JP4549158B2

JP4549158B2 - 水晶発振器の製造方法

Info

Publication number: JP4549158B2
Application number: JP2004316076A
Authority: JP
Inventors: 三浦浩之; 安藤元晴
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2024-10-29
Also published as: JP2006129187A

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の製造方法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６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の容器体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の容器体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の容器体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の容器体２３や第２の容器体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の容器体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２０００―４９５６０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及び水晶振動子のモニター電極を容器体の側面及び下面に形成する場合、容器体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、生産性に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の製造方法において、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容器体の、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て成る水晶発振器の製造方法において、
該容器体となる基板領域と、該基板領域の隣り合う２つの外周辺の外側に設けられた捨て代領域とが、マトリックス状に配列して構成されシート状基板を積層する工程で、該基板領域の該半導体部品の搭載面に水晶振動子のモニター電極を形成し、
該捨て代領域に形成されたモニター電極の引き回しにより、該モニター電極と、該水晶振動子と接続する内層配線とを電気的に接続し、
該基板領域に形成された温度補償制御端子の引き回しにより、該モニター電極と、該半導体部品に設けられた温度補償制御信号が入力される端子が接続する該基板領域の一方の主面に設けられた所定の端子とを電気的に接続し、
該モニター電極で該水晶振動子の周波数測定を行った後、該シート状基板を該基板領域であった該容器体と該捨て代領域に分割し、水晶発振器の形態に個片化すると同時に、該モニター電極の引き回しを切断し、
該モニター電極を用いて水晶発振器の温度補償制御信号を書き込むことを特徴としている。

本発明の水晶発振器によれば、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容器体の、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て成る水晶発振器において、
前記半導体部品の搭載面に形成する温度補償制御端子と、水晶振動子のモニター電極とを共用したことから、半導体部品搭載面の省スペース化が可能となり、結果として水晶発振器の小型化が可能となる。

また、本発明の水晶発振器によれば、上記構成において、温度補償制御端子と、水晶振動子のモニター電極は積層するセラミック基板に形成したことから、水晶振動子の気密性を確保できるとともに、水晶振動子と半導体部品との接続をセラミック基板の内層配線で行うことが可能となり、水晶発振器の信頼性の向上が可能となる。

また、本発明の水晶発振器の製造方法によれば、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容器体の、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て成る水晶発振器の製造方法において、シート状基板を積層する工程で前記半導体部品の搭載面に温度補償制御端子と、水晶振動子のモニター電極を形成し、前記水晶振動子のモニター電極で周波数測定を行った後、前記シート状基板を分割し水晶発振器の形態に個片化した後、前記水晶振動子のモニター電極で周波数測定を行った端子を利用して水晶発振器の温度補償制御信号を書き込むことから、水晶振動子のモニター電極と水晶発振器の温度補償制御端子を共用化することができ水晶発振器の小型化が可能となる。

また、本発明の水晶発振器の製造方法によれば、上記構成において、水晶振動子の周波数測定に用いる前記水晶振動子のモニター電極と、水晶発振器の温度補償制御信号を書き込む温度補償制御端子は共用端子であり、前記シート状基板を分割し水晶発振器の形態に個片化する工程で前記水晶振動子のモニター電極と、水晶発振器の温度補償制御端子との機能の切り換えを行うことから、個片に分割した後は水晶振動子のモニター電極の機能は除外されるので、温度補償制御端子への書き込みを水晶振動子のモニター電極の影響を受けることなく安定して行うことが可能となる。

また、本発明の水晶発振器および水晶発振器の製造方法によれば、水晶振動子のモニター電極と、水晶発振器の温度補償制御端子の引き回しを、前記シート状基板の捨て代領域に形成したことから、個片の状態では不要となる水晶振動子のモニター電極の引き回しを切除す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は本発明のシート状基板３５を水晶発振器に適用した場合に得られる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、容器体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を収容した容器体１を、容器体１の底面の四隅部に外部端子電極９が設けられており、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間に位置する容器体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とその両端の捨て代領域Ｂを示したものである。また、図３はそのシート状基板３５の基板領域Ａの上面図である。また、図２に示す基板領域Ａの上面には基板領域Ａの４隅部に外部端子電極９、水晶発振器のモニター電極３２と温度補償制御端子３２の共用端子が配置され、基板領域Ａ内に温度補償制御端子の引き回し３４が配置されており、捨て代領域Ｂに水晶発振器のモニター電極の引き回し３３が形成されている。

前記容器体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容器体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。前記容器体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、前記容器体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内層配線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内層配線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の四隅部に外部端子電極９が形成され、個々の基板領域Ａに２個の水晶振動子１２のモニター電極３２と温度補償制御端子３２の共用端子が形成され、基板領域Ａ内には温度補償制御端子の引き回し３４が、捨て代領域Ｂには水晶振動子１２のモニター電極の引き回し３３が形成されており、水晶振動子１２のモニター電極の引き回し３３は水晶発振器を個片に切断した際に廃棄される。

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２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あいだに図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。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がひシート状基板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、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。
また、ここでは切断することで水晶振動子１２のモニター電極３２と、水晶発振器の温度補償制御端子３２との機能の切り換えを行っているが、シート状基板の状態でレーザー等の照射でモニター電極の引き回し３３のみを切断し、水晶発振器の温度補償制御端子３２との機能の切り換えを行っても良い。

最後に、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は水晶振動子のモニター電極３２との共用端子であることから、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。

ここで、本発明の特徴部分は図２において、水晶振動子１２のモニター電極の引き回し３３を捨て代領域Ｂに形成し、更に、温度補償制御端子の引き回し３４を基板領域Ａに形成しているところである。この水晶振動子１２のモニター電極の引き回し３３を捨て代領域Ｂに形成することで、集合基板の状態で水晶振動子１２のモニター電極３２により、水晶振動子１２の電気特性を確認し、半導体部品３７の搭載後は水晶発振器の状態に個片化し、捨て代領域Ｂに形成された水晶振動子１２のモニター電極の引き回し３３を切断することで、集合基板の状態では水晶振動子１２のモニター電極３２として利用していた端子を水晶発振器の個片状態では温度補償制御端子３２として利用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。

水晶発振器の温度補償制御端子３２との機能の切り換えを行って、また水晶振動子１２のモニター電極の引き回し３３を捨て代領域Ｂに形成しているが、図５に示すように、水晶振動子１２のモニター電極の引き回し３３を基板領域Ａにして、水晶発振器のモニター電極３２と温度補償制御端子３２の切り換えを半導体部品３７で行うようにしても構わない。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個の基板領域とその両端の捨て代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。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変形例である１個の基板領域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・・・容器体
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・・・内層配線
３２・・・モニター電極（温度補償制御端子）
３３・・・モニター電極の引き回し
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
Ａ・・・基板領域
Ｂ・・・捨て代領域

Claims

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容器体の、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て成る水晶発振器の製造方法において、
該容器体となる基板領域と、該基板領域の隣り合う２つの外周辺の外側に設けられた捨て代領域とが、マトリックス状に配列して構成されシート状基板を積層する工程で、該基板領域の該半導体部品の搭載面に水晶振動子のモニター電極を形成し、
該捨て代領域に形成されたモニター電極の引き回しにより、該モニター電極と、該水晶振動子と接続する内層配線とを電気的に接続し、
該基板領域に形成された温度補償制御端子の引き回しにより、該モニター電極と、該半導体部品に設けられた温度補償制御信号が入力される端子が接続する該基板領域の一方の主面に設けられた所定の端子とを電気的に接続し、
該モニター電極で該水晶振動子の周波数測定を行った後、該シート状基板を該基板領域であった該容器体と該捨て代領域に分割し、水晶発振器の形態に個片化すると同時に、該モニター電極の引き回しを切断し、
該モニター電極を用いて水晶発振器の温度補償制御信号を書き込むことを特徴とする水晶発振器の製造方法。