JP5240931B2 - 圧電振動子及び圧電発振器 - Google Patents
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Description
ここで、圧電振動子である水晶振動子について説明する。
水晶振動子は、水晶片に電極が形成された水晶振動素子と、水晶振動素子が搭載される素子搭載部材と、水晶振動素子を気密封止する蓋部材とから主に構成される。
水晶振動素子は、水晶の両主面である表裏面において、互いに向かい合う位置に電極が形成されている。また、水晶片には、これら電極のそれぞれから水晶片の一方の端部まで引回された2つ一対の引回しパターンが形成されている。これら引回しパターンは、互いに向かい合わない位置となるように設けられている。
これにより、水晶振動子は、前記水晶振動素子を搭載した前記素子搭載部材のメタライズ層と前記蓋部材の封止材とを接合することにより形成される。
この場合の電極は、音叉を構成する一方の腕部において、外周面となる4面のうち対向する2面毎に同極同士が設けられ、他方の腕部において、対向する2面に異極電極同士が並ぶように設けられている(例えば、特許文献2参照)。
このような状況において、素子搭載部材に搭載される水晶振動素子等の圧電振動素子は、従来よりも小型に形成されることとなるが、圧電効果による圧電振動素子の振動を阻害しないように保持することは困難になってきている。
また、導電性接着剤の塗布量を少なくすると、搭載パッドから圧電振動素子が剥がれる恐れがある。振動漏れを起こさない程度の量で導電性接着剤を用いた場合、落下による衝撃は、圧電振動素子が導電性接着剤から剥がれるか、又は、硬化した導電性接着剤が搭載パッドから剥がれることにより、衝撃によるエネルギーが吸収されると考察される。したがって、導電性接着剤による圧電振動素子の素子搭載部材への搭載が困難になってきている。
また、過度に導電性接着剤を用いる必要がないので、圧電振動素子の振動部分に導電性接着剤が入り込むことがないため、振動漏れを防ぐことができる。
また、接合用パッドが、樹脂層を厚み方向に貫通する導体部を備えているため、圧電振動素子と圧電振動素子搭載パッドとを電気的に接続させることができる。
また、過度に導電性接着剤を用いる必要がないので、圧電振動素子の振動部分に導電性接着剤が入り込むことがないため、振動漏れを防ぐことができる。
また、接合用パッドが、樹脂層を厚み方向に貫通する導体部を備えているため、圧電振動素子と圧電振動素子搭載パッドとを電気的に接続させることができる。
図1は本発明の第一の実施形態に係る圧電振動子の一例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。
なお、図2は、図の複雑さを回避するために、圧電振動素子20の構成を簡略して図示している。
図1に示すように、本発明の第一の実施形態に係る圧電振動子101は、素子搭載部材10Aと、圧電振動素子20と、蓋部材30と、接合用パッド40とから主に構成されている。
例えば、圧電振動素子20は、基部21とこの基部21の両端から平行に延出する2つ一対の四角柱状の腕部22とで音叉構造を形成している。また、圧電振動素子20は、基部21と腕部22とに導電性膜からなる配線パターン23が設けられている。
これら4つの外部端子Gのうち所定の2つの外部端子Gは、内部配線(図示せず)を介して圧電振動素子搭載パッドPと電気的に接続されている。この圧電振動素子搭載パッドPに後述する接合用パッド40が設けられる。
また、素子搭載部材10Aの圧電振動素子搭載パッドPが形成されている一方の主面には、後述する蓋部材30を接合するための金属膜Mが設けられている。
樹脂層41は、ポリイミド又はシリコンからなり、圧電振動素子20の2つの搭載端子部23B、23Bを含む大きさ以内で、かつ、2つの圧電振動素子搭載パッドP、P内に収まる大きさに設けられている。
この樹脂層41は、樹脂層41の上、つまり、その露出する主面の全面に導電性の金属層42が設けられている。また、樹脂層41には、厚み方向に貫通する複数の貫通穴H(図3(d)参照)が設けられており、その貫通孔Hに導体部43が設けられている。つまり、導体部43は、圧電振動素子搭載パッドPと金属層42とを電気的に接続している。
また、本発明の第一の実施形態に係る圧電振動子101は、強固な固定のために過度に導電性接着剤D(図2参照)を用いる必要がないので、圧電振動素子20の振動部分に導電性接着剤Dが入り込むことがなくなり、振動漏れを防ぐことができる。
また、本発明の第一の実施形態に係る圧電振動子101は、接合用パッド40が、樹脂層41を厚み方向に貫通する導体部43を備えているため、導電性接着剤Dを介して圧電振動素子20と圧電振動素子搭載パッドPとを電気的に接続させることができる。
図3(a)は素子塔載部材となるウェハに導電性膜を設けた状態の一例を示す概念図であり、図3(b)は樹脂層を設けた状態の一例を示す概念図であり、図3(c)は接合用パッドとなる部分にレジストを設けた状態の一例を示す概念図であり、図3(d)はエッチングにより接合用パッドの樹脂層を形成した状態の一例を示す概念図であり、図3(e)は導電性膜をさらに設けた状態の一例を示す概念図である。図4(a)は図3(e)に続く工程を示し、さらにレジストを設けた状態の一例を示す概念図であり、図4(b)はエッチングにより搭載パッドと
金属膜とを形成した状態の一例を示す概念図であり、図4(c)は接合用パッドに圧電振動素子を搭載した状態の一例を示す概念図であり、図4(d)は蓋部材を素子塔載部材に接合した状態の一例を示す概念図である。
ここで、導電性膜K1及び導電性膜K2は、従来周知の電解めっき、無電解めっき、スパッタ等を用いて設けられる。
なお、ウェハW10には、内部配線(図示せず)が設けられており、この内部配線の一方の端部は、例えば、搭載パッドPとなる部分に位置し、他方の端部は、所定の外部端子Gとなる部分に位置している。
また、導電性膜K1は、内部配線の前記一方の端部と接続した状態となる。また、導電性膜K2は、内部配線の前記他方の端部と電気的に接続した状態となる。また、導電性膜K1及び導電性膜K2は、ウェハW10の側部で一体となっている。
また、導電性膜K2は、例えば、導電性膜K1と同様に、下地層としてCr(クロム)を設けた後に主層としてAu(金)を設けた構造となっている。
例えば、樹脂膜Jの全面にレジストを設け、従来周知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより、余分なレジストを除去して樹脂層41となる部分のみにレジストRを設けることができる。
このとき、設けられたレジストRには、複数の貫通孔Hを樹脂膜Jに設けられるよう、貫通孔Hに対応した直径の開口部が厚さ方向に貫通するように設けられている。
ここで、樹脂層41となる樹脂膜Jには、厚み方向に貫通する複数の貫通穴Hが設けられる。なお、接合用パッド40の樹脂層41を形成したことにより、余分な樹脂膜Jが除去されて導電性膜K1が露出した状態となる。
このとき、導電性膜K3は、樹脂膜Jが設けられた部分において、樹脂膜Jの表面上及び貫通孔H内部に設けられることとなる。
なお、導電性膜K3は、従来周知の電解めっき、無電解めっき、スパッタ等を用いて設けられる。
その後、図4(b)に示すように、第二のエッチング工程は、従来周知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより、接合用パッド40の金属層42を形成する工程である。
また、前記従来周知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより、金属膜Mが設けられる。この金属膜Mは、素子塔載部材10Aの縁部となる部分に環状に形成される。
なお、圧電振動素子20は、導電性接着剤を介して接合用パッド40に搭載されることにより、圧電振動素子搭載パッドに搭載されたこととなる。
次に、本発明の第二の実施形態に係る圧電発振器について説明する。
図5は、本発明の第二の実施形態に係る圧電発振器の一例を示す模式図である。なお、図5は、図の複雑さを回避するために、圧電振動素子20の構成を簡略して図示している。
本発明の第二の実施形態に係る圧電発振器102は、素子搭載部材10Bと、圧電振動素子20と蓋部材30と接合用パッド40と集積回路素子50とから主に構成されている。
例えば、集積回路素子50は、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端子Gを介して圧電発振器102の外へ出力される。発振回路で生成される出力信号は、例えば、クロック信号等の基準信号として利用される。また、集積回路素子50には、可変容量素子に周囲温度に応じた制御電圧を印加して温度変化による発振回路の発振周波数の変動を補償するため、3次関数発生回路及び記憶素子部により温度補償回路部が設けられており、3次関数発生回路には、温度センサが接続されている。
この温度センサは、検出した温度と、温度センサに印加させる電圧値とに基づいて生成される温度データ信号(電圧値)が3次関数発生回路に出力される構成となっている。
集積回路素子50は、後述する素子搭載部材10Bの第2の凹部11C内に露出した基板部12Bに形成された集積回路素子搭載パッドICPに半田等の導電性接合材を介して搭載されている。
なお、素子搭載部材10Bは、第一の凹部11B内に圧電振動素子20が搭載され、第二の凹部11C内に集積回路素子50が搭載されるようになっている。
また、第1の枠部13Bは、基板部12Bの一方の主面の外周を囲繞するように設けられた封止用導体膜15上にロウ材16等を用いたロウ付けなどにより接続される。
また、図5に示すように、第2の凹部11C内で露出した基板部12Bの主面には、複数の集積回路素子搭載パッドICPと2個一対の圧電振動素子測定用パッド(図示せず)が設けられている。基板部12Bは、その内層に内部配線(図示せず)が設けられている。
つまり、基板部12Bの集積回路素子搭載パッドICPが設けられている主面と平行となる第2の枠部14Bの主面の4隅には、それぞれ外部端子Gが設けられている。
なお、圧電振動素子測定用パッドは、圧電振動素子搭載パッドPと他の内部配線を介して接続されている。
この圧電振動素子測定用パッドは、第1の凹部11B内に搭載されている圧電振動素子20の発振周波数やクリスタルインピーダンス等の特性を測定するために用いられる。
この接合用パッド40は、第一の実施形態と同様に、樹脂層41、金属層42、導体部43とから構成される。接合用パッド40は、樹脂層41が圧電振動素子搭載パッドP上に設けられ、この樹脂層41の厚み方向に貫通して設けられる導体部43により圧電振動素子搭載パッドPと電気的に接続している。さらに、接合用パッド40は、樹脂層41上に導通性膜である金属層42が設けられており、導体部43と金属層42が電気的に接続した状態となっている。
また、この接合用パッド40には、導電性接着剤Dを介して圧電振動素子20が搭載される。これにより、圧電振動素子20は、接合用パッド40を介して圧電振動素子搭載パッドPと電気的に接続した状態となっている。
また、本発明の第二の実施形態に係る圧電発振器102強固な固定のために過度に導電性接着剤Dを用いる必要がないので、圧電振動素子20の振動部分に導電性接着剤Dが入り込むことがないため、振動漏れを防ぐことができる。
また、本発明の第二の実施形態に係る圧電発振器102は、接合用パッド40が、樹脂層41を厚み方向に貫通する導体部43を備えているため、圧電振動素子20と圧電振動素子搭載パッドPとを電気的に接続させることができる。
次に、本発明の第三の実施形態に係る圧電発振器について説明する。
図6は、本発明の第三の実施形態に係る圧電発振器の一例を示す模式図である。なお、図6は、図の複雑さを回避するために、圧電振動素子20の構成を簡略して図示している。
図6に示すように、本発明の第三の実施形態に係る圧電発振器103は、圧電振動素子20と集積回路素子50とが搭載される素子塔載部材10Cの構造が異なる点で第二の実施形態と異なる。
ここで、第1の枠部13Cは、第2の枠部14Cよりも開口が小さく形成されている。
この第1の枠部13Cと基板部12Cとで形成される第一の凹部11D内に集積回路素子50を搭載するための集積回路素子搭載パッドICPが設けられる。
また、第1の枠部13Cと第2の枠部14Cとで設けられる第二の凹部11E内であって、第1の枠部13C上に圧電振動素子20を搭載するための圧電振動素子搭載パッドPが設けられている。
この接合用パッド40は、第一の実施形態と同様に、樹脂層41、金属層42、導体部43とから構成される。接合用パッド40は、樹脂層41が圧電振動素子搭載パッドP上に設けられ、この樹脂層41の厚み方向に貫通して設けられる導体部43により圧電振動素子搭載パッドPと電気的に接続している。さらに、接合用パッド40は、樹脂層41上に導通性膜である金属層42が設けられており、導体部43と金属層42が電気的に接続した状態となっている。
また、この接合用パッド40には、導電性接着剤Dを介して圧電振動素子20が搭載される。これにより、圧電振動素子20は、接合用パッド40を介して圧電振動素子搭載パッドPと電気的に接続した状態となっている。
次に、本発明の第四の実施形態に係る圧電発振器について説明する。
図7、本発明の第四の実施形態に係る圧電発振器の一例を示す模式図である。なお、図7は、図の複雑さを回避するために、圧電振動素子20の構成を簡略して図示している。
図7に示すように、本発明の第四の実施形態に係る圧電発振器104は、第一の実施形態に係る圧電振動子101に、別途、容器60に収納された集積回路素子50と電気的に接続している点で第二の実施形態と異なる。
この容器60は、内部に内部配線(図示せず)が設けられ、また、壁部13Dで囲まれた基板部12D上には、集積回路素子搭載パッドICPが設けられている。また、基板部12Dの主面と平行となる壁部13Dの主面には、圧電振動子接続パッドSPが設けられている。さらに、壁部13Dが設けられている主面とは反対側の主面に、別途、容器側外部端子YGが設けられている。
また、集積回路素子搭載パッドを圧電振動子の素子塔載部材に設け、この集積回路素子搭載パッドに集積回路素子を搭載した構造の圧電発振器としても良い。また、このような圧電発振器において、素子塔載部材の外部端子に、集積回路素子よりも厚みを有する導電材等で脚状部を形成した構造の圧電発振器としても良い。
なお、所定の大きさとは、圧電振動素子の振動を阻害しない領域内に収まる大きさをいう。これにより、圧電振動素子は、角速度センサ素子として機能することとなる。
この場合、接合用パッド40は、集積回路素子50が接合される集積回路素子搭載パッドICPに設けられ、集積回路素子50が導電性の接合材により接合用パッド40に接合しても良い。
このように構成することで、圧電発振器の外形形状が2mm以下の大きさになっても、集積回路素子を容易に素子塔載部材に搭載することができる。
102、103、104 圧電発振器
10A、10B、10C 素子搭載部材
11A、11F 凹部
11B、11D 第1の凹部
11C、11E 第2の凹部
12B、12C、12D 基板部
13B、13C 第1の枠部
13D 壁部
14B、14C 第2の枠部
20 圧電振動素子
23 配線パターン
23A 励振電極部
23B 搭載端子部
23C 引回しパターン
30 蓋部材
40 接合用パッド
41 樹脂層
42 金属層
43 導体部
50 集積回路素子
60 容器
G 外部端子
ICP 集積回路素子搭載パッド
P 圧電振動素子搭載パッド
Claims (2)
- 圧電振動素子と、
この圧電振動素子を搭載する圧電振動素子搭載パッドと外部端子とを有する素子搭載部材と、
それぞれの前記圧電振動素子搭載パッドに設けられる接合用パッドと、
前記圧電振動素子の周囲を気密の環境に維持するための蓋部材とを備え、
前記接合用パッドが、
前記圧電振動素子搭載パッド上に設けられるポリイミド又はシリコンからなる樹脂層と、
この樹脂層の上に設けられる金属層と、
前記樹脂層を貫通し前記圧電振動素子搭載パッドと前記金属層とを接続する導体部とを備え、
前記接合用パッドが導電性接着剤を介して前記圧電振動素子と電気的に接続されることを特徴とする圧電振動子。 - 少なくとも発振回路を有する集積回路素子と、
圧電振動素子と、
この圧電振動素子を搭載する圧電振動素子搭載パッドと外部端子と前記集積回路素子を搭載する集積回路素子搭載パッドとを有する素子搭載部材と、
それぞれの前記圧電振動素子搭載パッドに設けられる接合用パッドと、
前記圧電振動素子の周囲を気密の環境に維持するための蓋部材とを備え、
前記接合用パッドが、
前記圧電振動素子搭載パッド上に設けられるポリイミド又はシリコンからなる樹脂層と、
この樹脂層の上に設けられる金属層と、
前記樹脂層を貫通し前記圧電振動素子搭載パッドと前記金属層とを接続する導体部とを備え、
前記接合用パッドが導電性接着剤を介して前記圧電振動素子と電気的に接続されることを特徴とする圧電発振器。
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