JP2004173331A

JP2004173331A - 圧電振動子

Info

Publication number: JP2004173331A
Application number: JP2004082810A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Shimodaira; 和彦下平; Masayuki Kikushima; 正幸菊島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】ダミー端子の外部基板に対する実装強度を向上できるようにする。
【解決手段】振動子本体に、容器に収容された圧電振動片と、この容器の隅部に配置され前記振動子本体より突出し外部基板への実装をなす電極端子とダミー端子とを設けた圧電振動子であって、前記圧電振動片が収容された前記容器（シリンダ１２）の周囲を樹脂２１で成形し、Ｕ字状に形成された薄板３４の一対の脚部を曲げ起こし、これら脚部を前記ダミー端子３６とするとともに前記Ｕ字状先端部を前記樹脂２１内に埋め込み、これをアンカ部材３８とした。
【選択図】図５

Description

本発明は、圧電振動子に係り、特に外部基板に表面実装するのに好適な圧電振動子に関する。

従来、水晶等の薄板片でなる圧電材料の表面に形成した励振電極を介して駆動電圧を印加することにより、所定の周波数を得る圧電振動片が知られている。そして、このような圧電振動片は、シリンダと呼ばれる容器などに収容されて圧電振動子とされ、ＩＣ（Integrated Circuit）、抵抗、コンデンサなどと同様、電子部品として基板上に実装される。

しかし前述した圧電振動子では、圧電振動片を収容する容器の形状が特殊であったり、基板に設けたスルーホールにリード線を差し込まなければならない場合などがあり、他の電子部品と異なり、自動実装機を使用して表面実装することができないという問題があった。この問題を解決するため、特許文献１に記載されているように、圧電振動片が収容された容器の周囲を樹脂で成形し、自動実装機を用いて表面実装ができるようにした圧電振動子が知られている。

図９は、表面実装が可能な圧電振動子の概略平面図であり、図１０は、図９におけるＣ−Ｃ断面図であり、図１１は、図９における圧電振動子の底面図であり、図１２は、図９におけるＤ−Ｄ断面図である。また図１３は、圧電振動子における電極端子の斜視図であり、図１４は、圧電振動子におけるダミー電極の斜視図である。

これらの図に示すように、圧電振動子１では、その中央部に容器となるシリンダ２が設置されており、当該シリンダ２の内部には圧電振動片３が収容されている。なお、前記シリンダ２は、円筒状に形成されており、その片側端面からは、前記圧電振動片３に接続された一対のアウターリード４が引き出されている。

そして、シリンダ２の端面から突出する一対のアウターリード４の先端側には、外部基板への実装をなすためのリードフレームとなる電極端子５が設けられている。当該電極端子５は、クランク状に折曲形成がなされており、その片側端部をアウターリード４との接合部５Ａとするとともに、他方側を基板実装部５Ｂとし、当該基板実装部５Ｂが圧電振動子１の外方に向かうよう配置される。なお、シリンダ２より突出するアウターリード４は２本であるので、当該アウターリード４に対する電極端子５も同様に２個設けられる。

ところで、シリンダ２において、アウターリード４が突出する反対側の端面側には、一対のダミー端子６が設けられている。当該ダミー端子６は、薄板板金をく字状に折り曲げ形成したものであり、その片側端部を圧電振動子１への固定側（接合部）６Ａとするとともに、他方側を電極端子５と同様、圧電振動子１の外方に延長する基板実装部６Ｂとしている。そして、圧電振動子１は、電極端子５とダミー端子６を圧電振動子１の隅部にそれぞれ配置することで、外部基板に対して確実に実装することができるようになっている。

なお、圧電振動子１は、シリンダ２、アウターリード４、電極端子５、ダミー端子６の位置関係を保持するとともに、外部からの保護をなし、さらに自動実装機での実装を可能にする目的から、本体が樹脂によって成形されており、電極端子５、ダミー端子６の基板実装部５Ｂ、６Ｂを残し、圧電振動子１の構成部品のすべてが樹脂にて封止されている。
特開平８−１３９５５１号公報

しかし、上記図９に示した従来の圧電振動子１においては、下記に示すような問題点があった。
すなわち、昨今、電子部品を用いた製品の小型化が進んでおり、この要求に応じるため、基板の小型化、ひいては電子部品の実装面積の低減化の要求がある。そして、圧電振動子１においては、その外縁から電極端子５、ダミー端子６の基板実装部が突出しており、この突出部分が基板実装面積を拡大させているという問題点があった。

そして、ダミー端子６は、図１４に示すように、基板実装部６Ｂが折り曲げ根本から一定の距離をおいた後、二股になるよう形成されているので、基板実装部６Ｂの長さを十分に確保することができず、このため基板に対する実装強度が低下してしまうというおそれがあった。また、接合部６Ａについても図１４に示すように単なる起立形状となっているが、振動子本体を形成するための樹脂は、シリンダ２の先端側、すなわち前記接合部６Ａの外方から矢印の方向に射出されるので、この接合部６Ａが壁となってしまい、樹脂の流動性が低下し、振動子本体にヒケや巣が生じるなどの不具合が生じるおそれがあった。また、ダミー端子６は、接合部６Ａが樹脂内に存在し、基板実装部６Ｂが基板側に固定されるので、前記基板に外力が加わりソリが発生すると、この基板のソリによる力が接合部６Ａを介して樹脂側に加わり、振動子本体にクラックが生じるおそれがあった。さらに、圧電振動片を収容するシリンダ２は、円筒形状であることから、僅かな傾きや外力によって簡単に転がってしまい、その結果、樹脂の射出成形前におけるシリンダ２の位置決めが困難な場合があった。

本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、ダミー端子の外部基板に対する実装強度を向上できるようにすることを目的としている。
また、本発明は、封止した樹脂にヒケや巣が生ずるのを防止することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明に係る圧電振動子は、振動子本体に、容器に収容された圧電振動片と、この容器の隅部に配置され前記振動子本体より突出し外部基板への実装をなす電極端子とダミー端子とを設けた圧電振動子であって、前記圧電振動片が収容された前記容器の周囲を樹脂で成形し、Ｕ字状に形成された薄板の一対の脚部を曲げ起こし、これら脚部を前記ダミー端子とするとともに前記Ｕ字状先端部を前記樹脂内に埋め込み、これをアンカ部材としたことを特徴としている。

このようになっている本発明は、Ｕ字状に形成された薄板の一対の脚部を曲げ起こし、これら脚部をダミー端子としたことにより、基板実装部の面積を大きくすることができ、外部基板に対する実装強度を向上することができる。また、本発明は、樹脂に埋め込むアンカ部材がＵ字状となっているため、アンカ部材（接合部）が封止樹脂の流動の障害にならず、樹脂が容易に容器側へと流れ、樹脂からなる振動子本体の表面にヒケが生じたり、あるいは振動子本体の内部に巣が生じるのを防止することができる。さらに、基板に外力が加わり、前記基板に反りが発生しても、その力が樹脂側に伝達されず、ダミー端子の曲げ起こした根元でその力が吸収されるので、本体にクラックが生じるのを防止することができる。

以下に本発明に係る圧電振動子の好適な具体的実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る圧電振動子の構造を示す上面図であり、図２は同圧電振動子の正面図であり、同図（１）は、同圧電振動子の全体図を示し、同図（２）は、同図（１）におけるＡ部拡大図を示す。

これらの図に示すように、本実施の形態に係る圧電振動子１０では、その中央部に容器となるシリンダ１２が配置されている。当該シリンダ１２は、円柱状に形成されており、その内部には電圧を印加することで所定の振動周波数を発生させることが可能な薄板形状の圧電振動片１４が収容されている。

また、シリンダ１２における片側端面は、前記圧電振動片１４をシリンダ１２内に挿入するための挿入側となっており、シリンダ１２を密閉する蓋１６には、一対のアウターリード１８が挿通されている。そして前記蓋１６を挿通し、シリンダ１２内に位置するアウターリード１８の片側端部は、圧電振動片１４へと接続されており、シリンダ１２の外方に突出するアウターリード１８の他方端部に電圧を印加することでシリンダ１２内に収容された圧電振動片１４より固有振動数を得るようにしている。なお、前記シリンダ１２より突出するアウターリード１８は、図２に示すようにクランク状に折り曲げ形成がなされており、当該アウターリード１８の先端を溶着対象となる接合部１９としている。そして、当該接合部１９の下方には電極端子２０が設けられている。なお、図２においては、アウターリード１８の折り曲げ角度は、圧電振動子１０の長手方向の寸法や、あるいは電極端子２０の形状といった条件に応じて任意に設定すればよい。

また、圧電振動子１０は、シリンダ１２の周囲が振動子本体を構成する樹脂２１によって成形されている。そして、前記シリンダ１２の周囲を樹脂２１によって成形することで、前記圧電振動子１０を自動実装機に装着可能な形状にし、外部基板への表面実装を可能にしたり、あるいはアウターリード１８に溶着される電極端子２０の保持や、後述するダミー端子の保持を行うようにしている。

図３は、電極端子２０の形状を示す斜視図であり、同図（１）は、電極端子の単体形状であり、同図（２）は、電極端子とアウターリードとの接合状態を示す。
同図（１）に示すように、一対の電極端子２０は、左右対称形状になっており、その片側端部における背面側には、凹部２２が形成されている。そして、前述したように前記シリンダ１２の周囲を樹脂２１によって成形する際、当該樹脂２１が前記凹部２２まで入り込み、舌片２４は前記樹脂２１内に取り込まれる。このように、凹部２２を樹脂２１にて埋没させ、舌片２４を樹脂２１内に取り込ませることで、電極端子２０は、樹脂２１からなる振動子本体に固定されることとなり、衝撃や振動といった外力により、振動子本体から電極端子２０が脱落するのを防止するようにしている。なお、凹部２２における具体的な深さ寸法は、使用する樹脂２１の流動性にも左右されるが、通常は０．１ｍｍ程度に設定される。そして均一な厚みからなる電極端子２０の表面に凹部２２を形成するには、ハーフパンチあるいはエッチング等の手法を用いればよい。

このように、シリンダ１２より突出するアウターリード１８をそのシリンダ１２の底面の位置までクランク状に折り曲げ形成し、これに接続する電極端子２０を平板状に形成すれば、シリンダ１２側においては、アウターリード１８がフォーミングされているので、外力が加わったり、あるいは姿勢が傾いたとしても、前記アウターリード１８の先端が床面に接触するので、シリンダ１２の転動防止をなすことができる。

さらに、アウターリード１８の接合部１９の折り曲げ高さをシリンダ１２の底面に達するよう設定すれば、シリンダ１２を水平状態に保つことができる。このため、後述するダミー端子にてシリンダ１２を保持するとともに、アウターリード１８先端の接合部１９を前記電極端子２０に接触させれば、シリンダ１２を水平状態に保つことができるとともに、その下側には電極端子２０およびダミー端子の厚みに相当する空隙が形成される。そして、後の樹脂２１の射出によってシリンダ１２が底面から露出することなく、前記空隙が樹脂２１で埋められるので、実装基板のパターンにシリンダ１２が接触するのを防止することができ、双方の間に短絡が生じるのを防止することができる。

一方、電極端子２０においては、その形状に折り曲げ部分が存在しないことから、その周囲に干渉するものが無くなる。このため、大型の溶着用治具を用いることが可能になり、接合部１９と電極端子２０に十分な熱量と押圧力を与えることができ、双方の十分な接合強度を得ることが可能になる。さらに図２（１）に示すように、アウターリード１８の接合部１９が電極端子２０と完全に重なるので、電極端子２０の長さ以上に突出する部材がなく、このため振動子本体の長手方向寸法を狭めることが可能になる。

図４は、ダミー端子の形状を示す斜視図である。同図に示すように、シリンダ１２において、電極端子２０が形成される反対側にはダミー端子２６が配置される。当該ダミー端子２６は、金属の薄板３２から形成されているが、このダミー端子２６が形成される位置の反対側には、その両端に一対の起立片２８が設けられており、その開き角度は、シリンダ１２の外形をガイドするだけの値に設定されている。そして薄板３２における片側に、シリンダ１２を保持するための起立片２８を形成するとともに、薄板３２における他方側に図中破線枠３３内に示すような二股形状を形成する。そして前記薄板３２の端部となるこれら二股形状の先端部分をダミー端子２６とすれば、当該ダミー端子２６を構成する薄板３２にてシリンダ１２の位置決めを行うことができる。そしてシリンダ１２の位置決めがなされた後は、樹脂２１の射出工程に投入し、前記樹脂２１からなる振動子本体を形成すればよい。

ところで、ダミー端子２６においては、樹脂２１からの抜け防止を形成する必要があるが、本形態の場合、一対の起立片２８が樹脂２１内に取り込まれ、抜け防止をなす。このため従来のようにシリンダ１２における端面の前方にアンカ部材を形成する必要が無くなり、このアンカ部材の板厚み分だけ、圧電振動子１０の全長を短くすることが可能になる。

図５は、ダミー端子の他の形状を示す斜視図である。
同図においては、略Ｕ字状に形成された薄板３４の一対の脚部を曲げ起こし、
図中破線枠３５内に示された前記脚部をダミー端子３６とする。そして、略Ｕ字状からなる薄板３４の先端部をアンカ部材３８とし、シリンダ１２の端面に倣うよう配置し、この状態を保ったまま樹脂２１の射出工程に投入させ、前記樹脂２１からなる振動子本体を形成すれば、従来のダミー端子と異なり、曲げ根本から脚部が形成されているため、同図（１）に示すｔ１寸法を長く確保することが可能になる（従来の長さに対して３倍程度）。このため、外部基板に接続するための半田の密着部が広くなり、前記外部基板に対する実装強度を確保することができる。さらに、外部基板に外力が発生しても、ダミー端子３６を曲げ起こした根元でその力を吸収することができ、外力が樹脂側に伝達するのを防止できる。ゆえに、樹脂２１からなる振動子本体にクラックが生じるおそれがなくなり、樹脂２１の厚みを薄くすることが可能になる。

さらに、従来のダミー端子と異なり、曲げ根本から脚部が形成されているので、図５（２）に示すように、振動子本体を形成する樹脂２１の厚みｔ２を薄くすることが可能になり、前記脚部の長さ調整とあわせれば、振動子本体の長手方向寸法を狭めることが可能になる。

ところで、上述した一対のダミー端子３６は、略Ｕ字状の薄板３４の曲げ根本から先の脚部から形成されていて、それぞれが独立した形状となっている。このため、ダミー端子３６は、形状を電極端子２０の形状に一致させるようにしてもよい。

図６は、薄板から形成される一対のダミー端子の形状を電極端子の形状と同一形状とした圧電振動子の背面図を示す。同図に示すように、外部基板に対する圧電振動子４０に設けられる電極端子２０とダミー端子３６の接触形状（基板実装部）を同一にすれば、この圧電振動子４０を実装する外部基板をリフロー工程に投入すると、セルフアライメント作用により、リフロー工程において半田が溶ける際、圧電振動子４０が半田の表面張力によって移動するのを防止することができる。このため電極端子２０と外部基板上の端子とが離反することなく、電気的導通を確実に図ることが出来るのである。

ところで、図６の形態においては、前述の通り電極端子２０とダミー端子３６の形状を同一にしたが、この形態に限定されることもなく、例えば電極端子２０とダミー端子３６の外部基板に対する接触面積を等しくしつつ、その外径寸法を異ならせるようにしてもよい。このように電極端子２０とダミー端子３６の外部基板に対する接触面積を等しくしても、セルフアライメント作用により、リフロー工程において半田が溶ける際、圧電振動子が移動するのを防止することができるのである。

図７は、電極端子とダミー端子の形状を等しくするとともに、その向きを９０度変えた場合の背面図である。なお、図７は、図６に対し、電極端子とダミー端子の形状と向きを前述の通り９０度変えたものであるので、図６と同一の番号を付与し、説明を行うこととする。図７（１）では、電極端子２０とダミー端子３６の形状は同一に設定され、長手方向が圧電振動子４０の長手方向と一致するよう端子の向きが設定されている。このように電極端子２０とダミー端子３６を配置すれば、図６で説明した効果と同様にセルフアライメント作用により、リフロー工程において半田が溶ける際、圧電振動子４０が移動するのを防止することができる。このため電極端子２０と外部基板上の端子とが離反することなく、電気的導通を確実に図ることが出来るのである。

これに対し、図７（２）に示すように、電極端子２０とダミー端子３６のそれぞれの長手方向と圧電振動子４０本体の長手方向とを直交させて配置すれば、電極端子２０とダミー端子３６との間隔がｔ３＜ｔ４となる。このため圧電振動子４０が実装される外部基板に外力が加わり当該外部基板に振動子本体の長手方向に沿うソリが生じても同図（２）の場合では、電極端子２０とダミー端子３６との距離を広く設定することができるので、外部基板のソリをより長い寸法（ｔ４）で吸収することが可能になる。このため外部基板にソリが生じても、圧電振動子４０における端子が外部基板から離反するのを防止することができる。
ところで、本実施の形態では、クランク状に曲げ加工がなされたアウターリード１８と電極端子２０に代えて他の形態を用いることが可能である。

図８は、電極端子側の他の形態を示す説明図である。同図（１）に示すようにシリンダ１２からアウターリード４２を直線状に引き出しておく。そして、金属からなる薄板を電極端子４６として断面コ字状に折り曲げ形成し、その高さを圧電振動子４４の底面からアウターリード４２に達するまでの寸法に設定する。そして、このような寸法に形成された電極端子４６の端子中央部４８を振動子本体から露出させるよう配置する。

このような構成を用いれば、基板実装面からアウターリード４２の引き出し高さまで半田４９が密着することとなり、十分な密着面積が得られ、実装強度を向上させることができる。さらに、電極端子４６を用いれば、圧電振動子の全長はアウターリード４２の先端までの寸法までとなり、圧電振動子の小型化を達成することができる。

本実施の形態に係る圧電振動子の構造を示す上面図である。同圧電振動子の正面図である。電極端子の形状を示す斜視図である。ダミー端子の形状を示す斜視図である。ダミー端子の他の形状を示す斜視図である。薄板から形成される一対のダミー端子の形状を電極端子の形状に一致させた圧電振動子の背面図を示す。電極端子とダミー端子の形状を等しくするとともに、その向きを９０度変えた場合の背面図である。電極端子側の他の形態を示す説明図である。表面実装が可能な圧電振動子の概略平面図である。図９におけるＣＣ断面図である。図９における圧電振動子の底面図である。図９におけるＤＤ断面図である。圧電振動子における電極端子の斜視図である。圧電振動子におけるダミー電極の斜視図である。

符号の説明

１………圧電振動子、２………容器（シリンダ）、３………圧電振動片、４………アウターリード、５………電極端子、５Ａ………接合部、５Ｂ………基板実装部、６………ダミー端子、６Ａ………接合部、６Ｂ………基板実装部、１０………圧電振動子、１２………シリンダ、１４………圧電振動片、１６………蓋、１８………アウターリード、１９………接合部、２０………電極端子、２１………樹脂、２２………凹部、２４………舌片、２６………ダミー端子、２８………起立片、３２………薄板、３３………破線枠、３４………薄板、３５………破線枠、３６………ダミー端子、３８………アンカ部材、４０………圧電振動子、４２………アウターリード、４４………圧電振動子、４６………電極端子、４８………端子中央部、４９………半田。

Claims

振動子本体に、容器に収容された圧電振動片と、この容器の隅部に配置され前記振動子本体より突出し外部基板への実装をなす電極端子とダミー端子とを設けた圧電振動子であって、前記圧電振動片が収容された前記容器の周囲を樹脂で成形し、Ｕ字状に形成された薄板の一対の脚部を曲げ起こし、これら脚部を前記ダミー端子とするとともに前記Ｕ字状先端部を前記樹脂内に埋め込み、これをアンカ部材としたことを特徴とする圧電振動子。