JP2003174325A - 温度補償水晶発振器 - Google Patents

温度補償水晶発振器

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JP2003174325A JP2002058428A JP2002058428A JP2003174325A JP 2003174325 A JP2003174325 A JP 2003174325A JP 2002058428 A JP2002058428 A JP 2002058428A JP 2002058428 A JP2002058428 A JP 2002058428A JP 2003174325 A JP2003174325 A JP 2003174325A
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    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L1/00Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply
    • H03L1/02Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only
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    • H03L1/028Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only of generators comprising piezoelectric resonators

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  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 製品の高さを縮小させる温度補償水晶発振器
を提供することにある。 【解決手段】 少なくとも一つの基板から成り、キャビ
ティが形成された第1基板構造物41と、前記第1基板
構造物41の上面に配置されて少なくとも一つの基板か
ら成りながら第1基板構造物41のキャビティと重なら
ない領域にキャビティが形成された第2基板構造物42
と、前記第1基板構造物41のキャビティに搭載された
ICチップ47と、前記第2基板構造物42のキャビテ
ィに搭載された水晶振動片43と、前記ICチップ47
が配置されたキャビティを樹脂で充填し前記第1基板構
造物41の下面に実質的に平坦化した面を有する樹脂部
49と、前記第2基板構造物42の上面に配置され前記
第2基板構造物42に形成されたキャビティを覆う金属
カバー45とを含む温度補償水晶発振器40を提供す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は温度補償水晶発振器
に関するものであって、特に水晶振動片とICチップの
実装構造を成す二つのキャビティを垂直方向に重ならな
いよう配列することにより、両キャビティ間の基板を省
略可能とし小型化される温度補償水晶発振器に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】水晶振動片を用いた水晶発振器は移動通
信端末機の間で信号の伝送及び受信を制御するための発
振周波数を生成するのに必需な部品であり、他の発振器
に比べて周波数安定度が優れている。しかし、水晶振動
片は周囲の温度によって発振周波数が変動するという問
題を抱えている。これを解決すべく、水晶発振器は、水
晶振動片の温度特性による周波数変動を補償するため所
定の部品をさらに具備する。これを温度補償水晶発振器
(Temperature Compensated C
rystal Oscillator: TCXO)とい
う。前記温度補償水晶発振器は、温度補償回路の具現方
式によって、集積回路(IC)チップを用いる単一チップ
型(one chip type)と、圧電素子、集積回
路、キャパシター、インダクタ及び抵抗などの諸部品を
実装した分散型(discrete type)とに区別
される。以下、従来、提案された温度補償水晶発振器の
様々な構造について説明する。
【0003】図3(A)及び3(B)は、従来の分散型
TCXO110の構造を示す側断面図及び平面図であ
る。図3(A)及び3(B)に示すように、分散型TC
XO110は、印刷回路基板111の上面に水晶振動片
を組み込んだ水晶振動子113を配置し、その両端に複
数個の温度補償回路用部品115を配列した構造となっ
ている。ここで用いる水晶振動子という用語は、水晶振
動片をパッケージングした表面実装型部品のことをい
う。こうした温度補償回路用部品115は、一般に水晶
振動子113のサイズ(5.0×3.2mm2または4.7
×2.9mm2)より2〜3倍程大きい面積を占める。従
って、TCXO110に採用される印刷回路基板111
は水晶振動子113より可成り大きな面積を必要とし、
最終製品のサイズ(例えば、7.0×5.2mm2以上)も
増大する。
【0004】このように、分散型TCXOは小型化が困
難であるという問題があり、移動通信端末機部品に採用
するにあたって限界がある。それに対して、単一チップ
型TCXOは位相ノイズ特性において分散型に比べて多
少劣るという欠点にも拘わらず、温度補償回路など諸部
品を単一化したICチップを用いて最終製品を小型化で
きるという特長を有しており、より幅広く普及されてい
る。
【0005】図4(A)及び4(B)は各々異なった従
来の単一チップ型TCXOの構造を示す側断面図であ
る。前記単一チップ型TCXO120は、共通的な部品
を集積化したICチップ127を組込む基板構造物12
1から成る。
【0006】特に、図4(A)の温度補償水晶発振器1
20は、第1ないし第4基板121a、121b、12
1c、121dが順次積層されて前記第3基板121c
及び第4基板121dに相違するキャビティの形成され
た基板構造物121から成る。前記基板構造物121
は、前記第3基板121cのキャビティに前記第2基板
121b上の連結パッド128にボンディングされたI
Cチップ127を組込み、前記第3基板121cのキャ
ビティより大きい開口部を有する第4基板121dのキ
ャビティには水晶振動片123aを設ける。最後に第4
基板121dの上面に金属カバー125を装着する。
【0007】図4(A)に示す単一チップ型TCXO1
20は、図3の分散型TCXOに比べて小型化には有利
であるが、水晶振動片123aを収納する際不良が生じ
るとICチップ127も一緒に廃棄しなければならない
という問題があった。つまり、ICチップ127を搭載
した後に水晶振動片123aを収納する順序で工程が進
むのであるが、特に、水晶振動片123aを収納する過
程で不良が頻発する。しかし、前記構造による工程で
は、ICチップ127を実装した後に水晶振動片123
aを収納する為、以後、水晶振動片123aに不良が確
認されても既に搭載された比較的高価なICチップ12
7を再活用し難い。従って、本構造は実際の良品生産工
程において不要なコストを発生させる。さらに、水晶振
動片123aとICチップ127間の電気的影響を遮断
する基板などの遮蔽手段が無く直接影響を及ぼす為、相
互の電磁界的干渉による性能低下が問題となる。
【0008】これを解決すべく、図4(B)の表面実装
型(Surface MountedDevice ty
pe)水晶発振器120'が提案された。前記表面実装型
水晶発振器120'は、表面実装のため水晶振動片が実
装された水晶振動子123'を用いたTCXOであっ
て、その下部にある基板121c'にキャビティを形成
し、前記ICチップ127'をキャビティ底面を形成す
る基板121b'の上面に形成された連結パッド128'
にフリップチップボンディング方式で搭載した構造から
成る。前記表面実装型水晶発振器120'において、水
晶振動子123'は表面実装可能なパッケージ構造であ
り、水晶振動片の収納に伴う不良を防止しICチップと
の電磁界干渉を防ぐため、良質な性能を保持することが
できた。
【0009】図4(A)の温度補償水晶発振器120の
問題を図4(B)より根本的に解決する方法として、図
5(A),(B)の温度補償水晶発振器130が提案さ
れた。前記温度補償水晶発振器130は、下部基板13
1bに別途のキャビティを形成しICチップ137を実
装するTCXO構造から成る。図5(A)及び5(B)
を参照すると、前記TCXO130は水晶振動片133
搭載用キャビティが形成された上部基板領域131d、
131eと、ICチップ137搭載用キャビティが形成
された下部基板領域131a、131bとから成り、両
キャビティはさらなる基板131cにより分離される。
ここで、前記上部基板領域131d、131eは、図4
(B)に示す表面実装型水晶振動子123'に対応する
要素である。
【0010】前記TCXO130によると、ICチップ
137の収納位置が前記両キャビティ間の基板131c
により水晶振動片133の収納位置と分離される為、I
Cチップ137と水晶振動片133に対して別途の実装
空間が設けられる。従って、図4(B)の水晶発振器と
違って、基板構造物を異ならせることにより図4(A)
の水晶発振器が抱えていた問題を根本的に解決すること
ができる。即ち、水晶振動片133とICチップ137
の実装空間が上下に分離形成される為、不良が発生して
もICチップを廃棄する必要がなくなる。さらに、水晶
振動片133とICチップ137は基板131cによっ
て分離される為、相互電磁界干渉を効率的に遮断するこ
とができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】ところで、こうした構
造の温度補償水晶発振器は丈が高くて移動通信端末機等
に実装するのに問題がある。さらに、最近はスリム型移
動通信端末機が脚光を浴びながら、面積の縮小よりも高
さの縮小による部品の小型化が強く要望されている。こ
うした当技術分野においては、良品生産に適した図5
(A),(B)に示すようなTCXO構造の特長を保持
しながらも、高さの縮小による小型化が達成できる新た
なTCXO構造への要求が高まっている。
【0012】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたものであり、その目的は、水晶振動片とICチ
ップを実装するため二つのキャビティを各々上下に開放
されるよう形成しながら、水晶振動片とICチップとを
分離する基板の省略の為に前記両キャビティが垂直方向
に重ならない構造を提供することにより、製品の高さを
縮小させる温度補償水晶発振器を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、少なくとも一つの基板から成り、キャビ
ティが形成された第1基板構造物と、前記第1基板構造
物の上面に配置され少なくとも一つの基板から成り第1
基板構造物のキャビティと重ならない領域にキャビティ
の形成された第2基板構造物と、前記第1基板構造物の
キャビティに搭載されたICチップと、前記第2基板構
造物のキャビティに搭載された水晶振動片と、前記IC
チップが配置されたキャビティを樹脂で充填して前記第
1基板構造物の下面に実質的に平坦化された面を設ける
樹脂部と、前記第1基板構造物の上面に配置されて前記
第1基板構造物に形成されたキャビティを覆う金属カバ
ーとを含むことを要旨とする。さらに、本発明の一実施
の形態においては、前記第1基板構造物を複数個積層さ
れた基板とし、前記複数個積層された基板に一体化した
キャビティを形成するよう構成することができる。こう
した方式によって、薄厚基板を用いてもICチップが実
装され得る充分な高さのキャビティを形成できる。さら
に、前記第2基板構造物の下面の一領域は前記第1基板
構造物に形成されたキャビティの上部面とし、該領域に
はフリップチップボンディングのための導電性パッドを
設け、前記ICチップは前記第1基板構造物に形成した
キャビティに配置して前記導電性パッドにフリップチッ
プボンディング方式で連結することが好ましい。
【0014】さらに、本発明の好ましき実施の形態にお
いては、前記第2基板構造物を第1基板及び前記第1基
板の上面に積層した第2基板から構成し、前記第2基板
に形成したキャビティの開口部は少なくとも前記水晶振
動片より大きく、前記第1基板に形成したキャビティの
開口部は少なくとも前記水晶振動片より小さく形成し
て、前記第1及び第2基板のキャビティを階層構造の一
体型キャビティに形成することもできる。この場合に
は、前記水晶振動片は、一端が第1基板に形成されたキ
ャビティの側壁上端に連結され、他端は対向する側壁上
端に掛かるよう配置することにより、一端に連結される
側壁上端に設けられた配線経路を通して信号を受信して
発振作用を行うよう構成する。
【0015】これと異なり、本発明の他の実施の形態に
おいて、前記第1基板構造物は、前記第2基板構造物に
形成したキャビティの底面となる上面に導電体の連結バ
ンプを設け、前記水晶振動片を前記第2基板構造物に形
成したキャビティに配置して前記連結バンプに固定しな
がら前記連結バンプと配線経路を通して信号を受信して
発振作用を行えるよう構成してもよい。さらに、前記第
1基板構造物または第2基板構造物に形成したキャビテ
ィは各々搭載するICチップまたは水晶振動片の形状に
応じて長方形にしてもよい。なお、本明細書において使
用する用語中、基板構造物とは少なくとも一つの基板か
ら成る構造物、つまり一基板または複数個積層された基
板から成る構造物のことをいう。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の一実
施の形態を詳細に説明する。図1(A)ないし図1
(C)は、本発明の一実施の形態による温度補償水晶発
振器40の構造を概略的に示している。図1(A)は前
記温度補償水晶発振器を正面から見た側断面図で、図1
(B)はその平面図で、図1(C)は図1(A)の矢印
A方向から見た右側断面図である。
【0017】図1(A)を参照すると、前記温度補償水
晶発振器40は、各々上下に開口部を有するキャビティ
を形成した第1基板構造物41と前記第2基板構造物4
2とから成る。第1基板構造物41は二個積層された基
板41a、41bから成り、その上面に異なる二個積層
された基板42a、42bから成る第2基板構造物42
を重合する。前記第2基板構造物42は第1基板構造物
41のキャビティと積層方向に、即ち垂直方向に重なら
ない領域にキャビティが形成される。
【0018】このように、本発明の基本的な特徴は、第
1基板構造物41と第2基板構造物42にICチップ4
7及び水晶振動片43を実装する領域として提供される
キャビティを垂直方向に重ならない構造(前記第1基板
構造物のキャビティが形成された領域と異なる領域にキ
ャビティが形成された第2基板構造物)で設け、ICチ
ップ47と水晶振動片43との間に設けられる基板(図
5(A)の131cに示す基板)を省略することにより
最終製品の高さを減少することにある。
【0019】本実施の形態において、前記第1基板構造
物41と前記第2基板構造物42において二個積層され
た基板を用いる理由は、第1基板構造物41の場合、一
般的にICチップ47の高さに充分な実装高さを提供す
べく二つの基板41a、41bに亙るキャビティを形成
する為で、それに比べて第2基板構造物42の場合は水
晶振動片43が入力信号によって発振できるようその上
下部にエアギャップを設けながら水晶振動片43の搭載
に適した階層構造にするためである。従って、他の実施
の形態においては、第1基板構造物41の場合には充分
な厚さを有する一つの基板のみを用いてICチップ実装
に適する高さのキャビティを形成することもでき、第2
基板構造物42の場合は図2に説明するように通常の他
の搭載方式に適する構造に形成することもできる。
【0020】本発明の温度補償水晶発振器40の構造を
言い換えると、前記第1基板構造物41のキャビティ上
面は第2基板構造物42の下面に、前記第2基板構造物
42のキャビティ底面は第1基板構造物41の上面に形
成されたとも言える。
【0021】こうした説明と関連して、ICチップ47
を実装するための第1基板構造物41に形成したキャビ
ティは該上面となる第2基板構造物42の下面にフリッ
プチップボンディングのための導電性パッド48を設
け、前記ICチップ47はフリップチップボンディング
方式で容易に実装することができる。さらに、前記IC
チップ47を配置したキャビティを樹脂で充填し前記第
1基板構造物41の下面と実質的に平坦化した面を有す
る樹脂部49を設けて密閉し、前記第2基板構造物42
の上面に金属カバー45を接合して前記第2基板構造物
42に形成したキャビティの開口部を覆うことで製品を
完成する。
【0022】図1(B)は本発明による構造から成る温
度補償水晶発振器40の平面図を示す。上部基板構造物
の第2基板構造物42に形成したキャビティには水晶振
動片43を搭載し、下部基板構造物の第1基板構造物4
1に形成したキャビティにはICチップ47を搭載す
る。図1(B)の平面図から見る二つの基板構造物のキ
ャビティは並んで配列される。
【0023】一般にICチップ47は水晶振動片43に
比してかなり小さな面積である。例えば、ICチップの
寸法は約1.84×1.38mmであるが、水晶振動片の
寸法は約3.6 ×1.89mmまたは約3.6×1.72
mm程である。従って、ICチップを搭載するキャビテ
ィを、水晶振動片を搭載するキャビティと垂直方向に重
ならないよう形成しても製品面積はそれほど増大するも
のではない。さらに、図1(B)のように、ICチップ
47をその長辺bが長方形の水晶振動片43の長辺cと
実質的に平行になるよう配列することによって、ICチ
ップ47の側面配置による幅増大を多少減少させる。も
ちろん、ここで提示するICチップ47と水晶振動片4
3の配列関係は、本発明の好ましい例を示したもので、
これにより本発明を限定するものではない。図5
(A),(B)に示す温度補償水晶発振器の水晶振動片
方向と同一に配列しながら長方形の水晶振動片の一短辺
側にICチップを配置させてもよい。
【0024】このように、本発明による温度補償水晶発
振器の構造は製品面積の増加を伴うが、スリム型移動通
信端末機で充分な収容可能な程(ICチップの短辺の長
さよりやや大きい約2mm以下ほど)に過ぎず、むしろ
当業界においては、こうした面積が多少増加しようとも
製品の高さを減少することが強く要求されている。
【0025】これを解決すべく本発明による水晶発振器
の構造は、従来の温度補償水晶発振器において必須要素
として認識されてきた二つのキャビティ領域を分離する
基板を省略することができる。このように前記基板を省
略することにより、通常の水晶発振器に採用する基板の
高さが約0.15〜0.2mmとすれば、本発明の水晶発
振器は製品全体の高さ(例えば、約1.2〜1.5mm)の
約10〜20%程度を縮小可能となる。これは水晶発振
器の定格基準が1.5mmであることに鑑みると、基板
設計の自由度を高め最近の趨勢であるスリム型移動通信
部品としての条件に充分対応するものである。
【0026】図1(C)は図1(A)の矢印A方向から
見た側断面図であって、本実施の形態において採用した
水晶振動片43の実装形態を示している。図1(C)に
示すように、前記第2基板構造物42は基板42aと前
記基板42aの上面に積層した基板42bとから成り、
前記第2基板構造物の上層基板42bに形成したキャビ
ティは少なくとも水晶振動片43を組込められるようそ
の面積より大きい開口部を有し、前記第2基板構造物の
下層基板42aに形成したキャビティは少なくとも前記
水晶振動片43より小さい開口部を有するよう形成す
る。さらに、前記二つの基板42a、42bに形成した
キャビティは一体化された階層構造となる。
【0027】こうした階層構造のキャビティを用いて、
水晶振動片43を容易に実装することができる。つま
り、図1(C)の”a”表示がある連結部分のように、
水晶振動片43は下層基板42aによって提供される側
壁上端にその一端が機械的に固定されるよう連結すると
同時に、前記側壁上端に導電性パターンと導電性孔(図
示せず)とで形成した配線経路を通してICチップ47
等と電気的に連結することができる。
【0028】図2は本発明の他の実施の形態による温度
補償水晶発振器50の側断面図である。本実施の形態に
おいて、第1基板構造物51と第2基板構造物52は各
々一つの基板で形成され、第2基板構造物52に形成し
たキャビティの底面は前記第1基板構造物51の上面か
ら成る。該第1基板構造物51の上面に連結バンプ54
を設け、前記連結バンプ54の上端に水晶振動片53を
配置して接着物56で固定して搭載することもできる。
ICチップは図1と同一な方式で第2基板構造物52の
下面に提供された連結パッド58を用いてフリップボン
ディングで連結した後にパッケージングするよう樹脂部
59を形成する。但し、本実施の形態においては適正厚
さの単一の一つの基板51を用いてICチップ57を実
装するのに充分な深さの実装領域を提供した。
【0029】本実施の形態においても、第1基板構造物
51と第2基板構造物52に各々形成する二つのキャビ
ティは垂直方向に重ならないよう形成し、第1基板構造
物51に形成したキャビティの上面は第2基板構造物5
2の下面により、第2基板構造物52に形成されたキャ
ビティは第1基板構造物51の上面により各々塞ぐ。
【0030】以上に説明した本発明は上述した実施の形
態及び添付の図面に基づき限定されるものではなく、添
付の請求の範囲により限定されるものである。従って、
請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない
範囲内で多様な形態の置換、変形及び変更が可能である
ことは当技術分野において通常の知識を有する者であれ
ば明らかである。例えば、第1基板構造物と第2基板構
造物を各々三つまたは四つ以上積層された基板から構成
しようとも、実装領域に提供される二つのキャビティが
相互に垂直方向に重ならず、両キャビティを分離する基
板を略した構造を有する温度補償水晶発振器であれば、
これもまた本発明に含まれるものと言える。
【0031】
【発明の効果】上述のとおり、本発明の温度補償水晶発
振器によれば、水晶振動片とICチップを実装するため
の二つのキャビティを各々上下に開放されるよう形成し
ながら、水晶振動片とICチップを分離する基板を省略
すべく前記二つのキャビティが垂直方向に重ならない構
造を提供することによって、製品の高さを縮小すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)ないし(C)は本発明の一実施の形態に
よるTCXO構造を示す正側断面図、平面図及び右側断
面図である。
【図2】本発明の他の実施の形態によるTCXO構造を
示す側断面図である。
【図3】(A)及び(B)は従来の分散型TCXO構造
を示す側断面図及び平面図である。
【図4】(A)及び(B)は従来の単一チップ型TCX
O構造の二つの例を示す側断面図である。
【図5】(A)及び(B)は従来の単一チップ型TCX
O構造の他の例を示す側断面図及び平面図である。
【符号の説明】
40 温度補償水晶発振器 41 第1基板構造物 42 第2基板構造物 43 水晶振動片 47 ICチップ 49 樹脂部

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一つの基板から成り、キャビ
    ティが形成された第1基板構造物と、 前記第1基板構造物の上面に配置され、少なくとも一つ
    の基板から成り、前記第1基板構造物のキャビティが形
    成された領域と異なる領域にキャビティが形成された第
    2基板構造物と、 前記第1基板構造物のキャビティに搭載されたICチッ
    プと、 前記第2基板構造物のキャビティに搭載された水晶振動
    片と、 前記ICチップが配置されたキャビティを樹脂で充填し
    て前記第1基板構造物の下面に実質的に平坦化した面を
    有する樹脂部と、 前記第2基板構造物の上面に配置されて前記第2基板構
    造物に形成されたキャビティを覆う金属カバーと、 を備えたことを特徴とする温度補償水晶発振器。
  2. 【請求項2】 前記第1基板構造物は二つ積層された基
    板から成り、 前記二つ積層された基板に一体化されたキャビティを具
    備することを特徴とする請求項1に記載の温度補償水晶
    発振器。
  3. 【請求項3】 前記第2基板構造物は第1基板と前記第
    1基板の上面に積層された第2基板とから成り、 前記第2基板に形成されたキャビティは少なくとも前記
    水晶振動片より大きい開口部を有し、前記第1基板に形
    成されたキャビティは少なくとも前記水晶振動片より小
    さい開口部を有し、前記第1及び第2基板のキャビティ
    は一体化された階層構造を成すキャビティを形成するこ
    とを特徴とする請求項1に記載の温度補償水晶発振器。
  4. 【請求項4】 前記水晶振動片の一端は第1基板に形成
    されたキャビティの開口部の側壁上端に連結されること
    を特徴とする請求項3に記載の温度補償水晶発振器。
  5. 【請求項5】 前記第2基板構造物に形成されたキャビ
    ティの底面は前記第1基板構造物上面の一領域となり、
    前記一領域には連結バンプが設けられ、 前記水晶振動片は前記第2基板構造物に形成されたキャ
    ビティに配置されて前記水晶振動片の一端が前記連結バ
    ンプによって保持されることを特徴とする請求項1に記
    載の温度補償水晶発振器。
  6. 【請求項6】 前記第2基板構造物に形成されたキャビ
    ティは、前記水晶振動片より大きい開口部の形状が長方
    形であることを特徴とする請求項1に記載の温度補償水
    晶発振器。
  7. 【請求項7】 前記第1基板構造物に形成されたキャビ
    ティの上面は前記第2基板構造物下面の一領域となり、
    前記一領域には連結パッドが設けられ、 前記ICチップは前記第1基板構造物に形成されたキャ
    ビティに配置されて前記連結パッドにフリップチップボ
    ンディング方式で連結されることを特徴とする請求項1
    に記載の温度補償水晶発振器。
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