(57)【要約】【課題】  容器の小型化に対応させながら接続性の高い圧電接続端子を構成することができるより信頼性の高い圧電振動デバイスを提供する。【解決手段】  上層と中層と下層の３層以上に積層されたベース２、上記ベースの収納部に収納される圧電振動素子と電子部品素子、上記ベースの収納部を気密封止する蓋５、上記ベースの下面に形成された外部接続端子、上記ベースの外周縁に形成され収納部側へ窪んだ切欠き部、上記ベースの中層の切欠き部に形成された圧電接続端子ＡＴ１，ＡＴ２を備えている。上記ベースの中層の切欠き部の収納部側への窪み寸法が他層のそれより大きく形成され、当該中層の切欠き部が収納部側へさらに窪んだ凹所２１１ｄを構成している。上記凹所２１１ｄの内部表面全体に圧電接続端子ＡＴ１，ＡＴ２が形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材料からなる基板部と枠部の積層体が上層と中層と下層の少なくとも３層以上に積層されて外装部と収納部を形成する直方体形状のベース、
上記ベースの収納部に収納される圧電振動素子と電子部品素子、
上記ベース上層の枠部上面に接合され、上記ベース上層の枠部による収納部を気密封止する蓋、
上記ベースの下層の下面に形成され、外部と接続するための外部接続端子、
上記ベースの上層と中層と下層の外周縁に形成され、上記ベースの収納部側へ窪んだ切欠き部、
上記ベースの中層の切欠き部に形成され、上記圧電振動素子と電気的に接続する圧電接続端子、
を備えており、
上記ベースの中層の切欠き部の収納部側への窪み寸法が、上記ベースの上層と下層の切欠き部の収納部側への窪み寸法より大きく形成され、
上記ベースの上層と中層と下層とを積層することで、上記各層の切欠き部がベースの高さ方向に沿って一条に伸長するとともに、上記ベースの中層の切欠き部が収納部側へさらに窪んだ凹所を構成しており、
上記凹所の内部表面全体に上記圧電接続端子が形成されている
ことを特徴とする圧電振動デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動デバイスであって、
上記凹所に隣接する上記ベースの上層の切欠き部の一部、または上記凹所に隣接する上記ベースの下層の切欠き部の一部のうち少なくともいずれか一方には、上記圧電接続端子が延出された圧電接続補助端子が形成されている
ことを特徴とする圧電振動デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面実装型の圧電振動デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動デバイスとして、例えば表面実装型の水晶振動子や水晶発振器が広く用いられている。例えば表面実装型の水晶発振器は、セラミックなどの絶縁性材料からなるベース（容器）に設けられた収納部の中に、水晶などからなる圧電振動素子と集積回路素子などの電子部品素子が実装され、蓋で収納部を気密封止した構造となっている。前記ベースの外底面には複数の外部接続端子が形成されている。圧電振動デバイスは、外部接続端子で外部回路基板上の搭載パッドとはんだなどの導電性接合材により電気的機械的に接合されることで外部回路基板に搭載される。
【０００３】
このような圧電振動デバイスの中には、特許文献１に開示されているように、圧電振動素子とのみ接続された圧電接続端子を設けることで、ＩＣなどの他の電子部品素子による電気的な特性に影響されることなく、圧電振動素子の単体としての電気的特性の評価や周波数調整を実施するものが従来から提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平５−６５１１０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のような圧電振動デバイスは、近年の容器の小型化や低背化の進展とともに、圧電接続端子の面積を確保することが難しくなってきており、しかも圧電接続端子へ特性測定用のコンタクトピンを接触させて位置決めすることも難しくなってきているのが現状である。特に、セラミックなどの積層体で構成されたベースでは、積層体のずれの問題もあるため、このような圧電接続端子へ特性測定用のコンタクトピンを安定して接触させることが、圧電振動デバイスの小型化や低背化とともにますます困難になっているのが現状である。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、容器の小型化に対応させながら接続性の高い圧電接続端子を構成することができるより信頼性の高い圧電振動デバイスを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、絶縁材料からなる基板部と枠部の積層体が上層と中層と下層の少なくとも３層以上に積層されて外装部と収納部を形成する直方体形状のベース、上記ベースの収納部に収納される圧電振動素子と電子部品素子、上記ベース上層の枠部上面に接合され、上記ベース上層の枠部による収納部を気密封止する蓋、上記ベースの下層の下面に形成され、外部と接続するための外部接続端子、上記ベースの上層と中層と下層の外周縁に形成され、上記ベースの収納部側へ窪んだ切欠き部、上記ベースの中層の切欠き部に形成され、上記圧電振動素子と電気的に接続する圧電接続端子、を備えており、上記ベースの中層の切欠き部の収納部側への窪み寸法が、上記ベースの上層と下層の切欠き部の収納部側への窪み寸法より大きく形成され、上記ベースの上層と中層と下層とを積層することで、上記各層の切欠き部がベースの高さ方向に沿って一条に伸長するとともに、上記ベースの中層の切欠き部が収納部側へさらに窪んだ凹所を構成しており、上記凹所の内部表面全体に上記圧電接続端子が形成されている。
【０００８】
上記発明によれば、圧電接続端子の表面積の増大が行えることで、コンタクトピンとの接触する確率を高めるとともに、凹所によりコンタクトピンの一部を確実に係止させて、圧電接続端子への位置決めを容易にすることができる。つまり、容器の小型化に対応させながら接続性の高い圧電接続端子を構成することができる。
【０００９】
また、上記構成において、さらに上記凹所に隣接する上記ベースの上層の切欠き部の一部、または上記凹所に隣接する上記ベースの下層の切欠き部の一部のうち少なくともいずれか一方には、上記圧電接続端子が延出された圧電接続補助端子を形成してもよい。
【００１０】
この場合、上述の作用効果に加えて、圧電接続補助端子は凹所に隣接する上記ベースの上層の切欠き部の一部、または上記凹所に隣接する上記ベースの下層の切欠き部の一部にのみ形成しているため、当該圧電接続補助端子が蓋あるいは外部接続端子と短絡することがなく、圧電接続端子の表面積の増大が行えることで、コンタクトピンとの接触する確率をより一層高めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、容器の小型化に対応させながら接続性の高い圧電接続端子を構成することができるより信頼性の高い圧電振動デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る水晶発振器の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図１のＢ方向からみた側面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る側面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下に述べる本発明の実施形態において、圧電振動デバイスとして、例えば発振回路を有するＩＣ（電子部品素子）を内蔵した表面実装型水晶発振器を例に挙げて説明する。
【００１４】
本発明の実施形態を図１乃至３を用いて説明する。水晶発振器１は略直方体状のパッケージであり、平面視では略矩形、断面では凹形状となっている。水晶発振器１は、ベース２と、水晶振動素子（圧電振動素子）３と、ＩＣ４と、蓋５とが主な構成部材となっている。
【００１５】
本実施形態では、例えば水晶発振器１の平面視の外形サイズ（ベース２の平面視外形寸法）は縦横が約１．６ｍｍ（長辺）×１．２ｍｍ（短辺）のものとなっており、水晶発振器１は電子部品素子として発振回路を有するＩＣ４を内蔵している。なお、前述の水晶発振器の平面視外形サイズは一例であり、前記外形サイズ以外のパッケージサイズであっても本発明は適用可能である。以下、水晶発振器１を構成する各部材の概略について詳述する。
【００１６】
ベース２はセラミック材料からなる長辺と短辺を有する平面視略矩形の基板部と枠部の積層体で構成され、上層と中層と下層の少なくとも３層以上の積層体により外装部２ｂと収納部２ａを形成する直方体形状の容器である。
【００１７】
本実施形態では、ベース２は、ベース下層となる平板状（平面視略矩形）の基板部２０と、当該基板部２０の一主面２０１の外周部２００に沿って上方に伸び外周縁２１０と内周縁２１１とが平面視略矩形で形成されベース中層となる第１枠部２１と、当該第１枠部２１の外周部２００に沿って上方に伸び外周縁２２０と内周縁２２１とが平面視略矩形で形成されベース上層となる第２枠部２２（枠部）との３層構成となっている。
【００１８】
そして、これらの基板部２０の一主面２０１による内底面と、第１枠部２１の内周縁より内側の内部空間と、第２枠部の内周縁より内側の内部空間とを組み合わせることで、ベースの収納部２ａが構成されている。
【００１９】
ベース２の内部では、下方面には第１枠部２１により構成され、後述するＩＣ４を収納する第１の収納部２１ａが形成され、当該第１の収納部の底面から上部に突き出し、後述する水晶振動素子３の端部を保持する図示しない保持台が形成されている。また、第１の収納部２１ａの上方には第２枠部２２により構成された第２の収納部２２ａが形成されている。
【００２０】
ベース２の外部では、基板部２０と第１枠部２１と第２枠部２２とは、各外周縁が平面視略同一の矩形で形成され、かつ各外周縁の４隅のベースの高さ方向に沿って伸長した円弧状の切欠き部２０ｃ，２１ｃ，２２ｃと、各外周縁の長辺の中央にベースの高さ方向に沿って伸長した一対の長円状の切欠き部２０ｄ，２１ｄ，２２ｄとが形成されている。これらの切欠き部２０ｃ，２１ｃ，２２ｃ，２０ｄ，２１ｄ，２２ｄは、ベース２の収納部２１ａ，２２ａの方へ窪んでいる。
【００２１】
このうち、図１，図２に示すように、ベース２の中層となる第１枠部２１に形成されている切欠き部２１ｄは、ベース２の上層となる第２枠部２２に形成されている切欠き部２２ｄ、およびベース２の下層となる基板部２１に形成されている切欠き部２０ｄと比較して、ベース２の収納部２１ａ，２２ａの方への窪み寸法が大きく形成されている。
【００２２】
また、本形態では、ベース２の上層となる第２枠部２２に形成されている切欠き部２２ｄと、ベース２の下層となる基板部２１に形成されている切欠き部２０ｄとは、ベース２の収納部２１ａ，２２ａの方への窪み寸法が同じ寸法で形成されている。
【００２３】
本形態の一例としては、図１におけるＡ−Ａ線に沿った方向において、第１枠部２１と第２枠部２２の枠部分の幅寸法Ｗを０．１５ｍｍとした場合に、切欠き部２１ｄの窪み寸法Ｗ１を０．０７５ｍｍとして形成し、切欠き部２２ｄと切欠き部２０ｄとの窪み寸法Ｗ２を０．０５ｍｍとして形成している。
【００２４】
このように形成された切欠き部２０ｄと切欠き部２１ｄと切欠き部２２ｄとを積層することで、各切欠き部がベース２の高さ方向に沿って一条に伸長するとともに、切欠き部２１ｄのみが収納部側へさらに窪んだ凹所２１１ｄを構成している。
【００２５】
凹所２１１ｄの内部表面全体には、後述する水晶振動素子３の一対の励振電極３１，３２とのみ接続される圧電接続端子ＡＴ１，ＡＴ２が形成されている。すなわち、圧電接続端子ＡＴ１，ＡＴ２は、切欠き部２１ｄの側面の表面部分だけでなく、当該切欠き部２１ｄと接するとともに隣接する第２枠部２２の下側の表面部分と基板部２１の上側の表面部分に少なくとも後述する導電材料が形成されている。
【００２６】
以上のように、本発明では、圧電接続端子ＡＴ１，ＡＴ２が形成されている切欠き部がベースの上層および下層に形成されている切欠き部と比較してベースの収納部の方への窪み寸法が大きく形成されて凹所２１１ｄを構成し、かつ凹所２１１ｄの内部表面全体に圧電接続端子ＡＴ１，ＡＴ２を構成する導電材料が形成されていることが特徴点となる。
【００２７】
これらの構成により、圧電接続端子ＡＴ１，ＡＴ２の表面積の増大が行えることで、特性測定用のコンタクトピンとの接触する確率を高めるとともに、凹所２１１ｄによりコンタクトピンの一部を確実に係止させて、圧電接続端子ＡＴ１，ＡＴ２への位置決めを容易にすることができる。つまり、容器となるベース２の小型化に対応させながら接続性の高い圧電接続端子ＡＴ１，ＡＴ２を構成することができる。
【００２８】
なお、本形態に限らず、凹所２１１ｄに隣接するベース２の上層となる第２枠部２２に形成されている切欠き部２２ｄの一部とベース２の下層となる基板部２１に形成されている切欠き部２０ｄの一部のうち少なくともいずれか一方には、圧電接続端子ＡＴ１，ＡＴ２が延出された圧電接続補助端子ＡＴ１１，ＡＴ２１（ＡＴ２１については図示せず）が形成してもよい。図４はその一例を示しており、切欠き部２２ｄの一部と切欠き部２０ｄの一部の両方に対して、圧電接続補助端子ＡＴ１１，ＡＴ２１を形成している。この場合、圧電接続補助端子ＡＴ１１，ＡＴ２１が後述する蓋あるいは外部接続端子と短絡することがなく、圧電接続端子ＡＴ１，ＡＴ２の表面積の増大が行えることで、コンタクトピンとの接触する確率をより一層高めることができる。
【００２９】
ベース２の下層である基板部２０の下面の４隅には外部回路基板と接続するための外部接続端子ＧＴが形成されている。これらの外部接続端子ＧＴは、図３に示すように、４隅の切欠き部２０ｃの側面の表面部分に後述する導電材料が形成され延出されている。
【００３０】
ベース２の下層である基板部２０の上面（第１の収納部２１ａの内底面）には、図２に示すように、後述する集積回路素子２と接続される複数の配線パターンＨが並んで形成されている。この配線パターンＨは、４隅の切欠き部２０ｃの導電材料を介して、外部接続端子ＧＴに電気的に導出されている。
【００３１】
ベース２の中層である第１枠部２１の上面（第２の収納部２２ａの底面）には、後述する水晶振動素子３を搭載し電気的に接続する図示しない保持台と配線パターンとが形成されている。この水晶振動素子と接続される配線パターンは、下部に貫通接続する図示しない導電ビアを介して、基板部２０の上面の配線パターンＨに電気的に導出されている。また、水晶振動素子と接続される配線パターンの一部は、圧電接続端子ＡＴ１，ＡＴ２にそれぞれ電気的に導出されている。このため、圧電接続端子ＡＴ１，ＡＴ２に対して、圧電振動素子特性装置のコンタクトプローブを接触することで後述する水晶振動素子３のみの電気的な特性を測定することができる。
【００３２】
ベース２の上層である第２枠部２２の上面には、後述する蓋５を接合するための図示しない封止部が形成されている。本形態では封止部をメタライズにより構成しており、この封止部と後述する蓋５とは金属ろう材５１など接合材によって接合される。
【００３３】
以上のように構成された基板部２０と第１枠部２１と第２枠部２２の各々は、セラミックグリーンシート（アルミナ）となっている。外部接続端子ＧＴ、配線パターンＨ、水晶振動素子と接続される配線パターン、圧電接続端子ＡＴ１，ＡＴ２、圧電接続補助端子ＡＴ１１，ＡＴ２１、封止部の各々は、タングステンあるいはモリブデン等によるメタライズ層の上面にニッケルメッキ層、金メッキ層の各層が形成された導電材料からなる構成である。これら３つのシートが積層された状態で焼成によって一体成形されることで、ベース２を構成している。
【００３４】
なお、これらの各シート（基板部のシート・第１枠部のシート・第２枠部のシート）については、積層間の内部配線の延出形態に応じて単層だけでなく複数層に分けて形成してもよい。より具体的には、図５に示すように、第１枠部２１と第２枠部２２の間に他の枠体に相当するシート（第２基板部２３）を１層追加し、４層の積層体からなるベースとして構成してもよい。
【００３５】
第１の収納部２１ａの内底面に搭載されるＩＣ４は、Ｃ−ＭＯＳなどのインバータ増幅器（発振用増幅器）を内蔵したワンチップの集積回路素子であり、後述する水晶振動素子３とともに発振回路を構成する。ＩＣ４の底面側には複数のパッドが形成されている。ＩＣ４は、例えば金などの金属バンプＣを介して、ＩＣ２の複数のパッドとベース２に形成された配線パターンＨとを例えばＦＣＢにより接続される。本形態では、金属バンプにより接合した構成を例にしているが、金属ワイヤバンプを用いてもよい。
【００３６】
なお、本形態で用いられるＩＣ４は、水晶振動素子３の周波数信号を増幅する発振回路部のみを具備したいわゆるＳＰＸＯ用のＩＣに限らず、周波数調整回路を付加機能として具備されたいわゆるＶＣＸＯ用のＩＣであってもよく、温度補償機能などが付加機能として具備されたいわゆるＴＣＸＯ用のＩＣでもよい。また、これらを組みあわされたＩＣであってもよい。ＩＣ４としては、ＣＭＯＳ以外のバイポーラ、バイＣＭＯＳなどであってもよい。
【００３７】
ＩＣ４の上方で、収納部２ａの同一空間である第２の収納部２２ａには所定の間隔を持って水晶振動素子３が搭載される。水晶振動素子３は例えば矩形状のＡＴカット水晶振動板であり、その表裏面には励振電極３１，３２と図示しない引出電極が各々形成されている。これらの電極は、例えば、クロムまたはニッケルの下地電極層と、銀または金の中間電極層と、クロムまたはニッケルの上部電極層とから構成された３層の積層薄膜、またはクロムやニッケルの下地電極層と、銀または金の上部電極層とから構成された２層の積層薄膜である。これら各電極は真空蒸着法やスパッタリング法等の薄膜形成手段により形成することができる。
【００３８】
水晶振動素子３とベース２との接合は、例えばペースト状であり銀フィラー等の金属微小片を含有するシリコーン系の導電樹脂接着剤（導電性接合材）を用いている。導電性樹脂接着剤は、保持台上部の配線パターンの一部の上面に塗布されるとともに、導電性樹脂接着剤を水晶振動素子３と保持台の間に介在させ硬化させることで、お互いを電気的機械的に接合している。以上により、水晶振動素子３の一端部をベース２の第１の収納部２１ａの底面から隙間を設けながら、水晶振動素子３の対向する他端部をベースの保持台２１ｂに接合して、片持ち保持される。なお、本形態では、シリコーン系の導電樹脂接着剤により接合した構成を例にしているが、この導電性接合材として他の導電性樹脂接着剤や金属バンプ、金属メッキバンプなどのバンプ材料、ろう材を用いてもよい。
【００３９】
ベース２を気密封止する蓋５は、例えば、コバール等からなるコア材に金属ろう材（封止材）が形成された構成である。この金属ろう材からなる接合材５１がベース２の封止部と接合される構成となる。金属製の蓋５の平面視外形はセラミックベースの当該外形とほぼ同じであるか、若干小さい構成となっている。
【００４０】
収納部２ａにＩＣ４と水晶振動素子３が格納されたベース２の封止部に対して金属製の蓋５にて被覆し、金属製の蓋５の接合材５１とベースの封止部を溶融硬化させ、気密封止を行うことで表面実装型の水晶発振器１の完成となる。
【００４１】
このように構成された表面実装型の水晶発振器１は、図示しない回路基板の配線パターンに対してはんだなどの接合材を用いて接合される。
【００４２】
なお、本発明の実施形態では基板部２０の一主面側（上方）のみに枠部を形成した断面凹形状のベース２を例にして説明しているが、図６に示すように、２層の基板部２４（ベース中層１）と基板部２５（ベース中層２）の一主面側（上方）と他主面側（下方）の両面に上枠部２６と下枠部２７を形成した断面略Ｈ型のベース２Ａのものに適用してもよい。なお、基板部（ベース中層）については、積層間の内部配線の延出形態に応じて複数層だけでなく単層で形成してもよい。
【００４３】
図６では、基板部２４（ベース中層１）の切欠き部２４ｄと基板部２５（ベース中層２）の切欠き部２５ｄに圧電接続端子ＡＴ３，ＡＴ４が形成されており、上枠部２６の切欠き部２６ｄと下枠部２７の切欠き部２７ｄと比較してベースの収納部の方への窪み寸法が大きく形成されて凹所２４１ｄ，２５１ｄを構成している。加えて、切欠き部２４ｄ，２５ｄの側面の表面部分だけでなく、切欠き部２４ｄと接するとともに隣接する上枠部２６の下側の表面部分と下枠部２７の上側の表面部分に導電材料が形成され、凹所２４１ｄ，２５１ｄの内部表面全体に圧電接続端子ＡＴ３，ＡＴ４を構成している。
【００４４】
これらの構成により、圧電接続端子ＡＴ３，ＡＴ４の表面積の増大が行えることで、特性測定用のコンタクトピンとの接触する確率を高めるとともに、凹所２４１ｄ，２５１ｄによりコンタクトピンの一部を確実に係止させて、圧電接続端子ＡＴ３，ＡＴ４への位置決めを容易にすることができる。つまり、容器となるベース２Ａの小型化に対応させながら接続性の高い圧電接続端子ＡＴ３，ＡＴ４を構成することができる。
【００４５】
なお、上記した本実施例では、圧電振動素子としてＡＴカット水晶振動板を用いているが、これに限定されるものでなく、音叉型水晶振動片であってもよい。また、圧電振動素子として水晶を材料としているが、これに限定されるものではなく、圧電セラミックスやＬｉＮｂＯ3等の圧電単結晶材料を用いてもよい。すなわち、任意の圧電振動素子が適用可能である。また、圧電振動素子を片持ち保持するものを例にしているが、圧電振動素子の両端を保持する構成であってもよい。
【００４６】
また、上述した本発明の実施形態では電子部品素子としてＩＣを使用した水晶発振器（圧電発振器）を例にしているが、サーミスタやダイオードなどの感温素子やその他の機能電子部品素子を使用した機能部品付きの水晶振動子（圧電振動子）にも本発明は適用可能である。
【００４７】
また、本実施例では、金属ろう材による封止を例にしたが、これに限定されるものではなく、シーム封止、ビーム封止（例えば、レーザビーム、電子ビーム）やガラス封止等でも適用することができる。
【００４８】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
圧電振動デバイスの量産に適用できる。
【符号の説明】
【００５０】
１    水晶発振器（圧電振動デバイス）
２，２Ａ    ベース
３    水晶振動素子（圧電振動素子）
４    ＩＣ
５    蓋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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