JP5188753B2

JP5188753B2 - 圧電発振器

Info

Publication number: JP5188753B2
Application number: JP2007173341A
Authority: JP
Inventors: 利夫中澤; 康司持永
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2027-06-29
Also published as: JP2009016950A

Description

本発明は、電子機器等に用いられる圧電発振器に関するものである。

図４は、従来の圧電発振器を示す断面図である。図５は、従来の圧電発振器を構成する容器体底面図である。
図４に示すように従来の圧電発振器２００は、セラミック材料等から成る概略直方体の容器体２０１の一方の主面に設けられる第１の凹部空間２０５内に圧電振動素子２０２が搭載されている。この第１の凹部空間２０５の基板部の主面上に圧電振動素子搭載パッド２０６が形成され、圧電振動素子２０２が圧電振動素子搭載パッド２０６上に搭載されている。
更に、容器体２０１の凹部空間２０５を覆うように金属製の蓋体２０４を載置し、容器体２０１の側壁頂部と固着することにより、第１の凹部空間２０５内が気密封止されている。
また、前記容器体２０１の他方の主面に形成される第２の凹部空間２０７内に集積回路素子２０３が搭載されている。この第２の凹部空間２０７の基板部の主面上に集積回路素子搭載パッド２０８が形成され、圧電振動素子２０２上に導電性接合材２０９によって集積回路素子２０３が接合されている構造が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

尚、図５に示すように、前記容器体２０１の第２の凹部空間２０７を囲繞する枠部の頂面の四隅には、外部接続用電極端子２１０が設けられており、所定の集積回路素子２０８と、配線パターン２１１により接続されている。
これらの集積回路素子搭載パッド２０８と集積回路素子２０３とを導電性接着剤や半田等の導電性接合材２０９を介して導通固着することにより、容器体２０１に集積回路素子２０３が搭載されている。
集積回路素子２０３を容器体２０１に接合する方法としては、前記容器体２０１の第２の凹部空間内底面に形成されている集積回路素子搭載パッド２０８に導電性接合材２０９を塗布し、集積回路素子２０３を集積回路素子搭載パッド２０８上に搭載し、リフロー手段を用いて熱処理をすることで、集積回路素子搭載パッド２０８に集積回路素子２０３を接合している。

特開２００７−１０４０３２号公報

しかしながら、従来の圧電発振器２００において、前記集積回路素子搭載パッド２０８は、圧電振動素子や外部接続用電極端子に接続する配線パターン２１１と第２の凹部空間２０７の基板部の主面上で接続されている。第２の凹部空間内の基板部に設けられた集積回路素子搭載パッド２０８に導電性接着剤や半田等の導電性接合材２０９を用いて、集積回路素子２０３を接合する場合、集積回路素子２０３を集積回路素子搭載パッド２０８に載置し、リフロー手段等を用いて、熱処理をすると、溶融した導電性接合材２０９が集積回路素子搭載パッド２０８上から配線パターン２１１上に流れ出てしまう。これにより、集積回路素子搭載パッド２０８上に集積回路素子２０３を接続するための導電性接合材２０９の量が減ってしまい、集積回路素子搭載パッド２０８と集積回路素子２０３との間の導通不良や、接続強度の低下が生じ、集積回路素子の脱落が生じるおそれがある。

また、導電性接合材２０９が集積回路素子搭載パッド２０８から流れ出ないようにするため、第２の凹部空間内の基板部に集積回路素子搭載パッド２０８と接続する配線パターン２１１を形成せずに、ビアホール等を用いて容器体２０１内部に配線を形成して接続することが考えられているが、容器体２０１の積層数が増えるため、圧電発振器２００の厚みが厚くなるといった課題があった。

そこで、本発明は前記課題に鑑みてなされたもので、集積回路素子搭載パッドに留まる導電性接合材の量が減らないようにすることによって、集積回路素子の接続強度の低下を防止することができるとともに、薄型化にも対応可能な圧電発振器を提供することを課題とする。

本発明の圧電発振器は、基板部の両主面に枠部を設けて第１の凹部空間と第２の凹部空間が設けられた容器体と、前記第１の凹部空間内の前記基板部に設けられた圧電振動素子搭載パッドに搭載される圧電振動素子と、前記第２の凹部空間内の前記基板部に設けられた集積回路素子搭載パッドに搭載される集積回路素子と、前記第１の凹部空間を気密封止する蓋体とを備え、前記第２の凹部空間内の前記基板部主面には、前記圧電振動素子搭載パッドと電気的に接続したモニタ用電極端子と、前記集積回路素子搭載パッド及び前記モニタ用電極端子から延設する配線パターンとが設けられており、前記集積回路素子搭載パッド、前記モニタ用電極端子及び前記配線パターンを含む前記第２の凹部空間内の前記基板部の主面上には、前記集積回路素子搭載パッドの主面中央領域と前記モニタ用電極端子の主面中央領域が露出した構造の絶縁層が設けられており、前記絶縁層は石英ガラスによって構成されており、前記絶縁層の厚みは、前記集積回路素子搭載パッド及び前記モニタ用電極端子の厚みよりも厚いことを特徴とするものである。

本発明の圧電発振器によれば、第２の凹部空間内に集積回路素子搭載パッドを残して形成される絶縁層を備えたことによって、絶縁層が集積回路素子搭載パッド上には、設けられていないので、集積回路素子を導電性接合材によって集積回路素子搭載パッドに搭載する際に、絶縁層により導電性接合材を集積回路素子搭載パッド上に留めておくことができる。
よって、集積回路素子を搭載するために必要とされる導電性接合材の所定の量を確保することができるので、集積回路素子の接続強度の低下を防止することが可能となる。
また、配線パターン上に被覆するように絶縁層が形成されているので、導電性接合材が配線パターン上に流れ出ることがないため、第２の凹部空間内底面に外部接続用電極端子と集積回路素子搭載パッドを接続するための配線パターンを形成することが可能となるので、接続配線を容器体内部に設けた圧電発振器に比べ、圧電発振器を薄型化することが可能となる。

また、絶縁層が石英ガラスによって構成されているので、スクリーン印刷手段により形成することができる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、圧電振動素子に水晶を用いた場合について説明する。
尚、説明を明りょうにするため説明に不必要な構造体の一部を図示していない。さらに図示した寸法も一部誇張して示している。

図１は、本発明の実施形態に係る圧電発振器を示す分解斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る圧電発振器を構成する容器体底面図である。

図１〜図３に示す圧電発振器１００は、容器体１０と圧電振動素子２０と蓋体３０と、集積回路素子５０で主に構成されている。この圧電発振器１００は、前記容器体１０の一方の主面に形成されている第１の凹部空間１１内に、圧電振動素子２０が搭載され、前記容器体１０の他方の主面に形成される第２の凹部空間１２内に集積回路素子５０が搭載された構造となっている。

圧電振動素子２０は、図１及び図２に示すように、例えば、水晶素板に励振用電極２１を被着形成したものであり、外部からの交番電圧が励振用電極２１を介して水晶素板に印加されると、所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。
水晶素板は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し外形加工を施された概略平板状で平面形状が例えば四角形となっている。
励振用電極２１は、前記水晶素板の表裏両主面に被着・形成したものである。
このような圧電振動素子２０は、その両主面に被着されている励振用電極２１と第１の凹部空間１１内底面に設けられている圧電振動素子搭載パッド１３とを、導電性接着剤７０（図２参照）により電気的且つ機械的に接続されることによって第１の凹部空間１１に搭載される。

また、集積回路素子５０は、図１に示すように、回路形成面に圧電振動素子２０からの発振出力を生成する発振回路等が設けられており、この発振回路で生成された出力信号は外部接続用電極端子１４の内の所定の端子を介して圧電発振器１００外へ出力され、例えば、クロック信号等の基準信号として利用される。尚、集積回路素子５０は、後述する容器体１０の第２の凹部空間内の基板部１０ａには、集積回路素子搭載パッド１５に搭載されている。

容器体１０は、基板部１０ａと前記基板部１０ａの両主面に設けられた枠部１０ｂ、１０ｃによって構成されている。
例えば、アルミナセラミックス、ガラス−セラミック等のセラミック材料を複数積層することよって形成されている。
図１及び図２に示すように、基板部１０ａの一方の主面と枠部１０ｂによって第１の凹部空間１１が形成されており、基板部１０ａの他方の主面と枠部１０ｃによって第２の凹部空間１２が形成されている。
この容器体１０の第１の凹部空間１１を囲繞する枠部１０ｂの開口側頂面の全周には、環状の封止用導体パターン１６が形成されている。第１の凹部空間１１内の基板部１０ａには、圧電振動素子搭載パッド１３が設けられている。
この容器体１０の第２の凹部空間１２内の基板部１０ａには、図３に示すように、モニタ用電極端子１７が中央部に設けられている。
前記モニタ用電極端子１７の周辺には、前記集積回路素子５０を機械的に接合するための集積回路素子搭載パッド１５が設けられている。
また、前記外部接続用電極端子１４が、第２の凹部空間１２を囲繞する枠部１０ｃの開口側頂面の四隅に設けられている。
集積回路素子搭載パッド１５と前記外部接続用電極端子１４は、前記容器体１０の第２の凹部空間１２内の基板部１０ａに形成された部分を有する配線パターン１８と第２の凹部空間１２を囲繞する枠部１０ｃの内部に形成されたビア導体（図示せず）により接続されている。
尚、モニタ用電極端子１７は、集積回路素子５０と機械的接続は行われてはいない。

尚、封止用導体パターン１６は、第１の凹部空間１１を形成する枠部１０ｂの内側の側面及び外側の側面にかかるように設けられていてもよい。
この封止用導体パターン１６は、後述する蓋体３０を、容器体１０に接合する際に用いられ、蓋体３０に形成された封止部材３１の濡れ性を良好にして接合しやすくしている。とする。これによって、第１の凹部空間１１の気密信頼性及び生産性を向上させることができる。

励振用電極２１と接続される圧電振動素子搭載パッド１３は、容器体１０の内部の配線導体（図示せず）やビアホール導体（図示せず）等及び第２の凹部空間１２内底面に形成された配線パターン１８や集積回路素子搭載パッド１５を介して、集積回路素子５０に電気的に接続される。

集積回路素子搭載パッド１５は、図３に示すように、前記容器体１０の第２の凹部空間１２内の基板部１０ａの中央部に設けられたモニタ用電極端子１７の周辺に設けられている。
また、集積回路素子搭載パッド１５は、集積回路素子５０に形成されている接続パッドが半田や導電性接着剤等の導電性接合材６０（図２参照）を介して電気的且つ機械的に接続される。また、集積回路素子搭載パッド１５は、容器体１０の第２の凹部空間１２内の基板部１０ａに形成されている配線パターン１８や容器体１０の内部に形成されている配線導体（図示せず）やビアホール導体（図示せず）等を介して集積回路素子５０内の電子回路が水晶振動素子２０や外部接続用電極端子１４に電気的に接続される。

モニタ用電極端子１７は、図３に示すように、前記容器体１０の他方の主面の第２の凹部空間１２内の基板部１０ａの中央部に設けられており、集積回路素子搭載パッド１５よりも大きい形状で形成されている。
また、前記モニタ用電極端子１７は、前記容器体１０の第１の凹部空間１１内の基板部１０ａに設けられている圧電振動素子搭載パッド１３を介して、前記圧電振動素子２０と接続されており、前記圧電振動素子２０のＣＩ（クリスタルインピーダンス）値や共振周波数値等の電気的特性を測定するために用いる。

絶縁層１９は、酸化アルミニウム又は石英ガラスから構成されている。この絶縁層１９は、酸化アルミニウム等により構成されるアルミナコートや石英ガラス等により構成されるガラスコートにより形成されている。この絶縁層１９は、前記集積回路素子搭載パッド１５の主面中央領域と前記モニタ用電極端子１７の主面中央領域が露出するような構造で、集積回路素子搭載パッド１５、モニタ用電極端子１７及び配線パターン１８を含む第２の凹部空間内の基板部１０ａの主面上に設けられている。又、絶縁層１９は、前記集積回路素子搭載パッド１５の主面中央領域と前記モニタ用電極端子１７の主面中央領域をマスキングするマスク治具を用いてスクリーン印刷手段により設けた後、焼成されることにより形成される。
前記絶縁層１９の厚み寸法は、１０〜５０μｍで形成されている。これは、集積回路素子搭載パッド１５及びモニタ用電極端子１７の厚み寸法より厚いので、導電性接合材６０が配線パターン１８上に流れ出ることを防止することができる。
これによって、集積回路素子５０を接続するための導電性接合材６０の所定の量を確保することができるので、集積回路素子５０の接続強度が低下することを防止することが可能となる。
例えば、複数個の容器体１０が平面状に配列集合した容器体上の個々の容器体の第２の凹部空間内に、絶縁層１９をスクリーン印刷手段により一括に形成ことができる。

また、４つの外部接続用電極端子１４のうち、グランド端子と発振出力端子を近接に配置するようにすれば、発振出力端子より出力される発振信号にノイズが干渉するのを有効に防止することができる。従って、グランド端子と発振出力端子は近接させて配置することが好ましい。

蓋体３０は、容器体１０の第１の凹部空間１１上に配置接合される。この蓋体３０は、前記第１の凹部空間１１に相対する箇所に封止部材３１が設けられている。
また、このような封止部材３１は、前記封止用導体パターン１６表面の凹凸を緩和し、気密性の低下を防ぐことが可能となる。

また、前記容器体１０上に配置される蓋体３０は、従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を所定形状に整形することによって製作される。蓋体３０の上面には、ニッケル（Ｎｉ）層が形成され、更にニッケル（Ｎｉ）層の上面に少なくとも封止用導体パターン１１に相対する箇所に封止部材３１である金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層が形成される。金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層の厚みは、１０μｍ〜４０μｍである。例えば、成分比率が、金が８０％、錫が２０％のものが使用されている。

前記導電性接着剤７０は、シリコーン樹脂の中に導電性フィラーが含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、のうちのいずれかまたはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。

尚、前記容器体１０は、アルミナセラミックスから成る場合、所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面に、圧電振動素子搭載パッド１３、外部接続用電極端子１４、集積回路素子搭載パッド１５、封止用導体パターン１６等となる導体ペーストを、また、セラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内にビア導体となる導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷によって塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することにより製作される。

また、前記封止用導体パターン１６は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、等から成る基層の表面にニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層を順次、第１の凹部空間１１を環状に囲繞する形態で被着させることによって、１０μｍ〜２５μｍの厚みに形成されている。

尚、本発明は前記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。
例えば、前記した本実施形態では、圧電振動素子２０を構成する圧電素材として水晶を用いた場合を説明したが、他の圧電素材として、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたは、圧電セラミックスを圧電素材として用いた圧電振動素子でも構わない。

本発明の実施形態に係る圧電発振器を示す分解斜視図である。図１のＡ−Ａ断面図である。本発明の実施形態に係る圧電発振器を構成する容器体底面図である。従来における圧電発振器の一例である水晶発振器を示す断面図である。従来における圧電発振器を構成する容器体底面図である。

符号の説明

１０・・・容器体
１０ａ・・・基板部
１０ｂ、１０ｃ・・・枠部
１１・・・第１の凹部空間
１２・・・第２の凹部空間
１３・・・圧電振動素子搭載パッド
１４・・・外部接続用電極端子
１５・・・集積回路素子搭載パッド
１６・・・封止用導体パターン
１７・・・モニタ用電極端子
１８・・・配線パターン
１９・・・絶縁層
２０・・・圧電振動素子

２１・・・励振用電極
３０・・・蓋体
３１・・・封止部材
５０・・・集積回路素子
６０・・・導電性接合材
７０・・・導電性接着剤
１００・・・圧電発振器

Claims

基板部の両主面に枠部を設けて第１の凹部空間と第２の凹部空間が設けられた容器体と、
前記第１の凹部空間内の前記基板部に設けられた圧電振動素子搭載パッドに搭載される圧電振動素子と、
前記第２の凹部空間内の前記基板部に設けられた集積回路素子搭載パッドに搭載される集積回路素子と、
前記第１の凹部空間を気密封止する蓋体とを備え、
前記第２の凹部空間内の前記基板部主面には、前記圧電振動素子搭載パッドと電気的に接続したモニタ用電極端子と、前記集積回路素子搭載パッド及び前記モニタ用電極端子から延設する配線パターンとが設けられており、
前記集積回路素子搭載パッド、前記モニタ用電極端子及び前記配線パターンを含む前記第２の凹部空間内の前記基板部の主面上には、前記集積回路素子搭載パッドの主面中央領域と前記モニタ用電極端子の主面中央領域が露出した構造の絶縁層が設けられており、
前記絶縁層は石英ガラスによって構成されており、
前記絶縁層の厚みは、前記集積回路素子搭載パッド及び前記モニタ用電極端子の厚みよりも厚い
ことを特徴とする圧電発振器。