(57)【要約】【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。【選択図】図１ 
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【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。
【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
【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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