JP2010220041A - 圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】パッケージベースに圧電振動片とＩＣ部品を備えた圧電発振器の小型化を図る。
【解決手段】本発明の圧電発振器１０は、パッケージベース２０に圧電振動片３０及びＩＣ部品５０が収容されている。圧電振動片３０は、圧電材料からなり励振電極３６が形成されている薄肉部３２、及び薄肉部３２と一体的に形成されている厚肉部３４を有し、ＩＣ部品５０は、能動面に複数のパッド５１が形成され、パッケージベース２０の底面に圧電振動片３０の厚肉部３４の下面が実装され、ＩＣ部品５０の複数のパッド５１が、パッケージベース２０の底面より高い位置にある段差部２８の上面に形成された実装電極２９と、圧電振動片３０の厚肉部３４の上面に形成された接続電極３８とに実装されていることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、特にパッケージ内に圧電振動片及びＩＣ（半導体集積回路）部品を備えた圧電発振器に関する。

圧電振動子や、圧電振動子と電子部品を同一パッケージに備えた圧電デバイスは、小型の情報機器などの電子機器に幅広く用いられている。近年、電子機器分野においてはその小型化・薄型化が急速に進んでおり、その電子機器に用いられる圧電デバイスについても、さらなる小型化・薄型化が要求されている。

従来、圧電デバイスの小型化を図ったものの例として特許文献１〜３を挙げることができる。このうち特許文献１及び２に示す圧電デバイスは、パッケージベースにＩＣ部品を搭載した後、このＩＣ部品の上方に圧電振動片を設けた圧電デバイスが開示されている。

また特許文献３に示す圧電発振器は、パッケージベースに圧電振動片を搭載した後、この圧電振動片の上方にＩＣ部品を設けた圧電デバイスが開示されている。
このような圧電デバイスによれば、パッケージベースの平面スペースを縮小することで圧電デバイス全体の小型化を図ることができ、配線パターンを短縮あるいは省略することができる。

特開２００１−２１７４７６号公報 特開２００３−３７４４１号公報 特開２００６−１０１０９０号公報

しかしながら特許文献１及び２に示す圧電デバイスの構成では、ＩＣ部品を搭載した後、圧電振動片を搭載し、振動片の周波数調整を行なうことになる。このとき、圧電振動片に不具合が生じて発振しない場合には、ＩＣ部品が無駄になることがあった。

また特許文献３に示す圧電デバイスは、圧電振動片を先行して搭載することにより、ＩＣ部品の実装前に圧電振動片の不良判別が可能となる。不良判別した良品の振動片の上方にＩＣ部品を搭載することにより歩留まりが良くなる。しかしＩＣ部品を搭載するため、パッケージベースに段差部を設ける必要があり、圧電デバイス全体の小型化に問題があった。
そこで本発明は、上記従来技術の問題点を解決するため、ＩＣ部品と圧電振動片を備えた圧電デバイスの小型化を図ることを目的としている。

本発明は、上記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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
〔適用例１〕パッケージベースに圧電振動片及びＩＣ部品が収容された圧電発振器であって、前記圧電振動片は、圧電材料からなり励振電極が形成されている薄肉部、及び前記薄肉部と一体的に形成されている厚肉部を有し、前記ＩＣ部品は、能動面に複数のパッドが形成され、前記パッケージベースの底面に前記圧電振動片の前記厚肉部の下面が実装され、前記ＩＣ部品の前記複数のパッドが、前記パッケージベースの前記底面より高い位置にある段差部の上面に形成された実装電極と、前記圧電振動片の前記厚肉部の上面に形成された接続電極とに実装されていることを特徴とする圧電発振器。

これによりＩＣ部品を載置するパッケージベースの段差部（載置部）を一部省略することができ、圧電デバイス全体の小型化を図ることができる。また圧電振動片とＩＣ部品の間に電気的接続配線を設ける必要がなく、両者を直接接続することができる。よって、発振出力が高周波信号の場合、インピーダンスの増加を抑えることができる。また製造工程の短略化及び製造コストの削減化を図ることができる。

〔適用例２〕適用例１に記載の圧電発振器において、前記段差部の前記上面と、前記圧電振動片の前記厚肉部の前記上面とが、実質的に同じ高さであることを特徴とする圧電発振器。
ここで「実質的」というのは、製造誤差等に起因してわずかな誤差が生じる場合でも、同じ作用効果を得ることができるときには、そのような誤差も含むという意味である。
これによりパッケージの段差部の上面と圧電振動片の上面とに跨って実装されるＩＣ部品の実装状態や実装工程が安定化する。

〔適用例３〕適用例１又は２に記載の圧電発振器において、前記ＩＣ部品は、前記パッケージベースを平面視して、前記圧電振動片の振動領域と重ならない位置に配置したことを特徴とする圧電発振器。

これにより圧電振動片の振動領域とＩＣ部品が上下に重ならないため、発振周波数の調整場所を上面に露出させることができ、調整箇所を自由に調整することができる。またパッケージベースに発振周波数を調整するための封止孔を設ける必要がないため、圧電デバイス全体の製造工程を短略化することができる。

本発明の圧電発振器の第１実施形態の分解斜視図である。 本発明の圧電発振器の第１実施形態の平面図及び断面図である。 本発明の圧電発振器の第２実施形態の分解斜視図である。 本発明の圧電発振器の第２実施形態の平面図及び断面図である。 本発明の圧電発振器の第３実施形態の分解斜視図である。 本発明の圧電発振器の第３実施形態の構成概略図である。

本発明の圧電発振器の実施形態を添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。
図１は本発明の圧電発振器の第１実施形態の分解斜視図である。図２は本発明の圧電発振器の第１実施形態の平面図（ＩＣ部品を破線で示す。）及び断面図である（いずれも蓋体を除く）。図示のように第１実施形態の圧電発振器１０は、パッケージベース２０と、圧電振動片３０と、ＩＣ部品５０と、蓋体６０を主な基本構成としている。

パッケージベース２０は、実装基板２２と囲繞部２４から構成されている。実装基板２２は上面に後述する圧電振動片３０を実装する実装面を有している。また実装基板２２は、基板を平面視して、実装する圧電振動片の振動領域と重なる位置に表裏面を貫通する封止孔２６を設けている。

囲繞部２４は、実装基板２２の矩形外周に沿って枠状に形成され、実装基板２２と接合させることにより、圧電振動片３０及び後述するＩＣ部品５０を収容するキャビティを形成することができる。囲繞部２４は圧電振動片３０よりもわずかに大きな開口の第１基板２４ａ、及びＩＣ部品５０よりも僅かに大きな開口の第２基板２４ｂを積層し、段差部２８が形成されている。段差部２８の上面の高さ（第１基板２４ａの厚み）は実装基板２２に実装した圧電振動片３０の上面の高さと実質的に同じになるように予め設定している。

さらにパッケージベース２０の段差部２８の上面には、ＩＣ部品５０を実装するための実装電極２９が複数形成されている。
蓋体６０は、パッケージベース２０のキャビティに圧電振動片３０及びＩＣ部品５０を搭載した後、キャビティの開口を封止するものである。

圧電振動片３０は、薄肉部３２とその外周を囲む厚肉部３４を一体形成した圧電材料からなる基板を備えている。
薄肉部３２は圧電振動片３０の振動領域となり、中央に励振電極３６ａ，３６ｂが形成されている。励振電極３６ａ，３６ｂは薄肉部３２の表裏面に対向するように形成されている。薄肉部３２は、高い周波数を得るため、予め定めた所定の薄さに設定し、かつ振動漏れを防止するため励振電極３６の周囲を所定の大きさに設定されている。

厚肉部３４は、実装基板２２に圧電振動片３０を搭載する際の支持部の役割を担っている。厚肉部３４は、ＩＣ部品５０の接続パッド５２と電気的に接続する接続電極３８が形成されている。接続電極３８は、リード電極４０を介して励振電極３６と電気的に接続されている。なお第１実施形態の圧電振動片３０の２つの接続電極３８ａ，３８ｂのうち、接続電極３８ｂは、裏面の励振電極３６ｂと接続するリード電極４０を裏面から表面に引き回して振動片の表面に形成されている。励振電極３６、リード電極４０、接続電極３８は、圧電振動片３０の表裏面に真空蒸着またはスパッタ蒸着等により一体形成することができる。

ＩＣ部品５０は、一例として電圧制御回路、温度補償回路などを用いることができ、能動面に複数のパッド５１が形成されている。複数のパッド５１のうち少なくとも２つは圧電振動片３０との接続パッド５２ａ，５２ｂとしている。その他のパッド５１は一例として、ＶＤＤ（電源電圧用）パッド、ＧＮＤパッド、発振信号出力用パッド、発振周波数制御電圧入力パッド等とすることができる。

上記構成による圧電発振器１０の製造方法は、まず圧電振動片３０をパッケージベース２０の底面に、接着手段７０（非導電性接着剤、ＴＡＢテープ等）を介して実装する。このとき圧電振動片３０の励振電極３６ｂは、ベース底面の封止孔２６の上方に位置されている。また実装された圧電振動片３０の上面とパッケージベース２０の段差部２８の上面は実質的に同じ高さとなるように設定されている。

次にＩＣ部品５０を圧電振動片３０の上方に実装する。このときＩＣ部品５０の下面は、パッケージベース２０を平面視して、圧電振動片３０の振動領域と重なる位置に配置されている。またＩＣ部品５０の一端に形成した接続パッド５２ａ，５２ｂと圧電振動片３０の表面の２つの接続電極３８ａ，３８ｂが平面視して重なる位置で、金属バンプ７２を介して電気的に直接接続させている。その他のパッド５１は、段差部２８に設けた実装電極２９と、金属バンプ７２を介して電気的に直接接続させている。

ＩＣ部品５０を実装した後、キャビティの上面に蓋体６０を接合する。
次に圧電振動片３０の周波数調整を行なう。周波数調整は、一例として封止孔２６からキャビティ内の圧電振動片３０の励振電極３６にイオンガンやプラズマガン等からなる高エネルギーの粒子又はレーザーを照射して、励振電極３６の厚さや質量を調整することにより行なう。

周波数を調整した後、真空中又は不活性雰囲気中で、封止孔２６を封止材２７を介して封止する。
上記構成による第１実施形態の圧電発振器１０によれば、ＩＣ部品５０の載置するパッケージベース２０の段差部を一部省略することができ、圧電発振器全体の小型化を図ることができる。圧電振動片３０とＩＣ部品５０の間に電気的接続配線を設ける必要がなく、両者を直接接続することができる。よって、発振出力が高周波信号の場合、インピーダンスの増加を抑えることができる。また製造工程の短略化及び製造コストの削減化を図ることができる。

ＩＣ部品５０は、パッケージベース２０を平面視して、圧電振動片３０の振動領域と重なる位置に配置されている。これによりパッケージの平面スペースを縮小でき、圧電デバイス全体の小型化を図ることができる。

次に本発明の第２実施形態の圧電発振器１００について以下説明する。図３は本発明の圧電発振器の第２実施形態の分解斜視図である。図４は本発明の圧電発振器の第２実施形態の平面図（ＩＣ部品５０１を破線で示す。）及び断面図である（いずれも蓋体を除く）。図示のように第２実施形態の圧電発振器１００は、パッケージベース２０１と、圧電振動片３０１と、ＩＣ部品５０１と、蓋体６０を主な基本構成としている。

パッケージベース２０１は、実装基板２２１と囲繞部２４１から構成されており、囲繞部２４１は圧電振動片３０１よりも僅かに大きな開口の第１基板２４１ａ、及び第１基板２４１ａよりも大きな開口の第２基板２４１ｂを積層し、段差部２８１が形成されている。段差部２８１の高さ（第１基板２４１ａの厚み）は実装基板２２１に実装した圧電振動片３０１の高さと一致するように予め設定している。パッケージベース２０１の段差部２８１の上面には、ＩＣ部品５０１を実装するための実装電極２９１，２９２が複数形成されている。また実装基板２２１に圧電振動片３０１を実装するためのマウント電極８０が形成されている。このマウント電極８０は、実装電極２９２と電気的に接続させている。

圧電振動片３０１は、薄肉部３２１とその側方に厚肉部３４１が一体形成された基板である。
薄肉部３２１は圧電振動片３０１の振動領域となり、中央に励振電極３６１，３６２が形成されている。励振電極３６１，３６２は薄肉部３２１の表裏面に対向するように形成されている。

厚肉部３４１は、ＩＣ部品５０１の接続パッド５２１及び実装基板２２１のマウント電極８０とそれぞれ電気的に接続する接続電極３８１、３８２が表裏面に形成されている。接続電極３８１，３８２は、リード電極４０を介して励振電極３６１，３６２と電気的に接続されている。

ＩＣ部品５０１は、第１実施形態と同様に、一例として電圧制御回路、温度補償回路などを用いることができ、能動面に複数のパッド５１１が形成されている。複数のパッド５１１のうち少なくとも２つは圧電振動片３０１との接続パッド５２１，５２２としている。

上記構成による圧電発振器１００の製造方法は、実装基板２２１に圧電振動片３０１を実装する。具体的には圧電振動片３０１の接続電極３８２を、金属バンプ７２を用いて実装基板２２１上のマウント電極８０と電気的に接続する。これにより接続電極３８２は、マウント電極８０を介して実装電極２９２と電気的に接続されたことになる。このとき実装された圧電振動片３０１の厚肉部の上面（圧電振動片３０１の高さ）とパッケージベース２０１の段差部２８１の上面（段差部２８１の高さ）は実質的に同じ高さとなるように設定している。振動片を実装した後、圧電振動片３０１の上方にＩＣ部品５０１を実装する際、パッケージベース２０１を平面視して、ＩＣ部品５０１の下面が、圧電振動片３０１の振動領域と重ならない位置に配置されている。そして接続パッド５２１，５２２及びパッド５１１をそれぞれ、接続電極３８１及び実装電極２９１，２９２と金属バンプ７２を介して電気的に直接接続させている。

次に圧電振動片３０１の周波数調整を行なう。振動片の発振領域（励振電極３６１）は、上方のＩＣ部品５０１から突出しているため、封止孔を設けなくても、容易に調整領域を調整することができる。
最後にキャビティの上面を蓋体６０を用いて気密に封止する。

上記構成による第２実施形態の圧電発振器１００によれば、ＩＣ部品５０１の載置するパッケージベース２０１の段差部を一部省略することができ、圧電発振器全体の小型化を図ることができる。また圧電振動片２０１の振動領域とＩＣ部品５０１が上下に重ならないため、発振周波数の調整場所を上面に露出させることができ、調整箇所を自由に調整することができる。またパッケージベース２０１に発振周波数を調整するための封止孔を設ける必要がないため、圧電発振器全体の製造工程を短略化することができる。

次に本発明の第３実施形態の圧電発振器１０１について以下説明する。図５は本発明の圧電発振器の第３実施形態の分解斜視図である。図６は本発明の圧電発振器の第３実施形態の構成概略図である。図６（１）は平面図、（２）は（１）のＡ−Ａ矢視図、（３）は（１）のＢ−Ｂ断面図をそれぞれ示している（蓋体を除く）。

第３実施形態の圧電発振器１０１の圧電振動片３００としては、圧電効果を奏する部材、例えば水晶やタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、及び圧電セラミックス等に電極パターンを形成して励振可能としたものであれば、その形態も種々選択可能である。また、圧電振動片３００は、シリコンなど圧電効果を奏さない部材に、圧電膜を付けた振動片に代えることもできる。ここで本実施形態では、部材を周波数−温度特性に優れた水晶とし、以下のような形態の圧電振動片を採用している。すなわち、一対の振動腕３１０と、この振動腕３１０を支える基部３２０、及び振動腕３１０と基部３２０とを支持する一対の固定用腕３３０とを有する。ここで固定用腕３３０は、支持状態の安定性を確保するために、基部３２０から振動腕３１０と反対方向へ延設されたくびれ部３４０を介し、基部３２０の側方両側へ延設される。基部３２０の側方へ延設された固定用腕３３０はさらに、振動腕３１０の延設方向へと延設されている。このような形態とすることで、その実装状態を安定させることができ、圧電振動片の実装状態での水平位置を確保しやすくしている。また、励振部である振動腕３１０から固定部である固定用腕３３０の先端までの距離を長くすることで、振動漏れを防止することができる。さらに、基部３２０と固定用腕３３０との間にくびれ部３４０を介在させたことにより、振動漏れ防止の効果を高めることができる。

振動腕３１０には、その断面において対向する面に同電位の電圧が印加されるように励振電極３５０，３６０が形成されている。なお励振電極３５０，３６０は、図６中逆向きの斜線で示すように、対を成す２つの振動腕３１０において互いに対応する面には、異なる極性の電位の電圧が印加されるように配線されている。固定用腕３３０には、励振電極３５０，３６０に対する電力の供給を行うための接続電極３７０，３８０が形成されており、基部等に形成された引出し電極３９０ａ，３９０ｂを介して励振電極３５０，３６０と電気的に接続されている。

パッケージベース２００は、実装基板２２０と囲繞部２４０から構成されており、囲繞部２４０は圧電振動片３００よりもわずかに大きな開口の第１基板２４０ａ、第１基板２４０ａよりも大きな開口の第２基板２４０ｂを積層し、段差部２８０が形成されている。段差部２８０の上面（高さ、すなわち第１基板２４０ａの厚み）は実装基板２２０に実装した圧電振動片３００の厚肉部の上面（高さ）と実質的に同じ高さになるように予め設定している。パッケージベース２００の段差部２８０の上面には、ＩＣ部品５００を実装するための実装電極２９０が複数形成されている。

ＩＣ部品５００は、第１実施形態と同様に、一例として電圧制御回路、温度補償回路などを用いることができ、能動面に複数のパッド５１０が形成されている。複数のパッド５１０のうち少なくとも２つは圧電振動片３００との接続パッド５２０としている。

上記構成による第３実施形態の圧電発振器１０１の製造方法は、第１実施形態と同様にパッケージベース２００の底面に圧電振動片３００を接着手段７０を介して実装する。このとき実装された圧電振動片３００の高さとパッケージベース２００の段差部２８０の高さは同程度の高さとなるように設定している。

次にＩＣ部品５００を圧電振動片３００の上方に実装する。このときＩＣ部品５００の下面は、パッケージベース２００を平面視して、圧電振動片３０の振動領域と重なる位置であって、圧電振動片の周波数調整領域となる励振電極３５０，３６０の一部がＩＣ部品５００から突出するように配置されている。

またＩＣ部品５００の一端に形成した接続パッド５２０ａ，５２０ｂと圧電振動片３００の表面の２つの接続電極３７０，３８０が平面視して重なる位置で、金属バンプ７２を介して電気的に直接接続させている。その他のパッド５１０は、段差部２８０に設けた実装電極２９０と、金属バンプ７２を介して電気的に直接接続させている。

次に圧電振動片３００の周波数調整を行なう。振動片の励振電極３５０，３６０が上方のＩＣ部品５００から一部突出しているため、封止孔を設けなくても、容易に調整領域を調整することができる。
最後にキャビティの上面を蓋体６０を用いて気密に封止する。

上記構成による第３実施形態の圧電発振器１０１によれば、ＩＣ部品５００を載置するパッケージベース２００の段差部を一部省略することができ、圧電発振器全体の小型化を図ることができる。また圧電振動片３００の励振電極の一部とＩＣ部品５００が上下に重ならないため、発振周波数の調整場所を上面に露出させることができ、調整箇所を調整することができる。またパッケージベース２００に発振周波数調整するための封止孔を設ける必要がないため、圧電発振器全体の製造工程を短略化することができる。

１０，１００，１０１………圧電発振器、２０，２００，２０１………パッケージベース、２２………実装基板、２４………囲繞部、２６………封止孔、２７………封止材、２８………段差部、２９………実装電極、３０，３００，３０１………圧電振動片、３２………薄肉部、３４………厚肉部、３６………励振電極、３８………接続電極、４０………リード電極、５０，５００，５０１………ＩＣ部品、５１………パッド、５２………接続パッド、６０………蓋体、７０………接着手段、７２………金属バンプ、８０………マウント電極。

Claims (3)

1. パッケージベースに圧電振動片及びＩＣ部品が収容された圧電発振器であって、
   前記圧電振動片は、圧電材料からなり励振電極が形成されている薄肉部、及び前記薄肉部と一体的に形成されている厚肉部を有し、
   前記ＩＣ部品は、能動面に複数のパッドが形成され、
   前記パッケージベースの底面に前記圧電振動片の前記厚肉部の下面が実装され、
   前記ＩＣ部品の前記複数のパッドが、前記パッケージベースの前記底面より高い位置にある段差部の上面に形成された実装電極と、前記圧電振動片の前記厚肉部の上面に形成された接続電極とに実装されていることを特徴とする圧電発振器。
2. 請求項１に記載の圧電発振器において、
   前記段差部の前記上面と、前記圧電振動片の前記厚肉部の前記上面とが、実質的に同じ高さであることを特徴とする圧電発振器。
3. 請求項１又は２に記載の圧電発振器において、
   前記ＩＣ部品は、前記パッケージベースを平面視して、前記圧電振動片の振動領域と重ならない位置に配置したことを特徴とする圧電発振器。

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