JP5143439B2

JP5143439B2 - 圧電デバイス

Info

Publication number: JP5143439B2
Application number: JP2007022508A
Authority: JP
Inventors: 智之中澤; 和宏鳥海; 一男村田
Original assignee: Citizen Finetech Miyota Co Ltd
Current assignee: Citizen Finetech Miyota Co Ltd
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2027-01-31
Also published as: JP2008193180A

Description

本発明は、圧電発振器に関するものである。

従来より、圧電デバイスは、電子回路のクロック源として広く使用される圧電振動子や圧電発振器として様々な電子機器に用いられている。電子機器の小型化・薄型化に伴い、前記圧電振動子や圧電発振器も、より一層の小型化・薄型化が要求されているのが現状である。

図１１は、従来の圧電発振器の断面図で、図１２は図１１に示す圧電発振器の上面図である。但し、図１２は、圧電発振器の一構成部品である蓋部材を取り除いた状態を示すものである。従来技術による圧電発振器は、平板状のシリコン基板１の下面に、回路パターン２を形成し、前記シリコン基板１の上面に圧電振動片３を実装したものである。４は圧電振動片３を覆うようにして前記シリコン基板１上面に搭載される蓋部材である。

前記回路パターン２としては、圧電振動片を動作させる帰還増幅回路のパターンが形成される。さらに、必要に応じて、周辺温度の変化による周波数変化を低減させるための温度補償回路のパターンを付加したり、外部からの制御電圧によって出力周波数を変化させるための電圧制御回路のパターンを付加することも可能である。

回路パターン２の表面には、アルミニウム等の導電性材料からなる電極パッド（不図示）が形成され、回路パターン２と外部との電気的な入出力が可能となる。また、前記電極パッド（不図示）の形成部分を除く回路パターン２の表面には、図示しない保護膜が形成され、回路パターン２が外部から保護される。

また、圧電振動片３と回路パターン２との導通を確保するため、シリコン基板１の上面から回路パターン２にかけてスルーホール１ａが形成されている。スルーホール１ａは、マウント電極５の形成位置に穿設する。スルーホール１ａの形成は、エッチング等の化学的方法や、ドリル等を用いた機械的方法などによって行われる。尚、スルーホール１ａ内は導電材料が充填され、マウント電極５と接触した構成である。

前記マウント電極５は、圧電振動片３の端部に形成された接続電極（不図示）を接続する部分であり、シリコン基板１の上面の端部寄りに形成され、スルーホール１ａの開口部の周辺に形成されている。

図１３は、従来の圧電発振器のスルーホール形成部分の拡大図である。マウント電極５は、金やアルミニウム等によって構成されている。マウント電極５の形成は、マウント電極形成部分以外の部分をマスクした状態で、スパッタリングやメッキ手法によって行われる。まず、スルーホール１ａの内周面に導電膜５ａを形成する。さらに、導電膜５ａの内側には充填部材として、導電材料５ｂが充填された構成であるが、該導電材料５ｂの充填は、前記導電膜５ａの形成に合わせて連続的に行われる。前記導電膜５ａと導電材料５ｂにより、マウント電極５が形成され、回路パターン２とマウント電極５との導通を確保することができる。また、前記導電材料５ｂにより、スルーホール１ａを通じた圧電発振器内部の気密を確保しようとしたものである。

圧電振動片３は、水晶等の圧電材料からなる平板の両面に、励振電極を形成したものである。ＡＴカット水晶平板の場合には、その両面中央部に励振電極（不図示）を配置するとともに、その端部に２個の接続電極を並べて配置し、これらは、それぞれ各励振電極との導通を確保する。尚、各電極は、金／クロムまたは銀／クロムの２層で構成されている。

図１１に示すように、圧電振動片３は、シリコン基板１上面のマウント電極５の上面に導電性固定部材６を塗布し、圧電振動片３の接続電極（不図示）をマウント電極５に接着する。前記導電性固定部材６は、例えば、半田や銀ペースト等である。このようにして、圧電振動片３は片持ち状態で実装される。これにより、回路パターン２から圧電振動片３の励振電極（不図示）に対して通電可能としたものである。

さらに、圧電振動片３をシリコン基板１上に実装した後、蓋部材４を装着する。蓋部材４は、例えば、コバール等の金属材料やガラス材料によって構成したものである。蓋部材４の装着は、窒素雰囲気または真空雰囲気で行うことにより、圧電発振器の内部を窒素雰囲気または真空雰囲気の状態で気密封止している。（例えば、特許文献１参照。）

特開２００４−２１４７８７号公報

しかしながら、前述の従来技術による圧電発振器の構成においては、以下のような問題点がある。

図１４は従来の圧電発振器のスルーホール形成部分の拡大図で、スルーホール内に充填される導電材料が充填不充分な状態を示す図である。スルーホール１ａは、孔径６０μｍで、深さ１００μｍ程度の微細な孔である。このようなスルーホール１ａ内に導電材料５ｂを充填しようとした場合、図１４に示す如く、充填不良部分Ａが生じてしまう。このような状態で、スルーホール１ａ上方に導電性固定部材６が塗布され、圧電振動片３が実装されてしまうと、充填不良部分Ａに残留空気を閉じ込めた状態となってしまう。この残留空気は、圧電発振器完成後に当該圧電発振器内部に放出し、窒素雰囲気若しくは真空雰囲気での気密状態を悪化させ、圧電発振器の特性劣化を招く虞がある。

そこで、本発明は、スルーホール内に空気を残さず、残留空気に起因する圧電発振器の特性劣化を防止した、高信頼性の圧電発振器を提供することを目的とする。

本発明は、少なくとも、基板と、該基板の一方の面側に圧電振動片を実装して成る圧電デバイスにおいて、前記基板には、スルーホールが形成されるとともに、該スルーホールに繋がるマウント電極が形成されており、該マウント電極上に導電性固定部材を介して前記圧電振動片が実装される構成であって、前記基板は矩形状基板であり、前記マウント電極及び前記スルーホールが前記基板の同一辺側寄りに設けられるとともに、前記マウント電極が外側に、前記スルーホールが内側に、それぞれ配置され、前記スルーホール内は充填部材により埋められておらず、前記導電性固定部材は、前記スルーホールの開口部上に重ならない位置に設けられることを特徴とする。

さらに、本発明の圧電デバイスは、少なくとも、基板と、該基板の一方の面側に圧電振動片を実装して成る圧電デバイスにおいて、前記基板には、スルーホールが形成されるとともに、該スルーホールに繋がるマウント電極が形成されており、該マウント電極上に導電性固定部材を介して前記圧電振動片が実装される構成であって、前記基板はシリコン基板であり、該シリコン基板には回路パターンが形成され、前記スルーホールと前記回路パターンが電気的に接続されており、前記スルーホール内は充填部材により埋められておらず、前記導電性固定部材は、前記スルーホールの開口部上に重ならない位置に設けられる構成であることを特徴とする。

さらに、本発明の圧電デバイスは、前記スルーホールの開口部周辺部に、前記導電性固定部材の前記スルーホール開口部上への流出を防止する流出防止部材が設けられていることを特徴とする。

前記導電性固定部材は、前記スルーホールの開口部上に重ならない位置に設けられる構成としたので、前記導電性固定部材によって前記スルーホールを閉塞してしまうことが無いので、実装過程において生ずる残留空気による特性劣化等の問題がなくなり、高信頼性の圧電発振器が得られる。

以下、本発明の圧電発振器について、図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態を示す圧電発振器の断面図で、図２は、図１に示す圧電発振器の上面図である。但し、図２は、圧電発振器の一構成部品である蓋部材を取り除いた状態を示すものである。尚、従来技術に示した圧電発振器と同様の部材については、同一符号を付して説明する。

１０は平板状のシリコン基板で、その下面には回路パターン１１が形成されている。該回路パターン１１は、圧電振動片３を動作させる帰還増幅回路のパターンであり、さらに、必要に応じて、周辺温度の変化による周波数変化を低減させるための温度補償回路のパターンを付加したものである。尚、回路パターン１１の表面には、アルミニウム等の導電性材料からなる電極パッド（不図示）が形成され、回路パターン１１と外部との電気的な入出力が可能となる構成である。また、前記電極パッド（不図示）の形成部分を除く回路パターン１１の表面には、図示しない保護膜を形成することによって、回路パターン１１が外部から保護されている。

前記シリコン基板１の上面から回路パターン１１にかけては、スルーホール１０ａが形成されている。スルーホール１０ａは、シリコン基板１０の上面に形成されたマウント電極１２の形成位置に穿設する。スルーホール１０ａの形成は、エッチング等の化学的方法によって行われる。尚、スルーホール１０ａ内壁面には導電膜１２ａが形成され、マウント電極１２と接触している。前記導電膜１２ａは、回路パターン１１とも接触している。

前記マウント電極１２は、圧電振動片３の端部に形成された接続電極（不図示）を接続する部分であり、シリコン基板１の上面の端部寄りに形成され、スルーホール１ａの開口部の周辺に形成されている。

圧電振動片３は、シリコン基板１０上面のマウント電極１２の上面に導電性固定部材６を塗布し、圧電振動片３の接続電極（不図示）をマウント電極１２に接着する。前記導電性固定部材６は、例えば、半田や銀ペースト等である。このようにして、圧電振動片３は片持ち状態で実装され、回路パターン１１から圧電振動片３の励振電極（不図示）に対して通電可能としている。

尚、前記導電性固定部材６は前記スルーホール１０ａの直上に重ならない位置に塗布する。したがって、前記マウント電極１２は図示するように、スルーホール１０ａの穿設位置よりもシリコン基板１０の中央側に延在して形成されている。

さらに、圧電振動片３をシリコン基板１０上に実装した後、蓋部材４を装着する。蓋部材４は、例えば、コバール等の金属材料やガラス材料によって構成したものである。蓋部材４の装着は、窒素雰囲気または真空雰囲気で行うことにより、圧電発振器の内部を窒素雰囲気または真空雰囲気の状態で気密封止する。

前記構成によれば、導電性固定部材６がスルーホール１０ａ上に重ならない位置関係になるので、スルーホール１０ａ内に残留空気を閉じ込めてしまうことがなくなる。よって、圧電発振器完成後に、残留空気の放出による特性劣化を防止することができる。

尚、スルーホール１０ａの上部には、何も配置されない構成で、開放状態となるが、蓋部材４の装着時に、スルーホール１０ａ内部を含め、圧電発振器内部が窒素雰囲気あるいは真空雰囲気に保たれることになる。従って、スルーホール１０ａ内部は導電材料等による充填を行い気密状態にする必要はないので、該構成を採用すれば、導電材料として用いられる金材料などの削減にも繋がる。もちろん、従来の如く導電材料を充填しても構わない。

図３は本発明の他の実施形態を示す圧電発振器の断面図で、図４は、図３に示す圧電発振器の上面図である。但し、図４は、圧電発振器の一構成部品である蓋部材を取り除いた状態を示すものである。

本実施形態の圧電発振器は、矩形状のシリコン基板２０に形成されるマウント電極２１及びスルーホール２０ａの穿設位置に特徴を有するものである。他の基本構成については、前述の実施形態と同様であるため詳細説明は省略する。前記マウント電極２１及びスルーホール２０ａは、シリコン基板２０の同一辺側に設けられるとともに、マウント電極２１を外側寄りに配置し、スルーホール２０ａを内側寄りにそれぞれ配置した構成である。

前記構成によれば、導電性固定部材６がスルーホール１０ａ上に重ならない位置関係になるので、スルーホール１０ａ内に残留空気を閉じ込めてしまうことがなくなる。よって、圧電発振器完成後に、残留空気の放出による特性劣化を防止することができる。また、圧電振動片３のマウント位置を接続電極の位置に合わせてシリコン基板２０の一辺端部側に寄せて実装できるので、前述の実装形態と比較して、パッケージ全体の小型化が可能になる。

図５は本発明の他の実施形態を示す圧電発振器の断面図で、図６は、図５に示す圧電発振器の上面図である。但し、図６は、圧電発振器の一構成部品である蓋部材を取り除いた状態を示すものである。

本実施形態の圧電発振器も、矩形状のシリコン基板に形成されるマウント電極及びスルーホールの穿設位置に特徴を有するものである。他の基本構成については、前述の実施形態と同様であるため詳細説明は省略する。前記シリコン基板３０上に設けられるマウント電極３１は、シリコン基板３０の一辺側の端部寄りに設けられ、スルーホール３０ａは前記マウント電極３１が設けられていない他の辺側の端部寄りに配置した構成である。尚、前記マウント電極３１は、接続パターン３１ａによりスルーホール３０ａ側との電気的接続が成される。

前記構成によれば、マウント電極３１とスルーホール３０ａがシリコン基板３０上の対向する辺側にそれぞれ対向配置されるので、導電性固定部材６がスルーホール３０ａ上に重ならない位置関係となることは言うまでもなく、スルーホール１０ａ内に残留空気を生ずることがなくなる。よって、圧電発振器完成後に、残留空気の放出による特性劣化を防止することができる。

図７は本発明の他の実施形態を示す圧電発振器の断面図で、図８は、図７に示す圧電発振器の上面図である。但し、図６は、圧電発振器の一構成部品である蓋部材を取り除いた状態を示すものである。

本実施形態の圧電発振器は、図１に示した構成に導電性固定部材６のスルーホール１０ａ内への流出を防止する流出防止部材１２ｂを付加したものである。流出防止部材１２ｂはマウント電極１２形成過程において、同一材料で同時に形成することが可能である。また、別材料、別部材で形成することも、もちろん可能である。

前記構成によれば、流出防止部材１２ｂが導電性固定部材６の流出ストッパーとなるので、スルーホール１０ａ上に流れてスルーホール１０ａ開口部を塞いでしまうことはない。よって、残留空気を閉じ込めてしまうことはない。

図９は本発明の他の実施形態を示す圧電発振器の断面図で、図１０は、図９に示す圧電発振器の上面図である。但し、図１０は、圧電発振器の一構成部品である蓋部材を取り除いた状態を示すものである。

本発明の圧電発振器は、スルーホール形状に特徴を有するものである。シリコン基板４０には、圧電振動片３を実装する面側に広がるテーパー形状を成すスルーホール４０ａを設けている。

前記テーパー形状を成すスルーホール４０ａは、ウェットエッチングにより形成する。一般に、単結晶シリコンをアルカリ水溶液中でエッチングすると、結晶方位によってエッチング速度が著しく異なるため、３次元微細形状を加工出来ることが知られている。例えば、シリコン基板の表面（水晶振動片３実装面）の結晶方位を１．０．０面とし、スルーホール４０ａのテーパー面の結晶方位を１．１．１面とすると、１．０．０面に対して１．１．１面は２００倍程度エッチング速度が遅い。そこで、１．０．０のシリコン基板４０表面にレジスト等でマスキングして開口部をアルカリエッチングすると、１．０．０面に対して５４．７°の角度で１．１．１面が現れ、図９に示すような断面Ｖ字形状のスルーホール４０ａが形成できる。

前記構成によれば、仮に導電性固定部材６がスルーホール４０ａ内に流れ込んだとしても、広い開口を有しているので、スルーホール４０ａを閉塞してしまう状態にはならず、残留空気を生ずるようなこともない。また、スルーホール４０ａはテーパー面を有する構成であるため、内壁面への導電膜形成が精度良く行える。

本発明の一実施形態を示す圧電発振器の断面図。図１に示す圧電発振器の上面図。本発明の他の実施形態を示す圧電発振器の断面図。図３に示す圧電発振器の上面図。本発明の他の実施形態を示す圧電発振器の断面図。図５に示す圧電発振器の上面図。本発明の他の実施形態を示す圧電発振器の断面図。図７に示す圧電発振器の上面図。本発明の他の実施形態を示す圧電発振器の断面図。図９に示す圧電発振器の上面図。従来の圧電発振器の断面図。図１１に示す圧電発振器の上面図。従来の圧電発振器のスルーホール形成部分の拡大図。従来の圧電発振器のスルーホール形成部分の拡大図で、スルーホール内に充填される導電材料が充填不充分な状態を示す図。

符号の説明

１シリコン基板
１ａスルーホール
２回路パターン
３圧電振動片
４蓋部材
５マウント電極
５ａ導電膜
５ｂ導電材料
６導電性固定部材
１０シリコン基板
１０ａスルーホール
１１回路パターン
１２マウント電極
１２ａ導電膜
１２ｂ流出防止部材
２０シリコン基板
２０ａスルーホール
２１マウント電極
３０シリコン基板
３０ａスルーホール
３１マウント電極
３１ａ接続パターン
４０シリコン基板
４０ａスルーホール

Claims

少なくとも、
基板と、該基板の一方の面側に圧電振動片を実装して成る圧電デバイスにおいて、
前記基板には、スルーホールが形成されるとともに、該スルーホールに繋がるマウント電極が形成されており、該マウント電極上に導電性固定部材を介して前記圧電振動片が実装される構成であって、前記基板は矩形状基板であり、前記マウント電極及び前記スルーホールが前記基板の同一辺側寄りに設けられるとともに、前記マウント電極が外側に、前記スルーホールが内側に、それぞれ配置され、前記スルーホール内は充填部材により埋められておらず、前記導電性固定部材は、前記スルーホールの開口部上に重ならない位置に設けられることを特徴とする圧電デバイス。
少なくとも、
基板と、該基板の一方の面側に圧電振動片を実装して成る圧電デバイスにおいて、
前記基板には、スルーホールが形成されるとともに、該スルーホールに繋がるマウント電極が形成されており、該マウント電極上に導電性固定部材を介して前記圧電振動片が実装される構成であって、前記基板はシリコン基板であり、該シリコン基板には回路パターンが形成され、前記スルーホールと前記回路パターンが電気的に接続されており、前記スルーホール内は充填部材により埋められておらず、前記導電性固定部材は、前記スルーホールの開口部上に重ならない位置に設けられることを特徴とする圧電デバイス。
前記スルーホールの開口部周辺部には、前記導電性固定部材の前記スルーホール開口部上への流出を防止する流出防止部材が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電デバイス。