JP2015089095A

JP2015089095A - 表面実装型の低背発振器

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Publication number: JP2015089095A
Application number: JP2013247998A
Authority: JP
Inventors: 浅村　文雄; Fumio Asamura; 文雄浅村
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2015-05-07
Also published as: US9136821B2; CN103973257A; US20140218121A1; TW201433080A

Abstract

【課題】実装占有面積を増やすことなく、かつ低背化を維持した高剛性とした表面実装型の低背な発振器を提供する。【解決手段】ベアチップであるＩＣチップユニット３の主面に振動子ユニット２の振動子と共に発振回路を形成する回路を含む発振器構成回路を集積した集積回路部（ＩＣ回路パターン）と複数のＩＣ電極端子３２および振動子ユニット２の外部端子２１と接続する二個の接続端子３１からなるＩＣ端子を有する。ＩＣチップユニット３の背面（主面と反対面、実装面）に設けられたＩＣ電極端子３２と背面の実装端子４とは、ベアチップのシリコン板の厚み方向に貫通するビアホール１３に設けた電極柱１４で電気的に接続される。振動子ユニット２とＩＣチップユニット３は、ＩＣチップユニット３の主面に塗布した半田粒子を含有した熱硬化性樹脂（半田入熱硬化性樹脂）からなる異方性導電接着剤で接合される。【選択図】図１

Description

本発明は、発振器に係り、特に振動子ユニットと、この振動子ユニットと共に発振回路構成するＩＣチップユニットを一体化して低背かつ小型化した表面実装型の低背発振器に関する。

表面実装型の発振器は小型・軽量であることから、例えば高機能携帯電話（所謂、スマートホン）で代表される携帯型の電子機器における周波数や時間の基準源として内蔵される。このような発振器は、振動子あるいは共振子（以下振動子）を収容した振動子ユニットとＩＣチップとから構成される。ＩＣチップには振動子と共に発振回路を構成する発振回路部やバッファ回路部等が集積される。また、発振器の種類によっては、温度補償回路あるいは温度制御回路、恒温機構等の当該発振器の機能を高めるのに必要な回路や機構が集積される。そして、振動部とＩＣチップを共通のパッケージに収容して単一の電子部品とされる。

ＩＣチップは、ウエハから切り出した状態のチップ（以下、ＩＣベアチップ、あるいは単にベアチップとも称する）をユニットとして、これを直接的に振動子ユニットと接続することで小型低背化が促進される。ＩＣベアチップを実装する一般的な方法の一つに、フリップチップ実装（ＦＣＢ）が知られている。このフリップチップ実装は、ＩＣベアチップを構成するシリコン基板の集積回路部形成面に設けた複数のバンプ（端子、ＩＣ端子）を回路基板の対応位置に設けた複数の基板電極に対向させてフェースダウンし、半田等により一括接続するものである。そして、実装後のベアチップと回路基板の間にアンダーフィル（樹脂）を流し込むことで機械的強度を確保するのが一般的である。

本発明に係る発振器の技術分野におけるＩＣベアチップの実装技術に関連するものとしては、例えば、特許文献１に開示された水晶発振器に用いられているものを挙げることができる。この実装技術の水晶発振器では、ＩＣベアチップを構成するシリコン基板の集積回路部表面の周縁に設けた接続端子（ＩＣ端子）に水晶振動子ユニットの底部側壁に設けた外部端子を接続して一体化している。なお、回路基板などに搭載するための実装端子については、シリコン基板の側面に切欠き（キャスタレーション）を設け、この切欠きに形成した電極（側面電極）でシリコン基板の集積回路面に有する電極パッドと底面（水晶振動子ユニットとは反対面）に設けた実装端子とを接続する構成としてある。

また、特許文献２に開示された圧電デバイスでは、水晶基板からエッチング加工で形成した逆メサ型の振動子ユニットと、この振動子ユニットの背面にＩＣチップを配置している。そして、振動子ユニットの基板部下面に設けた外部端子とＩＣチップの側壁に設けた側面電極を、振動子ユニットの側壁に設けた導電性接合材で接続することで、両者の電気的接続と機械的接合を行っている。

また、シリコン基板の集積回路形成面に設けたＩＣ端子と当該シリコン基板の背面（集積回路形成面とは反対面）に有する実装端子を、当該シリコン基板の周縁に穿設したビアホールに埋設した電極柱を介して接続したものが特許文献３に記載がある。

特開２０１２−８５１０１号公報特開２００９−６０４５２号公報特開２００４−１７９７３４号公報

従来技術には、振動子あるいは振動子ユニット（振動子等）とＩＣチップあるいはＩＣベアチップの主面（集積回路形成面）に有するＩＣ端子を電気的に接続するための電気的導通部を構成する複数のスルーホール（貫通孔）をシリコン基板の各ＩＣ個片の境界に設け、このスルーホールの中心を通る線に沿って各個片に分割するものがある。このような分割加工には、きわめて精度の高いダイシング作業が要求される。振動子等とＩＣベアチップ等との間の電気的導通を当該シリコン基板の周辺に設けた貫通電極で接続して低背化するものでは、貫通電極の中央でシリコン基板を分割するものであるために、やはり高精度な作業が必要となる。

また、ＩＣベアチップのシリコン基板とガラスカバーで振動子の収容スペースを形成し、振動子の外部端子とシリコン基板の水晶接続端子、ＩＣチップに有する集積回路のＩＣ端子と実装端子との接続を、当該シリコン基板に設けたビアホールに形成した接続電極で接続するものがある。しかし、このようなものでは、ビアホールが容器の剛性を低下させる懼れがある。

さらに、水晶等で構成した振動子ユニットに発振回路等を集積したＩＣチップあるいはＩＣベアチップを接合する際に、それらの側壁に接続電極等を設けるものでは、低背化が達成されても、その実装占有面積（フットプリント）が大きくなる。

本発明の目的は、振動ユニットとＩＣベアチップ（ＩＣチップユニット）を互いに重ねて接合するものにおいて、実装占有面積を増やすことなく、かつ低背化と共に高剛性を確保した表面実装型の低背かつ実装占有面積の小さな発振器を提供することにある。なお、ここで言う発振器とは、単純な発振器に限らず、温度補償回路や温度制御機構などを具備する発振器（ＴＣＸＯ、ＯＣＸＯなど）や共振器、あるいはＭＥＭＳなどの機械的振動を利用して所定周波数を出力する振動子を利用したものなど、広義の電子部品も含むものとする。

上記目的を達成するため、本発明は次に記述する手段を備えることを特徴とする。すなわち、
本発明は、振動子ユニットと、ＩＣチップユニットを接合して一体化した表面実装型の低背発振器である。振動子ユニットは、内部に振動子を封止し、外面に振動子の振動出力を取り出すための外部端子を設けた絶縁容器を有する。ＩＣチップユニットはベアチップであり、該ベアチップの前記振動子ユニットに有する外部端子に対向する一方の面に、水晶振動子と共に発振回路を構成する集積回路部と前記振動子ユニットの外部端子に接続する水晶接続端子を有する。振動子ユニットの絶縁容器に有する外部端子の形成面と、ＩＣチップユニットの一方の面の間の外部端子と水晶接続端子の対向部分は直接的にロウ接される。外部端子と水晶接続端子の非対向部分の面の間は接着剤で直接固着される。

本発明の低背発振器は、振動子ユニットの絶縁容器に有する外部端子の形成面とＩＣチップユニットの一方の面の間に、はんだ粒子含有の熱硬化性樹脂からなる異方性導電接着剤を介在させる。振動子の外部端子とＩＣチップユニットの水晶接続端子の対向部分は、異方性導電接着剤に有するはんだ粒子の溶融と硬化により直接的に接合される。外部端子と前記水晶接続端子の非対向部分は熱硬化性樹脂の溶融と硬化で直接的に固着される。

本発明の低背発振器は、振動子ユニットの外部端子とＩＣチップユニットの水晶接続端子との対向部分は高温はんだの溶融と硬化により直接的に接合され、外部端子と水晶接続端子の非対向部分は熱硬化性樹脂の溶融と硬化で直接的に固着される。

本発明の低背発振器は、振動子ユニットの絶縁容器に有する外部端子には金メッキパッドを有し、ＩＣチップユニットの前記水晶接続端子には金メッキの上に金スタッドバンプを有する。外部端子と水晶接続端子の対向部分は、外部端子の金メッキパッドと金スタッドバンプとの金―金フェースチップボンディング（ＦＣＢ）で接合されている。外部端子と前記水晶接続端子の非対向部分は熱硬化性樹脂の溶融と硬化で直接的に固着される。

本発明の低背発振器は、振動子ユニットの絶縁容器に有する外部端子には金メッキパッドを有し、ＩＣチップユニットの水晶接続端子には金メッキの上にはんだを乗せたはんだバンプを有する。外部端子と水晶接続端子の対向部分は、外部端子の金メッキパッドと水晶接続端子のはんだバンプとで接合される。外部端子と水晶接続端子の非対向部分は熱硬化性樹脂の溶融と硬化で直接的に固着される。

本発明の低背発振器は、振動子ユニットの絶縁容器は、底板と蓋板および振動子が形成されて底板と蓋板で挟持された振動子形成板とから構成される。外部端子は底板の振動子形成板とは反対面となる底面に設けられる。

本発明の低背発振器は、密閉絶縁容器を構成する前記底板と前記蓋板および前記振動子形成板は水晶板で構成される。振動子形成板に形成される振動子は該水晶板を加工した逆メサ型である。

本発明の低背発振器は、振動子ユニットがセラミックスからなる絶縁容器と当該絶縁容器に設けられた凹部内に収容された振動子と、前記凹部を密閉する板状の金属蓋板で構成される。外部端子は本体容器の金属カバーとは反対面となる底面に設けられる。

本発明の低背発振器は、振動子ユニットがガラスからなる底板と、振動子部分を逆メサ型に加工した振動子形成板と、底板と共に振動子形成板に形成した振動子を封止するガラス板からなるガラス蓋板で構成される。外部端子は底板のガラス蓋板とは反対面となる底面に設けられる。

本発明の低背発振器は、振動子ユニットがシリコンで形成された底板と、振動子部分を逆メサ型に加工した振動子形成板と、底板と共に振動子形成板に形成した振動子を封止するシリコン板からなるシリコン蓋板で構成される。外部端子は本体容器のシリコン蓋板とは反対面となる底面に設けられている。

本発明の低背発振器は、ＩＣチップユニットの発振回路を構成する集積回路部が温度補償回路、温度制御回路あるいは恒温機構を備えている。

本発明の低背発振器は、振動子ユニットとＩＣチップユニットとの間に設けられる熱硬化性樹脂がＩＣチップユニットと接合した際のＩＣチップユニットとの間の隙間を十分に満たす充填量としている。

また、本発明の振動子ユニットは、密閉絶縁容器の内部に振動子を収容してなり、当該密閉絶縁容器の底面に振動子の振動出力をＩＣチップユニットに接続するための少なくとも二個の外部端子を有する。外部端子として、ＩＣチップユニットとの接合バランスをとるためのダミー端子を含めて四個あるいはそれ以上を設ける。

また、本発明のＩＣチップユニットは、前記したように、集積化処理済み半導体ウエハから切り出したベアチップである。

また、本発明は、振動子ユニットの底面と対向するＩＣチップユニットの主面に振動子と共に発振回路を含む発振器構成回路を集積した集積回路部と複数のＩＣ電極端子および振動子ユニットの外部端子と接続する少なくとも二個の水晶接続端子からなるＩＣ端子を有する。

また、本発明は、ＩＣチップユニットの振動子ユニットとは反対面に適用機器に搭載するための実装端子を複数個有する。

また、本発明では、ＩＣチップユニットの複数のＩＣ端子のうちの実装端子と接続する端子（ＩＣ電極端子）は、半導体基板を厚み方向に貫通するビアホールに設けた電極柱を介して接続される。

また、本発明では、振動子ユニットを構成する密閉絶縁容器の底面とＩＣチップユニットの端子形成面（主面）とは、半田粒子を含有した熱硬化樹脂（半田入熱硬化樹脂）からなる異方性導電接着剤で接合される。

また、本発明では、外部端子と前記ＩＣ端子のうちの実装端子と接続するＩＣ電極端子は異方性導電接着剤の半田粒子の溶融と硬化により電気的に接続される。

また、本発明では、振動子ユニットを構成する密閉絶縁容器の底面に有する外部端子とＩＣチップユニットの端子形成面に有するＩＣ接続端子とを高温半田で接合する。振動子ユニットを構成する密閉絶縁容器の底面と前記ＩＣチップユニットの端子形成面との隙間に熱硬化樹脂からなる接着剤を充填することができる。

また、本発明は、振動子ユニットを構成する密閉絶縁容器の底面に有する外部端子の金メッキパッドとＩＣチップユニットの接続端子形成面に有するＩＣ接続端子に形成した金メッキの上に形成したスタッドバンプとの金‐金ＦＣＢ接続で接合する。振動子ユニットを構成する密閉絶縁容器の底面とＩＣチップユニットの端子形成面との隙間に熱硬化樹脂からなる接着剤が充填される。

また、本発明は、振動子ユニットを構成する密閉絶縁容器の底面に有する外部端子とＩＣチップユニットの端子形成面に有するＩＣ接続端子とは、外部端子の金のパッドとＩＣチップユニットの端子形成面に有するＩＣ接続端子の金メッキ上に形成した半田バンプとで接合する。振動子ユニットを構成する密閉絶縁容器の底面と前記ＩＣチップユニットの前記端子形成面との隙間には、熱硬化樹脂からなる接着剤が充填される。

また、本発明は、振動子ユニットを構成する密閉絶縁容器の底面に有する前記外部端子の上面を除く全面に、ＩＣチップユニットと接合した際の前記ＩＣチップユニットとの間の隙間を十分に満たす充填量とした厚みの絶縁膜を有せしめることができる。

また、本発明は、振動子ユニットの密閉絶縁容器は、底板と蓋板および前記底板と蓋板で挟持された振動子形成板で構成し、外部端子は底板の振動子形成板と反対面となる底面に設けることができる。

また、本発明は、前記底板と前記蓋板は水晶板とし、前記振動子形成板に形成される振動子は水晶板を加工した逆メサ型とすることができる。

また、本発明は、振動子ユニットをセラミックスからなる本体容器と当該本体容器に設けられた凹部に収容された振動子と、該凹部を密閉する金属板のカバーで構成する。外部端子は本体容器の金属板のカバーとは反対面となる底面に設けることができる。

また、本発明は、振動子ユニットをガラスからなる本体容器と当該本体容器に設けられた凹部に収容された振動子と、凹部を密閉するガラスからなるカバーで構成する。外部端子は本体容器の前記ガラスからなるカバーとは反対面となる底面に設けることができる。

また、本発明は、振動子ユニットをシリコンで形成された本体容器と当該本体容器に設けられた凹部に収容された振動子と、該部を密閉するシリコンで形勢されたカバーで構成する。外部端子は本体容器のシリコンで形成されたカバーとは反対面となる底面に設けることができる。

また、本発明は、ＩＣチップユニットに温度補償回路、温度制御回路あるいは恒温機構を備えることができる。

また、本発明は、振動子は、水晶振動子、水晶以外の圧電材で形成した振動子、櫛形電極（ＩＤＴ）、微小電子機械素子（ＭＥＭＳ）の何れかとすることができる。

また、本発明では、振動子ユニットの外部端子は振動信号出力をＩＣチップユニットに接続するために最低でも二個必要であるが、振動子ユニットが導電性の材料により構成されたカバーを備えたものでは、そのカバーをアース電位に接続するための外部端子としてさらに一個の外部端子を備えるものとすることができる。

また、本発明では、ＩＤＴで構成された２−ｐｏｒｔ共振子の場合はさらに二個の外部端子が設けられる。そして、シリコンＭＥＭＳ共振器の場合は、振動信号出力用の外部端子の他にバイアス用端子として第３の外部端子としてさらに一個の外部端子を設ける。ＩＣチップユニットの接続端子も、振動子ユニットの外部端子の数とその配置に対応させて設けられる。

なお、以降の説明では、本願発明の説明を簡素化するため、振動子ユニットの外部端子を、図２、図３、等に示したように二個としてある。

本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変形が可能であることは言うまでもない。

上記の構成とした本発明に係る表面実装型の低背発振器によれば、実装占有面積を増やすことなく、かつ低背化を維持した高剛性とした表面実装型の低背発振器を提供することができる。

本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例１を説明する図である。本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例１に適用する水晶振動子ユニットを説明する図である。本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例１に適用するＩＣチップユニットを説明する図である。本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例２に適用する水晶振動子ユニットの説明図である。本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例３に適用するＩＣチップユニットの説明図である。本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例４に適用する水晶振動子ユニットを説明する図である。を説明する図である。本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例５に適用する水晶振動子ユニットの説明図である。本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例６に適用するＩＣチップユニットの説明図である。本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例７に適用するＩＣチップユニットの説明図である。本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例８に適用するＩＣチップユニットの説明図である。本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例９に適用するＩＣチップユニットの説明図である。本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例１０を説明する図である。本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例１１を説明する図である。ＩＣベアチップに分割する前のウエハ状態において個片に分割した振動子ユニットを搭載した後にウエハを分割する振動子ユニットとＩＣチップユニットとの積層し、接合するための方法を説明する上記前者のプロセスを説明する模試図である。

以下、本発明の実施形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例１を説明する図であり、図１（ａ）は振動子ユニットとＩＣチップユニットの接合前の状態を示す図、図１（ｂ）は接合後の状態を示す図である。実施例１は、振動子ユニット２として容器本体と振動子を全て振動子形成板（単に水晶板とも称する）で構成した逆メサ型の水晶振動子を用いている。そして、ＩＣチップユニット３はＩＣベアチップである。図２は、図１における水晶振動子であり、逆メサ型の振動子で構成した振動子ユニットの説明図である。図３は、図１におけるＩＣチップユニットの説明図で、図３（ａ）はＩＣチップユニット３の振動子ユニット側の平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図、図３（ｃ）はＩＣチップユニット３の実装端子側の平面図である。

図１〜図３を参照して、本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例１を説明する。本実施例の表面実装型の低背発振器（以下、単に発振器とも称する）図１（ａ）の符号１は水晶振動子ユニットで、この水晶振動子ユニットにおける振動子２ａは図２に示したように、水晶板のエッチング加工で形成した逆メサ型振動部を有し、周囲に水晶枠２１ｂを有する。また、水晶板の底板２ｂと同じく水晶板の蓋板２ｃで振動子２ａの水晶枠２１ｂを挟持して容器本体を構成している。すなわち、この水晶振動子ユニット１は全水晶型である。また、ＩＣチップユニット３は図３で説明するベアチップである。

図１（ａ）に示したように、振動子ユニット２の外部端子２１が形成された底面にＩＣチップユニット３の集積回路部形成面である主面を接合する。接合した状態を図１（ｂ）に示す。ベアチップであるＩＣチップユニット３は、その主面に振動子ユニット２の振動子と共に発振回路を形成する回路を含む発振器構成回路を集積した集積回路部（ＩＣ回路パターン）と複数のＩＣ電極端子３２および前記振動子ユニット２の外部端子２１と接続する二個の水晶接続端子３１からなるＩＣ端子を有する。

ＩＣチップユニット３の背面（主面と反対面、実装面）には、複数の実装端子４が設けられている。そして、主面のＩＣ電極端子３２と背面の実装端子４とは、ベアチップのシリコン板の厚み方向に貫通するビアホール１３に設けた電極柱（貫通電極とも称する）１４で電気的に接続される。振動子ユニット２とＩＣチップユニット３は、ＩＣチップユニット３の主面（又は、振動子ユニット２の背面）に塗布した半田粒子を含有したエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂（半田入熱硬化性樹脂）からなる異方性導電接着剤５で接合される。

図１（ｂ）は振動子ユニット２とＩＣチップユニット３が異方性導電接着剤５で接合された状態を示す。振動子ユニット２とＩＣチップユニット３の間に異方性導電接着剤５を塗布した後、パルスヒートユニットなどの加熱手段により半田粒子を溶融し、硬化して振動子ユニット２の外部端子２１とＩＣチップユニット３の水晶接続端子３１とを半田接続する。同時に、異方性導電接着剤５を構成する熱硬化性樹脂（半田入熱硬化性樹脂）の溶融と硬化で両者が接合されると共に、両者間の隙間に硬化した熱硬化性樹脂が流動して充填され、全体として機械的接合がなされる。

本実施例の振動子ユニット２は、図２に示したような構造を有する。すなわち、この振動子ユニット２は、図２（ａ）に示したように、振動部（振動片）である水晶振動子２０と水晶振動子２０の基部２ａ、及び水晶振動子２０の基部（枠）２ａを挟持する底板２ｂと蓋板２ｃの積層体で構成される。水晶振動子２０は、片持ちの水晶板をエッチング加工した振動片（メサ型振動片）の表裏に蒸着あるいはスパッタリングで薄膜の励振電極２０ａ，２０ｂを形成してなる。各励振電極２０ａ，２０ｂは、基部２ａと蓋板２ｃ、基部２ａと底板２ｂの層間に形成した接続電極２１ａ，２１ｂで底板の短辺側に設けた一対の外部端子２１のそれぞれに接続している。外部端子２１は図２（ｂ）に示したように、振動子ユニット２の底板２ｂの一方の対角領域に表面実装態様で薄い電極に形成されている。なお、底板２ｂの他方の対角領域にもダミーの、あるいは水晶振動子検査端子として外部端子２１と同様の電極を形成して、厚みの均一化を図ることもある。

ＩＣチップユニット３は、図３に示した構造とされている。図３は、図１におけるＩＣチップユニット３を説明する図である。すなわち、図３（ａ）に示したように、ベアチップのシリコン板３’の主面には、集積回路部（ＩＣ回路パターン）３０と、水晶接続端子３１およびＩＣ電極端子３２からなるＩＣ端子が形成されている。水晶接続端子３１およびＩＣ電極端子３２は、シリコン板３’の主面に薄い電極形状で形成されている（図３（ｂ）参照）。振動子ユニット２の外部端子２１とＩＣチップユニット３の水晶接続端子３１とは、図１（ｂ）に示したように、半田粒子が溶融した薄い半田層で接合される。また、図３（ｃ）は、本実施例の実装端子を説明するＩＣチップユニット３の底面（実装面）を示す平面図である。当該底面の４隅のそれぞれに薄い電極として実装端子４が設けられている。

本実施例によれば、ＩＣチップユニット３の水晶接続端子３１を含め、ＩＣ電極端子３２の全ては異方性導電接着剤５が塗布された間隙内にあるので、振動子ユニット２とＩＣチップユニット３を接合した厚みの増加は、振動子ユニット２の外部端子２１とＩＣチップユニット３の水晶接続端子３１とを接合する半田層の厚み程度の増加である。したがって、実装占有面積（実装時の投影面積：フットプリント）は振動子ユニット２あるいはＩＣチップユニット３の大きい方と同じであり、実装占有面積の増加なしに底背化が実現される。本実施例では、振動子ユニット２とＩＣチップユニット３は同じ投影面積としている。

図４は、本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例２を構成する振動子ユニットの説明図である。図４（ａ）は縦断図を、図４（ｂ）は図４（ａ）を矢印Ａ方向からみた側面図、図４（ｃ）は外部端子の配置を示す底板の平面図を示す。本実施例は、振動子ユニットとＩＣチップユニットを上下に積層する点では実施例１と同じで、発振器を構成する振動子ユニット２の外部端子２１の位置が実施例１と異なる。振動子ユニット２の基本構成は図２で説明した実施例１と同様に、振動子２０と、この振動子２０の基部２aを挟持する底板２ｂと蓋板２ｃの積層体で構成される。振動子２０も、実施例１と同様に、水晶板をエッチングして加工した振動片（メサ型振動片）の表裏に蒸着あるいはスパッタリングで薄膜の励振電極２０ａ，２０ｂを形成してなり、層間に設けた接続電極２１ａ，２１ｂで各励振電極を底板２ｂの長辺側に設けた一対の外部端子２１のそれぞれに接続している。なお、底板２ｂの他方の２辺、あるいは対角領域にもダミーの、または水晶振動子検査端子として外部端子２１と同様の電極を形成して、厚みの均一化を図ることもある。

図５は、本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例３のＩＣチップユニットを説明する図である。ＩＣチップユニット３は、図５（ａ）に示したように、ベアチップのシリコン板の主面には、集積回路部（ＩＣ回路パターン）３０と、振動子ユニットの外部端子と接続する水晶接続端子３１およびＩＣ電極端子３２が形成されている。水晶接続端子３１は前記した振動子ユニットの外部端子の位置に対応して配置されている。水晶接続端子３１およびＩＣ電極端子３２は、主面に薄い電極形状で形成されている（図５（ｂ）参照）。図４に示した振動子ユニット２の外部端子２１とＩＣチップユニット３の水晶接続端子３１とは、図１（ｂ）と同様に、異方性導電接着剤５の半田粒子が溶融した薄い半田層で接合されると共に、両者間の隙間に硬化した熱硬化性樹脂が充填され、機械的に接合される。また、図５（ｃ）は、本実施例の実装端子を説明するＩＣチップユニット３の底面（実装面）を示す平面図である。この実装端子４は、当該底面の４隅のそれぞれに薄い電極として設けられている。ＩＣ電極端子３２と実装端子４はシリコン板３’を貫通するビアホール１３に設けた電極柱１４で接続される。

本実施例によっても、ＩＣチップユニット３の水晶接続端子３１を含め、ＩＣ電極端子３２の全ては異方性導電接着剤５が塗布された間隙内にあるので、振動子ユニット２とＩＣチップユニット３を接合した厚みの増加は、振動子ユニット２の外部端子２１とＩＣチップユニット３の水晶接続端子３１とを接合する半田層の厚み程度の増加である。したがって、実装占有面積（実装時の投影面積：フットプリント）は振動子ユニット２あるいはＩＣチップユニット３の大きい方と同じであり、実装占有面積の増加なしに底背化が実現される。本実施例でも、振動子ユニット２とＩＣチップユニット３は同じ投影面積としている。

図６は、本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例４の水晶振動子ユニットを説明する図である。本実施例は、発振器を構成する振動子ユニット２の振動部の構成において上記した実施例と異なる。本実施例の振動子ユニット２は、図２（ａ）に示したように、振動部（振動片）である水晶振動子２０と水晶振動子２０の基部２ａ、及び水晶振動子２０の基部（枠）２ａを挟持する底板２ｂと蓋板２ｃの積層体で構成される。水晶振動子２０は、水晶板の中央部分をエッチング加工で逆メサに形成した振動部（逆メサ型振動部）の表裏に蒸着あるいはスパッタリングで薄膜の励振電極２０ａ，２０ｂを形成してなる。各励振電極２０ａ，２０ｂは、基部２ａと蓋板２ｃ、基部２ａと底板２ｂの層間に形成した接続電極２１ａ，２１ｂで底板２ｂに設けた一対の外部端子２１（例えば、図２参照）のそれぞれに接続している。外部端子２１は図２に示したものに限らない。ＩＣチップユニットとの接合は前記の各実施例の何れかと同様である。

図７は、本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例５の水晶振動子ユニットを説明する図である。本実施例は、発振器を構成する振動子ユニット２の振動部の構成において上記実施例３と異なる。本実施例の振動子ユニット２は、図７（ａ）に示したように、振動部（振動片）である水晶振動子２０と水晶振動子２０の基部２ａ、及び水晶振動子２０の基部（枠）２ａを挟持する底板２ｂと蓋板２ｃの積層体で構成される。水晶振動子２０は、水晶板をエッチング加工で逆メサに形成した片持ちの振動部（逆メサ型振動部）の表裏に蒸着あるいはスパッタリングで薄膜の励振電極２０ａ，２０ｂを形成してなる。各励振電極２０ａ，２０ｂは、基部２ａと蓋板２ｃ、基部２ａと底板２ｂの層間に形成した接続電極２１ａ，２１ｂで底板２ｂに設けた一対の外部端子２１（実施例３と同様に、例えば、図２参照）のそれぞれに接続している。外部端子２１は図２に示したものに限らない。ＩＣチップユニットとの接合は前記の各実施例の何れかと同様である。

図８は、本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例６を説明する図である。実施例６は、振動子ユニット２とＩＣチップユニット３の接合構造において前記各実施例と異なる。図８（ａ）は振動子ユニットの（ａ−１）底面図、（ａ−２）短辺側面図、（ａ−３）長辺側面図である。図８（ｂ）はＩＣチップユニットの（ｂ―１）上面図、（ｂ―２）短辺側面図、（ｂ―３）長辺側面図、（ｂ―４）底面図である。図８（ｃ）は振動子ユニット２とＩＣチップユニット３を接合した状態を示す断面図である。図８中、符号６はＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系などの高温半田、６１は半田膜、７はエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で、前記各図と同一機能部分には同じ符号を付してある。

実施例６では、振動子ユニット２の底面に有する外部端子２１とＩＣチップユニット３の端子形成面に有する水晶接続端子３１を高温半田６で接合する。高温半田６としては、例えば錫（Ｓｎ）―銀（Ａｇ）―銅（Ｃｕ）系を用いることができ、今もほかに、既知の高温半田で接続する。高温半田は、１８３℃以上の融点を持つ半田で、高温環境で使用される機器に、あるいは製造工程中で高温熱処理がある場合等に適用される。

高温半田６は粒状とされたものをフラックスに混入し、マスク印刷技術等を用いて水晶接続端子３１の上に配置する。次に、振動子ユニット２の外部端子２１を水晶接続端子３１に重ね合わせ、水晶接続端子３１上に配置した高温半田６を溶融し、外部端子２１と水晶接続端子３１との間を溶融した半田膜６１で接合する。

外部端子２１と水晶接続端子３１を接合した後、前記振動子ユニット２を構成する絶縁容器の底面と前記ＩＣチップユニット３の前記水晶接続端子の形成面との隙間に熱硬化樹脂７からなる接合剤を充填する。この熱硬化樹脂としては、エポキシ系樹脂が好適であるが、他の同様の特性を有する熱硬化樹脂であってよい。

本実施例によっても、ＩＣチップユニット３の水晶接続端子３１を含め、ＩＣ電極端子３２の全ては接着剤（根雨効果樹脂）７が充填された間隙内にあるので、振動子ユニット２とＩＣチップユニット３を接合した厚みの増加は、振動子ユニット２の外部端子２１とＩＣチップユニット３の水晶接続端子３１とを接合する半田膜６１の厚み程度の増加である。したがって、実装占有面積（実装時の投影面積）は振動子ユニット２あるいはＩＣチップユニット３の大きい方と同じであり、実装占有面積の増加なしに底背化が実現される。本実施例でも、振動子ユニット２とＩＣチップユニット３は同じ投影面積としている。

図９は、本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例７を説明する図である。実施例７は、振動子ユニット２とＩＣチップユニット３の接合構造において前記各実施例と異なる。図９（ａ）は振動子ユニットの（ａ−１）底面図、（ａ−２）短辺側面図、（ａ−３）長辺側面図である。図９（ｂ）はＩＣチップユニットの（ｂ―１）上面図、（ｂ―２）短辺側面図、（ｂ―３）長辺側面図、（ｂ―４）底面図である。図９（ｃ）は振動子ユニット２とＩＣチップユニット３を接合した状態を示す断面図である。図９中、８はスタッドバンプ、８１は金―金接合膜、前記各図と同一機能部分には同じ符号を付してある。

実施例７では、振動子ユニット２を構成する密閉絶縁容器の底面に有する外部端子２１の金メッキパッドとＩＣチップユニット３の水晶接続端子３１の形成面に有する金メッキの上に形成した金線のスタッドバンプ８との金‐金ＦＣＢ接続で接合した。

振動子ユニット２の外部端子２１とＩＣチップユニットの水晶接続端子３１を接合した後、前記振動子ユニット２を構成する絶縁容器の底面と前記ＩＣチップユニット３の前記水晶接続端子３１の形成面との隙間に熱硬化樹脂７からなる接合剤を充填した。熱硬化樹脂としては、前記実施例と同様のエポキシ系樹脂が好適であるが、他の同様の特性を有する樹脂であってよい。

本実施例によっても、ＩＣチップユニット３の水晶接続端子３１を含め、ＩＣ電極端子３２の全ては熱硬化樹脂７が充填された間隙内にあるので、振動子ユニット２とＩＣチップユニット３を接合した厚みの増加は、振動子ユニット２の外部端子２１とＩＣチップユニット３の水晶接続端子３１とを接合する金―金ＦＣＢ接続膜８１の厚み程度の増加である。したがって、実装占有面積（実装時の投影面積：フットプリント）は振動子ユニット２あるいはＩＣチップユニット３の大きい方と同じであり、実装占有面積の増加なしに底背化が実現される。本実施例でも、振動子ユニット２とＩＣチップユニット３は同じ投影面積としている。

図１０は、本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例８を説明する図である。実施例８は、振動子ユニット２とＩＣチップユニット３の接合構造において前記各実施例と異なる。図１０（ａ）は振動子ユニットの（ａ−１）底面図、（ａ−２）短辺側面図、（ａ−３）長辺側面図である。図１０（ｂ）はＩＣチップユニットの（ｂ―１）上面図、（ｂ―２）短辺側面図、（ｂ―３）長辺側面図、（ｂ―４）底面図である。図１０（ｃ）は振動子ユニット２とＩＣチップユニット３を接合した状態を示す断面図である。図１０中、９は半田ボール（半田バンプ）、９１は半田膜、前記各図と同一機能部分には同じ符号を付してある。

実施例８では、振動子ユニット２を構成する密閉絶縁容器の底面に有する外部端子２１の金メッキパッドとＩＣチップユニット３の主面に有する水晶接続端子３１の金メッキに半田ボール９を配置する。この半田ボール９を溶融し硬化させた半田膜９１で両者を接合した。半田ボール９の配置は、前記実施例５と同様の方法を用いることができる。

振動子ユニット２の外部端子２１とＩＣチップユニット３の水晶接続端子３１を接合した後、前記振動子ユニット２を構成する絶縁容器の底面と前記ＩＣチップユニット３の前記水晶接続端子の形成面との隙間に熱硬化樹脂７からなる接着剤を充填した。熱硬化樹脂としては、前記実施例５と同様のエポキシ系樹脂が好適であるが、他の同様の特性を有する樹脂であってよい。

本実施例によっても、ＩＣチップユニット３の水晶接続端子３１を含め、ＩＣ電極端子３２の全ては熱硬化樹脂７が充填された間隙内にあるので、振動子ユニット２とＩＣチップユニット３を接合した厚みの増加は、振動子ユニット２の外部端子２１とＩＣチップユニット３の水晶接続端子３１とを接合する半田膜９１の厚み程度の増加である。したがって、実装占有面積（実装時の投影面積）は振動子ユニット２あるいはＩＣチップユニット３の大きい方と同じであり、実装占有面積の増加なしに底背化が実現される。本実施例でも、振動子ユニット２とＩＣチップユニット３は同じ投影面積としている。

図１１は、本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例９を説明する図である。実施例９は、振動子ユニット２とＩＣチップユニット３の接合構造は前記図９で説明した実施例７と略同様であるが、両者の接合部の間隙に充填される絶縁膜の構成において異なる。図１１（ａ）は振動子ユニットの（ａ−１）底面図、（ａ−２）短辺側面図、（ａ−３）長辺側面図である。図１１（ｂ）はＩＣチップユニットの（ｂ―１）上面図、（ｂ―２）短辺側面図、（ｂ―３）長辺側面図、（ｂ―４）底面図である。図１１（ｃ）は振動子ユニット２とＩＣチップユニット３を接合した状態を示す断面図である。図１１中、１０はエポキシ系熱硬化性樹脂を好適とする絶縁膜、８１は金―金接合膜、前記各図と同一機能部分には同じ符号を付してある。

実施例９では、振動子ユニット２を構成する絶縁容器の底面に有する外部端子２１の金メッキパッドとＩＣチップユニット３の接続端子形成面に有する水晶接続端子３１の金メッキに形成したスタッドバンプ８との金―金ＦＣＢ接続で接合した。スタッドバンプ８は、金線で形成されている。

振動子ユニット２を構成する絶縁容器の底面に有する外部端子２１の上面を除く全面に塗布される絶縁膜１０は、ＩＣチップユニット３と接合した際の当該ＩＣチップユニットの水晶接続端子３１との間の隙間を十分に満たす充填量とした厚みに形成される。

振動子ユニット２の外部端子２１とＩＣチップユニット３の水晶接続端子３１との溶融接合のための加熱処理の際、絶縁膜１０は両者の間隙に流動して充填され、硬化する。絶縁膜１０は、エポキシ系樹脂が好適であるが、他の同様の特性を有する樹脂であってよい。

本実施例によれば、ＩＣチップユニット３の水晶接続端子３１を含め、ＩＣ電極端子３２の全ては絶縁膜１０が充填された間隙内にあるので、振動子ユニット２とＩＣチップユニット３を接合した厚みの増加は、振動子ユニット２の外部端子２１とＩＣチップユニット３の水晶接続端子３１とを接合するスタッドバンプの金―金ＦＣＢ接続膜の厚み程度の増加である。したがって、実装占有面積（実装時の投影面積）は振動子ユニット２あるいはＩＣチップユニット３の大きい方と同じであり、実装占有面積の増加なしに底背化が実現される。本実施例でも、振動子ユニット２とＩＣチップユニット３は同じ投影面積としている。

なお、実施例９の絶縁膜１０は、上記した各実施例において充填する熱硬化樹脂７に代えることができる。

図１２は、本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例１０を説明する図である。実施例１０は、振動子ユニット２とＩＣチップユニット３の接合構造は前記した各実施例の何れかである。本実施例は、振動子ユニット２の実装面への投影サイズがＩＣチップユニット３のそれよりも小さい場合を示す。

図１２では、ＩＣチップユニット３の水晶接続端子３１を振動子ユニット２の外部端子２１の位置に合わせてＩＣ端子形成面の内側に設けてある。しかし、水晶接続端子３１は、前記の各実施例と同様に、ＩＣ端子形成面の端縁に寄った位置に配置してもよい。その場合、振動子ユニット２から外側にはみ出た水晶接続端子３１の部分にも熱硬化樹脂を塗布して絶縁膜とすることができる。なお、振動子ユニット２から外側にはみ出た水晶接続端子３１の部分に熱硬化樹脂を塗布せずに、この部分を水晶検査端子として利用することもできる。

図１３は、本発明に係る表面実装型の低背発振器の実施例１１を説明する図である。実施例１１も実施例１０と同様に、振動子ユニット２とＩＣチップユニット３の接合構造は前記した各実施例の何れかである。本実施例は、ＩＣチップユニット３の実装面への投影サイズが振動子ユニット２のそれよりも小さい場合を示す。

図１３では、振動子ユニット２の外部端子２１がＩＣチップユニット３の水晶接続端子３１から外側にはみ出ている。この部分を水晶検査端子として利用することができる。しかし、外部端子２１を内側に移動させて、ＩＣチップユニット３の水晶接続端子３１の位置と正対する位置に設けることもできる。

他の実施例

本発明の他の実施例は、振動子ユニットが前記した各実施例と異なるものとした点を除いて略同様の構成としたものである。すなわち、本発明に係る表面実装型の低背発振器に用いる振動子ユニットは、従来から広く知られているように、水晶振動子を収容する容器として、セラミックスで形成した本体容器の凹部に水晶振動子を収容し、当該凹部を金属カバーで密閉したものを用いたものとすることができる。また、本体容器とカバーをガラス材、あるいはシリコン材としたものなどを用いることができる。なお、水晶振動子のみではなく、ＩＤＴ、ＭＥＭＳなどとＩＣチップユニットに積層し、接合するものも本発明に含まれる。

振動子ユニットとＩＣチップユニットとの積層し、接合するための方法には、大きく分けて、ＩＣチップユニットはＩＣベアチップに分割する前のウエハ状態において個片に分割した振動子ユニットを搭載した後にウエハを分割する方法と、ＩＣチップユニットのウエハに同様のウエハ状態の振動子ユニットを積層して一括して分割する方法がある。

図１４は、ＩＣベアチップに分割する前のウエハ状態において個片に分割した振動子ユニットを搭載した後にウエハを分割する振動子ユニットとＩＣチップユニットとを積層し、接合するための方法を説明する上記前者のプロセスを説明する模式図である。図１４において、符号２は個片に分割された振動子ユニット、３Ａは多数のＩＣ回路を形成したベアチップ３の集合体（ウエハ）である。

図１４（ａ）はウエハ３Ａの各ＩＣベアチップ部分対応で振動子ユニット２を個別に配置する状態を示す。振動子ユニット２を個別に配置して前記した接合を行った状態を図１４（ｂ）に示す。これを各振動子ユニット対応でダイシングソーを用いて個々の低背発振器２に分割したものを図１４（ｃ）に示す。この低背発振器１は前記した実施例１で用いられるものに相当する。

なお、上記した後者のプロセスは、振動子ユニット２を個別に分割する前のウエハの状態でＩＣチップのウエハ３Ａに載置し、接合後に両者を同時に分離する。他の振動子ユニットを用いる場合のプロセスもこれらと同様である。

本発明によれば、振動子ユニットの外部端子とＩＣチップユニットであるシリコンベア基板の接続端子を異方性導電接着剤（半田粒子入熱硬化性樹脂）、高温半田、金―金接続等で電気的に接続すると共に、両者を機械的に強固に接合するものであるため、重ね合わせ高さ（背高）寸法の増加は僅少となる。なお、異方性導電接着剤は半田粒子入熱硬化性樹脂に限るものではなく、金、銅、その他の金属粒子を熱硬化性樹脂に混入したものが使用できる。また、ＩＣチップユニットのシリコン基板の集積回路部にあるＩＣ電極端子をベアチップの厚み方向に貫通するビアホールに設けた電極柱で行うものであるため、集積回路のＩＣ電極端子を当該シリコン基板の側壁に引き回すことなく実装端子に接続する必要がなく、ＩＣチップユニットの実装占有面積が増加することもない。

このように、本発明によれば、低背かつ実装占有面積の小さな、かつ信頼性が高い表面実装型の低背発振器を提供できる。

本発明は、上記実施例で説明した低背水晶発振器に限るものではなく、同様の構造を有する圧電部品、ＭＥＭＳを用いたその他の平面実装用の微小電子部品にも適用できる。

１・・表面実装型の低背水晶発振器、１３・・ビアホール、１４・・電極柱、２・・振動子ユニット、２０・・振動子、２１・・外部端子、３・・ＩＣチップユニット、３１・・水晶接続端子、３２・・ＩＣ電極端子、４・・実装端子、５・・導電性接着剤、６・・高温半田、６１・・半田膜、７・・熱硬化性樹脂、８・・スタッドバンプ、８１・・金−金接合膜、９・・半田ボール、半田膜、１０・・絶縁膜。

Claims

振動子ユニットと、ＩＣチップユニットを一体化した表面実装型の低背発振器であって、
前記振動子ユニットは内部に振動子を密封し、外面に前記振動子の振動出力を取り出すための外部端子を設けた絶縁容器を有し、
前記ＩＣチップユニットはベアチップであり、該ベアチップの前記振動子ユニットに有する外部端子に対向する一方の面に、前記振動子と共に発振回路を構成する集積回路部と前記振動子ユニットの外部端子に接続する振動子接続端子を有し、
前記振動子ユニットの前記絶縁容器に有する外部端子の形成面と、前記ＩＣチップユニットの前記一方の面の間の前記外部端子と前記振動子接続端子の対向部分は直接的にロウ接され、前記外部端子と前記振動子接続端子の非対向部分の面の間が接着剤で直接固着されてなることを特徴とする表面実装型の低背発振器。
請求項１において、
前記振動子ユニットの前記絶縁容器に有する外部端子の形成面と、前記ＩＣチップユニットの前記一方の面の間に、はんだ粒子含有の熱硬化性樹脂からなる異方性導電接着剤が介在し、
前記外部端子と前記振動子接続端子の対向部分は前記はんだ粒子の溶融と硬化により直接的に接合され、前記外部端子と前記振動子接続端子の非対向部分は前記熱硬化性樹脂の溶融と硬化で直接的に固着されてなることを特徴とする表面実装型の低背発振器。
請求項１において、
前記振動子ユニットの外部端子と前記ＩＣチップユニットの前記振動子接続端子との対向部分は高温はんだの溶融と硬化により直接的に接合され、前記外部端子と前記振動子接続端子の非対向部分は前記熱硬化性樹脂の溶融と硬化で直接的に固着されてなることを特徴とする表面実装型の低背発振器。
請求項１において、
前記振動子ユニットの前記絶縁容器に有する外部端子には金メッキパッドを有し、前記ＩＣチップユニットの前記振動子接続端子には金メッキの上に金スタッドバンプを有し、
前記外部端子と前記振動子接続端子の対向部分は、前記外部端子の金メッキパッドと前記金スタッドバンプとの金―金フェースチップボンディング（ＦＣＢ）で接合され、前記外部端子と前記振動子接続端子の非対向部分は前記熱硬化性樹脂の溶融と硬化で直接的に固着されてなることを特徴とする表面実装型の低背発振器。
請求項１において、
前記振動子ユニットの前記絶縁容器に有する外部端子には金メッキパッドを有し、前記ＩＣチップユニットの前記振動子接続端子には金メッキの上にはんだを乗せたはんだバンプを有し、
前記外部端子と前記振動子接続端子の対向部分は、前記外部端子の金メッキパッドと前記振動子接続端子のはんだバンプとで接合され、前記外部端子と前記振動子接続端子の非対向部分は前記熱硬化性樹脂の溶融と硬化で直接的に固着されてなることを特徴とする表面実装型の低背発振器。
請求項１乃至５の何れかにおいて、
前記振動子ユニットの前記絶縁容器は、底板と蓋板および前記振動子が形成されて前記底板と前記蓋板で挟持された振動子形成板とからなり、
前記外部端子は前記底板の前記振動子形成板とは反対面となる底面に設けられていることを特徴とする表面実装型の低背発振器。
請求項６において、
前記密閉絶縁容器を構成する前記底板と前記蓋板および前記振動子形成板は水晶板であり、前記振動子形成板に形成される振動子は該水晶板を加工した逆メサ型であることを特徴とする表面実装型の低背発振器。
請求項１乃至５の何れかにおいて、
前記振動子ユニットは、セラミックスからなる絶縁容器と当該絶縁容器に設けられた凹部内に収容された振動子と、前記凹部を密閉する板状の金属蓋板で構成され、
前記外部端子は前記本体容器の前記金属カバーとは反対面となる底面に設けられていることを特徴とする表面実装型の低背発振器。
請求項１乃至５の何れかにおいて、
前記振動子ユニットは、ガラスからなる底板と、振動子部分を逆メサ型に加工した振動子形成板と、前記底板と共に前記振動子形成板に形成した振動子を封止するガラス板からなるガラス蓋板で構成され、
前記外部端子は前記底板の前記ガラス蓋板とは反対面となる底面に設けられていることを特徴とする表面実装型の低背発振器。
請求項１乃至５の何れかにおいて、
前記振動子ユニットは、シリコンで形成された底板と、振動子部分を逆メサ型に加工した振動子形成板と、前記底板と共に前記振動子形成板に形成した振動子を封止するシリコン板からなるシリコン蓋板で構成され、
前記外部端子は前記本体容器の前記シリコン蓋板とは反対面となる底面に設けられていることを特徴とする表面実装型の低背発振器。
請求項１乃至１０の何れかにおいて、
前記ＩＣチップユニットの前記発振回路を構成する集積回路部は、温度補償回路、温度制御回路あるいは恒温機構を備えていることを特徴とする表面実装型の低背発振器。
請求項１乃至１１の何れかにおいて、
前記振動子ユニットと前記ＩＣチップユニットとの間に設けられる熱硬化性樹脂は、前記ＩＣチップユニットと接合した際の前記ＩＣチップユニットとの間の隙間を十分に満たす充填量であることを特徴とする表面実装型の低背発振器。