JP5082968B2 - 圧電発振器 - Google Patents
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Description
本発明は、２次の温度特性を有する圧電振動片と、３次の温度特性を有する圧電振動片と、前記の圧電振動片を発振させる半導体回路素子とが、同一パッケージ内に接合されて封止された圧電発振器に関するものである。
従来より、水晶などの圧電基板を所定の角度および厚さに切り出した薄板が固有の共振周波数を有する特性を利用し、薄板の対向する面にそれぞれ設けた電極に電圧を印加して、その電圧による圧電効果によって振動する圧電振動片をパッケージ内に接合して気密に封止した圧電デバイスが広く利用されている。圧電デバイスのパッケージ内に接合される圧電振動片としては、例えば、圧電基板を所謂ＡＴカットと呼ばれるカット角にて切り出した薄板を用いた厚み滑り振動をするＡＴカット水晶振動片や、圧電基板を加工することにより、基部と、その基部の一端部から略平行に延出する二つの振動腕が形成された音叉状の音叉型圧電振動片などが利用される。ＡＴカット水晶振動片は温度特性に優れた３次の温度特性を有し、音叉型水晶振動片は２次の温度特性を有している。このような圧電振動片を備えた圧電デバイスの一つとして、同一パッケージ内に圧電振動片とともに発振回路が組み込まれて構成された圧電発振器が、周波数あるいは時間などの基準源として広く用いられている。
近年、広く普及している携帯電話や、その他の携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）などの小型の情報用通信機器においては、ＡＴカット水晶振動片を用いた圧電発振器は、例えば通信用の基準周波数１２．８〜２６ＭＨｚの高周波帯域の周波数信号を取り出すのに用いられ、音叉型水晶振動片を用いた圧電発振器は、例えば時計用の３２．７６８ＫＨｚの低周波数帯域の時計用信号を取り出すのに用いられる。
ところで、小型の情報用通信機器では、なお一層の小型化の要望が強くなっており、これに伴って、情報用通信機器内に搭載される圧電発振器においても、より小型化する要求が高まっている。このような要求に応える圧電発振器として、ＡＴカット振動片と、音叉型振動片と、これらの振動片を発振させる半導体回路素子とを、一つのパッケージ内に収容した圧電発振器が提案されている（例えば特許文献１）。
ところで、小型の情報用通信機器では、なお一層の小型化の要望が強くなっており、これに伴って、情報用通信機器内に搭載される圧電発振器においても、より小型化する要求が高まっている。このような要求に応える圧電発振器として、ＡＴカット振動片と、音叉型振動片と、これらの振動片を発振させる半導体回路素子とを、一つのパッケージ内に収容した圧電発振器が提案されている（例えば特許文献１）。
特許文献１に記載の圧電発振器（二種類周波数発振器）は、段差を有する凹部が形成されたパッケージを備え、外部実装基板と実装する際の実装面の側となる凹部の凹底部分に、後述する二つの振動片を発振させる半導体回路素子（ＩＣチップ）が接合されている。ＩＣチップの上方には、２次の温度特性を有する音叉型水晶振動片が、凹部の段差上（支持部）に基部が接合され、振動腕側を自由端として片持ち状態で支持されている。さらに、音叉型水晶振動片が接合された段差よりも高い位置に形成された段差の上には、３次の温度特性を有するＡＴカット水晶振動片の一端側が接合され、他端側を自由端として音叉型水晶振動片の上方に片持ち状態で支持されている。そして、パッケージ上にリッド（蓋）が接合され、パッケージの内部が気密に封止されている。
しかしながら、特許文献１に記載の圧電発振器は、２次側の温度特性を有する音叉型水晶振動片が、実装面に近い凹部の凹底部分側に配置され、その上に３次側の温度特性を有するＡＴカット水晶振動片が縦配置にて設けられた構成となっている。２次の温度特性を有する圧電振動片は、３次の温度特性を有する圧電振動片に比して温度に対する周波数の変動が大きいので、急激な温度変化が生じる外部実装基板に近い実装面側に配置されていると、外部実装基板の急激の温度変化の影響を受けやすく、周波数が急激に変動する虞があるという問題があった。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
〔適用例１〕本適用例にかかる圧電発振器は、２次の温度特性を有する圧電振動片と、３次の温度特性を有する圧電振動片と、前記２次の温度特性を有する圧電振動片および前記３次の温度特性を有する圧電振動片を発振させる半導体回路素子と、がパッケージに収容され、少なくとも前記２次の温度特性を有する圧電振動片と前記３次の温度特性を有する圧電振動片とが前記パッケージにおいて縦配置にて配置されている圧電発振器であって、前記パッケージは、中間基板層と、前記中間基板層の実装面の側を凹底部分として設けられた凹部の開口部側に実装面側リッドが接合されることにより形成される実装面側キャビティと、前記中間基板層の前記実装面側キャビティとは反対側となる天井面側を凹底部分として設けられた凹部の開口部側に天井面側リッドが接合されることにより形成される天井面側キャビティと、を有し、前記実装面側キャビティ内に前記３次の温度特性を有する圧電振動片が接合され、前記天井面側キャビティ内に前記２次の温度特性を有する圧電振動片が接合されていることを特徴とする。
上記構成によれば、中間基板層に隔てられた天井面側キャビティに２次の温度特性を有する圧電振動片が配置されるので、温度変化に対する周波数の変動が比較的大きい２次の温度特性を有する圧電振動片に実装面からの温度が伝わりにくくなり、外部実装基板の急激な温度変化による周波数の変動を抑えることができる。また、温度変化に対する周波数の変動が比較的小さい３次の温度特性を有する圧電振動片を実装面側キャビティ内に配置して、その上方に２次の温度特性を有する圧電振動片に配置する縦配置となっているので、圧電発振器の平面サイズの小型化が図れる。
したがって、小型で、外部の温度変化による周波数の変動が抑えられ安定した発振特性を有する圧電発振器を提供することができる。
したがって、小型で、外部の温度変化による周波数の変動が抑えられ安定した発振特性を有する圧電発振器を提供することができる。
〔適用例２〕上記適用例にかかる圧電発振器において、前記半導体回路素子が前記天井面側キャビティ内に接合されていることを特徴とする。
この構成によれば、半導体回路素子においても、実装面側からの温度の影響を受けにくくなるので、２次および３次の温度特性を有する圧電振動片のそれぞれに安定した発振信号を供給することが可能となり、圧電発振器の発振特性を安定させる効果を奏する。
〔適用例３〕上記適用例にかかる圧電発振器において、前記半導体回路素子は温度センサ素子を含み、前記２次の温度特性を有する圧電振動片と前記半導体回路素子とが一つの前記天井面側キャビティ内に接合されていることを特徴とする。
この構成によれば、第２の温度特性を有する圧電振動片と略同じ温度の雰囲気内に半導体回路素子が設けられるので、半導体回路素子により検知した温度に基づく圧電振動片の制御がより正確に行えることにより、安定した発振特性を有する圧電発振器を提供することができる。
以下、圧電発振器の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１および図２は、本実施形態の圧電発振器を説明するものであり、図１（ａ）は天井面側（上面）側からみた模式平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面を示す模式断面図であり、図２は、圧電発振器を実装面（外底面）側からみた模式平面図である。なお、図１（ａ）および図２において、圧電発振器の上部に配置されるリッドは、圧電発振器の内部の構成を説明する便宜上一部を切り取って図示している。また、図２のＡ−Ａ断面線は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面と同じ断面性を示す。
図１および図２は、本実施形態の圧電発振器を説明するものであり、図１（ａ）は天井面側（上面）側からみた模式平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面を示す模式断面図であり、図２は、圧電発振器を実装面（外底面）側からみた模式平面図である。なお、図１（ａ）および図２において、圧電発振器の上部に配置されるリッドは、圧電発振器の内部の構成を説明する便宜上一部を切り取って図示している。また、図２のＡ−Ａ断面線は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面と同じ断面性を示す。
図１に示すように、圧電発振器１は、その略直方体の外形のほとんどを形成するパッケージ１０を有し、このパッケージ１０は外底面を実装面とし、また、実装面と対向する面を天井面としている。パッケージ１０の実装面と天井面との間には中間基板層１１が設けられ、この中間基板層１１の実装面側に形成された凹部と蓋体としての実装面側リッド８とにより実装面側キャビティ５１が形成され、中間基板層１１の天井面側に形成された二つの凹部と天井面側リッド９とにより第１の天井面側キャビティ５２Ａおよび第２の天井面側キャビティ５２Ｂが形成されている。実装面側キャビティ５１内の凹部の凹底部分である中間基板層１１の実装面側には３次の温度特性を有する圧電振動片としてのＡＴカット水晶振動片３０が接合されて気密に封止されている。また、第１の天井面側キャビティ５２Ａ内の凹部の凹底部分である中間基板層１１の天井面側には２次の温度特性を有する圧電振動片としての音叉型水晶振動片２０が接合され、第２の天井面側キャビティ５２Ｂ内の凹部の凹底部分である中間基板層１１の天井面側には半導体回路素子としてのＩＣチップ４０が接合され、それぞれのキャビティ内に気密に封止されている。
〔パッケージ〕
図１（ｂ）に示すように、パッケージ１０は、略矩形の平板状の中間基板層１１と、その中間基板層１１の実装面側に順次積層された略矩形フレーム状の実装面側第１層基板１２および実装面側第２層基板１３と、実装面側第２層基板１３の枠内の実装面側第１層基板１２上に積層されたシールリング１８と、を有している。また、中間基板層１１の天井面側には、二つの開口部が設けられた略矩形フレーム状の天井面側基板１６と、その天井面側基板１６の二つの開口部を囲む枠上に積層されたシールリング１９とが設けられている。このような構成により、パッケージ１０には、中間基板層１１の実装面側を凹底部分として実装面の側に開口され、実装面側リッド８を接合することにより実装面側キャビティ５１を形成する凹部と、中間基板層１１の天井面側を凹底部分として天井面の側に開口され、天井面側リッド９を接合することにより第１の天井面側キャビティ５２Ａおよび第２の天井面側キャビティ５２Ｂとを形成する二つの凹部が設けられている。
図１（ｂ）に示すように、パッケージ１０は、略矩形の平板状の中間基板層１１と、その中間基板層１１の実装面側に順次積層された略矩形フレーム状の実装面側第１層基板１２および実装面側第２層基板１３と、実装面側第２層基板１３の枠内の実装面側第１層基板１２上に積層されたシールリング１８と、を有している。また、中間基板層１１の天井面側には、二つの開口部が設けられた略矩形フレーム状の天井面側基板１６と、その天井面側基板１６の二つの開口部を囲む枠上に積層されたシールリング１９とが設けられている。このような構成により、パッケージ１０には、中間基板層１１の実装面側を凹底部分として実装面の側に開口され、実装面側リッド８を接合することにより実装面側キャビティ５１を形成する凹部と、中間基板層１１の天井面側を凹底部分として天井面の側に開口され、天井面側リッド９を接合することにより第１の天井面側キャビティ５２Ａおよび第２の天井面側キャビティ５２Ｂとを形成する二つの凹部が設けられている。
パッケージ１０の天井面側において、第１の天井面側キャビティ５２Ａを形成する凹部の凹底部分となる中間基板層１１上には、音叉型水晶振動片２０が接合される複数の接続端子５６ａ，５６ｂが設けられている。また、第２の天井面側キャビティ５２Ｂを形成する凹部の凹底部分となる中間基板層１１上には、ＩＣチップ４０が接合される複数の接続端子５７が、ＩＣチップの外周部分近傍に設けられた複数の電極パッド４５（図１（ａ）を参照）と対応して配設されている。
また、図２に示すように、パッケージ１０の実装面側において、実装面側キャビティ５１を形成する凹部の凹底部分となる中間基板層１１上には、ＡＴカット水晶振動片３０が接合される複数の接続端子５５ａ，５５ｂが設けられている。また、パッケージ１０の実装面となる実装面側第２層基板１３上の長辺方向の両端部近傍には、外部実装基板と実装される複数の実装端子１５ａ〜１５ｄが設けられている。上記した各接続端子５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂ，５７や実装端子１５ａ〜１５ｄは、パッケージ１０に一つの回路配線を形成するように、各基板に形成された図示しない配線パターンまたはスルーホールなどの層内配線パターンにより、それぞれ対応する端子どうしが接続されている。
なお、上記したパッケージ１０の中間基板層１１、実装面側第１層基板１２、実装面側第２層基板１３、天井面側基板１６は、セラミックス絶縁材料などからなる。また、各基板に設けられた接続端子５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂ，５７や実装端子１５ａ〜１５ｄ、あるいはそれらを接続する配線パターンまたは層内配線パターンなどは、一般に、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などの金属配線材料をセラミックス絶縁材料上にスクリーン印刷して焼成し、その上にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などのめっきを施すことにより形成される。
次に、圧電発振器１の中間基板層１１から天井面側の構成について説明する。
図１に示すように、パッケージ１０の天井面側の二つのキャビティのうち、第１の天井面側キャビティ５２Ａ内には音叉型水晶振動片２０が接合されている。音叉型水晶振動片２０は、水晶基板を加工することにより形成された基部２３と、この基部２３の一端側（図１（ａ）において下端側）から二股に別れて互いに平行に延出する一対の振動腕２１，２２とを有する、所謂音叉状の外形にて形成されている。このような水晶基板の音叉状の外形は、水晶基板をフッ酸溶液などでウエットエッチングしたり、ドライエッチングすることにより精密に形成することができる。
図１に示すように、パッケージ１０の天井面側の二つのキャビティのうち、第１の天井面側キャビティ５２Ａ内には音叉型水晶振動片２０が接合されている。音叉型水晶振動片２０は、水晶基板を加工することにより形成された基部２３と、この基部２３の一端側（図１（ａ）において下端側）から二股に別れて互いに平行に延出する一対の振動腕２１，２２とを有する、所謂音叉状の外形にて形成されている。このような水晶基板の音叉状の外形は、水晶基板をフッ酸溶液などでウエットエッチングしたり、ドライエッチングすることにより精密に形成することができる。
図１（ａ）に示すように、振動腕２１，２２の一方の面（表側の面）には、駆動用の電極である励振電極２５ａ，２５ｂがそれぞれ設けられている。また、基部２３の各振動腕２１，２２が延出された一端側と異なる他端側近傍には、各励振電極２５ａ，２５ｂと引き回し配線によりそれぞれ接続された接続電極２７ａ，２７ｂが設けられている。これと同様に、図示はしないが、振動腕２１，２２の他方の面（裏側の面）には、励振電極２５ａ，２５ｂそれぞれと対向電極を構成する励振電極が設けられ、基部２３に設けられた接続電極と引き回し配線により接続されている。このような電極や配線は、水晶をエッチングして音叉型水晶振動片２０の外形を形成した後で、例えば、ニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層として、その上に、蒸着またはスパッタリングにより例えば金（Ａｕ）による電極層を成膜し、その後フォトリソグラフィを用いてパターニングすることにより形成することができる。
上記した音叉型水晶振動片２０は、基部２３に設けられた接続電極２７ａ，２７ｂが、第１の天井面側キャビティ５２Ａの凹部の凹底部分に設けられた対応する接続端子５６ａ，５６ｂに位置合わせした状態で導電性接着剤２６により接合され、振動腕２１，２２側が中間基板層１１と接触しないように隙間を空けた状態で片持ち支持されている（図１（ｂ）を参照）。なお、導電性接着剤２６としては、一般に、ポリイミド、シリコン系、またはエポキシ系などの樹脂に、銀（Ａｇ）フィラメント、またはニッケル（Ｎｉ）粉を混入したものが使用される。
また、パッケージ１０の天井面側の二つのキャビティのうち、第２の天井面側キャビティ５２Ｂ内には、音叉型水晶振動片２０やＡＴカット水晶振動片３０を発振させる発振回路などが集積されて形成され、主面（能動面）に複数の電極パッド４５を有するＩＣチップ４０が接合されている。本実施形態では、ＩＣチップ４０の複数の電極パッド４５に予め設けられた例えば金（Ａｕ）や半田などのバンプ４６（図１（ｂ）を参照）と、第２の天井面側キャビティ５２Ｂの凹部の凹底部分に設けられた対応する接続端子５７とを位置合わせしてから、所定の温度および圧力にて加熱および押圧することにより接合する所謂フェースダウン接合により接合されている。
なお、バンプ４６は、金や半田などからなるバンプに限らず、樹脂コアの表面に導電膜が形成された樹脂コアバンプなどを用いてもよく、また、例えば、導電性接着剤などの別の接合部材を用いる構成としてもよい。
なお、バンプ４６は、金や半田などからなるバンプに限らず、樹脂コアの表面に導電膜が形成された樹脂コアバンプなどを用いてもよく、また、例えば、導電性接着剤などの別の接合部材を用いる構成としてもよい。
パッケージ１０の天井面側基板１６上には、例えば金属製の天井面側リッド９が、鉄−ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）合金などをフレーム状に型抜きして形成されたシールリング１９を介してシーム溶接されている。これにより、パッケージ１０において、第１の天井面側キャビティ５２Ａ内に接合された音叉型水晶振動片２０、および第２の天井面側キャビティ５２Ｂ内に接合されたＩＣチップ４０が気密に封止されている。
〔圧電発振器（実装面側）〕
一方、図１（ｂ）および図２に示すように、パッケージ１０の実装面側キャビティ５１内には、ＡＴカット水晶振動片３０が接合されている。ＡＴカット水晶振動片３０は、水晶基板をＸ軸に平行でＺ軸から３５度１５分近辺の角度にて切り出した所謂ＡＴカット水晶板３１からなる。このＡＴカット水晶板３１の一方の主面には励振電極３５が設けられ、ＡＴカット水晶板３１の一端部近傍に設けられた接続電極３７ａに接続されている。なお、図示はしないが、ＡＴカット水晶板３１の他方の主面には、励振電極３５の対向電極としての励振電極が設けられていて、この励振電極が接続電極３７ａの近傍に設けられた接続電極３７ｂと接続されている。
一方、図１（ｂ）および図２に示すように、パッケージ１０の実装面側キャビティ５１内には、ＡＴカット水晶振動片３０が接合されている。ＡＴカット水晶振動片３０は、水晶基板をＸ軸に平行でＺ軸から３５度１５分近辺の角度にて切り出した所謂ＡＴカット水晶板３１からなる。このＡＴカット水晶板３１の一方の主面には励振電極３５が設けられ、ＡＴカット水晶板３１の一端部近傍に設けられた接続電極３７ａに接続されている。なお、図示はしないが、ＡＴカット水晶板３１の他方の主面には、励振電極３５の対向電極としての励振電極が設けられていて、この励振電極が接続電極３７ａの近傍に設けられた接続電極３７ｂと接続されている。
上記したＡＴカット水晶振動片３０は、接続電極３７ａ，３７ｂが、実装面側キャビティ５１の凹部の凹底部分に設けられた対応する接続端子５５ａ，５５ｂに位置合わせた状態で導電性接着剤３６により接合され、励振電極３５側が中間基板層１１と接触しない状態で隙間を空けて片持ち支持されている。
パッケージ１０の実装面側第２層基板１３上には、例えば金属製の実装面側リッド８が、鉄−ニッケル合金などからなるフレーム状のシールリング１８を介してシーム溶接され、これにより、パッケージ１０において、実装面側キャビティ５１内に接合されたＡＴカット水晶振動片３０が気密に封止されている。
上記実施形態の圧電発振器１によれば、中間基板層１１に隔てられた第１の天井面側キャビティ５２Ａに、温度に対する周波数の変動が比較的大きい２次の温度特性を有する音叉型水晶振動片２０が配置されている。これにより、音叉型水晶振動片２０に実装面からの温度が伝わりにくくなるので、圧電発振器１が実装された外部実装基板の急激な温度変化による周波数の変動を抑えることができる。
また、圧電発振器１の天井面側に第１の天井面側キャビティ５２Ａおよび第２の天井面側キャビティ５２Ｂを設け、それぞれの内部に音叉型水晶振動片２０およびＩＣチップ４０を設ける構成としているので、例えば、ＩＣチップ４０が動作中に発熱したときの熱が、２次の温度特性を有する音叉型水晶振動片２０に伝わりにくくなるので、音叉型水晶振動片２０の温度による周波数の変動をより抑える効果を奏する。
また、温度に対する周波数の変動が小さい３次の温度特性を有するＡＴカット水晶振動片３０を実装面側キャビティ５１内に配置し、その上方の第１の天井面側キャビティ５２Ａ内に音叉型水晶振動片２０を配置する縦配置となっているので、圧電発振器１の平面サイズの小型化が実現できる。
また、圧電発振器１の天井面側に第１の天井面側キャビティ５２Ａおよび第２の天井面側キャビティ５２Ｂを設け、それぞれの内部に音叉型水晶振動片２０およびＩＣチップ４０を設ける構成としているので、例えば、ＩＣチップ４０が動作中に発熱したときの熱が、２次の温度特性を有する音叉型水晶振動片２０に伝わりにくくなるので、音叉型水晶振動片２０の温度による周波数の変動をより抑える効果を奏する。
また、温度に対する周波数の変動が小さい３次の温度特性を有するＡＴカット水晶振動片３０を実装面側キャビティ５１内に配置し、その上方の第１の天井面側キャビティ５２Ａ内に音叉型水晶振動片２０を配置する縦配置となっているので、圧電発振器１の平面サイズの小型化が実現できる。
上記実施形態で説明した圧電発振器は、以下の変形例として実施することも可能である。
（変形例１）
上記実施形態では、ＩＣチップ４０を、２次の温度特性を有する音叉型水晶振動片２０とともに、パッケージ１０の中間基板層１１の天井面側に形成される第２の天井面側キャビティ５２Ｂ内に設ける構成とした。これに限らず、ＩＣチップ４０は、パッケージの中間基板層の実装面側のキャビティ内に設ける構成としてもよい。
図３および図４は、パッケージの実装面側キャビティ内にＩＣチップを設けた圧電発振器の変形例を説明するものであり、図３（ａ）は天井面側からみた模式平面図、（ｂ）は模式断面図、図４は実装面側からみた模式平面図である。なお、図３（ｂ）の断面図のうち、パッケージ１１０の中間基板層１１１より天井面側は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面を示し、中間基板層１１１の実装面側は、図４のＣ−Ｃ線断面を示している。また、本変形例の圧電発振器の構成のうち、上記実施形態の圧電発振器と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。
上記実施形態では、ＩＣチップ４０を、２次の温度特性を有する音叉型水晶振動片２０とともに、パッケージ１０の中間基板層１１の天井面側に形成される第２の天井面側キャビティ５２Ｂ内に設ける構成とした。これに限らず、ＩＣチップ４０は、パッケージの中間基板層の実装面側のキャビティ内に設ける構成としてもよい。
図３および図４は、パッケージの実装面側キャビティ内にＩＣチップを設けた圧電発振器の変形例を説明するものであり、図３（ａ）は天井面側からみた模式平面図、（ｂ）は模式断面図、図４は実装面側からみた模式平面図である。なお、図３（ｂ）の断面図のうち、パッケージ１１０の中間基板層１１１より天井面側は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面を示し、中間基板層１１１の実装面側は、図４のＣ−Ｃ線断面を示している。また、本変形例の圧電発振器の構成のうち、上記実施形態の圧電発振器と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。
図３に示すように、本変形例の圧電発振器１００は、中間基板層１１１の実装面側に実装面側キャビティ１５１を形成する凹部が設けられ、中間基板層１１１の天井面側に天井面側キャビティ１５２を形成する凹部が設けられたパッケージ１１０を備えている。パッケージ１１０の実装面側の凹部内には、３次の温度特性を有する圧電振動片としてのＡＴカット水晶振動片３０と、ＩＣチップ４０とが接合され、この凹部を覆うように実装面側リッド１０８が接合されることにより形成される実装面側キャビティ１５１内が気密に封止されている。また、パッケージ１１０の天井面の凹部内には、２次の温度特性を有する圧電振動片としての音叉型水晶振動片２０が接合され、この凹部を覆うように天井面側リッド１０９が接合されることにより形成される天井面側キャビティ１５２内が気密に封止されている。
図３（ｂ）および図４に示すように、パッケージ１１０は、略矩形の平板状の中間基板層１１１と、その中間基板層１１１の実装面側に順次積層された略矩形フレーム状の実装面側第１層基板１１２および実装面側第２層基板１１３と、実装面側第２層基板１１３の枠内の実装面側第１層基板１１２上に積層されたシールリング１１８と、を有している。また、中間基板層１１１の天井面側には、略矩形フレーム状の天井面側基板１１６と、その天井面側基板１１６上に積層されたシールリング１１９が設けられている。このような構成により、パッケージ１１０には、中間基板層１１１の実装面側を凹底部分として実装面の側に開口され、実装面側リッド１０８を接合することにより実装面側キャビティ１５１を形成する凹部と、中間基板層１１１の天井面側を凹底部分として天井面の側に開口され、天井面側リッド１０９を接合することにより天井面側キャビティ１５２を形成する凹部が設けられている。
パッケージ１０の天井面側において、天井面側キャビティ１５２を形成する凹部の凹底部分となる中間基板層１１１上には、音叉型水晶振動片２０が接合される接続端子１５６ａ，１５６ｂが設けられている。
また、パッケージ１０の実装面側において、実装面側キャビティ１５１を形成する凹部の凹底部分となる中間基板層１１１上には、ＡＴカット水晶振動片３０が接合される接続端子１５５ａ，１５５ｂと、ＩＣチップの外周部分近傍に設けられた複数の電極パッド４５と対応して配設されＩＣチップ４０が接合される複数の接続端子１５７とが設けられている。
さらに、パッケージ１１０の実装面となる実装面側第２層基板１１３上の長辺方向の両端部近傍には、複数の実装端子１１５ａ〜１１５ｄが設けられている。上記した各接続端子１５５ａ，１５５ｂ，１５６ａ，１５６ｂ，１５７や実装端子１１５ａ〜１１５ｄは、パッケージ１０において一つの回路配線を形成するように、各基板に形成された図示しない配線パターンまたはスルーホールなどの層内配線パターンにより、それぞれ対応する端子が接続されている。
また、パッケージ１０の実装面側において、実装面側キャビティ１５１を形成する凹部の凹底部分となる中間基板層１１１上には、ＡＴカット水晶振動片３０が接合される接続端子１５５ａ，１５５ｂと、ＩＣチップの外周部分近傍に設けられた複数の電極パッド４５と対応して配設されＩＣチップ４０が接合される複数の接続端子１５７とが設けられている。
さらに、パッケージ１１０の実装面となる実装面側第２層基板１１３上の長辺方向の両端部近傍には、複数の実装端子１１５ａ〜１１５ｄが設けられている。上記した各接続端子１５５ａ，１５５ｂ，１５６ａ，１５６ｂ，１５７や実装端子１１５ａ〜１１５ｄは、パッケージ１０において一つの回路配線を形成するように、各基板に形成された図示しない配線パターンまたはスルーホールなどの層内配線パターンにより、それぞれ対応する端子が接続されている。
図３に示すように、パッケージ１１０の天井面側キャビティ１５２内には、音叉型水晶振動片２０が接合されている。具体的には、音叉型水晶振動片２０の基部２３に設けられた接続電極２７ａ，２７ｂが、天井面側キャビティ１５２の凹部の凹底部分である中間基板層１１１上に設けられた対応する接続端子１５６ａ，１５６ｂに位置合わせた状態で導電性接着剤２６により接合され、振動腕２１，２２側が中間基板層１１１と接触しないように隙間を空けた状態で片持ち支持されている（図３（ｂ）を参照）。
そして、パッケージ１１０の天井面側基板１１６上に、天井面側リッド１０９がシールリング１１９を介してシーム溶接され、天井面側キャビティ１５２内に接合された音叉型水晶振動片２０が気密に封止されている。
そして、パッケージ１１０の天井面側基板１１６上に、天井面側リッド１０９がシールリング１１９を介してシーム溶接され、天井面側キャビティ１５２内に接合された音叉型水晶振動片２０が気密に封止されている。
一方、図３（ｂ）および図４に示すように、パッケージ１１０の実装面側キャビティ１５１内には、ＡＴカット水晶振動片３０およびＩＣチップ４０が接合されている。
ＡＴカット水晶振動片３０は、接続電極３７ａ，３７ｂが、実装面側キャビティ１５１の凹部の凹底部分に設けられた対応する接続端子１５５ａ，１５５ｂに位置合わせた状態で導電性接着剤３６により接合され、励振電極３５側が中間基板層１１１と接触しない状態で隙間を空けて片持ち支持されている。
また、ＩＣチップ４０は、複数の電極パッド４５に予め設けられた金や半田などのバンプ４６と、実装面側キャビティ１５１の凹部の凹底部分である中間基板層１１１の実装面側に設けられた対応する接続端子１５７とを位置合わせしてから、所定の温度および圧力にて加熱および押圧するフェースダウン接合により接合されている。
パッケージ１１０の実装面側第２層基板１１３上には、実装面側リッド１０８がシールリング１１８を介してシーム溶接され、実装面側キャビティ１５１内に接合されたＡＴカット水晶振動片３０およびＩＣチップ４０が気密に封止されている。
ＡＴカット水晶振動片３０は、接続電極３７ａ，３７ｂが、実装面側キャビティ１５１の凹部の凹底部分に設けられた対応する接続端子１５５ａ，１５５ｂに位置合わせた状態で導電性接着剤３６により接合され、励振電極３５側が中間基板層１１１と接触しない状態で隙間を空けて片持ち支持されている。
また、ＩＣチップ４０は、複数の電極パッド４５に予め設けられた金や半田などのバンプ４６と、実装面側キャビティ１５１の凹部の凹底部分である中間基板層１１１の実装面側に設けられた対応する接続端子１５７とを位置合わせしてから、所定の温度および圧力にて加熱および押圧するフェースダウン接合により接合されている。
パッケージ１１０の実装面側第２層基板１１３上には、実装面側リッド１０８がシールリング１１８を介してシーム溶接され、実装面側キャビティ１５１内に接合されたＡＴカット水晶振動片３０およびＩＣチップ４０が気密に封止されている。
上記変形例１の圧電発振器１００によれば、上記実施形態の圧電発振器１と同様に、２次の温度特性を有する音叉型水晶振動片２０を実装面から離されていることにより、音叉型水晶振動片２０の実装面からの熱が伝わりにくくなるので、外部実装基板から加わる温度による音叉型水晶振動片２０の周波数の変動を抑えることができる。
（変形例２）
上記実施形態の圧電発振器１では、パッケージ１０の実装面側に第１の天井面側キャビティ５２Ａおよび第２の天井面側キャビティ５２Ｂを設け、それぞれに２次の温度特性を有する音叉型水晶振動片２０およびＩＣチップ４０を接合して別々に封止する構成とした。これに限らず、音叉型水晶振動片２０とＩＣチップ４０とを、一つの天井面側キャビティ内に接合して封止する構成としてもよい。
図５は、本変形例の圧電発振器を説明するものであり、（ａ）は、天井面側からみた模式平面図、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ線断面を示す模式断面図である。なお、本変形例は、一つの天井面側キャビティ内に音叉型水晶振動片とＩＣチップとを接合すること以外は、上記実施形態の圧電発振器１の構成と同じであるため、本変形例の圧電発振器の構成のうち、上記実施形態の圧電発振器と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。
上記実施形態の圧電発振器１では、パッケージ１０の実装面側に第１の天井面側キャビティ５２Ａおよび第２の天井面側キャビティ５２Ｂを設け、それぞれに２次の温度特性を有する音叉型水晶振動片２０およびＩＣチップ４０を接合して別々に封止する構成とした。これに限らず、音叉型水晶振動片２０とＩＣチップ４０とを、一つの天井面側キャビティ内に接合して封止する構成としてもよい。
図５は、本変形例の圧電発振器を説明するものであり、（ａ）は、天井面側からみた模式平面図、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ線断面を示す模式断面図である。なお、本変形例は、一つの天井面側キャビティ内に音叉型水晶振動片とＩＣチップとを接合すること以外は、上記実施形態の圧電発振器１の構成と同じであるため、本変形例の圧電発振器の構成のうち、上記実施形態の圧電発振器と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。
図５（ｂ）に示すように、本変形例の圧電発振器２００は、中間基板層１１の実装面側に実装面側キャビティ５１が形成され、中間基板層１１の天井面側に天井面側キャビティ２５２を形成する凹部が設けられたパッケージ２１０を備えている。パッケージ２１０の実装面側の凹部内には、３次の温度特性を有するＡＴカット水晶振動片３０が接合され、この凹部を覆うように実装面側リッド８が接合されることにより形成される実装面側キャビティ５１内が気密に封止されている。また、パッケージ２１０の天井面の凹部内には、２次の温度特性を有する音叉型水晶振動片２０と、ＩＣチップ４０とが接合され、この凹部を覆うように天井面側リッド２０９が接合されることにより形成される天井面側キャビティ２５２内が気密に封止されている。
図５（ｂ）に示すように、パッケージ２１０は、略矩形の平板状の中間基板層１１と、その中間基板層１１の実装面側に順次積層された略矩形フレーム状の実装面側第１層基板１２および実装面側第２層基板１３と、実装面側第２層基板１３の枠内の実装面側第１層基板１２上に積層されたシールリング１８と、を有している。また、中間基板層１１の天井面側には、略矩形フレーム状の天井面側基板２１６と、その天井面側基板２１６上に積層されたシールリング２１９が設けられている。このような構成により、パッケージ２１０には、中間基板層１１の実装面側を凹底部分として実装面の側に開口され、実装面側リッド８を接合することにより実装面側キャビティ５１を形成する凹部と、中間基板層１１の天井面側を凹底部分として天井面の側に開口され、天井面側リッド２０９を接合することにより天井面側キャビティ２５２を形成する凹部が設けられている。
パッケージ２１０の天井面側において、天井面側キャビティ２５２を形成する凹部の凹底部分となる中間基板層１１上には、音叉型水晶振動片２０が接合される接続端子２５６ａ，２５６ｂと、ＩＣチップ４０が接合される複数の接続端子２５７が、ＩＣチップの外周部分近傍に設けられた複数の電極パッド４５（図５（ａ）を参照）と対応して配設されている。
また、パッケージ２１０の実装面側において、実装面側キャビティ５１を形成する凹部の凹底部分となる中間基板層１１上には、ＡＴカット水晶振動片３０が接合される接続端子５５ａが設けられている。
また、パッケージ２１０の実装面側において、実装面側キャビティ５１を形成する凹部の凹底部分となる中間基板層１１上には、ＡＴカット水晶振動片３０が接合される接続端子５５ａが設けられている。
図５に示すように、パッケージ２１０の天井面側キャビティ２５２内には、音叉型水晶振動片２０とＩＣチップ４０とが接合されている。本変形例のＩＣチップ４０は、音叉型水晶振動片２０およびＡＴカット水晶振動片３０を発振させる発振回路とともに、温度補償回路を有し、具体的には温度センサ素子を含む半導体回路素子である。
音叉型水晶振動片２０は、その基部２３に設けられた接続電極２７ａ，２７ｂが、天井面側キャビティ２５２の凹部の凹底部分である中間基板層１１上に設けられた対応する接続端子２５６ａ，２５６ｂに位置合わせた状態で導電性接着剤２６により接合され、振動腕２１，２２側が中間基板層１１と接触しないように隙間を空けた状態で片持ち支持されている。
また、ＩＣチップ４０は、複数の電極パッド４５に予め設けられた金や半田などのバンプ４６と、天井面側キャビティ２５２の凹部の凹底部分である中間基板層１１の実装面側に設けられた対応する接続端子２５７とを位置合わせしてから、所定の温度および圧力にて加熱および押圧するフェースダウン接合により接合されている。
そして、パッケージ２１０の天井面側基板２１６上に、リッド２０９がシールリング２１９を介してシーム溶接され、天井面側キャビティ２５２内に接合された音叉型水晶振動片２０およびＩＣチップ４０が気密に封止されている。
音叉型水晶振動片２０は、その基部２３に設けられた接続電極２７ａ，２７ｂが、天井面側キャビティ２５２の凹部の凹底部分である中間基板層１１上に設けられた対応する接続端子２５６ａ，２５６ｂに位置合わせた状態で導電性接着剤２６により接合され、振動腕２１，２２側が中間基板層１１と接触しないように隙間を空けた状態で片持ち支持されている。
また、ＩＣチップ４０は、複数の電極パッド４５に予め設けられた金や半田などのバンプ４６と、天井面側キャビティ２５２の凹部の凹底部分である中間基板層１１の実装面側に設けられた対応する接続端子２５７とを位置合わせしてから、所定の温度および圧力にて加熱および押圧するフェースダウン接合により接合されている。
そして、パッケージ２１０の天井面側基板２１６上に、リッド２０９がシールリング２１９を介してシーム溶接され、天井面側キャビティ２５２内に接合された音叉型水晶振動片２０およびＩＣチップ４０が気密に封止されている。
一方、図５（ｂ）に示すように、パッケージ２１０の実装面側キャビティ５１内には、ＡＴカット水晶振動片３０が接合されている。ＡＴカット水晶振動片３０は、実装面側キャビティ５１の凹部の凹底部分に設けられた接続端子５５ａに位置合わせた状態で導電性接着剤３６により接合され、励振電極３５側が中間基板層１１と接触しない状態で隙間を空けて片持ち支持されている。
パッケージ２１０の実装面側第２層基板１３上には、実装面側リッド８がシールリング１８を介してシーム溶接され、実装面側キャビティ５１内に接合されたＡＴカット水晶振動片３０が気密に封止されている。
パッケージ２１０の実装面側第２層基板１３上には、実装面側リッド８がシールリング１８を介してシーム溶接され、実装面側キャビティ５１内に接合されたＡＴカット水晶振動片３０が気密に封止されている。
上記変形例２の圧電発振器２００によれば、温度センサ素子を含むＩＣチップ４０と、音叉型水晶振動片２０とが、略同じ温度雰囲気内に曝されることにより、圧電発振器２００において、より安定した発振特性を得ることができる。
以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態およびその変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態および変形例では、２次の温度特性を有する圧電振動片として音叉型水晶振動片２０を使用する例を説明した。これに限らず、音叉型水晶振動片２０の他の２次の温度特性を有する圧電振動片、例えば、ＳＡＷ共振子などを使用しても、上記実施形態および変形例の圧電発振器において説明した効果と同様な効果を奏する。
また、上記実施形態および変形例では、音叉型水晶振動片２０やＡＴカット水晶振動片などの圧電振動片を、パッケージ１０，１１０，２１０に形成される凹部の凹底部分に設けられた接続端子上に接合する構成を説明した。これに限らず、パッケージの凹部内に複数の段差を設け、この段差のうちのいずれかの段差上に接続端子を設けて、圧電振動片を接合する構成としてもよい。この場合、音叉型水晶振動片２０およびＡＴカット振動子の励振電極が設けられた自由端側を、接続端子が設けられた段差の高さ分だけ浮かすことができるので、振動や落下などの衝撃などにより各圧電振動片がパッケージに衝突して破損するなどの不具合を回避することができ、耐衝撃性を向上させることができる。
また、パッケージは、上記実施形態および変形例で説明した積層構造を有するものでなく、初めから一体化した形のものを成形するようにしてもよい。
また、パッケージは、上記実施形態および変形例で説明した積層構造を有するものでなく、初めから一体化した形のものを成形するようにしてもよい。
また、上記実施形態および変形例では、ＩＣチップ４０をパッケージ１０，１１０，２１０にフェースダウン接合により接合した。これに限らず、例えばワイヤボンディングなどの他の接合方法により接合する構成としてもよい。
また、上記実施形態および変形例のように、ＩＣチップ４０をパッケージ１０，１１０，２１０に直接接合する方法に限らず、別途用意した配線基板に実装したＩＣチップ実装基板をパッケージ１０，１１０，２１０に接合する構成としてもよく、この場合、その実装基板に、適宜にコンデンサなどの回路素子を含む構成とすることもできる。
また、上記実施形態および変形例のように、ＩＣチップ４０をパッケージ１０，１１０，２１０に直接接合する方法に限らず、別途用意した配線基板に実装したＩＣチップ実装基板をパッケージ１０，１１０，２１０に接合する構成としてもよく、この場合、その実装基板に、適宜にコンデンサなどの回路素子を含む構成とすることもできる。
また、上記実施形態および変形例で説明した２次の温度特性を有する圧電振動片としての音叉型水晶振動片や、３次の温度特性を有する圧電振動片としてのＡＴカット水晶振動片などの、水晶からなる圧電振動片について説明した。これに限らず、水晶以外に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ほう酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウム、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）などの薄膜圧電材料を積層させて構成された圧電材料からなる圧電振動片を用いることもできる。
また、上記実施形態および変形例では、音叉型水晶振動片２０およびＡＴカット水晶振動片３０の電極や電極間配線、あるいは引き回し配線などの形成用金属材料として、ニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層としてその上に蒸着またはスパッタリングにより、例えば金（Ａｕ）による電極層を成膜したものを用いる例を説明した。これに限定されず、例えば、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属材料を用いることもできる。また、マグネシウム（Ｍｇ）などを用いることも可能である。
また、上記実施形態および変形例では、圧電発振器１，１００，２００の用途について特に説明していないが、信号の基準周波数を発振する発振器と時刻の基準信号を発振する発振器の両方に併用できるのは勿論であり、あるいは、基準周波数を発振する発振器として単独に用い、また、時刻の基準信号を発振する発振器として単独に用いることも自在にできる。
１，１００，２００…圧電発振器、８，１０８…実装面側リッド、９，１０９，２０９…天井面側リッド、１０，１１０，１２０…パッケージ、１１、１１１…中間基板層、１２，１１２…実装面側第１層基板、１３，１１３…実装面側第２層基板、１５ａ〜１５ｄ，１１５ａ〜１１５ｄ…実装端子、１６，１１６，２１６…天井面側基板、１８，１９，１１８，１１９，２１９…シールリング、２０…２次の温度特性を有する圧電振動片としての音叉型水晶振動片、２１，２２…振動腕、２３…基部、２５ａ，２５ｂ…音叉型水晶振動片の励振電極、２６，３６…導電性接着剤、２７ａ，２７ｂ…音叉型水晶振動片の接続電極、３０…３次の温度特性を有する圧電振動片としてのＡＴカット水晶振動片、３５…ＡＴカット水晶振動片の励振電極、３７ａ，３７ｂ…ＡＴカット水晶振動片の接続電極、４０…半導体回路素子としてのＩＣチップ、４５…電極パッド、４６…バンプ、５１，１５１…実装面側キャビティ、５２Ａ…第１の天井面側キャビティ、５２Ｂ…第２の天井面側キャビティ、１５２，２５２…天井面側キャビティ、５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂ，５７，１５５ａ，１５５ｂ，１５６ａ，１５６ｂ，１５７，２５６ａ，２５６ｂ…接続端子。
Claims (3)
- ２次の温度特性を有する圧電振動片と、
３次の温度特性を有する圧電振動片と、
前記２次の温度特性を有する圧電振動片および前記３次の温度特性を有する圧電振動片を発振させる半導体回路素子と、がパッケージに収容され、
少なくとも前記２次の温度特性を有する圧電振動片と前記３次の温度特性を有する圧電振動片とが前記パッケージにおいて縦配置にて配置されている圧電発振器であって、
前記パッケージは、
中間基板層と、
前記中間基板層の実装面の側を凹底部分として設けられた凹部の開口部側に実装面側リッドが接合されることにより形成される実装面側キャビティと、
前記中間基板層の前記実装面側キャビティとは反対側となる天井面側を凹底部分として設けられた凹部の開口部側に天井面側リッドが接合されることにより形成される天井面側キャビティと、を有し、
前記実装面側キャビティ内に前記３次の温度特性を有する圧電振動片が接合され、
前記天井面側キャビティ内に前記２次の温度特性を有する圧電振動片が接合されていることを特徴とする圧電発振器。 - 請求項１に記載の圧電発振器において、
前記半導体回路素子が前記天井面側キャビティ内に接合されていることを特徴とする圧電発振器。 - 請求項２に記載の圧電発振器において、
前記半導体回路素子は温度センサ素子を含み、
前記２次の温度特性を有する圧電振動片と前記半導体回路素子とが一つの前記天井面側キャビティ内に接合されていることを特徴とする圧電発振器。
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