JP2009182622A - 電子カード用の温度補償発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】低背化に適したカード用とした表面実装用の温度補償発振器を提供する。
【解決手段】実装端子を外底面に有する積層セラミックからなる容器本体に水晶片を収容して密閉封入した水晶振動子１３と、前記水晶振動子１３ともに形成する発振回路及び温度補償機構を有するＩＣベアチップのＩＣ端子が電気的に接続した実装端子を外底面に有するチップ状モールドＩＣ１４と、からなり、カード用のセット基板１２に実装される表面実装用の温度補償発振器であって、前記チップ状モールドＩＣ１４は前記水晶振動子１３に起因した周波数温度特性を補償する温度補償データが予め書き込まれ、前記チップ状モールドＩＣ１４と前記水晶振動子１３とはペアー素子として、前記セット基板１２に水平方向に並設して実装された構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は電子カード例えばＳＩＭカード（携帯電話用）やＰＣカード（パソコン用）に実装される温度補償発振器を技術分野とし、特に高さ寸法を小さくした電子カード用の温度補償発振器に関する。

（発明の背景）
電子カード例えばＳＩＭカードでは、使用許可情報や電話番号等の個人情報を登録して認証カードとして、携帯電話等に内蔵される。近年では、ＳＩＭカードにＧＰＳ機能を取り込むことが検討され、これに対応した高さの小さい温度水晶発振器が求められている。この場合、ＳＩＭカードは厚みを0.76ｍｍとすることから、温度補償発振器の厚みを0.5ｍｍ、更には0.4ｍｍ以下が求められる。

（従来技術の一例）
第５図は一従来例を説明する温度補償発振器の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）はＩＣチップの平面図である。

温度補償発振器は、構造的に見ると、一般に、図に示す一部屋型、又は図示しないＨ型や接合型がある。温度補償発振器のうちの一部屋型は、積層セラミックからなる凹状とした容器本体１にＩＣベアチップ２と水晶片３とを収容する。ＩＣベアチップ２は回路機能面（一主面）にＩＣ端子４を有し、バンプ５を用いた超音波熱圧着によって内底面の図示しない回路端子に固着される。

ＩＣ端子４は電源、出力、アース、ＡＦＣ端子（周波数自動制御端子）及び一対の水晶端子を両側の長辺に有する。一対の水晶端子４（ｘｙ）は例えば両辺側の中央に、残りのＩＣ端子４は角部に設けられる。ＩＣ端子４のうちの電源、出力、アース及びＡＦＣ端子は図示しない配線路によって容器本体１の積層面を経て外底面の実装端子６に電気的に接続する。

水晶片３は両主面に励振電極７（ａｂ）を有し、一端部両側に引出電極８（ａｂ）を延出する「第５図（ｂ）参照」。引出電極８（ａｂ）の延出した水晶片３の一端部両側は内壁段部の図示しない水晶保持端子に導電性接着剤９によって固着される。水晶保持端子はＩＣ端子４のうちの水晶端子４（ｘｙ）に図示しない配線路によって電気的に接続する。容器本体１の開口端面には金属リング１０が設けられ、金属カバー１１をシーム溶接して密閉封入する。

温度補償発振器のうちのＨ構造型は、容器本体図示しないＨ状として、上側凹部に水晶片３を収容して密閉封入し、開口端面に実装端子６を有する下側凹部にＩＣベアチップ２を収容する。接合型は水晶片３を密閉封入した水晶振動子１３の下面に、ＩＣベアチップ２を収容して実装端子６を有する実装基板を接合する。ＩＣベアチップ２と水晶片３及び実装端子６とは前述同様に結線される。
特開２００７−１０４００５号公報 特開２００７−１０４０７５号公報 特開２００７−２０８５６２号公報

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の温度補償発振器では、基本的には、いずれも、ＩＣベアチップ２と水晶片３とを垂直方向に配置した構造とするので、高さ寸法は0.8ｍｍ程度が限度であり、例えば0.5〜0.4ｍｍ以下としたＳＩＭカード用の電子基板（以下、カード基板とする）には適さない。このことから、第６図（ａｂ）の断面図及び平面図に示したように、ＩＣベアチップ２と水晶片３とを水平方向に並設して高さ寸法を小さくすることが検討されている。

この場合、底壁１ａと枠壁１ｂとからなる容器本体１を凹状として、ＩＣベアチップ２と水晶片３とを内底面に並設するので、高さ寸法を0.5ｍｍ程度にはできるが、これ以下には小さくはできなくなる。すなわち、水晶片３（ＡＴカット）の厚みは、振動周波数を26ＭＨｚとすると0.06ｍｍとなる。また、振動に必要な内底面（底壁１ａ）とのギャップを考慮すると、導電性接着剤９の厚みを含めて底壁１ａから水晶片３の上面までの高さｈ1は0.11ｍｍ程度となる。

これに対し、ＩＣベアチップ２は厚みが薄い場合120μｍ程度であり、超音波熱圧着とするバンプ５の厚み40μｍを考慮すると、底壁１ａからＩＣベアチップ２の上面の高さｈ2は160μｍになる。したがって、ＩＣベアチップ２の高さｈ2が水晶片３のそれｈ1よりも大きくなる。そして、ＩＣベアチップ２の上面と金属リング１０（100μｍ）を含めた金属カバー１１までの間隔を考慮すると、内部空間の高さｈ3は40μｍになる。

さらに、容器本体１の底壁１ａは製造上（強度）の観点から130μｍ程度を要し、容器本体１はＩＣベアチップ２と水晶片３とを並設して収容するので平面外形は大きくなる。したがって、容器本体１の開口端面を例えばシーム溶接によって封止するときの機械的変形を防止するため、底壁１ａの厚みを130μ以上に大きく例えば270μｍにする必要がある。

なお、容器本体１の機械的変形は、例えばシーム溶接時の圧力や、容器本体１と金属カバー１１との熱膨張差による。また、実装端子６の厚みは10μｍ以下で、底壁１ａの厚みに対する誤差の範疇となるので、ここでは無視する。そして、金属カバー１１の厚みは70μｍとなる。

これらのことから、容器本体１に金属カバー１１を接合した温度補償発振器の高さは0.47ｍｍ程度になる。したがって、容器本体１にＩＣベアチップ２と水晶片３とを並設して金属カバー１１を接合した場合でも、温度補償発振器の高さは0.5ｍｍが限度で、これ以下にするには限界があった。ちなみに、容器本体１に水晶片のみを密閉封入した水晶振動子の場合は、金属カバー１１を含めてもその高さを0.4ｍｍ程度にできる。

（発明の目的）
本発明は低背化に適した電子カード用の温度補償発振器を提供することを目的とする。

（着目点及び発想）
本発明は、水晶片を収容して水晶振動子を形成するには容器本体の気密性を確保する必要のあることからセラミックが選択されるが、ＩＣベアチップは格別に気密性を要しない点、及びＩＣベアチップは水晶振動子よりも高さが低く、水晶発振器の高さは水晶振動子に依存する点に着目し、ＩＣベアチップを例えば樹脂モールドしたチップ状ＩＣと水晶振動子とを個別（別体）として並設することを発想した。

（解決手段）
本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、実装端子を外底面に有する積層セラミックからなる容器本体に水晶片を収容して密閉封入した水晶振動子と、前記水晶振動子とともに形成される発振回路及び温度補償機構を集積化したＩＣベアチップのＩＣ端子が電気的に接続した実装端子を外底面に有するチップ状ＩＣとからなり、電子カード用の基板に実装される表面実装用の温度補償発振器であって、前記チップ状ＩＣは前記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データが前記温度補償機構に予め書き込まれ、前記チップ状ＩＣと前記水晶振動子とはペアー素子として、前記セット基板に水平方向に並設して実装された構成とする。

このような構成であれば、容器本体からＩＣベアチップを切り離してチップ状ＩＣとするので、容器本体内は水晶片のみとした水晶振動子になる。したがって、容器本体はバンプを含めたＩＣベアチップの高さを無視できるので、水晶片の厚みに依存した高さに設定できる。そして、チップ状ＩＣは独立して形成されるので、例えば外実装端子を底面に有して容器本体の厚みよりも小さいチップ用基板に搭載することにより、水晶振動子の高さよりも小さくできる。

また、チップ状ＩＣには水晶振動子に対応した温度補償データが予め書き込まれ、チップ状ＩＣと当該水晶振動子とをペアー素子としてカード用のセット基板に水平方向に並設するので、高さ寸法が水晶振動子に依存して小さくなる温度補償発振器を提供できる。

さらに、ここでは、チップ状ＩＣはＩＣベアチップのＩＣ端子と電気的に接続した実装端子を外底面に設けるので、実装端子をＩＣ端子よりも大きくできる。したがって、プローブを当接しての温度特性の測定や温度補償データ等の書き込みあるいは発振特性の検査を容易にできる。

なお、通常では、ＩＣ端子は回路機能面の能動領域とは重畳させず、ＩＣ端子の面積を小さくして能動領域の面積を大きくする。これにより、例えばバンプをＩＣ端子に設けて超音波熱圧着する際の衝撃によっての能動領域への影響を小さくする。したがって、ＩＣ端子の面積が小さいことから、実装端子の面積を大きくしてプローブの当接を容易にする。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記水晶振動子の水晶片と電気的に接続した実装端子中の水晶端子は一辺側の両端部に形成され、前記チップ状モールドＩＣのベアチップと電気的に接続した実装端子中の水晶端子は一辺側の両端部に形成され、前記水晶振動子と前記チップ状モールドＩＣとの水晶端子の形成された一辺側は対向して並設される。これにより、水晶振動子とチップ状モールドＩＣとの水晶端子間を配線パターンで短く接続でき、配線容量を小さくして発振周波数の変化を抑止できる。

同請求項３では、請求項１において、前記ＩＣベアチップのＩＣ端子が電気的に接続した実装端子を外底面に有するチップ状ＩＣは、樹脂モールドされる。これにより、チップ状ＩＣを特定して、樹脂モールドによってＩＣベアチップを保護する。

同請求項４では、請求項３において、前記チップ状ＩＣは、前記実装端子を外底面に有するチップ用基板に前記ＩＣベアチップを固着して樹脂モールドされる。これにより、実装端子の形成される外底面をさらに特定して、具体的にする。なお、ＩＣベアチップはフリップチップボンディングやワイヤーボンディングを用いて固着される。

同請求項５では、前記チップ状モールドＩＣと前記水晶振動子のペアー素子は、キャリアテープの幅方向に並設された２個の収容穴に保持して搬送される。これにより、ペアー素子であることが明確になり、例えばマニュピュレータを用いた自動実装を容易にできる。

第１図は本発明の一実施形態を説明する水晶発振器の図で、同図（ａ）はカード基板に実装した図、同図（ｂ）はセット基板の特に回路端子を示す平面図である。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。

温度補償発振器はＳＩＭカード用の基板（以下、カード基板とする）１２に実装された水晶振動子１３とチップ状ＩＣ１４とからなる。水晶振動子１３は、第２図に示したように、積層セラミックからなる凹状とした容器本体１に水晶片３を収容し、金属カバー１１を被せて密閉封入する。容器本体１の開口端面には金属リング１０が設けられ、外底面の４角部に実装端子６を有し、一端部両側の内底面に図示しない一対の水晶保持端子を有する。なお、第２図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は外底面図である。

一対の水晶保持端子は一方の長辺の両端部（両角部）となる実装端子６としての水晶端子６（ｘｙ）に積層面を経て電気的に接続する。また、金属リング１０は他方の長辺の両端部となるアース端子としての実装端子６にスルーホールや積層面を経て電気的に接続する。水晶片３は両主面の励振電極７（ａｂ）から引出電極８（ａｂ）の延出した一端部両側が「前第６図（ｂ）参照」、容器本体１の水晶保持端子に導電性接着剤９によって固着される。金属カバー１１は開口端面に設けた金属リング１０にシーム溶接によって接合する。

チップ状ＩＣ１４は、第３図に示したように、例えばバンプ５を用いた超音波熱圧着によってＩＣベアチップ２をチップ用基板１５上に固着し（所謂フリップチップボンディング）、樹脂モールドされる。なお、第３図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は断面図であり、同図（ｂ）の着色部が樹脂モールドである。

ＩＣベアチップ２は、発振回路（但し、水晶振動子１３を除く）及び温度補償機構を少なくとも集積化し、水晶振動子１３に起因した発振回路の周波数温度特性を温度補償機構によって補償する。温度補償機構は温度補償データを記憶し、発振閉ループ中の水晶振動子１３に接続した図示しない電圧可変容量素子に温度補償データ（電圧値）を印加する。

そして、ＩＣベアチップ２の長辺の両辺側に前述した電源、出力、アース、ＡＦＣ端子、及び一対の水晶端子４（ｘｙ）からなる計６個のＩＣ端子４を内底面に有する。水晶端子４（ｘｙ）は、ＩＣベアチップ２における一辺となる一方の長辺の両端部とする。

チップ用基板１５はガラスエポキシ基板を含む樹脂基板やセラミック基板からなり、ＩＣベアチップ２の各ＩＣ端子４に対応した回路端子１６を有する。これらの回路端子１６はチップ用基板１５の外底面に実装端子６として延出する。実装端子６はＩＣベアチップ２のＩＣ端子４よりも面積を大きくする。

そして、実装端子６はＩＣベアチップ２のＩＣ端子４の配列と同一とし、一方の長辺の両端部を水晶端子６（ｘｙ）とし、残りの回路端子６を両辺側に配置する。これらは、フリップチップボンディングによって個々のＩＣベアチップ２を例えば図示しないシート状のチップ用基板１５に縦横に固着した後、分割して形成される。

このようなものでは、個々の水晶振動子１３と個々のチップ状ＩＣ１４とを電気的に接続して水晶発振器とした状態で、温度の異なる恒温槽に収容して周波数温度特性を測定し、温度補償データを得る。そして、チップ状ＩＣ１４の電源等の回路端子から温度補償データをＩＣベアチップ２の温度補償機構に予め書き込む。これらのチップ状ＩＣ１４と水晶振動子１３とはペアー素子となる。

これらのペアー素子（チップ状ＩＣ１４と水晶振動子１３）は、例えば第４図に示したように、キャリアテープ１９に収容されてユーザに搬送（輸送）される。キャリアテープ１９は幅方向に２個の収容穴２０（ａｂ）を有し、チップ状ＩＣ１４と水晶振動子１３とのペアー素子がそれぞれ保持され、図示しないリールに券回される。図中の２１は搬送孔で、カバーテープは省略してある。

そして、ペアー素子を収容したキャリアテープ１９が券回したリールをユーザに移送された後、カード用のセット基板１２にマニュピレータ等を用いて水平方向に並設して自動実装され、温度補償発振器を構成する。この場合、水晶振動子１３の水晶端子６（ｘｙ）とチップ状ＩＣ１４の水晶端子４（ｘｙ）の設けられた一辺側は対向して、各水晶端子４（ｘｙ）及び６（ｘｙ）が対面して配置される。そして、これらと接続するセット基板１２上の回路端子１７（ｘｙ）及び１８（ｘｙ）は直線状の配線路によって接続して最短の距離とする「第１図（ｂ）参照」。

このような構成であれば、ＩＣベアチップ２と水晶片３とを容器本体１に収容して一体型とした従来例の温度補償発振器に対し、本実施形態では、チップ状ＩＣ１４と水晶振動子１３として別体型とし、カード基板１２に水平方向に並設して温度補償発振器を構成する。

この場合、ＩＣベアチップ２は水晶片３を収容する容器本体１とは別個としたチップ用基板１５にバンプ５を用いた超音波熱圧着とする。したがって、チップ用基板１５の厚みを小さくできるとともに、単にモールドするのみで金属カバー１１は不要にすることから、チップ状モールドＩＣ１４の高さを水晶振動子１３よりも小さくできる。

そして、水晶振動子１３は水晶片３のみを容器本体１内に収容するので、水晶片３の厚みのみに依存して高さを決定できて高さが小さくなる。すなわち、水晶片３の厚みよりも大きくなるバンプ５を含めたＩＣベアチップ２の高さを考慮する必要がないので、容器本体１の高さを従来例よりも小さくできる。

これらから、チップ状ＩＣ１４よりも水晶振動子１３は高さが大きく、水晶振動子１３が温度補償発振器の高さを決定することから、従来例のＩＣベアチップ２と水晶片３とを一体的に収容した温度補償発振器よりも高さが小さくなる。したがって、温度補償発振器の高さを、ＳＩＭカードの要求する高さ（0.5〜0.4ｍｍ以下）にできる。

そして、この例では、水晶振動子１３とチップ状ＩＣ１４の水晶端子４（ｘｙ）及び６（ｘｙ）対面して、直線状の配線路によって最短距離で接続される。したがって、配線容量を小さくして発振周波数の変化を抑止できる。また、チップ用基板１５の実装端子６をＩＣベアチップ２のＩＣ端子４よりも大きくする。したがって、プローブを当接を容易にして、温度特性の測定や温度補償データ等の書き込みあるいは発振特性の検査を確実にする。

（他の事項）
上記実施形態ではフリップチップボンディングによってＩＣベアチップ２をチップ用基板１５に固着したが、ＩＣベアチップ２の他主面を固着して一主面からのワイヤーボンディングによる電気的導出としてもよい。この場合、チップ用基板１５に代えて金属端子板とすることもできる。

また、ＩＣベアチップ２のＩＣ端子４は一辺の両端部が水晶振動子４（ｘｙ）としたが、これに限らず、チップ用基板１５の配線パターンによって実装端子６（ｘｙ）が一辺の両端部にあればよい。そして、金属カバー１１はシーム溶接としたが、例えば電子ビームやＡuＳn等の共晶合金を用いた接合でも適用できる。

さらに、ペアー素子はキャリアテープの幅方向に並設された２個の収容穴に保持され搬送されるとしたが、それぞれ別々のキャリアテープで個々に供給しても良く、又一つのキャリアテープの長さ方向に交互に収容しても良い。更には、ペアー素子をトレイに収容しても同等な効果を得ることができる。

また、さらに、水晶振動子１３とチップ状ＩＣ１４との対向する側面を接着剤等によって一体化して、ペアー素子であることを明確にすることもできる。このように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での適宜な変更は本発明の技術的範囲内に包含される。

本発明の一実施形態を説明する水晶発振器の図で、同図（ａ）はセット基板に実装した図、同図（ｂ）はセット基板の特に回路端子を示す平面図である。 本発明の一実施形態を説明する特に水晶振動子の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は外底面図である。 本発明の一実施形態を説明する特にチップ状モールドＩＣの図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。 本発明の一実施形態を説明するキャリアテープの一部図である。 従来例の一例を説明する温度補償発振器の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）はＩＣチップの平面図である。 従来例の他例を説明する温度補償発振器の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）はカバーを除く平面図である。

符号の説明

１ 容器本体、２ ＩＣベアチップ、３ 水晶片、４ ＩＣ端子、５ バンプ、６ 実装端子、７ 励振電極、８ 引出電極、９ 導電性接着剤、１０ 金属リング、１１ 金属カバー、１２ セット基板、１３ 水晶振動子、１４ チップ状モールドＩＣ、１５ チップ用基板、１６、１７、１８ 回路端子、１９ キャリアテープ、２０ 穴、２１ 搬送孔。

Claims (5)

1. 実装端子を外底面に有する積層セラミックからなる容器本体に水晶片を収容して密閉封入した水晶振動子と、前記水晶振動子とともに形成される発振回路及び温度補償機構を集積化したＩＣベアチップのＩＣ端子が電気的に接続した実装端子を外底面に有するチップ状ＩＣとからなり、電子カード用の基板に実装される表面実装用の温度補償発振器であって、前記チップ状ＩＣは前記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データが前記温度補償機構に予め書き込まれ、前記チップ状ＩＣと前記水晶振動子とはペアー素子として、前記セット基板に水平方向に並設して実装されたことを特徴とする電子カード用の温度補償発振器。
2. 請求項１において、前記水晶振動子の水晶片と電気的に接続した実装端子中の水晶端子は一辺側の両端部に形成され、前記チップ状ＩＣのベアチップと電気的に接続した実装端子中の水晶端子は一辺側の両端部に形成され、前記水晶振動子と前記チップ状ＩＣとの水晶端子の形成された一辺側は対向して並設された電子カード用の温度補償発振器。
3. 請求項１において、前記ＩＣベアチップのＩＣ端子が電気的に接続した実装端子を外底面に有するチップ状ＩＣは、樹脂モールドされた電子カード用の温度補償発振器。
4. 請求項３において、前記チップ状ＩＣは、前記実装端子を外底面に有するチップ用基板に前記ＩＣベアチップを固着して樹脂モールドされた電子カード用の温度補償発振器。
5. 請求項１において、前記チップ状ＩＣと前記水晶振動子のペアー素子は、キャリアテープの幅方向に並設された２個の収容穴に保持して搬送された電子カード用の温度補償発振器。