(57)【要約】【課題】本発明では、小型で高精度に周波数を安定させることができる水晶発振器を提供する。【解決手段】水晶発振器（１００）は、ベース（１１０）と、ベースに被せられることにより密閉空間（１０１）を形成するカバー（１２０）と、密閉空間内のベース上に形成される金属サポータ（１６０）と、外周が金属サポータに支えられ密閉空間内に配置される台座（１３０）と、台座の一方の面に載置され、所定の周波数で発振する水晶振動片（１４０）と、台座の他方の面に取り付けられ、水晶振動片を発振させる発振回路、加熱するためのヒーター回路、及びヒーター回路を制御することにより水晶振動片の温度を一定に保つように調整する温度制御回路を備える集積回路（１５０）と、を有する。また、台座は水晶振動片と同等の熱膨張率を有する材料により形成される。【選択図】図１
2018137559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、
前記ベースに被せられることにより密閉空間を形成するカバーと、
前記密閉空間内の前記ベース上に形成される金属サポータと、
外周が前記金属サポータに支えられ前記密閉空間内に配置される台座と、
前記台座の一方の面に載置され、所定の周波数で発振する水晶振動片と、
前記台座の他方の面に取り付けられ、前記水晶振動片を発振させる発振回路、加熱するためのヒーター回路、及び前記ヒーター回路を制御することにより前記水晶振動片の温度を一定に保つように調整する温度制御回路を備える集積回路と、を有し、
前記台座は、前記水晶振動片と同等の熱膨張率を有する材料により形成される水晶発振器。
【請求項２】
前記台座は前記水晶振動片と同一の材料により形成され、
前記水晶振動片は、前記台座と同一の結晶軸が互いに平行になるように前記台座に載置される請求項１に記載の水晶発振器。
【請求項３】
前記ベースには、前記密閉空間から前記密閉空間外に突き出る複数のピン端子が形成され、
前記集積回路は前記金属サポータを介して前記ピン端子と電気的に接続されている請求項１又は請求項２に記載の水晶発振器。
【請求項４】
前記台座には、前記台座の外周を支える前記金属サポータと前記集積回路との間を遮るように溝又は貫通孔が形成されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水晶発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、恒温槽を有する水晶発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ周波数発生装置や携帯端末用基地局等の基準用信号源として使用される各種圧電発振器は、周囲温度変化や高温多湿等の劣悪環境下においても安定した発振出力を確保することが求められる。このような要求を満たすため、加熱素子（ヒータ又はパワートランジスタ）を恒温槽内に有する恒温槽圧電発振器（ＯＣＸＯ：Ｏｖｅｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｘｔａｌ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）が用いられている。
【０００３】
例えば特許文献１では、ガラスエポキシ樹脂により形成される回路基板に水晶振動子、加熱用素子、及び温度制御回路素子が載置された恒温型水晶発振器が示されている。水晶振動子はパッケージ内に水晶振動片が載置された表面実装用の部品であり、恒温型水晶発振器内は加熱用素子及び温度制御回路素子により恒温化され、周波数変動等が抑えられている。また、特許文献２では、二重恒温槽を有する圧電発振器が示されている。水晶振動子が二重恒温槽内に配置されることにより、圧電発振器内が高精度に恒温化され、周波数の安定性が高められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８３３２４号公報
【特許文献２】特開２００６−２９５５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１では水晶振動片とパッケージとの熱膨張率の違いに起因した応力及び回路基板からパッケージが受ける応力が水晶振動片に伝わることによって、周波数変動が生じるという問題があった。また、水晶振動片がパッケージに覆われているため水晶振動片に熱を効率よく伝えることが困難であり、周波数制御の精度が落ちる場合があった。また、特許文献２に示される恒温型水晶発振器では、２つの恒温槽を有するために小型化が困難であり、２つの恒温槽の温度を保持するために大きな電力が必要となるという問題があった。
【０００６】
そこで本発明では、小型で高精度に周波数を安定させることができる水晶発振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１観点の水晶発振器は、ベースと、ベースに被せられることにより密閉空間を形成するカバーと、密閉空間内のベース上に形成される金属サポータと、外周が金属サポータに支えられ密閉空間内に配置される台座と、台座の一方の面に載置され、所定の周波数で発振する水晶振動片と、台座の他方の面に取り付けられ、水晶振動片を発振させる発振回路、加熱するためのヒーター回路、及びヒーター回路を制御することにより水晶振動片の温度を一定に保つように調整する温度制御回路を備える集積回路と、を有する。また、台座は水晶振動片と同等の熱膨張率を有する材料により形成される。
【０００８】
第２観点の水晶発振器は、第１観点において、台座が水晶振動片と同一の材料により形成され、水晶振動片が、台座と同一の結晶軸が互いに平行になるように台座に載置される。
【０００９】
第３観点の水晶発振器は、第１観点及び第２観点において、ベースには、密閉空間から密閉空間外に突き出る複数のピン端子が形成され、集積回路は金属サポータを介してピン端子と電気的に接続されている。
【００１０】
第４観点の水晶発振器は、第１観点から第３観点において、台座には、台座の外周を支える金属サポータと集積回路との間を遮るように溝又は貫通孔が形成されている
【発明の効果】
【００１１】
本発明の水晶発振器によれば、小型で高精度に周波数を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】水晶発振器１００の断面図である。
【図２】（ａ）は、カバー１２０が外された水晶発振器１００の平面図である。  （ｂ）は、水晶発振器１００の底面図である。
【図３】（ａ）は、金属サポータ１６０の斜視図である。  （ｂ）は、導電性接着剤１６２が載置された金属サポータ１６０の平面図である。
【図４】（ａ）は、水晶発振器２００の概略平面図である。  （ｂ）は、水晶発振器２００の概略部分断面図である。  （ｃ）は、水晶発振器３００の概略部分平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００１４】
（第１実施形態）
＜水晶発振器１００の構成＞
図１は、水晶発振器１００の断面図である。図１は、後述の図２（ａ）のＡ−Ａ断面を含んでいる。水晶発振器１００は恒温槽を有する恒温槽型水晶発振器であり、主に、ベース１１０と、カバー１２０と、台座１３０と、水晶振動片１４０と、集積回路１５０と、を含んで構成されている。カバー１２０がベース１１０に被せられることにより、水晶発振器１００に密閉空間１０１が形成される。また、台座１３０、水晶振動片１４０、及び集積回路１５０は、密閉空間１０１に配置されている。以降の説明では、水晶発振器１００の高さ方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸方向に垂直な方向をＸ軸方向及びＺ軸方向として説明する。
【００１５】
ベース１１０は例えば金属等の導電性材料により形成されており、＋Ｙ軸側の面には例えば金属等の導電性材料により形成されるカバー１２０が被せられている。ベース１１０とカバー１２０とは、例えば冷間圧接等の溶接により接合され、これによりベース１１０の＋Ｙ軸側の面に密閉空間１０１が形成されている。密閉空間１０１は、例えば真空又はアルゴン等の不活性ガスで満たされている。また、ベース１１０にはベース１１０を貫通するようにピン端子１７０が配置されている。ピン端子１７０は、例えば、密閉空間１０１内と密閉空間１０１外との間を電気的に接続するピン端子１７０ａと、接地されるピン端子１７０ｂと、に分けることができる。ピン端子１７０ａは、ピン端子１７０ａとベース１１０との間に絶縁ガラス１７１が設けられることにより、ベース１１０に固定されると共にベース１１０と電気的に絶縁されている。ピン端子１７０ｂはベース１１０に電気的に接続されている。これによってベース１１０及びカバー１２０は接地され、密閉空間１０１への電磁波の侵入が防がれることによってノイズの発生が防がれて安定した周波数出力を得ることができる。
【００１６】
金属サポータ１６０は例えばスポット溶接等によりピン端子１７０に取り付けられている。ベース１１０の＋Ｙ軸側の面のピン端子１７０上には、金属サポータ１６０が溶接部１６１を介して金属サポータ１６０が取り付けられており、金属サポータ１６０には導電性接着剤１６２を介して台座１３０が載置されている。金属サポータ１６０は、導電性の金属により形成され、台座１３０とピン端子１７０とを電気的に接続している。また、金属サポータ１６０は、柔軟性及びバネ性を有することにより、ベース１１０で生じた応力が台座１３０に伝わることが抑えられている。
【００１７】
台座１３０の＋Ｙ軸側には、水晶振動片１４０が導電性接着剤１６３（図２（ａ）参照）を介して載置されている。水晶振動片１４０は、＋Ｙ軸側及び−Ｙ軸側の両主面にそれぞれ励振電極１４１が形成され、所定の周波数で発振する。水晶振動片１４０は、例えばＳＣカット、ＡＴカット、ＩＴカット等の水晶材料により形成されている。また、台座１３０も水晶振動片１４０と同一の水晶材料により形成されている。
【００１８】
水晶振動片と台座とが異なる材料により形成される場合には、水晶振動片と台座との熱膨張率の違いに起因して水晶振動片に応力がかかり、水晶振動片の周波数特性を変動させる場合がある。これに対して水晶発振器１００では、台座１３０が水晶振動片１４０と同一の水晶材料により形成されることにより水晶振動片１４０に台座１３０との熱膨張率の違いに起因した応力がかかることが防がれるため、水晶振動片の周波数特性の変動を防ぐことができる。また、水晶振動片１４０に継続的又は繰り返し応力がかかる場合には水晶振動片１４０が経年劣化し易くなり周波数に変動が生じ易くなるが、台座１３０を用いることにより水晶振動片１４０に加わる応力が緩和されるため、周波数の経年劣化を抑えることができる。また、台座１３０は水晶振動片１４０と同一の材料ではなくても、水晶振動片１４０に近い熱膨張率を有する材料で形成された場合には、同様の効果を得ることができる。さらに、水晶振動片１４０と台座１３０とを同一の水晶材料で形成すると共に結晶の軸方向を揃えて配置した場合には各軸方向の熱膨張率が揃うため、台座１３０から水晶振動片１４０に及ぼされる応力をより抑えることができるため好ましい。
【００１９】
台座１３０の−Ｙ軸側の面には、導電性接着剤１６４により集積回路１５０が取り付けられている。集積回路１５０は、水晶振動片１４０を発振させる発振回路（不図示）、加熱するためのヒーター回路（不図示）、及びヒーター回路を制御することにより水晶振動片１４０の温度を一定に保つように調整する温度調整回路（不図示）を備えている。集積回路１５０は、水晶振動片１４０が直接取り付けられている台座１３０に取り付けられることで水晶振動片１４０の近くに配置される。すなわち、集積回路１５０に含まれるヒーター回路及び温度調整回路が水晶振動片１４０の近くに配置されるため、水晶振動片１４０の温度調整及び制御を精密に行うことができる。また、台座１３０の表面には様々な電極（不図示）が形成されるが、集積回路１５０はこれらの電極と金属線１６５により電気的に接続されている。図１では、金属線１６５によるワイヤボンディングの接続の例が示されているが、これに限らず、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  ｇｒｉｄ  ａｒｒａｙ）のような金属線１５０を用いない方法により台座１３０の表面に形成される電極に接続されていても良い。
【００２０】
台座１３０は、厚さがＹ１となるように形成されている。厚さＹ１は、例えば水晶振動片１４０と同じ厚さ、又はそれ以上の厚さである。台座１３０は、十分な耐衝撃性を得ることができる厚さであるとともに、集積回路１５０により水晶振動片１４０の高精度な温度制御を行うことができるように集積回路１５０と水晶振動片１４０とが十分に接近する薄さに形成されることが望ましい。
【００２１】
図２（ａ）は、カバー１２０が外された水晶発振器１００の平面図である。ベース１１０、台座１３０、及び水晶振動片１４０は、例えば平面形状が円形状に形成される。水晶振動片１４０は、＋Ｙ軸側及び−Ｙ軸側の両主面に励振電極１４１が形成されており、各励振電極１４１からは水晶振動片１４０の外周側に向かって引出電極１４２が引き出されている。また、台座１３０の＋Ｙ軸側の面には、引出電極１４２と導電性接着剤１６３を介して電気的に接続される接続電極１３１が形成されている。接続電極１３１は台座１３０の外周を介して台座１３０の−Ｙ軸側の面に引き出され、集積回路１５０（図１参照）に電気的に接続される。
【００２２】
台座１３０は、台座１３０の±Ｘ軸側及び±Ｚ軸側の外周の４点で金属サポータ１６０に支えられている。金属サポータ１６０と台座１３０との間には導電性接着剤１６３が配置されており、台座１３０の−Ｙ軸側の面に形成される電極（不図示）と金属サポータ１６０とが電気的に接続されている。これにより、集積回路１５０はピン端子１７０に電気的に接続される。
【００２３】
図２（ｂ）は、水晶発振器１００の底面図である。水晶発振器１００では、ベース１１０の中心から±Ｘ軸方向及び±Ｚ軸方向にそれぞれピン端子１７０が配置されている。ピン端子１７０ａは、周囲を絶縁ガラス１７１で囲まれ、ベース１１０と電気的に絶縁されるようにベース１１０に取り付けられている。接地されるピン端子１７０ｂは、絶縁ガラス１７１に囲まれておらず、ベース１１０と電気的に接続されている。
【００２４】
図３（ａ）は、金属サポータ１６０の斜視図である。図３（ａ）では、水晶発振器１００の＋Ｘ軸側に配置される金属サポータ１６０が示されている。金属サポータ１６０は、例えばリン青銅により形成され、溶接部１６１を介してピン端子１７０上に載置される底部１６０ａと、底部１６０ａに接続されＹ軸方向に平行に伸びる背部１６０ｂと、背部１６０ｂの一部がＹ軸と垂直になるように折り曲げられることにより形成され台座１３０が載置される載置部１６０ｃと、を有している。
【００２５】
図３（ｂ）は、導電性接着剤１６２が載置された金属サポータ１６０の平面図である。図３（ｂ）では、載置部１６０ｃに導電性接着剤１６２が載置されている状態が示されている。金属サポータ１６０の底部１６０ａの幅をＺ１とすると、載置部１６０ｃの幅は幅Ｚ１よりも小さい幅Ｚ２に形成される。幅Ｚ２は、台座１３０を載置しても衝撃等に耐えられる十分な強度を有する幅であり、載置された導電性接着剤１６２が台座１３０及び載置部１６０ｃとの間で電気抵抗が高くならない幅である。一方で幅Ｚ２は、台座との間の熱の伝導が大きくならないように狭く形成されることが望ましい。これにより、台座１３０から金属サポータ１６０に熱が逃げることを妨げることができる。
【００２６】
金属サポータ１６０では、背部１６０ｂの中央部分が折り曲げられて載置部１６０ｃが形成されたが、背部１６０ｂの左側のみ又は右側のみを折り曲げる等により載置部が形成されても良い。
【００２７】
水晶発振器１００では、集積回路１５０が水晶振動片１４０に近接して配置されるため、水晶振動片１４０の温度制御を高精度に行うことができ、周波数を高精度に安定させることができる。また、台座１３０に水晶振動片１４０と熱膨張率の略等しい素材を用いることにより、台座１３０から水晶振動片１４０に加わる応力を緩和することができ、周波数の経年劣化を抑えることができる。さらに、台座１３０がバネ性を有する金属サポータ１６０で保持されることにより、ベース１１０から台座１３０及び水晶振動片１４０に応力が伝わることが抑制される。また、水晶発振器１００は、全体が１つの恒温槽として形成されていること、及び台座１３０に直接水晶振動片１４０が載置されていること等のため小型化が容易であり、部品数が少なくなるため製造コストを低減させることができる。
【００２８】
（第２実施形態）
水晶発振器は、各部品を様々に変形することにより形成されることができる。以下に、水晶発振器の変形例について説明する。
【００２９】
＜水晶発振器２００の構成＞
図４（ａ）は、水晶発振器２００の概略平面図である。水晶発振器２００は、水晶振動片１００において台座１３０の代わりに台座２３０が用いられることにより構成されており、台座以外の構成は水晶発振器１００と同様である。図４（ａ）では、カバー１２０及び水晶振動片１４０が取り外された状態が示されており、台座２３０に形成される電極が省略されている。台座２３０は、台座２３０をＹ軸方向に貫通する貫通孔２３２が形成されており、この点が台座１３０とは異なっている。貫通孔２３２は、台座２３０の−Ｙ軸側の面に取り付けられている集積回路１５０と各金属サポータ１６０との間を遮るように形成されている。
【００３０】
図４（ｂ）は、水晶発振器２００の概略部分断面図である。図４（ｂ）では、図４（ａ）のＢ−Ｂ断面を含む断面図が示されている。水晶振動片１４０は集積回路１５０に含まれるヒーター回路等により温度調整が行われるが、ヒーター回路で発生した熱の一部が金属サポータ１６０を介して逃げる場合には、水晶振動片１４０の温度制御の精度が低下する可能性がある。台座２３０では、図４（ｂ）に示されるように貫通孔２３２が形成されることにより、集積回路１５０と金属サポータ１６０とが最短距離で熱が伝導することが防がれるため、ヒーター回路で生じた熱が金属サポータ１６０に逃げにくくなっている。これにより、水晶振動片１４０の温度制御の精度が低下する可能性を少なくすることができる。
【００３１】
また、水晶振動片１００の台座１３０（図２（ａ）参照）では、接続電極１３１が台座１３０の外周を介して＋Ｙ軸側の面から−Ｙ軸側の面に引き出されていたが、台座２３０では接続電極１３１が貫通孔２３２を介して＋Ｙ軸側の面から−Ｙ軸側の面に引き出されても良い。これにより、接続電極１３１の全体の長さが短くなり、電気抵抗を低くすることができる。
【００３２】
＜水晶発振器３００の構成＞
図４（ｃ）は、水晶発振器３００の概略部分平面図である。水晶発振器３００は、水晶発振器２００において台座２３０の代わりに台座３３０が用いられており、他の構成は水晶発振器２００と同様である。図４（ｃ）では、図４（ｂ）に示される水晶発振器２００の断面図に対応する部分の水晶発振器３００の断面図が示されている。台座３３０は、台座２３０の貫通孔２３２が形成されている位置に貫通孔２３２の代わりに溝３３２が形成されている。溝３３２は台座３３０の−Ｙ軸側の面に形成されており、＋Ｙ軸側の面には貫通していない。溝３３２が形成されている位置では台座３３０の厚さが薄くなるため、溝３３２が形成される位置では熱伝導が悪くなり、集積回路１５０から金属サポータ１６０に熱が逃げることを防ぐことができる。
【００３３】
台座２３０では図４（ａ）に示されるように集積回路１５０と金属サポータ１６０との間のみに形成されるが、溝３３２が形成される場合には、台座３３０の金属サポータ１６０に接触する領域の周りを囲むように溝３３２が形成されても良い。また、台座３３０では、台座３３０の−Ｙ軸側の面に溝３３２が形成されたが、＋Ｙ軸側の面に溝が形成されても良い。
【００３４】
以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。
【００３５】
例えば、上記実施形態では、台座が円形状に形成されていたが、台座の形状は正方形、長方形、楕円形等、様々な形状に形成されても良い。また、水晶振動片が台座の−Ｙ軸側の面に取り付けられ、集積回路が台座の＋Ｙ軸側の面に形成されていても良い。また、上記実施形態では、台座が水晶振動片よりも大きく形成されていたが、台座は水晶振動片よりも小さく形成されていても良い。また、ピン端子１７０と金属サポータ１６０とは、互いに溶接されることにより接合されても良い。さらに、上記実施形態ではピン端子の数が４つであるが、ピン端子の数は回路の構成に合わせて増減されても良い。また、上記の実施形態は様々に組み合わせて実施されても良い。
【符号の説明】
【００３６】
１００、２００、３００  …  水晶発振器
１０１  …  密閉空間
１１０  …  ベース
１２０  …  カバー
１３０  …  台座
１３１  …  接続電極
１４０  …  水晶振動片
１４１  …  励振電極
１４２  …  引出電極
１５０  …  集積回路
１６０  …  金属サポータ
１６０ａ  …  底部
１６０ｂ  …  背部
１６０ｃ  …  載置部
１６１  …  溶接部
１６２、１６３、１６４  …  導電性接着剤
１６５  …  金属線
１７０、１７０ａ、１７０ｂ  …  ピン端子
１７１  …  絶縁ガラス
２３２  …  貫通孔
３３２  …  溝
【図１】
2018137559.tif 000003
【図２】
2018137559.tif 000004
【図３】
2018137559.tif 000005
【図４】
2018137559.tif 000006