JP2007096373A - 表面実装型圧電発振器用パッケージ、及び表面実装型圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 縦断面形状がＨ型の絶縁容器の上下の凹所内に夫々圧電振動素子とＩＣ部品を搭載した場合に、圧電振動素子を上側凹所内の内部パッド上に導電性接着剤を用いて片持ち支持することに起因して従来発生していた横方向重量のアンバランスを解消すると共に、下面側凹所内に調整用端子の設置スペースを確保することを可能にした表面実装型圧電発振器、及びそのパッケージを提供する。
【解決手段】 上面と下面に夫々凹所２、３を有した縦断面形状が略Ｈ型の絶縁容器１と、圧電振動素子１２の一端縁を片持ち状態で支持するために上面側凹所内の一端縁寄り位置に設けた２つの上面側内部パッド１１と、ＩＣ部品２０を搭載するために下面側凹所の天井面に配置された下面側内部パッド６と、を備え、下面側凹所内における下面側内部パッドの形成位置を、絶縁容器中心位置Ｃ１よりも上面側内部パッドとは反対側の他端寄り位置に偏位するように配置することにより、導電性接着剤とＩＣ部品との重量バランスを安定させた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、縦断面形状がＨ型の絶縁容器の上下の凹所内に夫々圧電振動素子とＩＣ部品を搭載した場合に従来発生していた左右重量のアンバランスを解消すると共に、下面側凹所内に調整用端子の設置スペースを確保することを可能にした表面実装型圧電発振器、及びそのパッケージの改良に関する。

移動体通信市場においては、各種電装部品の実装性、保守・取扱性、装置間での部品の共通性等を考慮して、各機能毎に部品群のモジュール化を推進するメーカーが増えている。また、モジュール化に伴って、小型化、低コスト化も強く求められている。
特に、基準発振回路、ＰＬＬ回路、及びシンセサイザー回路等、機能及びハード構成が確立し、且つ高安定性、高性能化が要求される回路部品に関してモジュール化への傾向が強まっている。更に、これらの部品群をモジュールとしてパッケージ化することによりシールド構造を確立しやすくなるという利点がある。
複数の関連部品をモジュール化、パッケージ化することにより構築される表面実装用の電子部品としては、例えば圧電振動子、圧電発振器、ＳＡＷデバイス等を例示することができるが、これらの機能を高く維持しつつ、更なる小型化を図るために、例えは図３に示した如き二階建て構造のモジュールが採用されている。
即ち、図３（ａ）は二階建て構造型（Ｈ型）モジュールとしての表面実装型圧電デバイス（水晶発振器）の従来構成を示す縦断面略図であり、（ｂ）はその底面図である。この水晶発振器は、セラミック製の容器本体１０１の凹所内底面に設けた内部パッド１０１ａ上に導電性接着剤１０２を用いて圧電振動素子１０３を搭載（片持ち支持）すると共に金属リッド１０４を用いて容器本体の凹所を封止した水晶振動子１００と、水晶振動子１００の底面に接合されるセラミック容器１０５の空所１０５ａ内の天井面に設けたＩＣ実装電極１０５ｃに発振回路、温度補償回路などを構成するＩＣ部品１０６をベアチップ実装した底部構造体（ＩＣ部品ユニット）１０７と、を備えている。この水晶発振器をプリント基板上に実装する際には、容器１０５の底面に設けた実装端子１０５ｂを用いた半田付けが行われる（例えば、特許文献１）。
内部パッド１０１ａは容器本体凹所内底面の一端（左端）寄り位置に２個配置されており、各内部パッド１０１ａに対して圧電振動素子１０３の２つのリード端子を含む一端縁を導電性接着剤１０２によって接続することにより、圧電振動素子は片持ち支持されている。これに対して、ＩＣ部品１０６は、空所１０５ａの天井面（セラミック容器１０５）の左右中心位置Ｃ１と、ＩＣ部品の中心位置Ｃ２が合致するように搭載される。
導電性接着剤１０２とＩＣ部品１０６の各重量がパッケージ全体の重量に占める割合は無視できない程度に大きいため、ＩＣ部品１０６の中心位置Ｃ２が空所１０５ａの中心位置Ｃ１と合致するように搭載すると、発振器の重心が導電性接着剤１０２を付着させた左側に偏位した状態となる。

このような重量バランス構造を備えた表面実装型圧電発振器の小型化により軽量化が進行すると、プリント基板上に実装する際にマウント精度が低下するという実装不良の問題を惹起する。即ち、表面実装型圧電発振器をリフローによってプリント基板上の配線パターン上に実装する際に重心が位置していないパッケージ右側部分が溶融半田から浮き上がりやすく、最悪の場合には発振器の左側実装端子のみが配線パターンと半田接続され、軽い方の発振器の右側は配線パターンから離間して上方に浮き上がった状態で固定される。また、同様の原因により、半田の溶解時に発振器が正規の搭載位置からずれを起こす虞もあった。
特に、空所１０５ａ内に樹脂を埋設しＩＣ部品１０６をモールドしないタイプであれば、モールド樹脂により重量を稼ぐことができると共に、当該発振器の重心が著しく低いものとなるので、発振器の搭載位置の狂いは比較的抑えられるが、例えば単に空所１０５ａの天井面とＩＣ部品１０６との間にアンダーフィルを注入した構造であり、ＩＣ部品１０６にモールドを施さない構造であると、発振器の質量が軽く且つ低重心化が十分でないために上述した問題が顕著に発生し易くなる場合がある。

次に、上記従来例より以前のＨ型表面実装型圧電デバイスにあっては、図３（ａ）中に破線で示すように水晶振動素子１０３の特性をチェックしながら水晶振動素子の周波数調整を行うための調整用端子１１０が容器本体１０１の外面に露出配置されていた。調整作業においては、図示しないプローブピンを調整用端子１１０に当接させて通電することにより水晶振動素子を励振させて出力される周波数を確認し、狙いの周波数と実際の周波数との間に誤差がある場合には水晶振動素子上の励振電極膜厚を増減させる等の手法によって調整していた。
しかし、縦横寸法が十数ｍｍ程度の小型発振器の側面に形成される調整用端子の面積は更に微小とならざるを得ないため、フローブピンを当接させての調整作業は極めて煩雑、且つ効率の悪い作業となる。また、プローブピンを当接させるのに必要十分な面積を確保する必要から、調整用端子１１０の小面積化には限界があるため、その分だけ発振器の小型化にも限界が生じている。従って、これらの問題点の改善が強く求められている。
このような不具合を解決するため、特許文献２、３では、図３（ｂ）に示した底部構造体１０７の空所１０５ａの天井面であってＩＣ部品搭載時にはＩＣ部品によって隠蔽される位置に、水晶振動子内の水晶振動素子に形成した２つの励振電極から延びる大面積且つ専用の２つの調整用端子１１５をパターン形成する構造を提案している。これによれば、ＩＣ部品を搭載する前にプローブを調整用端子１１５に当接させることにより調整作業が容易化する。

この水晶発振器を組み立てる手順は次の通りである。まず、容器本体１０１内へ水晶振動素子１０３を搭載してから、容器１０５の空所１０５ａ内の２つの調整用端子１１５に対して夫々図示しないプローブピンを接触させて水晶振動素子１０３の特性をチェックしながら水晶振動素子に対する調整を行ってゆく。調整が完了した後で金属リッド１０４により上部空所を封止する。次いで、空所１０５ａ内のＩＣ実装電極１０５ｃにＩＣ部品１０６をフリップチップ実装する。
しかし、空所１０５ａの天井面は、極限された狭いスペースであるにも拘わらず、ＩＣ実装電極１０５ｃの列間の狭いスペースに調整用端子１１５を２つ配置すると、同じ天井面に形成するＩＣ部品搭載用の電極のレイアウトに制限が生じる虞が高くなる。
このように従来のＨ型構造の水晶発振器にあっては、ＩＣ部品搭載用の空所１０５ａの天井面に形成した２列のＩＣ実装用電極１０５ｃの間に調整用端子１１５を配置していたため、容器の小型化の進展に伴って調整用端子の設置スペース確保が困難となり、調整用端子を小面積化せざるを得ず、プローブピンを当接させての周波数測定作業に際して作業性の低下、測定に際しての信頼性の低下といった不具合をもたらしていた。即ち、図３（ｂ）のようにＩＣ実装用電極１０５ｃ列の間に調整用端子１１５が配置されているため、ＩＣ部品が小型化すると、調整用端子の面積を小さくせざるを得なくなり、調整作業性を考慮して少しでも調整用端子面積を大きくしようとすると、ＩＣ実装用電極１０５ｃと調整用端子１１５との間の距離が短くなり、調整時にプローブピンの位置ずれによって両者がショートして測定エラーを起こす原因となる。
特開２０００−２７８０４７公報 特許第３４０６８４５号 特許第３４５１０１８号

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、縦断面形状がＨ型の絶縁容器の上下の凹所内に夫々圧電振動素子とＩＣ部品を搭載した場合に、圧電振動素子を上側凹所内の内部パッド上に導電性接着剤を用いて片持ち支持することに起因して従来発生していた横方向重量のアンバランスを解消すると共に、下面側凹所内に調整用端子の設置スペースを確保することを可能にした表面実装型圧電発振器、及びそのパッケージを提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、上面と下面に夫々凹所を有し、底面に実装端子を備えた縦断面形状が略Ｈ型の絶縁容器と、圧電振動素子の一端縁を片持ち状態で支持するために上面側凹所内の一端縁寄り位置に設けた２つの上面側内部パッドと、発振回路を構成するＩＣ部品を搭載するために下面側凹所の天井面に配置された下面側内部パッドと、上記各実装端子と上面側内部パッドと下面側内部パッドとの間に所定の配線を施すための配線パターンと、を備えた表面実装型圧電発振器用パッケージにおいて、上記下面側凹所内における上記下面側内部パッドの形成位置を、該絶縁容器中心位置よりも上記上面側内部パッドとは反対側の他端寄り位置に偏位させたことを特徴とする。
請求項２の発明は、上面と下面に夫々凹所を有し、底面に実装端子を備えた縦断面形状が略Ｈ型の絶縁容器と、圧電振動素子の一端縁を片持ち状態で支持するために上面側凹所内の一端縁寄り位置に設けた２つの上面側内部パッドと、発振回路を構成するＩＣ部品を搭載するために下面側凹所の天井面に配置された下面側内部パッドと、上記各実装端子と上面側内部パッドと下面側内部パッドとの間に所定の配線を施すための配線パターンと、上記各上面側内部パッドと夫々接続された２つの調整用端子と、を備えた表面実装型圧電発振器用パッケージにおいて、上記下面側凹所内における上記下面側内部パッドの形成位置を、前記ＩＣ部品の中心位置が該絶縁容器中心位置よりも上記上面側内部パッドとは反対側の他端寄り位置に偏位するように構成し、上記調整用端子を、上記下面側内部パッドと上記下面側凹所の一端縁との間のスペースに配置したことを特徴とする。
請求項３の発明は、上面と下面に夫々凹所を有し、底面に実装端子を備えた縦断面形状が略Ｈ型の絶縁容器と、圧電振動素子の一端縁を片持ち状態で支持するために上面側凹所内の一端縁寄り位置に設けた２つの上面側内部パッドと、該上面側内部パッド上に導電性接着剤を介して一端縁を支持された圧電振動素子と、発振回路を構成するＩＣ部品を搭載するために下面側凹所の天井面に配置された下面側内部パッドと、該下面側内部パッドに接続されたＩＣ部品と、上記各実装端子と上面側内部パッドと下面側内部パッドとの間に所定の配線を施すための配線パターンと、を備えた表面実装型圧電発振器用パッケージにおいて、上記下面側凹所内における上記下面側内部パッドの形成位置を該絶縁容器中心位置よりも、上記上面側内部パッドとは反対側の他端寄り位置に偏位させることにより、上記導電性接着剤と上記ＩＣ部品との重量バランスを安定させたことを特徴とする。

請求項４の発明は、上面と下面に夫々凹所を有し、底面に実装端子を備えた縦断面形状が略Ｈ型の絶縁容器と、圧電振動素子の一端縁を片持ち状態で支持するために上面側凹所内の一端縁寄り位置に設けた２つの上面側内部パッドと、該上面側内部パッド上に導電性接着剤を介して一端縁を支持された圧電振動素子と、発振回路を構成するＩＣ部品を搭載するために下面側凹所の天井面に配置された下面側内部パッドと、該下面側内部パッドに接続されたＩＣ部品と、上記各実装端子と上面側内部パッドと下面側内部パッドとの間に所定の配線を施すための配線パターンと、上記各上面側内部パッドと夫々接続された２つの調整用端子と、を備えた表面実装型圧電発振器において、上記下面側凹所内における上記下面側内部パッドの形成位置を該絶縁容器中心位置よりも、上記上面側内部パッドとは反対側の他端寄り位置に偏位させることにより、上記導電性接着剤と上記ＩＣ部品との重量バランスを安定させ、上記調整用端子を、上記下面側内部パッドと上記下面側凹所の一端縁との間のスペースに配置したことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項３又は４において、上記導電性接着剤と上記ＩＣ部品との重量バランスを安定させるために、圧電発振器の重心位置を上記絶縁容器の中心位置と一致させたことを特徴とする。

本発明では、縦断面形状がＨ型の容器を備えた圧電発振器において、上面側空所内に圧電振動素子を導電性接着剤を用いて片持ち支持すると共に、下面側空所内中央部にＩＣ部品を搭載することによって、発振器の重心が横方向中央部よりも導電性接着剤側に偏位することによる不具合（実装時の実装不良）を防止するために、ＩＣ部品を発振器の横方向中心位置から導電接着剤とは反対側の他端部側に偏位した位置に搭載するようにした。この結果、導電接着剤とＩＣ部品との重量バランスを確保して、実装不良を防止できる。
特に、発振器の横方向中心位置にその重心が来るように配置することにより、重量バランスの安定性が高まり、実装不良防止効果が更に高まる。
また、下面側凹所内においてＩＣ部品を一端寄りに偏位させたことにより、他端寄りにスペースが形成されることとなり、そのスペースを利用して周波数調整に際して使用する周波数測定用の調整用端子を配置することができるようになった。

以下、本発明を図面に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の一実施形態に係るパッケージ構造を備えた表面実装型圧電発振器の一例としての水晶発振器の外観斜視図、縦断面図、及び底面図である。
この水晶発振器は、上面と下面に夫々凹所２、３を備えると共に矩形環状の底面４に駆動電源用実装端子（Ｖｃｃ端子）、制御電圧印加用実装端子（Ｖｃｏｎ端子）、信号出力用実装端子（Ｏｕｔ端子）、接地用実装端子（Ｇｎｄ端子）の４つの実装端子５を備えた縦断面形状が略Ｈ型の絶縁容器１と、上面側凹所２内に設けた２つの上面側内部パッド１１に水晶振動素子（圧電振動素子）１２上の２つの励振電極を夫々電気的に接続した状態で該上面側凹所２を気密封止する金属リッド１５と、下面側凹所３の天井面３ａに配置され各上面側内部パッド１１、及び各実装端子５と所定の配線パターンにより導通した下面側内部パッド６と、下面側内部パッド６に実装される発振回路を構成するＩＣ部品２０と、を備える。なお、この実施形態では、４つの実装端子５のうちのＶｃｃ端子とＶｃｏｎ端子が、夫々上面側内部パッド１１の一方と電気的に接続されている場合を一例として説明する。
絶縁容器１、下面側内部パッド６、上面側内部パッド１１、金属リッド１５は、表面実装型圧電発振器用パッケージを構成している。
上面側凹所２を備えた絶縁容器１の上部と、上面側内部パッド１１と、水晶振動素子１２と、金属リッド１５は、水晶振動子（圧電振動子）を構成している。即ち、水晶振動子はセラミック等の絶縁材料からなる絶縁容器１の上面側凹所３内の上面側内側パッド１１上に水晶振動素子１２を導電性接着剤（導電性ペースト）１６を用いて電気的・機械的に接続し、絶縁容器１の外璧上面の導体リングに金属リッド１５を溶接等によって電気的・機械的に接続して上面側凹所２内を気密封止したものである。

本発明の特徴的な構成は、下面側凹所３内における下面側内部パッド６の形成位置を、ＩＣ部品２０の横方向中心位置Ｃ２が、絶縁容器１の横方向中心位置（下面側凹所中心位置）Ｃ１よりも、上面側内部パッド１１とは反対側の他端寄り位置（図面右方）に偏位するように設定した点にある。つまり、ＩＣ部品２０が非搭載の状態である表面実装型圧電発振器用パッケージと水晶振動素子１２とを備えた構成体では、導電性接着剤１６の重量によって構成体の重心位置が横方向中心位置Ｃ１よりも図２（ａ）における左方へ偏っていたものが、絶縁容器の横方向中心位置Ｃ１よりも、ＩＣ部品２０の中心位置（重心位置）Ｃ２を右方、即ち導電性接着剤１６（上面側内部パッド１１）とは反対側に偏位させたことによりＩＣ部品２０をバラストとして利用し表面実装型圧電発振器の重量バランスを安定させた点にある。
更に、導電性接着剤１６とＩＣ部品２０との重量バランスを安定させるために、圧電発振器の重心位置を絶縁容器の中心位置Ｃ１と一致させるのが好ましい。
そしてこのような構成は、発振器の搭載位置の狂いを抑える手段として、特にＩＣ部品１０６をモールドしないような軽量化された発振器には有効である。

次に、図２は本発明のパッケージの他の実施形態であり、この実施形態に係るパッケージにおいては、水晶振動素子１２の周波数特性を測定し、測定された実際の周波数と狙いの周波数との間に誤差がある場合にそれを調整するために使用する調整用端子３０を、下面側凹所３の天井面３ａであってＩＣ部品２０が図面右寄りに偏位したことにより左側に形成されたスペースＳ内に配置することを可能としている。
調整用端子３０は、図示しないプローブピンを当接させた状態でプローブピンから通電することによって水晶振動素子１２を励振させて、出力される周波数を図示しない測定器に出力するための手段である。
以上のように本発明において、縦断面形状がＨ型の容器を備えた水晶発振器において、水晶振動素子の周波数調整に際して周波数測定用に使用する調整用端子３０を下面側凹所３内に形成されたスペースＳに相当する天井面３ａに配置したので、パッケージの小型化が進んだ結果として下面側凹所３が狭くなったとしても、十分に広い面積の調整用端子を確保することができる。しかも、調整用端子３０をＩＣ搭載用の下面側内部パッド列間に近接配置する必要がなくなり、調整用端子に対してプローブピンを正しく当接させることが可能となる。下面側内部パッド６のレイアウト自由度も高くなる。
なお、上記実施形態では、圧電発振器の代表例として水晶発振器を例示したが、本発明は他の圧電材料から成る圧電振動素子を使用した発振器全てに適用することができる。

（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の一実施形態に係るパッケージ構造を備えた表面実装型圧電発振器の一例としての水晶発振器の外観斜視図、縦断面図、及び底面図。 （ａ）（ｂ）は本発明のパッケージの他の実施形態の縦断面図、及び底面図。 （ａ）は二階建て構造型（Ｈ型）モジュールとしての表面実装型圧電デバイス（水晶発振器）の従来構成を示す縦断面略図、（ｂ）はその底面図。

符号の説明

１…絶縁容器、２…上面側凹所、３…上面側凹所、３ａ…天井面、３ｂ…内壁、３ｃ…凹部、４…底面、５…実装端子、６…下面側内部パッド、１１…上面側内部パッド、１２…水晶振動素子（圧電振動素子）、１５…金属リッド、２０…ＩＣ部品、３０…調整用端子。

Claims (5)

1. 上面と下面に夫々凹所を有し、底面に実装端子を備えた縦断面形状が略Ｈ型の絶縁容器と、圧電振動素子の一端縁を片持ち状態で支持するために上面側凹所内の一端縁寄り位置に設けた２つの上面側内部パッドと、発振回路を構成するＩＣ部品を搭載するために下面側凹所の天井面に配置された下面側内部パッドと、上記各実装端子と上面側内部パッドと下面側内部パッドとの間に所定の配線を施すための配線パターンと、を備えた表面実装型圧電発振器用パッケージにおいて、
   上記下面側凹所内における上記下面側内部パッドの形成位置を、該絶縁容器中心位置よりも上記上面側内部パッドとは反対側の他端寄り位置に偏位させたことを特徴とする表面実装型圧電発振器用パッケージ。
2. 上面と下面に夫々凹所を有し、底面に実装端子を備えた縦断面形状が略Ｈ型の絶縁容器と、圧電振動素子の一端縁を片持ち状態で支持するために上面側凹所内の一端縁寄り位置に設けた２つの上面側内部パッドと、発振回路を構成するＩＣ部品を搭載するために下面側凹所の天井面に配置された下面側内部パッドと、上記各実装端子と上面側内部パッドと下面側内部パッドとの間に所定の配線を施すための配線パターンと、上記各上面側内部パッドと夫々接続された２つの調整用端子と、を備えた表面実装型圧電発振器用パッケージにおいて、
   上記下面側凹所内における上記下面側内部パッドの形成位置を、前記ＩＣ部品の中心位置が該絶縁容器中心位置よりも上記上面側内部パッドとは反対側の他端寄り位置に偏位するように構成し、
   上記調整用端子を、上記下面側内部パッドと上記下面側凹所の一端縁との間のスペースに配置したことを特徴とする表面実装型圧電発振器用パッケージ。
3. 上面と下面に夫々凹所を有し、底面に実装端子を備えた縦断面形状が略Ｈ型の絶縁容器と、圧電振動素子の一端縁を片持ち状態で支持するために上面側凹所内の一端縁寄り位置に設けた２つの上面側内部パッドと、該上面側内部パッド上に導電性接着剤を介して一端縁を支持された圧電振動素子と、発振回路を構成するＩＣ部品を搭載するために下面側凹所の天井面に配置された下面側内部パッドと、該下面側内部パッドに接続されたＩＣ部品と、上記各実装端子と上面側内部パッドと下面側内部パッドとの間に所定の配線を施すための配線パターンと、を備えた表面実装型圧電発振器用パッケージにおいて、
   上記下面側凹所内における上記下面側内部パッドの形成位置を該絶縁容器中心位置よりも、上記上面側内部パッドとは反対側の他端寄り位置に偏位させることにより、上記導電性接着剤と上記ＩＣ部品との重量バランスを安定させたことを特徴とする表面実装型圧電発振器。
4. 上面と下面に夫々凹所を有し、底面に実装端子を備えた縦断面形状が略Ｈ型の絶縁容器と、圧電振動素子の一端縁を片持ち状態で支持するために上面側凹所内の一端縁寄り位置に設けた２つの上面側内部パッドと、該上面側内部パッド上に導電性接着剤を介して一端縁を支持された圧電振動素子と、発振回路を構成するＩＣ部品を搭載するために下面側凹所の天井面に配置された下面側内部パッドと、該下面側内部パッドに接続されたＩＣ部品と、上記各実装端子と上面側内部パッドと下面側内部パッドとの間に所定の配線を施すための配線パターンと、上記各上面側内部パッドと夫々接続された２つの調整用端子と、を備えた表面実装型圧電発振器において、
   上記下面側凹所内における上記下面側内部パッドの形成位置を該絶縁容器中心位置よりも、上記上面側内部パッドとは反対側の他端寄り位置に偏位させることにより、上記導電性接着剤と上記ＩＣ部品との重量バランスを安定させ、
   上記調整用端子を、上記下面側内部パッドと上記下面側凹所の一端縁との間のスペースに配置したことを特徴とする表面実装型圧電発振器。
5. 上記導電性接着剤と上記ＩＣ部品との重量バランスを安定させるために、圧電発振器の重心位置を上記絶縁容器の中心位置と一致させたことを特徴とする請求項３又は４に記載の表面実装型圧電発振器。

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