(57)【要約】【課題】  ＩＣチップ等の電子部品が発した熱を効率的に外部に放出し、出力周波数を安定させることができる水晶発振器を提供する。【解決手段】  凹部を備えたセラミックパッケージ１１の上に金属カバー１４が搭載され、金属カバー１４は、表面にヒートシンク１５を備え、裏面に絶縁層が形成されると共にＩＣチップ１３が搭載され、絶縁層の表面にＩＣチップ１３の端子に接続する複数のカバー側端子２９が設けられ、セラミックパッケージ１１は、凹部から金属カバー１４の方向に突出する柱状の支柱部１１０と、支柱部１１０の上に形成され、カバー側端子２９に各々対応して接続する複数のベース側端子１９とを備えた水晶発振器としている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を備えたセラミックパッケージの上に金属カバーが搭載されて水晶片とＩＣチップとが気密に封止される水晶発振器であって、
前記金属カバーは、表面にヒートシンクを備え、裏面に絶縁層が形成されると共にＩＣチップが搭載され、前記絶縁層の表面に前記ＩＣチップの端子に接続する複数のカバー側端子が設けられ、
前記セラミックパッケージは、前記凹部から前記金属カバーの方向に突出する柱状の支柱部と、前記支柱部の上に形成され、前記カバー側端子に各々対応して接続する複数のベース側端子とを備えたことを特徴とする水晶発振器。
【請求項２】
ＩＣチップは、端子が金属カバーとは反対方向を向くように搭載されており、前記端子とカバー側端子とがボンディングワイヤによって接続されたことを特徴とする請求項１記載の水晶発振器。
【請求項３】
金属カバー裏面のＩＣチップが搭載される領域には、絶縁層が形成されていないことを特徴とする請求項２記載の水晶発振器。
【請求項４】
ＩＣチップは、端子が金属カバー方向を向くように搭載されており、前記端子とカバー側端子とが、絶縁層の表面に形成されたパターンによって接続されたことを特徴とする請求項１記載の水晶発振器。
【請求項５】
ベース側端子は、支柱部側面に形成された側面電極又は支柱部の内部に形成されたビアホールと、セラミックパッケージに形成されたビアホールを介して、前記セラミックパッケージの裏面に設けられた端子に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の水晶発振器。
【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ＩＣ等の電子部品が発した熱を効率的に外部に放出し、出力周波数を安定させることができる水晶発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
［先行技術の説明：図４］
近年、水晶発振器は様々な用途で使われており、周波数の種類も多く、小型化されている。
水晶発振器は高周波部品であるため、消費電力が大きく、特に発振用ＩＣから発生する熱が水晶発振器内部にこもってしまい、出力周波数を不安定にする原因となる。
【０００３】
従来の水晶発振器について図５を使って説明する。図５は、従来の水晶発振器の構成例を示す断面図である。
図５に示すように、従来の水晶発振器は、基本的に、セラミックパッケージ３１と、ＩＣチップ３２と、水晶片３３と、金属カバー３４とを備えている。
【０００４】
各部について説明する。
セラミックパッケージ３１は、複数のセラミック基板が積層されて形成されており、図４の例では、側面部の内壁に段差部４１，４２，４３を有し、側面部に囲まれた領域に凹部を備えた形状となっている。
また、セラミックパッケージ３１の下面には、基板等に実装される接続端子３７が形成されており、表面実装型の発振器となっている。
【０００５】
ＩＣチップ３２は、発振回路や増幅回路を備えたＩＣチップであり、セラミックパッケージ３１の凹部に収納され、チップ上面に形成された電極がボンディングワイヤ３５によって段差部４１に形成された電極３１０に接続されている。
水晶片３３は、上下の主面に励振電極が形成されており、一辺が導電性接着剤３６によって、段差部４２に形成された電極３２０に接続され、保持されている。尚、ここでは片持ちタイプに保持されているものを示しているが、水晶片３３の対向する２辺を保持する両持ちタイプもある。
【０００６】
そして、パッケージ３１の段差部４３の上に金属カバー３４が搭載されて、封止材によりパッケージ３１の上面と金属カバー３４とが密着封止されている。
金属カバー３４は、例えば、コバールで形成されている。
尚、図示は省略するが、段差部４１，４２に形成された電極３１０，３２０は、パッケージ３１を形成するセラミック基板に設けられたビアホール等により、パッケージ下面に形成された接続端子３７に電気的に接続されている。
【０００７】
［関連技術］
尚、水晶発振器に関する従来技術としては、特開２００３−３３２８４５号公報「水晶発振器」（日本電波工業株式会社、特許文献１）、特開２００８−３５１４３号公報「圧電発振器」（京セラキンセキ株式会社、特許文献２）、特開２０１３−９８６２８号公報「表面実装用水晶発振器」（日本電波工業株式会社、特許文献３）、特開２０１４−１７７０４号公報「水晶デバイス及びその製造方法」（日本電波工業株式会社、特許文献４）がある。
【０００８】
特許文献１には、水晶発振器の能動素子と、容器の蓋とが接着剤で固着され、能動素子の発熱を蓋を介して外部に逃がすことが記載されている。
特許文献２には、容器体の表面に吸熱側主面が固着され、放熱側主面にヒートシンクが設けられたペルチェ素子を備えた構成が記載されている。
【０００９】
特許文献３には、ＩＣチップが実装された基板と、水晶振動子とを積層して接合し、基板の端子と水晶振動子の端子とを異方性導電シート等の導電体で接続する構成が記載されている。
特許文献４には、水晶片を封入した容器本体の底面に弾性樹脂層を配置し、弾性樹脂層にＩＣチップを搭載し、実装基板とＩＣチップとを異方性導電接着剤で接合すると共に、回路形成面を封止することが記載されている。
また、非特許文献１には、異方性導電材料を用いた接続に関する技術について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−３３２８４５号公報
【特許文献２】特開２００８−３５１４３号公報
【特許文献３】特開２０１３−９８６２８号公報
【特許文献４】特開２０１４−１７７０４号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】元木和行（2000）「異方性導電材料接続」、フジクラ技報第９９号、２０００年１０月、ｐ３２−３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来の水晶発振器では、ＩＣチップからの熱を十分に発散させることができず、パッケージ内部に熱が滞留してしまい、内部の温度が変動して出力周波数が不安定になってしまうという問題点があった。
【００１３】
尚、特許文献１〜４及び非特許文献１には、金属カバーの表面にヒートシンクを設けると共に、金属製カバーの裏面（内側面）に絶縁層を形成し、接続端子を設けてＩＣチップを搭載し、ＩＣチップの端子と金属カバーの裏面の接続端子とを接続した構成は記載されていない。
【００１４】
本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、ＩＣチップ等の電子部品が発した熱を効率的に外部に放出し、出力周波数を安定させることができる水晶発振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、凹部を備えたセラミックパッケージの上に金属カバーが搭載されて水晶片とＩＣチップとが気密に封止される水晶発振器であって、金属カバーは、表面にヒートシンクを備え、裏面に絶縁層が形成されると共にＩＣチップが搭載され、絶縁層の表面にＩＣチップの端子に接続する複数のカバー側端子が設けられ、セラミックパッケージは、凹部から金属カバーの方向に突出する柱状の支柱部と、支柱部の上に形成され、カバー側端子に各々対応して接続する複数のベース側端子とを備えたことを特徴としている。
【００１６】
また、本発明は、上記水晶発振器において、ＩＣチップは、端子が金属カバーとは反対方向を向くように搭載されており、当該端子とカバー側端子とがボンディングワイヤによって接続されたことを特徴としている。
【００１７】
また、本発明は、上記水晶発振器において、金属カバー裏面のＩＣチップが搭載される領域には、絶縁層が形成されていないことを特徴としている。
【００１８】
また、本発明は、上記水晶発振器において、ＩＣチップは、端子が金属カバー方向を向くように搭載されており、当該端子とカバー側端子とが、絶縁層の表面に形成されたパターンによって接続されたことを特徴としている。
【００１９】
また、本発明は、上記水晶発振器において、ベース側端子は、支柱部側面に形成された側面電極又は支柱部の内部に形成されたビアホールと、セラミックパッケージに形成されたビアホールを介して、セラミックパッケージの裏面に設けられた端子に接続されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、凹部を備えたセラミックパッケージの上に金属カバーが搭載されて水晶片とＩＣチップとが気密に封止される水晶発振器であって、金属カバーは、表面にヒートシンクを備え、裏面に絶縁層が形成されると共にＩＣチップが搭載され、絶縁層の表面にＩＣチップの端子に接続する複数のカバー側端子が設けられ、セラミックパッケージは、凹部から金属カバーの方向に突出する柱状の支柱部と、支柱部の上に形成され、カバー側端子に各々対応して接続する複数のベース側端子とを備えた水晶発振器としているので、ＩＣチップで発生する熱を金属カバー及びヒートシンクから迅速に放熱して、セラミックパッケージ内部に熱が滞留するのを防ぎ、出力周波数を安定させることができる効果がある。
【００２１】
また、本発明によれば、ＩＣチップは、端子が金属カバーとは反対方向を向くように搭載されており、当該端子とカバー側端子とがボンディングワイヤによって接続され、金属カバー裏面のＩＣチップが搭載される領域には、絶縁層が形成されていない上記水晶発振器としているので、ＩＣチップを金属面に密着させることができ、放熱の効率を一層高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る水晶発振器の構成を示す断面図である。
【図２】本発振器のセラミックパッケージ１１の内部構成を示す説明図である。
【図３】金属カバー１４の表面の説明図である。
【図４】金属カバー１４の裏面の説明図である。
【図５】従来の水晶発振器の構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る水晶発振器は、セラミックパッケージの上に金属カバーが搭載されて、水晶片とＩＣチップとが気密に封止される表面実装型の水晶発振器であり、金属カバーの表面（上面、外側面）にヒートシンクを備え、金属カバーの裏面（下面、内側面）にＩＣチップが搭載されると共に絶縁層が形成され、絶縁層の表面にＩＣチップに接続するカバー側端子を備え、ＩＣチップとカバー側端子とがボンディングワイヤで接続されると共に、セラミックパッケージに、金属カバーの裏面に形成されたカバー側端子と接続するベース側端子が形成された構成であり、ＩＣチップを、ヒートシンクを備えた金属カバーに密着して搭載することにより、ＩＣチップで発生する熱を効率的に外部に逃がすことができ、パッケージ内に熱が滞留するのを防いで、出力周波数特性を安定させることができるものである。
【００２４】
本発明の実施の形態に係る水晶発振器の構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る水晶発振器の構成を示す断面図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る水晶発振器（本発振器）は、表面実装型の水晶発振器であって、基本的な構成として、セラミックパッケージ１１と、水晶片１２と、ＩＣチップ１３と、金属カバー１４とを備えている。
【００２５】
各部について説明する。
セラミックパッケージ１１は、従来と同様に、凹部の表面を含む底面部（ベース）に相当するセラミック基板と、側面部に相当する１層又は多層のセラミック基板を積層して形成されている。また、セラミックパッケージ１１は、下面に実装用の接続端子２４を備えている。
本発振器の特徴として、セラミックパッケージ１１は、凹部内に、上方向（金属カバーの方向）に突出した柱形状の支柱部１１０を備えている。
図１の例では、支柱部１１０のみが示されているが、後述するように、本発振器では、他に支柱部１１１，１１２を備えている。
そして、支柱部１１０の上部には、ベース側端子１９が形成されている。
【００２６】
水晶片１２は、両面に励振電極が形成されており、電圧の印加により周波数信号を発振する。水晶片１２は、導電性接着剤１７によって、セラミックパッケージ１１の凹部に形成された水晶保持端子１８に電気的に接続されると共に、保持されている。ここでは片持ちタイプを示しているが、両持ちであってもよい。
【００２７】
ＩＣチップ１３は、本発振器の特徴として、金属カバー１４の裏面に搭載されており、図１の例ではＩＣチップ１３の下面に設けられた複数の端子が、ボンディングワイヤ２２によって、金属カバー１４の裏面に形成されているカバー側端子２９に接続されている。
そして、カバー側端子２９は、導電性接着剤２０によって、支柱部１１０に形成されたベース側端子１９に接続されている。
尚、導電性接着剤２０の代わりに、異方性導電シートを用いてもよい。異方性導電シートは、厚み方向に導通性を持ち、厚み方向に挟んで加圧することにより、電気的にカバー側端子２９とベース側端子１９とが接続される。
【００２８】
更に、支柱部１１０の側面部には、ベース側端子１９と凹部に形成された水晶保持端子１８又は他の電極とを接続する側面電極２１が形成されており、水晶保持端子１８等は、ビアホール（図示せず）を介してセラミックパッケージ下面（裏面）の端子２４に接続されている。
【００２９】
金属カバー１４は、本体は従来と同様にコバール等の金属で形成され、本発振器の特徴として、表面に熱伝導性のよい金属（例えばアルミニウム合金）から成るヒートシンク１５が設けられている。
ヒートシンク１５は、多数の放熱板を備えており、表面積を大きくして、金属カバー１４の表面から放熱し易くするものである。
【００３０】
金属カバー１４の裏面には、周辺部及びＩＣチップ１３が搭載される領域を除いて絶縁層が形成されており、絶縁層の表面にＩＣチップ１３と接続する複数のカバー側端子２９が形成されている。
【００３１】
そして、金属カバー１４は、封止材２３によってセラミックパッケージ１１の側面部の上部に搭載され、セラミックパッケージ１１の内部が気密に封止されている。
本発振器では、ＩＣチップ１３が金属カバー１３の裏面に密着して搭載され、更に、金属カバー１３の表面にはヒートシンク１５が設けられていることにより、ＩＣチップ１３からの熱を外部に放出しやすくし、セラミックパッケージ１１の内部の温度を安定させるものである。
金属カバー１４の構成については後述する。
【００３２】
［セラミックパッケージ内部：図２］
次に、本発振器のセラミックパッケージ１１の内部の構成について図２を用いて説明する。図２は、本発振器のセラミックパッケージ１１の内部構成を示す説明図である。
図２に示すように、本発振器は、セラミックパッケージ１１の凹部の中央付近に、水晶片１２が搭載され、水晶片１２の一辺が、導電性接着剤１７によって、水晶保持端子１８に接続されている。
【００３３】
更に、凹部内の水晶片１２の外側には、本発振器の特徴部分である支柱部１１０，１１１，１１２が形成され、各支柱部の上部には、ベース側端子１９（１９ａ〜１９ｇ）が形成されている。
具体的には、支柱部１１０の上部には、ベース側端子１９ａ，１９ｂが形成され、支柱部１１１の上部には、ベース側端子１９ｃ，１９ｄが形成され、支柱部１１２の上部には、ベース側端子１９e，１９ｆ，１９ｇが形成されている。
【００３４】
ここで、支柱部１１０，１１１，１１２は、セラミックパッケージ１１と同等のセラミック基板を積層して形成されている。
そして、支柱部１１０，１１１，１１２は、金属カバー１４がセラミックパッケージ１１上に搭載された場合に、支柱部１１０，１１１，１１２上のベース側端子１９が、それぞれ、金属カバー１４の対応するカバー側端子２９と接続可能となる高さに形成され、カバー側端子２９と接続可能な位置に配置されている。
【００３５】
そして、各ベース側端子１９は、支柱部１１０，１１１，１１２の側面に形成された側面電極を介して、凹部の電極に接続されている。凹部の電極は、セラミックパッケージ１１に形成されたビアホールを介してセラミックパッケージ１１下面の接続端子２４に接続されている。
尚、側面電極の代わりに、支柱部１１０，１１１，１１２の内部にビアホールを形成し、ビアホールによってベース側端子１９を凹部の電極等に接続するようにしてもよい。
【００３６】
そして、セラミックパッケージ１１の外周となる側面部の上部には、金属カバーに密着して封止する封止材２３が設けられている。
尚、支柱部１１０，１１１，１１２の形状や数は、搭載されるＩＣチップや水晶片に応じて適宜調整可能である。
また、支柱部１１０，１１１，１１２を、導電性接着剤を塗り重ねることにより形成してもよい。その場合、側面電極やビアホールを形成しなくても、凹部の水晶保持端子等に接続可能となる。
【００３７】
［金属カバー１４の表面：図３］
次に、金属カバー１４の表面の構成について図３を用いて説明する。図３は、金属カバー１４の表面の説明図である。
図３に示すように、金属カバー１４は、従来と同様のコバール等の金属で形成されており、表面には、熱伝導性の良好な（熱伝導率の大きい）アルミ合金等から成るヒートシンク１５が、熱伝導性の接着剤等により密着して取り付けられている。
【００３８】
ヒートシンク１５を設けることにより、金属カバー１４だけの場合に比べて、表面積を格段に増大させ、更に熱伝導性も良好であるため、パッケージ１１内部の熱を効率よく外部に逃がすことができるものである。
【００３９】
［金属カバー１４の裏面：図４］
次に、金属カバー１４の裏面の構成について図４を用いて説明する。図４は、金属カバー１４の裏面の説明図である。
図４に示すように、本発振器の特徴として、金属カバー１４の裏面のほぼ全体に、熱伝導性の良好な材質から成る絶縁層２８が形成されている。
そして、金属カバー１４の裏面に、ＩＣチップ１３が、端子が下向き（金属カバー１４とは反対側）になるよう搭載されている。ＩＣチップ１３は、熱伝導性の良好な接着剤により、金属カバー１４の裏面に接着固定されている。
【００４０】
また、上述したように、金属カバー１４が搭載される領域には絶縁層２８は形成されていない。尚、絶縁層２８は、一旦金属カバー１４の裏面全面に形成された後、不要な部分をエッチング等により除去して形成することが可能である。
ＩＣチップ１３を金属部分に直接密着させることにより、熱を迅速に金属カバー１４に伝導して、外部に逃がすことができるものである。
【００４１】
尚、簡易な構成としては、ＩＣチップ１３が搭載される部分の絶縁層２８を除去せず、絶縁層２８の表面にＩＣチップ１３を搭載することも可能である。このように構成した場合、絶縁層２８を除去した構成と比べると放熱効果は小さくなるものの、従来の構成と比べると、効率的に放熱することができるものである。
【００４２】
また、絶縁層２８の外周付近には、複数のカバー側端子２９（２９ａ〜２９ｇ）が形成されており、ＩＣチップ１３の端子と、対応するカバー側端子２９とがボンディングワイヤ２２によって接続されている。
【００４３】
そして、図３，４に示した金属カバー１４を、図２に示したセラミックパッケージ１１の上に搭載する際には、金属カバー１４のカバー側端子２９ａ〜２９ｇが、セラミックパッケージ１１の支柱部１１０，１１１，１１２に形成されたベース用端子１９ａ〜１９ｇの上にそれぞれ搭載されて、導電性接着剤によって互いに接続され、固定される。
それと共に、金属カバー１４の裏面の外周部分は、封止材２３によってセラミックパッケージ１１の側面部の上部に接着されて内部が封止される。
【００４４】
［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る水晶発振器によれば、金属カバー１４の表面にヒートシンク１５を備え、金属カバー１４の裏面に絶縁層２８が形成され、絶縁層２８の表面にＩＣチップ１３に接続するカバー側端子２９を備え、金属カバー１４の裏面にＩＣチップ１３が端子が設けられた面が下（金属カバー１４とは反対側）になるよう搭載され、ＩＣチップ１３の端子とカバー側端子２９ａ〜２９ｇとがボンディングワイヤで接続されると共に、セラミックパッケージ１１の凹部に支柱部１１０，１１１，１１２を備え、支柱部１１０，１１１，１１２の上部に金属カバー１４のカバー側端子２９ａ〜２９ｇと接続するベース側端子１９ａ〜１９ｇが形成された構成であり、ＩＣチップ１３で発生する熱を金属カバー１４及びヒートシンク１５を介して効率的に外部に逃がすことができ、セラミックパッケージ１１内に熱が滞留するのを防いで、出力周波数特性を安定させることができる効果がある。
【００４５】
また、本実施の形態に係る水晶発振器によれば、金属カバー１４の裏面において、ＩＣチップ１３が搭載される部分には絶縁層２８を設けない構成としているので、ＩＣチップ１３を熱伝導性のよい金属面に直接密着させて、一層効率的に熱を逃がすことができる効果がある。
【００４６】
［別の実施の形態］
本発明の別の実施の形態に係る水晶発振器ついて説明する。
別の実施の形態では、ＩＣチップの搭載向きを上下反対にして、端子が上に向いた状態で金属カバーの裏面に搭載されている。
金属カバーの裏面には、外周部を除きほぼ全面に絶縁層が形成されており、その表面にＩＣチップの端子と接続する電極パターン及び配線パターンが形成され、また、これらのパターンに接続するカバー側端子が、上述した例と同様に絶縁層の外周部付近に形成されている。
ＩＣチップの端子と接続する電極等のパターンは、カバー側端子と同一の工程で形成可能である。
【００４７】
そして、ＩＣチップは、端子が上を向いた状態、つまり端子が設けられた面が金属カバーの裏面に対向する状態で、導電性接着剤によって金属カバーの裏面のパターンに接続固定されている。
【００４８】
別の実施の形態の構成でも、ＩＣチップが発生する熱を金属カバー及びヒートシンクを介して効率的に外部に逃がすことができるものである。
また、このように搭載することにより、ワイヤボンディングを不要とし、製造工程を簡略化することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、ＩＣチップ等の電子部品が発した熱を効率的に外部に放出し、出力周波数を安定させることができる水晶発振器に適している。
【符号の説明】
【００５０】
１１，３１...セラミックパッケージ、  １２，３３...水晶片、  １３，３２...ＩＣチップ、  １４，３４...金属カバー、  １５...ヒートシンク、  １７，２０，３６...導電性接着剤、  １８...水晶保持端子、  １９...ベース側端子、  ２２，３５...ボンディングワイヤ、  ２３...封止材、  ２４，３７...接続端子、  ２８...絶縁層、  ２９...カバー側端子、  ４１，４２，４３...段差部、  １１０，１１１，１１２...支柱部、  ３１０，３２０...電極
【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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