表面実装型圧電発振器
【課題】 表面実装型圧電発振器の小型化を妨げることなく、圧電振動板の安定搭載することができ、集積回路素子用の配線パターンの設計自由度が高く、より気密封止の信頼性の高い表面実装型圧電発振器を提供する。
【解決手段】 絶縁性ベース１と圧電発振回路を構成してなる集積回路素子２と圧電振動板３と蓋４を有する表面実装型圧電発振器であって、前記絶縁性ベースは、配線パターンが形成されるとともに前記集積回路素子を収納する第１の収納部と、当該第１の収納部の上部に保持台と配線パターンが形成されるとともに前記圧電振動板を収納する第２の収納部とを有し、前記第１の収納部は、幅広の収納領域と幅狭の収納領域が形成され、当該幅広の収納領域には前記幅狭の収納領域以上に前記集積回路素子用の配線パターンが形成されてなる。
【解決手段】 絶縁性ベース１と圧電発振回路を構成してなる集積回路素子２と圧電振動板３と蓋４を有する表面実装型圧電発振器であって、前記絶縁性ベースは、配線パターンが形成されるとともに前記集積回路素子を収納する第１の収納部と、当該第１の収納部の上部に保持台と配線パターンが形成されるとともに前記圧電振動板を収納する第２の収納部とを有し、前記第１の収納部は、幅広の収納領域と幅狭の収納領域が形成され、当該幅広の収納領域には前記幅狭の収納領域以上に前記集積回路素子用の配線パターンが形成されてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックベース上に集積回路素子と圧電振動子とが実装され、発振回路を構成してなる圧電発振器に関するものであって、表面実装型圧電発振器のパッケージ構造を改善するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電発振器は部品の表面実装化の要求から、周囲に堤部が形成されたセラミックベースの収納部に圧電振動子を収納し、ろう材が形成された金属蓋を被せ、溶接により気密的に封止する構成が一般的である。近年、携帯用電子機器、例えば携帯電話器は軽量、薄型、小型化が進んでいる。これにともなって、電子部品の構成要素の１つである圧電発振器も小型化されている。特に、圧電発振器の低背化や低コスト化の流れに伴い、セラミックベースの堤部上部に封止用金属リングを介在させることなく、セラミックベースの堤部上部に形成された封止用メタライズ部に対して金属蓋のろう材を直接溶接するタイプが増加しているのが現状である。これに対して、セラミックベースにより構成された表面実装型圧電発振器では、特許文献１に示されるように、集積回路素子を介さない圧電振動子単独の特性を測定するために、セラミックベースの堤部の側端部（外周部）にキャスタレーションを形成し、圧電振動子用の外部測定端子を形成することがあった。
【特許文献１】特開２００４−２１４７９９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような構成では、前記キャスタレーションを形成することで、セラミックベースの強度が低下してしまうのを抑制するため、セラミックベースの堤部の幅を所定寸法以上（概ね０．２ｍｍ以上）に確保して形成していた。しかしながら、セラミックベースの堤部の幅を外側に張り出すように構成すると、セラミックベースの小型化を妨げることとなり、セラミックベースの堤部の幅を内側に張り出すように構成すると、セラミックベースの収納部の容積が小さくなるといった問題があった。特に、セラミックベースの収納部に圧電振動板を収納する際、収納部の容積が小さくなると、セラミックベースの堤部と圧電振動板の端部とのクリアランスが小さくなり、セラミックベースへの圧電振動板の安定した搭載が行えないという問題があった。
【０００４】
また、セラミックベースの収納部に集積回路素子を収納する際、収納部の容積が小さくなると、集積回路用の複数の配線パターンがお互いに近接することになるので、配線パターン設計の自由度が阻害される。一般的に、収納部の外表面に露出した配線パターンは、パターン不良（断線、ショート）の外観検査が行えるため、パターンの幅を小さくしてお互いに近接配置する設計が容易である。これに対して、収納部の外表面に露出しない配線パターンは、パターン不良（断線、ショート）の外観検査が行えないため、前記露出した配線に比べてパターンの幅を若干大きくし、かつお互いにより隔離して配置する設計が必要であった。セラミックベースの収納部の容積が小さくなると、特に前記外表面に露出しない配線パターンが増えることになり、配線パターンの設計にも制限が加わり表面実装型圧電発振器の小型化の阻害要因となっていた。
【０００５】
また、セラミックベースの堤部上部に形成された封止用メタライズ部に対して金属蓋のろう材を直接溶接するタイプの表面実装型圧電発振器では、小型化に伴って前記キャスタレーションと封止用メタライズ部がお互いに近接配置され、封止領域の確保が困難となっているのが現状である。特に、セラミックベースの外周形状に応じて封止用メタライズ部の外周形状にバラツキが生じやすくなり、溶接領域が安定しないという問題があった。そして、前記封止用メタライズ部に対する金属蓋の溶融領域が、このキャスタレーションが形成された領域に重なることで、この部分で溶融領域の幅が極端に狭くなってリークを起こし、気密不良を招くことがあった。従来では、このリークの問題に対応するため、溶融温度を上げることで、ろう材の溶融領域を広げる手法が取られていた。しかしながら、このように溶融温度を上げる手法では、溶融したろう材が収納部の中に飛散するなどのスプラッシュの問題や、溶融熱歪みによるベースの割れの問題等が新たに起こり得るため、より好ましい対策がないのが現状であった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、表面実装型圧電発振器の小型化を妨げることなく、圧電振動板の安定搭載することができ、集積回路素子用の配線パターンの設計自由度が高く、より気密封止の信頼性の高い表面実装型圧電発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は次の構成により実現をすることができる。
【０００８】
すなわち請求項１に示すように、絶縁性ベースと蓋を有する表面実装型圧電発振器であって、圧電発振回路を構成してなる集積回路素子と圧電振動板と、平面視矩形状で、上面に複数の前記集積回路素子用の配線パターンが形成されるとともに前記集積回路素子を収納する第１の収納部と、当該第１の収納部の上部に前記圧電振動板用の保持台と前記圧電振動子板の配線パターンが形成されるとともに前記圧電振動板を収納する第２の収納部と、前記第１の収納部と第２の収納部の周囲に形成された堤部と、前記堤部の上面に形成された封止用部材と、前記堤部の一部の側端部に端子電極が形成されたキャスタレーションとを有し、かつ、前記第１の収納部は、幅広に形成された堤部と幅狭に形成された堤部に隣接することで、幅広の収納領域と幅狭の収納領域が形成され、当該幅広の収納領域には前記幅狭の収納領域以上に前記集積回路素子用の配線パターンが形成されてなる絶縁性ベースと、前記絶縁性ベースに被せて気密封止してなり、平面視矩形状で、前記絶縁性ベースとほぼ等しく形成され、下面に封止材が形成された蓋とを有する。
【０００９】
特許請求項１により、前記集積回路素子を収納する第１の収納部のうち幅広の収納領域には前記幅狭の収納領域以上に前記集積回路素子用の配線パターンが形成されているので、当該領域では外表面に露出した配線パターンを集中配置することで、外観検査によりショートや断線のないより信頼性の高い配線パターンが得られる。しかも、前記幅広の収納領域では、外表面に露出した配線パターンが形成されるので、各配線パターンの幅を小さく形成したり、隣接する配線パターンを近接して設計することができる。従って、表面実装型圧電発振器の小型化を妨げることなく、全体として形成される配線パターンの密度を高めることができ、配線パターンの設計自由度も飛躍的に向上させることができる。つまり、小型化に対応した生産性の高い極めて実用的な表面実装型圧電発振器が得られる。
【００１０】
また、特許請求項２に示すように、上記構成に加え、前記キャスタレーションは、幅広に形成された堤部に形成されてなることを特徴とする。
【００１１】
特許請求項２により、上述の作用効果に加え、前記キャスタレーションは、幅広に形成された堤部に形成されているので、前記絶縁性ベースのキャスタレーションによって溶接領域が狭まることがない。従って、実用的な溶接領域が確保できるので、リークをなくし、気密不良を防止することができる。また、通常に比べて溶融温度を上げる必要性もなくなるので、溶融したろう材が収納部の中に飛散するなどのスプラッシュの問題や溶融熱歪みによるベースの割れの問題等が新たに起こることもない。つまり、より信頼性の高い気密封止構造を有した表面実装型圧電発振器が得られる。
【００１２】
また、特許請求項３に示すように、上記構成に加え、前記圧電振動板用の保持台は、幅狭に形成された堤部に隣接して形成されてなることを特徴とする。
【００１３】
特許請求項３により、上述の作用効果に加え、前記圧電振動板用の保持台は、幅狭に形成された堤部に隣接して形成されているので、絶縁性ベースの堤部と圧電振動板の搭載領域との平面的なクリアランスを確保することができる。このため、圧電振動板搭載用の導電性接合材塗布ノズルが挿入しやすくなるので、圧電振動板の搭載領域における導電性接合材の塗布位置を制御しやすくなり、結果として圧電振動板の安定した搭載が行える。
【００１４】
また、特許請求項４に示すように、上記構成に加え、幅広に形成された堤部にキャスタレーションを形成し、幅狭に形成された堤部に密接して圧電振動板用の保持台を形成してなることを特徴とする。
【００１５】
特許請求項４により、上述の作用効果に加え、幅広に形成された堤部にキャスタレーションを形成し、幅狭に形成された堤部に密接して圧電振動板用の保持台を形成しているので、前記幅広に形成された堤部と前記堤部に密接した保持台により絶縁ベースが補強される。つまり、絶縁性ベース全体の強度が向上した極めて実用的な表面実装型圧電発振器が得られる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、表面実装型圧電発振器の小型化を妨げることなく、圧電振動子の安定搭載することができ、集積回路素子用の配線パターンの設計自由度が高くなるので、生産性の高い、より気密封止の信頼性の高い表面実装型圧電発振器が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明による好ましい実施の形態について図面に基づいて説明する。本発明による第１の実施の形態につき表面実装型水晶発振器を例にとり図１および図２とともに説明する。図１は第１の実施の形態を示す分解斜視図であり、図２は図１の金属蓋を封止する前の平面図である。表面実装型水晶発振器は、上部が開口した凹部を有するセラミックベース（絶縁性ベース）１と、当該セラミックベースの中に収納される集積回路素子２と、同じく当該セラミックベース中の上部に収納される圧電振動板３と、セラミックベースの開口部に接合される金属蓋４とからなる。
【００１８】
セラミックベース１は全体として直方体で、アルミナ等のセラミックとタングステン等の導電材料を適宜積層した構成であり、断面でみて凹形の収納部１０を有する構成である。収納部１０は下部収納部１０ａ（第１の収納部）と上部収納部１０ｂ（第２の収納部）からなり、それぞれ圧電振動板３と集積回路素子２が収納される。収納部周囲には堤部１１が形成されており、堤部１１の上面は平坦であり、当該堤部上に周状の第１の金属層１１ａ（封止用部材）が形成されている。当該第１の金属層１１ａの上面も平坦になるよう形成されており、タングステン、ニッケル、金の順で金属膜層を構成している。タングステンはメタライズ技術によりセラミック焼成時に一体的に形成され、またニッケル、金の各層はメッキ技術により形成される。
【００１９】
セラミックベース長辺側端部には上下方向に伸長する一対のキャスタレーションＣ１，Ｃ２が形成されている。当該キャスタレーションは円弧状の切り欠きが上下方向に形成された構成である。
【００２０】
なお、第１の金属層１１ａはセラミックベースの角部の堤部を上下に貫通接続する導電ビアＢにより、セラミックベース下面に形成された外部接続電極（図示せず）に電気的に導出されている。当該外部導出電極をアース接続することにより、後述の金属蓋が金属層１１ａ、導電ビアＢを介して接地され、電子部品の電磁気的なシールド効果を得ることができる。なお、前述のとおり、当該導電ビアＢは周知のセラミック積層技術により形成することができる。
【００２１】
セラミックベース１内部において、下方面には前述のとおり集積回路素子２を収納する下部収納部１０ａ（第１の収納部）と、後述する圧電振動板用の保持台１０ｃとが形成されており、前記下部収納部１０ａ（第１の収納部）の上方には、前記保持台１０ｃの分だけ容積が大きな上部収納部１０ｂ（第２の収納部）が形成されている。前記保持台の上面には長辺方向一端に電極パッド１２，１３（圧電振動板の配線パターン）が短辺方向に並んで形成されている。これら電極パッド１２，１３はセラミックベース内側に近接して形成され、各電極パッドは導電ビアＢにより反対面にあるセラミックベース下面に形成された外部接続端子電極（図示せず）にそれぞれ入出力端子として引き出される。また、電極パッド１２，１３はセラミックベース長辺側端部には上下方向に伸長する一対のキャスタレーションＣ１，Ｃ２に形成された圧電振動子用の外部測定端子電極１４，１５（１５については図示せず）として引き出されている。
【００２２】
前記堤部１１は、幅広に形成された堤部１１１と幅狭に形成された堤部１１２とを有している。前記幅広に形成された堤部１１１は、セラミックベースの長辺のうち前記キャスタレーションＣ１，Ｃ２が形成された領域から前記圧電振動板用の保持台１０ｃと対向する領域にかけて形成されている。前記幅狭に形成された堤部１１２は、セラミックベースの短辺と、セラミックベースの長辺のうち前記圧電振動板用の保持台１０ｃの周囲領域に密接して形成されている。つまり、このように形成された堤部に隣接する下部収納部１０ａと上部収納部１０ｂは、それぞれ幅広の収納領域１０ｄと幅狭の収納領域１０ｅが形成される。このように構成することで、前記キャスタレーションＣ１，Ｃ２は、幅広に形成された堤部１１１に形成されているので、当該キャスタレーションＣ１，Ｃ２によってセラミックベースの溶接領域が狭まることがない。このため、実用的な溶接領域が確保できるので、リークをなくし、気密不良を防止することができる。また、前記圧電振動板用の保持台１０ｃは、幅狭に形成された堤部１１２に密接して形成されているので、当該堤部１１２と電極パッド１２，１３との平面的なクリアランスを確保することができる。このため、圧電振動板搭載用の導電性接合材塗布ノズルが挿入しやすくなるので、圧電振動板の搭載領域における導電性接合材の塗布位置を制御しやすくなり、結果として圧電振動板の安定した搭載が行える。また、セラミックベースの小型化に伴って電極パッド１２，１３の間隔が狭まったとしても。電極パッド１２，１３に塗布される導電性接合材をできるだけ隔離することができ、ショートの問題がなくなる。さらに、前記幅広に形成された堤部１１１と前記堤部に密接した保持台１０ｃによりセラミックベースが補強され、絶縁性ベース全体の強度が向上する。
【００２３】
前記下部収納部１０ａの底面には集積回路素子２との配線パターン１６ａが複数並んで形成されている。このとき、前記幅広の収納領域１０ｄには前記幅狭の収納領域１０ｅ以上に配線パターン１６ａが形成されている。本形態では、例えば、前記幅狭の収納領域１０ｅに対しては２つの配線パターン１６ａを形成し、前記幅広の収納領域１０ｄに対してはより多くの４つの配線パターン１６ａを形成している。このように構成することで、前記幅広の収納領域１０ｄでは外表面に露出した配線パターン１６ａを集中配置することで、外観検査によりショートや断線のないより信頼性の高い配線パターンが得られる。しかも、前記幅広の収納領域１０ｄでは、外表面に露出した配線パターンが形成されるので、各配線パターンの幅を小さく形成したり、隣接する配線パターンを近接して設計することができる。従って、表面実装型圧電発振器の小型化を妨げることなく、全体として形成される配線パターン１６ａの密度を高めることができ、配線パターン１６ａの設計自由度も飛躍的に向上させることができる。
【００２４】
以上のような構成のセラミックベースは周知のセラミック積層技術やメタライズ技術を用いて形成され、電極パッドや接続パッドは前述の金属層１１ａ形成と同様にタングステン等によるメタライズ層の上面にニッケルメッキ層、金メッキ層の各層が形成された構成である。
【００２５】
前記下部収納部に搭載される集積回路素子２は、圧電振動板３とともに発振回路を構成する１チップ集積回路素子であり、その下面には接続端子（図示せず）が複数形成されている。当該集積回路素子２は本実施の形態においてはベアチップを採用しており、集積回路素子の複数の接続端子と前記パッケージに形成された複数の接続パッド１６ａとをそれぞれフェイスダウンボンディング技術により接続する。なお、前記下部収納部１０ｂと集積回路素子２の隙間に樹脂材料を充填してもよい。
【００２６】
前記集積回路素子２の上方には所定の間隔を持って圧電振動板３が搭載される。圧電振動板３は例えば矩形状のＡＴカット水晶振動板であり、その表裏面に対向して一対の矩形状励振電極（図示せず）と、当該励振電極を水晶振動板の外周に引き出す引出電極（図示せず）とが形成されている。これら各電極は真空蒸着法やスパッタリング法等の薄膜形成手段により形成することができる。
【００２７】
圧電振動板とセラミックベースとの接合は、例えば導電性接合材（図示せず）を電極パッド１２，１３の上面にディスペンサに設けられた導電性接合材塗布ノズルから適量供給される。その後圧電振動板２を電極パッド１２，１３に搭載する。これにより圧電振動板の引出電極と電極パッド１２，１３とは電気的機械的接続されるが、必要に応じて搭載した圧電振動板の引出電極部分に再度導電性接合材（図示せず）を上塗り塗布してもよい。なお、導電性接合材はペースト状であり、例えば銀フィラー等の金属微小片を含有するシリコーン系導電樹脂接着剤をあげることができるが、シリコーン系以外に例えば、ウレタン系、イミド系、ポリイミド系、エポキシ系の導電樹脂接着剤を用いることができる。
【００２８】
セラミックベースを気密封止する金属蓋４は平面視矩形状の平板構成である。当該金属蓋４は、コバールからなるコア材（図示せず）に第２の金属層（図示せず）として金属ろう材（封止材）が形成された構成であり、より詳しくは、例えば上面からニッケル層、コバールコア材、銅層、銀ろう層の順の多層構成であり、第２の金属層である銀ろう層がセラミックベースの第１の金属層と接合される構成となる。金属蓋の平面視外形はセラミックベースの当該外形とほぼ同じであるか、若干小さい構成となっている。
【００２９】
セラミックベース１の収納部１０に集積回路素子２と圧電振動板３を格納し、前記金属蓋にて被覆し、前記第1の金属層と第２の金属層とを溶融硬化させ、気密封止を行う。本実施の形態においては、封止用の金属リングを用いないシーム溶接による気密封止を行っており、前記金属蓋の長辺と短辺の稜部に沿ってシームローラを走行させることで、金属蓋に形成された第２の金属層である銀ろう（封止材）とセラミックベース１の第１の金属層（封止用部材）を溶接させ、気密封止が行われる。
【００３０】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えばセラミックベースの幅広の収納領域１０ｄの位置を異ならせて適用できる。図３は本発明による第２の実施の形態を示す平面図である。基本構成は第１の実施形態と同じであるので、同じ構成部分については同番号を用いるとともに、一部説明を割愛する。
【００３１】
図３（ａ）に開示された第２の実施の形態では、前記幅広に形成された堤部１１１は、セラミックベースの長辺のうち前記キャスタレーションＣ１，Ｃ２が形成された領域から前記圧電振動板用の保持台１０ｃの周囲領域にかけて形成されている。前記幅狭に形成された堤部１１２は、セラミックベースの短辺と、セラミックベースの長辺のうち前記圧電振動板用の保持台１０ｃの対向する領域に形成されている。つまり、 図３（ａ）では、前記第１の実施形態と逆で、幅狭の収納領域１０ｅが前記圧電振動板用の保持台１０ｃの対向する領域に存在し、幅広の収納領域１０ｄが前記圧電振動板用の保持台１０ｃの周囲領域に存在している。そして、前記幅狭の収納領域１０ｅに対しては２つの配線パターン１６ａを形成し、前記幅広の収納領域１０ｄに対しては４つの配線パターン１６ａを形成している。このように構成することで、前記第１の実施形態とほぼ同様の作用効果が得られる。また、前記幅広の収納領域１０ｄでは、外表面に露出した配線パターンが形成しやすいので、配線パターンの引き回しが容易となり、当該領域に圧電振動板の保持用枕等を追加形成したとしても、配線パターンの外表面から隠れる領域を減らすことができる。
【００３２】
図３（ｂ）に開示された第２の実施の形態では、前記幅広に形成された堤部１１１は、前記キャスタレーションＣ１，Ｃ２が形成された領域のみに形成されており、前記幅狭に形成された堤部１１２は、それ以外の全ての領域に対して形成されている。つまり、 図３（ｂ）では、幅狭の収納領域１０ｅが中央部分のみに存在し、幅広の収納領域１０ｄ，１０ｄが両端側に存在している。そして、前記幅狭の収納領域１０ｅに対しては配線パターン１６ａを形成せず、前記両端部の幅広の収納領域１０ｄ，１０ｄに対してはそれぞれ４つの配線パターン１６ａを形成している。このように構成することで、上記第１の実施形態とほぼ同様の作用効果が得られるだけでなく、より配線パターンの密度向上と設計自由度の向上が達成できる構成となる。
【００３３】
上記実施形態では、水晶発振器を例にして説明しているが、水晶振動子や水晶フィルタなどの他の圧電振動デバイス、あるいはその他の電子部品容器に適用することができる。
封止用の金属リングを用いないシーム溶接による気密封止を例にしているが、封止用の金属リングを用いてもよく、レーザーや電子ビームなどのビーム封止や、封止材としてガラスを用いたガラス封止であってもよい。
【００３４】
本発明は、その精神または収容な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施できるので、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求範囲によって示すものであって、明細書本文に拘束されるものではない。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。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第１の実施形態を示す分解斜視図。
【図２】図１の金属蓋を封止する前の平面図。
【図３】第２の実施形態を示す平面図。
【符号の説明】
【００３６】
１ セラミックベース
２ 集積回路素子
３ 圧電振動板
４ 金属蓋
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックベース上に集積回路素子と圧電振動子とが実装され、発振回路を構成してなる圧電発振器に関するものであって、表面実装型圧電発振器のパッケージ構造を改善するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電発振器は部品の表面実装化の要求から、周囲に堤部が形成されたセラミックベースの収納部に圧電振動子を収納し、ろう材が形成された金属蓋を被せ、溶接により気密的に封止する構成が一般的である。近年、携帯用電子機器、例えば携帯電話器は軽量、薄型、小型化が進んでいる。これにともなって、電子部品の構成要素の１つである圧電発振器も小型化されている。特に、圧電発振器の低背化や低コスト化の流れに伴い、セラミックベースの堤部上部に封止用金属リングを介在させることなく、セラミックベースの堤部上部に形成された封止用メタライズ部に対して金属蓋のろう材を直接溶接するタイプが増加しているのが現状である。これに対して、セラミックベースにより構成された表面実装型圧電発振器では、特許文献１に示されるように、集積回路素子を介さない圧電振動子単独の特性を測定するために、セラミックベースの堤部の側端部（外周部）にキャスタレーションを形成し、圧電振動子用の外部測定端子を形成することがあった。
【特許文献１】特開２００４−２１４７９９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような構成では、前記キャスタレーションを形成することで、セラミックベースの強度が低下してしまうのを抑制するため、セラミックベースの堤部の幅を所定寸法以上（概ね０．２ｍｍ以上）に確保して形成していた。しかしながら、セラミックベースの堤部の幅を外側に張り出すように構成すると、セラミックベースの小型化を妨げることとなり、セラミックベースの堤部の幅を内側に張り出すように構成すると、セラミックベースの収納部の容積が小さくなるといった問題があった。特に、セラミックベースの収納部に圧電振動板を収納する際、収納部の容積が小さくなると、セラミックベースの堤部と圧電振動板の端部とのクリアランスが小さくなり、セラミックベースへの圧電振動板の安定した搭載が行えないという問題があった。
【０００４】
また、セラミックベースの収納部に集積回路素子を収納する際、収納部の容積が小さくなると、集積回路用の複数の配線パターンがお互いに近接することになるので、配線パターン設計の自由度が阻害される。一般的に、収納部の外表面に露出した配線パターンは、パターン不良（断線、ショート）の外観検査が行えるため、パターンの幅を小さくしてお互いに近接配置する設計が容易である。これに対して、収納部の外表面に露出しない配線パターンは、パターン不良（断線、ショート）の外観検査が行えないため、前記露出した配線に比べてパターンの幅を若干大きくし、かつお互いにより隔離して配置する設計が必要であった。セラミックベースの収納部の容積が小さくなると、特に前記外表面に露出しない配線パターンが増えることになり、配線パターンの設計にも制限が加わり表面実装型圧電発振器の小型化の阻害要因となっていた。
【０００５】
また、セラミックベースの堤部上部に形成された封止用メタライズ部に対して金属蓋のろう材を直接溶接するタイプの表面実装型圧電発振器では、小型化に伴って前記キャスタレーションと封止用メタライズ部がお互いに近接配置され、封止領域の確保が困難となっているのが現状である。特に、セラミックベースの外周形状に応じて封止用メタライズ部の外周形状にバラツキが生じやすくなり、溶接領域が安定しないという問題があった。そして、前記封止用メタライズ部に対する金属蓋の溶融領域が、このキャスタレーションが形成された領域に重なることで、この部分で溶融領域の幅が極端に狭くなってリークを起こし、気密不良を招くことがあった。従来では、このリークの問題に対応するため、溶融温度を上げることで、ろう材の溶融領域を広げる手法が取られていた。しかしながら、このように溶融温度を上げる手法では、溶融したろう材が収納部の中に飛散するなどのスプラッシュの問題や、溶融熱歪みによるベースの割れの問題等が新たに起こり得るため、より好ましい対策がないのが現状であった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、表面実装型圧電発振器の小型化を妨げることなく、圧電振動板の安定搭載することができ、集積回路素子用の配線パターンの設計自由度が高く、より気密封止の信頼性の高い表面実装型圧電発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は次の構成により実現をすることができる。
【０００８】
すなわち請求項１に示すように、絶縁性ベースと蓋を有する表面実装型圧電発振器であって、圧電発振回路を構成してなる集積回路素子と圧電振動板と、平面視矩形状で、上面に複数の前記集積回路素子用の配線パターンが形成されるとともに前記集積回路素子を収納する第１の収納部と、当該第１の収納部の上部に前記圧電振動板用の保持台と前記圧電振動子板の配線パターンが形成されるとともに前記圧電振動板を収納する第２の収納部と、前記第１の収納部と第２の収納部の周囲に形成された堤部と、前記堤部の上面に形成された封止用部材と、前記堤部の一部の側端部に端子電極が形成されたキャスタレーションとを有し、かつ、前記第１の収納部は、幅広に形成された堤部と幅狭に形成された堤部に隣接することで、幅広の収納領域と幅狭の収納領域が形成され、当該幅広の収納領域には前記幅狭の収納領域以上に前記集積回路素子用の配線パターンが形成されてなる絶縁性ベースと、前記絶縁性ベースに被せて気密封止してなり、平面視矩形状で、前記絶縁性ベースとほぼ等しく形成され、下面に封止材が形成された蓋とを有する。
【０００９】
特許請求項１により、前記集積回路素子を収納する第１の収納部のうち幅広の収納領域には前記幅狭の収納領域以上に前記集積回路素子用の配線パターンが形成されているので、当該領域では外表面に露出した配線パターンを集中配置することで、外観検査によりショートや断線のないより信頼性の高い配線パターンが得られる。しかも、前記幅広の収納領域では、外表面に露出した配線パターンが形成されるので、各配線パターンの幅を小さく形成したり、隣接する配線パターンを近接して設計することができる。従って、表面実装型圧電発振器の小型化を妨げることなく、全体として形成される配線パターンの密度を高めることができ、配線パターンの設計自由度も飛躍的に向上させることができる。つまり、小型化に対応した生産性の高い極めて実用的な表面実装型圧電発振器が得られる。
【００１０】
また、特許請求項２に示すように、上記構成に加え、前記キャスタレーションは、幅広に形成された堤部に形成されてなることを特徴とする。
【００１１】
特許請求項２により、上述の作用効果に加え、前記キャスタレーションは、幅広に形成された堤部に形成されているので、前記絶縁性ベースのキャスタレーションによって溶接領域が狭まることがない。従って、実用的な溶接領域が確保できるので、リークをなくし、気密不良を防止することができる。また、通常に比べて溶融温度を上げる必要性もなくなるので、溶融したろう材が収納部の中に飛散するなどのスプラッシュの問題や溶融熱歪みによるベースの割れの問題等が新たに起こることもない。つまり、より信頼性の高い気密封止構造を有した表面実装型圧電発振器が得られる。
【００１２】
また、特許請求項３に示すように、上記構成に加え、前記圧電振動板用の保持台は、幅狭に形成された堤部に隣接して形成されてなることを特徴とする。
【００１３】
特許請求項３により、上述の作用効果に加え、前記圧電振動板用の保持台は、幅狭に形成された堤部に隣接して形成されているので、絶縁性ベースの堤部と圧電振動板の搭載領域との平面的なクリアランスを確保することができる。このため、圧電振動板搭載用の導電性接合材塗布ノズルが挿入しやすくなるので、圧電振動板の搭載領域における導電性接合材の塗布位置を制御しやすくなり、結果として圧電振動板の安定した搭載が行える。
【００１４】
また、特許請求項４に示すように、上記構成に加え、幅広に形成された堤部にキャスタレーションを形成し、幅狭に形成された堤部に密接して圧電振動板用の保持台を形成してなることを特徴とする。
【００１５】
特許請求項４により、上述の作用効果に加え、幅広に形成された堤部にキャスタレーションを形成し、幅狭に形成された堤部に密接して圧電振動板用の保持台を形成しているので、前記幅広に形成された堤部と前記堤部に密接した保持台により絶縁ベースが補強される。つまり、絶縁性ベース全体の強度が向上した極めて実用的な表面実装型圧電発振器が得られる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、表面実装型圧電発振器の小型化を妨げることなく、圧電振動子の安定搭載することができ、集積回路素子用の配線パターンの設計自由度が高くなるので、生産性の高い、より気密封止の信頼性の高い表面実装型圧電発振器が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明による好ましい実施の形態について図面に基づいて説明する。本発明による第１の実施の形態につき表面実装型水晶発振器を例にとり図１および図２とともに説明する。図１は第１の実施の形態を示す分解斜視図であり、図２は図１の金属蓋を封止する前の平面図である。表面実装型水晶発振器は、上部が開口した凹部を有するセラミックベース（絶縁性ベース）１と、当該セラミックベースの中に収納される集積回路素子２と、同じく当該セラミックベース中の上部に収納される圧電振動板３と、セラミックベースの開口部に接合される金属蓋４とからなる。
【００１８】
セラミックベース１は全体として直方体で、アルミナ等のセラミックとタングステン等の導電材料を適宜積層した構成であり、断面でみて凹形の収納部１０を有する構成である。収納部１０は下部収納部１０ａ（第１の収納部）と上部収納部１０ｂ（第２の収納部）からなり、それぞれ圧電振動板３と集積回路素子２が収納される。収納部周囲には堤部１１が形成されており、堤部１１の上面は平坦であり、当該堤部上に周状の第１の金属層１１ａ（封止用部材）が形成されている。当該第１の金属層１１ａの上面も平坦になるよう形成されており、タングステン、ニッケル、金の順で金属膜層を構成している。タングステンはメタライズ技術によりセラミック焼成時に一体的に形成され、またニッケル、金の各層はメッキ技術により形成される。
【００１９】
セラミックベース長辺側端部には上下方向に伸長する一対のキャスタレーションＣ１，Ｃ２が形成されている。当該キャスタレーションは円弧状の切り欠きが上下方向に形成された構成である。
【００２０】
なお、第１の金属層１１ａはセラミックベースの角部の堤部を上下に貫通接続する導電ビアＢにより、セラミックベース下面に形成された外部接続電極（図示せず）に電気的に導出されている。当該外部導出電極をアース接続することにより、後述の金属蓋が金属層１１ａ、導電ビアＢを介して接地され、電子部品の電磁気的なシールド効果を得ることができる。なお、前述のとおり、当該導電ビアＢは周知のセラミック積層技術により形成することができる。
【００２１】
セラミックベース１内部において、下方面には前述のとおり集積回路素子２を収納する下部収納部１０ａ（第１の収納部）と、後述する圧電振動板用の保持台１０ｃとが形成されており、前記下部収納部１０ａ（第１の収納部）の上方には、前記保持台１０ｃの分だけ容積が大きな上部収納部１０ｂ（第２の収納部）が形成されている。前記保持台の上面には長辺方向一端に電極パッド１２，１３（圧電振動板の配線パターン）が短辺方向に並んで形成されている。これら電極パッド１２，１３はセラミックベース内側に近接して形成され、各電極パッドは導電ビアＢにより反対面にあるセラミックベース下面に形成された外部接続端子電極（図示せず）にそれぞれ入出力端子として引き出される。また、電極パッド１２，１３はセラミックベース長辺側端部には上下方向に伸長する一対のキャスタレーションＣ１，Ｃ２に形成された圧電振動子用の外部測定端子電極１４，１５（１５については図示せず）として引き出されている。
【００２２】
前記堤部１１は、幅広に形成された堤部１１１と幅狭に形成された堤部１１２とを有している。前記幅広に形成された堤部１１１は、セラミックベースの長辺のうち前記キャスタレーションＣ１，Ｃ２が形成された領域から前記圧電振動板用の保持台１０ｃと対向する領域にかけて形成されている。前記幅狭に形成された堤部１１２は、セラミックベースの短辺と、セラミックベースの長辺のうち前記圧電振動板用の保持台１０ｃの周囲領域に密接して形成されている。つまり、このように形成された堤部に隣接する下部収納部１０ａと上部収納部１０ｂは、それぞれ幅広の収納領域１０ｄと幅狭の収納領域１０ｅが形成される。このように構成することで、前記キャスタレーションＣ１，Ｃ２は、幅広に形成された堤部１１１に形成されているので、当該キャスタレーションＣ１，Ｃ２によってセラミックベースの溶接領域が狭まることがない。このため、実用的な溶接領域が確保できるので、リークをなくし、気密不良を防止することができる。また、前記圧電振動板用の保持台１０ｃは、幅狭に形成された堤部１１２に密接して形成されているので、当該堤部１１２と電極パッド１２，１３との平面的なクリアランスを確保することができる。このため、圧電振動板搭載用の導電性接合材塗布ノズルが挿入しやすくなるので、圧電振動板の搭載領域における導電性接合材の塗布位置を制御しやすくなり、結果として圧電振動板の安定した搭載が行える。また、セラミックベースの小型化に伴って電極パッド１２，１３の間隔が狭まったとしても。電極パッド１２，１３に塗布される導電性接合材をできるだけ隔離することができ、ショートの問題がなくなる。さらに、前記幅広に形成された堤部１１１と前記堤部に密接した保持台１０ｃによりセラミックベースが補強され、絶縁性ベース全体の強度が向上する。
【００２３】
前記下部収納部１０ａの底面には集積回路素子２との配線パターン１６ａが複数並んで形成されている。このとき、前記幅広の収納領域１０ｄには前記幅狭の収納領域１０ｅ以上に配線パターン１６ａが形成されている。本形態では、例えば、前記幅狭の収納領域１０ｅに対しては２つの配線パターン１６ａを形成し、前記幅広の収納領域１０ｄに対してはより多くの４つの配線パターン１６ａを形成している。このように構成することで、前記幅広の収納領域１０ｄでは外表面に露出した配線パターン１６ａを集中配置することで、外観検査によりショートや断線のないより信頼性の高い配線パターンが得られる。しかも、前記幅広の収納領域１０ｄでは、外表面に露出した配線パターンが形成されるので、各配線パターンの幅を小さく形成したり、隣接する配線パターンを近接して設計することができる。従って、表面実装型圧電発振器の小型化を妨げることなく、全体として形成される配線パターン１６ａの密度を高めることができ、配線パターン１６ａの設計自由度も飛躍的に向上させることができる。
【００２４】
以上のような構成のセラミックベースは周知のセラミック積層技術やメタライズ技術を用いて形成され、電極パッドや接続パッドは前述の金属層１１ａ形成と同様にタングステン等によるメタライズ層の上面にニッケルメッキ層、金メッキ層の各層が形成された構成である。
【００２５】
前記下部収納部に搭載される集積回路素子２は、圧電振動板３とともに発振回路を構成する１チップ集積回路素子であり、その下面には接続端子（図示せず）が複数形成されている。当該集積回路素子２は本実施の形態においてはベアチップを採用しており、集積回路素子の複数の接続端子と前記パッケージに形成された複数の接続パッド１６ａとをそれぞれフェイスダウンボンディング技術により接続する。なお、前記下部収納部１０ｂと集積回路素子２の隙間に樹脂材料を充填してもよい。
【００２６】
前記集積回路素子２の上方には所定の間隔を持って圧電振動板３が搭載される。圧電振動板３は例えば矩形状のＡＴカット水晶振動板であり、その表裏面に対向して一対の矩形状励振電極（図示せず）と、当該励振電極を水晶振動板の外周に引き出す引出電極（図示せず）とが形成されている。これら各電極は真空蒸着法やスパッタリング法等の薄膜形成手段により形成することができる。
【００２７】
圧電振動板とセラミックベースとの接合は、例えば導電性接合材（図示せず）を電極パッド１２，１３の上面にディスペンサに設けられた導電性接合材塗布ノズルから適量供給される。その後圧電振動板２を電極パッド１２，１３に搭載する。これにより圧電振動板の引出電極と電極パッド１２，１３とは電気的機械的接続されるが、必要に応じて搭載した圧電振動板の引出電極部分に再度導電性接合材（図示せず）を上塗り塗布してもよい。なお、導電性接合材はペースト状であり、例えば銀フィラー等の金属微小片を含有するシリコーン系導電樹脂接着剤をあげることができるが、シリコーン系以外に例えば、ウレタン系、イミド系、ポリイミド系、エポキシ系の導電樹脂接着剤を用いることができる。
【００２８】
セラミックベースを気密封止する金属蓋４は平面視矩形状の平板構成である。当該金属蓋４は、コバールからなるコア材（図示せず）に第２の金属層（図示せず）として金属ろう材（封止材）が形成された構成であり、より詳しくは、例えば上面からニッケル層、コバールコア材、銅層、銀ろう層の順の多層構成であり、第２の金属層である銀ろう層がセラミックベースの第１の金属層と接合される構成となる。金属蓋の平面視外形はセラミックベースの当該外形とほぼ同じであるか、若干小さい構成となっている。
【００２９】
セラミックベース１の収納部１０に集積回路素子２と圧電振動板３を格納し、前記金属蓋にて被覆し、前記第1の金属層と第２の金属層とを溶融硬化させ、気密封止を行う。本実施の形態においては、封止用の金属リングを用いないシーム溶接による気密封止を行っており、前記金属蓋の長辺と短辺の稜部に沿ってシームローラを走行させることで、金属蓋に形成された第２の金属層である銀ろう（封止材）とセラミックベース１の第１の金属層（封止用部材）を溶接させ、気密封止が行われる。
【００３０】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えばセラミックベースの幅広の収納領域１０ｄの位置を異ならせて適用できる。図３は本発明による第２の実施の形態を示す平面図である。基本構成は第１の実施形態と同じであるので、同じ構成部分については同番号を用いるとともに、一部説明を割愛する。
【００３１】
図３（ａ）に開示された第２の実施の形態では、前記幅広に形成された堤部１１１は、セラミックベースの長辺のうち前記キャスタレーションＣ１，Ｃ２が形成された領域から前記圧電振動板用の保持台１０ｃの周囲領域にかけて形成されている。前記幅狭に形成された堤部１１２は、セラミックベースの短辺と、セラミックベースの長辺のうち前記圧電振動板用の保持台１０ｃの対向する領域に形成されている。つまり、 図３（ａ）では、前記第１の実施形態と逆で、幅狭の収納領域１０ｅが前記圧電振動板用の保持台１０ｃの対向する領域に存在し、幅広の収納領域１０ｄが前記圧電振動板用の保持台１０ｃの周囲領域に存在している。そして、前記幅狭の収納領域１０ｅに対しては２つの配線パターン１６ａを形成し、前記幅広の収納領域１０ｄに対しては４つの配線パターン１６ａを形成している。このように構成することで、前記第１の実施形態とほぼ同様の作用効果が得られる。また、前記幅広の収納領域１０ｄでは、外表面に露出した配線パターンが形成しやすいので、配線パターンの引き回しが容易となり、当該領域に圧電振動板の保持用枕等を追加形成したとしても、配線パターンの外表面から隠れる領域を減らすことができる。
【００３２】
図３（ｂ）に開示された第２の実施の形態では、前記幅広に形成された堤部１１１は、前記キャスタレーションＣ１，Ｃ２が形成された領域のみに形成されており、前記幅狭に形成された堤部１１２は、それ以外の全ての領域に対して形成されている。つまり、 図３（ｂ）では、幅狭の収納領域１０ｅが中央部分のみに存在し、幅広の収納領域１０ｄ，１０ｄが両端側に存在している。そして、前記幅狭の収納領域１０ｅに対しては配線パターン１６ａを形成せず、前記両端部の幅広の収納領域１０ｄ，１０ｄに対してはそれぞれ４つの配線パターン１６ａを形成している。このように構成することで、上記第１の実施形態とほぼ同様の作用効果が得られるだけでなく、より配線パターンの密度向上と設計自由度の向上が達成できる構成となる。
【００３３】
上記実施形態では、水晶発振器を例にして説明しているが、水晶振動子や水晶フィルタなどの他の圧電振動デバイス、あるいはその他の電子部品容器に適用することができる。
封止用の金属リングを用いないシーム溶接による気密封止を例にしているが、封止用の金属リングを用いてもよく、レーザーや電子ビームなどのビーム封止や、封止材としてガラスを用いたガラス封止であってもよい。
【００３４】
本発明は、その精神または収容な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施できるので、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求範囲によって示すものであって、明細書本文に拘束されるものではない。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。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第１の実施形態を示す分解斜視図。
【図２】図１の金属蓋を封止する前の平面図。
【図３】第２の実施形態を示す平面図。
【符号の説明】
【００３６】
１ セラミックベース
２ 集積回路素子
３ 圧電振動板
４ 金属蓋
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性ベースと蓋を有する表面実装型圧電発振器であって、
圧電発振回路を構成してなる集積回路素子と圧電振動板と、
平面視矩形状で、上面に複数の前記集積回路素子用の配線パターンが形成されるとともに前記集積回路素子を収納する第１の収納部と、当該第１の収納部の上部に前記圧電振動板用の保持台と前記圧電振動子板の配線パターンが形成されるとともに前記圧電振動板を収納する第２の収納部と、前記第１の収納部と第２の収納部の周囲に形成された堤部と、前記堤部の上面に形成された封止用部材と、前記堤部の一部の側端部に端子電極が形成されたキャスタレーションとを有し、かつ、前記第１の収納部は、幅広に形成された堤部と幅狭に形成された堤部に隣接することで、幅広の収納領域と幅狭の収納領域が形成され、当該幅広の収納領域には前記幅狭の収納領域以上に前記集積回路素子用の配線パターンが形成されてなる絶縁性ベースと、
前記絶縁性ベースに被せて気密封止してなり、平面視矩形状で、前記絶縁性ベースとほぼ等しく形成され、下面に封止材が形成された蓋と、
を含む表面実装型圧電発振器。
【請求項２】
前記キャスタレーションは、幅広に形成された堤部に形成されてなることを特徴とする特許請求項１記載の表面実装型圧電発振器。
【請求項３】
前記圧電振動板用の保持台は、幅狭に形成された堤部に隣接して形成されてなることを特徴とする特許請求項１、または特許請求項２記載の表面実装型圧電発振器。
【請求項４】
幅広に形成された堤部にキャスタレーションを形成し、幅狭に形成された堤部に密接して圧電振動板用の保持台を形成してなることを特徴とする特許請求項１記載の表面実装型圧電発振器。
【請求項１】
絶縁性ベースと蓋を有する表面実装型圧電発振器であって、
圧電発振回路を構成してなる集積回路素子と圧電振動板と、
平面視矩形状で、上面に複数の前記集積回路素子用の配線パターンが形成されるとともに前記集積回路素子を収納する第１の収納部と、当該第１の収納部の上部に前記圧電振動板用の保持台と前記圧電振動子板の配線パターンが形成されるとともに前記圧電振動板を収納する第２の収納部と、前記第１の収納部と第２の収納部の周囲に形成された堤部と、前記堤部の上面に形成された封止用部材と、前記堤部の一部の側端部に端子電極が形成されたキャスタレーションとを有し、かつ、前記第１の収納部は、幅広に形成された堤部と幅狭に形成された堤部に隣接することで、幅広の収納領域と幅狭の収納領域が形成され、当該幅広の収納領域には前記幅狭の収納領域以上に前記集積回路素子用の配線パターンが形成されてなる絶縁性ベースと、
前記絶縁性ベースに被せて気密封止してなり、平面視矩形状で、前記絶縁性ベースとほぼ等しく形成され、下面に封止材が形成された蓋と、
を含む表面実装型圧電発振器。
【請求項２】
前記キャスタレーションは、幅広に形成された堤部に形成されてなることを特徴とする特許請求項１記載の表面実装型圧電発振器。
【請求項３】
前記圧電振動板用の保持台は、幅狭に形成された堤部に隣接して形成されてなることを特徴とする特許請求項１、または特許請求項２記載の表面実装型圧電発振器。
【請求項４】
幅広に形成された堤部にキャスタレーションを形成し、幅狭に形成された堤部に密接して圧電振動板用の保持台を形成してなることを特徴とする特許請求項１記載の表面実装型圧電発振器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２７０４９０（Ｐ２００６−２７０４９０Ａ）
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−８５３９４（Ｐ２００５−８５３９４）
【出願日】平成１７年３月２４日（２００５．３．２４）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２４日（２００５．３．２４）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
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