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発明の名称 表面実装型圧電発振器用パッケージ、及び表面実装型圧電発振器
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−43341(P2007−43341A)
公開日 平成19年2月15日(2007.2.15)
出願番号 特願2005−223467(P2005−223467)
出願日 平成17年8月1日(2005.8.1)
代理人 【識別番号】100085660
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 均
発明者 高橋 正美 / 近野 仁志 / 長谷川 伸
要約 課題
上面側凹所内の内部パッドに圧電振動素子を搭載して気密的に収納すると共に、下面側凹所内に電子部品を搭載した縦断面形状がH型の絶縁容器を備えた表面実装型圧電発振器用パッケージにおいて、パッケージが超小型化した場合においても絶縁容器底面の実装電極をプリント基板上に半田接続するための半田量を十分に確保して接続安定性を高めることができるものを提供する。

解決手段
上面と下面に夫々凹所2,3を有した縦断面形状が略H型の絶縁容器1と、該絶縁容器の矩形環状の底面4に配置した少なくとも4つの実装端子5と、を備えた表面実装型圧電発振器用パッケージにおいて、実装端子には、絶縁容器の縦凹所30下部と外側端部において連通し、且つ外側へ向かう程幅wが漸増するテーパー溝40が形成され、テーパー溝の深さdは、外側へ向かうに連れて漸増するように構成されている。
特許請求の範囲
【請求項1】
上面と下面に夫々凹所を有した縦断面形状が略H型の絶縁容器と、該絶縁容器の矩形環状の底面に配置した少なくとも4つの実装端子と、前記絶縁容器の側面に設けた縦凹所内に形成した側面電極と、前記各実装端子と圧電振動素子の各励振電極を電気的に接続するために上面側凹所内に設けた2つの上面側内部パッドと、発振回路を構成する電子部品を搭載するために下面側凹所の天井面に配置された下面側内部パッドと、前記各実装端子と上面側内部パッドと下面側内部パッドとの間を導通する導体と、を備えた表面実装型圧電発振器用パッケージにおいて、
前記実装端子には、前記絶縁容器の縦凹所下部と外側端部において連通し、且つ外側へ向かう程幅が漸増するテーパー溝が形成され、
前記テーパー溝の深さは、外側へ向かうに連れて漸増するように構成されていることを特徴とする表面実装型圧電発振器用パッケージ。
【請求項2】
請求項1に記載のパッケージを用いて構成した表面実装型圧電発振器であって、前記上面側内部パッドに圧電振動素子の各励振電極を電気的に接続した状態で上面側凹所が金属リッドにて気密封止されており、前記下面側凹所内部パッドには発振回路を構成する電子部品が搭載されていることを特徴とする表面実装型圧電発振器。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、H型の縦断面形状を備えた超小型の発振器用パッケージの改良に関し、縦横寸法が3mm足らずの超小型であるために生じる表面実装に際しての種々の不具合を解消することができる表面実装型圧電発振器用パッケージ、及び表面実装型圧電発振器に関する。
【背景技術】
【0002】
移動体通信市場においては、各種電装部品の実装性、保守・取扱性、装置間での部品の共通性等を考慮して、各機能毎に部品群のモジュール化を推進するメーカーが増えている。また、モジュール化に伴って、小型化、低コスト化も強く求められている。
特に、基準発振回路、PLL回路、及びシンセサイザー回路等、機能及びハード構成が確立し、且つ高安定性、高性能化が要求される回路部品に関してモジュール化への傾向が強まっている。更に、これらの部品群をモジュールとしてパッケージ化することによりシールド構造が確立しやすくなるという利点がある。
複数の関連部品をモジュール化、パッケージ化することにより構築される表面実装用の電子部品としては、例えば圧電振動子、圧電発振器、SAWデバイス等を例示することができるが、これらの機能を高く維持しつつ、更なる小型化を図るために、例えは図3に示した如き二階建て構造のモジュールが採用されている。
【0003】
即ち、図3は二階建て構造型(H型)モジュールとしての表面実装型圧電デバイス(水晶発振器)の従来構成を示す縦断面略図であり、この圧電デバイスは、上面と下面に夫々凹所102、103を有した縦断面形状が略H型の絶縁容器101と、絶縁容器の矩形環状の底面に配置した少なくとも4つの実装端子105と、各実装端子105と圧電振動素子110の各励振電極とを電気的に接続するために上面側凹所102内に設けた2つの上面側内部パッド102aと、発振回路、温度補償回路等を構成する電子部品115を搭載するために下面側凹所103の天井面に配置された下面側内部パッド103aと、各実装端子105と上面側内部パッド102aと下面側内部パッド103aとの間を導通する導体106と、を備えている。
この圧電デバイスをプリント基板上に実装する際には、絶縁容器101の底面に設けた実装端子105を用いた半田付けが行われる(例えば、特許文献1)。
縦横寸法が夫々3mm以下の上記圧電発振器にあっては、下面側凹所103の外壁が薄くなるために該外壁にクラックが発生したり、或いは圧電発振器をプリント基板の配線パターン上に半田により実装した際に半田の一部がスプラッシュ状に下面側凹所103内に入り込み、硬化することによって半田ボールとなり、電子部品の電極間を短絡させたり、実装電極とプリント基板上の配線パターン間を短絡させる原因となっていた。
このような不具合に対処するために、電子部品を収容した下面側凹所内にアンダーフィル剤を充填させて半田が入り込む余地をなくすることも行われているが、僅かでもアンダーフィルの量が多くなると、その樹脂の一部が実装端子に付着するブリード現象が発生し、実装端子に対する半田付着面積が減少してプリント基板上に実装した際の接続安定性が低下するという問題が起きる。
また、アンダーフィル剤の量が過少な場合には、下面側凹所内のアンダーフィル剤下面にスプラッシュによって付着した半田ボールが固着してプリント基板上の配線パターンを短絡させる原因となる。
このような半田ボールに起因した短絡発生による不具合は、圧電デバイスの小型化が進行して実装電極の小面積化、実装電極間距離の短縮化が進むにつれて更に深刻化する。
【0004】
このような実装時に使用する半田による不具合は、リフローに際してプリント基板の配線パターン上に塗布するクリーム半田量を厳格にコントロールすることにより解決できる筈であるが、近年の圧電発振器の小型化は実装端子、配線パターンの小面積化をもたらしているために、微小面積化した各実装端子に見合った必要最少量の半田を正確に最適量ずつ塗布することは極めて困難である。
即ち、クリーム半田をプリント基板上の配線パターン上に塗布する際には、メタルスクリーンを用いて印刷するのが一般的であり、この方法は現状では半田量を最も正確にコントロールできる方法である。しかし、微小面積化した実装端子に見合った微少量のクリーム半田を塗布するための微小な開口面積の印刷用孔を備えたメタルスクリーンにあっては、プリント基板の配線パターン上に塗布したクリーム半田が表面張力の影響によって孔側に付着し易くなり、孔側に付着した分だけ配線パターン側へのクリーム半田の付着量が減少する。配線パターン上のクリーム半田量が不十分となる結果、必然的に実装端子をリフロー接続した際の固定力が低下し、プリント基板上における圧電発振器の電気的、機械的固定力が不安定となる。
【0005】
これに対して、特許文献2には、表面実装容器底面に設けた実装電極の一部に略立方体状の窪みを形成し、この窪み内に半田を保持できるように構成することによって、小型化した実装端子に対して十分な量の半田を塗布してプリント基板上に対する発振器の固定強度を高め、余剰半田による半田ボール形成の問題を解消できるようにした表面実装容器が開示されている。
しかしながら、この従来例に係る実装電極構造にあっては、立方体状の窪みを形成するための角部が存在しているため、当該角部からクラックが発生し実装容器の破損をもたらすという問題がある。特に、縦断面形状がH型の実装容器の場合には、矩形環状の底面に実装電極を形成することとなるため、この狭い底面に窪みを備えた実装電極を形成するとなると、電子部品を搭載するための底面側凹所の外壁の肉厚が薄くなり、機械的応力に対して十分な強度を得ることが困難となる。従って、立方体状の窪みの角部から壁厚が薄い底面側凹所外壁へとクラックが発生し易くなる。
【特許文献1】特開2000−278047公報
【特許文献2】特開2001−94378公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、上面側凹所内の内部パッドに圧電振動素子を搭載して気密的に収納すると共に、下面側凹所内に電子部品を搭載した縦断面形状がH型の絶縁容器を備えた表面実装型圧電発振器用パッケージにおいて、パッケージが超小型化した場合においても絶縁容器底面の実装電極をプリント基板上に半田接続するための半田量を十分に確保して接続安定性を高めることができるものを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、上面と下面に夫々凹所を有した縦断面形状が略H型の絶縁容器と、該絶縁容器の矩形環状の底面に配置した少なくとも4つの実装端子と、前記絶縁容器の側面に設けた縦凹所内に形成した側面電極と、前記各実装端子と圧電振動素子の各励振電極を電気的に接続するために上面側凹所内に設けた2つの上面側内部パッドと、発振回路を構成する電子部品を搭載するために下面側凹所の天井面に配置された下面側内部パッドと、前記各実装端子と上面側内部パッドと下面側内部パッドとの間を導通する導体と、を備えた表面実装型圧電発振器用パッケージにおいて、前記実装端子には、前記絶縁容器の縦凹所下部と外側端部において連通し、且つ外側へ向かう程幅が漸増するテーパー溝が形成され、前記テーパー溝の深さは、外側へ向かうに連れて漸増するように構成されていることを特徴とする。
請求項2の発明に係る表面実装型圧電発振器は、請求項1に記載のパッケージを用いて構成した表面実装型圧電発振器であって、前記上面側内部パッドに圧電振動素子の各励振電極を電気的に接続した状態で上面側凹所が金属リッドにて気密封止されており、前記下面側凹所内部パッドには発振回路を構成する電子部品が搭載されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、半田はテーパー溝内に充填された状態で、更に縦凹所内の側面電極にフィレット状に付着する半田と不可分の状態で固化しているので、接合に供される半田量が増大し、接合安定性を高めることができる。
また、圧電発振器をプリント基板上に載置してリフローを実施する際に、溶けた半田の流れる方向がテーパー溝に沿った外側方向となり、IC部品側へ流れる半田量を大幅に低減することができる。従って、下面側凹所2内での半田ボールの発生を防止できる。
また、実装端子面積が狭小化しても、テーパー溝内に保持する半田量を十分に確保できるので、使用する半田量を増量させることができる。
また、テーパー溝を設けた場合には実装端子の面積内、或いはその直近に角部が存在しくなるために絶縁容器側にクラックが形成される余地が無くなる。また、外側へ向かうほど幅wと深さdが漸増するテーパー溝とすることにより、絶縁容器底部の機械的強度の低下をも防止できることとなる。
また、テーパー溝を形成するのは、環状底面であるため、下面側凹所を包囲する外壁の肉厚が薄くなってクラックが発生し易くなる事態を防止できる。
また、側面電極に沿って形成される半田のフィレットパターンは、容器の小型化に伴って小さくなり、接合強度の低下をもたらすが、テーパー溝の深さを側面電極に向けて深くしたことにより、フィレットの形状面積、及び体積を大きくすることができ、接合強度が向上することとなる。
また、半田が固化した後の最終形状としては、テーパー溝内に充填された半田が固化することにより、テーパー溝内の厚肉の半田部分が補強用の支柱の機能を果たすことができ、底面が平坦な通常の絶縁容器と同等の、或いはそれ以上の機械的強度を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、本発明を図面に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図1(a)乃至(d)は本発明の一実施形態に係るパッケージ構造を備えた表面実装型圧電発振器の一例としての水晶発振器の外観斜視図、底部斜視図、A−A断面図、B−B断面図であり、図2はこの水晶発振器をプリント基板上に半田接続した状態の要部を示す断面図である。
この水晶発振器は、上面と下面に夫々凹所2、3を備えると共に環状の底面4に駆動電源用実装端子(Vcc端子)、制御電圧印加用実装端子(Vcon端子)、信号出力用実装端子(Out端子)、接地用実装端子(Gnd端子)の4つの実装端子5を備えた縦断面形状が略H型の絶縁容器1と、上面側凹所2内に設けた2つの上面側内部パッド11に水晶振動素子(圧電振動素子)12上の2つの励振電極を夫々電気的に接続した状態で該上面側凹所2を気密封止する金属リッド15と、下面側凹所3の天井面3aに配置され各上面側内部パッド11、及び各実装端子5と導通した下面側内部パッド6と、下面側内部パッド6に実装される発振回路を構成するIC部品(電子部品)20と、を備える。また、必要に応じて下面側凹所3内にはアンダーフィルとしての樹脂を充填してIC部品20を被覆する。
更に絶縁容器1の4つの角隅部には夫々縦凹所30と、縦凹所30内に形成された側面電極31と、を備えている。側面電極31の下部は、各実装電極5と導通している。
絶縁容器1、下面側内部パッド6、上面側内部パッド11、金属リッド15は、表面実装型圧電発振器用パッケージを構成している。
上面側凹所2を備えた絶縁容器1の上部と、上面側内部パッド11と、水晶振動素子12と、金属リッド15は、水晶振動子(圧電振動子)を構成している。即ち、水晶振動子はセラミック等の絶縁材料からなる絶縁容器1の上面側凹所2内の内部電極11上に水晶振動素子12を導電性接着剤(導電性ペースト)を用いて電気的・機械的に接続し、絶縁容器1の外璧上面の導体リングに金属リッド15を溶接等によって電気的・機械的に接続して凹所2内を気密封止したものである。
【0010】
本発明のパッケージは、上面と下面に夫々凹所2、3を有した縦断面形状が略H型の絶縁容器1と、絶縁容器1の矩形環状の底面に配置した少なくとも4つの実装端子5と、絶縁容器1の側面に設けた縦凹所30内に形成した側面電極31と、各実装端子5と圧電振動素子12の各励振電極を電気的に接続するために上面側凹所2内に設けた2つの上面側内部パッド11と、発振回路を構成するIC部品20を搭載するために下面側凹所3の天井面3aに配置された下面側内部パッド6と、各実装端子と上面側内部パッドと下面側内部パッドとの間を導通する導体と、を備えた表面実装型圧電発振器用パッケージであり、その特徴的な構成は実装端子5の面内に、絶縁容器1の縦凹所30下部と外側端部において連通し、且つ外側へ向かう程幅wが漸増するテーパー溝40を形成し、テーパー溝40の深さが、外側へ向かうに連れて漸増するように構成されている点にある。
絶縁容器1は、予め夫々所要の形状に成形された複数枚のシート状のセラミック(グリーンシート)を積層して焼成することによって製造されるが、予め積層体の各パッド、実装電極、側面電極等に相当する部分に導体を配置した状態で焼成することによって完成する。テーパー溝40を形成する場合には、予め最下部のグリーンシート底面の角隅部を対角線に沿って溝状に凹ませる。
図1(c)に示すようにテーパー溝40は絶縁容器1の環状底面4の各角隅部に相当する部分に対角線に沿って形成されており、外側(対角方向外側)へ向かうほどその幅wが漸増するように構成されている。一方、テーパー溝40は、環状底面の内側端縁から距離Lの位置から開始しており、距離Lの範囲よりも外側において縦凹所30に向かってテーパー状に深くなるように構成されている。距離Lの範囲の実装電極面を平坦にしたのは、プリント基板上における設置安定性を考慮したものである。環状底面4に設けた実装端子5のうちの角隅部に相当する箇所にテーパー溝40を形成した理由は、この部分の面積が最も広いので付着する半田量を最も多く確保できるからである。更に、テーパー溝40の形状を、外側へ向かうほど幅wが広くなると共に深さdが漸増する構成とすることにより、更に接合に使用できる半田量を増やすことが可能となる。更に、縦凹所30内の側面電極31とテーパー溝を連通することにより接合に使用できる半田量を更に増量させている。
このような実装電極構造を備えたパッケージをプリント基板50の配線パターン51に半田接続すると、図2に示すように半田60はテーパー溝40内に充填された状態で、更に縦凹所30内の側面電極31にフィレット状に付着する半田と不可分の状態で固化しているので、接合に供される半田量が増大し、接合安定性を高めることができる。
【0011】
以上の構成において、プリント基板50上の配線パターン51上に必要十分な量のクリーム半田をメタルスクリーンを用いて塗布した状態で、各実装端子が各クリーム半田上に載置されるように圧電発振器を載置した上でリフローを実施する際に、溶けた半田は実装端子5を構成する金属部分に濡れやすくなるため、溶融半田の流れる方向がテーパー溝に沿った外側方向となり、IC部品側へ流れる半田量を大幅に低減することができる。従って、下面側凹所2内での半田ボールの発生を防止できる。更に、メタルスクリーンの個々の孔の開口面積を、配線パターン51上に必要十分な量の半田が塗布されるように大きく設定しておいたとしても、大半の余剰半田はテーパー溝内に収容されるため、スプラッシュ等によって下面側凹所2内に入り込む余剰半田量を激減させることが可能となる。
また、特許文献2のような立方体状の窪みを実装端子の面内に形成する場合と異なり、テーパー溝40を設けた場合には実装端子の面積内、或いはその直近に角部が存在しくなるために絶縁容器側にクラックが形成される余地が無くなる。また、外側へ向かうほど幅wと深さdが漸増するテーパー溝とすることにより、絶縁容器底部の機械的強度の低下をも防止できることとなる。
また、テーパー溝40を形成するのは、環状底面であるため、下面側凹所3を包囲する外壁の肉厚が薄くなってクラックが発生し易くなる事態を防止できる。
また、側面電極31に沿って形成される半田のフィレットパターンは、容器の小型化に伴って小さくなり、接合強度の低下をもたらすが、テーパー溝40の深さを側面電極31に向けて深くしたことにより、フィレットの形状面積、及び体積を大きくすることができ、接合強度が向上することとなる。
また、半田が固化した後の最終形状としては、テーパー溝40内に充填された半田が固化することにより、テーパー溝内の厚肉の半田部分が補強用の支柱の機能を果たすことができ、底面が平坦な通常の絶縁容器と同等の、或いはそれ以上の機械的強度を確保できる。
なお、上記実施形態では、圧電発振器の代表例として水晶発振器を例示したが、本発明は他の圧電材料から成る圧電振動素子を使用した発振器全てに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】(a)乃至(d)は本発明の一実施形態に係るパッケージ構造を備えた表面実装型圧電発振器の一例としての水晶発振器の外観斜視図、底部斜視図、A−A断面図、B−B断面図。
【図2】図1の水晶発振器をプリント基板上に半田接続した状態の要部を示す断面図。
【図3】従来例の表面実装型圧電発振器の縦断面図。
【符号の説明】
【0013】
1 絶縁容器、2、3 凹所、3a 天井面、4 環状の底面、5 実装端子、11 上面側内部パッド、12 水晶振動素子(圧電振動素子)、15 金属リッド、20 IC部品、30 縦凹所、31 側面電極、40 テーパー溝、50 プリント基板、51 配線パターン、60 半田。




 

 


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