JP6390206B2 - Piezoelectric oscillator - Google Patents
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Description
本発明は各種電子機器に用いられる圧電発振器に関する。 The present invention relates to a piezoelectric oscillator used in various electronic devices.
発振回路や温度補償回路、温度センサ等を集積化した集積回路素子(以下、ICと称す)と、圧電振動片とを1つのパッケージに収容し、これらの素子を気密に封止した圧電発振器は各種通信機器等、様々な分野で用いられている。 A piezoelectric oscillator in which an integrated circuit element (hereinafter referred to as an IC) in which an oscillation circuit, a temperature compensation circuit, a temperature sensor, and the like are integrated, and a piezoelectric vibrating piece are housed in one package and these elements are hermetically sealed. It is used in various fields such as various communication devices.
前記圧電発振器として圧電振動片に水晶振動片を使用した水晶発振器を例に挙げる。水晶発振器の構成の例として、パッケージ(容器)に設けられた凹部の内底面にICを搭載した後、凹部の内底面から上方に突出した段部の上面に水晶振動片の一端側を接合することによって、ICの上方に水晶振動片が位置する、いわゆる「2階建て構造」のものがある。このような構成の水晶発振器は例えば特許文献1に開示されている。 As an example of the piezoelectric oscillator, a crystal oscillator using a crystal vibrating piece as a piezoelectric vibrating piece is given. As an example of the configuration of a crystal oscillator, after mounting an IC on the inner bottom surface of a recess provided in a package (container), one end side of a crystal vibrating piece is joined to the upper surface of a stepped portion protruding upward from the inner bottom surface of the recess. Accordingly, there is a so-called “two-story structure” in which a crystal vibrating piece is located above an IC. A crystal oscillator having such a configuration is disclosed in Patent Document 1, for example.
しかしながら前述した「2階建て構造」の温度補償型の水晶発振器では、水晶振動片の有する周波数温度特性を高精度に温度補償する上で次の問題が存在する。 However, the temperature compensation type crystal oscillator having the above-mentioned “two-story structure” has the following problems in performing temperature compensation of the frequency temperature characteristic of the crystal resonator element with high accuracy.
温度補償型の水晶発振器では温度補償を行うために、ICに実装されたEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read−Only Memory)を読み書きする際には、通常時よりも高い電圧が印可されることがある。このときICが発熱して、その熱が水晶振動片に伝わり、通常発振状態よりも周波数が大きく変化してしまうことがある。各温度での周波数調整はROMの値を変化させて負荷容量を調整することによって行なわれるが、図7に示すようにROMの値を変える度に周波数が大きく変化してしまい、安定状態になるまで正確な周波数を測定することができないという問題が存在する。なお図7は縦軸が発振周波数に偏差を、横軸に時間(秒)をそれぞれ表した図であり、ROMにアクセスする際に周波数が変化していることが分かる。 In order to perform temperature compensation in a temperature-compensated crystal oscillator, when reading / writing an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) mounted on an IC, a voltage higher than normal may be applied. At this time, the IC generates heat, and the heat is transmitted to the quartz crystal vibrating piece, so that the frequency may change more than in the normal oscillation state. The frequency adjustment at each temperature is performed by adjusting the load capacity by changing the ROM value. However, as shown in FIG. 7, the frequency changes greatly every time the ROM value is changed, and a stable state is obtained. There is a problem that an accurate frequency cannot be measured. FIG. 7 is a diagram in which the vertical axis represents deviation in the oscillation frequency and the horizontal axis represents time (seconds), and it can be seen that the frequency changes when accessing the ROM.
また、例えば特許文献1に示すような音叉型水晶振動片を用いた水晶発振器においては次の理由により、安定的な周波数の調整が困難になってくる。特許文献1において水晶振動片の周波数の調整は、ICを容器の空所の底面に固定した後に、水晶振動片の一端側を容器の第3層の上面に導電性接着剤を用いて片持ち接合している。このとき、平面視では水晶振動片の両振動腕の先端部分がICの上面をはみ出した状態となっている。水晶振動片の両振動腕の各先端部分には重り部が形成されており、当該重り部へエネルギビームが照射されることによって重り部がトリミングされ、周波数の調整が行なわれるようになっている。ここで、エネルギビームが照射される領域に、容器内底面に露出したIC搭載用の電極パターンが存在していると、トリミングされたIC搭載用の電極パターンの金属屑が飛散して、水晶振動片や他のIC搭載用電極パターンに付着するおそれがある。ここで音叉型水晶振動片は振動腕の先端部分である重り部の質量変化が周波数の変化に影響するため、前記先端部分に金属屑が付着すると周波数調整中に周波数が安定しないといった問題が生じる。またトリミングによって飛散した金属屑が電極パターン間に付着することによって、絶縁不良が発生するおそれがある。 For example, in a crystal oscillator using a tuning-fork type crystal vibrating piece as shown in Patent Document 1, it is difficult to adjust the frequency stably for the following reason. In Patent Document 1, the frequency of the crystal vibrating piece is adjusted by fixing the IC to the bottom surface of the cavity of the container and then cantilevering one end side of the crystal vibrating piece on the upper surface of the third layer of the container using a conductive adhesive. It is joined. At this time, in a plan view, the tip portions of both vibrating arms of the quartz crystal vibrating piece protrude from the upper surface of the IC. A weight portion is formed at each tip portion of both vibrating arms of the crystal vibrating piece, and the weight portion is trimmed by irradiating the weight portion with the energy beam, and the frequency is adjusted. . Here, if there is an IC mounting electrode pattern exposed on the bottom surface of the container in the area irradiated with the energy beam, the trimmed IC mounting electrode pattern metal dust scatters and crystal vibration occurs. There is a risk of adhering to one or other IC mounting electrode patterns. Here, in the tuning-fork type quartz vibrating piece, the mass change of the weight portion, which is the tip portion of the vibrating arm, affects the change in the frequency. Therefore, if metal chips adhere to the tip portion, the frequency is not stabilized during the frequency adjustment. . Moreover, there is a risk that defective insulation may occur due to metal scraps scattered by trimming adhering between the electrode patterns.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、安定した周波数調整を行うことができるとともに、ICの発熱による圧電振動片の周波数変化を抑制した、より高精度な圧電発振器を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a more accurate piezoelectric oscillator capable of performing stable frequency adjustment and suppressing frequency change of the piezoelectric vibrating piece due to heat generation of the IC. It is intended.
上記目的を達成するために本発明は、上方に開口した凹部を有する容器に、音叉型圧電振動片と集積回路素子とを収容し、容器に蓋を接合することによって前記凹部を気密に封止した圧電発振器であって、前記音叉型圧電振動片は、基部と、基部の一端側から同方向に伸長する一対の振動腕とを少なくとも有し、前記一対の振動腕の各先端側には、音叉型圧電振動片の周波数調整が行われる周波数調整部が設けられ、当該周波数調整部に対して振動腕の根元側には、音叉型圧電振動片を屈曲振動させるための励振電極が形成された振動部が設けられてなり、前記凹部の内底面に集積回路素子が搭載され、凹部の内底面から上方に突出した段部の上面に音叉型圧電振動片が接合されることにより、前記周波数調整部全体と、前記振動部の周波数調整部に近い側にある一部の領域とが、平面視で集積回路素子と重畳し、前記振動部と集積回路素子とが平面視で重畳する領域のうち、前記振動腕の伸長方向における長さが、振動部の振動腕の伸長方向における長さに対して50%以下となっている。 To achieve the above object, according to the present invention, a tuning fork type piezoelectric vibrating piece and an integrated circuit element are accommodated in a container having a concave part opened upward, and the concave part is hermetically sealed by joining a lid to the container. The tuning fork-type piezoelectric vibrating piece includes at least a base and a pair of vibrating arms extending in the same direction from one end of the base, and at each tip side of the pair of vibrating arms, A frequency adjusting unit for adjusting the frequency of the tuning fork type piezoelectric vibrating piece is provided, and an excitation electrode for bending and vibrating the tuning fork type piezoelectric vibrating piece is formed on the base side of the vibrating arm with respect to the frequency adjusting unit. A vibration part is provided, an integrated circuit element is mounted on the inner bottom surface of the recess, and a tuning fork type piezoelectric vibrating piece is joined to the upper surface of the step part protruding upward from the inner bottom surface of the recess, thereby adjusting the frequency. Part and the frequency of the vibration part And part of the area on the side closer to the integer portion, overlaps with the integrated circuit device in plan view, of the area where said vibrating portion and the integrated circuit element are overlapped in plan view, the length in the extension direction of the vibrating arm However, it is 50% or less with respect to the length of the vibrating part in the extending direction of the vibrating arm.
上記発明によれば、前記音叉型圧電振動片は、基部と、基部の一端側から同方向に伸長する一対の振動腕とを少なくとも有し、前記一対の振動腕の各先端側には、音叉型圧電振動片の周波数調整が行われる周波数調整部が設けられ、当該周波数調整部に対して振動腕の根元側には、音叉型圧電振動片を屈曲振動させるための励振電極が形成された振動部が設けられてなり、前記凹部の内底面に集積回路素子(IC)が搭載され、凹部の内底面から上方に突出した段部の上面に音叉型圧電振動片が接合されることにより、前記周波数調整部全体が平面視で集積回路素子と重畳している。このような構成により、安定した周波数調整を行うことができる。 According to the above invention, the tuning fork type piezoelectric vibrating piece has at least a base and a pair of vibrating arms extending in the same direction from one end of the base, and a tuning fork is provided at each tip side of the pair of vibrating arms. A frequency adjusting unit for adjusting the frequency of the piezoelectric vibrating piece is provided, and an excitation electrode for bending and vibrating the tuning fork type piezoelectric vibrating piece is formed on the base side of the vibrating arm with respect to the frequency adjusting unit. An integrated circuit element (IC) is mounted on the inner bottom surface of the recess, and a tuning fork type piezoelectric vibrating piece is joined to the upper surface of the stepped portion protruding upward from the inner bottom surface of the recess. The entire frequency adjustment unit overlaps the integrated circuit element in plan view. With such a configuration, stable frequency adjustment can be performed.
これは、周波数調整部全体が平面視でICと重畳することによって、エネルギビームが照射される領域に、容器内底面のIC搭載用の電極パターンが位置しないようにすることができるためである。つまり、周波数調整部以外にエネルギビームが照射される領域をICの上面のみとすることによって、容器内底面に露出したIC搭載用の電極パターンからの金属屑の発生を防止することができる。これにより、トリミングされた電極パターンの金属屑の水晶振動片への付着を防止し、安定した周波数の調整を行うことができる。また飛散した金属屑の電極パターン間への付着による絶縁不良も防止することができる。 This is because the electrode mounting electrode pattern on the inner bottom surface of the container can be prevented from being positioned in the region irradiated with the energy beam by superimposing the entire frequency adjusting unit on the IC in plan view. That is, by making the region irradiated with the energy beam other than the frequency adjustment unit only on the upper surface of the IC, it is possible to prevent the generation of metal scraps from the IC mounting electrode pattern exposed on the inner bottom surface of the container. As a result, it is possible to prevent the trimmed electrode pattern from adhering to the quartz crystal vibrating piece and to adjust the frequency stably. Also, it is possible to prevent insulation failure due to adhesion of scattered metal scraps between the electrode patterns.
また上記発明によれば、前記周波数調整部全体と、前記振動部の周波数調整部に近い側にある一部の領域とが、平面視で集積回路素子と重畳しているため、ROMアクセス時のICの発熱による音叉型圧電振動片の周波数変化を抑制することができる。一対の振動腕の屈曲振動の振動源となる部位は、励振電極が形成された領域(振動部)である。この振動部は熱による周波数変化の影響を受けやすい領域であるが、本発明では振動部のうち、周波数調整部に近い側にある一部の領域だけが集積回路素子と平面視で重畳している。これにより、熱源となるICからの熱の音叉型圧電振動片への伝導を抑制することができるので、ROMアクセス時のICからの発熱による音叉型圧電振動片の周波数変化を抑制することができる。これによって、より高精度な温度補償を行なうことができる。 Further, according to the above invention, the entire frequency adjustment unit and a part of the vibration unit close to the frequency adjustment unit overlap with the integrated circuit element in a plan view. The frequency change of the tuning fork type piezoelectric vibrating piece due to the heat generation of the IC can be suppressed. A portion that is a vibration source of the bending vibration of the pair of vibrating arms is a region (vibrating portion) where the excitation electrode is formed. This vibration part is an area that is easily affected by frequency changes due to heat. However, in the present invention, only a part of the vibration part on the side closer to the frequency adjustment part is superimposed on the integrated circuit element in plan view. Yes. As a result, the conduction of heat from the IC serving as the heat source to the tuning fork type piezoelectric vibrating piece can be suppressed, so that the frequency change of the tuning fork type piezoelectric vibrating piece due to heat generation from the IC at the time of ROM access can be suppressed. . As a result, more accurate temperature compensation can be performed.
また上記発明によれば、振動部と集積回路素子とが平面視で重畳する領域のうち、振動腕の伸長方向における長さが、振動部の振動腕の伸長方向における長さに対して50%以下とすることによって、ROMアクセス時のICの発熱による音叉型圧電振動片の周波数変化をより効果的に抑制することができる。なお振動部と集積回路素子とが平面視で重畳する領域の振動腕の伸長方向における長さが、振動部の振動腕の伸長方向における長さに対して50%を超えると、振動部とICとが平面視で重畳領域が増大し過ぎてしまうため、ICからの熱の音叉型圧電振動片への伝導抑制効果を得られ難くなってしまう。したがって、振動部と集積回路素子とが平面視で重畳する領域の振動腕の伸長方向における長さは、振動部の振動腕の伸長方向における長さに対して50%以下が好ましく、27%以下がより効果的である。 According to the invention, the length of the vibrating arm in the extension direction of the vibrating portion and the integrated circuit element in a plan view is 50% of the length of the vibrating portion in the extension direction of the vibrating arm. By making the following, it is possible to more effectively suppress the frequency change of the tuning fork type piezoelectric vibrating piece due to the heat generated by the IC during ROM access. If the length in the extending direction of the vibrating arm in the region where the vibrating portion and the integrated circuit element overlap in plan view exceeds 50% of the length of the vibrating portion in the extending direction of the vibrating arm, the vibrating portion and the IC However, it is difficult to obtain the effect of suppressing the conduction of heat from the IC to the tuning-fork type piezoelectric vibrating piece in a plan view. Therefore, the length in the extending direction of the vibrating arm in the region where the vibrating part and the integrated circuit element overlap in plan view is preferably 50% or less, and 27% or less with respect to the length of the vibrating part in the extending direction of the vibrating arm. Is more effective.
以上のように、本発明によれば、安定した周波数調整を行うことができるとともに、ICの発熱による圧電振動片の周波数変化を抑制した、より高精度な圧電発振器を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a highly accurate piezoelectric oscillator capable of performing stable frequency adjustment and suppressing the frequency change of the piezoelectric vibrating piece due to heat generation of the IC.
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。本実施形態では圧電発振器として、音叉型水晶振動片とICとを1つのパッケージに収容した温度補償機能を有する水晶発振器(温度補償型水晶発振器)を例に挙げて説明する。なお図1は本発明の実施形態に係る水晶発振器の上面模式図であり、説明の便宜上、凹部9を覆うための蓋が接合されていない状態を表している。図2および図6は図1のA−A線における断面模式図であり、蓋が容器に接合された状態を表している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, as a piezoelectric oscillator, a crystal oscillator having a temperature compensation function (temperature compensated crystal oscillator) in which a tuning fork crystal resonator element and an IC are accommodated in one package will be described as an example. FIG. 1 is a schematic top view of a crystal oscillator according to an embodiment of the present invention, and shows a state in which a lid for covering the recess 9 is not joined for convenience of explanation. 2 and 6 are schematic cross-sectional views taken along the line AA in FIG. 1, and show a state in which the lid is joined to the container.
本発明に係る水晶発振器1は、容器2と、水晶振動片3と、集積回路素子(以下、ICと略)4と、蓋5が主な構成部材となっている(図2参照)。本実施形態では水晶発振器1の出力周波数は32.768kHzとなっている。
The crystal oscillator 1 according to the present invention includes a container 2, a
図1において容器2は上方に開口した凹部9を有する略直方体状の容器であり、絶縁性材料を基材として構成されている。具体的には容器2は4枚のセラミックグリーンシート(下層側から順に第1層20、第2層21、第3層22、第4層23)の積層体であり、焼成によって一体成形されている。そして図2に示すように、容器2の第4層23の上面には枠状の金属製リング6が取り付けられている。この金属製リング6の上面には封止材7が周状に形成されており、容器2は封止材7を介して金属製の蓋5とシーム溶接法によって接合される。なお本実施形態では容器2と蓋5との接合は真空下で行われる。このように真空下で凹部9を気密封止することによって、凹部9内に不活性化ガス等の気体が充填された場合に比べて等価直列抵抗値を低下させることができる。
In FIG. 1, a container 2 is a substantially rectangular parallelepiped container having a concave portion 9 opened upward, and is configured using an insulating material as a base material. Specifically, the container 2 is a laminate of four ceramic green sheets (
図1に示すように容器2は平面視では略矩形であり、その外形寸法は3.2mm×2.5mmとなっている。凹部9も平面視略矩形となっており、凹部9の内部には内底面210から上方に突出した段部8が形成されている。この段部8は第3層22の一部が凹部9内に露出したものであり、周状に形成されている。段部8の一端側80(水晶振動片3の固定端側)は平面視矩形状の凹部9の一方の短辺に沿って形成され、当該短辺の中央部分が抉られた形状となっている。段部8の他端側81(水晶振動片の自由端に近い側)は平面視矩形状の凹部9の他方の短辺に沿って形成されている。
As shown in FIG. 1, the container 2 is substantially rectangular in plan view, and its outer dimensions are 3.2 mm × 2.5 mm. The recess 9 is also substantially rectangular in plan view, and a step 8 protruding upward from the
段部8の一端側の上面800には、音叉型水晶振動片と導電接合される2つの振動片搭載電極10a,10bが容器短辺方向に並列して形成されている。振動片搭載電極10a,10bは異なる面積で形成されており、振動片搭載電極10aの平面視の面積の方が、振動片搭載電極10bの平面視の面積よりも大きくなっている。そして、振動片搭載電極10a,10bの互いに対向する辺の一部からは、互いに近接するように(2つの振動片搭載電極の間の隙間が狭くなるように)容器短辺方向に突出した突出部101a,101bが形成されている。このように2つの振動片搭載電極10a,10bの対向辺の容器長辺の中央に近い側を局所的に幅狭にすることによって、突出部と幅広の領域(振動片搭載電極の対向辺のうち突出部が形成されていない領域)との境界が略直角となる。当該直角部分を画像認識のポイントとして活用することにより、水晶振動片を容器へ位置決め搭載する際の画像認識の精度を向上させることができる。これにより、水晶発振器がより小型化になったとしても、容器への水晶振動片の位置決め搭載を高精度に行なうことができる。
On the
振動片搭載電極10a,10bは、容器内部に設けれらた内部配線(図示省略)とビア(図示省略)を介して、内底面210の複数の電極パッド(図示省略)の一部と、容器外底面201に設けれらた複数の外部接続端子(図示省略)の一部とに電気的に接続されている。前記複数の外部接続端子は、平面視矩形状の容器外底面201の4隅に4つ形成されている。これら4つの外部接続端子は、OE(Output Enable)端子、グランド端子、出力用端子、電源端子となっている。
The vibrating piece mounting electrodes 10a and 10b are connected to a part of a plurality of electrode pads (not shown) on the
容器2の内底面210には、図示しない複数の電極パッドが露出した状態で形成されている。これら複数の電極パッドは、IC4の複数の機能端子とそれぞれ対応しており、当該電極パッドには所定形状の配線パターンが接続されている。前記複数の電極パッドと配線パターンとは容器の第2層21の上面に形成されており、第3層22が第2層21上に積層されることにより、複数の電極パッドと配線パターンの一部とが凹部9内に露出するようになっている。なお本実施形態の説明において、以下、前記電極パッドおよび前記配線パターンとを含めて電極パターンと呼ぶ。前記電極パターンは容器内底面側から、タングステン、ニッケルメッキ、金メッキの順で積層された構成となっている。電極パターンは振動片搭載電極10(10a,10b)と一括同時に形成される。
The
IC4は、発振回路や温度補償回路やEEPROM、温度センサ等を集積化した平面視矩形状のベアチップICである。IC4は、その機能端子面が容器内底面210に対面するように、ICの各機能端子が容器内底面の複数の電極パッド上に一対一で金属製のバンプB2を介して超音波接合される(いわゆるFCB接合(Flip Chip Bonding))。
The
図1において水晶振動片3は、屈曲振動を行なう音叉型の水晶振動片である。水晶振動片3は図3に示すように、基部31と、基部31の一端側310から一方向に伸長する一対の振動腕30,30と、基部31の他端側311から基部の幅方向(振動腕の伸長方向と略直交する方向)に突出する突出部32とを備えている。振動腕30はさらに、腕部301(301a、301b)とテーパー部303と幅広部302(302a、302b)とから構成されている。テーパー部303は腕部301の終端側から離間する方向に連続的に拡幅する部位である。幅広部302はテーパー部303の終端側につながっており、腕部301の幅よりも幅広に形成されている。
In FIG. 1, a
水晶振動片3は1枚の水晶ウエハから多数個の音叉型水晶振動片が一括で成形されている。具体的に水晶振動片の外形は、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストまたは金属膜をマスクとしてウエットエッチング法によって一括的に成形されている。なお水晶振動片3の最大長さ寸法は、幅広部302の先端部から基部の他端側311までの寸法であり、本実施形態では1.2mmとなっている。一方、水晶振動片3の最大幅寸法は、基部の幅方向に最も幅広となる領域の端縁から、突出部32の先端までの寸法までの寸法であり、本実施形態では0.38mmとなっている。
In the quartz
一対の腕部301a,301bの表裏主面には、平面視略長方形の一条の溝Gが形成されている。この溝G(G1〜G4)は、図4に示すように腕部301の表裏で互いに対向するように形成されている。このような溝を形成することによって水晶振動片の直列抵抗値を低下させることができる。なお本実施形態では、平面視略長方形の溝G(G1〜G4)は、基部の一端側310まで及ばない長さで、かつテーパー部303との接続点まで及ばない長さで腕部301の表裏主面に形成されている。
On the front and back main surfaces of the pair of
図1乃至3では記載を省略しているが、基部31と一対の振動腕30,30と突出部32には所定形状の各種電極(金属膜)が、真空蒸着法とフォトリソグラフィ技術を用いてパターン形成されている。これを具体的に図4乃至5を用いて説明する。前記各種電極のうち、一対の腕部301a,301bの各々の外周面に形成されている電極は水晶振動片を駆動させるための励振電極となっている(図4参照)。つまり、腕部301a(302b)の対向する2つの主面に設けられた一対の主面電極E1,E2(E5,E6)と、腕部301a(302b)の対向する2つの側面に設けられた一対の側面電極E7,E8(E3,E4)とが励振電極となっている。そして第1の励振電極は、腕部301aの主面電極E1,E2と、腕部301bの側面電極E3,E4とで構成され、それぞれが接続されている。同様に、第2の励振電極は、腕部301bの主面電極E5,E6と、腕部301aの側面電極E7,E8とで構成され、それぞれが接続されている。第1の励振電極と第2の励振電極とは異極となっておりこのような構成の電極に電界を与えることにより一対の振動腕が屈曲振動する。なお主面電極E1,E2(E5,E6)は、溝G1〜G4の内周面にも及んで形成されている。
Although not shown in FIGS. 1 to 3, various electrodes (metal films) having predetermined shapes are formed on the
前記第1の励振電極と第2の励振電極は、クロムを下地層とし、当該下地層の上層の金層が積層された構成となっており、フォトリソグラフィ技術によって形成されている。前記第1の励振電極と第2の励振電極は、基部の側面および基部に設けられた図示しないスルーホールを介して基部31および突出部32の表裏面に導出されている。
Each of the first excitation electrode and the second excitation electrode has a configuration in which chromium is used as a base layer and an upper gold layer is stacked, and is formed by a photolithography technique. The first excitation electrode and the second excitation electrode are led out to the front and back surfaces of the
図5に示すように、幅広部302a,302bを構成する外周面(表裏で対向する2つの主面と、内側面と外側面で対向する2つの側面)の全周には、腕部301a,301bの側面電極E3とE4、側面電極E7とE8とを相互に共通接続する金属膜312が形成されている(図5では幅広部302aのみを表示し、幅広部302bの表示は省略)。つまり、幅広部302には異極の電極が形成されていない。なお本実施形態では、金属膜312はクロムからなる下地層、その上に金層が積層された膜構成となっている。
As shown in FIG. 5, on the entire circumference of the outer peripheral surfaces (two main surfaces facing each other on the front and back sides and two side surfaces facing the inner and outer surfaces) constituting the
幅広部302の外周に形成された金属膜312のうち、幅広部の表裏主面上に対応する領域には、周波数調整用の銀等からなる錘(金属膜)Wが蒸着法によって形成されている(図5)。音叉型水晶振動片の周波数の微調整は、この錘の質量をイオンビーム等の照射によって削減することによって行なわれる。なお図3では説明の便宜上、溝G1,G3に形成された励振電極(主面電極E1,E5)と周波数調整用錘Wのみを表示している。
Of the
音叉型の水晶振動片は、前記第1の励振電極と前記第2の励振電極振動に電界を与えることによって振動腕が屈曲振動する。したがって、音叉型の水晶振動片において屈曲振動の振動源となる部位は、一対の振動腕のうち励振電極E1〜E8が形成された領域となる。以下、屈曲振動の振動源となる当該領域のことを振動部と称する。なお本実施形態では振動部は平面視では振動腕の伸長方向を長手方向とする略長方形となっており、前記長手方向の範囲を図3において符号Lで表記している。 In the tuning-fork type crystal vibrating piece, the vibrating arm is flexibly vibrated by applying an electric field to the first excitation electrode vibration and the second excitation electrode vibration. Therefore, the part which becomes the vibration source of the bending vibration in the tuning-fork type crystal vibrating piece is an area where the excitation electrodes E1 to E8 are formed in the pair of vibrating arms. Hereinafter, the region serving as a vibration source of flexural vibration is referred to as a vibration part. In the present embodiment, the vibration part has a substantially rectangular shape with the extending direction of the vibrating arm as a longitudinal direction in a plan view, and the range in the longitudinal direction is denoted by a symbol L in FIG.
水晶振動片3の基部31の他端側311と突出部32の各々には、外部と導電接合される接続電極(図示省略)が形成されている。これらの接続電極はクロムの下地層の上層に金が積層された構成であり、振動腕の励振電極E1〜E8の形成と同時に形成される。そして前記接続電極の上には、電解めっき法によって金属製のバンプB1(B1a,B1b)が形成され、容器2の段部8の振動片搭載電極10a,10bとFCB接合される(図2乃至3参照)。
A connection electrode (not shown) that is conductively joined to the outside is formed on each of the other end 311 of the
以上のように、凹部9の内底面210にはIC4が搭載される。そして段部8の上面800に設けられた振動片搭載電極10a,10bには水晶振動片3の接続電極がバンプを介して導電接合される。これにより、IC4の上方に一対の振動腕30,30の一部が位置することになる。具体的には図3に示すように、水晶振動片3とIC4の容器2への搭載後における平面視の相対位置関係は、周波数調整部302の全体と、振動部のうち周波数調整部302に近い側にある一部の領域とが、IC4と重畳した状態となっている。
As described above, the
上記構成によれば、安定した周波数調整を行うことができる。これは、周波数調整部302の全体が平面視でICと重畳することによって、エネルギビームが照射される領域に、容器の内底面210のIC搭載用の電極パターンが位置しないようにすることができるためである。つまり、周波数調整部302以外にエネルギビームが照射される領域をIC4の上面のみとすることによって、容器の内底面210に露出したIC搭載用の電極パターンからの金属屑の発生を防止することができる。これにより、トリミングされた電極パターンの金属屑の水晶振動片3への付着を防止し、安定した周波数の調整を行うことができる。また飛散した金属屑の電極パターン間への付着による絶縁不良も防止することができる。
According to the above configuration, stable frequency adjustment can be performed. This is because the entire
また上記構成によれば、周波数調整部302の全体と、前記振動部の周波数調整部302に近い側にある一部の領域とが、平面視でIC4と重畳しているため、ROMアクセス時のICの発熱による水晶振動片3の周波数変化を抑制することができる。一対の振動腕301a,301bの屈曲振動の振動源となる「振動部」は熱による周波数変化の影響を受けやすい領域であるが、本発明では振動部のうち、周波数調整部に近い側にある一部の領域だけがICと平面視で重畳している。これにより、熱源となるIC4からの熱の水晶振動片3への伝導を抑制することができ、ROMアクセス時のICからの発熱による水晶振動片3の周波数変化を抑制することができる。これによって、より高精度な温度補償を行なうことができる。
Further, according to the above configuration, the entire
本実施形態では、振動部とICとが平面視で重畳する領域の長さ方向の寸法Rは約0.193mmとなっており、振動部の振動腕の伸長方向における長さLは約0.71mmとなっている。振動部がICと平面視で重畳する長さRは、一対の振動腕301a,301bの伸長方向において、振動部の振動腕の伸長方向における長さLに対して約27%以下が好適である。
In this embodiment, the dimension R in the length direction of the region where the vibration part and the IC overlap in plan view is about 0.193 mm, and the length L in the extension direction of the vibration arm of the vibration part is about 0.1 mm. It is 71 mm. The length R in which the vibration part overlaps with the IC in plan view is preferably about 27% or less in the extension direction of the pair of
本実施形態では、水晶振動片3の振動部の下面からIC4の上面400までの鉛直方向における隙間(図6における符号d)は、0.05mm以上(0.12mm以下)となっている。前記隙間「d」が0.05mm以下の場合、水晶振動片の振動部とICとが近接し過ぎてしまい、ROMアクセス時のICからの熱が水晶振動片へ伝導しやすくなる。これにより、水晶振動片の周波数が不安定な状態となりやすい。また記隙間「d」が0.05mm以下の場合、水晶振動片と振動片搭載電極との接合ばらつき等により、水晶発振器が外部衝撃等を受けることで水晶振動片とICとが接触する危険性が高まる。したがって隙間「d」は0.05mm以上確保することが望ましい。
In the present embodiment, the vertical gap (symbol d in FIG. 6) from the lower surface of the vibrating portion of the
本実施形態では振動部がICとが平面視で重畳する領域の長さ方向の寸法Rが、一対の振動腕301a,301bの伸長方向において、振動部の振動腕の伸長方向における長さLに対して約27%以下となっているが、当該比率が27%以上であってもよい。例えば、前記比率が27%以上でかつ50%以下の場合は、振動部とICとが平面視で重畳する領域が前記比率が27%以下のときよりも増大するため、振動部とICとの隙間をできるだけ大きく設定することによってROMアクセス時のICからの発熱による水晶振動片の周波数変化を抑制することができる。
In this embodiment, the dimension R in the length direction of the region where the vibration part overlaps the IC in plan view is the length L of the vibration part in the extension direction of the vibration arm in the extension direction of the pair of
本実施形態ではセラミックシートの積層体である容器の例として4層構成を例に挙げたが、容器は4層以下、あるいは4層以上で構成されていてもよい。また、本実施形態では水晶振動片と容器の振動片搭載電極との電気機械的な接合を、導電性のバンプを介して行なっているが、導電性のバンプの代わりに導電性接着剤を用いてもよい。また本実施形態では水晶振動片3は、基部と一対の振動腕と突出部とを有する形状の音叉型水晶振動片となっているが、基部と一対の振動腕のみを有し突出部を有さない形状であってもよい。また本実施形態では突出部は基部から一方向のみに突出した形状となっているが、基部の他端側から互いに遠ざかる方向に突出した形状であってもよい。あるいは、基部の他端側から互いに遠ざかる方向に突出した後、振動腕の伸長方向に平行に伸長するように屈曲した形状であってもよい。
In the present embodiment, a four-layer configuration is taken as an example of a container that is a laminate of ceramic sheets, but the container may be configured with four layers or less, or four layers or more. In this embodiment, the electromechanical joining between the crystal vibrating piece and the vibrating piece mounting electrode of the container is performed through the conductive bump. However, a conductive adhesive is used instead of the conductive bump. May be. In the present embodiment, the
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。 The present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. Therefore, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is indicated by the claims, and is not restricted by the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
圧電発振器の量産に適用できる。 It can be applied to mass production of piezoelectric oscillators.
1 水晶発振器
2 容器
3 水晶振動片
4 集積回路素子
5 蓋
6 金属製リング
7 封止材
8 段部
9 凹部
10 振動片搭載電極
301 腕部
302 周波数調整部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crystal oscillator 2
Claims (1)
前記音叉型圧電振動片は、基部と、基部の一端側から同方向に伸長する一対の振動腕とを少なくとも有し、
前記一対の振動腕の各先端側には、音叉型圧電振動片の周波数調整が行われる周波数調整部が設けられ、
当該周波数調整部に対して振動腕の根元側には、音叉型圧電振動片を屈曲振動させるための励振電極が形成された振動部が設けられてなり、
前記凹部の内底面に集積回路素子が搭載され、凹部の内底面から上方に突出した段部の上面に音叉型圧電振動片が接合されることにより、
前記周波数調整部全体と、前記振動部の周波数調整部に近い側にある一部の領域とが、平面視で集積回路素子と重畳し、前記振動部と集積回路素子とが平面視で重畳する領域のうち、前記振動腕の伸長方向における長さが、振動部の振動腕の伸長方向における長さに対して50%以下であることを特徴とする圧電発振器。 A piezoelectric oscillator in which a tuning fork-type piezoelectric vibrating piece and an integrated circuit element are accommodated in a container having a recess opened upward, and the recess is hermetically sealed by joining a lid to the container,
The tuning fork type piezoelectric vibrating piece has at least a base portion and a pair of vibrating arms extending in the same direction from one end side of the base portion,
Each tip side of the pair of vibrating arms is provided with a frequency adjusting unit for adjusting the frequency of the tuning fork type piezoelectric vibrating piece,
On the base side of the vibrating arm with respect to the frequency adjusting unit, a vibrating unit in which an excitation electrode for bending and vibrating the tuning fork type piezoelectric vibrating piece is provided,
An integrated circuit element is mounted on the inner bottom surface of the recess, and a tuning fork type piezoelectric vibrating piece is joined to the upper surface of the stepped portion protruding upward from the inner bottom surface of the recess.
The entire frequency adjustment unit and a part of the vibration unit on the side close to the frequency adjustment unit overlap with the integrated circuit element in a plan view, and the vibration unit and the integrated circuit element overlap in a plan view. The piezoelectric oscillator according to claim 1, wherein a length of the vibrating arm in the extending direction of the vibrating portion is 50% or less with respect to a length of the vibrating portion in the extending direction of the vibrating arm.
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