(57)【要約】【課題】小型で幅広い出力周波数に対応し、且つ、簡略な周波数調整作業の圧電発振器を提供する。【解決手段】上面に少なくとも発振回路を構成する電子部品を実装すると共に底面に外部電極を備えた平板状のプリント配線基板と、該プリント配線基板の平面外形が略一致する圧電振動子と、を備え、前記プリント配線基板の上面に固定した柱部材を介して所定のギャップを隔てて前記圧電振動子を固定したことを特徴とする圧電発振器であって、前記柱部材の少なくとも１つが周波数調整用の電子部品であることを特徴とする。【選択図】      図１
2004350246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に少なくとも発振回路を構成する電子部品を実装すると共に底面に外部電極を備えた平板状のプリント配線基板と、
該プリント配線基板の平面外形が略一致する圧電振動子と、を備え、
前記プリント配線基板の上面に固定した柱部材を介して所定のギャップを隔てて前記圧電振動子を固定した圧電発振器であって、
前記柱部材の少なくとも１つが周波数調整用の電子部品であることを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
前記周波数調整用の電子部品の表面電極をレーザによるトリミングで所望の周波数に調整することを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。
【請求項３】
前記柱部材が３個であることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電発振器。
【請求項４】
前記周波数調整用の電子部品が前記プリント配線基板の対向する２辺の一方の辺部に実装され残りの２個の柱部材が他方の辺部に実装されていることを特徴とする請求項３に記載の圧電発振器。
【請求項５】
前記プリント配線基板の一部を他の部分より掘り下げて薄肉部とし、該薄肉部の底面に前記周波数調整用の電子部品を実装するための導電パターンを配設したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電発振器の改良に関し、特に発振回路や温度補償回路を構成する電子部品を実装するパッケージ部分の上部にパッケージ化された圧電振動子を固定した構成を備えた圧電発振器の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機等の移動体通信機器の普及に伴う低価格化および小型化の急激な進展により、これらの通信機器に使用される水晶振動子やワンチップＩＣタイプ水晶発振器のみならず通話品質に影響を及ぼすＣＮ特性の高いディスクリート型水晶発振器に対しても低価格化、小型化の要求が高まっている。
【０００３】
以下、従来の圧電発振器について説明する。
従来の圧電発振器には、例えば特開２０００−６４３３３号公報で開示されたようなものがあり、図５（ａ）は従来の圧電発振器としての水晶発振器の縦断面図、図５（ｂ）は水晶振動子を省略した状態の平面図である。
従来の水晶発振器３１は、上面のランド３５上に発振回路及び温度補償回路を構成する複数の電子部品３３を実装すると共に底面に外部電極３４を備えた平板状のプリント配線基板３２と、該プリント配線基板３２の上面に固定した柱部材５０を介して所定のギャップを隔てて固定された水晶振動子４１と、を備えている。柱部材５０の下面をプリント配線基板３２の上面に形成した柱部材固定用パターン３６に電気的及び機械的に固定し、柱部材５０の上面を水晶振動子４１の底面電極と電気的及び機械的に固定する構造を有する。柱部材５０は上下面夫々に配設し且つ互いに導通する電極を備える四角柱若しくはその他の多角柱状のセラミックブロックや金属ボール若しくは表面に導電膜が覆う樹脂ボールである（同図においては金属ボールを用いている。）。
【０００４】
【特許文献】
特開２０００−６４３３３号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記水晶振動子４１と前記プリント配線基板３２とは平面外形が略一致するため、前記電子部品３３のそれぞれがもつ規格値のバラツキを補正し所望の出力周波数にあわせるための電子部品、例えばコンデンサ３７の交換、追加といった作業が極めて困難であった。
【０００６】
図６は従来の圧電発振器としてのその他の水晶発振器の縦断面図である。
そこで図６に示すように、前記水晶振動子の外形を前記プリント配線基板３２の外形より若干小さめのもの、即ち小型の水晶振動子４２を採用することでプリント配線基板３２に水晶振動子４２と重ならない電子部品実装スペースが確保でき、該実装スペースに前記コンデンサ３７を配置することにより該コンデンサ３７の交換、追加作業を可能とする方法が想定できる。しかし、小型の水晶振動子４２、換言すれば保持器内に気密封止した小型の水晶振動素子４３を用いることで該水晶振動素子４３の中心部に閉じ込めることができるエネルギー量が僅少となり、クリスタルインピーダンス（ＣＩ）が大きくなるため低い周波数、例えば外形寸法が３．２×２．５ｍｍの水晶振動子４２は１５ＭＨｚ以下で発振することが困難となる。また、等価定数が大きくなるため周波数感度が劣化する。発振周波数を分周する方法があるが、発振回路が複雑となり消費電流が大きくなるため移動体通信機器の小型化及び低消費電力化に対して不利であり現実的でない。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、小型で幅広い出力周波数に対応し、且つ、簡略な周波数調整作業の圧電発振器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係わる請求項１記載の発明は、上面に少なくとも発振回路を構成する電子部品を実装すると共に底面に外部電極を備えた平板状のプリント配線基板と、該プリント配線基板の平面外形が略一致する圧電振動子と、を備え、前記プリント配線基板の上面に固定した柱部材を介して所定のギャップを隔てて前記圧電振動子を固定した圧電発振器であって、前記柱部材の少なくとも１つが周波数調整用の電子部品であることを特徴とする。
【０００９】
また請求項２記載の発明は、請求項１において、前記周波数調整用の電子部品の表面電極をレーザによるトリミングで所望の周波数に調整することを特徴とする。
【００１０】
また請求項３記載の発明は、請求項１又は２において、前記柱部材が３個であることを特徴とする。
【００１１】
また請求項４記載の発明は、請求項３において、前記周波数調整用の電子部品が前記プリント配線基板の対向する２辺の一方の辺部に実装され残りの２個の柱部材が他方の辺部に実装されていることを特徴とする。
【００１２】
また請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれにおいて、前記プリント配線基板の一部を他の部分より掘り下げて薄肉部とし、該薄肉部の底面に前記周波数調整用の電子部品を実装するための導電パターンを配設したことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図示した本発明の実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
【００１４】
図１（ａ）は本発明実施形態の圧電発振器としての水晶発振器の縦断面図、図１（ｂ）は水晶振動子を省略した状態の平面図であって、図２は本発明実施形態に係わる水晶振動子の下面図である。
本発明実施形態の水晶発振器１は、上面のランド５上に発振回路及び温度補償回路を構成する複数の電子部品３を実装すると共に底面に外部電極４を備えた平板状のプリント配線基板２と、該プリント配線基板２の上面に固定した柱部材２０と周波数微調整用のレーザートリマブルコンデンサ（以下「調整用コンデンサ」と示す。）２１とを介して所定のギャップを隔てて固定された水晶振動子１１と、を備えている。
前記プリント配線基板２は、例えばセラミックから成り、上面に形成した前記ランド５と柱部材固定用パターン６（略円形状）と調整用コンデンサ固定用パターン６ｃ（略矩形状）と、底面に形成した外部電極４と、を備える。柱部材固定用パターン６及び調整用コンデンサ固定用パターン６ｃは各ランド５、外部電極４、シールド層（不図示）と所定の配線がなされている。
前記柱部材２０は前記電子部品３のうち最も背の高い電子部品より若干大きい、例えば直径０．１〜０．３ｍｍ程度の金属ボール若しくは表面に導電膜が覆う樹脂ボールである。
前記調整用コンデンサ２１は、ファンクショントリミング用コンデンサとして機能させるため、一主面にトリミング用の金属電極（以下「トリミング電極」と示す。）２２を備える。
前記水晶振動子１１は凹陥部を有したパッケージ本体１２ａ及び該凹陥部を気密封止するための金属蓋１２ｂとから成る略矩形状のパッケージと凹陥部内に支持された略矩形状の水晶振動素子１５とを有し、パッケージ本体１２ａの底面適所、例えば四隅に底面電極を設けている。図２に示すように、一方の対角に配置する底面電極１６ａ夫々は前記金属蓋１２ｂと電気的導通する接地電極であり形状は前記柱部材２０（球体）と接続するため円形状であり、他方の対角に配置する底面電極１６ｂ及び１６ｃは水晶振動素子１５に配設する励振電極（不図示）と電気的導通すると共に底面電極１６ｂの形状は前記柱部材２０（球体）と接続するため円形状であって底面電極１６ｃの形状は前記調整用コンデンサ２１の接続端子と接続するため略矩形状である。この底面電極１６ｃには前記トリミング電極２２が前記水晶発振器１の外周面側に露出するように前記調整用コンデンサ２１を載置すると共に、前記調整用コンデンサ２１の一方の接続端子２４を前記底面電極１６ｃに電気的及び機械的に固定し他方の接続端子２３を前記調整用コンデンサ固定用パターン６ｃに電気的及び機械的に固定する。また前記柱部材２０の下方を前記柱部材固定用パターン６に電気的及び機械的に固定し上方を底面電極１６ａ若しくは１６ｂに電気的及び機械的に固定する構造を有する。
【００１５】
前記柱部材２０及び前記調整用コンデンサ２１を前記プリント配線基板２上に固定する場合には、スクリーン印刷により前記柱部材固定用パターン６及び調整用コンデンサ固定用パターン６ｃ上に塗布したクリームハンダを用いたリフロー接続が可能である。即ち、このスクリーン印刷においては、ランド５に対するクリームハンダの塗布作業も同時に実施し、クリームハンダを塗布したランド５、柱部材固定用パターン６及び調整用コンデンサ固定用パターン６ｃ上に夫々電子部品３、柱部材２０及び調整用コンデンサ２１を載置した上で、リフロー炉内で同時に加熱を行い、その後冷却することにより、電子部品３、柱部材２０及び調整用コンデンサ２１を固定する。前記水晶振動子１１については、柱部材２０及び調整用コンデンサ２１をプリント配線基板２上に固定した後で、柱部材２０の上方及び前記接続端子２４上に導電性接着剤等を用いて水晶振動子１１の底面電極を固定してもよいし、接続端子２４及び柱部材２０の上方と底面電極との接続を電子部品３３等をリフロー接続する際に同時に実施してもよい。
前記水晶発振器１の周波数調整は、必要周波数を測定しながら設定値になるまで前記トリミング電極２２をレーザ光によりトリミング（レーザ光によりトリミング電極２２を削除する）し、該トリミング電極２２と調整用コンデンサ２１の内部電極との重なり面積を減少させることで所望の静電容量、即ち所望の出力周波数を得る。
【００１６】
前記実施形態によれば、前記プリント配線基板２への前記電子部品３、前記柱部材２０及び前記調整用コンデンサ２１の実装をバッチ処理にて実施することが可能である。即ち、大面積のプリント配線基板母材上に区画形成されたランド群、柱部材固定用パターン群及び調整用コンデンサ固定用パターン群に対してそれぞれスクリーン印刷によってクリームハンダを塗布した後で、各ランド５、各柱部材固定用パターン６及び調整用コンデンサ固定用パターン６ｃ上に夫々電子部品３、柱部材２０及び調整用コンデンサ２１を載置し、その後一括してリフロー炉内にて加熱することにより接続を完了することができる。このため、水晶発振器の生産性を高めることができる。しかも、水晶振動子１１はプリント配線基板２の上面との間に所定のギャップを隔てて平行に配置されるので、水晶発振器１の小型化することができる。また、調整用コンデンサ２１を前記ギャップを構成する柱部材として併用することでプリント配線基板２の上面の面積中、電子部品の実装に利用できる有効面積を拡大することができる。
【００１７】
図３は本発明実施形態に係わる調整用コンデンサのその他の固定方法を示す縦断面図である。
前記調整用コンデンサ２１の容量値、即ち周波数調整量によっては、調整用コンデンサ２１の容積、特に柱部材として前記ギャップを構成する全長寸法が前記柱部材２０の高さ（直径）より高い（長い）場合がある。ギャップ高さを一定にする方法として、前記プリント配線基板２上面の前記調整用コンデンサ固定用パターン６ｃに対応する位置の絶縁層に（柱部材としては不要な調整用コンデンサ全長の）余剰長さと略一致する深さを有する切り欠き若しくは凹陥を形成して薄肉部とし、該薄肉部の内底面に調整用コンデンサ固定用パターン６ｄを配設し該調整用コンデンサ固定用パターン６ｄと前記接続端子２３とを電気的及び機械的に固定することで前記水晶振動子はプリント配線基板の上面との間に所定のギャップを隔てて平行に配置することが可能となる。
【００１８】
図４はその他の本発明実施形態の圧電発振器としての水晶発振器の水晶振動子を省略した状態の平面図である。
前記水晶発振器１では、前記プリント配線基板２と水晶振動子１１との電気的及び機械的な接続に３個の前記柱部材２０及び１個の前記調整用コンデンサ２１の４ヶ所接続しているが、水晶発振器として機能するために必要な電気的な接続は水晶振動素子１５（に配設する２つの励振電極）と発振回路とを接続する２系統であり、望ましくはシールド効果を発揮させるために前記接地電極１６ａ（前記金属蓋１２ｂ）と前記シールド層とを接続する系統とを併せた３系統である。そこで図４に示すように、水晶振動子（不図示）をプリント配線基板５２の上面との間に所定のギャップを隔てて平行に配置すると共に前述する３系統の電気的な接続を実現するため、プリント配線基板５２の一方の短辺隅部夫々に配設する柱部材固定用パターン５６（略円形状）に柱部材２０を固定し他方の短辺略中央に配設する１個の調整用コンデンサ固定用パターン５６ｃに調整用コンデンサ２１を固定し、該柱部材２０及び該調整用コンデンサ２１に相対する水晶振動子の底面の位置に外部電極を配設すると共に、はんだ等により柱部材２０と調整用コンデンサ２１とに固定する。
【００１９】
発振回路および温度補償回路を構成する回路素子はＩＣチップのみならず、発振回路および温度補償回路を構成するディスクリート部品と、温度補償回路の補償量や発振周波数を微調整するためのコンデンサ等の電子部品であっても構わない。
前記凹陥部４、２４夫々には前記ＩＣチップの他に該ＩＣチップに供給される電源電圧に重畳される高周波ノイズを除去するためのコンデンサ等を収容しても構わない。
【００２０】
前述する本発明実施例である水晶発振器のほかに、発振回路および温度補償回路を構成する電子部品に供給される電源電圧に重畳される高周波ノイズを除去するためのコンデンサ等を備える水晶発振器であっても構わない。また、周波数微調整用としてレーザートリマブルコンデンサのほかにレーザートリマブル抵抗であっても構わない。
【００２１】
本発明に係るプリント配線基板は、セラミック配線基板及びガラスエポキシ、シリコン等の樹脂基板など絶縁層に用いられる材料は問わない。
【００２２】
ＴＣＸＯを用いて本発明を説明したが、ＳＰＸＯ、ＶＣ−ＴＣＸＯ、ＶＣＸＯ、ＯＣＸＯ、ＳＡＷ発振器等のデバイスに適用できることは云うまでもない。
【００２３】
水晶発振器とこれを構成する水晶振動子（水晶振動素子）を用いて本発明を説明したが、水晶振動素子はＡＴカット、ＢＴカット、ＣＴカット、ＤＴカット、ＳＣカット、ＧＴカット等のカットアングルに適用できることは云うまでもない。また基本波若しくはオーバートーンの水晶振動子であっても構わない。さらに、水晶だけでなくランガサイト、四方酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料に適用できることは云うまでもない。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、小型で幅広い出力周波数に対応し且つ量産性を高めた圧電発振器が得られるという効果を有する。
【００２５】
請求項２記載の発明によれば、簡略な周波数調整作業の圧電発振器が得られるという効果を有する。
【００２６】
請求項３記載の発明によれば、部材（柱部材）数を削減し低コストの圧電発振器が得られるという効果を有する。
【００２７】
請求項４記載の発明によれば、最小限の部材（柱部材）を略三角になるように配置することで一定のギャップを得、圧電振動子を水平に配設することが可能になるという効果を有する。
【００２８】
請求項５記載の発明によれば、既成のレーザートリマブル部品を使用することができ低コストの圧電発振器が得られるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態としての水晶発振器の構成図。
（ａ）縦断面図。
（ｂ）水晶振動子を省略した状態の平面図。
【図２】本発明実施形態に係わる水晶振動子の下面図。
【図３】調整用コンデンサのその他の固定方法を示す縦断面図である。
【図４】その他の本発明実施形態としての水晶発振器の構成図。
【図５】従来の水晶発振器の構成図。
（ａ）縦断面図。
（ｂ）水晶振動子を省略した状態の平面図
【図６】従来のその他の水晶発振器の縦断面構成図。
【符号の説明】
１…水晶発振器    ２…プリント配線基板    ３…電子部品    ４…外部電極
５…ランド    ６、６ｃ、６ｄ…パターン    １１…水晶振動子
１２ａ…パッケージ本体    １２ｂ…金属蓋
１５…水晶振動素子    １６ａ、１６ｂ、１６ｃ…底面電極    ２０…柱部材
２１…調整用コンデンサ    ２２…トリミング電極    ２３、２４…接続端子
３１…水晶発振器    ３２…プリント配線基板    ３３…電子部品
３４…外部電極    ３５…ランド    ３６パターン    ３７…コンデンサ
４１、４２…水晶振動子    ４３…水晶振動素子    ５０…柱部材
５２…プリント配線基板    ５６…柱部材固定用パターン
５６ｃ…調整用コンデンサ固定用パターン    ６０…柱部材
６１…調整用コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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