JP2019134226A - 水晶振動子 - Google Patents
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Abstract
【課題】導電性接合材と感温素子との接合強度を向上させ、パッケージに欠けが生じることを抑えることが可能な水晶振動子を提供する。【解決手段】水晶振動子は、矩形状の基板110aと、第一枠体110bと、第二枠体110cと、第一凹部K1内で、基板110aに設けられた電極パッド111と、第二凹部K2内で、基板110aに設けられた接続パッド115と、第二枠体110cの下面に設けられた外部端子112と、電極パッド111に実装された水晶素子120と、接続パッド115に導電性接合材150を介して実装された感温素子140と、第一枠体の上面に接合された蓋体130と、を備え、第二凹部K2の開口部の形状が、平面視して、頂点の数が四つ以上の多角形状であり、第二凹部K2の中心点P1を通る直線L1に対して、平面視した際に、接続パッド117の中心点P2が重ならない位置に設けられている。【選択図】図6
Description
本発明は、電子機器等に用いられる水晶振動子に関するものである。
水晶振動子は、水晶素子の圧電効果を利用して、特定の周波数を発生させるものである。例えば、基板と、第一凹部を設けるために基板の上面に設けられた第一枠体と、第二凹部を設けるために基板の下面に設けられた第二枠体とを有しているパッケージと、基板の上面に設けられた電極パッドに実装された水晶素子と、基板の下面に設けられた接続パッドに実装された感温素子と、感温素子を覆うように設けられた絶縁性樹脂と、を備えた水晶振動子が提案されている(例えば、下記特許文献1参照)。
上述した水晶振動子は、小型化が進んでおり、第二凹部の面積も小さくなってしまうため、第二凹部内に感温素子を実装した後に、絶縁性樹脂を設ける際に、塗布ノズルが第二凹部の内壁にぶつかってしまい、パッケージに欠けが生じてしまう虞があった。
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、パッケージに欠けが生じることを抑えることが可能な水晶振動子を提供することを課題とする。
本発明の一つの態様による水晶振動子は、矩形状の基板と、基板の上面に設けられた第一枠体と、基板の下面に設けられた第二枠体と、基板と第一枠体で形成された第一凹部内で、基板の上面に設けられた一対の電極パッドと、基板と第二枠体で形成された第二凹部内で、基板の下面に設けられた一対の接続パッドと、第二枠体の下面の四隅に設けられた外部端子と、電極パッドに実装された水晶素子と、接続パッドに導電性接合材を介して実装された感温素子と、第一枠体の上面に接合された蓋体と、を備え、第二凹部の開口部の形状が、平面視して、頂点の数が四つ以上の多角形状であり、第二凹部の中心点を通る直線に対して、平面視した際に、接続パッドの中心点が重ならない位置に設けられていることを特徴とするものである。
本発明の一つの態様による水晶振動子は、矩形状の基板と、基板の上面に設けられた第一枠体と、基板の下面に設けられた第二枠体と、基板と第一枠体で形成された第一凹部内で、基板の上面に設けられた一対の電極パッドと、基板と第二枠体で形成された第二凹部内で、基板の下面に設けられた一対の接続パッドと、第二枠体の下面の四隅に設けられた外部端子と、電極パッドに実装された水晶素子と、接続パッドに導電性接合材を介して実装された感温素子と、第一枠体の上面に接合された蓋体と、を備え、第二凹部の開口部の形状が、平面視して、頂点の数が四つ以上の多角形状であり、第二凹部の中心点を通る直線に対して、平面視した際に、接続パッドの中心点が重ならない位置に設けられている。このような水晶振動子は、第二凹部の中心点を通る直線に対して、平面視した際に、接続パッドの中心点が重ならない位置に設けられているので、第二凹部内に感温素子を実装後に、感温素子と第二凹部内壁との間に空間が設けられることで、絶縁性樹脂を設ける際に塗布ノズルが第二凹部の内壁に接触することを抑えることができるので、パッケージに欠けが生じてしまうことを低減することができる。
本実施形態における水晶振動子は、図1〜図5に示されているように、パッケージ110と、パッケージ110の上面に接合された水晶素子120と、パッケージ110の下面に接合された感温素子150とを含んでいる。パッケージ110は、基板110aの上面と第一枠体110bの内側面によって囲まれた第一凹部K1が形成されている。また、基板110aの下面と第二枠体110cの内側面によって囲まれた第二凹部K2が形成されている。このような水晶振動子は、電子機器等で使用する基準信号を出力するのに用いられる。
基板110aは、矩形状であり、上面に実装された水晶素子120及び下面に実装された感温素子150を実装するための実装部材として機能するものである。基板110aは、上面に、水晶素子120を実装するための電極パッド111が設けられており、下面に、感温素子150を実装するための接続パッド117が設けられている。また、基板110aの一辺に沿って、水晶素子120を接合するための第一電極パッド111a及び第二電極パッド111bが設けられている。
基板110aは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなる。基板110aは、絶縁層を一層用いたものであっても、絶縁層を複数層積層したものであってもよい。基板110aの表面及び内部には、上面に設けられた電極パッド111と、第二枠体110cの下面に設けられた外部端子112とを電気的に接続するための配線パターン113及びビア導体114が設けられている。また、基板110aには、下面に設けられた接続パッド117と、第二枠体110bの下面に設けられた外部端子112とを電気的に接続するための接続パターン118が設けられている。
第一枠体110bは、基板110aの上面の外周縁に沿って配置され、基板110aの上面に第一凹部K1を形成するためのものである。第一枠体110bは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料からなり、基板110aと一体的に形成されている。第一凹部K1の開口部は、平面視した際に、矩形状となっている。
また、第二枠体110cは、基板110aの下面の外周縁に沿って配置され、基板110aの下面に第二凹部K2を形成するためのものである。第二枠体110cは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料からなり、基板110aと一体的に形成されている。第二枠体110cの下面の四隅には、外部端子112が設けられている。また、四つの外部端子112の内の二つが、水晶素子120と電気的に接続されている。また、四つの外部端子112の内の残りの二つが、感温素子150と電気的に接続されている。また、水晶素子120と電気的に接続されている第一外部端子112a及び第二外部端子112bは、第二枠体110cの下面の対角に位置するように設けられている。また、感温素子150と電気的に接続されている第三外部端子112c及び第四外部端子112dは、水晶素子120と接続されている第一外部端子112a及び第二外部端子112bが設けられている対角とは異なる第二枠体110cの対角に位置するように設けられている。
第二凹部K2の開口部は、平面視した際に、頂点の数が四つ以上の多角形状となっている。また、第二凹部K2の開口部の角部Cは、図4及び図6(b)に示すように、隣接する外部端子112の間に少なくとも一つは位置するように設けられている。つまり、平面視した際に、第二外部端子112bと第三外部端子112cの間には、二つの角部C5、C6が位置するように設けられており、第二外部端子112bと第四外部端子112dとの間には、二つの角部C7、C8が位置するように設けられている。また、第一外部端子112aと第三外部端子112cとの間には、二つの角部C3、C4が位置するように設けられており、第一外部端子112aと第四外部端子112dとの間には、二つの角部C1、C2が位置するように設けられている。
このようにすることにより、隣接する外部端子112間のスペースを使用することができるため、第二凹部K2の開口部の面積が、従来の水晶振動子を小型化した場合の第二凹部K2の開口部の面積より大きくすることができるため、接続パッド117の面積も大きくすることができる。よって、接続パッド117に設けられる導電性接合材170の塗布面積及び量を確保することができ、導電性接合材170と感温素子150との接合強度を向上させることが可能となる。
また、本実施形態において、第二凹部K2の開口部の形状は、平面視して、八角形状に形成されていることにより、開口部が円形状の場合よりも基板110aの露出する面積を大きくすることができるので、接続パッド117の面積も大きくすること可能となる。よって、接続パッド117に設けられる導電性接合材170の量を確保することができ、導電性接合材170と感温素子150との接合強度を向上させることが可能となる。
また、第二凹部K2の開口部の角部Cが、円弧状に形成されている。このようにすることにより、本実施形態の圧電デバイスを電子機器の実装基板上に実装した際に、パッケージ110に応力がかかったとしても、角部Cが円弧状になっているため、角部にかかる応力が分散され、パッケージ110にクラックが入ってしまうことを低減することができる。また、円弧状になった角部Cの曲率半径は、0.10〜0.20mmとなっている。
ここでパッケージ110を平面視したときの一辺の寸法が、1.0〜3.0mmであり、パッケージ110の上下方向の寸法が、0.2〜1.5mmである場合を例にして、第一凹部K1及び第二凹部K2の大きさを説明する。第一凹部K1の長辺の長さは、0.7〜2.0.mmであり、短辺の長さは、0.5〜1.5mmとなっている。また、第一凹部K1の上下方向の長さは、0.1〜0.5mmとなっている。基板110aの短辺と平行な第二凹部K2の辺の長さは、0.3〜0.8mmとなっており、基板110aの長辺と平行な第二凹部K2の辺の長さは、0.6〜2.0mmとなっている。また、第二凹部K2の上下方向の長さは、0.1〜0.5mmとなっている。
電極パッド111は、水晶素子120を実装するためのものである。電極パッド111は、基板110aの上面に一対で設けられており、基板110aの一辺に沿うように隣接して設けられている。電極パッド111は、図3及び図5に示されているように基板110aの上面に設けられた配線パターン113とビア導体114を介して、基板110aの下面に設けられた外部端子112と電気的に接続されている。
電極パッド111は、図3及び図5に示すように、第一電極パッド111a及び第二電極パッド111bによって構成されている。また、外部端子112は、図4及び図6(b)に示すように第一外部端子112a、第二外部端子112b、第三外部端子112c及び第四外部端子112dによって構成されている。ビア導体114は、第一ビア導体114a及び第二ビア導体114b、第三ビア導体114c及び第四ビア導体114dによって構成されている。また、配線パターン113は、第一配線パターン113a及び第二配線パターン113bによって構成されている。第一電極パッド111aは、基板110aに設けられた第一配線パターン113aの一端と電気的に接続されている。また、第一配線パターン113aの他端は、第一ビア導体114aを介して、第一外部端子112aと電気的に接続されている。よって、第一電極パッド111aは、第一外部端子112aと電気的に接続されることになる。第二電極パッド111bは、基板110aに設けられた第二配線パターン113bの一端と電気的に接続されている。また、第二配線パターン113bの他端は、第二ビア導体114bを介して、第二外部端子112bと電気的に接続されている。
また、電極パッド111の算術平均表面粗さは、0.02〜0.10μmであり、基板110a表面の算術平均表面粗さは、0.5〜1.5μmである。よって、導電性接着剤140は、電極パッド111上の凸部115が設けられていない箇所である配線パターン113の方向に向かって導電性接着剤140が広がることになるが、電極パッド111から基板110a上に向かって広がりにくくなる。
外部端子112は、電子機器等の実装基板(図示せず)と電気的に接合するために用いられる。外部端子112は、第二枠体110cの下面の四隅に設けられている。外部端子112の内の二つの端子は、基板110aの上面に設けられた一対の電極パッド111とそれぞれ電気的に接続されている。また、外部端子112の内の他の二つの端子は、基板110aの下面に設けられた一対の接続パッド117とそれぞれ電気的に接続されている。また、電極パッド111と電気的に接続されている外部端子112は、基板110aの下面の対角に位置するように設けられている。また、第三外部端子112cは、第三ビア導体114cを介して、封止用導体パターン119と電気的に接続されている。第四外部端子112dには、角部C1と角部C8を結ぶ斜辺と対向する位置に角取りが行われたつまり曲率半径が大きい形状となっており、第三外部端子112cには、角部C4と角部C5を結ぶ斜辺と対向する位置に角取りが行われた形状となっている。また、第二外部端子112bには、角部C6と角部C7を結ぶ斜辺と対向する位置に角取りが行われた形状となっており、第一外部端子112aには、角部C2と角部C3を結ぶ斜辺と対向する位置に角取りが行われた形状となっている。このようにすることにより、本実施形態の水晶振動子を電子機器等の実装基板上に実装した際に、外部端子112に設けられた半田が押し潰され、外部端子112から溢れ出た半田が、第二枠体110cに沿って流れ易くなるので、第二凹部K2内に入り込むことを低減することができる。
配線パターン113は、基板110aの上面に設けられ、電極パッド111から近傍のビア導体114に向けて引き出されている。また、配線パターン113は、図4に示すように、第一配線パターン113a及び第二配線パターン113bによって構成されている。
ビア導体114は、基板110aの内部に設けられ、その両端は、配線パターン113、接続パターン118又は封止用導体パターン119と電気的に接続されている。ビア導体114は、基板110aに設けられた貫通孔の内部に導体を充填することで設けられている。また、ビア導体114は、図3及び図5に示すように、第一ビア導体114a、第二ビア導体114b、第三ビア導体114c及び第四ビア導体114dによって構成されている。
凸部115は、水晶素子120の短辺の上下方向の傾きが抑制され、水晶素子120の長辺側端部が基板110aや蓋体130に接触することを抑制するためのものである。また、凸部115は、水晶素子120の自由端が基板110aに接触することを抑制するためものである。一対の凸部115は、第一凸部115a及び第二凸部115bによって構成されている。第一凸部115aは、第一電極パッド111aの上面に設けられており、第二凸部115bは、第二電極パッド111bの上面に設けられている。また、凸部115は、電極パッド111と同様に、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀又は銀パラジウム等の金属粉末の焼結体等上面に金メッキ、ニッケルメッキを施すことにより設けられている。
また、一対の凸部115の基板110aの中心側を向く一辺が、図3及び図5に示されているように、同一直線上に並ぶようにして設けられている。このようにすることによって、水晶素子120の引き出し電極123を一対の凸部115に接触させながら電極パッド111に実装する際に、水晶素子120が傾くことなく安定した状態で実装することができる。
また、凸部115は、水晶素子120の外周縁にある引き出し電極123と対向する位置に設けられている。このようにすることによって、水晶素子120が導電性接着剤140を介して電極パッド111に実装する際に、仮に水晶素子120が傾いたとしても、引き出し電極123が凸部115に接触することになり、凸部115よりも下方向に水晶素子120が傾くことなく安定した状態で実装することができる。また、凸部115は、平面視して、水晶素板121の固定端側の外周縁にある引き出し電極123と重なる位置に設けられている。このようにすることにより、水晶素子120の固定端が基板110aの上面に接触することを低減することができる。
突起部116は、平面視して、矩形状であり、水晶素子120の自由端側の対向する位置に設けられており、水晶素子120の自由端側が基板110aに接触することを防ぐためのものである。突起部116は、第一凹部K1内の基板110a上で、突起部116の長辺と基板110aの長辺が略平行になるように設けられている。このようにすることにより、水晶振動子に落下等の衝撃が加わった際に、水晶素子120の自由端側が基板110aに接触することによる欠けなどを抑えることができる。
接続パッド117は、矩形状であり、後述する感温素子150を実装するために用いられている。接続パッド117は、基板110aの下面の中心付近に隣接するようにして、一対で設けられている。また、接続パッド117は、図6に示すように、第一接続パッド117a及び第二接続パッド117bによって構成されている。導電性接合材170は、接続パッド117の下面と感温素子150の接続端子151との間に設けられており、導電性接合材170は、接続パッド117から感温素子150の接続端子151に向かって徐々に厚みが増すように傾斜が形成されている。つまり、接続パッド117には、導電性接合材170のフィレットが形成されることになる。このようにフィレットが形成されることにより、感温素子150は、接続パッド117との接合強度を向上させることができる。
また、接続パッド117は、第二凹部K2の中心点P1を通る直線L1に対して、平面視した際に、接続パッド117の中心点P2が重ならない位置に設けられている。このような水晶振動子は、第二凹部K2の中心点P1を通る直線L1に対して、平面視した際に、接続パッド117の中心点P2が重ならない位置に設けられていることで、第二凹部K2内に感温素子150を実装後に、感温素子150と第二凹部K2の内壁との間に空間が、接続パッド117の中心点P2が重なる場合と比べてより大きく設けられることで、多角形の辺の数を増やすことに相合わせて、絶縁性樹脂180を設ける際に塗布ノズルが第二凹部K2の内壁に接触することを抑えることができるので、パッケージ110に欠けが生じてしまうことを低減することができる。
接続パッド117の中心点P2が、平面視した際に、第二凹部K2の中心点P1を通る直線L1に対して第二凹部K2の外周縁側に位置するように設けられている。つまり、接続パッド117を形成する一辺が第二凹部K2の外周縁に沿うようにして、接続パッド117が第二凹部内に配置されている。このように接続パッド117が第二枠体110bの一辺に近接するようにして設けられることで、第二枠体110cの一辺と対向する一辺と接続パッド117との間に十分な空間が設けられることになる。よって、絶縁性樹脂180を設ける際に塗布ノズルが第二凹部K2の内壁に接触することをさらに抑えることができるので、パッケージ110に欠けが生じてしまうことをさらに低減することができる。
ここで基板110aを平面視したときの長辺の寸法が、1.2〜2.5mmであり、短辺の寸法が、1.0〜2.0mmである場合を例にして、接続パッド117の大きさを説明する。接続パッド117の基板110aの短辺と平行な辺の長さは、0.2〜0.5mmであり、基板110aの長辺と平行な辺の長さは、0.25〜0.55mmとなっている。また、第一接続パッド117aと第二接続パッド117bとの間の長さは、0.1〜0.3mmとなっている。
第一接続パッド117aと第三外部端子112cとは、基板110aの下面に設けられた第一接続パターン118a及び第三ビア導体114cにより接続されている。また、第二接続パッド117bと第四外部端子112dとは、基板110aの下面に設けられた第二接続パターン118b及び第四ビア導体114dにより接続されている。
接続パターン118は、基板110aの下面に設けられ、接続パッド117から近傍の外部端子112に向けて引き出されている。また、接続パターン118は、図4及び図6に示すように、第一接続パターン118a及び第二接続パターン118bによって構成されている。
また、第二接続パターン118bは、図5及び図6に示すように、平面視して、第一電極パッド111aと重なるようにして設けられている。また、このようにすることによって、水晶素子120から伝わる熱が、第一電極パッド111aから直下にある基板110aを介して、第二接続パターン118bに伝わり、第二接続パターン118bから第二接続パッド117bに伝わることになる。よって、このような水晶振動子は、熱伝導経路をさらに短くすると共に熱伝導経路の数をさらに増やすことにより、水晶素子120の温度と感温素子150の温度とが近似することになり、感温素子150から出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子120の周囲の温度との差異をさらに低減することが可能となる。
封止用導体パターン119は、蓋体130と接合部材131を介して接合する際に、接合部材131の濡れ性をよくする役割を果たしている。封止用導体パターン119は、第一枠体110bの上面を囲むようにして設けられている。封止用導体パターン119は、図5及び図6に示すように、第三ビア導体114cを介して、第三外部端子112cと電気的に接続されている。封止用導体パターン119は、例えばタングステン又はモリブデン等から成る導体パターンの表面にニッケルメッキ及び金メッキを順次、第一枠体110bの上面を環状に囲む形態で施すことによって、例えば10〜25μmの厚みに形成されている。
ここで、基板110aの作製方法について説明する。基板110aがアルミナセラミックスから成る場合、まず所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面或いはセラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷等によって所定の導体ペーストを塗布する。さらに、これらのグリーンシートを積層してプレス成形したものを、高温で焼成する。最後に、導体パターンの所定部位、具体的には、電極パッド111、外部端子112、配線パターン113、ビア導体114、接続パッド117、接続パターン118及び封止用導体パターン119となる部位にニッケルメッキ又、金メッキ、銀パラジウム等を施すことにより作製される。また、導体ペーストは、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀又は銀パラジウム等の金属粉末の焼結体等から構成されている。
水晶素子120は、図1及び図2に示されているように、導電性接着剤140を介して電極パッド111上に接合されている。水晶素子120は、安定した機械振動と圧電効果により、電子装置等の基準信号を発振する役割を果たしている。
また、水晶素子120は、図1及び図2に示されているように、水晶素板121の上面及び下面のそれぞれに励振用電極122及び引き出し電極123を被着させた構造を有している。励振用電極122は、水晶素板121の上面及び下面のそれぞれに金属を所定のパターンで被着・形成したものである。励振用電極122は、上面に第一励振用電極122aと、下面に第二励振用電極122bを備えている。引き出し電極123は、励振用電極122から水晶素板121の一辺に向かってそれぞれ延出されている。引き出し電極123は、上面に第一引き出し電極123aと、下面に第二引き出し電極123bとを備えている。第一引き出し電極123aは、第一励振用電極122aから引き出されており、水晶素板121の一辺に向かって延出するように設けられている。第二引き出し電極123bは、第二励振用電極122bから引き出されており、水晶素板121の一辺に向かって延出するように設けられている。つまり、引き出し電極123は、水晶素板121の長辺又は短辺に沿った形状で設けられている。また、本実施形態においては、第一電極パッド111a及び第二電極パッド111bと接続されている水晶素子120の一端を基板110aの上面と接続した固定端とし、他端を基板110aの上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造にて水晶素子120が基板110a上に固定されている。
ここで、水晶素子120の動作について説明する。水晶素子120は、外部からの交番電圧が引き出し電極123から励振用電極122を介して水晶素板121に印加されると、水晶素板121が所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。
ここで、水晶素子120の作製方法について説明する。まず、水晶素子120は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し、水晶素板121の外周の厚みを薄くし、水晶素板121の外周部と比べて水晶素板121の中央部が厚くなるように設けるベベル加工を行う。そして、水晶素子120は、水晶素板121の両主面にフォトリソグラフィー技術、蒸着技術又はスパッタリング技術によって、金属膜を被着させることにより、励振用電極122、引き出し電極123を形成することにより作製される。
水晶素子120の基板110aへの接合方法について説明する。まず、導電性接着剤140は、例えばディスペンサによって第一電極パッド111a及び第二電極パッド111b上に塗布される。水晶素子120は、導電性接着剤140上に搬送され、導電性接着剤140上に載置される。そして導電性接着剤140は、加熱硬化させることによって、硬化収縮される。水晶素子120は、電極パッド111に接合される。つまり、水晶素子120の第一引き出し電極123aは、第一電極パッド111aと接合され、第二引き出し電極123bは、第二電極パッド111bと接合される。これによって、第一外部端子112aと第二外部端子112bが水晶素子120と電気的に接続されることになる。
導電性接着剤140は、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケル又はニッケル鉄のうちのいずれか、或いはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。また、バインダーとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用いられる。
感温素子150は、サーミスタ、白金測温抵抗体又はダイオード等が用いられている。サーミスタ素子の場合、感温素子150には、直方体形状であり、両端に接続端子151が設けられている。感温素子150は、温度変化によって電気抵抗が顕著な変化を示すものであり、この抵抗値の変化から電圧が変化するため、抵抗値と電圧との関係及び電圧と温度との関係により、出力された電圧から温度情報を得ることができる。感温素子150は、後述する接続端子151間の電圧が、第三外部端子112c及び第四外部端子112dを介して水晶振動子の外へ出力されることにより、例えば、電子機器等のメインIC(図示せず)で出力された電圧を温度に換算することで温度情報を得ることができる。このような感温素子150を水晶振動子の近くに配置して、これによって得られた水晶振動子の温度情報に応じて、メインICにより水晶振動子を駆動する電圧を制御し、いわゆる温度補償をすることができる。
また、白金測温抵抗体が用いられている場合、感温素子150は、直方体形状のセラミック板上の中央に白金を蒸着し、白金電極が設けられている。また、セラミック板の両端には接続端子151が設けられている。白金電極と接続端子とは、セラミック板上面に設けられた引き出し電極により接続されている。白金電極の上面を被覆するようにして絶縁性樹脂が設けられている。
また、ダイオードが用いられている場合、感温素子150は、半導体素子を半導体素子用基板の上面に実装し、その半導体素子及び半導体素子用基板の上面を絶縁性樹脂で被覆された構造である。半導体素子用基板の下面から側面には、アノード端子及びカソード端子となる接続端子151が設けられている。感温素子150は、アノード端子からカソード端子へは電流を流すが、カソード端子からアノード端子へはほとんど電流を流さない順方向特性を有している。感温素子の順方向特性は、温度によって大きく変化する。感温素子に一定電流を流しておいて順方向電圧を測定することによって、電圧情報を得ることができる。その電圧情報から換算することで水晶素子の温度情報を得ることができる。ダイオードは、電圧と温度との関係が直線を示している。接続端子151のカソード端子及びアノード端子間の電圧が、第三外部端子112c及び第四外部端子112dを介して水晶振動子の外へ出力される。
感温素子150は、図2及び図4に示すように、基板110aの下面に設けられた接続パッド117に半田等の導電性接合材170を介して実装されている。また、感温素子150の第一接続端子151aは、第一接続パッド117aに接続され、第二接続端子151bは、第二接続パッド117bに接続されている。第一接続パッド117aは、基板110aの下面に設けられた第一接続パターン118aを介して第三外部端子112cと接続されている。また、第三外部端子112cは、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランドと接続されている実装電極(図示せず)と接続されることにより、グランド端子の役割を果たす。よって、感温素子150の第一接続端子151aは、基準電位であるグランドに接続されることになる。
感温素子150の基板110aへの接合方法について説明する。まず、導電性接合材170は、例えばディスペンサによって接続パッド117に塗布される。感温素子150は、実装ノズル(図示せず)によって、導電性接合材170の上面にまで移動され、導電性接合材170上に載置される。そして導電性接合材170は、加熱させることによって溶融接合され、接続端子151の下面及び接続端子151の側面と接続パッド117が接合される。この際に、導電性接合材170は、接続パッド117から感温素子150の接続端子151の側面に向かって徐々に厚みが増すような傾斜であるフィレットを持って形成されている。よって、感温素子150は、一対の接続パッド117に接合される。
また、感温素子150がサーミスタ素子の場合には、図1及び図2に示すように、直方体形状の両端にそれぞれ一つずつ接続端子151が設けられている。第一接続端子151aは、感温素子150の右側面及び上下面に設けられている。第二接続端子151bは、感温素子150の左側面と上下面に設けられている。感温素子150の長辺の長さは、0.4〜0.6mmであり、短辺の長さは、0.2〜0.3mmとなっている。感温素子150の厚み方向の長さは、0.1〜0.3mmとなっている。
導電性接合材170は、例えば、銀ペースト又は鉛フリー半田により構成されている。また、導電性接合材170には、塗布し易い粘度に調整するための添加した溶剤が含有されている。鉛フリー半田の成分比率は、錫が95〜97.5%、銀が2〜4%、銅が0.5〜1.0%のものが使用されている。
蓋体130は、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなる。このような蓋体130は、真空状態にある第一凹部K1又は窒素ガスなどが充填された第一凹部K1を気密的に封止するためのものである。具体的には、蓋体130は、所定雰囲気で、パッケージ110の第一枠体110b上に載置され、第一枠体110bの封止用導体パターン119と蓋体130の接合部材131とが溶接されるように所定電流を印加してシーム溶接を行うことにより、第一枠体110bに接合される。また、蓋体130は、封止用導体パターン119及び第三ビア導体114cを介して基板110aの下面の第三外部端子112cに電気的に接続されている。また、第三外部端子112cは、第一接続パターン118を介して第一接続パッド117aと電気的に接続されている。よって、蓋体130は、感温素子150の接続端子151a及び基板110aの第三外部端子112cと電気的に接続されている。
接合部材131は、第一枠体110bの上面から蓋体130の下面にかけて設けられている。接合部材131は、例えば、ガラスの場合には、300℃〜400℃で溶融するガラスである例えばバナジウムを含有した低融点ガラス又は酸化鉛系フリットガラスから構成されている。ガラスは、バインダーと溶剤とが加えられたペースト状であり、溶融された後固化されることで他の部材と接合する。接合部材131は、例えば、ガラスフリットペーストがスクリーン印刷法で塗布され乾燥することで設けられる。また、接合部材131は、第一枠体110bの上面に印刷する際に、第一枠体110bの四隅に接合部材131が重なるようにして環状に印刷される。よって、四隅の接合部材131の厚みは、接合部材131が設けられている他の箇所の厚みよりも厚くなるように設けられている。また、この酸化鉛系ガラスの組成は、酸化鉛、フッ化鉛、二酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ビスマス、酸化ホウ素、酸化亜鉛、酸化第二鉄、酸化銅及び酸化カルシウムとから構成されている。
接合部材131は、例えば、絶縁性樹脂の場合には、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂から構成されている。第一枠体110bと蓋体130との間に設けられた接合部材131の厚みは、30〜100μmとなっている。
接合部材131は、例えば、金錫の場合には、接合部材131の層の厚みは、10〜40μmであり、例えば、成分比率が、金が70〜80%、錫が20〜30%のものを使用しても良い。また、接合部材131は、例えば、銀ロウの場合には、接合部材131の層の厚みは、10〜40μmであり、例えば、成分比率が、銀が70〜80%、銅が20〜30%のものを使用しても良い。
本発明の実施形態における水晶振動子は、矩形状の基板110aと、基板110aの上面に設けられた第一枠体110bと、基板110aの下面に設けられた第二枠体110cと、基板110aと第一枠体110bで形成された第一凹部K1内で、基板110aの上面に設けられた一対の電極パッド111と、基板110aと第二枠体110cで形成された第二凹部K2内で、基板110aの下面に設けられた一対の接続パッド117と、第二枠体110cの下面の四隅に設けられた外部端子112と、電極パッド111に実装された水晶素子120と、接続パッド117に導電性接合材170を介して実装された感温素子150と、第一枠体110bの上面に接合された蓋体130と、を備え、第二凹部K2の開口部の形状が、平面視して、頂点の数が四つ以上の多角形状であり、第二凹部K2の中心点P1を通る直線L1に対して、平面視した際に、接続パッド117の中心点P2が重ならない位置に設けられている。このような水晶振動子は、第二凹部K2の中心点P1を通る直線L1に対して、平面視した際に、接続パッド117の中心点P2が重ならない位置に設けられていることで、第二凹部K2内に感温素子150を実装後に、感温素子150と第二凹部K2の内壁との間に空間が、接続パッド117の中心点P2が重なる場合と比べてより大きく設けられることで、多角形の辺の数を増やすことに相合わせて、絶縁性樹脂180を設ける際に塗布ノズルが第二凹部K2の内壁に接触することを抑えることができるので、パッケージ110に欠けが生じてしまうことを低減することができる。
本発明の実施形態における水晶振動子は、接続パッドの中心点が、平面視した際に、第二凹部K2の中心点P1を通る直線に対して第二凹部K2の外周縁側に位置するように設けられている。このように接続パッド117が第二枠体110bの一辺に近接するようにして設けられることで、第二枠体110cの一辺と対向する一辺と接続パッド117との間に十分な空間が設けられることになる。よって、絶縁性樹脂180を設ける際に塗布ノズルが第二凹部K2の内壁に接触することをさらに抑えることができるので、パッケージ110に欠けが生じてしまうことをさらに低減することができる。
本発明の実施形態における水晶振動子は、第二凹部K2の開口部の形状が、平面視して、八角形状であることによって、開口部が円形状の場合よりも基板110aの露出する面積を大きくすることができるので、接続パッド117の面積も大きくすること可能となる。よって、接続パッド117に設けられる導電性接合材170の量を確保することができ、導電性接合材170と感温素子150との接合強度を向上させることが可能となる。
本発明の実施形態における水晶振動子は、第二凹部K2の開口部の角部Cが、平面視して円弧状になっていることによって、本実施形態の水晶振動子を電子機器の実装基板上に実装した際に、仮にパッケージ110に応力がかかったとしても、角部Cが円弧状になっているため、角部Cにかかる応力が分散され、パッケージ110にクラックが入ってしまうことを低減することができる。
本発明の実施形態における水晶振動子は、電極パッド111が第一枠体110bの内周縁の一辺に沿って隣接するようにして設けられており、第二接続パッド117bが、平面視して電極パッド111と重なるように設けられている。このようにすることによって、水晶素子120から伝わる熱が、第一電極パッド111aから直下にある基板110aを介して、第二接続パッド115bに伝わることになる。このような水晶振動子は、熱伝導経路をさらに短くすると共に熱伝導経路の数をさらに増やすことで、水晶素子120の温度と感温素子150の温度とがさらに近似することになり、感温素子150から出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子120の周囲の温度との差異をさらに低減することが可能となる。
また、本発明の実施形態における水晶振動子は、電極パッド111が第一枠体110bの内周縁の一辺に沿って隣接するようにして設けられており、接続パッド115の一つと電気的に接続された第二接続パターン118bが、平面視して、第一電極パッド111aと重なるようにして設けられている。このようにすることによって、水晶素子120から伝わる熱が、第一電極パッド111aから直下にある基板110aを介して、第二接続パターン118bから第二接続パッド115bに伝わることになる。このような水晶振動子は、熱伝導経路をさらに短くすると共に熱伝導経路の数をさらに増やすことで、水晶素子120の温度と感温素子150の温度とがさらに近似することになり、感温素子150から出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子120の周囲の温度との差異をさらに低減することが可能となる。
本実施形態における水晶振動子は、矩形状の基板110aと、基板110aの上面の外周縁に沿って設けられた第一枠体110bと、基板110aの上面に設けられた電極パッド111と、電極パッド111と電気的に接続され、基板110aの上面に設けられた配線パターン113と、電極パッド111に実装された水晶素子120と、水晶素子120を気密封止するための蓋体130と、を備え、配線パターン113は、電極パッド111と電気的に接続されており、平面視した際に、第一枠体110bと重なる位置に設けられている。このようにすることによって、水晶振動子は、配線パターン113と水晶素子120との間で浮遊容量が発生することを抑えることができる。また、このような水晶振動子は、水晶素子120にこの浮遊容量が付与されることがないため、発振周波数が変動してしまうことを低減することができる。また、本実施形態における水晶振動子は、この水晶振動子に外力が加わり、第一枠体110bの長辺方向に曲げモーメントが発生しても、基板110aに加えて第一枠体110bが設けられていることにより、第一枠体110bが設けられている箇所は、変形しにくくなる。よって、第一枠体110bと平面視して重なる位置に設けられた配線パターン113は、断線しにくくなり、水晶振動子の発振周波数が出力されなくなることを抑制することができる。
また、本実施形態における水晶振動子は、配線パターン113の一部が、電極パッド111から第一枠体110bの長辺方向に向かって延出し、露出するようにして設けられている。このように、配線パターン113の一部が、電極パッド111から第一枠体110bの長辺方向に向かって延出し、第一凹部K1内に露出するようにして設けられていることにより、水晶素子120を実装した際に、溢れ出そうになった導電性接着剤140が、導電性接着剤140と濡れ性の良い配線パターン113上に沿って流れ出てくれるため、パッケージ110の中心方向に流れ出ることがなく導電性接着剤140が励振用電極122に付着してしまうことを抑えることができる。
また、本実施形態における水晶振動子は、電極パッド111が、基板110aの一辺に沿って設けられており、電極パッド111の上面に設けられた凸部115を備えている。水晶素子120が導電性接着剤140を介して電極パッド111に実装する際に、仮に水晶素子120が傾いたとしても、引き出し電極123が凸部115に接触することになり、凸部115よりも下方向に水晶素子120が傾くことなく安定した状態で実装することができる。また、凸部115は、平面視して、水晶素板121の固定端側の外周縁にある引き出し電極123と重なる位置に設けられている。このようにすることにより、水晶素子120の固定端が基板110aの上面に接触することを低減することができる。
また、本実施形態における水晶振動子は、基板110aの一辺と向かい合う辺に沿って設けられた突起部116を備えている。このようにすることにより、水晶振動子に落下等の衝撃が加わった際に、水晶素子120の自由端側が突起部116に接触するため、基板110aに直接接触することによる欠けなどを抑えることができる。
(第一変形例) 以下、本実施形態の第一変形例における水晶振動子について説明する。なお、本実施形態の第一変形例における水晶振動子のうち、上述した水晶振動子と同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第一変形例における水晶振動子は、図7に示されているように、第二凹部K2の開口部の形状が、平面視して、六角形状である点において、本実施形態と異なる。
第二凹部K2の開口部は、平面視した際に、多角形状となっている。また、第二凹部K2の開口部の角部Cは、図7(b)に示すように、隣接する外部端子212の間に少なくとも一つは位置するように設けられている。つまり、平面視した際に、第二外部端子212bと第三外部端子212cの間には、一つの角部C4が位置するように設けられており、第二外部端子212bと第四外部端子212dとの間には、二つの角部C2、C3が位置するように設けられている。また、第一外部端子212aと第三外部端子212cとの間には、二つの角部C5、C6が位置するように設けられており、第一外部端子212aと第四外部端子212dとの間には、一つの角部C1が位置するように設けられている。
また、本実施形態の第一変形例における水晶振動子は、第二凹部K2の開口部の形状が、平面視して、六角形状になるように形成されている。このようにすることによって、実施形態と同様の効果を奏する。
尚、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。上記実施形態では、水晶素子は、AT用水晶素子を用いた場合を説明したが、基部と、基部の側面より同一の方向に延びる二本の平板形状の振動腕部とを有する音叉型屈曲水晶素子を用いても構わない。また、五角形や七角形などの四角形以上の辺の数の第二凹部K2の開口部の形状である場合も同様の効果となる。
また、水晶素子120のベベル加工方法について説明する。所定の粒度のメディアと砥粒とを備えた研磨材と、所定の大きさに形成された水晶素板121とを用意する。円筒体に用意した研磨材と水晶素板121とを入れ、円筒体の開口した端部をカバーで塞ぐ。研磨材と水晶素板121とを入れた円筒体を、円筒体の中心軸線を回転軸として回転させる水晶素板121が研磨材で研磨されてベベル加工が行われる。
上記実施形態では、第一枠体110bが基板110aと同様にセラミック材で一体的に形成した場合を説明したが、第一枠体110bが金属製であっても構わない。この場合、枠体は、銀−銅等のロウ材を介して基板の導体膜に接合されている。
110、210・・・パッケージ
110a、210a・・・基板
110b、210b・・・第一枠体
110c、210c・・・第二枠体
111、211・・・電極パッド
112、212・・・外部端子
113、213・・・配線パターン
114、214・・・ビア導体
115、215・・・凸部
116、216・・・突起部
117、217・・・接続パッド
118、218・・・接続パターン
119、219・・・封止用導体パターン
120・・・水晶素子
121・・・水晶素板
122・・・励振用電極
123・・・引き出し電極
130・・・蓋体
131・・・接合部材
140・・・導電性接着剤
150・・・感温素子
151・・・接続端子
K1・・・第一凹部
K2・・・第二凹部
C・・・角部
110a、210a・・・基板
110b、210b・・・第一枠体
110c、210c・・・第二枠体
111、211・・・電極パッド
112、212・・・外部端子
113、213・・・配線パターン
114、214・・・ビア導体
115、215・・・凸部
116、216・・・突起部
117、217・・・接続パッド
118、218・・・接続パターン
119、219・・・封止用導体パターン
120・・・水晶素子
121・・・水晶素板
122・・・励振用電極
123・・・引き出し電極
130・・・蓋体
131・・・接合部材
140・・・導電性接着剤
150・・・感温素子
151・・・接続端子
K1・・・第一凹部
K2・・・第二凹部
C・・・角部
Claims (10)
- 矩形状の基板と、
前記基板の上面に設けられた第一枠体と、
前記基板の下面に設けられた第二枠体と、
前記基板と前記第一枠体で形成された第一凹部内で、前記基板の上面に設けられた一対の電極パッドと、
前記基板と前記第二枠体で形成された第二凹部内で、前記基板の下面に設けられた一対の接続パッドと、
前記第二枠体の下面の四隅に設けられた外部端子と、
前記電極パッドに実装された水晶素子と、
前記接続パッドに導電性接合材を介して実装された感温素子と、
前記第一枠体の上面に接合された蓋体と、を備え、
前記第二凹部の開口部の形状が、平面視して、頂点の数が四つ以上の多角形状であり、
前記第二凹部の中心点を通る直線に対して、平面視した際に、前記接続パッドの中心点が重ならない位置に設けられていることを特徴とする水晶振動子。 - 請求項1記載の水晶振動子であって、
前記接続パッドの中心点が、平面視した際に、前記第二凹部の中心点を通る直線に対して第二凹部の外周縁側に位置するように設けられていることを特徴とする水晶振動子。 - 請求項1記載の水晶振動子であって、
前記第二凹部の開口部の形状が、平面視して八角形状であることを特徴とする水晶振動子。 - 請求項1記載の水晶振動子であって、
前記第二凹部の開口部の角部が、平面視して円弧状になっていることを特徴とする水晶振動子。 - 請求項1記載の水晶振動子であって、
前記電極パッドが前記第一枠体の内周縁の一辺に沿って隣接するようにして設けられており、
前記接続パッドの一つは、平面視して前記電極パッドと重なるように設けられていることを特徴とする水晶振動子。 - 請求項1記載の水晶振動子であって、
前記電極パッドが前記第一枠体の内周縁の一辺に沿って隣接するようにして設けられており、
前記接続パッドの一つと電気的に接続された接続パターンは、平面視して前記電極パッドと重なるように設けられていることを特徴とする水晶振動子。 - 請求項1記載の水晶振動子であって、
配線パターンは、前記電極パッドと電気的に接続されており、平面視した際に、前記第一枠体と重なる位置に設けられていることを特徴とする水晶振動子。 - 請求項1記載の水晶振動子であって、
前記配線パターンの一部が、前記電極パッドから前記第一枠体の長辺方向に向かって延出し、露出するようにして設けられていることを特徴とする水晶振動子。 - 請求項1記載の水晶振動子であって、
前記電極パッドが、前記基板の一辺に沿って設けられており、
前記電極パッドの上面に設けられた凸部を備えていることを特徴とする水晶振動子。 - 請求項1記載の水晶振動子であって、
前記基板の一辺と向かい合う辺に沿って設けられた突起部を備えていることを特徴とする水晶振動子。
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013090176A (ja) * | 2011-10-19 | 2013-05-13 | Seiko Epson Corp | 振動デバイス及び電子機器 |
JP2013138293A (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-11 | Daishinku Corp | 圧電デバイス |
JP2016032243A (ja) * | 2014-07-30 | 2016-03-07 | セイコーエプソン株式会社 | 振動デバイス、電子機器及び移動体 |
JP2016220058A (ja) * | 2015-05-21 | 2016-12-22 | 京セラクリスタルデバイス株式会社 | 水晶振動子 |
-
2018
- 2018-01-29 JP JP2018012568A patent/JP2019134226A/ja active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013090176A (ja) * | 2011-10-19 | 2013-05-13 | Seiko Epson Corp | 振動デバイス及び電子機器 |
JP2013138293A (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-11 | Daishinku Corp | 圧電デバイス |
JP2016032243A (ja) * | 2014-07-30 | 2016-03-07 | セイコーエプソン株式会社 | 振動デバイス、電子機器及び移動体 |
JP2016220058A (ja) * | 2015-05-21 | 2016-12-22 | 京セラクリスタルデバイス株式会社 | 水晶振動子 |
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200710 |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210511 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20211109 |