WO2002087070A1 - Oscillateur piezoelectrique et procede de fabrication - Google Patents

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WO2002087070A1
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piezoelectric
wiring board
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circuit
fixed
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Hitoshi Takanashi
Tsuneo Uchiyama
Youji Nagano
Kyo Horie
Noriyuki Watanabe
Kazuhiro Shii
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Toyo Communication Equipment Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to the structure and manufacturing method of a piezoelectric oscillator, and more particularly to a piezoelectric oscillator having a structure in which a packaged piezoelectric vibrator is fixed on top of circuit elements constituting an oscillation circuit and a temperature compensation circuit.
  • Figure 1 1 (a) is an exploded perspective view showing the appearance of a crystal oscillator as an example of a conventional piezoelectric oscillator, and (b) is a longitudinal sectional view thereof.
  • the crystal oscillator 1 has a configuration in which the crystal unit 11 is mounted on and integrated with the upper surface (upper surface of the outer frame) of the lower package 2 made of a ceramic laminate.
  • the lower package 2 has an outer frame 3 erected along the outer periphery thereof, and the IC 6 is fixed on the inner bottom surface of the recess 4 in the outer frame 3 by a binder 5 such as solder.
  • a bonding wire 8 connects between the provided electrode 6a and the bonding pad 7 on the inner bottom surface of the recess.
  • An external electrode 9 for surface mounting is formed on the outer bottom surface of the lower package 2, and the external electrode 9 is connected so as to be electrically connected to a bonding pad or the like by a conductor (not shown).
  • An upper surface electrode 10 electrically connected to the external electrode 9 via the bonding pad 7 is disposed on the upper surface of the outer frame 3.
  • the IC 6 may be embedded in the resin by filling the recess 4 with an insulating resin as necessary.
  • the crystal unit 11 has a structure in which the crystal vibrating element 14 is mounted in the recess 13 of the package body 12 formed of a ceramic laminate, and then the recess 13 is hermetically sealed by the metal cover 15. Have.
  • An external electrode 16 is provided on the outer bottom surface of the package body 12, and the external electrode 16 is connected and fixed to the upper electrode 10 of the lower package 2 by a binder such as a conductive adhesive. By this, the recess 4 of the lower package 2 is closed by the quartz oscillator 11.
  • This crystal oscillator 1 can be realized by integrating all of the circuit elements constituting the oscillation circuit and the temperature compensation circuit into the IC 6 of one chip except for the crystal oscillator 11. is there.
  • the circuit element thus converted into chip components is shown in FIG. If it is mounted in the recess 4 of the package 2, the chip parts are reflowed using cream solder on a plurality of lands (formed instead of the bonding pad) provided on the inner bottom surface of the recess. It needs to be implemented according to the method.
  • the work of applying cream solder on the land is carried out by screen printing using a silk screen (mask), but like the lower package 2, there is a step consisting of the outer frame 3 on the outer periphery of the land formation surface. If so, it is not possible to use screen printing techniques. For this reason, it becomes difficult to improve productivity by batch processing using screen printing techniques in combination, and the work of applying cream solder with a dispenser for each land has to be carried out, and a chip part is used. However, I could not but get high cost.
  • the chip components 21 and the crystal unit 22 are mounted on each land on a wide area wiring substrate 20 with lands on the top surface by a reflow method. I was forced to do it. That is, in this type of piezoelectric oscillator, since it is possible to perform screen printing on the land on the flat wiring substrate 20 having no step, the plurality of wiring substrates can be made vertically and horizontally.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a piezoelectric oscillator having a configuration in which a packaged piezoelectric vibrator is fixed on the top of a package portion on which electronic components constituting the oscillation circuit and the temperature compensation circuit are mounted.
  • a flat substrate as the wiring substrate on which the To enable screen printing of cream solder on the chip to cope with mass production by batch processing, and reducing the occupied area by arranging the packaged crystal oscillator three-dimensionally above the wiring board
  • the objective is to provide the illustrated piezoelectric oscillator.
  • Another object is to make it possible to manufacture by batch processing by using special pillar members as means for electrically and mechanically connecting a wiring board and a quartz oscillator. Disclosure of the invention
  • the invention according to claim 1 of the piezoelectric oscillator according to the present invention comprises: a piezoelectric vibrator in which a piezoelectric vibrator is accommodated in a package having a bottom electrode on the outer bottom; and at least one electron on the top
  • a wiring board having a conductive pattern on the upper surface thereof and a columnar member for electrically and mechanically fixing between a bottom electrode of the piezoelectric vibrator and the conductive pattern of the wiring board.
  • the invention according to claim 2 is a flat wiring board mounting a plurality of electronic components constituting an oscillation circuit and a temperature compensation circuit on the top surface and having an external electrode on the bottom, and a columnar member fixed on the top surface of the wiring board. And a piezoelectric vibrator fixed with a predetermined gap between the piezoelectric vibrator and the piezoelectric vibrator, wherein the piezoelectric vibrator seals the piezoelectric vibrating element in an airtight space in the package, and is provided on the outer bottom surface of the package.
  • a bottom electrode electrically connected to an excitation electrode of the piezoelectric vibration element is provided, the columnar member is a member separate from the wiring substrate and the piezoelectric vibrator, and a bottom portion of the columnar member is formed on the upper surface of the wiring substrate It is characterized in that it is electrically and mechanically fixed to the columnar member fixing pattern, and the upper portion of the columnar member is electrically and mechanically fixed to the bottom electrode of the piezoelectric vibrator.
  • the invention according to claim 3 is an electronic part comprising at least an oscillation circuit on its upper surface. It is a piezoelectric oscillator in which a planar wiring board provided with external electrodes on the bottom surface and a piezoelectric vibrator is conductively fixed via a columnar member, and the columnar member is the upper surface and the bottom surface of the insulating substrate.
  • the wiring substrate has an electrode and is electrically connected by a connection conductor, and the wiring board is provided with a putter for fixing a pillar member for electrically fixing the bottom side electrode of the pillar member on the upper surface thereof.
  • the piezoelectric vibrator is formed by sealing a piezoelectric vibrating element in an airtight space of a package, and a bottom surface for electrically connecting and fixing the top surface electrode of the columnar member to the bottom surface of the package. It is characterized in that it has an electrode.
  • the invention according to claim 4 is characterized in that, in addition to the inventions according to claims 1 to 3, the columnar member is a ceramic block, and an upper electrode formed on the top and the bottom of the ceramic workpiece respectively and conducting each other. And a bottom electrode.
  • the invention according to claim 5 is characterized in that, in addition to the invention according to claims 1 to 3, the columnar member is made of a metal block or a metal ball.
  • the invention according to claim 6 is characterized in that, in addition to the invention according to claims 1 to 3, the tallest electronic component among the electronic components is used as the columnar member.
  • the invention according to claim 7 is characterized in that, in addition to the inventions according to claims 1 to 6, the cross-sectional shape of the columnar member is circular, elliptical or oval.
  • the invention according to claim 8 is characterized in that a planar wiring board having an electronic component mounted on at least the upper surface thereof and an external electrode on the bottom surface, and a piezoelectric vibrator on the top and bottom surfaces of the insulating substrate. It is a manufacturing method of the piezoelectric oscillator which carried out conduction fixation via the columnar member which each provided electrode and made both electrodes conduct by connection conductor, and it is a manufacturing method of a piezoelectric oscillator, and a plurality of circuit wiring patterns and external electrodes And mounting the electronic component on a wiring board base material in which the first and second pillar member fixing patterns are defined; and a pillar member base material in which a plurality of pillar members are defined; Fixing the conductive pattern and the bottom electrode of the columnar member so as to be conducted, cutting the wiring substrate base material together with the columnar member base material, and dividing into pieces; And fixing the bottom electrode of the piezoelectric vibrator to the upper electrode of the fixed columnar member.
  • the base material for a columnar member is a combination of a lattice-like member and a columnar member extending in a peninsular shape from the lattice-like member. It is characterized by
  • the invention according to claim 10 is a flat wiring board having circuit elements constituting an oscillation circuit and a temperature compensation circuit mounted on the top and an external electrode on the bottom, and a support fixed on the top of the wiring board
  • a piezoelectric oscillator comprising a piezoelectric vibrator mounted with a predetermined gap spaced apart via a frame, the piezoelectric vibrator comprising: a piezoelectric vibrating element; and a package for hermetically sealing the piezoelectric vibrating element.
  • an outer electrode on an outer bottom surface of the package, the support frame includes an upper electrode for connecting and fixing the outer electrode of the piezoelectric vibrator in a conductive state, and a lower electrode for connecting and fixing to the wiring substrate.
  • the wiring substrate has an area larger than the outer shape of the support frame, and on the upper surface thereof a land for fixing the lower electrode of the support frame in a conductive state, and the support For mounting circuit elements inside and outside the frame And a land of
  • the invention according to claim 1 is characterized in that, in addition to the invention according to claim 10, the support frame is replaced with a plurality of metal balls.
  • the invention according to claim 12 is a flat-plate type wiring board on which the circuit elements constituting the oscillation circuit and the temperature compensation circuit are mounted on the bottom surface and the external electrode on the top surface, and the piezoelectric vibration having the external electrode on the bottom surface. Electrically connect each other's external electrodes A piezoelectric oscillator fixed by connecting, wherein the wiring board is characterized in that metal balls are connected and fixed to lands for external connection provided on the bottom surface of the wiring board.
  • a circuit pattern and a land are provided on the outer bottom surface of a piezoelectric vibrator having a structure in which a piezoelectric vibrating element is mounted on a package and the lid is hermetically sealed by a lid.
  • a circuit element for forming a circuit and a metal ball serving as an external connection terminal are connected and fixed to the land.
  • FIGS. 1A and 1B are a longitudinal sectional view and an exploded perspective view of a piezoelectric oscillator according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the configuration of the piezoelectric oscillator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the configuration of the piezoelectric oscillator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIGS. 4 (a) to 4 (c) are diagrams for explaining a partial configuration of a piezoelectric oscillator according to a second embodiment of the present invention.
  • 5 (a) and 5 (b) are a sectional view and a perspective view for explaining a piezoelectric oscillator according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view for explaining an assembly configuration of a piezoelectric oscillator according to a third embodiment of the present invention.
  • FIGS. 7 (a) and 7 (b) are a sectional view and a perspective view for explaining a piezoelectric oscillator according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIGS. 8A and 8B are a cross-sectional view for explaining a piezoelectric oscillator according to a fifth embodiment of the present invention, and a plan view of a wiring board.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a piezoelectric oscillator according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIGS. 10 (a) and 10 (b) are a cross-sectional view for explaining a piezoelectric oscillator according to a seventh embodiment of the present invention and a plan view of a wiring board.
  • Figs. 11 (a) and (b) are a perspective view and a cross-sectional view for explaining a conventional piezoelectric oscillator.
  • FIG. 12 is a perspective view for explaining the mounting method of the electronic component on the wiring substrate of the conventional piezoelectric oscillator.
  • a piezoelectric oscillator according to a first embodiment of the present invention will be described based on FIGS. 1 to 3.
  • a flat wiring board 3 having a plurality of electronic components 33 constituting an oscillation circuit and a temperature compensation circuit mounted on lands 35 on the top surface and an external electrode 3 4 on the bottom surface 3 2
  • a piezoelectric oscillator 31 having a piezoelectric vibrator 41 fixed at a predetermined gap via a columnar member (hereinafter referred to as a pillar member) 50 fixed to the upper surface of the wiring substrate 32.
  • the pillar member 50 is a member separate from the wiring board 32 and the piezoelectric vibrator 41, and the bottom of the pillar member 50 is formed on the top surface of the wiring board 32.
  • the top of the column member 50 is electrically and mechanically fixed (surface mounting) to the bottom electrode of the piezoelectric vibrator.
  • the embodiment shown in FIG. 1 has a configuration in which the quartz crystal vibrator 41 is mounted on the pillar member fixing pattern 36 on the flat ceramic wiring substrate 32 via the pillar member 50.
  • the wiring board 32 mounts the electronic component 33 on the lands 35 formed on the upper surface thereof, and has an external electrode 34 electrically connected to the lands 35 on the bottom surface. Also, in the upper part of the place, there is a pattern for fixing pillars It has three six.
  • the piezoelectric vibrator 41 comprises a package 42 having a package body 42a having a recess and a metal lid 42b for hermetically sealing the recess, and a crystal oscillation supported in the recess.
  • a bottom electrode 46 is provided on the bottom surface of the package main body 4 2 a, and the electrode 46 is electrically connected to the electrode of the crystal vibrating element 4 5.
  • the package 42 is made of, for example, ceramic.
  • a pillar member 50 is a square pole or other polygonal pillar shaped ceramic block 51 (having a thickness of about 0.5 to 0.5 mm) and a bottom electrode provided at the bottom of the ceramic block 51.
  • a metallized portion 52, an upper electrode (metallized portion) 53 provided on the top of the ceramic block 51, and a connection conductor 54 electrically conducting between both electrodes 52 and 53 are provided.
  • the pillar member 50 of this embodiment is a separate structure with respect to the wiring board 32 and the crystal oscillator 41. Therefore, a pattern for fixing the pillar member 50 on the wiring board 32 is used.
  • fixing on 36 it is possible to perform reflow connection using cream solder applied on the pillar fixing pattern 36 by screen printing. That is, in this screen printing, the application work of the cream solder to the land 35 is simultaneously carried out, and the electronic component 3 3 and the pillar 3 are respectively placed on the land 35 coated with the cream solder and the pillar member fixing pattern 36.
  • the electronic component 33 and the column member 50 are fixed by mounting the member 50, heating at the same time in the riff opening furnace, and then cooling.
  • the quartz crystal vibrator 41 after the pillar member 50 is fixed on the wiring substrate 32 and then the bottom electrode using a conductive adhesive or the like on the upper electrode 53 of the pillar member 50.
  • connection between the upper electrode 53 and the bottom electrode 46 may be performed simultaneously with the reflow connection of the electronic parts 33 and so on.
  • the pillar member 50, the wiring board 32, and the quartz oscillator Since it is configured as a separate member from 41, mounting and fixing of the electronic component 33 and the pillar member 50 onto the wiring substrate 32 can be performed by batch processing. That is, after applying cream solder by screen printing to the land group and the column member fixing pattern group partitioned and formed on the large area wiring board base material, each land 35 and column member fixing pattern are formed.
  • the electronic component 3 3 and the bottom electrode 52 of the column member 50 are placed on the winding 36 respectively, and then the connection can be completed by heating collectively in a reflow furnace. Therefore, the productivity of the piezoelectric oscillator can be enhanced.
  • the crystal oscillator 31 configured in this way is arranged in parallel with the upper surface of the wiring board 32 with the predetermined distance between the crystal oscillator 41, the plane of the piezoelectric oscillator 31 is obtained. The area can be reduced.
  • the pillar member 50 is disposed only between the electrode 46 and the pillar member fixing pattern 36, and the bottom area of the pillar member 50 is set to be as narrow as necessary. In the area of the upper surface of the wiring board 32, the effective area available for mounting the electronic component can be expanded.
  • a square pillar having a thickness of about 0.3 to 0.5 mm, a polygonal pillar shape Use a metal block. That is, a metal block made of a conductive metal material is used in place of the ceramic block 51, and the pillar member fixing pattern 36 and the bottom electrode 46 of the quartz oscillator are connected by solder or the like. Thus, a configuration similar to that of the piezoelectric oscillator of FIG. 1 can be realized.
  • the use of a conductive metal probe as the pillar member 50 eliminates the need for providing the electrodes 52 and 53 and the connection conductor 54 as in the case of the ceramic block.
  • a metal ball having a diameter of about 0.3 to 0.5 mm may be used as the pillar member 50. That is, Figure 2 is from a metal ball
  • the connection between the column member 50 and the column member fixing pattern 36, and the connection method between the column member 50 and the bottom electrode 46 may be reflow connection using cream solder, respectively. It may be a connection using an adhesive.
  • FIG. 3 is a view showing another example of the piezoelectric oscillator according to the first embodiment of the present invention, and the same parts as those in the embodiment shown in FIG. .
  • the difference between this embodiment and the piezoelectric oscillator of the embodiment of FIG. 1 is that the pillar member 50 uses the tallest electronic component 33 A of the chip-type electronic components 33.
  • a plurality of the tallest electronic components 3 3 A are arranged using a pinder such as solder on a pillar member fixing pattern 36 that doubles as a land provided on the edge of the upper surface of the wiring substrate 32.
  • the bottom of the package of the crystal oscillator 41 is fixed to the top surface of each electronic component 3 3 A.
  • the top surface of the electronic component 3 3 A is conductively connected to the bottom electrode 4 6 of the quartz crystal unit 4 1 to ensure conduction between the crystal vibrating element 45 inside the quartz crystal unit and each electronic component 3 3, 3 3 A Configure.
  • the arrangement position on the wiring substrate 32 is not limited to the illustrated position.
  • FIGS. 4 (a) and 4 (b) are partial configuration diagrams showing an example of a piezoelectric oscillator according to a second embodiment of the present invention, and this embodiment is a pillar member 4 3, 50 used
  • this embodiment is a pillar member 4 3, 50 used
  • the planar shape (bottom shape or cross-sectional shape) of the circle into a circle or an ellipse (including an oval)
  • the wiring board 32 and the quartz oscillator through the column members 4 3, 50
  • the column members 4 3, 50 should protrude outward from the edge of the wiring board 32. It is distinctive that there is no point.
  • the pillar member 4 3, 50 when the planar shape of the pillar member 4 3, 50 is rectangular or other polygon, the pillar member 4 3, 50 is shown by a dotted line for some reason. If a deviation occurs in the rotational direction from the original mounting position, the corner is fixed in a state where it protrudes outward from the edge of the wiring board 32, and this becomes a burr and causes a problem. .
  • FIGS. 5A and 5B are a longitudinal sectional view and an exploded perspective view showing an example of a piezoelectric oscillator according to a third embodiment of the present invention.
  • a plurality of electronic components 33 constituting an oscillation circuit and a temperature compensation circuit are mounted on lands 35 on the upper surface, and a wiring board 32 provided with an external electrode 34 and a top of the wiring board 32
  • It is a piezoelectric oscillator comprising a crystal oscillator 41 fixed via a column member 55 fixed to the surface with a predetermined gap therebetween.
  • the bottom electrode (bottom side electrode) 5 6 of the pillar member 5 5 is electrically and mechanically fixed to the pillar member fixing pattern 57 formed on the top surface of the wiring substrate 32, and the pillar member 55
  • the reference numeral 58 is electrically and mechanically fixed to the bottom electrode 46 of the quartz oscillator 41.
  • the column member 55 used here is formed by providing a plurality of holes in the same ceramic plate and processing the thickness of the ceramic plate in the height direction of the column member, which will be described later in detail. The thickness is larger than the maximum mounting height of the electronic component 33 mounted on the wiring board 32.
  • the pillar member 55 is composed of a bottom electrode 56 provided on the back surface of the ceramic plate, an upper electrode 58 provided on the surface of the ceramic plate, and a connection conductor for electrically connecting the two electrodes.
  • FIG. 6 is a view showing a method of manufacturing a wiring board and a pillar member, and a method of bonding and fixing both of the piezoelectric oscillator according to the third embodiment of the present invention.
  • the printed circuit board printed circuit board 60 and the pillar member ceramic board 61 are respectively formed on the wiring board base material of a large area and the wiring board defined on the base material of the pillar member.
  • many pillar member blocks 62 are provided.
  • the pillar member pro- duc 62 is a lattice-like member that indicates a section by forming a hole in the ceramic plate 61 for pillar member, and a pillar member that protrudes from the lattice-like member into the hole as a peninsular projection piece. 5 and 5 are integrally formed.
  • Each column member 55 is arranged in alignment with the position of the column member fixing pattern 57 provided on the wiring board 32.
  • the ceramic plate 61 for the pillar member is metallized on the front surface and the back surface, and a through hole or the like for conducting the front surface and the back surface is provided at a predetermined position of the pillar member 55.
  • the bottom electrode and the top electrode of the is determined in accordance with the mounting height of the electronic component 33 mounted on the wiring board 32.
  • a method of joining and fixing a wiring substrate of a piezoelectric oscillator and a pillar member will be described.
  • a wiring substrate having a section formed by providing on a large area wiring substrate base material is provided.
  • cream solder is applied to the land on which the electronic component 33 is mounted by screen printing, and after the respective electronic components 33 are placed, heating is performed in a reflow furnace. After that, the electronic component 33 is fixed by cooling.
  • a predetermined hole is provided on the column member base material to manufacture the column member ceramic plate 61 having the section-formed column member block 62, and the electronic component 33 is mounted.
  • the conductive adhesive is applied to the pillar member fixing pattern 5 7 provided on each wiring board 3 2 of the printed circuit board printed circuit board 60 which has already been fixed, and then the pillar member fixing pattern 5 7 Align the position with the column member 55, and bond and fix the printed board 60 for wiring and the ceramic plate 61 for column member. Thereafter, the wiring board 32 on which the column members 55 are fixed is separated by cutting using a dicing saw or the like at a position illustrated by a dotted line of the printing board 60 for wiring.
  • a land on which the electronic component 33 provided on the printed board 60 for wiring board is mounted, and a pattern for fixing the pillar members Apply cream solder by screen printing on 5 and 7 and place the respective electronic components 3 3 on them, and align the positions of the printed board 60 for wiring board and the ceramic board 6 1 for pillar members.
  • It may be a method of fixing the sub-parts 33 and the pillar members 55 provided on the ceramic plate 61 for pillar members.
  • the pillar member according to the present invention is manufactured by forming a plurality of pillar members on a single ceramic plate for pillar member, the heights of the pillar members are all the same, and the piezoelectric vibrator is attached. Can prevent installation problems due to dimensional defects of the column members, and can be divided into column member blocks formed on a large area column member base material, and formed on a large area printed circuit board printed circuit board As it is possible to join together with the printed wiring board, efficient production becomes possible.
  • a pillar member block partitioned on a large-area pillar member base material it is not necessary to individually mount the pillar members on a pillar member fixing pattern provided on a wiring board, and the pillar member
  • the upper and lower positional relationship required when placing the same is always in the same direction, and it is possible to prevent incorrect installation of the column member, and the column provided on the wiring board when the column member is placed on the cream solder Work efficiency can be improved without the possibility of deviation from the part fixing pattern.
  • a pillar member made of glass epoxy material or other resin material may be used.
  • a quartz oscillator or the like By using such a resin pillar member, it is possible to use a quartz oscillator or the like. The impact applied to the electronic component on the wiring board can be mitigated.
  • FIG. 7 is a view showing the appearance of a piezoelectric oscillator according to a fourth embodiment of the present invention, wherein (a) is a sectional view and (b) is a perspective view before mounting a quartz oscillator.
  • the features of this embodiment are the oscillation circuit, the temperature compensation circuit, etc.
  • the dimension of the wiring substrate on which the circuit element which is a component is mounted is slightly larger than the dimension of the crystal unit mounted on the wiring substrate via the supporting frame. Therefore, even if the crystal unit is mounted on the wiring board via the support frame, a circuit element mounting space which does not overlap with the crystal unit can be secured, and a capacitor etc. for finely adjusting the oscillation frequency etc. in the space.
  • circuit elements are mounted to facilitate replacement and addition of the circuit elements.
  • Each circuit element is mounted on a flat wiring board, and cream solder can be screen-printed on a prescribed land of the wiring board using a silk screen, and solder bonding can be adopted using one side of the riff opening. is there.
  • a circuit element 33 constituting an oscillation circuit, a temperature compensation circuit, etc. and a circuit element 70 for adjusting an oscillation frequency etc. are mounted on the upper surface, and an external electrode 34 is provided on the bottom surface.
  • a structure in which a flat wiring board 71 and a crystal oscillator 41 mounted on a predetermined gap at a distance via a supporting frame 72 fixed to the upper surface of the wiring board 71 are integrated. is there.
  • Wiring substrate 7 1 includes a land 35 on which circuit elements 33 constituting the oscillation circuit and temperature compensation circuit are mounted, a land 7 on which circuit elements 70 for adjustment are mounted, and a support frame 72. Lands 36 fixed to 7 1 are provided, and cream solder is printed and applied to predetermined lands of wiring substrate 7 1 by using a thin printing technique, and then circuit elements 3 3, and After mounting the circuit element 70 for adjustment and the support frame 72, solder is joined by one way of the riff port.
  • the circuit element 70 for adjustment is mounted outside the frame of the support frame 72 that fixes the crystal oscillator 4 1 to the wiring board 71. If fine adjustment of the oscillation frequency etc. is necessary, the circuit for adjustment is used. Element 70 can be easily replaced or added.
  • the crystal unit 41 has a structure in which the crystal vibrating element 45 is mounted in the recess of the ceramic package 42a, and the recess is airtightly closed by the metal lid 42b.
  • An external electrode 46 electrically connected to the crystal vibrating element 45 is provided on the outer bottom surface of the ceramic package 42, and the external electrode 46 is used as an upper electrode of the supporting frame 72 using a conductive adhesive or the like. 7 Fix the connection with 4).
  • the upper electrode 74 of the support frame 72 is fixed to the support frame fixing pattern 36 provided on the wiring board 71 via the lower electrode 75 and electrically connected to complete the piezoelectric oscillator.
  • FIG. 8 is a view showing the appearance of a piezoelectric oscillator according to a fifth embodiment of the present invention, in which (a) is a cross-sectional view and (b) is a circuit element and a column member.
  • FIG. 6 is a top external view (plan view) of the mounted wiring board;
  • the fifth embodiment is different from the fourth embodiment in that a metal pole is used as a pillar member instead of a supporting frame which is fixed to a wiring substrate and has a predetermined gap and mounts a quartz oscillator. It is in.
  • a circuit element 33 constituting an oscillation circuit, a temperature compensation circuit, etc. and a circuit element 70 for adjusting an oscillation frequency etc. are mounted on the top surface, and an external electrode 34 is provided on the bottom surface. It has a structure in which a flat wiring board 71 and a crystal oscillator 41 mounted with a predetermined gap spaced apart via metal balls 80 fixed to the upper surface of the wiring board 71 are integrated.
  • the land 35 on which the oscillator circuit and the circuit element 3 3 constituting the temperature compensation circuit are mounted, and the circuit element 70 on which the oscillation frequency adjustment circuit is mounted Lands 36 to be fixed to substrate 7 1 are provided, and after cream solder is printed on predetermined lands of wiring substrate 7 1 using silk screen printing, circuit elements 33, 70 and metal balls are printed. Mount solder and solder by reflow method. Oscillation frequency adjustment
  • the circuit element 70 is mounted on the outside of the mounting space of the crystal unit 41. If fine adjustment of the oscillation frequency is necessary, the mounted crystal unit 41 or the circuit will be described later.
  • the easily replaceable circuit element 70 can be replaced or added without removing the element 33.
  • the crystal unit 41 is configured as described in FIG. 7, and the external electrode 46 of the crystal unit 41 is connected and fixed to the metal ball 80 using a conductive adhesive or solder.
  • the piezoelectric oscillator is completed.
  • the crystal oscillator 41 and the circuit element 3 are heated to prevent the solder for fixing the crystal oscillator 41 and the circuit element 33 from melting and the mounting position of these components from shifting. 3 may be fixed to the wiring board 71 with an adhesive.
  • the support frame 72 shown in FIG. 8 It is possible to arrange the electronic component on the wiring board 71 between the metal poles 80, 80, since there is no side wall portion as described above. Since the ratio of is high, the area of the wiring board 71 can be reduced, which is an effective configuration for the miniaturization of the piezoelectric oscillator.
  • an IC chip may be used as the circuit element 33.
  • the wiring substrate 71 and the IC chip are rigidly mounted.
  • the adhesive is injected into the gap between them and fixed.
  • the pillar members may be fixed by flip chip bonding as in the case of the IC chip, in addition to the method of fixing on the wiring board 71 by solder or conductive adhesive.
  • the IC The chip and the column member can be mounted in the same process, which is effective in simplifying the manufacturing process.
  • FIG. 9 is an external view showing a cross section of a piezoelectric oscillator according to a sixth embodiment of the present invention.
  • the sixth embodiment is characterized in that the top surface of the wiring board on which the circuit elements constituting the oscillation circuit, the temperature compensation circuit, etc. are mounted on the bottom surface is fixed to the bottom surface of the quartz oscillator to miniaturize the piezoelectric oscillator. It is in the place.
  • the circuit element 33 constituting the oscillation circuit, the temperature compensation circuit, etc. is mounted on the bottom and the metal ball 80 serving as the external connection terminal of the piezoelectric oscillator is mounted.
  • the external electrode 8 3 on the upper surface of the wiring board 8 4 and the external electrode 4 6 of the crystal unit 4 1 are integrally connected and fixed to a flat wiring board 8 4 equipped with
  • the pole 80 is an external connection terminal of the piezoelectric oscillator.
  • wiring board 84 On the bottom of wiring board 84, land 35 for mounting the oscillation circuit, the circuit element 33 constituting the temperature compensation circuit, and land 36 for fixing metal ball 80 to wiring board 84 are provided. After cream solder is printed on predetermined lands of the wiring substrate 84 by using a screen printing technique, the circuit element 3 3 and the metal ball 80 are mounted and solder bonding is performed with one side of the riff opening. In addition, when circuit elements need to be replaced or added due to adjustment of oscillation frequency etc., the component mounting surface located under the wiring board 84 is opened, so that any circuit elements can be replaced or added. It is easy to do.
  • the circuit element 33 When the metal ball 80 is fixed to the wiring substrate 84, the circuit element 33 The procedure is as follows: mount only on the specified land 35, solder join with one side of the riff opening, and then fix the metal ball 80 to the land for metal ball fixation with a conductive adhesive etc. May be adopted.
  • the wiring substrate 84 since the flatness of the wiring substrate 84 used in the present embodiment is maintained by the flatness of the quartz oscillator 41, the wiring substrate 84 is characterized in that a thin substrate can be used.
  • the quartz oscillator 41 is configured as described above, and the external electrode 46 of the quartz oscillator 41 is connected and fixed to the external electrode 83 of the wiring substrate 84 using a conductive adhesive etc. The oscillator is complete.
  • FIG. 10 (a) is an external view showing a cross section of a piezoelectric oscillator according to a seventh embodiment of the present invention.
  • the feature of the seventh embodiment is that the circuit elements constituting the oscillation circuit, the temperature compensation circuit, etc. are mounted on the outer bottom surface of the package for mounting a crystal vibration element with a predetermined circuit pattern and lands, and the wiring board shown in FIG. It is in a place where the miniaturization of the piezoelectric oscillator and the reduction in height were achieved by making 8 4 unnecessary.
  • a land for electronic parts 86 and a land for pillar members 87 are provided along with the circuit pattern on the outer bottom surface of the ceramic package 4 2 a used for the quartz oscillator 41.
  • the crystal vibrating element 45 is mounted in the recess of the ceramic package 42a, and the metal cover 42b
  • the metal pole 80 has a function as an external connection terminal of the piezoelectric oscillator.
  • the outer bottom surface of the ceramic package 4 2 a is provided with a land 8 6 for mounting an oscillation circuit, a circuit pattern constituting a temperature compensation circuit and a circuit element 33, and a land 8 for fixing a metal ball 80. After printing cream solder on these lands using a screen printing technique, the circuit element 33 and the metal balls 80 are mounted and soldered by a reflow method. Also, when it is necessary to replace or add circuit elements by adjusting the oscillation frequency etc.
  • the component mounting surface of the lower part of the quartz oscillator 41 is open, and it is easy to replace or add any circuit element.
  • the manufacturing method may be such that the circuit element 33 and the metal ball 80 are mounted on the lands 86 and 87 provided on the bottom surface of the ceramic package 42a. Only the quartz oscillator 4 1 can be used.
  • the metal ball 80 has been described as a pillar member used in the sixth and seventh embodiments, it is described in addition to a polygonal pillar such as a quadrangular prism, a triangular prism, etc.
  • a ceramic block may be used which has at least two facing surfaces with electrodes which are conducted.
  • FIG. 10 (b) is a plan view showing the circuit element mounting surface of the crystal unit 41 according to the seventh embodiment or the wiring substrate 84 according to the sixth embodiment.
  • metal balls 80 are used as the pillar members.
  • the circuit elements between the metal poles 80, 80 it is possible to arrange the circuit elements between the metal poles 80, 80 as well, so the circuit element mounting at the outer bottom of the wiring board 84 or the crystal oscillator 41 is possible.
  • the area ratio can be high. Therefore, it is an effective configuration when miniaturizing a piezoelectric oscillator.
  • an IC chip may be used as the circuit element 33.
  • the IC chip is mounted on the round 86 provided on the bottom surface of the crystal unit 41 by a flip chip bonding method, the IC chip is In order to strengthen the adhesion of the two, both may be fixed with an adhesive.
  • the pillar members may be fixed by the flip chip bonding method as in the case of the IC chip, in addition to the method of fixing the wiring board 27 on the wiring board 27 by solder or conductive adhesive.
  • the IC chip and the column member can be manufactured in the same process, which is effective in simplifying the manufacturing process.
  • the shape or size of at least one of the plurality of pillar members is made another pillar member It may be different.
  • the crystal oscillator is mounted.
  • the metallization can be used as a castellation surface, whereby the connection state of the solder can be easily checked visually.
  • the oscillator circuit and the A piezoelectric oscillator having a configuration in which a piezoelectric vibrator housed in a package is fixed to a wiring board on which a subsidiary component is mounted, and a flat substrate is adopted as a wiring board on which an electronic component is mounted.
  • a special pillar member as a means for electrically and mechanically connecting the wiring board and the quartz oscillator, it is possible to manufacture by patch processing.
  • the invention according to claim 1 electrically and mechanically connects and fixes the bottom electrode of the piezoelectric vibrator and the round provided on the wiring board on which the electronic components constituting the oscillation circuit and the temperature compensation circuit are mounted.
  • a pillar-shaped member (pillar member) is used as this, and a piezoelectric oscillator with a narrow occupied area can be constructed while using a flat wiring board. Therefore, the wiring substrate can be mass-produced by patch processing, and the planar shape of the oscillator can be reduced.
  • the invention according to claim 2 uses a ceramic block and a top electrode and a bottom electrode which are respectively formed on the top and bottom of the ceramic plug and conduct each other. There is an effect that the cost of the member is low.
  • the construction of the pillar member can be further simplified, and the cost can be reduced and the productivity can be enhanced.
  • the tallest electronic component among the electronic components is used as the pillar member, the number of parts can be increased without preparing a special pillar member. There is an excellent effect of being able to reduce and manufacture.
  • the bottom shape of the pillar member is a circle, an ellipse, or an oval, even if the pillar member is rotated for any reason, a part of the pillar member is the wiring board. It has the effect that it does not protrude from the edge and become burrs.
  • the invention according to claims 6 and 7 is characterized in that the bottom electrode of the piezoelectric vibrator hermetically sealed in the package, and the round provided on the wiring board on which the electronic components constituting the oscillation circuit and the temperature compensation circuit are mounted are electrically
  • the bottom electrode of the piezoelectric vibrator hermetically sealed in the package, and the round provided on the wiring board on which the electronic components constituting the oscillation circuit and the temperature compensation circuit are mounted are electrically
  • separate insulating members are used, and electrodes are provided on the top and bottom surfaces of the member, and the connection conductor is formed between the electrodes. It is configured by using a guided pillar member, and has an effect that the planar shape of the oscillator can be reduced.
  • the invention according to claim 8 mounts the electronic component constituting the oscillation circuit, provides the wiring board having the external electrode on the bottom surface, the piezoelectric vibrator, and the electrodes on the top and bottom surfaces of the insulating material.
  • a method of manufacturing a piezoelectric oscillator comprising the steps of: dividing into individual pieces; and conductively fixing a bottom electrode of a piezoelectric vibrator to an upper surface side electrode of a pillar member fixed on a wiring substrate.
  • the grid-like member and the pillar member extending like a peninsula from the grid-like member are integrally formed from the base material of the pillar member, and mass production is possible, and the cost is reduced.
  • the wiring board has a larger area than the outer shape of the support frame holding the piezoelectric vibrator, circuit elements can be mounted inside and outside the support frame. The effect is that the frequency of the piezoelectric oscillator can be finely adjusted.
  • the area of the wiring board can be effectively utilized, and the size of the piezoelectric oscillator can be effectively reduced.
  • the invention according to claim 12 is a piezoelectric oscillator having a circuit element that constitutes an oscillation circuit and a temperature compensation circuit mounted on the bottom surface, and conductively connecting the external electrode on the top surface and the bottom electrode of the piezoelectric vibrator.
  • the piezoelectric oscillator has a metal ball provided on the bottom surface of the substrate as an external connection terminal, and has the effect of enabling a more compact piezoelectric oscillator.
  • the invention of claim 13 is characterized in that: a circuit pattern and lands are provided on the outer bottom surface of the package for housing the piezoelectric vibration element, and a circuit element for constituting an oscillation circuit and a temperature compensation circuit; This is a piezoelectric oscillator provided with a very effective for the miniaturization of the piezoelectric oscillator.

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Description

明 細 書 圧電発振器およびその製造方法 技術分野
本発明は圧電発振器の構造及び製造方法に関し、 特に発振回路や温度 補償回路を構成する回路素子の上部にパッケージ化された圧電振動子を 固定した構造の圧電発振器に関する。 背景技術
携帯電話機等の移動体通信機器の普及に伴う低価格化及び小型化の急 激な進展により、 これらの通信機器に使用される水晶発振器等の圧電発 振器に対しても低価格化、 小型化及び薄型化の要請が高まっている。 こ のような要請に対しては、 水晶振動子をパッケージ化するのみならず、 周波数調整回路、 周波数温度補償回路等を含む発振回路を集積化、 I C 化して部品点数を削減している。
図 1 1 ( a ) は従来の圧電発振器の一例としての水晶発振器の外観構 造を示す分解斜視図、 (b ) はその縦断面図である。
この水晶発振器 1は、 セラミック積層体から成る下部パッケージ 2の 上面 (外枠上面) に水晶振動子 1 1を搭載して一体化した構成を備えて いる。
下部パッケージ 2はその外周に沿って外枠 3を立設しており、 外枠 3 内の凹陥部 4の内底面上には I C 6を半田等のバインダ 5により固定し、 I C 6の上面に設けた電極 6 aと凹陥部内底面上のボンディングパッド 7との間はボンディングワイヤ 8により接続する。 なお、 I Cの底面に 電極を設ける場合には、 この I C側の電極と、 ボンディングパッド 7と の間をボールボンディングによって接続して、 フリヅプチップ実装する こともある。 下部パッケージ 2の外底面には表面実装用の外部電極 9を 形成し、 外部電極 9は図示しない導体によりボンディングパッ ドア等と 導通するように接続されている。 外枠 3の上面にはボンディングパヅ ド 7を介して外部電極 9と導通した上面電極 1 0を配置する。 なお、 凹陥 部 4内には必要に応じて絶縁樹脂を充填することにより、 I C 6を樹脂 内に埋設することもある。
水晶振動子 1 1は、 セラミック積層体から成るパッケージ本体 1 2の 凹陥部 1 3内に水晶振動素子 1 4を搭載した上で、 凹陥部 1 3を金属蓋 1 5により気密封止した構成を備えている。 パッケージ本体 1 2の外底 面には外部電極 1 6を設け、 この外部電極 1 6を導電性接着剤等のバイ ンダによって下部パッケージ 2の上面電極 1 0と接続固定する。 このこ とによって、 下部パッケージ 2の凹陥部 4が水晶振動子 1 1によって閉 止される。
この水晶発振器 1は、 水晶振動子 1 1を除く、 発振回路、 温度補償回 路を構成する回路素子を全て 1チップの I C 6に集積化したことによつ て実現することができたものである。
しかし、 上記回路素子を 1チップ I C化した高価な I C 6を使用して 圧電発振器を製造するためには、 圧電発振器 1自体の量産個数をある程 度見込めることが前提となり、 量産を見込めない限り、 低コスト化を図 ることは困難である。 従って、 例えば多品種少量生産される発振器にお いてこの種の高価な I C 6を使用することにはコスト的な理由から無理 があるため、 I C 6に代えて上記各回路を構成するトランジスタ、抵抗、 コンデンサ等の回路素子を個々のチップ部品として下部パッケージ 2の 凹陥部 4内に搭載する必要がある。
仮に、 このようにチップ部品化された回路素子を、 図 1 1に示した下 部パッケージ 2の凹陥部 4内に搭載するとすれば、 凹陥部内底面に設け た複数のランド (ボンディングパヅ ド Ίに代えて形成される) 上に各チ ヅプ部品をクリームハンダを用いたリフロー方式によって実装する必要 がある。 通常、 クリームハンダをランド上に塗布する作業は、 シルクス クリーン (マスク) を用いたスクリーン印刷によって実施されるが、 下 部パッケージ 2のようにランド形成面の外周に外枠 3から成る段差が存 在する場合には、 スクリーン印刷技法を使用することが不可能である。 このため、 スクリーン印刷技法を併用したバッチ処理によって生産性を 高めることが困難となり、 クリームハンダを各ランド毎にディスペンザ により塗布する作業を実施せざるを得ず、 チップ部品を使用した場合で あっても高コス トとならざるを得なかった。
このため、 チップ部品を使用して圧電発振器を構成する場合には、 図
1 2に示した如く、 上面にランドを備えた広面積の配線基板 2 0上の各 ランド上にチヅプ部品 2 1と、 水晶振動子 2 2とをリフロー方式によつ て実装する構成を採用せざるを得なかった。 即ち、 このタイプの圧電発 振器にあっては、 段差を有しないフラッ トな配線基板 2 0上のランドに 対してスクリーン印刷を行うことが可能である為、 複数の配線基板を縦 横に連結した大面積の配線基板母材を利用したバッチ処理が可能である < しかし、 この圧電発振器は、 全ての部品 2 1、 2 2を平坦な配線基板 2 0上に搭載しているため、 圧電発振器を図示しないプリント基板上に 実装する際の占有面積が広くならざるを得ず、 プリント基板上の搭載部 品の高密度実装化という要請に反する結果をもたらす。
本発明が解決しょうとする課題は、 発振回路や温度補償回路を構成す る電子部品を搭載するパッケージ部分の上部にパッケージ化された圧電 振動子を固定した構成を備えた圧電発振器において、 電子部品を搭載す る配線基板として平板状の基板を採用することによって配線基板上のラ ンド上にクリームハンダをスクリーン印刷することを可能にしてバッチ 処理による量産化に対応しつつ、 パッケージ化された水晶搌動子を配線 基板の上方に立体的に配置することによって占有面積の低減を図った圧 電発振器を提供することにある。
また、 配線基板と水晶振動子とを電気的、 機械的に接続する手段とし て、 格別の柱部材を使用することにより、 バッチ処理による製造を可能 にすることを他の課題とする。 発明の開示
上記課題を達成するために、 本発明に係る圧電発振器の請求項 1記載 の発明は、 外底面に底面電極を有するパッケージ内に圧電振動子を収容 した圧電振動子と、 上面に少なくとも一つの電子部品を搭載すると共に 上面に導通パターンを有する配線基板と、 前記圧電振動子の底面電極と 前記配線基板の導通パターンとの間を電気的且つ機械的に固定する柱状 部材とを備えたことを特徴とする。
請求項 2記載の発明は、 上面に発振回路及び温度補償回路を構成する 複数の電子部品を搭載すると共に底面に外部電極を備えた平板状の配線 基板と、 該配線基板上面に固定した柱状部材を介して所定のギヤップを 隔てて固定された圧電振動子とを備えた圧電発振器であって、 前記圧電 振動子はパッケージ内の気密空所内に圧電振動素子を封止すると共に、 パッケージ外底面に前記圧電振動素子の励振電極と導通した底面電極を 備え、 前記柱状部材は前記配線基板及び圧電振動子とは別体の部材であ り、 該柱状部材の底部を前記配線基板の上面に形成した柱状部材固定用 パターンに電気的機械的に固定するとともに、 該柱状部材の上部を圧電 振動子の底面電極と電気的機械的に固定することを特徴とする。
請求項 3記載の発明は、 上面に少なくとも発振回路を構成する電子部 品を搭載すると共に底面に外部電極を備えた平面状の配線基板と、 圧電 振動子とを柱状部材を介して導通固定した圧電発振器であって、 前記柱 状部材は、 絶縁基板の上面及び底面にそれそれ電極を有し両電極間を接 続導体により電気的に導通したものであり、 前記配線基板は、 その上面 に前記柱状部材の底面側電極を導通固定する為の柱状部材固定用パター ンが形成されたものであり、 前記圧電振動子は、 パッケージの気密空所 内に圧電振動素子を封止したものであってパッケージ底面には前記柱状 部材の上面電極と導通固定する為の底面電極を備えたものであることを 特徴とする。
請求項 4記載の発明は、 請求項 1乃至請求項 3記載の発明に加え、 前 記柱状部材はセラミヅクブロックと、 該セラミックプロヅクの上部及び 底部に夫々形成されて互いに導通し合う上部電極及び底部電極と、 を備 えていることを特徴とする。
請求項 5記載の発明は、 請求項 1乃至請求項 3記載の発明に加え、 前 記柱状部材は、金属プロック或は金属ボールから成ることを特徴とする。 請求項 6記載の発明は、 請求項 1乃至請求項 3記載の発明に加え、 前 記柱状部材として、 前記電子部品のうち最も背の高い電子部品を使用し たことを特徴とする。
請求項 7記載の発明は、 請求項 1乃至請求項 6記載の発明に加え、 前 記柱状部材は、 その横断面形状が円形、 楕円形、 或は長円形であること を特徴とする。
請求項 8記載の発明は、 上面に少なくとも発振回路を構成する電子部 品を搭載すると共に底面に外部電極を備えた平面状の配線基板と、 圧電 振動子とを、 絶縁基板の上面及び底面にそれぞれ電極を設け両電極間を 接続導体により導通させた柱状部材を介して導通固定した圧電発振器の 製造方法であって、 絶縁基板に複数個分の回路配線パターンと外部電極 と柱状部材固定用パターンとを区画形成した配線基板母材に電子部品を 搭載する工程と、 複数の柱状部材を区画形成した柱状部材用母材を、 前 記配線基板母材上の柱状部材固定用パターンと前記柱状部材の底面側電 極とが導通するよう固定する工程と、 前記配線基板母材を前記柱状部材 用母材と共に切断し、 個片に分割する工程と、 前記配線基板上に固定さ れた柱状部材の上面側電極に圧電振動子の底面電極を導通固定する工程 とを含むことを特徴とする。
請求項 9記載の発明は、 請求項 8記載の発明に加え、 前記柱状部材用 母材は、 格子状部材と該格子状部材から半島状に延びる柱状部材とを一 体的に構成したものであることを特徴とする。
請求項 1 0記載の発明は、 上面に発振回路及び温度補償回路を構成す る回路素子を搭載すると共に底面に外部電極を備えた平板状の配線基板 と、 該配線基板の上面に固定した支持枠体を介して所定のギヤップを隔 てて搭載された圧電振動子とを備えた圧電発振器であって、 前記圧電振 動子は、 圧電振動素子と、 該圧電振動素子を気密封止するパッケージと からなり、 該パッケージ外底面には外部電極を備えており、 前記支持枠 体は、前記圧電振動子の外部電極を導通状態で接続固定する上部電極と、 配線基板に接続固定する下部電極とを有しており、 前記配線基板は、 前 記支持枠体の外形よりも広い面積を有しており、 その上面には前記支持 枠体の下部電極を導通状態で固定するランドと、 前記支持枠体の内外に 回路素子搭載用のランドとを備えたものであることを特徴とする。
請求項 1 1記載の発明は、 請求項 1 0記載の発明に加え、 前記支持枠 体を複数の金属ボールに置き換えたことを特徴とする。
請求項 1 2記載の発明は、 底面に発振回路及び温度補償回路を構成す る回路素子を搭載すると共に上面に外部電極を備えた平板状の配線基板 と、 底面に外部電極を備えた圧電振動子とを互いの外部電極同士を導通 接続することにより固定した圧電発振器であって、 前記配線基板は、 そ の底面に設けられた外部接続用のランドに金属ボールを接続固定したも のであることを特徴とする。
請求項 1 3記載の発明は、 パッケージに圧電振動素子を搭載して蓋に より気密密封した構造の圧電振動子の外側底面に、 回路パターン及びラ ンドが設けられており、 発振回路及び温度補償回路を構成する為の回路 素子と、 外部接続端子となる金属ボールとを前記ランドに接続固定した ことを特徴とする。 図面の簡単な説明
図 1 (a) 及び (b) は、 本発明の第 1の実施形態に係る圧電発振器 の縦断面図、 及び分解斜視図である。
図 2は、 本発明の第 1の実施形態に係る圧電発振器の構成を説明する 断面図である。
図 3は、 本発明の第 1の実施形態に係る圧電発振器の構成を説明する 断面図である。
図 4 (a) 〜 ( c) は、 本発明の第 2の実施形態に係る圧電発振器の 部分構成を説明する図である。
図 5 (a) 、 (b) は、 本発明の第 3の実施形態に係る圧電発振器を 説明する断面図と、 斜視図である。
図 6は、 本発明の第 3の実施形態に係る圧電発振器の組み立て構成を 説明する図である。
図 7 (a) 、 (b) は、 本発明の第 4の実施形態に係る圧電発振器を 説明する断面図と、 斜視図である。
図 8 (a) 、 (b) は、 本発明の第 5の実施形態に係る圧電発振器を 説明する断面図と、 配線基板の平面図である。 図 9は、 本発明の第 6の実施形態に係る圧電発振器を説明する断面図 である。
図 1 0 ( a )、 ( b ) は、 本発明の第 7の実施形態に係る圧電発振器 を説明する断面図と、 配線基板の平面図である。
図 1 1 ( a ) 、 ( b ) は、 従来の圧電発振器を説明する斜視図と、 断 面図である。
図 1 2は、 従来の圧電発振器の配線基板上における電子部品の搭載方 法を説明する斜視図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明を図面に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。 図 1乃至図 3に基づいて、 本発の第 1の実施形態に係る圧電発振器を 説明する。 第 1の実施形態は、 上面のランド 3 5上に発振回路及び温度 補償回路を構成する複数の電子部品 3 3を搭載すると共に底面に外部電 極 3 4を備えた平板状の配線基板 3 2と、 該配線基板 3 2の上面に固定 した柱状部材 (以下、 柱部材と称す) 5 0を介して所定のギャップを隔 てて固定された圧電振動子 4 1とを備えた圧電発振器 3 1において、 柱 部材 5 0を配線基板 3 2及び圧電振動子 4 1とは別体の部材とし、 更に 柱部材 5 0の底部を配線基板 3 2の上面に形成した柱部材固定用パター ン 3 6に電気的機械的に固定し、 柱部材 5 0の上部を圧電振動子の底面 電極と電気的機械的に固定 (面実装) した構成である。
まず、 図 1の実施形態は、 平板状のセラミック配線基板 3 2上の柱部 材固定用パターン 3 6上に柱部材 5 0を介して水晶振動子 4 1を搭載し た構成を有する。 配線基板 3 2は、 その上面に形成したランド 3 5上に 電子部品 3 3を搭載すると共に、 底面には各ランド 3 5と導通した外部 電極 3 4を有している。 また、 上面の適所には、 柱部材固定用パターン 3 6を有している。
圧電振動子 4 1の構成は、 凹陥部を有したパッケージ本体 4 2 a及び 該凹陥部を気密封止する金属蓋 4 2 bとから成るパッケージ 4 2と、 凹 陥部内に支持された水晶振動素子 4 5とを有し、 パッケージ本体 4 2 a の底面には底面電極 4 6を設けてあり、 該電極 4 6は水晶振動素子 4 5 の電極と導通している。 ここで、 パッケージ 4 2は、 例えばセラミヅク 等により構成される。
この実施形態に係る柱部材 5 0は、 四角柱、 その他の多角柱状のセラ ミックブロック 5 1 (厚さ 0 . 3〜0 . 5 mm程度) と、 セラミヅクブ ロック 5 1の底部に設けた底部電極 (メタライズ部) 5 2と、 セラミツ クブロック 5 1の上部に設けた上部電極 (メタライズ部) 5 3と、 両電 極 5 2、 5 3間を導通する接続導体 5 4とを有する。
この実施形態の柱部材 5 0は、 配線基板 3 2及び水晶振動子 4 1に対 して、 別体構造である為、 この柱部材 5 0を配線基板 3 2上の柱部材固 定用パターン 3 6上に固定する場合には、 スクリーン印刷により柱部材 固定用パターン 3 6上に塗布したクリームハンダを用いてリフロー接続 が可能である。 即ち、 このスクリーン印刷においては、 ランド 3 5に対 するクリームハンダの塗布作業も同時に実施し、 クリームハンダを塗布 したランド 3 5及び柱部材固定用パターン 3 6上に夫々電子部品 3 3及 び柱部材 5 0を載置した上で、 リフ口一炉内で同時に加熱を行い、 その 後冷却することにより、 電子部品 3 3及び柱部材 5 0を固定する。 水晶振動子 4 1については、 柱部材 5 0を配線基板 3 2上に固定した 後で、 柱部材 5 0の上部電極 5 3上に導電性接着剤等を用いて底面電極
4 6を固定してもよいし、 上部電極 5 3と底面電極 4 6との接続を、 電 子部品 3 3等をリフロ一接続する際に同時に実施してもよい。
この実施形態によれば、 柱部材 5 0を、 配線基板 3 2及び水晶振動子 4 1とは別の部材として構成したので、 配線基板 3 2上に対する電子部 品 3 3及び柱部材 5 0の搭載、 及び固定をバッチ処理にて実施すること が可能となる。 即ち、 大面積の配線基板母材上に区画形成されたランド 群及び柱部材固定用パターン群に対して、 夫々スクリーン印刷によって クリームハンダを塗布した後で、 各ランド 3 5及び柱部材固定用パ夕一 ン 3 6上に夫々電子部品 3 3及び柱部材 5 0の底部電極 5 2を載置し、 その後一括してリフロ一炉内にて加熱することにより接続を完了するこ とができる。 このため、 圧電発振器の生産性を高めることができる。 そして、 このように構成した水晶発振器 3 1は、 水晶振動子 4 1が配 線基板 3 2の上面との間に所定のギャップを隔てて平行に配置されるの で、 圧電発振器 3 1の平面積を狭くすることができる。
また、 電極 4 6と柱部材固定用パターン 3 6との間のみに柱部材 5 0 を配置した構成であると供に、 柱部材 5 0の底面積を必要最小限に狭く 設定することにより、 配線基板 3 2の上面の面積中、 電子部品の搭載に 利用できる有効面積を拡大することができる。
次に、本発明の第 1の実施形態の他の例としては、柱部材 5 0として、 セラミックブロック 5 1に代えて、 厚さ 0 . 3〜0 . 5 mm程度の四角 柱、 多角柱状の金属ブロックを用いる。 即ち、 導電性を有した金属材料 から成る金属ブロックをセラミックブロック 5 1の代わりに用い、 柱部 材固定用パターン 3 6と、 水晶振動子の底面電極 4 6との間をハンダ等 により接続することにより、 図 1の圧電発振器と同様の構成を実現する ことができる。 導電性の金属プロヅクを柱部材 5 0として用いることに より、 セラミックプロックの場合のように、 電極 5 2、 5 3や接続導体 5 4を設けるための手数が不要となる。
或は、 金属プロックに代えて、 柱部材 5 0として、 直径 0 . 3〜 0 . 5 mm程度の金属ボールを用いてもよい。 即ち、 図 2は金属ボールから 成る柱部材 5 0を用いて配線基板 3 2上の柱部材固定用パターン 3 6と、 水晶振動子底面の底面電極 4 6とを接続した例を示している。 柱部材 5 0と柱部材固定用パターン 3 6との間の接続や、 柱部材 5 0と底面電極 4 6との接続方法は、 夫々クリームハンダを用いたリフロー接続であつ てもよいし、 導電性接着剤を用いた接続であってもよい。
この場合も、 金属ブロックを用いた場合と同様に、 電極 5 2、 5 3や 接続導体 5 4を設けるための手数が不要となる。
次に、 図 3は本発明の第 1の実施形態である圧電発振器の他の例を示 す図であり、 図 1に示した実施形態と同一部分には同一符号を付して説 明する。この実施形態が図 1の実施形態の圧電発振器と異なるところは、 柱部材 5 0として、 チップ型の電子部品 3 3のうち最も背の高い電子部 品 3 3 Aを使用した構成にある。
図示した例では、 配線基板 3 2の上面の端縁に設けたランドを兼ねる 柱部材固定用パターン 3 6上にハンダ等のパインダを用いて最も背の高 い電子部品 3 3 Aを複数個配置し、 各電子部品 3 3 Aの上面に水晶振動 子 4 1のパッケージ底面を固定している。 電子部品 3 3 Aの上面は水晶 振動子 4 1の底面電極 4 6と導通接続することによって水晶振動子内部 の水晶振動素子 4 5と各電子部品 3 3、 3 3 Aとの導通を確保するよう に構成する。
柱部材として利用する複数の電子部品 3 3 Aは同じ高さであることが 肝要であるが、 配線基板 3 2上における配置位置は図示の位置に限定さ れない。
この実施形態によれば、 格別の柱部材を用意することなく、 配線基板 3 2上に本来搭載すべき電子部品 3 3の内から背の高い電子部品 3 3 A を複数個選んで柱部材として利用するので、 部品コスト、 製造手数を低 減できる。 次に、 図 4 ( a ) 及び (b ) は本発明の第 2の実施形態に係る圧電発 振器の例を示す部分構成図であり、この実施形態は使用する柱部材 4 3、 5 0の平面形状(底面形状、 或は、 横断面形状) を円形、 或は楕円形(長 円形を含む) とすることにより、 柱部材 4 3、 5 0を介して配線基板 3 2と水晶振動子 4 1とを接合する際に、 柱部材 4 3、 5 0が回転方向に 位置ずれを起したとしても、 柱部材 4 3、 5 0が配線基板 3 2の端縁か ら外側へ突出することがないようにした点が特徴的である。
即ち、 図 4 ( c ) に示すように柱部材 4 3、 5 0の平面形状が矩形、 その他の多角形である場合には、 柱部材 4 3、 5 0が何らかの理由によ つて点線で示した本来の搭載位置から回転方向にずれを起した場合に、 その角部が配線基板 3 2の端縁から外側に突出した状態で固定され、 こ れがバリとなって不具合を起こす原因となる。
しかし、 図 4 ( a ) 及び (b ) に示した如く、 柱部材 4 3、 5 0の平 面形状を円形、 楕円形等の角部を有しない形状とすることにより、 柱部 材 4 3、 5 0が多少回転したとしても、 配線基板の端縁から外側に突出 しにく く、 また、 柱部材の周面が少し突出したとしても角部が突出する 訳ではないので、 バリとはならず不具合をもたらさない。
図 5 ( a ) 及び (b ) は、 本発明の第 3の実施形態に係る圧電発振器 の例を示す縦断面図、 及び分解斜視図である。 同図は、 上面のランド 3 5上に発振回路及び温度補償回路を構成する複数の電子部品 3 3を搭載 すると共に外部電極 3 4を備えた配線基板 3 2と、 該配線基板 3 2の上 面に固定した柱部材 5 5を介して所定のギヤップを隔てて固定された水 晶振動子 4 1とを備えた圧電発振器である。 又、 柱部材 5 5の底部電極 (底面側電極) 5 6を配線基板 3 2の上面に形成した柱部材固定用パ夕 —ン 5 7に電気的機械的に固定し、柱部材 5 5の上部電極(上面側電極)
5 8を水晶振動子 4 1の底面電極 4 6と電気的機械的に固定している。 ここで使用されている柱部材 5 5は、 詳細を後述するが、 同一のセラミ ック板に複数の穴を設けて加工し形成したもので、 セラミツク板の厚さ を柱部材の高さ方向とし、 配線基板 3 2に搭載する電子部品 3 3の最大 実装高を上回る厚みを有している。 柱部材 5 5は、 セラミック板の裏面 に設けた底部電極 5 6と、セラミック板の表面に設けた上部電極 5 8と、 両電極間を導通する接続導体とにより構成する。
水晶振動子 4 1については、 柱部材 5 5を配線基板 3 2上に固定した 上で、 柱部材 5 5の上部電極 5 8上に導電性接着剤等を用いて底面電極 4 6を固定する。
図 6は、 本発明の第 3の実施形態に係る圧電発振器について、 配線基 板と柱部材の製造方法及び両者の接合固定方法を示す図である。 同図に 示すように、 配線基板用プリント板 6 0と柱部材用セラミック板 6 1と は、 夫々大面積の配線基板母材及び柱部材用母材上に区画形成された配 線基板 3 2及び柱部材プロック 6 2を多数設けている。
ここで柱部材プロヅク 6 2とは、 柱部材用セラミック板 6 1に穴を形 成することにより区画を示す格子状部材と、 この格子状部材から半島状 の突起片として穴に突出する柱部材 5 5とを一体的に形成したものであ る。 そして各柱部材 5 5は、 配線基板 3 2に設けた柱部材固定用パ夕一 ン 5 7の位置に合わせて配置されている。柱部材用セラミヅク板 6 1は、 表面と裏面がメタライズ化されており、 柱部材 5 5の所定位置には表面 と裏面を導通させるためのスル一ホール等が設けられており、 柱部材 5 5の底部電極と上部電極を構成する。 又、 柱部材用セラミック板 6 1の 厚さは、 配線基板 3 2に搭載する電子部品 3 3の実装高に合わせて決定 されている。
そこで、圧電発振器の配線基板と柱部材の接合固定方法を説明すると、 先ず、 大面積の配線基板母材上に区画形成して設けた配線基板を有する 配線基板用プリント板 6 0を製造した後、 電子部品 3 3を搭載するラン ドにスクリーン印刷によってクリームハンダを塗布し、 夫々の電子部品 3 3を戴置した後、 リフロー炉内において加熱を行い、 その後冷却する ことにより電子部品 3 3を固定する。 次に、 柱部材用母材上に所定の穴 を設けることにより、 区画形成した柱部材プロック 6 2を有する柱部材 用セラミ ック板 6 1を製造しておき、 電子部品 3 3を搭載して固定済み である配線基板用プリント板 6 0の夫々の配線基板 3 2に設けた柱部材 固定用パターン 5 7に、 導電性接着剤を塗布した後、 柱部材固定用パ夕 —ン 5 7と柱部材 5 5の位置合わせをおこなって、 配線用プリン ト板 6 0と柱部材用セラミック板 6 1とを接合し固定する。 その後、 配線用プ リント板 6 0の点線にて図示した位置において、 ダイシング ·ソ一等の 切断機を用いて切断し、柱部材 5 5を固定した配線基板 3 2を分離する。 配線基板用プリント板 6 0と柱部材用セラミック板 6 1との接合手順 については、 先ず、 最初に配線基板用プリン ト板 6 0に設けた柱部材固 定用パ夕一ン 5 7と柱部材用セラミック板 6 1に設けた柱部材 5 5の底 部電極とを導電性接着剤等を用いて固定した後、 配線基板用プリント板 6 0に設けた電子部品 3 3を搭載するランド 3 5にスクリーン印刷によ つてクリームハンダを塗布し、 夫々の電子部品 3 3を戴置した後、 リフ ロー炉内において加熱を行い、 その後冷却することにより電子部品 3 3 を固定する方法であってもよい。
更に、 配線基板用プリント板 6 0と柱部材用セラミック板 6 1との接 合手順について、 配線基板用プリント板 6 0に設けた電子部品 3 3を搭 載するランドと、 柱部材固定用パターン 5 7とに、 スクリーン印刷によ つてクリームハンダを塗布して夫々の電子部品 3 3を戴置して、 配線基 板用プリント板 6 0と柱部材用セラミック板 6 1の位置を合わせして重 ね、 リフロー炉内において加熱を行い、 その後冷却することにより、 電 子部品 3 3と柱部材用セラミック板 6 1に設けた柱部材 5 5とを固定す る方法であってもよい。
そこで、 本発明による柱部材は、 1枚の柱部材用セラミック板に複数 の柱部材を形成して製造したものであるので、 柱部材の高さは全て同一 となり、 圧電振動子を取り付ける際に生じる柱部材の寸法不良による取 付け不具合を防く、ことができると共に、 大面積の柱部材用母材上に区画 形成された柱部材ブロックと、 大面積の配線基板用プリント板上に区画 形成された配線基板とを一括して接合可能であるので、 効率のよい生産 が可能となる。
又、 大面積の柱部材用母材上に区画形成された柱部材ブロックを使用 することにより、 柱部材を配線基板に設けた柱部材固定用パターンに 個々に戴置する必要がなく、 柱部材を配置する際に必要な上下の位置関 係も常に同一方向であり、 柱部材の取り付け誤りを防ぐことができると 共に、 柱部材をクリームハンダ上に戴置した際に配線基板に設けた柱部 材固定用パターンからずれる可能性もなく、作業効率の向上が図られる。 次に、 柱部材 5 5を固定した配線基板 3 2の製造が完了すると、 柱部 材 5 5の上部電極 5 8に導電性接着剤を塗布し、 水晶振動子 4 1の底面 電極 4 6に接着させることにより、 水晶振動子 4 1を配線基板 3 2に固 定して圧電発振器は完成する。
尚、 セラミック製の柱部材を用いて説明したが、 ガラスエポキシ系材 料又はその他樹脂材料製の柱部材であっても良く、 このような樹脂製の 柱部材を用いることで水晶発振動子または配線基板上の電子部品に加わ る衝撃を緩和することができる。
図 7は、 本発明の第 4の実施形態に係る圧電発振器の外観図を示した 図であり、 同図 (a ) はその断面図を、 (b ) は水晶振動子を実装する 前の斜視図を示す。 本実施形態の特徴は、 発振回路、 温度補償回路等の 構成要素である回路素子を搭載する配線基板の寸法を、 配線基板上に支 持枠体を介して搭載する水晶振動子の寸法より若干大きめにしたことに ある。 そこで、 水晶振動子を配線基板に支持枠体を介して搭載しても、 水晶振動子と重ならない回路素子搭載スペースが確保出来、 そのスぺー スに発振周波数等を微調整するためのコンデンサ等の回路素子を搭載し、 該回路素子の交換、追加が容易に行えるようにした。又、各回路素子は、 平坦な配線基板に搭載されており、 クリームハンダを配線基板の所定の ランドに、 シルクスクリーンを用いてスクリーン印刷し、 リフ口一方式 によりハンダ接合する方法が採用可能である。
即ち、 第 4の実施形態は、 上面に発振回路及び温度補償回路等を構成 する回路素子 3 3及び発振周波数等を調整する回路素子 7 0を搭載する と共に、 底面に外部電極 3 4を備えた平板状の配線基板 7 1と、 この配 線基板 7 1の上面に固定した支持枠体 7 2を介して所定のギヤップを隔 てて搭載された水晶振動子 4 1とを一体化した構造である。
配線基板 7 1には、 発振回路、 温度補償回路を構成する回路素子 3 3 を搭載するランド 3 5と、 調整用の回路素子 7 0を搭載するランド 7 3 及び支持枠体 7 2を配線基板 7 1に固定するランド 3 6が設けられてお り、 配線基板 7 1の所定のランドにスリーン印刷技法を用いることによ り、 クリームハンダを印刷して塗布した後、 回路素子 3 3、 及び調整用 の回路素子 7 0や支持枠体 7 2を搭載した後、 リフ口一方式により半田 接合する。 調整用の回路素子 7 0は水晶振動子 4 1を配線基板 7 1に固 定する支持枠体 7 2の枠外に搭載されており、 発振周波数等の微調整が 必要な場合、 調整用の回路素子 7 0を交換、 追加が容易にできる。
尚、 支持枠体 7 2を配線基板 7 1に固定する際に、 回路素子 3 3、 7 0のみを所定のランド 3 5、 7 0にリフロー接続し、 その後、 支持枠体 7 2を導電性接着剤により支持枠体固定用のランド 3 6に固定するよう な手順を採用しても良い。
次に、 水晶振動子 4 1は、 セラミツクパッケージ 4 2 aの凹陥部内に 水晶振動素子 4 5を搭載した上で、 凹陥部を金属蓋 4 2 bにより気密密 閉した構造を備えている。 セラミックパッケージ 4 2の外底面には、 水 晶振動素子 4 5と導通した外部電極 4 6を設けており、 この外部電極 4 6を導電性接着剤等を用いて支持枠体 7 2の上部電極 7 4と接続固定す る。 支持枠体 7 2の上部電極 7 4は、 下部電極 7 5を介して配線基板 7 1に設けた支持枠体固定パターン 3 6に固定して電気的に接続し、 圧電 発振器は完成する。
図 8は、 本発明の第 5の実施形態に係る圧電発振器の外観図を示した 図であり、 同図 (a ) はその断面図を、 同図 (b ) は回路素子及び柱部 材が搭載された配線基板の上面外観図 (平面図) を示すものである。 第 5の実施形態が第 4の実施形態と異なるところは、 配線基板に固定して 所定のギヤップを隔てて水晶振動子を搭載する支持枠体に代えて、 金属 ポールを柱部材として使用したところにある。
即ち、 第 5の実施形態は上面に発振回路及び温度補償回路等を構成す る回路素子 3 3及び発振周波数等を調整する回路素子 7 0を搭載すると 共に、 底面に外部電極 3 4を備えた平板状の配線基板 7 1と、 この配線 基板 7 1の上面に固定した金属ボール 8 0を介して所定のギャップを隔 てて搭載された水晶振動子 4 1とを一体化した構造である。
配線基板 7 1上には発振回路、 温度補償回路を構成する回路素子 3 3 を搭載するランド 3 5と、 発振周波数調整用の回路素子 7 0を搭載する ランド 7 3及び金属ボール 8 0を配線基板 7 1に固定するランド 3 6が 設けちれており、 配線基板 7 1の所定のランドにシルクスクリーン印刷 を用いて、 クリームハンダを印刷した後、 回路素子 3 3、 7 0や金属ボ ール 8 0を搭載してリフロー方式により半田接合する。 発振周波数調整 用の回路素子 7 0は、 水晶振動子 4 1の搭載スペースの外側に搭載され ており、 発振周波数の微調整が必要の場合には後述するように、 搭載し た水晶振動子 4 1あるいは回路素子 3 3を取り外すことなく、 交換容易 な回路素子 7 0を交換あるいは追加することができる。
次に、 水晶振動子 4 1は、 図 7にて説明したように構成し、 水晶振動 子 4 1の外部電極 4 6を導電性接着剤又は半田等を用いて金属ボール 8 0と接続固定して圧電発振器は完成する。
尚、 圧電発振器が加熱され水晶振動子 4 1及び回路素子 3 3を固定す る半田が溶解し、これら部品の搭載位置がズレてしまうのを防止する為、 水晶振動子 4 1と回路素子 3 3とを配線基板 7 1に接着剤にて固定する ようにしても良い。
ボール状の柱部材を用いる場合は、 角部が存在しないので、 角状の柱 部材を用いる場合のように搭載方向を整える為の工程を必要とすること なく角柱状の柱部材の場合と比較して製造工程が簡素化することができ るという利点がある。
更に、 図 8 ( b ) の平面図に示すように配線基板 7 1と水晶振動子 4 1とを接合する柱部材として金属ボール 8 0を用いれば、 図 7に示す支 持枠体 7 2の如く側壁部が無い分、 金属ポール 8 0、 8 0, 間の配線基 板 7 1上に電子部品を配置することが可能であり、 これにより配線基板 7 1面に於ける回路素子実装可能面積の比率が高いものとなるので、 配 線基板 7 1の面積を小さくでき、 圧電発振器の小型化に有効な構成であ る。
更に、回路素子 3 3としては、 I Cチップであっても良く、この場合、 例えばフリップチヅプボンディング工法により I Cチヅプを配線基板 7 1上に搭載した後、 配線基板 7 1と I Cチップとを強固に固定する為に 両者の隙間に接着剤を注入して固定する。 柱部材については半田若しくは導電性接着剤にて配線基板 7 1上に固 定する方法の他に、 I Cチップと同様にフリヅプチップボンディングェ 法にて固定しても良く、 この場合、 I Cチップと柱部材とを同一の工程 にて搭載することができるので製造工程を簡素化するのに有効である。 尚、 I Cチヅプを用いた場合、 圧電発振器を組立てた後、 I Cの回路 設定を調整する必要がある場合は、 調整信号が入力される調整端子を例 えば水晶振動子の外周壁に設ければ良い。
図 9は本発明の第 6の実施形態に係る圧電発振器の断面を示す外観図 である。 第 6の実施形態の特徴は、 底面に発振回路、 温度補償回路等を 構成する回路素子を搭載した配線基板の上面を、 水晶振動子の底面に固 定して圧電発振器の小型化を図ったところにある。
即ち、 第 6の実施形態は、 底面に発振回路及び温度補償回路等を構成 する回路素子 3 3と圧電発振器の外部接続端子となる金属ボール 8 0と を搭載すると共に、 上面に外部電極 8 3を備えた平板状の配線基板 8 4 に、 この配線基板 8 4の上面の外部電極 8 3と水晶振動子 4 1の外部電 極 4 6とを接続固定して一体化した構造であり、 金属ポール 8 0は、 圧 電発振器の外部接続端子となる。
配線基板 8 4の底面には、 発振回路、 温度補償回路を構成する回路素 子 3 3を搭載するランド 3 5及び金属ボール 8 0を配線基板 8 4に固定 するランド 3 6が設けられており、 配線基板 8 4の所定のランドにスク リーン印刷技法を用いて、 クリームハンダを印刷した後、 回路素子 3 3 や金属ボール 8 0を搭載してリフ口一方式により半田接合する。 又、 発 振周波数等の調整により回路素子の交換、 追加が必要となる場合は、 配 線基板 8 4の下部に位置する部品実装面が開放されているため、 任意の 回路素子を交換、 追加することが容易にできる。
尚、 金属ボール 8 0を配線基板 8 4に固定する際に、 回路素子 3 3の みを所定のランド 3 5に搭載して、 リフ口一方式にて半田接合し、 その 後、 金属ボール 8 0を導電性接着剤等により金属ボール固定用のランド 3 6に固定するような手順を採用しても良い。 又、 本実施例に使用する 配線基板 8 4の平坦度は、水晶振動子 4 1の平坦度により保たれるので、 配線基板 8 4は、 薄い基板を用いることが出来るという特徴がある。 次に、 水晶振動子 4 1は前述したように構成され、 水晶振動子 4 1の 外部電極 4 6を導電性接着剤等を用いて配線基板 8 4の外部電極 8 3と 接続固定して圧電発振器は完成する。
図 1 0 ( a ) は本発明の第 7の実施形態に係る圧電発振器の断面を示 す外観図である。 第 7の実施形態の特徴は発振回路、 温度補償回路等を 構成する回路素子を、 水晶振動素子搭載用パッケージの外側底面に所定 の回路パターンとランドを設けて搭載し、 図 9に示す配線基板 8 4を不 要にして圧電発振器の小型化と、 低背化とを図ったところにある。
即ち、 第 7の実施形態は、 水晶振動子 4 1に用いたセラミックパッケ ージ 4 2 aの外側底面に回路パターンと共に電子部品用ランド 8 6と、 柱部材用ランド 8 7とを設けて、 発振回路及び温度補償回路を構成する 回路素子 3 3と、 金属ボール 8 0とを搭載した後、 セラミックパッケ一 ジ 4 2 aの凹陥部に水晶振動素子 4 5を搭載し、 金属蓋 4 2 bにより気 密密封した構造であり、 金属ポール 8 0は、 圧電発振器の外部接続端子 としての機能を有する。
セラミックパッケージ 4 2 aの外側底面には、 発振回路、 温度補償回 路を構成する回路パターンと回路素子 3 3を搭載するランド 8 6、 及び 金属ボール 8 0を固定するランド 8 7が設けられており、 これらのラン ドにスクリーン印刷技法を用いて、 クリームハンダを印刷した後、 回路 素子 3 3や金属ボール 8 0を搭載し、リフロー方式により半田接合する。 又、 発振周波数等の調整により回路素子の交換、 追加が必要となる場合 は、 水晶振動子 4 1の下部の部品実装面が開放されており、 任意の回路 素子を交換、 追加することが容易にできる。
尚、 金属ボール 8 0をセラミヅクパッケージ 4 2 aの外側底面に固定 する際に、 回路素子 3 3のみを所定のランド 8 6にリフロ一方式により 半田接続し、 その後、 金属ポール 8 6を導電性接着剤により金属ボール 固定用のランド 8 7に固定するような手順を採用しても良い。
更に、 先にセラミックパヅケージ 4 2 aの凹部内に水晶振動素子 4 5 を搭載し、 凹陥部を金属蓋 4 2 bにて気密密封して、 水晶振動子 4 1を 完成させた後、 回路素子 3 3、 金属ボール 8 0をセラミックパヅケージ 4 2 aの底面に設けたランド 8 6、 8 7上に搭載するような製造方法で あっても良く、 この方法によれば良品と判断された水晶振動子 4 1のみ を用いることができる。
更に、 第 6、 第 7の実施形態に使用する柱部材として金属ボール 8 0 を用いて説明したが、 他に四角柱、 三角柱等の多角柱状または円柱、 楕 円柱状の所謂柱形状の金属プロック或いは少なくとも対向した 2つの表 面にそれそれが導通した電極を備えたセラミックプロックを用いても良 い。
角柱状の柱部材を用いる場合、 角柱の角部が配線基板の外周方向へは み出てしまわぬよう搭載する必要があるときは、 柱部材の搭載方向を整 える必要がある。
ボール状の柱部材を用いた場合は、 角部が存在しないので搭載方向を 整える為の工程を必要とすることなく角柱状の柱部材の場合と比較して 製造工程が簡素化することができるという利点がある。
図 1 0 ( b ) は、 第 7の実施形態の於ける水晶振動子 4 1、 または第 6の実施形態における配線基板 8 4の回路素子搭載面を示す平面図であ る。 同図から明らかなように第 5の実施形態の場合と同様に、 第 6、 第 7 の実施形態の場合に於いても、 柱部材として例えば金属ボール 8 0を用 いたので、 図 1 0 ( b ) に示す如く金属ポール 8 0、 8 0, 間にも回路 素子を配置することが可能であり、 この為、 配線基板 8 4又は水晶振動 子 4 1の外側底商に於ける回路素子実装面積の比率を高いものとするこ とができる。 そのため、 圧電発振器の小型化に際しては有効な構成であ る。
更に、回路素子 3 3としては、 I Cチヅプであっても良く、この場合、 例えばフリップチップボンディング工法により I Cチップを水晶振動子 4 1の底面に設けたラウンド 8 6上に搭載した後、 I Cチップの接着を 強固なものにする為に両者を接着剤にて固定してもよい。
この場合、 柱部材については半田若しくは導電性接着剤にて配線基板 2 7上に固定する方法の他に、 I Cチップと同様にフリップチヅプボン デイング工法にて固定しても良く、 この場合、 I Cチップと柱部材とを 同一の工程にてとうさいすることができるので製造工程を簡素化するに 有効である。
更に、 第 6、 第 7の実施形態の場合、 圧電発振器の端子の配置関係を 認識する為に、 複数の柱部材のうち、 少なくとも一つの柱部材の形状ま たは大きさを他の柱部材と異にしても良い。
尚、 上述したセラミックプロックを用いた柱部材について、 例えば対 向する 2つの面の電極同士がセラミックプロックの側面に設けたメ夕ラ ィズを介して導通したものである場合、水晶発振器を搭載した際、又は、 水晶振動子を配線基板に搭載した際にメタライズをキャス夕レーシヨン 面として利用することができ、 これにより半田の接続状態を目視にて容 易に確認することができる。
以上のように本発明によれば、 発振回路や温度補償回路を構成する電 子部品を搭載する配線基板に、 パッケージに収容した圧電振動子を固定 した構成を備えた圧電発振器であり、 電子部品を搭載する配線基板とし て平板状の基板を採用することによって、 配線基板上のランド上にクリ ームハンダをスクリーン印刷することを可能にしてバッチ処理による量 産化に対応しつつ、 パッケージ化された水晶振動子を配線基板の上方に 立体的に配置することによって占有面積の低減を図つた圧電発振器を提 供することができる。
また、 配線基板と水晶振動子とを電気的、 機械的に接続する手段とし て、 格別の柱部材を使用することにより、 パッチ処理による製造が可能 となる。
即ち、 請求項 1の発明は、 圧電振動子の底部電極と、 発振回路や温度 補償回路を構成する電子部品を搭載する配線基板に設けたラウンドとを 電気的且つ、 機械的に接続固定するものとして柱状部材 (柱部材) を用 いたもので、 平板状の配線基板を用いつつ狭い占有面積の圧電発振器を 構築することができる。 このため、 配線基板をパッチ処理によって量産 することが可能となり、 且つ発振器の平面形状も小さくすることができ るという効果がある。
請求項 2の発明は、 柱部材として、 セラミックブロックと、 該セラミ ックブ口ヅクの上部及び底部に夫々形成されて互いに導通し合う上部電 極及び底部電極と、 から成るものを用いたので、 柱部材をが低コストと になるという効果がある。
請求項 3の発明は、 柱部材として、 金属プロック或は金属ボールを用 いたので、 柱部材の構成を更に簡単にし、 低コストであると共に生産性 を高めることが可能となる。
請求項 4の発明は、 柱部材として、 前記電子部品のうち最も背の高い 電子部品を使用したので、 格別の柱部材を用意することなく、 部品点数 を減らして製造することができるという優れた効果がある。
請求項 5の発明は、 柱部材として、 その底面形状が円形、 楕円形、 或 は長円形のものを使用したので、 柱部材が何らかの理由によって回転し たとしても、 その一部が配線基板の端縁から突出してバリとなることが なくなるという効果がある。
請求項 6、 7の発明は、 パッケージ内に気密密封された圧電振動子の 底部電極と、 発振回路や温度補償回路を構成する電子部品を搭載する配 線基板に設けたラウンドとを電気的且つ、 機械的に接続固定するものと して、 配線基板及び圧電振動子とは別体の絶縁部材を用いたもので、 該 部材の上面及び底面にそれそれ電極を設け両電極間を接続導体により導 通させた柱部材を用いて構成されており、 発振器の平面形状も小さくす ることができるという効果がある。
請求項 8の発明は、 発振回路を構成する電子部品を搭載し、 底面に外 部電極を有する配線基板と、 圧電振動子とを、 絶縁材の上面及び底面に それそれ電極を設け両電極間を接続導体により導通させた柱部材を介し て導通固定した圧電発振器の製造方法であって、 絶縁基板に複数の回路 配線パターン、 外部電極、 柱部材固定用パターンを形成して電子部品を 搭載する工程と、 複数の柱部材を区画形成した柱部材用母材のそれそれ の柱部材の上部、 底部及び側面とを導通する工程と、 配線基板母,材を柱 部材用母材と共に切断し、 個片に分割する工程と、 配線基板上に固定さ れた柱部材の上面側電極に圧電振動子の底面電極を導通固定する工程と を含む圧電発振器の製造方法であり、 バッチ処理手段を用いることが可 能であり、 圧電発振器の低コスト化が可能であるという効果がある。 請求項 9の発明は、 柱部材用母材から格子状部材と該格子状部材から 半島状に延びる柱部材とを一体的に構成したものであり、 多量生産が可 能であるり、 コスト削減に効果がある。 請求項 1 0の発明は、 配線基板として圧電振動子を保持する支持枠体 の外形よりも広い面積を有したものを用いたので、 支持枠体の内外に回 路素子を搭載することが可能であり、 圧電発振器の周波数を微調整でき るという効果がある。
請求項 1 1の発明は、 支持枠体として複数の金属ポールを用いたので 配線基板の面積を有効に活用できると共に、 圧電発振器の小型化に効果 がある。
請求項 1 2の発明は、 底面に発振回路及び温度補償回路を構成する回 路素子を搭載すると共に上面の外部電極と、 圧電振動子の底部電極とを 導通接続する圧電発振器であって、 配線基板の底面に設けた金属ボール を外部接続端子とした圧電発振器であり、 より小型化な圧電発振器が可 能であるという効果がある。
請求項 1 3の発明は、 圧電振動素子を収容するパッケージの外側底面 に、 回路パターン及びランドが設け、 発振回路及び温度補償回路を構成 する為の回路素子と、 外部接続端子となる金属ボールとを設けた圧電発 振器であり、 圧電発振器の小型化に極めて効果がある。

Claims

請 求 の 範 囲 1 . 外底面に底面電極を有するパッケージ内に圧電振動子を収容した圧 電振動子と、 上面に少なくとも一つの電子部品を搭載すると共に上面に 導通パターンを有する配線基板と、 前記圧電振動子の底面電極と前記配 線基板の導通パターンとの間を電気的且つ機械的に固定する柱状部材と を備えたことを特徴とする圧電発振器。
2 , 上面に発振回路及び温度補償回路を構成する複数の電子部品を搭載 すると共に底面に外部電極を備えた平板状の配線基板と、 該配線基板上 面に固定した柱状部材を介して所定のギヤップを隔てて固定された圧電 振動子とを備えた圧電発振器であって、
前記圧電振動子はパッケージ内の気密空所内に圧電振動素子を封止す ると共に、 パッケージ外底面に前記圧電振動素子の励振電極と導通した 底面電極を備え、 前記柱状部材は前記配線基板及び圧電振動子とは別体 の部材であり、 該柱状部材の底部を前記配線基板の上面に形成した柱状 部材固定用パターンに電気的機械的に固定するとともに、 該柱状部材の 上部を圧電振動子の底面電極と電気的機械的に固定することを特徴とす る圧電発振器。
3 . 上面に少なくとも発振回路を構成する電子部品を搭載すると共に底 面に外部電極を備えた平面状の配線基板と、 圧電振動子とを柱状部材を 介して導通固定した圧電発振器であって、
前記柱状部材は、 絶縁基板の上面及び底面にそれそれ電極を有し両電 極間を接続導体により電気的に導通したものであり、
前記配線基板は、 その上面に前記柱状部材の底面側電極を導通固定す る為の柱状部材固定用パターンが形成されたものであり、
前記圧電振動子は、 パッケージの気密空所内に圧電振動素子を封止し たものであってパッケージ底面には前記柱状部材の上面電極と導通固定 する為の底面電極を備えたものであることを特徴とする圧電発振器。
4 . 前記柱状部材はセラミックプロックと、 該セラミックプロックの上 部及び底部に夫々形成されて互いに導通し合う上部電極及び底部電極と、 を備えていることを特徴とする請求項 1乃至請求項 3に記載の圧電発振
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5 . 前記柱状部材は、 金属ブロック或は金属ボールから成ることを特徴 とする請求項 1乃至請求項 3に記載の圧電発振器。
6 . 前記柱状部材として、 前記電子部品のうち最も背の高い電子部品を 使用したことを特徴とする請求項 1乃至請求項 3に記載の圧電発振器。
7 . 前記柱状部材は、 その横断面形状が円形、 楕円形、 或は長円形であ ることを特徴とする請求項 1乃至請求項 6に記載の圧電発振器。
8 . 上面に少なくとも発振回路を構成する電子部品を搭載すると共に底 面に外部電極を備えた平面状の配線基板と、 圧電振動子とを、 絶縁基板 の上面及び底面にそれそれ電極を設け両電極間を接続導体により導通さ せた柱状部材を介して導通固定した圧電発振器の製造方法であって、 絶縁基板に複数個分の回路配線パターンと外部電極と柱状部材固定用 パ夕一ンとを区画形成した配線基板母材に電子部品を搭載する工程と、 複数の柱状部材を区画形成した柱状部材用母材を、 前記配線基板母材 上の柱状部材固定用パターンと前記柱状部材の底面側電極とが導通する よう固定する工程と、
前記配線基板母材を前記柱状部材用母材と共に切断し、 個片に分割す る工程と、
前記配線基板上に固定された柱状部材の上面側電極に圧電振動子の底 面電極を導通固定する工程とを含むことを特徴とする圧電発振器の製造 方法。
9 . 前記柱状部材用母材は、 格子状部材と該格子状部材から半島状に延 びる柱状部材とを一体的に構成したものであることを特徴とする請求項 8に記載の圧電発振器の製造方法。
1 0 . 上面に発振回路及び温度補償回路を構成する回路素子を搭載する と共に底面に外部電極を備えた平板状の配線基板と、 該配線基板の上面 に固定した支持枠体を介して所定のギヤップを隔てて搭載された圧電振 動子とを備えた圧電発振器であって、
前記圧電振動子は、 圧電振動素子と、 該圧電振動素子を気密封止する パッケージとからなり、該パッケージ外底面には外部電極を備えており、 前記支持枠体は、 前記圧電振動子の外部電極を導通状態で接続固定す る上部電極と、 配線基板に接続固定する下部電極とを有しており、 前記 配線基板は、 前記支持枠体の外形よりも広い面積を有しており、 その上 面には前記支持枠体の下部電極を導通状態で固定するランドと、
前記支持枠体の内外に回路素子搭載用のランドとを備えたものである ことを特徴とする圧電発振器。
1 1 . 前記支持枠体を複数の金属ボールに置き換えたことを特徴とする 請求項 1 0に記載の圧電発振器。
1 2 . 底面に発振回路及び温度補償回路を構成する回路素子を搭載する と共に上面に外部電極を備えた平板状の配線基板と、 底面に外部電極を 備えた圧電振動子とを互いの外部電極同士を導通接続することにより固 定した圧電発振器であって、
前記配線基板は、 その底面に設けられた外部接続用のランドに金属ボ —ルを接続固定したものであることを特徴とする圧電発振器。
1 3 . パッケージに圧電振動素子を搭載して蓋により気密密封した構造 の圧電振動子の外側底面に、回路パターン及びランドが設けられており、 発振回路及び温度補償回路を構成する為の回路素子と、 外部接続端子と なる金属ポールとを前記ランドに接続固定したことを特徴とする圧電発
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