JP2004179950A

JP2004179950A - 表面実装用の水晶発振器

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Publication number: JP2004179950A
Application number: JP2002343575A
Authority: JP
Inventors: Kozo Ono; 公三小野; Akio Chiba; 亜紀雄千葉
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-27
Also published as: JP4157371B2

Abstract

【目的】第１に小型化を促進して特に高さ寸法を小さくすることを、第２に振動特性を良好にして設計を容易にした表面実装発振器を提供する。
【構成】発振回路を構成するＩＣと水晶片とを、平板状として水晶接続端子及びＩＣ接続端子を内表面に有して前記ＩＣ接続端子と電気的に接続する外部端子を外表面に有する実装基板と、凹状としたカバーからなる容器内に一体化してなる表面実装用の水晶発振器において、前記実装基板は発振回路をＩＣ化したシリコン基板として前記カバーは可動イオンを有するガラスとし、前記シリコン基板と前記カバーとを陽極接合するとともに、前記水晶接続端子及び前記ＩＣ接続端子は前記シリコン基板の表面に設けられたポリシリコン（Ｐ^＋Ｓｉ）層からなり、前記ＩＣ接続端子と前記外部端子とはポリシリコン層で遮蔽された電極貫通孔によって電気的に接続した構成とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は表面実装用の水晶発振器（以下、表面実装発振器とする）を産業上の技術分野とし、特に小型化を促進する表面実装発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（発明の背景）表面実装発振器は小型・軽量であることから、特に携帯型の電子機器に周波数及び時間の基準源として広く採用される。近年では、ますますの小型化指向から、さらに小さな表面実装発振器が求められている。
【０００３】
（従来技術の一例）第２図は一従来例を説明する表面実装発振器の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は水晶片の平面図である。
【０００４】
表面実装発振器は、実装基板１、ＩＣチップ２、水晶片３及びカバー４からなる。実装基板１は内壁に段部を有する凹状とした積層セラミックからなり、底壁５及び第１、第２枠壁６（ａｂ）を積層してなる。そして、凹部底面に図示しないＩＣ接続端子を、段部に水晶接続端子を有し、表面実装用の外部端子７を外表面に有する。外部端子７は積層面を経てＩＣ接続端子に接続する。
【０００５】
ＩＣチップ２は発振回路を集積化して一主面に少なくとも電源、出力及びアース端子を含む図示しないＩＣ端子を有する。そして、ＩＣチップ２の一主面を凹部底面のＩＣ接続端子にバンプ８を用いた超音波熱圧着あるいは熱圧着によって固着し、電気的・機械的に接続する。
【０００６】
水晶片３は両主面に励振電極９を有し、例えば一端部両側に引出電極１０を延出する。そして、引出電極１０の延出した一端部両側を凹部段部の水晶接続端子上に導電性接着剤１６によって固着し、電気的・機械的に接続する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の表面実装発振器では、構成部品を実装基板１、ＩＣチップ２、水晶片３及びカバー４の４点とするので、これ以上の大幅な小型化を困難とする。そして、上記例ではＩＣチップ２と水晶片３とをその厚み方向に配置するので、特に高さ寸法を大きくする問題があった。
【０００８】
また、実装基板１は積層セラミックからなるので、グリーンシートの積層及び焼成の製造工程上、第１枠壁６ａの厚みは一定値以上の大きさ例えば幅と同等以上を必要とする。したがって、容器内の内底面面積が損なわれる。
【０００９】
一方、水晶片３は板面面積が大きいほど振動特性を良好にするとともに、例えば容量比Ｃ０／Ｃ１を小さくして設計の自由度を増し、その設計を容易にする。なお、Ｃ０は等価並列容量（電極間容量）、Ｃ１は等価直列容量である。このことから、実装基板１の平面外形寸法は小さくして、内底面面積は大きい容器が求められる。
【００１０】
また、従来技術（水晶振動子）においては、実装基板１を平板状として、凹状としたセラミックからなるカバー４をガラスや樹脂によって封止したものがある（未図示）。このようなものでは、一体成形なのでカバー４の枠幅を小さくできて内底面面積を大きくできる。しかし、ガラス封止の場合には接合材としてのガラスの強度が小さく耐衝撃特性に問題があり、樹脂封止の場合には湿気等の外気が侵入して振動特性を低下させる問題があった。
【００１１】
（発明の目的）本発明は第１に小型化を促進して特に高さ寸法を小さくすることを、第２に振動特性を良好にして設計を容易にした表面実装発振器を提供することを目的とする。
【００１２】
【非特許文献１】先端材料辞典、１９９７年２月２５日発行、第４刷、Ｐ６２９〜６３０．
【非特許文献２】豊田中央研究所Ｒ＆Ｄレビュー、Ｖｏｌ．２８、Ｎｏ４（１９９３．１２）Ｐ５３〜５４
【００１３】
【課題を解決するための手段】
（着目点及び適用）本発明は上記の非特許文献１及び２で示されるシリコン基板と可動イオンを含むガラスとの陽極接合技術に着目して、シリコン基板を平板状の実装基板とし、ガラスを凹状のカバーとして表面実装発振器の容器に適用するとともに、シリコン基板に発振回路をＩＣ化（集積化）した。
【００１４】
（解決手段）本発明は、発振回路を構成するＩＣと水晶片とを、平板状として水晶接続端子及びＩＣ接続端子を内表面に有して前記ＩＣ接続端子と電気的に接続する外部端子を外表面に有する実装基板と、凹状としたカバーからなる容器内に一体化してなる表面実装用の水晶発振器において、前記実装基板は発振回路をＩＣ化したシリコン基板として前記カバーは可動イオンを有するガラスとし、前記シリコン基板と前記カバーとを陽極接合するとともに、前記水晶接続端子及び前記ＩＣ接続端子は前記シリコン基板の表面に設けられたポリシリコン（Ｐ^＋Ｓｉ）層からなり、前記ＩＣ接続端子と前記外部端子とはポリシリコン層で遮蔽された電極貫通孔によって電気的に接続した構成とする。
【００１５】
これにより、シリコン基板は従来の実装基板とＩＣチップを兼用するので、部品点数を少なくして小型化特に高さ寸法を格段に小さくできる。また、カバーを凹状としたガラスとするので、枠幅を小さくできる。したがって、平面外形をも小さくして内底面面積を大きくできる。これにより、水晶片の振動特性を良好にする。そして、ガラスや樹脂等の封止材を使用することなく、耐衝撃性を良好にして外気の侵入を防止する。また、シリコン基板の表面にポリシリコン層を設けてその下面に電極貫通孔を設けるので、ポリシリコン層によって密閉を確実に維持できる。
【００１６】
請求項２では、前記水晶片は前記ポリシリコン層にバンプによって電気的に接続するので、水晶片が小さくなっても例えば導電性接着剤によっての接続に比較して水晶接続端子間の電気的絶縁を維持できる。請求項３では前記ガラスの可動イオンはＮａ^＋又はＬｉ^＋とするので、陽極接合を確実にする。
【００１７】
【発明の実施形態】
第１図は本発明の実施形態を説明する表面実装発振器の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）はカバーを除く平面図である。但し、平面図中での枠はカバーの当接部である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
【００１８】
表面実装発振器は、平板状とした実装基板１と凹状としたカバー４からなる容器に水晶片３を封入してなる。実装基板１はシリコン基板とし、カバー４はＮａ^＋、Ｌｉ^＋等の可動イオンを含むガラスとする。シリコン基板は発振回路を内部に集積化し、内表面の一端部両側に水晶接続端子１１を、中央領域に電源、出力及びアース端子等のＩＣ接続端子１２を露出する。そして、ＩＣ接続端子１２は内表面の４隅部に設けられた導通端子１３に導電路１４によって接続する。外表面の４角部には、導通端子１３と電気的に接続する外部端子７を有する。
【００１９】
水晶接続端子１１、ＩＣ接続端子１２、導電路１４及び導通端子１３は、シリコン基板の表面に例えば高濃度のボロンが拡散されたポリシリコン層（Ｐ^＋Ｓｉ）からなる。そして、水晶接続端子１１となるポリシリコン層上に例えばＡｕ層（未図示）を設けて、バンプ８を用いた超音波熱圧着や熱圧着によって水晶片２の一端部両側を固着する。また、導通端子１３の下面には電極貫通孔１５が設けられ、外部端子７と電気的にと接続する。
【００２０】
これらは、先ず、図示しないシリコンウェハの一主面に、水晶接続端子１１、ＩＣ接続端子１２、導電路１４及び導通端子１３に対応した多数のポリシリコン層を設け、例えば全面に第１マスクを設ける。また、他主面には電極貫通孔１５に対応した孔を有する第２マスクを設ける。そして、例えばＫＯＨ（水酸化カリウム）液中にて水晶ウェハをエッチングする。これにより、ポリシリコン層に達する貫通孔が形成される。
【００２１】
なお、シリコン基板はＫＯＨに溶けるが、ポリシリコン層は溶けない。また、第１と第２マスクはＫＯＨには溶けない例えばＳｉＯ_２、ＳｉＮ等とする。次に、貫通孔及び各実装基板１となる４角部に蒸着やスパッタ等によってＣｒ、Ｃｕ及びＡｕ層を形成する。これにより、電極貫通孔１５及び実装端子７が形成される。そして、個々の実装基板（シリコン基板）１に分割する。
【００２２】
カバー４はここではパイレックス（登録商標）ガラスからなり、Ｎａ^＋とした可動イオンを含む。そして、実装基板１の外周面にカバー４の枠壁上面を当接し、加熱（３００〜４００℃）しながらカバー側に５００Ｖ程度の負電圧を印加する。なお、実装基板１及びカバー４の当接面は鏡面研磨される。
【００２３】
このようなものでは、非特許文献１及び２に示されるように陽極接合が行われる。すなわち、カバー４（パイレックス（登録商標）ガラス）に含まれる可動イオンＮａ^＋が移動して、実装基板１（シリコン基板）との界面にＮａ^＋イオン欠乏層ができ、大きな静電引力を生じる。そして、両者の界面は化学結合に至る。したがって、結合強度は格段に上がる。
【００２４】
このような構成であれば、発振回路を集積化したシリコン基板を実装基板１に適用するので、従来のＩＣチップ２を不要にする。したがって、部品点数を減らすことができて、小型化を促進する。特に、この例では高さ寸法を各段に小さくできる。また、カバー４をガラスとして凹状とするので枠幅を小さくでき、平面外形を小さくして内底面面積を大きくできる。したがって、水晶片３の外形も大きくできて振動特性を良好にして設計の自由度を増す。
【００２５】
そして、実装基板１とは陽極接合とするので、従来のようにガラスや樹脂の封止材を不要として、耐衝撃性を良好にして外気の侵入を防止する。また、ＩＣ接続端子１２と電気的に接続する電極貫通孔１５は、シリコン基板の一主面に設けられたポリシリコン層によって遮蔽されるので、気密を確実にする。
【００２６】
【他の事項】
上記実施例ではカバー４はパイレックス（登録商標）ガラスとしたが、例えば特許文献２（ｐ５４）で示されるデビトロンガラスでもよく、基本的にはＮａ^＋やＬｉ^＋イオン等の可動イオンが含まれていればよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、発振回路を構成するＩＣと水晶片とを、平板状として水晶接続端子及びＩＣ接続端子を内表面に有して前記ＩＣ接続端子と電気的に接続する外部端子を外表面に有する実装基板と、凹状としたカバーからなる容器内に一体化してなる表面実装用の水晶発振器において、前記実装基板は発振回路をＩＣ化したシリコン基板として前記カバーは可動イオンを有するガラスとし、前記シリコン基板と前記カバーとを陽極接合するとともに、前記水晶接続端子及び前記ＩＣ接続端子は前記シリコン基板の表面に設けられたポリシリコン（Ｐ^＋Ｓｉ）層からなり、前記ＩＣ接続端子と前記外部端子とはポリシリコン層で遮蔽された電極貫通孔によって電気的に接続した構成とする。
【００２８】
したがって、本発明は小型化を促進して特に高さ寸法を小さくできる。そして、振動特性を良好にして設計を容易にした表面実装発振器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明する表面実装発振器の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）はカバー４を除く平面図である。
【図２】従来例を説明する図で、同図（ａ）は表面実装発振器の断面図、同図（ｂ）は水晶片３の平面図である。
【符号の説明】
１実装基板、２ＩＣチップ、３水晶片、４カバー、５底壁、６枠壁、７外部端子、８バンプ、９励振電極、１０引出電極、１１水晶接続端子、１２ＩＣ接続端子、１３導通電極、１４導電路、１５電極貫通孔、１６導電性接着剤．

Claims

発振回路を構成するＩＣと水晶片とを、平板状として水晶接続端子及びＩＣ接続端子を内表面に有して前記ＩＣ接続端子と電気的に接続する外部端子を外表面に有する実装基板と、凹状としたカバーからなる容器内に一体化してなる表面実装用の水晶発振器において、前記実装基板は発振回路をＩＣ化したシリコン基板として前記カバーは可動イオンを有するガラスとし、前記シリコン基板と前記カバーとを陽極接合するとともに、前記水晶接続端子及び前記ＩＣ接続端子は前記シリコン基板の表面に設けられたポリシリコン（Ｐ^＋Ｓｉ）層からなり、前記ＩＣ接続端子と前記外部端子とはポリシリコン層で遮蔽された電極貫通孔によって電気的に接続したことを特徴とする水晶発振器。
前記水晶片は前記ポリシリコン層にバンプによって電気的に接続した請求項１の水晶発振器。
前記可動イオンはＮａ^＋又はＬｉ^＋である請求項１の水晶発振器。