(57)【要約】【課題】配線パターンの自由度をもたせるための底面電極の形状及び配置を備える圧電振動子とこれを用いた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、前記圧電振動子のアース電極の幅寸法が圧電振動子本体の幅寸法と略一致する。【選択図】      図２
2004363839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両主面に励振電極を有する圧電振動素子と、
上面に前記圧電振動素子を収容する凹陥部を備えると共に下面に底面電極を備えるパッケージ本体と、
前記凹陥部を封止する平板状の金属蓋と、を備え、
前記凹陥部の内底面に前記圧電振動素子を一方端部で片持ち支持すると共に電気的な接続をした上で前記金属蓋により該凹陥部を気密封止する構造を有する圧電振動子であって、
前記底面電極のうちアース電極の幅寸法が前記パッケージ本体の幅寸法と略一致することを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
前記アース電極の表面が複数個に分割すると共に該アース電極のそれぞれが一定間隔で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
【請求項３】
複数個に分割された前記アース電極が前記パッケージ本体の幅方向に少なくとも１列に配設していることを特徴とする請求項２に記載の圧電振動子。
【請求項４】
複数個に分割された前記アース電極のそれぞれの形状が略円形であることを特徴とする請求項３に記載の圧電振動子。
【請求項５】
下面に外部電極を備えた平板状のプリント配線基板の上面に発振回路および温度補償回路を構成する電子部品を実装し、該プリント配線基板の上面に柱部材を導通固定すると共に請求項１乃至４のいずれかに記載の前記圧電振動子の底面電極と前記柱部材とを導通固定したことを特徴とする圧電発振器。
【請求項６】
前記柱部材が少なくとも３個であることを特徴とする請求項５に記載の圧電発振器。
【請求項７】
前記アース電極と接続する前記柱部材の位置が前記プリント配線基板の辺部に沿って少なくとも１個配設してあることを特徴とする請求項５又は６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、プリント配線基板の配線パターンの自由度を高くするために外部電極の形状及び配置を改良した圧電振動子とこれを用いた圧電発振器に関する。
【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圧電振動子や位相雑音特性及び短期安定度特性に優れたディスクリート型圧電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】
従来の圧電発振器として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はその構成を示す側面図である。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（ディスクリート部品）６２を実装すると共に、該プリント配線基板６１の上面に形成した柱部材固定用パターン６６に電気的及び機械的に固定した柱部材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の底面に配設した底面電極６５を電気的及び機械的に固定し発振器を構成している。
【０００４】
【特許文献】
特開２００２−６４３３３号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のディスクリート型圧電発振器は、ワンチップＩＣ（発振回路と間接型温度補償回路等を集積化したＩＣ）タイプ圧電発振器に比べ、温度補償回路が簡素化されているため位相雑音特性に優れるが、前記電子部品６２のそれぞれの規格値、精度、小型化（小面積化）に最適な実装位置等は全て（該ディスクリート型圧電発振器の）組立てメーカーのノウハウに依存する。しかし、低コスト化のために市販の、一般的には底面の四隅に略矩形状の底面電極を配設した、圧電振動子を採用することで、前記プリント配線基板６１の上面、特に前記柱部材固定用パターン６６を含む配線パターン設計の自由度が制限されてしまい前述する小型化（小面積化）に最適な実装位置を確保する、つまりノウハウを有効に活用することが極めて困難であった。対して圧電振動子製造メーカーは、前記組立てメーカーからの多様な前記底面電極６５の配置に関する仕様に対応した場合、前記圧電振動子６４の構成部品であるセラミックパッケージを多品種（底面電極の位置のみが異なる。）用意しなければならず圧電振動子６４のコストアップに繋がっていた。
【０００６】
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、配線パターンの自由度をもたせるための底面電極の形状及び配置を備える圧電振動子とこれを用いた圧電発振器を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、両主面に励振電極を有する圧電振動素子と、上面に前記圧電振動素子を収容する凹陥部を備えると共に下面に底面電極を備えるパッケージ本体と、前記凹陥部を封止する平板状の金属蓋と、を備え、前記凹陥部の内底面に前記圧電振動素子を一方端部で片持ち支持すると共に電気的な接続をした上で前記金属蓋により該凹陥部を気密封止する構造を有する圧電振動子であって、前記底面電極のうちアース電極の幅寸法が前記パッケージ本体の幅寸法と略一致することを特徴とする。
【０００８】
また請求項２記載の発明は、請求項１において、前記アース電極の表面が複数個に分割すると共に該アース電極のそれぞれが一定間隔で形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また請求項３記載の発明は、請求項２において、複数個に分割された前記アース電極が前記パッケージ本体の幅方向に少なくとも１列で配設していることを特徴とする。
【００１０】
また請求項４記載の発明は、請求項３において、複数個に分割された前記アース電極のそれぞれの形状が略円形であることを特徴とする。
【００１１】
また請求項５記載の発明は、下面に外部電極を備えた平板状のプリント配線基板の上面に発振回路および温度補償回路を構成する電子部品を実装し、該プリント配線基板の上面に柱部材を導通固定すると共に請求項１乃至４のいずれかに記載の前記圧電振動子の底面電極と前記柱部材とを導通固定したことを特徴とする。
【００１２】
また請求項６記載の発明は、請求項５において、前記柱部材が少なくとも３個であることを特徴とする。
【００１３】
また請求項７記載の発明は、請求項５又は６ににおいて、前記アース電極と接続する前記柱部材の位置が前記プリント配線基板の辺部に沿って少なくとも１個配設してあることを特徴とする。
【００１４】
【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。
【００１５】
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上面図であって、図２は本発明実施形態の圧電振動子としての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コンデンサ、抵抗、集積回路などの電子部品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。
【００１６】
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平板状の金属蓋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圧電振動素子（水晶振動素子）１５とからなり、前記凹陥部の内底面に前記水晶振動素子１５を一方端部で片持ち支持すると共に電気的な接続をした上で前記金属蓋１２ｂにより凹陥部を気密封止する構造を有する。図２に示すように、前記水晶振動子１１底面、即ち前記パッケージ本体１２ａ底面の一方の短辺隅部夫々に略矩形状の底面電極１６ａを配設すると共に、例えば該水晶振動子１１をはんだ実装時にはんだブリッジを防止できるだけの間隔を設けて、他方の短辺隅部夫々に跨って一体的に形成した（他方の短辺部の長さと略一致する）略矩形状の底面電極１６ｂを配設する。底面電極１６ａ夫々は前記水晶振動素子１５の両主面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は前記金属蓋１２ｂと電気的導通しており該底面電極１６ｂをアース電位とすることで、金属蓋１２ｂがシールドとして機能することになる。
【００１７】
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６ａ及び６ｂと、下面に形成した前記外部電極４と、を備えており、柱部材固定用パターン６ａ及び６ｂ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。図１（ｂ）に示すように、プリント配線基板２上面の一方の短辺隅部夫々に（前記柱部材２０を介して前記底面電極１６ａと接続する）略円形状の柱部材固定用パターン６ａを配設すると共に、他方の短辺部略中央に（柱部材２０を介して前記底面電極１６ｂと接続する）略円形状の柱部材固定用パターン６ｂを配設し、該柱部材固定用パターン６ｂは前述する発振回路及び温度補償回路（図１（ｂ）中の二点鎖線内）に包囲されるように配設している。
【００１８】
図３は本発明のその他の実施形態の圧電発振器としての水晶発振器の構成を示す平面図（水晶振動子を省略した状態）である。
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前記水晶振動素子１５（に配設する２つの励振電極（不図示））と発振回路および温度補償回路とを接続する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金属蓋１２ｂ（前記底面電極１６ｂ（アース電極））と前記プリント配線基板２が備える前記シールド層とを接続する１系統とを併せた３系統である。
そこで、前記水晶発振器１では、前記水晶振動子１１が有する底面電極を３端子（１６ａ及び１６ｂ）とし、該底面電極１６ａ及び１６ｂと前記前記柱部材固定用パターン６ａ及び６ｂとを前記柱部材２０を介してはんだ等により電気的及び機械的に接続することで前記３系統を実現している。特に、底面電極１６ｂを大きくする（短辺部の長さと略一致する）ことで、例えば図３に示すように、上面の一方の短辺隅部夫々には略円形状の柱部材固定用パターン３６ａを配設し他方の短辺部の一方隅部に略円形状の柱部材固定用パターン３６ｂを配設すると共に、該柱部材固定用パターン３６ｂが底面電極１６ｂに対向する位置（図３中の二点鎖線内）内側に配設するプリント配線基板３２であれば、水晶振動子１１（前記パッケージ本体１２ａ）で前述する３系統を実現することができる。換言すれば、前記柱部材固定用パターン６ｂ及び３６ｂを前記底面電極１６ｂに対向する位置に配設さえすれば、前記電子部品３の位置（実装レイアウト）の自由度が増すこととなる。
【００１９】
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。
【００２０】
前記柱部材２０を前記プリント配線基板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に塗布したクリームはんだ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、前記ランドに対するクリームはんだの塗布作業も同時に実施し、クリームはんだを塗布したランド、柱部材固定用パターン上にそれぞれ前記電子部品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３等をリフロー接続する際に同時に実施してもよい。
【００２１】
本発明によれば、前記プリント配線基板への前記電子部品３及び前記柱部材２０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及び柱部材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はんだを塗布した後で、各ランド及び各柱部材固定用パターン上に夫々電子部品３及び柱部材２０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。
【００２２】
図４は本発明のその他の実施形態の圧電振動子としての水晶振動子の下面図である。
前記水晶振動子１１を前記柱部材２０にはんだ固定した場合、特に前記底面電極１６ｂと柱部材２０との間隙に介在すべきはんだが底面電極１６ｂ全体に流れてしまい所望の仕上り外観及び接合強度が得られない場合がある。そこで底面電極１６ｂを、図４に示すように、互いにパッケージ本体４２ｂの下面上では電気的導通しない（パッケージ本体４２ｂの内部配線によって電気的導通する。）略矩形状、望ましくは柱部材２０の形状に合せて略円形状で且つ同一の大きさを有し、パッケージ本体４２ｂの幅（短辺）に沿って満遍なく等間隔で形成した複数個（４個図示したが、底面電極１６ｂ外形と同一領域（図４中二点鎖線内）であれば碁盤目状であっても構わない。）の、即ち集合体状の底面電極４６ｂにすることで、はんだの不要な箇所への流れ出しを防止することができる。しかしながら、前記プリント配線基板の配線パターン設計の自由度が若干ではあるが制限されてしまう。そこでアルミナコーティングやソルダーレジスト等のはんだに濡れない絶縁材料を前記底面電極１６ｂ表面の所望の位置及び形状に被着（例えば、略中央に環状に被着することで略円形状の底面電極が形成される。）するか若しくはレーザー加工によって前記底面電極１６ｂの表面を所望の位置及び形状に加工（例えば、略中央に環状に削除することで略円形状の底面電極が形成される。）すれば、前記パッケージ本体１２ｂは共用でき且つ前記プリント配線基板の配線パターン設計の自由度を制限することが無い。
【００２３】
前記プリント配線基板の配線パターン設計の自由度に余裕がある場合や前記柱部材２０と前記パッケージ本体４２ｂを用いた水晶振動子との機械的な接続の信頼性をさらに向上させたい場合等には、前記底面電極４６ｂのうち、例えば図４中下側の２個でも４個すべてを利用して前記柱部材との接続、つまりプリント配線基板との接続を行なっても構わない。
【００２４】
発振回路および温度補償回路を構成する回路素子はディスクリート部品のみならず、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や、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の電子部品を収容しても構わない。
【００２５】
本発明に係わるプリント配線基板は、セラミック配線基板のみならずガラスエポキシ、シリコン等の樹脂基板でも構わない。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、配線パターンの自由度をもたせるための底面電極の形状及び配置を備える圧電振動子とこれを用いた圧電発振器が得られ、且つ、圧電発振器の小型化に寄与す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上面図。
【図２】本発明実施形態としての水晶振動子の下面図。
【図３】本発明のその他の実施形態の水晶発振器の上面図。
【図４】本発明のその他の実施形態の水晶振動子の下面図。
【図５】従来の水晶発振器の構成を示す側面図。
【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    ６ａ、６ｂ…柱部材固定用パターン    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
３２…プリント配線基板    ３６ａ、３６ｂ…柱部材固定用パターン
４２ａ…パッケージ本体    ４６ｂ…底面電極
６１…プリント配線基板    ６２…電子部品    ６３…柱部材
６４…圧電振動子    ６５…底面電極    ６６…柱部材固定用パターン
【図１】
2004363839.tif 000003
【図２】
2004363839.tif 000004
【図３】
2004363839.tif 000005
【図４】
2004363839.tif 000006
【図５】
2004363839.tif 000007