(57)【要約】【課題】圧電発振器の小型化が進むと、水晶振動素子を搭載した容器体の下面に形成されている基板接続用電極端子が集積回路素子に著しく近接或いは接触する虞があり、それにより圧電発振器としての出力信号周波数が変動してしまうといった課題があった。【解決手段】スペーサ部材４０が基板５０の一方の主面の少なくとも対角に対向する２つの角部に設けられており、且つこのスペーサ部材４０が容器体１０側に向かって凸の段差形状で形成されているとともに、容器体１０の基板５０に対向する外底面の、スペーサ部材４０の段差最上段の上平面４０ａと対向する位置には基板接続用電極端子１２が形成されており、スペーサ部材４０の段差最上段上平面４０ａと基板接続用電極端子１２とを導電性接合材により接合導通した圧電発振器。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に圧電振動素子を気密に収容している容器体が、前記圧電振動素子と電気的に接続した集積回路素子が一方の主面上に搭載されている基板上に、前記一方の主面の外周縁部に沿って設けられたスペーサ部材を介して固定してなる圧電発振器であって、
前記スペーサ部材が前記基板の一方の主面の少なくとも対角に対向する２つの角部に設けられており、且つ前記スペーサ部材が前記容器体に向かって凸の段差形状で形成されているとともに、前記容器体の前記基板に対向する外底面の、前記スペーサ部材の段差最上段の上平面と対向する位置には基板接続用電極端子が形成されており、前記スペーサ部材の段差最上段上平面と前記基板接続用電極端子とを導電性接合材により接合導通したことを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
請求項１記載のスペーサ部材であって、段差形状に形成されているスペーサ部材の基板側接合面及び段差最上段上平面の外形形状が矩形状であり、前記基板側接合面の一つの角部を挟んで連続する２辺が、基板の一方の主面の一の角部を挟んで連続する２辺に合うように形成されており、前記スペーサ部材の段差最上段の上平面の一つの角部挟んで連続する２辺も、前記基板の一方の主面の一の角部を挟んで連続する２辺に沿うように形成されており、且つ前記スペーサ部材の段差最上段上平面の外形形状と該スペーサ部材と対向して配置される基板接続用電極端子の外形形状が同等であることを特徴とする請求項記載の圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信機器や電子計算機等の電子機器に用いられる電子部品の一つである圧電発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下に図５を用いて従来の圧電発振器を説明する。尚、図面において、その記載されている用紙上方を圧電発振器における「上」と仮定して説明する。かかる従来の圧電発振器は、内部に圧電振動素子１０１が収容され蓋体により圧電振動素子１０１が気密封止されている容器体１００を、上面の中央域に開口部を有する凹部空間を、且つ下面に外部接続用電極端子が形成されている基体１０２の凹部空間を囲繞する側壁頂面上に取着させるとともに、前記容器体１００の下面と前記基体１０２の凹部空間とで囲まれる空間領域内に、圧電振動素子１０１の励振に基づいて発振出力を制御するために、圧電振動素子１０１と電気的に接続した少なくとも発振用の集積回路素子１０３を収容させた構造の圧電発振器が知られている。（例えば、下記特許文献１を参照。）
【０００３】
尚、前記容器体１００及び前記基体１０２は、通常、アルミナセラミックス等のセラミック材料から成り、その内部及び表面には所定の配線パターンが形成され、従来周知のグリーンシート積層法等を採用することによって製作されている。そして、このような容器体１０１の基体１０２に対向する下面には基体接続用電極端子、基体１０２側壁の開口側頂面にはスペーサ部材接続パッドがそれぞれ対向する箇所に設けられており、これらの基体接続用電極端子とスペーサ部材接続パッドを、導電性接着剤や半田等の導電性接合材を介して導通固着することにより、容器体１００が基体１０２の上面に固定されていた。
【０００４】
上述のような形態の圧電発振器については、以下のような先行技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−９８１５１号公報
【特許文献２】特開２００４−２２８８９４公報
【特許文献３】特開２００４−８８５３３公報
【特許文献４】特開２０００−３４９５５５公報
【０００５】
尚、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献以外を、本件出願時までに発見するに至らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の圧電発振器においては、基体の凹部空間を構成する側壁が集積回路素子をすべて囲繞するように配されていることから、基体の集積回路素子が実装される主面サイズが、長さ方向及び幅方向のいずれかの方向にも、実装される集積回路素子より側壁を形成する分一回り大きくサイズにする必要があり、これによって圧電発振器の小型化が困難なものとなっていた。
【０００７】
また、圧電発振器の小型化が進むと、圧電振動素子が搭載されている容器体の下面に形成されている基体接続用電極端子が基体の側壁頂面の厚み方向寸法より大きくなってしまい、基体の側壁頂面より凹部空間内側にはみ出した基体接続用電極端子が、凹部空間内に搭載された集積回路素子に接触する可能性があり、基体接続用電極端子が集積回路素子に接触してしまうと、不要な浮遊容量が生じてしまい、その浮遊容量によって圧電発振器出力の発振周波数が変動してしまうといった課題もあった。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、その目的は、全体構造の小型化を図るのに適しているとともに発振周波数の変動を防止するのに適した構造の圧電発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の圧電発振器は、上述した課題を解決するために成されたものであり、内部に圧電振動素子を気密に収容している容器体が、この圧電振動素子と電気的に接続した集積回路素子が一方の主面上に搭載されている基板上に、この一方の主面の外周縁部に沿って設けられたスペーサ部材を介して固定してなる圧電発振器であって、
上述したスペーサ部材が基板の一方の主面の少なくとも対角に対向する２つの角部に設けられており、且つこのスペーサ部材が容器体側に向かって凸の段差形状で形成されているとともに、容器体の基板に対向する外底面の、スペーサ部材の段差最上段の上平面と対向する位置には基板接続用電極端子が形成されており、スペーサ部材の段差最上段上平面と基板接続用電極端子とを導電性接合材により接合導通したことを特徴とする圧電発振器である。
【００１０】
また、前段落記載のスペーサ部材であって、段差形状に形成されているスペーサ部材の基板側接合面及び段差最上段上平面の外形形状が矩形状であり、この基板側接合面の一つの角部を挟んで連続する２辺が、基板の一方の主面の一の角部を挟んで連続する２辺に合うように形成されており、スペーサ部材の段差最上段の上平面の一つの角部挟んで連続する２辺も、基板の一方の主面の一の角部を挟んで連続する２辺に沿うように形成されており、且つスペーサ部材の段差最上段上平面の外形形状と該スペーサ部材と対向して配置される基板接続用電極端子の外形形状が同等であることを特徴とする前段落記載の圧電発振器でもある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の圧電発振器によれば、圧電振動素子を収容している容器体を、集積回路素子が搭載されている基板上に、その容器体側に向かう一方の主面の外周縁角部に配されたスペーサ部材を介して固定するようにしたことから、基板の一方の主面のうちスペーサ部材が設けられていない領域は、すべて集積回路素子や他の電子部品素子の搭載に使用することができ、例えば、スペーサ部材を基板の一方の主面の四隅部に設けた場合は、基板の長さ方向で隣り合うスペーサ部材間に生じる一方の主面の空き領域に、集積回路素子の長辺側両端部が配置されるように設計することにより、基板の幅方向寸法を集積回路素子の長辺方向寸法と略等しく形成することができ、これによって圧電発振器の全体構造を小型化することが可能となる。
【００１２】
またスペーサ部材を容器体側に向かって凸となる段差形状に形成するとともに、段差形状に形成されているスペーサ部材の最上段部分が、基板の角部先端方向にオフセットした位置に形成されており、その最上段上平面の外形形状とスペーサ部材と対向して配置される基板接続用電極端子主面の外形形状が同等であることによって、容器体を基板上に配置した際に、容器体の基板接続用電極端子が集積回路素子への接触することや、基板接続用電極端子と集積回路素子が著しく近接して向かい合う位置に配置されることを防止することができるので、浮遊容量の発生がなく、安定した発振周波数の信号を圧電発振器から出力することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る圧電発振器を、圧電材料として水晶を用いた発振器（以下、水晶発振器という）を例に示した分解斜視図である。図２は、図１に記載の水晶発振器を組み立てた後の断面図を示したものである。尚、説明上、図面が記載されている用紙上方を水晶発振器の上方として記述する。
また、各図では、同じ符号は、同じ部品を示し、説明を明りょうにするため説明に不必要な構造体の一部は図示していない。さらに図示した寸法も一部誇張して示している。
各図面に示す水晶発振器は、内部に水晶振動素子２０を収容している主面外形形状が矩形状の容器体１０を、実装面に外部接続用電極端子５１が設けられており、且つ上面に開口部を有する凹部空間内底面には、内部に発振回路や温度補償回路などの必要とされる電子回路網が形成されている集積回路素子６０を搭載する為の集積回路素子搭載パッド５３が設けられている主面外形形状が矩形状の基板５０上に、スペーサ部材４０を介して載置固定した構造を有している。
【００１４】
容器体１０は、例えば、アルミナセラミックス、ガラス−セラミックス等のセラミック材料から成り、容器体１０の上主面には、中央域に矩形状に開口する凹部空間１４が形成されている。また凹部空間１４の開口部を囲繞する側壁の開口部側頂面には、環状の封止用導体パターン１１が形成され、基板５０に対向する実装側主面には、基板５０とスペーサ部材４０を介して接続するための、入力端子、出力端子並びにグランド端子を含む基板接続用電極端子１２が設けられている。更に、容器体１０はその上面に開口する凹部空間１４の内部に水晶振動素子２０を収容するためのものであり、凹部空間１４内の底面には、水晶振動素子２０の表裏両主面に形成された励振用電極２１と各個電気的に接続される圧電振動素子搭載パッド１３が被着形成されている。
【００１５】
また、容器体１０の側壁部の凹部空間１４開口部側頂面に形成された封止用導体パターン１１は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、等から成る基層の表面にニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層を順次、凹部空間１４開口部を環状に囲繞する形態で被着させることによって、１０μｍ〜２５μｍの厚みに形成されており、その封止用導体パターン１１の内周側縁部は凹部空間１４の内壁面に、外周側縁部は容器体１０の外側面にそれぞれ露出されている。この封止用導体パターン１１は、後述する蓋体３０を、蓋体３０に形成された封止部材３１の濡れ性を良好とし、圧電振動素子搭載空間の気密信頼性及び生産性を向上させることができる。
【００１６】
かかる容器体１０の側壁部の凹部空間１４内底面に設けられている圧電振動素子搭載パッド１３は、容器体１０の実装側主面に設けられた基板接続用電極端子１２と容器体１０を構成する各層表面の配線パターンや、各層を貫通するビア導体を介して電気的に接続されている。また圧電振動素子搭載パッド１３は、その上面側で、後述する水晶振動素子２０の励振用電極２１に導電性接着材７０を介して電気的且つ機械的に接続されている。
【００１７】
一方、容器体１０の凹部空間１４内に収容される水晶振動素子２０は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し外形加工を施した概略平板状で主面形状が四角形の水晶素板を主構造体として、その水晶素板の表裏両主面に一対の励振用電極２１を被着・形成してなり、外部からの交番電圧が励振用電極２１を介して水晶素板に印加されると、所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。このような水晶振動素子２０は、その両主面に被着されている励振用電極２１から水晶素板の一方の短辺側に引き出した引き出し電極と、凹部空間１４内底面の対応する圧電振動素子搭載パッド１３とを導電性接着材７０を介して電気的・機械的に接続することによって容器体１０の凹部空間１４内底面に搭載される。
【００１８】
導電性接着材７０は、シリコン樹脂やポリイミド樹脂等から成る樹脂材料中にＡｇ等から成る導電性粒子を所定量、添加、混合してなるものである。
【００１９】
また、容器体１０上に配置される蓋体３０は、従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を所定形状に整形することによって製作される。蓋体３０の上面には、ニッケル（Ｎｉ）層が形成され、更にニッケル（Ｎｉ）層の上面に少なくとも封止用導体パターン１１に相対する箇所に封止部材３１である金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層が形成される。金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層の厚みは、１０μｍ〜４０μｍである。例えば、成分比率が、金が８０％、錫が２０％のものが使用されている。また、このような封止部材３１は、封止用導体パターン１１表面の凹凸を緩和し、気密性の低下を防ぐことが可能となる。このような蓋体３０を水晶振動素子２０が内部に搭載された凹部空間１４を囲繞する側壁部頂部に形成した封止用導体パターン１１上に、凹部空間１４の開口部を覆う形態で配置され、封止部材３１と封止用導体パターン１１とを溶融接合することにより、凹部空間１４内を気密に封止し、水晶振動子部分を構成している。
【００２０】
基板５０は、容器体１０と同様に、アルミナセラミックス、ガラス−セラミックス等のセラミック材料から成り、この基体５０の上主面には、中央域に集積回路素子６０を搭載する為の集積回路素子用搭載パッド５３が、また、上主面の４つの縁角部には、スペーサ部材４０を固着導通する為のスペーサ部材接続パッド５２が設けられている。また、基板５０のスペーサ部材接続パッド５２上にスペーサ部材４０を設けて容器体１０を取着固定する際は、スペーサ部材４０の最上面と、容器体１０の実装面に形成されている基板接続用電極端子１２とが、半田や導電性接着剤等の導電性接合材によって機械的且つ電気的に接合させると共に、スペーサ部材４０の最下面と基板５０の上主面に形成されているスペーサ部材接続パッド５２も同様に、導電性接合材により、機械的且つ電気的に接合させることで、容器体１０が基板５０上に取り付けられる。
【００２１】
基板５０の実装側主面（下主面）には、４つの外部接続用電極端子５１（電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子）が設けられており、これらの外部接続用電極端子５１は、圧電発振器をマザーボード等の外部電気回路に搭載する際、半田付け等によって外部電気回路の回路配線と電気的に接続されることとなる。
【００２２】
ここで、４つの外部接続用電極端子５１のうち、グランド端子と発振出力端子を近接させて配置するようにすれば、発振出力端子より出力される発振信号にノイズが干渉するのを有効に防止することができる。従って、グランド端子と発振出力端子は近接させて配置することが好ましい。
【００２３】
スペーサ部材４０は、銅等の四角柱状の金属材料に、スペーサ部材接続用パッド５２上に配置した際に容器体側に凸の形状となるような段差を形成したものあり、段差により形成された最上段の上平面部４０ａと、容器体１０の実装面の基板接続用電極端子１２が導電性接合材によって溶融接合する。また、スペーサ部材４０の最下段の下平面部４０ｂと基板５０の上主面に形成されているスペーサ部材接続パッド５２が導電性接合材によって接合する。スペーサ部材４０の表面には、容器体１０または、基板５０との接合に用いられる導電性接合材の接合状態を良好となすために、例えば、ニッケル（Ｎｉ）めっきや金（Ａｕ）めっき等が所定厚みに被着されている。スペーサ部材４０の最上段部の平面部４０ａと容器体１０の実装面側の基板接続用電極端子１２が導電性接合材によって溶融接合されるが、スペーサ部材４０の最上段部の上面および側面にメッキが形成されているので、フィレットが側面の全方向で形成されるので、接続強度を向上させることが可能となる。
【００２４】
又、本実施例では、スペーサ部材４０を段差形状に形成するとともに、スペーサ部材４０が基板５０の上主面の４つの角部に設けられており、段差形状に形成されているスペーサ部材４０の最下段下平面部４０ｂ及び最上段上平面部４０ａの外形形状が矩形状であり、この最下段下平面部４０ｂの一つの角部を挟んで連続する２辺が、基板５０の上主面の一の角部を挟んで連続する２辺に合うように形成されており、スペーサ部材５０の最上段の上平面部４０ａの一つの角部挟んで連続する２辺も、基板５０の一方の主面の一の角部を挟んで連続する２辺に沿うように形成されている。即ち、段差形状に形成されているスペーサ部材４０の最上段部分が、最下段部に対して基板５０の上主面における各角部先端方向にオフセットした位置に形成されており、更に、段差状に形成されているスペーサ部材４０の最上段上主面部４０ａの外形形状と、スペーサ部材４０と対向して配置される容器体１０の実装主面に形成される基板接続用電極端子１２の主面外形形状が同等であることによって、基板接続用電極端子１２が集積回路素子６０への著しく近接したり、或いは接触したりするのを防止し、その結果、例えば、基板接続用電極端子１２と集積回路素子６０との間に不要な浮遊容量が発生しないので、安定した発振周波数の信号を圧電発振器から出力することが可能となる。
【００２５】
集積回路素子６０は、例えば下面に基板５０の集積回路素子搭載用パッド５３と１対１に対応する複数個の接続パッドを有した矩形状のフリップチップ型集積回路素子等が用いられ、その回路形成面には水晶振動素子２０に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路等が設けられ、この発振回路で生成された発振出力は、外部に出力された後、例えば、クロック信号等の基準信号として利用されることとなる。
【００２６】
又、集積回路素子６０は、その下面に設けた接続パッドを基板５０の対応する集積回路素子搭載パッド５３に半田や金バンプ等の導電性接合材を介して個々に接合させることによって集積回路素子６０が基板５０に取着され、これによって集積回路素子６０内の電子回路が容器体１０の配線導体や基板５０の配線導体等を介して水晶振動素子２０や外部接続用電極端子５１等に電気的に接続される。尚、本実施例では集積回路素子６０は、基板５０の長さ方向で隣り合うスペーサ部材４０間に生じる上主面の空き領域に、集積回路素子６０の長辺側両端部が入り込む形態で配置されている。このような形態で集積回路素子６０が配置可能なことから、基板５０の幅方向寸法を集積回路素子６０の長辺方向寸法と概略等しく形成することができ、これによって圧電発振器の全体構造を小型化することが可能となる。
【００２７】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、上記の実施例では、圧電発振器を構成する要素のうち、圧電振動素子の材料として水晶を用いたものを例示したが、圧電効果を奏するものであれば、水晶の他にタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムや圧電セラミックスなどの他の圧電材料を使用しても構わない。又、上述した実施例では、基板５０の上主面の４つの角部全部にスペーサ部材４０を形成した形態を開示したが、このうち電気的に必須なスペーサ部材４０は、各圧電振動素子搭載パッド１３に電気的に接続する２つのスペーサ部材である。因って、本発明において、容器体１０を支持しつつ、各圧電振動素子搭載パッド１３に電気的に接続するためには、基板５０の対角に位置する２つの角部に、各々スペーサ部材を形成した形態でも構わない。
【００２８】
また、図３および図４に示すように前記容器体１０の４隅には、凹部が形成されておりこの凹部内底面に基板接続用電極端子１２が形成されている。スペーサ部材４０の最上段を凹部内に差し込むようにして配置接続することによって、容器体１０の配置位置決めを容易にすることできると共に、容器体１０とスペーサ部材４０との間の接続強度を向上させることが可能となる。さらに、上述した凹部内底面に基板接続用電極端子１２を形成しているので、基板接続用電極端子１２と集積回路素子６０の表面が対向する位置に配置されることがなくなり、その結果、浮遊容量が発生しないので、更に安定した発振周波数の信号を圧電発振器から出力することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明における圧電発振器の一例である水晶発振器の一実施形態を示す分解斜視図である。
【図２】図２は、図１に記載した圧電発振器を組み立てた後、図１記載の仮想切断線Ａ−Ａ′の位置で切断したものを示した概略断面図である。
【図３】図３は、本発明における圧電発振器の一例である水晶発振器の他の実施形態を示す分解斜視図である。
【図４】図４は、図３に記載した圧電発振器を組み立てた後、図３記載の仮想切断線Ｂ−Ｂの位置で切断したものを示した概略断面図である。
【図５】図５は、従来における圧電発振器の一例である水晶発振器を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０・・・容器体
１１・・・封止用導体パターン
１２・・・基板接続用電極端子
１３・・・圧電振動素子搭載パッド
１４・・・凹部空間
２０・・・圧電振動素子
２１・・・励振用電極
３０・・・蓋体
３１・・・封止部材
４０・・・スペーサ部材
４０ａ・・・最上段平面部
４０ｂ・・・最下段平面部
５０・・・基板
５１・・・外部接続用電極端子
５２・・・スペーサ部材接続用パッド
５３・・・集積回路素子用搭載パッド
６０・・・集積回路素子
７０・・・導電性接着材
【図１】
2008113284.tif 000003
【図２】
2008113284.tif 000004
【図３】
2008113284.tif 000005
【図４】
2008113284.tif 000006
【図５】
2008113284.tif 000007