JP2008301226A - 表面実装用の水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＣチップの発熱による周波数温度特性への影響を軽減して生産性を高めた表面実装発振器を提供する。
【解決手段】内壁段部を有する凹状とした容器本１体の内底面に引出電極の延出した水晶片３の外周部を固着し、前記内壁段部にＩＣチップ２を配置し、前記容器本体３の開口端面を金属カバー４にて封止した表面実装用の水晶発振器において、前記内壁段部は前記容器本体の内周を周回して形成され、前記ＩＣチップ２はフリップチップボンディングによって回路機能面のＩＣ端子が絶縁板１３の一主面の表面端子に固着され、前記絶縁板１３の前記表面端子と電気的に接続した他主面の裏面端子は前記内壁段部に設けられた回路端子に固着され、前記水晶片３と前記ＩＣチップ２とが前記絶縁板１３によって全面的に遮断された構成とする。
【選択図】図１

Description

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）を技術分野とし、特にＩＣチップの発熱による周波数温度特性への影響を軽減した表面実装発振器に関する。

（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や時間の基準源として内蔵される。近年では、表面実装発振器の小型化に伴い、ＩＣチップの発熱による周波数温度特性への影響が問題視されている。

（従来技術の一例）
第３図は一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）は水晶片の平面図である。

表面実装発振器は容器本体１にＩＣチップ２と水晶片３を収容し、金属カバー４を被せて密閉封入される。容器本体１は底壁１a、中間枠１ｂ及び上壁１ｃを有する積層セラミックからなり、両端側に内壁段部を有して凹状とする。そして、容器本体１の内底面には回路端子５を、一端側の内壁段部に水晶保持端子６を有する。

ＩＣチップ２は少なくとも発振回路を集積化し、回路機能面の図示しないＩＣ端子が、バンプ７を用いた超音波熱圧着によって内底面の回路端子５に固着する（所謂フリップチップボンディング）。水晶片３はＡＴカットとして両主面に励振電極９ａを有し、引出電極９ｂの延出した一端部両側が導電性接着剤１０によって内壁段部の水晶保持端子６に固着される。

水晶保持端子６はＩＣチップ２の水晶端子にスルーホール１１等を経て電気的に接続する。ＩＣチップのこれ以外の電源、出力、アース等のＩＣ端子は積層面を経て実装端子８に接続する。金属カバー４はシーム溶接によって、容器本体の開口端面に設けられた図示しない金属リングに接合される。そして、スルーホール１１等を経て実装端子８中のアース端子に電気的に接続する。

水晶振動子（水晶片３）の周波数温度特性は、常温２５℃近傍に変曲点を有する三次曲線となる（第４図の曲線Ａ）。三次曲線は切断角度に依存して３次、２次及び１次の係数が変化する。この例では、２５℃近傍以下の温度点に極大値Ｔ1（例えば−５℃）を、２５℃以上の温度点に極小値Ｔ2（同６５℃）を有する切断角度とする。

これにより、例えば３次項のみとした直線状の３次曲線に比較し、常温２５℃近傍の発振周波数を公称周波数とすることによって、温度が常温２５℃近傍から低温側及び高温側に変化しても周波数変化を小さくできる。通常では、極大値Ｔ1から極小値Ｔ2までの傾斜特性（勾配）を緩やかにして、極大値Ｔ1以下及び極小値Ｔ2以上の傾斜特性を急峻にする。

したがって、例えば−１０℃から７０℃までの範囲をα（１０）ppm以内とした温度規格を満足する。水晶発振器の周波数温度特性は、水晶振動子の周波数温度特性が支配的になって基本的にはほぼ同一特性となる。なお、金属カバー４はシーム溶接やガラス封止等によって容器本体１の開口端面に接合される。
特開２００７−６７９６７号公報 特開２００６−１２９４５５号公報 特開２００１−３０８６４４号公報

（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、ＩＣチップ２の発熱温度によって、容器本体１内の温度も上昇する。特に、ＩＣチップ２と水晶片３とが対面した配置構造なので、ＩＣチップ２からの熱が水晶片３に直接的に輻射される。このため、水晶片３の温度も上昇し、周囲温度よりも高い温度での発振周波数となる。このことから、従来では、この分の周波数のズレを見込んで、例えば水晶片３の切断角度を代えて対応する必要があった。

しかし、表面実装発振器の小型化が進行するほど、例えば平面外形が5.0×3.2ｍｍ、高さが1.2ｍｍ以下になって内積が小さくなるほど、ＩＣチップ２の発熱の影響が大きくなる。この場合、常温２５℃での周波数変化よりも、高温側及び低温側の周波数変化の方が大きくなる。すなわち、前述のように常温付近での温度に対する傾斜特性よりも、高温側及び低温側での傾斜特性が急峻なため、温度変化に対する周波数変化も大きくなる。

そして、特に８０℃付近以上となる高温側の周波数温度特性は、基準周波数（公称周波数）からの＋方向の周波数偏差Δｆ／ｆも大きくなって、周波数温度特性の上限規格から離れる方向なので問題となる。一方、−２０℃付近以下となる低温側は基準周波数に接近する方向なので、格別に問題にはならない。

これらのことから、常温のみならず特に高温側での周波数偏差を規格内にしなければならないので、水晶片３の切断角度を単に代えるのみでは、充分に対応できずに生産性を低下させる問題があった。なお、フリップチップボンディングによる固着なので、回路機能面とは反対面を固着してワイヤーボンディングによって電極を導出する場合に比較して放熱効果が小さいことに起因する。

（発明の目的）
本発明は、ＩＣチップの発熱による周波数温度特性への影響を軽減して生産性を高め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、内壁段部を有する凹状とした容器本体の内底面に引出電極の延出した水晶片の外周部を固着し、前記内壁段部にＩＣチップを配置し、前記容器本体の開口端面を金属カバーにて封止した表面実装用の水晶発振器において、前記内壁段部は前記容器本体の内周を周回して形成され、前記ＩＣチップはフリップチップボンディングによって回路機能面のＩＣ端子が絶縁板の一主面の表面端子に固着され、前記絶縁板の前記表面端子と電気的に接続した他主面の裏面端子は前記内壁段部に設けられた回路端子に固着され、前記水晶片と前記ＩＣチップとが前記絶縁板によって全面的に遮断された構成とする。

このような構成であれば、絶縁板によってＩＣチップからの水晶片に対する直接的な輻射熱を避けられる。そして、ＩＣチップを固着した絶縁板を内壁段部に固着してＩＣチップが金属カバー側に配置されるので、金属カバーを経てのＩＣチップからの熱が逃げやすい。したがって、水晶片の温度上昇を抑止し、周波数温度特性への影響を軽減する。そして、生産性を向上できる。

また、ここでは、水晶片を容器本体の内底面に固着し、ＩＣチップを固着した絶縁板を段部上に搭載するので、ＩＣチップの平面積を大きくできる。したがって、例えば温度補償型とした比較的大きなＩＣチップを搭載できる。

なお、水晶片とＩＣチップとを絶縁板で遮断して金属カバーによって封止し、水晶片とＩＣチップとのいずれをも密閉封入する。したがって、例えば両主面に凹部を有して一方の凹部に水晶片を密閉封入し、他方の凹部にＩＣチップを収容して保護樹脂を塗布したものに比較し、高温・高湿環境下における信頼性を高められる。

第１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、前述のように、内壁段部を有する凹状とした積層セラミックからなる容器本体１にＩＣチップ２と水晶片３とを一体的に収容し、金属カバー４を封止してこれらを密閉封入する。ここでは、容器本体１は内周を周回する内壁段部を有し、一組の対向する内壁段部上には回路端子５ａを有し、内底面には水晶保持端子６を有する。

内壁段部の回路端子５ａは内底面の水晶保持端子６にビアホール１１を経て、さらにはビアホール１１及び積層面を経て外底面の実装端子８に電気的に接続する。そして、励振電極９ａから引出電極９ｂの延出した水晶片の一端部両側が、内底面の水晶保持端子６に導電性接着剤１０によって固着される。

ＩＣチップ２は例えばバンプ７を用いた超音波熱圧着によるフリップチップボンディングによって、予め、絶縁板１３の一主面の回路端子（表面端子）５ｂに固着する。絶縁板１３の他主面には表面端子５ｂから延出した回路端子（裏面端子）５ｃを有する。そして、裏面端子５ｃは内壁段部の回路端子５ａに対応し、同様のフリップチップボンディングによって固着する。

これにより、ＩＣチップ２におけるＩＣ端子中の水晶端子は内底面の水晶保持端子６にスルーホール１１等を経て電気的に接続する。また、電源、出力、アース端子等は容器本体１の外底面の実装端子８にスルーホール１１等を経て電気的に接続する。

このような構成であれば、効果の欄でも記載するように、ＩＣチップ２からの水晶片３に対する直接的な輻射熱を絶縁板１３によって避けられる。そして、ＩＣチップ２を内壁段部に固着して金属カバー４側に配置されるので、金属カバー４を経てＩＣチップ２からの熱が逃げやすい。したがって、水晶片３の温度上昇を抑止し、周波数温度特性への影響を軽減するとともに生産性を向上できる。

（他の事項）
例えば第２図に示したように、ＩＣチップ２と金属カバー４との間に熱伝導性の接着剤１２を塗布して熱の放熱路を形成することによって、さらに放熱効果を高められる。この場合、例えば容器本体１の開口端面上には金属膜を設けて、金属カバー４を共晶合金によって接合する。そして、熱伝導性の接着剤１２を例えば熱硬化型の導電性接着剤としてＩＣチップ２上に塗布し、共晶合金の加熱溶融時に導電性接着剤を同時に溶融して硬化すれば効率的である。

なお、表面実装発振器を温度補償型とした場合は、ＩＣチップ２内に設けられた温度検出素子と水晶振動子の動作温度とが異なり、特に電源投入後の起動時には温度補償機構部からの温度補償電圧は実際に補償すべき温度補償電圧からズレを生じる。

したがって、この場合でも適用できる。そして、この場合には、ＩＣチップ２を固着した絶縁板１３を内壁段部に搭載するので、容器本体１の内底面に固着する場合に比較して大きなＩＣチップ２を使用できて、温度補償型とした場合、特に有用となる。

本発明の一実施形態を説明する表面実装発振器の断面図である。 本発明の一実施形態の他の例を説明する表面実装発振器の断面図である。 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）は水晶片の平面図である。 表面実装発振器（水晶振動子）の周波数温度特性図である。

符号の説明

１ 容器本体、２ ＩＣチップ、３ 水晶片、４ 金属カバー、５ 回路端子、６ 水晶保持端子、７ バンプ、８ 実装端子、９ 電極、１０ 導電性接着剤、１１ スルーホール、１２ 熱伝導性の接着剤 １３ 絶縁板。

Claims (2)

1. 内壁段部を有する凹状とした容器本体の内底面に引出電極の延出した水晶片の外周部を固着し、前記内壁段部にＩＣチップを配置し、前記容器本体の開口端面を金属カバーにて封止した表面実装用の水晶発振器において、前記内壁段部は前記容器本体の内周を周回して形成され、前記ＩＣチップはフリップチップボンディングによって回路機能面のＩＣ端子が絶縁板の一主面の表面端子に固着され、前記絶縁板の前記表面端子と電気的に接続した他主面の裏面端子は前記内壁段部に設けられた回路端子に固着され、前記水晶片と前記ＩＣチップとが前記絶縁板によって全面的に遮断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ＩＣチップと前記金属カバーとの間に熱伝導性の接着剤を介在させた表面実装用の水晶発振器。

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