JP2009194725A - 表面実装用の水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】低背化に適して水晶検査端子を有する表面実装用の温度補償発振器を提供する。
【解決手段】第１凹部１５ａと第２凹部１５ｂを平面的に並設した底壁１ａと枠壁１ｂを有する積層セラミックからなる容器本体１と、前記第１凹部１５ａに収容されて金属カバー１４によって密閉封入された水晶片３と、前記第２凹部１５ｂに収容されて開口端面を未封止として発振回路を集積化したＩＣチップ２とを有する表面実装発振器において、前記水晶片３の励振電極８（ａｂ）から延出した引出電極９ａ、９ｂと電気的に接続した水晶検査端子１８ａ、１８ｂを前記第２凹部１５ｂの枠壁上面に設けた構成とする。
【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カード（携帯電話用）やＰＣカード（パソコン用）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ＳＩＭカードは、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、ＳＩＭ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カードは厚みを例えば0.76ｍｍとすることから、温度補償発振器は厚みを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６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、一般には、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６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４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７に電気的に接続する。

水晶片３は両主面に励振電極８（ａｂ）を有し、一端部両側に引出電極９（ａｂ）を延出する「第７図（ｂ）参照」。引出電極９（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１０に導電性接着剤１１によって固着される。導電性接着剤１１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１０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１０は容器本体１の外側面に設けた水晶検査端子１２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１３が設けられ、金属カバー１４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７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１２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１２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７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２００３−３２０４２号公報 特開２００３−５１７１９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カード用には適さない。このことから、第７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、温度補償発振器は水晶片３よりも厚みの大きいＩＣチップ２の高さに依存して高さ寸法を0.5ｍｍ程度までに小さくできるものの、バンプ５を含めたＩＣチップ２の高さ、及びＩＣチップ２と金属カバー１４との間隔、さらには金属カバー１４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５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ってＩＣチップ２を実装する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１２の高さも小さくなって、図示しない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１２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１３との電気的短絡を防止する。これにより、水晶検査端子１２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等に示される技術に着目した。すなわち、第１と第２の凹部を並設して第１凹部には水晶片を密閉封入し、第２凹部にはＩＣチップを収容した技術に着目した。

（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、第１凹部と第２凹部を平面的に並設した底壁と枠壁を有する積層セラミックからなる容器本体と、前記第１凹部に収容されて金属カバーによって密閉封入された水晶片と、前記第２凹部に収容されて開口端面を未封止とし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、前記水晶片の励振電極と電気的に接続した水晶検査端子を前記第２凹部の枠壁上面に設けた構成とする。

このような構成であれば、ＩＣチップを独立して第２凹部に収容して未封止とするので、ＩＣチップの底壁からの高さは、基本的に、ＩＣチップの厚みに依存し、例えば超音波熱圧着とした場合はバンプを加えた合計の高さになる。この場合、従来例でのＩＣチップから金属カバーまでの距離及び金属カバーの厚み分を小さくできる。

これらにより、表面実装発振器の高さは第１凹部に水晶片を密閉封入した水晶振動子の高さとなる。したがって、表面実装発振器の高さ寸法を従来例よりも小さくできる。そして、ＩＣチップを収容する枠壁上面には水晶検査端子を設けるので、水晶振動子の振動特性を容易に測定できる。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記第２凹部の少なくとも一辺の枠壁幅は前記第１凹部の枠壁幅よりも大きく、前記少なくとも一辺の枠壁の上面に前記水晶検査端子を有する。これにより、第２凹部の枠壁幅を大きくするので、水晶検査端子を形成しやすい。

同請求項３では、請求項１において、前記第２凹部の外周となるいずれか一辺を除去して平坦面とする。これにより、第１凹部又は及び第２凹部における内底面の面積を大きくできる。これにより、水晶片又は及びＩＣチップの平面外形を大きくできて、水晶振動子の設計を容易にしたり、ＩＣチップを高機能化できたりする。

同請求項３では、請求項１において、前記金属カバーは共晶合金によって接合される。これにより、第１凹部の開口端面を封止できる。なお、シーム溶接の場合は第１凹部と第２凹部との境界部分に電極ローラを当接することが困難となるのに対して、共晶合金であれば金属カバーによる封止を容易にする。また、共晶合金以外に電子ビーム等の封止も採用できる。

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からなり、底壁１ａは平坦として二層とする。枠壁１ｂは並設した開口部を有して底壁１ａ上に積層され、第１凹部１５ａと第２凹部１５ｂを形成する。容器本体の外形寸法はデファクトスタンダードの3.2×2.5ｍｍとし、各枠壁１ｂの枠幅Ｗは0.425ｍｍとする。

第１凹部１５ａの開口端面（枠壁上面）には金属膜１６を有し、内底面には一対の水晶保持端子１０（ａｂ）を有する。そして、励振電極８（ａｂ）から引出電極９（ａｂ）の延出した水晶片３の一端部両側が導電性接着剤１１によって固着される。また、第１凹部１５ａの開口端面には図示しない共晶合金を用いたロウ付けによって金属カバー１４が接合し、水晶片３を密閉封入される。

第２凹部１５ｂの内底面には水晶端子６（ｘｙ）を含む回路端子６を有する。そして、水晶端子６（ｘｙ）は第１凹部１５ａの水晶保持端子１０（ａｂ）とビアホールや積層面の配線路１７を経て電気的に接続する。水晶端子６（ｘｙ）を除く、電源、出力、アース及びＡＦＣ端子等の回路端子６は容器本体１の外底面に設けた実装端子７に図示しないビアホールや配線路を経て電気的に接続する。

そして、第２凹部１５ｂの枠壁上面には一対の水晶検査端子１８（ａｂ）を有し、水晶保持端子１０（ａｂ）及び水晶端子６（ｘｙ）とビアホールや配線路１７によって電気的に接続する。水晶検査端子１８（ａｂ）は枠幅Ｗ（0.425ｍｍ）内となる例えば0.4×0.4ｍｍとする。そして、バンプ５を用いた超音波熱圧着によって、ＩＣチップ２の回路機能面が各回路端子６と電気的に接続して固着される。

この場合、ＩＣチップ２の回路機能面とは反対面となる上面は、枠壁１ｂの上面を突出して金属カバー１４以内の高さとなる。これにより、第２凹部１５ｂは開口端面を未封止とする。なお、底壁１ａの積層面には配線路１７等を除いて全面的にシールド電極１９が形成される。図では、シールド電極１９は便宜的に配線路１７と重複して示している。

ちなみに、容器本体１の底壁１ａの厚みは各層ともに65μｍで計130μｍ、枠壁は130μｍ、金属カバー１４は60μｍとする。そして、実装端子７や金属膜１６及び図示しない共晶合金の厚みを45μｍとして、全体の高さ寸法を365μｍ（≒0.37ｍｍ）とする。また、水晶片３（但し、ＡＴカット）の厚みは例えば振動周波数を26MHzで64μｍとして平面外形を1.35×0.85ｍｍとし、ＩＣチップ２の厚みは120μｍとして平面外形を1×1.1ｍｍとする。

このような構成であれば、ＩＣチップ２を水晶片３とは別個の第２凹部１５ｂに収容したので、温度補償発振器の高さは第１凹部１５ａに水晶片３を密閉封入した水晶振動子の高さに依存する。したがって、前述のように、温度補償発振器の高さを水晶振動子に依存した0.4ｍｍ以内にでき、例えばＳＩＭカードの要求する規格（0.5〜0.4ｍｍ以下）を満足する。

そして、水晶検査端子１８（ａｂ）は第２凹部１５ｂの枠壁上面に設けたので、水晶振動子の振動特性を容易に測定できる。なお、容器本体１の底面に設けることも可能であるが、図示しないカード基板の配線パターンとの間による浮遊容量によって発振周波数を変化させる。また、第２凹部１５ｂは底壁１ａのみならず、枠壁１ｂを設けたので、底壁自体の厚みが小さくなっても強度を維持できる。

なお、第２図（断面図）に示したように、ＩＣチップ２を収容する第２凹部１５ｂには回路機能面を保護する樹脂２０を注入してもよい。但し、電子カード化する際に樹脂コートされるので、樹脂の種類に応じて適宜に決定される。

（第２実施形態）
第３図は本発明の第２実施形態を説明する温度補償発振器の金属カバーを除く平面図である。なお、前実施形態と同一部分には同番号を付与してその説明は省略又は簡略できる。

第２実施形態ではＩＣチップ２を収容する容器本体１における第２凹部１５ｂの一辺例えば図の下辺の枠幅Ｗ1を他の枠幅Ｗよりも大きくする。そして、水晶検査端子１８（ａｂ）を下辺の枠壁上面に形成する。このようにすれば、水晶検査端子１８（ａｂ）をさらに大きくできるので、プローブの接触を確実にする。

（第３実施形態）
第４図（ａｂ）は本発明の第３実施形態を説明する温度補償発振器の金属カバーを除く平面図である。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３実施形態では、ＩＣチップ２を収容する容器本体１における第２凹部１５ｂの外周となる一辺例えば長さ方向の一端側となる枠壁１ｂを除いて平坦面とする「第３図（ａ）」。このようにすれば、第２凹部１５ｂにおける内底面の面積を大きくできる。この場合、例えば付加価値を高める回路をＩＣチップ２に集積化して大型化できて多機能化を図れる。

また、これとは逆に、例えばＩＣチップ２の大きさを一定とすれば、第１凹部１５ａと第２凹部１５ｂの共通する枠壁１ｂを第２凹部１５ｂ側に移動すれば「第３図（ｂ）」、第１凹部１５ａにおける内底面の面積を大きくできる。したがって、水晶片２を大きくできるので、振動特性を良好にする上での設計を容易にする。そして、いずれの場合でも、外周の一辺を除去するのみで、他の外周の２辺には枠壁１ｂを有するので、底壁１ａの強度を維持できる

（他の事項）
上記実施形態では、第１凹部１５ａ及び第２凹部１５ｂのいずれでも底壁１ａは二層としたが、例えば第５図に示したように、第２凹部１５ｂは一層としてもよい。この場合、第２凹部１５ｂの一層目のみで厚みが65μｍと薄くなって強度が低下するので、枠壁１ｂの幅を広げることによって強度を補える。そして、ＩＣチップ２の上面を容器本体１の開口端面以下にできる。この場合、シールド電極１９は外底面に形成される。

また、ＩＣチップ２はバンプを用いた超音波熱圧着としたが、例えばワイヤーボンディングを用いた実装としてもよい。この場合、ワイヤー線のループ高さがバンプの高さ（40μｍ）と同等以下であれば、各実施形態と同様の効果を得られる。さらに、温度補償発振器として説明したが、温度補償機構を有しない表面実装発振器でも適用できることは勿論である。

本発明の第１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。 本発明の第１実施形態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金属カバーを除く平面図である。 本発明の第３実施形態を説明する図で、同図（ａｂ）ともに温度補償発振器の金属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断面図である。 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）は金属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 回路端子、７ 実装端子、８ 励振電極、９ 引出電極、１０ 水晶保持端子、１１ 導電性接着剤、１２、１８ 水晶検査端子、１３ 金属リング、１４ 金属カバー、１５凹部、１６ 金属膜、１７ 配線路、１９ シールド電極、２０ 樹脂。

Claims (4)

1. 第１凹部と第２凹部を平面的に並設した底壁と枠壁を有する積層セラミックからなる容器本体と、前記第１凹部に収容されて金属カバーによって密閉封入された水晶片と、前記第２凹部に収容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、前記水晶片の励振電極と電気的に接続した水晶検査端子を前記第２凹部の枠壁上面に設け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凹部の少なくとも一辺の枠壁幅は前記第１凹部の枠壁幅よりも大きく、前記少なくとも一辺の枠壁の上面に前記水晶検査端子を有する表面実装用の水晶発振器。
3. 請求項１において、前記第２凹部の外周となるいずれか一辺を除去して平坦面とした表面実装用の水晶発振器。
4. 請求項１において、前記金属カバーは共晶合金によって接合された表面実装用の水晶発振器。