JP2017046206A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】基板の下面から実装枠体が剥がれてしまうことを低減することが可能な圧電デバイスを提供する。【解決手段】 圧電デバイスは、平面視矩形状で、下面の四隅に接合端子１１２が設けられた基板１１０ａと、上面に設けられた接合パッド１６１を有し、接合パッド１６１と接合端子１１２とが接合されることで基板１１０ａの短辺に沿って設けられた一対の実装基体１６０と、基板１１０ａの上面に設けられた一対の電極パッド１１１に実装された水晶素子１２０と、基板１１０ａの下面の一対の実装基体１６０で挟まれた領域内に設けられた複数の接続パッド１１５に実装された集積回路素子１５０と、水晶素子１２０を気密に封止する蓋体１３０と、集積回路素子１５０と基板１１０ａの下面との間に設けられ、集積回路素子１５０の側面から実装基体１６０の側面にかけて平面視して広がるように設けられた絶縁性樹脂１８０と、を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器等に用いられる圧電デバイスに関するものである。

圧電デバイスは、水晶素子の圧電効果を利用して、特定の周波数を発生させるものである。例えば、基板と第一凹部を設けるために基板の上面に設けられた第一枠体と有しているパッケージと、第二凹部を設けるために基板の下面に設けられた実装基体と、基板の上面に設けられた電極パッドに実装された水晶素子と、基板の下面に設けられた集積回路素子と、を備えた圧電デバイスが提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２００５−２０６３３号公報

上述した圧電デバイスは、小型化が進んでおり、基板の下面と実装枠体の上面との接合面積が小さくなっているため、落下により、基板の下面から実装枠体及び集積回路素子が剥がれてしまう虞があった。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、基板の下面からの集積回路素子が剥がれてしまうことや基板の下面から実装枠体が剥がれてしまうことを低減することが可能な圧電デバイスを提供することを課題とする。

本発明の一つの態様による圧電デバイスは、平面視矩形状で、下面の四隅に接合端子が設けられた基板と、上面に設けられた接合パッドを有し、接合パッドと接合端子とが接合されることで基板の短辺に沿って設けられた一対の実装基体と、基板の上面に設けられた一対の電極パッドに実装された水晶素子と、基板の下面の一対の実装基体で挟まれた領域内に設けられた複数の接続パッドに実装された集積回路素子と、水晶素子を気密に封止する蓋体と、集積回路素子と基板の下面との間に設けられ、集積回路素子の側面から実装基体の側面にかけて平面視して広がるように設けられた絶縁性樹脂と、を備えたことを特徴とするものである、

本発明の一つの態様による圧電デバイスは、平面視矩形状で、下面の四隅に接合端子が設けられた基板と、上面に設けられた接合パッドを有し、接合パッドと接合端子とが接合されることで基板の短辺に沿って設けられた一対の実装基体と、基板の上面に設けられた一対の電極パッドに実装された水晶素子と、基板の下面の一対の実装基体で挟まれた領域内に設けられた複数の接続パッドに実装された集積回路素子と、水晶素子を気密に封止する蓋体と、集積回路素子と基板の下面との間に設けられ、集積回路素子の側面から実装基体の側面にかけて平面視して広がるように設けられた絶縁性樹脂と、を備えている。このようにすることで、圧電デバイスの全体構造を小型化する場合であっても、基板に対する絶縁性樹脂の被着面積を広く確保することができるようになり、これによって実装枠体を基板に対し強固に接合させることが可能となる。また、本発明の一つの態様による圧電デバイスは、集積回路素子と接続パッドとの間に設けられた絶縁性樹脂によって、集積回路素子を基板に接合することができるので、集積回路素子の基板に対する接合強度を向上させることができる。

本実施形態に係る圧電デバイスを示す分解斜視図である。 （ａ）は、図１のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ断面図である。 本実施形態に係る圧電デバイスを下面からみた平面図である。 （ａ）は、本実施形態に係る圧電デバイスを構成するパッケージの上面からみた平面透視図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る圧電デバイスを構成するパッケージを上面からみた平面透視図である。 （ａ）は、本実施形態に係る圧電デバイスを構成するパッケージの下面からみた平面図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る圧電デバイスを構成するパッケージに実装基体が接合された状態で下面からみた平面図である。 （ａ）は、本実施形態に係る圧電デバイスを構成する実装基体の上面からみた平面図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る圧電デバイスを構成する実装基体の下面からみた平面図である。

本実施形態における圧電デバイスは、図１及び図２に示されているように、基板１１０ａと、基板１１０ａの上面に接合された水晶素子１２０と、基板１１０ａの下面に接合された集積回路素子１５０とを含んでいる。基板１１０ａの上面と枠体１１０ｂの内側面によって、凹部Ｋが形成されている。また、基板１１０ａの下面には、実装基体１６０が備わっており、基板１１０ａの下面と実装基体１６０の内側面によって、収容部Ｃが形成されている。このような圧電デバイスは、電子機器等で使用する基準信号を出力するのに用いられる。

基板１１０ａは、平面視矩形状であり、上面に実装された水晶素子１２０及び下面に実装された集積回路素子１５０を実装するための実装部材として機能するものである。基板１１０ａは、上面に、水晶素子１２０を実装するための電極パッド１１１が設けられており、下面に、集積回路素子１５０を実装するための接続パッド１１５が設けられている。基板１１０ａの一辺に沿って、水晶素子１２０を接合するための第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂが設けられている。基板１１０ａの下面の四隅には、後述する実装基体１６０を接合するための接合端子１１２が設けられている。また、図５に示すように、基板１１０ａの下面の中央には、水晶素子１２０を測定するための一対の測定パッド１１９が設けられ、その一対の測定パッド１１９を囲むようにして、集積回路素子１５０を実装するための六つの接続パッド１１５が設けられている。また、接合端子１１２は、接続パッド１１５の内の外側にある四つと電気的に接続されている。

基板１１０ａは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなる。基板１１０ａは、絶縁層を一層用いたものであっても、絶縁層を複数層積層したものであってもよい。基板１１０ａの表面及び内部には、図４及び図５に示すように、上面に設けられた電極パッド１１１と、基板１１０ａの下面に設けられた測定パッド１１９とを電気的に接続するための配線パターン１１３及びビア導体１１４が設けられている。また、基板１１０ａの表面には、下面に設けられた接続パッド１１５及び測定パッド１１９と、基板１１０ａの下面に設けられた接合端子１１２とを電気的に接続するための接続パターン１１６が設けられている。

枠体１１０ｂは、基板１１０ａの上面に配置され、基板１１０ａの上面に凹部Ｋを形成するためのものである。枠体１１０ｂは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料からなり、基板１１０ａと一体的に形成されている。

電極パッド１１１は、水晶素子１２０を実装するためのものである。電極パッド１１１は、基板１１０ａの上面に一対で設けられており、基板１１０ａの一辺に沿うように隣接して設けられている。電極パッド１１１は、図４及び図５に示されているように基板１１０ａの上面に設けられた配線パターン１１３及びビア導体１１４を介して、基板１１０ａの下面に設けられた接合端子１１２と電気的に接続されている。

電極パッド１１１は、図４に示すように、第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂによって構成されている。ビア導体１１４は、第一ビア導体１１４ａ、第二ビア導体１１４ｂ及び第三ビア導体１１４ｃによって構成されている。また、配線パターン１１３は、第一配線パターン１１３ａ及び第二配線パターン１１３ｂによって構成されている。測定パッド１１９は、第一測定パッド１１９ａ及び第二測定パッド１１９ｂによって構成されている。第一電極パッド１１１ａは、基板１１０ａに設けられた第二配線パターン１１３ｂの一端と電気的に接続されている。また、第二配線パターン１１３ｂの他端は、第二ビア導体１１４ｂを介して、第二測定パッド１１９ｂと電気的に接続されている。よって、第一電極パッド１１１ａは、第二測定パッド１１９ｂと電気的に接続されることになる。また、第二電極パッド１１１ｂは、基板１１０ａに設けられた第一配線パターン１１３ａの一端と電気的に接続されている。また、第一配線パターン１１３ａの他端は、第一ビア導体１１４ａを介して、第一測定パッド１１９ａと電気的に接続されている。よって、第二電極パッド１１１ｂは、第一測定パッド１１９ａと電気的に接続されることになる。

接合端子１１２は、実装基体１６０の接合パッド１６１と電気的に接合するために用いられている。接合端子１１２は、図５（ｂ）に示すように、基板１１０ａの下面の四隅に設けられ、第一接合端子１１２ａ、第二接合端子１１２ｂ、第三接合端子１１２ｃ及び第四接合端子１１２ｄによって構成されている。接合端子１１２は、基板１１０ａの下面に設けられた接続パッド１１５とそれぞれ電気的に接続されている。また、第二接合端子１１２ｃは、第三ビア導体１１４ｃを介して、封止用導体パターン１１８と電気的に接続されている。

配線パターン１１３は、基板１１０ａの上面に設けられ、電極パッド１１１から近傍の基板１１０ａのビア導体１１４に向けて引き出されている。また、配線パターン１１３は、図４に示すように、第一配線パターン１１３ａ及び第二配線パターン１１３ｂによって構成されている。また、配線パターン１１３は、平面視して、枠体１１０ｂと重なるようにして設けられている。このようにすることによって、水晶デバイスは、配線パターン１１３と水晶素子１２０との間で浮遊容量が発生することを抑えるので、水晶素子１２０にこの浮遊容量が付与されることがないため、発振周波数が変動してしまうことを抑えることができる。また、水晶デバイスに外力が加わり、枠体１１０ｂの長辺方向に曲げモーメントが発生しても、基板１１０ａに加えて枠体１１０ｂが設けられていることにより、枠体１１０ｂが設けられている箇所は、変形しにくくなる。よって、枠体１１０ｂと平面視して重なる位置に設けられた配線パターン１１３は、断線しにくくなり、発振周波数が出力されなくなることを抑制することができる。

ビア導体１１４は、基板１１０ａの内部に設けられ、その両端は、配線パターン１１３及び測定パッド１１９、又は封止用導体パターン１１８及び接合端子１１２の内の一つと電気的に接続されている。ビア導体１１４は、基板１１０ａに設けられた貫通孔の内部に導体を充填することで設けられている。ビア導体１１４は、平面視して、図４に示されているように、枠体１１０ｂと重なる位置に設けられている。

また、ビア導体１１４は、実装基体１６０と重なる位置に設けられている。このようにすることで、本実施形態の圧電デバイスは、電子機器等の実装基板上の実装パターンと、ビア導体１１４との間で発生する浮遊容量を低減させることで、水晶素子１２０に浮遊容量が付加されないので、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することができる。

接続パッド１１５は、集積回路素子１５０を実装するために用いられている。また、接続パッド１１５は、図５に示すように、第一接続パッド１１５ａ、第二接続パッド１１５ｂ、第三接続パッド１１５ｃ、第四接続パッド１１５ｄ、第五接続パッド１１５ｅ及び第六接続パッド１１５ｆによって構成されている。第一接続パッド１１５ａと第一接合端子１１２ａとは、基板１１０ａの下面に設けられた第一接続パターン１１６ａにより接続されており、第二接続パッド１１５ｂと第一測定パッド１１９ａとは、基板１１０ａの下面に設けられた第二接続パターン１１６ｂにより接続されている。第三接続パッド１１５ｃと第四接合端子１１２ｄとは、基板１１０ａの下面に設けられた第三接続パターン１１６ｃにより接続されており、第四接続パッド１１５ｄと第三接合端子１１２ｃとは、基板１１０ａの下面に設けられた第四接続パターン１１６ｄにより接続されている。また、第五接続パッド１１５ｅと第二測定パッド１１９ｂとは、基板１１０ａの下面に設けられた第五接続パターン１１６ｅにより接続されており、第六接続パッド１１５ｆと第二接合端子１１２ｂとは、基板１１０ａの下面に設けられた第六接続パターン１１６ｆにより接続されている。また、接続パターン１１６は、基板１１０ａの下面に設けられ、接続パッド１１５から近傍の接合端子１１２及び測定パッド１１９に向けて引き出されている。

封止用導体パターン１１８は、蓋体１３０と封止部材１３１を介して接合する際に、封止部材１３１の濡れ性をよくする役割を果たしている。封止用導体パターン１１８は、図３及び図４に示すように、第三ビア導体１１４ｃを介して、第三接合端子１１２ｃと電気的に接続されている。封止用導体パターン１１８は、例えばタングステン又はモリブデン等から成る導体パターンの表面にニッケルメッキ及び金メッキを順次、基板１１０の上面の縁部全周に、基板１１０ａの上面を環状に囲む形態で施すことによって、例えば１０〜２５μｍの厚みに形成されている。

測定パッド１１９は、水晶素子１２０のコンタクトピン等を接触させることによって、水晶素子１２０の特性を測定するためのものである。測定パッド１１９は、第一測定パッド１１９ａ及び第二測定パッド１１９ｂによって構成されている。測定パッド１１９は、基板１１０に設けられた配線パターン１１３及びビア導体１１４を介して、基板１１０の上面に設けられた電極パッド１１１と電気的に接続されている。第一測定パッド１１９ａは、第二接続パターン１１６ｂを介して第二接続パッド１１５ｂと電気的に接続されている。また、第二測定パッド１１９ｂは、第五接続パターン１１６ｅを介して第五接続パッド１１５ｅと電気的に接続されている。測定パッド１１９は、平面視して、集積回路素子１５０と重なる位置に設けられている。このようにすることで、電子機器等の実装基板上の実装パターンと測定パッド１１９との間で発生する浮遊容量を低減させることで、水晶素子１２０に浮遊容量が付加されないので、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することができる。

ここで基板１１０ａを平面視したときの一辺の寸法が、１．０〜２．０ｍｍである場合を例にして、測定パッド１１９の大きさを説明する。測定パッド１１９の長辺の長さは、０．５〜０．８ｍｍとなり、短辺の長さは、０．４５〜０．７５ｍｍとなる。また、水晶素子１２０の測定をする際は、実装基体１６０を実装する前に行うので、測定パッド１１９を、従来の圧電デバイスと比して、測定パッド１１９の面積を大きくすることできる。測定パッド１１９の面積を大きくすることができるので、コンタクトピン（図示せず）と測定パッド１１９との接触不良を低減することができる。よって、コンタクトピンと測定パッド１１９との接触不良により生じる水晶素子１２０の再測定を抑えることができるので、温度補償型水晶発振器の生産性を向上させることが可能となる。

また、水晶素子１２０の特性を測定する際に使用される電気特性測定器としては、水晶素子１２０の共振周波数、クリスタルインピーダンスの他、インダクタンス、容量等の等価パラメータを測定することができるネットワークアナライザ又はインピーダンスアナライザ等が用いられる。そのコンタクトピンは、銅、銀等の合金の表面に金メッキを施した高導電性のピンと、接触時の衝撃を抑制するばね性をもったリセクタブルソケットとで構成され、これを測定パッド１１９に押し付けつつ接触させることで測定が行われる。

ここで、基板１１０ａの作製方法について説明する。基板１１０ａがアルミナセラミックスから成る場合、まず所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面或いはセラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷等によって所定の導体ペーストを塗布する。さらに、これらのグリーンシートを積層してプレス成形したものを、高温で焼成する。最後に、導体パターンの所定部位、具体的には、電極パッド１１１、接合端子１１２、配線パターン１１３、ビア導体１１４、接続パッド１１５、接続パターン１１６、封止用導体パターン１１８及び測定パッド１１９となる部位にニッケルメッキ又、金メッキ、銀パラジウム等を施すことにより作製される。また、導体ペーストは、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀又は銀パラジウム等の金属粉末の焼結体等から構成されている。

実装基体１６０は、基板１１０ａの下面と接合され、基板１１０ａの下面に収容部Ｃを形成するためのものである。実装基体１６０は、例えばガラスエポキシ樹脂等の絶縁性基板からなり、基板１１０ａの下面と導電性接合材１７０を介して接合される。実装基体１６０は、一対で設けられており、第一実装基体１６０ａ及び第二実装基体１６０ｂによって構成されている。実装基体１６０の内部には、上面に設けられた接合パッド１６１と、実装基体１６０の下面に設けられた外部端子１６２とを電気的に接続するための導体部１６３が設けられている。実装基体１６０の上面の四隅には、接合パッド１６１が設けられ、下面の四隅には、外部端子１６２が設けられている。また、外部端子１６２は、集積回路素子１５０と電気的に接続されている。

接合パッド１６１は、基板１１０ａの接合端子１１２と導電性接合材１７０を介して電気的に接合するためのものである。接合パッド１６１は、図６に示すように、第一接合パッド１６１ａ、第二接合パッド１６１ｂ、第三接合パッド１６１ｃ及び第四接合パッド１６１ｄによって構成されている。また、外部端子１６２は、図６に示すように第一外部端子１６２ａ、第二外部端子１６２ｂ、第三外部端子１６２ｃ及び第四外部端子１６２ｄによって構成されている。導体部１６３は、第一導体部１６３ａ、第二導体部１６３ｂ、第三導体部１６３ｃ及び第四導体部１６３ｄによって構成されている。第一接合パッド１６１ａは、第一導体部１６３ａを介して、第一外部端子１６２ａと電気的に接続され、第二接合パッド１６１ｂは、第二導体部１６３ｂを介して、第二外部端子１６２ｂと電気的に接続されている。第三接合パッド１６１ｃは、第三導体部１６３ｃを介して、第三外部端子１６２ｃと電気的に接続され、第四接合パッド１６１ｄは、第四導体部１６３ｄを介して、第四外部端子１６２ｂと電気的に接続されている。

外部端子１６２は、圧電デバイスを電子機器等の実装基板（図示せず）に実装するためのものである。外部端子１６２は、実装基体１６０の下面の四隅に設けられている。外部端子１６２は、基板１１０ａの下面に設けられた六つの接続パッド１１５の四つと電気的に接続されている。また、第三外部端子１６２ｃは、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッドと接続されている。これにより、封止用導体パターン１１８に接合された蓋体１３０がグランド電位となっている第三外部端子１６２ｃに接続される。よって、蓋体１３０による凹部Ｋ内のシールド性が向上する。また、第一外部端子１６２ａは、出力端子として用いられ、第二外部端子１６２ｂは、機能端子として用いられ、第四外部端子１６２ｄは、電源電圧端子として用いられる。機能端子は、書込読込端子及び周波数制御端子として用いられる。ここで、書込読込端子は、温度補償用制御データを記憶素子部に書き込んだり、記憶素子部に書き込まれた温度補償用制御データを読み込んだりするための端子のことである。周波数制御端子は、電圧を印加すると発振回路部の可変容量ダイオードの負荷容量を変動させることによって、水晶素子１２０の温度特性を補正させるための端子のことである。

導体部１６３は、実装基体１６０の上面の接合パッド１６１と、下面の外部端子１６２を電気的に接続するためのものである。導体部１６３は、実装基体１６０の四隅に貫通孔を設け、貫通孔の内壁面に導電部材を形成し、その上面を接合パッド１６１で塞ぎ、その下面を外部端子１６２で塞ぐことにより形成されている。

収容部Ｃは、長辺側の側壁が開放された状態となっており、開口部の形状は、平面視して、矩形状となっている。ここで基板１１０を平面視したときの長辺の寸法が、１．２〜２．５ｍｍであり、短辺の寸法が、１．０〜２．０ｍｍである場合を例にして、収容部Ｃの開口部の大きさを説明する。収容部Ｃの長辺の長さは、１．０〜２．０ｍｍであり、短辺の長さは、０．５〜１．２ｍｍとなっている。

実装基体１６０の基板１１０ａへの接合方法について説明する。まず、導電性接合材１７０は、例えばディスペンサ及びスクリーン印刷によって第一接合パッド１６１ａ、第二接合パッド１６１ｂ、第三接合パッド１６１ｃ及び第四接合パッド１６１ｄ上に塗布される。基板１１０ａは、基板１１０ａの接合端子１１２が導電性接合材１７０上に位置するようにして搬送され、導電性接合材１７０上に載置される。そして導電性接合材１７０は、加熱硬化させることによって、硬化収縮される。これによって、基板１１０ａの接合端子１１２は、接合パッド１６１に接合される。つまり、基板１１０ａの第一接合端子１１２ａは、第一接合パッド１６１ａと接合され、基板１１０ａの第二接合端子１１２ｂは、第二接合パッド１６１ｂと接合される。また、基板１１０ａの第三接合端子１１２ｃは、第三接合パッド１６１ｃと接合され、基板１１０ａの第四接合端子１１２ｄは、第四接合パッド１６１ｄと接合されることになる。

また、基板１１０ａの接合端子１１２と一対の実装基体１６０の接合パッド１６１とを導電性接合材１７０を介して接合されることで、図２（ａ）に示すように、基板１１０ａの長辺方向に沿って実装基体１６０が設けられていないことにより、側壁が開放された状態となっている開放部Ｈ１と、基板１１０ａと実装基体１６０との間に、導電性接合部材１７０の厚みと接合端子１１２の厚みと接合パッド１６１の厚みとを足した分の間隙部Ｈ２が設けられる。これにより、例えば、本実施形態の圧電デバイスが電子機器等の実装基板に実装されている場合に、この実装基板に実装されている他のパワーアンプ等の電子部品が発熱し、その熱が実装基板を介して収容部Ｃ内に伝わったとしても、その熱によって熱せられた空気が収容部Ｃにこもらずに、基板１１０ａの長辺方向に実装基体１６０が設けられないことで形成されている開放部Ｈ１と基板１１０ａと実装基体１６０との間に形成された間隙部Ｈ２を通じて熱せられた空気が圧電デバイスの外部に出されると共に、外部の空気が開放部Ｈ１及び間隙部Ｈ２を通じて収容部Ｃ内に入り込むので、収容部Ｃ内に温度センサーを有する集積回路素子１５０に対して熱の影響が緩和することができる。よって、集積回路素子１５０の周囲の温度と、水晶素子１２０の周囲の温度との差異を低減することができるので、水晶素子１２０の周波数温度特性を確実に補正することにより、発振周波数が変動することを低減することできる。

ここで、実装基体１６０の作製方法について説明する。実装基体１６０がガラスエポキシ樹脂である場合は、ガラス繊維から成る基材にエポキシ樹脂の前駆体を含浸させ、このエポキシ樹脂前駆体を所定の温度で熱硬化させることによって製作される。また、導体パターンの所定部位、具体的には、接合パッド１６１及び外部端子１６２は、例えば、ガラスエポキシ樹脂から成る樹脂シート上に、所定の形状に加工した銅箔を転写し、銅箔が転写された樹脂シートを積層して接着剤で接着することによって形成する。また、導体部１６３は、導体ペーストの印刷またはめっき法によって樹脂シートに形成した貫通孔の内面に被着形成するか、貫通孔を充填して形成する。このような導体部１６３は、例えば金属箔または金属柱を樹脂成形によって一体化させたり、スパッタリング法，蒸着法等を用いて被着させたりすることで形成される。

水晶素子１２０は、図１及び図２に示されているように、導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１上に接合されている。水晶素子１２０は、安定した機械振動と圧電効果により、電子装置等の基準信号を発振する役割を果たしている。

また、水晶素子１２０は、図１及び図２に示されているように、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに励振用電極１２２及び引き出し電極１２３を被着させた構造を有している。励振用電極１２２は、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに金属を所定のパターンで被着・形成したものである。励振用電極１２２は、上面に第一励振用電極１２２ａと、下面に第二励振用電極１２２ｂを備えている。引き出し電極１２３は、励振用電極１２２から水晶素板１２１の一辺に向かってそれぞれ延出されている。引き出し電極１２３は、上面に第一引き出し電極１２３ａと、下面に第二引き出し電極１２３ｂとを備えている。第一引き出し電極１２３ａは、第一励振用電極１２２ａから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。第二引き出し電極１２３ｂは、第二励振用電極１２２ｂから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。つまり、引き出し電極１２３は、水晶素板１２１の長辺又は短辺に沿った形状で設けられている。また、本実施形態においては、第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂと接続されている水晶素子１２０の一端を基板１１０の上面と接続した固定端とし、他端を基板１１０ａの上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造にて水晶素子１２０が基板１１０ａ上に固定されている。

ここで、水晶素子１２０の動作について説明する。水晶素子１２０は、外部からの交番電圧が引き出し電極１２３から励振用電極１２２を介して水晶素板１２１に印加されると、水晶素板１２１が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。

ここで、水晶素子１２０の作製方法について説明する。まず、水晶素子１２０は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し、水晶素板１２１の外周の厚みを薄くし、水晶素板１２１の外周部と比べて水晶素板１２１の中央部が厚くなるように設けるベベル加工を行う。そして、水晶素子１２０は、水晶素板１２１の両主面にフォトリソグラフィー技術、蒸着技術又はスパッタリング技術によって、金属膜を被着させることにより、励振用電極１２２、引き出し電極１２３を形成することにより作製される。

水晶素子１２０の基板１１０ａへの接合方法について説明する。まず、導電性接着剤１４０は、例えばディスペンサによって第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂ上に塗布される。水晶素子１２０は、導電性接着剤１４０上に搬送され、導電性接着剤１４０上に載置される。そして導電性接着剤１４０は、加熱硬化させることによって、硬化収縮される。水晶素子１２０は、電極パッド１１１に接合される。つまり、水晶素子１２０の第一引き出し電極１２３ａは、第二電極パッド１１１ｂと接合され、第二引き出し電極１２３ｂは、第一電極パッド１１１ａと接合される。これによって、第一接合端子１１２ａと第三接合端子１１２ｃが水晶素子１２０と電気的に接続されることになる。また、第一接合端子１１２ａ及び第三接合端子１１２ｃは、第一接合パッド１６１ａ及び第三接合パッド１６１ｃと導電性接合材１７０を介して接合されることで、第一外部端子１６２ａ及び第三外部端子１６２ｃと電気的に接続されることになる。つまり、第一外部端子１６２ａ及び第三外部端子１６２ｃは、水晶素子１２０と電気的に接続されることになる。

導電性接着剤１４０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、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケル又はニッケル鉄のうちのいずれか、或い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、バインダーとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用いられる。

集積回路素子１５０は、例えば、複数個の接続パッドを有した矩形状のフリップチップ型集積回路素子が用いられ、その回路形成面（上面）には、周囲の温度状態を検知する温度センサー、水晶素子１２０の温度特性を補償する温度補償データを格納するための記憶素子部、温度補償データに基づいて水晶素子１２０の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路部、その温度補償回路部に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路部が設けられている。この発振回路部で生成された出力信号は、実装基体１６０の第一外部端子１６２ａを介して圧電デバイスの外へ出力され、例えば、クロック信号等の基準信号として利用される。

記憶素子部は、ＰＲＯＭやＥＥＰＲＯＭにより構成されている。温度補償関数である下記に示す三次関数のもととなるパラメータ、例えば三次成分調整値α、一次成分調整値β、０次成分調整値γの各値の温度補償用制御データが第三外部端子１６２ｃである書込読込端子から入力され保存される。記憶素子部には、レジスタマップが記憶されている。レジスタマップとは、各アドレスデータに制御データを入力した場合、制御部がそのデータを読み取り、信号を出力し、どのような動作を行なうかを示したものである。

温度補償回路部は、三次関数発生回路や五次関数発生回路等によって構成されている。例えば、三次関数発生回路の場合は、その記憶素子部に入力された温度補償用制御データを読出して、温度補償用制御データから各温度に対して三次関数で導き出された電圧を発生させる。尚、この時の外部の周囲温度は、集積回路素子１５０内の温度センサーより得られる。温度補償回路部は、可変容量ダイオードのカソードと接続されており、温度補償回路部からの電圧が印加される。このように、可変容量ダイオードに温度補償回路部からの電圧を印加することよって、水晶素子１２０の周波数温度特性を補正することにより、周波数温度特性が平坦化される。

集積回路素子１５０は、図２に示すように、基板１１０ａの下面に設けられた接続パッド１１５に半田等の導電性接合材１７０を介して実装されている。また、集積回路素子１５０の接続端子１５１は、接続パッド１１５に接続されている。接続パッド１１５は、接続パターン１１６を介して接合端子１１２と電気的に接続されている。接合端子１１２は、導電性接合材１７０を介して、接合パッド１６１と電気的に接続されている。接合パッド１６１は、導体部１６３を介して外部端子１６２と電気的に接続されている。よって、接続パッド１１５は、接合端子１１２を介して、外部端子１６２と電気的に接続されている。この第三外部端子１６２ｃは、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランドと接続されている実装パッドと接続されることにより、グランド端子の役割を果たす。よって、集積回路素子１５０の接続端子１５１の内の一つは、基準電位であるグランドに接続されることになる。

また、集積回路素子１５０内に設けられた温度センサーは、平面視で測定パッド１１９内に位置させるようにして設けられている。このようにすることによって、水晶素子１２０から伝わる熱が、電極パッド１１１から配線パターン１１３及びビア導体１１４を介して、測定パッド１１９に伝わった熱が、測定パッド１１９から放熱され、集積回路素子１５０内に設けられた温度センサーに伝わることになる。よって、圧電デバイスは、熱伝導経路を短くすることができるので、水晶素子１２０の温度と集積回路素子１５０の温度とが近似することになり、集積回路素子１５０の温度センサーが得た温度と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度との差異をさらに低減することが可能となる。

集積回路素子１５０の基板１１０ａへの接合方法について説明する。まず、導電性接合材１７０は、例えばディスペンサによって接続パッド１１５に塗布される。集積回路素子１５０は、導電性接合材１７０上に載置される。そして導電性接合材１７０は、加熱させることによって溶融接合される。よって、集積回路素子１５０は、接続パッド１１５に接合される。

また、集積回路素子１５０は、図１及び図２に示すように、平面視矩形状であり、その下面に六つの接続端子１５１が設けられている。接続端子１５１は、一辺に沿って三つ設けられており、その一辺と向かい合う一辺に沿って三つ設けられている。集積回路素子１５０の長辺の長さは、０．５〜１．２ｍｍであり、短辺の長さは、０．３〜１．０ｍｍとなっている。集積回路素子１５０の厚み方向の長さは、０．１〜０．３ｍｍとなっている。

導電性接合材１７０は、例えば、銀ペースト又は鉛フリー半田により構成されている。また、導電性接合材１７０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。鉛フリー半田の成分比率は、錫が９５〜９７．５％、銀が２〜４％、銅が０．５〜１．０％のものが使用されている。

絶縁性樹脂１８０は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されているように、集積回路素子１５０の接続端子１５１が設けられている面と基板１１０ａの下面との間に設けられている。このようにすることにより、絶縁性樹脂１８０は、集積回路素子１５０と基板１１０ａの下面との接着強度を高めることができる。また、仮に、圧電デバイスを電子機器等の実装基板の実装パッド上に実装させた際に、半田等の異物が収容部Ｃ内に入り込んだとしても、絶縁性樹脂１８０によって、その異物が集積回路素子１５０の接続端子１５１間に付着することを抑えることになるので、集積回路素子１５０の接続端子１５１間の短絡を低減することができる。また、絶縁性樹脂１８０は、エポキシ樹脂やエポキシ樹脂を主成分とするコンポジットレジン等の樹脂材料からなる。

また、絶縁性樹脂１８０は、測定パッド１１９を覆うように設けられている。このようにすることによって、測定パッド１１９に異物が付着することを抑えることになるので、水晶素子１２０にその異物の付加抵抗が加わることを抑制することができる。従って、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することが可能となる。

絶縁性樹脂１８０は、集積回路素子１５０の側面から基板１１０ａに短辺に沿って設けられた一対の実装基体１６０に向かって上下方向の厚みが薄くなるように傾斜であるフィレットが形成されることになる。このようにフィレットが形成されることにより、集積回路素子１５０は、接続パッド１１５及び実装基体１６０との接合強度を向上させることができる。

絶縁性樹脂１８０は、基板１１０ａの下面と、一対の実装基体１６０との上面との間で設けられ、ビア導体１１４の下面露出部分がある間隙部Ｈ２の一部にまで設けられている。このようにすることにより、収容部Ｃから放熱をさせつつ、絶縁性樹脂１８０は、基板１１０ａの下面と一対の実装基体１６０の上面との接合強度を向上させることができる。また、絶縁性樹脂１８０は、基板１１０ａの下面のビア導体１１４の下面露出部分を塞いでおり、絶縁性樹脂１８０にてビア導体１１４の下面の外周縁を基板１１０ａに固定することになる。このようにすることで、仮に、基板１１０ａの反り等が生じても、絶縁性樹脂１８０にてビア導体１１４が固定されているため、ビア導体１１４の外周縁と基板１１０ａとの界面からビア導体１１４が剥がれてしまうことを低減することができる。また、ビア導体１１４の外周縁と基板１１０ａとの界面からビア導体１１４が剥がれてしまうことを低減することで、ビア導体１１４と基板１１０ａとの界面に隙間が生じることがなく、収容部Ｃから放熱をさせつつ、基板１１０ａの気密性を向上させることができる。尚、絶縁性樹脂１８０によりビア導体１１４の下面露出部分がある間隙部Ｈ２が塞がれたとしても、実装基体１６０が形成されていない開放部Ｈ１が設けられていることにより、本発明の効果を奏することは可能である。

絶縁性樹脂１８０の形成方法について説明する。絶縁性樹脂が充填された樹脂ディスペンサの先端を、収容部Ｃの隙間に挿入し、絶縁性樹脂１８０の注入を行なう。次に、注入された絶縁性樹脂１８０を加熱し硬化させる。よって、絶縁性樹脂１８０は、ビア導体１１４の下面露出部分がある二つの間隙部Ｈ２及び集積回路素子１５０と基板１１０ａの下面との間に設けられる。

蓋体１３０は、平板形状をなしており、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなる。このような蓋体１３０は、真空状態にある凹部Ｋ又は窒素ガスなどが充填された凹部Ｋを気密的に封止するためのものである。具体的には、蓋体１３０は、所定雰囲気で、基板１１０ａの上面に載置され、枠体１１０ｂの封止用導体パターン１１８と蓋体１３０の下面に設けられた封止部材１３１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、枠体１１０ｂに接合される。また、蓋体１３０は、封止用導体パターン１１８及び第三ビア導体１１４ｃを介して基板１１０ａの下面の第三接合端子１１２ｃに電気的に接続されている。第三接合端子１１２ｃは、導電性接合材１８０を介して第三接合パッド１６１ｃと電気的に接続されている。第三接合パッド１６１ｃは、第三導体部１６３ｃを介して第三外部端子１６２ｃと電気的に接続されている。よって、蓋体１３０は、実装基体１６０の第三外部端子１６２ｃと電気的に接続されている。

封止部材１３１は、枠体１１０ｂの上面に設けられた封止用導体パターン１１８に相対する蓋体１３０が設けられている。封止部材１３１は、例えば、銀ロウ又は金錫によって設けられている。銀ロウの場合は、その厚みは、１０〜２０μｍである。例えば、成分比率は、銀が７２〜８５％、銅が１５〜２８％のものが使用されている。金錫の場合は、その厚みは、１０〜４０μｍである。例えば、成分比率が、金が７８〜８２％、錫が１８〜２２％のものが使用されている。

本発明の実施形態における圧電デバイスは、平面視矩形状で、下面の四隅に接合端子１１２が設けられた基板１１０ａと、上面に設けられた接合パッド１６１を有し、接合パッド１６１と接合端子１１２とが接合されることで基板１１０ａの短辺に沿って設けられた一対の実装基体１６０と、基板１１０ａの上面に設けられた一対の電極パッド１１１に実装された水晶素子１２０と、基板１１０ａの下面の一対の実装基体１６０で挟まれた領域内に設けられた複数の接続パッド１１５に実装された集積回路素子１５０と、水晶素子１２０を気密に封止する蓋体１３０と、集積回路素子１５０と基板１１０ａの下面との間に設けられ、集積回路素子１５０の側面から実装基体１６０の側面にかけて平面視して広がるように設けられた絶縁性樹脂１８０と、を備えている。このようにすることにより、圧電デバイスの全体構造を小型化する場合であっても、基板１１０ａに対する絶縁性樹脂１８０の被着面積を広く確保することができるようになり、これによって実装基体１６０を基板１１０ａに対し強固に接合させることが可能となる。また、本発明の一つの態様による圧電デバイスは、集積回路素子１５０と接続パッド１１５との間に設けられた絶縁性樹脂１８０によって、集積回路素子１５０を基板１１０ａに接合することができるので、集積回路素子１５０の基板１１０ａに対する接合強度を向上させることができる。

また、本発明の実施形態における圧電デバイスは、平面視矩形状の基板１１０と、上面の外周縁に沿って設けられた接合パッド１６１を有し、基板１１０の下面の外周縁に沿って設けられた接合端子１１２と接合パッド１６１とが接合されることで、基板１１０ａの下面に設けられた実装基体１６０と、を備えている。このようにすることで、基板１１０ａの下面と、実装基体１６０との上面との間で間隙部Ｈ２が設けられることになるので、例えば、本発明の圧電デバイスが電子機器等の実装基板に実装されている場合に、その実装基板上に実装された他の電子部品が発熱し、その熱が実装基板を介して収容部Ｃ内に伝わったとしても、その熱によって熱せられた空気が収容部Ｃ内にこもらずに、開放部Ｈ１及び間隙部Ｈ２を通じて熱せられた空気が外部に出されると共に、外部の空気が開放部Ｈ１及び間隙部Ｈ２を通じて収容部Ｃ内に入り込むので、収容部Ｃ内に実装された温度センサーを有する集積回路素子１５０に対して熱の影響が緩和することができる。よって、このような圧電デバイスは、温度センサーによって測定された温度と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度との差異を低減することができるので、水晶素子１２０の周波数温度特性を確実に補正することにより、発振周波数が変動することを低減することできる。

また、本実施形態における圧電デバイスは、絶縁性樹脂１８０の上下方向の厚みが集積回路素子１５０の側面から実装基体１６０の側面にかけて薄くなるように設けられている。このようなフィレットが形成されることにより、集積回路素子１５０は、接続パッド１１５及び実装基体１６０との接合強度を向上させることができる。

また、本実施形態における圧電デバイスは、実装基体１６０が、ガラスエポキシ樹脂により成っている。このようにすることにより、ガラスエポキシ樹脂製の電子機器等の実装基板に実装する際に、実装基板の熱膨張係数と、実装基体１６０の熱膨張係数を近似させることになるので、実装基体１６０に熱応力が加わることを低減させることができる。つまり、電子機器等の実装基板と、実装基体１６０との熱膨張係数を略等しくすることで、実装基体１６０に加わる熱応力を低減させることができる。

また、本発明の実施形態における圧電デバイスは、ビア導体１１４が、平面視において、実装基体１６０と重なる位置に設けられている。このようにすることで、電子機器等の実装基板上の実装パターンと、ビア導体１１４との間で発生する浮遊容量を低減させることで、水晶素子１２０に浮遊容量が付加されないので、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することができる。また、本発明の実施形態における圧電デバイスは、測定パッド１１９が、平面視して、集積回路素子１５０と重なる位置に設けられている。このようにすることで、電子機器等の実装基板上の実装パターンと測定パッド１１９との間で発生する浮遊容量を低減させることで、水晶素子１２０に浮遊容量が付加されないので、水晶素子１２０の発振周波数が変動することをさらに低減することができる。

また、本発明の実施形態における圧電デバイスは、絶縁性樹脂１８０が、基板１１０ａ下面の前記ビア導体１１４の下面露出部分を塞ぐようにして設けられている。このようにすることで、仮に、基板１１０ａの反り等が生じても、絶縁性樹脂１８０にてビア導体１１４が固定されているため、ビア導体１１４の外周縁と基板１１０ａとの界面からビア導体１１４が剥がれてしまうことを低減することができる。また、ビア導体１１４の外周縁と基板１１０ａとの界面からビア導体１１４が剥がれてしまうことを低減することで、ビア導体１１４と基板１１０ａとの界面に隙間が生じることがなく、収容部Ｃから放熱をさせつつ、基板１１０ａの気密性を向上させることができる。尚、絶縁性樹脂１８０によりビア導体１１４の下面露出部分がある間隙部Ｈ２が塞がれたとしても、実装基体１６０が形成されていない開放部Ｈ１が設けられていることにより、本発明の効果を奏することは可能である。

尚、本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。上記実施形態では、水晶素子は、ＡＴ用水晶素子を用いた場合を説明したが、基部と、基部の側面より同一の方向に延びる二本の平板形状の振動腕部とを有する音叉型屈曲水晶素子を用いても構わない。

また、上記実施形態では、導体部１６３が基板内に設けられた場合を説明したが、実装基体１６０の角部に設けられた切れ込みの内部に設けられていても構わない。この際に、導電部は、切り込み内に導体ペーストを印刷するようにして設けられている。

また、上記実施形態では、蓋体の外形形状が平板形状である場合を説明したが、蓋体１３０の外形形状が、凹部Ｋを備えた箱状部材を逆さまにした形状で、枠体１１０ｂに形成された封止用導体パターン１１８との接触部分がＬ字状のフランジとなるようにしても構わない。その際に、基板には、枠体が設けられておらず、基板の外周縁に沿って封止用導体パターンが設けられている。そして、そのフランジ部分が、基板の外周内側に形成された封止用導体パターン１１８の帯状領域に接触するようして、凹部内に水晶素子１２０が収納されるように実装される。

１１０・・・パッケージ
１１０ａ・・・基板
１１０ｂ・・・枠体
１１１・・・電極パッド
１１２・・・接合端子
１１３・・・配線パターン
１１４・・・ビア導体
１１５・・・接続パッド
１１６・・・接続パターン
１１８・・・封止用導体パターン
１１９・・・測定パッド
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・引き出し電極
１３０・・・蓋体
１３１・・・封止部材
１４０・・・導電性接着剤
１５０・・・集積回路素子
１５１・・・接続端子
１６０・・・実装基体
１６１・・・接合パッド
１６２・・・外部端子
１６３・・・導体部
１７０・・・導電性接合材
１８０・・・絶縁性樹脂
Ｋ・・・凹部
Ｃ・・・収容部
Ｈ１・・・開放部
Ｈ２・・・間隙部

Claims (5)

1. 平面視矩形状で、下面の四隅に接合端子が設けられた基板と、
   上面に設けられた接合パッドを有し、前記接合パッドと前記接合端子とが接合されることで前記基板の短辺に沿って設けられた一対の実装基体と、
   前記基板の上面に設けられた一対の電極パッドに実装された水晶素子と、
   前記基板の下面の前記一対の実装基体で挟まれた領域内に設けられた複数の接続パッドに実装された集積回路素子と、
   前記水晶素子を気密に封止する蓋体と、
   前記集積回路素子と前記基板の下面との間に設けられ、前記集積回路素子の側面から前記実装基体の側面にかけて平面視して広がるように設けられた絶縁性樹脂と、を備えたことを特徴とする圧電デバイス。
2. 請求項１記載の圧電デバイスであって、
   前記絶縁性樹脂の上下方向の厚みが前記集積回路素子の側面から前記実装基体の側面にかけて薄くなるように設けられていることを特徴とする圧電デバイス。
3. 請求項１又は請求項２記載の圧電デバイスであって、
   前記実装基体が、ガラスエポキシ樹脂により成っていることを特徴とする圧電デバイス。
4. 請求項１乃至請求項３記載の圧電デバイスであって、
   前記電極パッドと電気的に接続され、前記基板の上面に設けられた配線パターンと、
   前記基板の下面に設けられた測定パッドと、
   前記配線パターン及び前記測定パッドと電気的に接続され、基板に設けられたビア導体と、
   を備え、
   前記ビア導体が、平面視して、前記実装基体と重なる位置に設けられている
   ことを特徴とする圧電デバイス。
5. 請求項４記載の圧電デバイスであって、
   前記絶縁性樹脂が、前記基板下面の前記ビア導体の下面露出部分を塞ぐようにして設けられていることを特徴とする圧電デバイス。

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