JP2013027031A - 超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器20は、第一凹部23と第二凹部33を備えたプラットフォーム22と、プラットフォーム内部に配置された複数のインナーリード34と、インナーリードに電気的接続する水晶発振集積回路28と、第一凹部に配置された複数のパターン回路を少なくとも含み、パターン回路の電気接続端子は外側から第一凹部の中心に向かって対称的に集中している。このため、パターン電気ユニットのもう一端のパターンを最大まで拡張できる。
【選択図】図4
Description
図1A乃至図1Dを参照して過去の公知の発振器回路レイアウト方式について説明する。図1Aは公知の発振器パターン回路を示す図であり、図1Bは公知の電気接続端子を示す図であり、図1Cはサイズを超小型化した発振器パターン回路を示す図であり、図1Dはサイズを超小型化した水晶発振器の電気接続端子を示す図である。
図1Aおよび図1Bに示すように、公知の水晶発振器10の回路レイアウトでは、過去の水晶発振集積回路12やプラットフォーム14の面積がより大きいので、プラットフォーム14の材料強度確保のために壁厚が厚くなり、より大きな凹部空間を必要とした。したがって、より大きな使用のレイアウト空間を有し、複数のパターン回路16が互いの間に短絡を起こさないようなプラットフォーム14を製造するには、パターン回路16の電気接続端子18を水晶発振集積回路12の周囲にレイアウトし、圧電素子のテスト製造を行うプロセス中では、パターン電気ユニット17も十分な接触面積を有する必要があり、このようにすることで一定の歩留まり率を達成していた。
続いて、図1Cおよび図1Dに示すように、水晶発振器10のサイズが超小型化の発展を遂げる中で、公知技術の設計においては、電気接続端子18が水晶発振集積回路12の周囲にレイアウトされているが、凹部空間の限界と、プラットフォーム14の製造プロセス能力の制限のために、圧電素子製造プロセスにおいて必要なパターン電気ユニット17の接触面積が非常に狭くなり、圧電素子のテストプロセスにおいてテストを進める上での問題が発生して歩留まり率が悪くなるという欠点がある。このため、どのようにパッケージ基板の限られた空間の中での配線密度を高めて超小型化のニーズに対応するとともに、パターン電気ユニットの面積を最大化するかということが、本発明の研究改善の課題となっている。
図2に示すように、本発明の提案する超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器20は、セラミック材質を選んで製造を進められるプラットフォーム22を少なくとも含む。プラットフォーム22は第一凹部23を備える。第一凹部23上には複数の第一パターン回路24を設ける。この第一パターン回路の実施形態は、チタン、アルミニウム、金、ニッケル、銅、銀、白金、オスミウム、リチウム、クロム、セシウム、またはタングステンの単独層と多層金属構造材質を使用している。
図3Aおよび図3Bに示すように、各第一パターン回路24はすべて1つの電気接続端子26を備える。電気接続端子26は外側から第一凹部23の中心に向かって対称的に集中してい。電気接続端子26は水晶発振集積回路28の下方部分に位置する。複数のパターン回路24中には少なくとも2つのパターン電気ユニット30を設け、パターン電気ユニット30の一端は電気接続端子26であり、パターン電気ユニット30のもう一端はテストを行うパターンである。電気接続端子26は外側から第一凹部23の中心に向かって対称的に集中するので、第一凹部23は十分なレイアウト面積を作り出すことができ、パターン電気ユニット30のもう一端のパターン面積を最大まで拡張することができる。これによって、回路レイアウト方式により水晶発振器のテスト歩留まり率を高めることができる。中でもこの電気接続端子26は、電気接触ランド(land)、バンプパッド(bump pad)、またはワイヤボンディングパッド(wire bonding pad)等として使用して実装を行う。中でもバンプパッドは金バンプ(Au Bump)、若しくははんだバンプ(Solder Bump)を適用できる。第一パターン回路24のパターンはこの実施方式および図式上の説明においては凸形状を形成する場合について説明するが、第一パターン回路24のパターン形状は条件を制限するものではなく、その他に複数多辺形を呈することもでき、また円形を呈することもできる。
また、本発明が開示する複数の第一パターン回路24が備える電気接続端子26の技術的な特徴は、この実施方式においては6つの電気接続端子26を例に挙げて説明しているが、実施方式は、4つの電気接続端子、若しくは6つ以上の電気接続端子に変更したレイアウト構造を設けた水晶発振器である場合(図中未表示)、その実施方式の技術的な特徴もまた先の実施例と同じである。各第一パターン回路24はすべて1つの電気接続端子26を備える。電気接続端子26は外側から第一凹部23の中心に向かって対称的に集中している。かつ電気接続端子26は水晶発振集積回路28の下方部分に位置している。複数の第一パターン回路24の中には少なくとも2つのパターン電気ユニット30を設ける。パターン電気ユニット30の一端は電気接続端子26であり、もう一端のパターンは最大まで拡張される。その他の構造については、ここでは再度述べない。
図4に示すように、本発明のレイアウト構造を設けた水晶発振器20が採用するプラットフォーム22は、第一凹部23および第二凹部33の二重凹部構造を有するものであり、複数のインナーリード34がプラットフォーム22内部に配置され、パッケージ水晶)発振器制御チップ、プログラマブル水晶発振器制御チップ、電圧制御水晶発振器制御チップ、または温度補償水晶発振器制御チップの中の1つのタイプであり、第一凹部23の中央に近い位置上に設置された水晶発振集積回路28を利用する。
図5に示すように、水晶発振集積回路28は、連結素子36を通じて電気接続端子26と電気的接続する複数の電気導通接続端子35を備える。この連結素子36は、電気接触ランド(land)、バンプパッド(bump pad)、またはワイヤボンディングパッド(wire bonding pad)等として使用して実装を行う。中でもバンプパッドは金バンプ(Au Bump)、若しくははんだバンプ(Solder Bump)であってもよい。
図5Bに示すように、本発明は第二凹部33に配置された少なくとも2つの第二パターン回路37を設ける。第二凹部33上には、高い導電性を有する導電銀ペーストを使用して第一カップリング素子38および第二カップリング素子40を作成する。本発明では水晶片を圧電素子41として使用し、第二凹部33中に設置し、物理的気相成長、化学的気相成長、若しくはスパッタリングの製造方式を利用して圧電素子41上の第一被覆電極42および第二被覆電極44に薄膜の堆積を行う。
その後、図4、図5A、および図5Bに示すように、第二パターン回路37はインナーリード34を通じてパターン電気ユニット30、第一カップリング素子38、および第一被覆電極42に電気的に接続し、もう1つの第二パターン回路37’も同様にインナーリード34を通じてもう1つのパターン電気ユニット30、第二カップリング素子40、および第二被覆電極44に電気的接続する。
このようにして、圧電素子41に圧電効果が生じるとともに、少なくとも2つのパターン電気ユニット30によってテストを行い、圧電素子41の製造プロセステストを完成する。
中でもこの第二パターン回路、第一被覆電極および第二被覆電極の実施形態は、チタン、アルミニウム、金、ニッケル、銅、銀、白金、オスミウム、リチウム、クロム、セシウム、またはタングステンの単独層と多層金属構造材質を使用する。
図4および図5Aに示すように、本発明はプライマ46を使用して、水晶発振集積回路28の第一凹部23上における接合強度を固定並びに強化し、かつ第一凹部23、水晶発振集積回路28、電気導通接続端子35、および連結素子36を保護する。
図4および図5Aに示すように、本発明は複数の導通電極48をプラットフォーム22の表面50上に設置し、インナーリード34に電気的接続するとともに、外部回路(図中未表示)に電気的接続する。これにより、水晶発振集積回路28は外部回路(図中未表示)から、外部電圧源を取得してパッケージ水晶発振器、プログラマブル水晶発振器、電圧制御水晶発振器、若しくは温度補償水晶発振器といった異なるタイプの水晶発振器20と発振回路を形成し、インナーリード34を通じて圧電素子41に電気的接続し圧電素子41を駆動するとともに制御を行い、周波数信号を生成する、或いは温度補償水晶発振器が圧電素子41の温度効果の補償を行うようにするともに、圧電素子41に圧電効果をもたらし、基準周波数を得て導通電極48を通じて基準周波数を外部回路(図中未表示)に出力する。
また、この導通電極48の実施形態は、チタン、アルミニウム、金、ニッケル、銅、銀、白金、オスミウム、リチウム、クロム、セシウム、またはタングステンの単独層と多層金属構造材質を使用できる。
最後に図5Bに示すように、本発明は、プラットフォーム22の金属表面56上に設置された金属材質のパッケージカバー52を利用して、第二凹部33の密封を行うことで、電磁干渉(ElectroMagnetic Interference,EMI)を遮蔽できる。
これらの図に示すように、プラットフォーム22の金属表面56上にパッケージカバー52を利用することで電磁干渉の遮蔽の効果を達成する。
本発明では金属リング58を金属表面56上とパッケージカバー52の間に増設することによって、パッケージカバー52を金属表面56に固定接合し、電磁干渉の遮蔽効果と高温密閉過程における高温の熱応力緩衝効果を増大させることができる。
中でもATカット水晶振動子は、各種異なる種類の角度切断方式の中の一種であり、ATカット水晶振動子は、数メガヘルツから数百メガヘルツの周波数範囲で適用され、水晶片の応用範囲が最も広く、使用されている数量も最も多いカット応用方式であり、大量生産の技術において非常に達成しやすい作業方式でもある。
12 水晶発振集積回路
14 プラットフォーム
16 パターン回路
17 パターン電気ユニット
18 電気接続端子
20 水晶発振器
22 プラットフォーム
23 第一凹部
24 第一パターン回路
26 電気接続端子
28 水晶発振集積回路
30 パターン電気ユニット
30 第二凹部
34 インナーリード
35 電気導通接続端子
36 連結素子
37 第二パターン回路
37’ 第二パターン回路
38 第一カップリングユニット
40 第二カップリングユニット
41 圧電素子
42 第一被覆電極
44 第二被覆電極
46 プライマ
48 導通電極
50 表面
52 パッケージカバー
56 金属表面
58 金属リング
Claims (20)
- 第一凹部および第二凹部を備えたプラットフォームと、
前記プラットフォーム内部に配置された複数のインナーリードと、
前記第一凹部の中央に近い位置上に設置され、前記インナーリードに電気的接続する水晶発振集積回路と、
複数の第一パターン回路であり、前記第一凹部に配置され、前記インナーリードに電気的接続し、前記電気接続端子は外側から前記第一凹部の中心に向かって対称的に集中しており、かつ前記電気接続端子は前記水晶発振集積回路の下方部分に位置する複数の第一パターン回路と、
を少なくとも含むことを特徴とする、
超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器。 - 前記パターン回路は少なくとも2つのパターン電気ユニットを備え、各前記パターン電気ユニットの一端は前記電気接続端子であり、もう一端のパターンは最大まで拡張していることを特徴とする、請求項1に記載の超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器。
- 前記第二凹部に配置された少なくとも2つの第二パターン回路をさらに含み、前記第二凹部上には第一カップリング素子および第二カップリング素子を設置することを特徴とする、請求項1に記載の超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器。
- 前記第二凹部中に設置された圧電素子をさらに含み、前記圧電素子は第一被覆電極及び第二被覆電極を備え、前記第一被覆電極は前記第一カップリング素子および前記インナーリードに電気的接続し、前記第二被覆電極は前記第二カップリング素子および前記インナーリードに電気的接続し、前記圧電素子に圧電効果をもたらすことを特徴とする、請求項3に記載の超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器。
- 前記第一カップリング素子および前記第二カップリング素子は導電銀ペーストであることを特徴とする、請求項3に記載の超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器。
- 前記水晶発振器は、パッケージ水晶発振器(Simple Package Crystal Oscillator,SPXO)またはクロック発振器(Clock Crystal Oscillator,CXO)と呼ばれるもの、プログラマブル水晶発振器(Programmable Crystal Oscillator,PCXO)、電圧制御水晶発振器(Voltage Controlled Crystal Oscillator,VCXO)、および温度補償水晶発振器(Temperature Compensated Crystal Oscillator,TCXO)の何れかであることを特徴とする、請求項1に記載の超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器。
- 前記水晶発振集積回路の種類は、パッケージ水晶発振器制御チップ、プログラマブル水晶発振器制御チップ、電圧制御水晶発振器制御チップ、または温度補償水晶発振器の何れかであり、前記水晶発振集積回路が複数の電気導通接続端子を備えることを特徴とする、請求項1に記載の超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器。
- 複数の連結素子をさらに含み、前記連結素子は前記電気導通接続端子および前記電気接続端子に電気的接続し、前記連結素子は電気接触ランド(land)、バンプパッド(bump pad)、またはワイヤボンディングパッド(wire bonding pad)であり、前記バンプパッドは金バンプ(Au Bump)若しくははんだバンプ(Solder Bump)であることを特徴とする、請求項7に記載の超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器。
- 前記水晶発振集積回路の前記第一凹部上における接合強度を固定ならびに強化するとともに、前記第一凹部、前記水晶発振集積回路、前記電気導通接続端子、および前記連結素子を保護できるプライマをさらに含むことを特徴とする、請求項8に記載の超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器。
- 前記プラットフォームの表面上に設置されることで前記インナーリードの電気的接続および外部回路との電気的接続をする複数の導通電極をさらに含み、前記導通電極は、チタン、アルミニウム、金、ニッケル、銅、銀、白金、オスミウム、リチウム、クロム、セシウム、またはタングステンの単独層と多層金属構造材であることを特徴とする、請求項4に記載の超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器。
- 前記水晶発振集積回路は、前記外部回路から、圧電素子を駆動する発振回路を、パッケージ水晶発振器、プログラマブル水晶発振器、電圧制御水晶発振器、または温度補償水晶発振器と形成して周波数信号を生成する外部電圧源を取得するか、或いは温度補償水晶発振器が前記圧電素子の温度効果を補償できるようにして基準周波数を外部回路に出力することを特徴とする、請求項10に記載の超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器。
- 前記電気接続端子は、電気接触ランド(land)、バンプパッド(bump pad)、またはワイヤボンディングパッド(wire bonding pad)であり、前記バンプパッドは金バンプ(Au Bump)、若しくははんだバンプ(Solder Bump)であることを特徴とする、請求項1に記載の超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器。
- 前記プラットフォームの材質はセラミックであることを特徴とする、請求項1に記載の超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器。
- 前記プラットフォームの金属表面上に設けられ、前記第二凹部を密封して電磁干渉を遮蔽するパッケージカバーをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器。
- 前記プラットフォームの金属表面上に設けられるとともに、前記パッケージカバーを固定接合する金属リングをさらに含むことを特徴とする、請求項13に記載の超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器。
- 前記パッケージカバーは金属材質であることを特徴とする、請求項14に記載の超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器。
- 前記圧電素子の材質は水晶片であることを特徴とする、請求項4に記載の超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器。
- 前記水晶片はATカット水晶振動子また音叉型(Turning Fork)水晶振動子であることを特徴とする、請求項17に記載の超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器。
- 前記第一パターン回路および第二パターン回路の材質は、チタン、アルミニウム、金、ニッケル、銅、銀、白金、オスミウム、リチウム、クロム、セシウム、またはタングステンの単独層と多層金属構造であることを特徴とする、請求項3に記載の超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器。
- 前記第一被覆電極および前記第二被覆電極の材質は、チタン、アルミニウム、金、ニッケル、銅、銀、白金、オスミウム、リチウム、クロム、セシウム、またはタングステンの単独層と多層金属構造であることを特徴とする、請求項4に記載の超小型サイズ対応のレイアウト構造を有する水晶発振器。
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