JP6901377B2 - 圧電デバイス - Google Patents

Description

本発明は、電子機器等に用いられる圧電デバイスに関するものである。

圧電デバイスは、水晶素子の圧電効果を利用して、特定の周波数を発生させるものである。例えば、基板と、第一凹部を設けるために基板の上面に枠体とを有しているパッケージと、第二凹部を設けるために基板の下面に接合された実装枠体と、基板の上面に設けられた電極パッドに実装された水晶素子と、基板の下面に実装された集積回路素子と、を備えた圧電デバイスが提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２００９−８９４３７号公報

上述した圧電デバイスは、電子機器等の実装基板上に実装された際に、他の部品から出された風が当たることで、発振周波数が変動してしまう虞があった。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、発振周波数が変動してしまうことを低減することが可能な圧電デバイスを提供することを課題とする。

本発明の一つの態様による圧電デバイスは、矩形状の基板と、基板の上面に設けられた枠体と、上面の開口縁に沿って設けられた第一接合パッドと、上面の外周縁に沿って設けられた第二接合パッドとを有し、基板の下面の外周縁に沿って設けられた第一接合端子と第一接合パッドとが接合されることで、基板の下面に設けられた第一実装枠体と、枠体で囲まれる領域であって基板の上面に設けられた電極パッドに実装された水晶素子と、第一実装枠体で囲まれる領域であって基板の下面に設けられた接続パッドに実装された集積回路素子と、枠体の上面に接合された蓋体と、上面の外周縁に沿って設けられた外部端子と、下面の外周縁に沿って設けられた第二接合端子とを有し、第二接合パッドと第二接合端子とが接合されることで、基板を収容するようにして、第一実装枠体の上面に設けられた第二実装枠体と、
を備えている。

本発明の一つの態様による圧電デバイスは、矩形状の基板と、基板の上面に設けられた枠体と、上面の開口縁に沿って設けられた第一接合パッドと、上面の外周縁に沿って設けられた第二接合パッドとを有し、基板の下面の外周縁に沿って設けられた第一接合端子と第一接合パッドとが接合されることで、基板の下面に設けられた第一実装枠体と、枠体で囲まれる領域であって基板の上面に設けられた電極パッドに実装された水晶素子と、第一実装枠体で囲まれる領域であって基板の下面に設けられた接続パッドに実装された集積回路素子と、枠体の上面に接合された蓋体と、上面の外周縁に沿って設けられた外部端子と、下面の外周縁に沿って設けられた第二接合端子とを有し、第二接合パッドと第二接合端子とが接合されることで、基板を収容するようにして、第一実装枠体の上面に設けられた第二実装枠体と、を備えている。このような圧電デバイスは、電子機器の実装基板上に実装された他の部品から出された風が第一実装枠体及び第二実装枠体に当たることで、基板に直接風があたることを抑えることになるため、水晶素子の発振周波数が変動してしまうことを低減することができる。

本実施形態に係る圧電デバイスを示す分解斜視図である。 （ａ）は、図１のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）は、圧電デバイスの外部端子を下にした状態を示す断面図である。 （ａ）は、本実施形態に係る圧電デバイスを構成するパッケージの上面からみた平面透視図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る圧電デバイスを構成するパッケージの基板の上面からみた平面透視図である。 （ａ）は、本実施形態に係る圧電デバイスを構成するパッケージの下面からみた平面透視図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る圧電デバイスを第一実装枠体側からみた平面透視図である。 （ａ）は、本実施形態に係る圧電デバイスを構成する第一実装枠体の上面からみた平面図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る圧電デバイスを構成する第一実装枠体の下面からみた平面図である。 （ａ）は、本実施形態に係る圧電デバイスを構成する第二実装枠体の上面からみた平面図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る圧電デバイスを構成する第二実装枠体の下面からみた平面図である。

本実施形態の圧電デバイスは、第二実装枠体１７０の外部端子１７２が設けられている面を上面として以下の説明を行う。本実施形態における圧電デバイスは、図１及び図２に示されているように、パッケージ１１０と、パッケージ１１０の上面に接合された水晶素子１２０と、パッケージ１１０の下面に接合された集積回路素子１５０とを含んでいる。パッケージ１１０は、基板１１０ａの上面と枠体１１０ｂの内側面によって囲まれた第一凹部Ｋ１が形成されている。また、基板１１０ａの下面と第一実装枠体１６０の内側面によって囲まれた第二凹部Ｋ２と、第一実装枠体１６０の上面と第二実装枠体１７０の内側面によって囲まれた第三凹部Ｋ３が形成されている。このような圧電デバイスは、電子機器等で使用する基準信号を出力するのに用いられる。

基板１１０ａは、矩形状であり、上面に実装された水晶素子１２０及び下面に実装された集積回路素子１５０を実装するための実装部材として機能するものである。基板１１０ａは、上面に、水晶素子１２０を実装するための電極パッド１１１が設けられており、下面に、集積回路素子１５０を実装するための接続パッド１１５が設けられている。また、基板１１０ａの一辺に沿って、水晶素子１２０を接合するための第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂが設けられている。基板１１０ａの下面の四隅には、接合端子１１２が設けられている。また、基板１１０ａの下面の中央には、一対の測定パッド１１９が設けられ、その一対の測定パッド１１９を囲むようにして、集積回路素子１５０を実装するための六つの接続パッド１１５が設けられている。また、接合端子１１２は、接続パッド１１５の内の外側にある四つと電気的に接続されている。

基板１１０ａは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなる。基板１１０ａは、絶縁層を一層用いたものであっても、絶縁層を複数層積層したものであってもよい。基板１１０ａの表面及び内部には、上面に設けられた電極パッド１１１と、基板１１０ａの下面に設けられた測定パッド１１９とを電気的に接続するための配線パターン１１３及びビア導体１１４が設けられている。また、基板１１０ａの下面には、接続パッド１１５、測定パッド１１９と、及び接合端子１１２とを電気的に接続するための接続パターン１１６が設けられている。

枠体１１０ｂは、基板１１０ａの上面に配置され、基板１１０ａの上面に第一凹部Ｋ１を形成するためのものである。枠体１１０ｂは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料からなり、基板１１０ａと一体的に形成されている。

電極パッド１１１は、水晶素子１２０を実装するためのものである。電極パッド１１１は、基板１１０ａの上面に一対で設けられており、基板１１０ａの一辺に沿うように隣接して設けられている。電極パッド１１１は、図３及び図４に示されているように基板１１０ａの上面に設けられた配線パターン１１３とビア導体１１４を介して、基板１１０ａの下面に設けられた接合端子１１２と電気的に接続されている。

電極パッド１１１は、図３に示すように、第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂによって構成されている。ビア導体１１４は、第一ビア導体１１４ａ及び第二ビア導体１１４ｂによって構成されている。また、配線パターン１１３は、第一配線パターン１１３ａ及び第二配線パターン１１３ｂによって構成されている。測定パッド１１９は、第一測定パッド１１９ａ及び第二測定パッド１１９ｂによって構成されている。第一電極パッド１１１ａは、基板１１０ａに設けられた第一配線パターン１１３ａの一端と電気的に接続されている。また、第一配線パターン１１３ａの他端は、第一ビア導体１１４ａを介して、第一測定パッド１１９ａと電気的に接続されている。よって、第一電極パッド１１１ａは、第一測定パッド１１９ａと電気的に接続されることになる。第二電極パッド１１１ｂは、基板１１０ａに設けられた第二配線パターン１１３ｂの一端と電気的に接続されている。また、第二配線パターン１１３ｂの他端は、第二ビア導体１１４ｂを介して、第二測定パッド１１９ｂと電気的に接続されている。よって、第二電極パッド１１１ｂは、第二測定パッド１１９ｂと電気的に接続されることになる。また、第一測定パッド１１９ａは、第五接続パターン１１６ｅを介して、第五接続パッド１１５ｅと電気的に接続されている。よって、第一電極パッド１１１ａは、第五接続パッド１１５ｅと電気的に接続されることになる。また、第二測定パッド１１９ｂは、第二接続パターン１１６ｂを介して、第二接続パッド１１５ｂと電気的に接続されている。よって、第二電極パッド１１１ｂは、第二接続パッド１１５ｂと電気的に接続されることになる。

接合端子１１２は、第一実装枠体１６０の接合パッド１６１と電気的に接合するために用いられている。接合端子１１２は、図４（ａ）に示すように、基板１１０ａの下面の四隅に設けられ、基板１１０ａの下面に設けられた接続パッド１１５とそれぞれ電気的に接続されている。また、接合端子１１２ｃは、ビア導体１１４ｃを介して、封止用導体パターン１１８と電気的に接続されている。

配線パターン１１３は、基板１１０ａの上面に設けられ、電極パッド１１１から近傍の基板１１０ａのビア導体１１４に向けて引き出されている。また、配線パターン１１３は、図３に示すように、第一配線パターン１１３ａ及び第二配線パターン１１３ｂによって構成されている。

ビア導体１１４は、基板１１０ａの内部に設けられ、その両端は、配線パターン１１３及び測定パッド１１９と電気的に接続されている。ビア導体１１４は、基板１１０ａに設けられた貫通孔の内部に導体を充填することで設けられている。また、ビア導体１１４は、平面視して、図４に示されているように、第一実装枠体１６０と重なる位置に設けられている。このようにすることで、本実施形態の圧電デバイスは、電子機器等の実装基板上の実装パターンと、ビア導体１１４との間で発生する浮遊容量を低減させることで、水晶素子１２０に浮遊容量が付加されないので、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することができる。

接続パッド１１５は、集積回路素子１５０を実装するために用いられている。また、接続パッド１１５は、図４に示すように、第一接続パッド１１５ａ、第二接続パッド１１５ｂ、第三接続パッド１１５ｃ、第四接続パッド１１５ｄ、第五接続パッド１１５ｅ及び第六接続パッド１１５ｆによって構成されている。第一接続パッド１１５ａと第二接合端子１１２ｂとは、基板１１０ａの下面に設けられた第二接続パターン１１６ｂにより接続されており、第二接続パッド１１５ｂと第二測定パッド１１９ｂとは、基板１１０ａの下面に設けられた第二接続パターン１１６ｂにより接続されている。第三接続パッド１１５ｃと第三接合端子１１２ｃとは、基板１１０ａの下面に設けられた第三接続パターン１１６ｃにより接続されており、第四接続パッド１１５ｄと第四接合端子１１２ｄとは、基板１１０ａの下面に設けられた第四接続パターン１１６ｄにより接続されている。また、第五接続パッド１１５ｅと第一測定パッド１１９ａとは、基板１１０ａの下面に設けられた第五接続パターン１１６ｅにより接続されており、第六接続パッド１１５ｆと第一接合端子１１２ａとは、基板１１０ａの下面に設けられた第六接続パターン１１６ｆにより接続されている。また、接続パターン１１６は、基板１１０ａの下面に設けられ、接続パッド１１５から近傍の接合端子１１２または測定パッド１１９に向けて引き出されている。

封止用導体パターン１１８は、蓋体１３０と接合部材１３１を介して接合する際に、接合部材１３１の濡れ性をよくする役割を果たしている。封止用導体パターン１１８は、図３及び図４に示すように、第三ビア導体１１４ｃを介して、第三接合端子１１２ｃと電気的に接続されている。封止用導体パターン１１８は、例えばタングステン又はモリブデン等から成る導体パターンの表面にニッケルメッキ及び金メッキを順次、枠体１１０ｂの上面を環状に囲む形態で施すことによって、例えば１０〜２５μｍの厚みに形成されている。

測定パッド１１９は、コンタクトピン等を接触させることによって、水晶素子１２０の特性を測定するためのものである。測定パッド１１９は、第一測定パッド１１９ａ及び第二測定パッド１１９ｂによって構成されている。測定パッド１１９は、基板１１０ａに設けられた配線パターン１１３及びビア導体１１４を介して、基板１１０ａの上面に設けられた電極パッド１１１と電気的に接続されている。第一測定パッド１１９ａは、第五接続パターン１１６ｅを介して第五接続パッド１１５ｅと電気的に接続されている。また、第二測定パッド１１９ｂは、第二接続パターン１１６ｂを介して第二接続パッド１１５ｂと電気的に接続されている。測定パッド１１９は、平面視して、集積回路素子１５０と重なる位置に設けられている。このようにすることで、電子機器等の実装基板上の実装パターンと測定パッド１１９との間で発生する浮遊容量を低減させることで、水晶素子１２０に浮遊容量が付加されないので、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することができる。

ここでパッケージ１１０を平面視したときの一辺の寸法が、０．８〜２．０ｍｍである場合を例にして、測定パッド１１９の大きさを説明する。測定パッド１１９の長辺の長さは、０．２〜０．４ｍｍとなり、短辺の長さは、０．１５〜０．３５ｍｍとなる。また、水晶素子１２０の測定をする際は、第一実装枠体１６０を実装する前に行うので、従来の圧電デバイスと比して、測定パッド１１９の面積を大きくすることできる。測定パッド１１９の面積を大きくすることができるので、コンタクトピンと測定パッド１１９との接触不良を低減することができる。よって、コンタクトピンと測定パッド１１９との接触不良により生じる水晶素子１２０の再測定を抑えることができるので、圧電デバイスの生産性を向上させることが可能となる。

また、水晶素子１２０の特性を測定する際に使用される電気特性測定器としては、水晶素子１２０の共振周波数、クリスタルインピーダンスの他、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又はインピーダンスアナライザ等が用いられる。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リセクタブルソケットとで構成され、これを測定パッド１１９に押し付けつつ接触させることで測定が行われる。

ここで、基板１１０ａの作製方法について説明する。基板１１０ａがアルミナセラミックスから成る場合、まず所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面或いはセラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷等によって所定の導体ペーストを塗布する。さらに、これらのグリーンシートを積層してプレス成形したものを、高温で焼成する。最後に、導体パターンの所定部位、具体的には、電極パッド１１１、接合端子１１２、配線パターン１１３、ビア導体１１４、接続パッド１１５、接続パターン１１６、封止用導体パターン１１８及び測定パッド１１９となる部位にニッケルメッキ又、金メッキ、銀パラジウム等を施すことにより作製される。また、導体ペーストは、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀又は銀パラジウム等の金属粉末の焼結体等から構成されている。

第一実装枠体１６０は、基板１１０ａの下面と接合され、基板１１０ａの下面に第二凹部Ｋ２を形成するためのものである。第一実装枠体１６０の外形形状は、平面視して、基板１１０ａの外形形状よりも大きくなるように設けられている。第一実装枠体１６０は、例えばガラスエポキシ樹脂等の絶縁性基板からなり、基板１１０ａの下面と導電性接合材１８０を介して接合される。第一実装枠体１６０の上面には、開口部縁に沿って設けられた接合パッド１６１と、外周縁に沿って設けられた実装端子１６２とを備えている。また、接合パッド１６１と実装端子１６２は、第一実装枠体１６０の上面で配線により電気的に接続されている。

接合パッド１６１は、基板１１０ａの接合端子１１２と導電性接合材１８０を介して電気的に接合するためのものである。接合パッド１６１は、第一接合パッド１６１ａ、第二接合パッド１６１ｂ、第三接合パッド１６１ｃ及び第四接合パッド１６１ｄによって構成されている。

第二実装枠体１７０は、第一実装枠体１６０の上面と接合され、パッケージ１１０を収容するためのものである。第二実装枠体１７０の外形形状は、平面視して、基板１１０ａの外形形状よりも大きくなるように設けられている。第二実装枠体１７０は、例えばガラスエポキシ樹脂等の絶縁性基板からなり、第一実装枠体１６０の上面と導電性接合材１８０を介して接合される。第二実装枠体１７０の内部には、上面に設けられた外部端子１７２と、第二実装枠体１７０の下面に設けられた実装パッド１７１とを電気的に接続するための導体部１７３が設けられている。第二実装枠体１７０の下面の四隅には、実装パッド１７１が設けられ、上面の四隅には、外部端子１７２が設けられている。また、外部端子１７２は、集積回路素子１５０と電気的に接続されている。

実装パッド１７１は、第一実装枠体１６０の実装端子１６２と導電性接合材１８０を介して電気的に接合するためのものである。実装パッド１７１は、図６に示すように、実装パッド１７１ａ、１７１ｂ、１７１ｃ、１７１ｄによって構成されている。また、外部端子１７２は、図６に示すように、少なくとも四つ以上の外部端子１７２ａ、１７２ｂ、１７２ｃ、１７２ｄによって構成されている。

外部端子１７２は、電子機器等の実装基板に実装するためのものである。外部端子１７２は、第二実装枠体１７０の上面の四隅に設けられている。外部端子１７２は、基板１１０ａの下面に設けられた六つの接続パッド１１５の四つと電気的に接続されている。また、第三外部端子１７２ｃは、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッドと接続されている。これにより、封止用導体パターン１１８に接合された蓋体１３０がグランド電位となっている第三外部端子１７２ｃに接続される。よって、蓋体１３０による第一凹部Ｋ１内のシールド性が向上する。また、第一外部端子１７２ａは、出力端子として用いられ、第二外部端子１７２ｂは、機能端子として用いられ、第四外部端子１７２ｄは、電源電圧端子として用いられる。機能端子は、書込読込端子及び周波数制御端子として用いられる。ここで、書込読込端子は、温度補償用制御データを記憶素子部に書き込んだり、記憶素子部に書き込まれた温度補償用制御データを読み込んだりするための端子のことである。周波数制御端子は、電圧を印加すると発振回路部の可変容量ダイオードの負荷容量を変動させることによって、水晶素子１２０の温度特性を補正させるための端子のことである。

第二凹部Ｋ２の開口部の形状は、平面視して、矩形状となっている。ここで基板１１０ａを平面視したときの長辺の寸法が、１．０〜２．５ｍｍであり、短辺の寸法が、０．８〜２．０ｍｍである場合を例にして、第二凹部Ｋ２の開口部の大きさを説明する。第二凹部Ｋ２の長辺の長さは、０．６〜１．５ｍｍであり、短辺の長さは、０．４〜１．２ｍｍとなっている。

第一実装枠体１７０の基板１１０ａへの接合方法について説明する。まず、導電性接合材１８０は、例えばディスペンサ及びスクリーン印刷によって第一接合パッド１６１ａ、第二接合パッド１６１ｂ、第三接合パッド１６１ｃ及び第四接合パッド１６１ｄ上に塗布される。基板１１０ａは、基板１１０ａの接合端子１１２が導電性接合材１８０上に位置するようにして搬送され、導電性接合材１８０上に載置される。そして導電性接合材１８０は、加熱硬化させることによって、硬化収縮される。これによって、基板１１０ａの接合端子１１２は、接合パッド１６１に接合される。つまり、基板１１０ａの第一接合端子１１２ａは、第一接合パッド１６１ａと接合され、基板１１０ａの第二接合端子１１２ｂは、第二接合パッド１６１ｂと接合される。また、基板１１０ａの第三接合端子１１２ｃは、第三接合パッド１６１ｃと接合され、基板１１０ａの第四接合端子１１２ｄは、第四接合パッド１６１ｄと接合されることになる。

また、第二実装枠体１７０の第一実装枠体１６０への接合方法について説明する。まず、導電性接合材１８０は、例えばディスペンサ及びスクリーン印刷によって第一実装パッド１７１ａ、第二実装パッド１７１ｂ、第三実装パッド１７１ｃ及び第四実装パッド１７１ｄ上に塗布される。第一実装枠体１６０は、第一実装枠体１６０の実装端子１６２が導電性接合材１８０上に位置するようにして搬送され、導電性接合材１８０上に載置される。そして導電性接合材１８０は、加熱硬化させることによって、硬化収縮される。これによって、第一実装枠体１６０の実装端子１６２は、実装パッド１７１に接合される。つまり、第一実装枠体１６０の第一実装端子１６２ａは、第一実装パッド１７１ａと接合され、第一実装枠体１６０の第二実装端子１６２ｂは、第二実装パッド１７１ｂと接合される。また、第一実装枠体１６０の第三実装端子１６２ｃは、第三実装パッド１７１ｃと接合され、第一実装枠体１６０の第四実装端子１６２ｄは、第四実装パッド１７１ｄと接合されることになる。

また、基板１１０ａの接合端子１１２と第一実装枠体１６０の接合パッド１６１とを導電性接合材１８０を介して接合されることで、基板１１０ａと第一実装枠体１６０との間に導電性接合材１８０の厚みと、接合端子１１２と接合パッド１６１の厚みとを足した分の間隙部が設けられる。この間隙部に絶縁性樹脂１９０が入りこみ満たすことで、基板１１０ａと第一実装枠体１６０との接合強度を向上させることできる。また、第一実装枠体１６０の外形形状が、平面視して、基板１１０ａの外形形状よりも大きくなるように設けられており、絶縁性樹脂１９０は、基板１１０ａの下面の外周縁から第一実装枠体１６０の上面にかけて上下方向の厚みが薄くなるように傾斜が設けられている。このようにすることで、圧電デバイスの全体構造を小型化する場合であっても、基板１１０ａに対する絶縁性樹脂１９０の被着面積を広く確保することができるようになり、これによって第一実装枠体１６０を基板１１０ａに対し強固に接合させることが可能となる。

また、第一実装枠体１６０の実装端子１６２と第二実装枠体１７０の実装パッド１７１とを導電性接合材１８０を介して接合されることで、第一実装枠体１６０と第二実装枠体１７０との間に導電性接合材１８０の厚みと、実装端子１６２と実装パッド１７１の厚みとを足した分の間隙部が設けられる。この間隙部に絶縁性樹脂１９０が入りこみ満たすことで、第一実装枠体１６０と第二実装枠体１７０との接合強度を向上させることできる。

ここで、第一実装枠体１６０及び第二実装枠体１７０の作製方法について説明する。第一実装枠体１６０及び第二実装枠体１７０がガラスエポキシ樹脂である場合は、ガラス繊維から成る基材にエポキシ樹脂の前駆体を含浸させ、このエポキシ樹脂の前駆体を所定の温度で熱硬化させることによって製作される。また、導体パターンの所定部位、具体的には、接合パッド１６１、実装端子１６２、実装パッド１７１及び外部端子１７２は、例えば、ガラスエポキシ樹脂から成る樹脂シート上に、所定の形状に加工した銅箔を転写し、銅箔が転写された樹脂シートを積層して接着剤で接着することによって形成する。また、導体部１７３は、導体ペーストの印刷またはめっき法によって樹脂シートに形成した貫通孔の内面に被着形成するか、貫通孔を充填して形成する。このような導体部１７３は、例えば金属箔または金属柱を樹脂成形によって一体化させたり、スパッタリング法，蒸着法等を用いて被着させたりすることで形成される。

水晶素子１２０は、図１及び図２に示されているように、導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１上に接合されている。水晶素子１２０は、安定した機械振動と圧電効果により、電子装置等の基準信号を発振する役割を果たしている。

また、水晶素子１２０は、図１及び図２に示されているように、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに励振用電極１２２及び引き出し電極１２３を被着させた構造を有している。励振用電極１２２は、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに金属を所定のパターンで被着・形成したものである。励振用電極１２２は、上面に第一励振用電極１２２ａと、下面に第二励振用電極１２２ｂを備えている。引き出し電極１２３は、励振用電極１２２から水晶素板１２１の一辺に向かってそれぞれ延出されている。引き出し電極１２３は、上面に第一引き出し電極１２３ａと、下面に第二引き出し電極１２３ｂとを備えている。第一引き出し電極１２３ａは、第一励振用電極１２２ａから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。第二引き出し電極１２３ｂは、第二励振用電極１２２ｂから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。つまり、引き出し電極１２３は、水晶素板１２１の長辺又は短辺に沿った形状で設けられている。また、本実施形態においては、第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂと接続されている水晶素子１２０の一端を基板１１０ａの上面と接続した固定端とし、他端を基板１１０ａの上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造にて水晶素子１２０が基板１１０ａ上に固定されている。

ここで、水晶素子１２０の動作について説明する。水晶素子１２０は、外部からの交番電圧が引き出し電極１２３から励振用電極１２２を介して水晶素板１２１に印加されると、水晶素板１２１が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。

ここで、水晶素子１２０の作製方法について説明する。まず、水晶素子１２０は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し、水晶素板１２１の外周の厚みを薄くし、水晶素板１２１の外周部と比べて水晶素板１２１の中央部が厚くなるように設けるベベル加工を行う。そして、水晶素子１２０は、水晶素板１２１の両主面にフォトリソグラフィー技術、蒸着技術又はスパッタリング技術によって、金属膜を被着させることにより、励振用電極１２２、引き出し電極１２３を形成することにより作製される。

水晶素子１２０の基板１１０ａへの接合方法について説明する。まず、導電性接着剤１４０は、例えばディスペンサによって第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂ上に塗布される。水晶素子１２０は、導電性接着剤１４０上に搬送され、導電性接着剤１４０上に載置される。そして導電性接着剤１４０は、加熱硬化させることによって、硬化収縮される。水晶素子１２０は、電極パッド１１１に接合される。つまり、水晶素子１２０の第一引き出し電極１２３ａは、第一電極パッド１１１ａと接合され、第二引き出し電極１２３ｂは、第二電極パッド１１１ｂと接合される。これによって、第二接続パッド１１５ｂ及び第五接続パッド１１５ｅは、第一測定パッド１１９ａ及び第二測定パッド１１９ｂを介して水晶素子１２０と電気的に接続されることになる。

また、水晶素子１２０は、水晶素子１２０の自由端と対向する位置に第二配線パターン１１３ｂ又は第二ビア導体１１４ｂが配置されているように実装されているようにしても構わない。このようにすることによって、水晶素子１２０の引き出し電極１２３と、電極パッド１１１とが接合している箇所を軸として傾いても、水晶素子１２０の自由端が第二配線パターン１１３ｂ又は第二ビア導体１１４ｂに接触するので、基板１１０ａの上面に水晶素子１２０の自由端が接触することを抑制することできる。仮に、水晶素子１２０の自由端が基板１１０ａに接触した状態で、落下試験を行うと、水晶素子１２０の自由端が欠けてしまう虞がある。このようにすることで、水晶素子１２０の自由端側が欠けてしまうことを抑えつつ、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することができる。

導電性接着剤１４０は、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末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、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケル又はニッケル鉄のうちのいずれか、或いはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。また、バインダーとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用いられる。

集積回路素子１５０は、例えば、複数個の接続パッドを有した矩形状のフリップチップ型集積回路素子が用いられ、その回路形成面（上面）には、周囲の温度状態を検知する温度センサー、水晶素子１２０の温度特性を補償する温度補償データを格納するための記憶素子部、温度補償データに基づいて水晶素子１２０の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路部、その温度補償回路部に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路部が設けられている。この発振回路部で生成された出力信号は、第二実装枠体１７０の第一外部端子１７２ａを介して圧電デバイスの外へ出力され、例えば、クロック信号等の基準信号として利用される。

記憶素子部は、ＰＲＯＭやＥＥＰＲＯＭにより構成されている。温度補償関数である下記に示す三次関数のもととなるパラメータ、例えば三次成分調整値α、一次成分調整値β、０次成分調整値γの各値の温度補償用制御データが第二外部端子１７２ｂである書込読込端子から入力され保存される。記憶素子部には、レジスタマップが記憶されている。レジスタマップとは、各アドレスデータに制御データを入力した場合、制御部がそのデータを読み取り、信号を出力し、どのような動作を行なうかを示したものである。

温度補償回路部は、三次関数発生回路や五次関数発生回路等によって構成されている。例えば、三次関数発生回路の場合は、その記憶素子部に入力された温度補償用制御データを読出して、温度補償用制御データから各温度に対して三次関数で導き出された電圧を発生させる。尚、この時の外部の周囲温度は、集積回路素子１５０内の温度センサーより得られる。温度補償回路部は、可変容量ダイオードのカソードと接続されており、温度補償回路部からの電圧が印加される。このように、可変容量ダイオードに温度補償回路部からの電圧を印加することよって、水晶素子１２０の周波数温度特性を補正することにより、周波数温度特性が平坦化される。

集積回路素子１５０は、図２（ａ）に示すように、基板１１０ａの下面に設けられた接続パッド１１５に半田等の導電性接合材１８０を介して実装されている。また、集積回路素子１５０の接続端子１５１は、接続パッド１１５に接続されている。接続パッド１１５は、接続パターン１１６を介して接合端子１１２と電気的に接続されている。接合端子１１２は、導電性接合材１８０を介して、接合パッド１６１と電気的に接続されている。接合パッド１６１は、配線を介して実装端子１６２と電気的に接続されている。

また、実装端子１６２は、導電性接合材１８０を介して、実装パッド１７１と電気的に接続されている。実装パッド１７１は、導体部１７３を介して、外部端子１７２と電気的に接続されている。よって、接続パッド１１５は、外部端子１７２と電気的に接続されている。この第二外部端子１７２ｃは、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランドと接続されている部品パッド（図示せず）と接続されることにより、グランド端子の役割を果たす。よって、集積回路素子１５０の接続端子１５１の内の一つは、基準電位であるグランドに接続されることになる。

集積回路素子１５０の基板１１０ａへの接合方法について説明する。まず、導電性接合材１８０は、例えばディスペンサによって接続パッド１１５に塗布される。集積回路素子１５０は、導電性接合材１８０上に載置される。そして導電性接合材１８０は、加熱させることによって溶融接合される。よって、集積回路素子１５０は、接続パッド１１５に接合される。

また、集積回路素子１５０は、図１及び図２に示すように、矩形状であり、その下面に六つの接続端子１５１が設けられている。接続端子１５１は、一辺に沿って三つ設けられており、その一辺と向かい合う一辺に沿って三つ設けられている。集積回路素子１５０の長辺の長さは、０．４〜１．２ｍｍであり、短辺の長さは、０．２〜１．０ｍｍとなっている。集積回路素子１５０の厚み方向の長さは、０．１〜０．３ｍｍとなっている。

導電性接合材１８０は、例えば、銀ペースト又は鉛フリー半田により構成されている。また、導電性接合材には、塗布し易い粘度に調整するための添加した溶剤が含有されている。鉛フリー半田の成分比率は、錫が９５〜９７．５％、銀が２〜４％、銅が０．５〜１．０％のものが使用されている。

絶縁性樹脂１９０は、図２（ａ）に示されているように、集積回路素子１５０と基板１１０ａの下面との間に設けられている。このようにすることにより、絶縁性樹脂１９０は、集積回路素子１５０と基板１１０ａの下面との接着強度を高めることができる。また、仮に、圧電デバイスを電子機器等の実装基板の実装パッド上に実装させた際に、半田等の異物が第二凹部Ｋ２内に入り込んだとしても、絶縁性樹脂１９０によって、その異物が集積回路素子１５０の接続端子１５１間に付着することを抑えることになるので、集積回路素子１５０の接続端子１５１間の短絡を低減することができる。また、絶縁性樹脂１９０は、エポキシ樹脂またはエポキシ樹脂を主成分とするコンポジットレジン等の樹脂材料からなる。

また、絶縁性樹脂１９０は、測定パッド１１９を覆うように設けられている。このようにすることによって、測定パッド１１９に異物が付着することを抑えることになるので、水晶素子１２０にその異物の付加抵抗が加わることを抑制することができる。従って、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することが可能となる。

絶縁性樹脂１９０の基板１１０ａへの形成方法について説明する。コンタクトピンを測定パッド１１９に接触させ、基板１１０ａに接合された水晶素子１２０の特性を測定した後、集積回路素子１５０を接続パッド１１５に実装する。集積回路素子実装後に、その樹脂ディスペンサの先端を、第二凹部Ｋ２の隙間に挿入し、絶縁性樹脂１９０の注入を行なう。次に絶縁性樹脂１９０を加熱し、硬化させる。よって、絶縁性樹脂１９０は、基板１１０ａの下面と、第一実装枠体１６０との上面との間で設けられた間隙部内及び集積回路素子１５０と接続パッド１１５との間に設けられる。また、絶縁性樹脂１９０は、第一実装枠体１６０の上面と、第二実装枠体１７０の下面との間にも設けられる。

蓋体１３０は、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなる。このような蓋体１３０は、真空状態にある第一凹部Ｋ１又は窒素ガスなどが充填された第一凹部Ｋ１を気密的に封止するためのものである。具体的には、蓋体１３０は、所定雰囲気で、パッケージ１１０の枠体１１０ｂ上に載置され、枠体１１０ｂの封止用導体パターン１１８と蓋体１３０の接合部材１３１とが溶接されるように所定電流を印加してシーム溶接を行うことにより、枠体１１０ｂに接合される。また、蓋体１３０は、封止用導体パターン１１８及びビア導体１１４ｃを介して基板１１０ａの下面の第三接合端子１１２ｃに電気的に接続されている。第三接合端子１１２ｃは、導電性接合材１８０を介して第三接合パッド１６１ｃと電気的に接続されている。第三接合パッド１６１ｃは、配線を介して第三実装端子１６２ｃと電気的に接続されている。第三実装端子１６２ｃは、第二実装枠体１７０の第三実装パッド１７１ｃと電気的に接続されている。第三実装パッド１７１ｃは、第三外部端子１７２ｃと電気的に接続されている。よって、蓋体１３０は、第二実装枠体１７０の第三外部端子１７２ｃと電気的に接続されている。

接合部材１３１は、パッケージ１１０の枠体１１０ｂ上面に設けられた封止用導体パターン１１８に相対する蓋体１３０の箇所に設けられている。接合部材１３１は、例えば、銀ロウ又は金錫によって設けられている。銀ロウの場合は、その厚みは、１０〜２０μｍである。例えば、成分比率は、銀が７２〜８５％、銅が１５〜２８％のものが使用されている。金錫の場合は、その厚みは、１０〜４０μｍである。例えば、成分比率が、金が７８〜８２％、錫が１８〜２２％のものが使用されている。

シート体２５０は、第一実装枠体１６０の開口部を覆い、製品番号などをマーキングするためのものである。シート体２５０は、例えば、ポリイミドフィルムなどに接着剤が塗工されている。このように、第一実装枠体１６０の開口部を覆うようにして設けられたシート体２５０を備えていることによって、第一実装枠体１６０の開口部内に異物が入り込むことを低減することが可能となる。

本発明の実施形態における圧電デバイスは、矩形状の基板１１０ａと、基板１１０ａの上面に設けられた枠体１１０ｂと、上面の開口縁に沿って設けられた第一接合パッド１６１と、上面の外周縁に沿って設けられた第二接合パッド１６２とを有し、基板１１０ａの下面の外周縁に沿って設けられた第一接合端子１１２と第一接合パッド１６１とが接合されることで、基板１１０ａの下面に設けられた第一実装枠体１６０と、枠体１１０ｂで囲まれる領域であって基板１１０ａの上面に設けられた電極パッド１１１に実装された水晶素子１２０と、第一実装枠体１６０で囲まれる領域であって基板１１０ａの下面に設けられた接続パッド１１５に実装された集積回路素子１５０と、枠体１１０ｂの上面に接合された蓋体１３０と、上面の外周縁に沿って設けられた外部端子１７２と、下面の外周縁に沿って設けられた第二接合端子１７１とを有し、第二接合パッド１６２と第二接合端子１７１とが接合されることで、基板１１０ａを収容するようにして、第一実装枠体１６０の上面に設けられた第二実装枠体１７０と、を備えている。このようにすることで、このような圧電デバイスは、電子機器状に実装された他の実装部品から出された風が第一実装枠体１６０及び第二実装枠体１７０に当たることで、基板１１０ａに風があたることを抑えることになるため、水晶素子１２０の発振周波数が変動してしまうことを低減することができる。

また、本発明の実施形態における圧電デバイスは、第一実装枠体１６０の開口部を覆うようにして設けられたシート体２５０を備えている。このようにシート体２５０で第一実装枠体１６０の開口部を塞ぐことになるため、第一実装枠体１６０の開口部内に異物が入り込むことを低減することが可能となる。また、開口部を塞ぐことになるので、基板１１０ａに風があたることを更に低減することが可能となる。

また、本発明の実施形態における圧電デバイスは、測定パッド１１９が、平面視して、集積回路素子１５０と重なる位置に設けられている。このようにすることで、電子機器等の実装基板上の実装パターンと測定パッド１１９との間で発生する浮遊容量を低減させることで、水晶素子１２０に浮遊容量が付加されないので、水晶素子１２０の発振周波数が変動することをさらに低減することができる。

また、本発明の実施形態における圧電デバイスは、第一実装枠体１６０と基板１１０ａとの界面及び第一実装枠体１６０と第二実装枠体１７０との界面に設けられた絶縁性樹脂１８０とを、備えている。このようにすることにより、絶縁性樹脂１９０は、集積回路素子１５０と基板１１０ａの下面との接着強度を高めることができる。また、仮に、圧電デバイスを電子機器等の実装基板の実装パッド上に実装させた際に、半田等の異物が第二凹部Ｋ２内に入り込んだとしても、絶縁性樹脂１９０によって、その異物が集積回路素子１５０の接続端子１５１間に付着することを抑えることになるので、集積回路素子１５０の接続端子１５１間の短絡を低減することができる。また、絶縁性樹脂１９０が、第一実装枠体１６０と第二実装枠体１７０との界面にも設けられていることで、第一実装枠体１６０と第二実装枠体１７０との接合強度を向上させることが可能となる。

尚、本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。上記実施形態では、枠体１１０ｂが基板１１０ａと同様にセラミック材で一体的に形成した場合を説明したが、枠体１１０ｂが金属製であっても構わない。この場合、枠体は、銀−銅等のロウ材を介して基板の導体膜に接合されている。

また、上記実施形態では、導体部１６３が基板内に設けられた場合を説明したが、実装枠体１６０の角部に設けられた切れ込みの内部に設けられていても構わない。この際に、導電部は、切り込み内に導体ペーストを印刷するようにして設けられている。

上記実施形態では、水晶素子は、ＡＴ用水晶素子を用いた場合を説明したが、
基部と、基部の側面より同一の方向に延びる二本の平板形状の振動腕部とを有する音叉型屈曲水晶素子を用いても構わない。

また、水晶素子の実装方法は、導電性接着剤を介して基板に実装されている場合を説明したが、金又は金を主成分とする金属にて実装するようにしても構わない。

１１０・・・パッケージ
１１０ａ・・・基板
１１０ｂ・・・枠体
１１１・・・電極パッド
１１２・・・接合端子
１１３・・・配線パターン
１１４・・・ビア導体
１１５・・・接続パッド
１１６・・・接続パターン
１１８・・・封止用導体パターン
１１９・・・測定パッド
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・引き出し電極
１３０・・・蓋体
１３１・・・接合部材
１４０・・・導電性接着剤
１５０・・・集積回路素子
１５１・・・接続端子
１６０・・・第一実装枠体
１６１・・・接合パッド
１６２・・・実装端子
１７０・・・第二実装枠体
１７１・・・実装パッド
１７２・・・外部端子
１８０・・・絶縁性接合材
１９０・・・絶縁性樹脂
Ｋ１・・・第一凹部
Ｋ２・・・第二凹部
Ｋ３・・・第三凹部

Claims (4)

1. 矩形状の基板と、
   前記基板の上面に設けられた枠体と、
   上面の開口縁に沿って設けられた接合パッドと、上面の外周縁に沿って設けられた実装端子とを有し、前記基板の下面の外周縁に沿って設けられた接合端子と前記接合パッドとが接合されることで、前記基板の下面に設けられた第一実装枠体と、
   前記枠体で囲まれる領域であって前記基板の上面に設けられた電極パッドに実装された水晶素子と、
   前記第一実装枠体で囲まれる領域であって前記基板の下面に設けられた接続パッドに実装された集積回路素子と、
   前記枠体の上面に接合された蓋体と、
   上面の外周縁に沿って設けられた外部端子と、下面の外周縁に沿って設けられた実装パッドとを有し、前記実装端子と前記実装パッドとが接合されることで、前記基板を収容するようにして、前記第一実装枠体の上面に設けられた第二実装枠体と、
   を備えていることを特徴とする圧電デバイス。
2. 請求項１記載の圧電デバイスであって、
   前記第一実装枠体の開口部を覆うようにして設けられたシート体を備えた圧電デバイス。
3. 請求項１記載の圧電デバイスであって、
   前記基板の下面に設けられた測定パッドと、を有し、
   前記測定パッドが、平面視して、前記集積回路素子と重なる位置に設けられていることを特徴とする圧電デバイス。
4. 請求項１記載の圧電デバイスであって、
   前記第一実装枠体と前記基板との間隙部及び前記第一実装枠体と前記第二実装枠体との間隙部に設けられた絶縁性樹脂とを、備えていることを特徴とする圧電デバイス。

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