(57)【要約】【課題】  低背化が可能であり、搭載されるＩＣチップのサイズの自由度を高めた圧電発振器および電子機器を提供する。【解決手段】  圧電発振器１０は、励振電極が形成された圧電振動片本体１２とこの圧電振動片本体１２の周囲を囲む枠部１４とこの枠部１４上に形成され前記励振電極に電気的に接続された接続電極とを備えた圧電振動片１６と、外部端子を有し前記圧電振動片１６が実装された基板と、前記圧電振動片１６の前記接続電極および前記基板の前記外部端子のそれぞれに電気的に接続され前記圧電振動片１６を発振させる回路と、前記基板に接合され前記圧電振動片１６および前記回路を気密封止するリッドとを備え、前記回路は、前記圧電振動片１６の基板への実装面と反対側の面の前記枠部１４上に接合されている構成である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励振電極が形成された圧電振動片本体とこの圧電振動片本体の周囲を囲む枠部とこの枠部上に形成され前記励振電極に電気的に接続された接続電極とを備えた圧電振動片と、
外部端子を有し前記圧電振動片が実装された基板と、
前記圧電振動片の前記接続電極および前記基板の前記外部端子のそれぞれに電気的に接続され前記圧電振動片を発振させる回路と、
前記基板に接合され前記圧電振動片および前記回路を気密封止するリッドとを備え、
前記回路は、前記圧電振動片の基板への実装面と反対側の面の前記枠部上に接合されている、
ことを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
前記回路と前記接続電極とをワイヤにより導通させたことを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。
【請求項３】
前記基板は凹陥部を有するパッケージベースであり、前記凹陥部に前記圧電振動片および前記回路を備え、前記パッケージベースの開口端面に前記リッドを接合し、パッケージ内部を気密封止したことを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電発振器を搭載したことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電発振器および電子機器に係り、特に低背化に適した圧電発振器を提供することを目的とする。
【背景技術】
【０００２】
圧電発振器は様々な電子機器に搭載され、基準周波数源や基準信号源として利用されている。この圧電発振器として、例えば次のような構成のものがある。すなわち圧電発振器は、パッケージベースの凹陥部に圧電振動片を実装するとともに、凹陥部の上面に圧電振動片を発振させるＩＣチップを接合して圧電振動片を気密封止し、パッケージベースの上面に設けられた電極とＩＣチップに設けられたパッドとにワイヤボンディングを施し、ＩＣチップとワイヤとを樹脂で封止した構成のものがある（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
また圧電発振器は、パッケージベースの凹陥部底面に圧電振動片を発振させるためのＩＣチップを実装するとともに、凹陥部側面に形成された段差上に圧電振動片を両持ち状に実装して、ＩＣチップと圧電振動片とを上下に配置し、パッケージベースの上面にリッドを接合してパッケージ内部を気密封止した構成のものがある（例えば、特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開２００４−７２６４１号公報
【特許文献２】特開２００１−２７４６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧電振動片がパッケージベースに片持ち状に実装される場合、圧電振動片がパッケージベースの底面に対して平行に実装されないで、斜めに、すなわち圧電振動片の先端部がパッケージベースまたはＩＣチップ等に近づいて実装される虞がある。この場合、僅かの衝撃が圧電発振器に加わって圧電振動片の先端部が上下に振れると、この先端部がパッケージベースまたはＩＣチップに接触してワレやカケ等が発生し、圧電発振器の発振周波数が変化する虞がある。したがって圧電振動片が片持ち状に実装される場合では、振動片の先端部がパッケージベースやＩＣチップ等に接触するのを防止するために、パッケージベースと圧電振動片との間隔および圧電振動片とＩＣチップとの間隔を広くとって、先端部が接触するのを防止していた。
【０００５】
ところが、近年は、圧電発振器が搭載される電子機器が小型化されているので、圧電発振器に低背化が要求されている。このため、圧電振動片をパッケージベースに片持ち状に実装する構成では、先端部の接触を防止するための間隔が必要になるので、圧電発振器の更なる低背化が困難になっている。
【０００６】
また圧電振動片をＩＣチップで気密封止する構成では、ＩＣチップのサイズは圧電振動片のサイズよりも大きい必要があるので、圧電振動片のサイズよりも小さいＩＣチップを使用することはできなかった。このため、圧電発振器に搭載されるＩＣチップを自由に選択することができない問題点があった。
【０００７】
また特許文献１および２は、圧電振動片と圧電振動片をパッケージに固定するためのマウント用接着剤とが同一空間に気密に封止される構成であるため、蓋体とパッケージとを接合し封止する時に発生する熱や、完成した圧電発振器を電子機器の基板に実装した後に行うリフロー工程時の熱等により、圧電振動片のマウント用接着剤等からガスが発生し、そのガスが圧電振動片に付着するなどして発振周波数がシフトしてしまうという問題点があった。
本発明は、低背化が可能であり、搭載されるＩＣチップのサイズの自由度を高めた圧電発振器および電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る圧電発振器は、励振電極が形成された圧電振動片本体とこの圧電振動片本体の周囲を囲む枠部とこの枠部上に形成され前記励振電極に電気的に接続された接続電極とを備えた圧電振動片と、外部端子を有し前記圧電振動片が実装された基板と、前記圧電振動片の前記接続電極および前記基板の前記外部端子のそれぞれに電気的に接続され前記圧電振動片を発振させる回路と、前記基板に接合され前記圧電振動片および前記回路を気密封止するリッドとを備え、前記回路は、前記圧電振動片の基板への実装面と反対側の面の前記枠部上に接合されている、ことを特徴としている。枠部と基板とを機械的に接続することにより、圧電振動片を基板に対して平行に実装することができる。これにより圧電振動片が斜めに実装されることがなくなるので、圧電振動片と基板との間隔、および圧電振動片と回路との間隔を狭くすることができ、圧電発振器は低背化することができる。
【０００９】
また前記回路と前記接続電極とをワイヤにより導通させたことを特徴としている。前記回路は、集積化されてＩＣチップを構成することができる。これによりＩＣチップと圧電振動片が直接的にワイヤで接続されるので、浮遊容量が発生せず、接続の安定性を高めることができる。また圧電振動片のマウントに接着剤を使用していないため、接着剤からガスが発生し圧電発振器の発振周波数がシフトしてしまうことがない。
【００１０】
また前記基板は凹陥部を有するパッケージベースであり、前記凹陥部に前記圧電振動片および前記回路を備え、前記パッケージベースの開口端面に前記リッドを接合し、パッケージ内部を気密封止したことを特徴としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る圧電発振器および電子機器の最良の実施形態について説明する。図１は圧電発振器の説明図であり、図１（ａ）は正面断面図、同図（ｂ）は側面断面図である。また図２は圧電振動片および回路部分の分解斜視図である。圧電発振器１０は、圧電振動片本体１２とこの圧電振動片本体１２の周囲を囲む枠部１４とを備えた圧電振動片１６と、この圧電振動片１６を発振させる回路（ＩＣチップ１８）とをパッケージベース２０に搭載した構成である。
【００１２】
前記パッケージベース２０は凹陥部２２を備え、この凹陥部２２の少なくとも１つの側面は階段状に形成されている。このようなパッケージベース２０は、例えばセラミック等からなる平面シート上に、枠部の大きさの異なる枠型シートを複数積層して形成すればよい。そしてパッケージベース２０の底面には、圧電振動片１６を実装するためのマウント電極２４が形成されている。このマウント電極２４は、圧電振動片１６の枠部１４にあわせて枠型に形成されてもよく、枠部１４の２つの短辺部または２つの長辺部にあわせて形成されてもよい。また凹陥部２２の側面に形成された階段部分の上面には、ＩＣチップ１８と電気的に接続するためのボンディング電極２６が設けられている。このボンディング電極２６は、パッケージベース２０の外部表面に設けられて、圧電発振器１０の発振出力信号や書き込み等の信号を入出力する外部端子２７と電気的に接続されている。
【００１３】
そしてマウント電極２４やボンディング電極２６は、例えばタングステンやモリブデン等をメタライズ印刷した上に、ニッケルと金を電解メッキして形成すればよい。なおニッケルメッキは、メタライズ印刷したパターンに金の付着強度を増すために施されるものなので、この機能を有するものであれば他の金属のメッキであってもよい。
【００１４】
前記圧電振動片１６は枠付圧電振動片である。そして圧電振動片本体１２は、基部１２ａとこの基部１２ａから延設された複数の振動腕１２ｂとを備えた音叉型圧電振動片であり、基部１２ａから振動腕１２ｂが延設された側と反対側において枠部１４と接続している。前記振動腕１２ｂには、励振電極（不図示）等が設けられ、この励振電極と枠部１４の短辺両端に形成された接続電極２８とが導通している。なお実施形態によっては、圧電振動片本体１２はＡＴカット等の圧電振動片であってもよい。そして圧電振動片１６は、接合材３０を用いて枠部１４とマウント電極２４とが機械的に接続され、パッケージベース２０底面上に実装されている。このとき圧電振動片１６は、衝撃等が加わって振動腕１２ｂが上下に振れたときにパッケージベース２０に接触しない高さで実装されている。前記接合材３０として、例えば金／錫ロウ材や接着剤等を用いればよい。
【００１５】
この圧電振動片１６の上側には、ＩＣチップ１８が接合されている。具体的には、圧電振動片１６の枠部１４とＩＣチップ１８の裏面とが接着剤３６を用いて接合されており、ＩＣチップ１８は、衝撃等が加わって振動腕１２ｂが上下に振れたときにＩＣチップ１８に接触しない高さを有して接合されている。そしてＩＣチップ１８のサイズは、枠部１４のサイズと同じか、枠部１４のサイズよりも大きいものであってもよく、枠部１４のサイズよりも小さいものであってもよい。なおＩＣチップ１８のサイズが枠部１４よりも小さい場合は、図３に示すように、枠部１４の長辺部または短辺部に掛け渡し可能なサイズであればよい。
【００１６】
そしてＩＣチップ１８は、圧電振動片１６を発振させる回路であり、主面に複数のパッド３２が形成されている。このＩＣチップ１８は、主面を上方に向けて圧電振動片１６の枠部１４に実装されており、パッド３２とボンディング電極２６とに、およびパッド３２と接続電極２８とにワイヤボンディングが施されて電気的に接続されている。なおＩＣチップ１８に電圧制御発振回路を搭載して圧電発振器を電圧制御型圧電発振器としてもよく、温度補償型発振回路を搭載して圧電発振器を温度補償型圧電発振器としてもよい。またこれらの回路を組み合わせて圧電発振器を電圧制御−温度補償型圧電発振器としてもよい。また前記回路は、ＩＣチップ１８で形成された構成に限定されることはなく、ディスクリートで形成された構成であってもよい。
【００１７】
そしてパッケージベース２０の上面にリッド３４が接合されて、凹陥部２２を真空封止している。なお実施形態によっては、凹陥部２２を不活性ガス雰囲気によって気密封止することもできる。
【００１８】
次に、圧電発振器１０の製造方法について説明する。図４は圧電発振器１０の製造フローである。まず圧電結晶のウエハに複数の圧電振動片１６が形成される（Ｓ１００）。この圧電振動片１６は、ウエハをエッチングし、圧電振動片本体１２と圧電振動片本体１２を囲繞する枠部１４とを残すことにより得られる。そして圧電振動片１６は、全面にスパッタ等の成膜法により電極用の金属膜が成膜され、且つ金属膜をエッチングすることにより振動腕１２ｂの表裏面および各側面に前記励振電極が形成され、枠部１４に前記励振電極に接続した接続電極２８が形成される。この後、前記ウエハに形成された圧電振動片１６は個別化されて、個々の圧電振動片１６となる（Ｓ１１０）。
【００１９】
そして各圧電振動片１６は、パッケージベース２０の底面に実装される（Ｓ１２０）。このとき圧電振動片１６は、枠部１４とマウント電極２４とが接合材３０を用いて機械的に接続される。この後、圧電振動片１６の周波数調整が行われる（Ｓ１３０）。この周波数調整は、圧電振動片１６が実装されたパッケージベース２０を真空中に納置した後、圧電振動片１６を発振させる回路に接続したプローブを接続電極２８に接触させて圧電振動片１６を発振させ、レーザ光を照射して振動腕１２ｂ先端を加工することにより行われる。この周波数調整後に、圧電振動片１６が正常に動作するか否かが検査される。
【００２０】
そして正常に動作する圧電振動片１６に対してのみ、ＩＣチップ１８が接合される（Ｓ１４０）。このＩＣチップ１８は、圧電振動片１６の枠部１４に接着剤３６を用いて接合される。この後、ＩＣチップ１８のパッド３２と圧電振動片１６の接続電極２８とに、およびパッド３２とパッケージベース２０に形成されたボンディング電極２６とにワイヤボンディングが施され（Ｓ１５０）、ＩＣチップ１８と圧電振動片１６、およびＩＣチップ１８とパッケージベース２０とが電気的に接続される。
【００２１】
この後、リッド３４をパッケージベース２０の上面に接合する（Ｓ１６０）。このリッド３４は、金属製であればよく、真空中においてパッケージベース２０の上面にシーム溶接等で接合される。これにより凹陥部２２は真空封止される。またリッド３４が不活性ガス雰囲気中でパッケージベース２０に接合されれば、凹陥部２２は不可性ガス雰囲気で気密封止される。なお金属製のリッド３４のかわりにガラス製のリッドを用いることもでき、この場合低融点ガラス等を介してリッドがパッケージベース２０上に接合される。このようにして圧電発振器１０が製造され、圧電発振器１０の完成品検査（Ｓ１７０）が終了した後、出荷される。
【００２２】
このように圧電発振器１０は、圧電振動片本体１２の周囲を枠部１４で囲った構成の圧電振動片１６を用いているので、パッケージベース２０の底面に対して平行に実装することができる。これにより、圧電振動片１６がパッケージベース２０に斜めに実装されたときのために、圧電振動片１６とパッケージベース２０との間隔および圧電振動片１６とＩＣチップ１８との間隔を広くとる必要がないので、これらの間隔を狭くでき、圧電発振器１０を低背化することができる。
【００２３】
また圧電振動片１６がパッケージベース２０に対して平行に実装されているので、圧電発振器１０に衝撃等が加わって振動腕１２ｂが上下に振れたとしても、振動腕１２ｂがパッケージベース２０やＩＣチップ１８に接触することがなく、振動腕にワレやカケ等が発生することがない。したがって信頼性の高い圧電発振器１０を得ることができる。
【００２４】
またＩＣチップ１８のパッド３２と圧電振動片１６の接続電極２８とにワイヤボンディングが施されて、ＩＣチップ１８と圧電振動片１６とが直接的に電気的に接続されているので、浮遊容量が発生せず、接続の安定性を高めることができる。
【００２５】
またＩＣチップ１８は、枠部１４よりも小さいサイズであっても、図３（ａ）に示すようにＩＣチップ１８を枠部１４の短辺方向に沿わして長辺部に接合し、または図３（ｂ）に示すように枠部１４の長辺方向に沿わして短辺部に接合できるサイズであれば、圧電振動片１６に接合されることができる。したがってＩＣチップ１８の選択の自由度を高めることができるので、様々な種類のＩＣチップ１８を搭載した圧電発振器１０を提供することができる。
【００２６】
なお上述した実施の形態では、圧電発振器１０の周波数調整は、振動腕１２ｂにレーザ光を照射して先端部を加工することにより行われる構成を説明したが、この形態に限定されることはない。すなわちＩＣチップ１８に発振周波数を調整する容量アレイを搭載しておき、圧電発振器１０を形成した後、圧電発振器１０の外面に形成された外部端子２７等にプローブを当接し、このプローブを介して容量アレイのキャパシタンスを調整するデータをＩＣチップ１８に書き込み、発振周波数を調整することができる。
【００２７】
このような圧電発振器１０は、例えばディジタル式携帯電話や、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、携帯情報端末等の、制御用のクロック信号を必要とする電子機器に搭載される。ここで圧電発振器がディジタル式携帯電話に搭載された場合、圧電発振器は、例えば送受信信号の送信部および受信部を制御する中央演算装置（ＣＰＵ）に接続される。そして圧電発振器の出力周波数を前記ＣＰＵに内蔵された所定の分周回路等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。また圧電発振器に温度補償回路を搭載して温度補償型圧電発振器とした場合、温度補償型圧電発振器は、例えば前記ＣＰＵの出力側に接続されるとともに、前記送信部および前記受信部に接続される。そして前記ＣＰＵからの基本クロックが、環境温度が変化した場合に変動しても、温度補償型圧電発振器により修正されて、前記送信部および前記受信部に与えられるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】圧電発振器の説明図である。
【図２】圧電振動片および回路部分の分解斜視図である。
【図３】ＩＣチップを圧電振動片に接合するときの変形例である。
【図４】圧電発振器の製造フローである。
【符号の説明】
【００２９】
１０………圧電発振器、１２………圧電振動片本体、１４………枠部、１６………圧電振動片、１８………ＩＣチップ、２０………パッケージベース、２２………凹陥部、３４………リッド。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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