JP4713215B2

JP4713215B2 - 表面実装水晶発振器の実装方法

Info

Publication number: JP4713215B2
Application number: JP2005133487A
Authority: JP
Inventors: 貢一守谷
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2025-04-28
Also published as: JP2006311375A; US20060170510A1

Description

本発明は表面実装水晶発振器（以下、表面実装発振器とする）の実装方法を技術分野とし、特に小型化に対応した温度補償発振器のセット基板に対する実装方法に関する。

（発明の背景）温度補償発振器は水晶発振器の周波数温度特性を補償して温度に対する周波数安定度が高いことから、携帯電話等の動的環境化で使用される携帯型の電子機器に周波数の基準源として採用される。このようなものの一つに本出願人による雑音を小さく抑止した温度補償発振器がある（特許文献１）。

（従来技術の一例）第３図及び第４図は一従来例を説明する温度補償発振器の図で、第３図は概略回路図、第４図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は平面図、同図（ｃ）は裏面図である。

温度補償発振器は水晶発振器１に温度補償機構２を設けてなる。水晶発振器１は水晶振動子３及び発振回路４を有し、発振閉ループ内に電圧可変容量素子５を設けてなる。温度補償機構２は補償電圧発生回路６及びローパスフィルタ７を有する。補償電圧発生回路６は周囲温度を検出してこれに応答した補償電圧を発生する。ローパスフィルタ７は抵抗Ｒ及びコンデンサＣからなり、補償電圧発生回路６に接続して補償電圧中の雑音成分となる高周波成分（交流成分）を小さく抑止する。

図中の符号８は、温度補償発振器の起動時にＯＮして瞬時にＯＦＦするスイッチング素子で、ローパスフィルタ７による起動特性の悪化を防止する。同９は高周波阻止抵抗である。そして、ローパスフィルタ７のコンデンサＣを除いた温度補償機構２及び電圧可変容量素子５を含む発振回路４は、ＩＣチップ１１に集積化される。コンデンサＣは抵抗（約２MΩ）との時定数の関係から例えば10000ｐＦ程度になって、その値が大きいことからＩＣチップ１１内に集積化を困難にするため、ディスクリート部品となる。

このようなものでは、例えば凹状とした容器本体１０にＩＣチップ１１、コンデンサＣとしてのチップコンデンサＣ′及び水晶片１２を一体的に収容し、カバー１３を被せて密閉封入される。容器本体１０は積層セラミックからなり、内壁に段部を有する。ＩＣチップ１１は図示しないバンプを用いた超音波熱圧着によって内底面に固着される。

また、チップコンデンサＣ′はＩＣチップ１１に隣接して、例えば内壁に設けた切り欠き内に半田等によって固着される。水晶片１２は図示しない励振電極から引出電極の延出した一端部両側が導電性接着剤１４によって、段部に固着される。

容器本体１０の裏面には、出力（OUT）、電源（Ｖcc）、ＡＦＣ端子、及び実装端子１５が形成される。これらの実装端子１５はＩＣチップ１１の図示しない各端子と側面のスルーホール等による端面電極によって電気的に接続する。また、水晶片１２はＩＣチップの水晶端子と電気的に接続し、カバー１３によって密閉封入されて水晶振動子３となる。
特開２０００−１９６３５６号公報特開２００１−４４７５８号公報

（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の温度補償発振器では小型化の進行に伴い（例えば平面外形が2.5×2.0ｍｍ）、容器本体１０における凹部内底面の面積も小さくなる。また、容器本体１０の枠壁幅も小さくなって内壁に切り欠きを設けることも困難になる。このため、ローパスフィルタ７のデスクリート部品としたチップコンデンサＣ′を収容できなくなる問題があった。

また、第６図に示したようにローパスフィルタ７の高周波が減衰し始めるカットオフ周波数ｆαはＣＲの時定数によって決定されるが、この場合には、抵抗ＲはＩＣチップ１１に集積化され、コンデンサＣはチップコンデンサＣ′として凹部内底面に固着されて密閉封入されるので、温度補償発振器の組立て後は時定数を変更（調整）できない問題があった。

例えばカットオフ周波数ｆαを低くして雑音成分である高周波成分（交流成分）を極力小さくする場合には時定数を大きくすればよいが、この場合には、温度補償電圧が温度に応答して変化するため、抵抗ＲとコンデンサＣの中点（接続点）の電位が安定するまでに時間が掛かり、温度補償の追従性を悪化させる。これにより、例えば急激な温度変化時の温度補償特性を規格外にする。

また、これとは逆に、時定数を小さくして温度補償の追従性を良好にすると、カットオフ周波数ｆαが高くなり、雑音成分が多くなって位相雑音特性を悪化させる。これらのことから、例えば温度変化の少ない主に室内のみで使用する場合は、時定数を大きくして高周波成分を小さくする。また、温度変化の大きい室外で使用する場合は、時定数を小さくして追従性を確保する。

ちなみに、上記の抵抗Ｒを２MΩ、コンデンサＣを10000pFとした場合のカットオフ周波数ｆαは8Hzになり、これにより例えばＭHz帯の高周波数は減衰量を大きくして雑音成分が抑止される。カットオフ周波数ｆαは低いほど、高周波数の減衰が大きくなる。

これらのことから、温度補償発振器の組立て後においても、使用環境等に応じて時定数を任意に変更できれば有用になる。なお、時定数を大きくするには抵抗Ｒ及びコンデンサＣの容量を大きくすればよいが、抵抗ＲはＩＣチップ１１内に集積化して形成するので限度がある。このため、抵抗Ｒは一定値として外付けのチップコンデンサＣ′の容量を大きくすればよいが、容量を大きくすると外形も大きくなり、容器本体１０内には収容しきれなくなる問題もある。

（発明の目的）本発明は、大容量のチップコンデンサを装備して小型化を維持した表面実装発振器の実装方法を提供することを目的とし、特に温度補償機構にローパスフィルタを有する温度補償発振器の小型化を促進して、しかも組立て後に時定数を変更できる表面実装発振器の実装方法を提供することを目的とする。

本発明は、水晶振動子、発信回路、及び、これらの発信閉ループ内に電圧可変容量素子を設けてなる水晶発振器を有するとともに、温度補償電圧発生回路、及び、この温度補償電圧発生回路の出力電圧を雑音成分をカットオフして上記電圧可変容量素子に印加するための抵抗とコンデンサとからなるローパスフィルタ、から構成される温度補償発信器をセット基板に表面実装する方法であって、上記発信回路、上記電圧可変容量素子、上記温度補償電圧発生回路、及び、上記抵抗についてはＩＣチップとして集積化し、上記ＩＣチップと上記水晶振動子とは、実装端子を底面に有する表面実装用の容器本体内に密閉封入するのに対し、上記コンデンサはチップコンデンサとし、これを上記表面実装容器本体の外底面に装着するとともに上記セット基板に設けられた開口部内に埋設させて実装することを構成とする。

本発明の実装方法によれば、チップコンデンサはセット基板の開口部内に埋設されるので、水晶発振器のセット基板面からの高さを小さくする。したがって、水晶発振器の実質的な高さ寸法を小さくして、大容量のチップコンデンサを装備した上で、小型化を維持できる。

更に、ローパスフィルタのコンデンサが容器本体の外底面にチップコンデンサとして外付けとして装着されるので、温度補償発振器の組立て後にも使用環境等に応じた時定数を任意に変更できる。

第１図は本発明の一実施形態である表面実装発振器の実装方法を説明する概略断面図である。なお、前従来例と同一部分の説明は簡略又は省略する。

表面実装水晶発振器はここでも温度補償発振器とし、前述したように水晶振動子３、発振回路４、電圧可変容量素子５を有する水晶発振器と、補償電圧発生回路６、ローパスフィルタ７を有する温度補償機構２とを備えてなる。但し、前述同様に、ローパスフィルタ７のコンデンサＣを除く温度補償機構、及び電圧可変容量素子５を含む発振回路が少なくともＩＣチップ１１に集積化される。

そして、容器本体１０の凹部内底面にＩＣチップを固着し、内壁段部に水晶片１２の一端部両側を固着する。ローパスフィルタ７のコンデンサＣはチップコンデンサＣ′として、容器本体１０の外底面に固着する。ここでは、容器本体１０の各実装端子１５の間となる中央領域にチップコンデンサＣ′の接続される一対の回路端子１６（ａｂ）を設ける。

回路端子１６（ａｂ）はＩＣチップ１１のアース用のＩＣ端子から導出して実装端子１５（GND）と接続する導電路１７ａ、及びローパスフィルタ７と高周波素子抵抗９との間に接続したＩＣ端子から導出した導電路１７ｂと電気的に接続する。ここでは、容器本体１０の積層構造とした底壁に設けられ、積層面を経ての階段状のビアホール（電極貫通孔）によって、気密を維持して電気的に接続する。

セット基板１８は例えば積層構造のガラスエポキシやセラミックとし、温度補償水晶発振器の実装面側から開口部１９を有する。ここでの開口部１９は底面を有し、例えば積層構造の最下層の基板を除いて、個々の基板に予め貫通孔が形成された後、一体的に積層される。そして、温度補償発振器の外底面に設けられたチップコンデンサＣ′を埋設し、セット基板１８の表面上に設けられた図示しない端子に温度補償発振器の各実装端子１５を半田等によって接続する。これにより、温度補償発振器をセット基板１８上に実装する。

このような実装方法であれば、温度補償発振器の小型化が進行しても、チップコンデンサＣ′を容器本体１０の外底面に装着してローパスフィルタ７を形成するので、基本的に温度補償電圧の雑音成分を小さくできる。そして、ＩＣチップ１１及び水晶片１２を収容してカバー１３を被せた温度補償発振器の組み立て後に、環境等に応じた時定数とする容量値のチップコンデンサＣ′を選択できる。

特に、コンデンサＣをデスクリィート部品として容量の大きいものを選択できることから、ローパスフィルタ７の時定数を大きくして遮断周波数ｆαを小さくし、高周波成分（雑音成分）を抑止できる。そして、セット基板１８に開口部１９を設けて、チップコンデンサＣ′を埋設するので、セット基板１８からの高さ寸法を小さくできる。したがって、温度補償発振器の実質的な小型化を促進する。

さらに、ここでは、積層構造としたセット基板１８の最下層を除いて開口部１９を形成するので、セット基板１８の裏面における板面面積を小さくすることがない。したがって、セット基板１８の実装面積を従来例通りに維持して、回路パターンを含む電子部品の実装密度を高められる。

（他の事項）
上記実施例では、ローパスフィルタ７のコンデンサＣの一方はアース電位に接続したが、例えば第２図に示したように、コンデンサＣの両端を基準温度時に同電位とする電位設定回路２０に接続してもよい（特許文献２参照）。電位設定回路２０はＩＣチップ１１内の温度補償機構内に設けられる。この場合、コンデンサ自体の時定数による起動時の遅延を防止する効果がある。

また、チップコンデンサＣ′は温度補償機構のローパスフィルタ７のコンデンサＣとしたが、例えば電源用のＩＣ端子とアース用のＩＣ端子及び実装端子１５（GNDとの間のバイパスコンデンサや、出力用のＩＣ端子と実装端子１５（OUT）との間の結合コンデンサであったとしても同様に適用できる。そして、温度補償発振器に拘わらず、表面実装水晶発振器に適用できる。

また、セット基板１８の開口部１９は底面を有するとしたが、単なる貫通孔であってもよい。また、チップコンデンサＣ′は容器本体１０の外底面に１個を設けたが、例えばローパスフィルタ用及びバイパスコンデンサ用として、外底面にスペースのある範囲内で複数個を設けてもよい。

本発明の表面実装発振器の実装方法を説明する概略断面図である。本発明の一実施例が適用される他の温度補償発振器の回路図である。従来例を説明する温度補償発振器の概略回路図である。従来例を説明する温度補償発振器の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は平面図、同図（ｃ）は裏面図である。従来例を説明するローパスフィルタの周波数減衰特性図である。

符号の説明

１水晶発振器、２温度補償機構、３水晶振動子、４発振回路、５電圧可変容量素子、６補償電圧発生回路、７ローパスフィルタ、８スイッチング回路、９高周波阻止抵抗、１０容器本体１０１ＩＣチップ、１２水晶片、１３カバー、１４導電性接着剤、１５実装端子、１６回路端子、１７導電路、１８セット基板、１９開口部、２０電位設定回路。

Claims

水晶振動子、発信回路、及び、これらの発信閉ループ内に電圧可変容量素子を設けてなる水晶発振器を有するとともに、温度補償電圧発生回路、及び、この温度補償電圧発生回路の出力電圧を雑音成分をカットオフして上記電圧可変容量素子に印加するための抵抗とコンデンサとからなるローパスフィルタ、から構成される温度補償発信器をセット基板に表面実装する方法であって、
上記発信回路、上記電圧可変容量素子、上記温度補償電圧発生回路、及び、上記抵抗についてはＩＣチップとして集積化し、
上記ＩＣチップと上記水晶振動子とは、実装端子を底面に有する表面実装用の容器本体内に密閉封入するのに対し、
上記コンデンサはチップコンデンサとし、これを上記表面実装容器本体の外底面に装着するとともに上記セット基板に設けられた開口部内に埋設させて実装すること
を特徴とする表面実装水晶発振器の実装方法。