JP2005217782A - 圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】全体構造を小型化するのに適した圧電発振器を提供する。
【解決手段】支持基体下面で、グランド用実装脚部１２ａの近傍に、グランド用実装脚部１２ａの側面と対向する端面電極１５ａを端面に有したチップ状の電子部品素子１４を配置せしめ、電子部品素子１４のグランド端面電極１５ａとグランド用実装脚部１２ａとを導電性接着剤１６を介して接合することにより電子部品素子１４の端面電極１５ａをグランド用スペーサ部材１２ａを介してグランド用実装脚部１２ａに電気的に接続する。
【選択図】図５

Description

本発明は、通信機器や電子機器等のタイミングデバイスとして用いられる圧電発振器に関するものである。

従来より、携帯用通信機器等のタイミングデバイスとして温度補償型水晶発振器等の圧電発振器が用いられている。

かかる従来の圧電発振器としては、例えば図５に示す如く、内部に水晶振動素子が収容されている容器体５１を支持基体上に固定させるとともに、該支持基体５２の下面に、水晶振動素子の発振周波数に対応した発振信号を温度補償データに基づいて補正しつつ出力するＩＣ素子５３及び電子部品素子５４を取着させるとともに、ＩＣ素子５３及び電子部品素子５４を囲繞する枠体５５を取着させた構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。前記電子部品素子５５を支持基体５２に取着するには、電子部品素子５５の両端面に被着された端面電極と１対１に対応している一対の電極パッドを支持基体５２の下面に形成し、電子部品素子５５の端面電極と前記電極パッドとを半田等の導電性接着剤を介して接続することにより行われる。一対の電極パッドのうち一方は支持基体下面に形成されているグランド端子に接続されており、これによって電子部品素子５５が接地されることになる。

尚、容器体５１及び支持基体５２は、通常、アルミナセラミックス等のセラミック材料から成り、その内部及び表面には配線導体が形成され、従来周知のグリーンシート積層法等を採用することによって製作されている。そして、このような容器体５１の下面や支持基体５２の上面には、それぞれ対応する箇所に接合電極が複数個設けられており、これらの接合電極同士を導電性接合材を介して接合することにより容器体５１が支持基体５２の上面に固定されていた。
特開平２０００−７７９４３号公報

しかしながら、上述した従来の圧電発振器においては、実装用基体上面にＩＣ素子５４及び電子部品素子５５を囲繞する枠体５３が載置されていることから、実装用基体５２の面積を縦方向、横方向のいずれの方向にもＩＣ素子５４及び電子部品素子５５よりも一回り大きくしなければならず、圧電発振器の小型化を妨げる要因となっていた。

本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、全体構造を小型化するのに適した圧電発振器を提供することにある。

本発明の圧電発振器は、内部に圧電振動素子を収容している矩形状の容器体を支持基体上に固定させるとともに、該支持基体の下面に、前記圧電振動素子の発振周波数に対応した発振信号を出力するＩＣ素子と、前記支持基体の下面外周に沿って配された金属ポストから成る実装脚部とを取着させてなる圧電発振器であって、前記実装脚部の少なくとも１個をグランド端子となし、前記支持基体の下面で、前記グランド端子としてのグランド用実装脚部の近傍に、該グランド用実装脚部の側面と対向するグランド電極を端面に有したチップ状の電子部品素子を配置せしめ、該電子部品素子のグランド電極と前記グランド用実装脚部とを導電性接着剤を介して接合することにより前記電子部品素子のグランド電極を前記グランド用実装脚部に電気的に接続したことを特徴とする圧ものである。

また本発明の圧電発振器は、前記圧電振動素子として水晶振動素子が用いられるとともに、前記ＩＣ素子内に前記発振信号を温度状態に応じて補正するための温度補償データが格納されており、前記支持基体下面に、前記ＩＣ素子に温度補償データを書き込むための金属ポストから成る書込制御端子を外側側面が露出した状態で取着させことを特徴とするものである。

更に本発明の圧電発振器は、前記実装脚部が前記支持基体の四隅部に取着されており、隣接する実装脚部間に位置する支持基体の下面に前記電子部品素子が配置されていることを特徴とするものである。

また更に本発明の圧電発振器は、前記書込制御端子が、前記電子部品素子に対して前記ＩＣ素子を挟んで対向する位置に取着されていることを特徴とするものである。

更にまた本発明の圧電発振器は、前記電子部品素子が、前記ＩＣ素子より出力される発振信号、もしくは、前記ＩＣ素子に供給される駆動電圧よりノイズを除去するためのコンデンサであることを特徴とするものである。

本発明の圧電発振器によれば、支持基体の下面にＩＣ素子及び電子部品素子を取着させるとともに、下面の外周に沿って配された金属ポストから成る実装脚部を取着するようにしたことから、支持基体下面のうち、スペーサ部材が存在しない領域は全てＩＣ素子や電子部品素子の搭載に使用することができ、これらＩＣ素子や電子部品素子等の配置レイアウトの設計自由度を大幅に向上させることができるようになる。これによって、ＩＣ素子、電子部品素子及びスペーサ部材の実装スペースを極力狭めるようにＩＣ素子、電子部品素子及びスペーサ部材を配置させることができるようになり、圧電発振器の全体構造を小型化することが可能となる。

また本発明の圧電発振器は、グランド端子としてのグランド用実装脚部の近傍に、該グランド用実装脚部の側面と対向するグランド端面電極を端面に有したチップ状の電子部品素子を配置せしめ、該電子部品素子のグランド端面電極とグランド用実装客部とを導電性接着剤を介して接合することにより電子部品素子のグランド端面電極をグランド用スペーサ部材を介して前記グランド端子に電気的に接続するようにしたものであり、これによって電子部品素子の実装スペースをより狭めて、圧電発振器の全体構造を小型化することが可能となる。

また本発明の圧電発振器は、圧電振動素子として水晶振動素子を用いて、温度補償データをＩＣ素子に書き込むための金属ポストからなる書込制御端子を容器体及び支持基体間に介在させるとともに、書込制御端子の外側側面を容器体側面と支持基体側面との間より露出させるようにしたものであり、これによって、圧電共振器を組み立てる際、金属ポストを支持基体上面の所定位置に取着させておくだけで圧電発振器を製作することができ、従来の圧電発振器の如く膜状の書込制御端子を支持基体の外側面に形成する場合のような煩雑な加工プロセスは一切不要となることから、圧電発振器の生産性を向上させることが可能となる。

更に本発明の圧電発振器によれば、実装脚部を前記支持基体の四隅部に取着させるとともに、隣接する実装脚部間に位置する支持基体の上面に電子部品素子を配置するようにしたことから、電子部品素子を搭載するために支持基体の下面外周部の実装脚部−実装脚部間の空き領域を有効に利用して、ＩＣ素子及び電子部品素子の実装面積を小さくして圧電発振器の全体構造を小型化することが可能となる。

また更に本発明の圧電発振器によれば、前記書込制御端子を、電子部品素子に対してＩＣ素子を挟んで対向する位置に取着させていることから、支持基体上面において、実装脚部、ＩＣ素子、電子部品素子、書込制御端子を高密度に配置させてこれらの実装面積を縮小し、圧電発振器の全体構造を小型化することが可能となる。

更にまた本発明の圧電発振器は、電子部品素子として、ＩＣ素子より出力される発振信号、もしくは、発振回路に入力される信号よりノイズを除去するためのコンデンサを搭載したことから、ノイズが極めて少ない発振信号を出力することができる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の圧電発振器を温度補償型水晶発振器に適用した一実施形態を示す分解斜視図、図２は図１の温度補償型水晶発振器の断面図であり、これらの図に示す温度補償型水晶発振器は、内部に水晶振動素子５を収容している矩形状の容器体１を支持基体６上に固定させるとともに、該支持基体６の下面に、ＩＣ素子７、電子部品素子１４及び複数個の実装脚部１２を取着させた構造を有している。

前記容器体１は、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料から成る基板２と、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属から成るシールリング３と、該シールリング３と同様の金属から成る蓋体４とから成り、前記基板２の上面にシールリング３を取着させ、その上面に蓋体４を載置・固定させることによって容器体１が構成され、シールリング３の内側に位置する基板２の上面に水晶振動素子５が実装される。

前記容器体１は、その内部、具体的には、基板２の上面とシールリング３の内面と蓋体４の下面とで囲まれる空間内に水晶振動素子５を収容して気密封止するためのものであり、基板２の上面には水晶振動素子５の振動電極に接続される一対の搭載パッド等が、基板２の下面には後述する実装脚部１２に接続される複数個の接合電極がそれぞれ設けられ、これらのパッド等は基板表面の配線導体や基板内部に埋設されているビアホール導体等を介して、対応するもの同士、相互に電気的に接続されている。

尚、前記容器体１の基板２は、ガラス−セラミック等のセラミック材料から成る場合、例えば、セラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面等に配線導体となる導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷等によって塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することによって製作される。

また前記容器体１のシールリング３及び蓋体４は従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を所定形状に成形することによって製作され、得られたシールリング３を基板２の上面に予め被着させておいた導体層にロウ付けし、続いて水晶振動素子５を導電性接着剤を用いて基板２の上面に実装・固定した後、上述の蓋体４を従来周知の抵抗溶接等によってシールリング３の上面に接合することによって容器体１が組み立てられる。このようにシールリング３と蓋体４とを抵抗溶接によって接合する場合、シールリング３や蓋体４の表面には予めＮｉメッキ層やＡｕメッキ層等が被着される。

一方、前記容器体１の内部に収容される水晶振動素子５は、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の振動電極を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の振動電極を介して水晶片に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こす。

前記水晶振動素子５は、一対の振動電極を導電性接着剤を介して基板上面の対応する搭載パッドに電気的に接続させることによって基板２の上面に搭載され、これによって水晶振動素子５と容器体１との電気的接続及び機械的接続が同時になされる。

ここで容器体１の蓋体４を、容器体１や支持基体６の配線導体を介して支持基体下面に配されるグランド端子用の外部端子１０に接続させておけば、その使用時、蓋体４がアースされることによりシールド機能が付与されることとなるため、水晶振動素子５や後述するＩＣ素子７を外部からの不要な電気的作用より良好に保護することができる。従って、容器体１の蓋体４は容器体１や支持基体６の配線導体を介してグランド端子用の外部端子１０に接続させておくことが好ましい。

上述した容器体１が載置・固定される支持基体６は概略矩形状を成しており、図３に示すように、下面の外周に沿って複数個の実装脚部１２と複数個の書込制御端子１１とが取着されている。本実施形態において、前記実装脚部１２は支持基体下面の四隅部に個々に取着・立設されており、隣接する実装脚部１２間には電子部品素子としてチップコンデンサ１４が搭載され、これら４個の実装脚部１２で囲まれる支持基体下面の中央域にＩＣ素子７が搭載されている。

前記支持基体６は、その上面で先に述べた容器体１を支持するとともに、下面でＩＣ素子７やチップコンデンサ１４、書込制御端子１１、実装脚部１２等を取着するためのものであり、ガラス布基材エポキシ樹脂やポリカーボネイト，エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂等の樹脂材料やガラス−セラミック，アルミナセラミックス等のセラミック材料等によって平板状をなすように形成されている。

また前記支持基体６の下面四隅部に取着・立設されている４個の実装脚部１２は、その各々が銅等の金属材料を四角柱状に成形した金属ポストによって形成されており、外部端子としての機能、即ち、温度補償型水晶発振器をマザーボード（図示せず）等の外部配線基板に実装する際、半田付け等によって外部電気回路の回路配線と電気的に接続されることとなる。

これら４個の実装脚部１２は、それぞれグランド端子、電源電圧端子、発振出力端子、発振制御端子として使用され、これら実装脚部１２の下面には、外部配線基板との接合に用いられる半田等の接合状態を良好となすために、例えば、ニッケルめっきや金めっき等が所定厚みに被着される。以下、グランド端子用の実装脚部１２をグランド用実装脚部１２ａという。

ここで、４個の実装脚部１２のうち、グランド用実装脚部１２ａと発振出力端子としての実装用脚部とを近接させて配置するようにすれば、発振出力端子より出力される発振信号にノイズが干渉するのを有効に防止することができる。従って、グランド用実装脚部１２ａと発振出力端子用の実装脚部とを近接配置させておくことが好ましい。

更に、上述した支持基体６の下面には、その中央域に複数個のＩＣ素子用電極パッド８が被着・形成されており、これらＩＣ素子用電極パッド８の形成領域に上述したＩＣ素子７が搭載される。

前記ＩＣ素子７としては、例えば、下面に支持基体６のＩＣ素子用電極パッド８と１対１に対応する複数個のＩＣ素子用接続パッド９を有した矩形状のフリップチップ型ＩＣ等が用いられる。かかるＩＣ素子７に組み込まれる電気回路の一例を図４に示す。ＩＣ素子７には、周囲の温度状態を検知する感温素子（サーミスタ）、水晶振動素子５の温度特性を補償する温度補償データを格納するためのメモリ、温度補償データに基づいて水晶振動素子５の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、該温度補償回路に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路等が組み込まれ、該発振回路で生成された発振出力は、外部に出力された後、例えば、クロック信号等の基準信号として利用されることとなる。

尚、前記ＩＣ素子７は、その一主面に設けたＩＣ素子用接続パッド９を支持基体下面の対応するＩＣ素子用電極パッド８に半田や金バンプ等の導電性接合材１７を介して個々に接合させることによってＩＣ素子７が支持基体６に取着され、これによってＩＣ素子７内の電子回路が容器体１の配線導体や支持基体６の配線導体等を介して水晶振動素子５や実装脚部１２等に電気的に接続される。

また、支持基体６の下面にはＩＣ素子７とともにチップコンデンサ１４が搭載されている。このチップコンデンサ１４は、例えば、図４の電気回路図に示したローパスフィルタを形成するための素子として用いられ、これによってＩＣ素子７の発振回路に入力される信号よりノイズを除去して、ノイズが極めて少ない発振信号を出力することができる。

このチップコンデンサ１４は両端面に端面電極１５ａ、１５ｂを有し、一方の端面電極１５ａがグランド用実装脚部１２ａの側面に対して対向した状態でグランド用実装脚部１２ａに近接して配置されている。そして、図５に示すように端面電極１５ａとグランド用実装脚部１２ａとを半田等の導電性接着剤１６を介して接続することによって、チップコンデンサ１４のグランド端面電極１５ａが、グランド用実装脚部１２ａを介して支持基体下面のグランド端子１０ａに電気的に接続されることになる。

また、チップコンデンサ１４の他方の端面電極１５ｂは、支持基体上面に形成した１個の接続パッドに半田等の導電性接着剤を介して接続されている。

このようにしてチップコンデンサ１４をグランド用実装脚部１２ａを介して接地するようにしたことによって、実装用基体６の上面において電子部品素子周囲のデッドスペースを減らして、温度補償型水晶発振器の全体構造を小型化することができるようになる。また、チップコンデンサ１４の端面電極１５ａは、側面全体にわたって導電性接着剤１６を介してグランド用スペーサ部材１２ａと接続されることになり、チップコンデンサ１４の接合強度を向上させることができるという利点もある。

また、チップコンデンサ１４を、グランド用実装脚部１２ａと該グランド用実装脚部１２ａと隣接する実装脚部１２との間に配置させておけば、チップコンデンサ１４を搭載するために支持基体６の下面外周部の実装脚部−実装脚部間の空き領域を有効に利用して、支持基体６の平面形状を縮小することができ、温度補償型水晶発振器の全体構造を小型化することができる。

また、支持基体６の下面には、ＩＣ素子７に温度補償データを書き込むための金属ポストから成る書込制御端子１１が取着・立設されている。この書込制御端子１１は、上述した実装脚部１２と同じ金属材料を用いて四角柱状に成形されており、その上端部で支持基体６の配線導体に電気的・機械的に接続してＩＣ素子７と電気的に接続されるようになっており、その側面が支持基体側面より露出するように、支持基体６の下面外周部のエッジに沿って配置されている。この書込制御端子１１は２個設けられており、温度補償型水晶発振器を組み立てた後、これら２個の書込制御端子１１の露出部に温度補償データ書込装置の２本のプローブ針を当て、水晶振動素子５の温度特性に応じた温度補償データを書き込むことによってＩＣ素子７のメモリ内に温度補償データが格納される。

また、書込制御端子１１を、上述したチップコンデンサ１４に対してＩＣ素子７を挟んで対向する位置に配置させるようにすれば、支持基体下面において、実装脚部、ＩＣ素子、電子部品素子、書込制御端子を高密度に配置させて支持基体の平面形状を縮小することができ、圧電発振器の全体構造を小型化することが可能となる。従って、書込制御端子１１はチップコンデンサ１４に対してＩＣ素子７を挟んで対向する位置に配置させることが好ましい。

また書込制御端子１１の下端を実装脚部１２の下端よりも上方に位置させておけば、温度補償型水晶発振器をマザーボード上に搭載した際、マザーボードの配線等と書込制御端子１１との間で大きな浮遊容量を発生したり、温度補償型水晶発振器を半田付け等によってマザーボード上に搭載する際に、溶融した半田の一部が書込制御端子１１に接触して短絡を起こすといった不都合が有効に防止されるようになり、温度補償型水晶発振器の取り扱いが簡便なものとなる利点がある。従って、書込制御端子１１の下端を実装脚部１２の下端よりも上方に位置させておくことが好ましい。

一方、上述の実装脚部１２やＩＣ素子７などを取着している支持基体６は、ガラス布基材エポキシ樹脂から成る場合、ガラス糸を編み込んで形成したガラス布基材にエポキシ樹脂の液状前駆体を含浸させるとともに、該前駆体を高温で重合させることによってベースが形成される。そして支持基体６の表面に銅箔等の金属箔を貼着させた後、従来周知のフォトエッチング等を採用し、前記金属箔を所定パターンに加工することによって金属ポストから成る実装脚部１２や書込制御端子１１等が形成される。

また上述したＩＣ素子７を、図６に示すように、エポキシ樹脂等から成る樹脂材１３によって封止するとともに、該樹脂材１３の外周部を支持基体６の外周部まで延在させ、隣接する実装脚部間の間隙に充填しておけば、ＩＣ素子７や実装脚部１２等の支持基体６に対する取着強度を補強することができるとともに、ＩＣ素子７を樹脂材１３でもって良好に保護することができ、温度補償型水晶発振器の機械的強度、並びに信頼性を高く維持することが可能となる。

かくして上述した温度補償型水晶発振器は、マザーボード等の外部配線基板上に半田付け等によって搭載され、ＩＣ素子７の温度補償回路によって発振出力を補正しながら、水晶振動素子５の共振周波数に応じた所定の発振信号を出力することによって温度補償型水晶発振器として機能する。

以上のような本実施形態の温度補償型水晶発振器によれば、温度補償データをＩＣ素子７に書き込むための書込制御端子１１を金属ポストにて形成するとともに、該書込制御端子１１の一部を容器体側面と支持基体側面との間より露出させるようにしたことから、温度補償型水晶発振器を組み立てる際、金属ポストから成る書込制御端子１１を支持基体上面の所定位置に取着させておくだけで温度補償型水晶発振器を製作することができ、従来の温度補償型水晶発振器において膜状の書込制御端子を支持基体の外側面に形成する場合のような煩雑な加工プロセスは一切不要となることから、温度補償型水晶発振器の生産性を向上させることが可能となる。

尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

例えば、上述した実施形態においては、チップ状の電子部品素子としてチップコンデンサを用いた場合を例にして説明したが、電子部品素子はチップコンデンサに限定されるものではなく、例えばチップ抵抗器、チップインダクタ、バリキャップ代オートなどを搭載するようにしてもよい。

更に上述した実施形態においては、書込制御端子を２個設けるようにしたが、書込制御端子は２個に限定されるものではなく、ＩＣ素子７の種類に応じて３個以上設けるようにしても構わない。

また更に上述した実施形態においては、容器体１の蓋体４をシールリング３を介して基板２に接合させるようにしたが、これに代えて、基板２の上面に接合用のメタライズパターンを形成しておき、このメタライズパターンに対して蓋体４をダイレクトに溶接するようにしても構わない。

更にまた上述した実施形態においては、容器体１の基板上面に直接シールリング３を取着させるようにしたが、これに代えて、基板２の上面に基板２と同材質のセラミック材料等から成る枠体を一体的に取着させた上、該枠体の上面にシールリング３を取着させるようにしても構わない。

本発明の一実施形態に係る温度補償型水晶発振器の分解斜視図である。 図１の温度補償型水晶発振器の断面図である。 図１の温度補償型水晶発振器の下面図である。 図１の温度補償型水晶発振器に搭載されるＩＣ素子に組み込まれる電気回路図である。 図１の温度補償型水晶発振器をＡ方向から見た側面図である。 （ａ）は図１の温度補償型水晶発振器に樹脂材を充填した状態の、分解斜視図（ｂ）は図６（ａ）の温度補償型水晶発振器の断面図である。 従来の温度補償型水晶発振器の分解斜視図である。

符号の説明

１・・・容器体
２・・・基板
３・・・シールリング
４・・・蓋体
５・・・水晶振動素子
６・・・支持基体
７・・・ＩＣ素子
８・・・ＩＣ素子用電極パッド
９・・・ＩＣ素子用接続パッド
１１・・・書込制御端子
１２・・・実装脚部
１３・・・樹脂材
１４・・・チップコンデンサ（電子部品素子）
１５ａ、１５ｂ・・・端面電極
１６・・・導電性接着剤

Claims (5)

1. 内部に圧電振動素子を収容している矩形状の容器体を支持基体上に固定させるとともに、該支持基体の下面に、前記圧電振動素子の発振周波数に対応した発振信号を出力する発振回路を有したＩＣ素子と、前記支持基体の下面外周に沿って配された金属ポストから成る実装脚部とを取着させてなる圧電発振器であって、
   前記実装脚部の少なくとも１個をグランド端子となし、前記支持基体の下面で、前記グランド端子としてのグランド用実装脚部の近傍に、該グランド用実装脚部の側面と対向するグランド電極を端面に有したチップ状の電子部品素子を配置せしめ、該電子部品素子のグランド電極と前記グランド用実装脚部とを導電性接着剤を介して接合することにより前記電子部品素子のグランド電極を前記グランド用実装脚部に電気的に接続したことを特徴とする圧電発振器。
2. 前記圧電振動素子として水晶振動素子が用いられるとともに、前記ＩＣ素子内に前記発振信号を温度状態に応じて補正するための温度補償データが格納されており、前記支持基体下面に、前記ＩＣ素子に温度補償データを書き込むための金属ポストから成る書込制御端子を外側側面が露出した状態で取着させことを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。
3. 前記実装脚部が前記支持基体の四隅部に取着されており、隣接する実装脚部間に位置する支持基体の下面に前記電子部品素子が配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電発振器。
4. 前記書込制御端子が、前記電子部品素子に対して前記ＩＣ素子を挟んで対向する位置に取着されていることを特徴とする請求項３に記載の圧電発振器。
5. 前記電子部品素子が、前記ＩＣ素子より出力される発振信号、もしくは、前記発振回路に入力される信号よりノイズを除去するためのコンデンサであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の圧電発振器。

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