JP4479413B2 - 圧電発振器 - Google Patents
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Description
従来の圧電発振器は、パッケージの内部空間内に圧電振動片と複数のIC(集積回路)基板を収容したものがある。複数枚のIC基板は、パッケージの内部に重ねて収容されており、これらのIC基板の上にはさらに圧電振動片が収容されている。これらの圧電振動片と複数枚のIC基板は、パッケージの内部空間において封止されている(たとえば特許文献1参照)。
そこで本発明は上記課題を解消し、圧電発振器自体も小型化が図れるとともに、しかも多機能化をも実現できる圧電発振器を提供することを目的としている。
これにより、回路素子はパッケージの外面側に配置することができるので、回路素子の数に関わらずパッケージの大型化を避けて、圧電発振器自体の大型化を防ぐことができる。そして重ねて配置する回路素子の数が増えたとしても、パッケージ自体の大きさは大きくする必要が無いので圧電発振器の小型化が図れる。そして回路素子の端子とパッケージ側の端子は電気的に確実に接続することができる。また、パッケージに圧電振動片を収容して蓋体により封止されているため、圧電振動片を検査した良品に回路素子を重ねて圧電発振器を構成しているため廃棄コストが低減できる。
第2の発明の構成によれば、パッケージの外面側には、複数の回路素子が重ねて配置されている。
これにより、複数の回路素子はパッケージの大型化を図ることなく重ねて配置すればよい。
これによって、圧電発振器の多機能化を図ることができる。
これにより、調整用端子は接続端子に比べて高さが低いので、調整用端子は調整用の場合以外に電気的に触れることがないようにすることができる。つまり、調整用端子と接続端子には高低差をつけることにより、調整用端子が電気的に触れないようにできる。
第4の発明の構成によれば、別の絶縁膜に関する調整用端子付近の厚みが、別の絶縁膜に関する接続端子付近の厚みに比べて、小さい。
これにより、単純な構造でありながら、調整用端子の第1突出高さは接続端子の第2突出高さに比べて低くすることができる。
これにより、調整用端子は、接続端子と比べて高低差をつけて低く配置できるので、電気的な調整以外の場合に調整用端子が電気的に触れることの無いようにすることができる。
第6の発明の構成によれば、回路素子の端子とパッケージ側の端子は、ボール状の突起電極により電気的に接続されている。
これにより、両方の端子は、ボール状の突起電極により確実に電気的に接続できる。
第7の発明の構成によれば、パッケージの外面に対面する一方の面側と回路素子の基板に対面する他方の面側の少なくとも一方には、別の絶縁膜が複数層形成されている。
これにより、別の絶縁膜が複数層形成されることで、各絶縁膜において多様な電気的配線部分を形成することができる。
第8の発明の構成によれば、一方の面側の絶縁膜側の端子と他方の面側の別の絶縁膜側の端子が回路素子を通して電気的に接続されている。
これにより、一方の面側の絶縁膜と他方の面側の絶縁膜のそれぞれの端子を必要に応じて電気的に接続することができる。
図1は、本発明の圧電発振器の第1の実施形態を示している。
図1に示す圧電発振器30は、圧電振動子35、ICチップ50を有している。この圧電発振器30は、圧電振動子35のパッケージ61の外面61A側に対して、ICチップ50を重ねて配置して、そしてこのICチップ50を基板60に対して実装する構成になっている。
このICチップ50は、たとえば発振回路素子であり、ICチップ50は、圧電振動子35の圧電振動片32に駆動電圧を供給して駆動させる。ICチップ50は、1つまたは複数の集積回路またはコンデンサなどの電子部品が使用されており、少なくとも圧電振動片32を励振させるための所定の回路構造を含んでいる。
図1に示す圧電振動子35は、汎用性のある製品が用いられており、ここではパッケージ61とそのパッケージ61のキャビティ62の中に収容された圧電振動片32を有している。
パッケージ61は、外部端子64,65を有している。外部端子64は、パッケージ61のビアホール46、あるいはパッケージ61の周囲にキャスタレーション(図示せず)を設けキャスタレーション側面の電極を通じてキャビティ62内の導電性接着剤45に電気的に接続されている。圧電振動片32の表面に設けられた引出し電極47は、この導電性接着剤45を用いて硬化させることで電気的かつ機械的に接合されている。
本実施形態の場合には、圧電振動片32は、励振電極とこの励振電極に接続された引出し電極47を有していて、ATカット振動片を用いている。励振電極は駆動用の電極として圧電振動片32の表面に形成されている。
次に、図1に示すICチップ50の構造例について説明する。
図1に示すICチップ50は、本体部70と第1絶縁膜71および第2絶縁膜72と配線部73を有している。
本体部70の一方の面81側には、第1絶縁膜71が形成されている。本体部70の他方の面82側には、第2絶縁膜72が形成されている。第1絶縁膜71および第2絶縁膜72は、電気的な絶縁を図るための膜である。
一方の面81側の第1絶縁膜71は、パッケージ61の底面部66の外面61Aに対面する。他方の面82側の第2絶縁膜72は、基板60の実装面84側に対面する。第1絶縁膜71は一方側の絶縁膜であるが、第2絶縁膜はそれとは別の絶縁膜(他方側の絶縁膜)である。
配線パッド102は、配線端子106に対して電気的に接続されている。その他に第1絶縁膜71は、配線端子107を有している。
配線パッド103は、ビア配線部108を通じて第2絶縁膜72側の接続端子108Aに電気的に接続されている。ビア配線部108は、本体部70のスルーホールに配置されていて、ビア配線部108は絶縁膜109Aにより、電気的に絶縁されている。
また、ICチップ50と圧電振動子35の電気的接続は、はんだ、導電フィラ入り樹脂等の導電ペーストにて接続してもよい。
接続端子と基板60を接続する方法は、図1のようなボール状のバンプと、はんだ等の導電性接合材(配線部60Aに対して、はんだペーストを塗り、その後圧電発振器を搭載して溶融接合する)が考えられる。この導電性接合材の場合には、接続端子を大きくして基板60と圧電発振器30の接続強度を確保する。
なお、圧電振動子とICチップの接続についても、導電性接合材を用いる場合もある。
図1に戻ると、第2絶縁膜72の接続端子105は、基板60の実装面84の配線部60Aに対して突起状の電極であるバンプ130により電気的に接続されている。同様にして、ビア配線部108の接続端子108Aは、バンプ131を介して基板60の実装面84側の配線部60Bに電気的に接続されている。
このようにして、圧電振動子35のパッケージ61には、回路素子の一例であるICチップ50が重ねて実装して配置されている。そしてこのICチップ50は、基板60の上に実装することにより、電気的に接続することができる。
なお、基板60に形成された配線パターン(図示せず)から発生する電界あるいは電波等による圧電発振器30の出力周波数変動を低減するため、あるいは圧電振動片32の温度を検出する温度センサがICチップ50に内蔵され、圧電振動片32の温度を正確に検出するためには、ICチップ50に形成された能動回路(図示せず)を一方の面81側に配置することが好ましい。
図3に示す本発明の第2の実施形態の圧電発振器30が、図1に示す圧電発振器30と異なるのは、他方の面82側には、複数の第2絶縁膜72Aと72Bが重ねて形成されていることである。
これに対して、図1の第1の実施形態では、ICチップ50の他方の面82には、一層の第2絶縁膜72が形成されているだけである。
図3と図4に示す第2の実施形態の圧電発振器30のその他の構成要素は、図1に示す圧電発振器30の対応する構成要素とほぼ同じであるので同じ符号を記してその説明を用いることにする。
図4は、図3のICチップ50の表裏の配線例について示している。図4(A)は第1絶縁膜71の圧電振動子35側の表面(上面図)を示し、配線パッドにおいて表面に露出していないものは点線で表示している。図4(B)は、本体部70の第1絶縁膜71側の表面(上面図)を示し、配線パッドにおいて本体部70にビア配線部が設けられているものは黒く塗りつぶして表示している。図4(C)は、第2絶縁膜72Bの基板60側の表面図(圧電発振器30に対して下面図)である。図4(D)は、第2絶縁膜72Aの基板60側の表面図(圧電発振器30に対して下面図)であり、点線で示すパターン配線は下面に露出していない。
図4(D)において、不要なパターンが基板60側に露出していると、実装時のはんだ等による端子間ショート等の問題が発生する。そこで、第2絶縁膜72Aにて圧電発振器の基板60側の面に不要なパターン配線を露出しないようにすることができる。第1の絶縁膜71についても複数の絶縁膜にて構成することにより、不要なパターンを露出しないようにすることができる。
このように複数の第2絶縁膜72A,72Bを他方の面82側に積層することにより、一層の絶縁膜を形成するのに比べて、より多様な配線パターンを形成することができる。ビア配線部108の接続端子108Aは、第2絶縁膜72Aの外面側まで露出している。
なお、ICチップ50に形成された能動回路(図示せず)が基板60側に形成されている場合には、第2絶縁膜72Bの基板60側表面に接地電極パターンを形成することにより、基板60に形成された配線パターン(図示せず)から発生する電界あるいは電波等による圧電発振器30の出力周波数変動を低減することができる。
図5に示す圧電発振器30は、図1の第1の実施形態に比べるとICチップ50の他方の面82側の配線パターン構造が異なる。図5の第3の実施形態の他の構成要素については、図1の対応する構成要素と同じであるのでその説明を用いる。
このようなことから、接続端子160とバンプ171には積極的に高低差を設けることで、調整時以外の時に接続端子160の電気的な誤接触を防ぐのである。
図6に示す第4の実施形態の圧電発振器30が、図5の第3の実施形態の圧電発振器30と異なるのは、バンプ131を使用していないことである。図6において、バンプ130を使用する代わりに、第2絶縁膜72のZ方向の高さを一部分で変化させている。接続端子160付近における第2絶縁膜72の厚みT1は、もう1つの接続端子131A付近における第2絶縁膜72の厚みT2に比べて小さく設定されている。このことから、接続端子160は、この場合にも、接続端子160の第1突出高さD1は、接続端子131Aの第2突出高さD2よりも小さい。もう1つの接続端子131Aに比べてZ方向に関する高さ位置を低くすることができる。このことから、調整用端子である接続端子160は、調整時以外の時に電気的に触れないようにすることができる。
図7の第5の実施形態の圧電発振器30は、これまでの実施形態とは異なり、複数のICチップ50を重ねて配置している。
図7の例ではたとえば2つのICチップ50が重ねて搭載されている。各ICチップ50の機能は別々の機能のものにすることができる。図7において上段側のICチップ50は図1のICチップ50と同じものを使用することができる。これに対して下段側のICチップ50は上段側のICチップ50とは別の構造例のものを採用することができる。各ICチップ50,50の間は、バンプ170により電気的に接続することができる。下段側のICチップ50は、基板60の配線部60A,60Bに対して電気的にバンプ130,131を用いて確実に接続することができる。
図8に示す比較例では、ICチップ250が、パッケージ261の底面部266に搭載された例を示している。そしてパッケージ261の外部端子400は、基板460の配線部461に対して比較的大きなバンプ500によりICチップ250を避けるようにして電気的に接続している。このようにパッケージ261側のバンプ500が直接回路基板側に電気的に接続するような構造を採用すると、比較的大きなバンプ500が底面部266のスペースを制限してしまい、この結果小さなICチップ250しか底面部266に搭載できなくなってしまう。
これに対して、上述した図示例の本発明の圧電発振器30は、たとえば各ICチップ50の占める大きさが底面部266と同程度のものまで重ねて配置することができるというメリットがある。
本発明の実施形態では、複数の回路素子はパッケージの大型化を図ることなく重ねて配置すればよい。これによって、圧電発振器の多機能化を図ることができる。
従来例では、パッケージの内部空間内に複数のIC基板を実装後に圧電振動片を収容する構造なので、圧電振動片が不良となった場合、商品のIC基板をすべて廃棄することになり、廃棄コストが高い。
そこで、本発明の実施形態では、パッケージに圧電振動片を収容して蓋体により封止されているため、圧電振動片を検査した結果良品の圧電振動片であると判ったパッケージに対して回路素子を重ねて圧電発振器を構成しているため、廃棄コストが低減できる。
また、本発明の実施形態では、ICチップ50のパッケージの外面に対面する一方の面81と基板60に対面する他方の面82の一方もしくは両方に対して絶縁層が複数層形成されるようにしてもよい。つまり、本実施形態では、第2絶縁膜72側のみ複数の絶縁膜にて構成しているが、第1絶縁膜71のみ、あるいは絶縁膜71,72の両方を複数の絶縁膜にて構成してもよい。
また、たとえば図9に示すように絶縁層を複数段にすることにより、フィレットの形成できる接続端子(あるいは配線端子)を形成することができる。図9に例示するように、第2絶縁膜72A,72Bに設けられた接続端子105は、基板60の配線部60Bに対してはんだ800により電気的に機械的に接続する場合に、接続端子105の側部端面とはんだ800との接続状態を外観検査により確認できる。これにより、はんだペースト等にて圧電発振器を基板に接続する場合に、基板実装後に外観検査によって接続状態を確認することができる。つまり、接続端子(配線端子)の端面にはんだペーストがのった状態を外観検査により確認できる。
上記実施形態の各構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせることができる。
Claims (4)
- 内部に圧電振動片を収容して蓋体により封止されているパッケージの外面側に、回路素子を重ねて配置して、前記回路素子を基板上に実装する構成とされている圧電発振器であって、
前記回路素子は、前記パッケージの前記外面に対面する一方の面側に形成された絶縁膜と、前記回路素子の端子と前記パッケージ側の端子を電気的に接続できる配線部と、を有し、
前記回路素子の前記基板に対面する他方の面側には、別の絶縁膜が形成されており、前記別の絶縁膜には、前記回路素子の電気的な調整を行うための調整用端子と、前記基板の端子に対して電気的に接続される接続端子と、が設けられており、
前記調整用端子の第1突出高さは、前記接続端子の第2突出高さに比べて低い構成であり、
前記別の絶縁膜に関する前記調整用端子付近の厚みが、前記別の絶縁膜に関する前記接続端子付近の厚みに比べて小さいことを特徴とする圧電発振器。 - 前記パッケージの外面側には、複数の回路素子が重ねて配置されていることを特徴とする請求項1に記載の圧電発振器。
- 前記パッケージの前記外面に対面する一方の面側および/または前記回路素子の前記基板に対面する他方の面側には、別の絶縁膜が複数層形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の圧電発振器。
- 前記一方の面側の前記絶縁膜側の前記端子と前記他方の面側の前記別の絶縁膜側の端子が、前記回路素子を通して電気的に接続されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の圧電発振器。
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