特許 7312060 表面実装型水晶振動子付き回路基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-11

(45)【発行日】2023-07-20

(54)【発明の名称】表面実装型水晶振動子付き回路基板

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/10 20060101AFI20230712BHJP

   H01L 23/06 20060101ALI20230712BHJP

   H01L 23/14 20060101ALI20230712BHJP

【ＦＩ】

H03H9/10

H01L23/06 B

H01L23/14 Z

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019159084

(22)【出願日】2019-08-30

(65)【公開番号】P2021040199

(43)【公開日】2021-03-11

【審査請求日】2022-02-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000166948

【氏名又は名称】シチズンファインデバイス株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(72)【発明者】

【氏名】中村 剛志

(72)【発明者】

【氏名】赤羽根 剛

【審査官】吉村 伊佐雄

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０６３３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１４７８５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１２８２６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２０００４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ２１／５４

２３／００－２３／０４

２３／０６－２３／２６

Ｈ０３Ｈ３／００７－３／０６

９／００－９／１３５

９／１５－９／２４

９／３０－９／４０

９／４６－９／６２

９／６６

９／７０

９／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回路基板に形成された実装用ランドパターンに、導電性接着剤Ａによって表面実装型水晶振動子の端子電極を接合した表面実装型水晶振動子付き回路基板であって、
前記表面実装型水晶振動子は、水晶振動片と、前記水晶振動片を接合するマウント電極を備える支持部材と、蓋部材とを備え、
前記マウント電極に導電性接着剤Ｂによって前記水晶振動片が接合され、更に前記蓋部材は、前記支持部材と接合されており、
前記導電性接着剤Ａのヤング率は、２～４ＧＰａであり、前記導電性接着剤Ｂのヤング率は、２ＧＰａであることを特徴とする表面実装型水晶振動子付き回路基板。

【請求項2】

前記導電性接着剤Ａ及び前記導電性接着剤Ｂは、シリコーン系、エポキシ系またはウレタン系の樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の表面実装型水晶振動子付き回路基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は導電性接着剤を用いて表面実装型水晶振動子及び表面実装型水晶発振器の端子電極を回路基板に接合した表面実装型水晶振動子付き回路基板に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に、表面実装型水晶振動子の端子電極を回路基板に接合する方法としてはんだを溶融して接合する方法が記載されている。ところが、特許文献１によると、表面実装型水晶振動子のパッケージ材質は、一般的に、機械的な強度、比誘電率、気密性、耐湿性の観点から、アルミナなどのパッケージが用いられることが多い。一方、回路基板の材質としては、コスト、製造・加工の容易性などの観点から、例えばガラスエポキシ基板などが用いられている。表面実装型水晶振動子のパッケージと回路基板との材質が異なることから、それぞれの熱膨張係数は相違し、表面実装型水晶振動子においては、回路基板上にはんだで接合された後、回路基板から機械的応力が発生し、この機械的応力は表面実装型水晶振動子に収容されている水晶振動片及び水晶振動片の表面に形成された電極膜に伝わり振動子特性のエージング特性に影響を与えることが推測される。

【0003】

特許文献２によると、表面実装型水晶振動子の端子電極を電子部品を備える回路基板上にはんだで接合すると回路基板から表面実装型水晶振動子に振動子特性に影響を与える機械的応力が伝わるため、はんだで接合せず、ヤング率が１ＧＰａより小さいシリコーン系導電性接着剤で接合することにより表面実装型水晶振動子に収容される水晶振動片に伝わる機械的応力を軽減できることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００８－４１８５８号公報

【文献】特開２０１６－６３３２２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献２においては、表面実装型水晶振動子の端子電極と回路基板とを接合するシリコーン系導電性接着剤のヤング率については考慮されているが、表面実装型水晶振動子に収容されている水晶振動片をパッケージに接合するための導電性接着剤のヤング率と、表面実装型水晶振動子の端子電極と回路基板とを接合するシリコーン系導電性接着剤のヤング率と表面実装型水晶振動子に収容されている水晶振動片をパッケージに接合するための導電性接着剤のヤング率との関係を考慮していないため表面実装型水晶振動子に収容されている水晶振動片及び水晶振動片の表面に形成された電極膜に伝わる機械的応力の軽減が不十分であった。

【0006】

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、表面実装型水晶振動子及び表実装型水晶発振器に収容されている水晶振動片及び水晶振動片の表面に形成された電極膜に伝わる機械的応力が十分に軽減された表面実装型水晶振動子付き回路基板を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

回路基板に形成された実装用ランドパターンに、導電性接着剤Ａによって表面実装型水晶振動子の端子電極を接合した表面実装型水晶振動子付き回路基板であって、表面実装型水晶振動子は、水晶振動片と、水晶振動片を接合するマウント電極を備える支持部材と、蓋部材とを備え、マウント電極に導電性接着剤Ｂによって水晶振動片が接合され、更に蓋部材は、前記支持部材と接合されており、導電性接着剤Ａのヤング率は、２～４ＧＰａであり、導電性接着剤Ｂは、２ＧＰａである表面実装型水晶振動子付き回路基板とする。

【0009】

導電性接着剤Ａ及び導電性接着剤Ｂは、シリコーン系、エポキシ系またはウレタン系の樹脂である表面実装型水晶振動子付き回路基板とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明の表面実装型水晶振動子付き回路基板によれば、表面実装型水晶振動子に収容されている水晶振動片及び水晶振動片の表面に形成された電極膜に伝わる機械的応力が十分に軽減された表面実装型水晶振動子付き回路基板が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】表面実装型水晶振動子の断面図である。

【図2】回路基板に表面実装型水晶振動子が接合された本発明の実施例における表面実装水晶振動子付き回路基板の断面図である。

【図3】本発明の実施例におけるエージング特性を示す図である。

【図4】図２のＣ部の概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

これから、本発明の実施例における表面実装型水晶振動子付き回路基板を、図面を参照して以下に説明する。本発明の範囲は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また図面においては各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。

【0013】

図１は、回路基板１ａに接合される表面実装型水晶振動子２の断面図である。

【0014】

表面実装型水晶振動子２は、例えば厚み滑り水晶振動片３と、支持部材４と、蓋部材５とからなる。なお、水晶振動片３は厚み滑り水晶振動片３に限定されず音叉型水晶片を用いてもよい。

【0015】

厚み滑り水晶振動片３は、圧電ウエハを周知の切断技術と研磨技術及び真空蒸着技術を用いて、厚み滑り水晶振動片３の外形形状及び厚み滑り水晶振動片３の表面に電極膜６を形成する。なお、電極膜６は励振電極膜６ａと接合電極６ｂとからなり接合電極６ｂは励振電極膜６ａと電気的に接続している。

【0016】

支持部材４はセラミックなどの薄板を積層することにより水晶振動片３を収容する凹部７を備える。凹部７の一方の端部付近に一対のマウント電極８が形成される。このマウント電極８は支持部材４の底面に形成された端子電極９と電気的に接続されている。

【0017】

水晶振動片３の表面に形成された接合電極６ｂとマウント電極８とは例えばＡｇを含む導電性フィラーを含有したシリコーン系樹脂からなる導電性接着剤Ｂ１１で機械的及び電気的に接合されている。なお、導電性接着剤Ｂ１１に用いられる樹脂はシリコーン系樹脂だけに限定されずエポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂を用いても構わない。導電性接着剤Ｂ１１のヤング率は２ＧＰａである。

【0018】

蓋部材５は金属などの薄板からなり、蓋部材５の一方の面には枠状の接合材が形成されている。

【0019】

水晶振動片３が接合された支持部材４の上端に蓋部材５を接合することにより内部が封止された表面実装型水晶振動子２が得られる。

【0020】

図２は、回路基板に表面実装型水晶振動子が接合された本発明の表面実装型水晶振動子付き回路基板の断面図である。

【0021】

回路基板１ａは、周知のフォトリソグラフィ技術を用いてガラスエポキシ基板（ＦＲ－４）などの基板表面に実装用ランドパターン１ｂが形成される。回路基板１ａの実装用ランドパターン１ｂと表面実装型水晶振動子２の端子電極９とが、例えばＡｇを含む導電性フィラーを含有したシリコーン系樹脂からなる導電性接着剤Ａ１０によって機械的及び電気的に接合されている。なお、導電性接着剤Ａ１０に用いられる樹脂はシリコーン系樹脂だけに限定されずエポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂を用いても構わない。導電性接着剤Ａ１０のヤング率は２～４ＧＰａである。なお、回路基板１ａの実装用ランドパターン１ｂに表面実装型水晶振動子２以外の電子部品を接合しても構わない。表面実装型水晶振動子付き回路基板１は電子機器などの筐体に固定される。

【0022】

図３は回路基板１ａの実装用ランドパターン１ｂと表面実装型水晶振動子２の端子電極９とを導電性接着剤Ａ１０（ヤング率：２～４ＧＰａ）によって接合した後の本発明の実施例におけるエージング特性Ｅ１を示す。表面実装型水晶振動子２に収容される水晶振動片３は前述した導電性接着剤Ｂ１１（ヤング率：２ＧＰａ）によりマウント電極８に固定されている。本発明のエージング特性Ｅ１との比較を行うため、表面実装型水晶振動子２の端子電極９を実装用ランドパターン１ｂに接合する導電性接着剤Ａ１０のヤング率及び表面実装型水晶振動子２に収容される水晶振動片３をマウント電極８に接合する導電性接着剤Ｂ１１のヤング率を下記の通りとしたエージング特性も示す。
エージング特性Ｅ２ 導電性接着剤Ａ１０のヤング率５ＧＰａ、導電性接着剤Ｂ１１のヤング率２ＧＰａ。
エージング特性Ｅ３ 導電性接着剤Ａ１０のヤング率４０ＧＰａ、導電性接着剤Ｂ１１のヤング率２ＧＰａ。
エージング特性Ｅ４ 導電性接着剤Ａ１０のヤング率２ＧＰａ、導電性接着剤Ｂ１１のヤング率５ＧＰａ。
エージング特性を示す図の横軸は表面実装型水晶振動子２の端子電極９を実装用ランドパターン１ｂに接合した後の経過時間、縦軸は発振周波数の変化である。

【0023】

それぞれのエージング特性とも表面実装型水晶振動子２の端子電極９を実装用ランドパターン１ｂに接合した後の発振周波数は時間の経過とともにプラス側へ変化していく。エージング特性Ｅ１は接合から２日目でほぼ発振周波数は変化しないが、エージング特性Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４は接合から２日目以降も発振周波数が変化している。これは表面実装型水晶振動子２に収容されている水晶振動片３及び水晶振動片３の表面に形成された電極膜６に伝わった機械的応力の残留応力が時間の経過とともに減少しているためである。

【0024】

図４は図２のＣ部の概念図である。この概念図を用いて前述したエージング特性のメカニズムについて記載する。

【0025】

回路基板１ａの実装用ランドパターン１ｂと表面実装型水晶振動子２の端子電極９とを導電性接着剤Ａ１０によって接合すると表面実装水晶振動子２と回路基板１ａとの材質が異なることにより生じる機械的応力Ｄが発生する。なお、機械的応力Ｄは支持部材４や蓋部材５などのパッケージを構成する部材から発生する機械的応力も含む場合がある。この機械的応力Ｄは回路基板１ａから実装用ランドパターン１ｂ、導電性接着剤Ａ１０まで伝わる。導電性接着剤Ａ１０は機械的応力Ｄの一部を吸収する。吸収できなかった機械的応力Ｄ´は端子電極９、マウント電極８、導電性接着剤Ｂ１１まで伝わる。導電性接着剤Ｂ１１は機械的応力Ｄ´の一部を吸収する。接合電極６ｂを介して励振電極膜６ａ及び水晶振動片３に伝わるが、本発明の実施例における導電性接着剤Ａ１０及び導電性接着剤Ｂ１１のようなヤング率の関係にすることで励振電極膜６ａ及び水晶振動片３に伝わる機械的応力Ｄ´を軽減して良好なエージング特性を得ることができる。

【0026】

弾性を有する導電性接着剤Ａ１０は、実装用ランドパターン１ｂからの機械的応力Ｄの一部を吸収するが、ヤング率が高いため実装用ランドパターン１ｂからの機械的応力Ｄを相殺する力（機械的応力Ｄに対して反対側に作用する力）をあまり発生させないので、機械的応力Ｄはわずかに減少された状態で端子電極９、マウント電極８を介して導電性接着剤Ｂ１１に伝わる。

【0027】

弾性を有する導電性接着剤Ｂ１１は、端子電極９、マウント電極８を介して伝わった機械的応力Ｄ´の一部を吸収するとともに、マウント電極８からの機械的応力Ｄ´を相殺する力（機械的応力Ｄ´に対して反対側に作用する力）を発生させるので、マウント電極８からの機械的応力Ｄ´が大きく減少し、励振電極膜６ａ及び水晶振動片３に伝わる機械的応力Ｄ´も小さくなる。すなわち、励振電極膜６ａ及び水晶振動片３の残留応力も小さいので良好なエージング特性が得られる。導電性接着剤Ａ１０のヤング率は、マウント電極８と水晶振動片３との接合に用いた導電性接着剤Ｂ１１のヤング率と同等かそれ以上、例えば、導電性接着剤Ａ１０のヤング率を２～４ＧＰａ、導電性接着剤Ｂ１１のヤング率を２ＧＰａにすると良い。ヤング率が小さいと弾性が高いため機械的応力Ｄ、Ｄ´を相殺する力が発生しやすい。また、ヤング率が大きいと弾性が低いため機械的応力Ｄ、Ｄ´を相殺する力が発生しにくい。

【0028】

導電性接着剤Ａ１０のヤング率が４ＧＰａより大きくなると導電性接着剤の弾性が落ち実装用ランドパターン１ｂからの機械的応力Ｄを吸収する量が少なくなる。このため、導電性接着剤Ｂ１１は、マウント電極８を介して伝わった機械的応力Ｄ´を吸収しきれず、励振電極膜６ａ及び水晶振動片３に機械的応力Ｄ´が伝わりエージング特性が悪くなる。また、導電性接着剤Ｂ１１のヤング率を大きくすると導電性接着剤Ｂ１１の弾性が落ち、マウント電極８からの機械応力Ｄ´を相殺する力（機械的応力Ｄ´に対して反対側に作用する力）が減少し、エージング特性が悪くなる。なお、導電性接着剤Ａ１０及び導電性接着剤Ｂ１１のヤング率を２ＧＰａより小さくすると接着力が低下し表面実装型水晶振動子２を回路基板１ａに接合しても接合強度が弱く取れてしまう。また、マウント電極８に接合した水晶振動片３も剥がれてしまう。導電性接着剤Ａ１０のヤング率を４ＧＰａより大きくすると機械的応力Ｄに対して反対側に作用する力をほとんど発生させないので機械的応力Ｄはほとんど減少しなくなる。導電性接着剤Ｂ１１のヤング率を２ＧＰａより大きくすると機械的応力Ｄ´に対して反対側に作用する力をほとんど発生させないので機械的応力Ｄ´はほとんど減少しなくなる。

【0029】

一実施例として表面実装型水晶振動子２で説明したが、支持部材４に集積回路などが実装された表面実装型水晶発振器でも同様な効果が得られる。

【0030】

表面実装型水晶振動子付き回路基板１を電子機器などの筐体に固定するときに発生する機械的応力に対しても同様な効果が得られる。

【符号の説明】

【0031】

１ 表面実装型水晶振動子付き回路基板
１ａ 回路基板
１ｂ 実装用ランドパターン
２ 表面実装型水晶振動子
３ 水晶振動片
４ 支持部材
５ 蓋部材
６ 電極膜
６ａ 励振電極膜
６ｂ 接合電極
７ 凹部
８ マウント電極
９ 端子電極
１０ 導電性接着剤Ａ
１１ 導電性接着剤Ｂ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】