JP5910690B2 - 表面実装型の電子部品用パッケージと回路基板との接続構造、表面実装型の電子部品用パッケージのベース、および表面実装型の電子部品用パッケージ - Google Patents

表面実装型の電子部品用パッケージと回路基板との接続構造、表面実装型の電子部品用パッケージのベース、および表面実装型の電子部品用パッケージ Download PDF

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Description

本発明は、表面実装型の電子部品用パッケージのベース、および表面実装型の電子部品用パッケージに関する。
表面実装型の電子部品用パッケージ（以下、パッケージという）は、電子機器等に用いられ、具体的には、水晶振動子や水晶フィルタ、水晶発振器などの表面実装型圧電振動デバイス（以下、圧電振動デバイスという）に用いられる。
圧電振動デバイスでは、両主面に金属薄膜電極が形成された水晶振動板が、パッケージ内に配され、金属薄膜電極を外気から保護するためにパッケージにより金属薄膜電極が気密封止されている。このような圧電振動デバイスは、部品の表面実装化の要求から、パッケージにセラミック材料が用いられたものが多い（例えば、特許文献１参照）。
下記の特許文献１に記載の圧電振動デバイスである表面実装振動子では、セラミック材料からなるベース（特許文献１では実装基板）と、蓋（特許文献１ではカバー）とから構成され、その筐体が直方体のパッケージで構成されている。パッケージの内部空間では、圧電振動片（特許文献１では水晶片）がベースに保持接合されている。圧電振動片が保持接合されたパッケージは、ガラスエポキシ材料からなる回路基板に半田を用いて接合され、ベースに形成される外部接続端子と回路基板とが電気的に接続される。
特開２００２−７６８１３号公報
上記の特許文献１に記載の技術では、回路基板にベースが半田により接合されているが、回路基板（ガラスエポキシ材料）とベース（セラミック材料）との熱膨張係数が異なるため、回路基板にベースを実装する際、熱疲労やクリープにより半田クラックが生じ、このクラックによりベースと回路基板との電気的接続が遮断するといった問題がある。なお、ここでいう半田クラックは、ベースに形成された外部接続端子に沿って生じる。
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、半田の耐久性を向上させて、パッケージの回路基板への電気的接続の遮断を抑えることができるパッケージのベース、およびパッケージを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明にかかるベースは、電子部品素子を保持し、導電性接合材を用いて回路基板に実装するパッケージのベースにおいて、回路基板に電気的に接続するための外部接続端子が主面に形成され、前記外部接続端子上に、前記外部接続端子よりも小さいバンプが形成され、当該ベースを回路基板に実装した際に生じる前記外部接続端子上の応力が減衰する応力減衰方向に沿った、前記外部接続端子の外周端縁から、前記バンプの外周端縁までの距離を距離ｄとし、前記距離ｄは、０．０６ｍｍ超０．４５ｍｍ以下に設定されており、最大ミーゼス応力は、５．００Ｅ＋１１Ｐａ以下であることを特徴とする。
本発明によれば、前記導電性接合材を用いて回路基板に電気的に接続するための前記外部接続端子が主面に形成され、前記外部接続端子上に前記外部接続端子よりも小さいバンプが形成され、前記応力減衰方向に沿った前記距離ｄは、０．０６ｍｍ超０．４５ｍｍ以下に設定されるので、導電性接合材の耐久性を向上させて、前記パッケージの前記回路基板への電気的接続の遮断を抑えることが可能となる。さらに、最大ミーゼス応力を５．００Ｅ＋１１Ｐａ以下に抑え、最大ミーゼス応力の低減によりクラックの発生量を抑えることが可能となる。
すなわち、本発明によれば、前記バンプが前記外部接続端子上に形成されているので、前記導電性接合材にクラックが生じた場合であっても、前記導電性接合材のクラックは、前記ベースに形成された前記外部接続端子に沿って生じずに、前記外部接続端子の外周端縁から前記バンプの外周端縁に向かって生じ、途中でクラックを屈曲させる屈曲点が発生する。このクラックの屈曲点の発生により、クラックそのものの進展を遅らせることが可能となる。また、本発明によれば、前記バンプを形成していない従来技術のものに比べて、前記導電性接合材にクラックが生じた場合であっても前記ベースと前記回路基板との電気的接続が遮断するのを抑えることが可能となり、結果として前記導電性接合材の耐久性を向上させることが可能となる。また、前記バンプを形成していない従来技術のものに比べて、ひずみの方向が正負反転する距離を１．５倍以上伸ばすことができ、その結果、前記導電性接合材のクラック進展速度を抑制することが可能となる。
上記の目的を達成するため、本発明にかかる他のベースは、電子部品素子を保持し、導電性接合材を用いて回路基板に実装するパッケージのベースにおいて、回路基板に電気的に接続するための外部接続端子が主面に形成され、前記外部接続端子上に、前記外部接続端子よりも小さいバンプが形成され、当該ベースを回路基板に実装した際に生じる前記外部接続端子上の応力が減衰する応力減衰方向に沿った、前記外部接続端子の外周端縁から、前記バンプの外周端縁までの距離を距離ｄとし、前記距離ｄは、０．００ｍｍ超０．４５ｍｍ以下に設定されており、前記外部接続端子の外周端縁と前記バンプの外周端縁とを最短距離で結ぶように通る線を仮想線とし、前記外部接続端子の表面に対する前記仮想線の角度が８°〜１８°に設定されたことを特徴とする。
この場合、前記外部接続端子の表面に対する前記仮想線の角度が８°以上１８°以下に設定されるので、ひずみが正負反転することがなく、ひずみの正負反転による導電性接合材のクラック進展を抑制することが可能となる。
前記構成において、前記外部接続端子は、前記主面の四隅に形成され、各前記外部接続端子における前記応力減衰方向は、前記主面の隅から中心に向かう方向であってもよく、本発明は、前記外部接続端子が四隅に形成された４端子の構成にも適用できる。
前記構成において、前記外部接続端子は、前記主面の一対の辺それぞれに沿って対向して形成され、各前記外部接続端子における前記応力減衰方向は、前記主面の隅に近い当該外部接続端子の角部から、前記主面の中心点に近い当該外部接続端子の辺に向かう方向であってもよく、本発明は、前記外部接続端子が一対の辺に対向して形成された２端子の構成にも適用できる。
前記構成において、前記外部接続端子は、前記主面の対角位置に形成され、各前記外部接続端子における前記応力減衰方向は、前記主面の隅に位置する当該外部接続端子の角部から、前記角部の対角位置にある当該外部接続端子の対角部に向かう方向であってもよい。
この場合、各前記外部接続端子が当該ベースの主面に対角配置されるので、当該ベースと回路基板との間で熱膨張係数差が生じても、当該ベースが前記主面の中心点を中心に自転し、その応力を均一に分散させることが可能となる。
前記構成において、前記応力減衰方向に沿って前記バンプの厚みが増してもよい。
この場合、前記応力が減衰する方向に沿って、前記バンプの厚みが増すので、前記バンプの表面に沿ってクラックを発生させることが可能となり、前記バンプを形成していない従来技術のものに比べて、前記導電性接合材がクラックした場合であっても前記ベースと回路基板との電気的接続が遮断するのを抑えることが可能となり、結果として前記導電性接合材の耐久性を向上させることが可能となる。
前記構成において、前記ベースと回路基板との熱膨張係数が異なってもよい。
この場合、前記ベースと回路基板との熱膨張係数が異なるので、前記導電性接合材にクラックが発生しやすいが、バンプを形成していない従来技術のものに比べて、前記導電性接合材にクラックが発生した場合であっても前記ベースと回路基板との電気的接続が遮断するのを抑えることが可能となり、結果として前記導電性接合材の耐久性を向上させることが可能となる。
上記の目的を達成するため、本発明にかかるパッケージは、電子部品素子を気密封止する本発明にかかるベースと、蓋とから構成され、回路基板に実装することを特徴とする。
本発明によれば、上記の本発明にかかるベースと、蓋とから構成され、回路基板に実装するので、導電性接合材の耐久性を向上させて、当該パッケージの回路基板への電気的接続の遮断を抑えることが可能となる。
すなわち、本発明によれば、前記バンプが前記外部接続端子上に形成されているので、前記導電性接合材にクラックが生じた場合であっても、前記導電性接合材のクラックは、前記ベースに形成された前記外部接続端子に沿って生じずに、前記外部接続端子の外周端縁から前記バンプの外周端縁に向かって生じ、途中でクラックを屈曲させる屈曲点が発生する。このクラックの屈曲点の発生により、クラックそのものの進展を遅らせることが可能となる。また、本発明によれば、バンプを形成していない従来技術のものに比べて、前記導電性接合材にクラックが生じた場合であっても前記ベースと回路基板との電気的接続が遮断するのを抑えることが可能となり、結果として前記導電性接合材の耐久性を向上させることが可能となる。また、バンプを形成していない従来技術のものに比べて、ひずみの方向が正負反転する距離を１．５倍以上伸ばすことができ、その結果、前記導電性接合材のクラック進展速度を抑制することが可能となる。
本発明によれば、半田の耐久性を向上させて、パッケージの回路基板への電気的接続の遮断を抑えることが可能となる。
図１は、本実施の形態にかかる、回路基板に実装した水晶振動子の内部空間を公開した概略模式図である。 図２は、本実施の形態にかかるパッケージの概略裏面図である。 図３は、図１に示す回路基板と水晶振動子との接合状態を示した拡大図である。 図４は、バンプの厚さが３８μｍである時の距離ｄに対する厚み方向のひずみを示したグラフである。 図５は、バンプの厚さが１９μｍである時の距離ｄに対する厚み方向のひずみを示したグラフである。 図６は、バンプの厚さが３８μｍである時の距離ｄに対する最大ミーゼス応力を示したグラフである。 図７は、バンプの厚さが１９μｍである時の距離ｄに対する最大ミーゼス応力を示したグラフである。 図８は、他の実施の形態にかかるパッケージの概略裏面図である。 図９は、他の実施の形態にかかるパッケージの概略裏面図である。 図１０は、他の実施の形態にかかるパッケージの概略裏面図である。 図１１は、他の実施の形態にかかるパッケージの概略裏面図である。 図１２は、他の実施の形態にかかるパッケージの概略裏面図である。 図１３は、他の実施の形態にかかるパッケージの概略裏面図である。 図１４は、図３に対応した他の実施の形態にかかる回路基板と水晶振動子との接合状態を示した拡大図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態では、表面実装型圧電振動デバイスとして、水晶振動子に本発明を適用した場合を示す。なお、本実施形態にかかる水晶振動子は、高温及び低温の過酷な環境下で使用される車載用の電子機器に用いられ、特にＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）などの主幹部分を担う電子機器に用いられる。
本実施の形態にかかる水晶振動子１には、図１に示すように、ＡＴカット水晶からなる水晶振動片２（圧電振動片）と、この水晶振動片２を保持し、水晶振動片２を気密封止するためのベース３（パッケージ１１の一部）と、ベース３に保持した水晶振動片２を気密封止するための蓋４（パッケージ１１の一部）と、が設けられている。
この水晶振動子１では、ベース３と蓋４とからパッケージ１１が構成され、ベース３と蓋４とが接合材１２により接合されて、気密封止された内部空間が形成される。この内部空間では、水晶振動片２が、ベース３に導電性接合材（図示省略）を用いて電気機械的に接合されている。ここで用いる導電性接合材には、導電性樹脂接着剤や金属バンプ、金属メッキバンプ、ろう材等が用いられる。
次に、この水晶振動子１の各構成について図１〜３を用いて説明する。
−ベース３−
ベース３は、セラミック材料（例えばアルミナセラミック材料）からなり、図１に示すように、底部と、ベース３の一主面３１の外周に沿って底部から上方に延出した堤部と、から構成された箱状体に成形されている。このベース３は、セラミックの一枚板上にセラミックの直方体を積層して上部が開口した凹状に一体焼成してなる。
ベース３の堤部の天面は、蓋４との接合面であり、この天面に、ガラスからなる封止部材（図１に示す符号１２参照）が形成されている。また、ベース３には、底部と堤部とによって囲まれたキャビティ３３が形成され、このキャビティ３３に水晶振動片２が配される。
また、図１，２に示すように、ベース３の側面３４にキャスタレーション３５が形成され、ベース３の裏面となる他主面３２の四つの隅３６に位置する。これらキャスタレーション３５には、図１に示すように、側面３４から他主面３２にかけて（キャスタレーション３５の下半分において）配線パターン５２（下記参照）が形成されている。
また、ベース３には、図１に示すように、水晶振動片２の励振電極（図示省略）それぞれと電気機械的に接合する２つの電極パッド５１と、回路基板８１と電気的に接続する２つの外部接続端子６と、２つの電極パッド５１と２つの外部接続端子６とをそれぞれ導通させる配線パターン５２とが、形成されている。これら電極パッド５１と外部接続端子６と配線パターン５２とによりベース３の電極５が構成される。電極パッド５１はベース３の一主面３１に形成され、外部接続端子６はベース３の他主面３２に形成され、配線パターン５２はベース３の一主面３１、他主面３２、およびキャスタレーション３５に形成されている。これら電極パッド５１と外部接続端子６と配線パターン５２とは、ＷやＭｏ等によるメタライズ膜の上面に、ＮｉからなるＮｉメッキ層、ＡｕからなるＡｕメッキ層の各層が形成されたものからなる。
また、２つの外部接続端子６は、図２に示すように、ベース３の他主面３２の四つの隅３６のうち対角位置に形成されている。２つの外部接続端子６は、同一形状からなり、直方体（３．２ｍｍ×２．５ｍｍ×０．８５ｍｍ）に形成され、長辺方向に対して向かい合う対向領域６１と、長辺方向に対して向かい合わない無対向領域６２とからそれぞれ構成される。また、２つの外部接続端子６は、ベース３の他主面３２の中心点３８に対して点対称に配置され、無対向領域６２が他主面３２の隅３６に位置し、対向領域６１が、他主面３２の一対の短辺３７の中央位置３７１付近に位置する。これら外部接続端子６上には、図１〜３に示すように、ＷやＭｏ等によるメタライズ膜のバンプ７がそれぞれ形成されている。バンプ７は、外部接続端子６よりも平面積の小さい外部接続端子６と相似の形状からなる。本実施の形態では、バンプ７は、外部接続端子６に比べて対角線の平面視寸法が約０．２ｍｍ小さい外部接続端子６と相似の形状からなり、外部接続端子６上にバンプ７を重畳させた時に外部接続端子６の内側にバンプ７が配される。また、外部接続端子６の表面６３と、バンプ７の表面７１とは、平坦面であり、ベース３の他主面３２と同じ方向とされる（同じ面方向である）。
−蓋４−
蓋４は、セラミック材料（例えばアルミナセラミック材料）からなり、図１に示すように、平面視矩形状の直方体の一枚板に成形されている。この蓋４の下面には、ベース３と接合するためのガラス封止材等の封止部材（図１に示す符号１２参照）が形成されている。この蓋４をベース３に配して不活性ガスの加熱炉による溶融接合などの手法により内部空間を気密封止することで、蓋４とベース３とによる水晶振動子１のパッケージ１１が構成される。
−水晶振動片２−
水晶振動片２は、ＡＴカット水晶片の基板からなり、図１に示すように、その外形は板状の直方体となっている。
この水晶振動片２には、励振を行う一対の励振電極（図示省略）と、ベース３の電極パッド５１と電気機械的に接合する一対の端子電極（図示省略）と、一対の励振電極を一対の端子電極に引き出す引出電極（図示省略）と、が形成されている。
一対の励振電極は、両主面２１，２２に対向して形成され、例えば、基板側からＣｒ、Ａｕの順に積層して形成されたＣｒ−Ａｕ膜により構成される。一対の端子電極は、他主面２２に形成され、例えば、励振電極と同様に、基板側からＣｒ、Ａｕの順に積層して形成されたＣｒ−Ａｕ膜により構成される。引出電極は、対向せずに両主面２１，２２や側面２３に形成され、例えば、励振電極と同様に、基板側からＣｒ、Ａｕの順に積層して形成されたＣｒ−Ａｕ膜により構成される。
上記した構成からなる水晶振動子１では、ベース３と水晶振動片２とを、導電性接合材を介して電気機械的に接合する。この接合により、水晶振動片２の励振電極を、引出電極、端子電極、導電性接合材を介してベース３の電極パッド５１に電気機械的に接合し、ベース３に水晶振動片２を搭載する。そして、水晶振動片２を搭載したベース３に蓋４を配し、ベース３と蓋４との封止部材（図１に示す符号１２参照）を用いてベース３と蓋４とを電気機械的に接合し、水晶振動片２を気密封止した水晶振動子１を製造する。
水晶振動片２を気密封止した水晶振動子１を、回路基板８１に搭載し、図１，３に示すように、半田８２（導電性接合材）を介して回路基板８１に接合して、ベース３に形成した外部接続端子６と回路基板８１とを電気的に接続する。
ところで、上記した回路基板８１に水晶振動子１を接合した際、厚み方向のひずみが半田に発生する。
図１に示す水晶振動子１の場合、ひずみの原因となる応力は、ベース３の他主面３２の隅３６に位置するキャスタレーション３５近傍の外部接続端子６の角部６４で高く、この応力は、角部６４から、角部６４の対角位置にある対角部６５に向かって減衰する（以下、ベース３の主面上における、応力が減衰する方向を応力減衰方向Ａという）。
そこで、上記の本実施の形態にかかる水晶振動子１を用いて、応力減衰方向Ａに沿った、外部接続端子６の外周端縁６６から、バンプ７の外周端縁７２までの距離（図３に示す矢印参照）を距離ｄとし、距離ｄを０．０１ｍｍ〜０．４０ｍｍとした時のひずみを計算した。その結果を図４，５に示す。図４に示す計算では、バンプ７の厚みを３８μｍに設定し、図５に示す計算では、バンプ７の厚みを１９μｍに設定している。
図４に示すようにバンプ７の厚みを３８μｍに設定した場合、距離ｄが０．００ｍｍ超０．１２ｍｍ以下であれば、ひずみは常に正であり、ひずみが反転することはない。そのため、距離ｄを０．１２ｍｍ以下に設定した場合、ひずみが正負反転することによる半田のクラック進展を抑制することができる。また、距離ｄが０．０６ｍｍ以上０．１２ｍｍ以下であれば、ひずみが±０．０００５以下となり、ひずみ自体を抑えることができる。そのため、距離ｄを０．０６ｍｍ以上０．１２ｍｍ以下に設定した場合、ひずみによるクラックの発生量を抑えることができる。特に、距離ｄが０．１２ｍｍである時に、ひずみの正負反転がなく、距離ｄが長く設定されるので好ましい。
図５に示すようにバンプ７の厚みを１９μｍに設定した場合、距離ｄが０．００ｍｍ超０．１２ｍｍ以下であれば、ひずみは常に正であり、ひずみが反転することはない。そのため、距離ｄを０．１２ｍｍ以下に設定した場合、ひずみが正負反転することによる半田のクラック進展を抑制することができる。また、距離ｄが０．０６ｍｍ以上０．１２ｍｍ以下であれば、ひずみが±０．０００５以下となり、ひずみ自体を抑えることができる。そのため、距離ｄを０．０６ｍｍ以上０．１２ｍｍ以下に設定した場合、ひずみによるクラックの発生量を抑えることができる。特に、距離ｄが０．１２ｍｍである時に、ひずみの正負反転がなく、距離ｄが長く設定されるので好ましい。
上記のように、図４，５から、バンプ７の厚みに関係なく、距離ｄに対する厚み方向の応力は同様の傾向を示すことが分かる。そのため、バンプ７の厚みに関係なく、距離ｄが０．１２ｍｍ以下に設定されていることが好ましく、さらに、距離ｄが０．０６ｍｍ以上０．１２ｍｍ以下に設定されていることがさらに好ましい。なお、応力は、バンプ７を形成していない従来技術のものに比べて、バンプ７を形成した本実施の形態の方が、正負反転する距離を１．５倍以上伸ばすことができる。そのため、バンプ７を形成していない従来技術では、ひずみの正負反転による不具合が顕著となる。なお、ここでいうひずみによる不具合について、一般的にひずみが正となる領域（外部接続端子６の外周端縁６６からの距離に関係）おいてクラックが発生および進展する。このひずみの正は、温度が反転すると負に反転する。一方、温度が反転する前にひずみが負となっていた領域は、温度が反転することで正となり、正となった領域においてクラックが進展する。このひずみの正となる領域と負となる領域との距離が短いほど、冷熱衝撃において温度が反転した際にクラックが特に進展し、クラックの進展速度が速くなる。このように、このひずみの正負の反転が、従来技術の不具合に関係する。
次に、距離ｄを０．０１ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下とした時の最大ミーゼス応力を計算した。その結果を図６，７に示す。図６に示す計算では、バンプ７の厚みを３８μｍに設定し、図７に示す計算では、バンプ７の厚みを１９μｍに設定している。
図６に示すようにバンプ７の厚みを３８μｍに設定した場合、距離ｄが０．０６ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下であれば、最大ミーゼス応力が５．００Ｅ＋１１Ｐａ以下に収まることが分かり、この範囲内であれば最大ミーゼス応力が小さいことが分かり、その結果、最大ミーゼス応力の低減によりクラックの発生量を抑えることができる。特に、距離ｄが０．１２ｍｍの時に、最大ミーゼス応力を最小に抑えることができる。
図７に示すようにバンプ７の厚みを１９μｍに設定した場合、距離ｄが０．０６ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下であれば、最大ミーゼス応力が５．００Ｅ＋１１Ｐａ以下に収まることが分かり、この範囲内であれば最大ミーゼス応力が小さいことが分かり、その結果、最大ミーゼス応力の低減によりクラックの発生量を抑えることができる。特に、距離ｄが０．１２ｍｍの時に、最大ミーゼス応力を最小に抑えることができる。
本実施の形態にかかる水晶振動子１は、高温及び低温の過酷な環境下で使用される車載用の電子機器に用いられるので、温度変化を試験対象とする冷熱衝撃試験（温度変化試験）を行った。この冷熱衝撃試験は、予め設定した複数の温度下において水晶振動子１（パッケージ１１）が回路基板８１へ電気的接続されているかの否かの試験である。具体的には、高温（＋１２５℃）と低温（−５５℃）とにおいて試験を行い、高温（＋１２５℃）から低温（−５５℃）、もしくは低温から高温に温度変化させたことを１サイクルとし、何サイクルまで水晶振動子１（パッケージ１１）が回路基板８１へ電気的接続されているかの試験を行った。この冷熱衝撃試験によれば、図６，７に示す距離ｄが０．４５ｍｍである時、２０００サイクルを満たすことができた。また、図６，７に示す距離ｄが０．１２ｍｍである時、温度変化を試験対象とする冷熱衝撃試験において３０００サイクルを満たすことができた。
上記のように、図６，７から、バンプ７の厚みに関係なく、距離ｄに対する厚み方向の最大ミーゼス応力は同様の傾向を示すことが分かる。そのため、バンプ７の厚みに関係なく、距離ｄが０．０６ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下に設定されていることが好ましい。また、上記のように、距離ｄが０．１２ｍｍの時に、最大ミーゼス応力を最小に抑えることができる。
図４〜７に示すことから、特に、距離ｄが０．０６ｍｍ以上０．１２ｍｍ以下に設定されることが好適であり、この場合、ひずみが正負反転することがなく、ひずみの正負反転による半田８２のクラック進展を抑制することができ、さらに、最大ミーゼス応力を５．００Ｅ＋１１Ｐａ以下に抑え、最大ミーゼス応力の低減によりクラックの発生量を抑えることができる。また、距離ｄが０．１２ｍｍである時に、ひずみを最小に抑え、さらに最大ミーゼス応力を最小に抑えることができる。
次に、バンプ７の厚さを可変させて、バンプ７の厚さに対して、ひずみが反転する距離ｄを測定した。
バンプ７の厚さが３８μｍの時に、距離ｄは０．１２ｍｍとなり、外部接続端子６の外周端縁６６とバンプ７の外周端縁７２とを通る線を仮想線Ｌとした場合、外部接続端子６の表面に対する仮想線Ｌの角度（以下、バンプ角度という）が１８°となる。また、バンプ７の厚さが１９μｍの時に、距離ｄは０．１１ｍｍとなり、バンプ角度が１０°となる。また、バンプ７の厚さが０．０１３ｍｍの時に、距離ｄは０．０９２２ｍｍとなり、バンプ角度が８°となる。このように、距離ｄが０．０９２２ｍｍ以上０．１２ｍｍ以下の時、バンプ角度が８°以上１８°以下に設定されることが好ましく、この範囲の距離ｄとバンプ角度との関係によれば、ひずみが正負反転することがなく、ひずみの正負反転による半田のクラック進展を抑制するのに好適である。
上記の本実施の形態にかかる水晶振動子１によれば、半田８２を用いて回路基板８１に電気的に接続するための外部接続端子６がベース３の他主面３２に形成され、外部接続端子６上に外部接続端子６よりも小さいバンプ７が形成され、ひずみが減衰する方向に沿った距離ｄは、０．００ｍｍ超０．４５ｍｍ以下に設定されるので、半田８２の耐久性を向上させて、パッケージ１１の回路基板８１への電気的接続の遮断を抑えることができる。
すなわち、本実施の形態にかかる水晶振動子１によれば、バンプ７が外部接続端子６上に形成されているので、半田８２にクラックが生じた場合であっても、半田８２のクラックは、ベース３に形成された外部接続端子６に沿って生じずに、外部接続端子６の外周端縁６６からバンプ７の外周端縁７２に向かって（図３に示す矢印参照）生じ、途中でクラックを屈曲させる屈曲点が発生する。このクラックの屈曲点の発生により、クラックそのものの進展を遅らせることができ、バンプ７を形成していない従来技術のものに比べて、半田８２にクラックが生じた場合であってもベース３と回路基板８１との電気的接続が遮断するのを抑えることができ、結果として半田８２の耐久性を向上させることができる。また、バンプ７を形成していない従来技術のものに比べて、ひずみの方向が正負反転する距離を１．５倍以上伸ばすことができ、その結果、半田８２のクラック進展速度ひずみの正負反転によって進展する半田８２のクラックを抑制することができる。
また、本実施の形態にかかる水晶振動子１のパッケージ１１は、上記の本実施の形態にかかるベース３と、蓋４とから構成され、回路基板８１に実装するので、上記の本実施の形態にかかるベース３による作用効果を有する。
また、外部接続端子６は、ベース３の他主面３２の四隅３６のうち対角位置に形成され、各外部接続端子６における応力減衰方向Ａは、ベース３の他主面３２の隅３６に位置する外部接続端子６の角部６４から、角部６４の対角位置にある対角部６５に向かう方向である。すなわち、本実施の形態によれば、各外部接続端子６がベース３の他主面３２に対角配置されるので、ベース３と回路基板８１との間で熱膨張係数差が生じても、ベース３が他主面３２の中心点３８を中心に自転し、その応力を均一に分散させることができる。
また、ベース３（セラミック材料）と回路基板８１（ガラスエポキシ材料）との熱膨張係数が異なるので、半田８２にクラックが発生しやすいが、バンプ７を形成していない従来技術のものに比べて、半田８２がクラックした場合であってもベース３と回路基板８１との電気的接続が遮断するのを抑えることができ、結果として半田８２の耐久性を向上させることができる。すなわち、上記した本実施の形態による作用効果は、熱膨張係数が異なるベース３と回路基板８１とを用いた場合、特に顕れる。
なお、本実施の形態では、水晶振動片２にＡＴカット水晶片を用いているが、これに限定されるものではなく、音叉型水晶振動片などの他の形態の水晶振動片であってもよい。
また、本実施の形態では、ベース３の封止部材として、ガラスを用いているが、これに限定されるものではなく、蓋４が金属蓋である場合、封止部材１２としてＷやＭｏ等によるメタライズ膜の上面に、ＮｉからなるＮｉメッキ層、ＡｕからなるＡｕメッキ層の各層が形成されたものを用いたり、さらにこれら各層の上部に金属リングが形成されたものを用いても良い。
また、本実施の形態では、蓋４としてセラミック材料を用いているが、これに限定されずに、ガラス材料や金属材料であってもよい。また、ベース３と蓋４との気密封止の手法としては、溶融接合に限らず、各種材料（ベース３や蓋４、封止部材１２等）に応じて、溶接接合、ろう接などの他の手法を用いることができる。
また、本実施の形態では、外部接続端子６の平面視寸法を１．２ｍｍ×１．５ｍｍとして、バンプ７の平面視寸法を１．０ｍｍ×１．３ｍｍとしているが、これに限定されるものではなく、距離ｄが０．０１ｍｍ〜０．４５ｍｍの範囲内に設定可能であれば、外部接続端子６およびバンプ７は任意の寸法に設定可能である。
また、本実施の形態では、２つの外部接続端子６がベース３の他主面３２の四隅のうち対角位置に形成されているが、これに限定されるものではなく、図８に示すように、ベース３の他主面３２の四隅すべてに外部接続端子６が形成されてもよい。この形態は、外部接続端子６が四隅３６に形成された４端子の形態であり、各外部接続端子６における応力減衰方向Ａは、ベース３の他主面３２の隅３６から中心（中心点３８）に向かう方向である（図８に示す矢印参照）。
また、本実施の形態では、２つの外部接続端子６がベース３の他主面３２の四隅３６のうち対角位置に形成されているが、これに限定されるものではなく、図９に示すように、ベース３の他主面３２の一対の短辺３７それぞれに沿って対向して形成されてもよい。
図９に示す形態は、ベース３の一対の短辺３７に沿って対向して形成された２端子の形態であり、短辺３７の中央位置３７１にキャスタレーションが形成され、各外部接続端子６における応力減衰方向Ａは、ベース３の他主面３２の隅３６に近い外部接続端子６の角部６４から、角部６４が形成された外部接続端子６の辺６７に対向する対向辺６８の中央位置６９に向かう方向である（図９に示す矢印参照）。すなわち、図９に示す応力減衰方向Ａは、他主面３２の隅に近い当該外部接続端子６の角部６４から、他主面３２の中心点３８に近い当該外部接続端子６の辺（対向辺６８）に向かう方向とされる。
この図９に示す形態によれば、各外部接続端子６がベース３の他主面３２に対称配置されるので、ベース３の他主面３２における応力の発生を抑制することができ、熱膨張係数差の影響を緩和させることができる。その結果、クラックの発生そのものを抑えることができる。
また、２つの外部接続端子６がベース３の他主面３２の四隅３６のうち対角位置に形成されているが、これに限定されるものではなく、図１０に示すように、ベース３の他主面３２の一対の長辺３９それぞれに沿って対向して形成されてもよい。
図１０に示す形態では、ベース３の一対の長辺３９に沿って対向して形成された２端子の形態であり、長辺３９の中央位置３９１にキャスタレーションが形成され、各外部接続端子６における応力減衰方向Ａは、ベース３の他主面３２の隅３６に近い外部接続端子６の角部６４から、角部６４が形成された外部接続端子６の辺６７に対向する対向辺６８の中央位置６９に向かう方向である（図１０に示す矢印参照）。すなわち、図１０に示す応力減衰方向Ａは、他主面３２の隅に近い当該外部接続端子６の角部６４から、他主面３２の中心点３８に近い当該外部接続端子６の辺（対向辺６８）に向かう方向とされる。
この図１０に示す形態によれば、図９に示す短辺対向の２端子形態による効果に加えて、熱膨張係数差の影響が大きなベース３の他主面３２の長辺方向の応力の発生をより効果的に抑制することができ、ベース３の他主面３２の短辺方向へ熱膨張係数差の影響を緩和させることができる。その結果、クラックの発生そのものをさらにより一層抑えることができる。
上記の図９，１０に示す形態では、外部接続端子６の寸法がベース３の辺（短辺３７または長辺３９）の半分を超える長さに設定されている。このように、外部接続端子６の寸法がベース３の辺（短辺３７または長辺３９）の寸法に対して７０％以上の比率に設定することで、対象となる辺方向に対する応力の発生を抑制することができる。
また、本実施の形態では、外部接続端子６の表面６３とバンプ７の表面７１とが、平坦面であり、同じ方向に向いているが、外部接続端子６とバンプ７との形状はこれに限定されるものではなく、バンプ７の形状について、応力減衰方向Ａに沿ってバンプ７の厚みが増してもよい。具体的に、バンプ７の表面７１が外部接続端子６の表面６３に対してテーパー状に形成されてもよく、また、バンプ７の表面７１が曲面形成されてもよい。この場合、応力減衰方向Ａに沿ってバンプ７の厚みが増すので、外部接続端子６の表面６３に沿ってクラックを発生させることなく、バンプ７の表面７１に沿ってクラックを発生させることができる。そのため、バンプ７を形成していない従来技術のものに比べて、半田８２がクラックした場合であってもベース３と回路基板８１との電気的接続が遮断するのを抑えることができ、結果として半田８２の耐久性を向上させることができる。
また、本実施の形態では、水晶振動片２は板状の直方体に成形されているが、これに限定されるものではなく、励振電極を形成する振動する領域の厚みを薄くし、高周波化に対応させてもよい。
また、本実施の形態では、外部接続端子６が直方体に形成され、バンプ７が外部接続端子６上に直方体に形成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、図１１に示すように、外部接続端子６が平面視Ｈ字形状に形成され、外部接続端子６上に２つの直方体のバンプ７が形成されてもよい。この図１１に示す２つの直方体のバンプ７は、Ｘ方向（ベース３の長手方向であり、外部接続端子６の短手方向）に沿って並び、同一方向に向いている。また、これら２つのバンプ７は、応力減衰方向Ａの線上に存在する。この図１１に示す外部接続端子６とバンプ７との構成によれば、応力減衰方向Ａの線上に２つのバンプ７が存在するので、上記の本実施の形態に比べて、半田８２の耐久性をさらに向上させることができる。すなわち、図１１に示す形態によれば、２つのバンプ７が、外部接続端子６上であって、応力減衰方向Ａの線上に存在するので、半田８２にクラックが生じた場合であっても、半田８２のクラックは、ベース３に形成された外部接続端子６に沿って生じずに、外部接続端子６の外周端縁６６からバンプ７の外周端縁７２に向かって生じ（図３参照）、途中でクラックを屈曲させる屈曲点が２つ発生する。この２つのクラックの屈曲点の発生により、クラックそのものの進展をさらに遅らせることができ、１つのバンプ７を形成した上記の実施の形態に比べて、半田８２にクラックが生じた場合であってもベース３と回路基板８１との電気的接続の遮断をさらに抑えることができる。
また、図１１に示す形態とは異なる形態として、図１２に示すように、外部接続端子６が直方体に形成され、外部接続端子６上に２つの直方体のバンプ７が形成されてもよい。この図１１に示す２つの直方体のバンプ７は、Ｘ方向（ベース３の長手方向であり、外部接続端子６の短手方向）に沿って並び、同一方向に向いている。これら２つのバンプ７は、応力減衰方向Ａの線上に存在する。この図１２に示す形態も、図１１に示す形態と同様の作用効果を有する。
また、図１１に示す形態とは異なる形態として、図１３に示すように、外部接続端子６が直方体に形成され、外部接続端子６上に３つの直方体のバンプ７が形成されてもよい。この図１３に示す３つの直方体のバンプ７は、Ｙ方向（ベース３の短手方向であり、外部接続端子６の長手方向）に沿って並び、同一方向に向いている。これら３つのバンプ７は、応力減衰方向Ａの線上に存在する。この図１３に示す形態では、図１１に示す形態に比べて、さらにバンプ７の数が多いので、半田８２の耐久性をさらに向上させることができる。
また、本実施の形態では、外部接続端子６上に、１層からなるバンプ７が形成（積層）されているが、これに限定されるものではなく、複数層からなるバンプ７が形成されてもよい。特に、図１４に示すように、断面視階段状に形成されていることが好ましい。この図１４に示すバンプ７によれば、外部接続端子６上に、２層のバンプ７３，７４が順に形成されている。これらバンプ７３，７４は、応力減衰方向Ａ（図１４では仮想線Ｌ参照）の線上に沿って順にそれぞれの外周端縁が配されてなる。そのため、バンプ７３，７４は、図１４に示すように断面視階段状に形成されている。この図１４に示すバンプ７３，７４を外部接続端子６上に形成することで、上記の実施の形態に比べて、クラックの仮想線Ｌ上に沿って生じる距離を長くすることができ、クラックの外部接続端子６に沿って生じるクラックの進展をさらに遅らせることができる。
また、上記の実施の形態では、図３や図１４に示すように、バンプ７，７３，７４の外周端縁７２が直角に成形されているが、これに限定されるものではなく、バンプ７，７３，７４の外周端縁７２がテーパ状に成形されたり、曲面に成形されてもよい。
なお、本発明は、その精神や主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
また、この出願は、２０１０年４月１日に日本で出願された特願２０１０−０８５２３２号に基づく優先権を請求する。これに言及することにより、その全ての内容は本出願に組み込まれるものである。
本発明にかかる電子部品用パッケージは、表面実装型の電子部品用パッケージに適用できる。
１ 水晶振動子
１１ パッケージ
１２ 接合材
２ 水晶振動片
２１ 一主面
２２ 他主面
２３ 側面
３ ベース
３１ 一主面
３２ 他主面
３３ キャビティ
３４ 側面
３５ キャスタレーション
３６ 隅
３７ 短辺
３７１ 中央位置
３８ 中心点
３９ 長辺
３９１ 中央位置
４ 蓋
５ 電極
５１ 電極パッド
５２ 配線パターン
６ 外部接続端子
６１ 対向領域
６２ 無対向領域
６３ 表面
６４ 角部
６５ 対角部
６６ 外周端縁
６７ 辺
６８ 対向辺
６９ 中央位置
７，７３，７４ バンプ
７１ 表面
７２ 外周端縁
８１ 回路基板
８２ 半田
Ａ 応力減衰方向
ｄ 距離
Ｌ 仮想線

Claims (12)

  1. 電子部品素子を保持した表面実装型の電子部品用パッケージのベースを、導電性接合材を用いて回路基板に実装する表面実装型の電子部品用パッケージと回路基板との接続構造において、
    前記電子部品用パッケージのベースには、回路基板に電気的に接続するための外部接続端子が主面に形成され、
    前記外部接続端子上に、前記外部接続端子よりも小さいバンプが形成され、
    当該ベースを回路基板に実装した際に生じる前記外部接続端子上の応力が減衰する応力減衰方向に沿った、前記外部接続端子の外周端縁から、前記バンプの外周端縁までの距離を距離ｄとし、
    前記距離ｄは、０．０６ｍｍ超０．４５ｍｍ以下に設定されており、
    前記バンプの厚みが１９μｍ以上３８μｍ以下の範囲であり、
    前記導電性接合材において生じる最大ミーゼス応力は、５．００Ｅ＋１１Ｐａ以下である表面実装型の電子部品用パッケージと回路基板との接続構造。
  2. 電子部品素子を保持し、導電性接合材を用いて回路基板に実装する表面実装型の電子部品用パッケージのベースにおいて、
    回路基板に電気的に接続するための外部接続端子が主面に形成され、
    前記外部接続端子上に、前記外部接続端子よりも小さいバンプが形成され、
    当該ベースを回路基板に実装した際に生じる前記外部接続端子上の応力が減衰する応力減衰方向に沿った、前記外部接続端子の外周端縁から、前記バンプの外周端縁までの距離を距離ｄとし、
    前記距離ｄは、０．０９２２ｍｍ超０．１２ｍｍ以下に設定されており、
    前記バンプの厚みが１３μｍ以上３８μｍ以下の範囲であり、
    前記外部接続端子の外周端縁と前記バンプの外周端縁とを最短距離で結ぶように通る線を仮想線とし、
    前記外部接続端子の表面に対する前記仮想線の角度が８°〜１８°に設定された表面実装型の電子部品用パッケージのベース。
  3. 請求項１に記載の表面実装型の電子部品用パッケージと回路基板との接続構造において、
    前記外部接続端子は、前記主面の四隅に形成され、
    各前記外部接続端子における前記応力減衰方向は、前記主面の隅から中心点に向かう方向である表面実装型の電子部品用パッケージと回路基板との接続構造。
  4. 請求項１に記載の表面実装型の電子部品用パッケージと回路基板との接続構造において、
    前記外部接続端子は、前記主面の一対の辺それぞれに沿って対向して形成され、
    各前記外部接続端子における前記応力減衰方向は、前記主面の隅に近い当該外部接続端子の角部から、前記主面の中心点に近い当該外部接続端子の辺に向かう方向である表面実装型の電子部品用パッケージと回路基板との接続構造。
  5. 請求項１に記載の表面実装型の電子部品用パッケージと回路基板との接続構造において、
    前記外部接続端子は、前記主面の対角位置に形成され、
    各前記外部接続端子における前記応力減衰方向は、前記主面の隅に位置する当該外部接続端子の角部から、前記角部の対角位置にある当該外部接続端子の対角部に向かう方向である表面実装型の電子部品用パッケージと回路基板との接続構造。
  6. 請求項１，３，４および５のうちいずれか１つに記載の表面実装型の電子部品用パッケージと回路基板との接続構造において、
    前記応力減衰方向に沿って前記バンプの厚みが増す表面実装型の電子部品用パッケージと回路基板との接続構造。
  7. 請求項１，３，４，５および６のうちいずれか１つに記載の表面実装型の電子部品用パッケージと回路基板との接続構造において、
    前記ベースと回路基板との熱膨張係数が異なる表面実装型の電子部品用パッケージと回路基板との接続構造。
  8. 請求項２に記載の表面実装型の電子部品用パッケージのベースにおいて、
    前記外部接続端子は、前記主面の四隅に形成され、
    各前記外部接続端子における前記応力減衰方向は、前記主面の隅から中心点に向かう方向である表面実装型の電子部品用パッケージのベース。
  9. 請求項２に記載の表面実装型の電子部品用パッケージのベースにおいて、
    前記外部接続端子は、前記主面の一対の辺それぞれに沿って対向して形成され、
    各前記外部接続端子における前記応力減衰方向は、前記主面の隅に近い当該外部接続端子の角部から、前記主面の中心点に近い当該外部接続端子の辺に向かう方向である表面実装型の電子部品用パッケージのベース。
  10. 請求項２に記載の表面実装型の電子部品用パッケージのベースにおいて、
    前記外部接続端子は、前記主面の対角位置に形成され、
    各前記外部接続端子における前記応力減衰方向は、前記主面の隅に位置する当該外部接続端子の角部から、前記角部の対角位置にある当該外部接続端子の対角部に向かう方向である表面実装型の電子部品用パッケージのベース。
  11. 請求項２，８，９および１０のうちいずれか１つに記載の表面実装型の電子部品用パッケージのベースにおいて、
    前記応力減衰方向に沿って前記バンプの厚みが増す表面実装型の電子部品用パッケージのベース。
  12. 電子部品素子を気密封止する請求項２，８，９，１０および１１のいずれか１つに記載の表面実装型の電子部品用パッケージのベースと、蓋とから構成され、回路基板に実装する表面実装型の電子部品用パッケージ。
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