(57)【要約】【課題】筐体を低コストとしたＩＣユニットを用いて水晶ユニットと一体化した二段接合型水晶発振器を提供する。【解決手段】ＩＣユニット２００は、水晶ユニット１００の水晶容器１０とは別個のＩＣ容器２１に水晶振動子２の出力で所定の周波数信号を発振する発振回路およびその温度特性を制御して発振周波数を安定化する温度制御回路を集積したＩＣチップ２５を搭載し、水晶ユニット１００と上下に重ねて一体化する。一方の基板であるＩＣ容器底壁層２１ａの内面に形成された配線パターン２３に電極パッド２４が形成され、他方の基板であるＩＣ容器天井壁層２１cの内面にダイボンドされ、ＩＣ容器底壁層２１ａ側に有する配線パターン２３の電極パッド２４に半田バンプ２６を接続して搭載される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶振動子を収容した容器で構成した水晶ユニットと、前記水晶ユニットとは別個に用意した前記水晶振動子の出力で所定の周波数信号を発振する発振回路およびその温度特性を制御して発振周波数を安定化する温度制御回路を集積したＩＣチップを搭載したＩＣユニットとを上下に重ねて一体化した二段接合型水晶発振器であって、
前記水晶ユニットは、セラミックスシートの底壁層と枠壁層の積層体で凹部を有する基板で成形した水晶容器と、前記水晶容器の前記凹部の底壁層で形成される内底面に設けた水晶保持端子に一端縁を固定して収納された水晶振動子と、当該凹部の開口を覆って固着された金属カバーと、前記底壁層の外底面の複数の隅部に設けた水晶側接続電極とで構成され、
前記ＩＣユニットは、ガラスエポキシシートの２枚の単層基板の対向する複数の隅部に介挿されてＩＣチップ収容スペースを形成する複数の半田ボールと、前記ＩＣチップ収容スペースに収容された前記ＩＣチップと、前記他方の単層基板の前記水晶ユニットの前記水晶側接続電極と対向する部位に設けられ、前記一方の単層基板に設けられた配線パターンと接続するＩＣ側接続端子と、前記一方の単層基板の外面の複数の隅部に設けた実装端子とで構成され、
前記水晶ユニットの前記水晶側接続電極と前記ＩＣユニットの前記ＩＣ側接続端子とを半田により接続して一体化してなることを特徴とする二段接合型水晶発振器。
【請求項２】
請求項１において、
前記２枚の単層基板の一方の単層基板の他方の単層基板との対向面に配線パターンが形成されており、前記ＩＣチップは、前記一方の単層基板の前記配線パターンに設けた電極パッドの端子にダイボンディングで接着されていることを特徴とする二段接合型水晶発振器。
【請求項３】
請求項１において、
前記２枚の単層基板の他方の単層基板の一方の単層基板との対向面に配線パターンが形成されており、前記ＩＣチップは、前記他方の単層基板の前記配線パターンに設けた電極パッドの端子にダイボンディングで接着されていることを特徴とする二段接合型水晶発振器。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかにおいて、
前記ＩＣチップ収容スペースに、前記ＩＣチップを埋設するアンダーフィルが充填されていることを特徴とする二段接合型水晶発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶発振器に係り、特に、水晶ユニットとＩＣユニットとを上下に一体化した小型、低コストの二段接合型発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面実装用の発振器は小型・軽量であることから、特に携帯型の電子機器例えば携帯電話に周波数や時間の基準源として内蔵される。このようなものの一つに、水晶振動子を収容した容器からなるユニット（以下、水晶ユニット）と、水晶ユニットとは別個の容器あるいは基板に水晶振動子の出力で所定の周波数信号を発振する発振回路およびその温度特性を制御して発振周波数を安定化する温度制御回路を集積したＩＣチップを収容したユニット（以下、ＩＣユニット）とを上下に接合して一体化した、いわゆる二段接合型がある。
【０００３】
図５は、二段接合型水晶発振器の一従来例を説明する図であり、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿って切断し、水晶ユニット側から見た平面図を示す。この二段接合型水晶発振器（以下、単に水晶発振器とも称する）１は、水晶ユニット１００とＩＣユニット２００とから構成される。水晶ユニット１００は、水晶容器底壁層１aと水晶容器枠壁層１ｂを積層して凹部を形成したセラミックスシートで成形した水晶容器１０の当該凹部に固定した水晶振動子２を有する。
【０００４】
水晶容器１０の凹部底面（内底面）には水晶保持端子４が形成されている。この水晶保持端子４は水晶ユニット１００の側面のキャスタレーション７に形成された水晶配線７aを通して水晶側接続電極８に繋がっている。水晶振動子２は、水晶片の表裏両面に励振電極（図示せず）が形成され、その各延長部を当該水晶片の一端部両側に伸ばして引出電極（図示せず）としてある。この引出電極を導電性接着剤３で水晶保持端子４に固定してある。水晶振動子２を収容した水晶容器１０は、その凹部開口端面に金属リング５を介して金属カバー６を溶接等で固着して封止される。
【０００５】
ＩＣユニット２００は、ＩＣ容器底壁層２１aとＩＣ容器枠壁層２１ｂの積層で凹部を有するセラミックスシートで成形したＩＣ容器２１を有する。このＩＣ容器２１の内底面に配線パターン２３が形成されている。ＩＣチップ２５は、配線パターン２３の電極パッド２４に半田バンプ２６で固定して搭載されている。このＩＣチップ２５の周囲の一部または全部には、エポキシ樹脂を好適とするアンダーフィル２７が充填されて、ＩＣチップ２５の確実な固定と機械的強度を確保している。なお、底壁層２１ａの外底面（実装面）には、いわゆるセット基板（実装対象機器の基板）に接続する実装端子２２が複数個（ここでは、４個）設けてある。配線パターン２３と実装端子２２とは、底壁層２１ａを貫通するビアホール（図示せず）で電気的に接続されている。
【０００６】
水晶ユニット１００とＩＣユニット２００とは、水晶ユニット１００の底壁層１ａの外面に形成された水晶側接続電極８とＩＣユニット２００の開口端（枠壁層２１b）に形成されたＩＣ側接続端子２８に半田９で接続固定されている。これにより、水晶ユニット１００とＩＣユニット２００とが一体化されて、水晶発振器１となっている。なお、望ましくは、水晶側接続電極８とＩＣ側接続端子２８を除く水晶ユニット１００とＩＣユニット２００と間は、エポキシ樹脂当の適宜の接着剤で接着されてＩＣチップ２５を収容した凹部を密封する。
【０００７】
図６は、二段接合型水晶発振器の他の従来例を説明する図５（a）と同様の断面図である。前記した図５の水晶発振器は、水晶ユニット１００とＩＣユニット２００は、共にセラミックスシートからなる容器を用いている。しかしながら、セラミックスシートは焼成プロセスで成形されるものであるため、その焼成炉を備えた製造設備を要し、かつ製造プロセスが複雑であることから、製品価格の削減には限界がある。
【０００８】
図６に示した水晶発振器では、その水晶ユニット１００は図５と同じセラミックスシートで成形した水晶容器１０に水晶振動子を収容し、金属カバー６で封止したものである。しかし、ＩＣユニット２００を構成するＩＣ容器２１は、セラミックスシートよりも低コストで得られるガラスエポキシシートで成形したＩＣ容器底壁層２１aとＩＣ容器枠壁層２１ｂ及びＩＣ容器天井壁層２１ｃとでＩＣチップ２５を密封してある点で図５の水晶発振器と異なる。ＩＣチップ２５は、ＩＣ容器底壁層２１ａの内壁面にパターニングされた配線パターン２３の電極パッド２４に、半田バンプ２６を固着して搭載される。
【０００９】
図６の線Ｘ−Ｘ’で切断して水晶ユニット１００側からみた平面図は図５（ｂ）と同様であるが、前記図５のＩＣチップ２５が天井壁２１ｃで覆われ、当該天井壁２１ｃの四隅にＩＣ側接続端子２８を有する点で図５と異なる。この従来例のタイプの水晶発振器には、ＩＣチップ２５の周囲全域にアンダーフィル２７が充填したものもある。
【００１０】
一般に、この種の水晶発振器では、水晶振動子の安定な周波数発振を確保するために、水晶ユニットの容器は剛性が大きいセラミックスシートの容器を用いる。しかし、ＩＣユニットの容器は水晶ユニットほどの剛性を要求されないので、ＩＣユニットの容器にガラスエポキシシートを用いることができる。
【００１１】
なお、この種の従来技術を開示した資料としては、特許文献１、特許文献２等を上げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１１-１６６２４１号公報
【特許文献２】特開２００７-２７４４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
なお、上記図５で説明した従来例では、水晶容器、ＩＣ容器共にセラミックスシートを高温焼成して成形するものであるため、製造コストの引き下げには限度がある。これを対策するために、図６に示した構造を採用しても、大幅なコスト削減効果は期待できない。
【００１４】
上記図６で説明したＩＣユニットは、いわゆる部品内蔵のガラスエポキシシートで成型したものであり、専用の基板内蔵設備を用いて製作されるものである。そのため、ガラスエポキシシートがセラミックスシートに比べて低価格の基板材料であっても、製造設備の設置費用を考えると、必ずしも低コストで水晶発振器を得ることができるものでもない。
【００１５】
本発明の目的は、筐体すなわち容器を低コストとしたＩＣユニットを用いて水晶ユニットと一体化した二段接合型水晶発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明は、次の構成とした。すなわち、
水晶振動子を収容した容器で構成した水晶ユニットと、前記水晶ユニットとは別個の容器あるいは基板に前記水晶振動子の出力で所定の周波数信号を発振する発振回路およびその温度特性を制御して発振周波数を安定化する温度制御回路を集積したＩＣチップを搭載したＩＣユニットとを上下に重ねて一体化した二段接合型水晶発振器とし、
前記水晶ユニットを、セラミックスシートの底壁層と枠壁層の積層体で凹部を有する基板で成形した水晶容器と、前記水晶容器の前記凹部の底壁層で形成される内底面に設けた水晶保持端子に一端縁を固定して収納された水晶振動子と、当該凹部の開口を覆って固着された金属カバーと、前記底壁層の外底面の複数の隅部に設けた水晶側接続電極とで構成し、
前記ＩＣユニットを、ガラスエポキシシートの２枚の単層基板の対向する複数の隅部に介挿されてＩＣチップ収容スペースを形成する複数の半田ボールと、前記ＩＣチップ収容スペースに収容された前記ＩＣチップと、前記他方の単層基板の前記水晶ユニットの前記水晶側接続電極と対向する部位に設けて、前記一方の単層基板の外面の複数の隅部に設けた実装端子とで構成し、
前記水晶ユニットの前記水晶側接続電極と前記ＩＣユニットの前記ＩＣ側接続端子とを半田により接続して一体化した。
【００１７】
前記２枚の単層基板の一方の単層基板の他方の単層基板との対向面に配線パターンを形成し、前記ＩＣチップを前記一方の単層基板の前記配線パターンに設けた電極パッドの端子にダイボンディングで接着したことを特徴とする。
【００１８】
前記２枚の単層基板の他方の単層基板の一方の単層基板との対向面に配線パターンを形成し、前記ＩＣチップを前記他方の単層基板の前記配線パターンに設けた電極パッドの端子にダイボンディングで接着したことを特徴とする。
【００１９】
前記ＩＣチップ収容スペースに、前記ＩＣチップを埋設するアンダーフィルを充填したことを特徴とする。
【００２０】
前記水晶ユニットの前記底壁層の外底面に、第２の底壁層と第２の枠壁層を有し、前記ＩＣユニットは、配線パターンを形成した１枚のガラスエポキシシートの配線パターンに設けた電極パッドにダイボンディングで接着し、
前記水晶ユニットの前記第２の枠壁層の開口端面に設けた上側電極と、前記ＩＣユニットの前記１枚のガラスエポキシシートの端縁に設けた下側電極とを半田により固着して前記水晶ユニットと前記ＩＣユニットを一体化する構成とすることもできる。その他の構成は上記した２枚の単層基板を用いたものの構成を適用することができる。
【発明の効果】
【００２１】
特許請求の範囲に記載した本発明の構成としたことにより、低コストとしたＩＣユニットを用いて水晶ユニットと一体化して、全体として低コスト化した二段接合型水晶発振器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る二段接合型水晶発振器の実施例１の説明図である。
【図２】本発明に係る二段接合型水晶発振器の実施例２を説明する前記実施例と同様の断面図である。
【図３】本発明に係る二段接合型水晶発振器の実施例３を説明する前記各実施例と同様の断面図である。
【図４】本願発明の二段接合型水晶発振器のＩＣチップに集積される恒温型発振器の概略的な回路図である。
【図５】二段接合型水晶発振器の一従来例を説明する図である。
【図６】二段接合型水晶発振器の他の従来例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明に係る二段接合型水晶発振器の実施例１の説明図で、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ’線にシート沿って水晶ユニット側から見た平面図である。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。
【００２４】
図１において、二段接合型水晶発振器１は、水晶ユニット１００とＩＣユニット２００とからなる。水晶ユニット１００は、水晶振動子２を収容した容器１０（水晶容器）で構成される。この水晶ユニット１００は、底壁層１ａと枠壁層１ｂからなるセラミックスシートの積層体で凹部を設けた基板で成形した水晶容器１０と、前記水晶容器１０の前記凹部の底壁層１ａで形成される内底面に設けた水晶保持端子４に導電性接着剤３で一端縁を固定して収納された水晶振動子２と、当該凹部の開口を覆って固着された金属カバー６と、前記底壁層１ａの外底面の複数の隅部に設けた水晶側接続電極８とで構成される。
【００２５】
凹部を構成する枠壁層１ｂの開口端面は、金属リング５を介して上記金属カバー６で密閉封止される。なお、水晶保持端子４は、水晶容器１０の側面に設けたキャステレーション７に形成した水晶配線７ａで水晶側接続電極８に接続している。水晶側接続電極８は、後述する半田９とＩＣ側接続端子２８および半田ボール３０を介してＩＣチップ２５を接続する配線パターン２３に接続する。
【００２６】
ＩＣユニット２００は、前記水晶ユニット１００とは別個の容器２１に前記水晶振動子２の出力で所定の周波数信号を発振する発振回路およびその温度特性を制御して発振周波数を安定化する温度制御回路を集積したＩＣチップ２５を搭載し、水晶ユニット１００と上下に重ねて一体化する。ＩＣ容器底壁層２１ａの内面に形成された配線パターン２３に電極パッド２４が形成され、ＩＣ容器天井壁層２１cの内面にダイボンドされ、ＩＣ容器底壁層２１ａ側に有する配線パターン２３の電極パッド２４に半田バンプ２６を接続して搭載される。
【００２７】
前記ＩＣユニット２００は、ガラスエポキシシートで成形した２枚の単層基板であるＩＣ容器底壁層２１ａ，ＩＣ容器天井壁層２１cの対向する複数の隅部に介挿されてＩＣチップ収容スペースを形成する複数の半田ボール３０を有する。半田ボール３０は、金属あるいは樹脂のコア３０ａの周りに半田層３０ｂを巻いて形成されている。ＩＣチップ２５は、前記ＩＣチップ収容スペースに収容される。半田ボール３０は、単層の一方の基板であるＩＣ容器底壁層２１ａと他方の基板であるＩＣ容器天井壁層２１cに設けられた下側電極３１と上側電極３２の間で、コア３０ａでＩＣチップ収容スペースの間隔を確保して、半田膜３０ｂによって固定される。
【００２８】
そして、前記他方の単層基板であるＩＣ容器天井壁層２１cの前記水晶ユニット１００の水晶側接続電極８と対向する部位で、前記一方の単層基板であるＩＣ容器底壁層２１ａの外面の複数の隅部に設けたＩＣ側接続端子２８を有する。水晶側接続電極８とＩＣ側接続端子２８とを半田９で接続する。図１（ｂ）に示したように、ＩＣユニット２００に収容したＩＣチップ２５の周りはエポキシ樹脂等の樹脂を用いたアンダーフィル２７が充填されて、ＩＣチップ２５の確実な固定と共に、二段接合型水晶発振器全体の剛性の向上が図られている。
【００２９】
前記一方の単層基板であるＩＣ容器底壁層２１ａの外面で、その四隅に実装端子２２が設けられており、本実施例の二段接合型水晶発振器を実装対象機器の基板に搭載する場合は、この実装端子２２を当該基板に設けた回路等の電極端子に表面実装で固定する。
【００３０】
実施例１の二段接合型水晶発振器によれば、ＩＣユニット２００の筐体であるＩＣ容器２１にガラスエポキシシートを用いたことで、全体として低コスト化した二段接合型水晶発振器を提供することができる。
【実施例２】
【００３１】
図２は、本発明に係る二段接合型水晶発振器の実施例２を説明する前記実施例と同様の断面図で、同一機能部分には同一符号を付してある。実施例１との構成上の相違は、ＩＣユニット２００に収容したＩＣチップ２５が単層の他方の基板であるＩＣ容器天井壁層２１ｃ側にダイボンドされ、その内面の配線パターン２３に有する電極パッド２４に、ＩＣチップの半田バンプ２６が接続されている点である。他の構成については、実施例１の説明に重複するので、再度の説明は省略する。
【００３２】
このように、実施例２では、ＩＣユニット２００は、ＩＣ容器底壁層２１ａとＩＣ容器天井壁層２１ｃとを平行に配置し、その間の空間にＩＣチップ２５を収容して構成される。ＩＣ容器底壁層２１ａとＩＣ容器天井壁層２１ｃと間の間隔は、両者の対向する四隅に介挿した半田ボール３０で設定される。
【００３３】
実施例２の二段接合型水晶発振器によれば、ＩＣユニット２００の筐体であるＩＣ容器２１にガラスエポキシシートを用いたことによる低コスト化に加え、実装対象機器の基板の電極端子に実装端子２２を接続するリフロープロセスでの配線パターン２３の電極パッド２４とＩＣチップ２５の半田バンプ２６との再溶融の可能性を抑制できるという効果を有する。
【実施例３】
【００３４】
図３は、本発明に係る二段接合型水晶発振器の実施例３を説明する前記各実施例と同様の断面図で、図１と同一機能部分には同一符号を付してある。前記実施例１、２との相違は、水晶ユニット１００の容器（水晶容器）１０の底壁層１ａの外面に第２の底壁層１ｄと第２の枠壁層１ｅを設けてある点と、ＩＣチップ２５を収容するＩＣユニット２００として、一枚のガラスエポキシシートの基板であるＩＣ容器底壁層２１ａと上記水晶ユニット１００の第２の底壁層１ｄと第２の枠壁層１ｅとで構成した点である。
【００３５】
ＩＣチップ２５は、その半田バンプ２６をＩＣ容器底壁層２１ａの内面に形成された配線パターン２３の電極パッド２４に固着して搭載される。水晶ユニット１００の水晶容器底壁層１ａの外面に設けた第２の枠壁層１ｅの開口端面には水晶振動子２の励振電極に接続する水晶側接続端子８が形成されている。一方、ＩＣユニット２００を構成する基板であるＩＣ容器底壁層２１ａのＩＣチップ搭載面と同じ面の周辺には、下側電極３１が設けてあり、水晶側接続端子８と半田９で固着されている。
【００３６】
ＩＣユニット２００のＩＣチップ収容スペースにはアンダーフィル２７を充填して当該ＩＣチップの確実な固定と発振器全体の剛性を向上させるのが望ましい。なお、図３では、ＩＣチップ２５をＩＣ容器底壁層２１ａの内面に搭載しているが、水晶ユニット１００の第２の底壁層１ｄ側に配線パターン２３を設け、ここにＩＣチップ２５を搭載する構成とすることもできる。
【００３７】
実施例３の二段接合型水晶発振器によれば、ＩＣユニット２００の筐体であるＩＣ容器にガラスエポキシシートを用いたことによる前記各実施例による低コスト化に加え、半田ボールを用いないためのプロセス削減で、さらに低コスト化が可能となるという効果も有する。
【００３８】
図４は、本願発明の二段接合型水晶発振器のＩＣチップに集積される恒温型発振器の概略的な回路図である。恒温型発振器は、水晶振動子２及び発振部１１を有する発振回路１２と、水晶振動子２の動作温度を一定に制御する温度制御回路１４を有する。発振回路１２は例えばコルピッツ型とし、ここでは電圧可変容量素子１３を水晶振動子２に接続した電圧制御型とする。
【００３９】
温度制御回路１４は、オペアンプ１５ｆとトランジスタ１５ｇを有する。オペアンプ１５ｆは分圧抵抗１５ｃ，１５ｄで設定される基準電圧Ｖｒと、一方を感温素子例えばサーミスタ１５ａとした分圧抵抗１５ｂによる温度検出電圧Ｖｔとを比較し、その差分を制御電圧としてトランジスタ１５ｇに出力する。トランジスタ１５ｇは、オペアンプ１５ｆからの制御電圧によってコレクタ電流を増減し、発熱用抵抗体としてのチップ抵抗（発熱抵抗）１５ｅによる発熱量を制御する。これにより、水晶振動子２の動作温度を一定に制御する。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、水晶発振器に限るものではなく、他の圧電振動子を用いた発振器、あるいは類似の構造を持つ複合型の微小電子部品にも適用できる。
【符号の説明】
【００４１】
１・・二段接合型水晶発振器
１ａ・・水晶容器底壁層
１ｂ・・水晶容器枠壁層
２・・水晶振動子
３・・導電性接着剤
４・・水晶保持端子
５・・金属リング
６・・金属カバー
７・・キャスタレーション
７ａ・・水晶配線
８・・水晶側接続電極
９・・半田
１０・・水晶容器
１１・・発振部
１２・・発振回路
１３・・電圧可変容量素子
１４・・温度制御回路
１５ａ・・サーミスタ
１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ・・分圧抵抗
１５ｅ・・発熱抵抗
１５ｆ・・オペアンプ
１５ｇ・・トランジスタ
２１・・ＩＣ容器
２１ａ・・ＩＣ容器底壁層
２１ｂ・・ＩＣ容器枠壁層
２１ｃ・・ＩＣ容器天井壁層
２２・・実装端子
２３・・配線パターン
２４・・電極パッド
２５・・ＩＣチップ
２６・・半田バンプ
２７・・アンダーフィル
２８・・ＩＣ側接続端子
３０・・半田ボール
３１・・下側電極
３２・・上側電極
１００・・水晶ユニット
２００・・ＩＣユニット
Ｖｃ・・制御電圧入力
Ｖｏｕｔ・・発振出力端子
Ｖｃｃ・・動作電圧入力端子。
【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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【図６】
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