JP5451266B2

JP5451266B2 - 電子デバイス

Info

Publication number: JP5451266B2
Application number: JP2009200804A
Authority: JP
Inventors: 弘伸新徳
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2029-08-31
Also published as: JP2011055145A

Description

本発明は、電子機器等に用いられる電子デバイスに関するものである。

従来より、携帯用の通信機器等の電子機器には、各種電子デバイスが用いられている。
これら電子デバイスのうち、例えば、圧電発振器について説明する。
従来の電子デバイスである圧電発振器２００としては、図４に示すように、第一の凹部Ｋ１、第二の凹部Ｋ２を有する素子搭載部材２１０の第一の凹部Ｋ１内に、圧電振動素子２２０を実装して蓋部材２１４で気密封止され、前記第二の凹部Ｋ２内に、例えば、発振回路や圧電振動素子２２０の温度補償を行なうための回路を備えた集積回路素子２３０が収容された構造となっている。この圧電発振器２００は、電子デバイスであって、第二の凹部Ｋ２の基板部２１１の他方の主面に、バンプ２３１を介して基板部２１１と接続されている集積回路素子２３０の回路形成面を保護するために、基板部２１１と集積回路素子２３０との間に樹脂２４０が充填されている。

前述の従来の圧電発振器２００は、素子搭載部材２１０の基板部２１１の一方の主面に圧電振動素子２２０を実装し、当該基板部２１１の他方の主面に集積回路素子２３０を実装しているため、表面面積の小さい小型の電子デバイスを実現できる。また、従来の圧電発振器２００は、基板部２１１の一方の主面に圧電振動素子２２０を実装した後に、基板部２１１の他方の主面に集積回路素子２３０を実装しているので、圧電振動素子２２０の周波数安定化のために行なう熱処理が、集積回路素子２３０に印加されず、集積回路素子２３０の動作信頼性や接続信頼性を高めることができる。また、この圧電発振器２００の第二の凹部Ｋ２の基板部２１１と接続されている集積回路素子２３０は、集積回路素子２３０の発振回路などを起動する際の起動電圧により、集積回路素子２３０が発熱することになる。その際、圧電発振器２００は外部の実装基板に実装されており、集積回路素子２３０が搭載されている第二の凹部Ｋ２は外部の実装基板に実装された状態では閉ざされた空間となっている。その結果、集積回路素子２３０からの発熱が実装基板と第二の凹部Ｋ２とで閉ざされた空間に熱が籠もることになる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１２３４８９号公報（第６頁、図１）

しかしながら、従来の圧電発振器２００においては、上述のように圧電発振器を外部の実装基板に実装した際に、集積回路素子が搭載される第二の凹部Ｋ２が閉ざされた空間となることから、集積回路素子２３０の発熱が第二の凹部Ｋ２内の空間に籠もり集積回路素子の感温素子の感知する温度が上昇することになり、圧電発振器２００の第一の凹部Ｋ１に収容される圧電振動素子２２０の感知する温度と、第二の凹部Ｋ２に収容される集積回路素子２３０の感知する温度とに温度差が生じ、圧電発振器２００の発振周波数が変動するという課題があった。また、圧電発振器２００を製造する際の製造バラツキにより、集積回路素子２３０を基板部２１１と接続するバンプ２３１のバンプ高さのバラツキにより集積回路素子２３０が外部の実装基板に接触しない場合があり、集積回路素子２３０からの発熱による熱伝導が不十分となる場合があった。

そこで、本発明の圧電発振器は、上記問題に鑑みてなされたものであり、集積回路素子の発熱により圧電発振器の発振周波数が変動することのない電子デバイスを提供することを課題とする。

本発明の電子デバイスは、第一の凹部と第二の凹部を有し、第二の凹部側に１つの伝熱用銅板接続端子と３つの外部接続端子とを備える素子搭載部材と、前記第一の凹部に収容され、圧電素板の両主面に励振用電極を備える圧電振動素子と、前記第二の凹部に収容され、少なくとも発振回路を備える集積回路素子と、前記第一の凹部を封止する蓋部材と、前記素子搭載部材の前記第二の凹部側に接合される伝熱用銅板とを備え、前記伝熱用銅板の一方の面と前記集積回路素子の回路形成面と反対側の面とが導電性接着剤を介して接続され、前記伝熱用銅板が前記伝熱用銅板接続端子と接続されていることを特徴とするものである。

また、本発明の電子デバイスは、上記構成において、前記伝熱用銅板が接続された、前記第二の凹部を囲う第二の枠部の四隅部の一つに設けられた前記伝熱用銅板接続端子は、グランド端子として機能することを特徴とするものである。

本発明の電子デバイスは、伝熱用銅板の一方の面と前記集積回路素子の回路形成面と反対側になる面とが導電性接着剤を介して接続されていることによって集積回路素子の搭載された第二の凹部内に籠もった熱が伝熱用銅板に確実に熱伝導される。伝熱用銅板はグランド端子として機能する伝熱用銅板接続端子を介して外部の実装基板に接続されるため集積回路素子からの発熱が、伝熱用銅板に広がり、伝熱用銅板から外部の実装基板に伝熱される。また、本発明の電子デバイスは、伝熱用銅板に接続された実装基板の配線パターンが剥き出しになっており、そこから熱が放熱される。その結果、本発明の電子デバイスは、集積回路素子からの発熱による温度上昇を抑えことができ、第一の凹部に収容されている圧電振動素子の感知する温度と、第二の凹部に収容されている集積回路素子の感知する温度との温度差を小さくできるため圧電発振器の発振周波数の変動を防ぐことが可能となる。

また、本発明の電子デバイスは、伝熱用銅板が接続された第二の枠部の四隅部の一つの伝熱用銅板接続端子は、グランド端子として機能することから、外部の実装基板と接続した際にグランド端子が外部のグランド電極と接続されることで放熱面積を大きくでき、放熱効果を上げることが可能となる。

本発明の実施形態に係る電子デバイスの一例を示した断面図である。図１の素子搭載部材と伝熱用銅板を接続した状態の素子搭載部材の第二の凹部側を示した概念図である。本発明の伝熱用銅板の接合方法を示す断面図である。従来の電子デバイスを示した断面図である。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、同一構成要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。なお、電子デバイスを圧電発振器として説明する。以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電子デバイスの一例を示した断面図である。
図１に示すように、電子デバイスである圧電発振器１００は、素子搭載部材１０と、蓋部材１４、圧電振動素子２０、集積回路素子３０、伝熱用銅板４０とで主に構成されている。

図１に示すように、素子搭載部材１０は、第一の凹部Ｋ１と第二の凹部Ｋ２を有し、第二の凹部Ｋ２側に１つの伝熱用銅板接続端子１５と３つの外部接続端子４６とを備える構成となっており、基板部１１、第一の枠部１２、第二の枠部１３とから構成されている。
基板部１１は、第一の枠部１２、第二の枠部１３に挟まれた構造となっている。

第一の枠部１２は、基板部１１に接合されて第一の凹部Ｋ１が形成される。また、第二の枠部１３は、基板部１１に接合されて第二の凹部Ｋ２が形成される。本発明における圧電発振器１００は、第一の凹部Ｋ１、第二の凹部Ｋ２のうち、伝熱用銅板４０側を向く第二の凹部Ｋ２に集積回路素子３０が収容され、他方の第一の凹部Ｋ１に圧電振動素子２０が収容される。ここで圧電振動素子２０と集積回路素子３０は基板部１１の内部に設けられた内層配線（図示せず）により接続されている。

また、素子搭載部材１０を構成する基板部１１と第一の枠部１２、第二の枠部１３とは、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料からなる。また、第二の枠部１３の四隅部の１つの伝熱用銅板接続端子１５と伝熱用銅板４０の一方の主面の四隅部の一つとは、電気的および機械的に接合され、かつ固定されている。

また、集積回路素子３０の収容される第二の凹部Ｋ２を形成する第二の枠部１３には、その四隅部に伝熱用銅板４０と接合される一つの伝熱用銅板接続端子１５と、外部の実装基板と接合される三つの外部接続端子４６が設けられている。また、伝熱用銅板４０と接続される第二の枠部１３の四隅部の１つの伝熱用銅板接続端子１５は、グランド端子として機能している。また、第二の枠部１３の四隅部の三つの外部接続端子４６は、それぞれＶＣＣ端子、ＶＣＯＮ端子、ＯＵＴ端子として機能している。また、伝熱用銅板接続端子１５と接合される伝熱用銅板４０の他方の主面の四隅部の一つは、外部の実装基板と接続した際に外部のグランド電極と接続される。

蓋部材１４は、圧電振動素子２０が収容される第一の凹部Ｋ１を気密封止する構造となっている。また、蓋部材１４は、４２アロイやコバール、リン青銅等からなる。

圧電振動素子２０は、第一の凹部Ｋ１に収容され、圧電素板の両主面に励振用電極（図示せず）を備える構造となっている。また、素子搭載部材１０の第一の凹部Ｋ１に収容される圧電振動素子２０は、所定の結晶軸でカットした圧電素板の両主面に一対の励振用電極を被着・形成してなり、外部からの交番電圧が一対の励振用電極を介して圧電素板に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こす。圧電素板としては例えば水晶が用いられる。

集積回路素子３０は、第二の凹部Ｋ２に収容され、少なくとも発振回路を備える構成となっている。また、集積回路素子３０は、基板部１１の他方の主面に設けられた実装パターンにバンプ３１を介して実装されることで接合されている。ここで、集積回路素子３０の基板部１１側を向く面には、回路が形成されている。また、基板部１１と集積回路素子３０との間には樹脂５０が充填されている。また、集積回路素子３０は、回路が形成された面に、周囲の温度状態を検知する感温素子、圧電振動素子２０の温度特性を補償する温度補償データを有し、温度補償データに基づいて前記圧電振動素子２０の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、温度補償回路に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路等が設けられており、発振回路で生成された発振出力は、外部に出力された後、例えばクロック信号等の基準信号として利用されることとなる。

また、伝熱用銅板４０は、集積回路素子３０の回路形成面と反対側となる面と、第二の枠部１３の四隅部の１つの伝熱用銅板接続端子１５とに導電性接着剤４２を介して接合されている。以下に本発明の圧電発振器の伝熱用銅板４０の接合方法について説明する。図３に示すように、まず、集積回路素子３０の収容される第二の凹部Ｋ２が上を向く状態とする。次に、集積回路素子３０の回路形成面の反対側となる面と、第二の枠部１３の四隅部の１つの伝熱用銅板接続端子１５とに導電性接着剤４２を塗布する。その後に、伝熱用銅板４０を集積回路素子３０の回路形成面と反対側となる面と、第二の枠部１３の四隅部の１つの伝熱用銅板接続端子１５上に載置し、オーブンなどで加熱硬化させる。この加熱硬化により、集積回路素子３０の回路形成面の反対側となる面と、第二の枠部１３の四隅部の１つの伝熱用銅板接続端子１５とが伝熱用銅板４０に同時に接合される。以上により、伝熱用銅板４０は、集積回路素子３０の回路形成面と反対側となる面と導電性接着剤４２を介して接続されるとともに、第二の枠部１３の四隅部の１つの伝熱用銅板接続端子１５と導電性接着剤４２で接続されることになる。尚、伝熱用銅板４０の材質としては、例えば、厚さ０．１ｍｍ程度の銅板が用いられる。

以上より、本発明の圧電発振器１００は、伝熱用銅板４０の一方の面と集積回路素子３０の回路形成面と反対側になる面とが導電性接着剤４２を介して接続されていることによって伝熱用銅板４０が外部の実装基板への伝熱板として機能し、集積回路素子３０の発熱による集積回路素子３０の感温素子の感知する温度の上昇を抑えることができる。その結果、本発明の圧電発振器１００においては、圧電発振器１００の発振周波数の変動を防ぐことが可能となる。即ち、集積回路素子３０の搭載された第二の凹部Ｋ２内に籠もった熱は、伝熱用銅板４０に確実に熱伝導される。伝熱用銅板４０に熱伝導された熱は、グランド端子として機能する伝熱用銅板接続端子１５を介して外部の実装基板に接続されるため伝熱用銅板４０から外部の実装基板の配線パターンに伝熱される。また、外部の実装基板の配線パターンは剥き出しとなっているので、外気で熱冷却され、外部に放熱されることになる。

また、本発明の圧電発振器１００は、集積回路素子３０の回路形成面と反対側となる面と導電性接着剤４２を介して接続される伝熱用銅板４０が第二の枠部１３の四隅部の１つの伝熱用銅板接続端子１５と接続され、グランド端子として機能する端子となっている。これにより、外部の実装基板に圧電発振器１００を実装する場合には、集積回路素子３０からの発熱をグランド端子となる伝熱用銅板４０を介して外部の実装基板のグランド電極に放熱できる。ここで圧電発振器１００のグランド端子となる伝熱用銅板４０と接続される外部の実装基板のグランド電極は、その面積を大きくすることで、放熱面積を大きくでき放熱効果を高めることができる。

また、前記した実施形態以外にも、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。例えば、前記実施形態に示した電子デバイスは、圧電発振器１００の内部に搭載する圧電振動素子２０として、平面視矩形状の圧電素板の表面に励振用電極や、引出電極を設けた形態の圧電振動素子２０を示したが、これに限定することなく、例えば、平面視形状が円形や、音叉形の圧電素板に各種電極を設けた形態の圧電振動素子でもよく、又圧電振動素子に変えて弾性表面波素子を用いても構わない。

１０・・・素子搭載部材
１１・・・基板部
１２・・・第一の枠部
１３・・・第二の枠部
１４・・・蓋部材
１５・・・伝熱用銅板接続端子
２０・・・圧電振動素子
３０・・・集積回路素子
３１・・・バンプ
４０・・・伝熱用銅板
４２・・・導電性接着剤
４６・・・外部接続端子
５０・・・樹脂
Ｋ１・・・第一の凹部
Ｋ２・・・第二の凹部

Claims

第一の凹部と第二の凹部を有し、前記第二の凹部側に１つの伝熱用銅板接続端子と３つの外部接続端子とを備える素子搭載部材と、
前記第一の凹部に収容され、圧電素板の両主面に励振用電極を備える圧電振動素子と、
前記第二の凹部に収容され、少なくとも発振回路を備える集積回路素子と、
前記第一の凹部を封止する蓋部材と、
前記素子搭載部材の前記第二の凹部側に接合される伝熱用銅板とを備え、前記伝熱用銅板の一方の面と前記集積回路素子の回路形成面と反対側の面とが導電性接着剤を介して接続され、前記伝熱用銅板が前記伝熱用銅板接続端子と接続されていることを特徴とする電子デバイス。
前記伝熱用銅板が接続された、前記第二の凹部を囲う第二の枠部の四隅部の一つに設けられた前記伝熱用銅板接続端子は、グランド端子として機能することを特徴とする請求項１記載の電子デバイス。