JP2005244671A - 温度補償型水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】取り扱いが簡便で生産性に優れ、且つ回路特性が安定した温度補償型水晶発振器を提供する。
【解決手段】内部に水晶振動素子５を収容している矩形状の容器体１及び複数個の実装脚部１２を支持基体下面に固定させるとともに、支持基体６の上面に水晶振動素子５の発振周波数に対応した発振信号を温度補償データに基づいて補正しつつ出力するＩＣ素子７を搭載させた温度補償型水晶発振器であって、支持基体６の下面外周域で、実装脚部１２の存在しない領域に、ＩＣ素子７に温度補償データを書き込むための金属ポストから成る書込制御端子１１を外側側面が露出し且つ実装脚部１２より離間した状態で取着させるようにした。
【選択図】図２

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温度補償型水晶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温度補償型水晶発振器が用いられている。

かかる従来の温度補償型水晶発振器としては、例えば図７に示す如く、内部に水晶振動素子が収容されている容器体５１を支持基体上に固定させるとともに、該支持基体５２の下面に、水晶振動素子の発振周波数に対応した発振信号を温度補償データに基づいて補正しつつ出力するＩＣ素子を取着させるとともに、ＩＣ素子を囲繞する枠体５３を取着させた構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

尚、容器体５１及び支持基体５２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導体が形成され、従来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５１の下面や支持基体５２の上面には、それぞれ対応する箇所に接合電極が複数個設けられており、これらの接合電極同士を導電性接合材を介して接合することにより容器体５１が支持基体５２の上面に固定されていた。

また、前記ＩＣ素子の内部には、水晶振動素子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温度補償型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ＩＣ素子内のメモリに格納するため、支持基体５１の外側面には書込制御端子５４が設けられ、水晶発振器を組み立てた後、この書込制御端子５４に温度補償データ書込装置のプローブ針を当てて温度補償データをＩＣ素子へ入力することによって温度補償データをＩＣ素子内のメモリに格納するようにしていた。
特開平２０００−７７９４３号公報

しかしながら、上述した従来の温度補償型水晶発振器においては、支持基体５２の外側面に温度補償データを書き込むための書込制御端子５４が設けられており、かかる支持基体５２を製作するために、支持基体５２が切り出されるセラミック製の母基板に貫通穴を開けて、その内面に導体ペーストを塗布して焼き付けたり、更には金属メッキを施す等して膜状の書込制御端子５４を被着させておく必要があり、このような複雑な加工プロセスが不可欠となることによって温度補償型水晶発振器の生産性が著しく低下する欠点を有していた。

また、上述した従来の温度補償型水晶発振器においては、ＩＣ素子が支持基体５１の下面に取着されているため、温度補償型水晶発振器をマザーボード等の外部配線基板に実装させると、ＩＣ素子が外部配線基板の配線パターンと近接した状態で対向配置されることになる。この場合、ＩＣ素子内の配線パターンと外部配線基板の配線パターンとの間で浮遊容量が発生したり、あるいは外部配線基板側から発生するノイズの影響を受ける等して、ＩＣ素子内に組み込まれる電子回路の特性が不安定になるという欠点があった。

本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、取り扱いが簡便で生産性に優れ、且つ回路特性が安定した温度補償型水晶発振器を提供することにある。

本発明の温度補償型水晶発振器は、内部に水晶振動素子を収容している矩形状の容器体及び複数個の実装脚部を支持基体下面に固定させるとともに、前記支持基体の上面に前記水晶振動素子の発振周波数に対応した発振信号を温度補償データに基づいて補正しつつ出力するＩＣ素子を搭載させた温度補償型水晶発振器であって、
前記支持基体の下面外周域で、前記実装脚部の存在しない領域に、前記ＩＣ素子に温度補償データを書き込むための金属ポストから成る書込制御端子を外側側面が露出し且つ前記実装脚部より離間した状態で取着させたことを特徴とするものである。

また本発明の温度補償型水晶発振器は、前記実装脚部が前記支持基体下面の四隅部に取着される４個の金属ポストにて構成されていることを特徴とするものである。

更に本発明の温度補償型水晶発振器は、前記容器体の周囲を樹脂材で被覆するとともに、該樹脂材の外周部を前記支持基体の外周部まで延在させ、この延在部を隣接する実装脚部間、並びに、実装脚部−書込制御端子間の間隙に充填したことを特徴とするものである。

また更に本発明の温度補償型水晶発振器は、前記書込制御端子の下端が前記実装脚部の下端よりも上方に位置させてあることを特徴とするものである。

本発明の温度補償型水晶発振器は、温度補償データをＩＣ素子に書き込むための書込制御端子を金属ポストにて形成するとともに、該書込制御端子の外側側面を露出させるようにしたものであり、これによって、温度補償型水晶発振器を組み立てる際、金属ポストから成る書込制御端子を支持基体下面の所定位置に取着させておくだけで温度補償型水晶発振器を製作することができ、従来の温度補償型水晶発振器の如く膜状の書込制御端子を支持基体の外側面に形成する場合のような煩雑な加工プロセスは一切不要となることから、温度補償型水晶発振器の生産性を向上させることが可能となる。

また本発明の温度補償型水晶発振器によれば、ＩＣ素子を支持基体の上面側、すなわち温度補償型水晶発振器の外部配線基板への実装面とは反対側の主面に搭載するようにしたことから、ＩＣ素子が外部配線基板から充分に離間されて、外部配線基板の配線パターンとＩＣ素子内の配線パターンとの間で浮遊容量が発生するのを防止するとともに、外部配線基板から発生するノイズがＩＣ素子に影響を及ぼすのを有効に防止して、温度補償型水晶発振器の回路特性を安定させることができるようになる。

更に本発明の温度補償型水晶発振器によれば、容器体の周囲を樹脂材で被覆するとともに、該樹脂材の外周部を支持基体の外周部まで延在させ、この延在部を隣接する実装脚部間、並びに、実装脚部−書込制御端子間の間隙に充填させておくことにより、容器体や書込制御端子、実装脚部等の支持基体に対する取着強度を前記樹脂材によって補強することができ、温度補償型水晶発振器の機械的強度を高く維持することができるようになる。

また更に本発明の温度補償型水晶発振器によれば、書込制御端子の下端を実装脚部の下端よりも上方に位置させたことから、温度補償型水晶発振器をマザーボード上に搭載した際、マザーボードの配線等と書込制御端子との間で大きな浮遊容量を発生したり、温度補償型水晶発振器を半田付け等によってマザーボード上に搭載する際に、溶融した半田の一部が書込制御端子に接触して短絡を起こすといった不都合が有効に防止されるようになり、温度補償型水晶発振器の取り扱いが簡便なものとなる利点がある。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の温度補償型水晶発振器の一実施形態を示す斜視図、図２は図１の温度補償型水晶発振器の断面図であり、これらの図に示す温度補償型水晶発振器は、内部に水晶振動素子５を収容している矩形状の容器体１、実装脚部１２及び書込制御端子１１を支持基体６の下面に固定させるとともに、該支持基体６の上面に、ＩＣ素子７及び電子部品素子１４を取着させた構造を有している。

図３は前記容器体１の斜視図であり、かかる容器体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、該シールリング３と同様の金属から成る蓋体４とから成り、前記基板２の上面にシールリング３を取着させ、その上面に蓋体４を載置・固定させることによって形成され、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、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するためのものであり、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実装脚部１２、またはＩＣ素子７と電気的に接続される複数個の接合電極９がそれぞれ設けられ、これらのパッド等は基板表面の配線導体や基板内部に埋設されているビアホール導体等を介して、対応するもの同士、相互に電気的に接続されている。

尚、前記容器体１の基板２は、ガラス−セラミック等のセラミック材料から成る場合、例えば、セラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・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導体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、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・固定した後、上述の蓋体４を従来周知の抵抗溶接等によってシールリング３の上面に接合することによって容器体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の表面には予めＮｉメッキ層やＡｕメッキ層等が被着される。

一方、前記容器体１の内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・形成してなり、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、これによって水晶振動素子５と容器体１との電気的接続及び機械的接続が同時になされる。

ここで容器体１の蓋体４を、容器体１や支持基体６の配線導体を介して支持基体下面に配されるグランド端子用の実装脚部に電気的に接続させておけば、その使用時、蓋体４がアースされることによりシールド機能が付与されることとなるため、水晶振動素子５や後述するＩＣ素子７を外部からの不要な電気的作用より良好に保護することができる。従って、容器体１の蓋体４は容器体１や支持基体６の配線導体を介してグランド端子用の実装脚部に接続させておくことが好ましい。

上述した容器体１が取着される支持基体６は概略矩形状を成しており、図４に示すように、下面の外周に沿って複数個の実装脚部１２と複数個の書込制御端子１１とが取着されている。本実施形態においては、支持基体下面の各四隅部と一対一に対応して４個の実装脚部１２が取着・立設されており、これら実装脚部１２の間に挟まれるようにして容器体１が搭載されている。尚、容器体１は、その外周の一辺が支持基体６の外周の一辺に対して平行になるようにして支持基体下面に搭載されている。

前記支持基体６は、その上面に後述するＩＣ素子７を搭載するとともに、下面で容器体１や書込制御端子１１、実装脚部１２等を取着するためのものであり、ガラス布基材エポキシ樹脂やポリカーボネイト、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料、あるいはガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料等からなり、平板状をなすように形成されている。

また前記支持基体６の下面四隅部に取着・立設されている４個の実装脚部１２は、その各々が銅等の金属材料を四角柱状に成形した金属ポストによって形成されており、外部端子としての機能、即ち、温度補償型水晶発振器をマザーボード（図示せず）等の外部配線基板に実装する際、半田付け等によって外部電気回路の回路配線と電気的に接続されることとなる。

これら４個の実装脚部１２は、例えば、グランド端子、電源電圧端子、発振出力端子、発振制御端子として使用され、これら実装脚部１２の下面には、外部配線基板との接合に用いられる半田等の接合状態を良好となすために、例えば、ニッケルめっきや金めっき等が所定厚みに被着される。

ここで、４個の実装脚部１２のうち、グランド端子用の実装脚部１２と発振出力端子用の実装用脚部１２と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ことができる。従って、グランド端子用の実装脚部１２と発振出力端子用の実装脚部１２とを近接配置させておくことが好ましい。

また、これらの実装脚部１２の高さｔ１は、容器体１の高さｔ２より０．０３ｍｍ〜０．１ｍｍ程度高くなるようにして形成されている。これによって、温度補償型水晶発振器を半田付け等によって外部配線基板上に搭載する際に、溶融した半田の一部が容器体１の蓋体４に接触して短絡を起こすといった不都合を防止することができる。

支持基体６の下面には容器体１及び実装脚部１２とともに、後述するＩＣ素子７に温度補償データを書き込むための金属ポストから成る書込制御端子１１が取着・立設されている。この書込制御端子１１は、上述した実装脚部１２と同じ金属材料を用いて四角柱状に成形されており、その上端部で支持基体６の配線導体に電気的・機械的に接続してＩＣ素子７と電気的に接続されるようになっており、その側面が支持基体の側面より露出するように、支持基体６の下面外周部のエッジに沿って配置されている。この書込制御端子１１は２個設けられており、温度補償型水晶発振器を組み立てた後、これら２個の書込制御端子１１の露出部に温度補償データ書込装置の２本のプローブ針を当て、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ＩＣ素子７のメモリ内に温度補償データが格納される。

前記書込制御端子１１の下端を実装脚部１２の下端よりも上方に位置させておけば、温度補償型水晶発振器をマザーボード上に搭載した際、マザーボードの配線等と書込制御端子１１との間で大きな浮遊容量を発生したり、温度補償型水晶発振器を半田付け等によってマザーボード上に搭載する際に、溶融した半田の一部が書込制御端子１１に接触して短絡を起こすといった不都合が有効に防止されるようになり、温度補償型水晶発振器の取り扱いが簡便なものとなる利点がある。具体的には、書込制御端子１１の下端は実装脚下端よりも０．０１ｍｍ以上上方に位置させておくことが好ましい。

これらの実装脚部１２や書き込制御端子１１は、支持基体６の表面に銅箔等の金属箔を貼着させた後、従来周知のフォトエッチング等を採用し、前記金属箔を所定パターンに加工することによって形成される。

また上述した容器体１をエポキシ樹脂等から成る樹脂材１３ａによって被覆するとともに、該樹脂材１３ａの外周部を支持基体６の外周部まで延在させ、隣接する実装脚部間、並びに、実装脚部‐書込制御端子間の間隙に充填しておけば、容器体１や実装脚部１２等の支持基体６に対する取着強度を補強することができ、温度補償型水晶発振器の機械的強度、並びに信頼性を高く維持することが可能となる。また、容器体１を蓋体４も含めて全体にわたって樹脂材１３ａで被覆しておくことにより、温度補償型水晶発振器を半田付け等によってマザーボード上に搭載する際に、溶融した半田の一部が容器体１の蓋体４に接触して短絡を起こすといった不都合が有効に防止されるようになる。

一方、支持基体６の上面には、複数個のＩＣ素子搭載用の電極パッドが被着・形成されており、これら電極パッドの形成領域にＩＣ素子７が搭載される。

前記ＩＣ素子７としては、例えば、下面に支持基体６の電極パッドと１対１に対応する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素子等が用いられる。ＩＣ素子７には、周囲の温度状態を検知する感温素子（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、該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組み込まれ、該発振回路で生成された発振出力は、外部に出力された後、例えば、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。

尚、前記ＩＣ素子７は、その一主面に設けた接続パッドを支持基体上面の対応するＩＣ素子搭載用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個々に接合させることによってＩＣ素子７が支持基体６に取着され、これによってＩＣ素子内の電子回路が容器体１の配線導体や支持基体６の配線導体等を介して水晶振動素子５や実装脚部１２等に電気的に接続される。

このようにしてＩＣ素子７を支持基体６の上面、すなわち温度補償型水晶発振器の外部配線基板への実装面とは反対側の主面に搭載するようにしたことから、ＩＣ素子７が外部配線基板から充分に離間した状態で温度補償型水晶発振器を外部配線基板に実装させることができ、外部配線基板の配線パターンとＩＣ素子内の配線パターンとの間で浮遊容量が発生するのを防止するとともに、外部配線基板から発生するノイズがＩＣ素子に影響を及ぼすのを有効に防止して、温度補償型水晶発振器の回路特性を安定させることができるようになる。

また、支持基体６の上面にはＩＣ素子７とともに電子部品素子としてチップコンデンサ１４が搭載されている。このチップコンデンサ１４は、例えば、ＩＣ素子７に組み込まれるローパスフィルタ回路を形成するための素子として用いられ、これによってＩＣ素子７の発振回路に入力される信号よりノイズを除去して、ノイズが極めて少ない発振信号を出力することができる。また、このように容器体１を支持基体の下面に取着させたことによって、支持基体６の上面全体を、ＩＣ素子７やチップコンデンサ等の電子部品素子を搭載するために有効利用することができるようになるという利点もある。

またこれらのＩＣ素子７やチップコンデンサ１４を、エポキシ樹脂等から成る樹脂材１３ｂによって被覆しておけば、ＩＣ素子７の支持基体に対する接着強度を高めるとともに、ＩＣ素子７を樹脂材１３ｂでもって良好に保護することができる。したがって、支持基体６に搭載されるＩＣ素子７やその他の電子部品素子は樹脂材１３ｂで被覆しておくことが好ましい。この樹脂材１３ｂは、容器体１を被覆するのに用いた樹脂材１３ａと同様の樹脂材を用いてもよいし、別の種類の樹脂材を用いてもよい。

かくして上述した温度補償型水晶発振器は、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、ＩＣ素子７の温度補償回路によって発振出力を補正しながら、水晶振動素子５の共振周波数に応じた所定の発振信号を出力することによって温度補償型水晶発振器として機能する。

以上のような本実施形態の温度補償型水晶発振器によれば、温度補償データをＩＣ素子７に書き込むための書込制御端子１１を金属ポストにて形成するとともに、該書込制御端子１１の一部を容器体側面と支持基体側面との間より露出させるようにしたことから、温度補償型水晶発振器を組み立てる際、金属ポストから成る書込制御端子１１を支持基体上面の所定位置に取着させておくだけで温度補償型水晶発振器を製作することができ、従来の温度補償型水晶発振器において膜状の書込制御端子を支持基体の外側面に形成する場合のような煩雑な加工プロセスは一切不要となることから、温度補償型水晶発振器の生産性を向上させることが可能となる。

尚、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、改良等が可能である。

例えば上述した実施形態においては、実装脚部１２を金属ポストで形成するようにしたが、これに代えて実装脚部１２を支持基体６と同材質の絶縁材料を用いて形成するようにしても良い。この場合、実装脚部１２の上端面には実装脚部１２を支持基体下面の電極パッドと導電性接合材を介して電気的・機械的に接続させるための上面接合パッドが設けられるとともに、実装脚部１２の下端面には外部配線基板のパッドと半田等を介して接続される下面接合パッドが設けられ、前記上面接合パッドと前記下面接合パッドとが実装脚部内部に形成したビアホール導体により接続されるようになっている。

また上述した実施形態においては、容器体１の外周の一辺と支持基体６の外周の一辺とが平行になるようにして、容器体１を支持基体６の下面に取着するようにしたが、これに代えて容器体１の外周の一辺を支持基体６の外周の一辺に対してある程度の角度をもつように傾斜させて、容器体１を支持基体下面に取着するようにしても構わない。この角度は０度〜９０度の範囲で任意に設定できる。特に、容器体１の平面形状が略正方形の場合、図５に示す如く、容器体１の外周の一辺を支持基体６の外周の一辺に対して略４５度傾斜させて容器体１を支持基体６の下面に取着させることによって、容器体１の一辺と支持基体６の一辺とが略平行になるようにして容器体１を取着させた場合に比し、実装脚部１２の取着領域を広くすることができる。その結果、実装脚部１２の平面形状を大きくして、温度補償型水晶発振器の外部配線基板への接合強度を向上させることができる。

更に上述した実施形態においては、実装脚部１２及び書込制御端子１１を四角柱の金属ポストで形成するようにしたが、実装脚部１２及び書込制御端子１１の形状はこれに限らず、容器体１の大きさや配置のさせ方に合わせて種々の形状が可能であり、例えば図５に示す如く、書込制御端子１１を三角柱状に形成するようにしても良いし、図６に示す如く、実装脚部１２を鉤形柱状に形成するようにしても構わない。

また上述した実施形態においては、書込制御端子を２個設けるようにしたが、書込制御端子は２個に限定されるものではなく、必要に応じて３個以上設けるようにしても構わない。

また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ない。

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を取着させるようにしたが、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着させた上、該枠体の上面にシールリング３を取着させるようにしても構わない。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る温度補償型水晶発振器の斜視図、（ｂ）は（ａ）の温度補償型水晶発振器において樹脂材を省略した斜視図である。 図１の温度補償型水晶発振器の断面図である。 図１の温度補償型水晶発振器に取着される容器体の斜視図である。 図１の温度補償型水晶発振器の樹脂材を省略した下面図である。 本発明の他の実施形態に係る温度補償型水晶発振器の下面図である。 本発明の他の実施形態に係る温度補償型水晶発振器の下面図である。 従来の温度補償型水晶発振器の斜視図である。

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・・・ＩＣ素子
１１・・・書込制御端子
１２・・・実装脚部
１３・・・樹脂材
１４・・・チップコンデンサ（電子部品素子）

Claims (4)

1. 内部に水晶振動素子を収容している矩形状の容器体及び複数個の実装脚部を支持基体下面に固定させるとともに、前記支持基体の上面に前記水晶振動素子の発振周波数に対応した発振信号を温度補償データに基づいて補正しつつ出力するＩＣ素子を搭載した温度補償型水晶発振器であって、
   前記支持基体の下面外周域で、前記実装脚部の存在しない領域に、前記ＩＣ素子に温度補償データを書き込むための金属ポストから成る書込制御端子を外側側面が露出し且つ前記実装脚部より離間した状態で取着させたことを特徴とする温度補償型水晶発振器。
2. 前記実装脚部が前記支持基体下面の四隅部に取着される４個の金属ポストにて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の温度補償型水晶発振器。
3. 前記容器体の周囲を樹脂材で被覆するとともに、該樹脂材の外周部を前記支持基体の外周部まで延在させ、この延在部を隣接する実装脚部間、並びに、実装脚部−書込制御端子間の間隙に充填したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温度補償型水晶発振器。
4. 前記書込制御端子の下端が前記実装脚部の下端よりも上方に位置させてあることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の温度補償型水晶発振器。

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