JP2010118979A - 温度検出型の表面実装用水晶振動子及びセット基板に対する実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サーミスタを搭載した安価にして製造を容易にする信頼性の高い温度検出型の表面実装振動子を提供する。
【解決手段】底壁２ａ及び枠壁２ｂからなる凹状とした矩形状の容器本体２と、容器本体２に収容された水晶片３と、容器本体２の開口端面に接合された金属カバー４と、水晶片３の動作温度を検出して長さ方向の両端側に表面実装端子１３を有するサーミスタ８とからなる表面実装用水晶振動子１において、サーミスタ８の長さ方向が容器本体２の高さ方向に直交して容器本体２の外側面に固着した構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明はサーミスタによる温度検出型の表面実装用水晶振動子（以下、表面実装振動子とする）を技術分野とし、特に温度補償回路を有するセット基板に実装する表面実装振動子に関する。

（発明の背景）
表面実装振動子は小型・軽量であることから、例えば携帯型の電子機器における周波数や時間の基準源として広く用いられている。このようなものの一つに、例えば温度補償発振器用の表面実装振動子として、水晶振動子の動作温度を検出する温度感応素子としてのサーミスタを搭載した表面実装振動子がある。

（従来技術の一例）
第４図は一従来例を説明する表面実装振動子の図であり、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は容器本体２の平面図、同図（ｃ）は水晶片の平面図である。

表面実装振動子１は、底壁層２ａと枠壁層２ｂとを有する凹状とした積層セラミックからなる容器本体２内に水晶片３を収容し、金属カバー４を被せて密閉封入してなる。ここでは、底壁層２ａは例えば二層（２ａ１、２ａ２）として上位層２ａ２の一端側に貫通孔を設けて凹所５を形成する。

凹所５内には一対の回路端子６が形成され、容器本体２の外底面における中央部の両辺側に設けた実装端子（サーミスタ８端子）７ａに接続する。そして、凹所５内にはチップ素子からなるサーミスタ８が配置され、サーミスタ８の両端側の表面実装端子が導電性接着剤９によって回路端子６に固着される。

水晶片３は両主面に励振電極１０ａを有し、一端部両側に延出した引出電極１０ｂが、容器本体２における内底面の一端側の水晶保持端子１１に導電性接着剤９によって固着される。そして、水晶片３の他端部を底壁層２ａの上位層２ａ２に対面させる。水晶保持端子１１は外底面における例えば一組の対角部の実装端子（水晶端子）７ｂに接続する。金属カバー４はシーム溶接によって接合され、枠壁内に設けたスルーホール等によって他組の対角部の実装端子（アース端子）７ｃに接続する。

そして、表面実装振動子１は図示しない温度補償回路を有する発振器用のセット基板に実装される。これにより、表面実装振動子（水晶片３）の動作温度を検出し、水晶振動子の周波数温度特性に基づいた周波数変化を補償する。このようなものでは、サーミスタ８を水晶片３とともに同一の容器本体２に収容するので、表面実装振動子１の動作温度を的確に検出できる。
特開２００８−２０５９３８号公報 特開２００４−３２０４１７号公報（段落００１８、段落００２２、図３）

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の表面実装振動子１では、前述したように底壁２ａに凹所５を設けるのでセラミックの積層数も多くなり、表面実装振動子１が高価になる問題があった。また、サーミスタ８は導電性接着剤９によって回路端子６に固着されるので、経時的な変化によって有機ガスを放出する。そして、この有機ガスが水晶片３に付着して振動特性に悪影響を与える問題もあった。なお、水晶片３を固着する導電性接着剤９も同様の問題を生ずるが、問題発生の確率が高まり信頼性を低下させる。

また、特許文献２において、容器本体２の外側面に薄膜又は厚膜印刷技術によるサーミスタ８ａが形成された温度補償水晶発振器１２が提案されている「第５図（ａ）参照」。しかし、容器本体２のシート状とした積層セラミックの外側面に薄膜又は厚膜印刷技術によるサーミスタ８ａを形成するには困難を生ずる。このことは、特許文献２において具体的な形成方法が明記されていないことから明らかである。

さらに、同特許文献において、容器本体２の外側面に厚膜チップサーミスタ８ｂが形成された温度補償水晶発振器１２が提案されている「第５図（ｂ）、（ｃ）参照」。この場合、厚膜チップサーミスタ８ｂの一対の表面実装端子１３が、容器本体２の外側面に形成した一対の側面端子１４に導電性接着剤９を用いて電気的・物理的に接続する。しかし、温度補償水晶発振器１２の小型化・低背化が進行するほど、例えば側面端子１４の面積が確保できず、厚膜チップサーミスタ８ｂを容器本体２の外側面に電気的・物理的に接続することが困難な問題があった。

（発明の目的）
本発明は、水晶振動子の動作温度の確実な検出及びセット基板に対する搭載面積を維持した上で、サーミスタを搭載した安価にして製造を容易にする信頼性の高い温度検出型の表面実装振動子の提供を目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、底壁及び枠壁からなる凹状とした矩形状の容器本体と、前記容器本体に収容された水晶片と、前記容器本体の開口端面に接合されて前記水晶片を密閉封入する金属カバーと、前記水晶片の動作温度を検出して長さ方向の両端側に表面実装端子を有するサーミスタとからなる表面実装用水晶振動子において、前記サーミスタの長さ方向が前記容器本体の高さ方向に直交して前記容器本体の第１外側面に固着した構成とする。

このような構成であれば、容器本体にサーミスタが固着しているため水晶振動子の動作温度を従来どおり正確に検出できる。また、サーミスタと水晶振動子とを個別にセット基板に実装する場合より搭載面積を小さくすることができる。そして、容器本体にサーミスタを収容する凹所を設けることなく積層数も従来同様なので、格別に高価になることはない。また、サーミスタは容器本体内ではない外側面に固着されるので、接着剤が有機ガスを放出しても水晶振動子の振動特性に影響を及ぼすことはない。したがって、信頼性を高められる。さらに、サーミスタを容器本体の外側面に単に固着するので、製造も容易になる。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記容器本体の外底面における前記第１外側面方向の一端部の両側にグランド電位となる第１実装端子及び浮き端子となる第２実装端子を形成し、前記容器本体の前記外底面における他端部の両側に前記水晶片に電気的に接続して水晶端子となる第３実装端子及び第４実装端子を形成した構成とする。これにより、容器本体の構成を明確にし、サーミスタの一端を浮き端子となる第２実装端子に電気的に接続できる。すなわち、サーミスタは、容器本体の外側面に物理的に接続する一方、表面実装振動子をセット基板に実装した時、容器本体の外底面において第２実装端子と電気的に接続する。

本発明の請求項３では、請求項２において、前記枠壁は絶縁性の素材からなり、前記第１実装端子は前記容器本体の枠壁に設けられた電極貫通孔によって前記金属カバーと電気的に接続した構成とする。これにより、金属カバーがグランド電位になり、シールド効果によってＥＭＩ対策となる。

本発明の請求項４では、請求項２に記載した表面実装用水晶振動子のセット基板に対する実装方法において、前記セット基板に設けられた前記第１実装端子及び前記第２実装端子に対応する一対となる回路端子の平面外形に突出部があり、前記表面実装用水晶振動子を前記実装基板に実装した際に前記サーミスタの前記表面実装端子が夫々前記一対となる前記回路端子の前記突出部上に配置される構成とする。

これにより、表面実装用水晶振動子の実装方法を明確にする。また、浮き端子となる第２実装端子がクリームはんだ等の接合材によって、セット基板の回路端子に電気的・物理的に接続する。したがって、浮き端子を設けない場合と比較して、表面実装用水晶振動子のセット基板に対する固着強度が高くなる。

本発明の請求項５では、請求項１において、前記容器本体の外底面における前記第１外側面方向の一端部の両側に浮き端子となる第１実装端子及び第２実装端子を形成し、前記容器本体の前記外底面における他端部の両側に前記水晶片と電気的に接続して水晶端子となる第３実装端子及び第４実装端子を形成し、前記容器本体の前記外底面における前記一端部と前記他端部の間であって対向する辺縁部の少なくとも一方にグランド電位となる第５実装端子を形成した構成とする。

これにより、容器本体の構成を明確にし、サーミスタの両端を浮き端子とした第１及び第２実装端子に電気的に接続できる。すなわち、サーミスタは、容器本体の外側面に物理的に接続する一方、表面実装振動子をセット基板に実装した時、容器本体の外底面において第１及び第２実装端子と電気的に接続する。

本発明の請求項６では、請求項５において、前記枠壁は絶縁性の素材からなり、前記第５実装端子は前記容器本体の枠壁に設けられた電極貫通孔によって前記金属カバーと電気的に接続した構成とする。これにより、金属カバーがグランド電位になり、シールド効果によってＥＭＩ対策となる。

本発明の請求項７では、請求項５に記載した表面実装用水晶振動子のセット基板に対する実装方法において、前記セット基板に設けられた前記第１実装端子及び前記第２実装端子に対応する一対となる回路端子の平面外形に突出部があり、前記表面実装用水晶振動子を前記実装基板に実装した際に前記サーミスタの外底面に形成された一対の前記表面実装端子が夫々前記一対となる前記回路端子の前記突出部上に配置される構成とする。

これにより、表面実装用水晶振動子の実装方法を明確にする。また、浮き端子となる第１実装端子及び第２実装端子がクリームはんだ等の接合材によって、セット基板の回路端子と電気的・物理的に接続する。したがって、浮き端子を設けない場合と比較して、表面実装用水晶振動子の固着強度が高くなる。

（第１実施形態、請求項１、２、３、４に相当）
第１図は本発明の第１実施形態を説明する表面実装振動子の図で、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は断面図、同図（ｃ）は底面図、同図（ｄ）は容器本体２の平面図である。なお、従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。

表面実装振動子１は、平面外形が矩形状であって底壁２ａ及び枠壁２ｂからなる凹状としたセラミックを母材とする容器本体２と、容器本体２に収容された水晶片３と、容器本体２の開口端面に設けられた金属リング１５に接合して水晶片３を密閉封入する金属カバー４と、水晶片３の動作温度を検出して長さ方向の両端側に表面実装端子１３を有するチップ素子からなるサーミスタ８とを有する。サーミスタ８は、その長さ方向が容器本体２の高さ方向に直交して容器本体２の第１外側面に絶縁性接着剤１６を用いて固着されている。

また、容器本体２の外底面における第１外側面方向の一端部の両側にグランド電位となる第１実装端子１７ａ及び浮き端子となる第２実装端子１７ｂを形成し、容器本体２の外底面における他端部の両側に水晶片３と電気的に接続して水晶端子となる第３実装端子１７ｃ及び第４実装端子１７ｄを形成する。そして、第１実装端子１７ａの上方にある枠壁２ｂの角部に電極貫通孔１８を設ける。この電極貫通孔１８は導電路によって、第１実装端子１７ａ及び金属カバー４と電気的に接続する。この結果、金属カバー４がグランド電位となる。

このような構成の表面実装振動子１は、図示しない温度補償回路を有するセット基板に実装して使用される。このとき、表面実装振動子１の第１実装端子１７ａないし第４実装端子１７ｄ及びサーミスタ８の表面実装端子１３とセット基板の回路端子１９とをクリームはんだを用いて電気的・物理的に接合する。

ここで、第１実装端子１７ａ及び第２実装端子１７ｂに対応する一対となる回路端子１９の平面外形には、サーミスタ８の一対となる表面実装端子１３に対応する部分に突出部１９ａを有する。このため、表面実装振動子１をセット基板に実装することで、サーミスタ８の一対の表面実装端子１３は、回路端子１９上のクリームはんだを経て、夫々第１実装端子１７ａ及び第２実装端子１７ｂに電気的に接続することになる。したがって、第１実装端子１７ａと電気的に接続する表面実装端子１３はグランド電位となる。これにより、サーミスタ８の一方の端子をグランド電位とする場合に有用となる。

このようなものでは、先ず、セラミックからなる底壁２ａに水晶保持端子１１及び第１実装端子１７ａないし第４実装端子１７ｄの下地電極を例えばタングステンの印刷によって形成する。また、セラミックからなる枠壁２ｂには貫通孔を形成し例えばタングステンを流入させることで電極貫通孔１８を形成する。そして、底壁２ａと枠壁２ｂとを積層・焼成して容器本体２を形成する。その後、電解メッキ又は無電解メッキによって外表面に露出している前記下地電極に例えばＡｕ膜等を形成して、水晶保持端子１１及び第１実装端子１７ａないし第４実装端子１７ｄを設ける。

そして、容器本体２に水晶片３を収容し、容器本体２の開口端面となる枠壁上面に設けられた金属リング１５に金属カバー４をシーム溶接で接合する。その後、サーミスタ８を、その底面が容器本体２の外底面と同一面上に配置されるように、容器本体２の第１外側面に絶縁性接着剤１６を用いて固着させる。

このような構成であれば、発明の効果の欄でも記載したように、容器本体２にサーミスタ８が固着しているため水晶振動子（水晶片３）の動作温度を従来どおり正確に検出できる。また、サーミスタ８と水晶振動子とを個別にセット基板に実装する場合より搭載面積を小さくすることができる。そして、容器本体２にサーミスタ８を収容する凹所を設けることなく積層数も従来同様なので、格別に高価になることはない。

また、サーミスタ８は容器本体２内ではない外側面に固着されるので、接着剤が有機ガスを放出しても水晶振動子（水晶片３）の振動特性に影響を及ぼすことはない。したがって、信頼性を高められる。そして、サーミスタ８を容器本体２の外側面に単に固着するので、製造も容易になる。また、金属カバー４がグランド電位になり、シールド効果によってＥＭＩ対策となる。

さらに、浮き端子となる第２実装端子１７ｂがセット基板の回路端子１９と電気的・物理的に接続するため、浮き端子を設けない場合と比較して、表面実装振動子１のセット基板に対する固着強度が高くなる。

（第２実施形態、請求項１、５、６、７に相当）
第２図は本発明の第２実施形態を説明する表面実装振動子の図で、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は断面図、同図（ｃ）は底面図、同図（ｄ）は容器本体２の平面図である。なお、従来例や前記実施例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。

第２実施形態では、第１実施形態と同様にして表面実装振動子１を形成する。そして、第２実施形態では容器本体２の外底面における第１外側面方向の一端部の両側に浮き端子となる第１実装端子１７ａ及び第２実装端子１７ｂを形成し、容器本体２の外底面における他端部の両側に水晶片３と電気的に接続して水晶端子となる第３実装端子１７ｃ及び第４実装端子１７ｄを形成し、容器本体２の外底面における前記一端部及び前記他端部の間であって対向する辺縁部の両側にグランド電位となる一対の第５実装端子１７ｅ及び第６実装端子１７ｆを形成する。

そして、一対の第５及び第６実装端子１７ｅ、１７ｆの上方にある枠壁２ｂの辺縁部に一対の電極貫通孔１８を設ける。この一対の電極貫通孔１８は導電路によって、一対の第５実装端子１７ｅ及び金属カバー４と電気的に接続する。この結果、金属カバー４がグランド電位となる。なお、第５及び第６実装端子１７ｅ、１７ｆはいずれか一方でもよい。

このような構成の表面実装振動子１は、第１実施形態と同様に、図示しない温度補償回路を有するセット基板に実装して使用される。このとき、第１実装端子１７ａ及び第２実装端子１７ｂに対応するセット基板の回路端子１９は第１実施形態の回路端子１９と同様に突出部１９ａを有する平面外形とする。

このような構成であれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、金属カバー４は、グランド電位となる一対の第５及び第６実装端子１７ｅ、１７ｆと電気的に接続するため、１つのグランド電位となる実装端子と電気的に接続する場合に比べて、より安定したシールド効果を発揮してＥＭＩ対策となる。さらに、発明の効果の欄でも記載したように、サーミスタ８の一対の表面実装端子１３は、夫々浮き端子である第１実装端子１７ａ、第２実装端子１７ｂに電気的に接続するため、グランド電位にする必要がない。したがって、このサーミスタ８と電気的に接続するセット基板上の温度補償回路の設計が容易になる。

（他の事項）
前記の各実施形態において、表面実装振動子１を、発振回路及び温度補償回路を有するＩＣチップ２０が搭載された実装基板２１に接合して温度補償型の水晶発振器を形成しても良い（第３図参照）。

本発明の第１実施形態を説明する表面実装振動子の図で、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は断面図、同図（ｃ）は底面図、同図（ｄ）は容器本体の平面図である。 本発明の第２実施形態を説明する表面実装振動子の図で、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は断面図、同図（ｃ）は底面図、同図（ｄ）は容器本体の平面図である。 本発明の他の形態を説明する表面実装振動子の組立断面図である。 一従来例を説明する表面実装振動子の図であり、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は容器本体の平面図、同図（ｃ）は水晶片の平面図である。 他の従来例を説明する温度補償水晶発振器の図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は厚膜チップサーミスタを用いた場合の側面図、同図（ｃ）は厚膜チップサーミスタを用いた場合の断面図である。

符号の説明

１ 表面実装振動子、２ 容器本体２、３ 水晶片、４ 金属カバー、５ 凹所、６ 回路端子、７ 実装端子、８ サーミスタ８、９ 導電性接着剤、１０ａ 励振電極、１０ｂ 引き出し電極、１１ 水晶保持端子、１２ 温度補償水晶発振器、１３ 表面実装端子、１４ 側面端子、１５ 金属リング、１６ 絶縁性接着剤、１７ 実装端子、１８ 電極貫通孔、１９回路端子、２０ ＩＣチップ、２１ 実装基板。

Claims (7)

1. 底壁及び枠壁からなる凹状とした矩形状の容器本体と、前記容器本体に収容された水晶片と、前記容器本体の開口端面に接合されて前記水晶片を密閉封入する金属カバーと、前記水晶片の動作温度を検出して長さ方向の両端側に表面実装端子を有するサーミスタとを備えた温度検出型の表面実装用水晶振動子において、前記サーミスタの長さ方向が前記容器本体の高さ方向に直交して前記容器本体の第１外側面に固着したことを特徴とする表面実装用水晶振動子。
2. 請求項１において、前記容器本体の外底面における前記第１外側面方向の一端部の両側にグランド電位となる第１実装端子及び浮き端子となる第２実装端子を形成し、前記容器本体の前記外底面における他端部の両側に前記水晶片に電気的に接続して水晶端子となる第３実装端子及び第４実装端子を形成した表面実装用水晶振動子。
3. 請求項２において、前記枠壁は絶縁性の素材からなり、前記第１実装端子は前記容器本体の枠壁に設けられた電極貫通孔によって前記金属カバーと電気的に接続した表面実装用水晶振動子。
4. 請求項２に記載した表面実装用水晶振動子のセット基板に対する実装方法において、前記セット基板に設けられた前記第１実装端子及び前記第２実装端子に対応する一対となる回路端子の平面外形に突出部があり、前記表面実装用水晶振動子を前記実装基板に実装した際に前記サーミスタの前記表面実装端子が夫々前記一対となる前記回路端子の前記突出部上に配置されることを特徴とする表面実装用水晶振動子のセット基板に対する実装方法。
5. 請求項１において、前記容器本体の外底面における前記第１外側面方向の一端部の両側に浮き端子となる第１実装端子及び第２実装端子を形成し、前記容器本体の前記外底面における他端部の両側に前記水晶片と電気的に接続して水晶端子となる第３実装端子及び第４実装端子を形成し、前記容器本体の前記外底面における前記一端部と前記他端部の間であって対向する辺縁部の少なくとも一方にグランド電位となる第５実装端子を形成した表面実装用水晶振動子。
6. 請求項５において、前記枠壁は絶縁性の素材からなり、前記第５実装端子は前記容器本体の枠壁に設けられた電極貫通孔によって前記金属カバーと電気的に接続した表面実装用水晶振動子。
7. 請求項５に記載した表面実装用水晶振動子のセット基板に対する実装方法において、前記セット基板に設けられた前記第１実装端子及び前記第２実装端子に対応する一対となる回路端子の平面外形に突出部があり、前記表面実装用水晶振動子を前記実装基板に実装した際に前記サーミスタの外底面に形成された一対の前記表面実装端子が夫々前記一対となる前記回路端子の前記突出部上に配置されることを特徴とする表面実装用水晶振動子のセット基板に対する実装方法。