(57)【要約】【課題】浮遊容量の低減の目的でシールド用のベタアース層を振動子接続回路と発振出力回路間に設けると、発振器の発振周波数可変範囲や起動特性等が劣化する。【解決手段】シールド用に、一方の振動子接続パターンＰｘ１に対応する部分にのみアースパターンＰｇｎｄ２を設け、他方の振動子接続パターンＰｘ２に対応する部分にはアースパターンは設けない。【選択図】図１
2004193965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部底面に接続用電極パターンを有し内部に圧電振動素子を収容した第１の容器を、上方を開口とする凹部内に発振回路用部品を収容すると共に前記凹部側壁の上面に前記第１の容器の接続用電極パターンと対応する接続電極及び外部底面には表面実装用パッド電極とを有する第２の容器の前記凹部開口を覆うように積み重ねて一体化した圧電発振器であって、前記第２の容器は、前記接続電極を有する第１の基板層と、上面に前記発振回路用部品を装着する電極パターンを有する第２の基板層と、下面に前記表面実装用パッド電極を有する第３の基板層とを積層した容器であり、前記第３の基板層の上面には、前記発振器出力用の表面実装用パッド電極から前記発振回路用部品の発振出力端につながる第２の基板層上の出力回路パターンと重複するようにアースパターンが設けられ、振動子接続用の他方の接続電極から発振回路用部品の他方の振動子接続電極につながる接続回路パターンに対応する位置には、アースパターンは設けないことを特徴とする圧電発振器の構造。
【請求項２】
前記第１乃至第３の基板層がセラミック基板層であることを特徴とする請求項１に記載する圧電発振器の構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電発振器の構造に関し、特に積層型セラミック基板で形成された容器の所定の基板層に発振回路が形成される圧電発振器の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、表面実装用圧電発振器は、携帯電話等の移動無線通信システムの携帯端末や、コンピュータ等のディジタル制御機器等に時間の基準として広く使用されており、機器の高機能化、小型化に伴って圧電発振器も小型化が進められている。部品の小型化に対応して、前記表面実装用圧電発振器は、一般的に、積層型のセラミック基板を焼成して形成した凹所空間内に圧電振動素子を収容した圧電振動子部と、同様に積層型のセラミック基板を焼成して形成した凹所空間内に発振回路用部品を収容した発振回路部とを接合して一体化した構造となっている。
前記セラミック基板の所定の層には、回路パターンが形成されて発振回路用部品が装着され、また、各層のパターン間は接続導体によって接続されて回路構成がなされるものである。
【０００３】
図２は、従来の表面実装用水晶発振器の構造を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は、水晶振動子部外底面の電極配置図、（ｃ）は、発振回路部１２外底面の電極配置図である。
同図（ａ）に示されるように、本水晶発振器１０は、水晶振動子部１１と発振回路部１２とで構成される。前記水晶振動子部１１は、上方に開口した積層型セラミック基板で形成された第１の容器１３の凹部１４内底面に設けられた図示しない回路パターン電極に、水晶振動素子１５の２出力端を導電性接着剤によって片持ち支持で電気的機械的に接続固着し、金属蓋１６で密封した構造を有する。
前記第１の容器１３の外底面四隅には、図示しないビアホールで前記水晶振動素子１５の２出力端に接続された接続用電極パターン１７が設けられる。
【０００４】
前記発振回路部１２は、上方に開口した積層型セラミック基板で形成された第２の容器１８の凹部１９内底面に設けられた図示しないパターン電極に発振回路用ＩＣ２０が装着され、前記凹部１９側壁２１上面四隅に前記第１の容器１３の接続用電極パターン１７と対応する接続電極２２が設けられる。そして、第２の容器１８外底面四隅には、発振器の入出力端としての表面実装用のパッド電極２３が設けられる。
前記接続電極２２及びパッド電極２３は、それぞれ図示しない回路パターン及び基板間接続導体によって前記発振回路用ＩＣ２０のパターン電極に接続される。前記水晶振動子部１１と発振回路部１２とは、平面形状がほぼ同一の略長方形であり、発振回路部１２の上方に水晶振動子部１１を積み重ね、接続用電極パターン１７と接続電極２２とをはんだ付けして一体化される。
本発振器１０を使用する場合は、携帯端末等の機器の印刷配線基板の回路パターンに本発振器１０の表面実装用パッド電極２３をはんだ付けして使用する。
【０００５】
図２（ｂ）は、前記水晶振動子部１１の外底面に設けられた接続用電極パターン１７の電極配置図であり、図２（ｃ）は、前記発振回路部１２の外底面に設けられたパッド電極２３の電極配置図である。いずれも上方から透視したときのパターン図である。
図２（ｂ）に示されるように、前記接続用電極パターン１７ａ、ｂ、ｃ、ｄは、通常、下面四隅の一方の対角（図中、右上と左下）に位置する電極（同図の１７ａ（ＸＴ１）、１７ｃ（ＸＴ２））に水晶振動素子１５の２つの端子が接続される。他方の対角（図中、左上と右下）に位置する電極パターン１７ｂ、ｄ（ＧＮＤ）はいずれも接地端である。
また、図２（ｃ）に示されるように、前記発振回路部１２下面四隅の表面実装用のパッド電極２３ａ、ｂ、ｃ、ｄは、同図の左下の周波数制御等の信号入力用パッド電極２３ａ（Ｖｃｏｎ）を基準にして反時計廻りに、接地端２３ｂ（ＧＮＤ）、発振器出力端２３ｃ（ＯＵＴ）、直流電源端２３ｄ（Ｖｃｃ）の電極が配置され、それぞれ発振回路用ＩＣ２０と図示しない積層セラミック層に設けられた電極パターン及び層間を接続するビアホール等によって接続される。
そして、図２（ｂ）の接続用電極パターン１７ａ、ｂ、ｃ、ｄと、図２（ｃ）の発振回路部１２下面に設けられたパッド電極２３ａ、ｂ、ｃ、ｄの電極配置は、ともに表面実装用水晶振動子及び水晶発振器の電極配置として習慣化され既製規格となっているものである。
【０００６】
一般的に、発振器においては、圧電振動子と発振器出力回路間の不要な電磁界的結合は、例えば、発振器の負荷変動特性やＣ／Ｎ特性等の回路特性に悪影響を与えることは周知のとおりである。このため、回路の入出力端間の結合や近傍の回路との結合を防止するための各種の手段がとられている。
図２に示す既製規格化された電極配置を持つ水晶振動子部１１と発振回路部１２とを発振器として積み重ねて接合した場合、発振回路部１２の発振出力端である表面実装用パット電極２３ｃ（ＯＵＴ）は、水晶振動子部１１の一方の接続端である接続用電極パターン１７ａ（ＸＴ１）、１７ｃ（ＸＴ２）のいずれかと対向することになる。そのため、両電極間の浮遊容量が大きくなり、この発振器を機器等に搭載して使用した際に、発振器の周波数変動が増大するという問題がある。
例えば、特開第２０００−３４１０４３号公報においては、この問題を解決するため、水晶振動子部１１の接続用電極パターン１７ａ、ｂ、ｃ、ｄの配置を、習慣化された既製規格を無視し、互換性を放棄して変更することによって表面実装用パット電極の発振出力端２３ｃと対向させない構成とする技術が開示されている。
しかし、この方法によると、前述の既製規格化された電極配置と異なるため、汎用性がなく水晶振動子部を製造する場合にコストアップとなるという問題がある。
【０００７】
セラミック積層基板で構成される圧電発振器において回路間の不要な結合を防止する他の手段として、発振回路を構成する基板層と出力端を構成する基板層間に接地シールド層を設ける方法が考えられる。
図３は、図２（ａ）に示す従来のセラミック積層型水晶発振器１０の発振回路部１２を形成する積層基板の配線パターン例を示した図である。
前記発振回路部１２を構成するパターンは、図３（ａ）に示されるａ面、同図（ｂ）に示されるｂ面、同図（ｃ）に示されるｃ面、同図（ｄ）に示されるｄ面の４面からなる。
なお、図３（ｅ）は、前記発振回路部１２の断面図であり、符号ａ、ｂ、ｃ、ｄは、ａ面〜ｄ面にそれぞれ対応している。
図中、斜線の施されたパターンはアースパターンであり、各層間のパターンは、図示しないビアホールよって、図の●点において接続される。
【０００８】
図３(ａ)に示すａ面は、発振回路部１２の最上層の前記接続電極２２を有する面であり、同電極２２ａ、ｃが水晶振動子部１１の２つの端子の接続用電極パターン１７ａ、ｃと接合される。同電極２２ｂ、ｄはそれぞれ接地電極である。
ｂ面（同図（ｂ））は、発振回路部１２の発振回路用ＩＣ２０（図中点線で示す）を装着するためのパターン電極であり、主としてＩＣ２０用の電極とその接続リードパターンを有する。
ｃ面(同図ｃ)は、前記ｂ面と後述のｄ面の中間に位置し、主として基板層のほぼ全面に施されたアースパターンＰｇｎｄ３（ベタアース）を有する。
ｄ面（同図ｄ）は、発振回路部１２の最下面のパターンであり、前記表面実装用パッド電極２３ａ(Ｖｃｏｎ)、ｂ（ＧＮＤ）、ｃ（ＯＵＴ）、ｄ（Ｖｃｃ）を有する。
【０００９】
図３(ｂ)に示されるように、ｂ面のパターンには、ａ面の接続電極２２ｃとビアホールでつながるＩＣ２０の振動子接続リードパターンＰｘ1と、ＩＣ２０の発振出力リードパターンＰｏｕｔ１間にアースパターンＰｇｎｄ１が設けられる。また、同図(ｃ)に示されるように、ｃ面は、ほぼ全面にアースパターンＰｇｎｄ３（ベタアース）をもち、基板端部にｂ面の発振出力リードパターンＰｏｕｔ１及びｄ面のパッド電極２３ｃ（ＯＵＴ）とビアホールでそれぞれつながる第２の発振出力リードパターンＰｏｕｔ２が配置される。
上述のアースパターンＰｇｎｄ１、Ｐｇｎｄ３のシールド効果によって、発振回路部１２の振動子接続端である接続電極２２ｃと表面実装用のパッド電極２３ｃ（ＯＵＴ）間との浮遊容量は、例えば、０.０５〜０.０７ｐＦの低い値に低減される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように、振動子出力回路と発振器出力回路間に接地パターンあるいはベタアースの層を設けて回路間のシールドを行う方法は、回路の浮遊容量を低減する一方で、
▲１▼  発振器の周波数可変範囲が狭くなる
▲２▼  発振器の起動特性が悪くなる
という欠点をもち、本発振器を用いたシステムの動作に悪影響が生じるという問題がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、既製規格の電極配置をもつ圧電振動子部及び発振回路部で構成される発振器において、振動子出力端と発振器出力端の電極間の浮遊容量を最小限に抑えながら、発振器の周波数可変範囲等の特性が良好な圧電発振器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明においては、外部底面に接続用電極パターンを有し内部に圧電振動素子を収容した第１の容器を、上方を開口とする凹部内に発振回路用部品を収容すると共に前記凹部側壁の上面に前記第１の容器の接続用電極パターンと対応する接続電極及び外部底面には表面実装用パッド電極とを有する第２の容器の前記凹部開口を覆うように積み重ねて一体化した圧電発振器であって、前記第２の容器は、前記接続電極を有する第１の基板層と、上面に前記発振回路用部品を装着する電極パターンを有する第２の基板層と、下面に前記表面実装用パッド電極を有する第３の基板層を積層した容器であり、前記第３の基板層の上面には、前記発振器出力用の表面実装用パッド電極から前記発振回路用部品の発振出力端につながる第２の基板層上の出力回路パターンと重複するようにアースパターンが設けられ、振動子接続用の他方の接続電極から発振回路用部品の他方の振動子接続電極につながる接続回路パターンに対応する位置には、アースパターンは設けないことを特徴とする。
請求項２の発明においては、請求項１に記載する圧電発振器の構造において、前記第１乃至第３の基板層がセラミック基板層であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した実施の形態に基づいて説明する。図１は、本発明
に係わる圧電発振器としての水晶発振器の発振回路部を形成するセラミック積層基板のうち、回路パターンをもつ基板層の実施の一形態例を示す回路パターン図である。
本発明に係わる発振回路部は、同図（ａ）に示されるａ面、同図（ｂ）に示されるｂ面、同図（ｃ）に示されるｃ面、同図（ｄ）に示されるｄ面の４つの回路パターンからなる。
これらａ、ｂ、ｃ、ｄの４面は、図２の水晶発振器の発振回路部１２における図３（ｅ）で示されたａ、ｂ、ｃ、ｄに対応した位置関係を有し、ａ面は発振回路部１２の接続電極２２ａ〜ｄをもつ最上層に、ｂ面は発振回路用ＩＣ２０のパターン電極をもつ層に、ｃ面は前記ｂとｃ面との中間の層に、ｄ面は表面実装用パッド電極２３ａ〜ｄをもつ最下層に、それぞれ形成されている。
【００１３】
さらに、図１（ａ）、（ｂ）、（ｄ）に示される回路パターンは、図３（ａ）、（ｂ）、（ｄ）に示される回路パターンと全く同一のパターンである。
本発明の特徴は、図１（ｃ）に示したように、図３（ｃ）に示されるｃ面のほとんど全面に施されたアースパターンＰｇｎｄ３（ベタアース）の面積を必要最小限度に縮小したアースパターンＰｇｎｄ２とした点である。
なお、図１において、斜線の施されたパターンはアースパターンであり、また、相対する各層間のパターンは、図３のパターン上の同一点である●点において、図示しないビアホールよって接続される。
上記構成のセラミック基板層をもつ発振回路部と水晶振動子部とを一体化することによって本発明に係わる水晶発振器が構成される。
したがって、本発明に係わる水晶発振器の構成は、ｃ面の回路パターンを除いてすべて図２及び図３と同一であるので共通部分の詳細な説明は省略する。
【００１４】
前記発振回路部１２のｃ面を主に形成するアースパターンＰｇｎｄ２は、図１（ｃ）に示されるように、図１（ａ）の一方の振動子との接続電極２２ｃ（この電極は表面実装用パッド電極の２３ｃと対向する）と接続された図１（ｂ）の振動子接続パターンＰｘ１に対応する部分にのみアースパターンＰｇｎｄ２が設けられる。該アースパターンＰｇｎｄ２は、図示しないビアホールによって●点において図１（ａ）、（ｂ）、（ｄ）のアースパターンと接続される。
そして、振動子と接続する他端の接続電極２２ａと該接続電極２２ａとつながる図１(ｂ)の振動子接続パターンＰｘ２に対応する部分には、アースパターンを設けないパターン構成となっている。
【００１５】
上述のように、一方の振動子接続電極２２ｃ及び該電極２２ｃにつながる接続パターンＰｘ1と、発振出力端の表面実装用パッド電極２３ｃ（ＯＵＴ）につながる発振出力リードパターンＰｏｕｔ１、Ｐｏｕｔ２との間にのみアースパターンＰｇｎｄ１、Ｐｇｎｄ２を設け、他方の振動子接続電極２２ａに対応する部分のｃ面（図１（ｃ））にはアースパターンを設けない必要最小限のアースパターン構成としたことによって、振動子接続用の接続電極２２ｃと発振器出力端の表面実装用パッド電極２３ｃ間の浮遊容量の値は、およそ０.０６ｐＦと従来パターンの場合と同等で、且つ水晶発振器の発振周波数の可変範囲の上限が１０〜数十ｐｐｍ拡大されることが確認された。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のセラミック基板層で構成された発振回路部を用いた圧電発振器によれば、シールド用アースパターンを振動子接続回路と発振出力回路間の必要最小限度の面積としたので、既製規格の振動子部と発振回路部の電極配置をもつ発振器であっても、振動子接続端と発振器出力端間の浮遊容量が増加することなく周波数可変範囲等の回路特性の優れた圧電発振器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる圧電発振器としての水晶発振器の発振回路部を形成するセラミック積層基板のうちの回路パターンをもつ基板層の実施の一形態例を示す回路パターン図で、（ａ）は、ａ面のパターン図、（ｂ）は、ｂ面のパターン図、（ｃ）は、ｃ面のパターン図、（ｄ）は、ｄ面のパターン図。
【図２】従来の水晶発振器の構造を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は、水晶振動子部外底面の電極配置図（上方からの透視図）、（ｃ）は、発振回路部外底面の電極配置図（上方からの透視図）。
【図３】図２（ａ）に示す従来のセラミック積層型水晶発振器の発振回路部を形成する積層基板の配線パターン例を示した図で、（ａ）は、ａ面のパターン図、（ｂ）は、ｂ面のパターン図、（ｃ）は、ｃ面のパターン図、（ｄ）は、ｄ面のパターン図、並びに（ｅ）は、発振回路部のａ、ｂ、ｃ、ｄ面の位置関係を示す断面図。
【符号の説明】
１０・・水晶発振器、      １１・・水晶振動子部、    １２・・発振回路部、
１３・・第１の容器、１４・・凹部、１５・・水晶振動素子、１６・・金属蓋、
１７ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・接続用電極パターン、１８・・第２の容器、
１９・・凹部、２０・・ＩＣ、２１・・側壁、２２ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・接続電極、２３ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・パッド電極、
ａ・・発振回路部ａ面に対応する基板層、
ｂ・・発振回路部ａ面に対応する基板層、
ｃ・・発振回路部ａ面に対応する基板層、
ｄ・・発振回路部ａ面に対応する基板層、
Ｐｇｎｄ１、Ｐｇｎｄ２、Ｐｇｎｄ３・・アースパターン、
Ｐｏｕｔ１、Ｐｏｕｔ２・・発振出力リードパターン
Ｐｘ１、Ｐｘ２・・振動子接続パターン
【図１】
2004193965.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004193965.tif 000005