(57)【要約】      （修正有）【課題】セット基板との熱膨張係数差による半田のクラック発生を防止した表面実装デバイスを提供する。【解決手段】水晶片を収容してセラミックからなる容器本体１の外底面に設けられ、下地電極上にＮi及びＡu膜を順次に設けた少なくとも一対の実装電極５を、ガラスエポキシからなるセット基板７の表面に設けた回路端子８に半田９によって接続する水晶デバイスにおいて、前記容器本体１は低温焼成によるセラミックからなり、前記実装電極５の下地電極をＣuとした構成とする。【選択図】図１
2009004871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶片を収容してセラミックからなる容器本体の外底面に設けられ、下地電極上にＮi及びＡu膜を順次に設けた少なくとも一対の実装電極を、ガラスエポキシからなるセット基板の表面に設けた回路端子に半田によって接続する表面実装用の水晶デバイスにおいて、前記容器本体は低温焼成セラミックからなり、前記実装電極の下地電極をＣuとしたことを特徴とする表面実装用の水晶デバイス。
【請求項２】
請求項１において、前記実装電極は前記容器本体の外底面における長辺方向の両端側に設けられた表面実装用の水晶デバイス。
【請求項３】
請求項１において、前記実装電極は前記容器本体の外底面における４角部に設けられた表面実装用の水晶デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面実装用の水晶デバイス（以下、表面実装デバイスとする)を技術分野とし、特にセット基板との膨張係数差による半田のひび、割れ等のクラック発生を防止した表面実装デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
表面実装デバイスは小型・軽量であることから、例えば実装密度の高いセット基板に搭載される。このようなものの一つに、車載等のエンジン制御用とした表面実装デバイスとしての表面実装振動子があり、これが搭載されるセット基板との間の熱膨張差による半田のクラック発生の問題がある。
【０００３】
（従来技術の一例）
第３図は一従来例を説明する図で、同図（ａ）は表面実装振動子のセット基板７に対する装着断面図、同図（ｂ）は表面実装振動子の外底面図、同図（ｃ）は実装電極部の一部拡大図である。
【０００４】
表面実装振動子は、凹状とした容器本体１に水晶片２を収容し、カバー３を被せて密閉封入してなる。容器本体１はアルミナを主成分とした積層セラミックからなり、回路パターンを有する。回路パターンは内底面の水晶保持端子４及び外底面の実装電極５、さらには積層面及び側面を経て両者を接続する図示しない配線路からなる。水晶保持端子４は例えば内底面の一端部両側に、実装電極５は外底面の両端部中央域に設けられる。
【０００５】
これらの回路パターンは、通常では、下地電極をＷ（タングステン）としてグリーンシート上に印刷によって形成され、積層セラミックとともに１５００℃の高温で一体的に焼成される。そして、焼成後に、積層面の配線路を除き、表面に露出した回路パターン上にメッキによるＮi及びＡu膜が順次に形成される。
【０００６】
水晶片２は両主面に図示しない励振電極を有し、一端部両側となる外周部に引出電極を延出する。そして、引出電極の延出した一端部両側を水晶保持端子４に導電性接着剤６によって固着する。カバー３はセラミックとし、例えば低融点のガラスを用いて容器本体１の開口端面に接合され、水晶片２を密閉封入する。
【０００７】
そして、表面実装振動子の実装電極５は、セット基板７の回路端子８と高熱炉を搬送して、印刷によるクリーム半田９の溶融によって接続され（所謂半田リフロー）、他の電子部品とともに表面実装される。この場合、半田９は容器本体１の側面電極に這い上がり、所謂半田フィレットを形成する。セット基板７は一般にガラスエポキシからなる。
【特許文献１】特許第３９０５８０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の表面実装振動子では、容器本体１（高温焼成セラミック）とセット基板７（ガラスエポキシ）とは膨張係数が異なる。ちなみに、膨張係数はセラミックが例えば７．８×１０-6／℃、ガラスエポキシは１４×１０-6／℃であり、高温焼成セラミックよりもガラスエポキシの方が２倍ほど大きい。
【０００９】
一方、例えば自動車のエンジンルーム内での駆動時における温度上昇や停止による温度下降のヒートサイクルによって、容器本体１とセット基板７は伸縮を繰り返す（第３図の矢印は伸張時）。そして、容器本体１とセット基板７との膨張係数差によって、固着部である両端部間の伸縮量も異なることから、それぞれに歪（機械的変形）を生じる。
【００１０】
これらの歪は、表面実装振動子をセット基板７に接合する半田９に波及し、半田９に応力を生ずる。そして、半田９の柔軟性では応力を吸収しきれず、第４図(第３図のＰ部の拡大図）に示したように半田９にクラックを生ずる。その結果、実装電極５と回路端子８との接続不良（電気的導通不良）やセット基板７からの剥離を引き起こす問題があった。
【００１１】
また、下地電極Ｗ、メッキによるＮi、Ａu及び半田９（但し鉛フリー）の膨張係数は、それぞれ4.5×10-6／℃、13.4×10-6／℃、14.2×10-6／℃、17×10-6／℃であり、容器本体１からセット基板７までを順に記載すると、7.8×10-6／℃、4.5×10-6／℃、13.4×10-6／℃、14.2×10-6／℃、17×10-6／℃、14×10-6／℃となる。したがって、特に容器本体１及び下地電極Ｗが半田９の膨張係数よりも格段に小さい。
【００１２】
このことから、前述した両端部間での伸縮差による歪のみならず、各端部においても半田９と容器本体１及び下地電極Ｗとの間で局所的に歪を生じる。したがって、これらの半田９に対する膨張係数の不揃いもクラック発生の原因となる。
【００１３】
（発明の目的）
本発明は熱膨張係数差による半田のクラック発生を防止した表面実装デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（着目点）
本発明はアルミナセラミックにガラス系材質を加え、配線パターンをＣuとして低温で焼成され、膨張係数が大きくなる低温焼成セラミックに着目した。
【００１５】
本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、水晶片を収容してセラミックからなる容器本体の外底面に設けられ、下地電極上にＮi及びＡu膜を順次に設けた少なくとも一対の実装電極を、ガラスエポキシからなるセット基板の表面に設けた回路端子に半田によって接続する水晶デバイスにおいて、前記容器本体は低温焼成によるセラミックからなり、前記実装電極の下地電極をＣuとした構成とする。
【発明の効果】
【００１６】
このような構成であれば、容器本体（低温焼成セラミック）、下地電極（Ｃu）、Ｎi膜、Ａu膜、半田、セット基板（ガラスエポキシ）の膨張係数は、12(7.8)×10-6／℃、16.7(4.5)×10-6／℃、13.4×10-6／℃、14.2×10-6／℃、17×10-6／℃、14×10-6／℃となる。但し、括弧内の数値は従来例の場合である。これにより、容器本体とセット基板との膨張係数12×10-6／℃、14×10-6／℃が接近する。
【００１７】
したがって、ヒートサイクル時の固着部である２点間の伸縮差を小さくして、容器本体１とセット基板７との膨張係数差による歪自体が少なくなる。これらのことから、半田に生ずる応力も小さくなってクラックの発生を防止できる。
【００１８】
また、容器本体１を高温焼成セラミックから低温焼成セラミックにするとともに、下地電極をＷ（4.5×10-6／℃）からＣu（16.7×10-6／℃）としたので、容器本体１からセット基板までの半田に対する膨張係数を概ね揃えられる。したがって、膨張係数差による２点間での伸縮差のみならず、固着部における局所的な伸縮差も解消する。これにより、半田のクラックの発生をさらに防止できる。
【００１９】
（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記実装電極は前記容器本体の外底面における長辺方向の両端側に設けられる。これは例えば水晶片のみを容器本体に収容し、外底面の実装電極が水晶片の一対の引出電極と電気的に接続した表面実装振動子の場合である。
【００２０】
同請求項３では、請求項１において、前記実装電極は前記容器本体の外底面における４角部に設けられる。これは、例えば水晶片のみを容器本体に収容して金属カバーを被せ、外底面の実装電極が水晶片の一対の引出電極及び金属カバーと電気的に接続した表面実装振動子の場合である。あるいは、発振回路を構成するＩＣチップと水晶片２とを容器本体に収容し、外底面の実装電極がＩＣチップと電気的に接続した表面実装発振器の場合である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
第１図は本発明の一実施形態を説明する図で、表面実装振動子（容器本体）のセット基板に対する装着断面図の一部拡大図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
【００２２】
表面実装振動子は、前述したように積層セラミックからなる容器本体１とカバー３とをガラスによって封止した密閉容器内に水晶片２を収容してなる。密閉容器（容器本体１）における外底面の両端部中央域には、水晶片２の引出電極と電気的に接続した実装電極５を有する。そして、セット基板７の回路端子８に両端部の実装電極５が半田９によって固着する。
【００２３】
この実施形態では、容器本体１の積層セラミックは従来例の高温焼成セラミックに代えて低温焼成セラミックから形成される。低温焼成セラミックはアルミナセラミックにガラス系繊維を加えて概ね９００℃以下の温度で焼成される。そして、回路パターンの下地電極をＷからＣuとして印刷され、一体的に低温焼成される。なお、低温焼成のため、印刷によるＣuを焼成できる。焼成後、露出した回路パターン上にＮi膜及びＡu膜をメッキによって形成する。
【００２４】
このような構成であれば、容器本体１を低温焼成セラミック、下地電極をＣuとする。したがって、容器本体１、下地電極、Ｎi膜、Ａu膜、半田９、セット基板７の膨張係数は、効果の欄でも述べたように、それぞれ12(7.8)×10-6／℃、16.7(4.5)×10-6／℃、13.4×10-6／℃、14.2×10-6／℃、17×10-6／℃、14×10-6／℃となる。但し、括弧内は従来例の場合である。
【００２５】
これにより、容器本体１とセット基板７との膨張係数12×10-6／℃、14×10-6／℃は従来例の7.8×10-6／℃、14×10-6／℃に比較して互いに接近する。したがって、表面実装振動子の両端部を固着部としてセット基板７に実装しても、膨張係数差による伸縮差を小さくできる。これにより、膨張係数差による歪自体も少なくなるので半田９に生ずる応力も小さくなって、クラックの発生を防止できる。
【００２６】
また、容器本体１を低温焼成セラミックとして膨張係数を大きくしたのみならず、下地電極をＣuとして従来例のＷよりも膨張係数を大きくする。これにより、容器本体１からセット基板７までの半田９に対する膨張係数をほぼ均一に揃える。したがって、両端部のそれぞれでの半田９との膨張係数差による局所的な歪も少なくなる。これにより、クラックの発生をさらに防止できる。
【００２７】
（他の事項）
上記実施形態では、表面実装振動子の実装電極５は２端子としたが、例えばシーム溶接等による金属カバーとして封止し、金属カバーを実装端子中のアース端子に電気的に接続した４端子の場合であっても同様に適用できる（第２図）。この場合、実装端子５のうちの水晶端子一組の対角部の実装電極５に、アース端子は他組の対角部の実装電極５に接続する。
【００２８】
また、表面実装デバイスは表面実装振動子として説明したが、例えば図示しない発振回路を集積化したＩＣチップと水晶片とを密閉封入した表面実装発振器の場合でも同様に適用できる。この場合、実装電極５は出力、電源、アース及びその他の端子からなる４端子となり、実装電極５は前第２図と同様に外底面の４角部に形成される。
【００２９】
さらに、凹状の容器本体１と平板状のカバー３からなるとしたが、例えば容器本体１を平板状としてカバー３を凹状として接合してもよく、ここでの容器本体１は外底面に実装電極５を有するものを指す。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態を説明する図で、表面実装振動子（容器本体）のセット基板に対する装着断面図の一部拡大図である。
【図２】本発明の一実施形態の他の例を説明する水晶デバイスの底面図である。
【図３】従来例を説明する図で、同図（ａ）は表面実装振動子のセット基板に対する装着断面図、同図（ｂ）は外底面の図、同図（ｃ）は実装電極部の一部拡大図である。
【図４】従来例の問題点を説明する表面実装振動子のセット基板に対する装着断面図の一部拡大図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  容器本体１、２  水晶片、３  カバー、４  水晶保持端子、５  実装電極、６  導電性接着剤、７  セット基板、８  回路端子、９  半田。
【図２】
2009004871.tif 000003
【図１】
2009004871.tif 000004
【図３】
2009004871.tif 000005
【図４】
2009004871.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成19年6月25日(2007.6.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の表面実装振動子では、容器本体１（高温焼成セラミック）とセット基板７（ガラスエポキシ）とは膨張係数が異なる。ちなみに、膨張係数はセラミックが７〜８×１０-6／℃、ガラスエポキシは１４×１０-6／℃であり、高温焼成セラミックよりもガラスエポキシの方が２倍ほど大きい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、下地電極Ｗ、メッキによるＮi、Ａu及び半田９（但し鉛フリー）の膨張係数は、それぞれ4.5×10-6／℃、13.4×10-6／℃、14.2×10-6／℃、17×10-6／℃であり、容器本体１からセット基板７までを順に記載すると、7〜8×10-6／℃、4.5×10-6／℃、13.4×10-6／℃、14.2×10-6／℃、17×10-6／℃、14×10-6／℃となる。したがって、特に容器本体１及び下地電極Ｗが半田９の膨張係数よりも格段に小さい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
このような構成であれば、容器本体（低温焼成セラミック）、下地電極（Ｃu）、Ｎi膜、Ａu膜、半田、セット基板（ガラスエポキシ）の膨張係数は、12(7〜8)×10-6／℃、16.7(4.5)×10-6／℃、13.4×10-6／℃、14.2×10-6／℃、17×10-6／℃、14×10-6／℃となる。但し、括弧内の数値は従来例の場合である。これにより、容器本体とセット基板との膨張係数12×10-6／℃、14×10-6／℃が接近する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
このような構成であれば、容器本体１を低温焼成セラミック、下地電極をＣuとする。したがって、容器本体１、下地電極、Ｎi膜、Ａu膜、半田９、セット基板７の膨張係数は、効果の欄でも述べたように、それぞれ12(7〜8)×10-6／℃、16.7(4.5)×10-6／℃、13.4×10-6／℃、14.2×10-6／℃、17×10-6／℃、14×10-6／℃となる。但し、括弧内は従来例の場合である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
これにより、容器本体１とセット基板７との膨張係数12×10-6／℃、14×10-6／℃は従来例の7〜8×10-6／℃、14×10-6／℃に比較して互いに接近する。したがって、表面実装振動子の両端部を固着部としてセット基板７に実装しても、膨張係数差による伸縮差を小さくできる。これにより、膨張係数差による歪自体も少なくなるので半田９に生ずる応力も小さくなって、クラックの発生を防止できる。