JP4587729B2 - Piezoelectric vibrator storage package and piezoelectric device - Google Patents
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Description
本発明は、水晶振動子等の圧電振動子を絶縁基体の内部に収容する圧電振動子収納用パッケージおよび圧電装置に関するものであり、特に、圧電振動子を、半導体素子等の他の電子部品とともに気密に収容する圧電振動子収納用パッケージおよびその圧電振動子収納用パッケージを用いた圧電装置に関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric vibrator housing package and a piezoelectric device that house a piezoelectric vibrator such as a crystal vibrator inside an insulating base, and in particular, the piezoelectric vibrator together with other electronic components such as a semiconductor element. The present invention relates to a piezoelectric vibrator housing package for hermetically housing and a piezoelectric device using the piezoelectric vibrator housing package.
携帯電話や自動車電話等の通信機器、コンピュータ、ICカード等の情報機器等の電子機器において、周波数や時間の基準となる発振器として、水晶振動子等の圧電振動子を圧電振動子収納用パッケージ(以下、単にパッケージともいう)内に気密に収納して成る圧電装置が広く使用されている。 In an electronic device such as a communication device such as a mobile phone or a car phone, or an information device such as a computer or an IC card, a piezoelectric vibrator such as a crystal vibrator is used as a reference for frequency and time. Hereinafter, piezoelectric devices that are hermetically housed in a package) are also widely used.
このような圧電装置として、近年、圧電振動子としてATカット型水晶振動子と音叉型水晶振動子とを一つのパッケージ内に収納するとともに、そのパッケージに、発振回路を有する半導体素子等の制御用の電子部品を搭載し収納した構造の、複数の発振源を有する圧電装置、いわゆるデュアルクロックモジュールタイプの圧電装置が提案されている。 As such a piezoelectric device, in recent years, an AT-cut crystal resonator and a tuning-fork crystal resonator are housed in a single package as a piezoelectric resonator, and the package is used for controlling a semiconductor element having an oscillation circuit. There has been proposed a piezoelectric device having a plurality of oscillation sources, that is, a so-called dual clock module type piezoelectric device having a structure in which the electronic components are mounted and housed.
なお、ATカット型水晶振動子は例えばMHz帯でメインクロック用の発振源として機能し、また音叉型水晶振動子は例えばkHz帯でサブクロック用(例えば待機動作用等)として機能する。 Note that the AT-cut crystal resonator functions as an oscillation source for a main clock in, for example, the MHz band, and the tuning fork crystal resonator functions as a sub-clock (for example, for standby operation) in, for example, the kHz band.
図3(a)は、従来の圧電装置の構成を概略的に示した平面図であり、図3(b)は、その断面図である。同図において、51は基板、52は圧電振動子の発振周波数を制御するための発振回路を有する半導体素子、53は圧電振動子としてのATカット型水晶振動子、54は圧電振動子としての音叉型水晶振動子である。発振回路を有する半導体素子52は、基板51上に導電性接着剤により固定され、さらにボンディングワイヤ56等の電気的接続手段により接続用パッド57に電気的に接続され、基板51の外周部下面に配置された入出力用端子60と電気的に接続されている。
FIG. 3A is a plan view schematically showing the configuration of a conventional piezoelectric device, and FIG. 3B is a cross-sectional view thereof. In the figure, 51 is a substrate, 52 is a semiconductor element having an oscillation circuit for controlling the oscillation frequency of the piezoelectric vibrator, 53 is an AT-cut crystal vibrator as a piezoelectric vibrator, and 54 is a tuning fork as a piezoelectric vibrator. Type crystal resonator. The
また、所定周波数で発振するATカット型水晶振動子53および音叉型水晶振動子54は、基板51の上面に形成された凹部55内の搭載部にそれぞれ接合され、基体51の上面に凹部55を取り囲むように形成された封止用メタライズ層58に蓋体62等を半田等のロウ材で接合することによりATカット型水晶振動子53および音叉型水晶振動子54が気密に封止され、圧電装置が構成されている。
Further, the AT-
このような圧電装置は、例えば、携帯電話等の電子機器を構成する外部回路基板61の所定位置に入出力用端子60を半田等を介して接続することにより実装され、メインクロック用の発振源であるATカット型水晶振動子53から電子機器の電気回路に通信周波数等の基準信号が送信される。また、電子機器の主電源を切断したときにはサブクロック用(待機動作用)の音叉型水晶振動子が作動し続け、例えば計時やタイマーを継続する等の機能をなす。
Such a piezoelectric device is mounted, for example, by connecting an input /
なお、59は、圧電振動子53,54や半導体素子52とともに発振回路を形成する容量素子やインダクタ素子等の電子部品である。
また、一般的に圧電装置の圧電振動子52,53が発振する発振周波数の調整は、発振回路のリアクタンスである容量素子の静電容量を変化させて発振回路の発振周波数を変化させることによって行なっている。この容量素子の静電容量を変化させて微妙な発振周波数の調整を行う代表的な方法としては、発振回路上に設けられた可変容量素子を直接変化させて静電容量を変化させるようにしたものである。
しかしながら、このように一つのパッケージに複数の圧電振動子53,54と、半導体素子52等の他の電子部品59とを搭載し、収納した場合、それらの実装面積が大きくなるためにパッケージの外形が大きくなり、情報通信機器の小型化が困難であるという問題点があった。
However, when a plurality of
また、圧電装置の凹部55に収容するATカット型水晶振動子53と音叉型水晶振動子54等の圧電振動子は、長期間の使用において安定した特定周波数の発振のために、凹部55内に真空封止されることが一般的であり、基板51上の半導体素子52の搭載部以外に圧電振動子53,54を気密封止するための封止用メタライズ層58を設けなければならず、それらの実装面積が大きくなるためパッケージの外形がさらに大きくなり、情報通信機器の小型化が困難であるという問題点があった。
Further, the piezoelectric vibrators such as the AT-cut
特に、上記デュアルクロックモジュールタイプの圧電装置のように、基板51にATカット型水晶振動子53および音叉型水晶振動子54を同時に搭載すると、圧電装置として非常に大きなものとなる。
In particular, when the AT cut
また、圧電振動子53,54を凹部55に収容し、得ようとする発振周波数を調整するための容量素子等の電子部品59を搭載した後、封止用メタライズ層58に蓋体62を接合したり、半導体素子52を基板1に搭載したりすると、蓋体の接合や半導体素子の搭載接合の際の熱処理により加わる熱で電子部品59の静電容量等の電気特性が変化し、得ようとする発振周波数がずれ、所定の発振周波数が得られないという問題点があった。
In addition, the
さらに通常、圧電振動子53,54は凹部55内に蓋体62により封止され、半導体素子52と電子部品59はその上面を樹脂(図示せず)で覆うように封止する構造となっている。この樹脂により基板51を覆うことによっても、基板51上に形成された配線導体間や、電子部品59の静電容量等の電気特性が変化して得ようとする発振周波数がずれ、所定の発振周波数が得られないという問題点があった。
Further, usually, the
また、基板51に半導体素子52とATカット型水晶振動子53、および音叉型水晶振動子54等の圧電振動子、および電子部品59を同時に搭載し、収容する場合、それぞれの電気回路で発生する電磁波が圧電振動子53,54の発振周波数特性に悪影響を与えるという問題点があった。
Further, when the
また、圧電装置の基板51の外周部下面に配置された入出力用端子60が接続される外部回路基板61は、一般に、その材質がガラスエポキシ等からなる樹脂製であり、基板51の材質として多用されるセラミックス(アルミナセラミックス等)とは熱膨張係数が異なることから、接続後の温度サイクルにより基板51の外周部の下面に配置された入出力用端子60と、外部回路基板61の主面に形成された接続パッドとの間に熱応力が生じ、この熱応力により、入出力用端子60の接続部分において、半田クラックや断線等の不具合が発生するという問題点があった。
Further, the
本発明は、かかる従来の技術の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、圧電振動子を半導体素子等の他の電子部品とともに収容しても小型化が可能であり、発振回路の所定の発振周波数を得るために微妙な発振周波数の調整が可能であり、かつ圧電振動子が長期間にわたり発振周波数特性等の特性に優れるとともに、外部の電気回路等に対する電気的な接続の信頼性に優れた圧電振動子収納用パッケージおよび圧電装置を提供することにある。 The present invention has been devised in view of the problems of the prior art, and its purpose is to reduce the size even if the piezoelectric vibrator is housed together with other electronic components such as a semiconductor element. In order to obtain a predetermined oscillation frequency of the circuit, it is possible to finely adjust the oscillation frequency, and the piezoelectric vibrator has excellent characteristics such as oscillation frequency characteristics over a long period of time. An object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrator housing package and a piezoelectric device which are excellent in reliability.
本発明の圧電振動子収納用パッケージは、上面に第一の凹部が形成されるとともに下面に第二の凹部が形成された絶縁基体と、該絶縁基体の上面の前記第一の凹部の周囲に全周にわたって形成された枠部と、該枠部の内側から前記絶縁基体の外表面にかけて形成され
た配線導体と、多孔質セラミックス,ゾルゲルガラスまたはシリカゲルからなる多孔質粉末および金属粉末を含む樹脂で形成され、前記絶縁基体の上面に前記第一の凹部を塞ぐように取着される蓋体とを具備しており、前記第一の凹部に圧電振動子であるATカット型水晶振動子および音叉型水晶振動子ならびに第一の電子部品が収容され、前記蓋体の上面に半導体素子が搭載され、前記第二の凹部に前記圧電振動子の周波数を調整するための第二の電子部品が収容されることを特徴とするものである。
The package for accommodating a piezoelectric vibrator of the present invention includes an insulating base having a first recess formed on the upper surface and a second recess formed on the lower surface, and around the first recess on the upper surface of the insulating base. A resin including a frame formed over the entire circumference, a wiring conductor formed from the inside of the frame to the outer surface of the insulating base, a porous powder made of porous ceramics, sol-gel glass or silica gel, and a metal powder. And a lid that is attached to the upper surface of the insulating base so as to close the first recess, and an AT-cut crystal resonator and a tuning fork that are piezoelectric resonators are provided in the first recess. A quartz crystal resonator and a first electronic component are accommodated, a semiconductor element is mounted on the upper surface of the lid, and a second electronic component for adjusting the frequency of the piezoelectric vibrator is accommodated in the second recess. To be done It is an feature.
本発明の圧電振動子収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記圧電振動子は、細長いATカット型水晶振動子と細長い音叉型水晶振動子とから成り、これらの長手方向が互いに直交するようにして前記第一の凹部に収容されることを特徴とするものである。 In the piezoelectric vibrator housing package according to the present invention, preferably, the piezoelectric vibrator includes an elongated AT-cut type quartz vibrator and an elongated tuning fork type quartz vibrator, and the longitudinal directions thereof are orthogonal to each other. It is housed in the first recess.
本発明の圧電装置は、上記本発明の圧電振動子収納用パッケージと、前記第一の凹部内に収容されるとともに電極が前記配線導体に電気的に接続された前記圧電振動子と、前記第一の凹部内に収容されるとともに電極が前記配線導体に電気的に接続された前記第一の電子部品と、前記蓋体の上面に搭載されるとともに電極が前記配線導体に電気的に接続された前記半導体素子と、前記第二の凹部内に収容された前記圧電振動子の周波数を調整するための第二の電子部品とを具備していることを特徴とするものである。 The piezoelectric device of the present invention includes the above-described piezoelectric vibrator housing package of the present invention, the piezoelectric vibrator housed in the first recess and having an electrode electrically connected to the wiring conductor, and the first The first electronic component housed in one recess and the electrode is electrically connected to the wiring conductor, and mounted on the upper surface of the lid, and the electrode is electrically connected to the wiring conductor The semiconductor device includes a second electronic component for adjusting the frequency of the piezoelectric vibrator housed in the second recess.
本発明の圧電振動子収納用パッケージによれば、上面に第一の凹部が形成されるとともに下面に第二の凹部が形成された絶縁基体と、絶縁基体の上面の第一の凹部の周囲に全周にわたって形成された枠部と、枠部の内側から絶縁基体の外表面にかけて形成された配線導体と、多孔質セラミックス,ゾルゲルガラスまたはシリカゲルからなる多孔質粉末および金属粉末を含む樹脂で形成され、絶縁基体の上面に第一の凹部を塞ぐように取着される蓋体とを具備しており、第一の凹部に圧電振動子であるATカット型水晶振動子および音叉型水晶振動子ならびに第一の電子部品が収容され、蓋体の上面に半導体素子が搭載されていることから、例えば、半導体素子を搭載するのに最小限必要な絶縁基体の平面面積で、半導体素子だけでなく圧電振動子、第一および第二の電子部品も上下に配置して収容することができ、圧電振動子収納用パッケージを小型化することができる。
According to the package for housing a piezoelectric vibrator of the present invention, an insulating substrate having a first recess formed on the upper surface and a second recess formed on the lower surface, and around the first recess on the upper surface of the insulating substrate. It is made of a resin that contains a frame formed over the entire circumference, a wiring conductor formed from the inside of the frame to the outer surface of the insulating base, and a porous powder and metal powder made of porous ceramics, sol-gel glass or silica gel. A lid attached to the upper surface of the insulating base so as to close the first concave portion, and an AT-cut type crystal resonator and a tuning-fork type crystal resonator which are piezoelectric vibrators in the first concave portion, Since the first electronic component is accommodated and the semiconductor element is mounted on the upper surface of the lid, for example, the planar area of the insulating base necessary for mounting the semiconductor element is not only the semiconductor element but also the piezoelectric element. Shake Child, first and second electronic components can be accommodated vertically disposed, it is possible to reduce the size of the package piezoelectric vibrator housing.
また、絶縁基体の平面面積が小さくなるため、外部回路基板に圧電振動子収納用パッケージを接続した際に、外部回路基板と絶縁基体との間で熱応力が生じたとしても、実装領域面積が小さいので外部回路基板の寸法変化による応力を低減することができ、圧電振動子収納用パッケージと外部回路基板との接続部に半田クラックや断線等の不具合が生じるのを効果的に防止して外部回路基板に対する接続を長期にわたって良好に維持することができる。 In addition, since the planar area of the insulating base is reduced, even when a thermal stress is generated between the external circuit board and the insulating base when the piezoelectric vibrator housing package is connected to the external circuit board, the mounting area is small. Because it is small, it can reduce the stress due to the dimensional change of the external circuit board, effectively preventing the occurrence of defects such as solder cracks and disconnection at the connection part between the piezoelectric vibrator housing package and the external circuit board. The connection to the circuit board can be maintained well over a long period of time.
さらに、圧電振動子や第一の電子部品を収容する空間と半導体素子が搭載された空間とを蓋体によって効果的に電磁的に遮断することができ、半導体素子等で発生する電磁波が圧電振動子に与える悪影響を有効に防止し、圧電振動子の特性(例えば、圧電振動子の発振周波数特性)を良好に維持することができる。 Furthermore, the space for housing the piezoelectric vibrator and the first electronic component and the space in which the semiconductor element is mounted can be effectively electromagnetically blocked by the lid, and the electromagnetic wave generated by the semiconductor element or the like can be The adverse effect on the child can be effectively prevented, and the characteristics of the piezoelectric vibrator (for example, the oscillation frequency characteristics of the piezoelectric vibrator) can be maintained well.
また、第二の凹部に、圧電振動子の周波数を調整するための第二の電子部品が収容されていることから、圧電振動子および第一の電子部品を凹部に収容し、第一の凹部を塞ぐように蓋体を取着するための熱処理を行い、蓋体の上に半導体素子を搭載して樹脂封止したのち、最後に第二の電子部品(容量素子、またはインダクタ素子)により、得ようとする発振周波数を調整することができることから、蓋体を取着したり、半導体素子を搭載する際の熱処理の影響や半導体素子を封止する樹脂の影響を第二の電子部品が受けることはなく、微妙な発振周波数の調整ができる。 Also, since the second electronic component for adjusting the frequency of the piezoelectric vibrator is accommodated in the second concave portion, the piezoelectric vibrator and the first electronic component are accommodated in the concave portion. After heat treatment to attach the lid so as to block, after mounting the semiconductor element on the lid and sealing with resin, finally by the second electronic component (capacitance element or inductor element), Since the oscillation frequency to be obtained can be adjusted, the second electronic component is affected by the heat treatment when mounting the lid or mounting the semiconductor element, or by the resin sealing the semiconductor element. There is nothing that can be done and the oscillation frequency can be finely adjusted.
また、最後に搭載する周波数を調整するための第二の電子部品(容量素子やインダクタ素子)の種類により、さまざまな周波数の調整が可能となり、同一形態の圧電装置において、多種類の周波数の発振が可能となるデュアルクロックモジュールタイプの圧電装置を提供することができる。 Also, depending on the type of the second electronic component (capacitance element or inductor element) for adjusting the frequency to be mounted last, various frequencies can be adjusted. In the same type of piezoelectric device, oscillation of various types of frequencies is possible. Therefore, it is possible to provide a dual clock module type piezoelectric device.
また、本発明の圧電振動子収納用パッケージにおいて、圧電振動子は、ATカット型水晶振動子および音叉型水晶振動子であることから、いわゆるデュアルクロックモジュールタイプの圧電装置を小型に形成することができ、このような圧電装置が部品として使用される携帯電話等の電子機器の小型化を効果的に行なうことができる。さらに小型化により配線経路を短くすることができるため、消費電力を低減することができ、電子機器の低消費電力化を効果的に行なうことができる。 Further, in the piezoelectric vibrator housing package of the present invention, pressure electrostatic vibrator, the AT-cut crystal oscillator and the tuning-fork type crystal vibrating piece der Rukoto, to form a piezoelectric device of the so-called dual-clock module type small Therefore, it is possible to effectively reduce the size of an electronic device such as a mobile phone in which such a piezoelectric device is used as a component. Furthermore, since the wiring path can be shortened by downsizing, the power consumption can be reduced, and the power consumption of the electronic device can be effectively reduced.
また、本発明の圧電振動子収納用パッケージにおいて、好ましくは、圧電振動子は、細長いATカット型水晶振動子と細長い音叉型水晶振動子とから成り、これらの長手方向が互いに直交するようにして第一の凹部に収容されることから、自由端が上下方向に振動するATカット型水晶振動子の最も振動の大きい部位と左右方向に振動する音叉型水晶振動子の最も振動の大きい部位との間の間隔を広くするとともに振動の方向をずらすことにより、共振作用によって発振周波数の変化(発振ノイズ)が生じることを有効に防止することができ、より一層発振周波数の精度に優れた圧電装置を提供することができる。 In the piezoelectric vibrator housing package of the present invention, it is preferable that the piezoelectric vibrator is composed of an elongated AT-cut crystal resonator and an elongated tuning fork crystal resonator, and the longitudinal directions thereof are orthogonal to each other. Since it is housed in the first recess, the largest vibration part of the AT-cut type crystal vibrator whose free end vibrates in the vertical direction and the largest vibration part of the tuning fork type crystal vibrator that vibrates in the horizontal direction. By widening the interval between them and shifting the direction of vibration, it is possible to effectively prevent a change in oscillation frequency (oscillation noise) from occurring due to the resonance action, and to achieve a piezoelectric device with even better oscillation frequency accuracy. Can be provided.
また、本発明の圧電装置によれば、上記構成の圧電振動子収納用パッケージと、第一の凹部内に収容されるとともに電極が配線導体に電気的に接続された圧電振動子と、第一の凹部内に収容されるとともに電極が配線導体に電気的に接続された第一の電子部品と、蓋体の上面に搭載されるとともに電極が配線導体に電気的に接続された半導体素子と、第二の凹部内に収容された圧電振動子の周波数を調整するための第二の電子部品とを具備していることから、小型化が可能であり、かつ圧電振動子が長期間にわたり発振周波数特性等の特性に優れるとともに、外部の電気回路等に対する電気的な接続の信頼性に優れたものとすることができる。 According to the piezoelectric device of the present invention, the piezoelectric vibrator housing package having the above configuration, the piezoelectric vibrator housed in the first recess and the electrode electrically connected to the wiring conductor, and the first A first electronic component that is housed in the recess of the electrode and the electrode is electrically connected to the wiring conductor; a semiconductor element that is mounted on the upper surface of the lid and the electrode is electrically connected to the wiring conductor; Since the second electronic component for adjusting the frequency of the piezoelectric vibrator housed in the second recess is provided, the size can be reduced, and the piezoelectric vibrator has an oscillation frequency over a long period of time. In addition to excellent characteristics such as characteristics, the reliability of electrical connection to an external electric circuit or the like can be excellent.
次に、本発明の圧電振動子収納用パッケージおよび圧電装置を添付の図面を基に説明する。図1(a)は本発明の圧電振動子収納用パッケージおよび圧電装置の実施の形態の一例を示す、蓋体および半導体素子がない状態での平面図であり、図1(b)はそのA−A’線における断面図である。 Next, a piezoelectric vibrator housing package and a piezoelectric device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1A is a plan view showing an example of an embodiment of a piezoelectric vibrator housing package and a piezoelectric device according to the present invention in a state without a lid and a semiconductor element, and FIG. It is sectional drawing in the -A 'line.
図1(a),(b)において、1は絶縁基体、2は圧電振動子としてのATカット型水晶振動子、3は圧電振動子としての音叉型水晶振動子、4は第一の電子部品、5は第一の凹部、10は枠部、6は枠部の内側から絶縁基体1の外表面にかけて形成された配線導体、7は蓋体、8は半導体素子、11は第二の電子部品、12は第二の凹部である。 1 (a) and 1 (b), 1 is an insulating substrate, 2 is an AT-cut crystal resonator as a piezoelectric resonator, 3 is a tuning fork crystal resonator as a piezoelectric resonator, and 4 is a first electronic component. 5 is a first recess, 10 is a frame, 6 is a wiring conductor formed from the inside of the frame to the outer surface of the insulating substrate 1, 7 is a lid, 8 is a semiconductor element, and 11 is a second electronic component. , 12 are second recesses.
絶縁基体1、配線導体6、枠部10および蓋体7により本発明の圧電素子収納用パッケージが主に構成され、絶縁基体1の上面に形成されている第一の凹部5内に圧電振動子であるATカット型水晶振動子2、音叉型水晶振動子3、および第一の電子部品4を収納するとともに、絶縁基体1の上面の第一の凹部5を塞ぐように蓋体7を取着することにより、絶縁基体1の第一の凹部5と蓋体7とで形成される各容器の内側にATカット型水晶振動子2、音叉型水晶振動子3、および第一の電子部品4が気密に収納される。そして、蓋体7の上面に半導体素子8を搭載し、さらに第二の凹部12に圧電振動子2,3の周波数を調整するための第二の電子部品11を収容することにより、本発明の圧電装置が基本的に構成される。この圧電装置は、携帯電話等の電子機器を構成する外部回路基板(図示せず)に実装されて使用される。
The insulating base 1, the
絶縁基体1は、上面に圧電振動子2,3を収容するための第一の凹部5を有し、この第一の凹部5と蓋体7とで圧電振動子(ATカット型水晶振動子2、音叉型水晶振動子3等)および第一の電子部品4を気密に封止することができる。
The insulating substrate 1 has a first
また、絶縁基体1は、下面に第二の凹部12が形成されており、この第二の凹部12の底に形成された配線導体に周波数を調整するための第二の電子部品11(容量素子やインダクタ素子)を搭載することにより、組み立て時に生じる変動分も含めた容量調整等、得ようとする発振周波数を調整することができ、圧電装置として組み立てが終了した後にも周波数調整ができる。
The insulating base 1 has a
ここで、絶縁基体1は、酸化アルミニウム質焼結体(アルミナセラミックス)や窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックスやガラスエポキシ樹脂等の樹脂系材料等から成る電気絶縁材料から成り、例えば一辺の長さが5〜20mm程度で厚みが1〜5mm程度の直方体状である。 Here, the insulating substrate 1 is made of an aluminum oxide sintered body (alumina ceramics), an aluminum nitride sintered body, a mullite sintered body, ceramics such as glass ceramics, or a resin-based material such as glass epoxy resin. It is made of an insulating material and has, for example, a rectangular parallelepiped shape having a side length of about 5 to 20 mm and a thickness of about 1 to 5 mm.
絶縁基体1は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、以下のようにして作製される。まず、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バンイダ、溶剤、可塑剤等を添加混合して泥漿状となし、これを従来周知のドクタブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形し、複数枚のセラミックグリーンシートを得る。しかる後、セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施して四角板状のものと四角形状の打ち抜き部が中央部に複数形成されたものを形成し、四角板状のものが中間の層に位置するとともに四角形状の打ち抜き部を有するものが上層および下層に位置するように上下に積層することにより上面に第一の凹部5を有し下面に第二の凹部12を有する積層体を形成し、その積層体を高温(約1600℃)で焼成することにより作製される。
If the insulating base 1 is made of, for example, an aluminum oxide sintered body, it is manufactured as follows. First, an appropriate organic vanida, solvent, plasticizer, etc. are added to and mixed with raw material powders such as aluminum oxide, silicon oxide, magnesium oxide, calcium oxide, etc. to form a mud, which is a well-known doctor blade method or calendar roll method. Etc. to form a plurality of ceramic green sheets. Thereafter, the ceramic green sheet is appropriately punched to form a square plate and a plurality of square punched portions formed in the center, and the square plate is located in the middle layer. In addition, a laminate having a
絶縁基体1の上面には、第一の凹部5を塞ぐようにして蓋体7が取着される。蓋体7は、第一の凹部5を塞いで圧電振動子2、3および第一の電子部品4を気密封止する機能をなす。また、蓋体7は、上面に半導体素子8が搭載される搭載部として機能したり、半導体素子8から発生する熱を外部に逃がすための放熱板としても機能する。
A lid 7 is attached to the upper surface of the insulating base 1 so as to close the
蓋体7の凹部5の上面に対する取着は、例えば、ろう材や半田、ガラス、有機樹脂接着剤等の接合材を介して接合すること等により行なうことができる。
Attachment to the upper surface of the recessed
この蓋体7の上面に半導体素子8が搭載される。半導体素子8は、例えば、リアルタイムクロック用の水晶振動子の発振周波数を制御するための発振回路を有する制御用の素子等であり、蓋体7の上面に半田や接着剤などによって取着される。
A
絶縁基体1の上面には、第一の凹部5の全体を取り囲むようにして枠部10が形成されている。枠部10は、絶縁基体1の上面に接着剤等で接合されてもよく、絶縁基体1と一体に形成されてもよい。なお、枠部10は、蓋体7が取着される部位よりも外側に形成される。
A
枠部10は、封止用の樹脂9で半導体素子8を覆う場合に、封止用の樹脂9が絶縁基体1の側面等に流れ出さないようにするダム部材として機能するとともに、次に説明する配線導体6を引き回して形成するための絶縁体等として機能する。半導体素子8を封止用の樹脂9で封止することにより、外部の温度や湿度に対する耐久性を向上させ、より一層長期信頼性に優れた構造とすることができる。
The
なお、枠部10の上面に金属やセラミック材料、樹脂等から成る蓋体(図示せず)を取着することにより半導体素子8を気密に封止してもよい。
The
また、枠部10の内側から絶縁基体1の下面や側面等の外表面にかけて配線導体6が形成されている。配線導体6は、蓋体7の上面に搭載される半導体素子8や、第一の凹部5に収容される圧電振動子2,3および第一の電子部品4を互いに電気的に接続したり、これらを絶縁基体1の外表面に導出して外部回路基板と電気的に接続したりするための導電経路として機能する。
A
この配線導体6のうち絶縁基体1の外表面に導出された部位(図1の例では絶縁基体1の下面の外周部に露出している部位)を外部回路基板の電気回路に半田や導電性接着剤等の導電性接合材を介して接合することにより、圧電装置が外部回路基板に電気的、機械的に接続され、配線導体6が外部回路基板の電気回路と電気的に接続される。
A portion of the
そして、絶縁基体1の第一の凹部5内に圧電振動子2,3および第一の電子部品4を収容するとともにそれぞれの電極を配線導体6に半田やボンディングワイヤ等の導電性接続材(図示せず)を介して電気的に接続し、凹部5を蓋体7で塞いでから蓋体7の上面に半導体素子8を搭載し、半導体素子8の電極を配線導体6の露出部位にボンディングワイヤ等を介して接続し、必要に応じて半導体素子8を封止用の樹脂9で封止するとともに、その後、第二の凹部12に圧電振動子2,3の周波数を調整するための第二の電子部品11(容量素子やインダクタ素子)を収容することにより圧電装置が製作される。この場合、圧電振動子2,3と第一の電子部品4と半導体素子8と第二の電子部品11等の間で発振回路が形成される。
Then, the
なお、配線導体6は、第一の凹部5の内側の絶縁基体1の上面に形成されていてもよく、図1に示すように、枠部10の内周面に段差を形成し、この段差の上面に形成してもよい。
The
上記の構成により、本発明の圧電振動子収納用パッケージおよび圧電装置においては、上面に第一の凹部5が形成されるとともに下面に第二の凹部12が形成された絶縁基体1と、絶縁基体1の上面の第一の凹部5の周囲に全周にわたって形成された枠部10と、枠部10の内側から絶縁基体1の外表面にかけて形成された配線導体6と、絶縁基体1の上面に第一の凹部5を塞ぐように取着される蓋体7とを具備しており、第一の凹部5に圧電振動子2,3および第一の電子部品4が収容され、蓋体7の上面に半導体素子8が搭載され、第二の凹部12に圧電振動子2,3の周波数を調整するための第二の電子部品11が収容されるので、例えば、半導体素子8を搭載するのに最小限必要な絶縁基体1の平面面積で、半導体素子8だけでなく圧電振動子2,3、第一および第二の電子部品4,11も収容することができ、圧電振動子収納用パッケージを小型化することができる。
With the above configuration, in the piezoelectric vibrator housing package and the piezoelectric device of the present invention, the insulating base 1 in which the first
また、絶縁基体1の平面面積が小さくなるため、外部回路基板に圧電振動子収納用パッケージを接続した際に、外部回路基板と絶縁基体1との間で熱応力が生じたとしても、実装領域面積が小さいので外部回路基板の寸法変化による応力を低減することができ、圧電振動子収納用パッケージと外部回路基板との接続部に半田クラックや断線等の不具合が生じるのを効果的に防止して外部回路基板に対する接続を長期にわたって良好に維持することができる。 Further, since the planar area of the insulating base 1 is reduced, even if a thermal stress is generated between the external circuit board and the insulating base 1 when the piezoelectric vibrator housing package is connected to the external circuit board, the mounting region Since the area is small, stress due to dimensional changes of the external circuit board can be reduced, and it is possible to effectively prevent defects such as solder cracks and disconnections at the connection between the piezoelectric vibrator housing package and the external circuit board. Thus, the connection to the external circuit board can be maintained well over a long period of time.
さらに、圧電振動子2,3や第一の電子部品4を収容する空間と、半導体素子8が搭載された空間とを蓋体7によって効果的に電磁的に遮断することができ、半導体素子8や第一の電子部品4等で発生する電磁波が圧電振動子2,3に与える悪影響を有効に防止し、圧電振動子2,3の特性(例えば、ATカット型水晶振動子や音叉型水晶振動子等の圧電振動子の発振周波数特性)を良好に維持することができる。なお、蓋体7は、上述した電磁的な遮断を有効なものとするために、樹脂に多孔質セラミックス,ゾルゲルガラスまたはシリカゲルからなる多孔質粉末および金属粉末を含有分散させて形成された材料で形成する。
Furthermore, the space for housing the
なお、圧電振動子は、上述のようなATカット型水晶振動子2および音叉型水晶振動子3であり、所定周波数で発振して時間や通信用等の周波数等の基準信号を発振する機能をなす。この基準信号が、配線導体6を介して外部の電気回路に供給される。また、外部の電気回路から水晶振動子2,3や半導体素子8等の作動に要する電流が圧電装置内に供給される。圧電振動子2,3と配線導体6との接続は、導電性接着剤を介して接着すること等により行なわれる。
The piezoelectric vibrator is AT-
また、第一の電子部品4は、例えば、容量素子(周知のセラミックコンデンサ等)やインダクタ素子等の表面実装型の受動素子等であり、第二の凹部12に収容される第二の電子部品11や圧電振動子2,3や半導体素子8とともに発振回路を形成する。第一の電子部品4の第一の凹部5内への実装や第二の電子部品11の第二の凹部12内への実装は、例えば、電極を配線導体6の露出部分に半田等を介して電気的、機械的に接続することにより行なわれる。
The first
そして、第二の電子部品11としては、例えばロータリー式トリマーコンデンサあるいはチップ状コンデンサ等の容量素子が用いられ、トリマーコンデンサを直接操作するか、あるいはチップ状コンデンサをパターントリミングすることによって容量素子の静電容量を変化させて周波数の調整が行われる。
As the second
これにより、第二の電子部品11の種類や、静電容量の変化等に応じて、さまざまな周波数の調整が可能となり、同一形態の圧電装置において、多種類の周波数の発振が可能となるデュアルクロックモジュールタイプの圧電装置を提供することができる。
Accordingly, various frequencies can be adjusted according to the type of the second
この場合、第二の電子部品11は、圧電振動子2,3や半導体素子8が収容,搭載される上面側とは反対の下面側の第二の凹部12に収容されるので、圧電振動子2,3や半導体素子8とは別個に、圧電装置の用途、要求特性等に応じて適宜選択し、収容、実装することができる。よって、用途等に応じた圧電装置の製造,供給が容易である。
In this case, the second
また、第二の電子部品11を、半導体素子8を搭載した後に第二の凹部12内に収容する場合でも、半導体素子8と第二の電子部品11が実装される部位との間に絶縁基体1や蓋体7等が介在するので、第二の電子部品11を第二の凹部12の底面に接合する際に熱が加わったとしても、その熱が半導体素子8に伝わることはある程度遮断されるので、半導体素子8に熱的な影響が大きく作用することはなく、半導体素子8の特性の劣化を効果的に防止することができる。
Even when the second
なお、第二の凹部12は、少なくとも第二の電子部品11を収容するだけの平面面積および深さを確保するだけでよく、第一の凹部5よりも小さい平面面積でもかまわない。ただし、絶縁基体1の焼成時の収縮を上面側と下面側とで合わせて、絶縁基体1の反り等の変形を防止する上では、平面視で、第一の凹部5と重なるような平面形状、寸法にすることが好ましい。
Note that the
本発明の圧電振動子収納用パッケージおよび圧電装置において、圧電振動子は、ATカット型水晶振動子2および音叉型水晶振動子3である。この場合、ATカット型水晶振動子2、音叉型水晶振動子3、第一の電子部品4、第二の電子部品11、および半導体素子8の間で共振回路が形成され、いわゆるデュアルクロックモジュールタイプの圧電装置が形成される。
In the piezoelectric vibrator storing package and the piezoelectric device of the present invention, the piezoelectric vibrator is AT-
なお、ATカット型水晶振動子2は例えばMHz帯でメインクロック用の発振源として機能し、また音叉型水晶振動子3は例えばKHz帯でサブクロック用(例えば待機動作用等)として機能する。
The AT-
本発明の圧電装置は、ATカット型水晶振動子2と音叉型水晶振動子3とを搭載したデュアルクロックモジュールタイプとした場合に、同一の圧電装置内に半導体素子8とATカット型水晶振動子2、音叉型水晶振動子3、第一の電子部品4、および第二の電子部品11を配線導体6とともに高密度に配置することができ、配線経路を短くとれるため、待機時の消費電力が極めて小さく、例えば、携帯電話に用いれば、長期にわたって充電することなく使用することが可能な使い勝手に優れたものを提供することができる。そして、このような圧電装置が部品として使用される携帯電話等の電子機器の小型化、低消費電力化等を効果的に行なわせることができる。
When the piezoelectric device of the present invention is a dual clock module type in which the AT cut
また、上述したように、樹脂に多孔質セラミックス,ゾルゲルガラスまたはシリカゲルからなる多孔質粉末および金属粉末を含有分散させて形成された材料で蓋体7を形成することにより、半導体素子8の作動時に流れる高周波電流による電磁波がATカット型水晶振動子2、および音叉型水晶振動子3側へ漏れることが効果的に防止されるので、ATカット型水晶振動子2、および音叉型水晶振動子3が収容される絶縁基体1の第一の凹部5
内で相互干渉を引き起こして発振が不安定になることを防止することができる。
In addition, as described above, the lid 7 is formed of a material formed by containing and dispersing a porous powder and metal powder made of porous ceramics, sol-gel glass or silica gel in a resin, so that the
It is possible to prevent the oscillation from becoming unstable due to mutual interference.
また、本発明の圧電振動子収納用パッケージおよび圧電装置において、圧電振動子2,3および第一の電子部品4の配置は、特に限定はないが、圧電振動子2,3のうちの一つが音叉型水晶振動子3である場合、振幅の大きい振動を発生させる音叉型水晶振動子3を最も外側の部分に配置して他の部品との干渉を抑制するのがよい。
In the piezoelectric vibrator housing package and the piezoelectric device of the present invention, the arrangement of the
また、本発明において、図1(a)に示すように、圧電振動子2,3が、細長いATカット型水晶振動子2と細長い音叉型水晶振動子3とから成り、これらの長手方向が互いに平行になるようにして第一の凹部5に一緒に収容されることが好ましい。
Further, in the present invention, as shown in FIG. 1A, the
このように、圧電振動子2,3が、細長いATカット型水晶振動子2と細長い音叉型水晶振動子3とから成り、これらの長手方向が互いに平行になるようにして第一の凹部5に一緒に収容されていることから、圧電振動子2,3を同時に真空封止することができ、長期間にわたり圧電振動子2,3を安定して発振させることが可能となる。
As described above, the
また、凹部5に収容されるATカット型水晶振動子2や音叉型水晶振動子3、電子部品4の配置する面積に余裕がある場合、図2(a),(b)の圧電振動子2,3の平面配置図に示すように、各部品間の振動による相互干渉をより有効に防止するために、音叉型水晶振動子3とATカット型水晶振動子2とを、最も振動の大きい部位である自由端(導電性接合材で固定されない端部)が互いに離間するようにして配置する方が望ましい。
2A and 2B, the AT-
このような構造とすることにより、自由端が上下方向に振動するATカット型水晶振動子2の最も振動の大きい部位と、左右方向に振動する音叉型水晶振動子3の最も振動の大きい部位との間の間隔を広くすることができることから、共振作用により発振周波数の変化(発振ノイズ)が生じることを有効に防止することができ、より一層発振周波数の精度に優れた圧電装置を提供することができる。
With such a structure, the most vibrated portion of the AT-
また、本発明において、圧電振動子2,3を収容するための第一の凹部5の空間に余裕がある場合、図2(c)に示すように、圧電振動子2,3は、長方形状等の細長いATカット型水晶振動子2と長方形状等の細長い音叉型水晶振動子3とから成り、これらの長手方向が互いに直交するようにして第一の凹部5に一緒に収容されることが好ましい。
In the present invention, when there is room in the space of the first
このように、圧電振動子が細長いATカット型水晶振動子2と細長い音叉型水晶振動子3とから成り、これらの長手方向が互いに直交するようにして第一の凹部5に一緒に収容されていることから、自由端が上下方向に振動するATカット型水晶振動子2の最も振動の大きい部位と、左右方向に振動する音叉型水晶振動子3の最も振動の大きい部位との間の間隔を広くするとともに、これらの圧電振動子2,3の振動の方向をずらすことにより、共振作用により発振周波数の変化(発振ノイズ)が生じることを有効に防止することができ、より一層発振周波数の精度に優れた圧電装置を提供することができる。
As described above, the piezoelectric vibrator is composed of the long and narrow AT-cut
また、圧電振動子2,3を収容する第一の凹部5の底面に段差を設け、圧電振動子2,3をそれぞれ高さが異なるように搭載することが好ましい。これにより、圧電振動子2,3の振動面の高さをそれぞれ異なるものとすることができ、互いの干渉をより有効に抑制して圧電振動子2,3の発振周波数特性をより一層優れたものとすることができる。第一の凹部5の底面の段差は、例えば、絶縁基体1となるセラミックグリーンシートのうち第一の凹部5の底面となる部位に、絶縁基体1を形成するのと同様のセラミックグリーンシートを所定寸法に切断したものを積層すること等により形成することができる。
In addition, it is preferable that a step is provided on the bottom surface of the
また、圧電振動子2,3の間で振動周波数の違いにより振動波の共振が生じるのを効果的に防止するために、第一の凹部5の底面や蓋体7の下面に各圧電振動子2,3の間を仕切るように突起を形成してもよい。
Further, in order to effectively prevent resonance of the vibration wave due to the difference in vibration frequency between the
さらにまた、一方の圧電振動子2,3の振動波が凹部5の内面や蓋体7で反射して他方の圧電振動子2,3に影響するのを有効に防止するために、第一の凹部5の内面や蓋体7の上面に凹凸を形成したり、第一の凹部5の内面や蓋体7の下面に低弾性率材料や多孔質体を被着したりして、振動波の共振が生じるのを抑制してもよい。このような低弾性率材料としては、ゴム成分を含む樹脂材料等が挙げられ、また、多孔質体としては、多孔質セラミックスやゾルゲルガラス等の多孔質ガラス、シリカゲル等の多孔質粉末を含む樹脂材料等が挙げられる。
Furthermore, in order to effectively prevent the vibration wave of one of the
また、同様に振動波の共振を抑制するために蓋体7の内部に空洞を形成し、この空洞内に高分子ゲルやグリースなどのゲル状物質を充填して振動波を吸収するようにしてもよい。さらに、このゲル状物質に球状セラミックや球状樹脂などの粒子を分散させてもよい。これにより、振動波をより有効に吸収できる。 Similarly, in order to suppress vibration wave resonance, a cavity is formed inside the lid body 7, and a gel-like substance such as polymer gel or grease is filled in the cavity so as to absorb the vibration wave. Also good. Furthermore, particles such as spherical ceramics and spherical resins may be dispersed in this gel substance. Thereby, a vibration wave can be absorbed more effectively.
また、半導体素子8からの電磁波が圧電振動子2,3に影響を与えるのを防止するため、蓋体7の上面や枠部10の内面に凹凸を形成したり、メタライズ層やめっき層、薄膜金属層、導電性樹脂層などの金属層を形成してシールドしてもよい。
Further, in order to prevent electromagnetic waves from the
さらに、圧電振動子2,3の振動波の反射防止、および半導体素子8からの電磁波が圧電振動子2,3に影響を与えるのを防止するため、蓋体7を多孔質セラミックス,ゾルゲルガラスまたはシリカゲルからなる多孔質粉末および金属粉末を含む樹脂で形成する。これにより、蓋体7で振動波および電磁波を有効に吸収することができる。
Furthermore, in order to prevent reflection of vibration waves of the
なお、本発明は以上の実施の形態の例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で種々の変更を加えても何ら差し支えない。例えば、図1では半導体素子8の電極と配線導体6との接続をボンディングワイヤにより行なう例を示しているが、半田バンプ等を介して行なうフリップチップ接続としても良いことは言うまでもない。
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made without departing from the gist of the present invention. For example, FIG. 1 shows an example in which the connection between the electrode of the
1・・・・・絶縁基体
2・・・・・圧電振動子(ATカット型水晶振動子)
3・・・・・圧電振動子(音叉型水晶振動子)
4・・・・・第一の電子部品
5・・・・・第一の凹部
6・・・・・配線導体
7・・・・・蓋体
8・・・・・半導体素子
10・・・・枠部
11・・・・第二の電子部品
12・・・・第二の凹部
1 ... Insulating
3 ... Piezoelectric vibrator (tuning fork type crystal vibrator)
4... First
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