JP3130830B2 - チップ部品複合圧電デバイス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電デバイスに関
し、特にパッケージ内に収納した圧電振動子の温度−周
波数特性のばらつきを調整する作業を容易化するととも
に、無線機などにおいて発振器を構成する場合の配置の
自由度を高める上で好適なチップ部品複合圧電デバイス
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧電デバイス、例えば水晶振動子
やＳＡＷ（弾性表面波）共振子にあっては、外気による
素子の経年劣化を防止する為に、圧電素子を密封容器内
に封止状態で収納する一般である。

【０００３】ところで、これら圧電デバイスを用いた電
子回路部品としては、ＡＴカット水晶振動子を用いたコ
ルピッツ型発振回路がよく知られており、温度に対する
発振周波数の安定度を求められる場合には更に温度補償
回路を付した温度補償型水晶発振器（以下、「ＴＣＸ
Ｏ」とも言う）が用いられる。

【０００４】温度補償回路による温度補償の方法として
は、圧電振動子に対して直列にバリキャップ等の可変容
量型リアクタンス素子を接続し、その端子電圧を温度に
応じてコントロールする間接型と称される方法や、サー
ミスタ等の感温抵抗素子とコンデンサとの並列回路から
なる補償回路を圧電振動子に対して直列に接続する直接
型と称される方法、更には前記間接型をデジタル処理す
る方法などが知られている。このようなＴＣＸＯは主と
して、携帯無線機をはじめとした無線通信機に多用され
ている。

【０００５】これらＴＣＸＯ等の圧電デバイスは小型化
の要求を満たすべく、年々超小型化が進んでおり、現在
ではパッケージ容量が０．３ｃｃ、或いはそれ以下の容
量のものが出現するに至っている。

【０００６】一方、ＴＣＸＯの流通経路としては、水晶
振動子等の圧電素子メーカー、或いは電子部品メーカー
がＴＣＸＯとしてパッケージしたものを、装置メーカー
に供給し、装置メーカーが無線機等に組み込むのが一般
的である。

【０００７】上記の一例として特開平７−４６０４０号
公報に記載されているＴＣＸＯがある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＴＣＸ
Ｏ等の従来の発振器にあっては、次のような要求や問題
点があった。

【０００９】即ち、小型化が進んだとはいえ、他の電子
部品と比べれば、ＴＣＸＯは比較的大型であり、これを
無線機本体のプリント基板上に実装した場合に相当の面
積を占有することになり、周辺の部品配置の自由度が制
限される。

【００１０】また、無線機などの装置メーカーが他の周
辺部品との兼ね合いに応じて自由にＴＣＸＯを構成する
要素部品の配置を決定できれば、無線機全体としてのサ
イズを小さくし得る可能性がある。

【００１１】また、ＴＣＸＯ等として完成された部品
は、ある所要の要求、例えば無線機の使用温度範囲と周
波数安定度との関係や、電源電圧、更にはＴＣＸＯを変
調器の一部として利用する場合は変調感度等、決められ
た仕様のもとに作られているのが一般的である。このた
め、圧電デバイスメーカー側で特定の無線機用に作られ
たＴＣＸＯは、仕様の異なる他機種には適用できない場
合があり、汎用性に欠けることがある。一方、ＴＣＸＯ
に組み込まれる圧電振動子単体について考えると、個々
の水晶振動子等のカット角のばらつきに起因して温度周
波数特性などにばらつきが在るのが実情である。ＴＣＸ
Ｏにおいては、これらの圧電振動子の周辺部品を交換す
ることにより温度周波数特性などのばらつきを個々に調
整していた。

【００１２】もし、無線機等のプリント基板上に直接水
晶振動子を組み込みＴＣＸＯを構成する場合は、無線機
等のプリント基板の所要部位にＴＣＸＯとして完成され
たブロックについて温度試験を行い、周波数安定度が規
格を満足するか否かを確認し、満足しない場合はコンデ
ンサ値や抵抗値を交換し、更に温度試験を繰り返すとい
った極めて繁雑な作業が必要であった。

【００１３】この原因は、上述したように水晶振動子等
の圧電デバイスの特性のばらつきに起因すると考えられ
る。

【００１４】つまり、個々の圧電デバイスの諸特性が均
一であれば、上述したような繁雑な作業負担を軽減する
ことができる。

【００１５】そこで、従来、圧電デバイスの個々の特性
を均一にする為に例えばコンデンサや抵抗等の特性補償
部品を圧電デバイスと共に密封容器に収納したものが提
案されていた。

【００１６】即ち、カット角等の製造誤差に起因する周
波数のずれや特性をコンデンサや抵抗、あるいはコイル
の値を変えることによって、圧電デバイスの個々の特性
を均一にした上で無線機メーカー等に供給すれば、無線
機のプリント基板に直接ＴＣＸＯ回路等を組み込む際の
上記の諸問題は解決し得る。

【００１７】しかしながら、従来、密封状態にある圧電
デバイスの特性調整を、パッケージ内に装備された温度
補償機能を有する素子、即ちコンデンサ、抵抗等の値を
調整することにより実施しようとした場合には、パッケ
ージの蓋を外した上で調整作業をを行う必要があった
が、圧電デバイスの特性は、圧電振動子が密封された状
態とは異なることがあるので、せっかく調整を完了した
場合においても、蓋を封止した後では温度周波数特性に
変化が生じ、安定した特性の調整が難しかった。

【００１８】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、無線機メーカーが自己の希望に合わせて
発振機やフィルタを構成する上で好適な圧電デバイスを
提供することを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、圧電振動子を収納したパッケージの外底
面に凹陥部を設け、該凹陥部内に前記圧電振動子の温度
特性を変更する為のチップ型コンデンサを少なくとも一
つ実装すると共に、該チップ型コンデンサ、前記圧電振
動子及びパッケージの電極端子の所要部間を導電パター
ンにて電気的に接続して構成されたチップ部品複合圧電
デバイスである。この構成によれば、従来パッケージ内
に組み込まれていた特性調整用のチップ型コンデンサが
パッケージの外面の凹陥部内に位置することとなり、そ
の結果としてパッケージ外部から特性調整が容易に行え
る。

【００２０】また本発明は、上記のチップ部品複合圧電
デバイスにおいて、前記チップ型コンデンサのうちの少
なくとも一つは、周辺の温度に応じて容量値が変化する
特性を有することを特徴とする。この構成によれば、コ
ンデンサの温度特性を適宜選択することによって圧電振
動子のカット角のばらつきを補正する上で都合がよい。

【００２１】さらに本発明は、上記の何れかのチップ部
品複合圧電デバイスにおいて、前記チップ型電子部品に
並列にトリミング抵抗を接続し、該トリミング抵抗の抵
抗値を調整することによって共振周波数を調整し得るよ
うに構成したことを特徴とする。この構成によれば、も
し組み立てた圧電振動子の周波数温度特性あるいは、基
準温度における共振周波数が希望値と異なる場合は、ト
リミングによって抵抗値を調整すれば希望値にすること
が可能である。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２３】図１は本発明のチップ部品複合圧電デバイ
スの一実施形態を構成する複合圧電振動子を示す回路図
である。即ち、この複合圧電振動子は、ＡＴカット水晶
振動子Ｘに対して直列に、２つのコンデンサＣ１，Ｃ２
の並列回路を接続した回路構成からなる。このような図
１に示した複合圧電振動子は、従来から知られているコ
ルピッツ発振回路の一部あるいはインバータを用いたク
ロックＯＳＣの一部として利用可能である。

【００２４】図２は、上記の回路部品を収納してなる本
発明のチップ部品複合型圧電デバイスの一実施形態を示
す構造図であって、図（ａ）は上面図、図（ｂ）は側面
図、図（ｃ）は正面図、図（ｄ）は底面図、図（ｅ）は
図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【００２５】この形態の特徴的な構成は、特に図２の
（ｄ）及び（ｅ）に示されている。即ち、同図（ｄ）に
示すように、パッケージ本体１の外底面の適所、例えば
中心部には凹陥部２が設けられている。この凹陥部２の
天井面には、所定の間隔を隔てて対向配置された２つの
対向電極３、４が形成されている。また、パッケージ本
体１の外底面の四隅にはそれぞれパッケージ電極端子Ｈ
１、Ｈ２、Ｔｃ、ＧＮＤが露出されている。そして対向
電極３、４はそれぞれ、パッケージ電極端子Ｈ１又はＨ
２に、パッケージ本体１を貫通する導電パターンによっ
て接続されている。また、対向電極３、４間には２つの
チップ型コンデンサＣ１、Ｃ２が実装されている。さら
に、同図（ｅ）に示すように、パッケージ本体１の内部
にはＡＴカット水晶振動子Ｘが、その一方の端部を内部
支持台５上の電極パッドに導電性接着剤で片持ち支持さ
せた状態で、固定されている。水晶振動子Ｘの一方の端
部を片持ち支持する内部支持台５上の電極パッドはパッ
ケージ電極端子Ｈ２に、パッケージ本体１を貫通する導
電パターン（不図示）によって接続されている。

【００２６】即ち、図２に示した構成によって図１に示
した回路構成が実現されている。

【００２７】この構成によれば、特性補償用として付加
したコンデンサＣ１、Ｃ２がパッケージ外底面に設けた
凹陥部に収納され、かつパッケージ本体内部の水晶振動
子Ｘ及び外部端子Ｘ１、Ｘ２と接続されているので、水
晶振動子Ｘを密封した状態において必要に応じてコンデ
ンサＣ１、Ｃ２の交換が可能となるので、高精度の特性
の微調整が容易となる。

【００２８】なお、実際の回路においては、前記コンデ
ンサＣ１、Ｃ２のうち少なくとも一つを温度に応じて容
量値が変化する温度補償用コンデンサとする方が特性補
償の効果は大きい。

【００２９】以下、その理由と効果を説明する。なお、
ここでは本発明のチップ部品複合圧電デバイスの適用例
としてＴＣＸＯ（温度補償型発振器）を中心に説明す
る。図３は、本発明のチップ部品複合圧電デバイスを適
用したＴＣＸＯの一例を示す回路図である。

【００３０】即ち、図１に示したような水晶振動子Ｘと
コンデンサＣ１、Ｃ２との複合型圧電振動子を用いて図
３に示すようなＴＣＸＯを構成する場合を考える。な
お、図３に示した回路は従来からよく知られたコルピッ
ツ発振器であって、増幅器に本発明の複合圧電デバイス
（２つのコンデンサの並列回路にＡＴカット水晶振動子
を直列接続したもの）と、従来技術の欄で説明した直接
型又は間接型補償回路と、周波数微調整用コンデンサＣ
Tとを接続したものであり、例えばＡＴカット水晶振動
子はカット角の製造誤差によって温度／周波数特性にあ
る範囲のばらつきが生じることは上述の通りである。

【００３１】図３に示すようにトランジスタＴｒ１とＴ
ｒ２は直流電圧３Ｖを分圧する形でバイアスされてお
り、電源端子に直流電圧３Ｖが印加されれば各トランジ
スタはオン状態になり、水晶素子自体が持っているリア
クタンスと水晶素子から外側を見た回路部分のリアクタ
ンスが打ち消し合う周波数成分が増幅され発振状態とな
る。前記発振周波数は出力端子から取り出すことが可能
である。

【００３２】本発明では、図１に示した回路図のよう
に、水晶振動子Ｘに対してコンデンサＣ１、Ｃ２の並列
回路を直列に接続すると共に、コンデンサＣ１、Ｃ２の
双方、あるいはそのいずれか一方を温度補償用コンデン
サとし、その結果として、仮に水晶振動子のカット角に
ばらつきが存していたとしても、該コンデンサを含めた
回路全体の共振周波数が常温値において規格値を満た
し、且つ、温度特性も所望値になるように調整可能とす
る。即ち、コンデンサの温度特性を水晶振動子のカット
角のばらつきに応じて適宜選択すれば、個々の圧電デバ
イスについて総合的な周波数の温度特性を均一のものに
することが可能となる。

【００３３】その際、本発明では、上記コンデンサをパ
ッケージ外面に設けた凹陥部内に配置したので、特性調
整が封止状態にあるパッケージ外部から可能になる。そ
の結果、圧電振動子メーカーから圧電デバイスを購入し
た無線機メーカーが自ら特性調整を行う必要がない。仮
に、その必要がある場合も、無線機メーカーにおいてコ
ンデンサの交換が可能となる。

【００３４】なお、温度補償用コンデンサとしては、例
えば負の温度特性、即ち、温度上昇に伴って容量値が減
少するＵＪなるものがよく知られている。

【００３５】もし、水晶振動子Ｘのカット角が規格値ど
おりである場合は、Ｃ１、Ｃ２のコンデンサには温度補
償型は必要なく、そのときは温度特性がフラットなコン
デンサ、例えばＣＨなる特性のものを選べばよい。

【００３６】図４は負の特性をもったコンデンサ、例え
ばＵＪなる特性の容量と温度の関係を図示したもので、
これは温度上昇に伴って容量値が減少するコンデンサで
ある。

【００３７】このコンデンサをＣ１、Ｃ２に用いれば、
例えば図５に破線で示すＡＴカット水晶振動子の温度特
性は、低温側において周波数が低下し、高温側では上昇
するように補償することができる。

【００３８】また、コンデンサの温度特性を正特性のも
のにすれば、逆に低温側では周波数を上昇させ、高温側
では低下させるように補償することができる。

【００３９】更に、コンデンサＣ１、Ｃ２のいずれか一
方のみを温度補償型コンデンサとすれば、両者のコンデ
ンサの容量値の比に応じて補償量を任意に設定すること
ができる。

【００４０】以上のようにして、図１に示す回路構成の
複合圧電振動子を製作し、コンデンサの温度特性を適宜
選択することによって水晶振動子のカット角のばらつき
を補正するようにすれば、個々の圧電デバイスの総合的
な周波数−温度特性をほぼ均一にすることができるの
で、これらを利用してＴＣＸＯあるいはその他の発振
器、更にはフィルター等を構成する際に、カット角のば
らつきによる影響を気にすることなく周辺回路素子値を
決定できることとなり、実装後にＴＣＸＯ回路素子を付
け換えるといった面倒な作業を行う必要がなくなる。

【００４１】図６は本発明のチップ部品複合型圧電デバ
イスの他の実施形態を示す等価回路図である。

【００４２】この形態例では、図１の回路中の並列なコ
ンデンサＣ１、Ｃ２に対して並列にトリミング抵抗Ｒを
接続した点が特徴的である。

【００４３】トリミング抵抗とは周知のとおり厚膜技術
等により基板上に抵抗体を形成し、レーザー等あるいは
機械的切削によって部分的に削り取ることによって抵抗
値を変更する機能をもった抵抗部品である。

【００４４】具体的には図２に示したパッケージ本体１
の外周表面あるいは、コンデンサＣ１、Ｃ２を実装する
凹陥部２の一部に上述した抵抗体を形成するか、もしく
はトリミング抵抗を形成したプレート状部品を図６に示
す回路構成となるように付加結線すればよい。

【００４５】この構成によれば、周知のようにコンデン
サと抵抗の並列回路は電気的に等価な直列回路として機
能し、しかも等価直列容量は抵抗Ｒの関数となる。

【００４６】従って、前記抵抗値をトリミングによって
変化させれば水晶振動子に直列に働く容量値を任意に変
更することができる。

【００４７】この構成によれば、もし組み立てた圧電振
動子の周波数温度特性あるいは、基準温度における共振
周波数が希望値と異なる場合は、トリミングによって抵
抗値を調整すれば希望値にすることができる。

【００４８】以上の説明では、圧電素子として水晶振動
子を例示したが、本発明はこれに限らず、いかなる圧電
素子あるいはその他の素子であってもよい。例えば、Ｓ
ＡＷ共振子あるいは圧電材料を用いた遅延素子等、温度
特性の補償が必要である素子に広く適用可能である。

【００４９】また、これら圧電素子に接続する部品とし
ても、コンデンサに限らず、コイルや可変容量素子ある
いは半導体素子により構成する可変リアクタンス素子等
であってもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、圧電デバ
イス自体の個々の特性を均一にしたので、無線機メーカ
ーが自己の希望に合わせて発振器等を構成する上で好適
な圧電デバイスを提供することができ、その際、複雑な
温度−周波数特性調整作業を簡便にし、且つ小型化に適
したチップ部品複合圧電デバイスを提供することができ
る。即ち、圧電デバイスの特性調整を、密封状態にある
圧電デバイスのパッケージの外部から容易に行うことが
できる。その結果、無線機に圧電デバイスを組み込んだ
後での調整作業、基板上に一旦実装した圧電デバイスの
交換等を不要とすることができる。

【００５１】即ち、請求項１に係る発明は、圧電振動子
を収納したパッケージの外底面に凹陥部を設け、該凹陥
部内に該凹陥部内に前記圧電振動子の温度特性を変更す
る為のチップ型コンデンサを少なくとも一つ実装すると
共に、該チップ型コンデンサ、前記圧電振動子及びパッ
ケージの電極端子の所要部間を導電パターンにて電気的
に接続して構成されたチップ部品複合圧電デバイスであ
るので、従来パッケージ内に組み込まれていた特性調整
用の電子部品がパッケージの外面の凹陥部内に位置する
こととなり、その結果としてパッケージ外部から特性調
整が容易に行えることとなった。このようにして特性を
均一化した圧電デバイスを無線機等に組み付ければ、実
装後にデバイスを基板から外して交換する等の必要がな
くなる。

【００５２】請求項２に係る発明では、前記チップ型コ
ンデンサのうち少なくとも一つを周辺の温度に応じて容
量値が変化する特性を有するものとしたので、圧電デバ
イス中の圧電振動子のカット角のばらつきを補正するこ
とが容易となる。即ち、コンデンサの温度特性を適宜選
択することによって圧電振動子のカット角のばらつきを
補正する上で都合がよい。

【００５３】請求項３に係る発明では、前記チップ型コ
ンデンサに並列にトリミング抵抗を接続し、該トリミン
グ抵抗の抵抗値を調整することによって共振周波数を調
整し得るようにしたので、更に簡便に請求項２に係る発
明と同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のチップ部品複合圧電デバイスの一実施
形態を構成する複合圧電振動子を示す回路図である。

【図２】図１に示した回路部品を収納してなる本発明の
チップ部品複合型圧電デバイスの一実施形態を示す構造
図である。

【図３】本発明のチップ部品複合圧電デバイスを適用し
たＴＣＸＯの一例を示す回路図である。

【図４】本発明のチップ部品複合型圧電デバイスに利用
し得る温度補償型コンデンサの一特性を示す図である。

【図５】本発明のチップ部品複合型圧電デバイスの一実
施形態における作用・効果を説明するための図である。

【図６】本発明のチップ部品複合型圧電デバイスの他の
実施形態を示す等価回路図である。

【符号の説明】

１ パッケージ本体 ２ 凹陥部 ３、４ 対向電極 ５ 内部支持台 Ｈ１、Ｈ２、ＧＮＤ、ＴC パッケージ電極端子 Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森山 紀之 神奈川県高座郡寒川町小谷二丁目１番１ 号 東洋通信機株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−204452（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−78955（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−107313（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−39603（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−107239（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−78411（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03B 5/32 H03H 9/10 H03H 9/17

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電振動子を収納したパッケージの外底
   面に凹陥部を設け、該凹陥部内に前記圧電振動子の温度
   特性を変更する為のチップ型コンデンサを少なくとも一
   つ実装すると共に、該チップ型コンデンサ、前記圧電振
   動子及びパッケージの電極端子の所要部間を導電パター
   ンにて電気的に接続して構成されたチップ部品複合圧電
   デバイス。
2. 【請求項２】 前記チップ型コンデンサの少なくとも一
   つが、周辺の温度に応じて容量値が変化する特性を有す
   ることを特徴とする請求項１に記載のチップ部品複合圧
   電デバイス。
3. 【請求項３】 前記チップ型コンデンサと並列にトリミ
   ング抵抗を接続し、該トリミング抵抗の抵抗値を調整す
   ることによって共振周波数を調整し得るように構成した
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のチップ部品複
   合圧電デバイス。