(57)【要約】【課題】低背化することができると共に、安定した周波数を出力することが可能な圧電デバイスを提供することにある。【解決手段】圧電振動素子と、該圧電振動素子を搭載する為の搭載パッドを設けてなるガラス製のベース基板と、該圧電振動素子を気密封止してなるガラス製のリッド基板と、該ベース基板に搭載されてなる集積回路素子と外部端子として用いる導電性部材により構成されてなることを特徴とするものである。【選択図】図１
2007181130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動素子と、該圧電振動素子を搭載する為の搭載パッドを設けてなるガラス製のベース基板と、該圧電振動素子を気密封止してなるガラス製のリッド基板と、該ベース基板に搭載されてなる集積回路素子と外部端子として用いる導電性部材により構成され、該ガラス製のリッド基板の表面に遮光層を設けてなることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
該ガラス製のリッド基板の表面の遮光層は、金属層、樹脂層が施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。
【請求項３】
圧電振動素子を搭載する為の搭載パッド、並びに封止用導体パターンを形成してなる基板領域を複数個形成してなるガラス製のシートベース基板を準備する工程Ａと、
該圧電振動素子を搭載すると共に、該ガラス製のシートリッド基板を配置・接合する工程Ｂと、
該シートベース基板に集積回路素子と、導電性部材を配置する工程Ｃと、
前記シートベース基板とシートリッド基板の外周部を一括的に切断することにより複数個の圧電デバイスを同時に得る工程Ｄと、を含む圧電デバイスの製造方法。
【請求項４】
該ガラス製のリッド基板の表面に遮光層を設け、前記遮光層として金属層、樹脂層が施されていることを特徴とする請求項３記載の圧電デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器に用いられる水晶振動子等の圧電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧電素板の両主面に電極を形成した圧電振動素子をパッケージ内部に搭載した、例えば、圧電振動子や、圧電振動子と発振回路とを同一のパッケージ内に搭載した圧電発振器、あるいは、特定の周波数帯を分離する圧電フィルタ等の圧電デバイスが、携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器に多用されている。そして近年、表面実装に対応した形状の圧電デバイスが開発され、電子機器の小型化に伴って、これらの圧電デバイスも小型化が進められている。
【０００３】
かかる従来の圧電デバイスの一例としては、水晶発振器を示す。容器体上面の第1の凹部には、一対の素子接続用電極パッドが設けられている。この素子接続用電極パッド上には、導電性接着材を介して電気的に接続される一対の励振電極を表裏主面に有した水晶振動素子２２が搭載されており、この水晶振動素子２２を囲繞する容器体２１の側壁頂部にはシールリング２３が取着されている。
【０００４】
このシールリング２３の上に金属製の蓋体２４を被せ、シーム溶接等でシールリング２３と蓋体２４とを接合することにより、水晶振動素子２２の搭載空間（凹部空間）を気密封止する。
また、容器体下面の第２の凹部には、水晶振動素子２２の発振周波数に基づいて発振信号を出力する集積回路素子２６を収容した構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
かかる水晶発振器は、容器体２１の下面に設けられる電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子として機能する外部端子２５から所定周波数の基準信号が発振・出力される。このような基準信号は携帯用通信機器等の電子機器におけるクロック信号として利用されることとなる。
【０００６】
また、特許文献２に示す振動子容器構造のものがある。この技術は水晶振動子片と一体に形成された外枠と、前記水晶振動子片の基部の取付電極と、前記外枠の上面の金属層と下面の金属層と、前記外枠の上面上に前記金属層を介して配置し前記水晶振動子片と向かい合う面に凹部を有する蓋と、前記外枠の下面上に前記下面の金属層を介して配置し前記水晶振動子片と向かい合う面に凹部を有し、かつ前記取付電極と電気的に接続されたスルーホールを有するケースとからなり、前記蓋と前記ケースが水晶あるいはガラスからなる水晶振動子である。
【０００７】
前述のような水晶発振器等を含む圧電デバイスについては、以下のような文献が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−７７９４３号公報
【特許文献２】特開２０００−６８７８０号公報
【０００８】
なお、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】
【０００９】
しかしながら、従来の圧電デバイスによれば、パッケージにシールリングを用いるのでこれ以上低背化することができないといった欠点があった。
また、ガラス製のベース基板とリッド基板を用いて発振器を作成した場合、光がガラスを透過して直接搭載されている発振用集積回路素子の回路に照射されることにより、発振用集積回路素子を構成するシリコン中の電子が光により励起され、過電流が生じることで、発振用集積回路素子で駆動する水晶振動子の組み合わせから周波数が安定しないといった欠点があった。
【００１０】
本発明は上述の欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、低背化することができると共に、安定した周波数を出力することが可能な圧電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の圧電デバイスは、圧電振動素子と、該圧電振動素子を搭載する為の搭載パッドを設けてなるガラス製のベース基板と、該圧電振動素子を気密封止してなるガラス製のリッド基板と、該ベース基板に搭  載されてなる集積回路素子と外部端子として用いる導電性部材により構成され、該ガラス製のリッド基板の表面に遮光層を設けてなることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の圧電デバイスは、該ガラス製のリッド基板の表面に遮光層を設け、遮光層として金属層、樹脂層を施してあることを特徴とするものである。
【００１３】
更にまた本発明の圧電デバイスの製造方法は、圧電振動素子を搭載する為の搭載パッド、並びに封止用導体パターンを形成してなる基板領域を複数個形成してなるガラス製のシートベース基板を準備する工程Ａと、該圧電振動素子を搭載すると共に、該ガラス製のシートリッド基板を配置・接合する工程Ｂと、該シートベース基板に集積回路素子と、導電性部材を配置する工程Ｃと、前記シートベース基板とシートリッド基板の外周部を一括的に切断することにより複数個の圧電デバイスを同時に得る工程Ｄと、を含むものである。
【００１４】
また更に本発明の圧電デバイスの製造方法は、該ガラス製のリッド基板の表面に遮光層を設け、遮光層として金属層、樹脂層を施してあることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の圧電デバイスによれば、圧電振動素子と、該圧電振動素子を搭載する為の搭載パッドを設けてなるガラス製のベース基板と、該圧電振動素子を気密封止してなるガラス製のリッド基板と、該ベース基板に搭載されてなる集積回路素子と外部端子として用いることによって、従来例に比し全体構造を薄く形成することができ、圧電デバイスの低背化に供することが可能となる。
【００１６】
また本発明の圧電デバイスによれば、該ガラス製のリッド基板の表面に遮光層を設けて、金属層が形成されてなることによって、該金属層で光が妨げられ、該集積回路素子の回路形成面に光が照射されることがなくなるので、発振用集積回路素子を構成するシリコン中の電子が光により励起され、過電流が生じることを阻止することにより安定した周波数を出力することが可能となる。
【００１７】
更に本発明の圧電デバイスによれば、該ガラス製のリッド基板の表面に、樹脂層が形成されてなることによって、該樹脂層で光が妨げられ、該集積回路素子の回路形成面に光が照射されることがなくなるので、安定した周波数を出力することが可能となる。
【００１８】
更にまた本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、圧電振動素子を搭載する為の搭載パッド、並びに封止用導体パターンを形成してなる基板領域を複数個形成してなるガラス製のシートベース基板を準備し、該圧電振動素子を搭載すると共に、該ガラス製のシートリッド基板を配置・接合することによって、低背化した圧電デバイスを得ることが可能となる。
【００１９】
また更に本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、該ガラス製のシートリッド基板の表面に遮光層として、金属層を形成することによって、該金属層で光が妨げられ、該集積回路素子の回路形成面に光が照射されることがなくなるので、安定した周波数を出力することが可能となる。
【００２０】
更にまた本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、該ガラス製のリッド基板の表面に、樹脂層を形成することによって、該樹脂層で光が妨げられ、該集積回路素子の回路形成面に光が照射されることがなくなるので、安定した周波数を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】
【００２１】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の圧電デバイスの分解斜視図であり、図２は本発明の圧電デバイスの断面図である。同図に示す圧電デバイスは、表面実装型の水晶発振器に適用した例を示す。
大略的に、圧電振動素子としての水晶振動素子１及び発振用集積回路素子２と、ベース基板３、リッド基板４と導電性部材５で構成されている。
【００２２】
ベース基板３としては、材料となるガラス材料に、該ベース基板３に対応した耐食膜を予め形成し、次にエッチングにより凹部６を形成し、耐食膜を剥離してベース基板３を形成する。凹部６には、水晶振動素子１を搭載する為の搭載パッド７が設けられている。
外周には、下述するリッド基板４と気密封止する為の封止用導体パターン８を設けられている。
【００２３】
また、ベース基板３の下面には、発振用集積回路素子２を配置する為の接続パッドが設けられていると共に、外部端子（電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子）として用いられる導電性部材５を接続する為の接続パッドも設けられている。
これらの外部端子は、水晶発振器をマザーボード（図示せず）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。
【００２４】
また同様に、リッド基板４もガラス材料により形成されており、外周には、封止用導体パターン８が設けられている。前記封止用導体パターン８の材料としては、アルミニウム以外のチタン、タンタル、シリコン等の陽極接合できる材料が用いられる。
【００２５】
前記水晶振動素子１は、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の励振電極を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の励振電極を介して水晶片に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こす。
このような水晶振動素子１は、その両主面に被着されている励振電極とベース基板３上面の対応する搭載パッド７とを導電性接着材９を介して電気的・機械的に接続することによってベース基板３の上面側に搭載される。
【００２６】
前記導電性接着材９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。
【００２７】
前記発振用集積回路素子２としては、その下面外周域に発振用集積回路素子２の電子回路と電気的に接続された複数個の電極パッドを有し、かかる発振用集積回路素子２は、単結晶シリコン等から成る基体の下面に、周囲の温度状態を検知する感温素子（サーミスタ）、水晶振動素子１の温度特性を補償する温度補償データを格納するとともに該温度補償データに基づいて水晶振動素子１の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、該温度補償回路に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路等の電子回路が設けられており、前述した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。
【００２８】
次に、ガラス製であるリッド基板４とベース基板３には、これらの軟化点よりも低い温度を加えた状態で、リッド基板４及びベース基板３と、封止用導体パターン８に直流電圧を印加する。
すなわち、陽極接合は、表面どうしを密着させて固相のまま接合する手法で、平滑な表面をもつ面どうしで、その表面原子の結合を生じさせて接合する方法である。
【００２９】
したがって、ガラス製であるリッド基板４とベース基板３には、印加された直流電圧の作用によって、イオンが移動し、リッド基板４及びベース基板３と、封止用導体パターン８間に静電引力が発生し、互いに密着して、強電界によりガラス側から電極側へイオンの移動がすすみ、界面で電極側の原子と共有結合を生じて、結合が行われる。これにより、ベース基板３に設けられた凹部６は、リッド基板４とベース基板３により気密封止されている。
【００３０】
かくして上述した圧電デバイスは、水晶振動素子１の励振電極間に外部からの変動電圧を印加し、水晶振動素子１の特性に応じた所定の周波数で厚みすべり振動を起こさせることによって、かかる水晶振動子の共振周波数に基づいて、前記発振用集積回路素子２で所定周波数の基準信号が発振・出力される。
【００３１】
次に上述した圧電デバイスの製造方法について図３を用いて説明する。  ここで、図３（ａ）〜（ｄ）は本発明の製造方法を説明するための斜視図である。
【００３２】
（工程Ａ）
まず、図３（ａ）に示す如く、基板領域を複数個形成してなるシートベース基板１０を準備する。
前記シートベース基板１０は、パイレックス（登録商標）、ホウケイ酸ガラス、ソーダガラスのガラス材料から構成されており、各基板領域に対応した耐食膜を予め形成し、次にエッチングにより、各基板領域に凹部６を形成し、耐食膜を剥離して各基板領域を形成する。凹部６には、水晶振動素子１を搭載する為の搭載パッド７が設けられており、外周には封止用導体パターン８が設けられている。
また、各基板領域の下面には、発振用集積回路素子２を配置する為の接続パッドが設けられていると共に、外部端子（電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子）として用いられる導電性部材５を接続する為の接続パッドも設けられている。
【００３３】
（工程Ｂ）
そして、図３（ｂ）に示すように、前記水晶振動素子1を搭載すると共に、該ガラス製のシートリッド基板１１を配置・接合する。
前記水晶振動素子１は、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の励振電極を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の励振電極を介して水晶片に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こすようになっている。
【００３４】
前記水晶振動素子１は、一対の励振電極を前記シートベース基板１０の各基板領域に設けた対応する搭載パッド７に導電性接着材９を介して電気的に接続させることにより各基板領域に実装される。
【００３５】
シートリッド基板１１もパイレックス（登録商標）、ホウケイ酸ガラス、ソーダガラスのガラス材料により形成されており、外周には、封止用導体パターン８が設けられている。前記封止用導体パターン８の材料としては、アルミニウム以外のチタン、タンタル、シリコン等の陽極接合できる材料が用いられる。
【００３６】
前記シートリッド基板１１の上面には、遮光層１２として従来周知のスパッタリング法により、金属層を形成することにより光が妨げられ、前記集積回路素子２の回路形成面に光が照射されることがなくなるので、安定した周波数を出力することが可能となる。
【００３７】
同様に前記シートリッド基板１１の上面にエポキシ樹脂等からなる樹脂層を塗布することにより、該樹脂層で光が妨げられ、前記集積回路素子２の回路形成面に光が照射されることがなくなるので、安定した周波数を出力することが可能となる。
【００３８】
なお、前記シートリッド基板１１の上面をサンドブラスト加工などの噴射加工技術により粗くすることによっても、ガラス製のリッド基板４表面の凹凸で光が屈折するので、該集積回路素子の回路形成面に光が直接照射されることがなくなるので、遮光層１２と同様の効果を奏することができる。
【００３９】
次に、ガラス製であるリッド基板４とベース基板３には、これらの軟化点よりも低い温度を加えた状態で、リッド基板４及びベース基板３と、封止用導体パターン８に直流電圧を印加する。
すなわち、陽極接合は、表面どうしを密着させて固相のまま接合する手法で、平滑な表面をもつ面どうしで、その表面原子の結合を生じさせて接合する方法である。
【００４０】
したがって、ガラス製であるリッド基板４とベース基板３には、印加された直流電圧の作用によって、イオンが移動し、リッド基板４及びベース基板３と、封止用導体パターン８間に静電引力が発生し、互いに密着して、強電界によりガラス側から電極側へイオンの移動がすすみ、界面で電極側の原子と共有結合を生じて、結合が行われる。
これにより、ベース基板３に設けられた凹部６は、リッド基板４とベース基板３により気密封止されている。
【００４１】
（工程Ｃ）
次に図３（ｃ）に示すように、前記シートベース基板１０の各基板領域に発振用集積回路素子２と、導電性部材５を配置する。
【００４２】
前記発振用集積回路素子２としては、その下面外周域に発振用集積回路素子２の電子回路と電気的に接続された複数個の電極パッドを有し、かかる発振用集積回路素子２は、単結晶シリコン等から成る基体の下面に、周囲の温度状態を検知する感温素子（サーミスタ）、水晶振動素子１の温度特性を補償する温度補償データを格納するとともに該温度補償データに基づいて水晶振動素子１の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、該温度補償回路に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路等の電子回路が設けられており、前述した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。
【００４３】
また、導電性部材５は、柱状や球状の金属物であり、半田等の導電性接着剤９により、前記シートベース基板１０の各基板領域に配置される。
前記導電性部材５は、外部端子（電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子）として用いられる。
【００４４】
（工程Ｄ）
そして最後に、図３（ｄ）に示す如く、前記シートベース基板１０とシートリッド基板１１の外周に沿って切断する。
従来周知のダイシング方法により、複数個の圧電デバイスを得ることができる。
【００４５】
なお、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。また、本実施例では、リッド基板４の上面を遮光する手段で記載しているが、発振用集積回路素子２に最も近いベース基板３側に同様の遮光手段を施すことでも効果があることは言うまでもない。
【００４６】
上述した実施形態においては、圧電振動素子として水晶振動素子１を用いた表面実装型の水晶発振器を例にとって説明したが、これに代えて、圧電振動素子として弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタ等の他の圧電振動素子を用いる場合にも本発明は適用可能である。
【００４７】
また上述した実施形態においては、前記リッド基板４の上面に遮光層１２として金属層を設けることにより、リッド基板４を通じて、ベース基板３の下面に形成されているグランド端子に接続することによって、シールド性を向上させることが可能となる。
【００４８】
更に上述した実施形態においては、前記リッド基板４の上面に樹脂層を設けているが、樹脂層が導電性樹脂を用いるとともに、リッド基板４を通じて、ベース基板３の下面に形成されているグランド端子に接続することによって、シールド性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態における圧電デバイス（水晶発振器）の分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態における圧電デバイス（水晶発振器）の断面図である。
【図３】（ａ）乃至（ｂ）は本発明の一実施形態にかかる圧電デバイス（水晶発振器）の製造方法を説明するための斜視図である。
【図４】本発明の他の実施形態における圧電デバイス（水晶発振器）の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・水晶振動素子
２・・・発振用集積回路素子
３・・・ベース基板
４・・・リッド基板
５・・・導電性部材
６・・・凹部
７・・・搭載パッド
８・・・封止用導体パターン
９・・・導電性接着剤
１０・・・シートベース基板
１１・・・シートリッド基板
１２・・・遮光層
【図１】
2007181130.tif 000003
【図２】
2007181130.tif 000004
【図３】
2007181130.tif 000005
【図４】
2007181130.tif 000006