JPH0557915U - 温度補償型水晶発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板の面積が小さく、且つ低背型であり、さ
らには、水晶振動子の発振周波数の変動の極めて少ない
温度補償型水晶発振器を提供する。 【構成】多層回路基板１上に、水晶振動子片２、周波数
調整回路Ｗ、温度補償回路Ｘ、発振回路Ｚ及び増幅回路
Ｙを配置した温度補償型水晶発振器であって、前記多層
回路基板１上に水晶振動子片２のみを気密封止するキャ
ップ体４を被着した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、温度補償型水晶発振器に関するものであり、具体的には小形、低背 型の温度補償型水晶発振器に関するものである。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】

典型的な温度補償型水晶発振器の回路は、図３に示すように、厚みすべり振動 を行う水晶振動子片と、コンデンサＣ₁ 、Ｃ₂ 、可変抵抗器や可変コンデンサな どのトリマー部品８からなる周波数調整回路Ｗと、サーミスタ５、５’、コンデ ンサＣ₃ 、Ｃ₄ 、抵抗Ｒ₅ 、Ｒ₆ から成る温度補償回路Ｘ、発振用トランジスタ Ｔｒ₂ から主に構成される発振回路Ｚと、増幅用トランジスタＴｒ₁ から主に構 成される増幅回路Ｙとから構成されていた。

【０００３】 このような回路を備えた温度補償型水晶発振器４０は、従来、図４に示すうよ に、配線パターンを形成した絶縁基板４１上に水晶振動子片が封止された水晶振 動子４２をはじめ上述の回路構成に必要なトランジスタ、コンデンサ、抵抗、サ ミースタなどの素子４３を配置した後、全体をキャップ体４４で被覆していた。

【０００４】 現在において、トランジスタや容量が小さいコンデンサ、抵抗などは、１つの ＩＣチップに集積化して、全体形状を小さくすることが多用されている。

【０００５】 このような構造とする理由は、水晶振動子片を回路基板上に、他の電子部品と ともに配置し、回路基板全体を気密封止可能なキャップ体で被覆した水晶発振器 で構成することが考えられたが、一般に、水晶振動子片をキャップなどで気密封 止した後には、水晶振動子片のエージング特性を向上させるために、ベーキング （１２０℃）工程が必要となる。上記ベーキング工程を行うと、ＩＣチップの樹 脂モールド部分から、樹脂成分などの有機ガス及び水分等がキャップ体内に充満 してしまい、経時変化において、±５ｐｐｍ以上もの発振周波数の変動が発生し てしまうためである。

【０００６】 このような構成では、基板４１上に配置した水晶振動子（実際にはステム、キ ャンケース及びリード端子）４２を配置し、さらにキャップ体４４で被覆するた め、温度補償型水晶発振器全体の厚みによって、例えば４ｍｍ以下という低背型 の温度補償型水晶発振器を達成することは困難であった。

【０００７】 本考案は、上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、基板の面積が小さく 、且つ低背型であり、さらには、水晶振動子の発振周波数の変動の極めて少ない 温度補償型水晶発振器を提供することにある。

【０００８】

【問題点を解決するための具体的な手段】

本考案によれば、回路基板上に、水晶振動子片、周波数調整回路、温度補償回 路、発振回路及び増幅回路を配置した温度補償型水晶発振器であって、前記回路 基板上に水晶振動子片のみを気密封止するキャップを被着したことである。

【０００９】

【作用】

本考案によれば、回路基板上には、水晶振動子片及び周波数調整回路、温度補償 回路、発振回路及び増幅回路の中で集積化されたＩＣチップと、集積化できない 可変抵抗部品やサーミスタなどの電子素子のみが配置されることになる。これに よって基板の面積が極めて小さくすることができる。

【００１０】 また、水晶振動子片のみを気密封止するキャップを被着したたため、水晶振動 子片をベーキング工程で熱処理しても、キャップ内に不要なガスがたまることが ないため、水晶振動子片の発振周波数特性は、長期にわたり安定させることがで きる。また、発振器全体の厚みが、回路基板の厚みと、水晶振動子片を封止する キャップの厚みとによってのみ規制されるため、極めて低背型の温度補償型水晶 発振器が達成されることになる。

【００１１】

【実施例】

以下、本考案の温度補償型水晶発振器を図面に基づいて説明する。 図１は、本考案の温度補償型水晶発振器の平面図であり、水晶振動子片を封止す るキャップの上面を省略している。図２はその断面図である。

【００１２】 図において、温度補償型水晶発振器は、多層回路基板１上に、水晶振動子片２ と、周波数調整回路Ｗ、温度補償回路Ｘ、増幅回路Ｙ及び発振回路Ｚの中で集積 化されたＩＣチップ６と、集積化できない抵抗ネットワーク素子７、可変電子部 品、例えば可変抵抗器、８やサーミスタ５、５’、デカップリングコンデンサ９ が配置されて構成されている。

【００１３】 多層回路基板１は、アルミナセラミックなどからなり、その内部に所定配線パ ターンの導体１６が形成されており、各素子などと接続する箇所には、内部導体 １６が表面に導出して、配線パッド（図示せず）が形成されている。また基板１ の端部には夫々導通スルーホールによって形成された端子１１〜１４が形成され 、それぞれの端子１１〜１４は内部導体１６と接続されている。具体的にはアル ミナグリーンシートにビアホールやスルーホールとなる孔を形成して、グリーン シート上に導体１６となる所定配線パターンを導体ペーストによって印刷する。

【００１４】 この時、スルーホールの端面にも導体ペーストを塗布し、さらにビアホールには 導体ベーストを充填する。このようなグリーンシートを複数枚積層して、内部導 体１６及び表面に配線パッドが形成された積層体を得る。続いて、焼成すること によりグリーンシートを焼結反応させるとともに、各導体１６を基板に焼きつけ ることによって達成される。

【００１５】 水晶振動子片２は、厚みすべりモードの水晶片の両主面に振動子電極が形成さ れている。尚、水晶振動子片２は小型化するために概略小判型に切断されている 。この水晶振動子片２は、多層回路基板１の内部導体１６と通じるパッド（図示 せず）に接続するために、支持体３、３’に導電性接着剤を介して接続されてい る。さらに、この水晶振動子片２は、内部中空で概ね直方体形状のセラミックや 金属などのキャップ体４で気密的に被着されている。

【００１６】 また、多層回路基板１のキャップ体４の外部には、多層回路基板１の内部導体 １６と通じるパッド（図示せず）に接続するＩＣチップ６と、抵抗ネットワーク 素子７、集積化できない可変抵抗器８、サーミスタ５、５’、デカップリングコ ンデンサ９（Ｃ₉ ）が半田などにより接合されている。

【００１７】 ＩＣチップ６は、図３に示す温度補償型水晶発振回路の点線で示す部分を集積 化したものであり、周波数調整回路ＷのコンデンサＣ₁ 、Ｃ₂ 、温度補償回路Ｘ のコンデンサＣ₃ 、Ｃ₄ 、増幅回路Ｙの増幅用トランジスタＴｒ₁ 、コンデンサ Ｃ₇ 、抵抗Ｒ₁ 、Ｒ₂ 、Ｒ₄ 、及び発振回路Ｚの発振用トランジスタＴｒ₂ 、コ ンデンサＣ₅ 、Ｃ₆ 抵抗Ｒ₃ が夫々集積化されている。このＩＣチップ６はフェ ースボンデングやワイヤボンデイグなどにより所定配線パッドを接合し、さらに その上部からシリコーン樹脂などがポッテングされる。この集積化されたコンデ ンサの容量は夫々数十ピコＦであり、容易に集積化が可能であるが、回路定数に よって大容量のコンデンサは別途チップコンデンサとして多層回路基板１上に形 成してもよい。

【００１８】 また、抵抗ネットワーク素子７は、温度補償回路Ｗを構成する抵抗素子Ｒ₅ 、 Ｒ₆ からなる。これは、低温領域（−３０℃〜２５℃）と、高温領域（２５℃〜 ８０℃）とに分けて温度補償を行うが、実際には、抵抗素子Ｒ₅ 、Ｒ₆ の抵抗値 を微調整する必要があるために集積がしないことが望ましい。即ち、抵抗ネット ワーク素子７の抵抗体膜をレーザートリミングを行うことにより微調整が可能と なる。

【００１９】 図中、１０は、水晶振動子片２の支持体３と接続する水晶振動子片２の特性を チェックする端子である。この端子１０、１０は、支持体３と多層回路基板１の 内部導体１６を通じて導通している。

【００２０】 これにより、キャップ体４と多層回路基板１との当接する面には、一切、配線 パターンが形成されていないので、キャップ体４と多層回路基板１とが直接接触 するので、封止材１５を介して接合しても、極めて安定な気密封止が達成できる 。またキャップ体４をセラミックで構成するのであれは、ガラスの封止材１５が 用いられる。またキャップ体４を金属で構成するのであれば、多層回路基板１上 のキャップ体４と当接する部分に金属膜を形成しておき、ろう材によって多層回 路基板１とキャップ体４との接合をおこなう。

【００２１】 また、図中、１１、１２、１３、１４は、多層回路基板１の端面に渡って形成 された導体膜が形成された端面スルーホールの端子である。端子１１は発振回路 の制御端子であり、端子１２はアース端子であり、端子１３は発振出力端子であ り、１４は駆動電源端子である。

【００２２】 このような構成の温度補償型水晶発振器は、図３に示した温度補償型水晶発振 回路が構成する。ここで、回路の説明をすると、周波数調整回路Ｗは、コンデン サＣ₁ 、Ｃ₂ 、及び可変抵抗器８から構成され、水晶片２とアースとの間に接続 されるものであり、常温における水晶振動子片２の発振周波数を調整するもので ある。

【００２３】 温度補償整回路Ｘは、サミースタ５、５’、コンデンサＣ₃ 、Ｃ₄ 、及び抵抗 Ｒ₅ 、Ｒ₆ から構成され、サミースタ５、コンデンサＣ₄ 、抵抗Ｒ₅ によって高 温領域での周波数温度特性の変化分の補償を行い、またサミースタ５、コンデン サＣ₃ 、及び抵抗Ｒ₆ によって低温領域での周波数温度特性の変化分の補償を行 う。

【００２４】 発振回路Ｚは、発振用トランジスタＴｒ₂ から主に構成され、増幅回路Ｙは主 に増幅用トランジスタＴｒ₁ から主に構成されている。

【００２５】 即ち、発振用トランジスタＴｒ₂ のベースに、水晶振動子片２からの発振信号 が供給されると、該発振用トランジスタＴｒ₂ のコレクタから出力された信号が 増幅用トランジスタＴｒ₁ のエミッタへ入力される。該増幅用トランジスタＴｒ₁ の入力信号はここで増幅され、増幅用トランジスタＴｒ₁ のコレクタより出力 される。この出力信号は、コンデンサＣ₇ を介して直流成分がカットされ、所定 レベルの発振出力となる。尚、コンデンサＣ₅ 、Ｃ₆ はコルピッツ型発振回路を 形成するための発振用コンデンサである。

【００２６】 上述の構成による温度補償型水晶発振器において、多層回路基板１は、２〜３ 層程度の回路基板でよく、その厚みは０．６ｍｍ程度で形成できる。また水晶振 動子片２の支持体３の高さは水晶振動子片の振動が行える程度に基板１との間に 間隙を形成すればよく、その高さは０．３ｍｍ程度で形成できる。さらに水晶振 動子片２の厚みが０．１〜０．１５ｍｍ程度であり、支持体３と水晶振動子片２ との接合に要する導電性接着材のはみ出し厚みが０．２〜０．３ｍｍであるため 、キャップ体４の中空部分の高さが０．８５ｍｍ程度あれば充分であり、これに よってキャップ体４の外形厚みは、１．２ｍｍとなる。即ち、基板１の厚み０． ６ｍｍとキャップ体４の厚みは、１．２ｍｍに、さらに封止材１５の厚みも含め ても、全温度補償型水晶発振器の厚みは２．０ｍｍにまでは抑えることができ、 従来にない低背型の温度補償型水晶発振器が達成される。

【００２７】 また、キャップ体４内には水晶振動子片２のみが配置されているので、エイジ ング特性を向上させるためにベーキング工程で熱処理しても、キャップ体４内に 不要なガスが発生することがないので、長期にわたり周波数温度特性が大きく変 動しない。本考案の温度補償型水晶発振器では、長期の経時変化においても２〜 ３ｐｐｍ程度の変動に抑えることができる。

【００２８】 さらに、回路基板に多層回路基板１を用いており、水晶振動子片２と、周波数 調整回路Ｗ、温度補償回路Ｘ、発振回路Ｚ及び増幅回路Ｙを結ぶ各導体１６は多 層回路基板１の内部に形成することができるため、多層回路基板１の回路占有面 積を集積化することができるため、小形な温度補償型水晶発振器となる。

【００２９】 さらに多層回路基板１上に被着するキャップ体４の基板当接面には、水晶振動 子片２と各回路を接続する配線パターンが形成されないので、半田シールする場 合においては、配線パターンを絶縁してシール用の導体膜を形成することがなく 、また、ガラスシールを行う場合においても、気密性高く封止が可能となり、結 局、キャップ体４の封止が極めて信頼性が高くなる。

【００３０】

【効果】

本考案によれば、水晶振動子片のみを気密封止可能なキャップ体で、水晶振動 子片を被着しため、水晶振動子の発振周波数が安定する。

【００３１】 また、キャップ体の被着及び各回路を接続する導体が回路基板に形成すること により、小形、低背型の温度補償型水晶発振器となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る温度補償型水晶発振器の平面図。

【図２】本考案に係る温度補償型水晶発振器の断面図。

【図３】典型的な温度補償型水晶発振回路を示す回路
図。

【図４】従来の温度補償型水晶発振器の断面図。

【符号の説明】

１・・・多層回路基板 ２・・・水晶振動子片 ３・・・支持体 ４・・・キャップ体 Ｗ・・・周波数調整回路 Ｘ・・・温度補償回路 Ｙ・・・発振回路 Ｚ・・・増幅回路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】回路基板上に、水晶振動子片、周波数調整
   回路、温度補償回路、発振回路及び増幅回路を配置した
   温度補償型水晶発振器であって前記回路基板上に水晶振
   動子片のみを気密封止するキャップ体を被着したことを
   特徴とする温度補償型水晶発振器。