JP2008061043A - 水晶発振器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、外部の電磁界の影響を受け難い信頼性の高い小型の水晶発振器、及びその製造方法を提供することである。
【解決手段】
絶縁性基体の表主面に設けられた凹形状の第１の空間部内の絶縁性基体の表主面上に、発振回路が組み込まれた集積回路素子が搭載されており、絶縁性基体の第１の空間部上面に形成された凹形状の第２の空間部内に集積回路素子と電気的に接続される水晶振動素子が収容されており、第２の空間部の開口上縁部に蓋体４載置され気密封止される水晶発振器において、第２の空間部を囲う凹形状容器の第２の接続電極部を除いた殆どの底面にわたり接地電極部が形成され、第１の空間部を囲う容器の壁体上縁部に形成された半田層と接地電極部が接続されたことを特徴とする発振器、及びその製造方法により課題を解決する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯用通信機器等の電子機器に用いられる水晶発振器、及びその製造方法に関するものである。

従来から携帯用通信機器等の電子機器に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４に示す如く、内部に図中には示されていないが、第２の空間部に水晶振動素子が収容されている水晶振動子２３を、第１の空間部２５内に前記の水晶振動素子の振動に基づいて発振出力を制御する集積回路素子２６やコンデンサ等の電子部品素子が収容されている絶縁性基体２１上に取着させた構造のものが知られており、かかる水晶発振器は、マザーボード等の実装回路基板上に載置された上、絶縁性基体２１の下面に設けられている外部端子が実装回路基板の配線に半田接合されることにより実装回路基板上に実装される。

なお、水晶振動子２３や絶縁性基体２１は、通常、セラミック材料によって形成されており、その内部や表面には配線導体が形成され、従来周知のセラミックグリーンシート積層法等を採用することにより製作される。

また、前記集積回路素子２６の内部には、水晶振動素子の温度特性に応じて作成された温度補償データに基づき水晶発振器の発振周波数を補正するための温度補償回路が設けられており、水晶発振器を組み立てた後、上述の温度補償データを集積回路素子２６のメモリ内に格納すべく、絶縁性基体２１の下面や外側面等には温度補償データ書込用の書込制御端子２７が設けられている。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集積回路素子２６内のメモリに温度補償データを入力することにより、温度補償データが集積回路素子２６のメモリ内に格納される。

特開２００３−１５８４４１公報 特開２００４−０６４６５１公報 特開２００５−１０１８４８公報

なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

しかしながら、上述した従来の水晶発振器においては水晶振動子２３の第２の空間部に収容されている水晶振動素子と、第１の空間部２５内に収容されている集積回路素子２６とが水晶振動子２３の底面基板を介して近接した位置関係にあるため、水晶振動素子と集積回路素子２６が外部からの電磁界の影響により、相互に影響し水晶発振器の発振周波数に変動する現象が生じるおそれがあるといった欠点を有していた。

本発明は上記欠点に鑑み考え出されたものであり、従ってその目的は、外部環境の影響を受け難く、かつ発振周波数の安定した発振特性を得ることができる水晶発振器、及びその製造方法を提供することにある。

本発明の水晶発振器は、絶縁性基体の表主面に設けられた第１の空間部を囲う凹形状をした容器内の絶縁性基体の表主面上には発振回路が組み込まれた集積回路素子が搭載されており、絶縁性基体の第１の空間部上面に形成された第２の空間部を囲う同じく凹形状の容器内には集積回路素子に接続電極部を通じ電気的に接続される水晶振動素子が収容されており、第１の空間部を囲う容器と第２の空間部を囲う容器は接続電極部を介して接合されており、第２の空間部を囲う容器の開口上縁部に蓋体が載置され気密封止される水晶発振器において、
第２の空間部を囲う凹形状容器の接続電極部を除いた殆どの底面にわたり接地電極部が形成され、第１の空間部を囲う容器の壁体上縁部に形成された半田層と接地電極部が接続されていることを特徴とする。

また、本発明の水晶発振器の製造方法は、絶縁性基体の表主面に設けられた第１の空間部を囲う凹形状をした容器内の絶縁性基体の表主面上に発振回路が組み込まれた集積回路素子が搭載され、絶縁性基体の第１の空間部上面に形成された第２の空間部を囲う同じく凹形状の容器内に集積回路素子に接続電極部を通じて電気的に接続される水晶振動素子が収容され、第１の空間部を囲う容器と第２の空間部を囲う容器は接続電極部を介して接合され、第２の空間部を囲う容器の開口上縁部に蓋体が載置されて気密封止される水晶発振器の製造方法において、
第２の空間部を囲う容器底面に形成された第２の接続電極部、及び第２の接続電極部を除いた殆どの底面にわたり形成された接地電極部と、第１の空間部を囲う壁体上縁部に形成された第１の接続電極部、及び第１の接続電極部を除き壁体上縁部にわたり形成された金属層を溶融・接続した後に、第２の空間部内に水晶振動素子を収容し、第２の空間部の開口上縁部に蓋体を載置して気密封止する水晶発振器の製造方法であることを特徴とする。

また、金属層に半田を用いる水晶発振器の製造方法であることを特徴とする。

本発明の水晶発振器によれば、第２の空間部を囲う凹形状容器の接続電極部を除いた殆どの底面にわたり接地電極部が形成され、第１の空間部を囲う容器の壁体上縁部に形成された半田層と接地電極部が接続されていることから、第１の空間部に収容される集積回路素子と第２の空間部に収容される水晶振動素子とが接地電極部により相互の電気的作用を遮断することが可能となり、外部からの電磁界の影響等による水晶発振器の発振周波数の変動を抑え、外部環境の影響を受け難い安定した発振周波数を得ることができる水晶発振器を得ることが可能となる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。

図１は本発明の水晶発振器の図２に示すＸ−Ｘ’線断面図であり、図２は絶縁性のセラミック集合基板から切断された１個の基板領域を示した第１の空間部１５を有する絶縁性基体１０の上面図である。図１に示す水晶発振器は、集積回路素子７を収容する第１の空間部１５を有する絶縁性基体１０の下面に電極端子１９が設けられ、集積回路素子７を収容する第１の空間部１５を有する絶縁性基体１０の上面には集積回路素子７が搭載されている。また、集積回路素子７を収容する第１の空間部１５を有する絶縁性基体１０の第１の空間部１５を囲う側面には壁体１３、壁体１３の外側面には複数個の書込制御端子１１が形成されている。また、図１に示すように壁体１３の上面には、水晶振動素子５が収容されている水晶振動子１を載置して固定した構造を有している。ここで本発明の水晶発振器において、水晶振動子１の基板２の底面に第２の接続電極部１７を除いた殆どの底面にわたり接地電極部２０が形成され、第１の空間部１５を囲う容器の壁体１３上縁部に形成された半田層１２と接地電極部２０が接続されている

図１において水晶振動子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、基板２と同様のセラミック材料から成る側壁３、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属から成る蓋体４とから成り、前記基板２の上面に側壁３を取着させ、その上面に蓋体４を載置して固定させることによって水晶振動子１が構成され、側壁３の内側に位置する基板２の上面に水晶振動素子５が実装されている。

前記水晶振動子１は、その内部に、具体的には、基板２の上面と側壁３の内面と蓋体４の下面とで囲まれる第２の空間部６内に水晶振動素子５を収容して蓋体４が載置されて気密封止されており、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絶縁性基体１０上の壁体１３に接続される複数個の第２の接続電極部１７がそれぞれ設けられ、これらのパッドや端子は基板２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。

一方、水晶振動子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された水晶素板の両主面に一対の振動電極が被着・形成されて成り、外部からの変動電圧が一対の振動電極を介して水晶素板に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こす。

ここで水晶振動子１の蓋体４を水晶振動子１の第２の接続電極部１７や絶縁性基体１０の第１の接続電極部１８を介して後述するグランド端子用の電極端子１９に接続させておけば、その使用時に、金属から成る蓋体４が基準電位に接続されてシールド機能が付与されることと成るため、水晶振動素子５や集積回路素子７を外部からの不要な電気的作用から良好に保護することができる。従って、水晶振動子１の蓋体４は水晶振動子１の第２の接続電極部１７や絶縁性基体１０の第１の接続電極部１８を介してグランド端子用の電極端子１９に接続させておくことが好ましい。

そして、上述した水晶振動子１が取着される集積回路素子７を収容する第１の空間部１５を有する絶縁性基体１０は略矩形状を成しており、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成すように形成されている。

前記集積回路素子７を収容する第１の空間部１５を有する絶縁性基体１０は、基板領域の下面の四隅部に４つの電極端子１９（それぞれ電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子）が形成され、上面の四隅部を囲む周縁には壁体１３が、また上面の中央域にはフリップチップ型の集積回路素子７が、更に四隅部間の壁体１３の外側側面には書込制御端子１１が設けられている。

前記集積回路素子７を収容する第１の空間部１５を有する絶縁性基体１０の下面に設けられている４つの電極端子１９は、水晶発振器をマザーボード等の実装回路基板に接続するための端子として機能するものであり、水晶発振器を実装回路基板上に搭載する際、実装回路基板の回路配線と半田等の導電性接合材を介して電気的に接続される。

また、前記集積回路素子７を収容する第１の空間部１５を有する絶縁性基体１０の上面に設けられる壁体１３で、集積回路素子７を収容する第１の空間部１５を有する絶縁性基体１０と水晶振動子１との間に、集積回路素子７を配置させるのに必要な所定の間隔を確保しつつ、集積回路素子７を収容する第１の空間部１５を有する絶縁性基体１０の第１の接続電極部１８を水晶振動子１の第２の接続電極部１７に金属層である半田層１２を介して接続する。

更に、上述した集積回路素子７を収容する第１の空間部１５を有する絶縁性基体１０の中央域には、複数個の電極パッドが設けられており、これら電極パッドに集積回路素子７の接続パッドをＡｕバンプや半田、または異方性導電接着材等の導電性接合材８を介して電気的、及び機械的に接続させることによって集積回路素子７が第１の空間部１５を有する絶縁性基体１０上の所定位置に取着される。

前記集積回路素子７は、その回路形成面（下面）に、周囲の温度状態を検知するサーミスタといった感温素子、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メモリ、メモリ内の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、先の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ており、この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。

ここで、本発明の特徴部分は図１〜図３に示すように、絶縁性基体１０の表主面に設けられた第１の空間部１５を囲う凹形状をした容器内の絶縁性基体１０の表主面上には発振回路が組み込まれた集積回路素子７が搭載されており、絶縁性基体１０の第１の空間部１５上面に形成された第２の空間部６を囲う同じく凹形状の容器内には集積回路素子７、及び必要に応じて電子部品素子（不図示）に各々第１，第２の接続電極部１７，１８を通じ電気的に接続される水晶振動素子５が収容されており、第１の空間部１５を囲う容器と該第２の空間部６を囲う容器は各々第１，第２の接続電極部１７，１８を介して接合されており、第２の空間部６を囲う容器の開口上縁部に蓋体４が載置され気密封止される水晶発振器において、第２の空間部６を囲う凹形状容器の第２の接続電極部１７を除いた殆どの底面にわたり接地電極部２０が形成され、第１の空間部１５を囲う容器の壁体１３上縁部に形成された半田層１２と接地電極部２０が接続されていることから、集積回路素子７と水晶振動素子５とが接地電極部２０により相互の電気的作用を遮断することが可能となり、外部からの電磁界の影響等による水晶発振器の発振周波数の変動を抑え、外部環境の影響を受け難い安定した発振周波数を得ることができる水晶発振器を得ることが可能となる。

なお、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、上述の実施形態においては、図３に示すように第２の空間部６を囲う凹形状容器の第２の接続電極部１７を除いた殆どの底面にわたり形成された接地電極部２０は、図３においては２箇所の第２の接続電極部１７により、半田層（金属層）１２と接続されているが、これに変えて１箇所の第２の接続電極部１７により、半田層（金属層）１２により接続されていても全く構わず、この場合も本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。

本発明の実施形態にかかる水晶発振器を側面方向からみた概略の断面図である。 本発明の実施形態にかかる水晶発振器の第１の空間部を有する絶縁性基体の概略の上面図である。 本発明の実施形態にかかる水晶発振器における水晶振動子の基板底面の概略の下面図である。 従来の水晶発振器の概略の上面斜視図である。

符号の説明

１ ・・・水晶振動子
２ ・・・基板
３ ・・・側壁
４ ・・・蓋体
５ ・・・水晶振動素子
６ ・・・第２の空間部
７ ・・・集積回路素子
８ ・・・導電性接合材
１０・・・絶縁性基体
１１・・・書込制御端子
１２・・・半田層（金属層）
１３・・・壁体
１５・・・第１の空間部
１７・・・第２の接続電極部
１８・・・第１の接続電極部
１９・・・電極端子
２０・・・接地電極部

Claims (3)

1. 絶縁性基体の表主面に設けられた第１の空間部を囲う凹形状をした容器内の該絶縁性基体の表主面上には発振回路が組み込まれた集積回路素子が搭載されており、該絶縁性基体の該第１の空間部上面に形成された第２の空間部を囲う同じく凹形状の容器内には該集積回路素子、及び該電子部品素子に接続電極部を通じ電気的に接続される水晶振動素子が収容されており、該第１の空間部を囲う該容器と該第２の空間部を囲う該容器は該接続電極部を介して接合されており、該第２の空間部を囲う該容器の開口上縁部に蓋体が載置され気密封止される水晶発振器において、
   該第２の空間部を囲う該凹形状容器の該接続電極部を除いた殆どの底面にわたり接地電極部が形成され、該第１の空間部を囲う容器の壁体上縁部に形成された半田層と該接地電極部が接続されていることを特徴とする水晶発振器。
2. 絶縁性基体の表主面に設けられた第１の空間部を囲う凹形状をした容器内の該絶縁性基体の表主面上に発振回路が組み込まれた集積回路素子が搭載され、該絶縁性基体の該第１の空間部上面に形成された第２の空間部を囲う同じく凹形状の容器内に該集積回路素子、及び該電子部品素子に接続電極部を通じて電気的に接続される水晶振動素子が収容され、該第１の空間部を囲う該容器と該第２の空間部を囲う該容器は該接続電極部を介して接合され、該第２の空間部を囲う該容器の開口上縁部に蓋体が載置されて気密封止される水晶発振器の製造方法において、
   該第２の空間部を囲う容器底面に形成された第２の接続電極部、及び該第２の接続電極部を除いた殆どの底面にわたり形成された接地電極部と、該第１の空間部を囲う壁体上縁部に形成された第１の接続電極部、及び該第１の接続電極部を除き該壁体上縁部にわたり形成された金属層を溶融・接続した後に、該第２の空間部内に水晶振動素子を収容し、該第２の空間部の開口上縁部に蓋体を載置して気密封止する水晶発振器の製造方法。
3. 金属層に半田を用いる請求項２に記載の水晶発振器の製造方法。

Images