(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方主面にキャビティを形成してなる矩形状の容器と、前記キャビティ底面に形成した複数の電極パッドと、該電極パッドに接続する一対の励振電極が形成された圧電振動子と、前記キャビティを封止する金属製蓋体とを有した圧電振動子搭載基板と、
一方主面にキャビティを形成してなる矩形状の容器と、前記キャビティ底面に形成した内部配線と、該内部配線に接続し、かつ前記圧電振動子を駆動させる電子部品とを有した発振回路基板とからなり、
前記圧電振動子搭載基板の一方主面側と前記発振回路基板の一方主面側を互いに電気的、かつ機械的に接続すると共に、前記金属製蓋体をアース電位に接続させており、
前記圧電振動子搭載基板の前記容器が、リング状の第１の基板と、前記第１の基板より内周が大きく幅の狭いリング状の第２の基板とを含んでいるとともに、
前記発振回路基板が、前記第２の基板より内周が小さく幅の広いリング状の第３の基板を含んでおり、
前記金属製蓋体が、前記第２の基板によって囲まれているとともに、前記第１の基板と前記第３の基板の間に位置していることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記金属製蓋体が、前記第１の基板に接合されていることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電デバイス、特に移動体通信機器等に使用される圧電振動子やＩＣチップなどからなる圧電デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧電デバイスの一例である水晶発振器は、図６〜図７に示すような構造が既に知られていた（特開２０００−２７８０４７参照）。
【０００３】
この水晶発振器５１は、両面にキャビティを有するセラミックパッケージ５２、水晶振動子５３、導電性接着部材５４、平板状基板５７、ＩＣチップ５８とから主に構成されている。
水晶振動子５３は、短冊状の水晶基板５３ａの両主面に励振電極５３ｂが被着されている。また、水晶基板５３ａの一方の短辺側に、各励振電極から延出する引き出し電極５３ｃが被着されていた。
【０００４】
セラミックパッケージ５２は、アルミナ等の誘電体基板５２１ａ、５２１ｂを積層してなり、その積層方向の一方主面にキャビティ５２０ａを形成するためのシールリング５２３が形成されている。一方のキャビティ５２０ａには底面に形成された電極パッド５２４に、引き出し電極５３ｃを載置するように水晶振動子５３が収容され、導電性接着部材５４により固定・接続されてシールリング５２３に金属製蓋体５６がシーム溶接されることによりキャビティ５２０ａが気密封止されている。
【０００５】
また、他方のキャビティ５２０ｂの開口端面には前述の水晶振動子５３が引き出し電極５３ｃにて接続される電極パッド５２４から導出される電極パッドやＧＮＤに接続される電極パッドが形成されている。
【０００６】
以上のようにしてセラミックパッケージ５２は横断面がＨ型となる基板構造（以下、「Ｈ型構造」という）を有している。
【０００７】
また、平板上基板５７上には配線パターンが形成され、ＩＣチップ５８やコンデンサーなどの電子部品素子５９が搭載され、接続されている。また、ＩＣチップ５８や電子部品５９上には全体をまとめて被覆するように充填樹脂５７０が充填される。
【０００８】
上述の水晶振動子５３及びＩＣチップ５８や電子部品素子５９は夫々セラミックパッケージ５２一方主面内部から他方主面開口端面に形成された所定配線パターン（不図示）や平板上基板上に形成された所定配線パターン（不図示）により接続して発振回路を形成し、平板上基板５７下面に形成した外部端子電極５７１に延出されて構成している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来は、以下に示すような問題があった。即ち、図６〜図７に示すように、従来の水晶発振器５１は、セラミックパッケージ５２の底面の誘電体基板５２１ａにシールド効果を持たせるような部材が形成されておらず、内部の水晶振動子５３が発振回路からセラミックパッケージ５２を介して電磁的影響を受けやすく、また、発振回路自体が外部に電磁的影響を与えやすいため、特性が不安定になる場合があった。
【００１０】
本発明は、上述の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、圧電デバイスの圧電振動子と発振回路について個々にシールド効果を高めて発振周波数などの電気特性の安定させて信頼性を向上させることが可能であり、量産性を向上させて歩留まりも改善することができる圧電デバイスを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの態様によれば、圧電デバイスは、一方主面にキャビティを形成してなる矩形状の容器と、前記キャビティ底面に形成した複数の電極パッドと、該電極パッドに接続する一対の励振電極が形成された圧電振動子と、前記キャビティを封止する金属製蓋体とを有した圧電振動子搭載基板と、一方主面にキャビティを形成してなる矩形状の容器と、前記キャビティ底面に形成した内部配線と、該内部配線に接続し、かつ前記圧電振動子を駆動させる電子部品とを有した発振回路基板とからなり、前記圧電振動子搭載基板の一方主面側と前記発振回路基板の一方主面側を互いに電気的、かつ機械的に接続すると共に、前記金属製蓋体をアース電位に接続させており、前記圧電振動子搭載基板の前記容器が、リング状の第１の基板と、前記第１の基板より内周が大きく幅の狭いリング状の第２の基板とを含んでいるとともに、前記発振回路基板が、前記第２の基板より内周が小さく幅の広いリング状の第３の基板を含んでおり、前記金属製蓋体が、前記第２の基板によって囲まれているとともに、前記第１の基板と前記第３の基板の間に位置している。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の圧電デバイスを図面に基づいて詳説する。
図１は本発明の圧電デバイスの側断面図を示し、図２（ａ）は圧電デバイスに用いられる水晶振動子搭載基板だけの側断面図であり、（ｂ）は発振回路基板だけの側面図、図３はその水晶振動子の金属製蓋体を省略した上面図及び下面図、図４は圧電デバイスに用いられる発振回路基板の上面図及び下面図を示す。
なお、以下の説明において、圧電デバイスとして水晶発振器を用いるが、その中で、温度補償型水晶発振器に使用した例で説明する。また、本発明の圧電デバイスとしては、水晶発振器の他の圧電セラミック基板、単結晶圧電基板を用いた圧電振動子や圧電振動子により構成される圧電デバイスも含むものである。
【００１７】
本発明の水晶発振器１は、主に水晶振動子を搭載する容器状の水晶振動子搭載基板２とＩＣチップ８や電子部品９が収容される容器状の発振回路基板７及び金属製蓋体６から構成されている。
【００１８】
水晶振動子搭載基板２は平板状の誘電体基板２１と誘電体基板２１の周囲に周設されたリング状の誘電体基板２２及び誘電体基板２２より内周が大きく幅の狭いリング状の誘電体基板２３が誘電体基板２２の上面外周部に積層され形成されており、また、誘電体基板２２の上面内周部表面には封止用導体２２１が被着形成されている。
【００１９】
積層される誘電体基板２１及び誘電体基板２２、２３の層間には図示しない内部配線パターン及びセラミック基板を厚み方向に貫くビアホール導体が形成されており、この内部配線パターン及びビアホール導体により、電極パッド２４、２４は図３（ａ）に示す水晶振動子搭載基板２の開口端面上部に形成された水晶振動子導出用電極２３２、２３２にビアホール導体２３６を介して導出される。
【００２０】
また、図３（ａ）に示す水晶振動子搭載基板２の容器側壁の上面で開口端面角部には発振回路導出電極２３４が形成されており、発振回路導出電極２３４は、水晶振動子搭載基板２の裏面の４隅に形成する表面実装用の端子電極２６、２６、２６、２６に夫々端面を介して接続されている。２３３はアース電極であり、誘電体基板２２上面内周寄りに周回して形成される封止用導体２２１と接続されている。
【００２１】
封止用導体膜２２１はタングステンまたはモリブデンなどのメタライズ層が被着形成され、さらに、その表面にＮｉ、Ａｕメッキ処理されて形成されている。また、水晶振動子導出用電極２３２、２３２、アース電極などの電極パッド２３３、２３４は導電性樹脂ペーストの焼き付けにより形成した後、メッキ処理によりＮｉを形成し、さらに上面にＡｕメッキが形成される。
【００２２】
水晶振動子３は所定結晶軸でカット（ＡＴカット）された短冊状の水晶基板３０と、水晶基板３０の両主面に形成される一対の励振電極３１、３１と、励振電極３１、３１から水晶基板３０の一方の端部に延びる引き出し電極３２とからなる。このような励振電極３１及び引き出し電極３２は、水晶基板３０の上面及び下面に、所定形状のマスクを配置して蒸着やスパッタ等の手段を用いてＡｕ、Ａｇ、Ｃｒなどにより形成されている。
金属製蓋体６は、例えばＦｅ−Ｎｉ合金（４２アロイ）やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（コバール）などからなる金属板であり、少なくとも接合面側にろう材層が形成されており、ろう材層は、例えば、Ａｕ合金、Ｓｎ、半田、アルミニウム合金などが例示できる。また、ろう材層が形成されていない面にはＮｉやＡｕなどのメッキ層が形成されている。金属製蓋体６はキャビティ２０内に窒素ガス等を注入したり、真空で封止用導体膜２２１とともにシーム溶接することで気密的に封止する。
【００２３】
発振回路基板７は誘電体基板７１と誘電体基板７１の周囲に周設された誘電体基板７２が積層され形成されている。
【００２４】
積層される誘電体基板７１及び誘電体基板７２の層間には内部配線パターン７２５が形成されており、この内部配線パターン７２５により、ＩＣチップ８及び電子部品素子９は発振回路基板７の回路を構成し、内部配線パターンの一部が引き出されてリング状セラミック層７２の開口上面に形成した電極パッド７２２、７２３、７２４に導出接続される。誘電体基板７２から誘電体基板７１にかけて複数のアース電極７２４に接続される端面電極７２７が形成されている。
【００２５】
また、発振回路基板７の開口と反対側の面には略全面にアース電極７３が形成されており、容器周囲上面に形成したアース電極７２３に接続されている。また、開口部に形成される電極パッド７２２、７２４、アース電極７２３は水晶振動子搭載基板２開口上面の水晶振動子導出電極２３４、水晶振動子導出用電極２３２や電極パッド２３３に接続される。
【００２６】
ＩＣチップ８は水晶振動子３を励振させるための回路が集積された回路部品であり、発振回路基板７のキャビティ底面に形成されたＩＣ接続用電極（図示しない）に、例えばＡｕバンプ７ａを介してフリップチップなどの工法にて接続されている。具体的には、ＩＣチップ７の接続は、Ａｕバンプ７ａとなるＡｇペーストを接着または超音波による融着して接合される。また、図１に示すようにＩＣチップ８を覆う熱硬化製樹脂７４を形成しても良く、セラミック基板７１のキャビティ底面とＩＣチップ裏面との間に少なくとも熱硬化性樹脂７４を充填しても良い。この熱硬化性樹脂７４が加熱硬化することでＩＣチップ８と発振回路基板７との接合強度の面で補強される。熱硬化製樹脂７４としては、例えばエポキシ系の樹脂が用いられる。
【００２７】
さらに、水晶振動子搭載基板２と発振回路基板７は互いに開口が向かい合うように配置され、硬化されて導電性接着部材となるような導電性樹脂ペーストなどを用いて、接続されるのだが、水晶振動子導出用電極２３２、２３２と電極パッド７２２、７２２、更には電極パッド２３３、２３４と電極パッド７２３、７２４が対応するように配置され、夫々が接続される。
【００２８】
このようにして、水晶振動子搭載基板２と発振回路基板７の夫々シールドされた容器が接続され、水晶発振器を形成することによって、シールド効果を高めた水晶発振器が達成された。
【００２９】
また、他の例としては、図５に示すように水晶振動子搭載基板２のキャビティ１２０と反対側の面にアース電極１２５を略全面に形成し、一方、発振回路基板用容器１７のキャビティと反対側の面に電極パッド１７６を形成し、全体として図１〜図４に示した例に対して上下の主面が逆に位置するように形成してもよい。
上述の水晶振動子搭載基板２と発振回路基板７の開口端面の電気的・機械的な接続は、硬化されて導電性接着部材となる導電性樹脂ペースト（不図示）により行われている。
【００３０】
上述の水晶発振器１は以下のようにして製造される。
まず、短冊状の水晶基板３を準備する。次に、水晶基板３０の両主面に励振電極３１を形成し、水晶基板３０の両面に励振電極３１から導出された引き出し電極３２を形成し、水晶振動子３を作製する。
【００３１】
次に、一方主面にキャビティ２０を形成し、底面、即ち、誘電体基板２１の一方主面に一対の電極パッド２４、２４をメッキ処理により形成した水晶振動子搭載基板２を準備する。尚、該水晶振動子用容器は、誘電体基板２１の一方主面内に誘電体基板２２、２３が積層され、誘電体基板２２の内周寄り上面には封止用導体膜２２１が形成され、さらに他方の誘電体基板２３は上面に２３２、２３３、２３４などの電極パッドが形成されている。
【００３２】
次に、電極パッド２４、２４に、例えば、硬化して導電性接着部材４となる導電性樹脂ペーストをディスペンサーなどで供給・塗布する。この時、供給された導電性樹脂ペーストは、概略半球状に全体盛り上がった形状となる。
【００３３】
そして、水晶振動子３の引き出し電極３２、３２が当接するように導電性樹脂ペーストに載置する。次に、導電性樹脂ペーストを硬化して、セラミックパッケージ２と水晶振動子３とを熱により硬化させて接合固定する。
【００３４】
次に、水晶振動子３の周波数調整を行う。具体的には、水晶振動子搭載基板２の開口端面に形成された電極パッド２３２、２３２に発振周波数測定用の電極パッド（図示しない）を形成しておき、電源電圧、グラウンド及び周波数測定用プローブを接続し、水晶振動子３を発振させた状態で、水晶振動子３の励振電極上にＡｇ蒸着やイオンガンなどにより励振電極の質量の増減を行うことにより、発振周波数の調整を行う。
次に、Ｎ２やＨｅなどの所定雰囲気中で封止用導体膜２２１上に金属製蓋体６を接合面が下向きになるように載置し、両者をシーム溶接にて封止する。
次に、発振回路基板７の一方主面にＩＣチップ８の実装を行う。具体的には、まずＩＣチップ８に形成したＡｕバンプ（図示しない）とセラミック基板７１の主面上に形成した電極パッド（図示しない）とを対応する位置に位置決めして載置する。その後、ＩＣチップ８にＡｇペーストによる接着や超音波による融着などにより互いに接合させる。
次に、ＩＣチップ８を覆うようにエポキシ系の熱硬化性の樹脂７４を充填し、加熱・硬化させる。
【００３５】
最後に水晶振動子搭載基板２と発振回路基板７の夫々の開口が対向するように配置し、電極パッド２３２、２３２と電極パッド７２２、７２２及び電極パッド２３３、２３４及び電極パッド７２３、７２４が対応する位置に位置するような状態で、硬化されて導電性接着部材となる導電性樹脂ペーストなどを用いて、水晶振動子搭載基板２と発振回路基板７を接続し、加熱することにより硬化する。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、圧電搭載基板と発振回路基板の各容器のキャビティ側開口を互いに向き合うように接続させることにより、圧電振動子を搭載する圧電振動子搭載基板と発振回路基板の間に、圧電振動子を気密封止するための金属製蓋体が介在されることになり、その金属製蓋体がアース電位に接続されているので、圧電振動子を駆動させる電子部品と圧電振動子はシールドされることになる。これにより、簡単な構成で圧電振動子を駆動させる電子部品から発生した電磁波が圧電振動子へ干渉するのを阻止することができ、信頼性が増した圧電デバイスが提供できる。
【００３７】
また、本発明では各容器のキャビティ側開口を互いに向き合うように接続させているので、キャビティの境はシールド電極である金属製蓋体のため露出した電極を配置しない構造にできるから浮遊容量の発生をすることがない。
【００３８】
また、圧電振動子搭載基板の容器の側壁上面に前記電極パッドから接続された第１接続電極を露出させ、また、前記発振回路基板の容器の側壁上面に前記内部配線から接続された第２接続電極が形成されており、かつ、前記圧電振動子搭載基板と発振回路基板との接続は、前記第１接続電極と第２接続電極が対面して当接させた構成をとることにより、圧電搭載基板と発振回路基板の各容器キャビティ側開口を互いに向き合うように接続させるだけで電気的・機械的接続とシールド効果を同時に達成することができ、量産性が増して歩留まりの改善を図ることができる。
【００３９】
さらに、本発明では各容器のキャビティ側開口を互いに向き合うように接続させているので、メイン基板に圧電デバイスを搭載したときに、その表面は外部からの電磁的影響を受けやすくなるが、本発明では、圧電デバイスを搭載するメイン基板の表面は必ずアース電極で覆われることになるため、金属製蓋体がアース電位に接続して内部の電子部品からの電磁的干渉を防止するとともに、上述の外部からの電気的干渉をアース電極でシールドさせることができ、信頼性の高い圧電デバイスが提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電デバイスの側断面図である。
【図２】（ａ）は圧電デバイスに用いられる水晶振動子搭載基板だけの側断面図であり、（ｂ）は発信回路基板だけの側面図である。
【図３】（ａ）は本発明の圧電デバイスに用いられる水晶振動子の蓋体を省略した上面図であり、（ｂ）は本発明の圧電デバイスに用いられる水晶振動子の下面図である。
【図４】（ａ）は本発明の圧電デバイスに用いられる発振回路基板の上面図であり、（ｂ）本発明の圧電デバイスに用いられる発振回路基板の下面図である。
【図５】本発明の圧電デバイスの他の例を示した側断面図である。
【図６】従来の圧電デバイスの分解しての側断面図である。
【図７】従来の圧電デバイスの蓋体を省略した上面図である。
【符号の説明】
１・・・水晶発振器
２・・・水晶振動子搭載基板
２０・・・キャビティ
２１・・・誘電体基板
２２１・・・封止用導体膜
２４・・・外部端子電極
３・・・水晶振動子
３０・・・水晶基板
４・・・導電性接着部材
６・・・金属製蓋体
７・・・発振回路基板
７３・・・アース電極
８・・・ＩＣチップ
【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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【図７】
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