JP7365182B2 - 振動子及び発振器 - Google Patents

Description

本発明は、ブランク（振動素子）を搭載する台座、振動子及び発振器に係り、特に凹部の角部が丸く形成されているパッケージの凹部内壁に接触することなく、ブランク及び電極の面積を十分確保して、振動特性を向上させることができる台座、振動子及び発振器に関する。

［先行技術の説明］
従来の水晶振動子では、パッケージ及びパッケージ外部からの水晶片に与える影響を抑制し、位相雑音特性を良好にする構成として、主に水晶から成る台座（水晶台座）を用いる構成が知られている。
また、凹部を備えたパッケージに、水晶片と発振回路のＩＣ（Integrated Circuit）を搭載した発振器がある。

また、パッケージを表裏に凹部が形成されたＨ型構造とし、表側に水晶片と水晶台座を搭載し、裏面に発振回路のＩＣを搭載した水晶発振器がある。
パッケージの表面又は裏面に温度補償回路を設けた温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）がある。

［パッケージ凹部の形状］
台座の上にブランクを搭載した振動子では、信頼性の観点から、台座が搭載されるパッケージの凹部の形状は、応力が集中しないよう、角部が丸く加工されている（Ｒが掛かっている）。
そして、水晶振動子において、ＣＩ（Crystal Impedance）特性を良好にするためには、ブランクの外形形状、及び電極を大きく（広く）設計することが望ましい。
そこで、パッケージの凹部のＲが掛かった側面に接触せずに、できるだけ面積の大きい台座を確保する必要がある。

［ベベル加工］
また、水晶ブランクは、振動特性を良好にするために、中心部を厚く周辺部を薄くし、外周部を面取りするように研磨するベベル加工が施されるものがある。

［従来の台座の形状：図６］
ここで、従来の台座の形状について図６を用いて説明する。図６は、従来の台座の形状を示す平面図である。
図６では、セラミック等から成るパッケージ１の凹部１１内の基板に、ブランク５が搭載された台座４が固定された状態を示している。
図６に示すように、従来の台座４は、水晶等で矩形形状に形成され、角部は略直角に形成されている。

上述したように、パッケージ１は、凹部１１の角部１２が丸く加工され、角部が直角に形成される場合よりも、内壁が内側（中心に向かって）にせり出している。
そのため、従来の台座４は、凹部１１の角部１２に接触しない寸法に形成され、ブランク５は、当該台座４に搭載される形状に形成されていた。台座４やブランク５がパッケージに接触すると、ブランク５の振動特性が劣化する。
図６では、凹部１１の長辺の寸法（パッケージ内径長）をＬ１′、台座４の長辺寸法をＬ２′、ブランク長辺をＬ３′とすると、Ｌ１′＞Ｌ２′＞Ｌ３′となっている。

図６に示すように、凹部１１の長辺の長さＬ１′に比べると、台座４の長辺の長さＬ２′は十分小さく形成されており、パッケージ１の凹部１１の内壁と台座４との間に広い隙間が形成されている。
つまり、パッケージ１の大きさの割には台座４及びブランク５は小さい形状となっており、凹部１１の面積を有効に活用して十分な大きさの台座やブランクを搭載することはできなかった。

［関連技術］
尚、台座を備えた振動子の従来技術としては、特許第３０１７７５０号公報「水晶振動子」（特許文献１）がある。
特許文献１には、基台上に、凹部を備えた保持用水晶板を固着し、凹部の上に矩形の水晶片を搭載した水晶振動子で、保持用水晶板の固着される両端部を結ぶ固着方向と、水晶片の固着される長手方向の両端部を結ぶ固着方向とを直交方向とすることが記載されている。

特許第３０１７７５０号公報

しかしながら、従来の台座を用いた振動子では、パッケージの凹部角部が丸く加工されているため、内側にせり出している内壁に接触しないように、台座の大きさを制限しなければならず、台座の周辺に隙間が生じてしまい、凹部の面積を有効に活用してブランク及び電極の面積を十分広くすることができないという問題点があった。

尚、特許文献１には、外部からの振動を抑えるための台座（制振台座）の角部を斜めに切り欠くことは記載されていない。

本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、凹部の角部が丸く加工されたパッケージに搭載される場合に、ブランク及び電極の面積を十分確保して、良好な振動特性を得ることができる台座、振動子及び発振器台座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、ブランクと、ブランクを搭載する台座と、台座を収納するパッケージとを備えた振動子であって、パッケージは、凹部の角部が丸く形成され、ブランクは、略矩形であり、台座は、当該台座本体の四隅の角部が、斜めに切り欠かれた形状に形成され、台座本体の四隅の内側でブランクの四隅が固定されて、パッケージの凹部に収納されることを特徴としている。

また、本発明は、上記振動子において、台座は、当該台座本体の表面中央に設けられた凹部と、台座本体の凹部の両端に隣接して設けられ、ベベル加工が施されたブランクが固定される縁部とを備えることを特徴としている。

また、本発明は、ブランクと、ブランクを搭載する台座と、台座を収納するパッケージと、発振回路とを備えた発振器であって、パッケージは、凹部の角部が丸く形成され、ブランクは、略矩形であり、台座は、当該台座本体の四隅の角部が、斜めに切り欠かれた形状に形成され、台座本体の四隅の内側でブランクの四隅が固定されて、パッケージの表面の凹部内の基板に設置され、発振回路は、パッケージの表面の基板又は裏面の基板に設置されたことを特徴としている。

また、本発明は、上記発振器において、台座は、当該台座本体の表面中央に設けられた凹部と、台座本体の凹部の両端に隣接して設けられ、ベベル加工が施されたブランクが固定される縁部とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、ブランクと、ブランクを搭載する台座と、台座を収納するパッケージとを備えた振動子であって、パッケージは、凹部の角部が丸く形成され、ブランクは、略矩形であり、台座は、当該台座本体の四隅の角部が、斜めに切り欠かれた形状に形成され、台座本体の四隅の内側でブランクの四隅が固定されて、パッケージの凹部に収納される振動子としているので、パッケージの凹部の角部にＲが掛けられて丸く形成されていても、凹部内壁に接触することなく台座の長辺及び短辺の寸法を大きくでき、電極やブランクの面積を十分確保して、良好な振動特性を得ることができる効果がある。

また、本発明によれば、上記振動子において、台座は、当該台座本体の表面中央に設けられた凹部と、台座本体の凹部の両端に隣接して設けられ、ベベル加工が施されたブランクが固定される縁部とを備える振動子としているので、台座にブランクを搭載すると、厚みが大きいブランクの中央部が台座の凹部の上に位置することになり、ブランクが台座に接触するのを防ぎ、良好な振動特性を得ることができる効果がある。
また、本発明によれば、ブランクと、ブランクを搭載する台座と、台座を収納するパッケージと、発振回路とを備えた発振器であって、パッケージは、凹部の角部が丸く形成され、ブランクは、略矩形であり、台座は、当該台座本体の四隅の角部が、斜めに切り欠かれた形状に形成され、台座本体の四隅の内側でブランクの四隅が固定されて、パッケージの表面の凹部内の基板に設置され、発振回路は、パッケージの表面の基板又は裏面の基板に設置された発振器としているので、パッケージの凹部の角部にＲが掛けられて丸く形成されていても、凹部内壁に接触することなく台座の長辺及び短辺の寸法を大きくでき、電極やブランクの面積を十分確保して、良好な振動特性を得ることができる効果がある。
また、本発明によれば、上記発振器において、台座は、当該台座本体の表面中央に設けられた凹部と、台座本体の凹部の両端に隣接して設けられ、ベベル加工が施されたブランクが固定される縁部とを備える発振器としているので、台座にブランクを搭載すると、厚みが大きいブランクの中央部が台座の凹部の上に位置することになり、ブランクが台座に接触するのを防ぎ、良好な振動特性を得ることができる効果がある。

第１の台座の形状を示す説明図である。 第１の台座を用いた振動子の構成を示す上面図である。 第２の台座の形状を示す説明図である。 第２の台座を用いた振動子の断面説明図である。 第２の台座を用いた発振器の構成を示す断面説明図である。 従来の台座の形状を示す平面図である。

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台座（本台座）は、ブランクを搭載する略矩形の台座であって、台座の四隅の角部を、斜めに切り欠いた形状に形成（Ｃ面加工）したものであり、パッケージ内の凹部の角部が丸く形成されて（Ｒが掛けられて）いても、凹部内壁に接触することなく、台座の長辺寸法及び短辺寸法を大きくして、ブランク及び電極の面積を十分確保することができ、良好な振動特性を得ることができるものである。

更に、本台座は、ブランクが搭載される表面の中央部分に凹部が形成され、当該凹部に隣接して、縁（ふち）部が形成された略矩形の台座において、四隅の角部をＣ面加工したものであり、パッケージ内の凹部の角部が丸く形成されていても、凹部内壁に接触することなく、台座の長辺寸法及び短辺寸法を大きくすると共に、ベベル加工されたブランク中央部が台座表面に接触するのを防ぐことができ、振動特性を良好にすることができるものである。

また、本発明の実施の形態に係る振動子（本振動子）は、本台座の上にブランクを搭載してパッケージに収納された表面実装型の振動子であり、本発明の実施の形態に係る発振器（本発振器）は、本振動子と同じパッケージに発振回路を備えたものである

［第１の台座の形状：図１］
本発明の第１の実施の形態に係る台座（第１の台座）の形状について図１を用いて説明する。図１は、第１の台座の形状を示す説明図である。
図１では、パッケージ１の凹部に、第１の台座２を搭載し、更にその上にブランク３を搭載した状態を上面から見たところを示している。
図１に示すように、パッケージ１の凹部１１の角部１２は、Ｒ（内径Ｒ）が掛けられて丸く形成されている。
また、ここでは、ブランク３は、周辺部が薄く中央部が厚くなるよう、また角部が丸くなるよう、面取り加工（ベベル加工）が施されているが、ベベル加工されていない形状でもよい。

そして、第１の台座２は、水晶等で形成され、略矩形形状であって、四隅の角部２２斜めに切り欠かれた形状に形成されている。つまり、第１の台座２は、四隅の角部２２がＣ面加工されている。

これにより、第１の台座２は、パッケージ１の内径Ｒに接触することなく、凹部の面積を有効に利用して、台座の面積を広くすることができるものである。
具体的には、図６に示した従来の台座４に比べて第１の台座２は大きく形成され、第１の台座２の長辺及び短辺と、パッケージ１の凹部１１の側面との隙間が狭くなっていることがわかる。

パッケージ１の凹部１１の長辺の長さＬ１、第１の台座２の長辺の長さＬ２、ブランク３の長辺の長さＬ３の関係は、Ｌ１＞Ｌ２≧Ｌ３である。
また、短辺については図示は省略するが、長辺と同様の関係であり、凹部１１の短辺の長さ＞第１の台座の短辺の長さ≧ブランク３の短辺の長さとなっている。
つまり、第１の台座２とブランク３は同じ大きさでも構わない。但し、第１の台座２と同程度の大きさとする場合には、ブランク３は、Ｃ面加工された台座２の角部から突出しないように面取りされているものとする。

［第１の台座を用いた振動子の構成：図２］
次に、第１の台座を用いた振動子の構成について図２を用いて説明する。図２は、第１の台座を用いた振動子（第１の振動子）の構成を示す上面図である。
図２に示すように、第１の振動子は、図１に示した第１の台座２の上に、ブランク３を搭載し、導電性接着剤３４で四隅を固定した構成である。
ブランク３には、表面に励振電極３１、裏面に励振電極３２が形成されており、励振電極３１，３２は、導電性接着剤３４によって第１の台座の表面に形成された電極及び配線に接続されている。

第１の台座２は、角部２２をＣ面加工しているため、長辺短辺を従来よりも長くしても、パッケージ１の凹部１１の角部１２に接触しないものであり、台座表面の面積を従来より大きくして、台座上に搭載されるブランク３や、台座表面に形成される電極及び配線（図示省略）の面積を大きくすることができ、良好な特性を得ることができるものである。

［第１の台座を用いた発振器］
図示は省略するが、例えば、上面と下面に凹部を備えたＨ型のパッケージの一方の凹部に、ブランク３を搭載した第１の台座２を搭載し、他方の凹部に発振回路を搭載し、ブランク３と発振回路とを接続して、発振器を構成する。

［第２の台座の形状：図３］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る台座（第２の台座）の形状について図３を用いて説明する。図３は、第２の台座の形状を示す説明図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は底面図である。
第２の台座６は、ベベル加工が施されたブランクを搭載する台座であって、図３（ａ）に示すように、表面中央部に凹部６ｃが形成されている。
凹部６ｃは、第２の台座６本体の一方の長辺から他方の長辺に亘って形成されている。
また、台座６本体の短辺と凹部６ｃとの間は、縁となる縁部６ａ，６ｂが設けられている。

凹部６ｃは、フォトリソグラフィ及びウェットエッチングにより、第２の台座６の表面が削られて形成される。具体的には、台座本体の表面が平坦な状態から、フォトリソグラフィで縁部６ａ、６ｂをマスクして、ウェットエッチングで削ることにより凹部６ｃを形成する。

ベベル加工が施されたブランクは、周辺部に比べて中央部が凸形状となっている。そのため、導電性接着剤によって台座上に固定した場合に、ブランク中央部が台座表面に接触してしまうことがあった。
第２の台座では、凹部６ｃを設けたことにより、ベベル加工が施されたブランクを搭載した場合に、ブランクの中央部が凹部６ｃの上に位置することになり、ブランクが台座に接触するのを防ぐことができるものである。

そして、第２の台座６では、角部６２が斜めに切り欠かれた形状にＣ面加工されている。
第２の台座６は、長辺が２．３２８ｍｍ、短辺が１．６２８ｍｍの略矩形であり、角部６２は、長辺側、短辺側それぞれについて０．１５ｍｍ切り欠かれている。
また、凹部６ｃは、第２の台座６本体の長辺方向の長さが１．６２４ｍｍ、深さが０．０３５ｍｍである。
縁部６ａ，ｂの幅は０．３５２ｍｍに形成されている。

これにより、第２の台座６では、ベベル加工されたブランクを搭載するための凹部を備えた台座について、凹部の角部が丸く形成されたパッケージに搭載する場合でも、凹部の角部に接触することなく、台座の長辺及び短辺を長くして面積を大きくすることができ、台座上に形成される電極の面積や搭載されるブランクを大きくして、特性を良好にすることができるものである。

また、ここでは、凹部６ｃの形状を、台座本体の一方の長辺から他方の長辺に亘って形成されているものとしたが、台座本体のいずれの辺にも接しないように、周囲を全て縁部で囲まれた形状としてもよい。

［第２の台座を用いた振動子の断面説明図：図４］
次に、第２の台座６を用いた振動子の構成について図４を用いて説明する。図４は、第２の台座を用いた振動子（第２の振動子）の断面説明図である。
図４に示すように、第２の振動子は、従来と同様のセラミック等から成るパッケージ１０の凹部に、ベベル加工が施されたブランク３を搭載した第２の台座６が半田（又は導電性接着剤）３５によって固定された構成である。
そして、ブランク３は、第２の台座６の縁部６ａ，６ｂの上に導電性接着剤３４によって固定されている。

上述したように、ブランク３の中央部分は、第２の台座６の凹部６ｃの上に搭載されているので、ブランク３の中央部が下に凸になっていても、凹部６ｃの深さで吸収して、ブランク３の中央部が凹部６の内側底面に接触しないように保持することができ、振動を妨げないものである。

［第２の台座を用いた発振器の断面説明図：図５］
次に、第２の台座６を用いた発振器の構成について図５を用いて説明する。図５は、第２の台座を用いた発振器（第２の発振器）の構成を示す断面説明図である。
図５に示すように、第２の発振器は、上面と下面に凹部を備えたＨ型のパッケージ７の、上面の凹部に、上述した第２の振動子と同様に第２の台座６及びベベル加工されたブランク３を搭載し、裏面の凹部に発振回路１７を搭載したものである。

パッケージ７の上面の凹部表面及び下面の凹部表面には電極及び配線が形成され、上面凹部の電極と下面凹部の電極とはパッケージ７に形成されたスルーホール等により接続されている。
そして、ブランク３の励振電極３１，３２と発振回路１７、及びパッケージ７の裏面に設けられた外部端子１８とが電気的に接続されている。
第２の発振器では、ブランク３が第２の台座６に接触しないので、振動を妨げることなく、良好な特性が得られるものとなる。

また、Ｈ型のパッケージではなく、凹部を１つだけ備えたパッケージに、ブランク３を搭載した第２の台座と発振回路とを並べて搭載した構成としてもよい。

［実施の形態の効果］
第１の台座２によれば、ブランク３を搭載する略矩形の台座であって、台座本体の四隅の角部２２がＣ面加工されて斜めに切り欠かれた形状に形成されているので、凹部１１の内壁の角部１２にＲが掛けられて丸く形成されていても、凹部１１の角部１２に接触せずに台座の長辺及び短辺を長くでき、台座表面に形成される電極や配線の面積、台座に搭載されるブランクの大きさを大きくすることができ、パッケージ１の凹部１１の広さを有効に活用して、特性の良好な振動子及び発振器を実現することができる効果がある。

また、第２の台座６も同様に台座本体の四隅の角部６２が斜めに切り欠かれた形状に形成されているので、同様にパッケージ１の凹部１１の広さを有効に活用して、特性の良好な振動子及び発振器を実現することができる効果がある。

更に、第２の台座６によれば、ベベル加工されたブランク３が搭載される表面の中央部分に凹部６ｃが形成され、当該凹部６ｃの両端には、縁となる縁部６ａ及び６ｂが形成された構成としているので、縁部６ａ，６ｂに導電性接着剤を塗布してブランク３を搭載すれば、厚みが大きいブランク３の中央部が凹部６ｃの上に位置することになり、ブランク３の中央部が下に突出しても、凹部６ｃの空間内に収まり、中央部が台座表面に接触するのを防ぐことができ、ブランク３の振動を妨げず、振動特性を良好にすることができる効果がある。
また、台座を使用することにより、熱応力や加速度に対する耐性を良好にする効果もある。

本発明は、凹部の角部が丸く形成されているパッケージの凹部内壁に接触することなく、ブランク及び電極の面積を十分確保して、振動特性を向上させることができる台座、振動子及び発振器に適している。

１，７…パッケージ、 ２…第１の台座、 １１…凹部、 １２…凹部の角部、 ２２第１の台座の角部、 ３…ブランク、 ６…第２の台座、 ６ａ，６ｂ…縁部、６ｃ…凹部、 ３１，３２…励振電極、 ３４…導電性接着剤、 ６２…第２の台座の角部、 ３５…半田、 １７…発振回路、 １８…外部端子

Claims (4)

1. ブランクと、前記ブランクを搭載する台座と、前記台座を収納するパッケージとを備えた振動子であって、
   前記パッケージは、凹部の角部が丸く形成され、
   前記ブランクは、略矩形であり、
   前記台座は、当該台座本体の四隅の角部が、斜めに切り欠かれた形状に形成され、前記台座本体の四隅の内側で前記ブランクの四隅が固定されて、前記パッケージの凹部に収納されることを特徴とする振動子。
2. 前記台座は、当該台座本体の表面中央に設けられた凹部と、
   前記台座本体の凹部の両端に隣接して設けられ、ベベル加工が施されたブランクが固定される縁部とを備えることを特徴とする請求項１記載の振動子。
3. ブランクと、前記ブランクを搭載する台座と、前記台座を収納するパッケージと、発振回路とを備えた発振器であって、
   前記パッケージは、凹部の角部が丸く形成され、
   前記ブランクは、略矩形であり、
   前記台座は、当該台座本体の四隅の角部が、斜めに切り欠かれた形状に形成され、前記台座本体の四隅の内側で前記ブランクの四隅が固定されて、前記パッケージの表面の凹部内の基板に設置され、
   前記発振回路は、前記パッケージの表面の基板又は裏面の基板に設置されたことを特徴とする発振器。
4. 前記台座は、当該台座本体の表面中央に設けられた凹部と、
   前記台座本体の凹部の両端に隣接して設けられ、ベベル加工が施されたブランクが固定される縁部とを備えることを特徴とする請求項３記載の発振器。

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