JP2008141306A - 水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は外部環境の影響を受けず発振周波数が安定した発振特性を有する水晶発振器を提供すること。
【解決手段】
絶縁性基体表主面に設けられた第１の空間部を囲う凹形状の第１の容器内の絶縁性基体の表主面上には発振回路が組み込まれた集積回路素子が搭載され、絶縁性基体の第１の空間部上面に形成された第２の空間部を囲う同じく凹形状の第２の容器内には集積回路素子に第１，第２の接続電極部を通じ電気的に接続される水晶振動素子が収容され、第１及び第２の容器は第１，第２の接続電極部を介し接合され、第２の容器の開口上縁部に蓋体が載置され気密封止される水晶発振器で、第１の容器の開口上縁部内にわたり第１の容器外周に沿い形成された第１の溝、及び／又は、第１の容器の開口上縁部側の第２の容器１の底部に第１の溝に対向する同一形状の第２の溝が形成され課題を解決する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯用通信機器等の電子機器に用いられる水晶発振器に関するものである。

従来から携帯用通信機器等の電子機器に水晶発振器が用いられている。

かかる従来の水晶発振器としては、例えば図６に示す如く、内部に図中には示されていないが、第２の空間部に水晶振動素子が収容されている水晶振動子２３を、第１の空間部２５内に前記の水晶振動素子の振動に基づいて発振出力を制御する集積回路素子２６やコンデンサ等の電子部品素子が収容されている第１の容器２１上に取着させた構造のものが知られており、かかる水晶発振器をマザーボード等の実装回路基板上に載置させた上、第１の容器２１の底面に設けられている電極端子を実装回路基板の配線に半田接合することにより実装回路基板上に実装される。

なお、水晶振動子２３や第１の容器２１は、通常、セラミック材料によって形成されており、その内部や表面には配線導体が形成され、従来周知のセラミックグリーンシート積層法等を採用することにより製作される。

また、前記集積回路素子２６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水晶発振器の発振周波数を補正するための温度補償回路が設けられており、水晶発振器を組み立てた後、上述の温度補償データを集積回路素子２６のメモリ内に格納すべく、第１の容器２１の底面や外側面等には温度補償データ書込用の書込制御端子２７が設けられる。この書込制御端子２７に温度補償データ書込装置のプローブ針を当てて集積回路素子２６内のメモリに温度補償データを入力することにより、温度補償データが集積回路素子２６のメモリ内に格納される。

特開２００３−１５８４４１公報 特開２００４−０６４６５１公報 特開２００５−１０１８４８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、上述した従来の水晶発振器の集積回路素子が第１の容器２１の第１の空間部に配置させてある場合、水晶振動子と第１の容器との接合面の隙間から、外部の絶縁性保護のために用いられる樹脂等の不要物が浸入し、水晶発振器に発振周波数変動を生じるおそれがあるという欠点を有していた。

本発明は上記欠点に鑑み考え出されたものであり、従ってその目的は、外部環境の影響を受けず、発振周波数が安定した発振特性を有する水晶発振器を提供することである。

本発明の水晶発振器は、絶縁性基体の表主面に設けられた第１の空間部を囲う凹形状をした第１の容器内の絶縁性基体の表主面上には発振回路が組み込まれた集積回路素子が搭載されており、絶縁性基体の第１の空間部上面に形成された第２の空間部を囲う同じく凹形状の第２の容器内には先の集積回路素子に接続電極部を通じて電気的に接続される水晶振動素子が収容されており、第１の容器と第２の容器は接続電極部を介して接合されており、第２の容器の開口上縁部に蓋体が載置され気密封止される水晶発振器において、第１の容器の開口上縁部内にわたり第１の容器外周に沿って形成された第１の溝、及び/または、第１の容器の開口上縁部側の第２の容器の底部に、第１の溝に対向する同一形状の第２の溝が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の水晶発振器は、上記構成において、第１の溝、及び/または、第２の溝が、接続電極部において連続してつながるように形成されてはおらず、途切れて形成されていることを特徴とする。

本発明の水晶発振器によれば、第１の容器の開口上縁部内にわたり第１の容器外周に沿って形成された第１の溝、及び/または、第１の容器の開口上縁部側の第２の容器の底部に、第１の溝に対向する同一形状の第２の溝が形成されていることによって、第１の溝と第２の溝の水晶発振器外側の角部分で生じ樹脂等に働く表面張力により、外部からの先の樹脂等の不要物の浸入を遮断し、その結果、水晶発振器の外部環境の影響を受けない安定した特性を有する水晶発振器を得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は本発明の水晶発振器の図２に示すＸ−Ｘ’線断面図であり、図２は絶縁性のセラミック集合基板から切断された１個の基板領域を示した第１の空間部１５を有する第１の容器１０の上面図である。図１に示す水晶発振器は、集積回路素子７を収容する第１の空間部１５を有する第１の容器１０の底面に電極端子１９が設けられ、集積回路素子７を収容する第１の空間部１５を有する第１の容器１０の上面には集積回路素子７が搭載されている。また、集積回路素子７を収容する第１の空間部１５を有する第１の容器１０の第１の空間部１５を囲う側面には壁体１３、壁体１３の外側面には複数個の書込制御端子１１が形成されている。また、図１に示すように壁体１３の上面には、水晶振動素子５が収容されている水晶振動子Ａが載置され固定された構造を有している。また、本発明の水晶発振器においては、第１の容器１０の開口上縁部内にわたり第１の容器１０外周に沿って形成された第１の溝１２、及び/または、第１の容器１０の開口上縁部側の第２の容器１の底部に、第１の溝１２に対向する同一形状の第２の溝９が形成されている。

図１において水晶振動子Ａ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、基板２と同様のセラミック材料から成る側壁３とで構成される第２の容器１と、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属から成る蓋体４とから成り、前記基板２の上面に側壁３を取着させ、その上面に蓋体４を載置して固定させることによって水晶振動子Ａが構成され、側壁３の内側に位置する基板２の上面に水晶振動素子５が実装されている。

前記水晶振動子Ａは、その内部に、具体的には、基板２の上面と側壁３の内面と蓋体４の底面とで囲まれる第２の空間部６内に水晶振動素子５を収容して気密封止されており、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の底面には後述する第１の容器１０上の壁体１３に接続される複数個の第２の接続電極部１７がそれぞれ設けられ、これらのパッドや端子は基板２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。

一方、水晶振動子Ａ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素板の両主面に一対の振動電極を被着・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素板に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こす。

ここで水晶振動子Ａの蓋体４を第２の容器１の第２の接続電極部１７や第１の容器１０の第１の接続電極部１８を介して後述するグランド端子用の電極端子１９に接続させておけば、その使用時に、金属から成る蓋体４が基準電位に接続されてシールド機能が付与されることと成るため、水晶振動素子５や集積回路素子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できる。従って、水晶振動子Ａの蓋体４は水晶振動子Ａの第２の接続電極部１７や第１の容器１０の第１の接続電極部１８を介してグランド端子用の電極端子１９に接続させておくことが好ましい。

そして、上述した水晶振動子Ａが取着される集積回路素子７を収容する第１の空間部１５を有する第１の容器１０は概略矩形状を成しており、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やガラス−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によって平板状を成すように形成されている。

前記集積回路素子７を収容する第１の空間部１５を有する第１の容器１０は、基板領域の底面の四隅部に４つの電極端子１９（電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子）が形成され、上面の四隅部を囲む周縁には壁体１３が、また上面の中央域にはフリップチップ型の集積回路素子７が、更に四隅部間の壁体１３の外側側面には書込制御端子１１が設けられている。

前記集積回路素子７を収容する第１の空間部１５を有する第１の容器１０の底面に設けられている４つの電極端子１９は、水晶発振器をマザーボード等の実装回路基板に接続するための端子として機能するものであり、水晶発振器を実装回路基板上に搭載する際、実装回路基板の回路配線と半田等の導電性接合材を介して電気的に接続されるように成っている。

また、前記集積回路素子７を収容する第１の空間部１５を有する第１の容器１０の上面に設けられる壁体１３は、集積回路素子７を収容する第１の空間部１５を有する第１の容器１０と水晶振動子Ａとの間に、集積回路素子７を配置させるのに必要な所定の間隔を確保しつつ、集積回路素子７を収容する第１の空間部１５を有する第１の容器１０の第１の接続電極部１８を水晶振動子Ａの第２の接続電極部１７に接続するためのものである。

更に上述した集積回路素子７を収容する第１の空間部１５を有する第１の容器１０の中央域には、複数個の電極パッドが設けられており、これら電極パッドに集積回路素子７の接続パッドをＡｕバンプや半田、異方性導電接着材等の導電性接合材８を介して電気的、及び機械的に接続させることによって集積回路素子７が第１の空間部１５を有する第１の容器１０上の所定位置に取着される。

前記集積回路素子７は、その回路形成面（下面）に、周囲の温度状態を検知するサーミスタといった感温素子、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メモリ、メモリ内の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、先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ており、この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。

ここで、本発明の特徴部分は図１〜図２に示すように、絶縁性基体の表主面に設けられた第１の空間部１５を囲う凹形状をした第１の容器１０内の絶縁性基体の表主面上には発振回路が組み込まれた集積回路素子７が搭載され、絶縁性基体の第１の空間部１５上面に形成された第２の空間部６を囲う同じく凹形状の第２の容器１０内には集積回路素子７に第１，第２の接続電極部１７．１８を通じて電気的に接続される水晶振動素子５が収容され、第１の容器１０と第２の容器１は第１，第２の接続電極部１７．１８を介して接合され、第２の容器１０の開口上縁部に蓋体４が載置され気密封止される水晶発振器において、第１の容器１０の開口上縁部内にわたり第１の容器１０外周に沿って形成された第１の溝１２、及び／または、第１の容器１０の開口上縁部側の第２の容器１の底部に、第１の溝１２に対向する同一形状の第２の溝９が形成されていることから、第１の溝１２と第２の溝９の、水晶発振器の外側の角部分で生じ樹脂２０などに働く表面張力により外部からの不要物の浸入を遮断し、水晶発振器外部環境の樹脂フィルで水晶発振器を覆う場合においてもその影響を受けず安定した水晶発振器を得ることが可能となる。即ち、図５に示すように、本発明の水晶発振器を実装回路基板１６に実装した際、樹脂フィルで水晶発振器を覆う場合において、外部から流入する樹脂２０が第１の容器１０と第２の容器１の第１，第２の接続電極部１７．１８の隙間部分から浸入することとなるが、図５に示すように外部から流入する樹脂２０は第１の溝１２と第２の溝９の、水晶発振器の外側の角部分で生じ、樹脂２０などに働く表面張力によって、水晶発振器の内部に至るまで樹脂２０が流入することが無く、止まることとなる。尚、ここで用いる第１の溝１２と第２の溝９の溝の深さは０．０５ｍｍから０．３ｍｍの範囲での設定が可能となるが、溝の深さ上限の０．３ｍｍについては第１の容器１０及び第２の容器１の高さ寸法が０．５ｍｍ程度であるため、溝が形成された容器の強度等を考慮すると、容器高さの６割程度の溝の最大深さとなる。

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、改良等が可能である。

例えば、上述の実施形態においては、図２、図３に示すように第１の溝１２と第２の溝９が、第１，第２の接続電極部１７．１８において途切れて形成されているが、図４に示す第１の溝１２のように第１の接続電極部１８において連続して形成されていても構わず、また、同様に第２の溝９においても第２の接続電極部１７において連続して形成されてもよい。また、図１に示すように第１の溝１２及び第２の溝９の鉛直方向の断面形状は略コの字状としているが、これ以外に、馬蹄形状、台形状、半円状等でも構わず、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。

本発明の水晶発振器を水平方向からみた概略の断面図である。 本発明の実施形態にかかる水晶発振器の第１の空間部を有する第１の容器の概略の上面図である。 本発明の実施形態にかかる水晶発振器の第２の容器の概略の底面図である。 本発明の他の実施形態にかかる水晶発振器の第２の容器の概略の底面図である。 本発明の実施形態にかかる、基板に搭載され樹脂が塗布された水晶発振器を水平方向からみた概略の断面図である。 従来の水晶発振器を斜め上方からみた概略の斜視図である。

符号の説明

Ａ・・・水晶振動子
１・・・第２の容器
２・・・基板
３・・・側壁
４・・・蓋体
５・・・水晶振動素子
６・・・第２の空間部
７・・・集積回路素子
８・・・導電性接合材
９・・・第２の溝
１０・・・第１の容器
１１・・・書込制御端子
１２・・・第１の溝
１３・・・壁体
１５・・・第１の空間部
１６・・・実装回路基板
１７・・・第２の接続電極部
１８・・・第１の接続電極部
１９・・・電極端子
２０・・・外部から流入する樹脂

Claims (2)

1. 絶縁性基体の表主面に設けられた第１の空間部を囲う凹形状をした第１の容器内の該絶縁性基体の表主面上には発振回路が組み込まれた集積回路素子が搭載されており、該絶縁性基体の該第１の空間部上面に形成された第２の空間部を囲う同じく凹形状の第２の容器内には該集積回路素子に接続電極部を通じて電気的に接続される水晶振動素子が収容されており、該第１の容器と該第２の容器は該接続電極部を介して接合されており、該第２の容器の開口上縁部に蓋体が載置され気密封止される水晶発振器において、
   該第１の容器の開口上縁部内にわたり該第１の容器外周に沿って形成された第１の溝、及び／または、該第１の容器の開口上縁部側の該第２の容器の底部に、該第１の溝に対向する同一形状の第２の溝が形成されていることを特徴とする水晶発振器。
2. 該第１の溝、及び/または、該第２の溝が、該接続電極部において連続してつながるように形成されてはおらず、途切れていることを特徴とする請求項１に記載の水晶発振器。

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