JP6131798B2 - 表面実装型圧電発振器 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁性のベース上に圧電振動素子と集積回路素子が実装された表面実装型圧電発振器に関するものであって、特に表面実装型圧電発振器のパッケージ構造を改善するものである。

水晶振動板等の圧電振動素子を用いた圧電発振器は、安定して精度の高い発振周波数を得ることができるため、電子機器等の基準周波数源として多種の分野で使用されている。表面実装型圧電発振器では、絶縁性のベースとしてセラミック多層基板を用い、当該ベースの収納部に発振回路等の集積回路素子を配置するとともに、当該集積回路素子の上方に水晶振動板を支持固定し、蓋により気密封止を行ったものである。このような構成はＣ−ＭＯＳ等のインバータ増幅器（発振用増幅器）を内蔵したワンチップの集積回路素子のカスタム化により比較的部品点数が少なく、シンプルな構成であり、低コスト化に寄与している。

例えばＣ−ＭＯＳインバータの発振回路構成としては、図１に示すように、Ｃ−ＭＯＳインバータの入力側（ゲート側Ｇ）と出力側（ドレイン側Ｄ）にそれぞれ容量素子（分割コンデンサＣ１，Ｃ２）が直列で接続されており、このＣ−ＭＯＳインバータと前記容量素子との間に、圧電振動素子と帰還抵抗Ｒとが並列で接続されている。なお、この発振回路では圧電振動素子の単体での電気的特性を計測するための測定用外部端子Ｘ１，Ｘ２についてのみ開示しているが、他の外部端子については図示していない。

このような圧電発振器においてはパッケージを気密封止した後、圧電振動素子単独の特性については外部から測定するために、特許文献１に示すように、セラミックベースに圧電振動素子の入出電極を直接パッケージ外部に導出する構成が考えられている。つまり圧電振動素子単体の入出電極と接続されるようにセラミックベースにメタライズ配線パターンを形成し、当該メタライズ配線パターンをセラミックベースの側端部の一部に形成されたキャスタレーション部分に引き出すことで測定外部端子を構成している。このように構成された圧電発振器の測定外部端子と圧電振動素子特性測定装置のコンタクトプローブとを接触した状態で計測することで、他の回路部品が介在しない発振回路全体としての特性ではなく、圧電振動素子の特性を測定することができる。

また、最近では、高速で低ノイズ、放射ノイズの低減などの観点から周波数の位相が反転した少なくとも２つの出力端子を具備した差動出力圧電発振器の有効性が高まっている。差動出力圧電発振器では、振幅が小さくなるため遷移時間が短くなるため高いデータレートを実現できる（高速対応）。周波数の位相反転した信号の差信号を取り出すことでノイズを除去する性質を有する（低ノイズ）。同じ電流が逆方向に流れるためＥＭＩの発生が少ない（放射ノイズの低減）といった利点がある。

特開２００４−２１４７９９号公報

しかしながら、表面実装型圧電発振器の小型化に伴い、周辺回路の不要な外部ノイズを外部端子から拾いやすくなるため、外部端子から集積回路素子のパッドに至る配線ラインを通してこの不要な外部ノイズが圧電発振器としての電気的な特性に悪影響を与えることがある。

特に、表面実装型圧電発振器に収納された集積回路素子の出力パッドと接続される出力ライン（出力用外部端子から出力配線パターン等）では外部ノイズの影響を受けやすい。

さらに、前記出力ラインを流れる高周波信号は、不要な輻射ノイズが発生しているため、この不要な輻射ノイズが圧電発振器としての電気的な特性に悪影響を与える。

また、Ｃ−ＭＯＳなどのインバータ増幅器（発振用増幅器）を内蔵した発振回路構成では、インバータ増幅器（発振用増幅器）の入力側（ゲート側Ｇ）とその出力側（ドレイン側Ｄ）とで発振回路特性に与える影響度は大きく異なっている。特に、インバータ増幅器（発振用増幅器）の入力側（ゲート側Ｇ）から不要なノイズを拾うと、そのノイズも増幅され、圧電発振器としての電気的な特性に与える影響度も大きくなる。また、前記インバータ増幅器（発振用増幅器）の入力側（ゲート側Ｇ）がその出力側（ドレイン側Ｄ）に比較して入力抵抗が高いため、他の外部端子からの干渉を受けやすく、圧電振動素子に異常な電圧を発生させ、圧電発振器として正常な発振起動を妨げることがあった。

このような問題点に対して、上述のような表面実装型圧電発振器のパッケージ構造では、発振用増幅器を内蔵した発振回路構成に対するノイズの悪影響をできるだけ軽減させるような考慮がなされていないのが一般的である。特に小型化された表面実装型圧電発振器のパッケージ構造ではその悪影響が大きくなり、それを改善することが求められている。

また、差動出力圧電発振器では、通常の圧電発振器に比べて出力端子の数が多くなるため、このようなノイズを拾いやすくなり影響しやすい。加えて、前記インバータ増幅器（発振用増幅器）の入力側（ゲート側Ｇ）に接続された圧電発振器の測定外部端子と、前記インバータ増幅器（発振用増幅器）の出力側（ドレイン側Ｄ）に接続された圧電発振器の測定外部端子とでは、前記出力端子の一方と同位相の信号のものと逆位相の信号のものが存在するため、お互いに逆位相となるものが近接して配置されると、測定外部端子の信号の増幅が妨げられ、発振が安定しないことがあった。

そこで、上記課題を解決するために、本発明は、複数の位相出力を有するととともに発振用増幅器を内蔵した発振回路構成の表面実装型圧電発振器に対して、小型化に対応させながら、ノイズの悪影響を受けにくい電気的特性の優れたより信頼性の高い表面実装型圧電発振器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の特許請求項１に示すように、表面実装型圧電発振器であって、発振用増幅器を内蔵した集積回路素子と、前記集積回路素子と接続される一対の励振電極が形成された圧電振動素子と、矩形状のセラミック基板が積層されて収納部と外装部とが構成され、収納部に形成された複数の配線パターンと、外装部に形成され前記配線パターンの一部と接続された外部端子とを有する平面視矩形状の絶縁性のベースとがあり、前記ベースの外装部の底面には、少なくとも４角と長辺に外部端子が形成され、前記ベースの外装部の底面の一方の長辺に沿って、複数の周波数の位相出力を有する２つ以上の出力用外部端子が形成されており、前記ベースの配線パターンには、前記集積回路素子の発振用増幅器の入力側と前記圧電振動素子の他方の励振電極と第１測定用外部端子とを接続する入力側配線パターンと、前記集積回路素子の発振用増幅器の出力側と前記圧電振動素子の一方の励振電極と第２測定用外部端子とを接続する出力側配線パターンとを少なくとも有しており、前記ベースの外装部の側面には、前記第１測定用外部端子と第２測定用外部端子とが形成されており、前記第１測定用外部端子は、前記２つ以上の出力用外部端子に近接する側面の上部、および２つ以上の出力用外部端子をお互いにつなぐ領域に近接する側面の上部には形成しないことを特徴とする。

上記構成により、不要ノイズが増幅され、圧電発振器としての電気的な特性に悪影響を与えやすい発振用増幅器の入力側（ゲート側Ｇ）に接続された入力側配線パターンと第１測定用外部端子とを、外部からのノイズの影響の高い複数の出力外部端子から遠い位置に配置することができる。このため、不要ノイズによる悪影響を極力抑えることが可能となり、出力外部端子を流れる交流や高周波信号による不要な輻射ノイズの悪影響も軽減できる。

特に、表面実装型圧電発振器が小型化され、外部端子や配線パターン等の形成位置がますます制限される中で、前記出力外部端子と入力側配線パターンや第１測定用外部端子との距離も短くなり、その悪影響もより一層受けやすくなるが、本発明では表面実装型圧電発振器の小型化を妨げることなく、不要ノイズの悪影響を抑えることができる。

また、複数の出力端子を具備する差動出力圧電発振器では、よりノイズを拾いやすくなるが、このような悪影響を軽減できる。結果として、より一層ノイズの悪影響を受けにくい電気的特性の優れた表面実装型圧電発振器とすることができる。

また、本発明の特許請求項２に示すように、上述の構成に加え、前記第２測定用外部端子は、前記出力用外部端子のうち周波数の同位相となる出力用外部端子に近接する側面の上部に形成したことを特徴とする。

上記構成により、上述の作用効果に加えて、前記ベースの外装部の底面の一方の長辺に近接する側面に形成された第２測定用外部端子は、前記複数の出力用外部端子のうち周波数の同位相となる出力用外部端子に近接する側面の上部に形成しているので、当該同位相の出力用外部端子によって、前記第２測定用外部端子の信号の増幅が妨げられることがなくなり、より安定した発振が得られるようになる。

以上のように、本発明は、複数の位相出力を有するととともに発振用増幅器を内蔵した発振回路構成の表面実装型圧電発振器に対して、小型化に対応させながら、ノイズの悪影響を受けにくい電気的特性の優れたより信頼性の高い表面実装型圧電発振器を提供することができる。

図１は、本発明に適用される発振回路を示した図。 図２は、本発明の実施形態を示す表面実装型圧電発振器の回路基板への搭載状態を示す模式的な断面図である。 図３は、図２の表面実装型圧電発振器の底面図である。 図４は、図２の表面実装型圧電発振器の蓋を封止する前の平面図である。 図５は、図２の表面実装型圧電発振器のベース単体の平面図である。 図６は、本発明の他の実施形態を示す表面実装型圧電発振器の回路基板への搭載状態を示す模式的な断面図である。 図７は、図６の表面実装型圧電発振器の底面図である。

以下、本発明による好ましい実施形態につきセラミック多層基板のベースを用いた表面実装型水晶発振器（表面実装型圧電発振器）を例にとり図面とともに説明する。

図２乃至図５は本発明の第１の実施形態を示すものである。

表面実装型水晶発振器６は、上部が開口した凹部を有する絶縁性のセラミック多層基板からなるベース１（以下、ベースと称する）と、当該ベースの中に収納される集積回路素子２と、同じく当該ベース中の上部に収納される圧電振動素子３と、ベースの開口部に接合される蓋４とからなる。この表面実装型水晶発振器では、ベース１と蓋４とが封止材５を用いて接合されて気密封止され、表面実装型水晶発振器６が構成されている。以下、この表面実装型水晶発振器６の各構成について説明する。

セラミック多層基板のベース１は全体として直方体で、最下層であるアルミナ等のセラミック材料からなる平面視矩形状の一枚板の底部１１と、この底部１１上に積層した中間層のセラミック材料の平面視枠形状の堤部１２と、最上層のセラミック材料の平面視枠形状の堤部１３とから構成され、収納部１０を有する断面凹形の箱状体（外装部１４）に形成されている。収納部１０は第１の収納部１０ａ（下部収納部）と第２の収納部１０ｂ（上部収納部）からなり、それぞれ集積回路素子２と圧電振動素子３が収納される。なお、セラミック多層基板として本形態のように３層構造のベースに限定されるものではなく、ベースの収納部の構造に応じて４層以上で構成してもよい。

前記セラミック多層基板のベース１の最上層である堤部１３の上面（端面）は平坦であり、後述する蓋４との接合領域（金属膜）１３ａである。この接合領域１３ａは、タングステンあるいはモリブデン等のメタライズ材料からなるメタライズ層と、このメタライズ層に積層されたニッケル層と、このニッケル層に積層された金層とから構成される。タングステンあるいはモリブデンは厚膜印刷技術を活用してメタライズ技術によりセラミック焼成時に一体的に形成され、メタライズ層上にニッケル層、金層の順でメッキ形成される。

ベース１の外周壁の４角には上下方向に伸長するキャスタレーションＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４がそれぞれ形成され、ベース１の外周壁の一方（ベースの外装部底面の長辺１５側）の長辺中央の一部には上下方向に伸長する半長円状のキャスタレーションＣ５が形成され、ベース１の外周壁の他方（ベースの外装部底面の長辺１６側）の長辺中央の一部には上下方向に伸長する半長円状のキャスタレーションＣ６が形成されている。当該キャスタレーションはベースの外周壁に対して円弧状あるいは半長円状の切り欠きが上下方向に形成された構成である。

なお、前記接合領域１３ａはベースの堤部１２，１３を上下に貫通接続する図示しない導電ビアやキャスタレーション上部に形成された図示しない配線パターンのいずれか少なくとも一方により、ベース底面側に形成された外部端子パッドＧＴ３の一部に電気的に導出されている。当該外部端子パッドＧＴ３をアース接続することにより、後述する金属製の蓋が接合領域１３ａ、導電ビアやキャスタレーション上部の配線パターンなどを介して接地され、表面実装型水晶発振器の電磁気的なシールド効果を得ることができる。

ベース１の内部において、下方面には前記堤部（側壁部）１２により構成され、集積回路素子２を収納する第１の収納部１０ａが形成され、当該第１の収納部の底面から上部に突き出し、後述する圧電振動素子の端部を保持する保持台１０ｃと、前記第１の収納部を介して前記保持台と対向位置する枕部１０ｄが形成されている。また前記第１の収納部１０ａの上方には前記堤部（側壁部）１３により構成された第２の収納部１０ｂが形成されている。

前記セラミック多層基板のベース１の最下層である底部１１の下面（ベースの外装部の底面）には、図３に示すように、４角と長辺中央に外部端子としての実装用外部端子ＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ３，ＧＴ４，ＧＴ７，ＧＴ８として構成される。

実装用外部端子ＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ３，ＧＴ４は、それぞれ４角のキャスタレーションＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を介してベース１の最下層である底部１１の側面（底面層のセラミック基板の側面）にも引き回し電極ＧＴ１１，ＧＴ２１，ＧＴ３１，ＧＴ４１が形成されている。

例えば、本形態では、実装用外部端子ＧＴ１は電源用外部端子（ＶＣＣ）、実装用外部端子ＧＴ２は第１出力用外部端子（ＯＵＴ）、実装用外部端子ＧＴ３は接地用外部端子（ＧＮＤ）、実装用外部端子ＧＴ８は第２出力用外部端子（ＯＵＴＮ）、実装用外部端子ＧＴ４とＧＴ７は他の外部端子であり、出力制御用外部端子（ＯＥ）や周波数制御用外部端子（ＶＣＯＮＴ）、調整用外部端子、ＮＣ外部端子などいずれかとして構成した。

実装用外部端子ＧＴ７，ＧＴ８は、底部１１の下面（ベースの外装部の底面）の長辺１５，１６から底部１１の中心方向へ離隔した状態で形成されている。なお、実装用外部端子ＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ３，ＧＴ４は、引き回し電極ＧＴ１１，ＧＴ２１，ＧＴ３１，ＧＴ４１を介して、後述する配線パターンＨ１１，Ｈ１２，Ｈ１３，Ｈ１４に電気的に導出され、実装用外部端子ＧＴ８は、上部に貫通接続する導電ビアＶ１を介して、後述する配線パターンＨ１７に電気的に導出されている。実装用外部端子ＧＴ７は、上部に貫通接続する導電ビアＶ２を介して、図示しない他の配線パターンに電気的に導出されている。

本発明では、差動出力してなる発振器であり、ベース１の底部１１の下面（ベースの外装部の底面）の一方の長辺１６に沿って、複数の位相出力を有する２つ以上の出力用外部端子が形成されていることが特徴点の一つである。本形態では、複数の出力外部端子は、第１出力用外部端子（ＯＵＴ）と第２出力用外部端子（ＯＵＴＮ）とからなり、お互いに出力周波数の位相が１８０度反転しているものを例にしている。そして、長辺１６の一方の端部である４角の一つ（キャスタレーションＣ２）に第１出力用外部端子（ＯＵＴ）としての実装用外部端子ＧＴ２を形成し、実装用外部端子ＧＴ２と長辺１６に沿って対向した状態で形成されるとともに、長辺１６の中央に第２出力用外部端子（ＯＵＴＮ）としての実装用外部端子ＧＴ８を形成している。また、実装用外部端子ＧＴ８と長辺１６に沿って対向した状態で形成されるとともに、長辺１６の他方の端部である４角の一つ（キャスタレーションＣ１）に電源用外部端子（ＶＣＣ）としての実装用外部端子ＧＴ１を形成している。

ベース１の底部１１の下面（ベースの外装部の底面）の他方の長辺１５には、接地用外部端子（ＧＮＤ）としての実装用外部端子ＧＴ３と、第１の他の外部端子としての実装用外部端子ＧＴ４と、第２の他の外部端子としてのＧＴ７が対向して形成されている。例えば、長辺１５の一方の端部である４角の一つ（キャスタレーションＣ３）に接地用外部端子（ＧＮＤ）としての実装用外部端子ＧＴ３を形成し、実装用外部端子ＧＴ３と長辺１５に沿って対向した状態で形成されるとともに、長辺１５の中央にＮＣ外部端子としての実装用外部端子ＧＴ７を形成している。また、実装用外部端子ＧＴ７と長辺１５に沿って対向した状態で形成されるとともに、長辺１５の他方の端部である４角の一つ（キャスタレーションＣ４）に出力制御用外部端子（ＯＥ）や周波数制御用外部端子（ＶＣＯＮＴ）のいずれか一方としての実装用外部端子ＧＴ４を形成している。

セラミック多層基板のベース１の最下層である底部１１の上面（前記第１の収納部１０ａの内底面）には、図５に示すように、後述する集積回路素子２と接続される複数の配線パターンＨ１１〜Ｈ１７が並んで形成されている。

セラミック多層基板のベース１の中間層である堤部１２の上面（前記第２の収納部１０ｂの底面）には、後述する圧電振動素子３を搭載する保持台１０ｃが形成されており、その上面には後述する圧電振動素子３と接続される第２の入力側の配線パターンＨ２５と第２の出力側の配線パターンＨ２６とが形成されている。保持台１０ｃは堤部１２の一部が収納部１０の方に突出することで構成されている。この第２の入力側の配線パターンＨ２５は、下部に貫通接続する導電ビアＶ３を介して、第１の入力側の配線パターンＨ１５に電気的に導出されている。第２の出力側の配線パターンＨ２６は、下部に貫通接続する導電ビアＶ４を介して、第１の出力側の配線パターンＨ１６に電気的に導出されている。

セラミック多層基板のベース１の中間層である堤部１２の一対の長辺中央には、キャスタレーションＣ５，Ｃ６の一部がそれぞれ形成されている。堤部１２の長辺中央のキャスタレーションＣ５の上部には、第２の入力側の配線パターンＨ２５と接続され、後述する集積回路素子２の発振用増幅器の入力側に相当し、後述する圧電振動素子３の他方の励振電極３２と直接接続された圧電振動素子の特性測定用の第１測定用外部端子ＧＴ５（Ｘ１）が構成される。堤部１２の長辺中央のキャスタレーションＣ６の上部には、第２の出力側の配線パターンＨ２６と接続され、後述する集積回路素子２の発振用増幅器の出力側に相当し、後述する圧電振動素子３の一方の励振電極３１と直接接続された圧電振動素子の特性測定用の第２測定用外部端子ＧＴ６（Ｘ２）が構成される。

つまり、第１測定用外部端子ＧＴ５と第２測定用外部端子ＧＴ６は、中間層である堤部１２の上面にのみ形成されているので、底部１１の下面（ベースの外装部の底面）の長辺１５，１６と、最上層である堤部１３の接合領域（金属膜）１３ａとから離隔した状態で形成されている。なお、第１測定用外部端子ＧＴ５と第２測定用外部端子ＧＴ６に対して、圧電振動素子特性装置のコンタクトプローブを接触することで後述する圧電振動素子３単独の特性を測定することができる。

本発明では、以上のように構成された実装用外部端子ＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ３，ＧＴ４，ＧＴ７，ＧＴ８と、測定用外部端子ＧＴ５，ＧＴ６の形成位置が特定されていることが特徴点の一つである。つまり、後述する集積回路素子２の発振用増幅器の入力側に相当し、後述する圧電振動素子３の他方の励振電極３２に接続される第１測定用外部端子ＧＴ５は、複数の出力外部端子に近接する側面の上部、およびこれら複数の出力用外部端子をお互いにつなぐ領域に近接する側面の上部には形成しないことを特徴としている。

詳しくは図３にも示すように、第１測定用外部端子ＧＴ５は、第１出力用外部端子（ＯＵＴ）としての実装用外部端子ＧＴ２に近接する側面の上部（この場合はベース外装部の底面の長辺１６に接するベース外装部の側面で実装用外部端子ＧＴ２の真上の位置）や、第２出力用外部端子（ＯＵＴＮ）としての実装用外部端子ＧＴ８に近接する側面の上部（この場合はベース外装部の底面の長辺１６に接するベース外装部の側面で実装用外部端子ＧＴ８の真上の位置）、これら実装外部端子ＧＴ２と実装用外部端子ＧＴ８をお互いにつなぐ領域に近接する側面上部（この場合はベース外装部の底面の長辺１６に接するベース外装部の側面で実装用外部端子ＧＴ２と実装用外部端子ＧＴ８をお互いにつなぐ領域の真上の位置）には形成していない。しかも、実装用外部端子ＧＴ２，ＧＴ８が形成されたベース１の底部１１の下面（ベースの外装部の底面）の長辺１６と対向する長辺１５に近接する側面の上部に形成することが望ましい。さらに、第１測定用外部端子ＧＴ５は、長辺１５の中央のＮＣ外部端子としての実装用外部端子ＧＴ７に近接する側面の上部（この場合はベース外装部の底面の長辺１５に接するベース外装部の側面で実装用外部端子ＧＴ７の真上の位置）に形成することが、不要な輻射ノイズの悪影響を軽減するうえでより望ましい。

そして、後述する集積回路素子２の発振用増幅器の出力側に相当し、後述する圧電振動素子３の他方の励振電極３１に接続される第２測定用外部端子ＧＴ６は、ベース１の底部１１の下面（ベースの外装部の底面）の長辺１６の中央の第２出力用外部端子（ＯＵＴＮ）としての実装用外部端子ＧＴ８に近接する側面の上部（この場合はベース外装部の底面の長辺１６に接するベース外装部の側面で実装用外部端子ＧＴ８の真上の位置）に形成している。本発明の実施形態では、第２出力用外部端子（ＯＵＴＮ）としての実装用外部端子ＧＴ８と、第２測定用外部端子ＧＴ６とがお互いに出力周波数の位相が逆位相となるように構成されている。なお、出力用外部端子の上部に形成する第２測定用外部端子は、当該第２測定用外部端子の下部に位置する出力用外部端子とお互いに出力周波数の位相が同位相となるように配置してもよい。このように構成することで、周波数の同位相の出力用外部端子によって、第２測定用外部端子の増幅が妨げられることがなくなり、より安定した発振が得られるようになるため、より望ましい形態とすることができる。

以上のような構成のベース１は周知のセラミック積層技術やメタライズ技術を用いて形成される。実装用外部端子ＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ３，ＧＴ４，ＧＴ７，ＧＴ８、引き回し電極ＧＴ１１，ＧＴ２１，ＧＴ３１，ＧＴ４１、測定用外部端子ＧＴ５，ＧＴ６、配線パターンＨ１１，Ｈ１２，Ｈ１３，Ｈ１４，Ｈ１５，Ｈ１６，Ｈ１７，Ｈ２５，Ｈ２６は、接合領域１３ａの形成と同様にタングステンあるいはモリブデン等によるメタライズ層の上面にニッケルメッキ層、金メッキ層の各層が形成された構成である。

第１の収納部１０ａの内底面に搭載される集積回路素子２は、Ｃ−ＭＯＳなどのインバータ増幅器（発振用増幅器）を内蔵したワンチップの集積回路素子であり、図１に示すように、圧電振動素子３とともに発振回路を構成する。集積回路素子２の底面側には複数のパッドＰが形成されている。当該集積回路素子２は、例えば金などの金属バンプＣを介して、集積回路素子２の複数のパッドＰとベース１に形成された配線パターンＨ１１〜Ｈ１７とを例えばＦＣＢにより接続される。なお、本形態では、金属バンプにより接合した構成を例にしているが、金属ワイヤバンプを用いてもよい。

この時、集積回路素子２の電源に相当するパッドＰを実装用外部端子ＧＴ１（電源用外部端子）と接続される電源用の配線パターンＨ１１に接続する。集積回路素子２の第１出力に相当するパッドＰを実装用外部端子ＧＴ２（第１出力用外部端子）と接続される出力用の配線パターンＨ１２に接続する。集積回路素子２の接地部に相当するパッドＰを実装用外部端子ＧＴ３（接地用外部端子）と接続される接地用の配線パターンＨ１３に接続する。集積回路素子２の他のパッドＰを実装用外部端子ＧＴ４（他の外部端子）と接続される他の配線パターンＨ１４に接続する。集積回路素子２の第２出力に相当するパッドＰを実装用外部端子ＧＴ８（第２出力用外部端子）と接続される出力用の配線パターンＨ１７に接続する。

また、図１における集積回路素子２の発振用増幅器の出力側に相当し、後述する圧電振動素子３の一方の励振電極３１に接続されるパッドＰを第２測定用外部端子ＧＴ６と接続される第１の出力側の配線パターンＨ１６に接続する。集積回路素子２の第１出力に相当するパッドＰを実装用外部端子ＧＴ２（出力用外部端子）と接続される出力用の配線パターンＨ１２に接続する。図１における集積回路素子２の発振用増幅器の入力側に相当し、後述する圧電振動素子３の他方の励振電極３２に接続されるパッドＰを第１測定用外部端子ＧＴ５と接続される第１の入力側の配線パターンＨ１５に接続する。

集積回路素子２の上方で、収納部１０の同一空間である第２の収納部１０ｂには所定の間隔を持って圧電振動素子３が搭載される。圧電振動素子３は例えば矩形状のＡＴカット水晶振動板であり、その表面に一方の矩形状の励振電極３１とこの引出電極が形成され、その裏面に他方の矩形状の励振電極３２とこの引出電極が形成されており、これら一対の励振電極３１，３２が表裏面で対向して形成されている。これらの電極は、例えば、クロムまたはニッケルの下地電極層と、銀または金の中間電極層と、クロムまたはニッケルの上部電極層とから構成された積層薄膜、クロムやニッケルの下地電極層と、銀または金の上部電極層とから構成された積層薄膜である。これら各電極は真空蒸着法やスパッタリング法等の薄膜形成手段により形成することができる。

圧電振動素子３とベース１との接合は、例えばペースト状であり銀フィラー等の金属微小片を含有するシリコーン系の導電樹脂接着剤（導電性接合材）Ｓを用いている。図２に示すように、導電性樹脂接着剤Ｓは、配線パターンＨ２５，Ｈ２６のうちの一部の上面に塗布されるとともに、導電性樹脂接着剤Ｓを圧電振動素子３と保持台１０ｃの間に介在させ硬化させることで、お互いを電気的機械的に接合している。以上により、圧電振動素子３の一端部をベース１の第１の収納部１０ａの底面から隙間を設けながら、圧電振動素子３の対向する他端部をベースの保持台１０ｃに接合して、片持ち保持される。なお、本形態では、シリコーン系の導電樹脂接着剤により接合した構成を例にしているが、この導電性接合材として他の導電性樹脂接着剤や金属バンプ、金属メッキバンプなどを用いてもよい。

この時、圧電振動素子３の一方の励振電極３１に接続される引出電極を、図１における集積回路素子２の発振用増幅器の出力側に相当し、第２測定用外部端子ＧＴ６と接続される第２の出力側の配線パターンＨ２６に接続する。圧電振動素子３の他方の励振電極３２に接続される引出電極を、図１における集積回路素子２の発振用増幅器の入力側に相当し、第１測定用外部端子ＧＴ５と接続される第２の入力側の配線パターンＨ２５に接続する。

ベース１を気密封止する蓋４は、例えば、コバール等からなるコア材に金属ろう材（封止材）が形成された構成である。この金属ろう材からなる封止材５がベース１の接合領域（金属膜）１３ａと接合される構成となる。金属製の蓋４の平面視外形はセラミックベースの当該外形とほぼ同じであるか、若干小さい構成となっている。

収納部１０に集積回路素子２と圧電振動素子３が格納されたベース１の接合領域１３ａに対して金属製の蓋４にて被覆し、金属製の蓋４の封止材５とベースの接合領域１３ａを溶融硬化させ、気密封止を行うことで表面実装型水晶発振器６の完成となる。

このように構成された表面実装型水晶発振器６は、図２に示すように、回路基板７の配線パターン７１に対してはんだなどの接合材８を用いて接合される。つまり、実装用外部端子ＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ３，ＧＴ４，ＧＴ７，ＧＴ８（図１ではＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ８のみ図示）に接合材８を用いて回路基板７の配線パターン７１へ接合する。

上記実施形態により、不要ノイズが増幅され、水晶発振器としての電気的な特性に悪影響を与えやすい発振用増幅器の入力側（ゲート側Ｇ）に接続された入力側配線パターン（第１の入力側の配線パターンＨ１５と第２の入力側の配線パターンＨ２５）と第１測定用外部端子ＧＴ５とを、外部からのノイズの影響の高い複数の出力外部端子（第１出力用外部端子としての実装用外部端子ＧＴ２と第２出力用外部端子実装用外部端子ＧＴ８）から遠い位置に配置することができる。このため、不要ノイズによる悪影響を極力抑えることが可能となり、出力外部端子を流れる交流や高周波信号による不要な輻射ノイズの悪影響も軽減できる。

特に、表面実装型圧電発振器が小型化されると、外部端子や配線パターン等の形成位置がますます制限される中で、複数の出力外部端子（第１出力用外部端子としての実装用外部端子ＧＴ２と第２出力用外部端子実装用外部端子ＧＴ８）と入力側配線パターンや第１測定用外部端子ＧＴ５との距離も短くなり、その悪影響もより一層受けやすくなるが、本発明では表面実装型圧電発振器の小型化を妨げることなく、不要ノイズの悪影響を抑えることができる。

また、本発明のように、複数の出力外部端子（第１出力用外部端子としての実装用外部端子ＧＴ２と第２出力用外部端子としての実装用外部端子ＧＴ８）を具備する差動出力圧電発振器では、よりノイズを拾いやすくなるが、このような悪影響を軽減できる。結果として、より一層ノイズの悪影響を受けにくい電気的特性の優れた表面実装型圧電発振器とすることができる。

なお、上記した本実施例では、圧電振動素子としてＡＴカット水晶振動板を用いているが、これに限定されるものでなく、音叉型水晶振動片であってもよい。また、圧電振動素子として水晶を材料としているが、これに限定されるものではなく、圧電セラミックスやＬｉＮｂＯ₃等の圧電単結晶材料を用いてもよい。すなわち、任意の圧電振動素子が適用可能である。また、圧電振動素子を片持ち保持するものを例にしているが、圧電振動素子の両端を保持する構成であってもよい。また導電性接合材として、シリコーン系の導電樹脂接着剤を例にしているが、他の導電性樹脂接着剤でもよく、金属バンプや金属メッキバンプのバンプ材、ろう材等を用いてもよい。

また、本実施例では、圧電振動素子３と集積回路素子２とを用いているが、これに限定されるものではなく、圧電振動素子３の個数は任意に設定可能であり、さらに集積回路素子２に加えて他の回路部品を搭載してもよい。すなわち、用途にあわせてベースに搭載する部材を設定変更することができる。また、集積回路素子とベースとの電気的接続は、フリップチップボンディング工法に限らず、ワイヤボンディング工法などを採用してもよい。発振用増幅器としてＣ−ＭＯＳのインバータ増幅器を内蔵したワンチップの集積回路素子を用いた発振回路構成を例にしているが、他の発振用増幅器を含む発振回路構成でもよい。

また、本実施例では、金属ろう材による封止を例にしたが、これに限定されるものではなく、シーム封止、ビーム封止（例えば、レーザビーム、電子ビーム）やガラス封止等でも適用することができる。

また、本実施例では、表面実装型圧電発振器として上部のみが開口した凹部を有するベース１の内底面に集積回路素子２を収納し、その上部に圧電振動素子３を収納した積層型配置のもののみを開示しているが、図６、図７に示すような、上部と下部が開口した凹部を有するベースの下部凹部の内底面に集積回路素子２を収納し、上部凹部の内底面に圧電振動素子３を収納したＨ型配置のものなどに適用してもよい。なお、図６、図７では上記実施形態と同様の部分について同番号を付している。

本発明は、その思想または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、表面実装型圧電振動発振器に適用できる。

１ ベース
２ 集積回路素子
３ 圧電振動素子
４ 蓋
５ 封止材
６ 表面実装型水晶発振器
７ 回路基板
８ 接合材
Ｓ 導電樹脂接着剤（導電性接合材）
Ｃ 金属バンプ
Ｖ 導電ビア

Claims (2)

1. 表面実装型圧電発振器であって、
   発振用増幅器を内蔵した集積回路素子と、
   前記集積回路素子と接続される一対の励振電極が形成された圧電振動素子と、
   矩形状のセラミック基板が積層されて収納部と外装部とが構成され、収納部に形成された複数の配線パターンと、外装部に形成され前記配線パターンの一部と接続された外部端子とを有する平面視矩形状の絶縁性のベースとがあり、
   前記ベースの外装部の底面には、少なくとも４角と長辺に外部端子が形成され、
   前記ベースの外装部の底面の一方の長辺に沿って、複数の周波数の位相出力を有する２つ以上の出力用外部端子が形成されており、
   前記ベースの配線パターンには、
   前記集積回路素子の発振用増幅器の入力側と前記圧電振動素子の他方の励振電極と第１測定用外部端子とを接続する入力側配線パターンと、
   前記集積回路素子の発振用増幅器の出力側と前記圧電振動素子の一方の励振電極と第２測定用外部端子とを接続する出力側配線パターンとを少なくとも有しており、
   前記ベースの外装部の側面には、前記第１測定用外部端子と第２測定用外部端子とが形成されており、
   前記第１測定用外部端子は、前記２つ以上の出力用外部端子に近接する側面の上部、および２つ以上の出力用外部端子をお互いにつなぐ領域に近接する側面の上部には形成しないことを特徴とする表面実装型圧電発振器。
2. 請求項１記載の表面実装型圧電発振器であって、前記第２測定用外部端子は、前記出力用外部端子のうち周波数の同位相となる出力用外部端子に近接する側面の上部に形成したことを特徴とする表面実装型圧電発振器。

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