(57)【要約】【課題】  実装基板上に、該実装基板よりも外形寸法が大きい圧電振動子を接続固定した２階建て構造の圧電デバイスにおいて、セラミック容器と実装基板との正確な位置決めが可能であり、ガラスエポキシ製の搭載回路基板上に実装した場合にもヒートサイクルに起因したクラックが発生することがない表面実装型圧電発振器を提供する。【解決手段】  パッケージ化された圧電振動子１０と、上部凹所２内にＩＣ部品３を収容し且つ圧電振動子よりも外形寸法が小さい実装基板１と、を備え、圧電振動子の下面に実装基板を接合一体化した圧電発振器において、圧電振動子の下面と、実装基板の上部凹所の外枠上面との間を、略球状の接合材１６を介在させて接合した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック容器内に圧電振動素子を気密封止した圧電振動子と、凹所内に発振回路を構成する電子部品を収容し且つ圧電振動子よりも外形寸法が小さい実装基板と、を備え、前記圧電振動子の下面に前記実装基板を接合一体化した圧電発振器において、
前記圧電振動子下面の接合電極と、前記実装基板上面の接合電極との間を、略球状の接合材を介在させて半田接合したことを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
セラミック容器内に圧電振動素子を気密封止した圧電振動子と、平坦な上面にチップ部品を搭載した平板状の実装基板と、を備えた圧電発振器において、
前記圧電振動子下面の接合電極と、前記実装基板上面の接合電極との間を、略球状の接合材を介在させて半田接合したことを特徴とする圧電発振器。
【請求項３】
前記実装基板として、セラミック、又はガラスエポキシを用いたことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電発振器。
【請求項４】
セラミック容器内に圧電振動素子を気密封止した圧電振動子と、発振回路を構成する電子部品を搭載し且つ圧電振動子よりも外形寸法が小さい実装基板と、を備え、前記圧電振動子の下面に前記実装基板を接合一体化した圧電発振器の製造方法であって、
セラミック容器の底面に設けた接合電極に対して、前記実装基板の上面に設けた接合電極を接合材を介して半田接合することを特徴とする圧電発振器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面実装用の圧電発振器のパッケージ構造、及びその製造方法の改良に関し、特に圧電振動子と実装基板を二階建て構造に積層した圧電発振器において発生し易い不具合を解消するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機等の移動体通信機器の普及に伴う低価格化、及び小型化の急速な進展により、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応するために、特開２００１−１２７５５１には、図４に示した如き表面実装型圧電発振器が提案されている。この圧電発振器は、底部に表面実装用の外部電極１０４を備えると共に、中央に貫通穴１０２を備えた矩形環状の実装基板１０１と、実装基板１０１の上面に形成した接合電極１０５と半田接合される接合電極１１１を下面に備えた圧電振動子１１０とを２階建て構造で接合一体化するとともに、実装基板１０１の貫通穴１０２内に露出する圧電振動子１１０の下面にＩＣ部品１０３を搭載した構成を備えている。
圧電振動子１１０は、上面に凹所を備えたセラミック容器１１２の凹所内に図示しない圧電振動素子を収容すると共に、該凹所を金属蓋１１３にて気密封止した構成を備えている。この圧電発振器は、実装基板１０１の外形寸法を圧電振動子１１０の外形寸法よりも小さくすることによって、小型化と低容積化を実現し、更に搭載回路基板上に設置した際の占有面積を削減することを目的としている。
【０００３】
ところで、圧電振動子１１０を構成する圧電振動素子を小型化してゆくと、設計的にエネルギー閉じ込めが困難になり、クリスタルインピーダンス（ＣＩ）値が大きくなるため、低い周波数での設計が困難となる。例えば、３．２×２．５ｍｍサイズの圧電振動子のパッケージ１１２、１１３に収容する圧電振動素子としては、ｆ＝１５ＭＨｚ以下の周波数帯での設計は困難である。一方、ＣＩ値が大きくなると、圧電振動素子のＱ値が劣化することが知られている。更に、圧電振動素子を小型化すると、等価定数γが大きくなるため、周波数感度が低下する。これに対して、低い周波数に対応するために圧電振動素子の発振周波数を発振回路にて分周する設計方法も知られているが、発振回路の構成が複雑化し、特にディスクリートタイプのチップ部品を搭載する場合にはチップ部品数が増大して製造手数の増大、チップ部品の占有面積の増大という問題が生じる。更に、この場合には、消費電力も増大するため、更に実用性が低下する。
上記公報記載の従来例に於いては、発振回路及び温度補償回路を一つのＩＣ部品化しているため、ディスクリートタイプの部品を搭載する場合に発生する上記不具合がない一方で、実装基板１０１よりも圧電振動子１１０の外形を大きく構成しているため、実装基板サイズに合わせて圧電振動子のパッケージを無理に小型化する場合に発生する上記不具合も発生しない。
【０００４】
しかし、上記公報記載の圧電発振器においては、製造段階において次の如き不具合が発生する。即ち、製造工程においては、大面積の粘土状セラミックシートを複数枚積層したセラミック容器母材を形成し、このセラミック容器母材の底面の個片該当箇所に同様の粘土状セラミックからなる個々の実装基板を位置決めした状態で焼成硬化することによって、セラミック容器母材に対して実装基板個片が一体化した構造のシート状母材を形成する。その後、シート状母材をパッケージ個片に分割してから、セラミック容器個片１１２の各凹所内への圧電振動素子の取付けと金属蓋１１３による凹所の閉止と、セラミック容器個片の底部に一体化した実装基板の貫通穴１０２内へのＩＣ部品１０３の搭載を行う。しかし、実際には、セラミック容器母材底面の個片該当領域の底面（接合電極）に個々の実装基板（接合電極１０５）を正確に位置決めすることは困難であり、この段階で位置ずれが発生し易い。小型精密部品である圧電発振器にとって、構成部材間の位置ずれは電気的特性のみならず、機器側の回路基板に搭載した際にも種々のトラブルを惹起させる原因となる。
更に、上記公報記載の圧電発振器に於いては、ＩＣ部品を包囲する実装基板の材料がセラミックであるため、ガラスエポキシからなる搭載回路基板に半田接合によって圧電発振器を搭載した場合には、ヒートサイクルによって、セラミック製実装基板とガラスエポキシ製搭載回路基板との熱膨張係数の違いに起因して、半田接合部にクラックが発生し易くなる。
【特許文献１】特開２００１−１２７５５１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、実装基板上に、該実装基板よりも外形寸法が大きい圧電振動子を接続固定した２階建て構造の圧電デバイスにおいて、セラミック容器と実装基板との間の正確な位置決め固定が可能であり、しかもガラスエポキシ製の搭載回路基板上に実装した場合にもヒートサイクルに起因したクラックが発生することがない表面実装型圧電発振器、及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、セラミック容器内に圧電振動素子を気密封止した圧電振動子と、凹所内に発振回路を構成する電子部品を収容し且つ圧電振動子よりも外形寸法が小さい実装基板と、を備え、前記圧電振動子の下面に前記実装基板を接合一体化した圧電発振器において、前記圧電振動子下面の接合電極と、前記実装基板上面の接合電極との間を、略球状の接合材を介在させて半田接合したことを特徴とする。
焼成により硬化したセラミック容器の底面に設けた接合電極に対して、同じく硬化した実装基板上面に接合電極を接合材を介して位置合わせした状態で半田接続するようにしたので、半田硬化時のセルフアライメント機能を有効に活用し、セラミック容器と実装基板との位置合わせが正確になり、良品率を高めることができる。
請求項２の発明は、セラミック容器内に圧電振動素子を気密封止した圧電振動子と、平坦な上面にチップ部品を搭載した平板状の実装基板と、を備えた圧電発振器において、前記圧電振動子下面の接合電極と、前記実装基板上面の接合電極との間を、略球状の接合材を介在させて半田接合したことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２において、前記実装基板として、セラミック、又はガラスエポキシを用いたことを特徴とする。
実装基板材料として、ガラスエポキシを用いた場合には、ダイシング時のブレードの摩耗を軽減することができ、コストダウンを図ることができる。更に、ガラスエポキシ製の搭載回路基板上に、接合材を介してガラスエポキシからなる実装基板を備えた圧電発振器を半田接合により搭載する場合には、ヒートサイクルによって半田接合部にクラックが発生する可能性が低くなり、信頼性を高めることが可能となる。セラミック製の実装基板と比較した場合、クラック発生率が大幅に低減する。
請求項４の発明に係る製造方法は、セラミック容器内に圧電振動素子を気密封止した圧電振動子と、発振回路を構成する電子部品を搭載し且つ圧電振動子よりも外形寸法が小さい実装基板と、を備え、前記圧電振動子の下面に前記実装基板を接合一体化した圧電発振器の製造方法であって、セラミック容器の底面に設けた接合電極に対して、前記実装基板の上面に設けた接合電極を接合材を介して半田接合することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
圧電振動子のセラミック容器底面に、ＩＣ部品を搭載した実装基板を接合一体化した二階建て構造の表面実装型の圧電発振器において、セラミック容器個片底面の接合電極に対して、実装基板個片の接合電極を接合材を介して半田接合するようにしたので、半田硬化時のセルフアライメント効果によって、前記位置決め時の位置ずれを解消した状態で半田が硬化し、セラミック容器個片と実装基板個片との位置ずれが解消することとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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は本発明の一実施形態に係る表面実装型圧電発振器の縦断面図である。
この圧電発振器は、底部に表面実装用の外部電極５を備えると共に、上面に形成した凹所２内に発振回路、温度補償回路等を構成する電子部品としてＩＣ部品３を搭載した実装基板１と、実装基板１の上面に形成した接合電極４と半田接合される接合電極１１を下面に備えた圧電振動子１０とを２階建て構造で接合一体化した構成を備えている。
圧電振動子１０は、セラミック容器１２の上面に形成した凹所１３内に水晶振動素子等の圧電振動素子１４を収容すると共に、凹所１３を金属蓋１５にて気密封止した構成を備えている。このセラミック容器１２及び金属蓋１５からなるパッケージは、例えば３．２×２．５ｍｍサイズを使用することができ、従ってこのパッケージ内には、ｆ＝１５ＭＨｚ以下の周波数帯の発振周波数を有した圧電振動素子を収容可能である。
実装基板１の外形寸法、特に図示の横方向寸法Ｌ２は、圧電振動子１０の同方向寸法Ｌ１よりも小さく設定されている。実装基板１としては、下面に凹所２を備え、この凹所２の天井面にＩＣ部品３を搭載した構成としてもよい。
【０００９】
本発明の圧電発振器の特徴的な構成は、圧電振動子１０の下面と、実装基板１の凹所２の外枠上面との間を、略球状の接合材１６を介在させて半田接合した構成にある。即ち、実装基板１の外枠上面に設けた接合電極４と、圧電振動子１０の下面に設けた接合電極１１との間を銅等の金属ボール、金属塊等の略球状の接合材１６を用いて半田接合することによって、圧電振動子底面と実装基板上面との間に一定のクリアランスＺ（例えば、０．１〜１．０ｍｍ）を確保するようにしている。半田接合を利用するのは、接合電極４、１１間の位置合わせ時に生じたずれを半田硬化時のセルフアライメント機能によって修正して、セラミック容器１２と実装基板１１との位置ずれを解消するためである。
接合材１６は、予め何れか一方の接合電極４、１１に固定しておいてもよい。
なお、圧電振動子１０よりも横方向寸法が短い実装基板１上に設けた接合電極４に対して、圧電振動子１０側の接合電極１１を対面させるためには、接合電極１１の位置を通常よりも内側に偏位させる必要がある。即ち、従来、圧電振動子の底部に形成する接合電極は容器１２底面の端縁に沿った位置、或いは四隅に形成するのが一般的であるが、本発明では実装基板側の接合電極４の位置に対応させるために通常よりも内側寄り位置に接合電極１１を形成している点が特徴的である。
【００１０】
また、本発明の圧電発振器を製造する場合には、複数のセラミック容器を連結した構造のセラミック容器母材と、複数の実装基板を連結した構造の実装基板母材を、夫々焼成により製造しておいてから、セラミック容器個片、実装基板個片に分割する。各セラミック容器については、その凹所１３内に対する圧電振動素子１４の搭載と、金属蓋１５による気密封止を完了する。次いで、各セラミック容器の底面に個々の実装基板１を接合材１６を介して半田Ｈにより接続する。半田接合前の位置合わせに際して接合電極１１、４間での位置ずれが発生することがあるが、次工程に於いて半田Ｈを用いた接続を行うため、半田の硬化時にセルフアライメント作用が発揮され、通常発生し得る程度の位置ずれの範囲であれば、これを半田が自動的に修正した状態で硬化する。従って、全ての実装基板１側の接合電極４が、セラミック容器側に設けた接合電極１１に対して正しい位置関係となった状態で半田が硬化することとなり、セラミック容器１２と実装基板１との位置ずれが解消される。従って、位置ずれのない圧電発振器を得ることができ、良品率を高めることができる。
また、実装基板１の使用材料として、ガラスエポキシを使用することにより、セラミック製の実装基板と比して、ダイシング時のブレードの摩耗を軽減することができ、コストダウンを図ることができる。更に、ガラスエポキシ製の搭載回路基板上に、接合材を介してガラスエポキシからなる実装基板を備えた本発明の圧電発振器を半田接合により搭載する場合には、ヒートサイクルによって半田接合部にクラックが発生する可能性が低くなり、信頼性を高めることが可能となる。セラミック製の実装基板と比較した場合、クラック発生率が大幅に低減することが明らかである。
【００１１】
次に、図２は本発明の圧電発振器の他の実施形態であり、この圧電発振器は、パッケージ化された圧電振動子１０と、平坦な上面にディスクリート部品としての複数のチップ部品２０を搭載した平板状の実装基板１と、を備えている。更に、圧電振動子１０の下面と実装基板１の上面との間を、略球状の接合材１６を介在させて接合している。具体的には、接合電極４、１１間に銅等の金属ボール、金属塊等の接合材１６を介在させて半田接合する。接合材１６としては、実装基板上に搭載したチップ部品２０の最大高さよりも径の大きい寸法のものを使用することにより、実装基板上面と圧電振動子下面との間にクリアランスＺを確保することができる。
実装基板１の外形寸法、特に図示の横方向寸法Ｌ２を、圧電振動子１０の同方向寸法Ｌ１よりも小さく設定した点は、上記実施形態と同様である。
【００１２】
次に、図３は本発明の圧電発振器を搭載回路基板上に実装した状態を示す図である。なお、この例では、図２の圧電発振器を使用した例を示しているが、図１の圧電発振器を適用することもできる。
このように本発明の圧電発振器を搭載回路基板Ｐ上に実装した場合には、実装基板と圧電振動子のサイズが同等なタイプの発振器に比して、搭載回路基板Ｐ上での実装面積を削減でき、両サイドに庇状に張り出した張出し部の下方に形成される空間を利用して他の部品類２５を搭載回路基板Ｐ上に搭載することが可能となり、搭載回路基板側の実装密度を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る表面実装型圧電発振器の縦断面図。
【図２】本発明の圧電発振器の他の実施形態の説明図。
【図３】本発明の圧電発振器を搭載回路基板上に実装した状態を示す図。
【図４】従来例の説明図。
【符号の説明】
【００１４】
１  実装基板、２  凹所、３  ＩＣ部品、４  接合電極、５  外部電極、１０  圧電振動子、１１  接合電極、１２  セラミック容器、１３  凹所、１４  圧電振動素子、１５  金属蓋、１６  接合材、２０  チップ部品。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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