JP2009239576A - 圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】汎用性があり高精度の圧電発振器を提供することを目的としている。
【解決手段】圧電発振器１０は、外部端子２９を形成した発振器部２０と、一方の面５０ａに前記外部端子２９と接続する接続端子５２と、他方の面５０ｂに実装端子５４を形成した基板５０とを備え、前記基板５０は、前記外部端子２９の少なくとも１つと、前記基板５０の前記実装端子５４とが平面視して互いに重なる領域において、一方の面５０ａから他方の面５０ｂに貫通し前記外部端子２９と前記実装端子５４を電気的に接続する導通手段５６を形成した構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電発振器に係り、特に複数の電子部品を実装しつつ、確実に回路基板に実装するのに好適な圧電発振器に関する。

圧電発振器は、一定の周波数で振動する圧電振動片と、この圧電振動片に電気信号を供給して発振させる回路（発振回路）とをパッケージに収容した構成である。パッケージには、例えば、底板とこの底板の周縁部を上方に立ち上げ形成してなる側壁とを備えることにより、内部に凹陥部を形成し、且つ、外面に外部端子を設けたパッケージベースと、このパッケージベースの上面に接合して凹陥部を気密封止する蓋体とを備えた構成のものがある。

このような圧電発振器は、小型の情報機器などの電子機器に幅広く用いられており、近年電子機器分野においてはその小型化・薄型化が急速に進んでいる。
小型化の一例として特許文献１に記載された圧電発振器は、パッケージ内に電子部品と圧電振動片を備え、圧電振動片の実装面と電子部品のワイヤボンディングによるワイヤの接続面を同じ層に配置することにより発振器の小型化を図っている。

また特許文献２に記載された圧電発振器のように、パッケージの上面側に形成された凹陥部に圧電振動片を実装するとともに、下面側に形成された凹陥部に集積回路（ＩＣ）を実装することにより小型化を図ったものがある。
特開２００６−２０１４０号公報 特開２００６−６０２８０号公報

ところで、圧電発振器の小型化が進む一方で、従来の大型の圧電発振器を用いた既存の電子機器も数多く利用されている。このような小型化の圧電発振器に対応していない従来の電子機器は、故障・修理などにより、実装された圧電発振器の交換作業が必要となる場合がある。

しかしながら従来の電子機器に実装された圧電発振器は、現状の生産している小型化を図った圧電発振器よりも寸法形状が大きい。また従来の大型の圧電発振器の在庫切れ等などにより、必要サイズの圧電発振器の入手が困難な場合がある。このような場合、従来の小型化に対応していない大型の圧電発振器を新たに製造することは高コストとなり、効率的でない。

また近年の小型化された圧電発振器は、発振器本体の小型化に伴い外部端子も小面積となる。外部端子が小型化されると圧電発振器を回路基板に実装したときに実装強度が低くなり、圧電発振器に衝撃等が加わると回路基板から圧電発振器が剥がれるおそれがあった。また圧電発振器を回路基板に実装する場合に製造過程の振動・衝撃により導通不良となるおそれがあった。
また、圧電発振器のパッケージ表面に形成された実装端子からパッケージ内部へ導通する配線の長さが長いと、配線のインピーダンス増加による発振出力の高周波信号への影響や、電源へのノイズ信号の重畳が生ずるおそれがあった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］複数の外部端子が形成された発振器部と、前記発振器部を実装する一方の面に前記複数の外部端子の夫々と接続する複数の接続端子が形成され、他方の面に複数の実装端子が形成された基板とを備え、前記基板は、前記複数の外部端子の少なくとも１つと前記複数の実装端子の少なくとも１つとが平面視して互いに重なる領域において前記基板の前記一方の面から前記他方の面に貫通し前記複数の接続端子の少なくとも１つと前記複数の実装端子の少なくとも１つとを電気的に接続する導通手段が形成されていることを特徴とする圧電発振器。

これにより圧電発振器は、外部端子と導通する実装端子の位置を変えることができ、大型の圧電発振器に対応した回路基板の端子と導通させることができる。また少なくとも１つの外部端子と実装端子を重なるように配置させているため、外部端子と実装端子を最短距離で導通させることができる。よって実装端子が電源端子である場合には外部からのノイズ信号の重畳を抑えることができ、また発振出力の高周波信号に係る端子の場合にはインピーダンス増加を抑えることができる。

［適用例２］前記基板は、前記複数の外部端子の夫々と前記実装端子の夫々とが平面視して互いに重なる領域において前記基板の前記一方の面から前記他方の面に貫通し前記複数の接続端子の夫々と前記複数の実装端子の夫々とを電気的に接続する導通手段が複数形成されていることを特徴とする適用例１に記載の圧電発振器。

これにより圧電発振器は、外部端子と導通する実装端子の位置を変えることができ、大型の圧電発振器に対応した回路基板の端子と導通させることができる。また外部端子と実装端子とが互いに重なる領域において接続端子と実装端子を接続する導通手段を複数形成させているため、外部端子と実装端子を最短距離で導通させることができる。よって実装端子が電源端子である場合には外部からのノイズ信号の重畳を抑えることができ、また発振出力の高周波信号に係る端子の場合にはインピーダンス増加を抑えることができる。

［適用例３］前記実装端子は、平面視して前記外部端子よりも大きく形成されていることを特徴とする適用例１または２に記載の圧電発振器。
これにより外部端子の面積が小さい小型の発振器であっても、実質的に外部端子の面積を大きく形成することができる。

［適用例４］前記基板は、平面視して前記発振器部よりも大きく形成されていることを特徴とする適用例１乃至３のいずれか１に記載の圧電発振器。
これにより従来の大型の圧電発振器が実装された実装端子のサイズに合わせることができる。

［適用例５］前記発振器部は、前記基板上で封止材により覆われていることを特徴とする適用例１乃至４のいずれか１に記載の圧電発振器。
これにより発振器部に対する外部からの発振器部に対する温度環境の変化を受け難くなり、優れた温度特性の発振信号を出力することができる。また圧電発振器全体の強度を高めることができる。

本発明の圧電発振器の実施の形態について、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
図１は第１実施形態に係る圧電発振器の説明図である。図示のように圧電発振器１０は、発振器部２０と基板５０を主な構成要件としている。
第１実施形態の発振器部２０は、振動片３０と回路部品４０とをパッケージ２２の内部に実装させている。

パッケージ２２は、パッケージベース２４とリッド２６からなる。パッケージベース２４は、セラミックス等の絶縁素材を用いて加圧焼成して作成された複数のセラミックシートを積層して収容空間２８を有する箱型に形成されている。パッケージベース２４は、収容空間２８内に段部２３を設けてある。この段部２３の上面にはパッケージ側マウント電極２５が形成してある。このパッケージ側マウント電極２５は、パッケージ２２内に収容されている回路部品４０と導通している。パッケージ側マウント電極２５には、この上に塗布した導電性接着剤を介して振動片３０が接合している。この振動片３０は、電気信号を供給されると振動して発振するものであればよく、例えば、圧電体に励振電極（不図示）やマウント電極等を形成した圧電振動片、具体的には水晶振動片やセラミック振動片等であればよい。そしてパッケージベース２４は、収容空間２８内に振動片３０、回路部品４０を収容した状態で、金属板、セラミック、又はガラス等からなるリッド２６によって気密に封止されている。

基板５０は、前述の発振器部２０などの表面実装部品が実装される平板基板である。基板５０の本体は、セラミック基板、有機材料基板または金属フレーム等で形成されていればよい。基板５０は、発振器部２０よりも平面視して大きい形状であり、本実施形態では矩形形状に形成している。基板５０は、実装部品を実装する一方の面５０ａに実装部品の端子と接続する複数の接続端子５２を形成してあり、他方の面５０ｂに複数の実装端子５４を形成してある。

接続端子５２は、実装する発振器部２０の底面に設けられた複数の外部端子２９と対応する位置に、平面視してほぼ同一の形状に形成されている。
実装端子５４は、前述の外部端子２９および接続端子５２よりも平面視して大きい矩形形状に形成されている。

図２は基板の説明図である。ここで図２（１）は基板の底面図を示し、（２）は（１）のＡ線の断面図を示している。
図２に示すように基板５０は、平面視した矩形形状の基板５０の四隅のいずれか１つの角部に発振器部２０を偏り配置した場合の基板を示している。具体的には基板５０は発振器部２０を実装する一方の面５０ａに、外部端子２９と接続する接続端子５２を偏り配置している。そして基板５０の他方の面５０ｂには実装端子５４を基板５０の四隅に均等に配置している。このとき４つの接続端子５２の少なくとも１つは（図２の接続端子５２ａ）、実装端子５４の少なくとも１つと平面視して積層方向に重なる領域が生じるように配置している。またその他の接続端子５２ｂ〜５２ｄは、実装端子５４と平面視して積層方向に重なる領域が生じていない。

図２（２）に示すように、基板５０の接続端子５２と実装端子５４は、ビアまたはパターン配線により電気的に接続させている。接続端子５２ａは前述のように実装端子５４を平面視して重なるように配置しているため、基板５０の重なる領域にビアホールやスルーホール等の導通手段５６を形成し導通させることができる。一方、重なる領域が生じていない接続端子５２ｂ〜５２ｄは、パターン配線５７および導通手段５６により電気的に接続させている。

また本発明の圧電発振器１０は、図１に示すように基板５０上の発振器部２０の周囲を封止材６０で封止（モールド）している。この封止材６０は、低熱伝導性を備え、発振器部２０を封止できるものであればよく、本実施形態では一例として樹脂モールド材を用いている。封止は、発振器部２０を搭載した基板５０を金型内に入れ、この内部に射出成型されることにより、基板５０の一方の面５０ａに形成することができる。または、発振器部２０を搭載した基板５０の上にポッティングすることにより、基板５０の一方の面５０ａに設けてもよい。

なお実装端子と重なる外部端子は、少なくとも発振出力の高周波信号に係る端子、または電源出力用の端子であるとよい。発振出力の高周波信号にかかる端子は、一例として基準信号出力端子とすることができる。基準信号出力端子は、周波数一定の基準信号を出力させている。

電源端子である場合には外部からのノイズ信号の重畳を抑えることができ、また発振出力の高周波信号に係る端子の場合にはインピーダンス増加を抑えることができる。

図３は基板の変形例の説明図である。ここで図３（１）は基板の底面図を示し、（２）は（１）のＢ線の断面図を示している。変形例の基板５０Ａは、平面視した矩形形状の基板５０Ａの中央に発振器部２０を配置した場合を示している。具体的には、発振器部２０の外部端子２９と電気的に接続する接続端子５２と、この接続端子５２と対応する基板５０Ａの実装端子５４のすべてが平面視して重なるように配置している。そして接続端子５２と実装端子５４の重なる領域に、ビアホールやスルーホール等の導通手段５６を形成し導通している。

図３（１）に示すように基板５０Ａは、接続端子５２と対向する実装端子５４の夫々が平面視して重なるように配置しているため、図３（２）に示すように重なる領域に導通手段５６を複数設けることができ、パターン配線を用いることがなく外部端子２９と実装端子５４を最短距離で導通させることができる。

このような第１実施形態の圧電発振器によれば、外部端子と導通する実装端子の大きさまたは位置を変えることができ、小型化・低背化を目的として製造された発振器部を基板上に電気的に接続することによって、従来の大型の圧電発振器の外部端子と同サイズの圧電発振器を提供することができる。

また外部端子と実装端子を重ねているため、外部端子と実装端子を最短距離で導通させることができるので、電源端子である場合にはノイズを低減することができ、また発振出力の高周波信号に係る端子の場合には出力負荷を低減することができる。

さらに基板上の発振器部の周囲を封止することにより発振器部に対する外部からの発振器部に対する温度環境の変化を受け難くなり、優れた温度特性の発振信号を出力することができる。また圧電発振器全体の強度を高めることができる。

次に第２実施形態の圧電発振器について、以下説明する。図４は第２実施形態の圧電発振器の説明図である。
図４（１）に示すように第２実施形態の圧電発振器１０Ａは、第１実施形態と同様に発振器部２０Ａと基板５０Ｂを主な構成要件としている。

発振器部２０Ａは、平板絶縁基板７０の両面に枠型絶縁基板７２ａ、７２ｂを積層させたパッケージベース７４を用いている。これによりパッケージベース７４は、平板絶縁基板７０の上面、すなわち上部枠型絶縁基板７２ａ内に上部凹陥部７６と、平板絶縁基板７０の下面、すなわち下部枠型絶縁基板７２ｂに下部凹陥部７８を形成することができる。また下部枠型絶縁基板７２ｂの底面には外部端子８０を形成している。外部端子８０は平面絶縁基板７０の上面に形成された振動片側マウント電極８２、および下面に形成された回路部品４０のマウント電極８４と導通可能に形成されている。

パッケージベース７４の上部凹陥部７６には、振動片３０が導電性接着剤を介して振動片側マウント電極８２に実装されている。またパッケージベース７４の下部凹陥部７８には、回路部品４０がマウント電極８４に実装されている。そしてパッケージベース７４は、上部凹陥部７６に振動片３０を実装した状態で、金属板、セラミック、又はガラス等からなるリッド２６によって気密に封止されている。

基板５０Ｂは、平面視して発振器部２０Ａと同サイズの形状に形成した構成である。ここで発振器部２０ＡのようなＨ型構造の発振器は、外部端子８０を下部枠型絶縁基板７２ｂの底面に形成しているため、電極面積が狭くなる。そこで基板５０Ｂには外部端子８０よりも平面視して大きい実装端子５４を形成している。実装端子５４は発振器部２０Ａを実装する回路基板に合わせて任意に形状を変更可能であり、外部端子８０よりも大きく形成することができる。また基板５０Ｂは発振器部２０Ａと平面視して同一の矩形形状に形成しているため、発振器部２０Ａの外部端子８０と導通する接続端子５２と実装端子５４は互いに重ねることができる。そして第１実施形態と同様に接続端子５２と実装端子５４の重なる領域に、ビアホールやスルーホール等の導通手段５６を形成し導通させている。

図４（２）に示す圧電発振器１０Ｂは、（１）に示す発振器部２０Ａと、この発振器部２０Ａよりも平面視して大きい基板５０Ｃを用いている。そして第１実施形態と同様に、基板５０Ｃ上の発振器部２０Ａの周囲を封止材６０で封止（モールド）している。この封止材６０は、低熱伝導性を備え、発振器部２０Ａを封止できるものであればよく、本実施形態では一例として樹脂モールド材を用いている。封止は、発振器部２０Ａを搭載した基板５０Ｃを金型内に入れ、この内部に射出成型されることにより、基板５０Ｃの一方の面に形成することができる。または、発振器部２０Ａを搭載した基板５０Ｃの上にポッティングすることにより、基板５０Ｃの一方の面に設けてもよい。

このような第２実施形態の圧電発振器によれば、外部端子８０と電気的に接続した実装端子５４により、外部端子８０の面積を実質的に大きくすることができる。また圧電発振器と回路基板とを接合する外部端子の大きさを確保することができる。小型化・低背化を目的として製造された発振器部を基板上に電気的に接続することによって、従来の大型の圧電発振器の外部端子と同サイズの圧電発振器を提供することができる。基板上の発振器部の周囲を封止することにより強度を高めることができるとともに、外部からの熱変動を受け難い発振器を形成することができる。

第１実施形態に係る圧電発振器の説明図である。 基板の説明図である。 基板の変形例の説明図である。 第２実施形態に係る圧電発振器の説明図である。

符号の説明

１０………圧電発振器、２０………発振器部、２２………パッケージ、２３………段部、２４………パッケージベース、２５………パッケージ側マウント電極、２６………リッド、２８………収容空間、２９………外部端子、３０………振動片、４０………回路部品、３２………接続端子、３４………実装端子、４０………回路部品、５０………基板、５２………接続端子、５４………実装端子、５６………導通手段、６０………封止材、７０………平板絶縁基板、７２………枠型絶縁基板、７４………パッケージベース、７６………上部凹陥部、７８………下部凹陥部、８０………外部端子、８２………振動片側マウント電極、８４………マウント電極。

Claims (5)

1. 複数の外部端子が形成された発振器部と、
   前記発振器部を実装する一方の面に前記複数の外部端子の夫々と接続する複数の接続端子が形成され、他方の面に複数の実装端子が形成された基板と、
   を備え、
   前記基板は、前記複数の外部端子の少なくとも１つと前記複数の実装端子の少なくとも１つとが平面視して互いに重なる領域において前記基板の前記一方の面から前記他方の面に貫通し前記複数の接続端子の少なくとも１つと前記複数の実装端子の少なくとも１つとを電気的に接続する導通手段が形成されていることを特徴とする圧電発振器。
2. 前記基板は、前記複数の外部端子の夫々と前記実装端子の夫々とが平面視して互いに重なる領域において前記基板の前記一方の面から前記他方の面に貫通し前記複数の接続端子の夫々と前記複数の実装端子の夫々とを電気的に接続する導通手段が複数形成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. 前記実装端子は、平面視して前記外部端子よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電発振器。
4. 前記基板は、平面視して前記発振器部よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の圧電発振器。
5. 前記発振器部は、前記基板上で封止材により覆われていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の圧電発振器。

Images