JP2003158441A - 水晶振動子とこれを用いた水晶発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】水晶振動子を実装する際に方向性の注意が不要
であると共に、水晶振動子の出力電極パッドと水晶発振
器の信号出力電極パッド間においてカップリング現象の
生じない水晶振動子とこれを用いた水晶発振器を提供す
る 【解決手段】水晶振動子３２の外部底面には、出力電極
パッドとして水晶振動素子に導通したＸ１電極パッド３
４及びＸ２電極パッド３５、ダミー電極パッド３６、接
地電極パッド３７を備えている。一方、セラミックパッ
ケージ３３の上面には、水晶振動子３２の出力電極パッ
ドに対応して、Ｘ１電極パッド３８、Ｘ２電極パッド３
９及び接地電極パッド４０からなる入力電極パッドを備
えており、セラミックパッケージ３３の外部底面には、
信号出力電極パッド４１、制御電圧電極パッド４２、接
地電極パッド４３及び直流印加電極パッド４４からなる
入出力電極パッドを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水晶振動子とこれを
用いた水晶発振器に関し、特にセラミックパッケージに
水晶振動素子を気密封止した水晶振動子と、この水晶振
動子を発振回路及び温度補償回路等を構成する回路素子
を搭載したセラミックパッケージの開口部に固定した構
造の水晶発振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】水晶振動素子をセラミックパッケージ内
に搭載し、蓋により機密封止した構造の水晶振動子、及
びこの水晶振動子を発振回路、温度補償回路と接続して
構成する水晶発振器は、各種通信機器の規準周波数発生
源等として広く使用されている。図５は、従来の水晶発
振器の断面図の一例である。同図は、下部のセラミック
パッケージ１内に発振回路、温度補償回路等を構成する
回路素子２を搭載し、一方、上部セラミックパッケージ
３には、水晶振動素子４を搭載すると共に、蓋５を用い
て水晶振動素子４を封入することにより水晶振動子６を
組み立てた後、水晶振動子６をセラミックパッケージ１
の上部に固定して一体化した構造である。水晶振動子６
の外部底面には、水晶振動素子４に形成した励振電極に
導通する出力電極パッド７を備えており、セラミックパ
ッケージ１の上面には回路素子２と導通する入力電極パ
ッド８を備えており、セラミックパッケージ１の外部底
面には水晶発振器の入出力電極パッド９を備えている。

【０００３】図６は、従来の水晶発振器の外観図の一例
であり、（ａ）は、水晶振動子と回路素子を搭載したセ
ラミックパッケージを分解した分解図を、（ｂ）は、水
晶振動子の上面から透視した出力電極パッドの配置図
を、（ｃ）は、水晶発振器の上面から透視した入出力電
極パッドの配置図を示す。同図に示すように、水晶振動
子６の外部底面には、出力電極パッドとして水晶振動素
子に導通したＸ１電極（Ｘ１）パッド１０、Ｘ２電極
（Ｘ２）パッド１１及び接地電極（Ｇ）パッド１２を備
えている。一方、セラミックパッケージ１の上面には、
水晶振動子６の出力電極パッドに対応して、Ｘ１電極パ
ッド１３、Ｘ２電極パッド１４及び接地電極パッド１５
からなる入力電極パッドを備えており、セラミックパッ
ケージ１の外部底面には、信号出力電極（ＯＵＴ）パッ
ド１６、制御電圧電極（Ｖ_ＣＯＮ）パッド１７、接地電
極（Ｇ）パッド１８及び直流印加電極（Ｖ_ＣＣ）パッド
１９からなる入出力電極パッドを備えている。尚、従来
の水晶振動子の出力電極パッドの配置は、図６（ｂ）に
示す如く水晶振動子の励振電極に導通したＸ１電極パッ
ド１０とＸ２電極パッド１１とを互いに対角線上に配置
しているため、セラミックパッケージに水晶振動子を搭
載する際に、１８０°回転してもＸ１電極パッド１０と
Ｘ２電極パッド１１が入れ替わるだけで搭載方向を気に
しなくてもよいようになっている。

【０００４】近年、水晶発振器の低背化が進み、セラミ
ックパッケージの高さ寸法も小さくすることが望まれて
いるが、この高さ寸法を小さくすると、図６（ｂ）、
（ｃ）に示す如く、水晶振動子のＸ１電極パッド１０と
水晶発振器の信号出力電極パッド１６とがパッケージ１
を挟んで対向して設けられているため、両者間において
カップリング現象が生じて水晶発振器の発振周波数に影
響を与えるという問題が発生していた。同様カップリン
グ現象が生ずる。

【０００５】そこで、このカップリング現象を防止する
方法として、特開２０００−３４１０４３号にその手段
が提示されている。その手段の概要は、水晶発振器の信
号出力電極パッドと対向していた水晶振動子のＸ１電極
パッドの位置を、水晶発振器の直流印加電極パッドと対
向する位置に変更して、水晶振動子の励振電極と水晶発
振器の信号出力電極パッドとのカップリング現象を防い
だものである。

【０００６】図７に、従来のカップリング現象防止手段
を備えた水晶発振器の外観図を示す。（ａ）は、水晶振
動子と回路素子を搭載したセラミックパッケージを分解
した分解図を、（ｂ）は、水晶振動子の上面から透視し
た出力電極パッドの配置図を、（ｃ）は、水晶発振器の
上面から透視した入出力電極パッドの配置図を示す。従
って同図に示すように、水晶発振器の信号出力電極（Ｏ
ＵＴ）パッド２８は、水晶振動子の接地電極（Ｇ）パッ
ド２４と対向し、一方、水晶振動子のＸ２電極（Ｘ２）
パッド２３は制御電圧電極（Ｖ_ＣＯＮ）パッド２９と、
Ｘ１電極（Ｘ１）パッド２２は水晶発振器の直流印加電
極（Ｖ_ＣＣ）パッド３１と夫々対向しており、水晶発振
器の制御電圧は、極めて直流電圧に近いものであり、カ
ップリング現象により水晶発振器の発振周波数に影響を
与えることはない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
カップリング現象防止手段を備えた水晶振動子とこれを
用いた水晶発振器は、次のような問題を抱えていた。水
晶振動子のＸ１電極パッド、及びＸ２電極パッドは、水
晶振動素子に形成された励振電極対から導出された電極
パッドであり、極性は無い。そこで、従来の水晶振動子
の出力電極パッドの配置は、図６（ｂ）に示した、従来
の水晶振動子の電極パッドを上面から透視した配置図の
如く、Ｘ１電極パッド１０とＸ２電極パッド１１は、対
角線上に設けられており、水晶振動子を実装する際に方
向性に注意することなく１８０°回転してＸ１電極パッ
ドとＸ２電極パッドが入れ替わっても問題とならない。

【０００８】一方、従来のカップリング現象防止手段
は、図７（ｂ）に示した、カップリング防止手段を備え
た水晶振動子の電極パッドを上面から透視した配置図の
如く、水晶振動子のＸ１電極パッド２２とＸ２電極パッ
ド２３とを片側に配置しており、水晶振動子を実装する
際に方向性の注意が必要である。この水晶振動子を水晶
メーカーで水晶発振器として組み立てる際は、方向性を
注意すればよいが、水晶振動子を単体で一般ユーザに販
売する場合には、従来の水晶振動子の電極パッド配置の
如く方向性に注意することなく実装できることが望まし
い。そこで本発明は、上述したような問題を解決するた
めになされたものであって、水晶振動子を実装する際に
方向性の注意が不要であると共に、水晶振動子の出力電
極パッドと水晶発振器の信号出力電極パッド間において
カップリング現象の生じない水晶振動子とこれを用いた
水晶発振器を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係わる水晶振動子とこれを用いた水晶発振器
は、以下の構成をとる。請求項１記載の水晶振動子は、
パッケージの凹部内底部に水晶振動素子を搭載して蓋に
て気密封止した水晶振動子にあって、前記パッケージの
外部底面には、前記水晶振動素子に形成した励振電極か
ら導出して互いに対角線上に位置する一対の出力電極パ
ッド及び接地電極パッドとを備えており、前記出力電極
パッドは、所定の電極パッドに比べて小さく形成した出
力電極パッドと該出力電極パッドを囲むよう形成したダ
ミー電極パッドからなるよう構成する。

【００１０】請求項２記載の水晶振動子は、パッケージ
凹部内底部に発振回路、温度補償回路等を構成する回路
素子を搭載しており、請求項１記載の水晶振動子を該パ
ッケージ開口部に固定して一体化した構造の水晶発振器
にあって、前記パッケージの外部底面には、入出力電極
パッドを備えており、前記パッケージ開口部には、前記
水晶振動子の出力電極パッド及び接地電極パッドに対応
する位置に入力電極パッドと接地電極パッドとを備えて
おり、該入力電極パッドのサイズは、前記水晶振動子に
備えた出力電極パッドのサイズに合わせ小さくするよう
構成する。

【００１１】請求項３記載の水晶振動子は、パッケージ
の凹部内底部に水晶振動素子を搭載して蓋にて気密封止
した水晶振動子にあって、前記パッケージの外部底面に
は、前記水晶振動素子に形成した励振電極と導通した一
対の出力電極パッドと接地電極バッドとを備えており、
前記出力電極パッドをパッケージの対向する２辺のほぼ
中央に、前記接地電極パッドをパッケージ四隅にそれぞ
れ配置するよう構成する。

【００１２】請求項４記載の水晶振動子は、パッケージ
凹部内底部に発振回路、温度補償回路等を構成する回路
素子を搭載しており、請求項３記載の水晶振動子を該パ
ッケージ開口部に固定して一体化した構造の水晶発振器
にあって、前記パッケージの外部底面には、入出力電極
パッドを備えており、前記パッケージ開口部には、前記
水晶振動子の出力電極パッドと接地電極パッドに対応す
る位置に入力電極パットと接地電極パッドとを備えるよ
う構成する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図示した実施例に基づいて
本発明を詳細に説明する。図１は、本発明に係る水晶振
動子とこれを用いた水晶発振器の第一の実施例を示す外
観図であり、（ａ）は、水晶振動子と回路素子を搭載し
たセラミックパッケージを分解した分解図を、（ｂ）
は、水晶振動子の上面から透視した出力電極パッドの配
置図を、（ｃ）は、水晶発振器の上面から透視した入出
力電極パッドの配置図を示す。本発明に係わる水晶発振
器は、上部セラミックパッケージに水晶振動素子を搭載
すると共に、蓋を用いて水晶振動素子を封入することに
より水晶振動子３２を組み立てた後、下部のセラミック
パッケージ３３内に発振回路、温度補償回路等を構成す
る回路素子を搭載し、更に前記水晶振動子３２をセラミ
ックパッケージ３３の上部に固定して一体化した構造で
ある。

【００１４】そこで、図１に示す如く、水晶振動子３２
の外部底面には、出力電極パッドとして水晶振動素子に
導通したＸ１電極（Ｘ１）パッド３４及びＸ２電極（Ｘ
２）パッド３５、ダミー電極パッド３６、接地電極
（Ｇ）パッド３７を備えている。一方、セラミックパッ
ケージ３３の上面には、水晶振動子３２の出力電極パッ
ドに対応して、Ｘ１電極パッド３８、Ｘ２電極パッド３
９及び接地電極（Ｇ）パッド４０からなる入力電極パッ
ドを備えており、セラミックパッケージ３３の外部底面
には、信号出力電極（ＯＵＴ）パッド４１、制御電圧電
極（Ｖ_ＣＯＮ）パッド４２、接地電極（Ｇ）パッド４３
及び直流印加電極（Ｖ_ＣＣ）パッド４４からなる入出力
電極パッドを備えている。

【００１５】本第一の実施例の特徴は、水晶振動子の励
振電極から導出されたＸ１電極パッド３４及びＸ２電極
パッド３５、及びセラミックパッケージ３３の上面に備
えたＸ１電極パッド３８及びＸ２電極パッド３９の形状
を共に小さくしたことにある。又、水晶振動子に設けた
電極パッド３６は、ダミー電極でありその機能について
は後述する。一般に、二つの電極パッド間で形成される
結合容量は、 Ｃ＝ε・Ｓ／ｄ （ここで、εは誘電率でセラミック
では９程度である。） で表記され、電極パッドの面積Ｓに比例すると共に、二
つの電極間の距離ｄに反比例する。従って、Ｘ１電極パ
ッド３４と信号出力電極パッド４１間において生ずるカ
ップリング現象は、電極パッドの形状を小さくしたこと
により低下する。

【００１６】図２は、本発明に係わる水晶振動子の第一
の実施例を示す外観図であり、（ａ）は、水晶振動子を
裏面から観た全体図を示し、（ｂ）は、Ｘ１電極パッド
の拡大図を示す。本水晶振動子は、セラミックパッケー
ジに水晶振動素子を搭載して蓋を用いて水晶振動素子を
封入した構造で、同図に示すように、水晶振動子の外形
寸法としては５ｍｍ×４ｍｍ程度のものが商品化されて
おり、出力電極パッドの寸法は、１．５ｍｍ×１ｍｍ程
度である。本実施例においては、（ｂ）に示した拡大図
の如く、Ｘ１電極パッド３４（或いはＸ２電極パッド３
５）の形状については、カップリング現象を低下させる
ため従来の電極パッドの１／１０程度に小さくすると共
に、０．１〜０．２ｍｍの間隙を設けてダミー電極パッ
ド３６を配置した。このダミー電極パッドは、後述する
ように水晶振動子を単品で使用してプリント配線基板等
に搭載する際に必要となる。又、現在用いられているチ
ップコンデンサの外形寸法は、０．６ｍｍ×０．３ｍｍ
程度であり、これを固定する電極パッドの間隔は０．１
ｍｍ〜０．２ｍｍとされていることから、電極パッド間
の間隔は０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ以上あれば、リフロー
時にハンダブリッジが発生して短絡する等の現象は生じ
ない。

【００１７】次に、本発明に係わる水晶振動子を、単品
でプリント配線基板に搭載して使用する場合のハンダ接
続方法を説明する。図３は、本発明に係わる第一の実施
例である水晶振動子を通常のプリント配線基板にハンダ
接続する際の状態図である。同図を説明すると、プリン
ト配線基板４５に設けた水晶振動子３２を固定するラン
ド４６は、水晶振動子に備えたＸ１電極パッド３４（或
いはＸ２電極パッド３５）とダミー電極パッド３６を包
含する面積を備えており、リフローによりハンダ接続す
る際は両者の電極パッドが共にハンダ４７で接合される
ため、ダミー電極パッドを備えることにより機械的強度
が保持される。一方、本発明に係わる水晶振動子は、Ｘ
１電極パッドとＸ２電極パッドが対角線上に配置されて
おり、水晶振動子を取り付ける際に、方向性に対する注
意が不要であり、自動マウンタ等で水晶振動子をプリン
ト配線基板等に搭載する際に有効である。

【００１８】図４は、本発明に係る水晶振動子とこれを
用いた水晶発振器の第二の実施例を示す外観図であり、
（ａ）は、水晶振動子と回路素子を搭載したセラミック
パッケージを分解した分解図を、（ｂ）は、水晶振動子
の上面から透視した出力電極パッドの配置図を、（ｃ）
は、水晶発振器の上面から透視した入出力電極パッドの
配置図を示す。本発明に係わる水晶発振器は、上部セラ
ミックパッケージに水晶振動素子を搭載すると共に、蓋
を用いて水晶振動素子を封入することにより水晶振動子
４８を組み立てた後、下部のセラミックパッケージ４９
内に発振回路、温度補償回路等を構成する回路素子を搭
載し、更に前記水晶振動子４８をセラミックパッケージ
４９の上部に固定して一体化した構造である。

【００１９】そこで、図４に示すように、水晶振動子４
８の外部底面には、出力電極パッドとして水晶振動素子
に導通したＸ１電極パッド５０及びＸ２電極パッド５
１、接地電極（Ｇ）パッド５２を備えている。一方、セ
ラミックパッケージ４９の上面には、水晶振動子４８の
出力電極パッドに対応して、Ｘ１電極（Ｘ１）パッド５
３、Ｘ２電極（Ｘ２）パッド５４及び接地電極（Ｇ）パ
ッド５５からなる入力電極パッドを備えており、セラミ
ックパッケージ４９の外部底面には、信号出力電極（Ｏ
ＵＴ）パッド５６、制御電圧電極（Ｖ_ＣＯＮ）パッド５
７、接地電極（Ｇ）パッド５８及び直流印加電極（Ｖ
_ＣＣ）パッド５９からなる入出力電極パッドを備えてい
る。

【００２０】本実施例の特徴は、水晶振動子４８の出力
電極としてＸ１電極パッド５０とＸ２電極パッド５１
を、水晶振動子底面の対向する２辺の中央に対向するよ
うに配置したことにある。従って、本発明に係わる水晶
振動子は、実装する際に方向性の注意が不要となると共
に、水晶発振器を構成する場合においては、信号出力電
極パッド５６と、Ｘ１電極パッド５０或いはＸ２電極パ
ッド５１が対向して配置されることは無く、カップリン
グ現象は生じない。尚、以上実施例として水晶振動子、
水晶発振器について説明したが、本発明は、これに限る
ものではなく、圧電振動子、圧電発振器一般に適応可能
である。

【００２１】

【発明の効果】本発明は上述したように、請求項１記戴
の発明は、この水晶振動子を用いて水晶発振器を構成す
る場合、水晶振動子のＸ１電極パッド及びＸ２電極パッ
ドとして小さな面積のパッドを配置したため、水晶発振
器の信号出力電極パッドとのカップリング現象を減少さ
せる。又、水晶振動子を単品で使用する際は、ダミー電
極パッドを含めてハンダ接続が可能となり機械的強度が
保持されると共に、Ｘ１電極パッドとＸ２電極パッドが
対角線上に配置されているため、水晶振動子を実装する
際に方向性の注意が不要となり、水晶振動子を使用する
上で大きな効果が発揮される。

【００２２】請求項２記載の発明は、水晶振動子を固定
接続するＸ１電極パッド及びＸ２電極パッドとして、セ
ラミックパッケージ上面の所定の位置に小さな面積のパ
ッドを配置したため、信号出力電極パッドとのカップリ
ング現象を減少させることが出来、水晶発振器の性能向
上に大きな効果が発揮される。

【００２３】請求項３記載の発明は、この水晶振動子を
用いて水晶発振器を構成する場合、水晶振動子のＸ１電
極パッド及びＸ２電極パッドを水晶振動子裏面の端面中
央に配置したため、水晶発振器の信号出力電極パッドと
のカップリング現象を防止する。又、水晶振動子を単品
で使用する際は、Ｘ１電極パッドとＸ２電極パッドが水
晶振動子の端面中央に対向して配置されているため、水
晶振動子を実装する際に方向性の注意が不要となり、水
晶振動子を使用する上で大きな効果が発揮される。

【００２４】請求項４記載の発明は、水晶振動子を固定
接続するＸ１電極パッド及びＸ２電極パッドを、セラミ
ックパッケージ上面の端面中央に配置したため、信号出
力電極パッドとのカップリング現象を防止することが出
来、水晶発振器の性能向上に大きな効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水晶振動子とこれを用いた水晶発
振器の第一の実施例を示す外観図である。

【図２】本発明に係わる水晶振動子の第一の実施例を示
す外観図である。

【図３】本発明に係わる第一の実施例である水晶振動子
をプリント配線基板にハンダ接続する際の状態図であ
る。

【図４】本発明に係る水晶振動子とこれを用いた水晶発
振器の第二の実施例を示す外観図である。

【図５】従来の水晶発振器の断面図の一例である。

【図６】従来の水晶発振器の外観図の一例である。

【図７】従来のカップリング現象防止手段を備えた水晶
発振器の外観図を示す。

【符号の説明】

１・・下部セラミックパッケージ、 ２・・回路素子、
３・・上部セラミックパッケージ、 ４・・水晶振動素
子、５・・蓋、 ６・・水晶振
動子、７・・出力電極パッド、 ８・・入力
電極パッド、９・・入出力電極パッド、 １０・
・Ｘ１電極パッド、１１・・Ｘ２電極パッド、
１２・・接地電極パッド、１３・・Ｘ１電極パッド、
１４・・Ｘ２電極パッド、１５・・接地電極
パッド、 １６・・信号出力電極パッド、１７
・・制御電圧電極パッド、 １８・・接地電極パッ
ド、１９・・直流印加電極パッド、 ２０・・水晶
振動子、２１・・セラミックパッケージ、 ２２・・
Ｘ１電極パッド、２３・・Ｘ２電極パッド、
２４・・接地電極パッド、２５・・Ｘ１電極パッド、
２６・・Ｘ２電極パッド、２７・・接地電極パ
ッド、 ２８・・信号出力電極パッド、２９・
・制御電圧電極パッド、 ３０・・接地電極パッ
ド、３１・・直流印加電極パッド、 ３２・・水晶
振動子、３３・・セラミックパッケージ、 ３４・・
Ｘ１電極パッド、３５・・Ｘ２電極パッド、
３６・・ダミー電極パッド、３７・・接地電極パッド、
３８・・Ｘ１電極パッド、３９・・Ｘ２電極
パッド、 ４０・・接地電極パッド、４１・・
信号出力電極パッド、 ４２・・制御電圧電極パッ
ド、４３・・接地電極パッド、 ４４・・直流
印加電極パッド、４５・・プリント配線基板、
４６・・ランド、４７・・ハンダ、
４８・・水晶振動子、４９・・セラミックパッケージ、
５０・・Ｘ１電極パッド、５１・・Ｘ２電極パッ
ド、 ５２・・接地電極パッド、５３・・Ｘ１
電極パッド、 ５４・・Ｘ２電極パッド、５５
・・接地電極パッド、 ５６・・信号出力電極
パッド、５７・・制御電圧電極パッド、 ５８・・
接地電極パッド、５９・・直流印加電極パッド

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パッケージの凹部内底部に水晶振動素子を
   搭載して蓋にて気密封止した水晶振動子にあって、 前記パッケージの外部底面には、前記水晶振動素子に形
   成した励振電極から導出して互いに対角線上に位置する
   一対の出力電極パッド及び接地電極パッドとを備えてお
   り、 前記出力電極パッドは、所定の電極パッドに比べて小さ
   く形成した出力電極パッドと該出力電極パッドを囲むよ
   う形成したダミー電極パッドからなることを特徴とする
   水晶振動子。
2. 【請求項２】パッケージ凹部内底部に発振回路、温度補
   償回路等を構成する回路素子を搭載しており、請求項１
   記載の水晶振動子を該パッケージ開口部に固定して一体
   化した構造の水晶発振器にあって、 前記パッケージの外部底面には、入出力電極パッドを備
   えており、 前記パッケージ開口部には、前記水晶振動子の出力電極
   パッド及び接地電極パッドに対応する位置に入力電極パ
   ッドと接地電極パッドとを備えており、 該入力電極パッドのサイズは、前記水晶振動子に備えた
   出力電極パッドのサイズに合わせ小さくしたことを特徴
   とする水晶発振器。
3. 【請求項３】パッケージの凹部内底部に水晶振動素子を
   搭載して蓋にて気密封止した水晶振動子にあって、 前記パッケージの外部底面には、前記水晶振動素子に形
   成した励振電極と導通した一対の出力電極パッドと接地
   電極バッドとを備えており、前記出力電極パッドをパッ
   ケージの対向する２辺のほぼ中央に、前記接地電極パッ
   ドをパッケージ四隅にそれぞれ配置したことを特徴とす
   る水晶振動子。
4. 【請求項４】パッケージ凹部内底部に発振回路、温度補
   償回路等を構成する回路素子を搭載しており、請求項３
   記載の水晶振動子を該パッケージ開口部に固定して一体
   化した構造の水晶発振器にあって、 前記パッケージの外部底面には、入出力電極パッドを備
   えており、 前記パッケージ開口部には、前記水晶振動子の出力電極
   パッドと接地電極パッドに対応する位置に入力電極パッ
   トと接地電極パッドとを備えたことを特徴とする水晶発
   振器。