(57)【要約】      （修正有）【課題】水晶で構成した台座を用い特性に優れる水晶デバイスを提供する。【解決手段】水晶デバイス１０は、表裏面に励振用電極１１ａ及び引出電極１１ｂを有する水晶片１１と、この水晶片を収容する容器１３と、水晶片および容器の間に設けられた台座１５と、水晶片を台座に固定している接着剤１７と、台座をその重心を含む一領域で容器に固定している導電性接着剤１９と、前記容器に設けられ前記導電性接着剤に熱を伝える導熱パターン２１と、前記容器に設けられた配線パターン２３と、前記配線パターンおよび前記引出電極を接続しているワイヤーボンディング構造２５と、を具える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励振用電極及び引出電極を有する水晶片と、
前記水晶片を収容する容器と、
前記水晶片および前記容器の間に設けられた台座と、
前記水晶片を前記台座に固定している接着剤と、
前記台座をその重心を含む一領域で前記容器に固定している導電性接着剤と、
前記容器に設けられ前記導電性接着剤に熱を伝える導熱パターンと、
前記容器に設けられた配線パターンと、
前記配線パターンおよび前記引出電極を接続しているワイヤーボンディング構造と
を具えることを特徴とする水晶デバイス。
【請求項２】
前記水晶片を前記台座に固定している接着剤を絶縁性接着剤とし、この接着剤により水晶片を台座に一領域で固定してあることを特徴とする請求項１に記載に水晶デバイス。
【請求項３】
前記台座が、前記水晶片を固定する接着剤が塗布される領域をそれ以外の領域と区分けするための段差構造を持つことを特徴とする請求項１又は２に記載の水晶デバイス。
【請求項４】
前記台座は水晶で構成したものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水晶デバイス。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の水晶デバイスと、前記水晶片用の発振回路と、前記水晶片を収容した前記容器を加熱するヒーターを含む温度制御回路と、を具えることを特徴とする発振器としての水晶デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶で構成した台座を具える水晶デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やパーソナルコンピュータ等の各種電子機器では、周波数の選択や制御等のために、水晶振動子や水晶発振器等の水晶デバイスが多用されている。
【０００３】
一方、このような水晶デバイスに対し、周波数安定度、耐振動性、耐衝撃性等に対する改善要求が益々高まっている。例えば特許文献１には、水晶振動子の構成部材の熱膨張係数差による影響を排除して、振動特性を良好に維持する技術が開示されている。具体的には、セラミックパッケージに水晶片を実装する際に、これらの間に、水晶製の台座を介在させる構造が開示されている（特許文献１の図１等）。さらに、パッケージと台座との導通を図るために、これらの間の接続をワイヤーボンディングにより行うことが開示されている（特許文献１の図２等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２５３８８３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、特許文献１に開示された構造の場合、パッケージと台座とを固定する位置は、台座の第１の方向に沿う一端であり、台座と水晶片とを固定する位置は、台座の前記第１の方向に沿う他端とされている。従って、台座とパッケージとに着目した場合、台座はその一端でパッケージと固定されている。この様な固定位置の場合、台座はパッケージに対し片持ち状態で固定されることになるため、台座が固定点を支点に撓んだり振れたりし、水晶片にその影響が及ぶ懸念がある。
【０００６】
また、特許文献１に開示されたワイヤーボンディングを用いる構造の場合では、台座にワイヤーボンディング用のパッドを設けてある。そして、台座と水晶片とを導電性接着剤により接続し、台座とパッケージとの間をワイヤーボンディングにより接続している。すなわち、水晶片はパッケージに直接ワイヤーボンディングで接続されてはいない。従って、台座の構造が複雑になること、導電性接着剤が必要になること等が生じるので、製造コストの点で不利である。
この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、従って、この発明の目的は、水晶で構成した台座を用いた水晶デバイスであって特性向上が図れると共に、コスト低減も図り易い構造を有した水晶デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的の達成を図るため、この発明の水晶デバイスは、
励振用電極及び引出電極を有する水晶片と、
前記水晶片を収容する容器と、
前記水晶片および前記容器の間に設けられた台座と、
前記水晶片を前記台座に固定している接着剤と、
前記台座をその重心を含む一領域で前記容器に固定している導電性接着剤と、
前記容器に設けられ前記導電性接着剤に熱を伝える導熱パターンと、
前記容器に設けられた配線パターンと、
前記配線パターンおよび前記引出電極を接続しているワイヤーボンディング構造と
を具えることを特徴とする。
【０００８】
この発明を実施するに当たり、前記水晶片を前記台座に固定している接着剤を、絶縁性接着剤とし、この接着剤は水晶片を台座に一領域で固定するよう設けるのが良い。こうすると、例えば両水晶片の両極性の引出電極の間に当たる部分のみ、すなわち水晶片を両引出電極間の一領域のみで台座に固定できるので、水晶片への固定部の影響を軽減し易い。
この発明を実施するに当たり、前記台座は、前記水晶片を固定する接着剤が塗布される領域とそれ以外の領域とを区分けするための、段差構造を持つものとするのが良い。こうすると、接着剤が水晶片の振動中心部に流れ難くできるので、振動特性の悪化を防止できる。
また、前記台座は水晶で構成したものが良い。こうすると、台座の熱膨張係数等の物性が水晶片に近くなるので、台座と水晶片各々の物性の違いに起因する悪影響を軽減できる。
この発明を実施するに当たり、前記水晶片を平面形状が四角形状のものとし、前記水晶片を前記台座に固定している接着剤は、前記水晶片の１つの短辺側に設けるのが良い。こうすると、水晶片が台座に片持ち状態で固定される構造となるので、水晶片の振動中心部への固定部の影響を軽減できる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、台座はその重心を含む一領域で容器に固定されているので、台座を片持ち保持する場合に比べ、台座の撓み、振動等が起きにくくなるから、水晶片への悪影響が生じ難い。
また、台座を容器に導電性接着剤で固定しかつ導熱パターンを設けているので、例えば恒温槽付き発振器等に本発明を適用する場合等では、水晶片に対し恒温槽の温度が伝わり易くなる。このため、恒温槽付き発振器等では周波数安定度に優れる発振源を提供できる。
また、水晶片の引出電極と容器の配線パターンとを接続するワイヤーボンディング構造を有しているため、台座は簡単な構造で済むのでコスト低減が図れ、また、水晶片を台座に導電性接着剤で固定する場合より水晶片への固定構造による影響を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、第１の実施形態の水晶デバイス１０を説明するための図である。
【図２】第２の実施形態の水晶デバイスを説明するための図である。
【図３】第３の実施形態の水晶デバイスを説明するための図である。
【図４】第４の実施形態の水晶デバイスを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこれら発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の実施形態中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【００１２】
１． 第１の実施形態
図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、第１の実施形態の水晶デバイス１０を説明する図である。特に図１（Ａ）は水晶デバイス１０を示した平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）図のＰ−Ｐ線に沿った断面図、図１（Ｃ）は（Ａ）図のＱ−Ｑ線に沿った断面図である。なお、図１（Ａ）では蓋部材の図示を省略してある。また、この水晶デバイス１０は、水晶振動子としての実施形態に当たるものである。
【００１３】
第１の実施形態の水晶デバイス１０は、水晶片１１と、容器１３と、台座１５と、接着剤１７と、導電性接着剤１９と、導熱パターン２１と、配線パターン２３と、ワイヤーボンディング構造２５と、蓋部材２７と、を具える。
水晶片１１は、この場合、平面形状が四角形状、具体的には長方形状のものである。この水晶片は、例えば、ＳＣカットに代表されるいわゆる２回回転の水晶片、または、ＡＴカット水晶片である。この水晶片１１は、その表裏面に励振用電極１１ａ及び引出電極１１ｂを有する。引出電極１１ｂは、励振用電極１１ａから、この場合、水晶片１１の１つの辺側であってこの１つの辺の両端領域にそれぞれ引き出してある。
容器１３は、水晶片１１を収容するものである。この場合の容器１３は、水晶片１１を収容する凹部１３ａを有するもので、例えばセラミックパッケージにより構成できる。
【００１４】
台座１５は、水晶片１１および容器１３の間に設けてある。台座１５の構成材料は、水晶、セラミックス、ガラス等の任意好適な材料とできる。ただし、台座１５の物性は、水晶片１１の物性に近い方が熱膨張係数のマッチング等の理由から好ましいので、台座も水晶で構成するのが好ましい。また、この場合の台座１５は、水晶片１１を固定する接着剤１７が塗布される領域とそれ以外の領域とを区分けするための、段差構造１５ａを持つ台座としてある。この例の場合の台座１５は、その長辺方向の両側部分で厚さが厚くなった段差構造１５ａを有したものとしてある。台座１５は一端側のみで厚さが厚くなっていても良いが、両端が厚くなった対称構造の方が好ましい。このような対称構造であると、水晶デバイス製造時に台座の向きを気にせずに台座を容器にセットできる。段差構造１５ａを設けてあるため、水晶デバイス製造時に、接着剤１７が水晶片１１の中心側に流れても、接着剤１７は段差構造１５ａの下段側で水晶片１１から離れるので、水晶片１１に付着しない。
接着剤１７は、水晶片１１を台座１５に固定しているものである。この例の場合は、水晶片１１の１つの辺側の中央付近の近傍の一領域で水晶片１１を台座１５に接着している。また、この場合、接着剤１７は絶縁性接着剤を用いている。絶縁性接着剤であると、これが、両極性の引出電極間に跨っても電極間の短絡が生じない。また、接着剤１７は、水晶片１１の１つの辺側の中央付近の近傍の一領域で水晶片１１を台座１５に接着固定しているので、接着剤を複数個所に設ける場合に比べ、応力等も少ないため、接着剤の水晶片への影響も軽減できる。
【００１５】
導電性接着剤１９は、台座１５をその重心を含む一領域で容器１３に固定しているものである。重心を含む一領域とは、接着の強度を確保できかつ必要以上に台座に接着剤１９の応力が及ばないような、必要最小限の広さである。また、導電性接着剤としている理由は、後述する導熱パターン２１により外部からこの導電性接着剤１９に導いた熱を、台座１５に効率良く伝えるためである。この導電性接着剤１９は、水晶振動子の製造で良く使用されるシリコーン系のもの、エポキシ系のもの、ポリイミド系のもの等から選択して使用できる。
導熱パターン２１は、水晶デバイスが恒温槽付きの水晶発振器であれば、そのヒーターからの熱を台座１５に伝えるものである（詳細は後述の第４の実施形態参照）。この導熱パターン２１は、容器１３としてのセラミックパッケージを製造する際に同時に形成できる。具体的には、セラミックパッケージ形成時に製造できる導電性パターンおよび容器１３に形成できるビア配線によって構成できる。
【００１６】
配線パターン２３は、容器１３側のワイボンパッドの役目を持つ。この配線パターン２３は、典型的には、容器１３の外側底面に設けた外部接続端子１３ｂに接続してある。なお、ワイヤーボンディングを容易にするために、水晶片１１の上面の高さに近い高さになるように、容器１３の一部を高くしておき、この高くした箇所にこの配線パターン２３を設けるのが良い。
ワイヤーボンディング構造２５は、水晶片１１の引出電極１１ｂと容器１３側の配線パターン２３とを接続している。このワイヤーボンディング構造２５は周知のワイヤーボンディング技術で実現できる。
蓋部材２７は、容器１３の凹部１３ａ周囲の土手部分の天面で容器１３と接合して、容器を封止するものである。封止方式に応じた任意の構造とできる。
この水晶デバイス１０によれば、上記の発明の効果の欄に記載した効果を得ることができる。
【００１７】
２．第２の実施形態
第１の実施形態では、接着剤１７とワイヤーボンディグ構造２５は、水晶片１１の１つの辺側に集中させて設けていたが、これらを設ける位置はこれに限られず他の位置でも良い。
図２はその一例であり、第２の実施形態の水晶デバイス３０を示した平面図である。この第２の実施形態の水晶デバイス３０では、接着剤１７とワイヤーボンディグ構造２５のうちの一方を第１の短辺側に設け、他方を第１の短辺と対向する第２の短辺側に設けてある。この構造の場合、接着剤１７とワイヤーボンディグ構造２５のそれぞれの応力を分散できると考えられる。
【００１８】
３．第３の実施形態
第１および第２の実施形態それぞれでは、ワイヤーボンディング構造２５を水晶片１１の第１の短辺に沿う両端領域にそれぞれ設けていたが、ワイヤーボンディング構造２５を設ける位置はこれに限られず他の位置でも良い。
図３はその一例であり、第３の実施形態の水晶デバイス４０を示した平面図である。この第３の実施形態の水晶デバイス４０では、水晶片１１の引出電極１１ｂ自体を、水晶片１１の１つのコーナー側に寄せて設け、そして、ワイヤーボンディグ構造２５自体もこの引出配線の位置に従って水晶片１１の１つのコーナー側に寄せて設けたものである。それに合わせて、接着剤１７自体も水晶片の１つの短辺の中央から水晶片１１の１つのコーナー側に寄せて設けてある。すなわち、接着剤１７およびワイヤーボンディング構造２５各々が、水晶片の第１の短辺に沿う領域であって、この短辺の中央よりも片側の領域に集中するよう、設けた例である。
この第３の実施形態の水晶デバイス４０の場合、接着剤１７およびワイヤーボンディング構造２５各々が水晶片１１の１つのコーナー側に集中するので、それぞれを別々の位置に設けていた場合にそれぞれの位置で水晶片に与えていた応力の影響を、軽減できると考えられる。
【００１９】
４．第４の実施形態（水晶発振器の実施形態）
次に、本発明を発振器としての水晶デバイスに適用した例を説明する。図４はその説明図であり、図１（Ｂ）に対応する断面図に発振器としての構成成分を追記したものである。なお、図４では，各構成成分を指す符号のうち、本実施形態の説明に不要な符号は省略してある。
【００２０】
この実施形態の水晶デバイス５０は、第１〜第３の実施形態の圧電デバイス１０，３０，４０の構成に加えて、水晶片１１用の発振回路５１と、水晶片１１を収容した容器１３を加熱するヒーター５３を含む温度制御回路５５と、を具える。然も、導熱パターン２１に接続されている外部接続端子１３ｂをヒーター５３に接続してある。
発振器としてのこの水晶デバイス５０の場合、ヒーター５３の熱は外部接続端子１３ｂ及び導熱パターン２１を介して台座１５に伝わり、そして台座１５からの輻射熱が水晶片１１に及ぶ。従って、例えば温度補償型の水晶発振器であって、水晶振動片への熱応答に優れる水晶発振器を実現できる。そ
【００２１】
５． 他の実施形態
上述した実施形態では、水晶片を片持ち支持する構造を示したが、水晶片をその対向する２辺で支持する両持ち構造の場合でも本発明は適用できる。また、容器として凹部を有する容器を用い、蓋部材として平板状の蓋部材を用いた例を説明したが、平板状の容器を用い、蓋部材としてキャップ状の蓋部材を用いたものにも適用できる。
【符号の説明】
【００２２】
１０：実施形態の水晶デバイス、            １１：水晶振動片、
１０：第１の実施形態に水晶デバイス、      １１：水晶片
１１ａ：励振用電極、                      １１ｂ：引出電極、
１３：容器、                              １３ａ：凹部、
１３ｂ：外部接続端子、                    １５：台座
１５ａ：段差構造、                        １７、１７ｘ：接着剤
１９：導電性接着剤、                      ２１：導熱パターン
２３：配線パターン、                      ２５：ワイヤーボンディング構造
２７：蓋部材、                            ３０：第２の実施形態の水晶デバイス
４０：第３の実施形態の水晶デバイス
５０：第４の実施形態の水晶デバイス（水晶発振器）
５１：発振回路、                          ５３：ヒーター
５５：温度制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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