JP2008294585A - 表面実装用の水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＣチップの発熱による周波数温度特性への影響を軽減して生産性を高めた表面実装発振器を提供する。
【解決手段】ＩＣチップ２と水晶片とを収容する凹部を有したセラミックからなる容器本体１を備え、前記ＩＣチップ２における回路機能面の一組の対向辺に設けられた複数のＩＣ端子と、前記容器本体１の内底面の長手方向に沿った両側領域に設けられて前記ＩＣ端子と対面した複数の回路端子５とをバンプを用いて接続してなる表面実装用の水晶発振器において、前記複数の回路端子５のうちの少なくとも一つは前記両側領域の間となる中央領域の前記長手方向に沿って延在した構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は表面実装用の水晶発振器（以下、表面実装発振器とする）を技術分野とし、特にＩＣチップからの放熱効果を高めた表面実装発振器に関する。

（発明の背景）
表面実装発振器は小型・軽量であることから、特に携帯型の電子機器に周波数や時間の基準源として内蔵される。近年では、小型化に伴い、ＩＣチップの発熱による影響が問題視されている。

（従来技術の一例）
第５図は一従来例を説明する図で、同図（ａ）は表面実装発振器の断面図、同図（ｂ）はカバーを除く平面図、同図（ｃ）は水晶片の平面図である。

表面実装発振器は容器本体１にＩＣチップ２と水晶片３を収容し、カバー４を被せて密閉封入される。容器本体１は積層セラミックからなり、内壁段部を有して凹状とする。そして、容器本体１の内底面には長手方向に沿った両側領域に複数の例えば３個ずつの回路端子５を有する。回路端子５は中央の２個を水晶端子として、両側の４個を電源、出力、アース及びスタンバイ端子とする。

そして、中央の２個は黒点で示すビアホールによって二層目の上面に延出して配線路を経て水晶保持端子６に接続する。また、両側の回路端子５は一層目と二層目との積層面を経て外部底面の外部端子７に接続する。ＩＣチップ２は少なくとも発振回路を集積化し、回路機能面の図示しないＩＣ端子を、バンプ８を用いた超音波熱圧着によって凹部の内底面に固着する（所謂フリップチップボンディング）。

水晶片３はＡＴカットとして両主面に励振電極９を有し、引出電極１０の延出した一端部両側が導電性接着剤１１によって容器本体１の内壁段部に固着される。水晶振動子（水晶片３）の周波数温度特性はＡＴカットしたことにより、常温２５℃近傍に変曲点を有する三次曲線とする（第６図）。三次曲線は切断角度に依存して３次、２次及び１次の係数が変化する。

この例では、２５℃近傍以下の温度点に極大値Ｔ1（例えば−５℃）を、２５℃以上の温度点に極小値Ｔ2（同６５℃）を有する切断角度とする。これにより、例えば３次項のみとした直線状の３次曲線に比較し、常温２５℃近傍の発振周波数を公称周波数とすることによって、温度が常温２５℃近傍から低温側及び高温側に変化しても周波数変化を小さくできる。

通常では、極大値Ｔ1から極小値Ｔ2までの傾斜特性（勾配）を緩やかにして、極大値Ｔ1以下及び極小値Ｔ2以上の傾斜特性を急峻にする。これにより、例えば−１０℃から７０℃までの範囲をα（１０）ppm以内とした温度規格を満足する。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が支配的になって基本的にはほぼ同一特性となる。なお、カバー４はシーム溶接やガラス封止等によって容器本体１の開口端面に接合される。
特開２００７−６７９６７号公報

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の表面実装発振器では、ＩＣチップ２の発熱温度によって、容器本体１内の温度も上昇する。このため、水晶発振器の常温２５℃近傍での発振周波数も変化し、公称周波数からのズレを生じる。このことから、従来では、発振器の組み立て後の公称周波数からのズレを見込んで、例えば水晶片３の切断角度を代えて対応する必要があった。

しかし、表面実装発振器の小型化が進行するほど、例えば平面外形が5.0×3.2ｍｍ、高さが1.2ｍｍ以下になって内積が小さくなるほど、ＩＣチップ２の発熱の影響が大きくなる。この場合、常温２５℃での周波数変化よりも、高温側及び低温側の周波数変化の方が大きくなる。すなわち、前述のように常温時付近での温度に対する傾斜特性よりも、高温側及び低温側での傾斜特性が急峻なため、温度変化に対する周波数変化も大きくなる。

そして、特に８０℃付近以上となる高温側の周波数温度特性は、基準周波数（公称周波数）からの＋方向の周波数偏差Δｆ／ｆも大きくなって、周波数温度特性の上限規格から離れる方向なので問題となる。一方、−２０℃付近以下となる低温側は基準周波数に接近する方向なので、格別に問題にはならない。

これらのことから、常温のみならず特に高温側での周波数偏差を規格内にしなければならないので、水晶片３の切断角度を単に代えるのみでは、充分に対応できずに生産性を低下させる問題があった。なお、フリップチップボンディングによる固着なので、回路機能面とは反対面を固着してワイヤーボンディングによって電極を導出する場合に比較して放熱効果が小さいことに起因する。

（発明の目的）
本発明は、ＩＣチップの発熱による周波数温度特性への影響を軽減して生産性を高めた表面実装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、ＩＣチップと水晶片とを収容する凹部を有したセラミックからなる容器本体を備え、前記ＩＣチップにおける回路機能面の一組の対向辺に設けられた複数のＩＣ端子と、前記容器本体の内底面の長手方向に沿った両側領域に設けられて前記ＩＣ端子と対面した複数の回路端子とをバンプを用いて接続してなる表面実装用の水晶発振器において、前記複数の回路端子のうちの少なくとも一つは前記両側領域の間となる中央領域の前記長手方向に沿って延在した構成とする。

このような構成であれば、回路端子の一つは容器本体（セラミック）の内底面の中央領域に延在するので、容器本体との接触面積を大きくする。したがって、容器本体を経ての外部への放熱効果を高められる。したがって、ＩＣチップの発熱の影響を軽減して、周波数温度特性を本来の周波数温度特性とする。特に、高温側での周波数変化を抑止して周波数偏差を規格内に満足する。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記回路端子の少なくとも一つは前記容器本体の内底面に配置された前記複数の回路端子の配列方向の最外側とし、前記配列方向に沿って前記ＩＣチップの外周から突出する。これにより、容器本体の内底面との接触面積をさらに大きくして放熱効果を高められる。

同請求項３では、請求項１において、前記回路端子の少なくとも一つは前記複数の回路端子の配列方向の最外側とし、前記配列方向に沿って前記ＩＣチップの外周から突出するとともに前記容器本体の内底面にＨ状に延在し、前記最外側の回路端子を除く複数の回路端子は前記Ｈ状の凹部内に位置する。これにより、容器本体の内底面との接触面積をまたさらに大きくして放熱効果を高められる。

同請求項４では、請求項１又は２において、前記最外側の回路端子は前記容器本体の外底面に設けられたアース端子としての外部端子と接続する。これにより、面積を大きくしたことによる電気的影響を少なくできる。

同請求項５では、請求項１において、前記容器本体は内壁段部を有し、前記水晶片は引出電極の延出した一端部両側が前記内壁段部に固着される。これにより、ＩＣチップと水晶片とが同一空間内に収容された水晶発振器の周波数温度特性を良好に維持する。

（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図で、表面実装発振器のカバーを除く平面図である。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。

表面実装発振器は前述したように、凹状とした容器本体１の内底面に設けた回路端子５にＩＣチップ２のＩＣ端子をバンプ８を用いた超音波熱圧着を含むフリップチップボンディングによって固着し、励振電極９から引出電極１０の延出した水晶片３の一端部両側を内壁段部に固着してなる。内底面の回路端子は、ここでも、長手方向に沿って両側領域に形成され、中央の２個を水晶端子として、両側を電源、出力、アース及びスタンバイ端子とする。

そして、この実施形態では、回路端子５のうちの配列方向の一端側の最外側に位置するアース用の回路端子５ＡはＨ状として延在する。すなわち、アース用の回路端子５Ａは配列方向に沿ってＩＣチップ２の外周から突出し、対向辺の対面する回路端子５の外側に延出する。

そして、回路端子５の位置する両側領域の中間となる中央領域に延在して横断する。さらに、他端側の最外側に位置する回路端子５の外側に延出する。要するに、容器本体１の内底面に延在したＨ状の両側の凹部に他の回路端子５が位置するパターンとする。

このような構成であれば、ＩＣチップ２のアース用のＩＣ端子がバンプ８によって回路端子５Ａに接続すると、ＩＣチップ２の熱がＨ状とした回路端子５Ａに伝熱する。そして、Ｈ状の回路端子５が設けられた内底面を経て外部に放熱される。これにより、従来の回路端子５の場合より、放熱面積を大きくするので、放熱効果を高められる。したがって、水晶振動子の周波数温度特性を良好にする。

ここでは、アース用の回路端子５をＨ状とするので、電気的影響を少なくして、例えばシールド層としても機能する。

（第２〜第４実施形態）
第２図乃至第４図は本発明の第２〜第４実施形態を説明する表面実装発振器のカバーを除く平面図である。なお、前実施形態と同一部分の説明は省略する。

第２実施形態（第２図）では、アース用の回路端子５ＡはＬ状として中央領域に延在する。そして、アース用の回路端子５Ａを除く最外側の３つの回路端子が配列方向に沿ってＩＣチップ２の外周に突出する。第３実施形態（第３図）では、アース用の回路端子５Ａと斜対向する回路端子５をＬ字状として中央領域に延在させる。

これらの場合であっても、アース用を含む回路端子５の内底面に対する接触面積を大きくするので、放熱効果を高める。そして、各４つの回路端子５の面積を大きくして放熱するので熱分布を均一化し、放熱し易くする。

第４実施形態では中央２個の水晶端子用の回路端子５Ｂを中央領域に延在させる。この場合でも同様に放熱効果を高める。そして、配線路を通して水晶片３に伝熱する熱量が中央に延在したパターンに分配されるので、水晶片３の温度上昇勾配を緩やかにする。

（他の事項）
上記実施形態ではＩＣチップ２と水晶片３とを同一空間内に収容したが、例えば容器本体を両主面に凹部を有したＨ状とし、一方の凹部に水晶片３を、他方の凹部にＩＣチップ２を収容した場合でも同様に適用できる。さらに、表面実装振動子の底面にＩＣチップを収容した凹状の実装基板を接合した場合でも適用できる。

また、表面実装発振器を温度補償型とした場合は、ＩＣチップ内に設けられた温度検出素子と水晶振動子の動作温度とが異なり、温度補償機構部からの温度補償電圧は実際に補償すべき温度補償電圧からズレを生じる。したがって、この場合でも、本発明は適用できる。

本発明の第１実施形態を説明する表面実装発振器のカバーを除く平面図である。 本発明の第２実施形態を説明する表面実装発振器のカバーを除く平面図である。 本発明の第３実施形態を説明する表面実装発振器のカバーを除く平面図である。 本発明の第４実施形態を説明する表面実装発振器のカバーを除く平面図である。 従来例を説明する図で、同図（ａ）は表面実装発振器の断面図、同図（ｂ）はカバーを除く平面図、同図（ｃ）は水晶片の平面図である。 従来例の問題点を説明する水晶振動子（水晶発振器）の周波数温度特性図である。

符号の説明

１ 容器本体、２ ＩＣチップ、３ 水晶片、４ カバー、５ 回路端子、６ 水晶保持端子、７ 外部端子、８ バンプ、９ 励振電極、１０ 引出電極、１１ 導電性接着剤。

Claims (5)

1. ＩＣチップと水晶片とを収容する凹部を有したセラミックからなる容器本体を備え、前記ＩＣチップにおける回路機能面の一組の対向辺に設けられた複数のＩＣ端子と、前記容器本体の内底面の長手方向に沿った両側領域に設けられて前記ＩＣ端子と対面した複数の回路端子とをバンプを用いて接続してなる表面実装用の水晶発振器において、前記複数の回路端子のうちの少なくとも一つは前記両側領域の間となる中央領域の前記長手方向に沿って延在したことを特徴とする表面実装用の水晶発振器。
2. 請求項１において、前記回路端子の少なくとも一つは前記容器本体の内底面に配置された前記複数の回路端子の配列方向の最外側とし、前記配列方向に沿って前記ＩＣチップの外周から突出した表面実装用の水晶発振器。
3. 請求項１において、前記回路端子の少なくとも一つは前記複数の回路端子の配列方向の最外側とし、前記配列方向に沿って前記ＩＣチップの外周から突出するとともに前記容器本体の内底面にＨ状に延在し、前記最外側の回路端子を除く複数の回路端子は前記Ｈ状の凹部内に位置した表面実装用の水晶発振器。
4. 請求項１又は２において、前記最外側の回路端子は前記容器本体の外底面に設けられたアース端子としての外部端子と接続した表面実装用の水晶発振器。
5. 請求項１において、前記容器本体は内壁段部を有し、前記水晶片は引出電極の延出した一端部両側が前記内壁段部に固着された表面実装用の水晶発振器。

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