JP7435150B2 - 圧電発振器 - Google Patents

Description

本発明は、圧電発振器に関する。

水晶発振器などの圧電発振器では、パッケージ内に圧電振動子及び発振回路を構成するＩＣチップを気密に封止している（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１の圧電発振器では、ＩＣチップは、パッケージの底面にフリップチップ実装されている。

特開平１１－３５４５８７号公報

近年、高機能化に伴って集積回路素子であるＩＣチップは、その電極パッドの数が増えると共に、サイズが大きくなっている。

一方、ＩＣチップが搭載されるパッケージは、一般にセラミックから構成されており、かかるセラミックパッケージでは、サイズが大きくなると、ＩＣチップが実装される底面に反りを生じ、平坦度が悪くなる。

このため、ＩＣチップを、パッケージの底面にバンプによってフリップチップ実装する際に、複数の電極パッドの中には、バンプの未接続が生じたり、あるいは、バンプの未接続が生じないように、実装時に全体に印加する荷重を大きくすると、底面の平坦度が悪いために、電極パッド間で印加される荷重に差が生じ、大きな荷重が印加された電極パッドでは、クラックが生じることがある。

本発明は、上記のような点に鑑みてなされたものであって、圧電発振器において、集積回路素子の接続の信頼性を向上させることを目的とする。

本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。

すなわち、本発明の圧電発振器は、セラミックに比べて平坦度が良好であって、かつ、配線パターンが形成された絶縁性の基板と、圧電振動子と、前記絶縁性の基板に搭載された集積回路素子と、前記圧電振動子を加熱する発熱体と、
前記集積回路素子が搭載された前記絶縁性の基板を収容して気密封止する容器とを備え、前記集積回路素子は、複数の電極パッドを有すると共に、前記電極パッドがバンプを介して前記絶縁性の基板の前記配線パターンにフリップチップ接続され、前記容器は、収容凹部を有するセラミックからなる容器本体と、前記収容凹部を覆って気密封止する蓋体とを備え、前記絶縁性の基板は、前記容器本体の前記収容凹部の内底面にダイボンディングされている。

本発明によれば、複数の電極パッドを有する集積回路素子は、絶縁性の基板の形成された配線パターンにバンプを介してフリップチップ接続されるが、この絶縁性の基板は、セラミックに比べて平坦度が良好なので、実装時に印加される荷重が、複数の電極パッド間でばらつくのが抑制されて、安定な接続が可能となり、集積回路素子の接続の信頼性が向上する。
また、セラミックからなる容器本体の収容凹部の底面の平坦度が悪くても、収容凹部の底面に、平坦度が良好な絶縁性の基板を搭載し、この絶縁性の基板の配線パターンに、集積回路素子の電極パッドをフリップチップ接続するので、接続の際に印加する荷重が、複数の電極パッド間でばらつくのが抑制されて、安定な接続が可能となる。

本発明の圧電発振器の好ましい実施態様では、前記絶縁性の基板が、水晶基板又はガラス基板である。

この実施態様によると、水晶基板又はガラス基板からなる絶縁性の基板は、セラミック基板やセラミックパッケージの内底面のようにセラミックからなる平面に比べて平坦度が良好である。このため、絶縁性の基板に形成された配線パターンに、集積回路素子をフリップチップ接続する際に、印加される荷重が、複数の電極パッド間でばらつくのが抑制されて、安定な接続が可能となる。

本発明の圧電発振器の他の実施態様では、前記圧電振動子は、前記絶縁性の基板に搭載された前記集積回路素子に搭載されて、前記絶縁性の基板と共に、前記容器に収容されて気密封止される。

この実施態様によると、圧電振動子は、絶縁性の基板に搭載された集積回路素子に搭載される、すなわち、絶縁性の基板上に、集積回路素子及び圧電振動子が積層されて搭載されるので、絶縁性の基板上に、集積回路素子及び圧電振動子を個別に搭載するのに比べて、絶縁性の基板上における集積回路素子及び圧電振動子の占有面積を小さくすることができる。

これによって、占有面積が小さくなった分、絶縁性の基板の平面サイズを小さくして小型化を図ることができる、あるいは、絶縁性の基板上の占有されていない領域に、他の部品を搭載することができる。

本発明の圧電発振器の更に他の実施態様では、前記発熱体は、前記集積回路素子に搭載された前記圧電振動子に搭載されたヒータ基板であり、該ヒータ基板は、前記絶縁性の基板と共に、前記容器に収容されて気密封止される。

この実施態様によると、集積回路素子、水晶振動子、及び、発熱体を、同一の容器内に収容して気密に封止することができるので、外部の温度変化等の影響を抑制することができ、外部の温度等が変化しても、圧電発振器の特性変動を抑制して発振周波数の安定化を図ることができる。また、発熱体としてのヒータ基板は、圧電振動子に搭載されるので、圧電振動子を効率的に加熱することができる。

本発明の圧電発振器の好ましい実施態様では、前記ヒータ基板の抵抗パターンと前記絶縁性の基板の前記配線パターンとが、ボンディングワイヤーによって電気的に接続されている。

この実施態様によると、絶縁性の基板上の集積回路素子に搭載された圧電振動子上に搭載されたヒータ基板を、絶縁性の基板の配線パターンに、ワイヤーボンディングによって容易に接続することができる。

本発明の圧電発振器の他の実施態様では、前記絶縁性の基板には、受動部品が搭載され、該受動部品は、前記絶縁性の基板と共に、前記容器に収容されて気密封止される。

この実施態様によると、絶縁性の基板上に、集積回路素子及び水晶振動子を積層して搭載することによって、絶縁性の基板上に、受動部品の搭載スペースを確保して受動部品を搭載すると共に、絶縁性の基板に搭載された集積回路素子、水晶振動子及び、受動部品を同一の容器に収容して気密に封止することができる。これによって、外部の温度変化等の影響を抑制することができ、外部の温度等が変化しても、圧電発振器の特性変動を抑制して発振周波数の安定化を図ることができる。

本発明の圧電発振器の一実施態様では、前記圧電振動子は、両主面に励振電極がそれぞれ形成された圧電振動板と、該圧電振動板の一方の主面の励振電極を覆って封止する第１封止部材と、前記圧電振動板の他方の主面の励振電極を覆って封止する第２封止部材とを備え、前記圧電振動板は、前記両主面に、接合用金属膜をそれぞれ有し、前記第１封止部材は、前記圧電振動板の前記一方の主面の前記接合用金属膜に対応する接合用金属膜を有し、前記第２封止部材は、前記圧電振動板の前記他方の主面の前記接合用金属膜に対応する接合用金属膜を有し、前記第１封止部材と前記圧電振動板とが、前記接合用金属膜によって接合され、前記第２封止部材と前記圧電振動板とが、前記接合用金属膜によって接合され、前記圧電振動板の前記両主面の前記励振電極を含む前記振動部が、前記第１封止部材及び前記第２封止部材によって気密封止される。

この実施態様によると、振動部が気密封止された圧電振動子を、容器に気密封止することによって、圧電振動子の振動部は、二重に気密封止されることになる。これによって、圧電振動子の振動部に対する外部の温度変化等の影響を効果的に抑制することができ、外部の温度等が変化しても、圧電発振器の特性変動を抑制して発振周波数の安定化を図ることができる。

また、圧電振動子は、両主面に励振電極が形成された圧電振動板と、一方の主面の励振電極を覆って封止する第１封止部材と、他方の主面の励振電極を覆って封止する第２封止部材とを、互いの接合用金属膜を接合させて積層する。したがって、圧電振動片を、収容凹部を有する容器内に収容し、導電性接着剤によって、容器内の電極に接合して気密封止するパッケージ構造のように、導電性接着剤を使用する必要がない。これによって、導電性接着剤から発生するガスの影響を受けることがなくなり、周波数特性が安定する。

更に、圧電振動子は、圧電振動板及び第１，第２封止部材の三層の積層構造であるので、上記パッケージ構造に比べて、薄型化（低背化）を図ることができる。

本発明の圧電発振器の更に他の実施態様では、前記収容凹部に収容された前記絶縁性の基板の前記配線パターンと前記容器本体の内面に形成された接続電極とが、ボンディングワイヤーによって電気的に接続されている。

この実施態様によると、集積回路素子等が搭載された絶縁性の基板の配線パターンと、容器本体の内面に接続された接続電極とが、ボンディングワイヤ－によって電気的に接続されるので、絶縁性の基板上に搭載された集積回路素子等と、容器本体の内面の接続電極とを、ボンディングワイヤ－を介して電気的に接続することができ、更に、容器本体の内部配線等を介して容器本体の外底面の外部接続端子、すなわち、当該圧電発振器の実装用の外部接続端子に電気的に接続することができる。

本発明の圧電発振器の一実施態様では、温度センサを備え、前記集積回路素子は、前記温度センサの検出温度に基づいて、前記発熱体の発熱を制御する。

この実施態様によると、温度センサで検出される温度に基づいて、発熱体の発熱を制御することによって、圧電振動子の温度を一定に制御することができる。

本発明によれば、複数の電極パッドを有する集積回路素子は、絶縁性の基板に形成された配線パターンにバンプを介してフリップチップ接続されるが、この絶縁性の基板は、セラミックに比べて平坦度が良好なので、実装時に印加される荷重が、複数の電極パッド間でばらつくのが抑制されて、安定な接続が可能となり、集積回路素子の接続の信頼性が向上する。

図１は、本発明の一実施形態に係る水晶発振器の概略構成図である。 図２は水晶基板が搭載されたベースの平面図である。 図３はＩＣチップ及びコンデンサが搭載されたベースの平面図である。 図４は、図１の水晶振動子の上下を反転させて、その側方から見た拡大断面図である。 図５は図４の水晶振動板の両主面の概略平面図である。 図６は図４の第１封止部材の両主面の概略平面図である。 図７は図４の第２封止部材の両面の概略平面図である。 図８は水晶振動子が搭載されたベースの平面図である。 図９は水晶振動子に搭載されるヒータ基板の平面図である。 図１０はヒータ基板が搭載され、ワイヤーボンディングされた状態を示すベースの平面図である。 図１１は本発明の他の実施形態の図１に対応する概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態では、圧電発振器として、外部の温度変化に影響されることなく高安定な周波数を出力する恒温槽型の水晶発振器に適用して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る恒温槽型の水晶発振器の概略構成図である。

この実施形態の水晶発振器１は、配線パターンが形成された絶縁性の基板としての水晶基板４と、この水晶基板４上にフリップチップ実装された集積回路素子としてのＩＣチップ３と、水晶基板４上に搭載された受動部品であるコンデンサ７と、ＩＣチップ３上に搭載された水晶振動子２と、この水晶振動子２上に搭載されて、水晶振動子２を加熱する発熱体としてのヒータ基板５と、それらを気密封止する容器６とを備えている。水晶振動子２は、後述のように、水晶振動板１４及びこの水晶振動板１４の振動部を気密に封止する第１，第２封止部材１５，１６を備えている。

この実施形態では、ＩＣチップ３、水晶振動子２及びヒータ基板５は、その平面サイズが略等しく、図１に示されるように、水晶基板４上に積層されて搭載される。

容器６は、上部が開口し、水晶振動子２等が搭載された水晶基板４を収容する収容凹部８ａを有する容器本体としてのベース８と、シールリング９を介してベース８に接合されて上部の開口を閉塞して収容凹部８ａを気密に封止する蓋体としてのリッド１０とを備えている。

ベース８は、平板状の底板部８ｂと、その外周上に形成された第１側壁部８ｃと、この第１側壁部８ｃの外周上に形成された第２側壁部８ｄとを備えており、内周壁に段部を有する収容凹部８ａが構成される。

気密封止は、真空雰囲気中または窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中で行われ、容器６の内部の空間は、真空または不活性ガス雰囲気とされる。

ベース８は、アルミナ等のセラミック材料からなり、例えば、３枚のセラミックグリーンシートを積層して上部が開口した段部を有する凹状に一体焼成して構成される。

水晶振動子２等が搭載される水晶基板４は、上面に配線パターンが形成されており、その下面が、ベース８の内底面に接着剤を介してダイボンディングされる。

図２は、ベース８の内底面にダイボンディングされた水晶基板４の平面図である。水晶基板４の上面には、複数の配線パターン１１が形成されている。

この水晶基板４は、セラミックからなる平板、例えば、セラミック基板やセラミックパッケージの底板部に比べて、その平面の平坦度が良好である。

このため、セラミックからなるベース８の内底面に反りがあっても、このベース８の内底面に、接着剤を介してダイボンディングされた水晶基板４の上面の平坦度は良好である。

ＩＣチップ３は、複数、例えば、１０個以上の多数の電極パッドを備えており、水晶基板４の上面の配線パターン１１に、図１に示されるように、金属バンプ１３を介してフリップチップ接続される。

上記のように水晶基板４は、平坦度が良好であるので、ＩＣチップ３をフリップチップ実装する際に印加される荷重が、ＩＣチップ３の複数の電極パッド間でばらつくのが抑制されて、安定な接続が可能となる。

ベース８の第１側壁部８ｃの上面、すなわち、内周壁の段部の上面には、導体配線パターンからなる複数の接続電極１２が形成されている。この接続電極１２は、後述のようにボンディングワイヤー３９によって、水晶基板４の配線パターン１１に電気的に接続される。

図３は、ベース８の内底面に接合された水晶基板４の上面に、フリップチップ実装されたＩＣチップ３を示す図２に対応する平面図である。水晶基板４の上面の配線パターン１１には、複数のコンデンサ７も半田等の接合材によって実装される。

ＩＣチップ３は、平面視矩形であって、発振回路、温度センサ、及び、温度センサの検出温度に基づいて、ヒータ基板５の発熱を制御する温度制御回路を内蔵している。

水晶振動子２は、図１に示されるように、ＩＣチップ３上に搭載される。水晶振動子２は、後述の外部接続端子が上方に臨むように、上下を反転させた状態で搭載される。

図４は、図１の水晶振動子２を側方から見た拡大断面図であって、図１の水晶振動子２の上下を反転させた拡大断面図である。水晶振動子２は、圧電振動板である水晶振動板１４と、水晶振動板１４の一方の主面側を覆って気密に封止する第１封止部材１５と、水晶振動板１４の他方の主面側を覆って気密に封止する第２封止部材１６とを備えている。

この水晶振動子２では、水晶振動板１４の両主面側に、第１，第２封止部材１５，１６がそれぞれ接合されて、いわゆるサンドイッチ構造のパッケージが構成される。この水晶振動子２のパッケージは、直方体であって、平面視矩形である。

次に、水晶振動子２を構成する水晶振動板１４及び第１，第２封止部材１５，１６の各構成について説明する。

図５（ａ）は図４の水晶振動板１４の一方の主面（図４では上面）側を示す概略平面図であり、図５（ｂ）は水晶振動板１４の一方の主面側から透視した他方の主面（図４では下面）側を示す概略平面図である。

この実施形態の水晶振動板１４は、ＡＴカット水晶板であり、その両主面が、ＸＺ´平面である。

水晶振動板１４は、略矩形の振動部２０と、この振動部２０の周囲を、空間（隙間）２１を挟んで囲む外枠部２２と、振動部２０と外枠部２２とを連結する連結部２３とを備えている。振動部２０、外枠部２２及び連結部２３は、一体的に形成されている。図示していないが、振動部２０及び連結部２３は、外枠部２２に比べて薄く形成されている。

振動部２０の両主面には、一対の第１，第２励振電極２４，２５がそれぞれ形成されている。第１，第２励振電極２４，２５からは、第１，第２引出し電極２６，２７がそれぞれ引出されている。一方の主面側の第１引出し電極２６は、連結部２３を経て外枠部２２に形成された接続用接合パターン２８まで引出されている。他方の主面側の第２引出し電極２７は、連結部２３を経て外枠部２２に形成された接続用接合パターン３０まで引出されている。

水晶振動板１４の一方の主面には、水晶振動板１４を第１封止部材１５に接合するための接合用金属膜としての第１封止用接合パターン３１が、外枠部２２の全周に亘って、水晶振動板１４の外周縁に略沿うように環状に形成されている。水晶振動板１４の他方の主面には、水晶振動板１４を第２封止部材１６に接合するための接合用金属膜としての第２封止用接合パターン３２が、外枠部２２の全周に亘って、水晶振動板１４の外周縁に略沿うように環状に形成されている。

水晶振動板１４には、両主面間を貫通する第１貫通電極２９が形成されている。第１貫通電極２９は、貫通孔の内壁面に金属膜が被着されて構成されている。第１貫通電極２９は、環状の第１，第２封止用接合パターン３１，３２の内側であって、平面視矩形の水晶振動板１４の一方の短辺寄りの外枠部２２に形成されている。水晶振動板１４の一方の主面側の第１貫通電極２９の周囲には、第１励振電極２４から引出された第１引出し電極２６に連なる上記接続用接合パターン２８が延びている。第１貫通電極２９は、接続用接合パターン２８に電気的に接続されており、したがって、第１貫通電極２９は、第１励振電極２４に電気的に接続されている。

水晶振動板１４の第１，第２励振電極２４，２５、第１，第２引出し電極２６，２７、第１，第２封止用接合パターン３１，３２、及び、接続用接合パターン２８，３０は、例えば、ＴｉまたはＣｒからなる下地層上に、例えば、Ａｕが積層形成されて構成されている。

図６（ａ）は図４の第１封止部材１５の一方の主面（図４では上面）側を示す概略平面図であり、図６（ｂ）は第１封止部材１５の一方の主面側から透視した他方の主面（図４では下面）側を示す概略平面図である。

第１封止部材１５は、水晶振動板１４と同様のＡＴカット水晶板からなる直方体の基板である。この第１封止部材１５の一方の主面には、図６（ａ）に示すように、外周縁を除いて全面に熱伝導用の配線パターン４８が形成されている。第１封止部材１５の他方の主面には、図６（ｂ）に示すように、水晶振動板１４の一方の主面の第１封止用接合パターン３１に接合して封止するための接合用金属膜としての第１封止用接合パターン３３が、第１封止部材１５の全周に亘って、第１封止部材１５の外周縁に略沿うように環状に形成されている。

第１封止部材１５には、その両主面間を貫通して、一方の主面の配線パターン４８と他方の主面の第１封止用接合パターン３３とを繋ぐ貫通電極４９が形成されている。この貫通電極４９は、貫通孔の内壁面に金属膜が被着されて構成されている。

配線パターン４８及び第１封止用接合パターン３３は、例えば、ＴｉまたはＣｒからなる下地層上に、例えば、Ａｕが積層形成されて構成されている。

図７（ａ）は図４の第２封止部材１６の一方の主面（図４では上面）側を示す概略平面図であり、図７（ｂ）は第２封止部材１６の一方の主面側から透視した他方の主面（図４では下面）側を示す概略平面図である。

第２封止部材１６は、水晶振動板１４や第１封止部材１５と同様のＡＴカット水晶板からなる直方体の基板である。

第２封止部材１６の一方の主面には、図７（ａ）に示すように、水晶振動板１４の他方の主面の第２封止用接合パターン３２に接合して封止するための接合用金属膜としての第２封止用接合パターン３４が、第２封止部材１６の全周に亘って、第２封止部材１６の外周縁に略沿うように環状にそれぞれ形成されている。

第２封止部材１６には、その両主面間を貫通する２つの第２，第３貫通電極４２，４３が、環状の第２封止用接合パターン３４の内側に形成されている。各貫通電極４２，４３は、貫通孔の内壁面に金属膜が被着されて構成されている。

第２封止部材１６の環状の第２封止用接合パターン３４の内側の一方の短辺寄りには、接続用接合パターン３７が、水晶振動板１４の他方の主面の第１貫通電極２９に対応するように形成されている。水晶振動板１４と第２封止部材１６とが後述のように接合されることによって、第１貫通電極２９は、接続用接合パターン３７に接合されて電気的に接続される。第１貫通電極２９は、図５（ａ）に示すように、水晶振動板１４の第１励振電極２４に電気的に接続されている。したがって、第２封止部材１６の一方の主面の接続用接合パターン３７は、水晶振動板１４と第２封止部材１６との接合によって、第１励振電極２４に電気的に接続される。

この接続用接合パターン３７は、図７（ａ）に示すように、接続用配線パターン３６を介して、他方の短辺寄りの第２貫通電極４２に電気的に接続されている。したがって、第２貫通電極４２は、水晶振動板１４と第２封止部材１６との接合によって、接続用配線パターン３６、接続用接合パターン３７、水晶振動板１４の第１貫通電極２９、接続用接合パターン２８及び第１引出し電極２６を介して第１励振電極２４に電気的に接続される。

第２封止部材１６の一方の主面の第３貫通電極４３は、水晶振動板１４の他方の主面の接続用接合パターン３０に対応するように形成されている。水晶振動板１４の他方の主面の接続用接合パターン３０は、図５（ｂ）に示されるように、第２励振電極２５に電気的に接続されている。したがって、水晶振動板１４と第２封止部材１６とが後述のように接合されることによって、第２封止部材１６の第３貫通電極４３は、水晶振動板１４の接続用接合パターン３０、第２引出し電極２７を介して第２励振電極２５に電気的に接続される。

第２封止部材１６の他方の主面には、図７（ｂ）に示すように、外部に電気的に接続するための一対の第１，第２外部接続端子４０，４１が設けられている。第１，第２外部接続端子４０，４１は、第２封止部材１６の長辺方向の両端側において、それぞれ短辺方向に沿って延びている。

第１，第２外部接続端子４０，４１は、第２，第３貫通電極４２，４３にそれぞれ電気的に接続されている。第２，第３貫通電極４２，４３は、上記のように、水晶振動板１４の第１，第２励振電極２４，２５にそれぞれ電気的に接続されるので、第１，第２外部接続端子４０，４１は、第１，第２励振電極２４，２５にそれぞれ電気的に接続される。

第２封止部材１６の第２封止用接合パターン３４、接続用接合パターン３７、接続用配線パターン３６、及び、第１，第２外部接続端子４０，４１は、例えば、ＴｉまたはＣｒからなる下地層上に、例えば、Ａｕが積層形成されて構成されている。

この実施形態の水晶振動子２は、水晶振動板１４と第１封止部材１５とが、それぞれの第１封止用接合パターン３１，３３を重ね合わせた状態で拡散接合されると共に、水晶振動板１４と第２封止部材１６とが、それぞれの第２封止用接合パターン３２，３４を重ね合わせた状態で拡散接合されて、図４に示すサンドイッチ構造のパッケージが製造される。これによって、水晶振動板１４の振動部２０が収容された収容空間が、両封止部材１５，１６によって気密に封止される。

このように水晶振動板１４及び第１，２封止部材１５，１６の３枚の水晶板を積層して、振動部２０を収容したパッケージ構造の水晶振動子２が得られる。これによって、収容空間となる凹部を有する箱状のセラミック容器内に、水晶振動片を収容して蓋を接合して封止するパッケージ構造の水晶振動子に比べて、薄型化（低背化）を図ることができる。

図４に示される水晶振動子２は、第１封止部材１５が下面、第２封止部材１６が上面となるように上下が反転されて、ＩＣチップ３の非能動面である上面に、接着剤を介して接合される。

図８は、図３に示されるＩＣチップ３の上面に接合された水晶振動子２を示すベース８の平面図である。ＩＣチップ３上に搭載された水晶振動子２は、その第１，第２外部接続端子４０，４１が上方に露出している。

図９は、この水晶振動子２上に搭載されるヒータ基板５を示す平面図である。

ヒータ基板５は、水晶等の基板１７に、蛇行したパターンの抵抗配線１８が形成されている。この基板１７は、平面視略矩形の４つの角部の内の一つの角部が矩形に切欠かれた第１切欠き部１７ａと、一方の長辺の短辺寄りの部分が矩形に切欠かれた第２切欠き部１７ｂとを有している。これら切欠き部１７ａ，１７ｂは、ヒータ基板５を、水晶振動子２上に搭載した状態で、水晶振動子２の第１，第２外部接続端子４０，４１の一部を、上方へ露出させるための切欠きである。

抵抗配線１８の両端部１８ａ，１８ｂは、一方の短辺側へ引出されており、この抵抗配線５９には、例えば、ニクロム、クロム、タングステン等が使用される。

図１０は、図８の水晶振動子２上に、ヒータ基板５を搭載し、ワイヤーボンディングを行った状態を示す平面図である。

ヒータ基板５は、抵抗配線１８が形成されていない下面側を、接着剤によって、水晶振動子２に接合する。この状態では、ヒータ基板５の第１，第２切欠き部１７ａ，１７ｂから水晶振動子２の第２封止部材１６の第１，第２外部接続端子４０，４１の一部が上方へ露出している。

この水晶振動子２の第１，第２外部接続端子４０，４１、及び、ヒータ基板５の抵抗配線１８の両端部１８ａ，１８ｂが、ボンディングワイヤ－３８によって、水晶基板４の所要の配線パターン１１にそれぞれ電気的に接続される。

これによって、水晶基板４にフリップチップ実装されたＩＣチップ３は、水晶基板４の配線パターン１１を介して水晶振動子２及びヒータ基板５に電気的にそれぞれ接続される。

また、水晶基板４の所要の配線パターン１１が、ボンディングワイヤ－３９によって、ベース８の第１側壁部８ｃの上面の所要の接続電極１２にそれぞれ電気的に接続される。

これによって、ＩＣチップ３は、水晶基板４の配線パターン１１、ボンディングワイヤー３９、ベース８の接続電極１２及びベース８の内部配線を介してベース８の外底面の図示しない電源端子、出力端子、制御端子、ＧＮＤ端子等の複数の外部接続端子、すなわち、当該水晶発振器１の実装用の複数の外部接続端子に電気的に接続される。

ボンディングワイヤー３８，３９の素材としては、信頼性の観点からＡｕが好ましいが、Ｃｕなどであってもよい。

この実施形態の水晶発振器１では、ＩＣチップ３によって、ヒータ基板５の発熱量が制御されて、水晶振動子２の温度が制御される。

以上の構成を有する本実施形態の水晶発振器１によれば、セラミック製のベース８の収容凹部８ａには、セラミック基板やセラミックパッケージに比べて平坦度が良好な水晶基板４を収容し、この水晶基板４の配線パターン１１に、ＩＣチップ３をフリップチップ実装しているので、セラミック基板やセラミックパッケージにＩＣチップをフリップチップ実装する場合に比べて、実装時に印加される荷重が、ＩＣチップ３の複数の電極パッド間でばらつくのが抑制されて、安定な接続が可能となり、ＩＣチップ３の接続の信頼性が向上する。

また、水晶振動板１４の振動部２０が、第１，第２封止部材１５，１６によって気密封止されると共に、水晶振動板２が、容器６によって気密封止されているので、水晶振動板１４の振動部２０の周囲を、外部に対して極めて効果的に断熱した構造とすることができる。これによって、外部の温度変化等の影響を低減して、安定した発振周波数を得ることができる。

また、ＩＣチップ３上に水晶振動子２が搭載されているので、水晶振動子２の温度を、ＩＣチップ３の内蔵の温度センサによって正確に検出することができ、水晶振動子２の温度制御を高精度に行うことができる。水晶振動子２は、熱伝導用の配線パターン４８が全面に形成された第１封止部材１５の一方の主面が、ＩＣチップ３に接合されているので、ＩＣチップ３の発熱が、第１封止部材１５の配線パターン４８、貫通電極４９、及び、第１封止用接合パターン３３を介して水晶振動板１４の第１封止用接合パターン３１に伝導する。これによって、ＩＣチップ３の発熱で水晶振動板１４を効率的に加熱することができる。

更に、水晶振動子２は、両主面に第１，第２励振電極２４，２５が形成された水晶振動板１４と、第１励振電極２４を覆って封止する第１封止部材１５と、第２励振電極２５を覆って封止する第２封止部材１６とを、互いの接合用金属膜を接合させて積層されるので、水晶振動片を、収容凹部を有する容器内に、収容して導電性接着剤を用いて容器内の電極に接合し、蓋体で気密封止するパッケージ構造のように、導電性接着剤を使用する必要がない。これによって、導電性接着剤から発生するガスの影響を受けることがなく、周波数特性が安定する。

図１１は、本発明の他の実施形態の図１に対応する概略構成図である。

上記実施形態では、水晶基板４にフリップチップ実装されたＩＣチップ３上に、水晶振動子２及びヒータ基板５を積層して搭載したが、この実施形態の水晶発振器１_１では、水晶基板４_１にフリップチップ実装されたＩＣチップ３上には、水晶振動子２及びヒータ基板５を搭載することなく、水晶基板４_１上に、水晶振動子２を搭載し、この水晶振動子２上にヒータ基板５を搭載している。

水晶基板４_１には、図示しないコンデンサ等の受動部品が搭載されている。

その他の構成は、上記図１の実施形態と同様である。

上記各実施形態では、ヒータ基板５に第１，第２切欠き部１７ａ，１７ｂを形成して、水晶振動子２の第１，第２外部接続端子４０，４１の一部を露出させたが、ヒータ基板５に切欠きを形成することなく、その平面サイズを小さくして、第１，第２外部接続端子４０，４１の一部を露出させるようにしてもよい。あるいは、水晶振動子２の平面サイズを、ヒータ基板５に比べて大きくして、第１，第２外部接続端子４０，４１を露出させてもよい。

上記各実施形態では、平坦度が良好な絶縁性の基板として、水晶基板を使用したが、水晶基板に限らず、ガラス基板等を使用してもよい。

水晶振動子２を加熱する発熱体としては、ヒータ基板５に代えて、例えば、ポリイミドフィルム等に金属箔の抵抗パターンを形成したフィルム抵抗を用いてもよく、チップ抵抗体を、水晶基板４に搭載してもよい。

上記各実施形態では、第１，第２封止部材１５，１６には、水晶を用いたが、これに限定されるものではなく、ガラス等の他の絶縁性材料を用いてもよい。

上記各実施形態では、水晶振動板１４にＡＴカット水晶を用いたが、これに限定されるものではなく、ＡＴカット水晶以外の水晶を用いてもよい。

上記実施形態では、各貫通電極２９，４２，４３は、貫通孔の内壁面に金属膜が被着されて構成されているが、これに限らず、貫通孔を導電材料によって埋めてもよい。

１，１_１ 水晶発振器
２ 水晶振動子
３ ＩＣチップ（集積回路素子）
４，４_１ 水晶基板（絶縁性の基板）
５ ヒータ基板
６ 容器
７ コンデンサ（受動部品）
８ ベース（容器本体）
１０ リッド（蓋体）
１１ 配線パターン
１２ 接続電極
１３ 金属バンプ
１４ 水晶振動板
１５ 第１封止部材
１６ 第２封止部材
３８，３９ ボンディングワイヤー

Claims (9)

1. セラミックに比べて平坦度が良好であって、かつ、配線パターンが形成された絶縁性の基板と、
   圧電振動子と、
   前記絶縁性の基板に搭載された集積回路素子と、
   前記圧電振動子を加熱する発熱体と、
   前記集積回路素子が搭載された前記絶縁性の基板を収容して気密封止する容器とを備え、
   前記集積回路素子は、複数の電極パッドを有すると共に、前記電極パッドがバンプを介して前記絶縁性の基板の前記配線パターンにフリップチップ接続され、
   前記容器は、収容凹部を有するセラミックからなる容器本体と、前記収容凹部を覆って気密封止する蓋体とを備え、
   前記絶縁性の基板は、前記容器本体の前記収容凹部の内底面にダイボンディングされている、
   ことを特徴とする圧電発振器。
2. 前記絶縁性の基板が、水晶基板又はガラス基板である、
   請求項１に記載の圧電発振器。
3. 前記圧電振動子は、前記絶縁性の基板に搭載された前記集積回路素子に搭載されて、前記絶縁性の基板と共に、前記容器に収容されて気密封止される、
   請求項１または２に記載の圧電発振器。
4. 前記発熱体は、前記集積回路素子に搭載された前記圧電振動子に搭載されたヒータ基板であり、該ヒータ基板は、前記絶縁性の基板と共に、前記容器に収容されて気密封止される、
   請求項３に記載の圧電発振器。
5. 前記ヒータ基板の抵抗パターンと前記絶縁性の基板の前記配線パターンとが、ボンディングワイヤーによって電気的に接続されている、
   請求項４に記載の圧電発振器。
6. 前記絶縁性の基板には、受動部品が搭載され、該受動部品は、前記絶縁性の基板と共に、前記容器に収容されて気密封止される、
   請求項３ないし５のいずれか一項に記載の圧電発振器。
7. 前記圧電振動子は、両主面に励振電極がそれぞれ形成された圧電振動板と、該圧電振動板の一方の主面の励振電極を覆って封止する第１封止部材と、前記圧電振動板の他方の主面の励振電極を覆って封止する第２封止部材とを備え、
   前記圧電振動板は、前記両主面に、接合用金属膜をそれぞれ有し、前記第１封止部材は、前記圧電振動板の前記一方の主面の前記接合用金属膜に対応する接合用金属膜を有し、前記第２封止部材は、前記圧電振動板の前記他方の主面の前記接合用金属膜に対応する接合用金属膜を有し、
   前記第１封止部材と前記圧電振動板とが、前記接合用金属膜によって接合され、前記第２封止部材と前記圧電振動板とが、前記接合用金属膜によって接合され、前記圧電振動板の前記両主面の前記励振電極を含む振動部が、前記第１封止部材及び前記第２封止部材によって気密封止される、
   請求項１ないし６のいずれか一項に記載の圧電発振器。
8. 前記収容凹部に収容された前記絶縁性の基板の前記配線パターンと前記容器本体の内面に形成された接続電極とが、ボンディングワイヤーによって電気的に接続されている、
   請求項１ないし７のいずれか一項に記載の圧電発振器。
9. 温度センサを備え、
   前記集積回路素子は、前記温度センサの検出温度に基づいて、前記発熱体の発熱を制御する、
   請求項１ないし８のいずれか一項に記載の圧電発振器。

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