(57)【要約】【課題】  実装基板上に、圧電振動子と、発振回路等を構成するチップ部品群を並置した表面実装型圧電発振器において、圧電振動子の実装高さを超えた高さ増を抑制しつつ、占有面積を小型化し、更に実装基板上に半田接合される導電ボールに加わる熱ストレスを可能な限り小さくして半田クラック等の不具合をなくした表面実装型圧電発振器を提供する。【解決手段】  実装基板２と、実装基板上に搭載される圧電振動子３及び発振回路部品４と、を備えた表面実装型圧電発振器１において、実装基板は、絶縁基板１０と、絶縁基板底部に設けた実装電極１１と、絶縁基板上面に設けた配線パターン１２，１３と、を備え、圧電振動子と発振回路部品を夫々実装基板上の配置領域上に搭載し、発振回路部品の配置領域上には、導電ボール２０を介して小面積のプリント基板を搭載し、プリント基板の上面、及びプリント基板下方の実装基板面に夫々発振回路部品を搭載した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板と、実装基板上に搭載される圧電振動子及び発振回路部品と、を備えた表面実装型圧電発振器において、
実装基板は、絶縁基板と、絶縁基板底部に設けた実装電極と、絶縁基板上面に設けた配線パターンと、を備え、
圧電振動子と発振回路部品を夫々実装基板上の配置領域上に搭載し、
発振回路部品の配置領域上には、導電ボールを介して小面積のプリント基板を搭載し、プリント基板の上面、及びプリント基板下方の実装基板面に夫々発振回路部品を搭載したことを特徴とする表面実装型圧電発振器。
【請求項２】
前記プリント基板上における前記発振回路部品の最高面高さを、前記圧電振動子の最高面高さと同等か、それ以下に設定したことを特徴とする請求項１に記載の表面実装型圧電発振器。
【請求項３】
前記プリント基板の下面にベタアース部を設けて前記実装基板上のアースパターンと導通させたことを特徴とする請求項１、又は２に記載の表面実装型圧電発振器。
【請求項４】
前記プリント基板の端縁を前記水晶振動子の側面に当接させたことを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の表面実装型圧電発振器。
【請求項５】
前記圧電振動子及び発振回路部品を含む前記実装基板上の空間を包囲する金属ケースを実装基板のアースパターンと接続するか、或いは圧電振動子の金属蓋を接地しておき、前記プリント基板に設けたアースパターンと前記金属ケース内壁との間、或いは前記プリント基板のアースパターンと前記圧電振動子の金属蓋との間を電気的に接続したことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の表面実装型圧電発振器。
【請求項６】
前記発振回路部品には、温度補償のための回路部品を含み、温度補償のための回路部品のうちの調整部品を前記プリント基板上に搭載したことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の表面実装型圧電発振器。
【請求項７】
前記実装基板とプリント基板を夫々構成する絶縁基板を同一材料にて構成したことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の表面実装型圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高さ寸法を必要最小限に抑制すると共に、実装基板と圧電振動子パッケージとの熱膨張係数差に起因した不具合を防止することができる表面実装型圧電発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信市場においては、各種電装部品の実装性、保守・取扱性、装置間での部品の共通性等を考慮して、各機能毎に部品群のモジュール化を推進するメーカーが増えている。また、モジュール化に伴って、小型化、低コスト化も強く求められている。
特に、基準発振回路、ＰＬＬ回路、及びシンセサイザー回路等、機能及びハード構成が確立し、且つ高安定性、高性能化が要求される回路部品に関してモジュール化への傾向が強まっている。更に、これらの部品群をモジュールとしてパッケージ化することによりシールド構造を確立しやすくなるという利点がある。
複数の関連部品をモジュール化、パッケージ化することにより構築される表面実装用の電子デバイスとしては、例えば圧電振動子、圧電発振器、ＳＡＷデバイス等を例示することができる。圧電発振器を多品種少量生産する場合、発振回路、温度補償回路等を構成する回路素子を固有の集積回路に集積して圧電発振器を小型化することはコスト的に見合わないため、従来は発振回路、温度補償回路を構成するトランジスタ、抵抗、コンデンサ等の回路素子を個々のチップ部品として実装基板に搭載して使用していた。
即ち、図６はガラスエポキシ樹脂やセラミック等の絶縁材料を用いた実装基板１００の上面の配線パターン上に、圧電振動子１０１と、チップ部品（電子部品）１０２からなる発振回路を並置した従来の表面実装型発振器を示している。
しかし、この構造では、実装基板１００の占有面積が大きくなるという不具合がある。
次に、図７は実装基板１００の上面に半田付けした金属材、若しくは樹脂コア材からなる導電ボール１０５を介して圧電振動子１０１を搭載すると共に、圧電振動子１０１の直下の基板面を含む実装基板面にチップ部品１０２を搭載することにより、実装基板の占有面積を小さくしている（特願２００２−３１１７３８）。
しかし、この従来例に係る発振器にあっては、発振回路を構成する抵抗器やコンデンサのようなチップ部品１０２よりも高さ寸法が高い圧電振動子１０１が導電ボール１０５上に搭載されるため、発振器の低背化が困難である。また、実装基板としてガラスエポキシ材を使用した場合、圧電振動子を構成するセラミックパッケージとの熱膨張差により、両者間に半田接合された導電ボール１０５に大きな熱応力が発生し、半田クラック等の不具合が発生する。このため、接続不良、部品の脱落等の不良品発生率を増大させる虞が高まる。
【特許文献１】特願２００２−３１１７３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、実装基板上に、圧電振動子と、発振回路等を構成するチップ部品群を並置した表面実装型圧電発振器において、圧電振動子の実装高さを超えた高さ増を抑制しつつ、占有面積を小型化し、更に実装基板上に半田接合される導電ボールに加わる熱ストレスを可能な限り小さくして半田クラック等の不具合をなくした表面実装型圧電発振器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、実装基板と、実装基板上に搭載される圧電振動子及び発振回路部品と、を備えた表面実装型圧電発振器において、実装基板は、絶縁基板と、絶縁基板底部に設けた実装電極と、絶縁基板上面に設けた配線パターンと、を備え、圧電振動子と発振回路部品を夫々実装基板上の配置領域上に搭載し、発振回路部品の配置領域上には、導電ボールを介して小面積のプリント基板を搭載し、プリント基板の上面、及びプリント基板下方の実装基板面に夫々発振回路部品を搭載したことを特徴とする。
圧電振動子を実装基板上の配線パターン上に直接（導電ボール等を用いずに）搭載するとともに、隣接する領域にはプリント基板によって立体的に発振回路部品（温度補償回路部品などを含む）を構成するチップ部品を配置したので、実装基板の占有面積を狭くして小型化を達成できる。
請求項２の発明は、請求項１において、前記プリント基板上における前記発振回路部品の最高面高さを、前記圧電振動子の最高面高さと同等か、それ以下に設定したことを特徴とする。
これによれば、発振回路部品の最上面の高さが圧電振動子を越えないので、低背化を実現できる。
請求項３の発明は、請求項１又は２において、前記プリント基板の下面にベタアース部を設けて前記実装基板上のアースパターンと導通させたことを特徴とする。
回路部品のシールド効果を高めることができる。
請求項４の発明は、請求項１、２又は３において、前記プリント基板の端縁を前記水晶振動子の側面に当接させたことを特徴とする。
これによれば、プリント基板及び回路部品群の位置決めを容易に正確化できる。
請求項５の発明は、請求項１、２、３又は４において、前記圧電振動子及び発振回路部品を含む前記実装基板上の空間を包囲する金属ケースを実装基板のアースパターンと接続するか、或いは圧電振動子の金属蓋を接地しておき、前記プリント基板に設けたアースパターンと前記金属ケース内壁との間、或いは前記プリント基板のアースパターンと前記圧電振動子の金属蓋との間を電気的に接続したことを特徴とする。
これによれば、プリント基板のアース電位を安定化させることができる。
請求項６の発明は、請求項１乃至５において、前記発振回路部品には、温度補償のための回路部品を含み、温度補償のための回路部品のうちの調整部品を前記プリント基板上に搭載したことを特徴とする。
調整を要する部品をプリント基板上に配置するので、取り替え、調整が容易となり、歩留まりを向上できる。
請求項７の発明は、請求項１乃至６において、前記実装基板とプリント基板を夫々構成する絶縁基板を同一材料にて構成したことを特徴とする。
これによれば、実装基板とプリント基板が熱膨張係数が等しい材料、例えばガラスエポキシからなるので、熱膨張差による半田クラック等の発生を防止できる。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、実装基板上に、圧電振動子と、発振回路等を構成するチップ部品群を並置する際に、圧電振動子を導電ボール等を介さずに直接実装基板上に搭載するとともに、チップ部品群をプリント基板を用いて２階建て式に立体配置したので、圧電振動子の実装高さを超えた高さ増を抑制しつつ、占有面積を小型化できる。また、実装基板とプリント基板を同材料にて構成することにより、実装基板上に半田接合される導電ボールに加わる熱ストレスを可能な限り小さくして半田クラック等の不具合をなくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明を図面に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る表面実装型圧電発振器の構成を示す正面図及び平面図であり、ここでは水晶発振器を一例として説明する。
この表面実装型水晶発振器１は、実装基板２上に、パッケージ化された水晶振動子（圧電振動子）３と、発振回路、温度補償回路等を構成するチップ部品（発振回路部品）４群を並置した構成を備えている。
実装基板１は、絶縁基板１０と、絶縁基板１０底部に設けた実装電極１１と、絶縁基板上面に設けた配線パターン（ランド）１２、１３と、を備える。
水晶振動子３は、実装基板１上の水晶振動子の配置領域Ａに設けた配線パターン１２上に搭載され、チップ部品４群は、発振回路部品の配置領域Ｂに設けた配線パターン１３上に搭載される。
【０００７】
本発明の発振器の特徴的な構成は、発振回路部品の配置領域Ｂ上に、導電ボール２０を介して小面積のプリント基板２１を搭載し、プリント基板２１の上面の配線パターン、及びプリント基板下方の実装基板面に配置した配線パターン１３上に夫々発振回路部品としてのチップ部品４を搭載した構成にある。なお、プリント基板２１上に、温度補償の為の回路部品のような要調整部品を配置することにより、調整が容易となる利点が生じる。また、プリント基板２１上の部品は取り替えが容易となる。
導電ボール２０としては、金属ボール、或いは樹脂ボールの外周に導体を被覆した樹脂コアボールを用い、実装基板上の配線パターン１３とプリント基板下面の端子との間に導電ボール２０を配置して半田によって接合する。
実装基板１を構成する絶縁基板１０と、プリント基板２１を構成する絶縁基板は同一材料から構成する。従って、例えば、両絶縁基板をガラスエポキシから構成することにより、熱膨張差に起因した不具合を防止できる。即ち、両絶縁基板が同材質であることによって、両絶縁基板は温度変化に対して同一比率で膨張収縮するため、両者間に配置された導電ボール２０を固定する半田にクラックが発生する虞がなくなり、接続不良、部品の脱落などの不具合発生を防止できる。
水晶振動子３は、セラミック等の絶縁材料からなる容器本体２５の上面凹所内の内部電極上に水晶振動素子（圧電振動素子）を導電性接着剤（導電性ペースト）を用いて搭載し、容器本体２５の外壁上面の導体リングには金属蓋２６を溶接等によって固定して凹所内を気密封止している。容器本体２５の底面には複数の底部端子２５ａが配置されている。水晶振動素子は、水晶基板の両主面に導体パターン（励振電極、及び各励振電極から引き出されたリード電極）を形成した構成を備えている。
水晶振動子３は、導電ボールを用いずに実装基板１上の配線パターン１２上に直接搭載されているため、図７に示した従来例に比して低背化が実現されている。
更に、本発明の水晶発振器１では、プリント基板２１上におけるチップ部品４の実装高さ（最高面高さ）ｈ２を、水晶振動子３の実装高さ（最高面高さ）ｈ１と同等か、それ以下に設定することによって、実装高さｈ２を越えてデバイスの全高が増大することを防止して低背化を図っている。なお、水晶振動子３の実装高さｈ１は、実装基板上面から水晶振動子３の上面までの距離であり、チップ部品４の実装高さｈ２は、実装基板上面からプリント基板２１上のチップ部品４のうちの最も背の高い部品の上面までの距離である。
【０００８】
図２（ａ）及び（ｂ）は夫々本発明の水晶発振器と従来の水晶発振器とのサイズ比較を行うための説明図である。
まず、図２（ａ）は図６に示した従来の水晶発振器との比較のための平面図であり、下方に示した本発明の水晶発振器１ではプリント基板２１を用いてチップ部品群４を２段構造に立体化したため、上方に示した従来例に比較して、実装基板上における発振回路部品の配置スペースを大幅に減縮して実装基板を小面積化することが可能となる。
次に、図２（ｂ）は図７に示した従来の水晶発振器との比較のための正面図であり、左方に示した本発明の水晶発振器１では、水晶振動子３を導電ボールを用いずに実装基板上に直接搭載することによる低背化を図ると共に、プリント基板２１を用いて２段構造としたチップ部品群４の実装高さｈ２を、同じ実装基板１上に並置した水晶振動子３の実装高さｈ１と同等か、それ以下としたので、水晶発振器の全高を、「実装基板１の厚み、プラス、水晶振動子３の実装高さｈ１」以下に抑えることが可能となった。従って、右方に示した従来例に比較して、大幅な低背化を達成できることとなる。
次に、図３は本発明の他の実施形態に係る水晶発振器の正面図であり、この水晶発振器１では、プリント基板２１の下面の全部又は一部にベタアース部３０を設け、導電ボール２０ａの一つを介して実装基板１上のアースパターンと導通させている。これにより、発振回路等のシールド効果を得ることができる。
【０００９】
次に、図４は本発明の他の実施形態に係る水晶発振器の正面図であり、この水晶発振器１では、プリント基板２１を導電ボール２０を介して実装基板１上に搭載する際に、プリント基板２１の一端縁を水晶振動子３の側面に当接させることにより、プリント基板の位置決め精度を高めて、歩留まりの向上を図っている。
次に、図５は本発明の他の実施形態に係る水晶発振器の正面図であり、この水晶発振器１では、圧電振動子３及び発振回路部品群４を含む実装基板１上の空間を包囲する金属ケース３５を実装基板のアースパターン３６と接続するか、或いは圧電振動子の金属蓋を接地しておき、プリント基板２１に設けたアースパターン３７と金属ケース３５の内壁との間、或いはプリント基板のアースパターン３７と圧電振動子の金属蓋３５との間を半田、導電性接着剤３８等により電気的に接続している。このことによって、プリント基板２１の電位を安定させることができる。
なお、上記実施形態では、圧電発振器の代表例として水晶発振器を例示したが、本発明は圧電材料から成る圧電振動素子を使用した発振器に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る表面実装型圧電発振器の構成を示す正面図、及び平面図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は本発明と従来例とを比較する平面図、及び正面図。
【図３】本発明の他の実施形態に係る圧電発振器の構成説明図。
【図４】本発明の他の実施形態に係る圧電発振器の構成説明図。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る圧電発振器の正面縦断面図、及び平面図。
【図６】従来例に係る発振器の斜視図。
【図７】他の従来例の発振器の正面図。
【符号の説明】
【００１１】
１  表面実装型水晶発振器、２  実装基板、３  水晶振動子（圧電振動子）、４  チップ部品（発振回路部品）、１０  絶縁基板、１１  実装電極、１２、１３  配線パターン（ランド）、Ａ  水晶振動子の配置領域、Ｂ  発振回路部品の配置領域、２０  導電ボール、２１  プリント基板、２５  容器本体、２６  金属蓋、３０  ベタアース部、３５  金属ケース、３６、３７  アースパターン。
【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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【図７】
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