JP4444740B2 - 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、特に信頼性を維持して低背化を促進した電圧制御型の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、例えば携帯型の電子機器に内蔵され、周波数や時間の基準源として有用されている。近年では、電子機器の薄型化に伴い、特に高さ寸法を小さくした低背型のものが求められている。このようなものの一つに後記の特許文献１がある。

（従来技術の一例）第２図は一従来例を説明する表面実装発振器の図で、同図（ａ）はカバーを除く平面図、同図（ｂ）は断面図である。

表面実装発振器は容器本体１内に水晶片２とＩＣチップ３とを収容し、カバー４を被せて密閉封入してなる。容器本体１は断面を凹状として平面を矩形状とした積層セラミックからなる。そして、長手方向の両端側に内壁段部５を有し、外表面に実装端子を有する。但し、一端側の内壁段部５は分割される。

水晶片２は矩形状として例えばＡＴカットとする。両主面には励振電極６を有し、長さ方向の一端部両側に引出電極７を延出する。そして、引出電極７の延出した一端部両側を、図示しない水晶端子を有する一方の内壁段部５に導電性接着剤８によって固着する。水晶端子は図示しない導電路によってＩＣチップ３に電気的に接続する。

ＩＣチップ３は発振回路を構成する増幅器等を集積化し、容器本体１の内底面に水晶片２と隣接して並設される。例えばＩＣチップ３の非回路面が接着剤によって固着される。そして、回路面の両側に設けられたＩＣ端子からのボンディング線９を一端側の内壁段部５及び突出部１０に接続する。これらは、外表面に設けた図示しない実装端子と電気的に接続する。また、ＩＣチップ３の隣りには、回路素子１１としてのチップ状のコンデンサ１１ａが並設される。コンデンサ１１ａは容量値が例えば1000pF以上と大きく、集積化が困難なのでディスクリート部品とする。ここでは、例えば電源とアース間のバイパス用とする。

このようなものでは、水晶片２とＩＣチップ３とその他の回路素子１１を容器本体１の内底面に並設する。したがって、水晶片２の下面にＩＣチップ３と回路素子を配置したものに比較して高さ寸法を小さくできる。これにより、薄型とした電子機器に内蔵する表面実装発振器として適する。また、ＩＣチップ３をボンディング線９（所謂ワイヤーボンディング）によって接続するので、例えばバンプを用いた超音波熱圧着等による接続に比較して、信頼性が高い。
特開平９−８３２４８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高さ寸法を小さくできるものの、例えば電圧制御発振器の場合には平面外形寸法が大きくなって適用できない問題があった。すなわち、電圧制御発振器では、集積化が困難なディスクリート部品として、コンデンサ１１ａ以外に、電圧可変容量素子やインダクタ（いずれもチップ型）の回路素子１１を要する。したがって、水晶片２及びＩＣチップ３ととともにこれらの回路素子１１を平面方向（同一面上）に配置した場合には、平面外形寸法が大きくなって適用できない問題があった。

このことから、第３図に示したようにＩＣチップ３とコンデンサ１１ａ、電圧可変容量素子１１ｂ及びインダクタ１１ｃ等の回路素子１１を容器本体１の凹部底面に配置し、内壁段部５に水晶片２の一端部を保持する。しかし、この場合には、ボンディング線９を含めて最も高さの大きいＩＣチップ３と水晶片２とを上下に配置するので、前述のように高さ寸法を大きくする問題があった。

なお、電圧可変容量素子１１ｂは制御電圧によって容量が変化し、発振周波数を可変する。インダクタ１１ｃは水晶振動子の直列共振周波数を低下させて反共振周波数との間隔を広げ、発振周波数の可変幅を広くする。このことから、電圧制御発振器には必要になる。また、ボンディング線９のループ高さ（たわみ高さ）が加わるため、通常では、実装後のＩＣチップ３が最も高くなる。

（発明の目的）本発明は平面外形及び高さ寸法を小さくして信頼性の高い特に電圧制御型とした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）に示したように、ワイヤーボンディングによるＩＣチップと水晶片と回路素子とを積層セラミックからなる凹状とした容器本体内に収容してなる表面実装用の水晶発振器において、前記容器本体は長手方向に沿う両辺側に対向した一対の内壁段部を有するとともに、前記一対の内壁段部は長手方向に沿って高さの異なる上段部と下段部とを有し、前記一対の内壁段部のうちの前記上段部の少なくとも一方には前記水晶片の長さ方向の一端部を保持して前記水晶片の長さ方向を前記容器本体の短手方向として、前記水晶片の少なくとも下面を含む前記容器本体の内底面には前記回路素子を配設し、前記一対の内壁段部のうちの前記下段部の間となる前記容器本体の内底面には前記ＩＣチップを配置して前記ＩＣチップからのボンディング線を前記下段部に接続した構成とする。

このような構成であれば、水晶片とＩＣチップとを並設し、水晶片と回路素子を上下に配置する。したがって、三者（水晶片、ＩＣチップ、回路素子）を並設した場合よりも、平面外形を小さくする。また、水晶片の下面に回路素子を配置するので、ワイヤーボンディングとしたＩＣチップを下面に配置した場合よりも高さ寸法を小さくできる。そして、水晶片の長さ方向を容器本体の短手方向とするので、容器本体の長手方向を小さくする。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１における前記水晶片の一端部は前記上段部に前記水晶片と同一材の台座を介在させて保持される。これにより、水晶片と台座とは膨張係数を同一にする。したがって、水晶片を小さくしてその長さ方向を容器本体の短手方向としても、膨張係数差による歪みを防止して振動特性を良好に維持する。

同請求項３では、請求項１の前記回路素子は少なくとも電圧可変容量素子及びインダクタを含む。これにより、電圧制御型とした表面実装発振器を得られる。

第１図は本発明の一実施例を説明する表面実装発振器の図で、同図（ａ）はカバーを除く平面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。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。

表面実装発振器は電圧制御型とし、前述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内に、引出電極７が長手方向の一端部両側に延出した水晶片２と、少なくとも発振回路を集積化したワイヤーボンディング（ボンディング線９）によるＩＣチップ３と、集積化が困難な回路素子１１（コンデンサ１１ａ、電圧可変容量素子１１ｂ、インダクタ１１ｃ）とを収容し、カバー４を被せて密閉封入してなる。

容器本体１は積層セラミックを４層構造として、長手方向に沿う両辺側に一対の内壁段部５を有する。一対の内壁段部５はそれぞれ長手方向に沿って高さの異なる上段部５ａと下段部５ｂからなる。ここでは、内底面からの上段部の高さは回路素子よりも大きく、ボンディング線を含めたＩＣチップの高さよりも小さく設定される。

水晶片２は引出電極７の延出した長さ方向の一端部両側が一方の上段部５ａに保持される。要するに、水晶片２の長さ方向を、容器本体１の短手方向として一端部両側が保持される。

ここでは、一対の上段部５ａに水晶片２と同一材（ＡＴカット）とした台座１２を橋渡して両端を固着する。そして、台座１２上に水晶片２の一端部両側を導電性接着剤８によって固着する。台座１２の一端部両側には引出電極７と電気的に接続する水晶端子を有し、図示しない配線パターンを経てＩＣチップ３に接続する。

ＩＣチップ３は一対の下段部５ｂの間となる容器本体１の内底面に配置（固着）される。そして、回路面（ＩＣ端子）からのボンディング線９を下段部５ｂに接続する。但し、内底面の回路パターンにもボンディング線９が接続する。

回路素子１１は前述したように集積化が困難な大容量のコンデンサ１１ａ及び電圧制御型とする電圧可変容量素子１１ｂ、周波数可変幅を大きくするインダクタ１１ｃからなる。そして、電圧可変容量素子１１ａ及びインダクタ１１ｃが水晶片２の下面となる内底面に固着され、コンデンサ１１ａが水晶片２とＩＣチップ３との間の内底面に固着される。

なお、ここではインダクタ１１ｃは２個として、インダクタンスの小さなものを直列接続して高さ寸法を小さくする。これは、インダクタンスが大きいと高さも含めて外形が大きくなるためである。

このような構成であれば、発明の効果の欄でも記載したように、水晶片２とＩＣチップ３とを平面方向に並設し、水晶片２と回路素子１１（ａｂｃ）を上下に配置するので、これらを並設した場合よりも、平面外形を小さくする。ちなみに、容器本体１の平面外形を例えば既成標準の７×５ｍｍにできる。

また、水晶片２の下面に回路素子１１（ａｂｃ）を配置するので、ワイヤーボンディングとしたＩＣチップ３を水晶片２の下面に配置した場合よりも高さ寸法を小さくできる。そして、水晶片の長さ方向を容器本体１の短手方向とするので、容器本体１の長手方向を小さくする。

また、水晶片２は同一材（ＡＴカット）とした台座１２上に一端部両側が固着される。したがって、台座１２と水晶片２との膨張係数が同一なので、熱衝撃等による水晶片２の歪みを基本的に解消できる。これにより、水晶片２を小さくして長さ方向を容器本体１の短手方向にしても、良好な振動特性を得られる。

これらのことから、この実施例では平面外形及び高さ寸法を小さくして信頼性の高い特に電圧制御型とした表面実装発振器を得ることができる。

（他の事項）上記実施例では電圧制御型としたが、これ以外の回路素子を多くした表面実装発振器に適用できることは勿論である。また、台座１２は一対の上段部５ａに両端部を固着したが、一端部のみを固着してよい。また、水晶片２の一端部両側を台座１２上に保持したが、両端部に引出電極７を延出して両端保持とすることもできる。

そして、台座１２は一方の上段部５ａのみ設けて、水晶片２の一端部両側を保持してもよい。これらの場合でも、台座１２との膨張係数が同一なので、同様に熱衝撃による歪みの発生を抑制して振動特性を良好に維持する。さらに、台座１２は必ずしも必須ではなく、周波数安定度等を求める仕様に応じて除去することもできる。

本発明の一実施例を説明する表面実装発振器（電圧制御型）の図で、同図（ ａ）はカバーを除く平面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。 従来例を説明する表面実装発振器の図で、同図（ａ）はカバーを除く平面図 、同図（ｂ）は断面図である。 従来例を説明するカバーを除く表面実装発振器の平面図である。

１ 容器本体、２ 水晶片、３ ＩＣチップ、４ カバー、５ 内壁段部、５ａ 上段部、５ｂ 下段部、６ 励振電極、７ 引出電極、８ 導電性接着剤、９ ボンディング線、１０ 突出部、１１ 回路素子、１２ 台座。

Claims (3)

1. ワイヤーボンディングによるＩＣチップと水晶片と回路素子とを積層セラミックからなる凹状とした容器本体内に収容してなる表面実装用の水晶発振器において、前記容器本体は長手方向に沿う両辺側に対向した一対の内壁段部を有するとともに、前記一対の内壁段部は長手方向に沿って高さの異なる上段部と下段部とを有し、前記一対の内壁段部のうちの前記上段部の少なくとも一方には前記水晶片の長さ方向の一端部を保持して前記水晶片の長さ方向を前記容器本体の短手方向として、前記水晶片の少なくとも下面を含む前記容器本体の内底面には前記回路素子を配設し、前記一対の内壁段部のうちの前記下段部の間となる前記容器本体の内底面には前記ＩＣチップを配置して前記ＩＣチップからのボンディング線を前記下段部に接続したことを特徴とする水晶発振器。
2. 前記水晶片の一端部は、前記上段部に前記水晶片と同一材の台座を介在させて保持された請求項１の水晶発振器。
3. 前記回路素子は少なくとも電圧可変容量素子及びインダクタを含む請求項１の水晶発振器。

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