説明

複数の基板を備える構造、その構造の製造方法、および、その構造を用いた水晶発振器

【課題】基板の板面面積を有効活用して安価に小型化を促進できる複数の基板を備える構造を提供することである。
【解決手段】本発明の複数の基板を備える構造は、チップ状の回路素子がそれぞれ配設された複数の基板が電気的な配線を兼ねた支柱によって接続されて構成される複数の基板を備える構造において、前記複数の基板間を接続する支柱の少なくとも1つは前記回路素子のいずれかをも兼ねて構成されるとともに、前記支柱を兼ねた回路素子は、基板上に立たせるように配置されることを特徴とする複数の基板を備える構造である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の基板を備える構造、その構造の製造方法、および、その構造を用いた水晶発振器に関し、特に、板面面積を有効活用し得る複数の基板を備える構造、その構造の製造方法、および、その構造を用いた水晶発振器に関する。
【背景技術】
【0002】
設計上、定められた所定面積内に必要な動作を行う回路を設置しなければならない場合がある。その回路を構成するすべての素子を1つの基板上に設置した場合に必要となるエリアが、その所定面積のエリアを超えた場合、通常、2つ以上の複数の基板に分割して、そのエリア内におさめるようにする。
【0003】
例えば、上述したような目的から、複数の基板を備える構造が、装置内に設けられることが多い。以下では、そのような複数の基板を備える構造を含む装置の一例として水晶発振器を用いて説明する。
【0004】
水晶発振器は例えば通信周波数の基準源として、無線機器に内蔵される。近年では、通信周波数の高周波化に伴い、例えば逓倍回路等を要して部品点数の多くなるものもあり、小型化が求められる。
【0005】
図12は、下記特許文献1などに開示される従来の水晶発振器の概略断面図である。水晶発振器は上下に配置された第1基板1aと第2基板1bを有する。そして、第1基板1a及び第2基板1b上には、水晶振動子、IC、コンデンサ、抵抗等の回路素子2が配設される。
【0006】
第1基板1aは底面(裏面)の4角部に表面実装用の外部端子3を有する。そして、4隅表面上に支柱としての金属ピン4を半田5によって接続し、第1基板1a上に立設する。第2基板1bは金属ピン4を貫通して半田5によって接続し、第1基板1a上に保持される。金属ピン4は第1及び第2基板1bの回路パターンを電気的に接続する。そして、図示しない金属カバーが第1基板1aに接合して第2基板1bが覆われる。
【特許文献1】平3−3506号公報「温度補償発振器」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の目的は、基板の板面面積を有効活用して安価に小型化を促進できる複数の基板を備える構造、および、その構造の製造方法を提供することである。
本発明の別の目的は、複数の基板を備える構造を採用した発振器において、各基板の板面面積を有効活用した安価に小型化を促進できる表面実装発振器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の第1態様の複数の基板を備える構造は、チップ状の回路素子がそれぞれ配設された複数の基板が電気的な配線を兼ねた支柱によって接続されて構成される複数の基板を備える構造において、前記複数の基板間を接続する支柱の少なくとも1つは前記回路素子のいずれかをも兼ねて構成されるとともに、前記支柱を兼ねた回路素子は、基板上に立たせるように配置されることを特徴とする複数の基板を備える構造である。
【0009】
ここで、寝かせて基板に配置されていた回路素子を、支柱を兼用するとともに、立てて基板に配置しているので、その基板上でその回路素子が寝かせて配置される場合に占める面積と、立てて配置される場合に占める面積の差だけ、基板上の必要スペースが減り、その複数の基板を備える構造の小型化が安価に可能となる。
【0010】
本発明の第2態様の水晶発振器は、発振回路を構成するチップ状とした回路素子の配設された第1基板と第2基板とを電気的な配線を兼ねた支柱によって接続し、前記第1基板と第2基板とを上下に配置してなる水晶発振器において、前記支柱の少なくとも1つは前記回路素子のいずれかを兼ねることを特徴とする水晶発振器である。
【0011】
本発明の第3態様の複数の基板を備える構造の製造方法は、チップ状の回路素子がそれぞれ配設された複数の基板が電気的な配線を兼ねた支柱によって接続されて構成される複数の基板を備える構造を製造する方法において、基板上に形成されたパターン上に半田を塗布する工程と、半田が塗布された基板上に回路素子をマウントする工程と、塗布された半田を溶融する工程と、を備え、前記回路素子のいずれかを兼ねて構成される、前記複数の基板間を接続する支柱の少なくとも1つを製造するに際して、前記各工程の一部として、その支柱を兼ねた回路素子を基板の表面または裏面に立たせるようにしてマウントする工程と、半田を溶融することにより、その支柱を兼ねた回路素子を基板に固着させる工程と、上側または下側から接合する基板の裏面または表面の、その回路素子の半田と接触していない電極に対応する位置に半田を塗布する工程と、その塗布した半田と電極とを合わせた状態でその半田を溶融することで、その支柱を兼ねた回路素子を上側または下側から接合する基板とも固着させる工程と、を備えることを特徴とする複数の基板を備える構造の製造方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
図1は、本発明の一実施例を説明する表面実装発振器の断面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
表面実装発振器は、前述同様に、発振回路を構成する回路素子2が配設され、実装端子3を有する第1基板1a、及び矩形の隅部の支柱によって保持された第2基板1bを有する。後述する図5Aおよび図5Bは、図1中の支柱部を拡大して示した断面図である。いずれの図面でも、支柱の少なくとも1つ、例えば、矩形の隅部に設けられる4支柱のうちの前面の2支柱は、回路素子、例えば、チップ抵抗2aを兼ねている。なお、支柱のすべてで回路素子を兼ねるようにしてもよい。
【0013】
すなわち、チップ抵抗2aの両端側(端子部6)が第1基板1aと第2基板1bの回路パターン7に接続されることで、第1基板1aと第2基板1bとが機械的に接続されるとともに、第1基板1aと第2基板1bの回路パターン7が電気的にも接続される。
【0014】
このように、チップ抵抗2aなどの回路素子を支柱に兼用するようにすれば、基板の面積を、例えば、回路素子を小型化せずに、有効活用できる。このため、板面面積の有効活用を安価に実現できる。また、本実施形態では回路素子、例えば、チップ抵抗2aを基板に対して垂直方向に立たせるようにしたので、第1基板1aと第2基板1bとの間の空間を最大限に確保できるとともに、基板間の支柱による支持を安定化できる。また、当所の設計よりその構造のサイズが大型化しそうな場合は、その構造の大型化が回避できるとともに、回路素子を寝かせて基板に配置する場合、すなわち、回路素子(直方体)の最も短い辺を除く2辺を含む矩形を基板に接触させるように配置する場合に基板上でその回路素子が占める面積と、立てて基板に配置する場合、すなわち、回路素子(直方体)の最も短い辺を含む矩形を基板に接触させるように配置する場合に基板上でその回路素子が占める面積の差だけ、基板上の必要スペースが減り、その構造の小型化が安価に可能となる。
【0015】
チップ抵抗などの回路素子11の多くは、図3に示すように、基本的には、直方体の形状をしている。この直方体は、より具体的には、いずれかの辺に対応する長さ「Z」が残りの2辺に対応する長さ「X」「Y」より短い直方体である。そして、通常、長手方向の両端部に端子部(電極)12を有する。
【0016】
このような直方体の形状を有する回路素子を、本実施形態において、支柱に兼用する場合、図3に示すように、回路素子11の両端部の端子部12を結ぶ方向が基板の法線方向に一致するように立たせる場合と、図4に示すように、回路素子11の両端部の端子部12を結ぶ方向が基板と平行になるように、立たせる場合とがある。
【0017】
図5Aおよび図5Bは、例えば、それぞれ図3および図4の状態から上側からも基板によって接合された後の状態を示す断面図である。なお、量産化を意図しない場合は、人手により支柱部分などの半田付けを行ってもよい。
【0018】
図5Aでは、回路素子の両端部の電極を結ぶ方向が基板の法線方向に一致している。この場合、回路素子、例えば、チップ抵抗2aは、端子部6、半田5を介して第1基板1aの表面上の回路パターン7または第2基板1bの裏面の回路パターン7に電気的に接続される。
【0019】
一方、図5Bでは、回路素子の両端部の電極を結ぶ方向が基板の法線方向に直交する方向である。この場合、チップ抵抗2aの両端部の一方の側で端子部6、半田5を介して第1基板1a上の回路パターン7とダミーパターン7aに接続されるとともに、その両端部の他方の側で、端子部6、半田5を介して第2基板1b上の回路パターン7とダミーパターン7aに接続される。ダミーパターンは、半田を塗布する位置に対応してのみ基板上に設けられたものであるから、回路パターンを構成するパターンには含まれない孤立したパターンである。このため、図5Bのチップ抵抗2aは、回路パターン7を介してのみ第1基板または第2基板と電気的に接続される。
【0020】
図6は、図1の水晶発振器の製造工程の大枠を説明する図である。
図6に示すように、まず、基板1aに対して、支柱を兼ねるべく、基板1aに立たせて実装される回路素子2a、基板1aに通常通り寝かせて実装される回路素子2、がリフロー工程によって、基板1aに固着される。また、基板1bに対して、基板1bに通常通り寝かせて実装される回路素子2、がリフロー工程によって、基板1bに固着される。そして、これらの工程の後、基板1a上に立たせて配置される回路素子2aがリフロー工程によって基板1bの裏面に固着される。
【0021】
図7は、水晶発振器などの複数の基板を備える構造の製造工程を示すフローチャートである。ここでは、チップ状の回路素子がそれぞれ配設された複数の基板が電気的な配線を兼ねた支柱によって接続されて構成される場合を想定している。
【0022】
図7に示すように、まず、ステップS101で、基板上に形成されたパターン上に半田が塗布され、ステップS102で、半田が塗布された基板上に回路素子がマウントされ、ステップS103のリフロー工程により、塗布された半田が溶融されるが、これら工程中に、同時進行的に、上述した回路素子を兼用した複数の基板間を結ぶ支柱も作成される。
【0023】
すなわち、図8に示すように、上記マウント工程の一部として行われるステップS201において、図3または図4に示したように、その支柱を兼ねた回路素子のいずれかの端子部(電極)、または、双方の端子部の片側を半田が塗布されたパターン上にマウントすることで、その回路素子を基板上に立たせるようにしてマウントし、そのマウント工程に続いて行われるリフロー工程の一部として行われるS202において、半田を溶融することにより、その回路素子を基板に固着し、後段の基板間を合体させる工程の一部として行われるステップS203において、上からかぶせる基板の裏面の、その回路素子の電極に対応する位置に半田を塗布し、その塗布した半田と電極とを合わせた状態でその半田を溶融するようにする。
【0024】
なお、図8では、下側の基板に支柱に兼用する回路素子を立たせるようにマウントし、その後、上側の基板と接合したが、逆に、上側の基板に支柱に兼用する回路素子を立たせるようにマウントし、その後、下側の基板と接合するようにしてもよい。
【0025】
図9は、図1の基板1aまたは基板1bの設計図の一例を示す図である。
図9では、基板1b中の破線で囲まれた抵抗は、予め支柱を兼ねるものとして設計されている。この場合、図10に示すように、回路素子を寝かせて基板に配置する場合に基板上でその回路素子が占める面積と、第1または第2の向きに立てて基板に配置する場合に基板上でその回路素子が占める面積の差(図9中、第2列または第3列に破線で示される)だけ、基板上の必要スペースが減り、その構造の小型化が安価に可能となる。
【0026】
また、支柱に用いる回路素子2はチップ抵抗2aの他に、チップコンデンサや、発振回路を構成する他の回路素子であってもよい。例えば恒温槽型とした場合は、支柱に用いる回路素子2は、温度制御素子であってもよい。
【0027】
また、以上の説明では、支柱に回路素子を兼用する構成であったが、基板上に搭載する複数の回路素子としては、通常、同一の寸法のものを複数用いることから、複数の回路素子を複数の支柱に兼用する場合でも、同一寸法の回路素子を複数用いることで、基板間の支柱の高さを一定に保つことができる。
【0028】
また、支柱を兼ねる回路素子を、両端部の端子部を結ぶ方向が、各基板の法線方向と平行になるようにして立たせるようにマウントする場合に、そのマウント工程を以下のようにして行ってもよい。すなわち、支柱を兼ねる回路素子のいずれかの端子部(電極)を図11に示すように、半田が塗布されたパターン上にマウントするようにし、そのマウント工程に続いて行われるリフロー工程において、半田を溶融することにより、ツームストン(墓石)現象を利用してその支柱を兼ねる回路素子を軸A方向に回転させて立たせるようにしてもよい。
【0029】
また、以上の説明の一部は、水晶発振器を用いて行われたが、水晶発振器以外の複数の基板を備える構造に対しても、本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】本発明の一実施例を説明する表面実装発振器の断面図である。
【図2】回路素子の形状を示す図である。
【図3】基板上で、第2の立たせ方をした図2の回路素子の斜視図である。
【図4】基板上で、第1の立たせ方をした図2の回路素子の斜視図である。
【図5A】図3の状態から上側からも基板によって接合された後の支柱部分の状態を示す断面図である。
【図5B】図4の状態から上側からも基板によって接合された後の支柱部分の状態を示す断面図である。
【図6】図1の水晶発振器の製造工程の大枠を説明する図である。
【図7】水晶発振器などの複数の基板を備える構造の製造工程を示すフローチャートである。
【図8】図7のフローチャートの一部として行われる、回路素子を兼ねた支柱部分に関わるフローチャートである。
【図9】図1の基板の設計図の一例を示す図である。
【図10】本実施形態の効果を説明する図である。
【図11】支柱を兼ねた回路素子を立たせるようにマウントする場合の一例を説明する図である。
【図12】従来例を説明する表面実装発振器の断面図である。
【符号の説明】
【0031】
1 回路基板
2、11 回路素子
3 実装端子
4 金属ピン
5 半田
6、12 端子部
7 回路パターン
13 半田

【特許請求の範囲】
【請求項1】
チップ状の回路素子がそれぞれ配設された複数の基板が電気的な配線を兼ねた支柱によって接続されて構成される複数の基板を備える構造において、
前記複数の基板間を接続する支柱の少なくとも1つは前記回路素子のいずれかをも兼ねて構成されるとともに、前記支柱を兼ねた回路素子は、基板上に立たせるように配置されることを特徴とする複数の基板を備える構造。
【請求項2】
前記支柱を兼ねた回路素子は、両端部の端子部を結ぶ方向が、各基板と平行になるようにして立たせられることを特徴とする請求項1記載の複数の基板を備える構造。
【請求項3】
前記支柱を兼ねた回路素子は、両端部の端子部を結ぶ方向が、各基板の法線方向と平行になるようにして立たせられることを特徴とする請求項1記載の複数の基板を備える構造。
【請求項4】
発振回路を構成するチップ状とした回路素子の配設された第1基板と第2基板とを電気的な配線を兼ねた支柱によって接続し、前記第1基板と第2基板とを上下に配置してなる水晶発振器において、前記支柱の少なくとも1つは前記回路素子のいずれかを兼ねて構成されることを特徴とする水晶発振器。
【請求項5】
前記支柱を兼ねた回路素子は、基板上に立たせるように配置されることを特徴とする請求項4記載の水晶発振器。
【請求項6】
前記回路素子は前記第1基板と第2基板の板面に対して垂直方向とした請求項4の水晶発振器。
【請求項7】
チップ状の回路素子がそれぞれ配設された複数の基板が電気的な配線を兼ねた支柱によって接続されて構成される複数の基板を備える構造を製造する方法において、
基板上に形成されたパターン上に半田を塗布する工程と、
半田が塗布された基板上に回路素子をマウントする工程と、
塗布された半田を溶融する工程と、を備え、
前記回路素子のいずれかを兼ねて構成される、前記複数の基板間を接続する支柱の少なくとも1つを製造するに際して、前記各工程の一部として、
その支柱を兼ねた回路素子を基板の表面または裏面に立たせるようにしてマウントする工程と、
半田を溶融することにより、その支柱を兼ねた回路素子を基板に固着させる工程と、
上側または下側から接合する基板の裏面または表面の、その回路素子の半田と接触していない電極に対応する位置に半田を塗布する工程と、
その塗布した半田と電極とを合わせた状態でその半田を溶融することで、その支柱を兼ねた回路素子を上側または下側から接合する基板とも固着させる工程と、を備えることを特徴とする複数の基板を備える構造の製造方法。
【請求項8】
前記支柱を兼ねた回路素子は、そのいずれかの端部、または、両端部の片側を塗布された半田に接触するように基板上にマウントされることを特徴とする請求項7記載の複数の基板を備える構造の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5A】
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【図5B】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【公開番号】特開2006−24900(P2006−24900A)
【公開日】平成18年1月26日(2006.1.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−153155(P2005−153155)
【出願日】平成17年5月25日(2005.5.25)
【出願人】(000232483)日本電波工業株式会社 (1,148)
【Fターム(参考)】