JP2006086664A - 水晶振動子及び水晶発振器並びにその組立て方法及び携帯通信端末 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型低背化を可能としつつ周波数特性調整をも実際の使用状態に近い状態で行うことが可能な水晶発振器を得る。
【解決手段】 ＧＮＤ電位となるシールド２を有するケース１に、水晶接着ランド１０を介して水晶４を取付けた状態である、いわゆる水晶振動子の状態で、水晶４の周波数調整をした後に、制御ＩＣ５を実装したベース基板３に、この水晶振動子を取付けて水晶発振器を実現しているので、実際の使用状態に極めて近い状態での周波数調整ができ、水晶発振器に組込んだ後でも、負荷の変化が比較的少ないために、水晶発振器の所望の周波数を有する水晶が得易くなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は水晶振動子及び水晶発振器並びにその組立て方法及び携帯通信端末に関し、特に低背化を維持しつつ所望の発振周波数を得ることが可能な水晶振動子及び水晶発振器並びにその組立て方法及び携帯通信端末に関するものである。

近年、携帯電話機に代表される小型の携帯通信装置においては、多機能化に伴う構成部品数が増加傾向にあり、携帯に適した小型維持などの利便性を犠牲にすることなく、各種機能を実現する必要があり、よって部品の小型低背化（背丈寸法を小とした薄型化）などによる高密度実装を推進していく要求に迫られている。しかしながら、従来の装置設計構造の延長線上で、機能を確保しつつ小型低背化を推し進めるためには、加工限界などの制限により、継続的な改善が得られないので、設計構造自体を見直すことが必要になる。

図３〜図５は、携帯電話機における水晶発振器の断面構造を示すものであり、これら各図を参照しつつ低背化に関して説明することにする。先ず、図３を参照すると、現在最も一般的な水晶発振器の構造を示したものであり、基本的に、水晶パッケージ２０とＩＣパッケージ３０との積層構造となっており、水晶４と制御ＩＣ５とが、それぞれ個別の基板３ａと３ｂとの上に実装され、両パッケージ２０及び３０は独立のパッケージであって、両パッケージをハンダ８により重ね合わせることにより、水晶発振器を形成している。なお、制御ＩＣ５は水晶４と共に水晶発振器を構成するものであり、ＩＣチップ化されている。

この制御ＩＣ５はバンプ１１によりベース基板３ｂに実装されており、また、水晶４は導電性接着剤１５により、基板３ａ上の水晶接着ランド１０に機械的、電気的に接続されている。なお、７はＧＮＤ（グランド）リッド（ケース）であり、水晶パッケージ２０の基板３ａ上のＧＮＤパターン６に接着剤１６によって接着されると共に、水晶４の封止をも行うようになっている。また、１４はＩＣパッケージ３０の基板（回路基板）３に設けられたＩＯ（入出力）端子またはＧＮＤ端子である。

この図３の構造では、水晶パッケージ２０とＩＣパッケージ３０とを独立に形成して、これら両パッケージを積層構造とするものであるから、上述した低背化には極めて不利である。特に、両パッケージの各々の内部には、所定のクリアランス（間隙）を有しているので、更に不利となるという問題がある。

そこで、特許文献１や２に示すような構造の水晶発振器が提案されており、その断面構造の例を図４に示している。図４において、図３と同等部分は同一符号により示す。本例では、低背化を実現すべく、水晶４と制御ＩＣ５とを同一の空間内に配置するようになっている。すなわち、制御ＩＣ５を収容するパッケージの凹部周縁部分に段差１７を形成しておき、この段差１７の部分に水晶接着ランド１０を設け、水晶４を導電性接着剤１５により水晶接着ランド１０に機械的、電気的に接続するようになっている。なお、特許文献３にも、水晶と制御ＩＣとを同一空間内に配置する構造が開示されている。

また、他の例として、図５に示すように、図３に示した個別のパッケージ２０，３０を廃止し、ベース基板３の上面に、水晶４を実装し、下面に制御ＩＣ５を実装する構造も考えられる。なお、図５において、図３と同等部分は同一符号により示している。

特開２００１−２８５１７号公報 特開２００２−１９８７４０号公報 特開２００２−１６４７３９号公報

図４に示した構造では、水晶４と制御ＩＣ５とを同一空間内に配置することにより、図３に示した構造よりもより低背化を実現できるが、水晶発振器製造工程においては、ベース基板３上に制御ＩＣ５を実装した後に、水晶４をその上部に実装するようになっているために、制御ＩＣ５と同一の空間に水晶４を実装する前の段階で、水晶４の周波数調整をなす必要が生ずる。

しかしながら、水晶の周波数調整は、実際に使用される状態にできるだけ近い状態で行うことが必要であるが、図４の構造では、前述した如く、水晶４を実装する前の段階で周波数調整を行わざるを得ない。このことは、水晶４を水晶接着ランド１０やＧＮＤパターン等とを全く切り離した状態で周波数調整を行うことになり、これらと接続されることにより得られるであろうＬ成分やＣ成分を全く無視した状態での周波数調整となり、実際に、水晶４を水晶接着ランド１０に接続して実装した状態とは、電気的特性が相違してしまい、周波数調整が無意味になるという欠点がある。

図５に示した構造では、水晶４の周波数調整を水晶振動子の状態で行うことができるという利点はあるものの、図３の例と同様に、水晶４と制御ＩＣ５とに付随するクリアランスを個別に確保する必要があり、水晶パッケージ２０の下面基板３の表裏に、水晶と制御ＩＣ５とを配置している関係上、図３の水晶パッケージ２０の下面基板３ａよりも、複雑な配線パターンを基板３に施す必要があり、より層数の多い積層基板を用いて、層間接続に頼らざるを得ず、低背化の推進に対して限界がある。

本発明の目的は、小型低背化を可能としつつ周波数特性調整をも実際の使用状態に近い状態で行うことが可能な水晶振動子及び水晶発振器並びにその組立方法及びそれを用いた携帯通信端末を提供することである。

本発明による水晶振動子は、水晶と、前記水晶が搭載されたシールド付きケースとを含むことを特徴とする。そして、前記水晶は前記ケースの一主表面に搭載されており、前記シールドは前記ケースの他主表面に設けられていることを特徴とする。更に、前記一主表面の外周縁に設けられ、前記一主表面が回路基板のＩＣチップ搭載面に対向するように前記ケースを前記回路基板に接合するための接合部を含むことを特徴とする。

更に、前記一主表面に設けられ、前記一主表面が回路基板のＩＣチップ搭載面に対向するように前記ケースを前記回路基板に接合する際に、前記水晶と前記ＩＣチップとの電気的接続をなすための接続端子を含むことを特徴とする。また、接続端子を、前記水晶の周波数調整ための測定端子として使用するようにしたことを特徴とする。

本発明による水晶発振器は、水晶が搭載されたシールド付きケースを有する水晶振動子と、ＩＣチップが搭載された回路基板とを含み、前記ケースと前記回路基板とを、前記水晶と前記ＩＣチップとが対向するように接合してなることを特徴とする。更に、前記ケースと前記回路基板との接合時に、同時に、前記水晶と前記ＩＣチップとの電気的接続をなす接続端子を含むことを特徴とする。

本発明による携帯通信端末は、上記の水晶振動子または水晶発振器を含むことを特徴としている。

本発明による水晶発振器組立て方法は、水晶が搭載されたシールド付きケースを有する水晶振動子を準備する工程と、この水晶振動子の周波数調整を行う工程と、しかる後に、ＩＣチップが搭載された回路基板に対して、前記水晶と前記ＩＣチップとが対向するように、前記ケースを接合する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、水晶発振器の低背化を維持しつつ周波数調整をも正確に行うことが可能になるという効果がある。その理由は、水晶と制御ＩＣとを同一空間内に実装し、更に、水晶をＧＮＤ付きケースに搭載した状態で実装可能な構造にしたためである。

以下に、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態の断面図であり、図３〜図５と同等部分は同一符号により示している。ベース基板（回路基板）３上に、制御ＩＣ（チップ）５がバンプ１１により搭載されている。ベース基板３の周縁部の一部には段差１７が設けられており、この段差１７上には、水晶４を電気的に接続するための配線パターン１２が設けられている。なお、１４はベース基板３のＩＯ端子またはＧＮＤ端子である。

一方、ケース１は、気密性が保持可能な機能を有する絶縁材からなっており、その一主面上にはシールド２が全面に被着されており、他の一主面上の外周縁部には、接合パターン１３が設けられており、この接合パターン１３とシールド２とは、ケース１の基板内部で、図示せぬスルーホールを介して電気的に導通しているものとする。また、このケース１の当該他の一主面上には、水晶４を電気的に接続しかつ機械的に取付けるための水晶接着ランド１０が設けられている。この接着ランド１０に、水晶４を導電性接着剤１５により接着することにより、水晶４のケース１への実装が可能となる。

水晶４が実装されたケース１は、接合パターン１３と、ベース基板３の外周縁部に設けられているＧＮＤパターン６とにより接合され、水晶４と制御ＩＣ５とを収納した空間が外気と遮断されることになる。この場合の接合方法は、接合パターン１３とＧＮＤパターン６との機械的及び電気的接続、更には、気密性が確保される工法であれば、手段は特に問わない。ＧＮＤパターン６はベース基板３内部で水晶発振器下面のＧＮＤ端子と導通しており、シールド２を外装上面へ配置することにより、使用時に、ＧＮＤ電位とし、水晶発振器の電磁遮蔽性を確保することができる。

制御ＩＣ５内の水晶接続端子は、バンプ１１を介して、ベース基板３上面の配線パターン１２と接続されており、導体９により水晶接着ランド１０と接続されることにより、水晶４と導通が可能になっている。

本例においては、ＧＮＤ（アース）電位となるシールド２を有するケース１に、水晶接着ランドを介して水晶４を取付けた状態である、いわゆる水晶振動子の状態で、水晶４の周波数調整をした後に、制御ＩＣ５を実装したベース基板３に、水晶振動子を取付けて水晶発振器を実現しているので、実際の使用状態に極めて近い状態での周波数調整ができ、水晶発振器に組込んだ後でも、負荷の変化が比較的少ないために、水晶発振器の所望の周波数を有する水晶が得易くなるのである。

なお、図４に示した従来の構造では、制御ＩＣ５を基板３に搭載した後に、水晶４を実装してＧＮＤリッド７にて封止し、水晶発振器が完成するので、水晶４は単体の状態のみでしか周波数調整ができない。よって、水晶４が水晶発振器に、図４に示す如く組込まれた場合には、水晶４からみた負荷は大きく変化してしまい、水晶発振器の所望の周波数を有した水晶４を得ることは困難となる。しかしながら、本発明では、上述したように、周波数調整前後における負荷の変化が少ないので、所望の周波数を有する水晶が得られるのである。

制御ＩＣ５と配線パターン１２とは、ワイヤボンディングを介して接続するようにしても良いことは勿論である。

水晶４の周波数を調整する方法は、接合パターン１３とＧＮＤパターン６とを接合される前、かつ水晶接着ランド１０と配線パターン１２とを導体９で接続する前の、図２の平面図（図１における水晶４側からみた図）に示した状態で、いわゆる水晶振動子の状態で、水晶接着ランド１０を、周波数測定用パッドとして利用し、測定用プローブ４０を、このパッドに接触させて、周波数調整を行うようにする。なお、図２において、図１と同等部分は同一符号により示している。

上記の実施の形態に示した水晶発振器は、携帯電話機などの携帯型通信端末に用いることができるが、一般の無線通信装置に広く用いることができることは勿論である。

本発明の実施の形態の構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態において、水晶をシールド付きケースに装着して水晶振動子としたときに、この水晶振動子をベース基板に実装する前の段階において、水晶取り付け面からこの水晶振動子を見た平面図である。 従来の水晶発振器の構造の一例を示す断面図である。 従来の水晶発振器の構造の他の例を示す断面図である。 従来の水晶発振器の構造の更に他の例を示す断面図である。

符号の説明

１ ケース
２ シールド
３ ベース基板
４ 水晶
５ 制御ＩＣ（チップ）
６ ＧＮＤ（グランド）パターン
９ 導体
１０ 水晶接着ランド
１１ バンプ
１２ 配線パターン
１３ 接合パターン
１４ ＩＯ端子またはＧＮＤ端子
１５ 導電性接着剤
１６ 接着剤
１７ 段差
４０ 測定用プローブ

Claims (10)

1. 水晶と、前記水晶が搭載されたシールド付きケースとを含むことを特徴とする水晶振動子。
2. 前記水晶は前記ケースの一主表面に搭載されており、前記シールドは前記ケースの他主表面に設けられていることを特徴とする請求項１記載の水晶振動子。
3. 前記一主表面の外周縁に設けられ、前記一主表面が回路基板のＩＣチップ搭載面に対向するように前記ケースを前記回路基板に接合するための接合部を、更に含むことを特徴とする請求項２記載の水晶振動子。
4. 前記一主表面に設けられ、前記一主表面が回路基板のＩＣチップ搭載面に対向するように前記ケースを前記回路基板に接合する際に、前記水晶と前記ＩＣチップとの電気的接続をなすための接続端子を、更に含むことを特徴とする請求項２または３記載の水晶振動子。
5. 前記接続端子を、前記水晶の周波数調整ための測定端子として使用するようにしたことを特徴とする請求項４記載の水晶振動子。
6. 水晶が搭載されたシールド付きケースを有する水晶振動子と、ＩＣチップが搭載された回路基板とを含み、前記ケースと前記回路基板とを、前記水晶と前記ＩＣチップとが対向するように接合してなることを特徴とする水晶発振器。
7. 前記ケースと前記回路基板との接合時に、同時に、前記水晶と前記ＩＣチップとの電気的接続をなす接続端子を、更に含むことを特徴とする請求項６記載の水晶発振器。
8. 水晶が搭載されたシールド付きケースを有する水晶振動子を準備する工程と、この水晶振動子の周波数調整を行う工程と、しかる後に、ＩＣチップが搭載された回路基板に対して、前記水晶と前記ＩＣチップとが対向するように、前記ケースを接合する工程とを含むことを特徴とする水晶発振器組立て方法。
9. 請求項１〜５いずれか記載の水晶振動子を含むことを特徴とする携帯通信端末。
10. 請求項６〜７いずれか記載の水晶発振器を含むことを特徴とする携帯通信端末。
    

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