JP2014030079A

JP2014030079A - 圧電発振器

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Publication number: JP2014030079A
Application number: JP2012169242A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Hanaki; 哲也花木
Original assignee: Daishinku Corp
Current assignee: Daishinku Corp
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2014-02-13
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Also published as: JP6137442B2

Abstract

【課題】浮遊容量の発生を抑制するとともに安定した特性を有する圧電発振器を提供する。
【解決手段】圧電発振器は、多層からなる回路基板１に圧電振動子２と半導体集積回路素子３と他の電子部品が実装されることで発振回路が構成されている。最上層の基板上面１００の実装パターンは、圧電振動子と導電接合される４つの振動子用パッド５ａ、５ｂと、一対の振動子入出力用端子を含んでおり、隣接する一対の振動子用パッド５ａ，５ｂは、圧電振動片に形成された励振電極と電気的に接続されるとともに一対の振動子入出力用端子と隣接する位置に配され、前記４つの振動子用パッドのうち、少なくとも一対の振動子用パッド５ａ，５ｂが、基板下面の基準電位の導体パターンＧＰ１およびＧＰ２と平面視で重なっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、回路基板上に圧電振動子やその他の電子部品が実装された表面実装型の圧電発振器であって、電圧を制御することによって周波数を可変させることができる圧電発振器に関する。

光伝送機器や映像機器等に用いられる圧電発振器の一例として、例えばディスクリートタイプと呼ばれる水晶発振器がある。前記水晶発振器はセラミックなどの絶縁性材料からなる回路基板上に、水晶振動子とその他の電子部品を実装して発振回路を構成したものである。近年の各種電子機器の小型化要求により、前記ディスクリートタイプの水晶発振器においても小型化が求められるようになってきている。

ディスクリートタイプの水晶発振器では、例えば図９に示すように回路基板１’上の水晶振動子２が実装される領域に、水晶振動子の外部端子に対応した振動子用の端子（以下、振動子用パッドと略）が設けられている。図９では４つの振動子用パッド１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが平面視方形状に独立した状態で配置されており、水晶振動子の外底面に設けられる４つの外部端子と導電接合されるようになっている。

前記水晶振動子の内部には板状の水晶振動片が収容されており、当該水晶振動片の表裏には水晶振動片を駆動させるための励振電極が形成されている。この励振電極は水晶振動子の４つの外部端子のうち、出力用の２つの外部端子１２ｂ，１２ｃと電気的につながっている。ここで前記２つの外部端子１２ｂ，１２ｃは平面視略矩形状の水晶振動子の外底面に対して対角線上に配置されるのが一般的である。

従来の回路基板では、図９に示すように一対の振動子用パッド１２ｂ，１２ｃが、水晶振動子の前記入出力用の２つの外部端子と対応して回路基板１’の上面に対角線上に配置されている。当該入出力用の２つの振動子用パッドのうち、振動子入出力用端子４ａ，４ｂから遠い側に位置している振動子用パッド１２ｃまで配線ＤＰ１’を引き回す必要がある。しかし、配線ＤＰ１’の下方に基板を挟んで電極パターン等の導体が存在すると浮遊容量が発生する。前記浮遊容量の発生は負性抵抗値の減少や周波数可変量の低下を招来することになる。このような浮遊容量（寄生容量）の増大を抑制するために圧電振動子に関して、励振電極に電気的に接続された一対の外部端子を隣接する一辺側に配置した構成が特許文献１に開示されている。

しかしながら特許文献１では、ＩＣの近くに励振電極に電気的に接続した一対の外部端子を配置することはできるが、当該一対の外部端子と、発振器底面の外部端子との位置関係は明確にされておらず、例えば特許文献１の図９に示す発振器の構成はディスクリートタイプの構成とは異なるとともに、励振電極と接続された一対の外部端子は発振器底面の外部端子と平面視で重なる位置関係となっている。例えば、励振電極と接続された一対の外部端子が発振器底面の外部端子の入力電源端子と平面視で重なる位置関係にある場合は入力電源端子からのノイズ等の影響を受け易くなってしまうという問題が存在する。

また各種電子機器の実装基板には基準電位の導体パターン（以下、ＧＮＤパターンと略記）が形成されるが、圧電発振器が前記実装基板に実装されることによって次の問題が発生することがある。すなわち圧電発振器が前記実装基板に実装されることによって、前記ＧＮＤパターンと、圧電振動片の励振電極と電気的に接続された振動子用パッドとが平面視で重なる位置関係となってしまうことがある。そして前記振動子用パッドとＧＮＤパターンとの間には絶縁性材料である基板が存在するため浮遊容量が発生してしまう。当該浮遊容量の発生によって当初設定した特性（周波数可変量等）が変化し、所望の特性を得られないという問題が発生する。

特許３８４３９８３号

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、浮遊容量の発生を抑制するとともに安定した特性を有する圧電発振器を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために本発明は、回路基板上に圧電振動子と半導体集積回路素子と他の電子部品を実装して発振回路を構成してなる圧電発振器において、
前記回路基板が絶縁性材料からなる多層基板であり、少なくとも最下層の基板下面に基準電位の導体パターンを備え、
最上層の基板上面には圧電振動子と半導体集積回路素子と他の電子部品が実装される実装パターンが形成されてなり、
前記実装パターンは、圧電振動子と導電接合される４つの振動子用パッドと、一対の振動子入出力用端子を含み、
前記４つの振動子用パッドのうち、隣接する一対の振動子用パッドは、圧電振動片に形成された励振電極と電気的に接続されるとともに前記一対の振動子入出力用端子と隣接する位置に配され、
前記４つの振動子用パッドのうち、少なくとも前記一対の振動子用パッドが前記導体パターンと平面視で重なっている。

上記発明によれば、４つの振動子用パッドのうち、隣接する一対の振動子用パッドが圧電振動片に形成された励振電極と電気的に接続されるとともに一対の振動子入出力用端子と隣接する位置に配されているので、従来のように振動子入出力用端子から遠い側の振動子用パッドまで配線を引き回す必要がなくなる。これにより引き回し配線による浮遊容量の発生を抑制することができる。その結果、負性抵抗値の減少を抑制し、周波数可変量の低下を防止することができる。

上記発明によれば、基準電位の導体パターン（ＧＮＤパターン）が回路基板の少なくとも最下層の基板下面に形成されている。例えば前記ＧＮＤパターンを最下層の基板下面にのみ形成した場合は、前記励振電極と電気的に接続される一対の振動子用パッドと、ＧＮＤパターンの間の回路基板厚み方向の距離を最大化することができる。これによって前記一対の振動子用パッドとＧＮＤパターンとの平面視の重なりによる浮遊容量の発生量を抑制することができる。

また上記構成においてＧＮＤパターンを回路基板の最下層の下面だけでなく、回路基板の中間層にも形成してもよい。中間層にもＧＮＤパターンを形成する場合、例えば回路基板の最上層に実装されたＩＣ等の電子部品の一部と平面視で重なる位置に配置することによって次の効果を得ることができる。すなわち、ＩＣ等から発せられた熱を基板内部に形成されたビア等を介して下方へ伝導し、当該ビアと中間層および最下層のＧＮＤパターンとを接続することによって中間層にも熱を分散させることができる。その結果、回路基板全体の温度を均一化させやすくなり、熱応力による回路基板の反りを抑制することができる。また、回路基板の中間層にもＧＮＤパターンが存在することにより、最下層の基板下面のＧＮＤパターンで覆われていない領域を当該中間層のＧＮＤパターンで覆うことができるため電磁的シールド効果を向上させることができる。

また上記発明によれば、前記励振電極と電気的に接続される一対の振動子用パッドが、少なくとも最下層の基板下面に設けられたＧＮＤパターンと平面視で重なっているため、圧電発振器を各種電子機器等の外部基板に実装した後の圧電発振器の特性の変化を防止することができる。これは圧電発振器内で前記一対の振動子用パッドと、回路基板の最下層の基板下面（回路基板の底面）にあるＧＮＤパターンとが平面視で重なっていることによるものである。つまり、ＧＮＤパターンが一対の振動子用パッドの下方の層に形成されていたとしても平面視で重ならない位置関係にある場合、圧電発振器を外部基板に実装した際に一対の振動子用パッドと外部基板上の配線パターンとが平面視で重なったときは浮遊容量が発生してしまう。

これに対して本発明の構成であれば、外部基板への実装前の状態で既に前記一対の振動子用パッドと最下層の基板下面のＧＮＤパターンとが平面視で重なっているため、一対の振動子用パッドと外部基板の配線パターンとの平面視の重なりによる浮遊容量の増加を抑制することができる。その結果、浮遊容量の増加に伴う当初設定した圧電発振器の特性の変化を防止することができる。

また上記目的を達成するために、前記圧電振動子のパッケージが、圧電振動片が搭載される搭載部を当該パッケージの内部に有するとともに、４つの外部端子をパッケージの外底面に有し、前記４つの外部端子のうち、励振電極と電気的に接続される一対の外部端子は、前記搭載部からパッケージの外底面までの基材を貫く一対のビアの前記外底面側の端部上に形成されるとともに、励振電極と電気的に接続されない２つの外部端子よりも平面視の面積が小さく形成されてなり、前記隣接する一対の振動子用パッドが、前記一対の外部端子と対応した形状となっていてもよい。ここで「ビア」とは、基板表裏間を電気的に接続するために貫通孔の内部に導体が充填された周知のビア（Ｖｉａ）のことである。

上記発明によれば、浮遊容量の発生をさらに抑制することができる。これは励振電極と電気的に接続された一対の外部端子が、残り２つの外部端子よりも平面視の面積が相対的に小さく形成され、回路基板上の隣接する一対の振動子用パッドも前記一対の外部端子と対応した形状となっていることによる。したがって上記構成であれば前記一対の振動子用パッドとＧＮＤパターンとの平面視の重畳面積を、４つの振動子用パッドが同一面積で形成されている場合の重畳面積よりも小さくすることができる。これにより、前記重畳面積が減少することによって浮遊容量の発生を抑制することができる。

また上記発明によれば浮遊容量の抑制に加え、発振周波数が高周波化した際のスタブ（Ｓｔｕｂ）による信号への影響を軽減することができる。例えば、円筒状の一対のビアをパッケージの前記搭載部の下方の基材部分に貫通形成し、当該ビアの一端側を搭載部側に、他端側をパッケージの外底面側にそれぞれ露出させる。そしてこれらのビアの一端側に圧電振動片と導電接合される振動片搭載用端子を、ビアの他端側に入出力用外部端子をそれぞれ形成する。ここで前記振動片搭載用端子と入出力用外部端子とはビアの幅寸法と同程度の幅寸法で形成することが好ましい。一方、回路基板上の４つの振動子用パッドのうち、前記入出力用外部端子と導電接合される一対の振動子用パッドを入出力用外部端子の形状と対応した形状とする。これらの構成よって電気信号の回路基板厚み方向の経路が断面視で略同一直線となり、スタブによる信号への影響を軽減することができる。

上記発明において、ビアの平面視形状は円形のみならず他の形状であってもよい。またビアの断面視形状は方形状や台形状であってもよい。

また上記目的を達成するために、前記圧電振動子のパッケージの外側面の各角部にはパッケージの深さ方向に伸長する切り欠き部が形成され、圧電振動子の前記４つの外部端子のうち、少なくとも励振電極と電気的に接続された一対の外部端子が、前記ビアのパッケージ外底面側の端部上に形成され、かつ前記端部に近接する切り欠き部まで延出されていてもよい。

上記発明によれば、前記回路基板上への圧電振動子の半田等による接合強度を向上させることができる。これは少なくとも励振電極と電気的に接続された一対の外部端子がビアのパッケージ外底面側の端部上に形成され、かつ前記端部に近接する切り欠き部まで延出され、回路基板の隣接する一対の振動子用パッドが、圧電振動子の前記一対の外部端子と対応した形状となっていることによる。つまり前記隣接する一対の外部端子は切り欠き部まで導体が及んでいるため、圧電振動子を回路基板に半田で実装する際に前記切り欠き部への半田の這い上がりが形成されやすくなる。前記半田の這い上がりによって、相対的に面積が小さい前記一対の外部端子の接合強度を補うことができる。これにより、圧電振動子の回路基板上への接合に起因する応力の偏在化を抑制することができる。

上記構成に対して圧電振動子の４つの外部端子が平面視略同一面積で形成されている場合は、４つの外部端子の各々から各端子に近接する角部の切り欠き部まで延出してもよい。この場合、励振電極と電気的に接続されない２つの外部端子を基準電位とし、当該２つの外部端子からパッケージ（容器）の上面と接合される金属製の蓋までを電気的に接続してもよい。このように金属製の蓋と基準電位の外部端子を電気的に接続することにより、圧電振動子外部のノイズから保護することができる（電磁的シールド効果）。

以上のように、本発明によれば、浮遊容量の発生を抑制するとともに安定した特性を有する圧電発振器を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る水晶発振器の回路基板の上面模式図図１のＡ−Ａ線における断面模式図本発明の第１の実施形態に係る回路基板の中間層の上面模式図本発明の第１の実施形態を示す回路基板の上面模式図本発明の第２の実施形態に係る回路基板の上面模式図本発明の第２の実施形態に係る水晶振動子の断面模式図本発明の第２の実施形態に係る水晶振動子の下面模式図本発明の第３の実施形態に係る水晶振動子の下面模式図従来の水晶発振器の回路基板の上面模式図

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態においては圧電発振器としてディスクリートタイプの水晶発振器を例に挙げて説明する。なお本実施形態における水晶発振器で出力される発振周波数は基本波発振で３５０〜８００ＭＨｚとなっている。前記発振周波数は一例であり、当該発振周波数以外の周波数にも本発明は適用可能である。

−第１の実施形態−
本発明の第１の実施形態について図１乃至３を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る水晶発振器に用いられる回路基板の上面模式図であり、複数の電子部品が搭載されていない状態を表している。図２は図１のＡ−Ａ線における断面模式図となっている。

図１において回路基板１は下層１ａと上層１ｂの２つのセラミックグリーンシートが積層され（図２参照）、焼成によって一体成形されている。図１において回路基板１は平面視略矩形であり、その外形寸法は７．０ｍｍ×５．０ｍｍとなっている。なお、回路基板の基材としてセラミック以外にガラスエポキシ樹脂を用いてもよい。回路基板１の上面１００には金属導体からなる所定の実装パターンが形成されており、当該実装パターン上に水晶振動子２や集積回路素子３（ＩＣ）やその他の電子部品（周波数調整部材と電圧制御部材を構成するコイル、コンデンサ、抵抗、バリキャプダイオード等）が実装されることによって発振回路が構成される。本実施形態では前記実装パターンには金（Ａｕ）が用いられている。なお、図１では実装パターンのうち、水晶振動子が実装される振動子用パッド（５ａ〜５ｄ）と当該振動子用パッドと接続される一対の振動子入出力用端子（４ａ，４ｂ）と、ＩＣが実装されるＩＣ搭載用パッド（６）以外のパターンについては記載を省略している。図１において水晶振動子２および集積回路素子３を点線で表すとともに、他の電子部品が実装される領域の実装パターン４の概略の位置も点線で表している。

図１において回路基板１の上面１００の水晶振動子が実装される領域（点線で表示）には、４つの振動子用パッド５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが相互に形成されている。これら４つの振動子用パッドは水晶振動子の底面の４つの外部端子と対応するように、回路基板上に平面視矩形状に配置されている。４つの振動子用パッド５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは回路基板上面１００の他の実装パターンと一括同時に形成されており、回路基板側からタングステン、ニッケルメッキ、金メッキの順に積層されている。

前記４つの振動子用パッド５ａ〜５ｄのうち、一対の振動子用パッド５ａ，５ｂは、振動子パッド５ａ〜５ｄを４つの角部として形成される矩形の一短辺側に隣接して配置されている。そして隣接する一対の振動子用パッド５ａ，５ｂは、配線ＤＰ１，ＤＰ２を介して一対の振動子入出力用端子４ａ，４ｂとそれぞれ接続されている。ここで一対の振動子入出力用端子は、水晶振動子を励振させるための発振段を構成する実装パターンの一部となっており、水晶振動子に直列に接続される可変容量素子（バリキャップダイオード）に対する入出力のうちの一方の端子となっている（本実施形態では振動子入出力用端子４ａが出力用端子、振動子入出力用端子４ｂが入力用端子）。本実施形態では振動子入出力用端子４ａ，４ｂにはコイルが実装され、バリキャップダイオードに直列に接続されている。なお振動子入出力用端子に実装される電子部品はコイルだけでなく、コンデンサやバリキャップダイオード等であってもよい。

上記構成によれば、隣接する一対の振動子用パッド５ａ，５ｂが水晶振動片に形成された励振電極と電気的に接続されるとともに一対の振動子入出力用端子４ａ，４ｂと隣接する位置に配されているため、従来のように振動子入出力用端子４ａ，４ｂから遠い側の振動子用パッドまで配線を引き回す必要がなくなる。これにより引き回し配線による浮遊容量の発生を抑制することができる。その結果、負性抵抗値の減少を抑制し、周波数可変量の低下を防止することができる。

回路基板１は図２に示すように、回路基板の下層１ａの下面（回路基板の底面）に基準電位の導体パターン（以下、ＧＮＤパターンと略記）ＧＰ１が形成されている。そして積層間（上層１ｂと下層１ａとの境界）に基準電位の導体パターン（ＧＮＤパターン）ＧＰ２が形成されており、このＧＮＤパターンＧＰ１およびＧＰ２は、いずれもが一対の振動子用パッド５ａ，５ｂと平面視で重なる位置関係となっている（図３および図４を参照）。そしてＧＮＤパターンＧＰ１およびＧＰ２は回路基板内部に設けられたビアを介して電気機械的に接続されている。なお図３乃至４では説明の便宜上、平面視における振動子用パターン等とＧＮＤパターンの位置関係を明確にするために振動子用パターン，実装パターン，ＧＮＤパターン等を点線で表示している。

また上記構成において、ＧＮＤパターンは回路基板の最下層の下面だけでなく、中間層にも形成されている。中間層のＧＮＤパターンＧＰ２を、図３に示すように回路基板１の上面１００に実装されたＩＣ等の電子部品の一部と平面視で重なる位置に形成することによって次の効果が得られる。すなわち、ＩＣ等から発せられた熱を基板内部に形成されたビア（図示省略）を介して回路基板下方へ伝導し、当該ビアと接続されたＧＮＤパターンＧＰ１，ＧＰ２によって回路基板内部および回路基板底面に熱を分散させることができる。その結果、回路基板全体の温度を均一化させやすくなり、熱応力による回路基板１の反りを抑制することができる。また、回路基板の積層間にＧＮＤパターンが存在することによって、下層１ａの下面１１０のＧＮＤパターンＧＰ１で覆われていない領域をＧＮＤパターンＧＰ２で覆うことができるため、電磁的シールド効果を向上させることができる。

また図３乃至４において、水晶振動子の励振電極と電気的に接続される一対の振動子用パッド５ａ，５ｂが、ＧＮＤパターンＧＰ１，ＧＰ２と平面視で重なっているため、水晶発振器を各種電子機器の外部基板に実装した後の水晶発振器の特性の変化を防止することができる。これは水晶発振器内で既に振動子用パッド５ａ，５ｂと、回路基板の下層１ａの下面）にあるＧＮＤパターンＧＰ１とが平面視で重なっていることによるものである。

つまり、ＧＮＤパターンが振動子用パッド５ａ，５ｂの下方の層に形成されていたとしても平面視で重ならない位置関係にある場合は、水晶発振器を外部基板に実装した際に振動子用パッド５ａ，５ｂと外部基板上の配線パターンとが平面視で重なったときは浮遊容量が発生してしまう。

これに対して本発明の構成であれば、外部基板への実装前の状態で既に振動子用パッド５ａ，５ｂと最下層のＧＮＤパターンＧＰ１とが平面視で重なっているため、振動子用パッドと前記配線パターンとの平面視の重なりによる浮遊容量の増加を抑制することができる。その結果、浮遊容量の増加に伴う当初設定した水晶発振器の特性の変化を防止することができる。

本実施形態では図２のようにＧＮＤパターンを、下層１ａの下面と積層間の両方に形成した構成となっているが、下層１ａの下面だけに形成してもよい。また、本実施形態では回路基板は２層で構成されているが、２層以上で構成された回路基板にも本発明は適用可能である。この場合、最下層の基板下面だけでなく中間層にも振動子用パッド５ａ，５ｂと平面視で重なるＧＮＤパターンを形成してもよい。

中間層に振動子用パッド５ａ，５ｂと平面視で重なるＧＮＤパターンを設ける場合、回路基板の最上層に実装される複数の電子部品の一部を平面視で内包する面積で形成することにより、前述したシールド効果を向上させることができる。なお、ＧＮＤパターンと平面視で重なる振動子用パッドは振動子用パッド５ａ，５ｂだけでなくてもよい。例えば一対の振動子用パッド５ａ，５ｂに加え、励振電極と電気的に接続されていない残り振動子用パッド５ｃ，５ｄの一部もＧＮＤパターンと平面視で重なっていてもよい。

本実施形態では下層１ａの下面には、機能端子７ｆを除いたＧＮＤパターンＧＰ１の表面を覆う薄膜状の絶縁性保護膜が形成されている。当該絶縁性保護膜は絶縁性の樹脂材からなり、金属からなるＧＮＤパターンＧＰ１の表面を外部環境から保護する役割を担っている。なお本発明は下層１ａの下面に前記絶縁性保護膜が存在しない構成であってもよい。

なお、図４に示すように振動子用パッド５ａ〜５ｄのうち、励振電極と電気的に接続されない２つの振動子用パッド５ｃ，５ｄを基準電位とし、振動子用パッド５ｃ，５ｄが、最下層の基板１ａの下面１１０に設けられる６つの機能端子７ａ〜７ｆ（外部基板と導電接合される端子）のうち、電源用端子７ａと平面視で重なる配置とすることにより、電源用端子７ａからの入力電流に含まれるノイズを低減することができる。なお本実施形態では下層１ａの下面のＧＮＤパターンＧＰ１は接地用端子７ｆとつながっており、平面視ではアルファベットの「Ｌ」字状に形成されている。

−第２の実施形態−
本発明の第２の実施形態について、図５乃至７を参照しながら第１の実施形態との相違点を中心に説明する。図５は本発明の第２の実施形態に係る水晶発振器に用いられる回路基板の上面模式図である。図５では説明の便宜上、４つの振動子用パッド８ａ〜８ｄのみを実線で表示している。水晶振動子が実装される領域と、回路基板１１の下層１１ａの下面に形成されたＧＮＤパターンＧＰ１および電源用端子７ａはそれぞれ点線で表示し、ＩＣや他の電子部品が実装される実装パターンの記載は省略している。なお第１の実施形態と同様の構成については説明を割愛する。

本実施形態において回路基板１２は、下層基板１１ａと上層基板１１ｂの２層で構成されている。そして入出力用の端子である一対の振動子用パッド８ａ，８ｂの形状は平面視で円形となっている（図５参照）。振動子用パッド８ａ，８ｂは他の振動子用パッド８ｃ，８ｄよりも平面視の面積が小さく形成されており、配線ＤＰ３，ＤＰ４を介して振動子入出力用端子４ａ，４ｂと電気的に接続されている。

一対の振動子用パッド８ａ，８ｂは水晶振動片の励振電極と電気的に接続される入出力用の端子であり、回路基板１１の下層１１ａの下面のＧＮＤパターンＧＰ１と平面視で重なった状態となっている。なお図５において表示は省略しているが、回路基板１１の下層１１ａと上層１１ｂとの積層間にもＧＮＤパターン（ＧＰ２）が形成されており、当該ＧＮＤパターンも振動子用パッド８ａ，８ｂと平面視で重なるように配置されている。

一方、振動子用パッド８ｃ，８ｄについては第１の実施形態と同様に基準電位となっており、振動子用パッド８ｃは最下層の基板１１ａの下面の電源用端子７ａと平面視で重なる位置関係となっている。このような位置関係により、電源用端子７ａからの入力電流に含まれるノイズを低減することができる。

次に前述した４つの振動子用パッド８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ上に実装される水晶振動子２０について図６乃至７を用いて説明する。水晶振動子２０は略直方体形状となっており、図６に示す内部構造となっている。すなわち、上部に凹部２６を有するパッケージ（容器）２１の内部に、水晶振動片２３が収容され、パッケージ２１の上面に金属性の蓋２２を封止部材を介して接合することによって水晶振動片が気密封止された構造となっている。なお図６は図７のＢ−Ｂ線における断面模式図となっている。

図６において水晶振動片２３はＡＴカットされた平面視矩形状の水晶振動板であり、水晶振動板の表裏主面には一対の励振電極（図示省略）が対向して形成されている。そして前記励振電極は図示しない引出電極を経由して水晶振動片の一短辺側へ導出されている。

パッケージ２１はセラミック等の絶縁性材料を基材とする箱状の容器であり、凹部２６の内底面２６０には搭載部２５が設けられている。搭載部２５には振動片搭載用端子２６ａ，２６ｂが一対で形成されており、振動片搭載用端子２７ａ，２７ｂ上に金属バンプや導電性接着剤等の接合部材２４を介して水晶振動片２３の一端側が片持ち支持されるようになっている。

振動片搭載用端子２７ａ，２７ｂの直下には、搭載部２５から当該搭載部と対向するパッケージの外底面２８０までの基材部分を貫く一対のビアＶ，Ｖが形成されている。ここでビアＶは、内底面２６０と外底面２８０の間の基材を貫く略円筒状の貫通孔の内部に金属が充填された構造となっている。なお前記ビアの形状は円筒形に限定されるものではない。例えば断面視で円錐形状であってもよい。

図７においてパッケージ（容器）の外底面２８０の角部近傍には４つの外部端子９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄが形成されている。本実施形態におけるこれら４つの外部端子のうち、後述する水晶振動片に形成された励振電極と電気的に接続された一対の外部端子９ａ，９ｂは、基準電位の他の外部端子９ｃ，９ｄよりも平面視の面積が小さく形成されている。また外部端子９ａ，９ｂは平面視円形となっており、他の外部端子９ｃ，９ｄは平面視方形状となっている。つまり入出力用の端子となる一対の外部端子９ａ，９ｂは、他の外部端子９ｃ，９ｄに対して異形で、かつ小さく形成されている。

ビアＶの両端部の内、内底面２６０側の端部には前述の振動片搭載用端子２７ａ，２７ｂが形成され、ビアの外底面２８０側の端部には一対の外部端子９ａ，９ｂが形成されている（図６参照）。平面視円形の一対の外部端子９ａ，９ｂは、ビアＶの直径よりも僅かに大きくなる程度の大きさで形成されている。

本実施形態では振動片搭載用端子２７ａ（２７ｂ）と入出力用外部端子９ａ（９ｂ）と、回路基板の振動子用パッド８ａ（８ｂ）とが平面視で重畳するととともに略同一の面積となっている。なお外部端子９ａ，９ｂは、他の外部端子９ｃ，９ｄに対して著しく小さく形成されている。具体的には本実施形態では方形状の９ｃ（９ｄ）の短辺寸法０．７ｍｍに対して、９ａ（９ｂ）の直径はφ０．３５ｍｍとなっている。

上記発明によれば、浮遊容量の発生を抑制することができる。これは励振電極と電気的に接続された一対の外部端子９ａ，９ｂが、他の外部端子９ｃ，９ｄよりも平面視の面積が相対的に小さく形成され、回路基板上の一対の振動子用パッド８ａ，８ｂも外部端子９ａ，９ｂと対応した形状となっていることによる。したがって上記構成であれば振動子用パッド８ａ，８ｂとＧＮＤパターンＧＰ１，ＧＰ２との平面視の重畳面積を、入出力用の振動子用パッドが他の振動子用パッドと同一面積（方形）で形成されている場合よりも小さくすることができる。前記重畳面積が減少することによって浮遊容量の発生を抑制することができる。

一方、凹部内底面２６０の搭載部２５から離間した部位にも同様にビアＶが一対で形成されている。外部端子９ｃ，９ｄは、前記ビアと壁面導体２９等を経由して最終的に金属性の蓋２２と電気的に接続されている。このように金属製の蓋と基準電位の外部端子を電気的に接続することにより、水晶振動子外部のノイズから保護することができる。

本発明の第２の実施形態によれば、浮遊容量の抑制に加え、発振周波数が高周波化した際のスタブによる信号への影響を軽減することができる。これは前記構成の水晶振動子の振動片搭載用端子および入出力用外部端子と、回路基板の振動子用パッドとが平面視で重畳しているとともに略同一の形状および面積であるため、電気信号の回路基板厚み方向の経路が断面視で略同一直線となり、スタブによる信号への影響を軽減することができるからである。

−第３の実施形態−
本発明の第３の実施形態について、図８を参照しながら第２の実施形態との相違点を中心に説明する。図８は本発明の第３の実施形態に係る回路基板に搭載される水晶振動子の底面を上方から見た模式図である。本実施形態における回路基板（図示省略）は、振動子用パッド（図５における８ａ，８ｂ）に係る構成を除いて第２の実施形態と同一となっている。本実施形態において入出力用の振動子用パッドは平面視円形であるが、図５における配線ＤＰ３，ＤＰ４以外に入出力用の一対の振動子用パッドからそれぞれ外側に引き出された配線が形成されている（図示省略）。この配線は後述する水晶振動子の入出力用外部端子の形状と対応した形状となっている。

図８において水晶振動子３０は第２の実施形態と同様に略直方体形状であり、水晶振動子３０の外底面３００には４つの外部端子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが形成されている。本実施形態ではパッケージ３１の外側面の各角部にパッケージの深さ方向に伸長する切り欠き部（所謂キャスタレーション）Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が形成されている。外部端子１０ａ，１０ｂは水晶振動片の励振電極と電気的に接続されており、一対のビア（図示省略）のパッケージ外底面側の端部から、導出部Ｌ１，Ｌ２を経由して切り欠き部Ｃ１，Ｃ２まで延出されている。

上記構成によれば、回路基板上への水晶振動子３０の半田等による接合強度を向上させることができる。これは励振電極と電気的に接続された一対の外部端子１０ａ，１０ｂがビアのパッケージ外底面側の端部上に形成され、かつ前記端部に近接する切り欠き部Ｃ１，Ｃ２まで延出され、回路基板の入出力用の一対の振動子用パッドが一対の外部端子１０ａ，１０ｂと対応した形状となっていることによる。つまり外部端子１０ａ（１０ｂ）は切り欠き部Ｃ１，Ｃ２まで導体が及んでいるため、水晶振動子３０を回路基板に半田で実装する際に切り欠き部Ｃ１，Ｃ２への半田の這い上がりが形成されやすくなる。前記半田の這い上がりと導出部への半田の接合によって、相対的に面積が小さい外部端子１０ａ，１０ｂの接合強度を補うことができる。これにより、水晶振動子の回路基板上への接合に起因する応力の偏在化を抑制することができる。なお上記構成は、本実施形態のように水晶振動子の入出力用の一対の外部端子の面積が、他の２つの外部端子の面積に比べて著しく小さい場合に特に効果的である。

前述した第３の実施形態において、４箇所の切り欠き部のうち、少なくとも１つの切り欠き部をパッケージの外側面の各角部の上下方向全体に及ぶように形成してもよい。つまり励振電極と電気的に接続されない基準電位の外部端子を、切り欠き部を経由してパッケージ上面まで延出形成し、導電性の封止部材を介して金属製の蓋と電気的に接続してもよい。このように金属製の蓋と基準電位の外部端子を電気的に接続することにより、水晶振動子外部のノイズから保護することができる。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

圧電発振器の量産に適用できる。

１、１１回路基板
１ａ、１１ａ下層基板
１ｂ、１１ｂ上層基板
２、２０、３０水晶振動子
４ａ，４ｂ振動子入出力用端子
５、８振動子用パッド（回路基板）（５ａ〜５ｄ、８ａ〜８ｄ）
９、１０外部端子（水晶振動子）（９ａ〜９ｄ、１０ａ〜１０ｄ）
ＧＰ１、ＧＰ２基準電位導体パターン
Ｖビア

Claims

回路基板上に圧電振動子と半導体集積回路素子と他の電子部品を実装して発振回路を構成してなる圧電発振器において、
前記回路基板が絶縁性材料からなる多層基板であり、少なくとも最下層の基板下面に基準電位の導体パターンを備え、
最上層の基板上面には圧電振動子と半導体集積回路素子と他の電子部品が実装される実装パターンが形成されてなり、
前記実装パターンは、圧電振動子と導電接合される４つの振動子用パッドと、一対の振動子入出力用端子を含み、
前記４つの振動子用パッドのうち、隣接する一対の振動子用パッドは、圧電振動片に形成された励振電極と電気的に接続されるとともに前記一対の振動子入出力用端子と隣接する位置に配され、
前記４つの振動子用パッドのうち、少なくとも前記一対の振動子用パッドが前記導体パターンと平面視で重なっていることを特徴とする圧電発振器。
前記圧電振動子のパッケージが、圧電振動片が搭載される搭載部を当該パッケージの内部に有するとともに、４つの外部端子をパッケージの外底面に有し、
前記４つの外部端子のうち、励振電極と電気的に接続される一対の外部端子は、
前記搭載部からパッケージの外底面までの基材を貫く一対のビアの前記外底面側の端部上に形成されるとともに、励振電極と電気的に接続されない２つの外部端子よりも平面視の面積が小さく形成されてなり、
前記隣接する一対の振動子用パッドが、前記一対の外部端子と対応した形状となっていることを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。
前記圧電振動子のパッケージの外側面の各角部にはパッケージの深さ方向に伸長する切り欠き部が形成され、圧電振動子の前記４つの外部端子のうち、少なくとも励振電極と電気的に接続された一対の外部端子が、前記ビアのパッケージ外底面側の端部上に形成され、かつ前記端部に近接する切り欠き部まで延出されていることを特徴とする請求項２に記載の圧電発振器。