(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板矩形状の圧電素板の表裏両主面の概略中央にそれぞれ励振用電極と、及び各々の該励振用電極より該圧電素板の対向する２辺縁部の一方の角部に向かって、各々の該励振用電極と同じ主面上に引き出される引出電極と、該圧電素板の対向する２辺縁部の一方の角部に、該引出電極と導通する容器体接続用電極とを有する圧電振動素子と、
該圧電振動素子の一方の主面と対向する主面に、該励振用電極が開口部に位置する形態の第１の凹部が形成され、且つ該圧電振動素子と同じ輪郭形状の絶縁材を主構造材とする第１の容器体と、
該圧電振動素子の他方の主面と対向する一方の主面に、該励振用電極が開口部に位置する形態の第２の凹部が形成され、他方の主面上にグランド電極端子を含む外部接続用電極端子が形成され、該第２の凹部内に少なくとも発振回路が形成させている集積回路が配置されている、該圧電振動素子と同じ輪郭形状の絶縁材を主構造材とする第２の容器体とが、
該圧電振動素子を間に挟む形態で該第１の容器体と該第２の容器体が組み合わされており、且つ該第１の凹部及び該第２の凹部により形成された内部空間が気密となるよう、該第１の容器体、該第２の容器体及び該圧電振動素子を相互に接合し、且つ該外部接続用電極端子のうちの所定の端子が、該集積回路の電極端子及び該圧電振動素子に形成された該容器体接続用電極と電気的に接続してなる圧電発振器において、
該集積回路が、印刷手段により該第２の凹部内底面に直接形成された薄膜形状の集積回路体であることを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
該第１の容器体の主構造材がガラスであり、該第１の容器体の該第１の凹部を囲繞する側壁部を除くガラス構造体内には、一様に導電性のウィスカーが含有されており、且つ該ウィスカーを含有した該ガラス構造体部分と該外部接続用電極端子のうちの該グランド電極端子とが電気的に接続してあ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】
本発明は圧電発振器に関し、特に小型化薄型化に適した構造の圧電発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、移動体通信機器等の機器類の著しい小型化に伴い、これら機器に用いられる圧電発振器等の電子部品についても更なる小型化が求められている。現在では、３．２ｍｍ×２．５ｍｍの外形サイズの圧電発振器が主流になりつつあり、それ以下のサイズの圧電発振器も各種開発されている。この圧電発振器内に搭載される圧電振動素子は、圧電素板の表裏主面上に、圧電素板を所望の振動モードで励振させる励振用電極と、圧電振動素子を収納する絶縁性容器に形成される各種電極パッドとの接続をとるための引出電極とを形成して構成されている。圧電振動素子形状として小型化に有利な正方又は矩形の平板形状が主流となってきた。
【０００３】
図７は、従来技術の一例として、各種電極を形成した圧電振動素子の外周部を、圧電振動素子に対向する主面に開口する凹部が形成され、その凹部内に発振回路を内蔵した集積回路素子を配置したガラス等の絶縁性容器体で挟む形態で圧電振動素子の振動領域を気密封止した圧電発振器の幅方向の断面図である。即ち、圧電発振器１００は、圧電振動素子１０１の上下にそれぞれ容器体１０２及び１０３が貼り合わされており、貼り合わされた容器体１０２及び１０３及び圧電振動素子の厚み方向の側面には、２つ容器体主面上にまで至る外部接続用電極端子１０４が形成されている。圧電振動素子１０１の表裏両主面には励振用電極１０５が形成されており、容器体１０２及び１０３には圧電振動素子１０１の共振振動を妨げないように、圧電振動素子１０１の両主面に対向する面に開口部を有する凹部１０６及び１０７が形成されており、このうち容器体１０３に形成された凹部１０７内には、集積回路素子１０８が搭載されている。
【０００４】
この集積回路素子１０８は、内部に少なくとも圧電振動素子１０１を励振させその振動を維持するための発振回路を形成したＩＣチップを組み込み、このＩＣチップを樹脂でモールドした形態であり、集積回路素子１０８の実装側主面に形成した複数個の容器体接続用電極パッド１０９と、容器体１０３の凹部１０７内底面の各容器体接続用電極１０９と相対する位置に形成された集積回路素子接続用電極パッド１１０とを、金属バンプや半田等の導電性接合材１１１により導通固着している。これにより、圧電振動素子１０１，集積回路素子１０８及び外部接続用電極端子１０４の所定の電極端子間が電気的に接続されることとなる。
【０００５】
前述のような圧電発振器については、以下のような先行技術文献に開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２３６５６２号公報
【特許文献２】特開２００２−１５１９５８号公報
【特許文献３】特開２００３−１４２７４８号公報
【０００６】
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至らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述したような形態の圧電発振器では、圧電発振器内部に搭載する集積回路素子として、ＩＣチップを樹脂でモールドした形態のものを用いているので、圧電発振器内部に前述したような形態の集積回路素子を載置することが可能な容積を有する空間を形成しなければならず、圧電発振器の小型化（特に薄型化）を阻害する原因の一つとして考えられていた。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するために案出されたものであり、その目的は、従来のような、ＩＣチップを樹脂でモールドした形態の集積回路素子を使用することがない、圧電振動子並の小型化薄型化が可能な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】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、平板矩形状の圧電素板の表裏両主面の概略中央にそれぞれ励振用電極と、及び各々の励振用電極より圧電素板の対向する２辺縁部の一方の角部に向かって、各々の励振用電極と同じ主面上に引き出される引出電極と、圧電素板の対向する２辺縁部の一方の角部に、引出電極と導通する容器体接続用電極とを有する圧電振動素子と、
上記圧電振動素子の一方の主面と対向する主面に、励振用電極が開口部に位置する形態の第１の凹部が形成され、且つ圧電振動素子と同じ輪郭形状の絶縁材を主構成材とする第１の容器体と、
上記圧電振動素子の他方の主面と対向する一方の主面に、励振用電極が開口部に位置する形態の第２の凹部が形成され、他方の主面上にグランド電極端子を含む外部接続用電極端子が形成され、第２の凹部内に少なくとも発振回路が形成させている集積回路が配置されている、圧電振動素子と同じ輪郭形状の絶縁材を主構造材とする第２の容器体とが、
圧電振動素子を間に挟む形態で第１の容器体と第２の容器体が組み合わされており、且つ第１の凹部及び第２の凹部により形成された内部空間が気密となるよう、第１の容器体、第２の容器体及び圧電振動素子を相互に接合し、且つ外部接続用電極端子のうちの所定の端子が、集積回路の電極端子及び圧電振動素子に形成された容器体接続用電極と電気的に接続してなる圧電発振器において、
上記集積回路が、印刷手段により第２の凹部内底面に直接形成された薄膜形状の集積回路体であることを特徴とする圧電発振器である。
【００１０】
又、上記第１の容器体の主構造材がガラスであり、その第１の容器体の第１の凹部を囲繞する側壁部を除くガラス構造体内には、一様に導電性のウィスカーが含有されており、且つウィスカーを含有した第１の容器体のガラス構造体部分と外部接続用電極端子のうちのグランド電極端子とが電気的に接続してあることを特徴とする上記記載の圧電発振器でもある。
【発明の効果】
【００１１】
上記手段を施した本発明の圧電発振器では、圧電発振器内部に搭載使用する集積回路として、印刷手段により凹部内底面に直接形成した薄膜形状の集積回路体を用いているので、圧電発振器内部に集積回路素子を載置することが可能な容積を有する空間を形成する必要がなく、圧電発振器を圧電振動子並に小型化（特に薄型化）することが可能となった。
【００１２】
又、第１の容器体にＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ（電磁妨害））作用を有するために導電ウィスカーを含有させ、且つこの導電ウィスカーはグランド電位となっているので、圧電発振器外からの電磁ノイズの影響を有効に防御することが可能となるので、容器体の浮遊容量変動が著しく小さくなり、そのため圧電振動子からの出力信号の周波数値変動が生じる可能性がなくなる。
【００１３】
このような作用により本発明は、小型化薄型化に対応可能であり、且つ対電磁ノイズ防御機能が良好な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】
【００１４】
以下に、本発明における圧電発振器の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明における圧電発振器の一実施形態を、圧電発振器の一形態である水晶発振器で例示した概略分解斜視図である。図２は、図１記載の圧電発振器を組み立てた後、同図記載の仮想切断線Ａ１−Ａ２で切断した場合の概略断面図である。図３は、本発明における圧電発振器の他の実施形態を、圧電発振器の一形態である水晶発振器で例示した概略分解斜視図である。図４は、本発明における圧電発振器の他の実施形態について、圧電発振器の一形態である水晶発振器を構成する第２の容器体を水晶振動素子接合側から見た概略平面図である。図５は、本発明における圧電発振器の他の実施形態を、圧電発振器の一形態である水晶発振器で例示した概略分解斜視図である。図６は、図５記載の圧電発振器を組み立てた後、同図記載の仮想切断線Ａ３−Ａ４で切断した場合の概略断面図である。
尚、各図において同じ符号を付した構造部品は同じものを示している。又、各図では、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。特に各図における厚み方向の寸法は誇張して図示している。
【実施例１】
【００１５】
即ち、図１及び図２において、材料として圧電材の一つである水晶を用いた、外形形状が矩形薄板状の水晶素板１１の両主面上は、水晶素板１１のほぼ中央に略矩形の励振用電極１２が表裏両主面間で対向するように蒸着法或いはスパッタリング法により形成されており、又、この表裏各々の主面の励振用電極１２から、主面毎に異なる水晶素板の短辺方向へ延設した引出電極１３が形成され、更に各々の引出電極１３が延設した水晶素板１１の短辺の一方の角縁部には、各々の引出電極１３と電気的に接続した容器接続用電極１４が形成されている水晶振動素子１０が用意されている。
【００１６】
尚、両主面に形成した各引出電極１３に電気的に接続した各々の容器接続用電極１４は、水晶振動素子１０における、後述する第２の容器体２２に対向する側の主面上に少なくとも形成されおり、後述する第１の容器体１８に対向する主面上に形成した励振用電極１２及び引出電極１３とは、水晶素板１１内を厚み方向に貫通する導通スルーホール（不図示）などの導通手段により、電気的接続が確保されている。又、この水晶振動素子１０を構成する水晶素板１１は、人工水晶体より所望のカットアングルで切り出し外形加工されたものであり、例えば、所謂ＡＴカットアングルの水晶素板で厚みすべり基本波振動モードで３００ＭＨｚ近辺の振動を得る場合では、水晶振動素子１０を構成する水晶素板１１の厚み寸法は約５．５μｍにまで加工される。
【００１７】
又、この水晶振動素子１０の一方の主面（表面）と対向する主面に開口部を有し、この開口部に水晶振動素子１０と組み合わせた場合に励振用電極１２及びその周囲の水晶素板１１の表面が位置する形態の第１の凹部１７が形成され、且つ水晶振動素子１０と同じ輪郭形状のガラスを主形成物とする第１の容器体１８が用意されている。
【００１８】
更に、上記水晶振動素子１０の他方の主面（裏面）と対向する主面に開口部を有し、この開口部に水晶振動素子１０と組み合わせた場合に励振用電極１２及びその周囲の水晶素板１１の表面が位置する形態の第２の凹部２０が形成され、且つ他方の主面上にグランド電極端子２１ａを含む外部接続用電極端子２１が形成され、この外部接続用電極端子２１のうちの所定の端子が、水晶振動素子１０に形成された容器体接続用電極１４と各々電気的に接続する、水晶振動素子１０と同じ輪郭形状のガラスを主形成物とする第２の容器体２２が用意されている。尚、上述した外部接続用電極端子２１と水晶振動素子１０の容器体接続用電極１４との電気的接続には、第２の容器体２２内に形成された導通スルーホール２３により成されている。
【００１９】
この第２の容器体２２に形成されている第２の凹部２０内底面には、スクリーン印刷手段又はインクジェット印刷手段により、トランジスタ素子やコンデンサ素子等の複数の電子素子及びそれらを電気的に接続する導配線や電極パッドから構成される集積回路体２４が直接第２の凹部２０内底面上に厚さ数〜数十μｍの薄膜形状に形成されている。尚、この集積回路体２４内の集積回路網には少なくとも発振回路が形成されている必要がある。又、集積回路体２４に形成されている電極パッドとワイヤーボンディング等により電気的に接続する、第２の容器体に形成された各種電極端子及び組立後の水晶振動素子１０とも電気的に接続した複数個の集積回路接続用電極パッドも、集積回路体２４と同様な手段により、集積回路体２４の周囲の第２の凹部内底面上に直接形成されている。
【００２０】
上述したような形態の集積回路体２４及び集積回路体接続用電極パッドを第２の凹部２０内底面上に形成しているので、従来のように圧電発振器内部に樹脂モールドされた集積回路素子を載置することが可能な容積を有する空間を形成する必要がなく、圧電発振器を圧電振動子並に小型化（特に薄型化）することが可能となった。
【００２１】
このような形態の水晶振動素子１０、第１の容器体１８、及び第２の凹部内底面に集積回路体２４等が形成された第２の容器体２２が、第１の容器体１８の第１の凹部１７開口部及び第２の容器体２２の第２の凹部２０開口部を水晶振動素子１０側に向けた構成で、水晶振動素子１０を間に挟むような形態で、且つ容器体接続用電極１４と導通スルーホール２３が電気的に接続する位置で組み合わされ、第１の容器体１８における第１の凹部１７を囲う側壁部頂面、及び第２の容器体２２における第２の凹部２０を囲う側壁部頂面と、水晶振動素子１０の表裏主面とは直接接合されることにより、第１の凹部１７内及び第２の凹部内を気密とし、且つ水晶振動素子１０及び第２の容器体２２に形成した集積回路体２４及び各種電極端子とを電気的に接続した水晶発振器１を形成している。尚、気密状態となる第１の凹部１７内及び第２の凹部２０内は真空又は不活性ガスが充填されている。
【実施例２】
【００２２】
又、図３には他の形態の水晶発振器を開示した。図１及び図２では水晶素板１１の中心を基準に点対称となる２つの角部に形成した容器体接続用電極１４に向かって、水晶素板１１の表裏主面に形成した励振用電極から表裏で異なる容器体接続用電極１４へ延設した引出電極１３が形成された水晶振動素子１０を用いた場合を開示したが、他の形態として、水晶素板１１の対向する短辺縁部中央の主面に形成した容器体接続用電極１４に向かって、水晶素板１１の表裏主面に形成した励振用電極１２から表裏で異なる容器体接続用電極１４へ延設した引出電極１３が形成された水晶振動素子１０を用いた水晶発振器を示す。この場合、第１の容器体１８に対向する水晶素板１１の一方の主面（表面）に形成された容器体接続用電極１４は、第２の容器体２２に対向する水晶素板１１の他方の主面（裏面）に形成された容器体接続用電極１４と、水晶素板１１を厚み方向に貫通する導電スルーホール３１で電気的に接続されている。又、第２の容器体２２に形成する導体スルーホール２３の形成位置は、水晶振動素子１０と第２の容器体２２とを合わせた際に、第２の容器体２２に対向する水晶素板１１の他方の主面（裏面）に形成された容器体接続用電極１４に導電スルーホール２３が電気的に接続できる位置になっている。
【実施例３】
【００２３】
更に図４にも他の形態の水晶発振器の説明として、その水晶発振器を構成する第２の容器体４２を開示した。図１，図２及び図３では第２の容器体２２の第２の凹部２０内底面に形成した集積回路体２４の形態として、集積回路体２４の電極パッドと、第２の容器体２２に形成された各種電極端子及び組立後の水晶振動素子１０とも電気的に接続した複数個の集積回路接続用電極パッドとをワイヤーボンディングで電気的接続を取るような形態のものを開示したが、図４に示した他の形態では、一方端で外部接続用電極端子２１と電気的接続を有する導電スルーホール４１の他方端を第２の凹部４４内底面に露出するよう形成し、その露出した導電スルーホール４１の他方端と集積回路体２４の所定の電極端子とを電気的に接続する導配線４３及び集積回路体２４が印刷手段にて直接第２の凹部４４内底面に形成されている形態の第２の容器体４２を用いる。このような形態の場合、ワイヤーボンディングによる電気的接続手段を用いることがないため、更なる小型化薄型化が可能となる。尚、実施例３で開示の第２の凹部４４の開口部形状を略矩形としたが、第２の凹部開口部形状は、実施例１の第２の凹部２０のような円形でも、実施例３の第２の凹部４４のような多角形のどちらでも構わない。
【実施例４】
【００２４】
図５及び図６には、図１に開示した水晶発振器にＥＭＩ対策を施したものを開示した。即ち、水晶振動素子５０には、更に、後述する第２の容器体５５の他方の主面上に形成された外部接続用電極端子２１のうちのグランド電極端子２１ａと電気的に接続する、水晶素板を貫通する導通スルーホール５２が形成されている。この導通スルーホール５２は現在一般的に使用される慣用技術により形成されており、開口部の大きさは、水晶振動素子５０としたときの剛性及び振動特性に影響を与えない程度の大きさで形成される。
【００２５】
又、この水晶振動素子５０の一方の主面（表面）と対向する主面に開口部を有し、この開口部に水晶振動素子５０と組み合わせた場合に励振用電極１２及びその周囲の水晶素板５１の表面が位置する形態の第１の凹部１７が形成され、且つ水晶振動素子５０と同じ輪郭形状のガラスを主形成物とする第１の容器体５３が用意されている。この第１の容器体５３の第１の凹部１７を囲繞する側壁部を除くガラス構造体内には、導電性を有する炭素系ウィスカーが一様に分布し且つ各々ウィスカーが必ず近接した他のウィスカーと電気的に接続する形態で含有されており、この導電ウィスカーを含有したガラス構造体部分から側壁部を貫通し、且つこの導電ウィスカーと電気的に接続した導通スルーホール５４が、第１の容器体５３と水晶振動素子５０を組み合わせたときに、導通スルーホール５４の水晶振動素子主面側の露出部が、水晶振動素子１０の導電スルーホール５２と電気的に接続する位置に形成されている。
【００２６】
このような形態の第１の容器体５３，水晶振動素子５０及び第２の凹部２０内底面に薄膜形状の集積回路体２４等が形成された第２の容器体５５が、第１の容器体５３の第１の凹部１７開口部及び第２の容器体５５の第２の凹部２０開口部を水晶振動素子５０主面に向けた構成で、水晶振動素子５０を間に挟むような形態で、且つ容器体接続用電極１４と導通スルーホール２３が、及びグランド端子２１ａと第１の容器体３３の導電ウィスカーを含有したガラス構造体部分とが導電スルーホール２３，５２及び５４を介して電気的に接続され、第１の容器体５３における第１の凹部１７を囲う側壁部頂面、及び第２の容器体５５における第２の凹部２０を囲う側壁部頂面と、水晶振動素子５０の表裏主面とは直接接合されることにより、第１の凹部１７内及び第２の凹部内を気密とし、且つ水晶振動素子５０及び第２の容器体５５に形成した集積回路体２４及び各種電極端子とを電気的に接続した水晶発振器５を形成している。
【００２７】
上述したような形態の水晶発振器を形成することにより、第１の容器体５３の第１の凹部１７を囲繞する側壁部を除くガラス構造体内の導電性ウィスカーが、導通スルーホール２３、５２及び５４により、外部接続用電極端子２１のうちのグランド電極端子２１ａに電気的に接続されるため、導電性ウィスカーがグランド電位となり、ＥＭＩ作用を有するようになるので、水晶発振器５外からの電磁ノイズの影響を有効に防御することができる。
【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、上記実施例では、圧電振動素子を構成する圧電素板の材料として水晶を用いた水晶発振器を例示したが、本発明は実施例開示の材質に限定されるものではなく、他に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などを使用した場合でも本発明は有効である。又、圧電素板の材料として水晶を使用した場合、その水晶素板の形成方法としては、上記記載の研削研磨加工による形成の他に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で成膜形成した水晶素板でも良い。
【００２９】
更に、上記実施例では、水晶発振器を構成する各容器体の主材料がガラスであるものを開示したが、上述した実施形態と同等の形態が可能であり、且つ外部からの応力を緩和し、内部の振動素子の振動特性を何ら阻害しない物質であれば、上述したガラスに限定するものではない。例えば、水晶振動素子を形成する材料と同じ水晶材（更に同じカットアングルで形成されている）であることにより、水晶振動素子と各容器体の熱膨張率の違いによる加熱時に固着接合部分に生じる熱ストレスの発生が抑制でき、そのストレスによる水晶発振器の諸特性の悪化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明における圧電発振器の一実施形態を、圧電発振器の一形態である水晶発振器で例示した概略分解斜視図である。
【図２】図２は、図１記載の圧電発振器を組み立てた後、同図記載の仮想切断線Ａ１−Ａ２で切断した場合の概略断面図である。
【図３】図３は、本発明における圧電発振器の他の実施形態を、圧電発振器の一形態である水晶発振器で例示した概略分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明における圧電発振器の他の実施形態について、圧電発振器の一形態である水晶発振器を構成する第２の容器体を水晶振動素子接合側から見た概略平面図である。
【図５】図５は、本発明における圧電発振器の他の実施形態を、圧電発振器の一形態である水晶発振器で例示した概略分解斜視図である。
【図６】図６は、図５記載の圧電発振器を組み立てた後、同図記載の仮想切断線Ａ３−Ａ４で切断した場合の概略断面図である。
【図７】図７は、従来の圧電発振器の一実施形態を示した断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，５・・・圧電発振器（水晶発振器）
１０，３０，５０・・・圧電振動素子（水晶振動素子）
１１，５１・・・圧電素板（水晶素板）
１２・・・励振用電極
１３・・・引出電極
１４・・・容器接続用電極
１７・・・第１の凹部
１８，５３・・・第１の容器体
２０・・・第２の凹部
２１・・・外部接続用電極端子
２１ａ・・・外部接続用電極端子（グランド端子）
２２，４２，５５・・・第２の容器体
２３，４１，５２，５４・・・導電スルーホール
２４・・・集積回路体
【図１】
0004833716.tif 000002
【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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