(57)【要約】【課題】本発明の目的は、安定した発振周波数を得ることが出来、かつ小型化することが出来る圧電デバイス、及びその製造方法を提供すること。【解決手段】配線基板上に、圧電振動素子と圧電振動素子の振動に基づいて発振信号を発生させる発振回路と、前記発振信号の周波数を調整するための調整回路と、温度変化に応じて前記発振信号の周波数を補正する温度補償回路と、内部に前記圧電振動素子を収容する容器体とを配設してなる圧電デバイスにおいて、前記配線基板に開口部を形成し、前記開口部には段差が設けられており、前記開口部に前記調整回路の一部である電子部品素子を搭載してあるサポート基板が嵌め込まれていることを特徴として課題を解決する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板上に圧電振動素子と、該圧電振動素子の振動に基づいて発振信号を発生させる発振回路と、前記発振信号の周波数を調整するための調整回路と、温度変化に応じて前記発振信号の周波数を補正する温度補償回路と、内部に前記圧電振動素子を収容する容器体とを配設してなる圧電デバイスにおいて、
前記配線基板に開口部を形成し、前記開口部には段差が設けられており、前記開口部に前記調整回路の一部である電子部品素子を搭載したサポート基板が嵌め込まれていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記開口部の段差には、搭載用電極が設けられており、該搭載用電極と前記サポート基板の接続用電極とが電気的、及び機械的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項３】
マトリクス状に配列された複数個の基板領域と捨代領域を有して成り、前記基板領域には開口部を形成し、前記開口部には段差が設けられているマスター基板を準備する工程Ａと、
前記マスター基板に圧電振動素子が収容されている容器体、及び回路を形成する電子部品素子を搭載する工程Ｂと、
前記集合圧電デバイスの周波数を測定し、前記調整回路の一部である電子部品素子を搭載してなるサポート基板を前記開口部に接続する工程Ｃと、
前記マスター基板を各基板領域の外周に沿って切断し、複数個の圧電デバイスを得る工程Ｄと、を含む圧電デバイスの製造方法。
【請求項４】
工程Ｃにおいて、前記開口部の段差には搭載用電極が設けられており、該搭載用電極と前記サポート基板の接続用電極とが電気的、及び機械的に接続されていることを特徴とする請求項３記載の圧電デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯用通信機器等の電子機器に用いられる圧電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、基準信号源として用いられる圧電デバイスとしては、水晶発振器が挙げられ、水晶振動子に発振回路や温度補償回路などを構成する電子部品素子を組み合わせて構成されたものが広く知られている。また回路構成はサーミスタとコンデンサから構成される補償回路を、水晶振動子と直列に接続することにより構成したものである。補償回路は温度センサ（サーミスタ等）とコンデンサとを並列に接続したものを基本構成とする高温部補償回路と低温部補償回路を直列に接続したものである。
【０００３】
かかる従来の圧電発振器としては、例えば図５に示す如く、配線基板上に水晶振動子等の圧電振動子と、その振動に基づいて発振信号を発生させる発振回路と、発振信号の周波数を調整するための調整回路と、発振信号の周波数を温度変化に応じて補正する温度補償回路とを搭載した構造のものが知られており（例えば、特許文献１参照）、全体構造の小型化等のためにシールドケースを取付けること無く電子機器内部に組み込まれる。
【０００４】
また、上述した従来の圧電デバイスにおいては、圧電振動素子を大気と遮断するためにセラミック等から成る容器体の内部に収容した上、その開口部を蓋体等で気密封止するのが一般的であり、その場合、圧電振動子は容器体に収容された状態のまま配線基板上に取着・搭載され、それ以外の回路要素、即ち、発振回路や調整回路，温度補償回路等については全て容器体の外側の領域に表面を露出させた状態のまま配置させるようにしていた。
【０００５】
また、圧電振動子は容器体に収容された状態のまま配線基板上に取着・搭載され、それ以外の回路要素、即ち、発振回路や調整回路、及び温度補償回路等については全て容器体の下面の領域に配置されているものもあった（例えば、特許文献２参照）。なお、上述した従来の圧電発振器においては、その使用時に前記蓋体をグランド電位に接続しておくことにより、その下方に配される圧電振動子が外部からの電気的影響を受けにくくしている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２―２７１１３９号公報（図１）
【０００７】
なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述したような圧電デバイスのように、発振周波数を確認しながら、調整回路を構成する電子部品素子を取り替えて発振周波数を調整するので、調整回路を配線基板上に露出させる必要がある為、小型化することが出来ないという欠点があった。
【０００９】
また、発振回路や調整回路、及び温度補償回路等を構成している電子部品が露出していることにより、外部からのノイズ等の影響により発振周波数が変動してしまうという欠点があった。
【００１０】
本発明は上記問題点に鑑み案出されたもので、その目的は、安定した発振周波数を得ることが出来る、かつ小型化する出来る圧電デバイスとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の圧電デバイスは、配線基板上に圧電振動素子と、該圧電振動素子の振動に基づいて発振信号を発生させる発振回路と、前記発振信号の周波数を調整するための調整回路と、温度変化に応じて前記発振信号の周波数を補正する温度補償回路と、内部に前記圧電振動素子を収容する容器体とを配設してなる圧電デバイスにおいて、前記配線基板に開口部を形成し、前記開口部には段差が設けられており、前記開口部に前記調整回路の一部である電子部品素子が搭載されているサポート基板を嵌め込むことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の圧電デバイスは、前記開口部の段差に搭載用電極が設けられており、該搭載用電極と前記サポート基板の接続用電極とが電気的、及び機械的に接続されていることを特徴とするものである。
【００１３】
更に、本発明の圧電デバイスの製造方法は、マトリクス状に配列された複数個の基板領域と捨代領域を有して成り、前記基板領域には、開口部を形成し、前記開口部には段差が設けられているマスター基板を準備する工程Ａと、前記マスター基板に圧電振動素子が収容されている容器体、及び回路を形成する電子部品素子を搭載する工程Ｂと、前記集合圧電デバイスの周波数を測定し、前記調整回路の一部である電子部品素子を搭載してなるサポート基板を前記開口部に接続する工程Ｃと、前記マスター基板を各基板領域の外周に沿って切断し、複数個の圧電デバイスを得る工程Ｄとを含むものである。
【００１４】
また更に、本発明の圧電デバイスの製造方法は、工程Ｃにおいて前記開口部の段差には、搭載用電極が設けられており、該搭載用電極と前記サポート基板の接続用電極とが電気的、及び機械的に接続されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の圧電デバイスによれば、前記配線基板に開口部を形成し、前記開口部には段差が設けられており、前記開口部に前記調整回路の一部である電子部品素子を搭載してあるサポート基板を嵌め込むことにより、従来のように電子部品素子を取り替える為にこれらの電子部品素子を露出させておく必要がなく、搭載面積を縮小することができるので小型化が可能となる。
【００１６】
また、本発明の圧電デバイスによれば、前記開口部の段差には搭載用電極が設けられており、該搭載用電極と前記サポート基板の接続用電極とが電気的、及び機械的に接続されていることにより、前記サポート基板の下面に形成されているグランド電極によって、前記サポート基板に搭載されている調整回路に一部をなす電子部品素子をシールドすることができるので、周波数変動を抑制することが可能となる。
【００１７】
更に、本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、マトリクス状に配列された複数個の基板領域と捨代領域を有して成り、前記基板領域には開口部を形成し、前記開口部には段差が設けられているマスター基板を準備し、前記マスター基板に圧電振動素子が収容されている容器体、及び回路を形成する電子部品素子を搭載後、前記集合圧電デバイスの周波数を測定し、前記調整回路の一部である電子部品素子を搭載してなるサポート基板を前記開口部に接続することによって、従来のように電子部品素子を取り替える為にそれらの電子部品素子を露出させておく必要がなく、搭載面積を縮小させることが出来るので小型化することが可能となり、かつ前記サポート基板に搭載されている調整回路に一部をなす電子部品素子をシールドすることができるので、周波数変動を抑制することが可能となる。また、このようにマスター基板上で一括処理をすることができるので、生産性を著しく向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。
【００１９】
図１は本発明の圧電デバイスの分解斜視図であり、図２は本発明の圧電デバイスの断面図である。図中の１は配線基板、２は水晶振動子、３は導電性接着材、４は容器体、５は蓋体、６は温度補償回路、７は発振回路、８は調整回路で構成されている。
【００２０】
一方、前記容器体４の下面に設けられている入力電極、及び出力電極は、基体内部のビアホール導体や基体上面の配線導体等を介して先に述べた水晶振動素子２の励振電極に電気的に接続され、また２個のグランド電極は後述するグランド配線層に対して電気的に接続されている。
【００２１】
また、前記容器体４は、複数個の絶縁層を積層してなる略矩形状の積層体から成り、その表面、及び内部には配線導体やビアホール導体等が形成され、これによって所定の電気回路を構成している。
【００２２】
このような容器体４は、絶縁層の材質として、例えばガラスセラミックス等のセラミック材料が用いられ、個々の絶縁層の厚みは例えば５０μｍ〜３００μｍに設定される。
【００２３】
なお、前記容器体４は、絶縁層がセラミック材料から成る場合、セラミック原料の粉末に適当な有機溶剤や有機溶媒等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートを複数層積層した上、これをプレス成形し、しかる後、この積層体を高温で焼成し外形加工することによって製作される。
【００２４】
前記水晶振動素子２は、前記基体の上部に形成されたキャビティ部に導電性接着剤３を介して基体に内部に形成された内部配線パターンと水晶振動素子２とが機械的・電気的に接続されている。
【００２５】
従来から周知の水熱合成法等によって形成された水晶板を所定の結晶軸でカットして短冊状の水晶片として切り出した上、その両主面に一対の励振電極を被着・形成した構造を有しており、前記励振電極より導出された引き出し電極を容器体上面の接続パッドに導電性接着材３を介して接合させることにより水晶振動素子２が容器体４に対して電気的・機械的に接続される。
【００２６】
このような水晶振動素子２は、一対の励振電極間に所定の電圧が印加されると、所定の周波数ですべり振動を起こすようになっており、クロック信号等の基準信号を発生するための振動子として機能する。
【００２７】
また、前記容器体上面の導体パターン９は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等から成る基層の表面にニッケル（Ｎｉ）層、及び金（Ａｕ）層を順次被着させることによって１０μｍ〜２５μｍの厚みに形成されており、その内周部は凹部７の内壁面に、外周部は容器体４の外側面にそれぞれ延在されている。
【００２８】
前記導体パターン９は、後述する蓋体５を、接合材１０を介して容器体４の上面に接合させるためのものであり、かかる導体パターン９を、上述したようにＷもしくはＭｏから成る基層の表面にＮｉ層及びＡｕ層を順次被着させた構成としておくことにより、導体パターン９に対する接合材１０の濡れ性を良好なものとし、水晶振動子の信頼性、及び生産性を向上させることが出来る。
【００２９】
なお、蓋体５は、従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を所定形状に成形することによって製作される。前記蓋体５の上面には、ニッケル（Ｎｉ）層が形成され、更にニッケル（Ｎｉ）層の上面に、接合材１０であるクラッド化された金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層が形成される。クラッド化された金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層の厚みは、１０μｍ〜３０μｍである。例えば、先の金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層の成分比率は金が８０％、錫が２０％のものが使用されている。
【００３０】
配線基板１の材質には、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の有機材料、セラミック等の無機材料、或いは、有機材料と無機材料の双方を用いて形成された複合材料等が用いられ、また前記配線パターンは、例えば、銅等から成る金属箔を配線基板１の一主面に貼着して、これを従来周知のフォトエッチング法等によって微細加工したり、或いは、従来から周知のスクリーン印刷法等によって所定の導電ペーストを所定パターンに印刷・焼成したり、或いは同じく従来から周知のメッキ法や薄膜形成技術を採用することによってマスター基板１１の一主面に所定パターンに被着・形成される。前記配線基板上には、図４に構成される回路図で示されている前記水晶振動素子２、前記温度補償回路６、前記調整回路７、前記発振回路８が電気的に接続されている。
【００３１】
周波数調整回路７は、可変容量ダイオード、及びコンデンサによって発振周波数の調整を行なう回路構成である。発振回路８は、集積回路素子１７になっており、発振トランジスタ及び増幅トランジスタによって構成されたものと同様であり、電圧を印加することによって水晶より得た信号を発振させるものである。
【００３２】
温度補償回路６は高温側温度補償回路、及び低温側温度補償回路によって形成されており、サーミスタ、抵抗、コンデンサによって回路構成されている。ここで３次の曲線で示される水晶振動素子２の固有の温度周波数特性を、周囲温度に対する周波数変動が小さく成るようにされているものである。つまり、３次曲線を平坦化させるように、温度によってインピーダンスを変化させることによって電流値を変化させ、所望周波数を得るように設定されている。
【００３３】
また、前記容器体４の下面と前記配線基板１の上面により収容領域が形成され、この収容領域内に前記温度補償回路６、前記調整回路７、前記発振回路８を配置する。このことにより、電子機器内部において上部から接地された筐体またはシールドケースが近接しても、周波数の変動を抑制することが可能となる。つまり、外部の接地された筐体またはシールドケースが近接しても、容器体４の内部に前記温度補償回路が配置接続されている為に安定した発振周波数を得ることが可能となる。
【００３４】
また、前記配線基板１に開口部１２を形成し、前記開口部１２には段差が設けられており、前記開口部１２に前記調整回路７の一部である調整部品素子１３を搭載してあるサポート基板１４を嵌め込むことにより、従来のように調整部品素子１３を取り替える為に調整部品素子１３を露出させておく必要がなく、その結果、搭載面積を縮小することが出来るので小型化が可能となる。
【００３５】
前記開口部１２の段差には、搭載用電極１５が設けられており、搭載用電極１５と前記サポート基板１４の接続用電極１６と電気的、及び機械的に接続されていることにより、前記サポート基板１４の下面に形成されているグランド電極によって、前記サポート基板１４に搭載されている前記調整回路７に一部をなす調整部品素子１３をシールドすることが出来るので、周波数変動を抑制することが可能となる。
【００３６】
次に上述した圧電部品の製造方法について図３を用いて説明する。
ここで、図３の（ａ）〜（ｃ）は本発明の製造方法を説明するための、それぞれマスター基板を斜め上方からみた斜視図である。
（工程Ａ）
マスター基板１１は、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の有機材料、セラミック等の無機材料、或いは、有機材料と無機材料の双方を用いて形成された複合材料等が用いられ、また前記配線パターンは、例えば、銅等から成る金属箔を基板領域の一主面に貼着して、これを従来周知のフォトエッチング法等によって微細加工したり、或いは、従来周知のスクリーン印刷法等によって所定の導電ペーストを所定パターンに印刷・焼成したり、或いは従来周知のメッキ法や薄膜形成技術を採用することによって一主面に所定パターンに被着・形成される。個々の基板領域には、上面側に接続パッドが設けられ、下面側には入出力端子やグランド端子等の外部端子が被着・形成されている。また、マトリクス状に配された基板領域の間には所定の捨代領域が設けられている。前記マスター基板１１の各基板領域には、開口部１２が形成されており、前記開口部１２には段差が設けられている。
【００３７】
（工程Ｂ）
前記マスター基板１１は、矩形状の基板領域を相互に隣接させて複数個ずつ配置させて成り、その一主面側には、水晶振動素子５が収容された容器体４と前記容器体４の下面と基板領域との間の収容領域に前記温度補償回路６、前記調整回路７、前記発振回路８を構成してなる集積回路素子１７及び電子部品素子が配置される。
【００３８】
前記水晶振動素子５は、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の励振電極を被着・形成して成り、外部からの変動電圧が一対の励振電極を介して水晶片に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こす。また、前記容器体４の凹部底面には水晶振動素子２が１個ずつ搭載され、水晶振動素子２の励振電極と容器体上面の接続パッドとが導電性接着剤を介して電気的・機械的に接続される。また前記容器体４には、蓋体５によって気密封止されている。
【００３９】
前記集積回路素子１７、及び電子部品素子は、温度補償回路及び調整回路、発振回路を構成しており、前記マスター基板上に、導電性接着剤によって搭載されている。
（工程Ｃ）
前記マスター基板上に配置されることによって形成される前記集合圧電デバイスの発振周波数を測定し、前記調整回路の一部である調整部品素子１３を搭載してなるサポート基板１４をマスター基板１１の開口部１２の段差に嵌め込むようにして接続する。前記サポート基板１４は、前記マスター基板１１と同様の材質で構成し、上面には前記調整部品素子１３を搭載するための搭載用電極１５と前記マスター基板１１に接続する為の接続用電極１６が設けられ、下面にはグランドパターンが形成されている。
（工程Ｄ）
そして最後に、図３の（ｃ）に示す如く、前記マスター基板１１を各基板領域の外周に沿って切断することにより、各基板領域を個々の圧電部品に分割する。前記マスター基板１１の切断はダイサーを用いたダイシング等によって行なわれ、かかる切断工程を経てマスター基板１１を個々の基板領域毎に分割することにより、それぞれの個々の圧電デバイスを得ることが出来る。
【００４０】
なお、本発明は上述の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。例えば、上述の実施形態においては、圧電振動子として水晶振動素子１４を用いるようにしたが、これに代えて、圧電振動子としてＳＡＷフィルタ等の他の圧電振動子を用いる場合であっても本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る圧電デバイスを示す概略の分解斜視図である。
【図２】図２は、本発明の圧電デバイスの概略の断面図である。
【図３】図３は、本発明に係る圧電デバイスの製造方法を説明するための概略の斜視図である。
【図４】図４は、本発明の圧電デバイスのブロック回路図である。
【図５】図５は、従来の圧電発振器の概略の外観斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・配線基板
２・・・水晶振動素子
３・・・導電性接着材
４・・・容器体
５・・・蓋体
６・・・温度補償回路
７・・・調整回路
８・・・発振回路
９・・・導体パターン
１０・・接合材
１１・・マスター基板
１２・・開口部
１３・・調整部品素子
１４・・・サポート基板
１５・・・搭載用電極
１６・・・接続用電極
１７・・・集積回路素子
【図１】
2006287594.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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