JP2010147850A - 表面実装用の水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】大きなＩＣチップを使用できて、しかも高さ及び平面外形を小さくして生産性の高い表面実装発振器を提供する。
【解決手段】少なくとも水晶片５と電気的に接続した外部端子を外底面に有し、水晶片５を密閉封入した表面実装振動子１と、表面実装振動子１の外底面にＩＣ端子の形成された一主面とは反対面が接合され、表面実装振動子１の外部端子とＩＣ端子の水晶端子とがボンディング線１２によって電気的に接続したＩＣチップ２と、ＩＣチップ２の一主面のＩＣ端子に接続し、ボンディング線１２のループ高さよりも大きい接合ボール１１とを備えた構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は接合型と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、特に平面外形を小さく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、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。このようなものの一つに、ＩＣチップを固着した実装基板を表面実装振動子の下面（外底面）に接続して一体化した接合型の表面実装発振器がある。

（従来技術の一例）
第６図及び第７図は一従来例を説明する表面実装発振器の図で、第６図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は表面実装振動子を除く平面図、第７図は表面実装振動子の底面図である。

表面実装発振器は表面実装振動子１と、ＩＣチップ２を表面上に固着した実装基板３とからなる。表面実装振動子１は例えば凹状とした容器本体４の内底面に、図示しない励振電極から引出電極の延出した水晶片５の一端部両側を、導電性接着剤１５によって固着する。そして、容器本体４の開口端面に例えば金属カバー６をシーム溶接等によって接合し、水晶片５を密閉封入する。

容器本体４の外底面の４角部には水晶端子及びアース端子からなる外部端子７を有する。水晶端子７は例えば水晶片５と電気的に接続して外底面の一組の対角部に、アース端子は金属カバー６と電気的に接続して他組の対角部に設けられる。

ＩＣチップ２は回路機能面となる一主面にＩＣ端子８を有する。ＩＣ端子８は一対の水晶端子及び電源、アース、出力及び例えばＡＦＣ端子からなる。実装基板３は例えばガラスエポキシ材を母材として接合端子９及び回路端子１０及び図示しない配線路を含む回路パターンが銅箔等によって形成される。

具体的には、実装基板３の４角部には表面実装振動子１の外部端子（水晶端子及びアース端子）７と電気的・機械的に接続する接合端子９が、そして、４角部間の各辺にはＩＣチップ２の各ＩＣ端子８と電気的に接続する回路端子１０が設けられる。外部端子７と接合端子９とは接合ボール例えば金属球の表面に鉛フリーを含む半田を塗布した半田ボール１１によって、ＩＣ端子８と回路端子１０とはワイヤーボンディングの金線１２によって接続する。

図中の符号１３は実装基板３の外底面に設けられた実装端子であり、ＩＣ端子８の例えば電源、出力、アース及び例えばＡＦＣ端子と電的に接続する。同１４は表面実装振動子１と実装基板３との接合に塗布された保護樹脂である。
特開２００８−７８７７８号公報 特開２００４−１８００１２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、表面実装振動子の４角部の外部端子７を実装基板３の４角部に設けた接合端子９に半田ボール１１によって電気的・機械的に接続する。したがって、実装基板３上のＩＣチップ２は半田ボール１１を結ぶ矩形状内に大きさを制限されるので、例えば表面実装振動子１の平面外形よりもＩＣチップ２は小さくなる。

このことから、発振回路のみならず図示しない温度補償機構をも集積化して高機能化とした場合は、配線も複雑になってＩＣチップ２の設計を困難にする。そして、設計を容易にするため、ＩＣチップ２を大きくすると、表面実装発振器の小型化（平面外形）を損ねる問題があった。

また、半田ボールはＩＣチップの厚みよりも大きくし、表面実装振動子とＩＣチップとの間にギャップを設ける必要があるので、高さ寸法も大きくなる。そして、実装基板３を要するので、部品点数も多くなって生産性を低下させる問題もあった。

（発明の目的）
本発明は大きなＩＣチップを使用できて、しかも高さ及び平面外形を小さくして生産性の高い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、少なくとも水晶片と電気的に接続した外部端子を外底面に有し、前記水晶片を密閉封入した表面実装振動子と、前記表面実装振動子の外底面にＩＣ端子の形成された一主面とは反対面が接合され、前記表面実装振動子の外部端子と前記ＩＣ端子の水晶端子とがボンディング線によって電気的に接続したＩＣチップと、前記ＩＣチップの一主面のＩＣ端子に接続し、前記ボンディング線のループ高さよりも大きい接合ボールとを備えた構成とする。

このような構成であれば、表面実装振動子の外底面にＩＣチップの反対面を接合して一主面に接合ボールを設ける。したがって、従来例のようにＩＣチップの厚みより接合バンプを大きくする必要もないので、高さ寸法を小さくできる。そして、従来例のように接合バンプの領域内との制限を受けずに、ＩＣチップを大きくできる。

この場合、例えば表面実装振動子を表面実装発振器の平面外形とすると、ＩＣチップはボンディング線が接続する表面実装振動子の外部端子領域を除いた大きさにできる。したがって、ＩＣチップの平面外形は表面実装振動子に接近して大きくできる。さらに、本発明では表面実装振動子とＩＣチップとの２素子構成とするので、これに実装基板を加えた従来例の３素子構成に比較して部品材料を少なくして生産性を高める。

（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ＩＣチップは前記表面実装振動子よりも平面外形を小さくし、前記ボンディング線を含んで前記ＩＣチップの一主面及び外側面を覆う樹脂が塗布される。これにより、ボンディング線を含めてＩＣチップを保護し、ボンディング線と外部素子等との電気的短絡を防止する。

同請求項３では、請求項１において、前記表面実装振動子の外部端子は、前記水晶片と電気的に接続する一対の水晶端子と、前記表面実装振動子の金属カバーと電気的に接続したアース端子とからなり、前記外部端子は前記ＩＣチップの水晶端子及びアース端子とボンディング線によって電気的に接続する。これにより、セット基板への搭載後に金属カバーをアース電位に接地できる。

同請求項４では、請求項１において、前記接合ボールは半田ボールとする。これにより、接合ボールを具体的にする。但し、本発明では、金属球の表面には半田以外の例えば共晶合金を塗布した場合でも適用できる。

同請求項５では、請求項１において、前記ＩＣチップの４角部のＩＣ端子はこれ以外のＩＣ端子よりも大きくする。これにより、接合ボールの直径を大きくできる。なお、これ以外のＩＣ端子はワイヤーボンディングが可能な小さな大きさに維持される。

（第１実施形態）
第１図は本発明の第１実施形態を説明する表面実装発振器の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）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。

表面実装発振器は、前述した外底面の一組の対角部を水晶端子として他組の対角部をアース端子とした外部端子７を有する表面実装振動子１と、回路機能面である一主面にＩＣ端子８を有するＩＣチップとを備え、従来例での実装基板３を排除する。ここでは、ＩＣチップ２は表面実装振動子１の平面外形よりも例えば短辺を0.1ｍｍ、長辺を0.4ｍｍ程度小さくする。そして、ＩＣチップ２の一主面（回路機能面）とは反対面が表面実装振動子１の外底面の領域内に例えば図示しない絶縁性の接着剤によって全面的に固着する。

ＩＣチップ２の４角部及び一組の対向辺の両角部間にはＩＣ端子８を有する。４角部のＩＣ端子８は電源８Ｖcc、出力８Ｖout、アース８GND、自動周波数制御端子８AFCとし、両角部間のＩＣ端子８は一対の水晶端子８（ｘｙ）及びアース端子８GNDとする。４角部のＩＣ端子８（Ｖcc、Ｖout、GND、AFC）は対向辺の水晶端子及びアース端子８（ｘｙ、GND）よりも大きくする。なお、ＩＣチップ２の角部と一組の対向辺のアース端子８（ｘｙ）はＩＣチップ２の一主面（回路機能面）上での図示しない配線路によって電気的に接続する。

そして、４角部のＩＣ端子８（Ｖcc、Ｖout、GND、AFC）には半田ボール１１とした接合ボールが固着される。対向辺の両角部間のＩＣ端子８（ｘｙ、GND）は、表面実装振動子１の外部端子７としての各一対の水晶端子７（ｘｙ）及びアース端子７GNDにワイヤーボンディングによるボンディング線（例えば金線）１２によって電気的に接続する。なお、半田ボールはボンディング線１２のループ高さよりも大きくする。

そして、表面実装振動子１の外周内に樹脂１４が塗布され、ＩＣチップ２の外側面及び一主面を樹脂１４で覆う（所謂樹脂モールド）。この場合、ボンディング線１２を含めて樹脂１４で覆われ、半田ボール１１は概ね半球部が樹脂１４から突出する。この場合、半田ボール１１の樹脂１４から突出した半球部は従来例の実装端子１３として機能し、図示しないセット基板の回路端子に半田リフロー等によって接続する。また、樹脂１４はボンディング線を含めてＩＣチップを保護するとともに、ボンディング線と外部素子等との電気的短絡を防止する。

このような構成であれば、発明の効果の欄でも記載するように、表面実装振動子１の外底面にＩＣチップ２の反対面を接合して一主面に接合ボールとしての半田ボール１１を設ける。したがって、従来例のようにＩＣチップ２の厚みより半田ボール１１を大きくする必要もないので、高さ寸法を小さくできる。そして、従来例のように半田ボール１１の領域内との制限を受けずに、ＩＣチップ２を大きくできる。

この場合、例えば表面実装振動子を表面実装発振器の平面外形とすると、ＩＣチップ２はボンディング線１２が接続する表面実装振動子１の外部端子７に接続する領域を除いた大きさにできる。したがって、ＩＣチップ２の平面外形は表面実装振動子１に接近して大きくできる。さらに、表面実装振動子１とＩＣチップとの２素子構成とするので、これに実装基板３を加えた従来例の３素子構成に比較し、部品材料を少なくして生産性を高められる。

また、この例では、ＩＣチップ２の一組の対向辺の両角部間にアース端子８GNDを設けて、表面実装振動子１のアース端子７GNDとボンディング線１２によって電気的に接続する。したがって、表面実装発振器のセット基板に対する搭載時に金属カバー６をアース電位に接地できてシールドカバーとすることができる。

そして、ＩＣチップ２の４角部のＩＣ端子８はこれ以外のＩＣ端子よりも大きくするので、半田ボール１１の直径を実装端子として機能する大きさにできる。また、表面実装振動子１は既存のものを適用できるので、新たに開発することなく経済的にも利便性を生ずる。

（第２実施形態）
第２図及び第３図は本発明の第２実施形態を説明する図で、第２図は表面実装振動子の底面図、第３図（ａ）は表面実装発振器の断面図、同図（ｂ）は同底面図である。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、表面実装振動子１の外底面にはアースパターン１６を形成し、一組の対向辺の両角部間には一対の水晶端子７（ｘｙ）及びアース端子７GNDとする外部端子７を設ける。但し、水晶端子７（ｘｙ）はアースパターン１６とは電気的に独立し、アース端子７GNDはアースパターン１６と電気的に接続する。

表面実装振動子１のアースパターン１６の形成された外底面には、ＩＣチップ２の回路機能面（一主面）とは反対面が図示しない導電性接着剤によって固着する。そして、第１実施形態と同様に、表面実装振動子１の水晶端子７（ｘｙ）及びアース端子７GNDと、ＩＣチップ２の水晶端子８（ｘｙ）及びアース端子８GNDとを、ボンディング線１２によって電気的に接続する。なお、一組の対向辺のアース端子７GNDは角部のアース端子GNDに電気的に接続する。その後、ボンディング線を含めてＩＣチップ２の上面及び外側面に樹脂１４を塗布する。

このような構成であっても、前述同様に、表面実装発振器の高さ寸法及びＩＣチップを大きくした上での平面外形を小さくできて、生産性を高める。そして、ここでは、表面実装振動子１の外底面にアースパターン１６を形成して、例えばＮ型のシリコン基板からなるＩＣチップ２の反対面を接続する。したがって、ＩＣチップ２の反対面を確実にアース電位に接地できて電気的に安定にする。

なお、表面実装振動子１の一対のアース端子７GNDのうちの一方は、金属カバー６には接合しないダミー端子としてもよい。また、ＩＣ端子８の一組の対向辺に設けたアース端子８GNDは１個として、第４図に示したように、一組の対向辺の一方に水晶端子８（ｘｙ）とともに形成し、これに対応する表面実装振動子１の水晶端子７（ｘｙ）及びアース端子７GNDと接続し、幅方向での平面外形を小さくしてもよい。

（他の事項）
上記実施形態では表面実装振動子はシーム溶接によって凹状とした容器本体４に金属カバー６を接合するとしたが、例えば電子ビームを用いたビーム溶接や共晶合金を用いた溶着であってもよい。また、例えば第４図に示したように、容器本体４を平板状としてカバーを凹状として共晶合金を用いて金属カバーを接合する場合でも、さらには絶縁板をカバーとした場合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表面実装発振器の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は底面図である。 本発明の第２実施形態を説明する表面実装発振器の底面図である。 本発明の第２実施形態を説明する表面実装発振器の断面図、同図（ｂ）は同底面図である。 本発明の第２実施形態での他例を説明する表面実装発振器の底面図である。 本発明に適用される他の例を示す表面実装振動子の断面図である。 従来例を説明する表面実装発振器の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）表面実装振動子を除く平面図である。 従来例を説明する表面実装振動子の底面図である。

符号の説明

１ 表面実装振動子、２ ＩＣチップ、３ 実装基板、４ 容器本体、５ 水晶片、６ カバー、７ 外部端子、８ ＩＣ端子、９ 接合端子、１０ 回路端子、１１ 半田ボール、１２ ボンディング線、１３ 実装端子、１４ 樹脂、１５ 導電性接着剤、１６ アースパターン。

Claims (5)

1. 少なくとも水晶片と電気的に接続した外部端子を外底面に有し、前記水晶片を密閉封入した表面実装振動子と、
   前記表面実装振動子の外底面にＩＣ端子の形成された一主面とは反対面が接合され、前記表面実装振動子の外部端子と前記ＩＣ端子の水晶端子とがボンディング線によって電気的に接続したＩＣチップと、
   前記ＩＣチップの一主面のＩＣ端子に接続し、前記ボンディング線のループ高さよりも大きい接合ボールとを備えてなる表面実装用の水晶発振器。
2. 請求項１において、前記ＩＣチップは前記表面実装振動子よりも平面外形を小さくし、前記ボンディング線を含んで前記ＩＣチップの一主面及び外側面を覆う樹脂が塗布された表面実装用の水晶発振器。
3. 請求項１において、前記表面実装振動子の外部端子は、前記水晶片と電気的に接続する一対の水晶端子と、前記表面実装振動子の金属カバーと電気的に接続したアース端子とからなり、前記外部端子は前記ＩＣチップの水晶端子及びアース端子とボンディング線によって電気的に接続した表面実装の水晶発振器。
4. 請求項１において、前記接合ボールは半田ボールである表面実装用の水晶発振器。
5. 請求項１において、前記ＩＣチップの４角部のＩＣ端子はこれ以外のＩＣ端子よりも大きい表面実装用の水晶発振器。