JP2006324936A - 表面実装型高安定圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】上部に部品装着用基板をはんだ付けで固定した金属ピンを立て、その金属ピンをベース基板に設けた貫通孔を備えた電極パッドにはんだ付けで保持する構造の表面実装型圧電発振器であって、部品装着用基板とベース基板の熱による内部構造の変形や破壊を防止して信頼性の高い表面実装型発振器を提供する。
【解決手段】ベース基板１に５個以上の電極パッドを設け、そのうち、少なくも３個は貫通孔を持たない電極パッド２であり、また、少なくも２個は貫通孔３ａを備えた電極パッド３と、金属ピン６、７の上端は圧入ピン６ｂ、７ｂの形状とし、この金属ピン６、７の上端を部品装着用基板５に設けた電極パッド５ａの貫通孔５ｂに圧入し、金属ピン６、７の下端は、ベース基板１の貫通孔を持たない電極パッド２には突き合わせた状態で、また、ベース基板１の貫通孔３ａを備えた電極パッド３には貫通孔３ａに挿入した状態で、それぞれ金属ピン６、７と電極パッド２、３、５ａとをはんだ付け８して固定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、表面実装型高安定圧電発振器に関し、特にリフローによる半田付け時の熱への高い耐性を有する印刷配線基板の支持構造とそれを用いた表面実装型高安定圧電発振器に関する。

近年の通信機器、特に移動無線通信における携帯端末機器の小型化に伴って、携帯機器等に広く用いられている水晶発振器も小型化が進められるとともに、さらに、表面実装技術によって機器内における部品の占有容積の縮小が図られている。
一方、水晶発振器に限らず、表面実装型部品の更なる小型化に伴って、その表面実装型部品がはんだリフローによって機器のマザーボード等にはんだ付けされる際に、表面実装型部品の内部部品の構造がはんだリフローの熱によって影響を受ける場合がある。

図４は、従来の表面実装型高安定水晶発振器の一例を示す構造図であって、（ａ）は縦断面図である。同図に示すように、本高安定水晶発振器５０は、水晶振動子５１と他の発振回路部品５２ａ、５２ｂとを両面に装着した部品装着用基板５３と、この部品装着用基板５３をベース基板５４に固定する金属ピン５５と、前記構成部品をベース基板５４上で覆うように被せて密封する容器５６とで構成される。前記ベース基板５４の下面には表面実装用のパッド電極５７が設けられる。
図４（ｂ）は、同図（ａ）の高安定水晶発振器における部品装着用基板５３の支持構造を示す斜視図である。同図に示すように、前記部品装着用基板５３はベース基板５４上に立てて固定された５本の金属ピン５５の上部にはんだ付け５８によって固定される。

図５は、図４（ｂ）の構造の細部の説明図であって、同図（ａ）は、ベース基板５４の構造図である。同図に示すように、ベース基板５４は、それぞれ孔５４ａを有する５個の電極パッド５４ｂを備えており、この孔５４ａに前記金属ピン５５を挿入し、金属ピン５５と電極パッド５４ｂとをはんだ付けすることによって、金属ピン５５が固定される。
ベース基板５４の端面には、外部接続電極５４ｃが設けられ、下面には前記外部接続電極５４ｃにつながる表面実装用パッド電極５７（図示しない）が設けられている。

同図（ｂ）は、図４（ｂ）のＹ−Ｙ’矢視部の断面図である。同図に示すように、金属ピン５５の基部は、ベース基板５４に設けられた電極パッド５４ｂの孔５４ａに挿入され、電極パッド５４ｂと金属ピン５５とがはんだ付け５８が施されて固定される。
また、前記金属ピン５５の上端は、図中のＡ部拡大図に示すように、部品装着用基板５３の上面に設けられた電極パッド５３ｂにあけられた貫通孔５３ａに挿入され、電極パッド５３ｂと金属ピン５５とにがんだ付け５８によって固定される。なお、前記部品装着用基板５３の電極パッド５３ｂは前記ベース基板５４の電極パッド５４ｂに対応する位置に設けられる。
前記金属ピン５５には、挿入された部品装着用基板５３が脱落しないように、フランジ５５ａが設けられて部品装着用基板５３を受けている。
特開２００３−１７９４０号公報

図５（ａ）に示すベース基板５４の電極パッド５４ｂに設けられた孔５４ａは、貫通孔、あるいは基板の厚み方向に対して途中まで穴をあけた非貫通孔のいずれかが用いられる。
しかし、非貫通孔の場合は、前記ベース基板５４の板厚が薄いため高度の加工技術を要し、コスト高の原因ともなるため、貫通孔を用いる場合が多い。
この貫通孔を用いる場合においても、前記ベース基板５４が表面実装型の本高安定水晶発振器の底面であるので、金属ピン５５がベース基板５４の下面から突き出ることは許されず、また、金属ピン５５が基板下面と同一面にまで挿入されて固着されると、本発振器が搭載される機器のマザーボード等の表面に電極がある場合には、その電極が金属ピンによって短絡されるおそれが有る。そのため、組立作業に特殊な治工具や高い作業技術を必要としてコスト高になると共に、信頼性に問題があった。

上記問題の解決手段として、特開２００３一１７９４０による号公報に示される技術がある。この方法手段は、金属ピンを挿入するベース基板の金属ピン挿入孔の下面にピン径より十分大きな凹所（ザグリ穴）を設ける方法である。
しかし、この凹所（ザグリ穴）の形成は、前述の非貫通穴の場合と同様に、薄い板厚の基板に対しては加工が比較的困難であり、コスト高の要因となる。

さらに、図５（ｂ）の断面構造をもつ表面実装型高安定水晶発振器を機器のマザーボード等にリフローによるはんだ付けを行うと、はんだリフローの熱によって金属ピン５５と部品装着用基板５３、及び金属ピン５５とベース基板５４の固着部のはんだ付け５８が溶融するおそれがある。
前記基板５３、５４と金属ピン５５との嵌め合いは、互いの製造公差を見込んで比較的ゆるい状態であるため、はんだ付け５８が溶融した時には金属ピン５５が傾いたり、ベース基板５４の下面に金属ピン５５が突き出して部品装着用基板５３が金属ピン５５とともに落下するというおそれがあった。

上記問題の解決の手段として、金属ピン５５の下部のベース基板５４の電極パッド５４ｂとの固着部にもう一つのフランジの付いた金属ピンを使用することが考えられるが、従来のフランジ５５ａと追加される他のフランジとの間が極めて狭く、汎用の金属ピンでは入手が困難で、構造設計上の重大な制約となる、あるいは、コスト高の要因となるという問題があった。
また、金属ピン５５のベース基板５４を貫通する部分を圧入ピンとする方法もあるが、圧入ピンは基板厚みの途中までしか挿入することができないので、高い加工精度が必要であり、また、圧入部分が短く固定方法として不充分であるという欠点がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、部品装着用基板とベース基板の熱による内部構造の変形や破壊を防止して信頼性の高い表面実装型高安定圧電発振器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１においては、ベース基板と、該ベース基板の上方に所定の間隙を隔して配置された部品装着用基板と、前記ベース基板と部品装着用基板との間を電気的に接続し、且つ所定の間隔を保って固定するための複数の金属ピンとを備え、前記部品装着用基板に発振回路部品を搭載した表面実装型圧電発振器であって、
前記ベース基板には前記金属ピンを配置する位置に電極パッドを設け、該電極パッドの少なくとも２個は金属ピンの下端を挿入するための貫通孔が形成され、他の電極パッドには貫通孔が形成されていないことを特徴とする。
また、請求項２においては、請求項１に記載の表面実装型圧電発振器であって、前記電極パッドに形成された貫通孔には前記金属ピンの下端を挿入し、また、前記貫通孔が形成されない電極パッドには前記金属ピンの下端を前記電極パッド面に突き合わせた状態で、それぞれ電極パッドと金属ピンとをはんだ付けして固着した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。

請求項３においては、請求項１または請求項２のいずれかに記載の表面実装型圧電発振器であって、前記貫通孔が形成されない電極パッドの３個以上は前記ベース基板上で同一直線上に配置されないことを特徴とする。
また、請求項４においては、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の表面実装型圧電発振器であって、前記金属ピンの上端部が圧入ピンとなっていることを特徴とする。
さらに、請求項５においては、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の表面実装型圧電発振器であって、前記金属ピンの上部がクリップ構造を有することを特徴とする。

本発明の表面実装型圧電発振器においては、部品装着用基板を金属ピンでベース基板に保持する手段として、ベース基板に複数の電極パッドを設け、そのうち、少なくも３個は貫通孔を持たない電極パッドであり、また、少なくも２個は貫通孔を備えた電極パッドとした。
また、金属ピンの上端は圧入ピンの形状とし、この金属ピンの上端は部品装着用基板に設けた電極パッドの貫通孔に圧入し、金属ピンの下端は、ベース基板の貫通孔を持たない電極パッドは突き合わせた状態で、また、ベース基板の貫通孔を備えた電極パッドは貫通孔に挿入した状態で、それぞれ金属ピンと電極パッドとをはんだ付けして固定する保持構造とした。

その結果、基板の加工作業が容易で、はんだリフローのような外部からの熱によって、ベース基板や部品装着用基板において金属ピンを固着するはんだ付けが溶融した場合であっても、貫通孔を持たない電極パッドによって金属ピンがベース基板の貫通孔から落下することが防止され、また、貫通孔に挿入された金属ピンによって、金属ピンの上端に圧入ピンで固定された部品装着用基板の水平方向のずれを防止することができる。
したがって、本発明は、熱による基板保持構造の変形・破壊を防止できる信頼性の高い構造を持つ表面実装型圧電発振器を提供する上で著しい効果を発揮できる。

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、本発明に係わる表面実装型圧電発振器としての水晶発振器に用いられるベース基板の実施の一形態例を示す構造図である。そして、同図のベース基板を使用して構成される水晶発振器は、図４（ａ）の高安定水晶発振器と同じ構造を有するものである。
図１に示すように、本ベース基板１は、上面に３個の電極パッド２と、中央に貫通孔３ａを有する２個の電極パッド３とを備え、端面には外部接続端子４を備え、下面には前記外部接続端子４につながる表面実装用パッド電極（図示しない）を備えている。

図２は、図１のベース基板１を用いた高安定水晶発振器における部品装着用基板の支持構造を示す図で、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＹ−Ｙ’矢視部の断面図である。
同図に示すように、部品装着用基板５は前記ベース基板１に立てられた３本の金属ピン６と２本の金属ピン７の上部にはんだ付け８で固着される。前記金属ピン６は、その下端を前記ベース基板１の電極パッド２上に突き合わせた状態で前記電極パッド２にはんだ付け８によって固着され、また、前記金属ピン７は、その下端部を前記ベース基板１の電極パッド３の貫通孔３ａに挿入した状態で、電極パッド３にはんだ付け８によって固着される。

前記金属ピン６、７の上端は、図２（ｂ）のＡ部拡大図に示されるように、部品装着用基板５の電極パッド５ａに設けられた貫通孔５ｂに、金属ピン６、７に設けられたフランジ６ａ、７ａに前記部品装着用基板５が接するまで挿入され、金属ピン６、７と電極パッド５ａとがはんだ付け８によって固着される。
そして、前記金属ピン６、７の部品装着用基板５に挿入される部分は圧入ピン構造６ｂ、７ｂを有する。

図３は、印刷配線基板５の支持構造の他の形態例を示す図で、同図（ａ）はこの形態例における特徴的な金属ピンの構造図、同図（ｂ）は、支持構造の側面図である。同図（ａ）に示すように、本例の金属ピン９は、上端にクリップ部９ａを有する。そして、同図（ｂ）に示されるように、前記金属ピン９のクリップ部９ａに部品装着用基板５の端部に設けられた電極パッドを挟みこんではんだ付け８して前記部品装着用基板５を固定する。
前記金属ピン９は、前記ベース基板１の電極パッド２においては金属ピン９の下端を電極パッド２に突き合わせ、また、電極パッド３においては金属ピン９の下端を電極パッド３の貫通孔３ａに挿入して、それぞれはんだ付け８によって固着する。
ただし、前記ベース基板１の電極パッド２あるいは電極パッド３は、部品装着用基板５の端部を挟みこむ前記金属ピン９の位置に対応して配置される。

上記構造とすることによって、ベース基板１上の電極パッド２、３あるいは部品装着用基板５上の電極パッド５ａに施されたはんだ付け８がはんだりフロー等の熱によって溶融した場合、金属ピン上端に施された圧入ピン構造６ｂ、７ｂあるいはクリップ部９ａと、電極パッド２に突き合わされた３本の金属ピンと、によって部品装着用基板５は水平に保たれ、また、電極パッド３の貫通孔３ａに挿入された２本の金属ピンによって部品装着用基板５の水平方向の位置のずれを防止することができる。

本発明に係わる表面実装型高安定圧電発振器としての水晶発振器に用いられるベース基板の実施の一形態例を示す構造図。 （ａ）は、図１のベース基板を用いた高安定水晶発振器における部品装着用基板の支持構造を示す斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＹ−Ｙ’矢視部の断面図。 部品装着用基板の支持構造の他の形態例を示す図で、（ａ）はこの形態例における特徴的な金属ピンの構造図、（ｂ）は、支持構造の側面図 従来の表面実装型高安定水晶発振器の一例を示す構造図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は、（ａ）の高安定水晶発振器における部品装着用基板の支持構造を示す斜視図。 図４（ｂ）の部品装着用基板の支持構造の細部の説明図で、（ａ）は、ベース基板の構造図、（ｂ）は、図３（ｂ）のＹ−Ｙ’矢視部の断面図。

符号の説明

１・・ベース基板、 ２、３・・電極パッド、３ａ・・貫通孔、４・・外部接続端子、
５・・部品装着用基板、５ａ・・電極パッド、６、７・・金属ピン、６ａ、７ａ・・フランジ、
６ｂ、７ｂ・・圧入ピン構造、 ８・・はんだ付け、 ９・・金属ピン、 ９ａ・・クリップ部、
５０・・表面実装型高安定水晶発振器、 ５１・・水晶振動子、
５２ａ、５２ｂ・・他の発振回路部品、５３・・部品装着用基板、 ５３ａ・・貫通孔、
５３ｂ・・電極パッド、５４・・ベース基板、５４ａ・・孔、５４ｂ・・電極パッド、
５４ｃ・・外部接続電極、５５・・金属ピン、５５ａ・・フランジ、５６・・容器、
５７・・表面実装用パッド電極、５８・・はんだ付け

Claims (5)

1. ベース基板と、該ベース基板の上方に所定の間隙を隔して配置された部品装着用基板と、前記ベース基板と部品装着用基板との間を電気的に接続し、且つ所定の間隔を保って固定するための複数の金属ピンとを備え、前記部品装着用基板に発振回路部品を搭載した表面実装型圧電発振器であって、
   前記ベース基板には前記金属ピンを配置する位置に電極パッドを設け、該電極パッドの少なくとも２個は金属ピンの下端を挿入するための貫通孔が形成され、他の電極パッドには貫通孔が形成されていないことを特徴とする表面実装型圧電発振器。
2. 前記電極パッドに形成された貫通孔には前記金属ピンの下端を挿入し、また、前記貫通孔が形成されない電極パッドには前記金属ピンの下端を前記電極パッド面に突き合わせた状態で、それぞれ電極パッドと金属ピンとをはんだ付けして固着した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。
3. 前記貫通孔が形成されない電極パッドの３個以上は前記ベース基板上で同一直線上に配置されないことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の表面実装型圧電発振器。
4. 前記金属ピンの上端部が圧入ピンとなっていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の表面実装型圧電発振器。
5. 前記金属ピンの上部がクリップ構造を有す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表面実装型圧電発振器。
   
   

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