JP2004356912A

JP2004356912A - 表面実装型圧電発振器

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Publication number: JP2004356912A
Application number: JP2003151601A
Authority: JP
Inventors: Akira Miura; 陽三浦
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2023-05-28
Also published as: JP4172774B2

Abstract

【課題】発振信号を安定させるとともに、実装性に優れ、他の電子部品の動作への影響を少なくした表面実装型圧電発振器を提供することにある。
【解決手段】基体１の上面に枠体７を取着するとともに、枠体７の内側に圧電振動素子２を搭載し、枠体７の上面に金属製の蓋体８を取着させて圧電振動素子２の収容領域を気密封止し、基体１の下面に凹部４を設け、凹部４内に圧電振動素子２の振動に基づいて発振出力を制御するＩＣ素子３を収容した表面実装型圧電発振器１０において、ＩＣ素子３を封止材５で被覆するとともに、封止材５の下面で、ＩＣ素子３の直下領域に金属製のシールド板６を取着させた。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯用通信機器等の電子機器に用いられる表面実装型圧電発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、携帯用通信機器等の電子機器に圧電発振器が用いられている。
【０００３】
かかる従来の圧電発振器としては、例えば図６に示すように、セラミック材料等から成る基体５１の上面に、圧電振動素子５２を搭載し、基体５１の下面に形成した凹部５４に、ＩＣ素子５３を搭載した構造が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
このような圧電発振器は、基体５１の下面に被着形成された複数の外部接続用端子（図示せず）によってマザーボードに表面実装される、いわゆる表面実装型圧電発振器５０である。
【０００５】
ＩＣ素子５４は、半導体等の材料からなる、圧電振動素子５２の振動に基づいて発振出力を制御するための能動素子であり、基体５１の下面に形成した凹部５４に充填された封止材により封止されている。
【０００６】
尚、圧電振動素子５２としては、水晶振動素子等が用いられ、このような圧電振動素子５２は、例えば、基体５１上に取着されたシールリング５７の内側に位置するように搭載されており、更にシールリング５７上に金属製の蓋体５８を載置・固定することにより気密封止されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２―１００９３１号公報（図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の表面実装型圧電発振器においては、気密封止に用いた蓋体５８は金属製であり、その熱膨張率は基体５１の熱膨張率と異なるので、表面実装型圧電発振器をマザーボードに実装するとき、熱が加えられた後の降温により、基体５１の収縮量と蓋体５８の収縮量が異なってしまうので、表面実装型圧電発振器の反り等の変形を発生させる原因の一つになっていた。
【０００９】
このように変形した表面実装型圧電発振器は、変形によって基体５１の上面に搭載した圧電振動素子５２の接合状態が変化し、圧電振動素子５２の共振振動に悪影響を及ぼすこととなり、表面実装型圧電発振器の発振信号が変動するという問題があった。
【００１０】
また、変形によって封止材の下面が、基体５１の下面に被着形成された複数の外部接続用端子が基体の下面より下方に位置することがあり、このような状態で表面実装した場合には、外部接続端子がマザーボードに接触しなくなるので、表面実装圧電発振器の実装性を低下させることとなる。
【００１１】
一方、ＩＣ素子５３は電磁波を放射するので、電子機器に搭載される他の電子部品は、その電磁波を浴びることになり、他の電子部品にも悪影響を及ぼして誤動作させ、その結果として、電子機器の安定な動作にも障害となる。
【００１２】
また、ＩＣ素子５３から放射される電磁波のうち、上方へ放射される電磁波は、基体５１の上面に搭載された圧電振動素子５２に対しても、浴びせてしまうので、圧電振動素子の共振振動に悪影響を及ぼすこととなり、表面実装型圧電発振器の発振信号が変動するという問題があった。
【００１３】
本発明は上記問題に鑑み案出されたもので、その目的は、発振信号を安定させるとともに、実装性に優れ、他の電子部品の動作への影響を少なくした表面実装型圧電発振器を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の表面実装型圧電発振器は、基体の上面に枠体を取着するとともに、該枠体の内側に圧電振動素子を搭載し、前記枠体の上面に金属製の蓋体を取着させて圧電振動素子の収容領域を気密封止し、前記基体の下面に凹部を設け、該凹部内に前記圧電振動素子の振動に基づいて発振出力を制御するＩＣ素子を収容した表面実装型圧電発振器において、前記ＩＣ素子を封止材で被覆するとともに、該封止材の下面で、前記ＩＣ素子の直下領域に金属製のシールド板を取着させたことを特徴とするものである。
【００１５】
また本発明の表面実装型圧電発振器は、前記蓋体と前記シールド板とが同質の金属により形成され、且つ両者の厚みの差が±１５％以内に設定されていることを特徴とするものである。
【００１６】
更に本発明の表面実装型圧電発振器は、前記シールド板の下面に樹脂材が被着されているとともに、該樹脂材の一部をシールド板の外側まで延在させ、この延在部が前記封止材に対し接着されていることを特徴とするものである。
【００１７】
また更に本発明の表面実装型圧電発振器は、前記基体の下面で、凹部の周囲に複数個の外部接続用端子が設けられていることを特徴とするものである。
【００１８】
更にまた本発明の表面実装型圧電発振器は、前記蓋体及び前記シールド板が前記基体の表面もしくは内部に設けられるグランド配線に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【００１９】
また更に本発明の表面実装型圧電発振器は、前記樹脂材の下面が基体の下面より上方に位置していることを特徴とするものである。
【００２０】
更にまた本発明の表面実装型圧電発振器は、圧電振動素子とＩＣ素子との間を隔てる基体の内部にグランド配線が埋設されていることを特徴とするものである。
【００２１】
また更に本発明の表面実装型圧電発振器は、前記凹部の内面に前記シールド板の上面に当接される基準面が設けられていることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の表面実装型圧電発振器によれば、基体の下面に設けた凹部に収容したＩＣ素子を封止材で被覆するとともに、該封止材の下面で、前記ＩＣ素子の直下領域に金属製のシールド板を取着させたことから、表面実装型圧電発振器の上部と下部の熱膨張係数が近くなり、マザーボードに実装するときに加えられる熱によっても、表面実装型圧電発振器に発生する反り等の変形を小さく抑えることができる。
【００２３】
また本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記蓋体と前記シールド板とが同質の金属により形成され、且つ両者の厚みの差が±１５％以内に設定されていることから、表面実装型圧電発振器に発生する反り等の変形をより小さく抑えられ、表面実装した場合に外部接続端子がマザーボードに確実に接触できるので、表面実装圧電発振器の実装性を高くすることが可能となる。
【００２４】
更に本発明の表面実装型圧電発振器によれば、ＩＣ素子より放射される電磁波は、前記ＩＣ素子の直下領域に取着させた金属製のシールド板により、吸収されるので、電子機器に搭載される他の電子部品は、浴びる電磁波が少なく、誤動作しにくくなるので、電子機器を安定に動作させることができる。
【００２５】
また更に本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記シールド板は、その下面に被着された樹脂材の一部がシールド板の外側まで延在し、この延在部が前記封止材に対し接着されていることから、効果的に固定することができる。
【００２６】
更にまた本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記基体の下面で、凹部の周囲に複数個の外部接続用端子が設けられていることから、小型の表面実装型圧電発振器とすることができる。
【００２７】
また更に本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記蓋体及び前記シールド板が、前記基体の表面もしくは内部に設けられるグランド配線に電気的に接続されていることから、前記蓋体及び前記シールド板がグランド電位となり、前記ＩＣ素子から放射される電磁波が吸収されやすくなるので、他の電子部品に与える影響がより少なくなり、これによってさらに電子機器を安定に動作させることが可能となる。
【００２８】
更にまた本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記封止材の下面が前記基体の下面より上方に位置していることから、外部接続用端子がマザーボードに確実に接触できるので、表面実装圧電発振器の実装性を高くすることが可能となる。
【００２９】
また更に本発明の表面実装型圧電発振器によれば、圧電振動素子とＩＣ素子との間を隔てる基体の内部に埋設したグランド配線に吸収されるようにしたことにより、前記基体の上面に搭載された圧電振動素子は、前記ＩＣ素子から放射された電磁波を浴びなくなるので、共振振動が安定することとなり、表面実装型圧電発振器の発振信号の変動を少ないものにすることが可能となる。
【００３０】
更にまた本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記凹部の内面に前記シールド板の上面に当接される基準面が設けられていることから、前記シールド板を前記凹部内の適切な位置に固定されるので、前記シールド板の電磁波の吸収や、前記外部接続用端子のマザーボードへの接触を効果的に安定させた表面実装型圧電発振器とすることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００３２】
図１は本発明の表面実装型圧電発振器を表面実装型水晶発振器に適用した実施形態を示す外観斜視図、図２は図１の表面実装型水晶発振器より蓋体を取り外した状態を示す外観斜視図、図３は図１のＡ−Ａ’線断面図、図４は図１の表面実装型水晶発振器を下方より見た平面図である。
【００３３】
これらの図に示す表面実装型水晶発振器１０は、基体１の上面に搭載した水晶振動素子２を、枠体７と金属製の蓋体８により気密封止し、基体１の下面に設けた凹部４にＩＣ素子３を収容し、封止材で被覆した構造を有している。
【００３４】
基体１は、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料を用いて制作される凹部４を有した基板である。セラミック材料から成る基体１は、例えば、セラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面等に外部接続用端子１ａ、グランド配線１ｂ、接続パッド１ｃ、グランド接続パッド１ｄ等の配線導体となる導体ペーストを所定パターンに印刷・塗布するとともに、凹部４となる孔を形成した後にこれを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することによって製作される。
【００３５】
基体１の上面に搭載する水晶振動素子２は、従来周知の水熱合成法等によって形成された水晶板を所定の結晶軸でカットして短冊状の水晶片として切り出した上、その両主面に所定形状のマスクを配置して、蒸着やスパッタ等の手段を用いて、一対の励振電極を被着・形成した構造を有している。このような水晶振動素子２は、一対の励振電極間に所定の電圧が印加されると、所定の周波数ですべり振動を起こすようになっており、クロック信号等の基準信号を発生するための振動子として機能する。
【００３６】
このような水晶振動素子２は、シリコン樹脂やポリイミド樹脂等から成る樹脂材料中にＡｇ等から成る導電性粒子を所定量、添加・混合してなる導電性接着剤９を介して、基体１に搭載される。
【００３７】
基体１上に配置された接続パッド１ｃ上に塗布した導電性接着剤９の上に水晶振動素子２を配置し硬化させることで基体１内に配置された導体（図示せず）と水晶振動素子２の電気的導通と機械的な接合強度を確保できる。
【００３８】
基体１の上面に取着される枠体７は、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属から成るシールリングであり、その内側に水晶振動子２が位置するように取着されている。このような枠体７は、基体１の上面に予め被着させておいた接続パッド１ｄにロウ付けして接合される。
【００３９】
枠体７の上面に載置・固定される蓋体８は、枠体７と同様の金属から成る平板である。このような蓋体８は、上述した水晶振動素子２を枠体７の内側に搭載した後、従来周知の抵抗溶接等によって枠体７の上面に接合する。尚、抵抗溶接によって接合する場合、枠体７や蓋体８の表面には予めＮｉメッキやＡｕメッキの層を被着させておき、また、接続パッド１ｄは、基体１の表面もしくは内部に設けられるグランド配線１ｂに電気的に接続させておくようにする。
【００４０】
以上のような構成により、水晶振動素子２は、枠体７と蓋体８とから成る気密封止された空間に収容されることによって、振動子として安定して機能するようになる。
【００４１】
基体１の下面に設けた凹部４に収容されるＩＣ素子３は、その回路形成面に、周囲の温度状態を検知する感温素子（サーミスタ）、水晶振動素子２の温度特性を補償する温度補償データを有し、該温度補償データに基づいて前記水晶振動素子５の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、該温度補償回路に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路等を有している。このようなＩＣ素子３の発振回路で生成された発振出力は、外部に出力された後、例えば、クロック信号等の基準信号として利用されることとなる。
【００４２】
またＩＣ素子３は、凹部４に収容された後、ボンディングワイヤを介して凹部４内部に被着されたボンディングパッドと電気的に接続される。或いは、ＩＣ素子３に形成したハンダや金のバンプ（図示せず）を介してフリップチップ接続するようにしてもよく、その場合、ＩＣ素子３の搭載面積を小さくして、表面実装型水晶発振器１０の小型にすることができる。
【００４３】
尚、ＩＣ素子３の温度補償回路に温度補償データを書き込むための書込端子（図示せず）は基体１の側面等に設けられ、これらの書込端子にデータ書込装置のプローブ針を当て、ＩＣ素子３の温度補償回路内に設けられているメモリに水晶振動素子２の温度特性に応じた温度補償データを書き込むことによって温度補償回路内に温度補償データが格納される。
【００４４】
基体１の下面に設けられた凹部に充填される封止材５は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリビニルアルコール等の樹脂材料を用いて、ＩＣ素子３を封止するようにして被覆形成される。
【００４５】
封止材５の下面でＩＣ素子３の直下領域に取着されるシールド板６は、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属から成る金属からなり、凹部４の内面に設けられた基準面４ｂに接着剤を用いて接合されている。
【００４６】
以上のように、本実施形態の表面実装型圧電発振器１０においては、基体１の下面に設けた凹部４に収容したＩＣ素子３を封止材５で被覆するとともに、封止材５の下面で、ＩＣ素子３の直下領域に金属製のシールド板６を取着させたことから、表面実装型圧電発振器１０の上部と下部の熱膨張係数が近くなり、マザーボードに実装するときに加えられる熱によっても、表面実装型圧電発振器１０に発生する反り等の変形を小さく抑えることができる。
【００４７】
また本実施形態においては、ともに材料にコバールを用い、それぞれの厚みについては、蓋体８を０．１ｍｍ、シールド板６を０．０８５ｍｍとなるように加工している。このように、同質の金属を用いて、且つ両者の厚みの差を±１５％以内に設定した結果、表面実装型圧電発振器１０に発生する反り等の変形をより小さく抑えられ、表面実装した場合に外部接続端子１ａがマザーボードに確実に接触し、表面実装圧電発振器１０の実装性を高くすることが可能となった。
【００４８】
一方、ＩＣ素子３より放射される電磁波は、ＩＣ素子３の直下領域に取着させた金属製のシールド板６により、吸収されるので、電子機器に搭載される他の電子部品は、浴びる電磁波が少なく、誤動作を起こしにくくなるので、この表面実装型圧電発振器１０が組み込まれる電子機器を安定的に動作させることが可能となる。
【００４９】
また本実施形態において、蓋体８が、枠体７を介してグランド接続パッド１ｄに接続し、シールド板６が、基体１の内部に設けられるグランド配線１ｂに電気的に接続されていることにより、蓋体８及びシールド板６がグランド電位となるので、ＩＣ素子３から放射される電磁波が吸収されやすく、他の電子部品に与える影響がより少なくなり、これによってさらに電子機器として安定に動作させることが可能となる。
【００５０】
このとき、ＩＣ素子３から放射される電磁波は、水晶振動素子２とＩＣ素子３との間を隔てる基体１の内部に埋設したグランド配線１ｂに吸収されるので、基体１の上面に搭載された水晶振動素子２は、ＩＣ素子３から放射された電磁波を浴びなくなり、共振振動が安定し、表面実装型圧電発振器１０の発振信号の変動を少ないものにすることが可能となる。
【００５１】
そして、表面実装型水晶発振器１０は、シールド板６が凹部４内の内面に設けられた基準面４ｂによって適切な位置に固定されるので、上述したようなシールド板６の電磁波の吸収や、外部接続用端子１ａのマザーボードへの接触を効果的に安定させた小型の表面実装型水晶発振器とすることができる。
【００５２】
更にこの場合、樹脂材５ｂの下面を基体１の下面より上方に位置させてあることから、表面実装型圧電発振器１０の実装時、外部接続用端子１ａがマザーボードに確実に接触されるようになり、表面実装圧電発振器の実装性を向上させることができる。
【００５３】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００５４】
例えば、上述の実施形態においては圧電振動子として水晶振動子１４を用いるようにしたが、これに代えて、圧電振動子としてＳＡＷフィルタ等の他の圧電振動子を用いる場合であっても本発明は適用可能である。
【００５５】
また、本実施形態においては、金属製のシールド板６を、接着剤を用いて基準面４ｂに取着させているが、これに代えて、例えば、図５に示すように、シールド板６の下面に被着させた樹脂材５ｂの一部をシールド板の外側まで延在させ、この延在部を封止材５に対し接着されることによって固定してもよい。この場合、樹脂材５ｂは、封止材５と同系の材料により形成しておくことが好ましく、特に同質の樹脂材料により形成すれば、シールド板６と凹部４との隙間から流し込んで充填することができるので、取り付けを効果的にして表面実装型圧電発振器の生産性をより高めることができる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の表面実装型圧電発振器によれば、基体の下面に設けた凹部に収容したＩＣ素子を封止材で被覆するとともに、該封止材の下面で、前記ＩＣ素子の直下領域に金属製のシールド板を取着させたことから、表面実装型圧電発振器の上部と下部の熱膨張係数が近くなり、マザーボードに実装するときに加えられる熱によっても、表面実装型圧電発振器に発生する反り等の変形を小さく抑えることができる。
【００５７】
また本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記蓋体と前記シールド板とが同質の金属により形成され、且つ両者の厚みの差が±１５％以内に設定されていることから、表面実装型圧電発振器に発生する反り等の変形をより小さく抑えられ、表面実装した場合に外部接続端子がマザーボードに確実に接触できるので、表面実装圧電発振器の実装性を高くすることが可能となる。
【００５８】
更に本発明の表面実装型圧電発振器によれば、ＩＣ素子より放射される電磁波は、前記ＩＣ素子の直下領域に取着させた金属製のシールド板により、吸収されるので、電子機器に搭載される他の電子部品は、浴びる電磁波が少なく、誤動作しにくくなるので、電子機器を安定に動作させることができる。
【００５９】
また更に本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記シールド板は、その下面に被着された樹脂材の一部がシールド板の外側まで延在し、この延在部が前記封止材に対し接着されていることから、効果的に固定することができる。
【００６０】
更にまた本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記基体の下面で、凹部の周囲に複数個の外部接続用端子が設けられていることから、小型の表面実装型圧電発振器とすることができる。
【００６１】
また更に本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記蓋体及び前記シールド板が、前記基体の表面もしくは内部に設けられるグランド配線に電気的に接続されていることから、前記蓋体及び前記シールド板がグランド電位となり、前記ＩＣ素子から放射される電磁波が吸収されやすくなるので、他の電子部品に与える影響がより少なくなり、これによってさらに電子機器を安定に動作させることが可能となる。
【００６２】
更にまた本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記封止材の下面が前記基体の下面より上方に位置していることから、外部接続用端子がマザーボードに確実に接触できるので、表面実装圧電発振器の実装性を高くすることが可能となる。
【００６３】
また更に本発明の表面実装型圧電発振器によれば、圧電振動素子とＩＣ素子との間を隔てる基体の内部に埋設したグランド配線に吸収されるようにしたことにより、前記基体の上面に搭載された圧電振動素子は、前記ＩＣ素子から放射された電磁波を浴びなくなるので、共振振動が安定することとなり、表面実装型圧電発振器の発振信号の変動を少ないものにすることが可能となる。
【００６４】
更にまた本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記凹部の内面に前記シールド板の上面に当接される基準面が設けられていることから、前記シールド板を前記凹部内の適切な位置に固定されるので、前記シールド板の電磁波の吸収や、前記外部接続用端子のマザーボードへの接触を効果的に安定させた表面実装型圧電発振器とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表面実装型圧電発振器を表面実装型水晶発振器に適用した実施形態を示す外観斜視図である。
【図２】図１の表面実装型水晶発振器より蓋体を取り外した状態を示す外観斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ’線断面図である。
【図４】図１の表面実装型水晶発振器を下方より見た平面図である。
【図５】図１の表面実装型水晶発振器の他の実施形態におけるＢ−Ｂ’線断面図である。
【図６】従来の表面実装型圧電発振器の断面図である。
【符号の説明】
１・・・基体
１ａ・・・外部接続用端子
１ｂ・・・グランド配線
１ｃ・・・接続パッド
１ｄ・・・グランド接続パッド
２・・・水晶振動素子
３・・・ＩＣ素子
４・・・凹部
４ｂ・・・基準面
５・・・封止材
５ｂ・・・樹脂材
６・・・シールド板
７・・・枠体
８・・・蓋体
９・・・導電性接着剤
１０・・・表面実装型水晶発振器

Claims

基体の上面に枠体を取着するとともに、該枠体の内側に圧電振動素子を搭載し、前記枠体の上面に金属製の蓋体を取着させて圧電振動素子の収容領域を気密封止し、
前記基体の下面に凹部を設け、該凹部内に前記圧電振動素子の振動に基づいて発振出力を制御するＩＣ素子を収容した表面実装型圧電発振器において、
前記ＩＣ素子を封止材で被覆するとともに、該封止材の下面で、前記ＩＣ素子の直下領域に金属製のシールド板を取着させたことを特徴とする表面実装型圧電発振器。
前記蓋体と前記シールド板とが同質の金属により形成され、且つ両者の厚みの差が±１５％以内に設定されている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。
前記シールド板の下面に樹脂材が被着されているとともに、該樹脂材の一部をシールド板の外側まで延在させ、この延在部が前記封止材に対し接着されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表面実装型圧電発振器。
前記基体の下面で、凹部の周囲に複数個の外部接続用端子が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の表面実装型圧電発振器。
前記蓋体及び前記シールド板が前記基体の表面もしくは内部に設けられるグランド配線に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の表面実装型圧電発振器。
前記樹脂材の下面が基体の下面より上方に位置していることを特徴とする請求項４に記載の表面実装型圧電発振器。
前記基体の内部に、前記圧電振動素子と前記ＩＣ素子との間を隔てるグランド配線が埋設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の表面実装型圧電発振器。
前記凹部の内面に前記シールド板の上面に当接される基準面が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の表面実装型圧電発振器。