特許 7423576 水晶振動子パッケージ構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-19

(45)【発行日】2024-01-29

(54)【発明の名称】水晶振動子パッケージ構造

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/09 20060101AFI20240122BHJP

   H03H 9/02 20060101ALI20240122BHJP

   H03H 9/19 20060101ALI20240122BHJP

【ＦＩ】

H03H9/09

H03H9/02 A

H03H9/19 D

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021128409

(22)【出願日】2021-08-04

(65)【公開番号】P2022155431

(43)【公開日】2022-10-13

【審査請求日】2021-08-04

(31)【優先権主張番号】110111482

(32)【優先日】2021-03-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】506413591

【氏名又は名称】台灣晶技股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100201329

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 真二郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167601

【弁理士】

【氏名又は名称】大島 信之

(74)【代理人】

【識別番号】100220917

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 忠大

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】彭 子修

【審査官】工藤 一光

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１１５５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１３６２８３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｈ９／０２－９／１３５

Ｈ０３Ｈ９／１５－９／２４

Ｈ０３Ｈ９／５４－９／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

頂部に凹部を有するパッケージベースと、
前記凹部内に設けられる複数の接着剤と、
複数の開口、少なくとも１つのフレーム部、２つの接続部及び共振部を有する略平板状の共振水晶片であって、前記複数の開口は前記少なくとも１つのフレーム部と前記共振部の間に位置して前記共振水晶片の上下両面を連通し、前記少なくとも１つのフレーム部は先端と末端を有し、前記少なくとも１つのフレーム部は前記２つの接続部を通じて前記共振部に接続し、前記少なくとも１つのフレーム部は前記少なくとも１つの接着剤により前記凹部内に設けられる、共振水晶片と、
前記パッケージベースの頂部に設けられ、前記凹部、少なくとも１つの接着剤及び前記共振水晶片を密封するカバーと、を含み、
前記複数の開口は、少なくとも１つの、前記共振水晶片の側面方向において外部空間と連通するオープンタイプの開口と、少なくとも１つの、前記共振水晶片の側面方向において外部空間と連通しないクローズタイプの開口と、を含み、
前記オープンタイプの開口は第１サブ開口及び第２サブ開口を含み、前記第１サブ開口は前記第２サブ開口及び外部空間と連通し、前記第１サブ開口は前記少なくとも１つのフレーム部の先端と末端の間に位置し、前記第２サブ開口は前記第１サブ開口、前記少なくとも１つのフレーム部、前記２つの接続部及び前記共振部に囲まれ、
前記共振部は平面視において長辺と短辺を含む長方形であり、
前記接続部は平面視において平行四辺形であり、
前記共振水晶片の平面視において、前記共振部の第１の長辺と前記２つの接続部の側辺が接続し、前記共振部の第２の長辺と前記２つの接続部の側辺は接続せず、前記共振部の前記第１の長辺と前記２つの接続部の側辺の夾角が、それぞれ１２０度より大きく１８０度より小さいことを特徴とする、
水晶振動子パッケージ構造。

【請求項2】

前記複数の接着剤は導電性接着剤である、請求項１に記載の水晶振動子パッケージ構造。

【請求項3】

前記少なくとも１つのフレーム部上、前記２つの接続部上及び前記共振部上に設けられ、前記共振部及び前記複数の接着剤に電気的に接続する電極層と、
前記凹部内に設けられるとともに、前記複数の接着剤と前記パッケージベースの間に位置し、前記パッケージベースの底部にはこのパッケージベース自体を貫通する複数の導電ビアを有し、前記複数の導電ビアが電気的に接続する複数の第１導電パッドと、
前記パッケージベースの外部底面に設けられ、前記複数の導電ビアに電気的に接続する複数の第２導電パッドと、
をさらに含む、請求項２に記載の水晶振動子パッケージ構造。

【請求項4】

前記複数の開口が占める面積を、前記少なくとも１つの開口、前記少なくとも１つのフレーム部、前記２つの接続部、及び前記共振部の総面積で割った値は０より大きく、かつ、前記値は０．３５以下である、請求項１に記載の水晶振動子パッケージ構造。

【請求項5】

前記共振水晶片はＡＴカット型共振水晶片又はＳＣカット型共振水晶片である、請求項１に記載の水晶振動子パッケージ構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はパッケージ構造に関し、特に、水晶振動子パッケージ構造に関する。

【背景技術】

【0002】

水晶素子は、安定した圧電特性を有し、精確かつ幅広い基準周波数、クロック制御、時間設定及びノイズのフィルタリング等の機能を提供でき、また、振動及び圧力等のセンサーにもなり、重要な光学素子にもなる。したがって、電子製品にとって、水晶素子は一挙手一投足が全体に影響を及ぼすような存在になっている。

【0003】

図１ａは先行技術の水晶振動子の構造断面図であり、図１ｂは先行技術の水晶振動子の構造分解図である。水晶振動子１はセラミックベース１０、水晶板１１、カバー１２、接着剤１３、第１導電パッド１４、第２導電パッド１５、第１電極層１６及び第２電極層１７を含む。水晶板１１は接着剤１３及び第１導電パッド１４によりセラミックベース１０の凹部内に設置され、第１電極層１６は水晶板１１の上面に設けられ、第２電極層１７は水晶板１１の底面に設けられ、セラミックベース１０は導電ビア１００を有し、第１導電パッド１４は導電ビア１００を通じて第２導電パッド１５に電気的に接続し、カバー１２は水晶板１１、接着剤１３、第１導電パッド１４、第１電極層１６及び第２電極層１７を覆う。水晶板１１は完全な長方形の水晶板であるため、その主振動部の振動が外部に伝わりやすく、水晶振動子１の振動周波数が不安定になってしまう。

【0004】

本発明は、上述の欠点に対し、従来技術の問題を解決する水晶振動子パッケージ構造を提案する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、水晶片の共振により外部まで振動が伝わるのを回避するとともに、振動周波数を安定させる水晶振動子パッケージ構造を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一実施形態において、提供される水晶振動子パッケージ構造は、パッケージベース、少なくとも１つの接着剤、共振水晶片及びカバーを含む。パッケージベースの頂部には凹部を有し、凹部内には接着剤が設けられる。共振水晶片は少なくとも１つの開口、少なくとも１つの接続部及び共振部を有し、この開口はフレーム部と共振部の間に位置し、フレーム部は接続部を通じて共振部に接続し、フレーム部は接着剤により凹部内に設けられる。カバーはパッケージベースの頂部に設けられ、凹部、接着剤及び共振水晶片を密封する。

【0007】

本発明の一実施形態において、接着剤は導電性接着剤である。

【0008】

本発明の一実施形態において、水晶振動子パッケージ構造は電極層、少なくとも１つの第１導電パッド及び複数の第２導電パッドをさらに含む。電極層は、フレーム部上、接続部上及び共振部上に設けられ、共振部及び接着剤に電気的に接続する。第１導電パッドは凹部内に設けられるとともに、接着剤とパッケージベースの間に位置し、パッケージベースの底部にはこのパッケージベース自体を貫通する複数の導電ビアを有し、全ての導電ビアは第１導電パッドに電気的に接続する。第２導電パッドはパッケージベースの底面に設けられ、全ての第２導電パッドは全ての導電ビアに電気的に接続する。

【0009】

本発明の一実施形態において、開口が占める面積を開口、フレーム部、接続部及び共振部の総面積で割った値は０より大きく、かつ、この値は０．３５以下である。

【0010】

本発明の一実施形態において、少なくとも１つの開口はクローズタイプの開口及びオープンタイプの開口を含む。

【0011】

本発明の一実施形態において、クローズタイプの開口又はオープンタイプの開口は門型形状である。

【0012】

本発明の一実施形態において、少なくとも１つの開口は２つオープンタイプの開口を含む

【0013】

本発明の一実施形態において、オープンタイプの開口は第１サブ開口及び第２サブ開口を含み、第１サブ開口はフレーム部の先端と末端の間に位置し、第２サブ開口は第１サブ開口、フレーム部、接続部及び共振部に囲まれる。

【0014】

本発明の一実施形態において、共振水晶片はＡＴカット型共振水晶片又はＳＣカット型共振水晶片である。

【0015】

本発明の一実施形態において、接着剤の数量は偶数であり、全ての接着剤は凹部内に均等に設けられる。

【0016】

本発明の一実施形態において、共振部は長方形であり、長方形の長辺と前記少なくとも１つの接続部の夾角は１２０度より大きく、かつ１８０度より小さい。

【発明の効果】

【0017】

上述によれば、水晶振動子パッケージ構造は、開口をフレーム部と共振部の間に形成することにより、水晶片の共振により外部まで振動が伝わるのを回避するとともに、振動周波数を安定させる。

【0018】

本発明の構造的特徴および達成される効果のさらなる理解と認識のため、添付の図面と併せて好ましい実施例について以下に詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1a】先行技術の水晶振動子の構造断面図である。

【図1b】先行技術の水晶振動子の構造分解図である。

【図2】本発明の水晶振動子パッケージ構造の一実施形態における構造斜視図である。

【図3】本発明の水晶振動子パッケージ構造の一実施形態における構造分解図である。

【図4】本発明の水晶振動子パッケージ構造の一実施形態における構造断面図である。

【図5】本発明の共振水晶片及び電極層の各種実施形態における構造の平面図である。

【図6】本発明の共振水晶片及び電極層の各種実施形態における構造の平面図である。

【図7】本発明の共振水晶片及び電極層の各種実施形態における構造の平面図である。

【図8】本発明の共振水晶片及び電極層の各種実施形態における構造の平面図である。

【図9】本発明の共振水晶片及び電極層の各種実施形態における構造の平面図である。

【図10】本発明の共振水晶片及び電極層の各種実施形態における構造の平面図である。

【図11】本発明の夾角と共振インピーダンスを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明の実施形態について、関連する図を合わせて以下にさらなる説明を加える。図面及び明細書においては、可能な限り、同じ符号で同一又は同様の部材を示す。図面においては、簡潔性及び利便性のため、形状及び厚さが拡大表示されることがある。特に図中で表示されていない、或いは明細書に記載されていない素子は、当業者が知る形態であると解釈できる。当業者は本発明の内容に基づいて様々な変更や修正を行うことができる。

【0021】

１つの素子が「・・・上にある」と記述されている場合、一般的には当該素子が直接その他の素子上にあることを指し、その他の素子が両者の中間に存在するという場合もある。それに反し、１つの素子が「直接」別の素子にあるという記述の場合、その他の素子は両者の中間に存在することはできない。本文で用いられる「及び／又は」は、列挙された関連項目中の１つ又は複数のいかなる組み合わせをも含むことを意味する。

【0022】

以下の文中における「一つの実施形態」又は「一実施形態」という記述は少なくとも１つの実施形態内において関連する特定の素子、構造又は特徴のことを指す。したがって、以下の文中において多くの箇所にある「一つの実施形態」又は「一実施形態」といった複数の記述は同一実施形態に対するものではない。さらに、一つ又は複数の実施形態における特定の部材、構造及び特徴は適切な方式に基づいて組み合わせることができる。

【0023】

以下に具体例を挙げて説明を加えるが、これらの例は説明のために用いられるに過ぎない。当業者であれば、本開示内容の精神と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や潤色を加えることができる。本開示内容の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。本明細書及び特許請求の範囲において、明確な指定がない限り、「１つ」及び「前記」という用語は、「１つまたは少なくとも１つ」の意味を含む。また、本開示にもあるように、特定の文脈から複数であることが明らかである以外に、単数表記は複数の素子又は要素の意味も含む。さらに、本明細書及び特許請求の範囲における内容に明確な指定がない限り、「その中」という用語は、「その中」及び「その上」という意味を含むことがある。本明細書及び特許請求の範囲で使用される用語（ｔｅｒｍｓ）は、明確な説明がない限り、その用語が当該分野、本開示の内容及び特殊な内容において通常用いられるのと同じ意味を有する。本開示を説明するための用語については、以下の段落または明細書で別途説明し、当業者（ｐｒａｃｔｉｔｉｏｎｅｒ）が本開示の説明をより明確に理解できるようにする。本明細書のいかなる部分の例示も、ここに述べる用語の例示の使用に含まれ、これらの例示は説明のために用いられるに過ぎず、本開示又は例示されるいかなる用語の範囲及び意味を限定するものではない。同様に、本開示は本明細書で提案される各種実施形態に限定されない。

【0024】

また、「電気的に結合（電気結合）」又は「電気的に接続（電気接続）」という語句を使用する場合は、いかなる直接的及び間接的な電気接続手段も含まれる。例えば、文中で第１装置が第２装置に電気的に結合するという記載がある場合、当該第１装置は当該第２装置に直接的に接続できる、或いはその他の装置又は接続手段により当該第２装置に間接的に接続できることを示す。さらに、電気信号の伝送、提供についての記載がある場合は、電気信号の伝送過程において減衰又はその他非理想的な変化が伴う可能性はあるが、電気信号の伝送又は提供の供給源及び受信端について特に説明がない場合は、実質上同一信号であると見なされることを、当業者は理解できるはずである。例えば、電子回路の端点Ａから電気信号Ｓを電子回路の端点Ｂに伝送（又は提供）する場合、トランジスタースイッチのソース、ドレイン両端及び／又は可能な寄生容量により電圧を低下させる可能性があるが、この設計の目的によれば、意図せずに伝送（又は提供）時に生じる減衰又はその他の非理想的な変化を利用してある特定の技術効果を達成する場合、電気信号Ｓは電子回路の端点Ａと端点Ｂにおいて実質的な同一信号と見なすことができるはずである。

【0025】

本明細書で使用する「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ、ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」などの用語は、オープンエンド形式（ｏｐｅｎ－ｅｎｄｅｄ）であり、つまり、挙げられたものに限定されないことを意図している。また、本発明のいずれの実施形態或いは特許請求の範囲も、本発明が開示した目的、長所或いは特徴の全てを達成する必要はない。また、要約と発明の名称は、特許文献を検索するのに用いられるものであり、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。

【0026】

図２は本発明の水晶振動子パッケージ構造の一実施形態における構造斜視図である。図３は本発明の水晶振動子パッケージ構造の一実施形態における構造分解図である。図４は本発明の水晶振動子パッケージ構造の一実施形態における構造断面図である。図２、図３及び図３を参照されたい。以下に紹介する本発明の水晶振動子パッケージ構造２はパッケージベース２０、少なくとも１つの接着剤２１、共振水晶片２２及びカバー２３を含み、ここでのパッケージベース２０はセラミックベースであり、接着剤２１は導電性接着剤であるが、本発明はこれらに限定されない。共振水晶片２２は例えばＡＴカット型共振水晶片又はＳＣカット型共振水晶片であるが、これらに限定されない。パッケージベース２０の頂部には凹部２０１を有し、接着剤２１が凹部２０１内に設けられる。接着剤２１の数量は偶数であり、全ての接着剤２１は凹部２０１内に均等に設けられる。共振水晶片２２は少なくとも１つの開口２２０、少なくとも１つのフレーム部２２１、少なくとも１つの接続部２２２及び共振部２２３を有し、ここでは、開口２２０はフレーム部２２１と共振部２２３の間に位置し、フレーム部２２１は接続部２２２を通じて共振部２２３に接続し、フレーム部２２１が接着剤２１により凹部２０１内に設けられることにより、共振水晶片２２が安定する。フレーム部２２１、接続部２２２及び共振部２２３はいずれも水晶である。開口２２０がフレーム部２２１と共振部２２３の間に形成されることにより、フレーム部２２１は接着剤２１と共振部２２３を隔絶するため、接着剤のディスペンシングプロセスの変動が共振周波数に影響する感度を低減でき、共振部２２３から発生する機械的振動が外部に伝わるのを回避し、振動周波数を安定させることができる。本発明のいくつかの実施形態において、開口２２０が占める面積を開口２２０、フレーム部２２１、接続部２２２及び共振部２２３の総面積で割った値は０より大きく、かつ、この値は０．３５以下であることにより、外部に伝わる共振水晶片２２の共振が引き起こす振動を効果的に低減できる。

【0027】

本発明のいくつかの実施形態において、水晶振動子パッケージ構造２は電極層２４、少なくとも１つの第１導電パッド２５及び複数の第２導電パッド２６をさらに含む。利便性と明確性のため、第１導電パッド２５の数量は２つを例とする。電極層２４は、フレーム部２２１上、接続部２２２上及び共振部２２３上に設けられ、電極層２４は共振部２２３及び接着剤２１に電気的に接続する。第１導電パッド２５は凹部２０１内に設けられるとともに、接着剤２１とパッケージベース２０の間に位置し、パッケージベース２０の底部にはこのパッケージベース２０自体を貫通する複数の導電ビア２０２を有し、全ての導電ビア２０２は第１導電パッド２５に電気的に接続する。全ての第２導電パッド２６は、パッケージベース２０の底面に設けられ、全ての導電ビア２０２に電気的に接続する。

【0028】

図５から図１０は本発明の共振水晶片及び電極層の各種実施形態における構造の平面図であり、共振水晶片２２の開口２２０の異なる位置を以下に紹介する。図５において、開口２２０の数量は１であり、かつオープンタイプの開口である。図６において、開口２２０の数量は２つであり、かつこれらは１つのクローズタイプの開口及び１つのオープンタイプの開口であり、ここでのクローズタイプの開口は門型である。図８において、開口の数量は２つであり、かつこれら２つともオープンタイプの開口である。図９において開口の数量は２であり、かつこれらは１つのクローズタイプの開口及び１つのオープンタイプの開口であり、ここでのオープンタイプの開口は第１サブ開口２２０１及び第２サブ開口２２０２を含み、第１サブ開口２２０１はフレーム部２２１の先端と末端の間に位置し、第２サブ開口２２０２は第１サブ開口２２０１、フレーム部２２１、接続部２２２及び共振部２２３に囲まれる。また、第１サブ開口２２０１は電極層２４の近くにある。図１０において、開口２２０の数量は２つであり、かつこれらは１つのクローズタイプの開口及び１つのオープンタイプの開口であり、ここでのオープンタイプの開口は第１サブ開口２２０１及び第２サブ開口２２０２を含み、第１サブ開口２２０１はフレーム部２２１の先端と末端の間に位置し、第２サブ開口２２０２は第１サブ開口２２０１、フレーム部２２１、接続部２２２及び共振部２２３に囲まれる。また、第１サブ開口２２０１は電極層２４から遠くにある。図１１は本発明の夾角と共振インピーダンスを示す図である。図６から図１１を参照されたい。図６から図１１では、共振部２２３は長方形であり、この長方形の長辺と接続部２２２の夾角θは１２０度より大きく、かつ１８０度より小さい。このような場合、水晶振動子パッケージ構造の共振インピーダンスを小さい範囲内で制御することができる。

【0029】

上述の実施形態によれば、水晶振動子パッケージ構造は、開口をフレーム部と共振部の間に形成することにより、水晶片の共振により外部まで振動が伝わるのを回避するとともに、振動周波数を安定させる。

【0030】

上述の記載は本発明の好ましい実施例の説明に過ぎず、本発明の実施範囲を限定するものではない。したがって、本発明の特許請求の範囲に記載された形状、構造、特徴及び精神に基づく均等な変更や潤色は全て、本発明の特許請求の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0031】

１ 水晶振動子
１０ セラミックベース
１００ 導電ビア
１１ 水晶板
１２ カバー
１３ 接着剤
１４ 第１導電パッド
１５ 第２導電パッド
１６ 第１電極層
１７ 第２電極層 17…第二電極層
２ 水晶振動子パッケージ構造
２０ パッケージベース
２０１ 凹部
２０２ 導電ビア
２１ 接着剤
２２ 共振水晶片
２２０ 開口
２２０１ 第１サブ開口
２２０２ 第２サブ開口
２２１ フレーム部
２２２ 接続部
２２３ 共振部
２３ カバー
２４ 電極層
２５ 第１導電パッド
２６ 第２導電パッド

【図1a】

【図1b】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】