JP2018125581A - 水晶デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器の実装基板に実装する際に、接合強度が低下してしまうことを抑えることが可能な水晶デバイスを提供する。【解決手段】水晶デバイスは、基板１１０ａと、第一枠体１１０ｂと、第二枠体１１０ｃと、電極パッド１１１に実装された水晶素子１２０と、接続パッド１１６に実装された集積回路素子１５０と、第一枠体１１０ｂに接合された蓋体１３０と、基板１１０ａの下面に設けられ、接続パッド１１６と電気的に接続された接続パターン１１７と、第二枠体１１０ｃの下面に設けられた外部端子１１２と、接続パターン１１７と外部端子１１２とを電気的に接続されたビア導体１１９と、を備え、ビア導体１１９は、第二枠体１１０ｃの内周縁の四隅に設けられており、外部端子１１２とビア導体１１９とが平面視して重なる箇所にある外部端子１１２に形成された凸部Ｔを有している【選択図】図３

Description

本発明は、電子機器等に用いられる水晶デバイス及びその製造方法に関するものである。

水晶デバイスは、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、第二凹部を設けるために基板の下面に設けられた第二枠体と、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、基板の下面に実装された集積回路素子と、を備えた水晶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２０００−４９５６０号公報

従来の水晶デバイスは、小型化が顕著であるが、パッケージも小型化になっている。小型化された水晶デバイスでは、外部端子と配線パターンとを接続するためのビア導体が第二凹部の四隅に形成されている。このような水晶デバイスを電子機器等の実装基板上に実装する際に、外部端子に付着した導電性接合材が、外部端子からビア導体を介して第二凹部内に入り込んでしまうため、導電性接合材の量も少なくなるため、導電性接合材の厚みが薄くなり、接合強度が低下し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、電子機器の実装基板に実装する際に、接合強度が低下してしまうことを抑えることが可能な水晶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水晶デバイスは、平面視矩形状の基板と、基板の上面の外周縁に沿って設けられた第一枠体と、基板の下面の外周縁に沿って設けられた第二枠体と、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接続パッドに実装された集積回路素子と、基板の下面に設けられ、接続パッドと電気的に接続された接続パターンと、第二枠体の下面に設けられた外部端子と、接続パターンと外部端子とを電気的に接続されたビア導体と、第一枠体に接合された蓋体と、を備え、ビア導体は、第二枠体の内周縁の四隅に設けられており、外部端子とビア導体とが平面視して重なる箇所にある外部端子に形成された凸部を有している。

本発明の一つの態様による水晶デバイスは、平面視矩形状の基板と、基板の上面の外周縁に沿って設けられた第一枠体と、基板の下面の外周縁に沿って設けられた第二枠体と、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接続パッドに実装された集積回路素子と、基板の下面に設けられ、接続パッドと電気的に接続された接続パターンと、第二枠体の下面に設けられた外部端子と、接続パターンと外部端子とを電気的に接続されたビア導体と、第一枠体に接合された蓋体と、を備え、ビア導体は、第二枠体の内周縁の四隅に設けられており、外部端子とビア導体とが平面視して重なる箇所にある外部端子に形成された凸部を有している。このような水晶デバイスは、電子機器等の実装基板上に実装する際に、外部端子に付着した接合材が、外部端子に設けられた凸部によって遮られ、ビア導体を介して第二凹部内に入り込んでしまうことを抑えることができる。よって、第二凹部内に入り込んでしまう接合材の量も削減することができるため、外部端子に付着した接合材の厚みを維持することができ、接合強度を維持させることができる。

本実施形態に係る水晶デバイス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。 本実施形態に係る水晶デバイスを構成するパッケージの凸部の箇所を拡大した部分拡大図である。 （ａ）は、本実施形態に係る水晶デバイスを構成するパッケージの上面からみた透視平面図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る水晶デバイスを構成するパッケージの基板の上面からみた透視平面図である。 （ａ）は、本実施形態に係る水晶デバイスを構成するパッケージの下面からみた平面透視図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る水晶デバイスを下面からみた平面透視図である。 本実施形態の第一変形例に係る水晶デバイスを示す断面図である。

本実施形態における水晶デバイスは、図１及び図２に示されているように、パッケージ１１０と、パッケージ１１０の上面に接合された水晶素子１２０と、パッケージ１１０の下面に接合された集積回路素子１５０とを含んでいる。パッケージ１１０は、基板１１０ａの上面と第一枠体１１０ｂの内側面によって囲まれた第一凹部Ｋ１が形成されている。また、基板１１０ａの下面と第二枠体１１０ｃの内側面によって囲まれた第二凹部Ｋ２が形成されている。このような水晶デバイスは、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、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１１６が設けられている。また、基板１１０ａの一辺に沿って、水晶素子１２０を接合するための電極パッド１１１が設けられている。第二枠体１１０ｃの下面の四隅には、外部端子１１２が設けられている。また、基板１１０の下面の中央には、図５に示されているように、一対の測定パッド１１８が設けられ、その一対の測定パッド１１８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１１６が設けられている。また、外部端子１１２は、接続パッド１１６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３に示されているように、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１１８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１１６及び測定パッド１１８と、第二枠体１１０ｃの下面に設けられた外部端子１１２とを電気的に接続するための接続パターン１１７が設けられている。

第一枠体１１０ｂは、基板１１０ａの上面に配置され、基板１１０ａの上面に第一凹部Ｋ１を形成するためのものである。第一枠体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。

第二枠体１１０ｃは、基板１１０ａの下面に配置され、基板１１０ａの下面に第二凹部Ｋ２を形成するためのものである。第二枠体１１０ｃは、例えば、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と導体部１１４を介して、第二枠体１１０ｃの下面に設けられた外部端子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。導体部１１４は、第一導体部１１４ａ及び第二導体部１１４ｂ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。

また、第一電極パッド１１１ａ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、第一導体部１１４ａを介して、後述する第一測定パッド１１８ａと電気的に接続されている。よって、第一電極パッド１１１ａは、第一測定パッド１１８ａと電気的に接続されることになる。第二電極パッド１１１ｂ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、後述する第二測定パッド１１８ｂと電気的に接続されている。よって、第二電極パッド１１１ｂは、第二測定パッド１１８ｂと電気的に接続されることになる。

外部端子１１２は、電子機器等の実装基板に実装するためのものである。外部端子１１２は、第二枠体１１０ｃの下面の四隅に設けられている。外部端子１１２は、基板１１０ａの下面に設けられた六つの接続パッド１１６の四つと電気的に接続されている。また、第三外部端子１１２ｃ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Ｈ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１１２ｃに接続される。よって、蓋体１３０による第一凹部Ｋ１内のシールド性が向上する。また、第一外部端子１１２ａは、出力端子として用いられ、第二外部端子１１２ｂは、機能端子として用いられ、第四外部端子１１２ｄ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、水晶素子の温度特性を補正させるための端子のことである。

外部端子１１２は、図５（ｂ）に示すように、第二枠体１１０ｃの下面の四隅に設けられ、第一外部端子１１２ａ、第二外部端子１１２ｂ、第三外部端子１１２ｃ及び第四外部端子１１２ｄによって構成されている。外部端子１１２は、基板１１０ａの下面に設けられた接続パッド１１６とそれぞれ電気的に接続されている。また、第三外部端子１１２ｃは、後述する導体部１１４ｃ及び後述する第三ビア導体１１９ｃを介して、封止用導体パターンＨと電気的に接続されている。よって、第三外部端子１１２ｃは、グランド端子として用いられる。

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３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。

導体部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１１８と電気的に接続されている。導体部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。導体部１１４は、第一導体部１１４ａ、第二導体部１１４ｂ及び第三導体部１１４ｃによって構成されている。第三導体部１１４ｃは、第一枠体１１０ｂに設けられ、封止用導体パターンＨに電気的に接続されている。

突起部１１５は、水晶素子１２０の短辺の上下方向の傾きが抑制され、水晶素子１２０の長辺側端部が基板１１０ａや蓋体１３０に接触することを抑制するためのものである。また、突起部１１５は、水晶素子１２０の自由端が基板１１０ａに接触することを抑制するためものである。一対の突起部１１５は、第一突起部１１５ａ及び第二突起部１１５ｂによって構成されている。第一突起部１１５ａは、第一電極パッド１１１ａの上面に設けられており、第二突起部１１５ｂは、第二電極パッド１１１ｂの上面に設けられている。また、突起部１１５は、電極パッド１１１と同様に、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上面に金メッキ、ニッケルメッキを施すことにより設けられている。

また、一対の突起部１１５の基板１１０ａの中心側を向く一辺が、図４（ａ）に示されているように、同一直線上に並ぶ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の引き出し電極１２３を一対の突起部１１５に接触させながら電極パッド１１１に実装する際に、水晶素子１２０が傾くことなく安定した状態で実装することができる。また、電極パッド１１１の外周縁に沿って形成されている突起部１１５の辺の長辺方向の長さは、１５０〜２００μｍとなり、突起部１１５の短辺方向の辺の長さは、５０〜７５μｍである。突起部１１５の上下方向の厚みの長さは、２０〜７５μｍとなる。突起部１１５の長辺方向の長さは、１５０〜３００μｍとなり、突起部１１５の短辺方向の辺の長さは、５０〜７５μｍである。突起部１１５の上下方向の厚みの長さは、２０〜７５μｍとなる。

また、突起部１１５は、水晶素子１２０の外周縁にある引き出し電極１２３と対向する位置に設けられている。このようにすることによって、水晶素子１２０が導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１に実装する際に、仮に水晶素子１２０が傾いたとしても、引き出し電極１２３が突起部１１５に接触することになり、突起部１１５よりも下方向に水晶素子１２０が傾くことなく安定した状態で実装することができる。また、突起部１１５は、平面視して、水晶素板１２１の固定端側の外周縁にある引き出し電極１２３と重なる位置に設けられている。このようにすることにより、水晶素子１２０の固定端が基板１１０ａの上面に接触することを低減することができる。

接続パッド１１６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１１６は、図５に示すように、第一接続パッド１１６ａ、第二接続パッド１１６ｂ、第三接続パッド１１６ｃ、第四接続パッド１１６ｄ、第五接続パッド１１６ｅ及び第六接続パッド１１６ｆによって構成されている。第一接続パッド１１６ａと第一外部端子１１２ａとは、基板１１０ａの下面に設けられた後述する第一接続パターン１１７ａ及び後述する第一ビア導体１１９ａにより接続されており、第二接続パッド１１６ｂと第二測定パッド１１８ｂは、電気的に接続されている。また、第三接続パッド１１６ｃと第二外部端子１１２ｂとは、基板１１０ａの下面に設けられた後述する第二接続パターン１１７ｂ及び後述する第二ビア導体１１９ｂにより接続されており、第四接続パッド１１６ｄと第三外部端子１１２ｃとは、基板１１０ａの下面に設けられた後述する第三接続パターン１１７ｃ及び後述する第三ビア導体１１９ｃにより接続されている。また、第五接続パッド１１６ｅと第一測定パッド１１８ａは、電気的に接続されており、第六接続パッド１１６ｆと第四外部端子１１２ｄとは、基板１１０ａの下面に設けられた後述する第四接続パターン１１７ｄ及び後述する第四ビア導体１１９ｄにより接続されている。また、接続パターン１１７は、基板１１０ａの下面に設けられ、接続パッド１１６から近傍の外部端子１１２に向けて引き出されている。

接続パターン１１７は、接続パッド１１６と外部端子１１２とを電気的に接続するためのものである。接続パターン１１７は、第一接続パターン１１７ａ、第二接続パターン１１７ｂ、第三接続パターン１１７ｃ及び第四接続パターン１１７ｄによって構成されている。

測定パッド１１８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１１８は、第一測定パッド１１８ａ及び第二測定パッド１１８ｂによって構成されている。測定パッド１１８は、基板１１０ａに設けられた配線パターン１１３及び導体部１１４を介して、基板１１０ａ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。測定パッド１１８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（図示せず）と測定パッド１１８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。

ビア導体１１９は、接続パターン１１７と外部端子１１２とを電気的に接続するためのものである。ビア導体１１９は、図５に示すように、第二枠体１１０ｃの内周縁の四隅に設けられ、その両端は、接続パターン１１７及び外部端子１１２と電気的に接続されている。ビア導体１１９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１１９は、第一ビア導体１１９ａ、第二ビア導体１１９ｂ、第ビア導体１１９ｃ及び第四ビア導体１１９ｄによって構成されている。第三ビア導体１１９ｃの上端は、第三導体１１４ｃと電気的に接続されることで、封止用導体パターンＨを介して蓋体１３０と電気的に接続されることになる。また、外部端子１１２とビア導体１１９とが、平面視して重なる箇所にある外部端子１１２には、凸部Ｔが設けられている。

また、凸部Ｔは、水晶デバイスを実装した際に用いる半田等の接合材（図示せず）が、ビア導体１１９を介して第二凹部Ｋ２内に入り込むことを抑えることができる。凸部Ｔは、図５（ｂ）に示すように、外部端子１１２とビア導体１１９とが平面視して重なる箇所にある外部端子１１２に設けられている。凸部Ｔは、ビア導体１１９を形成する際に、図３に示すように、第二枠体１１０ｃの下面側から盛り上がるようにして形成し、その上面に外部端子１１２を設けることで形成することができる。凸部Ｔは、第一凸部Ｔ１、第二凸部Ｔ２、第三凸部Ｔ３及び第四凸部Ｔ４によって構成されている。

このように凸部Ｔを設けることで、水晶デバイスを電子機器等の実装基板上に実装する際に、外部端子１１２に付着した接合材（図示せず）が、外部端子１１２に設けられた凸部Ｔがダムとなる物理的作用によって遮られ、ビア導体１１９を介して第二凹部Ｋ２内に入り込んでしまうことを抑えることができる。接合材が第二凹部Ｋ２内に入り込んでしまうことによって、集積回路素子１５０の接続端子１５１間に付着することを低減することができるので、短絡を抑えることができる。また、第二凹部Ｋ２内に入り込んでしまう接合材の量も削減することができるため、外部端子１１２に付着した接合材の厚みを維持することができ、接合強度を維持させることができる。

また、凸部Ｔが、円柱状に形成されている。このようにすることで、電子機器等の実装基板上に実装する際に、外部端子１１２に付着した接合材（図示せず）が円柱の側面に沿って、凸部Ｔの外側に回り込むため、第二凹部Ｋ２内に入り込むことをさらに抑えることができる。また、凸部Ｔが、電子機器等の実装基板上側に向かって凸状の形状となっているので、外部端子１１２に付着した接合材が凹形状や平坦な形状に比べてビア導体１１９に這い上がりにくくすることができる。

また、凸部Ｔを平面視した際の形状が、ビア導体１１９を平面視した形状と同じ形状である。このような水晶デバイスを電子機器等の実装基板上に実装された際に、凸部Ｔにかかる応力をビア導体１１９に均等に加わるため、ビア導体１１９と第二枠体１１０ｂとの界面の剥がれを抑えることができ、導通不良を低減することが可能となる。

封止用導体パターンＨは、蓋体１３０と接合部材１３１を介して接合する際に、接合部材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Ｈは、図３及び図４に示すように、第三導体部１１４ｃ及び第三ビア導体１１９ｃを介して、第三外部端子１１２ｃと電気的に接続されている。封止用導体パターンＨ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、第一枠体１１０ｂ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。

ここでパッケージ１１０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１１８の大きさを説明する。測定パッド１１８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の特性を測定する際に使用される電気特性測定器（図示せず）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１１８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、外部端子１１２、配線パターン１１３、導体部１１４、突起部１１５、接続パッド１１６、接続パターン１１７、測定パッド１１８、ビア導体１１９及び封止用導体パターンＨ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。

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１１０ａ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の第二引き出し電極１２３ｂは、第二電極パッド１１１ｂと接合され、第一引き出し電極１２３ａは、第一電極パッド１１１ａと接合される。

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、パッケージ１１０の第一外部端子１１２ａを介して温度補償型水晶発振器の外へ出力され、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二外部端子１１２ｂ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１１６に半田等の導電性接合材１６０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１１６に接続されている。接続パッド１１６は、接続パターン１１７を介して外部端子１１２と電気的に接続されている。この第三外部端子１１２ｃ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１１８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１１８に伝わった熱が、測定パッド１１８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、温度補償型水晶発振器は、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。

また、集積回路素子１５０は、図１及び図２に示すように、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１６０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。

蓋体１３０は、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、真空状態にある第一凹部Ｋ１又は窒素ガスなどが充填された第一収容部Ｋ１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、パッケージ１１０の第一枠体１１０ｂ上に載置され、第一枠体１１０ｂの封止用導体パターンＨと蓋体１３０の接合部材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、第一枠体１１０ｂに接合される。また、蓋体１３０は、封止用導体パターンＨ、第三導体部１１４ｃ及び第三ビア導体１１９ｃを介して第二枠体１１０ｃの下面の第三外部端子１１２ｃに電気的に接続されている。よって、蓋体１３０は、第二枠体１１０ｃの第三外部端子１１２ｃと電気的に接続されている。

接合部材１３１は、パッケージ１１０の第一枠体１１０ｂ上面に設けられた封止用導体パターンＨに相対する蓋体１３０の箇所に設けられている。接合部材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。

本実施形態における水晶デバイスは、平面視矩形状の基板１１０ａと、基板１１０ａの上面の外周縁に沿って設けられた第一枠体１１０ｂと、基板１１０ａの下面の外周縁に沿って設けられた第二枠体１１０ｃと、基板１１０ａの上面に設けられた電極パッド１１１に実装された水晶素子１２０と、基板１１０ａの下面に設けられた接続パッド１１６に実装された集積回路素子１５０と、基板１１０ａの下面に設けられ、接続パッド１１６と電気的に接続された接続パターン１１７と、第二枠体１１０ｃの下面に設けられた外部端子１１２と、接続パターン１１７と外部端子１１２とを電気的に接続されたビア導体１１９と、第一枠体１１０ｂに接合された蓋体１３０と、を備え、ビア導体１１９は、第二枠体１１０ｃの内周縁の四隅に設けられており、外部端子１１２とビア導体１１９とが平面視して重なる箇所にある外部端子１１２に形成された凸部Ｔを有している。

このような水晶デバイスは、電子機器等の実装基板上に実装する際に、外部端子１１２に付着した接合材（図示せず）が、外部端子１１２に設けられた凸部Ｔがダムとなる物理的作用によって遮られ、ビア導体１１９を介して第二凹部Ｋ２内に入り込んでしまうことを抑えることができる。接合材が第二凹部Ｋ２内に入り込んでしまうことによって、集積回路素子１５０の接続端子１５１間に付着することを低減することができるので、短絡を抑えることができる。また、第二凹部Ｋ２内に入り込んでしまう接合材の量も削減することができるため、外部端子１１２に付着した接合材の厚みを維持することができ、接合強度を維持させることができる。

また、本実施形態における水晶デバイスは、凸部Ｔが、円柱状に形成されている。このようにすることで、電子機器等の実装基板上に実装する際に、外部端子１１２に付着した接合材（図示せず）が円柱の側面に沿って、凸部Ｔの外側に回り込むため、第二凹部Ｋ２内に入り込むことをさらに抑えることができる。また、凸部Ｔが、電子機器等の実装基板上側に向かって凸状の形状となっているので、外部端子１１２に付着した接合材が凹形状や平坦な形状に比べてビア導体１１９に這い上がりにくくすることができる。

また、本実施形態における水晶デバイスは、凸部Ｔを平面視した際の形状が、ビア導体１１９を平面視した形状と同じ形状である。このような水晶デバイスを電子機器等の実装基板上に実装された際に、凸部Ｔにかかる応力をビア導体に均等に加わるため、ビア導体１１９と第二枠体１１０ｂとの界面の剥がれを抑えることができ、導通不良を低減することが可能となる。

また、本実施形態における水晶デバイスは、基板１１０ａの下面に設けられた測定パッド１１８と、を有し、測定パッド１１８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（図示せず）と測定パッド１１８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。

（第一変形例）
以下、本実施形態の第一変形例における水晶デバイスについて説明する。なお、本実施形態の第一変形例における水晶デバイスのうち、上述した水晶デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第一変形例における水晶デバイスは、図６に示されているように、ビア導体１１９の露出している箇所及び集積回路素子１５０と接続パッド１１６との間に絶縁性樹脂１７０が設けられている点において、本実施形態と異なる。

また、絶縁性樹脂１７０は、図６に示されているように、ビア導体１１９の露出している面に設けられている。このようにすることにより、水晶デバイスを電子機器の実装基板上に実装する際に用いた半田等の接合材（図示せず）が、凸部Ｔを乗り越えたとしても、ビア導体１１９の露出している面に絶縁性樹脂１７０が被覆されていることで、接合材が濡れ広がりにくくなるため、第二凹部Ｋ２内に入り込むことをさらに抑えることができる。

絶縁性樹脂１７０は、図６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接続パッド１１６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１７０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、温度補償型水晶発振器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、半田等の接合材が第二凹部Ｋ２内に入り込んだとしても、絶縁性樹脂１７０によって、その接合材が集積回路素子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１７０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１７０は、測定パッド１１８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１１８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１７０の基板１１０ａへの形成方法について説明する。その樹脂ディスペンサの先端を、第二枠部１１０ｃの内周縁の四隅に挿入し、絶縁性樹脂１７０の注入を行う。次に絶縁性樹脂１７０を加熱し、硬化させる。よって、絶縁性樹脂１７０は、ビア導体１１９の露出する面を覆うようにして設けられる。このようにすることで、水晶デバイスを電子機器の実装基板上に実装する際に用いた半田等の接合材（図示せず）が、仮に凸部Ｔを乗り越えたとしても、ビア導体１１９の露出している面に絶縁性樹脂１７０が被覆されていることで、接合材が濡れ広がりにくくなるため、第二凹部Ｋ２内に入り込むことをさらに抑えることができる。

本実施形態の第一変形例における水晶デバイスは、絶縁性樹脂１７０が、ビア導体１１９の露出している面に設けられている。このようにすることにより、水晶デバイスを電子機器の実装基板上に実装する際に用いた半田等の接合材（図示せず）が、凸部Ｔを乗り越えたとしても、ビア導体１１９の露出している面に絶縁性樹脂１７０が被覆されていることで、接合材が濡れ広がりにくくなるため、第二凹部Ｋ２内に入り込むことをさらに抑えることができる。

また、本実施形態の第一変形例における水晶デバイスは、集積回路素子１５０と接続パッド１１６との間に絶縁性樹脂１７０が設けられている。このようにすることにより、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、縁性樹脂１７０によって、その接合材が集積回路素子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。

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。

１１０・・・パッケージ
１１０ａ・・・基板
１１０ｂ・・・第一枠体
１１０ｃ・・・第二枠体
１１１・・・電極パッド
１１２・・・外部端子
１１３・・・配線パターン
１１４・・・導体部
１１５・・・突起部
１１６・・・接続パッド
１１７・・・接続パターン
１１８・・・測定パッド
１１９・・・ビア導体
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・・・接合部材
１４０・・・導電性接着剤
１５０・・・集積回路素子
１５１・・・接続端子
１６０・・・導電性接合材
１７０・・・絶縁性樹脂
Ｈ・・・ 封止用導体パターン
Ｋ１・・・第一凹部
Ｋ２・・・第二凹部
Ｔ・・・ 凸部

Claims (6)

1. 平面視矩形状の基板と、
   前記基板の上面の外周縁に沿って設けられた第一枠体と、
   前記基板の下面の外周縁に沿って設けられた第二枠体と、
   前記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、
   前記基板の下面に設けられた接続パッドに実装された集積回路素子と、
   前記基板の下面に設けられ、前記接続パッドと電気的に接続された接続パターンと、
   第二枠体の下面に設けられた外部端子と、
   前記接続パターンと前記外部端子とを電気的に接続されたビア導体と、
   前記第一枠体に接合された蓋体と、を備え、
   前記ビア導体は、前記第二枠体の内周縁の四隅に設けられており、前記外部端子と前記ビア導体とが平面視して重なる箇所にある前記外部端子に形成された凸部
   を有していることを特徴とする水晶デバイス。
2. 請求項１記載の水晶デバイスであって、
   前記凸部が、円柱状に形成されていることを特徴とする水晶デバイス。
3. 請求項１記載の水晶デバイスであって、
   前記凸部を平面視した際の形状が、前記ビア導体を平面視した形状と同じ形状であることを特徴とする水晶デバイス。
4. 請求項１記載の水晶デバイスであって、
   前記基板の下面に設けられた測定パッドと、を有し、
   前記測定パッドが、平面視して、前記集積回路素子と重なる位置に設けられていることを特徴とする水晶デバイス。
5. 請求項１記載の水晶デバイスであって、
   前記ビア導体の露出している箇所に絶縁性樹脂が設けられていることを特徴とする水晶デバイス。
6. 請求項５記載の水晶デバイスであって、
   前記絶縁性樹脂が、前記集積回路素子と前記接続パッドとの間にも設けられていることを特徴とする水晶デバイス。

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