(57)【要約】【課題】環境温度の変化に対する所定周期における発振周波数の変化量を少なくした圧電デバイス。【解決手段】外面に外部端子１４を有する水晶振動子１０と、水晶振動子１０の外部端子１４と電気的に接続されたＩＣ３０と、ＩＣ３０と電気的に接続された接続端子２２と、少なくとも接続端子２２が外部に露出するように、ＩＣ３０を覆う樹脂で形成された内モールド部５０と、を備えた内部圧電部品８０と、内部圧電部品８０の外側の少なくとも一部を覆うように形成された外モールド部６０と、を有し、外モールド部６０の熱伝導率が、内モールド部５０の熱伝導率以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に外部端子を有する圧電振動子と、
前記圧電振動子の前記外部端子と電気的に接続された回路素子と、
前記回路素子と電気的に接続された接続端子と、
少なくとも前記接続端子が外部に露出するように、前記回路素子を覆う樹脂で形成されたモールド部と、
を備えた内部圧電部品と、
前記内部圧電部品の外側の少なくとも一部を覆うように形成された被覆部と、を有し、
前記被覆部の熱伝導率が、前記モールド部の熱伝導率以下であることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記被覆部が、樹脂に前記モールド部の熱伝導率以下である材料を加えて生成された塗料を、塗装することにより形成され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】
前記被覆部が、モールド樹脂を含む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４】
前記接続端子が、接続部材を介して外部実装端子と接続され、前記被覆部に覆われていることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記接続部材が、金属ワイヤーであることを特徴とする請求項４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、圧電デバイスに関し、特には圧電デバイスの構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測位システムとしてのＧＰＳ（Global Positioning System）受信器などの電子機器に、圧電発振器に代表される圧電デバイスが使用されている。この圧電デバイスには、ＧＰＳ衛星からの電波を周期的に受信する際に、安定して受信すべく、圧電デバイスの周辺温度である環境温度の変化に対する所定周期における発振周波数の変化量が少ないものが望まれている。
上記に適合する圧電デバイスとして、圧電振動子を恒温槽内に収納し環境温度の変化の影響を極力排除した恒温槽型圧電発振器（ＯＣＸＯ：Oven Controlled Crystal Oscillator）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１４３０６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＧＰＳ受信器に使用される圧電デバイスは、図６の所定周期における環境温度の変化及び発振周波数の変化を表したグラフに示すように、環境温度が所定周期である時間ｔ１からｔ２の間に、Ｔ１からＴ２に変化した際、時間ｔ１における圧電デバイスの発振周波数ｆ１と、時間ｔ２における圧電デバイスの発振周波数ｆ２´の差の絶対値である｜ｆ１−ｆ２´｜＝ΔｆがＧＰＳ受信器の所定の許容値以内である必要がある。このΔｆが所定の許容値を越えると、ＧＰＳ受信器の動作に不具合が生じる。
【０００５】
前述したように、圧電デバイスにＯＣＸＯを用いれば、環境温度の変化に対する所定周期における発振周波数の変化量である上記Δｆを少なくすることができる。
しかしながら、ＯＣＸＯは、圧電振動子を発熱体が付いた恒温槽に収納するという構成により、通常の圧電デバイスと比較して筐体のサイズが大きく、消費電力も大きいという問題がある。
【０００６】
また、小型で省電力の圧電デバイスとしては、温度補償型圧電発振器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）があるが、ＴＣＸＯは、極一部の高精度型のものを除き、上記Δｆが所定の許容値以内に収まらないことから、測位機能付き携帯型電子機器等には使用できないという問題がある。
【０００７】
このことから、ＧＰＳ受信機能付き携帯電話などの測位機能付き携帯型電子機器の圧電デバイスには、小型で省電力且つ、上記ΔｆがＧＰＳ受信機能に対応する所定の許容値以内に収まる普及型の圧電デバイスが望まれている。
【０００８】
本発明は、上記の課題に着目し、環境温度の変化に対する所定周期における発振周波数の変化量を少なくし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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る圧電デバイスは、外面に外部端子を有する圧電振動子と、前記圧電振動子の前記外部端子と電気的に接続された回路素子と、前記回路素子と電気的に接続された接続端子と、少なくとも前記接続端子が外部に露出するように、前記回路素子を覆う樹脂で形成されたモールド部と、を備えた内部圧電部品と、前記内部圧電部品の外側の少なくとも一部を覆うように形成された被覆部と、を有し、前記被覆部の熱伝導率が、前記モールド部の熱伝導率以下であることを特徴とする。
【００１０】
上記によれば、圧電デバイスは、被覆部の熱伝導率が、モールド部の熱伝導率以下である。これにより、環境温度の変化に伴う熱伝導作用による被覆部の外側の温度変化が、被覆部の内側の圧電振動子やモールド部などに伝わり難くなる。従って、環境温度の変化に伴う圧電デバイスの内部温度変化が緩やかになることから、圧電デバイスは、環境温度の変化に対する所定周期における発振周波数の変化量を少なくすることができる。
【００１１】
上記の発明に係る圧電デバイスは、前記被覆部が、樹脂に前記モールド部の熱伝導率以下である材料を加えて生成された塗料を、塗装することにより形成されることを特徴とする。
【００１２】
上記によれば、樹脂にモールド部の熱伝導率以下である材料を加えて生成された塗料を吹き付けや刷毛塗りなどで塗装することにより、被覆部を容易に形成することができる。これにより、圧電デバイスの環境温度の変化に伴う熱伝導作用による被覆部の外側の温度変化が、被覆部の内側の圧電振動子やモールド部などに伝わり難くなる。従って、環境温度の変化に伴う圧電デバイスの内部温度変化が緩やかになることから、圧電デバイスは、環境温度の変化に対する所定周期における発振周波数の変化量を少なくすることができる。
【００１３】
上記の発明に係る圧電デバイスは、前記被覆部が、モールド樹脂を含むことを特徴とする。
【００１４】
上記によれば、圧電デバイスは、被覆部が、モールド樹脂を含むことから、モールド樹脂をモールドすることにより容易に被覆部を形成することができる。また、モールド厚みを厚くすることにより、環境温度の変化に伴う圧電デバイスの内部温度変化がより緩やかになり、圧電デバイスの環境温度の変化に対する所定周期における発振周波数の変化量をより少なくすることができる。
【００１５】
上記の発明に係る圧電デバイスは、前記接続端子が、接続部材を介して外部実装端子と接続され、前記被覆部に覆われていることを特徴とする。
【００１６】
上記によれば、圧電デバイスは、接続端子が、接続部材を介して外部実装端子と接続され、被覆部に覆われていることから、実装端子から圧電デバイス内部までの熱伝導の経路が長い。これにより、環境温度の変化に伴う実装端子から圧電デバイス内部に伝導される熱量が、接続端子が外部に露出している場合の接続端子から圧電デバイス内部に伝導される熱量と比較して、少なくなる。このことから、圧電デバイスの内部温度変化がより緩やかになり、圧電デバイスの環境温度の変化に対する所定周期における発振周波数の変化量をより少なくすることができる。
【００１７】
上記の発明に係る圧電デバイスは、前記接続部材が、金属ワイヤーであることを特徴とする。
【００１８】
上記によれば、圧電デバイスは、接続部材が、金属ワイヤーであることにより、ハンダボール等と比較して径方向の断面積が小さいことから、環境温度の変化に伴う実装端子から圧電デバイス内部に伝導される熱量がより少なくなる。これにより、圧電デバイスの内部温度変化がより緩やかになり、圧電デバイスの環境温度の変化に対する所定周期における発振周波数の変化量をさらに少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る圧電デバイスの実施形態について、圧電デバイスの一例として温度補償型水晶発振器（以下、水晶発振器という）を例にとり図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の水晶発振器の概略構成を示す構成図である。
図１（ａ）は、水晶発振器の模式正面断面図、図１（ｂ）は、構成部品の平面位置関係が分かるようにした平面透視図である。なお、平面透視図では、構成を分かり易くするために水晶振動子を省略し、その外形を仮想線で表してある。
【００２０】
《構成》
水晶発振器１は、図１に示すように、内部圧電部品８０、被覆部としての外モールド部６０などから構成されている。内部圧電部品８０は、圧電振動子としての水晶振動子１０、回路基板２１及び回路素子としてのＩＣ（Integrated Circuit）３０などより少なくともなる回路ユニット２０、金属ボール４０、モールド部としての内モールド部５０などから構成されている。
水晶発振器１は、回路ユニット２０が水晶振動子１０に対向するように配置され、金属ボール４０を介して水晶振動子１０と回路ユニット２０とが接続され、回路ユニット２０と水晶振動子１０との間が内モールド部５０で覆われた内部圧電部品８０が、外モールド部６０で覆われている。
【００２１】
水晶振動子１０は、パッケージ１２に水晶振動片１１が収納された構成となっている。
水晶振動片１１は、発振周波数に応じた所定の厚みに研磨された水晶ウエハから切り出されることにより形成される。なお、本実施形態では、水晶振動片１１をＡＴカット水晶振動片としている。
【００２２】
パッケージ１２は、セラミックなどからなり、焼成により形成されている。パッケージ１２の内側底面には、内部電極１３が形成されており、導電性接着剤１６により、水晶振動片１１が接着固定されている。
パッケージ１２の外側底面には、外部端子１４が形成されており、ビアホール１５により内部電極１３と接続されている。リッド１７はコバールなどの金属からなり、パッケージ１２にシーム溶接され、パッケージ１２内が気密に封止されている。
【００２３】
回路ユニット２０は、回路基板２１、ＩＣ３０などから構成されており、回路基板２１のＩＣ３０が載置されている面が水晶振動子１０の外部端子１４に対向するように配置されている。
回路基板２１の一方の面２１ａには、配線パターン２３、ボンディングパッド２５、接続パッド２７が形成され、ボンディングパッド２５及び接続パッド２７以外の殆どの部分は、レジスト２９によりコーティングされている。
回路基板２１の他方の面２１ｂには、接続端子２２が形成され、ビアホール２４により配線パターン２３と接続されている。
【００２４】
ＩＣ３０は、回路基板２１の一方の面２１ａに載置され、接着剤２８により固定されている。ＩＣ３０は、金などより少なくともなる金属ワイヤー２６でボンディングされることにより回路基板２１のボンディングパッド２５と接続されている。ＩＣ３０は、ビアホール２４、回路パターン２３及びボンディングワイヤー２６を介して、接続端子２２と電気的に接続されている。
ＩＣ３０は、水晶振動子１０の外部端子１４と電気的に接続され、水晶振動子１０を励振する発振回路及び水晶振動子１０の周波数の温度特性を補償する温度特性補償回路などを有する。
【００２５】
金属ボール４０は、ハンダより融点の高い銅などの金属を球形の核として、この核の表面にハンダをコーティングしたものである。この、金属ボール４０により回路基板２１の接続パッド２７と水晶振動子１０の外部端子１４とが接続されている。
なお、上記接続のためにハンダが溶融状態にされた際、上記の核がハンダより融点の高い銅などの金属であることから、核が変形せず、回路ユニット２０と水晶振動子１０との間隔が変化しない。
また、金属ボール４０は、上記の間隔が所定量確保されれば、従来知られているハンダボールなどでもよい。
【００２６】
内モールド部５０は、例えば、熱伝導率が約１．０Ｗ／ｍＫのエポキシ系の絶縁性樹脂であるモールド材より少なくともなり、図１（ａ）において、回路基板２１の一方の面２１ａから水晶振動子１０のリッド１７の上面と同じ高さまで形成されている。
内モールド部５０により、回路基板２１の一方の面２１ａ、ＩＣ３０、金属ボール４０、水晶振動子１０のリッド１７の上面を除くパッケージ１２部分が被覆されている。なお、内モールド部５０により、リッド１７の上面まで覆われていてもよい。
【００２７】
外モールド部６０は、熱伝導率が内モールド部５０の熱伝導率以下の、例えば、熱伝導率が約０．２〜０．３Ｗ／ｍＫのポリイミド系の絶縁性樹脂であるモールド材より少なくともなる。外モールド部６０により、内部圧電部品８０の外側の少なくとも一部が被覆されている。
【００２８】
外モールド部６０には、金属より少なくともなるリードフレームにより外部実装端子６１が形成されており、ハンダボールなどより少なくともなる金属バンプ６２により回路ユニット２０の接続端子２２と接続されている。
外部実装端子６１は、外モールド部６０の下面側に露出されており、図示しない外部機器の接続端子と接続される。
なお、回路基板２１を使用せず、代わりにリードフレームを使用した内部圧電部品８０にて水晶発振器１を構成してもよい。
【００２９】
《動作》
ここで、第１の実施形態の水晶発振器１の動作について図２を参照して説明する。
図２は、本実施形態の水晶発振器１と外モールド部６０のない従来の水晶発振器とについての所定周期における環境温度の変化及び発振周波数の変化を表したグラフである。
図２（ａ）は、所定周期における環境温度の変化を表しており、図２（ｂ）は、所定周期における発振周波数の変化を表している。
【００３０】
環境温度が、所定周期である時間ｔ１から時間ｔ２で、Ｔ１からＴ２に変化する際、時間ｔ１における水晶発振器１と従来の水晶発振器との発振周波数は、ともにｆ１で同じである。
そして、時間ｔ２においては、水晶発振器１の発振周波数はｆ２となり、従来の水晶発振器の発振周波数はｆ２´となる。
この結果、水晶発振器１の時間ｔ１における発振周波数ｆ１と時間ｔ２における発振周波数ｆ２との差の絶対値である｜ｆ１−ｆ２｜＝ΔｆＡと、従来の水晶発振器の時間ｔ１における発振周波数ｆ１と時間ｔ２における発振周波数ｆ２´との差の絶対値である｜ｆ１−ｆ２´｜＝ΔｆＢとを比較すると、水晶発振器１のΔｆＡの方が差が少ない。
【００３１】
これは、水晶発振器１の外モールド部６０の熱伝導率が、内モールド部５０の熱伝導率以下であることにより、環境温度の変化に伴う外モールド部６０の外側の温度変化が、外モールド部６０を通じて熱伝導する際に、外モールド部６０の内側に伝わり難いからである。これにより、水晶発振器１の水晶振動子１０や回路ユニット２０の内部温度変化が、従来の水晶発振器と比較して緩やかとなる。
従って、時間ｔ１から時間ｔ２までの水晶発振器１の内部温度変化量が、従来の水晶発振器の内部温度変化量よりも少ないことから、水晶振動子１０及びＩＣ３０などの温度特性に起因する水晶発振器１の上記ΔｆＡが、従来の水晶発振器における上記ΔｆＢより少なくなる。
【００３２】
《効果》
上述したように、第１の実施形態の水晶発振器１は、水晶発振器１の外モールド部６０の熱伝導率が、内モールド部５０の熱伝導率以下であることにより、環境温度の変化に伴う熱伝導作用による内部温度変化が、従来の水晶発振器と比較して緩やかである。
【００３３】
また、接続端子２２が、金属バンプ６２を介して外部実装端子６１と接続され、外モールド部６０に覆われていることから、外部実装端子６１から水晶発振器１内部までの熱伝導の経路が長い。
これにより、環境温度の変化に伴う外部実装端子６１から水晶発振器１内部に伝導される熱量が、接続端子２２が外部に露出している場合の接続端子２２から水晶発振器１内部に伝導される熱量と比較して、少なくなる。このことから、水晶発振器１の内部温度変化がより緩やかになり、環境温度の変化に対する所定周期における発振周波数の変化量ΔｆＡ（以下、変化量ΔｆＡという）をより少なくすることができる。
【００３４】
これらのことから、水晶発振器１は、変化量ΔｆＡを少なくすることが可能となる。従って、水晶発振器１は、変化量ΔｆＡが測位機能付き携帯型電子機器の所定の許容値以内に収まるように外モールド部６０の厚みなどが設定されることにより、測位機能付き携帯型電子機器の圧電デバイスとして使用することができるようになる。
【００３５】
なお、第１の実施形態の変形例として次のものがある。
（変形例１）
図３は、変形例１の水晶発振器の要部の構成を示す要部構成図である。
第１の実施形態では、接続端子２２と外部実装端子６１とが金属バンプ６２を介して接続されていたが、これに限定するものではない。図３に示すように、水晶発振器１０１の金属より少なくともなるリードフレーム１６４に、回路基板２１が固定され、リードフレーム１６４により形成されている外部実装端子１６１と接続端子２２とが金などの金属ワイヤー１６３によりボンディングされていてもよい。
【００３６】
これによれば、外モールド部６０の熱伝導率が、内モールド部５０の熱伝導率以下であることにより、環境温度の変化に伴う熱伝導作用による内部温度変化が、従来の水晶発振器と比較して緩やかであることに加えて、次の効果がある。
金属ワイヤー１６３の径方向の断面積が金属バンプ６２の断面積より小さいことから、環境温度の変化に伴う外部実装端子１６１から水晶発振器１０１内部に伝導される熱量が、より少なくなる。このことから、水晶発振器１０１の内部温度変化がより緩やかになり、変化量ΔｆＡをより少なくすることができる。
【００３７】
（変形例２）
図４は、変形例２の水晶発振器の要部の構成を示す要部構成図である。
第１の実施形態では、接続端子２２が金属より少なくともなる外部実装端子６１と接続されていたが、これに限定するものではなく、図４に示すように、水晶発振器２０１の接続端子２２が、外モールド部６０の外側に配置された回路基板２６４に形成された外部実装端子２６１と接続されていてもよい。
【００３８】
外部実装端子２６１は、内部実装パターン２６５とビアホール２６６と外部実装パターン２６７とから形成されている。そして、接続端子２２が、金属バンプ６２を介して内部実装パターン２６５と接続され、内部実装パターン２６５が、ビアホール２６６により外部実装パターン２６７と接続されている。これにより、接続端子２２は、外部実装端子２６１の外部実装パターン２６７と接続される。
【００３９】
なお、第１の実施形態及び第１の実施形態の変形例２において、接続端子２２と外部実装端子６１、２６１とが、金属バンプ６２を介して接続されているが、これに限定するものではなく、ハンダや導電性接着剤などを介して接続されていてもよい。
また、第１の実施形態及び第１の実施形態の変形例１、変形例２において、外モールド部６０の熱伝導率が内モールド部５０の熱伝導率よりも低くなっているが、これに限定するものではなく、外モールド部６０の熱伝導率が内モールド部５０の熱伝導率と同じであってもよい。
【００４０】
（第２の実施形態）
ここで、第２の実施形態の水晶発振器について図５を参照して説明する。
図５は、第２の実施形態の水晶発振器の概略の構成を示す構成図である。
図５（ａ）は、水晶発振器の模式正面断面図、図５（ｂ）は、構成部品の平面位置関係が分かるようにした平面透視図である。なお、平面透視図では、構成を分かり易くするために水晶振動子を省略し、その外形を仮想線で表してある。
【００４１】
第２の実施形態の水晶発振器３０１は、第１の実施形態の水晶発振器１（図１参照）に対して、第１の実施形態における外モールド部６０に相当する被覆部７０のみが異なり、他の構成は同じである。このため、ここでは被覆部７０の説明を行い、他の構成の説明は省略する。
【００４２】
《構成》
第２の実施形態の水晶発振器３０１は、被覆部７０が、樹脂に内モールド部５０以下の熱伝導率である材料を加えて生成された塗料を、塗装することにより形成される。
上記の材料としては、球形をした中空状セラミック材などが好ましい。
上記の塗料としては、例えば、中空状セラミック材により熱伝導率が内モールド部５０の約１．０Ｗ／ｍＫに対して約０．０２Ｗ／ｍＫと低い値であるセラミック・カバーＣＣ１００（登録商標）などが好ましい。
【００４３】
上記の塗料が、水晶発振器３０１の、内部圧電部品８０の外側の少なくとも一部に、例えば、吹き付け塗装などにより塗布されることにより、被覆部７０が形成される。
この際、接続端子２２は、被覆部７０が形成されないようにマスキングされている。
【００４４】
《動作・効果》
上述したように、第２の実施形態の水晶発振器３０１は、水晶発振器３０１の内部圧電部品８０の外側が、樹脂に内モールド部５０の熱伝導率以下である材料を加えて生成された塗料を、塗装することにより形成された被覆部７０に覆われている。
これにより、水晶発振器３０１は、被覆部７０の外側の温度変化が被覆部７０を通じて熱伝導する際に、被覆部７０の内側の内部圧電部品８０に伝わり難いことから、第１の実施形態と同様に、環境温度の変化に伴う熱伝導作用による内部温度変化が、被覆部７０のない従来の水晶発振器と比較して緩やかである。
【００４５】
従って、水晶発振器３０１は、変化量ΔｆＡが所定の許容値以内に収まるように被覆部７０の塗布厚み、塗布回数などが設定されることにより、測位機能付き携帯型電子機器の圧電デバイスとして使用することができるようになる。
なお、第２の実施形態では、被覆部７０の熱伝導率が内モールド部５０の熱伝導率より低くなっているが、これに限定するものではなく、被覆部７０の熱伝導率が内モールド部５０の熱伝導率と同じでもよい。
【００４６】
なお、第１、第２の実施形態では、水晶振動子１０の水晶振動片１１をＡＴカット水晶振動片としたが、ＡＴカット水晶振動片に限定するものではなく、ＢＴカット水晶振動片、音叉型水晶振動片、弾性表面波素子片などにしてもよい。
また、第１、第２の実施形態では、圧電振動子として水晶振動子１０を例にとったことにより、圧電振動片の材質を水晶としたが、圧電振動子を水晶振動子１０に限定するものではない。従って、圧電振動片の材質を、セラミック、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施形態における水晶発振器の概略構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態における水晶発振器の所定周期の環境温度の変化及び発振周波数の変化を表したグラフ。
【図３】本発明の第１の実施形態における変形例１の水晶発振器の要部構成図。
【図４】本発明の第１の実施形態における変形例２の水晶発振器の要部構成図。
【図５】本発明の第２の実施形態における水晶発振器の概略構成図。
【図６】従来の所定周期における環境温度の変化及び圧電デバイスの発振周波数の変化を表したグラフ。
【符号の説明】
【００４８】
１…圧電デバイスとしての水晶発振器、１０…圧電振動子としての水晶振動子、１４…外部端子、２２…接続端子、３０…回路素子としてのＩＣ、５０…モールド部としての内モールド部、６０…被覆部としての外モールド部。
【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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