(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に対して平面外形が大きい圧電振動子と、を備え、前記プリント配線基板の上面に固定した複数の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、前記圧電振動子の底面に前記プリント配線基板と重ならないスペースを確保し該スペースに前記電子部品の一部を実装する。【選択図】      図１
2004350247.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に対して平面外形が大きい圧電振動子と、
を備え、
前記プリント配線基板の上面に固定した複数の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、
前記圧電振動子の底面に前記プリント配線基板と重ならないスペースを確保し該スペースに前記電子部品の一部を実装したことを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
前記電子部品の一部が周波数調整用の電子部品であ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】
前記周波数調整用の電子部品がレーザートリマブルチップ部品であることを特徴とする請求項２に記載の圧電発振器。
【請求項４】
前記柱部材が３個であることを特徴とする請求項１乃至３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、特にワンチップＩＣタイプ圧電発振器とディスクリート型圧電発振器とについて説明する。
【０００４】
従来のワンチップＩＣタイプ圧電発振器には、例えば特開２００１−１２７５５１号公報で開示されたようなものがあり、図４はその構成を示す縦断面図である。発振回路および温度補償回路を構成する半導体部品（ＩＣチップ）５１と、該半導体部品５１を収容するための凹陥部５２を上面に有するプリント配線基板（セラミックパッケージ）５３と、前記半導体部品５１を収容した前記凹陥部５２の開口を覆うように前記プリント配線基板５３の上面に実装される圧電振動子（水晶振動子）５４と、を備え、前記半導体部品５１を前記凹陥部５２に収容すると共に、前記圧電振動子５４によって凹陥部５２を覆い閉止する構造を有する圧電発振器であって、前記圧電振動子５４は発振周波数の可変幅の確保やＣＩ値の増大を妨げるためにある程度の大きさの平面外形を確保する必要があるのに対し、前記半導体部品５１は遥かに外形寸法が小さいため該半導体部品５１が収納できるに足りる充分なパッケージ寸法まで小さくし小型化と低容積化を実現するために、前記プリント配線基板５３の方が外形寸法を小さくしたことを特徴とする圧電発振器である。
【０００５】
従来のディスクリート型圧電発振器には、例えば特開２００２−６４３３３号公報で開示されたようなものがあり、図５はその構成を示す縦断面図である。平板状のプリント配線基板６１の上面に発振回路及び温度補償回路を構成するコンデンサ、抵抗、集積回路などの電子部品６２を実装すると共に、該プリント配線基板６１の上面に固定した柱部材６３を介して所定のギャップを隔てて圧電振動子（水晶振動子）６４を固定し発振器を構成している。このディスクリート型水晶発振器も前記電子部品６１の小型化と該電子部品６１の高密度実装技術の確立及び前記プリント配線基板６１の配線パターンのファインピッチ化により、電子部品６１が実装できるに足りる充分な実装面積まで小さく、即ち前記プリント配線基板６１の方を平面外形を小さくすることで小型化と低容積化を実現することは可能である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１２７５５１号公報。
【特許文献２】
特開２００２−６４３３３号公報。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のワンチップＩＣタイプ水晶発振器の周波数調整は、前記プリント配線基板５３の側面に配設した側面電極（不図示）から前記半導体部品５１のメモリー部に温度補償データ等を入力することで完了する。しかしながら、従来のディスクリート型水晶発振器の周波数調整は、前記電子部品６２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コンデンサ、抵抗といった調整用の電子部品６７の交換、追加で対応するが、前記プリント配線基板６１は前記水晶振動子６４の平面外形より小さくすることで電子部品６７の交換、追加といった作業が極めて困難となる。
【０００８】
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、且つ、可変幅の広い出力周波数に対応する圧電発振器を提供することを目的とする。
【０００９】
【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に対して平面外形が大きい圧電振動子と、を備え、前記プリント配線基板の上面に固定した複数の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、前記圧電振動子の底面に前記プリント配線基板と重ならないスペースを確保し該スペースに前記電子部品の一部を実装したことを特徴とする。
【００１０】
また請求項２記載の発明は、請求項１において、前記電子部品の一部が周波数調整用の電子部品であることを特徴とする。
【００１１】
また請求項３記載の発明は、請求項２において、前記周波数調整用の電子部品がレーザートリマブルチップ部品であることを特徴とする。
【００１２】
また請求項３記載の発明は、請求項１乃至３のいずれにおいて、前記柱部材が３個であることを特徴とする。
【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及び１６ｂに電気的及び機械的に固定する構造を有する。水晶振動子１１がプリント配線基板２の平面外形より若干大きいことから該水晶振動子１１の底面にプリント配線基板２と重ならないスペースが確保でき、該スペースに前記電子部品の一部、特に周波数調整用の電子部品（コンデンサ）２１を実装している。
前記柱部材２０は前記電子部品３及び前記コンデンサ２１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。
前記プリント配線基板２は、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、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の底面適所に４つの底面電極１６ａ、１６ｂ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、他方の対角に配置する底面電極１６ｂ夫々は水晶振動素子１５に配設する励振電極（不図示）と電気的導通する接続電極であると共に、該底面電極１６ａ及び１６ｂは柱部材２０（球体）と接続するため円形状である。また一方の短辺部近傍に前記コンデンサ２１を実装するためのパッド電極１７が形成され該パッド１７から延出するリード電極を介して底面電極１６ｂにそれぞれ電気的導通している。
【００１５】
前記柱部材２０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及び柱部材固定用パターン６上に夫々電子部品３及び柱部材２０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及び柱部材２０を固定する。前記水晶振動子１１については、柱部材２０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、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。
【００１６】
前記水晶発振器１の周波数調整は、必要周波数を測定した結果に基づいて、所定温度における水晶振動子の発振周波数が基準周波数から変位量を、予め用意した数種類の容量の異なる前記コンデンサ２１から所望の静電容量を有するものを選択し前記パッド電極１７に実装することで周波数調整、即ち所望の出力周波数を得る。前記調整用コンデンサ２１に一主面にトリミング用の金属電極を備えるレーザートリマブルコンデンサを採用しても構わない。前記金属電極を下方に向けて前記パッド電極１７に実装すると共に、必要周波数を測定しながら設定値になるまで前記金属電極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、該金属電極とレーザートリマブルコンデンサ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。
【００１７】
図３（ａ）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、図３（ｂ）はその他の実施例に係わる水晶振動子の下面図である。
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４個の前記柱部材２０を用いて接続しているが、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３（ａ）に示すように、水晶振動子（不図示）をプリント配線基板３２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３２の一方の短辺略中央及び他方の短辺寄りに配設した前記柱部材固定用パターン６（略円形状）夫々に柱部材２０を固定し、該柱部材２０に相対する水晶振動子の底面の位置、例えば図３（ｂ）に示すように、一方の短辺側略中央に底面電極４６ｂを配設し他方の短辺側に形成した前記パッド電極１７と平行に底面電極４６ａ及び４６ｃを配設すると共に、はんだ等により柱部材２０に固定する。前記底面電極４６ａは前記金属蓋１２ｂと電気的導通する接地電極で底面電極４６ｂ及び４６ｃは水晶振動素子に配設する励振電極（不図示）と電気的導通する接続電極である。底面電極４６ａ乃至４６ｃは柱部材２０（球体）と接続するため円形状であって、底面電極４６ｂ及び４６ｃは前記パッド電極１７から延出するリード電極を介してパッド電極１７にそれぞれ電気的導通している。
【００１８】
前記底面電極１６ａ及び１６ｂは互いに対角配置した実施例で説明したが、例えば底面電極１６ｂを前記パッド電極１７と平行に且つ底面電極１６ａは反対側の短辺部に配置しても構わない。また前記底面電極４６ａ及び４６ｂの位置を互いに入れ替えても構わない。
【００１９】
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コンデンサ、レーザートリマブルコンデンサのほかにチップ抵抗、レーザートリマブル抵抗であっても構わない。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、小型で、且つ、可変幅の広い出力周波数に対応する圧電発振器が得られるという効果を有する。
【００２４】
請求項２記載の発明によれば、周波数調整用の電子部品の交換若しくは追加作業、即ち周波数調整作業の作業性が向上した圧電発振器が得られるという効果を有する。
【００２５】
請求項３記載の発明によれば、レーザートリマブルチップ部品を使用することで簡略な周波数調整作業、即ち低コストの圧電発振器が得られるという効果を有する。
【００２６】
請求項４記載の発明によれば、部材（柱部材）数を削減し低コストすると共に、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。
【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縦断面図。
【図２】本発明実施形態に係わる水晶振動子の下面図。
【図３】その他の本発明実施形態としての水晶発振器の構成図。
（ａ）水晶振動子を省略した状態の平面図。
（ｂ）水晶振動子の下面図。
【図４】従来のワンチップＩＣタイプ水晶発振器の縦断面構成図。
【図５】従来のディスクリート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…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…底面電極    ２０…柱部材
２１…コンデンサ
３２…プリント配線基板    ４６ａ、４６ｂ、４６ｃ…底面電極
５１…半導体部品（ＩＣチップ）    ５２…凹陥部
５３…プリント配線基板（セラミックパッケージ）
５４…圧電振動子（水晶振動子）
６１…プリント配線基板    ６２…電子部品    ６３…柱部材
６４…水晶振動子
【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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