JP7307569B2

JP7307569B2 - 水晶発振器

Info

Publication number: JP7307569B2
Application number: JP2019054263A
Authority: JP
Inventors: 朋之細田
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2023-07-12
Anticipated expiration: 2039-03-22
Also published as: JP2020156008A

Description

本発明は、水晶発振器に係り、特に、結露が発生する過酷な使用条件下でも製品の信頼性を向上させることができる水晶発振器に関する。

［従来の技術］
水晶発振器では、セラミックパッケージにより気密構造を備え、気密性を確保している。
そして、セラミックパッケージにおいて、電極の下地には、モリブデン、タングステン、ニッケル等を使用し、電極表面には金メッキを施すことが多い。

セラミック基板上に形成された電極パターンは、当該基板の四隅に引き出され、角部側面を介してセラミックパッケージの底面の電極に接続する構造がある。

［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特開２０１０－１５４４８１号公報「表面実装用の水晶デバイス」（特許文献１がある。
特許文献１の従来技術には、セラミック基板から引き出された電極が基板の四隅の垂直方向に形成された端面電極を介して底面の四隅の実装端子に接続する水晶振動素子が示されている。

特開２０１０－１５４４８１号公報

しかしながら、上記従来の水晶発振器では、過酷な使用条件の場合、発振器に結露が発生することがあり、この結露状態で動作させると、特に電圧の大きく掛かる電源ラインにおける電極のモリブデン等が電池反応により水に溶け出して、その結果、下地電極がなくなり、導通が失われるという問題点があった。

尚、特許文献１には、結露が発生した場合の導通が失われることを考慮した構成の記載がない。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、結露が発生する過酷な使用条件下でも製品の信頼性を向上させることができる水晶発振器を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、水晶振動子と、発振回路とをセラミックパッケージに収納した水晶発振器であって、セラミックパッケージが、表面側から底面に向けて第１のセラミック層と、第２のセラミック層と、第３のセラミック層と、第４のセラミック層とが積層され、第１のセラミック層が、水晶振動子を囲み、第２のセラミック層が、水晶振動子を表面に搭載し、第３のセラミック層が、発振回路を裏面に搭載し、裏面に電極パターンが形成され、第４のセラミック層が、発振回路を囲み、第４のセラミック層の裏面である底面の四隅に外部接続電極が形成され、第４のセラミック層の外側側面において、電極パターンと外部接続電極とを接続する第１の電極が形成され、第４のセラミック層の表面と裏面とを接続するよう貫通して形成されたスルーホール内に第２の電極が形成され、電極パターンの内、電源ラインの電極パターンが、第４のセラミック層の外側側面まで延びて第１の電極に接続し、第１の電極が前記外部接続電極の内、電源ラインの電極に接続すると共に、電源ラインの電極パターンが、スルーホール内に形成された第２の電極に接続し、第２の電極が外部接続電極の内、電源ラインの電極に接続することで第１の電極と並列に接続することを特徴とする。

本発明は、上記水晶発振器において、スルーホールが、第３のセラミック層の裏面に形成される電源ラインの電極パターンが第４のセラミック層の外側側面に形成された第１の電極まで延びる途中に設けられ、電源ラインの電極パターンとスルーホール内に形成された第２の電極を接続していることを特徴とする。

本発明によれば、セラミックパッケージが、表面側から底面に向けて第１のセラミック層と、第２のセラミック層と、第３のセラミック層と、第４のセラミック層とが積層され、第１のセラミック層が、水晶振動子を囲み、第２のセラミック層が、水晶振動子を表面に搭載し、第３のセラミック層が、発振回路を裏面に搭載し、裏面に電極パターンが形成され、第４のセラミック層が、発振回路を囲み、第４のセラミック層の裏面である底面の四隅に外部接続電極が形成され、第４のセラミック層の外側側面において、電極パターンと外部接続電極とを接続する第１の電極が形成され、第４のセラミック層の表面と裏面とを接続するよう貫通して形成されたスルーホール内に第２の電極が形成され、電極パターンの内、電源ラインの電極パターンが、第４のセラミック層の外側側面まで延びて第１の電極に接続し、第１の電極が前記外部接続電極の内、電源ラインの電極に接続すると共に、電源ラインの電極パターンが、スルーホール内に形成された第２の電極に接続し、第２の電極が外部接続電極の内、電源ラインの電極に接続することで第１の電極と並列に接続する水晶発振器としているので、結露が発生する劣悪な使用条件で、第１の電極が水に溶けだして導通が失われても、第２の電極で導通できるので、製品の信頼性を向上させることができる効果がある。

本発振器の断面説明図である。第１のセラミック層の平面説明図である。第２のセラミック層の平面説明図である。第３のセラミック層の平面説明図である。第４のセラミック層の平面説明図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る水晶発振器（本発振器）は、セラミックの基板から四隅に引き出された電極パターンの内、電源ラインについて側面角部の垂直方向に形成された端面電極（第１の電極）を底面の外部接続電極に接続すると共に、当該角部の内側にスルーホールを形成して、当該スルーホール内に内部電極（第２の電極）を形成して底面の外部接続電極に接続する構造としているので、端面電極の第１の系統と内部電極の第２の系統との２系統で底面の外部接続電極に接続するため、結露が発生する劣悪な使用条件で、第１系統の端面電極が水に溶けだして導通が失われても、第２系統の内部電極で導通できるので、製品の信頼性を向上させることができるものである。

［本発振器：図１］
本発振器について図１を参照しながら説明する。図１は、本発振器の断面説明図である。
本発振器は、図１に示すように、セラミックパッケージが４層のセラミック層１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄで形成されている。

第１のセラミック層１ａは、水晶振動子２を収納するよう、内部がくり抜かれた構造で、つまり、水晶振動子２を保護する側壁となるものである。
第１のセラミック層１ａの上には蓋となるリッド４が設けられ、内部の気密性を保持している。

第２のセラミック層１ｂは、水晶振動子２が導電性接着剤５により固定される基板であり、搭載される構成となっている。
図示はしていないが、第２のセラミック層１ｂの表面にも水晶振動子２の電極に導電性接着剤５を介して接続する電極パターンが形成されている。

第３のセラミック層１ｃは、裏面に電極パターンが形成され、発振回路３が半田６により固定されて搭載される基板である。
また、第２のセラミック層１ｂ及び第３のセラミック層１ｃを貫通するスルーホールが形成され、その中に垂直方向に電極が形成されて、発振回路（ＩＣ）３に接続するようになっている。

そして、電極パターンにおける電源ラインの電極パターン１２ｂは、第３のセラミック層１ｃの角部に引き出され、当該角部で第４のセラミック層１ｄの垂直方向に形成された端面電極（第１の電極）１２ｃに接続している。更に、端面電極１２ｃは、第４のセラミック層１ｄの底面に形成された外部接続電極１２ｄにも接続している。外部接続電極１２ｄは、電源ラインに接続するものである。

また、本実施の形態の特徴として、第４のセラミック層１ｄの垂直方向にスルーホールが形成され、その内部に金属膜が形成されて金属パターン１２ｂと外部接続電極１２ｄとを接続する内部電極（第２の電極）１３が形成されている。

つまり、電源ラインは、第１の電極（端面電極）１２ｃの系統と第２の電極（内部電極）１３の系統の２つが並列に金属パターン１２ｂと外部接続電極１２ｄに接続するものとなっている。
これによって、結露が発生する過酷な使用条件下で、第１の系統の第１の電極１２ｃが水に溶けて導通が失われても、第２の系統の第２の電極１３が外部に露出した状態とはなっていないため、水に溶けることがなく、導通を維持することができるものである。

また、第１のセラミック層１ａ、第２のセラミック層１ｂ及び第３のセラミック層１ｃには垂直方向に連続したスルーホールが形成され、その内側に金属膜の電極１１ａが形成され、リッド４と第３のセラミック層１ｃの裏面のグランド（ＧＮＤ）レベルの電極パターン１１ｂに接続している。

そして、ＧＮＤレベルの電極パターン１１ｂは、第３のセラミック層１ｃの角部に引き出され、その角部で第４のセラミック層１ｄの垂直方向に形成された端面電極１１ｃに接続している。更に、端面電極１１ｃは、第４のセラミック層１ｄの底面に形成された外部接続電極１１ｄにも接続している。外部接続電極１１ｄは、ＧＮＤラインに接続するものである。

［第１のセラミック層１ａの平面：図２］
次に、セラミックパッケージを構成する各セラミック層について説明する。
まず、第１のセラミック層１ａについて図２を参照しながら説明する。図２は、第１のセラミック層の平面説明図である。
第１のセラミック層１ａは、図２に示すように、内部がくり抜かれた構造となっている。尚、図中に（１）～（６）と示したのは、電極の位置である。
また、右下にスルーホールが形成され、その内部に金属膜が形成されて電極１１ａを構成している。

［第２のセラミック層１ｂの平面：図３］
第２のセラミック層１ｂについて図３を参照しながら説明する。図３は、第２のセラミック層の平面説明図である。
第２のセラミック層１ｂは、平面（表面／上面）に水晶振動子２が搭載されるもので、図の左側に、水晶振動子２の電極が導電性接着剤５を介して接続する電極パターンが黒色で示されている。
尚、右下にスルーホールが形成され、その内部に金属膜が形成されて電極１１ａを構成している。

［第３のセラミック層１ｃの平面：図４］
第３のセラミック層１ｃについて図４を参照しながら説明する。図４は、第３のセラミック層の平面説明図である。尚、図４は、第３のセラミック層１ｃの裏面に形成された電極パターンを表面から透過して表現した図である。
第３のセラミック層１ｃは、図４に示すように、電源ラインの電極パターン１２ｂが左上の角部（電極（１））に引き出され、その途中で第４のセラミック層１ｄと重なる部分にスルーホールが形成され、その内部に金属膜を形成して内部電極（第２の電極）１３を構成している。

また、第３のセラミック層１ｃの右下の角部（電極（４））にもＧＮＤ接続の金属パターン１１ｂが引き出され、その途中でリッド４と接続する電極１１ａに接続している。

［第４のセラミック層１ｄの平面：図５］
第４のセラミック層１ｄについて図５を参照しながら説明する。図５は、第４のセラミック層の平面説明図である。尚、図５は、第４のセラミック層１ｄの裏面に形成された電極パターンを表面から透過して表現した図である。
第４のセラミック層１ｄは、図５に示すように、電極（１）～（６）が形成されており、角部には端面電極が形成されている。

特に、左上の角部（電極（１））では、端面電極１２ｃが電源ラインの外部接続電極１２ｄに接続すると共に、スルーホールにより内部電極１３が外部接続電極１２ｄに接続している。
また、右下の角部（電極（４））では、端面電極１１ｃがＧＮＤラインの外部接続電極１１ｄに接続している。

尚、ＧＮＤラインに接続する外部接続電極１１ｄにスルーホールの電極を介して２系統の接続を行っていないのは、電源ラインは駆動電圧が印加されるため電池反応が起こり易いが、ＧＮＤラインはグランドレベルであるから電池反応が起こりにくいため、設ける必要がないものである。但し、スルーホールによる２系統の接続をＧＮＤの外部接続電極１１ｄで行ってもよい。

［本発振器の製造方法］
本発振器は、各セラミック層について別々に電極パターンを形成して、その後各セラミック層を貼り合わせてセラミックパッケージを形成する。
その後、発振回路３を半田６で固定して搭載し、水晶振動子２を導電性接着剤５で固定して搭載し、リッド４で密閉する。
更に、本発振器は、基板に固定されるようになっている。

また、金属パターンの金属膜は、モリブデン（Ｍｏ）をメタライズで形成し、その上に電解メッキでニッケル（Ｎｉ）層を形成し、更にその上に電解メッキで金（Ａｕ）層を形成する。

［実施の形態の効果］
本発振器によれば、セラミックの基板から四隅に引き出された電源ラインの電極パターン１２ｂについて側面角部の垂直方向に形成された端面電極（第１の電極）１２ｃを底面の外部接続電極１２ｄに接続すると共に、当該角部の内側にスルーホールを形成して、当該スルーホール内に内部電極（第２の電極）１３を形成して底面の外部接続電極１２ｄに接続する構造としているので、端面電極１２ｃの第１の系統と内部電極１３の第２の系統との２系統で底面の外部接続電極１２ｄに接続するため、結露が発生する劣悪な使用条件で、第１系統の端面電極１２ｃが水に溶けだして導通が失われても、第２系統の内部電極１３で導通できるので、製品の信頼性を向上させることができる効果がある。

本発明は、結露が発生する過酷な使用条件下でも製品の信頼性を向上させることができる水晶発振器に好適である。

１ａ…第１のセラミック層、１ｂ…第２のセラミック層、１ｃ…第３のセラミック層、１ｄ…第４のセラミック層、２…水晶振動子、３…発振回路、４…リッド、５…導電性接着剤、６…半田、１１ａ…電極、１１ｂ，１２ｂ…電極パターン、１１ｃ，１２ｃ…端面電極、１１ｄ，１２ｄ…外部接続電極、１３…内部電極

Claims

水晶振動子と、発振回路とをセラミックパッケージに収納した水晶発振器であって、
前記セラミックパッケージが、表面側から底面に向けて第１のセラミック層と、第２のセラミック層と、第３のセラミック層と、第４のセラミック層とが積層され、
前記第１のセラミック層が、前記水晶振動子を囲み、
前記第２のセラミック層が、前記水晶振動子を表面に搭載し、
前記第３のセラミック層が、前記発振回路を裏面に搭載し、前記裏面に電極パターンが形成され、
前記第４のセラミック層が、前記発振回路を囲み、前記第４のセラミック層の裏面である前記底面の四隅に外部接続電極が形成され、
前記第４のセラミック層の外側側面において、前記電極パターンと前記外部接続電極とを接続する第１の電極が形成され、
前記第４のセラミック層の表面と裏面とを接続するよう貫通して形成されたスルーホール内に第２の電極が形成され、
前記電極パターンの内、電源ラインの電極パターンが、前記第４のセラミック層の外側側面まで延びて前記第１の電極に接続し、前記第１の電極が前記外部接続電極の内、電源ラインの電極に接続すると共に、
前記電源ラインの電極パターンが、前記スルーホール内に形成された前記第２の電極に接続し、前記第２の電極が前記外部接続電極の内、前記電源ラインの電極に接続することで前記第１の電極と並列に接続することを特徴とする水晶発振器。
スルーホールは、第３のセラミック層の裏面に形成される前記電源ラインの電極パターンが第４のセラミック層の外側側面に形成された第１の電極まで延びる途中に設けられ、前記電源ラインの電極パターンと前記スルーホール内に形成された第２の電極を接続していることを特徴とする請求項１記載の水晶発振器。