(57)【要約】【課題】圧電素子以外の電気部品をパッケージ内に収容した場合であっても、小型化された圧電デバイスを提供すること。【解決手段】圧電素子２０と、この圧電素子２０と電気的に接続された電気部品３０と、圧電素子２０および電気部品３０が収容されたパッケージ４０とを備えた圧電デバイスであって、パッケージ４０は低温焼成基板により形成されており、低温焼成基板を焼成する際に、印刷した導電体が焼成されて、電気部品３０の全て又は一部が形成されるようになっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子と、この圧電素子と電気的に接続された電気部品と、前記圧電素子および前記電気部品が収容されたパッケージとを備えた圧電デバイスであって、
前記パッケージは、低温焼成基板により形成されており、
前記低温焼成基板を焼成する際に、印刷した導電体が焼成されて、前記電気部品の全て又は一部が形成されるようになっている
ことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記低温焼成基板に印刷して形成される前記電気部品は抵抗体で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】
前記抵抗体は、前記パッケージの開口部から露出していることを特徴とする請求項２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記抵抗体は、可変容量素子のアノード側に基準電位を与えるための接地用の抵抗であることを特徴とする請求項２または３に記載の圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子と、この圧電素子と電気的に接続された電気部品とを有する圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話や情報機器、或いはデジタルオーディオなどの様々な電子機器には、圧電デバイスが広く使用されている。
図８は、この従来の圧電デバイス１の概略分解斜視図である（例えば、特許文献１参照）。
この圧電デバイス１は、パッケージ４の片側が開口した凹状部６とされ、この凹状部６の内側に圧電素子２および電気部品３が収容されて、開口端面７が蓋体５で接合されることでパッケージ４が封止されたシングルシール構造になっている。
【０００３】
そして、この圧電デバイス１の場合、電気部品３を例えば温度補償用の半導体素子３ａ、抵抗３ｂ、コンデンサ３ｃ等として温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）とされている。
また、このようなシングルシール構造のものとしては、図８のコンデンサ３ｃを可変容量素子にして電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）したものもあり、制御電圧を変えることによって周波数を調整できる発振器として、広く使用されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−４６０４０号公開特許公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、電子機器の小型化が目ざましく、その電子機器に使用される圧電デバイスについても、小型化が要求されている。このため、小型化の面を考慮すると、上述したコンデンサや可変容量素子等の電気部品を、全て半導体集積回路素子に内蔵してしまうことが好ましい。
ところが、パッケージ４内に収容する電気部品は、客先の要求する性能に応じて個別に変えなければならない場合があり、特に、可変容量素子を用いた電圧制御水晶発振器の場合、周波数可変特性に応じて、可変容量素子の種類や個数、或いは抵抗やコンデンサといった電気部品を、その都度変更することが多い。
【０００６】
そうすると、可変容量素子や抵抗等を全て集積回路素子に内蔵してしまうと、客先の要求に応じて集積回路素子を変更することが多くなって、その度に集積回路素子の開発が必要になって、その開発コストだけでも莫大になってしまう。このため、従来は、可変容量素子や抵抗等の電気部品の一部については、集積回路素子とは別のチップ部品として、パッケージ内に実装するようにしている。
しかし、このように複数のチップ化された電気部品をパッケージ内に実装すると、やはりその実装した分だけ、パッケージが大きくなったり、また、キャビティ内が複雑になったりしてしまう。
【０００７】
本発明では、圧電素子以外の電気部品をパッケージ内に収容した場合であっても、小型化された圧電デバイス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】
上記目的は、第１の発明によれば、圧電素子と、この圧電素子と電気的に接続された電気部品と、前記圧電素子および前記電気部品が収容されたパッケージとを備えた圧電デバイスであって、前記パッケージは、低温焼成基板により形成されており、前記低温焼成基板を焼成する際に、印刷した導電体が焼成されて、前記電気部品の全て又は一部が形成されるようになっている圧電デバイスにより達成される。
【０００９】
第１の発明の構成によれば、圧電デバイスは、圧電素子および電気部品が収容されたパッケージは低温焼成基板により形成され、その低温焼成基板を焼成する際に、印刷した導電体が焼成されて、電気部品の全て又は一部が形成されるようになっている。このように、低温焼成基板の焼成温度を利用することで、電気部品を印刷でも形成することができる。したがって、基板に印刷して形成された電気部品は、チップ化して基板に実装されるのではなく、基板に薄板状或いは膜状に形成されるようになるため、その電気部品の分だけ、キャビティを小型化することができる。
かくして、本発明によれば、圧電素子以外の電気部品をパッケージ内に収容した場合であっても、小型化された圧電デバイス用のパッケージを提供することができる。
【００１０】
第２の発明は、第１の構成において、前記低温焼成基板に印刷して形成される前記電気部品は抵抗体であることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、低温焼成基板に印刷して形成される電気部品は抵抗体であり、抵抗体であれば、パッケージが小型化されていても、そのキャビティ内に比較的容易に形成することができるため、圧電デバイスの小型化を阻害する恐れが少ない。
【００１１】
第３の発明は、第２の構成において、前記抵抗体は、前記パッケージの開口部から露出していることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、抵抗体は、パッケージの開口部から露出しているため、例えば、パッケージの開口部側からレーザ光を照射して、抵抗体をトリミングし、抵抗値のバラツキを抑えることができる。
【００１２】
第４の発明は、第２または第３の構成において、前記抵抗体は、可変容量素子のアノード側に基準電位を与えるための接地用の抵抗であることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、抵抗体は、可変容量素子のアノード側に基準電位を与えるための接地用の抵抗であるため、その抵抗値に多少のバラツキがあったとしても、アノード側が基準電位として固定さえできればよい。したがって、抵抗体をトリミングする必要性がほとんどないので、例えば、パッケージを形成する複数の基板の積層間に抵抗体を印刷し、或いは空いているスペースに印刷してもよく、これによりパッケージの小型化に資することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１乃至図３は、本発明の実施に係る圧電デバイス１０であり、図１は圧電デバイス１０の概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線概略切断断面図、図３は圧電デバイス１０の等価回路図である。なお、図１では、理解の便宜のため、圧電デバイス１０の蓋体を透過して図示し、また、電極に平行斜線を付してある。また、図２では、図面が煩雑になることを避けるため、各電極を省略して図示している。
これらの図における圧電デバイス１０は、圧電素子２０と、この圧電素子２０と電気的に接続された電気部品３０と、圧電素子２０および電気部品３０が収容されたパッケージ４０とを備えている。
【００１４】
パッケージ４０は、全体的に、枡状或いは矩形の箱状とされ、片側の主面のみが外部に開口したシングルシール構造となっており、その内側に外部と連通した内部空間Ｓ１〜Ｓ３を形成することでキャビティが形成されている。
具体的には、パッケージ４０は、図２に示すように、下から順に第１の基板４０ａ、第２の基板４０ｂ、第３の基板４０ｃ、及び第４の基板４０ｄを積層して形成されている。
【００１５】
第４の基板４０ｄは、最上層の基板であって、枠状部を残すようにして内側に、厚み方向に貫通した第１の孔４１を形成することで、その下側の第１ないし第３の基板４０ａ〜４０ｃに積層した場合に、パッケージ４０の内側に圧電素子２０を収容するための内部空間Ｓ１を形成するようにされている。
この内部空間Ｓ１は、第４の基板４０ｄの上端面、すなわちパッケージ３０の開口部側の端面４２に、図示しないシームリング等を用いて蓋体４４が接合されることにより、封止されている。
なお、蓋体４４は、蓋封止した後に、圧電素子２０に設けられた金属被膜部にレーザ光を照射して周波数調整できるように、ガラス等の光を透過する材料を用いてもよいが、本実施形態の場合、金属製にしてアース接地している。
【００１６】
第３の基板４０ｃは、第４の基板４０ｄの直下に配置された基板であり、圧電素子２０をマウントする基台となる。すなわち、第３の基板４０ｃの内部空間Ｓ１に露出した面（図２の上面）には接着剤２２が塗布され、この接着剤２２の上に圧電素子２０の端部がマウントされて、接着剤２２が硬化することで、圧電素子２０が第３の基板４０ｃに片持ち式に接合固定されている。
本実施形態の場合、接着剤２２には、導電性接着剤が用いられておらず、圧電素子２０を第３の基板４０ｃに機械的に接合するためにのみ用いられ、電気的な接続は図示しないワイヤボンディングにより行なっている。なお、接着剤２２は、所謂振動漏れを防止するため、シリコーン系の接着剤を用いるとよい。
【００１７】
また、第３の基板４０ｃは、各配線パターン３６を開口部側に露出させ、かつ、その内側に、電気部品３０と各配線パターン３６とを電気的に接続するためのボンディングワイヤ２７のループ長を収容するための内部空間Ｓ２が形成されている。
具体的には、第３の基板４０ｃは、枠状部を残すようにして内側に、厚み方向に貫通した第２の孔４６が形成され、その下側の第１及び第２の基板４０ａ，４０ｂに積層した場合に、内部空間Ｓ２が形成される。第２の孔４６は、上述した第４の基板４０ｄの第１の孔４１の内径に比べて小さな内径を有する貫通孔であって、第１及び第２の孔４１，４６は重なって連通している。
【００１８】
第２の基板４０ｂは、その内側に電気部品３０を収容する基板であって、さらに、各種の配線パターン３６が設けられた基板である。
具体的には、第２の基板４０ｂは、枠状部を残すようにして内側に、厚み方向に貫通した第３の孔４８が形成され、その下側の第１の基板４０ａに積層した場合に、パッケージ４０の内側に電気部品３０を収容する内部空間Ｓ３が形成される。
この第３の孔４８は、第３の基板４０ｃの第２の孔４６の内径に比べて小さな内径を有する貫通孔であって、第１ないし第３の孔４１，４６、４８は重なって連通している。これにより、第２の基板４０ｂの内部空間Ｓ２に露出した上面５０が上向きの段部になって、そこに種々の配線パターン３６が設けられている。
【００１９】
第１の基板４０ａは、最下層に配置されて、パッケージ４０の底部を構成する平板状の基板である。そして、この第１の基板４０ａの内部空間Ｓ３に露出した面に電気部品３０が実装されている。
なお、図示されていなが、第１の基板４０ａの底面には実装端子が設けられており、この図示しない実装端子は、ボンディングワイヤ２７や種々の配線パターン３６、ビアホール（図示せず）などを介して、電気部品３０と電気的に接続されている。
【００２０】
圧電素子２０は、駆動電圧が印加されると所定の周波数で振動する圧電材料として例えば水晶が用いられている。なお、圧電素子２０としては、水晶以外にもタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用できる。
そして、圧電素子２０は、上述した圧電材料を所定の形状にカットして、厚みすべり振動を利用した水晶振動片とされている。図１及び図２の場合、圧電素子２０は、周縁部に比べて中央部の厚みを小さくした形状とされているが、圧電材料のカット形状はこれに限られるものではなく、通常のＡＴカット振動片、音叉型圧電振動片、或いは弾性表面波共振片等であっても勿論よい。
【００２１】
また、図１に示すように、圧電素子２０の主面には電極膜が形成されている。電極膜は、周縁部に比べて厚みの薄い中央領域に配置され、水晶に駆動電圧を印加する励振電極２４と、この励振電極２４を周縁部に引き出すようにして形成された引出電極２５とからなっている。
なお、図示していないが、引出電極２５は、ワイヤボンディングにより、励振電極２４に駆動電圧を印加するための電極と電気的に接続されている。
【００２２】
電気部品３０は、圧電素子２０と電気的に接続されており、本実施形態の場合、集積回路素子３３と、可変容量素子３２と、抵抗体３１とを有している。
集積回路素子（以下、「ＩＣ」という）３３は、図３に示すように、少なくとも圧電素子２０を発振させる回路を有するチップとして、図２に示すように、第１の基板４０ａに実装されている。
そして、このＩＣ３３は、図１に示すように、ボンディングワイヤ２７及びパッケージ４０内の配線パターン３６を介して、バラクターダイオード等の可変容量素子３２と電気的に接続されている。すなわち、図３に示すように、ＩＣ３３の発振ループに可変容量素子３２を接続することで、電圧制御型の発振回路が構成されるようになっている。これにより、圧電デバイス１０は、設定した電圧に応じて出力周波数を変化させることができる電圧制御水晶発振器（Ｖｏｌｔａｇｅ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）となる。なお、圧電デバイス１０は、ＩＣ３３に温度補償電圧発生回路を持たせ、生成した温度補償電圧を電圧制御発振回路に出力して、発振周波数の可変制御を可能とする温度補償型水晶発振器にしてもよい。
【００２３】
ここで、可変容量素子３２は、図１及び図２に示すように、ＩＣ３３とは別のチップ部品として、上述した第１の基板４０ａに実装されている。これにより、客先の要求する周波数可変特性に応じて可変容量素子３２の種類等を変更すればよく、ＩＣ３３の変更がほとんど不要になる。
また、図２及び図３に示すように、この可変容量素子３２のアノード側には、基準電圧を与えるための接地用の抵抗体３１が設けられており、この抵抗体３１もＩＣ３３とは別にパッケージ４０内に設けられている。
【００２４】
この抵抗体３１については、チップ化して第１ないし第４の基板４０ａ〜４０ｄに実装されておらず、パッケージ４０内の内部空間に露出した面に印刷して形成されている。
すなわち、パッケージ４０は、通常、絶縁材料としてセラミック等からなるグリーンシートを成型して形成される複数の基板４０ａ〜４０ｄを積層した後に、焼結して形成されるが、本実施形態の場合、焼成が低温でも可能なように、グリーンシートはセラミックスとガラスとを配合させて形成されている。
なお、ここにおける低温とは、グリーンシートに印刷した導電体を焼成して電気部品としての抵抗体３１を形成できる程度の温度という意味であり、本実施形態の場合、６０％程度のアルミナと４０％程度のホウケイ酸ガラスとを配合させて、融点が８００℃程度となるグリーンシートを形成している。
【００２５】
そして、抵抗体３１は、パッケージ４０を構成する焼成前の低温焼成基板（図２の第３の基板４０ｃを形成するためのグリーンシート）の内部空間Ｓ１に露出する面に対応した部分に、酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）等の導電体を印刷しておき、低温焼成基板を焼成する際、印刷した導電体も同時に焼成されて完成するようになっている。
このように抵抗体３１は、チップ状ではなく印刷して形成することができるため、第３の基板４０ｃの上面に、膜状あるいは薄板状に形成されることになる。
【００２６】
また、抵抗体３１は、図１及び図２に示すように、パッケージ４０の開口部から露出するように配置されている。具体的には、図１に示すように、抵抗体３１は、平面視において圧電素子２０と重なって隠れた部分３１ａを有し、この隠れた部分３１ａから周縁に向かって延びるように形成されて、外部に露出した部分３１ｂを有している。
なお、抵抗体３１の平面視において圧電素子２０と重なって隠れた部分３１ａは、圧電素子２０の周縁部より厚みが薄くなった中央領域（即ち、下側から見れば凹んだ領域）の下側に配置されており、これにより抵抗体３１は圧電素子２０の中央領域に設けられた励振電極２４と接触してしまう事態を有効に回避できるようにしている。
【００２７】
そして、抵抗体３１は、外部に露出した部分３１ｂに対して、図２に示すように、パッケージ４０の開口部側からレーザ光ＬＢを照射することでトリミングされ、これにより抵抗値のバラツキを抑えられるようにしている。特に、例えば、可変容量素子３２のカソード側にも抵抗体を作るなどして、高精度な抵抗体を作り込む必要がある場合は、トリミングする必要性が高く、上述のように抵抗体３１を外部に露出させる意義は大きい。
【００２８】
なお、本実施形態の抵抗体３１は、可変容量素子３２のアノード側に、基準電圧を与えるための接地用の抵抗として設けただけであり、このような場合は一般的に、抵抗値は１０Ω以上であれば問題がない。そこで、このような抵抗体３１をＩＣ３３と別に形成する場合は、図２の変形例である図４に示すように、外部に露出させずに、パッケージ４０の余剰領域に配置し、或いは、第１ないし第４の基板４０ａ〜４０ｄの積層間に配置してもよい。これにより、より一層のパッケージ４０の小型化を図ることができる。
【００２９】
次に、本発明の上述した実施形態に係る圧電デバイスの製造方法を簡単に説明する。
図５は圧電デバイスの製造工程であり、図６及び図７は図５の工程を説明するための図である。
これらの図に示されるように、圧電デバイスは、パッケージと、ＩＣ（集積回路素子）及び可変容量素子と、圧電素子と、蓋体とを、それぞれ別々に用意をしておき、後でこれらを接続するようにしている。
【００３０】
すなわち、パッケージを形成する工程では、図６（ａ）に示すように、所定の大きさを有するシート状のグリーンシート５５を形成する（図５のＳＴ１）。このグリーンシート５５は、低温焼成基板用のシートであり、具体的には、以下のように形成する。まず、セラミック粉末とガラスを一定の比率で配合して混合し、これに有機系のバインダーと溶剤を加えてグリーンシート５５のもととなるスラリーを形成する。その後、このスラリーを一定の厚さでフィルム上に塗布し、乾燥させてグリーンシート５５を形成する。
【００３１】
次いで、グリーンシート５５を所定の大きさ及び形状にする。本実施形態の場合、一枚のグリーンシート５５から複数のパッケージ用の基板４０ａ〜４０ｄ（図２参照）を形成できる大きさとし、図１及び図２で既に説明したような各基板４０ａ〜４０ｄの形状を形成する。
そして、各基板４０ａ〜４０ｄの形状を形成した後、各基板４０ａ〜４０ｄに対応した配線パターン３６（図１参照）をスクリーン印刷或いはインクジェット方式等で印刷する。
この際、第３の基板４０ｃについては、各基板４０ａ〜４０ｄを積層した際に、内部空間Ｓ１に露出することになる面（図２参照）に、図６（ｂ）に示すように、酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）等の導電体３１−１をスクリーン印刷或いはインクジェット方式等で印刷する（図５のＳＴ２）。この導電体３１−１が後で焼成されて抵抗体３１となる。
【００３２】
次いで、図７に示すように、各基板４０ａ〜４０ｄの形状や配線パターン３６など（図１及び図２参照）を形成した夫々のグリーンシート５５，５５・・・を積層して積層体を形成し（図５のＳＴ３）、その積層体に圧力を加えて焼成する（図５のＳＴ４）。この焼成は９００℃以下の低温で行なっている。これにより、上述の印刷した導電体３１−１も同時に焼成して、抵抗体３１を形成することができる。
【００３３】
次いで、既に形成してあるＩＣ３３や可変容量素子３２（図１及び図２参照）をキャビティ内に搭載し（図５のＳＴ５）、その後、図１に示すように、圧電素子２０を導電体３１が開口部側に露出するようにして搭載する（図５のＳＴ６）。
次いで、図７の切断線ＵＴに沿って各圧電デバイスとなるように個片化し、個片化した各圧電デバイスの特性を検査して、要求する設定事項に満たない場合は調整を行なう（図５のＳＴ７）。この際、抵抗体３１が基準となる条件を満たさない場合は、例えば、図２に示すように、レーザ光ＬＢを抵抗体３１に照射してトリミングするとよい。
【００３４】
次いで、蓋体でパッケージを封止して（図５のＳＴ８）、圧電デバイスを完成させる。
なお、本実施形態では、抵抗体３１は蓋封止（図５のＳＴ８）する前に、レーザ光を照射してトリミングするようにしているが、例えば、蓋体をガラス等の透明材料で形成し、蓋封止した後に、レーザ光を透明な蓋体を透過させて抵抗体３１に照射してトリミングしてもよい。また、本実施形態ではパッケージの片側のみが開口したシングルシール構造としたが、本発明はこれに限定せず、例えば、パッケージの両側が開口したＨ型の構造とし、一方の開口側に圧電振動子を実装し、他方の開口側にＩＣ等の他の電気部品を実装した構造とすることもできる。
【００３５】
本発明の実施形態は以上のように構成されており、圧電素子２０、抵抗体３１、可変容量素子３２、ＩＣ３３が収容されたパッケージ４０は、低温焼成基板により形成され、その低温焼成基板を焼成する際に、印刷した導電体３１−１が焼成されて、抵抗体３１が形成されるようになっている。したがって、印刷して形成された抵抗体３１は、チップ部品として基板４０ｃに実装されるのではなく、基板４０ｃに薄板状或いは膜状に形成されるようになるため、その分だけ、キャビティを小さくして、圧電デバイスを小型化できる。
【００３６】
本発明は上述の実施形態に限定されない。実施形態や各変形例の各構成はこれらを適宜組み合わせ、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施に係る圧電デバイスの概略平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線概略切断断面図。
【図３】本発明の実施に係る圧電デバイスの等価回路図。
【図４】図２の変形例に係る概略断面図。
【図５】本発明の実施に係る圧電デバイスの製造工程。
【図６】図５の工程の説明図。
【図７】図５の工程の説明図。
【図８】従来の圧電デバイスの概略分解斜視図。
【符号の説明】
【００３８】
１０・・・圧電デバイス、２０・・・圧電素子、３０・・・電気部品、３１・・・抵抗体、３２・・・可変容量素子、３３・・・集積回路素子、４０・・・パッケージ
【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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【図７】
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【図８】
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