JP2020072388A - 振動素子用の台座、振動子及び発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部からの振動の影響を抑えて耐振性を向上させ、位相雑音特性を良好にできると共に、衝撃への耐性を向上させることができる振動素子用の台座、振動子及び発振器を提供する。【解決手段】 水晶片２を搭載する搭載部１１と、搭載部１１の対向する２つの長辺の各々に平行に設けられ、パッケージ３内に形成された電極に接続する２つの接続部１４と、搭載部１１と接続部１４とを連結する連結部１３とを備え、その連結部１３が、段曲げを有するＺ型曲げ形状とした台座であり、その台座を用いた振動子及び発振器である。【選択図】 図２

Description

本発明は、振動素子を搭載する台座に係り、特に、外部からの振動への耐性を向上させ、位相雑音特性を良好にできる振動素子用の台座、振動子及び発振器に関する。

［従来の技術］
従来の水晶振動子では、パッケージ及びパッケージ外部からの水晶片に与える影響を抑制する構成として、主に水晶から成る台座（水晶台座）を用いる構成が知られている。
また、パッケージを表裏に凹部が形成されたＨ構造とし、表側に水晶片と水晶台座を搭載し、裏面に発振回路のＩＣ（Integrated Circuit）を搭載した水晶発振器がある。
パッケージの表面又は裏面に温度補償回路を設けた温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）がある。

［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特許第３０１７７５０号公報「水晶振動子」（特許文献１）、特許第４７１５２５２号公報「圧電振動子」（特許文献２）、特開２０１３−０９８６７８号公報「水晶振動子」（特許文献３）がある。

特許文献１には、保持用水晶板に振動子用水晶片を搭載する位置に凹部を形成し、その凹部によって形成される隙間で振動子用水晶片を確実に励振させ、振動子用水晶片の長手方向での熱によるストレスを発生させない水晶振動子が示されている。

特許文献２には、基板における熱膨張の影響を小さくするために、隙間を有するスプリング部を備える圧電振動子が示されている。
特許文献３には、温度変化に伴う水晶片の変形を防ぎ、良好な周波数温度特性が得られる構成の水晶振動子が示されている。

特許第３０１７７５０号公報 特許第４７１５２５２号公報 特開２０１３−０９８６７８号公報

しかしながら、従来の水晶振動子又は水晶発振器における水晶台座では、外部からの振動が水晶片に影響してしまい、その振動によって位相雑音特性が劣化するという問題点があった。

尚、特許文献１〜３には、セラミック等の基板と接触する電極部分の厚みを厚くし、水晶片を搭載する搭載部を薄くして基板から浮かせ、電極部分と搭載部を接続する部分を更に薄くして、外部からの振動への耐振動特性を向上させる構成の記載がない。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、外部からの振動の影響を抑えて耐振動特性を向上させ、位相雑音特性を良好にできると共に、衝撃への耐性を向上させることができる振動素子用の台座、振動子及び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、振動素子を搭載する振動素子用の台座であって、振動素子が搭載される搭載部と、搭載部において対向する二辺の各々に平行に設けられ、パッケージ内に形成された電極に接続する２つの接続部と、搭載部と接続部とを連結する連結部とを備え、当該連結部が、段曲げを有するＺ型曲げ形状であることを特徴とする。

本発明は、上記台座において、連結部の複数の段曲げを２段以上の偶数段としたことを特徴とする。

本発明は、上記台座において、接続部の厚みを、搭載部の厚みより厚くしたことを特徴とする。

本発明は、上記台座において、接続部を搭載部の短辺に平行に設け、連結部を搭載部の短辺の中央部分と接続部とを連結したことを特徴とする。

本発明は、振動子において、上記台座に振動素子を搭載し、パッケージ表面凹部に設置したことを特徴とする。

本発明は、上記振動子において、振動素子を中央部分の厚みに対して周囲部分の厚みを厚くしたことを特徴とする。

本発明は、発振器において、上記台座に振動素子を搭載し、パッケージ表面凹部に設置し、パッケージの裏面凹部に発振回路を搭載したことを特徴とする。

本発明は、上記発振器において、振動素子を中央部分の厚みに対して周囲部分の厚みを厚くしたことを特徴とする。

本発明によれば、振動素子が搭載される搭載部と、搭載部において対向する二辺の各々に平行に設けられ、パッケージ内に形成された電極に接続する２つの接続部と、搭載部と接続部とを連結する連結部とを備え、当該連結部が、段曲げを有するＺ型曲げ形状である振動素子用の台座としているので、外部からの振動が接続部に伝達されたとしても、連結部で吸収して搭載部への影響を小さくできる効果がある。

第１の台座の平面説明図である。 第１の台座とパッケージの断面説明図である。 第２の台座とパッケージの断面説明図である。 第３の台座の部分断面説明図である。

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台座（本台座）は、水晶片等の振動素子を搭載する搭載部と、搭載部の対向する二辺の各々に平行に設けられ、パッケージ内に形成された電極に接続する２つの接続部と、搭載部と接続部とを連結する連結部とを備え、当該連結部が、段曲げを有するＺ型曲げ形状であり、これにより、外部からの振動が接続部に伝達されたとしても、連結部で吸収して搭載部への影響を小さくし、位相雑音特性を良好にできるものである。

また、本発明の実施の形態に係る振動子は（本振動子）は、本台座に振動素子を搭載し、凹部を有するパッケージに台座を設置したものである。
また、本発明の実施の形態に係る発振器（本発振器）は、本振動子のパッケージの裏面凹部に発振回路を搭載したものである。

［第１の台座：図１、図２］
次に、本発明の実施の形態に係る第１の台座（第１の台座）について図１，２を参照しながら説明する。図１は、第１の台座の平面説明図であり、図２は、第１の台座とパッケージの断面説明図である。
第１の台座の本体１は、図１に示すように、搭載部１１と、連結部１３と、接続部１４とから基本的に構成され、搭載部１１と接続部１４とを連結部１３で連結している。

第１の台座は、例えば、耐熱プラスチック等の樹脂、ガラス、絶縁膜が表面にコーティングされた金属等の絶縁材料で形成される。
また、台座１は、水晶片２と同様の水晶（水晶片２と同じＡＴカットやＺ板）により形成してもよい。その場合、台座１と水晶片２の熱膨張係数は略等しく、温度変化に伴う応力は発生しないものである。
後述する第２、第３の台座でも同様の材料を用いるものとする。

搭載部１１は、長方形の形状で、水晶片２の振動素子が四隅の４箇所で導電性接着剤４にて搭載されている。
搭載部１１の２つの短辺に並行に２つの接続部１４が左右に形成され、それぞれの接続部１４と搭載部１１とを連結部１３で連結している。

つまり、搭載部１１の短辺の中央部分と接続部１４の長辺の中央部分が、連結部１３によって接続されている。
尚、第１の台座では、搭載部１１の短辺に連結部１３と接続部１４を形成する構成としたが、搭載部１１の長辺に連結部１３と接続部１４を形成した構成としてもよい。

そして、図２に示すように、搭載部１１の厚みに対して、接続部１４の厚みを厚くし、搭載部１１がパッケージ３の内側底面に接触しないようにしている。接続部１４は、当該底面に導電性接着剤５により固定され、その底面に形成された電極に接続している。

また、連結部１３は、図２に示すように、段曲げを有するＺ型曲げ形状であり、搭載部１１と接続部１４とを複数の段曲げされた状態で連結している。図２では、２段の段曲げで、階段状となっている。
そして、図２では、搭載部１１に接続する側の連結部１３の表面が、搭載部１１の表面と同じ高さの面となっており、途中で折り曲げられた形状で、接続部１４に接続する側の連結部１３の表面は、接続部１４の表面より低い位置で接続している。
尚、接続部１４に接続する側の連結部１３の裏面と搭載部１１の裏面とが同じ高さの面となっている。

このように、連結部１３を一直線の接続形状とはせず、Ｚ型曲げ形状としているのは、一直線の接続形状に比べて変形し易い構造とするためである。
それにより、外部からの振動が接続部１４に伝達されたとしても、連結部１３が変形して、その振動を吸収し、搭載部１１には伝達されないようになっている。

更に、連結部１３は、折り曲げられた形状であるが、その厚みは接続部１４及び搭載部１１の厚みより薄いものとなっている。
連結部１３の厚みが、折り曲げられているものの、搭載部１１の厚みより薄くなっていることで、外部からの振動を連結部１３が吸収するものとなっている。
尚、第１の台座の本体１は、一つの素材をエッチング等で削って一体に形成しており、連結部１３を折り曲げて形成しているわけではない。後述する第２，３の台座の本体も同様に形成するものである。

また、搭載部１１には対角に水晶片２の励振電極に接続する電極パターン１０ａ，１０ｂが形成されている。電極パターン１０ａ，１０ｂは、金等の薄膜で形成される。
電極パターン１０ａは、図１の搭載部１１の左下側から連結部１３の左下側を介して接続部１４の左下側まで形成され、連結部１３の側面及び底面、接続部１４の側面及び底面の一部にも電極パターンが形成されている。

電極パターン１０ｂは、図１の搭載部１１の右上側から連結部１３の右上側を介して接続部１４の右上側まで形成され、連結部１３の側面及び底面、接続部１４の側面及び底面の一部にも電極パターンが形成されている。
接続部１４の底面の電極パターン１０ａ，１０ｂがパッケージ３に形成された電極に導電性接着剤５を介して接続するようになっている。

水晶片２の表面及び裏面には、励振電極が形成され、搭載部１１の表面に形成された電極パターン１０ａ，１０ｂに導電性接着剤４で接続される。
尚、ここでは、台座に搭載される振動素子として、ＡＴカットの水晶片２からなる水晶共振子を用いたが、例えば、表面弾性波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）共振子、その他の圧電振動子等の発振素子（振動素子）を用いてもよい。

パッケージ３は、図２に示すように、凹形状の凹部を備え、第１の台座の接続部１４が搭載される。接続部１４の底面は、パッケージ３の内側底面に設置される基板の回路に接続している。

また、第１の台座を用いた本発振器は、発振回路（ＩＣ）がパッケージ３の裏面凹部に収納され、その凹部の底面（基板）に搭載される。
尚、当該ＩＣ以外の温度補償回路をパッケージ３の表面基板又は裏面基板に設けてもよい。温度補償回路を備えると、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）となる。

［第２の台座：図３］
次に、本発明の実施の形態に係る第２の台座（第２の台座）について図３を参照しながら説明する。図３は、第２の台座の断面説明図である。
第２の台座は、図３に示すように、連結部１３ａの形状が図２の連結部１３と異なっている。
具体的には、連結部１３ａは、図３に示すように、段曲げを有するＺ型曲げ形状で、搭載部１１と接続部１４とを複数の段曲げされた状態で連結している。図３では、２段の段曲げで、階段状となっている。

そして、図３では、接続部１４に接続する側の連結部１３ａの表面が、接続部１４の表面と同じ高さの面となっており、途中で折り曲げられて、搭載部１１に接続する側の連結部１３ａの表面は、搭載部１１の表面より低い位置で接続している。
尚、搭載部１１に接続する側の連結部１３ａの裏面と搭載部１１の裏面とが同じ高さの面となっている。

第２の台座によれば、外部からの振動が接続部１４から伝わっても、Ｚ型曲げ形状で厚みが薄い連結部１３ａが振動を吸収して厚みがある搭載部１１に伝達しないものとなっている。この効果は、第１の台座と同様である。

［第３の台座：図４］
次に、本発明の実施の形態に係る実施の形態の第３の台座（第３の台座）について図４を参照しながら説明する。図４は、第４の台座の部分断面説明図である。
第３の台座は、図４に示すように、連結部１３ｂが、複数のＺ型曲げ形状を組み合わせたものとなっている。
具体的には、連結部１３ｂには、段曲げが６箇所形成されている。

このように、複数の段曲げの箇所を連結部１３ｂに設けることで、外部からの振動が接続部１３に伝達しても、厚みが薄い連結部１３ｂが変形して振動を吸収し、厚みがある搭載部１１に外部からの振動を伝達しないものとなっている。
第３の台座は、第１，２の台座に比べて連結部１３ｂが外側に長くなるが、振動をより吸収する効果がある。

［水晶片の応用例］
次に、水晶片２の応用例を説明する。
上述したように、振動片の水晶片２は、平板であるが、中央部分に対して周囲部分を厚くした構造としてもよい。その場合、中央部分の薄い領域に励振電極を形成する。
水晶片２の周囲部分が厚い構造であると、その部分はたゆむことがないため、中央部分の薄い領域に外部からの振動を伝達させないようになっている。

応用例の形状としては、水晶片２の裏面（搭載部１１の表面側）中央に凹形状の凹部を形成するものや、水晶片２の表面中央に凹形状の凹部を形成するものや、水晶片２の表面と裏面の両方に凹形状の凹部を形成するものがある。
凹部の内側底面に励振電極が形成される中央部分となる。

水晶片２の応用例では、外部からの振動が搭載部１１に伝達されたとしても、水晶片２の周囲部分がたゆまない構造であるので、水晶片２の励振電極が形成された中央部分までは外部からの振動を伝達させないようになっている。

［実施の形態の効果］
第１〜３の台座によれば、水晶片２を搭載する搭載部１１と、搭載部１１の対向する２つの短辺の各々に平行に設けられ、パッケージ３内に形成された電極に接続する２つの接続部１４と、搭載部１１と接続部１４とを連結する連結部１３，１３ａ，１３ｂとを備え、その連結部１３，１３ａ，１３ｂが、段曲げを有するＺ型曲げ形状であるものとしているので、外部からの振動が接続部１４に伝達されたとしても、連結部１３，１３ａ，１３ｂで吸収して搭載部１１への影響を小さくし、位相雑音特性を良好にできる効果がある。

本発明は、外部からの振動の影響を抑えて耐振性を向上させ、位相雑音特性を良好にできると共に、衝撃への耐性を向上させることができる振動素子用の台座、振動子及び発振器に好適である。

１…台座の本体、 ２…水晶片、 ３…パッケージ、 ４，５…導電性接着剤、 １０ａ，１０ｂ…電極パターン、 １１…搭載部、 １３，１３ａ，１３ｂ…連結部、 １４…接続部

Claims (8)

1. 振動素子を搭載する振動素子用の台座であって、
   振動素子が搭載される搭載部と、
   前記搭載部において対向する二辺の各々に平行に設けられ、パッケージ内に形成された電極に接続する２つの接続部と、
   前記搭載部と前記接続部とを連結する連結部とを備え、
   当該連結部は、段曲げを有するＺ型曲げ形状であることを特徴とする台座。
2. 連結部の複数の段曲げを２段以上の偶数段としたことを特徴とする請求項１記載の台座。
3. 接続部の厚みを、搭載部の厚みより厚くしたことを特徴とする請求項１又は２記載の台座。
4. 接続部を搭載部の短辺に平行に設け、
   連結部を前記搭載部の短辺の中央部分と前記接続部とを連結したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の台座。
5. 請求項１乃至４記載の台座に振動素子を搭載し、パッケージ表面凹部に設置したことを特徴とする振動子。
6. 振動素子を中央部分の厚みに対して周囲部分の厚みを厚くしたことを特徴とする請求項５記載の振動子。
7. 請求項１乃至４記載の台座に振動素子を搭載し、パッケージ表面凹部に設置し、前記パッケージの裏面凹部に発振回路を搭載したことを特徴とする発振器。
8. 振動素子を中央部分の厚みに対して周囲部分の厚みを厚くしたことを特徴とする請求項７記載の発振器。