JP2013172356A

JP2013172356A - 表面実装型水晶発振器

Info

Publication number: JP2013172356A
Application number: JP2012035730A
Authority: JP
Inventors: Motoi Uno; 基宇野
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2013-09-02

Abstract

【課題】ＩＣチップの外形寸法の大小に拘わらず同一寸法の水晶パッケージまたはＩＣ実装基板を共通に用いてＩＣチップを搭載できるようにして、表面実装型水晶発振器の小型化を図るとともに、その製造コストの大幅な低減を実現する。
【解決手段】表面実装型水晶発振器において、ＩＣ実装基板７と、該ＩＣ実装基板７の上面主面に設けた水晶振動子接続端子５ａと、該水晶振動子接続端子５ａ上に載置した接合部材６と、水晶振動子２の外底面に設けた水晶振動子端子５ｂと、接合部材接続端子６ａとＩＣ端子６ｂとを回路形成面に形成したＩＣチップ４と、からなり、該ＩＣチップ４の非回路形成面を前記水晶振動子２の前記外底面に接着固定させて、前記ＩＣチップ４の該回路形成面を前記ＩＣ実装基板７の上面主面に対向させて配置するとともに、前記接合部材６上に前記接合部材接続端子６ａを接合し、かつ、前記水晶振動子端子５ｂと前記ＩＣ端子６ｂとをボンディングワイヤー６ｄにより電気的に接続していることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面実装型水晶発振器に係り、とくに、ＩＣ実装基板にフリップチップ実装するＩＣチップの回路形成面をＩＣ実装基板の上面主面に対向させて配置し、かつ、ＩＣチップと水晶振動子との電気的接続をワイヤーボンディングにより行い、また、ＩＣチップの四隅部に設けた端子とＩＣ実装基板との電気的接続を半田ボール等の接合ボールにより行うことにより、ＩＣチップの外形寸法の大小に拘わらず同一の外形寸法の水晶パッケージとＩＣ実装基板を共通に用いてＩＣチップを搭載できるようにした、表面実装型水晶発振器に関する。

水晶振動子とＩＣチップとを一体化させた水晶デバイスの代表的なものとして、水晶振動子と、この水晶振動子に用いる発振回路を集積したＩＣチップとを一体化させた表面実装型水晶発振器がある。

表面実装型水晶発振器は、小型かつ軽量であることから、とくに携帯型の電子機器、例えば、携帯電話器において、周波数や時間の基準源として広く用いられている。

このような表面実装型水晶発振器として、図４（ａ）に示すように、ＩＣチップ１４のＩＣ端子１６ｂが形成された一主面（回路形成面）の反対の主面をＩＣ実装基板１７の上面に固着し、導電性接着剤１３ａにより水晶パッケージ１０の凹状空所内に保持された水晶片１３と凹状空所を封止するリッド１８とからなる水晶振動子１２と、この水晶振動子１２の外底面の四隅部に形成された一対の水晶端子及び少なくとも一方をアース端子とした一対のダミー端子からなる外部端子１６ａをＩＣチップ１４の一主面の四隅部に設けられたＩＣ端子１６ｂに電気的に接続して構成する。そして、該四隅部以外に設けられたＩＣ端子１６ｂをワイヤーボンディング１６ｃによりＩＣ実装基板１７の回路端子１６ｄに接続する。さらに、水晶振動子１２の外底面に設けた水晶端子及びダミー端子からなる外部端子１６ａは、ＩＣチップ１４の四隅部に形成された水晶振動子端子１５ａに接合ボール１６を用いて電気的に接続されるようになっている。なお、接合ボールと水晶振動子１２及びＩＣチップとの空隙は、塵埃等の侵入を防止するため、上述した部材の接続後、樹脂封止１８されている（特許文献１：特開２０１０−１５３９４１号公報）。

また、図４（ｂ）に示すような圧電発振器２０は、ＩＣチップ２４が実装され、このＩＣチップ２４と電気的に接続された接続端子２６ａを有するＩＣ実装基板２７と、接続端子２６ａと対向する位置に、リッド２８により水晶片を封止した水晶パッケージ２２の外底面の四隅部に形成した外部端子２６ｂに、半田ボール等の導電体２６により電気的に接続され、かつ、ワイヤーボンディング２６ｃによりＩＣチップ２４は、ＩＣ実装基板２７の回路面に電気的に接続されて構成されている。なお、導電体２６とＩＣ実装基板２７及び水晶パッケージ２２との間の空隙は、塵埃等の侵入を防止するため、樹脂封止２９されている（特許文献２：特開２００４−１８００１２号公報）。

特開２０１０−１５３９４１号公報特開２００４−１８００１２号公報

しかしながら、特許文献１に示すような構成の表面実装型水晶発振器１０は、ＩＣチップ１４の外形寸法が大きい場合には、極めて有効であるが、ＩＣチップ１４の外形寸法が小さく（極小）なると、水晶振動子１２とＩＣチップ１４の電気接続で接合ボール１６によるフリップチップ接続ができなくなってしまうおそれがあった。そのため、同一外形寸法の水晶パッケージを異なった外形寸法のＩＣチップ１４に共通して用いることができないとする問題点があった。

さらに、特許文献２のような圧電発振器２０は、ＩＣチップ２４の外形寸法が小さい場合には、有効であるが、ＩＣチップ２４の外形寸法が大きくなると、ＩＣチップ２４の角部がＩＣ実装基板の四隅部に設けた半田ボール等の導電体２６に接触してしまうおそれがあった。そのため、同一外形寸法の水晶パッケージを異なった外形寸法のＩＣチップ２４に共通して用いることができなくなり、結局、ＩＣチップ２４の外形寸法に対する水晶パッケージの自由度を担保できない問題点があった。

上述した課題を解決するため、本発明の表面実装型水晶発振器は、ＩＣ実装基板と、該ＩＣ実装基板上面主面に設けた水晶振動子接続端子と、該水晶振動子接続端子上に載置した接合部材と、水晶振動子の外底面に設けた水晶振動子端子と、接合部材接続端子とＩＣ端子とを回路形成面に形成したＩＣチップと、からなり、該ＩＣチップの非回路形成面を前記水晶振動子の前記外底面に接着固定させて、前記ＩＣチップの該回路形成面を前記ＩＣ実装基板の上面主面に対向させて配置するとともに、前記接合部材上に前記接合部材接続端子を接合し、かつ、前記水晶振動子端子と前記ＩＣ端子とをボンディングワイヤーにより電気的に接続する。

また、本発明の表面実装型水晶発振器では、前記接合部材が、導電性の接合ボールからなり、前記接合部材接続端子と前記ＩＣチップの前記回路形成面の四隅部で電気的に接続していることを特徴とする。

さらに、本発明の表面実装型水晶発振器では、前記ＩＣチップの非回路形成面が、絶縁性のエポキシ系樹脂からなる接着剤で前記水晶振動子の前記外底面に接着固定されていることを特徴とする。

またさらに、本発明の表面実装型水晶発振器では、前記ＩＣ実装基板の前記上面と前記水晶振動子の前記外底面の間に形成される空間部が、樹脂封止されていることを特徴とする。

さらに、本発明の表面実装型水晶発振器では、前記表面実装型水晶発振器が、温度補償型水晶発振器であることを特徴とする。

本発明の表面実装型水晶発振器によれば、ＩＣチップの外形寸法の大小に拘わらず、同一外形寸法の水晶パッケージまたはＩＣ実装基板を共通して用いることができるので、表面実装型水晶発振器の小型化が図れるとともに、その製造コストの大幅な低減が実現できる。

本発明の表面実装型水晶発振器の実施例を示し、（ａ）は、小さい外形寸法のＩＣチップを搭載した表面実装型水晶発振器の縦断面図を、（ｂ）は、（ａ）に矢印Ｂで示す方向からＩＣ実装基板の底面を見た平面図、（ｃ）は、ＩＣ実装基板を外して、（ａ）に矢印Ａで示す方向からＩＣチップを搭載した水晶振動子の外底面を見た平面図を、それぞれ示す。本発明の表面実装型水晶発振器の実施例を示し、（ａ）は、大きい外形寸法のＩＣチップを搭載した表面実装型水晶発振器の縦断面図を、（ｂ）は、ＩＣ実装基板を外して、（ａ）に矢印Ａ１で示す方向からＩＣチップを搭載した水晶振動子の外底面を見た平面図を、それぞれ示す。本発明の表面実装型水晶発振器の実施例の部分拡大断面図を示し、（ａ）は、図１のＸ矢視部の拡大部分断面図を、また、（ｂ）は、図２のＹ矢視部の部分拡大断面図を、それぞれ示す。従来例の表面実装型水晶発振器を示し、（ａ）は、水晶振動子の外底面の四隅部に形成された外部端子をＩＣチップの一主面に設けられたＩＣ端子に接合ボールとワイヤーボンディングを介して電気的に接合した表面実装型水晶発振器の縦断面図を、また、（ｂ）は、水晶パッケージの外底面の四隅部に形成した外部端子に半田ボール等の導電体を介して電気的にＩＣ実装基板の上面に設けた接続端子に接続し、ワイヤーボンディングによりＩＣチップに接合した表面実装型水晶発振器の縦断面図を示す。

以下、本発明の表面実装型水晶発振器の実施例を添付した図面に基づいて説明する。

図１（ａ），（ｂ），（ｃ）及び図３（ａ）に示すように、本発明の実施例の表面実装型水晶発振器は、セラミック板または水晶板あるいはガラス板からなるＩＣ実装基板７と、この上面主面上に設けた水晶振動子接続端子５ａと、この水晶振動子接続端子５ａの上面に、載置された、導電体からなる例えば半田ボールのような、接合ボール（接合部材）６または異方性導電シートと、この接合ボール６の上面にＩＣ接続端子６ａを介して、回路形成面をＩＣ実装基板７の上面主面に対向して搭載された外形寸法が小さいＩＣチップ４と、このＩＣチップ４の上面の接合部４ａに絶縁性のエポキシ系樹脂からなる接着剤９により接着固定された水晶振動子（水晶パッケージ）２と、からなる。ここで、水晶振動子接続端子５ａは、ＩＣ実装基板７をその厚み方向に貫通する貫通電極６ｃによりＩＣ実装基板７の外底面に設けた実装端子７ａに電気的に接続されている。また、水晶振動子２は、セラミック板または水晶板あるいはガラス板２ａ，２ｂからなり、かつ、その内部の凹所に水晶片３を水晶保持端子３ａに導電性接着剤３ｂにより接合保持して構成される。さらに、水晶パッケージ２の上面開口をコバール板または水晶板からなるリッド８をシーム溶接等により固着し、密封封入してなる。そして、水晶振動子２の外底面の四隅部に水晶振動子端子５ｂを設け、ボンディングワイヤー６ｄによりＩＣ端子６ｂに電気的に接続されている。このボンディングワイヤー６ｄによる水晶振動子端子５ｂへの接続後、接合ボール６を加熱・溶融させて機械的・電気的に水晶振動子２とＩＣ実装基板７とを接続し、この接続後、塵埃等の侵入を防止するため、水晶振動子２の外底面とＩＣ実装基板７の上面との間の空間部Ｓを樹脂封止８する。

すなわち、ＩＣ実装基板７の外底面には、図１（ｂ）に示すように、顧客の実装基板（図示せず）に、本発明の実施例の表面実装型水晶発振器１を実装するための発振器用実装端子７ａ（ＶＣ，Ｖcc，ＯＵＴ，ＧＮＤ端子）が設けられ、また、水晶振動子２の外底面の四隅部には、図１（ｂ）に示すように、水晶振動子端子５ｂ（ＸＴ，ＸＴＢ，ＮＣ，ＧＮＤ端子）が、さらに、ＩＣチップ４の下面主面（回路形成面）には、図１（ｃ）に示すように、接合ボール接続端子（ＩＣ端子）６ａ（ＶＣ，Ｖcc，ＧＮＤ，ＯＵＴ端子）と水晶端子６ｂ（ＸＴ，ＸＴＢ，ＧＮＤ端子）が設けられている。そして、図１（ａ），（ｃ）に示すように、ボンディングワイヤー６ｄにより、水晶端子６ｂ（ＸＴ端子）は、水晶振動子端子５ｂ（ＸＴ端子）に、水晶端子６ｂ（ＸＴＢ端子）は、水晶振動子端子５ｂ（ＸＴＢ端子）に、接続端子６ｂ（ＧＮＤ端子）は、水晶振動子端子５ｂ（ＮＣ端子）に、また、他の接続端子６ｂ（ＧＮＤ端子）は、他の振動子端子５ｂ（ＧＮＤ端子）に、それぞれ電気的に接続されている。

したがって、図４（ａ）に示したような、従来例では、ＩＣチップの外形寸法が極めて小さいものをＩＣ実装基板に搭載する場合には、ＩＣチップと水晶振動子（水晶パッケージ）との電気的接続が極めて困難であったが、図１（ａ）〜（ｃ）に示したような、本発明では、比較的外形寸法が小さいＩＣチップをＩＣ実装基板に搭載する際、格別困難性を伴うことなくＩＣチップを搭載することができるようになる。

他方、図２（ａ），（ｂ）に示すように、表面実装型水晶発振器に搭載するＩＣチップの外形寸法が大きい場合であっても、まず、図２（ａ），（ｂ）に示すように、前述した外形寸法が小さいＩＣチップ４を搭載する本発明の実施例の表面実装型水晶発振器と同様に、セラミック板または水晶板あるいはガラス板からなるＩＣ実装基板７の上面主面上に設けた水晶振動子接続端子５ａと、この水晶振動子接続端子５ａの上面に、載置された、導電体からなる、例えば半田ボールのような、ＩＣ実装基板７の上面主面の四隅部のぎりぎりの位置に接合ボール（接合部材）６または異方性導電シートと、この接合ボール６の上面にＩＣ接続端子６ａを介して回路形成面をＩＣ実装基板７の上面主面に対向して搭載された外形寸法が大きいＩＣチップ４と、このＩＣチップ４の上面の接合部４ａに水晶振動子（水晶パッケージ）２を絶縁性のエポキシ樹脂からなる接着剤９により接着固定して、構成される。

ここで、ＩＣ実装基板７の上面主面に設けた水晶振動子接続端子５ａは、ＩＣ実装基板７をその厚み方向に貫通する貫通電極６ｃにより、ＩＣ実装基板７の外底面に設けた実装端子７ａに電気的に接続される。また、水晶振動子２は、セラミック板または水晶板あるいはガラス板２ａ，２ｂからなり、かつ、その内部に水晶片３を水晶保持端子３ａに導電性接着剤３ｂにより接合保持して構成し、さらに水晶パッケージ２の上面開口をコバール板または水晶板からなるリッド８をシーム溶接等により、密封封入した水晶パッケージ（水晶振動子）２からなる。

そして、水晶振動子２の外底面の四隅部に、水晶振動子端子５ｂを設け、ボンディングワイヤー６ｄによりＩＣ端子６ｂに電気的に接続されている。このボンディングワイヤー６ｄによる水晶振動子端子５ｂへの接続後、接合ボール６を加熱・溶融させて加圧し、機械的・電気的に水晶振動子２とＩＣ実装基板７とを接続する。接続後、塵埃等の侵入を防止するため、水晶振動子２の外底面とＩＣ実装基板７の上面との間に形成された空間部Ｓを樹脂封止８する。

すなわち、ＩＣ実装基板７の外底面には、図２（ｂ）に示すように、顧客の実装基板（図示せず）に、本発明の実施例の表面実装型水晶発振器１を実装するための発振器用実装端子７ａ（ＶＣ，Ｖcc，ＯＵＴ，ＧＮＤ端子）が設けられ、また、水晶振動子２の外底面の四隅部には、水晶振動子端子５ｂ（ＸＴ，ＸＴＢ，ＮＣ，ＧＮＤ端子）が、さらに、ＩＣチップ４の下面主面（回路形成面）には、接合ボール接続端子６ａ（ＶＣ，Ｖcc，ＧＮＤ，ＯＵＴ端子）と水晶端子６ｂ（ＸＴ，ＸＴＢ，ＧＮＤ端子）が設けられている。そして、図１（ａ），（ｃ）に示すように、ボンディングワイヤー６ｄにより、水晶端子６ｂ（ＸＴ端子）は、水晶振動子端子５ｂ（ＸＴ端子）に、水晶端子６ｂ（ＸＴＢ端子）は、水晶振動子端子５ｂ（ＸＴＢ端子）に、接続端子６ｂ（ＧＮＤ端子）は、水晶振動子端子５ｂ（ＮＣ端子）に、また、他の接続端子６ｂ（ＧＮＤ端子）は、他の振動子端子５ｂ（ＧＮＤ端子）に、それぞれ電気的に接続されている。

したがって、図４（ｂ）に示すように、従来例では、大きい外形寸法のＩＣチップをＩＣ実装基板に搭載する場合には、半田ボール等の接合ボールとＩＣチップとが同一平面に搭載されているため、ＩＣチップの四隅部がＩＣ実装基板の四隅部に設けた半田ボール等の接合ボールと接触してしまうおそれがあった。

しかし、本願発明では、図２に示すように、ＩＣチップと接合ボール（半田ボール）とがＩＣ実装基板の主面に垂直（高さ）方向にずれて配設されているため、ＩＣチップの外形の四隅部が、接合ボールに接触することがなくなり、大きい外形寸法のＩＣチップも搭載できるようになる。また、図２に示すように、ＩＣチップの四隅部と水晶振動子の外底面に設けた水晶振動子端子とが重なっても、図３（ｂ）に示すように、ＩＣチップ裏面（非回路形成面）は、エポキシ樹脂等の絶縁性接着剤９で水晶振動子２の外底面に接合されているので、電気的短絡等が生じるおそれはない。

したがって、本発明の表面実装型水晶発振器の実施例によれば、同一外形寸法のＩＣ実装基板と水晶パッケージに異なった外形寸法のＩＣチップを共通して搭載できるようになり、表面実装型水晶発振器の小型化が図れるとともに、その製造コストの大幅な低減が実現できる。

本発明の表面実装型水晶発振器は、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）等広範囲に適用できる。

１表面実装型水晶発振器
２水晶パッケージ（水晶振動子）
２ａ，２ｂセラミック基板
３水晶片
４ＩＣチップ
４ａ接合部
５ａ水晶振動子接続端子
５ｂ水晶振動子端子
６接合ボール
６ａ接合ボール接続端子（ＩＣ端子）
６ｂＩＣ端子
６ｃ貫通電極
６ｄボンディングワイヤー
７ＩＣ実装基板
７ａ実装端子
８封止樹脂
９接合部

Claims

ＩＣ実装基板と、該ＩＣ実装基板上面主面に設けた水晶振動子接続端子と、該水晶振動子接続端子上に載置した接合部材と、水晶振動子の外底面に設けた水晶振動子端子と、接合部材接続端子とＩＣ端子とを回路形成面に形成したＩＣチップと、からなり、該ＩＣチップの非回路形成面を前記水晶振動子の前記外底面に接着固定させて、前記ＩＣチップの該回路形成面を前記ＩＣ実装基板の上面主面に対向させて配置するとともに、前記接合部材上に前記接合部材接続端子を接合し、かつ、前記水晶振動子端子と前記ＩＣ端子とをボンディングワイヤーにより電気的に接続していることを特徴とする表面実装型水晶発振器。
前記接合部材が、導電性の接合ボールからなり、前記接合部材接続端子と前記ＩＣチップの前記回路形成面の四隅部で電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の表面実装型水晶発振器。
前記ＩＣチップの非回路形成面が、絶縁性のエポキシ系樹脂からなる接着剤で前記水晶振動子の前記外底面に接着固定されていることを特徴とする請求項１に記載の表面実装型水晶発振器。
前記ＩＣ実装基板の前記上面と前記水晶振動子の前記外底面の間に形成された空間部が、樹脂封止されていることを特徴とする請求項１に記載の表面実装型水晶発振器。
前記表面実装型水晶発振器が、温度補償型水晶発振器であることを特徴とする請求項１に記載の表面実装型水晶発振器。