(57)【要約】      （修正有）【課題】水晶振動片とＩＣチップ間の温度差を少なくし、温度変動時の周波数安定度を高めた温度補償回路を有する水晶発振器を提供する。【解決手段】少なくとも一主面に凹部を有して底壁２と枠壁３とからなる容器本体１に水晶振動片８とＩＣチップ９とを収容し、水晶振動片８を密閉封入して成る水晶発振器において、水晶振動片８が水晶保持端子４に接続され、ＩＣチップ９が回路端子１１に接続され、水晶保持端子４と回路端子１１が容器本体１を貫通するよう形成された貫通電極１２を介して接続されているとともに、水晶保持端子４と貫通電極１２及び回路端子１１とが、平面視で重なっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一主面に凹部を有して底壁と枠壁とからなる容器本体に水晶振動片とＩＣチップとを収容し、前記水晶振動片を密閉封入して成る水晶発振器において、前記水晶振動片が水晶保持端子に接続され、前記ＩＣチップが回路端子に接続され、前記水晶保持端子と前記回路端子が前記容器本体を貫通するよう形成された貫通電極を介して接続されているとともに、前記水晶保持端子と前記貫通電極及び前記回路端子とが、平面視で見たときに重なっていることを特徴とする水晶発振器。
【請求項２】
前記水晶保持端子に接続された前記回路端子が前記ＩＣチップの一辺に沿って配置されていることを特徴とする請求項１記載の水晶発振器。
【請求項３】
前記水晶保持端子に接続された前記回路端子が前記ＩＣチップの四隅に配置されていることを特徴とする請求項２記載の水晶発振器。
【請求項４】
前記貫通電極の直径が１００マイクロメートル以上であることを特徴とする請求項１乃至３記載の水晶発振器。
【請求項５】
前記貫通電極の前記底壁の厚さ方向の長さに対する前記貫通電極の直径の比が０．５以上であることを特徴とする請求項４記載の水晶発振器。
【請求項６】
少なくとも一主面に凹部を有して底壁と枠壁とからなる容器本体に水晶振動片とＩＣチップとを収容し、前記水晶振動片を密閉封入して成る水晶発振器において、前記水晶振動片が水晶保持端子に接続され、前記ＩＣチップが回路端子に接続され、前記水晶保持端子と前記回路端子が前記容器本体を貫通するよう形成された貫通電極を介して接続されているとともに、前記水晶保持端子及び、前記回路端子、前記貫通電極が平面視で見たときに、貫通電極の半径をxマイクロメートルとすると、半径２００＋ｘマイクロメートルの円の領域内に含まれることを特徴とする水晶発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度変動時の周波数安定度を高めた温度補償回路を有する水晶発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
温度補償型の水晶発振器はＩＣチップに温度センサを内蔵し、周囲の温度を測定し、水晶振動子の周波数温度特性曲線に合わせた補正を発振回路に加えることで、周囲の温度が変化しても周波数が変動しないようにした水晶発振器である。この温度補償型の水晶発振器はセラミックパッケージの両主面に凹部を設け、一方の凹部に水晶振動子を他方の凹部にＩＣチップを収容したいわゆるＨ型の水晶発振器として構成される。
【０００３】
Ｈ型の水晶発振器の構成について図７（ａ）及び図７（ｂ）を用いて説明する。図７（ａ）は、従来の水晶発振器の断面図である。図７（ｂ）は従来の水晶発振器の水晶振動子を収容する側の金属カバーを取り除いた状態の平面図である。図７（ａ）に示すように従来の水晶発振器は容器本体１が底壁２及び枠壁３からなり、両主面に凹部が形成されている。容器本体１の一主面には水晶保持端子４が形成され、水晶保持端子４上に配置された導電性接着剤５を介して水晶振動片８が固着される。容器本体１の他主面には回路端子１１が形成され、水晶保持端子４と回路端子１１の間は底壁２内に形成された貫通電極１２及び配線路１３により接続されている。電源、出力、アース及びＡＦＣ（自動周波数制御電圧）にあたる回路端子１１は容器本体１の外底面に形成された実装端子７に電気的に接続されている。例えば、特許文献１には容器本体の一方の底面に水晶片を収容し、他方の底面にＩＣチップを収容し、積層セラミックに形成したビアホール、セラミック層の間に形成した導電路を通して水晶片とＩＣチップを電気的に接続した表面実装用の水晶発振器が示されている。
【０００４】
ＩＣチップ９は少なくとも発振回路を含み、温度補償型の水晶発振器においては、水晶振動片の周波数温度特性の変動を相殺する周波数変化を加えることで温度変動時の周波数変化を抑制する温度補償回路を含む。ＩＣチップ９の回路機能面（回路形成面）となる一主面のＩＣ端子が例えばバンプ１０を用いた超音波熱圧着によって、回路端子１１に固着されている。
【０００５】
水晶振動片８が収容される凹部内は真空もしくは窒素等の不活性ガスが充填されるとともに、金属リング１６を介して金属カバー６がシーム溶接によって容器本体１に接合されることにより、密閉封入される。
【０００６】
図７（ｂ）に示すように水晶振動片８は水晶ブランクを特定の角度で切断したもので、例えばＡＴカットとして切断されたものからなる。水晶振動片８の両主面の中央には励振電極１４が形成され、交番電圧を印加することにより所定の周波数で振動する。励振電極１４からは水晶振動片８の端部に向けて引出電極１５が導出され、導電性接着剤５を介して引出電極１５にて水晶保持端子４に電気的に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１８７２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の温度補償型の水晶発振器においては図７（ａ）に示されるように、水晶振動片とＩＣチップ間にパッケージの積層面内部もしくは容器本体の一主面、他主面上に形成された導電路が介在しており、水晶振動片とＩＣチップ間の配線の合計の長さが長くなるため、起動時や温度が変動する際に水晶振動片とＩＣチップの温度に無視できない温度差が生じ、周波数が安定しなくなるという問題があった。
【０００９】
水晶振動片とＩＣチップ間の接続経路の配線が長い場合には温度変動時に水晶振動片とＩＣチップの温度差が拡大する。温度補償はＩＣチップに内蔵された温度センサから得た温度情報をもとに行っているため、水晶振動片とＩＣチップの温度が異なると水晶振動片に対する温度補償が正しい値でなされなくなる。
【００１０】
さらに水晶振動片とＩＣチップ間の温度差を引き起こす原因として水晶振動片とＩＣチップを接続する貫通電極に充填される金属としてタングステンやモリブデンが用いられており、熱伝導率が小さいこと、貫通電極の径が細いことが挙げられる。
【００１１】
そこで、本発明はこれらの点を鑑みてなされたものであり、温度が変動する際、例えば起動時の周波数変動が抑制された温度補償型の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】
【００１２】
本発明に係る水晶発振器は、少なくとも一主面に凹部を有して底壁と枠壁とからなる容器本体に水晶振動片とＩＣチップとを収容し、水晶振動片を密閉封入して成る水晶発振器において、
水晶振動片が水晶保持端子に接続され、ＩＣチップが回路端子に接続され、水晶保持端子と回路端子が容器本体を貫通するよう形成された貫通電極を介して接続されているとともに、水晶保持端子と貫通電極及び回路端子とが、平面視で見たときに重なっていることを特徴とする。
【００１３】
水晶発振器には、水晶保持端子に接続された回路端子がＩＣチップの一辺に沿って配置されていることを特徴とする。
【００１４】
水晶発振器には、水晶保持端子に接続された回路端子がＩＣチップの四隅に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
水晶発振器に形成される貫通電極の直径が１００マイクロメートル以上である、また、貫通電極の前記底壁の厚さ方向の長さに対する前記貫通電極の直径の比が０．５以上であることを特徴とする。
【００１６】
さらに水晶発振器は、少なくとも一主面に凹部を有して底壁と枠壁とからなる容器本体に水晶振動片とＩＣチップとを収容し、水晶振動片を密閉封入してなる水晶発振器において、水晶振動片が水晶保持端子に接続され、ＩＣチップが回路端子に接続され、水晶端子と回路端子が容器本体を貫通するよう形成された貫通電極を介して接続されているとともに、水晶保持端子及び、回路端子、貫通電極が平面視で見たときに、貫通電極の半径をxマイクロメートルとすると、半径２００+ｘマイクロメートルの円の領域内に含まれることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、上記に鑑みて為されたものであり、水晶振動片とＩＣチップ間の導電路を短くすることにより、水晶振動片とＩＣチップの温度差を小さくすることで、周波数変動を抑えた水晶発振器を提供することにある。さらには貫通電極の径を大きくする、貫通電極に充填する金属として熱伝導率の大きな金属を用いることでさらに温度差を小さくする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る水晶発振器の断面図である。
【図２】水晶発振器の水晶振動片を収容する側の金属カバーを取り除いた状態の平面図である。
【図３】(a)は水晶発振器の水晶振動片を収容する側の金属カバーおよび水晶振動片を取り除いた状態の平面図である。(b)は水晶発振器のＩＣチップを収容する側の平面図である。
【図４】(a)は水晶発振器の水晶振動片を収容する側の金属カバーおよび水晶振動片を取り除いた状態の平面図である。(b)は水晶発振器のＩＣチップを収容する側の平面図である。
【図５】(a)は水晶発振器の水晶振動片を収容する側の金属カバーおよび水晶振動片を取り除いた状態の平面図である。(b)は水晶発振器のＩＣチップを収容する側の平面図である。
【図６】(a)は水晶発振器の水晶振動片を収容する側の金属カバーおよび水晶振動片を取り除いた状態の平面図である。(b)は水晶発振器の水晶保持端子、貫通電極、回路端子、近傍における拡大断面図である。
【図７】（ａ）は従来の水晶発振器の断面図である。（ｂ）は従来の水晶発振器の水晶振動片を収容する側の金属カバーを取り除いた状態の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態に係る水晶発振器の構成について図１を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態に係る水晶発振器の断面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略または省略する。
【００２０】
図１の水晶発振器は温度補償型の水晶発振器として構成されたものであり、容器本体１に水晶振動片８とＩＣチップ９を収容している。水晶振動片８は例えばＡＴカットのものが用いられる。
【００２１】
容器本体１は積層セラミックで形成された底壁２と枠壁３からなり、Ｈ型構造となっている。底壁２の一主面側の凹部内には水晶振動片８が収容され、他主面側の凹部内にはＩＣチップ９が収容されている。
【００２２】
水晶振動片８が収容された側の枠壁３の上面には金属リング１６が設けられている。そして金属リング１６と金属カバー６がシーム溶接により接合されることで水晶振動片８が載置された空間が密閉される。この密閉空間の内部は真空もしくは窒素等の不活性ガスが充填される。
【００２３】
ＩＣチップ９は、少なくとも発振回路を集積化したものを含み、さらに水晶発振器の周囲の温度を感知する温度センサ回路と、温度センサ回路の出力を用いて、水晶振動片８の温度特性に対して温度補償を行う温度補償回路を含む。ＩＣチップ９が収容される他主面側の枠壁３の下端には実装端子７が形成されている。実装端子７は容器本体１に形成された導電路、回路端子１１を経由してＩＣチップ９のＩＣ端子と電気的に接続されている。
【００２４】
ＩＣチップ９はいわゆるフリップチップ接合を用いて他主面側の底壁２に形成された回路端子１１に固着される。回路端子１１上にはバンプ１０が設けられ、ＩＣチップ９が超音波による振動を加えられるともに加熱されることにより圧着される
【００２５】
水晶振動片８とその周囲の構成について図２を用いて説明する。図２は水晶発振器の水晶振動片を収容する側の金属カバーを取り除いた状態の平面図である。水晶振動片８は水晶振動片８の一端部両側が、導電性接着剤５を用いて一主面側の底壁２に形成された水晶保持端子４に固着されている。
【００２６】
水晶振動片８の両主面の中央には励振電極１４が形成され、交番電圧を印加することにより所定の周波数で振動する。励振電極１４からは水晶振動片８の端部に向けて引出電極１５が導出され、導電性接着剤５を介して引出電極１５にて水晶保持端子４に電気的に接続されている。
【００２７】
ＩＣチップ９とその周囲の構成及び、水晶振動片との接続について図３を用いて説明する。図３（ａ）は水晶発振器の水晶振動片を収容する側の金属カバーおよび水晶振動片を取り除いた状態の平面図である。（ｂ）は水晶発振器のＩＣチップを収容する側の平面図である。
【００２８】
図３（ａ）に示すように水晶振動片を収容する側の底壁２には水晶保持端子４と電気的に接続された貫通電極１２が形成されている。この貫通電極１２は底壁２を貫通するように形成されており、図３（ｂ）に示される回路端子１１に電気的に接続されている。
【００２９】
図３（ｂ）に示すように容器本体１の四隅に電源、接地、ＡＦＣ信号入力用及び発振出力のための実装端子７が設けられている。ＩＣチップ９の端子に接続される回路端子１１のうち、電源端子ＶＤＤ、接地端子ＧＮＤ、出力端子ＯＵＴ、ＡＦＣ信号入力用端子に対応する回路端子１１は、容器本体１内に設けられた導電路を経由して、対応する実装端子７に電気的に接続されている。
【００３０】
そして、本実施例においては、貫通電極１２の両端に配置される水晶保持端子４と回路端子１１が平面視で重なる位置に配置されている。
【００３１】
この場合、水晶保持端子４と回路端子１１の間に介在する導電路がほぼ貫通電極１２のみからなることになり、導電路が短くなるため、水晶振動片８とＩＣチップ９の温度差を極力抑えることが出来る。導電路が短い場合には導電路が有する熱容量が小さいことにもなり、温度変動時の追従性も優れたものとなる。
【００３２】
水晶保持端子４が並ぶ方向に平行となるＩＣチップ９の一辺に回路端子１１を配置することで、水晶保持端子４と回路端子１１を対向させることが容易となる。
【００３３】
さらにはＩＣチップ９の外形寸法は一般的に水晶振動片８に比べて小さいため、ＩＣチップ９の四隅の回路端子１１を水晶保持端子４と対向させるようにすることで、水晶保持端子４と回路端子１１を無理なく対向させることが可能となる。
【００３４】
貫通電極１２はタングステンやモリブデンといった金属を充填して形成されている。貫通電極１２の形成時にはセラミックのグリーンシートにスルーホールを形成し、スルーホール内に各金属のペーストを充填し、高温で焼成する。
【００３５】
図４(a)は水晶発振器の水晶振動片を収容する側の金属カバーおよび水晶振動片を取り除いた状態の平面図である。(b)は水晶発振器のＩＣチップを収容する側の平面図である。本発明の効果は水晶保持端子４と貫通電極１２及び回路端子１１が平面視で重なる位置に配置されているもののみならず、図４（ｂ）に示すように平面視で水晶保持端子４と貫通電極１２及び回路端子１１全てが半径Rの２００＋ｘマイクロメートルである円内に入るように形成する。ここでｘは貫通電極の半径である。このような構成にすることにで回路端子１１と水晶保持端子４の配置を重ねることが出来ない場合であっても、水晶保持端子４と回路端子１１を一定の距離内に配置することで、水晶振動片８とＩＣチップ９の温度差を小さい状態に保つことが出来る。例えば、貫通電極の半径を１００マイクロメートルとすると、半径Ｒが３００マイクロメートルである円内に入るようにすることで本発明の効果が得られる。
【００３６】
図５（ａ）は水晶発振器の水晶振動片を収容する側の金属カバーおよび水晶振動片を取り除いた状態の平面図である。（ｂ）は水晶発振器のＩＣチップを収容する側の平面図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように一つの水晶保持端子４に接続される貫通電極１２の数は１つに限られることはなく、複数の貫通電極１２を形成してもよい。水晶保持端子４及び回路端子１１に接続された貫通電極１２を増やすことで導電路を経由した水晶振動片８とＩＣチップ９間の熱伝導の経路が増えることになり、水晶振動片８とＩＣチップ９の温度差を小さくすることが出来る。この場合、この領域内に複数の貫通電極１２を形成し、導電路を並列に接続することでより底壁間の熱伝導率を高めることができ、水晶振動片８とＩＣチップ９間の温度差を小さくすることが出来る。
【００３７】
また、複数の貫通電極１２を形成し、必ずしも全ての貫通電極１２を水晶保持端子４や回路端子１１に電気的接続を行わなくてもよい。貫通電極１２を水晶保持端子４に接続しない場合でも、底壁２を形成するセラミック基板に比べて貫通電極１２の熱伝導率は大きいため、底壁２を通して伝わる熱伝導率も向上し、水晶振動片８とＩＣチップ９間の温度差を小さくすることが出来る。
【００３８】
貫通電極１２の構成例について図６を用いて説明する。（ａ）は水晶発振器の水晶振動片を収容する側の金属カバーおよび水晶振動片を取り除いた状態の平面図である。（ｂ）は水晶発振器の水晶保持端子、貫通電極、回路端子の近傍における拡大断面図である。貫通電極１２に銀、銅、金、アルミニウム等の熱伝導率の大きな金属を充填することで水晶振動片８とＩＣチップ９の温度差をできるだけ小さくする。さらにこの時の貫通電極１２の径は１００マイクロメートル以上とする。熱伝導時の伝熱量は断面積に比例するため、径が大きくなるほど伝熱量は増加し、水晶振動片８とＩＣチップ９の温度差を小さくすることができる。
【００３９】
また、図６（ｂ）に示すように貫通電極１２の底壁２の厚さ方向の長さに対する貫通電極１２の直径の比（ｒ／ｔ）を０．５以上とすることでも水晶振動片８とＩＣチップ９の温度差を小さくすることが出来る。このような構成であれば、底壁２のレイアウトの都合から貫通電極１２の径を大きくできない場合であっても、例えば底壁２を形成するセラミック基板の厚みを薄くして貫通電極１２の厚さ方向の長さに対する貫通電極１２の直径の比を０．５より大きくすることで、貫通電極１２自体を大きくすることに準ずる効果をもたらすことができる。
【００４０】
さらには貫通電極１２の直径ｒを１００マイクロメートル以上とするとともに貫通電極１２の厚さ方向の長さに対する貫通電極１２の直径の比（ｒ／ｔ）を０．５より大きくすることで水晶振動片８とＩＣチップ９の温度差をさらに小さくすることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００４２】
また、振動片を構成する材料を水晶として記載したが、異なる圧電材料を用いてもよい。例えばタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムを用いることが出来る。
【符号の説明】
【００４３】
１…容器本体、２…底壁、３…枠壁、４…水晶保持端子、５…導電性接着剤、６…金属カバー、７…実装端子、８…水晶振動片、９…ＩＣチップ、１０…バンプ、１１…回路端子、１２…貫通電極、１３…配線路、１４…励振電極、１５…引出電極、１６…金属リング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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