JP6344544B2 - 発振器の製造方法、半導体回路装置の製造方法及び半導体回路装置 - Google Patents

発振器の製造方法、半導体回路装置の製造方法及び半導体回路装置 Download PDF

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Description

本発明は、発振器の製造方法、半導体回路装置の製造方法及び半導体回路装置に関する。
水晶振動子やMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)振動子などの振動子(圧電振動子)を用いた発振器が開発されている。振動子の特性には製造ばらつきがあるので、オーバードライブ検査やドライブレベル特性検査などを行なって、振動子の特性を検査する必要がある。
特許文献1には、水晶振動子と発振回路とを同一の収容容器内に搭載した後に、水晶振動子のレベル特性検査を行うことができる圧電発振器が開示されている。
特開2001−7648号公報
特許文献1に記載の圧電発振器では、発振器を組み立てた後に、発振回路を検査用のモードに変更してから振動子の特性の検査を行う必要がある。このため、検査に要する時間及び工数がかかるという課題があった。また、発振回路を検査用のモードに変更するための設備も必要になるという課題があった。
本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものである。本発明のいくつかの態様によれば、検査に要する時間及び工数を削減でき、設備投資を抑制できる、発振器の製造方法、半導体回路装置の製造方法及び半導体回路装置を提供することができる。
[適用例1]
本適用例に係る発振器の製造方法は、振動子と、前記振動子と接続される発振部と、動作モードとして前記発振部が発振動作を行う通常モードと前記振動子の特性を検査する検査モードとを含み、前記動作モードを制御する制御部と、を有する半導体回路装置と、を備えた発振器の製造方法であって、前記動作モードが前記検査モードに設定されている前記半導体回路装置を準備する工程と、前記振動子と前記半導体回路装置とを電気的に接続する接続工程と、前記半導体回路装置と電気的に接続された状態の前記振動子の特性を検査する検査工程と、を含む、発振器の製造方法である。
本適用例によれば、半導体回路装置の制御部の動作モードは、検査モードに設定された状態であるので、検査を行うために通常モードから検査モードに変更する必要がなく、電源電圧を供給すれば接続工程の後に速やかに検査工程を行える。また、検査を行うために通常モードから検査モードに変更するための設備も不要である。したがって、検査に要する時間及び工数を削減でき、設備投資を抑制できる発振器の製造方法を実現できる。
[適用例2]
上述の発振器の製造方法において、前記検査は、オーバードライブ検査及びドライブレベル特性検査のうち少なくとも1つであることが好ましい。
オーバードライブ検査及びドライブレベル特性検査のうち少なくとも1つを行うことによって、半導体回路装置と電気的に接続された状態の振動子の重要な特性を検査することができる。
[適用例3]
上述の発振器の製造方法において、前記検査工程の後に、前記動作モードを前記通常モードに切り替える切り替え工程を含んでいることが好ましい。
切り替え工程を行うことによって、発振器の通常の発振動作を行える状態になるので、発振器として速やかに使用できる発振器の製造方法を実現できる。
[適用例4]
本適用例に係る半導体回路装置の製造方法は、振動子と電気的に接続される発振部と、動作モードとして前記発振部が発振動作を行う通常モードと前記振動子の特性を検査する検査モードとを含み、前記動作モードを制御する制御部と、を有する半導体回路装置の製造方法であって、前記発振部及び前記制御部の回路を形成する回路形成工程と、前記動作モードを前記検査モードに設定する設定工程と、を含む、半導体回路装置の製造方法である。
本適用例によれば、半導体回路装置の動作モードは、検査モードに設定された状態であるので、発振器として組み立てた後に速やかに、半導体回路装置と電気的に接続された状態の振動子の特性を検査することができる。また、検査を行うために通常モードから検査モードに変更するための設備も不要である。したがって、検査に要する時間及び工数を削減でき、設備投資を抑制できる半導体回路装置の製造方法を実現できる。
[適用例5]
本適用例に係る半導体回路装置は、振動子と電気的に接続される発振部と、動作モードとして前記発振部が発振動作を行う通常モードと前記振動子の特性を検査する検査モードとを含み、前記動作モードを制御する制御部と、を備え、前記動作モードが前記検査モードに設定されている、半導体回路装置である。
本適用例によれば、半導体回路装置の動作モードは、検査モードに設定された状態であるので、発振器として組み立てた後に速やかに、半導体回路装置と電気的に接続された状態の振動子の特性を検査することができる。また、検査を行うために通常モードから検査モードに変更するための設備も不要である。したがって、検査に要する時間及び工数を削減でき、設備投資を抑制できる半導体回路装置を実現できる。
本実施形態に係る半導体回路装置1の回路図である。 本実施形態に係る半導体回路装置1の製造方法を示すフローチャートである。 本実施形態に係る発振器1000の製造方法を示すフローチャートである。 本実施形態に係る発振器1000の断面図である。 検査工程の概要を示すブロック図である。 本実施形態に係る発振器1000の製造方法の変形例を示すフローチャートである。
以下、本発明の好適な実施例について図面を用いて詳細に説明する。用いる図面は説明
の便宜上のものである。なお、以下に説明する実施例は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
1.半導体回路装置
図1は、本実施形態に係る半導体回路装置1の回路図である。
本実施形態に係る半導体回路装置1は、振動子100と電気的に接続される発振部10と、動作モードとして発振部10が発振動作を行う通常モードと振動子100の特性を検査する検査モードとを含み、動作モードを制御する制御部20と、を備え、動作モードが検査モードに設定されている。
発振部10は、振動子100と電気的に接続されて発振動作を行う。図1に示される例では、発振部10は、発振回路11、バイアス生成回路12、周波数制御部13及び出力バッファー14を含んで構成されている。
発振回路11は、主として、振動子100と電気的に接続されて発振動作を行う。発振回路11としては、例えば、ピアース発振回路、インバーター型発振回路、コルピッツ発振回路、ハートレー発振回路など、種々の公知の発振回路を採用できる。本実施形態においては、発振回路11は、ピアース発振回路である。
バイアス生成回路12は、電源端子VDDから供給される電力に基づいて、バイアス電流を生成して発振回路11に供給する。本実施形態においては、ピアース発振回路の発振用トランジスターに電流を供給する。
周波数制御部13は、制御端子VCに入力される制御信号に基づいて、発振回路11に含まれる可変容量を制御する。これによって、発振回路11における負荷容量を変化させることにより、発振周波数を制御することができる。
出力バッファー14は、増幅回路で構成されている。出力バッファー14は、発振回路11が出力する発振信号の入力を受け付け、出力端子OUTに出力する。
制御部20は、発振部10の動作を制御する。図1に示される例では、制御部20は、シリアルインターフェース21、レジスター22、メモリー23、スイッチ制御回路24、XO端子入出力部25及びXI端子入出力部26を含んで構成されている。
シリアルインターフェース21は、クロック信号SCLK及びデータ信号DATAの入力を受け付け、入力を受け付けたクロック信号SCLK及びデータ信号DATAに基づいて、レジスター22及びメモリー23を制御する。本実施形態においては、クロック信号SCLKは、制御端子VCから入力される。また、データ信号DATAは、出力端子OUTから入力される。また、本実施形態においては、シリアルインターフェース21は、レジスター22にデータを書き込むレジスター書き込みモードと、レジスター22及びメモリー23にデータを書き込むメモリー書き込みモードとを有している。
レジスター22は、スイッチ制御回路24及び周波数制御部13を制御するためのデータを格納し、格納されたデータに基づいてスイッチ制御回路24及び周波数制御部13を制御する。半導体回路装置1の通電時には、レジスター22は、メモリー23に記憶されたデータを読み込んで格納し、シリアルインターフェース21によって新たなデータが書き込まれた場合には、シリアルインターフェース21によって書き込まれた新たなデータを格納する。
メモリー23は、半導体回路装置1の通電時にレジスター22に格納されるデータを記憶する。メモリー23は、例えば、EEPROM(Electrically Erasable Programmable
Read-Only Memory)やフラッシュメモリーなどの書き換え可能な不揮発性メモリーや、マスクROM(Read-Only Memory)などの書き換え不能な不揮発性メモリーなど、種々の公知の不揮発性メモリーで構成されていてもよい。
スイッチ制御回路24は、レジスター22に格納されたデータに基づいて、制御端子VCとXO端子入出力部25との間の接続状態を切り替える。また、スイッチ制御回路24は、XI端子入出力部26を制御する。
XO端子入出力部25は、振動子100の第1端子と電気的に接続されるXO端子と発振回路11とを接続するとともに、XO端子とスイッチ制御回路24とを抵抗を介して接続する。XO端子とスイッチ制御回路24との間に設けられている抵抗は、振動子100に対するESD(Electro-Static Discharge)保護素子として機能する。
XI端子入出力部26は、振動子100の第2端子と電気的に接続されるXI端子と発振回路11とを接続する。また、XI端子入出力部26は、スイッチ制御回路24が出力する制御信号に基づいて、XI端子と接地電位との接続状態を切り替える。
制御部20は、動作モードして、振動子100と電気的に接続されて発振器として動作するための通常モードと、振動子100と電気的に接続された状態の振動子100の特性を検査するための検査モードと、を有している。
通常モードにおいて、スイッチ制御回路24は、制御端子VCとXO端子入出力部25との間の接続状態をOFF状態とする。また、通常モードにおいて、XI端子入出力部26は、XI端子と接地電位との接続状態をOFF状態とする。また、通常モードにおいて、周波数制御部13は、発振回路11に含まれる可変容量を制御する通常の動作を行う。
検査モードにおいて、スイッチ制御回路24は、制御端子VCとXO端子入出力部25との間の接続状態をON状態とする。また、検査モードにおいて、XI端子入出力部26は、XI端子と接地電位との接続状態をON状態とする。また、検査モードにおいて、周波数制御部13は、発振を停止させるように動作する。
検査モードにおいては、制御端子VC及び接地端子VSSを用いて、発振回路11を介さずに振動子100に対して信号を入力することができる。したがって、半導体回路装置1と振動子100とが電気的に接続された状態で、振動子100の特性を検査することができる。振動子100の特性の検査としては、例えば、通常モードよりも大きな電流または電圧または電力等を印加して振動子100を駆動させて、振動子100の周波数特性等を検査するオーバードライブ検査、及び、通常モードよりも大きな電流または電圧または電力等を段階的に増減させて振動子100の周波数特性等の変動を検査するドライブレベル特性検査等が挙げられる。このように、半導体回路装置1の制御部20が検査モードを有することによって、半導体回路装置1と振動子100とが電気的に接続された状態で、振動子100の重要な特性を検査することができる。
半導体回路装置1の初期通電時には、制御部20の動作モードは検査モードに設定されている。具体的には、メモリー23には、検査モードに設定するためのデータが記憶されており、半導体回路装置1の初期通電時には、レジスター22にメモリー23が記憶するデータが格納され、レジスター22に格納されたデータに基づいて、スイッチ制御回路24、XI端子入出力部26及び周波数制御部13が検査モードに制御される。
本実施形態に係る半導体回路装置1によれば、半導体回路装置1の動作モードは、検査モードに設定された状態であるので、発振器として組み立てた後に速やかに、半導体回路装置1と電気的に接続された状態の振動子100の特性を検査することができる。また、検査を行うために通常モードから検査モードに変更するための設備も不要である。したがって、検査に要する時間及び工数を削減でき、設備投資を抑制できる半導体回路装置1を実現できる。
本実施形態に係る半導体回路装置1の制御部20の動作モードは、通電後に変更することができる。具体的には、制御端子VCからクロック信号SCLKを、出力端子OUTからデータ信号DATAをシリアルインターフェース21に入力し、シリアルインターフェース21がレジスター22に動作モードに関する情報を書き込むことで、所望の動作モードに設定することができる。また、シリアルインターフェース21がメモリー23に動作モードに関する情報を書き込むことで、次回の通電時に設定される動作モードを、所望の動作モードに設定することができる。したがって、例えば、振動子100の検査が終了して発振器を出荷する際には、通電時に設定される動作モードを通常モードに設定しておくことで、発振器として速やかに使用できるようになる。
2.半導体回路装置の製造方法
図2は、本実施形態に係る半導体回路装置1の製造方法を示すフローチャートである。
本実施形態に係る半導体回路装置1の製造方法は、振動子100と電気的に接続される発振部10と、動作モードとして発振部10が発振動作を行う通常モードと振動子100を検査する検査モードとを含み、動作モードを制御する制御部20を有する半導体回路装置1の製造方法であって、発振部10及び制御部20の回路を形成する回路形成工程(ステップS100)と、動作モードを検査モードに設定する設定工程(ステップS102)と、を含む。本実施形態においては、半導体回路装置1の構成は、図1を用いて上述された構成と同様である。
本実施形態に係る半導体回路装置1の製造方法は、まず、発振部10及び制御部20の回路を形成する回路形成工程を行う(ステップS100)。回路形成工程としては、種々の公知の半導体製造方法を採用できる。
ステップS100の後に、制御部20の動作モードを検査モードに設定する設定工程を行う(ステップS102)。具体的には、例えば、制御端子VCからクロック信号SCLKを、出力端子OUTからデータ信号DATAをシリアルインターフェース21に入力し、シリアルインターフェース21がメモリー23に動作モードとして検査モードに関する情報を書き込む。
本実施形態に係る半導体回路装置1の製造方法によれば、半導体回路装置1の動作モードは、検査モードに設定された状態であるので、発振器として組み立てた後に速やかに、半導体回路装置1と電気的に接続された状態の振動子100の特性を検査することができる。また、検査を行うために通常モードから検査モードに変更するための設備も不要である。したがって、検査に要する時間及び工数を削減でき、設備投資を抑制できる半導体回路装置1の製造方法を実現できる。
3.発振器の製造方法
図3は、本実施形態に係る発振器1000の製造方法を示すフローチャートである。
本実施形態に係る発振器1000の製造方法は、振動子100と、振動子100と接続
される発振部10と、動作モードとして発振部10が発振動作を行う通常モードと振動子100の特性を検査する検査モードとを含み、動作モードを制御する制御部20と、を有する半導体回路装置1と、を備えた発振器の製造方法であって、動作モードが検査モードに設定されている半導体回路装置1を準備する工程(ステップS200)と、振動子100と半導体回路装置1とを電気的に接続する接続工程(ステップS202)と、半導体回路装置1と電気的に接続された状態の振動子100の特性を検査する検査工程(ステップS204)と、を含む。本実施形態においては、半導体回路装置1の構成は、図1を用いて上述された構成と同様である。
本実施形態に係る発振器1000の製造方法は、まず、動作モードが検査モードに設定されている半導体回路装置1を準備する(ステップS200)。ステップS200の後に、半導体回路装置1と振動子100とを電気的に接続する接続工程を行う(ステップS202)。具体的には、図1において、振動子100の第1端子とXO端子とを電気的に接続するとともに、振動子100の第2端子とXI端子とを電気的に接続する。
図4は、本実施形態に係る発振器1000の断面図である。発振器1000は、半導体回路装置1、振動子100、セラミックパッケージ1100、蓋1200、電極1300を含んで構成されている。
セラミックパッケージ1100には、凹部が設けられており、蓋1200で凹部を覆うことによって収容室1400となる。セラミックパッケージ1100には、半導体回路装置1と振動子100とを電気的に接続するための配線及び端子が、凹部の表面又はセラミックパッケージ1100の内部に設けられている。また、セラミックパッケージ1100には、半導体回路装置1の電源端子VDD、接地端子VSS、制御端子VC及び出力端子OUTとそれぞれ電気的に接続される電極1300が設けられている。
本実施形態におけるステップS200の接続工程においては、まず、半導体回路装置1をセラミックパッケージ1100に設けられた端子と電気的に接続する。次に、振動子100をセラミックパッケージ1100に設けられた端子と電気的に接続する。次に、蓋1200をセラミックパッケージ1100に接着する。
ステップS202の後に、半導体回路装置1と電気的に接続された状態の振動子100の特性を検査する検査工程を行う(ステップS204)。本実施形態において、半導体回路装置1の制御部20の動作モードは、初期通電時には検査モードに設定されているので、ステップS204を行う時点では、動作モードは検査モードである。
図5は、検査工程の概要を示すブロック図である。図5に示される例では、電源2000及びシグナルジェネレーター3000を用いて、振動子100のオーバードライブ試験を行う。
半導体回路装置1の電源端子VDDと電気的に接続される発振器1000の電極1300(VDD)は、電源2000の電源端子に接続される。半導体回路装置1の接地端子VSSと電気的に接続される発振器1000の電極1300(VSS)は、接地電位に接続される。半導体回路装置1の制御端子VCと電気的に接続される発振器1000の電極1300(VC)は、シグナルジェネレーター3000の出力端子に接続される。半導体回路装置1の出力端子OUTと電気的に接続される発振器1000の電極1300(OUT)は、どこにも接続されていない。
図5に示されるように、本実施形態によれば、検査工程(ステップS204)を行うために、半導体回路装置1の動作モードを発振器1000の外部から変更する必要がないの
で、電源2000とシグナルジェネレーター3000という少ない構成で振動子100の特性を検査することができる。
本実施形態によれば、半導体回路装置1の制御部20の動作モードは、検査モードに設定された状態であるので、検査を行うために通常モードから検査モードに変更する必要がなく、電源電圧を供給すれば接続工程(ステップS202)の後に速やかに検査工程(ステップS204)を行える。また、検査を行うために通常モードから検査モードに変更するための設備も不要である。したがって、検査に要する時間及び工数を削減でき、設備投資を抑制できる発振器1000の製造方法を実現できる。
上述の発振器1000の製造方法において、検査工程(ステップS204)で行われる検査は、オーバードライブ検査及びドライブレベル特性検査のうち少なくとも1つであることが好ましい。
検査工程(ステップS204)において、オーバードライブ検査及びドライブレベル特性検査のうち少なくとも1つを行うことによって、半導体回路装置1と電気的に接続された状態の振動子100の重要な特性を検査することができる。
図6は、本実施形態に係る発振器1000の製造方法の変形例を示すフローチャートである。図3に示されるフローチャートと同一の工程には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
本実施形態に係る発振器1000の製造方法の変形例は、ステップS204の後に、動作モードを通常モードに切り替える切り替え工程をさらに行う(ステップS206)。具体的には、例えば、制御端子VCからクロック信号SCLKを、出力端子OUTからデータ信号DATAをシリアルインターフェース21に入力し、シリアルインターフェース21がメモリー23に動作モードとして通常モードに関する情報を書き込む。
切り替え工程(ステップS206)を行うことによって、発振器1000の通常の発振動作を行える状態になるので、発振器1000として速やかに使用できる発振器1000の製造方法を実現できる。
以上、本実施形態あるいは変形例について説明したが、本発明はこれら本実施形態あるいは変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。
本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
1…半導体回路装置、10…発振部、11…発振回路、12…バイアス生成回路、13…ゲイン制御部、14…出力バッファー、20…制御部、21…シリアルインターフェース、22…レジスター、23…メモリー、24…スイッチ制御回路、25…XO端子入出力部、26…XI端子入出力部、100…振動子、1000…発振器、1100…セラミックパッケージ、1200…蓋、1300…電極、1400…収容室、2000…電源、3000…シグナルジェネレーター、OUT…出力端子、VC…制御端子、VDD…電源端
子、VSS…接地端子、XI…XI端子、XO…XO端子

Claims (5)

  1. 第1端子と第2端子とを有する振動子と、
    前記振動子と接続される発振部と、動作モードとして前記発振部が発振動作を行う通常モードと、前記発振部が発振動作を停止し、前記振動子の特性を検査する検査モードとを含み、前記動作モードを制御する制御部と、前記第1端子と電気的に接続される第3端子と、前記第2端子と電気的に接続される第4端子と、発振周波数を制御する制御信号が入力される制御端子と、接地端子と、を有し、前記検査モードでは、前記制御端子と前記第3端子とが電気的に接続されるとともに、前記接地端子と前記第4端子とが電気的に接続され、前記通常モードでは、前記制御端子と前記第3端子とが電気的に接続されないとともに、前記接地端子と前記第4端子とが電気的に接続されない半導体回路装置と、を備えた発振器の製造方法であって、
    前記動作モードが前記検査モードに設定されている前記半導体回路装置を準備する工程と、
    前記振動子と前記半導体回路装置とを電気的に接続する接続工程と、
    前記半導体回路装置と電気的に接続された状態の前記振動子の特性を検査する検査工程と、
    を含む、発振器の製造方法。
  2. 請求項1に記載の発振器の製造方法において、
    前記通常モードでは、前記発振部と前記振動子とが電気的に接続され、
    前記検査モードでは、前記発振部と前記振動子とが電気的に接続された状態で前記振動子の特性の検査が行われ、
    前記検査は、オーバードライブ検査を含む、発振器の製造方法。
  3. 請求項1又は2に記載の発振器の製造方法において、さらに、
    前記検査工程の後に、前記動作モードを前記通常モードに切り替える切り替え工程を含む、発振器の製造方法。
  4. 第1端子と第2端子とを有する振動子と電気的に接続される発振部と、動作モードとし
    前記発振部が発振動作を行う通常モードと、前記発振部が発振動作を停止し、前記振動子の特性を検査する検査モードとを含み、前記動作モードを制御する制御部と、前記第1端子と電気的に接続される第3端子と、前記第2端子と電気的に接続される第4端子と、発振周波数を制御する制御信号が入力される制御端子と、接地端子と、を有し、前記検査モードでは、前記制御端子と前記第3端子とが電気的に接続されるとともに、前記接地端子と前記第4端子とが電気的に接続され、前記通常モードでは、前記制御端子と前記第3端子とが電気的に接続されないとともに、前記接地端子と前記第4端子とが電気的に接続されない半導体回路装置の製造方法であって、
    前記発振部及び前記制御部の回路を形成する回路形成工程と、
    前記動作モードを前記検査モードに設定する設定工程と、
    を含む、半導体回路装置の製造方法。
  5. 第1端子と第2端子とを有する振動子と電気的に接続される発振部と、
    動作モードとして前記発振部が発振動作を行う通常モードと、前記発振部が発振動作を停止し、前記振動子の特性を検査する検査モードとを含み、前記動作モードを制御する制御部と、
    前記第1端子と電気的に接続される第3端子と、
    前記第2端子と電気的に接続される第4端子と、
    発振周波数を制御する制御信号が入力される制御端子と、
    接地端子と、
    を備え、
    前記検査モードでは、前記制御端子と前記第3端子とが電気的に接続されるとともに、前記接地端子と前記第4端子とが電気的に接続され、
    前記通常モードでは、前記制御端子と前記第3端子とが電気的に接続されないとともに、前記接地端子と前記第4端子とが電気的に接続されず、
    前記動作モードが前記検査モードに設定されている、半導体回路装置。
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