JP5371469B2 - 表面実装用の水晶発振器 - Google Patents

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、特に水晶片とともに収容されたＩＣチップの発熱による発振周波数の変化を防止した表面実装発振器に関する。

（発明の背景）
表面実装発振器は小型・軽量であることから、特に携帯電話に代表される携帯型の電子機器に内蔵される。このようなものの一つに、容器本体を両主面に凹部を有する断面Ｈ状として、一方の凹部に水晶片を、他方の凹部にＩＣチップを収容したものがある。

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）は金属カバー等を除く平面図である。

表面実装発振器は容器本体１、水晶片２、ＩＣチップ３及び金属カバー４を備えてなる。容器本体１は積層セラミックからなり、底壁１ａ及び両主面に枠壁１（ｂｃ）を有し、前述のように両主面に凹部を有する断面Ｈ状とする。容器本体１の一方の凹部内底面には一対の水晶保持端子５（ａｂ）を、他方の凹部内底面には複数の回路端子７を有する。

一対の水晶保持端子５（ａｂ）は、底壁１ａに設けたビアホール等による配線路６によって、回路端子７中の一対の水晶端子７（ｘｙ）に電気的に接続する。回路端子７中の電源、出力、アース及び例えばＡＦＣ端子は容器本体１の外底面（４角部）に設けた実装端子８に図示しない配線路によって電気的に接続する。

水晶片２は例えばＡＴカットとし、両主面の励振電極９（ａｂ）から一端部両側に引出電極１０（ａｂ）を延出する。各引出電極１０（ａｂ）は例えばそれぞれ反対面に折り返して形成される。引出電極１０（ａｂ）の延出した水晶片２の一端部両側は内底面の水晶保持端子５（ａｂ）に導電性接着剤１１等によって固着され、電気的・機械的に接続する。

ＩＣチップ３は少なくとも発振回路を有し、この例では水晶振動子に起因した周波数温度特性を補償する温度補償機構を有する。そして、回路機能面（回路形成面）となる一主面のＩＣ端子が例えばバンプ１２を用いた超音波熱圧着によって、他方の凹部内底面の回路端子７に固着され（所謂フリップチップボンディング）、電気的・機械的に接続する。なお、図中の符号１３は金属リングであり、金属カバー４がシーム溶接によって接合される。

このようなものでは、周波数温度特性は水晶振動子に基づいて、第５図（曲線イ）に示したように常温２５℃に変曲点を、高温側に極小値を、低温側に極大値を有する３次曲線となる。そして、温度補償機構からの温度に依存した温度補償電圧が、発振回路内に挿入された電圧可変容量素子に印加され、水晶振動子から見た直列等価容量（負荷容量）を変化させる。これにより、温度補償電圧に依存した周波数電圧特性（第５図の曲線ロ）によって、周波数温度特性を相殺して温度補償する。

特開2008-311826号公報

（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、電源投入時のＩＣチップ３の特に能動素子の発熱によって温度が急激に上昇する。そして、特に、ＩＣ端子中の水晶端子、回路端子７（ｘｙ）、配線路６及び水晶保持端子５（ａｂ）を経て水晶片２に伝熱する。さらに、導電性接着剤１１によって水晶保持端子５（ａｂ）と直接に接続する引出電極１０（ａｂ）から励振電極９（ａｂ）に伝熱され、言わば、ＩＣチップ３の発熱温度が水晶片２の振動領域「励振電極９（ａｂ）部」に直接的に伝熱する。また、底壁１ａからの熱も空間を経て振動領域に伝熱する。

このとき、ＩＣチップ３と水晶片２の温度状態が熱平衡状態に達するまでには時間を要する。熱平衡に達するまでの間、温度が変化することが主な原因で周波数変化（変動）を悪化させる問題があった。

（発明の目的）
本発明は電源投入時の周波数変動を防止する表面実装発振器を提供することを目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に記載したように、底壁の両主面に枠壁を積層して両主面に凹部を有する容器本体と、前記容器本体の一方の凹部内底面に設けられた一対の水晶保持端子に引出電極の延出した一端部両側が固着された水晶片と、前記一方の凹部の開口端面に接合して前記水晶片を密閉封入する金属カバーと、前記容器本体の他方の凹部内底面に設けられた回路端子にＩＣ端子が電気的・機械的に接続したＩＣチップとを備えた表面実装用の水晶発振器において、前記回路端子は一対の水晶端子を含み、前記容器本体の前記底壁に設けた配線路によって前記一対の水晶保持端子に接続しており、前記一対の水晶保持端子から前記容器本体の内底面に延出した一対の放熱用電極を有し、前記一対の放熱用電極のそれぞれは、前記水晶片の内底面で各長辺の外側領域に延出し、当該一対の放電用電極の先端間が前記水晶保持端子の間に対して同等以上の間で設けられた構成とする。

このような構成であれば、特に、ＩＣ端子の水晶端子と電気的に接続した水晶保持端子は放熱用電極を容器本体の内底面に延出する。したがって、ＩＣチップの発熱温度は、ＩＣ端子の水晶端子と電気的に接続する配線路によって直接的に水晶保持端子に伝熱され、さらに放熱用電極に伝熱される。これにより、ＩＣチップの発熱温度は放熱用電極から放熱されて水晶片の急激な温度上昇を抑制するので、電源投入時の周波数変動を防止できる。

本発明の第１実施形態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）は金属カバーを除く平面図である。 本発明の第１実施形態の他例を説明する図で、同図（ａｂ）ともに表面実装発振器の金属カバーを除く平面図である。 本発明の第２実施形態を説明する表面実装発振器の金属カバーを除く平面図である。 一従来例を説明する図で、同図（ａ）は表面実装発振器の断面図、同図（ｂ）は金属カバーを除く平面図である。 一従来例を説明する表面実装発振器の周波数温度及び電圧特性である。

以下、本発明の表面実装発振器に係る第１実施形態を第１図（断面図及び平面図）によって説明する。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。

表面実装発振器は、前述したように、底壁１ａと両主面の枠壁１（ｂｃ）とからなる断面Ｈ状とした容器本体１の一方の凹部に水晶片２を収容し、他方の凹部にＩＣチップ３を収容する。そして、水晶片２は励振電極９（ａｂ）から引出電極１０（ａｂ）の延出した一端部両側が内底面の水晶保持端子５（ａｂ）に導電性接着剤１１によって固着され、金属カバー４を接合して密閉封入される。また、ＩＣチップ３はバンプ１２を用いた超音波熱圧着によって一主面のＩＣ端子が固着される。

そして、第１実施形態では、一方の凹部内底面の水晶保持端子５（ａｂ）は水晶片２の内底面に放熱用電極１４（ａｂ）を延出する。放熱用電極１４（ａｂ）は例えば水晶片２の各長辺の外側領域に延出する「第１図（ｂ）」。これらの放熱用電極１４（ａｂ）は水晶保持端子５（ａｂ）の形成時に一体的に形成される。例えば下地電極をＷやＭoとして、表面にＮi及びＡuを順次にメッキして形成される。

これらの場合、第２図（ａｂ）に示したように、放熱用電極１４（ａｂ）は水晶片２の長辺の外側から他端部の外側に延出しても、あるいは、放熱用電極１４は水晶片２の一方の長辺の外側から他端部を経て他方の長辺の外側に延出してもよい。但し、各放熱用電極１４（ａｂ）の先端間、あるいは放熱用電極１４の先端と水晶保持端子５ａとの間は、一対の水晶保持端子５（ａｂ）の間に対して同等以上の間とする。これにより、浮遊容量を最小限にする。

このような構成であれば、発明の効果の欄に記載するように、特に、ＩＣ端子の水晶端子と電気的に接続した水晶保持端子５（ａｂ）は放熱用電極１４を容器本体１の内底面に延出する。ここでは、放熱用電極１４は水晶片２の外側領域に延出する。したがって、ＩＣチップ３の発熱温度は、ＩＣ端子の水晶端子と電気的に接続する配線路によって直接的に水晶保持端子５（ａｂ）に伝熱され、さらに水晶片２の外側となる放熱用電極１４に伝熱される。

これにより、放熱用電極１４からの輻射熱が水晶片２に直接には伝熱しないで、ＩＣチップ３の発熱温度は放熱用電極１４から放熱されて水晶片２の急激な温度上昇を抑制するので、電源投入時の周波数変動を防止できる。

これらの場合、容器本体１は金属カバー４によって封止されるので、放熱用電極１４からの熱は特に金属カバー４（例えばＮiメッキのコバール材）や、これが接合する金属リング（Ａuメッキのコバール材）から放熱される。

本発明の第２実施形態（第３図の平面図）では、一対の水晶保持端子５（ａｂ）から延出した放熱用電極１４（ａｂ）は水晶片２の下面であって励振電極９（ａｂ）の外側となる領域にまたがって延出する。このようなものでは、振動領域となる励振電極９（ａｂ）には輻射熱が直接に及ばないとともに、放熱用電極１４（ａｂ）の面積が増加するので、放熱効果を高める。したがって、水晶片２の急激な温度上昇を抑制して、電源投入時の周波数変動を防止できる。

１ 容器本体、２ 水晶片、３ ＩＣチップ、４ 金属カバー、５ 水晶保持端子、
６ 配線路、７ 回路端子、７（ｘｙ）水晶端子、８ 実装端子、９ 励振電極、
１０ 引出電極、１１ 導電性接着剤、１２ バンプ、１３ 金属リング、１４ 放熱用電極。

Claims (1)

1. 底壁の両主面に枠壁を積層して両主面に凹部を有する容器本体と、前記容器本体の一方の凹部内底面に設けられた一対の水晶保持端子に引出電極の延出した一端部両側が固着された水晶片と、前記一方の凹部の開口端面に接合して前記水晶片を密閉封入する金属カバーと、前記容器本体の他方の凹部内底面に設けられた回路端子にＩＣ端子が電気的・機械的に接続したＩＣチップとを備えた表面実装用の水晶発振器において、
   前記回路端子は一対の水晶端子を含み、前記容器本体の前記底壁に設けた配線路によって前記一対の水晶保持端子に接続しており、
   前記一対の水晶保持端子から前記容器本体の内底面に延出した一対の放熱用電極を有し、
   前記一対の放熱用電極のそれぞれは、前記水晶片の内底面で各長辺の外側領域に延出し、当該一対の放電用電極の先端間が前記水晶保持端子の間に対して同等以上の間をもって設けられたことを特徴とする表面実装用の水晶発振器。
   

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