JP5075401B2

JP5075401B2 - 圧電発振器及びその製造方法

Info

Publication number: JP5075401B2
Application number: JP2006323683A
Authority: JP
Inventors: 亮磨笹川
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2026-11-30
Also published as: JP2008141334A

Description

本発明は、電子機器等に用いられる圧電発振器及びその製造方法に関する。

従来より、携帯用通信機器等の電子機器に圧電発振器が用いられている。かかる従来の圧電発振器としては、例えば図５に示すように、内部に圧電振動素子（図示せず）が収容されている圧電振動子２１０と、キャビティ部２３１内に前記圧電振動素子の振動に基づいて発振出力を制御する集積回路素子２２０やコンデンサ等の電子部品素子（図示せず）が収容される第二の容器２３０とを備え、この第二の容器２３０上に圧電振動子２１０を取着させた構造の圧電発振器２００が知られている。かかる圧電発振器２００は、マザーボード等（図示せず）の実装回路基板上に載置された後、第二の容器２３０の下面に設けられている外部端子（図示せず）を実装回路基板の配線に半田接合されることにより実装回路基板上に実装される。
なお、圧電振動子２１０は、圧電振動素子と、圧電振動素子を収納するキャビティ部を有する第一の容器とキャビティ部を塞ぐ蓋体とから構成されている。

このように、圧電振動子２１０と集積回路素子２２０を収納した第二の容器２３０とを取着させると、圧電振動子２１０の四隅に設けられている接続端子（図示せず）と第二の容器２３０のキャビティ部側の四隅に設けられる接続端子２３２とを取着させることにより、圧電振動子２１０と集積回路素子２２０を収納した第二の容器２３０との間に間隙が形成されることとなる。
一般的に、このように構成される圧電発振器２００は、用途に応じて、間隙から不要物が入り込むのを防ぐためにキャビティ部内にアンダーフィル（図示せず）を注入する場合と注入しない場合（例えば特許文献１参照）とがある。
特開２００６−１０１２４９号公報（段落０００２〜００３２、図４）

しかしながら、集積回路素子２２０を収納するために設けられるキャビティ部内にアンダーフィルを注入する場合、集積回路素子２２０と第二の容器２３０との間にアンダーフィルを入り込ませる作業が煩雑であるという問題がある。例えば、圧電発振器２００の小型化により、真空状態にしなければ集積回路素子２２０と第二の容器２３０との間にアンダーフィルを入り込ませることができない状態の場合は真空にする装置が別途必要になるという問題や、集積回路素子と第二の容器との間隔に合わせたアンダーフィルの注入ノズルの開発が必要になるという問題や、アンダーフィルの注入量を制御する必要があるという問題がある。また、上述した従来の圧電発振器２００のような構造では、圧電発振器２００の集積回路素子２２０が第二の容器２３０のキャビティ部に配置させてある場合、圧電振動子２１０と第二の容器２３０との接合面の隙間から、外部の絶縁性保護のために用いるフィル樹脂等の不要物が浸入し、圧電発振器２００の発振周波数に変動が生じるという欠点を有していた。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、容易に集積回路素子と第二の容器との間に不要物が入り込まないようにする圧電発振器を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、第一の容器内部に収納した圧電振動素子を蓋体で気密封止した圧電振動子と、第二の容器と、この第二の容器内部に搭載した集積回路素子とを備え、前記集積回路素子上に第一の容器が位置するように、前記第一の容器と前記第二の容器とをそれぞれの四隅でバンプにより接合された圧電発振器であって、前記第二の容器の端面に四隅を残して前記第一の容器の表面まで達するように形成される絶縁層を備え、前記バンプが、隣接する前記絶縁層の端部と前記第二の容器の露出する端面とを覆った状態となっており、前記絶縁層がアルミナコートであることを特徴とする。

また、本発明は、第一の容器内部に収納した圧電振動素子を蓋体で気密封止した圧電振動子と、第二の容器と、この第二の容器内部に搭載した集積回路素子とを備え、前記集積回路素子上に第一の容器が位置するように、前記第一の容器と前記第二の容器とをそれぞれの四隅でバンプにより接合された圧電発振器の製造方法であって、アルミナコートを前記第二の容器の四隅を除いて施しつつ前記第二の容器を製造する第二の容器製造工程と、前記第二の容器に前記集積回路素子を搭載する集積回路素子搭載工程と、前記アルミナコートの上方に位置するように前記圧電振動子を前記第二の容器にバンプにより接合して、前記第二の容器の露出する端面と前記アルミナコートの端部と前記バンプとで形成されていた間隙を埋める接続工程とを有することを特徴とする。

このような圧電発振器によれば、第二の容器の端面に四隅を残して前記第一の容器の表面まで達するように形成される絶縁層とこの絶縁層の端部を覆うバンプとで圧電振動子と第二の容器２１との間隙を容易に塞ぐことができるので、外部からの不要物の浸入を遮断し、安定した圧電発振器を得ることができる。
また、絶縁層をアルミナコートとしたので、容易に圧電振動子と第二の容器との間隙を容易に塞ぐことができる。
このような圧電発振器の製造方法によれば、第二の容器の端面に四隅を残して前記第一の容器の表面まで達するように形成される絶縁層の端部とバンプとで形成されていた間隙を埋めるので、圧電振動子と第二の容器２１との間隙を容易に塞ぐことができ、外部からの不要物の浸入を遮断し、安定した圧電発振器を得ることができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、圧電振動素子が水晶片の両主面に励振電極を設けた水晶振動子である場合について説明する。

図１は本発明の実施形態に係る圧電発振器の一例を示す側面図である。図２は本発明の実施形態に係る圧電発振器の第２の容器の一例を示す平面図である。図３は本発明の実施形態に係る圧電発振器の一例を示す断面図である。図４は圧電振動子を第二の容器に接続する前の状態の一例を示す図である。

図１及び図３に示すように、本発明の実施形態に係る圧電発振器１００は、圧電振動子１０と集積回路素子２０とこの集積回路素子２０を収納する第二の容器３０と第二の容器３０の端面に四隅を残して形成される絶縁層４０と、バンプ５０とから主に構成されている。この圧電発振器１００は、集積回路素子２０を収納した第二の容器３０と圧電振動子１０とをバンプ５０で取着してなる。

圧電振動子１０は、平面視矩形形状となっており、圧電振動素子１１とこの圧電振動素子１１を内部に収納して搭載する第一の容器１２と蓋体１３とから主に構成されている。

圧電振動素子１１は、所定の結晶軸でカットした圧電素板１１Ａの両主面に一対の振動電極１１Ｂとこれら励振電極を端部に引き出す一対の引出パターンを被着・形成して成る。この圧電振動素子１１は、外部からの変動電圧が一対の振動電極１１Ｂを介して圧電素板１１Ａに印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こすようになっている。

第一の容器１２は、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料から成る基板部１２Ａと、基板部１２Ａと同様の材料から成る側壁部１２Ｂとからなり、従来周知のセラミックグリーンシート積層法等を採用することにより一体で製作される。基板部１２Ａの一方の主面に側壁部１２Ｂを設けることでキャビティ部１２Ｃ（図３参照）を形成し、このキャビティ部１２Ｃ内に圧電振動素子１１を収納するようになっている。

ここで、図３に示すように、キャビティ１２Ｃ内の基板部１２Ａの表面には、圧電振動素子１１に設けられた励振電極１１Ｂと接続する引出パターンに対応して搭載パッドＰ１が設けられている。この搭載パッドＰ１は、基板部１２Ａの他方の主面であって四隅に設けられた接続用端子１２Ｄのうちのいずれかと第一の容器１２の内部を介して電気的に接続している。

蓋体１３は、キャビティ１２Ｃを気密封止するために用いられ、例えば、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属からなり、キャビティ部１２Ｃを塞ぐように、側壁部１２Ｂの上面に載置して固定される。
この固定は、例えば、側壁部１２Ｂの蓋体１３と接触する面にメタライズ層Ｍを設けておき、また、蓋体１３の側壁部１２Ｂと接触する面に封止材Ｆを設けておき、メタライズ層Ｍと封止材Ｆとを接触させた後にシーム溶接することによって行われる。

集積回路素子２０は、例えばフリップチップ型であって、後述する第二の容器３０に搭載される際に用いられる複数の接続パッドＳ１と、その回路形成面（下面）に、周囲の温度状態を検知するサーミスタといった感温素子、圧電振動素子１１の温度特性を補償する温度補償データを格納するメモリ、メモリ内の温度補償データに基づいて圧電振動素子１１の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、先の温度補償回路に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路等を備えている（図示せず）。この発振回路で生成された発振出力は、外部に出力された後、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２０の内部には、圧電振動素子１１の温度特性に応じて作成された温度補償データに基づいて圧電発振器の発振周波数を補正するための温度補償回路が設けられており（図示せず）、圧電発振器１００を組み立てた後、前記温度補償データを集積回路素子２０のメモリ内に格納するために、後述する第二の容器３０の下面や外側面等に温度補償データ書込用の書込制御端子（図示せず）が設けられている。温度補償データは、書込制御端子に温度補償データ書込装置のプローブ針を当てることにより集積回路素子２０内のメモリに入力され、また、格納される。

第二の容器３０は、図２及び図３に示すように、例えば、平面視矩形形状となっており、ガラス布基材エポキシ樹脂やポリカーボネイト，エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂等の樹脂材料やガラス−セラミック，アルミナセラミックス等のセラミック材料等から成る平板部３０Ａと、この平板部３０Ａと同様の材料から成る枠部３０Ｂとからなり、従来周知のセラミックグリーンシート積層法等を採用することにより一体で製作される。平板部３０Ａの一方の主面の縁に沿って枠部３０Ｂを設けることで凹部３０Ｃを形成し、この凹部３０Ｃ内に集積回路素子２０を収納しつつ搭載するようになっている。

ここで、凹部３０Ｃ内の平板部３０Ａの表面には、集積回路素子２０に設けられた複数の接続パッドＳ１に対応して搭載パッドＰ２が設けられている。また、平板部３０Ａの他方の主面であって四隅には、外部端子３０Ｄ（電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子）が設けられている。

これら搭載パッドＰ２のうちのいずれかは、外部端子３０Ｄと第二の容器３０の内部を介して電気的に接続している。
外部端子３０Ｄは、圧電発振器１００をマザーボード等（図示せず）の実装回路基板に接続するための端子として機能するものであり、圧電発振器１００を実装回路基板上に搭載する際、実装回路基板の回路配線と半田等の導電性接合材を介して電気的に接続されるようになっている。

また、枠部３０Ｂの圧電振動子１０が取着される側の面の四隅には、該圧電振動子１０に設けられている接続用端子１２Ｄに対応して取着用端子３０Ｅが設けられている。
この取着用端子３０Ｅのいずれかは圧電振動素子１１の励振電極１１Ｂと電気的に接続しつつ、集積回路素子２０とバンプ５０により電気的に接続するようになっている。
なお、このバンプ５０は、従来から用いられているハンダバンプを用いることができるがこれに限定されない。

絶縁層４０は、枠部３０Ｂの圧電振動子１０が取着される側の面上であって、この面の四隅に設けられた取着用端子３０Ｅの間に設けられる。ここで、絶縁層４０は、
取着用端子３０Ｅと接触しない程度に間隔を空けて第二の容器３０の枠部３０Ｂの端面（表面）が露出するように設けられる。また、バンプ５０の厚さよりも薄く、圧電振動子１０と第二の容器とを接続した際に圧電振動子１０の表面に達する厚さで形成されている。

この絶縁層４０は、アルミナコートであって、例えば、絶縁性及び耐熱性に優れたアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等が用いられる。このアルミナは第２の容器３０を製造する際のセラミック材料の焼成前に形成しておき、第２の容器３０と同時に焼成してなる。
このように絶縁層４０を設けたことにより、圧電振動子１０と第二の容器３０とを電気的に接続するバンプ５０の接続時の溶融により、隣接する絶縁層４０の端部とバンプ５０と露出する第二の容器３０の表面とで形成されていた隙間を塞ぐことができる。つまり、
バンプ３０が、隣接する絶縁層４０の端部と第二の容器３０の露出する端面とを覆った状態となって隙間を塞いでいる。

これにより、絶縁層４０を圧電振動子１０と第二の容器３０との間を塞ぐように設けた後、リフロー等で加熱処理を行うだけで、この隙間を完全に塞ぐことができるので、従来から用いられる装置がそのまま利用でき、また、容易に、集積回路素子２０を収納する凹部３０Ｃを外部から遮断することができる。
したがって、集積回路素子２０を収納する凹部３０Ｃ内への外部からの不要物の浸入を遮断することができ、安定した圧電発振器とすることができる。

次に、本発明の実施形態に係る圧電発振器１００の製造方法について説明する。
まず、予め圧電振動子１０を製造しておく。

（第二の容器製造工程）
そして、図３及び図４に示すように、絶縁層４０であるアルミナコートを第二の容器３０の枠部３０Ｂの端面の四隅を除いて設けつつ第二の容器３０を製造する。
ここで、絶縁層４０であるアルミナコートは、第２の容器３０を製造する際のセラミック材料の焼成前に形成しておき、第２の容器３０と同時に焼成してなる。

（集積回路素子搭載工程）
第二の容器３０に設けられた凹部３０Ｃ内に集積回路素子２０を搭載する。なお、集積回路素子３０を搭載した後にアンダーフィル（図示せず）を充填しても良いし、アンダーフィルを充填しなくても良い。本実施形態では、アンダーフィルを充填しない場合について説明する。

（接続工程）
図４に示すように、第二の容器３０の枠部３０Ｂの端面の四隅に設けられた取着用端子３０Ｅに絶縁層４０であるアルミナコートの厚さよりも高くバンプ５０を設け、絶縁層４０であるアルミナコートの上方に位置するように圧電振動子１０を位置させて、第二の容器３０の枠部３０Ｂの端面の四隅に設けた取着用端子３０Ｅにバンプ５０を用いて圧電振動子１０を接合する。この際、第二の容器３０の露出する端面と絶縁層４０であるアルミナコートの端部とバンプ５０とで形成されていた間隙が溶融したバンプ５０により埋まる。つまり、バンプ５０が、隣接する絶縁層４０の端部と第二の容器３０の露出する端面とを覆った状態となって隙間を塞ぐ。

図１及び図４に示すように、この接続工程により、バンプ５０が溶融しながらつぶれて、隣接する絶縁層４０の端部とバンプ３２と露出する第二の容器３０の表面とで形成されていた隙間を塞ぐこととなる。

このように、本発明の実施形態に係る圧電発振器１００の製造方法を構成したので、容易に、圧電振動子と第二の容器２１との間隙を容易に塞ぐことができる。

なお、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、絶縁層４０は、圧電振動子１０の底面であって第二の容器３０の枠部３０Ｂと対向する部分に設けても良い。この場合、圧電振動子１０に絶縁膜４０を形成する工程が行われる。
また、圧電振動子１０の蓋体１３をグランド端子用の外部端子３０Ｄに接続させても良い。このように構成することで、使用時に、金属から成る蓋体１３が基準電位に接続されてシールド機能が付与されることとなるため、圧電振動素子１１や集積回路素子２０を外部からの不要な電気的作用から良好に保護することができる。従って、圧電振動子１０の蓋体１３は圧電振動子１０の接続用端子１２Ｄや第二の容器３０の取着用端子３０Ｅを介してグランド端子用の外部端子３０Ｄに接続させておくことが好ましい。
また、枠部３０Ｂの外側側面に書込制御端子を設けても良い。

本発明の実施形態に係る圧電発振器の一例を示す側面図である。本発明の実施形態に係る圧電発振器の第２の容器の一例を示す平面図である。本発明の実施形態に係る圧電発振器の一例を示す断面図である。圧電振動子を第二の容器に接続する前の状態の一例を示す図である。従来の圧電発振器の一例を示す分解斜視図である。

符号の説明

１００圧電発振器
１０圧電振動子
１１圧電振動素子
１１Ａ圧電素板
１１Ｂ振動電極
１２第一の容器
１２Ａ基板部
１２Ｂ側壁部
１２Ｃキャビティ部
１２Ｄ接続用端子
１３蓋体
２０集積回路素子
３０第二の容器
３０Ａ平板部
３０Ｂ枠部
３０Ｃ凹部
３０Ｄ外部端子
３０Ｅ取着用端子
４０絶縁層
５０バンプ
Ｓ１接続パッド
Ｐ１，Ｐ２搭載パッド

Claims

第一の容器内部に収納した圧電振動素子を蓋体で気密封止した圧電振動子と、第二の容器と、この第二の容器内部に搭載した集積回路素子とを備え、前記集積回路素子上に第一の容器が位置するように、前記第一の容器と前記第二の容器とをそれぞれの四隅でバンプにより接合された圧電発振器であって、
前記第二の容器の端面に四隅を残して前記第一の容器の表面まで達するように形成される絶縁層を備え、
前記バンプが、隣接する前記絶縁層の端部と前記第二の容器の露出する端面とを覆った状態となっており、
前記絶縁層がアルミナコートであることを特徴とする圧電発振器。
第一の容器内部に収納した圧電振動素子を蓋体で気密封止した圧電振動子と、第二の容器と、この第二の容器内部に搭載した集積回路素子とを備え、前記集積回路素子上に第一の容器が位置するように、前記第一の容器と前記第二の容器とをそれぞれの四隅でバンプにより接合された圧電発振器の製造方法であって、
アルミナコートを前記第二の容器の四隅を除いて施しつつ前記第二の容器を製造する第二の容器製造工程と、
前記第二の容器に前記集積回路素子を搭載する集積回路素子搭載工程と、
前記アルミナコートの上方に位置するように前記圧電振動子を前記第二の容器にバンプにより接合して、前記第二の容器の露出する端面と前記アルミナコートの端部と前記バンプとで形成されていた間隙を埋める接続工程とを有することを特徴とする圧電発振器の製造方法。