JP5003039B2 - 水晶振動子パッケージ、発振器、及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、水晶振動子パッケージ、発振器、及び電子機器に関する。

水晶振動子パッケージとして、ガラスからなる枠状部間に水晶振動子を挟持した構造が知られている。水晶振動子は、振動片と支持部とから構成され、該支持部が前記枠状部間に挟持されたものとなっている（例えば、特許文献１参照）。

一般的に、前記振動片には２つの支持部が設けられ、水晶振動子が枠状部に２点支持された構造となっている。その理由として、水晶振動子は、支持部の数が多くなると振動片の振動が抑制され、振動特性の低下を招くからである。
特許第３３９０３４８号公報

ところで、支持部は振動片から直線的に延び、上記枠状部に固定されていることから、例えば落下衝撃等が外部から加わると、前記支持部を介して振動子片に衝撃が直接伝達されてしまう。このように振動片に衝撃が直接伝わると、振動片の振動が阻害されてしまうといった問題がある。一方、耐衝撃性を向上させるために振動片に接続される支持部の数を増やすと、上述したように振動片の振動が抑制されて、水晶振動子の振動特性が低下してしまう。このように、水晶振動子パッケージにおいては、耐衝撃性と振動特性とを両立させることは難しかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、耐衝撃性に優れ、高信頼性の振動特性を有した、水晶振動子パッケージ、該水晶振動子パッケージを備える発振器、及び前記発振器を備える電子機器を提供することを目的としている。

本発明の水晶振動子パッケージは、水晶振動子が上枠部と下枠部との間に挟持されてなる、水晶振動子パッケージにおいて、前記水晶振動子は、振動片と該振動片に接続される支持部とから構成され、前記支持部の一端側には、複数に分岐される分岐部が設けられており、該分岐部の端部が、前記上枠部と前記下枠部との間に挟持されることを特徴とする。

本発明の水晶振動子パッケージによれば、水晶振動子の支持部が分岐部を有しているので、振動片に設けられた支持部の数よりも多い支持点数で、水晶振動子が保持されたものとなる。よって、例えば水晶振動子に落下衝撃等が加わった場合でも、衝撃を分岐部で分散させることができ、前記支持部を介して振動片に伝わる衝撃を緩和できる。
また、耐衝撃性を得るために前記支持部を多数設ける必要がないので、支持部により振動片の振動が抑制されず、したがって耐衝撃性に優れ、高い振動特性を備えたものとなる。

上記水晶振動子パッケージにおいては、前記分岐部は、湾曲した状態に形成されてなるのが好ましい。
この構成によれば、支持部の見掛け状の大きさを抑えた状態で、上枠部及び下枠部から振動片までの距離を長くとることができる。よって、振動片が良好に振動することで振動特性が高いものとなり、しかもパッケージ自体が大型化することがない。

上記水晶振動子パッケージにおいては、前記分岐部は、屈曲した状態に形成されてなるのが好ましい。
この構成によれば、振動片が振動した際に、分岐部の屈曲した部分で生じるバネ力により、前記振動片で生じた振動エネルギの損失を防止することができ、水晶振動子の振動特性をより安定させることができる。

本発明の発振器は、上記の水晶振動子パッケージと、前記水晶振動子を駆動する半導体装置とを備えたことを特徴とする。

本発明の発振器によれば、耐衝撃性に優れ、高信頼性の振動特性を有する水晶振動子パッケージを備えているので、この発振器自体も耐衝撃性に優れ、高信頼性の振動特性を有するものとなる。

本発明の電子機器は、上記発振器を備えたことを特徴とする。

本発明の電子機器によれば、耐衝撃性に優れ、高信頼性の振動特性を有する発振器を備えているので、この電子機器自体も耐衝撃性に優れた信頼性の高いものとなる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。
図１は、一実施形態に係る水晶振動子パッケージの概略構成を示す側断面図であり、図１中符号１０は水晶振動子パッケージである。図２は前記上枠部３側から視た水晶振動子パッケージ１０の平面図である。なお、図１は図２中Ａ−Ａ´線矢視に対応する断面図である。

図１、２に示すように、水晶振動子パッケージ１０は、水晶振動子１と該水晶振動子１を挟持する上枠部３と下枠部２とを備えて構成され、該上枠部３及び下枠部２の間に水晶振動子１が封止された略直方体状のものである。

水晶振動子１は、平面視矩形状の振動片４と、該振動片４に接続される支持部５，６とから構成されている。そして、前記支持部５，６の一端側が前記上枠部３及び下枠部２に挟持され、これにより水晶振動子１が保持されている。
図２に示したように、前記支持部５，６の一端側、すなわち前記振動片４と反対側には、２つに分岐された分岐部５ａ，６ａが設けられている。

本実施形態では、前記支持部５，６は、振動片４から図２中Ｘ軸方向に沿って延び、分岐部５ａ，６ａにて同図中Ｙ軸（Ｘ軸に直交）方向に向かって２つに分岐され、再度Ｘ軸方向に折り曲げられる。すなわち、前記分岐部５ａ，６ａは、平面視コ字状に形成されている。そして、上記分岐部５ａ，６ａの端部が上枠部３と下枠部２との間に挟持され、これにより水晶振動子１が前記上枠部３及び下枠部２（以下、枠部７と称す）に挟持されたものとなっている。なお、各分岐部５ａ，６ａから枠部７までの距離はそれぞれ等距離に設定されている。これにより、振動片４から生じる漏れ振動が、各分岐部５ａ，６ａに均等に伝わることで、漏れ振動のバラツキに起因する振動特性の低下を防止することができる。

ところで、一般に水晶振動子パッケージに衝撃が加わると、衝撃が支持部を介して振動片に伝達されてしまい、振動特性が変化するおそれがある。このように水晶振動子は振動に弱いため、耐衝撃性を向上させる必要がある。水晶振動子パッケージの耐衝撃性を向上させるためには、振動片に接続する支持部の数を増やすのが望ましい。しかしながら、振動片に接続される支持部材が多くなると、振動片の振動が抑制されてしまい、結果として、水晶振動子の振動特性が低下してしまう。そこで、耐衝撃性と高い振動特性とを備えた水晶振動パッケージの提供が望まれている。なお、従来の水晶振動子パッケージは、振動特性を優先し、振動片に支持部を２つ設けた構造となっていた。

本実施形態では、上述したように前記振動片４に２つの支持部５，６を設けている。よって、本実施形態に係る水晶振動子パッケージ１０は、支持部５，６によって振動片４の振動が妨げられることがなく、振動特性の低下が防止されたものとなっている。

また、前記支持部５，６は、分岐部５ａ，６ａの端部が枠部７に支持されている（２点支持）。よって、水晶振動子１における振動片４は、２つの分岐部５ａ，６ａにより枠部７に４点支持されたものとなっている。

よって、例えば落下時の衝撃が加わった場合でも、前記分岐部５ａ，６ａが衝撃を分散させることで、前記支持部５，６を介して振動片４に伝わる衝撃が緩和される。また、上述したように支持部５，６は、振動片４の振動を妨げることがなく、前記水晶振動子１は、安定した振動特性を有したものとなる。

前記上枠部３は、ガラスや水晶などの透光性の基材によって形成されたもので、本実施形態ではガラス製のものとなっている。また、下枠部２は、上記上枠部３と同様にガラスや水晶などの透光性の基材によって形成されてもよく、さらには、シリコンなどの非透光性の基材によって形成されていてもよい。本実施形態では、上枠部３と同様にガラス製のものとなっている。

図１に示したように、前記水晶振動子１の支持部５，６と下枠部２との間に、＋極と−極に対応する電圧印加用電極１１，１２が設けられている。そして、これらの電圧印加用電極１１，１２がない部分において、上枠部３と下枠部２とは、水晶振動子１を挟持した状態で陽極接合によって接合されたものとなっている。また、陽極接合以外にも、金−ズズの合金接合や、プラズマを照射し、共有結合によって接合してもよい。

前記下枠部２には、その外面側の四隅に欠落部８が形成されている。これら欠落部８は、ブラスト処理や、例えば開口パターンを有したマスクを２枚用いてドライエッチングを行うなどの手法により、下枠部２の外面側から内面側にまで貫通した状態に削り取られて形成されたものである。このような構成によって欠落部８内には、前記水晶振動子１の一方の面側が露出させられており、この露出面には、アルミニウムや金・クロム合金などからなる前記電圧印加用電極１１，１２が形成されている。

そして、前記電圧印加用電極１１，１２上から、前記欠落部８の斜面（側面）を通って下枠部２の外面にまで実装端子として用いられる接続端子９が引き回されている。この接続端子９は、後述するように下枠部２の外面上に実装される半導体装置に接続されるものである。

なお、このような接続端子９の形成には、開口パターンを形成したマスクを用いてスパッタ法などで導電材料をパターニングし、さらにメッキ法で必要な厚みにまで成長させるといった手法が好適に採用される。

具体的には、電圧印加用電極１１，１２側にスパッタ法でＣｒをパターニングし、さらにその上に下地材としてＡｌ−Ｃｕ合金を堆積させ、その後、無電界メッキ法でＮｉ−Ａｕ合金を析出させるといった方法や、スパッタ法でＣｒをパターニングし、その上にＡｌを堆積させた後、電界メッキ法でＮｉ−Ａｕ合金を析出させるといった方法が好適に採用される。また、スパッタ法などでの成膜後、これをフォトリソグラフィー技術等によってパターニングするといった手法も採用可能である。

本実施形態に係る水晶振動子パッケージ１０は、分岐部５ａ，６ａの端部を枠部７に挟持した構造を有しているので、水晶振動子１の振動特性を低下させることなく、しかも耐衝撃性に優れたものとなる。

なお、支持部５，６の形状は上述した形状に限定されることはない。以下に、支持部５，６の変形例について図面を参照して説明する。以下の説明においては、分岐部の形状以外の構成は、上記実施形態と同様である。そのため、同一の構成については、同一の符号を付して説明する。なお、図３及び図４は、支持部の変形例を示す図であり、簡単のため、同一形状からなる支持部の一方側を図示している。

ところで、一般に水晶振動子は、振動片から枠部までの距離、すなわち支持部の長さが大きくなるにつれて、振動片を良好に振動させることができる。
そこで、図３に示すように、分岐部１５ａを湾曲した形状から構成するようにしてもよい。この湾曲形状の分岐部１５ａを備えた水晶振動子は、支持部１５の見掛け上の大きさを抑えた状態で、枠部７から振動片４までの距離を長くとることができる。よって、振動片４が良好に振動することで、水晶振動子１の振動特性が高いものとなり、しかもパッケージ自体が大型化することがない。

また、上記実施形態では、平面視コ字状からなる分岐部５ａ，６ａについて説明したが、図４に示すように平面視階段状に屈曲された形状からなるものでもよい。このような形状を採用した支持部２５は、多数に折り曲げられた階段状の分岐部２５ａでバネ力が生じる。このバネ力の働きにより、振動片４にて発生した振動エネルギの損失を防止することができ、水晶振動子１における振動特性をより向上できる。

また、上述した実施形態では、支持部を２つに分岐した分岐部について説明したが、本発明は支持部を３つ以上に分岐した分岐部についても適用することができる。このようにすれば、振動特性を損なうことなく、より多くの支持点数によって水晶振動子１を枠部に保持できるので、より耐衝撃性に優れた水晶振動子パッケージとなる。

（発振器）
次に、本発明の発振器の一実施形態について説明する。本実施形態に係る発振器１００は、図５に示すように、上記水晶振動子パッケージ１０と、前記水晶振動子１を駆動する半導体装置３０とを備えたものである。

半導体装置３０は、下枠部２の外面に貼設された平面視矩形状のものである。すなわち、この半導体装置３０は、シリコン基板２０の能動面３０ａ側に、トランジスタやメモリ素子などの半導体素子からなる集積回路（図示せず）を形成したもので、能動面３０ａを外面側に向け、この外面側に外部接続端子１３を形成したものである。

また、この半導体装置３０には、貫通電極１６（接続端子）が形成されている。この貫通電極１６は、シリコン基板２０の能動面３０ａ側にて集積回路に電気的に接続し、さらにこの能動面３０ａ側から反対面（裏面）側にまで貫通して形成されたものである。

このような構成のもとに、貫通電極１６はシリコン基板２０の裏面側にて、すなわち下枠部２の外面上にて、前記接続端子９とはんだや金―金接合などによって接続されたものとなっている。

また、前記下枠部２上には、該下枠部２の外面と前記半導体装置３０の能動面３０ａとの間の段差を埋める平坦化樹脂１４が、トランスファーモールドなどによって形成されている。この平坦化樹脂１４は、エポキシ樹脂等からなるもので、下枠部２の半導体装置３０に覆われることなく露出した外面と、半導体装置３０の側面とを覆って設けられ、かつ前記欠落部８を充填した状態で設けられ、硬化せしめられたものである。このような平坦化樹脂１４によって下枠部２と半導体装置３０とは、外部接続端子１３を形成した面、すなわち半導体装置３０側が、段差を形成することなく平坦化したものとなっている。すなわち、半導体装置３０の外面側（能動面３０ａ側）に突出した外部接続端子１３を除いて、発振器１００は凹凸のない直方体状に形成されたものとなっているのである。

ここで、貫通電極１６の具体的構成を、その製造方法をもとに図６（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、例えば厚さ４００μｍ程度のシリコン基板２０を用意する。そして、このシリコン基板２０の表面全体に、熱酸化等によって酸化シリコンからなる絶縁層２１を形成する。次に、絶縁層２１上に塗布したレジストを露光、現像処理により所定形状にパターニングし、このレジストをマスクとして、エッチング処理によりシリコン基板２０に複数の平面視円形状の溝部２２を形成する。

次いで、シリコン基板２０に形成した溝部２２の内壁面を覆う絶縁層２１を熱酸化法等により形成し、その後、溝部２２の内部（内壁面）を含むシリコン基板２０の能動面にスパッタ法や真空蒸着法等によって下地層２３を形成する。
次いで、図６（ｂ）に示すように、シリコン基板２０の能動面３０ａ上にメッキレジストを塗布し、さらにこのメッキレジストを溝部２２の周辺のシリコン基板２０が露出した開口部２４ａ（溝部２２の開口径より一回り大きい）を有するようにパターニングし、メッキレジストパターン２４を形成する。

続いて、前記メッキレジストパターン２４をマスクにしてＣｕ電解メッキ処理し、開口部２４ａを含む溝部２２の内部にＣｕを析出させる。これにより、溝部２２の内部にＣｕが充填され、溝部２２を含む開口部２４ａに金属端子２７が形成される。次いで、メッキレジストパターン２４をそのままマスクにして、金属端子２７上に無鉛はんだ等のろう材からなる接合材２６を形成する。

次いで、メッキレジストパターン２４をアッシングによりシリコン基板２０から除去する。その後、図６（ｃ）に示すように、シリコン基板２０をその裏面３０ｂ側（図示下面側）からバックグラインドし、シリコン基板２０の裏面３０ｂに金属端子２７を露出させる。これにより、金属端子２７と接合材２６とからなる複数の貫通電極１６を、シリコン基板２０に形成することができる。
このようにして貫通電極１６を形成したシリコン基板２０からなる半導体装置３０により、その貫通電極１６を介して前記水晶振動子１の駆動を制御することができる。

図７は、発振器１００の底面側を示す図である。前記半導体装置３０の能動面３０ａ側には、集積回路に導通する複数の電極（図示せず）が貫通電極１６とは別に設けられており、これら電極には、図７に示すように前記の外部接続端子１３が接続されている。外部接続端子１３は、はんだボールやはんだメッキや、金バンプ、スタッドバンプなどによって形成されたものである。なお、本実施形態において外部接続端子１３は、はんだボールによって半導体装置３０の能動面３０ａ側の四隅に形成されている。

本実施形態に係る発振器１００によれば、上述した耐衝撃性に優れ、高信頼性の振動特性を有する水晶振動子パッケージ１０を備えているので、この発振器１００自体も耐衝撃性に優れた信頼性の高いものとなる。

（電子機器）
また、本発明の電子機器は、図５に示したように外部接続端子１３を用いて、発振器１００が実装された、プリント配線基板Ｐを備えたものである。具体的には、前記発振器１００を備えた電子機器の一例として、図８に示すような携帯電話３００を挙げることができる。

この電子機器（携帯電話３００）は、耐衝撃性に優れ、高信頼性の振動特性を有する発振器１００がプリント配線基板Ｐなど実装された構造となっているので、この発振器１００を備えた電子機器自体も耐衝撃性に優れた信頼性の高いものとなる。また、本発明が適用される電子機器としては、テレビ等のリモコンやデジタルカメラなど、各種のものを挙げることができる

水晶振動子パッケージの概略構成を示す側断面図である。 水晶振動子パッケージの平面図を示す図である。 支持部の変形例を示す図である。 支持部の他の変形例を示す図である。 発振器の一実施形態を示す図である。 貫通電極の製造工程を説明する図である。 図６に示した発振器の底面図である。 本発明の電子機器の一例としての、携帯電話を示す図である。

符号の説明

１…水晶振動子、２…下枠部、３…上枠部、４…振動片、５，６…支持部、５ａ，６ａ…分岐部、１０…水晶振動子パッケージ、３０…半導体装置、１００…発振器、３００…携帯電話（電子機器）

Claims (3)

1. 水晶振動子が上枠部と下枠部との間に挟持されてなる、水晶振動子パッケージにおいて、
   前記水晶振動子は、振動片と該振動片に接続される支持部とから構成され、
   前記支持部の一端側には、複数に分岐される分岐部が設けられ、
   前記分岐部は、該分岐部の分岐点よりも前記振動片側に向かって凸状に湾曲した状態に形成されており、該分岐部の端部が、前記上枠部と前記下枠部との間に挟持されることを特徴とする水晶振動子パッケージ。
2. 請求項１に記載の水晶振動子パッケージと、前記水晶振動子を駆動する半導体装置とを備えたことを特徴とする発振器。
3. 請求項２に記載の発振器を備えたことを特徴とする電子機器。

Images