JP2008154114A - 表面実装用の水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＣチップの放熱効果を高め、凹部底面に設けた検査端子によって水晶振動子の特性検査を可能にする。
【解決手段】容器本体１の一方の凹部内に密封された水晶片２と、他方の凹部の底面にダイボンディングされたＩＣチップ３とを備え、他方の凹部の底面にはアースパターン９が設けられた表面実装用の水晶発振器において、アースパターン９は電気的に独立した第１と第２パターンとからなり、第１パターンは水晶片２の励振電極の一方と接続し、第２パターンは励振電極の他方に及びアース端子１２ａとしての外部端子１２に接続し、第１と第２パターンとを水晶振動子の一対の特性検査端子として水晶振動子の特性検査後に、第１及び第２パターンとを水晶振動子の特性検査後に、第１及び第２パターンと一対の励振電極との電気的接続が遮断され、かつ、第１と第２パターンとを接続する。
【選択図】図２

Description

本発明は両主面に凹部を有するＨ構造とした表面実装用の水晶発振器を技術分野とし、特に放熱効果を高めて温度補償を確実にした温度補償型の表面実装発振器（以下、温度補償発振器とする）に関する。

（発明の背景）
表面実装用の水晶発振器は小型・軽量であることから、特に携帯型の電子機器に周波数や時間の基準源として内蔵される。これらの中でも、特に温度補償発振器は温度に対する周波数安定度が高いことから、動的環境下で使用されて仕様の厳しい例えば携帯電話に周波数源として内蔵される。

（従来技術の一例）
第５図は一従来例を説明する図で、同図（ａ）は温度補償発振器の概ねの断面図、同図（ｂ）は同底面図、同図（ｃ）は水晶片の平面図である。

温度補償発振器は積層セラミックからなるＨ構造とした容器本体１の一方の凹部に水晶片２を、他方の凹部にＩＣチップ３を収容してなる。水晶片２は両主面に励振電極４を有し、一端部両側に引出電極５を延出する。そして、水晶片２の一端部両側を一方の凹部底面に設けられた図示しない一対の水晶端子に導電性接着剤６によって固着する。そして、例えばシーム溶接によって金属カバー７を被せて密閉封入する。なお、一般には水晶片２が密閉封入された状態で、水晶振動子とする。

ＩＣチップ３は図示しない発振回路と温度補償機構とを集積化し、回路機能面に各ＩＣ端子８を有する。そして、回路機能面とは反対面となる一主面が、他方の凹部底面に図示しない導電性接合剤ここでは導電性接着剤によって固着する（所謂ダイボンディング）。ＩＣチップ３の一主面が固着される他方の凹部底面には、ＩＣチップ３の一主面をアース電位とするアースパターン９を有する。ＩＣチップ３の回路機能面となる他主面に設けられた各ＩＣ端子８はワイヤーボンディングによる金線１０によって、水晶端子の延出した回路パターンを含めて他方の凹部底面に設けられた各内部端子１１と電気的に接続する。

アースパターン９及び回路パターン（但し、水晶端子の延出した回路パターンは除く）は、容器本体１の外底面に設けられた表面実装用の各外部端子１２と積層面及び端面（側面）を経て電気的に接続する。各外部端子１２はアースパターン９と接続するアース端子１２ａ及び出力、電源及びＡＦＣ端子等からなる。なお、ＩＣ端子８中のアース端子８ａはワイヤーボンディングの金線１０によって、例えばアースパターン９の引出部９ａに接続して、外部端子としてのアース端子１２ａに電気的に接続する。

このようなものでは、ＩＣチップ３の温度補償機構内の温度センサが周囲温度を検出し、これに基づく補償電圧を発振閉ループ内の例えば電圧可変容量素子に印加する。これにより、発振閉ループの負荷容量（直列等価容量）が温度に対応して変化し、発振周波数を一定にする。要するに、温度変化に伴う発振周波数の変化（周波数温度特性）を補償し、温度に対する周波数安定度を高める。なお、水晶発振器の周波数温度特性は、第６図に示したように水晶振動子（例えばＡＴカット）の三次曲線となる周波数温度特性に依存する。なお、図中縦軸のΔｆ／ｆ（ｐｐｍ）は公称周波数（概ね２５℃での発振周波数）に対する周波数偏差である。

この場合、ＩＣチップ３の一主面が熱伝導性を良好とする導電性接着剤によって容器本体１の他方の凹部底面に全面的に固着されて外部端子１２に導出される。これにより、ＩＣチップ３が全面的に固着されて積層セラミックとした容器本体１からの放熱、及びアースパターン９を経ての外部端子１２からの放熱によって放熱効果が高まる。したがって、例えば第７図に示したように、ＩＣチップ３の回路機能面となる他主面をバンプ１３を用いた超音波熱圧着によって固着した所謂フリップチップボンディングに比較し、ＩＣチップ３による発熱温度を放熱しやすい。

このことから、ダイボンディングによる温度補償発振器では、ＩＣチップ３内の温度センサの検出温度が水晶振動子の動作温度に一致するので、適切な補償電圧を電圧可変容量素子に印加して温度補償を確実にする。これに比較し、フリップチップボンディングの場合は、基本的にパンプを経ての放熱のみとなるので、ＩＣチップ３による発熱がＩＣチップ３内に蓄熱される。

このため、水晶振動子の動作温度と温度センサの検出温度とが異なり、例えば水晶振動子の動作温度が公称周波数となる常温２５℃でも、検出温度はこれより高いα℃となる。したがって、温度補償機構は（α−２５）℃分の周波数変化に応じた補償電圧を印加するので、発振周波数は公称周波数からずれることになり、温度補償が損なわれる。

これらのフリップチップボンディングによる問題は、近年の小型化例えば容器本体１の平面外形を3.2×2.5ｍｍ、高さを1.0ｍｍ以下に小さくなるほど顕著になり、逆に言えば、ダイボンディングとした放熱効果による温度補償の確実性が着目される。
特許第３２５１３９９号明細書

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成のダイボンディングによる温度補償発振器では、容器本体１の他方の凹部底面にはアースパターン９を形成してＩＣチップ３の一主面を固着する。このため、水晶振動子の振動特性を発振回路とは別個に測定器を用いて独立的に測定（検査）する特性検査端子を、凹部底面に形成できない問題があった。なお、水晶振動子の振動特性例えばクリスタルインピーダンス（ＣＩ）を予め検査することによって、後日における不慮の発振停止等を防止できる。

これに対し、フリップチップボンディングの場合は、アースパターン９を不要とするので、ＩＣチップ３の下面となる凹部底面に特性検査端子を形成できる。しかし、前述のように、放熱効果に欠けて温度補償を損なう問題がある。また、例えば一主面側の凹部内に水晶片２とＩＣチップ３と収容して一部屋型とした場合と同様に、容器本体の外側面に検査端子を設けることも考えられる。しかし、この場合は、容器本体１の外表面に水晶端子が露出するので、金属クズ等の接触による周波数変化等のおそれもあった。

（発明の目的）
本発明はＩＣチップをダイボンディングして放熱効果を高めるとともに特に温度補償を確実にし、凹部底面に設けた検査端子によって水晶振動子の特性検査を可能にする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、両主面に凹部を有する容器本体と、前記凹部のうちの一方の凹部内に収容されて密閉封入された水晶片と、前記凹部のうちの他方の凹部の底面に一主面が固着されて他主面のＩＣ端子がワイヤーボンディングによって電気的に導出され、発振回路及び温度補償機構を集積化したＩＣチップとを備え、前記他方の凹部の底面には前記ＩＣチップの一主面が固着されるアースパターンが設けられてアース端子としての外部端子に電気的に接続した表面実装用の水晶発振器において、前記アースパターンは分割されてそれぞれが電気的に独立した第１パターンと第２パターンとからなり、前記第１パターンは前記水晶片の一対の励振電極の一方と電気的に接続し、前記第２パターンは前記一対の励振電極の他方に及び前記アース端子としての外部端子に接続し、前記第１パターンと第２パターンとを水晶振動子の一対の特性検査端子として前記水晶振動子の特性検査後に、前記第１パターン及び前記第２パターンと前記一対の励振電極との電気的接続が遮断され、かつ、前記第１パターンと第２パターンとが電気的に接続された構成とする。

このような構成であれば、凹部底面のアースパターンが分割された第１パターンと第２パターンとを水晶片の一対の励振電極に電気的に接続するので、ＩＣチップを凹部底面に固着する前に、第１パターンと第２パターンとを水晶振動子の特性検査端子として機能できる。そして、水晶振動子の特性検査後に、第１パターン及び第２パターンは各励振電極と電気的に遮断されて、第１パターンと第２パターンとは電気的に接続にする。そして、第２パターンはアース端子としての外部端子に接続するので、第１パターンと第２パターンは分割前のアースパターンとして機能する。

これらのことから、ＩＣチップの一主面がアースパターンの形成された凹部底面に全面的に固着されるとともに、アースパターンがアース端子としての外部端子に導出されるので、前述したように放熱効果を高められる。これにより、温度補償機構の温度センサによる検出温度が水晶振動子の動作温度に一致して温度補償を確実にする。そして、アースパターンを分割することによって、水晶振動子の検査端子として活用して、水晶振動子の特性検査を可能にする。

但し、温度補償機構を有しない表面実装発振器であっても、例えば起動時におけるＩＣチップによる発熱による温度を放出して水晶振動子の周波数温度特性を本来の特性にする効果も生ずるので、温度補償発振器には限定されない。

（実施態様項）
本発明の請求項２に示したように、請求項１において、前記第２パターンはさらに分割されてそれぞれが電気的に独立した第３パターンと第４パターンとからなり、前記第３パターンは前記一対の励振電極の他方と電気的に接続して前記第４パターンは前記外部端子に接続し、前記第１パターンと前記第３パターンとを前記特性検査端子として前記水晶振動子の特性検査後に、前記第１パターン及び前記第３パターンと前記一対の励振電極４との電気的接続が遮断され、かつ、前記第１パターンと前記第３パターンと前記第４パターンとが電気的に接続される。

これによれば、水晶振動子の特性検査端子は第１パターンと第３パターンとなり、いずれも外部端子としてのアース端子とは電気的に独立する。したがって、水晶振動子の特性検査の際、例えばアース端子が外部回路等と接触したとしてもその影響を防止できる。

同請求項３では、請求項１において、前記容器本体１は積層セラミックとして、前記ＩＣチップは導電性接着剤によって前記他方の凹部に固着される。これにより、積層セラミックは熱伝導率もよく、さらに導電性接着剤は導電粒子例えばＡgを含有して熱伝導率も高いので、容器本体自体からの放熱効果が高まる。

（第１実施形態）
第１図は本発明の一実施形態を説明する温度補償発振器の概ねの底面図であり、第２図及び第３図は具体的な製造過程を示す断面図あるいは底面図である。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。

温度補償発振器は、前述したように、両主面に凹部を有して積層セラミックからなる容器本体１の一方の凹部に一対の励振電極４及び引出電極５を有する水晶片２を密閉封入し、他方の凹部にダイボンディングによりＩＣチップ３を収容する「前第５図参照」。ＩＣチップ３は発振回路及び温度センサを有する温度補償機構を集積化してなる。

そして、この実施形態では、容器本体１における他方の凹部底面のアースパターン９は、第１パターン９ｘと第２パターン９ｙに分割して形成される。第１パターン９ｘと第２パターン９ｙは凹部底面に引出部９ｘa、９ｙaを有する。そして、第１パターン９ｘは引出部９ｘaを経て、水晶片２の固着される一方の凹部底面の一対の水晶端子１４の一方とスルーホールを含む導電路１５によって電気的に接続する「第２図（ａ）参照」。

第２パターン９ｙは引出部９ｙａを経て、同様にして一対の水晶端子１４の他方と電気的に接続する。要するに、第１パターン９ｘ及び第２パターン９ｙは水晶端子１４を経て水晶片２の一対の励振電極４と電気的に接続する。第２パターン９ｙは、さらに他方の凹部の４角部の外底面に設けた外部端子１２としてのアース端子１２ａに電気的に接続する。

このようなものでは、先ず、水晶片２を一方の凹部に収容して金属カバー７を接合し、水晶片２を密閉封入した後、第１パターン９ｘと第２パターン９ｙとを特性検査端子とし、これに図示しない測定器からのプローブ１６を当接して水晶振動子の振動特性を測定する「第２図（ａ）」。これによって、振動特性が規格を満足しない場合は、例えばクリスタルインピーダンス（ＣＩ）が規格値を超えている場合は、これを不良品として廃棄処分とする。

次に、振動特性を満足して良品としたものを対象として、例えばレーザによって、第１パターン９ｘ及び第２パターン９ｙとの導電路としての引出部９ｘa、９ｙaを切断し、一対の水晶端子１４との電気的接続を遮断する「第２図（ａ）」。そして、他方の凹部底面の第１パターン９ｘと第２パターン９ｙ上に導電性接着剤１７を塗布して、ＩＣチップ３の一主面を固着する（第３図）。

この場合、導電性接着剤１７によって第１パターン９ｘと第２パターン９ｙとが電気的に共通接続される。そして、第２パターン９ｘはアース端子１２ａに接続するので、共通接続された第１パターン９ｘと第２パターン９ｙとは本来のアースパターン９として機能する。最後に、ワイヤーボンディングによる金線１０によってＩＣ端子８を導出し、他方の凹部底面の回路パターンと電気的に接続する（前第５図参照）。

これらによれば、アースパターン９を分割した第１パターン９ｘと第２パターン９ｙとが水晶片２の一対の励振電極４と電気的に接続するので、第１パターン９ｘと第２パターン９ｙとを水晶振動子の特性検査端子として利用できる。そして、特性検査後に、第１パターン９ｘと第２パターン９ｙとは電気的に接続してアース端子１２ａに接続するので、本来のアースパターン９となる。

したがって、ＩＣチップ３の一主面が積層セラミックとした容器本体１の凹部底面に全面的に導電性接着剤１７によって固着されることによって、容器本自体からの放熱量を多くする。また、金属膜からなるアースパターン９に接続したアース端子１２ａによる放熱量も多くなる。これらから、ＩＣチップ３による発熱に対する放熱効果を高められる。そして、アースパターン９を分割して一対の励振電極４に電気的に接続するので、これを特性検査端子として水晶振動子の振動特性を検査できる。

（第２実施形態）
第４図は本発明の第２実施形態を説明する温度補償水晶発振器の底面図である。なお、前実施形態と同一部分の説明は省略又は簡略する。

第２実施形態では、第１実施形態でのアースパターン９を分割してアース端子１２ａに接続した第２パターンをさらに分割し、電気的に独立した第３パターン９ｙ1と第４パターン９ｙ2とする。ここでは、第３パターン９ｙ1の面積を第４パターン９ｙ2のそれよりも大きくする。そして、第３パターン９ｙ1は一対の水晶端子１４（励振電極４）の他方に、引出部９ｙaを含む導電路１５を経て接続し、第４パターン９ｙ2はアース端子１２ａに導電路によって電気的に接続する。但し、アースパターン９を分割した第１パターン９ｘは前述のように水晶端子１４の一方に電気的に接続する。

このようなものでは、一対の水晶端子（励振電極４）に接続した第１パターン９ｘと第３パターン９ｙ2によって、水晶振動子の振動特性を測定（検査）する。そして、水晶振動子の特性検査後に、第１パターン９ｘ及び第３パターン９ｙ１の引出部９ｘa、９ｙaを切断し、一対の水晶端子との電気的接続を遮断する。そして、導電性接着剤６によって第１〜第３パターン９ｘ、９ｙ1、９ｙ2を電気的に接続するとともに、ＩＣチップ３の一主面をアースパターン９上に固着する。最後に、ワイヤーボンディングによってＩＣ端子８と内部端子とを接続する。

これらにより、アースパターン９を分割した第１パターン９ｘと第２パターン９ｙをさらに分割した第３パターン９ｙ1とが水晶片２の一対の励振電極４と電気的に接続するので、第１パターン９ｘと第３パターン９ｙ1とを水晶振動子の特性検査端子として利用できる。そして、特性検査後に、第１パターン９ｘと第３パターン９ｙ１と第４パターン９ｙ2とは電気的に接続してアース端子１２ａに接続するので、本来のアースパターン９となる。

したがって、第１実施形態と同様にして、ＩＣチップ３による発熱に対する放熱効果を高められる。そして、アースパターン９を分割して一対の励振電極４に電気的に接続するので、これを特性検査端子として利用できる。

そして、第２実施形態では、水晶振動子の特性検査時には第１パターン９ｘ及び第３パターン９ｘ1はアース端子１２ａとは電気的に遮断されて独立する。したがって、アース端子１２ａが特性検査中に外部の金属等に接触したとしても、電気的には何らの影響も受けないので、信頼性の高い特性結果を得られる。そして、第３パターン９ｙ1は第４パターン９ｙ2よりも面積を大きくするので、プローブの接触を容易にする。

なお、上記実施形態では容器本体１のＩＣチップ３の収容される他方の凹部は４側壁面を有するものとしたが、一部の側壁の開放されてあっても、さらには４角部の脚部のみであってもよい。また、例えば容器本体の側面には温度補償機構に接続した温度補償データの書込端子が設けられる。

本発明の第１実施形態を説明する温度補償発振器の概ねの底面図である。 本発明の第１実施形態を説明する具体的な製造過程を説明する図で、同図（ａ）は温度補償発振器の断面図、同図（ｂ）は底面図である。 本発明の第１実施形態を説明する具体的な製造過程を説明する温度補償発振器の断面図である。 本発明の第２実施形態を説明する温度補償発振器の底面図である。 従来例を説明する図で、同図（ａ）は温度補償発振器の概ねの断面図、同図（ｂ）は同底面図、同図（ｃ）は水晶片の平面図である。 従来例を説明する水晶振動子（表面実装発振器）の周波数温度特性図である。 他の従来例を説明する温度補償発振器の断面図である。

符号の説明

１ 容器本体、２ 水晶片、３ ＩＣチップ、４ 励振電極、５ 引出電極、６、１７ 導電性接着剤、７ 金属カバー、８ ＩＣ端子、９ アースパターン、１０ 金線、１１ 内部端子、１２ 外部端子、１３ バンプ、１４ 水晶端子、１５ 導電路、１６ プローブ。

Claims (3)

1. 両主面に凹部を有する容器本体と、前記凹部のうちの一方の凹部内に収容されて密閉封入された水晶片と、前記凹部のうちの他方の凹部の底面に一主面が固着されて他主面のＩＣ端子がワイヤーボンディングによって電気的に導出され、発振回路及び温度補償機構を集積化したＩＣチップとを備え、
   前記他方の凹部の底面には前記ＩＣチップの一主面が固着されるアースパターンが設けられてアース端子としての外部端子に電気的に接続した表面実装用の水晶発振器において、
   前記アースパターンは分割されてそれぞれが電気的に独立した第１パターンと第２パターンとからなり、前記第１パターンは前記水晶片の一対の励振電極の一方と電気的に接続し、前記第２パターンは前記一対の励振電極の他方に及び前記アース端子としての外部端子に接続し、
   前記第１パターンと第２パターンとを水晶振動子の一対の特性検査端子として前記水晶振動子の特性検査後に、前記第１パターン及び前記第２パターンと前記一対の励振電極との電気的接続が遮断され、かつ、前記第１パターンと第２パターンとが電気的に接続されたことを特徴とする表面実装用の水晶発振器。
2. 請求項１において、前記第２パターンはさらに分割されてそれぞれが電気的に独立した第３パターンと第４パターンとからなり、前記第３パターンは前記一対の励振電極の他方と電気的に接続して前記第４パターンは前記外部端子に接続し、前記第１パターンと前記第３パターンとを前記特性検査端子として前記水晶振動子の特性検査後に、前記第１パターン及び前記第３パターンと前記一対の励振電極４との電気的接続が遮断され、かつ、前記第１パターンと前記第３パターンと前記第４パターンとが電気的に接続されたことを特徴とする表面実装用の水晶発振器。
3. 請求項１において、前記容器本体１は積層セラミックとして、前記ＩＣチップは導電性接着剤によって前記他方の凹部に固着された表面実装用の水晶発振器。