(57)【要約】      （修正有）【課題】周波数可変量を容易に調整可能な電圧制御型圧電発振器の提供。【解決手段】電圧制御型水晶発振器１０は、水晶振動子Ｘ1と、この水晶振動子Ｘ1を発振させる発振回路などを含む半導体回路素子としてのＩＣチップ４０と、水晶振動子Ｘ1に直列に接続されたインダクタンスＬ1、を有している。インダクタンスＬ1は、水晶振動子Ｘ1及びＩＣチップ４０を収容する積層回路基板としてのパッケージの層間に設けられたインダクタ回路パターン、及び、そのインダクタ回路パターンの始端から終端の間に設けられた複数の第１引出端子から層内配線などによりパッケージの表面に引き出されたボンディングパッドａ〜ｄを用いている。ボンディングパッドｂ，ｃ，ｄのいずれかと、ＩＣチップ４０の電極パッド４５とがボンディングワイヤー３７により接続され、インダクタンスＬ1の終端ａが水晶振動子Ｘ1に接続される。【選択図】図６
2012090203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動片と、
前記圧電振動片を発振させるための発振回路を含む半導体回路素子と、
前記圧電振動片及び前記半導体回路素子が電気的に接続される回路パターンを含む回路
基板と、を有する圧電発振器であって、
前記回路パターンは、前記圧電振動片に直列に接続されるインダクタ回路パターンを含
み、
前記回路基板の表面に、前記インダクタ回路パターンの始端から終端の間の複数のポイ
ントから引き出された複数のボンディングパッドが設けられ、
前記半導体回路素子と前記ボンディングパッドとがワイヤーボンディングにより接続さ
れている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、
前記回路基板が積層回路基板であり、前記積層回路基板の層間に前記インダクタ回路パ
ターンが形成され、前記インダクタ回路パターンと前記ボンディングパッドとがスルーホ
ールまたはビアホールにより接続されていることを特徴とする圧電発振器。
【請求項３】
請求項２に記載の圧電発振器において、
前記インダクタ回路パターンが、前記積層回路基板の複数の層間に形成されていること
を特徴とする圧電発振器。
【請求項４】
請求項２に記載の圧電発振器において、
前記インダクタ回路パターンが、前記積層回路基板の一つの層間に形成されていること
を特徴とする圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数制御デバイスなどとして使用される圧電発振器に関し、特に、電圧制
御型の圧電発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧電振動片をパッケージ内に気密封止して構成された表面実装型の圧電デバ
イスが広く用いられている。ここで、圧電振動片は、水晶などの圧電体基板を所定の角度
及び厚さに切り出した薄板が固有の共振周波数を有する特性を利用するもので、例えば、
圧電体基板を所謂ＡＴカットと呼ばれるカット角にて切り出した薄板を用いた厚み滑り振
動をするＡＴカット水晶振動片などが利用される。
このような水晶振動片を用いた圧電デバイスとして、例えば、水晶振動片と、その水晶
振動片を発振させる発振回路を含む半導体回路素子などの電子部品とを同一パッケージ内
に接合して封止した表面実装型の水晶振動子を用いた圧電発振器としての水晶発振器が、
周波数や時間などの基準源として広く用いられている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、上記した電圧制御型の水晶発振器は、周波数安定度が高く、経年変化を補正し得
る周波数制御ができるなどの優れた特性を有していることから、近年、移動体通信機器や
伝送通信機器などの各種通信機器に広く利用されている。図９は、従来の電圧制御型水晶
発振器の一例を示す回路図であり、Ｘ1は水晶振動子、Ａ1は増幅器、Ｃa及びＣbはコンデ
ンサー、Ｄ1は可変容量ダイオード、ＩＮは制御電圧入力端子、Ｒdは制御電圧印加用抵抗
、ＯＵＴは電圧制御型水晶発振器の周波数出力端子をそれぞれを表す。
また、水晶振動子Ｘ1の一般的な等価回路は図７のように表される。図７において、Ｌ1
は等価直列インダクタンス、Ｃ1は等価直列容量、Ｒ1は等価直列抵抗、Ｃ0は並列容量で
ある。
水晶振動子Ｘ1からみた増幅器Ａ1を含む回路側の負荷容量（合成容量）をＣLとし、容
量比をγ（Ｃ0／Ｃ1）とすると、この負荷容量ＣLによる共振周波数ｆ0の変化量Δｆ／ｆ
0は周知の次式で表される。
Δｆ／ｆ0＝Ｃ0／（２γ（Ｃ0＋ＣL））
即ち、電圧制御型水晶発振器の周波数は、発振ループ中の負荷容量によりその共振周波
数が変化する。
また、可変容量ダイオードＤ1は、その２端子間に印加する逆電圧に応じて容量値が変
化するダーオードである。したがって、可変容量ダイオードＤ1を発振ループ中に挿入し
、その印加電圧を変化させることによって発振周波数を制御することができる。
【０００４】
また、周波数可変範囲をさらに広げ、且つ、周波数可変範囲の調整が行えるように、水
晶振動子に直列にインダクタンスＬを接続する構成の電圧制御型の水晶発振器が、例えば
特許文献２に開示されている。このような目的で発振ループに挿入するインダクタンスＬ
を一般的に伸長コイル（あるいは、単に「コイル」）と称する。これは、水晶振動子Ｘ1
に直列にインダクタンスＬを接続すると、共振周波数はインダクタンスＬを挿入する以前
の周波数よりも低くなるが、反共振周波数は変化しないため、共振・反共振周波数間隔が
広がるという原理に基づくものである。
また、特許文献２の電圧制御型の水晶発振器では、発振ループに挿入するインダクタン
スＬとして、チップインダクタからなる粗調整用のコイルＡと、トリミング用のコイルか
らなる微調整用のコイルＢとが、水晶振動子に直列に接続されている。コイルＡを、所望
の発振周波数及び周波数可変量の近傍に合わせるように装荷しておき、さらにコイルＢを
レーザー照射することなどによりトリミングしてインダクタンス値の微調整を行うことに
より、所望の発振周波数及び周波数可変量に合わせ込むことができるようになっている。
【０００５】
近年、光デジタル通信網や移動体通信網などの普及に伴い、より周波数安定度が高く、
且つ、広い周波数可変幅を有する電圧制御型水晶発振器の需要が増大している。これは、
例えば、網同期においてＰＬＬ（Phase Locked Loop）発振器を構成するローカル発振器
として電圧制御型水晶発振器を用いた場合、これを構成する水晶振動片やその他の電子部
品が経年劣化することによって周波数がシフトしても、周波数可動幅が十分に広ければ、
ＰＬＬ発振器に供給される基準発振周波数に同期させることができるためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３７４１４６号公報
【特許文献２】特開２００８−１７７９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２の電圧制御型の水晶発振器では、水晶発振器の回路基板にチ
ップインダクタを実装する必要があることや、微調整用のトリミング用のコイルをトリミ
ングするためのレーザー照射装置など、設備や製造工程の増設が必要になるという課題が
あった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態または適用例として実現することが可能である。
【０００９】
〔適用例１〕本適用例にかかる圧電発振器は、圧電振動片と、前記圧電振動片を発振さ
せるための発振回路を含む半導体回路素子と、前記圧電振動片及び前記半導体回路素子が
電気的に接続される回路パターンを含む回路基板と、を有する圧電発振器であって、前記
回路パターンは、前記圧電振動片に直列に接続されるインダクタ回路パターンを含み、前
記回路基板の表面に、前記インダクタ回路パターンの始端から終端の間の複数のポイント
から引き出された複数のボンディングパッドが設けられ、前記半導体回路素子と前記ボン
ディングパッドとがワイヤーボンディングにより接続されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、複数のボンディングパッドのうち、ワイヤーボンディングするボン
ディングパッドを選択することにより、圧電振動片に直列に接続されるインダクタ回路パ
ターンの長さを変えてインダクタ値を調整し、圧電発振器の周波数可変量を調整すること
ができる。したがって、インダクタ素子を接合したり、レーザー照射などの製造工程及び
設備を増設させたりする必要がなくなり、比較的容易に、所望の周波数可変量に調整され
た圧電発振器を提供することができる。
【００１１】
〔適用例２〕上記適用例にかかる圧電発振器において、前記回路基板が積層回路基板で
あり、前記積層回路基板の層間に前記インダクタ回路パターンが形成され、前記インダク
タ回路パターンと前記ボンディングパッドとがスルーホールまたはビアホールにより接続
されていることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、インダクタ回路パターンが回路基板の表面から絶縁されるとともに
、圧電振動片及び半導体回路素子とインダクタ回路パターンとを、絶縁された状態で縦配
置することができるので、小型で信頼性の高い圧電発振器を提供することができる。
【００１３】
〔適用例３〕上記適用例にかかる圧電発振器において、前記インダクタ回路パターンが
、前記積層回路基板の複数の層間に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
この構成には、複数の層間に形成したインダクタ回路パターンが直列に接続された構成
と、各層間に独立したインダクタ回路パターンを形成し、各々を基板の表面に設けられた
ボンディングパッドに引き出す構成と、を含む。
このような構成によれば、インダクタ回路パターンの長さや形状の自由度が向上するの
で、圧電発振器の周波数可変範囲の調整幅を広くしたり、精度の高い調整を行ったりする
ことが可能になる。
【００１５】
〔適用例４〕上記適用例にかかる圧電発振器において、前記インダクタ回路パターンが
、前記積層回路基板の一つの層間に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、簡便な製造工程で製造された積層回路基板を用いて、比較的容易に
、所望の周波数可変量に調整された圧電発振器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）は、本発明の圧電発振器にかかる圧電振動片としての水晶振動片の一実施形態を上側からみて模式的に説明する平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線模式平面図。
【図２】（ａ）は、本発明にかかる圧電発振器としての電圧制御型水晶発振器の一実施形態を模式的に説明する平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図３】回路基板としてのパッケージの第１層基板の概略平面図。
【図４】パッケージの第２層基板の概略平面図。
【図５】パッケージの概略平面図。
【図６】圧電発振器としての電圧制御型水晶発振器の回路構成の一例を説明する回路図。
【図７】水晶振動子の等価回路の一例を説明する回路図。
【図８】電圧制御型水晶発振器の製造工程の一例を説明するフローチャート。
【図９】従来の圧電発振器としての電圧制御型水晶発振器の一例を説明する回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、圧電発振器としての電圧制御型水晶発振器について、図面を参照しながら説明す
る。
【００１９】
〔水晶振動片〕
まず、電圧制御型水晶発振器に搭載される圧電振動片としての水晶振動片１について説
明する。図１は、本実施形態の電圧制御型水晶発振器に含まれる水晶振動片１を模式的に
説明するものであり、図１（ａ）は上側からみた平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面
図である。
図１において、水晶振動片１は、例えば、水晶ブロックから所謂ＡＴカットと呼ばれる
カット角で切り出した水晶基材を、所定の形状に成形した圧電体基板としてのＡＴカット
水晶基板を基材として用いている。また、本実施形態の水晶振動片１は、矩形平板状の水
晶基板の両主面の一部が突出して肉厚部分となる第１及び第２突部５Ａ，５Ｂを有した所
謂メサ形状を呈している。
【００２０】
メサ形状の水晶基板の一方の主面側の第１突部５Ａ上には、駆動用の電極である第１励
振電極１５Ａが設けられている。また、水晶基板の一端側近傍には第１外部接続電極１８
Ａが設けられている。第１励振電極１５Ａと第１外部接続電極１８Ａとは、第１電極間配
線１６Ａにより電気的に接続されている。
これと同様に、水晶基板の他方の主面の第２突部５Ｂ上には、第１励振電極１５Ａの対
向電極である第２励振電極１５Ｂが設けられ、水晶基板の一端側近傍の上記第１外部接続
電極１８Ａと平面視で重ならない領域に設けられた第２外部接続電極１８Ｂとが、第２電
極間配線１６Ｂにより電気的に接続されている。
メサ形状の水晶基板において、第１及び第２励振電極１５Ａ，１５Ｂが設けられた第１
及び第２突部５Ａ，５Ｂからなる肉厚部分は、水晶振動片１の振動部となる。また、第１
及び第２外部接続電極１８Ａ，１８Ｂが形成された水晶基板の一端側近傍は、水晶振動片
１をパッケージ２０に接合する際の接合部（支持部）となる。
【００２１】
なお、第１及び第２励振電極１５Ａ，１５Ｂ、第１及び第２外部接続電極１８Ａ，１８
Ｂ、第１及び第２電極間配線１６Ａ，１６Ｂなどの電極や配線は、水晶基板（水晶ウェハ
ー）をエッチングしてメサ型の水晶振動片１の外形を形成した後に、蒸着またはスパッタ
リングにより、例えばニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層として、その上に
例えば金（Ａｕ）による金属膜を成膜し、その後フォトリソグラフィを用いてパターニン
グすることにより形成することができる。
【００２２】
〔電圧制御型水晶発振器〕
次に、上記水晶振動片１を用いた電圧制御型水晶発振器について説明する。図２は、上
記の水晶振動片１を用いた電圧制御型水晶発振器の一実施形態を説明するものであり、（
ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図２（ａ）では、水晶振
動子の内部の構成を説明する便宜上、水晶振動子の上部に接合される蓋体としてのリッド
３０の図示を省略し、リッド３０の搭載位置を想像線（二点鎖線）にて示している。また
、図３、図４、及び図５は、電圧制御型水晶発振器に用いる回路基板としてのパッケージ
２０の積層構造において、各基板層の具体的な配線例を説明するものであり、図３は第１
層基板の概略平面図、図４は第２層基板の概略平面図、図５は、第１層基板から第６層基
板までが積層されたパッケージの概略平面図である。
【００２３】
図２に示すように、電圧制御型水晶発振器１０は、回路基板としてのパッケージ２０と
、水晶振動片１と、水晶振動片１を駆動させる駆動回路を含む半導体回路素子としてのＩ
Ｃチップ４０と、を有している。本実施形態の電圧制御型水晶発振器１０は、水晶振動片
１とＩＣチップ４０とがパッケージ２０の凹部内に接合されて封止された、表面実装が可
能な所謂ＳＭＤ（Surface Mount Device）タイプの水晶発振器である。このようなＳＭＤ
タイプの電圧制御型水晶発振器１０は、小型、薄型化を図るのに有利である。また、表面
実装部品として規格化されているＳＭＤタイプの電圧制御型水晶発振器１０は、例えば、
基板に接合した水晶振動片を筒状のキャップで覆うことにより封止するタイプの水晶振動
子のように、外部接続用のリード線を外部基板の接続端子形状に合わせて切断したり成形
したりする必要がなく、外部基板への搭載の自動化も図りやすいので、実装工程の簡略化
や低コスト化に有利である。
【００２４】
パッケージ２０は、順次積層された略矩形の平板状の第１層基板２１、第２層基板２２
、及び第３層基板２３と、第３層基板２３上に順次積層された略矩形フレーム状の第４層
基板２４、第５層基板２５、及び第６層基板２６を有し、さらに、第６層基板２６上には
、略矩形フレーム状のシールリング２９が配置される。略矩形フレーム状の第４層基板２
４〜第６層基板２６の開口部の大きさが上方にいくに従って大きくなることにより、パッ
ケージ２０には、第３層基板２３の上面側を凹底部分とし、第４層基板２４〜第６層基板
２６側に開口した段差を有する凹部が形成されている。
【００２５】
このようなパッケージ２０の凹部において、凹部の凹底部分となる第３層基板２３の上
面には、ＩＣチップ４０が載置されるダイパッド６１が設けられている。また、パッケー
ジ２０の外底面となる第１層基板２１の下面には、外部基板との接合に供する外部実装端
子６２が設けられている。
また、第４層基板２４によりダイパッド６１を平面視で囲むように形成される段差上に
は、後述するＩＣチップ４０の複数の電極パッド４５と対応して接続されるボンディング
パッド５７及びボンディングパッド５６ａ〜５６ｄ（図５を併せて参照）が設けられてい
る。
さらに、第５層基板２５により第４層基板２４上に形成される段差上には、水晶振動片
１が接合される複数の振動片接続端子６５が設けられている。
なお、これらの各振動片接続端子６５やボンディングパッド５７およびボンディングパ
ッド５６ａ〜５６ｄ、あるいは外部実装端子６２などの各端子は、第１層基板２１〜第６
層基板２６に形成された図示しない引き回し配線またはスルーホールなどの層内配線によ
り、それぞれ対応する端子どうしが接続されて回路配線を形成している。
【００２６】
ここで、本実施形態の電圧制御型水晶発振器１０において、大きな特徴となっている回
路基板としてのパッケージ２０に設けられたインダクタ回路パターンについて、図面に沿
って詳細に説明する。図２（ｂ）および図３に示すように、インダクタ回路パターン５０
は、多層構造のパッケージ２０の第１層基板２１と第２層基板２２との層間である第１層
基板２１の上面に設けられている。インダクタ回路パターン５０は、回路基板としてのパ
ッケージ２０に形成された電圧制御型水晶発振器１０の発振回路の発振ループに挿入され
るインダクタンスであり、一般に伸長コイルあるいは単にコイルと称される。本実施形態
のインダクタ回路パターン５０は、第１層基板２１の上面に細長い配線５１が一端部から
他端部側へ多数回折り返された形状のコイルとして形成されている。なお、インダクタ回
路パターン５０の形状はこれに限らず、配線５１によるインダクタ回路パターンの始端か
ら終端までの長さがなるべく長くなる形状であればよく、例えば、渦巻き形状であっても
よい。
【００２７】
インダクタ回路パターン５０の始端から終端までの間には、所定の間隔で設けられた複
数の第１引出端子５１ａ〜５１ｄを有している。本実施形態のインダクタ回路パターン５
０には、四つの第１引出端子５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄが設けられている。
第１引出端子５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄは、図４に示す第２層基板２２の層内に
形成されたスルーホールまたはビアホールなどの層内配線５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２
ｄにより第２層基板２２の上面（第３層基板２３と積層される面）にそれぞれ引き出され
ている。
第２層基板２２の上面に引き出された層内配線５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄは、端
子間配線５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄをそれぞれ介して、第２層基板２２の上面の所
定の位置に設けられた第２引出端子５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄに接続されている。
第２層基板２２の上面の第２引出端子５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄが設けられた所定
の位置とは、図５に示すパッケージ２０の第４層基板２４の上面（第５層基板２５と積層
される面）に設けられたボンディングパッド５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄと平面視で
重なる位置である。
【００２８】
図５において、第４層基板２４の上面に設けられたボンディングパッド５６ａ〜５６ｄ
のうち、第２層基板２２上に設けられた第２引出端子５４ｄと平面視で重なる位置に設け
られたボンディングパッド５６ｄは、図２（ｂ）に示すように、第３層基板２３および第
４層基板２４の層内を貫通して形成されたスルーホールまたはビアホールなどの層内配線
５５ｄにより第２引出端子５４ｄと導通がとられている。これと同様に、ボンディングパ
ッド５６ａ，５６ｂ，５６ｃは、第３層基板２３および第４層基板２４の層内を貫通して
形成された層内配線により第２層基板２２上の平面視で重なる位置に設けられた第２引出
端子５４ａ，５４ｂ，５４ｃのそれぞれと導通がとられている。
また、図２（ｂ）において、上記したように第４層基板２４上に設けられたボンディン
グパッド５６ｄと導通がとられている第２層基板２２上に設けられた第２引出端子５４ｄ
は、端子間配線５３ｄ、及び層内配線５２ｄを介して、第１層基板２１の上面に設けられ
たインダクタ回路パターン５０の第１引出端子５１ｄと導通がとられている。即ち、第１
層基板２１上に設けられたインダクタ回路パターン５０の複数の第１引出端子５１ａ〜５
１ｄのうち、第１引出端子５１ｄが、第４層基板２４上に設けられたボンディングパッド
５６ｄに引き出されている。これと同様に、図３に示す第１層基板２１上のインダクタ回
路パターン５０の他の第１引出端子５１ａ，５１ｂ，５１ｃのそれぞれは、図４に示す第
２層基板２２に設けられた層内配線５２ａ，５２ｂ，５２ｃ、端子間配線５３ａ，５３ｂ
，５３ｃ、第２引出端子５４ａ，５４ｂ，５４ｃ、及び、第３層基板２３と第４層基板２
４とを貫通して形成された層内配線（不図示）を介して、図５に示す第４層基板２４の上
面に設けられたボンディングパッド５６ａ，５６ｂ，５６ｃに引き出されている。
【００２９】
本発明の圧電発振器としての電圧制御型水晶発振器１０において、図３に示すパッケー
ジ２０の第１層基板２１の上面に設けられたインダクタ回路パターン５０は、後述するよ
うに、電圧制御型水晶発振器１０の圧電振動片としての水晶振動片１に直列に接続される
インダクタンスＬを形成するものである。本実施形態では、インダクタ回路パターン５０
の複数の第１引出端子５１ａ〜５１ｄのうち、第１引出端子５１ａをインダクタ回路パタ
ーン５０の終端とし、この第１引出端子５１ａから引き出す引出配線を水晶振動片１に接
続するものとする。したがって、図２（ａ）および図５では、インダクタ回路パターン５
０の各第１引出端子５１ａ〜５１ｄを第４層基板２４の上面のボンディングパッドに引き
出す主旨を説明する便宜上、第１引出端子５１ａから引き出されるボンディングパッド５
６ａを図示したが、ボンディングパッド５６ａはＩＣチップ４０とのワイヤーボンディン
グによる接続に供するものではないので、ボンディングパッド５６ａを設けることなく、
パッケージ２０内に形成する引出配線により水晶振動片１に接続する構成としてもよい。
【００３０】
以上、説明したパッケージ２０の第１層基板２１〜第６層基板２６は、セラミックス絶
縁材料などからなる。また、パッケージ２０に設けられた各電極、端子、及びインダクタ
回路パターン５０、あるいはそれらを電気的に接続する配線パターンや層内配線パターン
などは、一般に、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などの金属配線材料をセラミ
ックス絶縁材料上にスクリーン印刷して焼成し、その上にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）
などのめっきを施すことにより形成される。
【００３１】
図２（ａ），（ｂ）において、水晶振動片１を駆動振動させるための駆動回路を含む半
導体回路素子としてのＩＣチップ４０は、パッケージ２０の凹部の凹底部分に設けられた
ダイパッド６１上に、例えばろう材あるいは接着剤（図示せず）によって接着・固定され
ている。また、ＩＣチップ４０とパッケージ２０とが、ワイヤーボンディング法を用いて
電気的に接続されている。即ち、ＩＣチップ４０に設けられた複数の電極パッド４５と、
パッケージ２０の対応するボンディングパッドとが、ボンディングワイヤー３７により接
続されている。ここで、ＩＣチップ４０の複数の電極パッド４５と対応させて設けられた
パッケージ２０のボンディングパッド５６ａ〜５６ｄ、及びボンディングパッド５７のう
ち、上記に説明したインダクタ回路パターン５０の複数の第１引出端子５１ａ〜５１ｄか
ら引き出されたボンディングパッド５６ａ〜５６ｄは周波数可変量の調整に用いられるも
のであり、いずれか一つのみがＩＣチップ４０と接続される（詳細は後述する）。本実施
形態では、周波数可変量調整用のボンディングパッド５６ａ〜５６ｄのうち、ボンディン
グパッド５６ｄとＩＣチップ４０の電極パッド４５とがボンディングワイヤー３７により
接続された状態を図示している。
【００３２】
水晶振動片１は、その水晶振動片１の保持部となる一端側近傍に設けられた外部接続電
極１８Ａ，１８Ｂと、パッケージ２０の第５層基板２５に設けられた対応する振動片接続
端子６５とを位置合わせした状態で、例えば導電性接着剤３９などの接合部材により接合
されている。これにより、水晶振動片１は、パッケージ２０と接合された外部接続電極１
８Ａ，１８Ｂ側の反対側を自由端として下方の第４層基板２４やＩＣチップ４０と接触し
ないように隙間を空けた状態で、外部接続電極１８Ａ，１８Ｂが設けられた保持部を固定
端として片持ち支持されている。
なお、接合部材として用いられる導電性接着剤３９は、一般に、ポリイミド、シリコン
系、またはエポキシ系などの樹脂に、銀（Ａｇ）フィラメント、またはニッケル（Ｎｉ）
粉を混入したものが使用される。また、水晶振動片１を接合する接合部材は導電性接着剤
３９に限らず、半田などの他の接合部材を用いることもできる。
【００３３】
ＩＣチップ４０及び水晶振動片１が接合されたパッケージ２０の第６層基板２６上には
、蓋体としてのリッド３０が接合されている。具体的には、例えば、４２アロイ（鉄にニ
ッケルが４２％含有された合金）やコバール（鉄、ニッケル及びコバルトの合金）等の金
属製のリッド３０が、鉄−ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）合金などをフレーム状に型抜きして形
成されたシールリング２９を介してシーム溶接されている。なお、リッド３０には、上記
した金属以外に、セラミックス、あるいはガラスなどを用いることができ、例えばガラス
製のリッド３０を用いた場合には、低融点ガラスを接合部材として用いるなど、リッド３
０の材料に応じて適宜に接合部材を選定し、パッケージ２０とリッド３０との接合を行う
ことができる。
【００３４】
パッケージ２０及びリッド３０によって形成されるキャビティーは、水晶振動片１が動
作するための空間となる。このキャビティーは、本実施形態の電圧制御型水晶発振器１０
において、減圧空間または不活性ガス雰囲気に密閉・封止することができる。例えば、キ
ャビティー内を減圧空間にして密閉封止する場合には、パッケージ２０の図示しない封止
孔に固形の封止材を配置させた状態で真空チャンバー内に入れ、所定の真空度まで減圧さ
せて電圧制御型水晶発振器１０の内側から出るガスを封止孔から排出させた後、固形の封
止材を溶融させてから、その後固化させることにより、封止孔を閉塞させて封止すること
ができる。これにより、パッケージ２０の凹部内に接合された水晶振動片１及びＩＣチッ
プ４０を気密封止することができる。
なお、封止材の材料としては、完成した電圧制御型水晶発振器１０を外部実装基板に実
装する際のリフロー温度よりも高い温度を融点として有したものが望ましく、例えば、金
と錫（Ｓｎ）との合金、あるいは、金とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金などを用いること
ができる。
【００３５】
次に、上記電圧制御型水晶発振器１０の回路構成について、図面を参照しながら説明す
る。
本実施形態の電圧制御型水晶発振器１０の回路構成の一例を、図６の回路図、及び、上
記背景技術の説明で参照した図７を用いて説明することができる。即ち、電圧制御型水晶
発振器１０は、図６の回路図に示すように、Ｖｃで表す制御電圧入力端子から周波数出力
部の間に、制御電圧印加用抵抗Ｒd、バリキャップダイオードなどの可変容量ダイオード
Ｄ1，Ｄ2、水晶振動子Ｘ1（水晶振動片１）、コンデンサーＣa，Ｃb、増幅器Ａ1、及び、
インダクタンス、謂コイル（伸長コイル）Ｌ1を有している。ここで、可変容量ダイオー
ドＤ1は、印加する逆電圧に応じて容量値が変化するダーオードである。したがって、可
変容量ダイオードＤ1を発振ループ中に挿入し、その印加電圧を変化させることによって
発振周波数を制御することができる。このとき、回路の負荷容量の値が大きいほど、周波
数可変感度が大きくなる。
【００３６】
ここで、水晶振動子Ｘ1の一般的な等価回路は図７のように表され、図中、Ｌ1は等価直
列インダクタンス、Ｃ1は等価直列容量、Ｒ1は等価直列抵抗、Ｃ0は並列容量である。水
晶振動子Ｘ1からみた増幅器Ａ1を含む回路側の負荷容量（合成容量）をＣLとし、容量比
をγ（Ｃ0／Ｃ1）とすると、この負荷容量ＣLによる共振周波数ｆ0の変化量Δｆ／ｆ0は
、周知の次式で表される。
Δｆ／ｆ0＝Ｃ0／（２γ（Ｃ0＋ＣL））
したがって、図６に示すように、水晶振動子Ｘ1にインダクタンスＬ1を直列に接続する
と、インダクタンスＬ1を挿入しないときの負荷容量Ｃ、インダクタンスＬ1を挿入したと
きの負荷容量ＣL、発振角周波数ωとすると、ＣL＝（１／（１−ω2ＬＣ））の関係とな
り、インダクタンスＬ1を挿入することにより、周波数可変感度を大きくすることができ
る。
【００３７】
図６に示す本実施形態の電圧制御型水晶発振器１０の回路において、インダクタンスＬ
1は、上記の図２〜図５を用いて説明したインダクタ回路パターン５０、及び、そのイン
ダクタ回路パターン５０の始端から終端の間に設けられた複数の第１引出端子５１ａ〜５
１ｄから引き出されたボンディングパッド５６ａ〜５６ｄを用いている。即ち、図６のイ
ンダクタンスＬ1の始端（ｄ側）から終端（ａ側）の間のｄ、ｃ、ｂ、ａは、それぞれボ
ンディングパッド５６ｄ、５６ｃ、５６ｂ、５６ａに相当する。そして、ボンディングパ
ッド５６ａ〜５６ｄ（図中ａ〜ｄ）のうち、ボンディングパッド５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ
のいずれかと、ＩＣチップ４０の水晶振動子Ｘ1との接続に供する電極パッド４５とがボ
ンディングワイヤー３７により接続され、インダクタンスＬ1の終端ａ（ボンディングパ
ッド５６ａ）が水晶振動子Ｘ1に接続される。このように、ＩＣチップ４０と接続するボ
ンディングパッド５６ｂ〜５６ｄを変えることにより、インダクタンスＬ1の長さが変わ
り、これに伴ってインダクタンス値を変えることができる。
【００３８】
本実施形態の電圧制御型水晶発振器１０によれば、パッケージ２０が備えるインダクタ
回路パターン５０の始端から終端の間に設けられた複数の第１引出端子５１ａ〜５１ｄの
それぞれから引き出された複数のボンディングパッド５６ｂ〜５６ｄのうち、ワイヤーボ
ンディングするボンディングパッドを選択することにより、水晶振動片１（水晶振動子Ｘ
1）に直列に接続されるインダクタ回路パターン５０の長さを変えてインダクタ値を調整
し、圧電発振器としての電圧制御型水晶発振器１０の周波数可変量を調整することができ
る。したがって、従来の周波数可変量の調整方法のように、インダクタ素子を接合したり
、レーザー照射によりインダクタをトリミングしたりする必要がないので、製造工程及び
設備を増やすことなく、比較的容易に、所望の周波数可変量に調整された電圧制御型水晶
発振器１０を提供することができる。
【００３９】
また、本実施形態の電圧制御型水晶発振器１０では、水晶振動片１やＩＣチップ４０な
どを接合する回路基板として積層回路基板としてのパッケージ２０を用いて、第１層基板
２１と第２層基板２２との層間にインダクタ回路パターン５０を形成し、スルーホールや
ビアホールなどの層内配線を用いてパッケージ２０表面のボンディングパッド５６ａ〜５
６ｄに引き出す構成とした。
この構成により、インダクタ回路パターン５０がパッケージ２０の表面から絶縁され、
水晶振動片１やＩＣチップ４０とインダクタ回路パターン５０とを、絶縁された状態で縦
配置することができるので、小型で信頼性の高い電圧制御型水晶発振器１０を提供するこ
とができる。
【００４０】
〔電圧制御型水晶発振器の製造方法〕
次に、上記電圧制御型水晶発振器の製造方法について、図面に沿って説明する。
図８は、圧電発振器としての電圧制御型水晶発振器１０の製造方法の一例を説明するフ
ローチャートである。
図８において、電圧制御型水晶発振器１０の製造工程では、まず、図２に示すパッケー
ジ２０を用意し、ステップＳ１に示すように、パッケージ２０の凹部の凹底部分に設けら
れたダイパッド６１にＩＣチップ４０をダイボンディングする。具体的には、ダイパッド
６１上にダイアタッチ剤（図示せず）を適量塗布してから、ＩＣチップ４０を位置合わせ
してマウントする。次に、ステップＳ２に示すように、所定の温度および時間の加熱を施
してダイアタッチ剤を固化させるダイアタッチ材の乾燥を行なう乾燥１ステップにより、
ダイパッド６１上にＩＣチップ４０を接着・固定する。
【００４１】
次に、ステップＳ３に示すように、ワイヤーボンディング法により、ＩＣチップ４０と
パッケージ２０との接続を行うと同時に、周波数可変感度の調整を行う。
ＩＣチップ４０とパッケージ２０の通常の接続は、図２（ａ）において、パッケージ２
０の第４層基板２４上の紙面中右側に配設された複数のボンディングパッド５７と、対応
するＩＣチップ４０の電極パッド４５とをボンディングワイヤー３７により接続する。
また、周波数可変感度の調整は、図３に示すパッケージ２０が備えるインダクタ回路パ
ターン５０の始端から終端の間に設けられた複数の第１引出端子５１ａ〜５１ｄのそれぞ
れから引き出された複数のボンディングパッド５６ａ〜５６ｄのうち、ワイヤーボンディ
ングするボンディングパッドを選択することにより行う。これにより、水晶振動片１に直
列に接続されるインダクタ回路パターン５０の長さを変えてインダクタ値を調整し、圧電
発振器としての電圧制御型水晶発振器１０の周波数可変量を調整することができる。
【００４２】
次に、ステップＳ４に示すように、圧電振動片としての水晶振動片１をパッケージ２０
の凹部内にマウントする。詳細には、水晶振動片１の保持部である一端側近傍に設けられ
た外部接続電極１８Ａ，１８Ｂと、パッケージ２０の第５層基板２５に設けられた対応す
る振動片接続端子６５とを位置合わせした状態で、外部接続電極１８Ａ，１８Ｂと、対応
する振動片接続端子６５との両方に接触させるようにして、且つ、水晶振動片１の接合強
度を得るために必要な量の接合部材、例えば導電性接着剤３９を塗布して、パッケージ２
０に水晶振動片１を仮固定する。なお、本ステップの工順として、振動片接続端子６５上
にディスペンサーなどを用いて導電性接着剤３９を適量塗布してから、その導電性接着剤
３９の粘性を利用して水晶振動片１を位置合わせして仮止めするようにしてもよい。
【００４３】
次に、ステップＳ５に示すように、所定の温度と時間の加熱を施して導電性接着剤３９
を固化させる乾燥２ステップにより、水晶振動片１を接着・固定する。なお、導電性接着
剤３９が紫外線硬化タイプのものであれば、導電性接着剤３９に所定の強度の紫外線を所
定時間照射することにより導電性接着剤３９を固化させて水晶振動片１の接着・固定を行
うことができる。
【００４４】
次に、ステップＳ６に示すように、パッケージ２０にＩＣチップ４０とともに接合され
た水晶振動片１の周波数の微調整を行う。周波数調整は、水晶振動片１の電極の一部をレ
ーザートリミングにより除去して質量を減少させることによる方法や、蒸着やスパッタリ
ングなど水晶振動片１に質量を付加させることによる方法、あるいは、ＩＣチップ４０の
データの書き換えによる方法などにより行うことができる。
【００４５】
次に、ステップＳ７に示すように、パッケージ２０上に蓋体としてのリッド３０を接合
することにより、水晶振動片１およびＩＣチップ４０が収容されたパッケージ２０を封止
する。本実施形態では、金属製の蓋体としてのリッド３０を、例えば、鉄−ニッケル合金
等からなるシールリング２９を介してシーム溶接することにより接合する。このとき、必
要に応じて、パッケージ２０とリッド３０とにより形成されるキャビティーを減圧空間、
または不活性ガス雰囲気にして密閉・封止することができる。例えば、キャビティー内を
減圧空間にして密閉封止する場合には、パッケージ２０の図示しない封止孔に固形の封止
材を配置させた状態で真空チャンバー内に入れ、所定の真空度まで減圧させて電圧制御型
水晶発振器１０の内側から出るガスを封止孔から排出させた後、固形の封止材を溶融して
から固化させることにより封止孔を閉塞させて封止する。これにより、パッケージ２０の
凹部内に接合された水晶振動片１及びＩＣチップ４０を気密封止することができる。
また、別のリッド３０接合方法としては、リッド３０をはんだ等の金属ろう材を介して
パッケージ２０上に接合したり、または、ガラス製のリッド３０を用いて、低融点ガラス
等でパッケージ２０上に接合することもできる。
【００４６】
次に、ステップＳ８に示すように、封止された状態の電圧制御型水晶発振器１０を、所
定温度のオーブンに所定時間投入するベーキングを行う。
そして、ステップＳ９に示すように、電気特性検査や外観検査などの特性検査を行って
、規格外の不良品を取り除き、一連の電圧制御型水晶発振器１０の製造工程が終了する。
【００４７】
上記実施形態で説明した電圧制御型水晶発振器１０は、以下の変形例として実施するこ
とも可能である。
【００４８】
（変形例）
上記実施形態の電圧制御型水晶発振器１０では、積層回路基板としてのパッケージ２０
において、第１層基板２１の上面、即ち、第１層基板２１と第２層基板２２との一つの層
間にインダクタ回路パターン５０を設け、そのインダクタ回路パターン５０の始端から終
端の間に設けた複数の第１引出端子５１ａ〜５１ｄを、スルーホールやビアホールなどの
層内配線などを用いてパッケージ２０表面に設けたボンディングパッド５６ａ〜５６ｄに
引き出す構成とした。これに限らず、インダクタ回路パターンは、パッケージなどの積層
基板の複数の層間に形成する構成としてもよい。
ここで、積層基板の複数の層間にインダクタ回路パターンを形成する構成とは、複数の
層間に形成したインダクタ回路パターンが直列に接続された構成と、各層間に独立したイ
ンダクタ回路パターンを形成し、各々を基板の表面に設けられたボンディングパッドに引
き出す構成と、を含む。
このような構成によれば、インダクタ回路パターンの長さや形状の自由度が向上するの
で、電圧制御型水晶発振器などの圧電発振器の周波数可変範囲の調整幅をより広くしたり
、精度の高い調整を行ったりすることが可能になる。
【００４９】
以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発
明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の
変更を加えることが可能である。
【００５０】
例えば、上記実施形態では、圧電振動片として、水晶基板を用いた水晶振動片１を用い
た圧電発振器としての電圧制御型水晶発振器１０について説明した。これに限らず、水晶
以外に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸
リチウム（ＬｉＴａＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ほう酸リチウム（Ｌｉ2
Ｂ4Ｏ7）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウム、五酸化タンタル（Ｔａ
2Ｏ5）などの薄膜圧電材料を積層させて構成された他の圧電体材料からなる圧電振動片を
用いることもできる。
【００５１】
また、上記実施形態及び変形例で説明した特定の形態、例えば、圧電振動片としての水
晶振動片１や、回路基板（積層回路基板）としてのパッケージ２０などの形状は限定され
るものではない。
例えば、水晶振動片などの圧電振動片は、上記実施形態のようにＡＴカットされた水晶
基材を用いるのに限らず、他のカット角の水晶基材を用いて形成してもよい。また、水晶
振動片の形状についても、上記実施形態の水晶振動片１のようなメサ形状に限らず、板状
でもよく、また、所謂逆メサ形状でもよく、さらに、音叉型の振動片を用いてもよい。
また、パッケージ２０は、上記実施形態で説明した積層構造を有するものに限らず、機
械加工などにより一体化した形のものを使用してもよいし、単層の回路基板を用いて圧電
発振器を構成することもできる。例えば、単層の回路基板を用いて圧電発振器を構成する
場合、キャップ状の蓋体を用いることにより、圧電振動片や半導体回路素子などがキャビ
ティー内に封止された態様の圧電発振器を構成することができる。
同様に、各電極、配線、端子などの位置や形状についても上記実施形態及びに限定され
ない。
【符号の説明】
【００５２】
１…圧電振動片としての水晶振動片、５Ａ…第１突部、５Ｂ…第２突部、１０…圧電発
振器としての電圧制御型水晶発振器、１５Ａ…第１励振電極、１５Ｂ…第２励振電極、１
６Ａ…第１電極間配線、１６Ｂ…第２電極間配線、１８Ａ…第１外部接続電極、１８Ｂ…
第２外部接続電極、２０…回路基板（積層回路基板）としてのパッケージ、２１…第１層
基板、２２…第２層基板、２３…第３層基板、２４…第４層基板、２５…第５層基板、２
６…第６層基板、２９…シールリング、３０…リッド、３７…ボンディングワイヤー、３
９…導電性接着剤、４０…半導体回路素子としてのＩＣチップ、４５…電極パッド、５０
…インダクタ回路パターン、５１…配線、５１ａ〜５１ｄ…第１引出端子、５２ａ〜５２
ｄ，５５ｄ…層内配線、５３ａ〜５３ｄ…端子間配線、５４ａ〜５４ｄ…第２引出端子、
５６ａ〜５６ｄ，５７…ボンディングパッド、６１…ダイパッド、６２…外部実装端子、
６５…振動片接続端子。
【図１】
2012090203.tif 000003
【図２】
2012090203.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2012090203.tif 000008
【図７】
2012090203.tif 000009
【図８】
2012090203.tif 000010
【図９】
2012090203.tif 000011