JP2005223640A - パッケージ、これを用いた表面実装型圧電発振器、及びその周波数調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電振動子のパッケージの外部に発振回路等を構成するＩＣ部品を組付け一体化したＨ型パッケージ構造の表面実装型圧電発振器において、ＩＣ部品搭載前に実施する圧電振動子の調整作業専用の調整用端子を格別に設けることなく、既存の実装端子を利用して調整することを可能としたパッケージ、表面実装型圧電発振器及び周波数調整方法を提供する。
【解決手段】 環状底面に少なくともＶｃｃ実装端子，Ｖｃｏｎ実装端子、Ｏｕｔ実装端子、及びＧｎｄ実装端子を備えた縦断面形状が略Ｈ型の絶縁容器１と、上面側凹所２内に設けた２つの上面側内部パッド１１に圧電振動素子上の各励振電極を電気的に接続した状態で該上面側凹所を気密封止する金属リッド１５と、下面側凹所３の天井面３ａに配置され各上面側内部パッド、及び各実装端子と導通する下面側内部パッド６に実装されるＩＣ部品２０と、を備え、Ｖｃｃ実装端子及びＶｃｏｎ実装端子を２つの上面側内部パッドと夫々導通させる接続配線パターン４０を、下面側凹所の天井面に露出配置した。
【選択図】 図３

Description

本発明は、従来の調整用端子を用いた調整作業の不便さを解消した表面実装型圧電発振器及び周波数調整方法に関するものである。

移動体通信市場においては、各種電装部品の実装性、保守・取扱性、装置間での部品の共通性等を考慮して、各機能毎に部品群のモジュール化を推進するメーカーが増えている。また、モジュール化に伴って、小型化、低コスト化も強く求められている。
特に、基準発振回路、ＰＬＬ回路、及びシンセサイザー回路等、機能及びハード構成が確立し、且つ高安定性、高性能化が要求される回路部品に関してモジュール化への傾向が強まっている。更に、これらの部品群をモジュールとしてパッケージ化することによりシールド構造を確立しやすくなるという利点がある。
複数の関連部品をモジュール化、パッケージ化することにより構築される表面実装用の電子部品としては、例えば圧電振動子、圧電発振器、ＳＡＷデバイス等を例示することができるが、これらの機能を高く維持しつつ、更なる小型化を図るために、例えは図４に示した如き二階建て構造のモジュールが採用されている。
即ち、図４は二階建て構造型（Ｈ型）モジュールとしての表面実装型圧電デバイス（水晶発振器）の従来構成を示す縦断面略図であり、セラミック製の容器本体１０１と金属リッド１０２からなる容器の内部に水晶振動素子１０３を収容した水晶振動子１００と、水晶振動子１００の底面に接合される容器１０５の空所１０５ａ内の天井面に発振回路、温度補償回路などを構成するＩＣ部品１０６をベアチップ実装した底部構造体（ＩＣ部品ユニット）１０７と、を備えている。この水晶発振器をプリント基板上に実装する際には、容器１０５の底面に設けた実装端子１０５ｂを用いた半田付けが行われる（例えば、特開２０００−２７８０４７）。
上記の従来例にあっては、ＩＣ部品中に含まれる調整回路を調整するための調整用端子１１０が容器本体１０１の外面に露出配置されている。調整用端子１１０は、例えばＩＣ部品中の温度補償回路を構成する素子の値（温度補償係数）を書き換える場合に用いられ、図示しないプローブを調整用端子１１０に当接させてデータを入力することによって書き換えが行われる。発振器メーカーが、図示のように水晶振動子１００に対してＩＣ部品１０６を搭載した容器１０５を組付け完了した状態でアッセンブリメーカー（例えば、携帯電話機メーカー）に出荷する場合には、発振器メーカーサイドで調整用端子を用いて素子値を調整した状態で顧客に手渡すため、顧客は無調整にて圧電発振器を使用することが可能となる。

しかし、縦横寸法が十数ｍｍ程度の小型発振器の側面に形成される調整用端子１１０の面積は更に微小とならざるを得ないため、フローブを当接させての調整作業は極めて煩雑、且つ効率の悪い作業となる。また、プローブを当接させるのに必要十分な面積を確保する必要から、調整用端子１１０の小面積化には限界があるため、その分だけ発振器の小型化にも限界が生じている。従って、これらの問題点の改善が強く求められている。
このような不具合を解決するため、特許第３４０６８４５号、特許第３４５１０１８号では、図４に示した底部構造体１０７の空所１０５ａの天井面であってＩＣ部品搭載時にはＩＣ部品によって隠蔽される位置に、水晶振動子内の水晶振動素子に形成した２つの励振電極から延びる大面積且つ専用の２つの調整用端子をパターン形成する構造を提案している。これによれば、プローブを調整用端子に当接させることによる調整作業が容易化するばかりでなく、発振器を機器側のプリント基板上に実装した時に、プリント基板上の配線パターンとの間で浮遊容量を発生する不具合をも防止できる。
しかし、空所１０５ａの天井面は、極限された狭いスペースであるにも拘わらず、大面積の調整用端子を２つ配置すると、同じ天井面に形成するＩＣ部品搭載用の電極のレイアウトに制限が生じる虞が高くなる。
特開２０００−２７８０４７ 特許第３４０６８４５号 特許第３４５１０１８号

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、圧電振動子のパッケージの外部に発振回路等を構成するＩＣ部品を組付け一体化したＨ型パッケージ構造の表面実装型圧電発振器において、ＩＣ部品搭載前に実施する圧電振動子の調整作業専用の調整用端子を格別に設けることなく、既存の実装端子を利用して調整することを可能とした表面実装型圧電発振器用パッケージ、これを用いた表面実装型圧電発振器、及びその周波数調整方法を提供するものである。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、上面と下面に夫々凹所を有し、環状の底面に少なくとも４つの実装端子を備えた縦断面形状が略Ｈ型の絶縁容器であって、圧電振動素子の各励振電極を電気的に接続するために上面側凹所内に設けた２つの上面側内部パッドと、発振回路を構成する電子部品を搭載するために下面側凹所の天井面に配置された下面側内部パッドと、前記各実装端子と上面側内部パッドと下面側内部パッドとの間に所定の配線を施すための配線パターンと、を備えた表面実装型圧電発振器用パッケージにおいて、前記実装端子のいずれか２つと、２つの上面側内部パッドとを夫々導通させるために２つの接続配線パターンを前記下面側凹所の天井面に露出配置したことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１において、前記実装端子が、駆動電源用実装端子、制御電圧印加用実装端子、信号出力用実装端子、及び接地用実装端子であることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２において、前記実装端子のうち接地用実装端子を除くいずれか２つの実装端子と、２つの上面側内部パッドとが夫々導通していることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のパッケージを用いて構成する表面実装型圧電発振器の周波数調整方法であって、前記上面側内部パッドに圧電振動素子の各励振電極を電気的に接続した後、前記下面側内部パッドに発振回路を構成する電子部品を搭載する前に、前記上面側内部パッドと導通した２つの実装端子を用いて圧電振動素子の共振周波数を測定し、周波数測定後に前記各接続配線パターンを切断して各実装用端子と上面側内部パッドとの間の導通を遮断することを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のパッケージを用いて構成する表面実装型圧電発振器の周波数調整方法であって、前記上面側内部パッドに圧電振動素子の各励振電極を電気的に接続した後、前記下面側内部パッドに発振回路を構成する電子部品を搭載する前に、前記上面側内部パッドと導通した２つの実装端子を用いて圧電振動素子の共振周波数を測定し、共振周波数が所定の値と異なる場合には圧電振動素子に対して周波数調整を施し、周波数調整後に前記各接続配線パターンを切断して各実装用端子と上面側内部パッドとの間の導通を遮断することを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のパッケージを用いて構成した表面実装型圧電発振器であって、前記上面側内部パッドに圧電振動素子の各励振電極を電気的に接続した状態で上面側凹所が金属リッドにて気密封止されており、前記下面側凹所の接続配線パターンが何れも電気的に切断された状態であり、前記下面側内部パッドには発振回路を構成する電子部品が搭載されていることを特徴とする。

請求項１、２の発明によれば、ＩＣ部品を搭載する下面側凹所の天井面に調整用端子パターンを形成せずに、少なくとも４つの実装端子の内の２つを一時的に調整用端子として兼用できるように構成したため、下面側凹所天井面の配線パターンレイアウトの自由度を高めることができる。
請求項３においては、４つの実装端子のうちの接地用実装端子を除いた実装端子を調整用端子として利用するようにしている。即ち、接地用実装端子からは、パッケージ内に広くアース用の配線が延びているので、周波数測定の際に測定経路上に浮遊容量が出現し易く、正確な周波数測定ができない可能性もあるので、極力調整用端子としては利用すべきでない。従って、他の３つの実装端子のうちの２つを利用するのが好ましい。
請求項４、５の発明によれば、調整用端子を兼用する実装端子は、製造当初は上面側内部パッド（圧電振動素子の励振電極）との間を接続配線パターンによって接続されているが、周波数測定、調整作業を終了した場合には接続配線パターンを切断することによって実装端子本来の機能を備える。
請求項６の発明によれば、請求項１、２、３に記載された配線構造を備えた絶縁容器に対して水晶振動素子、ＩＣ部品を組み付け、周波数測定、周波数調整を行った後に、更に上面側凹所を金属リッドにより気密封止することによって所定の発振周波数を備えた表面実装型発振器を生産性よく製造することが可能となる。

以下、本発明を図面に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るパッケージ構造を備えた表面実装型圧電発振器の一例としての水晶発振器の縦断面図、図２は容器本体の縦断面図、図３（ａ）乃至（ｅ）は容器本体を構成する各絶縁板の各面の構成図である。
この水晶発振器は、上面と下面に夫々凹所２、３を備えると共に環状の底面４に駆動電源用実装端子（Ｖｃｃ端子）５ａ、制御電圧印加用実装端子（Ｖｃｏｎ端子）５ｂ、信号出力用実装端子（Ｏｕｔ端子）５ｃ、接地用実装端子（Ｇｎｄ端子）５ｄの４つの実装端子５を備えた縦断面形状が略Ｈ型の絶縁容器１と、上面側凹所２内に設けた２つの上面側内部パッド１１に水晶振動素子（圧電振動素子）１２上の２つの励振電極を夫々電気的に接続した状態で該上面側凹所２を気密封止する金属リッド１５と、下面側凹所３の天井面３ａに配置され各上面側内部パッド１１、及び各実装端子５と導通した下面側内部パッド６と、下面側内部パッド６に実装される発振回路を構成するＩＣ部品２０と、を備える。
絶縁容器１、下面側内部パッド６、上面側内部パッド１１、金属リッド１５は、表面実装型圧電発振器用パッケージを構成している。
本発明のパッケージは、実装端子５ａ乃至５ｄのうちのいずれか２つと、２つの上面側内部パッド１１とを夫々導通させるために２つの接続配線パターン４０Ａ、４０Ｂを下面側凹所３の天井面３ａに露出配置した点が特徴的である。
なお、この実施形態では、Ｖｃｃ端子５ａと、Ｖｃｏｎ端子５ｂが、夫々上面側内部パッド１１の一方と電気的に接続されている場合を一例として説明する。
上面側凹所２を備えた絶縁容器１の上部と、上面側内部パッド１１と、水晶振動素子１２と、金属リッド１５は、水晶振動子（圧電振動子）を構成している。即ち、水晶振動子はセラミック等の絶縁材料からなる絶縁容器１の上面側凹所２内の内部電極１１上に水晶振動素子１２を導電性接着剤（導電性ペースト）を用いて電気的・機械的に接続し、絶縁容器１の外璧上面の導体リングに金属リッド１５を溶接等によって電気的・機械的に接続して凹所２内を気密封止したものである。
本発明では、各実装端子５としてのＶｃｃ端子５ａ、Ｖｃｏｎ端子５ｂを夫々後述する接続配線パターン４０Ａ、４０Ｂを介して２つの上面側内部パッド１１と導通させると共に、これらの接続配線パターンを下面側凹所３の天井面３ａに露出配置している。周波数調整時には、接続配線パターンを介して水晶振動素子の各励振電極と導通した状態にあるＶｃｃ端子５ａ、Ｖｃｏｎ端子５ｂを周波数調整用端子として利用して周波数を測定する。そして、測定作業、調整作業完了後にはレーザーを用いて接続配線パターンを切断した上で、各下面側内部パッド６上にＩＣ部品２０を搭載する。換言すれば、本発明は、接続配線パターンによって水晶振動素子上の各励振電極と導通状態にある場合にのみＶｃｃ端子５ａ、Ｖｃｏｎ端子５ｂを調整用端子として利用することを可能ならしめ、調整終了後には各励振電極との導通を遮断することによって通常の実装端子として利用するようにした点が特徴的である。

以下、本発明の絶縁容器における配線構造について説明する。
図２は絶縁容器の断面構造を示す拡大図であり、この絶縁容器１は、セラミック等の絶縁材料から成る矩形平板状の第１及び第２の絶縁板３１、３２と、第２の絶縁板３２の上面に固定することによって上面側凹所２を形成する矩形環状の金属製シームリング３３と、第１の絶縁板３１の下面に積層固定されることにより下面側凹所３を形成する矩形環状のセラミック板から成る第３及び第４の絶縁板３４、３５と、第４の絶縁板３５の底面に配置される実装端子５（Ｖｃｃ端子５ａ、Ｖｃｏｎ端子５ｂ、Ｏｕｔ端子５ｃ、Ｇｎｄ端子５ｄ）と、前記上面側内部パッド１１と、前記下面側内部パッド６と、各実装端子５、上面側内部パッド１１及び下面側内部パッド６間を導通する図示しない内部導体（ビアホール）と、を備えている。
金属製シームリング３３の上面に金属リッド１５を溶接等によって固定することにより、上面側凹所２は気密封止される。
上面側内部パッド１１は、図３（ａ）の平面図（第２の絶縁板３２の上面図）に示すように上面側凹所２の内底面に隣接配置されており、各上面側内部パッド１１上の符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは第１及び第２の絶縁板３１、３２を貫通して配置される貫通導体（内部導体）を示している。なお、各貫通導体は、配線パターンを構成している。
第１の絶縁板３１の上面には、図３（ｂ）に示すように、貫通導体Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄと、四隅のパターン（Ｖｃｃ、Ｖｃｏｎ、Ｏｕｔ、Ｇｎｄの各パターン）を備えている。
次に、図３（ｃ）は第１の絶縁板３１の下面を上方から見たパターン配置図であり、この図から明らかなように第１の絶縁板３１の下面には、各貫通導体Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、各貫通導体Ａ、Ｂを夫々角隅部に位置するＶｃｃパターン、Ｖｃｏｎパターンと接続するための接続配線パターン４０Ａ、４０Ｂ、Ｏｕｔパターン、Ｇｎｄパターン、及びＩＣ部品２０を搭載するための下面側内部パッド６（Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｐ）が配置されている。
第１の絶縁板３１の下面のパターン例では、各実装端子であるＶｃｃ端子５ａ、Ｖｃｏｎ端子５ｂ（図３（ｅ））と夫々接続されるＶｃｃパターン、Ｖｃｏｎパターンは、夫々下面側内部パッド６Ｎ、６Ｅと直結する一方で、接続配線パターン４０Ａ、４０Ｂを介して下面側内部パッド６Ｐ、６Ｆと導通している。各接続配線パターン４０Ａ、４０Ｂを図示した切断位置にて切断することにより、実装端子５Ｖｃｃ、５Ｖｃｏｎと貫通導体Ａ、Ｂとの導通を遮断することが可能となる。
次に、図３（ｄ）は第４の絶縁板３５の上面図、図３（ｅ）は第４の絶縁板３５の底面を上方から見たパターン配置図である。図３（ｄ）に示した四隅のパターン、即ちＶｃｃパターン、Ｖｃｏｎパターン、Ｏｕｔパターン、Ｇｎｄパターンは、何れも図３（ｂ）（ｃ）に夫々示した四隅のパターン（Ｖｃｃパターン、Ｖｃｏｎパターン、Ｏｕｔパターン）と、更には図３（ｅ）に示した各実装端子５（Ｖｃｃ端子５ａ、Ｖｃｏｎ端子５ｂ、Ｏｕｔ端子５ｃ、Ｇｎｄ端子５ｄ）と、貫通導体Ｃを介して導通している。

本実施形態では、図２に関して説明した如く、Ｖｃｃ、Ｖｃｏｎ用の実装端子であるＶｃｃ端子５ａ、Ｖｃｏｎ端子５ｂを、夫々接続配線パターン４０Ａ、４０Ｂを介して、貫通導体Ａ、Ｂと導通させたことにより、接続配線パターン４０Ａ、４０Ｂが切断されていない状態においては、Ｖｃｃ端子５ａ、Ｖｃｏｎ端子５ｂは貫通導体Ａ、Ｂ、上面側内部パッド１１を介して水晶振動素子１２上の各励振電極と導通している。このため、Ｖｃｃ端子５ａ、Ｖｃｏｎ端子５ｂを、周波数調整用端子として利用することができる。即ち、Ｖｃｃ端子５ａ、Ｖｃｏｎ端子５ｂに対して調整装置から延びるプローブを当接させることによって周波数測定を行い、必要な場合には励振電極に対して金属を蒸着することによる周波数の調整が可能となる。
一方、周波数の調整が完了した後には、下面側凹所３の天井面３ａに露出配置された接続配線パターン４０Ａ、４０Ｂを図示の切断位置にてレーザーを用いて切断することによって、Ｖｃｃ端子５ａ、Ｖｃｏｎ端子５ｂと貫通導体Ａ、Ｂとの導通を遮断し、各Ｖｃｃ端子５ａ、Ｖｃｏｎ端子５ｂから、調整用端子としての機能を奪うことができる。この切断の結果、Ｖｃｃ端子５ａ、Ｖｃｏｎ端子５ｂは夫々下面側内部パッド６Ｎ、６Ｅとのみ導通した状態となり、同様に貫通導体Ａ、Ｂは夫々下面側内部パッド６Ｐ、６Ｆとのみ導通した状態となる。
このように本発明では、下面側内部パッド６にＩＣ部品２０を搭載する前に、接続配線パターン４０Ａ、４０Ｂによって２つの実装端子（Ｖｃｃ端子５ａ、及びＶｃｏｎ端子５ｂ）と水晶振動素子の各励振電極とを導通させた状態で、各実装端子を用いて圧電振動素子の共振周波数を測定し、必要に応じて周波数調整を行うことができる。周波数測定後、或いは周波数調整後に、各接続配線パターンを切断して各実装端子と各励振電極（上面側内部パッド１１）との導通を遮断し、その後各下面側内部パッドにＩＣ部品２０を搭載することにより発振器の組立が完了し、２つの実装端子を本来の実装端子として利用することができる。
本発明では、下面側凹所３内に露出する絶縁容器の天井面に調整用端子を配置しないので、該天井面の配線パターンレイアウトの自由度が拡大する。また、実装電極５は、十分に広い面積を有するので、プローブを当接させつつ行う周波数測定作業性を高めることができる。
なお、上記実施形態では、圧電発振器の代表例として水晶発振器を例示したが、本発明は他の圧電材料から成る圧電振動素子を使用した発振器全てに適用することができる。

本発明の一実施形態に係るパッケージを備えた表面実装型圧電発振器の一例としての水晶発振器の縦断面図。 容器本体の縦断面図。 （ａ）乃至（ｅ）は容器本体を構成する各絶縁板の各面の構成図。 従来例の表面実装型圧電発振器の縦断面図。

符号の説明

１ 絶縁容器、２、３ 凹所、３ａ 天井面、４ 環状の底面、５ａ、駆動電源用実装端子（Ｖｃｃ端子）、５ｂ 制御電圧印加用実装端子（Ｖｃｏｎ端子）、５ｃ 信号出力用実装端子（Ｏｕｔ端子）、５ｄ 接地用実装端子（Ｇｎｄ端子）、６ 下面側内部パッド、１１ 上面側内部パッド、１２ 水晶振動素子（圧電振動素子）、１５ 金属リッド、２０ ＩＣ部品、３１、３２ 絶縁板、３３ 金属製シームリング、３４、３５ 絶縁板、４０Ａ、４０Ｂ 接続配線パターン、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 貫通導体。

Claims (6)

1. 上面と下面に夫々凹所を有し、環状の底面に少なくとも４つの実装端子を備えた縦断面形状が略Ｈ型の絶縁容器であって、
   圧電振動素子の各励振電極を電気的に接続するために上面側凹所内に設けた２つの上面側内部パッドと、発振回路を構成する電子部品を搭載するために下面側凹所の天井面に配置された下面側内部パッドと、前記各実装端子と上面側内部パッドと下面側内部パッドとの間に所定の配線を施すための配線パターンと、を備えた表面実装型圧電発振器用パッケージにおいて、
   前記実装端子のいずれか２つと、２つの上面側内部パッドとを夫々導通させるために２つの接続配線パターンを前記下面側凹所の天井面に露出配置したことを特徴とする表面実装型圧電発振器用パッケージ。
2. 前記実装端子が、駆動電源用実装端子，制御電圧印加用実装端子、信号出力用実装端子、及び接地用実装端子であることを特徴とする請求項１に記載の表面実装型圧電発振器用パッケージ。
3. 前記実装端子のうち接地用実装端子を除くいずれか２つの実装端子と、２つの上面側内部パッドとが夫々導通していることを特徴とする請求項２に記載の表面実装型圧電発振器用パッケージ。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載のパッケージを用いて構成する表面実装型圧電発振器の周波数調整方法であって、
   前記上面側内部パッドに圧電振動素子の各励振電極を電気的に接続した後、前記下面側内部パッドに発振回路を構成する電子部品を搭載する前に、前記上面側内部パッドと導通した２つの実装端子を用いて圧電振動素子の共振周波数を測定し、周波数測定後に前記各接続配線パターンを切断して各実装用端子と上面側内部パッドとの間の導通を遮断することを特徴とする表面実装型圧電発振器の周波数調整方法。
5. 請求項１乃至３の何れかに記載のパッケージを用いて構成する表面実装型圧電発振器の周波数調整方法であって、
   前記上面側内部パッドに圧電振動素子の各励振電極を電気的に接続した後、前記下面側内部パッドに発振回路を構成する電子部品を搭載する前に、前記上面側内部パッドと導通した２つの実装端子を用いて圧電振動素子の共振周波数を測定し、共振周波数が所定の値と異なる場合には圧電振動素子に対して周波数調整を施し、周波数調整後に前記各接続配線パターンを切断して各実装用端子と上面側内部パッドとの間の導通を遮断することを特徴とする表面実装型圧電発振器の周波数調整方法。
6. 請求項１乃至３の何れかに記載のパッケージを用いて構成した表面実装型圧電発振器であって、前記上面側内部パッドに圧電振動素子の各励振電極を電気的に接続した状態で上面側凹所が金属リッドにて気密封止されており、前記下面側凹所の接続配線パターンが何れも電気的に切断された状態であり、前記下面側内部パッドには発振回路を構成する電子部品が搭載されていることを特徴とする表面実装型圧電発振器。

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