JP2011101214A - 振動デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】、平面サイズのばらつきを回避可能で、接続部材を確実に保護できる振動デバイスの提供。
【解決手段】水晶発振器１は、外面に外部端子１４を有するパッケージ１１の内部に水晶振動片１２を収容する水晶振動子１０と、水晶振動片１２を駆動するＩＣチップ２０と、一方の面３１にＩＣチップ２０が配置され、他方の面３２に水晶振動子１０が配置される配線基板３０とを備え、配線基板３０が、平面視において、水晶振動子１０の外部端子１４の少なくとも一部が露出する貫通孔３３を有し、一方の面３１に形成された内部接続端子３４と水晶振動子１０の外部端子１４とが、貫通孔３３を通して金属ワイヤー４０により接続され、ＩＣチップ２０と金属ワイヤー４０，４１とが、樹脂４２により覆われている。
【選択図】図１

Description

本発明は、水晶発振器などの圧電デバイスおよびＭＥＭＳ発振器などのＭＥＭＳデバイスに代表される振動デバイスに関する。

従来、圧電振動子と、一方の面に外部接続端子が形成され、他方の面が圧電振動子の底面に固定された配線基板と、配線基板の一方の面に配置されたＩＣチップ（以下、回路素子という）とを有し、配線基板の一方の面に、回路素子に接続されたＩＣ接続端子とＩＣ接続端子に接続された内部接続端子とを備え、圧電振動子の振動子接続端子（以下、外部端子という）と配線基板の内部接続端子とが金属ワイヤーにより接続され、金属ワイヤー及び回路素子を覆うように樹脂部が形成されている構成の振動デバイスが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−３５０２６号公報

上記振動デバイスは、実施の形態において、配線基板の外周に切り欠き部を設けて圧電振動子の外部端子を露出させ、内部接続端子と、圧電振動子の外部端子とを金属ワイヤーで接続し、内部接続端子と金属ワイヤーとを樹脂で覆う構成となっている。
しかしながら、上記構成では、配線基板の切り欠き部から外部へ樹脂がはみ出し易いことから、樹脂部を含んだ平面サイズがばらついてしまう虞がある。
また、上記構成では、配線基板の切り欠き部から外部へ樹脂が流出し易いことから、金属ワイヤーを覆う樹脂の量が不足気味となり、金属ワイヤーの保護が不十分となる虞がある。

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる振動デバイスは、外面に外部端子を有するパッケージの内部に振動片を収容する振動子と、前記振動片を駆動する回路素子と、一方の面に前記回路素子が配置され、他方の面に前記振動子が配置される配線基板とを備え、前記配線基板は、前記一方の面の方向からの平面視において、前記振動子の前記外部端子の少なくとも一部が露出する貫通孔を有し、前記一方の面に形成された内部接続端子および前記回路素子の端子の少なくともいずれかと前記振動子の前記外部端子とが、前記貫通孔を通して接続部材により接続され、前記回路素子と前記接続部材とが、樹脂により覆われていることを特徴とする。

これによれば、振動デバイスは、内部接続端子または回路素子の端子と振動子の外部端子とが、配線基板の貫通孔を通して接続部材により接続され、回路素子と接続部材とが樹脂により覆われている。
したがって、振動デバイスは、配線基板に従来のような切り欠き部ではなく、貫通孔が形成されていることから、接続部材が樹脂により覆われる際に、その部分の樹脂が貫通孔内及び貫通孔周辺に留まり、配線基板から外部へはみ出すことや流出することを回避できる。
この結果、振動デバイスは、平面サイズのばらつきを回避できると共に、例えば、金属ワイヤーなどの接続部材を確実に保護することができる。

また、振動デバイスは、回路素子の端子と振動子の外部端子とが、配線基板の貫通孔を通して接続部材により直接接続された場合には、内部接続端子を経由して接続された場合と比較して、接続箇所が少ない分、接続の信頼性を向上させることができる。加えて、振動デバイスは、接続部材の使用量を削減することができる。

［適用例２］上記適用例にかかる振動デバイスにおいて、前記接続部材が金属ワイヤーであることが好ましい。

これによれば、振動デバイスは、接続部材が金属ワイヤーであることから、実績のあるワイヤーボンディング実装が可能となり、接続の信頼性を向上させることができる。

［適用例３］上記適用例１にかかる振動デバイスにおいて、前記内部接続端子と前記外部端子とが、前記接続部材で接合される場合に、前記接続部材が金属リード板であることが好ましい。

これによれば、振動デバイスは、接続部材が金属リード板であることから、金属ワイヤーの場合と比較して、接続時における接続部材の高さ方向のばらつきを抑制することができる。

［適用例４］上記適用例１にかかる振動デバイスにおいて、前記内部接続端子と前記外部端子とが、前記接続部材で接合される場合に、前記接続部材が金属ロウ材であることが好ましい。

これによれば、振動デバイスは、接続部材が金属ロウ材であることから、接続面積が広くなり接続強度を向上させることができる。

［適用例５］上記適用例１にかかる振動デバイスにおいて、前記内部接続端子と前記外部端子とが、前記接続部材で接合される場合に、前記接続部材が導電性接着剤であることが好ましい。

これによれば、振動デバイスは、接続部材が導電性接着剤であることから、例えば、ディスペンサーなどを用いて塗布することで、接続作業を容易に行うことができる。

［適用例６］上記適用例３にかかる振動デバイスにおいて、前記金属リード板が前記配線基板から引き出された配線パターンであることが好ましい。

これによれば、振動デバイスは、金属リード板が配線基板から引き出された配線パターンであることから、金属リード板を配線パターンと一体化でき、金属リード板の製造工数を削減できる。

第１の実施形態の水晶発振器の概略構成を示す模式図。 変形例１の水晶発振器の概略構成を示す模式断面図。 変形例２の水晶発振器の概略構成を示す模式断面図。 変形例３の水晶発振器の概略構成を示す模式断面図。 第２の実施形態の水晶発振器の概略構成を示す模式図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
ここでは、振動デバイスとして水晶発振器を例に挙げて説明する。
図１は、本実施形態の水晶発振器の概略構成を示す模式図である。図１（ａ）は、回路素子側から俯瞰した展開斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。なお、展開斜視図では、便宜的に一部の構成要素を省略してある。

図１に示すように、水晶発振器１は、圧電振動子としての水晶振動子１０と、回路素子としてのＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップ２０と、配線基板３０とを備えている。
水晶発振器１は、水晶振動子１０とＩＣチップ２０とが、配線基板３０を間に挟んで積層される構成となっている。

水晶振動子１０は、略直方体形状のパッケージ１１と、パッケージ１１の内部に収容される圧電振動片としての水晶振動片１２とを備えている。
パッケージ１１は、凹部を有するパッケージベース１１ａ及び凹部を覆うリッド１１ｂなどから構成されている。
パッケージベース１１ａには、セラミックグリーンシートを成形して焼成した酸化アルミニウム質焼結体などが用いられている。また、リッド１１ｂには、コバールなどの金属、ガラスなどが用いられている。

パッケージベース１１ａの内面１１ｃには、内部電極１３が形成され、パッケージベース１１ａの外面１１ｄには、複数の外部端子１４が形成されている。複数の外部端子１４の内の所定の端子は、図示しない内部配線によって内部電極１３と接続されている。
なお、内部電極１３、外部端子１４は、タングステンなどのメタライズ層にニッケル、金などの各被膜をメッキなどにより積層した金属被膜からなる。

水晶振動片１２には、例えば、音叉型水晶振動片、ＡＴカット型水晶振動片などが用いられている。水晶振動片１２は、金属フィラーなどの導電性物質が混合された、エポキシ系、シリコン系、ポリイミド系などの導電性接着剤１５を介して、パッケージベース１１ａの内部電極１３に接合されている。
これにより、水晶振動片１２は、図示しない励振電極が内部電極１３を介して外部端子１４と電気的に接続されている。

水晶振動子１０は、パッケージベース１１ａの内部電極１３に水晶振動片１２が接合された後、リッド１１ｂがパッケージベース１１ａに接合されることにより、パッケージ１１の内部が気密に封止される。
なお、リッド１１ｂとパッケージベース１１ａとの接合は、低融点ガラス、シームリングを用いたシーム溶接などで行われる。

配線基板３０は、平面形状が略矩形の平板状に形成され、平面サイズが水晶振動子１０の平面サイズと略等しくなるように形成されている。
配線基板３０には、ポリイミド系、ガラスエポキシ系などの基板が用いられている。
配線基板３０の一方の面３１には、ＩＣチップ２０が配置されて図示しない接着剤などにより接合され、配線基板３０の他方の面３２には、水晶振動子１０が配置されて図示しない接着剤などにより接合されている。

配線基板３０は、一方の面３１の方向からの平面視において、水晶振動子１０の水晶振動片１２と電気的に接続されている外部端子１４の少なくとも一部が露出する貫通孔３３を有している。
配線基板３０の一方の面３１には、各貫通孔３３の近傍に内部接続端子３４が形成されている。
さらに、配線基板３０の一方の面３１には、ＩＣチップ２０の端子２１と接続される複数のＩＣ接続端子３５が、ＩＣチップ２０の各端子２１に対応する位置にそれぞれ形成されている。
加えて、配線基板３０の一方の面３１には、水晶発振器１を外部機器５０へ実装する際に用いられる実装端子３６が４隅に形成されている。

ＩＣ接続端子３５の内の水晶振動子１０との接続用の端子は、配線パターンにより内部接続端子３４と接続され、ＩＣ接続端子３５の内の入出力用、電源用などの端子は、配線パターンにより実装端子３６と接続されている。
なお、配線基板３０は、他方の面３２に端子類及び配線パターンが形成されていない片面配線基板となっている。これにより、配線基板３０は、両面に端子類及び配線パターンが形成されている場合と比較して、製造コストが削減されている。

内部接続端子３４、ＩＣ接続端子３５、実装端子３６は、例えば、銅箔にニッケル、銅、金などの各被膜をメッキなどにより積層した金属被膜からなる。実装端子３６は、配線基板３０からの高さをＩＣチップ２０を覆う樹脂４２より高くする必要があることから、銅などの厚メッキにより所望の高さが確保されている。
なお、実装端子３６には、所望の高さを確保するために厚メッキに代えて、ハンダボールなどの金属ボールを搭載してもよい。

水晶発振器１は、内部接続端子３４と水晶振動子１０の外部端子１４とが、貫通孔３３を通して接続部材としての金属ワイヤー４０により接続されている。なお、この接続は、ワイヤーボンディング技術を用いて行われる。
なお、ボンディングの順番は、金属ワイヤー４０の高さを抑制するために、最初に水晶振動子１０の外部端子１４にボンディングし、次に内部接続端子３４にボンディングするのが好ましい。

ＩＣチップ２０は、シリコン基板などからなり、能動面２２側に水晶振動片１２を駆動する発振回路が形成されると共に、発振回路などと繋がっている端子２１が複数形成されている。
ＩＣチップ２０は、平面視において、貫通孔３３とＩＣ接続端子３５と実装端子３６とで囲まれた範囲内の貫通孔３３の近傍に配置され、図示しないエポキシ系の接着剤などで配線基板３０の一方の面３１に接合されている。

ＩＣチップ２０の各端子２１と各ＩＣ接続端子３５とは、金属ワイヤー４１により接続されている。なお、この接続は、上記と同様にワイヤーボンディング技術を用いて行われる。
また、ボンディングの順番は、金属ワイヤー４１の高さを抑制するために、最初に配線基板３０のＩＣ接続端子３５にボンディングし、次にＩＣチップ２０の端子２１にボンディングするのが好ましい。

水晶発振器１は、ＩＣチップ２０と金属ワイヤー４０，４１とが、絶縁性を有するエポキシ系などの樹脂４２により覆われている。なお、配線基板３０において、樹脂４２により覆われる範囲を図１（ａ）に２点鎖線で示す。
図１（ａ）に示すように、水晶発振器１は、樹脂４２により覆われる範囲が配線基板３０の外周から間隔を空けて設定されている。
また、水晶発振器１は、内部接続端子３４と水晶振動子１０の外部端子１４とが、配線基板３０の外周から離れた位置にある貫通孔３３を通して、金属ワイヤー４０により接続され、金属ワイヤー４０が樹脂４２により覆われている。
これらにより、図１（ｂ）に示すように、水晶発振器１は、ＩＣチップ２０と金属ワイヤー４０，４１とを覆う樹脂４２が、貫通孔３３内、貫通孔３３周辺及び配線基板３０の一方の面３１に留まる。

水晶発振器１は、外部機器５０などから実装端子３６を介して駆動信号が入力されることにより、ＩＣチップ２０の発振回路から発振信号（駆動信号）が、端子２１、ＩＣ接続端子３５、内部接続端子３４、外部端子１４、内部電極１３などを経由して水晶振動片１２の励振電極に伝達され、水晶振動片１２が所定の周波数で共振（駆動）する。

上述したように、第１の実施形態の水晶発振器１は、内部接続端子３４と水晶振動子１０の外部端子１４とが、貫通孔３３を通して金属ワイヤー４０により接続され、ＩＣチップ２０と金属ワイヤー４０，４１とが、樹脂４２により覆われている。
これによれば、水晶発振器１は、配線基板３０に従来のような切り欠き部ではなく、貫通孔３３が形成されていることから、ＩＣチップ２０と金属ワイヤー４０，４１とが樹脂４２により覆われる際に、樹脂４２が貫通孔３３内、貫通孔３３周辺及び配線基板３０の一方の面３１に留まり、配線基板３０から外部へはみ出すことや流出することを回避できる。
この結果、水晶発振器１は、平面サイズのばらつきを回避できると共に、金属ワイヤー４０，４１を確実に保護することができる。

また、水晶発振器１は、水晶振動子１０の外部端子１４と配線基板３０の内部接続端子３４との接続部材が金属ワイヤー４０であることから、優れた実績のあるワイヤーボンディング技術を用いた接続が可能となり、接続の信頼性を向上させることができる。

また、水晶発振器１は、上記の構成とすることで、例えば、配線基板３０を複数個取りで形成し、樹脂４２充填後に個片に切断する際に、個片の切断位置まで樹脂４２が広がらないようにすることができる。
これにより、水晶発振器１は、樹脂４２を切断する必要がないことから、配線基板３０の切断をダイシング装置ではなく簡易プレス装置などで容易に行うことができる。

なお、第１の実施形態では、内部接続端子３４の数にあわせて貫通孔３３を２個有しているが、２個の貫通孔３３を繋げて１個にしてもよい。
また、貫通孔３３の平面形状は、図示した矩形に限定するものではなく、多角形、円形、楕円形などでもよい。
また、貫通孔３３の数は、内部接続端子３４の数などに応じて適宜設定される。

ここで、第１の実施形態の変形例について図面を参照して説明する。
（変形例１）
図２は、変形例１の水晶発振器の概略構成を示す模式断面図である。なお、断面位置は、図１（ｂ）と同じである。なお、第１の実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図２に示すように、変形例１の水晶発振器１０１は、水晶振動子１０の外部端子１４と配線基板３０の内部接続端子３４との接続部材に、配線基板３０から貫通孔３３上に引き出された銅箔などからなる配線パターンを、金属リード板１４０として用いている。
この金属リード板１４０の接合方法には、金／錫合金メッキ、金メッキなどによる共晶接合、ハンダ接合などを用いることができる。

これによれば、水晶発振器１０１は、接続部材が金属リード板１４０であることから、金属ワイヤー４０の場合と比較して、接続時における接続部材の高さ方向（水晶発振器１０１の厚さ方向）のばらつきを抑制することができる。
また、水晶発振器１０１は、金属リード板１４０が配線基板３０から引き出された配線パターンであることから、金属リード板１４０が配線パターンと一体化されていることで、金属リード板１４０の製造工数を削減できる。
なお、金属リード板１４０は、配線パターンと別体で形成されてもよい。

（変形例２）
図３は、変形例２の水晶発振器の概略構成を示す模式断面図である。なお、断面位置は、図１（ｂ）と同じである。なお、第１の実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図３に示すように、変形例２の水晶発振器２０１は、水晶振動子１０の外部端子１４と配線基板３０の内部接続端子３４との接続部材に、銅ロウ、銀ロウ、金ロウ、白金ロウ、ニッケルロウなどの金属ロウ材２４０を用いることにより両者がロウ付けされている。

これによれば、水晶発振器２０１は、接続部材が金属ロウ材２４０であることから、接続面積が広くなり接続強度を向上させることができる。
このことから、水晶発振器２０１は、接続の信頼性を向上させることができる。
なお、水晶発振器２０１は、金属ロウ材２４０を用いたロウ付け以外に、水晶振動子１０の外部端子１４と配線基板３０の内部接続端子３４とにまたがるように、金、ハンダなどのバンプを形成して両者を接続してもよい。
これによれば、水晶発振器２０１は、上記と同様の効果を得ることができる。

（変形例３）
図４は、変形例３の水晶発振器の概略構成を示す模式断面図である。なお、断面位置は、図１（ｂ）と同じである。なお、第１の実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図４に示すように、変形例３の水晶発振器３０１は、水晶振動子１０の外部端子１４と配線基板３０の内部接続端子３４との接続部材に、金属フィラーなどの導電性物質が混合された、エポキシ系、シリコン系、ポリイミド系などの導電性接着剤３４０を用いている。
これによれば、水晶発振器３０１は、接続部材が導電性接着剤３４０であることから、例えば、ディスペンサーなどを用いて塗布することで、接続作業を容易に行うことができる。

ここで、第２の実施形態について図面を参照して説明する。
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態の水晶発振器の概略構成を示す模式図である。図５（ａ）は、回路素子側から俯瞰した展開斜視図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。なお、展開斜視図では、便宜的に一部の構成要素を省略してある。
なお、第１の実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図５に示すように、第２の実施形態の水晶発振器４０１は、ＩＣチップ２０の端子２１と水晶振動子１０の外部端子１４とが、配線基板３０の貫通孔４３３を通して金属ワイヤー４０により直接接続されている。
ここで、貫通孔４３３は、ＩＣチップ２０の端子２１の内の水晶振動子１０との接続用の端子の近傍に形成されている。
なお、ボンディングの順番は、金属ワイヤー４０の高さを抑制するために、最初に水晶振動子１０の外部端子１４にボンディングし、次にＩＣチップ２０の端子２１にボンディングするのが好ましい。

これによれば、水晶発振器４０１は、ＩＣチップ２０の端子２１と水晶振動子１０の外部端子１４とが、第１の実施形態のような配線基板３０のＩＣ接続端子３５、内部接続端子３４を経由して接続された場合（図１参照）と比較して、接続箇所が少ない分、接続の信頼性を向上させることができる。
加えて、水晶発振器４０１は、金属ワイヤー４０，４１の合計使用本数を削減できる。

なお、第１の実施形態及び各変形例、第２の実施形態では、圧電デバイスとして、水晶発振器を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、例えば、ＩＣチップ２０に検出回路などを備えた圧力センサー、ジャイロセンサーなどでもよい。

なお、圧電振動片の材料としては、水晶に限定するものではなく、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電体、またはシリコンなどの半導体であってもよい。
また、水晶振動片１２の代わりに圧電振動片以外の各種振動片を用いることも可能であり、例えばシリコン基板を加工して形成されたＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）振動片等を用いてもよい。

１…振動デバイスとしての水晶発振器、１０…振動子としての水晶振動子、１１…パッケージ、１１ａ…パッケージベース、１１ｂ…リッド、１１ｃ…内面、１１ｄ…外面、１２…振動片としての水晶振動片、１３…内部電極、１４…外部端子、１５…導電性接着剤、２０…回路素子としてのＩＣチップ、２１…端子、２２…能動面、３０…配線基板、３１…一方の面、３２…他方の面、３３…貫通孔、３４…内部接続端子、３５…ＩＣ接続端子、３６…実装端子、４０，４１…接続部材としての金属ワイヤー、４２…樹脂、５０…外部機器、１０１…水晶発振器、１４０…金属リード板、２０１…水晶発振器、２４０…金属ロウ材、３０１…水晶発振器、３４０…導電性接着剤、４０１…水晶発振器、４３３…貫通孔。

Claims (6)

1. 外面に外部端子を有するパッケージの内部に振動片を収容する振動子と、
   前記振動片を駆動する回路素子と、
   一方の面に前記回路素子が配置され、他方の面に前記振動子が配置される配線基板とを備え、
   前記配線基板は、前記一方の面の方向からの平面視において、前記振動子の前記外部端子の少なくとも一部が露出する貫通孔を有し、
   前記一方の面に形成された内部接続端子および前記回路素子の端子の少なくともいずれかと前記振動子の前記外部端子とが、前記貫通孔を通して接続部材により接続され、
   前記回路素子と前記接続部材とが、樹脂により覆われていることを特徴とする振動デバイス。
2. 請求項１に記載の振動デバイスにおいて、前記接続部材が金属ワイヤーであることを特徴とする振動デバイス。
3. 請求項１に記載の振動デバイスにおいて、前記内部接続端子と前記外部端子とが、前記接続部材で接合される場合に、前記接続部材が金属リード板であることを特徴とする振動デバイス。
4. 請求項１に記載の振動デバイスにおいて、前記内部接続端子と前記外部端子とが、前記接続部材で接合される場合に、前記接続部材が金属ロウ材であることを特徴とする振動デバイス。
5. 請求項１に記載の振動デバイスにおいて、前記内部接続端子と前記外部端子とが、前記接続部材で接合される場合に、前記接続部材が導電性接着剤であることを特徴とする振動デバイス。
6. 請求項３に記載の振動デバイスにおいて、前記金属リード板が前記配線基板から引き出された配線パターンであることを特徴とする振動デバイス。

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