JP5468240B2

JP5468240B2 - 表面実装用とした温度補償水晶発振器

Info

Publication number: JP5468240B2
Application number: JP2008292988A
Authority: JP
Inventors: 善久市川
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2008-11-17
Filing date: 2008-11-17
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2028-11-17
Also published as: JP2010124022A

Description

本発明は容器本体をＨ構造とした表面実装用の温度補償水晶発振器（以下、温度補償発振器とする）を技術分野とし、特に温度補償動作を良好にした温度補償発振器に関する。

（発明の背景）
表面実装用とした温度補償発振器は小型・軽量であって、周囲温度の変化する動的環境下での周波数温度特性を補償する。このことから、特に携帯電話で代表されるように、携帯型の電子機器に周波数の基準源として採用される。

（従来技術の一例）
第４図は一従来例を説明する図で、同図（ａ）は温度補償発振器の断面図、同図（ｂ）水晶片の平面図である。

温度補償発振器は一方と他方の凹部を両主面に有するＨ構造（断面）とした容器本体１に水晶片２とＩＣチップ３を収容してなる。容器本体１は積層セラミックからなり、一方（一主面）の凹部底面には水晶保持端子４を有し、他方の凹部底面には回路端子５を有する。水晶保持端子４は回路端子５中の水晶端子に図示しない貫通電極を含む導電路によって電気的に接続する。また、一方の凹部の開口端面（枠壁上面）には金属膜６を有し、他方の凹部における開口端面の４角部には回路端子５に電気的に接続した実装端子７を有する。

水晶片２は両主面に励振電極８（ａｂ）を有し、一端部両側に引出電極９（ａｂ）を延出する。引出電極９（ａｂ）の延出した水晶片２の一端部両側は、容器本体１の一方の凹部底面に導電性接着剤１０によって固着される。一方の凹部の開口端面には例えば金属リング１１が設けられ、シーム溶接によって金属カバー１６が接合される。これにより、一方の凹部内に水晶片２を密閉封入する。

ＩＣチップ３は少なくとも発振回路及び温度補償機構を集積化して、回路機能面となる一主面にＩＣ端子１２を有する。ＩＣ端子１２は少なくとも水晶端子や電源、出力、アース及びＡＦＣ等を有する。ＩＣチップ３（ＩＣ端子１２）は、容器本体１の他方の凹部底面にバンプ（付番せず）を用いた超音波熱圧着によってフリップチップボンディングされて固着する。通常では、水晶片２とＩＣチップ３とを電気的に遮蔽するシールド電極１３が一方と他方の凹部を分離する中央台座の積層面に設けられる。

これらの場合、例えば水晶振動子（水晶片２）はＡＴカットとして三次曲線となる周波数温度特性を有する（第５図の曲線イ）。なお、水晶発振器の周波数温度特性は水晶振動子の周波数温度特性に依存してほぼ同じになる。図の縦軸は周波数偏差Δｆ／ｆであり、ｆは公称周波数、Δｆは公称周波数からの発振周波数ｆ′のずれ（ｆ−ｆ′）である。そして、ＩＣチップ３の温度補償機構は例えば温度センサによって周囲温度に応答した電圧を図示しない電圧可変容量素子に印加し、周波数温度特性とは逆特性となる電圧周波数特性とする（第５図の曲線ロ）。なお、Ｖcは制御電圧（補償電圧）で、Ｖcoは常温２５℃での印加電圧である。

この場合、電圧可変容量素子の制御電圧Ｖcによる容量変化が水晶振動子から見た直列等価容量を可変するので発振周波数が変化して、周波数温度特性とは逆特性となる電圧周波数特性を得る。これにより、周波数温度特性による周波数変化が相殺されて温度に対する周波数特性を平坦にする。
特開２００８−２５２４５１号公報

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の温度補償発振器では、ＩＣチップ３の特に発振用増幅器等の能動素子の動作によって、ＩＣチップ３は発熱して温度が上昇する。したがって、ＩＣチップ３の温度補償機構の温度センサはＩＣチップ３の発熱温度を検出する。これに対して、水晶振動子（水晶片２）はＨ構造とした別空間内に収容されるので、ＩＣチップ３の発熱温度よりも低い動作温度になる。

要するに、温度センサは水晶振動子の動作温度ではなく、ＩＣチップ３の発熱温度を検出する。この場合、温度補償機構は水晶振動子の動作温度よりも高い温度に基づいた補償電圧を電圧可変容量素子に印加する。例えば水晶振動子の実際の動作温度がＴ℃（例えば２５℃）としてＩＣチップの発熱温度がこれより高いＴ′℃とすると、温度センサはＴ′℃を検出する。そして、温度補償機構はＴ′℃のときの過剰補償電圧Ｖc′（Ｖco′）を電圧可変容量素子に印加する。

したがって、電圧周波数特性は通常の曲線ロを温度が高い方向に移動した曲線になる（第５図の曲線ハ）。これにより、過剰補償電圧Ｖc′の印加された電圧周波数変化特性では周波数温度特性を相殺できず、温度補償機構による温度補償動作に誤りを生ずる問題があった。

（発明の目的）
本発明は水晶振動子の動作温度をＩＣチップの発熱温度に接近させて温度補償動作を良好にした温度補償発振器を提供する。また、付随的に配線パターンの形成を容易にした温度補償発振器を提供することを目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、一方と他方の凹部を両主面に有する積層セラミックからなる容器本体を備え、前記一方の凹部に水晶片を収容して密閉封入し、前記他方の凹部にフリップチップボンディングによるＩＣチップを収容してなる表面実装用とした温度補償水晶発振器において、前記一方の凹部内表面に熱伝導の高い金属膜１４を前記水晶片に対向して設け、前記金属膜１４は前記ＩＣチップのアース端子に電気的に接続した構成とする。

このような構成であれば、ＩＣチップの発熱温度はＩＣ端子中のアース端子と電気的に接続した一方の凹部内表面の金属膜１４に伝熱される。この場合、アース端子と金属膜との電気的な接続は、容器本体と比較して熱伝導率が格段に高い金属からなる。したがって、ＩＣチップの発熱温度は金属膜にリアルタイムに伝熱される。そして、金属膜から水晶片に放熱熱される。

したがって、水晶振動子（水晶片）の動作温度はＩＣチップの発熱温度に接近する。これにより、ＩＣチップの温度センサは、発熱温度に接近した水晶振動子の動作温度を検出する。これらから、温度補償発振器の温度補償機構による温度補償動作を良好にする。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記金属膜は少なくとも前記水晶片の励振電極を覆って前記一方の凹部の内底面に形成される。これにより、水晶振動子の動作領域（振動領域）に対する伝熱効果を高め、動作温度を発熱温度に接近させる。

同請求項３では、請求項１において、前記金属膜は前記容器本体における一方の凹部の内底面のみならず内壁面にも設けられる。これにより、さらに水晶片に対する伝熱効果を高め、水晶振動子の動作温度を発熱温度に接近させる。

同請求項４では、請求項１において、前記金属膜はＡuとする。これにより、金属膜を具体的にして伝熱効果を高められる。また、容器本体に露出した実装端子等の例えば電界メッキ時に同時に形成できるので、経済的にも良好になる。

同請求項２では、請求項１において、前記容器本体は一方と他方の凹部を分離する中央台座の積層面に設けられたシールド電極と電気的に接続し、前記シールド電極は引出電極の延出した水晶片の端部を覆って形成される。これにより、中央台座の積層面にスペースを確保できるので、配線パターンの形成を容易にする。

（第１実施形態）
第１図は本発明の第１実施形態を説明する温度補償発振器の断面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。

温度補償発振器は、前述したように、一方と他方の凹部を両主面に有する積層セラミックからなる容器本体１を備え、一方の凹部に水晶片２を収容して金属カバー１６を接合して密閉封入する。水晶片２は例えばＡＴカットとして三次曲線となる周波数温度特性を有する。他方の凹部には発振回路及び温度補償機構を集積化したＩＣチップ３をフリップチップボンディングによって固着する。

そして、この実施形態では、容器本体１の凹部底面には水晶片２に対向して少なくとも励振電極８（ａｂ）を覆う金属膜１４が設けられる。金属膜１４は下地電極を印刷によるＷ（タングステン）として、Ｎi（ニッケル）及びＡu（金）が電界メッキによって形成される。これらは、金属膜１４とともに実装端子７等の印刷による下地電極が形成されたシート状のセラミックを積層した後電解液中で一体的に形成され、その後、個々の容器本体１に分割される。

一方の凹部底面の金属膜１４は、積層面を経てＩＣチップ３の固着される他方の凹部底面における回路端子５を経てＩＣ端子１２中のアース端子１２（GND）に、図示しないスルーホール加工による貫通電極を含む積層面の導電路１５によって電気的に接続する。なお、積層面の導電路１５は外表面に露出しないので、ＮiやＡuメッキはされず、下地としてＷのみとなる。

このような構成であれば、発明の効果の欄でも記載するように、ＩＣチップ３の動作による発熱温度は、先ず、ＩＣ端子１２中のアース端子１２（GND）に伝熱される。次に、貫通電極を含む導電路１５を経て一方の凹部内表面の金属膜１４に伝熱される。最後に、励振電極８（ａｂ）に覆って水晶片２と対面した金属膜１４から水晶片２に伝熱される。

この場合、アース端子１２（GND）と金属膜１４とを接続する導電路１５は、容器本体１としてのセラミックに比較して熱伝導率が格段に高い。このことから、ＩＣチップ３の熱は金属膜１４にリアルタイムに伝熱して、水晶片２に放熱される。したがって、水晶振動子（水晶片２）の動作温度はＩＣチップ３の発熱温度に接近し、ＩＣチップ３の温度センサは発熱温度に接近した水晶振動子の動作温度を検出する。これらから、温度補償発振器の温度補償機構による温度補償動作を良好にする。

（第２実施形態）
第２図は本実施例の第２実施形態を説明する温度補償発振器の断面図である。なお、前実施形態と同一部分の説明は省略又は簡略する。

第２実施形態では、水晶片２の収容される容器本体１の一方の凹部底面に金属膜１４を形成し、ＩＣチップ３のアース端子１２（GND）に電気的に接続する基本構成は同一とする。そして、この実施形態では、容器本体１の中央台座の積層面に設けたシールド電極１３のうちの金属膜１４と対向する領域を除去する。そして、引出電極の延出した水晶片２の下面となるシールド電極１３と金属膜とを貫通電極によって電気的に接続する。

このような構成であれば、第１実施形態と同様に、ＩＣチップ３の発熱温度と水晶振動子の動作温度とが接近して、温度補償動作を良好にする。そして、容器本体１の中央台座の積層面からシールド電極１３の大半を除去してスペースを確保するので、例えば積層面に形成する配線パターン（導電路）を自在にできる。

（他の事項）
上記実施形態では金属膜１４は容器本体１の一方の凹部底面に設けたが、例えば第３図（断面図）に示したように、一方の凹部底面のみならず内壁面を含む内表面に設けて金属膜１４からの放熱量を多くしてもよい。この場合、内壁膜の金属膜１４は、例えば積層セラミックの最上位層の内壁面を無電極として開口端面の金属膜６は電気的に遮断され、金属カバー１６とは電気的に接続しない。これにより、温度補償発振器の設置される外部環境からの熱の影響を小さくする。

本発明の第１実施形態を説明する温度補償発振器の断面図である。本発明の第２実施形態を説明する温度補償発振器の断面図である。本発明の他の実施形態を説明する温度補償発振器の断面図である。従来例を説明する図で、同図（ａ）は温度補償発振器の断面図、同図（ｂ）水晶片の平面図である。従来例を説明する水晶発振器（水晶振動子）周波数温度特性図である。

符号の説明

１容器本体、２水晶片、３ＩＣチップ、４水晶保持端子、５回路端子、６、１４金属膜、７実装端子、８励振電極、９引出電極、１０導電性接着剤、１１金属リング、１２ＩＣ端子、１３シールド電極、１５導電路、１６金属カバー。

Claims

両主面の一方と他方に凹部を有する積層セラミックからなる容器本体を備え、前記一方の凹部に水晶片を収容して密閉封入し、前記他方の凹部にフリップチップボンディングによるＩＣチップを収容してなる表面実装用温度補償水晶発振器において、前記水晶片を密閉封入した前記一方の凹部の内表面に高熱伝導性の金属膜を前記水晶片の主面に対向して設け、かつ、前記金属膜が、前記容器本体の前記一方の凹部の内底面及びその内壁面にも形成され、前記金属膜を前記ＩＣチップのＩＣ端子の内のアース端子に導電路を介して電気的に接続したことを特徴とする温度補償水晶発振器。
両主面の一方と他方に凹部を有する積層セラミックからなる容器本体を備え、前記一方の凹部に水晶片を収容して密閉封入し、前記他方の凹部にフリップチップボンディングによるＩＣチップを収容してなる表面実装用温度補償水晶発振器において、前記水晶片を密閉封入した前記一方の凹部の内表面に高熱伝導性の金属膜を前記水晶片の主面に対向して設け、前記金属膜が、前記一方と他方の凹部を分離する前記容器本体の中央台座の積層面間に設けられたシールド電極と第１の導電路を介して電気的に接続し、前記シールド電極が、引出電極が延出した前記水晶片の端部を覆って形成されるとともに、前記金属膜を前記ＩＣチップのＩＣ端子の内のアース端子に第２の導電路を介して電気的に接続したことを特徴とする温度補償水晶発振器。