JP2004235564A - セラミック基板、圧電発振器、及び圧電発振器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電発振器のサイズを小型化した場合でも、それまでの設備を利用して製造することができる圧電発振器の製造方法を提供すること。
【解決手段】セラミック基板３１の平面サイズを、それ以前に製造した圧電発振器と同じ平面サイズで形成し、このようなセラミック基板３１にＩＣチップ５を搭載したり圧電振動部品１０を取り付けるなどした後で（〜Ｓ７）、セラミック基板３１を分割線Ｂにより分割するようにした（Ｓ８）。
【選択図】 図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動子と発振回路を一体とした圧電発振器を製造するのに好適なセラミック基板と、そのようなセラミック基板を用いた圧電発振器、及び、そのような圧電発振器の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、携帯電話等の電子機器においては、例えば、温度補償形水晶発振器（ＴＣＸＯ；Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）などの水晶振動子を利用した水晶発振器が広く利用されている。
【０００３】
水晶発振器の構造としては、例えばセラミックからなる浅い箱形形状の容器に、発振回路が構成されたＩＣチップが搭載される。そして、その容器の上に、水晶片が収容され、その内部が気密封止されている水晶振動部品を接合するようにしたものが良く知られている（特許文献１）。
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載されているような構造の水晶発振器では、容器に搭載されるＩＣチップの回路面の保護と固着補強を目的として、ＩＣチップと容器との間に固着補強材として、いわゆるアンダーフィル材を充填する必要がある。このため、従来の容器は、ＩＣチップの周囲にアンダーフィル材を注入できるように構成しておく日値用がある構造にする必要があった。
【０００５】
図８は、従来の温度補償形水晶発振器（ＴＣＸＯ）の発振回路部の構造例を示した図であり、同図（ａ）には発振回路用容器の上面図、同図（ｂ）には正面図、同図（ｃ）には底面図がそれぞれ示されている。
【０００６】
これら図８に示されている従来の発振回路用容器１００は箱形形状とされ、そのサイズは例えば３．２ｍｍ×２．５ｍｍとされる。
また、図８（ａ）に示されているように、発振回路用容器１００の壁面一部には切欠部１１０が形成されている。このような切欠部１１０は、容器内に収容するＩＣチップ５の回路面の保護、及びＩＣチップ５の固着補強のためのアンダーフィル材を、発振回路用容器１００とＩＣチップ５との間に充填するために形成されている。
【０００７】
また、発振回路用容器１００の壁面上面には、図８（ａ）に示すような接合面１０１，１０１・・形成され、このような接合面１０１，１０１・・に対して、図示しない水晶振動子が接合されることになる。
また、図８（ｂ）に示されているように、発振回路用容器１００の壁面には補助電極端子１０２，１０２が形成されている。これらの補助電極端子１０２，１０２・・は、例えばＴＣＸＯの製造時に、ＩＣチップ５に温度補償データを書き込むためのデータ書き込み端子とされる。
【０００８】
また図８（ｂ）（ｃ）に示すように、発振回路用容器１００の底面から側面四隅にかけて電極端子１０３，１０３・・が形成されている。これらの電極端子１０３，１０３・・は、当該水晶発振器が搭載される機器側の基板に設けられているランドの表面に実装するための電極端子とされる。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−３１５９１８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、各種電子機器の小型化に伴い、水晶発振器などの表面実装部品のサイズも小型化が要求されている。例えば、ＴＣＸＯの平面サイズ（Ｌ×Ｂ）は、現在のサイズ（３．２ｍｍ×２．５ｍｍ）から新たなサイズ（２．５ｍｍ×２．０ｍｍ）への小型化が求められている。このため、新たなサイズの水晶発振器の開発が盛んに行われている。
【００１１】
しかしながら、水晶発振器を小型化した場合には、そのサイズ変更に伴って、製造に使用する冶具などの設備も変更する必要がある。即ち、水晶発振器の小型化に伴って冶具などの設備も作り直す必要があり、これが水晶発振器の製造コストを上昇させる一つの要因になっていた。
【００１２】
そこで、本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、平面サイズを小型化した圧電発振器を製造するのに好適なセラミック基板と、そのようなセラミック基板を用いた圧電発振器、及び、そのような圧電発振器の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のセラミック基板は、底面外側に表面実装用の電極端子が形成された第１のセラミック層上に第２のセラミック層を積層してなるセラミック積層板に対して分割線が形成され、この分割線によりセラミック積層板を分割して、セラミック積層板の一部を分離することで表面実装用容器が形成されるようにした。
【００１４】
また本発明の圧電発振器は、底面外側に表面実装用の電極端子が形成された第１のセラミック層上に第２のセラミック層を積層して成るセラミック積層板に対して分割線が形成され、分割線によりセラミック積層板を分割して、セラミック積層板の一部を分離することで表面実装用容器が形成されるセラミック基板を用いて構成するようにした。
【００１５】
また、本発明の圧電発振器の製造方法は、底面外側に表面実装用の電極端子が形成された第１のセラミック層上に第２のセラミック層を積層してなるセラミック積層板に対して分割線が形成され、この分割線によりセラミック積層板を分割して、セラミック積層板の一部を分離することで表面実装用容器が形成されるセラミック基板を用いて圧電発振器の製造を行うようにする。そして、少なくとも、セラミック基板に形成されている表面実装用容器に発振回路部品と圧電振動部品を搭載した後、セラミック基板を分割線により分割するようにした。
【００１６】
このような本発明によれば、セラミック積層板に形成した分割線によりセラミック積層板の一部を分離可能に形成することで、より小さい平面サイズの表面実装用容器をセラミック基板から取り出すことが可能になる。
従って、このようなセラミック基板を用いて圧電発振器を製造すれば、圧電発振器の小型化を図る場合でも、表面実装用容器より平面サイズが大きいセラミック基板の状態にある表面実装用容器に対して発振回路部品と圧電振動部品を搭載することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
先ず、図１〜図３を用いて本発明の実施の形態とされる水晶発振器の構造について説明する。なお、本実施の形態では水晶発振器が温度補償形水晶発振器（ＴＣＸＯ）であるものとして説明する。
【００１８】
図１には本実施の形態の水晶発振器の斜視図、図２（ａ）に正面図、同図（ｂ）に底面図がそれぞれ示されている。
また図３には水晶発振器に接合される水晶振動部品の構造が示されている。
【００１９】
図１、図２に示すように水晶発振器１は、発振回路部２と水晶振動部品１０とから成る。
発振回路部２は、発振回路用容器３に、例えばＩＣチップ５を搭載して構成される。
発振回路用容器３は、図２（ａ）に示されているように、例えば第１セラミック層である矩形板状の基底部３ａと、この基底部３ａ上の対向する二辺に、第２のセラミック層である側壁部３ｂを積層して成る。なお、この場合は基底部３ａはさらに２つのセラミック層を積層した構造となっている。
【００２０】
また発振回路用容器３には、図２（ａ）（ｂ）から分かるように、基底部３ａの外側底面から側面の一部にかけて、表面実装用の電極端子４，４・・が形成されている。これらの電極端子４，４，・・は、水晶発振器１が搭載される機器側の搭載基板（図示しない）に設けられている島状電極（ランド）の表面に接続されることになる。
【００２１】
また発振回路用容器３の底面内側の基底部３ａ上には、ＩＣチップ５から引き出されている引出電極５ａ，５ａが接続される接続電極８，８・・が形成されている。そして、これらの接続電極８，８・・が、基底部３ａにおいて所要の回路パターンを形成する導電路（図示しない）を介して発振回路用容器３の外側の電極端子４，４・・や、発振回路用容器３の側壁部３ｂの上面に形成されている接合面７，７・・と電気的に接続されることになる。
また、接続電極８，８・・の一部は、図１に示されているように、発振回路用容器３の側壁部３ｂに形成されている補助電極端子６，６・・とも接続されている。なお、これらの補助電極端子６，６・・と接合面７，７・・とは、電気的には直接的には接続されていないものである。
【００２２】
補助電極端子６，６・・は、水晶発振器を製造する際に、水晶発振器ごとに異なる温度補償用の補償データをＩＣチップ５内のメモリ（図示しない）に書き込むための端子とされる。
【００２３】
ＩＣチップ５には、当該温度補償形水晶発振器を構成するための温度補償回路やメモリ回路、発振回路などが形成されている。そして、このＩＣチップ５から引き出されている引出電極５ａ，５ａ・・・が、上記した発振回路用容器３の底面内側に形成されている接続電極８，８・・と接続されている。
この場合のＩＣチップ５の接続には、フリップチップ方式が採用され、ＩＣチップ５の図示していない外部電極取出用パッド（ボンディングパッド）上に、バンプ（突起）を設けて、引出電極５ａ，５ａ・・・を形成するようにしている。
【００２４】
そして、この引出電極５ａ，５ａ・・・と、発振回路用容器３の底面内側に形成されている接続電極８，８・・・とを例えば加圧又は加熱した状態で超音波振動を加えて接続する、或いはハンダや導電性接着剤などの導電性部材を用いて接続するようにしている。
この場合は、ＩＣチップ５と発振回路用容器３の底面との隙間には、ＩＣチップ５の回路面の保護、及びＩＣチップ５と発振回路用容器３との接続を強固にするために、例えばエポキシ系の接着剤などをアンダーフィル材９として注入するようにしている。
【００２５】
なお、本実施の形態では、発振回路をＩＣチップ５により形成するようにしているがこれはあくまでも一例であり、例えばＩＣチップをチップサイズでパッケージ化した、いわゆるチップサイズパッケージＩＣ（チップスケールパッケージＩＣとも呼ばれている）を用いて形成することも可能である。その場合は、アンダーフィル材を注入する必要はない。
【００２６】
水晶振動部品１０は、図３に示すように、例えば浅い箱形形状のセラミック製の振動子用容器１１に水晶片１４を収容し、蓋１２により、その内部を気密封止するようにされる。
この場合、振動子用容器１１内に収容される水晶片１４は長方形の薄い板状で、両面に蒸着等で金属電極が形成される。
このような水晶片１４の金属電極は、導電性接着剤１５，１５により容器内に形成されている図示しない電極引出部と接続される。そして、この電極引出部がスルーホールや内層パターンなどを経由して振動子用容器１１の底面に設けられている接続電極１３，１３と接続されている。そして、これらの接続電極１３，１３が発振回路用容器３の接合面７，７・・と接合することで、発振回路と水晶振動子とが電気的に接続されることになる。この場合、水晶振動部品１０の接続電極１３，１３と発振回路用容器３の接合面７，７とは、例えば、ハンダや導電性接着剤などの導電性部材を用いて接合されている。
【００２７】
ところで、上記のような構成の水晶発振器１において、その平面サイズ（Ｌ×Ｂ）を例えば３．２ｍｍ×２．５ｍｍから２．５ｍｍ×２．０ｍｍまで小型化した場合は、サイズ変更に伴い、製造に使用する冶具などの設備を変更する必要がある。例えば水晶発振器に組み立てや、温度特性の測定に使用する冶具などを、水晶発振器の平面サイズに合わせて小型化したものに作り直す必要があった。
【００２８】
そこで、本実施の形態では、上記したような水晶発振器１を製造するにあたり、圧電発振器の形状サイズを小型化した場合でも、それまでの製造設備を利用して水晶発振器を製造するようにした点に特徴がある。
以下、本実施の形態の水晶発振器の製造方法について説明するが、製造方法についての説明を行う前に、水晶発振器の製造時に用いるセラミック基板と、そのようなセラミック基板から取り出すことができる発振回路容器の構造を図４〜図６を用いて説明しておく。
【００２９】
図４は、本実施の形態の水晶発振器の製造時に使用するシート状セラミック基板の構造を示した図である。
この図４に示すシート状セラミック基板２１は、複数のセラミック基板３１，３１・・がシート状に配列されて形成されている。
またこのようなシート状セラミック基板２１には、分割線Ａ，Ａ・・・が形成されており、これらの分割線Ａ，Ａ・・によりシート状セラミック基板２１を分割することで、シート状セラミック基板２１を複数のセラミック基板３１に分離できるように構成されている。
【００３０】
図５は、上記したようなシート状セラミック基板を分割して得られるセラミック基板の構造を示した図であり、同図（ａ）に上面図、同図（ｂ）に正面図、同図（ｃ）に底面図、同図（ｄ）に側面図がそれぞれ示されている。また、図６は、上記図５に示したセラミック基板から取り出される発振回路用容器の構造を示した図であり、同図（ａ）に上面図、同図（ｂ）に正面図、同図（ｃ）に底面図、同図（ｄ）に側面図がそれぞれ示されている。
【００３１】
これら図５（ａ）（ｂ）に示すセラミック基板３１は、その平面サイズが発振回路用容器３より大きい平面サイズで、しかも以前に製造していた水晶発振器の発振回路用容器と同一平面サイズとされる。
例えば、本実施の形態の水晶発振器１の平面サイズが２．５ｍｍ×２．０ｍｍ、従前の水晶発振器の平面サイズが３．２ｍｍ×２．５ｍｍであれば、例えばセラミック基板３１の平面サイズ（Ｌ１×Ｂ１）が３．２ｍｍ×２．５ｍｍ、発振回路用容器３の平面サイズ（Ｌ２×Ｂ２）が２．５ｍｍ×２．０ｍｍとなる。
【００３２】
そして、本実施の形態では、このようなセラミック基板３１にも、例えば図示するような分割線Ｂ，Ｂを形成し、これらの分割線Ｂ，Ｂ・・で、セラミック基板３１の両側部分３２，３２を分離することで、図６に示すような構造の発振回路用容器３を形成するようにしている。
この場合、セラミック基板３１の分割線Ｂ，Ｂ上には、図示するような楕円状のホール３３を形成するようにしており、このホール３３の内面に電極を形成しておくことで、セラミック基板３１を分割線Ｂ，Ｂで分割したときに発振回路用容器３の側面に電極端子が形成されることになる。
また、このようなセラミック基板３１では、図５（ｂ）に示されているように、その両側部分３２，３２にも、電極端子４を延伸して形成するようにしている。つまり、従前の水晶発振器の底面外側に形成されている電極端子と同等サイズの電極端子をセラミック基板３１の底面にも形成しておくようにしている。
【００３３】
そして本実施の形態では、上記したようなセラミック基板３１を利用して水晶発振器の製造を行うようにしている。即ち、例えばセラミック基板３１の平面サイズを、それ以前の水晶発振器の平面サイズと同一サイズにしておき、このようなセラミック基板３１の状態で新たな水晶発振器の組み立てや、温度特性の測定などを行うようにしている。このようにすれば、それ以前の水晶発振器の製造に使用していた冶具を利用して、小型化した新たな水晶発振器を製造することが可能になり、新たな水晶発振器の製造のための冶具を作製する必要がない。
【００３４】
図７は、本実施の形態の水晶発振器の製造手順を示した図である。
この場合、先ず、工程Ｓ１において、上記図４に示したような構造のシート状セラミック基板２１を作製する。
次に、工程Ｓ２において、工程Ｓ１で作製したシート状セラミック基板２１の所要位置にＩＣチップ５，５・・を搭載していくようにする。
そして次の工程Ｓ３において、シート状セラミック基板２１とＩＣチップ５，５との間にアンダーフィル材９を注入するようにしている。
【００３５】
次に、工程Ｓ４においてシート状セラミック基板２１を分割線Ａ，Ａ・・・で分割して、従前の水晶発振器と同じ平面サイズのセラミック基板３１に分離するようにしている。
そして次の工程Ｓ５において、セラミック基板３１に対して、別途作製した水晶振動部品１０を取り付けるようにしている。つまり、図５に示したセラミック基板３１の接合面７，７・・に水晶振動部品１０を接合していくようにする。
【００３６】
そして次の工程Ｓ６において、水晶振動部品１０が接合されたセラミック基板３１単位で温度特性の測定を行い、その温度特性測定結果に基づいて、次の工程Ｓ７で、セラミック基板３１に搭載されているＩＣチップ５に温度補償データを書き込むようにする。
【００３７】
この後、工程Ｓ８において、セラミック基板３１に形成されている分割線Ｂ，Ｂでセラミック基板３１から両側部分３２，３２を分離して取り除くことで、図１に示したような水晶発振器１を作製することができる。
【００３８】
なお、上記したような水晶発振器の製造工程において、例えば発振回路部品としてＩＣチップ５の代わりにチップサイズパッケージＩＣを用いるときはアンダーフィル材９の注入する工程Ｓ３は不要になる。また、例えばＴＣＸＯ以外の水晶発振器を製造する場合には、工程Ｓ６及び工程Ｓ７が不要になる場合もある。
【００３９】
従って、このようにして水晶発振器を製造すれば、上記工程Ｓ１〜Ｓ７においては、従前サイズの水晶発振器を製造するための設備、すなわち冶具などをそのまま利用して新たな水晶発振器を製造することができるため、新たに冶具を製造する必要がなく、その分水晶発振器の製造コストを削減することができるようになる。
【００４０】
なお、上記した本実施の形態の水晶発振器の製造工程はあくまでも一例であり、少なくとも、セラミック基板にＩＣチップなどの発振回路部品を搭載する工程と、セラミック基板３１に圧電振動部品を接合する工程を、セラミック基板３１を分割線Ｂ，Ｂで分割する前に行うようにすれば、従前サイズの水晶発振器の製造に使用していた設備を利用して、従前の水晶発振器より平面サイズが小さい、本実施の形態の水晶発振器を製造することができるものである。
【００４１】
また、本実施の形態で例示したセラミック基板３１の構造は、あくまでも一例であり、本発明としてのセラミック基板の構造は、本実施の形態において説明したセラミック基板３１の構造に限定されるものではない。要は、これまで製造したことのある水晶発振器の発振回路用容器と同一サイズで、且つ、セラミック基板を分割線で分割したときに、新たなサイズの発振回路用容器を取り出すことができるような構造のセラミック基板であればどのような構造でも良い。
【００４２】
また、本実施の形態では、セラミック基板３１の短辺方向Ｂ１の長さと発振回路用容器３の長辺方向Ｌ２の長さが一致しているため、セラミック基板３１の両側にそれぞれ分割線Ｂ，Ｂを形成し、この分割線Ｂ，Ｂにより発振回路用容器の両側部分３２，３２を分離して新たな発振回路用容器３を取り出すようにしているが、これはあくまでも一例であり、例えばセラミック基板３１の片側だけに分割線Ｂを形成する、或いはセラミック基板の四方に分割線を形成し、分割線により基板の片側部分、或いは四方の部分を分離して発振回路用容器を取り出すように構成することも当然可能である。
【００４３】
さらに、本実施の形態では、発振回路用容器３の側壁部３ｂを基底部３ａ上の短い２辺に対して形成するようにしているが、これはあくまでも一例であり、例えば基底部３ａ上の長い２辺に形成することも可能である。また、発振回路用容器３の側壁部３ｂを基底部３ａ上の３辺に形成する、或いは強度的に可能で有れば、基底部３ａの１辺にのみ形成するようにしても良い。さらに、例えば基底部３ａ上の四隅に柱状に形成することも可能である。
【００４４】
さらにまた、本実施の形態においては、水晶発振器１として、温度補償形水晶発振器（ＴＣＸＯ）を例に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、例えば電圧制御形水晶発振器（ＶＣＸＯ；Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）などの水晶振動子を利用した各種水晶発振器に適用可能である。
また、水晶発振器のみならずレゾネータなどの圧電素子を利用した圧電発振器にも適用可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明は、セラミック積層板に形成した分割線によりセラミック積層板の一部を分離することで、より小さいサイズの表面実装用容器を取り出すことができるセラミック基板を用いて圧電発振器の製造を行うようにしている。そして、その際には、少なくとも、セラミック基板の状態にある表面実装用容器に対して発振回路部品と圧電振動部品を搭載した後、セラミック基板を分割線により分割するようにしている。
【００４６】
このようにすれば、圧電発振器の小型化を図る場合でも、表面実装用容器より平面サイズが大きいセラミック基板の状態にある表面実装用容器に発振回路部品と圧電振動部品を搭載することができる。
従って、例えばセラミック基板の平面サイズを、それ以前に製造した圧電発振器と同じ平面サイズにすれば、それ以前の圧電発振器の製造に使用していた冶具を流用することが可能なり、新たに冶具を作製する必要がないため、それだけ圧電発振器の製造コストを低減することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の水晶発振器の構造を示した斜視図である。
【図２】本実施の形態の水晶発振器の側面図及び底面図である。
【図３】水晶振動部品の構造説明図である。
【図４】本実施の形態の水晶発振器の製造工程で使用するシート状セラミック基板の構造を示した図である。
【図５】本実施の形態の水晶発振器の製造工程で使用するセラミック基板の構造を示した図である。
【図６】本実施の形態としての発振回路用容器の構造を示した図である。
【図７】本実施の形態の水晶発振器の製造手順を示した図である。
【図８】従来の水晶発振器の発振回路容器の構造を示した図である。
【符号の説明】
１ 水晶発振器、２ 発振回路部、３ａ 基底部、３ｂ 側壁部、３ 発振回路用容器、４ 電極端子、５ａ 引出電極、５ ＩＣチップ、６ 補助電極端子、７ 接合面、８ 接続電極、９ アンダーフィル材、１０ 水晶振動部品、１１ 振動子用容器、１２ 蓋、１３ 接続電極、１４ 水晶片、１５ 導電性接着剤、２１ シート状セラミック基板、３１ セラミック基板、３２ 両側部分、３３ ホール

Claims (3)

1. 底面外側に表面実装用の電極端子が形成された第１のセラミック層上に第２のセラミック層を積層して成るセラミック積層板に対して分割線が形成され、前記分割線により前記セラミック積層板を分割して、前記セラミック積層板の一部を分離することで、表面実装用容器が形成されることを特徴とするセラミック基板。
2. 底面外側に表面実装用の電極端子が形成された第１のセラミック層上に第２のセラミック層を積層して成るセラミック積層板に対して分割線が形成され、前記分割線により前記セラミック積層板を分割して、前記セラミック積層板の一部を分離することで表面実装用容器が形成されるセラミック基板を用いて構成したことを特徴とする圧電発振器。
3. 底面外側に表面実装用の電極端子が形成された第１のセラミック層上に第２のセラミック層を積層して成るセラミック積層板に対して分割線が形成され、前記分割線により前記セラミック積層板を分割して、前記セラミック積層板の一部を分離することで表面実装用容器が形成されるセラミック基板を用いた圧電発振器の製造方法として、
   少なくとも、前記セラミック基板に形成されている表面実装用容器に発振回路部品と圧電振動部品を搭載した後、
   前記セラミック基板を前記分割線により分割するようにしたことを特徴する圧電発振器の製造方法。

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