JP2011009973A - 表面実装用の水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】一主面の回路パターンと底面電極との電気的な分断を回避し、セット基板への実装時に半田にボイドが形成されにくくて接合強度を高め、セット基板における表面実装発振器の搭載面積を表面実装発振器の平面面積にすることが可能な表面実装発振器を提供する。
【解決手段】水晶振動子２及び少なくとも発振回路をなす回路素子３が回路基板４の一主面に形成され、回路基板４の他主面に実装端子としての底面電極５が形成された表面実装用の水晶発振器１において、回路基板４を貫通する貫通孔１４が底面電極５の領域内に形成され、貫通孔１４の内周には底面電極５と電気的に接続する周面電極１５が形成された構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明はディスクリート素子を主とした表面実装用の水晶発振器（以下、表面実装発振器とする）を技術分野とし、特に十分な強度でセット基板へ実装できる表面実装発振器に関する。

（発明の背景）
表面実装発振器はセット基板に対する自動実装を可能にすることから、周波数や時間の基準源として各種の電子機器に広く用いられている。このようなものの一つに、回路基板に水晶振動子及び発振回路をなす回路素子等のディスクリート部品を接合して、凹状とした金属蓋でこれらのディスクリート部品を覆った表面実装発振器がある。この表面実装発振器は発振回路等を１チップ化したものに比較して発振特性を良好にできるため、高安定・高品質な周波数源が必要とされる環境で用いられる。

（従来技術の一例、特許文献１参照)
第４図〜第６図は一従来例を説明する表面実装発振器の図で、第４図（ａ）は表面実装発振器の断面図、第４図（ｂ）は底面図、第５図は、セラミックグリーンシートの平面図、第６図は表面実装発振器をセット基板に実装したときの断面図である。

表面実装発振器１は、水晶振動子２及び発振回路をなす回路素子３が矩形状とした回路基板４の一主面に配設される。そして、凹状の金属蓋６が水晶振動子２と回路素子３とを覆ってなる。

水晶振動子２は、凹部を有するセラミックの容器本体（不図示）に水晶片（不図示）を収容して金属蓋（不図示）で密閉封入してなる。回路素子３は例えば発振用増幅器としてのトランジスタを含んでディスクリート部品とし、複数の回路素子３を電気的に接続して発振回路等を形成する。回路基板４は、例えばセラミックやガラスエポキシからなり、水晶振動子２と回路素子３とを電気的に接続する図示しない導電路が一主面に形成される。

回路基板４の他主面には、対向する一組の長辺に接して実装端子(外部端子)となるそれぞれ３つの底面電極５が形成される。そして、回路基板４における他主面の外周縁であって底面電極５と接する部分と、回路基板４の一主面とを結ぶ切欠部７が回路基板４の側面に形成される。切欠部７の内周には電極が形成されて端面電極８となる。また、底面電極５と端面電極８とは電気的に接続する。そして、端面電極８は、発振回路等を形成する一主面の回路パターン（導電路）と電気的に接続する。なお、底面電極（実装端子）５は少なくとも電源、出力、アース端子を有する。

回路基板４がセラミックの場合、底面電極５及び端面電極８は、例えば銀、銀−白金、銀−パラジウム等の銀系導体や銅導体とする。回路基板４がガラスエポキシの場合、底面電極５は、例えば銅の表面に金メッキをして形成する。また、金属蓋６はアースとなる底面電極５に電気的に接続し、シールド効果を奏してＥＭＩ対策となる。なお、金属蓋６は開口端から爪等が突出して半田を用いて回路基板４に接合される。

次に、回路基板４をセラミックとした場合を例にして底面電極５及び端面電極８の形成方法を第５図により説明する。先ず、セラミックグリーンシート９に端面電極用貫通孔１０を形成する。次に、セラミックグリーンシート９に例えば銀系導体を印刷して金属膜を形成する。このとき、端面電極用貫通孔１０の内周にも銀系導体の金属膜が形成される。次に、セラミックグリーンシート９を焼成して、分割線Ｘ−Ｘ、Ｙ−Ｙに沿って分割する。これにより、底面電極５及び端面電極８が設けられた回路基板４が形成される。

なお、端面電極用貫通孔１０が回路基板４の切欠部７になり、端面電極用貫通孔１０における内周の金属膜が端面電極８となる。また、セラミックグリーンシート９の主面（回路基板４の他主面になる面）に形成された金属膜が底面電極５となる。回路基板４をガラスエポキシとする場合は、接着剤等による銅薄膜の貼り付け後に金メッキをすることで回路基板４に底面電極５及び端面電極８を形成する。

このような表面実装発振器１はリフロー法でセット基板１１に実装される（第６図参照）。具体的には、あらかじめペースト状の半田１２をセット基板１１のランドパターン１３に合わせて印刷等で付着させておいた後、半田１２上に表面実装発振器１を載置し、セット基板１１をリフロー炉に搬入する。そして、リフロー炉内を通過する間の熱によって基板上の半田１２が溶融され、表面実装発振器１がセット基板１１に半田付けされて搭載される。

特開２００５−２６０６００号公報

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の表面実装発振器１では、水晶振動子２や回路素子３と底面電極５との電気的接続が分断されやすいという問題があった。すなわち、上記の通り、回路基板４を形成するときは、例えばセラミックグリーンシート９を分割する。このとき、Ｙ−Ｙ分割線が端面電極用貫通孔１０を通っている（第５図参照）。

このため、Ｙ−Ｙ分割線に沿って分割するとき、端面電極用貫通孔１０の内周に形成された端面電極８となる金属膜に応力が加わる。よって、端面電極８となる金属膜と回路基板４との固着強度が弱くなる。したがって、表面実装発振器１をセット基板１１に実装した後に、表面実装発振器１に何らかの外力が加わった場合、端面電極８の一部が剥がれる等して電気的に分断されやすい。

また、表面実装発振器１とセット基板１１との接着強度が低くなるという問題があった。すなわち、表面実装発振器１をセット基板１１に実装すると、底面電極５と密着する半田１２の上面が回路基板４に対面して覆われる。したがって、半田１２の加熱過程で生じた半田内部の気泡が外部に逃げられず、半田１２にボイド（欠陥、空洞）が形成されやすい。したがって、表面実装発振器１とセット基板１１との接合強度が低くなる。

さらに、セット基板１１における表面実装発振器１の搭載面積を、表面実装発振器１の平面面積より大きくする必要があり、セット基板１１の小型化を妨げる一因となる問題があった。すなわち、半田１２の溶融確認や接着強度を高めるために回路基板４の側面には這い上がり部となる半田フィレット用の端面電極８を形成する。しかし、半田フィレットを形成するためには、ランドパターン１３を表面実装発振器１における切欠部７の外側に延出する必要がある（第６図Ａ参照）。したがって、セット基板１１に切欠部７の前記延出部分の面積を確保する必要があり、実装密度が低下する。

（発明の目的）
本発明は、一主面の回路パターンと底面電極との電気的な分断を回避し、セット基板への実装時に半田にボイドが形成されにくくて接合強度を高め、セット基板における表面実装発振器の搭載面積を表面実装発振器の平面面積にすることが可能な表面実装発振器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、水晶振動子及び少なくとも発振回路をなす回路素子が回路基板の一主面に形成され、前記回路基板の他主面に実装端子としての底面電極が形成された表面実装用の水晶発振器において、前記回路基板を貫通する貫通孔が前記底面電極の領域内に形成され、前記貫通孔の内周には前記底面電極と電気的に接続する周面電極が形成された構成とする。

このような構成であれば、例えばセラミックグリーンシートを分割して回路基板を形成するときに、分割線を周面電極から離間させることができるため、周面電極は分割時に生じる応力の影響を回避できる。したがって、周面電極と回路基板との固着強度を維持できるので、表面実装発振器をセット基板に実装した後に、表面実装発振器に何らかの外力が加わった場合でも、周面電極が剥離（断線）することがない。したがって、水晶振動子及び回路素子を接続して発振回路等を形成する一主面の回路パターンと底面電極との電気的分断を回避できる。

また、表面実装発振器の底面電極を半田の加熱溶融によってセット基板に実装した場合には、半田は貫通孔内を侵入して全内周を這い上がるので接合面積が増加する。また、半田の加熱過程で生ずる半田内部の気泡は、貫通孔による一主面の開放端から抜けやすくなる。したがって、半田にはボイドが形成されにくくなるので、表面実装発振器とセット基板との接合強度を確保できる。

さらに、表面実装発振器をセット基板に実装したときの半田は底面電極の貫通孔内を這い上がり外側面には形成されない。したがって、ランドパターンを底面電極の面積と基本的に同じ面積にできる。したがって、セット基板における表面実装発振器の搭載面積を表面実装発振器の平面面積と同じにし、例えば実装密度を高められる。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記回路基板は矩形状であり、一対の長辺に沿ってそれぞれ３つの底面電極が形成された構成とする。これにより、表面実装発振器の構成を明確にする。

本発明の実施例を説明する表面実装発振器の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は底面図である。 本発明の実施例を説明するセラミックグリーンシートの平面図である。 本発明の実施例を説明する表面実装発振器をセット基板に実装したときの断面図である。 一従来例を説明する表面実装発振器の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は底面図である。 一従来例を説明するセラミックグリーンシートの平面図である。 一従来例を説明する表面実装発振器をセット基板に実装したときの断面図である。

第１図〜第３図は本発明の実施例を説明する表面実装発振器の図で、第１図（ａ）は表面実装発振器の断面図、第１図（ｂ）は底面図、第２図は、セラミックグリーンシートの平面図、第３図は表面実装発振器をセット基板に実装したときの断面図である。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。

表面実装発振器１は、水晶振動子２及び発振回路をなす回路素子３が矩形状とした回路基板４の一主面に配設される。そして、凹状の金属蓋６が水晶振動子２と回路素子３とを覆ってなる。

水晶振動子２は、凹部を有するセラミックの容器本体（不図示）に水晶片（不図示）を収容して金属蓋（不図示）で密閉封入してなる。回路素子３は例えば発振用増幅器としてのトランジスタを含んでディスクリート部品とし、複数の回路素子３を電気的に接続して発振回路等を形成する。回路基板４は、例えばセラミックやガラスエポキシからなり、水晶振動子２と回路素子３とを電気的に接続する図示しない導電路が一主面に形成される。

回路基板４の他主面には、対向する一組の長辺に沿って実装端子(外部端子)となるそれぞれ３つの底面電極５が形成される。そして、回路基板４を貫通する貫通孔１４が底面電極５の中央部に形成される。貫通孔１４の内周には底面電極５と電気的に接続する周面電極１５が形成される。そして、周面電極１５は、発振回路等を形成する一主面の回路パターン（導電路）と電気的に接続する。なお、底面電極（実装端子）５は少なくとも電源、出力、アース端子を有する。

次に、回路基板４をセラミックとした場合を例にして底面電極５及び周面電極１５の形成方法を第２図により説明する。先ず、セラミックグリーンシート９に貫通孔１４を形成する。次に、セラミックグリーンシート９に例えば銀系導体を印刷して底面電極５となる金属膜を形成する。このとき、貫通孔１４の内周にも周面電極１５となる銀系導体の金属膜が形成される。次に、セラミックグリーンシート９を焼成して、分割線Ｘ−Ｘ、Ｙ−Ｙに沿って分割する。これにより、底面電極５及び周面電極１５が設けられた回路基板４が形成される。

このような構成であれば、例えば、第２図に示すようにセラミックグリーンシート９を分割して回路基板４を形成するときに、分割線Ｘ−Ｘ、Ｙ−Ｙを周面電極１５から離間させることができるため、周面電極１５は分割時に生じる応力の影響を回避できる。したがって、周面電極１５と回路基板４との固着強度を維持できるので、表面実装発振器１をセット基板１１に実装した後に、表面実装発振器１に何らかの外力が加わった場合でも、周面電極１５が剥離（断線）することがない。したがって、水晶振動子２及び回路素子３を接続して発振回路等を形成する一主面の回路パターンと底面電極との電気的分断を回避できる。

また、表面実装発振器１の底面電極５を半田１２の加熱溶融によってセット基板１１に実装した場合には、半田１２は貫通孔１４内を侵入して全内周を這い上がるので接合面積が増加する。また、半田１２の加熱過程で生ずる半田内部の気泡は、貫通孔１４による一主面の開放端から抜けやすくなる。したがって、半田１２にはボイドが形成されにくくなるので、表面実装発振器１とセット基板１１との接合強度を確保できる。

さらに、表面実装発振器１をセット基板１１に実装したときの半田１２は底面電極５の貫通孔１４内を這い上がり外側面には形成されない。したがって、ランドパターン１３を底面電極５の面積と基本的に同じ面積にできる。したがって、セット基板１１における表面実装発振器１の搭載面積を表面実装発振器１の平面面積と同じにし、例えば実装密度を高められる。

（他の事項）
上記実施例では全てディスクリート部品で発振回路等を形成しているが、発振回路が集積化されたＩＣを用いる表面実装発振器に本発明を適用してもよい。また、水晶の温度変化に伴う周波数変化を補償する温度補償回路を有する温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）や、水晶の温度を一定に保つ制御回路を有する恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ）にも本発明を適用できることはもちろんである。

１ 表面実装発振器、２ 水晶振動子、３ 回路素子、４ 回路基板、５ 底面電極、６ 金属蓋、７ 切欠部、８ 端面電極、９ セラミックグリーンシート、１０ 端面電極用貫通孔、１１ セット基板、１２ 半田、１３ ランドパターン、１４ 貫通孔、１５ 周面電極。

Claims (2)

1. 水晶振動子及び少なくとも発振回路をなす回路素子が回路基板の一主面に形成され、前記回路基板の他主面に実装端子としての底面電極が形成された表面実装用の水晶発振器において、
   前記回路基板を貫通する貫通孔が前記底面電極の領域内に形成され、前記貫通孔の内周には前記底面電極と電気的に接続する周面電極が形成されたことを特徴とする表面実装用の水晶発振器。
2. 請求項１において、前記回路基板は矩形状であり、一対の長辺に沿ってそれぞれ３つの底面電極が形成された表面実装用の水晶発振器。