JP5188054B2 - 二段構造の実装基板及びこれを用いた水晶発振器 - Google Patents

Description

本発明は金属ピンによる二段構造の実装基板及びこれを用いた水晶発振器を技術分野とし、特に金属ピンの立設構造に関する。

（発明の背景）
水晶発振器は周波数の基準源として通信機器等に広く用いられる。このようなものの一つに、水晶振動子を恒温槽に収容して動作温度を一定として、発振周波数を高安定に維持した基地局や中継局の通信機器に内蔵される恒温型の水晶発振器（以下、恒温型発振器とする）がある。

（従来技術の一例）
第２図及び第３図は一従来例を説明する図で、第２図（ａ）は恒温型発振器の断面図、同図（ｂ）は恒温槽９の配置断面図であり、第３図（ａ）は第１基板１ａの一部拡大平面図、同図（ｂ）は金属ピン４を立設した第１基板１ａの一部拡大図、同図（ｃ）は同側面図である。

恒温型発振器はいずれもガラスエポキシ材からなる第１基板１ａ、第２基板１ｂとを有する。第１基板１ａは例えば積層基板として、積層面及び端面のスルーホールを経て外底面の４角部に実装端子２を有する。第１基板１ａの表面には例えば回路素子３が配置される。第２基板１ｂは第１基板１ａの上方に水平方向として、例えば４角部の金属ピン４によって支持される。

ここでは、第１基板１ａの４角部には穴５が設けられ、穴５の外周となる第１基板１ａの表面には環状の電極ランド６が設けられる。但し、穴５の内部には電極は形成されず、電極ランド６には図示しない導電路が接続する。そして、金属ピン４の下端側の先端が穴５に挿入されて、電極ランド６と半田７によって接合される。穴５は例えば積層基板の上層側に貫通孔を設けたり、積層後にドリル等によって設けられる。

第２基板１ｂは金属ピン４の上端側の円板状に突出したストッパー８に係止して支持される。第２基板１ｂの下面側には恒温槽９（金属筒）に収納された水晶振動子１０を配置し、上面側には発振回路を形成する回路素子３や、恒温槽９の温度を一定に制御する回路素子３を配置する。

恒温槽９は一端側が開口した水晶振動子１０の収容部を有し、対向する脚壁を下面に有して両端開口の凹部を形成する。そして、脚壁間の凹部内となる第２基板１ｂには加熱素子としてのチップ抵抗３ａ及び温度検出素子としてのサーミスタ３ｂを配設する。符号１０ａは水晶振動子１０の一対のリード線である。

第１基板１ａの各回路素子３は図示しない回路パターン（導電路）によって電気的に接続し、これらは金属ピン４によって第１基板１ａの回路パターンに接続する。そして、第２基板１ｂの回路素子３等に接続してスルーホールによって積層面に延出し、さらに前述のように実装端子２に接続する。なお、第１基板１ａの全表面にはアース（シールド）用とする金属膜が形成され、エッチングによって必要な電極パターンが形成される。

このようなものでは、第２基板１ｂの下面側に恒温槽９に収納された水晶振動子１０を配置し、第１基板１ａ上に金属ピン４によって第２基板１ｂを支持する。この場合、恒温槽９（水晶振動子１０）は第１基板１ａ上から離間して配置されるので、恒温槽９は熱的に遮断されるので放熱を防止する。なお、第１基板１ａの回路素子３は第２基板１ｂ上に配設できる場合は、第１基板１ａ上には無素子とすることもできる。
特開２００５−１２４１２９号公報

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の恒温型発振器では、第２基板１ｂを支持する金属ピン４の下端側先端は第１基板１ａの穴５に挿入され、第１基板１ａの電極ランド６と半田７によって接合される。このため、半田接合時の熱や、恒温型発振器が図示しないセット基板に半田リフローによって搭載されるときの熱によって、第１基板１ａの穴５内の閉じ込められた空気が膨張し、半田７が破裂する。これにより、第１基板１ａに対して金属ピン４を植設できなかったり、接合強度が低下する問題があった。

なお、第１基板１ａの穴５を貫通すればこの問題は解消する。しかし、この場合は、恒温型発振器を実装するセット基板に回路パターンが形成されていると、第１基板１ａの穴５内の金属ピン４と電気的に接続するおそれがあり、現実には採用できないことになる。

（発明の目的）
本発明は、第１基板に対する金属ピンの接合を確実にした二段構造の実装基板及びこれを用いた水晶発振器を提供することを目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、外底面に実装電極を有する第１基板上に金属ピンによって第２基板を支持し、前記金属ピンは先端が前記第１基板の表面に設けられた穴に挿入され、前記穴の外周となる前記第１基板の表面に設けられた環状の電極ランドに半田によって固着された二段構造の実装基板において、前記環状の電極ランドは環状の一部が開放した構成とする。

このような構成であれば、電極ランドの一部を開放したので、この部分では半田が付着せず、穴との連通部を形成する。したがって、半田接合時や半田リフローによるセット基板への搭載時には、熱によって穴内の空気が膨張しても連通部から排出される。これにより、半田が破裂することなく、第１基板上に確実に接合できる。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記第２基板は前記金属ピンの上端側に設けられて円板状に突出したストッパーに位置決めされる。これにより、第２基板を金属ピンに確実に位置決して水平に維持する。

同請求項３では、請求項１にける前記第２基板の下面には恒温槽に収容された水晶振動子が配設され、前記第２基板の上面には回路素子が配設される。これにより、水晶振動子の動作温度を一定とした恒温型発振器を提供できる。

第１図は本発明の一実施形態を説明する二段構造の実装基板（恒温型発振器）の図で、同図（ａ）は第１基板の一部拡大平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線で示す部分の金属ピンを立設した第１基板の一部拡大図、同図（ｃ）は電極ランドの開放部から見た側面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。

恒温型発振器は前述したように第２基板１ｂが金属ピン４によって第１基板１ａ上に支持された二段構造の実装基板によって構成される。ここでも、第１基板１ａは積層基板として積層面及び端面を経て外底面に実装端子２を有し、回路素子３を表面に配設される。そして、第２基板１ｂの下面側には水晶振動子１０を収納した恒温槽９及び加熱用のチップ抵３ａ及び温度検出用のサーミスタ３ｂが配設され、上面側には発振回路及び温度制御用の回路素子３が配設される。

第１基板１ａの４角部には金属ピン４の下端側の先端が挿入される穴５が第１基板１ａの積層後に例えばドリルによって設けられる。ここでは、穴５の外周となる第１基板１ａの表面に形成された電極ランド６は、環状の一部が開放した切欠部１１を有する。例えば穴５の直径分が開放する。これらは、予め、第１基板１ａ上に形成された金属膜上から穴５を設けることによって形成される。

そして、金属ピン４の下端側の先端を穴５に挿入し、電極ランド６と半田７によって接合する。これらは、例えば第２基板１ｂの４角部に金属ピン４を半田付けして一体的にした後、各金属ピン４の先端を第１基板１ａの４角部の穴５に挿入して半田付けされる。

このようなものでは、環状とした金属ランドの一部を開放するので、ガラスエポキシ材の素地が露出した無電極部が形成される。したがって、半田７の溶融時には、無電極部に対応（対面）した金属ピン４の根本部には半田７が塗布されず、穴５と空間的に接続した連通部を形成する。そして、半田７の溶融時に穴５内の空気が膨張しても、連通部が排気口となって空気を排出する。このことから、半田７が膨張した空気によって破裂することがないので、第１基板１ａに対する金属ピン４の接合を確実にする。

（他の事項）
上記実施例では、第１及び第２基板１ｂはガラスエポキシ材としたが、セラミック等であっても同様に適用できる。また、水晶振動子１０は恒温槽９に収容した恒温型発振器として説明したが、恒温槽９に収容しない場合でも、同様に適用できる。また、第１基板１ａは積層基板としたが、単板でもよいことは勿論である。

本発明の一実施形態を説明する二段構造の実装基板の図で、同図（ａ）は第１基板１ａの一部拡大平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線で示す部分の金属ピン４を立設した第１基板１ａの一部拡大図、同図（ｃ）は電極ランド６の開放部から見た側面図である。 従来例を説明する図で、同図（ａ）は恒温型発振器の断面図、同図（ｂ）は恒温槽９の配置断面図である。 従来例を説明する二段構造の実装基板の図で、同図（ａ）は第１基板１ａの一部拡大平面図、同図（ｂ）は金属ピン４を立設した第１基板１ａの一部拡大図、同図（ｃ）は同側面図である。

符号の説明

１ａ 第１基板、１ｂ 第２基板、２ 実装端子、３ 回路素子、４ 金属ピン、５ 穴、６ 電極ランド、７ 半田、８ ストッパー、９ 恒温槽、１０ 水晶振動子、１１ 切欠部。

Claims (3)

1. 外底面に実装端子を有する第１基板上に金属ピンによって第２基板を支持し、前記金属ピンの先端が前記第１基板の表面に設けられた有底の穴に挿入され、前記有底の穴の外周となる前記第１基板の表面に設けられた環状の電極ランドに半田によって固着された二段構造の実装基板において、前記有底の穴の内部に前記第１基板の素地が露出した無電極部を形成するとともに、前記環状の電極ランドの一部を半径方向に開放する切欠部を設けて前記有底の穴の外周にも無電極部を形成し、塗布された前記半田と前記無電極部の間に前記有底の穴と空間的に接続する連通部を形成したことを特徴とする二段構造の実装基板。
2. 請求項１において、前記第２基板が、前記金属ピンの上端側に設けられた円板状に突出したストッパーにより位置決めされる二段構造の実装基板。
3. 請求項１において、前記第２基板の下面に恒温槽に収容された水晶振動子が配設され、かつ、前記第２基板の上面に回路素子が配設された水晶発振器。