JP2005244639A - 温度補償型水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】取り扱いが簡便で、生産性に優れた温度補償型水晶発振器を提供することにある。
【解決手段】実装用基体の上面に、気密封止された水晶振動素子及び該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素子を並設するとともに、該ＩＣ素子の表面を樹脂材で被覆してなる温度補償型水晶発振器において、前記実装用基体の上面に、前記ＩＣ素子と電気的に接続されて温度補償データの書込制御端子となる複数個の金属ポストを取着させるとともに、前記樹脂材を前記金属ポストの取着領域まで延在させ、この延在部で前記金属ポストの表面を、その一部が露出するようにして被着させる。
【選択図】図１

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温度補償型水晶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水晶発振器が用いられている。

かかる従来の水晶発振器としては、例えば、上面の中央域に凹部を有する実装用基体の該凹部内に、気密封止された水晶振動素子、水晶振動素子２４の振動に基づいて発振出力を制御するＩＣ素子を並設するようにして収容させ、その上部を蓋体で被う構造のものが知られている。

尚、前記容器体及び前記実装用基体は、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、このような容器体の下面や実装用基体の上面には、それぞれ対応する箇所に接合電極が複数個ずつ設けられており、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が実装用基体の上面に固定されていた。

また、前記ＩＣ素子の内部には、水晶振動素子の温度特性に応じて作成された温度補償データに基づいて水晶発振器の発振出力を補正するための温度補償回路が設けられており、このような温度補償データをＩＣ素子内のメモリに格納するため、実装用基体の外側面には書込制御端子が設けられ、水晶発振器を組み立てた後、この書込制御端子に温度補償データ書込装置のプローブ針を当てて温度補償データをＩＣ素子へ入力することによって温度補償データをＩＣ素子内のメモリに格納するようにしていた。

しかしながら、上述した従来の温度補償型水晶発振器においては、実装用基体の外側面に温度補償データを書き込むための書込制御端子が設けられているおり、かかる実装用基体を製作するために、実装用基体が切り出されるセラミック製の母基板に貫通穴を開けて、その内面に導体ペーストを塗布して焼き付けたり、更には金属メッキを施す等して膜状の書込制御端子を被着させておく必要があり、このような複雑な加工プロセスが不可欠となることによって温度補償型水晶発振器の生産性が著しく低下する欠点を有していた。

そこで上述の欠点を解消するために、書込制御端子を実装用基体の下面に配置させることが考えられる。

しかしながら、書込制御端子を実装用基体の下面に配置させた場合、温度補償型水晶発振器が実装されるマザーボードの配線と上述の書込制御端子とが対向していると、マザーボードの配線と書込制御端子との間で浮遊容量を発生することがあり、その場合、温度補償型水晶発振器が組み込まれる通信機器や電子機器の電気的特性に多大な影響を与える恐れがある上に、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した際、溶融した半田の一部が書込制御端子に接触して短絡を起こす危険性があり、温度補償型水晶発振器の取り扱いに簡便性を欠く不都合があった。

本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、取り扱いが簡便で、生産性に優れた温度補償型水晶発振器を提供することにある。

本発明の温度補償型水晶発振器は、実装用基体の上面に、気密封止された水晶振動素子及び該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素子を並設するとともに、該ＩＣ素子の表面を樹脂材で被覆してなるものにおいて、前記実装用基体の上面に、前記ＩＣ素子と電気的に接続されて温度補償データの書込制御端子となる複数個の金属ポストを取着させるとともに、前記樹脂材を前記金属ポストの取着領域まで延在させ、この延在部で前記金属ポストの表面を、その一部が露出するようにして被着させたことを特徴とするものである。

また本発明の温度補償型水晶発振器は、前記金属ポストの上面が前記樹脂材から露出していることを特徴とするものである。

更に本発明の温度補償型水晶発振器は、前記複数個の金属ポストが、前記水晶振動素子とＩＣ素子とを隔てるようにして配列していることを特徴とするものである。

本発明の温度補償型水晶発振器は、実装用基体の上面に、気密封止された水晶振動素子及び該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素子を並設するとともに、該ＩＣ素子の表面を樹脂材で被覆してなるものにおいて、前記実装用基体の上面に、前記ＩＣ素子と電気的に接続されて温度補償データの書込制御端子となる複数個の金属ポストを取着させるとともに、前記樹脂材を前記金属ポストの取着領域まで延在させ、この延在部で前記金属ポストの表面を、その一部が露出するようにして被着させたことから、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を実装用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の如く膜状の書込制御端子を実装用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。

またこの場合、温度補償型水晶発振器が実装されるマザーボードの配線と書込制御端子との間で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に接触して短絡を起こすこともなく、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もある。

また本発明の温度補償型水晶発振器は、前記金属ポストの上面が前記樹脂材から露出していることから、温度補償型水晶発振器の上面側から、取着された水晶振動素子の温度補償データを書込むことが可能となり、書込み作業の容易化及び効率化を図ることができる。

更に本発明の温度補償型水晶発振器は、前記複数個の金属ポストが、前記水晶振動素子とＩＣ素子とを隔てるようにして配列していることから、水晶振動素子から生じるノイズがＩＣ素子の動作に影響を与えることを抑制することができる。

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、本発明の一実施形態に係る温度補償型水晶発振器を示す図であり、（ａ）は、分解斜視図、（ｂ）は、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が収容された矩形状の容器体１を、下面に複数個の外部端子１０が、上面にＩＣ素子７が設けられる矩形状の実装用基体６上に載置・固定し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の下面には実装用基体６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や実装用基体６の配線導体を介して実装用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や実装用基体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。

そして、上述した容器体１が載置・固定される実装用基体６は概略矩形状を成しており、該実装用基体上面の外周領域にはＩＣ素子７に温度補償データを書き込むための複数個の後述する書込制御端子１１が個々に取着・立設され、また、書込制御端子１１よりも中央域側にはＩＣ素子７が搭載される。

前記実装用基体６は、その上面に、容器体１、ＩＣ素子７及び書込制御端子１１を支持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る。

また前記実装用基体６の下面には、４つの外部端子１０（電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子）が設けられており、これらの外部端子１０は、温度補償型水晶発振器をマザーボード（図示せず）等の外部電気回路に搭載する際、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。

ここで、４個の外部端子１０のうち、グランド端子と発振出力端子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、グランド端子と発振出力端子は近接させて配置することが好ましい。

更に、上述した実装用基体６の上面には、その中央域側に複数個の電極パッドが被着・形成されており、これら電極パッド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、下面に実装用基体６の電極パッドと１対１に対応する複数個の接続パッドを有した矩形状のフリップチップ型ＩＣ等が用いられ、その回路形成面（下面）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設けられ、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、その下面に設けた接続パッドを実装用基体上面の対応する電極パッドに半田や金バンプ等の導電性接合材を介して個々に接合させることによってＩＣ素子７が実装用基体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の配線導体や実装用基体６の配線導体等を介して水晶振動素子５や外部端子１０等に電気的に接続される。

また、上述した実装用基体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、その表面に貼着される銅箔等の金属箔を従来周知のフォトエッチング等を採用し、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書込制御端子１１や配線導体が形成される。

前記書込制御端子１１は、銅等の金属材料を柱状に成形した金属ポストによって形成されており、実装用基体６の上面に取着されている。

これらの書込制御端子１１は、実装用基体６のエッジに沿って並設されており、実装用基体６の配線導体等を介してＩＣ素子７に電気的に接続されている。従って、温度補償型水晶発振器を組み立てた後、これらの書込制御端子１１に側方より温度補償データ書込装置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。

また更に、上述したＩＣ素子７は、例えばエポキシ樹脂等から成る樹脂材１３によって封止されており、樹脂材１３を書込制御端子１１の取着領域まで延在させ、この延在部で書込制御端子１１の金属ポスト表面を、その一部が露出するようにして被着させている。

このように、樹脂材１３を隣接する容器体１−ＩＣ素子７間、ＩＣ素子７−書込制御端子１１間並びに書込制御端子１１間の間隙に充填させておくことにより、容器体１、ＩＣ素子７及び書込制御端子１１等の実装用基体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の回路形成面を樹脂材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。

またこの場合、樹脂材１３を透明材料により形成しておけば、ＩＣ素子７の側面が樹脂材１３で被覆されていても、実装用基体６に対する接合部を直視できることから、製品の検査等に際してＩＣ素子の接合状態を目視等によって容易に確認することができ、検査の作業性を良好となすことが可能となる。

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。

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。

上述した実施形態においては、書込制御端子１１を実装用基体６上面の外周領域に配することによって、書込制御端子１１である金属ポストの側面が樹脂材１３から露出するようにしたが、これに代えて、図２（ａ）に示すように、書込制御端子１１である金属ポストの上面を樹脂材１３から露出するようにしても構わない。これにより、温度補償型水晶発振器の上面側から、水晶振動素子５の温度補償データをＩＣ素子７に書込むことが可能となり、書込み作業の容易化及び効率化を図ることができる。

また、上述した実施形態においては、書込制御端子１１を実装用基体６上面の外周領域に配するようにしたが、これに代えて、図２（ａ）に示すように、複数個の書込制御端子１１を、水晶振動素子５とＩＣ素子７とを隔てるようにして配列しても構わない。これにより、水晶振動素子５から生じるノイズがＩＣ素子の動作に影響を与えることを抑制することができる。

更に上述した実施形態においては、水晶振動素子５は容器体１の内部に収容されることで気密封止されるようにしたが、これに代えて、図３に示すように、水晶振動素子５を実装用基体６の上面に配するとともに、水晶振動素子５を金属などからなる蓋体により覆う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。

また更に上述した実施形態において、実装用基体６の上面にノイズ除去用のチップ状コンデンサ等を配置させても良いことは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る温度補償型水晶発振器を示す図であり、（ａ）は、分解斜視図、（ｂ）は、断面図である。 本発明の他の実施形態に係る温度補償型水晶発振器を示す図であり、（ａ）は、分解斜視図、（ｂ）は、正面図である。 本発明の他の実施形態に係る温度補償型水晶発振器を示す断面図である。

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・・・実装用基体
７・・・ＩＣ素子
７ａ・・・接続パッド
１０・・・外部端子
１１・・・書込制御端子
１３・・・樹脂材

Claims (3)

1. 実装用基体の上面に、気密封止された水晶振動素子及び該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素子を並設するとともに、該ＩＣ素子の表面を樹脂材で被覆してなる温度補償型水晶発振器において、
   前記実装用基体の上面に、前記ＩＣ素子と電気的に接続されて温度補償データの書込制御端子となる複数個の金属ポストを取着させるとともに、前記樹脂材を前記金属ポストの取着領域まで延在させ、この延在部で前記金属ポストの表面を、その一部が露出するようにして被着させたことを特徴とする温度補償型水晶発振器。
2. 前記金属ポストの上面が前記樹脂材から露出していることを特徴とする請求項１に記載の温度補償型水晶発振器。
3. 前記複数個の金属ポストが、前記水晶振動素子とＩＣ素子とを隔てるようにして配列していることを特徴とする請求項１に記載の温度補償型水晶発振器。

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