JP2004221792A - 表面実装型圧電発振器、及びパッケージ - Google Patents
表面実装型圧電発振器、及びパッケージ Download PDFInfo
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Abstract
【課題】セラミック等の絶縁材料から成るパッケージ本体を備えた圧電発振器の底面に環状の実装基板を導電性接着剤を用いて電気的機械的に接合し、且つ環状の実装基板の中央開口内に露出するパッケージ本体底面にIC部品を搭載した構造の圧電発振器において、パッケージの平面形状を大型化することなく導電性接着剤の使用量を増大させて、圧電振動子と実装基板との接合強度を高めることができる。
【解決手段】パッケージ本体5の外底部外周縁に沿った位置に上部凹所11を形成するとともに、該上部凹所の内壁に上部接続パッド7を配置し、実装基板21の上部外周縁に沿った位置に上部凹所11と連通する下部凹所23を形成するとともに、該下部凹所の内壁に下部接続パッドを形成し、連通した上下の凹所内に導電性接着剤51を充填してパッケージ本体と実装基板との電気的機械的な接続を図った。
【選択図】 図2
【解決手段】パッケージ本体5の外底部外周縁に沿った位置に上部凹所11を形成するとともに、該上部凹所の内壁に上部接続パッド7を配置し、実装基板21の上部外周縁に沿った位置に上部凹所11と連通する下部凹所23を形成するとともに、該下部凹所の内壁に下部接続パッドを形成し、連通した上下の凹所内に導電性接着剤51を充填してパッケージ本体と実装基板との電気的機械的な接続を図った。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動素子を気密封止したパッケージの外底面に発振用のIC部品を搭載すると共に、IC部品を包囲する環状の実装基板をパッケージ外底面に固定した構造の表面実装型の圧電発振器において、パッケージと実装基板との接合強度を大幅に高めながらも、従来構造よりもさらに小型・低背化が可能な圧電発振器を提供するものである。
【0002】
【従来技術】
小型化に適した表面実装型の圧電発振器の構造としては、セラミック容器の上部凹陥部内に圧電振動素子を搭載して金属蓋にて気密封止するとともに、セラミック容器の外底面に発振回路を構成するIC部品を搭載し、さらに該IC部品を包囲するように下面に実装端子を有する環状の枠体をセラミック容器底面に固定したH型の断面形状を持つパッケージ構造が、特開2000−101349公報により提案されている。
この従来例にあっては、セラミック容器を焼成した後にその底面に環状の枠体を導電性接着剤を用いて接合したパッケージ構造とすることによって、パッケージ全体の強度を高めてその変形を抑えることができるので、パッケージの良品率を向上させることができ、低価格かつ小型の圧電発振器を実現できる。
【特許文献1】特開2000−101349公報
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パッケージの小型化を進めていった場合には、セラミック容器底面の接続パッドと環状の枠体上面の接続パッドとを電気的・機械的に接合するための導電性接着剤の接合面積が小さくなり、接着剤量が少なくなるので、接合強度が低下して信頼性に欠けるといった間題がある。
また、導電性接着剤の硬化後における厚み増大分によって、セラミック容器が環状の枠体から浮きを起こし、その分だけ発振器全体の高さが増大するという問題がある。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、セラミック等の絶縁材料から成るパッケージ本体を備えた圧電発振器の底面に環状の実装基板を導電性接着剤を用いて電気的機械的に接合し、且つ環状の実装基板の中央開口内に露出するパッケージ本体底面にIC部品を搭載した構造の圧電発振器において、パッケージの平面形状を大型化することなく導電性接着剤の使用量を増大させて、圧電振動子と実装基板との接合強度を高めると共に、導電性接着剤の硬化後の厚み増大にも拘わらず発振器全体の高さ増が発生しない表面実装型圧電発振器及びパッケージを提供することを課題とする。
【0004】
【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、上面に形成した凹陥部内に圧電振動素子を搭載する絶縁性のパッケージ本体と、該凹陥部内に配置された圧電振動素子搭載用の内部パッドと、該パッケージ本体の外底部に配置された上部接続パッドと、該凹陥部を閉止する金属蓋と、該パッケージ本体の外底面の周縁に沿って固着される絶縁性且つ環状の実装基板と、該実装基板の上部に配置されて前記上部接続パッドと導通する下部接続パッドと、該実装基板の底部に配置された実装端子と、前記実装基板の内部に露出するパッケージ本体外底面に配置されて前記上部接続パッド、或いは前記内部パッドと導通した発振回路部品搭載用の外部パッドと、該外部パッドに搭載される発振回路部品と、を備えた表面実装型圧電発振器において、前記パッケージ本体の外底部外周縁に沿った位置に上部凹所を形成するとともに、該上部凹所の内壁に前記上部接続パッドを配置し、前記実装基板の上部外周縁に沿った位置に前記上部凹所と連通する下部凹所を形成するとともに、該下部凹所の内壁に前記下部接続パッドを形成し、連通した上下の凹所内に導電性接着剤を充填して前記パッケージ本体と前記実装基板との電気的機械的な接続を図ったことを特徴とする。
セラミック等の絶縁材料から成るパッケージ本体の凹陥部内に圧電振動素子を搭載してから金属蓋にて気密封止した構造の圧電振動子の底面の各電極を構成する上部接続パッドに対して、下部接続パッドを備えた実装基板を導電性接着剤によって電気的機械的に接合する場合、平坦な接続パッド同士を導電性接着剤により接合する限りは使用可能な接着剤量に限界があるため、接合強度の確保が十分とならないことがある。これに対して、本発明では、パッケージ本体と実装基板の各側面に互いに連通する凹所を夫々形成するとともに凹所内壁に導体膜を形成し、両凹所により形成される空所内に導電性接着剤を充填させて電気的機械的な接続を実現するようにしたので、導電性接着剤による接合面積を増大させて接合強度を高めることが可能となる。各凹所内においては、水平方向へ延びる内壁のみならず、垂直方向へ延びる内側壁にも導体膜を形成して接続パッドとしているので、接合強度も増強される。しかも、接着剤の硬化による厚みの増加分を凹所により吸収できるので、発振器の高さ増を防止できる。
【0005】
請求項2の発明は、請求項1において、前記パッケージ本体は、少なくとも平板状の第1の絶縁シート上に、第2の絶縁シートと、環状のシームリングと、を順次積層一体化した構成を備え、前記第2の絶縁シートの上面には前記内部パッドを備えると共にその底部には前記上部接続パッドを備え、前記第1の絶縁シートは、前記上部接続パッドに対応する周縁部に前記上部凹所を構成する切欠きを備え、前記実装基板は、少なくとも環状且つ絶縁性の第1の基板シート上に、環状且つ絶縁性の第2の基板シートを積層一体化した構成を備え、該第1の基板シートは、前記上部接続パッドと対応する上面に前記下部接続パッドを備えると共に底面には前記実装端子を備え、前記第2の基板シートは、該下部接続パッドと対応する周縁部に前記下部凹所を構成する切欠きを備えていることを特徴とする。
請求項1に記載の発振器構造を実現するために、パッケージ本体及び実装基板を、セラミックシート等の積層体から構成した場合、パッケージ本体を構成する絶縁シートの最下部に位置する層と、実装基板を構成する基板シートの最上部に位置する層に夫々切欠きを形成することによって凹所を形成することができる。
第1の絶縁シートと第2の絶縁シートとの間の他の絶縁シートを介在させた構成も本請求項の範囲に含まれる。また、第1の基板シートと第2の基板シートとの間の他の基板シートを介在させた構成も本請求項の範囲に含まれる。
【0006】
請求項3の発明は、請求項2において、前記パッケージ本体を構成する第2の絶縁シートと前記シームリングとの間に環状の第3の絶縁シートを介在させ、前記第2の絶縁シートを環状としたことを特徴とする。
第2の絶縁シート上の直接シームリングを配置してもよいし、環状の第3の絶縁シートを介してシームリングを配置してもよい。
請求項4の発明は、請求項1、2又は3において、前記実装基板として、一辺が開放されたコの字形状や、対向する辺が開放された棒形状を用いたことを特徴する。
請求項5の発明は、請求項1乃至4において、前記上部凹所及び下部凹所は、前記パッケージ本体の角隅部、或いは角隅部以外の側面部に設けたことを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項5において、前記上部凹所及び下部凹所を前記パッケージ本体の角隅部に配置する場合は、夫々の平面形状がL字状をなしていることを特徴とする。
請求項7の発明は、上面に形成した凹陥部内に圧電振動素子を搭載する絶縁性のパッケージ本体と、該凹陥部内に配置された圧電振動素子搭載用の内部パッドと、該パッケージ本体の外底部外周縁に沿った位置に形成された上部凹所と、該上部凹所の内壁に形成した前記上部接続パッドと、前記凹陥部を気密封止する金属蓋と、を備えたことを特徴とする。
【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は本発明の第1の実施形態の上面図であり、金属蓋体を除いて示してある。図2は、図1に示したA−A’線の断面図、図3は図1で示したB−B’線の断面図、図4はシームリングと金属蓋体を除いた際のセラミック層(絶縁シート、基板シート)の構成を示す説明図である。
なお、以下の実施形態では圧電発振器の一例として水晶発振器を例示して説明するが、本発明は水晶発振器以外の圧電発振器一般に適用可能である。
この表面実装型水晶発振器1は、パッケージ化された水晶振動子2と、水晶振動子2の外底面に固定される環状の実装基板21及び発振回路を構成するIC部品41と、水晶振動子2と実装基板21とを電気的機械的に接続固定する導電性接着剤51と、を備えている。
水晶振動子2は、上面に形成した凹陥部3内に水晶振動素子4(水晶基板4a上に励振電極4bを形成した構成)を搭載するセラミック等の絶縁材料から成るパッケージ本体5と、凹陥部3内に配置された水晶振動素子搭載用の内部パッド6と、パッケージ本体5の外底部に配置され且つ内部パッド6等と導通した上部接続パッド7と、凹陥部3を閉止する金属蓋8と、実装基板21の内部に露出するパッケージ本体外底面に配置されて上部接続パッド7、或いは内部パッド6等と導通した発振回路部品41を搭載するための外部パッド(発振出力用電極、電源用電極、グラウンド電極)10と、を備えている。なお、パッケージ本体5と金属蓋8は、パッケージを構成している。内部パッド6は、パッケージ本体底面の外部パッド10のうちの電源用電極と導通され、金属蓋8は同じく外部パッド10のうちのグラウンド電極と導通している。
環状の実装基板21は、パッケージ本体5の外底面の周縁に沿って固着され、セラミック等の絶縁材料から構成される。実装基板21の上部には上部接続パッド7と導通する下部接続パッド22が配置され、実装基板21の底部には上部接続パッド7と導通した実装端子27を備えている。
平面形状が矩形であるパッケージ本体5の外底部外周縁に沿った位置(この例では四隅)には、上部凹所11を形成するとともに、上部凹所11の内壁(天井面及び内側壁)に上部接続パッド7を配置した構成を備えている。
平面形状が矩形である実装基板21の上部外周縁に沿った位置(この例では四隅)には、上部凹所11と連通する下部凹所23を形成するとともに、下部凹所23の内壁(内底面、及び内側面)に下部接続パッド22を形成した構成を備えている。
更に、連通した上下の凹所11、23内に導電性接着剤51を充填してパッケージ本体5の外底面と、実装基板21の上面との電気的機械的な接続を図っている。
【0008】
次に、セラミック等の絶縁材料を備えたパッケージ本体5は、平板状の第1の絶縁シート13上に、環状の第2の絶縁シート14と、環状の第3の絶縁シート15と、環状のシームリング16と、を順次積層一体化した構成を備えている。
第2の絶縁シート14の上面適所には水晶振動素子4を導電性接着剤にて接続固定するための内部パッド6を備えると共に、その底部には上部接続パッド7の一部を構成する導電膜を備えている。第1の絶縁シート13は、上部接続パッド7に対応する周縁部に上部凹所11を構成する切欠き11aを備えている。切欠き11aの内側壁には上部接続パッド7の一部を構成する導電膜が形成されている。従って、第1の絶縁シート13上に第2の絶縁シート14を積層した状態において、切欠き11aから成る上部凹所11内には導電膜から成る上部接続パッド7が形成される。なお、上部凹所11の天井面の導体膜はパッケージ本体の焼成時に一体に形成し、切欠き11aの内側壁の導電膜は、金メッキ等によって形成してもよい。
この実施形態では、上部凹所11は矩形のパッケージ本体5の角隅部に位置しているがこれは一例に過ぎず、パッケージ本体5の他の側面に配置してもよい。
第2の絶縁シート14上に積層一体化される第3の絶縁シート15と、第3の絶縁シート15の上面のメタライズ層に接合される環状のシームリング16は、凹陥部3を形成するための外周壁を構成する。シームリング16上には金属蓋8が溶接により固定される。
これらの絶縁シート13、14、及び15は焼成によって一体化される。また、内部パッド6、上部接続パッド7等も焼成によって同時に一体化される。
【0009】
次に、実装基板21は、少なくとも環状且つ絶縁性の第1の基板シート25上に、環状且つ絶縁性の第2の基板シート26を積層一体化した構成を備えている。第1の基板シート25は、上部接続パッド7と対応する上面に下部接続パッド22を構成する導体膜を備えると共にその底面には実装端子27を備える。第2の基板シート26は、下部接続パッド22と対応する周縁部に下部凹所23を構成する切欠き23aを備えている。切欠き23aの内側壁には下部接続パッド22を構成する導体膜が形成されている。第1の基板シート25上に第2の基板シート26を積層一体化することにより、切欠き23aから成る下部凹所23内には下部接続パッド22が形成される。第1の基板シート25と第2の基板シート26の中央に設けた各開口の形状、位置は一致しているので、第1の絶縁シート13の底面中央部に設けた外部パッド10が該開口内に露出した状態となり、この外部パッド10に対してIC部品41をフリップチップ実装等の手法により搭載する。各外部パッド10は、各上部接続パッド7と導通している。なお、下部切欠き23の底面の導体膜と、内側面の導体膜とは、別個に形成してもよく、例えば内底面の導体膜は実装基板の焼成時に形成し、内側壁の導体膜は後から金メッキ等によって形成してもよい。
第1の絶縁シート13と第2の基板シートは、外周の輪郭形状が同一である。
第1の基板シート25上に第2の基板シートを重ねた状態で焼成することにより、実装基板21が形成される。
水晶振動子2を構成するパッケージ本体5の底面に環状の実装基板21を接合する場合には、パッケージ本体底部の各上部接続パッド7と、実装基板21の各下部接続パッド22とを対応させた状態で位置決めし、両者の間に位置する凹所11、23内に導電性接着剤51を充填し、硬化させる。この際、導電性接着剤51の使用量を多く確保できるばかりでなく、凹所11、23の上下面のみならず、内側壁までも導電性接着剤51と接合するため、強力な接合強度を確保することができる。
【0010】
水晶発振器1の組み立て手順としては、まず、パッケージ本体5の凹陥部3内に水晶振動素子4を搭載し、シームリング16と金属蓋8とをシーム溶接して水晶振動素子4を気密封止する。尚、金属蓋8は、パッケージ本体内部の導電パターンを介して実装用のグラウンド端子(上部接続パッド7のうちの一つ)に接統され、シールド導電層を形成する。水晶振動素子4のエージング特性を安定化させるために水晶振動子1に対して熱アニール処理工程を行った後、パッケージ本体5の外底部に実装基板21を固定し、四隅に位置する凹所11、23内に熱硬化性の導電性接着剤51を注入し、加熱処理を行って導電性接着剤を硬化させ、十分な接続強度を得ると共に電気的機械的に接合する。さらに、環状の枠体である実装基板21を接合したパッケージ本体5の底面の外部パッド10に、発振用の半導体素子であるIC部品41をフリップチップ実装する。
このような構造とすることにより、パッケージ本体5の底面四隅に設けた上部凹所11内の上部接続パッド7と、実装基板の下部凹所23内に設けた下部接続パッド22の表面積を増大することができる。即ち、パッケージ本体5と実装基板21とを接合する導電性接着剤51の接着面積が増え、接合強度が向上する。
よって、例えば、熱ストレスが繰り返し加えられた場合や、落下等によって度重なる衝撃が加えられた場合においても、水晶振動子2と実装基板21との接合部分に加わる応力は、上部接続パッド7及び下部接続パッド22を構成する水平方向の電極面と、垂直方向の電極面とに分散するため、接合部分が破壊されにくくなり、絶縁基板同士の剥がれを防止できる。
なお、第1の絶縁シート13と第2の絶縁シート14との間に他の絶縁シートが介在している構造のパッケージ本体5も、特許請求の範囲におけるパッケージ本体に含まれるものである。
また、第1の基板シート25と第2の基板シート26との間に他の基板シートが介在している構造の実装基板21も、特許請求の範囲における実装基板に含まれるものである。
【0011】
なお、図5は上記実施形態の変形実施形態に係る表面実装型水晶発振器の断面図であり、この水晶発振器1が上記実施形態と異なる点は、水晶振動子2のパッケージ本体5の構成にある。具体的には、絶縁シートが第1と第2の絶縁シート13、14のみから構成して第3の絶縁シート15を省略する一方で、第2の絶縁シート14を環状ではない平板状とし、更にシームリング16を厚肉の構成とすることにより、シームリング16によって凹陥部3を形成するようにした点が特徴的である。
上記以外の構成、製造手順等は、前記実施形態と同様である。
なお、上記各実施形態において、実装端子27を有する実装基板21の形状は環状でなくてもよく、例えば一辺が開放されたコの字型や、2本の四角柱状の棒状体を所定の間隔を隔てて平行に対向配置した構成であってもよい。これにより、IC部品41を実装するための面積が広がるので実装面を有効に利用できる。
さらに、本発明の水晶発振器に、周波数温度補償機能や外部電圧による周波数制御機能を持たせても構わない。図6は、本発明を温度補償型水晶発振器として構成した場合において、例えば周波数温度特性を調整するための端子55を長辺方向の側面に配置したときの側面図である。
このように、調整用の端子55を水晶発振器1の側面に露出配置することにより、図示しないプローブピンを当接した調整作業性が高まる。
水晶振動子2の底面に設けた上部凹所11及び上部接続パッド7と、実装基板21側に設けた下部凹所23及び下部接続パッド22の形状に関しては、矩形に限る訳ではない。例えば、図7は本発明の変形実施例に係る圧電発振器の実装基板単体を上面から見た説明図であるが、下部凹所23の形状は、長辺方向と短辺方向にそれぞれ延長したL字状の構成になっている。従って、下部凹所23に対応した配置される上部凹所11の形状も同様なL字型の形状とすることができる。
このような構成により、パッケージ本体2と実装基板21に夫々設けた上部凹所11、及び下部凹所23内に位置する各接続パッド7、22の各面積をさらに広げることができ、接合強度をさらに向上させることが可飴となる。
【0012】
本発明の各実施形態によれば、表面側凹陥部内に圧電振動子を搭載し且つ底面にIC部品を搭載したパッケージ本体を備えた水晶振動子(圧電振動子)と、パッケージ本体底面に固定される実装基板との接合部分に、両者に跨るように凹所を形成し、凹所内壁(天井面、下面、内側壁)に導体膜を形成することにより、接合面を水平方向だけでなく垂直方向にも形成することができ、導電性接着剤を用いた接合面積を広げることが可能となる。よって、圧電振動子とIC部品とを搭載するパッケージ本体と実装基板との接合強度を高めることができる。
また、接着剤硬化後の厚み分は基板接合部に位置する凹所内に収まるため、パッケージ本体と実装基板とを密着させることができ、パッケージ本体の浮きに起因した圧電発振器の高さの増大を抑えることができる。
【0013】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、セラミック等の絶縁材料から成るパッケージ本体を備えた圧電発振器の底面に環状の実装基板を導電性接着剤を用いて電気的機械的に接合し、且つ環状の実装基板の中央開口内に露出するパッケージ本体底面にIC部品を搭載した構造の圧電発振器において、パッケージの平面形状を大型化することなく導電性接着剤の使用量を増大させて、圧電振動子と実装基板との接合強度を高めることができる。また、導電性接着剤の硬化後の厚み増大による発振器全体の高さ増を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る水晶発振器の上面図(金属蓋を除いた状態)。
【図2】図1に示す水晶発振器のA−A’断面図。
【図3】図1に示す水晶発振器のB−B’断面図。
【図4】図1の水晶発振器の分解斜視図。
【図5】本発明の変形実施形態の一例の縦断面図。
【図6】本発明の他の変形実施形態の一例を説明する正面図。
【図7】本発明の第2の実施形態を説明する図。
【符号の説明】
1 表面実装型水晶発振器、2 水晶振動子、3 凹陥部、4 水晶振動素子、4a 水晶基板、4b 励振電極、5 パッケージ本体、6 内部パッド、7上部接続パッド、8 金属蓋、10 外部パッド、11 上部凹所、11a 切欠き、13 第1の絶縁シート、14 第2の絶縁シート、15 第3の絶縁シート、16 シームリング、21 環状の実装基板、22 下部接続パッド、23 下部凹所、23a 切欠き、25 第1の基板シート、26 第2の基板シート、27 実装端子、41 IC部品、51 導電性接着剤、55 調整用端子。
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動素子を気密封止したパッケージの外底面に発振用のIC部品を搭載すると共に、IC部品を包囲する環状の実装基板をパッケージ外底面に固定した構造の表面実装型の圧電発振器において、パッケージと実装基板との接合強度を大幅に高めながらも、従来構造よりもさらに小型・低背化が可能な圧電発振器を提供するものである。
【0002】
【従来技術】
小型化に適した表面実装型の圧電発振器の構造としては、セラミック容器の上部凹陥部内に圧電振動素子を搭載して金属蓋にて気密封止するとともに、セラミック容器の外底面に発振回路を構成するIC部品を搭載し、さらに該IC部品を包囲するように下面に実装端子を有する環状の枠体をセラミック容器底面に固定したH型の断面形状を持つパッケージ構造が、特開2000−101349公報により提案されている。
この従来例にあっては、セラミック容器を焼成した後にその底面に環状の枠体を導電性接着剤を用いて接合したパッケージ構造とすることによって、パッケージ全体の強度を高めてその変形を抑えることができるので、パッケージの良品率を向上させることができ、低価格かつ小型の圧電発振器を実現できる。
【特許文献1】特開2000−101349公報
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パッケージの小型化を進めていった場合には、セラミック容器底面の接続パッドと環状の枠体上面の接続パッドとを電気的・機械的に接合するための導電性接着剤の接合面積が小さくなり、接着剤量が少なくなるので、接合強度が低下して信頼性に欠けるといった間題がある。
また、導電性接着剤の硬化後における厚み増大分によって、セラミック容器が環状の枠体から浮きを起こし、その分だけ発振器全体の高さが増大するという問題がある。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、セラミック等の絶縁材料から成るパッケージ本体を備えた圧電発振器の底面に環状の実装基板を導電性接着剤を用いて電気的機械的に接合し、且つ環状の実装基板の中央開口内に露出するパッケージ本体底面にIC部品を搭載した構造の圧電発振器において、パッケージの平面形状を大型化することなく導電性接着剤の使用量を増大させて、圧電振動子と実装基板との接合強度を高めると共に、導電性接着剤の硬化後の厚み増大にも拘わらず発振器全体の高さ増が発生しない表面実装型圧電発振器及びパッケージを提供することを課題とする。
【0004】
【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、上面に形成した凹陥部内に圧電振動素子を搭載する絶縁性のパッケージ本体と、該凹陥部内に配置された圧電振動素子搭載用の内部パッドと、該パッケージ本体の外底部に配置された上部接続パッドと、該凹陥部を閉止する金属蓋と、該パッケージ本体の外底面の周縁に沿って固着される絶縁性且つ環状の実装基板と、該実装基板の上部に配置されて前記上部接続パッドと導通する下部接続パッドと、該実装基板の底部に配置された実装端子と、前記実装基板の内部に露出するパッケージ本体外底面に配置されて前記上部接続パッド、或いは前記内部パッドと導通した発振回路部品搭載用の外部パッドと、該外部パッドに搭載される発振回路部品と、を備えた表面実装型圧電発振器において、前記パッケージ本体の外底部外周縁に沿った位置に上部凹所を形成するとともに、該上部凹所の内壁に前記上部接続パッドを配置し、前記実装基板の上部外周縁に沿った位置に前記上部凹所と連通する下部凹所を形成するとともに、該下部凹所の内壁に前記下部接続パッドを形成し、連通した上下の凹所内に導電性接着剤を充填して前記パッケージ本体と前記実装基板との電気的機械的な接続を図ったことを特徴とする。
セラミック等の絶縁材料から成るパッケージ本体の凹陥部内に圧電振動素子を搭載してから金属蓋にて気密封止した構造の圧電振動子の底面の各電極を構成する上部接続パッドに対して、下部接続パッドを備えた実装基板を導電性接着剤によって電気的機械的に接合する場合、平坦な接続パッド同士を導電性接着剤により接合する限りは使用可能な接着剤量に限界があるため、接合強度の確保が十分とならないことがある。これに対して、本発明では、パッケージ本体と実装基板の各側面に互いに連通する凹所を夫々形成するとともに凹所内壁に導体膜を形成し、両凹所により形成される空所内に導電性接着剤を充填させて電気的機械的な接続を実現するようにしたので、導電性接着剤による接合面積を増大させて接合強度を高めることが可能となる。各凹所内においては、水平方向へ延びる内壁のみならず、垂直方向へ延びる内側壁にも導体膜を形成して接続パッドとしているので、接合強度も増強される。しかも、接着剤の硬化による厚みの増加分を凹所により吸収できるので、発振器の高さ増を防止できる。
【0005】
請求項2の発明は、請求項1において、前記パッケージ本体は、少なくとも平板状の第1の絶縁シート上に、第2の絶縁シートと、環状のシームリングと、を順次積層一体化した構成を備え、前記第2の絶縁シートの上面には前記内部パッドを備えると共にその底部には前記上部接続パッドを備え、前記第1の絶縁シートは、前記上部接続パッドに対応する周縁部に前記上部凹所を構成する切欠きを備え、前記実装基板は、少なくとも環状且つ絶縁性の第1の基板シート上に、環状且つ絶縁性の第2の基板シートを積層一体化した構成を備え、該第1の基板シートは、前記上部接続パッドと対応する上面に前記下部接続パッドを備えると共に底面には前記実装端子を備え、前記第2の基板シートは、該下部接続パッドと対応する周縁部に前記下部凹所を構成する切欠きを備えていることを特徴とする。
請求項1に記載の発振器構造を実現するために、パッケージ本体及び実装基板を、セラミックシート等の積層体から構成した場合、パッケージ本体を構成する絶縁シートの最下部に位置する層と、実装基板を構成する基板シートの最上部に位置する層に夫々切欠きを形成することによって凹所を形成することができる。
第1の絶縁シートと第2の絶縁シートとの間の他の絶縁シートを介在させた構成も本請求項の範囲に含まれる。また、第1の基板シートと第2の基板シートとの間の他の基板シートを介在させた構成も本請求項の範囲に含まれる。
【0006】
請求項3の発明は、請求項2において、前記パッケージ本体を構成する第2の絶縁シートと前記シームリングとの間に環状の第3の絶縁シートを介在させ、前記第2の絶縁シートを環状としたことを特徴とする。
第2の絶縁シート上の直接シームリングを配置してもよいし、環状の第3の絶縁シートを介してシームリングを配置してもよい。
請求項4の発明は、請求項1、2又は3において、前記実装基板として、一辺が開放されたコの字形状や、対向する辺が開放された棒形状を用いたことを特徴する。
請求項5の発明は、請求項1乃至4において、前記上部凹所及び下部凹所は、前記パッケージ本体の角隅部、或いは角隅部以外の側面部に設けたことを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項5において、前記上部凹所及び下部凹所を前記パッケージ本体の角隅部に配置する場合は、夫々の平面形状がL字状をなしていることを特徴とする。
請求項7の発明は、上面に形成した凹陥部内に圧電振動素子を搭載する絶縁性のパッケージ本体と、該凹陥部内に配置された圧電振動素子搭載用の内部パッドと、該パッケージ本体の外底部外周縁に沿った位置に形成された上部凹所と、該上部凹所の内壁に形成した前記上部接続パッドと、前記凹陥部を気密封止する金属蓋と、を備えたことを特徴とする。
【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は本発明の第1の実施形態の上面図であり、金属蓋体を除いて示してある。図2は、図1に示したA−A’線の断面図、図3は図1で示したB−B’線の断面図、図4はシームリングと金属蓋体を除いた際のセラミック層(絶縁シート、基板シート)の構成を示す説明図である。
なお、以下の実施形態では圧電発振器の一例として水晶発振器を例示して説明するが、本発明は水晶発振器以外の圧電発振器一般に適用可能である。
この表面実装型水晶発振器1は、パッケージ化された水晶振動子2と、水晶振動子2の外底面に固定される環状の実装基板21及び発振回路を構成するIC部品41と、水晶振動子2と実装基板21とを電気的機械的に接続固定する導電性接着剤51と、を備えている。
水晶振動子2は、上面に形成した凹陥部3内に水晶振動素子4(水晶基板4a上に励振電極4bを形成した構成)を搭載するセラミック等の絶縁材料から成るパッケージ本体5と、凹陥部3内に配置された水晶振動素子搭載用の内部パッド6と、パッケージ本体5の外底部に配置され且つ内部パッド6等と導通した上部接続パッド7と、凹陥部3を閉止する金属蓋8と、実装基板21の内部に露出するパッケージ本体外底面に配置されて上部接続パッド7、或いは内部パッド6等と導通した発振回路部品41を搭載するための外部パッド(発振出力用電極、電源用電極、グラウンド電極)10と、を備えている。なお、パッケージ本体5と金属蓋8は、パッケージを構成している。内部パッド6は、パッケージ本体底面の外部パッド10のうちの電源用電極と導通され、金属蓋8は同じく外部パッド10のうちのグラウンド電極と導通している。
環状の実装基板21は、パッケージ本体5の外底面の周縁に沿って固着され、セラミック等の絶縁材料から構成される。実装基板21の上部には上部接続パッド7と導通する下部接続パッド22が配置され、実装基板21の底部には上部接続パッド7と導通した実装端子27を備えている。
平面形状が矩形であるパッケージ本体5の外底部外周縁に沿った位置(この例では四隅)には、上部凹所11を形成するとともに、上部凹所11の内壁(天井面及び内側壁)に上部接続パッド7を配置した構成を備えている。
平面形状が矩形である実装基板21の上部外周縁に沿った位置(この例では四隅)には、上部凹所11と連通する下部凹所23を形成するとともに、下部凹所23の内壁(内底面、及び内側面)に下部接続パッド22を形成した構成を備えている。
更に、連通した上下の凹所11、23内に導電性接着剤51を充填してパッケージ本体5の外底面と、実装基板21の上面との電気的機械的な接続を図っている。
【0008】
次に、セラミック等の絶縁材料を備えたパッケージ本体5は、平板状の第1の絶縁シート13上に、環状の第2の絶縁シート14と、環状の第3の絶縁シート15と、環状のシームリング16と、を順次積層一体化した構成を備えている。
第2の絶縁シート14の上面適所には水晶振動素子4を導電性接着剤にて接続固定するための内部パッド6を備えると共に、その底部には上部接続パッド7の一部を構成する導電膜を備えている。第1の絶縁シート13は、上部接続パッド7に対応する周縁部に上部凹所11を構成する切欠き11aを備えている。切欠き11aの内側壁には上部接続パッド7の一部を構成する導電膜が形成されている。従って、第1の絶縁シート13上に第2の絶縁シート14を積層した状態において、切欠き11aから成る上部凹所11内には導電膜から成る上部接続パッド7が形成される。なお、上部凹所11の天井面の導体膜はパッケージ本体の焼成時に一体に形成し、切欠き11aの内側壁の導電膜は、金メッキ等によって形成してもよい。
この実施形態では、上部凹所11は矩形のパッケージ本体5の角隅部に位置しているがこれは一例に過ぎず、パッケージ本体5の他の側面に配置してもよい。
第2の絶縁シート14上に積層一体化される第3の絶縁シート15と、第3の絶縁シート15の上面のメタライズ層に接合される環状のシームリング16は、凹陥部3を形成するための外周壁を構成する。シームリング16上には金属蓋8が溶接により固定される。
これらの絶縁シート13、14、及び15は焼成によって一体化される。また、内部パッド6、上部接続パッド7等も焼成によって同時に一体化される。
【0009】
次に、実装基板21は、少なくとも環状且つ絶縁性の第1の基板シート25上に、環状且つ絶縁性の第2の基板シート26を積層一体化した構成を備えている。第1の基板シート25は、上部接続パッド7と対応する上面に下部接続パッド22を構成する導体膜を備えると共にその底面には実装端子27を備える。第2の基板シート26は、下部接続パッド22と対応する周縁部に下部凹所23を構成する切欠き23aを備えている。切欠き23aの内側壁には下部接続パッド22を構成する導体膜が形成されている。第1の基板シート25上に第2の基板シート26を積層一体化することにより、切欠き23aから成る下部凹所23内には下部接続パッド22が形成される。第1の基板シート25と第2の基板シート26の中央に設けた各開口の形状、位置は一致しているので、第1の絶縁シート13の底面中央部に設けた外部パッド10が該開口内に露出した状態となり、この外部パッド10に対してIC部品41をフリップチップ実装等の手法により搭載する。各外部パッド10は、各上部接続パッド7と導通している。なお、下部切欠き23の底面の導体膜と、内側面の導体膜とは、別個に形成してもよく、例えば内底面の導体膜は実装基板の焼成時に形成し、内側壁の導体膜は後から金メッキ等によって形成してもよい。
第1の絶縁シート13と第2の基板シートは、外周の輪郭形状が同一である。
第1の基板シート25上に第2の基板シートを重ねた状態で焼成することにより、実装基板21が形成される。
水晶振動子2を構成するパッケージ本体5の底面に環状の実装基板21を接合する場合には、パッケージ本体底部の各上部接続パッド7と、実装基板21の各下部接続パッド22とを対応させた状態で位置決めし、両者の間に位置する凹所11、23内に導電性接着剤51を充填し、硬化させる。この際、導電性接着剤51の使用量を多く確保できるばかりでなく、凹所11、23の上下面のみならず、内側壁までも導電性接着剤51と接合するため、強力な接合強度を確保することができる。
【0010】
水晶発振器1の組み立て手順としては、まず、パッケージ本体5の凹陥部3内に水晶振動素子4を搭載し、シームリング16と金属蓋8とをシーム溶接して水晶振動素子4を気密封止する。尚、金属蓋8は、パッケージ本体内部の導電パターンを介して実装用のグラウンド端子(上部接続パッド7のうちの一つ)に接統され、シールド導電層を形成する。水晶振動素子4のエージング特性を安定化させるために水晶振動子1に対して熱アニール処理工程を行った後、パッケージ本体5の外底部に実装基板21を固定し、四隅に位置する凹所11、23内に熱硬化性の導電性接着剤51を注入し、加熱処理を行って導電性接着剤を硬化させ、十分な接続強度を得ると共に電気的機械的に接合する。さらに、環状の枠体である実装基板21を接合したパッケージ本体5の底面の外部パッド10に、発振用の半導体素子であるIC部品41をフリップチップ実装する。
このような構造とすることにより、パッケージ本体5の底面四隅に設けた上部凹所11内の上部接続パッド7と、実装基板の下部凹所23内に設けた下部接続パッド22の表面積を増大することができる。即ち、パッケージ本体5と実装基板21とを接合する導電性接着剤51の接着面積が増え、接合強度が向上する。
よって、例えば、熱ストレスが繰り返し加えられた場合や、落下等によって度重なる衝撃が加えられた場合においても、水晶振動子2と実装基板21との接合部分に加わる応力は、上部接続パッド7及び下部接続パッド22を構成する水平方向の電極面と、垂直方向の電極面とに分散するため、接合部分が破壊されにくくなり、絶縁基板同士の剥がれを防止できる。
なお、第1の絶縁シート13と第2の絶縁シート14との間に他の絶縁シートが介在している構造のパッケージ本体5も、特許請求の範囲におけるパッケージ本体に含まれるものである。
また、第1の基板シート25と第2の基板シート26との間に他の基板シートが介在している構造の実装基板21も、特許請求の範囲における実装基板に含まれるものである。
【0011】
なお、図5は上記実施形態の変形実施形態に係る表面実装型水晶発振器の断面図であり、この水晶発振器1が上記実施形態と異なる点は、水晶振動子2のパッケージ本体5の構成にある。具体的には、絶縁シートが第1と第2の絶縁シート13、14のみから構成して第3の絶縁シート15を省略する一方で、第2の絶縁シート14を環状ではない平板状とし、更にシームリング16を厚肉の構成とすることにより、シームリング16によって凹陥部3を形成するようにした点が特徴的である。
上記以外の構成、製造手順等は、前記実施形態と同様である。
なお、上記各実施形態において、実装端子27を有する実装基板21の形状は環状でなくてもよく、例えば一辺が開放されたコの字型や、2本の四角柱状の棒状体を所定の間隔を隔てて平行に対向配置した構成であってもよい。これにより、IC部品41を実装するための面積が広がるので実装面を有効に利用できる。
さらに、本発明の水晶発振器に、周波数温度補償機能や外部電圧による周波数制御機能を持たせても構わない。図6は、本発明を温度補償型水晶発振器として構成した場合において、例えば周波数温度特性を調整するための端子55を長辺方向の側面に配置したときの側面図である。
このように、調整用の端子55を水晶発振器1の側面に露出配置することにより、図示しないプローブピンを当接した調整作業性が高まる。
水晶振動子2の底面に設けた上部凹所11及び上部接続パッド7と、実装基板21側に設けた下部凹所23及び下部接続パッド22の形状に関しては、矩形に限る訳ではない。例えば、図7は本発明の変形実施例に係る圧電発振器の実装基板単体を上面から見た説明図であるが、下部凹所23の形状は、長辺方向と短辺方向にそれぞれ延長したL字状の構成になっている。従って、下部凹所23に対応した配置される上部凹所11の形状も同様なL字型の形状とすることができる。
このような構成により、パッケージ本体2と実装基板21に夫々設けた上部凹所11、及び下部凹所23内に位置する各接続パッド7、22の各面積をさらに広げることができ、接合強度をさらに向上させることが可飴となる。
【0012】
本発明の各実施形態によれば、表面側凹陥部内に圧電振動子を搭載し且つ底面にIC部品を搭載したパッケージ本体を備えた水晶振動子(圧電振動子)と、パッケージ本体底面に固定される実装基板との接合部分に、両者に跨るように凹所を形成し、凹所内壁(天井面、下面、内側壁)に導体膜を形成することにより、接合面を水平方向だけでなく垂直方向にも形成することができ、導電性接着剤を用いた接合面積を広げることが可能となる。よって、圧電振動子とIC部品とを搭載するパッケージ本体と実装基板との接合強度を高めることができる。
また、接着剤硬化後の厚み分は基板接合部に位置する凹所内に収まるため、パッケージ本体と実装基板とを密着させることができ、パッケージ本体の浮きに起因した圧電発振器の高さの増大を抑えることができる。
【0013】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、セラミック等の絶縁材料から成るパッケージ本体を備えた圧電発振器の底面に環状の実装基板を導電性接着剤を用いて電気的機械的に接合し、且つ環状の実装基板の中央開口内に露出するパッケージ本体底面にIC部品を搭載した構造の圧電発振器において、パッケージの平面形状を大型化することなく導電性接着剤の使用量を増大させて、圧電振動子と実装基板との接合強度を高めることができる。また、導電性接着剤の硬化後の厚み増大による発振器全体の高さ増を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る水晶発振器の上面図(金属蓋を除いた状態)。
【図2】図1に示す水晶発振器のA−A’断面図。
【図3】図1に示す水晶発振器のB−B’断面図。
【図4】図1の水晶発振器の分解斜視図。
【図5】本発明の変形実施形態の一例の縦断面図。
【図6】本発明の他の変形実施形態の一例を説明する正面図。
【図7】本発明の第2の実施形態を説明する図。
【符号の説明】
1 表面実装型水晶発振器、2 水晶振動子、3 凹陥部、4 水晶振動素子、4a 水晶基板、4b 励振電極、5 パッケージ本体、6 内部パッド、7上部接続パッド、8 金属蓋、10 外部パッド、11 上部凹所、11a 切欠き、13 第1の絶縁シート、14 第2の絶縁シート、15 第3の絶縁シート、16 シームリング、21 環状の実装基板、22 下部接続パッド、23 下部凹所、23a 切欠き、25 第1の基板シート、26 第2の基板シート、27 実装端子、41 IC部品、51 導電性接着剤、55 調整用端子。
Claims (7)
- 上面に形成した凹陥部内に圧電振動素子を搭載する絶縁性のパッケージ本体と、該凹陥部内に配置された圧電振動素子搭載用の内部パッドと、該パッケージ本体の外底部に配置された上部接続パッドと、該凹陥部を閉止する金属蓋と、該パッケージ本体の外底面の周縁に沿って固着される絶縁性且つ環状の実装基板と、該実装基板の上部に配置されて前記上部接続パッドと導通する下部接続パッドと、該実装基板の底部に配置された実装端子と、前記実装基板の内部に露出するパッケージ本体外底面に配置されて前記上部接続パッド、或いは前記内部パッドと導通した発振回路部品搭載用の外部パッドと、該外部パッドに搭載される発振回路部品と、を備えた表面実装型圧電発振器において、
前記パッケージ本体の外底部外周縁に沿った位置に上部凹所を形成するとともに、該上部凹所の内壁に前記上部接続パッドを配置し、
前記実装基板の上部外周縁に沿った位置に前記上部凹所と連通する下部凹所を形成するとともに、該下部凹所の内壁に前記下部接続パッドを形成し、
連通した上下の凹所内に導電性接着剤を充填して前記パッケージ本体と前記実装基板との電気的機械的な接続を図ったことを特徴とする表面実装型圧電発振器。 - 前記パッケージ本体は、少なくとも平板状の第1の絶縁シート上に、第2の絶縁シートと、環状のシームリングと、を順次積層一体化した構成を備え、前記第2の絶縁シートの上面には前記内部パッドを備えると共にその底部には前記上部接続パッドを備え、前記第1の絶縁シートは、前記上部接続パッドに対応する周縁部に前記上部凹所を構成する切欠きを備え、
前記実装基板は、少なくとも環状且つ絶縁性の第1の基板シート上に、環状且つ絶縁性の第2の基板シートを積層一体化した構成を備え、該第1の基板シートは、前記上部接続パッドと対応する上面に前記下部接続パッドを備えると共に底面には前記実装端子を備え、前記第2の基板シートは、該下部接続パッドと対応する周縁部に前記下部凹所を構成する切欠きを備えてい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。 - 前記パッケージ本体を構成する第2の絶縁シートと前記シームリングとの間に環状の第3の絶縁シートを介在させ、前記第2の絶縁シートを環状としたことを特徴とする請求項2に記載の表面実装型圧電発振器。
- 前記実装基板として、一辺が開放されたコの字形状や、対向する辺が開放された棒形状を用いたことを特徴する請求項1、2又は3に記載の表面実装型圧電発振器。
- 前記上部凹所及び下部凹所は、前記パッケージ本体の角隅部、或いは角隅部以外の側面部に設けたことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の表面実装型圧電発振器。
- 前記上部凹所及び下部凹所を前記パッケージ本体の角隅部に配置する場合は、夫々の平面形状がL字状をなしていることを特徴とする請求項5に記載の表面実装型圧電発振器。
- 上面に形成した凹陥部内に圧電振動素子を搭載する絶縁性のパッケージ本体と、該凹陥部内に配置された圧電振動素子搭載用の内部パッドと、該パッケージ本体の外底部外周縁に沿った位置に形成された上部凹所と、該上部凹所の内壁に形成した前記上部接続パッドと、前記凹陥部を気密封止する金属蓋と、を備えたことを特徴とするパッケージ。
Priority Applications (1)
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JP2003005083A JP2004221792A (ja) | 2003-01-10 | 2003-01-10 | 表面実装型圧電発振器、及びパッケージ |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8064117B2 (en) | 2006-03-30 | 2011-11-22 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Oscillating element, manufacturing method of oscillating element, optical scanning device, image forming device and image display device |
JP2020120339A (ja) * | 2019-01-28 | 2020-08-06 | 京セラ株式会社 | 水晶デバイス及び電子機器 |
-
2003
- 2003-01-10 JP JP2003005083A patent/JP2004221792A/ja active Pending
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