(57)【要約】【課題】  実装基板上に圧電振動子を接続固定した２階建て構造の圧電発振器において、両者の接続に際して格別の柱部材を用いないことにより、部品点数の削減、生産性向上を図って、低価格化、低背化を実現した圧電発振器、及びその製造方法を提供する。【解決手段】  絶縁容器１２内に圧電振動素子１４を気密封止するとともに絶縁容器外底部に圧電振動素子と導通した底部電極１１を備えた圧電振動子１０と、絶縁基板２上面にランド６及び接合電極４を備え且つ絶縁基板底部に実装電極５を有した実装基板１と、実装基板のランド上に実装されるＩＣ部品３と、を備え、底部電極に、接合電極を、導電性接合材２０を用いて電気的機械的に接合した圧電発振器であって、ＩＣ部品の上面によって圧電振動子の底面を支持した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁容器内に圧電振動素子を気密封止するとともに絶縁容器外底部に圧電振動素子と導通した底部電極を備えた圧電振動子と、絶縁基板上面にランド及び接合電極を備え且つ絶縁基板底部に実装電極を有した実装基板と、実装基板のランド上に実装される発振回路用電子部品と、を備え、前記圧電振動子の底部電極に、前記実装基板の接合電極を、導電性接合材を用いて電気的機械的に接合した圧電発振器であって、
前記電子部品の上面によって圧電振動子の底面を支持したことを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
絶縁容器内に圧電振動素子を気密封止するとともに絶縁容器外底部に圧電振動素子と導通した底部電極及びランドを備えた圧電振動子と、絶縁基板上面に接合電極を備え且つ絶縁基板底部に実装電極を有した実装基板と、絶縁容器のランドに実装される発振回路用電子部品と、を備え、前記圧電振動子の底部電極に、前記実装基板の接合電極を、導電性接合材を用いて電気的機械的に接合した圧電発振器であって、
前記実装基板の上面によって、前記電子部品の下面を支持したことを特徴とする圧電発振器。
【請求項３】
前記電子部品上面と圧電振動子底面との間、或いは前記実装基板上面と電子部品下面との間に、夫々緩衝材を介在させ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】
前記緩衝材は、電子部品上面、或いは電子部品下面に塗布される樹脂、或いは実装基板上に塗布されるレジスト膜から構成されることを特徴とする請求項３に記載の圧電発振器。
【請求項５】
圧電振動子底部に設けたＧＮＤ端子を、電子部品上面と対面させたことを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。
【請求項６】
実装基板下面に設けたＧＮＤ電極を、電子部品下面と対面させたことを特徴とする請求項２に記載の圧電発振器。
【請求項７】
前記電子部品は、発振回路を構成するＩＣ部品であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の圧電発振器。
【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柱部材を介して二階建て構造化した従来の圧電発振器の欠点を改善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。特に、多品種少量生産される圧電発振器には、生産性の高いバッチ処理によるコストダウンが強く求められている。
このような要請に対応するために、特許第３４０５３３０号には、発振回路や温度補償回路を構成する電子部品を搭載する平板状の実装基板上にパッケージ化された圧電振動子を固定した圧電発振器において、圧電振動子底部の四隅に一体化した柱部材を実装基板上の柱部材固定用パターン上に電気的機械的に接続固定した圧電発振器が開示されている。これによれば、占有面積を減縮しつつ、バッチ処理による量産を可能にすることができる。また、実装基板側に予め柱部材を一体化した発振器も提案されている。
しかし、圧電振動子、或いは実装基板に４個の柱部材を予め一体化した発振器にあっては、振動子用絶縁容器、或いは実装基板の構造が複雑化し、製造に手数が掛かるため、圧電発振器の低コスト化に限界が生じるという問題がある。また、柱部材の高さを、実装基板上に搭載する電子部品の高さよりも大きく設定しているため、電子部品上面と圧電振動子底面との間にギャップが形成され、このギャップの分だけ、圧電発振器の高さが増大する、という問題があった。
一方、圧電振動子、実装基板とは独立した構造の柱部材を、これらに後付けする構成とした場合には、部品点数の増大による組付け手数の増大という不具合に加えて、小サイズの柱部材を取付け対象部材の所定位置に高精度に位置決め固定する必要が生じ、生産性の低下、コストアップという不具合をもたらす。
このように従来の柱部材を利用した圧電発振器にあっては、少なくとも４個の専用の柱部材を必要とするため、低価格化、及び小型化が十分に達成されない、という共通の問題が生じていた。
【特許文献１】特許第３４０５３３０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、実装基板上に圧電振動子を接続固定した２階建て構造の圧電発振器において、両者の接続に際して格別の柱部材を用いないことにより、部品点数の削減、生産性向上を図って、低価格化、低背化を実現した圧電発振器、及びその製造方法を提供することを目的としている。
また、柱部材を使用する場合であっても、その使用個数を低減して、低価格化を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、絶縁容器内に圧電振動素子を気密封止するとともに絶縁容器外底部に圧電振動素子と導通した底部電極を備えた圧電振動子と、絶縁基板上面にランド及び接合電極を備え且つ絶縁基板底部に実装電極を有した実装基板と、実装基板のランド上に実装される発振回路用電子部品と、を備え、前記圧電振動子の底部電極に、前記実装基板の接合電極を、導電性接合材を用いて電気的機械的に接合した圧電発振器であって、前記電子部品の上面によって圧電振動子の底面を支持したことを特徴とする。
請求項２の発明は、絶縁容器内に圧電振動素子を気密封止するとともに絶縁容器外底部に圧電振動素子と導通した底部電極及びランドを備えた圧電振動子と、絶縁基板上面に接合電極を備え且つ絶縁基板底部に実装電極を有した実装基板と、絶縁容器のランドに実装される発振回路用電子部品と、を備え、前記圧電振動子の底部電極に、前記実装基板の接合電極を、導電性接合材を用いて電気的機械的に接合した圧電発振器であって、前記実装基板の上面によって、前記電子部品の下面を支持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、前記電子部品上面と圧電振動子底面との間、或いは前記実装基板上面と電子部品下面との間に、夫々緩衝材を介在させたことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３において、前記緩衝材は、電子部品上面、或いは電子部品下面に塗布される樹脂、或いは実装基板上に塗布されるレジスト膜から構成されることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１において、圧電振動子底部に設けたＧＮＤ端子を、電子部品上面と対面させたことを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項２において、実装基板下面に設けたＧＮＤ電極を、電子部品下面と対面させたことを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１乃至６において、前記電子部品は、発振回路を構成するＩＣ部品であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、実装基板上に圧電振動子を接続固定するとともに、両者の間にＩＣ部品を配置した圧電発振器において、ＩＣ部品の一方の面を圧電振動子底面、或いは実装基板上面にて支持することによって、格別の柱部材を用いずに、或いは柱部材の本数を低減させることにより、部品点数の削減、生産性向上を図って、低価格化、低背化を実現した圧電発振器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
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）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る表面実装型圧電発振器の斜視図、及び正面図である。図２は実装基板母材上に圧電振動子個片を搭載する状態を示す斜視図である。
この圧電発振器は、絶縁基板２の底部に表面実装用の実装電極５を４個備えると共に、絶縁基板２の平坦な上面に４個の接合電極４とランド６を備えた実装基板１と、発振回路、温度補償回路等を構成する電子部品として実装基板１のランド６上にフリップチップ等によって実装されるＩＣ部品３と、実装基板１の上面に形成した４個の接合電極４と個別に半田接合される４個の底部電極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、図３（ａ）に示すように、セラミック容器（絶縁容器）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。凹所１３内の段差上には２つの内部パッド１３ａを配置し、この内部パッド１３ａ上に導電性接着剤によって圧電振動素子１４を片持ち支持する。各内部パッド１３ａは、夫々圧電振動素子上の励振電極と導通している。また、各内部パッド１３ａは、内部導体１３ｂを介して対応する底部電極１１と導通している。
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。
ＩＣ部品３は、例えばワンチップＩＣであり、その底部にはランド６と接続される電極を有すると共に、上面３Ａは電極を有しない平坦面となっている。
実装基板１の接合電極４と、圧電振動子１０の底部電極１１とは、導電性接合材２０を用いて電気的機械的に接合一体化されている。導電性接合材２０としては、例えば半田等のろう材、又は導電性ペースト等を用いる。従って、本実施形態では、柱部材、金属ブロック等の格別の専用部品を用いていない。
本発明の圧電発振器の他の特徴的な構成は、ＩＣ部品３の上面３Ａによって圧電振動子１０の底面を直接、又は間接的に、機械的に支持した点にある。
なお、ＩＣチップ３の上面３Ａと圧電振動子１０の下面との間に、シリコン樹脂等から成る緩衝材２１を介在させて、ＩＣチップ３の上面とセラミック容器底面との直接の接触を防止するようにしてもよい（図３（ｃ））。このように緩衝材２１を介在させることにより、ＩＣ部品上に圧電振動子を搭載した際に、ＩＣ部品にセラミック容器が直接接触することによって、ＩＣ部品がパッケージからの押圧力を強く受けて、圧電発振器の電気的特性が不安定化する虞を回避することができる。
緩衝材２１は、ＩＣ部品上面３Ａの外周縁に沿って線状、環状に配置しても良いし、点状に複数箇所配置しても良い。前者の場合には、集積回路が配置されているＩＣ部品の中央部を回避した位置に圧電振動子からの圧力伝達経路となる緩衝材２１が配置されるので、集積回路への衝撃が伝達されにくくなる。このような問題がない場合には、ＩＣ部品の上面中央部に緩衝材を配置してもよい。何れにしても緩衝剤２１によって、ＩＣ部品３に対して衝撃が伝達される経路が限定されるので、集積回路などの要保護部位に対する圧力等による衝撃を効果的に緩和することができる。
【０００７】
本発明の圧電発振器を製造する場合には、まず、複数のセラミック容器１２をシート状に連結した構造のセラミック容器母材と、複数の実装基板１をシート状に連結した構造の実装基板母材を、夫々焼成により製造する。各セラミック容器母材は、これを個片に分割してから各凹所１３内に対して圧電振動素子１４を搭載し、その後金属蓋１５による気密封止を行うこととなる。
次いで、実装基板母材１Ａ上の実装基板個片領域上に形成したランド６上にＩＣ部品３をフリップチップ実装し、更に実装基板個片領域上の接合電極４上に各セラミック容器の底部電極１１を一対一で対応させつつ、導電性接合材２０を介して圧電振動子１０を載置する（図２）。
実装基板母材１Ａは、実装基板個片が縦横に隣接して接続配置された構成を備えており、４個の実装基板個片が隣接し合う部分には、各実装基板個片の角隅部に配置された接合電極４が集結して配置されている。従って、導電性接合材２０を接合電極４に塗布するに際しては、この接合電極が集結した部分に導電性接合材２０を一括して塗布してから各実装基板個片上に圧電振動子１０を搭載する。その後、導電性接合材が半田の場合には一括してリフローによって半田を硬化させ、導電性接合材が導電性ペーストの場合は加熱硬化させる。最後に、破線で示した切断ラインに沿って、実装基板母材１Ａを個片に切断分割して発振器個片を得る。
【０００８】
図３（ａ）乃至（ｃ）は上記製造手順を説明する工程図であり、実装基板個片上に圧電振動子個片を搭載する工程を図示説明する。
まず、図３（ａ）においては、実装基板１のランド６上にＩＣ部品３をフリップチップ等によって実装する。なお、図示の例では、フリップチップのためのバンプは図示省略されている。
次いで、図３（ｂ）において、実装基板１の接合電極４上に導電性接合材２０を所要量、所要厚にて配置する。この導電性接合材２０はスクリーン印刷等によって塗布することができる。なお、圧電振動子の底部電極１１の面上に導電性接合材２０を塗布してもよい。
なお、図３（ｂ）のようにＩＣ部品３上に直接圧電振動子１０を載置してもよいが、図３（ｂ）’に示すように、必要に応じてＩＣ部品の上面適所に、予めシリコン樹脂等の緩衝材２１を固着させておいてもよい。
次いで、図３（ｃ）、図２に示すように電子部品３を覆うように圧電振動子１０を実装基板１の上面に位置決め載置する。この際、各導電性接合材２０を、圧電振動子１０の底部電極１１と位置合わせし、その後、導電性接合材２０を加熱溶融等によって硬化させることにより、実装基板１に対する圧電振動子１０の電気的機械的固定を完了する。
その後、実装基板母材を個片に分割した後に、圧電発振器個片の電気的特性を所定値にするために、ＩＣ部品内の回路設定を調整する。この際、ＩＣ調整用端子を実装基板個片の底面に露出配置しておくことにより、調整作業を容易化することができる。
このように本発明に係る圧電発振器によれば、格別の柱部材を用いないので、部品点数の増大によるコストアップ、組立手数の増大によるコストアップを解消できる。実装基板１に対する圧電振動子１０の支持安定性は、ＩＣ部品３と圧電振動子１０とを直接、又は間接的に接触させることによって確保できる。また、ＩＣ部品３と圧電振動子１０との接触部には、必要に応じて接着剤を介在させてもよい。
【０００９】
上記実施形態では、実装基板１上に搭載したＩＣ部品３を、圧電振動子１０によってサンドイッチした構成を示したが、これとは逆に圧電振動子１０の底面に設けたランドにＩＣ部品３を逆さ状態で搭載してから、実装基板上面によってＩＣ部品３の下面３Ｂを支持するようにサンドイッチすることも可能である。
図４はこのような構成を備えた圧電発振器の製造手順を示す工程図である。
まず、図４（ａ）においては、圧電振動子１０を構成する絶縁容器１２下面のランド１２ａにＩＣ部品３を逆さ向きにフリップチップ実装する。
次いで、図４（ｂ）において、実装基板１の接合電極４上に導電性接合材２０を所要量、所要厚にて配置する。この導電性接合材２０はスクリーン印刷等によって塗布することができる。なお、より低コスト化、小型化を図る場合は、圧電振動子の底部電極１１の面上に導電性接合材２０を塗布してもよい。
なお、ＩＣ部品３の下面３Ｂを直接実装基板上面と接触させてもよいが、図３（ｂ）’に示した例と同様に、必要に応じてＩＣ部品の下面適所、或いは実装基板上面適所に、シリコン樹脂等の緩衝材を固着させておいてもよい。緩衝材の塗布位置等については、上記実施形態について述べたことがそのまま当てはまる。
図５は実装基板の上面に緩衝材を配置する例を示す拡大図であり、この例では実装基板１上に設けたレジスト膜２５を緩衝材として利用している。この場合、レジスト膜２５の下に配線パターン８を一部配線することで、レジスト膜から成る緩衝材の高さを稼ぐことができる。
次いで、図４（ｃ）に示すように電子部品３が実装基板１によって覆われるように実装基板１を圧電振動子の下面に位置決めする。この際、各導電性接合材２０を、圧電振動子１０の底部電極１１と位置あわせし、その後、導電性接合材２０を加熱溶融等によって硬化させることにより、実装基板１に対する圧電振動子１０の電気的機械的固定を完了する。
その後、実装基板母材を個片に分割した後に、圧電発振器個片の電気的特性を所定値にするために、ＩＣ部品内の回路設定を調整する。この際、ＩＣ調整用端子を実装基板個片の底面に露出配置しておくことにより、調整作業を容易化することができる。
本実施形態においても、格別の柱部材を用いないので、部品点数の増大によるコストアップ、組立手数の増大によるコストアップを解消できる。
【００１０】
次に、図６（ａ）は本発明の他の実施形態に係る圧電発振器の構成を示す斜視図、（ｂ）は分解斜視図、（ｃ）は組立状態を示す正面図、（ｄ）は変形例の正面図である。
この実施形態に係る圧電発振器は、実装基板１上面中央部に設けたランド６にＩＣ部品３を搭載するとともに、実装基板の３つの角隅部に配置した接合電極４と圧電振動子１の底面の３つの底部電極１１を夫々金属ブロック等からなる導電性接合材３０によって電気的機械的に接合している。
本実施形態の特徴的な構成は、ＩＣ部品３の上面と圧電振動子１０の底面とを接触させ、必要に応じて接着剤によって接合するようにした点にある。つまり、この実施形態では、ＩＣ部品３を、圧電振動子１０を支持する手段として利用している。
なお、より低コスト化・小型化を図る場合は、金属ブロック等からなる導電性接合材３０に代えて、図１に示した半田、導電性ペーストなどから成る導電性接合材２０を用いても良い。
なお、ワンチップＩＣ等のＩＣ部品の場合、圧電振動子底面に対して接着剤によって強固に固定すると、ＩＣ部品が押圧力を受けて、発振器全体の電気特性を不安定化させることがある。このような虞を回避するためには、ＩＣ部品３と圧電振動子底面とを単に接触させるだけとするか、図６（ｄ）のように緩衝材２１を介して支持するように構成する。
なお、緩衝材２１は、シリコン樹脂をＩＣ部品上面に滴下することにより形成したり、或いはＩＣ部品の下面側にアンダーフィル材を滴下する際に、ＩＣ部品の上面縁部に部分的にアンダーフィル材が塗布されるようにして形成してもよい。
この実施形態によれば、４個の柱部材を使用していた従来例に比して、柱部材の個数を削減できるので、低価格化と小型化を実現できる。
【００１１】
なお、図６に示した圧電発振器において、ＩＣ部品の上面に圧電振動子底面のＧＮＤ電極（ＧＮＤ端子）が対面した構成とすることにより、ＧＮＤ端子がＩＣチップと圧電振動子との間に介在するシールド層として機能するので、圧電振動子の動作が安定するという効果を得ることができる。更に、図６に示した圧電発振器において、実装基板１の実装電極５のうちＧＮＤ端子上にＩＣ部品を配置すれば、ＧＮＤ端子がＩＣ部品に対しシールド材として機能するという効果を得ることができる。
なお、図６の実施形態において、導電性接合材３０を実装基板上に予め一体化された構成としても差し支えない。
本発明は、水晶発振器のみならず、水晶以外の圧電振動子を使用した圧電発振器一般に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る表面実装型圧電発振器の斜視図、及び正面図。
【図２】実装基板母材上に圧電振動子個片を搭載する状態を示す斜視図。
【図３】（ａ）乃至（ｃ）は本発明の圧電発振器の組立手順を示す図。
【図４】（ａ）乃至（ｃ）は本発明の他の実施形態に係る圧電発振器の組立手順を示す図。
【図５】緩衝材の構成を示す要部拡大図。
【図６】（ａ）乃至（ｄ）は本発明の他の実施形態の説明図。
【符号の説明】
【００１３】
１  実装基板、２  絶縁基板、３  ＩＣ部品、４  接合電極、５  実装電極、６  ランド、１０  圧電振動子、１１  底部電極、１２  セラミック容器（絶縁容器）、１３  凹所、１４  圧電振動素子、１５  金属蓋、２０  導電性接合材、２１  緩衝材、２５  レジスト膜、３０  導電性接合材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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