JP4994691B2 - Crystal oscillator for surface mounting - Google Patents
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Description
本発明は表面実装用の水晶発振器(以下、表面実装発振器とする)を技術分野とし、特にICチップの接続を確実にして小型で安価な表面実装発振器に関する。 The present invention relates to a surface mount crystal oscillator (hereinafter referred to as a surface mount oscillator), and more particularly to a small and inexpensive surface mount oscillator that ensures connection of an IC chip.
(発明の背景)
表面実装発振器は小型・軽量であることから、特に携帯電話を代表としてコンパクトな移動型の電子機器に、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、本出願人による表面実装発振器がある(特許文献1参照)。
(Background of the Invention)
Since surface-mounted oscillators are small and lightweight, they are built in as a reference source for frequency and time in compact mobile electronic devices such as mobile phones. One of such devices is a surface mount oscillator by the present applicant (see Patent Document 1).
(従来技術の一例)
第4図は一従来例を説明する表面実装発振器の図で、同図(a)は断面図、同図(b)はICチップの回路機能面(一主面)の図、同図(c)は水晶片の平面図である。
(Example of conventional technology)
FIG. 4 is a diagram of a surface-mount oscillator for explaining a conventional example . FIG. 4 (a) is a sectional view, FIG. 4 (b) is a diagram of a circuit function surface (one main surface) of the IC chip, and FIG. ) Is a plan view of the crystal piece.
表面実装発振器は密閉容器1内にICチップ2と水晶片3とを収容してなる。密閉容器1はセラミック基板(実装基板)4と金属カバー5とからなる。セラミック基板4は矩形状とした平板状の第1セラミック4aと開口部を有して凹部を形成する第2セラミック4bとを積層してなる。第1セラミック4aは積層面側の表面(凹部底面)にICチップ2と電気的に接続する回路端子6を有し、裏面の4角部に実装電極7を有する。
The surface mount oscillator includes an
実装電極7はスルーホールによる側面電極7b及び第1と第2セラミック4(ab)との積層面を経て、ICチップ2のIC端子8が固着される回路端子6に電気的に接続する。側面電極7bは図示しないセット基板への実装時に半田フィレットを形成する。第2セラミック4bは周回する外周に封止用の金属膜9を有し、一端部両側に水晶保持端子10を有する。金属カバー5は凹状とし、開口端面が第2セラミック4bの金属膜9上に接合される。例えば共晶合金AuSn等の金属ロウ11を用いた熱圧着によって接合される。
The
ICチップ2は少なくとも発振回路を集積化し、回路機能面である一主面に複数のIC端子8を有する。そして、第1セラミック4a上の回路端子6にバンプ12を用いた超音波熱圧着によって固着される。これにより、ICチップ2の各IC端子8と実装電極7及び水晶保持端子10とが電気的に接続する。
The
IC端子8は少なくとも一対の水晶端子、及び電源、出力、アース、自動制御(AFC)端子を有する。水晶片3は両主面に励振電極13を有し、長さ方向の一端部両側に引出電極14を延出する。そして、引出電極14の延出した一端部両側が水晶保持端子10に導電性接着剤15等によって固着される。水晶保持端子10はICチップ2の水晶端子と電気的に接続する。電源、出力、アース、自動制御(AFC)端子は実装電極7と電気的に接続する
The IC terminal 8 has at least a pair of crystal terminals and a power source, output, ground, and automatic control (AFC) terminal. The
このようなものでは、特に金属カバー5aを凹状としてセラミック基板4の外周に接合するので、内積を大きくできる。逆に言えば、小型化を促進できる。例えば第5図に示したように、凹状とした積層セラミックからなる容器本体1に平板状の金属カバー5を接合した場合は、製造上の観点等から容器本体1の最上位層の枠幅は高さ寸法と同等以上にする必要がある。したがって、最上位層の枠幅d2は必然的に大きくなる。ちなみに、容器本体1の最上位層の枠幅d2を例えば0.35mmとすると、金属カバー5の厚みd1は例えば0.08mmとして格段に小さくできる。
(従来技術の問題点)
しかしながら、上記構成の表面実装発振器では、ICチップ2を固着して水晶片3の一端部を固着することから、平板状の第1セラミック4aと開口部を有する第2セラミック4bとを積層する。通常では、第6図(a)に示したように、予め電極パターンが形成されてシート状とした平板状の第1セラミック生地4Aと開口部を有する第2セラミック生地4Bを積層する。そして、これらを一体的に焼成した後、分割線X−Xに沿って分割し、個々のセラミック基板4を得る。
(Problems of conventional technology)
However, in the surface mount oscillator having the above configuration, since the
この場合、積層されたシート状のセラミック生地の両主面側から楔状の分割溝16を設け「第6図(b)、同図(a)の○囲み部の一部拡大図」、セラミック基板4独立的にして焼成する。これにより、焼成後の分割を容易にする。しかし、この場合には、第1セラミック4aは平板状として、第2セラミック4bは開口部を有して枠状とする。
In this case, wedge-shaped dividing
したがって、焼成時には、セラミック生地からのバインダの蒸発に伴う収縮力が、特に第2セラミック4bによる枠部上端に集中して開口面積を小さくする方向の外力Pが発生する。したがって、第1セラミック4aは凹面状に湾曲する。これにより、セラミック基板4は、特に凹部底面の平坦度(平面精度)悪化する問題があった。
Therefore, at the time of firing, an external force P is generated in a direction in which the contraction force accompanying the evaporation of the binder from the ceramic fabric is concentrated particularly on the upper end of the frame portion due to the second ceramic 4b to reduce the opening area. Accordingly, the first ceramic 4a is curved in a concave shape. Thereby, the
このことから、実装基板4の凹部底面(第1セラミックの表面)に、バンプ12を用いた超音波熱圧着によってICチップ2を固着する場合、第6図(c)に示したように平坦度に欠けた凹面部では充分な押圧力が加わらず、固着強度を小さくする問題があった。この場合、電気的接触が損なわれるとともに、衝撃に対して剥離を引き起こす弊害を招く。ちなみに、凹部底面の平坦度は10〜15μm以下が望まれる。
Therefore, when the
(発明の目的)
本発明はセラミック基板の平坦度に優れてバンプを用いた超音波熱圧着による接合を確実にし、小型化に適した表面実装発振器を提供することを目的とする。
(Object of invention)
It is an object of the present invention to provide a surface mount oscillator that is excellent in flatness of a ceramic substrate, ensures bonding by ultrasonic thermocompression using a bump, and is suitable for miniaturization.
本発明は、特許請求の範囲(請求項1)に示したように、一主面の周回する外周に金属膜を有して他主面の4角部に実装電極を有する矩形状のセラミック基板と、前記金属膜に開口端面が固着された凹状の金属カバーとからなる密閉容器とを備え、前記セラミック基板の一主面上にはICチップがバンプを用いた超音波熱圧着によって固着され、前記ICチップの上方には前記ICチップと板面が対向した水晶片が配置された表面実装用の水晶発振器であって、前記セラミック基板は少なくとも中央領域に両主面を有した平板状である構成とする。 According to the present invention, a rectangular ceramic substrate having a metal film on the outer periphery of one main surface and mounting electrodes at the four corners of the other main surface as shown in the claims (Claim 1) And a sealed container comprising a concave metal cover with an open end face fixed to the metal film, and an IC chip is fixed on one main surface of the ceramic substrate by ultrasonic thermocompression using a bump, A crystal oscillator for surface mounting in which a crystal piece whose plate surface is opposed to the IC chip is disposed above the IC chip, wherein the ceramic substrate is a flat plate having both main surfaces at least in a central region. The configuration.
このような構成であれば、セラミック基板は中央領域を平板状として凹部を有しないので、開口部を有するセラミックを要しない。したがって、例えば積層とした場合でも、中央領域を平板状とした第1と第2セラミックを積層するので、前述した焼成時の枠部の収縮力に伴う湾曲を防止して平坦度を維持する。無論、単板の場合でも同じである。このことから、バンプを用いた超音波熱圧着による接合を確実にする。 With such a configuration, the ceramic substrate does not need a ceramic having an opening because the central region is flat and does not have a recess. Therefore, for example, even in the case of lamination, the first and second ceramics having a flat central region are laminated, so that the flatness is maintained by preventing the bending due to the shrinkage force of the frame portion at the time of firing described above. Of course, the same applies to a single plate. This ensures bonding by ultrasonic thermocompression bonding using bumps.
(実施態様)
本発明の請求項2では、請求項1の前記セラミック基板は前記実装電極を有する第1セラミックと前記ICチップの固着される第2セラミックとを積層してなり、前記第1セラミックにおける対向する少なくとも一組の両辺の中央部には外周が開放した切欠部を有し、前記切欠部によって露出した前記第2セラミックの積層面には温度補償データの書込表面端子が形成される。
(Embodiment)
According to
これによれば、温度補償データの書込表面端子は外周が開放した切欠部例えばコ字上に形成されるので、例えば特許文献3に示されるように中央領域に穴部設けたと合に比較し、書き込み用のプローブを当接しやすくする。この場合でも、請求項1と同様に中央領域を平板状とするので平坦度を維持する。この場合、切欠部を有するので焼成時に収縮力が作用するが、切欠部は外周領域なので全体的な湾曲に対する影響は小さい。なお、一組の対向する両辺のみならず、他組の両辺にも切欠部を設ければ、4個の書込端子を要する場合でも適用できる。
According to this, the temperature compensation data writing surface terminal is formed on a notch portion having an open outer periphery, for example, a U-shape, so that, for example, as shown in
同請求項3では、前記セラミック基板は前記実装電極を有する第1セラミックと前記ICチップの固着される第2セラミックとを積層してなり、前記第1セラミックの対向する一組の両辺の中央部には外周が開放した切欠部を有し、前記切欠部によって露出した前記第2セラミックの積層面には水晶片の検査端子が形成される。この場合でも、請求項2と同様な効果を奏する。
In the third aspect of the present invention, the ceramic substrate is formed by laminating a first ceramic having the mounting electrode and a second ceramic to which the IC chip is fixed, and a central portion of a pair of opposite sides of the first ceramic. Has a notch portion whose outer periphery is open, and an inspection terminal for a crystal piece is formed on the laminated surface of the second ceramic exposed by the notch portion. Even in this case, an effect similar to that of the second aspect is obtained.
同請求項4では、前記セラミック基板は前記実装電極を有する第1セラミックと前記ICチップの固着される第2セラミックとを積層してなり、前記第1セラミックの各辺の中央部には外周が開放した切欠部を有し、前記切欠部によって露出した前記第2セラミックの積層面には、温度補償データの書込表面端子と水晶片の一対の検査端子が形成される。この場合でも請求項2と同様な効果を奏する。
According to the fourth aspect of the present invention, the ceramic substrate is formed by laminating a first ceramic having the mounting electrode and a second ceramic to which the IC chip is fixed, and an outer periphery is provided at a central portion of each side of the first ceramic. A temperature compensation data writing surface terminal and a pair of inspection terminals for a crystal piece are formed on the laminated surface of the second ceramic having an open notch and exposed by the notch. Even in this case, an effect similar to that of the second aspect is obtained.
(第1実施形態、請求項1〜4に相当)
第1図は本発明の第1実施形態を説明する図で、同図(a)は表面実装発振器の断面図、同図(b)はセラミック基板の平面図である。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。
(First embodiment , corresponding to
FIG. 1 is a diagram for explaining a first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a cross-sectional view of a surface mount oscillator, and FIG. 1 (b) is a plan view of a ceramic substrate. In addition, the same number is attached | subjected to the same part as a prior art example, and the description is simplified or abbreviate | omitted.
表面実装発振器は、前述したように、一主面の周回する外周に金属膜9を有する矩形状のセラミック基板4に、凹状の金属カバー5の開口端面を金属ロウ11で接合した密閉容器1を備える。そして、密閉容器1内にICチップ2と水晶片3とを収容してなる。水晶片3の長さはICチップ2の同方向の長さよりも大きい。勿論、短くてもよい。但し、長い方が板面面積が大きいので設計を容易にする。
As described above, the surface-mount oscillator includes the sealed
第1実施形態では、セラミック基板4は最小限の一層とし、両主面ともに水平面とした平板状とする。周回する金属膜9は例えば4角部の外周端から離間し、4角部の端面(側面)にはスルーホールによる側面電極7bが形成される。そして、セラミック基板4の一主面には回路端子6及び中継端子17が形成される。
In the first embodiment, the
回路端子6はICチップ2のIC端子に対応して長さ方向の両側に4個ずつの計8個が形成される。そして、前述のように、少なくとも一対の水晶端子6(X1、X2)、及び電源6(Vcc)、出力6(Vout)、アース6(E)、自動周波数制御6(AFC)端子を有する。ここでのICチップ2は、発振回路とともに温度補償機構を集積化し、温度補償データを書き込む2個の書込端子を有する。これに対応して、回路端子6は2個の書込端子6(W1、W2)を有する。
A total of eight
中継端子17はセラミック基板4の長さ方向の一端部両側に設けられ、回路端子6中の水晶端子6(X1、X2)に導電路18によって電気的に接続する。セラミック基板4の他主面(外表面、底面)には、側面電極7bと接続した実装電極7を有する。そして、IC端子(回路端子6)中の電源6(Vcc)、出力6(Vout)、アース6(E)、自動周波数制御端子6(AFC)と電気的に接続する。
The
また、他主面には書込端子6(W1、W2)に接続した書込表面端子7(W1、W2)が設けられる。書込表面端子7(W1、W2)は、両長辺の実装電極7間の中央に設けられ、温度補償データの書き込み用のプローブが当接する。そして、実装電極7及び書込表面端子7(ab)とこれに対応する各回路端子6とは、ビアホール19及び一主面の導電路18によって接続する。金属膜9は実装電極7中のアース端子7(E)にビアホール19によって電気的に接続し、ケースアースとする。
The other main surface is provided with write surface terminals 7 (W1, W2) connected to the write terminals 6 (W1, W2). The writing surface terminal 7 (W1, W2) is provided at the center between the mounting
ビアホール19は、回路下地パターン(回路端子6、中継端子17、導電路18及び実装電極7)を印刷によって形成時する際、印刷材を貫通孔に充填する。印刷材は例えばモリブテン(Mo)やタングステン(W)からなる。そして、セラミック生地とともに一体的に焼成した後、例えば回路パターン上にメッキによるニッケル(Ni)及び金(Au)を積層して形成される。これにより、貫通孔は閉塞されて密閉を維持する。
The via
ICチップ2は従来同様にバンプ12を用いた超音波熱圧着によって、各IC端子8が回路端子6に接続する。水晶片3はセラミック基板1と長さ方向が一致し、引出電極14の延出した一端部両側が一対の金属性のサポータ20に導電性接着剤によって接続して保持される。サポータ20は両端側が同方向に折曲して一端側の折曲部が中継端子17に接続し、他端側の折曲部が水晶片3の一端部両側を保持する。
In the
このような構成であれば、セラミック基板4は両主面を水平面とした平板状とするので、従来例のように焼成時には開口部をもった第2セラミックによっての収縮による凹面とはならず、水平面を維持できる。したがって、バンプ12を用いた超音波熱圧着によっての回路端子6への電気的接続を確実にする。
With such a configuration, the
また、金属カバー5とするので、従来同様に寸法を短縮して小型化を促進する。そして、セラミック基板4を平板状の単層として最小数なので、安価にできる。なお、底面に設けた書込表面端子7(W1、W2)は、セット基板に対する接続強度を高めるため、必要に応じて実装電極として適用できる。また、スルーホールによる4角部の側面電極7b設けず、この分金属膜9を外周側に接近させて実質的な内積を大きくしてもよい。
Further, since the
(第2実施形態、特に請求項2及び3に相当)
第2図は本発明の第2実施形態を説明する図で、同図(a)は表面実装発振器の断面図、同図(b)は第1セラミックの平面図、同図(c)は、表面実装発振器の底面図である。なお、第1実施形態と同一部分の説明は省略又は簡略する。
(Second embodiment, particularly equivalent to
FIG. 2 is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention. FIG. 2 (a) is a sectional view of a surface mount oscillator, FIG. 2 (b) is a plan view of the first ceramic, and FIG. It is a bottom view of a surface mount oscillator. In addition, description of the same part as 1st Embodiment is abbreviate | omitted or simplified.
第2実施形態ではセラミック基板4を例えば二層とした第1と第2セラミック4(ab)の積層基板とし、その他の構成は第1実施形態と概ね同一とする。ここでの、実装電極7が形成される第1セラミック4aは対向する一組の両辺の中央部に外周が開放した例えばコ字状の切欠部21を有し、中央領域を板状とする。ICチップ2が固着される第2セラミック4bは全面的に平板状とする。
In the second embodiment, the
第1セラミック4aの実装電極7は側面電極7bを有して第1セラミック4aの4角部に設けられる。なお、第1図(c)では便宜的に側面電極7bは省略してある。各実装電極7は従来例と同様に気密を確実にするため、ビアホール及び積層面を経た導電路によって各回路端子6中の電源6(Vcc)、出力6(Vout)、アース6(E)、自動周波数制御端子6(AFC)と電気的に接続する。書込表面端子7(W1、W2)は切欠部21に対応した第2セラミック4bの積層面に設けられ、書込端子6(W1、W2)に同様にして電気的に接続する。
The mounting
このような構成であれば、第1セラミック4aの両辺の中央部に切欠部21を有するものの、外周領域であるとともに切欠部21の面積よりも第1セラミック4aの面積は大きい。したがって、従来例のように焼成時の収縮力による外力が作用しても、第2セラミック4bを湾曲面にするには至らず、平坦度を維持する。これにより、第1実施形態と同様に、バンプ12を用いた超音波熱圧着による接続を確実にする。
With such a configuration, the first ceramic 4a has the
そして、書込表面端子7(W1、W2)はセラミック基板4の外周に設けた切欠部21に形成したので、セット基板とは接触することなく独立性を維持する。そして、切欠部21は外周が開放する。したがって、中央部に穴部(凹所)を設けた場合に比較し、書き込み用のプローブを当接しやく作業性を向上できる。
Since the writing surface terminals 7 (W1, W2) are formed in the
なお、この実施形態では、、両辺の切欠部21には温度補償データの書込表面端子7(W1、W2)を設けたが、これの代わりに水晶片3の引出電極14と接続した中継端子17及び図示しない導電路を経て電気的に接続する水晶検査端子7(Q1、Q2)を設けることもできる。これにより、水晶片3を密閉封入した水晶振動子の電気的特性を独立的に測定できる。また、ICチップ2に書込端子が2個ある場合を示したが、書込端子が1個の場合には、第1セラミックの少なくとも一辺に切欠部があればよいことは勿論である。In this embodiment, the temperature compensation data writing surface terminals 7 (W1, W2) are provided in the
(第3実施形態、特に請求項2〜4に相当)(Third embodiment, particularly equivalent to
第3図は本発明の第3実施形態を説明する図で、同図(a)は第1セラミックの平面図、同図(bc)は表面実装発振器の底面図である。なお、第1及び第2実施形態と同一部分の説明は省略又は簡略する。FIG. 3 is a view for explaining a third embodiment of the present invention, wherein FIG. 3 (a) is a plan view of the first ceramic, and FIG. 3 (bc) is a bottom view of the surface mount oscillator. In addition, description of the same part as 1st and 2nd embodiment is abbreviate | omitted or simplified.
第3実施形態では、前述した第2実施例での実装電極7の形成される第1セラミック4aは、各辺の中央部に切欠部21を有する「第3図(a)」。そして、各切欠部21によって露出した第2セラミック4bには書込表面端子7(W1、W2、W3、W4)の計4個を形成する「第3図(b)」。このようにすれば、ICチップ2に4個の書込端子を必要とする場合に適用できる。In 3rd Embodiment, the 1st ceramic 4a in which the mounting
また、例えば一組の対向する両辺の切欠部21には書込表面端子7(W1、W2)を、他組の対向する両辺には水晶検査端子7(Q1、Q2)を設けることもできる[第3図(c)]。このようにすれば、書込表面端子7(W1、W2)及び水晶検査端子7(Q1、Q2)のいずれも底面に形成できるので、例えば測定治具を統一できて好都合となる。
Further, for example, the writing surface terminals 7 (W1, W2) can be provided in the
これらの場合でも、第1及び第2実施形態と同様に、切欠部21を第1セラミック4aの外周領域に設けてICチップ2の搭載される中央領域は平板とするので、焼成時に収縮力が作用しても湾曲することを抑制する。また、いずれの実施例でも中心線に対しても対称とするので、無理な応力が作用しない。Even in these cases, as in the first and second embodiments, the
1 密閉容器、2 ICチップ、3 水晶片、4 セラミック基板、5 金属カバー、6 回路端子、7 実装電極、8 IC端子、9 金属膜、10 水晶保持端子、11 金属ロウ、12 バンプ、13 励振電極、14 引出電極、15 導電性接着剤、16 分割溝、17 中継端子、18 導電路、19 ビアホール19、20 サポータ。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記セラミック基板は、前記実装電極を有する第1セラミックと前記ICチップが固着される第2セラミックとを積層してなり、
前記第2セラミックの主面に前記金属膜を有すると共に、一対の水晶端子、前記ICチップのIC端子と接続する複数の回路端子、前記セラミック基板の長さ方向の一端部両側に設けられて前記一対の水晶端子のそれぞれに電気的に接続する一対の中継端子を有し、
前記水晶片を保持する前記サポータは、両端側が同方向に折曲して一端側の折曲部が前記中継端子に接続し、他端側の折曲部が前記水晶片の前記一端部両側に接続しており、
前記第1セラミックの対向する一組および他組の各両辺の中央部には外周が開放した切欠部を有し、前記切欠部によって露出した前記第2セラミックの積層面の前記一組には一対の温度補償データの書込表面端子が、また、前記他組には一対の水晶振動子の検査端子が、それぞれ水晶発振器の底面に形成されていることを特徴とする表面実装用の水晶発振器。 A flat ceramic substrate having a metal film on the outer periphery of one main surface, mounting electrodes formed on the four corners of the other main surface, and having both the main surfaces at least in the central region, and an opening in the metal film and a sealed container comprising a metal cover of the concave end face is fixed, the IC chip secured by ultrasonic thermo-compression bonding using bumps on the one main surface of the ceramic substrate, wherein the first major of the ceramic substrate in terms, and the crystal element in which the ceramic substrate and the longitudinal direction matches the IC chip and the plate surface above said IC chip is opposed, conductive adhesive supporter one end on both sides of the metal A surface mount crystal oscillator connected and held by
The ceramic substrate is formed by laminating a first ceramic having the mounting electrode and a second ceramic to which the IC chip is fixed,
The main surface of the second ceramic has the metal film, a pair of crystal terminals, a plurality of circuit terminals connected to the IC terminals of the IC chip, provided on both sides of one end of the ceramic substrate in the length direction. A pair of relay terminals electrically connected to each of the pair of crystal terminals;
The supporter holding the crystal piece is bent at both ends in the same direction, the bent portion at one end is connected to the relay terminal, and the bent portion at the other end is on both sides of the one end portion of the crystal piece. Ri you connect,
A pair of opposing sides of the first ceramic and a center portion of each side of the other set have a notch that is open at the outer periphery, and a pair of the pair of laminated surfaces of the second ceramic exposed by the notch is a pair. A surface mount crystal oscillator , wherein the temperature compensation data writing surface terminal and a pair of crystal resonator test terminals of the other set are formed on the bottom surface of the crystal oscillator, respectively .
前記ICチップのIC端子と接続する複数の回路端子は、電源、出力、アース、自動周波数制御の各回路端子であることを特徴とする表面実装用の水晶発振器。 In claim 1,
A plurality of circuit terminals connected to the IC terminals of the IC chip are power supply, output, ground, and automatic frequency control circuit terminals .
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