JP2009213061A - 発振器および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】振動子に加わる応力を低減する発振器および電子機器を提供する。
【解決手段】発振器１０は、振動子１２を備え、振動子１２の外面に設けた外部端子２４を用いて配線基板４０の一方の面４０ａに振動子１２を配設すると共に、振動子１２に接続して発振させる回路部品（ＩＣチップ３６）を振動子１２と平面方向に並べて配線基板４０の一方の面４０ａに配設し、ＩＣチップ３６を覆う樹脂モールド材５２を配線基板４０の一方の面４０ａ上に設け、ＩＣチップ３６と導通した実装端子４８を配線基板４０の他方の面４０ｂに設けつつ、実装端子４８を複数の外部端子２４で囲まれる領域よりも外側におけるＩＣチップ３６側に配置した構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は発振器および電子機器に係り、特に、振動子と回路部品とを並べて配置した発振器およびこの発振器を搭載した電子機器に関するものである。

発振器は、一定の周波数で振動する振動子と、この振動子に電気信号を供給して発振させる回路（発振回路）とを備えた構成である。この振動子は、振動片と、この振動片を収容する振動子パッケージを備えた構成になっている。振動子パッケージには、例えば、底板とこの底板の周縁部を上方に立ち上げ形成してなる側壁とを備えることにより、内部に凹陥部を形成し、且つ、外面に外部端子を設けたパッケージベースと、このパッケージベースの上面に接合して凹陥部を気密封止する蓋体とを備えた構成のものがある。

そして特許文献１に記載された水晶発振器は、水晶振動子と半導体チップとを基板の上に搭載し、半導体チップの周囲に樹脂コートを施した構成になっている。また特許文献２に記載された圧電デバイスは、圧電振動子と電子部品を横方向に並べて基板の上面に実装し、圧電振動子の上面が外部に露出するようにして圧電振動子と電子部品を樹脂で覆っている。なお、この基板の下面には、その四隅に実装端子部を設けている。
特開２０００−３１３２４号公報 特開２００７−１７３４３１号公報

前述した特許文献１，２に記載された構成を有する発振器は、電子機器に搭載される場合に他の電子デバイスとともに実装基板に実装される。このとき実装基板に反りが生じると、この実装基板に固着されている発振器等の電子デバイスに応力が加わることになる。そして発振器は、前述したように、その下面の全面に実装端子が配設されているので、特に、この実装端子と実装基板とを半田付けした場合には、発振器全体に応力が伝わることになる。したがって振動子や電子部品に応力が加わることなる。

ところで現在の発振器では、薄型化が要求されているので、振動子パッケージの肉厚を薄くするなどしている。具体的な例としては、パッケージベースの底板等の肉厚を薄くして、薄型化の要求に応えている。しかしながら振動子パッケージの肉厚を薄くすると、機械的な曲げ強度は低下するので、発振器に応力が加わると振動子パッケージが破壊されたり、外部端子が切断されたりする。
また振動子パッケージに破壊等が生じない場合でも、振動子パッケージには応力が伝わって反ってしまうので、振動片の実装に影響が与えられて発振周波数がずれてしまう問題を生ずる。

本発明は、振動子に加わる応力を低減する発振器および電子機器を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］振動子を備え、前記振動子の外面に設けた外部端子を用いて配線基板の一方の面に前記振動子を配設し、前記振動子に接続する回路部品を前記振動子と平面方向に並べて前記配線基板の前記一方の面に配設し、前記回路部品を覆う樹脂モールド材を前記配線基板の前記一方の面上に設け、前記回路部品と導通した実装端子を前記配線基板の他方の面に設け、前記実装端子を複数の前記外部端子で囲まれる領域よりも外側における前記回路部品側に配置したことを特徴とする発振器。
これにより発振器は、外部端子の間隔が狭くなっているので、外部からの応力を伝わり難くできる。そして実装端子と振動子は対向した位置に設けられていないので、外部からの応力が振動子に直接に伝わるのを防止できる。また応力によって振動子に破壊等が生じるのを防止できるので、振動子を薄型化することができる。

［適用例２］前記実装端子は、平面視して前記振動子の外形よりも外側に配置したことを特徴とする適用例１に記載の発振器。これにより振動子に伝わる応力をより緩和できる。

［適用例３］前記配線基板には、前記振動子と前記回路部品との間に切り欠き部を設けて、前記回路部品を搭載する部分の配線基板と前記振動子を搭載する部分の配線基板との間の幅を狭くし、前記回路部品を搭載する部分の配線基板の前記他方の面に前記実装端子を配置し、前記一方の面に前記樹脂モールド材を設けたことを特徴とする適用例１に記載の発振器。これにより回路部品側から振動子側に伝わる応力をより緩和できる。

［適用例４］前記振動子を搭載する部分の配線基板の前記一方の面には、少なくとも前記振動子の側面を覆う樹脂モールド材をさらに設けたことを特徴とする適用例３に記載の発振器。配線基板の一方の面が樹脂モールド材に覆われていても、前述した構成をとることにより、振動子に直接に応力が伝わるのを防止できる。

［適用例５］少なくとも前記振動子の側面を覆う樹脂モールド材をさらに設け、前記回路部品を覆う樹脂モールド材と少なくとも前記振動子の側面を覆う樹脂モールド材との間におけるこれらの樹脂モールド材の上面に溝を設けたことを特徴とする適用例１ないし４のいずれかに記載の発振器。これにより回路部品側から振動子側に伝わる応力をより緩和できる。

［適用例６］前記溝の底部は前記配線基板の前記一方の面に到達したことを特徴とする適用例５に記載の発振器。これにより回路部品側から振動子側に伝わる応力をさらに緩和できる。

［適用例７］一定の周波数で発振する振動子とこの振動子に接続して発振させる回路部品とを平面方向に並べて配線基板の一方の面に配設し、前記回路部品と少なくとも前記振動子の側面とを覆う樹脂モールド材を前記配線基板の前記一方の面上に設け、前記回路部品と前記振動子との間の前記配線基板に切り欠き部と、前記回路部品と前記振動子との間の前記樹脂モールド材の上面に溝との少なくともいずれか一方を設けたことを特徴とする発振器。これにより切り欠き部または溝に応力を集中できるので、外部からの応力が振動子に伝わる応力を緩和できる。また応力によって振動子に破壊等が生じるのを防止できるので、振動子を薄型化することができる。

［適用例８］適用例１ないし７のいずれかに記載の発振器の前記実装端子を用いて、前記発振器を実装した実装基板を備えたことを特徴とする電子機器。前述したように、発振器の信頼性が向上するので、これを搭載する電子機器の信頼性も向上する。また発振器を薄型化できるので、電子機器も小さくできる。

以下に、本発明に係る発振器および電子機器の最良の実施形態について説明する。まず第１の実施形態では、発振器について説明する。図１は発振器の説明図である。ここで図１（Ａ）は発振器の平面図であり、図１（Ｂ）は発振器の断面図であり、図１（Ｃ）は振動子の底面図である。なお図１（Ａ）では樹脂モールド材および振動子パッケージを構成する蓋体の記載を省略している。

発振器１０は、振動子１２と、この振動子１２に接続して発振させる回路部品とを平面方向に並べて配線基板４０の一方の面４０ａに配設した構成である。この振動子１２は、振動子パッケージ１４に振動片３０を収容した構成である。そして振動子パッケージ１４は、パッケージベース１６と蓋体１８を有している。このパッケージベース１６は、底板１６ａの周縁部に側壁部１６ｂを設けることにより、上方に向けて開口した凹陥部２０を有している。

なお底板１６ａと側壁部１６ｂは、例えばセラミック絶縁シートで形成することができる。また底板１６ａをセラミック絶縁シートで形成し、側壁部１６ｂをシームリングで形成することもできる。このシームリングを用いた場合は、蓋体１８をシームリングに直接に接合できるので、側壁部１６ｂをセラミック絶縁シートで形成した場合に比べて、振動子１２を低背化できる。さらに振動子パッケージ１４は、金属ケース等であってもよい。

また凹陥部２０の底面には、パッケージ側マウント電極２２が形成してある。このパッケージ側マウント電極２２は、振動子パッケージ１４の外面に形成した外部端子２４と導通している。パッケージ側マウント電極２２には、この上に塗布した導電性接着剤２６を用いて振動片３０が接合している。この振動片３０は、電気信号を供給されると振動して発振するものであればよく、例えば、圧電体３２に励振電極（不図示）やマウント電極３４等を形成した圧電振動片、またはセラミック圧電振動片等であればよい。なお図１（Ａ）は、音叉型圧電振動片を用いた形態を例示している。したがって外部端子２４は、パッケージ側マウント電極２２、導電性接着剤２６およびマウント電極３４を介して、励振電極と導通する。そしてパッケージベース１６の上面に蓋体１８を接合して、凹陥部２０を気密封止している。

また回路部品は、振動子１２との間で電気信号を入出力することにより発振できる回路（発振回路）を少なくとも備えていればよく、本実施形態の場合は集積回路（ＩＣ）チップ３６になっている。このＩＣチップ３６の能動面にパッド３８が設けてある。

そして振動子１２とＩＣチップ３６とが配設される配線基板４０は、図２に示すようになっている。ここで図２（Ａ）は配線基板の平面図、図２（Ｂ）は底面図である。配線基板４０の本体は、セラミック基板、有機材料基板または金属フレーム等で形成されていればよい。配線基板４０の一方の面４０ａは、図２（Ａ）に示すように、振動子パッケージ１４の外部端子２４に接合する端子部４２と、ＩＣチップ３６に導通するパッド電極４４とを備えている。そしてパッド電極４４の一部は端子部４２と導通している。また、これ以外のパッド電極４４は、図２（Ｂ）に示す他方の面４０ｂに設けた実装端子４８に、ビアホールやスルーホール等の導通手段４６を介して導通している。なお配線基板４０の一方の面４０ａは、端子部４２およびパッド電極４４以外をソルダーレジスト等の絶縁材で覆っている。したがって図１（Ａ）に示すように、配線基板４０の一方の面４０ａには端子部４２とパッド電極４４が露出している。

そして実装端子４８は、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、配線基板４０の一方の面４０ａに振動子１２を配設した場合に、この振動子１２に設けた複数の外部端子２４で囲まれる領域よりも外側に配設してある。すなわち実装端子４８は、図３（Ａ）に示すように、外部端子２４におけるＩＣチップ３６側の外側辺（破線Ａ）よりもＩＣチップ３６側に配設し、外部端子２４と重ならないようになっている。このような位置に実装端子４８を配設すると、発振器１０を実装した実装基板５６（図４参照）が反ったときでも、配線基板４０の全体が湾曲し難くなり、振動子１２の周辺に応力を伝わり難くできる。

なお実装端子４８は、より好ましくは、平面視した振動子１２の外形よりも外側に配設してあればよい。すなわち実装端子４８は、図３（Ｂ）に示すように、振動子１２におけるＩＣチップ３６側の外側辺（破線Ｂ）よりもＩＣチップ３６側に配設し、振動子１２と重ならないようになっているのがより好ましい。このような位置に実装端子４８を配設すると、発振器１０を実装した実装基板５６（図４参照）が反ったときでも、配線基板４０の全体が湾曲し難くなり、振動子１２の周辺に応力をより伝わり難くできる。
そして実装端子４８は、前述したように本実施形態の場合、ＩＣチップ３６と対向するように配設してある。これにより発振器１０の平面サイズを小型化できる。

このような配線基板４０の一方の面４０ａには、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、振動子１２とＩＣチップ３６とが平面方向に並べて固着している。振動子１２は、半田等の導電性接合材を用いて外部端子２４と端子部４２を接合することにより、配線基板４０に固着している。またＩＣチップ３６を配線基板４０に固着する場合、能動面は、配線基板４０の一方の面４０ａとは反対に向けて配置している。すなわちＩＣチップ３６はフェイスアップ実装されているので、図１（Ｂ）に示す場合、パッド３８は上方に向いている。そしてＩＣチップ３６の周囲にはパッド電極４４が配置されているので、パッド３８とパッド電極４４に導通部材としてワイヤ５０を接合して導通させている。なお実施形態によっては、ＩＣチップ３６をフェイスダウン実装してもよい。この場合、パッド３８とパッド電極４４は、導通部材としてフリップチップで接合されていればよい。

そして配線基板４０の一方の面４０ａには、少なくともＩＣチップ３６、ワイヤ５０およびパッド電極４４を覆う樹脂モールド材５２が設けてある。なお本実施形態の場合、樹脂モールド材５２は、振動子１２も覆っている。そして振動子１２を構成する蓋体１８の上面は、樹脂で覆われてなくてもよく、覆われていてもよい。蓋体１８の上面を樹脂で覆わない場合は、発振器１０を低背化できる。なお樹脂モールド材５２は、振動子１２とＩＣチップ３６を搭載した配線基板４０を金型内に入れ、この内部に射出成型されることにより、配線基板４０の一方の面４０ａに設けてもよい。また樹脂モールド材５２は、振動子１２とＩＣチップ３６を搭載した配線基板４０の上にポッティングすることにより、配線基板４０の一方の面４０ａに設けてもよい。

このような構成の発振器１０は、電子機器に搭載される実装基板５６に実装される。そして図４に示すように実装基板５６が反った場合でも、実装端子４８同士の間隔は、従来技術のように基板の全面に実装端子を設けた場合に比べて狭くなっているので、発振器１０が反り難くなる。すなわち発振器１０に応力が伝わり難くなる。そして実装端子４８は、配線基板４０の他方の面４０ｂにおける振動子１２に対向する位置に設けられていないので、配線基板４０のＩＣチップ３６を設けた部分に応力が伝わる。したがって配線基板４０の振動子１２を設けた部分は反ることがなく、振動子１２に直接に応力が伝わらなくなる。よって振動子１２に加わる応力を低減できるので、振動子パッケージ１４の破壊や外部端子２４の切断が発生するのを防止できる。また振動子１２の発振周波数にずれが生じるのを防止できる。そして発振器１０は振動子１２に伝わる応力を低減できるから、低背化できる。

また発振器１０は、振動子１２とＩＣチップ３６とを１つに組み合わせてユーザに提供される。このためユーザは、振動子１２とＩＣチップ３６を別々に実装基板５６に搭載する必要がなくなる。そして振動子やＩＣチップについてはそれぞれにバラツキを有しているので、振動子とＩＣチップを別々に実装基板に搭載した場合は、周波数精度等が合わない等の不具合が発生する。しかしながら本実施形態では、このような不具合が発生するのを防止でき、高精度の発振器１０が得られる。

なお発振器１０は、平面視して矩形の配線基板４０を用いた形態である。しかしながら配線基板４０には、図５に示すように、振動子１２とＩＣチップ３６との間に切り欠き部６２を設けて、ＩＣチップ３６を搭載する部分と振動子１２を搭載する部分との間の幅を狭くしてもよい。なお図５では樹脂モールド材５２の記載を省略しているが、切り欠き部６２を樹脂モールド材５２で満たしてもよく、または樹脂モールド材５２で満たさなくてもよい。さらに変形例によっては、樹脂モールド材５２にも切り欠き部６２を設けていてもよい。そして、この場合、実装端子４８（図５には不図示）は、ＩＣチップ３６を搭載する部分に設け、振動子１２を搭載する部分に設けない構成とすればよい。このような第１変形例に係る発振器６０は、切り欠き部６２によって、ＩＣチップ３６の搭載部分から振動子１２の搭載部分へ伝わる応力を低減できる。

また樹脂モールド材５２には、図６に示すように、振動子１２とＩＣチップ３６との間の上面に溝６８を設けていてもよい。またこの溝６８の深さは、図７に示すように、配線基板４０の一方の面４０ａにまで到達していてもよい。このような第２変形例に係る発振器６６は、溝６８によって樹脂モールド材５２の断面積が狭くなり、または振動子１２側とＩＣチップ３６側とで分離されるので、ＩＣチップ３６の搭載部分から振動子１２の搭載部分へ伝わる応力を低減できる。

さらに第３変形例に係る発振器（不図示）は、少なくとも配線基板４０に切り欠き部６２を設けるとともに、樹脂モールド材５２に溝６８を設けた構成であってもよい。すなわち、この発振器は、第１変形例に係る発振器６０と、第２変形例に係る発振器６６とを組み合わせた構成であってもよい。

さらにまた第４変形例に係る発振器７０は、第１〜３変形例で説明した配線基板４０や樹脂モールド材５２の形状になっている場合には、実装端子４８を配線基板４０の全面に設けた形態であってもよい。このような第４変形例に係る発振器７０は、電子機器に搭載される実装基板５６に実装され、図８に示すように実装基板５６が反った場合でも、切り欠き部６２や溝６８の周囲に応力を集中でき、振動子１２やＩＣチップ３６に伝わる応力を緩和できる。よって振動子１２に加わる応力を低減できるので、振動子パッケージ１４の破壊や外部端子２４の切断が発生するのを防止できる。また振動子１２の発振周波数にずれが生じるのを防止できる。

そして前述した発振器１０，６０，６６，７０（以下「発振器１０」と略す。）は、電子機器に搭載される実装基板５６に反りが生じやすいものに実装することができる。また他の例として、発振器１０は、ディジタル式携帯電話やパーソナルコンピュータ、ワークステーション、携帯情報端末等の、制御用のクロック信号を必要とする電子機器等に搭載される実装基板５６に実装することもできる。ここで発振器１０がディジタル式携帯電話に搭載された場合、発振器１０は、例えば送受信信号の送信部および受信部を制御する中央演算装置（ＣＰＵ）に接続される。そして発振器１０の出力周波数を前記ＣＰＵに内蔵された所定の分周回路等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようになっている。また発振器１０に温度補償回路を搭載して温度補償型発振器とした場合、温度補償型発振器は、例えば前記ＣＰＵの出力側に接続されるとともに、前記送信部および前記受信部に接続される。そして環境温度が変化して前記ＣＰＵからの基本クロックが変動しても、温度補償型発振器により修正されて、前記送信部および前記受信部に与えられるようになっている。

発振器の説明図である。 配線基板の説明図である。 振動子と実装端子の位置関係を説明する図である。 実装基板が曲がった状態の説明図である。 第１変形例に係る発振器の説明図である。 第２の変形例に係り、樹脂モールド材に溝を設けた発振器の説明図である。 第２の変形例に係り、溝の底部が配線基板にまで到達した発振器の説明図である。 第４変形例に係る発振器を実装した実装基板が曲がった状態の説明図である。

符号の説明

１０………発振器、１２………振動子、１４………振動子パッケージ、２４………外部端子、３６………ＩＣチップ、４０………配線基板、４８………実装端子、５２………樹脂モールド材、５６………実装基板、６０………発振器、６２………切り欠き部、６６………発振器、６８………溝、７０………発振器。

Claims (8)

1. 振動子を備え、
   前記振動子の外面に設けた外部端子を用いて配線基板の一方の面に前記振動子を配設し、
   前記振動子に接続する回路部品を前記振動子と平面方向に並べて前記配線基板の前記一方の面に配設し、
   前記回路部品を覆う樹脂モールド材を前記配線基板の前記一方の面上に設け、
   前記回路部品と導通した実装端子を前記配線基板の他方の面に設け、前記実装端子を複数の前記外部端子で囲まれる領域よりも外側における前記回路部品側に配置した
   ことを特徴とする発振器。
2. 前記実装端子は、平面視して前記振動子の外形よりも外側に配置したことを特徴とする請求項１に記載の発振器。
3. 前記配線基板には、前記振動子と前記回路部品との間に切り欠き部を設けて、前記回路部品を搭載する部分の配線基板と前記振動子を搭載する部分の配線基板との間の幅を狭くし、
   前記回路部品を搭載する部分の配線基板の前記他方の面に前記実装端子を配置し、前記一方の面に前記樹脂モールド材を設けた
   ことを特徴とする請求項１に記載の発振器。
4. 前記振動子を搭載する部分の配線基板の前記一方の面には、少なくとも前記振動子の側面を覆う樹脂モールド材をさらに設けたことを特徴とする請求項３に記載の発振器。
5. 少なくとも前記振動子の側面を覆う樹脂モールド材をさらに設け、
   前記回路部品を覆う樹脂モールド材と少なくとも前記振動子の側面を覆う樹脂モールド材との間におけるこれらの樹脂モールド材の上面に溝を設けた
   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発振器。
6. 前記溝の底部は前記配線基板の前記一方の面に到達したことを特徴とする請求項５に記載の発振器。
7. 一定の周波数で発振する振動子とこの振動子に接続して発振させる回路部品とを平面方向に並べて配線基板の一方の面に配設し、
   前記回路部品と少なくとも前記振動子の側面とを覆う樹脂モールド材を前記配線基板の前記一方の面上に設け、
   前記回路部品と前記振動子との間の前記配線基板に切り欠き部と、前記回路部品と前記振動子との間の前記樹脂モールド材の上面に溝との少なくともいずれか一方を設けた
   ことを特徴とする発振器。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の発振器の前記実装端子を用いて、前記発振器を実装した実装基板を備えたことを特徴とする電子機器。

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