JP2005244644A - 圧電発振器 - Google Patents

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Abstract

【課題】全体構造の小型化に供することができるとともに、常に安定して動作させることが可能な圧電発振器を提供する。
【解決手段】内部に圧電振動素子を収容している矩形状の容器体を、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矩形状のIC素子が搭載されている矩形状の実装用基体上に、該実装用基体の四隅部に配される複数個のスペーサ部材を介し固定してなる圧電発振器であって、前記容器体と前記実装用基体との間に、前記IC素子の側面と対向する金属製のシールド部材を前記実装用基体の外周に沿って配置させる。
【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圧電発振器に関するものである。
従来より、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。
かかる従来の温度補償型水晶発振器は、例えば図4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の振動に基づいて発振出力を制御するIC素子26を収容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。)。
尚、上述した容器体23や実装用基体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所定の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を介して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。
特開平10―98151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21に設けられている凹部25の内壁がIC素子26を囲繞するように配されており、しかもその厚みは実装用基体21の機械的強度を確保するためにある程度、分厚く形成されていることから、実装用基体21の面積がIC素子26より一回り大きくなってしまい、これによって圧電発振器の小型化が困難なものとなっていた。
また上述した従来の圧電発振器においては、IC素子26の側方に配置されているのは実装用基体21の側壁部(凹部21aを取り囲んでいる部分)のみであることから、IC素子26に印加される外部からの不要な電気的作用を良好に排除することができず、例えば、外部からのノイズがIC素子26内の電子回路に侵入した場合、発振信号の発振周波数が変動するなど、圧電発振器の動作が不安定になる欠点を有していた。
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、全体構造の小型化に供することができるとともに、常に安定して動作させることが可能な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、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矩形状のIC素子が搭載されている矩形状の実装用基体上に、該実装用基体の四隅部に配される複数個のスペーサ部材を介し固定してなる圧電発振器であって、前記容器体と前記実装用基体との間に、前記IC素子の側面と対向する金属製のシールド部材を前記実装用基体の外周に沿って配置させたことを特徴とするものである。
また本発明の圧電発振器は、前記シールド部材が、前記実装用基体の下面に設けられるグランド端子と電気的に接続されている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、前記シールド部材が1列状に配置された複数個の金属ポストから成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、前記スペーサ部材が金属ポストから成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IC素子の側面と前記シールド部材の側面との間に樹脂材が充填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、前記樹脂材が隣接するスペーサ部材の側面間にも充填されてい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、圧電振動素子を収容している容器体を、IC素子が搭載されている実装用基体上に、その四隅部に配された複数個のスペーサ部材を介して固定するようにしたことから、実装用基体の上面のうちスペーサ部材が存在しない領域をIC素子や他の電子部品素子の搭載に使用することができ、例えば、隣接するスペーサ部材間にIC素子の両端部が配置されるように設計することにより、実装用基体の長さを短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。
また本発明の圧電発振器によれば、前記容器体と前記実装用基体との間に、IC素子の側面と対向する金属製のシールド部材が実装用基体の外周に沿って配置されているため、前記IC素子はその側方に配置されるシールド部材によって外部からの不要な電気的作用より良好に遮蔽されるようになっており、発振信号の周波数変動等を有効に防止することで圧電発振器の動作を安定化することが可能となる。
この場合、上述したシールド部材を実装用基体の下面に設けられるグランド端子と電気的に接続させておくことにより、圧電発振器の使用時、シールド部材がグランド電位に保持されることとなり、上述したシールド効果をより確実なものとなすことができる。
更に本発明の圧電発振器によれば、IC素子の側面とシールド部材の側面との間に樹脂材を充填しておくことにより、シールド部材が樹脂材によっても保持されることとなるため、圧電発振器の小型化のためにシールド部材の幅を極めて薄く設定する場合であっても、シールド部材をIC素子の側方に良好に立設させておくことができる。
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、内部に圧電振動素子としての水晶振動素子5を収容している矩形状の容器体1を、下面に複数個の外部端子10が、上面にIC素子7が設けられている矩形状の実装用基体6上に、スペーサ部材12を介して載置・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、基板2の上面にシールリング3を取着させ、該シールリング3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スペーサ部材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は矩形状を成しており、該実装用基体上面の四隅部にはスペーサ部材12が個々に取着・立設され、これらのスペーサ部材12によって囲まれた実装用基体上面の中央域にはIC素子7が搭載される。
前記実装用基体6は、その上面でIC素子7やスペーサ部材12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の上面に取着・立設されている4個のスペーサ部材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、その下端部で実装用基体6の配線導体に電気的・機械的に接続され、上端部で半田等の導電性接合材を介して容器体下面の接続電極に電気的・機械的に接続されている。
従って、実装用基体6の上面のうちスペーサ部材12が存在しない領域をIC素子6や他の電子部品素子の搭載に有効に使用することで、温度補償型水晶発振器の小型化を図ることができる。例えば、隣接するスペーサ部材間12−12にIC素子6の両端部が配置されるようにレイアウトすることにより、実装用基体6の長さを短くして、実装用基体6を面方向に小型化することができる。
尚、前記スペーサ部材12の上端面には、容器体1との接合に用いられる導電性接合材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。
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。
そして、上述したIC素子7の側方、具体的には、先に述べた容器体1と実装用基体6との間の領域で、実装用基体6の外周部には、金属製のシールド部材8がIC素子7の各側面と対向するようにして配置されている。
前記シールド部材8は、銅等の金属によって板状をなすように形成されており、実装用基体6の配線導体(導体パターンやビアホール導体等)を介して実装用基体1の下面に設けられているグランド端子と電気的に接続され、温度補償型水晶発振器の使用時、グランド電位に保持されるようになっている。
このように、容器体1と実装用基体6との間に、IC素子7の側面と対向する金属製のシールド部材8を実装用基体6の外周に沿って配置させておくことにより、IC素子7はその側方に配置されるシールド部材8によって外部からの不要な電気的作用より良好に遮蔽されるようになり、発振信号の周波数変動等が有効に防止されることによって温度補償型水晶発振器の動作を安定化させることができるようになる。
またこの場合、シールド部材8は、実装用基体下面のグランド端子と電気的に接続されており、温度補償型水晶発振器の使用時、シールド部材8はグランド電位に保持されるようになっているため、上述したシールド効果をより確実なものとなすことができる。
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スペーサ部材12や配線導体が形成される。また、前記実装用基体6上にスペーサ部材12を介して容器体1を取着・固定する際は、スペーサ部材12の上面を半田等の導電性接合材を介して容器体下面の対応する接合電極に当接させ、しかる後、前記導電性接合材を熱の印加によって溶融させる等して両者を電気的・機械的に接続することにより容器体1が実装用基体6上に取り付けられる。
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は実装用基体6の外周部まで延在され、IC素子6の側面とシールド部材8の側面との間の領域や隣接するスペーサ部材の側面間の領域に充填されている。
かかる樹脂材13はIC素子7を保護するためのものであり、このような樹脂材13の一部をIC素子6の側面とシールド部材8の側面との間に充填しておけば、シールド部材8が樹脂材13によっても保持されることとなるため、温度補償型水晶発振器の小型化のためにシールド部材8の幅を極めて薄く設定する場合であっても、シールド部材8をIC素子6の側方に良好に立設させておくことができる。
また、上述した樹脂材13の延在部で各スペーサ部材12の側面を被覆しておくようにすれば、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等の外部配線基板上に実装する際、温度補償型水晶発振器と外部配線基板とを接合する半田が金属ポストから成るスペーサ部材12に付着して短絡を発生するといった不都合が有効に防止されるようになり、取扱いが簡便な温度補償型水晶発振器を得ることができるようになる。
更にこの場合、スペーサ部材12の側面が樹脂材13で被覆されていることにより、スペーサ部材12を形成する金属ポストの酸化腐食が有効に防止されて、温度補償型水晶発振器の信頼性を高く維持することができるとともに、実装用基体6に対するスペーサ部材12の取着強度を前記樹脂材13でもって補強することができる利点もある。
従って、樹脂材13の延在部で各スペーサ部材12の側面を被覆しておくことが好ましい。
そして、先に述べた容器体1と実装用基体6との間には、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、介在されている。
これらの書込制御端子11は、上述したスペーサ部材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、側面の一部が容器体側面と実装用基体側面との間より露出するようにして実装用基体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の外周部で、先に述べたシールド部材8が存在しない部位に取着・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。
このように、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実装用基体側面との間より露出させておくことにより、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、温度補償型水晶発振器の生産性を向上させることができる利点もある。
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。
例えば、上述した実施形態においては、圧電振動素子として水晶振動素子を用いた水晶発振器を例にとって説明したが、これに代えて、水晶振動素子以外の圧電振動子、具体的には弾性表面波素子等の圧電振動素子を用いて圧電発振器を構成する場合にも本発明は適用可能である。
また上述した実施形態においては、シールド部材8として金属から成る長尺状の板体を用いるようにしたが、これに代えて、シールド部材8を1列状に配置された複数個の金属ポストにより構成しても構わない。
更に上述した実施形態においては、容器体1と実装用基体6上のスペーサ部材12とを接合するのに導電性接合材を用いるようにしたが、この導電性接合材は半田等の一般的な導電材料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、実装用基体6に対する容器体1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。
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、例えば図3に示す如く、隣接するスペーサ部材12、12の側面間で、シールド部材8とIC素子7との対向領域に、IC素子以外の電子部品素子、例えば、ノイズ除去用のチップ状コンデンサ等を配置させるようにしても良く、この場合、実装用基体上面の空いた領域がより有効に活用されることとなるため、圧電発振器の更なる小型化が可能となる。
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である。 図1の温度補償型水晶発振器の断面図である。 本発明の他の実施形態にかかる圧電発振器に使用される実装用基体の分解斜視図である。 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(圧電振動素子)
6・・・実装用基体
7・・・IC素子
7a・・・接続パッド
8・・・シールド部材
10・・・外部端子
11・・・書込制御端子
12・・・スペーサ部材
13・・・樹脂材

Claims (6)

  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、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矩形状のIC素子が搭載されている矩形状の実装用基体上に、該実装用基体の四隅部に配される複数個のスペーサ部材を介し固定してなる圧電発振器であって、
    前記容器体と前記実装用基体との間に、前記IC素子の側面と対向する金属製のシールド部材を前記実装用基体の外周に沿って配置させたことを特徴とする圧電発振器。
  2. 前記シールド部材が、前記実装用基体の下面に設けられたグランド端子と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の圧電発振器。
  3. 前記シールド部材が、1列状に配置された複数個の金属ポストから成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. 前記スペーサ部材が金属ポストから成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。
  5. 前記IC素子の側面と前記シールド部材の側面との間に樹脂材が充填されてい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。
  6. 前記樹脂材が隣接するスペーサ部材の側面間にも充填されていることを特徴とする請求項5に記載の圧電発振器。
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