圧電デバイス

【課題】各部品を保護すると共に、低背化を可能とする圧電デバイスを提供すること。
【解決手段】基板２０の上面に、圧電振動子３０とこの圧電振動子３０よりも高さの低い電子部品４０とが横並びに実装されている圧電デバイス１０であって、基板２０の上面側は、圧電振動子３０の上面（蓋体３４の上面）３４ａが外部に露出するようにして、全体が樹脂５０で覆われている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に圧電振動子と電子部品を備えた圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、圧電デバイスが広く使用されている。
図９は、従来の圧電デバイス１の概略斜視図を示しており（特許文献１参照）、図において、圧電デバイス１は、基板２の上面に、圧電振動子３と半導体チップ４が実装されている。
【０００３】
すなわち、基板２の上面には図示しない導電パターンが形成されており、この導電パターンの上に圧電振動子３が半田を用いて実装され、この圧電振動子３の横に半導体チップ４が実装され、これにより圧電デバイス１の薄型化を可能としている。
そして、半導体チップ４と導電パターンとを、ボンディングワイヤ５で電気的に接続した後、半導体チップ４およびボンディングワイヤ５を樹脂６でコートするようになっている。
【０００４】
しかし、この圧電デバイス１では、半導体チップ４やボンディングワイヤ５は樹脂６で保護されているが、圧電振動子１を半田で基板２に実装した部分は樹脂６でコートされていないので、この部分の保護が不十分である。
これに対して、従来の圧電デバイス７の概略断面図を示す図１０では、基板２の上側全体を樹脂６でモールドしている。このため、この圧電デバイス７では基板２上の各部品の全てを保護できるようになっている（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】実開平１−８２５０７号のマイクロフィルム
【特許文献２】特開平７−１６２２３６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、近年、情報機器などの電子機器ではその薄型化が急速に進んでおり、その電子機器に用いられる圧電デバイスについても、さらなる薄型化が要求されている。そうすると、確かに図１０に示すような圧電デバイス７では、基板２上の各部品を保護することはできるが、樹脂６を全体に盛っている分、圧電デバイス７の高さ寸法が大きくなってしまい、薄型化の要求に応えることができなくなっている。
【０００７】
本発明は、各部品を保護すると共に、低背化を可能とする圧電デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的は、第１の発明によれば、基板の上面に、圧電振動子とこの圧電振動子よりも高さの低い電子部品とが横並びに実装されている圧電デバイスであって、前記基板の上面側は、前記圧電振動子の上面が外部に露出するようにして、全体が樹脂で覆われている圧電デバイスにより達成される。
【０００９】
第１の発明の構成によれば、基板の上面に、圧電振動子と電子部品とが横並びに実装されているため、圧電振動子と電子部品とを高さ方向に重ねて配置した圧電デバイスと比べて薄型化が可能である。
また、基板の上面側は、全体が樹脂で覆われているので、基板上の圧電振動子や電子部品などの各部品を樹脂封止して保護することができる。
そして、この樹脂は、圧電振動子の上面が外部に露出するようにしている。このため、圧電振動子の上面より上側には樹脂が存在せず、また、電子部品は圧電振動子よりも高さが低いので電子部品の上を覆う樹脂が圧電振動子の上面よりも高くなることはない。
かくして、本発明によれば、各部品を保護できるようにすると共に、低背化を可能とする圧電デバイスを提供することができる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記基板の上面には、複数の端子部と、この複数の端子部間を電気的に接続するための配線パターンとが形成されており、前記複数の端子部が露出するようにして、前記配線パターンを絶縁膜で覆うようにしたことを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、基板の上面の複数の端子部間を電気的に接続するための配線パターンは絶縁膜で覆われているため、例えば、圧電振動子を基板の上面に接続する際の半田が配線パターンに付着して、ショートするような事態を防止することができる。また、端子部は絶縁膜に覆われずに露出しているので、この端子部に例えば圧電振動子を接続することができる。
【００１１】
第３の発明は、第１または第２の発明の構成において、前記圧電振動子は、平面視において、前記基板の中心部からずれて配置されていることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、圧電振動子は、平面視において、基板の中心部からずれて配置されている。そして、上述のように、圧電振動子の上面は外部に露出している。このため、圧電デバイスを上から見た場合であっても、圧電振動子の外部に露出した上面の位置を手がかりとして圧電デバイスの方向性を確認することができる。
【００１２】
第４の発明は、第１または第３の発明の構成において、前記圧電振動子の外部に露出した上面は、圧電振動片を収容するパッケージの内部空間を封止する透明な蓋体の上面であることを特徴とすることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、圧電振動子の外部に露出した上面は、圧電振動片を収容するパッケージの内部空間を封止する透明な蓋体の上面である。したがって、基板上側を樹脂封止した後であっても、圧電振動子のパッケージ内に収容された圧電振動片に対して、透明な蓋体を透過させるようにしてレーザ光を照射し、周波数調整をすることができる。
【００１３】
第５の発明は、第１ないし第４の発明のいずれかの構成において、前記電子部品の上面を覆う樹脂は、前記圧電振動子の上面よりも高さが低くなっていることを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、電子部品の上面を覆う樹脂は、圧電振動子の上面よりも高さが低くなっている。このため、電子部品の上方にはスペースが空くため、このスペースを有効活用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１ないし図３は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスの例として圧電発振器１０を示しており、図１は圧電発振器１０の概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線概略切断断面図、図３は図１の基板のみの概略平面図である。なお、図１では、理解の便宜のため、後述する樹脂５０を透過して図示している。また、図３では、理解の便宜のため、後述する基板に形成した絶縁膜を透過して図示している。
これらの図において、圧電発振器１０は、基板２０の上面２０ａに、圧電振動子３０と電子部品４０が、横並びに実装されている。
【００１５】
圧電振動子３０は、図２に示すように、内部空間Ｓが形成された矩形状のパッケージ３８を有する表面実装型の振動子であり、このパッケージ３８の内部空間Ｓに露出した内側底面には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成した電極部３１が設けられている。そして、この電極部３１は、パッケージ３８の外側底部の四隅に設けられた外部端子部３５，・・・の一部と電気的に接続されており、また、その上面には、導電性接着剤３７が用いられて、水晶等の圧電材料により形成された圧電振動片３６が接合固定されている。
【００１６】
また、パッケージ３８の開放された端面には、ロウ材（図示せず）を用いて蓋体３４が接合され、内部空間Ｓが密封されている。
蓋体３４は、金属製であっても勿論よいが、本実施形態の場合、外部からレーザ光を圧電振動片３６の金属被覆部（図示せず）に照射して、質量削減方式により周波数調整を行うために、光を透過する材料、特に、薄板ガラスにより形成されている。なお、蓋体３４を透明に形成するために適する材料としては、ガラスが一般的であり、このようなガラス材料としては、例えば、ダウンドロー法により製造される薄板ガラスとして、例えば、硼珪酸ガラスが使用される。
【００１７】
電子部品４０は、本実施形態の場合、少なくとも圧電振動子３０を発振させる回路構造を有する半導体素子等から形成された発振回路素子（以下、「ＩＣチップ」という）であり、図１に示すように、その上面４０ａに、複数の電極パッド４１，４１，・・・を有している。なお、ＩＣチップ４０の電極パッド４１の数や種類は、ＩＣチップの種類により図１に示すよりも多い場合も少ない場合もあるのは勿論であるが、本実施形態の場合、圧電振動子３０と電気的に接続されたゲート／ドレイン（Ｇ／Ｄ）端子、実装端子部と接続された発振回路の入出力端子、発振回路にデータを書き込むための制御端子、グランド端子などからなっている。
【００１８】
そして、ＩＣチップ４０は、薄型化を可能にするため、圧電振動子３０の上下方向に載置するのではなく、基板２０の上面２０ａに圧電振動子３０と横並びに実装されている。また、ＩＣチップ４０は、水平方向については、圧電振動子３０よりも若干小さめに形成されており、高さ方向について、圧電振動子３０よりも高さが低くなるように形成され、図示しない接着剤を用いて基板２０に接合されている。
【００１９】
そして、ＩＣチップ４０は、基板２０上の端子部２１とワイヤボンディングにより電気的に接合されている。このように、本実施形態のＩＣチップ４０は、基板２０と接着剤で接合され、端子部２１とワイヤボンディングで電気的に接続されているが、所謂フリップチップボンディングで、基板２０の端子部と電気的機械的に接合されるようにしてもよい。
【００２０】
基板２０は、圧電振動子３０とＩＣチップ４０が電気的機械的に接続される部材であり、リジット基板やフレキシブル基板を用いることができる。
本実施形態の場合、基板２０は、可撓性を帯びる程に薄く形成されており、具体的には、耐熱性などを考慮してポリイミドやガラスエポキシ等で形成された絶縁性フィルム２６と、この絶縁フィルム２６の上面に形成された複数の導電パターン２１，２２，２４，３２とを備えている。導電パターン２１〜２４，３２は、銅箔などの導電性材料が用いられて、基板２０の上面２０ａにエッチング、印刷、蒸着、メッキなどで形成されている。
【００２１】
本実施形態の場合、導電パターン２１〜２４，３２は、図１および図３に示すように、
圧電振動子３０およびＩＣチップ４０を電気的あるいは電気的機械的に接続するためのパッドとなる複数の端子部２１，３２と、この複数の端子部２１，３２同士及び／又は端子部２１と実装端子部２５とを電気的に接続するための配線パターン２２〜２４とから形成されている。
【００２２】
端子部３２，・・・は、圧電振動子３０を基板２０に電気的機械的に接続するための圧電振動子用電極であり、圧電振動子３０の底面四隅に形成された外部端子部３５，・・・と対向する位置に設けられ、図２に示されるように、半田５２で外部端子部３５と接合されている。
また、端子部２１，・・・は、ＩＣチップ４０を電気的に接続するためのＩＣチップ用電極であり、ＩＣチップ４０の電極パッド４１とワイヤボンディングされている。
【００２３】
具体的には、図１および図３に示すように、端子部２１ａ，２１ｈは、配線パターン２３，２３及びこの配線パターン２３，２３の端部に形成されたビアホール２７，２７（図２参照）内の導電部材を介して、実装端子部２５ｂ，２５ｃと電気的に接続され発振回路の入出力端子となる。また、端子部２１ｂ，２１ｅは、配線パターン２２，２２を介して、圧電振動子３０が接合された端子部３２，３２と電気的に接続され、ゲート／ドレイン端子となる。また、端子部２１ｃ，２１ｄ，２１ｇは、ＩＣチップ４０にデータを書き込むための端子となる。また、端子部２１ｆは、配線パターン２４及びこの配線パターン２４の端部に形成されたビアホール２７（図２参照）内の導電部材を介して、実装端子２５ａと電気的に接続されてグランド端子となる。
【００２４】
なお、基板２０は可撓性を帯びる程に薄く形成されているので、圧電振動子３０やＩＣチップ４０を基板２０に接合する際に、基板２０が撓まないようにすることが好ましい。このため、配線パターン２２〜２４は、できるだけ幅が太い方が好ましく、また、基板２０の上面２０ａの圧電振動子３０やＩＣチップ４０が接合される領域に引き回されて、基板２０の強度を上げるようになっている。
【００２５】
そして、図２に示すように、複数の端子部２１，３２が露出するようにして、配線パターン２２，２４を絶縁膜２９で覆うようになっている。本実施形態の場合、絶縁膜２９はレジスト膜から形成されており、薄膜を可能にすると共に、ファトリソグラフィー技術を用いて位置精度が高められるようになっている。そして、絶縁膜２９は、各端子部２１，３２のみが露出するようにして基板２０の上面２０ａ全体を覆っている。なお、レジストはネガ型でもポジ型でもよい。
これにより、圧電振動子３０やＩＣチップ４０を基板２０に接合する際、例えば、半田５２によって圧電振動子３０の下にある配線パターン２２と配線パターン２４とがショートしたり、端子部３２と配線パターン２４とがショートしたりすることを有効に防止することができる。
【００２６】
ここで、圧電デバイス１０については、図２に示すように、基板２０の上面２０ａは、圧電振動子３０の上面３４ａが外部に露出するようにして、全体が固着した樹脂５０で覆われている。
すなわち、圧電振動子３０と端子部３２との接合部分や、ＩＣチップ４０と端子部２１とのボンディングワイヤの部分などを含めて基板２０の上側を樹脂５０が覆って、これらの各部品を保護している。また、上述のように基板２０は可撓性がある程に薄く形成されているため、全体を樹脂５０で固定することによって、圧電デバイス１０全体の強度も確保するようになっている。
【００２７】
そして、樹脂５０は、圧電振動子３０の上面（本実施形態の場合は蓋体３４の上面）３４ａが外部に露出するように基板２０の上側を封止して、圧電振動子３０の上面と樹脂５０の上面との高さ方向の位置が同じとなるように形成されている。このため、圧電発振器１０は、圧電振動子３０の部分を樹脂封止しない場合の従来の圧電デバイス（図９参照）と同様の高さ寸法に形成することができる。なお、樹脂５０には、例えば熱硬化性の液体樹脂などを利用することができる。
【００２８】
また、この上面（本実施形態の場合は蓋体３４の上面）３４ａが外部に露出した圧電振動子３０は、平面視において、基板２０の中心部からずらして配置されており、これにより、従来は、実装端子部の一部を切り欠くなどして、圧電発振器１０の方向性を確認していたが、そのような必要はなくなり、圧電発振器１０を上から見た場合であっても、圧電振動子３０の外部に露出した上面３４ａの位置を手がかりとして、圧電発振器１０の方向性を確認することができる。
【００２９】
次に、圧電発振器１０の製造方法の実施形態について、図４ないし図７を参照しながら説明する。
図４は圧電発振器１０の製造方法の実施形態に対応したフローチャートである。図５は図４のＳＴ１〜ＳＴ３の工程に対応した概念図、図６は図４のＳＴ４〜ＳＴ７の工程に対応した概念図、図４のＳＴ８の工程に対応した概念図である。
【００３０】
図４に示されるように、圧電発振器１０は、基板と圧電振動子とＩＣチップ（電子部品）とを別々に用意しておき、これらを接続するようにしている。
この際、基板については、図５（ａ）に示すように、複数の圧電発振器を同時に形成することができるように、複数の圧電発振器の大きさに対応した長さを有するフィルム状のポリイミド等を成分とする絶縁性フィルム２６を形成する（図４のＳＴ１）。
その後、図５（ｂ）に示すように、絶縁性フィルム２６の上面に、銅箔などの導電性材料を用いて、エッチング、印刷、蒸着、メッキなどの技術により導電パターン２１〜２４，３２を設けて、基板２０を形成する（図４のＳＴ２）。
【００３１】
次いで、基板２０の上面全体にレジストを塗布し、マスクを通して各端子部２１，３２の領域のみを露光する。これにより、図５（ｃ）に示すように、各端子部２１，３２のみが露出した絶縁膜２９を基板２０の上面に形成し、絶縁膜２９で絶縁性フィルム２６上に設けられた配線パターン２２，２４を覆うようにしている（図４のＳＴ３）。
【００３２】
次いで、図６（ｄ）に示すように、基板２０の上面２０ａに設けた端子部３２，・・・と圧電振動子３０の外部端子部３５，・・・とを半田５２，・・・で接合して、圧電振動子３０を基板２０に実装し、また、ＩＣチップ４０を圧電振動子３０と横並びになるように接着剤（図示せず）で接合してから、ＩＣチップ４０と端子部２１，・・・をワイヤボンディングする（図４のＳＴ４およびＳＴ５）。
【００３３】
次いで、図６（ｅ）に示すように、基板２０の上側全体を樹脂５０で覆う（図４のＳＴ６）。なお、樹脂５０は、金型を用いて、エポキシ樹脂などの絶縁部材でインジェクションモールドするようにしてもよく、あるいは、スクリーン印刷により樹脂を塗布するようにしてもよい。この際、樹脂５０は圧電振動子３０の上面（本実施形態の場合は蓋体３４の上面）３４ａが外部に露出するようにして充填あるいは塗布するようにしている。
ところが、圧電振動子３０の上面３４ａには、図６（ｅ）に示すように、樹脂Ｍが付着するおそれがある。このため、図６（ｆ）に示すように、圧電振動子３０の上面（本実施形態の場合は蓋体３４の上面）３４ａに付着した樹脂Ｍを、ブラストやブラシをかけるなどして除去する（図４のＳＴ７）。
【００３４】
次いで、図７（ｇ）に示すように、切断線Ｃ１，Ｃ１の位置でダイシングした後（図４のＳＴ８）、個片になった各圧電発振器１０について振動特性を検査する（図４のＳＴ９）。そして、所定の振動特性を得られないとき、蓋体がガラス製のものである場合には、図７（ｇ）に示すように、圧電振動子３０の上面（蓋体３４の上面）３４ａには樹脂５０が付着していないため、レーザ光を透明な蓋体を透過させてパッケージ３８内の圧電振動片の金属被覆部に照射して、質量削減方式により周波数調整を行う。また、温度による水晶振動子の周波数特性の補正を行なう必要がある場合には、図示しないＩＣチップから引き回した周波数調整用の書込み端子を基板裏面へ別途設け、それを使って周波数調整を行なう。
【００３５】
本発明の実施形態は以上の構成されており、基板２０の上面２０ａに、圧電振動子３０とＩＣチップ４０とが横並びに実装されているため、圧電振動子３０とＩＣチップ４０とを高さ方向に重ねて配置した圧電デバイスと比べて薄型化が可能である。そして、基板２０の上面側は、全体が樹脂５０で覆われているので、基板上の圧電振動子３０やＩＣチップ４０などの各部品を樹脂５０で保護することができる。さらに、圧電発振器１０は、圧電振動子３０の上面が外部に露出するようになっているため、圧電振動子３０の上には樹脂５０が存在せず、圧電振動子３０を樹脂コートしない場合の圧電デバイスと同様の高さを実現でき、低背化が可能となる。
【００３６】
図８は、本発明の実施形態の変形例に係る圧電発振器１２の概略断面図である。なお、この図は図１のＡ−Ａ線の位置において切断した場合の概略断面である。
この図において、上述した圧電発振器１０の説明で用いた符号と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複した説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。
この圧電発振器１２が上述した圧電発振器１０と異なるのは、樹脂５０の形状である。
【００３７】
すなわち、この圧電発振器１２は、ＩＣチップ４０の上面を覆う樹脂５０が、圧電振動子３０の上面３４ａよりも高さが低くなっている。
具体的には、樹脂５０は、圧電振動子３０が接合されている領域Ｒ１では、その上面が基板２０と略平行になるように高さ寸法が形成され、ＩＣチップ４０が接合されている領域Ｒ２では、中央部から端部に向かうにしたがって除々に高さ寸法が低くなるようにして、基板２０に対して傾斜している。
【００３８】
本発明の実施形態の変形例に係る圧電発振器１２は以上のように構成されており、このため、ＩＣチップ４０の上面を覆う樹脂５０は、圧電振動子３０の上面よりも高さが低くなっている。したがって、このような圧電発振器１２を電子機器に実装した場合、ＩＣチップ４０の上方にはスペースが空くため、このスペースに電池等の他の電子部品Ｋを配置するなど、有効活用することができる。
【００３９】
本発明は上述の実施形態に限定されない。実施形態や各変形例の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に係る圧電デバイスの例示である圧電発振器の概略平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線概略切断断面図。
【図３】図１の基板のみの概略平面図。
【図４】本発明の圧電発振器の製造方法の実施形態に対応したフローチャート。
【図５】図４のＳＴ１〜ＳＴ３の工程に対応した概念図。
【図６】図４のＳＴ４〜ＳＴ７の工程に対応した概念図。
【図７】図４のＳＴ８の工程に対応した概念図。
【図８】本発明の実施形態の変形例に係る圧電発振器の概略断面図。
【図９】従来の圧電デバイスの概略斜視図。
【図１０】従来の圧電デバイスの概略断面図。
【符号の説明】
【００４１】
１０，１２・・・圧電デバイス（圧電発振器）、２０・・・基板、２１，３２・・・端子部、２２，２３，２４・・・配線パターン、３０・・・圧電振動子、３４・・・蓋体、４０・・・電子部品（ＩＣチップ）、５０・・・樹脂

【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上面に、圧電振動子とこの圧電振動子よりも高さの低い電子部品とが横並びに実装されている圧電デバイスであって、
前記基板の上面側は、前記圧電振動子の上面が外部に露出するようにして、全体が樹脂で覆われている
ことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記基板の上面には、複数の端子部と、この複数の端子部間を電気的に接続するための配線パターンとが形成されており、
前記複数の端子部が露出するようにして、前記配線パターンを絶縁膜で覆うようにしたことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記圧電振動子は、平面視において、前記基板の中心部からずれて配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記圧電振動子の外部に露出した上面は、圧電振動片を収容するパッケージの内部空間を封止する透明な蓋体の上面であることを特徴とする請求項１または３に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記電子部品の上面を覆う樹脂は、前記圧電振動子の上面よりも高さが低くなっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電デバイス。

【図１】