表面実装用の水晶発振器
【課題】水晶片に対する電磁シールドを維持しつつ、ＩＣチップを収容する実装基板の機械的強度が保たれ、ＩＣチップ内の電子回路が浮遊容量の影響を受けにくく、かつ、ＩＣチップ内の電子回路が機械的なダメージを受けることがない、表面実装用の水晶発振器を提供する。
【解決手段】積層セラミックからなる実装基板２の底壁層２ａを第１の層２ａ１と第２の層２ａ２の２層構成としてこれら層２ａ１，２ａ２の積層面に金属膜からなる中間層１４を設ける。ＩＣチップ１は底壁層２ａに対してバンプ６を用いた超音波熱圧着で固着する。中間層１４では、ＩＣチップ１の回路形成領域に対応して開口部を設ける。
【解決手段】積層セラミックからなる実装基板２の底壁層２ａを第１の層２ａ１と第２の層２ａ２の２層構成としてこれら層２ａ１，２ａ２の積層面に金属膜からなる中間層１４を設ける。ＩＣチップ１は底壁層２ａに対してバンプ６を用いた超音波熱圧着で固着する。中間層１４では、ＩＣチップ１の回路形成領域に対応して開口部を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子とこの水晶振動子を用いる発振回路を含むＩＣ（集積回路）チップとを一体化させた表面実装用の水晶発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子とこの水晶振動子を用いる発振回路を集積したＩＣチップとを一体化させた表面実装用の水晶発振器は、小型・軽量であることから、特に携帯型の電子機器、例えば携帯電話機において、周波数や時間の基準源として広く内蔵されている。表面実装用の水晶発振器の１つのタイプとして、特許文献１に示されるように、水晶片を容器内に密閉封入して水晶振動子を構成し、ＩＣチップを別の容器に収容したものをこの水晶振動子に接合することにより一体のものとした接合型の表面実装用水晶発振器がある。図６（ａ）は従来の接合型の表面実装用水晶発振器の一例を示す断面図であり、図６（ｂ）はその組立断面図であり、（ｃ）はその側断面図である。図６（ａ）は、水晶片８の長辺を横から見た断面図に相当し、図６（ｃ）は水晶片８の短辺を横から見た断面図に相当する。
【０００３】
図示される水晶発振器は、ＩＣチップ１を収容した実装基板２と水晶片８を密閉封入した水晶振動子３とを備え、実装基板２が水晶振動子３に底面に接合されているものである。実装基板２は、平面形状が略長方形の平板状の部材であって、その一方の主面には、ＩＣチップ１を収容するための凹部が形成されている。
【０００４】
実装基板２は、略長方形の平板状の底壁層２ａと、底壁層２ａ上に枠状に設けられた枠壁層２ｂとからなる積層セラミックから構成されており、枠壁層２ｂによって実装基板２の凹部の側壁が形成されている。枠壁層２ｂの上面の４隅部、すなわち実装基板２の凹部を囲む開口端面の４隅部には、実装基板２を水晶振動子３の底面に電気的かつ機械的に接合するための接合端子５が形成されている。底壁層２ａは、図示下側すなわち実装基板２の外底面を構成する第１の層２ａ１と、枠壁等２ｂに接することとなる第２の層２ａ２とを積層した構成のものであり、第１の層２ａ１と第２の層２ａ２とが積層する面のほぼ全面には、金属膜からなる中間層１４が設けられている。中間層１４はＩＣチップ１及び水晶片８に対する電磁シールドとして機能するものであり、詳細については後述する。底壁層２ａの第１の層２ａ１図示下面すなわち実装基板１の外底面の４隅部には、この水晶発振器をセット基板上に表面実装する際に用いられる実装端子４が設けられている。これらの４つの実装端子４は、例えば、電源端子、接地端子、発振出力端子、ＡＦＣ（自動周波数制御）端子である。ＡＦＣ端子は、ＩＣチップ１に対してＡＦＣ信号を供給するために用いられる端子である。
【０００５】
ＩＣチップ１は、略長方形の形状を有し、水晶振動子３を用いる発振回路を少なくとも含む電子回路を半導体基板に集積化したものである。ＩＣチップ１は、発振回路のほかに、水晶振動子３の周波数温度特性を補償する温度補償機構を備えていてもよい。ＩＣチップ１においては発振回路や温度補償機構などの電子回路が半導体基板の一方の主面に通常の半導体装置製造プロセスによって形成されているので、半導体基板の一対の主面のうちこれらの電子回路が形成されている方の主面のことを、ＩＣチップの回路機能面と呼ぶことにする。回路機能面には、ＩＣチップ１を外部回路に接続するための複数のＩＣ端子も形成されている。ＩＣ端子には、電源端子、接地端子、発振出力端子、ＡＦＣ端子、水晶振動子と接続するための一対の水晶接続端子などが含まれる。
【０００６】
実装基板２の凹部の底面、すなわち凹部による第２の層２ａ２の露出面には、ＩＣ端子に対応して回路端子１１が設けられている。ＩＣ端子のうちの電源端子、接地端子、発振出力端子、ＡＦＣ端子に対応する回路端子は、それぞれ、不図示の導電路を介して、対応する実装端子４に電気的に接続している。ＩＣチップ２の１対の水晶接続端子に対応する回路端子は、不図示の導電路を介して、例えば略長方形の実装基板２の一方の短辺の両端にある接合端子５に電気的に接続している。残りの２個の接合端子５は、例えば、実装基板２に設けられたスルーホールを介して、実装端子４のうちの接地端子と電気的に接続する。中間層１４も実装基板に設けられたスルーホールを介して実装端子４のうちの接地端子と電気的に接続する。
【０００７】
ＩＣチップ１は、その回路機能面が実装基板２の凹部の底面に向かい合うようにして、フリップチップボンディングの技術を使用して、実装基板２の凹部底面に固着されている。具体的には、バンプ６を用いる超音波熱圧着によりＩＣ端子を回路端子１１に電気的・機械的に接続することによって、ＩＣチップ１を実装基板２の凹部底面に固着する。
【０００８】
一方、水晶振動子３は、凹部を有する積層セラミックからなる容器本体７内に水晶片８を収容し、凹部を取り囲む開口端面に対して金属カバー９を接合することによって、凹部内に水晶片８を密閉封入したものである。図示されたものでは、開口端面に設けられた金属厚膜あるいは金属リング１５に対して、シーム溶接やビーム溶接によって金属カバー９が接合されている。容器本体７の外底面の４隅部は、実装基板２の接合端子５に対応する外部端子１０が設けられている。容器本体７の凹部の底面には、水晶片８を保持するための１対の水晶保持端子１２が設けられている。
【０００９】
水晶片８は、例えば略長方形のＡＴカットの水晶片であり、その両方の主面にそれぞれ励振電極（不図示）が設けられるともに、これらの励振電極からは、水晶片８の一端部の両側に向けて、すなわち一方の短辺の両端部に向けて、それぞれ引出電極（不図示）が延出されている。引出電極が延出された水晶片８の一端部両側を導電性接着剤１３などで固着することにより、水晶片８が水晶保持端子１２に対して電気的・機械的に接続し、水晶片８が容器本体７の凹部内に保持されている。
【００１０】
容器本体７において、１対の水晶保持端子１２は、容器本体７の外底面における一方短辺の両端にある１対の外部端子１０に対して、不図示の導電路を介して電気的に接続する。容器本体７の外底面における他方の短辺の両端にある外部端子１０は、容器本体７に設けられたビアホールなどを介して金属カバー９と電気的に接続する。
【００１１】
このような構成では、実装基板２の接合端子５と水晶振動子３の外部端子１０とを半田などを用いて接続することにより、実装基板２と水晶振動子３とが電気的かつ機械的に接続し、表面実装用水晶発振器として完成することになる。このとき、水晶振動子３における水晶保持端子１２は、外部端子１０、接合端子５及び回路端子１１を介してＩＣ端子に電気的に接続することになるから、水晶片８がＩＣチップ１内の発振回路と電気的に接続することになる。同様に金属カバー９が実装端子４中の接地端子と電気的に接続し、底壁層２ａ内に形成されている中間層１４も、実装端子４中の接地端子と電気的に接続する。
【００１２】
この構成では、セット基板に搭載したときに接地電位に接続されることとなる金属カバー９及び中間層１４によって水晶片８及びＩＣチップ１が上下方向から挟まれており、金属カバー９及び中間層１４が電磁シールドとして機能することになるので、外部からの電磁波ノイズが水晶片８やＩＣチップ１に入来することがなくなって、水晶発振器が安定して動作するようになる。
【特許文献１】特許第２９６０３７４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら上述した従来の接合型の表面実装用水晶発振器では、その水晶発振器が搭載される機器の小型化が進行するにつれて、平面サイズのみならず高さ（セット基板に搭載した場合の部品高）も小さくする必要がある。そのため、図６に示した構成においては、ＩＣチップ１の実装基板２へのフリップチップボンディングに用いるバンプ６の直径も小さくなる傾向にあり、その結果、ＩＣチップ１の回路機能面と実装基板２の凹部の内底面すなわち底壁層２ａの露出面との間隔（隙間）も、例えば３０μｍと小さくなりつつある。
【００１４】
ＩＣチップの回路機能面には発振回路などが形成されているが、ＩＣチップの回路機能面と凹部の内底面との間隔が小さくなると、回路機能面に形成されている発振回路などの電子回路と、底壁層２ａ内に形成されている中間層１４との距離も短くなり、これらの間の浮遊容量が無視できなくなる。この浮遊容量が大きすぎると、ＩＣチップ１内の発振回路などの電子回路の動作に悪影響が及ぼされる。
【００１５】
また、積層セラミックからなる実装基板２は、複数層の未焼成のセラミックシートを積層して焼成することによって得られるものであるが、図６に示した構成のものでは、底壁層２ａの第１の層２ａ１と第２の層２ａ２との積層面において金属膜である中間層１４が広範囲に設けられている。セラミックと金属との接合強度は一般にセラミック同士の接合強度よりも低いので、このように中間層１４が広い面積で設けられている構成では、実装基板２の機械的強度が不十分なものとなりやすい。また、実装基板２を焼成で形成する際にセラミックシートが不均等に収縮することにより、実装基板２の凹部の内底面に部分的に凸形状となる場合がある。ＩＣチップ１と凹部の内底面との距離を小さくした場合にこのような凸形状が生じると、この凸形状がＩＣチップ１の回路機能面に当接することとなり、回路機能面に形成されている電子回路がダメージを受けて正常に動作しなくなることも考えられる。
【００１６】
そこで本発明の目的は、水晶片に対する電磁シールドを維持しつつ、小型に形成した場合であっても、ＩＣチップを収容する実装基板の機械的強度が保たれ、ＩＣチップ内の電子回路が浮遊容量の影響を受けにくく、かつ、実装基板の凹部の内底面に形成される凸形状によってＩＣチップ内の電子回路がダメージを受けることがない、表面実装用の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】
【００１７】
本発明の表面実装用の水晶発振器は、上面に設けられた金属カバーによって水晶片を密閉封入する容器を有し、水晶片に電気的に接続する外部端子を該容器の外底面に備える水晶振動子と、一方の主面に外部端子に対応する接合端子を備え、他方の主面に少なくとも接地端子を含む複数の実装端子を備える実装基板と、実装基板の一方の主面に形成された凹部内に収容され、水晶片を用いる発振回路が集積化されたＩＣチップと、を有し、実装基板は、積層セラミックからなり、底壁層と、開口部を有して底壁層上に形成された枠壁層とを有し、開口部によって凹部が構成され、凹部の底面にＩＣチップがフリップチップボンディングにより固着され、ＩＣチップは複数の実装端子及び接合端子に電気的に接続し、底壁層は第１の層及び第２の層を積層してなり、第１の層と第２の層との積層面に金属膜からなる中間層が設けられ、中間層は開口部を有してＩＣチップにおける回路形成領域に対応する領域には中間層が設けられておらず、金属カバー及び中間層は接地端子に電気的に接続することを特徴とする。
【００１８】
あるいは本発明の表面実装用の水晶発振器は、水晶片と、水晶片を用いる発振回路が集積化されたＩＣチップと、ＩＣチップを収容する第１の凹部を一方の主面に有し水晶片を収容する第２の凹部を他方の主面に有する実装基板と、実装基板は、積層セラミックからなり、底壁層と、開口部を有して底壁層の一方の主面上に形成されて第１の凹部を形成する第１の枠壁層と、開口部を有して底壁層の他方の主面上に形成されて第２の凹部を形成する第２の枠壁層と、を有し、２の凹部の底面には一対の水晶保持端子が設けられて水晶片はに接合し、２の凹部の開口端面に金属カバーが接合してカバーによって水晶片が第２の凹部内に密閉封入され、第１の凹部の開口端面には少なくとも接地端子を含む複数の実装端子が形成され、１の凹部の底面にＩＣチップがフリップチップボンディングにより固着され、ＩＣチップは複数の実装端子及びに電気的に接続し、底壁層は第１の層及び第２の層を積層してなり、第１の層と第２の層との積層面に金属膜からなる中間層が設けられ、中間層は開口部を有してＩＣチップにおける回路形成領域に対応する領域には中間層が設けられておらず、カバー及び中間層は接地端子に電気的に接続することを特徴とする。
【００１９】
本発明の表面実装用の水晶発振器において、フリップチップボンディングは、例えば、バンプを用いた超音波熱圧着である。
【発明の効果】
【００２０】
容器本体においてＩＣチップがフリップチップボンディングで固着されることになる底壁層内に設けられる中間層に、ＩＣチップにおける回路形成領域に対応する開口部を設けることにより、回路形成領域に対向する位置には中間層が形成されないこととなるので、回路形成領域内の発振回路などの電子回路と中間層との間の浮遊容量の発生を抑制することができて、発振回路などの電子回路が安定して動作し、また、セラミック層と金属膜とが接合する部分の面積が減少するので容器本体の機械的強度が増す。さらに、中間層が形成されない領域では底壁層の表面がわずかに窪むので、この領域に凸形状が生じてもその凸形状がＩＣチップの回路形成領域に当接することがなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態の表面実装用水晶発振器を示す側断面図であり、図２はＩＣチップの回路機能面を説明する平面図であり、図３は図１に示す水晶発振器における実装基板を説明する図であって、（ａ）は実装基板の上面図であり、（ｂ）は底壁層の平面図であり、（ｃ）は底壁層において第１の層と第２の層の間に形成される中間層の配置を示す平面図であり、（ｄ）は実装基板の底面図である。これらの図において、図６におけるものと同じ構成要素については同じ参照符号が付与されており、これらについての説明は省略または簡略化する。図１は、上述の図６（ｃ）と同様に、略長方形の水晶片８の短辺を横から見た図に相当する。
【００２２】
第１の実施形態の表面実装用水晶発振器は、図６に示した従来の接合型の表面実装用水晶発振器と同様のものであるが、底壁層２ａにおいて第１の層２ａ１と第２の層２ａ２との積層面に金属膜として形成される中間層１４の形状において図６に示したものと異なっている。なお、水晶片８が密閉封入されている水晶振動子３の構成は図６に示したものと同一である。
【００２３】
図２はＩＣチップ１の回路機能面を示している。本実施形態ではＩＣチップ１は、発振回路のほかに、水晶振動子３の周波数温度特性を補償する温度補償機構を備えるものであり、本実施形態の水晶発振器は温度補償型水晶発振器である。略長方形のＩＣチップ１において、発振回路や温度補償機構などの電子回路は回路機能面のほぼ中央の領域に形成されており、回路機能面の外周部にはこれらの電子回路は形成されない。回路機能面のうち電子回路が形成されている領域を回路形成領域とすると、図２に示したものでは、回路機能面のほぼ中央部の略長方形の領域が回路形成領域１７であり、回路形成領域１７を取り囲むように、複数のＩＣ端子１６が配置している。図示したものでは、８個のＩＣ端子１６が、１列当たり４個ずつ２列になって配置している。ＩＣ端子１６は、回路形成領域１７に形成されている電子回路に接続するものであって、ここに示したものでは、電源端子、接地端子、発振出力端子、ＡＦＣ端子、水晶振動子と接続するための一対の水晶接続端子、温度補償機構に対して温度補償データを書き込むために用いられる１対の書込端子がＩＣ端子１６として設けられている。
【００２４】
本実施形態の水晶発振器では、実装基板２の凹部の内底面に図６に示したものと同様にフリップチップボンディングでＩＣチップ１を固着させた場合に回路形成領域１７の直下となる位置には、中間層１４は設けられていない。言い換えれば、底壁層２ａの第１の層２ａ１と第２の層２ａ２との積層面に金属膜として設けられる中間層１４には、後述の図３（ｃ）に示すように、回路形成領域１７に対応して略長方形の開口が設けられている。
【００２５】
次に、本実施形態の表面実装用水晶発振器で用いられる実装基板２についてさらに詳しく説明する。
【００２６】
図３（ａ）は実装基板２の上面図であり、枠壁層２ｂの上面の４角部にそれぞれ接合端子５が形成されていることを示している。枠壁層２ｂに囲まれた部分が凹部であり、図３（ａ）では凹部内にＩＣチップ１が固着されていることが示されている。図３（ｂ）は、底壁層２ａの上面、すなわち第２の層２ａ２の上面を示している。図示２点鎖線は枠壁層２ｂの内壁の形成位置を示している。図３（ｂ）に示すように、第２の層２ａ２の上面に８個の回路端子１１が１列４個ずつ２列に並んで設けられている。これらの回路端子のうち図示左端の２個は、ＩＣチップ１の水晶接続端子に対応するものであって、枠壁層２ｂに形成されたビアホールを介して枠壁層２ｂの上面の接合端子５に電気的に接続している。図示左端から２つ目の２個の回路端子１１は、ＩＣチップ１のＡＦＣ端子及び電源端子に対応するものであり、図示右端から２つ目の２個の回路端子１１は、ＩＣチップ１の１対の書込端子に対応するものである。図示右端の２個の回路端子１１のうち図示上側にあるものは、ＩＣチップ１の出力端子に対応し、図示下側にあるものは接地端子に対応するものである。これらの回路端子１１のうち、ＡＦＣ端子、電源端子、発振出力端子及び接地端子に対応するものは、導電路により第２の層２ａ２の上面の４角部に引き出されており、実装基板２の外側面に形成された導電路を介して、実装基板２の外底面のそれぞれの実装端子４に電気的に接続している。
【００２７】
図３（ｃ）は、第１の層２ａ１の上面図であって、第１の層２ａ１と第２の層２ａ２との積層面における中間層１４の配置を示している。図示斜線部が中間層１４の形成領域である。中間層１４には、ＩＣチップ１の回路形成領域１７に対応して開口部が設けられている。中間層１４は、第１の層２ａ１の上面の１つの角部に引き出され、実装基板２の外側面に形成された導電路のうちの接地端子用の導電路に電気的に接続することにより、実装端子４のうちの接地端子に電気的に接続する。また中間層１４は、第２の層２ａ２及び枠壁層２ｂに形成されたビアホールを介して、接地用の接合端子５にも電気的に接続している。
【００２８】
図３（ｄ）は、実装基板２の外底面を示しており、４角部にそれぞれ実装端子４が設けられていることを示している。これらの実装端子４は、それぞれ、接地端子、電源端子、ＡＦＣ端子及び発振出力端子であり、上述したように、実装基板２の外側面と第２の層２ａ２の上面に形成された導電路を介して、対応する回路端子１１に電気的に接続している。さらに本実施形態の水晶発振器では、実装基板２の外底面のそれぞれの長辺の中央部に、ＩＣチップ１内の温度補償機構に温度補償データを書き込むためのデータ書込端子１８も設けられている。データ書込端子１８は、第１の層２ａ１及び第２の層２ａ２に形成されたビアホールを介して、書込端子用の回路端子１１に電気的に接続している。
【００２９】
このような実装基板２は、第１の層２ａ１、第２の層２ａ２及び枠壁層２ｂにそれぞれ対応する未焼成のセラミックシートを積層し、焼成することが製造される。これらの未焼成のセラミックシートには、あらかじめ、実装端子４、導電路、接合端子５、回路端子１１及び中間層１４などに対応する金属膜パターンが形成されている。
【００３０】
ＩＣチップ１は、その回路機能面がこのようにして製造された実装基板２の凹部の底面に向かい合うようにして、バンプ６を用いる超音波熱圧着によりＩＣ端子を回路端子１１に電気的・機械的に接続することによって、実装基板２の凹部底面に固着される。別途製造されている水晶振動子３に対して、ＩＣチップ１を搭載した実装基板２を接合することによって、本実施形態の表面実装用の水晶発振器が完成する。
【００３１】
本実施形態の水晶発振器では、ＩＣチップ１の回路形成領域１７に対向する位置には中間層１４は形成されていない。したがって、ＩＣチップ１の回路機能面と実装基板２の凹部の内底面との間隔が小さくなっても、回路形成領域１７内の回路において中間層１４との間で大きな浮遊容量が発生することがなくなり、発振回路などの電子回路が確実な動作が維持される。図６に示した従来のものと比べ、中間層１４の面積が小さくなって、その分、第１の層２ａ１と第２の層２ａ２とが直接接合する部分の面積が大きくなっている。セラミック相互の接合の方がセラミックと金属との接合よりも強度が大きいので、本実施形態の水晶発振器は従来のものに比べて機械的強度が向上している。
【００３２】
また、底壁層２ａは、中間層１４に対応する金属膜パターンを介在させて第１の層２ａ１と第２の層２ａ２に対応するセラミックシートを積層し、焼成することによって形成されるので、中間層１４における開口部分では、第２の層２ａ２の表面が少し窪むことになる。このような窪みがあると、焼成時の不均一な収縮等によって第２の層２ａ２に凸形状部が形成されるような場合であっても、窪んだ分だけその凸形状の高さが低くなり、凸形状がＩＣチップ１の回路形成領域１７に当接することが防がれることになる。したがって、本実施形態によれば、水晶発振器の信頼性をさらに高めることができる。
【００３３】
上述した構成では、第２の層２ａ２の上面において２列に並んで配置している回路端子１１のうち、配置の端部にある回路端子１１を発振出力端子に対応する回路端子として、この回路端子１１から第２の層２ａ２の最も近い角部に導電路を延ばすようにしている。その結果、発振出力が通過することとなる導電路はその大半で中間層１４の上を通過することとなり、発振出力への外来ノイズの影響を防ぐことができるようになる。
【００３４】
図４は、本実施形態の水晶発振器における電磁シールドの効果を説明する図である。図４は、水晶片８の長辺を横から見た断面図に相当する。ＩＣチップ内の電子回路については回路構成を工夫するなどによって外来の電磁波ノイズの影響を受けにくくすることは可能であるので、水晶発振器において外来ノイズに対する電磁シールドを設ける場合には、水晶振動子を構成する水晶片に対する電磁シールドを第１に考えるべきことになる。本実施形態の水晶発振器では、ＩＣチップ１の回路形成領域１７に対応して中間層１４に開口が形成されており、この開口の位置で中間層１４による電磁シールドは設けられないことになる。しかしながら、半導体基板からなるＩＣチップ１自体を水晶片８に対する電磁シールドとして機能させることが可能であるので、図４に示すように、水晶片８は、図示上方向からは金属カバー９によってシールドされ、図示下方向からは中間層１４とＩＣチップ１とによってシールドされることになる。図４において太矢印は外来ノイズを示している。結局、本実施形態の水晶発振器は、水晶片８に関して言えば、図６に示した従来のものと同等の電磁シールド特性を有することとなり、外来ノイズによる影響を受けにくいものとなっている。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施形態の表面実装用の水晶発振器について説明する。
【００３６】
表面実装用の水晶発振器としては、第１の実施形態で示した接合型のもののほかに、両方の主面にそれぞれ凹部が形成された容器本体あるいは実装基板を使用し、一方の主面の凹部に水晶片を密閉封入して水晶振動子を構成するとともに、他方の主面の凹部にＩＣチップを格納した、いわゆる二室型のものがある。二室型の水晶発振器においても本発明を適用することができる。図５は、二室型のものとして構成された本発明の第２の実施形態の表面実装用の水晶発振器を示している。図５において、上述の第１の実施形態におけるものと同じ構成要素には同一の参照符号が付与されており、これらについての説明は省略または簡略化する。なお図５では、説明のため、図１に示すものとは逆に、実装基板の図示下側の面にＩＣチップが固着されるものとしている。
【００３７】
図５に示した水晶発振器は、図１に示した水晶発振器の積層セラミックからなる実装基板２において、底壁層２ａの２つの面のうち、枠壁層２ｂが設けられない方に面に第２の枠壁層２ｃを設け、上述と同様に枠壁層２ｂの底面にＩＣチップ１を固着するともに、底壁層２ａと第２の枠壁層２ｃとによって形成された凹部２０ｂ内に水晶片８を収容したものである。水晶片８としては上述と同様のものが使用され、水晶片８を保持するための一対の水晶保持端子１２は凹部２０ｂの内底面において第２の枠壁層２ｃ上に形成されている。凹部２０ｂを取り囲む開口端面に対して金属カバー９を接合することによって、凹部２０ｂ内に水晶片８が密閉封入されている。金属カバー９は、上述と同様に、凹部２０ｂの開口端面に設けられた金属厚膜あるいは金属リング１５に対してシーム溶接やビーム溶接によって接合されている。
【００３８】
水晶発振器をセット基板上に表面実装する際に用いられる実装端子４は、枠壁層２ｂの上面すなわちＩＣチップ１を取り囲む凹部２０ａの開口端面の４角部に形成されている。凹部２０ａの内底面には上述と同様に回路端子１１が設けられており、水晶接続端子に対応する回路端子１１は、底壁層２ａに形成された導電路（不図示）を介して水晶保持端子１２と電気的に接続している。ＩＣチップ１は、第１の実施形態で使用されているものと同様のものであって、バンプ６を用いた超音波熱圧着によって回路端子１１に接合することによって、凹部２０ａ内に収容されている。
【００３９】
この構成においても、底壁層２ａは第１の層２ａ１と第２の層２ａ２からなり、第１の層２ａ１と第２の層２ａ２の積層面には、金属膜からなり実装端子４にうちの接地端子に電気的に接続する中間層１４が形成されている。中間層１４には、ＩＣチップ１の回路形成領域１７に対応して開口部が設けられている。この水晶発振器でも、ＩＣチップ１の回路形成領域１７に対向する位置には中間層１４は形成されていないことにより、ＩＣチップ１の回路機能面と実装基板２の凹部２０ａの内底面との間隔が小さくなっても、回路形成領域１７内の回路において中間層１４との間で大きな浮遊容量が発生することがなくなり、発振回路などの電子回路が確実な動作が維持される。また、中間層１４に開口部を設けない場合に比べ、水晶片８に対する電磁シールドの効果は維持しつつ、実装容器２の機械的強度を向上させることができる。第２の層２ａの表面は、中間層１４の開口部の位置すなわちＩＣチップ１の回路形成領域１７の位置において少し窪むので、焼成による容器本体の形成時に不均等な収縮によって凸形状が形成されるような場合であっても、この凸形状がＩＣチップの回路形成領域１７に当接することを防ぐことができる。
【００４０】
以上、本発明に基づく表面実装用水晶発振器について、温度補償機構がＩＣチップに内蔵された温度補償型水晶発振器の場合を例に挙げて説明したが、温度補償機構を備えないＩＣチップを用いる表面実装用水晶発振器にも本発明が適用できることは当然のことである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施形態の表面実装用水晶発振器を示す側断面図である。
【図２】ＩＣチップの回路機能面を示す平面図である。
【図３】（ａ）は実装基板の上面図であり、（ｂ）は底壁層の平面図であり、（ｃ）は底壁層において第１の層と第２の層の間に形成される中間層の配置を示す平面図であり、（ｄ）は実装基板の底面図である。
【図４】図１に示す表面実装用水晶発振器における電磁シールドの効果を説明する図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の表面実装用水晶発振器を示す側断面図である。
【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ従来の接合型の表面実装用水晶発振器の断面図、組立断面図及び側断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…ＩＣチップ、２…実装基板、２ａ…底壁層、２ａ１…第１の層、２ａ２…第２の層、２ｂ，２ｃ…枠壁層、３…水晶振動子、４…実装端子、５…接合端子、６…バンプ、７…容器本体、８…水晶片、９…金属カバー、１０…外部端子、１１…回路端子、１２…水晶保持端子、１３…導電性接着剤、１４…中間層、１５…金属リング、１６…ＩＣ端子、１７…回路形成領域、１８…データ書込端子、２０ａ，２０ｂ…凹部、２１…容器本体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子とこの水晶振動子を用いる発振回路を含むＩＣ（集積回路）チップとを一体化させた表面実装用の水晶発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子とこの水晶振動子を用いる発振回路を集積したＩＣチップとを一体化させた表面実装用の水晶発振器は、小型・軽量であることから、特に携帯型の電子機器、例えば携帯電話機において、周波数や時間の基準源として広く内蔵されている。表面実装用の水晶発振器の１つのタイプとして、特許文献１に示されるように、水晶片を容器内に密閉封入して水晶振動子を構成し、ＩＣチップを別の容器に収容したものをこの水晶振動子に接合することにより一体のものとした接合型の表面実装用水晶発振器がある。図６（ａ）は従来の接合型の表面実装用水晶発振器の一例を示す断面図であり、図６（ｂ）はその組立断面図であり、（ｃ）はその側断面図である。図６（ａ）は、水晶片８の長辺を横から見た断面図に相当し、図６（ｃ）は水晶片８の短辺を横から見た断面図に相当する。
【０００３】
図示される水晶発振器は、ＩＣチップ１を収容した実装基板２と水晶片８を密閉封入した水晶振動子３とを備え、実装基板２が水晶振動子３に底面に接合されているものである。実装基板２は、平面形状が略長方形の平板状の部材であって、その一方の主面には、ＩＣチップ１を収容するための凹部が形成されている。
【０００４】
実装基板２は、略長方形の平板状の底壁層２ａと、底壁層２ａ上に枠状に設けられた枠壁層２ｂとからなる積層セラミックから構成されており、枠壁層２ｂによって実装基板２の凹部の側壁が形成されている。枠壁層２ｂの上面の４隅部、すなわち実装基板２の凹部を囲む開口端面の４隅部には、実装基板２を水晶振動子３の底面に電気的かつ機械的に接合するための接合端子５が形成されている。底壁層２ａは、図示下側すなわち実装基板２の外底面を構成する第１の層２ａ１と、枠壁等２ｂに接することとなる第２の層２ａ２とを積層した構成のものであり、第１の層２ａ１と第２の層２ａ２とが積層する面のほぼ全面には、金属膜からなる中間層１４が設けられている。中間層１４はＩＣチップ１及び水晶片８に対する電磁シールドとして機能するものであり、詳細については後述する。底壁層２ａの第１の層２ａ１図示下面すなわち実装基板１の外底面の４隅部には、この水晶発振器をセット基板上に表面実装する際に用いられる実装端子４が設けられている。これらの４つの実装端子４は、例えば、電源端子、接地端子、発振出力端子、ＡＦＣ（自動周波数制御）端子である。ＡＦＣ端子は、ＩＣチップ１に対してＡＦＣ信号を供給するために用いられる端子である。
【０００５】
ＩＣチップ１は、略長方形の形状を有し、水晶振動子３を用いる発振回路を少なくとも含む電子回路を半導体基板に集積化したものである。ＩＣチップ１は、発振回路のほかに、水晶振動子３の周波数温度特性を補償する温度補償機構を備えていてもよい。ＩＣチップ１においては発振回路や温度補償機構などの電子回路が半導体基板の一方の主面に通常の半導体装置製造プロセスによって形成されているので、半導体基板の一対の主面のうちこれらの電子回路が形成されている方の主面のことを、ＩＣチップの回路機能面と呼ぶことにする。回路機能面には、ＩＣチップ１を外部回路に接続するための複数のＩＣ端子も形成されている。ＩＣ端子には、電源端子、接地端子、発振出力端子、ＡＦＣ端子、水晶振動子と接続するための一対の水晶接続端子などが含まれる。
【０００６】
実装基板２の凹部の底面、すなわち凹部による第２の層２ａ２の露出面には、ＩＣ端子に対応して回路端子１１が設けられている。ＩＣ端子のうちの電源端子、接地端子、発振出力端子、ＡＦＣ端子に対応する回路端子は、それぞれ、不図示の導電路を介して、対応する実装端子４に電気的に接続している。ＩＣチップ２の１対の水晶接続端子に対応する回路端子は、不図示の導電路を介して、例えば略長方形の実装基板２の一方の短辺の両端にある接合端子５に電気的に接続している。残りの２個の接合端子５は、例えば、実装基板２に設けられたスルーホールを介して、実装端子４のうちの接地端子と電気的に接続する。中間層１４も実装基板に設けられたスルーホールを介して実装端子４のうちの接地端子と電気的に接続する。
【０００７】
ＩＣチップ１は、その回路機能面が実装基板２の凹部の底面に向かい合うようにして、フリップチップボンディングの技術を使用して、実装基板２の凹部底面に固着されている。具体的には、バンプ６を用いる超音波熱圧着によりＩＣ端子を回路端子１１に電気的・機械的に接続することによって、ＩＣチップ１を実装基板２の凹部底面に固着する。
【０００８】
一方、水晶振動子３は、凹部を有する積層セラミックからなる容器本体７内に水晶片８を収容し、凹部を取り囲む開口端面に対して金属カバー９を接合することによって、凹部内に水晶片８を密閉封入したものである。図示されたものでは、開口端面に設けられた金属厚膜あるいは金属リング１５に対して、シーム溶接やビーム溶接によって金属カバー９が接合されている。容器本体７の外底面の４隅部は、実装基板２の接合端子５に対応する外部端子１０が設けられている。容器本体７の凹部の底面には、水晶片８を保持するための１対の水晶保持端子１２が設けられている。
【０００９】
水晶片８は、例えば略長方形のＡＴカットの水晶片であり、その両方の主面にそれぞれ励振電極（不図示）が設けられるともに、これらの励振電極からは、水晶片８の一端部の両側に向けて、すなわち一方の短辺の両端部に向けて、それぞれ引出電極（不図示）が延出されている。引出電極が延出された水晶片８の一端部両側を導電性接着剤１３などで固着することにより、水晶片８が水晶保持端子１２に対して電気的・機械的に接続し、水晶片８が容器本体７の凹部内に保持されている。
【００１０】
容器本体７において、１対の水晶保持端子１２は、容器本体７の外底面における一方短辺の両端にある１対の外部端子１０に対して、不図示の導電路を介して電気的に接続する。容器本体７の外底面における他方の短辺の両端にある外部端子１０は、容器本体７に設けられたビアホールなどを介して金属カバー９と電気的に接続する。
【００１１】
このような構成では、実装基板２の接合端子５と水晶振動子３の外部端子１０とを半田などを用いて接続することにより、実装基板２と水晶振動子３とが電気的かつ機械的に接続し、表面実装用水晶発振器として完成することになる。このとき、水晶振動子３における水晶保持端子１２は、外部端子１０、接合端子５及び回路端子１１を介してＩＣ端子に電気的に接続することになるから、水晶片８がＩＣチップ１内の発振回路と電気的に接続することになる。同様に金属カバー９が実装端子４中の接地端子と電気的に接続し、底壁層２ａ内に形成されている中間層１４も、実装端子４中の接地端子と電気的に接続する。
【００１２】
この構成では、セット基板に搭載したときに接地電位に接続されることとなる金属カバー９及び中間層１４によって水晶片８及びＩＣチップ１が上下方向から挟まれており、金属カバー９及び中間層１４が電磁シールドとして機能することになるので、外部からの電磁波ノイズが水晶片８やＩＣチップ１に入来することがなくなって、水晶発振器が安定して動作するようになる。
【特許文献１】特許第２９６０３７４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら上述した従来の接合型の表面実装用水晶発振器では、その水晶発振器が搭載される機器の小型化が進行するにつれて、平面サイズのみならず高さ（セット基板に搭載した場合の部品高）も小さくする必要がある。そのため、図６に示した構成においては、ＩＣチップ１の実装基板２へのフリップチップボンディングに用いるバンプ６の直径も小さくなる傾向にあり、その結果、ＩＣチップ１の回路機能面と実装基板２の凹部の内底面すなわち底壁層２ａの露出面との間隔（隙間）も、例えば３０μｍと小さくなりつつある。
【００１４】
ＩＣチップの回路機能面には発振回路などが形成されているが、ＩＣチップの回路機能面と凹部の内底面との間隔が小さくなると、回路機能面に形成されている発振回路などの電子回路と、底壁層２ａ内に形成されている中間層１４との距離も短くなり、これらの間の浮遊容量が無視できなくなる。この浮遊容量が大きすぎると、ＩＣチップ１内の発振回路などの電子回路の動作に悪影響が及ぼされる。
【００１５】
また、積層セラミックからなる実装基板２は、複数層の未焼成のセラミックシートを積層して焼成することによって得られるものであるが、図６に示した構成のものでは、底壁層２ａの第１の層２ａ１と第２の層２ａ２との積層面において金属膜である中間層１４が広範囲に設けられている。セラミックと金属との接合強度は一般にセラミック同士の接合強度よりも低いので、このように中間層１４が広い面積で設けられている構成では、実装基板２の機械的強度が不十分なものとなりやすい。また、実装基板２を焼成で形成する際にセラミックシートが不均等に収縮することにより、実装基板２の凹部の内底面に部分的に凸形状となる場合がある。ＩＣチップ１と凹部の内底面との距離を小さくした場合にこのような凸形状が生じると、この凸形状がＩＣチップ１の回路機能面に当接することとなり、回路機能面に形成されている電子回路がダメージを受けて正常に動作しなくなることも考えられる。
【００１６】
そこで本発明の目的は、水晶片に対する電磁シールドを維持しつつ、小型に形成した場合であっても、ＩＣチップを収容する実装基板の機械的強度が保たれ、ＩＣチップ内の電子回路が浮遊容量の影響を受けにくく、かつ、実装基板の凹部の内底面に形成される凸形状によってＩＣチップ内の電子回路がダメージを受けることがない、表面実装用の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】
【００１７】
本発明の表面実装用の水晶発振器は、上面に設けられた金属カバーによって水晶片を密閉封入する容器を有し、水晶片に電気的に接続する外部端子を該容器の外底面に備える水晶振動子と、一方の主面に外部端子に対応する接合端子を備え、他方の主面に少なくとも接地端子を含む複数の実装端子を備える実装基板と、実装基板の一方の主面に形成された凹部内に収容され、水晶片を用いる発振回路が集積化されたＩＣチップと、を有し、実装基板は、積層セラミックからなり、底壁層と、開口部を有して底壁層上に形成された枠壁層とを有し、開口部によって凹部が構成され、凹部の底面にＩＣチップがフリップチップボンディングにより固着され、ＩＣチップは複数の実装端子及び接合端子に電気的に接続し、底壁層は第１の層及び第２の層を積層してなり、第１の層と第２の層との積層面に金属膜からなる中間層が設けられ、中間層は開口部を有してＩＣチップにおける回路形成領域に対応する領域には中間層が設けられておらず、金属カバー及び中間層は接地端子に電気的に接続することを特徴とする。
【００１８】
あるいは本発明の表面実装用の水晶発振器は、水晶片と、水晶片を用いる発振回路が集積化されたＩＣチップと、ＩＣチップを収容する第１の凹部を一方の主面に有し水晶片を収容する第２の凹部を他方の主面に有する実装基板と、実装基板は、積層セラミックからなり、底壁層と、開口部を有して底壁層の一方の主面上に形成されて第１の凹部を形成する第１の枠壁層と、開口部を有して底壁層の他方の主面上に形成されて第２の凹部を形成する第２の枠壁層と、を有し、２の凹部の底面には一対の水晶保持端子が設けられて水晶片はに接合し、２の凹部の開口端面に金属カバーが接合してカバーによって水晶片が第２の凹部内に密閉封入され、第１の凹部の開口端面には少なくとも接地端子を含む複数の実装端子が形成され、１の凹部の底面にＩＣチップがフリップチップボンディングにより固着され、ＩＣチップは複数の実装端子及びに電気的に接続し、底壁層は第１の層及び第２の層を積層してなり、第１の層と第２の層との積層面に金属膜からなる中間層が設けられ、中間層は開口部を有してＩＣチップにおける回路形成領域に対応する領域には中間層が設けられておらず、カバー及び中間層は接地端子に電気的に接続することを特徴とする。
【００１９】
本発明の表面実装用の水晶発振器において、フリップチップボンディングは、例えば、バンプを用いた超音波熱圧着である。
【発明の効果】
【００２０】
容器本体においてＩＣチップがフリップチップボンディングで固着されることになる底壁層内に設けられる中間層に、ＩＣチップにおける回路形成領域に対応する開口部を設けることにより、回路形成領域に対向する位置には中間層が形成されないこととなるので、回路形成領域内の発振回路などの電子回路と中間層との間の浮遊容量の発生を抑制することができて、発振回路などの電子回路が安定して動作し、また、セラミック層と金属膜とが接合する部分の面積が減少するので容器本体の機械的強度が増す。さらに、中間層が形成されない領域では底壁層の表面がわずかに窪むので、この領域に凸形状が生じてもその凸形状がＩＣチップの回路形成領域に当接することがなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態の表面実装用水晶発振器を示す側断面図であり、図２はＩＣチップの回路機能面を説明する平面図であり、図３は図１に示す水晶発振器における実装基板を説明する図であって、（ａ）は実装基板の上面図であり、（ｂ）は底壁層の平面図であり、（ｃ）は底壁層において第１の層と第２の層の間に形成される中間層の配置を示す平面図であり、（ｄ）は実装基板の底面図である。これらの図において、図６におけるものと同じ構成要素については同じ参照符号が付与されており、これらについての説明は省略または簡略化する。図１は、上述の図６（ｃ）と同様に、略長方形の水晶片８の短辺を横から見た図に相当する。
【００２２】
第１の実施形態の表面実装用水晶発振器は、図６に示した従来の接合型の表面実装用水晶発振器と同様のものであるが、底壁層２ａにおいて第１の層２ａ１と第２の層２ａ２との積層面に金属膜として形成される中間層１４の形状において図６に示したものと異なっている。なお、水晶片８が密閉封入されている水晶振動子３の構成は図６に示したものと同一である。
【００２３】
図２はＩＣチップ１の回路機能面を示している。本実施形態ではＩＣチップ１は、発振回路のほかに、水晶振動子３の周波数温度特性を補償する温度補償機構を備えるものであり、本実施形態の水晶発振器は温度補償型水晶発振器である。略長方形のＩＣチップ１において、発振回路や温度補償機構などの電子回路は回路機能面のほぼ中央の領域に形成されており、回路機能面の外周部にはこれらの電子回路は形成されない。回路機能面のうち電子回路が形成されている領域を回路形成領域とすると、図２に示したものでは、回路機能面のほぼ中央部の略長方形の領域が回路形成領域１７であり、回路形成領域１７を取り囲むように、複数のＩＣ端子１６が配置している。図示したものでは、８個のＩＣ端子１６が、１列当たり４個ずつ２列になって配置している。ＩＣ端子１６は、回路形成領域１７に形成されている電子回路に接続するものであって、ここに示したものでは、電源端子、接地端子、発振出力端子、ＡＦＣ端子、水晶振動子と接続するための一対の水晶接続端子、温度補償機構に対して温度補償データを書き込むために用いられる１対の書込端子がＩＣ端子１６として設けられている。
【００２４】
本実施形態の水晶発振器では、実装基板２の凹部の内底面に図６に示したものと同様にフリップチップボンディングでＩＣチップ１を固着させた場合に回路形成領域１７の直下となる位置には、中間層１４は設けられていない。言い換えれば、底壁層２ａの第１の層２ａ１と第２の層２ａ２との積層面に金属膜として設けられる中間層１４には、後述の図３（ｃ）に示すように、回路形成領域１７に対応して略長方形の開口が設けられている。
【００２５】
次に、本実施形態の表面実装用水晶発振器で用いられる実装基板２についてさらに詳しく説明する。
【００２６】
図３（ａ）は実装基板２の上面図であり、枠壁層２ｂの上面の４角部にそれぞれ接合端子５が形成されていることを示している。枠壁層２ｂに囲まれた部分が凹部であり、図３（ａ）では凹部内にＩＣチップ１が固着されていることが示されている。図３（ｂ）は、底壁層２ａの上面、すなわち第２の層２ａ２の上面を示している。図示２点鎖線は枠壁層２ｂの内壁の形成位置を示している。図３（ｂ）に示すように、第２の層２ａ２の上面に８個の回路端子１１が１列４個ずつ２列に並んで設けられている。これらの回路端子のうち図示左端の２個は、ＩＣチップ１の水晶接続端子に対応するものであって、枠壁層２ｂに形成されたビアホールを介して枠壁層２ｂの上面の接合端子５に電気的に接続している。図示左端から２つ目の２個の回路端子１１は、ＩＣチップ１のＡＦＣ端子及び電源端子に対応するものであり、図示右端から２つ目の２個の回路端子１１は、ＩＣチップ１の１対の書込端子に対応するものである。図示右端の２個の回路端子１１のうち図示上側にあるものは、ＩＣチップ１の出力端子に対応し、図示下側にあるものは接地端子に対応するものである。これらの回路端子１１のうち、ＡＦＣ端子、電源端子、発振出力端子及び接地端子に対応するものは、導電路により第２の層２ａ２の上面の４角部に引き出されており、実装基板２の外側面に形成された導電路を介して、実装基板２の外底面のそれぞれの実装端子４に電気的に接続している。
【００２７】
図３（ｃ）は、第１の層２ａ１の上面図であって、第１の層２ａ１と第２の層２ａ２との積層面における中間層１４の配置を示している。図示斜線部が中間層１４の形成領域である。中間層１４には、ＩＣチップ１の回路形成領域１７に対応して開口部が設けられている。中間層１４は、第１の層２ａ１の上面の１つの角部に引き出され、実装基板２の外側面に形成された導電路のうちの接地端子用の導電路に電気的に接続することにより、実装端子４のうちの接地端子に電気的に接続する。また中間層１４は、第２の層２ａ２及び枠壁層２ｂに形成されたビアホールを介して、接地用の接合端子５にも電気的に接続している。
【００２８】
図３（ｄ）は、実装基板２の外底面を示しており、４角部にそれぞれ実装端子４が設けられていることを示している。これらの実装端子４は、それぞれ、接地端子、電源端子、ＡＦＣ端子及び発振出力端子であり、上述したように、実装基板２の外側面と第２の層２ａ２の上面に形成された導電路を介して、対応する回路端子１１に電気的に接続している。さらに本実施形態の水晶発振器では、実装基板２の外底面のそれぞれの長辺の中央部に、ＩＣチップ１内の温度補償機構に温度補償データを書き込むためのデータ書込端子１８も設けられている。データ書込端子１８は、第１の層２ａ１及び第２の層２ａ２に形成されたビアホールを介して、書込端子用の回路端子１１に電気的に接続している。
【００２９】
このような実装基板２は、第１の層２ａ１、第２の層２ａ２及び枠壁層２ｂにそれぞれ対応する未焼成のセラミックシートを積層し、焼成することが製造される。これらの未焼成のセラミックシートには、あらかじめ、実装端子４、導電路、接合端子５、回路端子１１及び中間層１４などに対応する金属膜パターンが形成されている。
【００３０】
ＩＣチップ１は、その回路機能面がこのようにして製造された実装基板２の凹部の底面に向かい合うようにして、バンプ６を用いる超音波熱圧着によりＩＣ端子を回路端子１１に電気的・機械的に接続することによって、実装基板２の凹部底面に固着される。別途製造されている水晶振動子３に対して、ＩＣチップ１を搭載した実装基板２を接合することによって、本実施形態の表面実装用の水晶発振器が完成する。
【００３１】
本実施形態の水晶発振器では、ＩＣチップ１の回路形成領域１７に対向する位置には中間層１４は形成されていない。したがって、ＩＣチップ１の回路機能面と実装基板２の凹部の内底面との間隔が小さくなっても、回路形成領域１７内の回路において中間層１４との間で大きな浮遊容量が発生することがなくなり、発振回路などの電子回路が確実な動作が維持される。図６に示した従来のものと比べ、中間層１４の面積が小さくなって、その分、第１の層２ａ１と第２の層２ａ２とが直接接合する部分の面積が大きくなっている。セラミック相互の接合の方がセラミックと金属との接合よりも強度が大きいので、本実施形態の水晶発振器は従来のものに比べて機械的強度が向上している。
【００３２】
また、底壁層２ａは、中間層１４に対応する金属膜パターンを介在させて第１の層２ａ１と第２の層２ａ２に対応するセラミックシートを積層し、焼成することによって形成されるので、中間層１４における開口部分では、第２の層２ａ２の表面が少し窪むことになる。このような窪みがあると、焼成時の不均一な収縮等によって第２の層２ａ２に凸形状部が形成されるような場合であっても、窪んだ分だけその凸形状の高さが低くなり、凸形状がＩＣチップ１の回路形成領域１７に当接することが防がれることになる。したがって、本実施形態によれば、水晶発振器の信頼性をさらに高めることができる。
【００３３】
上述した構成では、第２の層２ａ２の上面において２列に並んで配置している回路端子１１のうち、配置の端部にある回路端子１１を発振出力端子に対応する回路端子として、この回路端子１１から第２の層２ａ２の最も近い角部に導電路を延ばすようにしている。その結果、発振出力が通過することとなる導電路はその大半で中間層１４の上を通過することとなり、発振出力への外来ノイズの影響を防ぐことができるようになる。
【００３４】
図４は、本実施形態の水晶発振器における電磁シールドの効果を説明する図である。図４は、水晶片８の長辺を横から見た断面図に相当する。ＩＣチップ内の電子回路については回路構成を工夫するなどによって外来の電磁波ノイズの影響を受けにくくすることは可能であるので、水晶発振器において外来ノイズに対する電磁シールドを設ける場合には、水晶振動子を構成する水晶片に対する電磁シールドを第１に考えるべきことになる。本実施形態の水晶発振器では、ＩＣチップ１の回路形成領域１７に対応して中間層１４に開口が形成されており、この開口の位置で中間層１４による電磁シールドは設けられないことになる。しかしながら、半導体基板からなるＩＣチップ１自体を水晶片８に対する電磁シールドとして機能させることが可能であるので、図４に示すように、水晶片８は、図示上方向からは金属カバー９によってシールドされ、図示下方向からは中間層１４とＩＣチップ１とによってシールドされることになる。図４において太矢印は外来ノイズを示している。結局、本実施形態の水晶発振器は、水晶片８に関して言えば、図６に示した従来のものと同等の電磁シールド特性を有することとなり、外来ノイズによる影響を受けにくいものとなっている。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施形態の表面実装用の水晶発振器について説明する。
【００３６】
表面実装用の水晶発振器としては、第１の実施形態で示した接合型のもののほかに、両方の主面にそれぞれ凹部が形成された容器本体あるいは実装基板を使用し、一方の主面の凹部に水晶片を密閉封入して水晶振動子を構成するとともに、他方の主面の凹部にＩＣチップを格納した、いわゆる二室型のものがある。二室型の水晶発振器においても本発明を適用することができる。図５は、二室型のものとして構成された本発明の第２の実施形態の表面実装用の水晶発振器を示している。図５において、上述の第１の実施形態におけるものと同じ構成要素には同一の参照符号が付与されており、これらについての説明は省略または簡略化する。なお図５では、説明のため、図１に示すものとは逆に、実装基板の図示下側の面にＩＣチップが固着されるものとしている。
【００３７】
図５に示した水晶発振器は、図１に示した水晶発振器の積層セラミックからなる実装基板２において、底壁層２ａの２つの面のうち、枠壁層２ｂが設けられない方に面に第２の枠壁層２ｃを設け、上述と同様に枠壁層２ｂの底面にＩＣチップ１を固着するともに、底壁層２ａと第２の枠壁層２ｃとによって形成された凹部２０ｂ内に水晶片８を収容したものである。水晶片８としては上述と同様のものが使用され、水晶片８を保持するための一対の水晶保持端子１２は凹部２０ｂの内底面において第２の枠壁層２ｃ上に形成されている。凹部２０ｂを取り囲む開口端面に対して金属カバー９を接合することによって、凹部２０ｂ内に水晶片８が密閉封入されている。金属カバー９は、上述と同様に、凹部２０ｂの開口端面に設けられた金属厚膜あるいは金属リング１５に対してシーム溶接やビーム溶接によって接合されている。
【００３８】
水晶発振器をセット基板上に表面実装する際に用いられる実装端子４は、枠壁層２ｂの上面すなわちＩＣチップ１を取り囲む凹部２０ａの開口端面の４角部に形成されている。凹部２０ａの内底面には上述と同様に回路端子１１が設けられており、水晶接続端子に対応する回路端子１１は、底壁層２ａに形成された導電路（不図示）を介して水晶保持端子１２と電気的に接続している。ＩＣチップ１は、第１の実施形態で使用されているものと同様のものであって、バンプ６を用いた超音波熱圧着によって回路端子１１に接合することによって、凹部２０ａ内に収容されている。
【００３９】
この構成においても、底壁層２ａは第１の層２ａ１と第２の層２ａ２からなり、第１の層２ａ１と第２の層２ａ２の積層面には、金属膜からなり実装端子４にうちの接地端子に電気的に接続する中間層１４が形成されている。中間層１４には、ＩＣチップ１の回路形成領域１７に対応して開口部が設けられている。この水晶発振器でも、ＩＣチップ１の回路形成領域１７に対向する位置には中間層１４は形成されていないことにより、ＩＣチップ１の回路機能面と実装基板２の凹部２０ａの内底面との間隔が小さくなっても、回路形成領域１７内の回路において中間層１４との間で大きな浮遊容量が発生することがなくなり、発振回路などの電子回路が確実な動作が維持される。また、中間層１４に開口部を設けない場合に比べ、水晶片８に対する電磁シールドの効果は維持しつつ、実装容器２の機械的強度を向上させることができる。第２の層２ａの表面は、中間層１４の開口部の位置すなわちＩＣチップ１の回路形成領域１７の位置において少し窪むので、焼成による容器本体の形成時に不均等な収縮によって凸形状が形成されるような場合であっても、この凸形状がＩＣチップの回路形成領域１７に当接することを防ぐことができる。
【００４０】
以上、本発明に基づく表面実装用水晶発振器について、温度補償機構がＩＣチップに内蔵された温度補償型水晶発振器の場合を例に挙げて説明したが、温度補償機構を備えないＩＣチップを用いる表面実装用水晶発振器にも本発明が適用できることは当然のことである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施形態の表面実装用水晶発振器を示す側断面図である。
【図２】ＩＣチップの回路機能面を示す平面図である。
【図３】（ａ）は実装基板の上面図であり、（ｂ）は底壁層の平面図であり、（ｃ）は底壁層において第１の層と第２の層の間に形成される中間層の配置を示す平面図であり、（ｄ）は実装基板の底面図である。
【図４】図１に示す表面実装用水晶発振器における電磁シールドの効果を説明する図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の表面実装用水晶発振器を示す側断面図である。
【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ従来の接合型の表面実装用水晶発振器の断面図、組立断面図及び側断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…ＩＣチップ、２…実装基板、２ａ…底壁層、２ａ１…第１の層、２ａ２…第２の層、２ｂ，２ｃ…枠壁層、３…水晶振動子、４…実装端子、５…接合端子、６…バンプ、７…容器本体、８…水晶片、９…金属カバー、１０…外部端子、１１…回路端子、１２…水晶保持端子、１３…導電性接着剤、１４…中間層、１５…金属リング、１６…ＩＣ端子、１７…回路形成領域、１８…データ書込端子、２０ａ，２０ｂ…凹部、２１…容器本体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に設けられた金属カバーによって水晶片を密閉封入する容器を有し、前記水晶片に電気的に接続する外部端子を該容器の外底面に備える水晶振動子と、
一方の主面に前記外部端子に対応する接合端子を備え、他方の主面に少なくとも接地端子を含む複数の実装端子を備える実装基板と、
前記実装基板の前記一方の主面に形成された凹部内に収容され、前記水晶片を用いる発振回路が集積化されたＩＣチップと、
を有し、
前記実装基板は、積層セラミックからなり、底壁層と、開口部を有して前記底壁層上に形成された枠壁層とを有し、前記開口部によって前記凹部が構成され、前記凹部の底面に前記ＩＣチップがフリップチップボンディングにより固着され、前記ＩＣチップは前記複数の実装端子及び前記接合端子に電気的に接続し、
前記底壁層は第１の層及び第２の層を積層してなり、前記第１の層と前記第２の層との積層面に金属膜からなる中間層が設けられ、前記中間層は開口部を有して前記ＩＣチップにおける回路形成領域に対応する領域には前記中間層が設けられておらず、
前記金属カバー及び前記中間層は前記接地端子に電気的に接続する、表面実装用の水晶発振器。
【請求項２】
水晶片と、
前記水晶片を用いる発振回路が集積化されたＩＣチップと、
前記ＩＣチップを収容する第１の凹部を一方の主面に有し前記水晶片を収容する第２の凹部を他方の主面に有する実装基板と、
前記実装基板は、積層セラミックからなり、底壁層と、開口部を有して前記底壁層の一方の主面上に形成されて前記第１の凹部を形成する第１の枠壁層と、開口部を有して前記底壁層の他方の主面上に形成されて前記第２の凹部を形成する第２の枠壁層と、を有し、
前記第２の凹部の底面には一対の水晶保持端子が設けられて前記水晶片は前記水晶保持端子に接合し、
前記第２の凹部の開口端面に金属カバーが接合して前記金属カバーによって前記水晶片が前記第２の凹部内に密閉封入され、
前記第１の凹部の開口端面には少なくとも接地端子を含む複数の実装端子が形成され、
前記第１の凹部の底面に前記ＩＣチップがフリップチップボンディングにより固着され、前記ＩＣチップは前記複数の実装端子及び前記水晶保持端子に電気的に接続し、
前記底壁層は第１の層及び第２の層を積層してなり、前記第１の層と前記第２の層との積層面に金属膜からなる中間層が設けられ、前記中間層は開口部を有して前記ＩＣチップにおける回路形成領域に対応する領域には前記中間層が設けられておらず、
前記金属カバー及び前記中間層は前記接地端子に電気的に接続する、表面実装用の水晶発振器。
【請求項３】
前記フリップチップボンディングはバンプを用いた超音波熱圧着である、請求項１または２に記載の表面実装用の水晶発振器。
【請求項１】
上面に設けられた金属カバーによって水晶片を密閉封入する容器を有し、前記水晶片に電気的に接続する外部端子を該容器の外底面に備える水晶振動子と、
一方の主面に前記外部端子に対応する接合端子を備え、他方の主面に少なくとも接地端子を含む複数の実装端子を備える実装基板と、
前記実装基板の前記一方の主面に形成された凹部内に収容され、前記水晶片を用いる発振回路が集積化されたＩＣチップと、
を有し、
前記実装基板は、積層セラミックからなり、底壁層と、開口部を有して前記底壁層上に形成された枠壁層とを有し、前記開口部によって前記凹部が構成され、前記凹部の底面に前記ＩＣチップがフリップチップボンディングにより固着され、前記ＩＣチップは前記複数の実装端子及び前記接合端子に電気的に接続し、
前記底壁層は第１の層及び第２の層を積層してなり、前記第１の層と前記第２の層との積層面に金属膜からなる中間層が設けられ、前記中間層は開口部を有して前記ＩＣチップにおける回路形成領域に対応する領域には前記中間層が設けられておらず、
前記金属カバー及び前記中間層は前記接地端子に電気的に接続する、表面実装用の水晶発振器。
【請求項２】
水晶片と、
前記水晶片を用いる発振回路が集積化されたＩＣチップと、
前記ＩＣチップを収容する第１の凹部を一方の主面に有し前記水晶片を収容する第２の凹部を他方の主面に有する実装基板と、
前記実装基板は、積層セラミックからなり、底壁層と、開口部を有して前記底壁層の一方の主面上に形成されて前記第１の凹部を形成する第１の枠壁層と、開口部を有して前記底壁層の他方の主面上に形成されて前記第２の凹部を形成する第２の枠壁層と、を有し、
前記第２の凹部の底面には一対の水晶保持端子が設けられて前記水晶片は前記水晶保持端子に接合し、
前記第２の凹部の開口端面に金属カバーが接合して前記金属カバーによって前記水晶片が前記第２の凹部内に密閉封入され、
前記第１の凹部の開口端面には少なくとも接地端子を含む複数の実装端子が形成され、
前記第１の凹部の底面に前記ＩＣチップがフリップチップボンディングにより固着され、前記ＩＣチップは前記複数の実装端子及び前記水晶保持端子に電気的に接続し、
前記底壁層は第１の層及び第２の層を積層してなり、前記第１の層と前記第２の層との積層面に金属膜からなる中間層が設けられ、前記中間層は開口部を有して前記ＩＣチップにおける回路形成領域に対応する領域には前記中間層が設けられておらず、
前記金属カバー及び前記中間層は前記接地端子に電気的に接続する、表面実装用の水晶発振器。
【請求項３】
前記フリップチップボンディングはバンプを用いた超音波熱圧着である、請求項１または２に記載の表面実装用の水晶発振器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２４６６９６（Ｐ２００９−２４６６９６Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９１００３（Ｐ２００８−９１００３）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
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