JPH11355047A - Piezoelectric oscillator - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To miniaturize a piezoelectric oscillator by reducing the occupancy area at the time of mounting on a printed board in the piezoelectric oscillator of structure where the piezoelectric oscillator of a crystal oscillator and circuit components constituting an oscillation circuit are stored in one package. SOLUTION: This piezoelectric oscillator has a package main body 20 where a recessed part 21 having a plurality of steps inside is formed on an upper face, a piezoelectric oscillator 26 which is connected/fixed on a first step 25 in the recessed part, a cover 31 which is mounted on the second step 30 positioned above the first step and air-tightly seals space containing the first step, a third step 35 constituting a flat face in a state similar to the upper face of the cover, a metallic cover 50 closing the whole opening of the recessed part in the package main body. The oscillator is formed of wiring patterns 40 and 41 which are continuously formed on the upper face of the cover and the upper face of the third step and electronic parts 45 mounted on arbitrary positions on the wiring patterns.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は水晶振動子等の圧電
振動子と、発振回路を構成する回路部品を一つのパッケ
ージ内に収納した構造の圧電発振器の改良に関し、詳細
にはプリント基板上に実装された時の占有面積を低減し
て、小型化の要請に対応することができる圧電発振器に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric oscillator having a structure in which a piezoelectric vibrator such as a quartz vibrator and a circuit component constituting an oscillating circuit are housed in a single package. The present invention relates to a piezoelectric oscillator which can reduce the occupied area when mounted and can respond to a demand for miniaturization.

【０００２】[0002]

【従来の技術】水晶振動子等の圧電振動子をパッケージ
内に気密封止した構造の圧電デバイスは、圧電発振器
や、共振器、或はフィルタとして、各種電子機器、とり
わけ通信機器においては不可決の主要パーツとして使用
されている。近年では、携帯電話機に見られるように小
型化、薄型化が進む電子機器に対応するために、圧電デ
バイスに対しても超小型化、薄型化が期待されている。
図２は従来の水晶発振器の構成を示す断面図であり、こ
の水晶発振器はセラミック等から成るプリント配線基板
１上に、水晶振動子２と、発振回路を構成するチップ部
品群（トランジスタ、コンデンサ、抵抗等）３を搭載し
た上で、これらの部品を含むプリント配線基板１の上部
空間を蓋体４によって封止した構成を有する。水晶振動
子１は、セラミック等から成るパッケージ５の内底部の
段差上に水晶振動素子６を固定した上で該パッケージ５
の上部開口を蓋７により気密封止した構成を有し、パッ
ケージ５の底面に設けた電極をプリント配線基板１上の
配線パターン上にハンダ等により接続したものである。
水晶振動素子６は、微小な塵埃や、湿気によってもその
固有周波数が変動する程度にデリケートな素子であるた
め、パッケージ５内に水晶振動素子を気密封止する際に
は、該気密空間を真空とするか、或は気密空間内に乾燥
窒素を密封していた。しかし、上記タイプの水晶発振器
は、小型化、特に占有面積の小型化に限界があり、更な
る小型化が求められていた。図３はこのような小型化の
要求に対応すべく開発された水晶発振器のパッケージ構
造の例を示す断面図であり、この水晶発振器は、セラミ
ック等から成るパッケージ１０の上面に形成した凹陥１
１内に第１の段差１２と、第２の段差１３を順次形成
し、第１の段差１２上に水晶振動素子１４を片持ち状態
で固定する一方で、第１の段差１２よりも上方に位置す
る第２の段差１３上に形成した配線パターン上に発振回
路を構成するチップ部品群１５を実装した上で、凹陥１
１を蓋体１６により気密封止（シングルシール）した構
成を有する。このタイプによれば低背な発振器を実現可
能である一方で、水晶振動素子１４を実装する第１の段
差１２上にはその他の電子部品群の実装が不可能であ
り、該電子部品群は第２の段差１３上に実装する必要が
あったため、発振器の狭面積化には限界があった。ま
た、パッケージを封止する手段として一枚の蓋体１６を
用いたシングルシール構造である為、広面積なパッケー
ジ開口部を全体的に一枚の蓋体１６を用いて気密封止す
る必要があり、封止方法としてシーム溶接を採用する場
合にはシーム材料として高価なコバーリングを大量に使
用する必要があるため、パッケージのコストアップをも
たらす。また、封止方法として半田による封止方法を用
いた場合には、コストは低減可能であるものの、パッケ
ージ内の気密を保持するために必要な封止強度を得るた
めに封止接合面積を広く確保する必要が生じる為、パッ
ケージの狭面積化が更に困難化するという問題がある。2. Description of the Related Art Piezoelectric devices having a structure in which a piezoelectric vibrator such as a crystal vibrator is hermetically sealed in a package are inevitable in various electronic devices, especially communication devices, as a piezoelectric oscillator, a resonator, or a filter. It is used as the main part. In recent years, in order to cope with electronic devices that are becoming smaller and thinner as seen in mobile phones, ultra-compact and thinner piezoelectric devices are also expected.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional crystal oscillator. This crystal oscillator is formed on a printed wiring board 1 made of ceramic or the like, and a crystal unit 2 and a chip component group (transistor, capacitor, 3), and the upper space of the printed wiring board 1 including these components is sealed with a lid 4. The crystal unit 1 has a crystal resonator element 6 fixed on a step at the inner bottom of a package 5 made of ceramic or the like.
Of the package 5 is hermetically sealed with a lid 7, and electrodes provided on the bottom surface of the package 5 are connected to a wiring pattern on the printed wiring board 1 by soldering or the like.
Since the crystal vibrating element 6 is a delicate element whose natural frequency fluctuates even with minute dust or moisture, when the crystal vibrating element is hermetically sealed in the package 5, the airtight space is evacuated. Or, dry nitrogen was sealed in an airtight space. However, the crystal oscillator of the above-mentioned type has a limitation in miniaturization, particularly in miniaturization of an occupied area, and further miniaturization has been demanded. FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a package structure of a crystal oscillator developed to meet such a demand for miniaturization. This crystal oscillator has a recess 1 formed on the upper surface of a package 10 made of ceramic or the like.
1, a first step 12 and a second step 13 are sequentially formed, and the quartz crystal vibrating element 14 is fixed on the first step 12 in a cantilever state, while being higher than the first step 12. After mounting the chip component group 15 constituting the oscillation circuit on the wiring pattern formed on the second step 13 located,
1 is hermetically sealed (single-sealed) by a lid 16. According to this type, a low-profile oscillator can be realized, but other electronic component groups cannot be mounted on the first step 12 on which the crystal resonator element 14 is mounted. Since it was necessary to mount the oscillator on the second step 13, there was a limit in reducing the area of the oscillator. In addition, since the package has a single seal structure using one lid 16 as a means for sealing the package, it is necessary to hermetically seal the wide area package opening with one lid 16 as a whole. In addition, when seam welding is employed as a sealing method, it is necessary to use a large amount of expensive Kovarring as a seam material, which leads to an increase in package cost. In addition, when a sealing method using solder is used as the sealing method, although the cost can be reduced, the sealing joint area is increased to obtain the sealing strength required to maintain the airtightness in the package. Since it is necessary to secure the package, there is a problem that it is more difficult to reduce the area of the package.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、水晶振動子等の圧電振動子と、発振回路を
構成する回路部品を一つのパッケージ内に収納した構造
の圧電発振器において、プリント基板上に実装された時
の占有面積を低減して、小型化の要請に対応することが
できる圧電発振器を提供することにある。具体的には、
水晶振動素子と回路部品を同一のパッケージ内に収納し
た状態で、該パッケージ開口を一つの蓋体で気密封止す
るシングルシール構造の欠点であるコストの増大、或は
面積の増大という欠点を解決することができる圧電発振
器を提供する。The problem to be solved by the present invention is to provide a piezoelectric oscillator having a structure in which a piezoelectric vibrator such as a crystal vibrator and a circuit component constituting an oscillation circuit are housed in one package. An object of the present invention is to provide a piezoelectric oscillator that can reduce the occupied area when mounted on a printed circuit board and can respond to a demand for miniaturization. In particular,
Solves the disadvantage of single-seal structure in which the package opening is hermetically sealed with one lid while the crystal resonator element and circuit components are housed in the same package. A piezoelectric oscillator is provided.

【０００４】[0004]

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、請求項１の発明は、複数の段差を内部に有した凹陥
部を上面に有したパッケージ本体と、該凹陥部内の第１
の段差上に接続固定された圧電振動子と、該第１の段差
の上方に位置する第２の段差に載置されて該第１の段差
を含む空間を気密封止するカバーと、該カバーの上面と
面一の状態で平坦面を構成する第３の段差と、パッケー
ジ本体の凹陥部の開口全体を閉止する金属蓋と、を有し
た圧電発振器であって、上記カバーの上面と第３の段差
上面にかけて連続形成された配線パターンと、該配線パ
ターン上の任意の位置に実装された電子部品と、から成
ることを特徴とする。請求項２の発明は、上記パッケー
ジ本体と、上記カバーをセラミックにて構成したことを
特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a package body having an upper surface having a recess having a plurality of steps therein, and a first body in the recess.
A piezoelectric vibrator connected and fixed on the step, a cover placed on the second step located above the first step and hermetically sealing a space including the first step, and the cover A third step forming a flat surface flush with the upper surface of the package, and a metal lid for closing the entire opening of the recessed portion of the package body. And a wiring pattern continuously formed on the upper surface of the step, and an electronic component mounted at an arbitrary position on the wiring pattern. According to a second aspect of the present invention, the package body and the cover are made of ceramic.

【０００５】[0005]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した形態
例により詳細に説明する。図１(a) は本発明の圧電発振
器の一例としての水晶発振器の縦断面図、(b) はその平
面図である。この水晶発振器は、複数の段差を内部に有
した凹陥部２１を上面に有したセラミック製のパッケー
ジ本体２０と、該凹陥部２１内の低い位置にある第１の
段差２５上に接続固定された水晶振動素子２６と、該第
１の段差２５の上方に位置する第２の段差３０上に載置
されて該第１の段差２５を含む空間を気密封止する小面
積のカバー３１と、該カバー３１の上面と面一の状態で
平坦面を構成する第３の段差３５と、カバー３１の上面
と第３の段差３５の上面にかけて連続形成された配線パ
ターン４０、４１と、配線パターン上の任意の位置に実
装された回路部品４５と、パッケージ本体の凹陥部２１
の開口を閉止する金属蓋５０と、を有している。第１の
段差２５は、凹陥部２１の内底面２１ａよりも少しく高
い位置にあり、その平坦な上面の適所に形成したパッド
２５ａ上には導電性接着剤２７を用いて短冊型の水晶振
動素子２６の一端を片持ち状態で支持している。また、
パッド２５ａはパッケージ本体底面に設けた外部電極５
５のいずれかと接続されている。水晶振動素子２６を含
む空間は、第２の段差３０上に単層又は多層セラミック
から成るカバー３１を半田により固定することにより気
密封止する。カバー３１は、第２の段差３０の輪郭と整
合する外形を有するように予め寸法設定され、その上面
には配線パターン４１を予め形成しておく。このカバー
３１上の配線パターン４１は、第３の段差３５上の配線
パターン４０と対応するように予め構成されており、両
配線パターンの接続部は導電性接着剤等の導電性物質６
０により接続される。つまり、水晶振動素子２６を含む
空間をカバー３１により封止することにより、パッケー
ジの一部に水晶振動子が形成されていることになる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to embodiments shown in the drawings. FIG. 1A is a longitudinal sectional view of a crystal oscillator as an example of the piezoelectric oscillator of the present invention, and FIG. 1B is a plan view thereof. This crystal oscillator is connected and fixed on a ceramic package body 20 having a concave portion 21 having a plurality of steps inside on the upper surface, and a first step 25 at a low position in the concave portion 21. A quartz-crystal vibrating element 26; a small-area cover 31 that is mounted on a second step 30 located above the first step 25 and hermetically seals a space including the first step 25; A third step 35 forming a flat surface flush with the upper surface of the cover 31, wiring patterns 40 and 41 continuously formed over the upper surface of the cover 31 and the upper surface of the third step 35, The circuit component 45 mounted at an arbitrary position and the concave portion 21 of the package body
And a metal lid 50 that closes the opening of. The first step 25 is located at a position slightly higher than the inner bottom surface 21 a of the recess 21, and a rectangular quartz-crystal vibrating element using a conductive adhesive 27 is formed on a pad 25 a formed at an appropriate position on the flat upper surface. One end of 26 is supported in a cantilevered state. Also,
The pad 25a is an external electrode 5 provided on the bottom of the package body.
5 is connected. The space including the quartz-crystal vibrating element 26 is hermetically sealed by fixing a cover 31 made of a single-layer or multilayer ceramic on the second step 30 by soldering. The cover 31 is dimensioned in advance so as to have an outer shape that matches the outline of the second step 30, and a wiring pattern 41 is formed on the upper surface thereof in advance. The wiring pattern 41 on the cover 31 is configured in advance so as to correspond to the wiring pattern 40 on the third step 35, and the connection between the two wiring patterns is made of a conductive material 6 such as a conductive adhesive.
Connected by 0. That is, by sealing the space including the crystal resonator element 26 with the cover 31, the crystal resonator is formed in a part of the package.

【０００６】このようにしてカバー３１と第３の段差３
５上にかけて連続形成された配線パターン４１、４０の
ランド４１ａ，４０ａ上には、発振回路を構成するトラ
ンジスタ、コンデンサ、抵抗等の電子部品４５がハンダ
等により実装されるが、図１(b) に示すようにカバー３
１上の配線パターン４１のランド４１ａと第３の段差３
５上の配線パターン４０のランド４０ａとを、カバーと
第３の段差との境界部に配置し、両ランドにまたがって
電子部品４５を実装することにより、２つの配線パター
ン４１、４０にかけて部品４５を実装することによりパ
ターン４１、４０間を接続してもよい。このように電子
部品を実装することにより、パッケージ内に発振回路が
完成する。各配線パターン４０は、外部電極５５と電気
的に接続され、図示しないプリント基板上に水晶発振器
を実装した時の電気的接続を外部電極５５を介して確保
する。In this manner, the cover 31 and the third step 3
On the lands 41a and 40a of the wiring patterns 41 and 40 continuously formed on the wiring 5, electronic components 45 such as transistors, capacitors, and resistors constituting an oscillation circuit are mounted by soldering or the like, as shown in FIG. Cover 3 as shown
1 and the land 41a of the wiring pattern 41 and the third step 3
The land 40a of the wiring pattern 40 on the wiring 5 is arranged at the boundary between the cover and the third step, and the electronic component 45 is mounted over both lands, so that the component 45 extends over the two wiring patterns 41 and 40. May be connected to connect the patterns 41 and 40. By mounting the electronic components in this manner, an oscillation circuit is completed in the package. Each wiring pattern 40 is electrically connected to the external electrode 55, and secures electrical connection when the crystal oscillator is mounted on a printed board (not shown) via the external electrode 55.

【０００７】全ての電子部品の実装後に、電子部品実装
面全体を覆うように、パッケージ本体の凹陥部２１の開
口を閉止するように金属蓋５０を半田等により固着す
る。この金属蓋５０による閉止に際しては、気密的に密
封する必要はない。なぜなら、気密封止が求められる水
晶振動素子２６については、カバー３１により封止が完
了しているからである。しかもカバー３１が封止する開
口の面積、すなわち、第２の段差３０上に載置されるカ
バー３１の面積は十分に小さい為、第２の段差３０上面
との間の接合面積が少なくても十分な密封が可能であ
り、従ってシーム溶接等の手数とコストのかかる封止方
法を採用する必要がなく、半田等によって容易に封止す
ることができる。また、本発明の形態例においては、凹
陥部に３つの段差を構成しただけの簡単な構成のパッケ
ージを用いるので、安価にパッケージを構成することが
できる。また、パッケージの段差上のみならず、水晶振
動素子を気密封止するカバー３１の上面にも電子部品を
実装可能である為、パッケージ全体の平面積を大幅に減
縮し、小型化を達成することができる。なお、上記形態
例において示した水晶振動素子は圧電振動素子の一例に
過ぎず、本発明は水晶振動素子以外の圧電振動素子を用
いる圧電発振器についても適用することができる。After mounting all the electronic components, a metal cover 50 is fixed by soldering or the like so as to cover the entire electronic component mounting surface and close the opening of the concave portion 21 of the package body. When closing with the metal lid 50, it is not necessary to hermetically seal. This is because the sealing of the quartz vibrating element 26 that requires hermetic sealing is completed by the cover 31. In addition, since the area of the opening to be sealed by the cover 31, that is, the area of the cover 31 placed on the second step 30 is sufficiently small, even if the bonding area between the cover 31 and the upper surface of the second step 30 is small. Sufficient sealing is possible, so that it is not necessary to employ a sealing method such as seam welding which is troublesome and costly, and can be easily sealed with solder or the like. Further, in the embodiment of the present invention, since a package having a simple configuration in which only three steps are formed in the recess is used, the package can be formed at low cost. In addition, since electronic components can be mounted not only on the steps of the package but also on the upper surface of the cover 31 for hermetically sealing the crystal resonator element, the plane area of the entire package can be significantly reduced and downsizing can be achieved. Can be. Note that the crystal vibrating element described in the above embodiment is merely an example of a piezoelectric vibrating element, and the present invention can be applied to a piezoelectric oscillator using a piezoelectric vibrating element other than the crystal vibrating element.

【０００８】[0008]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、水晶振動
子等の圧電振動子と、発振回路を構成する電子部品を一
つのパッケージ内に収納した構造の圧電発振器におい
て、プリント基板上に実装された時の占有面積を低減し
て、小型化の要請に対応することができる圧電発振器を
提供することができる。具体的には、水晶振動素子と回
路部品を同一のパッケージ内に収納した状態で、該パッ
ケージ開口を一つの蓋体で気密封止する際に、パッケー
ジの凹陥内に形成した複数の段差を利用して水晶振動素
子の支持と、該水晶振動素子の気密封止を行い、更には
気密封止用のカバー上面を利用して電子部品の実装を行
うので、コスト低下、デバイスの占有面積の減縮を実現
できる。As described above, according to the present invention, in a piezoelectric oscillator having a structure in which a piezoelectric vibrator such as a crystal vibrator and an electronic component constituting an oscillation circuit are housed in one package, It is possible to provide a piezoelectric oscillator that can reduce the occupied area when mounted and can respond to a demand for miniaturization. Specifically, a plurality of steps formed in the recess of the package are used when the package opening is hermetically sealed with one lid while the crystal resonator element and the circuit components are housed in the same package. To support the crystal vibrating element and hermetically seal the crystal vibrating element, and furthermore, to mount electronic components using the upper surface of the hermetic sealing cover, thereby reducing costs and reducing the area occupied by the device. Can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】(a) は本発明の圧電発振器の一例としての水晶
発振器の縦断面図、(b) はその平面図。1A is a longitudinal sectional view of a crystal oscillator as an example of a piezoelectric oscillator according to the present invention, and FIG. 1B is a plan view thereof.

【図２】従来の圧電発振器の一例を示す縦断面図。FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an example of a conventional piezoelectric oscillator.

【図３】他の従来の圧電発振器の一例を示す縦断面図。FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing an example of another conventional piezoelectric oscillator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

２０ パッケージ本体、２１ 凹陥部、２５ 第１の段
差、２５ａ パッド、２６ 水晶振動素子、２７ 導電
性接着剤、３０ 第２の段差、３１ カバー、３５ 第
３の段差、４０、４１ 配線パターン、４５ 電子部
品、５０ 金属蓋、５５ 外部電極、６０ 導電性物
質。Reference Signs List 20 package main body, 21 concave portion, 25 first step, 25a pad, 26 crystal vibrating element, 27 conductive adhesive, 30 second step, 31 cover, 35 third step, 40, 41 wiring pattern, 45 Electronic components, 50 metal lids, 55 external electrodes, 60 conductive materials.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 複数の段差を内部に有した凹陥部を上面
に形成したパッケージ本体と、該凹陥部内の第１の段差
上に接続固定された圧電振動子と、該第１の段差の上方
に位置する第２の段差に載置されて該第１の段差を含む
空間を気密封止するカバーと、該カバーの上面と面一の
状態で平坦面を構成する第３の段差と、パッケージ本体
の凹陥部の開口全体を閉止する金属蓋と、を有した圧電
発振器であって、 上記カバーの上面と第３の段差上面にかけて連続形成さ
れた配線パターンと、該配線パターン上の任意の位置に
実装された電子部品と、から成ることを特徴とする圧電
発振器。1. A package body having a recess formed therein having a plurality of steps therein, a piezoelectric vibrator connected and fixed on a first step in the recess, and an upper part of the first step. A cover mounted on the second step located at the second position and hermetically sealing a space including the first step, a third step forming a flat surface flush with the upper surface of the cover, and a package. What is claimed is: 1. A piezoelectric oscillator comprising: a metal cover for closing an entire opening of a concave portion of a main body; a wiring pattern formed continuously over an upper surface of the cover and a third step upper surface; and an arbitrary position on the wiring pattern. And an electronic component mounted on the piezoelectric oscillator. 【請求項２】 上記パッケージ本体と、上記カバーをセ
ラミックにて構成したことを特徴とする請求項１記載の
圧電発振器。2. The piezoelectric oscillator according to claim 1, wherein said package body and said cover are made of ceramic.