(57)【要約】【課題】  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を防ぐ圧電デバイスする。【解決手段】  圧電振動素子３０と、外部端子となる柱状の導電性部材２０と、同一面に圧電振動素子３０を搭載する為の搭載パッド１３と導電性部材２０を搭載する為の電極パッド１１とを設けてなる集積回路素子１０と、圧電振動素子３０を被覆する凹部４１を有する蓋体４０と、を備え、蓋体４０が導電性部材２０の端部２１より集積回路素子１０側に位置すること。【選択図】      図１
2007180885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動素子と、
外部端子となる柱状又は球状の導電性部材と、
同一面に前記圧電振動素子を搭載する為の搭載パッドと前記導電性部材を搭載する為の電極パッドとを設けてなる集積回路素子と、
該圧電振動素子を被覆する凹部を有する蓋体と、を備え、
前記蓋体が前記導電性部材の端部より前記集積回路素子側に位置することを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
該蓋体を被覆する絶縁性樹脂層が設けら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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、電子機器に用いられる圧電デバイスに関する。
【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圧電振動子、このような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、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く用いられている。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水晶発振器を示す。この水晶発振器は、一対の励振電極を表裏主面に有した水晶振動素子と、この水晶振動素子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と、２つの枠部の間に基部を挟んで２つの凹部を形成している容器体と、金属製の蓋体とから構成されている。
【０００４】
ここで、容器体が有する２つの凹部のうち、一方の凹部には水晶振動素子を搭載するための搭載パッドが設けられており、この搭載パッドに導電性接着材を介して水晶振動素子が搭載されて電気的に接続されている。また、他方の凹部には集積回路素子が収容されている。水晶振動素子を囲繞する容器体の側壁頂部にはシールリングが取着されており、水晶振動素子が搭載されている凹部に蓋体を被せてシーム溶接等によりシールリングと蓋体とを接合することで気密封止する。（例えば、特許文献１参照。）。
このような水晶発振器は、容器体の下面、つまり、集積回路素子が収容される凹部を形成する枠部のマザーボードと向かい合う面に電源電圧端子、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が設けられ、この外部端子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。
【特許文献１】特開２０００−７７９４３号公報（段落００３１〜００８４、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の圧電デバイスによれば、容器体に圧電振動素子、集積回路素子等の配線を引き回さなくてはならないが、この配線抵抗が発振特性に影響を与えていた。
また、従来の圧電デバイスによれば、圧電振動子と集積回路素子とを搭載する容器体の厚みと蓋体の厚みがかさみ、低背化が難しくなってきている。
また、圧電デバイスの低背化に伴い、気密封止の確実性が損なわれる恐れがある。
さらに、従来の圧電デバイスは、容器体に圧電振動素子、集積回路素子等の配線を引き回さなくてはならないため、製造に手間やコストがかかっていた。
【０００６】
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、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を防ぐ圧電デバイスを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明は、圧電振動素子と、外部端子となる柱状又は球状の導電性部材と、同一面に前記圧電振動素子を搭載する為の搭載パッドと前記導電性部材を搭載する為の電極パッドとを設けてなる集積回路素子と、該圧電振動素子を被覆する凹部を有する蓋体と、を備え、前記蓋体が前記導電性部材の端部より前記集積回路素子側に位置することを特徴とする圧電デバイスである。
【０００８】
また、本発明は、該蓋体を被覆する絶縁性樹脂層が設けられていても良い。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の圧電デバイスによれば、圧電振動素子を発振用集積回路素子に直接実装するので、圧電振動素子の励振電極が発振用集積回路素子の搭載パッドに直接接続されるようになるため、発振用集積用回路素子を容器体に実装する場合に比し、圧電振動素子と発振用集積用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。
【００１０】
また、圧電振動素子を集積回路素子に直接接続し、この圧電振動素子を凹部が設けられた蓋体で覆い、導電性部材を外部端子として前記集積回路素子に設けたので、容器体が不要となり、電子デバイスの低背化が可能となる。
【００１１】
また、本発明の圧電デバイスによれば、該蓋体を被覆するように絶縁性樹脂層が設けられていることによって、圧電振動素子の気密性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、実施形態に係る絶縁性樹脂を除く圧電デバイスの主構成の一例を示す分解斜視図である。図２は、図１の圧電デバイスに樹脂を用いた場合の一例を示す斜視図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。
なお、圧電デバイスを表面実装型の水晶発振器として説明する。また、集積回路素子を発振用の集積回路素子とし、圧電振動素子を水晶振動素子として説明する。
【００１３】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る圧電デバイス（水晶発振器）１００は、集積回路素子１０、導電性部材２０、水晶振動素子３０、蓋体４０、絶縁性樹脂５０で主に構成されている。
【００１４】
集積回路素子１０は、図１に示すように、電子回路と電気的に接続された複数個（本実施形態では４個）の電極パッド１１と、これら電極パッド１１の内側に設けられる環状の封止用導体パターン１２と、この封止用導体パターン１２の内側に設けられる水晶振動素子用の搭載パッド１３とを有したフリップチップ型となっている。ここで、封止用導体パターン１２の形状は、後述する蓋体４０の縁部４２の形状に対応した形状となっている。また、前記封止用導体パターン１２は、後述する蓋体４０を封止材（図示せず）を介して、集積回路素子１０の上面に接合させるためのものであり、かかる前記封止用導体パターン１２を、上述したように、Ｗ（タングステン）もしくはＭｏ（モリブデン）から成る基層の表面にＮｉ（ニッケル）層及びＡｕ（金）層を順次被着させた構成となしておく。
【００１５】
なお、封止材は、蓋体４０を集積回路素子１０に対して接合するためのろう材層として機能するものであり、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）の組成比率は、例えば、金８０％、錫２０％であり、その厚みは、例えば、１０μｍ〜３０μｍである。
【００１６】
この集積回路素子１０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３０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３０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いる。このような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。
【００１７】
また、集積回路素子１０は、例えば、単結晶シリコンのインゴットを所定厚みにスライスして得られたシリコンウエハの一主面に従来周知の半導体製造技術によって、発振回路等の電子回路や電極パッド１１、封止用導体パターン１２、圧電振動素子搭載用の搭載パッド１３等を形成することによって製作されたものでも良い。
【００１８】
導電性部材２０，２０・・・は、図１及び図２に示すように、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）としての役割を果たし、集積回路素子１０の電極パッド１１に接続される。これらの外部端子となる導電性部材２０は、圧電デバイス１００をマザーボードＭ（図３参照）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。
【００１９】
この導電性部材２０は柱状となっており、集積回路素子１０に接続されたときに、当該集積回路素子と接続していない側の端部２１が蓋体４０よりも高い位置となる。
したがって、当該端部２１をマザーボードＭ（図３参照）と接続することで圧電デバイス１００をマザーボードＭ（図３参照）に実装した場合に、蓋体４０がそのマザーボードＭ（図３参照）に接触するのを防ぐことができる。
【００２０】
また、集積回路素子１０に設けられる電極パッド１１が、この集積回路素子１０の四隅に設けられる場合、導電性部材２０は、集積回路素子１０の四隅に設けられることとなる。したがって、後述する水晶振動素子３０を集積回路素子１０に搭載する場合、隣り合う導電性部材２０，２０の間に搭載しても良い。これにより、水晶振動素子３０の搭載位置が従来のように容器に設けられる凹部４１内に制限されることがなくなるので、水晶振動素子３０の性能に対する設計の自由度が向上する。
【００２１】
水晶振動素子３０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。
この水晶振動素子３０は、図１に示すように、集積回路素子１０に設けられている搭載パッド１３に搭載される。具体的には、水晶振動素子３０の励振電極に導電性接着材１４を介して搭載パッド１３に電気的に接続される。
【００２２】
これにより、水晶振動素子３０の励振電極間に外部からの変動電圧を印加して水晶振動素子３０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、かかる水晶振動素子３０の共振周波数に基づいて、集積回路素子１０で所定周波数の基準信号が発振・出力される。
なお、導電性接着材１４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。
【００２３】
蓋体４０は、図１及び図２に示すように、集積回路素子１０に搭載された水晶振動素子３０を気密封止する役割を果たし、封止材を介して封止用導体パターン１２に取着される。この蓋体４０は、集積回路素子１０の電極パッド１１に接続されている導電性部材２０に設けられたグランド端子に電気的に接続される。これによって、圧電デバイス１００を試用した場合に、蓋体４０はグランド電位に保持されることとなり、水晶振動素子３０が蓋体４０のシールド効果によって外部からの不要な電気的作用、例えばノイズ等から良好に保護される。
【００２４】
また、蓋体４０は、例えば、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属から成る、厚み６０μｍ〜１００μｍの金属板を従来周知の板金加工（例えば絞り加工）により凹部４１と縁部４２とが形成される。これにより、水晶振動素子３０を覆いつつ集積回路素子１０に容易に配置することができる。
【００２５】
絶縁性樹脂５０は、図２及び図３に示すように、エポキシ樹脂等であり、流動性が低いものが望ましい。
この絶縁性樹脂５０は、集積回路素子１０に取着された蓋体４０の外周面を覆って更に気密を保つ役割を果たす。これにより、気密封止性を更に向上させることが可能となる。
【００２６】
このように、本発明の実施形態に係る圧電デバイス１００は、集積回路素子１０に水晶振動素子３０を搭載しつつ、この水晶振動素子３０を搭載している面と同一面に導電性部材２０を接続し、さらに、水晶振動素子３０を覆う蓋体４０を導電性部材２０の端部２１よりも集積回路素子１０側に位置させたので、配線距離が短くなり、従来に比べて配線抵抗が少なく、発振特性を良好にしつつ、低背化を可能にすることができる。
また、蓋体４０の外周を絶縁性樹脂５０で覆ったので、蓋体４０と絶縁性樹脂５０とで二重の気密封止となるので、気密性が向上することとなる。
【００２７】
次に本発明の実施形態に係る圧電発振器１００の製造方法について説明する。
図４（ａ）はマトリクスに配列されてウエハ状となる圧電デバイスの一例を示す図であり、図４（ｂ）は（ａ）に続く工程を示す図である。
【００２８】
（工程Ａ）
まず、マトリクスに配列されてウエハ状となっている集積回路素子１０に一対の搭載パッド１３と封止用導体パターン１２を被着・形成し、封止用導体パターン１２の外側であって集積回路素子１０の四隅に電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子等の外部端子となる電極パターン１１を被着・形成する。
【００２９】
（工程Ｂ）
そして、水晶振動素子３０の一対の励振電極を、導電性接着剤１４を介して集積回路素子１０のこれら励振電極に対応する搭載パッド１３に接続することで、各集積回路素子１０に水晶振動素子３０を１個ずつ搭載する。これにより、水晶振動素子３０は集積回路素子１０と電気的・機械的に接続される。
【００３０】
（工程Ｃ）
次に、各集積回路素子１０に搭載した水晶振動素子３０を覆うように蓋体４０の凹部４１内に該水晶振動素子３０を収容し、蓋体４０の縁部４２と集積回路素子１０の封止用導体パターン１２とを接合して気密封止する。
このように、水晶振動素子３０を集積回路素子１０に実装させておけば、水晶振動素子３０の励振電極が発振用集積回路素子１０の搭載パッド１３に直接接続されることとなるため、水晶振動素子３０と集積回路素子１０の電子回路とを接続する配線の長さは著しく短縮され、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る。これにより、従来より良好な発振特性が得られる。
【００３１】
また、このような蓋体４０を、集積回路素子１０に水晶振動素子３０が配置され、封止用導体パターン１２に金錫（Ａｕ−Ｓｎ）等からなる封止材（図示せず）を介して集積回路素子１０に載置させ、しかる後、これを例えば、３００℃〜３５０℃の温度に保たれた加熱炉の中に入れ、前記封止材を高温で加熱・溶融させることによって、蓋体４０が集積回路素子１０に接合される。その後、一体化された集積回路素子１０と蓋体４０とは徐々に室温まで冷却される。この他に、レーザー光やハロゲンランプ等を用いて、封止材を溶融することによって、蓋体４０と集積回路素子１０とを接合する方法もある。
【００３２】
前記ハロゲンランプは、バルブ内にタングステンフィラメントを備え、ハロゲンガスを封入したものである。このタングステンフィラメントが通電加熱されると、ハロゲンガスと反応し、タングステン−ハロゲン化合物が生成される。タングステン−ハロゲン化合物は、バルブ内の対流により、タングステン−ハロゲン化合物がフィラメント付近に運ばれ、高温によりタングステンとハロゲンガスに分解されて、タングステンは、フィラメントに沈殿するというハロゲンサイクルを繰り返し、光ビームを発生するものである。
【００３３】
（工程Ｄ）
次に、図４（ａ）に示すように、蓋体４０の外周面を絶縁性樹脂５０で覆う。これによって、気密封止性を更に向上させることが可能となる。この絶縁性樹脂５０は、エポキシ樹脂等であり、流動性が低いものが望ましい。
【００３４】
（工程Ｅ）
そして最後に、図４（ｂ）に示すように、マトリクスに配列されてウエハ状となる集積回路素子１０の外周に沿って切断する。
切断は、ダイサーを用いたダイシング等によって行なわれる。この切断の工程を経てマトリクスに配列されてウエハ状となる集積回路素子１０は、個々に分割される。これにより、複数個の圧電デバイス１００が同時に得られる。
【００３５】
このような方法で本発明の実施形態に係る電子デバイスを製造すれば、気密性を向上させることができ、かつ、配線抵抗を少なくして従来より良い発振特性を得ることができる。また、製造が容易となるため、製造にかかる手間やコストを削減できる。
【００３６】
（変形例）
次に、本発明の実施形態に係る圧電デバイスは、図５に示すように、変形例を含んでいる。図５は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスの変形例の一例を示す部分断面図である。図５に示すように、導電性部材２０Ｂの形状が球状となっている。このように構成しても本発明の前記実施形態と同様の効果を奏する。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には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が可能である。
例えば、圧電振動素子として水晶振動素子を用いた表面実装型の圧電デバイス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。
また、水晶振動素子３０に代えて、コンデンサ等の電子部品を集積回路素子１０に搭載してもよい。
【００３８】
また、絶縁性樹脂５０は、蓋体４０の外周面以外に、この蓋体４０を含めて集積回路素子１０の蓋体４０を接続している面の全体に設けても良い。
また、絶縁性樹脂５０を、端部を除く導電性部材２０と蓋体４０とを被覆するように設けても良い。このようにすることで、該導電性部材２０を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施形態に係る絶縁性樹脂を除く圧電デバイスの主構成の一例を示す分解斜視図である。
【図２】図１の圧電デバイスに樹脂を用いた場合の一例を示す斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】（ａ）はマトリクスに配列されてウエハ状となる圧電デバイスの一例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に続く工程を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る圧電デバイスの変形例の一例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１００  圧電デバイス
１０    集積回路素子
１１    電極パッド
１２    封止用導体パターン
１３    搭載パッド
２０    導電性部材
２１    端部
３０    水晶振動素子
４０    蓋体
４１    凹部
４２    縁部
５０    絶縁性樹脂
【図１】
2007180885.tif 000003
【図２】
2007180885.tif 000004
【図３】
2007180885.tif 000005
【図４】
2007180885.tif 000006
【図５】
2007180885.tif 000007