JP2010087726A - 表面実装用の水晶発振器 - Google Patents

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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する。
【解決手段】
表面実装用の水晶発振器は、水晶片２を収容する容器３を有する水晶振動子１と、ＩＣチップ９が搭載された実装基板８と、を有している。容器の外面３ｃと実装基板の一方の面８ａとの間に、外部の大気と連通する空間部１６が形成されるように、容器３と実装基板８とは機械的、電気的に接続されている。そして、空間部１６に面する実装基板の一方の面８ａに金属板１４を有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表面実装用の水晶発振器に関する。
表面実装用の水晶発振器（以下、「表面実装発振器」と呼ぶ。）は、小型、軽量であることから、例えば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。このような表面実装発振器の一つとして、接合型のものがある。
図３は、特許文献１に記載の接合型の表面実装発振器を示す断面図である。図３に示す表面実装発振器は、水晶振動子３１と実装基板３８とからなる。水晶振動子３１は、矩形状とした凹状の容器を有しており、当該容器内には水晶片３２が収容されている。水晶片３２の一端部であって幅方向の両側は、導電性接着剤３５によって端子電極に接続されている。
実装基板３８は、一方の面に凹部を有しており、当該凹部にＩＣチップ３９が収容されている。ＩＣチップ３９は、バンプ４０を用いたフリップチップ実装によって実装基板３８に接合されている。表面実装発振器は、実装基板３８の他方の面と水晶振動子３１の容器とが接合されてなる。
また、特許文献１には、容器と実装基板とが一体に構成されてなる表面実装発振器も開示されている。
特開２００５−６１７１号公報
特許文献１に記載された表面実装発振器では、ＩＣチップで生じた熱が、実装基板を通じて水晶片を収納した容器に伝導することで、容器内の温度が上昇する。特に、図３に示す表面実装発振器では、容器の底面全体とＩＣチップを実装した実装基板の底面全体とが接触しているため、水晶片は、ＩＣチップでの発熱の影響を受けやすい。また、容器と実装基板３８とが一体に構成されている表面実装発振器の場合、ＩＣチップからの熱がより容器内に伝わりやすいため、容器内の温度上昇はより顕著になる。
上記のように、容器内の温度が上昇すると、容器内の水晶片の周波数温度特性が変化してしまうという課題がある。
そこで、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が軽減された表面実装型の水晶振動子を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の表面実装用の水晶発振器は、水晶片を収容する容器を有する水晶振動子と、ＩＣチップが搭載された実装基板と、を有している。容器の外面と実装基板の一方の面との間に、外部の大気と連通する空間部が形成されるように、容器と実装基板とは機械的、電気的に接続されている。そして、表面実装用の水晶発振器は、空間部に面する実装基板の一方の面に放熱手段を有している。
本発明によれば、ＩＣチップの発熱による周波数温度特性への影響を軽減することができる。
以下、本発明の表面実装用の水晶発振器の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る表面実装発振器の断面図である。表面実装発振器は、水晶振動子１と、ＩＣチップ９が搭載された実装基板８と、を有している。
水晶振動子１は、水晶片２と容器３とを有している。容器３は、底壁３ａと枠壁３ｂとを有しており、凹状に形成されている。水晶片２は容器３の凹状部分に収容されており、容器３に被せられたカバー４によって密封封入されている。
容器３は積層セラミックから構成することができる。水晶片２の一端部であって幅方向の両側には引出電極が形成されている。水晶片２の一端部両側は、導電性接着剤５によって、容器３の内壁に形成された端子電極６に固着されている。容器３の底壁３ａの外面３ｃ（以下、「外底面」と呼ぶことがある。）には水晶端子７が配されている。本実施形態では、水晶端子７は、容器の外底面３ｃの四隅に配されている。
実装基板の一方の面８ａには、水晶端子７と電気的、機械的に接続される水晶受端子１２が配されている。また、ＩＣチップ９は、実装基板の他方の面８ｂに搭載されている。本実施形態では、実装基板の他方の面８ｂには凹部８ｃが形成されており、当該凹部８ｃの底面８ｄにＩＣチップ９が接合されている。ＩＣチップ９は、例えば金のようなバンプ１０を用いた超音波熱圧着によって、実装基板８と接合することができる。
ＩＣチップ９は少なくとも発振回路を集積化しており、ＩＣチップ９の一面（以下、回路機能面と呼ぶ。）にはＩＣ端子が形成されている。ＩＣチップ９は、温度補償機構及びＰＬＬ制御回路を内蔵していることが好ましい。ＩＣチップ９を保護するために、少なくともＩＣチップ９の回路機能面と実装基板８の凹部の底面８ｄとを、樹脂１１で被覆することが好ましい。
容器の外底面３ｃに形成された水晶端子７と、実装基板の一方の面８ａに形成された水晶受端子１２とは、バンプによって電気的、機械的に接合されている。本実施形態では、バンプとして半田ボール１５を用いた。
図２は、実装基板の一方の面８ａを示す概略平面図である。ただし、図２には、水晶受端子１２は示されていない。半田ボール１５は、容器の外底面３ｃの４隅に形成されている。半田ボール１５によって、容器の外底面３ｃと実装基板の一方の面８ａとの間には、空間部１６が構成されている。
空間部１６は、半田ボール１５同士の隙間によって、外部の大気と連通している。そのため、ＩＣチップ９から発せられた熱は、実装基板８を伝導し、実装基板８に面している空間部１６に伝達され、空間部１６から外部の大気に放熱される。したがって、容器３の内部の温度上昇を抑制することができる。
本実施形態における表面実装発振器は、空間部１６に面する実装基板の一方の面８ａに、放熱手段を有している。放熱手段としては、当該一方の面８ａに設置された熱伝導性の高い金属板１４を用いることができる。これにより、実装基板８の熱は、より効果的に空間部１６に放熱される。また、空間部１６を利用して放熱手段が設けられるため、表面実装発振器の大型化を抑制することができる。
金属板１４の放熱手段を高めるため、金属板１４の表面には凹凸が形成されていることが好ましい。本実施形態では、金属板１４の表面に複数の凸条部１４ａが形成されており、当該凸条部１４ａは所定のピッチで平行に設けられている。金属板１４の表面の凹凸は、図２に示す形状に限らず、任意の形状であって良い。表面に凹凸を形成し、金属板１４の表面積を大きくすることで、放熱効果がより高められる。
金属板１４の金属種としては、熱伝導性が高いタングステンを用いることが好ましい。また、実装基板としてシリコン基板を用いた場合、タングステンはシリコンと熱膨張係数が近いという利点もある。
本実施形態では、放熱手段として金属板１４を用いた。しかし、放熱手段は、実装基板８と一体に形成された凹凸部であっても良い。具体的には、空間部１６に面する実装基板の一方の面８ａに、凹凸部が形成されていれば良い。この場合、実装基板８の表面積が増大するため、放熱効果が向上する。
上記実施形態では、実装基板８にはＩＣチップ８のみが搭載されているが、必要に応じて、コンデンサ等のチップ素子を含む電子部品が搭載されていても良い。また、カバー４は金属から構成することができ、容器３とカバー４との接合には、ＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｉ等の共晶合金を用いることができる。
以上、本発明の望ましい実施形態について提示し、詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない限り、さまざまな変更及び修正が可能であることを理解されたい。
本発明の一実施形態に係る表面実装発振器の断面図である。 本発明の一実施形態に係る表面実装発振器の実装基板の一方の面を示す概略図である。 一従来例における表面実装発振器を示す断面図である。
符号の説明
１ 水晶振動子
２ 水晶片
３ 容器
３ａ 底壁
３ｂ 枠壁
３ｃ 外面（外底面）
４ カバー
５ 導電性接着剤
６ 端子電極
７ 水晶端子
８ 実装基板
８ａ 一方の面
８ｂ 他方の面
８ｃ 凹部
８ｄ 底面
９ ＩＣチップ
１０ バンプ
１１ 樹脂
１２ 水晶受端子
１４ 金属板
１４ａ 凸条部
１５ 半田ボール
１６ 空間部

Claims (6)

  1. 水晶片を収容する容器を有する水晶振動子と、
    ＩＣチップが搭載された実装基板と、を有し、
    前記容器の外面と前記実装基板の一方の面との間に、外部の大気と連通する空間部が形成されるように、前記容器と前記実装基板とが機械的、電気的に接続されており、
    前記空間部に面する前記実装基板の前記一方の面に放熱手段を有している、表面実装用の水晶発振器。
  2. 前記容器の前記外面と前記実装基板の前記一方の面とが、バンプにより接続されている、請求項１に記載の表面実装用の水晶発振器。
  3. 前記実装基板の他方の面に凹部が形成されており、
    前記ＩＣチップが前記凹部の底面に接合されている、請求項１または２に記載の表面実装用の水晶発振器。
  4. 前記放熱手段は、前記一方の面に設置され、表面に凹凸形状を有する金属板である、請求項１から３のいずれか１項に記載の表面実装用の水晶発振器。
  5. 前記金属板がタングステンからなる、請求項４に記載の表面実装用の水晶発振器。
  6. 前記放熱手段は、前記実装基板と一体に形成された凹凸部である、請求項１から３のいずれか１項に記載の表面実装用の水晶発振器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10122366B2 (en) 2014-05-07 2018-11-06 Murata Manufacturing Co., Ltd. Crystal oscillation device

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