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【発明の名称】 温度補償型水晶発振モジュール
【発明者】 【氏名】向井 祐介

【氏名】池本 伸郎
【要約】 【課題】実用に伴う接着剤の変形や、水晶片からのガスの離脱や吸着を抑え、発振周波数の安定性の高い温度補償型水晶発振モジュールの提供を図る。

【解決手段】接着剤を配した水晶振動子４２およびサーミスタ４３を配線パターン上に搭載したセラミック基板４１に樹脂基板４９を接合し、樹脂基板４９にベース基板４８を接合する。接続用電極５１Ａを、電極４５にはんだ５２Ａにより接続し、接続用電極５１Ｂを、金属ピン端子４６にはんだ５２Ｂにより接続する。そして、接続用電極５１Ａと接続用電極５１Ｂとを接続することによりセラミック基板４１の配線パターンと金属ピン端子４６とを熱的に離間した温度補償型水晶発振モジュール５０を提供する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶振動子およびサーミスタを配線パターン上に搭載するセラミック基板と、金属ピン端子を備えるとともに前記セラミック基板を搭載するベース基板と、を備えた温度補償型水晶発振モジュールであって、
前記セラミック基板と前記ベース基板との間に樹脂基板を備え、
前記樹脂基板に第１の接続用電極と第２の接続用電極とをそれぞれ離間して設け、
第１の接続用電極に、前記配線パターンに接続して前記セラミック基板に設けた電極を接続し、第２の接続用電極に前記金属ピン端子を接続し、前記配線パターンと前記金属ピン端子とを第１の接続用電極と第２の接続用電極とを介して導通させたことを特徴とする温度補償型水晶発振モジュール。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
この発明は、サーミスタを用いて水晶振動子の温度補償を行う水晶発振モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、負特性のサーミスタを含むサーミスタ回路と水晶振動子とを一枚の基板上に配置して発振周波数の温度補償を行う温度補償型の水晶発振モジュールが用いられている。この温度補償型水晶発振モジュールの場合、基板やケースとして熱伝導率の高いアルミナ系セラミックなどが用いられる。また、一般に水晶振動子はセラミックケースに設けられ、導電性の接着剤でセラミックケース内部に固定される。このようにしてサーミスタ回路の温度変化に対する応答性を高めた水晶発振モジュールが提供されている。ここで一般的なサーミスタ回路による温度補償型水晶発振モジュール（ＴＣＸＯ）の構成例を図１（Ａ）に示す。セラミック基板１上にセラミックケースに入った水晶振動子２やサーミスタ３やトランジスタ４などが配され、セラミック基板１の底面にはこの温度補償型水晶発振モジュール１０自体の実装用の電極５が設けられている。このような温度補償型水晶発振モジュール１０は携帯電話端末の基準信号源などとして従来は用いられている。
【０００３】
他にも、水晶振動子のパッケージの固定のために接着剤を用いる場合（特許文献１参照。）や、水晶発振モジュールとして、セラミック基板上の素子をシールドケースやガラスなどで封入したハーメチックシール構造の水晶発振モジュールとする場合（特許文献２参照。）もある。
【０００４】
ここでこの特許文献２に記載されたハーメチックシール構造の温度補償型水晶発振モジュールの構成例を図１（Ｂ）に示す。セラミック基板１上には、セラミックケースに入った水晶振動子２やサーミスタ３やトランジスタ４やＩＣ（図示せず。）などが配線パターン上に配され、セラミック基板１の底面にはベース基板８と熱伝導性の高い中間伝熱材９とを接合している。また、セラミック基板１のスルーホールにより、この温度補償型水晶発振モジュール１０自体の実装用の金属ピン端子６と前記配線パターンとを導通させている。このようなハーメチックシール構造の温度補償型水晶発振モジュール１０はセラミック基板１上の素子の酸化を防ぐとともに耐湿性を高め、また、中間伝熱材９により、ＩＣから発生する熱の放熱効果を高めている。
【特許文献１】特開２００１−１７７３４５号公報
【特許文献２】特開２００２−３７４１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、携帯電話の端末などよりも高性能な温度補償の性能を必要とする場合、例えば携帯電話の基地局などの基準信号源などの場合には、温度変化に対する応答性だけではなく経時変化・経年変化が小さく安定性の高い基準信号源が求められる。そのため、ＴＣＸＯではなく恒温槽型の水晶発振モジュール（以下、ＯＣＸＯ。）が基準信号源として用いられる。このＯＣＸＯは、恒温槽により水晶発振回路が常に一定温度に保たれるため、温度変化だけではなく経時変化・経年変化についても比較的安定した信号源である。
【０００６】
しかし、このＯＣＸＯはＴＣＸＯに比べ高価なものである。そのため高価なＯＣＸＯに代えて安価なＴＣＸＯを基地局などの基準信号源として用いようとした場合、サーミスタ回路の調整によって、より高性能な温度補償を行うことは可能であるが、サーミスタ回路の高度化のみでは、発振周波数の経時変化・経年変化が抑えられず、基地局の基準信号源としての要求性能を満足することができなかった。
【０００７】
このＴＣＸＯの発振周波数が経時変化・経年変化する問題は、ＴＣＸＯを実装基板に実装する際やＴＣＸＯのモジュールを製造する際に、コテ付けはんだ法やフローはんだ法、または一部のリフローはんだ法などにより、実装基板やベース基板の底面を加熱したり、底面に溶融させたはんだを溶着したりすることで、はんだ付けによる熱が水晶振動子内の水晶片を固定する接着剤、および水晶片にまで伝達されることによって生じる。
【０００８】
すると、セラミックの熱伝導性の高さにより、熱が接着剤および水晶片にまで伝達されるが、この熱によって接着剤に熱変形が生じたり水晶片からのガスの離脱，吸着が生じたりする。このように接着剤に熱変形が生じると、その後の実用に従って熱変形がしだいに開放され接着剤が元の形状に復元していく。また、水晶片からのガスの離脱，吸着が生じた場合も、その後の実用に従って逆にガスが再び吸着したり離脱したりしていく。このように、接着剤の変形やガスの離脱，吸着などが、実用に伴い緩やかに生じることで発振周波数が変化してしまうことが原因であった。
【０００９】
そこで本発明の目的は、この問題点を解決し、発振周波数の安定性の高い温度補償型水晶発振モジュールを提供することにある。すなわち、実用に伴う接着剤の変形や開放、および水晶片へのガスの吸着や離脱を抑えた温度補償型水晶発振モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため本発明は、水晶振動子およびサーミスタを配線パターン上に搭載するセラミック基板と、金属ピン端子を備えるとともに前記セラミック基板を搭載するベース基板と、を備えた温度補償型水晶発振モジュールであって、前記セラミック基板と前記ベース基板との間に樹脂基板を備え、前記樹脂基板に第１の接続用電極と第２の接続用電極とをそれぞれ離間して設け、第１の接続用電極に、前記配線パターンに接続して前記セラミック基板に設けた電極を接続し、第２の接続用電極に前記金属ピン端子を接続し、前記配線パターンと前記金属ピン端子とを第１の接続用電極と第２の接続用電極とを介して導通させた構成を望ましい態様としている。
【００１１】
この水晶振動子としては、セラミックケースの中で水晶片を導電性接着剤で固定しているものでもよく、また水晶片を直接セラミック基板上に導電性接着剤で固定しているものでも良い。
【００１２】
このような態様とすることにより、サーミスタ回路と水晶振動子とを熱伝達性の高いセラミック基板に設けた場合であっても、熱伝達性の低い樹脂基板を用いて、さらに第１の接続用電極と第２の接続用電極とを介して熱的に離間しながら配線パターンと前記金属ピン端子とを導通させることにより、はんだ付けによる熱が熱伝導の大きいセラミック基板や接続配線を介して接着剤や水晶片に直接伝達することを抑制できる。
【００１３】
例えば、このモジュールをコテ付けはんだ法やフローはんだ法などによってはんだ付けする場合では、コテ付け熱やはんだ熱などによる接着剤の熱変形や開放を小さくすることができる。また、水晶片からのガスの離脱や吸着を抑制することができる。すると、接着剤の変形や開放、および水晶片へのガスの吸着や離脱が小さく、当然、その後の実用において発振周波数に経時変化・経年変化がほとんど生じない、安定性の高い温度補償型水晶発振モジュールを提供できる。
【００１４】
なお、このような構造としては第１の接続用電極と第２の接続用電極とを配線パターンで接続した構成が本発明の実施に好適である。また、１つの広面積の電極の端部に配線パターンとの接続用のスルーホールなどを接続して第１の接続用電極として用い、前記広面積の電極の別の端部に金属ピン端子を接続して第２の接続用電極として用いても好適である。
【発明の効果】
【００１５】
以上詳記したとおり、本発明は、接着剤および、水晶片への熱の伝達の防止に係るものであり、本発明により奏せられる効果は次のとおりである。
【００１６】
本発明によれば、セラミック基板を介して、および金属ピン端子からの接続配線を介してのコテ付けはんだ法やフローはんだ法などのはんだ付けによる熱が、接着剤や水晶片にまで伝達されることを抑制できる。そのため、実用において経時変化・経年変化がほとんど生じない安定性の高い温度補償型水晶発振モジュールを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に本発明の第１の実施形態について図２を基に詳述する。本実施形態の温度補償型水晶発振モジュール３０では、略六面体形状のセラミック基板２１のパーツ搭載面（図上面）に、サーミスタ２３や水晶振動子２２、トランジスタ２４などを設け、配線パターンにより接続している。このサーミスタ２３やセラミックケース入りの水晶振動子２２の固定にははんだを、水晶振動子２２内部の水晶片の固定には接着剤を用いている。以上のサーミスタ２３・水晶振動子２２などにより温度補償型の発振器を構成している。
【００１８】
また、セラミック基板２１内部にはパーツ搭載面に設けた配線パターンとその底面（図下面）の電極２５とを導通するスルーホール（図示せず。）などの接続配線を設けている。そして、セラミック基板２１のパーツ搭載面の底面の四隅に矩形状の電極２５を設けている。
【００１９】
また、略六面体形状の樹脂基板２９の主面（図上面）の四隅にはそれぞれ、前述の電極２５と対向する位置に矩形状の接続用電極３１Ａを設けている。そして、セラミック基板２１の電極２５と樹脂基板２９の接続用電極３１Ａとをはんだ３２Ａにより接合している。
【００２０】
また、樹脂基板２９の主面の四隅には前述の接続用電極３１Ａと離間して接続用電極３１Ｂも設けている。そして、隣接する接続用電極３１Ｂと接続用電極３１Ａ同士を配線パターン（図示せず。）により接続している。接続用電極３１Ｂには電極中央部分に主面から底面（図下面）までを貫通する貫通孔を設けている。この貫通孔には温度補償型水晶発振モジュール３０自体を実装するための金属ピン端子２６を挿入し、接続用電極３１Ｂにはんだ３２Ｂを用いて接続している。
【００２１】
また、略六面体形状で金属製のベース基板２８にも貫通孔を設け、金属ピン端子２６を挿入している。そして、ベース基板２８と金属ピン端子２６との隙間に絶縁性の接着剤２７を充填して、ベース基板２８と金属ピン端子２６とを固定している。なお、接着剤２７としてはガラスや樹脂系接着剤などを用いると好適であるが、ベース基板２８と金属ピン端子２６とが導通しなければ、どのような接着剤でも良く、また、接着剤２７を用いない固定方法であってもベース基板２８と金属ピン端子２６とが導通しなければ、どのような固定方法を用いてもよい。
以上のようにして、セラミック基板２１と樹脂基板２９とベース基板２８とを接合している。
【００２２】
この温度補償型水晶発振モジュール３０を実装基板に載置してコテ付けはんだ法によりはんだ付けする場合でも、セラミック基板２１と樹脂基板２９とを接合し、樹脂基板２９とベース基板２８とを接合することで、熱伝導が大きいセラミック基板２１にはベース基板２８からの熱が直接伝達されず、熱伝導の小さな樹脂基板２９を介して伝達される。そのため、サーミスタ２３や水晶振動子２２などの部品や、水晶振動子２２内部での水晶片の固定に用いた接着剤や、水晶片への熱の伝達を抑制できる。
【００２３】
このことにより、従来は接着剤の熱変形が次第に開放され起こっていた、また、水晶片へのガスの吸着や離脱などにより起こっていた、発振周波数の経時変化・経年変化が抑制でき、安定性の高い温度補償型水晶発振モジュール３０を提供できる。
【００２４】
なお、接続用電極３１Ａと接続用電極３１Ｂとの間の接続は金属ピン端子２６と電極２５がはんだを介して直接接続されるようなことが無い限り、特に限定されない。熱が伝わりにくくするように形状を工夫するとより好適である。
【００２５】
また、はんだ付け後に、モジュールに熱を加えておくエイジング処理などを行い、接着剤の熱変形を除去しても好適である。
【００２６】
また、樹脂基板２９自体の形状も、本実施形態で示した略六面体形状に限定されず、特に形状を問わない。
【００２７】
また、接続用電極３１Ａ・３１Ｂや電極２５の、それぞれの形状も、矩形状に限定されず、それぞれの電極が他の接続配線と確実に導通するような形状でありさえすればよい。また、それらの数も限定されず、設計上の仕様に従うことができる。
【００２８】
また、水晶振動子２２やサーミスタ２３、水晶振動子２２内部の水晶片などの固定は、全てを接着剤によって行っても良く、また、一部のみを接着剤によって固定し、その他をはんだ付け等によって固定しても良い。
【００２９】
次に第２の実施形態について図３に基づいて詳述する。本実施形態の温度補償型水晶発振モジュール５０の構成は、第１の実施形態で示した温度補償型水晶発振モジュールにキャップ形状のシールドケース５３を接着した構成である。この構成で、このシールドケース５３とベース基板４８により囲んだ空間を気密にしている。また、本実施形態ではこの気密した空間の気密性を高めるためにベース基板４８と金属ピン端子４６との貫通孔にガラス４７を充填している。
【００３０】
このように、セラミック基板４１上のサーミスタ４３やセラミックケース入りの水晶振動子４２、トランジスタ４４などを気密した空間内に封入することにより、ハーメチックシール構造の温度補償型水晶発振モジュール５０を構成している。このようにハーメチックシール構造をとることにより、セラミック基板４１上に搭載した素子の耐湿性が向上するとともに酸化による性能の劣化を防止でき、より高性能でさらに発振周波数の経時変化・経年変化を抑制できる。
【００３１】
また、はんだ付けに際して、ベース基板４８底面のみを加熱するのではなく、加熱雰囲気中にこの温度補償型水晶発振モジュール５０を置くことでベース基板４８上面も過熱されるようなはんだ法を用いる場合であっても、このシールドケース５３によって、水晶振動子４２内で水晶片を固定する接着剤や水晶片に熱が伝達されることを防いで、発振周波数の経時変化・経年変化を抑制できる。
【００３２】
また、本実施形態では樹脂基板４９とシールドケース５３とが、略はめ合わさるように樹脂基板４９の外形寸法及びシールドケース５３の内側の寸法を設定している。このように寸法を揃えることで、樹脂基板４９をより確実に固定し、またシールドケース５３の剛性も向上させることができる。熱伝導率の小さい樹脂基板４９を用いているために、このようにシールドケース５３と樹脂基板４９とが接していても、シールドケース５３の接着になどの際に熱が生じる場合でも、シールドケース５３から樹脂基板４９を介してセラミック基板４１上に搭載した素子に熱が伝導することを抑制できる。
【００３３】
なお、本実施形態では、シールドケース５３の内側の寸法と樹脂基板４９の外形寸法を揃えた例を示したが、このように寸法を揃えることは必ずしも必要ではなく、金属カバーの形状も本実施形態で示した形状で無く他の形状でも良い。セラミック基板４１上の水晶振動子４２やサーミスタ４３などの素子を封入できれば構成を問わない。
【００３４】
また、シールドケース５３およびベース基板４８で、樹脂基板４９やセラミック基板４１を囲うような構成としたが、必ずしもこのような構成には限らず、シールドケース５３および樹脂基板４９で、セラミック基板４１のみを囲うような構成としてもよい。その場合には樹脂基板４９に設けた貫通孔をガラスなどを接着剤として充填し金属ピン端子４６を固定することで、シールドケース５３と樹脂基板４９とで囲んだ空間を気密するとよい。
【００３５】
以上のような構成により、サーミスタ４３や水晶振動子４２などの接着に用いた接着剤の熱変形を抑制でき、従来は接着剤の熱変形が次第に開放され起こっていた、また、水晶片へのガスの吸着や離脱により起こっていた、温度補償型水晶発振モジュールの発振周波数の変化も抑制でき、第１の実施形態と同様な効果を奏し、安定性の高い温度補償型水晶発振モジュール５０を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来の温度補償型水晶発振モジュールの構成例を示す図である。
【図２】第１の実施形態の温度補償型水晶発振モジュールの構成例を示す図である。
【図３】第２の実施形態の温度補償型水晶発振モジュールの構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１、２１、４１−セラミック基板
２、２２、４２−水晶振動子
３、２３、４３−サーミスタ
４、２４、４４−トランジスタ
５、２５、４５−電極
６、２６、４６−金属ピン端子
２７−接着剤
４７−ガラス
８、２８、４８−ベース基板
２９、４９−樹脂基板
１０、３０、５０−温度補償型水晶発振モジュール
１１、３１、５１−接続用電極
１２、３２、５２−はんだ
１３、５３−シールドケース
【出願人】 【識別番号】０００００６２３１
【氏名又は名称】株式会社村田製作所
【出願日】 平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【代理人】 【識別番号】１０００８４５４８
【弁理士】
【氏名又は名称】小森 久夫

【識別番号】１００１２３９４０
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 辰一
【公開番号】 特開２００７−１３６５１（Ｐ２００７−１３６５１Ａ）
【公開日】 平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【出願番号】 特願２００５−１９２４５７（Ｐ２００５−１９２４５７）