(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの基板から成り、上面から下面まで貫通されたキャビティが形成された第１基板構造物と、
前記第１基板構造物の上面に配置され、少なくとも一つの基板から成り、前記第１基板構造物のキャビティと垂直方向に重ならない領域にキャビティが形成された第２基板構造物と、
前記第１基板構造物のキャビティに搭載されたＩＣチップと、
前記第２基板構造物のキャビティに搭載された水晶振動片と、
前記ＩＣチップが配置されたキャビティを樹脂で充填して前記第１基板構造物の下面に実質的に平坦化した面を有する樹脂部と、
前記第２基板構造物の上面に配置されて前記第２基板構造物に形成されたキャビティを覆う金属カバーと、
を備えたことを特徴とする温度補償水晶発振器。
【請求項２】
前記第１基板構造物は二つ積層された基板から成り、
前記二つ積層された基板に一体化されたキャビティを具備することを特徴とする請求項１に記載の温度補償水晶発振器。
【請求項３】
前記第２基板構造物は第１基板と前記第１基板の上面に積層された第２基板とから成り、
前記第２基板に形成されたキャビティは少なくとも前記水晶振動片より大きい開口部を有し、前記第１基板に形成されたキャビティは少なくとも前記水晶振動片より小さい開口部を有し、前記第１及び第２基板のキャビティは一体化された階層構造を成すキャビティを形成することを特徴とする請求項１に記載の温度補償水晶発振器。
【請求項４】
前記水晶振動片の一端は第１基板に形成されたキャビティの開口部の側壁上端に連結されることを特徴とする請求項３に記載の温度補償水晶発振器。
【請求項５】
前記第２基板構造物に形成されたキャビティの底面は前記第１基板構造物上面の一領域となり、前記一領域には連結バンプが設けられ、
前記水晶振動片は前記第２基板構造物に形成されたキャビティに配置されて前記水晶振動片の一端が前記連結バンプによって保持されることを特徴とする請求項１に記載の温度補償水晶発振器。
【請求項６】
前記第２基板構造物に形成されたキャビティは、前記水晶振動片より大きい開口部の形状が長方形であることを特徴とする請求項１に記載の温度補償水晶発振器。
【請求項７】
前記第１基板構造物に形成されたキャビティの上面は前記第２基板構造物下面の一領域となり、前記一領域には連結パッドが設けられ、
前記ＩＣチップは前記第１基板構造物に形成されたキャビティに配置されて前記連結パッドにフリップチップボンディング方式で連結されることを特徴とする請求項１に記載の温度補償水晶発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は温度補償水晶発振器に関するものであって、特に水晶振動片とＩＣチップの実装構造を成す二つのキャビティを垂直方向に重ならないよう配列することにより、両キャビティ間の基板を省略可能とし小型化される温度補償水晶発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水晶振動片を用いた水晶発振器は移動通信端末機の間で信号の伝送及び受信を制御するための発振周波数を生成するのに必需な部品であり、他の発振器に比べて周波数安定度が優れている。しかし、水晶振動片は周囲の温度によって発振周波数が変動するという問題を抱えている。これを解決すべく、水晶発振器は、水晶振動片の温度特性による周波数変動を補償するため所定の部品をさらに具備する。これを温度補償水晶発振器(Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ: ＴＣＸＯ)という。前記温度補償水晶発振器は、温度補償回路の具現方式によって、集積回路(ＩＣ)チップを用いる単一チップ型(ｏｎｅ ｃｈｉｐ ｔｙｐｅ)と、圧電素子、集積回路、キャパシター、インダクタ及び抵抗などの諸部品を実装した分散型(ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｔｙｐｅ)とに区別される。以下、従来、提案された温度補償水晶発振器の様々な構造について説明する。
【０００３】
図３（Ａ）及び３（Ｂ）は、従来の分散型ＴＣＸＯ１１０の構造を示す側断面図及び平面図である。図３（Ａ）及び３（Ｂ）に示すように、分散型ＴＣＸＯ１１０は、印刷回路基板１１１の上面に水晶振動片を組み込んだ水晶振動子１１３を配置し、その両端に複数個の温度補償回路用部品１１５を配列した構造となっている。ここで用いる水晶振動子という用語は、水晶振動片をパッケージングした表面実装型部品のことをいう。こうした温度補償回路用部品１１５は、一般に水晶振動子１１３のサイズ(５.０×３.２ｍｍ2または４.７×２.９ｍｍ2)より２〜３倍程大きい面積を占める。従って、ＴＣＸＯ１１０に採用される印刷回路基板１１１は水晶振動子１１３より可成り大きな面積を必要とし、最終製品のサイズ(例えば、７.０×５.２ｍｍ2以上)も増大する。
【０００４】
このように、分散型ＴＣＸＯは小型化が困難であるという問題があり、移動通信端末機部品に採用するにあたって限界がある。それに対して、単一チップ型ＴＣＸＯは位相ノイズ特性において分散型に比べて多少劣るという欠点にも拘わらず、温度補償回路など諸部品を単一化したＩＣチップを用いて最終製品を小型化できるという特長を有しており、より幅広く普及されている。
【０００５】
図４（Ａ）及び４（Ｂ）は各々異なった従来の単一チップ型ＴＣＸＯの構造を示す側断面図である。前記単一チップ型ＴＣＸＯ１２０は、共通的な部品を集積化したＩＣチップ１２７を組込む基板構造物１２１から成る。
【０００６】
特に、図４（Ａ）の温度補償水晶発振器１２０は、第１ないし第４基板１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄが順次積層されて前記第３基板１２１ｃ及び第４基板１２１ｄに相違するキャビティの形成された基板構造物１２１から成る。前記基板構造物１２１は、前記第３基板１２１ｃのキャビティに前記第２基板１２１ｂ上の連結パッド１２８にボンディングされたＩＣチップ１２７を組込み、前記第３基板１２１ｃのキャビティより大きい開口部を有する第４基板１２１ｄのキャビティには水晶振動片１２３ａを設ける。最後に第４基板１２１ｄの上面に金属カバー１２５を装着する。
【０００７】
図４（Ａ）に示す単一チップ型ＴＣＸＯ１２０は、図３の分散型ＴＣＸＯに比べて小型化には有利であるが、水晶振動片１２３ａを収納する際不良が生じるとＩＣチップ１２７も一緒に廃棄しなければならないという問題があった。つまり、ＩＣチップ１２７を搭載した後に水晶振動片１２３ａを収納する順序で工程が進むのであるが、特に、水晶振動片１２３ａを収納する過程で不良が頻発する。しかし、前記構造による工程では、ＩＣチップ１２７を実装した後に水晶振動片１２３ａを収納する為、以後、水晶振動片１２３ａに不良が確認されても既に搭載された比較的高価なＩＣチップ１２７を再活用し難い。従って、本構造は実際の良品生産工程において不要なコストを発生させる。さらに、水晶振動片１２３ａとＩＣチップ１２７間の電気的影響を遮断する基板などの遮蔽手段が無く直接影響を及ぼす為、相互の電磁界的干渉による性能低下が問題となる。
【０００８】
これを解決すべく、図４（Ｂ）の表面実装型(Ｓｕｒｆａｃｅ ＭｏｕｎｔｅｄＤｅｖｉｃｅ ｔｙｐｅ)水晶発振器１２０'が提案された。前記表面実装型水晶発振器１２０'は、表面実装のため水晶振動片が実装された水晶振動子１２３'を用いたＴＣＸＯであって、その下部にある基板１２１ｃ'にキャビティを形成し、前記ＩＣチップ１２７'をキャビティ底面を形成する基板１２１ｂ'の上面に形成された連結パッド１２８'にフリップチップボンディング方式で搭載した構造から成る。前記表面実装型水晶発振器１２０'において、水晶振動子１２３'は表面実装可能なパッケージ構造であり、水晶振動片の収納に伴う不良を防止しＩＣチップとの電磁界干渉を防ぐため、良質な性能を保持することができた。
【０００９】
図４（Ａ）の温度補償水晶発振器１２０の問題を図４（Ｂ）より根本的に解決する方法として、図５（Ａ），（Ｂ）の温度補償水晶発振器１３０が提案された。前記温度補償水晶発振器１３０は、下部基板１３１ｂに別途のキャビティを形成しＩＣチップ１３７を実装するＴＣＸＯ構造から成る。図５（Ａ）及び５（Ｂ）を参照すると、前記ＴＣＸＯ１３０は水晶振動片１３３搭載用キャビティが形成された上部基板領域１３１ｄ、１３１ｅと、ＩＣチップ１３７搭載用キャビティが形成された下部基板領域１３１ａ、１３１ｂとから成り、両キャビティはさらなる基板１３１ｃにより分離される。ここで、前記上部基板領域１３１ｄ、１３１ｅは、図４（Ｂ）に示す表面実装型水晶振動子１２３'に対応する要素である。
【００１０】
前記ＴＣＸＯ１３０によると、ＩＣチップ１３７の収納位置が前記両キャビティ間の基板１３１ｃにより水晶振動片１３３の収納位置と分離される為、ＩＣチップ１３７と水晶振動片１３３に対して別途の実装空間が設けられる。従って、図４（Ｂ）の水晶発振器と違って、基板構造物を異ならせることにより図４（Ａ）の水晶発振器が抱えていた問題を根本的に解決することができる。即ち、水晶振動片１３３とＩＣチップ１３７の実装空間が上下に分離形成される為、不良が発生してもＩＣチップを廃棄する必要がなくなる。さらに、水晶振動片１３３とＩＣチップ１３７は基板１３１ｃによって分離される為、相互電磁界干渉を効率的に遮断することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、こうした構造の温度補償水晶発振器は丈が高くて移動通信端末機等に実装するのに問題がある。さらに、最近はスリム型移動通信端末機が脚光を浴びながら、面積の縮小よりも高さの縮小による部品の小型化が強く要望されている。こうした当技術分野においては、良品生産に適した図５（Ａ），（Ｂ）に示すようなＴＣＸＯ構造の特長を保持しながらも、高さの縮小による小型化が達成できる新たなＴＣＸＯ構造への要求が高まっている。
【００１２】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、水晶振動片とＩＣチップを実装するため二つのキャビティを各々上下に開放されるよう形成しながら、水晶振動片とＩＣチップとを分離する基板の省略の為に前記両キャビティが垂直方向に重ならない構造を提供することにより、製品の高さを縮小させる温度補償水晶発振器を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも一つの基板から成り、キャビティが形成された第１基板構造物と、前記第１基板構造物の上面に配置され少なくとも一つの基板から成り第１基板構造物のキャビティと重ならない領域にキャビティの形成された第２基板構造物と、前記第１基板構造物のキャビティに搭載されたＩＣチップと、前記第２基板構造物のキャビティに搭載された水晶振動片と、前記ＩＣチップが配置されたキャビティを樹脂で充填して前記第１基板構造物の下面に実質的に平坦化された面を設ける樹脂部と、前記第１基板構造物の上面に配置されて前記第１基板構造物に形成されたキャビティを覆う金属カバーとを含むことを要旨とする。さらに、本発明の一実施の形態においては、前記第１基板構造物を複数個積層された基板とし、前記複数個積層された基板に一体化したキャビティを形成するよう構成することができる。こうした方式によって、薄厚基板を用いてもＩＣチップが実装され得る充分な高さのキャビティを形成できる。さらに、前記第２基板構造物の下面の一領域は前記第１基板構造物に形成されたキャビティの上部面とし、該領域にはフリップチップボンディングのための導電性パッドを設け、前記ＩＣチップは前記第１基板構造物に形成したキャビティに配置して前記導電性パッドにフリップチップボンディング方式で連結することが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明の好ましき実施の形態においては、前記第２基板構造物を第１基板及び前記第１基板の上面に積層した第２基板から構成し、前記第２基板に形成したキャビティの開口部は少なくとも前記水晶振動片より大きく、前記第１基板に形成したキャビティの開口部は少なくとも前記水晶振動片より小さく形成して、前記第１及び第２基板のキャビティを階層構造の一体型キャビティに形成することもできる。この場合には、前記水晶振動片は、一端が第１基板に形成されたキャビティの側壁上端に連結され、他端は対向する側壁上端に掛かるよう配置することにより、一端に連結される側壁上端に設けられた配線経路を通して信号を受信して発振作用を行うよう構成する。
【００１５】
これと異なり、本発明の他の実施の形態において、前記第１基板構造物は、前記第２基板構造物に形成したキャビティの底面となる上面に導電体の連結バンプを設け、前記水晶振動片を前記第２基板構造物に形成したキャビティに配置して前記連結バンプに固定しながら前記連結バンプと配線経路を通して信号を受信して発振作用を行えるよう構成してもよい。さらに、前記第１基板構造物または第２基板構造物に形成したキャビティは各々搭載するＩＣチップまたは水晶振動片の形状に応じて長方形にしてもよい。なお、本明細書において使用する用語中、基板構造物とは少なくとも一つの基板から成る構造物、つまり一基板または複数個積層された基板から成る構造物のことをいう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の一実施の形態を詳細に説明する。図１（Ａ）ないし図１（Ｃ）は、本発明の一実施の形態による温度補償水晶発振器４０の構造を概略的に示している。図１（Ａ）は前記温度補償水晶発振器を正面から見た側断面図で、図１（Ｂ）はその平面図で、図１（Ｃ）は図１（Ａ）の矢印Ａ方向から見た右側断面図である。
【００１７】
図１（Ａ）を参照すると、前記温度補償水晶発振器４０は、各々上下に開口部を有するキャビティを形成した第１基板構造物４１と前記第２基板構造物４２とから成る。第１基板構造物４１は二個積層された基板４１ａ、４１ｂから成り、その上面に異なる二個積層された基板４２ａ、４２ｂから成る第２基板構造物４２を重合する。前記第２基板構造物４２は第１基板構造物４１のキャビティと積層方向に、即ち垂直方向に重ならない領域にキャビティが形成される。
【００１８】
このように、本発明の基本的な特徴は、第１基板構造物４１と第２基板構造物４２にＩＣチップ４７及び水晶振動片４３を実装する領域として提供されるキャビティを垂直方向に重ならない構造（前記第１基板構造物のキャビティが形成された領域と異なる領域にキャビティが形成された第２基板構造物）で設け、ＩＣチップ４７と水晶振動片４３との間に設けられる基板(図５（Ａ）の１３１ｃに示す基板)を省略することにより最終製品の高さを減少することにある。
【００１９】
本実施の形態において、前記第１基板構造物４１と前記第２基板構造物４２において二個積層された基板を用いる理由は、第１基板構造物４１の場合、一般的にＩＣチップ４７の高さに充分な実装高さを提供すべく二つの基板４１ａ、４１ｂに亙るキャビティを形成する為で、それに比べて第２基板構造物４２の場合は水晶振動片４３が入力信号によって発振できるようその上下部にエアギャップを設けながら水晶振動片４３の搭載に適した階層構造にするためである。従って、他の実施の形態においては、第１基板構造物４１の場合には充分な厚さを有する一つの基板のみを用いてＩＣチップ実装に適する高さのキャビティを形成することもでき、第２基板構造物４２の場合は図２に説明するように通常の他の搭載方式に適する構造に形成することもできる。
【００２０】
本発明の温度補償水晶発振器４０の構造を言い換えると、前記第１基板構造物４１のキャビティ上面は第２基板構造物４２の下面に、前記第２基板構造物４２のキャビティ底面は第１基板構造物４１の上面に形成されたとも言える。
【００２１】
こうした説明と関連して、ＩＣチップ４７を実装するための第１基板構造物４１に形成したキャビティは該上面となる第２基板構造物４２の下面にフリップチップボンディングのための導電性パッド４８を設け、前記ＩＣチップ４７はフリップチップボンディング方式で容易に実装することができる。さらに、前記ＩＣチップ４７を配置したキャビティを樹脂で充填し前記第１基板構造物４１の下面と実質的に平坦化した面を有する樹脂部４９を設けて密閉し、前記第２基板構造物４２の上面に金属カバー４５を接合して前記第２基板構造物４２に形成したキャビティの開口部を覆うことで製品を完成する。
【００２２】
図１（Ｂ）は本発明による構造から成る温度補償水晶発振器４０の平面図を示す。上部基板構造物の第２基板構造物４２に形成したキャビティには水晶振動片４３を搭載し、下部基板構造物の第１基板構造物４１に形成したキャビティにはＩＣチップ４７を搭載する。図１（Ｂ）の平面図から見る二つの基板構造物のキャビティは並んで配列される。
【００２３】
一般にＩＣチップ４７は水晶振動片４３に比してかなり小さな面積である。例えば、ＩＣチップの寸法は約１.８４×１.３８ｍｍであるが、水晶振動片の寸法は約３.６ ×１.８９ｍｍまたは約３.６×１.７２ｍｍ程である。従って、ＩＣチップを搭載するキャビティを、水晶振動片を搭載するキャビティと垂直方向に重ならないよう形成しても製品面積はそれほど増大するものではない。さらに、図１（Ｂ）のように、ＩＣチップ４７をその長辺ｂが長方形の水晶振動片４３の長辺ｃと実質的に平行になるよう配列することによって、ＩＣチップ４７の側面配置による幅増大を多少減少させる。もちろん、ここで提示するＩＣチップ４７と水晶振動片４３の配列関係は、本発明の好ましい例を示したもので、これにより本発明を限定するものではない。図５（Ａ），（Ｂ）に示す温度補償水晶発振器の水晶振動片方向と同一に配列しながら長方形の水晶振動片の一短辺側にＩＣチップを配置させてもよい。
【００２４】
このように、本発明による温度補償水晶発振器の構造は製品面積の増加を伴うが、スリム型移動通信端末機で充分な収容可能な程(ＩＣチップの短辺の長さよりやや大きい約２ｍｍ以下ほど)に過ぎず、むしろ当業界においては、こうした面積が多少増加しようとも製品の高さを減少することが強く要求されている。
【００２５】
これを解決すべく本発明による水晶発振器の構造は、従来の温度補償水晶発振器において必須要素として認識されてきた二つのキャビティ領域を分離する基板を省略することができる。このように前記基板を省略することにより、通常の水晶発振器に採用する基板の高さが約０.１５〜０.２ｍｍとすれば、本発明の水晶発振器は製品全体の高さ(例えば、約１.２〜１.５ｍｍ)の約１０〜２０％程度を縮小可能となる。これは水晶発振器の定格基準が１.５ｍｍであることに鑑みると、基板設計の自由度を高め最近の趨勢であるスリム型移動通信部品としての条件に充分対応するものである。
【００２６】
図１（Ｃ）は図１（Ａ）の矢印Ａ方向から見た側断面図であって、本実施の形態において採用した水晶振動片４３の実装形態を示している。図１（Ｃ）に示すように、前記第２基板構造物４２は基板４２ａと前記基板４２ａの上面に積層した基板４２ｂとから成り、前記第２基板構造物の上層基板４２ｂに形成したキャビティは少なくとも水晶振動片４３を組込められるようその面積より大きい開口部を有し、前記第２基板構造物の下層基板４２ａに形成したキャビティは少なくとも前記水晶振動片４３より小さい開口部を有するよう形成する。さらに、前記二つの基板４２ａ、４２ｂに形成したキャビティは一体化された階層構造となる。
【００２７】
こうした階層構造のキャビティを用いて、水晶振動片４３を容易に実装することができる。つまり、図１（Ｃ）の”ａ”表示がある連結部分のように、水晶振動片４３は下層基板４２ａによって提供される側壁上端にその一端が機械的に固定されるよう連結すると同時に、前記側壁上端に導電性パターンと導電性孔(図示せず)とで形成した配線経路を通してＩＣチップ４７等と電気的に連結することができる。
【００２８】
図２は本発明の他の実施の形態による温度補償水晶発振器５０の側断面図である。本実施の形態において、第１基板構造物５１と第２基板構造物５２は各々一つの基板で形成され、第２基板構造物５２に形成したキャビティの底面は前記第１基板構造物５１の上面から成る。該第１基板構造物５１の上面に連結バンプ５４を設け、前記連結バンプ５４の上端に水晶振動片５３を配置して接着物５６で固定して搭載することもできる。ＩＣチップは図１と同一な方式で第２基板構造物５２の下面に提供された連結パッド５８を用いてフリップボンディングで連結した後にパッケージングするよう樹脂部５９を形成する。但し、本実施の形態においては適正厚さの単一の一つの基板５１を用いてＩＣチップ５７を実装するのに充分な深さの実装領域を提供した。
【００２９】
本実施の形態においても、第１基板構造物５１と第２基板構造物５２に各々形成する二つのキャビティは垂直方向に重ならないよう形成し、第１基板構造物５１に形成したキャビティの上面は第２基板構造物５２の下面により、第２基板構造物５２に形成されたキャビティは第１基板構造物５１の上面により各々塞ぐ。
【００３０】
以上に説明した本発明は上述した実施の形態及び添付の図面に基づき限定されるものではなく、添付の請求の範囲により限定されるものである。従って、請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で多様な形態の置換、変形及び変更が可能であることは当技術分野において通常の知識を有する者であれば明らかである。例えば、第１基板構造物と第２基板構造物を各々三つまたは四つ以上積層された基板から構成しようとも、実装領域に提供される二つのキャビティが相互に垂直方向に重ならず、両キャビティを分離する基板を略した構造を有する温度補償水晶発振器であれば、これもまた本発明に含まれるものと言える。
【００３１】
【発明の効果】
上述のとおり、本発明の温度補償水晶発振器によれば、水晶振動片とＩＣチップを実装するための二つのキャビティを各々上下に開放されるよう形成しながら、水晶振動片とＩＣチップを分離する基板を省略すべく前記二つのキャビティが垂直方向に重ならない構造を提供することによって、製品の高さを縮小することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）ないし（Ｃ）は本発明の一実施の形態によるＴＣＸＯ構造を示す正側断面図、平面図及び右側断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態によるＴＣＸＯ構造を示す側断面図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は従来の分散型ＴＣＸＯ構造を示す側断面図及び平面図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は従来の単一チップ型ＴＣＸＯ構造の二つの例を示す側断面図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は従来の単一チップ型ＴＣＸＯ構造の他の例を示す側断面図及び平面図である。
【符号の説明】
４０  温度補償水晶発振器
４１  第１基板構造物
４２  第２基板構造物
４３  水晶振動片
４７  ＩＣチップ
４９  樹脂部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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