JP2006238252A - 水晶発振器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、取り扱いが簡便で小型化可能な水晶発振器及びその製造方法を提供する。
【解決手段】
捨て代部第１絶縁性基体部Ｂと水晶発振器底部の第２絶縁性基体部Ａが多数個縦横に連続形成したシート状基板上の夫々の第２絶縁性基体部Ａ表主面に凹形状の第１空間部が在り、第１空間部内の第２絶縁性基体部Ａの表主面上に発振回路が組み込まれた略矩形状集積回路素子及び部品素子が搭載され、第２絶縁性基体部Ａの第１空間部上面の四隅に集積回路素子、及び部品素子と水晶振動素子とを導通する第１接続電極が在り、第１空間部上部に凹形状第２空間部下面四隅に第２接続電極の在る水晶振動素子が収容される第２空間部が在り、第２空間部開口上縁部に蓋体を載置し気密封止した水晶発振器で、第２空間部下面第２接続電極各々の面積が夫々接続する第１空間部上面第１接続電極面積より小さく第１空間部内第２接続電極部で凹みを形成する。
【選択図】 図１

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、及びそ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５に示す如く、内部に図中には示されていないが、水晶振動素子が収容されている第１の積層基板２３を、空間部２５内に前記の水晶振動素子の振動に基づいて発振出力を制御する集積回路素子２６やコンデンサ等の電子部品素子が収容されている第２の積層基板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の積層基板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はんだ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の積層基板２３や第２の積層基板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、前記集積回路素子２６の内部には、水晶振動素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集積回路素子２６のメモリ内に格納すべく、第２の積層基板２１の下面や外側面等には温度補償データ書込用の書込制御端子２７が設けられていた。この書込制御端子２７に温度補償データ書込装置のプローブ針を当てて集積回路素子２６内のメモリに温度補償データを入力することにより、温度補償データが集積回路素子２６のメモリ内に格納される。

特開２００４−１２９０９０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集積回路素子２６が第２の積層基板２１の空間部２５に配置させてある場合、水晶発振器が小型化するにつれ、第２の積層基板２１の凹形状の空間部２５と集積回路素子２６間の隙間が狭くなり、集積回路素子２６の回路形成面（下面）と第２の積層基板２１の側壁間に樹脂を注入するのが困難となり、水晶発振器の生産性が著しく低下するという欠点を有していた。

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、取り扱いが簡便で、かつ、生産性にも優れ小型化対応も可能な水晶発振器、及びその製造方法を提供することにある。

本発明の水晶発振器は、捨て代部と成る第１の絶縁性基体部と水晶発振器の底部と成る第２の絶縁性基体部が多数個縦横に連続して形成されたシート状基板上のそれぞれの該第２の絶縁性基体部の表主面に凹形状の第１の空間部が設けられており、第１の空間部内の第２の絶縁性基体部の表主面上には発振回路が組み込まれた略矩形状の集積回路素子、及び電子部品素子が搭載されており、第２の絶縁性基体部の第１の空間部上面の四隅には集積回路素子、及び電子部品素子と水晶振動素子とを電気的に接続させる第１の接続電極が設けられており、第１の空間部の上部には、凹形状の第２の空間部の下面の四隅に第２の接続電極が設けられた水晶振動素子が収容される第２の空間部が設けられており、第２の空間部の開口上縁部に蓋体を載置して気密封止して成る水晶発振器において、
第２の空間部下面の該第２の接続電極の各々の面積が、それぞれ接続される該第１の空間部上面の該第１の接続電極の面積よりも小さく、第１の空間部内の第２の接続電極部で凹みを形成することを特徴とする。

また、本発明の水晶発振器は、上記構成において、第１の接続電極と第２の接続電極が略矩形状であることを特徴とする。

また、本発明の水晶発振器の製造方法は、捨て代部と成る第１の絶縁性基体部と水晶発振器の底部と成る第２の絶縁性基体部が多数個縦横に連続して形成されたシート状基板上のそれぞれの第２の絶縁性基体部の表主面に凹形状の第１の空間部を設け、第１の空間部内の第２の絶縁性基体部の表主面上に発振回路が組み込まれた略矩形状の集積回路素子、及び電子部品素子を搭載し、第２の絶縁性基体部の第１の空間部上面の四隅には集積回路素子、及び電子部品素子と水晶振動素子とを電気的に接続させる第１の接続電極を設け、第２の絶縁性基体部の第１の空間部上面に集積回路素子、及び電子部品素子と電気的に接続する水晶振動素子が収容される凹形状の第２の空間部を設け、第１の空間部の上部に凹形状の第２の空間部の下面の四隅に第２の接続電極が設けられた水晶振動素子が収容される第２の空間部を設け、第２の空間部の開口上縁部に蓋体を載置して気密封止する水晶発振器の製造方法において、
第２の空間部下面の該第２の接続電極と、第１の空間部上面に形成された第１の接続電極よりも面積の小さい第２の接続電極とをそれぞれはんだ等の金属ペーストを用いて接続した後に、捨て代部に形成され第１の空間部へ開いた第１の絶縁性基体部に形成された樹脂注入口から、第１の空間部のなかに樹脂を注入することを特徴とする。

本発明の水晶発振器によれば、第２の空間部下面の第２の接続電極の各々の面積が、それぞれ接続される第１の空間部上面の第１の接続電極の面積よりも小さく、第１の空間部内の第２の接続電極部で凹みを形成することから、第２の接続電極部の凹みにより、側壁部の上部まで樹脂が這い上がるのを防止することが可能となる。

また、本発明の水晶発振器の製造方法によれば、第２の空間部下面の第２の接続電極と、第１の空間部上面に形成された第２の接続電極よりも面積の小さい第１の接続電極とをそれぞれはんだ等の金属ペーストを用いて接続した後に、捨て代部に形成され第１の空間部へ開いた第１の絶縁性基体部に形成された樹脂注入口から、第１の空間部のなかに樹脂を注入することにより、シート状基板の状態で捨て代部の開放部周辺箇所に樹脂を注入することができ、一定量の樹脂注入量のために集積回路素子の下部（回路形成面）の樹脂が這い上がりにより取られて減少し、集積回路素子の下部（回路形成面）にボイド等が発生し接続信頼性が低下することを無くして、その作業性、生産性の向上が可能となる。

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は本発明の水晶発振器における図２のＸ−Ｘ’線で切断した場合の断面図であり、図２は絶縁性のシート状基板３０から切断された１個の第２の絶縁性基体部Ａとその一端の捨て代部と成る第１の絶縁性基体部Ｂを示した凹形状の第１の空間部１５を有する積層基板１０の上面図である。また、図３は水晶発振器の水晶振動素子５が収容される凹形状の第２の空間部６の下面を示した概略の下面図である。図４はそのシート状基板３０に水晶振動子１を搭載した状態を示す上面図である。図１に示す水晶発振器は、集積回路素子７を収容する凹形状の第１の空間部１５を有する積層基板１０の下面に外部接続電極端子１９が設けられ、集積回路素子７を収容する凹形状の第１の空間部１５を有する積層基板１０の上面には集積回路素子７、電子部品素子８が搭載されている。また、集積回路素子７を収容する凹形状の第１の空間部１５を有する積層基板１０の凹形状の第１の空間部１５を囲う側面には側壁１３、側壁１３の外側面には複数個の書込制御端子１１が形成されている。本発明の水晶発振器においては側壁１３の一部には開放部９が形成されている。また、図１に示すように側壁１３の上面には、水晶振動素子５が収容されている水晶振動子１を載置して固定した構造を有している。更に、集積回路素子７を収容する凹形状の第１の空間部１５を有する積層基板１０とその上面に搭載された集積回路素子７間には樹脂１４が充満されており、集積回路素子７の回路形成面（下面）を保護している。ここで樹脂１４の注入は、図４に示すように、シート状基板３０に水晶振動子１を搭載した後、第１の空間部１５上面の四隅部の第１の接続電極１８と第２の空間部６の下面の四隅部の第２の接続電極１７とをはんだ等の金属ペースト２０により接続した後に行っている。これにより、第１の接続電極１８と第２の接電極１７間に樹脂１４が浸入するのを防止でき、第１の接続電極１８と第２の接続電極１７間を確実に接続することが可能となる。

図１において水晶振動子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と、基板２と同様のセラミック材料から成る側壁３、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属から成る蓋体４とから成り、基板２の上面に側壁３を取着させ、その上面に蓋体４を載置して固定させることによって水晶振動子１が構成され、側壁３の内側に位置する基板２の上面に水晶振動素子５が実装されている。

また、図２において集積回路素子７を収容する凹形状の第１の空間部１５を有する積層基板１０の開放部９は第１の絶縁性基体部Ｂまで開口されており、第１の絶縁性基体部Ｂの開放部９は積層基板１０の凹形状の第１の空間部１５に配置された集積回路素子７の回路形成面（下面）を保護するための樹脂１４を注入するための樹脂注入口１２とし利用される。

水晶振動子１は、その内部に、具体的には、基板２の上面と側壁３の内面と蓋体４の下面とで囲まれる第２の空間部６内に水晶振動素子５を収容して気密封止されており、基板２の上面には水晶振動素子５の振動電極に接続される一対の搭載パッド等が、基板２の下面には後述する積層基板１０上の側壁１３に接続される複数個の第２の接続電極１７がそれぞれ設けられ、これらのパッドや電極は基板２表面の配線パターンや基板内部に埋設されているビアホール等を介して、対応するもの同士、相互に電気的に接続されている。

一方、水晶振動子１の内部に収容される水晶振動素子５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・形成して成り、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。

ここで水晶振動子１の蓋体４を水晶振動子１の第２の接続電極１７や積層基板１０の第１の接続電極１８を介して後述するグランド端子用の外部接続電極端子１９に接続させておけば、その使用時に、金属から成る蓋体４が基準電位に接続されてシールド機能が付与されることと成るため、水晶振動素子５や集積回路素子７を外部からの不要な電気的作用から良好に保護することができる。従って、水晶振動子１の蓋体４は水晶振動子１の第２の接続電極１７や積層基板１０の第１の接続電極１８を介してグランド端子用の外部接続電極端子１９に接続させておくことが好ましい。

そして、上述した水晶振動子１が取着される集積回路素子７を収容する凹形状の第１の空間部１５を有する積層基板１０は概略矩形状を成しており、ガラス布基材エポキシ樹脂やポリカーボネイト，エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂等の樹脂材料やガラス−セラミック，アルミナセラミックス等のセラミック材料等によって平板状を成すように形成されている。

集積回路素子７を収容する凹形状の第１の空間部１５を有する積層基板１０は、第２の絶縁性基体部Ａの下面の四隅部に４つの外部接続電極端子１９（電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子）が形成され、上面の四隅部を囲む周縁には側壁１３が、また上面の中央域にはフリップチップ型の集積回路素子７が、更に四隅部間の側壁１３の外側側面には書込制御端子１１が設けられている。

集積回路素子７を収容する凹形状の第１の空間部１５を有する積層基板１０の下面に設けられている４つの外部接続電極端子１９は、水晶発振器をマザーボード等の外部配線基板に接続するための端子として機能するものであり、水晶発振器を外部配線基板上に搭載する際、外部配線基板の回路配線とはんだ等の導電性接合材を介して電気的に接続されるように成っている。

また、集積回路素子７を収容する凹形状の第１の空間部１５を有する積層基板１０の上面に設けられる側壁１３は、集積回路素子７を収容する凹形状の第１の空間部１５を有する積層基板１０と水晶振動子１との間に、集積回路素子７や電子部品素子８を配置させるのに必要な所定の間隔を確保しつつ、集積回路素子７を収容する凹形状の第１の空間部１５を有する積層基板１０の第１の接続電極１８を水晶振動子１の第２の接続電極１７に接続するためのものである。

更に、上述した集積回路素子７を収容する凹形状の第１の空間部１５を有する積層基板１０の中央域には、複数個の電極パッドが設けられており、これら電極パッドに集積回路素子７の接続パッドをＡｕバンプやはんだ、異方性導電接着材等の導電性接合材を介して電気的、及び機械的に接続させることによって集積回路素子７が凹形状の第１の空間部１５を有する積層基板１０上の所定位置に取着される。

集積回路素子７は、その回路形成面（下面）に、周囲の温度状態を検知するサーミスタといった感温素子、水晶振動素子５の温度特性を補償する温度補償データを格納するメモリ、メモリ内の温度補償データに基づいて水晶振動素子５の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、先の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、この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。

なお、上述した集積回路素子７と凹形状の第１の空間部１５を有する積層基板１０との間にはエポキシ樹脂等から成る樹脂１４が介在されており、この樹脂１４は集積回路素子７の回路形成面（下面）と側面の一部を被覆するように被着されている。

これにより、集積回路素子７を収容する凹形状の第１の空間部１５を有する積層基板１０に対する集積回路素子７の取着強度が向上されるとともに、集積回路素子７の回路形成面が樹脂１４によって良好に被覆され、回路形成面（下面）の電子回路が大気中の水分等によって腐食されるのを有効に防止することができる。

ここで、本発明の特徴の部分は図１、図２に示すように、シート状基板３０に多数個縦横に連続して複数配置され、集積回路素子７を収納する凹形状の第１の空間部１５を有する積層基板１０と、積層基板１０の凹形状の第１の空間部１５に搭載する密閉構造を持った水晶振動子１とによって構成され、集積回路素子７を収納する積層基板１０の側壁１３の一部に開放部９を有するとともに開放部９から積層基板１０内に収納する集積回路素子７の実装部分に樹脂１４を注入する構造を持つ水晶発振器において、第２の空間部６下面の第２の接続電極１７の各々の面積が、それぞれ接続される第１の空間部１５上面の第１の接続電極１８の面積よりも小さく、第１の空間部１５内の第２の接続電極１７で凹みを形成することから、第２の接続電極１７の凹みにより、側壁部１３の上部の基板２の下面まで樹脂１４が這い上がるのを防止することが可能となる。これにより、従来第２の接続電極１７の凹みがない場合には、基板２の下面まで樹脂１４の這い上がりが発生して、その結果一定量の樹脂注入量のために集積回路素子７の下部（回路形成面）の樹脂１４が這い上がりにより取られて減少し、集積回路素子７の下部（回路形成面）にボイド等が発生して接続信頼性が低下するという問題があったが、本発明の水晶発振器の構造においては、第１の空間部１５内の第２の接続電極１７の凹みにより樹脂１４の這い上がりを抑えることができるので、集積回路素子７の下部（回路形成面）にボイド等が発生することがなく、接続が確実にとれて信頼性の向上が可能となる。

また、集積回路素子７を収容する凹形状の第１の空間部１５を有する積層基板１０の凹形状の第１の空間部１５を囲う側壁１３の一部には、側壁１３頂部より凹形状の第１の空間部１５底面に至る開放部９が形成されていることから、第２の絶縁性基体部Ａ内の開放部９にコンデンサ等の電子部品素子８を搭載することで、集積回路素子７を収容する凹形状の第１の空間部１５を有効に利用可能となり、水晶発振器の更なる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、第２の空間部６下面の第２の接続電極１７と、第１の空間１５部上面に形成された第１の接続電極１８よりも面積の小さい第２の接続電極１７とをそれぞれはんだ等の金属ペースト２０を用いて接続した後に、捨て代部に形成され第１の空間部１５へ開いた第１の絶縁性基体部Ｂに形成された樹脂注入口１２から、第１の空間部１５のなかに樹脂１４を注入することから、シート状基板３０の状態で捨て代部の開放部９周辺箇所に樹脂１４を注入することができるので、水晶発振器の製造方法において、その作業性、生産性の向上が可能となる。

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。

例えば、上述の実施形態においては、図４に示すように第１の空間部１５上面に形成された第１の接続電極１８よりも面積の小さい第２の接続電極１７とをそれぞれはんだ等の金属ペースト２０を用いて接続した後に、捨て代部に形成され第１の空間部１５へ開いた第１の絶縁性基体部Ｂに形成された樹脂注入口１２から、第１の空間部１５のなかに樹脂１４を注入しているが、金属ペースト２０で接続する前に樹脂１４を注入しても構わない。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。 本発明の実施形態にかかる水晶発振器の絶縁性のシート状基板から切断された１個の第２の絶縁性基体部とその一端の第１の絶縁性基体部を示した凹形状の第１の空間部を有する積層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の水晶振動素子が収容される凹形状の第２の空間部の下面を示した概略の下面図である。 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に水晶振動子を搭載した状態を示す上面図である。 従来の水晶発振器の概略の斜視図である。

符号の説明

１・・・水晶振動子
２・・・基板
３・・・側壁
４・・・蓋体
５・・・水晶振動素子
６・・・凹形状の第２の空間部
７・・・集積回路素子
８・・・電子部品素子
９・・・開放部
１０・・・積層基板
１１・・・書込制御端子
１２・・・樹脂注入口
１３・・・側壁
１４・・・樹脂
１５・・・凹形状の第１の空間部
１７・・・第２の接続電極
１８・・・第１の接続電極
１９・・・外部接続電極端子
２０・・・金属ペースト
３０・・・シート状基板
Ａ・・・第２の絶縁性基体部
Ｂ・・・第１の絶縁性基体部

Claims (4)

1. 捨て代部と成る第１の絶縁性基体部と水晶発振器の底部と成る第２の絶縁性基体部が多数個縦横に連続して形成されたシート状基板上のそれぞれの該第２の絶縁性基体部の表主面に凹形状の第１の空間部が設けられており、該第１の空間部内の該第２の絶縁性基体部の表主面上には発振回路が組み込まれた略矩形状の集積回路素子、及び電子部品素子が搭載されており、該第２の絶縁性基体部の該第１の空間部上面の四隅には該集積回路素子、及び該電子部品素子と水晶振動素子とを電気的に接続させる第１の接続電極が設けられており、該第１の空間部の上部には、凹形状の第２の空間部の下面の四隅に第２の接続電極が設けられた該水晶振動素子が収容される該第２の空間部が設けられており、該第２の空間部の開口上縁部に蓋体を載置して気密封止して成る水晶発振器において、
   該第２の空間部下面の該第２の接続電極の各々の面積が、それぞれ接続される該第１の空間部上面の該第１の接続電極の面積よりも小さく、該第１の空間部内の該第２の接続電極部で凹みを形成することを特徴とする水晶発振器。
2. 該第１の接続電極と該第２の接続電極が略矩形状であることを特徴とする請求項１に記載の水晶発振器。
3. 捨て代部と成る第１の絶縁性基体部と水晶発振器の底部と成る第２の絶縁性基体部が多数個縦横に連続して形成されたシート状基板上のそれぞれの該第２の絶縁性基体部の表主面に凹形状の第１の空間部を設け、該第１の空間部内の該第２の絶縁性基体部の表主面上に発振回路が組み込まれた略矩形状の集積回路素子、及び電子部品素子を搭載し、該第２の絶縁性基体部の該第１の空間部上面の四隅には該集積回路素子、及び該電子部品素子と水晶振動素子とを電気的に接続させる第１の接続電極を設け、該第２の絶縁性基体部の第１の空間部上面に該集積回路素子、及び該電子部品素子と電気的に接続する水晶振動素子が収容される凹形状の第２の空間部を設け、該第１の空間部の上部に凹形状の第２の空間部の下面の四隅に第２の接続電極が設けられた該水晶振動素子が収容される該第２の空間部を設け、該第２の空間部の開口上縁部に蓋体を載置して気密封止する水晶発振器の製造方法において、
   該第２の空間部下面の該第２の接続電極と、該第１の空間部上面に形成された該第１の接続電極よりも面積の小さい該第２の接続電極とをそれぞれ金属ペーストを用いて接続した後に、該捨て代部に形成され該第１の空間部へ開いた該第１の絶縁性基体部に形成された樹脂注入口から、該第１の空間部のなかに樹脂を注入する水晶発振器の製造方法。
4. 金属ペーストにはんだを用いる請求項３に記載の水晶発振器の製造方法。

Images