JP2007158918A - 表面実装用の水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【目的】両主面に凹部を有する容器本体の凹部底面の平坦度を高め、超音波熱圧着によるバンプ（ＩＣチップ）の接続を確実にした表面実装発振器を提供する。
【構成】一方と他方の凹部を両主面に有する中央層と上下枠層とからなる容器本体と、前記一方の凹部に収容されて密閉封入された水晶片と、前記他方の凹部底面に固着されたＩＣチップとを備え、前記中央層は少なくとも一層目と二層目とからなり、前記一層目と前記二層目との積層面にはシールド電極７を有するとともに、前記水晶片と前記ＩＣチップとは前記一層目及び二層目に設けた第１及び第２電極貫通孔８（ａｂ）を有する導電路によって電気的に接続した表面実装用の水晶発振器において、前記第1及び第２電極貫通孔８（ａｂ）はいずれも前記ＩＣチップの搭載される中央領域より外側に形成された構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は両主面に凹部を有する断面Ｈ状の容器本体を用いた表面実装用の水晶発振器（以下、表面実装発振器とする）を技術分野とし、特に凹部底面に対するＩＣチップの接続を確実にした表面実装発振器に関する。

表面実装発振器は小型・軽量であり、例えば温度補償型では周波数安定度が高いことから、特に携帯電話等を含めた携帯型の電子機器に周波数や時間の基準源として適用される。近年では、ますますの小型化が進行するとともに信頼性が強く求められている。

（従来技術の一例）
第４図及び第５図は一従来例を説明する図で、第４図（ａ）は断面図、図（ｂ）は底面図、第５図（ａ）は中央層の一層目、同図（ｂ）は同二層目の平面図である。

表面実装発振器は、概ね、容器本体１、水晶片２及びＩＣチップ３からなる。容器本体１は両主面に凹部を有する断面Ｈ構造とした積層セラミックからなり、平板状の中央層１ａと開口部を有する上下枠層１（ｂｃ）とを有する。中央層１ａは一層目Ａと二層目Ｂとを積層してなり、一層目の一主面は一方の凹部底面（図の上面側）、二層目の他主面は他方の凹部底面（同下面側）となる。

中央層１aの一層目Ａは、一方の凹部底面となる一主面の一端部両側に一対の水晶保持端子４（ａｂ）を有し、例えば両端側の中央部に設けられた電極貫通孔としての第１ビアホール５（ａｂ）と配線路６によって接続する。中央層の二層目Ｂと一層目Ａとの積層面となる一主面にはシールド電極７を有する。シールド電極７の全外周は上下枠との積層面内に延出し、凹部底面を覆って形成される。

そして、シールド電極７とは電気的に独立して、第１ビアホール５（ａｂ）と配線路６によって接続した電極貫通孔としての第２ビアホール８（ａｂ）が中央領域に設けられる。また、他方の凹部底面となる二層目Ｂの他主面には長辺方向の両側に回路端子９が設けられ、中央領域に水晶検査端子Ｘ1、Ｘ2が設けられる。水晶検査端子Ｘ1、Ｘ2は第２ビアホール８（ａｂ）と直接的に接続する。

上枠層の上面には図示しない金属リングあるいは金属厚膜が形成され、下枠層の４角部には図示しない側面電極を有する実装電極１０が形成される。水晶片２は両主面に図示しない励振電極を有し、一端部両側の外周部に引出電極を延出する。そして、容器本体１の一方の凹部底面に設けられた水晶保持端子４（ａｂ）に、引出電極の延出した一端部両側が導電性接着剤１１によって固着される。そして、上枠層１ｂの上面に設けられた金属リング等に金属カバー１２が接合し、水晶片２が密閉封入される。

ＩＣチップ３は回路機能面に図示しない複数のＩＣ端子を有する。ＩＣ端子は一対の水晶端子、及び実装電極１０に電気的に接続する電源、出力、アース、自動周波数制御（ＡＦＣ）端子からなる。但し、温度補償型の場合は、温度補償データの書込端を有する。そして、容器本体１の他方の凹部底面に設けられた各回路端子９にバンプ１３を用いた超音波熱圧着によって固着される（所謂フリップチップボンディング）。回路端子９中の水晶端子９（ａｂ）は水晶検査端子Ｘ1、Ｘ2と接続し、付番しない書込端子は容器本体１の側面に設けた書込表面端子１４に接続する。

このようなものでは、水晶保持端子４と水晶検査端子Ｘ1、Ｘ2とを異なる位置に設けた第１及び第２ビアホール８（ａｂ）と配線路６からなるクランク状の導電路によって接続する。したがって、第１及び第２ビアホール８（ａｂ）を同じ位置として直線状に設けた場合に比較し、気密漏れを防止して密閉度を確実にする。また、中央層１ａの一層目Ａと二層目Ｂとの積層面に設けたシールド電極７によって、水晶片とＩＣチップとの電気的結合を防止して発振特性を良好に維持する。

なお、水晶検査端子Ｘ1、Ｘ2は金属カバー１２を被せてＩＣチップ３を搭載する前に、水晶振動子（水晶片）単独での振動特性例えばクリスタルインピーダンス等を測定するために設けられる。これにより、異常品を排除し、水晶振動子に起因した出荷後の発振不良を撲滅する。また、ＩＣチップ３の搭載後は、通常では、他方の凹部には図示しない保護樹脂を塗布する（所謂アンダーフィル）。そして、シールド電極７及び金属カバー１２は図示しないビアホール等によって実装端子１０のアース端子に電気的に接続する。

（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、中央層１ａの一層目Ａと二層目Ｂとの積層面に設けられたシールド電極７には、ＩＣチップの搭載領域（中央領域）に電気的に独立したビアホール５、８が設けられることによって、バンプ１３によるＩＣチップ３と回路端子９との接続不良を引き起こす問題があった。

すなわち、シールド電極７及ビアホール５、８を含めた回路パターンは、先ず、図示しないシート状のセラミック生地に下地電極としてのタングステン（Ｗ）やモリブテン（Ｍo）等が印刷される。次に、中央層１ａ及び上下枠１（ｂｃ）を積層した後、一体的に焼成される。そして、焼成後に例えばニッケル（Ｎi）及び金（Ａu）層をメッキによって設けて形成される。但し、積層面は下地電極のみとなる。

これらの場合、例えば第６図（ａ）の一部断面図に示したように、中央層１ａの二層目Ｂ上ではシールド電極７とビアホール５（ａｂ）、８（ａｂ）とは独立して形成されるので、両者間には二層目Ｂの素地が露出する。このため、一層目Ａと二層目Ｂを積層した場合、概ねビアホール５、８の外周電極Ｐ及びシールド電極７の厚み分、段差を生じて一層目Ａの表面（一主面）が湾曲する。例えば電極厚みは約10〜15μｍなので、一層目Ａの表面段差ｄは同等以上になる。

このことから、ＩＣチップ３の固着される凹部底面である一層目Ａが湾曲するため、例えば第６図（ｂ）に示したように、超音波熱圧着によるＩＣチップ３の固着時に、湾曲部での間隙が大きいところでは、バンプ１３が充分に圧着されず、接続不良を引き起こす問題があった。ちなみに、超音波熱圧着時の凹部底面の平坦度は電極厚みと同程度の10〜15μｍとされている。

（発明の目的）本発明は、両主面に凹部を有する容器本体の凹部底面の平坦度を高め、超音波熱圧着によるバンプ（ＩＣチップ）の接続を確実にした表面実装発振器を提供することを目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、一方と他方の凹部を両主面に有する中央層と上下枠層とからなる容器本体と、前記一方の凹部に収容されて密閉封入された水晶片と、前記他方の凹部底面に固着されたＩＣチップとを備え、前記中央層は少なくとも一層目と二層目とからなり、前記一層目と前記二層目との積層面にはシールド電極を有するとともに、前記水晶片と前記ＩＣチップとは少なくとも前記一層目及び二層目に設けた第１及び第２電極貫通孔を有する導電路によって電気的に接続した表面実装用の水晶発振器において、前記第1及び第２電極貫通孔はいずれも前記ＩＣチップの搭載される中央領域より外側に形成された構成とする。

このような構成であれば、一層目と二層目からなる中央層の第１及び第２電極貫通孔は中央領域より外側に形成されるので、凹部底面となる一層目における表面の、ＩＣチップが固着される中央領域を平坦にする。したがって、超音波熱圧着によるバンプの接続を確実にできる。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１の前記第１及び第２電極貫通孔は前記中央層のうちの上下枠層との積層面間に設ける。これによれば、上下枠層との積層面間に電極貫通孔が設けられるので、気密を確実にできる。また、シールド電極は凹部底面の全面を覆って漏れなく形成できるので、シールド効果を高められる。

同請求項３では、請求項１の前記第１及び第２電極貫通孔は直線上とする。これにより、第1及び第２電極貫通孔を接続する配線路を要しないので、例えば線間容量を小さくして発振周波数のバラツキを抑制できる。

第１図及び第２図は本発明の一実施形態を説明する表面実装発振器の図で、第１図（ａ）は断面図、図（ｂ）は底面図、第２図（ａ）は中央層の一層目、同図（ｂ）は同二層目の平面図である。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。

表面実装発振器は前述したように、一層目Ａと二層目Ｂを有する中央層１ａと上下枠層１（ｂｃ）とからなる容器本体１の一方の凹部に水晶片２を密閉封入する。そして、４角部に実装電極１０を有する他方の凹部底面にバンプ１３を用いた超音波熱圧着によってＩＣチップ３の回路機能面を固着してなる。

そして、ここでは、中央層１ａの一層目Ａの表面（一主面）に形成された一端部両側の水晶保持端子４（ａｂ）と配線路６によって接続する第１ビアホール５（ａｂ）は、上下枠層１（ｂｃ）との積層面となる両端側に形成される。また、中央層の二層目Ｂの一層目Ａとの積層面となる一主面に形成されるシールド電極７は、凹部底面の全領域を余すことなく覆って形成される。そして、両端側に円弧状の切欠部を設けて第２ビアホール８（ａｂ）を設ける。

第１及び第２ビアホール５、８は上下枠層１（ｂｃ）との積層面間で同じ位置に形成され、上下方向に直線上とする。そして、二層目Ｂの他主面に設けられた水晶検査端子Ｘ1、Ｘ2に積層面を経た配線路６によって接続する。水晶検査端子Ｘ1、Ｘ2は前述同様に回路端子９中の水晶端子９（ａｂ）に接続する。

なお、第１及び第２ビアホール５、８は中央層１ａの一層目Ａと二層目Ｂとなるシート状のセラミック生地に他の回路パターンとともにそれぞれ独立して形成した後、上下枠層１（ｂｃ）を含めて積層される。そして、一体的に焼成する。この場合、ビアホール５、８に多少の位置ずれがあったとしても、周知のようにビアホール５、８の外周電極Ｐ（前第６図参照）同士が接続するので、電気的接続を確実にする。

また、電極貫通孔としてのビアホールは、回路下地パターンを印刷によって形成時する際、印刷材を貫通孔に充填する。印刷材は例えばモリブテン（Ｍo）やタングステン（Ｗ）からなる。そして、セラミック生地とともに一体的に焼成した後、例えば回路パターン上にメッキによるニッケル（Ｎi）及び金（Ａu）を積層して形成される。これにより、貫通孔は閉塞されて密閉を維持する。この例では、一層目Ａの一主面と二層目の他主面（即ち、中央層の両主面）のみにニッケル（Ｎi）及び金（Ａu）を積層される。

このような構成であれば、第１及び第２ビアホール５（ａｂ）、８（ａｂ）はいずれも上下枠層１（ｂｃ）との積層面となる一層目Ａ及び二層目Ｂの外周部に設ける。そして、凹部底面の全領域を余すことなく覆って、シールド電極７が一層目Ａとの積層面となる二層目Ｂの表面に形成される。したがって、凹部底面領域内にある一層目Ａと二層目Ｂとはいずれも平坦面とするので、積層した焼成後でも段差を生ずることなく平坦度を維持する。これにより、ＩＣチップの搭載される中央領域を平坦にするので、バンプ１３を用いた超音波熱圧着による接続を確実にできる。

また、シールド電極７は凹部底面の全領域を覆って中央層１ａの積層面に形成されるので、シールド効果を高める。これに対し、従来例では中央領域にシールド電極７の無電極部を生ずるので、シールド漏れを生ずる。そして、第１及び第２ビアホール５、８は直線上として直接的に接続するので、無用な配線路を排除し、例えば線間容量を小さくできる。

（他の事項）
上記実施形態では水晶検査端子Ｘ1、Ｘ2は他方の凹部底面に設けたが、例えば第３図に示したように、容器本体１の側面に設けてもよい。すなわち、水晶保持端子４（ａｂ）から両端側に配線路６を延出し、一層目Ａと二層目Ｂの両側面に設けた電極貫通孔としての例えばスルーホールによる水晶検査端子Ｘ1、Ｘ2に接続し、さらに配線路６によって回路端子９中の水晶端子９（ａｂ）に接続する。

この場合、他方の凹部底面から水晶検査端子Ｘ1、Ｘ2を排除できるので小型化を促進する。なお、ここでのスルーホールは貫通孔内に印刷材を充填せずに内周面のみに印刷材が塗布され、この点でビアホールとは異なる。但し、スルーホール面にはＮi及びＡuメッキが施される。また、側面の電極貫通孔はシート状のセラミック生地を分割するので、切り欠き状になる。そして、この場合でも、スルーホールは上下枠層１（ｂｃ）との積層面内となる。

また、第２ビアホール８（ａｂ）は水晶検査端子Ｘ1、Ｘ2に接続したが、回路端子中の水晶端子９（ａｂ）に接続した後、水晶検査端子Ｘ1、Ｘ2に接続してもよい。また、第１及び第２ビアホール５、８は直線上としたが、上下枠層１（ｂｃ）との積層面内であれば位置が異なってもよい。そして、第１及び第２ビアホールは積層面内に形成したが、ＩＣチップ３の搭載される中央領域より外側であれば同様な効果を奏する。

また、表面実装発振器は書込端子１０（ａｂ）を有する温度補償型としたが、例えばクロックオシレータとした非温度補償型であってもよい。さらに、水晶検査端子Ｘ1、Ｘ2を設けたが、これがなかったとしても適用できることは勿論である。

本発明の一実施形態を説明する表面実装発振器の図で、同図図（ａ）は断面図、図（ｂ）は底面図である。 本発明の一実施形態を説明する表面実装発振器の図で、同図（ａ）は中央層の一層目、同図（ｂ）は同二層目の平面図である。 本発明の他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）は底面図である。 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）は底面図である。 従来例を説明する表面実装発振器の図で、同図（ａ）は中央層の一層目、同図（ｂ）は同二層目の平面図である。 従来例の問題点を説明する図で、同図（ａ）は中央層の一部断面図、同図（ｂ）はＩＣチップの装着一部断面図である。

符号の説明

１ 容器本体、２ 水晶片、３ ＩＣチップ、４ 水晶保持端子、５、８ ビアホール、６ 配線路、７ 導電性接着剤、９ 回路端子、１０ 実装電極、１１ 導電性接着剤、１２ 金属カバー、１３ バンプ、１４ 書込表面端子、Ｘ 水晶検査端子。

Claims (3)

1. 一方と他方の凹部を両主面に有する中央層と上下枠層とからなる容器本体と、前記一方の凹部に収容されて密閉封入された水晶片と、前記他方の凹部底面に固着されたＩＣチップとを備え、前記中央層は少なくとも一層目と二層目とからなり、前記一層目と前記二層目との積層面にはシールド電極を有するとともに、前記水晶片と前記ＩＣチップとは少なくとも前記一層目及び二層目に設けた第１及び第２電極貫通孔を有する導電路によって電気的に接続した表面実装用の水晶発振器において、前記第１及び第２電極貫通孔はいずれも前記ＩＣチップの搭載される中央領域より外側に形成されたことを特徴とする表面実装用の水晶発振器。
2. 前記第１及び第２電極貫通孔は前記中央層のうちの上下枠層との積層面内に設けた請求項１の表面実装用の水晶発振器。
3. 前記第１及び第２電極貫通孔は直線上である請求項１の表面実装用の水晶発振器。

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