JP4685273B2

JP4685273B2 - 圧電発振器とその製造方法

Info

Publication number: JP4685273B2
Application number: JP2001165654A
Authority: JP
Inventors: 宏和小林
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2021-05-31
Also published as: JP2002359523A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
無線通信機器や携帯電話機などの移動体通信分野と、ＧＰＳ、コンピュータ、音響製品、ビデオデッキ、ビデオカメラ、家庭電化製品などをはじめとするあらゆるクロック信号源に使用される発振器を小型化できる圧電発振器の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６の一例に示すように一般的な発振器は、積層基板に発振回路用印刷パターンを配置したものや、単板基板に多層印刷を施し導通パターンを配置した基板の同一平面上に発振回路を構成するコンデンサ、抵抗、集積回路などの半導体部品と同一の雰囲気中に気密封止された圧電振動子を搭載し発振器を構成していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
発振器を構成する圧電振動子は環境温度により周波数が変化する温度特性を持っている。その一例としてＡＴカットの水晶振動子では、中心周波数の変動が最も少ない温度を２５℃近辺に設定し、高温側と低温側では周波数変動が大きくなるというＡＴカットの水晶振動子特有の温度特性を持っていることが知られている。
【０００４】
最近の傾向として無線通信機器や携帯電話機など移動体通信分野を中心に小型化、軽量化、低価格化が急激な展開を見せている。そのため、これらの要求に対応した温度補償発振器の小型化、低価格化を実現しようとすると、積層基板の同一平面上に半導体部品と気密封止された圧電振動子とが搭載される構造になっているため、圧電振動子の気密容器構造分だけ搭載面積が必要となり、小型化する上で制約を受けることになる。また、仮に圧電振動子のみを気密封止せずに発振回路部品と一体化して気密容器構造にし小型化すると、特に温度補償型圧電発振器の場合では、温度補償発振器でありながら温度補償発振器を構成する半導体部品の発熱により圧電振動子の周囲環境温度が変化してしまうため、温度補償特性の維持が難しいのが現状である。
【０００５】
一方、低価格化の実現については、温度補償発振器を構成する圧電振動子と半導体部品とでは、圧電振動子の費用に対し半導体部品の費用の方が高く、温度補償発振器の不良の要因は圧電振動子の諸特性に起因する場合が多いことから、組立前の圧電振動子の所望特性を満足させることと、半導体部品の消耗を抑える必要とが考えられ、更に低価格化を進める上では、圧電発振器を構成する主要部品（容器、圧電振動子、半導体部品）のコストダウンも重要となっている。
【０００６】
【課題を解決する手段】
これらの課題を解決するために本発明は、外形が略直方体であり、その一面には内部側に窪んだ凹状の開口部が設けられている容器と、前記開口部内に収納される圧電振動子と、前記圧電振動子と電気的に接続する半導体部品とで構成された圧電発振器において、前記半導体部品の所定の一面は、前記開口部の開口面積よりも大きく形成されており、前記半導体部品は、前記半導体部品の所定の一面と前記開口部の周囲とが封止部材を介して接合することにより前記開口部を気密に塞ぐように配置されており、且つ前記開口部の周囲に形成された導通用のパターンと前記半導体部品の端子部とが電気的に接続していることを特徴とする圧電発振器であり、又前記封止部材を異方性導電部材とすることにより課題を解決するものである。
【０００７】
要するに、発振回路である半導体部品をフタとして利用し、圧電振動子を収納する凹状の開口部を有する容器を密閉構造とするもので、圧電振動子と半導体部品との電気的な接続には、フリップチップボンディング、ワイヤーボンディング手法、異方性導電部材が用いられており、容器の半導体部品が配置される面に導通用のパターンが形成された構造を持つ圧電発振器である。従って、発振回路を構成する半導体部品は圧電振動子のフタとして露出する格好となるが、外的抗力などから半導体部品の破損や短絡防止を行うために圧電振動子のフタ上面全体を保護材で被うことも有効な手段となる。
【００１０】
【背景】
昨今上述の圧電発振器は、特に圧電振動子やそれを収納する容器の外形寸法が非常に小さくなってきている。それに対し、圧電発振器の温度補償回路部を担う半導体部品は、三次関数発生回路から成るアナログ動作の温度補償を行うことから、半導体部品の設計ルールや回路構成から見ると、半導体部品そのものの外形寸法と面積が、前述する容器外形に近づきつつある現状から、本発明に記載する形態を持つ圧電発振器に至るものである。
【００１１】
【本発明の実施の形態】
以下、添付図面に従ってこの発明の実施例を説明する。なお、各図において同一の符号は同様の対象を示すものとする。図１に本発明の圧電発振器３の断面図を示す。図１において圧電発振器３は容器６内部に圧電振動子１を搭載し、圧電振動子１を電気的に接続した容器６に樹脂、ガラス、セラミック材料などの絶縁材料あるいは、異方性導電部材からなる封止部材８で接合する半導体部品２（フタとした）により密閉容器構造にした圧電発振器３である。
【００１２】
従って容器６内部の詳細な配線についは図示していないが、フタとなる半導体部品２と容器６との接合面には半導体部品２と電気的に導通できるように導通パターン５が形成されている。これらの導通パターン５の一部と、容器６に収納される圧電振動子１とが電気的に接続されていて、また更には容器外部の電極部７と電気的な接続により、圧電発振器３からの周波数出力が基準クロックとして利用されるものである。
【００１３】
要するに、図２に示す半導体部品２（裏面）側から見た図のように、容器６と半導体部品２とで密閉容器を構成し、その内部に圧電振動子１を収納した、いわゆる圧電発振器３で、圧電振動子１を収納する容器６と半導体部品２とを付加し、圧電振動子１と電気的に導通を行うことにより圧電発振器３を構成するもので、圧電発振器３の高さ方向の厚みは、半導体部品２をフタとすることにより小型化することができる。
【００１４】
従って、半導体部品２により気密封止された容器６と、容器内部に収納される圧電振動子１とから構成する圧電発振器３で、容器内部に圧電振動子１を搭載しフタとして半導体部品２を被せて密閉構造にして圧電発振器３を得ることにより、発振回路を構成し圧電発振器３を得る。
【００１５】
この場合、フタとして半導体部品２が露出する格好となるが、外的抗力などから半導体部品２の破損や短絡防止を行うために半導体部品２全体を保護材で被うことも有効な手段のひとつとなる。本発明では、容器の材質はセラミック材料、樹脂材料を用いており半導体部品２と容器との接合と導通を確保するために、容器接合面には金属蒸着やメタライズ処理により形成することも有効性がある。
【００１６】
一方、半導体部品２により気密容器を実現することから、ユーザ側の搭載回路基板にはんだなどの搭載工程時を考慮すると、回路基板への搭載時のはんだ熱により気密容器内の圧が高くなり気密構造を維持するのが難しくなることから、本発明の封止工程については、真空環境の中で封止部材を硬化させることにより容器内圧の上昇を抑えることができる。このとき封止工程で用いる封止部材には、樹脂、ガラス、セラミック材料などの絶縁材料あるいは、異方性導電部材である。
【００１７】
なお、本実施例では、容器のフタとして半導体部品２により容器を密閉構造としており、搭載回路基板との接続電極部７の形状については、容器裏面から見た図３あるいは図４に示す実施形態が考えられる。図３では電極部７の形状として、容器の対向する一辺（７７）が連続した凸部形状であり、図４については電極部７が独立した凸部形態であることを示すものである。なお、ここでは図示していないが、図３と図４を組み合わせて、一方の辺が連続した凸部形状で他方が分離した凸部形態であっても、またその他の組合せであっても構わない。
【００１８】
本発明の実施例では搭載回路基板側に開口部４がありフタである半導体部品２を配置した形態で説明しているが、図５に図示するように、開口部４が搭載回路基板側とは反対の位置関係（図５（ａ））であったり、半導体部品２開口部４に埋まっていない状態（図５（ｂ））であったり、半導体部品２の電気的な接続にワイヤーボンディング工法（図５（ｃ））を用いたものでも、その形態を問うものではない。
【００１９】
また、本発明ではコスト低減の手段のひとつとして半導体部品２の消耗を考慮するために、温度補償発振器にあっては、圧電振動子１自体が所望の周波数特性を得たもののみに半導体部品２を搭載し、かつ、フタとして圧電発振器３を構成することにより、発振器全体の構成費比率を多く占める半導体部品２の消耗を抑えることを実現できる。従って従来の圧電発振器３に対し、特に厚み（高さ）方向の占有容積を抑えて小型化することを実現できたことと、圧電発振器３全体に対する圧電振動子１と半導体部品２の投入量といった歩留まりを向上することによりコストの削減も実現することができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明により発振回路を構成する半導体部品と圧電振動子を搭載するが、半導体部品を利用して圧電振動子を密閉構造にするためのフタとすることにより、圧電発振器自体の容積を少なくすることにより発振器全体を小型化することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の圧電発振器を裏面から見た平面図である。
【図３】本発明の電極部形状を示す斜視図である。
【図４】本発明の他の電極部形状を示す斜視図である。
【図５】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図６】従来の圧電発振器を示す斜視図である。
【符号の説明】
１圧電振動子
２半導体部品
３圧電発振器
４開口部
５パターン
８封止部材

Claims

外形が略直方体であり、その一面には内部側に窪んだ凹状の開口部が設けられている容器と、
前記開口部内に収納される圧電振動子と、
前記圧電振動子と電気的に接続する半導体部品と
で構成された圧電発振器において、
前記半導体部品の所定の一面は、前記開口部の開口面積よりも大きく形成されており、
前記半導体部品は、前記半導体部品の所定の一面と前記開口部の周囲とが封止部材を介して接合することにより前記開口部を気密に塞ぐように配置されており、且つ前記開口部の周囲に形成された導通用のパターンと前記半導体部品の端子部とが電気的に接続していることを特徴とする圧電発振器。
前記封止部材が異方性導電部材であることを特徴とする請求項１記載の圧電発振器。