(57)【要約】【課題】従来の圧電発振器では、容器体内に搭載した圧電振動素子及び集積回路素子との間を電気的に接続する為に、容器体内空間、容器体表面或いは容器体内部でワイヤーや導配線を引き回さなくてはならないが、この配線等が配線抵抗を持つことにより、発振特性が低下してしまうという影響を与えていた。【解決手段】圧電発振器において、周縁部における一方の主面には絶縁性基体接続用電極が形成され、他方の主面には集積回路素子接続用電極が形成されており、この絶縁性基体接続用電極と集積回路素子接続用電極とが導配線により電気的に接続されており、絶縁性基体に形成された素子搭載パッドの上に圧電振動素子が配置されており、その圧電振動素子上に集積回路素子が配置されており、素子搭載パッドと絶縁性基体接続用電極とが、及び集積回路素子接続用電極と圧電振動素子接続用電極パッドとが導通固着されている圧電発振器。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主面上に圧電振動素子を搭載する為の素子搭載パッドが設けられおり、他方の主面上には前記素子搭載パッドと電気的に接続した外部接続用電極端子が設けられている絶縁性基体と、蓋体により構成される空間部内に、所望する周波数を励振する矩形状の圧電振動領域部と、前記圧電振動領域部を囲繞し且つその外周形状が矩形状の周縁部とが一体で形成され、更に前記圧電振動領域部表裏主面に形成された励振用電極から前記周縁部に至る引出電極が形成されている圧電振動素子と、前記圧電振動素子と電気的に接続する発振回路が少なくとも内蔵された集積回路素子とが収納搭載されている圧電発振器において、 前記周縁部の前記絶縁性基体と対向する一方の主面には、前記絶縁性基体に搭載する為の絶縁性基体接続用電極が形成され、前記周縁部の他方の主面には、前記集積回路素子を固着し且つ電気的接続する集積回路素子接続用電極が形成されており、
前記絶縁性基体接続用電極と前記集積回路素子接続用電極とが、前記圧電振動素子の表面又は内部に形成した導配線により電気的に接続されており、
前記絶縁性基体に形成された素子搭載パッドの上に前記圧電振動素子が、所定の素子搭載パッドと前記絶縁基体接続用電極が対向する形態で配置されており、
前記絶縁性基体上に配置した前記圧電振動素子上に前記集積回路素子が、所定の素子接続用電極及び前記引出電極と前記集積回路素子に形成された圧電振動素子接続用電極パッドとが対向する形態で配置されており、
前記素子搭載パッドと前記絶縁性基体接続用電極とが、及び前記集積回路素子接続用電極と前記圧電振動素子接続用電極パッドとが、各々導電性接合材により導通固着されていることを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
前記圧電振動素子の圧電振動領域部に凹部が形成されており、前記凹部内底面に励振用電極が形成されていることを特徴とする請求項１記載の圧電発振器。
【請求項３】
前記圧電振動素子の圧電振動領域部に凸部が形成されており、該凸部頂面に励振用電極が形成されていることを特徴とする請求項１記載の圧電発振器。
【請求項４】
前記圧電振動素子の圧電振動領域外周のうち少なくとも対向する２辺に溝部が形成されていることを特徴とする請求項１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、携帯用通信機器等の電子機器に用いられる電子部品の１つである圧電発振器のうち、絶縁性基体上に少なくとも圧電振動素子と集積回路素子を搭載した形態の圧電発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯用通信機器等の電子機器には、その電子機器内に搭載される各種電子部品の一つである圧電発振器が、電気機器或いは電子機器に搭載する電子部品の基準信号やクロック信号等の発生源として用いられる。
【０００３】
かかる圧電発振器の説明として、図５に従来の圧電発振器の一実施形態を例示する。即ち、セラミック材料等から成る容器体の上面に、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム又は圧電セラミックスを素材とする圧電振動素子を、その一端側でのみ保持する形で搭載し、該圧電振動素子と電気的に接続した発振回路を内蔵した発振用集積回路素子とを一緒に搭載している。更に前記容器体上に金属製の蓋体を載置・固定することにより圧電振動素子を気密封止した圧電発振器である。（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
上述した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文献が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１５４４１号公報
【特許文献２】特開２００１−１１９２４４号公報
【特許文献３】特開２００２−２８０８３５号公報
【特許文献４】特開２００５−３４８１２０号公報
【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を本件出願時までに発見するに到らなかった。
【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、従来の圧電発振器によれば、容器体内に搭載した圧電振動素子及び発振回路を内蔵した集積回路素子との間を電気的に接続する為に、容器体内空間、容器体表面或いは容器体内部でワイヤーや導配線を引き回さなくてはならないが、この配線等が配線抵抗を持つことにより、発振特性が低下してしまうという影響を与えていた。
また、従来における別の形態の圧電発振器によれば、圧電振動素子と集積回路素子を別の容器体に搭載し、その容器体を重ねて接合した形態を用いる場合があるが、個々の容器体の厚みと蓋体の厚みがかさみ、圧電発振器として低背化（薄型化）が難しくなってきている。
さらに、従来の圧電発振器は、容器体の表面や内部に、圧電振動素子や集積回路素子等の接続に使用する配線を引き回さなくてはならないため、容器体自体の製造に係る工程数や時間更に製造コストが増加してしまう虞がある。
【０００７】
そこで、本発明では、前記課題に鑑み案出されたもので、その目的は、製造が容易で、低背化が可能であると共に、配線抵抗による発振特性の低下の影響が著しく小さい圧電発振器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、一方の主面上に圧電振動素子を搭載する為の素子搭載パッドが設けられおり、他方の主面上には素子搭載パッドと電気的に接続した外部接続用電極端子が設けられている絶縁性基体と、蓋体とにより構成される空間部内に、所望する周波数を励振する矩形状の圧電振動領域部と、この圧電振動領域部を囲繞し且つその外周形状が矩形状の周縁部とが一体で形成され、更に圧電振動領域部表裏主面に形成された励振用電極から前記周縁部に至る引出電極が形成されている圧電振動素子と、圧電振動素子と電気的に接続する発振回路が少なくとも内蔵された集積回路素子とが収納搭載されている圧電発振器において、
周縁部における絶縁性基体と対向する一方の主面には、圧電振動素子を絶縁性基体に搭載する為の絶縁性基体接続用電極が形成され、
周縁部における他方の主面には、集積回路素子を固着し且つ電気的接続する集積回路素子接続用電極が形成されており、
絶縁性基体接続用電極と集積回路素子接続用電極とが、圧電振動素子の表面又は内部に形成した導配線により電気的に接続されており、
絶縁性基体に形成された素子搭載パッドの上に圧電振動素子が、所定の素子搭載パッドと絶縁基体接続用電極が対向する形態で配置されており、
絶縁性基体上に配置した圧電振動素子上に集積回路素子が、所定の素子接続用電極及び引出電極と集積回路素子に形成された圧電振動素子接続用電極パッドとが対向する形態で配置されており、
素子搭載パッドと絶縁性基体接続用電極とが、及び集積回路素子接続用電極と圧電振動素子接続用電極パッドとが、各々導電性接合材により導通固着されていることを特徴とする圧電発振器である。
【０００９】
又、圧電振動素子の圧電振動領域部に凹部が形成されており、この凹部内底面に励振用電極が形成されていることを特徴とする前段落記載の圧電発振器でもある。
【００１０】
更に、圧電振動素子の圧電振動領域部に凸部が形成されており、この凸部頂面に励振用電極が形成されていることを特徴とする段落（０００８）記載の圧電発振器でもある。
【００１１】
更に又、圧電振動素子の圧電振動領域外周のうち少なくとも対向する２辺に溝部が形成されていることを特徴とする段落（０００８）記載の圧電発振器でもある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の圧電発振器によれば、集積回路素子は、圧電振動素子の周縁部に形成された集積回路素子接続用電極と接続すると共に、圧電振動素子に形成した導配線及び絶縁性基体接続用電極を介して、絶縁性基体に接続していることによって、集積回路素子を圧電振動素子に直接実装し、更に圧電振動素子の圧電振動領域に形成された励振用電極から引き出した引出電極を集積回路素子の圧電振動素子接続用電極パッドのうちの所定の電極パッドに直接接続できるようになるため、従来の圧電発振器における圧電振動素子及び集積回路素子の実装形態に比し、圧電振動素子と集積回路素子の電子回路とを接続する配線の長さが短縮されて配線抵抗に起因した容量の発生を有効に防止することができ、良好な発振特性が得られるようになる。又、絶縁性基体内に圧電振動素子と集積回路素子とを電気的に接続するための導配線等を形成する必要が無いため、従来の圧電発振器を構成する容器体に比べ、その製造のための工程数及び時間更にコストを格段低減することが可能となる。
【００１３】
又、本発明の圧電発振器によれば、圧電振動素子の圧電振動領域部に凹部が形成されており、凹部内底面に励振用電極が形成されていることによって、圧電振動素子の周縁部に形成された絶縁性基体接続用電極と発振用集積回路素子が接続しても、凹部を形成することによって形成される周縁部と圧電振動領域部との間の段差により、振動エネルギーを有効に閉じ込めることが可能になり、周縁部からの不要な応力等に影響しない安定した発振周波数を出力することが可能となる。
【００１４】
同様に、圧電振動素子の圧電振動領域部に凸部が形成されており、凸部の頂面に励振用電極が形成されていることによって、圧電振動素子の周縁部に形成された絶縁性基体接続用電極と発振用集積回路素子が接続しても、凸部を形成することによって形成される周縁部と圧電振動領域部との間の段差により、振動エネルギーを有効に閉じ込めることが可能になり、周縁部からの不要な応力等に影響しない安定した発振周波数を出力することが可能となる。
【００１５】
又、本発明の圧電発振器によれば、圧電振動素子の圧電振動領域部に励振用電極が形成されており、励振用電極の外周に溝部が形成されていることによって、圧電振動素子の周縁部に形成された絶縁性基体接続用電極と集積回路素子が接続しても、振動エネルギーを溝の内側の圧電振動領域部に閉じ込めることが可能になり、安定した発振周波数を出力することが可能となる。
【００１６】
因って、本発明により、製造が容易で、低背化が可能であると共に、配線抵抗による発振特性の低下の影響が著しく小さい圧電発振器を提供できる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施形態に関する詳細な説明を、各図を参照して行う。
図１は本発明の一実施形態に係る圧電発振器の１つである圧電発振器を例に示した分解斜視図である。図２は、図１に記載の圧電発振器を組み立てた後の形態を示した断面図である。尚、各図では、同じ符号は同じ部品を示し、又説明を明りょうにするため構造体の一部を図示していない。更に図示した寸法も一部誇張して示している。
これらの図において、圧電発振器は、内部に搭載する圧電振動素子の素材として圧電材の１つである水晶を用いたものを示しており、絶縁性基体１０上に、その圧電振動素子２０と、発振回路および周波数調整用回路が内蔵されている集積回路素子３０が搭載されている。
【００１８】
絶縁性基体１０は、例えば、アルミナセラミックス、ガラス−セラミック等のセラミック材料から成る絶縁層を複数層、積層することよって形成されており、絶縁性基体１０には、圧電振動素子２０を接続する為の素子搭載パッド１１と、該素子搭載パッド１１の外側に設けられる環状の封止用導体パターン１２とを有した構造となっている。絶縁性基体１０の下主面には、電源電圧端子、出力端子及びグランド端子を含む複数個の外部接続用電極端子１３が設けられている。絶縁性基体１０は、その上主面に圧電材の１つである水晶を素材とする圧電振動素子２０を搭載するためのものであり、絶縁性基体１０の上主面には、圧電振動素子２０の周縁部２１に設けられた絶縁性基体接続用電極２２と、各個電気的に接続される素子搭載パッド１１が被着形成されている。
この素子搭載パッド１１は、集積回路素子３０の圧電振動素子接続用電極パッド３１が圧電振動素子２０に形成された集積回路素子接続用電極２２ｃと絶縁性基体接続用電極２２ａと、両電極を接続する導配線２２ｂと、更に導電性接合材４０を介して電気的に接続され、絶縁性基体１０の下主面側で、絶縁性基体１０内部の配線導体やビアホール導体等を介して外部接続用電極端子１３のうちの電源電圧端子ならびに出力端子に電気的に接続される。
【００１９】
絶縁性基体１０の外周に形成された封止用導体パターン１２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、絶縁性基体１０の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１２は、後述する蓋体１０を、蓋体１０に形成された封止部材５１を介して、絶縁性基体１０の上面に接合させるためのものであり、かかる封止用導体パターン１２を上述したように、Ｗ若しくはＭｏから成る基層の表面にＮｉ層及びＡｕ層を順次被着させた構成となしておくことにより、封止用導体パターン１２に対する封止部材５１の濡れ性を良好とし、圧電発振器の気密信頼性及び生産性を向上させる。
【００２０】
また、絶縁性基体１０の内部には、一方の終端を絶縁性基体１０の封止用導体パターン１２に他方の終端を絶縁性基体１０の外部接続用電極端子１３に導出させたビア導体（図示せず）が埋設させており、絶縁性基体１０の上主面に被着させた封止用導体パターン１２上に、封止部材５１を介して概略箱形状の蓋体５０を接合することによって、蓋体５０がビア導体を介して絶縁性基体１０の下面に形成されている外部接続用電極端子１３のうちグランド端子と電気的に接続される。このように、金属素材からなる蓋体５０を外部接続用電極端子１３のグランド端子と電気的に接続させておくことにより、圧電発振器の使用の際には、蓋体５０がグランド電位となるため、蓋体５０の電磁シールド作用によって、圧電振動素子２０並びに発振用集積回路素子３０を外部からの不要な電気的作用により良好に保護することができる。このようなグランド端子を含む絶縁性基体１０の実装側主面の外部接続用電極端子１３は、圧電発振器をマザーボード等の外部配線基盤上に搭載する際に、外部配線基盤の配線と半田や金属バンプ等の導電性を有する接合材を介して電気的に接続するための電極端子として機能する。
【００２１】
尚、上述した絶縁性基体１０は、アルミナセラミックスから成る場合、所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面に外部接続用電極端子１３、素子搭載用パッド１１、封止用導体パターン１２等となる導体ペーストを、また、セラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内にビア導体となる導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷によって塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することにより製作される。
【００２２】
一方、絶縁性基体１０の上主面に搭載される圧電振動素子２０は、例えば、圧電振動素子２０を構成する圧電材料の素材に水晶を用いた場合、その水晶素板は、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、圧電振動素子２０圧電振動領域部の厚みを厚みすべり振動モードで所望する周波数を励振する厚みにまで加工されている。厚みすべり振動モードでは所望する周波数値が高くにつれ厚みを薄くする必要がある。そこで圧電振動領域部２３のみを、フォトリソグラフィ法及びエッチングにより、所望の周波数値で振動するまでの厚みにまで凹形状に形成し凹部２４を形成する。又、凹部２４を囲繞するように凹形状の圧電振動領域部より厚い部分は周縁部２１となる。
この凹部２４内の圧電振動領域部２３の表裏主面には励振用電極２５が形成されており、この励振用電極２５から周縁部２１引き出した形成された引出電極２６が形成されている。  又、圧電振動素子２０の周縁部２１の絶縁体基体１０に対向する主面には、素子搭載用パッド１１に対応した個数の絶縁性基体接続用電極２２ａが形成されており、周縁部２１の集積回路素子３０に対向する主面には集積回路素子３０の圧電振動素子接続用電極パッド３１に対応した個数の集積回路素子接続用電極２２ｃが形成されており、周縁部２１を間に挟んでそれぞれ対向する絶縁性基体接続用電極２２ａと集積回路素子接続用電極２２ｃとが、周縁部２１の外側側面に形成された導配線２２ｂにより電気的に接続されている。
【００２３】
集積回路素子３０の一方の主面には、集積回路素子３０を圧電振動素子２０の上に配置した際に、圧電振動素子２０に形成された集積回路素子接続用電極２２ｃ及び引出電極２６に対向する位置に、圧電振動素子接続用電極パッド３１が形成されており、この圧電振動素子接続用電極パッド３１は、集積回路素子３０内に形成されている発振回路を始めとする電子回路網の所定の端子と電気的に接続されている。
【００２４】
上述したような形態の絶縁性基体１０、圧電振動素子２０及び集積回路素子３０を、絶縁基体１０に形成した素子搭載パッド１１上に圧電振動素子２０が、所定の素子搭載パッド１１と絶縁基体接続用電極２２ｃが対向する形態で配置されており、更に絶縁性基体１０上に配置した圧電振動素子２０上に集積回路素子３０が、所定の集積回路素子接続用電極２２ａ及び引出電極２６と集積回路素子３０に形成された圧電振動素子接続用電極パッド３１とが対向する形態で配置されており、素子搭載パッド１１と絶縁性基体接続用電極２２ｃとが、及び集積回路素子接続用電極２２ａと圧電振動素子接続用電極パッド３１とが、各々導電性接着剤或いは金属バンプ等の導電性接合材４０により導通固着されている。このことにより、集積回路素子３０の発振回路により出力される圧電振動素子２０の出力周波数信号は、所定の素子搭載用パッド１１及び絶縁性基体１０内部の導配線及びビアホール導体を介して、外部接続用電極端子１３のうちの出力端子から圧電発振器外部に出力される。
【００２５】
このように圧電振動素子２０の圧電振動領域部２３に形成された励振用電極２５と集積回路素子３０（に内蔵された発振回路を始めとする電気回路網）とを直接且つ比較的短い距離で接続できるようになるため、従来の圧電発振器における圧電振動素子及び集積回路素子の実装形態に比し、圧電振動素子２０と集積回路素子３０内の電子回路網とを接続する配線の長さが短縮でき、配線抵抗に起因した容量の発生を有効に防止することができ、良好な発振特性が獲られるように成る。圧電振動素子２０の圧電振動領域部２１に凹部２４が形成されており、凹部内底面に励振用電極２７が形成されていることによって、圧電振動素子２０の周縁部２１に形成された絶縁性基体接続用電極２２と発振用集積回路素子３０が接続しても、振動エネルギーを閉じ込めることが可能になり、安定した発振周波数を出力することが可能となる。
【００２６】
前記導電性接着材４０は、シリコーン樹脂の中に導電性フィラーが含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、またはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。
【００２７】
また蓋体５０は従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を概略箱形状に成形することによって製作され、蓋体５０の開口側フランジ部分接合面には、ニッケル（Ｎｉ）層が形成され、更にニッケル（Ｎｉ）層の上面の封止用導体パターン１２に対応する箇所に封止部材５１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５１は、封止用導体パターン１２の凹凸を緩和し、気密性の低下を防ぐことが可能となる。また、封止部材５１が薄すぎると当該機能を充分に発揮しない。
【００２８】
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、圧電振動領域の他の形態として、図３に示すように、圧電振動素子２０の圧電振動領域部２３に凸部２８が形成されており、凸部２８の頂面に励振用電極２５が形成されていることによって、圧電振動素子２０の周縁部２１に形成された絶縁性基体接続用電極２２と発振用集積回路素子３０が接続しても、振動を閉じ込めることが可能になり、安定した発振周波数を出力することが可能となる。
【００２９】
更に、図４に示すように、圧電振動素子２０の圧電振動領域部２３に励振用電極が形成されており、励振用電極２５の外周に溝部２９が形成されていることによって、圧電振動素子２０の周縁部２１に形成された絶縁性基体接続用電極２２と発振用集積回路素子３０が接続しても、振動を閉じ込めることが可能になり、安定した発振周波数を出力することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明における一実施形態である圧電発振器の分解斜視図である。
【図２】図２は、図１記載の圧電発振器を圧電発振器の長辺を略２等分する仮想切断線で切断した場合の概略断面図である。
【図３】図３は、本発明における他の実施形態である圧電発振器で使用される圧電振動素子の概略外観斜視図である。
【図４】図４は、本発明における他の実施形態である圧電発振器で使用される圧電振動素子の概略外観斜視図である。
【図５】図５は、従来の圧電発振器の実施形態を示した概略断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０・・・絶縁性基体
１１・・・素子搭載用パッド
１２・・・封止用導体パターン
１３・・・外部接続用電極端子
２０・・・圧電振動素子（水晶振動素子）
２１・・・周縁部
２２ａ・・・絶縁性基体接続用電極
２２ｂ・・・導配線
２２ｃ・・・集積回路素子接続用電極
２３・・・圧電振動領域部
２４・・・凹部
２５・・・励振用電極
２６・・・引出電極
２７・・・凸部
２８・・・溝部
３０・・・集積回路素子
３１・・・圧電振動素子接続用電極パッド
４０・・・導電性接合材
５０・・・蓋体
５１・・・封止部材
【図１】
2008060957.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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