(57)【要約】      （修正有）【課題】耐ヒートサイクル性能を向上させると共に、発振器全体の小型化を図り、更に、水晶振動子等を効率的に温めて出力周波数を安定させることができる発振器を提供する。【解決手段】アルミナで形成されたパッケージに格納された水晶振動子又は水晶発振器２を用いた発振器であって、低温焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）で形成された基板１と、基板１上に設けられた表層ヒータ抵抗６とを備え、水晶振動子又は水晶発振器２が、表層ヒータ抵抗６の上部に、端子電極４が上向きになるよう接着剤８によって固定され、端子電極４と基板１上に形成された端子パターンとがワイヤボンディング１１によって接続されている。【選択図】図１
2012205093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナで形成されたパッケージに格納された水晶振動子又は水晶発振器を用いた発振器であって、
低焼成セラミックスで形成された基板と、
前記基板上に設けられたヒータ抵抗とを備え、
前記水晶振動子又は水晶発振器が、前記ヒータ抵抗の上部に、端子電極が上向きになるよう接着剤によって固定され、前記端子電極と前記基板上に形成された端子パターンとがワイヤボンディングによって接続されていることを特徴とする発振器。
【請求項２】
ヒータ抵抗が、印刷により形成された表層ヒータ抵抗であることを特徴とする請求項１記載の発振器。
【請求項３】
基板上に集積回路を備え、
前記集積回路が、前記基板上に、端子電極が上向きになるよう接着剤で固定され、前記端子電極と前記基板上に形成された端子パターンとがワイヤボンディングによって接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の発振器。
【請求項４】
水晶発振器が恒温槽付水晶発振器であることを特徴とする請求項１乃至３記載の発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミナをパッケージとして使用した水晶振動子又は水晶発振器を搭載した発振器に係り、特にヒートサイクル耐性を向上させると共に小型化を図ることができ、また、水晶振動子等を効率よく加熱して出力周波数を安定させることができる発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
［先行技術の説明］
従来、アルミナのパッケージを備えた水晶振動子をガラスエポキシ樹脂の回路基板に搭載した発振器がある。
従来の発振器の構成について図４を用いて説明する。図４は、従来の発振器の概略構成図であり、（ａ）は平面説明図、（ｂ）は側面説明図である。
図４（ａ）（ｂ）に示すように、従来の発振器は、ガラスエポキシ樹脂で形成された基板１′の上に、主として水晶振動子又は水晶発振器（以下、「水晶振動子等」とする）２とヒータ抵抗５とが設けられ、水晶振動子等２は、四隅に部品電極が設けられた電極面を下にして基板１′上に形成された基板パターン配線に半田付けにより接続固定されている。
【０００３】
ヒータ抵抗５は対向する２辺に設けられた部品電極４を介して基板１′上に形成された基板パターン配線３に半田付けによって接続固定されている。
また、水晶振動子等２及びヒータ抵抗５の周辺の基板１′上には、その他の電子部品９が基板パターン配線３に半田付けによって接続されて搭載されている。
【０００４】
［電子部品の搭載例：図５］
次に、水晶振動子等２やヒータ抵抗５といった大型の電子部品の実装例について図５を用いて説明する。図５は、図４において基板１′上に搭載されている大型の電子部品の実装例を示す断面説明図である。
図５に示すように、水晶振動子等２やヒータ抵抗５等の電子部品２１の両端部には部品電極４が形成されており、ガラスエポキシ樹脂の基板１′上に形成された基板パターン配線３の上部に搭載されている。そして、半田２０によって基板パターン配線３と部品電極４とが接続固定されている。
【０００５】
［関連技術］
尚、発振器に関する技術としては、特開２００８−０７９２１１号公報「圧電デバイス、温度制御圧電発振器、及び圧電デバイスの製造方法」（エプソントヨコム株式会社、特許文献１）、特開２００８−２０５８８６号公報「高安定圧電発振器」（エプソントヨコム株式会社、特許文献２）、特開２００９−２３２２３９号公報「恒温型の水晶発振器」（日本電波工業株式会社、特許文献３）がある。
【０００６】
特許文献１には、圧電デバイス基板の裏面に発熱体を設け、圧電デバイス基板が端子電極が上向きになるようにパッケージ凹部の底面のパッドに接着剤で固定し、圧電デバイスの端子電極をワイヤボンディングで回路と接続した圧電デバイスが記載されている。
【０００７】
特許文献２には、圧電発振器において、上部プリント基板下面に電極が上向きになるよう圧電振動子を実装し、圧電振動子を金属キャップで覆い、金属キャップ下面に発熱部品を固定した構成が記載されている。
【０００８】
特許文献３には、水晶発振器において、水晶振動子を搭載した第２の基板の裏面にパワートランジスタを搭載した構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−０７９２１１号公報
【特許文献２】特開２００８−２０５８８６号公報
【特許文献３】特開２００９−２３２２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の発振器では、アルミナをパッケージに使用した水晶振動子等とガラスエポキシ基板との線膨張率の差から、ヒートサイクルが生じる使用環境においては実装半田に歪が集中し、半田にクラックが生じるという問題点があった。
【００１１】
一般に、半田のクラックは小型部品より大型の部品に発生しやすいことが分かっている。
しかし、発振器の特性は使用する水晶片の大きさにより特性が決定され、大型の水晶振動子を用いたほうが高い精度を実現しやすく、大型の水晶振動子等を使用しなければならない場合も多い。
【００１２】
特に、恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ；Oven Controlled Crystal Oscillator）を用いた場合、電源のオン／オフが繰り返される使用環境では周囲温度から恒温槽制御温度（例えば８５℃）までの温度変化が、電源オン／オフ毎に加わるため、半田にクラックが生じ、長期信頼性に問題があった。
【００１３】
更にまた、回路基板をパッケージと同じ材質で構成すればヒートサイクル耐性は向上するが、パッケージの材料であるアルミナは、熱伝導率（約３２Ｗ／ｍ・Ｋ）が大きいために恒温槽からの熱が逃げ易く、効率よく温度制御することが困難であるという問題点があった。
【００１４】
尚、特許文献１〜３には、半田クラックの発生を抑制することは記載されておらず、また、特許文献１の構成では発熱体を発熱塗料によって形成しているので抵抗の精度が低く、更に圧電デバイス全体の厚さを薄く形成できず、小型化は困難である。
【００１５】
本発明は、上記実状に鑑みて為されたもので、耐ヒートサイクル性能を向上させることができると共に、発振器全体の小型化を図り、更に、水晶振動子等を効率的に温めて出力周波数を安定させることができる発振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、アルミナで形成されたパッケージに格納された水晶振動子又は水晶発振器を用いた発振器であって、低焼成セラミックスで形成された基板と、基板上に設けられたヒータ抵抗とを備え、水晶振動子又は水晶発振器が、ヒータ抵抗の上部に、端子電極が上向きになるよう接着剤によって固定され、端子電極と基板上に形成された端子パターンとがワイヤボンディングによって接続されていることを特徴としている。
【００１７】
また、本発明は、上記発振器において、ヒータ抵抗が、印刷により形成された表層ヒータ抵抗であることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明は、上記発振器において、基板上に集積回路を備え、当該集積回路が、基板上に、端子電極が上向きになるよう接着剤で固定され、端子電極と基板上に形成された端子パターンとがワイヤボンディングによって接続されていることを特徴としている。
【００１９】
また、本発明は、上記発振器において、水晶発振器が恒温槽付水晶発振器であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、アルミナで形成されたパッケージに格納された水晶振動子又は水晶発振器を用いた発振器であって、低焼成セラミックスで形成された基板と、基板上に設けられたヒータ抵抗とを備え、水晶振動子又は水晶発振器が、ヒータ抵抗の上部に、端子電極が上向きになるよう接着剤によって固定され、端子電極と基板上に形成された端子パターンとがワイヤボンディングによって接続されている発振器としているので、基板と水晶振動子等との間の電気的接続部への熱応力を緩和してヒートサイクル耐性を向上させ、長期信頼性を向上させることができ、また、熱伝導率の低い基板を用い、接着剤を介してヒータ抵抗に密着して水晶振動子等を搭載することにより、水晶振動子等を効率的に温めて出力周波数を安定させることができる効果がある。
【００２１】
また、本発明によれば、ヒータ抵抗が、印刷により形成された表層ヒータ抵抗である上記発振器としているので、目標とする抵抗値を精度良く実現することができる効果がある。
【００２２】
また、本発明によれば、基板上に集積回路を備え、当該集積回路が、基板上に、端子電極が上向きになるよう接着剤で固定され、端子電極と基板上に形成された端子パターンとがワイヤボンディングによって接続されている上記発振器としているので、従来、基板上に搭載されていた種々の電子部品の機能を集積回路に集積することで、部品点数を削減して発振器全体の小型化を図ることができる効果がある。
【００２３】
また、本発明によれば、水晶発振器が恒温槽付水晶発振器である上記発振器としているので、恒温槽の熱が基板から逃げにくくして、恒温槽の温度制御を効率的に行うことができ、出力周波数を安定させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る発振器の構成を示す説明図であり、（ａ）は平面説明図、（ｂ）は側面説明図である。
【図２】回路基板に用いられる各材料の線膨張率及び熱伝導率を示すテーブルである。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発振器の製造プロセスを示す模式説明図である。
【図４】従来の発振器の概略構成図であり、（ａ）は平面説明図、（ｂ）は側面説明図である。
【図５】図４において基板１′上に搭載されている大型の電子部品の実装例を示す断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る発振器は、回路基板として低焼成セラミックス（ＬＴＣＣ；Low Temperature Co-fired Ceramics）基板を用い、基板表面に印刷によって形成されたヒータ抵抗の上に、接着剤によって端子電極が上向きになるよう水晶振動子等を固定し、水晶振動子等の端子電極と基板に設けられた電極とをワイヤボンディングで接続した構成であり、基板と水晶振動子等との間の電気的接続部への熱応力を緩和してヒートサイクル耐性を向上させると共に、発振器全体の小型化を図ることができ、また、水晶振動子等を効率的に温めることができるものである。
【００２６】
［実施の形態に係る発振器の構成：図１］
本発明の実施の形態に係る発振器の構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る発振器の構成を示す説明図であり、（ａ）は平面説明図、（ｂ）は側面説明図である。
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明の実施の形態に係る発振器（本発振器）は、回路基板１上に、主として、水晶振動子等２と、集積回路１０と、その他電子部品９とが搭載されている。
【００２７】
本発振器の特徴部分として、水晶振動子等２は、回路基板１上に設けられた表層ヒータ抵抗６の上部に電極面を上にして接着剤８で固定されている。そして、水晶振動子等２の四隅に設けられた部品電極（端子電極）４は、それぞれ、ワイヤボンディング（配線、ボンディングワイヤ）１１によって基板１上に形成された端子パターンに接続されている。
水晶振動子等２としては、表面実装型の振動子や、ＯＣＸＯ等の各種水晶発振器がある。
尚、図１の例では、水晶振動子等２の長辺方向が基板１の長辺方向と一致するように水晶振動子等２が搭載されているが、水晶振動子等２の長辺方向が基板１の短辺方向と一致するように搭載してもかまわない。
【００２８】
同様に、集積回路１０は、回路基板１上に電極面が上になるよう接着剤８で固定され、ワイヤボンディング１１によって基板１の端子パターンに接続されている。集積回路１０に設けられる回路としては、例えば、発振器の周波数を制御する回路や、従来基板上に搭載されていたその他の電子部品９の回路等が考えられる。
【００２９】
すなわち、本発振器では、大型の電子部品である水晶振動子等２と集積回路１０とを、半田を用いずにワイヤボンディング１１で基板端子に接続した構成としているので、接続部への熱応力の影響を緩和して、耐ヒートサイクル性能を向上させることができ、長期信頼性を向上させることができるものである。
また、本発振器は、表層ヒータ抵抗６と水晶振動子等２とを重ねて搭載することによって空いたスペースに集積回路１０を搭載可能として、その他の電子部品９の部品点数を削減でき、発振器全体の小型化を図るものである。
【００３０】
表層ヒータ抵抗６は、印刷によって形成された抵抗回路であり、所望の抵抗値となるよう精度よく形成することが可能である。
そして、本発振器では、表層ヒータ抵抗６の上に接着剤を介して水晶振動子等２を直接的に搭載しているので、発熱体の熱を水晶振動子等２に効率よく伝えることができ、水晶振動子等２の温度を速やかに安定させるものである。
【００３１】
基板１上の他の領域には、従来と同様に基板パターン３の上にその他の電子部品９が搭載されている。
また、本発振器の特徴として、回路基板１は、低焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）で形成されている。低焼成セラミックスは、線膨張率及び熱伝導率がアルミナに比べて低い材料である。
【００３２】
［各種材料の線膨張率と熱伝導率：図２］
ここで、回路基板に用いられる材料の線膨張率及び熱伝導率について図２を用いて説明する。図２は、回路基板に用いられる各材料の線膨張率及び熱伝導率を示すテーブルである。
図２に示すように、回路基板やパッケージに用いられる材料としては、一般的なＣＥＭ−３（Composite Epoxy Material 3）と、一般的なＦＲ−４（Flame Retardant Type 4）と、アルミナと、低温焼成セラミックスとがある。
【００３３】
ＣＥＭ−３は、ガラスエポキシ基板のことで、ガラス繊維とエポキシ樹脂を混合した板をベースとしたものである。
ＦＲ−４は、ガラスエポキシ基板のことで、ガラス繊維で編んだ布にエポキシ樹脂を含浸させた板をベースにしたものである。
【００３４】
また、アルミナは、水晶振動子等２や他の電子部品のパッケージに用いられているセラミックである。
低温焼成セラミックスは、配線導体とセラミックス基材を９００℃以下の低温で同時焼成して形成されるものである。
【００３５】
そして、図２に示すように、アルミナの線膨張率は、７．２ｐｐｍ／℃であり、熱伝導率は３２．０Ｗ／ｍ・Ｋである。
また、ＬＴＣＣは、線膨張率が５．５ｐｐｍ／℃でアルミナに比べて極めて小さく、熱伝導率が３．０Ｗ／ｍ・Ｋと、アルミナの約１／１０である。
【００３６】
このように、本発振器では、アルミナに比べて線膨張率及び熱伝導率が小さいＬＴＣＣ基板を用いることにより、表層ヒート抵抗６からの熱を、基板１よりもアルミナのパッケージに格納された水晶振動子等２に伝えて、水晶振動子等２を効率的に温めることができ、特に、水晶振動子等２としてＯＣＸＯを用いた場合には、恒温槽からの熱を基板１へ逃がしにくくして、効率的に温度制御を行うことができ、出力周波数を安定させることができるものである。
【００３７】
［本発振器の製造プロセス：図３］
次に、本発振器の製造プロセスについて図３を用いて説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は、本発振器の製造プロセスを示す模式説明図である。尚、図３では、説明を簡単にするために水晶振動子等２が搭載されている部分のみを示している。
図３（ａ）に示すように、まず、ＬＴＣＣ基板１上に、表層ヒータ抵抗用電極７ａ，７ｂを形成する。
次に、（ｂ）に示すように、表層ヒータ抵抗用電極７ａ，７ｂの上部に重なるように表層ヒータ抵抗６を印刷により形成する。
【００３８】
そして、（ｃ）に示すように、その上に接着剤８を塗布し、（ｄ）に示すように、水晶振動子等２を搭載して固定する。その際、水晶振動子等２の電極面が上向きになるように搭載する。
【００３９】
更に、（ｅ）に示すように水晶振動子等２の部品電極４と基板１の端子とをワイヤボンディング１１で接続する。
尚、集積回路１０も接着剤８によって基板１に固定され、ワイヤボンディング１１によって基板１上の端子と電気的に接続される。集積回路１０の接着剤塗布やワイヤボンディングの工程は、水晶振動子２と同一の工程において形成される。
このようにして、本発振器が製造されるものである。
【００４０】
［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る発振器によれば、基板１上に印刷によって形成された表層ヒータ抵抗６の上部に、アルミナのパッケージに格納された水晶振動子等２が、電極が形成された面が上側になるよう接着剤によって接着固定され、水晶振動子等２の電極が、基板１上に設けられた端子パターンにワイヤボンディング１１によって電気的に接続された発振器としているので、水晶振動子等２と基板１上の端子パターンとの電気的接続に半田を用いないことにより、電気的接続部にかかる熱応力を軽減して耐ヒートサイクル性能を向上させ、長期信頼性を向上させることができる効果がある。
【００４１】
また、本発振器によれば、表層ヒータ抵抗６と水晶振動子等２とを重ねて搭載することにより、基板１上の空いたスペースに集積回路１０を搭載可能とし、その他の電子部品９の部品点数を削減することができ、発振器全体の小型化を図ることができる効果がある。
【００４２】
また、本発振器によれば、基板１の材料をアルミナに比べて熱伝導率の低い低温焼成セラミックスとし、表層ヒータ抵抗６と水晶振動子等２とを接着剤を介して密着させた構成としているので、表層ヒータ抵抗６から発熱される熱を効率良く水晶振動子２等のアルミナパッケージに伝えて、水晶振動子等２を迅速に温めることができ、出力周波数を迅速に安定させることができる効果がある。
【００４３】
特に、水晶振動子等２としてＯＣＸＯを用いた場合には、恒温槽から基板１へ熱を逃がしにくくして、効率的に恒温槽の温度制御を行うことができ、出力周波数を安定させることができる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、アルミナをパッケージとして使用した水晶振動子又は水晶発振器を搭載した発振器で、特にヒートサイクル耐性を向上させると共に小型化を図ることができ、また、水晶振動子等を効率よく加熱して出力周波数を安定させることができる発振器に適している。
【符号の説明】
【００４５】
１，１′...基板、  ２...水晶振動子又は水晶発振器、  ３...基板パターン配線、  ４...部品電極、  ５...ヒータ抵抗、  ６...表層ヒータ抵抗、  ７...表層ヒータ抵抗用電極、  ８...接着剤、  ９...その他の電子部品、  １０...集積回路、  １１...ワイヤボンディング
【図１】
2012205093.tif 000003
【図２】
2012205093.tif 000004
【図３】
2012205093.tif 000005
【図４】
2012205093.tif 000006
【図５】
2012205093.tif 000007