JP3825285B2

JP3825285B2 - 電子部品

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Publication number: JP3825285B2
Application number: JP2001213927A
Authority: JP
Inventors: 英文畠中; 浩之三浦; 博志立岡
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2001-07-13
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2021-07-13
Also published as: JP2003031758A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は実装基板上に複数の電子部品素子を搭載し、その電子部品素子を蓋体で覆って構成した電子部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、実装基板上に複数の電子部品素子を搭載し、その電子部品素子の搭載空間を金属製の蓋体（以下、カバーケースともいう）で覆った電子部品としては、例えば、水晶発振器、温度補償型水晶発振器などが知られている。
【０００３】
例えば、図８に示すように、上述の温度補償型水晶発振器７０は、セラミックやガラスエポキシなどの実装基板７１上に実装された電子部品素子、例えば、振動部を構成する水晶振動子３０、温度補償回路部を構成する温度感応素子３３、発振回路を構成するトランジスタ３１および周波数調整回路部を構成するコンデンサ３２等が搭載され、これらの電子部品素子が金属製のカバーケース７２に覆われている。
【０００４】
カバーケース７２は、半田接合が可能な金属材料から成り、底面が開口した筐体状に形成されている。そして、カバーケース７２は水晶振動子３０やトランジスタ３１の上面とカバーケース７２の天井面との間に隙間７５を形成した状態でカバーケース７２の底面開口近傍の一部が実装基板７１の電極パターン７３と半田７４を介して接合されていた。
【０００５】
また、他の従来技術としては、特開平１１−７４４５５、特開２０００−１５１３３５等に記載されており、図９のように温度補償型水晶発振器７０ａが、図８に示す温度補償型水晶発振器７０と同様、セラミックやガラスエポキシなどの実装基板７１上に、電子部品素子である振動部を構成する水晶振動子３０、温度補償回路部を構成する温度感応素子３３、発振回路を構成するトランジスタ３１および周波数調整回路部を構成するコンデンサ３２等を搭載し、これらの電子部品素子を金属製のカバーケース７２で覆っている。そしてカバーケース７２と実装基板７１上に搭載されている水晶振動子３０の金属製容器３４の一部とを溶融接合により接合していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示す従来の技術例においては、カバーケース７２が半田７４を介して実装基板７１に接合するために、実装基板７１の側面や表面周囲に電極パターン７３を形成しなくてはならず、実装基板上に形成する配線パターンの引き回しに制約が発生してしまい設計上の自由度がなくなってしまうという問題点があった。
【０００７】
また、従来からカバーケース７２は導電性を有する金属で形成されているため、実装基板７１上に搭載された水晶振動子３０とトランジスタ３１は本来導通するべきものでなく、それら同士のショートを防止するため、水晶振動子３０やトランジスタ３１の上面とカバーケース７２の天井面との間に隙間７５を設ける必要があり、小型化の要求に充分に応えることのできない構造であった。
【０００８】
一方、図９に示す他の従来技術においては、カバーケース７２と実装基板７１に搭載されている水晶振動子３０の金属製容器３４の一部とを溶融接合により接合しているため、溶融接合する電子部品素子２の金属製容器と同じ実装高さの電子部品素子の露出電極がある場合、電子部品素子同士が互いにショートしてしまう恐れがあった。このため、電子部品素子の選定・配置の制約が生じ設計上の障害となっていた。
【０００９】
本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、小型で信頼性に優れ、かつ設計上自由度が得られるとともに、カバーケースの接合工程が非常に簡略化される電子部品を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、金属蓋体を備えた水晶振動子を含む複数の電子部品素子を実装基板に搭載するとともに、前記複数の電子部品素子を覆うようにカバーケースを配置してなる電子部品において、前記カバーケースは導電部及び該導電部の外周端面から平面方向に伸びる樹脂本体から構成されており、前記金属蓋体上に前記導電部が、前記水晶振動子以外の電子部品素子上に前記樹脂本体がそれぞれ位置するようにして前記カバーケースを配置するとともに、前記金属蓋体と前記導電部とを接合したことを特徴とする電子部品を提供する。
【作用】
本発明の構成によれば、樹脂本体と導電部とが形成されたカバーケースを実装基板上に搭載される電子部品素子を覆うように金属蓋体と導電部とを接合している。即ち、水晶振動子の金属蓋体はカバーケースの導電部と接合されている。従って、実装基板上に搭載した他の電子部品素子はカバーケースの樹脂本体と対向するようになるために、全体が金属製のカバーケースを用いた場合に比べて実装基板に搭載された金属蓋体を有する水晶振動子と他の電子部品素子同士（例えば、水晶発振器の蓋体とトランジスタの外部電極）がカバーケースによってショートすることがなく、これにより、カバーケース内周面と電子部品素子上面の間に隙間を設ける必要がなくなるものである。
【００１１】
また、接合する導電部以外の部分は樹脂本体で形成している。従って、軽量化が可能となるとともに、カバーケースの形状は接合される水晶振動子以外で実装基板に搭載する他の電子部品素子の形状、高さ等に応じて自由に形成することができるので電子部品の容積を極小化することができるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電子部品を図面に基づいて詳説する。
【００１３】
図１は、本発明の電子部品の外観斜視図であり、図２は図１に示す電子部品の内部状態を示す概略断面図である。
【００１４】
ここで、本発明の電子部品とは、１つの実装基板に、コンデンサ、抵抗、トランジスタ、ＩＣ素子、水晶振動子、ＳＡＷフィルタなどの電子部品素子を搭載して、所定動作を行わせる部品（モジュール）を言う。なお、以下の説明では、電子部品として温度補償型水晶発振器を例にして説明する。
【００１５】
図１、図２において、１０は温度補償型水晶発振器であり、１は実装基板、２は水晶振動子、３はトランジスタ、４は蓋体となるカバーケース、５は温度感応素子、６はコンデンサである。
【００１６】
実装基板１は、セラミック基板、ガラスエポキシ基板などの基板１１と、少なくとも基板１１の底面や側面に形成され所定回路を構成する配線パターン１２と、基板１１の底面や側面に形成され配線パターン１２に接続された端子電極１３とから構成されている。
【００１７】
また、実装基板１上には、振動部を構成する水晶振動子２、温度補償回路部を構成する温度感応素子５、発振回路部を構成するトランジスタ３、周波数調整回路部を構成するコンデンサ６が搭載されている。水晶振動子２は金属製気密容器や金属製蓋体を有する気密容器に水晶振動片を収容しており、金属製気密容器や金属製蓋体はそれ自体露出した電極となっている。また、温度感応素子５、トランジスタ３，コンデンサ６も電極が露出した構造となっている。
【００１８】
ここで、水晶振動子２について説明すると、水晶振動子２は図３に示すように、セラミック層が積層された筐体状容器２１と水晶振動片２２、Ｆｅ−Ｎｉ合金（コバール）などの金属蓋体２３とから形成されている。また、筐体状容器２１の上面には金属蓋体２３をシーム溶接するための溶接金属リング２５が配置されている。即ち、筐体状容器２１に水晶振動片を配置し、導電ペースト等によって固定、導通を図ったのち、金属蓋体２３のシーム溶接を行うことで、水晶振動片２２が気密的に封止された容器となる。なお、筐体状容器２１の底面には、実装基板１の配線パターン１２と半田接合される出力電極２４が形成されている。
【００１９】
カバーケース４は、少なくとも電子部品素子２，３の搭載空間を覆うような形状、例えば外周が屈曲して底面側から開口する筐体状となっている。カバーケース４は樹脂本体４１と金属部４３とからなり、樹脂本体４１の略中央に金属部４３を一体的に形成している。
【００２０】
樹脂本体４１においては、例えば液晶ポリマー等の耐熱性樹脂で一体成型で形成される。樹脂本体４１は電子部品素子２，３，５，６の形状、即ち高さ、幅等に応じて所望の形に成型することができ、電子部品の容積を極小化することができるものである。なお、樹脂本体４１に金属部４３を一体成型で形成することにより、軽量の電子部品を達成することができる。
【００２１】
カバーケース４の金属部４３は、例えばＳＵＳ３０４等で形成され、その厚みが８０μｍ程度となっている。この金属部４３の８０μｍという厚みは、熱容量を小さくし、水晶振動子２との溶融接合時において、レーザーなどのエネルギービームを照射したとき、瞬時に構成材料、例えばＳＵＳ３０４が溶融する約１２５０℃〜１３００℃にまで昇温できるようにするために望ましい厚みである。また、金属部分としては、熱伝導率が１．０×１０^-3Ｊ／ｃｍ・Ｓ・Ｋ以下の比較的低い熱伝導率のものが望ましく、Ｆｅ、Ｎｉ系の合金が望ましい。
【００２２】
そして、金属部４３は水晶振動子２の金属蓋体２３に当接して配設され、後述のように金属部４３と金属蓋体２３とが溶融接合されることになる。なお、前記金属部４３は、その表面がカーボン（Ｃ）などの黒色顔料を有するメッキ層でＮｉメッキされ、表面のみが黒色化されている。この表面の黒色化は、溶融接合時の際に前記金属部４３上面にレーザーなどのエネルギービームを照射した時、金属部４３の表面での光の反射を抑制し、エネルギービームを効率良く吸収し、エネルギービームのパワーの省力化を達成するためである。例えば、銀白色の金属表面の場合には、エネルギービームのランプに１３Ａの電流を流さなければならないところ、黒色系の金属表面の場合には、１１Ａの電流で溶融接合が達成できる。
【００２３】
なお、カバーケース４の金属部４３と水晶振動子２の金属蓋体２３とをレーザーにより溶融接合したが、これに限定されず、半田接合、樹脂による接合等でも構わず本発明の同様の作用効果が得られる。
【００２４】
また、金属部４３はアースに接続しても良い。これによって金属蓋体２３もアースに接続されるため、水晶振動子２に対してシールド効果を有するものである。
【００２５】
次に、上述の実装基板１，水晶振動子２、トランジスタ３、温度感応素子５、コンデンサ６、蓋体となるカバーケース４を用いた温度補償型水晶発振器の組立方法及びカバーケースの接合構造を説明する。
まず、公知の厚膜回路基板の製法で作成された実装基板１に、水晶振動子２、トランジスタ３、温度感応素子５、コンデンサ６、が搭載される配線パターン上にクリーム半田を塗布する。次に、クリーム半田が塗布された部分に水晶振動子２、トランジスタ３、温度感応素子５、コンデンサ６を搭載しリフロー加熱等により接合する。なお、ここで水晶振動子２は実装基板１の中央部付近に配置することが望ましい。
【００２６】
次に、水晶振動子２、トランジスタ３、温度感応素子５、コンデンサ６、を被覆するように、筐体状カバーケース４を載置する。この状態で筐体状カバーケース４の金属部４３が水晶振動子２の上面に載置された状態で保持されることになる。次に、筐体状カバーケース４の金属部４３の複数箇所にＹＡＧレーザーなどのエネルギービームをスポット的に照射して、筐体状カバーケース４の金属部４３と水晶振動子２の金属蓋体２３とを溶融接合する。この溶融接合した部分をＸで示す。これは、カバーケース４の金属部４３にエネルギービームをスポット的に照射することにより、前記金属部４３が局所的に昇温し、例えばＳＵＳ３０４の溶融温度である約１２５０℃以上になると、金属部４３が溶融しその結果、水晶振動子２の金属蓋体２３とを溶融接合することになる。これにより、カバーケース４は接合用電子部品素子２の上面に強固の溶融接合して、実装基板１に搭載された水晶振動子２、トランジスタ３、温度感応素子５、コンデンサ６を覆うことができる。なお、接合工程を上述のようにＹＡＧレーザーなどで溶融接合する場合には、カバーケース４と実装基板１の接合に半田付け、導電性接着剤を熱硬化させることによる接着等の熱処理工程を省略することができ、接合工程が非常に簡略化されて電子部品素子の信頼性性能の劣化がなくなる。
【００２７】
上述のように、カバーケース４の金属部４３と水晶振動子２の金属蓋体２３で接合される溶接接合部Ｘを除き樹脂等の絶縁性物質で形成されているカバーケース４の金属部４３と水晶振動子２の金属蓋体２３とを溶融接合により接合している。従って、従来のように実装基板１の側面や表面周囲に実装基板１と蓋体であるカバーケース４とを半田付けするために電極パターン７３（図８）を形成する必要がなく、実装基板１に形成する配線パターンの形成領域が大きくなり設計の自由度が向上する。
【００２８】
また、実装基板１に搭載された水晶振動子２の金属蓋体２３とカバーケース４の金属部４３とを溶融接合するだけで実装基板１とカバーケース４とが接合されるため、接合工程が非常に簡略化されると共に、カバーケース４と実装基板１の接合に半田付け、導電性接着剤等の熱処理工程を省略することができ、電子部品素子の信頼性性能の劣化がなくなる。
【００２９】
さらに、実装基板１に搭載された水晶振動子２の金属蓋体２３とカバーケース４の金属部４３とが溶融接合される領域以外のカバーケース４の領域は絶縁性である樹脂本体４１で形成されており、複数の電子部品素子２，３，５，６のうち、第１の導電部を形成しない電子部品素子３，５，６の上面と蓋体４の樹脂本体４１とが対向するよう配設したために、全体が金属製のカバーケースを用いた場合に比べて実装基板１に搭載された電子部品素子同士（例えば、トランジスタ３の外部電極と水晶振動子２の金属蓋体２３）がカバーケース４によってショートすることがなく、これにより、カバーケース４内周面と電子部品素子上面の間に隙間を設ける必要がなくなるものである。その結果、電子部品素子全体の小型化が達成できる。
【００３０】
以上の点から、カバーケース４の接合工程が非常に簡略化され、かつ小型で信頼性に優れ、かつ設計上自由度のある電子部品となっている。
【００３１】
上述の構造では、カバーケース４の接合金属面は実質的に平面状態であり、この平面部分で接合用電子部品素子２の金属蓋体２３と溶融接合している。これに対し図４に示すように、カバーケース４の所定表面、即ち接合用電子部品素子２の上面と接触している金属部４３の領域内の複数箇所に貫通孔４４を形成し、この貫通孔から目視できる水晶振動子２の金属蓋体２３と金属部４３の貫通孔周囲との接触部分に、レーザーなどのエネルギービームをスポット的に照射して、溶融接合しても構わない。このような構造であれば、レーザーなどのエネルギービームを照射すべき位置が簡単にかつ確実に見いだすことができ、しかも溶融接合部分Ｘを目視で確認することができるとともに、レーザーのエネルギー強度を低下させることができる。
【００３２】
また、図５に示すようにカバーケース４の所定表面、即ち接合用電子部品素子２の上面と接触している領域内の複数箇所に、例えば直径２０〜１００μｍ程度、深さ２０μｍ以上の窪み部４５を形成し、この窪み部４５の底面にレーザーなどのエネルギービームをスポット的に照射して接合しても構わない。
【００３３】
その理由を以下に説明する。即ち、レーザーなどのエネルギービームの照射は、複数の箇所に同時に照射して溶融接合することが望ましいが、設備などの制約から複数の箇所を順次に照射して溶融接合しなくてはならない。この場合、最初の箇所の溶融接合時、加えられた熱によってカバーケース４の金属部４３に２０μｍ程度でうねりが生じてしまうことがある。このため、２回目以降の溶融接合部分において、カバーケース４の金属面４３と水晶振動子２の金属蓋体２３とが接触しなくなる場合が生じる。また、カバーケース４の金属部４３の加工精度によっても、金属部４３と水晶振動子２の金属蓋体２３とが接触していない場合もある。このような場合、カバーケース４の金属部４３に２０μｍ以上の窪み部４５を形成しているために、カバーケース４の金属部４３と水晶振動子２の金属蓋体２３とを安定して接触させておくことができ、溶融接合の信頼性が向上する。
【００３４】
また、図６に示すようにカバーケース４の所定表面、即ち、水晶振動子２の上面と接触している領域内に形成する窪み部４６を広くして、この領域内に複数の接合部分Ｘを形成しても構わない。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、カバーケースと電子部品素子とを溶融接合するため、実装基板の側面や表面周囲に半田付けするための電極パターンを形成する必要がなく、実装基板に形成する配線パターンの形成領域が大きくなり、設計の自由度が向上する。
【００３７】
また、接合工程を溶融接合する場合には、カバーケースと実装基板の接合の際に行う熱処理工程、即ち、半田付けしたり、導電性接着剤の熱硬化させて接着する等を省略することができ、接合工程が非常に簡略化されて電子部品素子の信頼性性能の劣化がなくなる。
【００３８】
さらに、溶融接合される領域以外のカバーケースの領域は絶縁部で形成されているため、金属製のカバーケースを用いた場合に比べて実装基板に搭載された電子部品素子同士がカバーケースによってショートすることがなく、これにより、カバーケース内周面と電子部品素子上面の間に隙間を設ける必要がなくなり、その結果、電子部品素子全体の小型化が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子部品である温度補償型水晶発振器の外観斜視図である。
【図２】本発明の電子部品である温度補償型水晶発振器の中央断面図である。
【図３】本発明の電子部品である温度補償型水晶発振器の構造を示す中央断面図である。
【図４】本発明の電子部品に用いられるカバーケースの他の例であって、カバーケースと水晶振動子との接合構造を示す部分断面図である。
【図５】本発明の電子部品に用いられるカバーケースの他の例であって、カバーケースと水晶振動子との接合構造を示す部分断面図である。
【図６】本発明の電子部品に用いられるカバーケースの他の例であって、カバーケースと水晶振動子との接合構造を示す断面図である。
【図７】カバーケースの参考図である。
【図８】従来の電子部品である温度補償型水晶発振器の断面図である。
【図９】従来の電子部品である温度補償型水晶発振器の他の例の断面図である。
【符号の説明】
１・・実装基板
２・・水晶振動子
２１・・容器
２２・・水晶振動片
２３・・金属蓋体（第１の導電部）
２４・・出力電極
２５・・シームリング
３・・トランジスタ
５・・熱感応素子
６・・コンデンサ
４・・カバーケース
４１、４２・・樹脂部
４３・・金属部（第２の導電部）
４４・・貫通孔
４５、４６・・窪み部
５０・・絶縁性物質
７０・・電子部品
７１・・実装基板
７２・・カバーケース
７３・・電極パターン
７４・・半田
７５・・隙間

Claims

金属蓋体を備えた水晶振動子を含む複数の電子部品素子を実装基板に搭載するとともに、前記複数の電子部品素子を覆うようにカバーケースを配置してなる電子部品において、
前記カバーケースは導電部及び該導電部の外周端面から平面方向に伸びる樹脂本体から構成されており、前記金属蓋体上に前記導電部が、前記水晶振動子以外の電子部品素子上に前記樹脂本体がそれぞれ位置するようにして前記カバーケースを配置するとともに、前記金属蓋体と前記導電部とを接合したことを特徴とする電子部品。