JP5326625B2 - 電子部品の実装構造、及び電子部品の実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品の実装構造、及び電子部品の実装方法に関するものである。

水晶振動子等の機能片を含む電子部品は、水晶振動子に設けられた励振電極と水晶振動子を駆動する駆動回路に接続するための接続電極がハンダ等の導電ペーストにより導電接触した状態で固定される（例えば、特許文献１参照）。

このような導電ペーストを用いた場合、例えば落下衝撃などの衝撃が加わった際、水晶振動子と接続電極との接続部が破損するおそれがあり、接続信頼性を低下させる要因となっていた。

特開平１１−２６１３６０号公報

そこで、弾性を有するコア部と、コア部の表面に設けられた導電膜と、から構成されるバンプ電極を上記励振電極に設け、接着材を介してバンプ電極と接続電極とを導電接触させる構造も考えられる。しかしながら、このようなバンプ電極を採用する場合においては、接着材から発生したアウトガスによって水晶振動子の振動特性が変化してしまい、信頼性を低下させる可能性がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、アウトガスによる影響を防止することで電子部品の特性の低下を防止できる、電子部品の実装構造、及び電子部品の実装方法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に、本発明の電子部品の実装構造は、内壁面に接続電極が設けられた貫通孔を有する基材と、所定の機能を有する機能片及び該機能片に電気的に接続されるバンプ電極を有するとともに前記基材に実装される電子部品と、を備え、前記基材は、前記貫通孔内に金属或いは合金からなる導電部材が埋め込まれており、前記電子部品は、前記バンプ電極が前記貫通孔の一方側を塞ぐとともに前記導電部材に接続するように前記基材に実装され、前記バンプ電極及び前記接続電極が少なくとも前記導電部材を介して電気的に接続されており、前記バンプ電極は、弾性を有するコア部と、該コア部の表面に設けられた導電膜とを有しており、前記電子部品は、前記コア部が弾性変形した状態で前記基材に実装されていることを特徴とする。

本発明の電子部品の実装構造によれば、導電部材により接続電極とバンプ電極とが電気的機械的に接続されたものとなる。これにより、接着剤等の樹脂を用いることなく電子部品を基材上に実装することができ、樹脂からのアウトガスの発生が防止される。よって、アウトガスに起因する電子部品の特性の低下を防止することができる。また、電子部品がバンプ電極を介して実装されるので、外部からの衝撃による電気的接続部への付加が低減され、優れた導通信頼性を得ることができる。

また、上記電子部品の実装構造においては、前記機能片が、水晶片であるのが好ましい。
本発明は、水晶片を備えた水晶振動子を構成することができる。よって、上述のようにアウトガスによる水晶振動子の振動特性の劣化が防止されるとともに高い導通信頼性を備えた水晶振動子を提供できる。

また、上記電子部品の実装構造においては、前記接続電極が前記バンプ電極に当接しているのが好ましい。
この構成によれば、接続電極とバンプ電極とが直接接触することで導通信頼性を向上させることができる。

また、上記電子部品の実装構造においては、前記接続電極は、前記貫通孔内から前記基材における前記電子部品の実装面と反対面側に引き出されているのが好ましい。
この構成によれば、電子部品の実装面と反対面側に引き出された接続電極を、実装構造を搭載する外部基板に対する実装用端子として用いることができる。

また、上記電子部品の実装構造においては、前記バンプ電極は、前記貫通孔に対応する平面形状を有しており、前記電子部品は、前記バンプ電極が前記貫通孔に嵌合した状態で前記基材に実装されているのが好ましい。
この構成によれば、バンプ電極が貫通孔に嵌合することで電子部品と基材とが接近した状態となる。よって、実装構造の厚みを薄くすることができ、実装構造を小型化できる。また、バンプ電極が貫通孔に嵌合するため、実装時における基材と電子部品との位置合わせを容易に行うことができる。

また、上記電子部品の実装構造においては、前記バンプ電極は、弾性を有するコア部と、該コア部の表面に設けられた導電膜とを有しており、前記電子部品は、前記コア部が弾性変形した状態で前記基材に実装されているのが好ましい。
この構成によれば、コア部が弾性変形することでバンプ電極が貫通孔内に良好に入り込んだ状態となる。よって、コア部の表面に設けられた導電膜と導電部材との接触面積が向上し、優れた導通信頼性を得ることができる。

本発明の電子部品の実装方法は、内壁面に接続電極が設けられた貫通孔を有する基材に、所定の機能を有する機能片及び該機能片に電気的に接続されるバンプ電極を有する電子部品を実装する電子部品の実装方法であって、前記貫通孔の一方側を前記バンプ電極で塞ぐように前記基材に前記電子部品を配置する工程と、前記バンプ電極が前記貫通孔を塞いだ状態で、前記基材の他方面側から当該貫通孔内に金属或いは合金からなる導電部材を埋め込むことで当該導電部材を介して前記接続電極と前記バンプ電極とを電気的に接続させる工程と、を備え、前記バンプ電極は、弾性を有するコア部と、該コア部の表面に設けられた導電膜とを有しており、前記電子部品を前記基材に押圧した状態で前記接続電極と前記バンプ電極とを電気的に接続させるることを特徴とする。

本発明の電子部品の実装方法によれば、導電部材により接続電極とバンプ電極とが電気的機械的に接続されるので、接着剤等の樹脂を用いることなく電子部品を基材上に実装することができ、樹脂からのアウトガスの発生を防止することができる。よって、アウトガスに起因する特性の低下が防止された電子部品の実装構造を提供できる。

また、上記電子部品の実装方法によれば、前記バンプ電極は、弾性を有するコア部と、該コア部の表面に設けられた導電膜とを有しており、前記電子部品を前記基材に押圧した状態で前記接続電極と前記バンプ電極とを電気的に接続させるのが好ましい。
この構成によれば、コア部が弾性変形することでバンプ電極が貫通孔内に良好に入り込んだ状態となる。よって、コア部の表面に設けられた導電膜と導電部材との接触面積が向上し、優れた導通信頼性を得ることができる。

また、上記電子部品の実装方法によれば、前記貫通孔に対応する平面形状を有する前記バンプ電極を当該貫通孔に嵌合させることで前記基材上に前記電子部品を配置するのが好ましい。
この構成によれば、バンプ電極が貫通孔に嵌合することで電子部品と基材とが接近した状態となるので、実装構造を小型化できる。また、バンプ電極を貫通孔に嵌合させることで電子部品と基材との位置決めを容易に行うことができる。

また、上記電子部品の実装方法によれば、前記基材の他方面側から前記貫通孔内を観察しつつ、前記基材への前記電子部品の配置を行うのが好ましい。
この構成によれば、前記基材の他方面側から前記貫通孔内を観察することでバンプ電極と貫通孔との位置合わせが容易となる。よって、基材に対する電子部品の位置合わせを簡便且つ確実に行うことができる。

また、上記電子部品の実装方法によれば、無電解めっき法を用いて前記導電部材を形成するのが好ましい。
この構成によれば、無電解めっき法を用いることで導電部材を簡便且つ確実に形成できる。

また、上記電子部品の実装方法によれば、前記電子部品を保持するとともに前記機能片を密閉した状態で前記基材に当接可能な治具を用い、前記電子部品の配置工程を行うのが好ましい。
このようにすれば、治具に保持された基材ごと無電解めっき浴に浸漬した場合でも、機能片に無電解めっき液が付着するのを防止することができる。よって、無電解めっき法によるプロセスを簡略化できる。

水晶振動子パッケージの平面構成を示す図である。 図１のＡ−Ａ´線矢視による断面構成を示す図である。 図１のＢ−Ｂ´線矢視による断面構成を示す図である。 水晶振動子を下方から視た図である。 水晶振動子の実装方法を説明するための図である。 電子デバイスの概略構成図である。 変形例に係る水晶振動子パッケージの概略構成を示す図である。 変形例に係る水晶振動子パッケージの概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１は本発明に係る電子部品の実装構造を適用した水晶振動子パッケージを示す図である。図１に水晶振動子パッケージの平面構成を示す図であり、図２は図１のＡ−Ａ´線矢視による断面構成図、図３は図１のＢ−Ｂ´線矢視による断面構成図、図４は水晶振動子を下方から視た図である。

水晶振動子パッケージ（電子部品の実装構造）２は、図１乃至３に示すように、水晶振動子（電子部品）１と、水晶振動子１を封止する容器３と、を備えている。水晶振動子１は、水晶片（機能片）１１と、水晶片１１を励振する一対の励振電極１２、１３と、バンプ電極１４とを備えている。

容器３は、詳細については後述するように水晶振動子１との電気的接続に用いられる接続電極３３、３４と、回路基板（図示略）などに実装する際の端子電極３５、３６が形成されている。

水晶片１１は、平面視でほぼＵ字状であって、基部２１から２つの腕部２２、２３が同一方向に並列して延びる音叉型の平面形状を有する板状部材である。
励振電極１２、１３は、水晶片１１の両面の腕部２２に形成されている。また、励振電極１２、１３は、基部２１から腕部２２、２３に亘って形成される引き回し配線層２７，２８を介して、基部２１に設けられるバンプ電極１４に接続されている。また、引き回し配線層２７，２８は、水晶片１１の側面を経て該水晶片１１の他方面側（上面側）に引き回されている（図１では省略）。これにより、励振電極１２、１３は、水晶片１１を挟んで互いが対向するように配置されたものとなっている（図２参照）。

励振電極１２、１３および引き回し配線層２７，２８は、例えばＡｌ（アルミニウム）やＡｕ（金）などの導電材料で形成されている。また、励振電極１２、１３および引き回し配線層２７，２８は、スパッタ法によって形成したＡｕ／Ｃｒ層をパターニングすることで形成された導電膜２５により覆われている。
上記バンプ電極１４は、突起状の樹脂コア部（コア部）２４と、樹脂コア部２４の表面に形成された上記導電膜２５とを備えている。すなわち、バンプ電極１４は、励振電極１２、１３および引き回し配線層２７，２８と電気的に接続されたものとなっている。

樹脂コア部２４は、例えばフォトリソグラフィ技術やエッチング技術によって樹脂材料をパターニングした後、樹脂パターンを融解または熱収縮させることで断面形状が略半円状または台形形状とされている。樹脂コア部２４は、例えばポリイミド樹脂やアクリル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの感光性絶縁樹脂や熱硬化性絶縁樹脂から構成されている（本実施形態では、エポキシ樹脂から構成されている）。

なお、導電膜２５は、例えばＡｕ（金）、ＴｉＷ（チタン／タングステン）、Ｃｕ（銅）、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ、Ｗ、ＮｉＶ（ニッケル／バナジウム）、Ａｌ、Ｐｄ（パラジウム）、鉛フリーハンダなどの金属や合金、これらの単層、或いは複数種を積層したもので形成してもよい。

上記容器３は、容器本体（基材）３１と、容器本体３１を覆う蓋体３２とを備えている。
容器本体３１は、例えばセラミックスなどの絶縁材料で形成されている。そして、容器本体３１には、貫通孔３１ａが形成されている。貫通孔３１ａの内壁面には、接続電極３３、３４が形成されている。接続電極３３、３４は、例えばＮｉめっき層上にＡｕ膜を積層することで構成されている。接続電極３３、３４は、貫通孔３１ａ内から容器本体３１における水晶振動子１の実装面と反対面側に引き出されており、回路基板（図示略）等に実装する際の端子電極３５に接続されている。すなわち、接続電極３３、３４が水晶振動子パッケージ２自体を回路基板等に実装する際の実装用端子として用いられている。

蓋体３２は、容器本体３１と同様に、例えばセラミックスなどの絶縁材料で形成されている。そして、容器本体３１は、蓋体３２の開口部にロウ付けなどにより接合されており、容器本体３１との間に形成される空間内に水晶振動子１を封止している。

本実施形態に係る水晶振動子パッケージ２においては、水晶振動子１のバンプ電極１４が貫通孔３１ａの一方側を塞ぐように配置されている。すなわち、バンプ電極１４は貫通孔３１ａ内に一部が入り込んだ状態となっており、接続電極３３、３４に当接している。このように接続電極３３、３４とバンプ電極１４とが直接当接することで導通信頼性を向上させることができる。また、容器本体３１に形成されている貫通孔３１ａには、金属或いは合金からなる導電部材１５が埋め込まれており、この導電部材１５が上記バンプ電極１４に当接している。導電部材１５としては、無電解めっきやＡｕナノペースト等により形成される（本実施形態では無電解めっきを用いた）。これにより、バンプ電極１４は導電部材１５を介して接続電極３３、３４に電気的に接続されたものとなっている。

上述したように本実施形態に係る水晶振動子パッケージ２は、導電部材１５を用いることでバンプ電極１４と接続電極３３、３４との間の接触面積を実質的に拡大することで良好な導通状態を保持することができる。また、導電部材１５はバンプ電極１４を貫通孔３１ａに対して機械的に接続する機能も有している。よって、導電部材１５は、バンプ電極１４と貫通孔３１ａ内に形成されている接続電極３３、３４とを電気的機械的に接続している。また、本実施形態では、接着剤などの樹脂材料を用いることなく、水晶振動子１が容器３に実装されるため、樹脂材料から発生するアウトガスが水晶振動子１（水晶片１１）の振動特性を低下させるといった不具合が生じるのを防止できる。また、水晶振動子１は、弾性を有するバンプ電極１４（樹脂コア部２４）を介して実装されるので、外部からの衝撃による電気的接続部への付加が低減され、優れた導通信頼性を得ることができる。また、フォトリソグラフィ技術を用いることでバンプ電極１４を微細な形状に形成することができ、パッケージの小型化することができる。

次に、次に、水晶振動子１の実装方法について、図５を参照しつつ説明する。ここで、図５は、水晶振動子１の容器本体３１への実装時における図３に対応するバンプ電極１４の断面図である。

まず、バンプ電極１４と貫通孔３１ａとを対向させるように、水晶振動子１を容器本体３１上に配置する。本実施形態では、図５（ａ）に示すように、治具５０を用いて水晶振動子１を保持し、水晶振動子１を容器本体３１に実装するようにしている。このように治具５０を用いることで水晶振動子１を確実に保持することができ、容器本体３１の所定の位置に高い精度で実装可能となる。治具５０は、水晶振動子１を密閉した状態で保持可能となっている。

具体的に水晶振動子１は、バンプ電極１４により貫通孔３１ａの一方側（実装面側）を塞ぐように容器本体３１に実装される。このとき、ＣＣＤカメラ等の撮像手段４０を用い、容器本体３１の裏面３９（実装面と反対）側から貫通孔３１ａ内を観察しつつ、容器本体３１への水晶振動子１の配置を行う。このように貫通孔３１ａ内を観察することでバンプ電極１４と貫通孔３１ａとの位置合わせを容易に行うことができる。よって、容器本体３１に対する水晶振動子１の位置合わせを簡便且つ確実に行うことができる。

続いて、バンプ電極１４が貫通孔３１ａの一方側を塞いだ状態で、容器本体３１の裏面３９側から貫通孔３１ａ内に金属或いは合金からなる導電部材を埋め込むことで当該導電部材を介してバンプ電極１４と接続電極３３、３４とを電気的に接続する導電部を形成する。本実施形態では、無電解めっき法を用いて導電部を形成した。
まず、図５（ｂ）に示すように、Ａｕ無電解めっき液６１ａが貯留されたケース６１内に、治具５０を当接させた状態の容器本体３１を浸漬する。このとき、治具５０は容器本体３１に密着した状態となっている。また、貫通孔３１ａはバンプ電極１４により一方側が塞がれた状態となっているため、水晶振動子１がめっき液に曝されることが防止される。よって、図５（ｃ）に示すように、貫通孔３１ａ内にバンプ電極１４に当接する無電解Ａｕめっきからなる導電部材１５を形成することができる。よって、導電部材１５は、バンプ電極１４と貫通孔３１ａ内に形成されている接続電極３３、３４とを電気的機械的に接続することができる。このように無電解めっき法を用いることで導電部材１５を簡便且つ確実に形成することができる。また、上記治具５０により容器本体３１をめっき液に浸漬することで導電部材１５を形成できるので、導電部材１５の製造プロセスを簡略化することができる。

続いて、図５（ｄ）に示すように、治具５０を容器本体３１から取り外す。その後、容器本体３１と蓋体３２とを接合して水晶振動子１を封止する。このようにして、水晶振動子パッケージ２が形成される。

このようにして形成された水晶振動子パッケージ２は、上述のようにバンプ電極１４と接続電極３３、３４との接合部において従来のように樹脂材料が用いられていないため、アウトガスが水晶振動子１（水晶片１１）の振動特性を低下させることが防止され、信頼性の高いものとなる。

続いて、上記水晶振動子パッケージ２が実装された電子デバイス１００（例えば、携帯電話）について説明する。図６は電子デバイス１００の概略構成図を示すものである。図６に示されるように、電子デバイス１００は、回路基板１０１と、この回路基板１０１に実装される上記水晶振動子パッケージ２とを備えている。回路基板１０１には、水晶振動子パッケージ２を実装するための実装端子１０３、１０４が形成されている。

回路基板１０１の実装端子１０３、１０４と、水晶振動子パッケージ２の端子電極３５、３６とがロウ材１０５を介して接合されている。ここで、水晶振動子パッケージ２は、図６に示すように、導電部材１５が貫通孔３１ａ内に凹状となるように設けられているため、ロウ材１０５を貫通孔３１ａによる凹部に入り込ませることでロウ材１０５の異常な濡れ広がりが防止され、セルフアライメント性を向上できる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、バンプ電極１４が貫通孔３１ａの開口面積よりも大きい場合について説明したが、貫通孔に対応する平面形状を有したバンプ電極を用いてもよい。すなわち、水晶振動子パッケージ２は、図７に示されるように、バンプ電極１１４を貫通孔１３１ａに嵌合させた状態で容器本体３１に実装される。この構成によれば、バンプ電極１１４が貫通孔１３１ａに嵌合することで水晶振動子１と容器本体３１とが接近した状態となる。よって、水晶振動子パッケージ２の厚みを薄くすることでパッケージを小型化できる。また、バンプ電極１１４が貫通孔１１３ａに嵌合するため、実装時に容器本体３１と水晶振動子１との位置合わせを容易に行うことができる。

さらに、バンプ電極１４及び貫通孔３１ａの平面形状を矩形形状、三角形形状、十字形状とするようにしてもよい。このようにすれば、貫通孔にバンプ電極が嵌合した際、水晶振動子が容器本体に対して動き難くなる。よって、水晶振動子１の実装時における容器本体に対する位置ズレを防止することができる。

また、上記実施形態において、図８に示すようにバンプ電極１４の樹脂コア部２４を弾性変形させた状態でバンプ電極１４と接続電極３３、３４とを接続させるようにしてもよい。この構成によれば、樹脂コア部２４が弾性変形することで貫通孔３１ａ内にバンプ電極１４が良好に入り込んだ状態となる。よって、樹脂コア部２４の表面に設けられた導電膜２５と導電部材１５との接触面積が向上し、優れた導通信頼性を得ることができる。

また、樹脂コア部２４は、弾性を有していれば、樹脂材料以外の他の材料で形成されてもよい。
また、本実施例では、水晶振動子としては音さ型のものを使用して説明してきたがこれに限ることはなく、ＡＴカット振動子やＳＡＷ振動子等どの水晶振動子を使用しても構わない。また、水晶片を機能片として用いることで水晶振動子を構成しているが、他の圧電材料を用いて水晶振動子以外の他の電歪素子を構成してもよい。さらに、水晶振動子は、本実施例で説明してきたような、片持ち型の構造に限らず、面接続型、両持ち構造など他の構造であってもよい。
また、本実施例では容器に水晶振動子が実装される例で説明してきたが。容器ではなく、配線パターンが形成された基板に実装されていてもよい。

１…水晶振動子（電子部品）、２…水晶振動子パッケージ（電子部品の実装構造）、１１…水晶片（機能片）、１４，１１４…バンプ電極、１５…導電部材、２４…樹脂コア部（コア部）、２５…導電膜、３１…容器本体（基材）、３３，３４…接続電極、５０…治具

Claims (10)

1. 内壁面に接続電極が設けられた貫通孔を有する基材と、所定の機能を有する機能片及び該機能片に電気的に接続されるバンプ電極を有するとともに前記基材に実装される電子部品と、を備え、
   前記基材は、前記貫通孔内に金属或いは合金からなる導電部材が埋め込まれており、
   前記電子部品は、前記バンプ電極が前記貫通孔の一方側を塞ぐとともに前記導電部材に接続するように前記基材に実装され、
   前記バンプ電極及び前記接続電極が少なくとも前記導電部材を介して電気的に接続されており、
   前記バンプ電極は、弾性を有するコア部と、該コア部の表面に設けられた導電膜とを有しており、前記電子部品は、前記コア部が弾性変形した状態で前記基材に実装されていることを特徴とする電子部品の実装構造。
2. 前記機能片が、水晶片であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装構造。
3. 前記接続電極が前記バンプ電極に当接していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品の実装構造。
4. 前記接続電極は、前記貫通孔内から前記基材における前記電子部品の実装面と反対面側に引き出されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子部品の実装構造。
5. 前記バンプ電極は、前記貫通孔に対応する平面形状を有しており、
   前記電子部品は、前記バンプ電極が前記貫通孔に嵌合した状態で前記基材に実装されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子部品の実装構造。
6. 内壁面に接続電極が設けられた貫通孔を有する基材に、所定の機能を有する機能片及び該機能片に電気的に接続されるバンプ電極を有する電子部品を実装する電子部品の実装方法であって、
   前記貫通孔の一方側を前記バンプ電極で塞ぐように前記基材に前記電子部品を配置する工程と、
   前記バンプ電極が前記貫通孔を塞いだ状態で、前記基材の他方面側から当該貫通孔内に金属或いは合金からなる導電部材を埋め込むことで当該導電部材を介して前記接続電極と前記バンプ電極とを電気的に接続させる工程と、を備え、
   前記バンプ電極は、弾性を有するコア部と、該コア部の表面に設けられた導電膜とを有しており、前記電子部品を前記基材に押圧した状態で前記接続電極と前記バンプ電極とを電気的に接続させることを特徴とする電子部品の実装方法。
7. 前記貫通孔に対応する平面形状を有する前記バンプ電極を当該貫通孔に嵌合させることで前記基材上に前記電子部品を配置することを特徴とする請求項６に記載の電子部品の実装方法。
8. 前記基材の他方面側から前記貫通孔内を観察しつつ、前記基材への前記電子部品の配置を行うことを特徴とする請求項６又は７に記載の電子部品の実装方法。
9. 無電解めっき法を用いて前記導電部材を形成することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の電子部品の実装方法。
10. 前記電子部品を保持するとともに前記機能片を密閉した状態で前記基材に当接可能な治具を用い、前記電子部品の配置工程を行うことを特徴とする請求項９に記載の電子部品の実装方法。

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