JP2009089437A - 表面実装型圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性に優れ、全体構造の小型化にも対応することができる表面実装型圧電発振器を提供する。
【解決手段】内部に圧電振動素子５が収容された矩形状容器体１の下面に、前記圧電振動素子５の振動に基づいて発振出力を制御する矩形状のＩＣ素子７と、下面に外部端子９ｂが設けられた少なくとも一対の脚部６ａ、６ｂとを、前記ＩＣ素子７が一対の脚部６ａ、６ｂの間に位置するようにして取着・並設させてなる表面実装型圧電発振器であって、前記脚部６ａ、６ｂの側面と対向するＩＣ素子７の２個の側面を前記脚部６ａ、６ｂの側面に近接配置させるとともに、前記ＩＣ素子７の前記側面と直交する２個の側面を一対の脚部６ａ、６ｂの端面間より露出させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯用通信機器等の電子機器に用いられる表面実装型圧電発振器に関するものである。

従来より、携帯用通信機器等の電子機器に圧電発振器が用いられている。

かかる従来の圧電発振器としては、例えば図５に示す如く、下面に複数個の外部端子２２が被着されている枠状基体２１の上面に、内部に水晶振動素子等の圧電振動素子２４が収容されている容器体２３を取着させるとともに、前記枠状基体２１の内壁面と容器体２３の下面とで囲まれるキャビティ部２５に前記圧電振動素子２４の振動に基づいて発振出力を制御するＩＣ素子２６やコンデンサ等の電子部品素子２７を配設し、これらのＩＣ素子２６や電子部品素子２７を前記容器体２３の下面に搭載した構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

尚、前記容器体２３は、その内部に収容されている圧電振動素子を大気と遮断して気密封止するためのものであり、電気絶縁性材料から成る基板の上面にシールリングを、該シールリングの内側に圧電振動素子をそれぞれ取着させ、前記シールリングの上面に金属製の蓋体をシーム溶接（抵抗溶接）等で接合することによって圧電振動素子が収容されている空間を気密封止している。

また、このような容器体２３の基板や上述した枠状基体２１は、通常、ガラス−セラミック等のセラミック材料によって一体的に形成されており、その内部及び表面には配線導体が形成され、従来周知のセラミックグリーンシート積層法等を採用することによって製作されていた。
特開２０００―１５１２８３号公報

ところで、上述した表面実装型圧電発振器に使用されるＩＣ素子２６としては、上面に複数個の接続パッドを有したフリップチップ型のＩＣ素子が用いられており、かかるフリップチップ型のＩＣ素子２６を容器体２３の下面に搭載する場合は、ＩＣ素子２６の接続パッドを半田等の導電性接合材を介して容器体下面の対応する電極パッドに当接させた上、半田等の導電性接合材を高温で加熱・溶融させることによってＩＣ素子２６を容器体２３に電気的・機械的に接続させていた。

しかしながら、上述した従来の表面実装型圧電発振器においては、ＩＣ素子２６が枠状基体２１の内側に配置されており、ＩＣ素子２６と容器体２３との接合部が枠状基体２１によって完全に囲まれていることから、ＩＣ素子２６を容器体２３の下面に搭載する際、熱がＩＣ素子２６と容器体２３との間に介在させた導電性接合材まで伝達されにくく、ＩＣ素子２６の搭載作業に長時間を要したり、容器体２３に対するＩＣ素子２６の接合強度が不足気味になる等の不都合があり、このことが表面実装型圧電発振器の信頼性及び生産性を低下させる原因の一つとなっていた。

また従来の表面実装型圧電発振器においては、上述したように、容器体２３とＩＣ素子２６との接合部が枠状基体２１によって取り囲まれており、接合部を直視することができなくなっていることから、製品の検査等に際してＩＣ素子２６の接合状態を目視等によって確認することが困難であり、このことも表面実装型圧電発振器の生産性を向上させるにあたり障害となっていた。

更に上述した従来の表面実装型圧電発振器においては、枠状基体２１がＩＣ素子２６を囲繞するように配置されていることから、その全体構造がＩＣ素子２６の外寸よりも一回り大きなものとならざるを得ず、表面実装型圧電発振器の小型化に供することも不可となる欠点を有していた。

本発明は上述した課題に鑑み案出されたもので、その目的は、生産性に優れ、全体構造の小型化にも対応することができる表面実装型圧電発振器を提供することにある。

本発明の一つの態様によれば、表面実装型圧電発振器は、矩形状の容器体と、容器体の下面に設けられた一対の脚部と、容器体の内部に収容された圧電振動素子と、容器体の下面に設けられた矩形状のＩＣ素子とを備えている。ＩＣ素子は、一対の脚部の間に配置されており、圧電振動素子の振動に基づいて発振出力を制御する。脚部の側面と対向するＩＣ素子の２個の第１側面が、脚部の側面に近接配置されている。ＩＣ素子の第１側面と直交する２個の第２側面が、容器体の外周部に沿って配置されているとともに、一対の脚部の端面間から露出されている。

本発明の一つの態様によれば、脚部の側面と対向するＩＣ素子の２個の第１側面が、脚部の側面に近接配置されている。ＩＣ素子の第１側面と直交する２個の第２側面が、容器体の外周部に沿って配置されているとともに、一対の脚部の端面間から露出されている。このような構成によって、生産性が向上されている。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の表面実装型圧電発振器を表面実装型水晶発振器に適用した実施形態を示す斜視図、図２は図１の表面実装型水晶発振器の断面図、図３は図１の表面実装型水晶発振器を下方より見た平面図であり、これらの図に示す表面実装型水晶発振器は、内部に圧電振動素子としての水晶振動素子５を収容した容器体１の下面に、一対の脚部６ａ，６ｂと、ＩＣ素子７とを取着させた構造を有している。

前記容器体１は、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料から成る基板２と、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属から成るシールリング３と、シールリング３と同様の金属から成る蓋体４とから成り、前記基板２の上面にシールリング３を取着させ、その上面に蓋体４を載置・固定させることによって容器体１が構成され、シールリング３の内側に位置する基板２の上面に水晶振動素子５が実装される。

前記容器体１は、その内部、具体的には、基板２の上面とシールリング３の内面と蓋体４の下面とで囲まれる空間内に水晶振動素子５を収容して気密封止するためのものであり、基板２の上面には水晶振動素子５の振動電極に接続される一つの搭載パッド８ａ等が、基板２の下面には後述する脚部６ａ，６ｂの接合電極９ａに接続される複数個の接合電極８ｃ（以下、第１接合電極という。）やＩＣ素子７の接続パッド７ａに接続される複数個の電極パッド８ｂ等がそれぞれ設けられ、これらのパッドは基板表面の配線パターンや基板内部に埋設されているビアホール導体等によって、対応するパッド同士、相互に電気的に接続されている。

尚、前記容器体１の基板２は、ガラス−セラミック等のセラミック材料から成る場合、例えば、セラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面等に配線導体８となる導体ペーストを所定パターンに印刷・塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することによって製作される。

また前記容器体１のシールリング３及び蓋体４は従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を所定形状に成形することによって製作され、得られたシールリング３を基板２の上面に予め被着させておいた導体層にロウ付けし、続いて水晶振動素子５を導電性接着剤１０を用いて基板２の上面に実装・固定した後、上述の蓋体４を従来周知の抵抗溶接等によってシールリング３の上面に接合することによって容器体１が組み立てられる。このようにシールリング３と蓋体４とを抵抗溶接によって接合する場合、シールリング３や蓋体４の表面には予めＮｉメッキ層やＡｕメッキ層等を被着させておく。

一方、前記容器体１の内部に収容される水晶振動素子５は、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の振動電極を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の振動電極を介して水晶片に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こす。

前記水晶振動素子５は、一対の振動電極を導電性接着材１０を介して基板上面の搭載パッドに電気的に接続させることによって基板２の上面に搭載され、これによって水晶振動素子５と容器体１との電気的接続及び機械的接続が同時になされる。

ここで容器体１の金属製蓋体４を容器体１や脚部６ａ，６ｂの配線導体８，９を介して後述するグランド端子用の外部端子９ｂに接続させておけば、その使用時、蓋体４がアースされることによりシールド機能が付与されることとなるため、水晶振動素子５や後述するＩＣ素子７を外部からの不要な電気的作用より良好に保護することができる。従って、容器体１の金属製蓋体４は容器体１や脚部６ａ，６ｂの配線導体８，９を介してグランド端子用の外部端子９ｂに接続させておくことが好ましい。

そして、上述した容器体１の下面に取着される一対の脚部６ａ，６ｂ及びＩＣ素子７は、ＩＣ素子７が一対の脚部６ａ，６ｂの間に位置するようにして並設されている。

前記一対の脚部６ａ，６ｂは、各々がガラス布基材エポキシ樹脂やポリカーボネイト，エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂等の樹脂材料やガラス−セラミック，アルミナセラミックス等のセラミック材料等によって矩形状をなすように形成されており、間にＩＣ素子７を挟んで平行に配置される。

また、これら一対の脚部６ａ，６ｂの上面には容器体下面の対応する第１接合電極８ｃに電気的・機械的に接続される複数個の接合電極９ａ（以下、第２接合電極という。）が、また下面には４つの外部端子９ｂ（電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子）が２個の脚部６ａ，６ｂに分かれて２個ずつ設けられており、これらの第２接合電極９ｂと外部端子９ａとは各脚部６ａ，６ｂの端面等に設けられた溝部内面の導体膜等を介して電気的に接続されている。

上述した４個の外部端子９ｂは、表面実装型圧電発振器をマザーボード等の外部電気回路に搭載する際、外部電気回路の回路配線と電気的に接続されるようになっており、これら４個の外部端子９ｂのうち、グランド端子と発振出力端子を一方の脚部６ａに、電源電圧端子と発振制御端子を他方の脚部６ｂに設けておくようにすれば、発振出力端子がグランド電位に接続されるグランド端子に近接して配置されることから、発振出力端子より出力される発振信号にノイズが干渉するのを有効に防止することができる。従って、グランド端子と発振出力端子は共通の脚部に隣接させて設けておくことが好ましい。

尚、前記脚部６ａ，６ｂは、ガラス布基材エポキシ樹脂から成る場合、ガラス糸を編み込んで形成したガラス布基材にエポキシ樹脂の液状前駆体を含浸させるとともに、該前駆体を高温で重合させることによってベースが形成され、その表面に貼着される銅箔等の金属箔を従来周知のフォトエッチング等を採用し、所定パターンに加工することによって配線導体が形成される。そして、このようにして得られた脚部６ａ，６ｂは、その上面に設けられた第２接合電極９ａを半田等の導電性接合材１１を介して容器体下面の第１接合電極８ｃに対して当接させ、しかる後、前記導電性接合材１１を熱の印加によって溶融させる等して両者を電気的・機械的に接続することにより容器体１の下面に取着される。

このような一対の脚部６ａ，６ｂは、ガラス布基材エポキシ樹脂等の樹脂材料で形成しておくのが好ましく、かかる樹脂材料で脚部６ａ，６ｂを形成しておくことにより、外形切断加工等を容易に行うことができる。

また一方、前記一対の脚部６ａ，６ｂ間に配置されるＩＣ素子７としては、上面に前記容器体１の電極パッド８ｂに接続される複数個の接続パッド７ａを有した矩形状のフリップチップ型ＩＣが用いられ、その回路形成面には、周囲の温度状態を検知する感温素子（サーミスタ）、水晶振動素子５の温度特性を補償する温度補償データを有し、該温度補償データに基づいて前記水晶振動素子５の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、該温度補償回路に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路等が設けられている。このようなＩＣ素子７の発振回路で生成された発振出力は、外部に出力された後、例えば、クロック信号等の基準信号として利用されることとなる。

このようなＩＣ素子７は、その上面に設けた複数の接続パッド７ａを、容器体下面の対応する電極パッド８ｂに半田や金バンプ等の導電性接合材１１を介して電気的に接続させることによって容器体１の下面に取着され、これによってＩＣ素子７内の電子回路が容器体１の配線導体８や脚部６ａ，６ｂの配線導体９等を介して水晶振動素子５や脚部６ａ，６ｂの外部端子９ｂ等と電気的に接続される。

尚、前記ＩＣ素子７の温度補償回路に温度補償データを書き込むための書込端子（図示せず）は前記脚部６ａ，６ｂの側面等に設けられ、これらの書込端子にデータ書込装置のプローブ針を当て、ＩＣ素子７の温度補償回路内に設けられているメモリに水晶振動素子５の温度特性に応じた温度補償データを書き込むことによって温度補償回路内に温度補償データが格納される。また、このような書込端子は、脚部６ａ，６ｂ等と一体的に設けられる外部の捨代部に配置させておき、温度補償データの書き込みが終了した後でこの捨代部を脚部６ａ，６ｂ等から切り離すようにしても良く、そのようにして表面実装型水晶発振器を構成することにより、全体構造を小型化して、構成を簡素化することができる。

また更に上述したＩＣ素子７は、４個の側面のうち平行に配置されている２個の側面が、その全面にわたり、上述した脚部６ａ，６ｂの側面に対向して近接配置されるようになっており、この２個の側面と直交する残りの２個の側面を一対の脚部６ａ，６ｂの端面間より露出させている。ここで、前記ＩＣ素子７の側面と前記脚部６ａ，６ｂの側面との間にできる間隙の幅は、例えば１０μｍ〜５００μｍに設定される。

そして、前記ＩＣ素子７の２個の露出側面は、容器体１の外周部よりも若干内側、例えば、容器体１の外周より１μｍ〜５００μｍだけ内側に、容器体１の外周部に沿って配されている。

このように、前記ＩＣ素子７の露出側面と直交する方向に係る容器体１や脚部６ａ，６ｂの幅寸法はＩＣ素子７の一辺の長さと略等しくなるように設計され、またＩＣ素子７の露出側面と平行な方向に係る容器体１の幅寸法はＩＣ素子７の一辺の長さと脚部６ａ，６ｂの幅との和と略等しくなるように設計されているため、表面実装型水晶発振器の全体構造を縦・横いずれの方向にも小型に構成することができるようになる。

しかもこの場合、ＩＣ素子７の２個の露出側面は一対の脚部６ａ，６ｂに遮られることなく露出させてあり、ＩＣ素子７と容器体１との接合部が直視できるようになっているため、製品の検査等に際してＩＣ素子７の接合状態を目視等によって容易に確認することができ、これによって表面実装型水晶発振器の生産性を向上させることも可能となる。

また前記ＩＣ素子７の２個の側面は一対の脚部６ａ，６ｂの側面間に露出させてあることから、ＩＣ素子７を半田等の導電性接合材１１を介して容器体１の下面に搭載する際、該接合に必要な熱を一対の脚部６ａ，６ｂの側面間より容器体１−ＩＣ素子７間の導電性接合材１１に対して良好に伝達させることができ、ＩＣ素子７を効率良く、確実に搭載することが可能となる。これにより、表面実装型水晶発振器の信頼性及び生産性を向上させることができる。

更に上述した表面実装型水晶発振器は、平行に配されているＩＣ素子７の２個の側面を一対の脚部６ａ，６ｂの側面間より露出させるようにしたことで、ＩＣ素子７の搭載領域がその両端部で外部に開放された形となっている。このため、ＩＣ素子７を容器体１に半田接合する場合のフラックス洗浄工程や、完成した表面実装型水晶発振器をマザーボード等の外部電気回路に搭載した後に行なわれる洗浄工程等においてＩＣ素子７の表面や容器体１の下面に対して洗浄液を接触させる場合であっても、一対の脚部６ａ，６ｂ間の領域への洗浄液の流入、及び流出は上述した搭載領域両側の開放端を介して極めてスムーズ、かつ良好になされるようになり、ＩＣ素子７の搭載領域に洗浄液が残留してしまうのを有効に防止して、上述の洗浄工程を効率良く行うことができる利点もある。

尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

例えば、上述した実施形態においては、圧電振動素子として水晶振動素子を用いた表面実装型水晶発振器を例にとって説明したが、これに代えて、圧電振動素子としてＳＡＷフィルタ等の他の圧電振動素子を用いる場合にも本発明は適用可能である。

また上述した実施形態において、図４（ａ）に示す如く、ＩＣ素子７及び一対の脚部６ａ，６ｂを単一の異方性導電接着材１２を介して容器体１の下面に取着させるようにしても良く、この場合、容器体１と一対の脚部６ａ，６ｂとの電気的接続及び機械的接続、容器体１とＩＣ素子７との電気的接続及び機械的接続が異方性導電接着材１２によって一括的になされることから、表面実装型水晶発振器の組み立て作業を大幅に簡略化することができる利点がある。

更に上述した実施形態において、図４（ｂ）に示す如く、容器体下面の電極パッド８ｂとＩＣ素子７の接続パッド７ａとの接合領域に形成される容器体１−ＩＣ素子７間の隙間から容器体下面の接合電極８ａと脚部上面の第２接合電極９ａとの接合領域に形成される容器体１−脚部６ａ，６ｂ間の隙間にかけて樹脂材１３を充填・形成し、該樹脂材１３で対向するパッド同士、電極同士を接合する導電性接合材１１を被覆するようになしておいても良く、その場合、ＩＣ素子７の回路形成面を樹脂材１３でもって良好に保護することができるとともに、ＩＣ素子７や脚部６ａ，６ｂの接合部が前記樹脂材１３でもって補強されるようになり、これによっても表面実装型水晶発振器の信頼性を向上させることができる。

また更に上述した実施形態においては、容器体１の蓋体４をシールリング３を介して基板２に接合させるようにしたが、これに代えて、基板２の上面に接合用のメタライズパターンを形成しておき、このメタライズパターンに対して蓋体４をダイレクトに溶接するようにしても構わない。

更にまた上述した実施形態においては、容器体１の基板上面に直接シールリング３を取着させるようにしたが、これに代えて、基板２の上面に基板２と同材質のセラミック材料等から成る枠体を一体的に取着させた上、該枠体の上面にシールリング３を取着させるようにしても構わない。

また更に上述した実施形態においては、容器体１の下面に２個の脚部６ａ，６ｂを取着させるようにしたが、これに代えて、各脚部６ａ，６ｂをそれぞれ２個に分断して得た４個の脚部を容器体１の下面に取着させるようにしたり、或いは、脚部６ａ，６ｂのうち一方のみを２つに分断して得た３個の脚部を容器体１の下面に取着させるようにしても良く、このような場合であってもＩＣ素子７の側面が２個の脚部の側面間より露出されるように構成されている限り、上述の実施形態と同様の効果が得られる。

更にまた上述した実施形態においては、脚部６ａ，６ｂの形状を矩形状となしたが、このような脚部６ａ，６ｂの内側面や外側面，角部等に切り欠きを設け、この切り欠きと接する脚部６ａ，６ｂの表面に導体パターンを被着させたり、或いは、切り欠きによってできたスペースにチップ状コンデンサ等の小さな電子部品素子を配置させるようにしても構わない。

また更に上述した実施形態において、ＩＣ素子７の側面と脚部６ａ，６ｂの側面との間にできる間隙に補強や封止等を目的として樹脂材等を充填するようにしても良いことは言うまでもない。

本発明の表面実装型圧電発振器によれば、圧電振動素子が収容されている容器体の下面に、外部端子を有する一対の脚部と発振制御用のＩＣ素子とを、該ＩＣ素子の２個の側面が一対の脚部の側面間に露出するようにして取着させたことから、ＩＣ素子を半田等の導電性接合材を介して容器体の下面に搭載する際、接合に必要な熱を一対の脚部間より容器体−ＩＣ素子間の導電性接合材に良好に伝達させることができるようになり、ＩＣ素子が確実に、かつ効率良く搭載されるようになる。これにより、表面実装型圧電発振器の信頼性及び生産性を向上させることが可能となる。

また本発明の表面実装型圧電発振器によれば、ＩＣ素子の２個の側面が一対の脚部間より露出され、ＩＣ素子と容器体との接合部が直視できるようになっているため、製品の検査等に際してＩＣ素子の接合状態を目視等によって容易に確認することができ、これによっても表面実装型圧電発振器の生産性向上に供することが可能となる。

更に本発明の表面実装型圧電発振器によれば、上述したＩＣ素子の２個の露出側面を容器体の外周部に沿って配置させ、ＩＣ素子の残りの２個の側面を該側面に対向する脚部の側面に近接配置させることにより、表面実装型圧電発振器の全体構造を小型化することができる。

また更に本発明の表面実装型圧電発振器によれば、容器体及び脚部、容器体及びＩＣ素子を異方性導電接着材を介して電気的・機械的に接続させることにより、表面実装型圧電発振器の組み立て作業を簡略化することができ、更にまた本発明の表面実装型圧電発振器によれば、容器体下面の電極パッドとＩＣ素子の接続パッド、容器体下面の接合電極と脚部上面の接合電極を導電性接着材を介して接続した上、容器体−ＩＣ素子間の隙間から容器体−脚部間の隙間にかけて樹脂材を充填・形成し、該樹脂材で前記導電性接合材を被覆するようになしておくことにより、ＩＣ素子の回路形成面（上面）を樹脂材で良好に保護することができるとともに、ＩＣ素子や脚部の接合部が前記樹脂材でもって補強されるようになり、これによっても表面実装型圧電発振器の信頼性を向上させることが可能となる。

本発明を表面実装型水晶発振器に適用した実施形態を示す斜視図である。 図１の表面実装型水晶発振器の断面図である。 図１の表面実装型水晶発振器を下方より見た平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る表面実装型圧電発振器の断面図である。 （ａ）は従来の表面実装型圧電発振器の断面図、（ｂ）は（ａ）の表面実装型圧電発振器を下方から見た平面図である。

１・・・容器体
２・・・基板
３・・・シールリング
４・・・蓋体
５・・・圧電振動素子（水晶振動素子）
６ａ，６ｂ・・・一対の脚部
７・・・ＩＣ素子
７ａ・・・接続パッド
８・・・容器体の配線導体
８ａ・・・搭載パッド
８ｂ・・・電極パッド
８ｃ・・・第１接合電極
９・・・脚部の配線導体
９ａ・・・第２接合電極
９ｂ・・・外部端子
１０、１１・・・導電性接合材
１２・・・異方性導電接着材
１３・・・樹脂材

Claims (2)

1. 矩形状の容器体と、
   前記容器体の下面に設けられた一対の脚部と、
   前記容器体の内部に収容された圧電振動素子と、
   前記容器体の前記下面に設けられているとともに前記一対の脚部の間に配置されており、前記圧電振動素子の振動に基づいて発振出力を制御する矩形状のＩＣ素子とを備えており、
   前記脚部の側面と対向する前記ＩＣ素子の２個の第１側面が、前記脚部の側面に近接配置されており、
   前記ＩＣ素子の前記第１側面と直交する２個の第２側面が、前記容器体の外周部に沿って配置されているとともに、前記一対の脚部の端面間から露出されている、
   ことを特徴とする表面実装型圧電発振器。
2. 前記ＩＣ素子は、感温素子を有しており、前記感温素子によって得られる温度情報に応じて前記圧電振動子の振動特性を補正することを特徴とする請求項１記載の表面実装型圧電発振器。

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