表面実装型圧電発振器
【課題】 搭載領域の無駄をなくしながら小型化・低背化に対応した表面実装型圧電発振器とその製造方法を提供する。
【解決手段】 圧電振動板３と集積回路素子２を収納する絶縁性のベース１を有する表面実装型圧電発振器であって、前記ベースは側壁部と第１の収納部１０ａ、当該第１の収納部の側壁部と接続された段差部１０ｃと、前記第１の収納部と前記段差部の上面に配置される第２の収納部１０ｂとが形成されており、表裏面に配線パターンが形成された板状の回路基板４の上面側と前記圧電振動板と、当該回路基板の底面側と前記集積回路素子とがそれぞれ導電性接合材で接合されるとともに、前記段差部上面の配線パターンと前記回路基板の底面側の配線パターンの一部とが導電性接合材で接合される。
【解決手段】 圧電振動板３と集積回路素子２を収納する絶縁性のベース１を有する表面実装型圧電発振器であって、前記ベースは側壁部と第１の収納部１０ａ、当該第１の収納部の側壁部と接続された段差部１０ｃと、前記第１の収納部と前記段差部の上面に配置される第２の収納部１０ｂとが形成されており、表裏面に配線パターンが形成された板状の回路基板４の上面側と前記圧電振動板と、当該回路基板の底面側と前記集積回路素子とがそれぞれ導電性接合材で接合されるとともに、前記段差部上面の配線パターンと前記回路基板の底面側の配線パターンの一部とが導電性接合材で接合される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁性のベース上に圧電振動板と集積回路素子が実装された表面実装型圧電発振器に関するものであって、特に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】
水晶等の圧電振動板を用いた圧電発振器は、安定して精度の高い発振周波数を得ることができるため、電子機器等の基準周波数源として多種の分野で使用されている。表面実装型圧電発振器では、絶縁性のベースとしてセラミック多層基板を用い、当該ベースの収納部に発振回路用の集積回路素子を配置するとともに、当該集積回路素子の上方に水晶振動板を支持固定し、気密封止を行ったものである。このような構成は集積回路素子のカスタム化により比較的部品点数が少なく、シンプルな構成であり、低コスト化に寄与している。
【０００３】
このような集積回路素子は、ベースに形成された配線パターンに対して、ワイヤボンディング工法を用いて接続するか、あるいは金属バンプ（Ａｕ等）を介したフェイスダウンボンディングの工法（以下「ＦＣＢ」という）を用いて接続することで、圧電振動子や端子電極等と電気的に接続されている（例えば、下記する特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３５６６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、電子機器の小型化が進んでおり、この小型化にともない上記したような表面実装型圧電発振器も小型化が進められている。そのため、例えば、上記した特許文献１に示すような表面実装型圧電発振器では、圧電振動板や集積回路素子を搭載するための平面領域を狭めて形成したり、収納部の高さをできるだけ低く形成することが求められている。
【０００５】
また、集積回路素子を収納する収納部の大きさに応じて、上部に配置される圧電振動板の大きさが限定されるので、搭載領域の無駄が生じやすい。集積回路素子とベースの電気的な接続領域と圧電振動板とベースの電気的な接続領域も別々に形成されるので搭載領域の拡大につながるものであった。
【０００６】
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、搭載領域の無駄をなくしながら小型化・低背化に対応した表面実装型圧電発振器とその製造方法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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の表面実装型圧電発振器では特許請求項１に示すように、励振電極と引出電極が形成された圧電振動板と一主面に配線パッドが形成された集積回路素子を有し、これらを収納する絶縁性のベースを有する表面実装型圧電発振器であって、前記ベースは上面側に側壁部と収納部、底面側に端子電極を有しており、前記収納部は内底面に前記集積回路素子が収納される第１の収納部と、当該第１の収納部の側壁部と接続された段差部と、前記圧電振動板が収納されるとともに前記第１の収納部と前記段差部の上面に配置される第２の収納部とが形成されており、表裏面に配線パターンが形成された板状の回路基板の上面側の配線パターンと前記圧電振動板の引出電極とが導電性接合材で接合され、当該回路基板の底面側の配線パターンと前記集積回路素子の配線パッドとが導電性接合材で接合されるとともに、当該回路基板のみにより圧電振動板と集積回路素子とがお互いに電気的に接続されてなり、前記段差部上面の配線パターンと前記回路基板の底面側の配線パターンの一部とが導電性接合材で接合されることで、回路基板の配線パターンが前記ベースの端子電極に導出されてなることを特徴とする。
【０００８】
上記構成により、表裏面に圧電振動板と集積回路素子が導電接合材により接合された板状の回路基板が前記ベースの段差部のみで導電性接合材により接合されているので、圧電振動板とベースとの電気的な接続領域、集積回路素子とベースの電気的な接続領域、および圧電振動板と集積回路素子との電気的な接続領域を別々にベースの側壁部、段差部、および収納部に形成する必要がなくなり、ベースの小型化・低背化に対応できる。
【０００９】
また前記第１の収納部の平面積や集積回路素子の平面積に応じて搭載できる圧電振動板の大きさや保持形態が制限されることがなくなり、圧電発振器に使用する圧電振動板の設計の幅が飛躍的に広まり無駄がなくなる。特に第１の収納部より小さな圧電振動板でも容易に搭載でき、回路基板が圧電振動板を支えて第１の収納部に圧電振動板が傾いて搭載されることがない。
【００１０】
さらに駆動時に発熱した集積回路素子の熱的な悪影響も回路基板が間に介在していることで、圧電振動板に対してより軽減された状態で伝わり、周波数温度特性などの電気的特性の低下が少ない。
【００１１】
また、本発明の特許請求項２に示すように、上述の構成に加え、前記集積回路素子の配線パッドが形成されない主面が前記ベースの第１の収納部内底面に対して機械的に接合されてなり、前記回路基板の底面側の配線パターンと前記集積回路素子の配線パッド、および前記ベースの段差部の上面の配線パターンと前記回路基板の底面側の配線パターンとを金属バンプにより接合してなることを特徴とする。
【００１２】
上記構成により、上述の作用効果に加えて、前記回路基板の底面側の配線パターンと前記集積回路素子の配線パッド、および前記ベースの段差部の上面の配線パターンとを金属バンプのみにより接合しているので、導電性樹脂接着剤やろう材を用いて接合する場合に比べて各接合領域が省スペースでかつ確実な電気的機械的な接合が行え、接合する際に不要なガスが発生することがない。このため段差部の面積をより縮小することができ、ベースのさらなる小型化に対応できるだけでなく、圧電発振器の電気的な性能に悪影響を与えることがないので、エージング特性を向上させることができる。
【００１３】
また、ワイヤボンディングを用いて集積回路素子とベースを接続する構成に比べて、ワイヤボンディングの上部に圧電振動板や回路基板などの他の部材が直接接触しないようなギャップとなる空間が不要となり、ベースの低背化により対応しやすい構成となる。
【００１４】
さらに本発明ではベースの段差部と集積回路素子を介してベースの第１の収納部の上部に回路基板が接合されているので、ベースの機械的な曲げ強度を高めることができる。特にベースの曲げ強度を高めることで、シーム封止やビーム封止などの局所的な加熱で気密封止した際に生じやすいベースのクラックが抑制できる。
【００１５】
また、上述の構成に加え、これらに使用される金属バンプは同材質で同形状のものを用いることが好ましい。このような構成では、前記回路基板の底面側の配線パターンと前記集積回路素子の配線パッド、および前記ベースの段差部の上面の配線パターン間における金属バンプの接合強度を均一にできる。しかも同材質の金属バンプを用いることで接合条件が同じになるので、回路基板の上部から超音波を印加して同時にＦＣＢ接合することができ、その際の強度のバラツキが生じることもない。
【００１６】
また、本発明の特許請求項３に示すように、上述の構成に加え、前記集積回路素子の配線パッドが形成されない主面が前記ベースの第１の収納部内底面に対して機械的に接合されてなり、前記回路基板の底面側の配線パターンと前記集積回路素子の配線パッドを金属バンプにより接合してなり、前記ベースの段差部の上面の配線パターンと前記回路基板の底面側の配線パターンとを導電性樹脂接着材あるいは金属ろう材により接合してなることを特徴とする。
【００１７】
上記構成により、上述の作用効果に加えて、前記回路基板の底面側の配線パターンと前記集積回路素子の配線パッドを金属バンプにより接合してなり、前記ベースの段差部の上面の配線パターンと前記回路基板の底面側の配線パターンとを導電性樹脂接着材あるいは金属ろう材により接合しているので、ベースの段差部の平坦性のバラツキや前記回路基板とベースの段差部の隙間のバラツキを導電性樹脂接着材や金属ろう材の接合領域で吸収してより確実な電気的機械的な接合が行える。特に導電性樹脂接着材を用いた場合、圧電振動板に対する外部衝撃がやわらげられるので、耐衝撃性能が向上する。
【００１８】
また、ワイヤボンディングを用いて集積回路素子とベースを接続する構成に比べて、ワイヤボンディングの上部に圧電振動板や回路基板などの他の部材が直接接触しないようなギャップとなる空間が不要となり、ベースの低背化により対応しやすい構成となる。
【００１９】
さらに本発明ではベースの段差部と集積回路素子を介してベースの第１の収納部の上部に回路基板が接合されているので、ベースの機械的な曲げ強度を高めることができる。特にベースの曲げ強度を高めることで、シーム封止やビーム封止などの局所的な加熱で気密封止した際に生じやすいベースのクラックが抑制できる。
【００２０】
上記の目的を達成するために、本発明の表面実装型圧電発振器の製造方法では特許請求項４に示すように、励振電極と引出電極が形成された圧電振動板と、一主面に配線パッドが形成された集積回路素子と、前記集積回路素子が収納される第１の収納部と、当該第１の収納部の側壁部と接続された段差部と当該段差部上面に形成された配線パターンと、前記圧電振動板が収納されるとともに前記第１の収納部と前記段差部の上面に配置される第２の収納部とが形成されたベースと、表裏面に配線パターンが形成され、当該表裏の配線パターンがお互いに電気的に接続された板状の回路基板とを有する表面実装型圧電発振器の製造方法であって、前記集積回路素子の配線パッドが形成されない他主面を前記ベースの第１の収納部内底面にダイボンディングする工程と、前記集積回路素子の配線パッドと前記ベースの段差部の配線パターン、あるいは前記回路基板の裏面側の配線パターンのうちの少なくとも一方に金属バンプを形成する工程と、前記集積回路素子の配線パッドと前記ベースの段差部の配線パッドに対して前記金属バンプが介在した状態で前記回路基板の裏面側の配線パターンを重ね合わせて超音波接合することでお互いに電気的機械的に接合する工程と、前記集積回路素子とベースに接合された回路基板の上面側の配線パターンに対して圧電振動板の引出電極とを導電性接合材により接合する工程とからなることを特徴とする。
【００２１】
上記製造方法により、前記回路基板の上部から超音波ボンディングツールを用いて、前記集積回路素子、前記ベース、および前記回路基板の三つを同時に極めて容易かつ効率的に電気的機械的に超音波接合することができる。これらが接合された回路基板の上面側に対して圧電振動板を導電性接合材により接合するので、第１の収納部に対して圧電振動板が落ち込んだり傾くことがなくなり、より安定した状態で圧電振動板と回路基板の接合が行える。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明は、搭載領域の無駄をなくしながら小型化・低背化に対応した表面実装型圧電発振器とその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。本発明による実施形態につき表面実装型水晶発振器を例にとり図面とともに説明する。図１は本発明の実施の形態を示す断面図、図２は本発明の実施の形態を示す蓋をする前の平面図、図３は本発明の実施の形態を示す回路基板の平面図、図４は図３の底面図、図５は本発明の実施の形態にかかる表面実装型水晶発振器の概略工程図である。
【００２４】
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１（絶縁性のベース）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、当該圧電振動板を搭載する回路基板４と、セラミックベースの開口部に接合される蓋５とからなる。
【００２５】
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あるいはモリブデン等の導電材料を適宜積層した構成であり、断面で見て上面側に堤部（側壁部）１１と収納部１０を有し、底面側に端子電極１４を有する略凹形状に構成されている。収納部１０は第１の収納部１０ａと第２の収納部１０ｂからなり、それぞれ集積回路素子２と圧電振動板３が収納される。収納部周囲には堤部（側壁部）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封止用部材１１ａが形成されている。当該封止用部材として例えば、タングステンあるいはモリブデンなどのメタライズ層が主体となるもの、コバールなどの金属リングが主体となるものがあげられる。
【００２６】
セラミックベース１内部において、内底面には前述のとおり集積回路素子２を収納する第１の収納部１０ａが形成され、当該第１の収納部の側壁部と接続された段差部１０ｃとが形成されており、後述する圧電振動板３が収納されるとともに前記第１の収納部と前記段差部の上面に配置される第２の収納部１０ｂとが形成されている。
【００２７】
前記段差部１０ｃの上面には配線パターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが形成されており、図示しないキャスタレーションや導電ビアを介して最終的にセラミックベースの底面に形成された端子電極１４へと導かれるように構成されている。こ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、前記各配線パターンは前述の金属層１１ａ形成と同様にタングステンあるいはモリブデ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。
【００２８】
前記第１の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、その上面には複数の配線パッドＰが形成されている。当該集積回路素子２は、配線パッドが形成されない底面側で例えば樹脂接着剤Ｊを介して前記ベースの第１の収納部の内底面に対して機械的に接合されている。
【００２９】
前記集積回路素子２の上方には所定の間隔をもって、エポキシ系樹脂基板やイミド系樹脂基板、セラミック基板、ガラス基板、水晶基板などからなる回路基板４が搭載される。この回路基板４は厚さを例えば２００μ以下に設定しているおり、セラミックベース１の低背化を妨げることがない。回路基板４は、図３に示すようにその上面側には後述する圧電振動板３と接続される第２の配線パターン４２ａ，４２ｂが形成され、図４に示すようにその底面側には前記集積回路素子２と接続される例えば６つの第１の配線パターン４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆが複数並んで形成されている。このうち第２の配線パターン４２ａは図示しないキャスタレーションや導電ビアにより前記第１の配線パターン４１ｃに接続されており、第２の配線パターン４２ｂは図示しないキャスタレーションや導電ビアにより前記第１の配線パターン４１ｂに接続されている。
【００３０】
そして、前記回路基板４の第１の配線パターン４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆの一端部と、これらの第１の配線パターンの位置に対応して前記第１の収納部に搭載された集積回路素子２の上面の複数の配線パッドＰとが金などの金属バンプＣ（導電性接合材）を介してＦＣＢにより接続されるとともに、前記セラミックベース１の配線パターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、これらの配線パターンの位置に対応して前記回路基板４の第１の配線パターン４１ａ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆの他端部とが同じく金などの金属バンプＣを介してＦＣＢにより接続される。
【００３１】
前記回路基板４の上方には所定の間隔をもって、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３１，３２（３２については図示せず）と、この励振電極を前記回路基板の上面側に形成された第２の配線パターン４２ａ，４２ｂと導通するための引出電極３３，３４とが形成されている。なお図示していないが圧電振動板３の表裏両主面に対して引出電極３３，３４が引き回して形成されており、圧電振動板の表裏主面のどちらでも搭載できるように構成されている。これらの各電極は、クロムやニッケルなどの下地電極層と、銀や金などを主材料とする電極層とから構成された積層薄膜である。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。
【００３２】
圧電振動板３と回路基板４との接合は、例えばペースト状であり銀フィラー等の金属微小片を含有するシリコーン系の導電性樹脂接着剤Ｓ（導電性接合材）を用いている。前記集積回路素子２とセラミックベース１に接合された回路基板４の上面側の第２の配線パターン４２ａ，４２ｂに対して、前記圧電振動板３の引出電極３３，３４が、例えばペースト状であり銀フィラー等の金属微小片を含有するシリコーン系の導電性樹脂接着剤Ｓ（導電性接合材）を用いて、お互いを電気的機械的に接合し、例えば図１に示すように、片持ち保持されている。なお、導電性接合材として本形態で示したシリコーン系の導電性樹脂接着剤に限らず、他の樹脂剤でもよく、さらにはんだ等の金属ろう材や金属バンプ、金属めっきバンプを用いてもよい。
【００３３】
セラミックベース１を気密封止する蓋５は、例えば、コバール等からなるコア材に金属ろう材などの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、銀ろう層がセラミックベースの金属層と接合される構成となる。金属製の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。
【００３４】
収納部１０に集積回路素子２と回路基板４、圧電振動板３が格納されたセラミックベース１を前記金属製の蓋５にて被覆し、金属製の蓋５の封止材とセラミックベースの封止用部材１１ａを溶融硬化させ、気密封止を行うことで表面実装型圧電発振器の完成となる。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、前記金属製の蓋５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、金属製の蓋５に形成された銀ろう（封止材）とセラミックベース１の金属層１１ａ（封止用部材）を溶接させ、気密封止が行われる。
【００３５】
なお上記実施形態に限らず、図６に示すように、前記第１の収納部に搭載される集積回路素子２は、金属バンプＣを介して前記回路基板４のみで電気的機械的に接合されるだけで、前記セラミックベースの第１の収納部の内底面に対して所定の隙間寸法が介在した状態で第１の収納部の内底面に対して機械的に接合されない構成であってもよい。この構成では予め集積回路素子２のみが金属バンプＣを介してＦＣＢ接合された回路基板４をセラミックベース１の段差部１０ｃに対して再び金属バンプＣを介してＦＣＢ接合することで容易に得られる。
【００３６】
次に、上記した表面実装型水晶発振器の製造工程の一例について、図５とともに説明する。
【００３７】
図５（ａ）に示す工程では、前記集積回路素子２を収納する第１の収納部１０ａと、当該第１の収納部の側壁部と接続された段差部１０ｃと、当該段差部上面の配線パターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、前記圧電振動板３が収納されるとともに前記第１の収納部と前記段差部の上面に配置される第２の収納部１０ｂとが形成されたセラミックベース１を準備している。
【００３８】
図５（ｂ）に示す工程では、前記集積回路素子２の配線パッドが形成されない他主面を前記ベースの第１の収納部１０ａの内底面に対して、例えば樹脂接着剤Ｊを介して機械的に接合している（ダイボンディングする工程）。
【００３９】
図５（ｃ）に示す工程では、前記集積回路素子２の上面の複数の配線パッドＰの上部、および前記ベースの段差部の配線パターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの上部に対して、金などの金属バンプＣ（導電性接合材）を熱圧着等のワイヤボンディング技術を用いたバンプボンダにより図示しないボンディングツール（キャピラリ等）から連続して形成される。なお、この金属バンプＣの形成は、前記回路基板４の第１の配線パターン４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆの上部に対してのみ同様の手法により形成してもよく、前記配線パッドＰと前記配線パターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの上部だけでなく、前記第１の配線パターン４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆの上部にも同様の手法により金属バンプＣを両方とも形成してもよい。
【００４０】
図５（ｄ）に示す工程では、前記集積回路素子２の配線パッドＰと前記ベースの段差部の配線パターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに対して前記金属バンプＣが介在した状態で前記回路基板４の裏面側の第１の配線パターン４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆを重ね合わせ、図示しないボンディングツール（超音波ウェルダ等）により回路基板４を金属バンプＣ上に押しつけ、静圧力を印加する。つまり、ボンディングツールを所定の周波数で振動させることにより、集積回路素子２と回路基板４、および回路基板４とセラミックベース１とを金属バンプＣを介してＦＣＢ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ｂｏｎｄｉｎｇ）法により上記ボンディングツールにより超音波接合され、お互いに電気的機械的に接合する。
【００４１】
図５（ｅ）に示す工程では、前記集積回路素子２とセラミックベース１に接合された回路基板４の上面側の第２の配線パターン４２ａ，４２ｂと前記圧電振動板３の引出電極３３，３４との間に、例えばペースト状であり銀フィラー等の金属微小片を含有するシリコーン系の導電性樹脂接着剤Ｓ（導電性接合材）が介在しており、加熱により硬化させることで、お互いを電気的機械的に接合している。
【００４２】
その後、周波数調整工程やアニーリング工程などの必要な処理を行い、蓋５により気密封止を行うことで表面実装型圧電発振器の完成となる。
【００４３】
なお上記実施形態の製造方法に限らず、予め集積回路素子２のみを回路基板４に対して金属バンプＣを介してＦＣＢ接合し、セラミックベースの段差部１０ｃ等に金属バンプＣを取り付け、回路基板４とセラミックベース１のみを金属バンプＣを介してＦＣＢ接合した後に、回路基板４とセラミックベース１の隙間からノズルを差し込むことで前記集積回路素子２の配線パッドが形成されない他主面を前記セラミックベースの第１の収納部１０ａの内底面に対して、例えば樹脂接着剤Ｊを介して機械的に接合してもよい。また、上記ダイボンディングする工程を省略して、予め集積回路素子２のみを回路基板４に対して金属バンプＣを介してＦＣＢ接合した後に、セラミックベースの段差部１０ｃ等に金属バンプＣを取り付け、回路基板４とセラミックベース１のみを金属バンプＣを介してＦＣＢ接合してもよい。
【００４４】
上記本発明の実施形態により、表裏面に圧電振動板３と集積回路素子２が導電性樹脂接着剤Ｓと金属バンプＣにより接合された板状の回路基板４が前記セラミックベース１の段差部１０ｃのみで金属バンプＣにより接合されているので、圧電振動板３とセラミックベース１との電気的な接続領域、集積回路素子２とセラミックベース１の電気的な接続領域、および圧電振動板３と集積回路素子２との電気的な接続領域を別々にセラミックベースの堤部（側壁部）１１、段差部１０ｃ、および収納部１０に対して形成する必要がなくなり、セラミックベース１の小型化・低背化に対応できる。
【００４５】
また前記第１の収納部１０ａの平面積や集積回路素子２の平面積に応じて搭載できる圧電振動板３の大きさや保持形態が制限されることがなくなり、圧電発振器に使用する圧電振動板３の設計の幅が飛躍的に広まり無駄がなくなる。特に第１の収納部１０ａより小さな圧電振動板３でも容易に搭載でき、回路基板４が圧電振動板３を支えて第１の収納部１０ａに圧電振動板３が傾いて搭載されることがない。
【００４６】
さらに駆動時に発熱した集積回路素子２の熱的な悪影響も回路基板４が間に介在していることで、圧電振動板３に対してより軽減された状態で伝わり、周波数温度特性などの電気的特性の低下が少ない。
【００４７】
また、前記回路基板４の底面側の第１の配線パターン４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆと前記集積回路素子２の配線パッドＰ、および前記ベースの段差部の上面の配線パターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとを金属バンプＣのみにより接合しているので、導電性樹脂接着剤やろう材を用いて接合する場合に比べて各接合領域が省スペースでかつ確実な電気的機械的な接合が行え、接合する際に不要なガスが発生することがない。このため段差部１０ｃの面積をより縮小することができ、セラミックベース１のさらなる小型化に対応できるだけでなく、圧電発振器の電気的な性能に悪影響を与えることがないので、エージング特性を向上させることができる。
【００４８】
また、ワイヤボンディングを用いて集積回路素子２とセラミックベース１を接続する構成に比べて、ワイヤボンディングの上部に圧電振動板３や回路基板４などの他の部材が直接接触しないようなギャップとなる空間が不要となり、セラミックベース１の低背化により対応しやすい構成となる。
【００４９】
さらに本発明ではセラミックベースの段差部１０ｃと集積回路素子２を介してセラミックベースの第１の収納部１０ａの上部に回路基板４が接合されているので、セラミックベース１の機械的な曲げ強度を高めることができる。特にセラミックベースの曲げ強度を高めることで、シーム封止やビーム封止などの局所的な加熱で気密封止した際に生じやすいセラミックベースのクラックが抑制できる。
【００５０】
また、本実施形態では金属バンプＣを金などからなる同材質で同形状のものを用いるため、前記回路基板の底面側の第１の配線パターン４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆと前記集積回路素子２の配線パッドＰ、および前記ベースの段差部の上面の配線パターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ間における金属バンプＣの接合強度を均一にできる。しかも同材質の金属バンプＣを用いることで接合条件が同じになるので、回路基板４の上部から超音波を印加して同時にＦＣＢ接合することができ、その際の強度のバラツキが生じることもない。
【００５１】
また、本実施形態の製造方法により、前記回路基板４の上部から超音波ボンディングツールを用いて、前記集積回路素子２、前記セラミックベース１、および前記回路基板４の三つを同時に極めて容易かつ効率的に電気的機械的に超音波接合することができる。これらが接合された回路基板４の上面側に対して圧電振動板３を導電性樹脂接着剤Ｓにより接合するので、第１の収納部１０ａに対して圧電振動板３が落ち込んだり傾くことがなくなり、より安定した状態で圧電振動板３と回路基板４の接合が行える。
【００５２】
本発明の他の実施形態について、図７とともに説明する。図７は本発明の他の実施の形態を示す断面図である。なお、基本構成は上述の実施の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、相違点のみを説明する。
【００５３】
前記第１の収納部に搭載される集積回路素子２は、配線パッドが形成されない底面側で例えば樹脂接着剤Ｊを介して前記ベースの第１の収納部の内底面に対して機械的に接合されている。前記集積回路素子２の上方には所定の間隔をもって回路基板４が搭載される。この際、本変形例では、前記回路基板４の第１の配線パターン４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆと、これらの第１の配線パターンの位置に対応して前記第１の収納部に搭載された集積回路素子２の上面の複数の配線パッドＰとが金などの金属バンプＣ（導電性接合材）を介してＦＣＢにより接続される点では上記実施形態と同様である。しかし、前記セラミックベース１の段差部上面の配線パターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、これらの配線パターンの位置に対応して前記回路基板４の第１の配線パターン４１ａ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆとが例えばペースト状であり銀フィラー等の金属微小片を含有するシリコーン系の導電性樹脂接着剤Ｓ（導電性接合材）を用いて、お互いを電気的機械的に接合している点が相違している。なお、シリコーン系の導電性樹脂接着剤に限らず、他の樹脂剤でもよく、さらにはんだ等の金属ろう材を用いてもよい。この構成では、予め集積回路素子２のみを回路基板４に対して金属バンプＣを介してＦＣＢ接合し、当該回路基板を導電性樹脂接着剤Ｓが塗布されたセラミックベースの段差部１０ｃと樹脂接着剤Ｊが塗布されたセラミックベースの第１の収納部１０ａの内底面に対して搭載して接合することで容易に得られる。
【００５４】
上記実施形態の変形例により、セラミックベースの段差部１０ｃの平坦性のバラツキや前記回路基板４とセラミックベースの段差部１０ｃの隙間のバラツキを前記導電性樹脂接着材Ｓの接合領域で吸収してより確実な電気的機械的な接合が行える。特にシリコーン系などの柔軟な導電性樹脂接着材を用いた場合、圧電振動板２に対する外部衝撃がやわらげられるので、耐衝撃性能が向上する。なお、本変形例では前記セラミックベース１の段差部と前記回路基板４との接合に用いる導電性接合材と、圧電振動板３と回路基板４との接合に用いる導電性接合材とを同材質のシリコーン系の導電性樹脂接着剤を用いている。このようにお互いの導電性接合材を同材質の物を用いることで、導電性接合材の接合するための工程上の条件（樹脂接着剤の場合には硬化温度、ろう材の場合には溶融温度等）を同じにすることができるため製造上好ましい形態となる。
【００５５】
上記した本発明の各実施形態では、圧電振動板としてＡＴカット水晶振動板を用いているが、これに限定されるものでなく、音叉型水晶振動板であってもよい。また、圧電振動板として水晶を材料としているが、これに限定されるものではなく、圧電セラミックスやＬｉＮｂＯ3等の圧電単結晶材料を用いてもよい。すなわち、任意の圧電振動板が適用可能である。また、圧電振動板を回路基板上部で片持ち保持するものを例にしているが、圧電振動板の両端を保持する構成であってもよい。また本発明の各実施形態における封止構成としては、シーム封止に限らず、ビーム封止（例えば、レーザビーム、電子ビーム）やガラス封止、ろう材封止等であってもよい。
【００５６】
本発明は、その思想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、上述の実施例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。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態を示す断面図。
【図２】本発明の実施の形態を示す蓋をする前の平面図。
【図３】本発明の実施の形態を示す回路基板の平面図。
【図４】図３の底面図。
【図５】本発明の実施の形態にかかる表面実装型水晶発振器の概略工程図。
【図６】本発明の実施の形態の変形例を示す断面図。
【図７】本発明の他の実施の形態を示す断面図。
【符号の説明】
【００５８】
１ セラミックベース
２ 集積回路素子
３ 圧電振動板
４ 回路基板
Ｓ 導電性樹脂接着剤
Ｃ 金属バンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁性のベース上に圧電振動板と集積回路素子が実装された表面実装型圧電発振器に関するものであって、特に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】
水晶等の圧電振動板を用いた圧電発振器は、安定して精度の高い発振周波数を得ることができるため、電子機器等の基準周波数源として多種の分野で使用されている。表面実装型圧電発振器では、絶縁性のベースとしてセラミック多層基板を用い、当該ベースの収納部に発振回路用の集積回路素子を配置するとともに、当該集積回路素子の上方に水晶振動板を支持固定し、気密封止を行ったものである。このような構成は集積回路素子のカスタム化により比較的部品点数が少なく、シンプルな構成であり、低コスト化に寄与している。
【０００３】
このような集積回路素子は、ベースに形成された配線パターンに対して、ワイヤボンディング工法を用いて接続するか、あるいは金属バンプ（Ａｕ等）を介したフェイスダウンボンディングの工法（以下「ＦＣＢ」という）を用いて接続することで、圧電振動子や端子電極等と電気的に接続されている（例えば、下記する特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３５６６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、電子機器の小型化が進んでおり、この小型化にともない上記したような表面実装型圧電発振器も小型化が進められている。そのため、例えば、上記した特許文献１に示すような表面実装型圧電発振器では、圧電振動板や集積回路素子を搭載するための平面領域を狭めて形成したり、収納部の高さをできるだけ低く形成することが求められている。
【０００５】
また、集積回路素子を収納する収納部の大きさに応じて、上部に配置される圧電振動板の大きさが限定されるので、搭載領域の無駄が生じやすい。集積回路素子とベースの電気的な接続領域と圧電振動板とベースの電気的な接続領域も別々に形成されるので搭載領域の拡大につながるものであった。
【０００６】
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、搭載領域の無駄をなくしながら小型化・低背化に対応した表面実装型圧電発振器とその製造方法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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の表面実装型圧電発振器では特許請求項１に示すように、励振電極と引出電極が形成された圧電振動板と一主面に配線パッドが形成された集積回路素子を有し、これらを収納する絶縁性のベースを有する表面実装型圧電発振器であって、前記ベースは上面側に側壁部と収納部、底面側に端子電極を有しており、前記収納部は内底面に前記集積回路素子が収納される第１の収納部と、当該第１の収納部の側壁部と接続された段差部と、前記圧電振動板が収納されるとともに前記第１の収納部と前記段差部の上面に配置される第２の収納部とが形成されており、表裏面に配線パターンが形成された板状の回路基板の上面側の配線パターンと前記圧電振動板の引出電極とが導電性接合材で接合され、当該回路基板の底面側の配線パターンと前記集積回路素子の配線パッドとが導電性接合材で接合されるとともに、当該回路基板のみにより圧電振動板と集積回路素子とがお互いに電気的に接続されてなり、前記段差部上面の配線パターンと前記回路基板の底面側の配線パターンの一部とが導電性接合材で接合されることで、回路基板の配線パターンが前記ベースの端子電極に導出されてなることを特徴とする。
【０００８】
上記構成により、表裏面に圧電振動板と集積回路素子が導電接合材により接合された板状の回路基板が前記ベースの段差部のみで導電性接合材により接合されているので、圧電振動板とベースとの電気的な接続領域、集積回路素子とベースの電気的な接続領域、および圧電振動板と集積回路素子との電気的な接続領域を別々にベースの側壁部、段差部、および収納部に形成する必要がなくなり、ベースの小型化・低背化に対応できる。
【０００９】
また前記第１の収納部の平面積や集積回路素子の平面積に応じて搭載できる圧電振動板の大きさや保持形態が制限されることがなくなり、圧電発振器に使用する圧電振動板の設計の幅が飛躍的に広まり無駄がなくなる。特に第１の収納部より小さな圧電振動板でも容易に搭載でき、回路基板が圧電振動板を支えて第１の収納部に圧電振動板が傾いて搭載されることがない。
【００１０】
さらに駆動時に発熱した集積回路素子の熱的な悪影響も回路基板が間に介在していることで、圧電振動板に対してより軽減された状態で伝わり、周波数温度特性などの電気的特性の低下が少ない。
【００１１】
また、本発明の特許請求項２に示すように、上述の構成に加え、前記集積回路素子の配線パッドが形成されない主面が前記ベースの第１の収納部内底面に対して機械的に接合されてなり、前記回路基板の底面側の配線パターンと前記集積回路素子の配線パッド、および前記ベースの段差部の上面の配線パターンと前記回路基板の底面側の配線パターンとを金属バンプにより接合してなることを特徴とする。
【００１２】
上記構成により、上述の作用効果に加えて、前記回路基板の底面側の配線パターンと前記集積回路素子の配線パッド、および前記ベースの段差部の上面の配線パターンとを金属バンプのみにより接合しているので、導電性樹脂接着剤やろう材を用いて接合する場合に比べて各接合領域が省スペースでかつ確実な電気的機械的な接合が行え、接合する際に不要なガスが発生することがない。このため段差部の面積をより縮小することができ、ベースのさらなる小型化に対応できるだけでなく、圧電発振器の電気的な性能に悪影響を与えることがないので、エージング特性を向上させることができる。
【００１３】
また、ワイヤボンディングを用いて集積回路素子とベースを接続する構成に比べて、ワイヤボンディングの上部に圧電振動板や回路基板などの他の部材が直接接触しないようなギャップとなる空間が不要となり、ベースの低背化により対応しやすい構成となる。
【００１４】
さらに本発明ではベースの段差部と集積回路素子を介してベースの第１の収納部の上部に回路基板が接合されているので、ベースの機械的な曲げ強度を高めることができる。特にベースの曲げ強度を高めることで、シーム封止やビーム封止などの局所的な加熱で気密封止した際に生じやすいベースのクラックが抑制できる。
【００１５】
また、上述の構成に加え、これらに使用される金属バンプは同材質で同形状のものを用いることが好ましい。このような構成では、前記回路基板の底面側の配線パターンと前記集積回路素子の配線パッド、および前記ベースの段差部の上面の配線パターン間における金属バンプの接合強度を均一にできる。しかも同材質の金属バンプを用いることで接合条件が同じになるので、回路基板の上部から超音波を印加して同時にＦＣＢ接合することができ、その際の強度のバラツキが生じることもない。
【００１６】
また、本発明の特許請求項３に示すように、上述の構成に加え、前記集積回路素子の配線パッドが形成されない主面が前記ベースの第１の収納部内底面に対して機械的に接合されてなり、前記回路基板の底面側の配線パターンと前記集積回路素子の配線パッドを金属バンプにより接合してなり、前記ベースの段差部の上面の配線パターンと前記回路基板の底面側の配線パターンとを導電性樹脂接着材あるいは金属ろう材により接合してなることを特徴とする。
【００１７】
上記構成により、上述の作用効果に加えて、前記回路基板の底面側の配線パターンと前記集積回路素子の配線パッドを金属バンプにより接合してなり、前記ベースの段差部の上面の配線パターンと前記回路基板の底面側の配線パターンとを導電性樹脂接着材あるいは金属ろう材により接合しているので、ベースの段差部の平坦性のバラツキや前記回路基板とベースの段差部の隙間のバラツキを導電性樹脂接着材や金属ろう材の接合領域で吸収してより確実な電気的機械的な接合が行える。特に導電性樹脂接着材を用いた場合、圧電振動板に対する外部衝撃がやわらげられるので、耐衝撃性能が向上する。
【００１８】
また、ワイヤボンディングを用いて集積回路素子とベースを接続する構成に比べて、ワイヤボンディングの上部に圧電振動板や回路基板などの他の部材が直接接触しないようなギャップとなる空間が不要となり、ベースの低背化により対応しやすい構成となる。
【００１９】
さらに本発明ではベースの段差部と集積回路素子を介してベースの第１の収納部の上部に回路基板が接合されているので、ベースの機械的な曲げ強度を高めることができる。特にベースの曲げ強度を高めることで、シーム封止やビーム封止などの局所的な加熱で気密封止した際に生じやすいベースのクラックが抑制できる。
【００２０】
上記の目的を達成するために、本発明の表面実装型圧電発振器の製造方法では特許請求項４に示すように、励振電極と引出電極が形成された圧電振動板と、一主面に配線パッドが形成された集積回路素子と、前記集積回路素子が収納される第１の収納部と、当該第１の収納部の側壁部と接続された段差部と当該段差部上面に形成された配線パターンと、前記圧電振動板が収納されるとともに前記第１の収納部と前記段差部の上面に配置される第２の収納部とが形成されたベースと、表裏面に配線パターンが形成され、当該表裏の配線パターンがお互いに電気的に接続された板状の回路基板とを有する表面実装型圧電発振器の製造方法であって、前記集積回路素子の配線パッドが形成されない他主面を前記ベースの第１の収納部内底面にダイボンディングする工程と、前記集積回路素子の配線パッドと前記ベースの段差部の配線パターン、あるいは前記回路基板の裏面側の配線パターンのうちの少なくとも一方に金属バンプを形成する工程と、前記集積回路素子の配線パッドと前記ベースの段差部の配線パッドに対して前記金属バンプが介在した状態で前記回路基板の裏面側の配線パターンを重ね合わせて超音波接合することでお互いに電気的機械的に接合する工程と、前記集積回路素子とベースに接合された回路基板の上面側の配線パターンに対して圧電振動板の引出電極とを導電性接合材により接合する工程とからなることを特徴とする。
【００２１】
上記製造方法により、前記回路基板の上部から超音波ボンディングツールを用いて、前記集積回路素子、前記ベース、および前記回路基板の三つを同時に極めて容易かつ効率的に電気的機械的に超音波接合することができる。これらが接合された回路基板の上面側に対して圧電振動板を導電性接合材により接合するので、第１の収納部に対して圧電振動板が落ち込んだり傾くことがなくなり、より安定した状態で圧電振動板と回路基板の接合が行える。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明は、搭載領域の無駄をなくしながら小型化・低背化に対応した表面実装型圧電発振器とその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。本発明による実施形態につき表面実装型水晶発振器を例にとり図面とともに説明する。図１は本発明の実施の形態を示す断面図、図２は本発明の実施の形態を示す蓋をする前の平面図、図３は本発明の実施の形態を示す回路基板の平面図、図４は図３の底面図、図５は本発明の実施の形態にかかる表面実装型水晶発振器の概略工程図である。
【００２４】
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１（絶縁性のベース）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、当該圧電振動板を搭載する回路基板４と、セラミックベースの開口部に接合される蓋５とからなる。
【００２５】
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あるいはモリブデン等の導電材料を適宜積層した構成であり、断面で見て上面側に堤部（側壁部）１１と収納部１０を有し、底面側に端子電極１４を有する略凹形状に構成されている。収納部１０は第１の収納部１０ａと第２の収納部１０ｂからなり、それぞれ集積回路素子２と圧電振動板３が収納される。収納部周囲には堤部（側壁部）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封止用部材１１ａが形成されている。当該封止用部材として例えば、タングステンあるいはモリブデンなどのメタライズ層が主体となるもの、コバールなどの金属リングが主体となるものがあげられる。
【００２６】
セラミックベース１内部において、内底面には前述のとおり集積回路素子２を収納する第１の収納部１０ａが形成され、当該第１の収納部の側壁部と接続された段差部１０ｃとが形成されており、後述する圧電振動板３が収納されるとともに前記第１の収納部と前記段差部の上面に配置される第２の収納部１０ｂとが形成されている。
【００２７】
前記段差部１０ｃの上面には配線パターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが形成されており、図示しないキャスタレーションや導電ビアを介して最終的にセラミックベースの底面に形成された端子電極１４へと導かれるように構成されている。こ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、前記各配線パターンは前述の金属層１１ａ形成と同様にタングステンあるいはモリブデ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。
【００２８】
前記第１の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、その上面には複数の配線パッドＰが形成されている。当該集積回路素子２は、配線パッドが形成されない底面側で例えば樹脂接着剤Ｊを介して前記ベースの第１の収納部の内底面に対して機械的に接合されている。
【００２９】
前記集積回路素子２の上方には所定の間隔をもって、エポキシ系樹脂基板やイミド系樹脂基板、セラミック基板、ガラス基板、水晶基板などからなる回路基板４が搭載される。この回路基板４は厚さを例えば２００μ以下に設定しているおり、セラミックベース１の低背化を妨げることがない。回路基板４は、図３に示すようにその上面側には後述する圧電振動板３と接続される第２の配線パターン４２ａ，４２ｂが形成され、図４に示すようにその底面側には前記集積回路素子２と接続される例えば６つの第１の配線パターン４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆが複数並んで形成されている。このうち第２の配線パターン４２ａは図示しないキャスタレーションや導電ビアにより前記第１の配線パターン４１ｃに接続されており、第２の配線パターン４２ｂは図示しないキャスタレーションや導電ビアにより前記第１の配線パターン４１ｂに接続されている。
【００３０】
そして、前記回路基板４の第１の配線パターン４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆの一端部と、これらの第１の配線パターンの位置に対応して前記第１の収納部に搭載された集積回路素子２の上面の複数の配線パッドＰとが金などの金属バンプＣ（導電性接合材）を介してＦＣＢにより接続されるとともに、前記セラミックベース１の配線パターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、これらの配線パターンの位置に対応して前記回路基板４の第１の配線パターン４１ａ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆの他端部とが同じく金などの金属バンプＣを介してＦＣＢにより接続される。
【００３１】
前記回路基板４の上方には所定の間隔をもって、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３１，３２（３２については図示せず）と、この励振電極を前記回路基板の上面側に形成された第２の配線パターン４２ａ，４２ｂと導通するための引出電極３３，３４とが形成されている。なお図示していないが圧電振動板３の表裏両主面に対して引出電極３３，３４が引き回して形成されており、圧電振動板の表裏主面のどちらでも搭載できるように構成されている。これらの各電極は、クロムやニッケルなどの下地電極層と、銀や金などを主材料とする電極層とから構成された積層薄膜である。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。
【００３２】
圧電振動板３と回路基板４との接合は、例えばペースト状であり銀フィラー等の金属微小片を含有するシリコーン系の導電性樹脂接着剤Ｓ（導電性接合材）を用いている。前記集積回路素子２とセラミックベース１に接合された回路基板４の上面側の第２の配線パターン４２ａ，４２ｂに対して、前記圧電振動板３の引出電極３３，３４が、例えばペースト状であり銀フィラー等の金属微小片を含有するシリコーン系の導電性樹脂接着剤Ｓ（導電性接合材）を用いて、お互いを電気的機械的に接合し、例えば図１に示すように、片持ち保持されている。なお、導電性接合材として本形態で示したシリコーン系の導電性樹脂接着剤に限らず、他の樹脂剤でもよく、さらにはんだ等の金属ろう材や金属バンプ、金属めっきバンプを用いてもよい。
【００３３】
セラミックベース１を気密封止する蓋５は、例えば、コバール等からなるコア材に金属ろう材などの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、銀ろう層がセラミックベースの金属層と接合される構成となる。金属製の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。
【００３４】
収納部１０に集積回路素子２と回路基板４、圧電振動板３が格納されたセラミックベース１を前記金属製の蓋５にて被覆し、金属製の蓋５の封止材とセラミックベースの封止用部材１１ａを溶融硬化させ、気密封止を行うことで表面実装型圧電発振器の完成となる。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、前記金属製の蓋５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、金属製の蓋５に形成された銀ろう（封止材）とセラミックベース１の金属層１１ａ（封止用部材）を溶接させ、気密封止が行われる。
【００３５】
なお上記実施形態に限らず、図６に示すように、前記第１の収納部に搭載される集積回路素子２は、金属バンプＣを介して前記回路基板４のみで電気的機械的に接合されるだけで、前記セラミックベースの第１の収納部の内底面に対して所定の隙間寸法が介在した状態で第１の収納部の内底面に対して機械的に接合されない構成であってもよい。この構成では予め集積回路素子２のみが金属バンプＣを介してＦＣＢ接合された回路基板４をセラミックベース１の段差部１０ｃに対して再び金属バンプＣを介してＦＣＢ接合することで容易に得られる。
【００３６】
次に、上記した表面実装型水晶発振器の製造工程の一例について、図５とともに説明する。
【００３７】
図５（ａ）に示す工程では、前記集積回路素子２を収納する第１の収納部１０ａと、当該第１の収納部の側壁部と接続された段差部１０ｃと、当該段差部上面の配線パターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、前記圧電振動板３が収納されるとともに前記第１の収納部と前記段差部の上面に配置される第２の収納部１０ｂとが形成されたセラミックベース１を準備している。
【００３８】
図５（ｂ）に示す工程では、前記集積回路素子２の配線パッドが形成されない他主面を前記ベースの第１の収納部１０ａの内底面に対して、例えば樹脂接着剤Ｊを介して機械的に接合している（ダイボンディングする工程）。
【００３９】
図５（ｃ）に示す工程では、前記集積回路素子２の上面の複数の配線パッドＰの上部、および前記ベースの段差部の配線パターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの上部に対して、金などの金属バンプＣ（導電性接合材）を熱圧着等のワイヤボンディング技術を用いたバンプボンダにより図示しないボンディングツール（キャピラリ等）から連続して形成される。なお、この金属バンプＣの形成は、前記回路基板４の第１の配線パターン４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆの上部に対してのみ同様の手法により形成してもよく、前記配線パッドＰと前記配線パターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの上部だけでなく、前記第１の配線パターン４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆの上部にも同様の手法により金属バンプＣを両方とも形成してもよい。
【００４０】
図５（ｄ）に示す工程では、前記集積回路素子２の配線パッドＰと前記ベースの段差部の配線パターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに対して前記金属バンプＣが介在した状態で前記回路基板４の裏面側の第１の配線パターン４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆを重ね合わせ、図示しないボンディングツール（超音波ウェルダ等）により回路基板４を金属バンプＣ上に押しつけ、静圧力を印加する。つまり、ボンディングツールを所定の周波数で振動させることにより、集積回路素子２と回路基板４、および回路基板４とセラミックベース１とを金属バンプＣを介してＦＣＢ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ｂｏｎｄｉｎｇ）法により上記ボンディングツールにより超音波接合され、お互いに電気的機械的に接合する。
【００４１】
図５（ｅ）に示す工程では、前記集積回路素子２とセラミックベース１に接合された回路基板４の上面側の第２の配線パターン４２ａ，４２ｂと前記圧電振動板３の引出電極３３，３４との間に、例えばペースト状であり銀フィラー等の金属微小片を含有するシリコーン系の導電性樹脂接着剤Ｓ（導電性接合材）が介在しており、加熱により硬化させることで、お互いを電気的機械的に接合している。
【００４２】
その後、周波数調整工程やアニーリング工程などの必要な処理を行い、蓋５により気密封止を行うことで表面実装型圧電発振器の完成となる。
【００４３】
なお上記実施形態の製造方法に限らず、予め集積回路素子２のみを回路基板４に対して金属バンプＣを介してＦＣＢ接合し、セラミックベースの段差部１０ｃ等に金属バンプＣを取り付け、回路基板４とセラミックベース１のみを金属バンプＣを介してＦＣＢ接合した後に、回路基板４とセラミックベース１の隙間からノズルを差し込むことで前記集積回路素子２の配線パッドが形成されない他主面を前記セラミックベースの第１の収納部１０ａの内底面に対して、例えば樹脂接着剤Ｊを介して機械的に接合してもよい。また、上記ダイボンディングする工程を省略して、予め集積回路素子２のみを回路基板４に対して金属バンプＣを介してＦＣＢ接合した後に、セラミックベースの段差部１０ｃ等に金属バンプＣを取り付け、回路基板４とセラミックベース１のみを金属バンプＣを介してＦＣＢ接合してもよい。
【００４４】
上記本発明の実施形態により、表裏面に圧電振動板３と集積回路素子２が導電性樹脂接着剤Ｓと金属バンプＣにより接合された板状の回路基板４が前記セラミックベース１の段差部１０ｃのみで金属バンプＣにより接合されているので、圧電振動板３とセラミックベース１との電気的な接続領域、集積回路素子２とセラミックベース１の電気的な接続領域、および圧電振動板３と集積回路素子２との電気的な接続領域を別々にセラミックベースの堤部（側壁部）１１、段差部１０ｃ、および収納部１０に対して形成する必要がなくなり、セラミックベース１の小型化・低背化に対応できる。
【００４５】
また前記第１の収納部１０ａの平面積や集積回路素子２の平面積に応じて搭載できる圧電振動板３の大きさや保持形態が制限されることがなくなり、圧電発振器に使用する圧電振動板３の設計の幅が飛躍的に広まり無駄がなくなる。特に第１の収納部１０ａより小さな圧電振動板３でも容易に搭載でき、回路基板４が圧電振動板３を支えて第１の収納部１０ａに圧電振動板３が傾いて搭載されることがない。
【００４６】
さらに駆動時に発熱した集積回路素子２の熱的な悪影響も回路基板４が間に介在していることで、圧電振動板３に対してより軽減された状態で伝わり、周波数温度特性などの電気的特性の低下が少ない。
【００４７】
また、前記回路基板４の底面側の第１の配線パターン４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆと前記集積回路素子２の配線パッドＰ、および前記ベースの段差部の上面の配線パターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとを金属バンプＣのみにより接合しているので、導電性樹脂接着剤やろう材を用いて接合する場合に比べて各接合領域が省スペースでかつ確実な電気的機械的な接合が行え、接合する際に不要なガスが発生することがない。このため段差部１０ｃの面積をより縮小することができ、セラミックベース１のさらなる小型化に対応できるだけでなく、圧電発振器の電気的な性能に悪影響を与えることがないので、エージング特性を向上させることができる。
【００４８】
また、ワイヤボンディングを用いて集積回路素子２とセラミックベース１を接続する構成に比べて、ワイヤボンディングの上部に圧電振動板３や回路基板４などの他の部材が直接接触しないようなギャップとなる空間が不要となり、セラミックベース１の低背化により対応しやすい構成となる。
【００４９】
さらに本発明ではセラミックベースの段差部１０ｃと集積回路素子２を介してセラミックベースの第１の収納部１０ａの上部に回路基板４が接合されているので、セラミックベース１の機械的な曲げ強度を高めることができる。特にセラミックベースの曲げ強度を高めることで、シーム封止やビーム封止などの局所的な加熱で気密封止した際に生じやすいセラミックベースのクラックが抑制できる。
【００５０】
また、本実施形態では金属バンプＣを金などからなる同材質で同形状のものを用いるため、前記回路基板の底面側の第１の配線パターン４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆと前記集積回路素子２の配線パッドＰ、および前記ベースの段差部の上面の配線パターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ間における金属バンプＣの接合強度を均一にできる。しかも同材質の金属バンプＣを用いることで接合条件が同じになるので、回路基板４の上部から超音波を印加して同時にＦＣＢ接合することができ、その際の強度のバラツキが生じることもない。
【００５１】
また、本実施形態の製造方法により、前記回路基板４の上部から超音波ボンディングツールを用いて、前記集積回路素子２、前記セラミックベース１、および前記回路基板４の三つを同時に極めて容易かつ効率的に電気的機械的に超音波接合することができる。これらが接合された回路基板４の上面側に対して圧電振動板３を導電性樹脂接着剤Ｓにより接合するので、第１の収納部１０ａに対して圧電振動板３が落ち込んだり傾くことがなくなり、より安定した状態で圧電振動板３と回路基板４の接合が行える。
【００５２】
本発明の他の実施形態について、図７とともに説明する。図７は本発明の他の実施の形態を示す断面図である。なお、基本構成は上述の実施の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、相違点のみを説明する。
【００５３】
前記第１の収納部に搭載される集積回路素子２は、配線パッドが形成されない底面側で例えば樹脂接着剤Ｊを介して前記ベースの第１の収納部の内底面に対して機械的に接合されている。前記集積回路素子２の上方には所定の間隔をもって回路基板４が搭載される。この際、本変形例では、前記回路基板４の第１の配線パターン４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆと、これらの第１の配線パターンの位置に対応して前記第１の収納部に搭載された集積回路素子２の上面の複数の配線パッドＰとが金などの金属バンプＣ（導電性接合材）を介してＦＣＢにより接続される点では上記実施形態と同様である。しかし、前記セラミックベース１の段差部上面の配線パターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、これらの配線パターンの位置に対応して前記回路基板４の第１の配線パターン４１ａ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆとが例えばペースト状であり銀フィラー等の金属微小片を含有するシリコーン系の導電性樹脂接着剤Ｓ（導電性接合材）を用いて、お互いを電気的機械的に接合している点が相違している。なお、シリコーン系の導電性樹脂接着剤に限らず、他の樹脂剤でもよく、さらにはんだ等の金属ろう材を用いてもよい。この構成では、予め集積回路素子２のみを回路基板４に対して金属バンプＣを介してＦＣＢ接合し、当該回路基板を導電性樹脂接着剤Ｓが塗布されたセラミックベースの段差部１０ｃと樹脂接着剤Ｊが塗布されたセラミックベースの第１の収納部１０ａの内底面に対して搭載して接合することで容易に得られる。
【００５４】
上記実施形態の変形例により、セラミックベースの段差部１０ｃの平坦性のバラツキや前記回路基板４とセラミックベースの段差部１０ｃの隙間のバラツキを前記導電性樹脂接着材Ｓの接合領域で吸収してより確実な電気的機械的な接合が行える。特にシリコーン系などの柔軟な導電性樹脂接着材を用いた場合、圧電振動板２に対する外部衝撃がやわらげられるので、耐衝撃性能が向上する。なお、本変形例では前記セラミックベース１の段差部と前記回路基板４との接合に用いる導電性接合材と、圧電振動板３と回路基板４との接合に用いる導電性接合材とを同材質のシリコーン系の導電性樹脂接着剤を用いている。このようにお互いの導電性接合材を同材質の物を用いることで、導電性接合材の接合するための工程上の条件（樹脂接着剤の場合には硬化温度、ろう材の場合には溶融温度等）を同じにすることができるため製造上好ましい形態となる。
【００５５】
上記した本発明の各実施形態では、圧電振動板としてＡＴカット水晶振動板を用いているが、これに限定されるものでなく、音叉型水晶振動板であってもよい。また、圧電振動板として水晶を材料としているが、これに限定されるものではなく、圧電セラミックスやＬｉＮｂＯ3等の圧電単結晶材料を用いてもよい。すなわち、任意の圧電振動板が適用可能である。また、圧電振動板を回路基板上部で片持ち保持するものを例にしているが、圧電振動板の両端を保持する構成であってもよい。また本発明の各実施形態における封止構成としては、シーム封止に限らず、ビーム封止（例えば、レーザビーム、電子ビーム）やガラス封止、ろう材封止等であってもよい。
【００５６】
本発明は、その思想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、上述の実施例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。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態を示す断面図。
【図２】本発明の実施の形態を示す蓋をする前の平面図。
【図３】本発明の実施の形態を示す回路基板の平面図。
【図４】図３の底面図。
【図５】本発明の実施の形態にかかる表面実装型水晶発振器の概略工程図。
【図６】本発明の実施の形態の変形例を示す断面図。
【図７】本発明の他の実施の形態を示す断面図。
【符号の説明】
【００５８】
１ セラミックベース
２ 集積回路素子
３ 圧電振動板
４ 回路基板
Ｓ 導電性樹脂接着剤
Ｃ 金属バンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励振電極と引出電極が形成された圧電振動板と一主面に配線パッドが形成された集積回路素子を有し、これらを収納する絶縁性のベースを有する表面実装型圧電発振器であって、
前記ベースは上面側に側壁部と収納部、底面側に端子電極を有しており、
前記収納部は内底面に前記集積回路素子が収納される第１の収納部と、
当該第１の収納部の側壁部と接続された段差部と、
前記圧電振動板が収納されるとともに前記第１の収納部と前記段差部の上面に配置される第２の収納部とが形成されており、
表裏面に配線パターンが形成された板状の回路基板の上面側の配線パターンと前記圧電振動板の引出電極とが導電性接合材で接合され、当該回路基板の底面側の配線パターンと前記集積回路素子の配線パッドとが導電性接合材で接合されるとともに、当該回路基板のみにより圧電振動板と集積回路素子とがお互いに電気的に接続されてなり、
前記段差部上面の配線パターンと前記回路基板の底面側の配線パターンの一部とが導電性接合材で接合されることで、回路基板の配線パターンが前記ベースの端子電極に導出されてなることを特徴とする表面実装型圧電発振器。
【請求項２】
前記集積回路素子の配線パッドが形成されない主面が前記ベースの第１の収納部内底面に対して機械的に接合されてなり、前記回路基板の底面側の配線パターンと前記集積回路素子の配線パッド、および前記ベースの段差部の上面の配線パターンと前記回路基板の底面側の配線パターンとを金属バンプにより接合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３】
前記集積回路素子の配線パッドが形成されない主面が前記ベースの第１の収納部内底面に対して機械的に接合されてなり、前記回路基板の底面側の配線パターンと前記集積回路素子の配線パッドを金属バンプにより接合してなり、前記ベースの段差部の上面の配線パターンと前記回路基板の底面側の配線パターンとを導電性樹脂接着材あるいは金属ろう材により接合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４】
励振電極と引出電極が形成された圧電振動板と、
一主面に配線パッドが形成された集積回路素子と、
前記集積回路素子が収納される第１の収納部と、当該第１の収納部の側壁部と接続された段差部と当該段差部上面に形成された配線パターンと、前記圧電振動板が収納されるとともに前記第１の収納部と前記段差部の上面に配置される第２の収納部とが形成されたベースと、
表裏面に配線パターンが形成され、当該表裏の配線パターンがお互いに電気的に接続された板状の回路基板とを有する表面実装型圧電発振器の製造方法であって、
前記集積回路素子の配線パッドが形成されない他主面を前記ベースの第１の収納部内底面にダイボンディングする工程と、
前記集積回路素子の配線パッドと前記ベースの段差部の配線パターン、あるいは前記回路基板の裏面側の配線パターンのうちの少なくとも一方に金属バンプを形成する工程と、
前記集積回路素子の配線パッドと前記ベースの段差部の配線パッドに対して前記金属バンプが介在した状態で前記回路基板の裏面側の配線パターンを重ね合わせて超音波接合することでお互いに電気的機械的に接合する工程と、
前記集積回路素子とベースに接合された回路基板の上面側の配線パターンに対して圧電振動板の引出電極とを導電性接合材により接合する工程とからなることを特徴とする表面実装型圧電発振器の製造方法。
【請求項１】
励振電極と引出電極が形成された圧電振動板と一主面に配線パッドが形成された集積回路素子を有し、これらを収納する絶縁性のベースを有する表面実装型圧電発振器であって、
前記ベースは上面側に側壁部と収納部、底面側に端子電極を有しており、
前記収納部は内底面に前記集積回路素子が収納される第１の収納部と、
当該第１の収納部の側壁部と接続された段差部と、
前記圧電振動板が収納されるとともに前記第１の収納部と前記段差部の上面に配置される第２の収納部とが形成されており、
表裏面に配線パターンが形成された板状の回路基板の上面側の配線パターンと前記圧電振動板の引出電極とが導電性接合材で接合され、当該回路基板の底面側の配線パターンと前記集積回路素子の配線パッドとが導電性接合材で接合されるとともに、当該回路基板のみにより圧電振動板と集積回路素子とがお互いに電気的に接続されてなり、
前記段差部上面の配線パターンと前記回路基板の底面側の配線パターンの一部とが導電性接合材で接合されることで、回路基板の配線パターンが前記ベースの端子電極に導出されてなることを特徴とする表面実装型圧電発振器。
【請求項２】
前記集積回路素子の配線パッドが形成されない主面が前記ベースの第１の収納部内底面に対して機械的に接合されてなり、前記回路基板の底面側の配線パターンと前記集積回路素子の配線パッド、および前記ベースの段差部の上面の配線パターンと前記回路基板の底面側の配線パターンとを金属バンプにより接合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３】
前記集積回路素子の配線パッドが形成されない主面が前記ベースの第１の収納部内底面に対して機械的に接合されてなり、前記回路基板の底面側の配線パターンと前記集積回路素子の配線パッドを金属バンプにより接合してなり、前記ベースの段差部の上面の配線パターンと前記回路基板の底面側の配線パターンとを導電性樹脂接着材あるいは金属ろう材により接合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４】
励振電極と引出電極が形成された圧電振動板と、
一主面に配線パッドが形成された集積回路素子と、
前記集積回路素子が収納される第１の収納部と、当該第１の収納部の側壁部と接続された段差部と当該段差部上面に形成された配線パターンと、前記圧電振動板が収納されるとともに前記第１の収納部と前記段差部の上面に配置される第２の収納部とが形成されたベースと、
表裏面に配線パターンが形成され、当該表裏の配線パターンがお互いに電気的に接続された板状の回路基板とを有する表面実装型圧電発振器の製造方法であって、
前記集積回路素子の配線パッドが形成されない他主面を前記ベースの第１の収納部内底面にダイボンディングする工程と、
前記集積回路素子の配線パッドと前記ベースの段差部の配線パターン、あるいは前記回路基板の裏面側の配線パターンのうちの少なくとも一方に金属バンプを形成する工程と、
前記集積回路素子の配線パッドと前記ベースの段差部の配線パッドに対して前記金属バンプが介在した状態で前記回路基板の裏面側の配線パターンを重ね合わせて超音波接合することでお互いに電気的機械的に接合する工程と、
前記集積回路素子とベースに接合された回路基板の上面側の配線パターンに対して圧電振動板の引出電極とを導電性接合材により接合する工程とからなることを特徴とする表面実装型圧電発振器の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２３９４７５（Ｐ２００９−２３９４７５Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８０９３３（Ｐ２００８−８０９３３）
【出願日】平成２０年３月２６日（２００８．３．２６）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２６日（２００８．３．２６）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
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