JP2001320258A - Piezoelectric vibrator and piezoelectric oscillator using the same - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the jump phenomenon of a frequency even in the case of a piezoelectric oscillator constituted by packaging a piezoelectric vibrator on a printed circuit board of wiring for attaining miniaturization. SOLUTION: Concerning the piezoelectric vibrator constituted by housing a piezoelectric vibrating element in a ceramic package composed of a multi- layer ceramic plate and a ceramic side wall part formed around the outer peripheral edge of this ceramic plate, the ceramic plate is raised from the bottom of the side wall part and a recessed part is formed on the outside bottom of the package.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は圧電振動子に関し、
特にセラミックパッケージの外側底面に凹陥部を形成し
た圧電振動子とそれを用いた圧電発振器に関する。The present invention relates to a piezoelectric vibrator,
In particular, the present invention relates to a piezoelectric vibrator having a recess formed on the outer bottom surface of a ceramic package and a piezoelectric oscillator using the same.

【０００２】[0002]

【従来の技術】圧電振動子、例えばＡＴカット水晶振動
子は小型であること、高精度、高安定な周波数が容易に
得られるため、通信機器から電子機器まで広く用いられ
ている。図５（ａ）は従来の表面実装形（ＳＭＤ）水晶
振動子の構成を示す斜視図、同図（ｂ）はＱ−Ｑにおけ
る断面図である。ＡＴカット水晶基板２１の両主面に対
向電極２２ａ、２２ｂを配置すると共に、該電極２２
ａ、２２ｂから水晶基板２１の端部に向けてリード電極
２３ａ、２３ｂを延在して、水晶振動素子Ｙを形成す
る。そして、この水晶振動素子Ｙをセラミックパッケー
ジ２４の内底部に設けた台座２５の上に載置し、リード
電極２３ａ、２３ｂの端部を導電性接着剤２６、２６を
用いて導通固定する。さらに、パッケージ２４内の空気
を乾燥窒素等で置換すると共に、パッケージ２４の上部
周縁に形成したメタライズ２７と金属蓋２８とを抵抗溶
接等の手段を用いて気密封止し、水晶振動子Ｙ’を構成
する。2. Description of the Related Art Piezoelectric vibrators, for example, AT-cut quartz vibrators, are widely used from communication equipment to electronic equipment because they are small in size and can easily obtain high-accuracy and high-stability frequencies. FIG. 5A is a perspective view showing a configuration of a conventional surface mount type (SMD) crystal resonator, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along QQ. Opposing electrodes 22 a and 22 b are arranged on both main surfaces of the AT-cut quartz substrate 21, and
The lead electrodes 23a and 23b are extended from a and 22b toward the end of the quartz substrate 21 to form a quartz vibrating element Y. Then, the crystal vibrating element Y is mounted on a pedestal 25 provided on the inner bottom of the ceramic package 24, and the ends of the lead electrodes 23a and 23b are conductively fixed using conductive adhesives 26 and 26. Further, the air in the package 24 is replaced with dry nitrogen or the like, and the metallized plate 27 and the metal lid 28 formed on the upper peripheral edge of the package 24 are hermetically sealed by means of resistance welding or the like, so that the crystal unit Y 'is formed. Is configured.

【０００３】図６（ａ）は上記水晶振動子とトランジス
タ等の電子部品を用いて構成した小型水晶発振器の平面
図、同図（ｂ）はＱ−Ｑにおける断面図である。銅配線
３０を施したプリント基板３１上に、水晶振動子Ｙ’、
トランジスタ（あるいはＩＣ部品）３２、抵抗３２、コ
ンデンサ３２を搭載すると共に、リフロー槽を通してそ
れぞれの電子部品をはんだ付けし、発振周波数を所定の
周波数に調整して水晶発振器を構成する。FIG. 6A is a plan view of a small crystal oscillator constituted by using the above-described crystal resonator and electronic components such as transistors, and FIG. 6B is a sectional view taken along line QQ. A quartz oscillator Y ′,
A transistor (or IC component) 32, a resistor 32, and a capacitor 32 are mounted, and the respective electronic components are soldered through a reflow bath, and the oscillation frequency is adjusted to a predetermined frequency to configure a crystal oscillator.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来のＳＭＤ形水晶振
動子を用いて小型水晶発振器を構成すると、しばしば発
振周波数のジャンプ現象が生ずるという問題があった。
これは図６（ａ）に示すように、プリント基板の配線３
０上に水晶振動子Ｙ’が搭載されていると、温度変動等
の外的要因によりプリント基板３１に歪みが生じ、水晶
振動子の電極とプリント基板上の配線３０との間の浮遊
容量が変化して、周波数が僅かに変動するものと考えら
れる。なお、プリント基板上にはんだ付けされた水晶振
動子のパッケージの底面とプリント基板面との間隙は、
はんだによる浮きで０．０４ｍｍ程度の間隙が生じてい
る。しかしながら、水晶振動子Ｙ’を搭載するスペース
を避けてプリント配線を行うと、水晶発振器が大きくな
るという問題と、引き回したことによる配線とアースと
の浮遊容量により、水晶発振器の周波数温度特性がなめ
らかの３次曲線からずれると云う問題があった。本発明
は上記問題を解決するためになされたものであって、プ
リント基板の配線上に水晶振動子を配置しても周波数ジ
ャンプ現象の生じない圧電振動子とそれを用いた圧電発
振器を提供することを目的とする。When a small crystal oscillator is formed using a conventional SMD type crystal resonator, there is a problem that a jump phenomenon of the oscillation frequency often occurs.
This is shown in FIG.
When the crystal oscillator Y ′ is mounted on the substrate 0, distortion occurs in the printed circuit board 31 due to external factors such as temperature fluctuation, and the stray capacitance between the electrode of the crystal oscillator and the wiring 30 on the printed circuit board is reduced. It is considered that the frequency changes slightly. The gap between the bottom surface of the package of the crystal unit soldered on the printed board and the printed board surface is
A gap of about 0.04 mm is generated due to the floating by the solder. However, if printed wiring is performed avoiding the space where the crystal unit Y 'is mounted, the crystal oscillator becomes large, and the frequency temperature characteristics of the crystal oscillator become smooth due to the stray capacitance between the wiring and the ground due to routing. From the cubic curve. The present invention has been made to solve the above problems, and provides a piezoelectric vibrator which does not cause a frequency jump phenomenon even when a crystal vibrator is arranged on a wiring of a printed circuit board, and a piezoelectric oscillator using the same. The purpose is to:

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る圧電振動子とそれを用いた圧電発振器の
請求項１記載の発明は、セラミック板と該セラミック板
の外周縁に設けたセラミック側壁部とからなるセラミッ
クパッケージの内底部に圧電振動素子を収容して構成す
る圧電振動子において、前記セラミック板を前記側壁部
底部より高い位置に設定して、パッケージの外側底部に
凹陥部を形成したことを特徴とする圧電振動子である。
請求項２記載の発明は、パッケージ外底部の隅に設けた
端子電極部を除いてほぼ十字状に凹陥部を設けたことを
特徴とする請求項１記載の圧電振動子である。請求項３
記載の発明は、前記凹陥部の深さを０．１ｍｍ以上とし
たことを特徴とする請求項１あるいは２記載の圧電振動
子である。請求項４記載の発明は、請求項１乃至３記載
の圧電振動子を用いて構成したことを特徴とする圧電発
振器である。According to a first aspect of the present invention, a piezoelectric vibrator and a piezoelectric oscillator using the same are provided on a ceramic plate and an outer peripheral edge of the ceramic plate. In a piezoelectric vibrator configured by housing a piezoelectric vibrating element in an inner bottom portion of a ceramic package having a ceramic side wall portion, the ceramic plate is set at a position higher than the bottom portion of the side wall portion, and a concave portion is formed in an outer bottom portion of the package. This is a piezoelectric vibrator characterized by forming.
According to a second aspect of the present invention, there is provided the piezoelectric vibrator according to the first aspect, wherein the concave portion is provided substantially in a cross shape except for a terminal electrode portion provided at a corner of the outer bottom of the package. Claim 3
The invention described in claim 1 is the piezoelectric vibrator according to claim 1 or 2, wherein the depth of the recess is 0.1 mm or more. According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric oscillator configured using the piezoelectric vibrator according to the first to third aspects.

【０００６】[0006]

【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示した実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）は本発明に
係るＳＭＤ形水晶振動子の構成を示す斜視図、同図
（ｂ）はＱ−Ｑにおける断面図である。ＡＴカット水晶
基板１の主面に対向電極２ａ、２ｂを配置すると共に、
該電極２ａ、２ｂから水晶基板１の端部に向けてリード
電極３ａ、３ｂを延在して、水晶振動素子Ｙを形成す
る。この水晶振動素子Ｙをセラミックパッケージ４の内
底部に設けた台座５の上に載置し、リード電極３ａ、３
ｂの端部を導電性接着剤６、６を用いて導通固定する。
さらに、パッケージ４の上部外周縁に形成したメタライ
ズ７と金属蓋８とを抵抗溶接等の手段を用いて気密封止
し、水晶振動子Ｙ’を構成する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail based on an embodiment shown in the drawings. FIG. 1A is a perspective view showing a configuration of an SMD type crystal resonator according to the present invention, and FIG. 1B is a sectional view taken along line QQ. The counter electrodes 2a and 2b are arranged on the main surface of the AT-cut quartz substrate 1, and
The lead electrodes 3a, 3b are extended from the electrodes 2a, 2b toward the ends of the quartz substrate 1 to form a quartz vibrating element Y. This crystal vibrating element Y is placed on a pedestal 5 provided on the inner bottom of the ceramic package 4 and lead electrodes 3a, 3a
The end of b is conductively fixed using the conductive adhesives 6 and 6.
Further, the metallized layer 7 and the metal cover 8 formed on the outer peripheral edge of the upper part of the package 4 are hermetically sealed by using means such as resistance welding to form a crystal unit Y '.

【０００７】本発明の特徴は、パッケージ４を構成する
多層基板部４ａをセラミック側壁部４ｂの底部に対して
厚さｔだけ底上げし、パッケージ底部に凹陥部９を形成
したものを用いて水晶振動子Ｙ’を構成したことであ
る。A feature of the present invention is that the multilayer substrate portion 4a constituting the package 4 is raised by a thickness t with respect to the bottom of the ceramic side wall portion 4b, and a crystal vibration is formed by using a concave portion 9 formed at the package bottom. That is, the child Y 'is configured.

【０００８】図２は本発明に係る水晶振動子Ｙ’を用い
た小型水晶発振器の構成を示す平面図であって、配線１
０を形成したプリント基板１１上に水晶振動子Ｙ’、ト
ランジスタ（あるいはＩＣ部品）１２、抵抗１２、コン
デンサ１２等を搭載して構成した小型水晶発振器であ
る。この水晶発振器は配線１０の上に水晶振動子Ｙ’を
搭載しているが、該水晶振動子Ｙ’は図１（ｂ）に示す
ように、パッケージの外底面に深さｔの凹陥部を形成し
ているため、水晶振動子Ｙ’の電極２ｂと配線１０との
間に誘電率の小さな空気層が入るため、その間の浮遊容
量は極めて小さくなる。そこで、凹陥部の深さｔを０．
１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍの３種類のパッケージ
を用いて水晶振動子を製作すると共に、これを水晶発振
器に組立てた。温度等の外的要因を変化させて、周波数
ジャンプ現象を測定したところ、凹陥部の深さｔを０．
１ｍｍ以上とすれば周波数ジャンプ現象の影響がほぼ問
題とならないことが判明した。なお、セラミックパッケ
ージの分野では、セラミックシートを積層する技術が確
立していることから、図１（ｃ）のように側壁部を積層
構造としてもよいことは言うまでもない。FIG. 2 is a plan view showing the configuration of a small crystal oscillator using the crystal unit Y 'according to the present invention.
This is a small crystal oscillator configured by mounting a crystal unit Y ′, a transistor (or IC part) 12, a resistor 12, a capacitor 12, and the like on a printed circuit board 11 on which “0” is formed. In this crystal oscillator, a crystal oscillator Y 'is mounted on a wiring 10. As shown in FIG. 1B, the crystal oscillator Y' has a concave portion having a depth t on the outer bottom surface of the package. Since it is formed, an air layer having a small dielectric constant enters between the electrode 2b of the crystal unit Y 'and the wiring 10, so that the stray capacitance therebetween becomes extremely small. Therefore, the depth t of the recess is set to 0.
A quartz resonator was manufactured using three types of packages of 1 mm, 0.2 mm, and 0.3 mm, and this was assembled into a quartz oscillator. When the frequency jump phenomenon was measured by changing external factors such as temperature, the depth t of the recess was set to 0.
It has been found that if the distance is 1 mm or more, the influence of the frequency jump phenomenon does not substantially matter. In the field of ceramic packages, since a technique for laminating ceramic sheets has been established, it goes without saying that the side wall may have a laminated structure as shown in FIG.

【０００９】図３は本発明に係る水晶振動子を他の小型
水晶発振器に用いた例であって、プリント基板１３上に
導電性有する台座１４を固定すると共に、該台座１４に
本発明になる水晶振動子Ｙ’を重ねるように載置し、プ
リント基板の配線と水晶振動子Ｙ’の端子部とを導通固
定する。このような構造とすることにより、水晶振動子
Ｙ’の凹陥部の下にトランジスタ（あるいはＩＣ部
品）、抵抗、コンデンサ等の電子素子１５を収容するこ
とが可能となり、小型水晶発振器を構成することが可能
となる。ただ、このような用い方の場合には、パッケー
ジの凹陥部の深さｔは使用電子部品の高さにより、深く
した方が好ましい。FIG. 3 shows an example in which the crystal unit according to the present invention is used for another small crystal oscillator. A conductive base 14 is fixed on a printed circuit board 13 and the present invention is applied to the base 14. The quartz oscillators Y 'are placed on top of each other, and the wiring of the printed circuit board and the terminals of the quartz oscillators Y' are conductively fixed. With such a structure, it is possible to accommodate the electronic element 15 such as a transistor (or IC component), a resistor, and a capacitor below the recessed portion of the crystal unit Y ′, thereby forming a small crystal oscillator. Becomes possible. However, in such a case, it is preferable that the depth t of the concave portion of the package is increased depending on the height of the used electronic component.

【００１０】図４は本発明に係る水晶振動子の他の実施
例の構成を示す底面図である。セラミックパッケージ１
６の四隅に設けた端子電極１７を避けるように、十字状
の凹陥部１８を設けた水晶振動子である。このような構
造とすることにより、多層基板の層間に設けた配線と、
あるいは水晶振動子素子の電極と、搭載するプリント基
板の配線との間の浮遊容量を極めて小さくすることが可
能となる。図４に示す水晶振動子を用いて水晶発振器を
構成すると、ジャンプ現象がほぼ問題とならない水晶発
振器を実現することが可能となる。FIG. 4 is a bottom view showing the structure of another embodiment of the crystal resonator according to the present invention. Ceramic package 1
6 is a crystal resonator provided with a cross-shaped recess 18 so as to avoid the terminal electrodes 17 provided at the four corners. With such a structure, wiring provided between layers of the multilayer substrate,
Alternatively, the stray capacitance between the electrode of the crystal resonator element and the wiring of the printed board to be mounted can be extremely reduced. When a crystal oscillator is formed by using the crystal resonator shown in FIG. 4, it is possible to realize a crystal oscillator in which jump phenomena hardly matter.

【００１１】以上では水晶基板を用いた例を説明した
が、本発明はこれのみに限定するものではなく、ランガ
サイト、四硼酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電
基板を用いた圧電振動子にも適用できることは説明する
までもない。Although an example using a quartz substrate has been described above, the present invention is not limited to this. The present invention is also applicable to a piezoelectric vibrator using a piezoelectric substrate such as langasite, lithium tetraborate, lithium tantalate, or the like. It goes without saying that it can be applied.

【００１２】[0012]

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成した
ので、本発明になる水晶振動子を用いて小型水晶発振器
を構成すると周波数ジャンプ現象の生じない水晶発振器
を製作できるという優れた効果を表す。Since the present invention is constructed as described above, when a small crystal oscillator is formed using the crystal resonator according to the present invention, an excellent effect that a crystal oscillator free from a frequency jump phenomenon can be manufactured can be obtained. Represent.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】（ａ）は本発明に係る圧電振動子の構成を示す
斜視図、（ｂ）は断面図である。FIG. 1A is a perspective view showing a configuration of a piezoelectric vibrator according to the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view.

【図２】本発明に係る圧電振動子を用いて構成した水晶
発振器の構成を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a configuration of a crystal oscillator configured using the piezoelectric vibrator according to the present invention.

【図３】本発明に係る圧電振動子を用いて構成した他の
水晶発振器の構成を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing the configuration of another crystal oscillator configured using the piezoelectric vibrator according to the present invention.

【図４】本発明に係る他の圧電振動子の構成を示す底面
図である。FIG. 4 is a bottom view showing the configuration of another piezoelectric vibrator according to the present invention.

【図５】（ａ）は従来の圧電振動子の構成を示す斜視
図、（ｂ）は断面図である。FIG. 5A is a perspective view showing a configuration of a conventional piezoelectric vibrator, and FIG. 5B is a cross-sectional view.

【図６】（ａ）は従来の圧電振動子を用いた小型水晶発
振器の構成を示す平面図、（ｂ）は断面図である。FIG. 6A is a plan view showing a configuration of a small crystal oscillator using a conventional piezoelectric vibrator, and FIG. 6B is a cross-sectional view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１・・圧電基板 ２ａ、２ｂ・・電極 ３ａ、３ｂ・・リード電極 ４、１６・・セラミックパッケージ ４ａ・・セラミックパッケージの多層基板 ４ｂ・・セラミック側壁部 ５・・台座 ６・・導電性接着剤 ７・・メタリック ８・・金属蓋 ９、１８・・セラミックパッケージ外底部の凹陥部 １０・・配線 １１、１３・・プリント基板 １２、１５・・電子部品 １４・・導電性の台座 １７・・端子電極 Ｙ’・・圧電振動子 1. Piezoelectric substrate 2a, 2b Electrode 3a, 3b Lead electrode 4, 16 Ceramic package 4a Multilayer substrate of ceramic package 4b Ceramic sidewall 5 Base 6 Conductive adhesive 7, Metallic 8, Metal cover 9, 18, Concave portion on the bottom of ceramic package 10, Wiring 11, 13, Printed circuit board 12, 15, Electronic component 14, Conductive pedestal 17, Terminal Electrode Y '... Piezoelectric vibrator

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 セラミック板と該セラミック板の外周縁
に設けたセラミック側壁部とからなるセラミックパッケ
ージの内底部に圧電振動素子を収容して構成する圧電振
動子において、前記セラミック板を前記側壁部底部より
高い位置に設定し、パッケージの外側底部に凹陥部を形
成したことを特徴とする圧電振動子。1. A piezoelectric vibrator in which a piezoelectric vibrating element is accommodated in an inner bottom portion of a ceramic package including a ceramic plate and a ceramic side wall provided on an outer peripheral edge of the ceramic plate, wherein the ceramic plate is connected to the side wall. A piezoelectric vibrator characterized in that it is set at a position higher than the bottom and a recess is formed in the outer bottom of the package. 【請求項２】 パッケージ外底部の隅に設けた端子電極
部を除いてほぼ十字状に凹陥部を設けたことを特徴とす
る請求項１記載の圧電振動子。2. The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein a concave portion is provided substantially in a cross shape except for a terminal electrode portion provided at a corner of an outer bottom portion of the package. 【請求項３】 前記凹陥部の深さを０．１ｍｍ以上とし
たことを特徴とする請求項１あるいは２記載の圧電振動
子。3. The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein the depth of the recess is 0.1 mm or more. 【請求項４】 請求項１乃至３記載の圧電振動子を用い
て構成したことを特徴とする圧電発振器。4. A piezoelectric oscillator comprising the piezoelectric vibrator according to claim 1. Description: