JP2009188633A - 表面実装発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】低背化に適したＳＩＭカ−ド用とした表面実装用の温度補償発振器を提供する。
【解決手段】底壁１ａと枠壁１ｂからなる凹部及び凹部の外周から底壁１ａが突出した外周平坦部１５を有する積層セラミックからなる容器本体１の前記凹部に水晶片３を収容して密閉封入すると共に、外周平坦部１５の表面（内底面）には、回路端子１４（ｘｙ）及び１４（４）を有すると共に、容器本体１の凹部を形成する枠壁１ｂと回路端子１４（ｘｙ）及び１４（４）との間水晶検査端子１１（ｘｙ）を設け、回路端子１４（ｘｙ）及び１４（４）に発振回路及び温度補償機構を有するＩＣチップ２を固着するとともに前記水晶片３と水晶検査端子１１（ｘｙ）を電気的に接続した構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は高さ寸法を小さくし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ＳＩＭカ−ドやＰＣカード等の厚みの薄い電子カードに実装される表面実装発振器に関する。

（発明の背景）
電子カード例えば携帯電話用のＳＩＭカ−ドは、使用許可情報や電話番号等の個人情報を登録して認証カードとする。近年では、カードにＧＰＳ機能を取り込むことが検討され、これに対応した高さの小さい温度補償型とした表面実装発振器（以下、温度補償発振器とする）が求められている。この場合、ＳＩＭカ−ドは厚みを例えば0.76ｍｍとすることから、表面実装発振器は厚みを0.5ｍｍ〜0.4ｍｍ以下にすることが求められる。

（従来技術の一例、特許文献）
第４図は一従来例を説明する温度補償発振器の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）はＩＣチップの平面図である。

温度補償発振器は、構造的に見ると、一般に、図に示す一部屋型、又は図示しないＨ型や接合型がある。温度補償発振器のうちの一部屋型は、積層セラミックからなる凹状とした容器本体１にＩＣチップ２と水晶片３とを収容する。ＩＣチップ２は少なくとも発振回路（但し、水晶振動子を除く）と温度補償機構とを集積化する。ＩＣチップ２の回路機能面（一主面）にはＩＣ端子４を有し、バンプ５を用いた超音波熱圧着によって内底面の回路端子１４に固着される。

ＩＣ端子４は電源、出力、アース、ＡＦＣ端子（周波数自動制御端子）及び一対の水晶端子を両側の長辺に有する。一対の水晶端子４（ｘｙ）は例えば両辺側の中央に、残りのＩＣ端子４は角部に設けられる。ＩＣ端子４のうちの電源、出力、アース及びＡＦＣ端子は図示しない配線路によって容器本体１の積層面を経て外底面の実装端子６に電気的に接続する。

水晶片３は両主面に励振電極７（ａｂ）を有し、一端部両側に引出電極８（ａｂ）を延出する「第５図（ｂ）参照」。引出電極８（ａｂ）の延出した水晶片３の一端部両側は、容器本体１の内壁段部に設けた一対の水晶保持端子９に導電性接着剤１０によって固着される。導電性接着剤１０は容器本体１の底面に塗布されて基本的に水晶片３の下面のみとし、上面には塗布しない。

水晶保持端子９はＩＣ端子４のうちの水晶端子４（ｘｙ）に図示しない配線路によって電気的に接続する。さらに、水晶保持端子９は容器本体１の外側面に設けた水晶検査端子１１に電気的に接続する。容器本体１の開口端面には金属リング１２が設けられ、金属カバー１３をシーム溶接して水晶片３及びＩＣチップ２を密閉封入する。

温度補償発振器のうちのＨ構造型は、容器本体１を図示しないＨ状として、上側凹部に水晶片３を収容して密閉封入し、開口端面に実装端子６を有する下側凹部にＩＣチップ２を収容する。水晶検査端子１１は例えば前述同様に容器本体１の外側面や、下側凹部の底面に設けられる。

また、接合型は水晶片３を密閉封入した水晶振動子の下面に、ＩＣチップ２を収容して実装端子を有する図示しない実装基板を接合する。ＩＣチップ２と水晶片３及び実装基板の実装端子とは前述同様に結線される。この場合、水晶検査端子１１は水晶振動子の実装端子がそのまま適用される。

そして、これらいずれの温度補償発振器でも、例えば書込端子を兼用した電源等の実装端子６から温度補償機構には温度補償データが書き込まれ、水晶振動子に起因した周波数温度補償特性を補償する。あるいは、容器本体１の外側面に設けた書込端子を併用して温度補償データを書き込む。
特開２００２−３３００２７号公報 特開平９−８３２４８号公報 特開２００３−２２４４２６号公報 特許第３２７６１３６号公報

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の温度補償発振器では、基本的には、いずれも、ＩＣチップ２と水晶片３とを垂直方向に配置した構造とするので、高さ寸法は0.8ｍｍ程度が限度であり、0.5ｍｍ以下としたＳＩＭカ−ド用には適さない。このことから、第５図（ａｂ）の断面図及び平面図に示したように、ＩＣチップ２と水晶片３とを水平方向に並設して高さ寸法を小さくすることが検討されている「特許文献２」。

この場合には、温度補償発振器の高さ寸法を0.5ｍｍ程度までに小さくできるものの、バンプを含めたＩＣチップの高さ、及びＩＣチップと金属カバーとの間隔、さらには金属カバーの厚みを考慮すると、0.5ｍｍ以下にするには限界があった。なお、バンプを用いたフリップチップボンディング以外のワイヤーボンディングによる実装の場合でも同様である。

さらに、容器本体１の高さが小さくなることによって、水晶検査端子１１の高さも小さくなって、測定器からのプローブの当接を困難にする。なお、水晶検査端子１１は容器本体１の最下位層及び最上位層を除いて形成され、セット基板や金属リング１２との電気的短絡を防止する。これにより、水晶検査端子１１は容器本体１の高さよりも小さくなる。

（発明の目的）
本発明はＩＣチップと水晶片とを水平方向に配置して高さ寸法を小さくし、水晶検査端子へのプローブの当接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。

（着目技術及び発明の構成）
本発明は、特許文献３及び４に示される技術に着目した。すなわち、特許文献３の凹状容器の底壁を突出して回路素子を実装した技術に、及び凹状容器の底壁を突出して書込端子を設けた技術に着目し、これらを組み合わせて本発明の構成とした。

（解決手段）
本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、底壁と枠壁からなる少なくとも凹部を有した積層セラミックの容器本体と、前記凹部内に密閉封入された水晶片と、前記容器本体に一体的に固着されて発振回路を集積化したＩＣチップとを有する表面実装発振器において、前記底壁は前記凹部の外周から突出した外周平坦部を有し、前記外周平坦部上に前記ＩＣチップを固着するとともに前記水晶片と電気的に接続した水晶検査端子を設けた構成とする。

このような構成であれば、水晶片を収容する容器本体からＩＣチップを切り離して平坦外周部に実装する。したがって、容器本体は、バンプを含めたＩＣチップの厚みを考慮することなく、基本的には水晶片の厚みのみを考慮すればよいので、容器本体の高さを小さくできる。そして、ＩＣチップは例えば樹脂モールドされて平坦外周部に固着されるので、容器本体に水晶片を密閉封入した水晶振動子の高さよりも小さくできる。

また、水晶検査端子は外周平坦部上に形成されるので、容器本体の高さには関係なく、必要な大きさに形成できる。したがって、プローブの当接を容易にして水晶振動子の振動特性を確実に測定できる。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記外周平坦部上に固着されるＩＣチップは発振回路とともに温度補償機構を集積化する。これにより、表面実装発振器を温度補償型に特定し、用途を明確にする。

同請求項３では、請求項２において、前記外周平坦部上には前記温度補償機構へ温度補償データを書き込む書込端子が設けられる。この場合においても、書込端子の面積を大きくできて温度補償データの書き込みを確実にする。なお、電源端子等の実装端子のみから温度補償データを書き込む場合は不要である。

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。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とを搭載する。容器本体１は底壁１ａと枠壁１ｂからなる凹部を有し、さらに、凹部の外周から底壁１ｂが突出した外周平坦部１５を有する。この例では、外周平坦部１５を含む底壁１ａは少なくとも１層目１ａ1と２層目１ａ2との二層構造とする。

容器本体１の凹部となる内底面には一対の水晶保持端子９（ａｂ）を有し、外周平坦部１５の表面（内底面）には水晶検査端子１１（ｘｙ）及び回路端子１４が形成される。回路端子１４はＩＣチップ２の各ＩＣ端子４に対応する。この例では、水晶検査端子１１（ｘｙ）は容器本体１の凹部を形成する枠壁１ｂと、ＩＣチップ２の固着される回路端子１４との間に形成される。

水晶保持端子９（ｘｙ）は回路端子１４中の水晶端子１４（ｘｙ）と電気的に接続する。水晶端子１４（ｘｙ）はＩＣ端子４の水晶端子４（ｘｙ）に対応する。さらに、水晶保持端子９（ｘｙ）は水晶検査端子１１（ｘｙ）と電気的と接続する。これらは、電極貫通孔（スルーホールやビアホール）及び底壁の１層目１ａ1と２層目１ａ2との積層面を経た配線路１６によって接続する。回路端子１４中の電源、出力、アース及びＡＦＣ端子は底壁の４角部に設けられたこれらに対応する実装端子６に、図示しない配線路によって電気的に接続する。

水晶片３は励振電極７（ａｂ）から引出電極８（ａｂ）の延出した一端部両側が水晶保持端子９（ｘｙ）に導電性接着剤１０によって固着される。そして、容器本体（凹部）１の開口端面に設けた金属リング１２にシーム溶接によって金属カバー１３が接合され、水晶片３が密閉封入される。要するに、水晶片３のみを密閉封入した水晶振動子を形成する。

そして、水晶片３の引出電極８（ａｂ）が接続して水晶保持端子９（ｘｙ）と電気的に接続した水晶検査端子１１に測定器からのプローブを当接して振動特性が測定される。なお、金属カバー１３を接合する前に、水晶検査端子１１にプローブを当接して振動周波数を測定しながらの、例えばイオンガンを用いて上面の励振電極７ａを切削して、振動周波数を調整する。

発振回路及び温度補償機構を少なくとも集積化したＩＣチップ２は、水晶検査端子１１による水晶振動子の振動特性の検査後に、回路機能面のＩＣ端子４がバンプを用いた超音波熱圧着によって外周平坦部上に設けた回路端子１４に固着される。そして、水晶検査端子１１を含めてＩＣチップ２が樹脂モールド１７される。

このような構成であれば、容器本体１の凹部には水晶片３のみを収容して水晶振動子を形成し、ＩＣチップ２は底壁１ａが突出した外周平坦部１５に固着される。したがって、水晶振動子（容器本体１）はバンプ５を含めたＩＣチップ２の厚みを考慮することなく、水晶片３の厚みのみを考慮すればよいので、水晶振動子（容器本体１）の高さを小さくできる。

そして、ＩＣチップ２は平坦外周部１５に固着されるので、従来例における金属カバー１３との間隔及び金属カバー１３の厚みを考慮する必要がない。したがって樹脂モールド１７厚みを加味しても、底壁１ａを含めたＩＣチップ２の高さは、容器本体１に水晶片３を密閉封入した水晶振動子よりも高さを小さくできる。

ちなみに、振動周波数を26MHzとすると水晶片３の厚みは64μｍとなる。そして、容器本体の底壁１ａの厚みは強度の点から130μｍ、水晶片３との間隔を考慮しての金属リング１２を含めた枠壁の厚みは200μｍ、金属カバー１３の厚みは70μｍとなる。したがって、水晶振動子の高さは400ｍｍとなる。

これに対し、ＩＣチップ２の厚みは薄いもので120μｍ、バンプ５の厚みは40μｍ、樹脂モールド１７の厚みは220μｍとなる。したがって、底壁１ａの厚みを含めてもＩＣチップの高さは350μｍとなる。このことから、温度補償発振器は水晶振動子の高さに依存して前述した0.4ｍｍの高さになる。したがって、例えばＳＩＭカ−ドの要求する0.5ｍｍ以下を満足する。

また、水晶検査端子１１は外周平坦部上に形成されるので、容器本体１の高さには関係なく、必要な大きさに形成できる。但し、温度補償発振器の平面外形は例えば既成規格の3.2×2.5ｍｍとするので、水晶検査端子１１は0.4×0.4ｍｍ程度の面積とする。したがって、プローブの当接を容易にして水晶振動子の振動特性を確実に測定できる。

また、この例では、水晶検査端子１１（ｘｙ）は凹部とＩＣチップ２との間に形成する。したがって、ＩＣチップ２と水晶検査端子１１（ｘｙ）とを配置する際のクリアランスを考慮した場合、水晶検査端子１１とＩＣチップ２のクリアランスが共通となるので、小面積化にとって有利となる。

（他の事項）
上記実施形態では回路端子１４中の水晶端子１４（ｘｙ）と水晶検査端子１１（ｘｙ）とはそれぞれ別個に形成したが、例えば第２図に示したようにしてもよい。すなわち、例えばＩＣ端子の水晶端子４（ｘｙ）を一辺の両端側とし、これに対応した回路端子１４の水晶端子１４（ｘｙ）の面積を大きくする。これにより、水晶端子１４（ｘｙ）は水晶検査端子１１（ｘｙ）として兼用できる。この場合、底壁１ａの長さを短くでき、あるいはＩＣチップ２を大きくできる点で、有利となる。

また、外周平坦部１５には水晶検査端子１１（ｘｙ）のみならず、温度補償データの書込端子１８を設けてもよい「第３図（ａ）」。なお、水晶検査端子１１（ｘｙ）は凹部とＩＣチップ２との間のみならず、外周辺側に設けることもできる「第３図（ｂ）」。さらに、底壁１の一層目１ａ1のみを突出して外周平坦部１５を設けることもできる。

そして、金属カバー１３はシーム溶接としたが、これ以外の電子ビームや共晶合金を用いた接合であっても基本的に適用できる。また、温度補償発振器として説明したが、温度補償を必要としない表面実装発振器であっても適用できることは勿論であり、その他本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で適宜な変更は自在にできる。

本発明の一実施形態を説明する温度補償発振器の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）はカバーを除く平面図である。 本発明の他の例を説明する温度補償発振器の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）はカバーを除く平面図である。 本発明のさらに他の例を説明する温度補償発振器のカバーを除く平面図である。 一従来例を説明する温度補償発振器の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）はＩＣチップの平面図である。 従来例の他例を説明する温度補償発振器の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）はカバーを除く平面図である。

符号の説明

１ 容器本体、２ ＩＣチップ、３ 水晶片、４ ＩＣ端子、５ バンプ、６ 実装端子、７ 励振電極、８ 引出電極、９ 水晶保持端子、１０ 導電性接着剤、１１ 水晶検査端子、１２ 金属リング、１３ 金属カバー、１４ 回路端子、１５ 外周平坦部、１６ 配線路、１７ 樹脂モールド、１８ 書込端子。

Claims (3)

1. 底壁と枠壁からなる少なくとも凹部を有した積層セラミックの容器本体と、前記凹部内に密閉封入された水晶片と、前記容器本体に一体的に固着されて発振回路を集積化したＩＣチップとを有する表面実装発振器において、前記底壁は前記凹部の外周から突出した外周平坦部を有し、前記外周平坦部上に前記ＩＣチップを固着するとともに前記水晶片と電気的に接続した水晶検査端子を設けたことを特徴とする表面実装発振器。
2. 請求項１において、前記外周平坦部上に固着されるＩＣチップは発振回路とともに温度補償機構を集積化して温度補償型とした表面実装発振器。
3. 請求項２において、前記外周平坦部上には前記温度補償機構へ温度補償データを書き込む書込端子が設けられた表面実装発振器。