JP4645393B2 - 表面実装型圧電発振器、及び電子部品ユニット - Google Patents
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Description
近年、圧電発振器の小型化を実現するために、圧電振動素子と発振回路素子とを一つの表面実装型パッケージ内に組み込んだものが開発されている。この種の圧電発振器として、セラミック回路基板の表裏両面に夫々独立したキャビティーを設け、一方のキャビティー内に圧電振動素子を収容し、他方のキャビティー内に発振回路素子としてのICチップを収容し、圧電振動素子とICチップとをボンデイングワイヤ、及びパッケージに設けた回路配線にて導通接続したタイプや、セラミック回路基板の一主面にキャビティーを設け、この一つのキャビティー内に圧電振動素子とICチップとを収納したタイプが知られている。
図10(a)及び(b)は後者のタイプに係る水晶発振器の縦断面図、及び要部斜視図を示している(特許文献1)。
この水晶発振器は、上面にキャビティー(凹陥部)101を有したセラミックパッケージ100と、キャビティー101の内底面に配置したICチップ搭載用のパッド電極102と、環状外周壁103の内側段差面上に設けた水晶振動素子搭載用のパッド電極104と、を備えており、ICチップ(発振回路素子)110を低い位置にあるパッド電極102上に搭載すると共に、水晶振動素子111を高い位置にあるパッド電極104上に搭載することにより、水晶振動素子111をICチップ110よりも上側に配置した構造となっている。キャビティー101は金属蓋105によって封止されている。
セラミックパッケージ100は、3層のセラミックシート100a、100b、100cから成り、矩形状の1層目のセラミックシート100aの上面に、中央に貫通穴を有した環状の2層目のセラミックシート100bを積層し、更に、2層目のセラミックシート100bの上面に2層目のセラミックシートより広い貫通穴を有し、且つ少なくとも外周壁面に2つの切り欠き部100c−1、100c−2を有する3層目のセラミックシートを重ねたものであり、3層目のセラミックシート100cに設けた各切り欠き部100c−1、100c−2から露出した2層目セラミックシート上面にモニタ電極パッド106を備え、3層目のセラミックシートの内壁下部から張り出した2層目のセラミックシート上面に水晶振動素子搭載用の電極パッド104を設け、モニタ電極パッド106と水晶振動素子搭載用の電極パッド104とをセラミックパッケージ内の回路配線を介して導通した構成を有し、更に、キャビティー内に露出した1層目のセラミックシート100aの上面にはICチップ搭載用のパッド電極102を備えた構成を有する。
このような構成のセラミックパッケージを使用すれば、キャビティー101内にICチップ110をフェイスダウンボンデングにて搭載した後、水晶振動素子111の励振電極と電極パッドとを導通するよう導電性接着剤により固定することにより水晶発振器を構成することができる。
更に、モニタ電極パッド106を使用すれば、水晶振動素子の電気的特性を確認することも可能である。
しかしながら、水晶発振器の小型化が進むとこれに用いられるICチップも小型化されるが、パッド電極102も小面積化されることとなり、小面積化されたパッド電極をカメラ認識装置により認識することが不可能となる。その為、特許文献1に開示されたような比較的大面積であるモニタ電極パッド106を別に設けてカメラ認識用の基準マークとして利用することになるが、パッド電極102とモニタ電極パッド106とが同一高さに存在しないので、自動搭載機のカメラ認識装置によってモニタ電極パッド106を確認した後、ICチップ搭載用領域を確認するために再度フォーカスを調整する必要が生じ、2度のフォーカス制御が必要となるために組立作業性が悪化するという問題が発生していた。
請求項2の発明は、請求項1において、前記外壁が、前記実装基板の上面に固定される第1の外壁と、前記第1の外壁の上面に固定される第2の外壁とを備え、前記搭載面が、前記第2の外壁の外側壁よりも外側に位置する前記第1の外壁上面に形成されていることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1又は2において、前記第1及び第2の外壁は、環状外周壁であることを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項1乃至3において、前記第3のパッド電極を前記外壁の外側壁に設けた切欠き部内に配置したことを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項4又は5において、前記第3のパッド電極の面積を、前記切欠き部内に露出する第1の外壁上面の面積よりも小さくしたことを特徴とする。
請求項7の発明は、請求項6において、前記第3のパッド電極を、切欠き形状部を有した形状としたことを特徴とする。
図1(a)はICチップ及び水晶振動素子(圧電振動素子)を収納可能なキャビティーを有する表面実装用パッケージの斜視図、(b)は(a)のパッケージのキャビティー内にICチップ及び水晶振動素子を搭載した状態を示すA−A’断面図である。
このパッケージ1は、平板状の絶縁基板3の底部に実装端子4を備えると共に上面にICチップ搭載用の第2のパッド電極5を備えた実装基板2と、実装基板2の上面に固定されてキャビティー(内側空所)30内に第2のパッド電極5を露出させると共に上面に水晶振動素子搭載用の第1のパッド電極12を備えた第1の環状外周壁(第1の外壁)10と、第1の環状外周壁10の上面であって第1のパッド電極12を回避した位置に固定される第2の環状外周壁(第2の外壁)20と、第2の環状外周壁20上面に固定されてキャビティー30を閉止する金属蓋(蓋)31と、を備える。
第1のパッド電極12上には導電性接着剤13によって水晶振動素子(圧電振動素子)40が接続され、第2のパッド電極5上にはICチップ45が搭載される。水晶振動素子40は、水晶基板の主面上に励振電極を形成した構成を備えている。ICチップ45は発振回路、温度補償回路等を構成する集積回路を搭載したチップ部品であり、下面に備えた電極を第2のパッド電極5に対してフリップチップ実装される。
本実施形態の特徴的な構成は、第1及び第2の環状外周壁10、20の外側壁に跨って少なくとも一つの切欠き部50が形成され、切欠き部50の下部に露出した実装基板2の上面に第1のパッド電極12と導通すると共に第2のパッド電極5と同一高さ位置となる第3のパッド電極が配置されている点にある。
第1の環状外周壁(第1の外壁)10を構成する2層目のセラミックシートS2は、1層目のセラミックシートS1上に重ねた際に第2のパッド電極5を露出させてICチップを収納可能とする為の貫通孔(キャビティー30a)と、実装基板2上の第3のパッド電極6を露出させる為に外側壁に形成した切り欠き部50aと、セラミックシートS2の上面に形成されて水晶振動素子40の励振電極と導通する為の第1のパッド電極12とを有する。
第2の環状外周壁(第2の外壁)20を構成する3層目のセラミックシートS3は、2層目のセラミックシートS2上に重ねた際に第2のパッド電極5及び第1のパッド電極12を露出させてICチップ45及び水晶振動素子40を収納可能とする為の貰通孔(キャビティー30b)と、第3のパッド電極6を露出させる為の切り欠き部50bと、必要に応じてキャビティー30を封止する為の蓋31を接合する為の金属体(シームリング等)を上面に有する。なお、3層目のシートそのものを金属体(シームリング等)としても良い。
更には、第1のパッド電極12と導通した第3のパッド電極6に加え、第2のパッド電極5と導通した第3のパッド電極6をも備えた構造であっても良い。即ち、図1(b)において、2つの第3のパッド電極6の内の一方を第1のパッド電極12と導通させる一方で、他方の第3のパッド電極6を第2のパッド電極5と導通させる。このように構成すれば、水晶振動素子40の電気的特性の測定と、ICチップ45の回路設定を変更することが同時に可能となる。
このような構成であれば、十分に広面積である第3のパッド電極6が第2のパッド電極5と同一高さ位置に存在するので、第3のパッド電極6をカメラ認識してICチップを自動搭載すべき位置を正確、且つ作業性良く割り出すことが可能となる。即ち、自動搭載機を使用してICチップをセラミックパッケージのキャビティー内に搭載する際に、基準マークとするパッド電極がICチップ搭載面と異なる高さ位置にあると、自動搭載機のカメラ認識装置によって基準マークを確認した後、ICチップ搭載用領域を確認するために再度フォーカスを調整する必要が生じ、2度のフォーカス制御が必要となるために組立作業性が悪化していたが、本発明ではこのような問題が生じることがない。
本実施形態は特に水晶振動素子40を金バンプ14にて第1のパッド電極12に接続する際に有効である。即ち、水晶振動素子40が小型化した場合に図1のように導電性接着剤13により第1のパッド電極12に水晶振動素子を固定すると、導電性接着剤の塗布量制御が困難であることと、導電性接着剤のにじみにより、不要に水晶振動素子の励振面に樹脂が広がってしまい、水晶振動素子のクリスタルインピーダンスを上げてしまう。
このようなリスクを回避するためには、水晶振動素子40を金バンプ14を用いて第1のパッド電極12に固定すればよいが、バンプを接合する第1のパッド電極12はその面積が小さいので、第1のパッド電極をカメラ認識用の基準マークとしては使用できない。そこで、基準マークとして第1のパッド電極12と同一高さ位置にありしかも大面積の第4のパッド電極6bを使用することが意味をもつこととなる。
また、第3のパッド電極6aを第2のパッド電極5と同じ高さ位置に配置すると同時に、第4のパッド電極6bを第1のパッド電極12と同じ高さ位置に配置することにより、ICチップ45を搭載する際には第2のパッド電極5と同一高さの位置にある第3のパッド電極6aをカメラ認識用の基準マークとして使用し、水晶振動素子を搭載する際には第1のパッド電極12と同一高さの位置にある第4のパッド電極6bをカメラ認識用の基準マークとして利用することが可能となり、生産性を高めることが出来る。
この実施形態のようにパッケージ1に水晶振動素子40を搭載せず、ICチップ45のみを搭載した電子部品ユニットを構成する場合には、パッケージ1のキャビティー30を気密封止する必要がないので、外壁の形状は非環状としても良い。即ち、図示のように実装基板2上面の対向し合う2つの端縁に沿って外壁(非環状外壁)60を形成することにより、1層目のセラミックシートS1上面の平面部分の割合を広く得ることができるので、小型のパッケージでありながらICチップ搭載面を広く確保することが可能であり、その結果実装基板の面積を狭くして電子部品ユニット全体の小型化を図ることができる。
各外壁60は2層目、及び3層目のセラミックシートS2、S3を積層することによって構築されており、各外壁60の外壁面に設けた縦方向に延びる切欠き部50の下部に位置する実装基板2(1層目のセラミックシートS1)の上面には第3のパッド電極6が形成されている。この第3のパッド電極6はICチップ搭載用の第2のパッド電極5と同一平面上に該第2のパッド電極5と導通した状態で配置されるので、ICチップを自動実装する際のカメラ認識のための基準マークとして面積の広い第3のパッド電極6を有効利用することが可能となる。
また、ICチップ45と実装基板2上面との間を固定する為にアンダーフィル剤を注入しても第3のパッド電極6の表面が汚染されることはない。
図3(b)の電子部品ユニット70は、図4に示した如き2階建て構造の水晶発振器(圧電発振器)に適用することができる。即ち、この水晶発振器は、図3(b)の電子部品ユニット70の上面(実装基板2の上面)に設けた接続パッド71に対して、パッケージ化された水晶振動子(圧電振動子)80の底部に設けた接続パッド83を電気的機械的に接続した構成を備えている。なお、水晶振動子80は、上面にキャビティ82を備えたパッケージ81の底面に接続パッド83を配置すると共に、キャビティー内の内部パッド84上に水晶振動素子85を搭載した構成を備えている。
第3のパッド電極6は第2のパッド電極5に導通している。
図6は、図1、図2の各実施形態に示したパッケージにおける外周壁に設けた切欠き部の形状の変形例である。
この切欠き部50は、外周壁10、20の外側面に縦方向に形成されることによって、実装基板2面に設けた第3のパッド電極6を露出させるためのものであり、切欠き部50の内壁の角部をR状に構成することにより強度を高めている。即ち、図1、図2の各実施形態のように切欠き部50の内壁角部(コーナー部)を直角、その他の角状に構成すると、コーナー部から亀裂が発生し安くなるが、このようにコーナー部を円弧状、その他の任意の曲面状に構成することにより亀裂の発生を防止できる。但し、コーナー部のみならず、切欠き部全体の内壁形状を円弧状に構成すると、円弧状の内壁の頂点がキャビティーに近接するために、局所的に環状外周壁に薄肉部分が発生し亀裂を誘発させることがあるため、コーナー部だけを円弧状や、長円、楕円の一部を構成する曲面状とすることが好ましい。
なお、図3乃至図5のように非環状の外壁60に設ける切欠き部50についても図6の切欠き部と同様に内壁のコーナー部をR状に構成することが好ましい。
つまり、切欠き部の配置箇所はどこであってもよい。
また、パッケージのコーナー部その他に設ける切欠き部50の内壁のコーナー部はR形状とすることによりその強度を高めることが好ましい。
図8は本発明の他の実施形態に係るパッケージの要部構成図であり、この実施形態に係るパッケージは、外周壁10、20(或いは、非環状外壁)に設けた切欠き部50より露出した実装基板(1層目のセラミックシート)2面の面積よりも第3のパッド電極6の面積を小さくした構成が特徴的であり、その結果、第3のパッド電極6と外周壁の外周縁と間に実装基板2の地肌2aが露出した状態となっている。
これは、実装基板2の露出面積と第3のパッド電極の面積とを同一面積とした場合(露出面全面に第3のパッド電極を展開した場合)、パッケージの組み立て精度によっては2層目、3層目のセラミックシートの搭載位置にずれが生じ、これにより第3のパッド電極の露出形状にばらつきが生じてしまうのを防止するためである。
Claims (7)
- 平板状の絶縁基板の底部に実装端子を備えると共に上面にICチップ搭載用の第2のパッド電極を備えた実装基板と、前記第2のパッド電極が露出した状態で該実装基板上面に固定されてキャビティーを形成するための外壁と、前記キャビティー内に形成された圧電振動素子搭載用の第1のパッド電極と、前記外壁上に固定されて前記キャビティーを閉止する蓋と、を備え、
前記第1のパッド電極上に搭載される圧電振動素子と、前記第2のパッド電極上に搭載されるICチップと、を備えた表面実装型圧電発振器において、
前記外壁の外側面の少なくとも一部には、前記第1のパッド電極と高さ位置が同一で該第1のパッド電極と導通した第3のパッド電極を搭載する搭載面が形成され、
前記第3のパッド電極は少なくとも一つのコーナーを有し、該コーナーは前記搭載面から立ち上がる前記外壁の外側面から離間していることを特徴とする表面実装型圧電発振器。 - 前記外壁が、前記実装基板の上面に固定される第1の外壁と、前記第1の外壁の上面に固定される第2の外壁とを備え、前記搭載面が、前記第2の外壁の外側壁よりも外側に位置する前記第1の外壁上面に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の表面実装型圧電発振器。
- 前記第1及び第2の外壁は、環状外周壁であることを特徴とする請求項2に記載の表面実装型圧電発振器。
- 前記第3のパッド電極を前記外壁の外側壁に設けた切欠き部内に配置したことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の表面実装型圧電発振器。
- 前記切欠き部の内壁のコーナー部をR形状としたことを特徴とする請求項4に記載の表面実装型圧電発振器。
- 前記第3のパッド電極の面積を、前記切欠き部内に露出する第1の外壁上面の面積よりも小さくしたことを特徴とする請求項4又は5に記載の表面実装型圧電発振器。
- 前記第3のパッド電極を、切欠き形状部を有した形状としたことを特徴とする請求項6に記載の表面実装型圧電発振器。
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