JP2006279485A - 高安定圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電振動子を支持したプリント基板をベースプリント基板上に立設状態で接合する際の保持安定性を高めて信頼性を向上させる。
【解決手段】 ベースプリント基板１０に貫通形成した嵌合スリット内に被嵌合端部を嵌合させることにより立設されるプリント基板２０と、発熱部品上に接触した横臥状態で配置されると共にプリント基板２０上にリード電極部を接続固定した圧電振動子において、嵌合スリットの対向する両端縁に沿った基板面には夫々接続パッド１３を対向配置すると共に、各接続パッドと対応する嵌合スリット内壁には半円弧状のサイドスルーホール１４を設け、プリント基板２０の被嵌合端部の両面には夫々各接続パッドと対応した位置関係にてリードパッド２２が配置され、サイドスルーホールを備えた各接続パッドと、被嵌合端部の各リードパッドとを一対一にて半田接続した。
【選択図】図３

Description

本発明は、周波数制御デバイス等として使用される圧電発振器に関し、特に圧電振動子をヒータによって加熱すると共に、温度制御回路によってヒータ温度を制御する構成を備えた高安定圧電発振器の改良に関する。

移動体通信機器や伝送通信機器に用いる周波数制御デバイスである水晶発振器等の圧電発振器として、内蔵したヒータと温度制御回路によって圧電振動子を加熱してその温度を制御することによって、外部の温度変化に影響されることなく高安定な周波数を出力することができる恒温槽型圧電発振器が従来から知られている。
更に、近年これらの分野では、各種機器に対して、小型、軽量で携帯可能であることが求められてきているため、それに対応して恒温槽型圧電発振器についても小型、軽量化が求められている。
従来の恒温槽型圧電発振器は、高安定な周波数を得る為に、熱容量が大きい金属ブロックの凹所内に圧電振動子を収容し、更に金属ブロックをヒータにより所定の温度に加熱していた。しかし、大型の金属ブロックを用いると、発振器全体の嵩が増大するため、小型、軽量化という要請を満たすことができなかった。また、金属ブロックを介して圧電振動子内部の圧電振動素子を加熱する構成であったため、ヒータからの熱が水晶振動素子に達して、所望周波数に達するまでに時間を要するという問題があった。
このようなところから、図６（ａ）及び（ｂ）の縦断面図、及び要部平面図に示すような高安定圧電発振器が提案されている（特開２０００−３１５９１６、特開２００３−３７３４０）。この高安定圧電発振器１は、図示しない機器本体側のマザーボード上に直接接続される第１のベースプリント基板２（ベース部材）と、第１のベースプリント基板２上にほぼ平行に配設される第２のベースプリント基板１０と、両ベースプリント基板２、１０間を電気的機械的に接続するリードピン３と、を備えている。更に、第２のベースプリント基板１０に貫通形成した嵌合スリット１１内に被嵌合端部を嵌合させることにより第２のベースプリント基板上に立設される立設プリント基板２０と、第２のベースプリント基板１０上の発熱部品（パワートランジスタ、ヒータ）３０上に接触した横臥状態で配置されると共に立設プリント基板２０上にリード電極部を接続固定した圧電振動子４０と、第２のベースプリント基板、及び／又は、前記立設プリント基板上に搭載された発振回路、及びヒータの通電制御用の温度制御回路を構成する回路部品５０と、サーミスタ５１等を備えている。
リードピン３は、第２のベースプリント基板１０に設けたスルーホール１０ａを貫通すると共に、第１のベースプリント基板２に設けたスルーホール２ａに嵌合した状態で突出した下端部によって図示しないマザーボードのスルーホールと接続固定される。第１と第２のベースプリント基板２、１０間のスペースを確保するために、リードピン３の外周に嵌合したワッシャ１５または予め一体的に形成したスペーサを用いる。
第２のベースプリント基板１０上の各部品を包囲するようにキャップ状の金属製の発振器ケース６０を第２のベースプリント基板１０上に被せ、発振器ケース６０の裾部内壁を第２のベースプリント基板の外周面と密着させつつ半田、或いは樹脂性接着剤により固定し、気密性を高める。

図７（ａ）及び（ｂ）は第２のベースプリント基板に設けた嵌合スリットの構成を示す斜視図、及び立設プリント基板の側面図である。（ａ）に示すように嵌合スリット１１の対向し合う２つの端縁の一方に沿った基板面には複数の接続パッド１２が形成されている。（ｂ）に示すように立設プリント基板２０の底辺からは嵌合スリット１１内に整合状態で嵌合する被嵌合端部２１が形成され、被嵌合端部２１の片面側には各接続パッド１２と対応した位置関係にてリードパッド２２が形成されている。各接続パッド１２がリードパッド２２と対面するように嵌合スリット１１内に立設プリント基板の被嵌合端部２１を嵌合した状態で、互いに接近し合った状態にある各接続パッド１２と各リードパッド２２間を半田により接続することにより、立設プリント基板２０は第２のベースプリント基板１０上に固定される。
しかし、立設プリント基板２０は嵌合スリット１１による嵌合保持力の他に、半田による接合力のみに依存して第２のベースプリント基板１０上に支持されており、しかも接続に使用する半田量の増大に限界があるため、接続強度が十分でなく、半田による接続部が剥離することにより発振器として機能し得ない状態に陥ることが多々あった。
特開２０００−３１５９１６公報 特開２００３−３７３４０公報

本発明は上記従来技術の欠点を解消すべく創案されたものであり、圧電振動子をヒータによって加熱すると共に、温度制御回路によってヒータ温度を制御する構成を備えた高安定圧電発振器において、圧電振動子を支持したプリント基板をベースプリント基板上に立設状態で接合する際における保持安定性を高めて信頼性を高めることができる高安定圧電発振器を提案することを目的としている。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、ベースプリント基板上に搭載された発熱部品と、前記ベースプリント基板に貫通形成した嵌合スリット内に被嵌合端部を嵌合させることにより前記ベースプリント基板上に立設される立設プリント基板と、前記ベースプリント基板上の発熱部品上に接触した横臥状態で配置されると共に前記立設プリント基板上にリード電極部を接続固定した圧電振動子と、該圧電振動子を周波数源とする発振出力を得るための発振回路部品とを備えた高安定圧電発振器に於いて、前記嵌合スリットの対向する両端縁に沿った前記ベースプリント基板面にはそれぞれ接続パッドを対向配置すると共に、各接続パッドと対応する嵌合スリット内壁には半円弧状のサイドスルーホールを設け、前記立設プリント基板の被嵌合端部の両面には夫々前記各接続パッドと対応した位置関係にてリードパッドが配置され、前記サイドスルーホールを備えた各接続パッドと、前記被嵌合端部の各リードパッドとを半田接続したことを特徴とする。
請求項２の発明は、平板状のベース部材上に所定の間隙を隔して略平行に前記ベースプリント基板を配置し、キャップ状のケース部材にて前記ベースプリント基板とこれに搭載された部品を包囲するように前記ベース部材上を覆ったことを特徴とする。
請求項３の発明は、前記ベース部材と前記ベースプリント基板との間はリードピンにて固定され、該リードピンには前記ベース部材と前記ベースプリント基板との間隙を保つためのスペーサ部材が嵌合されている若しくは予め一体的に形成してあることを特徴とする。
請求項４の発明は、前記ベース部材の側面にサイドスルーホールを有し、底面には該サイドスルーホールと導通する実装用パッド電極を備えることより表面実装を可能としたことを特徴とする。

圧電振動子をヒータによって加熱すると共に、温度制御回路によってヒータ温度を制御する構成を備えた高安定圧電発振器において、圧電振動子を支持したプリント基板をベースプリント基板上に立設状態で接合する際に従来は接続パッド数、接続パッド総面積が十分でなかったため、使用する半田量を十分に確保できず、プリント基板を立設する際の保持安定性が十分でなく、電気的接続状態の信頼性も低かった。仮に、立設保持力を増強するとすれば、格別のピン等の補強治具を使用するしかなく組立構造が増大する要因となっていた。本発明では、接続パッド数を増大することによる接続パッド総面積、及び使用半田量の増大、及びサイドスルーホールを設けることによる使用半田量の増大を図ることにより、立設するプリント基板の保持安定性を高めて信頼性を高めることができる。

以下、本発明の高安定圧電発振器について詳細に説明する。尚、図６に示した発振器の全体構成を併せて参照しつつ説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）は第２のベースプリント基板の嵌合スリット部の構成を示す斜視図、及び平面図であり、図２（ａ）及び（ｂ）は立設プリント基板の構成を示す正面図、及び側面図であり、図３（ａ）及び（ｂ）は第２のベースプリント基板に立設プリント基板を嵌合して半田接続した状態を示す斜視図、及び断面図である。
図１に示す第２のベースプリント基板１０には細長い矩形の嵌合スリット１１が貫通形成されており、この嵌合スリット１１の対向する２つの端縁（長手方向端縁）１１ａに沿った第２のベースプリント基板面には夫々接続パッド１２、１３が対向配置されている。一方の端縁に沿って形成した接続パッド１２は、他の回路パターンと接続されており、他方の端縁に沿って形成した接続パッド１３はこの例では他の回路パターンとは接続されておらず、立設プリント基板２０側のリードパッドとの半田接続のために配置されている。更に、各接続パッド１２、１３と対応する嵌合スリット内壁には半円弧状のサイドスルーホール１４が形成されている。このサイドスルーホール１４は、円弧状の切欠きの内壁に導体膜を形成した構成を備えており、各導体膜は各接続パッド１２、１３と導通している。必要に応じて第２のベースプリント基板の下面であって、嵌合スリット１１の端縁に沿った位置にも接続パッドを設けて後述する立設プリント基板２０のリードパッド２２と接続するように構成してもよい。
立設プリント基板２０は下端縁から突出した被嵌合端部２１を備え、被嵌合端部２１の両面には夫々各接続パッド１２、１３と対応した位置関係となるようにリードパッド２２が配置されている。従って、立設プリント基板２０の被嵌合端部２１を、第２のベースプリント基板１０の嵌合スリット１１内に嵌合させた状態では、各接続パッド１２、１３は、各リードパッド２２と一対一で対応した関係にあり、しかも各リードパッド２２の表面は、嵌合スリット内壁に形成した各サイドスルーホール１４と対面した状態にある。この嵌合状態で、図３（ａ）（ｂ）に示すように半田１６を接続パッド１２、１３とリードパッド２２に跨って塗布して溶融させた後で硬化させることにより、両基板は電気的機械的に固定されることとなる。図７に示した従来の基板間接合構造と比較した場合、リードパッドと半田接続される接続パッドの数が倍増するだけでなく、多くの半田をサイドスルーホール１４内に充填させることができるため、両基板間の接続強度が更に向上し、信頼性を高めることができる。

次に、図４は図６に示した発振器におけるリードピンの組付け構造説明図であり、このリードピン３は、ストレートな上部分３ａと、上部分の下端部から横方向に屈曲形成された下部分３ｂとから成り、上部分３ａを両ベースプリント基板２、１０に夫々形成したスルーホール（支持孔）２ａ、１０ａ内に貫通した状態で固定させる一方、横方向に延びた下部分３ｂを図示しないマザーボード上の接続パッドに半田接続することにより、この発振器１を搭載することとなる。
次に、図５（ａ）（ｂ）は発振器１を図示しないマザーボード上に表面実装するための構造を備えた実施形態であり、図５（ａ）の例では直線状のリードピン３を第２のベースプリント基板１０に設けたスルーホール１０ａ内に貫通させると共に、リードピン３の下端部については第１のベースプリント基板２を貫通させないように、第１のベースプリント基板２の上面に設けた凹所状の支持孔２ｂ内に嵌合着座させる。更に、第１のベースプリント基板２の外周面にサイドスルーホール５を形成し、底面にはサイドスルーホール５と導通した実装用パッド電極を形成する。このサイドスルーホール５を利用してマザーボード上の回路パターン上に半田接続を行うことにより発振器１の表面実装が行われる。
次に、図５（ｂ）の例では、図５（ａ）に示したサイドスルーホール５による表面実装構造に加えてリードピン３を用いたマザーボードへの搭載構造を併用している。即ち、図５（ｂ）の発振器にあっては、第１のベースプリント基板２の側面に設けたサイドスルーホール５によってマザーボード上の配線パターンと半田固定される一方で、リードピン３の下端部を第１のベースプリント基板２に設けたスルーホール２ａを貫通して下方へ突出させた構造とすることにより、このリードピン３の下端部をマザーボードに設けた対応するスルーホールに挿通して半田固定することが可能となる。このため、マザーボード上における発振器の搭載強度、接続安定性を更に向上させることができる。
また、第２のベースプリント基板１０上の発熱部品として、表面実装型（ＳＯＰパッケージ）の薄型パワートランジスタであって、上面に放熱板を備えたパワーＭＯＳＦＥＴ（例えば日立製作所のＬＦＰＡＫタイプ）を用いることで熱効率に優れ、小型化にも適したものが得られることを確認した。

（ａ）及び（ｂ）は第２のベースプリント基板の嵌合スリット部の構成を示す斜視図、及び平面図。 （ａ）及び（ｂ）は立設プリント基板の構成を示す正面図、及び側面図。 （ａ）及び（ｂ）は第２のベースプリント基板に立設プリント基板を嵌合して接続した状態を示す斜視図、及び断面図。 図６に示した発振器におけるリードピンの組付け構造説明図。 （ａ）（ｂ）は発振器を図示しないマザーボード上に表面実装するための構造を備えた実施形態を示す図。 （ａ）及び（ｂ）は従来例の縦断面図、及び要部平面図。 （ａ）及び（ｂ）は第２のベースプリント基板に設けた嵌合スリットの構成を示す斜視図、及び立設プリント基板の側面図。

符号の説明

１ 高安定圧電発振器、２ 第１のベースプリント基板、３ リードピン、５ サイドスルーホール、１０ 第２のベースプリント基板、１１ 嵌合スリット、１２、１３ 接続パッド、１４ サイドスルーホール、１５ ワッシャ、１６ 半田、２０ 立設プリント基板、２１ 嵌合端部、２２ リードパッド、３０ 発熱部品、４０ 圧電振動子、５０ 回路部品、６０ 発振器ケース。

Claims (4)

1. ベースプリント基板上に搭載された発熱部品と、前記ベースプリント基板に貫通形成した嵌合スリット内に被嵌合端部を嵌合させることにより前記ベースプリント基板上に立設される立設プリント基板と、前記ベースプリント基板上の発熱部品上に接触した横臥状態で配置されると共に前記立設プリント基板上にリード電極部を接続固定した圧電振動子と、該圧電振動子を周波数源とする発振出力を得るための発振回路部品とを備えた高安定圧電発振器に於いて、
   前記嵌合スリットの対向する両端縁に沿った前記ベースプリント基板面にはそれぞれ接続パッドを対向配置すると共に、各接続パッドと対応する嵌合スリット内壁には半円弧状のサイドスルーホールを設け、
   前記立設プリント基板の被嵌合端部の両面には夫々前記各接続パッドと対応した位置関係にてリードパッドが配置され、
   前記サイドスルーホールを備えた各接続パッドと、前記被嵌合端部の各リードパッドとを半田接続したことを特徴とする高安定圧電発振器。
2. 平板状のベース部材上に所定の間隙を隔して略平行に前記ベースプリント基板を配置し、キャップ状のケース部材にて前記ベースプリント基板とこれに搭載された部品を包囲するように前記ベース部材上を覆ったことを特徴とする請求項１に記載の高安定圧電発振器。
3. 前記ベース部材と前記ベースプリント基板との間はリードピンにて固定され、該リードピンには前記ベース部材と前記ベースプリント基板との間隙を保つためのスペーサ部材が嵌合されている若しくは予め一体的に形成してあることを特徴とする請求項１又は２に記載の高安定圧電発振器。
4. 前記ベース部材の側面にサイドスルーホールを有し、底面には該サイドスルーホールと導通する実装用パッド電極を備えることより表面実装を可能とした請求項１乃至３のいずれか一項に記載の高安定圧電発振器。

Images