JP2009141455A - 表面実装用の水晶デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】表面実装時の半田クラックを防止した表面実装デバイスを提供する。
【解決手段】少なくとも水晶片２を搭載して密閉封入されて外底面に少なくとも一対の外部端子３を有し、セット基板に対して前記外部端子３が半田によって固着される矩形状とした容器本体１を備えた表面実装用の水晶デバイスにおいて、前記外部端子３は複数に分割された第１分割端子１０（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）からなり、前記第１分割端子１０（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）間は前記容器本体１の素地が露出した構成とする。
【選択図】図１

Description

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、特に表面実装後における半田クラックを防止した外部端子に関する。

（発明の背景）
表面実装デバイス例えば表面実装振動子は小型・軽量であることから周波数や時間の基準源として発振回路に取り込まれ、各種の電子機器に内蔵される。近年では、温度環境に変化の大きい特に車載用では、経時変化（ヒートサイクル）に伴う熱膨張係数差によっての半田クラックを防止したものが求められる。

（従来技術の一例）
第６図及び第７図は一従来例を説明する表面実装振動子の図で、各図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は底面図、同図（ｃ）は水晶片の平面図である。

表面実装振動子は一般には２端子型（第６図）と４端子型（第７図）があり、この例では、いずれの場合も積層セラミックからなる凹状とした矩形状の容器本体１に水晶片２を収容する。２端子型の場合は、容器本体１の内底面には長さ方向の両端部に図示しない水晶端子を有し、積層面及び側面のスルーホール（端面電極）を経て外底面の外部端子３に接続する。そして、容器本体１の開口端面をガラス封止によってセラミック等からなるカバー４を接合し、水晶片２を密閉封入する。

４端子型の場合は、容器本体１の内底面には長さ方向の一端部両側に図示しない水晶端子を有し、積層面を経て例えば一組の対角部に外部端子３として延出する。そして、容器本体１の開口端面には例えばシーム溶接による金属からなるカバー４を接合して水晶片２を密閉封入する。容器本体１の他組の対角部にはカバー４と電気的に接続したアース端子としての外部端子３を有する。

水晶片２は両主面に励振電極５ａを有し、２端子型の場合は両端部に引出電極５ｂを延出し、４端子型の場合は一端部両側に引出電極５ｂを延出する。そして、容器本体１の両端部の水晶端子、あるいは一端部両側の水晶端子に引出電極５ｂの延出した水晶片２の外周部を導電性接着剤６によって固着する。

そして、これらの２端子型や４端子型とした表面実装振動子は、第８図に示したように例えば自動車用電子装置の図示しないセット基板７に、例えば印刷等によるクリーム半田を用いた半田リフローによって搭載（固着）される。図中の符号７は加熱による溶融半田を含み、半田にはクリーム半田のみならず通常の半田や鉛フリー半田も含まれる。
特許第３６８５６８３号公報（特開2001-308490号公報）

（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表面実装振動子の容器本体（セラミック）１とセット基板７との熱膨張係数差から熱的な経時変化に基づき、半田クラックを生ずる問題があった。これらの場合、例えば２端子型では、第９図（ａ）のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ線の矢印で示すように、対向する両端側の外部端子３における対角方向の外周から半田クラックを生じる。

４端子型では、二組の対角方向（４角部）に配置された、各対角方向の外周から半田クラックを生ずる「第９図（ｂ）」。これらは、いずれも対角方向での応力が最も大きいことに起因し、通常ではいずれか一箇所の外部端子３に応力が集中してその外周から半田クラックを生じる。そして、結果として、例えばセット基板７からの外部端子３の剥離や接続不良を生ずる。

（発明の目的）
本発明は表面実装時の半田クラック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。

（着目点）
本発明では半田クラックの発生さらに考察したところ、半田に含浸（混入）した液状の図示しないフラックスがさらに半田クラック（亀裂）を大きくすることが判明した。すなわち、フラックスはセット基板７への搭載時における半田溶融時の熱によって膨張して気泡等を形成する。そして、充分に脱泡されずに微小なボイド（欠陥、空洞）を半田の内部に形成したまま硬化する。

したがって、セット基板への実装後、ボイドが半田内に均一に形成された場合は、応力が最も大きい外周角部自体の強度も小さくなって、ヒートサイクルによる亀裂をも発生しやすい。そして、外周角部から生じた小さな亀裂は、ボイドに沿って進行し、亀裂自体（半田クラック）を大きくする。このことから、本発明では、フラックスによるボイドを減少させる点に着目した。

（解決手段）
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搭載して密閉封入されて外底面に少なくとも一対の外部端子を有し、セット基板に対して前記外部端子が半田によって固着される矩形状とした容器本体を備えた表面実装用の水晶デバイスにおいて、前記外部端子は複数に分割された第１分割端子からなり、前記第１分割端子間は前記容器本体の素地が露出した構成とする。

このような構成であれば、表面実装デバイスのセット基板への搭載時には、半田は分割端子上のみに付着し、分割端子間となる容器本体の素地が露出した外底面には半田は付着しない。したがって、容器本体の外底面とセット基板との間となる分割端子間は、実装端子（分割端子）の厚み分の間隙を生じる。

これにより、半田の溶融時に生じた気泡は、例えば表面実装デバイスの自重等によって分割端子間の間隙に押し出される。そして、分割端子間の間隙となる分割路を経て実装端子の外周から放出される。したがって、気泡に基づいたボイドの量を少なくするので、亀裂（半田クラック）の発生を防止できる。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記外部端子の中央部となる前記第１分割端子上には第２分割端子が設けられる。これによれば、請求項１と同様に第１分割端子間の間隙によって半田溶融時の気泡を外周部から放出できる。そして、ここでは、中央部となる第１分割端子上には第２分割端子が設けられる。

したがって、表面実装振動子のセット基板への搭載時には、第２分割端子上の溶融半田の厚みは第１分割端子上のそれよりも小さくなる。したがって、表面実装振動子の自重によっての第２分割端子上の溶融半田への加圧力が最も大きくなる。これにより、半田溶融時のフラックスによる気泡は、加圧力の小さい二層目上の溶融半田に押し出される。

そして、温度上昇とともに気泡は成長しながら、第２分割端子の外周から気圧の低い大気中に放出（脱泡）される。したがって、溶融半田の硬化後には、半田内のフラックスの気泡によるボイドを全体的に特に中央領域の少なくなるので、さらに半田の亀裂を防止できる。

同請求項３では、請求項１において、前記外部端子は前記容器本体の外底面における両端側の二箇所に又は４角部に形成される。これにより、外部端子の構成を明確にするとともに、それぞれ対角方向の外周角部から発生する半田クラック（亀裂）を防止する。

（特許文献１との関係）
特許文献１では、接続強度を高めるために外部端子の一層目上に二次元上に分割された二層目が示されております。しかし、ここでの一層目は分割されておらず全面が容器本体の底面に固着されております。

これに対し、本発明では、特許文献１の一層目に相当する実装端子が分割されて第１分割端子とし、第１分割端子間は容器本体の外底面を露出しております。したがって、特許文献１での電極面積を大きくして固着強度を高めるとした目的・構成とが本質的には相違しております。

（第１実施形態）
第１図は本発明の一実施形態を説明する水晶デバイス例えば表面実装振動子の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は底面図である。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。

表面実装振動子はこの例では２端子型とし、前述したように、積層セラミックからなる凹状とした矩形状の容器本体１の一端部両側となる内底面の図示しない水晶端子に、励振電極５ａから引出電極５ｂの延出した水晶片２の両端外周部を導電性接着剤６によって固着する。容器本体１の両端側となる外底面には、水晶端子に接続する積層面及び側面のスルーホールを経ての外部端子３を有し、開口端面はガラス封止によるカバー４が接合される。

そして、この実施形態では、容器本体１における外底面の各外部端子３は、長辺及び短辺の中心線上を横断する十字状の分割路９を設けて、４分割された上下左右の分割端子１０（ａｂｃｄ）からなる。これらの分割端子１０は例えば下地電極を印刷によるＣｒ（クロム）として容器本体１とともに一体的に焼成される。そして、これらクロムの表面上にＮｉ（ニッケル）及びＡｕ（金）が電界メッキ等によって形成される。

このようなものでは、表面実装振動子をセット基板７に搭載する際、予めセット基板７に印刷等によって塗付されたクリーム半田８が高熱路で加熱される。クリーム半田８にはフラックスが含浸されている（前第８図参照）。この場合、加熱による溶融半田８は外部端子３の各分割端子１０に付着するものの、分割端子１０の間となるセラミックの素地が露出した外底面には付着しない。そして、溶融半田８には、先ず、加熱の初期状態ではフラックス中の空気を含むガス等が膨張して多量の気泡を生ずる。

次に、セット基板７との間となる外部端子３上の溶融半田８は、表面実装振動子の自重によって加圧される。そして、溶融半田８の内部に生じた気泡は、分割端子１０間の分割路９に押し出されるとともに、分割路９を経て外部端子の外周から放出される。最後に、温度低下とともに溶融半田８は硬化し、気泡に基づいたボイドの少ない半田８となる。

このようなことから、本実施形態での表面実装振動子は、セット基板７に搭載後の経時変化によるヒートサイクルがあっても、本来ボイドの少ない半田８なので、応力が最も大きくなる外部端子３の対角方向の外周角部からの亀裂の発生を防止する。また、仮に、外周角部に亀裂を生じても内部に進行することを抑制するので、結果として半田クラックを防止できる。

（第２実施形態）
第２図は本発明の第２実施形態を説明する表面実装振動子の底面図である。なお、前第１実施形態と同一部分には同番号を付与してその説明は省略又は簡略する。

表面実装振動子は、前述したように、容器本体１の外部端子３は第１分割端子１０（ａｂｃｄ）からなる２端子として、長辺方向の両端側の中央部に設けられる。そして、第２実施形態では、外部端子３の中央となる第１分割端子１０（ａｂｃｄ）の表面上には第２分割端子１１（ａｂｃｄ）が設けられる。これらは、第１分割端子１０の下地電極上に、印刷によって第２分割端子１１の下地電極を形成する。そして、容器本体１とともに一体的に焼成後、Ｎi及びＡuを順次にメッキして形成される。

このようなものでは、第１実施形態と同様に、半田リフロー時における溶融半田８の内部に発生した気泡が第１分割端子１０（ａｂｃｄ）間の分割路９を経て外部端子３の外周から放出される。そして、ここでは、表面実装振動子の自重によって第２分割端子１１の表面上から溶融半田８が押圧される。この場合、第２分割端子１１の表面上の溶融半田８は第１分割端子１０上のそれよりも厚みが小さく、自重による加圧力が大きい。そして、第１分割端子１０上の溶融半田８は厚みが大きく、第２分割端子１１によって加圧力が抑制される。

したがって、第１分割端子１０の表面上となる溶融半田８の気泡は、第２分割端子１１の表面上となる溶融半田８に移動するとともに、さらに第１分割端子１０から圧力が小さい外気に放出される。これらから、第１分割端子１０の分割路９を経て放出される気泡とともに、放出される気泡の量を多くできる。したがって、気泡に基づくボイドを少なくするので、亀裂の発生や拡大を防止して半田クラックの発生を抑制できる。

（他の事項）
上記実施形態では、分割端子１０（ａｂｃｄ）間は分割路９によって分断されているので、例えば電界メッキによってＮiやＡuを設ける場合、分割端子１０（ａｂｃｄ）を共通接続して導通させる必要がある。したがって、例えば第１実施形態（第１図）を例にすると、第５図（一部底面図）に示したように分割端子１０（ａｂ）はスルーホールによる端面電極によって共通接続する。

そして、分割端子１０（ａｄ）及び１０（ｂｃ）は外部端子３の領域外となる導電路１２によって共通接続する。これにより、電界メッキを容易にする。なお、外底面上の導電路１２によって接続したが、これに限らず例えばスルーホールによって積層面等にて共通接続することもできる。

水晶デバイスとしての表面実装振動子を２端子型として説明したが、第３図（底面図）に示したように４端子型とした場合でも同様に適用できる。この場合、例えば第４図に示したように、積層面からのスルーホールは前述した側面のみならず、角部の場合であっても同様である。

また、水晶デバイスは表面実装振動子に限らず、ＩＣチップと水晶片２とを一体的に収容した表面実装発振器にも適用できる。この場合、外部端子３は電源、アース、出力等の４端子となり、底面図は前第２図及び第３図と同様になる。

本発明の第１実施形態を説明する水晶デバイス例えば表面実装振動子の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は底面図である。 本発明の第２実施形態を説明する表面実装振動子の底面図である。 本発明の他の例を説明する表面実装振動子の底面図である。 本発明のさらに他の例を説明する表面実装振動子の底面図である。 本発明の実施形態を補足説明する表面実装振動子の一部底面図である。 一従来例を説明する表面実装振動子の図で、各図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は底面図、同図（ｃ）は水晶片の平面図である。 一従来例を説明する表面実装振動子の図で、各図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は底面図、同図（ｃ）は水晶片の平面図である。 一従来例を説明するセット基板に対する表面実装動子の装着側面図である。 一従来例を説明する図で、同図（ａｂ）ともに半田が塗付された状態の表面実装振動子の底面図である。

符号の説明

１ 容器本体、２ 水晶片、３ 外部端子、４ カバー、５ 励振及び引出電極、６ 導電性接着剤、７ セット基板、８ 半田、９ 分割路、１０ 第１分割端子、１１ 第２分割端子、１２ 導電路。

Claims (3)

1. 少なくとも水晶片を搭載して密閉封入されて外底面に少なくとも一対の外部端子を有し、セット基板に対して前記外部端子が半田によって固着される矩形状とした容器本体を備えた表面実装用の水晶デバイスにおいて、前記外部端子は複数に分割された第１分割端子からなり、前記第１分割端子間は前記容器本体の素地が露出したことを特徴とする表面実装用の水晶デバイス。
2. 請求項１において、前記外部端子の中央部となる前記第１分割端子上には第２分割端子が設けられた表面実装用の水晶デバイス。
3. 請求項１において、前記外部端子は前記容器本体の外底面における両端側の二箇所に又は４角部に形成された表面実装用の水晶デバイス。