JP4910886B2 - 圧電デバイス - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動子の実装端子を２端子構成とする圧電デバイスに関する。

従来、フレキシブル配線基板の片面側のランドパターン上に電子部品を搭載するとともに、フレキシブル配線基板の外周縁に設けたランドパターン上に４個の金属ボールを搭載し、さらに、フレキシブル配線基板とほぼ等しい平面形状の圧電振動子を電子部品の上面を覆い、且つ、４個の金属ボールを介して水晶振動子のセラミックパッケージの底面に設けた実装端子とランドパターンとが導通するよう搭載されている圧電デバイスというものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１８５２５４号公報（第２，３頁、図１）

このような特許文献１では、圧電振動子に設けられる４個の実装端子とフレキシブル配線基板に設けられる４個のランドパターンとを４個の金属ボールにて接続している。従って、実装端子とランドパターンの一つずつを、１個の金属ボールで接続していることから、接続の信頼性が十分とはいえない。

また、実装端子とランドパターンと金属ボールとは、それぞれ１個対応のため、接続のための面積が小さく十分な接続強度が得られず、さらに、実装端子とランドパターンと金属ボールとの相互位置精度が求められ、実装作業性が低下することが考えられる。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

[適用例１] 本適用例に係る圧電デバイスは、２端子の入出力端子を有する圧電振動片と、前記圧電振動片を収容するキャビティを備えたパッケージと、該パッケージの下面に形成され前記２端子の入出力端子のそれぞれと電気的に接続された二つの実装端子とを備えた圧電振動子と、複数の機能端子を有する電子部品と、前記複数の機能端子のそれぞれが接続される第１ランドパターンと、前記二つの実装端子のそれぞれが接続される第２ランドパターンと、を有する配線基板と、前記電子部品の周囲に配設された接続部材と、を備え、前記配線基板の片面に前記電子部品を搭載し、前記圧電振動子が前記電子部品を覆うように配設されている圧電デバイスであって、前記接続部材により、前記二つの実装端子のそれぞれが二つの前記第２ランドパターンと接続していることを特徴とする。

このような圧電デバイスは、二つの入出力端子を含む接続端子をパッケージの下面に二つの実装端子を備え、この実装端子のそれぞれに複数の接続部材を配設して配線基板の第２ランドパターンに接続するため、一つの実装端子当たりに用いられる接続部材の数が複数になるため、実装端子と第２ランドパターンとの接続の信頼性を向上させることができる。

また、２端子の入出力端子を含む複数の接続端子を二つの実装端子に集約することで、実装端子の面積が前述した従来技術の構成よりも広くなり、接続部材との接続面積が大きくなり、接続強度を高めることができる。

さらに、実装端子の面積が大きいことから、実装端子とランドパターンと接続部材との相互位置がある範囲でずれることがあっても、接続端子のいずれかが実装端子との接続を可能とし、接続の信頼性を高めながら実装作業の効率化を図ることができるという効果がある。

［適用例２］上記適用例に係る圧電デバイスにおいて、前記パッケージの平面形状が矩形であって、前記接続部材が前記二つの実装端子のそれぞれに対して２個ずつ設けられ、前記接続部材により、前記二つの実装端子と前記配線基板の４隅に分散配置される前記第２ランドパターンとが接続されていることが好ましい。

このような構成にすれば、パッケージ（つまり、圧電振動子）が矩形の場合、パッケージ下面の４隅において圧電振動子と配線基板とを接続することにより、圧電振動子をバランスよく配線基板に実装することができる。

［適用例３］上記適用例に係る圧電デバイスにおいて、前記第１ランドパターンが複数備えられ、前記第２ランドパターンが複数備えられ、前記２端子の入出力端子の一方が接続される前記第２ランドパターンの一つと、当該第２ランドパターンと前記第１ランドパターンの一つと、を接続する接続パターンが少なくとも２つ以上に分岐され、分岐された接続パターンが他の第２ランドパターンと接続されるとともに、前記２端子の入出力端子の他方が接続される前記第２ランドパターンの他の一つと、当該第２ランドパターンと前記第１ランドパターンの他の一つと、を接続する接続パターンが少なくとも２つ以上に分岐され、分岐された接続パターンが他の第２ランドパターンと接続されていることが好ましい。

このような構成によれば、配線基板において、電子部品の機能端子と接続される第１ランドパターンと第２ランドパターンとの接続する接続パターンが途中から分岐され、少なくとも二つの第２ランドパターンに接続することにより、仮に、一方の接続パターンが断線した場合においても他方の接続パターンが第２ランドパターンに接続しているため、接続の信頼性を一層高めることができる。

［適用例４］上記適用例に係る圧電デバイスにおいて、前記接続部材が球体部材であることが好ましい。
球体部材としては、例えば金属ボールを採用することができる。

金属ボールは、研摩板を用いて一様に直径のばらつき補正することが可能で、圧電振動子と配線基板との高さのばらつきを抑えることができる他、配線基板上に配設する際、姿勢や方向を気にせず効率的な実装作業が得られやすいという効果を有する。

［適用例５］上記適用例に係る圧電デバイスにおいて、前記接続部材が柱状部材であることが好ましい。

柱状部材としては、円柱や四角柱等があり、これらは底面の面積に対して高さを自在に変えることが可能で、電子部品と圧電振動子との間隙を自在に調整することができるという利点がある。また、底面が平面であることから配線基板上に搭載したときの姿勢が安定するという効果がある。

［適用例６］上記適用例に係る圧電デバイスにおいて、前記接続部材が、複数の前記第２ランドパターンのそれぞれに接続される端子部を有し、前記端子部が連結部で一体化されていることが好ましい。

このような接続部材は、中央付近にくびれがある円柱や四角柱、あるいは、板状部材等により構成できる。このような形態の接続部材は、複数の端子部を連結部で一体化することから、第２ランドパターンが複数ある構成であっても、２組の実装端子に対応して２個の接続部材を設ければよく、また、１個対応の金属ボールや柱状部材よりもサイズを大きくできることから取り扱いが容易で実装作業がやり易くなるという効果がある。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図３は実施形態１に係る圧電デバイスの１例を示し、図４は実施形態２を示している。なお、以下の説明で参照する図は、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
（実施形態１）

図１は、実施形態１に係る圧電デバイスの概略構造を示す断面図である。図１において、圧電デバイス１０は、配線基板５０の片面５１（以降、表面５１と表す）に直接搭載され接着剤１１１にて固定された電子部品４０と、電子部品４０の上方を覆うように重ねて配設された圧電振動子２０と、圧電振動子２０と配線基板５０とを接続しつつ、接合するための複数の接続部材としての球体部材からなる金属ボール３５とから構成されている。なお、圧電デバイス１０は、配線基板５０、電子部品４０、圧電振動子２０及び金属ボール３５とを実装した後、モールド材１１０にて内部が密閉されている。

圧電振動子２０は、励振電極３１ａ，３１ｂに接続する２端子の入出力端子３２ａ，３２ｂを有する圧電振動片３０をキャビティ３３内に格納している。キャビティ３３はリッド２２によって封止されている。この圧電振動片３０の２端子の入出力端子３２ａ，３２ｂのそれぞれは、パッケージ２１に形成された内部電極３３ａ，３３ｂのそれぞれと、導電性接着剤３４を介して電気的、且つ機械的に接続されている。圧電振動片３０としては、音叉型水晶振動片、ＡＴ水晶振動片、ＳＡＷ共振片等が適用できる。そして、モールドされた状態で、圧電デバイス１０は、平面形状が配線基板５０と略同サイズの箱型形状となる。

配線基板５０は、薄型化を図るためにフレキシブル基板を用いており、表面５１に電子部品４０の機能端子と接続するための第１ランドパターン（以降、単に第１ランドと表すことがある）と接続パターン、圧電振動子２０と接続するための第２ランドパターン（以降、単に第２ランドと表すことがある）、裏面５２に外部接続端子８５とが形成されている。これら第１ランド、接続パターン、第２ランドの構成は、図３を参照して後述する。

圧電振動子２０には、セラミックからなる平面形状が矩形のパッケージ２１内のキャビティ３３に２端子の入出力端子を有する圧電振動片３０が格納されている。この２端子の入出力端子３２ａ，３２ｂはパッケージ下面２１ａまで延在され、パッケージ２１の対向する２辺に沿って２組の実装端子６０，６１に集約されている。

電子部品４０は、発振回路を内蔵し、複数の機能端子を有している。複数の機能端子は、配線基板５０の表面５１に設けられた複数の第１ランドとワイヤボンディングにより接続されている。なお、本実施形態の電子部品は１チップＩＣにて構成されている。

そして、圧電振動子２０に設けられた実装端子６０と配線基板５０に設けられた第２ランドとしてのランド７７，７８と、実装端子６１とランド７９，８０と、が金属ボール３５によって接続されている。圧電振動子２０と配線基板５０の実装形態について図２を参照して説明する。

図２は、本実施形態に係る圧電デバイスを示す分解斜視図である。図２において、矩形のパッケージ２１の４隅には、電極取出し部２３〜２６が設けられており、これら各電極取出し部２３〜２６の側面には、圧電振動片３０の励振電極３１ａ，３１ｂに接続する２端子の接続端子を含んで延在され接続される複数の接続端子６２〜６５が設けられている。ここで、接続端子６２に２端子の接続端子のうちの一つが接続されており、接続端子６５は実装用端子である。接続端子６２，６５は、パッケージ下面２１ａに設けられる実装端子６１に接続されている。

また、接続端子６４には、２端子の接続端子のうちの他の一つが接続されており、接続端子６３は実装用端子である。接続端子６３，６４は、パッケージ下面２１ａに設けられる実装端子６０に接続されている。

なお、圧電振動子２０（パッケージ２１）の内部において、励振電極３１ａ，３１ｂに接続する２端子の入出力端子３２ａ，３２ｂの一方を接続端子６２，６５に分岐し、入出力端子の他方を接続端子６３，６４に分岐し、パッケージ下面２１ａにおいて実装端子６０，６１に集約する構成としてもよい。
上述したように、実装端子６０，６１はそれぞれ、パッケージ２１の対向する２辺に沿って設けられた面積が広い実装用の端子として形成される。

一方、配線基板５０の表面５１には電子部品４０が配設されており、電子部品４０の周囲、つまり、配線基板５０の４隅近傍に分散配置されたランド７７〜８０が設けられており、ランド７７〜８０それぞれの上面に金属ボール３５が配設されている。

金属ボール３５は、Ｃｕからなるコア球体に半田メッキ（鉛フリーメッキが好ましい）が施されている。また、ランド７７〜８０の表面には半田溶着を強化するためのフラックスが塗布される。

このように電子部品４０と金属ボール３５とが搭載された配線基板５０に、実装端子６０，６１が設けられた圧電振動子２０を重ねて加熱及び加圧することにより、圧電振動子２０と配線基板５０とが金属ボール３５を介して電気的に接続されるとともに接合される。この際、金属ボール３５の表面の半田が溶融し、図１に示すように実装端子６０，６１の面積を広く設定していることから、半田が金属ボール３５の接合部の裾に広がる。なお、金属ボール３５の上面（圧電振動子２０との接合面）に半田ペーストを塗布すれば、接合強度を一層高めることができる。

続いて、本実施形態に係る配線基板５０の配線構成について図面を参照して説明する。
図３は、本実施形態に係る配線基板の配線構成を示す説明図である。なお、電子部品４０が実装された状態を表している。図３において、配線基板５０の表面５１には、電子部品４０が配設されている。配線基板５０には、複数の接続パターンと複数のランドパターンとが形成されている。

また、電子部品４０には複数の機能端子が設けられている。具体的には、電源端子（ＯＥ端子）、振動子端子（ＸＴ端子、ＸＴＮ端子）、特殊機能端子（ＯＥ端子）、接地端子（ＶＳＳ端子）、出力端子（Ｆ０端子）が設けられ、それぞれに対応する第１ランドにワイヤボンディングにて接続されている。

第１ランドはランド７１〜７６から構成され、ＶＤＤ端子とランド７１、ＸＴ端子とランド７２、ＸＴＮ端子とランド７４、ＯＥ端子とランド７３、ＶＳＳ端子とランド７５、Ｆ０端子とランド７６、とそれぞれ接続される。また、ランド７１とスルーホール５３、ランド７３とスルーホール５４、ランド７５とスルーホール５５、ランド７６とスルーホール５６とは、それぞれ接続パターンによって接続されている。

スルーホール５３〜５６は内部に電極が形成されており、配線基板５０の表面５１から裏面５２に貫通して裏面側に設けられる外部接続端子８５（図１、参照）に接続されている。

また、配線基板５０の４隅近傍には、ランド７７〜８０が設けられている。そして、ランド７８は接続パターン８１によってランド７２に接続され、ＸＴ端子まで接続されている。接続パターン８１は途中から接続パターン８２に分岐され、ランド７７に接続されている。従って、ランド７７，７８は同電位の端子である。

また、ランド７９は接続パターン８３によってランド７４に接続され、ＸＴＮ端子まで接続されている。接続パターン８３は途中から接続パターン８４に分岐され、ランド８０に接続されている。従って、ランド７９，８０は同電位の端子である。

なお、配線基板５０の表面５１に設けられる接続パターン８１〜８４を含む配線パターンの表面にはレジスト９０が設けられている。そして、ランド７７〜８０のそれぞれは、レジスト９０に開設される開口部９１，９３，９７，９９に露出されている。また、ランド７１〜７６のそれぞれは、レジスト９０に開設される開口部９２，９５，９８に露出されている。

従って、本実施形態によれば、圧電振動片３０から延在される２端子の入出力端子３２ａ，３２ｂを含む接続端子６２〜６５をパッケージ下面２１ａにおいて２組の実装端子６０，６１に集約し、この実装端子６０，６１それぞれに複数の金属ボール３５を配設して配線基板５０の第２ランドパターンとしてのランド７７〜８０に接続するため、１組の実装端子当たりに用いられる金属ボール３５が２個になるため、実装端子６０，６１とランド７７〜８０との接続の信頼性を向上させることができる。

また、２端子の入出力端子３２ａ，３２ｂを含む接続端子６２〜６５を２組の実装端子６０，６１に集約することで、実装端子６０，６１それぞれの面積が前述した従来技術の構成よりも広くなることから、金属ボール３５との接続面積が大きくなり、接続強度を高めることができる。

さらに、実装端子６０，６１の面積が大きいことから、実装端子６０とランド７７，７８と金属ボール３５との相互位置がある範囲でずれることがあっても、金属ボール３５のいずれかが実装端子６０との接続を可能とし、接続の信頼性を高めながら実装作業の効率化を図ることができるという効果がある。なお、ランド７９，８０側においても同様な理由で、同様な効果が得られる。

また、本実施形態で示したように、矩形のパッケージ２１（つまり、圧電振動子２０）では、パッケージ２１の４隅近傍に金属ボール３５を配し、圧電振動子２０の４隅において配線基板５０（ランド７７〜８０）と接続することにより、圧電振動子２０をバランスよく配線基板５０に実装することができ、圧電振動子２０の傾きを低減し、接続強度の安定化を図ることができる。

また、配線基板５０において、電子部品４０のＸＴ端子（振動子端子）が接続されるランド７２と圧電振動子２０が接続されるランド７８とを接続する接続パターン８１が途中から接続パターン８２に分岐され、接続パターン８２によってランド７７に接続することにより、仮に、一方の接続パターンが断線した場合においても他方の接続パターンがランド７７またはランド７８に接続しているため、接続の信頼性を一層高めることができる。

また、接続部材として金属ボール３５を用いている。金属ボール３５は、研摩板を用いて一様に直径のばらつき補正することが可能で、圧電振動子と配線基板との高さのばらつきを抑えることができる他、配線基板上に配設する際、姿勢や方向を気にせず効率的な実装作業が得られやすいという効果を有する。

また、接続部材を円柱や四角柱等の柱状部材で形成することができる。円柱や四角柱では、底面積に対して高さを自在に変えることが可能で、電子部品４０と圧電振動子２０との間隙を自在に調整することができるという利点がある。また、底面が平面であることから配線基板上に搭載したときの姿勢が安定するという効果がある。

なお、これら柱状部材は側面を配線基板５０に沿って搭載することも可能である。また、薄肉のパイプ形状としてもよい。
（実施形態２）

続いて、実施形態２に係る圧電デバイスについて図面を参照して説明する。実施形態２は、前述した実施形態１が接続部材として金属ボールまたは柱状部材を用いていることに対して、接続部材が、複数の第２ランドパターンそれぞれに接続される端子部を有し、端子部が連結部で一体化されていることに特徴を有している。従って、接続部材の構造を中心に説明する。
図４は、実施形態２に係る圧電デバイスの概略構造を示し、（ａ）は圧電振動子を透視した状態を示す部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ切断面を示す断面図である。図４（ａ）に示すように、本実施形態では、接続部材として板状の接続端子板１３０が用いられている。

接続端子板１３０は、金属からなる略コの字状の板状部材であって、端子部１３１，１３２と、端子部１３１，１３２とを連結する連結部１３３とから構成されている。端子部１３１，１３２それぞれの底面には突起部１３５，１３６が形成されている（図４（ｂ）も参照する）。また、接続端子板１３０には表面全体にわたって半田メッキが施されている。なお、配線基板５０の構成は実施形態１（図３、参照）と同じであり、同じ符号を附している。

接続端子板１３０を配線基板５０上に載置した際、突起部１３５，１３６はそれぞれ、ランド７７、７８の表面に当接する高さになるように設定される。
なお、接続端子板１３０は、連結部１３３がランド７１及びワイヤボンディング用のワイヤ１１２と接触しないようなくびれ部を有している。
また、本実施形態の接続端子板１３０は、プレス加工等で容易に形成することができる。

また、接続端子板１３０は、実装端子６０（図２、参照）の範囲内に納まるような大きさに設定されており、圧電振動子２０と配線基板５０とを加熱及び加圧することにより、突起部１３５，１３６がそれぞれランド７７，７８に、そして上面が実装端子６０に接続されることで圧電振動子２０と配線基板５０との電気的な接続と、接合が行われる。

なお、実装端子６１側においても接続端子板１３０の構造を適合することができる。

なお、本実施形態の接続部材としての接続端子板１３０は１例であって、柱状部材とすることができる。例えば、図示は省略するが、ランド７７，７８に接続するための端子部を両端に、中央部にランド７１やワイヤ１１２を避けるためのくびれ部を有する円柱または四角柱とすることができる。

従って、上述した実施形態２によれば、２個の突起部１３５，１３６を有する端子部１３１，１３２を連結部１３３で一体化していることから、２組の実装端子６０，６１に対応して２個の接続端子板を設ければよく、また、１個対応の金属ボール３５や柱状部材よりもサイズを大きくできることから、接続強度が高く、接続の信頼性の向上が図れるとともに、実装作業がやり易くなるという効果がある。

なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前述した実施形態１，２では、第２ランドパターンが実装端子６０，６１それぞれに２個ずつ設けている構成を例示しているが、ランドの数はそれぞれに３個以上設ける構造としてもよく、この場合、ランド数に対応した数の金属ボール、突起部を設けることで実現できる。

また、第２ランドパターンの配置も実装端子６０，６１の範囲内において第１ランドパターンとの位置を考慮したうえで任意の位置に配設することができる。また、実装端子６０，６１も例示された位置に限らず、他の対向する２辺に設ける構成としてもよい。

実施形態１に係る圧電デバイスの概略構造を示す断面図。 実施形態１に係る圧電デバイスを示す分解斜視図。 実施形態１に係る配線基板の配線構成を示す説明図。 実施形態２に係る圧電デバイスの概略構造を示し、（ａ）は圧電振動子を透視した状態を示す部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ切断面を示す断面図。

符号の説明

１０…圧電デバイス、２０…圧電振動子、２１…パッケージ、２１ａ…パッケージ下面、３０…圧電振動片、３２ａ，３２ｂ…２端子の入出力端子、３５…接続部材としての金属ボール、４０…電子部品、５０…配線基板、５１…配線基板の表面、６０，６１…実装端子、７１〜７６…第１ランドパターンとしてのランド、７７〜８０…第２ランドパターンとしてのランド。

Claims (2)

1. 入力端子と出力端子とを一つずつ有する圧電振動片と、前記圧電振動片を収容するキャビティを備えたパッケージと、該パッケージの外下面に形成され前記入力端子と前記出力端子のそれぞれと電気的に接続された二つの実装端子とを備えている圧電振動子と、
   複数の機能端子を有する電子部品と、
   前記複数の機能端子のそれぞれが接続される複数の第１ランドパターンと、前記二つの実装端子のそれぞれが接続される複数の第２ランドパターンと、を有する配線基板と、
   前記電子部品の周囲に配設された接続部材と、を備え、
   前記配線基板の片面に前記電子部品を搭載し、
   前記圧電振動子が前記電子部品を覆うように配設されている圧電デバイスであって、
   前記接続部材により、前記二つの実装端子のそれぞれが二つの前記第２ランドパターンと接続し、
   前記入力端子と前記出力端子のどちらかの一方が接続される前記第２ランドパターンの一つと、当該第２ランドパターンと前記第１ランドパターンの一つと、を接続する接続パターンが少なくとも２つ以上に分岐され、分岐された接続パターンが他の第２ランドパターンと接続されるとともに、
   前記入力端子と前記出力端子のどちらかの他方が接続される前記第２ランドパターンの他の一つと、当該第２ランドパターンと前記第１ランドパターンの他の一つと、を接続する接続パターンが少なくとも２つ以上に分岐され、分岐された接続パターンが他の第２ランドパターンと接続されていることを特徴とする圧電デバイス。
2. 請求項１に記載の圧電デバイスにおいて、
   前記接続部材が、複数の前記第２ランドパターンのそれぞれに接続される端子部を有し、
   前記端子部が連結部で一体化されていることを特徴とする圧電デバイス。

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