JP2015100016A - 表面実装用水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＣ実装基板と水晶振動子との間の積層ずれを防止する。
【解決手段】本発明の表面実装用水晶発振器１は、ＩＣチップ４を接合したＩＣ実装基板７と、水晶パッケージ内に気密封止された水晶片３とからなる水晶振動子２と、を積層・接合して構成される表面実装用水晶発振器において、該ＩＣ実装基板７の水晶振動子接続端子９ａと該水晶振動子２の接続端子９ｂとを導電体６ａ により接続し、かつ、該導電体６ａを該水晶振動子接続端子９ａの表面に段差９ｃを設け、この段差９ｃに載置して位置決めして、前記ＩＣ実装基板７と前記水晶振動子２との間の積層ずれを防止する。

【選択図】図１

Description

本発明は、表面実装用水晶発振器に係り、とくに、水晶振動子に形成した接続端子とＩＣチップを接合したＩＣ実装基板に形成した水晶振動子接続端子とを半田ボールにより接続する際、水晶振動子とＩＣ実装基板との間の積層ずれを防止するため、水晶振動子接続端子または水晶振動子に形成した接続端子に段差を設けた表面実装用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チップを接合するＩＣ実装基板とを一体化させた表面実装用水晶発振器がある。

表面実装用水晶発振器は、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用水晶発振器の代表的なものとして、図３（ａ），（ｂ）に示すように、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の上部主面上に電極パッド５ａを介してＩＣ実装用バンプ（半田または金バンプ）５、あるいはフリップチップ・ボンディングにより実装されたＩＣチップ４と、このＩＣチップ４の上部主面上に、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３ｂに導電性接着剤３ａにより接合保持して構成した水晶パッケージ２（以下、“水晶振動子”ともいう）を接着し、水晶パッケージ２の上部開口をコバールまたは水晶板からなるリッド８をシーム溶接等により接合し、密封封入して、構成されている。

ＩＣ実装基板７の上部主面にＩＣ実装バンプ５またはフリップチップ・ボンディングにより実装されたＩＣチップ４の下部主面と該上部主面との間には、熱応力による端子のクラック防止のため絶縁性のエポキシ樹脂１１が充填され、また、ＩＣチップ４の接合部４ａは絶縁性のエポキシ樹脂で水晶パッケージ２と接合している。

そして、ここで、水晶振動子２とＩＣ実装基板７とを電気的・機械的に接続するために、コアなし半田ボール６ａを用いる。しかし、半田ボール６ａがコアなしのため上から加熱押圧すると変形してしまう。そこで、ＩＣ実装基板７にＩＣ実装バンプ５を介して接合したＩＣチップ４の垂直方向の高さを位置決めの基準位置として用い、ＩＣ実装基板７の水晶振動子接続端子９ａと水晶振動子２の底面に設けた水晶振動子２の端子９ｂとをコアなし（内部にコア部分がない中実の）の半田ボール６ａ（導電体）を介在させる。そして、図３（ｃ）に示すように、半田ボール６ａ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とを接続する。ここで、接続後、塵埃の侵入を防止するため、コアなし半田ボール６ａの周囲を樹脂封止する。

なお、セット基板に本発明の表面実装用水晶発振器を実装するのに用いる発振器実装端子３０は、図３（ｂ），(ｃ)に示すように、ＩＣ実装基板７を貫通するビアホールに形成した貫通電極３０ａによりＩＣ実装用バンプ５の電極パッド５ａに接続されている。

特開２０１３−９８６２８号公報

しかしながら、このような従来の半田ボールを水晶振動子とＩＣ実装基板との接続に用いた表面実装用水晶発振器では、上述したように、球形をした半田ボールが、ＩＣ実装基板の上面に形成された平坦な水晶振動子接続端子に単に載置されているため、半田ボールと水晶振動子の接続端子間、及び半田ボールとＩＣ実装基板の水晶振動子接続端子間の接触位置が不安定となる。そのため、半田ボールを融解・固化し、水晶振動子とＩＣ実装基板とを接合する時に、図３（ｄ）に示すように、両者の外形寸法の間に積層ずれｄが生じ、表面実装型水晶発振器の外形寸法が規定の規格内に入らない恐れがあった。

上記した課題を解決するため、本発明の表面実装用水晶発振器は、ＩＣチップを接合したＩＣ実装基板と、水晶パッケージ内に気密封止された水晶片とからなる水晶振動子と、を積層・接合して構成される表面実装用水晶振動子において、該ＩＣ実装基板の水晶振動子接続端子と該水晶振動子の接続端子とを導電体により接続し、かつ、該導電体を該水晶振動子の接続端子の表面に段差を設けて載置して位置決めして、前記ＩＣ実装基板と前記水晶振動子との間の積層ずれを防止する。

また、本発明の表面実装用水晶発振器では、前記導電体が、半田ボールからなることを特徴とする。

さらに、本発明の表面実装用水晶発振器では、前記段差の中心部に円孔を貫通して形成し、前記半田ボールを該円孔に載置することを特徴とする。

またさらに、本発明の表面実装用水晶発振器では、前記段差に対向して、前記水晶振動子の底面に前記接続端子を設け、前記接続端子の中心部に凸部（段差）を設けて前記段差に形成した前記円孔に嵌入して、前記ＩＣ実装基板と前記水晶振動子との間の積層ずれを防止する。

また、本発明の表面実装用水晶発振器では、前記段差に対向して、前記水晶振動子の底面に前記接続端子を設け、前記接続端子の中心部に円孔を貫通して形成した段差を設けて、前記半田ボールが前記円孔内に溶融・硬化して、前記ＩＣ実装基板と前記水晶振動子との間の積層ずれを防止することを特徴とする。

導電体である半田ボールと水晶振動子の接続端子間、及び半田ボールとＩＣ実装基板の水晶振動子接続端子間の接触位置が安定して設定でき、半田ボールを融解・硬化し、水晶振動子とＩＣ実装基板とを接合する時に、両者の外形寸法の間の積層ずれが防止され、表面実装用水晶発振器の外形寸法が規定の規格内に入るようになる。

本発明の表面実装用水晶発振器のＩＣ実装基板に形成した水晶振動子接続端子に段差を設けた一実施例を示し、図１（ａ）は、水晶振動子とＩＣ実装基板を接合する前の縦断面図、図１（ｂ）は、水晶振動子とＩＣ実装基板を接合した後の縦断面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ矢視部分の部分拡大縦断面図、図１（ｄ）は、図１（ｂ）のＤ矢視方向から見た段部の平面図である。 本発明の表面実装用水晶発振器のＩＣ実装基板に形成した水晶振動子接続端子と水晶振動子の接続端子の両方に段差を設けた他の実施例を示し、図２（ａ）は、水晶振動子とＩＣ実装基板を接合する前の縦断面図、図２（ｂ）は、水晶振動子とＩＣ実装基板を接合した後の縦断面図、図２（ｃ）は、図２（ｂ）のＢ矢視部分の部分拡大縦断面図である。 従来の表面実装用水晶発振器を示し、図３（ａ）は、リッドを外して上から見た平面図、図３（ｂ）は、水晶振動子とＩＣ実装基板を接合する前の縦断面図、図３（ｃ）は、水晶振動子とＩＣ実装基板を接合した後の縦断面図、図３（ｄ）は、図３（ｃ）のＣ矢視部分の部分拡大縦断面図である。

以下、本発明の表面実装用水晶発振器の一実施例を添付した図面に基いて説明する。

図１（ａ）にＩＣ実装基板７と水晶振動子２の接合前の状態を示すように、本発明の表面実装用水晶発振器の一実施例は、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の上部主面上に電極パッド５ａを介してＩＣ実装用バンプ（半田または金バンプ）５、あるいはフリップチップ・ボンディングにより実装されたＩＣチップ４と、このＩＣチップ４の上部主面上に、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３ｂに導電性接着剤３ａにより接合保持して構成した水晶パッケージ２（以下、“水晶振動子”ともいう）を接着し、水晶振動子２の上部開口をコバールまたは水晶板からなるリッド８をシーム溶接等により、密封封入して、構成されている。

ＩＣ実装基板７の上部主面にＩＣ実装バンプ５またはフリップチップ・ボンディングにより実装されたＩＣチップ４の下部主面と該上部主面との間には、熱応力による接続端子のクラック防止のため、絶縁性のエポキシ樹脂１１が充填され、また、ＩＣチップ４の接合部４ａは絶縁性のエポキシ樹脂で水晶パッケージ２と接合されている。

そして、個片に裁断したＩＣ実装基板７に形成した水晶振動子接続端子９ａと、同様に個片に裁断した水晶振動子２の底面に設けた水晶振動子２の接続端子９ｂとをコアなし（内部にコア部分がない中実の）の半田ボール６ａ（導電体）を介在させ、所定の治具にＩＣ実装基板７の水晶振動子接続端子９ｂに半田ボール６ａを、さらに水晶振動子２をその上に載置して、半田ボール６ａを、例えば、２６０℃から３００℃に加熱・融解させながら上方から押圧させつつ硬化して、接合後の状態を示す図１（ｂ）に図示ように、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。

特に、本発明の表面実装用水晶振動子の一実施例では、図１（ｃ）と図１（ｄ）に詳細に示すように、ＩＣ実装基板７の上面に形成した水晶振動子接続端子９ａの表面にその中心に半田ボール６ａを位置決めして載置できる円孔９ｄを有する段差９ｃを印刷等により設けるとともに、水晶振動子２の底面に形成した接続端子９ａの中心部に、半田ボール６ａの融解後に、該円孔９ｄと嵌合する凸部（段差）９ｅを形成する。

このような構成により、半田ボール６ａの融解後に、該凸部９ｅは、該円孔９ｄに嵌入され、硬化されるから、所定規格内に水晶振動子２とＩＣ実装基板７とが接合されるようになる。

なお、半田ボールに代えてペースト状のクリーム半田を水晶振動子とＩＣ実装基板との接合に用いてもよい。

また、本実施例では、４個の実装端子を有する表面実装用水晶発振器について説明したが、４端子以上の実装端子を有する表面実装用水晶発振器に勿論本発明が適用できる。

また、本発明の表面実装用水晶振動子の他の実施例では、図２（ａ）に示すように、ＩＣ実装基板７の上面に形成した水晶振動子接続端子９ａの表面と水晶振動子２の底面に形成した接続端子９ｂの下面のそれぞれに、中心に半田ボール６ａを安定して位置決めして載置できる円孔９ｄを有する段差９ｆを印刷等により設ける。

このような構成により、図２（ｂ）（ｃ）に詳細に示すように、半田ボール６ａの融解後に、半田ボール６ａは、段差９ｃに形成した円孔９ｄに流入し、硬化されるから、所定規格内に水晶振動子２とＩＣ実装基板７とが接合されるようになる。

１ 表面実装用水晶振動子
２ 水晶振動子（水晶パッケージ）
３ 水晶片
３ａ 導電性接着剤
３ｂ 水晶保持端子
４ ＩＣチップ
５ ＩＣ実装用バンプ
６ 半田ボール（導電体）
７ ＩＣ実装基板
８ リッド
９ａ 水晶振動子接続端子
９ｂ 接続端子
９ｃ 段差
３０ 発振器実装端子

Claims (5)

1. ＩＣチップを接合したＩＣ実装基板と、水晶パッケージ内に気密封止された水晶片とからなる水晶振動子と、を積層・接合して構成される表面実装型水晶振動子において、該ＩＣ実装基板の水晶振動子接続端子と該水晶振動子の接続端子とを導電体により接続し、かつ、該導電体を該水晶振動子接続端子の表面に設けた段差に載置して位置決めして、前記ＩＣ実装基板と前記水晶振動子との間の積層ずれを防止したことを特徴とする表面実装用水晶発振器。
2. 前記導電体が、半田ボールからなることを特徴とする請求項１に記載の表面実装用水晶発振器。
3. 前記段差の中心部に円孔を貫通して形成し、前記半田ボールを該円孔に載置したことを特徴とする請求項２に記載の表面実装用水晶発振器。
4. 前記段差に対向して、前記水晶振動子の底面に前記接続端子を設け、前記接続端子の中心部に凸部を設けて前記段差に形成した該凸部を前記円孔に嵌入して、前記ＩＣ実装基板と前記水晶振動子との間の積層ずれを防止することを特徴とする請求項２に記載の表面実装用水晶発振器。
5. 前記段差に対向して、前記水晶振動子の底面に前記接続端子を設け、前記接続端子の中心部に円孔を貫通して形成した段差を設けて、融解した前記半田ボールが前記円孔内に流入・硬化して、前記ＩＣ実装基板と前記水晶振動子との間の積層ずれを防止することを特徴とする請求項２に記載の表面実装用水晶発振器。