JP2002359523A - 圧電発振器とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化を実現し歩留まり向上とコスト低減を
目指した圧電発振器を提供する。 【解決手段】 これらの課題を解決するために本発明
は、凹状の開口部を有する容器に、圧電素板を収納して
成る圧電振動子と、半導体部品とで構成する圧電発振器
において、該凹状の開口部を有する容器の開口部周囲に
導通用のパターンが形成され、該パターンと該半導体部
品の端子部とが当接して電気的な接続を行い、かつ、該
半導体部品により該容器のフタとして密閉容器構造を形
成することを特徴とし、更には圧電振動子として満足な
特性を得たものだけに発振回路を組み込んで圧電発振器
を構成することにより歩留まりを向上し、更に完成部材
だけで発振器を構成することによりコストの低減を行う
ことにより課題を解決するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、凹状の開口部を有する容器に、圧電素板を収
納して成る圧電振動子と、半導体部品とで構成する圧電
発振器において、該凹状の開口部を有する容器の開口部
周囲に導通用のパターンが形成され、該パターンと該半
導体部品の端子部とが当接して電気的な接続を行い、か
つ、該半導体部品により該容器のフタとして密閉容器構
造を形成することを特徴とする圧電発振器とすることに
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、圧電振動子の電気
的な接続と半導体部品との電気的な接合方法は、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、容器と半導体部品との
当接面に導通用パターンを形成し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。

【０００８】また、コスト低減の手段のひとつとして半
導体部品の消耗を考慮するために、温度補償発振器にあ
っては、圧電振動子自体が所望の周波数特性を得たもの
のみに半導体部品を搭載し発振器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の
消耗を抑えることを実現し、半導体部品をフタとして利
用することから圧電発振器を構成する主要部品数を実質
上減らすことにより、圧電発振器としてのコストダウン
も可能となる。

【０００９】更には従来の発振器に対し、半導体部品を
フタとすることにより圧電発振器自体の特に高さ（厚
み）方向での低背化を実現することで実装空間が小さい
ものへの設置にも有利となる。なお、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
も特徴となる。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。

【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に封止部材８として導電性接着剤や
はんだなどの金属バンプを用いたフリップチップボンデ
ィングや、ワイヤーボンディング、異方性導電部材とい
った材料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（７
７）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 (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器に圧電素板を収納して成る圧電振動
   子と、半導体部品とで構成する圧電発振器において、 該容器の開口部周囲に導通用のパターンが形成され、該
   パターンと該半導体部品の端子部とが当接して電気的な
   接続を行い、かつ、該半導体部品により該容器のフタと
   して密閉容器構造を形成することを特徴とする圧電発振
   器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の容器とは、半導体部品が
   搭載される側に開口を持つ凹状部形状を有するであるこ
   とを特徴とする圧電発振器。
3. 【請求項３】 容器に圧電素板を収納して成る圧電振動
   子と、半導体部品とで構成する圧電発振器の製造方法に
   おいて、 該容器の開口部周囲の導通用のパターンと該半導体部品
   の端子部とが当接して電気的な接続を行い、かつ、該半
   導体部品により該容器のフタとして密閉容器構造を形成
   するための封止工程は、真空環境の中で封止部材を硬化
   させることにより封止することを特徴とする圧電発振器
   の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の封止部材は、樹脂、ガラ
   ス、セラミック材料であることを特徴とする圧電発振器
   の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１と請求項３における該半導体部
   品と該容器の封止部材に異方性導電部材を用いることを
   特徴とする圧電発振器とその製造方法。