JP4916775B2

JP4916775B2 - 圧電発振器

Info

Publication number: JP4916775B2
Application number: JP2006152312A
Authority: JP
Inventors: 香澄林田
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2026-05-31
Also published as: JP2007324880A

Description

本発明は、携帯用通信機器等の電子機器に用いられる圧電発振器に関するものである。

従来、携帯用通信機器等の電子機器には、その機器における基準信号発生源として電子部品の一つである圧電発振器が用いられている。

かかる従来の圧電発振器の一形態として、例えば図４の断面図に示す如く、主面形状が矩形の平板状集積回路素子４１の一方の主面上には一対の圧電振動素子接続用電極パッド４２が形成されており、又他方の主面には外部のマザーボード等の回路基板と電気的且つ機械的に接続固着するための外部接続用電極端子４３が複数個形成されている。これらの圧電振動素子接続用電極パッド４２及び外部接続用電極端子４３は、集積回路素子４１内に形成した導配線により集積回路素子４１内に具備されている発振回路を始めとする各種電子回路網と電気的に接続している。

又、集積回路素子４１の一方の主面上に形成された圧電振動素子接続用電極パッド４２上には圧電振動素子４４が配置されており、圧電振動素子４４の表裏両主面に形成されている励振用電極４５は、導電性接着材４６を介して圧電振動素子接続用電極パッド４２と電気的に接続されている。同じに圧電振動素子４４本体は加熱固化した導電性接着材４６により固着され姿勢を支持している。

更に、集積回路素子４１の辺縁部の全周には、蓋体接合用金属層４７が形成されており、その蓋体接合用金属層４７上には、外形形状が一方の主面側に開口部を有する概略箱形であり、且つ開口部を囲繞する側壁端に外側に向かって延設した接合代４９が形成された金属製の蓋体４８が、圧電振動素子４４を覆い且つ蓋体４８の接合代部分が蓋体接合用金属層４７上に位置する形態で配置されており、蓋体４８の接合代４９部分と蓋体接合用金属層４７とを加熱溶融した後冷却固化することにより、蓋体４８は集積回路素子４１の一方の主面上に搭載されている。このことにより、圧電振動素子４４は蓋体４８及び集積回路素子４１により気密封止されている。

上述したような形態の圧電発振器については、下記の先行技術文献に開示されている。
特開２０００−１９６３６０号公報特開２００４−１２８５９１号公報

尚、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至らなかった。

電子機器の小型化に伴い、それに搭載される電子部品である圧電発振器に対しても、より一層の小型化が求められている。しかし、旧来の圧電発振器ではセラミックス等で形成された容器体内に圧電振動素子や集積回路素子を収納した形態であったため、必然的に容器体分の体積を圧電発振器として必要とするために、小型化の障害の一つとなっていた。又、仮に小型化に対応した容器体を作成した場合でも、容器体内に確保可能な内部空間内に搭載できる大きさの集積回路素子を製造することが非常に困難である。

更に、このような課題を解決した上述したような形態の圧電発振器においても、蓋体を集積回路素子上に配置固着するために、蓋体及び集積回路素子に接合代が必要となる。この接合代の存在が圧電発振器の小型化の障害の一つとなっていた。

本発明は上記課題に鑑み発明されたものであり、その目的は、小型化に適した形態の圧電発振器を提供することにある。

本発明における圧電発振器は、少なくとも、表裏両主面上に少なくとも励振用電極を形成した平板状の圧電振動素子と、主面形状が概略四角形であり且つ内部に少なくとも発振回路を内蔵した外形が概略直方体の集積回路素子と、該圧電振動素子が内包される空間を気密に封止するための蓋体とが、一体で組み合わされて構成された圧電発振器において、
上記集積回路素子の一方の主面には少なくとも外部基板接続用電極端子が、又、少なくとも集積回路素子の対向するそれぞれの側面上及びその側面と連続する他方の主面上の辺縁部には、集積回路素子内の所望の電子回路と電気的に接続した各々一対の圧電振動素子接続用導配線が、更に、集積回路素子の他方の主面上の圧電振動素子接続用導配線の終端には、この圧電振動素子接続用導配線と電気的に接続した圧電振動素子接続用電極パッドが形成されており、この圧電振動素子接続用電極パッド上には圧電振動素子が配置され、圧電振動素子接続用電極パッドとこの圧電振動素子に形成された電極とが導電性接合材で接合固着されており、集積回路素子の側面及び集積回路素子の側面上にある圧電振動素子接続用導配線の表面上には、該圧電振動素子接続用導配線の厚みよりも厚い絶縁性接合材層が側面全周にわたり形成されており、該絶縁性接合材層を側面に形成した該集積回路素子が、一方の主面側が開口した形状の箱型の蓋体の開口部に、該集積回路素子の他方の主面を該蓋体の内部空間へ向けた形態で嵌め込まれ、且つ該蓋体と該集積回路素子とが該絶縁性接合材層により固着されていることにより、該圧電振動素子を内包した該蓋体内面及び該集積回路素子の他方の主面で囲われた空間部が気密封止されていることを特徴とする。

また、本発明における圧電発振器は、少なくとも、表裏両主面上に少なくとも励振用電極を形成した平板状の圧電振動素子と、主面形状が概略四角形であり且つ内部に少なくとも発振回路を内蔵した外形が概略直方体の集積回路素子と、この圧電振動素子が内包される空間を気密に封止するための蓋体とが、一体で組み合わされて構成された圧電発振器において、
上記集積回路素子の主面よりサイズの大きい主面を有する平板状の基板の一方の主面には、少なくとも複数個の外部接続用電極端子が形成され、この基板の他方の主面上には集積回路素子の一方の主面に形成された基板接続用電極端子と電気的に接続する複数個の集積回路素子接続用電極端子が形成されており、この集積回路素子接続用電極端子のうちの所定の電極端子は、外部接続用電極端子と電気的に接続されており、この基板の集積回路素子接続用電極端子上には集積回路素子が配置され、この集積回路素子の基板接続用電極端子と集積回路素子接続用電極端子とは導電性接合材で接合固着されており、少なくとも集積回路素子の対向するそれぞれの側面上及びその側面と連続する他方の主面上の辺縁部には、集積回路素子内の所望の電子回路と電気的に接続した各々一対の圧電振動素子接続用導配線が、更に、集積回路素子の他方の主面上の圧電振動素子接続用導配線の終端には、圧電振動素子接続用導配線と電気的に接続した圧電振動素子接続用電極パッドが形成されており、この圧電振動素子接続用電極パッド上には圧電振動素子が配置され、圧電振動素子接続用電極パッドと圧電振動素子に形成された電極とが導電性接合材で接合固着されており、集積回路素子の側面及び集積回路素子の側面上にある圧電振動素子接続用導配線の表面上には、圧電振動素子接続用導配線の厚みよりも厚い絶縁性接合材層が全周にわたり形成されており、基板に接合し且つ絶縁性接合材層を側面に形成した集積回路素子が、一方の主面側が開口した形状の箱型の蓋体の開口部に、集積回路素子の他方の主面を蓋体の内部空間へ向け且つ基板の他方の主面が蓋体の側壁部頂面と接触する形態で嵌め込み配置され、且つ蓋体と集積回路素子とが絶縁性接合材層により、又は／及び蓋体と基板とが別の絶縁性接合材により固着されていることにより、圧電振動素子を内包した蓋体内面及び集積回路素子の他方の主面で囲われた空間部が気密封止されていることを特徴とする。

更に、本発明における上記各構成の圧電発振器において、上記絶縁性接合材が低融点ガラスであることをも特徴とする。

本発明の圧電発振器によれば、圧電振動素子を収容するための容器体が不要となり、又、集積回路素子の主面上に接合代が、及び蓋体の側壁部の開口部側端部に外側へ向かって延設した接合代が不要となるため、圧電発振器のより一層の小型化が可能となる。さらに、圧電発振器を構成する部材点数が従来の圧電発振器に比べ少なくすることが可能となるので、製造工数削減が可能となり、因って製造時間及び製造コストが削減でき、安価な圧電発振器を提供できる効果を奏する。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。又、各図では、説明を明りょうにするため構成体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。特に各構成部材の厚み寸法は誇張して図示している。

図１は本発明における一実施形態にかかる圧電発振器の概略分解斜視図である。又、図２は図１に記載の圧電発振器を組み立てた後、図１記載の仮想切断線Ａ１−Ａ２で切断した場合の概略断面図である。図１及び図２に図示する圧電発振器１０は大略的に言って、蓋体１２と、圧電振動素子１３、集積回路素子１１とで構成されている。即ち、この集積回路素子１１はその回路形成面に、周囲の温度状態を検知する感温素子、記憶手段に蓄積された温度補償データに基づいて圧電振動素子１３の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、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が設けられており、発振回路で生成された発振出力信号は、外部に出力された後、例えばこの圧電発振器が搭載された電子機器の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。

更に、集積回路素子１１の一方の主面には外部接続用電極端子１４が形成されており、又同主面には外部接続用電極端子１４の他にも、集積回路素子１１に内蔵された電子回路の一つである温度補償回路に接続した補償データ記憶手段（例えばメモリ）に温度補償データ信号を入力するための温度補償データ入力端子（不図示）等、圧電発振器に搭載された各種機能を動作制御させるための各種電極端子が形成されている。尚、この外部接続用電極端子１４上には電子機器のマザーボード等の外部基板に形成された電子回路と導通固着をするためのハンダ、導電性接着材又は金属バンプ等が付着した構造である場合がある。

又、少なくとも集積回路素子１１の対向するそれぞれの側面（図１では集積回路素子１１の短辺側面）上及びその側面と連続する集積回路素子１１の他方の主面上の辺縁部には、集積回路素子１１に内蔵された発振回路と電気的に接続した各々一対の圧電振動素子接続用導配線１５が、更に、集積回路素子１１の他方の主面上の圧電振動素子接続用導配線１５の終端には、この圧電振動素子接続用導配線１５と電気的に接続した圧電振動素子接続用電極パッド１６が形成されている。

この圧電振動素子接続用電極パッド１６上には圧電振動素子１３が配置されている。この圧電振動素子１３は圧電素板の表面に圧電素板を励振させるための励振用電極１７が形成されたもので、例えば圧電素板の素材として水晶を用いた場合の圧電振動素子１３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した平板状の水晶素板の両主面に励振用電極を含む各種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用電極を介して水晶素板に印加されると、各種振動モードで各振動モードによる所定の周波数の振動を起こす。この圧電振動素子接続用電極パッド１６とこの圧電振動素子１３に形成された励振用電極１７とが導電性接合材１８で接合固着されている。

又、集積回路素子１１の側面及び集積回路素子１１の側面上にある圧電振動素子接続用導配線１５の表面上には、この圧電振動素子接続用導配線１５の厚みよりも厚い絶縁性接合材層１９が側面全周にわたり形成されている。本実施例では絶縁性接合材層１９の材料としては低融点ガラスを使用している。このように低融点ガラスによる絶縁性接合材層１９の厚みを圧電振動素子接続用導配線１５の厚みより厚くし、絶縁性接合材層１９を形成した際に集積回路素子１１の側面上に形成した圧電振動素子接続用導配線１５の表面を覆うことにより、後述する蓋体１２に集積回路素子１１を嵌め込んだ場合、蓋体１２の内表面と圧電振動素子接続用導配線１５の間にも絶縁性接合材層１９が入り込み、蓋体１２と圧電振動素子接続用導配線１５との導通短絡を防止している。

この絶縁性接合材層１９を側面に形成し、且つその他方の主面に圧電振動素子１３を搭載した集積回路素子１１が、一方の主面側が開口した形状の箱型の蓋体１２の開口部に、集積回路素子１１の他方の主面を蓋体１２の内部空間へ向けた形態で所定の位置まで嵌め込まれ、且つ蓋体１２と集積回路素子１１とが絶縁性接合材層１９により固着されていることにより、圧電振動素子１３を内包した蓋体１２内面及び集積回路素子１１の他方の主面で囲われた空間部２０が気密封止されることにより、圧電発振器１０を構成している。この蓋体１２は、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料または４２アロイやコパール、リン青銅等の金属材料から成る。尚、この蓋体１２と集積回路素子１１との固着方法としては、集積回路素子１１を蓋体１２へ嵌め込んだ後、リフロー炉を通過させ、絶縁性接合材層１９である低融点ガラスを溶融接合したのち冷却固化する方法を用いている。

図３は本発明における他の実施形態にかかる圧電発振器の概略断面図である。尚切断箇所としては図１に記載の切断箇所とほぼ同位置で切断した場合を図示している。図３に図示する圧電発振器３０は大略的に言って、蓋体１２と、圧電振動素子１３、集積回路素子１１及び基板３１とで構成されている。即ち、この集積回路素子１１はその回路形成面に、周囲の温度状態を検知する感温素子、記憶手段に蓄積された温度補償データに基づいて圧電振動素子１３の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、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が設けられており、発振回路で生成された発振出力信号は、外部に出力された後、例えばこの圧電発振器が搭載された電子機器の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。

更に、集積回路素子１１の主面よりサイズの大きい主面を有する平板状の基板３１の一方の主面には、少なくとも複数個の外部接続用電極端子１４が形成されており、又同主面には外部接続用電極端子１４の他にも、集積回路素子１１に内蔵された電子回路の一つである温度補償回路に接続した補償データ記憶手段（例えばメモリ）に温度補償データ信号を入力するための温度補償データ入力端子（不図示）等、圧電発振器に搭載された各種機能を動作制御させるための各種電極端子が形成されている。

更にこの基板３１の他方の主面上には、集積回路素子１１の一方の主面にも形成された、入出力端子、グランド端子及び温度補償データ入力端子等により成る基板接続用電極端子３２に対向し且つ電気的に接続する複数個の集積回路素子接続用電極端子３３が形成されており、この集積回路素子接続用電極端子３３は、基板３１の一方の主面に形成されている外部接続用電極端子１４やその他各種電極端子のうちの各々所定の電極端子間で電気的に接続されている。この基板３１はガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料或いはガラエポより成る。この基板３１の集積回路素子接続用電極端子３３上には集積回路素子１１が配置され、この集積回路素子１１の基板接続用電極端子３２と集積回路素子接続用電極端子３３とは、ハンダ、導電性接着材又はバンプ等の導電性接合材３４で接合固着されている。尚、基板３１に形成された外部接続用電極端子１４上には電子機器のマザーボード等の外部基板に形成された電子回路と導通固着をするためのハンダ、導電性接着材又は金属バンプ等が付着した構造である場合がある。

又、少なくとも集積回路素子１１の一側面（図１では集積回路素子１１の短辺のうちの一側面）上及びその側面と連続する集積回路素子１１の他方の主面上の辺縁部には、集積回路素子１１に内蔵された発振回路と電気的に接続した一対の圧電振動素子接続用導配線１５が、更に、集積回路素子１１の他方の主面上の圧電振動素子接続用導配線１５の終端には、この圧電振動素子接続用導配線１５と電気的に接続した圧電振動素子接続用電極パッド１６が形成されている。

基板３１に接合し且つ絶縁性接合材層１９を側面に形成した集積回路素子１１が、一方の主面側が開口した形状の箱型の蓋体１２の開口部に、集積回路素子１１の他方の主面を蓋体１２の内部空間へ向け且つ基板３１の他方の主面が蓋体１２の側壁部頂面と接触する形態で嵌め込み配置され、且つ蓋体１２と集積回路素子１１とが絶縁性接合材層１９により、又は／及び蓋体１２と基板３１とが別の絶縁性接合材３５により固着されていることにより、圧電振動素子１３を内包した蓋体１２内面及び集積回路素子１１の他方の主面で囲われた空間部２０が気密封止されることにより、圧電発振器３０を構成している。この蓋体１２は、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料または４２アロイやコパール、リン青銅等の金属材料から成る。尚、この蓋体１２と集積回路素子１１との固着方法としては、集積回路素子１１を蓋体１２へ嵌め込んだ後、リフロー炉を通過させ、絶縁性接合材層１９である低融点ガラスを溶融接合したのち冷却固化する方法を用いている。

このような形態の圧電発振器３０とすることにより、上記実施例１ではその製造工程において、蓋体１２への集積回路素子１１嵌め込みの際の嵌め込み位置決めのために外部に何らかの位置決め手段を必要としていたが、その嵌め込み位置決め手段を基板３１に置き換えることができ、製造工程の簡易化を図ることが可能となる。又、蓋体１２と集積回路素子１１とが、又は蓋体１２と基板３１とが固着されることにより空間部２０は気密封止されるが、より確実な気密封止を成すためには、蓋体１２と集積回路素子１１との間及び蓋体１２と基板３１との間の両方が、絶縁性接合材により固着されることが好ましい。

尚、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。例えば、上述した実施例では少なくとも圧電振動素子が接続してある一対の圧電振動素子接続用電極パッド１６から各々引き出してある圧電振動素子接続用導配線１５を、集積回路素子１１の同じ一側面上に形成した形態の圧電発振器を開示したが、他の形態として、それぞれの圧電振動素子接続用電極パッドから引き出した圧電振動素子接続用導配線を、別々の集積回路素子側面にそれぞれ引き出し形成した形態の圧電発振器でも構わない。

図１は、本発明における圧電発振器の一実施形態を示した概略分解斜視外観図である。図２は、図１に記載の圧電発振器を組み立てた後、図１記載の仮想切断線Ａ１−Ａ２で切断した場合の概略断面図である。図３は、本発明における圧電発振器の他の実施形態を示した概略断面図である。図４は、従来の圧電発振器の一形態を示した概略断面図である。

符号の説明

１０，３０・・・圧電発振器
１１・・・集積回路素子
１２・・・蓋体
１３・・・圧電振動素子
１４・・・外部接続用電極端子
１５・・・圧電振動素子接続用導配線
１６・・・圧電振動素子接続用電極パッド
１８，３４・・・導電性接合材
１９，３５・・・絶縁性接合材
２０・・・空間部
３１・・・基板
３２・・・基板接続用電極端子
３３・・・集積回路素子接続用電極端子

Claims

少なくとも、
表裏両主面上に少なくとも励振用電極を形成した平板状の圧電振動素子と、
主面形状が概略四角形であり、且つ内部に少なくとも発振回路を内蔵した外形が概略直方体の集積回路素子と、
該圧電振動素子が内包される空間を気密に封止するための蓋体とが、
一体で組み合わされて構成された圧電発振器において、
該集積回路素子の一方の主面には少なくとも外部基板接続用電極端子が、又、少なくとも該集積回路素子の対向するそれぞれの側面上及びその側面と連続する他方の主面上の辺縁部には、該集積回路素子内の所望の電子回路と電気的に接続した各々一対の圧電振動素子接続用導配線が、更に、該集積回路素子の他方の主面上の該圧電振動素子接続用導配線の終端には、該圧電振動素子接続用導配線と電気的に接続した圧電振動素子接続用電極パッドが形成されており、
該圧電振動素子接続用電極パッド上には該圧電振動素子が配置され、該圧電振動素子接続用電極パッドと該圧電振動素子に形成された電極とが導電性接合材で接合固着されており、
該集積回路素子の側面及び該集積回路素子の側面上にある該圧電振動素子接続用導配線の表面上には、該圧電振動素子接続用導配線の厚みよりも厚い絶縁性接合材層が側面全周にわたり形成されており、
該絶縁性接合材層を側面に形成した該集積回路素子が、一方の主面側が開口した形状の箱型の蓋体の開口部に、該集積回路素子の他方の主面を該蓋体の内部空間へ向けた形態で嵌め込まれ、且つ該蓋体と該集積回路素子とが該絶縁性接合材層により固着されていることにより、該圧電振動素子を内包した該蓋体内面及び該集積回路素子の他方の主面で囲われた空間部が気密封止されていることを特徴とする圧電発振器。
少なくとも、
表裏両主面上に少なくとも励振用電極を形成した平板状の圧電振動素子と、
主面形状が概略四角形であり、且つ内部に少なくとも発振回路を内蔵した外形が概略直方体の集積回路素子と、
該圧電振動素子が内包される空間を気密に封止するための蓋体とが、
一体で組み合わされて構成された圧電発振器において、
該集積回路素子の主面よりサイズの大きい主面を有する平板状の基板の一方の主面には、少なくとも複数個の外部接続用電極端子が形成され、該基板の他方の主面上には該集積回路素子の一方の主面に形成された基板接続用電極端子と電気的に接続する複数個の集積回路素子接続用電極端子が形成されており、該集積回路素子接続用電極端子のうちの所定の電極端子は、該外部接続用電極端子と電気的に接続されており、
該基板の該集積回路素子接続用電極端子上には該集積回路素子が配置され、該集積回路素子の該基板接続用電極端子と該集積回路素子接続用電極端子とは導電性接合材で接合固着されており、
少なくとも該集積回路素子の対向するそれぞれの側面上及びその側面と連続する他方の主面上の辺縁部には、該集積回路素子内の所望の電子回路と電気的に接続した各々一対の圧電振動素子接続用導配線が、更に、該集積回路素子の他方の主面上の該圧電振動素子接続用導配線の終端には、該圧電振動素子接続用導配線と電気的に接続した圧電振動素子接続用電極パッドが形成されており、
該圧電振動素子接続用電極パッド上には該圧電振動素子が配置され、該圧電振動素子接続用電極パッドと該圧電振動素子に形成された電極とが導電性接合材で接合固着されており、
該集積回路素子の側面及び該集積回路素子の側面上にある該圧電振動素子接続用導配線の表面上には、該圧電振動素子接続用導配線の厚みよりも厚い絶縁性接合材層が側面全周にわたり形成されており、
該基板に接合し且つ該絶縁性接合材層を側面に形成した該集積回路素子が、一方の主面側が開口した形状の箱型の蓋体の開口部に、該集積回路素子の他方の主面を該蓋体の内部空間へ向け且つ該基板の他方の主面が該蓋体の側壁部頂面と接触する形態で嵌め込み配置され、且つ該蓋体と該集積回路素子とが該絶縁性接合材層により、又は／及び該蓋体と該基板とが別の絶縁性接合材により固着されていることにより、該圧電振動素子を内包した該蓋体内面及び該集積回路素子の他方の主面で囲われた空間部が気密封止されていることを特徴とする圧電発振器。
該絶縁性接合材が低融点ガラスであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の圧電発振器。