JP2007180994A - Piezoelectric oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、携帯用通信機器等の電子機器に用いられる圧電発振器に関するものであり、特に小型化に適した圧電発振器に関する。 The present invention relates to a piezoelectric oscillator used in an electronic device such as a portable communication device, and more particularly to a piezoelectric oscillator suitable for downsizing.
従来から、携帯用通信機器等の電子機器には、電子部品の一つとして圧電発振器が用いられている。圧電発振器より生成された出力信号は、電子機器における基準クロック信号やタイミング信号等に用いられている。 Conventionally, a piezoelectric oscillator is used as one of electronic components in an electronic device such as a portable communication device. An output signal generated from the piezoelectric oscillator is used as a reference clock signal, a timing signal, or the like in an electronic device.
かかる従来の圧電発振器としては、例えば図4に示す如く、内部に図中には示されていないが、圧電振動素子41が収容されている第1のパッケージ体43を、第2の空間部45内に前記の圧電振動素子41の振動に基づいて発振出力を制御する集積回路素子46やコンデンサ等の電子部品素子が収容されている第2のパッケージ体42上に重ねて取着させた構造のものが知られている。このような圧電発振器をマザーボード等の外部配線基板上に載置固着させた上、第2のパッケージ体42の外側実装主面に設けられている外部接続用電極端子44を、外部配線基板の配線或いは電極パッドにハンダ接合することにより外部配線基板上に実装される。
As such a conventional piezoelectric oscillator, for example, as shown in FIG. 4, the
尚、第1のパッケージ体43や第2のパッケージ体42は、通常、セラミック材料によって形成されており、その内部や表面には配線導体が形成され、従来周知のセラミックグリーンシート積層法等を採用することにより製作される。
The
又、前記集積回路素子46の内部には、例えば、圧電振動素子41の温度特性に応じて作成された温度補償データに基づいて圧電発振器の発振周波数を補正するための温度補償回路等が設けられており、圧電発振器を組み立てた後、上述の温度補償データを集積回路素子46のメモリ内に格納すべく、第2のパッケージ体42の他方の主面や外側面等には温度補償のためのデータ書込用電極端子47が設けられていた。このデータ書込用電極端子47に温度補償データ書込装置のプローブ針を当てて集積回路素子46内のメモリに温度補償データを入力することにより、温度補償データが集積回路素子46のメモリ内に格納される。
Further, inside the
また、上述の第1のパッケージ体43と第2のパッケージ体42との接続は、第2のパッケージ体42の第2の空間部45を囲繞する側壁部頂面上に形成された第1のパッケージ体接続用電極端子48と、この第1のパッケージ体接続用電極端子48と相対する第1のパッケージ体43の他方の主面上の位置に第2のパッケージ体接続用電極端子49とを、ハンダ等の導電性材料で固着することにより行われている。
In addition, the connection between the
更に、上述したような圧電発振器において、内部の圧電振動素子41の発振動作を安定化させるために、外部接続用電極端子44が形成されている第2のパッケージ体42の外側実装主面にメタライズパターン50を形成したものも考案されている。
Further, in the piezoelectric oscillator as described above, in order to stabilize the oscillation operation of the internal
上述したような圧電発振器については、下記の先行技術文献に開示されている。
尚、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。 In addition, the applicant has not found any prior art documents related to the present invention by the time of filing of the present application other than the prior art documents specified by the above prior art document information.
しかしながら、上述した従来の圧電発振器において、圧電発振器をマザーボード等の外部配線基板上に実装させた場合、圧電発振器を構成する第2のパッケージ体の外側実装主面上に形成された各外部接続用電極端子と、同一主面上に形成されたメタライズ部とが、圧電発振器実装時の外部配線基板に塗布されているハンダ等の可塑性又は熱可塑性の導電性接合材の不必要な流出のために短絡する可能性があるという欠点を有していた。又、仮に外部接続用電極端子とメタライズ部との間の同一主面上に、短絡を防止するための手段を設けた場合でも、外部接続用電極端子とメタライズ部とが同一主面に形成されている形態は変わらないので、実装基板側の導配線パターンや実装基板表面を導電性接合材が伝ってしまい短絡事故が起こってしまう虞がある。また、圧電発振器の小型化が進むに従い、外部接続用電極端子とメタライズ部との間隔も狭くなり、より短絡事故が発生する可能性が高くなってしまう。 However, in the conventional piezoelectric oscillator described above, when the piezoelectric oscillator is mounted on an external wiring substrate such as a mother board, each external connection formed on the outer mounting main surface of the second package body constituting the piezoelectric oscillator. The electrode terminal and the metallized portion formed on the same main surface are used for unnecessary outflow of plastic or thermoplastic conductive bonding material such as solder applied to the external wiring board when the piezoelectric oscillator is mounted. It had the disadvantage that it could be short-circuited. Even if a means for preventing a short circuit is provided on the same main surface between the external connection electrode terminal and the metallized portion, the external connection electrode terminal and the metallized portion are formed on the same main surface. Therefore, there is a possibility that the conductive bonding material is transmitted through the conductive wiring pattern on the mounting substrate side or the surface of the mounting substrate, and a short circuit accident occurs. Further, as the size of the piezoelectric oscillator is further reduced, the distance between the external connection electrode terminal and the metallized portion is narrowed, and the possibility of occurrence of a short circuit accident is increased.
本発明は上記欠点に鑑み考え出されたものであり、従ってその目的は、圧電発振器が小型化されても、マザーボード等の導配線パターン及び外部接続用電極端子とメタライズ部が短絡することがなく小型化対応可能な圧電発振器を提供することにある。 The present invention has been conceived in view of the above-described drawbacks. Therefore, even if the piezoelectric oscillator is miniaturized, the conductive wiring pattern such as a mother board and the electrode terminal for external connection and the metallized portion are not short-circuited. An object of the present invention is to provide a piezoelectric oscillator that can be miniaturized.
本発明の圧電発振器は、絶縁性の第1の基体の一方の主面には凹形状の第1の空間部が形成され、この第1の空間部内には圧電振動素子が搭載され、この圧電振動素子は第1の基板の他方の主面に形成した第2のパッケージ体接続用電極端子と電気的に接続されており、蓋体が第1の空間部を囲繞する第1の側壁部の第1の空間部開口側端面に、第1の空間部開口部を塞ぐ形態で配置固着されて、第1の空間部を気密封止した第1のパッケージ体と、
絶縁性の第2の基体の一方の主面には凹形状の第2の空間部が形成され、この第2の空間部内には少なくとも発振回路が形成された集積回路素子が配置され、この集積回路素子は第2の空間部を囲繞する第2の側壁部の第2の空間部開口側端面に形成された第1のパッケージ体接続用電極端子と電気的に接続されており、更に集積回路素子は第2の基体の外側実装主面の四隅に形成した外部接続用電極端子とも電気的に接続された第2のパッケージ体とが、重ねて配置されており、
第1のパッケージ体接続用電極端子と第2のパッケージ体接続用電極端子とを機械的及び電気的に接続固着してなる圧電発振器において、
上記第2のパッケージ体の外側実装主面の外部接続用電極端子形成位置より内側に、第2のパッケージ外側に向かって開口する凹形状の第3の空間部が形成されており、且つこの第3の空間部内底面にはGND電位となるメタライズ部が形成されていることを特徴とする。
In the piezoelectric oscillator of the present invention, a concave first space is formed on one main surface of the insulating first base, and a piezoelectric vibration element is mounted in the first space. The vibration element is electrically connected to the second package body connection electrode terminal formed on the other main surface of the first substrate, and the lid body has a first side wall portion surrounding the first space portion. A first package body that is arranged and fixed to the end face on the first space opening side in a form that closes the first space opening, and hermetically seals the first space;
A concave second space is formed on one main surface of the insulating second base, and an integrated circuit element in which at least an oscillation circuit is formed is disposed in the second space. The circuit element is electrically connected to the first package body connection electrode terminal formed on the second space portion opening side end surface of the second side wall portion surrounding the second space portion, and further to the integrated circuit The element is arranged so as to overlap the second package body electrically connected to the external connection electrode terminals formed at the four corners of the outer mounting main surface of the second base,
In the piezoelectric oscillator formed by mechanically and electrically connecting and fixing the first package body connecting electrode terminal and the second package body connecting electrode terminal,
A concave third space opening toward the outside of the second package is formed inside the external connection electrode terminal forming position on the outer mounting main surface of the second package body. A metallized portion having a GND potential is formed on the inner bottom surface of the
また、本発明の圧電発振器は、上記構成において、該メタライズ部の開口部側全面がアルミナによってコーティングされていることも特徴とする。 The piezoelectric oscillator according to the present invention is characterized in that, in the above configuration, the entire surface of the metallized portion on the opening side is coated with alumina.
上述したような本発明の圧電発振器によれば、該第2のパッケージ体の他方の主面の該外部接続用電極端子形成位置より内側に、該第2のパッケージ外側に向かって開口する凹形状の第3の空間部が形成されており、且つ該第3の空間部内底面にはGND電位となるメタライズ部が形成されていることから、仮に圧電発振器の実装時に導電性接合材が外部接続用電極端子形成領域より流出しても、第3の空間部内に形成したメタライズ部に流出した導電性接合材が付着することがなく、メタライズ部が外部接続用電極端子又は外部基板の導配線パターンと短絡する可能性が著しく低くすることができる。 According to the piezoelectric oscillator of the present invention as described above, the concave shape opened toward the outside of the second package inside the external connection electrode terminal forming position on the other main surface of the second package body. The third space portion is formed, and a metallized portion having a GND potential is formed on the inner bottom surface of the third space portion, so that the conductive bonding material is used for external connection when the piezoelectric oscillator is mounted. Even if it flows out from the electrode terminal forming region, the conductive bonding material that has flowed out does not adhere to the metallized portion formed in the third space portion, and the metalized portion is connected to the electrode terminal for external connection or the conductive wiring pattern of the external substrate. The possibility of a short circuit can be significantly reduced.
また、上記構成において本発明の圧電発振器は、メタライズ部の開口部側全面が絶縁性のアルミナによってコーティングされていることから、GND電位となるメタライズ部が外部より完全に保護されることにより、第3の空間部内に形成したメタライズ部に流出した導電性接合材によるメタライズ部と外部接続用電極端子又は外部基板の導配線パターンとの短絡防止を確実とすることが可能となり、圧電発振器の更なる小型化が要求されても電気的短絡が起こることがない信頼性の高い圧電発振器を得る事が可能となる。
In the above-described configuration, the piezoelectric oscillator according to the present invention is coated with insulating alumina on the entire surface of the metallized portion on the opening side, so that the metallized portion having the GND potential is completely protected from the outside. It is possible to reliably prevent a short circuit between the metallized portion by the conductive bonding material flowing into the metallized portion formed in the
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。又、各図では、説明を明りょうにするため部品或いは構造体の一部を図示せず、更に図示した寸法も一部誇張している。特に各図面の厚み寸法は著しく誇張して図示している。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol in each figure shall show the same object. Moreover, in each figure, in order to clarify explanation, a part of a part or a structure is not shown, and the illustrated dimension is also exaggerated in part. In particular, the thickness dimension of each drawing is greatly exaggerated.
図1は、本発明に係る圧電発振器の実施形態を、図2の仮想切断線X−X’線で切断した場合の概略断面図であり、図2は、図1記載の圧電発振器を外側実装主面(第2のパッケージ体10の凹形状の第3の空間部20が形成されている面)側から見た外観平面図である。また、図3は、図1記載の圧電発振器を外部配線基板30上に実装させた形態を示す断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a piezoelectric oscillator according to the present invention cut along a virtual cutting line XX ′ in FIG. 2, and FIG. 2 is an external mounting of the piezoelectric oscillator shown in FIG. It is the external appearance top view seen from the main surface (surface in which the concave
図1に示す圧電発振器1は、集積回路素子6を収容する第2のパッケージ体10の外部実装主面に外部接続用電極端子19が設けられ、第2のパッケージ体10を構成する第2の基体上に形成された第2の空間部8内には集積回路素子6が搭載されている。また、集積回路素子6を収容する第2の空間部8を囲繞する形態の第2の側壁部13の外側面には、温度補償データ等の各種制御データを集積回路素子6のメモリ内に格納するためのデータ書込用電極端子11が形成されている。更に、図1に示すように第2の側壁部13の上面には、圧電振動素子5が収容されている第1のパッケージ体2を載置して固定した構造を有している。また、第2のパッケージ体10の第2の空間部8内底面と、搭載された集積回路素子6間には熱硬化性樹脂14が注入されており、集積回路素子6の回路形成面(下面)を保護している。
The
第1のパッケージ体2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から成る第1の基体と、第1の基体と同様のセラミック材料から成る第1の側壁部3、42アロイやコバール、リン青銅等の金属から成る蓋体4とから成る。又、第1の基体の一方の主面辺縁部全周に第1の側壁部3を取着させ第1の空間部7を形成し、その第1の側壁部3の頂面上に蓋体4を第1の空間部7開口部を覆う形態で載置し、第1の側壁部3頂面と蓋体4とを固着させることによって第1の空間部7内を気密に封止された第1のパッケージ体2が構成される。
The
第1のパッケージ体2は上述したように、第1の基体の一方の主面と第1の側壁部3の内面と蓋体4の下面とで囲まれる第1の空間部7内に、圧電振動素子5を収容して気密封止されており、第1の空間部7内底面には圧電振動素子5に形成している励振用電極に接続される一対の圧電振動素子搭載用電極パッド等が、第1のパッケージ体2の外底面には、後述する第2のパッケージ体10を構成する第2の側壁部13に形成されている第1のパッケージ体接続用電極端子18に電気的且つ機械的に接続される複数個の第2のパッケージ体接続用電極端子17がそれぞれ設けられ、これらの電極パッドや電極端子類は、第1のパッケージ体2表面に形成した配線パターンや、パッケージ体内部に埋設されているビアホール等を介して、対応するパッド又は端子同士、相互に電気的に接続されている。また、第1のパッケージ体2の外底面に形成される第2のパッケージ体接続用電極端子17は、第1のパッケージ体2の外底面の4つの角部近傍にそれぞれ1個ずつ形成されている。また、第2のパッケージ体10を構成する第2の側壁部頂面に形成された第1のパッケージ体接続用電極端子18も、第2の側壁部頂面の4つの角部にそれぞれ1個ずつ形成され、第1のパッケージ体2の第2のパッケージ体接続用電極端子17と、第2のパッケージ体接続用電極端子17と相対する位置にある第2のパッケージ体10の第2のパッケージ体接続用電極端子18とは、ハンダ等の導電性接合材により電気的且つ機械的に接合されている。このように内部に各種素子を各々搭載した第1のパッケージ2と第2のパッケージ体10と接続固着することで、圧電発振器1が構成されている。
As described above, the
第1のパッケージ体2の第1の空間部7内に搭載されている圧電振動素子5は、例えば、圧電振動素子5を構成する圧電材として水晶を使用してある場合、人工水晶結晶体より所定のカットアングルで切り出し外形加工を施した矩形平板状の水晶素板の両主面に一対の励振用電極を被着・形成して成り、外部からの変動電圧が一対の励振用電極を介して圧電素板に印加されると、カットアングルに基づく振動モードにより圧電素板が振動を起こす。尚、圧電振動素子5の主材料としては水晶の他に、圧電効果を奏するものであれば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムや圧電セラミック等の他の圧電材を使用しても良い。
The
ここで第1のパッケージ体2の蓋体4を第2のパッケージ体接続用電極端子17や第2のパッケージ体接続用電極端子18を介して、後述する外部接続用電極端子19のうちのGND電極端子に電気的に接続させておけば、圧電発振器の使用の際に、金属製の蓋体4がGND電位に接続されて電磁シールド機能が付与されることと成るため、圧電振動素子5や集積回路素子6を外部からの不要な電気的作用(ノイズ等)から良好に保護することができる。
Here, the
そして、上述した第1のパッケージ体2が取着される、集積回路素子6を収容する第2のパッケージ体10の主面外周形状は矩形を成しており、ガラス布基材エポキシ樹脂やポリカーボネイト,エポキシ樹脂,ポリイミド樹脂等の樹脂材料やガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料等によって概略平板状を成すように形成されている。
And the main surface outer peripheral shape of the
また、集積回路素子6が搭載されている第2のパッケージ体10は、その外側実装主面上の4つの角部近傍にそれぞれ外部接続用電極端子19(電源電圧端子、GND端子、発振出力端子、発振制御端子)が形成されている。また、第2のパッケージ体10の第2の空間部底面の中央域にはフリップチップ型の集積回路素子6が、第2の側壁部13の長辺側の外側側面中央部にはデータ書込用電極端子11が設けられている。
Further, the
集積回路素子6を収容する第2のパッケージ体10の外側実装主面上に設けられている4つの外部接続用電極端子19は、圧電発振器を外部配線基板30の電極パッド31に接続するための電極端子として機能するものであり、圧電発振器を外部配線基板30上に搭載する際、外部配線基板30の回路配線とハンダ等の導電性接合材32を介して電気的に接続されている。更に、上述した集積回路素子6を収容する第2のパッケージ体10の中央域には、複数個の集積回路素子接続用電極パッドが設けられており、これら集積回路素子接続用電極パッドに、集積回路素子6のパッケージ接続用電極パッドをハンダや導電接着材等の導電性接合材を介して電気的、及び機械的に接続させることによって集積回路素子6が第2の空間部8内の所定位置に取着される。
Four external
また、集積回路素子6は、その回路形成面(下面)に、周囲の温度状態を検知する感温素子、圧電振動素子5の温度特性を補償する温度補償データを格納するメモリ、メモリ内の温度補償データに基づいて圧電振動素子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、先の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が設けられており、こ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。
Further, the
尚、上述した集積回路素子6と第2の空間部8内底面及び側面との間にはエポキシ樹脂等から成る熱硬化性樹脂14が介在されており、この熱硬化性樹脂14は集積回路素子6の下面と側面の一部を被覆するように被着されている。
A
これにより、集積回路素子6を収容する第2のパッケージ体10に対する集積回路素子6の取着強度が向上されるとともに、集積回路素子6の回路形成面が熱硬化性樹脂14によって良好に被覆され、回路形成面の電子回路が大気中の水分等によって腐食されるのを有効に防止することができる。
Accordingly, the attachment strength of the
ここで、本発明の特徴部分は図1〜図3に示すように、第2のパッケージ体10の外側実装主面の外部接続用電極端子19の形成位置より内側に、第2のパッケージ体10外側に向かって開口する凹形状の第3の空間部20が形成されており、且つ第3の空間部20内底面にはGND電位となるメタライズ部15が形成されていることから、外部接続用電極端子19とGND電位となるメタライズ部15が、外部接続用電極端子19と外部配線基板30の電極パッド31との導通固着に使用する導電性接合材の流出により、電気的に短絡する虞のない圧電発振器を得ることが可能となる。
Here, as shown in FIG. 1 to FIG. 3, the characteristic part of the present invention is that the
更に、メタライズ部15の開口部側全面に絶縁性のアルミナコーティング16が形成されていることから、GND電位となるメタライズ部15が完全に保護されることにより、万が一に導電性接合材が第3の空間部内にまで流出した場合においても、外部接続用電極端子19とメタライズ部15との短絡防止を確実とすることが可能となり、圧電発振器の更なる小型化が要求されても電気的短絡が起こることがない電気的信頼性の高い圧電発振器を得る事が可能となる。
Furthermore, since the insulating
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。例えば、上述の実施形態においては、メタライズ部の開口部側表面全面に形成する保護コートとして、アルミナによるコートを開示したが、メタライズ部表面を流出した導電性接合材より電気的に絶縁できるのであれば、アルミナに限定することはなく、他の材質のコートでも本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various change, improvement, etc. are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, in the above-described embodiment, a coating made of alumina is disclosed as a protective coating formed on the entire surface of the opening of the metallized portion. However, it can be electrically insulated from the conductive bonding material that has flowed out of the surface of the metalized portion. For example, it is not limited to alumina, and it goes without saying that coats of other materials are also included in the technical scope of the present invention.
1・・・圧電発振器
2・・・第1のパッケージ体
3・・・第1の側壁部
4・・・蓋体
5・・・圧電振動素子
6・・・集積回路素子
7・・・第1の空間部
8・・・第2の空間部
10・・・第2のパッケージ体
11・・・データ書込用電極端子
13・・・第2の側壁部
14・・・熱硬化性樹脂
15・・・メタライズ部
16・・・アルミナ
17・・・第2のパッケージ体接続用電極端子
18・・・第1のパッケージ体接続用電極端子
19・・・外部接続用電極端子
20・・・第3の空間部
30・・・外部配線基板
31・・・電極パッド
32・・・導電性接合材
DESCRIPTION OF
Claims (2)
絶縁性の第2の基体の一方の主面には凹形状の第2の空間部が形成され、該第2の空間部内には少なくとも発振回路が形成された集積回路素子が配置され、該集積回路素子は該第2の空間部を囲繞する第2の側壁部の該第2の空間部開口側端面に形成された第1のパッケージ接続用電極端子と電気的に接続されており、更に該集積回路素子は該第2の基体の外側実装主面の四隅に形成した外部接続用電極端子とも電気的に接続された第2のパッケージ体とを、
該第1のパッケージ接続用電極端子と該第2のパッケージ接続用電極端子とを機械的及び電気的に接続固着してなる圧電発振器において、
該第2のパッケージ体の該外側実装主面の該外部接続用電極端子形成位置より内側に、該第2のパッケージ体外側に向かって開口する凹形状の第3の空間部が形成されており、且つ該第3の空間部内底面にはGND電位のメタライズ部が形成されていることを特徴とする圧電発振器。 A concave first space is formed on one main surface of the insulating first base, and a piezoelectric vibration element is mounted in the first space, and the piezoelectric vibration element is disposed on the other side of the substrate. The first space in the first side wall portion that is electrically connected to the second package connection electrode terminal formed on the main surface of the first side wall and surrounds the first space portion. A first package body that is disposed and fixed on the top surface of the portion opening side so as to close the first space portion opening and hermetically seals the first space portion;
A concave second space is formed on one main surface of the insulating second base, and an integrated circuit element in which at least an oscillation circuit is formed is disposed in the second space. The circuit element is electrically connected to a first package connection electrode terminal formed on an end surface of the second space portion opening side of the second side wall portion surrounding the second space portion, and The integrated circuit element includes a second package body electrically connected to external connection electrode terminals formed at the four corners of the outer mounting main surface of the second substrate.
In the piezoelectric oscillator formed by mechanically and electrically connecting and fixing the first package connection electrode terminal and the second package connection electrode terminal,
A concave third space that opens toward the outside of the second package body is formed inside the external connection electrode terminal forming position on the outer mounting main surface of the second package body. In addition, a piezoelectric oscillator characterized in that a GND potential metallized portion is formed on the inner bottom surface of the third space.
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JP2009246696A (en) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | Crystal oscillator for surface mounting |
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