JP2018164129A - Quartz crystal device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子機器等に用いられる水晶デバイスの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a crystal device used in electronic equipment and the like.
水晶デバイスは、音叉型水晶素子の圧電効果を利用して、特定の周波数を発生させるものである。例えば、基板と、凹部を設けるために基板の上面に枠体とを有しているパッケージと、基板の上面に設けられた電極パッドに実装された音叉型水晶素子と、を備えた水晶デバイスが知られている(例えば、下記特許文献1参照)
The crystal device generates a specific frequency by using the piezoelectric effect of the tuning fork type crystal element. For example, there is provided a crystal device including a substrate, a package having a frame on the upper surface of the substrate to provide a recess, and a tuning fork type crystal element mounted on an electrode pad provided on the upper surface of the substrate. Known (for example, see
上述した水晶デバイスは、小型化が顕著であるが、実装された音叉型水晶素子も小型化されている。このような音叉型水晶素子の振動腕が基板に接触することで、屈曲振動が阻害され、発振周波数が変動してしまう虞があった。 The above-described quartz device is remarkably miniaturized, but the mounted tuning fork type quartz element is also miniaturized. When the vibrating arm of such a tuning fork type crystal element comes into contact with the substrate, the bending vibration is hindered and the oscillation frequency may be changed.
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、音叉型水晶素子の発振周波数の変動を抑えることができる水晶デバイスを提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and makes it a subject to provide the quartz crystal device which can suppress the fluctuation | variation of the oscillation frequency of a tuning fork type crystal element.
本発明の一つの態様による水晶デバイスは、基板と、基板の外周縁に沿って設けられた第一枠体と、第一枠体の外周縁に沿って設けられた第二枠体と、基板上の短辺方向に沿って設けられた一対の電極パッドと、矩形状の水晶基部と、水晶基部の側面より延出した水晶基部の一部である水晶振動部と、水晶振動部の先端に設けられた錘部と、水晶振動部の上面及び下面に設けられた励振電極と、水晶振動部から水晶基部にかけて設けられ励振電極と電気的に接続された引き出し電極と、を有する音叉型水晶素子と、基板と第一枠体とで形成され、電極パッド間に設けられた第一凹部と、基板と第一枠体とで形成され、水晶振動部と対向する位置に設けられた第二凹部と、基板と第一枠体とで形成され、錘部と対向する位置に設けられた第三凹部と、を備えている。 A quartz crystal device according to one aspect of the present invention includes a substrate, a first frame provided along the outer periphery of the substrate, a second frame provided along the outer periphery of the first frame, and the substrate. A pair of electrode pads provided along the upper short side direction, a rectangular crystal base, a crystal vibration part that is a part of the crystal base extending from the side surface of the crystal base, and a tip of the crystal vibration part A tuning-fork type quartz element having a weight portion provided, excitation electrodes provided on the upper and lower surfaces of the crystal vibrating portion, and a lead electrode provided from the crystal vibrating portion to the crystal base and electrically connected to the excitation electrode And a first recess provided between the electrode pads and a second recess formed between the substrate and the first frame and provided at a position facing the crystal vibrating part. And a third recess provided at a position facing the weight portion. It has a, and.
本発明の一つの態様による水晶デバイスは、基板と、基板の外周縁に沿って設けられた第一枠体と、第一枠体の外周縁に沿って設けられた第二枠体と、基板上の短辺方向に沿って設けられた一対の電極パッドと、矩形状の水晶基部と、水晶基部の側面より延出した水晶基部の一部である水晶振動部と、水晶振動部の先端に設けられた錘部と、水晶振動部の上面及び下面に設けられた励振電極と、水晶振動部から水晶基部にかけて設けられ励振電極と電気的に接続された引き出し電極と、を有する音叉型水晶素子と、基板と第一枠体とで形成され、電極パッド間に設けられた第一凹部と、基板と第一枠体とで形成され、水晶振動部と対向する位置に設けられた第二凹部と、基板と第一枠体とで形成され、錘部と対向する位置に設けられた第三凹部と、を備えている。このようにすることにより、音叉型水晶素子120を電極パッド111上に実装した際に、仮に音叉型水晶素子120が傾いたとしても、振動腕部122及び錘部128が基板110aの上面に接触することを抑えることができるので、音叉型水晶素子120の発振周波数の変動及び停止を抑えることが可能となる。
A quartz crystal device according to one aspect of the present invention includes a substrate, a first frame provided along the outer periphery of the substrate, a second frame provided along the outer periphery of the first frame, and the substrate. A pair of electrode pads provided along the upper short side direction, a rectangular crystal base, a crystal vibration part that is a part of the crystal base extending from the side surface of the crystal base, and a tip of the crystal vibration part A tuning-fork type quartz element having a weight portion provided, excitation electrodes provided on the upper and lower surfaces of the crystal vibrating portion, and a lead electrode provided from the crystal vibrating portion to the crystal base and electrically connected to the excitation electrode And a first recess provided between the electrode pads and a second recess formed between the substrate and the first frame and provided at a position facing the crystal vibrating part. And a third recess provided at a position facing the weight portion. It has a, and. Thus, when the tuning fork
(第一実施形態)
第一実施形態における水晶デバイスは、図1及び図2に示されているように、パッケージ110と、パッケージ110の上面に実装された音叉型水晶素子120とを含んでいる。パッケージ110は、基板110aと、第一枠体110b及び第二枠体110cによって構成されている。基板110aと第一枠体110bとで第一凹部K1、第二凹部K2及び第三凹部K3が形成され、第一枠体110bと第二枠体110cとで、第四凹部K4が形成されている。また、音叉型水晶素子120には、水晶基部121及び水晶振動部123が設けられている。このような水晶デバイスは、電子機器等で使用する基準信号を出力するのに用いられる。
(First embodiment)
The crystal device in the first embodiment includes a
音叉型水晶素子120は、図1及び図4に示すように、水晶基部121及び水晶振動部123からなる。音叉型水晶素子120の表面には、励振電極125a、125b、126a及び126bと、引き出し電極127a及び127bと、錘部128及び周波数調整電極129とにより構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 4, the tuning fork
水晶基部121は、後述する水晶振動部123を支持し、音叉型水晶素子120をパッケージ110上に保持固定するためのものである。水晶基部121は、結晶の軸方向として電気軸がX軸、機械軸がY軸、及び光軸がZ軸となる直交座標系としたとき、X軸回りに−5°〜+5°の範囲内で回転させたZ′軸の方向が厚み方向となる平面視略四角形の平板である。
The
水晶振動部123は、例えば、その表面に所望のパターンの励振電極125、126を形成し、その励振電極125、126に電位を印加することにより、所望の周波数の振動を励起するためのものである。水晶振動部123は、振動腕部122と錘部128によって構成されている。振動腕部122の先端部、つまり、水晶基部121と反対側の振動腕部122の端部に、ハンマーヘッド形状の錘部128が設けられている。また、水晶振動部123は、第一水晶振動部123a及び第二水晶振動部123bとからなる。第一水晶振動部123a及び第二水晶振動部123bは、水晶基部121の一辺からY′軸の方向に平行に延設されている。また、振動腕部122は、第一振動腕部122a及び第二振動腕部122bによって構成されている。このような音叉型水晶素子120は、水晶基部121及び各水晶振動部123と一体となって音叉形状を成しており、フォトリソグラフィー技術と化学エッチング技術により製造される。
The
励振電極125aは、図4に示すように、第一水晶振動部123aの第一振動腕部122aの表裏主面に設けられている。また、励振電極126bは、第一水晶振動部123aの第一振動腕部122aの対向する両側面に設けられている。また、一方の引き出し電極127aは、平面視して、水晶基部121に設けられている。他方の引き出し電極127bは、励振電極125a、126aと電気的に接続されており、水晶基部121の境界付近の表裏主面に設けられている。
As shown in FIG. 4, the
また、励振電極125bは、図4に示すように、第二水晶振動部123bの第二振動腕部122bの表裏主面に設けられている。また、励振電極126aは、第二水晶振動部123bの第二振動腕部122bの対向する両側面に設けられている。他方の引き出し電極127bは、励振電極125b、126bと電気的に接続されており、水晶基部121の表裏主面に設けられている。また、他方の引き出し電極127bは、水晶基部121に設けている。
In addition, as shown in FIG. 4, the excitation electrode 125b is provided on the front and back main surfaces of the second vibrating arm portion 122b of the second crystal vibrating portion 123b. In addition, the excitation electrode 126a is provided on both opposite side surfaces of the second vibrating arm portion 122b of the second crystal vibrating portion 123b. The other lead electrode 127 b is electrically connected to the excitation electrodes 125 b and 126 b and is provided on the front and back main surfaces of the
錘部128は、水晶基部121と反対側の水晶振動部123の端部に、ハンマーヘッド形状で設けられている。錘部128は、水晶振動部123で生じる屈曲振動の周波数を調整するためのものである。具体的には、錘部128を設けることで、水晶振動部123の先端側へ錘を設けた状態に近づけることができるため、水晶振動部123で生じる屈曲振動の周波数を、錘部128がない場合と比較して低くなるようにすることができ、水晶振動部123で生じる屈曲振動の周波数を所望の周波数となるように調整している。また、錘部128は、第一水晶振動部123aの先端部に設けられている第一錘部128aと、第二水晶振動部123bの先端部に設けられている第二錘部128bとで構成されている。
The
周波数調整電極129は、レーザ等で削ることにより、水晶振動部123で生じる屈曲振動の周波数を所望の周波数となるように調整するためのものである。周波数調整電極129は、第一周波数調整電極129a及び第二周波数調整電極129bによって構成されている。第一周波数調整電極129aは、第一錘部128aの表主面及び側面の先端部に設けられ、第二周波数調整電極129bは、第二錘部128bの表主面及び両側面の先端部に設けられている。
The
なお、音叉型水晶素子120は、周波数調整電極129を構成する金属の量を増減させることにより、その周波数値を所望する値に調整することができる。励振電極125b及び126bと、第一周波数調整電極129aとは、図3に示すように、水晶片表面に設けられた引き出し電極127bにより電気的に接続している。また、励振電極125a及び126aと、第二周波数調整電極129bとは、水晶基部121の表面に設けられた引き出し電極127aにより電気的に接続している。
The tuning fork
この音叉型水晶素子120を振動させる場合、引き出し電極127a及び127bに交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的にとらえると、第二水晶振動部123bの励振電極126bは+(プラス)電位となり、励振電極126aは−(マイナス)電位となり、+から−に電界が生じる。一方、このときの第一水晶振動部123aの励振電極126は、第二水晶振動部123bの励振電極126に生じた極性とは反対の極性となる。これらの印加された電界により、第一水晶振動部123a及び第二水晶振動部123bに伸縮現象が生じ、各水晶振動部123に設定した共振周波数の屈曲振動を得る。
When the tuning fork
水晶片を平面視したときの長辺寸法が0.8〜1.2mmであり、平面視したときの短辺寸法が0.2〜0.7mmである場合を例にして、水晶基部121及び水晶振動部123を説明する。水晶基部121を平面視したときの長辺寸法が0.1〜0.3mmであり、平面視したときの短辺寸法が0.1〜0.3mmである。水晶振動部123を平面視したときの長辺寸法が0.6〜0.9mmであり、平面視したときの短辺寸法が0.04〜0.2mmである。
The
ここで、音叉型水晶素子120の動作について説明する。音叉型水晶素子120は、外部からの交番電圧が引き出し電極127から励振電極125、126を介して水晶振動部123に印加されると、水晶振動部123が所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。
Here, the operation of the tuning fork
ここで、音叉型水晶素子120の作製方法について説明する。まず、音叉型水晶素子120は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し、水晶片の両主面にフォトリソグラフィー技術によって、水晶基部121、水晶振動部123及び水晶支持部124を形成する。その後、フォトリソグラフィー技術、蒸着技術又はスパッタリング技術によって、金属膜を被着させることにより、励振電極125、126及び引き出し電極127を形成することにより作製される。
Here, a manufacturing method of the tuning fork
基板110aは、矩形状であり、上面に音叉型水晶素子120を実装するための実装部材として機能するものである。基板110aは、上面に、音叉型水晶素子120を実装するための電極パッド111が設けられている。また、基板110aの長辺側の一辺に沿って、音叉型水晶素子120を接合するための第一電極パッド111a及び第二電極パッド111bが設けられている。
The substrate 110a has a rectangular shape, and functions as a mounting member for mounting the tuning fork
基板110aは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなる。基板110aは、絶縁層を一層用いたものであっても、絶縁層を複数層積層したものであってもよい。基板110aの表面及び内部には、上面に設けられた電極パッド111と、基板110aの下面に設けられた外部端子112とを電気的に接続するための配線パターン113及びビア導体114が設けられている。
The substrate 110a is made of an insulating layer made of a ceramic material such as alumina ceramic or glass-ceramic. The substrate 110a may be one using an insulating layer or may be a laminate of a plurality of insulating layers. A
第一枠体110bは、基板110aの上面の外周縁に沿って配置され、基板110aの上面に第一凹部K1、第二凹部K2及び第三凹部K3を形成するためのものである。また、第二枠体110cは、第一枠体110bの上面の外周縁に沿って配置され、第一枠体110bの上面に第四凹部K4を形成するためのものである。第四凹部K4の開口部は、平面視した際に、矩形状となっている。第一枠体110b及び第二枠体110cは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料からなり、基板110aと一体的に形成されている。
The
第一凹部K1は、一対の電極パッド111の間に設けられており、後述する音叉型水晶素子120を実装する際に、隣り合う一対の電極パッド111に設けられた導電性接着剤140の接触を抑えるためのものである。第一凹部K1は、基板110aの上面と第一枠体110bとによって形成されている。このようにすることにより、仮に隣り合う一対の電極パッド111に設けられた導電性接着剤140が、音叉型水晶素子120を実装する際に電極パッド111から溢れ出たとしても、第一凹部K1内に入り込むことで、隣り合う電極パッド111が短絡してしまうことをさらに抑えることができる。
The first recess K1 is provided between the pair of electrode pads 111, and when the tuning fork
第二凹部K2は、後述する音叉型水晶素子120の振動腕部122と対向する位置に設けられ、振動腕部122が基板110aの上面に接触することを抑えるためのものである。第二凹部K2は、基板110aの上面と第一枠体110bとによって形成され、音叉型水晶素子120の振動腕部122と対向する位置に設けられている。このようにすることにより、音叉型水晶素子120を電極パッド111上に実装した際に、仮に音叉型水晶素子120が傾いたとしても、振動腕部122が基板110aの上面に接触することを抑えることができるので、音叉型水晶素子120の発振周波数の変動及び停止を抑えることが可能となる。
The second recess K2 is provided at a position facing a vibrating
第三凹部K3は、後述する音叉型水晶素子120の錘部128と対向する位置に設けられ、錘部128が基板110aの上面に接触することを抑えるためのものである。第三凹部K3は、基板110aの上面と第一枠体110bとによって形成されており、音叉型水晶素子120の錘部128と対向する位置に設けられている。このようにすることで、音叉型水晶素子120を電極パッド111上に実装した際に、仮に音叉型水晶素子120が傾いたとしても、錘部128が基板110aの上面に接触することを抑えることができるので、音叉型水晶素子の発振周波数の変動及び停止を低減させることが可能となる。
The third recessed portion K3 is provided at a position facing a
第四凹部K4は、後述する音叉型水晶素子120を実装するためのものである。第四凹部K4は、第一枠体110bの上面と第二枠体110cとによって形成されている。
The fourth recess K4 is for mounting a tuning fork
また、第一凹部K1は、第二凹部K2及び第三凹部K3と空間がつながるようにして設けられている。このようにすることにより、仮に隣り合う一対の電極パッド111に設けられた導電性接着剤140が、音叉型水晶素子120を実装する際に電極パッド111から溢れ出たとしても、第一凹部K1内に入り込み、第一凹部K1から第二凹部K2を通して第三凹部K3まで流れ出てしまうことで、隣り合う電極パッド111が短絡してしまうことをさらに抑えることができる。
The first recess K1 is provided so that the second recess K2 and the third recess K3 are connected to the space. By doing so, even if the
また、平面視した際に、第一凹部K1の結晶軸方向であるX軸と平行な長さが、第二凹部K2の結晶軸方向であるX軸と平行な長さよりも小さくなるように設けられ、第二凹部K2の結晶軸方向であるX軸と平行な長さが、第三凹部K3の結晶軸方向であるX軸と平行な長さよりも小さくなるように設けられている。このようにすることにより、第一枠体110bの専有面積が、第一凹部K1から第三凹部K3に向かうにつれて小さくなるため、第三凹部K3の箇所に応力が発生しやすくなるため、第一凹部K1の近傍にある第一枠体110bの上面に設けられた電極パッド111にかかる応力を小さくすることができるため、音叉型水晶素子120が電極パッド111から剥がれてしまうことを抑えることができる。
Further, when viewed in a plan view, the length parallel to the X axis that is the crystal axis direction of the first recess K1 is smaller than the length parallel to the X axis that is the crystal axis direction of the second recess K2. The length parallel to the X axis that is the crystal axis direction of the second recess K2 is set to be smaller than the length parallel to the X axis that is the crystal axis direction of the third recess K3. By doing in this way, since the exclusive area of the
基板110aの下面の四隅には、外部端子112が設けられている。また、四つの外部端子112の内の二つが、音叉型水晶素子120と電気的に接続されている。また、音叉型水晶素子120と電気的に接続されている第一外部端子112a及び第二外部端子112bは、基板110aの下面の対角に位置するように設けられている。
電極パッド111は、音叉型水晶素子120を実装するためのものである。電極パッド111は、第一枠体110bの上面に一対で設けられており、第一枠体110bの一辺に沿うように隣接して設けられている。電極パッド111は、図4及び図5に示されているように第一枠体110b及び基板110aの上面に設けられた配線パターン113とビア導体114を介して、基板110aの下面に設けられた外部端子112と電気的に接続されている。
The electrode pad 111 is for mounting the tuning fork
電極パッド111は、図3(a)に示すように、第一電極パッド111a及び第二電極パッド111bによって構成されている。また、外部端子112は、図3(b)に示すように、第一外部端子112a、第二外部端子112b、第三外部端子112c及び第四外部端子112dによって構成されている。ビア導体114は、第一ビア導体114a、第二ビア導体114b及び第三ビア導体114cによって構成されている。また、配線パターン113は、第一配線パターン113a及び第二配線パターン113bによって構成されている。第一電極パッド111aは、基板110aに設けられた第一配線パターン113aの一端と電気的に接続されている。また、第一配線パターン113aの他端は、第一ビア導体114aを介して、第一外部端子112aと電気的に接続されている。よって、第一電極パッド111aは、第一外部端子112aと電気的に接続されることになる。第二電極パッド111bは、基板110aに設けられた第二配線パターン113bの一端と電気的に接続されている。また、第二配線パターン113bの他端は、第二ビア導体114bを介して、第二外部端子112bと電気的に接続されている。よって、第二電極パッド111bは、第二外部端子112bと電気的に接続されることになる。
As shown in FIG. 3A, the electrode pad 111 includes a first electrode pad 111a and a
また、電極パッド111の算術平均表面粗さは、0.02〜0.10μmであり、基板110a表面の算術平均表面粗さは、0.5〜1.5μmである。よって、導電性接着剤140は、配線パターン113の方向に向かって導電性接着剤140が広がることになるが、電極パッド111から基板110a上に向かって広がりにくくなる。
In addition, the arithmetic average surface roughness of the electrode pad 111 is 0.02 to 0.10 μm, and the arithmetic average surface roughness of the surface of the substrate 110a is 0.5 to 1.5 μm. Therefore, although the
外部端子112は、電子機器等の実装基板(図示せず)と電気的に接合するために用いられる。外部端子112は、基板110aの下面の四隅に設けられている。外部端子112の内の二つの端子は、基板110aの上面に設けられた一対の電極パッド111とそれぞれ電気的に接続されている。また、第三外部端子112cは、第三ビア導体114cを介して、封止用導体パターン117と電気的に接続されている。
The
配線パターン113は、電極パッド111及びビア導体114と電気的に接続するためのものである。配線パターン113の一端は、電極パッド111と電気的に接続されており、配線パターン113の他端は、ビア導体114と電気的に接続されている。配線パターン113は、第一配線パターン113a及び第二配線パターン113bによって構成されている。配線パターン113は、平面視して、第二枠体110cと重なるようにして設けられている。このようにすることによって、水晶デバイスは、配線パターン113と音叉型水晶素子120との間で浮遊容量が発生することを抑えるので、音叉型水晶素子120にこの浮遊容量が付与されることがないため、発振周波数が変動してしまうことを抑えることができる。また、水晶デバイスに外力が加わり、第二枠体110cの長辺方向に曲げモーメントが発生しても、基板110aに加えて第一枠体110b及び第二枠体110cが設けられていることにより、第二枠体110cが設けられている箇所は、変形しにくくなる。よって、第二枠体110cと平面視して重なる位置に設けられた配線パターン113は、断線しにくくなり、発振周波数が出力されなくなることを抑制することができる。
The
また、第一配線パターン113aは、第一電極パッド111a及び第一ビア導体114aと電気的に接続されている。第一配線パターン113aは、第一電極パッド111aから近接された第二枠体110cの長辺方向に向かって延出されており、第一配線パターン113aの一部が露出されている。第二配線パターン113bは、第二電極パッド111b及び第二ビア導体114bと電気的に接続されている。第二配線パターン113bは、第二電極パッド111bから近接された第二枠体110cの長辺方向に向かって延出されており、第二配線パターン113bの一部が露出されている。
The first wiring pattern 113a is electrically connected to the first electrode pad 111a and the first via conductor 114a. The first wiring pattern 113a extends in the long side direction of the second frame 110c adjacent to the first electrode pad 111a, and a part of the first wiring pattern 113a is exposed. The second wiring pattern 113b is electrically connected to the
このように、配線パターン113の一部が、電極パッド111から第二枠体110cの長辺方向に向かって延出し、第四凹部K4で露出するようにして設けられていることにより、音叉型水晶素子120を実装した際に、溢れ出そうになった導電性接着剤140が、導電性接着剤140と濡れ性の良い配線パターン113上に沿って流れ出てくれるため、パッケージ110の中心方向に流れ出ることがなく導電性接着剤140が水晶振動部123の励振用電極125、126に付着してしまうことを抑えることができる。
In this way, a part of the
ビア導体114は、基板110aの内部に設けられ、その両端は、配線パターン113又は封止用導体パターン117と電気的に接続されている。ビア導体114は、基板110aに設けられた貫通孔の内部に導体を充填することで設けられている。また、ビア導体114は、図4及び図5に示すように、第一ビア導体114a、第二ビア導体114b及び第三ビア導体114cによって構成されている。
The via
ここでパッケージ110を平面視したときの一辺の寸法が、1.0〜3.2mmであり、パッケージ110の上下方向の寸法が、0.2〜1.5mmである場合を例にして、凹部K、電極パッド111、支持パッド115の大きさを説明する。凹部Kの長辺の長さは、0.7〜2.0.mmであり、短辺の長さは、0.5〜1.5mmとなっている。また、凹部Kの上下方向の長さは、0.1〜0.5mmとなっている。基板110aの一辺と平行となる電極パッド111の辺の長さは、0.25〜0.40mmとなる。また、基板110aの一辺と交わる辺と平行となる電極パッド111の辺の長さは、0.25〜0.40mmとなる。電極パッド111の上下方向の厚みの長さは、10〜50μmとなる。
Here, when the
封止用導体パターン117は、蓋体130と接合部材131を介して接合する際に、接合部材131の濡れ性をよくする役割を果たしている。封止用導体パターン117は、第二枠体110cの上面を囲むようにして設けられている。封止用導体パターン117は、図1及び図3に示すように、第三ビア導体114aを介して、第三外部端子112aと電気的に接続されている。封止用導体パターン117は、例えばタングステン又はモリブデン等から成る導体パターンの表面にニッケルメッキ及び金メッキを順次、第二枠体110cの上面を環状に囲む形態で施すことによって、例えば10〜25μmの厚みに形成されている。
The sealing
蓋体130は、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなる。このような蓋体130は、真空状態にある第四凹部K4又は窒素ガスなどが充填された第四凹部K4を気密的に封止するためのものである。具体的には、蓋体130は、所定雰囲気で、パッケージ110の第二枠体110c上に載置され、第二枠体110cの封止用導体パターン117と蓋体130の接合部材131とが接合されるように熱を印加させることで接合部材131を溶融し、第二枠体110cに接合される。また、蓋体130は、封止用導体パターン117、第三ビア導体114cを介して基板110aの下面の第三外部端子112cに電気的に接続されている。よって、蓋体130は、第三外部端子112cと電気的に接続されている。
The
接合部材131は、パッケージ110の第二枠体110c上面に設けられた封止用導体パターン117に相対する蓋体130の箇所に設けられている。接合部材131は、例えば、銀ロウ又は金錫によって設けられている。銀ロウの場合は、その厚みは、10〜20μmである。例えば、成分比率は、銀が72〜85%、銅が15〜28%のものが使用されている。金錫の場合は、その厚みは、10〜40μmである。例えば、成分比率が、金が78〜82%、錫が18〜22%のものが使用されている。
The joining member 131 is provided at a location of the
ここで、基板110aの作製方法について説明する。基板110aがアルミナセラミックスから成る場合、まず所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面或いはセラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷等によって所定の導体ペーストを塗布する。さらに、これらのグリーンシートを積層してプレス成形したものを、高温で焼成する。最後に、導体パターンの所定部位、具体的には、電極パッド111、外部端子112、配線パターン113、ビア導体114及び封止用導体パターン117となる部位にニッケルメッキ又、金メッキ、銀パラジウム等を施すことにより作製される。また、導体ペーストは、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀又は銀パラジウム等の金属粉末の焼結体等から構成されている。
Here, a method for manufacturing the substrate 110a will be described. When the substrate 110a is made of alumina ceramic, first, a plurality of ceramic green sheets obtained by adding and mixing an appropriate organic solvent or the like to a predetermined ceramic material powder is prepared. In addition, a predetermined conductor paste is applied to the surface of the ceramic green sheet or a through-hole previously punched by punching the ceramic green sheet by screen printing or the like. Further, these green sheets are laminated and press-molded and fired at a high temperature. Finally, nickel plating, gold plating, silver palladium, or the like is applied to a predetermined portion of the conductor pattern, specifically, the electrode pad 111, the
第一実施形態に係る水晶デバイスは、基板110aと、基板110aの外周縁に沿って設けられた第一枠体110bと、第一枠体110bの外周縁に沿って設けられた第二枠体110cと、基板110a上の短辺方向に沿って設けられた一対の電極パッド111と、矩形状の水晶基部121と、水晶基部121の側面より延出した水晶基部121の一部である水晶振動部123と、水晶振動部123の先端に設けられた錘部128と、水晶振動部123の上面及び下面に設けられた励振電極125、126と、水晶振動部123から水晶基部121にかけて設けられ励振電極125、126と電気的に接続された引き出し電極127と、を有する音叉型水晶素子120と、基板110aと第一枠体110bとで形成され、電極パッド111間に設けられた第一凹部K1と、基板110aと第一枠体110bとで形成され、水晶振動部123と対向する位置に設けられた第二凹部K2と、基板110aと第一枠体110bとで形成され、錘部128と対向する位置に設けられた第三凹部K3と、を備えている。
The quartz crystal device according to the first embodiment includes a substrate 110a, a
このようにすることで、音叉型水晶素子120を電極パッド211上に実装した際に、仮に音叉型水晶素子120が傾いたとしても、第二凹部K2及び第三凹部K3によって、振動腕部122及び錘部128が基板210aの上面に接触することを抑えることができるので、水晶デバイスは、音叉型水晶素子120の発振周波数の変動及び停止を抑えることが可能となる。また、水晶デバイスは、第一凹部K1によって、仮に隣り合う一対の電極パッド111に設けられた導電性接着剤140が、音叉型水晶素子120を実装する際に電極パッド111から溢れ出たとしても、第一凹部K1内に入り込むことで、隣り合う電極パッド111が短絡してしまうことをさらに抑えることができる。
Thus, when the tuning fork
また、第一実施形態に係る水晶デバイスは、第一凹部K1と第二凹部K2と第三凹部K3とがつながるようにして設けられている。このようにすることで、仮に隣り合う一対の電極パッド111に設けられた導電性接着剤140が、音叉型水晶素子120を実装する際に電極パッド111から溢れ出たとしても、第一凹部K1内に入り込み、第一凹部K1から第二凹部K2を通して第三凹部K3まで流れ出てしまうことで、隣り合う電極パッド111が短絡してしまうことをさらに抑えることができる。
The crystal device according to the first embodiment is provided so that the first recess K1, the second recess K2, and the third recess K3 are connected. By doing in this way, even if the
(第二実施形態)
第二実施形態に係る水晶デバイスは、図5及び図6に示されているように、パッケージ210と、パッケージ210の上面に接合された音叉型水晶素子120と、パッケージ210の下面に接合された電子部品の一つである集積回路素子150とを含んでいる。パッケージ110は、第一枠体210bの上面と第二枠体210cの内側面によって囲まれた第四凹部K4が形成されている。また、基板210aの下面と実装基体160の内側面によって囲まれた実装領域が形成されている。このような水晶デバイスは、電子機器等で使用する基準信号を出力するのに用いられる。
(Second embodiment)
As shown in FIGS. 5 and 6, the crystal device according to the second embodiment is bonded to the
基板210aは、矩形状であり、上面に実装された音叉型水晶素子120及び下面に実装された集積回路素子150を実装するためのものである。基板210aは、上面に、音叉型水晶素子120を実装するための電極パッド211が設けられており、下面に、集積回路素子150を実装するための接続パッド215が設けられている。また、基板210aの一辺に沿って、音叉型水晶素子120を接合するための第一電極パッド211a及び第二電極パッド211bが設けられている。基板210aの下面の四隅には、接合端子212が設けられている。また、基板210aの下面の中央には、一対の測定パッド219が設けられ、その一対の測定パッド219を囲むようにして、集積回路素子150を実装するための六つの接続パッド215が設けられている。また、接合端子212は、接続パッド215の内の外側にある四つと電気的に接続されている。
The
基板210aは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなる。基板210aは、絶縁層を一層用いたものであっても、絶縁層を複数層積層したものであってもよい。基板210aの表面及び内部には、上面に設けられた電極パッド211と、基板210aの下面に設けられた測定パッド219とを電気的に接続するための配線パターン213及びビア導体214が設けられている。また、基板210aの表面には、下面に設けられた接続パッド215及び測定パッド219が設けられている。
The
第一枠体210bは、基板210aの上面に配置され、基板210aの上面に第一凹部K1、第二凹部K2及び第三凹部K3を形成するためのものである。また、第二枠体210cは、第一枠体210bの上面に配置され、第一枠体210bの上面に第四凹部K4を形成するためのものである。第一枠体210b及び第二枠体210cは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料からなり、基板210aと一体的に形成されている。
The
電極パッド211は、音叉型水晶素子120を実装するためのものである。電極パッド211は、基板210aの上面に一対で設けられており、基板110aの一辺に沿うように隣接して設けられている。電極パッド211は、図7及び図8に示されているように基板210aの上面に設けられた配線パターン213とビア導体214を介して、基板210aの下面に設けられた接合端子212と電気的に接続されている。
The
電極パッド211は、図7に示すように、第一電極パッド211a及び第二電極パッド211bによって構成されている。ビア導体214は、第一ビア導体214a、第二ビア導体214b、第三ビア導体214c、第四ビア導体214d、第五ビア導体214e、第六ビア導体214f、第七ビア導体214g及び第八ビア導体214hによって構成されている。また、配線パターン213は、第一配線パターン213a、第二配線パターン213b、第三配線パターン213c及び第四配線パターン213dによって構成されている。測定パッド219は、第一測定パッド219a及び第二測定パッド219bによって構成されている。第一電極パッド211aは、基板210aに設けられた第一配線パターン213aの一端と電気的に接続されている。
As shown in FIG. 7, the
また、第一配線パターン213aの他端は、第一ビア導体214aを介して、第三配線パターン213cの一端と電気的に接続されている。第三配線パターン213cの他端は、第七ビア導体214gを介して、第一測定パッド219aと電気的に接続されている。よって、第一電極パッド211aは、第一測定パッド219aと電気的に接続されることになる。第二電極パッド211bは、基板210aに設けられた第二配線パターン213bの一端と電気的に接続されている。また、第二配線パターン213bの他端は、第二ビア導体214bを介して、第四配線パターン213dの一端と電気的に接続されている。第四配線パターン213dの他端は、第八ビア導体214hを介して、第二測定パッド219bと電気的に接続されている。よって、第二電極パッド211bは、第二測定パッド219bと電気的に接続されることになる。
The other end of the first wiring pattern 213a is electrically connected to one end of the third wiring pattern 213c via the first via
また、第一測定パッド219aは、第三接続パッド215cと電気的に接続されている。よって、第一電極パッド211aは、第三接続パッド215cと電気的に接続されることになる。また、第二測定パッド219bは、第六接続パッド215fと電気的に接続されることになる。よって、第二電極パッド211bは、第六接続パッド215fと電気的に接続されることになる。
The first measurement pad 219a is electrically connected to the third connection pad 215c. Therefore, the
接合端子212は、実装基体160の接合パッド161と電気的に接合するために用いられている。接合端子212は、図8(b)に示すように、基板210aの下面の四隅に設けられ、第一接合端子212a、第二接合端子212b、第三接合端子212c及び第四接合端子212dによって構成されている。接合端子212は、基板210aの下面に設けられた接続パッド215とそれぞれ電気的に接続されている。また、第一接合端子212aは、第三ビア導体214cを介して、封止用導体パターン217と電気的に接続されている。
The
配線パターン213は、基板210aの上面に設けられ、電極パッド211から近傍の基板210aのビア導体214に向けて引き出されている。また、配線パターン213は、図3に示すように、第一配線パターン213a、第二配線パターン213b、第三配線パターン213c及び第四配線パターン213dによって構成されている。
The
ビア導体214は、基板210aの内部に設けられ、その両端は、配線パターン213及び測定パッド219と電気的に接続されている。ビア導体214は、基板210aに設けられた貫通孔の内部に導体を充填することで設けられている。ビア導体214は、第一ビア導体214a、第二ビア導体214b、第三ビア導体214c、第四ビア導体214d、第五ビア導体214e、第六ビア導体214f、第七ビア導体214g及び第八ビア導体214hによって構成されている。また、基板210aの四隅に設けられたビア導体214は、平面視して、図8に示されているように、実装基体160と重なる位置に設けられている。このようにすることで、本実施形態の水晶デバイスは、電子機器等の実装基板上の実装パターンと、ビア導体214との間で発生する浮遊容量を低減させることで、音叉型水晶素子120に浮遊容量が付加されないので、音叉型水晶素子120の発振周波数が変動することを低減することができる。
The via
第七ビア導体214g及び第八ビア導体214hが、平面視した際に、一対の水晶振動部123の間に位置するように設けられている。このようにすることにより、水晶振動部123に設けられた励振電極125、126と、第七ビア導体214g及び第八ビア導体214hとの間で付加容量が発生することを抑えるため、音叉型水晶素子120の発振周波数が変動することを低減することができる。
The seventh via conductor 214g and the eighth via
接続パッド215は、集積回路素子150を実装するために用いられている。また、接続パッド215は、図8に示すように、第一接続パッド215a、第二接続パッド215b、第三接続パッド215c、第四接続パッド215d、第五接続パッド215e及び第六接続パッド215fによって構成されている。第一接続パッド215aは、第一接合端子212aと電気的に接続されており、第二接続パッド215bは、第二接合端子212bと電気的に接続されている。第三接続パッド215cは、第一測定パッド219aと電気的に接続されており、第六接続パッド215fは、第二測定パッド219bと電気的に接続されている。第四接続パッド215dは、第三接合端子212cと電気的に接続されており、第五接続パッド215eは、第四接合端子212dと電気的に接続されている。
The
封止用導体パターン217は、蓋体130と接合部材131を介して接合する際に、接合部材131の濡れ性をよくする役割を果たしている。封止用導体パターン117は、図3及び図4に示すように、第三ビア導体214cを介して、第一接合端子212aと電気的に接続されている。封止用導体パターン217は、例えばタングステン又はモリブデン等から成る導体パターンの表面にニッケルメッキ及び金メッキを順次、第二枠体210cの上面を環状に囲む形態で施すことによって、例えば10〜25μmの厚みに形成されている。
The sealing
測定パッド219は、コンタクトピン等を接触させることによって、音叉型水晶素子120の特性を測定するためのものである。測定パッド219は、平面視して、集積回路素子150と重なる位置に設けられている。このようにすることで、電子機器等の実装基板上の実装パターンと測定パッド219との間で発生する浮遊容量を低減させることで、音叉型水晶素子120に浮遊容量が付加されないので、音叉型水晶素子120の発振周波数が変動することを低減することができる。
The
ここでパッケージ210を平面視したときの一辺の寸法が、1.0〜2.0mmである場合を例にして、測定パッド219の大きさを説明する。測定パッド219の長辺の長さは、0.5〜0.8mmとなり、短辺の長さは、0.45〜0.75mmとなる。また、音叉型水晶素子120の測定をする際は、実装基体160を実装する前に行うので、従来の圧電発振器と比して、測定パッド219の面積を大きくすることできる。測定パッド219の面積を大きくすることができるので、コンタクトピンと測定パッド219との接触不良を低減することができる。よって、コンタクトピンと測定パッド219との接触不良により生じる音叉型水晶素子120の再測定を抑えることができるので、水晶デバイスの生産性を向上させることが可能となる。
Here, the size of the
また、音叉型水晶素子120の特性を測定する際に使用される電気特性測定器としては、音叉型水晶素子120の共振周波数、クリスタルインピーダンスの他、インダクタンス、容量等の等価パラメータを測定することができるネットワークアナライザ又はインピーダンスアナライザ等が用いられる。そのコンタクトピンは、銅、銀等の合金の表面に金メッキを施した高導電性のピンと、接触時の衝撃を抑制するばね性をもったリセクタブルソケットとで構成され、これを測定パッド219に押し付けつつ接触させることで測定が行われる。
Further, as an electrical characteristic measuring instrument used when measuring the characteristics of the tuning fork
ここで、基板210aの作製方法について説明する。基板210aがアルミナセラミックスから成る場合、まず所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面或いはセラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷等によって所定の導体ペーストを塗布する。さらに、これらのグリーンシートを積層してプレス成形したものを、高温で焼成する。最後に、導体パターンの所定部位、具体的には、電極パッド211、接合端子212、配線パターン213、ビア導体214、接続パッド215、封止用導体パターン217及び測定パッド219となる部位にニッケルメッキ又、金メッキ、銀パラジウム等を施すことにより作製される。また、導体ペーストは、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀又は銀パラジウム等の金属粉末の焼結体等から構成されている。
Here, a method for manufacturing the
実装基体160は、基板210aの下面と接合され、基板210aの下面に集積回路素子150を実装するための実装領域を形成するためのものである。実装基体160は、基板210の向かう合う辺に沿って一対で設けられている。実装基体160は、例えばガラスエポキシ樹脂等の絶縁性基板からなり、基板210aの下面と導電性接合材170を介して接合される。実装基体160の内部には、上面に設けられた接合パッド161と、実装基体160の下面に設けられた外部端子162とを電気的に接続するための導体部163が設けられている。実装基体160の上面の両端には、接合パッド161が設けられ、下面の両端には、外部端子162が設けられている。また、外部端子162は、集積回路素子150と電気的に接続されている。
The mounting
また、実装基体160は、ガラエポ基板によって形成されている。このようにすることにより、実装基体160の基材と電子機器等を構成する実装基板(図示せず)の基材は同じ樹脂材料からなるようにすることにより、熱膨張係数の差をより小さくすることができる。このため、加熱で実装基板が変形した場合でも、その変形による応力が実装基体160の存在により緩和され、その結果として、半田にかかる応力も緩和される。このような水晶デバイスは、電子機器等の実装基板から剥がれの発生を低減することができる。
The mounting
接合パッド161は、基板210aの接合端子212と導電性接合材170を介して電気的に接合するためのものである。接合パッド161は、図9に示すように、第一接合パッド161a、第二接合パッド161b、第三接合パッド161c及び第四接合パッド161dによって構成されている。また、外部端子162は、図9に示すように第一外部端子162a、第二外部端子162b、第三外部端子162c及び第四外部端子162dによって構成されている。導体部163は、第一導体部163a、第二導体部163b、第三導体部163c及び第四導体部163dによって構成されている。第一接合パッド161aは、第一導体部163aを介して、第一外部端子162aと電気的に接続され、第二接合パッド161bは、第二導体部163bを介して、第二外部端子162bと電気的に接続されている。第三接合パッド161cは、第三導体部163cを介して、第三外部端子162cと電気的に接続され、第四接合パッド161dは、第四導体部163dを介して、第四外部端子162dと電気的に接続されている。
The
外部端子162は、電子機器等の実装基板に実装するためのものである。外部端子162は、実装基体160の下面の四隅に設けられている。外部端子162は、基板210aの下面に設けられた六つの接続パッド215の四つと電気的に接続されている。また、第一外部端子162aは、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッドと接続されている。これにより、封止用導体パターン217に接合された蓋体130がグランド電位となっている第一外部端子162aに接続される。よって、蓋体130による第四凹部K4内のシールド性が向上する。また、第一外部端子162aは、グランド端子として用いられ、第三外部端子162cは、機能端子として用いられ、第四外部端子162dは、電源電圧端子として用いられる。機能端子は、書込読込端子及び周波数制御端子として用いられる。ここで、書込読込端子は、温度補償用制御データを記憶素子部に書き込んだり、記憶素子部に書き込まれた温度補償用制御データを読み込んだりするための端子のことである。周波数制御端子は、電圧を印加すると発振回路部の可変容量ダイオードの負荷容量を変動させることによって、音叉型水晶素子120の温度特性を補正させるための端子のことである。
The
導体部163は、基板210aの上面の接合パッド161と、下面の外部端子162を電気的に接続するためのものである。導体部163は、実装基体160の四隅に貫通孔を設け、貫通孔の内壁面に導電部材を形成し、その上面を接合パッド161で塞ぎ、その下面を外部端子162で塞ぐことにより形成されている。
The
実装基体160の基板210aへの接合方法について説明する。まず、導電性接合材170は、例えばディスペンサ及びスクリーン印刷によって第一接合パッド161a、第二接合パッド161b、第三接合パッド161c及び第四接合パッド161d上に塗布される。基板210aは、基板210aの接合端子212が導電性接合材170上に位置するようにして搬送され、導電性接合材170上に載置される。そして導電性接合材170は、加熱硬化させることによって、硬化収縮される。これによって、基板210aの接合端子112は、接合パッド161に接合される。つまり、基板210aの第一接合端子212aは、第一接合パッド161aと接合され、基板210aの第二接合端子212bは、第二接合パッド161bと接合される。また、基板210aの第三接合端子212cは、第三接合パッド161cと接合され、基板210aの第四接合端子212dは、第四接合パッド161dと接合されることになる。
A method for bonding the mounting
また、基板210aの接合端子212と実装基体160の接合パッド161とを導電性接合材170を介して接合されることで、基板210aと実装基体160との間に導電性接合材170の厚みと、接合端子212と接合パッド161の厚みとを足した分の間隙部が設けられる。この間隙部に絶縁性樹脂180が入りこみ満たすことで、基板210aと実装基体160との接合強度を向上させることできる。また、実装基体160の外形形状が、平面視して、基板210aの外形形状よりも大きくなるように設けられており、絶縁性樹脂180は、基板210aの下面の外周縁から実装基体160の上面にかけて上下方向の厚みが薄くなるように傾斜が設けられている。このようにすることで、圧電デバイスの全体構造を小型化する場合であっても、基板210aに対する絶縁性樹脂180の被着面積を広く確保することができるようになり、これによって実装基体160を基板210aに対し強固に接合させることが可能となる。
Further, the
集積回路素子150は、例えば、複数個の接続パッドを有した矩形状のフリップチップ型集積回路素子が用いられ、その回路形成面(上面)には、周囲の温度状態を検知する温度センサー、音叉型水晶素子120の温度特性を補償する温度補償データを格納するための記憶素子部、温度補償データに基づいて音叉型水晶素子120の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路部、その温度補償回路部に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路部が設けられている。この発振回路部で生成された出力信号は、実装基体160の第一外部端子162aを介して圧電発振器の外へ出力され、例えば、クロック信号等の基準信号として利用される。
As the
記憶素子部は、PROMやEEPROMにより構成されている。温度補償関数である下記に示す三次関数のもととなるパラメータ、例えば三次成分調整値α、一次成分調整値β、0次成分調整値γの各値の温度補償用制御データが第三外部端子162cである書込読込端子から入力され保存される。記憶素子部には、レジスタマップが記憶されている。レジスタマップとは、各アドレスデータに制御データを入力した場合、制御部がそのデータを読み取り、信号を出力し、どのような動作を行なうかを示したものである。 The storage element unit is composed of PROM or EEPROM. Temperature compensation control data for the following three-dimensional function, which is a temperature compensation function, such as the third-order component adjustment value α, the first-order component adjustment value β, and the zero-order component adjustment value γ, are provided at the third external terminal. It is inputted from the writing / reading terminal 162c and stored. A register map is stored in the storage element section. The register map indicates what operation is performed when the control data is input to each address data and the control section reads the data and outputs a signal.
温度補償回路部は、三次関数発生回路や五次関数発生回路等によって構成されている。例えば、三次関数発生回路の場合は、その記憶素子部に入力された温度補償用制御データを読出して、温度補償用制御データから各温度に対して三次関数で導き出された電圧を発生させる。尚、この時の外部の周囲温度は、集積回路素子150内の温度センサーより得られる。温度補償回路部は、可変容量ダイオードのカソードと接続されており、温度補償回路部からの電圧が印加される。このように、可変容量ダイオードに温度補償回路部からの電圧を印加することよって、音叉型水晶素子120の周波数温度特性を補正することにより、周波数温度特性が平坦化される。
The temperature compensation circuit unit includes a cubic function generating circuit, a quintic function generating circuit, and the like. For example, in the case of a cubic function generation circuit, the temperature compensation control data input to the storage element section is read, and a voltage derived from the temperature compensation control data with a cubic function is generated for each temperature. The external ambient temperature at this time is obtained from a temperature sensor in the
集積回路素子150は、図6に示すように、基板210aの下面に設けられた接続パッド215に半田等の導電性接合材170を介して実装されている。また、集積回路素子150の接続端子151は、接続パッド215に接続されている。接続パッド215は、接合端子212と電気的に接続されている。接合端子212は、導電性接合材170を介して、接合パッド161と電気的に接続されている。接合パッド161は、導体部163を介して外部端子162と電気的に接続されている。よって、接続パッド215は、接合端子212を介して、外部端子162と電気的に接続されている。この第一外部端子162aは、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランドと接続されている実装パッドと接続されることにより、グランド端子の役割を果たす。よって、集積回路素子150の接続端子151の内の一つは、基準電位であるグランドに接続されることになる。
As shown in FIG. 6, the
集積回路素子150の基板210aへの接合方法について説明する。まず、導電性接合材170は、例えばディスペンサによって接続パッド215に塗布される。集積回路素子150は、導電性接合材170上に載置される。そして導電性接合材170は、加熱させることによって溶融接合される。よって、集積回路素子150は、接続パッド215に接合される。
A method for bonding the integrated
また、集積回路素子150は、図5及び図6に示すように、矩形状であり、その下面に六つの接続端子151が設けられている。接続端子151は、一辺に沿って三つ設けられており、その一辺と向かい合う一辺に沿って三つ設けられている。集積回路素子150の長辺の長さは、0.5〜1.2mmであり、短辺の長さは、0.3〜1.0mmとなっている。集積回路素子150の厚み方向の長さは、0.1〜0.3mmとなっている。
Further, as shown in FIGS. 5 and 6, the
導電性接合材170は、例えば、銀ペースト又は鉛フリー半田により構成されている。また、導電性接合材170には、塗布し易い粘度に調整するための添加した溶剤が含有されている。鉛フリー半田の成分比率は、錫が95〜97.5%、銀が2〜4%、銅が0.5〜1.0%のものが使用されている。
The
絶縁性樹脂180は、図6に示されているように、集積回路素子150の接続端子151が設けられている面と接続パッド215との間に設けられている。このようにすることにより、絶縁性樹脂180は、集積回路素子150と基板210aの下面との接着強度を高めることができる。また、仮に、水晶デバイスを電子機器等の実装基板の実装パッド上に実装させた際に、半田等の異物が一対の実装基体160の間に入り込んだとしても、絶縁性樹脂180によって、その異物が集積回路素子150の接続端子151間に付着することを抑えることになるので、集積回路素子150の接続端子151間の短絡を低減することができる。また、絶縁性樹脂180は、エポキシ樹脂またはエポキシ樹脂を主成分とするコンポジットレジン等の樹脂材料からなる。
As shown in FIG. 6, the insulating resin 180 is provided between the surface of the
また、絶縁性樹脂180は、測定パッド219を覆うように設けられている。このようにすることによって、測定パッド219に異物が付着することを抑えることになるので、音叉型水晶素子120にその異物の付加抵抗が加わることを抑制することができる。従って、音叉型水晶素子120の発振周波数が変動することを低減することが可能となる。
The insulating resin 180 is provided so as to cover the
絶縁性樹脂180は、基板210aの下面と、実装基体160との上面との間で設けられた間隙部内に設けられている。このようにすることにより、絶縁性樹脂180は、基板210aの下面と実装基体160の上面との接合強度を向上させることができる。また、絶縁性樹脂180は、ビア導体214の下面に設けられており、絶縁性樹脂180にてビア導体214の下面の外周縁を基板210aと固定することになる。このようにすることで、仮に、基板210aの反り等が生じても、絶縁性樹脂180にてビア導体214が固定されているため、ビア導体214の外周縁と基板210aとの界面からビア導体214が剥がれてしまうことを低減することができる。また、ビア導体214の外周縁と基板210aとの界面からビア導体214が剥がれてしまうことを低減することで、ビア導体214と基板210aとの界面に隙間が生じることがなく、基板210aの気密性を向上させることができる。
The insulating resin 180 is provided in a gap provided between the lower surface of the
絶縁性樹脂180の基板210aへの形成方法について説明する。コンタクトピンを測定パッド219に接触させ、基板210aに接合された音叉型水晶素子120の特性を測定した後、その樹脂ディスペンサの先端を、一対の実装基体160の間に挿入し、絶縁性樹脂180の注入を行なう。次に絶縁性樹脂180を加熱し、硬化させる。よって、絶縁性樹脂180は、基板110aの下面と、実装基体160との上面との間で設けられた間隙部内及び集積回路素子150と接続パッド215との間に設けられる。
A method for forming the insulating resin 180 on the
蓋体130は、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなる。このような蓋体130は、真空状態にある第四凹部K4又は窒素ガスなどが充填された第四凹部K4を気密的に封止するためのものである。具体的には、蓋体130は、所定雰囲気で、パッケージ210の第二枠体210c上に載置され、第二枠体210cの封止用導体パターン217と蓋体130の接合部材131とが溶接されるように所定電流を印加してシーム溶接を行うことにより、第二枠体210cに接合される。また、蓋体130は、封止用導体パターン217及び第三ビア導体214cを介して基板210aの下面の第二接合端子212aに電気的に接続されている。第一接合端子212aは、導電性接合材170を介して第二接合パッド161bと電気的に接続されている。第二接合パッド161bは、第二導体部163bを介して第二外部端子162bと電気的に接続されている。よって、蓋体130は、実装基体160の第二外部端子162bと電気的に接続されている。
The
第二実施形態に係る水晶デバイスは、基板210aの向かい合う辺に沿って設けられた一対の実装基体160と、一対の実装基体160の間に配置されるように基板210aの下面に実装された集積回路素子150と、を備えている。このようにすることで、第一実施形態の水晶デバイスと同様に、音叉型水晶素子120を電極パッド211上に実装した際に、仮に音叉型水晶素子120が傾いたとしても、第二凹部K2及び第三凹部K3によって、振動腕部122及び錘部128が基板210aの上面に接触することを抑えることができるので、音叉型水晶素子120の発振周波数の変動及び停止を抑えることが可能となる。また、第一凹部K1によって、仮に隣り合う一対の電極パッド211に設けられた導電性接着剤140が、音叉型水晶素子120を実装する際に電極パッド211から溢れ出たとしても、第一凹部K1内に入り込むことで、隣り合う電極パッド211が短絡してしまうことをさらに抑えることができる。
The quartz crystal device according to the second embodiment includes a pair of mounting
また、第二実施形態に係る水晶デバイスは、一対の実装基体160が、向かい合う辺に沿って設けられている。このようにすることにより、基板210aの長辺方向が開放されているため、集積回路素子150を基板210aの長辺の外周縁まで配置することができる。また、接続パッド215が、基板210aの外周縁まで形成されていることで、一つ集積回路素子150を実装するための接続パッド215の面積も大きくすることができるため、集積回路素子150が接続パッド215から外れることを抑えつつ、集積回路素子150と接続パッド215の接合強度を向上させることが可能となる。
In the quartz crystal device according to the second embodiment, a pair of mounting
また、第二実施形態に係る水晶デバイスは、基板210aの下面に電極パッド211と電気的に接続された測定パッド219と、を備え、測定パッド219が、集積回路素子150によって覆われている。このようにすることで、電子機器等の実装基板の上面に設けられた実装パターンと測定パッド219との間に浮遊容量が発生することを低減することができるため、音叉型水晶素子120の発振周波数が変動してしまうことを低減することができる。
The quartz crystal device according to the second embodiment includes a
また、第二実施形態に係る水晶デバイスは、電極パッド211と測定パッド219とを電気的に接続するビア導体214g、214hを備え、ビア導体214g、214hが、平面視した際に、一対の水晶振動部123の間に位置するように設けられている。このようにすることにより、水晶振動部に設けられた励振電極125、126とビア導体214g、214hとの間で浮遊容量が発生することを抑えることができるので、音叉型水晶素子120の発振周波数の変動を低減することが可能となる。
The crystal device according to the second embodiment includes via
また、第二実施形態に係る水晶デバイスは、集積回路素子150と基板210aとの間及び実装基体160と基板210aとの間に設けられた絶縁性樹脂180とを備えている。このようにすることにより、絶縁性樹脂180は、集積回路素子150と基板210aの下面との接着強度を高めることができる。また、仮に、水晶デバイスを電子機器等の実装基板の実装パッド上に実装させた際に、半田等の異物が第二凹部K2内に入り込んだとしても、絶縁性樹脂180によって、その異物が集積回路素子150の接続端子151間に付着することを抑えることになるので、集積回路素子150の接続端子151間の短絡を低減することができる。また、このようにすることにより、絶縁性樹脂180は、基板210aの下面と実装基体160の上面との接合強度を向上させることができる。
The quartz crystal device according to the second embodiment includes an insulating resin 180 provided between the
尚、本実施形態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において種々の変更、改良等が可能である。上記実施形態では、第二枠体110cが基板110a及び第一枠体110bと同様にセラミック材で一体的に形成した場合を説明したが、第二枠体110cが金属製であっても構わない。この場合、枠体は、銀−銅等のロウ材を介して基板の導体膜に接合されている。
In addition, it is not limited to this embodiment, A various change, improvement, etc. are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention. In the above embodiment, the case where the second frame 110c is integrally formed of a ceramic material in the same manner as the substrate 110a and the
110、210・・・パッケージ
110a、210a・・・基板
110b、210b・・・第一枠体
110c、210c・・・第二枠体
111、211・・・電極パッド
112、212・・・接合端子
113、213・・・配線パターン
114、214・・・ビア導体
115、215・・・接続パッド
117、217・・・封止用導体パターン
119、219・・・測定パッド
120・・・音叉型水晶素子
121・・・水晶基部
122・・・振動腕部
123・・・水晶振動部
125、126・・・励振電極
127・・・引き出し電極
128・・・錘部
129・・・周波数調整電極
130・・・蓋体
131・・・接合部材
140・・・導電性接着剤
150・・・集積回路素子
151・・・接続端子
160・・・実装基体
161・・・接合パッド
162・・・外部端子
163・・・導体部
170・・・絶縁性接合材
180・・・絶縁性樹脂
K1・・・第一凹部
K2・・・第二凹部
K3・・・第三凹部
K4・・・第四凹部
110, 210 ...
Claims (6)
前記基板の外周縁に沿って設けられた第一枠体と、
前記第一枠体の外周縁に沿って設けられた第二枠体と、
前記基板上の短辺方向に沿って設けられた一対の電極パッドと、
矩形状の水晶基部と、前記水晶基部の側面より延出した前記水晶基部の一部である水晶振動部と、前記水晶振動部の先端に設けられた錘部と、前記水晶振動部の上面及び下面に設けられた励振電極と、前記水晶振動部から前記水晶基部にかけて設けられ前記励振電極と電気的に接続された引き出し電極と、を有する音叉型水晶素子と、
前記基板と前記第一枠体とで形成され、電極パッド間に設けられた第一凹部と、
前記基板と前記第一枠体とで形成され、前記水晶振動部と対向する位置に設けられた第二凹部と、
前記基板と前記第一枠体とで形成され、前記錘部と対向する位置に設けられた第三凹部と、を備えていることを特徴とする水晶デバイス。 A substrate,
A first frame provided along an outer peripheral edge of the substrate;
A second frame provided along the outer peripheral edge of the first frame;
A pair of electrode pads provided along the short side direction on the substrate;
A rectangular crystal base, a crystal vibration part that is a part of the crystal base extending from a side surface of the crystal base, a weight provided at a tip of the crystal vibration part, an upper surface of the crystal vibration part, and A tuning fork type quartz crystal element having an excitation electrode provided on a lower surface and a lead electrode provided from the quartz crystal vibrating portion to the quartz crystal base portion and electrically connected to the excitation electrode;
A first recess formed between the electrode pad and the substrate and the first frame;
A second recess formed by the substrate and the first frame and provided at a position facing the crystal vibrating part;
A quartz crystal device comprising: a third recess formed by the substrate and the first frame and provided at a position facing the weight portion.
前記第一凹部と前記第二凹部と前記第三凹部とがつながっていることを特徴とする水晶デバイス。 The crystal device according to claim 1,
The crystal device, wherein the first recess, the second recess, and the third recess are connected.
前記基板の向かい合う辺に沿って設けられた一対の実装基体と、
前記一対の実装基体の間に配置されるように前記基板の下面に実装された集積回路素子と、を備えていることを特徴とする水晶デバイス。 The crystal device according to claim 1,
A pair of mounting substrates provided along opposite sides of the substrate;
And an integrated circuit element mounted on the lower surface of the substrate so as to be disposed between the pair of mounting substrates.
前記基板の下面に前記電極パッドと電気的に接続された測定パッドと、を備え、
前記測定パッドが、前記集積回路素子によって覆われていることを特徴とする水晶デバイス。 The crystal device according to claim 3,
A measurement pad electrically connected to the electrode pad on the lower surface of the substrate,
The crystal device, wherein the measurement pad is covered with the integrated circuit element.
前記電極パッドと前記測定パッドとを電気的に接続するビア導体を備え、
前記ビア導体が、平面視した際に、一対の前記水晶振動部の間に位置するように設けられていることを特徴とする水晶デバイス。 The crystal device according to claim 3,
A via conductor that electrically connects the electrode pad and the measurement pad;
The quartz device, wherein the via conductor is provided so as to be positioned between the pair of quartz vibrating parts when viewed in plan.
前記集積回路素子と前記基板との間及び前記実装基体と前記基板との間に設けられた絶縁性樹脂とを備えていることを特徴とする水晶デバイス。 The crystal device according to claim 3,
A quartz crystal device comprising: an insulating resin provided between the integrated circuit element and the substrate and between the mounting base and the substrate.
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