(57)【要約】      （修正有）【課題】水晶片の温度変化が起こりにくく、ファン等の風が当たる場合でも発振周波数の揺らぎの発生を抑えて周波数短期安定度を良好にする表面実装型の水晶発振器を提供する。【解決手段】少なくとも水晶片４を収容して外底面に実装端子１０が形成された凹部を有する容器本体２と、容器本体２の開口端面に接合されて水晶片４を密閉封入する金属蓋７とからなる表面実装用の水晶デバイスにおいて、表面実装用の水晶デバイスの外表面となる金属蓋７の一主面が断熱材１８で覆われた構成とする事により、実装基板に実装された表面実装用の水晶デバイスにファン等の風が当たる場合でも、発振周波数の揺らぎの発生を抑えて周波数短期安定度を良好にすることができる。【選択図】図１
2010220152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも水晶片を収容して外底面に実装端子が形成された凹部を有する容器本体と、前記容器本体の開口端面に接合されて前記水晶片を密閉封入する金属蓋とからなる表面実装用の水晶デバイスにおいて、前記表面実装用の水晶デバイスの外表面となる前記金属蓋の一主面が断熱材で覆われたことを特徴とする表面実装用の水晶デバイス。
【請求項２】
請求項１において、前記容器本体の外側面が断熱材で覆われた表面実装用の水晶デバイス。
【請求項３】
請求項２において、前記容器本体の前記実装端子を除く外底面が断熱材で覆われた表面実装用の水晶デバイス。
【請求項４】
請求項１〜請求項３において、前記断熱材は樹脂である表面実装用の水晶デバイス。
【請求項５】
請求項１〜請求項３において、前記断熱材は耐熱テープである表面実装用の水晶デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面実装用の水晶デバイスを技術分野とし、特に外熱の影響による発振周波数の揺らぎを回避する表面実装用の水晶デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
表面実装用の水晶デバイス例えば表面実装用の水晶発振器（以下、表面実装発振器とする）は周波数制御素子として周知され小型・軽量であることから、特に携帯電話に代表される携帯型の電子機器に周波数及び時間の基準源として広く用いられている。そして、近年では電子機器の小型化に伴い、表面実装発振器に対する小型化の要求が一層強まっている。このようなものの一つに、容器本体に水晶片及びＩＣチップを収容して、金属蓋で密閉封入した表面実装発振器がある。
【０００３】
（従来技術の一例）
第６図は一従来例を説明する表面実装発振器の断面図である。第６図に示す表面実装発振器１（特許文献１の「従来技術の一例」参照）は、容器本体２にＩＣチップ３と水晶片４とを収容し、容器本体２の開口端面となる枠壁５上面に設けられた金属リング６に金属蓋７を接合してなる。容器本体２は凹部及び段部を有して、セラミックの枠壁５及び底壁８からなる。また、枠壁５は第１枠壁５ａ及び第２枠壁５ｂからなる。そして、底壁８及び第１枠壁５ａ、第２枠壁５ｂを積層・焼成して容器本体２が形成される。
【０００４】
ＩＣチップ３は発振回路を構成する増幅器等の各素子を集積し、図示しない各ＩＣ端子を回路機能面としての一主面に有する。そして、容器本体２の凹部底面に、ＩＣチップ３の一主面側が例えばバンプ９を用いた超音波熱圧着によって固着される（所謂フリップチップボンディング）。ＩＣチップ３の各ＩＣ端子（例えば電源、グランド、出力、ＡＦＣ端子）は容器本体２の外底面の４隅に形成された実装端子１０に電気的に接続する。
【０００５】
水晶片４は、第７図に示すように、両主面の励振電極１１から例えば一端部両側に引出電極１２を延出する。そして、引出電極１２を延出した一端部両側を導電性接着剤１３によって段部に固着し、水晶保持端子１４に電気的・機械的に接続する。水晶保持端子１４はＩＣチップ３の図示しない水晶端子に電気的に接続する。
【０００６】
金属蓋７はシーム溶接やビーム溶接等によって、容器本体２の開口端面に設けられた金属リング６に接合される。なお、金属蓋７は、実装端子１０の１つであるアース端子にビアホール（図示せず）等を経て電気的に接続する。そして、これらによる表面実装発振器１は、例えば携帯機器の実装基板に高熱炉を搬送しての半田等によって表面実装される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２８８２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
（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１では、第８図に示すように実装基板１５に実装したときに、他の電子部品１６の発熱及びファン１７の送風の影響を受けて発振周波数の揺らぎが発生するという問題があった。なお、ファン１７は電子部品１６の発熱によって携帯機器の内部温度が上昇することを防止する。
【０００９】
具体的には、表面実装発振器１は例えば能動素子とした発熱する電子部品１６と近接して実装基板１５に実装される。このとき、実装基板１５に形成された図示しないグランドパターンを含む導電路等を経由して電子部品１６の熱が表面実装発振器１に伝わり、特に表面実装発振器１が底面から熱せされる。
【００１０】
一方で、携帯機器内の熱を空冷するファン１７からの送風によって、金属蓋７から表面実装発振器１が冷却される。このことから、以下の原因（推察）によって、表面実装発振器１の発振周波数に揺らぎが生じ、例えば１００ｍｓｅｃオーダでの周波数短期安定度を悪化させるという現象が確認された。
【００１１】
すなわち、表面実装発振器１は、電子部品１６の熱で底面から熱せされ、同時にファン１７の送風（空冷）で金属蓋７から冷却される。しかし、ファン１７からの送風による空冷熱は、導電路等を経ての実装基板１５から加えられる熱と比較して安定しない。したがって、表面実装発振器１の内部温度は均一にならずに揺らぎが生じる。このことから、水晶振動子（水晶片４）の周波数温度特性等に基づき、発振周波数に揺らぎが生じると推察される。なお、ファン１７がない場合、即ち、表面実装発振器１に風が当たらない場合は、発振周波数の揺らぎは殆ど無視できる。
【００１２】
特に近年の表面実装発振器１の小型化によって、表面実装発振器１の熱容量が小さくなっている。したがって、ファン１７による送風によって水晶片４が敏感に温度変化することになり、発振周波数に揺らぎが発生しやすい。例えば平面外形が２．５ｍｍ×２．０ｍｍ以下の表面実装発振器１においてこの問題が顕著である。これらは温度補償型とした場合でも同様の問題を生じる。
【００１３】
（発明の目的）
本発明は、水晶片の温度変化が起こりにくく、ファン等の風が当たる場合でも発振周波数の揺らぎの発生を抑えて周波数短期安定度を良好にする表面実装発振器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、少なくとも水晶片を収容して外底面に実装端子が形成された凹部を有する容器本体と、前記容器本体の開口端面に接合されて前記水晶片を密閉封入する金属蓋とからなる表面実装用の水晶デバイスにおいて、前記表面実装用の水晶デバイスの外表面となる前記金属蓋の一主面が断熱材で覆われた構成とする。
【発明の効果】
【００１５】
このような構成であれば、実装基板に実装された表面実装用の水晶デバイスにファン等の風が当たる場合でも、発振周波数の揺らぎの発生を抑えて周波数短期安定度を良好にすることができる。なぜなら、ファン等の風は主に水晶デバイスの上部となる金属蓋に当たるが、水晶デバイスの外表面となる金属蓋の一主面は断熱材で覆われている。したがって、水晶デバイス内部の温度が均一になり、水晶片の温度変化が生じにくいからである。
【００１６】
（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記容器本体の外側面が断熱材で覆われた構成とする。また、本発明の請求項３では、請求項２において、前記容器本体の前記実装端子を除く外底面が断熱材で覆われた構成とする。これにより、容器本体の外側面や外底面にファン等の風が当たっても、水晶片の温度変化が生じにくく、発振周波数の揺らぎの発生を一層抑えて周波数短期安定度を良好にすることができる。
【００１７】
本発明の請求項４では、請求項１〜請求項３において、前記断熱材は樹脂である構成とする。また、本発明の請求項５では、請求項１〜請求項３において、前記断熱材は耐熱テープである構成とする。これにより、断熱材を明確にする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態を説明する表面実装発振器の断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態を説明する表面実装発振器の断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態を説明する表面実装発振器の断面図である。
【図４】本発明での送風による周波数偏差の変化を表す図である。
【図５】一従来例での送風による周波数偏差の変化を表す図である。
【図６】一従来例を説明する表面実装発振器の断面図である。
【図７】水晶片の斜視図である。
【図８】実装基板に表面実装発振器や電子部品を実装したときの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態、請求項１、４、５に相当）
第１図は本発明の第１実施形態を説明する表面実装発振器の断面図である。なお、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。
【００２０】
第１図に示す表面実装発振器１は、容器本体２にＩＣチップ３と水晶片４とを収容し、容器本体２の開口端面となる枠壁５上面に設けられた金属リング６に金属蓋７を接合してなる。容器本体２は凹部及び段部を有して、セラミックの枠壁５及び底壁８からなる。また、枠壁５は第１枠壁５ａ及び第２枠壁５ｂからなる。そして、底壁８及び第１枠壁５ａ、第２枠壁５ｂを積層・焼成して容器本体２が形成される。
【００２１】
ＩＣチップ３は容器本体２の凹部底面に例えばバンプ９を用いた超音波熱圧着によって固着される。水晶片４は、引出電極１２を延出した一端部両側を導電性接着剤１３によって水晶保持端子１４に電気的・機械的に接続する。金属蓋７は、母材をコバールとして、シーム溶接やビーム溶接等によって、容器本体２の開口端面に設けられた金属リング６に接合される。
【００２２】
このようなものでは、先ず、セラミックの底壁８及び第１枠壁５ａ、第２枠壁５ｂを形成する。底壁８及び第１枠壁５ａには、タングステン（Ｗ）の印刷によって、それぞれ実装端子１０及び水晶保持端子１４のメタライズ層を形成する。そして、底壁８及び第１枠壁５ａ、第２枠壁５ｂを積層・焼成して容器本体２を形成する。
【００２３】
次に、金属リング６を図示しないロウ材（例えば銀ロウ）を用いて容器本体２の開口端面に接合する。金属リング６は例えば母材をコバールとして、金型等を用いた打ち抜き加工によって形成される。そして、電解メッキ又は無電解メッキによって前記メタライズ層の表面にニッケル（Ｎｉ）膜を設け、さらに、ニッケル膜の表面に金（Ａｕ）膜を設けて、実装端子１０及び水晶保持端子１４を形成する。
【００２４】
ＩＣチップ３は回路機能面である一主面に形成された図示しないＩＣ端子が、バンプ９を用いた超音波熱圧着によって容器本体２の凹部底面に電気的・機械的に固着させる。水晶片４は矩形状のＡＴカット水晶振動板が用いられる。そして、真空蒸着法やスパッタリング法等の薄膜形成手段により、励振電極１１及び引出電極１２を形成する。
【００２５】
その後、水晶片４は導電性接着剤１３によって、容器本体２の段部に形成された水晶保持端子１４に固着する。次に、シーム溶接によって金属蓋７を容器本体２の開口端面に形成された金属リング６に接合する。最後に、断熱材とする樹脂１８を容器本体２の外表面である金属蓋７の一主面に塗布して硬化させる。
【００２６】
このような構成であれば、実装基板に実装された表面実装発振器１にファン１７の風が当たる場合でも、発振周波数の揺らぎの発生を抑えて周波数短期安定度を良好にすることができる。なぜなら、ファン１７の風は主に表面実装発振器１の上部となる金属蓋７に当たるが、表面実装発振器１の外表面となる金属蓋７の一主面は樹脂１８で覆われている。したがって、表面実装発振器１内部の温度が均一になり、水晶片の温度変化が生じにくいからである。
【００２７】
ここで、容器本体２の母材はセラミックとしてアルミナを用いることが多い。そしてアルミナの熱伝導率は常温で約３０（Ｗ／Ｋｍ）である。一方、金属蓋７の母材はコバールであって、熱伝導率は常温で約１７（Ｗ／Ｋｍ）である。したがって、容器本体２より熱伝導率の小さい金属蓋７の一主面のみを樹脂１８で覆っても効果が小さいようにも考えられる。しかし、例えば平面外形が２．５ｍｍ×２．０ｍｍの表面実装発振器１においては、金属蓋７の一主面の面積は約５．０ｍｍ２であり、表面実装発振器１における長辺の一外側面面積は約２．０ｍｍ２である。よって、表面実装発振器１が一方向から風を受ける場合は、外側面よりも金属蓋７の方が多く風を受けることとなる。さらに、例えば第８図に示すファン１７の配置では、風は主に金属蓋７に当たると考えられる。したがって、金属蓋７の一主面のみを樹脂１８で覆った場合であっても、十分な効果を得ることができる。
【００２８】
また、断熱材として樹脂１８ではなく耐熱テープを用いても同じ効果を奏する。次に、断熱材として耐熱テープを用いたときの、送風による発振周波数の揺らぎに関する測定結果について説明する。第４図は、断熱材として耐熱テープを用いた第１実施形態の発振周波数の変化を示したグラフである。また、第５図は前述の従来例（金属蓋７等が断熱材で覆われていない）での発振周波数の変化を示したグラフである。この測定で使用した表面実装発振器１は温度４５度で１６ＭＨｚの発振周波数を出力するものである。そして、第８図に示す環境と実質的に同じ環境を用意し、表面実装発振器１の温度を４５度にした状態で６０秒程度（ｔ１〜ｔ２）ファン１７から送風して、表面実装発振器１の１００ｍｓｅｃオーダでの周波数偏差を測定した。
【００２９】
グラフから明らかなように、第１実施形態（断熱材は耐熱テープ）及び従来例ともに送風によって発振周波数に揺らぎが発生している。しかし、第１実施形態（断熱材は耐熱テープ）の表面実装発振器では発振周波数の揺らぎが約０．０１ｐｐｍである。一方、従来例の表面実装発振器では発振周波数の揺らぎが約０．０３ｐｐｍである。したがって、この例では、第１実施形態（断熱材は耐熱テープ）は従来例と比較して約３分の１に発振周波数の揺らぎを減少させることができた。これにより、発振周波数の短期安定度を良好にする。
【００３０】
（第２実施形態、請求項１、２、４に相当）
第２図は本発明の第２実施形態を説明する表面実装発振器の断面図である。なお、前実施形態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。
【００３１】
第２実施形態の表面実装発振器では、第１実施形態と同様にして表面実装発振器１を形成する。そして、第２実施形態では、容器本体２の外側面に断熱材とする樹脂１８を塗布して硬化させる。これにより、容器本体２の外側面にファン１７の風が当たっても、水晶片４の温度変化が生じにくく、発振周波数の揺らぎの発生を一層抑えて周波数短期安定度を良好にすることができる。
【００３２】
（第３実施形態、請求項１、２、３、４に相当）
第３図は本発明の第３実施形態を説明する表面実装発振器の断面図である。なお、前実施形態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。
【００３３】
第３実施形態の表面実装発振器では、第１実施形態と同様にして表面実装発振器１を形成する。そして、第２実施形態では、容器本体２の外側面及び容器本体２の実装端子１０を除く外底面に断熱材とする樹脂１８を塗布して硬化させる。これにより、容器本体２の外底面にファン１７の風が当たっても、水晶片４の温度変化が生じにくく、発振周波数の揺らぎの発生を一層抑えて周波数短期安定度を良好にすることができる。
【００３４】
（他の事項）
請求項５に示すように、第２、第３実施形態においても、第１実施形態と同様に断熱材として樹脂１８の代わりに耐熱テープを用いてもよい。また、上記各実施形態では水晶デバイスとして表面実装発振器を例に示したが、温度補償回路を有するＩＣチップ３を収容した温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）の場合でも同様の効果を奏する。さらに、水晶デバイスとして表面実装用の水晶振動子を用いた場合でも同様である。
【符号の説明】
【００３５】
１  表面実装発振器、２  容器本体、３  ＩＣチップ、４  水晶片、５  枠壁、６  金属リング、７  金属蓋、８  底壁、９  バンプ、１０  実装端子、１１  励振電極、１２  引出電極、１３  導電性接着剤、１４  水晶保持端子、１５  実装基板、１６  電子部品、１７  ファン、１８  樹脂。
【図４】
2010220152.tif 000003
【図５】
2010220152.tif 000004
【図６】
2010220152.tif 000005
【図７】
2010220152.tif 000006
【図８】
2010220152.tif 000007
【図１】
2010220152.tif 000008
【図２】
2010220152.tif 000009
【図３】
2010220152.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月19日(2009.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
ここで、容器本体２の母材はセラミックとしてアルミナを用いることが多い。そしてアルミナの熱伝導率は常温で約３０（Ｗ／Ｋｍ）である。一方、金属蓋７の母材はコバールであって、熱伝導率は常温で約１７（Ｗ／Ｋｍ）である。したがって、容器本体２より熱伝導率の小さい金属蓋７の一主面のみを樹脂１８で覆っても効果が小さいようにも考えられる。しかし、例えば平面外形が２．５ｍｍ×２．０ｍｍの表面実装発振器１においては、金属蓋７の一主面の面積は約５．０ｍｍ2であり、表面実装発振器１における長辺の一外側面面積は約２．０ｍｍ2である。よって、表面実装発振器１が一方向から風を受ける場合は、外側面よりも金属蓋７の方が多く風を受けることとなる。さらに、例えば第８図に示すファン１７の配置では、風は主に金属蓋７に当たると考えられる。したがって、金属蓋７の一主面のみを樹脂１８で覆った場合であっても、十分な効果を得ることができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
また、断熱材として樹脂１８ではなく耐熱テープを用いても同じ効果を奏する。次に、断熱材として耐熱テープを用いたときの、送風による発振周波数の揺らぎに関する測定結果について説明する。第４図は、断熱材として耐熱テープを用いた第１実施形態の発振周波数の変化を示したグラフである。また、第５図は前述の従来例（金属蓋７等が断熱材で覆われていない）での発振周波数の変化を示したグラフである。この測定で使用した表面実装発振器１は温度４５度で１６ＭＨｚの発振周波数を出力するものである。そして、第８図に示す環境と実質的に同じ環境を用意し、表面実装発振器１の温度を４５度にした状態で６０秒程度（ｔ1〜ｔ2）ファン１７から送風して、表面実装発振器１の１００ｍｓｅｃオーダでの周波数偏差を測定した。