JP2004135090A - 表面実装型圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＣ部品及びバンプ電極を下面に搭載した底板の上面に圧電振動子を積層した構造の表面実装型の圧電発振器における不具合であるＩＣ部品の樹脂被覆の困難性という問題を解消する。
【解決手段】底板２の表裏両面に電極を備えた容器１と、容器の表面に搭載した圧電振動子３と、容器の裏面に搭載したＩＣ部品２４と、該ＩＣ部品の外周側位置に搭載され且つＩＣ部品よりも背高の複数の大バンプ８と、容器裏面のＩＣ部品を埋設する樹脂２１と、を備えた表面実装型圧電発振器０において、容器裏面に、ＩＣ部品を包囲するせき止めダム３０を突設し、該せき止めダムの内側に充填した樹脂によってＩＣ部品を被覆した。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低背化を最大限に達成するための構成を備えた圧電発振器の欠点であるＩＣ部品固定用樹脂の充填作業の困難化という問題を解消した表面実装型圧電発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機等の移動体通信機器の普及に伴う低価格化、及び小型化の急激な進展により、これらの通信機器に使用される水晶発振器等の圧電発振器に対しても、低価格化、小型化、及び薄型化の要請が高まっている。
このような要請に対応するために、従来からチップ部品を使用してパッケージ化した表面実装型圧電発振器が種々提案されている。表面実装型圧電発振器としては、底部に実装電極を形成した絶縁基板の表面に形成した配線パターン上に、水晶振動子等の圧電振動子や、発振回路部品及び温度補償回路部品等のチップ部品を搭載し、更にこれらの部品を包囲するように金属キャップを絶縁基板に固定した圧電発振器が知られている。
しかし、このタイプの発振器は、絶縁基板の表面上に全ての部品を並列に搭載する構成であるため、絶縁基板の面積が大きくなり、小型化の要請を満たすことが困難であった。
このような不具合に対処するために、従来から底部に表面実装電極を備えた絶縁基板の上面に設けたＩＣ部品搭載用の凹陥部（キャビティ）内にＩＣ部品を搭載してからＩＣ部品を樹脂封止した上で、該絶縁基板上にパッケージ化された圧電振動子を電気的機械的に接続固定した表面実装型の圧電発振器が提案されている。この圧電発振器によれば、ＩＣ部品を搭載した絶縁基板上に圧電振動子を搭載した２段構造を採用するため、占有面積を減少することができる。
しかし、このタイプの圧電発振器は、絶縁基板内にＩＣ部品を収容する構造であるため、ＩＣ部品の高さプラスアルファの絶縁基板高さが必要となり、圧電発振器の全高を増大させる原因となっている。また、凹陥部内にＩＣ部品を収納する構成であるため、収容可能なＩＣ部品の高さ寸法、平面積に限界があり、使用可能なＩＣ部品の寸法、種類に大きな制限が生じるという問題があった。
【０００３】
図３は、このような不具合を解消するために、本出願人が提案した表面実装型の圧電発振器（特願２００２−０２６０１８）の構成図であり、この圧電発振器１００は、内部空所に圧電振動素子１０２を収容した容器１０１と、容器１０１の底面に形成した底部電極１０３、及びバンプ用パッド１０４と、底部電極１０３上に小バンプ１０７を介して半田接続されるＩＣ側電極１０６を備えたＩＣ部品１０５と、バンプ用パッド１０４に半田接続される球状の大バンプ１０８と、底部電極１０３とバンプ用パッド１０４と圧電振動素子１０２間を導通する図示しない配線導体と、を有する。
容器１０１は、セラミック等の絶縁材料から成る底板１１１と、底板１１１上に固定された同材質から成る環状の外壁１１２と、外壁１１２の上面に図示しない導体層を介して固定される金属蓋１１３と、を有している。
この底板１１１の面積は、小型化の要請を満たすために最小化されているので、その底面におけるＩＣ部品や大バンプ１０８の搭載面積も限られた狭いスペースとなっている。
圧電振動素子１０２は、圧電基板上に励振電極を形成した素子であり、容器内に設けたパッドに電気的機械的に接続固定された状態で気密封止されている。
ＩＣ部品１０５は、発振回路、温度補償回路等を集積した半導体チップを絶縁樹脂等により包摂一体化した構成を備えており、その外面（上面）には半導体チップの各端子から引き出されたＩＣ側電極１０６が配置されている。このＩＣ側電極１０６を底板１１１の外底面に設けた電極１０３に小バンプ１０７を介して半田接続することにより、ＩＣ部品１０５は搭載される。
大バンプ１０８は、例えば球状の耐熱樹脂に金属メッキ加工を施した電極であり、底板１１１の底面のバンプ用パッド１０４に半田によって固定されている。この大バンプ１０８を図示しないマザーボード上の配線パターンに半田によって接続することにより、マザーボードに対する圧電発振器の搭載が行われる。
上記の如き圧電発振器１００は、底板１１１の面積を可能な限り狭面積化されているとともに、ＩＣ部品１０５を底板１１１の外底面に配置したため、最終的に得られる圧電発振器の平面積を最小化することができるばかりでなく、図示しないマザーボード上に表面実装されたときにおける実装高さを可能な限り低減するために、ＩＣ部品１０５の高さ及び大バンプ１０８の直径は夫々可能な限り小さく設定されている。この例で言えば、大バンプ１０８の直径は、ＩＣ部品１０５の実装高さと同等か、或いは僅かに大きく設定されている。
【０００４】
ところで、ＩＣ部品１０５は、小バンプ１０７を介して少量の半田により底部電極１０３に接続される構成に過ぎないため、接続強度は必ずしも十分ではなく、僅かな衝撃によって半田による接続が外れてＩＣ部品が脱落する恐れがある。このため、底板１１１の外底面とＩＣ部品１０５との間に絶縁樹脂（アンダーフィル）を充填して両者の固定力を高める必要がある。しかし、底板１１１の外底面におけるＩＣ部品１０５の周囲には大バンプ１０８が散在するだけであり、ＩＣ部品を底板の外底面に固定するために、溶融した絶縁樹脂を底板の外底面に充填しようとしても、溶融樹脂は大バンプ間の隙間から流出してしまい、ＩＣ部品の固定は困難である。
【特許文献１】特願２００２−０２６０１８
【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、占有面積の縮減を図るためにパッケージ化された圧電振動子の容器の外底面にＩＣ部品を搭載した構造の表面実装型の圧電発振器において、その低背化を最大限に達成するために容器の外底面にＩＣ部品と大バンプを隣接配置した場合に発生する不具合である、ＩＣ部品固定用の樹脂充填作業の困難性という問題を解消することを課題とする。具体的には、容器の外底面に搭載したＩＣ部品の周辺には大バンプが散在するだけであるため、溶融樹脂をＩＣ部品と容器外底面との間に充填しようとしても、大バンプ間の隙間から樹脂が流出してしまう、という不具合を解決することができる表面実装型圧電発振器を提供することを課題とする。
【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の発明に係る表面実装型圧電発振器は、絶縁材料からなる容器、該容器内に収容された圧電振動素子、該容器の外底面の中央付近に配置した底部電極、及び該底部電極の外径側に配置した複数のバンプ用パッドを備えた圧電振動子と、前記底部電極に小バンプを介して接続されるＩＣ側電極を備えたＩＣ部品と、前記複数のバンプ用パッド上に夫々接続され且つＩＣ部品よりも背高の大バンプと、前記ＩＣ側電極と小バンプとの接続強度を補強するために少なくともＩＣ部品と容器底面との間に充填される樹脂と、を備えた表面実装型圧電発振器において、前記容器底面に、ＩＣ部品を包囲するせき止めダムを突設し、該せき止めダムの内側に充填した樹脂によってＩＣ部品を固定したことを特徴とする。
圧電振動子を構成する容器の外底面にＩＣ部品を搭載した圧電発振器において、ＩＣ部品を包囲するようにせき止めダムを突設し、せき止めダムの内壁とＩＣ部品との間の空間に樹脂を充填してＩＣ部品を容器底面と固定させることにより、樹脂が流出することなく、ＩＣ部品の固定が完了する。
この際、せき止めダムの突出高さは、ダムの内側に充填された樹脂が、容器外底面とＩＣ部品との間を固定し得る程度に設定すればよい。
請求項２の発明では、前記せき止めダムは、前記ＩＣ部品と前記各大バンプとの間に相当する前記容器の外底面に突設した連続した環状体であることを特徴とする。
せき止めダムが連続していない場合には、ダムの内側に充填した樹脂がダム外へ流出するため、ＩＣ部品を容器底面に固定できないばかりか、周辺の電極に樹脂が付着して電極表面の導通や、半田による接合を妨げる原因となる。
そこで、本発明では、せき止めダムを連続した環状体とすることにより、半田の流出を完全に防止するようにした。
【０００７】
請求項３の発明は、前記せき止めダムは、前記容器の外底面に設けた複数のバンプ用パッド間に夫々突設したダム片から成り、各バンプ用パッド上に前記大バンプを半田接続した際に形成される半田フィレットにより、各ダム片の端部と各大バンプとの間の間隙を埋める構成としたことを特徴とする。
容器外底面のレイアウト等の諸事情によっては、連続した環状体としてのせき止めダムをＩＣ部品と大バンプとの間のスペースに配置することが困難な場合がある。そのような場合には、大バンプ間のスペースを利用してダム片を配置し、ダム片の端部間の間隙については、大バンプと、該大バンプをバンプ用パッド上に搭載するための半田フィレットによって埋めるようにすることが有効である。大バンプも半田も、圧電発振器を構成する必須の要素であるため、部品点数を増大させることなく、連続したダム構造体を構築することが可能となる。
請求項４の発明では、前記せき止めダムは、アルミナ粉をバインダに混練した塗料を前記容器外底面に印刷するアルミナコート法によって形成されることを特徴とする。
アルミナコート法は、比較的容易に所望形状、所望肉厚のダム構造体を形成することができるという利点を有している。
【０００８】
請求項５の発明では、前記容器がセラミックシートの積層体である場合に、前記せき止めダムを同一のセラミック材料にて構成し、容器焼成時にせき止めダムを一体形成したことを特徴とする。
圧電振動子を構成する容器の外底面に電極類を形成した圧電発振器の製造時に、一括して容器と同材質のダムを形成するので、ダムを当初から備えた容器を利用して圧電発振器を製造できることとなる。従って、多数の容器をシート状に連結したシート状容器母材を利用したバッチ処理においても、量産性を低下させることなく、ＩＣ部品搭載、大バンプ接続、樹脂充填等の工程を円滑に実施することが可能となる。
請求項６の発明では、前記せき止めダムはガラスエポキシ材料から成り、該ガラスエポキシ製せき止めダムを、前記容器外底面に固着したことを特徴とする。
このような方法によりダムを形成することも可能である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示した実施の形態にもとづいて詳細に説明する。
なお、以下の実施形態では表面実装型圧電発振器の一例として表面実装型水晶発振器を用いて説明する。
図１（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の一実施形態に係る表面実装型水晶発振器の外観斜視図、断面で示す正面図、及び底面図である。
この水晶発振器０は、内部空所に水晶振動素子２を収容した容器１と、容器１の外底面に形成した底部電極３、及びバンプ用パッド４と、底部電極３上に小バンプ７を介してフリップチップ接続されるＩＣ側電極６を備えたＩＣ部品５と、バンプ用パッド４に半田２０によって接続される球状の大バンプ８と、底部電極３とバンプ用パッド４と水晶振動素子２間を夫々導通する図示しない配線導体と、ＩＣ部品５と容器外底面間を固定する樹脂（アンダーフィル剤）２１と、容器１の外底面に突設したせき止めダム３０と、を有する。
容器１と、水晶振動素子２と、容器に設けた電極、パッド類は、水晶振動子を構成している。
容器１は、セラミック等の絶縁材料から成る底板１１と、底板１１上に固定された同材質から成る環状の外壁１２と、外壁１２の上面に図示しない導体層を介して固定される金属蓋１３と、を有している。容器１は、例えば複数枚のセラミックシートを積層して焼成することにより製造され、焼成に際して電極、パッド類も同時に一体化形成される。
【００１０】
水晶振動素子２は、水晶基板上に励振電極を形成した素子であり、容器内に設けたパッドに電気的機械的に接続固定された状態で気密封止されている。
ＩＣ部品５は、発振回路、温度補償回路等を集積した半導体チップ（半導体集積回路部品：ベアチップを含む）であり、その外面（上面）には半導体チップの各端子であるＩＣ側電極６が配置されている。このＩＣ側電極６を底板１１の外底面中央付近に設けた電極３に小バンプ７を介して半田接続することにより、ＩＣ部品５は搭載される。
大バンプ８は、例えば銅、或いは高温半田等を球状などの塊状に加工した物、或いは球状の耐熱樹脂の表面に金属メッキ加工を施した電極であり、底板１１の底面のバンプ用パッド４に半田２０によって固定されている。この大バンプ８を図示しないマザーボード上の配線パターンに半田によって接続することにより、マザーボードに対する水晶発振器の搭載が行われる。尚、各バンプ電極を固定する際には半田を用いない熱圧着等の周知のフリップチップ実装を行ってもよい。
この水晶発振器は、底板１１及び外壁１２からなる容器本体を多数シート状に連結させた図示しない大面積のシート状容器母材を用いてバッチ処理にて生産する。
この水晶発振器０の特徴的な構成は、容器１の底板１１の外底面（裏面）に、ＩＣ部品５の裾部を包囲するせき止めダム３０を突設し、せき止めダム３０の内側に充填した樹脂２１によってＩＣ部品５を容器底面に固定した点にある。樹脂２１は、充填時には溶融状態にあるが、経時的に又は加熱処理により硬化し、容器底面、ＩＣ部品上部、及びせき止めダム３０に一体化する。
【００１１】
図１の例では、せき止めダム３０は、ＩＣ部品５と各バンプ用パッド４との間に相当する容器外底面に突設した連続した略矩形環状体である。このせき止めダム３０によれば、溶融した適量の樹脂をインジェクタ等の注入手段によってダムの内側に充填することにより、ダムの外への樹脂の流出を起こすことなくダム内のＩＣ部品を固定することが可能となる。
せき止めダム３０の平面形状は、例えば図１に示す略八角形の矩形環状体とすれば、大バンプ８の位置にせき止めダム３０の角部が配置されず、水晶発振器の小面積化に有効であるが、本発明はこれに限らず、せき止めダム３０の平面形状はＩＣ部品５と大バンプ８との間のスペースに配置できる環状体であれば、どのような形状であってもよい。
せき止めダム３０の突出高さは、少なくともダム３０の内側に充填した樹脂２１が、ＩＣ部品５の上面と底板１１との間に充填されて両者を固定し得る程度の高さに設定することが好ましい。具体的には、例えば発振器０の全高を１ｍｍとした場合、容器１の高さは０．７ｍｍ、大バンプの直径は０．３ｍｍであり、底板１１の縦横寸法は３．２×２．５ｍｍ、ＩＣ部品の縦横高さ寸法は１．３８×１．８４×０．１５ｍｍ、小バンプ７の直径は２０−３０μｍである。この場合、せき止めダム３０の高さは、２０−３０μｍ、幅は０．２０ｍｍ程度とする。つまり、発振器０の下面側を上向きにセットした状態で、ダム３０の内側に差し入れたインジェクタのノズルから充填された樹脂２１が、容器底面に沿って展開して容器底面とＩＣ部品５の上面との間に十分充填される程度のダム高さとすれば十分である。
【００１２】
次に、図２は、本発明の他の実施形態に係る水晶発振器０の構成を示す底面図であり、（ａ）は大バンプ接続前の状態、（ｂ）は接続後の状態、（ｃ）は（ｂ）の要部斜視図を示している。
この実施形態に係るせき止めダム３０は、容器１の外底面（裏面）に設けた複数のバンプ用パッド４間に突設した複数のダム片３１から成り、（ｂ）（ｃ）に示すように、各バンプ用パッド４上に大バンプ８を半田２０によって接続した際に形成される半田フィレットにより、各ダム片３１の端部と各大バンプ８との間の間隙を埋めるようにした構成が特徴的である。
即ち、ダム片３１は、各バンプ用パッド４の間に位置する底板面に配置された断面矩形（矩形に限定されない）の細長い部材であり、隣接し合う各ダム片３１の端部間は非連続状態となっている。隣接し合う各ダム片３１の端部間に位置するバンプ用パッド４上に大バンプ８を半田２０により固定することで、各ダム片３１の端部間の空隙を埋めるようにしたものである。
つまり、非連続状に配置されたダム片３１だけでは、連続体としてのダム構造を構築できないが、大バンプ８と半田フィレットとの協働によって、ＩＣ部品５の外周全体を包囲する連続体としてのダム構造体を構築することが可能となる。
【００１３】
せき止めダム３０は、例えば、アルミナ粉をバインダに混練した塗料を容器裏面に印刷するアルミナコート法によって形成することができる。この場合、所定のマスクを用いて容器裏面の所要箇所に所要形状のダムを作業性よく形成することが可能となる。
或いは、底板２がセラミックシートの積層体である場合に、せき止めダム３０をこれらと同一のセラミック材料にて構成し、セラミックシートの積層体を焼成して底板を製造する際に、せき止めダムを一体形成してもよい。
或いは、せき止めダム３０をガラスエポキシ材料から構成し、該ガラスエポキシ製せき止めダムを、容器１の裏面に接着、半田付け（底板側とダム側に夫々設けた金属パターン間を半田付けする）等の方法により固着してもよい。
なお、上記実施形態では、バンプ電極として球状のものを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば円柱状、多角柱状等、他の形状のバンプ電極であってもよいことは自明であろう。
更に、上記実施形態では、大バンプ８を半田２０により固定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば導電性接着剤、金錫、銀ロウなどの導電性固着材にて大バンプ８を固定してもよい。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、低背化を最大限に達成するために容器の外底面にＩＣ部品と大バンプを隣接配置した場合に発生する不具合である、ＩＣ部品固定用の樹脂充填作業の困難性という問題を解消することを課題とする。
即ち、請求項１の発明は、容器裏面に、ＩＣ部品を包囲するせき止めダムを突設し、該せき止めダムの内側に充填した樹脂によってＩＣ部品を固定した。そして、ＩＣ部品と容器底面との間の空間に溶融樹脂を充填してから硬化させるので、樹脂が流出することなく、ＩＣ部品の固定が完了する。
請求項２の圧電発振器によれば、せき止めダムは、前記ＩＣ部品と前記各大バンプとの間に相当する容器裏面に突設した連続した環状体であるので、半田の流出を完全に防止するようにした。
請求項３の圧電発振器によれば、大バンプ間のスペースを利用してダム片を配置し、ダム片の端部間の間隙については、大バンプと、該大バンプをバンプ用パッド上に搭載するための半田フィレットによって埋めるようにしたので、部品点数を増大させることなく、連続したダム構造体を構築することが可能となる。
請求項４の圧電発振器では、前記せき止めダムは、アルミナ粉をバインダに混練した塗料を前記容器裏面に印刷するアルミナコート法によって形成されるので、比較的容易に所望形状、所望肉厚のダム構造体を形成することができる。
請求項５の圧電発振器では、前記底板がセラミックシートの積層体である場合に、前記せき止めダムを同一のセラミック材料にて構成し、底板焼成時にせき止めダムを一体形成したので、ダムを当初から備えた容器を利用して圧電発振器を効率よく製造できることとなる。
請求項６の圧電発振器は、前記せき止めダムは、ガラスエポキシ材料から成り、該ガラスエポキシ製せき止めダムを、前記容器裏面に固着したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の一実施形態に係る表面実装型水晶発振器の外観斜視図、断面で示す正面図、及び底面図。
【図２】本発明の他の実施形態に係る水晶発振器の構成を示す底面図であり、（ａ）は大バンプ接続前の状態、（ｂ）は接続後の状態、（ｃ）は（ｂ）の要部斜視図。
【図３】従来の圧電発振器の構成を示す断面図。
【符号の説明】
０　水晶発振器、１　容器、２　圧電振動素子、３　底部電極、４　バンプ用パッド、５　ＩＣ　部品、６　ＩＣ側電極、７　小バンプ、８　大バンプ、１１底板、１２　外壁、１３　金属蓋、２０　半田、２１　樹脂、３０　せき止めダム、３１　ダム片。

Claims (6)

1. 絶縁材料からなる容器、該容器内に収容された圧電振動素子、該容器の外底面の中央付近に配置した底部電極、及び該底部電極の外径側に配置した複数のバンプ用パッドを備えた圧電振動子と、前記底部電極に小バンプを介して接続されるＩＣ側電極を備えたＩＣ部品と、前記複数のバンプ用パッド上に夫々接続され且つＩＣ部品よりも背高の大バンプと、前記ＩＣ側電極と小バンプとの接続強度を補強するために少なくともＩＣ部品と容器底面との間に充填される樹脂と、を備えた表面実装型圧電発振器において、
   前記容器底面に、ＩＣ部品を包囲するせき止めダムを突設し、該せき止めダムの内側に充填した樹脂によってＩＣ部品を固定したことを特徴とする表面実装型圧電発振器。
2. 前記せき止めダムは、前記ＩＣ部品と前記各大バンプとの間に相当する前記容器の外底面に突設した連続した環状体であることを特徴とする請求項１に記載の表面実装型圧電発振器。
3. 前記せき止めダムは、前記容器の外底面に設けた複数のバンプ用パッド間に夫々突設したダム片から成り、各バンプ用パッド上に前記大バンプを半田接続した際に形成される半田フィレットにより、各ダム片の端部と各大バンプとの間の間隙を埋める構成としたことを特徴とする請求項１に記載の表面実装型圧電発振器。
4. 前記せき止めダムは、アルミナ粉をバインダに混練した塗料を前記容器外底面に印刷するアルミナコート法によって形成されることを特徴とする請求項１、２又は３の何れか一項に記載の表面実装型圧電発振器。
5. 前記容器がセラミックシートの積層体である場合に、前記せき止めダムを同一のセラミック材料にて構成し、容器焼成時にせき止めダムを一体形成したことを特徴とする請求項１、２又は３の何れか一項に記載の表面実装型圧電発振器。
6. 前記せき止めダムはガラスエポキシ材料から成り、該ガラスエポキシ製せき止めダムを、前記容器外底面に固着したことを特徴とする請求項１、２又は３の何れか一項に記載の表面実装型圧電発振器。

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