JP5910351B2

JP5910351B2 - 表面実装型圧電発振器

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Publication number: JP5910351B2
Application number: JP2012145911A
Authority: JP
Inventors: 嘉泰桃尾; 琢也古城
Original assignee: Daishinku Corp
Current assignee: Daishinku Corp
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2032-06-28
Also published as: JP2013176032A

Description

本発明は、絶縁性のベース上に圧電振動素子と集積回路素子が実装された表面実装型圧電発振器に関するものであって、特に表面実装型圧電発振器のパッケージ構造を改善するものである。

水晶振動板等の圧電振動素子を用いた圧電発振器は、安定して精度の高い発振周波数を得ることができるため、電子機器等の基準周波数源として多種の分野で使用されている。表面実装型圧電発振器では、絶縁性のベースとしてセラミック多層基板を用い、当該ベースの収納部に発振回路用の集積回路素子を配置するとともに、当該集積回路素子の上方に水晶振動板を支持固定し、蓋により気密封止を行ったものである。このような構成は集積回路素子のカスタム化により比較的部品点数が少なく、シンプルな構成であり、低コスト化に寄与している。

このような圧電発振器においてはパッケージを気密封止した後、圧電振動素子単独の特性については外部から測定するために、特許文献１に示すように、セラミックベースに圧電振動素子の入出電極を直接パッケージ外部に導出する構成が考えられている。つまり圧電振動素子単体の入出電極と接続されるようにセラミックベースにメタライズ配線パターンを形成し、当該メタライズ配線パターンをセラミックベースの側端部の一部に形成されたキャスタレーション部分に引き出すことで測定端子を構成している。このように構成された圧電発振器の測定端子と圧電振動素子特性測定装置のコンタクトプローブとを接触した状態で計測することで、他の回路部品が介在しない発振回路全体としての特性ではなく、圧電振動素子の特性を測定することができる。

ところで特許文献１にも示すように、近年の表面実装型圧電発振器では、セラミックのベースの収納部にＣ−ＭＯＳなどのインバータ増幅器（発振用増幅器）を内蔵したワンチップの集積回路素子と発振基準源としての圧電振動素子とを搭載して発振回路を構成するのが一般的なものとなっている。例えばＣ−ＭＯＳインバータの発振回路構成としては、図１に示すように、Ｃ−ＭＯＳインバータの入力側（ゲート側Ｇ）と出力側（ドレイン側Ｄ）にそれぞれ容量素子（分割コンデンサＣ１，Ｃ２）が直列で接続されており、このＣ−ＭＯＳインバータと前記容量素子との間に、圧電振動素子と帰還抵抗Ｒとが並列で接続されている。なお、この発振回路では圧電振動素子の単体での電気的特性を計測するための測定用外部端子Ｘ１，Ｘ２と、出力用の搭載外部端子Ｏについて開示しているが、他の搭載外部端子（電源等）については図示していない。

特開２００４−２１４７９９号公報

このような発振用増幅器を内蔵した発振回路構成では、それぞれ容量素子（分割コンデンサＣ１，Ｃ２）に浮遊容量が存在するが、Ｃ−ＭＯＳなどのインバータ増幅器（発振用増幅器）の入力側（ゲート側Ｇ）に形成される場合とその出力側（ドレイン側Ｄ）に形成される場合とで発振回路特性に与える影響度は大きく異なっている。Ｃ−ＭＯＳなどのインバータ増幅器（発振用増幅器）の入力側（ゲート側Ｇ）に浮遊容量が大きく形成されると、周波数決定に伴う発振回路設計にばらつきが生じやすくなる。この様な問題点は、特に出力周波数を外部制御電圧によって可変する調整機能が付加された電圧制御型圧電発振器では、浮遊容量により周波数可変量や周波数可変感度、周波数可変バランスなどに対して悪影響を受けやすい。

このような問題点に対して、上述のような表面実装型圧電発振器の配線パターン構造では、発振用増幅器を内蔵した発振回路構成に対する浮遊容量の悪影響をできるだけ軽減させるような考慮がなされていないのが一般的である。つまり、表面実装型圧電発振器の各端子間の接続配置等によっては、各端子間の接続に寄与しない配線パターン領域（以下、枝配線パターンと称する。）が形成されてしまうことがあった。特に絶縁性のベースとしてセラミック多層基板を用いたものでは、また各端子を含む配線パターンがメタライズ（タングステン、モリブデン等）により形成され、当該メタライズの上面に導通性能や各種電子部品との接合性能を高めるために金属メッキ（ニッケル膜の上面に金膜など）が施されることになるが、当該金属メッキを形成する際に、配線パターンの一部には、各端子間の接続に寄与しないメッキ形成用に延出された枝配線パターンがどうしても形成されてしまうことがあった。このような枝配線パターンが新たな浮遊容量として発振用増幅器を内蔵した発振回路に影響を与えることになるが、従来の表面実装型圧電発振器では枝配線パターンによる上述のような浮遊容量の悪影響について何ら考慮されていないのが現状であった。特に小型の表面実装型圧電発振器のパッケージ構造ではその影響が大きくなるため、配線パターンによる浮遊容量の悪影響を改善することが求められている。

そこで、上記課題を解決するために、本発明は、発振用増幅器を内蔵した発振回路構成の表面実装型圧電発振器に対して、その配線パターンによって生じる浮遊容量の悪影響を軽減し、その発振回路設計のばらつきをなくし、その電気的特性を高めることができるより信頼性の高い表面実装型圧電発振器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の特許請求項１に示すように、表面実装型圧電発振器であって、発振用増幅器を内蔵し、少なくとも当該発振用増幅器の入力側に接続される入力側パッドと、前記発振用増幅器の出力側と接続されると出力側パッドとが形成された集積回路素子と、前記集積回路素子の入力側パッドと出力側パッドとの各々に接続される一対の励振電極が形成された圧電振動素子と、セラミック基板により収納部が構成され、当該収納部に形成された内部端子パッドと外部表面に形成された外部端子パッドとこれらを接続する配線パターンとを有する絶縁性のベースとがあり、前記ベースの配線パターンの一部には、前記内部端子パッド間あるいは前記内部端子パッドと前記外部端子パッド間の接続ライン以外に延出された枝配線パターンが形成されており、前記ベースの内部端子パッドには、前記集積回路素子の入力側パッドと接続される入力内部端子パッドと、前記集積回路素子の出力側パッドと接続される出力内部端子パッドと、前記圧電振動素子の一方の励振電極と接続される第１内部端子パッドと、前記圧電振動素子の他方の励振電極と接続される第２内部端子パッドとを少なくとも有し、前記ベースの外部端子パッドには、前記第１内部端子パッドと接続されるとともにセラミック基板の外周のキャスタレーションの上面に形成された第１測定用外部端子パッドと、前記第２内部端子パッドと接続される第２測定用外部端子パッドとを少なくとも有し、前記ベースの配線パターンには、前記入力内部端子パッドと第１内部端子パッドとを接続する入力配線パターンと、前記出力内部端子パッドと第２内部端子パッドとを接続する出力配線パターンと、前記第１内部端子パッドと第１測定用外部端子パッドとを接続する第１測定用配線パターンと、前記第２内部端子パッドと第２測定用外部端子パッドとを接続する第２測定用配線パターンとを少なくとも有しており、前記入力配線パターン、前記第１内部端子パッド、および前記第１測定用配線パターンには、枝配線パターンを形成しないことを特徴とする。

上記構成により、各端子パッド間の接続配置の設計自由度を低下させることがなく、かつ各配線パターンの製造を容易にするための枝配線パターンを前記ベースの配線パターンの一部に形成することができるとともに、発振回路のうち浮遊容量の悪影響を最も受けやすい集積回路素子の発振用増幅器の入力側に接続される前記ベースの入力配線パターンには、枝配線パターンによって新たな浮遊容量が増大して形成されることが一切なくなる。結果として、発振用増幅器を内蔵した集積回路素子と圧電振動素子とを有する表面実装型圧電発振器によって構成される発振回路全体としての浮遊容量による悪影響を軽減することができる。つまり、表面実装型圧電発振器の発振回路の周波数決定に伴う設計ばらつきが抑えられる。特に電圧制御型圧電発振器では周波数可変量や周波数可変感度が低下することがなくなり、周波数可変バランスも良好なものとすることができる。

また、各端子パッド間の接続配置の設計自由度を低下させることがなく、かつ各配線パターンの製造を容易にするための枝配線パターンを前記ベースの配線パターンの一部に形成することができるとともに、発振回路のうち浮遊容量の悪影響を最も受けやすい集積回路素子の発振用増幅器の入力側に接続される前記ベースの第１内部端子パッドおよび第１測定用配線パターンには、枝配線パターンによって新たな浮遊容量が増大して形成されることが一切なくなる。結果として、発振用増幅器を内蔵した集積回路素子と圧電振動素子とを有する表面実装型圧電発振器によって構成される発振回路全体としての浮遊容量による悪影響を軽減することができる。つまり、表面実装型圧電発振器の発振回路の周波数決定に伴う設計ばらつきが抑えられる。特に電圧制御型圧電発振器では周波数可変量や周波数可変感度が低下することがなくなり、周波数可変バランスも良好なものとすることができる。

また、本発明の特許請求項２に示すように、上述の構成に加え、前記ベースは平面視形状が矩形状のセラミック多層基板により側壁部と収納部が構成され、前記内部端子パッドと外部端子パッドとこれらを接続する配線パターンがメタライズにより形成され、当該メタライズの外部表面に金属メッキが施されるとともに、前記枝配線パターンは前記ベースの外表面に露出しない状態で側壁部内のみに形成され、当該枝配線パターンの端部が前記セラミック多層基板の端部に外部端子を構成しない状態で延出されてなることを特徴とする。

上記構成により、上述の作用効果に加えて、前記枝配線パターンは前記ベースの外表面に露出しない状態で側壁部内のみに形成され、当該枝配線パターンの端部が前記セラミック多層基板の端部に外部端子を構成しない状態で延出されているので、集積回路素子や圧電振動素子などの部品搭載や接合に伴う短絡の問題が生じることもない。

また、本発明の特許請求項３に示すように、上述の構成に加え、前記ベースは３層以上の平面視形状が矩形状のセラミック基板が積層されることにより側壁部と収納部が構成され、前記収納部の内底面に前記集積回路素子を搭載し、前記収納部の同一空間で前記集積回路素子の上部に前記側壁部の一部が突出した保持台を介在して前記圧電振動素子を搭載することで、前記集積回路素子の入力側パッドと接続される入力内部端子パッドと、前記圧電振動素子の励振電極と接続される第１内部端子パッドとがセラミック基板の収納部の異層面に形成されており、前記入力配線パターンのうち異層面間を接続する配線部を集積回路素子用の収納部に面する前記保持台の側壁に沿って表面に露出した状態で形成したことを特徴とする。

上記構成により、上述の作用効果に加えて、前記入力配線パターンのうち異層面間を接続する配線部を集積回路素子用の収納部に面する前記保持台の側壁に沿って表面に露出した状態で形成しているので、積層部分の配線面積が小さくなり、その他の配線パターンの引き回しが容易になるだけでなく、小型化にも有効である。さらに入力配線パターンの長さを短くすることができ、発振用増幅器を内蔵した集積回路素子と圧電振動素子とを有する表面実装型圧電発振器によって構成される発振回路全体としての浮遊容量による悪影響をさらに軽減することができる。

以上のように、本発明は、発振用増幅器を内蔵した発振回路構成の表面実装型圧電発振器に対して、その配線パターンによって生じる浮遊容量の悪影響を軽減し、その発振回路設計のばらつきをなくし、その電気的特性を高めることができるより信頼性の高い表面実装型圧電発振器を提供することができる。

本発明に適用される発振回路を示した図。本発明の実施形態を示す圧電振動素子を搭載し蓋を封止する前のベースの平面図。図２の集積回路素子と圧電振動素子を搭載する前のベースの平面図。図２のベースの圧電振動素子搭載面の上層を示す平面図。図２のベースの集積回路素子搭載面の上層を示す平面図。図２の底面図図２の蓋を封止した状態のＡ−Ａ線に沿った断面図。本発明に適用される集積回路素子の底面図。本発明の他の実施形態を示す集積回路素子と圧電振動素子を搭載する前のベースの平面図図９の集積回路素子と圧電振動素子を搭載し蓋を封止した状態のＢ−Ｂ線に沿った断面図

以下、本発明による好ましい実施形態につきセラミック多層基板のベースを用いた表面実装型水晶発振器（表面実装型圧電発振器）を例にとり図面とともに説明する。図１は本発明の表面実装型水晶発振器に適用される発振回路を示した図であり、図２は本発明の実施形態を示す圧電振動素子を搭載し蓋を封止する前のベースの平面図、図３は図２の集積回路素子と圧電振動素子を搭載する前のベースの平面図、図４は図２のベースの圧電振動素子搭載面の上層を示す平面図、図５は図２のベースの集積回路素子搭載面の上層を示す平面図、図６は図２の底面図、図７は図２の蓋を封止した状態のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図８は本発明の表面実装型水晶発振器に適用される集積回路素子を示した底面図である。図９は本発明の他の実施形態を示す集積回路素子と圧電振動素子を搭載する前のベースの平面図であり、図１０は図９の集積回路素子と圧電振動素子を搭載し蓋を封止した状態のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

表面実装型水晶発振器６は、上部が開口した凹部を有する絶縁性のセラミック多層基板からなるベース１（以下、ベースと称する）と、当該ベースの中に収納される集積回路素子２と、同じく当該ベース中の上部に収納される圧電振動素子３と、ベースの開口部に接合される蓋４とからなる。この表面実装型水晶発振器では、ベース１と蓋４とが後述する封止材５を用いて加熱溶融接合されて気密封止され、表面実装型水晶発振器６が構成されている。以下、この表面実装型水晶発振器６の各構成について説明する。

セラミック多層基板のベース１は全体として直方体で、最下層であるアルミナ等のセラミック材料からなる平面視矩形状の一枚板の底部１１と、この底部１１上に積層した中間層のセラミック材料の平面視枠形状の堤部１２と、最上層のセラミック材料の平面視枠形状の堤部１３とから構成され、断面でみて凹形の収納部１０を有する箱状体に形成されている。前記収納部１０の周囲には堤部（側壁部）１２，１３が形成されており、当該堤部１３の上面（端面）は平坦に形成されている。収納部１０は第１の収納部１０ａ（下部収納部）と第２の収納部１０ｂ（上部収納部）からなり、それぞれ集積回路素子２と圧電振動素子３が収納される。なお、セラミック多層基板として本形態のように３層構造のベースに限定されるものではなく、ベースの収納部の構造に応じて単層や２層の構成でもよく、４層以上で構成してもよい。

前記セラミック多層基板のベース１の最上層である堤部１３の上面（端面）は平坦であり、後述する蓋４との接合領域（金属膜）１３ａである。この接合領域１３ａは、タングステンあるいはモリブデン等のメタライズ材料からなるメタライズ層と、このメタライズ層に積層されたニッケル層と、このニッケル層に積層された金層とから構成される。タングステンあるいはモリブデンは厚膜印刷技術を活用してメタライズ技術によりセラミック焼成時に一体的に形成され、メタライズ層上にニッケル層、金層の順でメッキ形成される。

ベース１の外周壁の四角には上下方向に伸長する複数のキャスタレーションＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が形成され、ベース１の外周壁の辺の一部には上下方向に伸長する２つのキャスタレーションＣ５，Ｃ６が形成されている。当該キャスタレーションはベースの外周壁に対して円弧状あるいは半長円状の切り欠きが上下方向に形成された構成である。なお、前記接合領域１３ａはベースの堤部１２，１３を上下に貫通接続する導電ビアＶ２やキャスタレーションＣ２上部に形成された配線パターンＨ４のいずれか少なくとも一方により、ベース底面側に形成された外部端子パッドＧＴ２の一部に電気的に導出されている。当該外部端子パッドＧＴ２をアース接続することにより、後述する金属製の蓋が接合領域１３ａ、導電ビアやキャスタレーション上部の配線パターンＨ４などを介して接地され、表面実装型水晶発振器の電磁気的なシールド効果を得ることができる。

ベース１内部において、下方面には前記堤部（側壁部）１２により構成され、集積回路素子２を収納する第１の収納部１０ａが形成され、当該第１の収納部の底面から上部に突出し、後述する圧電振動素子の端部を保持する保持台１０ｃと、前記第１の収納部を介して前記保持台と対向位置する枕部１０ｄが形成されている。また前記第１の収納部１０ａの上方には前記堤部（側壁部）１３により構成された第２の収納部１０ｂが形成されている。

前記セラミック多層基板のベース１の最下層である底部１１の上面（前記第１の収納部１０ａの内底面）には、後述する集積回路素子２と接続される複数の内部端子パッドＮＴと配線パターンＨが並んで形成されている。具体的には図５に示すように、前記ベースの内部端子パッドＮＴには、後述する集積回路素子２の入力側パッド２１と接続される入力内部端子パッドＮＴ１と、後述する集積回路素子２の出力側パッド２２と接続される出力内部端子パッドＮＴ２と、後述する集積回路素子２の他のパッド２３〜２６と接続される複数の他の内部端子パッドＮＴ３〜ＮＴ６とが形成されている。

また前記ベースの配線パターンＨには、前記入力内部端子パッドＮＴ１と後述する第１内部端子パッドＮＴ７とを接続する入力配線パターンＨ１と、前記出力内部端子パッドＮＴ２と第２内部端子パッドＮＴ８とを接続する出力配線パターンＨ２と、前記他の内部端子パッドＮＴ３〜ＮＴ６と後述する搭載用外部端子パッドＧＴ１〜ＧＴ４とを接続する複数の外部用配線パターンＨ３〜Ｈ６とが形成されている。

このうち入力配線パターンＨ１を除く他の配線パターンＨの一部には、前記内部端子パッドＮＴ間あるいは前記内部端子パッドＮＴと前記外部端子パッドＧＴ間の接続ライン以外に延出された枝配線パターンＥＨが形成されている。本形態では、例えば図５に示すように、前記出力配線パターンＨ２の一部に、前記出力内部端子パッドＮＴ２と第２内部端子パッドＮＴ８とを接続する接続ライン以外に延出された枝配線パターンＥＨ１，ＥＨ２が形成され、前記外部用配線パターンＨ５の一部に、前記他の内部端子パッドＮＴ５と後述する搭載用外部端子パッドＧＴ３とを接続する接続ライン以外に延出された枝配線パターンＥＨ３が形成され、前記外部用配線パターンＨ６の一部に、前記他の内部端子パッドＮＴ６と後述する搭載用外部端子パッドＧＴ４とを接続する接続ライン以外に延出された枝配線パターンＥＨ４が形成されている。これらの枝配線パターンＥＨ１〜ＥＨ４は前記第１の収納部１０ａの領域外（前記ベースの外表面に露出しない状態）で、前記堤部１２と重畳する領域（側壁部内）のみに形成され、当該枝配線パターンの端部が前記底部１１（セラミック多層基板の最下層）の端部に外部端子パッドと接続されない（外部端子を構成しない）状態で延出されている。

前記セラミック多層基板のベース１の最下層である底部１１の下面には、外部部品や外部機器と接続される複数の搭載用外部端子パッドＧＴが形成されている。具体的には図６に示すように、搭載用外部端子パッドＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ３，ＧＴ４が形成され、前記搭載用外部端子パッドＧＴ１〜ＧＴ４から上部に貫通接続する導電ビアＶ１〜Ｖ４や、前記ベースのキャスタレーションＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に形成された外部用配線パターンＨ３〜Ｈ６のいずれか少なくとも一方を介して、上記内部端子パッドＮＴ３〜ＮＴ６に電気的に導出されている。

前記セラミック多層基板のベース１の中間層である堤部１２の上面（前記第２の収納部１０ｂの底面）には、後述する圧電振動素子３を搭載する保持台１０ｃが形成されており、その上面には後述する圧電振動素子３と接続される一対の内部端子パッドＮＴと配線パターンＨが形成されている。前記保持台１０ｃは堤部１２の一部が収納部１０の方に突出することで構成されている。

前記セラミック多層基板のベース１の中間層である堤部１２の外周の辺の一部に形成されたキャスタレーションＣ５の上面には、前記第１内部端子パッドと接続される第１測定用外部端子パッドＧＴ５が形成され、堤部１２の外周の辺の一部に形成されたキャスタレーションＣ６の上面には、前記第２内部端子パッドと接続される第２測定用外部端子パッドＧＴ６が形成されている。なお、本形態では、キャスタレーションＣ５と第１測定用外部端子パッドＧＴ５、およびキャスタレーションＣ６と第２測定用外部端子パッドＧＴ６について、ベース１の長辺堤部（長辺側壁部）の中央部分でお互いに対向して形成したものを例にしているが、この場所に限定されるものでもない。

具体的には図４に示すように、後述する圧電振動素子３の一方の励振電極３１と接続される第１内部端子パッドＮＴ７は、前記入力配線パターンＨ１と堤部１２を貫通接続する導電ビアＶ５により電気的に導出されるとともに、前記第１測定用外部端子パッドＧＴ５と第１測定用配線パターンＨ７により導出されている。また後述する圧電振動素子３の他方の励振電極３２と接続される第２内部端子パッドＮＴ８は、前記出力配線パターンＨ２と堤部１２を貫通接続する導電ビアＶ６により電気的に導出されるとともに、前記第２測定用外部端子パッドＧＴ６と第２測定用配線パターンＨ８により導出されている。なお、前記一対の第１測定用外部端子パッドＧＴ５と第２測定用外部端子パッドＧＴ６に対して、圧電振動素子特性装置のコンタクトプローブを接触することで後述する圧電振動素子３単独の特性を測定することができる。

このうち前記第１内部端子パッドＮＴ７と第１測定用配線パターンＨ７を除く他の内部端子パッドＮＴあるいは配線パターンＨの少なくとも一部には、前記内部端子パッドＮＴと前記外部端子パッドＧＴ間の接続ライン以外に延出された枝配線パターンＥＨが形成されてもよい。本形態では、例えば図４に示すように、前記第２内部端子パッドＮＴ８の一部に、前記第２内部端子パッドＮＴ８と第２測定用外部端子パッドＧＴ６とを接続する接続ライン以外に延出された枝配線パターンＥＨ５と、前記第２測定配線パターンＨ８の一部に、前記第２内部端子パッドＮＴ８と第２測定用外部端子パッドＧＴ６とを接続する接続ライン以外に延出された枝配線パターンＥＨ６と、が形成されている。この枝配線パターンＥＨ５，ＥＨ６は前記第２の収納部１０ｂの領域外（前記ベースの外表面に露出しない状態）で、前記堤部１３と重畳する領域（側壁部内）のみに形成され、当該枝配線パターンの端部が前記堤部１２（セラミック多層基板の中間層）の端部に外部端子パッドと接続されない（外部端子を構成しない）状態で延出されている。

以上のような構成のベースは周知のセラミック積層技術やメタライズ技術を用いて形成され、前記各内部端子パッド、各外部端子パッド、および配線パターンは前述の接合領域１３ａ形成と同様にタングステンあるいはモリブデン等によるメタライズ層の上面にニッケルメッキ層、金メッキ層の各層が形成された構成である。

前記第１の収納部１０ａの内底面に搭載される集積回路素子２は、Ｃ−ＭＯＳなどのインバータ増幅器（発振用増幅器）を内蔵したワンチップの集積回路素子であり、圧電振動素子３とともに発振回路を構成する。図８に示すように、その底面側にはインバータ増幅器の入力側に接続される入力側パッド２１と、インバータ増幅器の出力側と接続されると出力側パッド２２と、他のパッド２３〜２６とが形成されている。当該集積回路素子２は、例えば金などの金属バンプＣを介して、集積回路素子２の複数のパッド２１〜２６とベース１に形成された内部端子パッドＮＴ１〜ＮＴ６とを例えばＦＣＢにより接続される。なお、本形態では、金属バンプにより接合した構成を例にしているが、金属ワイヤバンプを用いてもよい。

前記集積回路素子２の上方で、前記収納部１０の同一空間である第２の収納部１０ｂには所定の間隔を持って圧電振動素子３が搭載される。圧電振動素子３は例えば矩形状のＡＴカット水晶振動板であり、その表裏面に対向して一対の矩形状励振電極３１，３２とこれらの引出電極が形成されている。これらの電極は、例えば、クロムまたはニッケルの下地電極層と、銀または金の中間電極層と、クロムまたはニッケルの上部電極層とから構成された積層薄膜、クロムやニッケルの下地電極層と、銀または金の上部電極層とから構成された積層薄膜である。これら各電極は真空蒸着法やスパッタリング法等の薄膜形成手段により形成することができる。

圧電振動素子３とベース１との接合は、例えばペースト状であり銀フィラー等の金属微小片を含有するシリコーン系の導電樹脂接着剤（導電性接合材）Ｓを用いている。図２に示すように、前記導電性樹脂接着剤Ｓは、前記第１内部端子パッドＮＴ７、および第２内部端子パッドＮＴ８の上面に塗布されるとともに、前記導電性樹脂接着剤Ｓを前記圧電振動素子３と前記保持台１０ｃの間に介在させ硬化させることで、お互いを電気的機械的に接合している。以上により、前記圧電振動素子３の一端部をベース１の第１の収納部１０ａの底面から隙間を設けながら、前記圧電振動素子３の対向する他端部を前記ベースの保持台１０ｃに接合して、片持ち保持される。なお、本形態では、シリコーン系の導電樹脂接着剤により接合した構成を例にしているが、この導電性接合材として他の導電性樹脂接着剤や金属バンプ、金属メッキバンプを用いてもよい。

ベース１を気密封止する蓋４は、例えば、コバール等からなるコア材に金属ろう材（封止材）が形成された構成であり、この金属ろう材からなる封止材５がベース１の接合領域（金属膜）１３ａと接合される構成となる。金属製の蓋の平面視外形はセラミックベースの当該外形とほぼ同じであるか、若干小さい構成となっている。

収納部１０に集積回路素子２と圧電振動素子３が格納されたベース１の接合領域１３ａに対して前記金属製の蓋４にて被覆し、金属製の蓋４の封止材５とベースの接合領域１３ａを溶融硬化させ、気密封止を行うことで表面実装型水晶発振器６の完成となる。

以上のように構成された表面実装型水晶発振器６におけるＣ−ＭＯＳインバータの発振回路構成を図１に示している。すなわちＣ−ＭＯＳインバータの入力側（ゲート側Ｇ）と出力側（ドレイン側Ｄ）にそれぞれ容量素子（分割コンデンサＣ１，Ｃ２）が直列で接続されており、このＣ−ＭＯＳインバータと前記容量素子との間に、圧電振動素子３と帰還抵抗Ｒとが並列で接続されている。なお、この発振回路では圧電振動素子３の単体での電気的特性を計測するための測定用外部端子Ｘ１，Ｘ２と、出力用の搭載外部端子Ｏについて開示しているが、他の搭載外部端子（電源等）については図示していない。

上記実施形態により、各端子パッド間の接続配置の設計自由度を低下させることがなく、かつ各配線パターンの製造を容易にするための枝配線パターンＥＨ１〜ＥＨ６をベースの配線パターンの一部に形成することができるとともに、発振回路のうち浮遊容量の悪影響を最も受けやすい集積回路素子の発振用増幅器の入力側に接続されるベースの入力配線パターンＨ１、第１内部端子パッドＮＴ７、および第１測定用配線パターンＨ７には、枝配線パターンＥＨによって新たな浮遊容量が増大して形成されることが一切なくなる。結果として、発振用増幅器を内蔵した集積回路素子２と圧電振動素子３とを有する表面実装型圧電発振器によって構成される発振回路全体としての浮遊容量による悪影響を軽減することができる。つまり、表面実装型圧電発振器の発振回路の周波数決定に伴う設計ばらつきが抑えられる。特に電圧制御型圧電発振器では周波数可変量や周波数可変感度が低下することがなくなり、周波数可変バランスも良好なものとすることができる。

特に本実施形態では、枝配線パターンＥＨ１〜ＥＨ６はベース１の外表面に露出しない状態で側壁部内のみに形成され、枝配線パターンＥＨ１〜ＥＨ６の端部が堤部１２（セラミック多層基板の中間層）の端部に外部端子パッドＧＴ１〜ＧＴ６と接続されない（外部端子を構成しない）状態で延出されているので、集積回路素子２や圧電振動素子３などの部品搭載や接合に伴う短絡の問題が生じることもない。

なお、図９、図１０は本発明の他の実施形態を示しており、上記実施形態とは集積回路素子２の入力側パッド２１と接続される入力内部端子パッドＮＴ１と、圧電振動素子３の一方の励振電極３１と接続される第１内部端子パッドＮＴ７とを接続する入力配線パターンＨ１の引き回し構成が異なっている。すなわち、上記実施形態では、中間層のセラミック材料の堤部１２の一部が突出した保持台１０ｃに内存するように貫通接続する導電ビアＶ５を形成することで、異層面に形成された前記入力配線パターンＨ１（入力内部端子パッドＮＴ１）と第１内部端子パッドＮＴ７とを引き回している。これに対して他の実施形態では、中間層のセラミック材料の堤部１２の一部が突出した保持台１０ｃのうち集積回路素子用の収納部である第１の収納部１０ａに面する側壁に沿って貫通接続する導電ハーフビアＶ７を表面に露出した状態で形成することで、異層面に形成された前記入力配線パターンＨ１（入力内部端子パッドＮＴ１）と第１内部端子パッドＮＴ７とを接続している。なお、この導電ハーフビアに限らず、側壁上面に露出した状態で形成された配線パターンのみで構成してもよい。

上記他の実施形態では、最下層である底部１１の上面に形成された入力配線パターンＨ１と、中間層である堤部１２（保持台１０ｃ）の上面に形成された第１内部端子パッドＮＴ７とがあり、第１の収納部１０ａに面する側壁に沿って表面に露出した状態で貫通接続する導電ハーフビアＶ７により異層面間を接続しているので、積層部分の配線面積が小さくなり、その他の配線パターンの引き回しが容易になるだけでなく、小型化にも有効である。さらに入力配線パターンＨ１の長さを短くすることができる。このため、発振回路のうち浮遊容量の悪影響を最も受けやすい集積回路素子の発振用増幅器の入力側に接続されるベースの入力内部端子パッドＮＴ１、入力配線パターンＨ１、および第１内部端子パッドＮＴ７の接続ラインでは、不要に浮遊容量が増大して形成されることがなくなる。結果として、発振用増幅器を内蔵した集積回路素子２と圧電振動素子３とを有する表面実装型圧電発振器によって構成される発振回路全体としての浮遊容量による悪影響を軽減することができる。

なお、上記した本実施例では、圧電振動素子としてＡＴカット水晶振動板を用いているが、これに限定されるものでなく、音叉型水晶振動板であってもよい。また、圧電振動素子として水晶を材料としているが、これに限定されるものではなく、圧電セラミックスやＬｉＮｂＯ₃等の圧電単結晶材料を用いてもよい。すなわち、任意の圧電振動素子が適用可能である。また、圧電振動素子を片持ち保持するものを例にしているが、圧電振動素子の両端を保持する構成であってもよい。また導電性接合材として、シリコーン系の導電樹脂接着剤を例にしているが、他の導電性樹脂接着剤でもよく、金属バンプや金属メッキバンプのバンプ材、ろう材等を用いてもよい。

また、本実施例では、圧電振動素子３と集積回路素子２とを用いているが、これに限定されるものではなく、圧電振動素子３の個数は任意に設定可能であり、さらに集積回路素子２に加えて他の回路部品を搭載してもよい。すなわち、用途にあわせてベースに搭載する部材を設定変更することができる。また、集積回路素子とベースとの電気的接続は、フリップチップボンディング工法に限らず、ワイヤボンディング工法などを採用してもよい。発振用増幅器としてＣ−ＭＯＳのインバータ増幅器を内蔵したワンチップの集積回路素子を用いた発振回路構成を例にしているが、他の発振用増幅器を含む発振回路構成でもよい。

また、本実施例では、金属ろう材による封止を例にしたが、これに限定されるものではなく、シーム封止、ビーム封止（例えば、レーザビーム、電子ビーム）やガラス封止等でも適用することができる。

なお、本発明は、その思想または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、表面実装型圧電振動発振器に適用できる。

１ベース
２集積回路素子
３圧電振動素子
４蓋
５封止材
６表面実装型水晶発振器
Ｓ導電樹脂接着剤（導電性接合材）
Ｃ金属バンプ
Ｖ導電ビア

Claims

表面実装型圧電発振器であって、
発振用増幅器を内蔵し、少なくとも当該発振用増幅器の入力側に接続される入力側パッドと、前記発振用増幅器の出力側と接続されると出力側パッドとが形成された集積回路素子と、
前記集積回路素子の入力側パッドと出力側パッドとの各々に接続される一対の励振電極が形成された圧電振動素子と、
セラミック基板により収納部が構成され、当該収納部に形成された内部端子パッドと外部表面に形成された外部端子パッドとこれらを接続する配線パターンとを有する絶縁性のベースとがあり、
前記ベースの配線パターンの一部には、前記内部端子パッド間あるいは前記内部端子パッドと前記外部端子パッド間の接続ライン以外に延出された枝配線パターンが形成されており、
前記ベースの内部端子パッドには、
前記集積回路素子の入力側パッドと接続される入力内部端子パッドと、
前記集積回路素子の出力側パッドと接続される出力内部端子パッドと、
前記圧電振動素子の一方の励振電極と接続される第１内部端子パッドと、
前記圧電振動素子の他方の励振電極と接続される第２内部端子パッドとを少なくとも有し、
前記ベースの外部端子パッドには、
前記第１内部端子パッドと接続されるとともにセラミック基板の外周のキャスタレーションの上面に形成された第１測定用外部端子パッドと、
前記第２内部端子パッドと接続される第２測定用外部端子パッドとを少なくとも有し、
前記ベースの配線パターンには、
前記入力内部端子パッドと第１内部端子パッドとを接続する入力配線パターンと、
前記出力内部端子パッドと第２内部端子パッドとを接続する出力配線パターンと、
前記第１内部端子パッドと第１測定用外部端子パッドとを接続する第１測定用配線パターンと、
前記第２内部端子パッドと第２測定用外部端子パッドとを接続する第２測定用配線パターンとを少なくとも有しており、
前記入力配線パターン、前記第１内部端子パッド、および前記第１測定用配線パターンには、枝配線パターンを形成しないことを特徴とする表面実装型圧電発振器。
前記ベースは平面視形状が矩形状のセラミック多層基板により側壁部と収納部が構成され、前記内部端子パッドと外部端子パッドとこれらを接続する配線パターンがメタライズにより形成され、当該メタライズの外部表面に金属メッキが施されるとともに、前記枝配線パターンは前記ベースの外表面に露出しない状態で側壁部内のみに形成され、当該枝配線パターンの端部が前記セラミック多層基板の端部に外部端子を構成しない状態で延出されてなることを特徴とする特許請求項１記載の表面実装型圧電発振器。
特許請求項１、または特許請求項２記載の表面実装型圧電発振器であって、
前記ベースは３層以上の平面視形状が矩形状のセラミック基板が積層されることにより側壁部と収納部が構成され、
前記収納部の内底面に前記集積回路素子を搭載し、前記収納部の同一空間で前記集積回路素子の上部に前記側壁部の一部が突出した保持台を介在して前記圧電振動素子を搭載することで、
前記集積回路素子の入力側パッドと接続される入力内部端子パッドと、前記圧電振動素子の励振電極と接続される第１内部端子パッドとがセラミック基板の収納部の異層面に形成されており、
前記入力配線パターンのうち異層面間を接続する配線部を集積回路素子用の収納部に面する前記保持台の側壁に沿って表面に露出した状態で形成したことを特徴とする表面実装型圧電発振器。