JP2004080638A - 圧電発振器およびそれを用いた電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で低価格で落下衝撃などによる破損の可能性が少ない圧電発振器およびそれを用いた電子装置を提供する。
【解決手段】圧電振動子７は底面に第１の接続端子９が設けられた表面実装型のパッケージ８を有する。回路基板２は平面視形状が圧電振動子７の平面視形状に近い形状の平板状で、一方主面に回路部品５が搭載されるとともに第１の接続端子９と導電路６を介して電気的に接続される第２の接続端子４が設けられ、他方主面に外部端子３が設けられている。そして、圧電振動子７は回路基板２の一方主面に設けられた枠状の樹脂１３によって支えられている。
【選択図】　　　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電発振器および電子装置、例えば携帯電話のＲＦ回路に含まれるＰＬＬ回路部分の基準信号源として用いられる圧電発振器およびそれを用いた電子装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基準信号源として用いられる圧電発振器としては、例えば圧電振動子である水晶振動子を共振子とし、これに発振回路や温度補償回路などを構成する回路部品を組み合わせて構成するものが広く知られている。圧電振動子は、通常はセラミックなどのパッケージに電極の形成された水晶片などを実装、封入して構成される。また、回路部品は、セラミックなどからなる回路基板上に搭載する必要がある。そして、この両者を何らかの方法で一体にすることによって発振器が構成される。
【０００３】
圧電振動子と回路基板を一体化した圧電発振器としては、例えば特開２００１−１７７３４５号公報に記載されたもの（以下、従来例１とする）や、特開２００２−８４１３８号公報に記載されたもの（以下、従来例２とする）、特開２００２−６４３３３号公報に記載されたもの（以下、従来例３とする）などがある。
【０００４】
従来例１においては、箱形のセラミックの凹部の底に配線を行うことによって回路基板とし、配線上に回路部品を搭載し、さらに箱形のセラミックの上にほぼ同形状にパッケージングされた圧電振動子をのせて一体化している。すなわち、従来例１においては、圧電振動子は箱形のセラミックの４つの側壁によって支持されていることになる。
【０００５】
また、従来例２においては、底面にある程度の高さまで突出した外部端子を有する圧電振動子を平板状の回路基板に形成された圧電振動子搭載電極上に搭載している。回路基板上には外部端子の高さの分だけ圧電振動子との間に隙間があり、この隙間に回路部品が実装されている。回路部品としては、低背化のために集積回路が用いられる。そして、回路基板と圧電振動子の間の隙間には、回路部品および圧電振動子の外部端子を覆うようにアンダーフィル樹脂が充填されている。回路基板の底面にも外部端子があるが、圧電振動子の外部端子とは平面視で重なっていない。
【０００６】
また、従来例３においては、平面上の回路基板の上に柱部材を搭載し、この柱部材の上に圧電振動子を搭載している。柱部材は圧電振動子のパッケージと一体でも別体でも良い。柱部材は回路基板と圧電振動子との電気的な接続の機能を兼ねている。そして、柱部材の位置は、回路基板の底面の外部端子と平面視で重なっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来例１においては、箱形のセラミックを回路基板として用いているために、回路基板の低価格化が難しい。また、箱形の回路基板の凹部の底に回路部品を搭載するのは、平板上に搭載する場合に比べてはるかに困難で、作業コストの低減も難しい。さらには、箱形の回路基板の４つの側壁の分だけ回路基板の面積を大きくする必要があり、圧電発振器の小型化の妨げになるという問題もある。
【０００８】
一方、従来例２においては、回路基板と圧電振動子の隙間を樹脂で完全に充填しているが、内部に気泡などを発生させずに樹脂を完全に充填するのは技術的難易度が高い。また、樹脂の量も多く、高コストになる。
【０００９】
また、従来例３においては、圧電振動子を柱部材のみで支持するために、強度的に弱い部分がある。また、柱部材を圧電振動子のパッケージと一体に形成した場合には、強度は向上するが、圧電振動子のパッケージが高コストになる。
【００１０】
そこで、本発明は上記の問題点を解決することを目的とするもので、小型で低価格で落下衝撃などによる破損の可能性が少ない圧電発振器およびそれを用いた電子装置を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の圧電発振器は、底面に第１の接続端子が設けられた表面実装型のパッケージを有する圧電振動子と、平面視形状が前記圧電振動子の平面視形状に近い形状であって、一方主面に回路部品が搭載されるとともに前記第１の接続端子と導電路を介して電気的に接続される第２の接続端子が設けられ、他方主面に外部端子が設けられた平板状の回路基板とを有し、前記圧電振動子は、前記回路基板の一方主面に設けられた樹脂によって支えられていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の圧電発振器は、前記振動子が、前記回路基板と前記圧電振動子で挟まれた空間を密閉するように枠状に形成された樹脂によって前記回路基板の一方主面上で支えられていることを特徴とする。あるいは、前記振動子が、前記回路基板上に設けられた平行に配置された２つの壁状の樹脂によって前記回路基板の一方主面上で支えられていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の圧電発振器は、前記樹脂が、前記回路基板上に搭載された前記回路部品の上に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の圧電発振器は、前記導電路が前記樹脂の中に形成されていることを特徴とする。あるいは、前記導電路の一部が前記樹脂の中に形成されていることを特徴とする。さらには、前記導電路が前記樹脂に沿って形成されていることを特徴とする。
【００１５】
そして、本発明の電子装置は、上記の圧電発振器を用いたことを特徴とする。
【００１６】
このように構成することにより、本発明の圧電発振器においては、小型化と低価格化が実現でき、また落下衝撃などによる破損の可能性も少なくなる。
【００１７】
また、本発明の電子装置においても、本発明の圧電発振器を用いることによって、性能の向上を図ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の圧電発振器の一実施例の斜視図を示す。図１において、圧電発振器１は回路基板２の上にパッケージングされた圧電振動子７が樹脂１３で支持されて構成されている。
【００１９】
ここで、圧電発振器１のさらに詳細な構成を説明するために、図２に、圧電発振器１の平面図を示す。図２においては、圧電振動子７を取り除いた状態の平面図を示している。そして、図３に、図２におけるＡ−Ａ断面図を示す。図３においては、圧電振動子７を含んでいる。
【００２０】
図１ないし３に示した圧電発振器１は、まずアルミナなどのセラミックからなる平板状の回路基板２を備えている。回路基板２は、その一方主面に回路部品５を搭載するための配線が形成され、他方主面に外部端子３が設けられている。また、回路基板２の一方主面には、上に載せられる圧電振動子との電気的な接続を取るための導電路が接続される第２の接続端子４が形成されている。
【００２１】
回路基板２の一方主面上には、樹脂１３で支持されて圧電振動子である水晶振動子７が搭載されている。水晶振動子７は、平面視形状が回路基板２の平面視形状に近い形状で、底面に第１の接続端子９が設けられた中空のパッケージ８を有する。パッケージ８の中には、固定部１０に水晶片１１の一端が樹脂１２で固定されている。水晶片１１には電極が形成されており、この電極は第１の接続端子９と導通が取られている。
【００２２】
そして、水晶振動子７の第１の接続端子９は、回路基板２の第２の接続端子４と導電路６によって接続されている。導電路６は、はんだで構成されている。
【００２３】
次に、このように構成された圧電発振器１の作り方の一例について説明する。なお、水晶振動子７は既に水晶片１１がパッケージ８の内部にパッケージングされているものとする。
【００２４】
まず、回路基板２の一方主面上に回路部品５をはんだペーストを使ってで搭載する。このとき同時に、第２の接続端子４の上に導電路６となるはんだボールも搭載する。
【００２５】
次に、水晶振動子７を第１の接続端子９を下にして回路基板２の一方主面上に搭載する。この場合、水晶振動子７ははんだボールによって一時的に回路基板２上に支持されることになる。この状態でハンダペーストおよびはんだボールのリフローはんだ付を行う。回路部品５は回路基板２にはんだ付けされ、第２の接続端子４と第１の接続端子９ははんだからなる導電路６によって電気的に接続される。この状態においては、水晶振動子７は、回路部品５の中で最も背の高いものおよび導電路６によって回路基板２上に支持されていることになる。
【００２６】
もちろん、水晶振動子７をはんだボールの上に載せるだけではなく、別の何らかの手段によって水晶振動子７を回路基板２の上に所定の間隔を空けて支持しても構わない。ただし、その場合にも、リフロー前の段階で第２の接続端子４と第１の接続端子９がはんだボールに接触している必要がある。
【００２７】
次に、水晶振動子７と回路基板２の間の空間に、その外周方向から樹脂１３を注入する。水晶振動子７と回路基板２は平面形状が近いため、樹脂１３は両者の周縁部分同士を接続するように注入され、その中央には空間が残される。すなわち、樹脂１３に注目すれば、回路基板２と水晶振動子７で挟まれた空間を密閉するように枠状に形成されることになる。なお、樹脂１３は回路基板２の上だけではなく、回路基板２に搭載された一部の回路部品５の上にも位置するため、回路部品５の中には樹脂１３で完全に覆われるものも存在する。また、樹脂１３は導電路６の周囲を完全に覆ってしまう。そのため、導電路６は樹脂１３の中に形成されていることになる。
【００２８】
上記の樹脂１３としては、注入時の形状を保って形状が変わらないようにチクソ性が高く、しかも回路基板２や水晶振動子７との接着性の高い、例えばエポキシ系の樹脂が用いられる。
【００２９】
最後に、この状態で樹脂１３を硬化し、その後で導電路６以外に水晶振動子７を回路基板２上に支持していたものがある場合にはそれを取り除く。このようにして圧電発振器１は作られる。
【００３０】
このようにして構成された圧電発振器１においては、平板状の回路基板２を用いているために、箱形の回路基板に比べて回路基板の低価格化が容易で、部品の実装が困難になるということもない。
【００３１】
また、水晶振動子７が枠状に形成された樹脂１３によって回路基板２上に支持されているため、水晶振動子を柱部材で支持する構造に比べて圧電発振器１の全体的な強度を大幅に向上させることができる。樹脂の量も隙間を完全に充填するのに比べて少なくて済み、樹脂コストの低減を図ることができる。また、水晶振動子７と回路基板２の隙間が樹脂で完全に充填されているわけではないので、例えば樹脂の熱収縮による水晶振動子７と回路基板２の隙間の間隔の変化が、樹脂が完全に充填されている場合に比べて小さく、導電路６による第２の接続端子４と第１の接続端子９の電気的な導通が切断される可能性も少ない。しかも、強度の高い柱部材が不要なために、部品コストの上昇を防ぐこともできる。
【００３２】
また、圧電発振器１における導電路６は柱部材ではないので、電気的な接続の機能を備えていれば機械的な強度は必ずしも求められない。例えば導電性を有するフィルムのようなものや、あるいは導電性を有するスプリングのようなものでも構わない。また、樹脂１３の注入前に導電路６によって水晶振動子７を支持している場合にも、水晶振動子７を樹脂１３が注入して硬化されるまでの間だけ一時的に支持できる程度の強度を備えていればよい。
【００３３】
また、導電路６が樹脂１３の中に形成されているため、圧電発振器１をプリント基板などに実装するときのリフローはんだ付けにおいて導電路６を形成するはんだが溶けるようなことがあっても、はんだが流れてしまって第２の接続端子４と第１の接続端子９の電気的な接続が切断されることはない。また、導電路６を形成するはんだが流れて回路基板２上の回路配線や回路部品５などと短絡するということもない。
【００３４】
また、枠状に形成された樹脂１３を回路基板２と一体のものと見れば、従来例１に示した箱形の回路基板と同じ構成であるようにも見える。しかしながら、従来例１の箱形の回路基板においては、４つの壁部の分だけ回路基板の面積を大きくする必要がある。それに対して、圧電発振器１の場合は、壁部に相当する樹脂１３が一部の回路部品５の上にも位置していることからわかるように、回路基板２上に壁部を形成するための面積を必ずしも必要としない。そのため、圧電発振器１においては、平面視のサイズの小型化を図ることが可能になる。
【００３５】
図４に、本発明の圧電発振器の別の実施例の斜視図を示す。また、図５に、図４の圧電発振器２０における圧電振動子７を取り除いた状態の平面図を示す。
【００３６】
図４および５に示した圧電発振器２０は、圧電発振器１においては枠状であった樹脂１３が平行に配置された２つの壁状の樹脂２１に置き換わった点を除けば、圧電発振器１と全く同じである。作り方も、樹脂２１を注入する位置が変わったことを除けば全く同じである。
【００３７】
このように、樹脂２１を平行に配置された２つの壁状に形成しても、水晶振動子７と回路基板２の隙間が樹脂で完全には充填されていない点や、導電路６が樹脂２１の中に形成されている点、回路基板２に壁部を形成するための面積を必ずしも必要としない点などは圧電発振器１の場合と同じであり、圧電発振器１と同様の作用効果を奏することができる。
【００３８】
ところで、回路基板と水晶振動子を電気的に接続する導電路は、必ずしも樹脂の中に形成されなければならないものではない。
【００３９】
そこで、図６に、本発明の圧電発振器のさらに別の実施例の平面図を示す。これも、水晶振動子を取り除いた状態の平面図である。
【００４０】
図６に示した圧電発振器３０において、圧電発振器１との違いは導電路６の一部が樹脂３１から露出するように形成されている点だけである。なお、導電路６の一部が樹脂３１から露出するということは、導電路６の別の一部は樹脂３１に埋め込まれているということを意味する。この場合には、圧電発振器１のように、圧電発振器のリフロー時に導電路６を構成するはんだが全く流れないということはないが、導電路６の一部は樹脂３１の中に形成されているために、はんだが溶けても、その表面張力によってほぼ元の位置に保持され、流れ出る可能性は少ない。なお、圧電発振器３０の他の効果は圧電発振器１と基本的に同じである。
【００４１】
また、図７に、本発明の圧電発振器のさらに別の実施例の平面図を示す。これも、水晶振動子を取り除いた状態の平面図である。
【００４２】
図７に示した圧電発振器４０においては、導電路４１は樹脂４２に全く埋め込まれることはなく、樹脂４２に沿って形成されている。
【００４３】
この場合は、圧電発振器３０よりもさらに、圧電発振器のリフロー時に導電路４１を構成するはんだが全く流れないということはないが、導電路４１が樹脂４２に沿って形成されているために、はんだが溶けても、その表面張力によってほぼ元の位置に保持され、流れる可能性は少ない。なお、圧電発振器４０の他の効果は圧電発振器１と基本的に同じである。
【００４４】
なお、圧電発振器４０においては、導電路は枠状の樹脂の内側に沿って形成されているが、図８に示す圧電発振器５０のように、導電路５１を枠状の樹脂５２の外側に沿って形成する構成でも構わないものである。
【００４５】
ところで、上記の各実施例においては、導電路としてはんだを用いることを前提として説明してきた。しかしながら、導電路としてははんだ以外のものでも構わない。
【００４６】
例えば圧電発振器４０や５０の場合に、導電路４１や５１として金属片を用い、第２の接続端子４や第１の接続端子９との接続にのみはんだを用いるという構成を採用しても構わない。金属片は従来例３のような柱部材としては用いられないので機械的な強度は必ずしも必要とせず、厚みの薄いものでも構わない。そして、例えばその長手方向すなわち回路基板から水晶振動子に向かう方向にわずかにバネ性を持たせておくことによって、樹脂の熱収縮などによって電気的な接続がより切断されにくくすることができる。もちろん、圧電発振器１や２０においても、導電路としてはんだ以外のものを用いても構わないものである。
【００４７】
図９に、本発明の電子装置の一実施例の斜視図を示す。図９において、電子装置の１つである携帯電話１００は、筐体１０１と、その中に配置されたプリント基板１０２と、プリント基板１０２上に基準信号源として実装された本発明の圧電発振器１を備えている。
【００４８】
このように構成された携帯電話１００においては、本発明の圧電発振器１を用いているため、小型化と、振動や衝撃に対する安定性の向上による性能の向上を図ることができる。
【００４９】
なお、図９においては電子装置として携帯電話を示したが、電子装置としては携帯電話に限るものではなく、本発明の圧電発振器を用いたものであれば何でも構わないものである。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の圧電発振器によれば、底面に第１の接続端子が設けられた表面実装型のパッケージを有する圧電振動子と、平面視形状が圧電振動子の平面視形状に近い形状であって、一方主面に回路部品が搭載されるとともに第１の接続端子と導電路を介して電気的に接続される第２の接続端子が設けられ、他方主面に外部端子が設けられた平板状の回路基板とを有し、圧電振動子が回路基板の一方主面に設けられた樹脂によって支えられているために、小型化と回路基板の低価格化が可能で、全体的に高い強度を備えることができる。
【００５１】
また、本発明の電子装置によれば、本発明の圧電発振器を用いることによって、小型化と、振動や衝撃に対する安定性の向上による性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電発振器の一実施例を示す斜視図である。
【図２】図１の圧電発振器の平面図である。
【図３】図１の圧電発振器の断面図である。
【図４】本発明の圧電発振器の別の実施例を示す斜視図である。
【図５】図４の圧電発振器の平面図である。
【図６】本発明の圧電発振器のさらに別の実施例を示す平面図である。
【図７】本発明の圧電発振器のさらに別の実施例を示す平面図である。
【図８】本発明の圧電発振器のさらに別の実施例を示す平面図である。
【図９】本発明の電子装置の一実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、２０、３０、４０、５０…圧電発振器
２…回路基板
３…外部端子
４…第２の接続端子
５…回路部品
６、４１、５１…導電路
７…水晶振動子
８…パッケージ
９…第１の接続端子
１０…固定部
１１…水晶片
１２…樹脂
１３、２１、３１、４２、５２…樹脂
１００…携帯電話

Claims (8)

1. 底面に第１の接続端子が設けられた表面実装型のパッケージを有する圧電振動子と、
   平面視形状が前記圧電振動子の平面視形状に近い形状であって、一方主面に回路部品が搭載されるとともに前記第１の接続端子と導電路を介して電気的に接続される第２の接続端子が設けられ、他方主面に外部端子が設けられた平板状の回路基板とを有し、
   前記圧電振動子は、前記回路基板の一方主面に設けられた樹脂によって支えられていることを特徴とする圧電発振器。
2. 前記振動子は、前記回路基板と前記圧電振動子で挟まれた空間を密閉するように枠状に形成された樹脂によって前記回路基板の一方主面上で支えられていることを特徴とする、請求項１に記載の圧電発振器。
3. 前記振動子は、前記回路基板上に設けられた平行に配置された２つの壁状の樹脂によって前記回路基板の一方主面上で支えられていることを特徴とする、請求項１に記載の圧電発振器。
4. 前記樹脂が、前記回路基板上に搭載された前記回路部品の上に形成されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電発振器。
5. 前記導電路が前記樹脂の中に形成されていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電発振器。
6. 前記導電路の一部が前記樹脂の中に形成されていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電発振器。
7. 前記導電路が前記樹脂に沿って形成されていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電発振器。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の圧電発振器を用いたことを特徴とする電子装置。

Images