JP2016092687A - 発振器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異種の発振器を同一のプロセス、マスクを用いて製造することにより製造効率を上げると共にコストを下げ且つ省資源に資する発振器の製造方法を提供する。【解決手段】反転増幅器１、固定容量素子２、３及び可変容量素子４、５、この可変容量素子の容量の可変を可能とする制御電圧を供給する周波数電圧制御端子６、周波数電圧制御端子入力抵抗Ｒ１、Ｒ２とを有し、反転増幅器に並列に振動子を接続して用いられる発振器の製造方法であって、周波数電圧制御端子６を接地電位に常時短絡させる接地手段７を形成する周波数電圧制御端子接地工程によりＳＰＸＯを形成すると共に、更にこの接地工程の後に、周波数電圧制御端子を接地電位から開放するよう接地手段７の形態を変更して、発振器をＶＣＸＯとして使用可能にする周波数電圧制御端子開放工程を有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、固定通信や携帯電話等を代表とする移動体通信等に用いられる発振器の省資源に資する効率的で低コストな製造方法に関するものである。

従来、発振器は、発振回路が作り込まれているシリコンなどの半導体チップ（以下、チップという）に水晶振動子や圧電振動子などの振動子を外付けして構成されているのが一般的である。発振器には、用途や性能によって、ＳＰＸＯ（Simple Packaged X’tal Oscillator：パッケージ水晶発振器）、ＶＣＸＯ（Voltage Controlled X’tal Oscillator:電圧制御型水晶発振器）、ＴＣＸＯ（Temperature Controlled X’tal Oscillator:温度制御型発振器）、ＯＣＸＯ（Oven Controlled X’tal Oscillator:高安定発振器）等の種類がある。
これら発振器を構成する発振回路は、通常、チップに形成され、水晶振動子と共にパッケージングされて発振器を構成する。ＳＰＸＯは、水晶振動子と発振回路（チップ）を１つのパッケージに収めた製品であり、クロック用水晶発振器に用いられる。ＶＣＸＯは、周波数電圧制御端子を有しており、この点でＳＰＸＯとは相違している。

このような発振回路などの集積回路は、複数のチップ領域を含むウエハーに形成される。ウエハーは、例えば、多結晶シリコンを成長させて単結晶シリコンのインゴットを形成し、これをスライシングし、ラッピングして形成される。
ウエハープロセスは、ウエハーと回路パターンの焼付けに用いるマスクが準備されるときから始まり、ウエハーの各チップ領域に集積回路を作り込む（ウエハー処理工程）、その後、ウエハーのチップを個片化（ダイシング工程）して、これらをパッケージングし、その後、検査工程を経て製品を完成させる。

従来、集積回路を製造する際は、製品毎に専用のプロセス、マスクを使用している。発振器用集積回路を形成する場合においても、例えば、ＳＰＸＯとＶＣＸＯとを形成する場合、それぞれ専用のプロセス、マスクを用いて、それぞれのウエハーにＳＰＸＯ用もしくはＶＣＸＯ用の専用の発振回路を形成している。
特許文献１には、発振周波数の電圧制御特性の直線性を確保する電圧制御水晶発振器が開示されている。この発振器は、水晶振動子、反転増幅器、直流カット容量、制御電圧端子、バイアス抵抗及び電圧可変容量素子を備えており、更に電圧可変容量素子に並列接続された発振特性調整用抵抗が設けられている。このような電圧可変容量素子に接続された発振特性調整用抵抗を用いることにより、発振周波数の電圧制御特性の直線性を確保することができ、発振周波数の的確な電圧制御を可能にする。図６には従来のＶＣＸＯ用の発振回路が示されている。図において１１０は、制御電圧端子である。また、この図にはチップに外付けされる水晶振動子１０２が記載されている。

特許文献２には、温度補償機能を無効にする信号が入力されたときに前記電圧可変容量の両端子を同電位にする制御手段を設けた温度補償型発振器（ＴＣＸＯ）が開示されている。この発振器は、電圧可変容量を備えた発振回路と、該発振回路近傍の温度を検出する温度検出回路と、該温度検出回路の情報に基づいて温度補償信号として電圧信号を生成する温度補償信号生成回路とを有し、前記電圧信号が前記電圧可変容量に与えられることによって発振周波数を略一定に保つ構成をとっており、温度補償機能を無効状態にするために専用の定電圧発生回路を必要とせず、無効状態と有効状態の切換えも簡単に行うことができ、その製造工程において、常温での発振周波数の初期調整作業を容易且つ確実に行うことができ、しかもコスト低減を図ることができる。

特開２００８−７２５５３号公報

特許第４９４９２６５号公報

従来、一般的な集積回路の製造プロセスと同じように、発振器用集積回路においても、それぞれ専用のプロセス、マスクを用いてＶＣＸＯウエハーやＳＰＸＯウエハー等を形成していた。しかしながら、ＶＣＸＯとＳＰＸＯを比べると、ＶＣＸＯは、市場の流通量がＳＰＸＯの１０分の１以下であって、大量生産するには向いていない（図５（ａ）参照）。また、近年のウエハーサイズの大型化に伴ってＳＰＸＯの生産効率は上がるが、少量生産に適したＶＣＸＯでは資源を無駄にすることになる。コストの面でもＶＣＸＯを製造するにはコスト高になる。ウエハーサイズが大きくなるとウエハー１枚当りの取れ高が大きくなるので、ウエハーの流動枚数も少なくなり、大量生産によるコスト削減が困難になる。
本発明は、このような事情によりなされたもので、異種の発振器を同一のプロセス、マスクを用いて製造することにより、製造効率を上げると共にコストを下げ、且つ省資源に資する発振器の製造方法を提供する。

本発明の発振器の製造方法の一態様は、入出力端子間に振動子が接続される反転増幅器と、前記反転増幅器に並列に接続された帰還抵抗と、前記振動子に直列に接続される可変容量素子と、前記可変容量素子の容量の可変を可能とするために前記可変容量素子の一端に制御電圧を供給する周波数電圧制御端子と、前記周波数電圧制御端子と前記可変容量素子との間の電流路に挿入された周波数電圧制御端子入力抵抗とを有する発振器の製造方法であって、前記周波数電圧制御端子を接地電位に常時短絡させる接地手段を形成する周波数電圧制御端子接地工程を有することを特徴としている。前記周波数電圧制御端子接地工程の後に、前記周波数電圧制御端子を前記接地電位から開放するよう前記接地手段の形態を変更して、前記発振器を電圧制御型発振器として使用可能にする周波数電圧制御端子開放工程を有するようにしても良い。

発振器の中でもＶＣＸＯとＳＰＸＯの違いは電圧印加端子である周波数電圧制御端子の有無であり、クロックを出力する機能としては同じである。そのため本発明では、ＶＣＸＯを製造するプロセスを使用してＶＣＸＯとして使用可能な回路構成を有するウエハーを製造する。そのとき、周波数電圧制御端子機能は使わないようにしてＳＰＸＯとして製造する。その後、必要に応じて、トリミング素子等で周波数電圧制御端子機能を使用できるように処理して、これをＶＣＸＯに変更する。この製造方法により、ＳＰＸＯ＋ＶＣＸＯの数量で製品が流動できるので、大量生産による生産効率が向上し、コスト削減が行われ、ウエハーを無駄にすることが減って省資源等が可能になる。

本発明においては、ＶＣＸＯ用のコストの高いプロセスでも、簡単な処理でＳＰＸＯ及びＶＣＸＯを同時に生産できるために、生産効率が向上すると共に、素材であるウエハーを無駄にすることがなく省資源に資するものであり、大量生産によるＶＣＸＯ製造時のコスト削減が可能になる。とくにＰＥＣＬ出力発振器は、バイポーラトランジスタを使用する高価なプロセスを使用するため本発明の製造方法によるコストメリットは大きくなる。

実施例１に係る製造方法により形成された発振回路の回路図。 実施例１の製造方法により製品化したＳＰＸＯ用発回路の回路図。 実施例２の製造方法により製品化したＶＣＸＯ用発振回路の回路図。 図１の発振回路がチップ領域に形成されたシリコンウエハー平面図。 従来（ａ）及び本発明（ｂ）の半導体の製造コストと数量との関係を説明する特性図。 実施例３に係る製造方法により形成された発振回路の回路図。 実施例４に係る製造方法により形成された発振回路の回路図。 従来のＶＣＸＯの回路図。

以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。

図１、図２、図４及び図５を参照して実施例１を説明する。
この実施例では以下の製造方法によって図１に示す発振回路が形成される。即ち、ＶＣＸＯ用発振回路のプロセスを使用すべく回路パターンの焼付けに用いるマスクを準備し、まず、ウエハーの各チップ領域に発振回路を作り込む（ウエハー処理工程）、その後、ウエハーのチップを個片化（ダイシング工程）して、これらをパッケージングし、その後、検査工程を経て製品を完成させる。ここで作られた発振回路は、図４に示すウエハー１０に設けられた各チップ８の領域に作り込まれている。図１にはチップ８内の回路構成が開示されており、チップ８の周辺に設けられた外部端子ＸＴ、ＸＴＮには水晶振動子（図示しない）が反転増幅器と並列に外付けされる。発振器は、この発振回路と水晶振動子とから構成される。なお、図４に示す９は、オリエンテーションフラットを表している。

この発振回路の製造方法は、反転増幅器１と、反転増幅器１の入力及び出力に接続され、前記入力と接地端子（ＧＮＤ）との間に順に直列接続された固定容量素子２及び可変容量素子４と、前記出力と接地端子（ＧＮＤ）との間に順に直列接続された固定容量素子３及び可変容量素子５と、固定容量素子２と可変容量素子４との接続点６１に対して可変容量素子２の容量の可変を可能とし、固定容量素子３と可変容量素子５の接続点６２に対して可変容量素子５の容量の可変を可能とする制御電圧を供給する周波数電圧制御端子（ＶＣ）６と、周波数電圧制御端子６と接続点６１との間に接続された周波数電圧制御端子入力抵抗Ｒ１と、周波数電圧制御端子６と接続点６２との間に接続された周波数電圧制御端子入力抵抗Ｒ２とを順次形成する工程と、前記周波数電圧制御端子６を接地電位に常時短絡させる接地手段７を形成する周波数電圧制御端子接地工程とを有している。

図１において、反転増幅器１の入出力端子間には帰還抵抗Ｒ３が並列接続されている。また、反転増幅器１の出力と固定容量素子３との間には抵抗Ｒ４が接続されている。周波数電圧制御端子６の近傍に接続された接地手段７は、ヒューズ、メモリ、配線マスク等が使用できる。また、パッケージ内で周波数電圧制御端子６に接続することも可能であるが、ボンディグ工程等が必要なので、工程が煩雑になる。

この実施例では、ＶＣＸＯ用発振回路のプロセスを使用しているので、図１に示すように、周波数電圧制御端子６を有しているが、周波数電圧制御端子６には接地手段７が付加されており、接地手段７は有効に働いているので、周波数電圧制御端子６は接地された状態になっている。
したがって、周波数電圧制御端子６に電圧が入力しても電圧制御機能は働かず、一般的なＳＰＸＯ用発振回路になる。この発振回路に水晶振動子を外付けして発振器を構成すれば、ＳＰＸＯが形成される。
この実施例によるプロセスで形成される発振回路の構成は、図１に示される。そして、この実施例で形成される発振器は、ＳＰＸＯであり、図２に示すＳＰＸＯ用発振回路と回路構成が同じである。この発振回路は、ＳＰＸＯとして製品化され販売される。

ＶＣＸＯ用発振回路のコストの高いプロセス（図５（ａ）参照）でもＳＰＸＯは大量生産され、且つＳＰＸＯ、ＶＣＸＯが同時に生産されるので、その量産効果によりＶＣＸＯ製造時のコスト削減が可能になる（図５（ｂ）参照）。

次に、図３及び図５を参照して実施例２を説明する。
実施例１では、ＶＣＸＯ用発振回路を製造するプロセス、マスクを用いてＳＰＸＯを量産したが、この実施例では、実施例１で量産したＳＰＸＯ用発振回路が形成されたウエハーの一部を以下のような処理を施してＶＣＸＯ用発振回路が形成されたウエハーに変えることに特徴がある。即ち、実施例２では、実施例１のＳＰＸＯ用発振回路の製造方法によって得られたＳＰＸＯ用発振回路が形成された一部のウエハーに対して、周波数電圧制御端子６を接地電位から開放するように接地手段７の形態を変更し、ＶＣＸＯ用の発振回路として使用可能にする周波数電圧制御端子開放工程を付加するものである。例えば、接地手段７がヒューズならこれを溶断して周波数電圧制御端子６の電圧制御機能を生じさせる。

この実施例のＶＣＸＯ用発振回路は、図３に示されるように、反転増幅器１と、反転増幅器１の入力及び出力に接続され、前記入力と接地端子（ＧＮＤ）との間に順に直列接続された固定容量素子２及び可変容量素子４と、前記出力と接地端子（ＧＮＤ）との間に順に直列接続された固定容量素子３及び可変容量素子５と、固定容量素子２と可変容量素子４との接続点６１に対して可変容量素子２の容量の可変を可能とし、固定容量素子３と可変容量素子５の接続点６２に対して可変容量素子５の容量の可変を可能とする制御電圧を供給する周波数電圧制御端子６（ＶＣ）と、周波数電圧制御端子６と接続点６１との間に接続された周波数電圧制御端子入力抵抗Ｒ１と、周波数電圧制御端子６と接続点６２との間に接続された周波数電圧制御端子入力抵抗Ｒ２と、周波数電圧制御端子６を接地電位から開放した接地手段７とを備えている。また、反転増幅器１の入出力端子間には帰還抵抗Ｒ３が並列接続されており、反転増幅器１の出力と固定容量素子３との間には抵抗Ｒ４が接続されている。

このように、実施例１の接地手段７が周波数電圧制御端子６を接地電位に常時短絡させて電圧制御機能を無くすようにしているのに対し、実施例２の接地手段７は、周波数電圧制御端子６を接地電位から開放するようにその形態を変更して、発振器をＶＣＸＯとして使用することを可能にしている。
以上の構成を有する図３の発振回路に水晶振動子（図示しない）を外付けしてＶＣＸＯを形成する。水晶振動子は、チップ８の周辺に設けられた外部端子ＸＴ、ＸＴＮに反転増幅器１と並列に接続されている。

以上、実施例１及び、実施例２によれば、従来は、ＳＰＸＯとＶＣＸＯとを形成する場合、それぞれ専用のプロセス、マスクを用いて、それぞれのウエハーにＳＰＸＯ用もしくはＶＣＸＯ用の専用の発振回路を形成していたが、本発明では、ＶＣＸＯを製造する専用のプロセス、マスクを使用してＶＣＸＯとして使用可能な回路構成を有するウエハーを製造すると共に、発振回路に組み込んだ接地手段により、周波数電圧制御端子を常時短絡させてＳＰＸＯ用発振回路とし、さらに、接地手段の形態を変更して周波数電圧制御端子の制御電圧制御機能を生じさせてＶＣＸＯ用発振回路に変えるように構成されているので、ＳＰＸＯとＶＣＸＯの発振回路を製造する際に、１つのＶＣＸＯを製造する専用のプロセス、マスクを用いることになり製造工程が簡略化される。

また、本発明は、ＶＣＸＯ用のコストの高いプロセスでも、簡単な処理でＳＰＸＯ及びＶＣＸＯを同時に生産できるために、素材であるウエハーを無駄にすることがなく省資源に役立つものである。
さらに、図５に示すように、ＶＣＸＯは、ＳＰＸＯより生産量がかなり低い。したがって、両者を同じプロセス、マスクで製造すれば、ＳＰＸＯ＋ＶＣＸＯの生産量は、大きくなり、製造効率が向上すると共にＶＣＸＯ製造のコスト削減が可能になる。

次に、図６を参照して実施例３を説明する。
本発明は異種の発振器を同一のプロセス、マスクを用いて製造することに特徴があり、発振器自体の回路構成は、実施例１及び実施例２に示した形態に限らず、実施例３は、前記実施例とは別な回路構成の例である。
図６の発振回路（チップ）２８は、入出力端子間に振動子（図示しない）が接続される反転増幅器２１と、反転増幅器２１に並列に接続された帰還抵抗Ｒ２３と、反転増幅器２１の出力から振動子への経路中に直列に挿入された直流カット容量２２及び可変容量素子２４と、直流カット容量２２と可変容量素子２４との接続点と接地端子（ＧＮＤ）との間に接続された抵抗素子Ｒ２２とを有している。

そして、可変容量素子２４は、アノード側が直流カット容量２２に接続され、カソード側が振動子（即ち端子ＸＴＮ）に接続されている。また、発振回路２８は、可変容量素子２４と振動子との接続点に対して可変容量素子２４の容量の可変を可能とする制御電圧を供給する周波数電圧制御端子（ＶＣ）２６と、周波数電圧制御端子２６と当該接続点との間に接続された周波数電圧制御端子入力抵抗Ｒ２１とを備え、さらに、実施例１及び実施例２の接地手段に対応する、周波数電圧制御端子２６を接地電位に短絡させる接地手段２７を備えている。図６の発振回路２８は、ＳＰＸＯである。この発振回路に対して、接地手段２７の形態を変更して周波数電圧制御端子２６の制御電圧制御機能を生じさせて（周波数電圧制御端子開放工程）、ＶＣＸＯ用発振回路を形成する。
以上、この実施例では、ＶＣＸＯ用のコストの高いプロセスを用いても、簡単な処理でＳＰＸＯ及びＶＣＸＯを同時に生産できるために、生産効率が向上すると共に、素材であるウエハーを無駄にすることがなく省資源に資するものであり、大量生産によるＶＣＸＯ製造時のコスト削減が可能になる。

次に、図７を参照して実施例４を説明する。
図７の発振回路（チップ）３８は、入出力端子間に振動子（図示しない）が接続される反転増幅器３１と、反転増幅器３１に並列に接続された帰還抵抗Ｒ３３と、反転増幅器３１の出力から振動子への経路中に直列に挿入された直流カット容量３２及び可変容量素子３４と、直流カット容量３２と可変容量素子３４との接続点と接地端子（ＧＮＤ）との間に接続された抵抗素子Ｒ３２とを有している。
そして、可変容量素子３４は、カソード側が直流カット容量３２に接続され、アノード側が振動子（即ち、端子ＸＴＮ）に接続されている。また、この発振回路３８は、可変容量素子３４と直流カット容量３２との接続点に対して可変容量素子の容量の可変を可能とする制御電圧を供給する周波数電圧制御端子（ＶＣ）３６と、周波数電圧制御端子ＶＣと当該接続点との間に接続された周波数電圧制御端子入力抵抗Ｒ３１とを備え、さらに、実施例１及び実施例２の接地手段に対応する、周波数電圧制御端子３６を接地電位に短絡させる接地手段３７を備えている。

図７の発振回路２８は、ＳＰＸＯである。この発振回路に対して、実施例３と同様に、接地手段３７の形態を変更して周波数電圧制御端子３６の制御電圧制御機能を生じさせて（周波数電圧制御端子開放工程）、ＶＣＸＯ用発振回路を形成する。
以上、この実施例では、ＶＣＸＯ用のコストの高いプロセスを用いても、簡単な処理でＳＰＸＯ及びＶＣＸＯを同時に生産できるために、生産効率が向上すると共に、素材であるウエハーを無駄にすることがなく省資源に資するものであり、大量生産によるＶＣＸＯ製造時のコスト削減が可能になる。

１、２１、３１・・・反転増幅器
２、３・・・固定容量素子
４、５、２４、３４・・・可変容量素子
６、２６、３６・・・周波数電圧制御端子（ＶＣ）
７、２７、３７・・・接地手段
８、２８、３８・・・チップ（半導体集積回路）
９・・・オリエンテーションフラット
１０・・・ウエハー
２２、３２・・・直流カット容量
６１、６２・・・接続点

従来、集積回路を製造する際は、製品毎に専用のプロセス、マスクを使用している。発振器用集積回路を形成する場合においても、例えば、ＳＰＸＯとＶＣＸＯとを形成する場合、それぞれ専用のプロセス、マスクを用いて、それぞれのウエハーにＳＰＸＯ用もしくはＶＣＸＯ用の専用の発振回路を形成している。
特許文献１には、発振周波数の電圧制御特性の直線性を確保する電圧制御水晶発振器が開示されている。この発振器は、水晶振動子、反転増幅器、直流カット容量、制御電圧端子、バイアス抵抗及び電圧可変容量素子を備えており、更に電圧可変容量素子に並列接続された発振特性調整用抵抗が設けられている。このような電圧可変容量素子に接続された発振特性調整用抵抗を用いることにより、発振周波数の電圧制御特性の直線性を確保することができ、発振周波数の的確な電圧制御を可能にする。図８には従来のＶＣＸＯ用の発振回路が示されている。図において１１０は、制御電圧端子である。また、この図にはチップに外付けされる水晶振動子１０２が記載されている。

Claims (2)

1. 入出力端子間に振動子が接続される反転増幅器と、前記反転増幅器に並列に接続された帰還抵抗と、前記振動子に直列に接続される可変容量素子と、前記可変容量素子の容量の可変を可能とするために前記可変容量素子の一端に制御電圧を供給する周波数電圧制御端子と、前記周波数電圧制御端子と前記可変容量素子との間の電流路に挿入された周波数電圧制御端子入力抵抗とを有する発振器の製造方法であって、前記周波数電圧制御端子を接地電位に常時短絡させる接地手段を形成する周波数電圧制御端子接地工程を有することを特徴とする発振器の製造方法。
2. 前記周波数電圧制御端子接地工程の後に、前記周波数電圧制御端子を前記接地電位から開放するよう前記接地手段の形態を変更して、前記発振器を電圧制御型発振器として使用可能にする周波数電圧制御端子開放工程を有することを特徴とする請求項１記載の発振器の製造方法。
   
   
   
   
   
   

Images