JP2012205092A - 発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度変化による回路基板の膨張と収縮によって搭載される電子部品と回路基板との間の熱応力を緩和させて半田へのストレスを緩和させ、耐ヒートサイクル性能を向上させることができる発振器を提供する。
【解決手段】 エポキシ樹脂の基板１上にパターン配線４ａ，４ｂが形成され、端子電極３ａ，３ｂを備える電子部品２が基板１上に搭載されるものであり、端子電極３ａとパターン配線４ａが半田５により接続され、端子電極３ｂとパターン配線４ｂとがボンディングワイヤ６又は電線材で接続される構成とした発振器である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガラスエポキシ樹脂の回路基板を使用した発振器に係り、特に、温度変化による回路基板の膨張と収縮によって搭載される電子部品と回路基板との間の熱応力を緩和させ、耐ヒートサイクル性能を向上させた発振器に関する。

［従来の技術］
従来、水晶発振器において、ガラスエポキシ樹脂を回路基板に使用したものがある。
当該回路基板上に金属の電極パターンが形成され、当該電極パターン上にセラミック等の電子部品が半田付けによって実装されるようになっていた。

［従来の水晶発振器：図４］
従来の水晶発振器について図４を参照しながら説明する。図４は、（ａ）が従来の水晶発振器の平面説明図で、（ｂ）が従来の水晶発振器の断面説明図である。
従来の水晶発振器は、図４に示すように、ガラスエポキシ樹脂を回路基板（基板）１上に、金属のパターン配線４が形成され、２つの端子電極３を備える電子部品２が基板１上に搭載されている。ここで、電子部品２は、例えば水晶振動子、抵抗等である。
特に、端子電極３とパターン配線４とは、半田５によって接着している。

［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特開平０７−２３１２３７号公報「多重モード水晶振動子及び水晶振動子」（日本電波工業株式会社）［特許文献１］、特開平１０−０５１２６３号公報「水晶振動子」（リバーエレテック株式会社）［特許文献２］、特開２００３−０３７４４１号公報「圧電デバイス及び電子機器」（セイコーエプソン株式会社）［特許文献３］がある。

特許文献１には、基板上に水晶片が導電性接着剤を介して２つの保持部に接着し、当該保持部から水晶片に電圧が供給され、保持部に接着しない水晶片の面に形成された共通引出電極を基板上に形成されたシールド電極にワイヤボンディングにより接続した構成が示されている。
つまり、基板側の２つの保持部から水晶片に電圧が供給され、その水晶片の反対側の共通引出電極がワイヤボンディングによりグランドレベルに接続している。

特許文献２には、水晶振動片を横型配置してなる水晶振動子において、水晶振動子片が一端のみで支持され、他端を自由状態とし、水晶振動子片にかかる応力をなくすることが示されている。

特許文献３には、パッケージ内にＩＣチップが搭載され、ＩＣチップの上面の電極と第２層上の電極とをボンディングワイヤで接続する構成が示されている。

特開平０７−２３１２３７号公報 特開平１０−０５１２６３号公報 特開２００３−０３７４４１号公報

しかしながら、上記従来の発振器では、セラミック等を使用した電子部品（回路部品）とガラスエポキシ樹脂の回路基板との線膨張率の差から、ヒートサイクルが生じる使用環境において実装半田に歪みが集中し、半田にクラックが生じるという問題点があった。

一般的に、半田のクラックは小型部品より大型の部品に発生しやすいことが分かっている。
しかし、部品の性能や定数から小型化できない回路部品もあり、大型の回路部品を使用しなければならない場合も多い。

特に、恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ：Oven Controlled Crystal Oscillator）では、電源のオン／オフが繰り返される使用環境では周囲温度から恒温槽制御温度（例えば８５℃）までの温度変化が、電源オン／オフ毎に加わるため、半田にクラックが生じ、長期信頼性に問題があった。

尚、特許文献１では、基板上の２箇所の保持部で水晶片を保持しているため、温度変化による基板の膨張と収縮に対応するものではない。
また、特許文献２には、水晶振動片を片持ちにした構成が示されているに過ぎず、特許文献３には、パッケージ内に固定されたＩＣチップと第２層上の電極とをボンディングワイヤで接続する構成に過ぎないものとなっている。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、温度変化による回路基板の膨張と収縮によって搭載される電子部品と回路基板との間の熱応力を緩和させて半田へのストレスを緩和させ、耐ヒートサイクル性能を向上させることができる発振器を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、複数の端子電極を備える電子部品が基板上に搭載される発振器であって、端子電極に対応するパターン配線が基板上に形成され、複数の端子電極の内で特定の電極が半田によって対応するパターン配線に接続され、複数の端子電極の内で特定の電極以外の電極がボンディングワイヤによって対応するパターン配線に接続されることを特徴とする。

本発明は、上記発振器において、端子電極が、電子部品の表と裏の両方に形成され、ボンディングワイヤが、半田によってパターン配線に接続する面とは反対の面の端子電極に接続されていることを特徴とする。

本発明は、上記発振器において、ボンディングワイヤが接続する端子電極の基板側の面と基板との間に接着剤が形成されていることを特徴とする。

本発明は、上記発振器において、ボンディングワイヤが接続する端子電極の基板側の面と基板との間にパターン配線が形成されていることを特徴とする。

本発明は、上記発振器において、ボンディングワイヤの代わりに電線材を用いたことを特徴とする。

本発明は、上記発振器において、恒温槽付水晶発振器に適用したことを特徴とする。

本発明によれば、複数の端子電極を備える電子部品が基板上に搭載され、端子電極に対応するパターン配線が基板上に形成され、複数の端子電極の内で特定の電極が半田によって対応するパターン配線に接続され、複数の端子電極の内で特定の電極以外の電極がボンディングワイヤによって対応するパターン配線に接続される発振器としているので、温度変化による電子部品と基板との間の熱応力を緩和させて、半田への温度変化によるストレスを緩和でき、半田にクラックが発生するのを抑制でき、耐ヒートサイクル性能を向上できる効果がある。

（ａ）が第１の水晶発振器の平面説明図であり、（ｂ）が第１の水晶発振器の断面説明図である。 第２の水晶発振器の断面説明図である。 第３の水晶発振器の断面説明図である。 （ａ）が従来の水晶発振器の平面説明図で、（ｂ）が従来の水晶発振器の断面説明図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る発振器は、２つの端子電極を有する電子部品がガラスエポキシ樹脂の基板上に搭載されるものであり、基板上には端子電極に対応してパターン配線が形成され、一方の端子電極が半田によって対応するパターン配線に接続し、他方の端子電極がボンディングワイヤによって対応するパターン配線に接続するものであり、これにより、回路部品とガラスエポキシ樹脂材との線膨張率の差から温度変化によって実装半田へのストレスを緩和させ、耐ヒートサイクル性能の向上ざせることができるものである。

［第１の水晶発振器：図１］
本発明の第１の実施の形態に係る水晶発振器（第１の水晶発振器）について図１を参照しながら説明する。図１は、（ａ）が第１の水晶発振器の平面説明図であり、（ｂ）が第１の水晶発振器の断面説明図である。
第１の水晶発振器は、図１に示すように、ガラスエポキシ樹脂の回路基板（基板）１に、２つのパターン配線４ａ，４ｂが形成され、端子電極３ａ，３ｂが形成された電子部品２が基板１上に搭載されるものである。

具体的には、パターン配線４ａと端子電極３ａとが半田５によって接続し、端子電極３ｂとパターン配線４ｂがボンディングワイヤ６で接続している。

基板１の材質は、ＣＥＭ−３（Composite Epoxy Material 3）又はＦＲ−４（Flame Retardant Type 4）等である。
ＣＥＭ−３は、ガラスエポキシ基板のことで、ガラス繊維とエポキシ樹脂を混合した板をベースとしたものである。
ＦＲ−４は、ガラスエポキシ基板のことで、ガラス繊維で編んだ布にエポキシ樹脂を含浸させた板をベースにしたものである。

ここで、一般的なＣＥＭ−３の基板の場合、線膨張率は縦方向で２５ｐｐｍ／℃、横方向で２８ｐｐｍ／℃、厚さ方向で６５ｐｐｍ／℃である。
また、一般的なＦＲ−４の基板の場合、線膨張率は縦方向で１３ｐｐｍ／℃、横方向で１６ｐｐｍ／℃、厚さ方向で６０ｐｐｍ／℃である。
また、回路部品のセラミック（アルミナ）の線膨張率は、約７ｐｐｍ／℃である。

電子部品２は、例えば、水晶振動子、大型の抵抗等である。
パターン配線４ａ，４ｂと端子電極３ａ，３ｂとは導電性の金属で形成されている。
また、ボンディングワイヤ６の代わりに電線材を用いてもよい。

［第１の水晶発振器の製造方法］
第１の水晶発振器の製造方法は、ガラスエポキシ樹脂の基板１上にパターン配線４ａ，４ｂを形成し、端子電極３ａ，３ｂを備える電子部品２を搭載し、パターン配線４ａと端子電極３ａとを半田５により接続して固着し、端子電極３ｂとパターン配線４ｂとをボンディングワイヤ６で接続する。

特に、端子電極３ｂの基板１側とは反対側の面（上面）に形成された部分とパターン配線４ｂとをボンディングワイヤ６で接続する。上面からのボンディングワイヤ６による接続作業が容易であるためである。

［第２の水晶発振器：図２］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る水晶発振器（第２の水晶発振器）について図２を参照しながら説明する。図２は、第２の水晶発振器の断面説明図である。
第２の水晶発振器は、図２に示すように、図１の第１の水晶発振器とほぼ同様であるが、相違するのは、基板１側の端子電極３ｂと基板１との間に接着剤７を挿入し、端子電極３ｂと基板１とを接着剤７で固着している点である。
接着剤７による固着によって、電子部品２が不安定になることを防止できる。

［第２の水晶発振器の製造方法］
第２の水晶発振器の製造方法は、ガラスエポキシ樹脂の基板１上にパターン配線４ａ，４ｂを形成し、接着剤７を塗布し、端子電極３ａ，３ｂを備える電子部品２を搭載し、基板１と端子電極３ｂとを接着剤７で固着し、パターン配線４ａと端子電極３ａとを半田５により接続して固着し、端子電極３ｂとパターン配線４ｂとをボンディングワイヤ６で接続する。
尚、接着剤７を半田５形成後に挿入するようにしてもよい。

［第３の水晶発振器：図３］
次に、本発明の第３の実施の形態に係る水晶発振器（第３の水晶発振器）について図３を参照しながら説明する。図３は、第３の水晶発振器の断面説明図である。
第３の水晶発振器は、図３に示すように、図１の第１の水晶発振器又は図２の第２の水晶発振器とほぼ同様であるが、相違するのは、基板１側の端子電極３ｂと基板１との間にパターン配線４ｃを形成し、端子電極３ｂと基板１とをパターン配線４ｃを介して接続している点である。
パターン配線４ｃによる接続によって、電子部品２が不安定になることを防止できる。

尚、端子電極３ｂはボンディングワイヤ６でパターン配線４ｂに電気的に接続するため、パターン配線４ｃは、端子電極３ｂと基板１との間を埋めるだけで、電気的に接続するものではない。
更に、端子電極３ａとパターン配線４ａとは半田５で固着するが、端子電極３ｂとパターン配線４ｃは半田５で固着するものではなく、パターン配線４ｃ上に端子電極３ｂを乗せた状態となっている。

［第３の水晶発振器の製造方法］
第３の水晶発振器の製造方法は、ガラスエポキシ樹脂の基板１上にパターン配線４ａ，４ｂ，４ｃを形成し、端子電極３ａ，３ｂを備える電子部品２を搭載し、パターン配線４ｃと端子電極３ｂとを接続（接触）し、パターン配線４ａと端子電極３ａとを半田５により接続して固着し、端子電極３ｂとパターン配線４ｂとをボンディングワイヤ６で接続する。

［実施の形態の効果］
第１の水晶発振器によれば、エポキシ樹脂の基板１上にパターン配線４ａ，４ｂが形成され、端子電極３ａ，３ｂを備える電子部品２が基板１上に搭載されるものであり、端子電極３ａとパターン配線４ａが半田５により接続され、端子電極３ｂとパターン配線４ｂとがボンディングワイヤ６で接続される構成としているので、温度変化による電子部品２と基板１との間の熱応力を緩和させて、半田５への温度変化によるストレスを緩和でき、半田５にクラックが発生するのを抑制でき、耐ヒートサイクル性能を向上できる効果がある。

第２の水晶発振器によれば、基板側の端子電極３ｂと基板１とを接着剤７で接着しているので、第１の水晶発振器の効果に加えて、電子部品２を安定化できる効果がある。

第３の水晶発振器によれば、基板側の端子電極３ｂと基板１とをパターン配線４ｃで接続しているので、第１の水晶発振器の効果に加えて、電子部品２を安定化できる効果がある。

本発明は、温度変化による回路基板の膨張と収縮によって搭載される電子部品と回路基板との間の熱応力を緩和させて半田へのストレスを緩和させ、耐ヒートサイクル性能を向上させることができる発振器に好適である。

１...基板、 ２...電子部品、 ３，３ａ，３ｂ...端子電極、 ４，４ａ，４ｂ，４ｃ...パターン配線、 ５...半田、 ６...ボンディングワイヤ、 ７...接着剤

Claims (6)

1. 複数の端子電極を備える電子部品が基板上に搭載される発振器であって、
   前記端子電極に対応するパターン配線が前記基板上に形成され、
   前記複数の端子電極の内で特定の電極が半田によって前記対応するパターン配線に接続され、
   前記複数の端子電極の内で前記特定の電極以外の電極がボンディングワイヤによって前記対応するパターン配線に接続されることを特徴とする発振器。
2. 端子電極は、電子部品の表と裏の両方に形成され、
   ボンディングワイヤは、半田によってパターン配線に接続する面とは反対の面の端子電極に接続されていることを特徴とする請求項１記載の発振器。
3. ボンディングワイヤが接続する端子電極の基板側の面と前記基板との間に接着剤が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の発振器。
4. ボンディングワイヤが接続する端子電極の基板側の面と前記基板との間にパターン配線が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の発振器。
5. ボンディングワイヤの代わりに電線材を用いたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の発振器。
6. 恒温槽付水晶発振器に適用したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の発振器。

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