JP2007036535A - 圧電デバイスおよび圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 生産性を向上させ特性の優れた圧電デバイスおよび圧電デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】 配線パターンを有する基板１０と、基板１０の一面側に配置され内部に水晶振動片２２が収容された水晶振動子パッケージ２０と、基板１０の一面側に配置されモジュール基板１６に回路素子１７が実装された回路モジュール１５と、基板１０から水晶振動子パッケージ２０および回路モジュール１５を覆う樹脂部２８と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電素子と回路素子を備えた圧電デバイスおよび、その圧電デバイスの製造方法に関する。

従来の水晶発振器などの圧電デバイスとして、特許文献１（図２）に示すような、基板に水晶振動子パッケージと発振回路等を構成する回路素子（トランジスタ、抵抗、コンデンサ、サーミスタなど）を搭載する構造が知られている。これらの水晶振動子パッケージと回路素子を基板に実装する際には、基板の実装パターンにクリーム半田を塗布し、リフロー方式によりそれぞれを一括して基板に半田付けする方法が一般に行われている。

特開平１１−３５５０４７号公報（図２）

この、基板に水晶振動子パッケージと複数の回路素子を実装する場合において、水晶振動子はリフローなどの高温の環境下では周波数がシフトしやすく、できるだけ低温側の実装可能な温度において実装が行われている。このため、特に小さな回路素子の実装において、半田付け不良が発生しやすく、半田付け不良が発生した場合には、再度半田付けをすることが行われ、生産性が低下することに加え、振動子の周波数がさらにシフトしてしまう不具合があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、生産性を向上させ特性の優れた圧電デバイスおよび圧電デバイスの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の圧電デバイスは、配線パターンを有する基板と、前記基板の一面側に配置され内部に圧電素子が収容された圧電素子パッケージと、前記基板の一面側に配置されモジュール基板に回路素子が実装された回路モジュールと、前記基板から前記圧電素子パッケージおよび前記回路モジュールを覆う樹脂部と、を備えたことを特徴とする。

この構成における圧電デバイスの製造では、回路素子を予めモジュール基板に実装することができるため、リフローなどの加熱条件を回路素子にあわせた条件で実施することができ、半田付け不良を低減することができる。その後、圧電デバイスの基板に圧電素子パッケージと回路モジュールとを実装すればよく、回路素子の半田付け不良による再度の半田付けをすることがなくなる。このように、圧電デバイスの製造における生産性を向上させることができ、さらに、基板に圧電素子パッケージを実装する際の周波数シフトを低減し特性の良好な圧電デバイスを提供できる。
また、基板から圧電素子パッケージおよび回路モジュールを覆うように樹脂部が形成されていることから、基板を薄く形成しても樹脂部が基板を補強する役目を果たし、圧電デバイスとしての強度を保ちつつ薄型化を可能とする。

本発明の圧電デバイスの製造方法は、複数の圧電デバイスの配線パターンを配置する基板が用意され、モジュール基板に回路素子を配置した回路モジュールを前記基板の一面側の配線パターンにそれぞれ固定する工程と、内部に圧電素子を収容した圧電素子パッケージを前記基板の一面側の配線パターンにそれぞれ固定する工程と、前記各圧電デバイスにおける前記回路モジュールと前記圧電素子パッケージとを覆うように樹脂モールドする工程と、前記基板を複数の圧電デバイスに切り分ける工程と、を含んでいることを特徴とする。

この製造方法によれば、圧電デバイスの基板への回路素子の搭載は、予め回路素子が実装された回路モジュールを搭載することで行われ、圧電デバイスの組み立てを容易にすることができる。また、回路素子の半田付け不良による再度の半田付けをすることがなくなり、生産性を向上させることができる。
さらに、複数の圧電デバイスを一つの基板で回路モジュール、圧電素子パッケージの固定、樹脂モールドまで行い、最後に圧電デバイスをダイシングなどで切り分け個片化することで、生産性をさらに向上させることができる。

また、本発明の圧電デバイスの製造方法は、配線パターンを配置する基板が用意され、モジュール基板に回路素子を配置した回路モジュールを前記基板の一面側に固定する工程と、内部に圧電素子を収容した圧電素子パッケージを前記基板の一面側に固定する工程と、前記回路モジュールと前記圧電素子パッケージとを覆うように樹脂モールドする工程と、を含んでいることを特徴とする。

この製造方法によれば、圧電デバイスの基板への回路素子の搭載は、予め回路素子が実装された回路モジュールを搭載することで行われ、圧電デバイスの組み立てを容易にすることができる。また、回路素子の半田付け不良による再度の半田付けをすることがなくなり、生産性を向上させることができる。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。以下の実施形態では、圧電デバイスとしての水晶発振器を例にとり説明する。
（第１の実施形態）

図１は、圧電デバイスとしての水晶発振器の構成を説明する説明図であり、図１（ａ）は正面部分断面図、図１（ｂ）は側面部分断面図である。
水晶発振器１は、基板１０と、回路モジュール１５、圧電素子パッケージとしての水晶振動子パッケージ２０、および前記回路モジュール１５、水晶振動子パッケージ２０を覆う樹脂部２８を備えている。

基板１０は、ガラスエポキシ樹脂などからなり、配線パターンが形成されている。例えば回路モジュール１５を搭載する部分に端子１２および水晶振動子パッケージ２０を搭載する部分に端子１１が形成されている。また、基板の他面側には外部との接続のための外部端子１３が形成され、それぞれが所定の配線パターンにより電気的接続がなされるように構成されている。

回路モジュール１５は、ガラスエポキシ樹脂などのモジュール基板１６に複数の回路素子（ＩＣ、トランジスタ、抵抗、コンデンサ、サーミスタなど）１７が半田付けされている。これらの回路素子１７は、後述する水晶振動片を発振させるための発振回路、または温度補償回路などを構成している。
水晶振動子パッケージ２０は、セラミックなどの収容器２１に圧電素子としての水晶振動片２２が収容されている。水晶振動片２２には電極２６が形成され、この電極２６と収容器２１の内部に形成された端子２４とが導電性接着剤２５を介して固着されている。そして、収容器２１の上面にてリッド２３により、その内部を真空雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気に保って封止されている。

上記の基板１０の一面側に回路モジュール１５および水晶振動子パッケージ２０が半田付けなどにより実装され、回路モジュール１５および水晶振動子パッケージ２０を覆う樹脂部２８が形成されている。この樹脂部２８は、トランスファーモールド装置により樹脂モールドされ、エポキシ樹脂などにて形成されている。

このように、本実施形態の水晶発振器１は回路素子１７を予めモジュール基板１６に実装することができるため、リフローなどの加熱条件を回路素子１７にあわせた条件で実施することができ、半田付け不良を低減することができる。その後、水晶発振器１の基板１０に水晶振動子パッケージ２０と回路モジュール１５とを実装すればよく、回路素子１７の半田付け不良による再度の半田付けをすることがなくなる。このように、水晶発振器１の製造における生産性を向上させることができ、さらに、基板１０に水晶振動子パッケージ２０を実装する際の周波数シフトを低減し特性の良好な水晶発振器１を提供できる。
また、基板１０から水晶振動子パッケージ２０および回路モジュール１５を覆うように樹脂部２８が形成されていることから、基板１０を薄く形成しても樹脂部２８が基板１０を補強する役目を果たし、水晶発振器１としての強度を保ちつつ薄型化を可能とする。
（第２の実施形態）

つぎに圧電デバイスとしての水晶発振器の製造方法について説明する。なお、第１の実施形態で説明したのと同じ構成要素については同符号を付し、説明を省略する。
図２は水晶発振器の製造工程を示す工程フローチャートである。図３は一つの基板から複数の水晶発振器を製造するための一実施形態を示す説明図であり、図３（ａ）は正面部分断面図、図３（ｂ）は側面部分断面図である。

図２の工程フローチャートで順を追いながら、図３を用いて水晶発振器の製造方法について説明する。
まず、複数の配線パターンを形成した基板３０を用意する（ステップＳ１）。また、モジュール基板１６に回路素子１７を半田付けした回路モジュール１５を用意する（ステップＳ２）。さらに、水晶振動片を収容し、所定の周波数に合わせこんだ水晶振動子パッケージ２０を用意する（ステップＳ３）。

基板３０における回路モジュール１５を搭載する端子１２に、それぞれ半田クリームを塗布し回路モジュール１５を搭載する（ステップＳ４）。
つぎに、基板３０における水晶振動子パッケージ２０を搭載する端子１１に、それぞれ半田クリームを塗布し水晶振動子パッケージ２０を搭載する（ステップＳ５）。
そして、基板３０をリフロー炉に通し、基板３０に各回路モジュール１５と各水晶振動子パッケージ２０を半田付けする（ステップＳ６）。

その後、基板３０の一面側に各回路モジュール１５と各水晶振動子パッケージ２０を覆うようにトランスファーモールド装置により樹脂モールドして樹脂部２８を形成する（ステップＳ７）。
そして、樹脂モールドした樹脂部２８に沿って、基板３０をダイシングにより切り分け、水晶発振器２，３，４をそれぞれ個片化する（ステップＳ８）。
最後に、個片化した水晶発振器２，３，４の特性を検査し（ステップＳ９）、水晶発振器２，３，４が完成する。

以上の水晶発振器２，３，４の製造方法によれば、基板３０への回路素子１７の搭載は、予め回路素子１７が実装された回路モジュール１５を搭載することで行われ、水晶発振器２，３，４の組み立てを容易にすることができる。また、回路素子１７の半田付け不良による再度の半田付けをすることがなくなり、生産性を向上させることができる。
さらに、複数の水晶発振器２，３，４を一つの基板３０で回路モジュール１５、水晶振動子パッケージ２０の固定、樹脂モールドまで行い、その後、水晶発振器２，３，４をダイシングなどで切り分け個片化することで、生産性をさらに向上させることができる。

また、上記実施形態では、一つの基板に複数の水晶発振器を製造する実施形態について説明したが、一つの基板から一つの水晶発振器を製造することも可能である。
この製造方法においても、水晶発振器の基板への回路素子の搭載は、予め回路素子が実装された回路モジュールを搭載することで行われ、圧電デバイスの組み立てを容易にすることができる。また、回路素子の半田付け不良による再度の半田付けをすることがなくなり、生産性を向上させることができる。また、この場合、基板のダイシングは必要とせず、工程の簡略化および設備の削減を図ることができる。

本発明の実施形態に係る圧電デバイスが応用されるものとして、例えばＴＣＸＯ（Temperature Compensated X'tal Oscillator：温度補償水晶発振器）が挙げられる。このＴＣＸＯは、周波数偏差を厳しく合わせこまれ、周囲の温度変化および経年変化に対して周波数変動を小さくした圧電デバイスであり、近年、携帯通信機器に広く利用されている。本実施形態に係る構造は、製造工程における振動子の周波数シフトを小さく抑えることができ、さらに薄型化を可能にすることから、ＴＣＸＯに利用が期待できる。
また、圧電素子と発振回路を備えた発振器だけでなく、圧電素子と発振回路を含まない他の回路素子を備えた圧電デバイスとしても応用ができる。

なお、本実施形態では、水晶発振器およびモジュール基板としてガラスエポキシ基板を用いたが、セラミック基板を用いることも可能である。
また、本発明の実施形態では圧電デバイスとして水晶発振器を例にとり説明したが、水晶の他に、圧電素子としてタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料を用いた振動子と回路素子を備えた圧電デバイスとしてもよい。また、振動子に替えて、ＳＡＷ共振子を備えたＳＡＷ発振器として実施することもできる。

圧電デバイスとしての水晶発振器の構成を説明する説明図であり、（ａ）は正面部分断面図、（ｂ）は側面部分断面図。 水晶発振器の製造工程を示すフローチャート。 一つの基板から複数の水晶発振器を製造するための一実施形態を示す説明図であり、（ａ）は正面部分断面図、（ｂ）は側面部分断面図。

符号の説明

１，２，３，４…圧電デバイスとしての水晶発振器、１０…基板、１５…回路モジュール、１６…モジュール基板、１７…回路素子、２０…圧電素子パッケージとしての水晶振動子パッケージ、２２…圧電素子としての水晶振動片、２８…樹脂部、３０…基板。

Claims (3)

1. 配線パターンを有する基板と、
   前記基板の一面側に配置され内部に圧電素子が収容された圧電素子パッケージと、
   前記基板の一面側に配置されモジュール基板に回路素子が実装された回路モジュールと、
   前記基板から前記圧電素子パッケージおよび前記回路モジュールを覆う樹脂部と、
   を備えたことを特徴とする圧電デバイス。
2. 複数の圧電デバイスの配線パターンを配置する基板が用意され、
   モジュール基板に回路素子を配置した回路モジュールを前記基板の一面側の配線パターンにそれぞれ固定する工程と、
   内部に圧電素子を収容した圧電素子パッケージを前記基板の一面側の配線パターンにそれぞれ固定する工程と、
   前記各圧電デバイスにおける前記回路モジュールと前記圧電素子パッケージとを覆うように樹脂モールドする工程と、
   前記基板を複数の圧電デバイスに切り分ける工程と、
   を含んでいることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
3. 配線パターンを配置する基板が用意され、
   モジュール基板に回路素子を配置した回路モジュールを前記基板の一面側に固定する工程と、
   内部に圧電素子を収容した圧電素子パッケージを前記基板の一面側に固定する工程と、
   前記回路モジュールと前記圧電素子パッケージとを覆うように樹脂モールドする工程と、
   を含んでいることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
   

Images