JP3928913B2 - 水晶発振器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンプを用いた超音波熱圧着によってＩＣチップを接合した水晶発振器を産業上の技術分野とし、特にＩＣチップの端子電極に生ずるクラックを防止した水晶発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（発明の背景）種々の電子回路を集積化したＩＣチップは多くの電子機器に使用され、その小型化の原動力となっている。近年では、ワイヤボンディングに比較して小型化をさらに促進することから、水晶発振器においても端子電極の形成された一主面を基板に直接に接合する所謂フェースダウンボンデングが採用されている。このようなものの一つにバンプを用いた超音波熱圧着による接合方法がある。
【０００３】
（従来技術の一例）第４図は一従来例を説明する水晶発振器の断面図である。
水晶発振器は積層セラミックからなり、凹部と段部を有する容器本体１にＩＣチップ２と水晶片３を収容し、カバー４を接合して密閉する。容器本体１の凹部底面１ａには、第５図に示したように回路パターンとしての導電路５が形成される。導電路５の先端には導電端子部６が露出して形成され、これ以外は酸化アルミナ等の絶縁膜に覆われる。導電端子部６は一方向に長い矩形状として左右２列に並べられる。段部には図示しない水晶端子が形成される。
【０００４】
ＩＣチップ２は、図示しない発振回路の増幅器等の回路素子を集積化し、一主面に端子電極７を有する。端子電極７は導電端子部６に対応して、対向する一組の両辺側に形成される。両辺側の端子電極７の中心間距離Ｌは１．７８ｍｍで、ＩＣチップ２の平面外形寸
法は１．９×１．９ｍｍである。そして、端子電極７上には超音波熱圧着用の例えば金粒としたバンプ８が接続され、容器本体１の底面に固着される。バンプ８は概ね球状で高さは３５〜５０μとなる。
【０００５】
超音波熱圧着はＩＣチップ２のバンプ８を導電端子部６に当接し、導電端子部６の長さ方向に超音波による振動を加えるとともに加熱しながら、バンプ８を楕円状に押し潰して接続する。潰し後のバンプ８の高さＴは概ね２０〜２５μとなる。水晶片３は導電性接着剤９によって段部に一端部両側を固着される。
【０００６】
このようなものでは、導電端子部６の長さ方向にバンプ８を振動させて熱圧着するので、バンプ８が導電端子部から飛び出すことない。また、対向する一組の両辺に３：２内の範囲でバンプ８を配置したので、熱圧着時の押圧力が均等に分散する。したがって、超音波熱圧着を良好にする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の水晶発振器では、超音波熱圧着に起因して次の問題があった。すなわち、シリコンからなるＩＣチップ２とアルミナセラミックからなる容器本体１とでは熱膨張係数を異にし、容器本体１の方がＩＣチップ２よりも大きい。したがって、加熱前後において、ＩＣチップ２の端子電極７にはストレスによる亀裂等のクラックを生じ、ＩＣチップ２の機能に障害を起こす。そして、これにより、水晶発振器の生産性を悪化させる問題があった。
【０００８】
（発明の目的）本発明は、膨張係数の差による端子電極のクラックを防止して熱衝撃特性を良好とした水晶発振器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＩＣチップにおける一主面の対向する一組の両辺側のみに端子電極を有して前記端子電極にはバンプが設けられ、容器本体の凹部底面には互いに対向する一方向に長い導電端子部が設けられ、前記導電端子部に前記バンプを当接して、前記導電端子の長さ方向に前記バンプを振動させて熱圧着し、前記ＩＣチップを前記容器本体の底面に装着するとともに、前記容器本体内に水晶片を収容してなる水晶発振器であって、前記ＩＣチップにおける両辺側の辺と辺との間の前記端子電極の中心間距離をＬとして前記バンプの超音波熱圧着後の高さをＴとしたとき、Ｔ／Ｌを０．０２２〜０．０４２としたことを基本的な解決手段とする。
【００１０】
【作用】
本発明では、両辺間の距離Ｌとバンプの高さＴとの比Ｔ／Ｌを０．０２２〜０．０４２としたので、バンプによって熱膨張差によるストレスを吸収する。以下、本発明の一実施例を説明する。
【００１１】
第１図及び第２図は本発明の一実施例を説明する図で、第１図は超音波熱圧着前の水晶発振器の一部裁断図、第２図は超音波熱圧着後の一部裁断図である。なお、前従来例図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。
水晶発振器は、前述同様に容器本体１の導電端子部６が形成された底面にＩＣチップ２を超音波熱圧着により、段部に水晶片３を導電性接着剤９によって固着し、カバー４を接合して密閉する（前第４図参照）。
【００１２】
ＩＣチップ２は、前述したように対向する一組の一方の辺に６つ、他方の辺に５つの端子電極７を有し、端子電極７の中心間距離Ｌを１．７８ｍｍとする。そして、この実施例では、ＩＣチップ２の端子電極７にバンプ８を二重にして形成する（第１図）。これにより、超音波熱圧着後のバンプ８は楕円状となってその高さＴは４０〜５０μとなる（第２図）。
【００１３】
第３図はこのようなものの熱衝撃特性を示す表であり、バンプ８が従来の１個とした場合と本実施例の２個（二重バンプ）とした場合の熱衝撃に対する端子電極７のクラック発生数及び発生率を示す表である。
【００１４】
なお、ここでの熱衝撃特性は、超音波熱圧着により容器底面にＩＣチップ２を固着した水晶発振器を−４０℃及び＋８０℃としてそれぞれ３０分間放置し、これを１サイクルとする。そして、１、５、７、１０、５０、７０、１００、７００、１０００サイクルの熱衝撃を加えた後、ＩＣチップ２を容器底面から取り外し、端子電極７のうち一つにでもクラックを生じたＩＣチップ２の数をカウントしたものである。但し、実験に供したＩＣチップ２の数は各サイクル毎にそれぞれ１０個ずつであり、本実施例及び従来例ともに９０個の合計１８０個である。
【００１５】
この実験結果から明らかなように、本実施例では１０、５０及び７０サイクルではクラック発生のＩＣチップ２は皆無であり、１００及び７００サイクルで１個、１０００サイクルで２個のＩＣチップ２にクラックを生じる。これに対し、従来例では、５０及び７０サイクルでそれぞれ１個のＩＣチップ２にクラックを生じ、１００サイクルで２個、７００及び１０００サイクルで３個のＩＣチップ２にクラックを生じる。
【００１６】
要するに、本実施例では、クラックを生じるまでのサイクル数は従来例よりも９０サイクル多く、同サイクル数でのクラックを生じるＩＣチップ２の数も１．５倍以上少ない。
すなわち、バンプ８を二重バンプとして超音波熱圧着による潰し後の高さＴを大きくしたので、ＩＣチップ２（シリコン）と容器本体１（アルミナセラミック）との膨張係数の差によるストレスを吸収し、端子電極７に生じるクラックを防止する。したがって、本実施例は従来例に対して熱衝撃特性を格段に高め、水晶発振器の生産性を向上する。
【００１７】
ここで、端子電極７（バンプ８）の中心間距離Ｌとバンプ８の厚みＴとの関係に着目すると、中心間距離Ｌが長いほど膨張係数の差によるストレスは大きくなる。したがって、バンプ８の高さＴは中心間距離Ｌに依存する。本実施例での中心間距離Ｌとバンプ８の厚みＴとの比Ｔ／Ｌは０．０２２〜０．０２８となることから、Ｔ／Ｌは０．０２２以上とすれば本実施例による効果を得ることができる。
【００１８】
なお、上記の実験では端子電極７の一つにでもクラックのあるＩＣチップ２の数をカウントしたが、いずれのＩＣチップ２でも一つの端子電極７のみにクラックを生じていた。これは、熱衝撃によって最も強度の弱い１カ所に応力が集中する結果と推察される。
【００１９】
【他の事項】
上記実施例ではバンプ８を二重として端子電極７の中心間距離Ｌとバンプ８の高さＴとの比Ｔ／Ｌを０．０２２以上としたが、例えばバンプ８を三重とすればさらに熱衝撃特性を向上すると期待される。この場合、超音波熱圧着後のバンプ８の高さＴは６０〜７５μになり、Ｔ／Ｌは０．０３３〜０．０４２となる。
【００２０】
そして、これを越えてバンプ８を重ねることはコスト増加の点から現実的ではない。そこで、本発明ではＴ／Ｌの上限値を０．０４２とし、これから、請求項１に示したようにＴ／Ｌを０．０２２〜０．０４２と規定する。
【００２１】
また、バンプ８は二重及び三重としたが、前述のように端子電極７の中心間距離が小さくなればバンプ８の高さは小さくなるので、この場合はバンプ８を重ねることなく１個でよい。また、高さの大きいバンプ８が出現することも考えられるので、本発明ではバンプ８を重ねることが必ずしも要件ではない。
【００２２】
また、一主面側に凹部及び段部を有する容器本体１にＩＣチップ２及び水晶片３を収容した水晶発振器を例として説明したが、例えば両主面に凹部を有する容器本体１に水晶片３とＩＣチップ２とを別個に収容した水晶発振器であっても、更には他の電子部品にも適用できる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、ＩＣチップにおける一主面の対向する一組の両辺側のみに端子電極を有して前記端子電極にはバンプが設けられ、容器本体の凹部底面には互いに対向する一方向に長い導電端子部が設けられ、前記導電端子部に前記バンプを当接して、前記導電端子の長さ方向に前記バンプを振動させて熱圧着し、前記ＩＣチップを前記容器本体の底面に装着するとともに、前記容器本体内に水晶片を収容してなる水晶発振器であって、前記ＩＣチップにおける両辺側の辺と辺との間の前記端子電極の中心間距離をＬとして前記バンプの超音波熱圧着後の高さをＴとしたとき、Ｔ／Ｌを０．０２２〜０．０４２としたので、特に膨張係数の差による端子電極のクラックを防止する熱衝撃特性を良好とした水晶発振器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例を説明する超音波熱圧着前の水晶発振器の一部裁断図である。
【図２】 本発明の一実施例を説明する超音波熱圧着後の水晶発振器の一部裁断図である。
【図３】 本発明の一実施例を説明する超音波熱圧着後の水晶発振器の熱衝撃特性を示す表である。
【図４】 従来例を説明する水晶発振器の断面図である。
【図５】 従来例を説明する容器本体の凹部底面に設けた回路パターンの図である。
【図６】 従来例を説明するＩＣチップの一主面の平面図である。
【符号の説明】
１ 容器本体、２ ＩＣチップ、３ 水晶片、４ カバー、５ 導電路、６ 導電端子部、７ 端子電極、８ バンプ、９ 導電性接着剤．

Claims (1)

1. ＩＣチップにおける一主面の対向する一組の両辺側のみに端子電極を有して前記端子電極にはバンプが設けられ、容器本体の凹部底面には互いに対向する一方向に長い導電端子部が設けられ、前記導電端子部に前記バンプを当接して、前記導電端子の長さ方向に前記バンプを振動させて熱圧着し、前記ＩＣチップを前記容器本体の底面に装着するとともに、前記容器本体内に水晶片を収容してなる水晶発振器であって、前記ＩＣチップにおける両辺側の辺と辺との間の前記端子電極の中心間距離をＬとして前記バンプの超音波熱圧着後の高さをＴとしたとき、Ｔ／Ｌを０．０２２〜０．０４２としたことを特徴とする水晶発振器。

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