JP5052966B2

JP5052966B2 - 圧電発振器

Info

Publication number: JP5052966B2
Application number: JP2007145262A
Authority: JP
Inventors: 利夫中澤
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2027-05-31
Also published as: JP2008301196A

Description

本発明は、電子機器等に用いられる圧電発振器に関する。

図４は、従来の圧電発振器を示す分解斜視図である。図４に示すように従来の圧電発振器２００は、凹部空間２０５を有する容器体２０１と圧電振動素子２０２と集積回路素子２０３と蓋体２０４とから主に構成されている。
容器体２０１は、セラミック材料等から成る概略直方体からなり、一方の主面に開口する凹部空間２０５が形成され、前記凹部空間２０５内には前記凹部空間内底面より高い位置に搭載部２０６が形成されている。
集積回路素子２０３は、前記容器体２０１の凹部空間２０５内底面に形成された集積回路素子搭載パッド２０８上に搭載されている。
圧電振動素子２０２は、前記搭載部２０６に形成された圧電振動素子搭載パッド２０７上に搭載されている。
蓋体２０４は、前記容器体２０１の凹部空間上に載置し、前記容器体２０１の側壁頂部と固着することにより、凹部空間内を気密封止される。
このような圧電発振器２００は、前記容器体２０１の他方の主面の４隅に、外部接続用電極端子２０９である電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子を設けた構造が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

また、前記容器体２０１の側壁外側面には、外側面の厚み方向にへこみ部２１０が形成され、前記へこみ部の厚み方向の中間部分に、凹部空間２０５内に搭載された圧電振動素子２０２と電気的に接続したモニタ用電極端子２１１が設けられている。
圧電振動素子２０２の特性を測定する場合は、一対のコンタクトプローブを一方向から並列させてモニタ用電極端子２１１に接触させることによって、圧電振動素子２０２のＣＩ（クリスタルインピーダンス）値、周波数等の特性を測定する（例えば、特許文献２を参照）。

特開２００２―１１１４３５公報（第５−６頁、図１）特開２００４−２１４７９９号公報

従来の圧電発振器２００の構造では、容器体２０１の凹部空間２０５内に圧電振動素子２０２と集積回路素子２０３を収容するために、圧電振動素子２０２を搭載するための搭載部２０６を形成し、圧電振動素子２０２と集積回路素子２０３が接触しない間隔が必要なため、薄型化することが困難であるといった課題があった。
また、圧電発振器２００の容器体２０１の側壁外側面に、圧電振動素子２０２の測定が可能な大きさのモニタ用電極端子２１１を設ける必要があるため、このモニタ用電極端子２１１が圧電発振器２００の薄型化の妨げとなるといった課題があった。

また、圧電発振器２００の組み立てが完了した後、圧電振動素子２０２のＣＩ（クリスタルインピーダンス）をインピーダンスアナライザ等の電気特性測定器で測定することにより、圧電発振器２００の特性検査を行い、圧電発振器２００としての良不良を判定している。そのため、容器体２０１の側壁外側面にモニタ用電極端子２１１が設けられていたが、圧電発振器２００を薄型化すると、容器体２０１の側面に形成されているモニタ用電極端子２１１の表面積が非常に小さくなってしまい、電気特性測定器の測定用コンタクトピンをモニタ用電極端子２１１に接触させることが困難になってきた。そのため、測定用のコンタクトピンとモニタ用電極端子２１１との接触不良によって検査の作業性や効率が著しく低下してしまうといった課題があった。

本発明は前記課題に鑑みてなされたもので、組み立て後であっても、圧電振動素子の検査を容易にして生産性や作業性を向上させることができ、且つ薄型化に対応可能な圧電発振器を提供することを課題とする。

本発明の圧電発振器は、平板状の基体と、前記基体の一方の主面上に設けられ、且つ前記基体の前記一方の主面大きさよりも平面視の大きさが小さい枠体と、前記基体の一方の主面と前記枠体とにより形成された凹部空間内に設けられた圧電振動素子搭載パッドに搭載される圧電振動素子と、前記枠体が設けられている部分及び前記凹部空間に露出している部分以外の前記基体の前記一方の主面に設けられた集積回路素子搭載部分と、前記集積回路素子搭載部分に形成された集積回路素子搭載パッドに搭載される集積回路素子と、前記圧電振動素子と電気的に接続するモニタ用電極端子と、前記凹部空間を気密封止する蓋体とを備え、前記モニタ用電極端子は前記基体の他方の主面の中央に設けられており、前記圧電振動素子搭載パッドは、前記集積回路素子搭載パッドと接続されており、前記集積回路素子搭載パッドは、前記集積回路素子搭載部分に設けられた中継パッドを介して、前記モニタ用電極端子に接続されていることを特徴とする。

また、前記集積回路素子搭載パッドと前記中継パッドの間には、切断用配線パターンが形成されていることを特徴とするものである。

本発明の圧電発振器によれば、圧電振動素子と電気的に接続するモニタ用電極端子が基体の他方の主面に設けられているので、圧電振動素子の電気的特性の測定に際し、電気特性測定器のコンタクトピンとの接触を確実に行える大きさのモニタ用電極端子を設けることが可能となり、検査の作業性及び検査効率、生産性を向上させることが可能となる。
また、本発明の圧電発振器によれば、基体の側壁外側面にモニタ用電極端子を設ける必要がないので、薄型化しても、容易に測定を行うことができる。

また、圧電振動素子搭載パッドと接続されている集積回路素子搭載パッドは、中継パッドを介して、前記モニタ用電極端子に接続されていることによって、１経路ですみ、複数の配線を引き回す必要がない為、配線するためのスペースを縮小することが可能となる。

また、圧電振動素子搭載パッドと接続されている集積回路素子搭載パッドと中継パッドの間には、切断用配線パターンが形成されていることによって、圧電振動素子の電気的特性の測定後、切断用配線パターンをレーザ等で切断することで、集積回路素子搭載パッドと中継パッドとを電気的に分断する。
これにより、圧電発振器をマザーボード等の基板に接続する際に、マザーボード側のモニタ用電極端子と対向する位置に配線パターンがあった場合でも、モニタ用電極端子は、切断用配線パターンが切断されているために、圧電発振器のどの電気配線とも接続していないダミー電極端子となっているので、配線パターンとモニタ用電極端子等の間で浮遊容量が発生せず、圧電発振器の発振周波数変動を防止することが可能となる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る圧電発振器を示す分解斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る圧電発振器を示す図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る圧電発振器を構成する基体を示し、（ａ）は、一方の主面側を示す平面図であり、（ｂ）は、他方の主面側を示す平面図である。
尚、説明を明りょうにするため説明に不必要な構造体の一部は図示していない。さらに図示した寸法も一部誇張して示している。

図１〜図３に示すように、圧電発振器１００は、基体１０ａと、前記基体１０ａの一方の主面とで凹部空間１１が形成される枠体１０ｂと、前記凹部空間１１の圧電振動素子搭載部分１５に形成された圧電振動素子搭載パッド１２に搭載される圧電振動素子２０と、前記基体１０ａの一方の主面の集積回路素子搭載部分１６に形成された集積回路素子搭載パッド１３に搭載される集積回路素子３０と、前記圧電振動素子２０と電気的に接続するモニタ用電極端子１８と、凹部空間１１を気密封止する蓋体４０とを備えた構造となっている。

圧電振動素子２０は、例えば、水晶素板に励振用電極２１を被着形成したものであり、外部からの交番電圧が励振用電極２１を介して水晶素板に印加されると、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。
水晶素板は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し外形加工を施された概略平板状で平面形状が例えば四角形となっている。
励振用電極２１は、前記水晶素板の表裏両主面に被着・形成したものである。
このような圧電振動素子２０は、励振用電極２１と凹部空間１１内の圧電振動素子搭載面１５に形成されている圧電振動素子搭載パッド１２とを、導電性接着剤５０を介して電気的且つ機械的に接続することによって凹部空間１１に搭載される。

集積回路素子３０は、回路形成面に圧電振動素子２０からの発振出力を生成する発振回路等が設けられており、この発振回路で生成された出力信号は所定の外部接続用電極端子１３を介して圧電発振器外へ出力され、例えば、クロック信号等の基準信号として利用される。
また集積回路素子３０は、基体１０ａの一方の主面の集積回路素子搭載部分１６に形成された集積回路素子搭載パッド１３に搭載されている。

基体１０ａと枠体１０ｂは、例えば、アルミナセラミックス、ガラス−セラミックス等のセラミック材料から成り、グリーンシート法により積層された状態で一体的に形成されている。
基体１０ａの一方の主面の圧電振動素子搭載部分１５と枠体１０ｂによって、凹部空間１１が形成されている。
凹部空間１１を囲繞する枠体１０ｂの頂面であって、凹部空間１１の周囲に封止用導体パターン１４が形成されている。
凹部空間１１は、圧電振動素子２０を収容するためのものであり、凹部空間１１底面である圧電振動素子搭載部分１５には、圧電振動素子２０の表裏両主面に形成された励振用電極２１と各個電気的に接続される圧電振動素子搭載パッド１２が設けられている。

また、前記基体１０ａの一方の主面の集積回路素子搭載部分１６には、集積回路素子３０内に搭載した電子回路網との電気的接続を取ると共に集積回路素子３０を機械的に接合するための集積回路素子搭載パッド１３が被着形成されている。
集積回路素子搭載部分１６は、前記圧電振動素子搭載部分１５と基体１０ａの一方の主面に並んで形成されており、枠体１０ｂが形成されていない基体１０ａの一方の主面が集積回路素子搭載部分１６となる。

また、基体１０ａの他方の主面の４隅には、電源電圧端子、発振出力端子及びグランド端子を含む複数個の外部接続用電極端子１７が設けられている。
また、基体１０ａの他方の主面の中央に圧電振動素子２０のＣＩ（クリスタルインピーダンス）や共振周波数等の電気的特性を測定するためのモニタ用電極端子１８が設けられている。

枠部１０ｂの頂面に形成された封止用導体パターン１４は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、等から成る基層の表面にニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層を順次、凹部空間１１を環状に囲繞する形態で被着させることによって、例えば、１０μｍ〜２５μｍの厚みに形成されている。
この封止用導体パターン１４は、後述する蓋体４０を、蓋体４０に形成された封止部材４１の濡れ性を良好とし、凹部空間１１の気密信頼性及び生産性を向上させることができる。

圧電振動素子搭載パッド１２は、基体１０ａの圧電振動素子搭載部分１５に設けられており、基体１０ａに設けられた外部接続用電極端子１７の一部と、基体１０ａを構成する基板層表面の配線パターンや基板層内を貫通するビア導体を介して電気的に接続されている。また圧電振動素子搭載パッド１２は、その上面側で、前記圧電振動素子２０の励振用電極２１に導電性接着剤６０を介して電気的且つ機械的に接続されている。
圧電振動素子搭載パッド１２は、集積回路素子搭載パッド１３ａと接続されており、集積回路素子搭載パッド１３ａは、集積回路素子搭載部分１６上で配線パターンにより中継パッド７０と接続されている。
中継パッド７０は、基体１０ａの内部ビア導体等を介して、基体１０ａの他方の主面に設けられたモニタ用電極端子１８に接続されている。
これにより、圧電振動素子搭載パッド１２は、モニタ用電極端子１８と接続されている。モニタ用電極端子１８は、基体１０ａの他方の主面の中央部分に２個設けられており、凹部空間１１内底面の圧電振動素子搭載部分１５に形成されている圧電振動素子搭載パッド１２を介して、前記圧電振動素子２０と接続されており、前記圧電振動素子２０のＣＩ（クリスタルインピーダンス）値や共振周波数値等の電気的特性を測定するために用いる。

集積回路素子搭載パッド１３は、基体１０ａの一方の主面の集積回路素子搭載部分１６に形成されている。また、集積回路素子搭載パッド１３は、集積回路素子３０に設けた接続パッドと半田や導電性接着剤等の導電性接合材５０を介して個々に接合させることによって集積回路素子３０が基体１０ａに搭載され、これによって集積回路素子３０内の電子回路が圧電振動素子２０や外部接続用電極端子１７に電気的に接続される。

中継パッド７０は、基体１０ａの集積回路素子搭載部分１６上に形成されており、基体１０ａの他方の主面に形成されているモニタ用電極端子１８と各層表面の配線パターンや各層を貫通するビア導体を介して電気的に接続されている。
中継パッド７０を介して、モニタ用電極端子１８に接続されていることによって１経路ですみ、複数の配線を引き回す必要がない為、配線するためのスペースを縮小することが可能となる。
また、前記中継パッド７０は、前記集積回路素子搭載部分１６上の集積回路素子搭載パッド１３ａと集積回路素子搭載部分１６上で配線パターンにより接続されており、中継パッド７０と集積回路素子搭載パッド１３ａとの間には、切断用配線パターン１９が形成されている。

切断用配線パターン１９は、配線パターンの幅が細く形成されており、切断し、電気的に分断しやすくなっている。
よって、圧電振動素子２０の電気的特性の測定後、切断用配線パターン１９をレーザやダイサー等で切断することによって、圧電発振器１００をマザーボード等の基板に接続する際に、マザーボード側のモニタ用電極端子１８と対向する位置に配線パターンがあった場合でも、モニタ用電極端子１８は、切断用配線パターン１９が切断されているために、圧電発振器１００のどの電気配線とも接続していないダミー電極端子となっているので、配線パターンとモニタ用電極端子１８の間で浮遊容量が発生せず、圧電発振器１００の発振周波数変動を防止することが可能となる。
切断用配線パターン１９は、集積回路素子搭載部分１６に集積回路素子３０が搭載された場合に、集積回路素子３０によって、覆われる位置に形成されている。

外部接続用電極端子１７は、電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子等により構成されており、これらの外部接続用電極端子１７は、圧電発振器１００をマザーボード等の外部電気回路に搭載する際、半田付け等によって外部電気回路の回路配線と電気的に接続されることとなる。
外部接続用電極端子１７のうち、グランド端子と発振出力端子を近接させて配置するようにすれば、発振出力端子より出力される発振信号に雑音が重畳するのを有効に防止することができる。従って、グランド端子と発振出力端子は近接させて配置することが好ましい。

このように本発明の実施形態に係る圧電発振器１００を構成したことにより、基体１０ａの他方の主面の中央部に従来の圧電発振器に比べ大きなモニタ用電極端子１８を設けることができるので、圧電振動素子２０の電気的特性の測定に際し、電気特性測定器のコンタクトピンとの接触を確実に行える大きさのモニタ用電極端子１８を形成することが可能となり、検査の作業性及び検査効率、生産性を向上させることが可能となる。
また、基体１０ａを構成する複数の絶縁層のうち、基体１０ａの側壁外側面にモニタ用電極端子を形成していた基板層を省くことができるので、圧電発振器１００の薄型化が可能となる。
従来の圧電発振器は、基体１０ａ内部に、圧電振動素子搭載パッド１２とモニタ用電極端子１８とを接続する経路と、圧電振動素子搭載パッドと１２集積回路素子搭載パッド１３ａと接続する経路の２経路が必要だが、本発明の圧電発振器は、圧電振動素子搭載パッド１２と集積回路素子搭載パッド１３ａが接続されており、前記集積回路素子搭載パッド１３ａは、中継パッド７０を介して、前記モニタ用電極端子１８に接続されていることによって１経路ですみ、複数の配線を引き回す必要がない為、配線するためのスペースを縮小することが可能となる。

導電性接着剤６０は、シリコーン樹脂の中に導電性フィラー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（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、またはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。

枠体１０ｂ上に配置される蓋体４０は、従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を所定形状に整形することによって製作される。蓋体４０の上面には、ニッケル（Ｎｉ）層が形成され、更にニッケル（Ｎｉ）層の上面に少なくとも封止用導体パターン１４に相対する箇所に封止部材４１である金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層が形成される。金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層の厚みは、１０μｍ〜４０μｍである。例えば、成分比率が、金が８０％、錫が２０％のものが使用されている。また、このような封止部材４１は、封止用導体パターン１４表面の凹凸を緩和し、気密性の低下を防ぐことが可能となる。このような蓋体４０を水晶振動素子２０が内部に搭載された凹部空間１１を囲繞する枠部１０ｂに形成した封止用導体パターン１４上に、凹部空間１１を覆う形態で配置され、封止部材４１と封止用導体パターン１４とを溶融接合することにより、凹部空間１１内を気密封止している。

また、圧電振動素子２０の電気的特性の測定に使用される電気特性試験器としては、圧電振動素子２０の共振周波数、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、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等が用いられ、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ソケットとで構成され、これをモニタ用電極端子１８に接触させることで測定が行われる。
また、コンタクトピンは、導電性ゴムで形成されたものでもよく、２０〜３０μｍ程度の太さの金属細線が一定の間隔でゴムの厚さ方向に埋め込まれたもので、ゴムの上面と下面との間は金属細線を介して電気的に接続されるが、隣接する金属細線間には絶縁性のゴムが介在しているため電気的に絶縁されており、ゴムの上下への伝導はするが、横方向には絶縁を維持する異方導電性シートなどを用いても良い。

尚、本発明は前記の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。
前記した本実施例では、圧電振動素子を構成する圧電素材として水晶を用いた水晶振動素子を説明したが、他の圧電素材として、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたは、圧電セラミックスを圧電素材として用いた圧電振動素子でも構わない。

前記した本実施形態では、基体１０ａの他方の主面に外部接続用電極端子１７とモニタ用電極端子１８を設けた構成を説明したが、温度補償型圧電発振器の場合には、集積回路素子３０のメモリに温度補償データを書き込むためのデータ書き込み用端子を設けても構わない。

前記した本実施形態では、基体１０ａと枠体１０ｂを一体的に形成した構成を説明したが、枠体１０ｂの代わりに、従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を所定形状に整形することによって製作されたシールリングを用いても構わない。

前記した本実施形態では、圧電振動素子２０の電気的特性の測定後、切断用配線パターン１９を切断することによって、圧電発振器１００をマザーボード等の基板に接続する際には、マザーボードの配線とモニタ用電極端子１８との間で浮遊容量が発生せず、圧電発振器の発振周波数変動を防止することができることを説明したが、測定後、切断せずにモニタ用電極端子１８表面に絶縁性の樹脂膜を形成するようにしても、切断用配線パターン１９を切断するのと同様の効果を奏することができる。

また、前記切断用配線パターン１９を切断した後、再度、圧電振動素子２０を測定する必要がある場合は、切断した配線間を半田等の導電性接合材で接続することや、集積回路素子搭載パッド１３ａと中継パッド７０をワイヤーで接続することで、再度圧電振動素子２０の測定をすることが可能となる。

本発明の実施形態に係る圧電発振器を示す分解斜視図である。本発明の実施形態に係る圧電発振器を示す図１のＡ−Ａ断面図である。本発明の実施形態に係る圧電発振器を構成する基体を示し、（ａ）は、一方の主面側を示す平面図であり、（ｂ）は、他方の主面側を示す平面図である。従来の圧電発振器を示す分解斜視図である。

符号の説明

１０ａ・・・基体
１０ｂ・・・枠体
１１・・・凹部空間
１２・・・圧電振動素子搭載パッド
１３・・・集積回路素子搭載パッド
１３ａ・・・圧電振動素子と電気的に接続した集積回路素子搭載パッド
１４・・・封止用導体パターン
１５・・・圧電振動素子搭載部分
１６・・・集積回路素子搭載部分
１７・・・外部接続用電極端子
１８・・・モニタ用電極端子
１９・・・切断用配線パターン
２０・・・圧電振動素子
２１・・・励振用電極
３０・・・集積回路素子
４０・・・蓋体
４１・・・封止部材
５０・・・導電性接合材
６０・・・導電性接着剤
７０・・・中継パッド
１００・・・圧電発振器

Claims

平板状の基体と、
前記基体の一方の主面上に設けられ、且つ前記基体の前記一方の主面大きさよりも平面視の大きさが小さい枠体と、
前記基体の一方の主面と前記枠体とにより形成された凹部空間内に設けられた圧電振動素子搭載パッドに搭載される圧電振動素子と、
前記枠体が設けられている部分及び前記凹部空間に露出している部分以外の前記基体の前記一方の主面に設けられた集積回路素子搭載部分と、
前記集積回路素子搭載部分に形成された集積回路素子搭載パッドに搭載される集積回路素子と、
前記圧電振動素子と電気的に接続するモニタ用電極端子と、
前記凹部空間を気密封止する蓋体とを備え、
前記モニタ用電極端子は前記基体の他方の主面の中央に設けられており、
前記圧電振動素子搭載パッドは、前記集積回路素子搭載パッドと接続されており、前記集積回路素子搭載パッドは、前記集積回路素子搭載部分に設けられた中継パッドを介して、前記モニタ用電極端子に接続されていることを特徴とする圧電発振器。
前記集積回路素子搭載パッドと前記中継パッドの間には、切断用配線パターンが形成されていることを特徴とする請求項１記載の圧電発振器。