JP2000124738A - 圧電発振器および圧電振動デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 限られた領域に多くの電子部品を搭載するこ
とができ、かつコスト安のパッケージを得る。また圧電
振動子の電気的特性の低下を防ぐ圧電発振器および圧電
振動デバイスを得る。 【解決手段】 温度補償型水晶発振器は、チップ型の水
晶振動子１と水晶振動子の裏面に取り付けられる第１の
回路素子であるＩＣ４１からなる一体構成物を、セラミ
ックス製の台座５に取り付けた構成である。また、台座
の表面には抵抗等の第２の回路素子４２，４３が搭載さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は携帯電話等の通信機
器あるいは電子機器等に用いられる圧電振動デバイスま
たは圧電発振器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電振動デバイスあるいは圧電発振器
は、機能付加のための周辺回路部品を一体的に収納する
ことがある。例えば、圧電フィルタにフィルタマッチン
グ回路を付加した構成や、圧電発振器に周波数制御機能
を付加した電圧制御型圧電発振器、あるいは温度補償機
能を付加した温度補償型圧電発振器等である。電圧制御
型水晶発振器を例にとり説明すると、電圧制御型水晶発
振器は、水晶振動子とこれを動作させるための帰還増幅
器からなる水晶発振器に、可変容量ダイオード等の周波
数制御回路（電圧制御回路）による負荷容量の可変機能
を持たせたもので、外部制御電圧により出力周波数が制
御できる水晶発振器である。一般的には回路中の水晶振
動子に直列に可変容量ダイオードを接続し、これに制御
電圧端子を付した構成となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、これら水晶振動
子、帰還増幅器、電圧制御回路を構成する回路素子は一
つの基板上に平面的に配置していた。しかしながら、近
年の電子部品に対する小型化の要請で、これら基板への
実装はより高密度に、より集積化した方向となってお
り、また、水晶振動子自体の小型化も検討されている。
しかしながら平面搭載の場合どうしても実装面積に限界
を生じ、また水晶振動子の小型化についても、小型化が
過ぎると並列容量値が小さくなり、周波数制御回路での
周波数可変量が小さくなるという欠点があった。

【０００４】このような問題を回避するために、パッケ
ージ基板の表裏に圧電振動子並びに回路素子を配置する
構成が考えられている。特開平８−２０４４５２号は温
度補償発振器において、基板の表裏に圧電素子、電子部
品が配置されている構成が開示されている。ここで用い
られているパッケージは、上下それぞれに凹部が形成さ
れた構成であり、各凹部に圧電素子、電子部品が収納さ
れている。このようなパッケージはセラミックからなる
が、このような上下に凹部を有する構成は製造が困難
で、実用上有効な製造精度を求めた場合、コストが高く
なりすぎるという問題点があった。

【０００５】また、一つの凹部に小さな部品を複数個搭
載する場合、チップマウンター（自動部品搭載機）の搭
載ツールが凹部の内壁（側壁）に干渉し、凹部の中央部
分にしか電子部品を搭載できず、単位面積当たりの搭載
点数を多くすることができなかった。

【０００６】このような問題は、電圧制御型水晶発振器
のみならず、温度補償型水晶発振器等の他の圧電発振
器、またフィルタマッチング回路が一体化された水晶フ
ィルタ等の他の圧電振動デバイスにおいても同様の問題
を有していた。

【０００７】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、付加機能を持たせるために限られた領域に
多くの電子部品を搭載することができ、かつコスト安の
パッケージを得ることを目的とするものであり、また圧
電振動子の電気的特性の低下を防ぐ圧電発振器および圧
電振動デバイスを得ることを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧電発振器あ
るいは圧電振動デバイスの裏面に必要な回路素子を搭載
した後、当該回路素子を囲む台座を設けることにより機
能付加を行ったものである。

【０００９】請求項１に示した圧電発振器は、内部に電
極形成された圧電振動素子が、気密性を保持した状態で
収納されるとともに、平面化された裏面の外周近傍に複
数の導出電極が形成され、かつ裏面に複数の電極パッド
が形成されたチップ型の圧電振動子と、前記電極パッド
上に搭載され、前記圧電振動子と発振回路を形成する増
幅器を含む少なくとも１つの第１の回路素子と、前記第
１の回路素子の四囲を囲むよう収容する状態で、前記圧
電振動子が取り付けられる台座と、前記台座の表面に搭
載される第２の回路素子と、からなることを特徴として
いる。

【００１０】前記各回路素子は、請求項２に示すよう
に、温度補償回路の一部または全部を構成しているか、
あるいは電圧制御回路の一部または全部を構成している
か、あるいは温度補償回路の一部または全部と電圧制御
回路の一部または全部を構成している例をあげることが
できる、

【００１１】請求項１によれば、圧電振動子は単独で気
密的にパッケージに収納されるので、他の部品と共存収
納した場合に発生しやすい半田ガス（フラックス等）、
樹脂接着剤のガス等による圧電振動子の電極等への悪影
響を受けない。

【００１２】また圧電振動子の裏面に回路素子を搭載す
る際、側壁のない状態で搭載することができる。従っ
て、チップマウンターの搭載ツールが干渉することな
く、台座の枠内に相当する領域全体を搭載領域とするこ
とができる。そして搭載後、枠状台座を取り付けること
により、回路素子を保護することができる。

【００１３】さらに、圧電振動子と、温度補償回路ある
いは電圧制御回路等を構成する回路素子が分離した構成
であるので、圧電振動子の電気的特性に対応した最適な
定数の外部回路素子を組み合わせることができ、最適設
計が容易となる。

【００１４】また、請求項３に示した圧電振動デバイス
は、内部に電極形成された圧電振動素子が気密性を保持
した状態で収納されるとともに、平面化された裏面の外
周近傍に複数の導出電極が形成され、かつ裏面に複数の
電極パッドが形成された圧電振動デバイスと、前記電極
パッド上に搭載される少なくとも１つの回路素子と、前
記回路素子の四囲を囲むよう収容する状態で、前記圧電
振動デバイスが取り付けられるとともに、表面に前記導
出電極と電気的接続される接続電極を有し、裏面に当該
接続電極と電気的に接続された外部接続電極を形成した
セラミック製の枠状の台座と、からなることを特徴とし
ている。

【００１５】請求項３によれば、圧電振動デバイスは単
独で気密的にパッケージに収納されるので、他の部品と
共存収納した場合に発生しやすい半田ガス（フラックス
等）、樹脂接着剤のガス等による圧電振動子の電極等へ
の悪影響を受けない。

【００１６】また圧電振動デバイスの裏面に回路素子を
搭載する際、側壁のない状態で搭載することができる。
従って、チップマウンターの搭載ツールが干渉すること
なく、台座の枠内に相当する領域全体を搭載領域とする
ことができる。そして搭載後、枠状台座を取り付けるこ
とにより、回路素子を保護することができる。

【００１７】さらに、圧電振動デバイスと回路素子が分
離した構成であるので、圧電振動デバイスの電気的特性
に対応した外部回路素子を組み合わせることができる。
例えば圧電フィルタとフィルタマッチング回路により例
示すると、まず圧電フィルタの電気的特性を測定し、こ
こで得られた特性に対応したコンデンサ、インダクタ等
の回路素子を適宜選択することにより、最適な電気的特
性の圧電フィルタを得ることができる。

【００１８】また請求項４に示すように、請求項１記載
の圧電発振器または請求項２記載の圧電振動デバイスに
示すように、収容部が有底構造であり、前記回路素子を
包囲する構成としてもよい。

【００１９】請求項４によれば、収容部が回路素子を包
囲する構成であるので、実装基板へ搭載する際等におい
て、取り付けられた回路素子を熱的および機械的に保護
する。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を表面実装型
の温度補償型水晶発振器を例にとり図１，図２，図３と
ともに説明する。図１は本実施の形態を示す分解斜視図
であり、図２は第１の回路素子を取りつけた水晶振動子
の底面図、図３は完成した温度補償型水晶発振器を図１
で示す矢印Ａ方向から見た側面図である。

【００２１】温度補償型水晶発振器は、チップ型の水晶
振動子１と水晶振動子の裏面に取り付けられる第１の回
路素子であるＩＣ４１からなる一体構成物を、セラミッ
クス製の台座５に取り付けた構成である。

【００２２】水晶振動子１は、セラミックパッケージ１
０と、セラミックパッケージ１０の中に収納される水晶
振動板３と、これを気密封止するフタ２とからなる。セ
ラミックパッケージ１０はアルミナ等のセラミックスか
らなり、上部が開口した直方体形状で、開口周囲部分に
はタングステン、ニッケル等からなる金属層１１がメタ
ライズ技術、メッキ技術を用いて形成されている。内部
には水晶振動板３を電気的機械的に接合する支持電極１
２，１３が形成されており、これら各支持電極は周知の
セラミック積層技術を用いた内部配線を介して導出電極
１４，１５，１６，１７に引き出されている。各導出電
極１４，１５，１６，１７は水晶振動子の裏面１０ａの
外周近傍に形成されている。また、裏面の外周近傍以外
の中央部分には複数の電極パッド１８・・・、１９・・
・が形成されている。なお、これら各電極パッドは図２
においてＩＣ４１の下に隠れているので、点線で示して
いる。これら電極パッド１８・・・、１９・・・にはＩ
Ｃ上の各電極パッド４１ａ・・・、４１ｂ・・・が接続
されるとともに、水晶振動子の外周部分に引き出された
引出電極パッド１８ａ・・・，１９ａ・・・が電気滝接
続されている。なお、当該ＩＣ４１には帰還増幅器のほ
かに温度補償回路の一部を構成する回路素子が形成され
ている。

【００２３】水晶振動板３は矩形状のＡＴカット水晶板
であり、表裏面に励振電極３１，３２（３２は図示せ
ず）が形成され、それぞれ支持電極１２，１３に導電性
接合材（図示せず）により接続されるよう一端部に引き
出されている。フタ２は金属板あるいはセラミック板等
からなり、前記金属層１１に対応して、ニッケル等から
なる金属層２１が形成されている。セラミックパッケー
ジ１０とフタ２は不活性ガス雰囲気中あるいは減圧雰囲
気中で溶接接合される。接合方法は周知のシーム溶接、
レーザー溶接、超音波溶接等を用いることができる。

【００２４】台座５はアルミナ等のセラミックスからな
り、その上面に前記導出電極１４，１５，１６，１７に
対応接続される接続電極５１，５２，５３，５４が形成
されており、当該接続パッド間には前記ＩＣが収納され
る有底の収納部５０が形成されている。また前記引出電
極パッド１８ａ・・・，１９ａ・・・に対応する複数の
接続パッド５５・・・、５６・・・が形成されている。
以上の構成の台座５上に水晶振動子１を搭載し、半田等
により各電極を対応接合する。これにより前述のＩＣ４
１は枠状台座に包囲された状態となる。なお、前記収納
部は台座を貫通する無底構成であってもよい。この場
合、当該枠状台座の枠内にエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂
を充填して、回路素子の接合の安定をはかってもよい。

【００２５】また、当該台座の表面には抵抗等の第２の
回路素子４２，４３が搭載される接続電極５ａ，５ｂ，
５ｃ，５ｄが形成されている。これら接続電極あるいは
接続パッドは、図示していないがセラミック積層技術を
用いた内部配線あるいは表面の印刷配線により適宜接続
され、４つの外部接続電極５７・・・（一部図示せず）
として外部導出されている。

【００２６】なお、上記温度補償回路を構成する回路素
子に代えて、電圧制御回路を構成する回路素子、例えば
可変容量ダイオード、コンデンサ等を用いて、電圧制御
型水晶発振器に適用してもよく、また電圧制御機能を有
する温度補償型水晶発振器に適用してもよい。

【００２７】本発明による他の実施の形態をフィルタマ
ッチング回路を付加した表面実装型水晶フィルタを例に
とり図４，図５とともに説明する。図４は表面実装型圧
電フィルタの内部断面図、図５は枠状台座の斜視図であ
る。

【００２８】フィルタマッチング回路を付加した表面実
装型水晶フィルタは、４ポールタイプの表面実装型水晶
フィルタ６と、表面実装型水晶フィルタ６の裏面に取り
付けられる回路素子４４と、同じく裏面に取り付けられ
るセラミックス製の枠状台座９とからなる。

【００２９】表面実装型水晶フィルタ６は、セラミック
パッケージ６０と、セラミックパッケージ６０の中に収
納される２つのモノリシック水晶フィルタ素子７１，７
２と、これらモノリシック水晶フィルタ素子を気密封止
するフタ８とからなる。セラミックパッケージ６０はア
ルミナ等からなり、上部が開口した直方体形状で、開口
部分には金属層６１がメタライズ技術やメッキ技術を用
いて形成されている。内部にはモノリシック水晶フィル
タ素子の各電極を電気的機械的に接合する支持電極６
２，６３，６４が形成されており、これら各電極はセラ
ミック積層技術を用いた内部配線を介して導出電極６
５，６６，６７に引き出されている。各導出電極６５，
６６，６７は裏面の外周近傍に形成されている。また、
裏面の外周近傍以外の中央部分には複数の電極パッド
（図示せず）が形成されており、これら電極パッドはセ
ラミックパッケージ６０の内部配線を介して、前記モノ
リシック水晶フィルタ６の各電極と電気的接続され、後
述のフィルタマッチング回路を構成する回路素子の搭載
により、フィルタマッチング回路が構成できるように適
宜配線されている。

【００３０】モノシリック水晶フィルタ素子７１，７２
は矩形状のＡＴカット水晶板であり、各々表面に共通電
極７１ａ，７２ａが形成されるとともに、各々裏面には
入出力電極７１ｂ、７１ｃ、７２ｂ、７２ｃが形成され
ている。これら各電極はそれぞれ導電性樹脂接合材Ｓに
より支持電極に接続されるよう引き出されている。フタ
８は金属板あるいはセラミック板等からなり、前記金属
層６１に対応して、ニッケル等からなる金属層が形成さ
れている。セラミックパッケージ６０とフタ８は不活性
ガス雰囲気中あるいは減圧雰囲気中で溶接接合される。

【００３１】セラミックパッケージ６０の裏面の電極パ
ッドには、コンデンサ、抵抗等からなるフィルタマッチ
ング回路を構成する回路素子４１が複数個搭載され、半
田等により電気的機械的接合されている。

【００３２】枠状台座９はアルミナ等のセラミックスか
らなり、その上面に前記導出電極６５，６６，６７に対
応接続される接続電極９１，９２，９３が形成されてい
る。これら各電極は内部配線を介して各々外部接続電極
９４，９５，９６（一部図示せず）に引き出されてい
る。また、枠の中央部分が仕切られており、各モノリシ
ック水晶フィルタ素子に対応したマッチング回路が収納
できるよう構成されているとともに、枠の内側壁には金
属膜９７，９８が形成されており、これをアース接続す
ることにより電磁気的なシールド膜として機能させてい
る。

【００３３】以上の構成の枠状台座９をセラミックパッ
ケージの裏面９０ａに半田等により接合する。これによ
り前述の回路素子４１は枠状台座９に四囲を囲まれた状
態となる。なお、図示していないが、当該枠状台座の枠
内に絶縁性のエポキシ樹脂等を充填して、回路素子の接
合の安定をはかってもよいし、前述の実施例のように有
底形状の台座を用いてもよい。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、圧電振動デバイスある
いは圧電振動子の裏面に回路素子を搭載する際、側壁の
ない平坦な面に搭載することができる。従って、チップ
マウンターの搭載ツールが側壁等に干渉することなく、
台座の枠内に相当する領域全体を搭載領域とすることが
できる。よって、限られた領域に多くの電子部品を搭載
することができ、また逆に限られた領域に高密度実装す
ることができる。

【００３５】また、セラミックパッケージも従来のよう
に複雑な構成を必要としないため、安価なパッケージを
採用することができ、ひいては安価な圧電振動デバイス
あるいは圧電発振器を提供することができる。

【００３６】また、圧電振動素子を必要以上に小型化さ
せる必要がないので、小型化による並列容量の低下等電
気的特性の低下を招くことがなくなる。さらに、圧電振
動素子は単独で気密的にパッケージに収納されるので、
他の部品からのガス等による悪影響を受けないので、経
時変化等の少ない圧電発振器および圧電振動デバイスを
得ることができる。

【００３７】さらに請求項４によれば、収容部が回路素
子を包囲する構成であるので、実装基板へ搭載する際等
において、取り付けられた回路素子を熱的および機械的
に保護し、信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態を示す分解斜視図

【図２】水晶振動子の底面図

【図３】本実施の形態を示す側面図

【図４】他の実施の形態を示す内部断面図

【図５】他の実施の形態で用いた枠状台座の斜視図

【符号の説明】

１ 水晶振動子 １０ セラミックパッケージ １１ 金属層 ２、８ フタ ２１ 金属層 ３ 水晶振動板（圧電振動板） ４１ ＩＣ（回路素子） ４２，４３ 調整回路素子 ５、９ 台座 ６ 水晶フィルタ ７１，７２ モノリシック水晶フィルタ素子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に電極形成された圧電振動素子が、
   気密性を保持した状態で収納されるとともに、平面化さ
   れた裏面の外周近傍に複数の導出電極が形成され、かつ
   裏面に複数の電極パッドが形成されたチップ型の圧電振
   動子と、 前記電極パッド上に搭載され、前記圧電振動子と発振回
   路を形成する増幅器を含む少なくとも１つの第１の回路
   素子と、 前記第１の回路素子の四囲を囲むよう収容する状態で、
   前記圧電振動子が取り付けられる台座と、 前記台座の表面に搭載される第２の回路素子と、からな
   る圧電発振器。
2. 【請求項２】 前記第１の回路素子および第２の回路素
   子が、温度補償回路の一部または全部を構成している
   か、あるいは電圧制御回路の一部または全部を構成して
   いるか、あるいは温度補償回路の一部または全部と電圧
   制御回路の一部または全部を構成していることを特徴と
   する請求項１記載の圧電発振器。
3. 【請求項３】 内部に電極形成された圧電振動素子が気
   密性を保持した状態で収納されるとともに、平面化され
   た裏面の外周近傍に複数の導出電極が形成され、かつ裏
   面に複数の電極パッドが形成された圧電振動デバイス
   と、 前記電極パッド上に搭載される少なくとも１つの回路素
   子と、 前記回路素子の四囲を囲むよう収容する状態で、前記圧
   電振動デバイスが取り付けられるとともに、表面に前記
   導出電極と電気的接続される接続電極を有し、裏面に当
   該接続電極と電気的に接続された外部接続電極を形成し
   たセラミック製の枠状の台座と、 からなる圧電振動デバイス。
4. 【請求項４】収容部が有底構造であり、前記回路素子を
   包囲する構成であることを特徴とする請求項１または請
   求項２または請求項３記載の圧電発振器および圧電振動
   デバイス。