(57)【要約】【課題】上面の凹所内に半導体チップ、受動部品等の内部電子部品を搭載した実装基板上に、パッケージ化した上部電子部品を接続固定した２階建て構造の電子デバイスにおいて、凹所内の全ての電子部品を保護するために凹所内全体に絶縁樹脂をポッティングしたとしても、硬化前の樹脂が実装基板上面に流出してパッドに付着することを防止することができる。【解決手段】上部電子部品１０と、絶縁基板２、絶縁基板上面に設けた凹所４、凹所内に設けたランド５、絶縁基板上面に設けた接合電極６及び実装基板１と、ランドとワイヤボンディングされる内部電子部品７と、絶縁基板上面に環状に突設したダム２０と、を備え、ダム上面によって上部電子部品を支持した状態で、ダムの外側に展開する接合電極上に底部電極を接合した電子デバイスであって、凹所を含むダム内に充填した絶縁樹脂３０により内部電子部品を被覆した。【選択図】図３
2009089291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の底部電極を備えた上部電子部品と、
絶縁基板、該絶縁基板上面に設けた凹所、該凹所内に設けたワイヤボンディング用のランド、該凹所以外の絶縁基板上面に設けた複数の接合電極、及び該絶縁基板底部に設けた実装電極を有した実装基板と、
前記凹所内底面に固定されて前記ランドとワイヤボンディングされる内部電子部品と、
前記凹所を包囲するために絶縁基板上面に環状に突設した絶縁性のダムと、を備え、
前記ダム上面によって前記上部電子部品の底面を支持した状態で、該ダムの外側に展開する前記各接合電極上に導電性接合材を用いて前記各底部電極を接合した電子デバイスであって、
前記凹所を含む前記ダム内に充填した絶縁樹脂により前記内部電子部品を被覆したことを特徴とする電子デバイス。
【請求項２】
前記ダムを構成する各辺のうちの対向する２辺の厚さを異ならせることにより、前記２辺の外側に夫々展開する前記各接合電極の露出面積を調整したことを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記上部電子部品は、圧電振動子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子デバイス。
【請求項４】
絶縁容器内に圧電振動素子を気密封止するとともに該絶縁容器外底部に圧電振動素子と導通した複数の底部電極を備えた圧電振動子と、
絶縁基板、該絶縁基板上面に設けた凹所、該凹所内に設けたワイヤボンディング用のランド、該凹所以外の絶縁基板上面に設けた複数の接合電極、及び該絶縁基板底部に設けた実装電極を有した実装基板と、
前記凹所内底面に固定されて前記ランドとワイヤボンディングされる発振回路用電子部品と、前記凹所を包囲するために絶縁基板上面に環状に突設した絶縁性のダムと、を備え、
前記ダム上面によって前記圧電振動子の底面を支持した状態で、該ダムの外側に展開する前記各接合電極上に導電性接合材を用いて前記各底部電極を接合した圧電発振器であって、
前記凹所を含む前記ダム内に充填した絶縁樹脂により前記発振回路用電子部品を被覆したことを特徴とする圧電発振器。
【請求項５】
前記絶縁樹脂の上面により前記圧電振動子底面を支持したことを特徴とする請求項４に記載の圧電発振器。
【請求項６】
前記ダムを構成する各辺のうちの対向する２辺の厚さを異ならせることにより、前記２辺の外側に夫々展開する前記各接合電極の露出面積を調整したことを特徴とする請求項４又は５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デバイスのパッケージ構造の改良に関し、例えば圧電振動子と実装基板を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、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、特許第３３１４０７７号には、発振回路や温度補償回路を構成する半導体チップを搭載する実装基板（端子部材）上にパッケージ化された水晶振動子を固定した二階建て構造の圧電発振器において、実装基板上面に形成した凹所内底面に半導体チップを接着固定してから半導体チップの端子と実装基板側パッドとの間をワイヤボンディングで接続し、更に凹所を塞ぐように配置した水晶振動子の底部電極を実装基板上面のパッド上に接合材により接続し、更に水晶振動子の上方を覆う蓋を実装基板に固定した構造が開示されている。凹所内には半導体チップの他に、コンデンサ、ダイオード等の受動部品チップが搭載されている。
【０００３】
しかし、凹所内底面に搭載した半導体チップとその直上に配置された水晶振動子との干渉を防止するためには凹所深さを十分に深く確保する必要があり、その結果、実装基板が厚肉化して発振器の低背化を阻害する要因となっている。
また、半導体チップを塵埃や湿気から保護するために絶縁樹脂によって半導体チップだけを局部的に被覆する構成も開示されているが、凹所内に配置された半導体チップだけを樹脂被覆する作業は著しい生産性の低下をもたらす。また、半導体チップに近接配置されたコンデンサ等の受動部品も湿気による悪影響を受けやすい点では変わりない。しかし、仮に凹所内全体に樹脂をポッティングして半導体チップ及び受動部品を樹脂により埋没させるとすれば、ポッティング直後の未硬化状態にある絶縁樹脂が周辺に流出して実装基板上の他のパッドに付着する虞が高まる。このため、実装基板上面の凹所内全体に絶縁樹脂をポッティングすることはこれまで行われていない。
【特許文献１】特許第３３１４０７７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のように実装基板上面の凹所内に半導体チップ、受動部品等を搭載した状態で、凹所上に被さるように圧電振動子を組み付けた二階建て構造の圧電発振器においては、凹所内の全ての電子部品を保護するために絶縁樹脂をポッティングしようとすると、絶縁樹脂が凹所外へ流出して実装基板上面のパッド類に付着する虞があった。このため、凹所内へのポッティングが困難であった。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、上面の凹所内に半導体チップ、受動部品等の発振回路用電子部品を搭載した実装基板上に、パッケージ化した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、凹所内の全ての電子部品を保護するために凹所内全体に絶縁樹脂をポッティングしたとしても、硬化前の樹脂が実装基板上面に流出してパッドに付着することを防止することができる表面実装型の圧電発振器、或いは電子デバイスを提供することを目的としている。
【０００５】
また、凹所内の絶縁樹脂が凹所外部に流出することを防止するダムを凹所周縁に沿って環状に配置すると共に、ダムの裾部に沿って複数のパッド（圧電振動子搭載用パッド）をダム外側に展開させた場合に、周辺部品との位置関係、及び実装基板面積に由来した制限によってダムの両側に位置するパッドの面積が均一とならない場合がある。このように面積が異なるパッドがダムの両側に配置されている場合に、各パッド上に圧電振動子の底部電極を半田接続した場合には、各パッド上のクリーム半田量が異なるためにリフローによる半田硬化時に圧電振動子が半田量の多いパッド側へ引かれ易くなり、圧電振動子の位置ずれによる不具合（他部品との接触や短絡の発生）をもたらす虞があった。
本発明の他の目的は、実装基板上面の凹所を包囲するダムと、ダムの対向する２つの辺の裾部から夫々外側へ展開するパッドを備えた表面実装型の圧電発振器において、レイアウト上の理由から各パッドの面積が異なる場合であっても、ダムの各部の肉厚を調整するだけの簡単な作業によって各パッドの面積、塗布される半田量を均一化することができる圧電発振器、或いは電子デバイス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、本発明に係る電子デバイスは、複数の底部電極を備えた上部電子部品と、絶縁基板、該絶縁基板上面に設けた凹所、該凹所内に設けたワイヤボンディング用のランド、該凹所以外の絶縁基板上面に設けた複数の接合電極、及び該絶縁基板底部に設けた実装電極を有した実装基板と、前記凹所内底面に固定されて前記ランドとワイヤボンディングされる内部電子部品と、前記凹所を包囲するために絶縁基板上面に環状に突設した絶縁性のダムと、を備え、前記ダム上面によって前記上部電子部品の底面を支持した状態で、該ダムの外側に展開する前記各接合電極上に導電性接合材を用いて前記各底部電極を接合した電子デバイスであって、前記凹所を含む前記ダム内に充填した絶縁樹脂により前記内部電子部品を被覆したことを特徴とする。
上面の凹所内に内部電子部品を搭載した実装基板上に、上部電子部品を接続固定した２階建て構造の電子デバイスにおいて、凹所内の全ての内部電子部品を保護するために凹所内全体に絶縁樹脂をポッティングしたとしても、凹所を環状に包囲するダムの堰き止め効果により硬化前の樹脂が実装基板上面に流出して接合電極に付着することを防止することができる。特に、ワイヤボンディングされる電子部品と半田接続される電子部品が一つの基板上に混載されることが多いが、ダムを用いて接続方法の異なる両タイプの部品を明確に区分けし、一方の電子部品を接続、保護するための工程が他方の電子部品に対して悪影響を及ぼすことを防止できる。
【０００７】
また、本発明に係る電子デバイスは、前記ダムを構成する各辺のうちの対向する２辺の厚さを異ならせることにより、前記２辺の外側に夫々展開する前記各接合電極の露出面積を調整したことを特徴とする。
表面実装型の電子デバイスは、その小型化、薄型化により、実装基板上の狭いスペース内に搭載される部品点数が増大している。実装基板上に上部電子部品を搭載するための接合電極を設ける場合、他の電子部品とのレイアウト上の制限からダムを挟んで配置される接合電極の面積が異なってくる場合がある。このようにダムを挟んで対向配置された接合電極の面積が異なり、非対称となっている場合、その上に半田等によって上部電子部品を接合する際に位置ずれが発生し、他の電子部品との間でショート等をもたらす虞がある。このずれ量は管理できない。各接合電極の面積を一定にするために実装基板をレイアウトし直すことも難しい。そこで、本発明では実装基板上のパターンをレイアウトし直すことなく、単にダムの厚みを変更することによって（ダムを構成する各辺のうちの対向する２辺の厚さを異ならせることによって）、各接合電極の面積を均一化させて上部電子部品の接合に供する半田量を均一化させることとした。
【０００８】
また、本発明に係る電子デバイスは、前記上部電子部品は、圧電振動子であることを特徴とする。
また、本発明に係る圧電発振器は、絶縁容器内に圧電振動素子を気密封止するとともに該絶縁容器外底部に圧電振動素子と導通した複数の底部電極を備えた圧電振動子と、絶縁基板、該絶縁基板上面に設けた凹所、該凹所内に設けたワイヤボンディング用のランド、該凹所以外の絶縁基板上面に設けた複数の接合電極、及び該絶縁基板底部に設けた実装電極を有した実装基板と、前記凹所内底面に固定されて前記ランドとワイヤボンディングされる発振回路用電子部品と、前記凹所を包囲するために絶縁基板上面に環状に突設した絶縁性のダムと、を備え、前記ダム上面によって前記圧電振動子の底面を支持した状態で、該ダムの外側に展開する前記各接合電極上に導電性接合材を用いて前記各底部電極を接合した圧電発振器であって、前記凹所を含む前記ダム内に充填した絶縁樹脂により前記発振回路用電子部品を被覆したことを特徴とする。
上面の凹所内に半導体チップ、受動部品等の発振回路用電子部品を搭載した実装基板上に、パッケージ化した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、凹所内の全ての電子部品を保護するために凹所内全体に絶縁樹脂をポッティングしたとしても、硬化前の樹脂が実装基板上面に流出して接合電極に付着することを防止することができる。
【０００９】
また、本発明に係る圧電発振器は、前記絶縁樹脂の上面により前記圧電振動子底面を支持したことを特徴とする。
圧電振動子を接合電極と接合する前に絶縁樹脂により圧電振動子底面を安定的に支持しておくことにより、導電性接合材による接合時の作業性を高めることが出来る。
また、本発明に係る圧電発振器は、前記ダムを構成する各辺のうちの対向する２辺の厚さを異ならせることにより、前記２辺の外側に夫々展開する前記各接合電極の露出面積を調整したことを特徴とする。
表面実装型の圧電発振器にあっては、実装基板の狭面積化によって搭載部品数、実装密度が増大する傾向にあるため、ダムを挟んで対向配置された接合電極間の露出面積にバラツキが発生し易い。そこで、ダムを構成する各辺のうちの対向する２辺の厚さを異ならせることによって、各接合電極の面積を均一化させて圧電振動子の接合に供する半田量を均一化させることができ、ずれを防止することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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）乃至（ｄ）は本発明の一実施形態に係る表面実装型圧電発振器（表面実装型電子デバイス）の構成を示す正面図、平面図、底面図、及び側面図であり、図２は図１の圧電発振器のＡ−Ａ断面図であり、図３（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は実装基板の上面図であり、（ａ）は樹脂ポッティング前、（ｂ）はポッティング後、（ｃ）は圧電振動子搭載後の上面図である。
この圧電発振器（例えば、水晶発振器）は、絶縁基板２、絶縁基板２の底部に設けられた６個の表面実装用の実装電極３、絶縁基板２の上面に設けた凹所４、凹所４内底面に設けたワイヤボンディング用のランド５、及び凹所４以外の絶縁基板上面に設けられた４個の接合電極６を備えた実装基板１と、実装基板１の凹所内底面に固定される発振回路、温度補償回路等を構成する発振回路用電子部品（内部電子部品）７と、実装基板１の上面に形成した４個の接合電極６と個別に半田接合される４個の底部電極１１を下面に備えた上部電子部品としての圧電振動子（例えば、水晶振動子）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。各発振回路用電子部品７は、半導体チップ７ａ、ダイオード７ｂから成り、凹所４の内底面適所に接着固定された状態でボンディングワイヤ９によって外面に設けた各電極８を各ランド５と接続される。
更に、この圧電発振器（電子デバイス）は、圧電振動子（上部電子部品）１０を含む実装基板１の上側の空間を金属カバー４０により包囲した構成を備えている。
【００１１】
圧電発振器の縦横寸法は例えば５．２×７．０ｍｍであり、高さは２．０ｍｍである。実装基板１の厚さは０．７ｍｍ、凹所４の深さは０．４５ｍｍである。
この圧電発振器の特徴的な構成は、凹所４を包囲するために絶縁基板２上面にガラス等絶縁材料から成り且つ均一高さのダム２０を環状に突設すると共に、ダム２０上面によって圧電振動子１０の底面を支持した状態で、ダムの外側に展開する各接合電極６上に半田等の導電性接合材２５を用いて底部電極１１を電気的機械的に接合し、更に凹所４を含むダム２０の内側に充填したエポキシ系の絶縁樹脂３０により発振回路用電子部品を被覆した点にある。
【００１２】
圧電振動子（上部電子部品）１０は、図２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陥部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、凹陥部１３を金属蓋１５にて気密封止した構成を備えている。凹陥部１３内の段差上には２つの内部パッドを配置し、この内部パッド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、各内部パッドは、内部導体を介して対応する底部電極１１と導通している。
この圧電振動子１０は、例えば３．８ｍｍ角サイズである。
半導体チップ７ａは、例えばワンチップＩＣであり、電極を有しない底部は凹所内底面に接着（ダイボンディング）される一方で、上面に設けた各電極８はボンディングワイヤ９によって対応する各ランド５と接続される。ダイオード７ｂも同様に凹所内に接着固定された状態でランド５との間をボンディングワイヤ９により接続固定される。
本発明においては、凹所４内に収容された発振回路用電子部品７とボンディングワイヤ９を保護するために凹所４内に絶縁樹脂３０を充填すると共に、硬化前の絶縁樹脂３０が凹所外に流出することをダム２０によって防止している。
【００１３】
従来の二階建て構造の圧電発振器においては、実装基板上面の凹所４内に半導体チップ、受動部品等を搭載した状態で、凹所内の全ての電子部品を保護するために絶縁樹脂をポッティングしようとすると、樹脂量のコントロールが難しいために、絶縁樹脂が凹所外へ流出して実装基板上面のパッド類に付着する虞があった。このため、凹所内へのポッティングが困難であった。
これに対して本発明では、凹所４周縁に沿って環状にダム２０を突設して堰き止め効果を発揮するように構成したので、凹所内の全ての電子部品を保護するために凹所内全体に絶縁樹脂をポッティングしたとしても、硬化前の樹脂が実装基板上面に流出してパッドに付着することを防止することができる。
【００１４】
圧電発振器のように狭い実装基板上に、ワイヤボンディングされる電子部品と、半田接続される電子部品が混載される場合には、ワイヤボンディングされる電子部品とワイヤを樹脂により被覆して保護する必要があるが、本発明によれば、ダムを用いることにより、接続方法の異なる両タイプの電子部品を区分けしつつ樹脂流出による不具合を解消することができる。従って、一方の電子部品の接続、被覆工程が他方の電子部品に与える悪影響を解消できる。
また、ダム２０は、実装基板上の半田付け部品をリフローするときにフィレット状に形成される半田の一部が凹所内に流入することを防止する上でも有効に機能する。即ち、本発明の圧電発振器の製造においては、実装基板１上に印刷によりダム２０を塗布後、硬化させて形成してから、凹所４内に電子部品７を接着、ワイヤボンディングし、更に電子部品７を被覆するように絶縁樹脂３０をダムの内側にポッティングする。絶縁樹脂の硬化後に、実装基板上面の接合電極６、その他のパターン上にクリーム半田を塗布した上で、対応する部品を位置決め載置し、その後リフロー炉内で加熱する。この際に、ダム２０は、半田の一部が凹所内に流入することを阻止する。
【００１５】
なお、ワイヤボンディング工程まではクリーンルーム内で実施されるが、リフロー工程はクリーンルーム外で行われるため、リフロー工程前にポッティングを実施することにより電子部品等に塵埃が付着することを防止できる。
また、圧電振動子１０の底面の大半の面積を絶縁樹脂３０によって面接触状態で支持するので、半田による固定前の圧電振動子の設置安定性を高めることが出来る。
【００１６】
次に、実装基板１の接合電極６と、圧電振動子１０の底部電極１１とは、導電性接合材２５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２５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。
ダム２０上に支持された圧電振動子１０の底部電極１１と、実装基板１上の接合電極６との間を導電性接合材２５によって接合する場合に、各接合電極６の面積が一定である場合には各接合電極上に塗布する導電性接合材（例えば、クリーム半田）２５の量を一定に調整し易いために、リフローによってクリーム半田が硬化した後における圧電振動子１０の位置がずれを起こすことはない。しかし、実際には接合電極周辺のパターンとの間のレイアウトや、実装基板面積に由来したレイアウト上の制限から、個々の接合電極６の面積が一定とならないことが多々ある。図３（ａ）の例においては、凹所４の四隅に沿った位置に夫々配置された４つの接合電極６Ａ、６Ｂのうちの右側の２個の接合電極６Ｂには夫々印刷抵抗３５が配置接続されているため、右側の接合電極６Ｂは何れも印刷抵抗３５の幅を越える程度に幅を広く確保する必要がある。一方、印刷抵抗３５が接続されていない左側の接合電極Ａは周辺の他パターンとの関係でその幅Ａは、右側の接合電極６Ｂの幅Ｂよりも狭く極限されている。なお、シート状の印刷抵抗３５は、ディスクリート部品の実装スペースを確保するために使用される。
【００１７】
このため、ダム２０の外側に張り出した各接合電極６Ａ、６Ｂ上にメタルスクリーンを用いた印刷によってクリーム半田を塗布すると、面積が大きい右側の接合電極６Ｂ上の半田量が必然的に多くなる。この状態で圧電振動子１０の中心部が凹所４の中心部と整合するように位置決め載置してリフローを行うと、半田の硬化時に半田量が多い右側の接合電極６Ｂ側に圧電振動子１０が吸引されて位置ずれが発生する。なお、本実施形態では各接合電極面の一部にダム２０がオーバーラップしているため、導電性接合材２５を用いた底部電極１１との接合に供されるのは各接合電極面のうちダムがオーバーラップしていない露出部分（露出面積）である。
このように露出面積が異なる接合電極６がダム２０の両側に配置されている場合に、各接合電極６上に圧電振動子の底部電極１１を半田接続した場合には、各接合電極上のクリーム半田量が異なるためにリフローによる半田硬化時に圧電振動子が半田量の多い接合電極側へ引きつけられ易くなり、圧電振動子の位置ずれによる不具合（他部品との接触や短絡の発生）をもたらす虞があった。
【００１８】
このような不具合を解決するために本発明では図４の上面図に示すように略矩形環状のダム２０を構成する各辺のうちの対向する２辺２１、２２の厚さを異ならせることにより、２辺２１、２２の外側に夫々展開する各接合電極６Ａ、６Ｂの露出面積を調整した。
即ち、図３（ａ）のようにダム２０の左側に位置する接合電極６Ａの露出面積（横幅Ａ）よりも、ダム２０の右側に位置する接合電極６Ｂの露出面積（横幅Ｂ）の方が大きい場合に、ダム２０の右辺２２の厚み（平面方向から見た厚み）Ｗ２を左辺２１の厚みＷ１よりも大きくすることにより、ダム２０の裾部から外側へ張り出した左右の接合電極６Ａ、６Ｂの露出面積を同等にしている。このため、各接合電極６Ａ、６Ｂ上に塗布される半田量を均一化することが可能となり、半田硬化時における圧電振動子の位置ずれをなくすることができる。
【００１９】
なお、図４の圧電発振器におけるダム２０の内径（内側開口面積）は図３のダムの内径と同等であり、右辺２２の厚みＷ２を大きくするために右辺（面積が広い側の接合電極６Ｂに対応する辺）だけを外側に向かって厚肉に構成している。
なお、ダム２０は、各接合電極６の一部とオーバーラップして絶縁基板上に固定されているが、これは一例に過ぎず、両者はオーバーラップしていなくてもよい。
本発明は、水晶発振器のみならず、水晶振動子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。また、圧電発振器に限らず、二階建て構造を備えた電子デバイスに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）乃至（ｄ）は本発明の一実施形態に係る表面実装型圧電発振器（表面実装型電子デバイス）の構成を示す正面図、平面図、底面図、及び側面図である。
【図２】図１の圧電発振器のＡ−Ａ断面図である。
【図３】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は実装基板の上面図であり、（ａ）は樹脂ポッティング前、（ｂ）はポッティング後、（ｃ）は圧電振動子搭載後の状態を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る圧電発振器の実装基板における実装基板の上面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１…実装基板、２…絶縁基板、３…実装電極、４…凹所、５…ランド、６…接合電極、６Ａ、６Ｂ…接合電極、７…発振回路用電子部品（内部電子部品）、７ａ…半導体チップ、７ｂ…ダイオード、８…電極、９…ボンディングワイヤ、１０…圧電振動子（上部電子部品）、１１…底部電極、１３…凹陥部、１４…圧電振動素子、１５…金属蓋、２０…ダム、２５…導電性接合材、３０…絶縁樹脂、３５…印刷抵抗、４０…金属カバー。
【図１】
2009089291.tif 000003
【図２】
2009089291.tif 000004
【図３】
2009089291.tif 000005
【図４】
2009089291.tif 000006