JP2004214799A

JP2004214799A - 圧電発振器および圧電発振器の測定方法

Info

Publication number: JP2004214799A
Application number: JP2002379761A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyasu Momoo; 嘉泰桃尾
Original assignee: Daishinku Corp
Current assignee: Daishinku Corp
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】パッケージ強度を低下させることなく、パッケージ内部に収納された圧電振動素子の電気的特性を効率よくかつ正確に測定する圧電発振器および圧電発振器の測定方法を得る。
【解決手段】水晶発振器は、セラミック製のパッケージ１と、当該パッケージ内に格納されるＩＣ３３（回路素子）並びに水晶振動板３（圧電振動素子）と、パッケージを気密封止する金属製のリッド（フタ）２とからなる。パッケージ内の電極パッド１４，１５は短辺の外側に並列して形成された圧電振動素子測定電極１６，１７に各々電気的に接続されている。
【選択図】図１

Description

【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発振器等の圧電発振器に関するものであり、特に圧電振動素子と他の回路素子、例えば発振回路を構成するＩＣを一体的にパッケージに収納した際において、圧電振動素子の特性を安定して測定する構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧電発振器は、安定して精度の高い発振周波数を得ることができるため、電子機器等の基準周波数源として多種の分野で使用され、また近年はセラミックパッケージ等を用いた表面実装タイプが主流となっている。例えば表面実装用のセラミックパッケージの内部には、圧電振動素子と当該圧電振動素子とともに発振回路を構成するＩＣあるいは圧電発振器の特性を調整する回路素子が収納されている。このような従来構成においては当該パッケージをリッドにて気密封止した後は、圧電振動素子単独の特性については外部から測定できない構成であった。このような不具合を解決するためにセラミックパッケージ内に圧電振動素子の電極を直接パッケージ外部に導出する構成が考えられている。例えば実開平４−５７１２号（特許文献１）には圧電発振器において、圧電振動素子の電極を直接外部に導出した構成であり、発振回路全体の特性とは別に圧電振動素子の特性例えばインピーダンスのみを測定することができるという作用効果を得ることができる。
【０００３】
しかしながら実開平４−５７１２号に開示された構成はその図面からも明らかなとおり、圧電振動素子から直接導出する圧電振動素子測定電極がパッケージ４の長手方向両端の各短辺に設けられている。また図４に示すようにパッケージ４の長辺に各々１つ圧電振動素子測定電極が設けられている構成もある。いずれの構成においてもパッケージに設けられた前記圧電振動素子測定電極は両短辺に導出されたり、あるいは両長辺に導出された構成である。このような圧電振動素子測定電極に対して圧電振動素子の特性を測定するためには、図５に示すように圧電発振器に対して両側からコンタクトプローブＣ１，Ｃ２を近づけ、接触させることになる。なお、図５において４１，４２，４３，４４は圧電発振器の端子電極、４５，４６は圧電振動素子測定電極である。このような測定動作は圧電発振器が超小型である場合、人間が手動で行うには熟練を要する作業となり、また自動機によりコンタクトプローブを動作させ測定する場合においても、測定対象の圧電発振器の正確な位置決め、並びにコンタクトプローブの両側からの近接動作を正確に行わなければならないという問題点を有していた。
【０００４】
また近年、圧電発振器は超小型化し、これに対応して圧電振動素子に対する支持領域も小さくすることが求められている。すなわち、圧電振動素子はパッケージに導電接合材を用いて接着（支持固定）されるが、圧電振動素子の振動を極力阻害しないように必要最小限の面積にて接着する必要がある。このため矩形状圧電振動素子の長手方向の一端側のみで２つの電極を各々電気的に独立した状態で導電接着する構成が多く採用されている。このような支持構成においては、上述したようなパッケージを用いて圧電振動素子の電極を直接外部へ導出する場合、両短辺あるいは両長辺まで導出電極を延出させる必要があり、これによりその導出電極が長くなったり、あるいは各電極の長さが大きく異なること等により、圧電振動素子の正確な特性測定ができないことがあった。
【０００５】
さらには圧電振動素子測定電極の形成場所によっては、パッケージ自体の強度を低下させる原因ともなり、パッケージ強度についても考慮が必要であった。
【０００６】
【特許文献１】
実開平４−５７１２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、パッケージ強度を低下させることなく、パッケージ内部に収納された圧電振動素子の電気的特性を効率よくかつ正確に測定する圧電発振器および圧電発振器の測定方法を得ることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による圧電発振器は請求項１に示すように、平面視長方形で、周囲に堤部を有しかつ上方に開口するとともに、内部において長手方向の一端に２つの電極パッドが形成されたパッケージと、
前記パッケージ内に収納され、一対の励振電極が形成されるとともに、当該励振電極が各々前記電極パッドに電気的接続された矩形状圧電振動素子と、
前記パッケージ内に収納される回路素子と、
前記パッケージの開口を封止するリッドと、からなる圧電発振器であって、
前記各々の電極パッドは、パッケージの当該電極パッドが形成された短辺外側に並列して引き出され、圧電振動子測定電極を形成していることを特徴としている。
【０００９】
圧電振動素子の電極はパッケージ長手（長辺）方向の一端にある短辺に並んで形成された電極パッドを介して、当該短辺の外側に設けられた圧電振動子測定電極に導出される。当該圧電振動子測定電極は、短辺の堤部を介して前記電極パッドが形成された外側に設けられており、最短距離でパッケージ外部に導出することができる。また圧電振動子測定電極はパッケージの短辺側に並んで形成されているので、一対のコンタクトプローブを一方向から圧電振動子測定電極に接触させることができるので、比較的簡単な動作で圧電振動子の特性を測定することができる。
【００１０】
また請求項２に示すように、上記構成の圧電発振器において、前記パッケージは圧電振動素子の配置された下方に凹部が設けられ、当該凹部に回路素子が収納された構成としてもよい。
【００１１】
さらに請求項３に示すように、上記構成の圧電発振器において、前記パッケージの開口上面にはシール用金属枠あるいは金属層が形成され、また前記リッドは金属からなり、前記シール用金属枠あるいは金属層とリッドとがシーム溶接にて接合されている構成としてもよい。
【００１２】
シーム溶接は気密信頼性が高いため近年よく利用されている。しかしながら気密封止時に大電流を流し、局所的に急速な加熱が行われることにより熱歪みが生じやすく、またリッド並びにパッケージに対しても直接大きな圧力が加えられる。またビーム溶接、例えばレーザービーム溶接あるいは電子ビーム溶接も局所加熱法であり同様の熱歪みが生じる。このようにパッケージに対して応力のかかる場合においても、短辺に圧電振動子測定電極を設けているので、長辺側に測定電極を設けている場合に比べて機械的強度が高く、溶接の際にパッケージが割れる等の不具合が生じにくい。特に請求項２に示すように回路素子を圧電振動素子の下方に配置する構成においては、圧電発振器全体として投影面積を小さくすることができるが、パッケージ強度としては低下する傾向にある。本願構成は短辺に測定電極を形成しているために強度維持に適している。
【００１３】
さらには測定電極を保護する等の目的でパッケージ外側面にキャスタレーションを形成する場合がある。このようなキャスタレーションはパッケージ強度低下につながることがあるが、このような場合でも本願構成は強度維持に適している。
【００１４】
上述の圧電発振器の構成は、圧電発振器内に収納された圧電振動素子の特性を測定する際に有効であり、例えば請求項４に示すような測定方法を採用することができる。すなわち、請求項１または請求項２または請求項３記載の圧電発振器の測定方法であって、一対のコンタクトプローブを有する圧電振動素子特性測定装置を用い、当該一対のコンタクトプローブを一方向から、前記圧電発振器の短辺に並列して形成された圧電振動素子測定電極に接触させることにより、圧電発振器内の圧電振動素子の特性を測定することを特徴とする圧電発振器の測定方法である。
【００１５】
上記測定方法によれば、圧電振動子測定電極はパッケージの短辺側に並んで形成されているので、一対のコンタクトプローブを一方向から圧電振動子測定電極に接触させることができる。従って、手作業でもあるいは自動機による作業でも比較的簡単な動作で圧電振動子の特性を測定することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を水晶発振器を例にとり図１乃至図２とともに説明する。図１は本発明の実施形態を示す水晶発振器の分解斜視図、図２と図１の構成において気密封止した状態を示す斜視図である。
【００１７】
水晶発振器は、セラミック製のパッケージ１と、当該パッケージ内に格納されるＩＣ３３（回路素子）並びに水晶振動板３（圧電振動素子）と、パッケージを気密封止する金属製のリッド（フタ）２とからなる。
【００１８】
パッケージ１はアルミナ等のセラミックスを主材料としたパッケージ本体１０とシール用金属層１１からなり、全体として上方に開口した収納部１２を有する構成である。開口周囲の堤部１０ａ上面にはシール用金属層１１が形成されている。このシール用金属層１１は例えば下層から順にタングステン、ニッケル、金等の多層金属膜からなり、所定の肉厚を形成している。なおシール用金属層は下地の金属膜上にろう付け形成された枠状金属（シーム用金属リング）を用いてもよい。また収納部１２には２段の凹部すなわち下方の下部凹部１２ａとその上方に上部凹部１２ｂが形成されている。下部凹部１２ａには図示しない電極パッドが形成され、電極パッド上にＩＣ３３がフリップチップ搭載されている。当該ＩＣはパッケージに形成された電極とワイヤーボンディングにより電気的接続してもよい。また上部凹部１２ｂにはパッケージ長手方向の一端に金属膜からなる電極パッド１４，１５が短辺に沿って並列して形成され、他方には金属膜からなる補助搭載部１３が形成されている。なお、この補助搭載部は必ずしも設ける必要はない。後述する水晶振動板３はこれら電極パッドに長手方向の一端を片持ち支持され、図示していないが導電材料の添加されたペースト状接着剤や半田等の導電性接合材Ｚにより電気的接続がなされる。また補助搭載部により水晶振動板の他方端を補助的に支持している。
【００１９】
前記電極パッド１４，１５は所定の電極配線によりＩＣ３３と電気的接続され、これによりこれら水晶振動板３とＩＣ３３により水晶発振回路を構成している。またこれら電極パッド１４，１５はパッケージの一短辺に沿って並列しており、またこれら電極パッド１４，１５は短辺の外側に並列して形成された圧電振動素子測定電極１６，１７に各々電気的に接続されている。圧電振動素子測定電極１６，１７は本実施の形態においてはパッケージの外壁に凹部が形成され、この凹部内に圧電振動素子測定電極１６，１７が設けられている。このような構成により、他の部材との接触による損傷から圧電振動子測定電極１６，１７を保護することができるが、必ずしも凹部を必要とするものではなく、パッケージ外壁に直接設けてもよい。
【００２０】
またパッケージの側面にはキャスタレーション１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ（一部図示せず）が設けられ、キャスタレーション内部並びにパッケージ底面には各々導出電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４（一部図示せず）が形成され、パッケージ内部の水晶振動板とＩＣで構成される水晶発振回路の出力端子、電源端子、アース端子が対応して引き出されている。
【００２１】
水晶振動板３は矩形状のＡＴカット水晶板からなり、表裏面に励振電極３１，３２（３２は図示せず）並びに引出電極３１１，３２１（３２１は図示せず）が真空蒸着法等の薄膜形成手段にて形成されている。
【００２２】
リッド２はコバール等の金属板の表裏にニッケルメッキされた構成である。当該リッドはパッケージ側の構成にもよるが、必要に応じて裏面すなわちパッケージの接合面側に銀ろう等の金属ろう材を設けてもよい。セラミックパッケージの開口周囲部分のシール用金属層１１とシーム溶接あるいはビーム溶接等の手段にて接合され、パッケージ内を気密封止する。なお、前記シール用金属層１１は前記アース端子に電気的接続されており、リッドによる電磁シールド構成となっている。
【００２３】
次に本発明による圧電発振器において内部に収納された圧電振動素子の特性を測定する方法について図３とともに説明する。図３は圧電発振器に格納された圧電振動子の特性測定方法を示す図であるが、ここで開示している圧電発振器は上述の圧電発振器に対して一部構成が異なっており、短辺に設けられた圧電振動素子測定電極の構成が異なっている。すなわち、短辺にはパッケージの上下に延びるキャスタレーション１ｅ，１ｆが形成され、当該キャスタレーションの上下中央部分に圧電振動素子測定電極１８，１９が並列して設けられている構成である。このように圧電振動素子測定電極をキャスタレーションの上下方向の中央部分に形成することにより、上部においてはシール用金属層との短絡を防止するとともに、下部においては実装基板上の導体との短絡を防止するという利点を有している。また、長辺にはパッケージの上下に延びるキャスタレーション１ｇ，１ｈ，１ｉが形成され、各キャスタレーションには導出電極Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６が形成されている。導出電極Ｅ４，Ｅ６はキャスタレーションの下部に設けられ、導出電極Ｅ５はキャスタレーションの上下中央部分に設けられている構成である。当該導出電極Ｅ５は例えばトライステート機能を動作させるための端子として割り当てられる。
【００２４】
圧電振動素子の特性を測定する場合は、コンタクトプローブＣ１，Ｃ２を一方向から並列させて当該圧電振動素子測定電極１８，１９に接触させる。この接触動作は手作業で行ってもよいし、自動機により行ってもよい。いずれの場合も圧電発振器を固定しておき、この圧電発振器の圧電振動素子測定電極１８，１９に対してコンタクトプローブＣ１，Ｃ２を平行に並列させた状態で接触させる。このような測定に係る動作はコンタクトプローブＣ１，Ｃ２を並列させた状態で一方向からの接触させるのみであるので、手作業で行う場合、比較的単純な動作で行うことができ、また自動機による場合も比較的簡単な機械動作で測定を行うことができる。測定は例えばネットワークアナライザＮを用いて伝送法により行い、例えばＣＩ値、周波数，ＤＬＤ特性を測定する。測定の結果、仕分け設定された基準に基づいて特性毎に分類されたり、あるいは所定基準の特性を満たしていない場合は、不良品として除外される。
【００２５】
なお、温度補償型圧電発振器や電圧制御型圧電発振器等の付加機能を有する圧電発振器においては、上記圧電振動素子測定値を参照して、内部に格納されたＩＣ等の回路素子に対して外部からデータ書き込みを行い、適切な特性を有する圧電発振器を得ることも可能である。データの書き込みは前述の圧電振動素子測定電極以外で外部に導出された所定の電極（端子）を介して行えばよい。
【００２６】
また、上記実施の形態において、パッケージとしてセラミック製のパッケージを用いたが、これに限定されるものではなく、例えばガラスセラミックスパッケージやガラスパッケージを用いることも可能である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、圧電振動素子の電極はパッケージの長手方向の一端に形成された電極パッドを介して外部に圧電振動子測定電極に導出されるので、最短距離でパッケージ外部に導出することができる。従って、不要な浮遊容量の形成を極力抑制することができ正確な圧電振動素子の特性ひいては圧電発振器の特性を得ることができる。また圧電振動子測定電極はパッケージの短辺側に並んで形成されているので、一対のコンタクトプローブを一方向から圧電振動子測定電極に接触させることができるので、比較的簡単な動作で圧電振動子の特性を測定することができる。また圧電振動素子測定電極の形成がパッケージ強度を低下させることもない。従って必要な強度を確保し、またパッケージ内部に収納された圧電振動素子の電気的特性を正確に測定する圧電発振器を得ることができる。
【００２８】
また請求項２によれば、上記効果に加えて投影面積の小さな高密度実装構成であっても、必要な機械的強度と電気的特性の安定した圧電発振器を得ることができる。
【００２９】
さらに請求項３によれば、上記効果に加えて気密封止時に応力のかかる気密封止方法を採用したとしても、パッケージの破損等の生じ難い圧電発振器を得ることができる。
【００３０】
また請求項４によれば、従来の構成ならびに測定方法であった場合要求されるような、熟練した手作業や正確な位置決め、並びにコンタクトプローブの両側からの近接動作を正確に行わなければならないという問題を解決し、比較的簡単な動作で圧電発振器に格納された圧電振動素子の特性を測定することができ、測定精度の向上並びに作業性の向上をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示す分解斜視図
【図２】第１の実施の形態を示す斜視図
【図３】圧電振動素子測定方法を示す図
【図４】従来例を示す図
【図５】従来例を示す図
【符号の説明】
１、４セラミックパッケージ
１４，１５、電極パッド
１３補助搭載部
１０パッケージ本体
１１金属層
１６，１７，１８，１９圧電振動素子測定電極
２、５リッド
２１金属層
３水晶振動板（圧電振動素子）
３３ＩＣ

Claims

平面視長方形で、周囲に堤部を有し上方に開口するとともに、内部において長手方向の一端に２つの電極パッドが形成されたパッケージと、前記パッケージ内に収納され、一対の励振電極が形成されるとともに、当該励振電極が各々前記電極パッドに電気的接続された矩形状圧電振動素子と、
前記パッケージ内に収納される回路素子と、
前記パッケージの開口を封止するリッドと、からなる圧電発振器であって、
前記各々の電極パッドは、パッケージの当該電極パッドが形成された短辺外側に並列して引き出され、圧電振動素子測定電極を形成していることを特徴とする圧電発振器。
前記パッケージは圧電振動素子の配置された下方に凹部が設けられ、当該凹部に回路素子が収納された構成であることを特徴とする請求項１記載の圧電発振器。
前記パッケージの開口周囲の堤部上面にはシール用金属枠あるいは金属層が形成され、また前記リッドは金属からなり、前記シール用金属枠あるいは金属層とリッドとがシーム溶接あるいはビーム溶接にて接合されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の圧電発振器。
請求項１または請求項２または請求項３記載の圧電発振器の測定方法であって、一対のコンタクトプローブを有する圧電振動素子特性測定装置を用い、当該一対のコンタクトプローブを一方向から、前記圧電発振器の短辺に並列して形成された圧電振動素子測定電極に接触させることにより、圧電発振器内の圧電振動素子の特性を測定することを特徴とする圧電発振器の測定方法。