(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも圧電振動子と、発振回路と、該発振回路出力を増幅する緩衝増幅回路とを備えた圧電発振器において、
前記発振回路及び前記緩衝増幅回路を収納した第１の容器と前記圧電振動子を収納した第２の容器とが一体となっており、圧電振動子及び発振回路を構成する回路部品のうち少なくとも発振回路の発振周波数を決定する共振回路の部分と実装面との間にシールド用導電膜が形成され、該シールド用導電膜は、前記圧電振動子及び発振回路を構成する回路部品と実装面との間以外には形成されていないことを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
前記第１の容器の上に前記第２の容器が位置し、該第２の容器の外面がシールド板で覆わ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】
前記圧電振動子の周波数温度特性を打ち消すための温度補償回路を前記第１の容器に収納したことを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧電発振器。
【請求項４】
前記第１の容器が積層セラミック基板や積層樹脂基板等の積層構造物であって、該積層構造物の内部に前記シールド用導電膜が形成されていることを特徴とする、請求項１、２又は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、圧電発振器に係り、特に携帯電話などの移動体通信機の基準周波数源などとして用いることができる面実装用の圧電発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話端末は軽薄短小が求められており、そこに使用される基準発振信号生成用の水晶発振器も同様に小型化と薄型化が求められている。このような小型化と薄型化の要求を満たすため、発振回路や温度補償回路等と水晶振動子とを一体化した圧電発振器が従来より提供されている。
【０００３】
しかし、このような構造の水晶発振器では、携帯電話端末等のセット機器のマザーボードに実装する際、そのマザーボードの配線パターンや近傍に配置されるデバイスや回路によって発振回路周りの浮遊容量が一定とならない。そのため、浮遊容量によって発振周波数が変化し、マザーボードに実装する前と後とで水晶発振器の発振周波数が変化するので、圧電発振器を実装した後に微調整を必要とする問題があった。
【０００４】
そのため、特開平８−３７４２１号公報に開示されている水晶発振器では、多層構造基板の実装面側全面にシールド層を設けることにより、上記のような問題の解決を図っている。しかし、この水晶発振器では、多層構造基板の全体にシールド層を設けているので、多層構造基板の上面と下面等をつなぐ配線電極を多層構造基板の内部に設ける空間的余裕がなくなり、水晶発振器を小型化する妨げになるという問題があった。
【０００５】
【発明の開示】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧電発振器の小型化を妨げることなく、出力周波数を安定に保つことができる圧電発振器を提供することにある。
【０００６】
このため請求項１に記載の圧電発振器は、少なくとも圧電振動子と、発振回路と、該発振回路出力を増幅する緩衝増幅回路とを備えた圧電発振器において、前記発振回路及び前記緩衝増幅回路を収納した第１の容器と前記圧電振動子を収納した第２の容器とが一体となっており、圧電振動子及び発振回路を構成する回路部品のうち少なくとも発振回路の発振周波数を決定する共振回路の部分と実装面との間にシールド用導電膜が形成され、該シールド用導電膜は、前記圧電振動子及び発振回路を構成する回路部品と実装面との間以外には形成されていないことを特徴としている。
【０００７】
ここで、第１の容器と第２の容器とは、一体に作製されたものでもよく、別個に作製されたものを後から接合一体化させたものでもよい。また、第１の容器と第２の容器とは、上下に積み重ねるように一体化されていてもよく、第１の容器の上面に第２の容器が搭載されていてもよく、横に並べるようにして一体化されていてもよい。また、シールド用導電膜は交流的に接地されていても、直流的に接地されていてもよい。
【０００８】
請求項１に記載した圧電発振器にあっては、せいぜい圧電振動子及び発振回路を構成する回路部品と実装面との間にのみシールド用導電膜を形成しているだけであるので、それ以外の回路部品（例えば、増幅回路を構成する回路部品）と実装面との間には配線電極や回路部品を設けることができ、配線設計の自由度を高くできると共に圧電発振器の小型化を図ることができる。ただし、発振回路と他の回路とがＩＣ等によって分離不可能になっている場合や共用化されているような場合には、他の回路を構成する回路部品と実装面との間にもシールド用導電膜が形成されていてもよく、それによって本発明の効果が妨げられることはない。
【０００９】
一方、少なくとも発振回路の発振周波数を決定する共振回路の部分と実装面との間にはシールド用導電膜が形成されているので、実装面側でシールド用導電膜で発振回路をシールドでき、圧電発振器の出力周波数を安定にすることができる。
【００１０】
請求項２に記載の圧電発振器は、請求項１に記載した圧電発振器において、前記第１の容器の上に前記第２の容器が位置し、該第２の容器の外面がシールド板で覆われたものである。
【００１１】
請求項２に記載の圧電発振器によれば、実装面と反対側でもシールド板によってシールドされているので、電波等の外来ノイズを遮断することができ、出力周波数をより安定させることができる。
【００１２】
請求項３に記載の圧電発振器は、請求項１又は２に記載した圧電発振器において、前記圧電振動子の周波数温度特性を打ち消すための温度補償回路を前記第１の容器に収納したものである。
【００１３】
請求項３に記載の圧電発振器は、温度補償回路を有しているので、出力周波数が温度変化に対しても安定になる。
【００１４】
請求項４に記載の圧電発振器は、請求項１、２又は３に記載した圧電発振器における前記第１の容器が積層セラミック基板や積層樹脂基板等の積層構造物であって、該積層構造物の内部に前記シールド用導電膜が形成されたものである。
【００１５】
請求項４に記載の圧電発振器にあっては、積層構造物からなる第１の容器の内部にシールド用導電膜を形成しているので、シールド用導電膜を一定位置に形成することができ、また部品点数を削減できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は本発明の一実施形態による温度補償型水晶発振器１の断面図、図２は回路部品を実装された回路基板２の斜視図である。この水晶発振器１は、箱型をしたセラミック多層基板からなる回路基板２の上に面実装型の水晶振動子パッケージ３（以下、水晶振動子という）を積層一体化した構造を有している。このように水晶振動子３を回路側と別に製作することにより、水晶振動子３の精度ばらつきを小さくして周波数精度を高くすることができる。また、この水晶振動子３を回路基板２の上に積層一体化することで、水晶振動子３が箱型をした回路基板２の蓋を兼ねることになり、部品点数を削減できると共に水晶発振器１の小型化を図ることができる。
【００１７】
まず、回路基板２の構造を図２により説明する。回路基板２はセラミック多層基板によって構成されており、中央に部品実装のための凹部４を有し、その周囲には壁部５が立ち上がっている。凹部４内には、導体ペーストの印刷及び焼き付けによって厚膜導体からなる配線パターン１０が形成されている。また、壁部５の上面四隅にも厚膜導体からなる接続用電極７ａ、７ｂが設けられており、図１に示すように下面の四隅にも外部電極８が設けられている。上面の接続用電極７ａ、７ｂは水晶振動子３と接続するためのもので、４つのうち２つの電極７ａは水晶片１４の端子電極に接続されるもので、他の２つの電極７ｂはシールド板１５に接続されるものでアース電極となる。また、下面の外部電極８は、水晶発振器１を機器用プリント配線基板などに表面実装する際の接続用の電極となるもので、１つは信号出力用となり、１つは電源ラインに接続され、残る２つはアースラインに接続される。また、回路基板２の下面には印刷抵抗６が形成されており、外部電極８以外の箇所では回路基板２の下面は絶縁膜で被覆されている。
【００１８】
図１に示すように、多層構造を有する回路基板２内の一部には、シールド用金属層１１が積層されており、シールド用金属層１１は接地電位に保たれる。また、接続用電極７ａ、７ｂ、外部電極８、配線パターン１０及び印刷抵抗６の配線電極１２は、回路基板２内に設けられた埋め込み配線１９やバイアホール２０を通じて相互に接続されている。なお、シールド用金属層１１と同じ面内の埋め込み配線１９はシールド用金属層１１と同時に作製されている。
【００１９】
回路基板２には、水晶発振器１を構成する回路のうち水晶振動子３以外のものが構成されており、例えば発振回路、温度補償回路、緩衝増幅回路等が構成される。そのため回路基板２にはこれらの回路を構成する面実装型回路部品９がリフロー半田によって実装されており、例えば凹部４内には発振用及び緩衝増幅用のトランジスタ、バリキャップ、チップ積層コンデンサ、温度補償用のチップサーミスタ（ＮＴＣサーミスタ）、チップ抵抗等が面実装されている。
【００２０】
次に、ＡＴカット水晶片１４は、図１に示すように、上面開口したケース１３内に納められており、一端をケース１３で支持されている。また、ケース１３の上面全体は、シールド板１５によって覆われており、水晶片１４はケース１３とシールド板１５によって構成されたパッケージ内に気密的に封止されている。ケース１３の下面の四隅には、電極１７ａ、１７ｂが設けられており、そのうちの２つの電極１７ａはバイアホール１６を通じて水晶片１４の端子電極につながっており、他の２つの電極１７ｂはバイアホール１６を通じてシールド板１５に導通している。
【００２１】
しかして、回路基板２上面の接続用電極７ａと水晶振動子３下面の電極１７ａ、回路基板２上面の接続用電極７ｂと水晶振動子３下面の電極１７ｂは、それぞれリフロー半田されている。これによって回路基板２の接続用電極７ａ、７ｂと水晶振動子３の電極１７ａ、１７ｂとが半田１８により電気的に接続されると共に回路基板２と水晶振動子３とが機械的に結合される。
【００２２】
図３は上記のような温度補償型水晶発振器１の構成を示す回路図である。この水晶発振器１は、温度補償回路（補償電圧発生回路）２１、水晶振動子３、発振回路２２及び緩衝増幅回路２３から構成されている。温度補償回路２１は、周囲温度の変化に応じて水晶振動子３に印加する出力電圧を変化させることにより、水晶振動子３の周波数温度特性を打ち消して周波数を安定させるものであって、抵抗器、ＮＴＣサーミスタ等で構成される。あるいは、ＰＲＯＭに記録された温度対発生電圧の「変換表」を温度センサ（図示せず）の出力によりアドレッシングしてデジタルデータとして取り出し、必要に応じてデジタル処理した後、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）で電圧信号として取り出すようにしたものを用いてもよい。
【００２３】
発振回路２２は、エミッタ接地のコルピッツ発振回路によって構成されている。すなわち、この発振回路２２にあっては、ベース−エミッタ間をコンデンサ２４でつながれたトランジスタ２５、４つの抵抗２６、２７、２８、２９及びコンデンサ３０等によってコルピッツ形が構成されており、抵抗２６及びコンデンサ３３によって電源電圧Ｖccの直流成分のみがトランジスタ２５のコレクタに印加され、抵抗２７を介してエミッタが接地され、分圧抵抗２８、２９によって電源電圧Ｖccを分圧してベースに印加されている。また、この発振回路２２にあっては、グランドから水晶振動子３の端子電極へ向けて可変容量ダイオード３１を接続してあり、抵抗３２を介して温度補償回路２１の出力電圧を水晶振動子３へ入力させている。
【００２４】
発振回路２２の発振周波数を決定する共振回路の部分とは、図３において破線αで囲んだ部分から水晶振動子３を除いたものであって、抵抗２７、２８、２９、コンデンサ２４、３０が含まれ、抵抗３２、可変容量ダイオード３１及びトランジスタ２５が部分的に含まれる。水晶発振器１の出力周波数を安定させるため、少なくとも当該共振回路の部分となる回路部品の下面側（実装面側）には、シールド用金属層１１が形成されている。また、シールド用金属層１１をこれよりも広い範囲に設ける場合でも、その範囲の上限はほぼ発振回路２２を構成する回路部品と対向する領域である。一方、破線αで囲んだうちの水晶振動子３は上面側をシールド板１５によって覆われている。
【００２５】
また、緩衝増幅回路２３は、抵抗３５を介して電源電圧Ｖccをコレクタに入力され、抵抗３６とコンデンサ３７を介してエミッタを接地され、分圧抵抗３８、３９で電源電圧Ｖccを分圧してベースに印加されたトランジスタ３４によって構成されている。
【００２６】
しかして、エミッタ接地のコルピッツ形の発振回路２２で水晶振動子３を発振させ、水晶振動子３の負荷容量を可変容量ダイオード３１に印加する電圧で制御することにより発振周波数を制御する。発振出力はトランジスタ２５のコレクタより取り出され、次段のエミッタ接地の緩衝増幅回路２３で増幅されてトランジスタ３４のコレクタから出力される。また、この出力周波数の温度による変動は温度補償回路２１により補正される。
【００２７】
この水晶発振器１においては、発振回路２２の少なくとも一部で実装面側をシールド用金属層１１によってシールドしているので、出力周波数を安定させることができる。また、水晶振動子３の外面側もシールド板１５でシールドしているので、外来ノイズも遮断して出力周波数を安定させることができる。しかも、発振回路以外の領域には、シールド用金属層１１を設けていないので、埋め込み配線１９やバイアホール２０を形成する回路配線部分を増加させることができ、配線設計の自由度が増加する。また、シールド部分が減少するため、回路基板２の空いた部分へ配線を集中させて温度補償型圧電発振器１を小型にすることができる。特に、温度補償型圧電発振器では、シールドを本当に必要とする回路部分の面積がそれ以外の部分に比べて小さいため、全面シールドした場合との差異は顕著になる。
【００２８】
（第２の実施形態）
図４に示すものはインバータ素子４２、４６を用いた温度補償型水晶発振器４１の構成を表わしている。この水晶発振器４１の発振回路２２にあっては、インバータ素子４２と水晶振動子３と抵抗４３とが並列に接続され、インバータ素子４２の入力側及び出力側がコンデンサ４４、４５を介して接地されている。また、インバータ素子４２には、抵抗３２及びコンデンサ４８を介して温度補償回路２１の出力電圧が印加され、グランドとインバータ素子４２（または、水晶振動子３）の入力側との間には可変容量ダイオード３１が接続されている。
【００２９】
インバータ素子４２の出力は、インバータ素子４６とコンデンサ４７からなる緩衝増幅回路２３を通して出力される。ここで、インバータ素子４６は発振回路２２の一部を構成すると同時に緩衝増幅回路２３の一部を構成している。
【００３０】
この例では、図４において破線αで囲んだ部分から圧電振動子３を除いたものが発振回路２２の発振周波数を決定する共振回路の部分となっており、インバータ素子４２、抵抗４３が含まれ、インバータ素子４６、コンデンサ４４、４５、抵抗３２、可変容量ダイオード３１が部分的に含まれており、これらの回路部品に対向して回路基板２内にシールド用金属層１１が設けられる。
【００３１】
（第３の実施形態）
図５にはさらに別な水晶発振器５１の構成を表わしている。この水晶発振器５１では、コルピッツ形の発振回路２２のトランジスタ５３と緩衝増幅回路２３のトランジスタ５８とが電源に対して直列に接続されている。すなわち、発振回路２２にあっては、ベース−エミッタ間をコンデンサ５２で結合されたトランジスタ５３のエミッタを抵抗５４及びコンデンサ５５を介して接地し、水晶振動子３の入力側にトリマーコンデンサ５６を接続し、水晶振動子３の出力側をトランジスタ５３のベースに接続している。
【００３２】
また、緩衝増幅回路２３にあっては、抵抗６３を介して電源電圧Ｖccをトランジスタ５８のコレクタに印加すると共に電源電圧Ｖccの交流ノイズをコンデンサ６１によってグランドに逃がしている。トランジスタ５８はコレクタ−ベース間を抵抗５９によって接続され、コンデンサ６０を介してベースを接地されている。さらに、トランジスタ５８のベースは抵抗を介して発振回路２２のトランジスタ５３のベースに接続され、トランジスタ５８のエミッタが発振回路２２のトランジスタ５３のコレクタに縦続接続されている。また、トランジスタ５８のコレクタからコンデンサ６２を介して緩衝増幅回路２３の出力が取り出されている。
【００３３】
この例では、図５において破線αで囲んだ部分から圧電振動子３を除いたものが発振回路２２の発振周波数を決定する共振回路の部分となっており、トランジスタ５３、コンデンサ５２が含まれ、トリマーコンデンサ５６、コンデンサ５５、抵抗５４、５７が部分的に含まれており、これらの回路部品の直下で回路基板２内にシールド用金属層１１が設けられる。
【００３４】
（第４の実施形態）
図６は本発明のさらに別な実施形態による水晶発振器６１の構造を示す断面図である。この水晶発振器６１は回路基板と水晶振動子側のケースとを一体化したものであって、上面と下面とにそれぞれ凹部６３、６４を有するセラミック製のパッケージ６２を用いている。このパッケージ６２上面の凹部６３内には水晶片１４が納められ、凹部６３の上面開口をシールド板１５で塞いで水晶振動子３が構成されている。また、パッケージ６２下面の凹部６４の天面には配線パターンが形成されており、凹部６４天面には発振回路２２や温度補償回路２１、緩衝増幅回路２３などを構成する回路部品９が面実装されている。凹部６４の下面開口はセラミック製の蓋６５で覆われており、蓋６５の下面四隅には電極８が設けられている。蓋６５の上面もしくは内部には、シールド用金属層１１が形成されており、発振回路２２を構成する回路部品９のうち共振回路の部分（例えば、図３〜図５のαの部分）の直下がシールド用金属層１１で覆われている。また、蓋６５の上面にも必要に応じて配線パターンを形成して回路部品９を実装することができる。
【００３５】
このような構造の水晶発振器６１でも、図１のような構造の水晶発振器１と同様な効果を奏することができ、水晶発振器６１の小型化を図りつつ出力周波数を安定させることができ、また配線パターンの自由度を高くすることができる。
【００３６】
なお、水晶発振器の種類はどのようなものであってもよい。例えば、上記のように温度補償回路を付加した温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）でもよく、温度補償しない水晶発振器（ＳＰＸＯ）でもよく、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）でもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の圧電発振器によれば、圧電発振器の小型化を妨げることなく出力周波数を安定にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による温度補償型水晶発振器の断面図である。
【図２】同上の水晶発振器に用いられている回路基板の斜視図である。
【図３】同上の水晶発振器の回路図である。
【図４】インバーター素子を用いた温度補償型水晶発振器の回路図である。
【図５】さらに別な水晶発振器の回路図である。
【図６】本発明のさらに別な実施形態による温度補償型水晶発振器の断面図である。
【符号の説明】
１    温度補償型水晶発振器
２    回路基板
３    水晶振動子
９    回路部品
１１  シールド用金属層
１４  水晶片
１５  シールド板
１９  埋め込み配線
２１  温度補償回路
２２  発振回路
２３  緩衝増幅回路
６２  パッケージ
６３、６４  凹部
６５  蓋
【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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