(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶振動子を封止した水晶用容器の下段に、ＩＣチップを収容する回路用容器を接合した２段重ねの水晶発振器において、
前記ＩＣチップを収容する前記回路用容器の内径寸法を、前記ＩＣチップの外形サイズとほぼ等しくなるように小さく設定すると共に、
前記回路用容器の側面に、上記ＩＣチップを保護するための保護材を注入することができる切欠部を設け、
前記切欠部から前記ＩＣチップと前記回路用容器底面との隙間に保護材が注入されていることを特徴とする水晶振動子。
【請求項２】
水晶振動子を封止した水晶容器の下段に、側面に切欠部が形成され、内径寸法がＩＣチップの外形サイズとほぼ同じ大きさとなるように形成されている箱形形状の回路用容器を接合し、
前記箱形形状の回路用容器内に前記ＩＣチップを載置して、前記水晶振動子の振動電極部と前記ＩＣチップの接続電極とを接続した後、
前記回路用容器の側面に設けた切欠部から、上記ＩＣチップを保護するための保護材を注入することを特徴とする水晶発振器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶振動子とその発振回路を一体とした水晶発振器に関わり、特に振動子と発振回路を容器内に収納した水晶発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から各種電子機器においては、水晶振動子に電気回路を組み込んだ水晶発振器、例えば温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temparature Compensated Crystal Oscillator）や、電圧制御形水晶発振器（ＶＣＸＯ：Voltage Cotrolled Crystal Oscillator）などが広く用いられている。
そして近年、携帯電話等の移動体通信機器などにおいては、機器側の配線基板に表面実装できる表面実装タイプの水晶発振器が利用されている。
【０００３】
図６は、従来の表面実装型水晶発振器の概略構造を示した図であり、図６（ａ）には水晶発振器の内部構造が、図６（ｂ）には水晶発振器の外部電極の形状が模式的に示されている。
この図６（ａ）に示す従来の水晶発振器６１は、水晶振動部６２とＩＣ回路部６３とを上下２段に接合して構成されている。
水晶振動部６２とＩＣ回路部６３は、形状が浅い箱形に成型された２つのセラミック製の容器６４、６７内に形成され、上部の容器本体（以下、「水晶用容器」という）６４には、薄い金属製の蓋６を接合し、下部の容器本体（以下、「回路用容器」という）６７には、水晶用容器６４の底部と接合することにより、内部を例えば気密状態に保つようになされている。
【０００４】
このような水晶発振器では、水晶用容器６４の内部に薄い長方形の水晶片５が収容され、回路用容器６７の内部に、電気回路を形成するＩＣチップ８などが収容される。この場合、ＩＣチップ８に形成されているバンプが、回路用容器６７内の接続電極に接続されている。
【０００５】
また、回路用容器６７の底面外側には、図６（ｂ）に示すように、水晶発振器６１を機器側の基板（図示しない）に表面実装するための外部電極１３，１３が複数個設けられている。そして、これらの外部電極１３，１３が、ＩＣ回路部６３の回路用容器６７の内部に形成されている配線パターンやスルーホールまたはスルーワイヤ等を介してＩＣチップ８と接続されている。
【０００６】
このような表面実装タイプの水晶発振器６１を電子機器側の基板に取り付ける場合は、電子機器側の基板に設けられているランドと、水晶発振器６１の外部電極１３，１３とをリフローハンダ付けによって接合するようにしている。
【０００７】
また、従来の水晶発振器６１において、回路用容器６７の内部にＩＣチップ８を接続する際には、フリップチップ方式が採用され、例えば図７（ａ）に示されているように、ＩＣチップ８の図示しない外部電極取出用パット（ボンディングパット）上に形成されたバンプ（突起）９，９・・・と、回路用容器６７の内側底面に設けられている接続電極１１，１１・・・とを加圧又は加熱した状態で超音波振動を利用して接続するようにしている。
その後、図７（ｂ）に示されているように、ＩＣチップ８の上方開口部から注入装置３１を用いて、ＩＣチップ８と回路用容器６７の内側底面との隙間に保護材としてアンダーフィル材１２を注入する必要がある。アンダーフィル材１２は、ＩＣチップ８の回路面を保護すると共に、ＩＣチップ８と回路用容器６７との接続を強固なものとするためのものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、上記したような水晶発振器が使用される各種電子機器、特に移動体通信機器では、その小型化、高密度化が進み、これに伴って水晶発振器の小型化が求められている。
ここで、上記したような水晶発振器の小型化を図るには、ＩＣ回路部６３側の小型化が１つの重要なポイントとなる。
ここで、例えばＩＣ回路部６３が１つのＩＣチップ８によって構成することができるものとすると、回路用容器６７は、その内径寸法をＩＣチップ８の外形サイズまで小さくすることができるものと考えられる。
【０００９】
しかしながら、回路用容器６７内にＩＣチップ８を接続した際には、上述したように、ＩＣチップ８と回路用容器６７との隙間にアンダーフィル材１２を必ず注入する必要がある。そして、このようなアンダーフィル材１２は、図７（ｂ）に示したように、ＩＣチップ８の上方開口部から注入するようにしているため、実際には、注入装置３１をＩＣチップ８の上方開口部から差し込むスペースを考慮する必要がある。
この結果、従来の水晶発振器では、回路用容器６７の内径寸法をＩＣチップ８の外形サイズまで小さくすることができず、これが小型化の妨げになっていた。
【００１０】
そこで、回路用容器６７の底面にアンダーフィル材１２を、予め回路用容器６７の底面に塗布した後、ＩＣチップ８を押しつけた状態でＩＣチップ８のバンプ９，９・・と、回路用容器６７内の接続電極１１，１１・・とを接続することが考えられるが、この場合はアンダーフィル材１２の膨張によって、ＩＣチップ８のバンプ９，９・・と、接続電極１１，１１・・との接続が断線するという欠点があった。
【００１１】
【問題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記したような点を鑑みてなされたものであり、
水晶振動子を封止した水晶用容器の下段に、ＩＣチップを載置した回路用容器を接合した２段重ねの水晶発振器において、
前記ＩＣチップを収容する前記回路用容器の内径寸法を、前記ＩＣチップの外形サイズまで小さくなるように設定すると共に、
前記ＩＣチップが載置されている回路用容器の側面に、前記ＩＣチップを保護するための保護材を注入することができる切欠部を設け、ＩＣチップと回路用容器の底面の隙間に保護材が注入されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本願発明の請求項２に記載されている水晶発振器の製造方法は、
水晶振動子を封止した水晶用容器の下段に、側面に切欠部が形成されているＩＣチップを載置した回路用容器を接合し、前記水晶振動子の振動電極部と前記ＩＣチップの接続電極とを接続した後、前記回路用容器の側面に設けた切欠部から、前記ＩＣチップを保護するための保護材を注入することを特徴とするものである。
【００１３】
このような本発明によれば、ＩＣチップが載置される容器に、ＩＣチップを保護する保護材を注入するための注入部を回路用容器の側面に設けるようにしているため、水晶発振器の製造工程で、側面から保護材を注入する装置を付けるだけでＩＣチップが載置される容器の内径寸法を、ほぼＩＣチップの外形寸法と等しい大きさまで小さくすることが可能になると同時に、保護材の注入のために製造工程で水晶振動子やＩＣチップが内蔵されている容器の本体をひっくり返すような工程をなくすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施にかかわる水晶発振器について説明する。
なお、以下に説明する水晶発振器は、例えば温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）や、電圧制御形水晶発振器（ＶＣＸＯ）などとされる表面実装タイプの水晶発振器を例に挙げて説明する。
【００１５】
図１は、本発明にかかわる水晶発振器の構成を説明するための図であり、図１（ａ）はその外観斜視図、図１（ｂ）はその分解斜視図である。
これら図１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施の形態とされる水晶発振器１は、水晶振動部２の容器本体（以下、「水晶用容器」という）４と、ＩＣ回路部３の容器本体（以下、「回路用容器」という）７と、蓋６とから構成され、水晶用容器４に蓋６が接合されている。これにより、水晶用容器４の内部が、真空状態あるいは窒素等の不活性ガスが充填された状態で気密封止され、その下面に回路用容器７が接合されている。つまり、この図１に示す水晶発振器では、水晶用容器４と回路用容器７とが上下２段に接合されている。
【００１６】
水晶用容器４及び回路用容器７は、例えばセラミックからなり、その上面が開口部とされる浅い箱形形状とされる。これらセラミックからなる容器４，７はグリーンシート積層法で作られることが多く、例えばアルミナを基板材料にし、導体材料としてモリブデン、タングステン等を用いて配線パターンなどを形成した後、焼成することで形成することができる。
蓋６は、薄く圧延したコバール等の金属によって形成され、シーム溶接、ろう付け、又は導電性接着剤などを用いて水晶用容器４に接合することができるようになっている。
【００１７】
水晶振動部２では、水晶用容器４の内部に水晶片５が収容されている。水晶片５は長方形の薄い板状で、その両面には、それぞれ蒸着等で金属電極５ａが形成されている。そして水晶片５の両面にそれぞれ形成されている金属電極５ａが容器本体４の内側に形成された電極引出部５ｂに、それぞれ導電性接着剤により接続されている。
水晶用容器４の電極引出部５ｂからは、スルーホールや水晶用容器４の内層に形成されたプリントパターン、及び回路用容器７の上縁に形成された電極１０を経由して、後述するＩＣ回路部３のＩＣチップ８に接続されている。
【００１８】
ＩＣ回路部３では、回路用容器７の内部にＩＣチップ８が収容されている。
このＩＣ回路部３の詳細な構成については後述するが、回路用容器７では、ＩＣチップ８から引き出されている引出電極が、回路用容器７内の接続電極に接続されている。
【００１９】
このような構成とされる表面実装型の水晶発振器１を電子機器側の基板に取り付ける場合は、後述するように、水晶発振器１の底面外側に設けられている外部電極を、水晶発振器１を取り付ける電子機器の取付基板に設けられているランド（図示しない）に、例えばリフローハンダ付けによって接合するようにしている。
【００２０】
図２は、第１の実施の形態としてのＩＣ回路部３の構造を説明するための図であり、この図２（ａ）はＩＣ回路部３を上面側から見た上面図、図２（ｂ）は、同図（ａ）に示した一点破線Ａ−Ａを矢示方向から見た断面図、図２（ｃ）は、ＩＣ回路部３を底面側から見た底面図である。
【００２１】
これら図２に示されているように、ＩＣ回路部３は、回路用容器７の内部にＩＣチップ８が収容されている。
ＩＣチップ８は、フリップチップ方式が採用され、例えばＩＣチップ８に形成されている外部電極取出用電極に形成された金バンプ９，９・・・と、回路用容器７の内側底面に設けられている接続電極１１，１１・・・とを加圧又は加熱した状態で超音波振動を利用して接続するようにしている。
【００２２】
また、図２（ｂ）に示されているように、ＩＣチップ８と、このＩＣチップ８を接続した回路用容器７の内側底面との隙間には、ＩＣチップ８の回路面を保護すると共に、ＩＣチップ８と回路用容器７との接続を強固なものとするために、例えばエポキシ系の接着剤などがアンダーフィル材（保護材）１２として注入されている。
【００２３】
また、回路用容器７の底面外側には、図２（ｃ）に示すように、水晶発振器１を電子機器側の基板（図示しない）に表面実装するための外部電極１３，１３・・が複数個設けられている。そして、これらの外部電極１３，１３・・が回路用容器７の内部に形成されている配線パターンやスルーホールまたはスルーワイヤ等を介してＩＣチップ８と接続されている。
【００２４】
そして、この実施の形態とされる水晶発振器１においては、図２（ｂ），図（ｃ）に示されているように、回路用容器７の底面にアンダーフィル材１２を注入するための注入孔２０が設けられている。
従来の水晶発振器１は、ＩＣチップ８の上方開口部からＩＣチップ８と回路用容器７との隙間にアンダーフィル材１２を注入していたのに対して、この形態の水晶発振器１では、回路用容器７の底面に設けた注入孔２０を利用してＩＣチップ８と回路用容器７との隙間にアンダーフィル材１２を注入することができる。
【００２５】
従って、このような水晶発振器１によれば、従来のように、ＩＣチップ８の上方開口部から注入装置３１を差し込むスペースを考慮して設計する必要がないため、回路用容器７の内径寸法をＩＣチップ８の外形サイズまで小さくすることが可能になる。この結果、水晶発振器１の小型化を図ることができるものである。
【００２６】
例えばＩＣチップ８の外形寸法がＬ１＝２．０ｍｍ、Ｂ＝１．５ｍｍの長方形状とすると、回路用容器７の内部寸法を例えばＬ２＝２．４ｍｍ、Ｂ＝１．９ｍｍの長方形状とすることができる。つまり、ＩＣチップ８と回路用容器７との間が約０．２ｍｍにすることができ、回路用容器７の内部寸法を、ＩＣチップ８の外形寸法とほぼ等しいサイズとすることが可能になる。
なお、ここでのＩＣチップ８及び回路用容器７の寸法は、あくまでも一例であり、ＩＣチップ８の外形寸法に合わせて、回路用容器７の内径寸法を任意に変更可能である。
【００２７】
また、この場合は、回路用容器７の底面に注入孔２０からアンダーフィル材１２を注入した後は、注入孔２０がアンダーフィル材１２によって塞がれるので、回路用容器７内の気密性も保たれることになる。
【００２８】
なお、上記図２に示したＩＣ回路部３では、回路用容器７の底面に１つの注入孔２０を設ける場合が例示されているが、回路用容器７の底面に複数の注入孔２０，２０・・・を設けてアンダーフィル材１２を注入するようにしても良い。
しかしながら、実際の製造工程では回路用容器７の底面に注入孔２０を設けた場合は、水晶発振器の容器を一旦裏返してアンダーフイル材の注入が上方から行われるようにするため、製造工程のラインが複雑化するという問題が残る。
【００２９】
図３は、このような問題点を解消すると共に、アンダーフイル材の注入が容易となるようにしたものであり、この図３（ａ）にＩＣ回路部３を上面から見た上面図、同図（ｂ）に一点鎖線Ｂ−Ｂを断面とした正面図、同図（ｃ）に側面図、同図（ｄ）に底面図がそれぞれ示されている。なお、同図（ｂ）には一点鎖線Ｂで切断した部分の断面図も合わせて示されている。
また、図３においては、上記図２と同一部位には同一番号を付し、その説明は省略する。
【００３０】
この場合のＩＣ回路部３は、図３（ａ）（ｃ）に示されているようにＩＣチップ８が収容される回路用容器４１の側面に、アンダーフィル材１２を注入するための注入部としての切欠部２１が形成されており、切欠部２１を利用してＩＣチップ８と回路用容器７との隙間にアンダーフィル材１２を注入できるように構成されている。
【００３１】
従って、このような構成のＩＣ回路部３によって水晶発振器１を構成した場合も、従来のように、ＩＣチップ８の上方開口部から注入装置３１を差し込むスペースを考慮して設計する必要がなく、回路用容器４１の内径寸法をＩＣチップ８の外形サイズまで小さくすることができるため、水晶発振器１の小型化を図ることができるものである。
【００３２】
なお、この図に示す例では回路用容器４１の短手側面にそれぞれ切欠部２１，２１を設ける場合が示されているが、切欠部２１は回路用容器４１の４つの側面の内、何れの側面に形成するか、或いは切欠部２１を幾つ形成するかはＩＣチップの大きさと、回路用容器の大きさを勘案して適宜に設定される。
例えば、回路用容器４１の４つの側面の内、何れか１つの側面だけに切欠部２１を形成してもよいし、２〜４つの側面にそれぞれ切欠部２１を形成するようにしても良い。また１つの側面に複数の切欠部２１，２１・・を形成することも勿論可能であるが、注入部を増加するほど製造装置が複雑化することになる。
【００３３】
ここで、本実施の形態の水晶発振器１におけるＩＣチップ８と回路用容器７との接続形態を図４を用いて説明しておく。
図４（ａ）は、ＩＣチップ８をフリップチップ方式によって接続した場合の接続形態が示されている。
この場合は、図４（ａ）に示すように、ＩＣチップ８に形成されている外部電極取出用電極（ボンディングパット）８ａに形成した金バンプ９を、回路用容器７の内側底面の接続電極１１に超音波振動を利用して接続する例が示されている。
なお、金バンプ９は、例えばワイヤボンディング用の細い金線を外部電極取出用電極８ａに溶着した後、溶着した金線を電流や炎で瞬間的に溶融することで３０〜１２０μｍの径のバンプを得ることが可能である。
【００３４】
また、ＩＣチップ８の外部電極取出用電極８ａと、回路用容器７の接続電極１１との接続は、例えば図４（ｂ）に示すように、導電性接着剤２２を用いて接続することも可能である。
【００３５】
以下、水晶発振器におけるアンダーフイル材の注入方法の形態を図５を用いて説明する。
図５は、上記図２に示したＩＣ回路部３の場合の製造方法を模式的に示した図である。
この場合、先ず、図５（ａ）に示すように上記、底面に注入孔２０を形成した回路用容器７を用意した後、同図（ｂ）に示すように、この回路用容器７の内部に形成されている接続電極１１，１１・・・に、ＩＣチップ８の金バンプ９，９・・・を接続する。
次に、同図（ｃ）に示すように、回路用容器７の底面外側から注入孔２０を利用して、注入装置３１などを利用して、回路用容器７とＩＣチップ８との隙間にアンダーフィル材１２を注入すれば、上記図２に示したようなＩＣ回路部３を形成することができる。従って、このようなＩＣ回路部３を水晶振動部２の底面に接合すれば、上記図１に示した水晶発振器１を形成することができる。
【００３６】
このような製造方法によれば、ＩＣチップ８を回路用容器７に接続した後、アンダーフィル材１２を注入しているため、例えばアンダーフィル材１２を塗布した後、ＩＣチップ８を接続した時のようにアンダーフィル材１２の膨張によってＩＣチップ８の接続が断線することがない。
【００３７】
なお、セラミック製の回路用容器７に注入孔２０を形成するには、焼成前のグリーンシートの段階において注入孔２０を形成すれば簡単に実現することが可能である。
【００３８】
また、図示していないが、上記図３に示した回路用容器４１の側面に切欠部２１を形成した水晶発振器の製造方法も、上記図５と同様、側面に切欠部２１を形成した回路用容器４１を用意した後、この回路用容器４１の内部に形成されている接続電極１１，１１・・・に、ＩＣチップ８の金バンプ９，９・・・を接続する。その後、切欠部２１を利用して、回路用容器４１の側面からＩＣチップ８との隙間に容器の側面からアンダーフィル材１２を注入すれば、上記図３に示したようにアンダーフイル材１２でＩＣ回路部３を固定するように形成することができる。
この場合も、ＩＣチップ８を回路用容器４１に接続した後、切欠部２１を介してアンダーフィル材１２を注入しているため、容器を反転させることなく注入することができると共に、アンダーフィル材１２が横方向から浸透してくるのでＩＣチップ８の接続が断線することを少なくすることができる。
なお、セラミック製の回路用容器４１に切欠部２１を形成する場合も、焼成前のグリーンシートの段階において切欠部２１を形成しておけば、簡単に実現することが可能である。
【００３９】
また、上記図２に示した構造の回路用容器７を用いてＩＣ回路部３を製造する場合と、図３に示した構造の回路用容器４１を用いてＩＣ回路部３を製造する場合を比較すると、底面から回路用容器７にアンダーフィル材１２を注入する際は、回路用容器７を反転する必要があるのに対して、回路用容器４１の場合はその側面の切欠部２１からアンダーフィル材１２を注入できるため、容器を反転する必要が無い分だけ、図３に示した構造の回路用容器４１を用いたほうが、ＩＣ回路部３を製造する際に製造ラインを簡易化することができる。
【００４０】
なお、本実施の形態においては、水晶振動部が形成される水晶用容器とＩＣ回路部が形成される回路用容器とを上下２段に接合した構造の水晶発振器を例に挙げて説明したが、水晶振動部とＩＣ回路部が同一の容器内に収容されている水晶発振器にも適用可能である。
ただし、この場合に図３に示したように回路用容器４１の側面に切欠部２１を設け、この切欠部２１を注入部とする方法の場合は、その切欠部２１を何らかの方法により塞いで、できるだけ容器内部を気密状態に保つことが好ましい。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の水晶発振器は、水晶振動子が収容されている水晶容器と、ＩＣチップが載置されている回路用容器を２段重ねとなるように構成したものにおいて、ＩＣチップが載置される回路用容器の側面にＩＣチップを保護する保護材を注入する切欠部を設け、この切欠部を利用してＩＣチップを保護するための保護材を注入するようにしているため、ＩＣチップの上方開口部から保護材を注入する必要がない。
これにより、ＩＣチップが載置される容器の内径寸法を、ほぼＩＣチップの外形寸法と等しい大きさまで小さくすることができ、水晶発振器の小型化を図ることができる。
また、底面から注入する場合に比較して容器を反転させる必要もないので、製造装置が容易になる。
【００４２】
このように、本発明の水晶発振器の製造方法によれば、ＩＣチップを容器に接続した後、回路用容器の側面に形成した切欠部から保護材を注入するようにしているため、例えば保護材を塗布した後、ＩＣチップを接続した時のように保護材の膨張によってＩＣチップの接続が断線するという問題が発生することもない。
また、ＩＣチップが載置される容器の側面に予め注入のための切欠部を設けるだけで実現することができるため、極めて小さい表面実装タイプの水晶発振器の場合でも注入が容易であり、保護材を注入するための製造が容易になりコストアップなしに実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態とされる水晶発振器の構成を説明するための外観斜視図、及び分解斜視図である。
【図２】  第１の実施の形態とされる水晶発振器のＩＣ回路部の構造を示した図である。
【図３】  第２の実施の形態とされる水晶発振器のＩＣ回路部の構造を示した図である。
【図４】  ＩＣチップと回路用容器との接続形態の一例を示した図である。
【図５】  本実施の形態の水晶発振器のＩＣ回路部の製造方法の一例を示した図である。
【図６】  従来の水晶発振器の概略構造を示した図である。
【図７】  従来の水晶発振器における保護材の注入方法を示した図である。
【符号の説明】
１  水晶発振器、２  水晶振動部、３  ＩＣ回路部、４  水晶用容器、５ａ  金属電極、５ｂ  電極引出部、５  水晶片、６  蓋、７、４１  回路用容器、  ８ａ  外部電極取出用電極、８  ＩＣチップ、９  バンプ、１１  接続電極、１２  アンダーフィル材、１３  外部電極、２０  注入孔、２１  切欠部、２２  導電性接着剤、３１  注入装置
【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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【図７】
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