JP2004235719A - 圧電発振器とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水晶振動素子と発振回路用ＩＣを収容したパッケージの側面に、温度補償用データを書き込む調整用端子を設けた水晶発振器は、小型化が困難である。
【解決手段】ウエハ状に区切られて連接されたＩＣのそれぞれの上面の調整用端子１７から温度補償データを書き込み、下面に直接水晶振動素子１４と発振器入出力端としての金属ボール１５を固着して発振器を構成し、その後、個々の発振器として分離して水晶発振器１０を完成させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯無線端末等に使用される水晶発振器に関し、特に小型化された構造の水晶発振器の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、無線通信機器、特に携帯無線端末の高機能化と小型軽量化が進められ、それに使用される部品に対しても小型化への要望が極めて強くなっている。そして、携帯無線端末に広く使用される水晶発振器においても同様に、小型化が図られている。
図４は、従来の水晶発振器の一例を示す縦断面図である。同図に示すように、本水晶発振器３０は、上方に開口する２段の凹部３１、３２を有するパッケージ３３と、水晶振動素子３４と、発振回路用のＩＣ３５と、金属蓋３６とで構成される。
【０００３】
前記パッケージ３３は積層型セラミック基板で構成され、前記上段の凹部３１底面には図示しないパターン電極が設けられ、該パターン電極に片持ち支持で前記水晶振動素子３４が固着されている。また、前記パッケージ３３下段の凹部３２底面には図示しないパターン電極が設けられ、該パターン電極に前記ＩＣ３５がはんだ付けされている。
そして、前記パッケージ３３は、水晶振動素子３４と発振回路用のＩＣ３５を装着した状態で、開口部を前記金属蓋３６でシーム溶接等によって密封した構造となっている。
【０００４】
前記水晶振動素子３４の２出力は、パッケージ３１上段の凹部３１底面のパターン電極より接続導体（図示しない）によって前記発振回路用のＩＣ３５に接続され、該ＩＣ３５の発振出力端、電源入力端、周波数制御用信号入力端及び接地端（それぞれ図示しない）は、それぞれ前記下段の凹部３２底面のパターン電極より接続導体（図示しない）によってパッケージ３３の下面四隅に設けられた入出力パッド電極３７に接続されている。
【０００５】
本水晶発振器３０が、例えば温度補償型水晶発振器の場合、前記ＩＣ３５は発振回路のほかに、温度補償回路、メモリ及び付随する回路を備えている。そのため、該ＩＣ３５は、前述の端子のほかに温度補償データ書き込み用の調整用端子（図示しない）を有し、該調整用端子は、パッケージ３３下段の凹部３２底面のパターン電極より内部接続導体（図示しない）によってパッケージ３３側壁３８に設けられた調整用電極３９に接続されている。
そして、本水晶発振器３０の組立て工程における調整時に、温度補償データを書き込むための調整装置のコンタクトピンを前記調整用電極３９に接触させて、温度補償データがＩＣ３５のメモリに書き込まれる。
【０００６】
ＩＣ３５のメモリに温度補償データが書き込まれて後は、前記調整用電極３９が使用されることはない。さらに、本水晶発振器３０を携帯無線端末等の装置のマザーボードにはんだ付けして使用するときに、前記調整用電極３９がマザーボード上の回路パターンと接触することのないように、前記調整用電極３９はパッケージ３３の側壁３８に設けられる。
このようにパッケージの側壁に調整用電極を備えたものは、例えば特開平７―９９４１３号公報の図４、図５にて開示されている。本水晶発振器３０を携帯無線端末等の装置に使用する場合は、装置のマザーボードの回路パターンに前記入出力パッド電極３７がはんだ付けされて使用される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構造の水晶発振器３０において、前記調整用電極３９がその電極面をパッケージ３３の側壁３８の最上端にまで広げて設けられると、調整用電極３９が側壁３８上面の金属蓋３６溶接部に接触することになり、また、パッケージ３３側壁３８の最下端にまで広げて設けられると、本水晶発振器３０を装着する装置等のマザーボードに接触することになる。
そのため、調整用電極３９は、側壁３８の最上端及び最下端と所定のスペースを設けて上下方向中央部に配置しなければならず、このスペースの確保と、コンタクトピンとの確実な接触を実現するために必要な面積を維持しようとすると、本発振器の低背化の妨げとなるという問題があった。
【０００８】
また、本発振器３０は、前記発振回路用のＩＣ３５を収容する下段の凹部３２と、底面に入出力用パターン電極３７とを有しているので、発振器全体の形状がが大きくなり、これらのことが本発振器の小型化を妨げる原因となっている。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、小型化を可能とする構造の圧電発振器の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明の圧電発振器においては、上面にはデータ用端子を、下面の中央寄りの位置には圧電振動子を実装するための振動子接続端子群を、下面の周縁には発振器入出力端子群をそれぞれ備えた発振回路用ＩＣの前記振動子接続端子群に圧電振動子を実装すると共に、前記発振回路用ＩＣの発振器入出力端子群に金属ボールを導通固定したものであって、該金属ボールが前記圧電振動子よりも下側に突出していることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の圧電発振器であって、前記金属ボールの直径が前記圧電振動子の高さよりも大きいことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の圧電発振器であって、前記発振回路用ＩＣには温度補償回路が含まれており、前記データ用端子より温度補償用データを書き込むことにより温度補償を行うことを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の圧電発振器であって、前記圧電振動子が水晶振動子であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、上面にはデータ用端子を備え、下面の中央寄りの位置には圧電振動子を接続するための振動子接続端子群を、下面の周縁には発振器入出力端子群をそれぞれ備えた発振回路用ＩＣの前記振動子接続端子群に圧電振動子を実装し、前記発振器入出力端子群に金属ボールを導通固定した構造の圧電発振器の製造方法であって、前記発振回路用ＩＣは、ウエハ状に区切られたシリコン基板上に構成されて格子状に連接したＩＣ群のうちの個々のＩＣであって、連接されたそれぞれの発振回路用ＩＣの前記振動子接続端子群に所定の圧電振動子を実装すると共に、該発振回路用ＩＣ上面のデータ用端子より発振回路温度補償用データを書き込んだ後、前記発振器入出力端子群に前記圧電振動子より高背の金属ボールを導通固定した後、前記連接したＩＣ群を個々のＩＣに分離することによって圧電発振器として完成されることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した実施の形態に基づいて説明する。
図１は、本発明に係わる圧電発振器としての水晶発振器の実施の一形態例を示す構造図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は外観斜視図である。
同図に示すように、本水晶発振器１０は、発振回路用のＩＣ１１と、水晶振動子１４と、発振器の入出力用及び本発振器の装着用端子としての金属ボール１５とで構成される。
ここで、前記金属ボール１５は、金属を球形に加工したものだけでなく、耐熱性樹脂を球状とし、その表面に金属膜を付着したタイプを含む。
前記水晶振動子１４は、例えば、上方に開放した凹部内底面に前記水晶振動素子１２を装着し、前記凹部開放部を金属蓋１３で密封したものであって、凹部外底面に２出力端と接地端（それぞれ図示しない）を備えており、図では該水晶振動子１４の上下の向きを逆にして、前記２出力端及び接地端をＩＣ１１の下面に設けられた後述する振動子接続端子群１６にはんだ付けすることによって固着されている。
【００１２】
前記発振回路用のＩＣ１１には、上面に発振器の温度補償回路用の温度補償データを書き込む調整用端子（データ端子）１７が設けられ、下面には中央寄りの位置に前記水晶振動子１４の２出力端と接地端に対応した振動子接続端子群１６が、また、下面周縁に発振出力端、電源入力端、周波数制御用端子、及び接地端等の発振回路入出力端子群１８が設けられている。
なお、前記ＩＣ１１の上面には、前記調整用端子の端子面の保護のためにコーティング剤１９を塗布している。（図１（ｂ）では図示しない）
前記ＩＣ１１の発振回路入出力端子１８に、本発振器１０の入出力端としての前記金属ボール１５が、例えばはんだ付けによって導通固定される。このとき、金属ボール１５が水晶振動子１４よりも下側に突出するように、例えば、該金属ボール１５の直径を前記水晶振動子１４の高さより大きく設定しておく。これにより、該金属ボール１５は装着用端子として機能することができる。
【００１３】
本発振器の製造方法の特徴は、以下に述べるとおりである。
通常、発振回路用のＩＣは、発振器に使用される以前の初期段階においては、ウエハ状に区切られたシリコン基板にそれぞれ１組の発振回路を構成するＩＣ群が格子状に連接されており、前記ウエハ状のＩＣ群から１個ずつの個片のＩＣに分離し、そのＩＣと水晶振動子とが組み合わされて発振器が構成される。
しかるに、本発明においては、次の手順で水晶発振器を組立てる。図２は、本発明による水晶発振器１０の組立てのフローを示す図である。なお、図面の符号は説明を簡単にするため、連接したＩＣ群を除いて図１の符号を用いる。
【００１４】
同図に示すように、本水晶発振器１０は、
（１） 上面に調整用端子１７を、下面に振動子接続端子１６と発振回路入出力端子１８を備えた個々のＩＣがウエハ状に連接したＩＣ１１’に対して
（２） それぞれのＩＣの下面の振動子接続端子１６に、それぞれ所定の水晶振動子１４をはんだ付けする。
（３） 温度補償用データを書き込むための調整装置のコンタクトピンを、個々のＩＣの上面の調整用端子１７に接触させて、調整装置より温度補償用データを書き込む。
（４） ＩＣ上面にコーティング剤１９を塗布して前記調整用端子１７の端子面を保護する。
（５） ＩＣ下面の発振回路入出力端子１８に、それぞれ発振器入出力端としての金属ボール１５をはんだ付けする。
（６） ウエハ状に連接されたＩＣ群１１’を個別のＩＣに分割して個々の水晶発振器１０として完成させる。
【００１５】
図３は、本発明に係わる圧電発振器としての水晶発振器の変形実施例を示す縦断面図である。
同図に示すように、本水晶発振器２０は、発振回路用のＩＣ１１と、水晶振動子１４と、金属ボール１５とで構成される。
前記発振回路用のＩＣ１１は、上面に調整用端子（データ端子）１７が、下面には中央寄りの位置に振動子接続端子群１６が、また、下面周縁に発振回路入出力端子群１８がそれぞれ設けられている。
前記水晶振動子１４は、内部に水晶振動素子１２を装着し、金属蓋１３で密封したものであって、底面（図では上面）に２出力端と接地端（それぞれ図示しない）を備えており、前記２出力端及び接地端をＩＣ１１の下面の振動子接続端子群１６にはんだ付けすることによって固着されている。
【００１６】
前記ＩＣ１１の発振回路入出力端子１８には、本発振器１０の入出力端としての前記金属ボール１５がはんだ付けによって固定される。そして、該金属ボール１５は水晶振動子１４よりも下側に突出するように、例えば、金属ボール１５の直径を前記水晶振動子１４の高さより大きく設定してあり、該金属ボール１５は装着用端子として機能することができる。
そして、前記ＩＣ１１の上面には前記調整用端子の端子面の保護のためにコーティング剤１９を塗布しており、また、下面には、前記金属ボール１５が装着用の端子として機能できるように最下端を残して全面に絶縁性の樹脂２１を充填している。
本例に示す水晶発振器２０は、ＩＣ１１の下面に絶縁性樹脂２１を充填することを除いて、図１に示す水晶発振器１０と構成、構造及び機能は全く同じであり、同一符号をもつ部分についての詳細説明は省略する。
【００１７】
本例の水晶発振器２０の製造方法は、図１の水晶発振器１０の製造方法に、絶縁性樹脂２１を充填工程を追加したものである。即ち、水晶発振器２０の組立てのフローは、図２に示される工程（５）の次に、以下に述べる（５）’の工程を追加すれば良い。
（５）’ ＩＣ下面全面に、各金属ボール１５の最下端を装着用の端子として機能させるべく露出するように、絶縁性樹脂２１を充填する。
この工程の後に、図２の工程（６）のように、前記絶縁性樹脂２１と共にウエハ状の基板を分割すればよい。
本実施例のように、絶縁性樹脂２１を充填すれば、通常アース電位を持つ前記水晶振動子１４の金属蓋１３と、該水晶発振器２０を使用する携帯端末等の機器のマザーボードとの間の絶縁が確実になると共に、金属ボール１５と発振回路用ＩＣ１１の発振回路用入出力端子群１８との間の機械的強度が向上する。
【００１８】
本発明の水晶発振器１０あるいは２０を使用する場合は、前記ＩＣ１１に固定された発振器入出力端としての金属ボール１５を、携帯端末等の機器のマザーボードのプリントパターンにはんだ付けして使用し、前記金属ボール１５を介して、電源電力の供給を受け、発振出力を提供する。
上記製造方法とすることによって、本水晶発振器は、発振回路用ＩＣを収容し該ＩＣに温度補償データ書き込むための調整用端子を有するパッケージを必要とせず、極めて小型の水晶発振器を構成することができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の水晶発振器は、調整用端子を上面に備え、ウエハ状に連接した発振回路用ＩＣの下面の水所振動子接続端子に、直接水晶振動子と、発振器入出力端としての金属ボールとを固着して発振器を構成した後に、連接したウエハ状のＩＣを分離して、個々の水晶発振器として完成させるようにした。そのため、従来のように振動子と発振回路用ＩＣを同一のパッケージの凹部に収容し、あるいは、それぞれのパッケージの凹部に収容して接合し、そのパッケージの側壁に、温度補償データを発振回路用ＩＣに書き込むための調整用端子を設ける必要がない。
また、発振回路用ＩＣの下面全面に絶縁性樹脂を充填することによって、機械的強度も増大する。
したがって本発明の製造方法によれば、大型のパッケージを必要とせず、且つ、製造工程が簡素化されるて、小型で低コストの圧電発振器を提供する上で大いに効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる水晶発振器の実施の一形態例を示す構造図で、（ａ）は、縦断面図、（ｂ）は、外観斜視図。
【図２】本発明に係わる水晶発振器の組み立てフローを示した図。
【図３】本発明に係わる水晶発振器の変形実施例を示す縦断面図。
【図４】従来の水晶発振器の構造の一例を示す構造図で、（ａ）は、縦断面図、（ｂ）は、外観斜視図。
【符号の説明】
１０・・水晶発振器、 １１・・発振回路用のＩＣ、
１１’・・ウエハうえに状に連接された発振回路用のＩＣ群、
１２・・水晶振動素子、 １３・・金属蓋、 １４・・水晶振動子、
１５・・金属ボール、 １６・・振動子接続端子群、
１７・・調整用端子（データ端子）、 １８・・発振回路入出力端子群、
１９・・コーティング剤、 ２０・・水晶発振器、 ２１・・絶縁性樹脂、
３０・・水晶発振器、 ３１・・上段の凹部、 ３２・・下段の凹部、
３３・・パッケージ、 ３４・・水晶振動素子、
３５・・発振回路用ＩＣ、 ３６・・金属蓋、 ３７・・入出力パッド電極、
３８・・側壁 ３９・・調整用電極

Claims (5)

1. 上面にはデータ用端子を、下面の中央寄りの位置には圧電振動子を実装するための振動子接続端子群を、下面の周縁には発振器入出力端子群をそれぞれ備えた発振回路用ＩＣの前記振動子接続端子群に圧電振動子を実装すると共に、前記発振回路用ＩＣの発振器入出力端子群に金属ボールを導通固定したものであって、該金属ボールが前記圧電振動子よりも下側に突出していることを特徴とする圧電発振器。
2. 前記金属ボールの直径が前記圧電振動子の高さよりも大きいことを特徴とする圧電発振器。
3. 前記発振回路用ＩＣには温度補償回路が含まれており、前記データ用端子より温度補償用データを書き込むことにより温度補償を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電発振器。
4. 前記圧電振動子が水晶振動子であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の圧電発振器。
5. 上面にはデータ用端子を備え、下面の中央寄りの位置には圧電振動子を接続するための振動子接続端子群を、下面の周縁には発振器入出力端子群をそれぞれ備えた発振回路用ＩＣの前記振動子接続端子群に圧電振動子を実装し、前記発振器入出力端子群に金属ボールを導通固定した構造の圧電発振器の製造方法であって、
   前記発振回路用ＩＣは、ウエハ状に区切られたシリコン基板上に構成されて格子状に連接したＩＣ群のうちの個々のＩＣであって、連接されたそれぞれの発振回路用ＩＣの前記振動子接続端子群に所定の圧電振動子を実装すると共に、該発振回路用ＩＣ上面のデータ用端子より発振回路温度補償用データを書き込んだ後、前記発振器入出力端子群に前記圧電振動子より高背の金属ボールを導通固定した後、前記連接したＩＣ群を個々のＩＣに分離することによって圧電発振器として完成されることを特徴とする圧電発振器の製造方法。

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