JP2001053546A - 圧電発振器の構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電振動子を構成するパッケージの下面に、
ＩＣを内蔵した絶縁容器をハンダにより取り付けること
により構築される圧電発振器において、絶縁容器の平面
積を圧電振動子に合わせてコンパクト化したとしても、
パッケージ下面の電極と絶縁容器の上面の電極との間の
接合強度が低下したり、ハンダ接合部の接合状態の良否
を目視確認できなくなるという不具合をなくすることが
できる圧電発振器を提供する。 【解決手段】 内部に圧電振動素子を気密封止すると共
に外底面に外部電極を有したパッケージを備えた圧電振
動子１と、ＩＣ３を収容する凹陥部１５を上面に備える
と共に、該パッケージの外底面に設けた外部電極１０と
導電性バインダにより接続される上面電極１７を外枠上
面に備えた絶縁容器２と、を備えた圧電発振器におい
て、パッケージ側の外部電極、又は絶縁容器側の上面電
極の少なくともいずれか一方を、パッケージ外底面、或
は絶縁容器の外枠上面に設けた凹所３０内に配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電発振器の改良
に関し、特にパッケージ化された圧電振動子の底面に、
発振回路等を構成するＩＣを収容した絶縁容器を接合一
体化した構造の表面実装型の圧電発振器に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】［第１の従来例］水晶によって代表され
る圧電振動素子を用いた圧電振動子、圧電発振器等の圧
電デバイスは、各種電子機器、とりわけ通信機器におい
ては不可欠の主要パーツとして使用されている。パッケ
ージ化された圧電振動子を、発振回路等を構成するＩＣ
と組み合わせることにより圧電発振器を構築する場合、
コンパクト化を図る為に、図５に示すようにパッケージ
化された圧電振動子１の下面に、内部にＩＣ３を収容し
た絶縁容器２を組み付けた構成が採用される。即ち、圧
電振動子１は、上面に凹陥部５ａを有したセラミック製
パッケージ本体５の内部に設けた段差６上の電極パッド
７上に導電性接着剤８を介して圧電振動素子９を接続し
た構成を備え、電極パッド７は内部導体を介して外部電
極１０と電気的に接続されている。また、パッケージ本
体５の凹陥部は金属蓋１１により気密封止されている。
一方、絶縁容器２はセラミック材料から成り、その上面
が圧電振動子１よりも大面積であり、該上面には凹陥部
１５が形成されている。凹陥部１５の内底面にはＩＣ搭
載用電極１６が形成され、外枠上面には圧電振動子１と
の接続用の上面電極１７が形成されている。両電極１
６、１７間は導体１８により接続されている。ＩＣ搭載
用電極１６上に導電性接着剤、ハンダ等のバインダによ
りＩＣ３を接続した後で、凹陥部１５内には絶縁樹脂１
９を充填することにより、ＩＣ３を保護している。圧電
振動子１を絶縁容器２上に接続する際には、絶縁容器２
上の上面電極１７上に圧電振動子１の底面に設けた外部
電極１０を一対一で対応させた上で、ハンダ２０を用い
て接続固定する。この際、上面電極１７の外側端部が圧
電振動子のパッケージ本体５の外周縁を越えて延在して
いるので、図５(b) に示すようにハンダ２０はフィレッ
ト形状に硬化することができ、高い接合強度を確保する
ことができる。フィレット形状の硬化したハンダ２０
は、接合強度を高めるだけでなく、外部からの目視によ
りハンダのぬれ性の確認を容易にするため、接合の良否
（加熱不足、或は加熱し過ぎ等）を容易に判定すること
が可能となる。

【０００３】ところで、図５に示した如く、絶縁容器２
側の面積を大きくすることにより、電極同士をハンダに
より接合したときにフィレット形状の接続状態を実現で
きるが、各種電子機器の小型化に対応して電装部の小型
化が求められている今日では、プリント基板上に電子部
品を高密度実装する要請が強くなっており、図５に示し
た如き大面積の絶縁容器２を使用することが困難になっ
てきている。小型化を図る為には、図６に示すように絶
縁容器２の平面形状を圧電振動子１側に合わせて小型化
したものが提案されて実用化されつつあるが、この場
合、パッケージ本体５底面の外部電極１０と絶縁容器上
面の上面電極１７が共に平坦面であるため、ハンダ量が
僅かでも多過ぎると、加圧した時にハンダが電極を乗り
越えて展開し、隣接する他の電極との間でショートを起
こす虞れがある。この不具合を解消する為に、ハンダの
量を少なくすると、接合強度が低下する。また、上面電
極１７を外部電極１０よりも外側に張り出させることが
できない為、フィレット形状のハンダ固着部を形成する
ことができない。また、ハンダ接合部が加熱不足なの
か、或は加熱過剰なのかを、フィレット部分のぬれ性に
基づいて目視確認することが困難であるという不具合が
ある。ハンダによる接合力が不足する場合には、落下等
の衝撃が加わった時に接合部から剥離が発生する虞れが
ある。このように、圧電振動子を構成するパッケージの
下面に、ＩＣを内蔵した絶縁容器をハンダにより取り付
けることにより構築される圧電発振器にあっては、絶縁
容器の平面積を圧電振動子に合わせてコンパクト化する
と、パッケージ下面の電極と絶縁容器の上面の電極との
間の接合強度が低下したり、ハンダ接合部の接合状態の
良否を目視確認できなくなるという不具合があった。

【０００４】［第２の従来例］次に、図７(a) 及び(b)
は上記絶縁容器２の従来構成を示す平面図、及びＡ−Ａ
断面図である。また、図８(a) は図７に示した絶縁容器
内にＩＣを搭載した状態の縦断面図、及び平面図、(b)
は樹脂を充填した状態の断面図及び平面図、(c) は絶縁
容器上に圧電振動子を搭載した状態の一部断面図であ
る。この絶縁容器２の凹陥部１５の内底面にはＩＣ搭載
用電極１６の他に、外部電極２１と接続されたＩＣ搭載
用電極２１ａが露出している。この絶縁容器２内に発振
器用のＩＣ３を組み込む際には、図８(a) に示した如く
各ＩＣ搭載用電極１６、２１ａ上にＩＣ３を載置して両
者間をリフロー等によってハンダ接続した後で、図８
(b) に示したようにエポキシ樹脂（ポンティング剤）１
９を凹陥部１５内に充填することにより気密化する。更
に、図８(c) に示すように絶縁容器上面の上面電極１７
上にハンダ、導電性接着剤等のバインダ２０を用いて圧
電振動子の外部電極１０を接続固定する。しかし、上記
従来の絶縁容器２にあっては、ＩＣ搭載用電極１６と上
面電極１７との間が凹陥部１５内壁に沿って延びる導体
１８によって接続されており、しかも上面電極１７は凹
陥部１５の外周縁１５ａにまで延在している。このた
め、溶融した状態の樹脂１９を凹陥部１５内に充填した
ときに、溶融樹脂の一部１９ａが上面電極１７の上面に
沿って流出展開し、電極の一部を覆った状態で固化する
事態が発生する。上面電極１７の表面の一部が絶縁樹脂
１９ａにより被覆されると、その上にハンダ２０を用い
て圧電振動子５の外部電極１０を接続する際に、接続不
良が発生する。特に、発振器全体の低背化の要請から、
ＩＣ３の高さに対して凹陥部１５を十分に深くすること
ができないため、凹陥部１５内に充填すべき樹脂の量は
僅かな量となる。一方、樹脂１９を充填する手段として
は、インジェクタの如く先端の細い注出口から樹脂を押
し出す形式のものが使用されるが、この充填手段による
注出量には誤差があり、ＩＣ３を収容した容積の小さい
凹陥部１５内に微量の樹脂を充填する場合、誤差によっ
て充填量が規定量よりも少しでも増量すると、増量した
分が上面電極１７を構成する金属表面に沿って展開し、
上記不具合をもたらし易い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記に鑑みて
なされたものであり、第１の従来例に対応する本発明は
圧電振動子を構成するパッケージの下面に、ＩＣを内蔵
した絶縁容器をハンダにより取り付けることにより構築
される圧電発振器において、絶縁容器の平面積を圧電振
動子に合わせてコンパクト化したとしても、パッケージ
下面の電極と絶縁容器の上面の電極との間の接合強度が
低下したり、ハンダ接合部の接合状態の良否を目視確認
できなくなるという不具合をなくすることができる圧電
発振器を提供することを目的とする。また、第２の従来
例に対応する本発明は、ＩＣを内蔵する上記絶縁容器内
に樹脂をポッティングする際に、樹脂の一部が絶縁容器
上面の電極表面に展開して固化することにより、絶縁容
器上に搭載される圧電振動子の外部電極との間に接続不
良をもたらすという不具合を解消することを目的として
いる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明は、内部に圧電振動素子を気密封止
すると共に外底面に外部電極を有したパッケージを備え
た圧電振動子と、ＩＣを収容する凹陥部を上面に備える
と共に、該パッケージの上記底面に設けた外部電極と導
電性バインダにより接続される上面電極を外枠上面に備
えた絶縁容器と、を備えた圧電発振器において、上記パ
ッケージ側の外部電極、又は絶縁容器側の上面電極の少
なくともいずれか一方を、パッケージ外底面、或は絶縁
容器の外枠上面に設けた凹所内に配置したことを特徴と
する。請求項２の発明は、上記凹所内に配置した外部電
極又は上面電極の一部に突部を設けたことを特徴とす
る。請求項３の発明は、内部に圧電振動素子を気密封止
すると共に外底面に外部電極を有したパッケージを備え
た圧電振動子と、ＩＣを収容する凹陥部を上面に備える
と共に、該パッケージの上記底面に設けた外部電極と導
電性バインダにより接続される上面電極を外枠上面に備
えた絶縁容器と、を備えた圧電発振器であって、上記絶
縁容器の凹陥部内底面には上記ＩＣを搭載するＩＣ搭載
用電極が形成され、該絶縁容器側の上面電極とＩＣ搭載
用電極とが電気的に接続されたものにおいて、上記絶縁
容器側の上面電極は、絶縁容器上面の凹陥部の外周縁部
から離間した位置に配置されていることを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した実施
の形態により詳細に説明する。図１(a) 及び(b) は第１
の従来例に対応する本発明の一実施形態に係る圧電発振
器の分解斜視図、及び要部拡大断面図であり、図５と同
一部分には同一符号を付して重複した構成の説明は省略
する。この圧電発振器は、水晶振動子１と、図示しない
ＩＣ３を凹陥部１５内に配置した絶縁容器２とを、水晶
振動子１の下面の外部電極（メタライズ部）７と絶縁容
器２の上面の上面電極（メタライズ部）１７とをハンダ
２０により接合することにより一体化させた構成を備え
ている。この実施形態の特徴的な構成は、水晶振動子１
と絶縁容器に夫々設けた電極１０，１７のいずれか一方
を、凹所３０内に配置した点にある。この実施形態で
は、絶縁容器２の外枠上面２ａに設けた凹所３０の内底
面に上面電極１７を配置し、圧電振動子１の底面に設け
た外部電極１０は平坦なパッケージ下面５ｂに無段状に
配置されている。図１(b) に示すように凹所３０内に配
置された上面電極１７と、パッケージ本体５の平坦な外
底面５ｂに配置された電極１０との間には空隙３１が形
成され、この空隙を利用してハンダ２０の充填量を増量
することができる。ハンダ充填量を増やすことにより、
個々の電極１０と１７との間の接合力を高め、衝撃等に
よって接合部が剥離する等の不具合を解消することがで
きる。なお、上記例では、絶縁容器２側の上面電極１７
を凹所３０内に配置したが、パッケージ本体５側の外部
電極１０を凹所内に配置してもよいし、絶縁容器２側の
上面電極１７とパッケージ本体側の外部電極１０双方を
凹所内に配置するようにしてもよい。また、仮に接合時
に圧電振動子１を絶縁容器２に圧接したとしても、凹所
３０内底面と、凹所３０を設けた絶縁容器２の上面２ａ
との間の段差によって、加圧されて展開しようとするハ
ンダがせき止められて、隣接する他の電極とショートす
る虞れがなくなる。

【０００８】次に、図２及び図３は本発明の変形例であ
り、凹所３０の内底面を完全なフラットな面とせずに、
凹所の内底面に少なくとも一つの突部３５を設けた点が
特徴的である。各突部３５の高さは、凹所３０の段差部
の高さｈとほぼ同等、或は少し低めに設定する。図２
(a) の例は、細幅帯状の平面形状を有した突部３５を凹
所３０の内底面に差し渡し配置したものであり、絶縁容
器を構成する材料であるセラミックによって突部３５を
形成し、その表面にメタライズにより電極を被覆するこ
とにより形成する。つまり、突部３５は上面電極１７の
一部を構成している。図３の例は、凹所３０の内底面に
円筒状の突部３５を設けており、突部３５の形成方法
は、図２の突部の場合と同様である。図２(b) は、図２
(a) の突部３５を有した上面電極１７を、圧電振動子１
側の外部電極１０とハンダ２０により接合した場合の構
造を示す断面図であり、このように上面電極１７の一部
に突部３５を形成することにより、ハンダ２０と電極と
の間の接合面積が増大し、接合力が強固になる。二つの
電極１０、１７間の空隙３１の存在により増量してハン
ダの接合力が増大することとあいまって、全体的な接合
力が向上し、圧電振動子と絶縁容器との間の接合力を大
幅に高めることができる。なお、突部３５の形状、個数
等は種々変更可能である。

【０００９】次に、第２の従来例に対応する本発明の実
施の形態に係る圧電発振器について説明する。図４(a)
及び(b) はこの実施の形態に係る圧電発振器を構成する
絶縁容器の平面図、及びＢ−Ｂ断面図である。なお、図
７、図８に示した従来例の構成を併せて参照し、同一部
分には同一符号を付して説明する。この絶縁容器２は、
図１、図７等に示した絶縁容器と同様に凹陥部１５の内
底面に配線した図示しないＩＣ搭載用電極１６上にＩＣ
３をハンダ等を用いて接続するように構成されている
が、絶縁容器の外枠上面２ａに配置した上面電極１７の
内側端縁１７ａが凹陥部１５の外周縁１５ａから所要幅
Ｌだけ離間した位置から始端している点が異なってい
る。換言すれば、ＩＣ搭載用電極１６と上面電極１７と
は凹陥部１５の内壁面に沿って配置された導体１８を介
して接続されているのではなく、図４(b) の要部縦断面
図に示すようにＩＣ搭載用電極１６の一部を絶縁容器の
肉厚内部に延長した延長部１６ａとし、この延長部１６
ａと、その直上に位置する上面電極１７とを、容器を貫
通する導電材、例えばスルーホール２５を介して導通さ
せている。従って、上面電極１７の内側端縁１７ａと、
凹陥部の外周縁１５ａとの間に位置する幅Ｌの範囲内に
は絶縁容器２の材質であるセラミック等が露出している
こととなる。このように凹陥部の外周縁１５ａと上面電
極１７の内側端縁１７ａとの間が幅Ｌだけ離間している
ため、凹陥部１５内に充填した樹脂１９の量が多少多め
であったとしても、増量した分の樹脂が外周縁１５ａを
乗り越えて電極の内側端縁１７ａに到達することは困難
となる。しかも、幅Ｌ内にはセラミックが露出している
ので、溶融樹脂がセラミック上を上面電極１７に向かっ
てにじみ出す（流出展開し出す）量は、金属上を樹脂が
にじみ出す量に比べて大幅に少なくなる。従って、凹陥
部外周縁１５ａにまで電極の内側端縁１７ａが延在して
いる従来例に比べて溶融樹脂が上面電極１７上に固着す
る虞れが大幅に解消され、圧電振動子１の外部電極７を
上面電極１７上にハンダ接続したときに接続不良が発生
する虞れもなくなる。

【００１０】

【発明の効果】以上のように、第１の従来例に対応する
本発明によれば、圧電振動子を構成するパッケージ下面
の外部電極に、ＩＣを内蔵した絶縁容器上面の上面電極
をハンダにより取り付けることにより構築される圧電発
振器において、絶縁容器の平面積を圧電振動子に合わせ
てコンパクト化した場合に、パッケージ下面の電極と絶
縁容器の上面の電極との間の接合強度が低下したり、ハ
ンダ接合部の接合状態の良否を目視確認できなくなると
いう不具合をなくすることができる。つまり、絶縁容器
上面の上面電極上にハンダのフィレットを形成するのに
十分な張り出し面を確保することができない場合であっ
ても、上面電極を凹所内に配置することにより、パッケ
ージ下面との間に空隙を形成し、この空隙内に十分な量
のハンダを保持し、接合力を維持することが可能とな
る。また、第２の従来例に対応する本発明によれば、Ｉ
Ｃを内蔵する上記絶縁容器の凹陥部内に樹脂をポッティ
ングする際に、樹脂の一部が絶縁容器上面の電極表面に
展開して固化することにより、絶縁容器上に搭載される
圧電振動子の外部電極との間に接続不良をもたらすとい
う不具合を解消することができる。即ち、凹陥部の外周
縁と上面電極との間に所要幅のセラミック露出面を設け
たので、樹脂の充填量が多少多めとなったとしても、溶
融樹脂の一部が上面電極側に流出展開することがなくな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) 及び(b) は第１の従来例に対応する本発明
の一実施形態に係る圧電発振器の分解斜視図、及び要部
拡大断面図。

【図２】(a) は本発明の実施形態の変形例の要部斜視
図、(b) は接合状態を示す縦断面図。

【図３】本発明の実施形態の他の変形例の要部斜視図。

【図４】(a) 及び(b) は第２の従来例に対応する本発明
の実施の形態の構成を説明する平面図、及びＢ−Ｂ断面
図。

【図５】(a) 及び(b) は第１の従来例に係る圧電発振器
の全体構成を示す断面図、及び要部拡大図。

【図６】他の従来例の圧電発振器の構成図。

【図７】(a) 及び(b) は第２の従来例に係る圧電発振器
に用いる絶縁容器の平面図、及びＡ−Ａ断面図。

【図８】(a) (b) 及び(c) は図７の絶縁容器内にＩＣを
組み込み、樹脂を充填する等の手順を示す図。

【符号の説明】

１ 圧電振動子、２ 絶縁容器、３ ＩＣ、５ パッケ
ージ本体、５ａ 凹陥部、６ 段差、７ 電極パッド、
８ 導電性接着剤、９ 圧電振動素子、１０ 外部電
極、１１ 金属蓋、１５ 凹陥部、１５ａ 外周縁、１
６ ＩＣ搭載用電極、１６ａ 延長部、１７ 上面電
極、１７ａ 内側端縁、１８ 導体、１９ 絶縁樹脂、
２０ ハンダ、２５ スルーホール、３０ 凹所、３１
空隙、３５突部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J079 AA04 BA43 HA07 HA09 HA16 HA25 HA28 HA29 5J108 BB02 CC04 EE03 GG03 GG09 GG16 KK04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に圧電振動素子を気密封止すると共
   に外底面に外部電極を有したパッケージを備えた圧電振
   動子と、 ＩＣを収容する凹陥部を上面に備えると共に、該パッケ
   ージの上記底面に設けた外部電極と導電性バインダによ
   り接続される上面電極を外枠上面に備えた絶縁容器と、 を備えた圧電発振器において、 上記パッケージ側の外部電極、又は絶縁容器側の上面電
   極の少なくともいずれか一方を、パッケージ外底面、或
   は絶縁容器の外枠上面に設けた凹所内に配置したことを
   特徴とする圧電発振器の構造。
2. 【請求項２】 上記凹所内に配置した外部電極又は上面
   電極の一部に突部を設けたことを特徴とする請求項１記
   載の圧電発振器の構造。
3. 【請求項３】 内部に圧電振動素子を気密封止すると共
   に上記底面に外部電極を有したパッケージを備えた圧電
   振動子と、 ＩＣを収容する凹陥部を上面に備えると共に、該パッケ
   ージの外底面に設けた外部電極と導電性バインダにより
   接続される上面電極を外枠上面に備えた絶縁容器と、 を備えた圧電発振器であって、 上記絶縁容器の凹陥部内底面には上記ＩＣを搭載するＩ
   Ｃ搭載用電極が形成され、該絶縁容器側の上面電極とＩ
   Ｃ搭載用電極とが電気的に接続されたものにおいて、 上記絶縁容器側の上面電極は、絶縁容器上面の凹陥部の
   外周縁部から離間した位置に配置されていることを特徴
   とする圧電発振器の構造。