JP2006324797A

JP2006324797A - Crystal device for surface mounting

Info

Publication number: JP2006324797A
Application number: JP2005144436A
Authority: JP
Inventors: Koichi Moriya; 貢一守谷
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2006-11-30

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a crystal device with high reliability in which solder is prevented from breaking or peeling owing to a difference in coefficient of thermal expansion. <P>SOLUTION: The crystal device for surface mounting which is equipped with a primary container body containing at least a crystal piece and made of laminated ceramic, has at least a pair of bottom surface electrodes formed in one body when the laminated ceramic is baked on an external bottom surface of the primary container body, and is fixed to a set substrate with solder is so constituted that lead terminals made of flat plate metals each have one end side locally connected to the corresponding bottom surface electrode and the other end side projected from the outer periphery of the primary container body. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は表面実装用の水晶デバイスを技術分野とし、特にこれらが搭載されるセット基板との熱膨張係数差による半田の破損や剥離を防止した水晶デバイスに関する。 The present invention relates to a surface mount crystal device as a technical field, and particularly to a crystal device that prevents solder breakage or peeling due to a difference in thermal expansion coefficient from a set substrate on which the surface mount crystal device is mounted.

（発明の背景）
水晶デバイスは水晶振動子や発振器及びフィルタ等の周波数制御素子として広く知られ、通信機器を含む各種の電子機器に内蔵される。近年では、表面実装用の水晶デバイスが普及し、抵抗やコンデンサ等の他の電子部品とともに高熱路を搬送されて半田によってセット基板に搭載される（所謂リフロー）。 (Background of the Invention)
Crystal devices are widely known as frequency control elements such as crystal resonators, oscillators, and filters, and are built in various electronic devices including communication devices. In recent years, crystal devices for surface mounting have become widespread, are transported along a high heat path together with other electronic components such as resistors and capacitors, and are mounted on a set substrate by soldering (so-called reflow).

(従来技術の一例)
第５図は一従来例を説明する図で、同図（ａ）は水晶デバイス例えば水晶振動子の断面図、同図（ｂ）は同底面図、同図（ｃ）は水晶片の平面図である。水晶振動子は凹状とした容器本体１に水晶片２を収容し、金属カバー３を被せて密閉封入する。容器本体１は積層セラミックからなり、スルーホールによる側面電極を経て裏面の４角部に表面実装用とする実装端子４を有する。 (Example of conventional technology)
FIG. 5 is a diagram for explaining a conventional example. FIG. 5A is a cross-sectional view of a quartz crystal device, for example, a crystal resonator, FIG. 5B is a bottom view, and FIG. 5C is a plan view of a crystal piece. It is. The crystal resonator includes a crystal piece 2 housed in a concave container body 1 and a metal cover 3 which is hermetically sealed. The container body 1 is made of a laminated ceramic, and has mounting terminals 4 for surface mounting at the four corners of the back surface through side electrodes by through holes.

水晶片２は両主面に励振電極５（ａｂ）を有し、一端部両側に引出電極６（ａｂ）を延出する。そして、引出電極６（ａｂ）の延出した水晶片２の一端部両側を容器本体１の内底面に設けた図示しない水晶端子に導電性接着剤７によって固着する。一対の水晶端子は例えば一組の対角部の実装端子４（ａｂ）に接続する。金属カバー３は容器本体１の枠上面に設けられた金属厚膜を含む金属リング８にシーム溶接やビーム溶接によって接合される。そして、金属リング８は図示しない電極貫通孔（スルーホール）によって、アース用の実装端子４（ｃｄ）に接続する。 The crystal piece 2 has excitation electrodes 5 (ab) on both main surfaces, and extends extraction electrodes 6 (ab) on both sides of one end. Then, both ends of one end of the crystal piece 2 from which the extraction electrode 6 (ab) extends are fixed to a crystal terminal (not shown) provided on the inner bottom surface of the container body 1 by the conductive adhesive 7. The pair of crystal terminals are connected to, for example, a pair of diagonal mounting terminals 4 (ab). The metal cover 3 is joined to a metal ring 8 including a thick metal film provided on the upper surface of the frame of the container body 1 by seam welding or beam welding. The metal ring 8 is connected to the ground mounting terminal 4 (cd) through an electrode through hole (through hole) (not shown).

このようなものでは、図示しない抵抗やコンデンサ等の他の電子部品ととともに、クリーム半田の塗布されたセット基板９に載置される。そして、セット基板９は高熱路内を搬送されてクリーム半田１０が溶融し、各電子部品とともにセット基板の図示しない回路端子上に固着して搭載される。これらの場合、第６図（ａ）に示したようにクリーム半田１０は側面電極に這い上がり、所謂半田フィレットを形成する。半田フィレットはクリーム半田１０の溶融を確認し、接続強度を高める。
特開２００３−１０１３４８ In such a case, it is placed on a set substrate 9 coated with cream solder together with other electronic components such as resistors and capacitors (not shown). Then, the set substrate 9 is conveyed through the high heat path, the cream solder 10 is melted, and is fixedly mounted on a circuit terminal (not shown) of the set substrate together with each electronic component. In these cases, as shown in FIG. 6 (a), the cream solder 10 crawls up to the side electrode to form a so-called solder fillet. The solder fillet confirms the melting of the cream solder 10 and increases the connection strength.
JP 2003-101348 A

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の水晶振動子では、水晶振動子（容器本体１）、セット基板９及び半田１０間の熱膨張係数差によって、特に第６図（ｂ）に示したように水平方向の亀裂（破損）Ｐが半田の中間域に生じて、時には剥離する問題があった。これらは、温度差の激しい環境下で使用される例えば車載用の水晶振動子で特に問題を生ずる。ちなみに、容器本体１（セラミック）の膨張係数は5.5×10^−６、セット基板９（ガラスエポキシ材）は14×10^−６、半田１０は35×10^−６であり、半田１０の熱膨張係数が最も大きい。 (Problems of conventional technology)
However, in the crystal resonator having the above-described configuration, due to the difference in thermal expansion coefficients among the crystal resonator (container body 1), the set substrate 9 and the solder 10, a horizontal crack (particularly as shown in FIG. Damage) P occurred in the middle region of the solder, and sometimes had a problem of peeling. These cause a particular problem in, for example, an in-vehicle crystal resonator that is used in an environment with a large temperature difference. Incidentally, the expansion coefficient of the container body 1 (ceramic) is 5.5 × 10 ⁻⁶ , the set substrate 9 (glass epoxy material) is 14 × 10 ⁻⁶ , and the solder 10 is 35 × 10 ^−6. Is the largest.

要するに、両端側で固着された半田１０の熱膨張係数による伸縮が、容器本体１とセット基板９との熱膨張係数による伸縮よりも大きい。そして、４箇所の各半田９は容器本体１とセット基板９に対してそれぞれ面的に接合する。この場合、容器本体１はセラミックであることから脆性材で柔軟性に欠け、半田１０の固着面（両主面）も柔軟性が損なわれる。そして、容器本体１のそれぞれ対向する両端側の半田１０の接合強度は半田自身の強度よりも大きい。 In short, the expansion / contraction due to the thermal expansion coefficient of the solder 10 fixed on both ends is larger than the expansion / contraction due to the thermal expansion coefficient between the container body 1 and the set substrate 9. The four solders 9 are bonded to the container body 1 and the set substrate 9 in a plane. In this case, since the container main body 1 is ceramic, it is a brittle material and lacks flexibility, and the fixing surface (both main surfaces) of the solder 10 also loses flexibility. And the joint strength of the solder 10 of the opposing both ends of the container main body 1 is larger than the strength of the solder itself.

このため、熱膨張係数差によって各両端側の半田１０に発生する応力は、各半田１０の柔軟性を有する中間領域に集中する。そして、中間領域の半田自身の柔軟性（変形）で応力を吸収できず、半田自身の強度以上の応力によって中間領域の内側から外側に向かって亀裂Ｐを生ずる。 For this reason, the stress which generate | occur | produces in the solder 10 of each both-ends side by a thermal expansion coefficient difference concentrates on the intermediate | middle area | region which has the softness | flexibility of each solder 10. FIG. Then, the stress cannot be absorbed by the flexibility (deformation) of the solder itself in the intermediate region, and a crack P is generated from the inner side to the outer side of the intermediate region due to the stress exceeding the strength of the solder itself.

（発明の目的）
本発明は、熱膨張係数差による半田の破損や剥離を防止した高信頼性の水晶デバイスを提供することを目的とする。 (Object of invention)
An object of the present invention is to provide a highly reliable crystal device that prevents solder breakage and peeling due to a difference in thermal expansion coefficient.

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、少なくとも水晶片を収容した積層セラミックからなる容器本体を備え、前記容器本体の外底面には前記水晶片と高周波的に接続して前記積層セラミックの焼成時に一体的に形成された少なくとも一対の底面電極を有し、セット基板に対して半田によって固着される表面実装用の水晶デバイスにおいて、前記底面電極には平板状とした金属からなるリード端子の一端側が局所的に接続し、他端側が前記容器本体の外周より突出した構成とする。 The present invention includes a container body made of a laminated ceramic containing at least a crystal piece, and is connected to the crystal piece at a high frequency on the outer bottom surface of the container body as shown in the claims (Claim 1). Then, in the quartz device for surface mounting that has at least a pair of bottom electrodes integrally formed at the time of firing the multilayer ceramic and is fixed to the set substrate by soldering, the bottom electrode has a flat plate shape One end side of the lead terminal made of metal is locally connected, and the other end side protrudes from the outer periphery of the container body.

このような構成であれば、積層セラミックとした容器本体の底面電極にはリード端子の一端側が点的に接続するのみで、セット基板への固着時にはリード端子に半田が固着して、容器本体１の底面には半田は塗布されない。そして、リード端子は金属であることから容器本体のセラミックよりも一般に柔軟性を有する。したがって、熱膨張係数差によって半田に応力が生ずると、半田及びリード端子の柔軟性によって、応力を吸収する。これにより、半田に亀裂が生ずることや剥離を防止できる。 With such a configuration, only one end of the lead terminal is connected to the bottom electrode of the container main body made of multilayer ceramic in a dotted manner, and solder adheres to the lead terminal when fixed to the set substrate. Solder is not applied to the bottom surface. And since a lead terminal is a metal, it generally has a softness | flexibility rather than the ceramic of a container main body. Therefore, when stress is generated in the solder due to the difference in thermal expansion coefficient, the stress is absorbed by the flexibility of the solder and the lead terminal. Thereby, it can prevent that a crack arises in a solder and peeling.

第１図は本発明の一実施形態を説明する図で、同図（ａ）は水晶振動子の断面図、同図（ｂ）は容器本体の底面図である。なお、前従来例と同一部分の説明は簡略又は省略する。 FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a cross-sectional view of a crystal resonator, and FIG. 1 (b) is a bottom view of a container body. In addition, description of the same part as a prior art example is simplified or abbreviate | omitted.

水晶振動子は前述したように積層セラミックとした凹状の容器本体１内に水晶片２を収容し、金属カバー３を被せて密閉封入する。ここでの容器本体１は、外底面の４角部に底面電極１１（ａｂｃｄ）を有する。底面電極１１（ａｂ）は前述した水晶端子に接続し、１１（ｃｄ）は金属リング８に接続する。 As described above, the crystal resonator includes a crystal piece 2 housed in a concave container body 1 made of laminated ceramic, and a metal cover 3 is covered and hermetically sealed. The container body 1 here has bottom electrode 11 (abcd) at the four corners of the outer bottom surface. The bottom electrode 11 (ab) is connected to the crystal terminal described above, and 11 (cd) is connected to the metal ring 8.

底面電極１１（ａｂｃｄ）には、金属からなるリード端子１２の一端側が局所的に固着する。金属はここでは例えばＡuメッキとしたＣuとし、図示しない例えばＡｇによるロウ付けや、底面電極１１（ａｂｃｄ）のＡu膜を厚くしたスポット溶接によって、いずれであれ一端側が局所的に固着する。リード端子１２の他端側は容器本体１の側面に折曲される。 One end of the lead terminal 12 made of metal is locally fixed to the bottom electrode 11 (abcd). Here, the metal is, for example, Cu plated with Au, and one end side thereof is locally fixed by brazing with Ag (not shown) or spot welding in which the Au film of the bottom electrode 11 (abcd) is thickened. The other end side of the lead terminal 12 is bent on the side surface of the container body 1.

このような構成であれば、水晶振動子をセット基板９に載置して前述同様の高熱路を搬送しての半田付けすると、リード端子１２の側面に半田フィレットを形成して底面がセット基板９の図示しない回路端子上に固着される。この場合、容器本体１はリード端子１２の一端側と局所的（点的）にのみ接合するので、半田１０は容器本体１の底面及び側面には塗布されることなく、リード端子１２にのみ固着する。 In such a configuration, when a crystal resonator is placed on the set substrate 9 and soldered by carrying the same high heat path as described above, a solder fillet is formed on the side surface of the lead terminal 12 and the bottom surface is set substrate 9 is fixed on a circuit terminal (not shown). In this case, since the container body 1 is joined only locally (dotted) to one end side of the lead terminal 12, the solder 10 is fixed only to the lead terminal 12 without being applied to the bottom and side surfaces of the container body 1. To do.

ここで、リード端子１２と半田１０との熱膨張係数によって両者が伸縮したとすると、リード端子１２の熱膨張係数は16×10^−６で、半田１０の熱膨張係数（35×10^−６）の方が大きい。この場合、両者の固着面では、半田１０の伸縮をリード端子１２が抑止する方向になるが、リード端子１２はＣｕで従来の容器本体１（セラミック）よりも柔軟性がある。したがって、固着面での半田１０の熱膨張係数差による応力（歪、変形）はリード端子１２の柔軟性によって吸収される。これにより、半田自身の柔軟性による応力の吸収もあって、前述した亀裂Ｐの発生を防止する。 Here, assuming that both expand and contract due to the thermal expansion coefficient of the lead terminal 12 and the solder 10, the thermal expansion coefficient of the lead terminal 12 is 16 × 10 ⁻⁶ , and the thermal expansion coefficient of the solder 10 (35 × 10 ⁻⁶ ). Is bigger. In this case, the lead terminals 12 are restrained from expanding and contracting the solder 10 on the fixing surfaces of the two, but the lead terminals 12 are made of Cu and are more flexible than the conventional container body 1 (ceramic). Therefore, the stress (strain or deformation) due to the difference in thermal expansion coefficient of the solder 10 on the fixed surface is absorbed by the flexibility of the lead terminal 12. Thereby, there is also absorption of stress due to the flexibility of the solder itself, thereby preventing the occurrence of the crack P described above.

なお、ここでのリード端子１２はＣuとして、熱膨張係数（16×10^−６）は半田１０（35×10^−６）と容器本体１（5.5×10^−６）との中間値なので、容器本体１との熱膨張係数差による歪を緩和する。 Here, the lead terminal 12 is Cu, and the coefficient of thermal expansion (16 × 10 ⁻⁶ ) is an intermediate value between the solder 10 (35 × 10 ⁻⁶ ) and the container body 1 (5.5 × 10 ⁻⁶ ). The distortion due to the difference in thermal expansion coefficient with the main body 1 is relieved.

（他の事項）
上記実施例では、容器本体１の外底面及び側面は平坦としたが、例えば外底面及び側面に切欠部を設けてリード端子１２を嵌入し、容器本体１の外形を小さく維持してもよい「第３図（ａ）」。また、リード端子１２は容器本体１の側面に折曲したが、容器本体１の外周部から単に突出すればよい「第３図（ｂ）」。また、リード端子１２は水晶端子と接続する２端子のみでもよい。 (Other matters)
In the above embodiment, the outer bottom surface and the side surface of the container body 1 are flat. However, for example, a cutout portion may be provided on the outer bottom surface and the side surface to insert the lead terminal 12 to keep the outer shape of the container body 1 small. FIG. 3 (a) ". Further, although the lead terminal 12 is bent on the side surface of the container main body 1, the lead terminal 12 simply protrudes from the outer peripheral portion of the container main body 1 (FIG. 3B). Further, the lead terminal 12 may be only two terminals connected to the crystal terminal.

また、水晶デバイスは水晶振動子としたが、例えば内底面にＩＣチップ１３をフリップチップボンディングによって固着し、段部に水晶片２を固着して水晶発振器を構成してもよい。但し、この場合のリード端子１２は発振器用の出力、電源、アース等の端子となる。そして、リード端子１２はＣuとしたが、例えば柔軟性のある銅合金（ＣuＮiＺn）等であってもよく、基本的にはセラミックより柔軟な金属であればよい。 Further, although the quartz crystal device is a quartz crystal resonator, the crystal oscillator may be configured by, for example, fixing the IC chip 13 to the inner bottom surface by flip chip bonding and fixing the crystal piece 2 to the stepped portion. However, the lead terminal 12 in this case is a terminal for an oscillator output, a power source, a ground, and the like. The lead terminal 12 is Cu, but may be, for example, a flexible copper alloy (CuNiZn) or the like, and basically may be any metal that is more flexible than ceramic.

本発明の一実施形態を説明する図で、同図（ａ）は水晶振動子の断面図、同図（ｂ）は容器本体の底面図である。なお、前従来例と同一部分の説明は簡略又は省略する。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure explaining one Embodiment of this invention, The figure (a) is sectional drawing of a crystal oscillator, The figure (b) is a bottom view of a container main body. In addition, description of the same part as a prior art example is simplified or abbreviate | omitted. 本発明の一実施形態を説明するセット基板への水晶振動子の装着断面図である。It is a mounting sectional view of a crystal oscillator to a set substrate explaining one embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態を説明する水晶振動子の断面図である。It is sectional drawing of the crystal oscillator explaining other embodiment of this invention. 本発明のさらに他の実施形態を説明する水晶発振器の断面図である。It is sectional drawing of the crystal oscillator explaining further another embodiment of this invention. 一従来例を説明する図で、同図（ａ）は水晶デバイス例えば水晶振動子の断面図、同図（ｂ）は同底面図、同図（ｃ）は水晶片の平面図である。FIG. 1A is a cross-sectional view of a crystal device such as a crystal resonator, FIG. 1B is a bottom view thereof, and FIG. 1C is a plan view of a crystal piece. 従来例を説明する図で、同図（ａ）はセット基板への水晶振動子の装着断面図、同図（ｂ）は一部装着断面図である。FIG. 5A is a cross-sectional view of mounting a crystal resonator on a set substrate, and FIG. 4B is a partial cross-sectional view of mounting.

符号の説明Explanation of symbols

１容器本体、２水晶片、３カバー、４実装端子、５励振電極、６引出電極、７導電性接着剤、８金属リング、９セット基板、１０半田、１１底面電極、１２リード端子、１３ＩＣチップ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Container body, 2 Crystal piece, 3 Cover, 4 Mounting terminal, 5 Excitation electrode, 6 Lead electrode, 7 Conductive adhesive, 8 Metal ring, 9 Set board, 10 Solder, 11 Bottom electrode, 12 Lead terminal, 13 IC Chip.

Claims

少なくとも水晶片を収容した積層セラミックからなる容器本体を備え、前記容器本体の外底面には前記積層セラミックの焼成時に一体的に形成された少なくとも一対の底面電極を有し、セット基板に対して半田によって固着される表面実装用の水晶デバイスにおいて、前記底面電極には平板状とした金属からなるリード端子の一端側が局所的に接続し、他端側が前記容器本体の外周より突出したことを特徴とする表面実装用の水晶デバイス。 A container body made of a multilayer ceramic containing at least a crystal piece, and having at least a pair of bottom electrodes formed integrally when the multilayer ceramic is fired on the outer bottom surface of the container body, and soldered to a set substrate In the crystal device for surface mounting fixed by the above, one end side of the flat lead terminal made of metal is locally connected to the bottom electrode, and the other end side protrudes from the outer periphery of the container body. Crystal device for surface mounting.

前記金属はＣuである請求項１の水晶デバイス。 The quartz crystal device according to claim 1, wherein the metal is Cu.