JP2000315918A - 水晶発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リフローハンダが他種類の接合箇所に流れな
いようにする。 【解決手段】 水晶発振器を構成する、セラミック基板
製の（発振回路部の）容器本体７の底面に形成されたプ
リントパターンの内、ＩＣチップ接続用のランド１１ａ
とコンデンサ接続用のランド１１ｂが１本のパターンの
両端に位置するときは、パターンを中間で切断し、
（ｃ）の断面図に示すように、内層のプリントパターン
１２、および、スルーホールまたはスルーワイヤ１２ｓ
を介して連絡して、リフローハンダが、不必要な他端の
ランドに流れるのを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水晶振動子とその
発振回路を一体とした水晶発振器にかかわり、特に振動
子と発振回路を容器内に収納した水晶発振器に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】最近の携帯電話等の電子機器に内蔵する
ために、水晶振動子は水晶振動子のみの単品から発振回
路等の電気回路を含んだ水晶発振器となり、その形状も
非常に小型化されている。このような水晶発振器は、水
晶振動子が収容された容器と発振回路部が組み込まれた
容器が、結合されて１体の容器とされ、フラットパッケ
ージ型の外部電極を持つ単体部品の水晶発振器として市
場に供給されている。

【０００３】図５はその１例を示すもので、図５（ａ）
は水晶発振器の内部構造の概略を、図５（ｂ）に水晶発
振器の組み込まれるプリント基板のパターンに接続する
外部電極の形状を模式的に表している。このような水晶
発振器の概略の大きさとしては、Ｌ＝５、Ｂ＝３．２ｍ
ｍ程度の長方形で厚さＤが約１．５ｍｍの大きさのもの
が知られている。そして、その形状は浅い箱形に形成さ
れた２つのセラミック基板製の容器本体６４、６７が上
下２段に接合される。上部の容器本体６４（以下、上段
容器６４という）には、薄い金属（コバール等）製の蓋
６をシーム溶接、ろう付け、又は、接着等で接合し、下
部の容器本体６７は、上段容器本体６４の底部と接合す
ることにより、内部を例えば気密状態に保つことができ
るようになされている。

【０００４】上段容器６４の内部に、薄い長方形の水晶
振動子５が収容され、下部のセラミック基板製の容器本
体６７の内部に、発振回路を構成するＩＣチップ８やコ
ンデンサ９等の電子部品が収容される。上部の水晶振動
子６を内部に封止した部分を水晶振動部６２、下部の電
子回路を封止した部分を発振回路部６３とする。下側の
容器本体６７の底面外側に、完成した水晶発振器６１を
プリント基板に表面実装するための外部電極１３が複数
個設けられ、内部の電子部品によって形成された発振回
路の所要の端子とセラミック基板のパターンや、スルー
ホールまたはスルーワイヤ等を介して接続されている
が、その詳細な説明は後述する。なお、前記外部電極１
３の他に、水晶発振器を製造する際に使用する発振周波
数調整用の電極１４が形成されることもある。

【０００５】このように、水晶発振器６１内の発振回路
部６３を構成する回路部品は、通常、１個のＩＣチップ
に集積され、外部接続される大型の通常１〜３個のコン
デンサや、他の電子部品がＩＣチップ８の外部に接続さ
れるに過ぎない。なお、ＩＣチップ８には、周波数調整
回路、温度補償回路等が内蔵されている。

【０００６】発振回路部６３の詳細構造を図６を参照し
て説明する。図６（ａ）は、発振回路６３を構成する電
子部品を、容器６７に形成されたプリントパターンに表
面実装により取り付けた状態、図６（ｂ）は、電子部品
取り付け前のプリントパターンを示し、いずれも、発振
回路部の内部構成を示すために、水晶振動部６２を取り
去った状態で描いている。図６（ｃ）は水晶発振器６１
のＡＡ線による断面を示している。

【０００７】これらの図において８はたとえば接続端子
として金製等のバンプ（突起電極）が形成されたＩＣチ
ップであり、９は両端に外部電極を持った表面実装用の
角型コンデンサである。これらは、プリントパターンの
所定の位置に所定の方法で接続されている。すなわち、
図６（ｂ）のプリントパターン５１、５１ａ、５１ｂ、
５１Ｘの中で、角型をしたランド５１ｂ、５１ｂ、５１
ｂ、５１ｂにコンデンサ９の両端に形成された外部電極
が接続される。図６（ｂ）の、一点鎖線の四角形はＩＣ
チップ８の外形を表し、この四角形内部のプリントパタ
ーンの端部に形成されたランド５１ａ、５１ａ、５１ａ
・・・は、実装されるＩＣチップのリード電極に形成さ
れたバンプが接続される。ちなみに、プリントパターン
５１Ｘはランド５１ａとランド５１ｂの接続パターンを
示す。

【０００８】図６（ｃ）に示すように、上下の容器６
４、６７の内側の基板部分は水晶振動子や他の電子部品
を取り付けるためにプリントパターン５１、５１・・・
が形成され、基板の内側にも内層パターン５２、５２が
形成されている。また、容器６４、６７が衝合している
外周の凸部（フランジ部）にも導電性のパターン１０が
形成される。下側の容器６７の底面外側に、プリント基
板に表面実装するための外部電極１３が複数個設けら
れ、内蔵する各電子部品の所要の端子との接続は、パタ
ーン５１、内層のパターン５２や、スルーホールまたは
スルーワイヤ５２ｓ等を介して行われる。

【０００９】表面実装用の電子部品の外部電極を、プリ
ント基板のプリントパターンに形成されたランドに接合
するには、一般的にはリフローハンダ付けによって行わ
れているが、金製のバンプ（突起）と導電性接着剤を利
用したフリップチップ方式が使用されることもある。

【００１０】しかし、いずれか１種類の接合方法を採用
した場合、次のような問題点があることが、振動試験や
温度試験、あるいは、各種の促進試験によって確かめら
れた。たとえば、全ての電子部品の実装をリフローハン
ダ付けによって行うようにすると、ＩＣチップの経年変
化による特性変化が大きくなる。これはリフローハンダ
処理を行うために、ペーストの塗布とクリームハンダの
供給、加熱等が必要になるが、その後の洗浄が不完全と
なっているときは、残滓した不純物によって発振回路の
定数が変化するものと考えられる。そこで、全ての電子
部品を導電性接着剤を使用して実装することが考えられ
るが、導電性接着剤はハンダ付けに対して部品の接合部
の電気抵抗が増加する。

【００１１】この接続部に発生する抵抗値は、ＩＣチッ
プのように高入力インピーダンスの素子では、ほとんど
問題とならないが、コンデンサに対しては、その容量に
直列に抵抗が接続された形となり、いわゆる、誘電正接
（ｔａｎδ）の増加となってコンデンサの特性が悪化し
たことになる。また、このコンデンサが発振周波数に関
係する場合は、直接水晶振動子のＱの低下と特性の変化
をもたらすことも考えられる。

【００１２】そこでＩＣチップと基板パターンのランド
との接続は導電性接着剤による導電性熱硬化接続とし、
コンデンサの接続はリフローハンダ付けとすることが考
えられる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、製造工程順
では、初めにコンデンサをリフローハンダで接合し、次
に導電性接着剤でＩＣチップを接合すると、リフローハ
ンダの工程で、ランド５１ｂでコンデンサを付けたハン
ダがパターンの表面を伝わって、ＩＣチップが接続され
るランド５１ａまで流れ込む恐れがある。

【００１４】ハンダが流れたランド５１ａの上に導電性
接着剤でＩＣチップと接合するのは、ＩＣチップの下に
流れ込んだハンダの厚みだけＩＣチップが傾き、導電性
接着剤の信頼性と後工程のエポキシ系の接着剤で封止す
る際の機械的強度が低下する。すなわち、リフローハン
ダが余分に流れると導電性接着剤によるＩＣチップの接
合工程以降に重大な欠陥の生ずる恐れがあるという問題
がある。

【００１５】

【問題を解決するための手段】本発明は上記の問題点を
解決するためになされたもので、水晶振動子を封止した
水晶振動部と、発振回路を封止した発振回路部を備えた
水晶発振器において、前記発振回路を形成する第１の配
線基板上に少なくともコンデンサとＩＣ回路を搭載する
と共に、前記コンデンサ接続用のランドと、ＩＣ回路接
続用のランドをスルーホールを介して第２の配線基板に
より接続することを特徴とする水晶発振器を提供する。
なお、本発明による水晶発振器は、上記コンデンサはリ
フローハンダ、上記ＩＣ回路は導電性熱硬化接続によっ
て実装されるものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１〜図３
を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の水晶発振器
の１例の外観の斜視図であり、図１（ｂ）は蓋６、（水
晶振動部の）容器本体４（以下、第１の容器４とい
う）、（発振回路部の）容器本体７（以下、第２の容器
７という）の接合を離して、内部の部品配置を示した斜
視図である。

【００１７】図１（ａ）に示した水晶発振器は、外形形
状や寸法は図５で説明した水晶発振器とほぼ、同等のも
のである。すなわち、その大きさは約５×３．２×１．
５ｍｍの大きさであり、図示していないが底面に表面実
装用の外部電極１３や調整用電極１４を備えていること
も同様であり、以降同一部品は図５〜図６と同一の符号
を付して煩雑さを避ける。

【００１８】水晶振動部２は、浅い箱形のセラミック基
板で作られた第１の容器４の内側に、水晶振動子５を収
容し、たとえば、コバール等の金属製の蓋６でその内部
が真空状態、あるいは窒素等の不活性ガスが充填された
状態で気密封止ができるようにしている。水晶振動子５
は長方形の薄い板状で、両面に蒸着等で金属電極５ａが
形成され、容器本体４の内側に形成された電極引き出し
部５ｂと前記水晶振動子５の金属電極５ａが導電性接着
剤で接続される。電極引き出し部５ｂからは、スルーホ
ールや容器本体４の内層に形成されたプリントパターン
等を経由して、第２の容器７の上縁に形成された接続電
極１０を介して発振回路部３に接続される。

【００１９】発振回路部３の第２の容器７も前述の第１
の容器４とほぼ同様にセラミック基板から形成され、発
振回路を構成する電子部品を収容している。これらセラ
ミック基板はグリーンシート積層法で作られることが多
く、アルミナを基板材料にし、導体材料としてモリブデ
ン、タングステン等が使用され、焼成によりプリントパ
ターンを形成したものである。

【００２０】図２は発振回路部の詳細を示し、図２
（ａ）は水晶発振部２を取り去った状態で、発振回路部
を構成する電子部品の上から見た配置を描き、図２
（ｂ）は電子部品を取り去って第２の容器７の底面に形
成された、第１の配線基板上のプリントパターンを示し
ている。図２（ｃ）はＡＡ線に沿った断面を示し、ＩＣ
チップ８とコンデンサ９がスルーホール１２ｃと、内層
に形成された第２の配線基板上のパターン１２を介して
電気的に接続された状況を示している。図２（ａ）に示
すように、発振回路部３の第２の容器７の底面内側に作
られた第１のプリントパターン上に、ＩＣチップ８とコ
ンデンサ９が表面実装され、収容されている。

【００２１】図２（ｂ）の第１のプリントパターンの正
面図とＡＡ線に沿った断面を示した図２（ｃ）から、コ
ンデンサ用のランド１１ｂＸはスルーホールまたはスル
ーワイヤ１２ｃを介して、第２の容器７の内層に形成さ
れた第２の配線基板上のパターン１２に接続している。
そして、このパターン１２からスルーワイヤ１２ｃを介
してランド１１ｃに接続し、更に、パターン１１の他端
に形成されたＩＣチップ用のランド１１ａに至る。この
ように、第２の容器７の内層に形成された第２の配線基
板上のパターン１２を経由することで、コンデンサ用の
ランド１１ｂとＩＣチップ用のランド１１ａを接続して
いるが、第１の配線基板上ではコンデンサ用のランド１
１ｂＸとＩＣチップ用のランド１１ａは切り離されてい
る。

【００２２】同じように、図２（ｂ）に示したコンデン
サ用のランド１１ｂＹについても上記した１１ｂＸと同
じように、第２の配線基板上のパターンを経由してＩＣ
チップ用のランド１１ａに接続されるので、コンデンサ
用のランド１１ｂに付着した余分のリフローハンダがＩ
Ｃチップの内部に流れて、チップの傾きの原因となった
り、ＩＣチップ用のランド１１ａまでハンダで汚れる恐
れは完全に防止できる。この第２の容器７の内層に形成
された第２の配線基板には、元来、水晶振動子５や外部
電極１３、調整電極１４の接続用に使用できるものであ
り、新たにＩＣチップとコンデンサのランドを接続する
パターンを追加しても、ほとんどコストアップとなるこ
とはない。

【００２３】図３は水晶振動部２と発振回路部３からな
る水晶発振器１を構成する電子回路を模式的に示したも
ので、先に述べたように、発振回路部はＩＣチップと２
〜３個のコンデンサ等の部品で構成される。

【００２４】表面実装用の電子部品の外部電極を、プリ
ント基板のプリントパターンに形成されたランドに接合
する方法は種々知られているが、その１例として図４に
よって、水晶発振器に使用される電気部品の表面実装の
具体例を説明する。図４（ａ）は、ＩＣチップ８の外部
電極１５に金製のバンプ（突起）１６を、たとえば超音
波等により接合したもので、バンプそのものは、たとえ
ば、細い金線を電流や炎で瞬間的に溶融して形成する。
一般にワイヤボンディング用の金線を使えば３０〜１２
０μｍの径のバンプを得ることは容易である。ＩＣチッ
プ８は、この金バンプ１６を包むように配置された、導
電性接着剤１９を介して、プリント配線基板１７の表面
に形成された、配線パターンの１部であるランド１８に
接続される。導電性接着剤１９は所定の加熱をした上
で、いわゆる、導電性熱硬化接続により配線パターンに
固定されるその後、ＩＣチップ８の底面と対向する基板
１７の表面との間に、封止剤２０としてエポキシ樹脂等
を注入して、機械的強度と湿気等の環境悪化を防止す
る。封止剤２０は凝固するとき僅かに体積が減少し、導
電性接着剤１９に圧力を加え、電気的接続が確実になる
効果もある。

【００２５】図４（ｂ）は、ＩＣチップ８の外部電極１
５に、直径約３０μｍ位の金線を切断したままのバンプ
２１を超音波接合等で接合し、プリント配線基板１７の
表面の金めっきされたランド２２とバンプ２１も超音波
接着により接合する。この場合も封止を兼ねた接着剤２
３を、ＩＣチップ８の底面と対向する基板１７の表面と
の間に注入するのが望ましい。

【００２６】図４（ｃ）は、表面実装用のコンデンサ９
を、リフローハンダ付けした場合を示したものである。
基板１７の表面に形成されたランド１１ｂとコンデンサ
９の両端の電極の接合部にいろいろな形態を持ったソル
ダ（ハンダ）を必要量供給した後に、各種の熱源により
加熱してハンダ付けしようとする両者を金属的接合状態
にする。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の水晶発振
器は、発振回路部のプリントパターンをスルーホールに
よって２個所に分離することにより、ＩＣチップは導電
性接着剤により基板のランドに接合し、コンデンサはリ
フローハンダ付けによりランドに接合したときでも、リ
フローハンダがＩＣチップのランド側に流入して、ＩＣ
チップの実装を不十分にするという問題を解消すること
ができ、このために、水晶発振器全体の長寿命と高信頼
性を得ることができる。

【００２８】また、この容器７の内層に形成された第２
の配線基板は、元来、水晶振動子５や外部電極１３、調
整電極１４の接続用に使用していたもので、新たにＩＣ
チップとコンデンサのランド分離のパターンを追加して
も、コストアップは僅少という経済性も無視できない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の容器構造を採用した水晶発振器の斜視
図である。

【図２】本発明の発振回路部のプリントパターンを示す
説明図である。

【図３】水晶発振器の回路構成を示す模式図である。

【図４】ＩＣチップとコンデンサのプリント基板実装方
式を示す模式図である。

【図５】水晶発振器の外形形状を示す概略図である。

【図６】従来例の発振回路部のプリントパターンを示す
説明図である。

【符号の説明】

１ 水晶発振器、２ 水晶発振部、３ 発振回路部、４
（水晶振動部の）容器本体、５ 水晶振動子、６
蓋、７ （発振回路部の）容器本体、８ ＩＣチップ、
９ コンデンサ、１０ 接続電極、１１ （プリント）
パターン、１１ａ （ＩＣチップ用の）ランドａ、１１
ｂ （コンデンサ用の）ランドｂ、１１ｃ （スルーホ
ール用）ランドｃ、１２ （内層の）プリントパター
ン、１２ｃ （スルーホール用）ランドｃ、１２ｓ ス
ルーホール、１３ 外部電極、１６ バンプ、１９ 導
電性接着剤、２０ 封止剤、２１（ワイヤ製の）バン
プ、

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J079 AA04 BA43 HA07 HA09 HA16 HA28 HA29 5J108 BB02 CC04 EE03 EE18 GG03 KK04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水晶振動子を封止した水晶振動部と、 発振回路を封止した発振回路部を備えた水晶発振器にお
   いて、 前記発振回路を形成する第１の配線基板上に少なくとも
   コンデンサとＩＣ回路を搭載すると共に、前記コンデン
   サ接続用のランドと、ＩＣ回路接続用のランドをスルー
   ホールを介して第２の配線基板により接続することを特
   徴とする水晶発振器。
2. 【請求項２】 前記第２の配線基板は前記発振回路の容
   器の底面上に形成されていることを特徴とする請求項１
   に記載の水晶発振器。
3. 【請求項３】 上記コンデンサはリフローハンダ、上記
   ＩＣ回路は導電性熱硬化接続によって実装されることを
   特徴とする請求項１に記載の水晶発振器。