(57)【要約】【課題】絶縁基板の凹陥部内に配置したＩＣ部品が、樹脂を介してその直上に配置された接着剤の熱膨張に起因した応力によって歪を起こし、発振周波数に変動をもたらし、信頼性が低下する、という従来の不具合を解決する。【解決手段】ＩＣ部品搭載用の凹陥部６を一面に有した絶縁基板５、凹陥部を包囲する外壁１０上面に配置した複数の上部電極１１、ＩＣ部品を被覆するために該凹陥部内に充填された樹脂１２、を備えたＩＣ部品ユニット２と、ＩＣ部品ユニット上面に載置された際に上部電極上に接続される底部電極２６を備えたパッケージ２０、及び該パッケージ内に気密収納された圧電振動素子２２、を備えた圧電振動子３と、を有し、ＩＣ部品ユニットを構成する絶縁基板の外壁上面のうち上部電極が存在しない非電極領域１０ａと、該非電極領域と対面する圧電振動子のパッケージの外底面との間を、絶縁性接着剤３０により接合した。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＣ部品搭載用の凹陥部を一面に有した絶縁基板、該凹陥部の内底面に形成したＩＣ部品搭載用パッド、前記凹陥部を包囲する環状の外壁上面に配置した複数の上部電極、前記絶縁基板の外底部に露出形成した表面実装用の外部電極、前記ＩＣ部品搭載用パッドと上部電極と外部電極とを導通する接続導体、及び前記ＩＣ部品を被覆するために該凹陥部内に充填された樹脂、を備えたＩＣ部品ユニットと、
前記ＩＣ部品ユニット上面に載置された際に前記上部電極上に接続される底部電極を備えたパッケージ、及び該パッケージ内に気密収納された圧電振動素子、を備えた圧電振動子と、を有し、
前記ＩＣ部品ユニットを構成する絶縁基板の外壁上面のうち上部電極が存在しない非電極領域と、該非電極領域と対面する前記圧電振動子のパッケージの外底面との間を、絶縁性接着剤により接合したことを特徴とする表面実装型圧電発振器。
【請求項２】
ＩＣ部品搭載用の凹陥部を一面に有した絶縁基板、該凹陥部の内底面に形成したＩＣ部品搭載用パッド、前記凹陥部を包囲する環状の外壁上面に配置した複数の上部電極、前記絶縁基板の外底部に露出形成した表面実装用の外部電極、前記ＩＣ部品搭載用パッドと上部電極と外部電極とを導通する接続導体、及び前記ＩＣ部品を被覆するために該凹陥部内に充填された樹脂、を備えたＩＣ部品ユニットと、
前記ＩＣ部品ユニット上面に載置された際に前記上部電極上に接続される複数の底部電極を備えたパッケージ、及び該パッケージ内に気密収納された圧電振動素子、を備えた圧電振動子と、を有し、
前記複数の上部電極は、少なくとも２つのアース用上部電極を含み、
前記複数の底部電極は、前記各アース用上部電極と一対一の対応関係にあるアース用底部電極を備え、
前記アース用上部電極のうちの一方と、該一方のアース用上部電極と対面するアース用底部電極との間を、絶縁性接着剤により接合したことを特徴とする請求項１に記載の表面実装型圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水晶発振器等の圧電発振器の改良に関し、特にＩＣ部品を搭載したＩＣ部品ユニット上に、パッケージ化された圧電振動子を固定一体化したタイプの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しては、水晶振動子をパッケージ化するのみならず、周波数調整回路、周波数温度補償回路等を含む発振回路を集積化、ＩＣ化して部品点数を削減して対応している。
図３（ａ）（ｂ）（ｃ）及び（ｄ）は従来の表面実装用の圧電発振器の外観斜視図、ＩＣ部品ユニットの斜視図、組み立て手順を示す断面図、及び完成品の縦断面図である。この圧電発振器１０１は、ＩＣ部品搭載用パッケージ（ＩＣ部品ユニット）１０２上にパッケージ化された圧電振動子１０３を固定したタイプである。
ＩＣ搭載用パッケージ１０２は、セラミック等の絶縁材料から成る絶縁基板１０５の上面中央部に凹陥部１０６を形成し、凹陥部内底面に設けたＩＣ部品搭載用のパッド１０７上にＩＣチップ或いはＩＣパッケージ（以下、ＩＣ部品、と言う）１０８を載置し、ＩＣ部品１０８側の各電極をハンダ等を用いて各パッド１０７上に固定した構成を有する。凹陥部１０６は矩形環状の外壁１１０により包囲されている。
また、基板１０５の底面には図示しないマザーボード上に表面実装するための外部電極１０９が形成され、凹陥部１０６を包囲する各外壁１１０上面には４つの上部電極１１１が形成されている。各外部電極１０９は図示しない接続導体を介して各パッド１０７，及び各上部電極１１１と接続されている。凹陥部１０６内に搭載されたＩＣ部品１０８は、空気と接することによってその電極等に結露等が発生してショートを起こす等の不具合をもたらす虞があるため、凹陥部１０６内に絶縁樹脂１１２を充填（ポッティング）してＩＣ部品の外面を被覆して外気と遮断させる。
圧電振動子１０３は、セラミック等から成る箱形のパッケージ本体１２０の凹陥部１２１内に圧電振動素子１２２を収納してから蓋１２３によって凹陥部１２１を気密封止した構成を有する。圧電振動素子１２２は、水晶基板などの圧電基板の主面上に励振電極を形成したものであり、励振電極から圧電基板の端縁に延びるリード電極を凹陥部１２１内に配置したパッド１２５に接続固定する一方で、パッケージ本体１２０の底面にはパッド１２５と導通する底部電極１２６を露出形成している。４個設けられた底部電極１２６は、ＩＣ搭載用パッケージ１０２の４個の上部電極１１１と一対一に対応してハンダ或いは導電性接着剤等によって接続固定される。
【０００３】
ところで、上記の如き構成を備えた圧電発振器において、ＩＣ部品ユニット１０２と圧電振動子１０３との接続強度を、専ら上部電極１１１と底部電極１２６との間の半田接続等に依存した場合には、接続強度が十分でないため、充填後に硬化した樹脂１１２の上面とパッケージ本体１２０の下面（非電極領域）との間を絶縁性接着剤１３０にて接続するのが一般的である。具体的には、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、樹脂１１２の上面中央部に適量の接着剤１３０を塗布するとともに、各上部電極１１１の上面に半田等のバインダを塗布した状態で、圧電振動子１０３を重ね合わせ、その後接着剤と半田等を硬化させる。なお、半田等を硬化させる前に、接着剤１３０によって圧電振動子１０３をＩＣ部品ユニット１０２上に位置決め固定することにより、半田硬化の過程における位置ずれを防止することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように接着剤１３０を用いて樹脂１１２とパッケージ本体１２０の底面との間を接続する構造を採用した場合には、周囲温度の変化によって発振器としての特性に変動が生じ、特性が安定しなくなるという不具合がある。即ち周囲温度が所定の許容温度を超えて上昇すると、接着剤１３０が膨張変形する。この際、絶縁基板１０５を構成するセラミックも熱膨張するが、膨張率は接着剤１３０の方が格段に大きい。接着剤１３０が膨張すると、樹脂１１２の薄い部分を介してＩＣ部品１０８が下向きに加圧され、ＩＣ部品全体と、ＩＣ部品の端子に対して歪が発生する。この歪に起因して発振器全体の特性に変動が発生して、発振周波数が変動する。
このように従来は、絶縁基板の一面に設けた凹陥部内にＩＣ部品を搭載してから、凹陥部内に樹脂を充填してＩＣ部品を埋設し、その後、ＩＣ部品の上面を被覆する樹脂部分に接着剤を塗布した状態で、絶縁基板上に圧電振動子を重ねて電極間を半田等によって接続した構造の圧電発振器において、温度変化に起因した接着剤の熱膨張による応力によって、接着剤の直下に位置するＩＣ部品が加圧されて歪を発生し、発振器の周波数が変動するという不具合が合った。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、絶縁基板の凹陥部内に配置したＩＣ部品が、樹脂を介してその直上に配置された接着剤の熱膨張に起因した応力によって歪を起こし、発振周波数に変動をもたらし、信頼性が低下する、という従来の不具合を解決する表面実装型圧電発振器を提案することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、ＩＣ部品搭載用の凹陥部を一面に有した絶縁基板、該凹陥部の内底面に形成したＩＣ部品搭載用パッド、前記凹陥部を包囲する環状の外壁上面に配置した複数の上部電極、前記絶縁基板の外底部に露出形成した表面実装用の外部電極、前記ＩＣ部品搭載用パッドと上部電極と外部電極とを導通する接続導体、及び前記ＩＣ部品を被覆するために該凹陥部内に充填された樹脂、を備えたＩＣ部品ユニットと、前記ＩＣ部品ユニット上面に載置された際に前記上部電極上に接続される底部電極を備えたパッケージ、及び該パッケージ内に気密収納された圧電振動素子、を備えた圧電振動子と、を有し、前記ＩＣ部品ユニットを構成する絶縁基板の外壁上面のうち上部電極が存在しない非電極領域と、該非電極領域と対面する前記圧電振動子のパッケージの外底面との間を、絶縁性接着剤により接合したことを特徴とする。
ＩＣ部品ユニット上に圧電振動子を固定する際に、電極間を半田等によって電気的機械的に接続するだけでは接続強度が不十分であるため、従来から接着力が大きい絶縁性接着剤を用いているが、従来はＩＣ部品の直上位置に接着剤を配置していたため、接着剤の熱膨張による歪の影響をＩＣ部品が受けて発振周波数が変動するという不具合があった。
本発明では、絶縁性接着剤を塗布する部位として、ＩＣ部品に悪影響を及ぼす恐れが皆無となる箇所、即ち、絶縁基板の外壁上面の非電極領域を選定したので、周波数変動をもたらすことなく、ＩＣ部品ユニットと圧電振動子を機械的に強固に接続することができる。
【０００６】
請求項２の発明は、ＩＣ部品搭載用の凹陥部を一面に有した絶縁基板、該凹陥部の内底面に形成したＩＣ部品搭載用パッド、前記凹陥部を包囲する環状の外壁上面に配置した複数の上部電極、前記絶縁基板の外底部に露出形成した表面実装用の外部電極、前記ＩＣ部品搭載用パッドと上部電極と外部電極とを導通する接続導体、及び前記ＩＣ部品を被覆するために該凹陥部内に充填された樹脂、を備えたＩＣ部品ユニットと、前記ＩＣ部品ユニット上面に載置された際に前記上部電極上に接続される複数の底部電極を備えたパッケージ、及び該パッケージ内に気密収納された圧電振動素子、を備えた圧電振動子と、を有し、前記複数の上部電極は、少なくとも２つのアース用上部電極を含み、前記複数の底部電極は、前記各アース用上部電極と一対一の対応関係にあるアース用底部電極を備え、前記アース用上部電極のうちの一方と、該一方のアース用上部電極と対面するアース用底部電極との間を、絶縁性接着剤により接合したことを特徴とする。
絶縁基板の外形が一定である場合に、凹陥部の容積を大きくすると、必然的に凹陥部の外周に位置する外壁上面の幅が狭くなるため、絶縁性接着剤の塗布量が減少し、幅広の外壁上面に必要十分な量の接着剤を塗布した場合ほど強い接合力を確保することは困難である。
そこで、本発明では、外壁上面に形成された４個の上部電極のうちの２つが圧電振動子の金属蓋を接地するためのアース用上部電極であることに着目し、その一方だけを絶縁性接着剤を塗布する領域として利用することにより、接合力の強化を図ったものである。金属蓋をアースする機能は他方のアース用上部電極と圧電振動子下面のアース用底部電極と導通接続することによって十分に実現可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）及び（ｄ）は本発明の一実施形態に係る表面実装用電子部品（圧電発振器）の外観斜視図、ＩＣ部品ユニットの斜視図、Ａ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図である。
この表面実装型圧電発振器１は、ＩＣ部品搭載用パッケージ（ＩＣ部品ユニット）２上にパッケージ化された圧電振動子３を固定したタイプである。
ＩＣ搭載用パッケージ２は、セラミック等の絶縁材料から成る絶縁基板５の上面中央部に凹陥部６を形成し、凹陥部内底面に設けたＩＣ部品搭載用パッド７上にＩＣチップ或いはＩＣパッケージ（以下、ＩＣ部品、と言う）８を固定し、ＩＣ部品８の電極をハンダ等を用いてＩＣ部品搭載用パッド７上に固定した構成を有する。
また、絶縁基板５の底面には表面実装用の外部電極９が形成され、凹陥部６を包囲する形で突出した環状の外壁１０上面の適所には複数（この例では４つ）の上部電極１１が形成されている。外部電極９は図示しない接続導体を介してＩＣ搭載用パッド７、及び上部電極１１と接続されている。凹陥部６内に搭載されたＩＣ部品８は、空気と接することによってその電極等に結露が発生してショートを起こす等の不具合をもたらす虞があるため、凹陥部６内に絶縁樹脂１２を充填（ポッティング）して外気から遮断させる。絶縁樹脂１２は、インジェクタ等によって溶融した状態でＩＣ部品８の外面全体を被覆するように凹陥部６内に充填され、その後硬化する。
圧電振動子３は、セラミック等から成る箱形のパッケージ本体２０の凹陥部２１内に圧電振動素子２２を収納してから金属蓋２３によって凹陥部２１を気密封止した構成を有する。圧電振動素子２２は、水晶基板などの圧電基板の主面上に２つの励振電極を形成したものであり、各励振電極から圧電基板の端縁に延びるリード電極を凹陥部２１内に配置した各パッド２５に接続固定する一方で、パッケージ本体２０の底面には各パッド２５，及び金属蓋２３と導通する４つの底部電極２６を露出形成している。各底部電極２６は、ＩＣ搭載用パッケージ２の４つの上部電極１１と一対一に対応してハンダ或いは導電性接着剤等によって接続固定される。底部電極２６は４個設けられており、そのうちの２個はアース用底部電極であって、図示しない接続導体を介して金属蓋２３と接続され、これを接地している。残りの２個の底部電極２６は圧電振動素子２２の２つの励振電極と夫々導通している。
従って、４つの底部電極と一対一の対応関係で接続される４つの上部電極１１のうちの２個はアース用上部電極であり、他の２個は励振用上部電極である。
本発明の特徴的な構成は、ＩＣ部品ユニット２を構成する絶縁基板５の外壁２０の上面のうち上部電極１１が存在しない非電極領域１０ａと、該非電極領域１０ａと対面する圧電振動子３のパッケージ本体２０の外底面（非電極領域２０ａ）との間を、絶縁性接着剤３０により接合した点にある。絶縁性接着剤３０としては、エポキシ系、或いはシリコン系の接着剤を用いる。これらの絶縁接着剤３０は、バインダに銀粉を混練した導電性接着剤に比べて格段に強力な接合力を発揮する。
【０００８】
組み立て手順としては、まず、図１（ｂ）に示すように、絶縁基板の凹陥部６内にＩＣ部品８を搭載し、樹脂１２を充填してから、環状の外壁２０の上面の非電極領域１０ａ、具体的には上部電極１１間に位置する幅広部の上面にある非電極領域１０ａに適量の接着剤３０を塗布する。また、上部電極１１上にも半田、或いは導電性接着剤等のバインダを塗布した上で、圧電振動子３をＩＣ部品ユニット２上に位置決めして重ね合わせバインダを硬化させる。この際、接着剤３０の接着効果により、電極間の位置ずれが防止される。接着剤３０及びバインダの硬化後は、接着剤３０の強力な接合力によって、ＩＣ部品ユニット２と圧電振動子３との結合強度を大きくすることができる。
この実施形態に係る圧電発振器によれば、温度上昇により熱膨張し易い接着剤３０を凹陥部６内のＩＣ部品８から離間した外壁上面に配置したので、接着剤が熱膨張したとしても、熱膨張による機械的応力がＩＣ部品８に加わることがなくなり、発振周波数が変動する恐れが大幅に低減する。
【０００９】
次に、図２は本発明の他の実施形態に係る圧電発振器を構成する絶縁基板の斜視図である。この絶縁基板５は、図１の例と比較して凹陥部の平面形状が大きく構成されている。凹陥部６内に収容する部品形状が大きい場合や、部品数が多い場合には、凹陥部の平面形状を大きくせざるを得ず、上部電極１１間に位置する非電極領域１０ａの幅が狭くなっている。従って、このように幅の狭い非電極領域１０ａに十分な量の接着剤３０を塗布することは困難であり、少量の接着剤のみの接着力によってＩＣ部品ユニット２と圧電振動子３間を強固に固定することは困難である。
そこで、本実施形態では、４つの上部電極１１を構成する２つのアース用上部電極のうちの一方を接着剤塗布領域として利用している。即ち、４つの上部電極１１ａ−１１ｄのうち、２つの上部電極１１ａ、１１ｂは前記励振用底部電極を介して圧電振動素子２２を構成する２つの励振電極と夫々接続された励振用の上部電極であり、残りの２つの上部電極１１ｃ、１１ｄはアース用底部電極を介して金属蓋２３と夫々接続されたアース用の上部電極である。本実施形態では、一方のアース用上部電極１１ｄの上面に適量の絶縁性接着剤３０を塗布して対応する一方のアース用底部電極との導通を遮断しつつ機械的接合力を高める一方で、他方のアース用上部電極１１ｃについては対応する他方のアース用底部電極との導通を確保して金属蓋２３によるシールドを確保している。
従って、この実施形態においても、温度上昇により熱膨張し易い接着剤を凹陥部６内のＩＣ部品８から離間した外壁上面のアース用上部電極上に配置したので、接着剤が熱膨張したとしても、熱膨張による機械的応力がＩＣ部品８に加わることがなくなり、発振周波数が変動する恐れが大幅に低減する。
一方、金属蓋２３を接地することによるシールド効果については、他方のアース用上部電極１１ｃを他方のアース用底部電極と導通接続させることによって十分に確保することが可能となる。
なお、上記製造手順は、実際には、個片ごとに行われるのではなく、絶縁基板を多数シート状に連結したシート状絶縁基板母材を用いたバッチ処理により行われる。
【００１０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、絶縁基板の凹陥部内に配置したＩＣ部品が、樹脂を介してその直上に配置された接着剤の熱膨張に起因した応力によって歪を起こし、発振周波数に変動をもたらし、信頼性が低下する、という従来の不具合を解決することができる。
請求項１の発明によれば、絶縁性接着剤を塗布する部位として、ＩＣ部品に悪影響を及ぼす恐れが皆無となる箇所、即ち、絶縁基板の外壁上面の非電極領域を選定したので、周波数変動をもたらすことなく、ＩＣ部品ユニットと圧電振動子を機械的に強固に接続することができる。
請求項２の発明によれば、外壁上面に形成された４個の上部電極のうちの２つが圧電振動子の金属蓋を接地するためのアース用上部電極であることに着目し、その一方だけを絶縁性接着剤を塗布する領域として利用することにより、接合力の強化を図ることができる。金属蓋をアースする機能は他方のアース用上部電極と圧電振動子下面のアース用底部電極と導通接続することによって十分に実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）（ｃ）及び（ｄ）は本発明の一実施形態に係る表面実装用電子部品（圧電発振器）の外観斜視図、ＩＣ部品ユニットの斜視図、Ａ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図。
【図２】本発明の他の実施形態に係る圧電発振器を構成する絶縁基板の斜視図。
【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）及び（ｄ）は従来の表面実装用の圧電発振器の外観斜視図、ＩＣ部品ユニットの斜視図、組み立て手順を示す斜視図、及び完成品の縦断面図。
【符号の説明】
１　表面実装型圧電発振器、２　ＩＣ部品搭載用パッケージ（ＩＣ部品ユニット）、３　圧電振動子、５　絶縁基板、６　凹陥部、７　ＩＣ部品搭載用パッド、８　ＩＣ部品、９　外部電極、１０　外壁、１０ａ　非電極領域、１１　上部電極、１１ａ、１１ｂ　励振用上部電極、１１ｃ、１１ｄ　アース用上部電極、１２　絶縁樹脂、２０　パッケージ本体、２０ａ　非電極領域、２１　凹陥部、２２　圧電振動素子、２３　金属蓋、２５　パッド、２６　底部電極、３０　絶縁性接着剤。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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