JP2012205094A - 水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 水晶振動子のリード端子と回路基板との熱膨張係数の差によって起こる導通不良を防止でき、耐ヒートサイクル性能を向上させることができる発振器を提供する。
【解決手段】 ハーメチックベース２に水晶片１０が搭載され、カバー１が付されてハーメチックベース２からリード端子３が引き出された水晶振動子が、基板５上に搭載され、基板５の一方の面にはパターン配線６が形成されると共に、基板５にはリード端子３に対応する位置に貫通孔が形成され、基板５の貫通孔に水晶振動子のリード端子３が挿入された状態で基板５の他方の面とハーメチックベース２とが接着剤８で固定され、基板５の一方の面に突出したリード端子３に、電線材９の一端が接続され、電線材９の他端がパターン配線６に接続される発振器である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガラスエポキシ樹脂の回路基板に水晶振動子が搭載される水晶発振器に係り、特に、水晶振動子のリード端子と回路基板のパターン配線との接続で導通不良の発生を抑え、耐ヒートサイクル性能を向上させた水晶発振器に関する。

［従来の水晶発振器：図４］
従来、水晶発振器において、ガラスエポキシ樹脂を回路基板に使用したものがある。
従来の水晶発振器について図４を参照しながら説明する。図４は、従来の水晶発振器の断面説明図である。
従来の水晶発振器は、図４に示すように、ガラスエポキシ樹脂を回路基板（基板）５上に、カバー１、ハーメチックベース２、リード端子３、水晶片１０を有する円柱形の水晶振動子が搭載される。

カバー１は、水晶片１０を覆うように形成されている。
ハーメチックベース２は、スチール又はステンレス製で、水晶片１０を搭載する。
ハーメチックベース２には、リード端子３を貫通させる貫通孔が形成されている。貫通孔の周囲はガラス４で形成されている。

リード端子３は、ハーメチックベース２の貫通孔を貫通して水晶片１０の電極に接続している。
更に、リード端子３は、基板５に形成された貫通孔に差し込まれる。
基板５の貫通孔の周辺にはパターン配線６が形成されており、リード端子３と半田７で接続、固定されるようになっている。これにより、水晶振動子が基板５に固定される。

［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特開平０６−３３７２２９号公報「温度検出素子及び応用素子」（株式会社トーキン）［特許文献１］、特開平０８−１７０９１７号公報「角度センサ」（日本電装株式会社）［特許文献２］がある。

特許文献１には、薄膜感温抵抗素子が超弾性合金線材によってステム上に保持され、薄膜感温抵抗素子の電極部はステムに保持されたリード線と細線によって電気的に接続されることが示されている。

特許文献２には、音叉型振動子が基台の表面に対向する面を除く面に、圧電素子が形成され、それら圧電素子とリードピンとが金属細線にて接続される角速度センサが示されている。

特開平０６−３３７２２９号公報 特開平０８−１７０９１７号公報

しかしながら、上記従来の発振器では、円柱形の水晶振動子を使用した構成において、水晶振動子のリード端子と回路基板との熱膨張係数の差から、ヒートサイクルが生じる使用環境において実装半田に歪みが集中し、半田にクラックが生じるという問題点があった。
部品の性能から水晶振動子の種類を変更できない水晶発振器もあり、円柱型水晶振動子を使用しなければならない場合も多い。

特に、恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ：Oven Controlled Crystal Oscillator）では、電源のオン／オフが繰り返される使用環境では周囲温度から恒温槽制御温度（例えば８５℃）までの温度変化が、電源オン／オフ毎に加わるため、半田にクラックが生じ、長期信頼性に問題があった。

尚、特許文献１，２では、水晶振動子のハーメッチクベースと基板とを接着剤で固定しつつ、基板の貫通孔にリード端子が挿入され、突出したリード端子を基板裏面でパターン配線に電線材で接続することにより、リード端子と基板との熱膨張係数の差によって起こる導通不良を防止することについては考慮されていない。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、水晶振動子のリード端子と回路基板との熱膨張係数の差によって起こる導通不良を防止でき、耐ヒートサイクル性能を向上させることができる発振器を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、ハーメチックベースに水晶片が搭載され、カバーが付されてハーメチックベースからリード端子が引き出された水晶振動子が、基板上に搭載される発振器であって、基板の一方の面にはパターン配線が形成されると共に、基板にはリード端子に対応する位置に貫通孔が形成され、基板の貫通孔に水晶振動子のリード端子が挿入された状態で基板の他方の面とハーメチックベースとが接着剤で固定され、基板の一方の面に突出したリード端子に、電線材の一端が接続され、電線材の他端がパターン配線に接続されていることを特徴とする。

本発明は、上記発振器において、電線材の一端は、リード端子に巻き付けられて半田で固定され、電線材の他端は、パターン配線に半田で固定されていることを特徴とする。

本発明は、上記発振器において、水晶振動子にベース端子が設けられ、基板にはベース端子に対応する位置に貫通孔が形成されると共に、貫通孔の周辺にパターン配線が形成され、基板の貫通孔に水晶振動子のベース端子が挿入された状態で、基板の一方の面から貫通孔周辺のパターン配線とベース端子とが半田で固定されていることを特徴とする

本発明は、上記発振器において、水晶振動子にベース端子が設けられ、基板にはベース端子に対応する位置に貫通孔が形成されると共に、ベース端子に対応するパターン配線が基板の一方の面に形成され、基板の一方の面に突出したベース端子に、電線材の一端が接続され、電線材の他端がパターン配線に接続されていることを特徴とする。

本発明は、上記発振器において、電線材の一端が、ベース端子に巻き付けられて半田で固定され、電線材の他端が、パターン配線に半田で固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、ハーメチックベースに水晶片が搭載され、カバーが付されてハーメチックベースからリード端子が引き出された水晶振動子が、基板上に搭載される発振器であって、基板の一方の面にはパターン配線が形成されると共に、基板にはリード端子に対応する位置に貫通孔が形成され、基板の貫通孔に水晶振動子のリード端子が挿入された状態で基板の他方の面とハーメチックベースとが接着剤で固定され、基板の一方の面に突出したリード端子に、電線材の一端が接続され、電線材の他端がパターン配線に接続される発振器としているので、水晶振動子のリード端子と基板との熱膨張係数の差によって起こる導通不良を防止でき、耐ヒートサイクル性能を向上させることができる効果がある。

第１の発振器の断面説明図である。 第２の発振器の断面説明図である。 第３の発振器の断面説明図である。 従来の水晶発振器の断面説明図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る発振器は、ハーメチックベースに水晶片が搭載され、カバーが付されてハーメチックベースからリード端子が引き出された水晶振動子が、基板上に搭載される発振器であり、更に、基板の一方の面にはパターン配線が形成されると共に、基板にはリード端子に対応する位置に貫通孔が形成され、基板の貫通孔に水晶振動子のリード端子が挿入された状態で基板の他方の面とハーメチックベースとが接着剤で固定され、基板の一方の面に突出したリード端子に、電線材の一端が接続され、電線材の他端がパターン配線に接続されるものであり、水晶振動子のリード端子と基板との熱膨張係数の差によって起こる導通不良を防止でき、耐ヒートサイクル性能を向上させることができるものである。

［第１の発振器：図１］
本発明の第１の実施の形態に係る発振器（第１の発振器）について図１を参照しながら説明する。図１は、第１の発振器の断面説明図である。
第１の発振器は、図１に示すように、ガラスエポキシ樹脂を回路基板（基板）５上に、カバー１、ハーメチックベース２、リード端子３、水晶片１０を有する円柱形の水晶振動子が搭載される。

基板５のガラスエポキシ樹脂の材質として、ＣＥＭ−３（Composite Epoxy Material 3）又はＦＲ−４（Flame Retardant Type 4）等を用いる。
ＣＥＭ−３は、ガラスエポキシ基板のことで、ガラス繊維とエポキシ樹脂を混合した板をベースとしたものである。
ＦＲ−４は、ガラスエポキシ基板のことで、ガラス繊維で編んだ布にエポキシ樹脂を含浸させた板をベースにしたものである。

カバー１は、水晶片１０を覆うように形成されている。
ハーメチックベース２は、スチール又はステンレス製で、水晶片１０を搭載する。
また、ハーメチックベース２には、リード端子３を貫通させる貫通孔が形成され、その貫通孔の周囲はガラス４で形成されている。

リード端子３は、ハーメチックベース２の貫通孔を貫通して水晶片１０の電極に接続している。図１では、２本のリード端子３を示している。
更に、リード端子３は、基板５に形成された貫通孔に差し込まれる。

基板５の貫通孔は、リード端子３の直径より大きく形成されており、リード端子３が基板５に挿入できるようになっている。
そして、ハーメチックベース２は、接着剤８により基板５に固定される。
接着剤８は、絶縁性の接着剤であり、リード端子３の部分を除いて基板５とハーメチックベース２の接触面全体に塗布される。

基板５の裏面（水晶振動子が搭載される面とは反対側の面）にパターン配線６が形成されており、リード端子３に巻き付けた電線材９がパターン配線６に接続している。
また、電線材９のリード端子３に巻き付けた部分（一方の端部）は半田７で固定され、更に、電線材９の他方の端部もパターン配線６に半田７で固定されている。
そして、電線材９によるリード端子３とパターン配線６との接続は、実際の距離よりも長い線を用いて余裕をもたせている。

第１の発振器は、図４で示した従来の発振器と比べて、基板５のパターン配線６にリード端子３が半田を介して接続せず、余裕を持った長さの電線材９で接続するようにしているので、リード端子３と基板５との熱膨張係数の差があっても、リード端子３とパターン配線６とが導通不良となることがない。

［第１の発振器の製造方法］
第１の発振器は、基板５の裏面にパターン配線６を形成し、基板５に必要な貫通孔を形成しておく。
そして、水晶振動子のハーメチックベース２と基板５との間の部分に接着剤８を塗布して、貫通孔に水晶振動子のリード端子３を挿入して水晶振動子と基板５を接着・固定する。
更に、基板５の裏面に突出したリード端子３に電線材９を巻き付け、他端を基板５の裏面に形成されたパターン配線６に接続し、電線材９とパターン配線６を半田７で固定すると共に、電線材９とリード端子３の接続部分を半田７で固定する。

［第２の発振器：図２］
本発明の第２の実施の形態に係る発振器（第２の発振器）について図２を参照しながら説明する。図２は、第２の発振器の断面説明図である。
第２の発振器は、図２に示すように、基本的には第１の発振器と同様であり、相違するのは、水晶振動子にベース端子１１が設けられている点である。

ベース端子１１は、水晶振動子をグランドレベルに接続するための端子であり、通常、ハーメチックベース２に溶接されている。
ベース端子１１は、水晶振動子の周波数特性に影響が少ない端子であるため、基板５の貫通孔の周辺に形成されたパターン配線６に半田７を介して接続している。

第２の発振器は、ハーメチックベース２に溶接されたベース端子１１を基板５の貫通孔の周辺に形成されたパターン配線６に半田７で固定・接続しているので、ハーメチックベース２の中央部分で水晶振動子を基板５に早く強固に接着・固定できるものである。

［第２の発振器の製造方法］
第２の発振器は、基板５の裏面にパターン配線６を形成し、基板５に必要な貫通孔を形成しておく。また、ベース端子１１に対応する貫通孔の周辺にもパターン配線６を形成しておく。
そして、水晶振動子のハーメチックベース２と基板５との間の部分に接着剤８を塗布して、貫通孔に水晶振動子のリード端子３とベース端子１１を挿入して水晶振動子と基板５を接着・固定する。

更に、基板５の裏面からベース端子１１が貫通した貫通孔周辺を半田７で固定し、ベース端子１１をパターン配線６に接続する。
そして、基板５の裏面に突出したリード端子３に電線材９を巻き付け、他端を基板５の裏面に形成されたパターン配線６に接続し、電線材９とパターン配線６を半田７で固定すると共に、電線材９とリード端子３の接続部分を半田７で固定する。

［第３の発振器：図３］
本発明の第３の実施の形態に係る発振器（第３の発振器）について図３を参照しながら説明する。図３は、第３の発振器の断面説明図である。
第３の発振器は、図３に示すように、基本的には第２の発振器と同様であり、相違するのは、ベース端子１１と基板５のパターン配線６との接続を、リード端子３と同様の構成にした点である。

つまり、第３の発振器では、ベース端子１１を基板５の貫通孔に挿入し、貫通させ、基板５の裏面に突出したベース端子１１に電線材９の一端を巻き付け、電線材９の他端を、余裕を持たせてパターン配線６に接続している。
電線材９のベース端子１１への巻き付け部分とパターン配線６への接続部分は、半田７で接続している。

第３の発振器は、第２の発振器と比べて、ベース端子１１がリード端子３と同様の方法でパターン配線６に接続しているので、同一の工程で製造することができ、製造を容易にできるものである。
更に、ベース端子１１についても、ベース端子１１と基板５との熱膨張係数の差があっても、ベース端子１１とパターン配線６とが導通不良となることがない。

［第３の発振器の製造方法］
第３の発振器は、基板５の裏面にパターン配線６を形成し、基板５に必要な貫通孔を形成しておく。
そして、水晶振動子のハーメチックベース２と基板５との間の部分に接着剤８を塗布して、貫通孔に水晶振動子のリード端子３及びベース端子１１を挿入して水晶振動子と基板５を接着・固定する。
更に、基板５の裏面に突出したリード端子３及びベース端子１１に電線材９を巻き付け、他端を基板５の裏面に形成されたパターン配線６に接続し、電線材９とパターン配線６を半田７で固定すると共に、電線材９とリード端子３の接続部分、電線材９とベース端子１１の接続部分を半田７で固定する。

［実施の形態の効果］
第１の発振器によれば、基板５のパターン配線６にリード端子３が、余裕を持った長さの電線材９で接続するようにしているので、リード端子３と基板５との熱膨張係数の差があっても、リード端子３とパターン配線６とが導通不良となることがなく、耐ヒートサイクル性能を向上できる効果がある。

第２の発振器によれば、第１の発振器の効果に加えて、ハーメチックベース２に溶接されたベース端子１１を基板５の貫通孔の周辺に形成されたパターン配線６に半田７で固定・接続しているので、ハーメチックベース２の中央部分で水晶振動子を基板５に早く強固に接着・固定できる効果がある。

第３の発振器によれば、第１の発振器の効果に加えて、ベース端子１１がリード端子３と同様の方法でパターン配線６に接続しているので、同一の工程で製造することができ、製造を容易にできる効果があり、更に、ベース端子１１についても、ベース端子１１と基板５との熱膨張係数の差があっても、ベース端子１１とパターン配線６とが導通不良とならない効果がある。

第１〜３の発振器は、ＯＣＸＯに適用することで、より効果的である。

本発明は、水晶振動子のリード端子と回路基板との熱膨張係数の差によって起こる導通不良を防止でき、耐ヒートサイクル性能を向上させることができる発振器に好適である。

１...カバー、 ２...ハーメチックベース、 ３...リード端子、 ４...ガラス、 ５...基板、 ６...パターン配線、 ７...半田、 ８...接着剤、 ９...電線材、 １０...水晶片、 １１...ベース端子

Claims (5)

1. ハーメチックベースに水晶片が搭載され、カバーが付されて前記ハーメチックベースからリード端子が引き出された水晶振動子が、基板上に搭載される発振器であって、
   前記基板の一方の面にはパターン配線が形成されると共に、前記基板には前記リード端子に対応する位置に貫通孔が形成され、
   前記基板の貫通孔に前記水晶振動子のリード端子が挿入された状態で前記基板の他方の面と前記ハーメチックベースとが接着剤で固定され、
   前記基板の一方の面に突出したリード端子に、電線材の一端が接続され、前記電線材の他端が前記パターン配線に接続されていることを特徴とする発振器。
2. 電線材の一端は、リード端子に巻き付けられて半田で固定され、前記電線材の他端は、パターン配線に半田で固定されていることを特徴とする請求項１記載の発振器。
3. 水晶振動子にベース端子が設けられ、
   基板には前記ベース端子に対応する位置に貫通孔が形成されると共に、前記貫通孔の周辺にパターン配線が形成され、
   前記基板の貫通孔に前記水晶振動子のベース端子が挿入された状態で、前記基板の一方の面から前記貫通孔周辺のパターン配線と前記ベース端子とが半田で固定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の発振器。
4. 水晶振動子にベース端子が設けられ、
   基板には前記ベース端子に対応する位置に貫通孔が形成されると共に、前記ベース端子に対応するパターン配線が前記基板の一方の面に形成され、
   前記基板の一方の面に突出したベース端子に、電線材の一端が接続され、前記電線材の他端が前記パターン配線に接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の発振器。
5. 電線材の一端が、ベース端子に巻き付けられて半田で固定され、前記電線材の他端が、パターン配線に半田で固定されていることを特徴とする請求項４記載の発振器。

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