(57)【要約】【課題】目的は、他の部品や金属板等の影響をなくし、安定した周波数を発振する圧電発振器を提供することにある。【解決手段】配線基板上に、圧電振動子と、発振回路と、調整回路と、温度補償回路と、容器とを配設してなる圧電発振器において、前記容器の上面及び下面にキャビティ部を形成するとともに、該キャビティ部のうち、上面側キャビティ部に前記圧電振動子を収容して開口部をグランド電位に接続される金属蓋体で封止し、下面側キャビティ部に前記温度補償回路を収容して開口端を配線基板の上面に当接させ、前記容器の外側に位置する配線基板の上面に前記調整回路及び前記発振回路を配置させる。【選択図】図１
2004235905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板上に、圧電振動子と、該圧電振動子の振動に基づいて発振信号を発生させる発振回路と、前記発振信号の周波数を調整するための調整回路と、前記発振信号の周波数を温度変化に応じて補正する温度補償回路と、内部に前記圧電振動子を収容する容器とを配設してなる圧電発振器において、
前記容器は、その外形が前記配線基板よりも小さく形成されるとともに、上面及び下面に開口する一対のキャビティ部を有しており、該キャビティ部のうち、容器の上面に開口する一方のキャビティ部に前記圧電振動子を収容して開口部をグランド電位に接続される金属蓋体で封止し、容器の下面に開口する他方のキャビティ部に前記温度補償回路を収容して開口部を前記配線基板の上面に当接させ、更に前記容器の外側に位置する配線基板の上面に前記調整回路及び前記発振回路を配置させたことを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
前記容器は、一対のキャビティ部を隔てる隔壁部と、他方のキャビティ部を囲繞する側壁部とが電気絶縁性材料により形成さ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。
【請求項３】
前記金属蓋体が、前記容器の側面に被着されるグランド配線パターンを介してグランド電位に接続されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電発振器。
【請求項４】
前記グランド配線パターンの前記容器の側面に対する被着面積が、容器側面の全面積に対し３０％以上を占めていることを特徴とする請求項３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、携帯用通信機器等の電子機器に用いられる圧電発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、携帯用通信機器等の電子機器に圧電発振器が用いられている。
かかる従来の圧電発振器としては、例えば図４に示す如く、配線基板５０上に、水晶振動子等の圧電振動子５３と、その振動に基づいて発振信号を発生させる発振回路と、発振信号の周波数を調整するための調整回路と、発振信号の周波数を温度変化に応じて補正する温度補償回路５４とを搭載した構造のものが知られており（例えば、特許文献１参照。）、全体構造の小型化等のためにシールドケースを取付けることなく電子機器の内部に組み込まれる。
【０００３】
また、上述した従来の圧電発振器においては、圧電振動子５３を大気と遮断するためにセラミック等から成る容器５１の内部に収容した上、その開口部を金属蓋体５２等で気密封止するのが一般的であり、その場合、圧電振動子５３は容器５１に収容された状態のまま配線基板５０上に取着・搭載され、それ以外の回路要素、即ち、発振回路や調整回路，温度補償回路５４等については全て容器５１の外側の領域に表面を露出させた状態のまま配置させるようにしていた。
【０００４】
尚、上述した従来の圧電発振器においては、その使用時、前記金属蓋体５２をグランド電位に接続しておくことにより、その下方に配される圧電振動子５３が外部からの電気的影響を受けにくくしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２―２７１１３９号公報（図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような圧電発振器を電子機器の内部に組み込んだ際、圧電発振器の近傍には他の電子部品や接地された電子機器の筐体等が配置されることとなる。
【０００７】
しかしながら、上述した従来の圧電発振器は、回路要素の搭載面にシールドケース等を取り付けることなく、圧電振動子５３以外の全ての回路要素を露出させた状態のまま電子機器に組み込まれるようになっていることから、これらの回路要素と電子機器の内部に組み込まれる他の電子部品や筐体との間で浮遊容量を発生することがある。特に圧電発振器の発振特性に大きな影響をもつ温度補償回路５４との間に浮遊容量が発生した場合には、圧電発振器の発振周波数が大きく変動してしまい、圧電発振器の電気的特性が極めて不安定なものとなる欠点を有していた。
【０００８】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、電気的特性を安定化させることが可能な小型の圧電発振器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧電発振器は、配線基板上に、圧電振動子と、該圧電振動子の振動に基づいて発振信号を発生させる発振回路と、前記発振信号の周波数を調整するための調整回路と、前記発振信号の周波数を温度変化に応じて補正する温度補償回路と、内部に前記圧電振動子を収容する容器とを配設してなる圧電発振器において、前記容器は、その外形が前記配線基板よりも小さく形成されるとともに、上面及び下面に開口する一対のキャビティ部を有しており、該キャビティ部のうち、容器の上面に開口する一方のキャビティ部に前記圧電振動子を収容して開口部をグランド電位に接続される金属蓋体で封止し、容器の下面に開口する他方のキャビティ部に前記温度補償回路を収容して開口端を前記配線基板の上面に当接させ、更に前記容器の外側に位置する配線基板の上面に前記調整回路及び前記発振回路を配置させたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の圧電発振器は、前記容器は、一対のキャビティ部を隔てる隔壁部と、他方のキャビティ部を囲繞する側壁部とが電気絶縁性材料により形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
更に、本発明の圧電発振器は、前記金属蓋体が、前記容器の側面に被着されるグランド配線パターンを介してグランド電位に接続されることを特徴とするものである。
【００１２】
また更に、本発明の圧電発振器は、前記グランド配線パターンの前記容器の側面に対する被着面積が、容器側面の全面積に対し３０％以上を占めていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の圧電発振器によれば、配線基板上に配置される容器の上面及び下面に一対のキャビティ部を形成し、該キャビティ部のうち、容器の上面に開口する一方のキャビティ部に圧電振動子を収容して開口部をグランド電位に接続される金属蓋体で封止するとともに、容器の下面に開口する他方のキャビティ部に温度補償回路を収容して開口端を配線基板の上面に当接させるようにしたことから、かかる圧電発振器を電子機器の内部に組み込んだ際、圧電発振器の近傍に他の電子部品や接地された電子機器の筐体等が配置されたとしても、圧電振動子や温度補償回路との間に大きな浮遊容量が発生することはなく、圧電発振器の発振周波数は常に一定に保たれることとなり、圧電発振器の電気的特性を安定化させることができるようになる。
【００１４】
また、本発明の圧電発振器によれば、調整回路及び発振回路は容器の外側に位置する配線基板上に配置させてあり、調整回路及び発振回路は露出した状態となっていることから、圧電発振器が組み込まれる電子機器の電気的特性等に応じてこれらの部品の取り替えを行うような場合であっても、その作業性は良好であり、より精密な周波数精度にも容易に対応することができる。
【００１５】
更に、本発明の圧電発振器によれば、金属蓋体を容器側面に被着されるグランド配線パターンを介してグランド電位に接続させるとともに、該グランド配線パターンの容器側面に対する被着面積を容器側面の全面積に対し３０％以上を占めるように設定しておくことにより、他方のキャビティ内に収容されている温度補償回路を外部からの不要な電気的作用からより確実に保護することができるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る圧電発振器の断面図、図２は図１の圧電発振器の側面図、図３は図１の圧電発振器の電気的構成を示すブロック図であり、図中の１０は配線基板、１１は圧電振動子としての水晶振動子、１３は容器、１４は金属蓋体、１５は温度補償回路、１６は発振回路、１７は調整回路である。
【００１７】
同図に示す圧電発振器は、配線基板１０上に水晶振動子１１及び温度補償回路１５を内部に収容する容器１３を取着させるとともに、該容器１３の外側に位置する配線基板１０の上面に発振回路１６及び調整回路１７を配設した構造を有している。
【００１８】
前記配線基板１０は、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の有機材料、セラミック等の無機材料、或いは、有機材料と無機材料との複合材料等により形成されており、その内部や表面には銅等の導電材料から成る配線パターンが設けられている。
【００１９】
前記配線基板１０は、その上面で、水晶振動子１１を収容する容器１３や温度補償回路１５，発振回路１６，調整回路１７等を支持するための支持母材として機能するものであり、その表面に設けられている配線パターンを上述した各回路要素に対し電気的に接続させている。
【００２０】
このような配線基板１０は、例えば、エポキシ樹脂等から成るフィルムの表面に銅等から成る金属箔を貼着して従来周知のフォトエッチング法等によってパターニングし、これを厚み方向に複数枚積層して一体化することにより製作される。
【００２１】
また、前記配線基板１０上に配設される容器１３は、その外形が配線基板１０よりも小さく形成されており、該容器１３の内部には、容器１３の上面及び下面に開口する一対のキャビティ部を有している。
【００２２】
前記容器１３は、厚み方向の中央付近に両キャビティ部を隔てるための隔壁を有しており、その上面に開口する一方のキャビティ部に水晶振動子１１が、容器１３の下面に開口する他方のキャビティ部に温度補償回路１５がそれぞれ収容される。
【００２３】
前記容器１３は、少なくとも前記隔壁と他方のキャビティ部を囲繞する側壁とがガラス−セラミック等の電気絶縁性材料によって形成されており、この部分の内部や表面等には、水晶振動子１１と温度補償回路１５との電気的接続や水晶振動子１１と発振回路１６との電気的接続を行うための配線導体やビアホール導体等が設けられている。
【００２４】
尚、前記容器１３は、ガラス−セラミック等のセラミック材料から成る場合、セラミックグリーンシートの上下両側に所定形状に孔明けしたセラミックグリーンシートを積層し、これをプレス成形した後、高温で焼成することによって製作される。
【００２５】
また、前記容器１３の一方のキャビティ部に収容される水晶振動子１１は、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の励振電極を被着・形成してなり、その励振電極を導電性接着剤１２を介して容器１３の配線導体に電気的・機械的に接続させることによって容器１３の一方のキャビティ部内に搭載され、外部からの電圧印加に伴なって所定の周波数ですべり振動を起こし、クロック信号等の基準信号を発生するための振動子として機能する。
【００２６】
更に、前記水晶振動子１１の上方、具体的には、容器１３の上面には、一方のキャビティ部の開口部を塞ぐための金属蓋体１４が載置されており、この金属蓋体１４を図示しないシールリング等を介して容器１３の上面に抵抗溶接等によって接合することにより水晶振動子１１が収容される空間が気密封止される。
【００２７】
前記金属蓋体１４は、その使用時、容器１３の内部等に配される配線導体や容器の外側面に被着されるグランド配線パターン１８等を介してグランド電位に接続されるようになっており、これによって水晶振動子１１や後述する温度補償回路１５を外部からの不要な電気的作用より保護するようになっている。
【００２８】
尚、前記金属蓋体１４は、例えば４２アロイやコバール，リン青銅等の金属を従来周知の金属加工法にて所定形状に外形加工して成り、金属蓋体１４を抵抗溶接によって容器１３に接合する場合は、その表面にＮｉメッキ層やＡｕメッキ層等が被着・形成される。
【００２９】
一方、前記容器１３の一方のキャビティ部に収容される温度補償回路１５は、サーミスタや抵抗，コンデンサ等によって構成されており、発振信号の周波数を温度変化に応じて補正する作用、即ち、３次の曲線で示される水晶振動子固有の温度周波数特性を、周囲温度に対する周波数変動が小さくなるように温度に応じてインピーダンス調整し、その電流値を変化させることによって発振周波数を補正する作用を為す。
【００３０】
前記温度補償回路１５は、具体的には、高温側温度補償回路１５ａと低温側温度補償回路１５ｂとで構成され、水晶振動子１１の一端側に、例えば、低温側温度補償回路１５ｂ、高温側温度補償回路１５ａの順で電気的に接続される。
【００３１】
前記温度補償回路１５は、容器１３の他方のキャビティ部内、具体的には、他方のキャビティ部の側壁で囲まれた領域内に位置する配線基板１０の上面に搭載されており、他方のキャビティ部を囲繞する側壁の下端を配線基板１０の上面に当接させることによって温度補償回路１５を他方のキャビティ部内に収容させている。
【００３２】
このように、配線基板１０上に配置される容器１３の上面及び下面に一対のキャビティ部を形成し、該キャビティ部のうち、容器１３の上面に開口する一方のキャビティ部に水晶振動子１１を収容して開口部をグランド電位に接続される金属蓋体１４で封止するとともに、容器１３の下面に開口する他方のキャビティ部に温度補償回路１５を収容して開口端を配線基板１０の上面に当接させるようにしたことから、かかる圧電発振器を電子機器の内部に組み込んだ際、圧電発振器の近傍に他の電子部品や接地された電子機器の筐体等が配置されたとしても、水晶振動子１１や温度補償回路１５との間に大きな浮遊容量が発生することはなく、圧電発振器の発振周波数は常に一定に保たれる。これにより、圧電発振器の発振周波数を安定させることが可能となる。
【００３３】
またここで、前記金属蓋体１４とグランド電位とを接続するグランド配線パターン１８を容器１３の側面全体にわたって被着・形成しておくようにすれば、他方のキャビティ内に収容されている温度補償回路１５を外部からの不要な電気的作用からより確実に保護することができるようになる。このような容器側面のグランド配線パターン１８は、容器側面の全面積に対し３０％以上、より好ましくは７０％〜９０％を占めるように被着させておくのが好ましく、例えば、個々のグランド配線パターン１８の線幅を５０μｍ〜１００μｍとする場合は、１００本／ｍｍ〜２００本／ｍｍの密度で容器側面の厚み方向に縦縞のストライプ状をなすようにパターン形成する。
【００３４】
そして、前記配線基板１０の上面に配設される発振回路１６は、その内部に発振トランジスタや増幅トランジスタ等を有し、先に述べた水晶振動子１１の他端側に電気的に接続された上、水晶振動子１１の振動に基づいて発振信号を発生させる作用を為す。
【００３５】
また一方、前記発振回路１６と共に配線基板１０上に併設される調整回路１７は、可変容量ダイオードやコンデンサ等によって構成されており、上述した温度補償回路１５に電気的に接続され、圧電発振器が組み込まれる電子機器の特性に応じて発振信号の周波数を調整する作用を為す。
【００３６】
この２つの回路１６，１７は、いずれも容器１３の外側に位置する配線基板１０の上面に搭載されており、これらの表面は露出した状態となっていることから、圧電発振器が組み込まれる電子機器の電気的特性等に応じてこれらの部品の取り替えを行う場合や全ての部品を搭載した後で周波数調整を行うような場合であっても、その作業性は良好であり、より精密な周波数精度にも容易に対応することができる。
【００３７】
尚、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。
【００３８】
例えば、上述した実施形態においては、圧電振動子として水晶振動子を用いるようにしたが、これに代えて、ＳＡＷフィルタ等の他の圧電振動子を用いる場合であっても本発明は適用可能である。
【００３９】
また、上述した実施形態においては、水晶振動子１１の一端側に、低温側温度補償回路１５ｂ、高温側温度補償回路１５ａ、調整回路１７の順で接続するようにしたが、それ以外の順序、例えば、水晶振動子１１の一端側に、高温側温度補償回路１５ａ、低温側温度補償回路１５ｂ、調整回路１７の順で接続したり、或いは、調整回路１７、低温側温度補償回路１５ｂ、高温側温度補償回路１５ａの順で接続するようにしても構わない。
【００４０】
更に、上述した実施形態においては、金属蓋体１４をシールリングを介して容器１３に接合するようにしたが、これに代えて、容器１３の上面に接合用の導体パターンを形成しておき、この導体パターンに対して金属蓋体１４をダイレクトに溶接するようにしても構わない。
【００４１】
また更に、上述の実施形態においては配線基板１０の配線パターンをフォトエッチング技術による金属箔のパターニングにより形成するようにしたが、これに代えて、配線基板１０の配線パターンを導電ペーストの印刷やメッキ等によってパターン形成するようにしても構わない。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の圧電発振器によれば、配線基板上に配置される容器の上面及び下面に一対のキャビティ部を形成し、該キャビティ部のうち、容器の上面に開口する一方のキャビティ部に圧電振動子を収容して開口部をグランド電位に接続される金属蓋体で封止するとともに、容器の下面に開口する他方のキャビティ部に温度補償回路を収容して開口端を配線基板の上面に当接させるようにしたことから、かかる圧電発振器を電子機器の内部に組み込んだ際、圧電発振器の近傍に他の電子部品や接地された電子機器の筐体等が配置されたとしても、圧電振動子や温度補償回路との間に大きな浮遊容量が発生することはなく、圧電発振器の発振周波数は常に一定に保たれることとなり、圧電発振器の電気的特性を安定化させることができるようになる。
【００４３】
また、本発明の圧電発振器によれば、調整回路及び発振回路は容器の外側に位置する配線基板上に配置させてあり、調整回路及び発振回路は露出した状態となっていることから、圧電発振器が組み込まれる電子機器の電気的特性等に応じてこれらの部品の取り替えを行うような場合であっても、その作業性は良好であり、より精密な周波数精度にも容易に対応することができる。
【００４４】
更に、本発明の圧電発振器によれば、金属蓋体を容器側面に被着されるグランド配線パターンを介してグランド電位に接続させるとともに、該グランド配線パターンの容器側面に対する被着面積を容器側面の全面積に対し３０％以上を占めるように設定しておくことにより、他方のキャビティ内に収容されている温度補償回路を外部からの不要な電気的作用からより確実に保護することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧電発振器の断面図である。
【図２】図１の圧電発振器の側面図である。
【図３】図１の圧電発振器の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】従来の圧電発振器の断面図である。
【符号の説明】
１０・・・配線基板
１１・・・圧電振動子（水晶振動子）
１２・・・導電性接着材
１３・・・容器
１４・・・金属蓋体
１５・・・温度補償回路
１５ａ・・・高温側温度補償回路
１５ｂ・・・低温側温度補償回路
１６・・・発振回路
１７・・・調整回路
１８・・・グランド配線パターン
【図１】
2004235905.tif 000003
【図２】
2004235905.tif 000004
【図３】
2004235905.tif 000005
【図４】
2004235905.tif 000006