JP2007258343A - モールドパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】内部の圧電素子とは隙間を空けて当該素子にキャップを被せてなる発振子をモールド樹脂で封止してなるモールドパッケージにおいて、モールド樹脂による応力によりキャップにおける天井部と内部の素子とが接触するのを防止する。
【解決手段】圧電素子１１に箱形状をなすキャップ１３を被せてなるとともに、キャップ１３における圧電素子１１と対向する板状の天井部１３ａの内面と圧電素子１１との間に中空部を有する発振子１０が備えられ、この発振子１０をモールド樹脂４０により封止してなるモールドパッケージにおいて、天井部１３ａは、圧電素子１１から離れる方向に凸となった凸板形状をなすものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、内部の素子とは隙間を空けて当該素子にキャップを被せ保護してなる部品を有するモールドパッケージに関する。

従来より、高精度な発振子として水晶やセラミック発振子が一般に用いられている。これらの部品は、たとえば、セラミック基板上に素子としての発振子を構成し、この発振子に金属などよりなる箱形状のキャップを被せてなるものである。

さらに、これらの部品においては、キャップ内部の発振子が振動できるようにキャップ内部を中空状態とする目的で、キャップにおける発振子と対向する平坦な板状の天井部の内面と発振子とを離すことで、中空部を設けている。

そして、このような発振子を、マイコンなどが搭載された基材としての配線基板に搭載し、これらを金型に設置し、モールド樹脂で封止してなるモールドパッケージが提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。このものでは、発振子をマイコンのクロック供給源として用いている。
特開平６−１２０７６６号公報 特開平７−２８３６５３号

しかしながら、この種のモールドパッケージにおいて、上記発振子はプリント基板等に実装されて使うことを想定して作られているため、通常、キャップは、当該発振子をプリント基板に実装する際のハンドリングに耐えることができる程度の強度しか考慮されていない。

そのため、従来では、このような部品をモールド樹脂で封止する場合に、モールド成形時の樹脂応力が、キャップにおいて比較的強度の弱い平板状の天井部の外面に加わり、当該天井部が凹むように変形して、当該天井部の内面とキャップ内部の素子とが接触する可能性があった。

その結果、素子が破壊されたり、キャップにおける天井部が素子に接触することで、所望の素子特性が得られない、たとえば上記発振子の場合には所定の発振周波数が得られなかったりするなどの問題が生じる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、内部の素子とは隙間を空けて当該素子にキャップを被せてなる部品をモールド樹脂で封止してなるモールドパッケージにおいて、モールド樹脂による応力によりキャップにおける天井部と内部の素子とが接触するのを防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、単純には、キャップ全体を大きくして、内部の素子と平坦板状の天井部との距離を大きくすればよいと考えられるが、キャップ全体を大きくすることは、パッケージ体格の大型化につながり、好ましくない。

そこで、本発明者は、キャップのうちの天井部の構成を変更することにより、キャップ全体のサイズの大型化を極力抑えることに着目し、検討を行い、本発明を創出するに至った。

すなわち、本発明は、内部の素子（１１）とは隙間を空けて当該素子（１１）に箱形状をなすキャップ（１３）を被せてなる部品（１０）を備え、この部品（１０）をモールド樹脂（４０）により封止してなるモールドパッケージにおいて、キャップ（１３）における素子（１１）と対向する板状の天井部（１３ａ）を、素子（１１）から離れる方向に凸となった凸板形状をなすものとしたことを、第１の特徴とする。

それによれば、天井部（１３ａ）の内面とキャップ（１３）内部の素子（１１）との距離を、従来よりも大きくとることができるため、モールド樹脂（４０）による応力によりキャップ（１３）における天井部（１３ａ）と内部の素子（１１）とが接触するのを防止することができる。

ここで、天井部（１３ａ）は、素子（１１）から離れる方向に曲面状に凸となったものであってもよいし、素子（１１）から離れる方向に角部をもって凸となったものであってもよい。

また、本発明は、内部の素子（１１）とは隙間を空けて当該素子（１１）に箱形状をなすキャップ（１３）を被せてなる部品（１０）を備え、この部品（１０）をモールド樹脂（４０）により封止してなるモールドパッケージにおいて、キャップ（１３）における素子（１１）と対向する板状の天井部（１３ａ）に、当該天井部（１３ａ）の素子（１１）へ向かう方向に対する強度を補強する補強部材（１４、１５）を設けたことを、第２の特徴とする。

それによれば、天井部（１３ａ）の強度を従来よりも強くできるため、モールド樹脂（４０）による応力によりキャップ（１３）における天井部（１３ａ）と内部の素子（１１）とが接触するのを防止することができる。

この場合、補強部材（１４）は、天井部（１３ａ）とは別体の部材よりなるものでもよいし、天井部（１３ａ）と一体に形成されたものであってもよい。

また、本発明は、内部の素子（１１）とは隙間を空けて当該素子（１１）に箱形状をなすキャップ（１３）を被せてなる部品（１０）を備え、この部品（１０）をモールド樹脂（４０）により封止してなるモールドパッケージにおいて、キャップ（１３）における素子（１１）と対向する板状の天井部（１３ａ）を、その中央部寄りの部位が凹部（１６）となり当該凹部（１６）の両側が凸部（１７）となるように折り曲げられた波板形状をなすものとしてことを、第３の特徴とする。

それによれば、天井部（１３ａ）の強度を従来よりも強くできるため、モールド樹脂（４０）による応力によりキャップ（１３）における天井部（１３ａ）と内部の素子（１１）とが接触するのを防止することができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るモールドパッケージの要部の概略構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ一点鎖線に沿った部分の概略断面構成を拡大して示す図である。なお、図１（ａ）では、モールド樹脂４０を透過してモールド樹脂４０の内部に位置する部品１０の構成を示してある。

本実施形態のモールドパッケージは、限定するものではないが、１つのモールドパッケージ内にマイコンＩＣや電源、入出力バッファなどを有している混成集積回路に適用が可能である。

このような混成集積回路は、モータやソレノイド、ランプなどを駆動・制御するＥＣＵをアクチュエータと一体化するために、ＥＣＵ機能を１つのモールドパッケージへ納め小型化、搭載性の向上を実現したものである。

本実施形態のモールドパッケージは、部品１０としての発振子１０を備えている。この発振子１０は、基材としての配線基板２０の上に実装されている。たとえば、発振子１０は、同じく配線基板２０上に実装された図示しないマイコンなどに対してクロックを供給する機能を有するものである。

具体的に本実施形態の発振子１０は、図１（ｂ）に示されるように、素子としてのセラミックや水晶などの圧電素子１１を備えている。この圧電素子１１は、アルミナなどのセラミック基板１２の上に、はんだや導電性接着剤などを介して電気的・機械的に接続されている。

そして、圧電素子１１を覆うように、セラミック基板１２の上には、箱形状をなすキャップ１３が接着されており、圧電素子１１は外部から保護されている。このキャップ１３は、鉄などの金属よりなるものであり、本例では、図１に示されるように、直方体の箱形状をなしている。

そして、この発振子１０においては、圧電素子１１に被せられている箱形状のキャップ１３において、圧電素子１１と対向する板状の部分が天井部１３ａとして構成されている。この天井部１３ａの内面と圧電素子１１との間に中空部が設けられている。

つまり、発振子１０において、キャップ１３における天井部１３ａは、その内部の圧電素子１１とは離れた状態で圧電素子１１を被覆している。このような部品としての発振子１０の構成は、従来のものと同様である。

ここで、本実施形態における発振子１０独自の構成として、図１に示されるように、天井部１３ａを、キャップ１３内部の圧電素子１１から離れる方向に凸となった凸板形状をなすものとしている。

さらに言うならば、天井部１３ａは、圧電素子１１から離れる方向に膨らんで曲面状に凸となったドーム形状となっている。このような天井部１３ａは、キャップ１３をプレス加工するなどにより形成することができる。

そして、図１に示されるように、この発振子１０は、基材としての配線基板２０の上に搭載されている。ここで、配線基板２０としては、配線基板として機能するものであれば、特に限定されるものではないが、セラミック配線基板やプリント基板などを採用することができる。

この配線基板２０に対して、発振子１０は、セラミック基板１２の下面にて、導電性接合部材３０を介して電気的・機械的に接合された状態となっている。この導電性接合部材３０は、たとえば、はんだやＡｇペーストなどの導電性接着剤、あるいはバンプなどである。

ここで、発振子１０におけるセラミック基板１２には、たとえば図示しないスルーホールなどを含む配線パターンが形成されており、この配線パターンおよび導電性接合部材３０を介して、セラミック基板１２の上側の圧電素子１１と、下側の配線基板２０とが電気的に接続されている。

なお、上述したように、発振子１０は、同じく配線基板２０上に実装された図示しないマイコンなどに対してクロックを供給するものであり、配線基板２０上には、これらマイコンや電源、入出力バッファなどの他の部品が、必要に応じて実装されている。

また、これら配線基板２０上に搭載されている発振子１０および上記の他の部品は、モールド樹脂４０により封止されている。このモールド樹脂４０は、エポキシ系樹脂など、この種のモールドパッケージの分野で用いられる通常のモールド材料であり、金型を用いたトランスファーモールド法などにより、成形されるものである。

そして、これらの部品により、本モールドパッケージは混成集積回路を構成している。たとえば、本モールドパッケージでは、高精度なクロックを要するシステムが構成されており、発振子１０から上記マイコンにクロックが供給され、当該マイコンは、このクロックに基づいて動作するものとなっている。

なお、このようなモールドパッケージは、配線基板２０上に発振子１０や上記の他の部品などを搭載、固定した後、このものを、金型に入れ、モールド成形することにより製造される。

ところで、本実施形態によれば、内部の圧電素子１１とは隙間を空けて当該素子１１にキャップ１３を被せ保護してなる発振子１０を有するモールドパッケージにおいて、キャップ１３の天井部１３ａを、圧電素子１１から離れる方向に凸となった凸板形状をなすものとしている。

それによれば、天井部１３ａの内面とキャップ１３内部の圧電素子１１との距離を、従来よりも大きくとることができる。従来では、上述したように、キャップの天井部は平坦な板状であったため、天井部と内部の素子との距離を大きくとることは困難であり、モールド樹脂の応力により凹んだとき、天井部の内面が素子に接触しやすかった。

それに対して、本実施形態では、天井部１３ａを、圧電素子１１から離れる方向に凸となった凸板形状としている分、従来の平坦な板形状の天井部よりも天井部１３ａと圧電素子１１との距離を大きくとることができる。そのため、図１（ｂ）中の破線に示されるように、天井部１３ａがモールド樹脂４０の成型時の圧力などにより凹んだとしても、天井部１３ａの内面は、圧電素子１１に接触しないようにできる。

そのため、本実施形態によれば、モールド樹脂４０による応力によりキャップ１３における天井部１３ａと内部の圧電素子１１とが接触するのを防止することができる。その結果、圧電素子１１の破壊防止や、素子特性の確保などが容易になり、高精度な発振子１０をモールド樹脂４０に入れることが可能となる。

ここで、図２は、本第１実施形態の変形例としての発振子１０の概略構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中の矢印Ｂ方向から見た側面図である。

上記図１に示される例では、キャップ１３の天井部１３ａは、圧電素子１１から離れる方向に曲面状に凸となったものであった。それに対して、図２に示される本例のように、天井部１３ａは、圧電素子１１から離れる方向に角部をもって凸となったものであってもよい。

このように、本例では、天井部１３ａは曲面ではなく、角部によって区画された平坦面を組み合わせることにより、凸板形状の天井部１３ａを構成している。そして、本例においても、上記同様に、モールド樹脂４０による応力によりキャップ１３における天井部１３ａと内部の圧電素子１１とが接触するのを防止することができる。

なお、この図２では図示しないけれども、本例の発振子１０も、上記図１に示されるものと同じように配線基板２０上に搭載されて、モールド樹脂４０により封止されるものである。また、角部の数は図２に示される例に限定されず、上記した凸板形状を構成できるならば、いくつであってもよい。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係るモールドパッケージにおける部品としての発振子１０の概略構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中のＣ−Ｃ一点鎖線に沿った部分の概略断面構成を拡大して示す図である。

なお、図３では、上記した配線基板２０およびモールド樹脂４０を省略しているが、その封止形態は上記した図１のものと同様である。本実施形態は、上記実施形態に比べてキャップ１３の天井部１３ａの構成を変形したものであり、以下、その相違点を中心に述べることとする。

本実施形態のモールドパッケージでは、図３に示されるように、キャップ１３の天井部１３ａには、圧電素子１１へ向かう方向に対する天井部１３ａの強度を補強する補強部材としてのリブ１４が設けられている。

このリブ１４は、天井部１３ａとは別体の部材であって、たとえば鉄などの金属よりなる棒状のものである。そして、このリブ１４は、本例では、図３に示されるように、天井部１３ａの内側に溶接や接着などにより固定されている。

本実施形態によれば、天井部１３ａがモールド樹脂４０の応力により圧電素子１１の方向へ向かって凹もうとしても、天井部１３ａを支持する補強部材としてのリブ１４が、天井部１３ａの変形を阻止する。

そのため、天井部１３ａの強度を従来よりも強くすることができ、モールド樹脂４０による応力によりキャップ１３における天井部１３ａと内部の圧電素子１１とが接触するのを防止することができる。

ここで、図４（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本第２実施形態の変形例としての発振子１０の概略断面構成を示す図である。なお、この図４においても、上記した配線基板２０およびモールド樹脂４０を省略しているが、その封止形態は、上記した図１のものと同様である。

図４（ａ）に示される例では、天井部１３ａとは別体の部材よりなるリブ１４を、上記図３に示される例とは逆に、天井部１３ａの外側に設け、溶接や接着などにより固定している。

また、上記図３および図４（ａ）に示される例では、補強部材は、天井部１３ａとは別体の部材よりなるリブ１４を用いたが、図４（ｂ）に示される例では、補強部材を、天井部１３ａと一体に形成された折り目１５としている。

図４（ｂ）では、折り目１５は、天井部１３ａにおいて外側から凹んだ谷折り形状となっているが、これとは逆に山折りの折り目であってもよい。このような折り目１５は、プレス加工などにより形成できる。

そして、これら図４（ａ）、（ｂ）に示される例によっても、上述した補強部材としての機能が発揮されて、天井部１３ａの強度を従来よりも強くできるため、モールド樹脂４０による応力により天井部１３ａと内部の圧電素子１１とが接触するのを防止することができる。

なお、補強部材を、天井部１３ａと一体に形成されたものとする構成としては、上記図４（ｂ）に示されるような折り目１５を設ける構成以外にも、たとえば、天井部１３ａのうち当該折り目１５に相当する部位の板厚を厚くする構成であってもよい。

（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係るモールドパッケージにおける部品としての発振子１０の概略構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中の矢印Ｄ方向から見た側面図である。

なお、図５においても、上記した配線基板２０およびモールド樹脂４０を省略しているが、その封止形態は上記した図１のものと同様である。本実施形態も、上記実施形態に比べてキャップ１３の天井部１３ａの構成を変形したものであり、以下、その相違点を中心に述べることとする。

本実施形態のモールドパッケージでは、図５に示されるように、キャップ１３の天井部１３ａを、その中央部寄りの部位が凹部１６となり凹部１６の両側が凸部１７となるように折り曲げられた波板形状をなすものとしている。

天井部１３ａをこのような波形形状とすることで、いわゆる波形のトタン屋根の場合のようになり、形状特性の点から、従来の平坦な板状の天井部よりも厚さ方向の強度が強くなる。そのため、本実施形態によっても、モールド樹脂４０による応力により天井部１３ａと内部の圧電素子１１とが接触するのを防止することができる。

ここで、図６は、本第３実施形態の発振子１０において、上記波板形状を有する天井部１３ａを形成する方法を示す概略側面図である。

まず、図６（ａ）に示されるように、発振子１０において天井部１３ａを凸形状に形成しておく。続いて、図６（ｂ）に示されるように、治具などを用いて、キャップ１３の天井部１３ａをモールド樹脂４０の注入時の注入圧と同程度の荷重によって凹ませる。これにより、上記波板形状を有する天井部１３ａを形成できる。

このように、モールド樹脂４０の注入時の注入圧と同程度の荷重によって天井部１３ａを凹ませておくことで、モールド成型時においては、天井部１３ａの凹み量を極力小さくすることが可能となる。また、本実施形態では、キャップ１３のサイズを従来のものと同等程度にできるという効果も有する。

（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、配線基板２０の上には、発振子１０以外に他の部品が搭載されるものとしたが、この他の部品は必要に応じて搭載されればよく、配線基板２０に発振子１０のみが搭載されたものであってもよい。

また、上記各実施形態では、部品として発振子１０を用いているが、部品としては、内部の素子と隙間を空けて当該素子にキャップを被せ保護してなるものであれば、それ以外のものでもよい。

上記実施形態では、キャップ１３は、直方体の箱形状をなしているが、キャップとしては、素子１１と対向する板状の天井部を有する箱形状のものであればよく、たとえば円筒状の箱形状などであってもよい。

また、内部の素子としては、圧電素子１１以外のものでもよく、キャップの内面と中空部を介して配置され、当該キャップ内に収納されキャップによって被覆されるものであればよい。

たとえば、素子として可動部を有する加速度センサや角速度センサなどを用いることも可能である。この場合でも、可動部の可動特性を確保するために、これらセンサとキャップの天井部の内面とを離して中空部を持たせる必要がある。

また、上記実施形態では、部品１０は基材としての配線基板２０の上に搭載された形でモールド樹脂４０によって封止されているが、部品１０はこのような基材に搭載されていなくてもよく、部品１０のみがモールド樹脂４０に封止されていてもよい。

本発明の第１実施形態に係るモールドパッケージの要部を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ概略断面図である。 上記第１実施形態の変形例としての発振子の概略構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中のＢ矢視図である。 本発明の第２実施形態に係るモールドパッケージにおける発振子の概略構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中のＣ−Ｃ概略断面図である。 上記第２実施形態の変形例としての発振子の概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係るモールドパッケージにおける発振子の概略構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中のＤ矢視図である。 上記第３実施形態の発振子において波板形状を有する天井部の形成方法を示す工程図である。

符号の説明

１０…部品としての発振子、１１…素子としての圧電素子、１３…キャップ、
１３ａ…キャップの天井部、１４…補強部材としてのリブ、
１５…補強部材としての折り目、１６…波板形状をなす天井部の凹部、
１７…波板形状をなす天井部の凸部、４０…モールド樹脂。

Claims (7)

1. 素子（１１）に箱形状をなすキャップ（１３）を被せてなるとともに、前記キャップ（１３）における前記素子（１１）と対向する板状の天井部（１３ａ）の内面と前記素子（１１）との間に中空部を有する部品（１０）が備えられており、
   前記部品（１０）をモールド樹脂（４０）により封止してなるモールドパッケージにおいて、
   前記天井部（１３ａ）は、前記素子（１１）から離れる方向に凸となった凸板形状をなすものであることを特徴とするモールドパッケージ。
2. 前記天井部（１３ａ）は、前記素子（１１）から離れる方向に曲面状に凸となったものであることを特徴とする請求項１に記載のモールドパッケージ。
3. 前記天井部（１３ａ）は、前記素子（１１）から離れる方向に角部をもって凸となったものであることを特徴とする請求項１に記載のモールドパッケージ。
4. 素子（１１）に箱形状をなすキャップ（１３）を被せてなるとともに、前記キャップ（１３）における前記素子（１１）と対向する板状の天井部（１３ａ）の内面と前記素子（１１）との間に中空部を有する部品（１０）が備えられており、
   前記部品（１０）をモールド樹脂（４０）により封止してなるモールドパッケージにおいて、
   前記天井部（１３ａ）には、当該天井部（１３ａ）の前記素子（１１）へ向かう方向に対する強度を補強する補強部材（１４、１５）が設けられていることを特徴とするモールドパッケージ。
5. 前記補強部材（１４）は、前記天井部（１３ａ）とは別体の部材よりなることを特徴とする請求項４に記載のモールドパッケージ。
6. 前記補強部材（１５）は、前記天井部（１３ａ）と一体に形成されたものであることを特徴とする請求項４に記載のモールドパッケージ。
7. 素子（１１）に箱形状をなすキャップ（１３）を被せてなるとともに、前記キャップ（１３）における前記素子（１１）と対向する板状の天井部（１３ａ）の内面と前記素子（１１）との間に中空部を有する部品（１０）が備えられており、
   前記部品（１０）をモールド樹脂（４０）により封止してなるモールドパッケージにおいて、
   前記天井部（１３ａ）は、その中央部寄りの部位が凹部（１６）となり当該凹部（１６）の両側が凸部（１７）となるように折り曲げられた波板形状をなすものであることを特徴とするモールドパッケージ。

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