(57)【要約】【課題】  低コスト化と小型化に対応させより信頼性の高い圧電振動発振器を提供する。【解決手段】  絶縁材料からなり一つの開口部と中段が形成された収納部とを有する直方体形状のベース２、ベース２の収納部の内底面に配置され励振電極の形成された矩形状の圧電振動素子３、ベース２の収納部の中段部に配置されるとともに圧電振動素子３より主面の面積が大きい矩形状の集積回路素子４、ベース２の開口部を気密封止する蓋５を備えている。ベース２の収納部の内底面上で圧電振動素子３の両端部が接合されるとともに、集積回路素子４が圧電振動素子３を被覆した状態で、ベース２の収納部の中段上で集積回路素子４の両端部が接合されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材料からなり開口部と中段が形成された一つの収納部とを有する直方体形状のベース、上記ベースの収納部の内底面に配置され励振電極の形成された矩形状の圧電振動素子、上記ベースの収納部の中段部に配置されるとともに上記圧電振動素子より主面の面積が大きい矩形状の集積回路素子、上記ベースの開口部を気密封止する蓋、を備えており、
上記ベースの収納部の内底面上で上記圧電振動素子の両端部が接合されるとともに、上記集積回路素子が上記圧電振動素子を被覆した状態で、上記ベースの収納部の中段上で上記集積回路素子の両端部が接合されたことを特徴とする圧電発振器。
【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発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電発振器として、例えば表面実装型の水晶発振器は、絶縁性材料からなるベース（パッケージ）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。このような圧電発振器は、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】
このような圧電発振器の中には、特許文献１〜３に開示されているように、一つの収納部に圧電振動素子と集積回路素子を収納して気密封止した所謂シングルパッケージ構造のものにおいて、収納部の内底面側に圧電振動素子を配置し収納部の開口部側に集積回路素子を配置することで、搭載された圧電振動素子の特性検査工程等の後に良品判定などを行った後で集積回路素子を搭載することができるなどにより、製造コストの低減と歩留まりの改善など生産性を高めることができるものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−７７９４４号公報
【特許文献２】特開２００１−２１７６５０号公報
【特許文献３】特開２００１−３０８６６４４号公報
【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、上述のような圧電発振器では、圧電振動素子と集積回路素子の隙間寸法が変化することによる寄生容量の変化やお互いの温度差の影響で、特性が悪影響を受けることに対して何ら考慮されていない。このような問題点は、圧電発振器の小型化とともにその影響度が大きく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、圧電発振器の低コスト化と小型化に対応させながら電気的特性がより安定した信頼性の高い圧電発振器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、絶縁材料からなり開口部と中段が形成された一つの収納部とを有する直方体形状のベース、上記ベースの収納部の内底面に配置され励振電極の形成された矩形状の圧電振動素子、上記ベースの収納部の中段部に配置されるとともに上記圧電振動素子より主面の面積が大きい矩形状の集積回路素子、上記ベースの開口部を気密封止する蓋、を備えており、上記ベースの収納部の内底面上で上記圧電振動素子の両端部が接合されるとともに、上記集積回路素子が上記圧電振動素子を被覆した状態で、上記ベースの収納部の中段上で上記集積回路素子の両端部が接合された
ことを特徴とする。
【０００８】
上記発明によれば、上記ベースの一つの収納部に圧電振動素子と集積回路素子とが収納され蓋により気密封止されるシングルパッケージ構造となるため、シンプルで小型化低背化に有利なベース構造とすることができる。
【０００９】
また、上記ベースの収納部の内底面に圧電振動素子を配置するとともに、収納部の開口部側に位置する中段部に集積回路素子を配置している。このため、圧電振動素子のみをベースに搭載した状態で、圧電振動素子のみの特性検査工程を施した後に、良品判定が行われて満足の得られたもののみを選択して集積回路素子を搭載して圧電発振器を完成させることができる構成となる。従って、製造コストの低減と歩留まりの改善など生産性を高めることができる。
【００１０】
また、上記ベースの収納部の内底面上で矩形状の圧電振動素子の両端部が接合されるとともに、上記ベースの収納部の中段上で矩形状の集積回路素子の両端部が接合されているため、圧電振動素子と集積回路素子とは搭載後に外部衝撃などが加わったとしても傾きが生じることなく、一定の隙間寸法を維持した状態でお互いの配置関係が保たれる。結果として、圧電振動素子に形成された励振電極と集積回路素子とが接触することがなくなるだけでなく、圧電振動素子に形成された励振電極と集積回路素子との間に生じる寄生容量が当初設計値に対して変化することがなくなり、発振周波数の変動が生じない電気的特性の安定した構成とすることができる。
【００１１】
加えて、上記集積回路素子が上記圧電振動素子を被覆した状態で、収納部の開口部側に位置する中段部に上記圧電振動素子より主面の面積が大きい矩形状の集積回路素子を配置されているため、圧電振動素子を完全に覆いつくした状態で圧電振動素子と集積回路素子とが一定の隙間寸法を維持した状態でお互いの配置関係が保たれる。つまり、圧電振動素子に対して、集積回路素子の熱が均等に伝わり、お互いの温度差が生じにくくできるため、圧電発振器の電気的特性に悪影響が生じることがない。特に、集積回路素子に温度補償機能を有する所謂ＴＣＸＯとして圧電発振器を使用する場合には、集積回路素子に内蔵された温度センサと圧電振動素子との温度差が小さくなり、周波数温度特性に伴う補正ずれなどの影響もなくなり、より高性能で安定した電気的特性が得られる。
【００１２】
また、上記構成において、中段部のうち集積回路素子が搭載されない領域には、圧電振動素子と接続される圧電振動素子用配線パターンが形成されていてもよく、その圧電振動素子用配線パターンの一部がベースの側壁の一部を露出する圧電振動素子用端子が形成されていてもよい。この場合、圧電振動素子用配線パターンや圧電振動素子用端子を使用して、圧電振動素子のみの特性検査工程などが実施しやすくできるだけでなく、集積回路素子を搭載された後でもこれらの圧電振動素子用配線パターンや圧電振動素子用端子を利用することができるため、圧電振動素子と集積回路素子とを組み合わせた圧電発振器として特性計測や調整も容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、圧電発振器の低コスト化と小型化に対応させながら電気的特性がより安定した信頼性の高い圧電発振器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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断面図である。
【図２】図１の水晶振動素子のみを搭載した状態の平面図である。
【図３】図２の蓋をする前の平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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圧電発振器の実施形態としては、例えば発振回路を有するＩＣ（集積回路素子）を内蔵した表面実装型水晶発振器（以下、水晶発振器と称する）を例に挙げて説明する。
【００１６】
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。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。
【００１７】
ベース２はセラミックなどの絶縁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、一つの開口部２ｂと中段２１ｂとが形成された収納部２ａとを有する直方体形状の容器である。
【００１８】
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）とが主な構成部材（断面凹形状）との３層構成となっている。
【００１９】
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。
【００２０】
ベース２の内部では、下方面（収納部２ａの内底面側）には基板部２０の一主面２０１による内底面と第１枠部２１により構成され、後述する水晶振動素子３を収納する第１の収納部２１ａが形成され、第１の収納部２１ａの上部（収納部２ａの開口部２ｂ側）には第１の収納部の底面から上部に突き出した中段２１ｂと第２枠部２２により構成され、後述するＩＣ４を収納する第２の収納部２２ａが形成されている。
【００２１】
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）のうち一端部には、図１，図２に示すように、後述する水晶振動素子３と電気的機械的に接続される一対の第１の配線パターンＨ２１が並んで形成されており、他端部には後述する水晶振動素子３と機械的に接続される枕用の配線パターンＨ２２が形成されている。一対の第１の配線パターンＨ２１は、例えば、第１枠部２１の外周縁の一端側に形成された切り欠き部２１ｃ，２１ｄの上部に形成された引回用の配線パターンＨ２３を介して、中段２１ｂの上面に延出され、後述するＩＣ４を搭載するための第２の配線パターンＨ２４の一部に接続されている。
【００２２】
なお、一対の引回用の配線パターンＨ２３は、後述する水晶振動素子３と電気的に接続される端子の機能も有しており、これらに対して、水晶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単独の特性を測定することができる。また、ベース２の下層である基板部２０の下面には、外部回路基板と接続するための複数の外部接続端子Ｈ２０が形成されている。
【００２３】
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、図１，図２に示すように、後述するＩＣ４の長辺方向の両端部を搭載する中段２１ｂが形成されており、その上面には後述するＩＣ４と電気的機械的に接続される複数の第２の配線パターンＨ２４が形成されている。複数の第２の配線パターンＨ２４は、第１枠部２１と基板部２０とを貫通接続する図示しない導電ビアや第１枠部２１の基板部２０の外周縁の一部に形成された引回し配線パターンなどを介して、後述する基板部２０の下面に形成された複数の各々の外部接続端子に接続されている。
【００２４】
ベース２の上層である第２枠部２２の上面には、図１，図２に示すように、後述する蓋５を接合するための封止部２２２が形成されている。本形態では封止部２２２をメタライズにより構成しており、この封止部２２２と後述する蓋５とは金属ろう材など接合材によって接合される。
【００２５】
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、例えば、セラミックグリーンシート（アルミナ）となっており、各外周縁が平面視略同一の矩形で形成されている。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、平面視では略矩形、断面では凹形状となっている略直方体状のベース２を構成している。また、図示しない外部接続端子、第１の配線パターンＨ２１、枕用の配線パターンＨ２２、引回用の配線パターンＨ２３、第２の配線パターンＨ２４、封止部２２２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構成である。
【００２６】
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、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を１層以上追加し、４層以上の積層体からなるベースとして構成してもよい。
【００２７】
第１の収納部２１ａの内底面に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、その表裏面には一対の励振電極と引出電極が各々形成されている。このうち上記一対の引き出し電極は水晶振動素子３の一端部のみに延出されている。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、銀または金の電極層を含む、少なくとも２層以上の積層薄膜である。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。
【００２８】
水晶振動素子３とベース２の第１の収納部２１ａの内底面上での接合は、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）Ｓを用いている。つまり、図１，図２に示すように、ベース２の第１の収納部２１ａの内底面に形成された配線パターンＨ２１および枕用の配線パターンＨ２２のうちの一部の上面に導電性樹脂接着剤Ｓが塗布される。そして、導電性樹脂接着剤Ｓを水晶振動素子３の長辺方向の一端部に延出された一対の引出電極と内底面の第１の配線パターンＨ２１の間にそれぞれ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。加えて、導電性樹脂接着剤Ｓを水晶振動素子３の長辺方向の他端部の中央の電極が形成されていない領域と内底面の枕用の配線パターンＨ２２の間にそれぞれ介在させ硬化させることで、お互いを機械的に接合している。
【００２９】
以上により、水晶振動素子３の長辺方向の両端部をベース２の第１の収納部２１ａの内底面から隙間を設けながら、両持ち保持され接合される。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。
【００３０】
ベース２の中段２１ｂ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矩形状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。また、ＩＣ４の主面の面積は、水晶振動素子３の主面の面積より大きいものが選択されている。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の中段２１ｂに形成された複数の第２の配線パターンＨ２４とを例えばＦＣＢによりＩＣ２の長辺方向の両端部が電気機械的に接合される。この際、水晶振動素子３は主面の面積が大きいＩＣ２により被覆される。本形態では、金属バンプＣ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。なお、本形態に限らず、ベース２の中段の配置によっては、ＩＣ２の短辺方向の両端部を電気機械的に接合してもよい。
【００３１】
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。
【００３２】
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がベース２の封止部２２２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。
【００３３】
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２２２に対して金属製の蓋５にて被覆し、金属製の蓋５の接合材とベースの封止部２２２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。
【００３４】
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。
【００３５】
上記実施形態により、ベース２の一つの収納部２ａに水晶振動素子３とＩＣ４とが収納され蓋５により気密封止されるシングルパッケージ構造となるため、シンプルで小型化低背化に有利な表面実装型の水晶発振器１とすることができる。
【００３６】
また、ベースの収納部２ａの内底面側に水晶振動素子３を配置するとともに、収納部２ａの開口部２ｂ側に位置する中段部２１ｂにＩＣ４を配置している。このため、水晶振動素子３のみをベース２に搭載した状態で、水晶振動素子２のみの特性検査工程などを施した後に、良品判定が行われて満足の得られたもののみを選択してＩＣ４を搭載して水晶発振器１を完成させることができる構成となる。従って、製造コストの低減と歩留まりの改善など生産性を高めることができる。
【００３７】
また、ベースの収納部２ａの内底面上で矩形状の水晶振動素子３の長辺方向の両端部が接合されるとともに、収納部２ａの中段部２１ｂに矩形状のＩＣ４の長辺方向の両端部が接合されているため、水晶振動素子２とＩＣ４とは搭載後に外部衝撃などが加わったとしても傾きが生じることなく、一定の隙間寸法を維持した状態でお互いの配置関係が保たれる。結果として、水晶振動素子２に形成された励振電極とＩＣ４の機能面とが短絡することがなくなるだけでなく、水晶振動素子２に形成された励振電極とＩＣ４との間に生じる寄生容量が当初設計値に対して変化することがなくなり、発振周波数の変動が生じない電気的特性の安定した構成とすることができる。
【００３８】
加えて、ＩＣ４が水晶振動素子３を被覆した状態で、収納部２ａの開口部側に位置する中段部２１ｂに水晶振動素子３より主面の面積が大きい矩形状のＩＣ４を配置されているため、水晶振動素子２を完全に覆いつくした状態で水晶振動素子２とＩＣ４とが一定の隙間寸法を維持した状態でお互いの配置関係が保たれる。つまり、水晶振動素子２に対して、ＩＣ４の熱が均等に伝わり、お互いの温度差が生じにくくできるため、水晶発振器１の電気的特性に悪影響が生じることがない。特に、ＩＣ４に温度補償機能を有する所謂ＴＣＸＯとして水晶発振器１を使用する場合には、ＩＣ４に内蔵された温度センサと水晶振動素子２との温度差が小さくなり、周波数温度特性に伴う補正ずれなどの影響もなくなり、より高性能で安定した電気的特性が得られる。
【００３９】
また、一対の引回用の配線パターンＨ２３は、水晶振動素子３の励振電極と電気的に接続され、かつ第１枠部２１の外周縁の一端側に形成された切り欠き部２１ｃ，２１ｄの上部に形成されてベース２の外部表面に露出する水晶振動素子用の端子として機能している。このため、この水晶振動素子用の端子を使用して、水晶振動素子３のみの特性検査工程などが実施しやすくできるだけでなく、ＩＣ４が搭載された後でもこの配線パターンＨ２３や水晶振動素子用の端子３を利用することができるため、水晶振動素子３とＩＣ４とを組み合わせた水晶発振器１として特性計測や調整も容易に行うことができる。
【００４０】
以上のように、水晶発振器の低コスト化と小型化に対応させながら電気的特性がより安定した信頼性の高い水晶発振器を提供することができる。
【００４１】
また、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、他の振動モードの水晶振動板であってもよい。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。
【００４２】
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。
【００４３】
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】
【００４４】
圧電発振器の量産に適用できる。
【符号の説明】
【００４５】
１    水晶発振器
２    ベース
３    水晶振動素子
４    ＩＣ
５    蓋
Ｃ    金属バンプ
Ｓ    導電性樹脂接着剤
【図１】
2019220795.tif 000003
【図２】
2019220795.tif 000004
【図３】
2019220795.tif 000005