JP5188752B2

JP5188752B2 - 圧電発振器

Info

Publication number: JP5188752B2
Application number: JP2007173340A
Authority: JP
Inventors: 利夫中澤
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: JP2009016949A

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６は、従来の圧電発振器を示す断面図である。図６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の一方の主面に凹部空間２０５が形成され、この凹部空間２０５の底面に形成された圧電振動素子搭載パッド２０６上に、圧電振動素子２０２が搭載されている。
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、凹部空間２０５内が気密封止されている。
また、前記容器体２０１の他方の主面には、導電性接合材２０７によって導電体２０４と集積回路素子２０３とが接合されている構造が知られている。この導電体２０４は、外部接続用電極端子として用いられる（例えば、特許文献１を参照）。

尚、前記容器体２０１の他方の主面の辺縁部には導電体接続用電極端子２０８が設けられており、中央部には、集積回路素子搭載パッド２０９が設けられている。
前記導電体接続用電極端子２０８と、集積回路素子搭載パッド２０９は、配線パターンにより主面上で接続されている。
これらの導電体接続用電極端子２０８と導電体２０４、集積回路素子搭載パッド２０９と集積回路素子２０３を導電性接着剤や半田等の導電性接合材２０７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と導電体２０４が接合されていた。
集積回路素子２０３と導電体２０４を容器体２０１に接合する方法としては、前記容器体２０１の他方の主面に形成されている集積回路素子搭載パッド２０９と導電体接続用電極端子２０８に導電性接着剤や半田等の導電性接合材２０７を塗布し、集積回路素子を集積回路素子搭載パッド上に搭載し、導電体２０４を容器体２０１の各導電体接続用電極端子２０８に１つずつ搭載して、熱処理をすることで、集積回路素子搭載パッド２０９に集積回路素子２０３が接合され、導電体接続用電極端子２０８に導電体２０４が接合されていた。

特開２００３−４６２５１号公報

しかしながら、従来の圧電発振器においては、前記導電体接続用電極端子２０８と、集積回路素子搭載パッド２０９は、配線パターンにより主面上で接続されている。
容器体２０１の他方の主面に形成されている集積回路素子搭載パッド２０９と導電体接続用電極端子２０８に導電性接着剤や半田等の導電性接合材２０７を塗布し、集積回路素子２０３と導電体２０４を容器体２０１の集積回路素子搭載パッド２０９と導電体接続用電極端子２０８に搭載し、搭載後に熱処理をすると集積回路素子搭載パッド２０９及び導電体接続用電極端子２０８上の溶融した導電性接合材２０７が配線パターンに流れ出てしまう。これにより、集積回路素子２０３と導電体２０４を接続するための導電性接合材２０７の量が減ってしまう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や導電体接続用電極端子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、集積回路素子と端子部の接続強度の低下を防止することができる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、前記課題を解決するために成されたものであり、一方の主面に凹部空間を有した容器体と、凹部空間内に搭載される圧電振動素子と、容器体の他方の主面に搭載される集積回路素子と端子部と、凹部空間を気密封止する蓋体とを備える圧電発振器であって、容器体の前記他方の主面の４隅に設けられる端子部接続用電極端子と、中央部に設けられる集積回路素子搭載パッドが設けられ、端子部接続用電極端子と前記集積回路素子搭載パッドとが容器体の他方の主面上に形成された配線パターンにより接続されているとともに、絶縁層が、前記配線パターンの上に、前記絶縁層の所定の表面が前記端子部の側面に対向するように、前記端子部の前記集積回路素子に対向する側面に沿って形成されており、前記絶縁層の厚みが、前記端子部接続用電極端子に設けた導電性接合材が前記配線パターン上に流れ出ることを防止することが可能な厚みである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、端子部接続用電極端子と集積回路素子搭載パッドをつなぐ配線パターン上に絶縁層を設けたので、絶縁層が壁の代わりをして導電性接合材をその場に留めておくことができる。
よって、集積回路素子と端子部を接続するために必要な端子部接続用電極端子と集積回路素子搭載パッド上の導電性接合材の量を一定量確保することができるので、集積回路素子と端子部の接続強度の低下を防止することが可能となる。

また、絶縁層が酸化アルミニウム又は石英ガラスによって構成されているので、複数個の絶縁層をスクリーン印刷手段により形成することが可能となる。

また、絶縁層が前記端子部の集積回路素子に対向する側面に沿った位置に設けられていることによって、容器体の端子部接続用電極端子に端子部を搭載する際に、絶縁層で、端子部を容器体の他方の主面の所定の位置に位置決めすることができると共に、搭載する際に、集積回路素子に端子部が接触することで、集積回路素子の破損や集積回路素子の配置位置ずれを防止することが可能となる。

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。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１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（ａ）は、本発明の第１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り、図３（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る圧電発振器の容器体に端子部を設けた状態の一例を示す底面図である。

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とからなる圧電振動子９０と、集積回路素子５０と端子部４１とで主に構成されている。この圧電発振器１００は、容器体１０の一方の主面に凹部空間１４が形成され、前記容器体１０の前記凹部空間１４内に圧電振動素子２０が搭載され、前記容器体１０の他方の主面には、集積回路素子５０を搭載しつつ、端子部４１を設け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と容器体１０の凹部空間１４内に形成さ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を参照）介して電気的且つ機械的に接続されることによって接続することによって凹部空間１４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端子部４１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の他方の主面に形成された集積回路素子搭載パッド１５ａ、１５ｂに搭載されている。

容器体１０は、図１及び図２に示すように、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から成る絶縁層を複数積層することよって形成されており、容器体１０の一方の主面には、中央域に凹部空間１４が形成されている。また、凹部空間１４を囲繞する容器体１０の側壁部の開口側頂面の全周には、環状の封止用導体パターン１１が形成されている。凹部空間１４内には、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の他方の主面には、図３に示すように、モニタ用電極端子１６が中央部に設けられている。
前記モニタ用電極端子１６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１５ａ、１５ｂが設けられている。
前記容器体１０の他方の主面の４隅には、端子部４１を機械的に接合するための端子部接続用電極端子１２が設けられている。
集積回路素子搭載パッド１５ａと端子部接続用電極端子１２は、前記容器体１０の他方の主面上に形成された配線パターン１７により接続されている。また、この配線パターン１７上には、絶縁層１８が設けられている。

尚、封止用導体パターン１１は、凹部空間１４を形成する側壁部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１１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の濡れ性を良好とする。これによって、凹部空間１４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）等及び凹部空間１４内底面に形成された集積回路素子搭載パッド１５ａ、１５ｂ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１５ａ、１５ｂは、図３に示すように、前記容器体１０の他方の主面の中央部に設けられたモニタ用電極端子１６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、容器体１０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に電気的に接続される。

端子部接続用電極端子１２は、図３（ａ）に示すように、容器体１０の他方の主面の４隅に設けられている。
また、端子部接続用電極端子１２は、後述する端子部４１に形成された金属膜層４３ａと、半田や導電性接着剤等の導電性接合材６０によって機械的且つ電気的に接合している。

モニタ用電極端子１６は、図３（ａ）に示すように、前記容器体１０の他方の主面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１６は、容器体１０の凹部空間１４内底面に形成さ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１８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１８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１８は、４ヶ所に設けられている集積回路素子搭載パッド１５ａと端子部接続用電極端子１２とをつなぐ配線パターン１７上にスクリーン印刷され、焼成されることにより形成される。
絶縁層１８が端子部４１が搭載された際に、集積回路素子５０に対向する各端子部４１の側面に沿って、配線パターン１７を跨ぐように容器体１０の他方の主面にかかって形成されていることによって、容器体１０の端子部接続用電極端子１２に端子部４１を搭載する際に、絶縁層１８で、端子部４１を容器体１０の他方の主面の所定の位置に位置決めすることができると共に、搭載する際に、集積回路素子５０に端子部４１が接触することで、集積回路素子５０の破損や集積回路素子５０の位置ずれを防止することが可能となる。
また、絶縁層１８の厚み寸法は、１０〜１００μｍで形成されている。前記絶縁層１８の厚み寸法が１０μｍ以上であれば、導電性接合材６０が配線パターン１７上に流れ出ることを防止することができる。
又、絶縁層１８の厚み寸法が５０〜１００μｍにすることによって、前記絶縁層１８で端子部４１の位置決めすることができると共に、接合時に端子部４１が容器体の他方の主面の内側に向かって動くことを絶縁層１８で抑止できるため、端子部４１が前記集積回路素子５０に接触することを防止できる。
絶縁層１８の厚み寸法が１００μｍ以上にすると、容器体１０の他方の主面の平坦性をなくしてしまい水晶振動素子２０を搭載する際に、容器体１０が動いてしまうことによって、安定して水晶振動素子２０を搭載することができなかった。
前記絶縁層１８の配線パターン１８に対し、平行方向にあたる幅寸法は、１００〜２００μｍで形成されている。

端子部４１は、シリコンやガラス、ガラスエポキシ樹脂等の一枚板である基板を従来周知の打ち抜き加工法やエッチング加工法等により形成する。
端子部４１は、集積回路素子５０の高さ寸法よりも高い高さ寸法を有する柱状形状となっている。
端子部４１は、平板状の基板に設けられた複数の貫通口部の側面から対向する貫通口部内側面に向かって延出して、前記容器体１０の他方の主面に形成された端子部接続用電極端子１２に対応した位置に設けられる複数の端子部４１の前記基板の両主面と同一方向を向く面にＮｉメッキ、Ａｕメッキを施した金属膜層４２ａ、４２ｂを形成し、前記端子部４１を切り離して形成される。
尚、金属膜層４２ａと金属膜層４２ｂは、端子部４１の内部又は、表面に形成された配線やビアホールにより、導通がとられている。

このように端子部４１は基板を加工して形成されたものであるため、容器体１０の外部接続用電極端子として、マザーボード等の外部電気回路に搭載する際、半田等の導電性接合材によって外部電気回路の回路配線と電気的に接続されても、導電性接合材が端子部４１の表面に這い上がらないため、他の端子部や集積回路素子５０と短絡を防止することが可能となる。

ここで、４つの外部接続用電極端子４１ａ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の凹部空間上に配置接合される。この蓋体３０は、前記凹部空間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、封止用導体パターン１１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。

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、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封止用導体パターン１１、端子部接続用電極端子１２、圧電振動素子搭載パッド１３、集積回路素子搭載パッド１５、配線パターン１７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、封止用導体パターン１１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、凹部空間１４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。

また、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。

（第２の実施形態）
また、図４（ａ）は、本発明の第２の実施形態となる圧電発振器を構成する容器体底面図であり、図３（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る圧電発振器の容器体に端子部を設けた状態の一例を示す底面図である。
絶縁層１８が、容器体１０の他方の主面の短辺側に沿って、２ヶ所の配線パターン１７を跨ぐように設けられている。
このようにすることで、一括的に絶縁層１８を形成することが可能となる。

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水晶振動素子を説明したが、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。

また、前記した本実施励では、前記端子部４１は、シリコンやガラス、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁部材で説明したが、銅等の金属部材を用いても構わない。

また、図５に示すように、前記端子部４２を一対の脚部のように形成し、脚部間にＩＣ素子７を挟んで平行に配置しても構わない。
また、これら一対の脚部４３ａ，４３ｂの一方の主面には容器体に形成された端子部接続用電極端子の対応する金属膜４２ａが、また脚部の他方の主面には４つの金属膜４２ｂ（電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子）が２個の脚部４３ａ，４３ｂに分かれて２個ずつ設けられている。
尚、前記脚部４３ａ，４３ｂは、ガラス布基材エポキシ樹脂から成る場合、ガラス糸を編み込んで形成したガラス布基材にエポキシ樹脂の液状前駆体を含浸させるとともに、該前駆体を高温で重合させることによってベースを形成し、その表面に銅箔等の金属箔を貼着した上、従来周知のフォトエッチング等を採用し、前記金属箔を所定パターンに加工することによって配線導体が形成される。

本発明の第１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。本発明の第１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り、図３（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る圧電発振器の容器体に端子部を設けた状態の一例を示す底面図である。（ａ）は、本発明の第２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り、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る圧電発振器の容器体に端子部を設けた状態の一例を示す底面図である。本発明の他の実施形態に係る圧電発振器を示す分解斜視図である。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。

符号の説明

１０・・・容器体
１１・・・封止用導体パターン
１２・・・端子部接続用電極端子
１３・・・圧電振動素子搭載パッド
１４・・・凹部空間
１５ａ、１５ｂ・・・集積回路素子搭載パッド
１６・・・モニタ用電極端子
１７・・・配線パターン
１８・・・絶縁層
２０・・・圧電振動素子
２１・・・励振用電極
３０・・・蓋体
３１・・・封止部材
４０・・・基板
４１・・・端子部
４１ａ・・・外部接続用電極端子
４２ａ、４２ｂ・・・金属膜層
４３ａ４３ｂ・・・脚部
５０・・・集積回路素子
６０・・・導電性接合材
７０・・・導電性接着剤
９０・・・圧電振動子
１００・・・圧電発振器

Claims

一方の主面に凹部空間を有した容器体と、
前記凹部空間内に搭載される圧電振動素子と、
前記容器体の他方の主面に搭載される集積回路素子と端子部と、
前記凹部空間を気密封止する蓋体とを備える圧電発振器であって、
前記容器体の前記他方の主面の４隅に設けられる端子部接続用電極端子と、中央部に設けられる集積回路素子搭載パッドが設けられ、
前記端子部接続用電極端子と前記集積回路素子搭載パッドとが前記容器体の他方の主面上に形成された配線パターンにより接続されているとともに、絶縁層が、前記配線パターンの上に、前記絶縁層の所定の表面が前記端子部の側面に対向するように、前記端子部の前記集積回路素子に対向する側面に沿って形成されており、
前記絶縁層の厚みが、前記端子部接続用電極端子に設けた導電性接合材が前記配線パターン上に流れ出ることを防止することが可能な厚みである
ことを特徴とする圧電発振器。