JP6041070B2 - 水晶振動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、水晶振動子がパッケージ材上に実装されており、該パッケージ材の下面に感温性素子が実装されている、水晶振動装置に関する。
従来、水晶振動装置が発振器等に広く用いられている。例えば、下記の特許文献１には、パッケージ基板上に水晶振動素子を搭載してなる水晶振動装置が開示されている。ここでは、パッケージ基板の下面に、ＩＣチップが固定されている。そして、パッケージ基板の下面において、ＩＣチップを囲む第２の基板が積層されている。この第２の基板は、矩形枠状から一辺を除いた平面形状を有する。
他方、下記の特許文献２に記載の水晶振動装置では、パッケージ基板上に、水晶振動素子が搭載されている。そして、パッケージ基板の下面には、第１の脚部と、第２の脚部とが、間隔を隔てて設けられている。この第１の脚部と第２の脚部との間において、パッケージ基板の下面に電子部品素子が固定されている。
下記の特許文献３では、水晶振動素子が収納されているパッケージの下面に、電子部品チップが固定されている。この電子部品チップの外側には、パッケージ基板の下面に接合されている金属バンプが設けられている。
下記の特許文献４には、水晶振動子が収納されているパッケージと、ＩＣチップが搭載されている実装基板とを、バンプを介して接合してなる構造が開示されている。
特開２００４−３２４５６号公報 特開２００５−２０６３３号公報 特開２００３−３１８６５３号公報 特開２０１０−８７７２６号公報
特許文献１〜３では、ＩＣチップなどの電子部品素子を囲むように設けられた基板や脚部がＩＣチップなどの電子部品の周囲の一部において存在しない。しかしながら、パッケージ基板や周辺の回路素子から熱がパッケージ基板に伝搬してきた場合、上記ＩＣチップなどの電子部品素子の温度が上昇しやすかった。温度センサを内蔵しているＩＣチップが水晶振動素子と組み合わされている構造では、ＩＣチップの温度が上昇した場合、内蔵している温度センサによって周波数補正が行われる。従って、ＩＣチップの周囲の温度が水晶振動子の周囲よりも先に変動すると、周波数ズレが生じるという問題があった。
本発明の目的は、温度センサ内蔵ＩＣのような感温性素子の温度変化が生じ難い、水晶振動装置を提供することにある。
本発明に係る水晶振動装置は、下面を有する第１のパッケージ材と、前記第１のパッケージ材に搭載された水晶振動子と、前記第１のパッケージ材の下面に実装された感温性素子と、前記第１のパッケージ材の下面に接合されており、前記感温性素子の周囲の少なくとも一部に位置している実装基板とを備え、前記実装基板が前記第１のパッケージ材の下面に複数の導電性接合材により接合されており、前記第１のパッケージ材の下面と前記実装基板との間において、前記導電性接合材により接合されている部分以外が隙間とされている。
本発明に係る水晶振動装置のある特定の局面では、前記実装基板の上面に複数の電極ランドが設けられており、前記複数の導電性接合材が、前記複数の電極ランドと、前記第１のパッケージ材とを接合している。
本発明に係る水晶振動装置の他の特定の局面では、前記実装基板が、開口部を有し、該開口部内に前記感温性素子が位置している。
本発明に係る水晶振動装置のさらに他の特定の局面では、前記実装基板が、第１の実装基板部材と、該第１の実装基板部材と隔てられた第２の実装基板部材とを有し、前記第１の実装基板部材と、前記第２の実装基板部材との間に前記感温性素子が位置している。
本発明に係る水晶振動装置のさらに別の特定の局面では、前記第１，第２の実装基板部材が、ストリップ状の形状を有する。
本発明に係る水晶振動装置のさらに他の特定の局面では、前記第１，第２の実装基板部材が、ストリップ状の実装基板部材本体と、前記実装基板部材本体の両端から相手側の実装基板部材側に向かって延びる第１，第２の延長部とを有する。
本発明に係る水晶振動装置のさらに他の特定の局面では、前記実装基板が、平面視において、枠状体の一部が切り欠かれており、前記枠状体で囲まれた内側部分と外側部分とが連通されている形状を有する。
本発明に係る水晶振動装置の別の特定の局面では、前記枠状体が矩形枠状の形状を有し、矩形枠状のうちの一辺の少なくとも一部が切り欠かれている。
本発明に係る水晶振動装置のさらに他の特定の局面では、前記第１のパッケージ材上に取付けられており、前記第１のパッケージ材とともに、前記水晶振動子を収納している封止空間を形成する第２のパッケージ材がさらに備えられている。
本発明に係る水晶振動装置の別の特定の局面では、前記第１のパッケージ材が、パッケージ基板である。
本発明に係る水晶振動装置によれば、実装基板から熱が伝わってきたとしても、実装基板と素子基板との間において、熱流路が形成されるため、感温性素子の温度上昇を抑制することができる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る水晶振動装置の正面断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態で用いられている、実装基板と、感温性素子としてのＩＣチップとの関係を示す略図的斜視図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本発明の第１の実施形態で用いられている水晶基板の上面の電極形状を示す平面図及び水晶基板を透視して下面の励振電極の平面形状を示す模式的平面図である。 図４は、本発明の第１の実施形態で用いられる実装基板の模式的平面図である。 図５は、本発明の第２の実施形態に係る水晶振動装置の正面断面図である。 図６は、本発明の第２の実施形態に係る水晶振動装置における第１，第２の実装基板部材とＩＣチップとの位置関係と熱流路との関係を示す斜視図である。 図７は、本発明の第３の実施形態で用いられる第１，第２の実装基板部材を示す平面図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、本発明の第４の実施形態で用いられる実装基板部材を示す平面図及び斜視図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る水晶振動装置の正面断面図である。
水晶振動装置１は、実装基板２を有する。実装基板２は、上面２ａと下面２ｂとを有する。実装基板２の下面２ｂが、水晶振動装置１を回路基板などに実装する側の面となる。
実装基板２は、アルミナなどの適宜のセラミックス、あるいは合成樹脂からなる。
実装基板２の上方に水晶振動素子３が搭載されている。水晶振動素子３は、第１のパッケージ材としてのパッケージ基板４と、第２のパッケージ材としてのキャップ５とを有する。パッケージ基板４に、下方に開いた開口を有するキャップ５が接合材６により接合されている。それによって、封止された中空空間７が形成されている。中空空間７内に水晶振動子８が配置されている。水晶振動子８は、水晶基板９を有する。水晶基板９の上面には、第１の励振電極１０が設けられている。水晶基板９の下面には、第２の励振電極１１が設けられている。
図３（ａ）及び図３（ｂ）に、第１，第２の励振電極１０，１１の平面形状を示す。
第１の励振電極１０と、第２の励振電極１１とは、水晶基板９を介して対向している。図３（ａ）に示すように、引き出し電極１２が第１の励振電極１０に連ねられている。引き出し電極１２は、図１に示すように、水晶基板９の側面を経て下面に至っている。
図１に示すように、パッケージ基板４の上面には、電極ランド１３が設けられている。この電極ランド１３に、導電性接合材１４を介して引き出し電極１２が接合されている。第２の励振電極１１についても、図示しない電極ランドに導電性接合材により接合されている。それによって、水晶振動子８は、片持ち梁で支持されている。
上記第１，第２の励振電極１０，１１、引き出し電極１２、及び電極ランド１３は、適宜の金属もしくは合金からなる。導電性接合材１４は、導電性接着材や金属のろう材などの適宜の導電性接合材からなる。
また、上記パッケージ基板４は、アルミナなどの絶縁性セラミックス、あるいは他の適宜の絶縁性材料からなる。キャップ５は、金属からなるが、金属以外の他の材料からなるものであってもよい。接合材６は、適宜の接着材もしくははんだからなる。
上記パッケージ基板４の下面には、温度センサが内蔵されているＩＣチップ１５が固定されている。ＩＣチップ１５は、複数のバンプ１６を上面に有する。このバンプ１６が、パッケージ基板４の下面の電極（図示せず）に接合されている。
実装基板２は、図２に示すように、中央に開口部２ｃを有する。この開口部２ｃ内にＩＣチップ１５が位置している。従って、水晶振動装置１の薄型化を図ることが可能とされている。
上記ＩＣチップ１５は、温度センサを内蔵している。ＩＣチップ１５は、周囲の温度変化に応じて水晶振動子８の周波数特性に補正をかけるために設けられている。従って、ＩＣチップ１５の周囲の温度と、中空空間７内に封止されている水晶振動子８との温度差及び温度変化の度合いの差が小さいことが望ましい。
従って、上記開口部２ｃ内にＩＣチップ１５を配置することにより、ＩＣチップ１５の周囲における通気性が高められている。
もっとも、本実施形態では、さらに、ＩＣチップ１５の側方に、以下に述べる隙間が設けられている。そのため、熱流路が確保される。これを、図１及び図２を参照してより具体的に説明する。
図２は、実装基板２と、開口部２ｃに配置されているＩＣチップ１５との位置関係を示す略図的斜視図である。図４は、実装基板２を示す平面図である。
実装基板２上には、複数の電極ランド２１〜２４が設けられている。複数の電極ランド２１〜２４内の破線Ａは、実装されるパッケージ基板４の外周縁を下方に投影した部分である。従って、この破線で囲まれた領域の上方にパッケージ基板４を有する水晶振動素子３が搭載される。図１では、上記複数の電極ランド２１〜２４のうち、電極ランド２２，２３が図示されている。すなわち、図１は、図２のＢ−Ｂ線に沿う部分に相当する水晶振動装置１全体の正面断面図である。
図１に示すように、電極ランド２２，２３は、それぞれ、実装基板２の側面に位置している側面部２２ａ，２３ａに連なっており、さらに実装基板２の下面２ｂに位置している端子部２２ｂ，２３ｂに連なっている。この端子部２２ｂ，２３ｂが、水晶振動装置１を他の回路基板等に実装する際の端子として用いられる。
特に図示はしないが、電極ランド２１〜２４も、同様に、実装基板２の下面に設けられた端子部に連ねられている。
上記電極ランド２１〜２４及び側面部２２ａ，２３ａ並びに端子部２２ｂ，２３ｂは、適宜の金属もしくは合金からなる。
また、図１に示すように、上記電極ランド２２，２３は、導電性接合材２６，２７により、パッケージ基板４の下面に設けられた接合電極２８，２９に接合されている。特に図示はしないが、電極ランド２２，２３と同様に、電極ランド２１，２４も導電性接合材により、パッケージ基板４の下面に設けられた接合電極に接合されている。
接合電極２８，２９は、前述した第１，第２の励振電極１０，１１に図示されていない部分により電気的に接続されている。上記接合電極２８，２９は、適宜の金属もしくは合金からなる。
接合電極２８，２９は、パッケージ基板４の図示されていない内部の電極などを通じて、パッケージ基板４の下面の電極（図示せず）を通り、バンプ１６を介してＩＣチップ１５に電気的に接続される。
同様に、前述した第１，第２の励振電極１０，１１も導電性接合材１４及び電極ランド１３を介して、パッケージ基板４の内部電極（図示せず）などを通じて、最終的にＩＣチップ１５に電気的に接続される。
導電性接合材２６，２７は、導電性接合材１４と同様に、導電性接着材や金属のろう材などからなる。
本実施形態の特徴は、ＩＣチップ１５の周囲において、上記実装基板２とパッケージ基板４との接合部分を構成している導電性接合材２６，２７間に隙間Ｃが設けられていることにある。すなわち、導電性接合材は、図２に示す電極ランド２１〜２４の上記破線Ａの内側部分に適用される。図１に示すように、電極ランド２２，２３間に隙間が形成される。電極ランド２１，２２間、電極ランド２３，２４間及び電極ランド２４，２１間にも同様に隙間が存在することとなる。従って、水晶振動装置１では、実装基板２がパッケージ基板４と接合されている高さ位置において、上記隙間ＣがＩＣチップ１５の側方に形成される。よって、図２に示すように、十分な熱流路Ｄが各辺において確保される。
他方、水晶振動装置１を回路基板などに実装した場合、回路基板側から、あるいは周囲の回路素子からの熱が、端子部２２ｂ，２３ｂから伝わることがある。このような場合、熱が電極ランド２２，２３に伝わるが、上記熱流路Ｄが設けられているため、ＩＣチップ１５の周囲に熱がこもり難い。従って、ＩＣチップ１５の温度上昇が抑制される。よってＩＣチップ１５と、中空空間７に封止されている水晶振動子８との温度の差や温度変化の差を小さくすることができる。そのため、ＩＣチップ１５に内蔵されている温度センサで検出した温度によって、水晶振動子８の周波数特性を的確に補正することができる。
図５は、本発明の第２の実施形態に係る水晶振動装置の正面断面図である。第２の実施形態が第１の実施形態と異なるところは、実装基板２に代えて、実装基板として、第１，第２の実装基板部材３１，３２が用いられていることにある。従って、他の部分については、同一の参照番号を付することにより、第１の実施形態の説明を援用することとする。
第２の実施形態では、パッケージ基板４の下面に、第１，第２の実装基板部材３１，３２が接合されている。第１，第２の実装基板部材３１，３２と、ＩＣチップ１５との位置関係を、図６に斜視図で示す。
図５及び図６に示すように、第１の実装基板部材３１は、ストリップ状の形状を有する。言い換えれば、細長い矩形の平面形状を有する。第１，第２の実装基板部材３１，３２は、アルミナなどの適宜の絶縁性材料により形成され得る。
図６に示すように、第１の実装基板部材３１の上面には、電極ランド３３，３４が第１の実装基板部材３１の長さ方向において隔てられて設けられている。第２の実装基板部材３２の上面にも、電極ランド３５，３６が、長手方向において隔てられて設けられている。電極ランド３６は、側面部３６ａ及び端子部３６ｂを有する。側面部３６ａ及び端子部３６ｂは、第１の実施形態における側面部２２ａ及び端子部２２ｂと同様に設けられている。他の電極ランド３３，３４，３５も同様に側面部が端子部を有する。
本実施形態では、図５に示すように、電極ランド３４，３５が、導電性接合材３７，３８により、接合電極２８，２９に接合されている。電極ランド３３，３６も導電性接合材によりパッケージ基板４の下面に設けられた接合電極に接合されている。これらの導電性接合材は、図６に示した電極ランド３３〜３６の上面に適用される。
従って、導電性接合材３７，３８間のように、隣り合う導電性接合材３７，３８間に隙間が設けられる。すなわち、第１の実装基板部材３１と第２の実装基板部材３２との間の隙間だけでなく、第１，第２の実装基板部材３１，３２がパッケージ基板４と接合されている高さ位置において、図６の電極ランド３３と電極ランド３４との間、及び電極ランド３５と電極ランド３６との間において、導電性接合材間の隙間が生じることとなる。よって、図６の矢印Ｄ，Ｄで示す熱流路が形成されることとなる。
よって、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、回路基板などに水晶振動装置が実装された場合に熱が伝わってきたとしても、ＩＣチップ１５の周囲に熱がこもり難い。従って、ＩＣチップ１５の温度上昇を抑制することができる。よって、ＩＣチップ１５及び水晶振動子８の温度の差及び温度変化の差を小さくすることができる。
図７は、本発明の第３の実施形態で用いられる実装基板部材を説明するための平面図である。第２の実施形態では、ストリップ状の第１，第２の実装基板部材３１，３２を用いた。これに対して、図７に示すように、第１，第２の実装基板部材が、ストリップ状の実装基板部材本体３１ａ，３２ａと、実装基板部材本体３１ａ，３２ａの両端から相手側の実装基板部材側に向かって延びる第１，第２の延長部３１ｂ，３１ｃ，３２ｂ，３２ｃを有していてもよい。
この場合においても、電極ランド３３，３４間及び電極ランド３５，３６間において、隣り合う導電性接合材間に熱流路を形成するための隙間が形成されることとなる。従って、第２の実施形態と同様の効果が得られる。
さらに、図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第４の実施形態で用いられる実装基板部材を示す平面図及び斜視図である。図８（ａ），図８（ｂ）に示す実装基板部材４１は、平面視において、枠状体の一部を切り欠き、枠状で囲まれた内側部分と外側部分とが連通されている形状を有する。言い換えれば、実装基板部材４１は、矩形枠状の形状の一辺の内の少なくとも一部を切り欠いた形状とされている。もっとも、この枠状の平面形状は矩形形状に限らず、円形や四角形以外の多角形の枠状体であってもよい。
実装基板部材４１を用いた場合においても、電極ランド３３〜３６が第２の実施形態と同様に構成されているため、矢印Ｅ，Ｅで示す方向に熱が移動し得る熱流路が形成される。さらに、本実施形態では、矢印Ｆで示す方向においても、隣り合う導電性接合材間に隙間が形成され、熱流路が形成される。従って、ＩＣチップの周囲により一層熱がこもり難い。
第１及び第２の実施形態では、第１のパッケージ材がパッケージ基板であり、第２のパッケージ材がキャップであったが、第１，第２のパッケージ材はこれに限定されない。例えば、上方に開いた開口を有する第１のパッケージ材の内底面上に水晶振動子を実装し、該第１のパッケージ材の上方開口を第２のパッケージ材としての蓋を封止した構造であってもよい。
また、上記第１，第２の実施形態では、感温性素子として、温度センサを内蔵したＩＣチップを示したが、サーミスタなどの他の感温性素子であってもよい。
１…水晶振動装置
２…実装基板
２ａ…上面
２ｂ…下面
２ｃ…開口部
３…水晶振動素子
４…パッケージ基板
５…キャップ
６…接合材
７…中空空間
８…水晶振動子
９…水晶基板
１０…第１の励振電極
１１…第２の励振電極
１２…引き出し電極
１３…電極ランド
１４…導電性接合材
１５…ＩＣチップ
１６…バンプ
２１〜２４…電極ランド
２２ａ，２３ａ…側面部
２２ｂ，２３ｂ…端子部
２６，２７…導電性接合材
２８，２９…接合電極
３１…第１の実装基板部材
３２…第２の実装基板部材
３１ａ…実装基板部材本体
３２ａ…実装基板部材本体
３１ｂ，３１ｃ，３２ｂ，３２ｃ…第１，第２の延長部
３３〜３６…電極ランド
３６ａ…側面部
３６ｂ…端子部
３７，３８…導電性接合材
４１…実装基板部材

Claims (7)

  1. 下面を有する第１のパッケージ材と、
    前記第１のパッケージ材に搭載された水晶振動子と、
    前記第１のパッケージ材の下面に実装された感温性素子と、
    前記第１のパッケージ材の下面に接合されており、前記感温性素子の周囲の少なくとも一部に位置している実装基板とを備え、
    前記実装基板が前記第１のパッケージ材の下面に複数の導電性接合材により接合されており、前記第１のパッケージ材の下面と前記実装基板との間において、前記導電性接合材により接合されている部分以外が隙間とされており、
    前記実装基板が、開口部を有し、該開口部内に前記感温性素子が位置している、水晶振動装置。
  2. 前記実装基板の上面に複数の電極ランドが設けられており、前記複数の導電性接合材が、前記複数の電極ランドと、前記第１のパッケージ材とを接合している、請求項１に記載の水晶振動装置。
  3. 下面を有する第１のパッケージ材と、
    前記第１のパッケージ材に搭載された水晶振動子と、
    前記第１のパッケージ材の下面に実装された感温性素子と、
    前記第１のパッケージ材の下面に接合されており、前記感温性素子の周囲の少なくとも一部に位置している実装基板とを備え、
    前記実装基板が前記第１のパッケージ材の下面に複数の導電性接合材により接合されており、前記第１のパッケージ材の下面と前記実装基板との間において、前記導電性接合材により接合されている部分以外が隙間とされており、
    前記実装基板が、第１の実装基板部材と、該第１の実装基板部材と隔てられた第２の実装基板部材とを有し、前記第１の実装基板部材と、前記第２の実装基板部材との間に前記感温性素子が位置しており、
    前記第１，第２の実装基板部材が、ストリップ状の実装基板部材本体と、前記実装基板部材本体の両端から相手側の実装基板部材側に向かって延びる第１，第２の延長部とを有する、水晶振動装置。
  4. 下面を有する第１のパッケージ材と、
    前記第１のパッケージ材に搭載された水晶振動子と、
    前記第１のパッケージ材の下面に実装された感温性素子と、
    前記第１のパッケージ材の下面に接合されており、前記感温性素子の周囲の少なくとも一部に位置している実装基板とを備え、
    前記実装基板が前記第１のパッケージ材の下面に複数の導電性接合材により接合されており、前記第１のパッケージ材の下面と前記実装基板との間において、前記導電性接合材により接合されている部分以外が隙間とされており、
    前記実装基板が、平面視において、枠状体の一部が切り欠かれており、前記枠状体で囲まれた内側部分と外側部分とが連通されている形状を有する、水晶振動装置。
  5. 前記枠状体が矩形枠状の形状を有し、矩形枠状のうちの一辺の少なくとも一部が切り欠かれている、請求項４に記載の水晶振動装置。
  6. 前記第１のパッケージ材上に取付けられており、前記第１のパッケージ材とともに、前記水晶振動子を収納している封止空間を形成する第２のパッケージ材をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の水晶振動装置。
  7. 前記第１のパッケージ材が、パッケージ基板である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の水晶振動装置。
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