(57)【要約】【課題】小型化が可能であり、またコスト低減が可能な、圧電発振器を提供する。【解決手段】電気絶縁性材料からなる平板１１の下面に集積回路素子１０の回路パターン１２を形成し、前記平板１１の上面に圧電振動片５を実装するキャビティ２０を形成した。また、キャビティ２０の内底面から回路パターン１２にスルーホール２４を形成し、スルーホール２４のキャビティ２０側開口部の周辺にマウント電極２６を形成するとともに、スルーホール２４の内周面に導電膜を形成することにより、マウント電極２６と回路パターン１２との導通を確保した。そして、マウント電極２６に圧電振動片５を実装した。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁性材料からなる平板の一方面側に集積回路素子の回路パターンを形成し、前記平板の他方面側に圧電振動片を実装するキャビティを形成して、前記キャビティの内部に前記圧電振動片を実装したことを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電発振器において、
前記キャビティの内底面から前記回路パターンにスルーホールを形成し、前記スルーホールのキャビティ側開口部の周辺にマウント電極を形成するとともに、前記スルーホールの内周面に前記マウント電極と繋がった導電膜を形成し、
前記スルーホールの内周面における前記導電膜の内側に封止部材を充填した上で、前記マウント電極に前記圧電振動片を実装したことを特徴とする圧電発振器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧電発振器において、
前記キャビティの開口周縁部に低融点ガラスを塗布し、前記キャビティの開口部にリッドを装着して、前記キャビティの内部を気密封止したことを特徴とする圧電発振器。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電発振器において、前記回路パターン上に外部導出電極パッドが設けられ、その外部導出電極パッドの表面に基板との接続端子としてのはんだボールが形成されていることを特徴とする圧電発振器。
【請求項５】
電気絶縁性材料からなるウエハの一方面側における複数の圧電発振器の形成領域に、集積回路素子の回路パターンを形成する工程と、
前記ウエハの他方面側における前記各圧電発振器の形成領域に、圧電振動片を実装するキャビティを形成する工程と、
前記各キャビティの内部に前記圧電振動片を実装する工程と、
前記各キャビティの開口部にリッドを装着して、前記各キャビティの内部を気密封止する工程と、
前記ウエハを複数の圧電発振器の個片に分離する工程と、
を有することを特徴とする圧電発振器の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の圧電発振器の製造方法において、
前記圧電振動片を実装する工程は、
前記キャビティの内底面から前記回路パターンにスルーホールを形成する工程と、
前記スルーホールのキャビティ側開口部の周辺にマウント電極を形成するとともに、前記スルーホールの内周面に前記マウント電極に繋がった導電膜を形成する工程と、
前記スルーホールの内周面における前記導電膜の内側に封止部材を充填する工程と、
前記マウント電極に前記圧電振動片を実装する工程と、
を有することを特徴とする圧電発振器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気回路において一定の周波数信号を得るため、圧電発振器が広く利用されている。図６に、特許文献１に記載された圧電発振器と同様の構成を有する圧電発振器の説明図を示す。なお、図６（１）は図６（２）のＨ−Ｈ線における平面断面図であり、図６（２）は図６（１）のＧ−Ｇ線における側面断面図である。圧電発振器１０１は、升状に形成したパッケージベース１２１に、発振回路を構成する集積回路素子（ＩＣ）１１０、および圧電振動片１０５を実装して、上面の開口部にリッド１３０を装着したものである。
【０００３】
パッケージベース１２１は、セラミックシート１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄを順次積層して構成されている。また、パッケージベース１２１の中央部には、ＩＣ１１０および圧電振動片１０５を実装するキャビティ１２０が形成されている。そして、ＩＣ１１０はシート１２１ａの上面に実装されている。
なお、ＩＣ１１０の電極１１４は、シート１２１ｂの上面に形成された電極パッド１２７に対して、ワイヤボンディングにより接続されている。一方、圧電振動片１０５は、シート１２１ｃに形成したマウント電極１２６の上面に、片持ち状態で実装されている。なお、圧電振動片１０５は、水晶等の圧電材料平板の両面に励振電極を形成したものである。そして、パッケージベース１２１の外底面に形成された外部端子１３８から、電極パッド１３６を介してＩＣ１１０に通電可能とされ、さらにマウント電極１２６を介して圧電振動片１０５の励振電極に通電可能とされている。一方、パッケージベース１２１の開口部に金属材料等からなるリッド１３０が装着され、キャビティ１２０の内部が窒素雰囲気等で気密に保持されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１６３６７０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近時、圧電発振器の利用される通信機器等においては、小型化の要請が強くなっている。これにともなって、圧電発振器の小型化が強く求められている。ところが、図６に示す従来の圧電発振器１０１では、キャビティ１２０の内部にＩＣ１１０を実装する必要があるので、圧電発振器１０１は必然的にＩＣ１１０より大きなものとなり、平面サイズの小型化に限界があった。また、圧電発振器１０１の厚さ方向に、セラミックシート１２１ａ、ＩＣ１１０、圧電振動片１０５およびリッド１２８が順次配置されるので、薄型化に限界があった。
【０００６】
また、圧電発振器におけるコストダウンの要請は厳しさを増しており、構造の簡素化や製造工程の簡略化によるコスト低減が急務となっている。
そこで本発明は、小型化が可能であり、またコスト低減が可能な、圧電発振器およびその製造方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る圧電発振器は、電気絶縁性材料からなる平板の一方面側に集積回路素子における回路パターンを形成し、前記平板の他方面側に圧電振動片を実装するキャビティを形成して、前記キャビティの内部に前記圧電振動片を実装した。
【０００８】
これまで、圧電発振器における集積回路素子の小型化は、他の技術分野における集積回路素子の小型化にならって、急速な進歩を遂げてきた。しかし、圧電振動片の小型化は、集積回路素子の小型化に比べて遅れていた。そのため、小さい集積回路素子の内部に大きい圧電振動片を実装するという発想に至ることはなかった。近時になり、圧電振動片は集積回路素子と同等の大きさまで小型化できるようになった。これにより、集積回路素子の内部に圧電振動片を実装するという本発明が生まれたのである。
【０００９】
集積回路素子の内部に圧電振動片を実装することによって、圧電振動片や集積回路素子を実装するパッケージが不要となる。したがって、集積回路素子と同じ平面サイズで圧電発振器を形成することが可能となり、圧電発振器の平面サイズを小型化することができる。また、パッケージを集積回路素子で兼用することで、圧電発振器を厚さ方向にも小型化することができる。一方、部品点数が削減されるので、製品コストを低減することができる。また、従来のような製品外形の小型化に伴う集積回路素子サイズの小型化が要求されないため、集積回路素子の小型化に伴う微細配線加工を施すための設備投資等が不要となり、製造コストを低減することができる。
【００１０】
また、前記キャビティの内底面から前記回路パターンにスルーホールを形成し、前記スルーホールの前記キャビティ側開口部の周辺にマウント電極を形成するとともに、前記スルーホールの内周面に前記マウント電極と繋がった導電膜を形成し、前記スルーホールの内周面における前記導電膜の内側に封止部材を充填した上で、前記マウント電極に前記圧電振動片を実装してもよい。これにより、マウント電極と回路パターンとの導通を簡単に確保することが可能となり、製造コストを低減することができる。また、封止部材を充填することにより、スルーホールを通じたキャビティの気密を確保することができる。
【００１１】
また、前記キャビティの開口周縁部に低融点ガラスを塗布し、前記キャビティの開口部にリッドを装着して、前記キャビティの内部を気密封止してもよい。この場合、集積回路素子、低融点ガラスおよびガラス製リッドの熱膨張率および熱収縮率がそれぞれ同等となるので、リッドの装着部における破壊を防止することができる。
【００１２】
また、前記回路パターン上に外部導出電極パッドが設けられ、その外部導出電極パッドの表面に基板との接続端子としてのはんだボールが形成されていてもよい。これにより、本発明に係る圧電発振器とユーザー基板との電気的接続を簡単に行うことができる。
【００１３】
一方、本発明に係る圧電発振器の製造方法は、電気絶縁性材料からなるウエハの一方面側における複数の圧電発振器の形成領域に、集積回路素子の回路パターンを形成する工程と、前記ウエハの他方面側における前記各圧電発振器の形成領域に、圧電振動片を実装するキャビティを形成する工程と、前記各キャビティの内部に前記圧電振動片を実装する工程と、前記各キャビティの開口部にリッドを装着して、前記各キャビティの内部を気密封止する工程と、前記ウエハを複数の圧電発振器の個片に分離する工程と、を有する構成とした。
【００１４】
このように、ウエハにおいて圧電発振器を製造することができるので、製造工程において微小な圧電発振器の個片を取り扱う必要がなくなり、製造工程を簡略化することができる。また、ウエハにおいて同時に複数の圧電発振器を製造するので、圧電発振器の製造時間が短縮され、製造コストを低減することができる。
【００１５】
なお前記圧電振動片を実装する工程は、前記キャビティの内底面から前記回路パターンにスルーホールを形成する工程と、前記スルーホールの前記キャビティ側開口部の周辺にマウント電極を形成するとともに、前記スルーホールの内周面に前記マウント電極に繋がった導電膜を形成する工程と、前記スルーホールの内周面における前記導電膜の内側に封止部材を充填する工程と、前記マウント電極に前記圧電振動片を実装する工程と、を有する構成とした。これにより、マウント電極と回路パターンとの導通を簡単に確保することが可能となり、製造コストを低減することができる。また、スルーホールを通じたキャビティの気密を確保することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る圧電発振器およびその製造方法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。なお以下に記載するのは本発明の実施形態の一態様にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１７】
図１に、実施形態に係る圧電発振器の説明図を示す。なお、図１（１）は図１（２）のＢ−Ｂ線における平面断面図であり、図１（２）は図１（１）のＡ−Ａ線における側面断面図である。本実施形態に係る圧電発振器は、電気絶縁性材料からなる平板１１の下面に集積回路素子１０の回路パターン１２を形成し、前記平板１１の上面に圧電振動片５を実装するキャビティ２０を形成して、キャビティ２０の内部に圧電振動片５を実装したものである。
【００１８】
集積回路素子（ＩＣ）１０は、シリコン等の電気絶縁性材料からなる平板１１の下面に、回路パターン１２を形成したものである。従来の圧電発振器に使用するＩＣ１０は、厚さ６２５μｍ程度の平板を１５０μｍ程度まで研削して形成していたが、本実施形態では厚さ６２５μｍ程度の平板をほとんど研削しないで使用すればよい。これにより、製造工程が簡略化されて製造コストを低減することができる。
【００１９】
回路パターン１２として、圧電振動片を動作させる帰還増幅回路のパターンを形成する。なお必要に応じて、周辺温度の変化による周波数変化を低減させるための温度補償回路のパターンを付加してもよい。また、外部からの制御電圧によって出力周波数を変化させるための電圧制御回路のパターンを付加してもよい。
一方、アルミ等の導電性材料からなる電極パッド１４を回路パターン１２の表面に形成し、回路パターン１２と外部との電気的な入出力を可能とする。また、電極パッド１４の形成部分を除く回路パターン１２の表面に、ポリイミド被膜１６を形成してもよい。これにより、回路パターン１２が外部から保護される。
【００２０】
本実施形態では、平板１１の上面に、圧電振動片５を実装するキャビティ２０を形成する。キャビティ２０は、圧電振動片５を封入できる大きさに形成する。
一例をあげれば、厚さ１００μｍ程度の圧電振動片を封入するため、深さ２５０μｍ程度のキャビティ２０を形成する。キャビティ２０の形成は、ハーフエッチング等によって行う。ハーフエッチングは、キャビティ２０の形成部分以外の部分をマスクした平板１１を、フッ酸等の薬液に所定時間浸漬することによって行う。
【００２１】
また、圧電振動片５と回路パターン１２との導通を確保するため、キャビティ２０の内底面から回路パターンにかけてスルーホール２４を形成する。スルーホール２４は、後述するマウント電極２６の形成位置に穿設する。なお、回路パターン１２におけるスルーホール２４の形成位置には、圧電振動片５と導通すべき端子（不図示）を形成しておく。スルーホール２４の形成は、エッチング等の化学的方法や、ドリル穿孔等の機械的方法などによって行うことができる。
【００２２】
次に、キャビティ２０の内底面にマウント電極２６を形成する。マウント電極２６は、圧電振動片５の端部に形成された接続電極７を接続する部分であり、キャビティ２０の内底面の端部寄りに形成する。なお、マウント電極２６は、スルーホール２４のキャビティ側開口部の周辺に形成する。図２に、スルーホール形成部分の拡大図を示す。マウント電極２６は、ＡｕやＡｌ等によって構成する。
マウント電極２６の形成は、マウント電極形成部分以外の部分をマスクした状態で、スパッタやメッキ等を施すことによって行う。このマウント電極２６の形成と同時に、スルーホール２４の内周面に導電膜２７を形成する。この導電膜２７により、回路パターン１２とマウント電極２６との導通を確保することができる。さらに、導電膜２７の内側に封止部材２８を充填する。封止部材２８は、導電性または電気絶縁性のいずれの材料で構成してもよい。封止部材２８の充填は、スルーホール２４の内部に接着剤等を注入し、その接着剤等を硬化させることによって行う。この封止部材２８により、スルーホール２４を通じたキャビティ２０の気密を確保することができる。
【００２３】
このようなＩＣ１０を形成する一方で、圧電振動片５を形成する。図１に示すように、圧電振動片５は、水晶等の圧電材料からなる平板の両面に、励振電極を形成したものである。ＡＴカット水晶平板の場合には、その両面中央部に励振電極６を配置するとともに、その端部に２個の接続電極７を並べて配置して、それぞれ各励振電極６との導通を確保する。なお各電極は、Ａｕ／ＣｒまたはＡｇ／Ｃｒの２層で構成する。
【００２４】
そして、キャビティ２０の内部に圧電振動片５を実装する。具体的には、キャビティ２０のマウント電極２６の上面にＡｇペースト等の導電性接着剤８を塗布し、圧電振動片５の接続電極７をマウント電極２６に接着する。このように、圧電振動片５は片持ち状態で実装する。これにより、回路パターン１２から圧電振動片５の励振電極６に対して通電可能となる。なお、キャビティ２０の内部に実装する圧電振動片は、音叉型圧電振動片やＳＡＷチップなどであってもよい。ＳＡＷチップの場合には、マウント電極の代わりに電極パッドを形成し、ＳＡＷチップのＩＤＴ電極と電極パッドとをワイヤボンディング等により接続する。
【００２５】
さらに、キャビティ２０の開口部にリッド３０を装着する。リッド３０は、コバール等の金属材料やガラス材料によって構成する。リッド３０の装着は、キャビティ２０の開口周縁部の全周に接着剤３２を塗布し、リッド３０を接着することによって行う。なお、リッド３０の装着を窒素雰囲気または真空雰囲気で行うことにより、キャビティ２０の内部を窒素雰囲気または真空雰囲気に気密封止する。これにより、圧電振動片５の励振電極６に対する不純物の付着がなくなり、共振周波数のシフトを防止することができる。
【００２６】
なお、シリコン材料からなる平板１１におけるキャビティ２０の開口周縁部に低融点ガラスを塗布し、キャビティ２０の開口部にガラス製リッド３０を装着して、キャビティ２０の内部を気密封止してもよい。この場合、平板１１、低融点ガラスおよびガラス製リッド３０の熱膨張率および熱収縮率が同等となるので、リッド装着部におけるせん断破壊を防止することができる。
【００２７】
次に、本実施形態に係る圧電発振器の製造方法について説明する。図３に、本実施形態に係る圧電発振器の製造方法のフローチャートを示す。図４に、実施形態に係る圧電発振器の製造方法の説明図を示す。なお、図４（１）はウエハの平面図であり、図４（２）は図４（１）のＤ−Ｄ線における側面断面図である。本実施形態に係る圧電発振器は、シリコン等の電気絶縁性材料からなるウエハ４０において複数個を同時に製造する。
【００２８】
まず、ウエハ４０における各圧電発振器の形成領域４１に、回路パターン１２を形成する（ステップ８０）。なお、各回路パターン１２はウエハ４０の一方の面に形成する。また、ウエハ４０における各圧電発振器の形成領域４１であって、回路パターン１２形成面の他方の面に、キャビティ２０を形成する（ステップ８２）。次に、キャビティ２０の内部と回路パターンとの導通を確保する（ステップ８４）。具体的には、まず各キャビティ２０の内底面から各回路パターン１２にスルーホール２４を形成する。さらに、各スルーホール２４のキャビティ２０側開口部の周辺にマウント電極２６を形成するとともに、各スルーホール２４の内周面に導電膜を形成して、マウント電極２６と回路パターン１２との導通を確保する。次に、各スルーホール２４の導電膜の内側には封止部材を配置する（ステップ８５）。そして、各マウント電極２６に導電性接着剤８を塗布して、各圧電振動片５の接続電極を実装する（ステップ８６）。次に、各キャビティ２０の開口部に、それぞれリッド３０を装着する（ステップ８８）。なお、リッドをウエハと同形状の平板として装着してもよい。これにより、製造工程において微小なリッドの個片を取り扱う必要がなくなり、製造工程を簡略化することができる。
【００２９】
以上により、ウエハ４０における各圧電発振器の形成領域４１に、それぞれ圧電発振器１が形成される。そこで、ウエハ４０から各圧電発振器１を分離する（ステップ９０）。具体的には、各圧電発振器の形成領域４１の境界線４２に沿ってダイシング等を行うことにより、ウエハ４０から各圧電発振器を分離する。以上のように、ウエハにおいて圧電発振器を製造することができるので、製造工程において微小な圧電発振器の個片を取り扱う必要がなくなり、製造工程が簡略化される。また、ウエハにおいて同時に複数の圧電発振器を製造するので、圧電発振器の製造時間が短縮され、製造コストを低減することができる。
【００３０】
次に、実施形態に係る圧電発振器の使用方法について説明する。図５に、本実施形態に係る圧電発振器の使用方法の説明図を示す。なお、図５（１）および図５（２）は、図１（１）のＡ−Ａ線に相当する部分における側面断面図である。
本実施形態に係る圧電発振器１は、以下に示す方法により、ユーザー基板２に実装して使用する。
【００３１】
圧電発振器１をユーザー基板２に実装するには、図５（１）に示すように、回路パターン１２上に形成した電極パッド１４の表面に、ユーザー基板２との接続端子としてのはんだボール５２を形成する。なお、はんだボール５２に代えてはんだペーストを塗布してもよい。そして、ユーザー基板２における電極パッド３の上面に、圧電発振器１におけるはんだボール５２を載置する。次に、はんだボール５２を加熱して溶解させ、圧電発振器１の電極パッド１４とユーザー基板２の電極パッド３とを接続する。これにより、圧電発振器１がユーザー基板２に実装され、ユーザー基板２の電極パッド３から圧電発振器１に対して通電可能となる。以上により、本実施形態に係る圧電発振器１とユーザー基板２との電気的接続を簡単に行うことができる。
【００３２】
さらに、図５（２）に示すように、圧電発振器１の底面とユーザー基板２の表面とのすき間に、アンダーフィル４を充填してもよい。アンダーフィル４は、熱硬化タイプのエポキシ樹脂等に流動性を持たせたものである。圧電発振器１とユーザー基板２とのすき間にアンダーフィル４を注入し、そのアンダーフィル４を加熱して硬化させる。これにより、圧電発振器１の回路パターン１２の表面がアンダーフィル４に覆われて保護される。なお、回路パターン１２の表面にポリイミド被膜を形成しない場合には、アンダーフィル４が特に有効である。
【００３３】
以上に詳述したように、本実施形態に係る圧電発振器は、電気絶縁性材料からなる平板の一方面側にＩＣの回路パターンを形成し、前記平板の他方面側に圧電振動片を実装するキャビティを形成して、キャビティの内部に圧電振動片を実装した。
【００３４】
なお、圧電発振器におけるＩＣの小型化は、他の技術分野におけるＩＣの小型化にならって、急速な進歩を遂げてきた。しかし、圧電振動片の小型化は、ＩＣの小型化に比べて遅れていた。そのため、小さいＩＣの内部に大きい圧電振動片を実装するという発想に至ることはなかった。近時になり、圧電振動片はＩＣと同等の大きさまで小型化できるようになった。これにより、ＩＣの内部に圧電振動片を実装するという本発明が生まれたのである。
【００３５】
ＩＣの内部に圧電振動片を実装することによって、圧電振動片やＩＣを実装するパッケージが不要となる。したがって、ＩＣと同じ平面サイズで圧電発振器を形成することが可能となり、圧電発振器の平面サイズを小型化することができる。また、パッケージを集積回路素子で兼用することで、圧電発振器を厚さ方向にも小型化することができる。一方、部品点数が削減されるので、製品コストを低減することができる。また、従来のような製品外形の小型化に伴うＩＣサイズの小型化が要求されないため、ＩＣの小型化に伴う微細配線加工を施すための設備投資等が不要となり、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る圧電発振器の説明図である。
【図２】スルーホール部分の拡大図である。
【図３】実施形態に係る圧電発振器の製造方法のフローチャートである。
【図４】実施形態に係る圧電発振器の製造方法の説明図である。
【図５】実施形態に係る圧電発振器の使用方法の説明図である。
【図６】従来技術に係る圧電発振器の説明図である。
【符号の説明】
１………圧電発振器、５………圧電振動片、６………励振電極、７………接続電極、８………導電性接着剤、１０………ＩＣ、１１………平板、１２………回路パターン、１４………電極パッド、１６………ポリイミド被膜、２０………キャビティ、２４………スルーホール、２６………マウント電極、３０………リッド、３２………接着剤。
【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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