JP2006129188A - 水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、取り扱いが簡便で、かつ、生産性にも優れた小型の水晶発振器を提供することにある。
【解決手段】
積層したシート状基板３５を用いてマトリックス状に形成する一方主面に半導体部品３７が配置されたキャビティー部を有するセラミック容器１の、他方主面に水晶振動子１２を配置し、水晶振動子１２を気密封止し、半導体部品３７を搭載する面に導通電極としてバンプ５を配置して成る水晶発振器において、
バンプ５は水晶発振器を形成する基板２の最外層に形成し、半導体部品３７は最外層の基板２より少なくとも１層内側に搭載する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯用通信機器等の電子機器に用いられる水晶発振器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水晶発振器が用いられている。

かかる従来の水晶発振器としては、例えば図５に示す如く、内部に図中には示されていないが、水晶振動子が収容されている第１のセラミック容器２２を、キャビティ部２３内に前記の水晶振動子の振動に基づいて発振出力を制御する半導体部品２４やコンデンサ等の電子部品素子が収容されている第２のセラミック容器２１上に取着させた構造のものが知られており、かかる水晶発振器をマザーボード等の外部配線基板上に載置させた上、第２のセラミック容器２１の下面に設けられている外部端子を外部配線基板の配線に半田接合することにより外部配線基板上に実装される。

なお、第１のセラミック容器２２や第２のセラミック容器２１は、通常、セラミック材料によって形成されており、その内部や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り製作される。

また、前記半導体部品２４の内部には、水晶振動子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周波数を補正するための温度補償回路が設けられており、水晶発振器を組み立てた後、上述の温度補償データを半導体部品２４のメモリ内に格納すべく、第２のセラミック容器２１の下面や外側面等には温度補償データ書込用の温度補償制御端子２５が設けられていた。この温度補償制御端子２５に温度補償データ書込装置のプローブ針を当てて半導体部品２４内のメモリに温度補償データを入力することにより、温度補償データが半導体部品２４のメモリ内に格納される。
特開２００４―１３５０９１号公報 なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

しかしながら、上述した従来の水晶発振器の温度補償制御端子２５が第２のセラミック容器２１の外側の面に配置させてある場合、第２のセラミック容器２１の製作に用いられるセラミック製の母基板に貫通穴を開け、その内面に導体パターンを被着させるといった複雑な加工プロセスが必要となり、水晶発振器の生産性が著しく低下するという欠点を有していた。

他方、温度補償制御端子２５を第２のセラミック容器２１の下面に配置させた場合、第２のセラミック容器２１の下面には温度補償制御端子２５を配置させておくための広いスペースが必要となり、第２のセラミック容器２１の大型化を招く上に、水晶発振器をマザーボード等の外部配線基板上に搭載する際に両者の接合に用いられる半田等の一部が温度補償制御端子２５に付着し易く成るおそれが生じ、このような半田を介し温度補償制御端子２５と外部端子との間でショートを発生する欠点が誘発されるおそれがあった。

本発明は上記欠点に鑑み考え出されたものであり、従ってその目的は、取り扱いが簡便で、かつ、生産性にも優れた小型の水晶発振器および水晶発振器の製造方法を提供することにある。

本発明の水晶発振器において、積層したシート状基板を用いてマトリックス状に形成する一方主面に半導体部品が配置されたキャビティー部を有するセラミック容器の、他方主面に水晶振動子を配置し、該水晶振動子を気密封止し、前記半導体部品を搭載する面に導通電極としてバンプを配置して成る水晶発振器において、前記バンプは該水晶発振器を形成する基板の一方主面の最外層に形成し、前記半導体部品は前記最外層の基板より少なくとも１層内側に搭載することを特徴とする。

また、本発明の水晶発振器は上記構成において、バンプと半導体部品は、積層基板に形成されるメタライズ配線により導通してあることを特徴とする。

また、本発明の水晶発振器は上記構成において、最外層の基板には、半導体部品を搭載するために前記半導体部品位置にあたる箇所に孔部が形成されていることを特徴とする。

本発明の水晶発振器によれば、積層したシート状基板を用いてマトリックス状に形成する一方主面に半導体部品が配置されたキャビティー部を有するセラミック容器の、他方主面に水晶振動子を配置し、該水晶振動子を気密封止し、前記半導体部品を搭載する面に導通電極としてバンプを配置して成る水晶発振器において、前記バンプは該水晶発振器を形成する基板の最外層に形成し、前記半導体部品は前記最外層の基板より少なくとも１層内側に搭載したことから、バンプを形成する基板の最外層よりも半導体部品を基板の内層側に形成することで、バンプと半導体部品が接近した際に両者の短絡を防止することが可能となる。また、半導体部品を基板の内層側に形成したので水晶発振器の全体高さを低背化することも可能となる。

また、本発明の水晶発振器によれば、上記構成において、バンプと半導体部品は、積層基板に形成されるメタライズ配線により導通していることから、メタライズ配線が電磁遮蔽として機能し半導体部品を外来ノイズによる影響を受けにくい構造とすることが可能となる。

また、本発明の水晶発振器によれば、上記構成において、最外層の基板には、半導体部品を搭載するために半導体部品位置にあたる箇所に孔部が形成されているため、半導体部品を保護するための樹脂を注入する際の作業性が向上し、生産効率の良い水晶発振器の得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。なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。

図１は本発明の実施形態にかかる水晶発振器の断面図である。図１に図示する水晶発振器は大略的に言って、セラミック容器１と、バンプ５、水晶振動子１２、半導体部品３７、樹脂３８とで構成されている。図１に図示する水晶発振器は、凹状の開口部１０に水晶振動子１２を収容したセラミック容器１に、セラミック容器１の底面の四隅部に外部端子電極９が設けられている。外部端子電極９にはバンプ５が接続され、かつ固定させるとともに、四隅部のバンプ５間に位置するセラミック容器１の下面に半導体部品３７を搭載した構造を有している。

図２はシート状基板３５から切断された１個の基板領域Ａを示したものである。また、図３はシート状基板３５の基板領域Ａに半導体部品３７、樹脂３８およびバンプ５を搭載した状態の上面図である。また、図２、図３に示す基板領域Ａの捨て代領域Ｂには、図４に図示するように温度補償制御端子３２が形成されている。

前記セラミック容器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、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蓋体４から成り、前記基板２の上面にシールリング３を取着させ、その上面に蓋体４を載置し固定させることによってセラミック容器１が構成され、シールリング３の内側に位置する基板２の上面に導電性接着剤１３を介して水晶振動子１２が実装される。前記セラミック容器１はその内部に、具体的には、基板２の上面とシールリング３の内面と蓋体４の下面とで囲まれる凹状の開口部１０内に水晶振動子１２を収容して気密封止するためのものである。

一方、前記セラミック容器１の凹状の開口部１０に収容される水晶振動子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。

また一方で上述した基板２の下面には図３に図示するように、四隅部に形成された外部端子電極９にはバンプ５が被着・形成されており、これら四隅部のバンプ５間に位置する基板２の下面には、矩形状に形成されたフリップチップ型の半導体部品３７が搭載されており、半導体部品３７は導電性接着剤３６を介して基板２に接続されており、また、樹脂３８でその表面が保護されている。ここで用いる樹脂３８に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。

前記半導体部品３７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、水晶振動子１２の温度特性を補償する温度補償データを有し、温度補償データに基づいて前記水晶振動子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、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、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。ここで水晶振動子１２と半導体部品３７は図１に図示する基板２の内層に設けられたメタライズ配線１５により接続されている。また、図１に図示するように、半導体部品３７と温度補償制御端子３２は基板２の内層に設けられたメタライズ配線１５により接続されている。

また、図４は本発明の実施形態である水晶発振器のシート状基板３５の上面図であり、図４においてはシート状基板３５に、半導体部品３７、樹脂３８およびバンプ５を搭載する前の状態のものを示している。また、図４において、個々の基板領域Aには温度補償制御端子の引き回し３４が形成されており、基板領域Ａの四隅部に外部端子電極９が形成されている。また、捨て代領域Ｂには温度補償制御端子３２が個々の基板領域Ａ毎に２個配置されており、水晶発振器を個片に切断した際に廃棄されるように形成されている。

次に上述した水晶発振器の製造方法について、本発明の実施形態である図２、図３、図４を用いて説明する。
まず、図４に図示するように、縦ｍ列×横ｎ行（ｍ、ｎ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凹状の開口部１０を有するシート状基板３５を準備する。次に、図１に図示するように各凹状の開口部１０に水晶振動子１２と水晶振動子１２を囲繞するシールリング３とを搭載する。各凹状の開口部１０には、その上面側に一対の接続パッドと接合用の導体層が被着・形成されている。また、各凹状の開口部１０と相反する面の基板領域Ａの四隅部には、外部端子電極９が先の図１に図示するように被着して形成されている。

このようなシート状基板３５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し更に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９等となる導体ペーストを所定のパターンに印刷して塗布するとともに、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。

なお、シート状基板３５には、マトリクス状に配列された個々の水晶発振器の間に図４に図示するように所定の捨て代領域Ｂが設けられている。この捨て代領域Ｂには各水晶発振器に２個の温度補償制御端子３２が接続されている。そして、凹状の開口部１０を有するシート状基板３５に形成される４２アロイ等から成るシールリング３を、シート状基板３５の各接合領域にＡｕ−Ｎｉ等の接合材を介して載置させた上、接合材を高温で加熱して溶融させることによってシールリング３の下面をシート状基板３５上面の導体層に接合させ、しかる後に各シールリング３の内側に水晶振動子１２を１個ずつ搭載する。水晶振動子１２はその振動電極とシート状基板３５上面の対応する搭載パッドとを導電性接着剤１３を介して電気的・機械的に接続することによってシート状基板３５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個ずつ凹状の開口部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シート状基板３５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がシート状基板３５の対応する凹状の開口部１０に同時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が１５０μｍ〜２５０μｍの金属板に従来周知の打ち抜き加工を施し、シート状基板３５の凹状の開口部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。

次にシート状基板３５の凹状の開口部１０と１対１に対応する複数個のカバー（蓋）領域を有する金属製の蓋体４を、水晶振動子１２が封止されるようにシールリング３上に載置・接合する。前記蓋体４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が６０μｍ〜１００μｍの金属板が用いられ、このような蓋体４にも、先に述べたシート状基板３５と同様に、各カバー領域間に所定の捨て代領域が設けられている。

この工程では、蓋体４を各カバー（蓋）領域の内側に対応する凹状の開口部１０領域に水晶振動子１２が配されるようにしてシート状基板３５上面のシールリング３上に載置させ、しかる後に両者を従来から周知の金すず等で接合することによって蓋体４がシールリング３の上面に取着し固定される。なお、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、これによって水晶振動子１２が収納される空間には不活性ガスが充満されるため、水晶振動子１２が酸素や大気中の水分等によって腐食して劣化するおそれを有効に防止することができる。

次にシート状基板３５下面の外部端子電極９で囲まれる領域に半導体部品３７を１個ずつ搭載する。半導体部品３７は、その接続電極とシート状基板３５下面の対応する搭載パッドとを導電性接着剤３６を介して電気的・機械的に接続することによってシート状基板３５に搭載される。その後、外部端子電極９上にバンプ５を一個ずつ搭載する。また、半導体部品３７はその表面を保護するために、樹脂３８が半導体部品３７の全面を覆うように塗布されている。

そして、半導体部品３７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や水晶振動子１２の温度特性を補償する温度補償データを有し、温度補償データに基づいて水晶振動子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を有する半導体部品３７へ、水晶発振器の仕様を所望の数値となるように、温度補償制御端子３２よりビットデータを入力し温度補償データの書き込みを行う。また、本発明の実施形態においては、温度補償制御端子３２をシート状基板３５の捨て代領域Ｂに形成したことから、半導体部品３７搭載面の省スペース化が可能となり、水晶発振器の更なる小型化が可能となる。

最後に、シート状基板３５を各基板領域A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水晶発振器が同時に製作される。 また、シート状基板３５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水晶発振器が同時に得られる。

ここで、本発明の特徴部分は図１に図示するように、バンプ５は水晶発振器を形成する基板２の最外層に形成し、半導体部品３７は最外層の基板２より少なくとも１層内側に搭載することにある。即ち、バンプ５の搭載位置と半導体部品３７の搭載位置を基板２の異なる層に形成し、バンプ５を形成する基板２の最外層よりも半導体部品３７を基板２の内層側に形成することで、バンプ５と半導体部品３７が接近した際に両者の短絡を防止することが可能となる。また、半導体部品３７を基板２の内層側に形成したので水晶発振器の全体高さを低背化することが可能となる。

なお、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。

例えば上述の実施形態においては、最外層の基板２には、半導体部品３７を搭載するために半導体部品３７の位置にあたる箇所に孔部３９を形成しているが、最外層の基板２の四隅部にバンプ５を形成する部分以外は半導体部品３７と同一の層になるように形成しても構わない。この場合も本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。

本発明の実施形態にかかる水晶発振器の概略の断面図である。 本発明のシート状基板から切断された１個の基板領域を示したシート状基板の上面図である。 本発明の実施形態にかかる水晶発振器に用いられるシート状基板の１個の基板領域に半導体部品、樹脂、バンプを形成した場合の概略の上面図である。 本発明の実施形態にかかる水晶発振器に用いられるシート状基板の全体の概略の上面図である。 従来の水晶発振器の概略の斜視図である。

符号の説明

１・・・セラミック容器
２・・・基板
３・・・シールリング
４・・・蓋体
５・・・バンプ
９・・・外部端子電極
１０・・・凹状の開口部
１２・・・水晶振動子
１３・・・導電性接着剤
１５・・・メタライズ配線
３２・・・温度補償制御端子
３４・・・温度補償制御端子の引き回し
３５・・・シート状基板
３６・・・導電性接着剤
３７・・・半導体部品
３８・・・樹脂
３９・・・孔部
Ａ・・・基板領域
Ｂ・・・捨て代領域

Claims (3)

1. 積層したシート状基板を用いてマトリックス状に形成する一方主面に半導体部品が配置されたキャビティー部を有するセラミック容器の、他方主面に水晶振動子を配置し、該水晶振動子を気密封止し、前記半導体部品を搭載する面に導通電極としてバンプを配置して成る水晶発振器において、
   前記バンプは該水晶発振器を形成する基板の一方主面の最外層に形成し、前記半導体部品は前記最外層の基板より少なくとも１層内側に搭載することを特徴とする水晶発振器。
2. 請求項１記載のバンプと半導体部品は、積層基板に形成されるメタライズ配線により導通してあることを特徴とする水晶発振器。
3. 請求項１記載の最外層の基板には、半導体部品を搭載するために前記半導体部品位置にあたる箇所に孔部が形成されていることを特徴とする水晶発振器。

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