JP2007060320A - 表面実装型圧電発振器用パッケージ、表面実装型圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｈ型パッケージ構造の表面実装型圧電発振器において、ＩＣ部品搭載前に実施する圧電振動子の調整作業専用の調整用端子を、ＩＣ部品実装電極を配置する下面側空所の天井面を回避した個所に配置することによって、ＩＣ部品実装電極との干渉を回避しつつ、調整用端子の大型化を防止した表面実装型圧電発振器用パッケージ、及び圧電発振器を提供する。
【解決手段】 上面と下面に夫々凹所２、３を有し、環状の底面に少なくとも４つの実装端子５を備えた縦断面形状が略Ｈ型の絶縁容器であって、圧電振動素子の各励振電極を電気的に接続するために上面側凹所内に設けた２つの上面側内部パッド１１と、発振回路を構成する電子部品を搭載するために下面側凹所の天井面に配置された下面側内部パッド６と、各上面側内部パッドと夫々接続された２つの調整用端子３０と、を備えた表面実装型圧電発振器用パッケージにおいて、２つの調整用端子を、下面側凹所の内壁面３ｂに配置した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、従来の調整用端子を用いた調整作業の不便さを解消した表面実装型圧電発振器の改良に関する。

移動体通信市場においては、各種電装部品の実装性、保守・取扱性、装置間での部品の共通性等を考慮して、各機能毎に部品群のモジュール化を推進するメーカーが増えている。また、モジュール化に伴って、小型化、低コスト化も強く求められている。
特に、基準発振回路、ＰＬＬ回路、及びシンセサイザー回路等、機能及びハード構成が確立し、且つ高安定性、高性能化が要求される回路部品に関してモジュール化への傾向が強まっている。更に、これらの部品群をモジュールとしてパッケージ化することによりシールド構造を確立しやすくなるという利点がある。
複数の関連部品をモジュール化、パッケージ化することにより構築される表面実装用の電子部品としては、例えば圧電振動子、圧電発振器、ＳＡＷデバイス等を例示することができるが、これらの機能を高く維持しつつ、更なる小型化を図るために、例えは図８に示した如き二階建て構造のモジュールが採用されている。
即ち、図８（ａ）は二階建て構造型（Ｈ型）モジュールとしての表面実装型圧電デバイス（水晶発振器）の従来構成を示す縦断面略図であり、（ｂ）はその底面図である。この水晶発振器は、セラミック製の容器本体１０１と金属リッド１０２からなる容器の内部に水晶振動素子１０３を収容した水晶振動子１００と、水晶振動子１００の底面に接合される容器１０５の空所１０５ａ内の天井面に設けたＩＣ実装電極１０５ｃに発振回路、温度補償回路などを構成するＩＣ部品１０６をベアチップ実装した底部構造体（ＩＣ部品ユニット）１０７と、を備えている。この水晶発振器をプリント基板上に実装する際には、容器１０５の底面に設けた実装端子１０５ｂを用いた半田付けが行われる（例えば、特許文献１）。

上記従来例より以前のＨ型表面実装型圧電デバイスにあっては、図８（ａ）中に破線で示すように水晶振動素子１０３の特性をチェックしながら水晶振動素子の周波数調整を行うための調整用端子１１０が容器本体１０１の外面に露出配置されていた。調整作業においては、図示しないプローブピンを調整用端子１１０に当接させて通電することにより水晶振動素子を励振させて出力される周波数を確認し、狙いの周波数と実際の周波数との間に誤差がある場合には水晶振動素子上の励振電極膜厚を増減させる等の手法によって調整していた。
しかし、縦横寸法が十数ｍｍ程度の小型発振器の側面に形成される調整用端子の面積は更に微小とならざるを得ないため、フローブピンを当接させての調整作業は極めて煩雑、且つ効率の悪い作業となる。また、プローブピンを当接させるのに必要十分な面積を確保する必要から、調整用端子１１０の小面積化には限界があるため、その分だけ発振器の小型化にも限界が生じている。従って、これらの問題点の改善が強く求められている。
このような不具合を解決するため、特許文献２、３では、図８（ｂ）（ＩＣ部品は省略）に示した底部構造体１０７の空所１０５ａの天井面であってＩＣ部品搭載時にはＩＣ部品によって隠蔽される位置に、水晶振動子内の水晶振動素子に形成した２つの励振電極から延びる大面積且つ専用の２つの調整用端子１１５をパターン形成する構造を提案している。これによれば、ＩＣ部品を搭載する前にプローブを調整用端子１１５に当接させることにより調整作業が容易化する。

この水晶発振器を組み立てる手順は次の通りである。まず、容器本体１０１内へ水晶振動素子１０３を搭載してから、容器１０５の空所１０５ａ内の２つの調整用端子１１５に対して夫々図示しないプローブピンを接触させて水晶振動素子１０３の特性をチェックしながら水晶振動素子に対する調整を行ってゆく。調整が完了した後で金属リッド１０２により上部空所を封止する。次いで、空所１０５ａ内のＩＣ実装電極１０５ｃにＩＣ部品１０６をフリップチップ実装する。
プローブピンの接触性を高めて測定の作業性向上、信頼性確保を図るためには、調整用端子１１５の面積は大きい方が好ましい。しかし、空所１０５ａの天井面は、極限された狭いスペースであるにも拘わらず、大面積の調整用端子１１５を２つ配置すると、同じ天井面に形成するＩＣ部品搭載用の電極のレイアウトに制限が生じる虞が高くなる。また、調整用端子の面積を大きくすると、寄生容量が増大する不具合があった。即ち、水晶振動素子は電気回路的に感度が高いために、調整用端子を大面積化することによる寄生容量の増大はその性能を劣化させる原因となり易かった。

このように従来のＨ型構造の水晶発振器にあっては、ＩＣ部品搭載用の空所１０５ａの天井面にＩＣ実装用電極１０５ｃと調整用端子１１５とを並置させていたために、容器の小型化の進展に伴って調整用端子の設置スペース確保が困難となり、調整用端子を小面積化せざるを得ず、プローブピンを当接させての周波数測定作業に際して作業性の低下、測定に際しての信頼性の低下といった不具合をもたらしていた。即ち、図８（ｂ）のようにＩＣ実装用電極１０５ｃ列の間に調整用端子１１５が配置されているため、ＩＣ部品が小型化すると、調整用端子の面積を小さくせざるを得なくなり、調整作業性を考慮して少しでも調整用端子面積を大きくしようとすると、ＩＣ実装用電極１０５ｃと調整用端子１１５との間の距離が短くなり、調整時にプローブピンの位置ずれによって両者がショートして測定エラー（ＩＣ実装用電極１０５ｃの寄生容量による不正確な測定）を起こす原因となる。
また、調整用端子１１５を空所１０５ａの天井面に配置した場合には、天井面の内層に配設された配線パターンと調整用端子との間で発生する信号のカップリングや、調整用端子間のカップリングも無視できない状況に陥る。
特開２０００−２７８０４７公報 特許第３４０６８４５号 特許第３４５１０１８号

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、圧電振動子のパッケージの外部に発振回路等を構成するＩＣ部品を組付け一体化したＨ型パッケージ構造の表面実装型圧電発振器において、ＩＣ部品搭載前に実施する圧電振動子の調整作業専用の調整用端子を、ＩＣ部品実装電極を配置する下面側空所の天井面を回避した個所に配置することによって、ＩＣ部品実装電極との干渉を回避しつつ、調整用端子の大型化を防止した表面実装型圧電発振器用パッケージ、これを用いた表面実装型圧電発振器を提供するものである。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、上面と下面に夫々凹所を有し、環状の底面に複数の実装端子を備えた縦断面形状が略Ｈ型の絶縁容器であって、圧電振動素子の各励振電極を電気的に接続するために上面側凹所内に設けた２つの上面側内部パッドと、発振回路を構成する電子部品を搭載するために下面側凹所の天井面に配置された下面側内部パッドと、前記各実装端子と上面側内部パッドと下面側内部パッドとの間に所定の配線を施すための配線パターンと、上記各上面側内部パッドと夫々接続された２つの調整用端子と、を備えた表面実装型圧電発振器用パッケージにおいて、前記２つの調整用端子を、前記下面側凹所の内壁面に配置したことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１において、前記２つの調整用端子を、底面形状が略矩形である前記下面側凹所の内壁面に点対称の位置関係となるように配置したことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２において、前記２つの調整用端子を、前記下面側凹所の４つのＲ形状のコーナー部のうちの対角線上に対向し合う２つのコーナー部に配置したことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項２において、前記２つの調整用端子を、底面形状が略矩形である前記下面側凹所の対向し合う２つの内壁面に配置したことを特徴とする。
請求項５の発明に係る表面実装型圧電発振器は、請求項１乃至４の何れか一項に記載の表面実装型圧電発振器パッケージと、前記上面側内部パッド上に搭載した圧電振動素子と、前記上面側凹所を封止する金属リッドと、前記下面側内部パッドに搭載されたＩＣ部品と、を備えたことを特徴とする。

本発明では、縦断面形状がＨ型の容器を備えた水晶発振器において、水晶振動素子の周波数調整に際して周波数測定用に使用する調整用端子を下面側凹所の内壁に配置したので、従来下面側凹所の天井面に配置していたことによって発生した寄生容量を削減することができる。
また、天井面に調整用端子を配置しないため、天井面内部に配置した配線パターンとの間の信号のカップリングを低減でき、更に調整用端子間の距離が離間するために調整用端子間のカップリングも低減できる。
また、調整用端子をＩＣ接続用の下面側内部パッドと同一天井面に配置しないため、両者間を十分に離間させることができ、プローブピンを介した両者のショートが防止される。
更に、下面側凹所の内壁、特にＲ形状のコーナー部に調整用端子を配置する結果、調整用端子に円筒状のプローブピンを当接させる際の位置精度が低くても結果として正確に接触させることが可能となる。
更に、下面側凹所内壁に調整用端子を配置することにより、内壁に沿った任意の位置に配置場所を選定することが可能となり、パッケージの小型化が進んだ結果として下面側凹所が狭くなったとしても、調整用端子の配置場所選定に際しての自由度が低下することがない。

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（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の一実施形態に係るパッケージ構造を備えた表面実装型圧電発振器の一例としての水晶発振器の外観斜視図、縦断面図、及び底面図である。
この水晶発振器は、上面と下面に夫々凹所２、３を備えると共に矩形環状の底面４に駆動電源用実装端子（Ｖｃｃ端子）、制御電圧印加用実装端子（Ｖｃｏｎ端子）、信号出力用実装端子（Ｏｕｔ端子）、接地用実装端子（Ｇｎｄ端子）の４つの実装端子５を備えた縦断面形状が略Ｈ型の絶縁容器１と、上面側凹所２内に設けた２つの上面側内部パッド１１に水晶振動素子（圧電振動素子）１２上の２つの励振電極を夫々電気的に接続した状態で該上面側凹所２を気密封止する金属リッド１５と、下面側凹所３の天井面３ａに配置され各上面側内部パッド１１、及び各実装端子５と導通した下面側内部パッド６と、下面側内部パッド６に実装される発振回路を構成するＩＣ部品２０と、を備える。なお、この実施形態では、４つの実装端子５のうちのＶｃｃ端子とＶｃｏｎ端子が、夫々上面側内部パッド１１の一方と電気的に接続されている場合を一例として説明する。
絶縁容器１、下面側内部パッド６、上面側内部パッド１１、金属リッド１５は、表面実装型圧電発振器用パッケージを構成している。
上面側凹所２を備えた絶縁容器１の上部と、上面側内部パッド１１と、水晶振動素子１２と、金属リッド１５は、水晶振動子（圧電振動子）を構成している。即ち、水晶振動子はセラミック等の絶縁材料からなる絶縁容器１の上面側凹所３内の上面側内側パッド１１上に水晶振動素子１２を導電性接着剤（導電性ペースト）を用いて電気的・機械的に接続し、絶縁容器１の外璧上面の導体リングに金属リッド１５を溶接等によって電気的・機械的に接続して上面側凹所２内を気密封止したものである。

本発明のパッケージにおいては、水晶振動素子１２の周波数特性を測定し、測定された実際の周波数と狙いの周波数との間に誤差がある場合にそれを調整するために使用する調整用端子３０を、下面側凹所３の内壁面３ｂに配置した構成が特徴的である。調整用端子３０は、図示しないプローブピンを当接させた状態でプローブピンから通電することによって水晶振動素子１２を励振させて出力される周波数を図示しない測定器に出力するための手段である。
下面側凹所３の底面形状は略矩形であるが、４つのコーナー部の内壁は一定の曲率を有したＲ形状（円弧面状、湾曲面状）に形成されている。
図１に示した実施形態に係る２つの調整用端子３０は、底面形状が略矩形である下面側凹所３の一つの対角線に沿って対向配置された２つのＲ形状コーナー部の内壁３ｂに夫々配置されている。即ち、この実施形態では、２つの調整用端子３０は、点対称となるように内壁面に配置される。
図２（ａ）及び（ｂ）は従来例と本発明によるプローブピンを調整用端子に接触させる状態を夫々示している。図２（ａ）に示すように調整用端子３０が下面側凹所３の天井面３ａに配置されている場合にはプローブピン４０はその先端部だけで平坦面状の調整用端子面と接触するため、僅かな位置ずれや接触角度のずれによって接触面積が減少して接触不良が発生し易かった。これに対して図２（ｂ）の本発明の調整用端子３０は、Ｒ状の内壁を備えたコーナー部に形成されているため、調整用端子面がＲ状であり、円筒状の調整プローブの外周面と面接触、或いは線接触することができ、十分な接触面積を確保し、十分な導通を確保することが容易となる。

図３（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は図１の実施形態に係る調整用端子に対してプローブピン対を自動装置によって当接させて測定を行う手順を示している。測定開始当初においては、（ａ）に示すように、２つのプローブピンを天井面３ａと直交する方向から下面側凹所３内に接近させて各Ｒ状コーナー部の近傍に入り込ませる。次いで、矢印で示す移動方向（対角線外側方向）へ各プローブピン４０を移動させて内壁３ｂに当接させる。この時点で、（ｂ）に示すように各プローブピン４０が調整用端子３０の中心部からずれた位置に当接していたとしても、矢印で示した移動方向へプローブピンを移動させる力を加え続けることによって、各プローブピンの移動方向のベクトルと、内壁３ｂ面との交差角度が≠９０度となるので、プローブピンはその外周面で内壁３ｂ面をコーナー部へ向って滑って移動し、最終的には調整用端子３０の中心部に着座して密着することができる。このため、精度の高い周波数測定を実現できる。
この際、円筒状のプローブピンの直径（或いは曲率）は、調整用端子面との接触面積の増大による導通性の向上を考慮すると、Ｒ状の調整用端子面の曲率と同等の曲率となるように設定するのが理想的であるが、プローブピンの曲率が調整用端子面の曲率よりも大きくなるようにその直径を小さくしたとしても、調整用端子面との密着、導通は十分に確保できる。
次に、調整用端子を形成する範囲としては、図２（ｂ）に示したように凹所内壁３ｂに限ってもよいが、図２（ｃ）に示すように内壁３ｂから天井面３ａにかけて延在するように調整用端子を構成する導体膜を延長形成してもよい。このように調整用端子の一部を天井面３ａにまで延在させることによってプローブピン４０の先端面も調整用端子の一部と接触することが可能となり、接触面積を増大させて測定精度を高めることができる。

次に、図４は本発明の他の実施形態に係るパッケージ構造の底面図であり、この実施形態に係る調整用端子３０は、下面側凹所３の内壁３ｂのうちの対向する２つの内壁に夫々設けた凹部３ｃの内面に成膜した導電膜によって形成されている。各調整用端子３０は対向する２つの内壁上に対向配置される。この実施形態においても、２つの調整用端子３０は下面側凹所の内壁上に、点対称となるように配置されている。
なお、各調整用端子３０の形成範囲としては、内壁のみに設けても良いし、図３の場合のように天井面３ａにまで延在させるようにしてもよい。
図５（ａ）及び（ｂ）は図４の実施形態の要部斜視図、及びプローブピンを当接した状態を示す斜視図である。
この実施形態に係る調整用端子３０は凹部３ｃ内に形成されているため、２つのプローブピン４０を下面側凹所３内の各凹部３ｃに対応する内側位置（点線で図示した内壁から離間した位置）にラフに位置決めしてから、各プローブピン４０を各凹部３ｃ内に嵌合するように矢印で示す外側方向へ移動させることによって調整用端子３０と密着させて導通を行うことができる。この際、図示のようにプローブピン４０の外周面が調整用端子３０と密着するようにプローブピンの直径を寸法設定してもよいし、プローブピンの曲率が凹部３ｃの曲率よりも大きくなるように小径としてもよい。この実施形態においては、凹部３ｃによってプローブピンを強固に位置決め保持することができるので、測定中に位置ずれなどによる測定エラー等が発生しにくくなる。

次に、図６は本発明の他の実施形態に係る調整用端子の配置例を示す底面図であり、この実施形態に係る調整用端子３０は、隣接する２つのＲ状コーナー部に配置されている。
配線の引き回し等の制約によって２つの調整用端子を点対称の位置関係で配置できない場合にはこのように隣接する２つのコーナー部を調整用端子の配置場所として選定する。
図７（ａ）乃至（ｄ）は図６の調整用端子に対してプローブピンを当接させる手順を示す図である。
まず、図７（ａ）（ｂ）においては調整用端子３０を配置した２つのコーナー部に近い位置に２つのプローブピン４０が接近するように下面側凹所３内に移動させる。その後、（ｂ）に示すＸ方向にプローブピン４０を移動させて（ｃ）に示すように各内壁に当接させてから、矢印で示すＹ方向に移動させることによって（ｄ）に示すように各プローブピン４０を各調整用端子３０に密着した状態で接触させることができる。
以上のように本発明では、縦断面形状がＨ型の容器を備えた水晶発振器において、水晶振動素子の周波数調整に際して周波数測定用に使用する調整用端子を下面側凹所の内壁に配置したので、従来下面側凹所の天井面に配置していた調整用端子に起因して発生した寄生容量を削減することができる。また、天井面に調整用端子を配置しないため、天井面内部に配置した配線パターンとの間の信号のカップリングを低減でき、更に調整用端子間の距離が離間するために調整用端子間のカップリングも低減できる。また、調整用端子をＩＣ接続用の下面側内部パッドと同一天井面に配置しないため、プローブピンを介した両者のショートが防止される。更に、下面側凹所の内壁、特にコーナー部に調整用端子を配置する結果、調整用端子にプローブピンを当接させる際の位置精度が低くても結果として正確に接触させることが可能となる。更に、上記各実施形態のように下面側凹所内壁に調整用端子を配置することにより、内壁に沿った任意の位置に配置場所を選定することが可能となり、パッケージの小型化が進んだ結果として下面側凹所が狭くなったとしても、調整用端子の配置場所についての自由度が低下することがない。
なお、上記実施形態では、圧電発振器の代表例として水晶発振器を例示したが、本発明は他の圧電材料から成る圧電振動素子を使用した発振器全てに適用することができる。
なお、環状構造の側壁にて形成された下面側凹所３を適用したが、調整用電極３０が存在する部分以外の側壁の一部が開口した、例えば「コ」の字構造の側壁等にて形成された下面側凹所３を適用しても構わない。

（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の一実施形態に係るパッケージ構造を備えた表面実装型圧電発振器の一例としての水晶発振器の外観斜視図、縦断面図、及び底面図。 （ａ）及び（ｂ）は従来例と本発明によるプローブピンを調整用端子に接触させる状態を夫々示す説明図、（ｃ）は他の実施形態に係る調整用端子の構成図。 （ａ）（ｂ）及び（ｃ）は図１の実施形態に係る調整用端子に対してプローブピン対を自動装置によって当接させて測定を行う手順を示す説明図。 本発明の他の実施形態に係るパッケージ構造の底面図。 （ａ）及び（ｂ）は図４の実施形態の要部斜視図、及びプローブピンを当接した状態を示す斜視図。 本発明の他の実施形態に係る調整用端子の配置例を示す底面図。 （ａ）乃至（ｄ）は図６の調整用端子に対してプローブピンを当接させる手順を示す図。 （ａ）は二階建て構造型（Ｈ型）モジュールとしての表面実装型圧電デバイス（水晶発振器）の従来構成を示す縦断面略図、（ｂ）はその底面図。

符号の説明

１…絶縁容器、２…上面側凹所、３…上面側凹所、３ａ…天井面、３ｂ…内壁、３ｃ…凹部、４…底面、５…実装端子、６…下面側内部パッド、１１…上面側内部パッド、１２…水晶振動素子、１５…金属リッド、２０…ＩＣ部品、３０…調整用端子、４０…プローブピン。

Claims (5)

1. 上面と下面に夫々凹所を有し、環状の底面に複数の実装端子を備えた縦断面形状が略Ｈ型の絶縁容器であって、
   圧電振動素子の各励振電極を電気的に接続するために上面側凹所内に設けた２つの上面側内部パッドと、発振回路を構成する電子部品を搭載するために下面側凹所の天井面に配置された下面側内部パッドと、前記各実装端子と上面側内部パッドと下面側内部パッドとの間に所定の配線を施すための配線パターンと、上記各上面側内部パッドと夫々接続された２つの調整用端子と、を備えた表面実装型圧電発振器用パッケージにおいて、
   前記２つの調整用端子を、前記下面側凹所の内壁面に配置したことを特徴とする表面実装型圧電発振器用パッケージ。
2. 前記２つの調整用端子を、底面形状が略矩形である前記下面側凹所の内壁面に点対称の位置関係となるように配置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用パッケージ。
3. 前記２つの調整用端子を、前記下面側凹所の４つのＲ形状のコーナー部のうちの対角線上に対向し合う２つのコーナー部に配置したことを特徴とする請求項２に記載の表面実装型圧電発振器用パッケージ。
4. 前記２つの調整用端子を、底面形状が略矩形である前記下面側凹所の対向し合う２つの内壁面に配置したことを特徴とする請求項２に記載の表面実装型圧電発振器用パッケージ。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の表面実装型圧電発振器パッケージと、前記上面側内部パッド上に搭載した圧電振動素子と、前記上面側凹所を封止する金属リッドと、前記下面側内部パッドに搭載されたＩＣ部品と、を備えたことを特徴とする表面実装型圧電発振器。
   

Images