JP4718284B2 - 表面実装水晶発振器 - Google Patents

Description

本発明は、表面実装型の水晶発振器に関し、特に、ＩＣ（集積回路）チップ上に水晶片を搭載した超小型の表面実装水晶発振器に関する。

水晶振動子とその水晶振動子を用いる発振回路とを一体化させて構成された水晶発振器は、各種の機器において周波数及び時間の基準源として使用されている。特に表面実装型の水晶発振器は、小型・軽量であることから、特に携帯型の電子機器において、周波数及び時間の基準源として内蔵されている。近年では、光通信システムが普及しつつあることにもよって、表面実装型水晶発振器の発振周波数の高周波数化が進行しており、発振周波数が６００ＭＨｚ帯にも達するようになってきている。

表面実装型水晶発振器においては、その発振周波数の高周波数化とともに、そのサイズのさらなる縮小化が求められている。一般に表面実装型の水晶発振器は、表面実装用の容器内に、水晶振動子としての水晶片と、この水晶振動子を用いる発振回路を集積化したＩＣチップとを封入した構成を有する。特許文献１、特許文献２及び特許文献３には、ＩＣチップ上に水晶片を搭載することによって、表面実装型水晶発振器のサイズ、特にその水晶発振器が搭載される配線基板上での平面寸法を小さくすることが開示されている。

図１０は、ＩＣチップ上に水晶片を搭載する従来の表面実装型水晶発振器を示している。図１０に示す水晶発振器は、凹部を有する表面実装用の容器本体３内にＩＣチップ１と水晶片２とを収容し、凹部の開口面にカバー４を被せることによって、凹部内にＩＣチップ１と水晶片２を密閉封入したものである。ここで、水晶片２はＩＣチップ１上に搭載されている。ＩＣチップ１は、水晶片２を用いる不図示の発振回路等を集積化したものであり、通常の半導体装置製造プロセスによって製造される。ＩＣチップ１において、発振回路等の回路は、ＩＣチップ１を構成する半導体基板において図示上側の面に配置されている。そこで、ＩＣチップ１の両方の主面のうち、半導体基板において発振回路等が形成されている方の面のことを、回路形成面と呼ぶことにする。図１１に示すように、ＩＣチップ１の回路形成面には、その外周に沿って、発振回路に接続する電源端子、接地端子及び出力端子を含む複数のＩＣ端子５が相互に対向するように形成されている。さらに回路形成面の中央寄りの位置には、水晶片２を発振回路に電気的に接続するための１対の水晶接続端子５ａ，５ｂが設けられている。ＩＣチップ１の回路形成面には、例えばＳｉＯ₂からなる図示しない酸化膜（絶縁層）が形成されており、その上に、Ａｌ（アルミニウム）やＡｕ（金）等によって、ＩＣ端子５及び水晶接続端子５ａ，５ｂが形成されている。

水晶片２は、例えばＡＴカットの水晶片であって、図１２に示すように、略矩形状に形成されている。ここで説明する水晶発振器では、水晶片２の平面外形は、ＩＣチップ１の外形よりも小さく、ＩＣ端子５は、水晶片２によっては覆われていない。

水晶片２の両方の主面には、それぞれ励振電極６ａ，６ｂが設けられている。これらの励振電極６ａ，６ｂからは、引出電極７ａ，７ｂが、水晶片２の一短辺の両側の位置にそれぞれ延出している。各引出電極７ａ，７ｂは、水晶片２の端部において、それぞれ、反対側の主面に折り返されるように形成されている。そして、これらの引出電極７ａ，７ｂは、ＩＣチップ１の回路形成面に設けられた水晶接続端子５ａ，５ｂに対し、それぞれ、Ａｕなどからなるバンプ８を用いた超音波熱圧着や、あるいは共晶合金を用いた熱圧着によって固着し、電気的・機械的に接続する。これによって、水晶片２は、ＩＣチップ１の上方に、ＩＣチップ１の回路形成面に平行になるように保持されることになる。熱圧着に用いる共晶合金としては、例えば、ＡｕＧｅ（金ゲルマニウム）合金が用いられる。

容器本体３は、例えば積層セラミックからなる容器本体３の凹部の内壁には、段部が形成されている。容器本体３の外表面には、この水晶発振器を配線基板上に実装する際に設けられる実装電極１０が設けられている。凹部内の段部の上面には、ＩＣチップ１のＩＣ端子５にそれぞれ対応するように回路端子９が設けられており、これらの回路端子９は、それぞれ、積層セラミックの積層面を経て、実装電極１０に電気的に接続している。ＩＣチップ１は、その回路形成面とは反対側の面が容器本体３の凹部の底面に固着されている。そして、回路形成面のＩＣ端子５と凹部の段部の回路端子９とが、金線１１等を用いたワイヤーボンディングによって電気的に接続される。これによって、容器本体１の外表面の実装端子１０と、ＩＣチップ１のアース端子、電源端子及び出力端子とが電気的に接続することになる。

このような表面実装型水晶発振器では、ＩＣチップ１上にこれより小さい水晶片２を直接に固着して一体化するので、高さ及び平面外形を小さくすることができる。また、有機物である導電性接着剤を用いることなく金属を用いて水晶片２をＩＣチップ１に固着するので、導電性接着剤から発生するガスの影響を受けることなく、良好なエージング特性を有する水晶発振器が得られる。

図１３は、さらに小型化された従来の表面実装水晶発振器を示している。図１３に示した水晶発振器は、ＩＣチップと容器本体との電気的接続に、ワイヤーボンディングの代わりに、バンプを用いた超音波熱圧着を用いている。この水晶発振器では、凹部を有する表面実装用の容器本体３Ａを用い、発振回路などが集積化されたＩＣチップ１Ａを、その回路形成面が容器本体３Ａの凹部の底面に対向するように凹部内に配置している。水晶片２は、ＩＣチップ１Ａの裏面、すなわち回路形成面ではない方の主面上に配置されており、凹部にカバー４を被せることによって、容器本体３内にＩＣチップ１Ａと水晶片２とを密閉封入している。

ＩＣチップ１Ａの回路形成面には、図１４に示すように、前述の場合と同様に、その外周に沿って、発振回路に接続する電源端子、接地端子及び出力端子を含む複数のＩＣ端子５が形成されている。容器本体３Ａの凹部の底面には、ＩＣ端子５にそれぞれ対応する複数の回路端子９が設けられており、回路端子９に対してＡｕ（金）などからなるバンプを用いた超音波熱圧着によって、ＩＣ端子５は固着され、電気的に接続される。

容器本体３Ａは、例えば、積層セラミックからなっているが、その凹部には段部は設けられていない。容器本体３Ａの外表面には、上述と同様に実装電極１０が設けられており、実装電極１０と回路端子９とは、積層セラミックの積層面を介して電気的に接続している。

ＩＣチップ１Ａの裏面には、図１５に示すように、水晶片２と接続するための１対の水晶接続端子５ａ，５ｂが設けられている。この水晶接続端子５ａ，５ｂに対応して回路形成面には１対の補助端子１５ａ，１５ｂが形成されている。水晶接続端子５ａ，５ｂと補助端子１５ａ，１５ｂとは、ＩＣチップ１Ａを貫通するスルーホール（電極貫通孔）１６によって電気的に接続する。補助端子１５ａ，１５ｂは回路形成面の発振回路と電気的に接続しているので、水晶接続端子５ａ，５ｂも発振回路と電気的に接続することになる。なお、ＩＣチップ１Ａの裏面には、例えばＳｉＯ₂からなる図示しない酸化膜（絶縁層）が形成されており、その上に、Ａｌ（アルミニウム）やＡｕ（金）等によって、水晶接続端子５ａ，５ｂが形成されている。

水晶片２としては、図１２に示したものと同様のものを使用することができる。そして、水晶片２は、その引出電極７ａ，７ｂが、例えばＡｕＧｅなどの共晶合金１９を用いた熱圧着あるいはＡｕなどからなるバンプを用いた超音波熱圧着によって水晶接続端子５ａ，５ｂに固着し、電気的・機械的に接続することによって、ＩＣチップ１Ａの上方に、ＩＣチップ１Ａの裏面に平行になるように保持されることになる。

この図１３に示す表面実装水晶発振器では、ＩＣチップ１Ａ上に水晶片２を直接に固着して一体化する上、ワイヤボンディングのためのスペースを必要としないので、高さ及び平面外形をさらに小さくすることができる。導電性接着剤を用いないので、導電性接着剤から発生するガスの影響を受けることなく、良好なエージング特性を有する水晶発振器が得られる。

近年、より高い発振周波数を有する水晶発振器が求められている。ＡＴカットの水晶片の場合、その共振周波数はその厚さに反比例する。例えば、１００ＭＨｚの共振周波数を有するＡＴカット水晶片は、振動領域の厚さは約１６．７μｍである。光通信用として用いられる６２２ＭＨｚ帯の水晶片では、振動領域の厚さは約２．２μｍとなる。そこで、水晶片の機械的強度を保ちつつ共振周波数を高めるために、図１６に示すように、水晶片２の一方の主面にエッチングなどにより凹部１１を設けてそこを振動領域２Ａとすることが行われている。この水晶片では、凹部すなわち振動領域での水晶片の厚みを小さくすることによって共振周波数を高めるとともに、凹部の外周の比較的厚みの大きい部分２Ｂによって振動領域２Ａを保持し、機械的強度を維持している。さらに、特許文献４には、貫通孔を有する第１の水晶板と平板状の第２の水晶板とを直接接合によって貼りあわせ、第１の水晶板の貫通孔の位置を振動領域とした、高い振動周波数を有する水晶振動子が開示されている。
特開平１１−１４５７２８号公報 特開２０００−１９６３６０号公報 特開２００１−２８５１６号公報 特開２００４−４０６９３号公報

ところで、図１０や図１３に示した表面実装水晶発振器では、引出電極の延出した水晶片の一端部両側、すなわち外周部の２箇所で、バンプや共晶合金などを用いて水晶片をＩＣチップに対して固着している。バンプや共晶合金は金属からなり硬いため、例えばＩＣチップと水晶片との熱膨張係数の差によって水晶片の外周部２箇所間に応力が作用して水晶片にひずみを与えることとなる。このような応力が加わることによって、水晶片の振動特性が悪化する。特に、高周波数用の水晶発振器では、水晶片の厚さが小さくなるので、応力が加わることによる振動特性の悪化の問題が顕著になる。

本発明の目的は、ＩＣチップと水晶片とを一体化した表面実装水晶発振器であって、水晶片に対する応力の発生が抑制されて振動特性が良好に維持されるとともに、小型化が容易な表面実装水晶発振器を提供することにある。

本発明の目的は、水晶片と、水晶片を用いる発振回路を集積化したＩＣチップとを有する水晶発振器であって、水晶片は、水晶片の第１の主面に設けられた第１の励振電極と、第１の励振電極から水晶片の外周部に延出され、外周部の位置で水晶片の第２の主面に折り返して形成された引出電極と、を備え、ＩＣチップは、ＩＣチップの第１の主面に設けられた第１及び第２の水晶接続端子を有し、第２の水晶接続端子はＩＣチップの第１の主面の中央領域に広がって第２の励振電極を構成し、水晶片の第２の主面がＩＣチップの第１の主面に対向するようにして、引出電極を無機材料である導電材によって第１の水晶接続端子に固着し電気的・機械的に接続することにより、水晶片がＩＣチップの第１の主面に平行に保持され、水晶片を挟んで第１の励振電極と第２の励振電極が対向している、水晶発振器によって達成される。

本発明では、水晶片の第１の主面に凹部を形成してこの凹部の領域で水晶片の厚みが減じてこの領域が水晶片の振動領域となるようにし、凹部の底面に第１の振動電極を形成し、凹部の周囲の相対的に厚い部分に引出電極が延出して第１の水晶接続端子と固着するようにしてもよい。このように構成することにより、発振周波数の高い表面実装水晶発振器が得られる。この場合、貫通孔を有する第１の水晶板と平板状の第２の水晶板とを直接接合させて水晶片を構成することにより、水晶片の振動領域における厚みが均一になって、より良好な振動特性が得られるようにする。さらに、水晶片の第２の主面において凹部の位置に対応して凹部より深さが小さい窪みを設けることにより、水晶片の振動領域とＩＣチップの第１の主面との間隙が確実に維持され、ＩＣチップの第１の主面が振動領域に接触することによる振動の阻害が起こらなくなる。

本発明において、無機材からなる導電材としては、例えば金属を用いることができる。具体的には、金バンプを用いる超音波熱圧着や共晶合金を用いる熱圧着によって、引出電極を水晶接続端子に固着させることができる。

本発明によれば、上述したような構成を用いることにより、水晶片の第１の主面に設けた第１の励振電極と、ＩＣチップに設けた第２の励振電極とによって、水晶片の第２の主面側では空間電界方式が用いられるようにして、水晶片を励振できる。そして、ＩＣチップと水晶片とを直接的に接合するので、小型化された表面実装水晶発振器が得られる。また、水晶片は、その外周部の１箇所のみで点的にＩＣチップに対して固着されるので、外周部２箇所で固着される場合と比較して、ＩＣチップと水晶片との熱膨張係数差によって水晶片に生ずるひずみが抑制される。したがって、この表面実装水晶発振器では、振動特性が良好に維持される。

図１は、本発明の第１の実施形態の表面実装水晶発振器を示している。なお、以下の説明において、図１０〜図１６におけるものと同じ構成要素には同じ参照符号が付与されており、これらについての重複する説明は簡略化する。

第１の実施形態の表面実装水晶発振器は、図１０に示した水晶発振器における容器本体と同様の表面実装用の容器本体３を使用して、ＩＣチップ１と水晶片２とを一体化して容器本体３の凹部内に収容し、カバー４を被せてＩＣチップ１と水晶片２とを密閉封入したものである。

ＩＣチップ１は、水晶片２を用いる発振回路等を集積化したものである。ＩＣチップ１において発振回路等の回路が形成されている回路形成面には、図２に示すように、その外周に沿って、発振回路に接続する電源端子、接地端子及び出力端子を含む複数のＩＣ端子５が、回路形成面の４隅にそれぞれ設けらている。

さらに回路形成面には、水晶片２を発振回路に電気的に接続するための水晶接続端子５ａ，５ｂが設けられている。この水晶発振器では、水晶片２はＩＣチップ１の回路形成面に対して固着されており、図２において破線は、回路形成面に固着された水晶片２の外周の位置に対応している。一方の水晶接続端子５ａは、水晶片２の外周に対応する位置に形成されており、他方の水晶接続端子５ｂは、比較的大きな面積を有して回路形成面の中央領域に形成されている。水晶接続端子５ｂは、後述するように、水晶片２を空間電界方式で励振する際の励振電極６ｂとなるものである。ＩＣ端子５及び水晶接続端子５ａ，５ｂは、回路形成面に形成された不図示の酸化膜（絶縁層）上に、Ａｌ（アルミニウム）やＡｕ（金）等によって形成されている。

水晶片２は、略矩形のＡＴカットの水晶片であって、一方の主面の中央領域に励振電極６ａを備え、この励振電極６ａからは、水晶片２の一方の短辺の中央部に向かって引出電極７が延出している。引出電極７は、水晶片２の外周の位置において反対側の主面に折り返えされるように形成されている。水晶片２の励振電極６ａが形成されていない方の主面がＩＣチップ１の回路形成面に対向するようにして、例えばバンプ８を用いた超音波熱圧着や図示しない共晶合金を用いた熱圧着によって引出電極７を水晶接続端子５ａに固着させて電気的・機械的に接続する。これによって、水晶片２はＩＣチップ１に固着し、回路形成面に対して水平に保持されることになる。このとき、励振電極６ａ，６ｂは、水晶片をはさんで相互に対向する。

容器本体３の凹部には、図１０に示したものと同様に段部が形成されており、この段部には、容器本体３の外表面の実装電極１０と電気的に接続した回路端子９が形成されている。容器本体３の凹部における段部と底面とによって囲まれた空間は水晶片２を収容できるように水晶片２よりも大きく形成されている。そして、回路形成面が凹部の底面を向くようにして、バンプ２０を用いた超音波熱圧着によってＩＣチップ１のＩＣ端子５を回路端子９に対して固着させ、電気的・機械的に接続することにより、ＩＣチップ１が容器本体３に対して固定される。このとき、ＩＣチップ１に固着されている水晶片２は、凹部の段部と底面とによって囲まれた空間内に収容される。

このような構成であれば、水晶片２の一方の主面に設けた励振電極６ａとＩＣチップ１の回路形成面に設けた励振電極６ｂとによって水晶片２に高周波電界を印加することができ、水晶片２を励振できる。すなわち、水晶片２の他方の主面側において空間電界方式を採用して、水晶片２を励振することができる。特にこの構成では、水晶片２には一方の主面にしか励振電極を設けないので、振動周波数が高い場合に、質量負荷による水晶片２での振動損失を防止できる。なお、一方の水晶接続端子５ａ及びバンプ８の合計厚みを制御することによって、あるいは図示しないスペーサを設けることによって、ＩＣチップ１の回路形成面と水晶片２との間隙を適切な値に維持することができる。

また、この表面実装水晶発振器では、水晶片２は、その外周部の１箇所のみで点的にＩＣチップ１に対して固着されるので、外周部２箇所で固着される場合と比較して、ＩＣチップ１と水晶片２との熱膨張係数差によって水晶片２に生ずるひずみが抑制される。ＩＣチップ１及び水晶片２ともに、基本的には無機物である金属を用いた熱圧着で固着されるので、容器本体３の凹部内での有機ガスの発生もない。したがって、この表面実装水晶発振器では、エージング特性を含めて振動特性が良好に維持される。

また、この表面実装水晶発振器では、ＩＣチップ１のＩＣ端子５と容器本体３の凹部に形成された回路端子９とをバンプなどによって直接的に接続するので、図１０に示したものと比べてワイヤーボンディングのためのスペースを必要としないので、サイズのさらなる小型化を実現できる。

本実施形態では、振動領域における厚さを薄くして高い振動周波数に対応できるようにした水晶片を用いることもできる。その場合、図４に示したように水晶片２は、図１６で示したものと同様に一方の主面に凹部１１を有し、凹部１１の位置でその厚みが薄くなって振動領域２Ａとなっている。また、凹部１１を囲む領域は、相対的に厚い外周部２Ｂとなっている。水晶片２は空間電界方式で励振されるので、水晶片２は、凹部１１が形成されていない側がＩＣチップ１に対向するように、ＩＣチップ１に固着される。水晶片２側の励振電極６ａは、凹部１１の底面に形成される。なお、図４に示したものでは、貫通孔を有する第１の水晶板２Ｘと平板状の第２の水晶板２Ｙとを例えばシロキサン結合による直接接合によって接合させて水晶片２としている。このように２枚の水晶板２Ｘ，２Ｙを接合させる構成とする場合には、第２の水晶板２Ｙの厚みを極力小さくできるので、エッチングによって凹部１１を形成する場合に比べ、振動領域２Ａでの水晶片の平面度を向上することができる。

さらには、図５に示すように、水晶片２の他方の主面、すなわち第２の水晶板２Ｙの表面に、凹部１１より深さの小さい窪み１２を設け、ＩＣチップ１の回路形成面と振動領域２Ａとの間隙が確実に維持されるようにして、振動領域２Ａにおける水晶片の厚みすべり振動が阻害されないようにしてもよい。なお、便宜上、図５では励振電極６ａや引出電極７の厚みが大きく示されているが、窪み１２の深さは、マイクロメートルのオーダであって、オングストロームオーダに形成される励振電極６ａの厚さに比べて大きくなっている。

図４及び図５に示したものは、水晶片２に凹部１１を設けてそこを振動領域２Ａとしているので、１００ＭＨｚ以上の高い周波数を発生する表面実装水晶発振器に特に適している。なお、図４や図５に示される水晶片は、特許文献４に記載されるように、複数の貫通孔が形成され第１の水晶板２Ｘに相当する第１の水晶ウェハに対して第２の水晶板２Ｙに相当する第２の水晶ウェハを接合し、その後、個々の水晶片に分割することによって得られる。

第１の実施形態の表面実装水晶発振器において、ＩＣチップ１の回路形成面におけるＩＣ端子５や水晶接続端子５ａ，５ｂの配置は図２に示したものに限定されるものではない。ＩＣ端子５が例えば６個設けられる場合には、図６及び図７に示すように、回路形成面の対向する１対の辺にそれぞれ３個ずつ均等にＩＣ端子５を配置すればよい。その場合、図６に示すように、水晶片２の長手方向と回路形成面の長手方向とが平行になるように水晶接続端子５ａ，５ｂを配置してもよいし、図７に示すように、水晶片２の長手方向と回路形成面の長手方向とが直交するように水晶接続端子５ａ，５ｂを配置してもよい。ＩＣ端子５の数がさらに増える場合には、回路形成面の４辺の全てにＩＣ端子５を配置してもよい。ＩＣ端子５及び水晶接続端子５ａ，５ｂの配置は、ＩＣチップ１及び水晶片２との関係から、水晶片２が容器本体３の凹部の段部と底面との間の空間に収容されるという条件を満たす限り、任意に決定できる。

次に、本発明の第２の実施形態の表面実装水晶発振器を説明する。図８に示す第２の実施形態の表面実装水晶発振器は、図１３に示した水晶発振器における容器本体と同様の表面実装用の容器本体３Ａを使用して、ＩＣチップ１Ａと水晶片２とを一体化して容器本体３Ａの凹部内に収容し、カバー４を被せてＩＣチップ１Ａと水晶片２とを密閉封入したものである。ＩＣチップ１Ａには、水晶片２を用いる発振回路等が集積化されている。第１の実施形態の水晶発振器では、ＩＣチップの回路形成面に対して水晶片が固着されていたが、この第２の実施形態の水晶発振器では、ＩＣチップ１Ａの裏面、すなわち回路形成面でない方の主面に対して水晶片２が固着されている。図９は、第２の実施形態の水晶発振器の要部の構成を示す組立分解断面図である。

水晶片２としては、図３に示したものや図４に示したものを用いることもできるが、ここでは、例えば１００ＭＨｚを超えるような高い周波数の発振出力を有する表面実装水晶発振器を想定して、図５に示した水晶片が用いられるものとする。すなわちこの水晶片２では、一方の主面側に凹部１１が形成されてこの凹部の領域で厚さが小さくなって振動領域となっている。振動領域の周囲は厚みの大きい外周部となっている。この水晶片は、凹部１１に対応する貫通孔を有する第１の水晶板２Ｘに対し、振動領域に相当する厚さを有する第２の水晶板２Ｙを、シロキサン結合による直接接合によって貼り合わせることによって形成される。水晶片２の他方の主面、すなわち第２の水晶板２Ｙの表面には、凹部１１に対応する位置において、凹部１１よりも深さの小さい窪み１２が形成されている。凹部１１の底面には励振電極６ａが形成されており、励振電極６ａからは、水晶片２の一方の短辺の中央部に向かって引出電極７が延出し、水晶片２の端部の位置で引出電極７は他方の主面側に折り返されるように形成されている。

ＩＣチップ１Ａの裏面、すなわち回路形成面でない方の主面には、水晶接続端子５ａ、５ｂが設けられている。水晶接続端子５ａ、５ｂは、回路形成面に設けられ発振回路と電気的に接続する補助端子１５ａ，１５ｂと、ＩＣチップ１Ａを貫通するスルーホール１６によって電気的に接続する。水晶接続端子５ａ，５ｂは、水晶片２の裏面の両端部にそれぞれ設けられているが、水晶接続端子５ｂは、ＩＣチップ１Ａの裏面の中央領域にまで拡がるように設けられており、ＩＣチップ１Ａの裏面の中央領域において、後述するように、水晶片２を空間電界方式で励振する際の励振電極６ｂとして機能する。励振電極６ｂの大きさは、水晶片２側の励振電極６ａとほぼ同じ大きさであるようにされている。水晶片２の励振電極６ａが形成されていない方の主面がＩＣチップ１Ａの裏面に対向するようにして、例えば共晶合金１９を用いた熱圧着によって引出電極７を水晶接続端子５ａに固着させて電気的・機械的に接続する。これによって、水晶片２はＩＣチップ１Ａに固着し、裏面に対して水平に保持されることになる。このとき、励振電極６ａ，６ｂは、水晶片をはさんで相互に対向する。共晶合金を用いる熱圧着の代わりに、バンプを用いた超音波熱圧着によって引出電極７を水晶接続端子５ａに固着させてもよい。

ＩＣチップ１Ａの回路形成面には図１４に示した場合と同様にＩＣ端子が設けられており、容器本体３Ａの凹部の底面には図１３に示した場合と同様に回路端子が設けられているから、水晶片２をＩＣチップ１Ａに固着させた後、ＩＣチップ１Ａの回路形成面が容器本体３Ａの底面を向くようにして、バンプを用いた超音波熱圧着によってＩＣ端子を回路端子に対して固着させ、電気的・機械的に接続することにより、ＩＣチップ１Ａが容器本体３Ａに対して固定される。このとき、補助端子１５ａ，１５ｂの位置に対応して容器本体３Ａの底面には回路端子２１が形成されており、補助端子１５ａ，１５ｂも、バンプ２０を用いた超音波熱圧着によって、回路端子２１に固着する。

この構成においても、水晶片２の一方の主面に設けた励振電極６ａと、ＩＣチップ１Ａの裏面に設けた励振電極６ｂとによって、水晶片２に高周波電界を加えてこの水晶片を励振できる。すなわち、水晶片の他主面を空間電界方式として励振できる。この構成でも、水晶片２には一方の主面にしか励振電極を設けないので、振動周波数が高い場合に、質量負荷による水晶片２での振動損失を防止できる。窪み１２を設けたことにより、ＩＣチップ１の裏面と水晶片２の振動領域との間隙が確実に維持されて、振動領域における水晶片の厚みすべり振動が阻害されることがなくなる。

この表面実装水晶発振器でも、水晶片２は、その外周部の１箇所のみで点的にＩＣチップ１Ａに対して固着されるので、ＩＣチップ１Ａと水晶片２との熱膨張係数差によって水晶片２に生ずるひずみを抑制する。ＩＣチップ１及び水晶片２ともに、基本的には無機物である金属を用いた熱圧着で固着されるので、容器本体３の凹部内での有機ガスの発生もない。したがって、この表面実装水晶発振器でも、エージング特性を含めて振動特性が良好に維持される。

上述した第２の実施形態の表面実装水晶発振器では、水晶片２の他方の主面に窪み１２を設けることによって水晶片２の振動領域とＩＣチップ１Ａの裏面との間隔を確保したが、窪み１２を設けることなく、水晶接続端子５ａと共晶合金１９の合計厚みを制御することによって、あるいは水晶接続端子５ａの厚みを大きくしたりスペーサを設けてよい。ただし、窪み１２を設けた方が、振動領域とＩＣチップ１Ａとの間隔を確実に確保できる。

本発明の第１の実施形態の表面実装水晶発振器の構成を示す断面図である。 図１に示す水晶発振器で用いられるＩＣチップの回路形成面を示す平面図である。 図１に示す水晶発振器で用いられる水晶片の平面図である。 図１に示す水晶発振器で用いられる水晶片の別の例を示す一部断面図である。 図１に示す水晶発振器で用いられる水晶片のさらに別の例を示す一部断面図である。 回路形成面における配置の別の例を示す平面図である。 回路形成面における配置のさらに別の例を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態の表面実装水晶発振器の構成を示す断面図である。 図８に示す表面実装水晶発振器の組立分解断面図である。 従来の表面実装型水晶発振器の構成を示す断面図である。 図１０に示す水晶発振器で用いられるＩＣチップの回路形成面を示す平面図である。 水晶片を示す平面図である。 従来の表面実装型水晶発振器の別の構成例を示す断面図である。 図１３に示す水晶発振器で用いられるＩＣチップの回路形成面を示す平面図である。 図１３に示す水晶発振器で用いられるＩＣチップの、回路形成面とは反対側の主面を示す平面図である。 水晶片の断面図である。

符号の説明

１，１Ａ ＩＣチップ
２ 水晶片
３，３Ａ 容器本体
５ ＩＣ端子
５ａ，５ｂ 水晶接続端子
６ａ，６ｂ 励振電極
７ 引出電極
８，２０ バンプ
１９ 共晶合金

Claims (10)

1. 水晶片と、前記水晶片を用いる発振回路を集積化したＩＣチップとを有する水晶発振器であって、
   前記水晶片は、前記水晶片の第１の主面に設けられた第１の励振電極と、前記第１の励振電極から前記水晶片の外周部に延出され、前記外周部の位置で前記水晶片の第２の主面に折り返して形成された引出電極と、を備え、
   前記ＩＣチップは、前記ＩＣチップの第１の主面に設けられた第１及び第２の水晶接続端子を有し、
   前記第２の水晶接続端子は前記ＩＣチップの第１の主面の中央領域に広がって第２の励振電極を構成し、
   前記水晶片の第２の主面が前記ＩＣチップの第１の主面に対向するようにして、前記引出電極を無機材料である導電材によって前記第１の水晶接続端子に固着させ電気的・機械的に接続することにより、前記水晶片が前記ＩＣチップの第１の主面に平行に保持され、
   前記水晶片を挟んで前記第１の励振電極と前記第２の励振電極が対向している、
   水晶発振器。
2. さらに、前記水晶片と前記ＩＣチップとを収容する凹部を有する容器本体と、前記凹部内に前記水晶片と前記ＩＣチップとを密閉封止するカバーと、を有する、請求項１に記載の水晶発振器。
3. 前記水晶片の第１の主面に凹部が形成されて該凹部の領域で前記水晶片の厚みが減じて該領域が前記水晶片の振動領域となり、前記凹部の底面に前記第１の振動電極が形成され、前記凹部の周囲の相対的に厚い部分に前記引出電極が延出して前記第１の水晶接続端子と固着する、請求項１に記載の水晶発振器。
4. 前記水晶片は、貫通孔を有する第１の水晶板と平板状の第２の水晶板とを直接接合させて構成される、請求項３に記載の水晶発振器。
5. 前記水晶片の第２の主面に、前記凹部より深さが小さい窪みが、前記凹部の位置に対応して形成されている、請求項３に記載の水晶発振器。
6. 前記導電材は金属からなる請求項１に記載の水晶発振器。
7. 前記ＩＣチップの第１の主面は前記ＩＣチップの回路形成面であり、前記回路形成面の外周に沿って複数のＩＣ端子が形成され、前記容器本体の凹部には回路端子が形成された段部が設けられ、前記段部と前記凹部の底面とで囲まれる空間内に前記水晶片が収容されるように、前記ＩＣチップは、前記回路形成面を前記凹部の底面に対向させかつ前記ＩＣ端子を前記回路端子に前記導電材を用いて固着させることにより前記容器本体に固着させられる、請求項２に記載の水晶発振器。
8. 前記ＩＣチップの回路形成面は前記ＩＣチップの第２の主面であり、前記ＩＣチップは前記回路形成面と前記第１及び第２の水晶接続端子とを電気的に接続するスルーホールを有する、請求項２に記載の水晶発振器。
9. 前記容器本体の凹部の底面に回路端子を有し、前記回路形成面にＩＣ端子を有し、前記ＩＣ端子を前記回路端子に対して前記導電材を用いて固着することにより、前記ＩＣチップが前記容器本体に固着する、請求項８に記載の水晶発振器。
10. 前記ＩＣ端子はバンプを用いた超音波熱圧着によって前記回路端子に固着する、請求項９に記載の水晶発振器。
    
    

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