JP2000077941A - 温度補償型水晶発振器及びその製造方法 - Google Patents
温度補償型水晶発振器及びその製造方法Info
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Abstract
プによる温度補償動作が安定化し、安定した所定発振が
可能で、安価な温度補償型水晶発振器及びその製造方法
を提供する。 【解決手段】 底面に温度補償データが書き込み自在の
ICチップ3が配置されたキャビティー部10を有する容
器体1 の表面に、水晶振動子2 を配置するとともに、該
水晶振動子2 を気密的に封止して成る温度補償水晶発振
器である。前記キャビティー部10の底面に前記水晶振動
子2 に接続する該水晶振動子の発振特性を検出するモニ
タ電極パッド34、35が形成されている。また、水晶振動
子2 を容器体1 の表面に実装した後、ICチップを実装
し、ICチップ3 に温度補償データを書き込む温度補償
水晶発振器の製造方法である。
Description
器等に用いられる温度補償型水晶発振器及びその製造方
法に関する。
信を制御する基準周波数を発生させる非常に重要な部品
である。このような移動体通信機器等に用いられる水晶
発振器は、移動体通信機器の小型化に伴い、容積を非常
に小型化しなくてはならない。
使用しても、周波数が安定化するようにしなくてはなら
ない。
動子の固有温度周波数特性(例えばATカット厚み滑り
水晶振動子の場合には、3次の曲線で示めされる温度周
波数特性を有する)を、周囲の温度に対して周波数が平
坦化するための温度補償が行われている。
ために、発振インバータをはじめ、少なくとも、所定温
度に対する温度補償データを記憶させるメモリ機能、電
圧変換機能、バリキャップダイオード機能、制御機能が
集積化されたICチップを用いて、周囲の温度に対して
変動してしまう水晶振動子の発振周波数を、温度補償デ
ータに基づいて動作するバリキャップダイオードの容量
値を所定値に設定して、発振器全体としての発振周波数
を平坦化していた。
達成する温度補償型水晶発振器としては、特開平10−
28024号に示すような温度補償型水晶発振器が提案
されていた。この温度補償型水晶発振器は、単板状基板
の底面に開口形状が矩形状の枠状脚部とから成り、底面
に開口が矩形状で凹部状のキャビティー部を有した容器
体を用いていた。そして、容器体の表面に水晶振動子
を、容器体のキャビティー部内に制御回路を夫々振り分
けて実装していた。
振器を示す図である。
1、矩形状の水晶振動子51、発振制御用回路を構成する
ICチップ52及び金属製蓋体54とから主に構成されてい
る。
セラミック基板55に、単板状のセラミック基板55の底面
の周囲に形成した開口形状が矩形状の枠状脚部56を一体
的に形成した容器体51を用いていた。これにより、容器
体51の底面にキャビティー部57が形成される。
を仕切る単板状のセラミック基板55には、表面側とキャ
ビティー部57とを導通するビアホール導体58が形成され
ており、その表面には金属製蓋体54を封止するための封
止導体パターン59が形成されている。また、キャビティ
ー部57の底面には、IC電極パッドを含む所定配線パタ
ーン60が形成されている。さらに、枠状脚部56の底面の
例えば一対の長辺側端辺に、夫々2つの外部端子電極61
〜64が形成されている。また、容器体1の一対の短辺の
端面には底面にまで延びる複数の凹み部を形成し、この
凹み部の内壁面に温度補償データ書き込み端子電極65〜
68が形成されている。
動子支持台69、70を介して短冊状の水晶振動子52が導電
性接着材71、72で導電的接合し、さらに、水晶振動子52
を気密的に封止するために封止用導体パターン59を用い
て概略皿状の金属製蓋体54を一体的に接合していた。
53が実装されている。このICチップ53は、IC電極パ
ッドとバンプまたはボンディングワイヤを介して接続さ
れている。さらに、キャビティー部57内には充填樹脂73
が充填・硬化されている。これにより、ICチップ53が
完全に被覆され、耐湿性を向上させている。
装した水晶振動子52は、ビアホール導体58、58を介して
ICチップ53と接続して、ICチップ53は所定配線パタ
ーン60・・・を介して外部端子電極61〜64、温度補償デ
ータ書き込み端子電極65〜68に接続されている。
ップ53に書き込むための書き込み端子電極65〜68が、容
器体51の一対の側面に形成されている。しかし、実際に
は、書き込み端子電極65〜68は、容器体51の側面から底
面にかけて形成されている。
程によって製造される。
プ53などを用意する。
晶振動子52を実装し、金属製蓋体54によって、水晶振動
子52を気密的に封止する。例えば、容器体51の上面に予
めシールリングを周設しておき、金属製蓋体54を載置
し、シーム接合する。
内に、ICチップ53を実装する。具体的には、ICチッ
プ53はキャビティー部57の底面に接合され、ICチップ
53とIC電極パッドを含む所定配線パターン69とをAu
ワイヤを介してボンディング接続する。
充填・硬化する。
込み端子電極65〜68を用いて所定温度補償データをIC
チップ53に書き込み処理を行う。
発振器では、容器体51のセラミック基板によって、水晶
振動子52とICチップ53とを仕切るように分離されてお
り、夫々別個に実装されている。
特性が温度補償回路によって制御できない特性を有して
いたり、発振不良があった場合には、容器体51の底面の
キャビティー部10内にICチップ53を実装して、外部端
子電極61〜64を用いて測定して初めて、水晶振動子52の
不具合状態が判別できる。
た場合、容器体51に実装した水晶振動子52及びICチッ
プ53毎廃棄しなくてはならず、非常にコスト的に不利で
あった。
後、水晶振動子52の発振特性を測定するためのモニタ電
極パッドを、容器体51の外表面に形成しておくことも考
えられる。 しかし、最終的な温度補償型水晶発振器に
おいては、このモニタ電極パッドがプリント配線基板に
実装された後に、外部からの不要な電気ノイズが加わら
ないように処理しなくてはならないという問題がある。
ものであり、その目的は、容器体に実装した水晶振動子
の特性を測定でき、且つ安定した所定発振が可能であ
り、しかも、ICチップの無駄を省き、且つICチップ
の安定した動作が可能で小型化な温度補償型水晶発振器
及びその製造方法を提供するものである。
ャビティー部を有する容器体の上面に、水晶振動子を実
装するとともに、気密封止し、且つ前記キャビティー部
内に、水晶振動子の温度補償を行うためICチップを収
容して成る温度補償型水晶発振器であって、前記キャビ
ティー部の内表面に、前記水晶振動子に接続するモニタ
電極パッドを形成したことを特徴とする温度補償水晶発
振器である。
し、上面に水晶振動子が実装される電極パッドを、該キ
ャビティー部の内表面にモニタ電極パッドを設けた容器
体を準備する工程と、前記容器体の上面に水晶振動子を
実装するとともに、該水晶振動子を前記モニタ電極パッ
ドに接続する前記工程と、前記モニタ電極パッドを用い
て前記水晶振動子の発振特性を測定しつつ、必要に応じ
て発振特性の調整を行う工程と、前記水晶振動子を熱エ
ージングする工程と、前記水晶振動子を蓋体で気密封止
する蓋体を被覆する工程と、前記キャビティー部内にI
Cチップを収容する工程と、前記ICチップに前記水晶
振動子の温度補償を行うための温度補償データを書き込
む工程とから成ることを特徴とする温度補償型水晶発振
器の製造方法である。
た容器体の上面側に水晶振動子が、キャビティー部内に
ICチップが夫々実装されている。即ち、容器体の厚み
方向に水晶振動子とICチップとが配置されているた
め、プリント配線基板上での実装面積を小さくすること
ができる小型な温度補償水晶発振器となる。
異なる収容領域に別々に配置されているため、水晶振動
子のみを長期にわたり収容環境が安定するので、水晶振
動子の発振動作の安定化が可能となる。
の発振特性を測定するモニタ電極パッドが、キャビティ
ー部の内表面に形成されている。従って、モニタ電極パ
ッドが容器体の外表面に露出していないため、プリント
配線基板に温度補償型水晶発振器を実装した後に、外部
からの不要な電気ノイズや電気的な衝撃が加わらないこ
とからも水晶振動子の安定した動作が維持できる。
実装した水晶振動子単独の発振特性を、ICチップの実
装前に測定することができる。これにより、ICチップ
の実装前に水晶振動子の周波数の測定や調整が容易に行
え、且つ温度補償データによって補償し易い水晶振動子
の発振特性とすることができる。
周波数の安定化のために、熱エージング工程を実施する
ものの、この熱エージング工程をICチップの実装前で
行える。これによって、ICチップにとって熱エージン
グ工程による不要な熱印加がないため、安定したICチ
ップの動作が可能になる。
体全体の廃棄を余儀なくされても、ICチップが未実装
状態であるため、ICチップを無駄な消費、その後の無
駄な製造工程を実施する必要がなく、安価な温度補償型
水晶発振器となる。
動子を実装し、水晶振動子の周波数調整を行い、周波数
安定化の熱エージング工程を行っている。そして、水晶
振動子の封止を行った後、ICチップを初めてキャビテ
ィー部内に実装している。
程が終了したのちに、ICチップが実装されるため、I
Cチップにかかる熱履歴回数を減少することができる。
ることができる。また、同時にICチップの電極と接続
部材(バンプやワイヤ)などの接合面で発生するカーゲ
ンダールボイド現象を有効を抑えることもできるため、
接合状態も安定し、これによっても、ICチップの安定
した動作が可能となる。
振器を図面に基づいて詳説する。
面図であり、図2は側面図であり、図3は蓋体省略した
状態の上面図であり、図4は充填樹脂を省略した状態の
下面図である。図5は、内部配線パターンを示す概略平
面図である。尚、図1は、図3のX X線断面を示して
いる。
(以下、表面という)が平坦で且つ下面(以下、底面と
いう)側に凹部状キャビティー部が形成された概略直方
体状の容器体1、矩形状の水晶振動子2、制御回路を構
成するICチップ6及び2つの電子部品素子4、5、金
属製蓋体6及び充填樹脂7とから主に構成されている。
絶縁層1a、1b、異形状の開口を有する概略枠状セラ
ミック絶縁層1c、1dが一体的に積層されて構成され
ている。このセラミック絶縁層1a、1bによって、水
晶振動子2とICチップ3、電子部品素子4、5を仕切
る仕切部8 となり、また、セラミック絶縁層1c、1d
によって枠状脚部9 となる。この枠状脚部9 によって、
仕切部8 の底面に、該底面と枠状脚部9 とに囲まれた凹
部状のキャビティー部10が構成される。
は、各々外部端子電極11〜14が形成されている。ま
た、容器体1の一対の長辺側側面には、ICチップ3に
必要な温度補償データや制御のため各種情報を書き込む
ための複数のIC制御用端子電極15〜18が形成され
ている。
は、その外周を取り囲むように封止用導体パターン19が
形成されており、また、容器体1表面の長手方向の一端
部寄りに水晶振動子2 と接続するための水晶振動子用電
極パッド20、21が並設されている。また、上述の水晶振
動子用電極パッド20、21上には水晶振動子2 を容器体1
の表面との間に所定間隔を形成するための接続用バンプ
22、23が形成されている。尚、本発明では、接続用バン
プ22、23を含めて水晶振動子2が実装される電極パッド
としている。
りに、水晶振動子2 の他方端部側を支持する保持用バン
プ24が形成されている。
動子用電極パッド20、21と接続する2つのビアホール導
体25、26(尚、26は図では省略する)が形成され、セラ
ミック絶縁層1b には、キャビティー部10の底面に導出
する第2のビアホール導体27、28が形成され、さらに、
セラミック絶縁層1aと1bとの層間には両ビアホール
導体25と27、26と28とを接続する内部配線パターン29、
30が形成されている。
には、ICチップ3 と上述のIC制御端子電極15〜18と
を接続し、また、ICチップ3 と電子部品素子4 、5 と
を接続し、さらにICチップ3 、電子部品素子4 、5 と
外部端子電極11〜14と接続する各種配線パターン31・・
・が形成されている。尚、キャビティー部4の底面領域
に各種配線パターン31の一部を構成するIC電極パッド32
・・・、素子電極パッド33・・・が形成されている。
尚、第2 のビアホール導体27、28は、直接または所定配
線パターン31を介して、ICチップ3 の入力電極に接続
するが、同時に、キャビティー部10の底面には、このI
Cチップ3 の発振特性を個別に測定するためのモニタ電
極パッド34、35が形成されている。
端が表面に、他端がキャビティー部10内に導出されるビ
アホール導体25、内部配線パターン29、ビアホール導体
27及びビアホール導体26、内部配線パターン30、ビアホ
ール導体28からなる導電経路が形成されることになる。
は、容器体1 の底面の4隅部に形成した平面部11a 〜14
a と、セラミック絶縁層1c、1dの4つの角部を厚み方向
に概略1/4 円形状の切り欠いた凹部の内壁に形成した端
面部11b 〜14b とから構成されている。また、グランド
電位の外部端子電極13は、容器体1 の表面に形成した封
止用導体パターン19と接続させ、金属製蓋体6 にシール
ド効果を達成させる必要がある。このため、グランド電
位の外部端子電極13に関しては図のようにセラミック絶
縁層1a〜1dの全てを貫通するビアホール導体及び配
線パターンによって、封止用導体パターン19と接続した
り、また、外部端子電極13の端面電極13aを容器体1 の
表面にまで延出して、封止用導体パターン19と接続す
る。
て、セラミック絶縁層1a、1dには形成されておら
ず、セラミック絶縁層1a、1dに挟まれた中間層、例
えばセラミック絶縁層1b、1b部分の長辺の端面に形成さ
れている。従って、図2に示すように、IC制御端子電
極15〜18(図2では15、16)は、容器体1の側
面で底面及び表面に接することが一切ない。これは、表
面側に形成された封止用導体パターン19と短絡を避
け、また、プリント配線基板に半田接合した時、プリン
ト配線基板の配線パターンと短絡を避けるためである。
さらに、IC制御端子電極15〜18は、セラミック絶
縁層1b、1cの長辺側端面に凹み部を形成して、この
凹み部の内壁面に形成されていることが望ましい。これ
により、外部要因、例えば、温度補償型水晶発振器をプ
リント配線基板上に搬送する場合の搬送手段などの書き
込まれたデータが変動し、温度補償動作に誤動作が発生
しないようしている。
〜1dとなるセラミックグリーンを用いて形成する。具
体的には、絶縁層1aとなる矩形状セラミックグリーン
に例えば第1ビアホール導体25、26となる貫通孔を形成
し、モリブデンやタングステンなどの高融点金属ペース
トで貫通孔を充填する。同時に、表面に水晶振動子用電
極パッド20、21となる導体膜、バンプ22〜24となる導体
膜、封止用導体パターン19となる導体膜を上述の導電性
ペーストの印刷により形成する。
グリーンに第2 ビアホール導体27、28となる貫通孔及び
IC制御端子電極15〜18が形成される凹み部を形成し、
上述の高融点金属ペーストで該貫通孔を充填し、該凹み
部の内壁面に導体膜を形成する。同時に、このグリーン
シートのキャビティー部4の底面となる面に、IC電極パ
ッド32、素子電極パッド33、モニタ電極パッド34、35及
びIC電極パッド32、素子電極パッド33と各端子電極11〜
18とを接続し所定回路網を構成する各種配線パターン31
となる導体膜を形成する。
ク絶縁層1bとなるグリーンシートのいずれかに、その
接合面に、第1 のビアホール導体25、26と第2 のビアホ
ール導体27、28とを接続する内部配線パターン29、30を
導体膜を、上述の高融点金属ペーストの印刷により形成
する。
の開口を有する枠状セラミックグリーンに、外部端子電
極の端面部11b 〜14b 及びIC制御端子電極15〜18とな
る切り欠け部及び凹み部を形成し、その内壁表面を上述
の高融点金属ペーストで外部端子電極の端面部11b 〜14
b 及びIC制御端子電極15〜18となる導体膜を形成す
る。
開口を有する枠状セラミックグリーンに、外部端子電極
の端面部11b 〜14b となる切り欠け部を形成し、その内
壁表面を上述の高融点金属ペーストで外部端子電極11〜
14の端面部11b 〜14b となる導体膜を形成する。同時
に、このグリーンシートの底面となる面の4 隅部に概略
矩形状の外部電極端子の平面部 11a〜14a となる導体膜
を形成する。尚、概略矩形状の平面部11a は、端面部11
b 〜14b と導通するように4つの隅部の切り欠け凹部に
まで延出されるように形成される。
・圧着した後、焼成処理を行う。特に、容器体1の表面
に水晶振動子2 を実装し、キャビティー部10にICチッ
プ3を実装するためめ、両面の平坦度が重要である。圧
着工程においては、容器体1の表面を基準面としてプレ
スを行うが、キャビティー部10の底面領域にも均一な圧
力でプレスを行うために、例えばキャビティー部10に補
助充填部材を充填したり、また、プレス先端面が平坦な
上パンチが凸状の治具でプレスを行ったり、絶縁層1
a、1bと絶縁層1c、1dとを分けてプレスを行い、
その後両者をプレスにより圧着を行う。
電極11〜14、IC制御端子電極15〜18、封止用導体パタ
ーン19、水晶振動子用電極パッド20、21、IC電極パッド
32・・・、素子電極パッド33・・・、モニタ電極パッド
34、35、各種配線パターン31バンプ22〜24上にNiメッ
キ、フラッシュ金メッキなどを施して、容器体1が達成
される。
ビアホール導体25〜28及び配線パターン29〜31は、モリ
ブデンやタングステンなどの高融点金属導体からなり、
容器体1 の表面に露出される各電極11〜18、封止用導体
パターン19、各電極パッド20、21、32・・・、33・・
・、モニタ電極パッド34、35及び各種配線パターン31
は、高融点金属導体上にNi層、金層の多層構造とな
る。
封止用導体パターン19との接続構造によって、例えば、
セラミック絶縁層1a〜1dを貫くビアホール導体及び内部
配線パターンを、上述のビアホール導体形成及び配線パ
ターン形成時に同時に形成したり、また、例えばセラミ
ック絶縁層1a、1bの1つの角部のみにも、切り欠け部を
形成し、端面部13b を延出させるよう導体膜を形成すれ
ばよい。これは、グランド電位に限らず、例えば大きな
電流が流れ得る例えばVCC 端子電極11において、所定配
線パターン31に接続させるにあたり、セラミック絶縁層
1c、1dの1つの角部のみならず、脚部9 内にビアホール
導体を形成して、互いに接続させるようにしてもよい。
子用電極パッド20、21上に接続用バンプ22、23、他方端
部側に保持用バンプ24を、導電性ペーストの重ね印刷に
より形成したが、Ag粉末を含む導電性ペーストの塗布
・焼き付けやAg粉末を含む樹脂ペーストの塗布・硬化
などにより形成してもよい。また、接続用バンプ22、23
を所定高さとするために複数回の塗布を行えばよい。好
ましくは、容器体1の表面から接続用バンプ22、23の頂
点部分までの高さは、例えば15〜20μmであり、保
持用バンプ24の頂点部分までの高さは、接続用バンプ2
2、23よりも例えば5〜10μm程度低い値となってい
る。
矩形状の金属枠体であるシールリング36を接合する。シ
ールリング36は42アロイ、コバール、リン青銅などから
なり封止用導体パターン19の形状に対応する構造となっ
ている。このシールリング36は封止用導体パターン19に
ろう付けによって接合されている。
動子2 が配置されている。水晶振動子2 は、所定カッ
ト、例えばATカットされた矩形状の水晶板2aの両主面
に形成された振動電極2b、2c、該振動電極2b、2cから一
方他端部に延出された島状の引出電極部2d、2eとから構
成されている。尚、図3において下面側の振動電極2c及
び引出電極2eは点線で示す。この引出電極2d、2eは、水
晶振動子用電極パッド20、21と導電性接着材2f、2gを介
して接続するものである。
は、水晶板2aの両面に下地としてCrやNi、表面層と
してAgやAuなどの導電性材料の蒸着、スパッタリン
グなどの薄膜技法により被着形成する。
2 は金属製蓋体6 によって気密的に封止されている。金
属製蓋体6 は、コバールや42アロイなどの金属材料か
らなり、例えば0.1mmの厚みであり、容器体1の表
面の封止用導体パターン19にろう付けされた枠状のシー
ムリング36と密接されて溶接・接合される。尚、金属製
蓋体6 の外表面側主面にはNi、アルミニウム等を被着
する。これは、溶接時にろう材が融け表面側主面に回り
込まないようにして、安定かつ強固な溶接時が結成でき
るようにするものである。
制御回路を構成するICチップ3 が実装されている。I
Cチップ3 は、例えば3 次の曲線で示される固有温度周
波数特性による水晶振動子2 の周波数変動を、常温を含
む広い温度範囲で平坦化するように制御するのである。
具体的には、シリコンチップに周知のPNドープによ
り、発振回路を構成する発振インバータ、負荷容量成
分、帰還抵抗に加え、水晶振動子2 の固有温度周波数特
性を平坦化するために必要な温度補償データを記憶する
メモリ部、周囲の温度検知する感温センサ部、バリキャ
ップダイオード、所定温度補償データに基づいて所定電
圧に変換してバリキャップダイオードに供給するDA変
換手段、外部から書き込まれる信号をメモリー部に保持
するAD変換手段、これらの動作を制御するプロセッサ
ー部どから構成されている。
源電圧が供給されるVCC端子、グランド電位となるG
ND端子、水晶振動子2 と接続される水晶接続端子、発
振出力を行うOUT端子、外部から周波数の調整を可能
とするVCON端子、補償データ書き込みのために用い
る例えば4つのデータ書き込み制御端子とを有してい
る。
所定IC電極パッド32、所定配線パターン31を介して外部
端子電極11に導出されている。また、OUT端子は、所
定IC電極パッド32、所定配線パターン31を介して外部端
子電極12に導出されている。
定IC電極パッド32、所定配線パターン31を介して外部端
子電極13に導出されている。VCON端子は所定IC電極
パッド32、所定配線パターン31を介して外部端子電極14
に導出されている。また、2つの水晶接続端子は、所定
IC電極パッド32、所定配線パターン31やモニタ電極34(3
5)、導電経路を介して容器体1 の表面の電極パッド20、
21に各々導出されている。さらに、4つのデータ書き込
み制御端子は、所定IC電極パッド32、所定配線パターン
31を介して各々IC制御端子電極15〜18に導出されてい
る。
装面上にアルミ電極として形成されている。尚、各アル
ミ電極上に金や半田などのバンプを形成しておき、上述
のIC電極パッド32・・・に超音波ボンディングや導電
性フィラーを用いたボンディングなどによって接合及び
接続される。尚、ICチップ6の上面側に各アルミ電極
を形成し、例えばボンディングワイヤを介してIC電極
パッド32・・・に接続しても構わないが、キャビティー
部10の形状が大きくならないよう留意する必要がある。
ンサである。例えば、電子部品4 、5 は、一対の素子電
極パッド33、33間に、Ag粉末を含む導電性樹脂接着材
を介して接合される。
プ3 とOUT 外部端子電極12との間で、一方がグランド電
位となるように接続される。これは、出力信号中にノイ
ズとなる直流成分を除去するものである。
Cチップ3 とVCC 外部端子電極11との間に接続され、VC
C 外部端子電極11に供給される電源電圧に重畳する高周
波ノイズを除去するものである。
Cチップ3 と2つ電子部品4 、5 とがキャビティー部10
の形状に応じて、最も実装スペースを最小にするように
並設されている。
状がICチップ3 の容器体1 の短辺の幅の中心軸上に、
平面形状の小さい電子部品4 、5 が並設されている。即
ち、図中、電子部品4 、ICチップ3 、電子部品5 の順
に配置され、電子部品4 、ICチップ3 、電子部品5 の
全体の配置形状が概略十字形状となっている。
面) 形状は、電子部品4 、ICチップ3 、電子部品5 の
全体の配置構造に略相似関係の概略十字形状となってい
る。
心部10e から各辺に向かって、且つ、容器体1 の4つの
隅部に形成された外部端子電極11〜14の隣接しあう領域
間に延出する張出部10a 〜10d が形成されており、これ
により、概略十字形状となっている。そして、張出部10
a に電子部品5 が主に、張出部10c に電子部品4 が主に
配置されている。中央部10e 及び張出部10b 、10d 部分
にICチップ3 が配置されている。即ち、キャビティー
部10は外部端子電極11〜14の配置箇所を避けて、キャビ
ティー部10に配置するICチップ3 及び電子部品4 、5
の配置形状を考慮して、最も小型化及び外部端子電極11
〜14の接合強度の維持が可能な形状となっている。
チップ3 、電子部品4 、5 を強固に接合させ、また、耐
湿信頼性を向上させるために、充填樹脂7 が充填形成さ
れている。充填樹脂7 は、例えば、少なくとも2種類の
充填樹脂から成り、例えばキャビティー部10底面側に主
に充填・硬化される樹脂層7aと、該樹脂層7a上に充填・
硬化される樹脂層7bである。具体的に、キャビティー部
10の底面側に充填・硬化される収縮率が比較的大きい樹
脂材料で構成される。一般にアンダーフィル樹脂と言わ
れるエポキシ樹脂などの樹脂成分が多い材料である。こ
の樹脂層7aは、少なくともICチップ3 の上面を完全に
被覆する程度に充填・硬化されている。
ャビティー部4の底面との間に充填された樹脂層7aの収
縮によって発生する応力によって、両者の接合強度が向
上する。しかも、ICチップ3 を完全に覆うように形成
された樹脂層7aの収縮によって発生する応力が、ICチ
ップ3 に向かって発生する。これにより、応力がICチ
ップ3 の上面側側からキャビティー部10の底面側に押し
つけるように働き、キャビティー部10の底面に接合した
ICチップ3 の接合強度が向上する。
層7aによって、ICチップ3 や電子部品4 、5 を被覆す
る樹脂層7aの膜厚が薄くなってしまい、その結果、耐湿
性などが充分に得られないという問題を解消するために
充填・硬化されるものである。これにより、キャビティ
ー部10内に実装したICチップ3 や電子部品4 、5 の接
合強度が向上し、また、耐湿性信頼性が向上する。
口面から突出させないようにする。
プリント配線基板に配置するためである。
ビティー部10が形成されており、この容器体1 の表面に
水晶振動子2 が実装されており、容器体1 の底面のキャ
ビティー部10にICチップ3 が実装されている。尚、こ
のキャビティー部10には、同時に電子部品4 、5 が配置
されている。
と、シールリング36と金属製蓋体6 とに囲まれた気密領
域に単独に配置され、ICチップ3 は容器体1 のキャビ
ティー部10内の領域とに実装されており、両者が全く異
なる領域に配置されている。
的に変動しないため、水晶振動子2の安定的な動作が図
れる。
器体1 の仕切り部8 を介して、装置の厚み方向に積層さ
れて配置されているため、温度補償型水晶発振器のプリ
ント配線基板への実装面積も小さくなる。
れた水晶振動子2 に、ビアホール導体25、26、内部配線
パターン29、30、ビアホール導体27、28の導電経路を介
して接続されるモニタ電極パッド34、35が形成されいて
る。
ド34、35が露出することがない。これにより、プリント
配線基板上に温度補償型水晶発振器を接合した後に、外
部からの不要な電気ノイズや電気的な衝撃、浮遊容量な
どが加わらないため、水晶振動子2 の安定した動作が維
持できる。しかも、図4、図5に示すように、ICチッ
プ3によって、モニタ電極パッド34、35が隠蔽されてお
れば、ICチップ3の本体が実質的にグランド電位化さ
れていることから、プリント配線基板とモニタ電極パッ
ド34、35に発生する浮遊容量を遮断することができるた
め、例えば、充填樹脂7 の外表面にシールド電極が不要
となり、プリント配線基板上の配線パターンの引き回し
設計が自由に行える事にもなる。
器体1 に実装した水晶振動子2 単独の発振特性を、IC
チップ3 の実装前に測定することができる。これによ
り、水晶振動子2 の周波数変動の調整が容易に行え、特
に、温度補償データによって補償し易い水晶振動子2 の
発振特性とすることができる。
て、容器体1 全体を廃棄しなくてはならない場合でも、
ICチップ3 が容器体1 に未実装状態であるため、IC
チップ3 を無駄にすることがない。これにより、全体と
して安価な温度補償型水晶発振器となる。
振動子2 の調整した周波数の安定化のために、熱エージ
ング工程を実施するものの、この熱エージング工程で
は、ICチップの実装する必要がない。これは、上述の
ように、水晶振動子2 の発振特性を測定するモニタ電極
パッド34、35がキャビティー部10内に延出されているた
めである。従って、ICチップ3 への熱エージング工程
などの不要な熱印加がないため、安定したICチップの
動作が可能になる。
方法を図6 の工程図を用いて説明する。
成する。詳細な構造及びその形成方法については、上述
した通りである。尚、容器体1の表面には、シームリン
グ36がろう付けなどにより接合しておいても構わない。
2 の選別工程を行う。即ち、水晶振動子2 はカット角の
微小な変動により周波数特性が大きく変化してしまう。
従って、ICチップ3 によって温度補償が可能な水晶振
動子、周波数のバラツキによるランク分けなどが行われ
る。
定特性を満足する良品の水晶振動子2 を容器体1 表面に
実装する。具体的には、容器体1の表面の水晶振動子用
電極パッド20、21上に形成した接続用バンプ22、23と、
水晶振動子2 の引出電極部2d、2eとが合致するように位
置決め載置し、引出電極部2d、2eと電極パッド20、21と
をAg等の導電性接着材2f、2gを用いて両者を接合す
る。尚、水晶振動子5の他端側の下面は、保持用バンプ
24上に載置されて接合が行われるが、この時、導電性接
着材の硬化時に収縮応力が働き、水晶振動子2 の他端側
先端を持ち上げり、容器体1の表面との間に、接続用バ
ンプ22、23の高さに相当する間隙が形成されることにな
る。
2cは、電極パッド20、21、第1のビアホール導体25、2
6、内部配線パターン29、30及び第2ビアホール導体2
7、28を介して、キャビティー部10の底面に形成した所
定配線パターン31及びモニタ電極パッド34、35に導出さ
れることになる。
の周波数の測定を行う。具体的には、キャビティー部10
の底面に形成されたモニタ電極パッド34、35に周波数測
定装置の測定用端子(プローブ)を接触させ、水晶振動
子2 を所定発振させて、周波数を測定する。
の周波数の調整を行う。具体的には、容器体1に接合さ
れた水晶振動子2 の上面側の振動電極2b上に、Agなど
の金属の蒸着を行い、実質的に振動電極2bの質量を変動
させて発振周波数の調整を行う。この時、周波数を調整
して、ICチップ3 で温度補償が行い易いよう、例え
ば、常温での周波数が、要求される周波数に設定したり
する。これにより、ICチップ3 の温度補償動作の信頼
が向上である。また、補償データの情報量が非常に小さ
くて済み、このデータを記憶するメモリ部の小容量化に
よりICチップ3の小型化、低コストに有利である。
程である水晶振動子2 の周波数の測定と(e) 工程である
水晶振動子2 の周波数の調整を同時に行うこともでき
る。
の周波数特性の安定化を行う。具体的には、水晶振動子
2 が接合した容器体1全体を、150〜250℃で熱処
理を行う。この熱処理を一般に熱エージングという。こ
の熱エージングにより、振動電極2b上に被着した周波数
調整用の蒸着物を安定化させる。これにより、水晶振動
子2 の周波数特性が安定化する。また、水晶振動子2 を
接合する導電性ペーストなどに含まれている溶剤などの
不純物を揮発させる。これは、水晶振動子2 を収容する
環境が経時的に変動しないようにするためであり、長期
にわたり水晶振動子2 の所定発振動作の安定化が図れ
る。
前に行われる。これは、不純物を水晶振動子2 の収納領
域から外部に完全に揮発させるためである。また、IC
チップ3 がキャビティー部10に実装される前に行われ
る。これは、ICチップ3 の動作信頼性を低下させる原
因である熱印加の回数を減少させるためである。これに
より、ICチップ3 も同時に動作信頼性が向上する。
による水晶振動子2 の被覆を行う。
ールリング36上に、金属製蓋体6 を載置し、金属製蓋体
6 の周囲をシーム溶接用のローラー電極(図示せず)
で、溶接電流を印加しながら接触移動させて両者を溶接
する。この時、容器体1 表面、シールリング36及び金属
製蓋体6 によって囲まれる水晶振動子2 の収容領域が所
定雰囲気になるようにする。また、その後、必要に応じ
て熱エージング処理をを再度行い、このれは、先の熱エ
ージング工程からこの工程にかけて、収容領域内の不純
物などが侵入してしまうことが考えられ、このような不
純物などを金属製蓋体6 の内表面に付着固定されて、収
容領域が所定雰囲気に保たれるようにするためである。
に収容された水晶振動子2 の最終的な発振特性を、キャ
ビティー部10の底面に形成したモニタ電極パッド34、35
で測定しておくことが望ましい。これは最終工程の温度
補償データを書き込むにあたり、書き込むべきデータの
判断材料とするためである。
3 の前処理を行う。この前処理とは、ICチップ3 の接
合方法によっては省略できる。本実施では、ICチップ
3 をバンプを介してキャビティー部10底面のIC電極パ
ッド32・・・に接合するため、この工程でバンプを形成
する。例えば、ICチップ3 の実装面の各入出力部のア
ルミ電極上に、Auワイヤなどを用いてAuバンプを形
成しておく。
態で、高い熱印加を施すと、AlとAuの拡散スピード
の差によりカーゲンダールボイド現象が発生し、Alと
Auとの接合界面における接続強度が低下するが、上術
のように、熱エージング工程または熱エージング処理を
既に完了しているため、このような問題が起こらない。
をキャビティー部10内に実装を行う。尚、同時に電子部
品4 、5 の実装も行う。
成した各Auバンプと各IC電極パッド32・・・とが合
致するように、ICチップ3 を位置決め載置し、その
後、ICチップ3 に超音波などを印加して互いに融着さ
せる。
パッド33・・・・にAg粉末などを含む導電性樹脂ペー
ストを塗布し、電子部品4 、5 を載置し、導電性樹脂ペ
ーストをキュアー処理して硬化する。
印加させたくない場合には、電子部品4 、5 を実装した
後、ICチップ3 を実装すればよい。
部10内に充填樹脂7 を充填・硬化する。
5 の全体を一般にアンダーフィルと言われる樹脂材料で
完全に覆い硬化し樹脂層7aを形成し、続いてこの樹脂層
7a上に耐湿性に優れたエポキシ樹脂を充填・硬化して樹
脂層7bを形成する。
度の強度しかない接合強度が、このアンダーフィルを特
にICチップ3 の上面にまで被覆されるように形成する
ことにより、飛躍的に向上する。
3 へのデータ書き込み工程である。
装されている水晶振動子2 の周波数特性に応じて、常温
を含む広い温度範囲で発振周波数を平坦化するデータ
と、必要に応じ、このデータを処理するプログラムなど
のデータである。
形成されたIC制御端子15〜18に、例えば、メモリーラ
イタ装置のプローブを接触させて、所定データを書き込
む。
された補償データに基づいて、温度変化による周波数補
償状態を確認し、再度修正が必要な場合、修正補償デー
タを書き込んでも構わない。
は異なり、例えば、所定温度における水晶振動子2 の発
振周波数を、基準周波数からの変動量に応じて、バリキ
ャップダイオードの動作制御によって補正するためのデ
ータである。即ち、感温手段による周囲温度に基づい
て、周波数変位量を補正するために、バリキャップダイ
オードの容量を制御する電圧を適正化するデータであ
る。これにより、水晶振動子2 が有する固有の温度周波
数特性は、常温を含む広い温度範囲で平坦化されること
になる。
晶振動子2 を実装し、図6 の(c) 〜(f) の工程で水晶振
動子2 の周波数測定、調整を行い、さらに、周波数の安
定化の熱エージング工程を行っている。その後、図6 の
(g) の 工程で水晶振動子2の封止を行った後、図6
の(i) 工程で初めて、ICチップ3 をキャビティー部10
内に実装している。
る際には、水晶振動子2 の発振周波数の特性の安定化な
どに必要な熱印加工程は終了しており、ICチップ3 に
かかる熱履歴回数を減少できる。これにより、ICチッ
プ3 の動作信頼性が向上する。
のアルミ電極とAuバンプとの接合部分で発生するカー
ゲンダールボイド現象の発生を抑えることができ、IC
チップの安定した動作及び強固な接合が達成できる。
モニタ電極パッド34、35によって、容器体1 に実装した
水晶振動子2 の発振特性を、ICチップ10の実装前であ
れば、各工程後においても測定することができる。各工
程後の発振特性の結果次第、水晶振動子2 のみを実装し
た状態で容器体1 を廃棄できるため、ICチップ3 を無
駄な消費がなくなり、製造方法の全体をとおして無駄な
作業がなくなり、全体的として、非常に安価な製造方法
となる。
際に、ICチップ3 が実装される前であって、容器体1
に実装された水晶振動子2 の純粋な発振特性(周波数特
性)を、キャビティー部10の底面に形成したモニタ電
極パッド34、35を用いて測定することができる。このた
め、予め温度補償に必要とすされるデータを認識するこ
ともでき、温度補償に必要なデータ工程が非常に効率よ
く行えることになる。
器体11のIC電極パッド32・・・に接続する方法として
は、バンプを用いた超音波融着でおこなっているが、そ
の他に導電性接着材を介在させて接続してもよい。ま
た、ICチップ3 の入出力部の形成位置を上面側にし
て、ボンディングワイヤを用いて接続することもであ
る。
樹脂を避けるべきである。これは、ワイヤが収縮応力に
よって倒れたりすることを防止するためである。即ち、
本実施例であっても、充分なキャビティー部10内でIC
チップ3 を充分な強度で接合できるのであれば、あえて
多層構造とせず、主に耐湿性を重視した1 種類の樹脂材
料で充填樹脂7 を形成してもよい。
しているが、水晶振動子2 の収納領域と、ICチップ3
の収納領域( キャビティー部) との間のリークが完全に
防止できるのであれば、仕切り部8 を単板上基板で構成
しても構わない。この場合には、IC制御用端子電極15
〜18が容器体1 の表面及び底面に隣接しないようにする
ことが重要であるため、枠状脚部9 を多層構造とする。
動子を実装し、底面側にICチップを実装しているた
め、表面面積の小さい小型な温度補償水晶発振器とな
る。
なる領域に収納することができるため、水晶振動子の発
振動作を長期にわたり安定させることができる。
ニタ電極パッドがキャビティー部の底面に形成され、容
器体の外表面に露出していない。このため、水晶振動子
が外部と遮断されることからも、外部要因による動作不
良は発生しない。
り、水晶振動子単独の発振特性を、ICチップの実装前
に測定することができる。水晶振動子の周波数調整や温
度補償データの選択が非常に簡単になる。
に簡単に検出できいるため、ICチップの無駄な消費、
無駄な製造工程の未実施により、安価な温度補償型水晶
発振器となる。
た後に、ICチップを実装している。従って、水晶振動
子の実装に必要な熱処理が、ICチップに印加されず、
ICチップの動作信頼性や実装信頼性を高めることがで
きる。これによっても、ICチップの安定した動作が可
能となる。
プによる温度補償動作が安定化し、安定した所定発振が
可能で、安価な温度補償型水晶発振器及びその製造方法
となる。
である。
である。
略した状態の上面図である。
脂を省略した下面図である。
である。
Claims (2)
- 【請求項1】 下面にキャビティー部を有する容器体の
上面に、水晶振動子を実装するとともに、気密封止し、
且つ前記キャビティー部内に、水晶振動子の温度補償を
行うためICチップを収容して成る温度補償水晶発振器
であって、 前記キャビティー部の内表面に、前記水晶振動子に接続
するモニタ電極パッドを形成したことを特徴とする温度
補償型水晶発振器。 - 【請求項2】下面にキャビティー部を有し、上面に水晶
振動子が実装される電極パッドを、該キャビティー部の
内表面にモニタ電極パッドを設けた容器体を準備する工
程と、 前記容器体の上面に水晶振動子を実装するとともに、該
水晶振動子を前記モニタ電極パッドに接続する前記工程
と、 前記モニタ電極パッドを用いて前記水晶振動子の発振特
性を測定しつつ、必要に応じて発振特性の調整を行う工
程と、 前記水晶振動子を熱エージングする工程と、 前記水晶振動子を蓋体で気密封止する蓋体を被覆する工
程と、 前記キャビティー部内にICチップを収容する工程と、 前記ICチップに前記水晶振動子の温度補償を行うため
の温度補償データを書き込む工程とから成ることを特徴
とする温度補償型水晶発振器の製造方法。
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