JP2007274455A

JP2007274455A - 表面実装用水晶発振器

Info

Publication number: JP2007274455A
Application number: JP2006098898A
Authority: JP
Inventors: Shusuke Harima; 秀典播磨
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-10-18
Also published as: US20070241830A1

Abstract

【目的】接合強度を高めて小型化に適し、生産性の高められる表面実装発振器及びその製造方法を提供する。
【構成】底面の４角部に外部端子を有して水晶片を密閉封入した水晶振動子と、一主面の４角部に外部端子を有するとともに他主面の４角部に実装端子を有してＩＣチップを収容した実装基板とを備え、前記水晶振動子と前記実装基板との外部端子をクリーム半田によって接合して、前記水晶振動子の底面に前記実装基板を接合してなる表面実装用の水晶発振器において、前記実装基板は上下段層１４（ａｂ）及び中間枠層１４ｃを積層して前記ＩＣチップを収容した中空部１５を有するとともにガラスエポキシ材とした積層基板からなり、前記クリーム半田は前記ＩＣチップと前記水晶振動子との外部端子のいずれか一方又は両方に印刷によって塗布された構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は表面実装用の接合型とした水晶発振器（以下、表面実装発振器とする）を技術分野とし、特に接続強度を高めて生産性を向上した小型な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、特に携帯型の電子機器例えば携帯電話に周波数や時間の基準源として内蔵される。このようなものの一つに、ＩＣチップと水晶片とを別個の容器に収容して接合したいわゆる接合型がある。

（従来技術の一例）
第３図は一従来例を説明する図で、同図（ａ）は表面実装発振器（接合型）の断面図、同図（ｂ）は実装基板の平面図、同図（ｃ）水晶片の平面図である。

表面実装発振器は、ＩＣチップ１を収容した実装基板２を水晶振動子３の底面に接合してなる。実装基板２は凹状とした積層セラミックからなり、外底面の４角部に実装端子４を有し、開口端面の４角部に接合用の外部端子５を有する。ＩＣチップ１は例えば温度補償機構を備えた発振回路を集積化し、バンプ６を用いた超音波熱圧着によって一主面の回路機能面が凹部底面の図示しない回路端子に固着される。

そして、回路機能面における図示しないＩＣ端子中の電源、アース及び出力端子等は図示しない配線路によって、外底面の実装端子４に接続する。また、ＩＣ端子中の水晶端子は開口端面の例えば一組の対角部の外部端子５に接続する。通常では、回路機能面を保護する樹脂１６が所謂アンダーフィルとして塗布される。

水晶振動子３は凹状とした積層セラミックからなる容器本体７に水晶片８を収容して、開口端面に金属カバー９を接合してなる。容器本体７の外底面の４角部には接合用の外部端子１０を有する。水晶片８は両主面に励振電極１１ａを有し、一端部両側に引出電極１１ｂを延出する。そして、引出電極１１ｂの延出した一端部両側が凹部底面の図示しない水晶保持端子１２に導電性接着剤１３によって固着される。

水晶保持端子１２は、一組の対角部の外部端子１０に図示しない配線路によって電気的に接続する。そして、水晶振動子３と実装基板２との外部端子５、１０とを半田等によって接続する。これにより、水晶振動子３の水晶保持端子１２はＩＣ端子中の水晶端子に電気的に接続する。

金属カバー９は開口端面に設けられた金属厚膜を含む金属リング２０にシーム溶接やビーム溶接によって接合する。そして、他組の対角部の外部端子１０に図示しないビアホール等によって接続し、実装基板２の外部端子５と接続して実装端子４中のアース端子に接続する。

このようなものでは、接合型は水晶振動子３と実装基板２と独立して形成するので、例えば水晶振動子自体に不良があった場合はこれを排除できることから、高価なＩＣチップ１を無駄にすることなく生産性を高められる。
特開２０００−１３４０３７号公報特許第３２３１２０３号明細書

（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、実装基板２が脆性材である積層セラミックであることに起因して次の問題があった。すなわち、積層セラミックは脆性材で切断分割に難点あるため、複数の凹部を有するシート状積層セラミックの焼成後に個々の実装基板２に分割し、欠損等のある実装基板２を除去して良品のみにＩＣチップ１を収容する。これにより、高価なＩＣチップの無駄を防止する。無論、時間を掛ければ積層セラミックの欠損等を減じられるが、この場合は生産性が劣る。

そして、個々の実装基板２を個々の水晶振動子３の底面に接合する。この場合、例えば実装基板２の外部端子５にクリーム半田を塗布した後、高熱路を搬送して接合する（所謂半田リフロー）。しかし、この場合は、実装基板へのクリーム半田の塗布は、ディスペンサ等によって個々に塗布せざるを得ないので、例えば印刷による塗布に比較して生産性が低下する問題があった。

また、小型化が進行して平面外形（例えば2.5×2.0ｍｍ）が小さくなるほど、実装基板の開口端面に設けた外部端子の面積も小さくなる。この場合、実装基板の枠幅を広げれば外部端子を大きくできるが、その分ＩＣチップの収容積（凹部面積）が小さくなる。したがって、例えば温度補償機構を集積化した比較的大型なＩＣチップを収容することが困難になる。

このことから、第４図に示したように、実装基板の閉塞面を水晶振動子の底面に接合することが考えられる。しかし、この場合には、水晶振動子と実装基板との接合強度は高められても、開口面側の実装端子は依然として小さいので、表面実装発振器が搭載されるセット基板に対する接続強度が小さくなる。したがって、いずれの場合でも、開口面を有することによる接合強度の低下は解消されない問題があった。

また、実装基板は積層セラミックからなるので、特許文献２で示されるシート工法が採用できず、生産性が低下する問題があった。すなわち、シート工法は、ＩＣチップを各凹部に収容したシート状実装基板に個々の水晶振動子を接合する。そして、各ＩＣチップから延出してシート状実装基板の一端側に設けた測定端子によって、各表面実装発振器の発振特性を検査する。その後、シート状基板を分割して不良品を排除し、接合型とした個々の表面実装発振器を得る。

しかし、前述したように実装基板が積層セラミックの場合は脆性材なので、シート状積層セラミックとして水晶振動子を接合して個々に分割すると破損等を生じて、個々に接合した場合に比較して却って生産性を低下させる問題があった。

（発明の目的）
本発明は接合強度を高めて小型化に適し、生産性の高められる表面実装発振器及びその製造方法を提供することを目的とする。

（第１解決手段）
本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、底面の４角部に外部端子を有して水晶片を密閉封入した水晶振動子と、一主面の４角部に外部端子を有するとともに他主面の４角部に実装端子を有してＩＣチップを収容した実装基板とを備え、前記水晶振動子と前記実装基板との外部端子をクリーム半田によって接合して、前記水晶振動子の底面に前記実装基板を接合してなる表面実装用水晶発振器において、前記実装基板は上下段層及び中間枠層を積層して前記ＩＣチップを収容した中空部を有するプリント配線基板からなり、前記クリーム半田は前記ＩＣチップと前記水晶振動子との外部端子のいずれか一方又は両方に印刷によって塗布された構成とする。

（第２解決手段）
本発明の請求項２に示したように、底面の４角部に外部端子を有して水晶片を密閉封入した水晶振動子と、一主面の４角部に外部端子を有するとともに他主面の４角部に実装端子を有してＩＣチップを収容した実装基板とを備え、前記水晶振動子と前記実装基板との外部端子を接合して、前記水晶振動子の底面に前記実装基板を接合してなる表面実装用水晶発振器において、前記実装基板は上下段層及び中間枠層を積層して前記ＩＣチップを収容した中空部を有するプリント配線基板からなり、前記実装基板の一主面の外部端子及び他主面の実装端子は前記中空部上に延出して形成された構成とする。

（第３解決手段）
同請求項３に示したように、底面の４角部に外部端子を有して水晶片を密閉封入した水晶振動子と、一主面の４角部に外部端子を有するとともに他主面の４角部に実装端子を有してＩＣチップを収容した実装基板とを備え、前記水晶振動子と前記実装基板との外部端子を接合して、前記水晶振動子の底面に前記実装基板を接合してなる表面実装用水晶発振器の製造方法において、上下段層及び中間枠層を積層して形成される複数の中空部にＩＣチップが収容された複数の実装基板部を有するとともに前記実装基板部の一主面の４角部には前記外部端子が形成され、前記ＩＣチップと電気的に接続した測定端子を少なくとも一端側に有するプリント基板と配線基板からなるシート状実装基板を備え、前記シート状実装基板の前記実装基板部の外部端子に印刷によってクリーム半田を塗布する第１工程と、前記シート状実装基板の前記実装基板部の前記外部端子に個々の水晶振動子の外部端子を搭載して前記クリーム半田の溶融によって接合する第２工程と、前記第２工程によって接合された個々の発振器の発振特性を前記測定端子によって検査する第３工程と、前記シート状実装基板の実装基板部を個々の実装基板に分割する第４工程とからなる製造方法とする。

（第１解決手段による効果）
このような構成であれば、実装基板をプリント基板と配線基板とするので、基本的にシート状実装基板の切断分割を容易にして例えば前述のシート工法を適用できる。したがって、シート状実装基板の状態で各実装基板の外部端子に印刷によってクリーム半田を塗布できる。この場合、実装基板の両主面ともに開口部のない閉塞面なので、いずれの面に外部端子を形成しても、半田クリームの印刷を容易にする。

また、実装基板の平面外形が小さくなっても両主面ともに閉塞面となるので、外部端子及び実装端子のいずれも、従来例の開口部の影響を受けずに大きくできる。また、実装基板の中空部はＩＣチップ応じて自在の大きさに設計できる。したがって、水晶振動子との接合強度及びセット基板への接合強度を高めて小型化を促進できる。そして、シート工法を採用できるので、生産性を高められる。

（第２解決手段による効果）
このような構成であれば、実装基板の外部端子及び実装端子を中空部上に延出するので、従来例に比較して大きくできる。また、請求項１と同様に、実装基板の中空部はＩＣチップに応じて自在の大きさに設計できる。したがって、シート工法の適用の有無に拘わらず、水晶振動子との接合強度及びセット基板への接合強度を高めて小型化を促進できる。

（第３解決手段による効果）
このような構成（製造方法）であれば、ＩＣチップを中空部に収容してシート状実装基板の両主面を閉塞面として、いずれの面であっても印刷によるクリーム半田を形成したシート工法できる。そして、シート状実装基板をプリント配線基板とするので、第３工程（検査工程）後の切断分割を容易にできる。したがって、表面実装発振器を製造する上での生産性を高めることができる。

第１図は本発明の一実施形態を説明する表面実装発振器（接合型）の断面図である。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、前述したようにＩＣチップ１を収容した実装基板２を水晶振動子３の底面に接合してなる。実装基板２は凹状とした積層セラミックからなり、外底面の４角部に実装端子４を有し、開口端面の４角部に接合用の外部端子５を有する。水晶振動子３は水晶片８を密閉封入し、外底面の４角部に実装基板２の外部端子５と接続する外部端子１０を有する。

ここでは、実装基板２は母材をガラスエポキシ材としたプリント配線基板からなり、上下段層１４（ａｂ）と中間枠層１４ｃとを積層して中空部１５を有し、両主面を閉塞面とした積層基板からなる。上下段層１４（ａｂ）及び中間枠層１４ｃは銅箔が全面に設けられて、エッチングによって配線パターンが形成される。そして、実装基板２（上段層１４ａ）の一主面の４角部には外部端子５を、他主面の４角部には実装端子４を、下段層の内底面には図示しない回路端子を少なくとも形成する。外部端子５及び実装端子４はいずれも４角部から中空部１５上に延出して形成される。

下段層１４ｂの回路端子にはＩＣチップ１が前述同様にバンプ６を用いた超音波熱圧着によって固着され、実装端子４に電気的に接続する。そして、上下段層１４（ａｂ）と中間枠層１４ｃとの各積層面は、ガラスエポキシ材と同一の樹脂１６（プリプレグ）によって接着され、ＩＣチップ１が収容される中空部１５にも樹脂１６が充填される。なお、樹脂１６の硬化によってＩＣチップ１の下段層１４ｂに対する接着強度を高められる。

そして、実装基板２と水晶振動子３との外部端子５、１０は図示しないクリーム半田の溶融によって接合される。ここでは、実装基板２（上段層１４ａ）の一主面の外部端子５に印刷によって塗布されたクリーム半田によって接合される。

このようなものでは、ＩＣチップ１を収容したシート状実装基板１７を備え、第１〜第４工程からなる次の製造方法（シート工法）によって表面実装発振器を得る。なお、第２図（ａ）はシート状実装基板の底面図、同図（ｂ）は水晶振動子を接合したシート状実装基板の一部断面図である。

（シート状実装基板）
シート状実装基板１７は前述した上下段層１４（ａｂ）及び中間枠層１４ｃを積層して形成される実装基板部２Ａを有し、複数の中空部１５にはＩＣチップが予め収容される。実装基板部２Ａは前述した実装基板２に相当する。実装基板部２Ａの一主面の４角部には外部端子５が、他主面の４角部には実装端子４を有する。

外部端子５中の一組の対角部はＩＣ端子中の水晶端子に、他組の対角部は実装端子４中のアース端子に電気的に接続する。実装端子４はＩＣ端子中の電源、出力及びアース端子に接続する。シート状実装基板１７の各実装基板部２Ａの外周４辺には分割溝１８を有し、一端側には列状とした複数の測定端子１９を有する。各測定端子１９は各実装基板部２Ａの実装端子４と配線路によって電気的に接続する。

（第１及び第２工程）
第１工程は、シート状実装基板１７における各実装基板部２Ａの外部端子５のみをマスクによって露出し、印刷によってクリーム半田を一括して塗布する。第２工程は、各実装基板部２Ａの外部端子５に、個々の水晶振動子３の外部端子１０を位置決めして搭載する。そして、高熱路を搬送してクリーム半田を溶融して接合し、これによりシート状実装基板１７上に複数の水晶振動子３を搭載する。

（第３及び第４工程）
第３工程は、各実装基板部２Ａと水晶振動子３とが第２工程によって接合された各発振器の発振特性を検査する。これは、シート状実装基板１７の一端側に形成された測定端子１９をソケットとして図示しない測定器に接続し、発振周波数等の電気的特性が検査される。第4工程は、シート状実装基板１７の実装基板部２Ａを分割溝１８に沿って例えばダイシングソウによって切断し、個々の実装基板２に分割する「第２図（ｂ）のＡ−Ａ」。これによる個々の表面実装発振器を得る。

このような表面実装発振器の構成であれば、実装基板２を切断が容易なガラスエポキシ材として、上下段層１４（ａｂ）及び中間枠層１４ｃの中空部１５にＩＣチップを収容して両主面を閉塞面とする。したがって、実装基板２をシート状として水晶振動子３を接合した後、個々に分割するシート工法を適用できるので、生産性を高められる。この場合、実装基板２と水晶振動子３との外部端子５、１０とを印刷によるクリーム半田によって接合でき、実装基板２の両主面ともに閉塞面として開口部がないので印刷を容易にする。

また、実装基板２の外部端子５及び実装端子４は４角部から中空部１５上に延出して形成するので、従来例に比較してその面積を大きくできる。これは、両主面ともに閉塞面としたことによって達成できる。したがって、小型化しても水晶振動子３との接合強度及びセット基板への接合強度を高められる。そして、ＩＣチップ１に応じて中間枠層１４ｃの枠幅を小さくできるので、温度補償機構を有する大型のＩＣチップ１を収容できる。したがって、表面実装発振器の小型化を促進できる。

また、このような製造方法であれば、シート状実装基板１７の両主面を閉塞面として実装基板部２Ａの外部端子にクリーム半田を印刷によって塗布する。したがって、従来例のディスペンサを使用した場合よりも、クリーム半田の塗布工程を容易にする。そして、シート状実装基板１７に個々の水晶振動子３を接合し、測定端子１９によって各発振器の発振特性を一体的に検査した後、個々に分割する。したがって、表面実装発振器を製造する上での生産性を高めることができる。

なお、上記の各実施形態ではプリント配線基板の母材はガラスエポキシ材としたが、要は、「絶縁体に銅箔を張り合わせた積層板に配線パターンを形成したプリント配線基板」であればよい。

本発明の一実施形態を説明する表面実装発振器の断面図である。本発明の一実施形態を説明する図で、同図（ａ）シート状実装基板１７の平面図、同図（ｂ）は水晶振動子を搭載したシート状実装基板１７の一部断面図である。従来例を説明する図で、同図（ａ）は表面実装発振器の断面図、同図（ｂ）は実装基板の平面図、同図（ｃ）は水晶片の平面図である。従来例を説明する図で、表面実装発振器の断面図である。

符号の説明

１ＩＣチップ、２実装基板、３水晶振動子、４実装端子、５、１０外部端子、６バンプ、７容器本体、８水晶片、９金属カバー、１１励振及び引出電極、１２水晶保持端子、１３導電性接着剤、１４（ａｂ）上下段層、１４ｃ中間枠層、１５中空部、１６樹脂、１７シート状実装基板、１８分割溝、１９測定端子、２０金属リング。

Claims

底面の４角部に外部端子を有して水晶片を密閉封入した水晶振動子と、一主面の４角部に外部端子を有するとともに他主面の４角部に実装端子を有してＩＣチップを収容した実装基板とを備え、前記水晶振動子と前記実装基板との外部端子をクリーム半田によって接合して、前記水晶振動子の底面に前記実装基板を接合してなる表面実装用水晶発振器において、前記実装基板は上下段層及び中間枠層を積層して前記ＩＣチップを収容した中空部を有するプリント配線基板からなり、前記クリーム半田は前記ＩＣチップと前記水晶振動子との外部端子のいずれか一方又は両方に印刷によって塗布されたことを特徴とする表面実装用水晶発振器。
底面の４角部に外部端子を有して水晶片を密閉封入した水晶振動子と、一主面の４角部に外部端子を有するとともに他主面の４角部に実装端子を有してＩＣチップを収容した実装基板とを備え、前記水晶振動子と前記実装基板との外部端子を接合して、前記水晶振動子の底面に前記実装基板を接合してなる表面実装用水晶発振器において、前記実装基板は上下段層及び中間枠層を積層して前記ＩＣチップを収容した中空部を有するプリント配線基板からなり、前記実装基板の一主面の外部端子及び他主面の実装端子は前記中空部上に延出して形成されたことを特徴とする表面実装用水晶発振器。
底面の４角部に外部端子を有して水晶片を密閉封入した水晶振動子と、一主面の４角部に外部端子を有するとともに他主面の４角部に実装端子を有してＩＣチップを収容した実装基板とを備え、前記水晶振動子と前記実装基板との外部端子を接合して、前記水晶振動子の底面に前記実装基板を接合してなる表面実装用水晶発振器の製造方法において、
上下段層及び中間枠層を積層して形成される複数の中空部にＩＣチップが収容された複数の実装基板部を有するとともに前記実装基板部の一主面の４角部には前記外部端子が形成され、前記ＩＣチップと電気的に接続した測定端子を少なくとも一端側に有するプリント基板と配線基板からなるシート状実装基板を備え、
前記シート状実装基板の前記実装基板部の外部端子に印刷によってクリーム半田を塗布する第１工程と、前記シート状実装基板の前記実装基板部の前記外部端子に個々の水晶振動子の外部端子を搭載して前記クリーム半田の溶融によって接合する第２工程と、前記第２工程によって接合された個々の発振器の発振特性を前記測定端子によって検査する第３工程と、前記シート状実装基板の実装基板部を個々の実装基板に分割する第４工程とからなることを特徴とする表面実装用水晶発振器の製造方法。