JP2003017940A - 表面実装型高安定圧電発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面実装型の温度制御型高安定圧電発振器に
おいて、ベースプリント基板の上方に発振回路基板及び
圧電振動子を架設支持するリード端子を放熱量の少ない
線材によって構成しながらも、ベースプリント基板上に
おけるリード端子の位置ずれを確実に防止することがで
きる。 【解決手段】 ベースプリント基板３３上に突出するリ
ード端子３４の上部に架設支持された発振回路基板５０
と、発振回路基板に搭載した圧電振動子５１と、ベース
プリント基板上の空間を包囲する金属ケース５３と、を
備えた表面実装型高安定圧電発振器において、ベースプ
リント基板の下面には、リード端子が貫通する位置に大
径の凹所６０を有し、該凹所とベースプリント基板上面
との間の壁部にはリード端子の下部を挿入支持するスル
ーホール６１が形成され、リード端子の適所には、リー
ド端子の下部をスルーホール内に挿着した状態で該フラ
ンジ部とスルーホール周縁のパッドとの間をハンダ接続
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、周波数制御デバイ
ス等として使用される圧電発振器に関し、特に圧電振動
子をヒータによって加熱すると共に、温度制御回路によ
ってヒータ温度を制御する構成を備えた表面実装型の高
安定圧電発振器の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】無線基地局に使用される通信機器や、伝
送ネットワークに使用される移動体通信機器や伝送通信
機器において、周波数制御デバイスとして使用される水
晶発振器等の圧電発振器として、内蔵したヒータと温度
制御回路によって圧電振動子を加熱してその温度を制御
することによって、外部の温度変化に影響されることな
く高安定な周波数を出力することができる温度制御型の
高安定圧電発振器が知られている。従来の温度制御型高
安定圧電発振器は、ベース板を貫通して上下方向へ突出
する導体リード線の上端部に、圧電振動子、ヒータ、回
路部品等を搭載した発振用プリント基板を架設し、これ
らの部品を含むベース板上の空間を金属ケースにより包
囲した構成を備えている。この発振器をマザープリント
基板上に搭載する際には、発振器のベース板下方へから
引き出された複数本の線状リード端子をマザープリント
基板に設けたスルーホール内に差し込んだ上でハンダに
より接続固定する。この種の高安定圧電発振器は、周波
数安定度が重要視されていたためその大きさや形状につ
いての制約は少なかったが、近年になって小型化、表面
実装化の要求が高まってきている。図５は従来の表面実
装型の温度制御型高安定圧電発振器の概略構成を示す断
面図であり、この高安定圧電発振器１は、図示しないマ
ザープリント基板上に表面実装するため外部端子２を備
えたベースプリント基板３と、ベースプリント基板３の
上面に搭載された電子部品（発振回路部品、ヒータ、温
度制御回路部品）４と、ベースプリント基板３の上面か
らわずかに浮き上がった状態で導体リード線５によって
ベースプリント基板３と接続支持された圧電振動子６
と、これらの構成要素４，５，６を含むベースプリント
基板３上の空間を包囲した状態でベースプリント基板３
に固定された金属ケース７を有する。しかし、このよう
にベースプリント基板３上面にヒータ等を配置すると、
圧電振動子６を加温するための熱がベースプリント基板
３からマザープリント基板側へ逃げてしまい、効率的な
温度制御が困難となる。このような不具合を解消するた
めには、図６，図７に夫々示した構成の表面実装型の温
度制御型高安定圧電発振器のように、ヒータ等の電子部
品４と圧電振動子６を搭載した発振回路基板１０をベー
スプリント基板３から遠ざけて配置する必要があった。

【０００３】即ち、図６に示した従来の高安定圧電発振
器１は、図示しないマザープリント基板上に表面実装す
るための外部端子２を備えたベースプリント基板３と、
ベースプリント基板上のパッド上にハンダ１１によって
立設された複数の線状のリード端子１２と、リード端子
１２の上部に固定され且つ電子部品（発振回路部品、ヒ
ータ、温度制御回路部品）４及び圧電振動子６を搭載し
た発振回路基板１０と、これらの構成要素４，６、１０
を含むベースプリント基板３上の空間を包囲した状態で
ベースプリント基板３に固定された金属ケース７と、を
有する。しかし、このタイプの圧電発振器１にあって
は、リード端子１２をベースプリント基板上のパッド上
にハンダ接続する際に横方向へ位置ずれが生じやすく、
位置ずれしたリード端子１２に固定した発振回路基板１
０がケース７の内壁に接近すると、搭載した圧電振動子
６が外気温の影響を受けやすくなり、周波数の安定度が
低下する。また、図７（ａ）（ｂ）に示したタイプは、
図６の発振器に用いられる線状のリード端子１２に代え
て薄板状のリード端子１５を使用している。このリード
端子１５は、発振回路基板１０に貫通して接続されるリ
ード本体１５ａの下部にストッパ１５ｂと、位置決めピ
ン１５ｃとを有し、この位置決めピン１５ｃをベースプ
リント基板３上のランド１６上に設けた穴１６ａ内に差
し込んだ上でハンダ１７によって固定される。しかし、
リード端子としてこのように表面積が大きい板状の部材
を使用すると放熱し易くなり、搭載した圧電振動子６が
外気温の影響を受けやすくなって、周波数の安定度が低
下する。更に、上記いずれのタイプの表面実装型の温度
制御型高安定圧電発振器にあっても、完成した発振器の
動作をチェックする際には、図８に示した如き端子治具
２０に設けた端子２１に外部端子２を当接させて通電を
行うが、このような動作チェックを実施すると、外部端
子２に傷が付いたり、或いは剥離する等の不具合が発生
するので、動作チェックを受けた発振器の不良品率が増
大する虞があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来例の
欠点を改善するために提案されたものであり、圧電振動
子をヒータによって加熱すると共に、温度制御回路によ
ってヒータ温度を制御する構成を備えた表面実装型の温
度制御型高安定圧電発振器において、ベースプリント基
板の上方に発振回路基板及び圧電振動子を架設支持する
リード端子を放熱量の少ない線材によって構成しながら
も、ベースプリント基板上におけるリード端子の位置ず
れを確実に防止することができる表面実装型高安定圧電
発振器を提供することを課題とする。また、表面実装型
でありながらベースプリント基板底部に設けた外部端子
を利用した動作チェックを行う必要を無くすることによ
り、動作チェック時に外部端子が被る損傷を防止して、
発振器の不良品率を大幅に低減できる表面実装型高安定
圧電発振器を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明は、外面に表面実装用の外部端子を
備えた絶縁材料から成るベースプリント基板と、該ベー
スプリント基板を貫通する少なくとも２つの線状リード
端子と、該ベースプリント基板上に突出するリード端子
の上部に架設支持された発振回路基板と、該発振回路基
板に搭載した圧電振動子と、前記各構成要素を含むベー
スプリント基板上の空間を包囲する金属ケースと、を備
えた表面実装型高安定圧電発振器において、前記ベース
プリント基板の下面には、前記リード端子が貫通する位
置に大径の凹所を有し、該凹所とベースプリント基板上
面との間の壁部には前記リード端子の下部を挿入支持す
るスルーホールが形成され、前記リード端子の適所に
は、スルーホールの上側周縁に係止されるフランジ部を
備え、前記リード端子の下部をスルーホール内に挿着し
た状態で該フランジ部とスルーホール周縁のパッドとの
間をハンダ接続したことを特徴とする。請求項２の発明
は、前記リード端子は、前記フランジ部よりも下方へ延
びる下側部分が前記ベースプリント基板の肉厚を越えた
長さを備え、該リード端子の下側部分は圧電発振器の完
成後の動作チェック後に切断除去されて前記凹所内に退
避した状態で終端することを特徴とする。請求項３の発
明は、前記金属ケースは、前記ベースプリント基板上面
と対面する下面が開放し、内側に屈曲したその裾部をネ
ジによってベースプリント基板に固定される構成を備
え、該金属ケースの裾部と対応するベースプリント基板
に設けた連結穴の下部は大径の連結用凹所となっている
ことを特徴とする。請求項４の発明は、前記ベースプリ
ント基板の上面と、その上方に位置する発振回路基板及
び圧電振動子との間の空間内に、断熱材を配置したこと
を特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した実施
の形態により詳細に説明する。図１（ａ）（ｂ）及び
（ｃ）は本発明の一実施形態に係る表面実装型の温度制
御型高安定圧電発振器（以下、発振器、という）の構成
を示す縦断面図、底面図、及び要部拡大断面図である。
この実施形態に係る発振器３１は、外面（外底部）に表
面実装用の外部端子３２を備えた絶縁材料から成るベー
スプリント基板３３と、該ベースプリント基板３３を貫
通する少なくとも３つの線状のリード端子３４と、該ベ
ースプリント基板３３上に突出するリード端子３４の上
部に架設支持された発振回路基板５０と、該発振回路基
板５０に搭載した圧電振動子５１及び電子部品（ヒー
タ、発振回路部品、温度制御回路部品）５２と、上記各
構成要素５０，５１，５２を含むベースプリント基板３
３上の空間を包囲するためにベースプリント基板３３上
に裾部をハンダ５４により接続された金属ケース５３
と、を備える。ベースプリント基板３３は、上面にパッ
ド３５、配線パターンを備え、外底面から側面、或いは
上面にかけて延在する外部端子３２を複数有している。
また、ベースプリント基板３３の底面には、リード端子
３４が貫通する位置に大径の凹所６０（ザグリホール）
を有し、該凹所６０とベースプリント基板上面との間の
壁部３３ａにはスルーホール６１が形成され、このスル
ーホール６１内にリード端子３４の下端部が挿通されて
凹所６０の上部にて終端している。スルーホール６１
は、絶縁基板に設けた貫通穴６１ａの内壁に導体膜６１
ｂを形成した構成を有し、導体膜６１ｂはパッド３５と
導通している。リード端子３４の適所には、スルーホー
ル６１の上側周縁（基板３３の上面）に係止されるフラ
ンジ部３４ａを備え、フランジ部３４ａよりも下方のリ
ード端子部分がスルーホール６１内に挿入された状態
で、ハンダ６５によってリード端子３４とパッド３５と
が接続される。なお、ベースプリント基板３３の肉厚を
例えば１．６ｍｍとした場合に、リード端子３４の直径
は例えば０．４ｍｍとし、スルーホール６１の直径は例
えば０，６ｍｍとし、凹所６０の直径は２．５ｍｍ、深
さは０．８ｍｍとする。

【０００７】このように本実施形態の発振器３１にあっ
ては、上部にて発振回路基板５０を支持する線状リード
端子３４をベースプリント基板に位置決めする際に、ベ
ースプリント基板３３に設けたスルーホール６１内にリ
ード端子３４の下部を差し込み、且つリード端子下部に
設けたストッパとしてのフランジ部３４ａによってリー
ド端子上部の突出長を一定にする。この状態で、フラン
ジ部３４ａをスルーホール６１と導通したパッド３５と
ハンダにより接続するので、リード端子の３４横方向位
置を常に一定にすることができる。このため、従来のよ
うに線状のリード端子の位置が横方向にずれることに起
因して発生する発振回路基板の位置ずれと、それによっ
て発生する外気温度による悪影響を解消できる。また、
リード端子は、線状導体から成るので、ヒータからの熱
を多く放熱せず、温度変化による周波数変動をもたらす
虞がない。

【０００８】一方、ベースプリント基板３３の底面に、
スルーホール６１と連通する大径の凹所６０を設けたこ
とにより、完成した発振器３１の動作チェックを行う際
に外部端子３２を利用して図８のように端子治具の端子
を接触させる必要が無くなる。即ち、図２（ａ）（ｂ）
はリード端子３４を利用して発振器３１の動作チェック
を行うために、リード端子３４の下端部をベースプリン
ト基板３３の下面よりも充分に長く突出させた状態を示
す説明図である。換言すれば、図１に示した発振器は、
図２に示した長尺のリード端子３４の下端部を動作チェ
ック後に切断した完成品の状態を示している。図１に示
した発振器３１は、完成前の状態では図２に示した如く
リード端子３４の下部が下方へ突出しており、図２
（ａ）に示した如きリード端子挿通穴７１を有した測定
治具７０を用い、挿通穴７１内にリード端子３４の突出
した下端部を挿通させた状態で動作チェックを行う。動
作チェックの結果、正常に動作することが判明した場合
には、凹所６０とスルーホール６１との境界面にてリー
ド端子を、小型ニッパ等を用いて切断することにより、
図１の完成状態にすることができる。仮に、リード端子
の切断後に、スルーホール６１内から凹所６０内に多少
リード端子下部が突出していたとしても凹所６０内に収
まっている限り、リード端子下部はベースプリント基板
３３の下面から突出することがないので、表面実装時に
マザープリント基板上のパッド、配線パターン等と接触
を起こす虞がなくなる。なお、凹所６０の形状は必ずし
も図１に示した如き円筒形状である必要はなく、例えば
図３に示した如き略円錐形状であってもよい。また、リ
ード端子の数として上記各実施形態では、図示説明の便
宜上から２端子しか示していないが、実際には発振回路
とヒータを動作させるために多数の端子が設けられてい
る。

【０００９】次に、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）及び（ｄ）
は本発明の他の実施形態に係る発振器の構成を示す正面
縦断面図、平面図、要部拡大図、及び変形例の要部拡大
図である。この実施形態の発振器８１が、上記実施形態
の発振器と異なる構成の一つは、リード端子３４を挿通
するための凹所６０の他に、同様のザグリホールから成
る連結用凹所８２をベースプリント基板３３の底面に設
け、この連結用凹所８２と対応する位置に張り出した金
属ケース５３の裾部５３ａとベースプリント基板３３と
を皿ネジ８３によって連結固定した点にある。金属ケー
ス５３の裾部５３ａは、ケースの側壁の下端縁から内側
に屈曲して張り出した構成を備えており、この裾部５３
ａを厚肉に構成するか、或いは折り曲げ、折り返して複
数層構造にすることにより（図４（ｄ））、強度を高め
る。そして、この裾部５３ａにネジ穴５３ａ‘を設け、
連結用凹所８２側からこのネジ穴５３ａ’に皿ネジ８３
を螺着することにより、ケース５３をベースプリント基
板３３に対して強固に固定できる。このネジ穴５３ａ
‘と対応するベースプリント基板３３側にはテーパ状の
連結穴８４があり、連結穴８４とネジ穴５３ａ’を連通
させた状態で皿ネジ８３を螺着したときに、螺着後の皿
ネジ８３の頭部は、連結用凹所８２内に埋没するため、
マザープリント基板上に実装した際に、マザープリント
基板上面のパッド等と干渉する虞がない。

【００１０】更に、本実施形態が前記実施形態と異なる
点は、ケース５３内部に圧電振動子５１とベースプリン
ト基板３３とを隔絶する板状の断熱材８５を配置した構
成にある。即ち、断熱材８５は、リード端子３４を挿通
する貫通孔８６を有し、その外周縁をケース５３の内壁
に接着剤８７によって固定する。また、貫通孔８６とリ
ード端子３４との間の空間には、絶縁性接着剤８８を充
填する。発振器を、無線装置等のマザープリント基板上
に実装した場合には、発振器側の熱がハンダ接続した部
分からマザープリント基板側へ逃げて周波数の安定度が
低下し易いが、この実施形態のようにヒータ及び圧電振
動子を支持した発振回路基板５０とベースプリント基板
３３との間の空間に断熱材８５を介在させて熱的に遮断
することによって、ケース内空間を介してベースプリン
ト基板３３へ逃げる熱量を低減することができる。この
ため、外部温度の変化にも拘わらず、周波数の安定度を
高めることができる。また、連結用凹所８２等は必ずし
も４個必要ではなく左右１個ずつであってもよい。な
お、図４に示した実施形態では、皿ネジ８３によりベー
スプリント基板３３とケース５３とを固定する構造と、
断熱材８５による熱遮断構造を同時に備えた発振器を開
示したが、常に両構造が必須となるわけではなく、いず
れか一方の構造だけを備えた発振器であってもよいこと
は勿論である。

【００１１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、圧電振動
子をヒータによって加熱すると共に、温度制御回路によ
ってヒータ温度を制御する構成を備えた表面実装型の温
度制御型高安定圧電発振器において、ベースプリント基
板の上方に発振回路基板及び圧電振動子を架設支持する
リード端子を放熱量の少ない線材によって構成しながら
も、ベースプリント基板上におけるリード端子の位置ず
れを確実に防止することができる。また、表面実装型で
ありながらベースプリント基板底部に設けた外部端子を
利用した動作チェックを行う必要を無くすることによ
り、動作チェック時に外部端子が被る損傷を防止して、
発振器の不良品率を大幅に低減できる表面実装型高安定
圧電発振器を提供することを課題とする。即ち、請求項
１に記載の表面実装型高安定圧電発振器は、ベースプリ
ント基板の下面に、線状リード端子が貫通する位置に大
径の凹所を有し、該凹所とベースプリント基板上面との
間の壁部には前記リード端子の下部を挿入支持するスル
ーホールを備え、リード端子の適所には、スルーホール
の上側周縁に係止されるフランジ部を備え、リード端子
の下部をスルーホール内に挿着した状態で該フランジ部
とスルーホール周縁のパッドとの間をハンダ接続した。
このようにリード端子として線状材を使用しているの
で、リード端子からの放熱を防止しつつ、線状リード端
子を用いた場合の欠点である基板上に置ける位置決めの
困難化という不具合を解消できる。また、リード端子下
端部は、凹所内に引っ込んでいるので、マザープリント
基板上に実装したときの干渉を防止できる。

【００１２】また、請求項２の発振器では、リード端子
は、フランジ部よりも下方へ延びる下側部分がベースプ
リント基板の肉厚を越えた長さを備え、該リード端子の
下側部分は圧電発振器の完成後の動作チェック後に切断
除去されて凹所内に退避した状態で終端するので、発振
器を完成する直前の状態ではベースプリント基板下面か
ら線状リード端子の下部が突出しており、この突出して
いるリード端子下端部に測定治具を接触させて動作チェ
ックをおこなうことができるので、基板底部の外部端子
を用いた動作チェックを回避でき、外部端子の損傷を防
止できる。動作チェック後は、リード下端部を切断して
凹所内に引っ込んだ状態とするので、マザープリント基
板上に実装したときに基板上のパターン等との干渉を防
止できる。請求項３の発振器では、金属ケースは、ベー
スプリント基板上面と対面する下面が開放し、内側に屈
曲したその裾部をネジによってベースプリント基板に固
定される構成を備え、該金属ケースの裾部と対応するベ
ースプリント基板に設けた連結穴の下部は大径の連結用
凹所となっている。このため、金属ケースを強固且つ確
実にベースプリント基板に対して固定することができ、
デバイスとしての耐久性、信頼性を向上できる。従来の
如くハンダによってケースを接合する場合に発生してい
た組み付け手数の増大、接合の信頼性の低下という不具
合を一挙に解消できる。請求項４の発振器では、前記ベ
ースプリント基板の上面と、その上方に位置する発振回
路基板及び圧電振動子との間の空間内に、断熱材を配置
したので、発振器を通信機器などのマザープリント基板
上に実装した場合にベースプリント基板を介して逃げや
すい熱をケース内に閉じ込めて外部温度の変化に起因し
た周波数の変動を有効に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の一実施形態
に係る表面実装型の温度制御型高安定圧電発振器の構成
を示す縦断面図、底面図、及び要部拡大断面図・

【図２】（ａ）（ｂ）はリード端子を利用して発振器の
動作チェックを行うために、リード端子の下端部をベー
スプリント基板の下面よりも充分に長く突出させた状態
を示す説明図。

【図３】本発明の他の実施形態の要部構成図。

【図４】（ａ）（ｂ）（ｃ）及び（ｄ）は本発明の他の
実施形態に係る発振器の構成を示す正面縦断面図、平面
図、要部拡大図、及び変形例の要部拡大図。

【図５】従来の圧電発振器の構成を示す断面図。

【図６】他の従来例の圧電発振器の断面図。

【図７】他の従来例の圧電発振器の断面図。

【図８】従来の動作チェック方法を説明する図。

【符号の説明】

３１ 発振器、３２ 外部端子、３３ ベースプリント
基板、３３ａ 壁、３４リード端子、３４ａ フランジ
部、３５ パッド、５０ 発振回路基板、５１圧電振動
子、５２ 電子部品（ヒータ、発振回路部品、温度制御
回路部品）、５３ 金属ケース、５４ ハンダ、６０
凹所、６１ スルーホール、６１ａ貫通穴、６１ｂ 導
体膜、６５ ハンダ、７０ 測定治具、７１ 挿通穴、
８１発振器、８２ 連結用凹所、８３ 皿ネジ、８４
連結穴、８５ 断熱材、８６ 貫通孔、８７ 接着剤、
８８ 絶縁性接着剤。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外面に表面実装用の外部端子を備えた絶
   縁材料から成るベースプリント基板と、該ベースプリン
   ト基板を貫通する少なくとも２つの線状リード端子と、
   該ベースプリント基板上に突出するリード端子の上部に
   架設支持された発振回路基板と、該発振回路基板に搭載
   した圧電振動子と、前記各構成要素を含むベースプリン
   ト基板上の空間を包囲する金属ケースと、を備えた表面
   実装型高安定圧電発振器において、 前記ベースプリント基板の下面には、前記リード端子が
   貫通する位置に大径の凹所を有し、該凹所とベースプリ
   ント基板上面との間の壁部には前記リード端子の下部を
   挿入支持するスルーホールが形成され、 前記リード端子の適所には、スルーホールの上側周縁に
   係止されるフランジ部を備え、 前記リード端子の下部をスルーホール内に挿着した状態
   で該フランジ部とスルーホール周縁のパッドとの間をハ
   ンダ接続したことを特徴とする表面実装型高安定発振
   器。
2. 【請求項２】 前記リード端子は、前記フランジ部より
   も下方へ延びる下側部分が前記ベースプリント基板の肉
   厚を越えた長さを備え、該リード端子の下側部分は圧電
   発振器の完成後の動作チェック後に切断除去されて前記
   凹所内に退避した状態で終端することを特徴とする請求
   項１に記載の表面実装型高安定圧電発振器。
3. 【請求項３】 前記金属ケースは、前記ベースプリント
   基板上面と対面する下面が開放し、内側に屈曲したその
   裾部をネジによってベースプリント基板に固定される構
   成を備え、 該金属ケースの裾部と対応するベースプリント基板に設
   けた連結穴の下部は大径の連結用凹所となっていること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の表面実装型高安定
   圧電発振器。
4. 【請求項４】 前記ベースプリント基板の上面と、その
   上方に位置する発振回路基板及び圧電振動子との間の空
   間内に、断熱材を配置したことを特徴とする請求項１，
   ２，又は３のいずれか一項に記載の表面実装型高安定圧
   電発振器。