JP2005079619A

JP2005079619A - 発振器

Info

Publication number: JP2005079619A
Application number: JP2003304279A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Shigematsu; 俊輔重松
Original assignee: Daishinku Corp
Current assignee: Daishinku Corp
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】半田付けによる不具合を無くし、かつ、回路基板の実装領域を有効利用するとともに実装密度を大きくする。
【解決手段】水晶発振器１では、回路基板２の中央にキャビティ２１が形成され、このキャビティ２１に帰還増幅器からなる発振部３が実装される。水晶振動子４および他の構成部材５それぞれに設けられた電極と、これら電極と対応させた回路基板２の電極とを接続させるために半田付けが行なわれ、これにより、水晶振動子４および他の構成部材５が回路基板２に実装される。また、水晶振動子４および他の構成部材５の配置は、回路６のループ距離が短く、かつ、他の構成部材５の間隔が広くなるよう設計されており、発振部３周囲に沿って水晶振動子４と他の構成部材５とが実装される。また、発振部３に水晶振動子４および他の構成部材５それぞれが直列接続されて回路６が構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、発振器に関し、特に、発振器の回路基板に実装される各部材の配置に関する。

近年、携帯用電子機器、例えば携帯電話器は軽量、薄型、小型化が進んでいる。そのため、これにともなって、携帯電話器の構成の１つである水晶発振器の小型化が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。

例えば、従来の水晶発振器８は、図８に示すように、回路基板８１上に、発振部であるＩＣチップなどの半導体集積回路８２と、水晶振動子８３と、他の構成部材８４（８４１、８４２、８４３、８４４、８４５、８４６、８４７）が実装されている。これら水晶振動子８３と他の構成部材８４とが半導体集積回路８２に接続されて、回路が構成される。

ところで、この水晶発振器８では、回路基板８１上に他の構成部材８４を実装する際、半田付けを行なう。この半田付けの際、例えば、図８に示すように、他の構成部材８４を半田付けにより回路基板８１に実装する時、他の構成部材８４４、８４５、８４６、８４７の半田付け部分が近くなる。このように、半田付け部分が近距離になると、半田ブリッジや、それに伴う構成部材の配置ずれや、他の構成部材８４の部品立ちなどの不具合が生じる可能性があり、歩留まりが悪くなる。

また、回路基板８１上に実装される発振部である半導体集積回路８２と、水晶振動子８３と、他の構成部材８４との配置関係に関して、他に例えば下記する特許文献１に示すような配置関係がある。この引用文献１に開示の水晶発振器９（図９参照）は、水晶振動子９１が半導体集積回路（ＩＣチップ）９２と、他の構成部材である電子部品９３（９３１、９３２、９３３、９３４）と平行に配されてなる。
特開平７−２１２１３０号公報

しかしながら、上記した特許文献１に開示の水晶振動子９１とＩＣチップ９２と電子部品９３との配置関係を図８に示す回路基板８１に適用した場合、図９に示すように、電子部品９３が集中的に隣接して実装されていないが、ＩＣチップ９２が回路基板８１の端面近傍に実装される構成となる。

そこで、上記した特許文献１に開示の水晶振動子９１とＩＣチップ９２と電子部品９３との配置関係を図８に示す回路基板８１に適用した場合において、例えば、電子部品９３の数を増やした場合、電子部品９３が集中的に隣接し、上記した図８に示す水晶発振器８のような不具合が生じる。そのため、図９に示す配置関係からなるＩＣチップ９２と電子部品９３とを図８に示す回路基板８１に実装した場合、回路基板８１への電子部品９３の実装密度が大きくなり、現在求められている薄型、小型化を実現することは難しい。また、ＩＣチップ９２が回路基板８１の端面近傍に実装されているため、ＩＣチップ９２と、回路基板８１端面との間の領域に電子部品９３を実装するなどの回路基板８１の実装領域を有効利用することができない。

そこで、上記課題を解決するために、本発明は、半田付けによる不具合を無くし、かつ、回路基板の実装領域を有効利用するとともに実装密度を大きくした小型の発振器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る発振器は、回路基板上に帰還増幅器からなる発振部と振動子と複数の他の構成部材とが実装され、発振部に振動子と複数の他の構成部材とが接続されてループ状の回路が構成される発振器であって、前記発振部が前記回路基板中央に実装されるとともに、この前記発振部周囲にループ状に前記振動子と前記他の構成部材とが実装され、前記振動子および前記他の構成部材の配置は、前記回路のループ距離が短く、かつ、複数の前記他の構成部材の間隔が広くなるよう設計されることを特徴とする。

本発明によれば、帰還増幅器からなる発振部が回路基板中央に実装されるとともに、この発振部周囲に沿って振動子と複数の他の構成部材とが実装され、振動子および他の構成部材の配置は、回路のループ距離が短く、かつ、複数の他の構成部材の間隔が広くなるよう設計されているので、他の構成部材や振動子が集中的に隣接することを避けて、他の構成部材や振動子を回路基板に実装するための半田付けによる不具合を無くすこと、すなわち、半田ブリッジ部品ずれなどの不具合を無くすことが可能となる。その結果、回路基板の実装領域を有効利用するとともに実装密度を大きくすることが可能となる。例えば、この発明にかかる発振器によれば、回路基板の面積を縮小させて発振器の小型化を図ることが可能となる。または、回路基板の大きさを現状のままにした状態で、実装可能な回路基板の実装領域に、多くの他の構成部材を実装して発振器の性能を向上させることが可能となる。また、振動子が、他の構成部材と同一平面上である回路基板上に実装されているために、発振器の厚さを薄くすることが可能となる。また、回路のループ距離が短く、他の構成部材の間隔が広くなっているので、浮遊容量を無くすのに好ましい。

上記構成において、上記回路基板にはキャビティが形成され、このキャビティに上記発振部が実装されてもよい。

この場合、キャビティに発振部が実装されているので、発振部が実装されたキャビティ上空が中空状態となり、発振部が実装されたキャビティ周囲の振動子を含む各構成部材の半田付けを不具合なく容易に行なうことが可能となる。

具体的に、上記構成において、上記キャビティに実装された上記発振部の最上端は、上記キャビティの壁面の最上端以下に位置してもよい。

この場合、キャビティに実装された発振部の最上端は、キャビティの壁面の最上端以下に位置するので、確実に発振部が実装されたキャビティ上空が中空状態となり、すなわち、振動子および他の構成部材と同一平面上には発振部が配されず、発振部が実装されたキャビティ周囲の振動子を含む各構成部材の半田付けを不具合なく容易に行なうことのに好ましい。また、発振部と振動子を含む各構成部材との干渉などの不具合も同時に無くすことが可能となる。

さらに、上記構成において、上記発振部が、樹脂などの絶縁物によりモールドされてもよい。

この場合、発振部を回路基板にワイヤボンディングなどで接続した場合であっても、振動子や他の構成部材の回路基板への接続の際の半田流れ出しによる不具合や、外部部品との接触によるワイヤボンディングの切断や発振部の破壊を防ぐことが可能となる。

また、具体的に、上記構成において、上記他の構成部材には、少なくとも温度補償部材、周波数調整部材および電圧制御部材のいずれか１種類以上が含まれていることが好ましい。なお、これら実装される温度補償部材、周波数調整部材および電圧制御部材の数は、任意に設定可能である。

また、上記構成において、上記振動子および上記他の構成部材は、上記発振部に直列接続されてもよい。

この場合、振動子および他の構成部材は、発振部周囲に沿って実装されるとともに、発振部に直列接続されているので、各構成部材を独立して機能させるとともに、回路のループ距離を短かくすることが可能となり、回路のループ距離が長くなることで生じ易くなる外部環境の影響などによる回路の不具合を解消することが可能となる。また、振動子および他の構成部材は、直列接続されているので、回路設計が容易になる。

本発明に係る発振器によれば、半田付けによる不具合を無くし、かつ、回路基板の実装領域を有効利用するとともに実装密度を大きくすることができる。

具体的に、本発明に係る発振器によれば、帰還増幅器からなる発振部が回路基板中央に実装されるとともに、この発振部周囲に沿って振動子と複数の他の構成部材とが実装され、振動子および他の構成部材の配置は、回路のループ距離が短く、かつ、複数の他の構成部材の間隔が広くなるよう設計されているので、他の構成部材や振動子が集中的に隣接することを避けて、他の構成部材や振動子を回路基板に実装するための半田付けによる不具合を無くすこと、すなわち、半田ブリッジ部品ずれなどの不具合を無くすことができる。その結果、回路基板の実装領域を有効利用するとともに実装密度を大きくすることができる。また、振動子が、他の構成部材と同一平面上である回路基板上に実装されているために、発振器の厚さを薄くすることができる。また、回路のループ距離が短く、他の構成部材の間隔が広くなっているので、浮遊容量を無くすのに好ましい。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施の形態では、発振器として水晶発振器に本発明を適用した場合を示すが、これに限定されるものではなく、例えば、ＬＣ発振器、セラミック振動子、ＳＡＷフィルタ等であってもよい。

本実施の形態に係る水晶発振器１では、図１に示すように、回路基板２上に帰還増幅器からなる発振部３と水晶振動子４と他の構成部材５（Ｌ１、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、ＤＶ、Ｒ１、Ｒ２、下記参照）とが実装されている。

回路基板２の中央にはキャビティ２１が形成され、このキャビティ２１に発振部３が樹脂Ｍ（図２参照）によりモールドされることにより実装される。このキャビティ２１への発振部３の実装において、キャビティ２１に実装された発振部３の最上端は、キャビティ２１の壁面の最上端以下に位置する。本実施の形態では、図２に示すように、キャビティ２１に実装された発振部３の最上端がキャビティ２１の壁面の最上端より低い。すなわち、水晶振動子４および他の構成部材５と同一平面上には発振部３が配されない状態となる。

水晶振動子４および他の構成部材５（Ｌ１、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、ＤＶ、Ｒ１、Ｒ２）それぞれに設けられた電極（図示省略）と、これら電極と対応させた回路基板２の電極（図示省略）とを接続させるために半田付けが行なわれ、これにより、水晶振動子４および他の構成部材５（Ｌ１、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、ＤＶ、Ｒ１、Ｒ２）が、回路基板２に実装される。なお、本実施の形態における他の構成部材５の半田付け部分は、他の構成部材（トリマーコンデンサ回路Ｃ３（下記参照））を例にして、図１に示す他の構成部材Ｃ３の長手方向両端面５ａ、５ｂである。

また、水晶振動子４および他の構成部材５（Ｌ１、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、ＤＶ、Ｒ１、Ｒ２）の配置は、回路６（下記参照）のループ距離が短く、かつ、他の構成部材５（Ｌ１、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、ＤＶ、Ｒ１、Ｒ２）の間隔が広くなるよう設計されており、図１に示すように、発振部３周囲に沿って水晶振動子４と他の構成部材５とが実装される。

この水晶発振器１では、発振部３に水晶振動子４と他の構成部材５とが接続されてループ状（一重）の回路６が構成される。この回路６は、図３に示すように、発振回路３１（下記参照）に、水晶振動子４および他の構成部材５（Ｌ１、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、ＤＶ、Ｒ１、Ｒ２）が直列接続されてなる。

帰還増幅器からなる発振部３は、図４に示すようなバイポーラトランジスタによる発振回路３１から構成されている。

他の構成部材５は、周波数調整部材５１（５１１、５１２、Ｃ３）、電圧制御部材５２（ＤＶ、Ｒ）から構成されている。

周波数調整部材５１は、水晶振動子４の周波数可変量を拡大するためのＬＲ回路５１１と、水晶振動子４の周波数を微調整するためのコンデンサ周波数調整回路５１２およびトリマーコンデンサ回路Ｃ３（図５（ｃ）参照）とから構成されている。

ＬＲ回路５１１は、図５（ｄ）に示すように、伸長コイルＬ１と自励発振防止用の抵抗Ｒ１とが並列接続されてなる。

コンデンサ周波数調整回路５１２は、図５（ｂ）に示すように、第１コンデンサＣ１と第２コンデンサＣ２とが並列接続されてなる。このうち、第２コンデンサＣ２を取り外し可能とし、第２コンデンサＣ２の容量を可変させることにより水晶振動子４の周波数の微調整を行なう。

電圧制御部材５２は、（図５（ｆ）参照）バリキヤップダイオードＤＶが直列接続されて接地される（図５（ｆ）では抵抗Ｒ３を介している）とともに、水晶発振器１の電圧を制御するための制御電圧部（図示省略）が抵抗Ｒ２を介して回路６のポート６１に接続されてなる。

これら上記したバイポーラトランジスタによる発振回路３１と、水晶振動子４と、ＬＲ回路５１１と、コンデンサ周波数調整回路５１２と、トリマーコンデンサ回路Ｃ３と、インダクタＬ１と、抵抗Ｒ１と、第１コンデンサＣ１と、第２コンデンサＣ２と、バリキヤップダイオードＤＶと、抵抗Ｒ２と、により、図６に示す水晶発振器１の回路６が構成される。

上記したように、本発明に係る水晶発振器１によれば、発振部３が回路基板２中央に実装されるとともに、この発振部３周囲に沿って水晶振動子４と他の構成部材５（周波数調整部材５１、電圧制御部材５２）とが実装され、他の構成部材５および水晶振動子４の配置は、回路６のループ距離が短く、かつ、他の構成部材５の各構成（Ｌ１、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、ＤＶ、Ｒ１、Ｒ２）の間隔が広くなるよう設計されているので、他の構成部材５や水晶振動子４が集中的に隣接することを避けて、他の構成部材５や水晶振動子４を回路基板２に実装するための半田付けによる不具合を無くすこと、すなわち、半田ブリッジ部品ずれなどの不具合を無くすことができる。その結果、回路基板２の実装領域を有効利用するとともに実装密度を大きくすることができ、例えば、回路基板２の面積を縮小させて水晶発振器１の小型化を図ることができる。また、回路６のループ距離が短く、他の構成部材５の間隔が広くなっているので、浮遊容量を無くすのに好ましい。

または、回路基板２の大きさを、本実施の形態で用いた大きさ（図１参照）のままにした状態で、実装可能な回路基板２の実装領域に、多くの他の構成部材を実装して発振器の性能を向上させることができる。

また、水晶振動子４が、他の構成部材５と同一平面上である回路基板２上に実装されているために、水晶発振器１の厚さを薄くすることができる。

また、キャビティ２１に発振部３が実装されているので、発振部３が実装されたキャビティ２１上空が中空状態となり、発振部３が実装されたキャビティ２１周囲の他の構成部材５の半田付けを不具合なく容易に行なうことができる。特に、本実施の形態では、キャビティ２１に実装された発振部３の最上端がキャビティ２１の壁面の最上端より低いので、水晶振動子４および他の構成部材５と同一平面上には発振部３が全く配されず、発振部３が実装されたキャビティ２１周囲の水晶振動子４および各構成部材５の半田付けを不具合なく容易に行なうのに好ましい。また、発振部３と水晶振動子１および他の構成部材５との干渉などの不具合も同時に無くすことができる。

また、発振部３が、樹脂などの絶縁物によりモールドされているので、発振部３を回路基板２にワイヤボンディングなどで接続した場合であっても、水晶振動子４や他の構成部材５の回路基板２への接続の際の半田流れ出しによる不具合や、外部部品との接触によるワイヤボンディングの切断や発振部３（発振回路３１）の破壊を防ぐことのに好ましい。

また、水晶振動子４および他の構成部材５は、発振部３に直列接続されているので、各構成部材（水晶振動子４、周波数調整部材５１、電圧制御部材５２）を独立して機能させるとともに、回路６のループ距離を短かくすることができる。そのため、回路６のループ距離が長くなることで生じ易くなる外部環境の影響による回路の不具合を解消することができる。

また、水晶振動子４および他の構成部材５は、直列接続されているので、回路設計が容易になる。

なお、本実施の形態では、回路基板２中央にキャビティ２１を形成し、このキャビティ２１に発振部３を実装しているが、これに限定されるものではなく、発振部３と他の構成部材５とが配線以外で接続可能な状態を妨げれば、例えば、回路基板２中央に発振部３を実装し、この実装した発振部を樹脂によりモールドしてもよい。

また、本実施の形態でいう回路基板２中央は、発振部３を実装し、かつ、その周囲に他の構成部材５や水晶振動子４が実装可能であれば、図１に示す実装位置に限定されるものではなく、例えば、回路基板２の一方の端面に中央からずらした位置（中央近傍）に発振部３を実装してもよい。

また、本実施の形態では、回路基板２の隅部に配された他の構成部材の取り外しが容易なため、例として、他の構成部材５のうち、第２コンデンサＣ２を取り外し可能としているが、これに限定されるものではなく、その他の構成部材であってもよい。

また、本実施の形態では、帰還増幅器からなる発振部３がバイポーラトランジスタによる発振回路３１から構成されているがこれに限定されるものではなく、回路６の出力信号の一部を入力に戻す回路であれば、例えば、図７に示すようなＣ−ＭＯＳインバータから構成されてもよい。

また、本実施の形態では、他の構成部材５には、周波数調整部材５１および電圧制御部材５２が含まれているが、これに限定されるものではなく、周波数調整部材５１および電圧制御部材５２が１種類以上用いられていることが好ましい。また、これら周波数調整部材５１および電圧制御部材５２がそれぞれ１つずつ用いられているが、その個数は１つに限定されるものではなく、それぞれの個数を任意に設定してもよい。さらに、他の構成部材５に、図５（ｅ）に示すような温度補償回路Ｔが含まれていることも好ましく、また、図５（ａ）に示すように、電源用バイパスコンデンサＣ５、電圧制御用バイパスコンデンサＣ６等の他の構成部材が含まれていてもよい。なお、図５（ａ）は、水晶振動子４の周波数を粗調整するためのコンデンサ周波数調整回路図である。

また、本実施の形態では、図２に示すように、キャビティ２１に実装された発振部３の最上端がキャビティ２１の壁面の最上端より低いが、これに限定されるものではなく、キャビティ２１に実装された発振部３の最上端が、キャビティ２１の壁面の最上端以下に位置していればよい。すなわち、例えば、キャビティ２１から発振部３が突出されていなければ、キャビティ２１に実装された発振部３の最上端がキャビティ２１の壁面の最上端とが同一であってもよい。

また、本実施の形態では、好適な例として、図２に示すように、発振部３をモールドした樹脂Ｍの最上端が回路基板２と同一平面に形成されているが、これに限定されるものではなく、樹脂Ｍが回路基板２平面から盛り上がってもよい。

本発明は、水晶発振器は勿論のこと、それ以外の発振器にも適用できる。

本実施の形態に係る水晶発振器の回路基板への各部材の配置を示した配置図である。本実施の形態に係る水晶発振器の回路基板の図１に示すＡ−Ａ線断面図である。本実施の形態に係る水晶発振器の回路のブロック図である。本実施の形態に係る水晶発振器に設けられた発振部の発振回路を示した回路図である。（ａ）は、本実施の形態に係る水晶発振器の回路構成の１つである粗調整用のコンデンサ周波数調整回路図であり、（ｂ）は、微調整用のコンデンサ周波数調整回路図であり、（ｃ）は、トリマーコンデンサ回路の回路図であり、（ｄ）は、ＬＲ回路の回路図であり、（ｅ）は、温度補償回路の回路図であり、（ｆ）は、電圧制御部材の回路図である。本実施の形態に係る水晶発振器の回路を示した回路図である。本実施の形態に係る水晶発振器に設けられた発振部の他の発振回路を示した回路図である。従来の水晶発振器の回路基板への各部材の配置を示した配置図である。図８に示す水晶発振器とは異なる従来の水晶発振器の各部材の配置を示した配置図である。

符号の説明

１水晶発振器（発振器）
２回路基板
２１キャビティ
３発振部
４水晶振動子（振動子）
５他の構成部材
５１周波数調整部材
５２電圧制御部材
６回路
Ｔ温度補償回路（温度補償部材）

Claims

回路基板上に帰還増幅器からなる発振部と振動子と複数の他の構成部材とが実装され、発振部に振動子と複数の他の構成部材とが接続されてループ状の回路が構成される発振器であって、
前記発振部が前記回路基板中央に実装されるとともに、この前記発振部周囲に沿って前記振動子と前記他の構成部材とが実装され、
前記振動子および前記他の構成部材の配置は、前記回路のループ距離が短く、かつ、複数の前記他の構成部材の間隔が広くなるよう設計されることを特徴とする発振器。
請求項１に記載の発振器において、
前記回路基板にはキャビティが形成され、このキャビティに前記発振部が実装されることを特徴とする発振器。
請求項２に記載の発振器において、
前記キャビティに実装された前記発振部の最上端は、前記キャビティの壁面の最上端以下に位置することを特徴とする発振器。
請求項１乃至３のいずれかに記載の発振器において、
前記発振部は、絶縁物によりモールドされることを特徴とする発振器。
請求項１乃至４のいずれかに記載の発振器において、
前記他の構成部材には、少なくとも温度補償部材、周波数調整部材および電圧制御部材のいずれか１種類以上が含まれることを特徴とする発振器。
請求項１乃至５のいずれかに記載の発振器において、
前記振動子および前記他の構成部材は、前記発振部に直列接続されることを特徴とする発振器。