発明の実施形態では、圧電発振器として温度補償型の水晶発振器を例として挙げたが、温度センサや温度補償回路を内蔵しない集積回路素子を用いた圧電発振器であっても本発明は適用可能である。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

圧電発振器の量産に適用できる。

１ 水晶発振器
２ 水晶振動子
３ 絶縁基板
４ 集積回路素子
５ 水晶素子
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ 外部電極
９ 導電性接合材
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ 接合電極
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ 集積回路素子搭載用パッド
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４ ビア
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 外部接続端子
２０ 容器
２１ 蓋体

Claims (3)

1. 圧電素子が収容された絶縁性容器の外底面に、前記圧電素子と電気的に接続された電極を含む複数の外部電極を有する圧電振動子と、
   平板状であって、その一主面の中央部に集積回路素子を搭載するための複数のパッドを有するとともに、前記一主面の外周部に前記圧電振動子の外部電極に対応した複数の接合電極を有する絶縁基板とが、
   導電性接合材を介して一体接合された圧電発振器であって、
   前記複数の接合電極には前記複数のパッドの一部と電気的に接続された圧電振動子用の接合電極が含まれ、
   前記圧電振動子が前記複数のパッドに接合された集積回路素子を覆うように、圧電振動子の外部電極と絶縁基板の接合電極とが導電性接合材を介して接合された状態において、
   前記外部電極の下面と前記集積回路素子の上面とが接触していることを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記絶縁基板の他主面の外周部には、外部と接続するための複数の外部接続端子が形成されてなり、
   前記圧電振動子用の接合電極と電気的に接続されていないパッドを含む複数のパッドと、前記複数の外部接続端子とが、絶縁基板に設けられたビアまたはスルーホールまたは側面電極のうちのいずれか１つの接続手段を介して電気的に接続され、
   前記複数の接合電極の一部が、前記接続手段と電気的に接続されず、かつ当該複数の接合電極の各々に対向する外部接続端子と平面視で部分的に重畳していることを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。
3. 前記導電性接合材が、揺変性を有する導電性接着剤であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電発振器。

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