(57)【要約】【課題】小型化を図れるようにする。【解決手段】圧電発振器１０は、基板１２の上面中央部に集積回路１４が固着してある。集積回路１４の上方には、集積回路１４によって駆動される圧電振動子１８が配設してある。圧電振動子１８は、下面の四隅に外部端子２６が設けてある。基板１２は、上面の四隅に外部端子２６に対応して接続端子２８を有する。接続端子２８の上には、半田ボール３０が配置してある。半田ボール３０は、上に配置された圧電振動子１８の外部端子２６を介して、圧電振動子１８を所定の高さに支持する。また、基板１２は、接続端子２８間、すなわち半田ボール３０間にボンディングパッド３２が設けてある。ボンディングパッド３２と集積回路１４のバンプ３８との間は、ボンディングされたワイヤ３６によって電気的に接続してある。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子パッケージの下面に複数の外部端子を設けた圧電振動子と、
前記圧電振動子を駆動する回路を有する集積回路と、
上面に前記集積回路を接合した基板と、
前記基板の上面の、接合した前記集積回路の周囲に設けた複数の接続電極と、
前記接続電極上に配置され、前記接続電極と前記外部端子とを電気的に接続するとともに、前記圧電振動子を所定の高さに保持する接続部材と、
前記基板の上面において、前記接続電極間に配置したボンディングパッドと、
前記集積回路と前記ボンディングパッドとを電気的に接続するワイヤと、
を有することを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電デバイスにおいて、
前記基板は、上面が前記接続電極と前記ボンディングパッドとを露出させてレジスト膜で覆ってあることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧電デバイスにおいて、
前記基板は矩形状に形成されて、前記接続電極が前記基板の四隅に配置され、
前記ボンディングパッドが前記基板の３辺に沿って設けてある、
ことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電デバイスにおいて、
前記外部端子および前記ボンディングパッドは、上下方向において互いに重ならないように配置されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電デバイスにおいて、
前記基板の上面と前記圧電振動子とは、樹脂で覆ってあることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電デバイスにおいて、
前記外部端子は、矩形状に形成され、前記圧電振動子パッケージの中央側の角部が切り欠いてあることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電デバイスにおいて、
前記外部端子は、円形状に形成してあることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の圧電デバイスにおいて、
前記ボンディングパッドと前記集積回路とを電気的に接続した前記ワイヤは、逆ボンディングしてあることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項９】
請求項１ないし８に記載の圧電デバイスにおいて、
前記接続部材は、半田ボールであることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項１０】
請求項９に記載の圧電デバイスにおいて、
前記半田ボールは、半田より融点が高いコアを有し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、圧電デバイスに係り、特に集積回路の上方に圧電振動子を配置して一体化した圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の圧電デバイスは、圧電振動子と、これを駆動する電気回路を有する集積回路（ＩＣ）とを一体化させたものが多い。そして、本願出願人は、部品のロスを少なくするとともに、小型化を図るため、特許文献１に示した圧電発振器（圧電デバイス）を開発した。この圧電発振器は、基板に実装したＩＣの上方に圧電振動子を配置し、この圧電振動子を基板に配置した半田ボールによって所定の高さに支持している。これにより、圧電振動子またはＩＣのいずれかが不良の場合、不良な部品だけを交換すればよく、部品のロスを少なくでき、圧電振動子とＩＣとの水平方向の位置ずれを防いで小型化が図れる。
【特許文献１】特開２００４−１８００１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記特許文献１に記載の圧電発振器は、特許文献１の図１に示されているように、基板側へのワイヤボンディングの位置が、圧電振動子を支持している半田ボールとＩＣとの間となっている。すなわち、ボンディングワイヤ（ワイヤ）を接合するボンディングパッドを半田ボールより内側に形成している。このため、近年、ますます要求の強まっている小型化への対応が困難であるとともに、ますます小型化されている圧電振動子を用いた場合に、基板にボンディングパッドを形成することが困難になる。
【０００４】
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、一層の小型化を図れるようにすることを目的としている。
また、本発明は、圧電振動子の外部端子とワイヤとの短絡を防ぐことを目的としている。
さらに、本発明は、低背化をできるようにすることを目的としている。
そして、本発明は、圧電振動子の支持高さのばらつきをなくすことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係る圧電デバイスは、圧電振動子パッケージの下面に複数の外部端子を設けた圧電振動子と、前記圧電振動子を駆動する回路を有する集積回路と、上面に前記集積回路を接合した基板と、前記基板の上面の、接合した前記集積回路の周囲に設けた複数の接続電極と、前記接続電極上に配置され、前記接続電極と前記外部端子とを電気的に接続するとともに、前記圧電振動子を所定の高さに保持する接続部材と、前記基板の上面において、前記接続電極間に配置したボンディングパッドと、前記集積回路と前記ボンディングパッドとを電気的に接続するワイヤと、を有することを特徴としている。
【０００６】
このようになっている本発明は、接続電極（支持部材）間の、従来何ら活用されていない無駄な空間、いわゆるデッドスペースにボンディングパッドを設けたことにより、支持部材と集積回路（ＩＣ）との間隔を狭めることが可能で、小型化を図ることができる。しかも、ボンディングパッドは、支持部材と対応した位置に形成されるため、圧電振動子のさらなる小型化にも対応することができる。
基板は、上面が接続電極とボンディングパッドとを露出させてソルダレジストなどのレジスト膜で覆うとよい。これにより、基板の電気的な信頼性が高まる。
【０００７】
基板を矩形状に形成した場合、接続電極は、基板の四隅に配置し、ボンディングパッドを基板の３辺に沿って設けてもよい。このようになっている本発明は、矩形をなしている基板の１辺に配置した支持部材間に集積回路の一部分を挿入（配置）することができ、集積回路が圧電振動子に比較して相対的に大きな場合であっても、容易に対応することができる。外部端子およびボンディングパッドは、上下方向において相互に重ならないようにすることが望ましい。これにより、ボンディングパッドに接合したループを張るワイヤが外部端子に接触（ワイヤと外部端子との短絡）を防ぐことができる。
【０００８】
基板の上面と前記圧電振動子とは、樹脂で覆うことができる。これにより、圧電デバイスを構成している基板に設けた接続端子や圧電振動子の外部端子、またはワイヤや接続部材に異物が付着することや、実装したときに他の部品が接触するのを防止することができる。外部端子は、矩形状に形成し、圧電振動子パッケージの中央側の角部を切り欠くことができる。切欠きを設けることにより、ループを張るワイヤと外部端子とが接触するのを確実に防止することができる。また、外部端子は、円形状に形成してもよい。
【０００９】
ボンディングパッドと集積回路とを電気的に接続したワイヤは、逆ボンディングすることが望ましい。基板に設けたボンディングパッドにファーストボンディングをし、集積回路（のバンプ）にセカンドボンディングをすると、ワイヤの張るループを低くできるため、圧電デバイスの低背化を図ることができる。接続部材は、半田ボールであってよい。半田ボールが溶融した際の半田の表面張力を利用してセルフアライメントを図ることができ、圧電振動子と基板との位置ずれを防ぐことができる。また、半田ボールは、半田より融点が高いコアを有するものを用いることが望ましい。半田が溶融してもコアが溶融しないため、半田ボールで支持した圧電振動子の高さ位置がばたついたり、傾いたりするのを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係る圧電デバイスの好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電デバイスである圧電発振器の模式的に示した断面図である。図１において、圧電発振器１０は、基板１２の中央部に集積回路（ＩＣ）１４が接着剤１６により固着してある。基板１２は、セラミックシートやガラス繊維とエポキシ樹脂とのコンポジットなどの可撓性を有しない絶縁材料、あるいはポリイミド樹脂などの可撓性絶縁材料によって形成してある。また、集積回路１４は、能動面が上に向けられ、非能動面が基板１２に接着してある。
【００１１】
集積回路１４の上方には、圧電振動子１８が配設してある。圧電振動子１８は、ベース２０と蓋体２２とからなる圧電振動子パッケージ２４を有する。ベース２０は、例えば複数枚のセラミックシートを積層して長方体の箱型に形成してあり、内部に図示しない音叉型振動片やＡＴ振動片などの圧電振動片が収容してある。蓋体２２は、例えばセラミック、ガラス、金属などの板体からなっていて、圧電振動片を収容したベース２０の上部開口に接合してあり、ベース２０の収容空間を気密に封止している。圧電振動子１８は、直方体状に形成したベース２０の下面四隅に外部端子２６を有している。これらの外部端子２６の一対は、圧電振動片に形成した励振電極に電気的に接続してある。
【００１２】
基板１２は、圧電振動子１８より一回り大きな矩形状に形成してある。そして、基板１２は、集積回路１４を固着した上面の集積回路１４の周囲に、圧電振動子１８の外部端子２６に対応して接続端子２８が設けてある。すなわち、基板１２は、上面の四隅に接続端子２８を有する。これらの接続端子２８の上には、接続部材としての半田ボール３０が配置してある。半田ボール３０は、圧電振動子１８を支持している。すなわち、半田ボール
３０は、上に圧電振動子１８の外部端子２６が配置され、圧電振動子１８を基板１２の上方所定の高さに支持している。なお、半田ボール３０は、基板１２の接続端子２８の上に配置され、圧電振動子１８が載せられた状態でリフロー炉等により適宜の温度に加熱され、接続端子２８、外部端子２６と融着されている。
【００１３】
また、基板１２には、上面に複数のボンディングパッド３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、………）が設けてあるとともに（図２参照）、下面の四隅に実装端子３４が形成してある。ボンディングパッド３２は、実施形態の場合、図２に示したように、各接続端子２８の間、すなわち半田ボール３０の間において基板１２の各辺に沿って配置してある。そして、ボンディングパッド３２には、金やアルミニウムからなるワイヤ（ボンディングワイヤ）３６の一端が接合してある。これらのワイヤ３６の他端は、集積回路１４の能動面に設けた端子であるバンプ３８に接合してある。そして、実施形態の場合、ワイヤ３６は、逆ボンディング（１ｓｔボンディングがボンディングパッド３２側、２ｎｄボンディングがバンプ３８側）となっている。このような逆ボンディングを行なうことにより、ワイヤ３６の張るループの高さを低く抑えることができ、圧電発振器１０の低背化を図ることができる。しかも、実施形態においては、従来いわゆるデッドスペースとなっていて、何も設けられていなかった接続端子２８（半田ボール３０）間にボンディングパッド３２を配置したことにより、ワイヤ３６をボンディングするボンディングパッド３２とバンプ３８との距離、スペースを充分に確保することができるとともに、圧電発振器１０の小型化を図ることができる。
【００１４】
集積回路１４は、圧電振動子１８を励振する発振回路（図示せず）を備えている。実施形態の場合、ボンディングパッド３２ａ、３２ｈは、それぞれ配線パターン４０を介して接続端子２８ａ、２８ｄに接続してある。これらの接続端子２８ａ、２８ｄには、半田ボール３０と外部端子２６とを介して、圧電振動子１８に収容してある圧電振動片の励振電極が電気的に接続される。また、圧電発振器１０は、実施形態の場合、ボンディングパッド３２ｂ、３２ｇが配線パターン４０とスルーホール４２とを介して基板１２の下面に設けた実装端子３４に電気的に接続してある（図３参照）。このボンディングパッド３２ｂ、３２ｇを接続した実装端子３４は、電源端子と出力端子となっている。すなわち、圧電発振器１０を機器のマザーボードなどに実装した場合、電源端子を介して集積回路１４が給電され、出力端子を介して集積回路１４の出力信号（クロック信号等）を取り出すことができるようになっている。そして、集積回路１４は、ボンディングパッド３２ａ、３２ｈを介して圧電振動子１８を駆動する。
【００１５】
また、実施形態の場合、ボンディングパッド３２ｃ、３２ｆは、配線パターン４０を介して接続端子２８ｂ、２８ｃに接続してある。なお、図示してないが、接続端子２８ｂ、２８ｃは、それぞれ対応する実装端子にスルーホールなどを介して電気的に接続され、圧電発振器１０がマザーボードなどに実装された場合に、グランド回路などに接続される。ボンディングパッド３２ｄ、３２ｅは、調整端子または制御端子として利用され、圧電発振器１０が電圧制御発振器などの場合に、集積回路１８に設けてあるメモリに制御定数などの書き込みに利用される。
【００１６】
基板１２は、実施形態の場合、図３に示したように、上面にソルダレジストなどのレジスト膜４４が塗布してある。レジスト膜４４は、接続端子２８とボンディングパッド３２を露出させて基板１２の上面全体を覆って設けてある。これにより、接続端子２８上に配置した半田ボール３０の転がるのを防止でき、基板１２の電気的信頼性が向上するとともに、半田ボール３０を溶融した際に、溶融した半田が接続端子２８の周辺に広がるのを防げる。そして、基板１２の上面は、図１に示したように、エポキシ樹脂などの封止樹脂４５によって覆ってある。基板１２の上面を樹脂封止したことにより、接続端子２８や外部端子２６、半田ボール３０などに異物が付着するのを防止でき、圧電発振器１０をマザー
ボードなどに実装した場合に、半田ボール３０やワイヤ３６などが他の電子部品に接触するのを避けることができる。また、封止樹脂４５が水分などの浸入を防止し、ワイヤ３６や、半田ボール３０などの腐食を防止するため、取り扱いが容易になるとともに、信頼性が向上する。
【００１７】
図４は、接続端子２８の部分におけるレジスト膜４４の塗布例を示す拡大図である。図４（１）はレジスト膜４４が接続端子２８の一部（周縁部）を覆って形成された形態であり、図４（２）はレジスト膜４４が接続部端子２８との間に一定の間隔を隔てて形成された形態である。接続部材が半田ボール３０のように球形である場合は、製造工程中に接続部材（半田ボール３０）が転がりやすく、位置が安定しない。しかしながら、本実施形態では、図４（１）または（２）のように、接続端子２８の上部の接続部材配置領域４７を除いて、接続部材配置領域４７の周囲にレジスト膜４４が所定の厚みで形成してあるため、この接続部材配置領域４７の周囲のレジスト膜４４が、接続部材である半田ボール３０の転がりを防止し、半田ボール３０の位置が安定する。これにより、半田ボール３０が接続部材配置領域４７から転がり出て基板１２の接続端子２８上に配置されなかったり、後述する封止樹脂から露出してしまうことを防止できる。この結果として、基板１２の接続端子２８と圧電振動子１８の外部子端子２６との間の電気的および機械的な接続の信頼性が向上する。
【００１８】
なお、接続材料配置領域４７は、半田ボール３０の直径とほぼ同じ直径か、直径よりも僅かに大きい直径の円の領域であればよい。具体的には、接続部材配置領域４７は、半田ボール３０の直径に対して約１〜１．５倍の直径を有する円形の領域とすることが好ましい。また、基板１２の一方の面からレジスト膜４４の上端までの高さｔ１は、接続端子２８の厚みｔ２より厚ければよく、半田ボール３０の直径が０．１５〜０．３０ｍｍの場合、ｔ１−ｔ２が約０．００５ｍｍ以上、すなわちレジスト膜４４の厚みt１と接続端子２
８との厚みｔ２の差（ｔ１−ｔ２）は、球状接続部材の直径の約１．３％とすれば、前述の転がり防止の効果を得ることができる。そして、ｔ１−ｔ２が約０．０３ｍｍ以下であれば、またレジスト膜４４の形成工程の容易さの観点からよい。
【００１９】
なお、半田ボール３０は、半田よりも融点の高い芯（コア）を有するものを用いることが望ましい。図５は、半田ボール３０の一例を示す断面図である。図５（１）に示した半田ボール３０は、コアが銅ボール４６であって、銅ボール４６の周囲に半田層４８が設けてある。半田層４８は、銅ボール４６に半田をメッキすることや、銅ボール４６に半田ペーストを塗布したのち溶融するなどして形成する。図５（２）に示した半田ボール３０は、コアがプラスチックボール５０となっていて、プラスチックボール５０の表面に銅などの導電性金属膜５２をメッキなどにより形成し、その表面に半田層４８を設けたものである。このような半田より融点の高いコアを有する半田ボール３０を用いることによって、半田ボール３０が溶融した際に、半田ボール３０によって支持した圧電振動子１８の高さのばらつきを小さくできるとともに、圧電振動子１８が傾くのを防止することができる。
【００２０】
図６は、第２実施形態の説明図であって、圧電振動子１８の下面に形成する外部端子の他の例を示したものである。図６の破断線の左側に示した実施形態に係る外部端子５４は、矩形状に形成されるべき外部端子の圧電振動子１８（圧電振動子パッケージ２４）の中心側の角分を切除したものである。これにより、外部端子５４がループを張るワイヤ３６と接触するのを確実に防止でき、短絡を回避することができる。図６の破断線の右側に示した外部端子５６は、円形に形成したものである。このような外部端子５６も、ワイヤ３６との接触を確実に防ぐことができる。なお、外部端子は、圧電振動子パッケージ２４の対角線方向を短辺とし、隣接する２辺間の方向を長辺とする楕円状に形成してもよい。
【００２１】
図７は、本発明の第３実施形態の説明図であって、基板の平面図である。図７において
、基板６０は、前記実施形態と同様に、セラミックやガラス繊維とエポキシ樹脂とのコンポジットなどの絶縁材料により形成してある。基板６０の上面の四隅には、接続端子２８（２８a〜２８ｄ）が設けてある。これらの接続端子２８の上には、本図に図示しない圧
電振動子１８を所定の高さに支持する半田ボール３０が配置される。また、接続端子２８ａと接続端子２８ｂとの間、接続端子２８ｂと接続端子２８ｃとの間、および接続端子２８ｄと接続端子２８ａとの間には、それぞれ複数のボンディングパッド３２が基板６０の辺に沿って配置してある。ただし、接続端子２８ｃと接続端子２８ｄとの間には、ボンディングパッドが設けられていない。そして、接続端子２８ｃと接続端子２８ｄの間には、集積回路１４の一部が挿入配置してある。このようになっている実施形態においては、例えば圧電振動子１８が小型化され、圧電振動子１８に対して集積回路１４が相対的に大きな場合であっても、集積回路１４の一部を接続端子２８間に挿入配置することにより、容易に対応することができる。なお、より相対的に大きな集積回路を用いる場合には、ボンディングパッド３２を基板１２の対向する２辺に沿って配置し、他の対向する２辺間に集積回路を配置してもよい。
【００２２】
図８は、第４実施形態の説明図であって、基板の平面図である。図８において、基板１２は、圧電発振器の周波数を調整するコンデンサなどのディスクリート部品６４を有する。実施形態の場合、ディスクリート部品６４は、ボンディングパッド３２ｆとボンディングパッド３２ｇとの間に設けてある。このディスクリート部品６４は、例えばフリップチップ実装してあって、ボンディングパッド３２ｆ、３２ｇに電気的に接続している。他の構成は、第１実施形態とほぼ同様である。この実施形態においては、ディスクリート部品６４を接続端子２８、すなわち半田ボール３０間に配置したことにより、圧電デバイスの小型化を図ることができる。
【００２３】
なお、前記した各実施の形態は、本発明の一態様であって、これらに限定されるものではない。例えば、前記実施形態においては、圧電素子が音叉型振動片またはＡＴ振動片などの厚みすべり振動片を有する圧電振動子である場合について説明したが、圧電素子は、弾性表面波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）素子片を有するＳＡＷ共振子であっても
よい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧電発振器の模式的に示した断面図である。
【図２】第１実施の形態に係る基板の平面図である。
【図３】第１実施の形態に係る基板の断面図である
【図４】接続端子の部分におけるレジスト膜の塗布例を示す拡大図である。
【図５】半田ボールの例を示す断面図である。
【図６】第２実施形態に係る外部端子の説明図である。
【図７】第３実施形態に係る基板の平面図である。
【図８】第４実施形態に係る基板の平面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０………圧電デバイス（圧電発振器）、１２………基板、１４………集積回路、１８………圧電振動子、２４………圧電振動子パッケージ、２６………外部端子、２８………接続端子、３０………接続部材（半田ボール）、３２………ボンディングパッド、３４………実装端子、３６………ワイヤ、４４………レジスト膜、５４、５６………外部端子、６０………基板、６２………集積回路、６４………ディスクリート部品。
【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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