JPWO2003085739A1 - 回路モジュールおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
セラミック多層基板や樹脂基板から構成される基板（１１）の第１主面（１１ａ）にキャビティ（１２）を設け、当該キャビティ（１２）内に水晶振動子（１３）を収納する。基板（１１）の第２主面（１１ｂ）上に形成された配線導体（２０）上に表面実装型のチップ部品（１４ａ〜１４ｃ）を実装し、基板（１１）の第２主面（１１ｂ）上にエポキシ樹脂プリプレグシート（１５ａ）を積み重ねて、加熱、圧着し、基板（１１）の第２主面（１１ｂ）上に樹脂層を形成する。上記構成によって、平面方向における小型化を実現するとともに、外部接続の信頼性及び自由度を確保できる回路モジュール及びその製造方法を提供する。
Description
技術分野
本願発明は、実装部品が実装された基板からなり、全体として所定の電子回路を構成する回路モジュールおよびその製造方法、詳しくは、圧電振動器や水晶発振器などの回路モジュールおよびその製造方法に関する。
背景技術
近年、携帯電話などの電子機器の小型化に伴い、プリント基板などの実装基板上には、個々の実装部品ではなく、複数の実装部品が集積された回路モジュールが実装されるようになっている。
このような回路モジュールとしては、例えば、特開２０００−１５１２８３号に開示されたものが知られている。この回路モジュール６０は温度補償型水晶発振器であり、図６に模式的に示すように、基板６１と、基板６１の上面に実装された水晶振動子６２と、基板６１の下面に実装されたＩＣチップやコンデンサなどの実装部品６３と、を備える。
この回路モジュール６０においては、水晶振動素子６２および実装部品６３を実装するため、キャビティ部６４ａ，６４ｂがそれぞれ設けられている。キャビティ部６４ａは、基板６１の上面と、基板６１の上面周縁に設けられたシールリング６５と、に囲まれた空間により構成される。キャビティ部６４ｂは、基板６１の下面と、基板６１の下面周縁に設けられた基板側壁６１ａと、に囲まれた空間により構成される。また、キャビティ部６４ｂは、樹脂６６によりモールドされている。また、基板側壁６１ａの表面には外部接続用の端子電極６７が形成され、基板側壁６１ａの内部には端子電極６７に接続されるビア導体６８が形成されている。
ところで、上記の回路モジュール６０をさらに小型化するためには、平面方向における回路モジュール６０の面積を小さくすることが考えられる。このためには、平面方向におけるキャビティ部６４ｂの面積を小さくするか、あるいは、基板側壁６１ａの幅を小さくする必要がある。
しかし、平面方向におけるキャビティ部６４ｂの面積を小さくすることには限界がある。なぜなら、第一に、実装部品６３をさらに小型化したり、実装部品６３の点数を減らすことは困難だからである。第二に、実装技術の問題から、キャビティ部６４ｂに実装部品６３を実装する際には、基板側壁６１ａから一定の間隔をあけて実装部品６３を実装しなければならないからである。
一方、基板側壁６１ａの幅を小さくしすぎると、基板側壁６１ａの機械的強度を損なうおそれがあり、外部との接続が不確実となるおそれがある。また、基板側壁６１ａの幅にあわせて端子電極６７の面積も小さくする必要があり、端子電極６７と接続される実装基板の配線パターンに制約が生じてしまうという問題がある。
本願発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、平面方向における小型化を実現するとともに、外部接続の信頼性および自由度を確保できる回路モジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。
発明の開示
本願発明に係る回路モジュールは、第１主面と、前記第１主面に対向する第２主面と、を有する基板と、前記基板の第１主面上に設けられたキャビティ内に収納された第１の実装部品と、前記基板の第２主面上に設けられた第２の実装部品と、前記第２の実装部品を埋設するように前記基板の第２主面上に形成された樹脂層と、前記基板の第２主面上に設けられた配線導体と、前記樹脂層の表面に設けられた外部接続用の端子電極と、前記樹脂層の内部に設けられ、前記配線導体と前記端子電極とを接続するビア導体と、を有することを特徴とする。
また、本発明に係る回路モジュールにおいて、前記第１の実装部品は圧電振動子であり、前記圧電振動子および前記第２の実装部品により発振回路が構成されていてもよい。
また、本発明に係る回路モジュールにおいて、前記第１の実装部品は水晶振動子であり、前記水晶振動子および前記第２の実装部品により発振回路が構成されていてもよい。
また、本発明に係る回路モジュールにおいて、前記第１の実装部品は水晶振動子であって、前記水晶振動子および前記第２実装部品の一部分により発振回路が構成されており、前記第２の実装部品の他の一部分により温度補償回路が構成されていてもよい。
また、本発明に係る回路モジュールにおいて、前記基板は、複数のセラミック層を積層してなるセラミック多層基板で構成されていてもよい。
本発明に係る回路モジュールの製造方法は、キャビティが形成された第１主面と、前記第１主面に対向する第２主面と、を有する基板を準備する第１工程と、前記キャビティ内に第１の実装部品を収納する工程と、前記第２主面上に第２の実装部品を設ける第２工程と、前記第２の実装部品を埋設するように前記基板の第２主面上に樹脂層を形成する第３工程と、前記樹脂層の表面に外部接続用の端子電極を設ける第４工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明に係る回路モジュールの製造方法において、前記第３工程は、熱硬化性樹脂を含むプリプレグシートを作製する工程と、前記第２の実装部品を介して、前記プリプレグシートを前記第２主面上に重ねる工程と、前記プリプレグシートを加熱・圧着して、前記第２の実装部品を埋設する樹脂層を前記第２主面上に形成する工程と、を有することが好ましい。
また、本発明に係る回路モジュールの製造方法において、前記第４工程は、前記端子電極を、前記樹脂層を貫通するビア導体を介して、前記基板の第２主面上に設けられた電極と接続する工程を含むことが好ましい。より具体的には、プリプレグシートの一方主面側に金属膜を設け、このプリプレグシートおよび前記金属膜を貫通する貫通孔を形成した後、前記貫通孔に前記ビア導体となる導電性樹脂を充填し、次いで、このプリプレグシートを、前記プリプレグシートの他方主面側から前記基板の第２主面上に加熱・圧着した後、前記金属膜をパターニングすることによって、前記第２主面上に設けられた電極と接続する端子電極を形成することが好ましい。
また、本発明に係る回路モジュールの製造方法において、前記第３工程は、未硬化の熱硬化性樹脂を前記第２主面上にコートし、前記熱硬化性樹脂中に前記第２の実装部品を埋める工程と、前記熱硬化性樹脂を加熱して、前記第２の実装部品を埋設する樹脂層を前記第２主面上に形成する工程と、を有することが好ましい。
また、本発明に係る回路モジュールの製造方法において、前記第４工程は、前記端子電極を、前記樹脂層を貫通するビア導体を介して、前記基板の第２主面上に設けられた電極と接続する工程を含むことが好ましい。より具体的には、前記基板の第２主面上に設けられた電極に達する程度の深さを有し、前記熱硬化性樹脂を貫通する貫通孔を形成した後、前記貫通孔に前記ビア導体となる導電性樹脂を充填して、次いで、前記貫通孔から露出した前記導電性樹脂熱と接続されるように、前記熱硬化性樹脂表面に金属膜を形成し、前記金属膜をパターニングすることによって、前記第２主面上に設けられた電極と接続する端子電極を形成することが好ましい。
発明を実施するための最良の形態
以下、本願発明の実施の形態を示して、その特徴とするところをさらに詳しく説明する。
＜実施形態１＞
（回路モジュールの構造）
図１（ａ）は、本発明に係る回路モジュールとしての温度補償型水晶発振器を示す斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、温度補償型水晶発振器１０は、基板１１と、基板１１の第１主面１１ａ上に設けられたキャビティ１２内に収納された水晶振動子１３と、基板１１の第２主面１１ｂ上に設けられた表面実装型のチップ部品１４ａ〜１４ｃと、チップ部品１４ａ〜１４ｃを埋設するように基板１１の第２主面１１ｂ上に形成された樹脂層１５と、を備える。
基板１１の内部には、内部導体１６および第１のビア導体１７が形成されている。また、キャビティ１２の底面には、水晶振動子１３と接続されるパッド電極１８と、水晶振動子１３の一端を保持するためのバンプ１９が形成されている。また、基板１１の第２主面１１ｂ上には、チップ部品１４ａ〜１４ｃに接続される配線導体２０が形成されている。また、図１（ａ）に示すように、基板１１の側面には側面電極２１が形成されている。なお、図示されていないが、側面電極２１は配線導体２０に接続されている。また、基板１１の第１主面１１ａ上にはシールド２２が配置され、シールド２２によりキャビティ１２が閉じられている。つまり、基板１１およびシールド２２により、いわゆるパッケージが構成されている。
基板１１は、例えば、セラミック多層基板や樹脂基板により構成される。また、本実施形態においては、基板１１の側壁部分と基板１１の平板部分とが一体化されているが、別々の材質で構成されていても構わない。
水晶振動子１３としては、用途に応じて適当な発振周波数のものが用いられる。また、本発明では、キャビティ１２内に水晶振動子１３が収納されているが、その他の実装部品が収納されていても構わない。特に、圧電素子など、樹脂層１５に埋設されると機能しにくくなるような実装部品がキャビティ１２内に収納されることが好ましい。
パッド電極１８、配線導体２０、および側面電極２１としては、例えば、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ−Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄなどの金属を用いることができる。バンプ１９としては、例えば、Ａｕバンプや半田バンプを用いることができる。シールド２２としては、例えば、コバール、４２アロイなどの金属材料を用いることができる。
樹脂層１５の表面には外部接続用の端子電極２３が形成され、樹脂層１５の内部には端子電極２３および配線導体２０に接続される第２のビア導体２４が形成されている。なお、樹脂層１５の表面において端子電極２３が形成されていない部分が、絶縁体からなる保護膜により覆われていてもよい。
樹脂層１５は、例えば、無機フィラーと熱硬化性樹脂とを混合したものからなる。無機フィラーとしては、例えば、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＴｉＯ２などを用いることができる。これらの無機フィラーを用いることにより、放熱性を向上させるとともに、樹脂層１５の流動性、充填製を制御しやすくなる。また、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂などを用いることができる。端子電極２３としては、例えば、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ−Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄなどの金属を用いることができる。第２のビア導体２４としては、例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉなどの金属粒子と、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂などの熱硬化性樹脂と、を混合した導電性樹脂組成物を用いることができる。
チップ部品１４ａ〜１４ｃは、温度補償型水晶発振器１０の回路の一部を担う。チップ部品１４ａ〜１４ｃとしては、例えば、トランジスタ、ＬＣ、ＬＳＩなどの能動素子や、コンデンサ、抵抗、サーミスタなどの受動素子を用いることができる。なお、チップ部品１４ａ〜１４ｃの端子電極については図示を省略している。
本実施形態において、チップ部品１４ａ〜１４ｃのいずれかにＩＣやＬＳＩなどの集積回路部品を用いる場合、集積回路部品は、３次曲線で示される水晶振動子１３の温度周波数特性が周囲温度によって変動しないように制御する機能を果たす。
具体的には、集積回路部品は、発振回路を構成するインバータ素子、容量、抵抗、水晶振動子１３の温度周波数特性を平坦化するために必要な温度補償データが記憶されたメモリ部、周囲の温度を感知する温感センサー部、バリキャップダイオード、温度補償データに基づいてバリキャップダイオードに印加する電圧を変換するＤＡ変換手段、これらの動作を制御するプロセッサー部などを備えている。
また、集積回路部品は、例えば、電源電圧が供給されるＶｃｃ端子、グランド電位となるＧＮＤ端子、水晶振動子１３と接続される水晶接続端子、発振出力を行うＯＵＴ端子、外部からの周波数の調整を可能とするＶｃｏｎｔ端子、温度補償データ書き込みのために用いるデータ書き込み端子などを備えている。これらのうち、Ｖｃｃ端子、ＧＮＤ端子、ＯＵＴ端子、Ｖｃｏｎｔ端子は、樹脂層１５の内部に形成された第２のビア導体２４を介して、外部接続用の端子電極２３と電気的に接続される。また、データ書き込み端子は、配線導体２０を介して基板１１の側面に形成された側面電極２１と電気的に接続されている。
また、集積回路部品などの能動素子を実装する方法としては、例えば、配線導体２０上に金や半田のバンプを形成し、超音波ボンディングを行う方法などが挙げられる。また、集積回路部品の基板１１に対する接合強度を向上させるために、集積回路部品と基板１１との間にエポキシ樹脂などのアンダーフィル樹脂を充填してもよい。
一方、チップ部品１４ａ〜１４ｃのいずれかにコンデンサを用いる場合、コンデンサは、電源電圧に寄生する高周波ノイズを除去したり、温度補償型水晶発振器１０からの出力信号に含まれるノイズ成分を除去する機能を果たす。
また、コンデンサなどの受動素子を実装する方法としては、例えば、導電性接着剤による接着や半田付けなどが挙げられる。
（回路モジュールの回路構成）
図２は、温度補償型水晶発振器１０の回路構成の一例を示す回路図である。図２に示すように、この回路は、発振回路３０、補正電圧発生回路４０、および緩衝増幅回路５０からなる。
発振回路３０は、水晶振動子１３、ベース−エミッタ間をコンデンサ３１ａでつながれたトランジスタ３２、抵抗３３ａ〜３３ｅ、コンデンサ３１ｂ，３１ｃなどにより構成された、コレクタ接地のコルピッツ型発振回路である。
発振回路３０では、抵抗３３ａおよびコンデンサ３１ｃによって電源電圧Ｖｃｃの直流成分がトランジスタ３２のコレクタに印加され、トランジスタ３２のエミッタが抵抗３３ｂを介してグランドに接続され、抵抗３３ｃ，３３ｄによって電源電圧Ｖｃｃが分圧され、トランジスタ３２のベースに印加されている。
また、発振回路３０では、グランドから水晶振動子１３の端子電極に向けて可変容量ダイオード３４を接続しており、抵抗３３ｅを介して補正電圧発生回路４０の出力電圧を水晶振動子１３へ入力させている。
補正電圧回路４０は、周囲の温度変化に応じて水晶振動子１３に印加する出力電圧の特性を変化させることにより、水晶振動子１３の温度周波数特性を打ち消して周波数を安定させるものであり、抵抗、ＮＴＣサーミスタ（いずれも図示せず）などで構成されている。
緩衝増幅回路５０は、コンデンサ５１、トランジスタ５２、抵抗５３ａ〜５３ｄなどにより構成されている。緩衝増幅回路５０では、抵抗５３ａを介して電源電圧Ｖｃｃがトランジスタ５２のコレクタに入力され、抵抗５３ｂおよびコンデンサ５１を介してトランジスタ５２のエミッタがグランドに接続され、抵抗５３ｃ，５３ｄによって電源電圧Ｖｃｃが分圧され、トランジスタ５２のベースに印加されている。
この回路においては、発振回路３０で水晶振動子１３を発振させ、水晶振動子１３の負荷容量を可変容量ダイオード３４に印加する電圧で制御することにより、発振周波数を制御することが可能になる。発振出力は、トランジスタ３２のエミッタにより取り出され、緩衝増幅回路５０で増幅されてトランジスタ５２のコレクタから出力される。また、出力周波数の温度による変動は、補正電圧発生回路４０により補正される。
（回路モジュールの製造方法）
図１に示した温度補償型水晶発振器１０は、例えば以下のようにして作製される。まず、図３（ａ）に示すように、キャビティ１２内に水晶振動子１３が収納された基板１１を準備し、基板１１の第２主面１１ｂ上に形成された配線導体２０上に、チップ部品１４ａ〜１４ｃを実装する。
一方、図３（ｂ）に示すように、一方主面に銅箔２３ａが接合されたエポキシ樹脂プリプレグシート１５ａ（硬化前の樹脂層１５）を準備する。
次に、図３（ｃ）に示すように、エポキシ樹脂プリプレグシート１５ａに、直径１５０μｍの貫通孔２５を形成し、スクリーン印刷により貫通孔２５内部に導電性樹脂２４ａ（硬化前の第２のビア導体２４）を充填する。
次に、図３（ｄ）に示すように、チップ部品１４ａ〜１４ｃを介して、エポキシ樹脂プリプレグシート１５ａを基板１１の第２主面１１ｂ上に重ねて、真空プレスにより、１６０℃、６０分の条件で圧着し、エポキシ樹脂プリプレグシート１５ａを熱硬化させて、樹脂層１５を形成する。
次に、図３（ｅ）に示すように、銅箔２３ａの不要部分を、例えば、フォトリソグラフィー法やエッチング法により除去し、端子電極２３を形成する。
＜実施形態２＞
図４は、本発明に係る回路モジュールとしての温度補償型水晶発振器を示す断面図である。この温度補償型水晶発振器１０ａは、図１に示した温度補償型水晶発振器１０と端子電極２３の形状が異なるだけで、その他の構成は同じである。温度補償型水晶発振器１０ａにおいて、第２のビア導体２４は端子電極２３を貫通していない。
図４に示した温度補償型水晶発振器１０ａは、例えば以下のようにして作製される。まず、図５（ａ）に示すように、キャビティ１２内に水晶振動子１３が収納された基板１１を準備し、基板１１の第２主面１１ｂ上に形成された配線導体２０上に、チップ部品１４ａ〜１４ｃを実装する。
次に、図５（ｂ）に示すように、基板１１の第２主面１１ｂ上を、コーターを用いてエポキシ樹脂材料１５ｂによりコートする。次に、真空オーブン中にて１００℃で１０分程度加熱し、チップ品１４ａ〜１４ｃと基板の第２主面１１ｂとの間の空隙に、エポキシ樹脂材料１５ｂを回り込ませる。なお、このとき、エポキシ樹脂材料１５ｂは半硬化の状態にとどめておく。
次に、エポキシ樹脂材料１５ｂがコートされた基板１１を真空オーブンから取り出し、図５（ｃ）に示すように、エポキシ樹脂材料１５ｂに、直径１５０μｍでちょうど配線導体２０に達する深さの貫通孔２５を形成し、スクリーン印刷により貫通孔２５内部に導電性樹脂２４ａ（硬化前の第２のビア導体２４）を充填する。
次に、エポキシ樹脂材料１５ｂに、片面が粗面化処理された電解銅箔２３ａを重ね、真空プレスにより１６０℃、６０分間の条件で加熱、圧着して、エポキシ樹脂材料１５ｂを硬化させる。これにより、図５（ｄ）に示すように、樹脂層１５が形成されるとともに、貫通孔２５内部に充填された導電性樹脂２４ａが硬化して、第２のビア導体２４が形成される。
次に、図５（ｅ）に示すように、銅箔２３ａの不要部分を、例えば、フォトリソグラフィー法やエッチング法により除去し、端子電極２３を形成する。
上述のように、本発明の回路モジュールにおいては、基板側壁を設けなくても、基板の一方主面に実装部品を実装するとともに同一主面側に外部接続機能を持たせることができる。したがって、まず、基板側壁に起因する小型化の制約を受けないため、回路モジュールの小型化を図ることができる。また、外部接続用の端子電極と接続される第２のビア導体は、構造的に安定した樹脂層の内部に形成されるため、外部接続の信頼性も高い。さらに、外部接続用の端子電極は、面積の広い樹脂層表面に形成されるため、実装基板の配線パターンに合わせやすい。
また、本発明の回路モジュールの製造方法によれば、基板上にプリプレグシートを直接圧着する、あるいは、基板上に樹脂材料を直接コーティングすることにより、容易に回路モジュールを製造することができる。
産業上の利用可能性
以上のように、本願発明の回路モジュールおよびその製造方法は、実装部品を搭載し、所定の電子回路を構成する回路モジュールとして有用であり、特に、圧電振動子や水晶発振子を有する回路モジュールに適している。
【図面の簡単な説明】
図１（ａ）は、実施形態１における温度補償型水晶発振器１０（回路モジュール）を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
図２は、実施形態１における温度補償型水晶発振器１０の回路構成の一例を示す回路図である。
図３（ａ）〜（ｅ）は、実施形態１における温度補償型水晶発振器１０の製造方法を示す工程断面図である。
図４は、実施形態２における温度補償型水晶発振器１０ａを示す断面図である。
図５（ａ）〜（ｅ）は、実施形態２における温度補償型水晶発振器１０ａの製造方法を示す工程断面図である。
図６は、従来の水晶発振器を示す断面図である。
本願発明は、実装部品が実装された基板からなり、全体として所定の電子回路を構成する回路モジュールおよびその製造方法、詳しくは、圧電振動器や水晶発振器などの回路モジュールおよびその製造方法に関する。
背景技術
近年、携帯電話などの電子機器の小型化に伴い、プリント基板などの実装基板上には、個々の実装部品ではなく、複数の実装部品が集積された回路モジュールが実装されるようになっている。
このような回路モジュールとしては、例えば、特開２０００−１５１２８３号に開示されたものが知られている。この回路モジュール６０は温度補償型水晶発振器であり、図６に模式的に示すように、基板６１と、基板６１の上面に実装された水晶振動子６２と、基板６１の下面に実装されたＩＣチップやコンデンサなどの実装部品６３と、を備える。
この回路モジュール６０においては、水晶振動素子６２および実装部品６３を実装するため、キャビティ部６４ａ，６４ｂがそれぞれ設けられている。キャビティ部６４ａは、基板６１の上面と、基板６１の上面周縁に設けられたシールリング６５と、に囲まれた空間により構成される。キャビティ部６４ｂは、基板６１の下面と、基板６１の下面周縁に設けられた基板側壁６１ａと、に囲まれた空間により構成される。また、キャビティ部６４ｂは、樹脂６６によりモールドされている。また、基板側壁６１ａの表面には外部接続用の端子電極６７が形成され、基板側壁６１ａの内部には端子電極６７に接続されるビア導体６８が形成されている。
ところで、上記の回路モジュール６０をさらに小型化するためには、平面方向における回路モジュール６０の面積を小さくすることが考えられる。このためには、平面方向におけるキャビティ部６４ｂの面積を小さくするか、あるいは、基板側壁６１ａの幅を小さくする必要がある。
しかし、平面方向におけるキャビティ部６４ｂの面積を小さくすることには限界がある。なぜなら、第一に、実装部品６３をさらに小型化したり、実装部品６３の点数を減らすことは困難だからである。第二に、実装技術の問題から、キャビティ部６４ｂに実装部品６３を実装する際には、基板側壁６１ａから一定の間隔をあけて実装部品６３を実装しなければならないからである。
一方、基板側壁６１ａの幅を小さくしすぎると、基板側壁６１ａの機械的強度を損なうおそれがあり、外部との接続が不確実となるおそれがある。また、基板側壁６１ａの幅にあわせて端子電極６７の面積も小さくする必要があり、端子電極６７と接続される実装基板の配線パターンに制約が生じてしまうという問題がある。
本願発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、平面方向における小型化を実現するとともに、外部接続の信頼性および自由度を確保できる回路モジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。
発明の開示
本願発明に係る回路モジュールは、第１主面と、前記第１主面に対向する第２主面と、を有する基板と、前記基板の第１主面上に設けられたキャビティ内に収納された第１の実装部品と、前記基板の第２主面上に設けられた第２の実装部品と、前記第２の実装部品を埋設するように前記基板の第２主面上に形成された樹脂層と、前記基板の第２主面上に設けられた配線導体と、前記樹脂層の表面に設けられた外部接続用の端子電極と、前記樹脂層の内部に設けられ、前記配線導体と前記端子電極とを接続するビア導体と、を有することを特徴とする。
また、本発明に係る回路モジュールにおいて、前記第１の実装部品は圧電振動子であり、前記圧電振動子および前記第２の実装部品により発振回路が構成されていてもよい。
また、本発明に係る回路モジュールにおいて、前記第１の実装部品は水晶振動子であり、前記水晶振動子および前記第２の実装部品により発振回路が構成されていてもよい。
また、本発明に係る回路モジュールにおいて、前記第１の実装部品は水晶振動子であって、前記水晶振動子および前記第２実装部品の一部分により発振回路が構成されており、前記第２の実装部品の他の一部分により温度補償回路が構成されていてもよい。
また、本発明に係る回路モジュールにおいて、前記基板は、複数のセラミック層を積層してなるセラミック多層基板で構成されていてもよい。
本発明に係る回路モジュールの製造方法は、キャビティが形成された第１主面と、前記第１主面に対向する第２主面と、を有する基板を準備する第１工程と、前記キャビティ内に第１の実装部品を収納する工程と、前記第２主面上に第２の実装部品を設ける第２工程と、前記第２の実装部品を埋設するように前記基板の第２主面上に樹脂層を形成する第３工程と、前記樹脂層の表面に外部接続用の端子電極を設ける第４工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明に係る回路モジュールの製造方法において、前記第３工程は、熱硬化性樹脂を含むプリプレグシートを作製する工程と、前記第２の実装部品を介して、前記プリプレグシートを前記第２主面上に重ねる工程と、前記プリプレグシートを加熱・圧着して、前記第２の実装部品を埋設する樹脂層を前記第２主面上に形成する工程と、を有することが好ましい。
また、本発明に係る回路モジュールの製造方法において、前記第４工程は、前記端子電極を、前記樹脂層を貫通するビア導体を介して、前記基板の第２主面上に設けられた電極と接続する工程を含むことが好ましい。より具体的には、プリプレグシートの一方主面側に金属膜を設け、このプリプレグシートおよび前記金属膜を貫通する貫通孔を形成した後、前記貫通孔に前記ビア導体となる導電性樹脂を充填し、次いで、このプリプレグシートを、前記プリプレグシートの他方主面側から前記基板の第２主面上に加熱・圧着した後、前記金属膜をパターニングすることによって、前記第２主面上に設けられた電極と接続する端子電極を形成することが好ましい。
また、本発明に係る回路モジュールの製造方法において、前記第３工程は、未硬化の熱硬化性樹脂を前記第２主面上にコートし、前記熱硬化性樹脂中に前記第２の実装部品を埋める工程と、前記熱硬化性樹脂を加熱して、前記第２の実装部品を埋設する樹脂層を前記第２主面上に形成する工程と、を有することが好ましい。
また、本発明に係る回路モジュールの製造方法において、前記第４工程は、前記端子電極を、前記樹脂層を貫通するビア導体を介して、前記基板の第２主面上に設けられた電極と接続する工程を含むことが好ましい。より具体的には、前記基板の第２主面上に設けられた電極に達する程度の深さを有し、前記熱硬化性樹脂を貫通する貫通孔を形成した後、前記貫通孔に前記ビア導体となる導電性樹脂を充填して、次いで、前記貫通孔から露出した前記導電性樹脂熱と接続されるように、前記熱硬化性樹脂表面に金属膜を形成し、前記金属膜をパターニングすることによって、前記第２主面上に設けられた電極と接続する端子電極を形成することが好ましい。
発明を実施するための最良の形態
以下、本願発明の実施の形態を示して、その特徴とするところをさらに詳しく説明する。
＜実施形態１＞
（回路モジュールの構造）
図１（ａ）は、本発明に係る回路モジュールとしての温度補償型水晶発振器を示す斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、温度補償型水晶発振器１０は、基板１１と、基板１１の第１主面１１ａ上に設けられたキャビティ１２内に収納された水晶振動子１３と、基板１１の第２主面１１ｂ上に設けられた表面実装型のチップ部品１４ａ〜１４ｃと、チップ部品１４ａ〜１４ｃを埋設するように基板１１の第２主面１１ｂ上に形成された樹脂層１５と、を備える。
基板１１の内部には、内部導体１６および第１のビア導体１７が形成されている。また、キャビティ１２の底面には、水晶振動子１３と接続されるパッド電極１８と、水晶振動子１３の一端を保持するためのバンプ１９が形成されている。また、基板１１の第２主面１１ｂ上には、チップ部品１４ａ〜１４ｃに接続される配線導体２０が形成されている。また、図１（ａ）に示すように、基板１１の側面には側面電極２１が形成されている。なお、図示されていないが、側面電極２１は配線導体２０に接続されている。また、基板１１の第１主面１１ａ上にはシールド２２が配置され、シールド２２によりキャビティ１２が閉じられている。つまり、基板１１およびシールド２２により、いわゆるパッケージが構成されている。
基板１１は、例えば、セラミック多層基板や樹脂基板により構成される。また、本実施形態においては、基板１１の側壁部分と基板１１の平板部分とが一体化されているが、別々の材質で構成されていても構わない。
水晶振動子１３としては、用途に応じて適当な発振周波数のものが用いられる。また、本発明では、キャビティ１２内に水晶振動子１３が収納されているが、その他の実装部品が収納されていても構わない。特に、圧電素子など、樹脂層１５に埋設されると機能しにくくなるような実装部品がキャビティ１２内に収納されることが好ましい。
パッド電極１８、配線導体２０、および側面電極２１としては、例えば、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ−Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄなどの金属を用いることができる。バンプ１９としては、例えば、Ａｕバンプや半田バンプを用いることができる。シールド２２としては、例えば、コバール、４２アロイなどの金属材料を用いることができる。
樹脂層１５の表面には外部接続用の端子電極２３が形成され、樹脂層１５の内部には端子電極２３および配線導体２０に接続される第２のビア導体２４が形成されている。なお、樹脂層１５の表面において端子電極２３が形成されていない部分が、絶縁体からなる保護膜により覆われていてもよい。
樹脂層１５は、例えば、無機フィラーと熱硬化性樹脂とを混合したものからなる。無機フィラーとしては、例えば、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＴｉＯ２などを用いることができる。これらの無機フィラーを用いることにより、放熱性を向上させるとともに、樹脂層１５の流動性、充填製を制御しやすくなる。また、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂などを用いることができる。端子電極２３としては、例えば、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ−Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄなどの金属を用いることができる。第２のビア導体２４としては、例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉなどの金属粒子と、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂などの熱硬化性樹脂と、を混合した導電性樹脂組成物を用いることができる。
チップ部品１４ａ〜１４ｃは、温度補償型水晶発振器１０の回路の一部を担う。チップ部品１４ａ〜１４ｃとしては、例えば、トランジスタ、ＬＣ、ＬＳＩなどの能動素子や、コンデンサ、抵抗、サーミスタなどの受動素子を用いることができる。なお、チップ部品１４ａ〜１４ｃの端子電極については図示を省略している。
本実施形態において、チップ部品１４ａ〜１４ｃのいずれかにＩＣやＬＳＩなどの集積回路部品を用いる場合、集積回路部品は、３次曲線で示される水晶振動子１３の温度周波数特性が周囲温度によって変動しないように制御する機能を果たす。
具体的には、集積回路部品は、発振回路を構成するインバータ素子、容量、抵抗、水晶振動子１３の温度周波数特性を平坦化するために必要な温度補償データが記憶されたメモリ部、周囲の温度を感知する温感センサー部、バリキャップダイオード、温度補償データに基づいてバリキャップダイオードに印加する電圧を変換するＤＡ変換手段、これらの動作を制御するプロセッサー部などを備えている。
また、集積回路部品は、例えば、電源電圧が供給されるＶｃｃ端子、グランド電位となるＧＮＤ端子、水晶振動子１３と接続される水晶接続端子、発振出力を行うＯＵＴ端子、外部からの周波数の調整を可能とするＶｃｏｎｔ端子、温度補償データ書き込みのために用いるデータ書き込み端子などを備えている。これらのうち、Ｖｃｃ端子、ＧＮＤ端子、ＯＵＴ端子、Ｖｃｏｎｔ端子は、樹脂層１５の内部に形成された第２のビア導体２４を介して、外部接続用の端子電極２３と電気的に接続される。また、データ書き込み端子は、配線導体２０を介して基板１１の側面に形成された側面電極２１と電気的に接続されている。
また、集積回路部品などの能動素子を実装する方法としては、例えば、配線導体２０上に金や半田のバンプを形成し、超音波ボンディングを行う方法などが挙げられる。また、集積回路部品の基板１１に対する接合強度を向上させるために、集積回路部品と基板１１との間にエポキシ樹脂などのアンダーフィル樹脂を充填してもよい。
一方、チップ部品１４ａ〜１４ｃのいずれかにコンデンサを用いる場合、コンデンサは、電源電圧に寄生する高周波ノイズを除去したり、温度補償型水晶発振器１０からの出力信号に含まれるノイズ成分を除去する機能を果たす。
また、コンデンサなどの受動素子を実装する方法としては、例えば、導電性接着剤による接着や半田付けなどが挙げられる。
（回路モジュールの回路構成）
図２は、温度補償型水晶発振器１０の回路構成の一例を示す回路図である。図２に示すように、この回路は、発振回路３０、補正電圧発生回路４０、および緩衝増幅回路５０からなる。
発振回路３０は、水晶振動子１３、ベース−エミッタ間をコンデンサ３１ａでつながれたトランジスタ３２、抵抗３３ａ〜３３ｅ、コンデンサ３１ｂ，３１ｃなどにより構成された、コレクタ接地のコルピッツ型発振回路である。
発振回路３０では、抵抗３３ａおよびコンデンサ３１ｃによって電源電圧Ｖｃｃの直流成分がトランジスタ３２のコレクタに印加され、トランジスタ３２のエミッタが抵抗３３ｂを介してグランドに接続され、抵抗３３ｃ，３３ｄによって電源電圧Ｖｃｃが分圧され、トランジスタ３２のベースに印加されている。
また、発振回路３０では、グランドから水晶振動子１３の端子電極に向けて可変容量ダイオード３４を接続しており、抵抗３３ｅを介して補正電圧発生回路４０の出力電圧を水晶振動子１３へ入力させている。
補正電圧回路４０は、周囲の温度変化に応じて水晶振動子１３に印加する出力電圧の特性を変化させることにより、水晶振動子１３の温度周波数特性を打ち消して周波数を安定させるものであり、抵抗、ＮＴＣサーミスタ（いずれも図示せず）などで構成されている。
緩衝増幅回路５０は、コンデンサ５１、トランジスタ５２、抵抗５３ａ〜５３ｄなどにより構成されている。緩衝増幅回路５０では、抵抗５３ａを介して電源電圧Ｖｃｃがトランジスタ５２のコレクタに入力され、抵抗５３ｂおよびコンデンサ５１を介してトランジスタ５２のエミッタがグランドに接続され、抵抗５３ｃ，５３ｄによって電源電圧Ｖｃｃが分圧され、トランジスタ５２のベースに印加されている。
この回路においては、発振回路３０で水晶振動子１３を発振させ、水晶振動子１３の負荷容量を可変容量ダイオード３４に印加する電圧で制御することにより、発振周波数を制御することが可能になる。発振出力は、トランジスタ３２のエミッタにより取り出され、緩衝増幅回路５０で増幅されてトランジスタ５２のコレクタから出力される。また、出力周波数の温度による変動は、補正電圧発生回路４０により補正される。
（回路モジュールの製造方法）
図１に示した温度補償型水晶発振器１０は、例えば以下のようにして作製される。まず、図３（ａ）に示すように、キャビティ１２内に水晶振動子１３が収納された基板１１を準備し、基板１１の第２主面１１ｂ上に形成された配線導体２０上に、チップ部品１４ａ〜１４ｃを実装する。
一方、図３（ｂ）に示すように、一方主面に銅箔２３ａが接合されたエポキシ樹脂プリプレグシート１５ａ（硬化前の樹脂層１５）を準備する。
次に、図３（ｃ）に示すように、エポキシ樹脂プリプレグシート１５ａに、直径１５０μｍの貫通孔２５を形成し、スクリーン印刷により貫通孔２５内部に導電性樹脂２４ａ（硬化前の第２のビア導体２４）を充填する。
次に、図３（ｄ）に示すように、チップ部品１４ａ〜１４ｃを介して、エポキシ樹脂プリプレグシート１５ａを基板１１の第２主面１１ｂ上に重ねて、真空プレスにより、１６０℃、６０分の条件で圧着し、エポキシ樹脂プリプレグシート１５ａを熱硬化させて、樹脂層１５を形成する。
次に、図３（ｅ）に示すように、銅箔２３ａの不要部分を、例えば、フォトリソグラフィー法やエッチング法により除去し、端子電極２３を形成する。
＜実施形態２＞
図４は、本発明に係る回路モジュールとしての温度補償型水晶発振器を示す断面図である。この温度補償型水晶発振器１０ａは、図１に示した温度補償型水晶発振器１０と端子電極２３の形状が異なるだけで、その他の構成は同じである。温度補償型水晶発振器１０ａにおいて、第２のビア導体２４は端子電極２３を貫通していない。
図４に示した温度補償型水晶発振器１０ａは、例えば以下のようにして作製される。まず、図５（ａ）に示すように、キャビティ１２内に水晶振動子１３が収納された基板１１を準備し、基板１１の第２主面１１ｂ上に形成された配線導体２０上に、チップ部品１４ａ〜１４ｃを実装する。
次に、図５（ｂ）に示すように、基板１１の第２主面１１ｂ上を、コーターを用いてエポキシ樹脂材料１５ｂによりコートする。次に、真空オーブン中にて１００℃で１０分程度加熱し、チップ品１４ａ〜１４ｃと基板の第２主面１１ｂとの間の空隙に、エポキシ樹脂材料１５ｂを回り込ませる。なお、このとき、エポキシ樹脂材料１５ｂは半硬化の状態にとどめておく。
次に、エポキシ樹脂材料１５ｂがコートされた基板１１を真空オーブンから取り出し、図５（ｃ）に示すように、エポキシ樹脂材料１５ｂに、直径１５０μｍでちょうど配線導体２０に達する深さの貫通孔２５を形成し、スクリーン印刷により貫通孔２５内部に導電性樹脂２４ａ（硬化前の第２のビア導体２４）を充填する。
次に、エポキシ樹脂材料１５ｂに、片面が粗面化処理された電解銅箔２３ａを重ね、真空プレスにより１６０℃、６０分間の条件で加熱、圧着して、エポキシ樹脂材料１５ｂを硬化させる。これにより、図５（ｄ）に示すように、樹脂層１５が形成されるとともに、貫通孔２５内部に充填された導電性樹脂２４ａが硬化して、第２のビア導体２４が形成される。
次に、図５（ｅ）に示すように、銅箔２３ａの不要部分を、例えば、フォトリソグラフィー法やエッチング法により除去し、端子電極２３を形成する。
上述のように、本発明の回路モジュールにおいては、基板側壁を設けなくても、基板の一方主面に実装部品を実装するとともに同一主面側に外部接続機能を持たせることができる。したがって、まず、基板側壁に起因する小型化の制約を受けないため、回路モジュールの小型化を図ることができる。また、外部接続用の端子電極と接続される第２のビア導体は、構造的に安定した樹脂層の内部に形成されるため、外部接続の信頼性も高い。さらに、外部接続用の端子電極は、面積の広い樹脂層表面に形成されるため、実装基板の配線パターンに合わせやすい。
また、本発明の回路モジュールの製造方法によれば、基板上にプリプレグシートを直接圧着する、あるいは、基板上に樹脂材料を直接コーティングすることにより、容易に回路モジュールを製造することができる。
産業上の利用可能性
以上のように、本願発明の回路モジュールおよびその製造方法は、実装部品を搭載し、所定の電子回路を構成する回路モジュールとして有用であり、特に、圧電振動子や水晶発振子を有する回路モジュールに適している。
【図面の簡単な説明】
図１（ａ）は、実施形態１における温度補償型水晶発振器１０（回路モジュール）を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
図２は、実施形態１における温度補償型水晶発振器１０の回路構成の一例を示す回路図である。
図３（ａ）〜（ｅ）は、実施形態１における温度補償型水晶発振器１０の製造方法を示す工程断面図である。
図４は、実施形態２における温度補償型水晶発振器１０ａを示す断面図である。
図５（ａ）〜（ｅ）は、実施形態２における温度補償型水晶発振器１０ａの製造方法を示す工程断面図である。
図６は、従来の水晶発振器を示す断面図である。
Claims (12)
- 第１主面と、前記第１主面に対向する第２主面と、を有する基板と、
前記基板の第１主面上に設けられたキャビティ内に収納された第１の実装部品と、
前記基板の第２主面上に設けられた第２の実装部品と、
前記第２の実装部品を埋設するように前記基板の第２主面上に形成された樹脂層と、
前記基板の第２主面上に設けられた配線導体と、
前記樹脂層の表面に設けられた外部接続用の端子電極と、
前記樹脂層の内部に設けられ、前記配線導体と前記端子電極とを接続するビア導体と、
を有する、回路モジュール。 - 前記第１の実装部品は圧電振動子であり、前記圧電振動子および前記第２の実装部品により発振回路が構成されている、請求の範囲第１項に記載の回路モジュール。
- 前記第１の実装部品は水晶振動子であり、前記水晶振動子および前記第２の実装部品により発振回路が構成されている、請求の範囲第１項に記載の回路モジュール。
- 前記第１の実装部品は水晶振動子であって、前記水晶振動子および前記第２実装部品の一部分により発振回路が構成されており、前記第２の実装部品の他の一部分により温度補償回路が構成されている、請求の範囲第１項に記載の回路モジュール。
- 前記基板は、複数のセラミック層を積層してなるセラミック多層基板で構成されている、請求の範囲第１項に記載の回路モジュール。
- キャビティが形成された第１主面と、前記第１主面に対向する第２主面と、を有する基板を準備する第１工程と、
前記キャビティ内に第１の実装部品を収納する工程と、
前記第２主面上に第２の実装部品を設ける第２工程と、
前記第２の実装部品を埋設するように前記基板の第２主面上に樹脂層を形成する第３工程と、
前記樹脂層の表面に外部接続用の端子電極を設ける第４工程と、
を有する、回路モジュールの製造方法。 - 前記第３工程は、熱硬化性樹脂を含むプリプレグシートを作製する工程と、
前記第２の実装部品を介して、前記プリプレグシートを前記第２主面上に重ねる工程と、
前記プリプレグシートを加熱・圧着して、前記第２の実装部品を埋設する樹脂層を前記第２主面上に形成する工程と、
を有する、請求の範囲第６項に記載の回路モジュールの製造方法。 - 前記第４工程は、前記端子電極を、前記樹脂層を貫通するビア導体を介して、前記基板の第２主面上に設けられた電極と接続する工程を含む、請求の範囲第７項に記載の回路モジュールの製造方法。
- プリプレグシートの一方主面側に金属膜を設け、このプリプレグシートおよび前記金属膜を貫通する貫通孔を形成した後、前記貫通孔に前記ビア導体となる導電性樹脂を充填し、次いで、このプリプレグシートを、前記プリプレグシートの他方主面側から前記基板の第２主面上に加熱・圧着した後、前記金属膜をパターニングすることによって、前記第２主面上に設けられた電極と接続する端子電極を形成する、請求の範囲第８項に記載の回路モジュールの製造方法。
- 前記第３工程は、未硬化の熱硬化性樹脂を前記第２主面上にコートし、前記熱硬化性樹脂中に前記第２の実装部品を埋める工程と、
前記熱硬化性樹脂を加熱して、前記第２の実装部品を埋設する樹脂層を前記第２主面上に形成する工程と、
を有する、請求の範囲第６項に記載の回路モジュールの製造方法。 - 前記第４工程は、前記端子電極を、前記樹脂層を貫通するビア導体を介して、前記基板の第２主面上に設けられた電極と接続する工程を含む、請求の範囲第１０項に記載の回路モジュールの製造方法。
- 前記基板の第２主面上に設けられた電極に達する程度の深さを有し、前記熱硬化性樹脂を貫通する貫通孔を形成した後、前記貫通孔に前記ビア導体となる導電性樹脂を充填して、次いで、前記貫通孔から露出した前記導電性樹脂熱と接続されるように、前記熱硬化性樹脂表面に金属膜を形成し、前記金属膜をパターニングすることによって、前記第２主面上に設けられた電極と接続する端子電極を形成する、請求項１１に記載の回路モジュールの製造方法。
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