JP2005244641A - 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】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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