JP2005347881A - 圧電発振器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】組み立て工程を簡略化して生産性を向上させることができる圧電発振器を提供する。
【解決手段】上部キャビティー部１０と、下部キャビティー部２０は、各々独立した一枚の板状形態になっており、上部キャビティー部１０に圧電振動子１２を収容する工程と、上部キャビティー部１０にフタ４を被せる工程と、下部キャビティー部２０に電子部品２２を収容する工程と、上部キャビティー部１０と下部キャビティー部２０とを接合して一体にする工程と、一体となった板状形態から、個々の圧電発振器Aを切り出すダイシング工程とから圧電発振器Aを製造する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、携帯用通信機器等の電子機器に用いられる圧電発振器の製造方法に関するものである。

従来より、携帯用通信機器等の電子機器に圧電発振器が用いられている。
かかる従来の圧電発振器１００としては、例えば、下面に複数個の外部端子１２６が被着されている枠状基体１２１の上面の上部キャビティー部１１０に圧電振動子１１２が収容されている容器体１０１を取着させるとともに、前記枠状基体１２１の内壁面と容器体１０１の下面とで囲まれる下部キャビティー部１２０に前記圧電振動子１１２の振動に基づいて発振出力を制御するＩＣチップ１２８やコンデンサ等の電子部品素子１２２を配設し、これらのＩＣチップ１２８や電子部品素子１２２を前記容器体１０１の下面に搭載した構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

尚、このような容器体１０１の基板や上述した枠状基体１２１は、通常、ガラス−セラミック等のセラミック材料によって一体的に形成されており、その内部及び表面には配線導体が形成され、従来周知のセラミックグリーンシート積層法等を採用することによって製作されている。
また、前記ＩＣチップ１２８の内部には、圧電振動子１１２の温度特性に応じて作成された温度補償データに基づいて水晶発振器の発振出力を補正するための温度補償回路が設けられており、圧電発振器を組み立てた後、上述の温度補償データをＩＣチップ１２８内のメモリに格納するために、枠状基体１２１の下面や外側面等に温度補償データ書込用の書込制御端子（図示せず）を設けておくのが一般的であった。
特開２０００―２６９７４１号公報

しかしながら、上述した従来の圧電発振器１００においては、その組み立てに先立って、大型の母基板を分割することにより容器体１１１を、また大型の母カバーを分割することによりフタ１３０を得ておく必要があり、この２種類の部材をそれぞれ別個の分割工程で得るようにしていたことから、圧電発振器の組み立て工程が煩雑なものとなり、生産性の向上に供しないという欠点を有していた。
また上述したように、個片の容器体１１１と個片のフタ１３０とを事前に準備してから圧電発振器を組み立てる場合、複数個の容器体１１１を個々にキャリアに保持させるための作業が必要となり、またキャリアに保持させた個々の容器体１１１上にはフタ１３０を個々に位置合わせをして取り付けなければならず、これによっても圧電発振器の組み立て工程が煩雑になる欠点を有していた。

更に上述した従来の圧電発振器においては、通常、分割後に得られた個々の個片に圧電振動子１１２やＩＣチップ１２８等を個別に搭載することによって製品を組み立てるようにしており、この場合、個々の個片をキャリアに搭載して保持した状態でＩＣチップ１２８等の搭載作業を行なう必要がある。それ故、キャリア等の製造設備が増え、これによっても製造プロセスが複雑化する欠点を有していた。

本発明は上述の欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、組み立て工程を簡略化して生産性を向上させることができる圧電発振器の製造方法を提供することにある。

本発明の圧電発振器の製造方法は、上部キャビティー部と下部キャビティー部とが隔壁で隔てられている容器体と、前記上部キャビティー部に収容される圧電振動子と、前記下部キャビティー部に収容される発振回路を構成するＩＣチップ及び複数の電子部品と、前記容器体の下面周囲に形成され前記発振回路に接続される外部端子電極とを備えた圧電発振器の製造方法において、
前記上部キャビティー部と、前記下部キャビティー部は、各々独立した一枚の板状形態になっており、前記上部キャビティー部に圧電振動子を収容する工程と、前記上部キャビティー部にフタを被せる工程と、前記下部キャビティー部に電子部品を収容する工程と、前記上部キャビティー部と下部キャビティー部とを接合して一体にする工程と、前記一体となった板状形態から、個々の圧電発振器を切り出すダイシング工程とからなることを特徴とするものである。

また本発明の圧電発振器の製造方法は、上部キャビティー部と下部キャビティー部とが隔壁で隔てられている容器体と、前記上部キャビティー部に収容される圧電振動子と、前記下部キャビティー部に収容される発振回路を構成するＩＣチップ及び複数の電子部品と、前記容器体の下面周囲に形成され前記発振回路に接続される外部端子電極とを備えた圧電発振器の製造方法において、
前記上部キャビティー部と、前記下部キャビティー部は、各々独立した一枚の板状形態になっており、前記上部キャビティー部に圧電振動子を収容する工程と、前記キャビティー部にフタを被せる工程と、前記下部キャビティー部に電子部品を収容する工程と、前記下部キャビティー部にフタを被せる工程と前記上部キャビティー部と下部キャビティー部とを接合して一体にする工程と、前記一体となった板状形態から、個々の圧電発振器を切り出すダイシング工程とからなることを特徴とするものである。

更に、上記製造方法において、前記上部キャビティー部と前記下部キャビティー部の収納開口部が、相反する位置関係で接合することを特徴とするものである。
また、上記製造方法において、前記上部キャビティー部と前記下部キャビティー部の収納開口部が、同一方向に位置関係で接合することを特徴とするものである。

更に前記下部キャビティー部にフタを被せる上記製造方法において、前記電子部品は前記下部キャビティー部のフタに実装してから前記下部キャビティー部に収容することを特徴とするものである。

本発明の圧電発振器の製造方法によれば、上部キャビティー部と、下部キャビティー部は、各々独立した一枚の板状形態になっており、上部キャビティー部に圧電振動子を収容する工程と、上部キャビティー部にフタを被せる工程と、下部キャビティー部に電子部品を収容する工程と、上部キャビティー部と下部キャビティー部とを接合して一体にする工程と、一体となった板状形態から、個々の圧電発振器を切り出すダイシング工程とからなることから、圧電発振器の組み立てに先立って、上部キャビティー部を有する上部板状基板、下部キャビティー部を有する下部板状基板やフタを予め個片に分割しておく必要はなく、一括的な分割によって上部板状基板や下部板状基板とフタとを同時に切断することができる。

しかもこの場合、圧電発振器の組み立てに際して、一体化された上部板状基板や下部板状基板そのものがキャリアとして機能するようになっていることから、板状形態より分割した個片を個々にキャリアに保持させたり、或いは、各個片にフタを個々に取り付けるといった煩雑な作業は一切不要となる。
これにより、圧電発振器の組み立て工程が大幅に簡素化されるようになり、圧電発振器の生産性向上に供することが可能となる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の製造方法を圧電発振器Aの製造に適用した場合に得られる本発明の第一の実施形態における圧電発振器Aの断面図であり、同図に示す圧電発振器Aは、大略的に、容器体１と、圧電振動子１２と、ＩＣチップ等からなる電子部品２２、アンダーフィル樹脂２７とで構成されている。図１に示す圧電発振器Aは、上部キャビティー部１０内部に圧電振動子１２を収容した容器体１を、下面に外部端子電極9a、９ｂが設けられた一対の脚部２１ａ，２１ｂを有した下部隔壁２４上に載置・固定させるとともに、一対の脚部２１ａ，２１ｂ間に位置する下部隔壁２４の下面にＩＣチップ等からなる電子部品２２を取着・搭載した構造を有している。

前記容器体１は、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料から成る基板２（基板２は上部隔壁１４と下部隔壁２４とから構成される。）、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属から成るシールリング３、シールリング３と同様の金属から成るフタ４から成り、前記上部隔壁１４の上面にシールリング３を取着させ、その上面にフタ４を載置・固定させることによって容器体１が構成され、シールリング３の内側に位置する上部隔壁１４の上面に圧電振動子１２が実装される。

前記容器体１は、その内部、具体的には、上部隔壁１４の上面とシールリング３の内面とフタ４の下面とで囲まれる上部キャビティー部１０内に圧電振動子１２を収容して気密封止するためのものである。
一方、前記容器体１の上部キャビティー部１０に収容される圧電振動子１２は、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の振動電極（図示せず）を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の振動電極を介して水晶片に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こす。

また一方、上述した下部キャビティー部２０の下部隔壁２４の下面には、一対の脚部２１ａ，２１ｂ間の領域に複数個の外部端子電極９ａ、９ｂが被着・形成されており、これら外部端子電極９a、９ｂの形成領域、即ち、一対の脚部２１ａ，２１ｂ間に位置する下部隔壁２４の下面には、矩形状に形成されたフリップチップ型のＩＣチップ等からなる電子部品２２が搭載されており、ＩＣチップ等からなる電子部品２２はアンダーフィル樹脂２８でその表面が保護されている。ここで用いるアンダーフィル樹脂２８は硬化した際に収縮率の比較的大きいエポキシ樹脂等が主に用いられる。

前記ＩＣチップ等からなる電子部品２２は、その回路形成面に、周囲の温度状態を検知する感温素子（サーミスタ）、圧電振動子１２の温度特性を補償する温度補償データを有し、該温度補償データに基づいて前記圧電振動子１２の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、該温度補償回路に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路等が設けられており、該発振回路で生成された発振出力は、外部に出力された後、例えば、クロック信号等の基準信号として利用されることとなる。ここで圧電振動子１２とＩＣチップ等からなる電子部品２２は上部隔壁１４と下部隔壁２４に設けられた上部内層配線１５と下部内層配線２５により接続されている。また、圧電振動子１２の温度特性を補償する温度補償データ書込用の書込制御端子２７が脚部２１ａ、２１ｂの側面に設けられている。

次に上述した圧電発振器の製造方法について本発明の第１の実施形態である図２を用いて説明する。
（第１の工程）
まず、図２に示す如く、縦ｍ列×横ｎ行（ｎ，ｍは２以上の自然数）のマトリクス状に配列された複数個の上部キャビティー部１０を有する上部板状基板１６と縦ｍ列×横ｎ行（ｎ，ｍは２以上の自然数）のマトリクス状に配列された複数個の下部キャビティー部２０を有する下部板状基板２６を準備する。

前記上部板状基板１６の各上部キャビティー部１０に圧電振動子１２と該圧電振動子１２を囲繞するシールリング３とを搭載する。
前記上部板状基板１６は、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料からなる複数個の絶縁層を間に導体パターンを介して積層することによって形成されており、各上部キャビティー部１０には、その上面側に一対の接続パッド（図示せず）と接合用の導体層が被着・形成されている。また、前記下部板状基板２６の各下部キャビティー部２０の下面側には入出力端子やグランド端子等の外部端子電極９ａ、９bが被着・形成されている。

このような上部板状基板１６や下部板状電極２６は、例えば、アルミナセラミックス等から成るセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面等に接続パッドや外部端子電極９a、９b等となる導体ペーストを所定パターンに印刷・塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することによって製作される。尚、上部板状基板１６や下部板状電極２６には、マトリクス状に配列された上部キャビティー部１０や下部キャビティー部２０間に、図２に示す如く所定の捨代領域４０が設けられている。

そして、上部キャビティー部１０を有する上部板状基板１６上に形成される４２アロイ等から成るシールリング３を、上部板状基板１６の各接合領域にＡｕ−Ｎｉ等の接合材を介して載置させた上、該接合材を高温で加熱・溶融させることによってシールリング３の下面を板状基板上面の導体層に接合させ、しかる後、各シールリング３の内側に圧電振動子１２を１個ずつ搭載する。圧電振動子１２は、その振動電極と上部板状基板１６上面の対応する搭載パッドとを導電性接着剤（バンプ）１３を介して電気的・機械的に接続することによって上部板状基板１６上に搭載される。

また、本実施形態においては、複数個のシールリング３を１個ずつ上部キャビティー部１０上に搭載するのではなく、マトリクス状に配列された複数個のシールリング３を相互に連結して一体化したものを上部板状基板１６上に載置・搭載することによって複数個のシールリング３が上部板状基板１６の対応する上部キャビティー部１０に一括的に取着されるようにしている。このような連結型のシールリング３は、例えば４２アロイやコバール，リン青銅等の金属から成る、厚み１５０μｍ〜２５０μｍの金属板に従来周知の打ち抜き加工を施し、上部板状基板１６の上部キャビティー部１０と１対１に対応する複数個の貫通孔を穿設することによって製作される。

次に、上部板状基板１６の上部キャビティー部１０と１対１に対応する複数個のカバー領域を有する金属製の上部母カバー３０を、圧電振動子１２が封止されるようにしてシールリング３上に載置・接合する。
前記上部母カバー３０としては、例えば、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属から成る、厚み６０μｍ〜１００μｍの金属板が用いられ、このような上部母カバー３０にも、先に述べた上部板状基板１６と同様に、各カバー領域間に所定の捨代領域４０が設けられている。

この工程では、上部母カバー３０を、各カバー領域の内側に対応する上部キャビティー部１０領域に圧電振動子１２が配されるようにして上部板状基板１６上面のシールリング３上に載置させ、しかる後、両者を従来周知のシーム溶接（抵抗溶接）等によって接合することによって上部母カバー３０がシールリング３の上面に取着・固定される。

尚、上述した一連の接合工程は、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で行うのが好ましく、これによって圧電振動子５が収納される空間には不活性ガスが充満されるため、圧電振動子５が酸素や大気中の水分等によって腐食・劣化するのを有効に防止することができる。

また、同様に下部キャビティー部２０を有する下部板状基板２６は各下部キャビティー部２０の内側にＩＣチップ等からなる電子部品２２を１個ずつ搭載する。ＩＣチップ等からなる電子部品２２は、その接続電極と下部板状基板２６下面の対応する搭載パッドとを導電性接着剤（バンプ）２３を介して電気的・機械的に接続することによって下部板状基板２６上に搭載される。また、ＩＣチップ等からなる電子部品２２はその表面を保護するために、アンダーフィル樹脂２８がＩＣチップ等からなる電子部品２２の全面を覆うように塗布されている。

また、図３に示すように本発明の第２の実施形態においては下部キャビティー部２０の下面を下部母カバー３１で取着・固定しても構わない。ここで用いる下部母カバー３１の材質としては下部板状基板２６と同様のセラミック材料や上部母カバー３０と同様の金属材料が用いられる。下部キャビティー部２０の下面を下部母カバー３１で取着・固定することにより、ＩＣチップ等からなる電子部品２２を外乱ノイズ等からの影響を軽減でき、圧電発振器の信頼性の向上が可能となる。また、この場合、図５に示すように本発明の第四の実施形態においてはＩＣチップ等からなる電子部品２２を下部母カバー３１側に搭載しても構わない。

これにより、ＩＣチップ等からなる電子部品２２を凹凸のない下部母カバー３１の平面上に搭載できるので圧電発振器の作業工数の削減及び工程の簡略化が可能となる。

（第２の工程）
次に図２に示すように本発明の第一の実施形態においては上述の第１の工程で作成された上部キャビティー部１０を有する上部板状基板１６と下部キャビティー部２０を有する下部板状基板２６とを接合する。このような上部板状基板１６の下面側には第１接合電極１９が、下部板状基板２６の上面側には第２接合電極２９が設けられており、第１接合電極１９と第２接合電極２９に半田等の導電性接合材を当接させ、しかる後、前記導電性接合材を熱の印可等によって溶融させ、第１接合電極１９と第２接合電極２９とを導電性接合剤を介して接合することによって、上部板状基板１６と下部板状基板２６とが接合される。また、本発明の第一の実施形態を示す図２においては上部キャビティー部１０と下部キャビティー部２０の収納開口部が相反する位置関係で接合したが、図４に示すように本発明の第三の実施形態においては上部キャビティー部１０と下部キャビティー部２０の収納開口部が同一方向の位置関係で接合しても構わない。この場合、ＩＣチップ等からなる電子部品２２が密閉された空間内に搭載されており、外乱ノイズ等からの影響を軽減できるので圧電発振器の信頼性の向上が可能となる。

（第３の工程）
そして最後に、第２の工程において一体化した上部板状基板１６と下部板状基板２６を各基板領域の外周に沿って一括的に分割・切断（ダイシング）し、これによって複数個の圧電発振器Aが同時に製作される。
第２の工程で一体化した上部板状基板１６と下部板状基板２６の切断（ダイシング）は、例えば、ダイサー等を用いて、これらの部材を上部板状基板１６側より一括的に切断（ダイシング）することによって行われ、これによって複数個の圧電発振器Aが同時に得られる。

以上のような第１〜第３工程により圧電発振器Aを製作する場合、圧電発振器Aの組み立てに先立って、基体２とシールリング３、フタ４を予め個片に分割しておく必要はなく、一括的な分割によって基体２とシーリング３、フタ４とを同時に切断することができる。

しかもこの場合、圧電発振器Aの組み立てに際して、一体化した上部板状基板１６と下部板状基板２６そのものがキャリアとして機能させることができることから、一体化した板状基板より分割した個片を個々にキャリアに保持させたり、或いは、各個片にフタ４を個々に取り付けるといった煩雑な作業は一切不要となる。

これにより、圧電発振器Aの組み立て工程が大幅に簡素化されるようになり、圧電発振器Ａの生産性向上に供することが可能となる。
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

例えば上述した実施形態においては、第１の工程において、相互に連結された複数個のシールリング３を上部板状基板１６上に載置・搭載するようにしたが、これに代えて、予め分割しておいた複数個のシールリング３を第一の工程において上部板状基板１６の各基板領域に個々に搭載するようにしても構わない。また、実施形態においては、上部板状基板１６や下部板状基板２６の基板２領域間に捨代領域４０を設けるようにしたが、間に捨代領域４０を設けることなく基板２領域同士を近接させて配置するようにしても構わない。このことは上部母カバー３０や下部母カバー３１においても同様である。

本発明の製造方法によって製作した圧電発振器（水晶発振器）の断面図である。 本発明の第一の実施形態にかかる製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第二の実施形態にかかる製造方法を説明するための斜視図である。 本発明の第三の実施形態にかかる製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第四の実施形態にかかる製造方法を説明するための斜視図である。 従来の圧電発振器の断面図である。

符号の説明

Ａ・・・圧電発振器
１・・・容器体
２・・・基板
３・・・シールリング
４・・・フタ
９ａ、９b・・・外部端子電極
１０・・・上部キャビティー部
１２・・・圧電振動子（水晶振動子）
１３・・・導電性接着剤（バンプ）
１４・・・上部隔壁
１５・・・上部内層配線
１６・・・上部板状基板
１９・・・第１接合電極
２０・・・下部キャビティー部
２１ａ、２１b・・・脚部
２２・・・電子部品（ＩＣチップ等）
２３・・・導電性接着剤（バンプ）
２４・・・下部隔壁
２５・・・下部内層配線
２６・・・下部板状基板
２７・・・書込制御端子
２８・・・アンダーフィル樹脂
２９・・・第２接合電極
３０・・・上部母カバー
３１・・・下部母カバー
４０・・・捨代領域

Claims (5)

1. 上部キャビティー部と下部キャビティー部とが隔壁で隔てられている容器体と、前記上部キャビティー部に収容される圧電振動子と、前記下部キャビティー部に収容される発振回路を構成するＩＣチップ及び複数の電子部品と、前記容器体の下面周囲に形成され前記発振回路に接続される外部端子電極とを備えた圧電発振器の製造方法において、
   前記上部キャビティー部と、前記下部キャビティー部は、各々独立した一枚の板状形態になっており、前記上部キャビティー部に圧電振動子を収容する工程と、前記上部キャビティー部にフタを被せる工程と、前記下部キャビティー部に電子部品を収容する工程と、前記上部キャビティー部と下部キャビティー部とを接合して一体にする工程と、前記一体となった板状形態から、個々の圧電発振器を切り出すダイシング工程とからなる圧電発振器の製造方法。
2. 上部キャビティー部と下部キャビティー部とが隔壁で隔てられている容器体と、前記上部キャビティー部に収容される圧電振動子と、前記下部キャビティー部に収容される発振回路を構成するＩＣチップ及び複数の電子部品と、前記容器体の下面周囲に形成され前記発振回路に接続される外部端子電極とを備えた圧電発振器の製造方法において、
   前記上部キャビティー部と、前記下部キャビティー部は、各々独立した一枚の板状形態になっており、前記上部キャビティー部に圧電振動子を収容する工程と、前記上部キャビティー部にフタを被せる工程と、前記下部キャビティー部に電子部品を収容する工程と、前記下部キャビティー部にフタを被せる工程と、前記上部キャビティー部と下部キャビティー部とを接合して一体にする工程と、前記一体となった板状形態から、個々の圧電発振器を切り出すダイシング工程とからなる圧電発振器の製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の圧電発振器の製造方法において、前記上部キャビティー部と前記下部キャビティー部の収納開口部が、相反する位置関係で接合することを特徴とする圧電発振器の製造方法。
4. 請求項１または請求項２に記載の圧電発振器の製造方法において、前記上部キャビティー部と前記下部キャビティー部の収納開口部が、同一方向に位置関係で接合することを特徴とする圧電発振器の製造方法。
5. 請求項２に記載の圧電発振器の製造方法において、前記電子部品は前記下部キャビティー部のフタに実装してから前記キャビティー部に収容することを特徴とする圧電発振器の製造方法。

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