JP3101996B2 - 表面実装型圧電発振器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は小型の表面実装型圧
電発振器に関し、特に電子機器への搭載後の熱ひずみ対
策を考慮するとともに、低背化についても考慮された表
面実装型圧電発振器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の小型化に伴い、水晶振動子等
の圧電振動子を用いた圧電発振器はその全高が低くかつ
プリント配線基板上に高密度に実装されることが要求さ
れ、しかもその実装は自動機によって行うことが要求さ
れている。この要求に応えるべく電子部品を薄型でリー
ドレス化したチップタイプとする動きが急となってい
た。図７に示すようなチップタイプの表面実装型水晶発
振器９は、金属製のキャンを用いたハーメチックシール
した水晶振動子等の電子部品に較べて、全高を始めとす
る体積を小さくすることができる。図７において、表面
実装型水晶発振器９は、水晶振動板搭載部９ａとＩＣチ
ップ収納部９ｂを有するセラミック製のパッケージ９２
内に、励振電極形成されたＡＴカットの水晶振動板９１
と、ＩＣ（集積回路）チップ等の回路部品９４を収納し
て構成され、セラミック製のキャップ９３をこれら水晶
振動板等に被覆し、ガラス等の封止材で気密封止を行っ
ていた。ＩＣチップには、水晶振動板以外の電子部品
（インバータ、コンデンサ、帰還抵抗等）がＩＣ化され
ており、最近においては水晶振動板とＩＣチップのみで
圧電発振回路を構成している場合が多い。このような場
合、図７に示すようにＩＣチップをパッケージに収納
し、ボンディングワイヤーＷでパッケージに形成された
引出電極と電気的に接続していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述のガラスを用いた
気密封止は、比較的気密性が高く、電極等に有害なガス
の発生が少ない等の利点を有している。しかしながらガ
ラス材は接合材として用いる温度が比較的高く、低融点
ガラスを用いたとしても４００゜Ｃで１〜２時間程度の
処理温度、時間が必要であった。一方、ＩＣチップはこ
のような環境での使用は想定していない場合が多く、高
温処理を行った場合、ＩＣチップに電気的特性の変化が
生じることがあった。また、ＩＣチップの例えばアルミ
ニウム電極と電気的に接続される金のボンディングワイ
ヤーの接続部分Ｃにおいて、高温の影響でアルミニウム
と金の合金層が形成されることがあり、このような合金
層が形成されると接続部分が機械的にもろくなることが
あり、接続の信頼性を低下させていた。また、樹脂によ
る封止、半田による封止においてもＩＣチップの電極に
有害なガスが発生することがあった。さらに、ボンディ
ングワイヤーの撓み部分が、水晶発振器の高さ方向に延
びているために、水晶振動板の励振電極との接触を避け
る目的で水晶振動板とＩＣチップ等との間隔をある程度
確保する必要があった。このような構成は低背化する際
の障害になっていた。

【０００４】また、このようなチップ形の圧電発振器に
おいて、外部導出電極９５はセラミックパッケージに印
刷形成されており、この発振器を電子機器等の基板に搭
載し、当該部分にて半田付けを行うが、周囲温度の変動
による各構成部分の膨張収縮の応力や基板の分割時の応
力が、半田付け部分やセラミックパッケージに直接加わ
り、半田付け部分のクラック発生による導通不良やセラ
ミックパッケージ自体や気密封止用のガラスの割れによ
る気密不良が発生することがあった。

【０００５】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、回路素子等の電気的特性の悪化させず、あ
るいは素子との接続状態を悪化させにくくするととも
に、低背化に適し、かつ熱ひずみによる導通不良、気密
不良の発生しない表面実装型圧電発振器を提供すること
を目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、表面実装型圧
電発振器において、チップ形圧電振動子の部分と、リー
ド端子付きの発振回路部分とを別々に作製し、所望の電
気的特性に合致した組み合わせにより両者を電気的機械
的に接続した構成としている。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明による表面実装型圧電発振
器の実施の形態として次のような構成があげられる。請
求項１に記載されているように、セラミックスからな
り、表面及び内部に必要な電極配線を施すとともに下面
に外部導出電極を形成した基台と、この基台の表面に配
線された電極に、電気的機械的に接続される励振電極の
形成された圧電振動板と、前記基台表面の圧電振動板を
被覆し、接合材により気密的に封止されるキャップを具
備するチップ型圧電振動子部と、この圧電振動子部と所
望の発振回路を構成する回路素子と、この回路素子を搭
載するとともに、前記圧電振動子部の外部導出電極と電
気的に接合される電極パッド部と、外部との接続を行う
外部導出端子とを有するリードフレームと、前記回路素
子部分のリードフレーム部分が樹脂モールドされた樹脂
形成部を具備する発振回路部とからなり、前記圧電振動
子部の外部導出電極と前記発振回路部の電極パッド部を
導電接続してなる構成である。

【０００８】このような構成により、圧電振動子部分と
発振回路部分とを分離した構成であるので、圧電振動子
の製造に係る熱処理（例えばガラス封止）の影響を発振
回路側に与えることがなくなる。また、逆にＩＣの設置
に係る接合材からのガスの放出等の影響を圧電振動子側
に与えることがない。さらにチップ型の圧電振動子を採
用しているので、全体として薄型が実現できるととも
に、発振回路部に形成された外部導出端子により、設置
する基板とのひずみを緩和することができる。

【０００９】また、請求項２に示すように、チップ型圧
電振動子部と発振回路部に互いに嵌合する凹凸部を設け
た構成としてもよい。あるいは請求項３に示すように、
圧電振動子部の外周形状に対応した凹形の樹脂形成部を
有する発振回路部を用い、この凹形の樹脂形成部に圧電
振動子部の少なくとも下方部を収納した構成としてもよ
い。

【００１０】このような構成により、チップ型圧電振動
子部と発振回路部の接続に係る位置決めが容易になり、
製造効率の向上が見込める。

【００１１】さらに請求項４に示すように、発振回路部
に圧電振動子部の電気的特性を温度補償する温度補償回
路を組み込み、圧電振動子部の電気的特性を補償した構
成としてもよい。

【００１２】このような構成により、圧電振動子の電気
的特性に対応した発振回路部を組み合わせることがで
き、最適な組み合わせの温度補償型圧電発振器を得るこ
とができる。

【００１３】

【実施例】次に、本発明について表面実装型の水晶発振
器を例にとり、図面を参照して説明する。 第１の実施例 図１は本発明による第１の実施例を示す表面実装型水晶
発振器の分解斜視図であり、図２は図１について圧電振
動子部と発振回路部を分離した状態のＡ−Ａ断面図であ
るが、一部外部導出端子を点線で記載している。表面実
装型水晶発振器は圧電振動子部と発振回路部からなり、
これらを重ね合わせて一体的に構成される。

【００１４】圧電振動子部の構成 圧電板である水晶振動板１はＡＴカット水晶板を矩形状
に形成してなり、厚みすべり振動を行わしめるようその
表裏面の中央部分に励振電極１１，１２（裏面について
は図示せず）が形成されている。これら励振電極から
は、水晶振動板の長手方向一方端に引出電極１１ａ，１
２ａ（裏面については図示せず）が導出されている。水
晶振動板をその上部に搭載する基台２はセラミックスを
積層形成してなり、その内部に必要な電極配線が施さ
れ、その一部が後述する電極パッド、外部導出端子とし
て露出している。この基台の上部には水晶振動板を搭載
する電極パッド２１，２２，２３が形成され、電極パッ
ド２１，２２を通じて、水晶振動板に電気信号が入力さ
れる。また、この基台の側面には切り欠き２ａ，２ｂ
（一部図示せず）が設けられ、ここに外部導出電極２
４，２５（一部図示せず）が引き出されている。基台の
底面中央部分には後述の発振回路部の凸部６１と嵌合す
る凹部４が板厚方向に設けられている。なお、キャップ
３はセラミックスからなり、振動空間を確保する逆凹部
３１を有する構成となっており、低融点ガラスＧにて基
台と気密的に接合されている。

【００１５】発振回路部の構成 発振回路部は、全体としてリードフレーム５とこのリー
ドフレームに搭載される少なくとも１つの回路素子７と
これら回路素子部分を含んで被覆される樹脂６とからな
る。リードフレーム５は、外部と接続される４つの外部
導出端子５１，５２，５３，５４と、前述の樹脂の表面
に露出する電極パッド５５，５６と回路素子設置部分５
７とからなり、各外部導出端子は搭載される基板との間
に発生するひずみを緩衝する作用を有するよう、屈曲形
成されている。電極パッド５５，５６は圧電振動部を重
ね合わせた際、それぞれ前述の外部導出電極２４，２５
の一と対応するように設計されている。リードフレーム
の回路素子搭載部に設置される回路素子は集積回路（Ｉ
Ｃ）７であり、ボンディングワイヤーＷ等にて必要な電
気的接続がなされている。この回路素子は必要に応じ
て、複数個の素子を採用してもよい。この回路素子を含
んでリードフレームの一部を樹脂モールドするととも
に、表面には前述の圧電振動子部の凹部と嵌合する凸部
６１が設けられている。なお、電極パッド５５，５６は
樹脂形成された発振回路部の表面に露出している。

【００１６】このような圧電振動子部と発振回路部と
を、前述の凹部、凸部を嵌合させることにより接合し、
かつ外部導出電極２４，２５と電極パッド５５，５６と
をそれぞれ導電性接合材で電気的機械的接合する。この
ような構成により、圧電振動子部分と発振回路部分とを
分離した構成であるので、圧電振動子の製造に係る熱処
理（例えばガラス封止）の影響を発振回路側に与えるこ
とがなくなる。また、逆にＩＣ設置に係る接合材からの
ガスの放出等の影響を圧電振動子側に与えることがな
い。さらにチップ型の圧電振動子を採用しているので、
全体として薄型が実現できるとともに、発振回路部に形
成された外部接続リードにより、設置する基板とのひず
みを緩和することができる。なお、上記説明において、
圧電振動子部のパッケージ材料として、セラミックス材
料を例示して説明したが、樹脂材料等の絶縁材料を用い
てもよい。また、パッケージの構成についても、基台の
形状を全体として凹形状とし、その開口部分に周状の金
属リングを形成し、金属性のキャップにて溶接接合する
構成であってもよい。

【００１７】第２の実施例 図３は本発明による第２の実施例を示す短辺方向側面図
である。第１の実施例とほとんどの部分において同じ構
成であるので、一部説明は省略するとともに、同番号を
用いて説明する。なお、以降の実施例についても同様と
する。発振回路部の電極パッド５７，５８を伸長形成し
た構成としてもよい。これにより圧電振動子部と発振回
路部を組み立てた後においても、圧電振動子部単体の電
気的特性を測定することができ、不具合発生時の調査を
容易にすることができる。また、電極パッドが伸長形成
されていることにより、導電性接合材Ｓの塗布状況を明
確に確認することができる。

【００１８】第３の実施例 図４は本発明による第３の実施例を示す側面図である。
圧電振動部には２以上の凹部４１，４２が設けられ、発
振回路部にも２以上の凸部６２．６３が設けられてお
り、これらを嵌合させることにより両者の接合を行う。
複数箇所の位置決めによる固定であるので、接合時の位
置精度向上が見込める。

【００１９】第４の実施例 図５，図６は本発明による２つの第４の実施例を示す側
面図である。図５に記載の実施例は、発振回路部の表面
には圧電振動子部の外周形状に対応した凹部６４が樹脂
形成により設けられており、この凹部内に電極パッドが
設けられ、圧電振動子部との電気的接合を行っている。
また、図６に記載の実施例は、発振回路部の下部に凹部
６５を設け、この部分に圧電振動子部を下方から挿入設
置する構成となっている。また、リードフレームの外部
導出端子は発振回路部の側面上部から導出する構成であ
り、また回路素子７も圧電振動子部の横に配置する構成
となっている。いずれの実施例も圧電振動子部の設置が
容易になる利点を有している。特に、圧電振動子部に薄
型のものを用いた場合、外部導出端子と搭載される基板
との距離が小さくなりすぎ、外部導出端子による緩衝作
用が充分に得られないことがあるが、このような場合、
図６に示す構成であると充分な緩衝作用を得ることがで
きる。

【００２０】第５の実施例 上記各構成において、発振回路部に圧電振動子部の電気
的特性を温度補償する温度補償回路を組み込み、圧電振
動子部の電気的特性を補償した構成としてもよい。例え
ばＡＴカット水晶振動子は、通常の使用温度付近におい
て、３次曲線で表される周波数温度特性を示したり、１
次近似曲線で表される周波数温度特性を示したりする。
このような複数種に区別できる周波数温度特性を有する
水晶振動子に対して、これを適切に温度補償するように
した温度補償回路素子の組み合わせを用意しておき、水
晶振動子の特性に合わせて、発振回路部を提供すること
により、実用的な温度補償型の圧電発振器を得ることが
できる。温度補償回路素子としてはサーミスタ、コンデ
ンサ、抵抗等があるが、これらを圧電振動子部の特性に
対応させた回路構成、定数を選択すればよい。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、圧電振動子部分と発振
回路部分とを分離した構成であるので、圧電振動子の製
造に係る熱処理（例えばガラス封止）の影響を発振回路
側に与えることがなくなる。また、逆にＩＣ設置に係る
接合材からのガスの放出等の影響を圧電振動子側に与え
ることがない。さらにチップ型の圧電振動子を採用して
いるので、全体として薄型が実現できるとともに、発振
回路部に形成された外部接続リードにより、設置する基
板とのひずみを緩和し、熱ひずみによる導通不良、気密
不良の発生を防止することができる。よって、表面実装
型圧電発振器の信頼性を向上させることができる。

【００２２】また、請求項２，３に示すように、チップ
型圧電振動子部と発振回路部を嵌合する構成により、チ
ップ型圧電振動子部と発振回路部の接続に係る位置決め
が容易になり、製造効率の向上が見込める。

【００２３】さらに請求項４に示すように、発振回路部
に圧電振動子部の電気的特性を温度補償する温度補償回
路を組み込み、圧電振動子部の電気的特性を補償した構
成とすることにより、圧電振動子の電気的特性に対応し
た発振回路部を組み合わせることができ、実用的な組み
合わせの温度補償型圧電発振器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による表面実装型圧電発振器の第１の実
施例を示す分解斜視図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】第２の実施例を示す図。

【図４】第３の実施例を示す図。

【図５】第４の実施例を示す図。

【図６】第４の実施例を示す図。

【図７】従来例を示す図。

【符号の説明】

１，８１ 圧電振動板（水晶振動板） ２，９ 基台 ３，９１ キャップ ４，４１，４２，６４，６５ 凹部 ５ リードフレーム ６ 樹脂 ６１，６２，６３ 凸部 ７ 回路素子

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁板からなり、表面及び内部に必要な
   電極配線を施すとともに下面に外部導出電極を形成した
   基台と、この基台の表面に配線された電極に、電気的機
   械的に接続される励振電極の形成された圧電振動板と、
   前記基台表面の圧電振動板を被覆し、接合材により気密
   的に封止されるキャップを具備するチップ型圧電振動子
   部と、 この圧電振動子部と所望の発振回路を構成する回路素子
   と、この回路素子を搭載するとともに、前記圧電振動子
   部の外部導出電極と電気的に接合される電極パッド部
   と、外部との接続を行う外部導出端子とを有するリード
   フレームと、前記回路素子部分のリードフレーム部分が
   樹脂モールドされた樹脂形成部を具備する発振回路部と
   からなり、 前記圧電振動子部の外部導出電極と前記発振回路部の電
   極パッド部を導電接続してなる表面実装型圧電発振器。
2. 【請求項２】 圧電振動子部と発振回路部に互いに嵌合
   する凹凸部を設けたことを特徴とする特許請求項１記載
   の表面実装型圧電発振器。
3. 【請求項３】 圧電振動子部の外周形状に対応した凹形
   の樹脂形成部を有する発振回路部を用い、この凹形の樹
   脂形成部に圧電振動子部の少なくとも下方部を収納した
   ことを特徴とする特許請求項１，２記載の表面実装型圧
   電発振器。
4. 【請求項４】 発振回路部に圧電振動子部の電気的特性
   を温度補償する温度補償回路を組み込み、圧電振動子部
   の電気的特性を補償した特許請求項１，２，３記載の表
   面実装型圧電発振器。