JP4376148B2 - 圧電発振器 - Google Patents

Description

本発明は、通信機器や電子機器等のタイミングデバイスとして用いられる圧電発振器に関するものである。

従来より、携帯用通信機器等のタイミングデバイスとして水晶発振器が用いられている。かかる従来の圧電発振器には、例えば図３に示す如く、圧電発振器の１つである温度補償型水晶発振器で説明すると、内部に水晶振動素子２４が収容されている容器体２３を、上面の中央域に凹部２５を、下面に複数個の外部端子２２を有した実装容器体２１上に取り付けるとともに、前記容器体２１の下面と、前記凹部２５の内面とで囲まれる領域内に、水晶振動素子２４の発振周波数に基づいて発振信号を出力する集積回路素子２６を収容した構造のものが知られている（例えば、後述の特許文献１参照）。

なお、前記容器体２３及び前記実装容器体２１は、通常、アルミナセラミックス等のセラミック材料から成り、その内部、及び表面には配線パターンが形成され、従来から周知のグリーンシート積層法等を採用することによって製作されている。そして、このような容器体２３の下面や実装容器体２１の上面には、それぞれ対応する箇所に接合電極が複数個ずつ設けられており、これらの接合電極同士を導電性接合材で接合することにより容器体２３が実装容器体２１の上面に固定されていた。

また、前記集積回路素子２６の内部には、水晶振動素子２４の温度特性に応じて作成された温度補償データに基づいて水晶発振器の発振出力を補正するための温度補償回路が設けられており、このような温度補償データを集積回路素子２６内のメモリに格納するために、実装容器体２１の外側面には特性制御データ書込端子２７が設けられ、水晶発振器を組み立てた後、この特性制御データ書込端子２７に温度補償データ書込装置のプローブを当てて温度補償データを集積回路素子２６へ入力することによって、温度補償データが集積回路素子２６内のメモリに格納される。

特開平２０００―７７９４３号公報

なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

しかしながら、上述した従来の圧電発振器においては、特性制御データ書込端子は、プローブとの接触を確実にする為、特性制御データ書込端子の占有面積は最低限の大きさ必要となってくる。その為に、特性制御データ書込端子の面積を維持したまま小型化すると、外部端子と短絡を生じてしまうという問題があった。

また、上述した従来の圧電発振器においては、実装容器体２１の外側面に温度補償データを書き込むための特性制御データ書込端子２７、または、水晶振動素子の特性を測定するためのモニター端子が設けられているが、小型化すると、圧電発振器を個割した際に、電極端子のメッキが剥がれてしまい不良となってしまうおそれがあるという問題があった。

本発明は上記のような問題を鑑み創出されたもので、したがってその目的は、取り扱いが簡便で、生産性に優れた圧電発振器を提供することにある。

本発明の圧電発振器は、絶縁性の基板の表主面に凹形状の第１の空間部と、該基板の裏主面に凹形状の第２の空間部とを形成し、該第１の空間部に圧電振動素子を搭載し、蓋体を該第１の空間部開口部上縁に載置して第１の空間部を気密封止し、第２の空間部に該圧電振動素子と電気的に接続する発振回路を組み込んだ集積回路素子、或いは該集積回路素子及び電子部品素子を搭載させて成る圧電発振器であって、前記第２の空間部の内周側面に特性制御データ書込端子、または／及び特性測定端子を設けたことを特徴とする。

また本発明の圧電発振器は、前記特性制御データ書込端子、または／及び水晶振動素子のモニター端子が集積回路素子搭載部分の高さまで形成されていることを特徴とする。

本発明の圧電発振器は、第２の空間部の内周側面に特性制御データ書込端子、または／及び水晶振動素子のモニター端子を設けたことにより、内壁部分のスペースを有効に利用することができるとともに、その著しい小型化を可能とする効果を奏する。

また、本発明の圧電発振器は、前記特性制御データ書込端子、または／及び水晶振動素子のモニター端子が集積回路素子搭載部分の高さまで形成されていることにより、モニター端子にプローブが当てやすく、圧電発振器の生産性を著しく向上させることが可能となる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。

図１は本発明の一実施形態に係る圧電発振器の概略の分解斜視図、また、図２は本発明の圧電発振器の図１のA-A’部分でみた概略の断面図であり、これらの図に示される圧電発振器は、容器体の第１の空間部に水晶振動素子５を収容しており、該容器体の第２の空間部に集積回路素子７を取り付けた構造を有している。

ここで前記容器体１は、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料から成る基板２と、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属から成るシールリング３と、シールリング３と同様の金属から成る蓋体４とから成り、前記の基板２の上面にシールリング３を取り付け、その上面に蓋体４を載置し、固定させることによって容器体１が構成され、シールリング３の内側に位置する基板２の上面に水晶振動素子５が実装される。

前記容器体１は、その内部に具体的には基板２の上面とシールリング３の内面と蓋体４の下面とで囲まれる空間内に水晶振動素子５を収容して気密封止されるものであり、基板２の上面には水晶振動素子５の振動電極に接続される一対の搭載パッド等が、基板２の下面には後述する支持基体の接合電極に接続される複数個の接合電極がそれぞれ設けられ、これらの搭載パッド及び接合電極は基板表面の配線パターンや基板内部に埋設されているビアホール導体，内部配線等を介して、対応するもの同士、相互に電気的に導通して接続されている。

なお、前記容器体１の基板２は、アルミナセラミックスから成る場合、所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加し、混合して得たセラミックグリーンシートの表面等に配線パターンとなる導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷等によって塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することによって製作される。

また、前記容器体１のシールリング３、及び蓋体４は従来周知の金属加工法を採用して、４２アロイ等の金属を所定形状に成形することによって製作され、得られたシールリング３を基板２の上面に予め被着させておいた導体層にロウ付けし、続いて水晶振動素子５を、導電性接着剤を用いて基板２の上面に実装して固定した後、シールリング３の上面に従来周知の抵抗溶接等によって蓋体４を接合することにより容器体１が組み立てられる。このようにシールリング３と蓋体４とを抵抗溶接によって接合する場合、シールリング３や蓋体４の表面にはNiメッキ層やAuメッキ層等が予め被着される。

一方、前記容器体１の第１の空間部に収容される水晶振動素子５は、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の振動電極を被着し、形成して成り、外部からの変動電圧が一対の振動電極を介して水晶片に印加されると、所定の発振周波数で厚みすべり振動を起こす。

前記水晶振動素子５は、一対の振動電極を、導電性接着剤を介して基板上面の対応する搭載パッドに電気的に導通させて接続させることによって基板２の上面に搭載され、これにより水晶振動素子５と容器体１との電気的接続、並びに、機械的接続が同時に成される。

ここで容器体１の蓋体４を、容器体１の配線パターン等を介して前記容器体１下面のグランド外部端子１２に接続させておけば、その使用時に蓋体４がアースされ、これによりシールド機能が付与されることとなる為に水晶振動素子５や、後述する集積回路素子７を外部からの不要な電気的作用から良好に保護することが出来る効果を奏するものである。

なお、上述した４個の外部端子は、それぞれ電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子として機能するものである。

ここで、４個の外部端子のうち、グランド用の外部端子１２と発振出力用の外部端子１２を近接させて配置するようにすれば、発振出力端子より出力される発振信号にノイズが干渉するのを有効に防止する効果を奏するものである。従って、グランド用の外部端子１２と発振出力用の外部端子１２を近接して配置させておくことが好ましい。

一方、前記容器体１の第２の空間部に取り付けられる集積回路素子７としては、例えば、下面に複数個の接続パッドを有した矩形状のフリップチップ型IC等が用いられ、その回路形成面（下面）には、周囲の温度状態を検知する感温素子（例えばサーミスタ）、水晶振動素子５の温度特性を補償する温度補償データを格納するためのメモリ、温度補償データに基づいて水晶振動素子５の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路や、この温度補償回路に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路等が設けられ、先の発振回路で生成された発振出力は、圧電発振器の外部に出力された後、例えば、極めて安定したクロック信号等の基準信号として利用されることとなる。

このような集積回路素子７が配設される容器体の第２の空間部には、集積回路素子７の接続パッドと１対１に対応する電極パッドが設けられており、これらの電極パッドに、半田や金バンプ等の導電性接合材を介して集積回路素子７の接続パッドを接合することにより集積回路素子７が容器体１の第２の空間部に取り付けられ実装されて、これによって集積回路素子７内の電子回路が容器体１の配線パターン等を介して水晶振動素子５や外部端子１２等に電気的に接続される。

そして、上述した容器体１の第２の空間部にある内周側面には、集積回路素子７に特性制御データである温度補償データを書き込むための特性制御データ書込端子１１が複数個、取り付けられている。

これらの特性制御データ書込端子１１に側方より、温度補償データ書込装置のプローブを当て、水晶振動素子５の温度特性に応じた温度補償データを書き込むことによって集積回路素子７のメモリ内に温度補償データが格納される。

例えば、温度補償データ書込装置のプローブは、前記集積回路素子に接触するとプローブ針がプローブ本体より飛び出すような構造を持ったプローブを使用する。

以上のように上述した圧電発振器は、マザーボード等の外部配線基板上に半田付け等によって搭載され、集積回路素子７の温度補償回路を用いて温度状態に応じた発振周波数の補正を行いながら、水晶振動素子５の発振周波数に対応した所定の発振信号を出力することによって圧電発振器として機能する。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能であり、この場合も本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。

また、上述した実施形態においては、集積回路素子７を容器体１の下面側のキャビティに取り付けるのに半田等の一般的な導電性接合材等を用いるようにしたが、これに限られるものではなく、例えば、導電性接合材として異方性導電接着材等を用いるようにしても良く、その場合、容器体１に対する集積回路素子７等の取り付け作業が極めて簡単になり、圧電発振器の組立工程が更に簡略化されるといった効果を奏する。

更に上述した実施形態においては、容器体１の蓋体４を、シールリング３を介して基板２に接合させるようにしたが、これに代えて、基板２の上面に接合用のメタライズパターンを形成しておき、このメタライズパターンに対して蓋体４をダイレクトに溶接するようにしても構わず、この場合も本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。

また、更に上述した実施形態においては、例えば、シールリング３を用いて蓋体４を容器体１上に取り付けるようにしているが、これに代えて容器体上面のＡｕ−Ｓｎ等の接合用導体に対して蓋体４を直接、接合することにより蓋体４を容器体１上に取り付けるようにしても構わず、この場合も本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。

更にまた、上述した実施形態においては、容器体１の基板上面に直接シールリング３を取り付けるようにしたが、これに代えて、基板２の上面に基板２と同材質のセラミック材料等から成る枠体を一体的に取り付けた上、該枠体の上面にシールリング３を取り付けるようにしても構わず、この場合においても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。

更にまた、上述した実施形態において、容器体下面の空いたスペース、例えば、隣接する実装脚部間等にノイズ除去用のチップ状コンデンサ等を配置させても構わない。

更にまた、上述した実施形態において、水晶振動素子を用いていたが、ＳＡＷデバイス等の圧電振動素子を使用しても構わず、この場合も本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。

本発明の一実施形態に係る圧電発振器の第２の空間部を表す概略の外観斜視図である。 本発明の一実施形態に係る圧電発振器の蓋体の載置された第１の空間部を表す概略の外観斜視図である。 図１と図２に示される部分をあわせて成る、本発明の圧電発振器の概略の断面図である。本３図は、図１のA-A‘点でみた概略の断面図である。 従来の圧電発振器の概略の分解斜視図である。

符号の説明

１・・・容器体
２・・・基板
３・・・シールリング
４・・・蓋体
５・・・水晶振動素子
６・・・支持基体
７・・・集積回路素子
１０・・外部端子
１１・・特性制御データ書込端子
１２・・モニター端子

Claims (2)

1. 絶縁性の基板の表主面に凹形状の第１の空間部と、該基板の裏主面に凹形状の第２の空間部とを形成し、該第１の空間部に圧電振動素子を搭載し、蓋体を該第１の空間部の開口部上縁に載置し、取り付けて第１の空間部を気密封止し、
   第２の空間部には、該圧電振動素子と電気的に接続する発振回路を組み込んだ集積回路素子、或いは該集積回路素子、及び電子部品素子を搭載させて成る圧電発振器であって、
   前記第２の空間部の内周側面に特性制御データ書込端子、または／及び特性測定端子を設けたことを特徴とする圧電発振器。
2. 特性制御データ書込端子、または／及び水晶振動素子のモニター端子が集積回路素子搭載部分の高さまで形成されていることを特徴とする請求項１記載の圧電発振器。

Images