JP5148411B2 - 圧電デバイス装置 - Google Patents

Description

本発明は、水晶振動子等を搭載した配線基板をケース内に密封状態で収納した圧電デバイス装置に関する。

従来、移動体通信機器やＯＡ機器等の小型軽量化及び高周波数化に伴って、それらに用いられる水晶振動子と回路素子とを一つのケース内に密封して、より一層の小型化及び高周波数化への対応が求められている。

従来、水晶発振器は、金属材料よりなる一対のケース半体を接合部にて接合することにより形成されるケース内に、水晶振動子及びその駆動回路を搭載した配線基板を密封状態で収納している。金属材料には黄銅が用いられ、接合部をシーム溶接又はレーザー溶接或いは接着材を用い溶着することでケース内に水晶振動子及び配線基板を密封している。

例えば、金属材料に黄銅を使った封止技術には特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１では、一対のケース半体の接合部に鉛・ズズハンダより形成された溶着部材を配置し、放電パルスを印加することにより、大電流を流すことなく鉛・ズズハンダを加熱溶融させてケース内に水晶振動子及び配線基板を密封している。このため駆動回路を搭載した内部コイルのインダクタンスに影響を与えず、安定した特性の水晶発振器が提供されている。
特開平１１−６８４６５号公報

特許文献１に開示された封止方法は、放電パルスを印加することにより、鉛・ズズハンダを加熱溶融させてケースを封止して内部コイルのインダクタンスに影響を与えないようにしている。しかし、外部電源と他の回路基板上に実装されるコイルとが磁気的に結合することにより、出力周波数の近傍でオフセット周波数及びその高周波を持つスプリアスが重畳してしまう問題がある。このようなスプリアスは、外部電源の有するトランスとコイルの向きなどによって変動する。更に、水晶発振器を含む電気基板が小型高密度に実装されてくると、水晶振動子が他の回路素子から放出される高周波磁界の影響を受けることもますます増大している。

そこで本発明の目的は、外部電源からの漏洩磁界等の電磁波ノイズのシールド及び外部に配置されたコイルの磁界漏洩の防止に、磁界シールド特性が優れた筐体に密閉した圧電デバイス装置を提供することである。

第１の観点の圧電デバイスは、天部と側壁部とを有し第１金属材料からなる第１金属ケースと、天部と側壁部とを有し第１金属ケースを覆うとともに、第１金属とは異なる第２金属材料からなる第２金属ケースと、第１金属ケースの内側に固定された圧電振動片と、第１金属ケースと第２金属ケースとが接合されるベース板と、を備える。
この構成により、外部からの低周波磁気ノイズ又は高周波電磁界に対して、圧電デバイスはシールドされるため、圧電デバイスは良好な周波数を発振することができる。

第２の観点の圧電デバイスは、天部と側壁部とを有し、第１金属材料からなる第１金属ケースと、第１金属ケースの内側、外側又は両側に、第１金属とは異なる第２金属材料で形成された第２金属薄膜と、第１金属ケースの内側に固定された圧電振動片と、第１金属ケースが接合されるベース板と、を備える。
この構成により、外部からの低周波磁気ノイズ又は高周波電磁界に対して、圧電デバイスはシールドされるため、良好な周波数を発振することができる。なお、第２金属薄膜が形成された第１金属ケースは溶接などの加工工程が少なくなる。

第３の観点の圧電デバイスは、第１金属が鉄を主成分とする合金又はアルミニウムの一方であり、第２金属が鉄を主成分とする合金又はアルミニウムの他方である。
鉄を主成分とする合金は磁気シールド特性に優れ、特に低周波磁気ノイズに対して良好な吸収性を示す。また、アルミニウムは高周波漏洩電磁界を低減させることができる。

第４の観点の圧電デバイスは、天部と側壁部とを有し、第１金属材料からなる第１金属ケースと、第１金属ケースの内側に固定された圧電振動片と、第１金属ケースと第２金属ケースとが接合されるベース板とを有する複数の圧電デバイスと、複数の圧電デバイスを覆うとともに、第１金属とは異なる第２金属材料からなる第２金属ケースと、
を備える。
複数の圧電デバイスを同時に二種類の金属で覆うことができるため、外部からの低周波磁気ノイズ又は高周波電磁界に対して、複数の圧電デバイスはシールドされる。

本発明の圧電デバイス装置は、水晶振動子及びその駆動回路を搭載した配線基板を収納するシールド筐体を第１金属材料及び第２金属材料から構成し、水晶振動子又は駆動回路への低周波磁気ノイズ及び高周波漏洩電磁界を低減させ、安定した特性の圧電デバイス装置を提供することができる。

図１は、第１実施例の第１水晶発振器１００の内部構造を示す断面図である。図１に示されるように第１水晶発振器１００は、水晶振動子１０と、コンデンサー及びコイルから成る回路素子１４を有する配線基板１２とを有している。水晶振動子１０及び配線基板１２は、ほぼ箱形の第１金属ケース２０及び第２金属ケース３０内に収納されている。第１金属ケース２０は、気密端子１６を有する第１金属ベース２２を備えている。第２金属ケース３０は第２金属ベース３２を備える。

配線基板１２は、気密端子１６により第１金属ベース２２に固定される。第１金属ケース２０は、真空中又は不活性ガス雰囲気中で第１金属ベース２２に溶接又は接着剤で接合される。第２金属ケース３０は、真空中又は不活性ガス雰囲気中で第２金属ベース３２に溶接又は接着剤で接合される。第１水晶発振器１００は、真空又は不活性ガスで満たされたシールド筐体に形成される。

図示しない他の回路基板に実装されたコイルに流れる電流によって発生した磁束の殆どは、透磁率の高いコア内を通過する。しかし、一部の磁束はギャップなどから空中に放射され、この漏洩磁界が周辺回路に電磁誘導ノイズを発生させる。更に、他の回路基板の回路ループに流れる電流は磁界ノイズを発生させ電磁誘導ノイズを発生させる。このようなノイズ対策として、第１水晶発振器１００内に電磁誘導ノイズが入らないように、第１水晶発振器１００全体がシールド筐体で覆われる。シールド筐体内は真空状態であり又は不活性ガスで満たされている。

第１金属材料は、鉄又はアルミニウムの一方であり、第２金属材料は鉄又はアルミニウムの他方である。鉄は外部からの低周波磁気ノイズに対して良好な吸収性を示し、アルミニウムは高周波電磁界に対して良好な吸収性を示す。例えば、第１金属ケース２０及び第１金属ベース２２は鉄で形成され、電磁束を遮断する。

更に、第２金属ケース３０及び第２金属ベース３２はアルミニウムで形成され、高周波電磁界の影響を防止している。これらの対策により、第１水晶振動子１００への低周波磁気ノイズ及び高周波漏洩電磁界の影響を低減させ、安定した特性の第１水晶発振器１００を形成することができる。

図２は、第２実施例の第２水晶発振器１１０の内部構造を示す断面図である。図２に示されるように第２水晶発振器１１０は、水晶振動子１０と、コンデンサー及びコイルから成る回路素子１４を有する配線基板１２とを有している。水晶振動子１０及び配線基板１２は、ほぼ箱形の第３金属ケース２０Ａ内に収納されている。第３金属ケース２０Ａは、気密端子１６を有する第３金属ベース２２Ａを備えている。

配線基板１２は、気密端子１６により第３金属ベース２２Ａに固定される。第３金属ケース２０Ａ及び第３金属ベース２２Ａは第３金属材料から形成される。第３金属ケース２０Ａは、真空中又は不活性ガス雰囲気中で第３金属ベース２２Ａに溶接又は接着剤で接合される。第２水晶発振器１１０は、真空又は不活性ガスで満たされたシールド筐体に形成される。

第３金属材料は、例えば、鉄を基本材料とし片面又は両面にアルミニウムの金属膜３４が施された材料である。アルミニウムの金属膜３４は、第３金属ケース２０Ａ及び第３金属ベース２２Ａにメッキ、真空蒸着又はスパッタリングなどの手法により形成される。鉄板にアルミニウムの金属膜３４が施されることにより、水晶振動子１０及びコイルなどの回路素子１４への低周波磁気ノイズ及び高周波漏洩電磁界を低減させると共に鉄の防錆効果が得られ、安定した特性の水晶発振器を形成することができる。第２水晶発振器１１０は、鉄板にアルミニウムの金属膜３４が施されたシールド筐体に収納されることで、ノイズ対策が施され小型化の要望に応えられる。

図３は、第３実施例の第３水晶発振器１２０の内部構造を示す断面図である。図３に示されるように第３水晶発振器１２０は、２つの水晶振動子１０と、コンデンサー及びコイルから成る回路素子１４を有する２つの配線基板１２とを備えている。第４金属ケース２０Ｂ及び第５金属ケース３０Ａ内に収納している。ほぼ箱形の第４金属ケース２０Ｂは、気密端子１６を有する第４金属ベース２２Ｂを備え、第５金属ケース３０Ａは第５金属ベース３２Ａを備える。第４金属ケース２０Ｂ及び第５金属ケース３０Ａ並びに第４金属ベース２２Ｂ及び第５金属ベース３２Ａは、第１金属材料及び第２金属材料から形成される。

配線基板１２は、気密端子１６により第４金属ベース２２Ｂに固定される。第４金属ケース２０Ｂは、真空中又は不活性ガス雰囲気中で第４金属ベース２２Ｂに溶接又は接着剤で接合される。第５金属ケース３０Ａは、真空中又は不活性ガス雰囲気中で第５金属ベース３２Ａに溶接又は接着剤で接合される。第３水晶発振器１２０は、異なる周波数の水晶振動子１０を複数配置しなければならない場合に、１つの第４金属ケース２０Ｂ及び１つの第５金属ケース３０Ａで回路素子１４をシールドすることができる。

第１金属材料は、鉄又はアルミニウムの一方であり、第２金属材料は鉄又はアルミニウムの他方である。上述したように鉄は外部からの低周波磁気ノイズに対して良好な吸収性を示し、アルミニウムは高周波電磁界に対して良好な吸収性を示す。このため、第３水晶発振器１２０は、安定した特性の水晶発振を行うことができる。

図４及び図５は、第１変形例から第３変形例の断面図を示している。第１水晶発振器１００から第３水晶発振器１２０と同じ部材には同じ符号を付し、第１水晶発振器１００から第３水晶発振器１２０と異なる点を説明する。

図４は第１変形例の第４水晶発振器１３０の内部構造を示す断面図である。図４に示されるように第４水晶発振器１３０は、第１金属ケース２０及び第１金属ベース２２並びに第６金属上部ケース３０Ｂ及び第６金属下部ケース３２Ｂを備える。

第６金属上部ケース３０Ｂは、アルミニウムを材料として大気中で表面に接着剤が塗布された第１金属ケース２０に挿入するように重ね合わせる。第６金属下部ケース３２Ｂは、大気中で表面に接着剤が塗布された第１金属ベース２２を挿入するように重ね合わせ、第６金属上部ケース３０Ｂと第６金属下部ケース３２Ｂとを接合する。これにより、水晶振動子への低周波磁気ノイズ及び高周波漏洩電磁界の影響を低減させる。第６金属上部ケース３０Ｂ及び第６金属下部ケース３２Ｂを用いたことで、ノイズ対策と小型化との要望にこたえられる第４水晶発振器１３０が形成される。

図５（ａ）は、第２変形例の第５水晶発振器１４０の内部構造を示す断面図である。図５（ａ）に示されるように第５水晶発振器１４０は、第４金属ケース２０Ｂ及び第４金属ベース２２Ｂ並びに第７金属上部ケース３０Ｃ及び第７金属下部ケース３２Ｃを備える。第４金属ケース２０Ｂ及び第４金属ベース２２Ｂは、鉄を材料としている。

第７金属上部ケース３０Ｃはアルミニウムであり、大気中で複数の第４金属ケース２０Ｂに挿入するように重ねあわせ、第７金属下部ケース３２Ｃを第４金属ベース２２Ｂに挿入するように重ねあわせる。次いで、第７金属上部ケース３０Ｃと第７金属下部ケース３２Ｃとの接合部を接着剤で接合する。これにより、ノイズ対策と小型化との要望にこたえられる第５水晶発振器１４０が形成される。

図５（ｂ）は、第３変形例の第６水晶発振器１５０の内部構造を示す断面図である。
図５（ｂ）に示されるように第６水晶発振器１５０は、水晶振動子１０と配線基板１２とを箱形の第８金属ケース２０Ｃ内に収納している。第３金属ケース２０Ｃは、気密端子１６を有する第８金属ベース２２Ｃを備える。

第８金属ケース２０Ｃ及び第８金属ベース２２Ｃは、第３金属材料から形成される。第３金属材料は、鉄から形成され片面又は両面にアルミニウムの金属膜３６が施されている。金属膜３６は、第８金属ケース２０Ｃ及び第８金属ベース２２Ｃにアルミニウムを真空蒸着又はスパッタリングなどの手法により形成する。鉄にアルミニウムの金属膜３６が施されることにより、水晶振動子への低周波磁気ノイズ及び高周波漏洩電磁界を低減させると共に鉄の防錆効果が得られる。

以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。たとえば、低周波磁気遮蔽材として鉄として説明してきたが、鉄を主成分とする合金、例えば珪素鋼、パーマロイ又は軟磁性フェライトを軟磁性合金で挟んだオルバシート（登録商標）を用いることができる。

第１実施例の第１水晶発振器１００の内部構造を示す断面図である。 第２実施例の第２水晶発振器１１０の内部構造を示す断面図である。 第３実施例の第３水晶発振器１２０の内部構造を示す断面図である。 第１変形例の第４水晶発振器１３０の内部構造を示す断面図である。 （ａ）第２変形例の第５水晶発振器１４０の内部構造を示す断面図である。（ｂ）第３変形例の第６水晶発振器１５０の内部構造を示す断面図である。

符号の説明

１０ … 水晶振動子
１２ … 配線基板
１４ … 回路素子
１６ … 気密端子
２０ … 第１金属ケース 、２０Ａ … 第３金属ケース
２０Ｂ … 第４金属ケース、２０Ｃ … 第８金属ケース
２２ … 第１金属ベース 、２２Ａ … 第３金属ベース
２２Ｂ … 第４金属ベース、２２Ｃ … 第８金属ベース
３０ … 第２金属ケース 、３０Ａ … 第５金属ケース
３０Ｂ … 第６金属上部ケース 、３０Ｃ … 第７金属上部ケース
３２ … 第２金属ベース 、３２Ａ … 第５金属ベース
３２Ｂ … 第６金属下部ケース 、３２Ｃ … 第７金属下部ケース
３４，３６ … 金属膜
１００ … 第１水晶発振器
１１０ … 第２水晶発振器
１２０ … 第３水晶発振器
１３０ … 第４水晶発振器
１４０ … 第５水晶発振器
１５０ … 第６水晶発振器

Claims (3)

1. 天部と側壁部とを有し、第１金属材料からなる第１金属ケースと、
   天部と側壁部とを有し前記第１金属ケースを覆うとともに、前記第１金属材料とは異なる第２金属材料からなる第２金属ケースと、
   前記第１金属ケースの内側に固定された圧電振動片と、
   前記第１金属ケースと前記第２金属ケースとが接合されるベース板と、
   を備え、
   前記第１金属材料が鉄を主成分とする合金又はアルミニウムの一方であり、前記第２金属材料が鉄を主成分とする合金又はアルミニウムの他方であることを特徴とする圧電デバイス。
2. 天部と側壁部とを有し、第１金属材料からなる第１金属ケースと、
   前記第１金属ケースの内側、外側又は両側に、前記第１金属材料とは異なる第２金属材料で形成された第２金属薄膜と、
   前記第１金属ケースの内側に固定された圧電振動片と、
   前記第１金属ケースが接合されるベース板と、
   を備え、
   前記第１金属材料が鉄を主成分とする合金又はアルミニウムの一方であり、前記第２金属材料が鉄を主成分とする合金又はアルミニウムの他方であることを特徴とする圧電デバイス。
3. 天部と側壁部とを有し、第１金属材料からなる第１金属ケースと、前記第１金属ケースの内側に固定された圧電振動片と、前記第１金属ケースが接合されるベース板と、を有する複数の圧電デバイスと、
   前記複数の圧電デバイスを覆うとともに前記ベース板に接合され、前記第１金属材料とは異なる第２金属材料からなる第２金属ケースと、
   を備え、
   前記第１金属材料が鉄を主成分とする合金又はアルミニウムの一方であり、前記第２金属が鉄を主成分とする合金又はアルミニウムの他方であることを特徴とする圧電デバイス装置。