JP2007124223A - 圧電振動子収納用パッケージおよび圧電振動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実装面積の縮小化を図った圧電振動装置を実現すること。
【解決手段】圧電振動子１０２が収容される開口部１０３を有し、開口部１０３の内側面に圧電振動子１０２の端部が挿入される凹部１０９が設けられた絶縁基体１０１と、 絶縁基体１０１の凹部１０９の表面に形成され、圧電振動子１０２の電極が電気的に接続される接続パッド１０５とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、水晶振動子等の圧電振動子が収容されるパッケージおよび圧電振動装置に関するものである。

携帯電話や自動車電話等の通信機器、コンピュータ、ＩＣカード等の情報機器等の電子機器において、周波数や時間の基準となる発振器として、水晶振動子等の圧電振動子を圧電振動子収納用パッケージ（以下、単にパッケージともいう）内に気密に収納して成る圧電振動装置が広く使用されている。

図３（ａ）は、従来の圧電振動装置の構成を概略的に示した平面図であり、図３（ｂ）は、その断面図である。従来の圧電振動装置は、圧電振動子２０２と、圧電振動子２０２が収容される絶縁基体２０１と、絶縁基体２０１に接合される蓋体２１１とから構成され、絶縁基体２０１の開口部２０３の底面には、圧電振動子２０２が実装される段差部２０８が設けられている。段差部２０８上には、圧電振動子２０２の電極が接合材２０６を介して接合される接続パッド２０５が形成されている。

また、図４（ａ）は、従来の他の圧電振動装置の構成を概略的に示した平面図であり、図４（ｂ）は、その断面図である。従来の他の圧電振動装置においては、半導体素子２１０が搭載される領域が設けられている。
特開２００５−６５１４６号公報

しかしながら、従来の構造においては、圧電振動子２０２の接合強度を確保できる程度の大きさに段差部２０８を形成しておく必要があり、圧電振動装置の実装面積を縮小させることが困難であった。特に、従来の圧電振動装置においては、圧電振動子２０２の片面（下面）を保持する構造となっているため、段差部２０８の上面の面積を縮小することが困難であり、圧電振動装置の実装面積を縮小することはきわめて困難であった。

本発明は、かかる従来の技術における問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、圧電振動装置の実装面積を縮小することにある。

本発明の圧電振動子収納用パッケージは、圧電振動子が収容される開口部を有し、該開口部の内側面に前記圧電振動子の端部が挿入される凹部が設けられた絶縁基体と、前記絶縁基体の前記凹部の表面に形成され、前記圧電振動子の電極が電気的に接続される接続パッドとを備えていることを特徴とするものである。

また、本発明の圧電振動子収納用パッケージは、前記圧電振動子の電極に対応させて、前記絶縁基体に前記凹部が複数設けられていることを特徴とするものである。

また、本発明の圧電振動子収納用パッケージは、前記絶縁基体の前記開口部の底面に、半導体素子の搭載領域が設けられていることを特徴とするものである。

また、本発明の圧電振動装置は、本発明の圧電振動子収納用パッケージと、該圧電振動子収納用パッケージの前記凹部に挿入され、前記接続パッドに電気的に接続された電極を有する圧電振動子とを備えていることを特徴とするものである。

また、本発明の圧電振動装置は、本発明の圧電振動子収納用パッケージと、該圧電振動子収納用パッケージの前記開口部の前記底面に搭載された半導体素子と、前記圧電振動子収納用パッケージの前記凹部に挿入され、前記接続パッドに電気的に接続された電極を有する圧電振動子とを備えていることを特徴とするものである。

また、本発明の圧電振動装置は、前記圧電振動子の両面が、該圧電振動子の前記電極と前記絶縁基体の前記接続パッドとを電気的に接続する接合材を介して、前記絶縁基体により固定されていることを特徴とするものである。

本発明の圧電振動子収納用パッケージは、絶縁基体の開口部の内側面に圧電振動子の端部が挿入される凹部が設けられていることにより、圧電振動子を絶縁基体の開口部の内側面の凹部において保持することができ、圧電振動装置の実装面積の縮小化を図ることが可能となる。

また、本発明の圧電振動子収納用パッケージは、圧電振動子の電極に対応させて、絶縁基体に凹部が複数設けられていることにより、絶縁基体の強度を維持することができ、蓋体を接合する際に熱によって絶縁基体に割れが生じる可能性を低減させることが可能となる。すなわち、本発明の圧電振動子収納用パッケージは、絶縁基体の開口部の内側面に圧電振動子の端部が挿入される凹部が部分的に形成されていることにより、絶縁基体の強度を維持し、絶縁基体に割れが生じる可能性を低減させることが可能となる。

また、本発明の圧電振動子収納用パッケージは、絶縁基体の開口部の底面に、半導体素子の搭載領域が設けられていることにより、半導体素子および圧電振動子が絶縁基体の開口部に収容された圧電振動装置（例えば、半導体素子により圧電振動子の温度補償が行なわれる温度補償型の圧電振動装置）の実装面積を縮小させることができる。

また、本発明の圧電振動装置は、本発明の圧電振動子収納用パッケージと、圧電振動子収納用パッケージの凹部に挿入され、接続パッドに電気的に接続された電極を有する圧電振動子とを備えていることにより、実装面積の縮小化を図ることができる。

また、本発明の圧電振動装置は、本発明の圧電振動子収納用パッケージと、圧電振動子収納用パッケージの開口部の底面に搭載された半導体素子と、圧電振動子収納用パッケージの凹部に挿入され、接続パッドに電気的に接続された電極を有する圧電振動子とを備えていることにより、例えば、温度補償型の圧電振動装置の実装面積の縮小化を図ることが可能となる。

また、本発明の圧電振動装置は、圧電振動子の両面が、圧電振動子の電極と絶縁基体の接続パッドとを電気的に接続する接合材を介して、絶縁基体により固定されていることにより、圧電振動子を凹部の上下面で挟み込む構造となり、圧電振動子の長さに対して比較的小さい面積の接続パッドであっても圧電振動子を保持することができ、実装面積の縮小化を図ることが可能となる。

以下、本発明の電子部品収納用パッケージ、および圧電振動装置について添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１（ａ）は本発明の圧電振動装置の実施の形態の一例を示す平面図であり、図１（ｂ）はその断面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、本発明の圧電振動装置は、圧電振動子１０２が収容される開口部１０３を有し、開口部１０３の内側面に圧電振動子１０２の端部１０８が挿入される凹部１０９が設けられた絶縁基体１０１と、絶縁基体１０１の凹部１０９の表面に形成され、圧電振動子１０２の電極が電気的に接続される接続パッド１０５とを備えている。

図１（ａ）、（ｂ）に示した圧電振動装置は、絶縁基体１０１の上面に封止用メタライズ層１０４が形成されており、絶縁基体１０１の内部または表面には配線導体１０７が形成されている。圧電振動子１０２は、接合材１０６を介して、絶縁基体１０１の凹部１０９の表面に形成された接続パッド１０５に接続されている。絶縁基体１０１の上面には、圧電振動子１０２を覆うように蓋体１１２が接合されている。

図２（ａ）は本発明の圧電振動装置の実施の形態の他の例を示す平面図であり、図２（ｂ）はその断面図である。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明の実施の形態の他の例における振動装置は、図１（ａ）、（ｂ）に示した圧電振動装置の構成に加えて、さらに、半導体素子１１０の搭載領域を有する。図２（ａ）、（ｂ）に示した圧電振動装置において、半導体素子１０１が収容される位置は、圧電振動子１０２が収容される位置の下方に設けられている。

絶縁基体１０１は、圧電振動子１０２を収容するための容器であり、平板部分の上面に枠体が取着されて形成されている。

圧電振動子１０２は、端部１０８に複数の電極を有する。図１（ａ）、（ｂ）に示した圧電振動装置における圧電振動子１０２は、一端部の角に電極が形成されている。

本発明の圧電振動子収納用パッケージは、開口部１０３の内側面に凹部１０９を設けられている。本発明の圧電振動装置は、このような構成により、開口部１０３内に圧電振動子１０２を接合するための段差部を形成する必要がなく、開口部１０３の内側面に形成された凹部１０９に圧電振動子１０２の端部１０８を挿入することにより、電気的・機械的に接続できる。よって、絶縁基体１０１（圧電振動子収納用パッケージ）の外部回路基板に対する実装面積を減少させることができる。

この場合、圧電振動子１０２は、端部が凹部１０９内の上下面で挟み込まれて強固に機械的に接続させることができる。

なお、開口部１０３の凹部１０９は、開口部１０３の内側面の下端部（すなわち、底面の直上部）に設けられていてもよい。

また、接続パッド１０５が絶縁基体１０１の複数の凹部１０９内に形成されていることから、圧電振動子１０２を接合する接合材１０６を凹部１０９内に収めることが可能になるので、接合材１０６が封止用メタライズ層１０４や半導体素子１１０の搭載領域１１１側にはみ出るようなことは抑制される。

このような絶縁基体１０１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス焼結体等のセラミックス材料から成る複数の絶縁層が積層されて形成されている。絶縁基体１０１は、平板状や枠状の複数枚のセラミックグリーンシートを積層し、焼成することにより形成される。

なお、凹部１０９は、例えば、絶縁基体１０１となる枠部となる３層のセラミックグリーンシートのうち、中間層のセラミックグリーンシートの開口部１０３側となる領域に、圧電振動子１０２の端部１０８を挿入するための切り欠き部を金型により打ち抜き加工する等により形成することができる。

また、本実施形態において、開口部１０３の内側（底面部分）から絶縁基体１０１の下面にかけて配線導体１０７が導出されており、この配線導体１０７のうち、開口部１０３の底面部分に露出した部位に半導体素子１１０の電極が半田バンプ等を介して接続される。

接続パッド１０５や配線導体１０７は、タングステン，モリブデン，銅，銀等の金属材料から成り、メタライズ層やめっき層等の形態で形成される。配線導体１０４は、例えば、タングステンのメタライズ層から成る場合であれば、タングステン粉末に有機溶剤、バインダーを添加して作製した金属ペーストを、絶縁基体１０１となるセラミックグリーンシートに所定パターンで印刷しておくことにより形成することができる。

また、絶縁基体１０１の下面の外周部には複数の切り欠き部（図示せず）が形成されている。この切り欠き部内に、それぞれメタライズ層を被着させることにより、各配線導体間を接続する構造となっている。

また、凹部１０９の底面から導出された接続パッドは、配線導体１０７と電気的に接続されている。

また、圧電振動子１０２を接続パッド１０５に接続する接合材１０６は、電気的・機械的に接合することが可能な導電性接合材を用いることができる。

さらに、配線導体１０７を外部回路基板の実装パッド上（図示せず）に半田等を介して接合することにより、電子部品収納用パッケージ（圧電振動装置）と外部回路基板とが電気的、機械的に接続される。また、圧電振動子１０２や半導体素子１１０等の電子部品が、配線導体１０７および接続パッド１０５を介して外部回路基板の電気回路（図示せず）と電気的に接続されることになる。

また、本発明の圧電振動子収納用パッケージは、好ましくは、圧電振動子１０２の電極に対応させて、絶縁基体１０１に凹部１０９が複数設けられている。

このような構造としたことから、絶縁基体１０１の枠体の一部を凹部１０９として形成しており、枠体の機械的強度を保持することができる。よって、蓋体１１２を封止用メタライズ層１０４に半田等のロウ材で接合する際の熱による絶縁基体１０１の割れを防止することができる。

さらに、接続パッド１０５間は、離間した複数の凹部１０９にそれぞれ形成されていることから、隣り合う接続パッド１０５同士において電気的短絡が発生することも効果的に防止することができる。

ここで、複数の凹部１０９は例えば絶縁基体１０１のコーナー部に、図１（ａ）に示すように１対に形成することにより、封止用メタライズの比較的広い領域に、絶縁基体１０１の枠部の強度が低下することを防止して、この凹部１０９の接続パッド１０５に圧電振動子１０２を電気的・機械的に強固に接合させることができる。つまり、凹部１０９の下面、側面および上面にかけて、圧電振動子１０２の端部１０８が接合材１０６を介して接続パッド１０５に接合されることから、接合材１０６の収容可能量を確保して凹部１０９に十分な量の接合材１０６を収めることができ、凹部１０９の接続パッド１０５に圧電振動子１０２を電気的・機械的に強固に接合させることができる。さらに、接続パッド１０５間は、離間した複数の凹部１０９にそれぞれ形成されていることから、隣り合う接続パッド１０５同士において電気的短結が発生することも効果的に防止できる。

また、接続パッド１０５は、配線導体１０７と同様の金属材料を用い、同様の手法により形成することができる。例えば、タングステンの金属ペーストが、下層のセラミックグリーンシートの凹部１０９となる部位の上面に印刷塗布しておき、さらに封止用メタライズ層１０４が形成された上層のセラミックグリーンシートと、凹部１０９となる切り欠き部が形成された中間層のセラミックグリーンシートと、接続パッド１０５が形成された下層のセラミックグリーンシートとを位置決めして積層・密着させることにより凹部１０９が形成された枠部を形成することができる。また、必要に応じて凹部１０９となる切り欠き部の内面側、および凹部１０９の上面となる上層のセラミックグリーンシートの下面側にも接続パッド１０５と電気的に接続したメタライズ層を塗布してもよい。このような構造とすることにより、電気的な接続信頼性がさらに向上する。

また、凹部１０９の圧電振動子１０２の挿入深さ（水平方向の深さ）は、絶縁基体１０１の機械的な強度の確保や生産性を考慮すれば、封止用メタライズ層の幅の１／２以下の深さとなるように形成されることが望ましい。

また、本発明の圧電振動子収納用パッケージは、好ましくは、絶縁基体１０１の開口部１０３の底面に、半導体素子１１０の搭載領域１１１が設けられている。

このような構造としたことから、開口部１０３の底部に圧電振動子１０２を接合するための段差部を形成する必要がなく、開口部１０３の内側面に形成された凹部１０９に圧電振動子１０２の端部１０８を挿入することにより電気的・機械的に強固に接続でき、外部回路基板に対する実装面積を減少させることが可能な、半導体素子１１０と圧電振動子１０２を同時に開口部１０３に収容した小型の圧電振動子収納用パッケージを実現できる。

つまり、絶縁基体１０１の底面の搭載部１１１に、配線導体１０７と接続されるようにあらかじめ半導体素子１１１を半田バンプ等で接続しておき、さらに半導体素子１１０の上側に圧電振動子１０２が位置するように、凹部１０９の接続パッド１０５に圧電振動子１０２を挿入して接合材により接合することにより、圧電振動子１０２の端部１０８の電極を枠体の開口部１０３側の下側に潜り込むように接続できることから、外部回路基板に対する実装面積を減少させた小型の圧電振動子収納用パッケージを実現できる。

また、本発明の圧電振動装置は、請求項１または請求項２に記載された圧電振動子収納用パッケージと、圧電振動子収納用パッケージの凹部１０９に挿入され、接続パッド１０５に電気的に接続された電極を有する圧電振動子１０２とを備えている。

このような構造としたことから、圧電振動子１０２の長さに対して比較的小さい面積の接続パッド１０５であっても圧電振動子１０２を電極パッド１０５に強固に接続できるとともに、絶縁基体１０１の枠体の機械的強度を保持することができる気密信頼性に優れた小型の圧電振動装置を提供できる。

ここで、５．０ｍｍ×３．２ｍｍの従来の圧電振動装置であれば、通常、絶縁基体（圧電振動子収納用パッケージ）の開口部を形成する枠体の幅は０．４〜０．６ｍｍ程度であり、厚みは１ｍｍ程度で構成されている。そして、圧電振動子段差部の幅は０．８〜１．０ｍｍ程度である。本発明の圧電振動装置は、開口部１０３内に段差部を形成しない分、つまり開口部１０３の長辺方向（圧電振動子１０２の長辺と平行になる方向）を０．８〜１．０ｍｍだけ短くできることから、一回り小さい４．０×３．２ｍｍ程度の大きさの絶縁基体１０１を使用してほぼ同じ特性をもつ圧電振動装置を実現できる。

また、本発明の圧電振動装置は、好ましくは、上記に記載された圧電振動子収納用パッケージと、圧電振動子収納用パッケージの開口部１０３の底面に搭載された半導体素子１１０と、圧電振動子収納用パッケージの凹部１０９に挿入され、接続パッド１０５に電気的に接続された電極を有する圧電振動子１０２とを備えている。

このような構造としたことから、圧電振動子１０２を電極パッド１０５にさらに強固に接続できるとともに、耐衝撃性に優れた小型の圧電振動装置を提供できる。

つまり、圧電振動子１０２の端部１０８が接合材１０６を介して凹部１０９の接続パッド１０５に接合されることから、接合材１０６の収容可能量を確保して凹部１０９に十分な量の接合材１０６を収めることができるとともに、凹部１０９の接続パッド１０５に圧電振動子１０２を接合材１０６を介して電気的・機械的に強固に接合することができることから、圧電振動装置への外部からの衝撃、振動に対して優れた耐衝撃性をもつ小型の圧電振動装置を提供できる。

また、本発明の圧電振動装置は、好ましくは、圧電振動子１０２の両面が、圧電振動子１０２の電極と絶縁基体１０１の接続パッド１０５とを電気的に接続する接合材１０６を介して、絶縁基体１０１により固定されていることから、圧電振動子１０２の下面、側面および上面に接合材１０６が介在し、圧電振動子１０２を凹部１０９の上下面で挟み込む構造となり、圧電振動子１０２の長さに対して比較的小さい面積の接続パッド１０５であっても圧電振動子１０２を電極パッド１０５に強固に接続でき、発振特性を良好なものとすることができる。

つまり、凹部１０９の下面、側面および上面にかけて、圧電振動子１０２の端部１０８が接合材１０６を介して接続パッド１０５にさらに強固に接合されることから、接合材１０６の収容可能量を確保して凹部１０９に十分な量の接合材１０６を収めることができるとともに、凹部１０９の接続パッド１０５に圧電振動子１０２を接合材１０６を介して電気的・機械的に強固に接合することができることから、圧電振動子１０２の長さに対して比較的小さい面積の接続パッド１０５であっても圧電振動子１０２を電極パッド１０５に強固に接続でき、圧電振動子の振動する領域を広いものとすることができることから、発振特性を良好なものとすることができる。

そして、開口部に半導体素子１１０と圧電振動子１０２を収容した後に、蓋体１１２が封止用メタライズ層１０４に金属枠体を介して、または直接接合されることにより、圧電振動子を、半導体素子とともに気密に収容した圧電振動子収納用パッケージおよびその圧電振動子収納用パッケージを用いた圧電振動装置となる。

なお、本発明は上述の実施の形態の例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で種々の形態に変形できる。

例えば、上述の例では絶縁基体１０１を構成する枠体を３層の絶縁層で構成したが、その他の絶縁層（例えば、図１に示した構造において、開口部の底面に直接接続パッド１０５を形成し、凹部１０９が形成された下層の絶縁層と封止用メタライズ層１０４が形成された上層の絶縁層からなる２層構成など）としてもよいことは言うまでもない。

また、開口部１０３に必要最小限となる幅の段差部を形成しておき、凹部１０９の底面とこの段差部の上面とが同一面となるようにして、この上面に接続パッド１０５を形成して圧電振動子１０２の実装性を向上させた構造としてもよいことは言うまでもない。

（ａ）は本発明の圧電振動装置の実施の形態の一例を示す平面図であり、（ｂ）はその断面図である。 （ａ）は本発明の圧電振動装置の実施の形態の他の例を示す平面図であり、（ｂ）はその断面図である。 （ａ）は従来の圧電振動装置の一例を示す平面図であり、（ｂ）はその断面図である。 （ａ）は従来の圧電振動装置の他の例を示す平面図であり、（ｂ）はその断面図である。

符号の説明

１０１・・・・・絶縁基体
１０２・・・・・圧電振動子
１０３・・・・・開口部
１０４・・・・・封止用メタライズ層
１０５・・・・・接続パッド
１０６・・・・・接合材
１０７・・・・・配線導体
１０８・・・・・端部
１０９・・・・・凹部
１１０・・・・・半導体素子
１１１・・・・・搭載領域
１１２・・・・・蓋体

Claims (6)

1. 圧電振動子が収容される開口部を有し、該開口部の内側面に前記圧電振動子の端部が挿入される凹部が設けられた絶縁基体と、
   前記絶縁基体の前記凹部の表面に形成され、前記圧電振動子の電極が電気的に接続される接続パッドとを備えていることを特徴とする圧電振動子収納用パッケージ。
2. 前記圧電振動子の電極に対応させて、前記絶縁基体に前記凹部が複数設けられていることを特徴とする請求項１記載の圧電振動子収納用パッケージ。
3. 前記絶縁基体の前記開口部の底面に、半導体素子の搭載領域が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の圧電振動子収納用パッケージ。
4. 請求項１または請求項２に記載された圧電振動子収納用パッケージと、
   該圧電振動子収納用パッケージの前記凹部に挿入され、前記接続パッドに電気的に接続された電極を有する圧電振動子とを備えていることを特徴とする圧電振動装置。
5. 請求項３に記載された圧電振動子収納用パッケージと、
   該圧電振動子収納用パッケージの前記開口部の前記底面に搭載された半導体素子と、
   前記圧電振動子収納用パッケージの前記凹部に挿入され、前記接続パッドに電気的に接続された電極を有する圧電振動子とを備えていることを特徴とする圧電振動装置。
6. 前記圧電振動子の両面が、該圧電振動子の前記電極と前記絶縁基体の前記接続パッドとを電気的に接続する接合材を介して、前記絶縁基体により固定されていることを特徴とする請求項４または請求項５記載の圧電振動装置。

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