JP2005244641A - 温度補償型水晶発振器 - Google Patents

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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】内部に水晶振動素子5を収容している容器体1の下面に、水晶振動素子5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7と、実装脚部12とを取着させ、更に容器体1の下面外周域で、実装脚部12の存在しない領域に、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を実装脚部12より離間させて取着させる。
【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、例えば図3に示す如く、内部に水晶振動素子24が収容されている容器体23を、上面の中央域に凹部25を、下面に複数個の外部端子22を有した実装用基体21上に取着させるとともに、前記容器体21の下面と前記凹部25の内面とで囲まれる領域内に、水晶振動素子24の発振周波数に基づいて発振信号を出力するIC素子26を収容した構造のものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
尚、前記容器体23及び前記実装用基体21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パターンが形成され、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23の下面や実装用基体21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で接合することにより容器体23が実装用基体21の上面に固定されていた。
また、前記IC素子26の内部には、水晶振動素子24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26内のメモリに格納するために、実装用基体21の外側面には書込制御端子27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27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26へ入力することによって温度補償データがIC素子26内のメモリに格納される。
特開平2000―77943号公報
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21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27が設けられているため、実装用基体21の製作に用いら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27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27を実装用基体21の下面に配置することが考えられる。
しかしながら、書込制御端子27を実装用基体21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(図示せず)の配線と書込制御端子27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27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、内部に水晶振動素子を収容している容器体の下面に、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素子と、実装脚部とを取着させてなる温度補償型水晶発振器であって、前記容器体の下面外周域で、実装脚部の存在しない領域に、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前記実装脚部より離間させて取着したこと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、前記容器体下面の四隅部に取着される4個の金属ポストにて構成され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IC素子を樹脂材で被覆するとともに、該樹脂材の外周部を前記容器体の外周部まで延在させ、この延在部を隣接する実装脚部間、並びに、実装脚部−書込制御端子間の間隙に充填したことを特徴とするものである。
また更に本発明の温度補償型水晶発振器は、前記IC素子が矩形状を成すフリップチップ型ICにより構成するとともに、該IC素子を被覆する前記樹脂材が透明材料により形成されており、略平行に配されている前記IC素子の2個の端面を前記樹脂材が被着された状態で隣接する実装脚部間より露出させたことを特徴とするものである。
更にまた本発明の温度補償型水晶発振器は、前記書込制御端子の下端が前記実装脚部の下端よりも上方に位置させてあり、前記書込制御端子の下端を前記樹脂材の延在部でもって被覆した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、温度補償データをIC素子に書き込むための書込制御端子を金属ポストにて形成するとともに、該書込制御端子を容器体の下面に取着させるようにしたものであり、これによって、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容器体下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書込制御端子を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。従って、温度補償型水晶発振器の製造プロセスが簡略化されるようになり、生産性を大幅に向上させることが可能となる。
また本発明の温度補償型水晶発振器によれば、前記IC素子を樹脂材で被覆するとともに、該樹脂材の外周部を容器体の外周部まで延在させて、隣接する実装脚部間、並びに、実装脚部−書込制御端子間の間隙に充填させておくことにより、容器体に対するIC素子や実装脚部,書込制御端子等の取着強度を前記樹脂材によって補強することができるとともに、IC素子の回路形成面を樹脂材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。
更に本発明の温度補償型水晶発振器によれば、IC素子を矩形状のフリップチップ型ICにより構成するとともに、IC素子被覆用の樹脂材を透明材料により形成し、略平行に配されているIC素子の2個の端面を前記樹脂材を被着させた状態で隣接する実装脚部間より露出させておくことにより、容器体に対するIC素子の接合部が直視できるようになり、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。
また更に本発明の温度補償型水晶発振器によれば、上述した前記書込制御端子の下端を実装脚部の下端よりも上方に位置させるとともに、IC素子の被覆するための樹脂材の一部で被覆しておくことにより、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等と書込制御端子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。
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の分解斜視図、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を収容している容器体1の下面に、IC素子7と、複数個の実装脚部12と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がそれぞれ設けられ、これらの搭載パッド及び実装脚部12には基板表面の配線パターンや基板内部に埋設されているビアホール導体,内部配線等を介して、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、アルミナセラミックスから成る場合、所定の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パターン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、シールリング3の上面に従来周知の抵抗溶接等によって蓋体4を接合することにより容器体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Niメッキ層やAuメッキ層等が予め被着される。
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、所定の発振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、これにより水晶振動素子5と容器体1との電気的接続、並びに、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の配線パターン等を介して前記容器体下面のグランド用実装脚部12に接続させておけば、その使用時、蓋体4がアースされて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の配線パターン等を介してグランド用の実装脚部12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の下面には、そ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は容器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間には更に2個の書込制御端子11が近接して並設され、これら4個の実装脚部12と2個の書込制御端子11とで囲まれる容器体下面の中央域にIC素子7が搭載されている。
また前記容器体下面に取着・立設されている複数個の実装脚部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。
尚、上述した4個の実装脚部12は、電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子として機能するものであり、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。
ここで、4個の実装脚部12のうち、グランド用の実装脚部12と発振出力用の実装脚部12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、グランド用の実装脚部12と発振出力用の実装脚部12を近接配置させておくことが好ましい。
一方、前記容器体1の下面に取着されるIC素子7としては、例えば、下面に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。
また前記IC素子7は、略平行に配されている2個の端面が後述する樹脂材13により被覆された状態で隣接する実装脚部間より露出されており、IC素子7の露出側面は、容器体1の外周部よりも若干内側、例えば、容器体1の外周より1μm〜500μmだけ内側に、容器体1の外周部に沿って配されている。この場合、前記IC素子7の露出側面と直交する方向に係る容器体1の幅寸法はIC素子7の一辺の長さと略等しくなるよう設計されているため、温度補償型水晶発振器の全体構造を小型に構成することができる。
このようなIC素子7が配設される容器体1の下面には、IC素子7の接続パッドと1対1に対応する電極パッドが設けられており、これらの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IC素子7の接続パッドを接合することによりIC素子7が容器体1の下面に取着・実装され、これによってIC素子7内の電子回路が容器体1の配線パターン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。
そして、上述した容器体1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書込制御端子11が複数個、取着されている。
前記書込制御端子11は、先に述べた実装脚部12と同様に、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、その長さ寸法は、書込制御端子11の下端が実装脚部12の下端よりも上方に位置するようにやや短く形成され、側面の一部を隣接する実装脚部間より露出させるようにして容器体1の下面に取着される。
これらの書込制御端子11は、容器体1のエッジに沿って並設されており、容器体下面の配線パターン等を介して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。
このような本実施形態の温度補償型水晶発振器によれば、書込制御端子12は、金属ポストから成る書込制御端子12を容器体下面の所定位置に取着させておくだけで他の構成要素と一体化されることから、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形成する場合のような煩雑な加工プロセスは一切不要であり、温度補償型水晶発振器の製造プロセスを簡略化して、生産性を大幅に向上させることができる。
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によって被覆されており、該樹脂材13の外周部は容器体1の外周部まで延在された上、隣接する実装脚部間や実装脚部12−書込制御端子11間の間隙に充填され、その一部は上述したIC素子7の露出面や書込制御端子11の下面にも被着されている。
このように、樹脂材13の外周部を隣接する実装脚部間や実装脚部12−書込制御端子11間の間隙に充填させておくことにより、IC素子7や書込制御端子11,実装脚部12等の容器体1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、隣接する実装客部間より露出されているIC素子7の側面が樹脂材13で被覆されていても、容器体1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7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。
しかも前記樹脂材13の外周部は、書込制御端子11の取着領域まで延在された上、書込制御端子11の下面にも被着されているため、温度補償型水晶発振器が実装されるマザーボード等の配線と書込制御端子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。
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の温度補償回路を用いて温度状態に応じた発振周波数の補正を行いながら、水晶振動素子5の発振周波数に対応し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。
例えば、上述した実施形態においては、実装脚部12を全て金属ポストで形成するようにしたが、これに代えて、実装脚部12を容器体1と同材質の絶縁材料を用いて容器体1と一体的に形成するようにしても良い。この場合、実装脚部12の下面には温度補償型水晶発振器をマザーボード等の外部配線基板に接続するための外部端子が膜状に形成されることとなる。
また上述した実施形態においては、IC素子7や書込制御端子11,実装脚部12等を容器体1の下面に取着させるのに半田等の一般的な導電性接合材等を用いるようにしたが、これに限られるものではなく、例えば、導電性接合材として異方性導電接着材等を用いるようにしても良く、その場合、容器体1に対するIC素子7や実装脚部12等の取着作業が極めて簡単になり、温度補償型水晶発振器の組立工程が更に簡略化される利点もある。
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。
また更に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。
更にまた上述した実施形態において、容器体下面の空いたスペース、例えば、隣接する実装脚部間等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。 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
7・・・IC素子
7a・・・接続パッド
10・・・外部端子
11・・・書込制御端子
12・・・実装脚部
13・・・樹脂材

Claims (5)

  1. 内部に水晶振動素子を収容している容器体の下面に、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素子と、実装脚部とを取着させてなる温度補償型水晶発振器であって、
    前記容器体の下面外周域で、実装脚部の存在しない領域に、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前記実装脚部より離間させて取着したことを特徴とする温度補償型水晶発振器。
  2. 前記容器体が矩形状を成しており、前記実装脚部が前記容器体下面の四隅部に取着される4個の金属ポストにて構成され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IC素子を樹脂材で被覆するとともに、該樹脂材の外周部を前記容器体の外周部まで延在させ、この延在部を隣接する実装脚部間、並びに、実装脚部−書込制御端子間の間隙に充填したことを特徴とする請求項2に記載の温度補償型水晶発振器。
  4. 前記IC素子が矩形状を成すフリップチップ型ICにより構成されるとともに、該IC素子を被覆する前記樹脂材が透明材料により形成されており、略平行に配されている前記IC素子の2個の端面を前記樹脂材が被着された状態で隣接する実装脚部間より露出させたことを特徴とする請求項3に記載の温度補償型水晶発振器。
  5. 前記書込制御端子の下端が前記実装脚部の下端よりも上方に位置させてあり、前記書込制御端子の下端を前記樹脂材の延在部でもって被覆したことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の温度補償型水晶発振器。
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