JP2004281802A

JP2004281802A - 圧電デバイス用パッケージ及び圧電デバイス

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Publication number: JP2004281802A
Application number: JP2003072375A
Authority: JP
Inventors: Kuniyoshi Cho; 国慶張
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-17
Also published as: JP3781119B2

Abstract

【課題】圧電デバイスの小型化・薄型化を図る場合にパッケージに生ずる曲げ応力を緩和しつつ、十分な実装強度を保つことができる圧電デバイス用パッケージ及び圧電デバイスを提供する。
【解決手段】パッケージ１２の構成部材である底部１６外面に、図示しない基板への実装用外部電極３０が一対設けられている圧電デバイス用パッケージであって、前記底部１６の外面の外部電極３０の配設方向長さをＬとしたときに、前記一対の外部電極３０の配設間隔を０．５３Ｌ未満とする。また、前記各外部電極３０は、外側中央部に切欠きを有するようにする。前記切欠きは、外部電極３０の長さ（図面直角方向）をａとしたときに開口幅ｗが０．３ａ≦ｗ≦０．４５ａであるようにする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電デバイス用パッケージ及び圧電デバイスに係り、特に薄型化され基板に実装される圧電デバイス用パッケージ及び圧電デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より携帯電話、ＰＨＳ等の情報通信機器やコンピュータ等のＯＡ機器、時計等の様々な電子機器には、電子回路のクロック源等として圧電振動子等の圧電デバイスが広く採用されている。近年は特に、携帯電話等の携帯電子機器の小型化・薄型化に伴い、圧電振動子のよりいっそうの小型化・薄型化が図られている。
【０００３】
このような背景で小型化・薄型化される圧電デバイスでは、当然ながら実装における実装面積等も縮小されつつあり、実装に際し十分な接合・接着面積を確保できないということがある。これにともない、実装基板の反りや曲がり、外的衝撃等により接着面の剥離が起きるなど、パッケージ強度と共に圧電デバイスの基板への接合・接着強度も問題視されている。このような問題を解決するものとして特許文献１に掲載されている発明が挙げられる。
【０００４】
特許文献１の発明では、基板実装面の対面となるパッケージ面に溝を備えるというものである。前記溝は、基板に当該圧電デバイスを実装する際、導電接着剤等の接着物質を充填させて、接着面積を確保するというものであり、実装時の接合強度を確保するものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３２９８０６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１の発明では、確実な実装強度は保たれるかもしれないが、圧電デバイスの小型化・薄型化という面で意に反している。まず、パッケージ表面に溝を設けることによりパッケージ自体の強度は低下する。また、前記溝を設けることにより、パッケージ内部の必要空間を確保するために薄型化が困難になる。
【０００７】
本発明では上記問題を解決し、圧電デバイスの小型化・薄型化を図る場合にパッケージに生ずる曲げ応力を緩和しつつ、十分な実装強度を保つことができる圧電デバイス用パッケージ及び圧電デバイスを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る圧電デバイス用パッケージは、パッケージ底部外面に、基板への実装用外部電極が一対設けられている圧電デバイス用パッケージであって、前記パッケージ底部外面の外部電極の配設方向長さをＬとしたときに、前記一対の外部電極間の間隔を０．５３Ｌ未満、０．４１Ｌ以上としたことを特徴とする。
【０００９】
上記のような構成では、基板とパッケージとの間には剥離が無いとすると、基板に加えられた曲げ応力は電極を介してパッケージに伝達される。前記曲げの作用点となるのは、一対の電極間の中心である。このため、作用点から力点となる各電極までの距離を、従来の０．５３Ｌ未満に短くすることにより、パッケージに生ずる曲げ応力が減少される。また、基板に曲げが加えられたとき、各電極は曲率の大きな円の円弧上に位置していることとなる。よってこの電極間の幅を縮めることによりパッケージにかかる曲げ率を緩和することができる。さらに電極間の間隔を０．４１Ｌ以上とすることにより、電極間隔が狭くなり過ぎ、短絡するということを避けることができる。
【００１０】
また、パッケージに生ずる曲げ応力を緩和するために、前記各外部電極は、外側中央部に切欠きを有するようにしても良い。
基板に曲げが加えられた場合、実装されているパッケージの電極には、特に中央部に応力が発生するため、電極の剥離やパッケージ破損の原因となる。このため、各外部電極の中央部外側に切欠きを設けることにより、電極実装面に発生する応力を緩和することができるため、パッケージ各部への応力も緩和することができる。
【００１１】
また、前記外部電極に切欠きを設ける場合には、前記切欠きは、外部電極の長さをａとしたときに開口幅ｗが０．３ａ≦ｗ≦０．４５ａであることが望ましい。
これにより、切欠きにより各部に生ずる応力の緩和度合いが、５％以上となる範囲であり、かつ実装面への確実な接着面を確保可能となる。
【００１２】
さらに、前記切欠きはＵ字状に形成すると良い。切欠きをＵ字にすることにより、角部に生ずる集中応力を分散化することができる。
また、圧電デバイスを作成する場合には、請求項１乃至請求項４のいずれか１に記載のパッケージを有する圧電デバイスとすることが望ましい。
【００１３】
上記のような圧電デバイスでは、実装面である基板に曲げが加えられた場合であってもパッケージに伝達される曲げ応力は十分に緩和され、かつ電極の剥離も抑制できることより、パッケージを薄型化してパッケージ強度が低下した場合であってもパッケージが破損しにくくなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る圧電デバイス用パッケージを図面を参照し、詳細に説明する。
図１は、本発明に係る圧電デバイス用パッケージ及び圧電デバイスの構成を示す実施形態で、圧電デバイスである圧電振動子１０は、圧電振動片をパッケージ１２に収納した構造である。
【００１５】
本実施形態のパッケージ１２の構造は、圧電振動片を実装するベース１４と、前記ベースの蓋となり、パッケージを密閉するリッド２２とからなる。前記ベース１４は、セラミックス等の絶縁素材からなる矩形薄板の底部１６と、前記底部１６の上面に積層する同じく矩形薄板の中間部１８と、前記中間部１８の上面外縁部に積層する矩形枠状の側壁部２０とからなる３層構造である。また、前記ベース１４の底部１６及び中間部１８には、中心部にそれぞれ封止孔２８、封止孔２９が設けられる。封止孔２９は、封止孔２８に比べ若干小径となるように形成されることが望ましく、封止孔２８は、封止材となる合金ボールが溶融した際、はみ出さない程度に十分な容積を持つようにすると良い。前記リッド２２は、透明なガラス薄板やセラミックス等の薄板で、矩形に形成される。前記ベース１４に導電性接着剤３２等により圧電振動片である音叉型振動片２６を実装した後、前記リッドを前記ベース１４の上端面（側壁部２０の上面）に封止ガラスやはんだ等の封止材２４で固定する。さらに前記構成からなるパッケージ１２は、底部１６の下面に一対の外部電極３０を備えている。
【００１６】
前記外部電極３０は、パッケージ１２の短辺に沿って平行配置されている。また、図示しない基板にパッケージ１２を実装した際基板の曲げに伴う前記パッケージ各部に生ずる応力を緩和するために、図２に示すように配置されることが好ましい。つまり、底部１６の長辺をＬとした時に、一対の外部電極３０の配設間隔ｄは、０．５３Ｌ未満とするのである。
【００１７】
同じく図示しない基板にパッケージ１２を実装した際、基板の曲げに伴う前記パッケージ各部に生ずる応力を緩和するために、前記外部電極３０は、図３に示すようにそれぞれ電極の外側中央部に切欠きを設けると良い。その際に外部電極３０の長さをａとすると、切欠き開口部の幅を、０．３ａ≦ｗ≦０．４５ａの範囲内とすると良い。実装されたパッケージ１２の外部電極３０には、基板湾曲時に図４に示すように負荷応力３４が発生する。よって、前記切欠きを外部電極３０に設けることにより、中心部に集中する負荷応力３４を回避することができるため、パッケージ１２の各部に生ずる応力も緩和することができる。また、切欠き後の外部電極３０の形状は、角部に集中する応力を分散化するためにＵ字型とすると良い。
【００１８】
上記のような基板実装用の外部電極３０を備えるパッケージ１２では、曲げ応力の緩和度合いを実証するために、電極間隔ｄを０．５３Ｌとし、切欠きを設けないで、図示しない基板に前記パッケージ１２を実装し、前記図示しない基板を曲げる。このときにパッケージ各部に生ずる曲げ応力を基準応力とする。
【００１９】
まず、外部電極３０の配設間隔ｄを、０．４１Ｌ≦ｄ＜０．５３Ｌの間とした場合、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すようにパッケージ各部に生ずる曲げ応力を緩和することができる。例えば、底部１６に生ずる応力は、最大で約２５％緩和することができる。封止材２４、リッド２２に生ずる応力は、最大約３２％緩和できることとなる。
【００２０】
上記のような緩和作用は、パッケージ１２が実装された基板に曲げ応力が加えられると、前記曲げ応力は外部電極３０を介してパッケージ１２に伝達される。前記曲げの作用点となるのは、一対の外部電極３０の配設間隔ｄの中心である。このため、作用点から力点となる各外部電極３０の配設位置までの距離を、従来の０．５３Ｌよりも短くすることにより、パッケージに加えられる力が減少される。また、基板に曲げが加えられたとき、各外部電極３０は曲率の大きな円の円弧上に位置していることとなる。よってこの外部電極３０の配設間隔ｄを縮めることにより、図示しないが、外部電極３０が基板の曲げに沿って移動する移動量が減るため、パッケージ１２にかかる曲げ率を緩和することができ、パッケージ各部にかかる曲げ応力を緩和することができる。このように、外部電極３０の配設間隔ｄを狭めれば狭めるほどパッケージ１２の各部に生ずる曲げ応力は緩和されるのだが、ｄを０．４１Ｌより小さくした場合、各電極間で短絡が生ずる虞がある。
【００２１】
また、各外部電極３０の外側中央部に切欠きを設けるようにすると、図６に示すようにパッケージ各部に生ずる曲げ応力を緩和することができる。これは、基板実装時の各外部電極３０には、前記基板に曲げが加えられた際負荷応力３４が発生し、前記負荷応力３４は、特に外部電極３０の中央部に強く生ずるため、該当箇所の電極を予め剥離させた状態を作り出すことで前記負荷応力３４を緩和し、それに伴いパッケージ各部に生ずる応力を緩和することができる。応力緩和に顕著な効果を成すことができる切欠き幅として、０．３ａ≦ｗ≦０．４５ａとすることができる。これによれば、底部１６では切欠きが無いものに比べ１０〜１５％、封止材２４では８〜１５％、リッド２２では５〜１４％程度緩和することができる。
【００２２】
このように、外部電極３０の各々に切欠きを設け、当該切欠きの幅を広くすればするほどパッケージ各部に伝わる応力を緩和することができるのだが、切欠き幅を０．４５ａよりも広くした場合、基板への実装強度が十分でなくなる虞があるため、前記範囲とすることが好ましい。
【００２３】
上記のような圧電デバイスのパッケージ１２において、前記パッケージ１２の底部１６外面の外部電極３０の配設方向長さをＬとしたときに、前記一対の外部電極３０の配設間隔を０．５３Ｌ未満としたことにより、基板とパッケージ１２との間の剥離が無い場合、基板に加えられた曲げ応力は電極を介してパッケージ１２に伝達される。前記曲げの作用点となるのは、一対の外部電極３０の配設間隔ｄの中心である。このため、作用点から力点となる各外部電極３０までの距離を、従来の０．５３Ｌより短くすることにより、パッケージ１２に生ずる曲げ応力を低減することができる。また、基板に曲げが加えられたとき、各外部電極３０は曲率の大きな円の円弧上に位置していることとなるので、この外部電極３０の配設間隔を縮めることによりパッケージ１２に伝わる曲げ率を緩和することができる。
【００２４】
また、パッケージ１２に生ずる曲げ応力を緩和するために、前記各外部電極３０の外側中央部に切欠きを有するようにしたことにより、電極の剥離やパッケージ１２の破損原因である電極実装面に発生する応力を緩和することができ、パッケージ各部に生ずる応力も緩和することができる。
【００２５】
また、前記外部電極３０に切欠きを設ける場合に、外部電極３０の長さをａとしたときに、前記切欠きの開口幅ｗが０．３ａ≦ｗ≦０．４５ａであるようにしたことにより、パッケージ各部に生ずる応力の緩和度合いが、切欠きのない場合に比べ、５％以上となる範囲であり、かつ実装面への確実な接着面を確保することができる。
さらに、前記切欠きをＵ字状に形成したことにより、切欠きの角部に生ずる集中応力を分散化することができる。
【００２６】
上記実施形態では、パッケージ１２の構造を３層構造としているが、これに限定するものではなく、２層構造等のものにも適用可能である。また、パッケージ１２の内部に実装する圧電振動片を音叉型振動片２６としたが、ＡＴカット振動片等としても良い。
【００２７】
また、実施形態での外部電極３０の配設間隔及び切欠きの幅について数値範囲を示しているが、外部電極３０の配設間隔を狭める、電極に切欠きを設けるということのみによっても、パッケージ各部に生ずる応力を緩和する効果を成すことができるのであって、指定範囲は顕著な効果、安全性を確保させるためのものである。
【００２８】
さらに、実施形態では、外部電極３０の配設間隔の調整と切欠きを設けることとは、それぞれ別途実証したが、組み合わせることによっても、同等もしくはより一層、パッケージ各部に生ずる応力を緩和する効果をあげることができる。
【００２９】
なお、圧電デバイスを作成する場合には、上記で説明したパッケージ１２を有する圧電デバイスとすることが望ましい。
上記のような圧電デバイスでは、実装面である基板に曲げが加えられた場合であってもパッケージに伝達される曲げ応力は十分に緩和され、かつ電極の剥離も抑制できる。よって、パッケージを薄型化してパッケージ強度が低下した場合であってもパッケージが破損しにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる圧電振動子の構造を示す側断面図である。
【図２】本実施形態にかかるパッケージ底部の外部電極の配設間隔を示す図である。
【図３】本実施形態にかかるパッケージ底部の外部電極の切欠きを示す図である。
【図４】基板実装時に外部電極に生ずる負荷応力の様子を示した図である。
【図５】外部電極の配設間隔を狭めた場合のパッケージ各部に生ずる応力の緩和度合いを示す図である。
【図６】外部電極に切欠きを設けた場合のパッケージ各部に生ずる応力の緩和度合いを示す図である。
【符号の説明】
１０………圧電振動子、１２………パッケージ、１４………ベース、１６………底部、１８………中間部、２０………側壁部、２２………リッド、２４………封止材、２６………音叉型振動片、２８………封止孔、２９………封止孔、３０………外部電極、３２………導電性接着剤、３４………負荷応力。

Claims

パッケージ底部外面に、基板への実装用外部電極が一対設けられている圧電デバイス用パッケージであって、前記パッケージ底部外面の外部電極の配設方向長さをＬとしたときに、前記一対の外部電極間の間隔を０．５３Ｌ未満、０．４１Ｌ以上としたことを特徴とする圧電デバイス用パッケージ。
前記各外部電極は、外側中央部に切欠きを有することを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス用パッケージ。
前記切欠きは、外部電極の長さをａとしたときに開口幅ｗが０．３ａ≦ｗ≦０．４５ａであることを特徴とする請求項２に記載の圧電デバイス用パッケージ。
前記切欠きはＵ字状に形成してあることを特徴とする請求項２または３に記載の圧電デバイス用パッケージ。
請求項１乃至請求項４のいずれか１に記載のパッケージを有することを特徴とする圧電デバイス。