(57)【要約】【課題】圧電振動子と回路素子とが積層された圧電デバイスの、低背化を実現する。【解決手段】圧電デバイスとしての圧電発振器１０は、圧電振動子２０と、回路素子としての半導体素子３１と、フレキシブル回路基板３０とを備え、フレキシブル回路基板３０は、絶縁基材３３と、絶縁基材３３内にあけられた貫通穴３８と、導電リード部３７とを有し、導電リード部３７は、貫通穴３８に突き出した内側リード部３４と、絶縁基材３３に接した基材上配線部３５と、絶縁基材３３の外周部から突き出した外側リード部３６とを有し、内側リード部３４は回路素子電極としての半導体素子電極３２と接続され、基材上配線部３５は振動子電極２５と接合され、外側リード部３６は絶縁基材３３の厚さ方向に折り曲げられ、折り曲げられた外側リード部３６の先端は、絶縁基材３３の厚さの範囲内にあることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動素子と、前記圧電振動素子が収納される収納容器と、前記圧電振動素子と電気的に接続されて前記収納容器の外面に形成された振動子電極とを有する圧電振動子と、
前記圧電振動素子を発振させる機能を含む発振回路と、前記発振回路と接続された回路素子電極とを有する回路素子と、
前記圧電振動子と前記回路素子とを電気的に接続させたフレキシブル回路基板と、を備え、
前記フレキシブル回路基板は、絶縁基材と、前記絶縁基材に形成された貫通穴と、前記絶縁基材の一面に形成された導電リード部と、を有し、
前記導電リード部は、前記貫通穴に突き出した内側リード部と、前記絶縁基材に接した基材上配線部と、前記絶縁基材の外周部から突き出した外側リード部と、を有し、
前記内側リード部は、前記回路素子電極と接続され、前記基材上配線部は、前記振動子電極と接続され、前記外側リード部は、前記絶縁基材の厚さ方向に折り曲げられ、折り曲げられた前記外側リード部の先端が、前記絶縁基材の厚さの範囲内にあることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記絶縁基材の厚さ方向に折り曲げられた前記外側リード部は、更に、前記絶縁基材の平面外周方向に折り曲げられ、折り曲げられた前記外側リード部の先端が、前記絶縁基材の厚さの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
圧電振動素子と、前記圧電振動素子が収納される収納容器と、前記圧電振動素子と電気的に接続されて前記収納容器の外面に形成された振動子電極とを有する圧電振動子と、
前記圧電振動素子を発振させる機能を含む発振回路と、前記発振回路と接続された回路素子電極とを有する回路素子と、
前記圧電振動子と前記回路素子とを電気的に接続させたフレキシブル回路基板と、を備え、
前記フレキシブル回路基板は、絶縁基材と、前記絶縁基材に形成された貫通穴と、前記絶縁基材の一面に形成された導電リード部と、を有し、
前記導電リード部は、前記貫通穴に突き出した内側リード部と、前記絶縁基材に接した基材上配線部と、を有し、
前記内側リード部は、前記回路素子電極と接続され、
前記基材上配線部は、前記振動子電極と接続され、
前記絶縁基材は、該絶縁基材の表裏を貫通して形成された接続穴の内に充填された導電材を有し、
前記導電材は、一端面が前記基材上配線部と接続され、前記端面と表裏関係が反対側の端面が、前記絶縁基材面から露出されていることを特徴とする圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動素子と、圧電振動素子を発振させる機能を含む回路素子とを有する圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水晶等の圧電振動素子を用いた圧電振動子は、基準クロック等を発生する重要な部品として、様々な電子機器に搭載されている。そして、圧電振動子は、携帯機器の進展に伴う小型化が進むとともに、回路素子との複合化等の高機能化が進んでいる。
【０００３】
従来、圧電振動子と圧電振動子を発振させるための回路素子とを組み合わせた圧電デバイスの一例としての圧電発振器に関しては、様々な構造が提案されている。
特に、小型化を実現するために、フレキシブル回路基板を利用し、圧電振動子と回路素子とを積み重ねた構成とした圧電発振器の構造が提案されている。
【０００４】
例えば特許文献１には、図４に示すような圧電発振器１１０が提示されている。圧電発振器１１０は、圧電振動素子１２１を収納した概略矩形状の圧電振動子１２０と、圧電振動子１２０を発振させるための回路を有した回路素子１３１と、フレキシブル回路基板１３０とを有して形成されている。
圧電振動子１２０は、フレキシブル回路基板１３０の第１の面に搭載され、圧電振動子１２０の外面に形成された振動子電極１２５と、フレキシブル回路基板１３０の第１の面に形成された第１の導体パターン１３４とが電気的に接続されている。
回路素子１３１は、フレキシブル回路基板１３０の第１の面と表裏反対側にある第２の面に搭載され、回路素子１３１の第１の主面に形成された回路素子電極１３２と、フレキシブル回路基板１３０の第２の面に形成された第２の導体パターン１３５とが電気的に接続されている。
圧電振動子１２０と回路素子１３１とは、フレキシブル回路基板１３０を挟んで、対向した位置に搭載されている。このフレキシブル回路基板１３０が圧電振動子１２０の辺端部外へ延伸した部分は、圧電振動子１２０の辺端部付近で回路素子１３１側へ折り曲げられ、更に回路素子１３１の第２の主面側へ折り曲げられ、回路素子１３１の第２の主面に接触した構成となっている。
フレキシブル回路基板１３０の、回路素子１３１の第２の主面と接触した面と反対側の面に、外部接続端子１３７が設けられている。
【０００５】
また、特許文献２には、圧電振動子と、回路素子と、フレキシブル回路基板とを有して構成され、圧電振動子と回路素子は、フレキシブル回路基板を挟んで電気的に接合され、フレキシブル回路基板が圧電振動子辺端部の両側に延伸され、延伸されたフレキシブル回路基板にて回路素子の外面が被覆され、フレキシブル回路基板の、回路素子と接していない面に、外部接続端子が形成された圧電発振器の構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１４１４１７号公報
【特許文献２】特開２００７−２０１６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の特許文献１の構造においては、フレキシブル回路基板１３０は、第１の面に圧電振動子１２０が接続されるための第１の導体パターン１３４を有し、第２の面に回路素子１３１が接続されるための第２の導体パターン１３５を有した両面配線仕様のものが使用される。第１の導体パターン１３４上には、外部接続端子１３７が設けられ、外部接続端子１３７を、圧電発信器１１０の底面に配置するために、フレキシブル回路基板１３０を、回路素子１３１の厚み方向に、折り返して使用している。
このように、回路素子１３１の表面側及び裏面側の両側にフレキシブル回路基板１３０が配置されているため、圧電発振器１１０全体の厚みが増し、低背化が困難という課題があった。
【０００８】
また、前述の特許文献２の場合も同様に、回路素子の両面がフレキシブル回路基板により被覆されているため、圧電発振器の厚みが増し、低背化が困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するように、以下の適用例として実現される。
【００１０】
［適用例１］本適用例の圧電デバイスは、圧電振動素子と、前記圧電振動素子が収納される収納容器と、前記圧電振動素子と電気的に接続されて前記収納容器の外面に形成された振動子電極とを有する圧電振動子と、前記圧電振動素子を発振させる機能を含む発振回路と、前記発振回路と接続された回路素子電極とを有する回路素子と、前記圧電振動子と前記回路素子とを電気的に接続させたフレキシブル回路基板と、を備え、前記フレキシブル回路基板は、絶縁基材と、前記絶縁基材に形成された貫通穴と、前記絶縁基材の一面に形成された導電リード部と、を有し、前記導電リード部は、前記貫通穴に突き出した内側リード部と、前記絶縁基材に接した基材上配線部と、前記絶縁基材の外周部から突き出した外側リード部と、を有し、前記内側リード部は、前記回路素子電極と接続され、前記基材上配線部は、前記振動子電極と接続され、前記外側リード部は、前記絶縁基材の厚さ方向に折り曲げられ、折り曲げられた前記外側リード部の先端が、前記絶縁基材の厚さの範囲内にあることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、フレキシブル回路基板の絶縁基材の外周部に突き出した外側リード部が、絶縁基材の厚さ方向に折り曲げられて、折り曲げられた外側リード部の先端が絶縁基材の厚さの範囲内にあることにより、外側リード部を、圧電デバイスが他の回路基板に接続されて使用される際の外部接続端子とすることができる。
外部接続端子は、圧電デバイスの側面に配置されることから、従来のような底面に外部接続端子を配置するためのフレキシブル回路基板の折り返し配置が不要となり、圧電デバイス全体の厚さをフレキシブル回路基板の厚さ分薄くすることができ、圧電デバイスを低背化できるという効果を有する。
【００１２】
［適用例２］上記適用例に記載の圧電デバイスにおいて、前記絶縁基材の厚さ方向に折り曲げられた前記外側リード部は、更に、前記絶縁基材の平面外周方向に折り曲げられ、折り曲げられた前記外側リード部の先端が、前記絶縁基材の厚さの範囲内にあることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、外側リード部が、絶縁基材の厚さ方向に折り曲げられ、更に外周方向に折り曲げられ、先端部が絶縁基材の厚さの範囲内にあることにより、外側リード部を、圧電発振器の側面に形成された概Ｌ字型の外部接続端子とすることができる。
外部接続端子が他の回路基板に接続されて使用される際において、使用環境の変化により圧電発振器と他の回路基板との熱膨張係数差による熱応力が接続部に発生するが、概Ｌ字型に形成された外部接続端子が大きな弾性を有することから、熱応力が吸収され、実装信頼性を向上させることができるという効果を有する。
【００１４】
［適用例３］本適用例の圧電デバイスは、圧電振動素子と、前記圧電振動素子が収納される収納容器と、前記圧電振動素子と電気的に接続されて前記収納容器の外面に形成された振動子電極とを有する圧電振動子と、前記圧電振動素子を発振させる機能を含む発振回路と、前記発振回路と接続された回路素子電極とを有する回路素子と、前記圧電振動子と前記回路素子とを電気的に接続させたフレキシブル回路基板と、を備え、前記フレキシブル回路基板は、絶縁基材と、前記絶縁基材内に形成された貫通穴と、前記絶縁基材の一面に形成された導電リード部と、を有し、前記導電リード部は、前記貫通穴に突き出した内側リード部と、前記絶縁基材に接した基材上配線部と、を有し、前記内側リード部は、前記回路素子電極と接続され、前記基材上配線部は、前記振動子電極と接続され、前記絶縁基材は、該絶縁基材の表裏を貫通して形成された接続穴の内に充填された導電材を有し、前記導電材は、一端面が前記基材上配線部と接続され、前記端面と表裏関係が反対側の端面が、前記絶縁基材面から露出されていることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、絶縁基材の基材上配線部と接している部分に穴が形成され、穴内に導電材が充填され、基材上配線部がある面と反対側の絶縁基材面から、導電材が露出していることにより、露出部を、圧電デバイスの外部接続端子とすることができる。
圧電デバイスの機能向上に伴い外部接続端子数が増加する場合においても、外部接続端子を絶縁基材平面部の任意の位置に配置でき、外部接続端子の配置のピッチを広く保つことができることから、圧電デバイスを他の回路基板へ接続して使用する際に、接続が容易となり、接続安定性を向上できるという効果を有する。また、前述の適用例と同様の効果も併せて有している。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる圧電発振器の概略図であり、（ａ）は、正断面図、（ｂ）は、（ａ）のフレキシブル回路基板側から見た底面図。
【図２】本発明の第２実施形態にかかる圧電発振器の断面図。
【図３】本発明の第３実施形態にかかる圧電発振器の断面図。
【図４】従来の圧電発振器の構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明にかかる圧電デバイスの実施形態を、図面を用いて説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１（a）は、圧電デバイスの一例としての圧電発振器の第１実施形態を示す正断面図である。また、図１（ｂ）は、第１実施形態の圧電発振器をフレキシブル回路基板側から見た底面図である。
図１に示すように、圧電デバイスとしての圧電発振器１０は、圧電振動素子２１が内包された圧電振動子２０と、圧電振動素子２１（圧電振動子２０）を発振させる機能を含む回路素子としての半導体素子３１と、圧電振動子２０と半導体素子３１とを電気的に接続させるフレキシブル回路基板３０と、を備えている。
【００１９】
圧電振動子２０は、例えば水晶などの圧電材料を用いて形成された圧電振動素子２１が、セラミックなどの凹状の収納容器２２の底部に固定され、開口部を蓋体２３によって気密的に封止されている。収納容器２２の底部には、収納容器２２の外面（本例では、半導体素子３１と対面する一面）に形成された振動子電極２５と電気的に導通な引出電極２４が設けられている。引出電極２４は、圧電振動素子２１の図示しない励振電極と接続されており、これにより圧電振動素子２１と振動子電極２５とが電気的に接続される。なお、本例では、振動子電極２５が半導体素子３１と対面する一面に形成された例で説明したが、フレキシブル回路基板３０との接続が可能な、例えば、側面に設けられても良い。
【００２０】
半導体素子３１は、圧電振動子２０を構成する圧電振動素子２１を発振させる機能を有する発振回路（図示せず）と、発振回路と電気的に接続され、金などで形成された突起状の半導体素子電極３２とを有する。
フレキシブル回路基板３０は、ポリイミドなどの絶縁基材３３と、絶縁基材３３内に設けられた貫通穴３８と、絶縁基材３３の一面に形成された導電リード部３７と、を有している。貫通穴３８は、半導体素子３１を内包する形状となっている。
導電リード部３７は、貫通穴３８に突き出した内側リード部３４と、絶縁基材３３上に接着されている基材上配線部３５と、絶縁基材３３の平面外周部から突き出した外側リード部３６と、を有している。また、導電リード部３７は、例えば、銅などからなり、厚みは１８μｍで、表面には、錫、金等の被覆が施されている。
貫通穴３８内に半導体素子３１が配置され、内側リード部３４が半導体素子電極３２と重ね合わされ、重ね合わされた領域に冶具等で熱と圧力が加えられることにより、半導体素子３１とフレキシブル回路基板３０とが電気的に接続される。
【００２１】
また、前述では、半導体素子３１とフレキシブル回路基板３０との接続において、突起状の半導体素子電極３２と内側リード部３４とを接続しているが、例えば、半導体素子電極３２として突起状ではなく平坦な形状の電極とし、代わりに内側リード部３４の先端部に、表面が金などからなる突起状の電極を設けることにより、同様の接続がなされても良い。
【００２２】
半導体素子３１及び内側リード部３４周辺は、機械的及び湿度的な保護のため、エポキシ樹脂などからなる保護樹脂３９にて被覆される。基材上配線部３５と、振動子電極２５とが重ね合わされ、半田などにより接合される。外側リード部３６は、金型などにより、絶縁基材３３の厚さ方向に折り曲げられる。折り曲げられた外側リード部３６の先端は、絶縁基材３３の厚さの範囲内にあるように配置され、圧電発振器１０全体の厚みが増さないよう設定される。外側リード部３６は、絶縁基材３３と概接触した状態となっている。なお、外側リード部３６と絶縁基材３３は、エポキシ樹脂などからなる接着剤により、固定されても良い。
【００２３】
本実施形態によれば、フレキシブル回路基板３０の絶縁基材３３の平面外周部に突き出した外側リード部３６が、絶縁基材３３の厚さ方向に折り曲げられて、折り曲げられた外側リード部３６の先端が絶縁基材３３の厚さの範囲内にあることにより、外側リード部３６を、圧電発振器１０が他の回路基板に接続されて使用される際の外部接続端子とすることができる。
【００２４】
前記外部接続端子は、圧電発振器１０の側面に配置されることから、従来の圧電発振器構造（図４参照）のような底面に外部接続端子１３７を配置するためのフレキシブル回路基板１３０の折り返し配置が不要となり、圧電発振器１１０全体の厚さをフレキシブル回路基板１３０の厚さ分薄くすることができ、圧電発振器１１０を低背化できるという効果を有する。
【００２５】
また、フレキシブル回路基板３０の一面に存在する内側リード部３４に半導体素子３１を接合するとともに、フレキシブル回路基板３０の前記同一面に存在する基材上配線部３５に圧電振動子２０も接合できる構造であることから、従来のような工程が複雑で高価な両面配線基板を用いることなく、安価な片面配線基板を使用することができるという効果を有する。
【００２６】
また、半導体素子３１の外形寸法が変わっても同一構造にて対応可能であることから、半導体素子３１の選択の自由度が高く、半導体素子３１のシュリンクによる更なる低コスト化への対応も容易であるという効果を有する。
【００２７】
（第２実施形態）
図２は、本発明にかかる圧電デバイスの一例としての圧電発振器の第２実施形態を示す断面図である。以下、第２実施形態において、フレキシブル回路基板５０の導電リード部５２以外は、前述の第１実施形態と同じであるので、同符号を付けて説明を省略する。
図２に示すように、導電リード部５２は、外側リード部５１が絶縁基材３３の厚さ方向に折り曲げられ、更に外側リード部５１の先端部が、絶縁基材３３の平面外周方向に折り曲げられ、外側リード部５１の先端部が絶縁基材３３の厚さの範囲内に配置される。すなわち概Ｌ字形をしていることに特徴がある。なお、外側リード部５１の折り曲げは、金型などによって成形される。
【００２８】
本第２実施形態によれば、外側リード部５１が、絶縁基材３３の厚さ方向に折り曲げられ、更に外周方向に折り曲げられ、先端部が絶縁基材３３の厚さの範囲内に配置されていることにより、外側リード部５１を、圧電発振器４０の側面に形成された概Ｌ字型の外部接続端子とすることができる。
【００２９】
前記外部接続端子が他の回路基板に接続された場合において、使用環境の変化により圧電発振器４０と他の回路基板との熱膨張係数差による熱応力が接続部に発生するが、概Ｌ字型に形成された外部接続端子が大きな弾性を有することから、熱応力が吸収され、実装信頼性を向上させることができるという効果を有する。また、前述の第１実施形態の効果も同様に有する。
【００３０】
（第３実施形態）
図３は本発明にかかる圧電デバイスの一例としての圧電発振器の第３実施形態を示す断面図である。以下、前述の第１実施形態と同じものは、同符号を付けて説明を省略する。
本第３実施形態と前述の第１実施形態との違いは、前述の第１実施形態における外部接続端子としての外側リード部３６が、本第３実施形態には存在しないことと、本第３実施形態には、前述第１実施形態には存在しない、外部接続端子としての基板ビアホール７２が存在することである。
【００３１】
図３に示すように、基板ビアホール７２は、金型やドリルなどにより表裏を貫通して形成された接続穴７３内に、めっき法等により、銅などからなる導電材７４が充填されて形成される。なお、接続穴７３内には導電材７４として、印刷法やインクジェット法等により、導電ペーストが充填されても良い。
また、導電材７４は、一端面が基材上配線部３５と接し、電気的に導通している。また基材上配線部３５と接する端面と表裏関係が反対側の端面は、絶縁基材３３から露出している。なお、絶縁基材３３から露出している導電材７４の端部は、表面がめっき法等により金などで被覆されていても良い。
【００３２】
本実施形態によれば、絶縁基材３３の基材上配線部３５と接している部分に接続穴７３が形成され、その接続穴７３内に導電材７４が充填されている。そして、基材上配線部３５がある面と反対側の絶縁基材３３の面から露出している導電材７４の露出部を、圧電発振器６０の外部接続端子とすることができる。
このようにすることで、圧電発振器６０の機能向上に伴い外部接続端子数が増加する場合においても、外部接続端子を絶縁基材３３平面部の任意の位置に配置でき、外部接続端子の配置のピッチを広く保つことが可能となる。従って、圧電発振器６０を他の回路基板へ接続して使用する際に、接続が容易となり、接続安定性を向上できるという効果を有する。
また、配線の引き回しが不要となり配線長を最短にできることから、発振回路システムとしての安定性を向上できるという効果も有する。また、前述の第１実施形態の効果も同様に有する。
【００３３】
なお、上述の実施形態では、電子デバイスの一例として圧電発振器を用いて説明したが、電子デバイスとしてはこれに限らない。他の電子デバイスとしては、例えば、圧電振動素子を用いたセンサー素子とその発振回路を含む駆動回路を有するセンシングデバイス（例えば、ジャイロセンサー、圧力センサー）などであってもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１０，４０，６０…圧電デバイスとしての圧電発振器、２０…圧電振動子、２１…圧電振動素子、２２…収納容器、２３…蓋体、２４…引出電極、２５…振動子電極、３０，５０…フレキシブル回路基板、３１…半導体素子、３２…半導体素子電極、３３…絶縁基材、３４…内側リード部、３５…基材上配線、 ３６，５１…外側リード部、３７，５２…導電リード部、３８…貫通穴、３９…保護樹脂、７２…基板ビアホール、７３…接続穴、７４…導電材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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