JP4204873B2

JP4204873B2 - 圧電発振器の製造方法

Info

Publication number: JP4204873B2
Application number: JP2003013724A
Authority: JP
Inventors: 充佐藤; 久杉本
Original assignee: Tokyo Denpa Co Ltd
Current assignee: Tokyo Denpa Co Ltd
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2003-01-22
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2023-01-22
Also published as: JP2004228895A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動子と発振回路を一体とした圧電発振器の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、圧電素子として水晶片を利用し携帯電話等の電子機器においては、例えば、温度補償形水晶発振器（ＴＣＸＯ；Temperature Compensated Crystal Oscillator）などの水晶振動子を利用した水晶発振器が広く利用されている。
【０００３】
このような水晶発振器の構造は各種提案されており、例えば、図６に示すような構造が良く知られている（特許文献１）。
この図６に示す水晶発振器１００は、例えばセラミックからなる、浅い箱形形状の容器１０１に、発振回路を構成するＩＣチップ１０２などが収容される。そして、この容器１０１の上に容器１０３の底面部を接合するようにしている。
容器１０３には水晶片１０４が収容され、蓋１０５によって容器１０３の内部を気密封止することで水晶振動部品１０が構成されている。
【０００４】
しかしながら、上記図６に示したような水晶発振器１００においては、容器１０１に搭載されるＩＣチップ１０２の固着補強のために、図示していないが、ＩＣチップ１０２の周囲にアンダーフィル材を充填する必要がある。
容器１０１の内部に収容したＩＣチップ１０２の周囲にアンダーフィル材を注入するには、容器１０１の壁面とＩＣチップ１０２との間にアンダーフィル材を注入するためのスペースを設ける必要があり、このようなスペースが小型化を図るうえで妨げになっていた。
【０００５】
そこで、上記したような点を考慮した水晶発振器としては、図７に示すような構造のものが提案されている（特許文献２）。
図７（ａ）は、水晶発振器を上方側（圧電振動子の収納側）から見た図であり、図７（ｂ）は下方側（電極端子側）から見た図である。
この図７に示す水晶発振器１１０においては、図７（ａ）に示すように、セラミックを積層して形成した容器１１１の片側（上方側）に設けられた凹部に水晶片１１２を収容し、この開口部に蓋１１３をして密閉構造とする。そして、同図（ｂ）に示すように、容器１１１の反対側にＩＣチップ１１４を搭載するようにしている。
【０００６】
このような水晶発振器１１０では、ＩＣチップ１１４が機器側の基板（以下、「搭載基板」という）に接触しないように、容器１１１の四隅に柱部１１５，１１５・・を設けるようにしている。そして、これらの柱部１１５，１１５・・の先端面にそれぞれ電極端子１１６，１１６・・を形成するようにしている。
【０００７】
しかしながら、上記図７に示した水晶発振器１１０は、電極端子１１６，１１６・・が形成される部分が、柱部１１５，１１５・・とされることから、外部からの衝撃に対して機械的な強度が弱いという欠点がある。
また、容器１１１に搭載されるＩＣチップ１１４の固着補強のために、ＩＣチップ１１４にアンダーフィル材を充填する際に、アンダーフィル材が漏れだしてしまうおそれがあった。
【０００８】
そこで、上記したような点を考慮した水晶発振器として、図８に示すような構造のものが提案されている（特許文献３）。
この図８に示す水晶発振器１２０は、容器１２１において電極端子を形成した部分の強度を確保するため、電極端子間の少なくとも一辺を壁部１２２となるように形成することで、外部からの衝撃に対する機械的な強度の向上を図るようにしている。
また、このように壁部１２２を形成することでアンダーフィル材の漏れだしを防止するようにしている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−３１５９１８号公報
【特許文献２】
特開２０００−２９９６１１号公報
【特許文献３】
特開２００２−１６４５８７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、機器側の小型化に伴い、水晶発振器ではさらなる小型化が求められているが、上記したような構造の水晶発振器１２０においては、ＩＣチップを収容する発振回路部の容器１２１が強度などの点で小型化を図るのに限界がある。このため、上記したような構造では、さらなる小型化は困難であった。
【００１１】
そこで、本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、これまでにない極めて小型サイズの圧電発振器と、そのような圧電発振器の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧電発振器の製造方法は、
ベース基板と、少なくとも発振回路が形成されたＩＣチップを有して構成され、上面電極と下面電極とが形成された発振回路部品と、底面に接続電極が形成された容器に圧電片を収容して構成される圧電振動部品とからなり、前記発振回路部品の上面電極に前記圧電振動部品の接続電極を接合して成る圧電発振器の製造方法として、
複数のベース基板がシート状に形成されているシート状セラミック基板に対して前記発振回路部品を載置する工程と、
前記ベース基板に載置された前記発振回路部品上に対して前記圧電振動部品を載置する工程を備えている。
【００１３】
このような本発明によれば、圧電振動部品の接続電極に対して、発振回路部品の上面電極を直接、接合するようにしているため、圧電発振器の平面サイズを発振回路部品の平面サイズまで小型化することが可能になる。
【００１４】
また、本発明の製造方法においては、少なくとも発振回路が形成されたＩＣチップを備え、上面電極と下面電極とが形成された発振回路部品と、底面に接続電極が形成された容器に圧電片を収容して構成される圧電振動部品とからなり、発振回路部品の上面電極に圧電振動部品の接続電極を接合する際に、複数のベース基板がシート状に形成されているシート状セラミック基板に対して、発振回路部品を載置する工程と、ベース基板に載置された発振回路部品上に対して圧電振動部品を載置する工程を有するようにしたので、シート状セラミック基板を利用して発振回路部品と圧電振動部品の接合を容易に行うことが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
先ず、図１〜図３を用いて本実施の形態とされる水晶発振器の構造について説明する。
図１は、本実施の形態の水晶発振器の構造を示した分解斜視図であり、図２（ａ）には側面図が、図２（ｂ）には底面図がそれぞれ示されている。
また、図３（ａ）には、パッケージＩＣを上方側（圧電振動子の接続側）から見た図であり、図３（ｂ）は下方側（ベース基板側）から見た図である。
【００１６】
これら図１、図２に示す水晶発振器１は、例えば温度補償形水晶発振器（ＴＣＸＯ）であり、ベース基板２と、発振回路部品であるチップサイズパッケージＩＣ（または、ＣＳＰ−ＩＣともいう）４と、水晶振動部品１０とから成る。
ベース基板２は、図２（ａ）に示されているように、例えば矩形状のセラミックから成る。
このようなベース基板２には、図２（ｂ）にも示されているように、外側の底面に電極端子１３，１３・・が形成されている。これらの電極端子１３，１３，・・は、本実施の形態の水晶発振器１が搭載される機器側の搭載基板（図示しない）に設けられている島状電極（ランド）の表面に接続可能とされる。
【００１７】
また、ベース基板２の内側底面には、ＣＳＰ−ＩＣ４に形成されている下面電極１２，１２・・と接続される接続電極３，３・・が設けられている。
これらの接続電極３，３・・・は、ベース基板２に形成されている回路パターン（図示しない）を介してベース基板２の外側底面に設けられている電極端子１３，１３・・と接続されている。
また、接続電極３，３・・の一部は、ベース基板２の長手部分に設けられている補助電極端子６，６・・とも接続されている。
【００１８】
補助電極端子６，６・・は、水晶発振器を作製する際に、水晶発振器ごとに異なる温度補正用の補正データをＣＳＰ−ＩＣ４内のメモリ（図示しない）に書き込むための端子とされる。
【００１９】
チップサイズパッケージＩＣ（以下、「ＣＳＰ−ＩＣ」と表記する）４は、当該温度補償形水晶発振器の温度補償用回路と発振回路とがＩＣチップにより形成されている。そして、そのＩＣチップがチップサイズのパッケージに収納されて発振回路部品を形成している。この場合、チップサイズパッケージＩＣの平面サイズは、少なくとも水晶振動部品１０と同等以下のサイズまで小型化することができる。
【００２０】
このＣＳＰ−ＩＣ４の底面には、図３（ｂ）に示されているように、例えばハンダボールにより下面電極１２，１２・・・が形成されている。
また、その上面には、図３（ａ）に示されているように、上面電極５，５が形成されている。
これら上面電極５，５・・及び下面電極１２，１２・・は、ＣＳＰ−ＩＣ４に用いられている半導体基板（例えばシリコン）に対してスルーホールを形成するなどの方法で電気的に接続されている。
この場合、ＣＳＰ−ＩＣ４の上面電極５，５・・は、水晶振動部品１０の外側底面に設けられている接続電極１１，１１と接続される。
また、ＣＳＰ−ＩＣ４の下面電極１２，１２・・は、ベース基板２の接続電極３，３・・と、例えばハンダや導電性接着剤などの導電性部材を用いて接続される。
【００２１】
即ち、このような本実施の形態の水晶発振器１においては、ＣＳＰ−ＩＣ４の上面電極５，５・・に対して水晶振動部品１０の接続電極１１，１１を接続することで、ＣＳＰ−ＩＣ４内の電子回路と水晶振動部品１０とが電気的に接続されることになる。
また、ＣＳＰ−ＩＣ４の下面電極１２，１２・・に対してベース基板２の接続電極３，３・・を接続することで、ＣＳＰ−ＩＣ４内の回路と、ベース基板２の外側底面や側面に設けられている電極端子１３，１３・・や補助電極端子６，６・・とが電気的に接続されることになる。
【００２２】
水晶振動部品１０は、上記図６に示したように、例えば浅い箱形形状のセラミック製の容器１０３に水晶片１０４を収容し、蓋１０５によって、容器１０３の内部を気密封止して形成される。また、その平面サイズは、例えば２．５ｍｍ×２．０ｍｍ以下にすることができる。
【００２３】
この場合、水晶片１０４は長方形の薄い板状で、両面に蒸着等で金属電極が形成され、この金属電極が容器１０３内に形成された電極引出部と導電性接着剤により接続されている。そして、この電極引出部からスルーホールや容器１０３の内層に形成された導電線路などを経由して、上述したＣＳＰ−ＩＣ４の上面に形成された上面電極５，５・・と接続されることになる。
【００２４】
従って、このように水晶発振器１によれば、水晶発振器の平面サイズをＣＳＰ−ＩＣ４のパッケージサイズまで小さくすることができる。
即ち、従来の水晶発振器では、図６〜図８から分かるように、ＩＣチップを容器内に収納するようにしているため、その平面サイズはＩＣチップより大きい発振回路の容器サイズに依存したものとなっていたが、本実施の形態の水晶発振器１では、発振回路部品をＣＳＰ−ＩＣ４により構成したことで、その平面サイズをＩＣチップのチップサイズまで小型化することができるようになる。
従って、現時点では、水晶発振器１の平面サイズを水晶振動部品１０の小型化可能な平面サイズまで小さくすることができるものである。
【００２５】
また、この場合は温度センサーとしても機能する温度補償用回路が形成されているＣＳＰ−ＩＣ４が、水晶振動部品１０に直接接続されているため、温度補償回路によって水晶振動部品１０の的確な温度補償を行うことができるという利点がある。
さらにＣＳＰ−ＩＣ４と水晶振動部品１０との距離が近いため、ＣＳＰ−ＩＣ４内の回路と水晶振動部品１０を接続する配線パターンの長さを短くできるため、配線パターンのインダクタンスによる影響を最小限に抑えることができる。またその熱伝導性を高くすることができるなどの利点もある。
【００２６】
図４は、上記したような水晶発振器１の製造方法の一例を示した図である。
本実施の形態の水晶発振器１の製造工程としては、先ず、図４（ａ）に示すような複数のベース基板２が形成されたシート状セラミック基板２１に対して、同図（ｂ）に示すようにＣＳＰ−ＩＣ４を載置していく。このとき、ＣＳＰ−ＩＣ４の下面電極の位置と、ベース基板２上の接続電極３，３の位置とが対応するようにＣＳＰ−ＩＣ４を載せ置くようにしている。
そして、次の工程として上記のようにしてシート状セラミック基板２１の各ベース基板２に載置したＣＳＰ−ＩＣ４上に、別途作製した水晶振動部品１０を載せ置くようにしている。
この後、例えばリフローによってベース基板２の接続電極３，３・・とＣＳＰ−ＩＣ４の下面電極１２，１２・・、及びＣＳＰ−ＩＣ４の上面電極５，５・・と水晶振動部品１０の接続電極１１，１１とをハンダ接続することで、ベース基板２とＣＳＰ−ＩＣ４、及び水晶振動部品１０を電気的、機械的に接続する。
そして、シート状セラミック基板２１にＣＳＰ−ＩＣ４と水晶振動部品１０とが接続された状態で、シート状セラミック基板２１に形成されている分割線（図４（ａ）に示した破線）でシート状セラミック基板２１をベース基板２の領域で分割すれば、図１の水晶振動部品１０、ＣＳＰ−ＩＣ４、及びベース基板２を結合した水晶発振器１を得ることができる。
【００２７】
このようにすれば、水晶発振器１を作製するにあたって、ベース基板２に対してＣＳＰ−ＩＣ４を載置する工程、及びＣＳＰ−ＩＣ４に水晶振動部品１０を載置する工程が、シート状セラミック基板２１を利用して行うことができるため、水晶発振器１の製造を容易に行うことができる。
例えば、冶具にベース基板２を並べてＣＳＰ−ＩＣ４を接続する場合と比較すれば、ベース基板２を並べるための冶具、及び冶具にベース基板２を並べる工程が不要になるため、それだけ冶具と製造工程の簡略化を図ることができる。
【００２８】
なお、上記図４に示した水晶発振器の作成方法はあくまでも一例であり、本発明としては、少なくとも、複数のベース基板２が一体で形成されている状態のもとで、ＣＳＰ−ＩＣ４と水晶振動部品１０を載置する工程が含まれていれば良いものとされる。
例えば、シート状セラミック基板２１に対してＣＳＰ−ＩＣ４を載置したら、次にリフローによりシート状セラミック基板２１の接続電極３，３・・とＣＳＰ−ＩＣ４の下面電極１２，１２・・を接合し、その後でＣＳＰ−ＩＣ４上に水晶振動部品１０を載置して、再度リフローによりＣＳＰ−ＩＣ４の上面電極５と水晶振動部品１０の接続電極１１，１１をハンダにより接続するようにして製造することも可能である。
【００２９】
また、これまで説明した水晶発振器１の構造はあくまでも一例であり、例えば図５に示すように、例えばＣＳＰ−ＩＣ４と水晶振動部品１０により構成することも可能である。つまり、ベース基板２を設けないで構成することも可能である。そして、その場合には、ベース基板２の厚み分だけ高さを低くすることができる。またベース基板２が不要になるため、その分の材料費も削減することができるという利点がある。
【００３０】
さらに、本実施の形態では、発振回路部品をチップサイズパッケージにより構成する場合を挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、発振回路部品はチップサイズ以外のサイズ、形状でパッケージ化したものでも良い。
また、発信回路は部品は必ずしもパッケージ化されている必要もなく、ＣＳＰ−ＩＣ４の代わりにＩＣチップ自体を用いて構成することも可能になる。
【００３１】
この場合も、ＩＣチップの半導体基板の両面に電極を形成し、これらの電極と、ＩＣチップにより構成した電子回路を、スルーホールなどにより電気的に接続しておく。そして、例えば図１に示したような構造であれば、ベース基板２上の接続電極３，３・・に対して、ＩＣチップの一方の電極を接続し、他方の電極を水晶振動部品１０の接続電極１１と接続すれば良い。
但し、パッケージＩＣの代わりにＩＣチップを用いて構成する場合は、ＩＣチップの回路面と、この回路面が接続される接続面との隙間には保護材として、例えばエポキシ系の接着剤などをアンダーフィル材として注入し、ＩＣチップの回路面を保護しなければならないことは言うまでもない。
【００３２】
なお、例えば図５に示したような構造であれば、ＩＣチップの上面電極５を水晶振動部品１０の接続電極１１と接続し、ＩＣチップの半導体基板に形成した電極（下面電極１２）を、外部電極端子として利用すれば実現することができる。
【００３３】
本実施の形態においては、水晶発振器１として、温度補償形水晶発振器（ＴＣＸＯ）を例に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、例えば電圧制御形水晶発振器（ＶＣＸＯ；Voltage Controlled Crystal Oscillator）などの水晶振動子を利用した各種水晶発振器に適用可能である。また水晶発振器のみならずレゾネータなどの圧電素子を利用した圧電発振器にも適用可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明の圧電発振器によれば、圧電振動部品の接続電極に、発振回路部品の上面に設けた上面電極を直接接合したことで、圧電発振器の平面サイズを発振回路部品の平面サイズまで小型することができるようになる。
特に、発振回路部品のＩＣチップをチップサイズのパッケージ部品で構成すれば、圧電発振器の平面サイズをＩＣチップのパッケージサイズまで小型化することが可能になる。
【００３５】
また、本発明の圧電発振器の製造方法によれば、多数個のベース基板がシート状に形成されているシート状セラミック基板に対して前記発振回路部品を載置し、ベース基板に載置された前記発振回路部品上に対して前記圧電振動部品を載置すれば、シート状セラミック基板を利用してチップサイズパッケージに収納された発振回路部品と圧電振動部品を接合することが可能になる。
これにより、例えば、冶具にベース基板を並べて発振回路部品を接続する場合と比較すれば、ベース基板を並べるための冶具、及び冶具にベース基板を並べる工程が不要になるため、それだけ冶具と製造工程の簡略化を図ることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態とされる水晶発振器の構造を説明するための分解斜視図である。
【図２】本実施の形態の水晶発振器の側面図及び底面図である。
【図３】チップサイズパッケージＩＣの構造を説明する説明図である。
【図４】本実施の形態の水晶発振器の製造方法の説明図である。
【図５】本実施の形態の水晶発振器の他の構造を示した図である。
【図６】従来の水晶発振器の容器構造を示した図である。
【図７】従来の水晶発振器の容器構造を示した図である。
【図８】従来の水晶発振器の他の容器構造を示した図である。
【符号の説明】
１水晶発振器、２ベース基板、３接続電極、４チップサイズパッケージＩＣ、５上面電極、１０水晶振動部品、１１接続電極、１２下面電極、１３電極端子、２１シート状セラミック基板

Claims

ベース基板と、少なくとも発振回路が形成されたＩＣチップを有して構成され、上面電極と下面電極とが形成された発振回路部品と、底面に接続電極が形成された容器に圧電片を収容して構成される圧電振動部品とからなり、前記発振回路部品の上面電極に前記圧電振動部品の接続電極を接合して成る圧電発振器の製造方法として、
複数のベース基板がシート状に形成されているシート状セラミック基板に対して前記発振回路部品を載置する工程と、
前記ベース基板に載置された前記発振回路部品上に対して前記圧電振動部品を載置する工程、
を有することを特徴とする圧電発振器の製造方法。