JP2009267866A - 圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】発振周波数が安定する圧電発振器を提供する。
【解決手段】第１の凹部空間と第２の凹部空間が設けられた容器体と、圧電振動素子と、集積回路素子と、蓋体とを備えた圧電発振器であって、２個一対の圧電振動素子測定用パッド１６ａ、１６ｂと、第１の配線パターン１７ａと、第２の配線パターン１７ｂを備えた圧電発振器であって、第１の配線パターン１７ａが他方の圧電振動素子測定用パッド１６ａと積層上で重ならないように形成されており、第２の配線パターン１７ｂが一方の圧電振動素子測定用パッド１６ｂと積層上で重ならないように形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子機器等に用いられる圧電発振器に関するものである。

図５は、従来の圧電発振器を示す断面図である。図６（ａ）は、従来の圧電発振器を構成する容器体の基板部の一方の主面を示す透視平面図であり、図６（ｂ）は、従来の圧電発振器を構成する容器体の基板部の内層面を示す透視平面図であり、図６（ｃ）は、従来の圧電発振器を構成する容器体の基板部の他方の主面を示す透視平面図である。
図５〜図６に示すように、従来の圧電発振器２００は、その例として容器体２０１、圧電振動素子２０７、集積回路素子２０９、蓋体２０８とから主に構成されている。
容器体２０１は、基板部２０１ａと２つの枠部２０１ｂ、２０１ｃで構成されている。
この容器体２０１は、基板部２０１ａの一方の主面に枠部２０１ｂが設けられて第１の凹部空間２０２が形成され、基板部２０１ａの他方主面に枠部２０１ｃが設けられて第２の凹部空間２０４が形成される。
その第１の凹部空間２０２内に露出する基板部２０１ａの一方の主面には、一対の圧電振動素子搭載パッド２０３ａ、２０３ｂが設けられている。
また、第２の凹部空間２０４内に露出する基板部２０１ａの他方の主面には、集積回路素子搭載パッド２０５が設けられている。
また、基板部２０１ａは、積層構造となっており、図６（ｂ）に示すように、基板部２０１ａの一方の主面から透過して示した内層には、第１の配線パターン２１２ａや第２の配線パターン２１２ｂ等が設けられている。
この圧電振動素子搭載パッド２０３ａ、２０３ｂ上には、導電性接着剤２０６を介して電気的に接続される一対の励振用電極を表裏主面に有した圧電振動素子２０７が搭載されている。この圧電振動素子２０７を囲繞する容器体２０１の枠部２０１ｂの頂面には金属製の蓋体２０８を被せられ、接合されている。これにより第１の凹部空間２０２が気密封止されている。
また、集積回路素子搭載パッド２０５上には、半田等の導電性接合材を介して接続される集積回路素子２０９が搭載されている。

また、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、第２の凹部空間２０４内に露出した基板部２０１ａの他方の主面には、２個一対の圧電振動素子測定用パッド２１０ａ、２１０ｂが設けられている。
前記一方の圧電振動素子搭載パッド２０３ａは、容器体２０１の基板部２０１ａの内層に設けられたビア導体２１１や第１の配線パターン２１２ａを介して、一方の圧電振動素子測定用パッド２１０ａに接続されている。
また、前記他方の圧電振動素子搭載パッド２０３ｂは、容器体２０１の基板部２０１ａの内層に設けられたビア導体２１１や第２の配線パターン２１２ｂを介して、他方の圧電振動素子測定用パッド２１０ｂに接続されている構造が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特許３４０６８４５号公報

しかしながら、従来の圧電発振器においては、容器体２０１の第２の凹部空間の露出面に設けられている２個一対の圧電振動素子測定用パッド２１０ａ、２１０ｂと、容器体２０１の基板部２０１ａと基板部２０１ｂの内層に設けられた第１の配線パターン２１２ａ及び第２の配線パターン２１２ｂが重畳していたため、マザーボード上に搭載した際に、外部からのノイズの影響を受けて、圧電発振器の発振周波数が変動してしまうといった課題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、発振周波数が安定する圧電発振器を提供することを課題とする。

本発明の圧電発振器は、基板部と枠部によって基板部の一方の主面に形成された第１の凹部空間と、基板部と枠部によって基板部の他方の主面に形成された第２の凹部空間が設けられた容器体と、第１の凹部空間内の露出した基板部に設けられた２個一対の圧電振動素子搭載パッドに搭載され、励振用電極が設けられている圧電振動素子と、第２の凹部空間内の露出した基板部に設けられた集積回路素子搭載パッドに搭載されている集積回路素子と、第２の凹部空間内の露出した基板部に設けられた２個一対の圧電振動素子測定用パッドと、一方の圧電振動素子搭載パッドと一方の圧電振動素子測定用パッドとを接続している基板部の内層に設けられた第１の配線パターンと、他方の圧電振動素子搭載パッドと他方の圧電振動素子測定用パッドとを接続している基板部の内層に設けられた第２の配線パターンと、第１の凹部空間を気密封止する蓋体とを備えた圧電発振器であって、第１の配線パターンが他方の圧電振動素子測定用パッドと積層上で重ならないように形成されており、第２の配線パターンが一方の圧電振動素子測定用パッドと積層上で重ならないように形成されていることを特徴とするものである。

本発明の圧電発振器によれば、第１の配線パターンが他方の圧電振動素子測定用パッドと積層上で重ならないように形成されており、第２の配線パターンが一方の圧電振動素子測定用パッドと積層上で重ならないように形成されていることによって、圧電発振器をマザーボード上に搭載した際に、外部からのノイズの影響を受けることがなく、発振周波数が変動することを防止することができる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、圧電振動素子に水晶を用いた場合について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る圧電発振器を示す分解斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）は、本発明の実施形態に係る圧電発振器を構成する容器体の基板部の一方の主面を示す透視平面図であり、図３（ｂ）は、本発明の実施形態に係る圧電発振器を構成する容器体の基板部の内層面を示す透視平面図であり、図３（ｃ）は、本発明の実施形態に係る圧電発振器を構成する容器体の基板部の他方の主面を示す透視平面図である。図４は、本発明の実施形態に係る圧電発振器を構成する容器体の基板部の内層面のグランドパターンを示す透視平面図である。

図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る圧電発振器１００は、容器体１０と圧電振動素子２０と蓋体３０と集積回路素子５０で主に構成されている。この圧電振動子１００は、前記容器体１０に形成されている第１の凹部空間１１内に圧電振動素子２０が搭載され、第２の凹部空間１４内には、集積回路素子５０が搭載されている。その第１の凹部空間１１が蓋体３０により気密封止された構造となっている。

圧電振動素子２０は、図１及び図２に示すように、水晶素板２１に励振用電極２２を被着形成したものであり、外部からの交番電圧が励振用電極２２を介して水晶素板２１に印加されると、所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。
水晶素板２１は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し外形加工を施された概略平板状で平面形状が例えば四角形となっている。
励振用電極２２は、前記水晶素板２１の表裏両主面に金属を所定のパターンで被着・形成したものである。
このような圧電振動素子２０は、その両主面に被着されている励振用電極２２から延出する引き回し電極と第１の凹部空間１１内底面に形成されている圧電振動素子搭載パッド１３とを、導電性接着剤４０を介して電気的且つ機械的に接続することによって第１の凹部空間１１に搭載される。

集積回路素子５０は、図１及び図２に示すように、回路形成面に前記圧電振動素子２０から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出力信号は外部接続用電極端子１９を介して圧電発振器１００の外へ出力され、例えば、クロック信号等の基準信号として利用される。また集積回路素子３０は、容器体１０の第２の凹部空間１４内に形成された集積回路素子搭載パッド１５に半田等の導電性接合材を介して搭載されている。

図１〜図３に示すように、容器体１０は、基板部１０ａと、枠部１０ｂ、１０ｃとで主に構成されている。
この容器体１０は、基板部１０ａの一方の主面に枠部１０ｂが設けられて、第１の凹部空間１１が形成されている。また、容器体１０の他方の主面に枠部１０ｃが設けられて、第２の凹部空間されている。
尚、この容器体１０を構成する基板部１０ａ及び枠部１０ｂ、１０ｃは、例えばアルミナセラミックス、ガラス−セラミック等のセラミック材料を複数積層することよって形成されている。また、基板部１０ａは、セラミック材が積層した構造となっている。
この容器体１０の第１の凹部空間１１を囲繞する枠部１０ｂの開口側頂面の全周には、環状の封止用導体パターン１２が形成されている。
第１の凹部空間１１内で露出した基板部１０ａの主面には、２個一対の圧電振動素子搭載パッド１３ａ、１３ｂが設けられている。
また、図１〜図３に示すように容器体１０は、基板部１０ａの他方の主面と枠部１０ｃによって第２の凹部空間１４が形成されている。
図３（ｂ）に示すように、基板部１０ａの一方の主面から透過して示した内層には、第１の配線パターン１７ａや第２の配線パターン１７ｂ等が設けられている。
図３（ｃ）に示すように、第２の凹部空間１４内で露出した基板部１０ａの他方の主面には、複数の集積回路素子搭載パッド１５と２個一対の圧電振動素子測定用パッド１６ａ、１６ｂが形成されている。

図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、一方の圧電振動素子搭載パッド１３ａは、容器体１０の基板部１０ａの内層に形成されている第１の配線パターン１７ａとビア導体１８を介して、他方の圧電振動素子測定用パッド１６ｂと接続されている。
他方の圧電振動素子搭載パッド１３ｂは、容器体１０の基板部１０ａの内層に設けられている第２の配線パターン１７ｂとビア導体１８を介して、一方の圧電振動素子測定用パッド１６ａと接続されている。
容器体１０の枠部１０ｃの圧電振動素子搭載パッド１３が設けられている面とは反対側の主面の４隅には、外部接続用電極端子１９が設けられている。
集積回路素子搭載パッド１５と外部接続用電極端子１９は、前記容器体１０の第２の凹部空間１４内の基板部１０ａに形成された部分を有する配線パターン（図示せず）と枠部１０ｃの内部に形成されたビア導体（図示せず）により接続されている。

２個一対の圧電振動素子測定用パッド１６ａ、１６ｂは、容器体１０の第２の凹部空間１４内の露出した基板部１０ａに設けられており、基板部１０ａのほぼ中心に設けられている。
前記圧電振動素子測定用パッド１６ａ、１６ｂは、容器体１０の第１の凹部空間１１に搭載されている圧電振動素子２０の発振周波数やクリスタルインピーダンス等の特性を測定するために用いられる。

第１の配線パターン１７ａは、容器体１０の基板部１０ａの内層に設けられている。
また、第１の配線パターン１７ａは、前記容器体１０の第２の凹部空間１４に設けられている他方の圧電振動素子測定用パッド１６ｂと、基板部１０ａの積層上で重ならないように設けられている。つまり、図３（ｂ）に示すように、第１の配線パターン１７ａは、容器体１０の第１の凹部空間１１の開口側から見て、容器体１０の短辺方向に向かって引き出され、ビア導体１８を介して、他方の圧電振動素子測定用パッド１６ｂと接続されている。このように、一方の圧電振動素子搭載パッド１６ａから回避された位置に迂回するように設けられている。
第２の配線パターン１７ｂは、容器体１０の基板部１０ａの内層に設けられている。
また、前記第２の配線パターン１７ｂは、前記容器体１０の第２の凹部空間１４に設けられている一方の圧電振動素子測定用パッド１６ａと、容器体１０の積層上で重ならないように設けられている。
つまり、図３（ｂ）に示すように、第２の配線パターン１７ｂは、容器体１０の第１の凹部空間１１の開口側から見て、容器体１０の長辺方向の集積回路素子搭載パッド１５間に向かって引き出され、ビア導体１８を介して、一方の圧電振動素子測定用パッド１６ａと接続されている。このように、他方の圧電振動素子搭載パッド１６ｂから回避された位置に迂回するように設けられている。

図４に示すように、第１の配線パターン１７ａと第２の配線パターン１７ｂの間に、グランドパターンＧが設けられている。つまり、グランドパターンＧで第１の配線パターン１７ａと第２の配線パターン１７ｂの周囲を囲い、第１の配線パターン１７ａと第２の配線パターン１７ｂを電磁的に分離するようにして設けられている。
このグランドパターンＧにより、第１の配線パターン１７ａと第２の配線パターン１７ｂが隔てられることにより、さらに外部からのノイズ影響を受けることを防止することができる。

尚、封止用導体パターン１２は、第１の凹部空間１１を形成する枠部１０ｂの凹部空間側の側面及び外側の側面にかかるように、枠部１０ｂの頂面側の端部で止められて設けられていても良い。
この封止用導体パターン１２は、後述する蓋体３０を、容器体１０に接合する際に用いられ、蓋体３０に形成された封止部材３１の濡れ性を良好にして接合しやすくしており、凹部空間１１の気密信頼性及び生産性を向上させることができる。

蓋体３０は、封止用導体パターン１２上に配置接合される。この蓋体３０は、前記容器体１０の第１の凹部空間１１を囲繞するように設けられた封止用導体パターン１２に相対する箇所に封止部材３１が設けられている。
また、このような封止部材３１は、前記封止用導体パターン１２表面の凹凸を緩和し、第１の凹部空間１１の気密性の低下を防ぐことが可能となる。

また、蓋体３０は、従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を所定形状に整形することによって製作される。蓋体３０の表面には、ニッケル（Ｎｉ）層が形成され、更にニッケル（Ｎｉ）層の上面に少なくとも封止用導体パターン１２に相対する箇所に封止部材３１である金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層が形成される。金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層の厚みは、１０μｍ〜４０μｍである。例えば、成分比率が、金が８０％、錫が２０％のものが使用されている。

前記導電性接着剤４０は、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、のうちのいずれかまたはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。

尚、前記容器体１０は、アルミナセラミックスから成る場合、所定の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に、封止用導体パターン１２、圧電振動素子搭載パッド１３、外部接続用電極端子１４等となる導体ペーストを、また、セラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内にビア導体となる導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷によって塗布するとともに、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り製作される。

また、前記封止用導体パターン１２は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、等から成る基層の表面にニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層を順次、第１の凹部空間１１を環状に囲繞する形態で被着させることによって、１０μｍ〜２５μｍの厚みに形成されている。

このように本発明の実施形態に係る圧電発振器１００を構成したことにより、第１の配線パターン１７ａが他方の圧電振動素子測定用パッド１６ｂと、容器体１０の積層上で重ならないように形成されており、第２の配線パターン１７ｂが一方の圧電振動素子測定用パッド１６ａと、容器体１０の積層上で重ならないように形成されていることによって、圧電発振器１００をマザーボード上に搭載した際に、外部からのノイズの影響を受けることを防止することができ、発振周波数が変動することを防止することができる。

尚、本発明は前記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、前記した本実施形態では、圧電振動素子２０を構成する圧電素材として水晶を用いた場合を説明したが、他の圧電素材として、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたは、圧電セラミックスを圧電素材として用いた圧電振動素子でも構わない。

本発明の実施形態に係る圧電発振器を示す分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係る圧電発振器を構成する容器体の基板部の一方の主面を示す透視平面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る圧電発振器を構成する容器体の基板部の内層面を示す透視平面図であり、（ｃ）は、本発明の実施形態に係る圧電発振器を構成する容器体の基板部の他方の主面を示す透視平面図である。 本発明の実施形態に係る圧電発振器を構成する容器体の基板部の内層面のグランドパターンを示す透視平面図である。 従来における圧電発振器を示す断面図である。 （ａ）は、従来の圧電発振器を構成する容器体の基板部の一方の主面を示す透視平面図であり、（ｂ）は、従来の圧電発振器を構成する容器体の基板部の内層面を示す透視平面図であり、（ｃ）は、従来の圧電発振器を構成する容器体の基板部の他方の主面を示す透視平面図である。

符号の説明

１０・・・容器体
１０ａ、・・・基板部
１０ｂ、１０ｃ・・・枠部
１１・・・第１の凹部空間
１２・・・封止用導体パターン
１３ａ、１３ｂ・・・圧電振動素子搭載パッド
１４・・・第２の凹部空間
１５・・・集積回路素子搭載パッド
１６ａ、１６ｂ・・・圧電振動素子測定用パッド
１７ａ・・・第１の配線パターン
１７ｂ・・・第２の配線パターン
１８・・・ビア導体
１９・・・外部接続用電極端子
２０・・・圧電振動素子
２１・・・水晶素板
２２・・・励振用電極
３０・・・蓋体
３１・・・封止部材
４０・・・導電性接着剤
５０・・・集積回路素子
１００・・・圧電発振器（圧電発振器）
Ｇ・・・グランドパターン

Claims (1)

1. 基板部と枠部によって基板部の一方の主面に形成された第１の凹部空間と、前記基板部と枠部によって前記基板部の他方の主面に形成された第２の凹部空間が設けられた容器体と、
   前記第１の凹部空間内に露出した基板部の一方の主面に設けられた２個一対の圧電振動素子搭載パッドに搭載され、励振用電極が設けられている圧電振動素子と、
   前記第２の凹部空間内に露出した基板部の他方の主面に設けられた集積回路素子搭載パッドに搭載されている集積回路素子と、
   前記第２の凹部空間内に露出した基板部の他方の主面に設けられた２個一対の圧電振動素子測定用パッドと、
   一方の圧電振動素子搭載パッドと一方の圧電振動素子測定用パッドとを接続している前記基板部の内層に設けられた第１の配線パターンと、
   他方の圧電振動素子搭載パッドと他方の圧電振動素子測定用パッドとを接続している前記基板部の内層に設けられた第２の配線パターンと、
   前記第１の凹部空間を気密封止する蓋体とを備えた圧電発振器であって、
   前記第１の配線パターンが他方の圧電振動素子測定用パッドと積層上で重ならないように形成されており、
   前記第２の配線パターンが一方の圧電振動素子測定用パッドと積層上で重ならないように形成されていることを特徴とする圧電発振器。

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