JP4066770B2 - 圧電発振器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低背化を最大限に達成するための構成を備えた圧電発振器の欠点である実装強度の低下という問題を解消した表面実装型圧電発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機等の移動体通信機器の普及に伴う低価格化、及び小型化の急激な進展により、これらの通信機器に使用される水晶発振器等の圧電発振器に対しても、低価格化、小型化、及び薄型化の要請が高まっている。
このような要請に対応するために、従来からチップ部品を使用してパッケージ化した表面実装型圧電発振器が種々提案されている。表面実装型圧電発振器としては、底部に実装電極を備えた絶縁基板の表面に形成した配線パターン上に、水晶振動子等の圧電振動子や、発振回路部品及び温度補償回路部品等のチップ部品を搭載し、更にこれらの部品を包囲するように金属キャップを絶縁基板に固定した圧電発振器が知られている。
しかし、このタイプの発振器は、絶縁基板の表面上に全ての部品を並列に搭載する構成であるため、絶縁基板の面積が大きくなり、小型化の要請を満たすことが困難であった。
【０００３】
図２は、このような不具合を解消するために、本出願人が提案した表面実装型の圧電発振器（特願２００２−０２６０１８）の構成を示す縦断面図であり、この圧電発振器１００は、圧電振動子１０１の容器１０２の底面にＩＣ部品１０３と、大バンプ１０４を搭載した構成を備えている。
圧電振動子１０１は、容器１０２内の空所に圧電振動素子（圧電基板上に励振電極を形成した素子）１１０を収容した状態で金属蓋１１１によって空所を気密封止した構成を備える。容器１０２は、セラミック、或いはガラスエポキシ等から成る容器本体１１２と、金属蓋１１１から成る。容器本体１１２は、底板１１３と、底板１１３上に固定された環状の外壁１１４とから一体形成されている。底板１１３は、２枚のセラミックシート１１３ａ、１１３ｂからなり、このセラミックシート１１３ａ、１１３ｂと、外枠１１４を構成するセラミックとを積層して焼結することにより、容器本体１１２が形成される。
底板１１３の底面には底部電極１２０と、バンプ用パッド１２２を夫々形成する。底部電極１２０は小バンプ１２１を介してＩＣ側電極１０３ａと半田接続される。バンプ用パッド１２２は、大バンプ１０４を介して図示しないマザーボード上の配線パターンと半田接続される。
この絶縁基板１０２は、小型化の要請に応じるために最小化されているので、その裏面におけるＩＣ部品や大バンプの搭載面積も極限られた狭いスペースとなっている。
ＩＣ部品１０３は、発振回路、温度補償回路等を集積した半導体チップを絶縁樹脂等により包摂一体化した構成を備えており、その外面（上面）には半導体チップの各端子から引き出されたＩＣ側電極１０３ａが配置されている。このＩＣ側電極１０３ａを底板１１３の裏面に設けた底部電極１２０に半田接続することにより、ＩＣ部品１０３は搭載される。
大バンプ１０４は、例えば球状の耐熱樹脂に金属メッキ加工を施した電極であり、底板１１３の裏面の電極１２０に固定されている。この大バンプ１０４を図示しないマザーボード上の配線パターンに半田によって接続することにより、マザーボードに対する圧電発振器の搭載が行われる。
【０００４】
上記の如き圧電発振器は、底板１１３の平面積が可能な限り狭面積化されているとともに、ＩＣ部品を底板裏面に配置したため、最終的に得られる圧電発振器の平面積を最小化することができるばかりでなく、図示しないマザーボード上に表面実装されたときにおける実装高さを可能な限り低減するために、ＩＣ部品１０３の高さ及び大バンプ１０４の直径は夫々可能な限り小さく設定されている。この例で言えば、大バンプ１０４の直径は、ＩＣ部品１０３の実装高さと同等か、或いは僅かに大きく設定されている。従って、ＩＣ部品１０３の実装高さが低くなればなるほど、直径の小さい大バンプ１０４を使用する必要が生じる。
しかし、球状の大バンプ１０４は、その直径が小さくなればなるほど表面積が狭くなるため、マザーボード上に半田接続した際の使用半田量が減少して半田フィレットを形成できず、実装強度を低下させる原因となる。
具体的には、圧電発振器の全高を１ｍｍ以内に留めるためには、大バンプ１０４の直径を０．３ｍｍ以下にする必要があるが、０．３ｍｍ以下であると、マザーボード上に実装した際の半田量が減少し、接合信頼性を維持することが困難となる。
図２に示した例では、底板１１３の肉厚は０．３６ｍｍ、外壁１１４と蓋１１１を合わせた高さは０．３４ｍｍであるため、圧電発振器の全高を１ｍｍ以内にするためには、大バンプ１０４の直径を０．３ｍｍ以下に設定する必要がある。従って、この例では、マザーボード実装時の接合信頼性が低下することが明らかである。
【特許文献１】
特願２００２−０２６０１８
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、低背化を最大限に達成するための構成を備えた上記圧電発振器の欠点である実装強度の低下という問題を解決することを課題とする。具体的には、パッケージ化された圧電振動子の底板の裏面側にＩＣ部品及び球状の大バンプを搭載した表面実装型圧電発振器において、大バンプを小径化して発振器全体の実装高さの低減を図った場合に発生していた、マザーボードに実装した場合の接合強度の低下という不具合を解消した表面実装型圧電発振器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明に係る表面実装型圧電発振器は、絶縁材料からなる容器、該容器内に収容された圧電振動素子、該容器の底板の外底面の中央寄りに配置した底部電極、及び該底部電極の外径側に配置した複数のバンプ用パッドを備えた圧電振動子と、前記底部電極に小バンプを介して半田接続されるＩＣ側電極を備えたＩＣ部品と、前記複数のバンプ用パッド上に夫々半田接続され且つＩＣ部品よりも背高の大バンプと、を備えた表面実装型圧電発振器において、前記容器の外底面には、前記各大バンプを支持するための所要深さの切欠きを備え、且つ各切欠きの内部にはバンプ用パッドが配置され、前記大バンプの径寸法を、前記切欠きの深さだけ、大きく設定したことを特徴とする。
圧電振動子の容器底面の面積内に、発振回路、温度補償回路を含んだＩＣ部品と、実装用のバンプを搭載した表面実装型圧電発振器において、高さ寸法を可能な限り低減するためには、可能な限りＩＣ部品の高さやバンプの直径を縮減する必要がある。しかし、バンプの直径を小さくするとその表面積が狭くなってマザーボード上に実装する際に使用する半田量が少なくなり、実装強度が低下する。
そこで、本発明では、圧電振動子の容器の底板底面の一部を切り欠いて、該切欠き内部にバンプ用パッドを配置し、この切欠き内にバンプを嵌合するようにした。このため、切欠きの深さ分だけ直径が大きいバンプを使用することが可能となり、マザーボード上に実装する際に使用する半田量を増大させてフィレット形状の接続状態を得ることが可能となる。
本発明では、前記容器は、少なくとも２枚のシート状片を積層一体化した底板を備え、最下層のシート状片には前記各大バンプを支持するための切欠きを備え、且つ各切欠きによって露出された２層目のシート状片の下面にはバンプ用パッドが配置され、前記大バンプの径寸法を、前記最下層のシート状片の肉厚分だけ、大きく設定したことを特徴とする。
圧電振動子を構成する容器を、セラミックシート等のシート状片から構成する場合には、最下層のシート状片の形状に予め切欠き部を形成しておくことにより、前記の如き構成を容易に得ることが可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示した実施の形態にもとづいて詳細に説明する。
なお、以下の実施形態では表面実装型圧電発振器の一例として表面実装型水晶発振器を用いて説明する。
図１（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の一実施形態に係る表面実装型水晶発振器の外観斜視図、正面縦断面図、及び底面図である。
この圧電発振器０は、圧電振動子１の容器２の底面にＩＣ部品３と、球状の大バンプ４を搭載した構成を備えている。
圧電振動子１は、容器２内の空所に圧電振動素子（圧電基板上に励振電極を形成した素子）１０を収容した状態で金属蓋１１によって空所を気密封止した構成を備える。容器２は、セラミック、或いはガラスエポキシ等から成る容器本体１２と、金属蓋１１から成る。容器本体１２は、底板１３と、底板１３上に固定された環状の外壁１４とから一体形成されている。底板１３は、３枚の薄いセラミックシート（シート状片＝絶縁基板）１３ａ、１３ｂ、１３ｃからなり、このセラミックシート１３ａ、１３ｂ、１３ｃと、外壁１４を構成するセラミックとを積層して焼結することにより、容器本体１２が形成される。なお、セラミックシート１３ａは第１の絶縁基板であり、セラミックシート１３ｂは第２の絶縁基板である。
なお、各セラミックシート１３ａ、１３ｂ、１３ｃの肉厚を薄く構成することにより、底板１３全体の肉厚を従来の底板と同等にしている。
また、セラミックシートは、３枚である必要はなく、２枚以上であればよい。
底板１３（最下層のセラミックシート１３ａ）の底面の中央寄り位置には、底部電極２０を形成するとともに、最下層のセラミックシート１３ａの適所（この例では、四隅）に切欠き３０を形成する。各切欠き３０を形成することによって露出した２層目のセラミックシート１３ｂの下面にはバンプ用パッド３１を夫々形成する。底部電極２０は小バンプ２１を介してＩＣ側電極３ａと接続（フリップチップ実装）される。
ＩＣ部品３は、発振回路、温度補償回路等を集積した半導体チップであり、その外面（上面）には半導体チップの各端子であるＩＣ側電極３ａが配置されている。このＩＣ側電極３ａを底板１３の裏面に設けた底部電極２０にフリップチップ接続することにより、ＩＣ部品３は搭載される。
大バンプ４は、例えば球状の耐熱樹脂表面に金属メッキ加工を施した電極であり、底板１３の裏面の電極２０に半田又は導電性接着剤等にて導通固定されている。この大バンプ４を図示しないマザーボード上の配線パターンに半田によって接続することにより、マザーボードに対する圧電発振器の搭載が行われる。
【０００８】
本発明では、容器２は、少なくとも３枚のセラミックシート（シート状片）１３ａ、１３ｂ、１３ｃを積層一体化した底板１３を備え、最下層のセラミックシート１３ａには各大バンプ４を支持するための切欠き３０を設け、且つ各切欠き３０によって露出された２層目のシート状片１３ｂの下面にはバンプ用パッド３１を備えている。このようにバンプ用パッド３１を段差のある切欠き３０の内部に配置したので、大バンプ４をバンプ用パッド３１上に半田３２により固定したときに、大バンプの下方への突出量は、最下層のセラミックシート１３ａの肉厚分（実際にはバンプ用パッド３１が介在するがその肉厚は無視できる程度に薄い）だけ小さくなる。このため、大バンプ４の径寸法を、従来の大バンプの直径よりも最下層のシート状片の肉厚分だけ大きく設定したとしても、圧電発振器の全高が大きくなることがない。しかも、直径が大きい大バンプ４を使用することにより、その表面積が増大するため、マザーボード上の配線パターンと接続するために使用する半田３２の量を増大させてフィレット形状を形成することができ、水晶発振器の実装強度を高めることが可能となる。
具体的には、本実施形態の水晶発振器の高さが１ｍｍである場合、底板１３を構成する第１層のセラミックシート１３ａの肉厚は０．１３ｍｍ、第２層、第３層のセラミックシート１３ｂ、１３ｃの合計肉厚は０．２３ｍｍ、外壁１４と蓋１１を合わせた厚さは０．３４ｍｍであるが、セラミックシート１３ａを切り欠いたことで、大バンプ４の直径を０．４３ｍｍにすることができる。従って、マザーボード上に大バンプ４を半田接続する際に使用する半田量を多くすることができ、フィレット形状に硬化した半田による強固な固定が可能となる。
また、バンプ用パッド３１は、段差状の切欠き３０内に位置しており、大バンプ４をバンプ用パッド３１上に半田接続する際には、切欠き３０内に着座することとなるので、大バンプ４の位置決めが正確且つ容易となる。
なお、上記実施形態では、容器底面に切欠きを形成する手法として、容器底板を複数枚のシート状片（セラミックシート）によって構成し、最下層のシート状片の一部を切り欠く構成を採用したが、これは一例に過ぎず、複数枚のシート状片を切欠き底板の底面を所要深さに切り欠いた構成としてもよい。
【０００９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、パッケージ化された圧電振動子の底板の裏面側にＩＣ部品及び球状の大バンプを搭載した表面実装型圧電発振器において、大バンプを小径化して発振器全体の実装高さの低減を図った場合に発生していた、マザーボードに実装した場合の接合強度の低下という不具合を解消することができる。
本発明に係る表面実装型圧電発振器は、最下層のシート状片には前記各大バンプを支持するための切欠きを備え、且つ各切欠きによって露出された２層目のシート状片の下面にはバンプ用パッドが配置され、前記大バンプの径寸法を、前記最下層のシート状片の肉厚分だけ、大きく設定した。
これによれば、圧電振動子の容器の底板底面の一部を切り欠いて、該切欠き内部にバンプ用パッドを配置し、この切欠き内にバンプを嵌合するようにした。このため、切欠きの深さ分だけ直径が大きいバンプを使用することが可能となり、マザーボード上に実装する際に使用する半田量を増大させてフィレット形状の接続状態を得ることが可能となる。
本発明によれば、容器を複数枚のシート状片により構成したので、切欠き部を備えた構成を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の一実施形態に係る表面実装型圧電発振器の外観斜視図、正面縦断面図、及び底面図。
【図２】従来例に係る圧電発振器の構成を示す縦断面図。
【符号の説明】
０ 圧電発振器、１ 圧電振動子、２ 容器、３ ＩＣ部品、４ 大バンプ、１０ 圧電振動素子、１１ 金属蓋、１２ 容器本体、１３ 底板、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ シート状片、１４ 外壁、２０ 底部電極、２１ 小バンプ、３０ 切欠き、３１ バンプ用パッド、３２ 半田。

Claims (2)

1. 容器に圧電振動片を収容した圧電発振器であって、
   前記容器は複数の絶縁基板を積層して構成され、
   前記複数の絶縁基板は、最下層に位置する第１の絶縁基板と、前記第１の絶縁基板に隣接している第２の絶縁基板とを有し、
   前記第１の絶縁基板の底面に底部電極が形成され、
   前記底部電極に第１のバンプを介してＩＣ部品が接続され、
   前記第１の絶縁基板の外形の少なくとも一部が前記第２の絶縁基板の外形の内側に存在することにより、前記容器の外底面に切欠きが形成され、
   前記切欠きにより、前記第２の絶縁基板の前記第１の絶縁基板から露出した領域に、バンプ用パッドが形成され、
   前記バンプ用パッドに第２のバンプが接続されていることを特徴とする圧電発振器。
2. 請求項１に記載の圧電発振器であって、
   前記切欠きは、前記第１の絶縁基板の４隅に形成されていることを特徴とする圧電発振器。

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