JP2010011385A - 圧電発振器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】集積回路素子が搭載されるキャビティー部内への樹脂剤の充填を容易にし、容器体の剛性を低下させることがなく、且つ小型化にも対応可能とする。
【解決手段】 １つの容器体に２つのキャビティー部が設けられており、第一のキャビティー部に圧電振動素子が配置され、第二のキャビティー部に集積回路素子を配置され、圧電振動素子を蓋体によって気密的に封止してなる圧電発振器の製造方法において、第二のキャビティー部底面に形成された集積回路素子搭載パッドに、回路形成面にバンプが形成された集積回路素子を搭載する集積回路素子搭載工程と、その後に加熱処理する集積回路素子加熱工程と、容器体の枠体と集積回路素子間に半硬化樹脂を配置する半硬化樹脂配置工程と、半硬化樹脂を加熱して溶融させて、集積回路素子と第二のキャビティー部底面との隙間に充填する半硬化樹脂加熱充填工程とから成る。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子機器に用いられる圧電発振器に関するものである。

従来、携帯用通信機器等の電子機器には、電子部品の一つである圧電発振器として水晶発振器が搭載される。この圧電発振器は例えば基準信号発生源又はクロック信号発生源などとして用いられている。

図７は、従来の圧電発振器の一形態を示す分解斜視図である。
従来の圧電発振器５００は、第一の容器体５０２、圧電振動素子（図示せず）及び蓋体５０３により主に構成される圧電振動子部５０１と、第二の容器体５１１と集積回路素子５１２により主に構成されている回路部５１０とから構成されている。

回路部５１０を構成する第二の容器体５１１の外側下面には、外部接続電極端子５１３が設けられている。第二の容器体５１１には上面側に開口部を有するキャビティー部５１４が設けられており、そのキャビティー部５１４内には集積回路素子５１２が超音波接合法により搭載されている。また、キャビティー部５１４を囲う側壁部の一部には切欠部５１５が設けられている。更にキャビティー部５１４を囲う側壁部の頂面の角部には、後述する圧電振動子部５０１と機械的及び電気的接続をとるための圧電振動子部接続用端子５１６が設けられ、第二の容器体５１１の内部や表面に設けた導配線（図示せず）により、所定の外部接続電極端子５１３，集積回路素子５１２及び圧電振動子部接続用端子５１６が電気的に接続されている。

また、キャビティー部５１４内に搭載された集積回路素子５１２とキャビティー部５１４の内面との間には、アンダーフィルとして絶縁性の樹脂剤５１７が切欠部５１５を通って充填されている。この樹脂剤５１７を設けることにより、外部より侵入した半田屑が集積回路素子５１２の回路形成面に接触し、集積回路素子内の短絡を起こさないように回路形成面を保護する。これらの構成要素により回路部５１０が構成されている。

圧電振動子部５０１を構成する第一の容器体５０２の外側下面には、回路部５１０と機械的及び電気的接続をとるための回路部接続用端子５０４が設けられている。第一の容器体５０２には上面側に開口部を有するキャビティー部（図示せず）が設けられており、そのキャビティー部内には圧電振動素子が搭載されている。このキャビティー部は、キャビティー部を囲う第一の容器体５０２の側壁部頂面にキャビティー部開口部を覆うように配置し接合された蓋体５０３により気密封止されている。これらの構成要素により圧電振動子部５０１が構成されている。

圧電発振器５００は、回路部５１０の上に圧電振動子部５０１を重ねて配置し、回路部５１０の圧電振動子部接続用端子５１６と圧電振動子部５０１の回路部接続用端子５０４を機械的及び電気的に接続することにより構成されている（例えば、特許文献１参照）。

又、他の形態の従来の圧電発振器としては、容器体において、第一のキャビティー部が容器体の一方の主面に開口部が有するように設けられており、且つ第二のキャビティー部が容器体の他方の主面に開口部を有するように設けられている圧電発振器がある。第一のキャビティー部は、その内部に圧電振動素子が搭載され、蓋体により気密封止されている。第二のキャビティー部内には集積回路素子が搭載されており、その集積回路素子と第二のキャビティー部内面との間に、アンダーフィルとなる保護用の樹脂剤が塗布されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−２１１０６５号公報 特開２００５−６１７１号公報

しかしながら、従来の圧電発振器５００では、集積回路素子５２１の回路形成面に半田屑等が接触しないように保護するため樹脂剤（アンダーフィル）５１７を設ける必要があった。そのためには、樹脂剤（アンダーフィル）５１７を集積回路素子５１２と集積回路素子５１２が搭載されている容器体５１１のキャビティー部５１４との間に塗布する工程が必要となる。また、樹脂剤（アンダーフィル）５１７を塗布するためには、従来の圧電発振器５０１のように、集積回路素子５１２と集積回路素子５１２が搭載されている容器体５１１のキャビティー部との間に、樹脂剤（アンダーフィル）５１７を塗布するための空間や構造を容器体５１１に別途設けなくてはならず、容器体５１１の剛性の低下や、容器体の小型化を阻害する恐れがある。

そこで本発明では、前記した問題を解決し、集積回路素子が搭載されるキャビティー部内への樹脂剤（アンダーフィル）を外部から塗布する必要がなく、且つ小型化にも対応可能な圧電発振器の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る圧電発振器の製造方法は上記課題を解決するためになされたものであり、１つの容器体に２つのキャビティー部が設けられており、前記容器体の一方の第一のキャビティー部に圧電振動素子が配置され、前記容器体の他方の第二のキャビティー部に集積回路素子を配置されるとともに、前記圧電振動素子を蓋体によって気密封止してなる圧電発振器の製造方法において、前記第二のキャビティー部底面に形成された集積回路素子搭載パッドに、回路形成面にバンプが形成された前記集積回路素子を搭載する集積回路素子搭載工程と、前記集積回路素子が集積回路素子搭載パッドに搭載された後に加熱処理する集積回路素子加熱工程と、前記容器体の枠体と前記集積回路素子との間に半硬化樹脂を配置する半硬化樹脂配置工程と、前記半硬化樹脂を加熱して溶融させて、前記集積回路素子と前記第二のキャビティー部底面との隙間に溶融した前記半硬化樹脂を充填する半硬化樹脂加熱充填工程とから成ることを特徴とする。

また、本発明に係る圧電発振器の製造方法は、前記集積回路素子が前記容器体の一方の枠体側に寄せられて配置され、前記容器体の他方の枠体側と前記集積回路素子間に半硬化樹脂が配置されていることを特徴とする。

このように本発明に係る圧電発振器では、容器体の枠体と集積回路素子間に半硬化樹脂を配置する半硬化樹脂配置工程と前記半硬化樹脂を加熱して溶融させて、前記集積回路素子と前記第二のキャビティー部底面との隙間に充填する半硬化樹脂加熱充填工程を設けることで、加熱するだけで半硬化樹脂を集積回路素子と第二のキャビティー部底面間の隙間に充填ことができる。これにより樹脂剤を集積回路素子と集積回路素子が搭載されている容器体と第二のキャビティー部との間に塗布する工程が不要となる。さらに従来の樹脂塗布方法では外部からノズル等を用いて樹脂剤を塗布するために、集積回路素子の上面（回路形成面の反対面）や容器体の枠体上面部分に樹脂剤が付着することがあったが、半硬化樹脂の配置では集積回路素子の上面（回路形成面の反対面）や容器体の枠体上面部分に樹脂剤が付着することがない。これにより従来は樹脂塗布後に必要だった外観検査工程をなくすことも可能となる。従って、樹脂剤を外部から塗布する必要がなく、小型にも対応が可能となる。

また、本発明に係る圧電発振器では、集積回路素子が容器体の一方の枠体側に寄せられて配置されていることにより、狭い隙間を液体がぬれ広がる毛細管吸引現象を利用して、半硬化樹脂を集積回路素子と第二のキャビティー部底面間の隙間に吸引し充填することができる。さらに、この樹脂剤を塗布するために容器体に別途設ける必要があった空間や構造も必要なくなり、容器体の剛性を低下させることがなく、容器体の小型化も可能となる。

（第一の実施形態）
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、本発明の第一の実施形態に係る圧電発振器を示した概略断面図である。図２は本発明の第一の実施形態に係る圧電発振器を実装側から示した平面図である。尚、各図では、説明を明りょうにするため構成要素の一部を図示せず、また図示した構成要素の寸法も一部誇張して示している。

図１に示すように本発明の第一の実施形態に係る圧電発振器１００は、容器体１１０と、圧電振動素子１２０と、集積回路素子１３０と、蓋体１４０とにより主に構成されている。
容器体１１０は、平面視矩形状の基板１１０ａの一方の主面上に枠体１１０ｂが設けられ、且つ基板１１０ａの他方の主面上には枠体１１０ｃが設けられることにより構成される。これにより、基板１１０ａ一方の主面上には第一のキャビティー部１１１が形成され、基板１１０ａの他方の主面上には第二のキャビティー部１１２が形成されている。尚、この基板１１０ａ、枠体１１０ｂ及び１１０ｃ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。

又、第一のキャビティー部１１１内に露出した基板１１０ａの一方の主面上には、２個一対の圧電振動素子接続用電極パッド１１３が設けられており、第二のキャビティー部１１２内に露出した基板１１０ａの他方の主面上には、複数個の集積回路素子搭載パッド１１４が設けられている。更に、枠体１１０ｃの第二のキャビティー部１１２を囲う側頂面の四隅には、圧電発振器１００を実装する際に外部の電子基板と導通固着する外部接続用電極端子１１５が設けられている。

圧電振動素子１２０は、平面視矩形状の圧電素板と、その圧電素板の両主面中央部に設けられた励振用電極（図示せず）と、その励振用電極から圧電素板の一方の短辺端部にまで延設された引出電極（図示せず）とにより主に構成されている。このような構成の圧電振動素子１２０は、引出電極と圧電振動素子接続用電極パッド１１３とを、導電性接着剤１２１により導通固着することにより第一のキャビティー部１１１内に搭載されている。尚圧電振動素子１２０としては水晶振動素子が用いられる。

蓋体１４０は、４２アロイ、コバール又はリン青銅等の金属から成る平板であり、枠体１１０ｂの第一のキャビティー部１１１開口側頂面上に第一のキャビティー部１１１の開口部を覆う形態で配置し、枠体１１０ｂに接合されている。この蓋体１４０により第一のキャビティー部１１１内は気密封止されている。

集積回路素子１３０は、第二のキャビティー部１１２内に露出した基板１１０ａの他方の主面上に設けられた複数個の集積回路素子搭載パッド１１４上に搭載されている。この集積回路素子１３０内には、発振回路や温度補償回路等により構成される電子回路が設けられている。この電子回路は、圧電振動素子１２０及び容器体１１０に設けられた外部接続用電極端子１１５と電気的に接続されている。

図４に本発明における圧電発振器の製造方法の工程フロー図を示す。本発明における圧電発振器の製造方法は、圧電発振器の第二のキャビティー部１１２底面に形成された集積回路素子搭載パッド１１４に、回路形成面にバンプ１３１（図１参照）が形成された集積回路素子１３０を集積回路素子搭載パッド１１４上に搭載する集積回路素子搭載工程Ｓ１と、集積回路素子１３０が集積回路素子搭載パッド１１４に搭載された後に加熱処理する集積回路素子加熱工程Ｓ２と、容器体１１０の枠体１１０ｃと集積回路素子１３０間に半硬化樹脂１５０を配置する半硬化樹脂配置工程Ｓ３と、半硬化樹脂１５０を加熱して溶融させて、集積回路素子１３０と第二のキャビティー部１１２底面との隙間に充填する半硬化樹脂加熱充填工程Ｓ４とから成る。

（集積回路素子搭載工程）
集積回路素子搭載工程Ｓ１は、図１に示すように、圧電発振器の他方主面の第二のキャビティー部１１２底面に形成された集積回路素子搭載パッド１１４に、回路形成面にバンプ１３１が形成された集積回路素子１３０を集積回路素子搭載パッド１１４上に搭載する工程である。
ここでバンプ１３１の表面には集積回路素子搭載パッド１１４と電気的な接続を行うための半田（図示せず）が形成されている。

（集積回路素子加熱工程）
集積回路素子加熱工程Ｓ２は、集積回路素子１３０が集積回路素子搭載パッド１１４に搭載された後に加熱処理する工程である。この工程では、上述の工程で搭載された集積回路素子搭載パッド１１４上の集積回路素子１３０をリフロー炉等で加熱してバンプ１３１の周囲に形成された半田を溶融させ、バンプ１３１と集積回路素子搭載パッド１１４との機械的及び電気的接続を行っている。例えば、上述の加熱は２６０℃程度に設定されたリフロー炉を通過させることにより行う。

（半硬化樹脂配置工程）
半硬化樹脂配置工程Ｓ３は、容器体１１０の枠体１１０ｃと集積回路素子１３０間に半硬化樹脂１５０を配置する工程である。図３に示すように集積回路素子１３０が容器体１１０の一方の枠体１１０ｃ側に寄せられて配置され、容器体１１０の他方の枠体１１０ｃ側と集積回路素子１３０間に半硬化樹脂１５０が配置される。ここで用いる半硬化樹脂１５０の幅は、例えば、１００〜２００μｍ程度である。そのため容器体１１０の他方の枠体１１０ｃ側と集積回路素子１３０の間隔は、例えば、２００〜３００μｍ程度あける必要がある。
また、ここで用いる半硬化樹脂はＢステージ樹脂ともいわれ、Ｂステージとは半硬化の樹脂の状態を表す。また、樹脂の硬化の状態として、昇温により樹脂が軟化した状態をＡステージといい、樹脂が完全に固体化した状態をＣステージという。

（半硬化樹脂加熱充填工程）
半硬化樹脂加熱充填工程Ｓ４は、半硬化樹脂１５０を加熱して溶融させて、集積回路素子１３０と第二のキャビティー部１１２底面間の隙間に充填する工程である。ここの加熱は例えばクリーンオーブン槽１７０度、硬化時間６０〜１２０分程度で行う。

以上より、本発明の第一の実施形態による圧電発振器の製造方法では、容器体１１０の枠体１１０ｃと集積回路素子１３０間に半硬化樹脂１５０を配置する半硬化樹脂配置工程Ｓ３と半硬化樹脂１５０を加熱して溶融させて、集積回路素子１３０と第二のキャビティー部１１２底面との隙間に充填する半硬化樹脂加熱充填工程Ｓ４を設けることで、加熱するだけで半硬化樹脂１５０が集積回路素子１３０と第二のキャビティー部１１２底面間の隙間に入って充填することができる。これにより樹脂剤を集積回路素子１３０と集積回路素子１３０が搭載されている容器体１１０と第二のキャビティー部１１２との間に塗布する工程が不要となる。さらに従来の樹脂塗布方法では外部からノズル等を用いて樹脂剤を塗布するために、集積回路素子１３０の上面（回路形成面の反対面）や容器体１１０の枠体１１０ｃ上面（外部接続用電極端子１１５形成面）部分に樹脂剤が付着することがあったが、半硬化樹脂の配置では集積回路素子１３０の上面（回路形成面の反対面）や容器体１１０の枠体１１０ｃ上面（外部接続用電極端子１１５形成面）部分に樹脂剤が付着することがない。これにより従来は樹脂塗布後に必要だった外観検査工程を削除することも可能となる。

また、本発明に係る圧電発振器では、集積回路素子１３０が容器体１１０の一方の枠体１１０ｃ側に寄せられて配置されていることにより、狭い隙間を液体がぬれ広がる毛細管吸引現象を利用して、半硬化樹脂１５０を集積回路素子１３０と第二のキャビティー部１１２底面間の隙間に吸引して充填することができる。さらに、この樹脂剤を塗布するために容器体１１０に別途設ける必要があった空間や構造も必要なくなり、容器体１１０の剛性を低下させることがなく、容器体１１０の小型化も可能となる。

（第二の実施形態）
図５は、本発明の第二の実施形態に係る圧電発振器を示す概略断面図である。図６は、本発明の第二の実施形態に係る圧電発振器を構成する回路部を、圧電振動子部側から示した平面図である。
本発明の第二の実施形態に係る圧電発振器３００は、圧電振動素子や集積回路素子を搭載する容器体の構造が、第一の実施形態と異なる。

圧電発振器３００は、第一の容器体３０２、圧電振動素子１２０及び蓋体１４０により主に構成される圧電振動子部３０１と、第二の容器体３１１と集積回路素子１３０により主に構成されている回路部３１０とから構成されている。

回路部３１０を構成する第二の容器体３１１の外側下面には、外部接続用電極端子３１３が設けられている。第二の容器体３１１には上面側に開口部を有するキャビティー部３１４が設けられており、そのキャビティー部３１４内には集積回路素子搭載パッド３１５上に集積回路素子１３０がバンプ１３１を介して搭載されている。更にキャビティー部３１４を囲う側壁部の頂面の角部には、後述する圧電振動子部３０１と機械的及び電気的接続をとるための圧電振動子部接続用端子３１６が設けられ、第二の容器体３１１の内部や表面に設けた導配線により、外部接続用電極端子３１３，集積回路素子１３０及び圧電振動子部接続用電極端子３１６が電気的に接続されている。

圧電振動子部３０１を構成する第一の容器体３０２の外側下面には、回路部３１０と機械的及び電気的接続をとるための回路部接続用電極端子３０５が設けられている。又、第一の容器体３０２には上面側に開口部を有するキャビティー部３０６が設けられている。更に、キャビティー部３０６内底面上には、２個一対の圧電振動素子接続用電極パッド３０３が設けられており、圧電振動素子１２０が、導電性接着剤１２１により圧電振動素子接続用電極パッド３０３上に搭載されている。このキャビティー部３０６は、キャビティー部３０６を囲う側壁部頂面にキャビティー部３０６開口部を覆うように配置し接合された蓋体１４０により気密封止されている。これらの構成要素により圧電振動子部３０１が構成されている。

圧電発振器３００は、回路部３１０の上に圧電振動子部３０１を重ねて配置し、回路部３１０の圧電振動子部接続用電極端子３１６と圧電振動子部３０１の回路部接続用電極端子３０５を機械的及び電気的に接続することにより構成されている。

尚、前記第一の実施形態と同様に第二の実施形態の圧電発振器３００の製造方法では、 集積回路素子１３０が第二の容器体３１１の一方の側壁側に寄せられて配置されていることにより、狭い隙間を液体がぬれ広がる毛細管吸引現象を利用して、半硬化樹脂を集積回路素子１３０とキャビティー部３１４底面間の隙間に吸引して充填することができる。

尚、前記した実施形態以外にも、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、前記各実施形態に示した圧電発振器では、内部に搭載する圧電振動素子として、平面視矩形状の圧電素板の表面に励振用電極や引出電極を設けた形態の圧電振動素子を示したが、これに限定することなく、例えば、平面視形状が円形や音叉形の圧電素板に各種電極を設けた形態の圧電振動素子でもよく、又圧電振動素子に変えて弾性表面波素子を用いても構わない。

本発明の第一の実施形態に係る圧電発振器を示した概略断面図である。 本発明の第一の実施形態に係る圧電発振器を実装側から示した平面図である。 本発明の第一の実施形態に係る圧電発振器を実装側から示した平面図である。 本発明における圧電発振器の製造方法の工程フロー図を示す。 本発明の第二の実施形態に係る圧電発振器を示す概略断面図である。 本発明の第二の実施形態に係る圧電発振器を構成する回路部を、圧電振動子部接合側から示した平面図である。 従来の圧電発振器の一形態を示す分解斜視図である。

符号の説明

１００，３００・・・圧電発振器
１１０・・・容器体
１１０ａ・・・基板
１１０ｂ，１１０ｃ・・・枠体
１１１・・・第一のキャビティー部
１１２・・・第二のキャビティー部
１１３，３０３・・・圧電振動素子接続用電極パッド
１１４・・・集積回路素子搭載パッド
１１５，３１３・・・外部接続用電極端子
１２０・・・圧電振動素子
１２１・・・導電性接着剤
１３０・・・集積回路素子
１３１・・・バンプ
１４０・・・蓋体
１５０・・・半硬化樹脂
３０１・・・圧電振動子部
３０２・・・第一の容器体
３０５・・・回路部接続用電極端子
３０６，３１４・・・キャビティー部
３１０・・・回路部
３１１・・・第二の容器体
３１５・・・集積回路素子搭載パッド
３１６・・・圧電振動子部接続用電極端子

Claims (2)

1. １つの容器体に２つのキャビティー部が設けられており、前記容器体の一方の第一のキャビティー部に圧電振動素子が配置され、前記容器体の他方の第二のキャビティー部に集積回路素子を配置されるとともに、前記圧電振動素子を蓋体によって気密封止してなる圧電発振器の製造方法において、
   前記第二のキャビティー部底面に形成された集積回路素子搭載パッドに、回路形成面にバンプが形成された前記集積回路素子を搭載する集積回路素子搭載工程と、前記集積回路素子が集積回路素子搭載パッドに搭載された後に加熱処理する集積回路素子加熱工程と、前記容器体の枠体と前記集積回路素子との間に半硬化樹脂を配置する半硬化樹脂配置工程と、前記半硬化樹脂を加熱して溶融させて、前記集積回路素子と前記第二のキャビティー部底面との隙間に溶融した前記半硬化樹脂を充填する半硬化樹脂加熱充填工程とから成ることを特徴とする圧電発振器の製造方法。
2. 請求項１において、前記集積回路素子が前記容器体の一方の枠体側に寄せられて配置され、前記容器体の他方の枠体側と前記集積回路素子間に半硬化樹脂が配置されていることを特徴とする圧電発振器の製造方法。

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