JP2010200230A - 表面実装用の水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】水晶片を容器本体に収容した後であっても水晶片（水晶振動子）の振動特性を測定できて、金属球の位置決めが容易であり、金属球の強度を確保できる表面実装用の水晶発振器を提供する。
【解決手段】平面外形が矩形状であって一主面に凹部を有する容器本体３と、凹部に収容された水晶片４と、水晶片４を密閉封入する金属蓋９と、容器本体３の一主面側における４角部に設けられた実装端子となる金属球１２と、容器本体３の他主面に搭載したＩＣチップ２とからなる表面実装用の水晶発振器において、金属球１２は容器本体３の一主面に形成された金属球１２用の窪みに設けられ、容器本体３の一主面側における辺縁部の中央であって対となる金属球１２の間に水晶片４と電気的に接続する水晶検査端子１５が設けられた構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は水晶振動子の裏面にＩＣチップを設け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、特に水晶検査端子を有する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、特に携帯電話に代表される携帯型の電子機器に周波数及び時間の基準源として広く用いられている。そして、近年では電子機器の小型化に伴い、表面実装発振器に対する小型化の要求が一層強まっている。このようなものの一つに、水晶振動子の裏面にＩＣチップを設けた表面実装発振器がある（特許文献１）。

（従来技術の一例）
第５図は一従来例を説明する表面実装発振器の図で、同図（ａ）は底面図、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。

第５図の表面実装発振器は、水晶振動子１の裏面にＩＣチップ２を搭載してなる。また、水晶振動子１は凹部を有するセラミックの容器本体３に水晶片４を収容してなる。容器本体３は平板３ａに枠壁３ｂを積層して形成する。水晶片４は、第６図に示すように、両主面に形成された励振電極５から例えば一端部両側に引出電極６が延出する。そして、引出電極６を延出した一端部両側を、導電性接着剤７を用いて容器本体３の凹部における底面に形成した水晶保持端子８に電気的・機械的に接続する。

金属蓋９は、コバールを母材として、表面にＮｉ（ニッケル）メッキ及びＡｇ（金）メッキがされている。また、容器本体３の開口端面となる枠壁３ｂの開口端面における内周側には図示しない金属膜が形成される。この金属膜は、Ｗ（タングステン）膜の表面にＮｉメッキ、Ａｇメッキがされたものである。そして、この金属膜に、例えばＡｕＳｎ（金錫）などの共晶合金１０を用いて金属蓋９が接合されて、水晶片４を密閉封入する。

ＩＣチップ２は発振回路を構成する増幅器等の各素子を集積し、図示しない各ＩＣ端子を回路機能面としての一主面に有する。そして、金属蓋９を接合した水晶振動子１の一主面とは反対面となる裏面に、ＩＣチップ２の回路機能面側が例えばバンプ１１を用いた超音波熱圧着によって固着される（所謂フリップチップボンディング）。そして、ＩＣ端子の一部は水晶片４の引出電極６に電気的に接続する。また、容器本体３の開口端面における４角部には実装端子となる金属球１２が配設される。金属球１２ははんだバンプであって、ＩＣチップ２の図示しないＩＣ端子に電気的に接続する。

このようなものでは、容器本体３における凹部を有する一主面の裏面となる他主面にＩＣチップ２を搭載するので、ＩＣチップ２の搭載のための領域として容器本体３の平面外形を全て利用することができる。また、ＩＣチップ２の外周に枠壁がないことから超音波熱圧着の作業性を良好にする。

特開２００４−１２８５２８号公報 特開２００８−７８７９１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、水晶片４と電気的に接続した水晶検査端子がない。したがって、水晶片４を容器本体３に収容すると水晶片４（水晶振動子１）単体の振動特性の測定が難しく周波数調整が困難となる問題があった。また、金属球１２を形成するための位置決めが困難であるという問題があった。さらに、実装基板に上記構成の表面実装用発振器を実装したとき、金属球１２は全ての側面が露出する。したがって、異物が直接金属球１２に接触して、金属球１２の剥離を生じるおそれのある強度上の問題があった。

（発明の目的）
本発明は、水晶片を容器本体に収容した後であっても水晶片（水晶振動子）の振動特性を測定できて、金属球の位置決めが容易であり、金属球の強度を確保できる表面実装表の水晶発振器の提供を目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、平面外形が矩形状であって一主面に凹部を有する容器本体と、前記凹部に収容された水晶片と、前記凹部の開口端面における内周側に接合されて前記水晶片を密閉封入する金属蓋と、前記容器本体の前記一主面側における４角部に設けられた実装端子となる金属球と、前記容器本体の他主面に搭載したＩＣチップとからなる表面実装用の水晶発振器において、前記金属球は前記容器本体の前記一主面に形成された金属球用の窪みに設けられ、前記容器本体の前記一主面側における辺縁部の中央であって対となる前記金属球の間に前記水晶片と電気的に接続する水晶検査端子が設けられた構成とする。

このような構成であれば、金属球用の窪みに金属球が設けられるので金属球を形成する時の位置決めが容易になる。また、水晶片と電気的に接続する水晶検査端子を設けるので、水晶片を容器本体に収容した後であっても、水晶検査端子を用いて水晶片（水晶振動子）の振動特性を測定できる。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記金属球用の窪みは前記容器本体の前記一主面における外縁が開放された構成とする。これにより、金属球を容器本体の外側面に接して配設することができる。したがって、表面実装用の水晶発振器の平面外形を小型化することが可能である。

本発明の請求項３では、請求項１において、前記金属球用の窪みは凹状である構成とする。これにより、金属球の側面が窪みで覆われるため、異物が金属球に接触するおそれがなく、金属球の強度を確保できる。

本発明の請求項４では、請求項１において、前記水晶検査端子は前記容器本体の前記一主面に形成された水晶検査端子用の窪みに設けられ、前記水晶検査端子用の窪みは前記容器本体の前記一主面における外縁が開放された構成とする。これにより、水晶検査端子は水晶検査端子用の窪みに形成されるため、実装基板に表面実装発振器を実装したときに、水晶検査端子が実装基板上の配線と接触して電気的な短絡が生じることがない。

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）は底面図、同図（ｂ）は金属蓋を除いた底面図、同図（ｃ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、同図（ｄ）は同図（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 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である。 本発明の第３実施形態を説明する表面実装発振器の断面図である。 本発明の他の事項を説明する表面実装発振器の断面図である。 一従来例を説明する表面実装発振器の図で、同図（ａ）は底面図、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。 水晶片の斜視図である。

（第１実施形態、請求項１、２、４に相当）
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）は底面図、同図（ｂ）は金属蓋を除いた底面図、同図（ｃ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、同図（ｄ）は同図（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。なお、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。

本実施形態の表面実装発振器は、水晶振動子１の裏面にＩＣチップ２を搭載してなる。水晶振動子１は凹部を有するセラミックの容器本体３に水晶片４を収容してなる。水晶片４は、水晶片４の長手方向と容器本体３の長手方向とが垂直になるように、容器本体３の凹部における底面に固着される。

容器本体３は平板３ａに枠壁３ｂを積層して形成する。枠壁３ｂは第１枠壁３ｂ１及び第２枠壁３ｂ２を積層してなる。第１枠壁３ｂ１及び第２枠壁３ｂ２の中央部には、矩形状であって、容器本体３の凹部となる貫通孔を有する。第２枠壁３ｂ２の貫通孔は第１枠壁３ｂ１の貫通孔より面積が大きいため、第１枠壁３ｂ１及び第２枠壁３ｂ２を積層することで段部１３が形成される。そして、段部１３に金属蓋９を接合する。

容器本体３の凹部を有する一主面側の４角部には、金属球１２用の窪みが形成される。金属球１２用の窪みは容器本体３の外縁が開放されている。そして、金属球１２用の窪みの底面には外部電極１４が形成されて、外部電極１４の表面に実装端子となる金属球１２ａ〜ｄが配設される。外部電極１４はＩＣチップ２の図示しない各ＩＣ端子に電気的に接続する。また、金属球１２ａ〜ｄははんだバンプである。

一対の金属球１２ａと金属球１２ｂとの中央部及び、他の一対の金属球１２ｃと金属球１２ｄとの中央部には水晶検査端子１５用の窪みが設けられる。水晶検査端子１５用の窪みは、容器本体３の外縁が開放される。そして、水晶検査端子１５用の窪みに水晶検査端子１５が形成される。水晶検査端子１５は、図示しない導電路を経由して水晶片４と電気的に接続する。ＩＣチップ２は、水晶振動子１における金属蓋９を接合した一主面の裏面に、回路機能面が例えばバンプ１１を用いた超音波熱圧着によって固着される。

このようなものでは、先ず、セラミックの平板３ａに例えばＷの印刷によって、外部電極１４及び水晶検査端子１５、水晶保持端子８、その他図示しない導電路等の下地となるメタライズ層を形成する。次に、セラミックの第１枠壁３ｂ１及び第２枠壁３ｂ２を形成する。第１枠壁３ｂ１及び第２枠壁３ｂ２は、容器本体３の凹部となる貫通穴が中央部に設けられる。また、外縁の４角部には金属球１２用の窪みとなる切欠きが形成される。さらに、一対の金属球１２ａ用の窪みと金属球１２ｂ用の窪みとの中央部及び、他の一対の金属球１２ｃ用の窪みと金属球１２ｄ用の窪みとの中央部には、水晶検査端子１５用の窪みとなる切欠きが形成される。

次に、第１枠壁３ｂ１における第２枠壁３ｂ２との接合面であって、中央部に形成された貫通孔の周縁に印刷によって例えばＷのメタライズ層を形成する。次に、平板３ａと第１枠壁３ｂ１と第２枠壁３ｂ２とを積層して焼成する。その後、電解メッキ又は無電解メッキで外部に露出したメタライズ層の表面にＮｉ膜、Ａｕ膜を形成する。これにより、外部電極１４及び水晶検査端子１５、水晶保持端子８、その他図示しない導電路等が形成される。

次に、平板３ａにおける枠壁３ｂが積層された一主面の裏面にバンプ１１を用いた超音波熱圧着によってＩＣチップ２を搭載する。そして、金属球１２用の窪みに金属球１２ａ〜ｄを形成する。次に、容器本体３の凹部における底面に導電性接着剤７を用いて水晶片４を固着させる。最後に、段部１３に例えば共晶合金１０としてＡｕＳｎを用いて、金属蓋９を容器本体３に接合する。

このような構成であれば、金属球１２ａ〜ｄは容器本体３の一主面に設けられた金属球１２用の窪みに形成されるため、位置決めが容易である。水晶片４と電気的に接続する水晶検査端子１５を設けるので、水晶片４を容器本体３に収容後であっても、水晶検査端子１５を用いて水晶片４（水晶振動子１）の振動特性を測定できる。

そして、金属球１２を容器本体３の外側面に接して配設することができる。したがって、金属球１２用の窪みを凹状とした場合と比較して表面実装用の水晶発振器の平面外形を小型化することが可能である。さらに、水晶片４と容器本体３との長手方向が垂直になるように配置されているため、十分な面積の水晶検査端子１５を設けることができる。したがって、振動特性測定のためのプローブ当接が容易になる。

なお、本実施形態では水晶検査端子１５は、容器本体３の外縁が開放された水晶検査端子１５用の窪みに形成される。したがって、特許文献２と同様の効果を奏する。すなわち、水晶片４（水晶振動子１）の振動特性を測定するときには、プローブを水晶検査端子１５に当接する必要がある。水晶検査端子１５用の窪みの開放側ではプローブの移動は制限されずに自由になって、プローブの当接が容易になる（特許文献２の段落００２５）。また、実装基板に表面実装発振器を実装したときに、水晶検査端子１５が実装基板上の配線と接触して電気的な短絡が生じることがない。

（第２実施形態、請求項１、３に相当）
第２図は本発明の第２実施形態を説明する表面実装発振器の断面図である。第２実施形態の表面実装発振器では、金属球１２用の窪みを凹状とする。これにより、窪みで覆われた金属球１２の側面には異物が接触するおそれがないため、金属球１２の剥離のおそれがなく、金属球の強度を確保できる。

（第３実施形態、請求項１、２に相当）
第３図は本発明の第３実施形態を説明する表面実装発振器の断面図である。第３実施形態の表面実装発振器では、水晶検査端子１５を容器本体３の開口端面に形成する。これにより、容器本体３に水晶検査端子１５用の窪みを設ける必要がなく、容器本体３の強度を確保できる。また、このような表面実装発振器を実装基板に実装した場合であっても、金属球１２によって容器本体３と実装基板とに間隙を形成できるため、水晶検査端子１５が実装基板上の配線と接触して電気的な短絡が生じる可能性を低減できる。

（他の事項）
上記実施形態では金属球１２としてはんだバンプを用いているが、例えば樹脂製のボールや銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）等の表面をはんだで覆った金属球１２を用いてもよい。これにより、実装基板に表面実装発振器を実装したときに、はんだが必要以上に溶融した場合であっても表面実装発振器が実装基板に接触することを回避できる。したがって、例えば金属蓋９と実装基板上の配線との電気的短絡を防止できる。

また、上記実施形態では、外部電極１４は金属球１２用の窪みの底面に設けられるが、金属球１２用の窪みの底面だけではなく、側面にも設けてよい。これにより、金属球１２は金属球１２用の窪みの底面及び側面で容器本体３と接合するため、接合強度を高めることができる。

また、上記実施形態では、水晶片４と容器本体３との長手方向が垂直に交わるように水晶片４を容器本体３に配置したが、水晶片４はどのような向きで容器本体３に配置してもよいことはもちろんである。例えば、水晶片４と容器本体３との長手方向が同じ方向になるよう水晶片４を配置してもよい。

また、第４図に示すように、ＩＣチップ２と平板３ａとの間にアンダーフィル樹脂１６を流入させてもよい。これにより、ＩＣチップ２と平板３ａとの間への異物の侵入を防いでＩＣチップ２の破損を回避できる。また、接合強度を高めることができる。

さらに、ＩＣチップ２はＷ−ＣＳＰ（ウェハレベル・チップ・サイズ・パッケージ）であってもよい。これにより、ＩＣチップ２と平板３ａとの間にアンダーフィル樹脂１６を流入させなくても、異物が接触することで生じるＩＣチップ２の破損を回避できる。Ｗ−ＣＳＰは樹脂でコーティングされているからである。

１ 水晶振動子、２ ＩＣチップ、３ 容器本体、４ 水晶片、５ 励振電極、６ 引出電極、７ 導電性接着剤、８ 水晶保持端子、９ 金属蓋、１０ 共晶合金、１１ バンプ、１２ 金属球、１３ 段部、１４ 外部電極、１５ 水晶検査端子、１６ アンダーフィル樹脂。

Claims (4)

1. 平面外形が矩形状であって一主面に凹部を有する容器本体と、前記凹部に収容された水晶片と、前記凹部の開口端面における内周側に接合されて前記水晶片を密閉封入する金属蓋と、前記容器本体の前記一主面側における４角部に設けられた実装端子となる金属球と、前記容器本体の他主面に搭載したＩＣチップとからなる表面実装用の水晶発振器において、
   前記金属球は前記容器本体の前記一主面に形成された金属球用の窪みに設けられ、前記容器本体の前記一主面側における辺縁部の中央であって対となる前記金属球の間に前記水晶片と電気的に接続する水晶検査端子が設けら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、前記金属球用の窪みは前記容器本体の前記一主面における外縁が開放された表面実装用の水晶発振器。
3. 請求項１において、前記金属球用の窪みは凹状である表面実装用の水晶発振器。
4. 請求項１において、前記水晶検査端子は前記容器本体の前記一主面に形成された水晶検査端子用の窪みに設けられ、前記水晶検査端子用の窪みは前記容器本体の前記一主面における外縁が開放された表面実装用の水晶発振器。