JPH08316732A - 発振器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、従来の発振器の長所を損なうこと
なく、発振周波数の調整が可能な発振器を提供すること
を目的とする。 【構成】 本発明の発振器は、ケース１に設けられる第
１の収容部と、この第１の収容部の底部に設けられる第
２の収容部と、この第２の収容部に収容され水晶振動子
封止用キャップ５により封止される水晶振動子素片３
と、この封止された第２の収容部の上部の第１の収容部
に収納されるＩＣ７等の発振回路とを備えて構成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧電振動子素片と発振回
路を同一ケース内に収納した発振器に関する。

【０００２】

【従来技術】従来から、通信機、コンピュータ等の電子
機器の周波数標準あるいは時間標準を得るために、発振
器が一般に利用される。このような発振器にはトランジ
スタ、抵抗、コンデンサ等の発振回路素子と共に圧電振
動子が用いられる。一般に圧電振動子は圧電振動子素片
をセラミックスのケース等の中に内蔵した電子部品であ
り、その共振周波数が安定なために、多くの電子機器に
広く利用されている。また近年、回路素子は集積化さ
れ、そのほとんどがＩＣ化されたために、発振器は圧電
振動子およびＩＣと必要に応じてコンデンサなどの回路
部品から構成されるようになった。

【０００３】このようなＩＣを用いた従来の発振器の一
例を図６に示す。この図６に示す発振器の特徴は、発振
器のケース３１内に水晶振動子素片３３とＩＣ３７を併
置し、密閉したことにある。そしてこれにより、占有容
積が小さく、製造工程の自動化に適し、電気的特性のば
らつきが少なく調整不要で、安価な発振器の提供を可能
にしている。しかしながら、通常、圧電振動子の共振周
波数は、圧電振動子素片がその製造時に受けた残留歪お
よびこの圧電振動子素片をケースに固定するための接着
剤の硬化によって受ける歪などによって変化する。その
ため予め圧電振動子素片を所望の周波数に調整したとし
ても、ケースに固定した後の共振周波数は所望の値から
ずれたものとなる。

【０００４】一般に、このずれる量は製造工程によって
ある傾向を持ってばらつきが生じるため、予めその傾向
を考慮して、圧電振動子素片を製作することによって、
所望の共振周波数の圧電振動子の製造を可能にしてい
る。このような圧電振動子を用いて従来例の如く発振器
を製作する際、発振器の出力周波数は、例えばロット
間、あるいは、製造したときの温度などで異なるため、
所望の共振周波数からずれる可能性がある。また発振器
の発振周波数の仕様によっては、圧電振動子の共振周波
数の範囲の厳しいことがあり、あるいは圧電振動子の共
振周波のばらつきが大きいような場合もある。このよう
なときには、ＩＣ内部の素子定数あるいはチップコンデ
ンサやチップ抵抗等といった電子部品の素子値を異なる
ものに取り替えたり、予め可変コンデンサや可変抵抗を
用いて構成して、これらの素子値を調整することによ
り、所望の発振器の発振周波数に調整する作業が必要と
なる。

【０００５】しかしながら、発振回路を構成するＩＣチ
ップは、多数の接続端子がボンディングワイヤ、フリッ
プチップ等でパッケージの導電パターンに接続され、さ
らにこのＩＣチップや、小さなチップ抵抗、チップコン
デンサ等の電子部品が基板に高密度で実装されることか
ら、不良となった部品を基板から取り外して交換するこ
とは非常に困難な作業となる。そのため、実際には電子
部品の取り替えによる発振器の発振周波数の調整が不可
能である。さらに圧電振動子の共振周波数のずれる量に
再現性がないようなとき、あるいはばらつきが大きくな
いような時には、良品より不良品が多く製造される可能
性も生じ、上述した従来の発振器の構造は実際の製造に
おいて実用的であるとはいえない。

【０００６】また、圧電振動子等が収容されるケース
は、圧電振動子素片が外部の影響を受けたり、あるいは
ＩＣの導電部（例えばアルミニウム）が酸化することが
ないように窒素ガス（Ｎ2 ガス）で置換して気密封止さ
れる。この気密封止により電子部品とパッケージの接合
部（例えばボンディングワイヤ）の酸化及び外部の損傷
等の被害から保護される。しかしながら、このようにし
てケース内に圧電振動子素片とＩＣを配置した後に上蓋
によって封止する際に、一般的には低融点ガラスなどの
接着剤が使用されるが、この低融点ガラスを用いた場合
には封止温度が４００℃程度の高温となるため、封止す
るＩＣの性能劣化を招くことになる。また、この封止温
度を下げると封止が不完全となり、気密性に問題を生じ
ることになる。一方、封止温度の低い接着剤としては有
機系の、例えばエポキシ系の接着剤が知られる。しかし
ながら、このエポキシ系の接着剤は硬化時にガスを発生
することから、圧電振動子の共振周波数が変化するとい
う欠点を有し、そのため使用は不可能である。

【０００７】

【発明の目的】本発明は上述したような従来の発振器の
問題を解決するためになされたものであって、上記従来
の発振器の長所を損なうことなく、発振周波数が調整可
能な発振器を提供するものである。

【０００８】

【発明の概要】上述の目的を達成するため本発明の発振
器は、筐体に設けられる第１の収容部と、この第１の収
容部の底部に設けられる第２の収容部と、この第２の収
容部に収容され封止される圧電振動子と、この封止され
た第２の収容部の上部の第１の収容部に収納される発振
回路とを具備するように構成する。また、第２の発明の
発振器の製造方法は、筐体に第１の収容部を設けると共
にこの第１の収容部の底部に第２の収容部を設け、この
第２の収容部に圧電振動子を収容し固定した後に、この
第２の収容部を封止し、さらに前記第１の収容部に発振
回路を収納し封止する。

【０００９】また、第３の発明の発振器は、単一のケー
ス内に圧電振動子素片と電子部品からなる発振回路を収
納した発振器において、前記ケースが第１の凹陥と該第
１の凹陥の底面に形成した第２の凹陥を具備し、該第２
の凹陥内に前記圧電振動子を固定し、さらに該第２の凹
陥の開口部をフタにより封止した後、前記第１の凹陥内
に前記発振回路を収納するように構成する。さらに、第
４の発明の発振器は、単一のケース内に圧電振動子素片
と電子部品からなる発振回路を収納した発振器におい
て、前記ケースが第１の主表面に第１の凹陥を、前記第
１の主表面と相対向する第２の主表面に第２の凹陥を具
備し、該第２の凹陥内に前記圧電振動子を固定し、第２
の凹陥の開口部をフタにより封止した後に、前記第１の
凹陥内に前記発振回路を収納するように構成する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を図面に示した実施例に基づい
て詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例である水
晶発振器の基本構成を示す図である。図１（ａ）は平面
図、図１（ｂ）はＡ−Ａ´断面図を示す。また図１
（ａ）は内部の説明を容易にするために後述する封止材
としての封止用樹脂９の記載を省略している。ケース１
は本発明に係る発振器の筐体であり、例えば積層セラミ
ック材などによって製作され、図示しない外部端子と後
述する水晶振動子素片３及びＩＣ７間を電気的に接続す
る導電パターン（双方とも図示せず）を有する。さらに
水晶振動子素片３を該ケース１に固定した後に後述の水
晶振動子封止用キャップ５によって封止した状態での共
振周波数を外部からの測定を可能にする端子をも有す
る。また、このケース１には、第１の収容部１ａと、こ
の第１の収容部１ａの底部に設けられる第２の収容部１
ｂ、１ｃとＩＣチップ７を収容するための凹部１ｄ，１
ｅがそれぞれ設けられている。本実施例では第２の収容
部１ｂの底部にさらに凹部１ｃを設けて水晶振動子素片
３を保持するようにしているが、単に枕木を介して水晶
振動子素片３を保持するようにしても良い。

【００１１】水晶振動子素片３は圧電振動子の一つであ
り、ケース１に導電性接着剤などにより電気的に接続さ
れ且つ機械的に固定される。水晶振動子封止用キャップ
５は水晶振動子素片３を封止するための蓋であり、例え
ばセラミックスの板からなり、このセラミックス板の片
面の縁に低融点ガラスを塗布の後、仮焼きされている。
水晶振動子素片３をケース１に固定した後、該水晶振動
子封止用キャップ５を所定の位置に配し、４００℃程度
の雰囲気に数１０分間放置することによって低融点ガラ
スが溶融し、ケース１と水晶振動子封止用キャップ５は
接着され、水晶振動子素片３の雰囲気は密封される。
ＩＣチップ７は、ケース１に接着剤などによって固定し
た後に、半田、フリップチップ、ワイヤボンド（図示せ
ず）等によってケース１の導電パターンと電気的な接続
が行われる。封止用樹脂９は、例えばエポキシ変性フェ
ノール樹脂であり、ケース１の凹部に充填され、ＩＣ７
及びワイヤボンドを固定すると共に、また、例えば完成
した発振器をプリント板に実装するとき自動機による取
扱いが容易なようにケース１の上面を平滑にする。

【００１２】このように水晶発振器を構成することによ
り、すなわち水晶振動子素片３がケース１に固定され、
水晶振動子封止用キャップ５で封止されることにより、
いわゆる水晶振動子となる（以下、この状態を水晶振動
子状態という）。本実施例では、この段階で、一旦、水
晶振動子状態の共振周波数を測定することが可能であ
り、これにより所定の特性をもつ水晶振動子のみを使用
して所定の特性を満たす水晶発振器を得ることが可能と
なる。すなわち、従来例では発振器として完成した段階
でのみ不良の検出が可能であることから、すでに不良品
となってしまった水晶振動子を用いて最終工程まで作成
するしかなく、そのため、最終工程まで作成した後の検
査で不良品として廃棄されていた。

【００１３】このように不良品となった水晶振動子を含
んだ発信器を、途中無検査で製造することは品質管理、
及びコスト上問題であった。これに対して、本発明で
は、振動子単体の状態でその良不良を判断するので、不
良の振動子を事前に除去し、良品の振動子のみを用いて
発振器を完成させることが可能となり、歩留向上、コス
トアップ防止を図ることができる。また、封止用樹脂９
においては、例えばエポキシ変性フェノール樹脂では１
５０℃で３０分程度の処理が必要であるが、この程度の
熱処理ではＩＣの性能劣化はなく、かつ気密性といった
問題点も全くなく、従来のような封止時の熱による問題
点は全く生じない。また従来例に比べて封止用樹脂９の
充填と硬化の工程が追加されるものの、これらはバッチ
処理が可能であり、またインラインの自動化にも対応可
能であるから、大きなコストの増加にはつながらない。
またケース１は従来のものと比べて若干複雑になるが、
キャップを含めた積層セラミックスの層数は双方同程度
であり、同じくコストの増加にはつながらない。

【００１４】次に、図２を参照して、水晶振動子素片３
とＩＣチップ７に、さらにチップコンデンサ１１を加え
た構成の発振器について説明する。現在のところ、ＩＣ
チップ７上に例えば１０００ｐＦないし１００００ｐＦ
といった容量を形成することが困難なために、このよう
な大きな容量に対してはチップコンデンサ１１などがＩ
Ｃ７に外付けされる。図２はこのようなチップコンデン
サ１１をケース１内に収納したものである。なお、図２
ではこのチップコンデンサ１１はＩＣと同じ空間に配置
されているが、仕切りを設けて、ＩＣチップ７とは異な
る空間に配置しても構わない。また、例えばレーザなど
によってトリミング可能なコンデンサを用いることによ
って、発振周波数の微調整を行うこともできる。

【００１５】図３は、発振器にケース封止用キャップ１
３で蓋をした場合の一実施例を示す。すなわち、図３で
は図１に示す実施例における封止用樹脂９によるポッテ
ィングの代わりに、例えばセラミックスからなるケース
封止用キャップ１３によってケース１に蓋をしたもので
ある。この封止においては、水晶振動子素片３の空間は
すでに密閉されているので、ケース封止用キャップ１３
とケース１との接着時にガスが発生しても構わなく、こ
のための接着剤には、例えばエポキシ系の樹脂のよう
な、硬化温度が１５０℃と比較的低く、ＩＣに熱的な劣
化を生じさせないような接着剤を適宜使用することがで
きる。

【００１６】なお、本実施例では発振器の構成を水晶振
動子素片３とＩＣチップ７、あるいは水晶振動子素片
３、ＩＣチップ７とチップコンデンサ１１として説明し
てきたが、ＩＣチップ７の代わりにトランジスタ、チッ
プコンデンサ１１およびチップ抵抗等で構成した場合に
おいても、また水晶振動子素片３とＩＣチップ７に他の
電子部品を加えて構成した場合においても、さらには水
晶振動子素片３、ＩＣチップ７とチップコンデンサ１１
に他の電子部品を加えた構成とした場合の発振器におい
ても、本発明は適用可能であることはいうまでもない。

【００１７】次に図４を参照して、水晶振動子素片３と
ＩＣチップ７の配置を変えた実施例を説明する。上述し
た各実施例では、水晶振動子素片３の長手方向にＩＣチ
ップ７等の電子部品を配置したが、図４に示す実施例に
おいては、水晶振動子素片３の幅方向にＩＣチップ７等
の電子部品を配置した構成とした。なお、水晶振動子素
片３の四方にＩＣ等を配置した構成であっても、本発明
が適応可能であることはいうまでもない。

【００１８】また、図５の他の実施例に示すようにケー
ス１の表面側の凹陥内に圧電振動子素片３を収納すると
共に、裏面側の凹陥内に電子部品７を収納する構造とす
ることによって床面積の小さな発振器を得ることができ
るが、このような構造においても本発明が適応可能であ
ることはいうまでもない。さらに、本実施例では圧電振
動子素片に短冊状の水晶振動子素片を用いて説明してき
たが、水晶振動子素片の形状は円形であっても、あるい
は任意形状を有していても良く、また圧電振動子素片
は、他にタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧
電性結晶からなる圧電振動子素片のみならず、チタン酸
ジルコン酸鉛やチタン酸鉛などの圧電セラミックス等か
らなるものにおいても、本発明が適応可能であることは
いうまでもない。

【００１９】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成し且つ
動作するので、次のような著しい効果を奏する。まず、
本発明の発振器における圧電振動子素片は、ケースに組
み込まれた後、封止され、いわゆる圧電振動子と等価な
状態になり、この圧電振動子の共振周波数を測定した後
に、所望な発振周波数となるようにＩＣ等の発振回路を
調整することが可能であることから、良好な発振器を得
ることができる。また、従来の特徴である占有容積が小
さな、製造工程の自動化に適し、安価な発振器を提供で
きるといった点を損なうことはない。なお、水晶振動子
状態で破棄されたものについては、この分だけ歩留まり
が低下することになるが、従来例が水晶発振器にまで組
み上げてから破棄されることと比較すると、ＩＣの部品
代などおよび発振器にまで組み上げるためにかかる加工
費などが付加されない分、被害を低く抑えることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の発振器の一実施例である水晶発振器の
基本構成を示す図であり、図１（ａ）は平面図、図１
（ｂ）はＡ−Ａ´断面図である。

【図２】図１に示す発振器にチップコンデンサを加えた
実施例の基本構成を示す図であり、図２（ａ）は平面
図、図２（ｂ）はＢ−Ｂ´断面図である。

【図３】図１に示した発振器にケース封止用キャップで
蓋をした実施例の基本構成を示す図であり、図３（ａ）
は平面図、図３（ｂ）はＣ−Ｃ´断面図である。

【図４】水晶振動子素片とＩＣの配置を変えた実施例を
示す平面図である。

【図５】本発明の他の実施例の構成説明図。

【図６】従来の発振器の構成例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ ケース、３ 水晶振動子素片、５ 水晶振動子封止
用キャップ、７ ＩＣチップ、９ 封止用樹脂、１１
チップコンデンサ、１３ ケース封止用キャップ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０３Ｈ 9/10 Ｈ０３Ｈ 9/10

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筐体に設けられる第１の収容部と、 この第１の収容部の底部に設けられる第２の収容部と、 この第２の収容部に収容され封止される圧電振動子と、 この封止された第２の収容部の上部の第１の収容部に収
   納される発振回路と、を具備することを特徴とする発振
   器。
2. 【請求項２】 筐体に第１の収容部を設けると共にこの
   第１の収容部の底部に第２の収容部を設け、この第２の
   収容部に圧電振動子を収容し固定した後に、この第２の
   収容部を封止し、さらに前記第１の収容部に発振回路を
   収納し封止することを特徴とする発振器の製造方法。
3. 【請求項３】 単一のケース内に圧電振動子素片と電子
   部品からなる発振回路を収納した発振器において、 前記ケースが第１の凹陥と該第１の凹陥の底面に形成し
   た第２の凹陥を具備し、 該第２の凹陥内に前記圧電振動子を固定し、さらに該第
   ２の凹陥の開口部をフタにより封止した後、前記第１の
   凹陥内に前記発振回路を収納したことを特徴とする発振
   器。
4. 【請求項４】 単一のケース内に圧電振動子素片と電子
   部品からなる発振回路を収納した発振器において、 前記ケースが第１の主表面に第１の凹陥を、前記第１の
   主表面と相対向する第２の主表面に第２の凹陥を具備
   し、該第２の凹陥内に前記圧電振動子を固定し、第２の
   凹陥の開口部をフタにより封止した後に、前記第１の凹
   陥内に前記発振回路を収納したことを特徴とする発振
   器。