JP2000286639A - 水晶発振器 - Google Patents
水晶発振器Info
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- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
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Abstract
ップのVcc電極に供給された電源電位の変動を有効に
抑える水晶発振器である。 【解決手段】 本発明は、キャビティー部11を有する
セラミックパッケージ1内に、発振回路を構成する短冊
状水晶振動子2、ICチップ3、ICチップ3の電源ラ
インに接続されるチップコンデンサ4を収容するととも
に、前記短冊状水晶振動子2の対向する端部が、前記キ
ャビティー部11内で前記ICチップ2の入出力端子が
導出された接合パッドを有する素子載置部12と、チッ
プコンデンサ4とによって載置されている。
Description
器などに多用されるIC素子の基本クロック信号を供給
する水晶発振器に関するものである。
信を制御する基準周波数(基準クロック信号)を発生さ
せる非常に重要な部品である。このような移動体通信機
器等に用いられる水晶発振器は、移動体通信機器の小型
化に伴い、容積を非常に小型化しなくてはならない。
ー、帰還抵抗、入出力コンデンサとからなるコルピッツ
発振回路を構成し、そして、インバーター、帰還抵抗、
入出力コンデンサを、CMOS−IC技術により1チッ
プ化(ICチップ)を行い、水晶発振器としては、例え
ばセラミックなどの容器内に、短冊状水晶振動子とIC
チップとを収容して構成していた。
である。具体的には、所定形状のセラミック絶縁層を積
層して成るセラミック容器61のキャビティー部64内
に、短冊状水晶振動子62、ICチップ63を収容し、
キャビティー部64を金属蓋体65によってシーム溶接
などにより気密封止していた。
層が積層されて構成され、底面側から2層目及び3層目
の絶縁層61b、61cは、キャビティー部64の内部
の対向する側面に、一対の素子載置段差部(単に段差
部)66a、66b及びIC接続段部67a、67bが
形成されるように形状となっている。そして、キャビテ
ィー部64の底面は、ICチップダイアタッチ用導体膜
68aが、底面側から2層の絶縁層61bの端部上面
(IC接続段部67a、67bとなる部位)にはICチ
ップ63と電気的に接続用電極パッド68bが、底面側
から3層の絶縁層61cの端部上面(素子載置段差部6
6a、66bとなる一方の素子載置段差部66a)には
水晶振動子62と電気的に接続用電極パッド68cが夫
々形成され、最上層の絶縁相層上に金属蓋体を封止する
ためのシームリング69を接合する導体膜68dが形成
されている。
子、GND端子、出力端子などの端子電極(図示せず)
が形成されている。また、各絶縁層61a〜61d間に
は、各端子電極と各接続用パッド等と接続するための内
部配線68eが形成されている。
プ63は、ダイアタッチ用導体膜68aに接合されて、
接続用電極パッド68bとの間にワイヤボンディングW
が施されて接続されている。
子載置部66a、66bに保持され、一方の素子載置部
66aに形成された接続用電極パッド68cに導電性ペ
ーストの硬化によって接続されている。
製容器61内に、水晶振動子62とICチップ63とを
収容した非常に小型化された水晶発振器となる。
器などのプリント配線基板に実装した場合、電子機器や
通信機器内の内部で発生する電磁波ノイズや外来の電磁
波ノイズによって、水晶発振器が安定した動作を行なわ
なくなることがある。この水晶発振器に対する電磁波ノ
イズの影響は、プリント配線基板上の電源回路から水晶
発振器に供給する電源ラインに影響しやすい。
の点線Y内の各素子を収容している。そして、上述の電
源ラインに影響しやすい電磁波ノイズはVccラインと
から水晶発振器のVcc端子との間に配置したバイパス
コンデンサC0 により排除しようとしていた。
源ラインから水晶発振器に至る間にバイパスコンデンサ
を配置したとしても、ICチップ63のVcc電極に供
給されたVcc(電源ラインの電位)は、例えば図9に
示すように、直流電位中に29mVの振幅で変動してし
まうことがある。尚、測定では、Vccを3.3V、温
度25℃、発振周波数14.31818MHzの水晶発
振器を用いている。
発振器のICチップ63のVcc電極までの間に、高周
波ノイズが影響し、インダクタンス成分の変動によりイ
ンピーダンスが変動することによって発生するものと思
われる。
cc)が変動してしまうと、その結果、安定したICの
増幅動作できず、安定した発振ができなくなってしま
う。
ものであり、その目的は、発振器の大型化を招くことな
く、また、ICチップのVcc電極に供給された電源電
位の変動を有効に抑えることができる水晶発振器を提供
するものである。
を有するキャビティー部が形成された容器体内に、発振
回路を構成する短冊状水晶振動子、ICチップ、ICチ
ップの電源ラインに接続されるチップコンデンサを収容
して成り、前記短冊状水晶振動子の一方端部が、前記段
差部上に接合され、他方端部が前記チップコンデンサ上
に位置することを特徴とする水晶発振器である。
体内に、電源ラインの電磁波ノイズを除去するバイパス
コンデンサとして動作するチップコンデンサを水晶振動
子、ICチップとともに収容している。即ち、バイパス
コンデサをICチップのVcc電極に極力近接して配置
できる。このため、ICチップのVcc電極とバイパス
コンデンサとの間に影響する電磁波ノイズの影響を極め
て小さくすることができ、安定した電源電位をICチッ
プに供給することができる。
プコンデンサは、容器内において、短冊状水晶振動子の
他方端部の素子載置部の代替となっている。これによ
り、水晶振動子の一方端部を段差部に接合する際に安定
的に接合が可能となる。そして、実質的に水晶振動子の
他方端部を支えるチップコンデンサを容器内に収容した
としても、水晶発振器全体として大型化することが一切
なく、水晶発振器の小型化を維持できる。
に基づいて詳説する。
あり、図2は断面図であり、図3はは金属蓋体省略した
状態の平面図である。
部11が形成された概略直方体状のセラミックパッケー
ジ(以下、容器体という)1、短冊状水晶振動子2、I
Cチップ3及びチップコンデンサ4及び金属製蓋体5と
から主に構成されている。
絶縁層1a、中央部に開口を有する概略枠状セラミック
絶縁層1b、1c、1dが順次積層されて構成され、こ
れにより、容器体1のキャビティー部11が構成されて
いる。そして、セラミック絶縁層1aの底面にICチッ
プ3のダイアタッチ導体膜30及びコンデンサ4を接合
する電極パッド40が形成されている。また、セラミッ
ク絶縁層1bの一部にはIC接続段部12が形成され、
その上面にIC接続電極31が形成されている。また、
セラミック絶縁層1cの一部で素子載置段差部(単に段
差部という)13が形成され、その上面に素子接続電極
20が形成されている。また、セラミック絶縁層1dの
上面には、金属蓋体5と接続するための封止用導体膜5
0が形成されている。
cc、GND、出力及び発振制御用の各端子電極14〜
16(図1では、そのうちの2つの端子電極14、16
のみが現れる)が形成されている。そして、セラミック
絶縁層1a〜1dの間には、各電極20、30、31、
40と端子電極14〜16とを接続して、発振回路の配
線を形成する内部配線導体17が形成されている。
1内のダイアタッチ導体膜30に接合され、ICチップ
3の各電極と接続段部12の各電極31とがボンディン
グワイヤWによって接続されている。
電性ペースト(硬化して導電性接着部材41)を介して
接続・配置されている。
に、例えばATカットされた水晶板21の両主面に振動
電極22、23が形成され、各振動電極22、23から
水晶板21の一端部に延出する引出電極部22a、23
aが形成されている。このような水晶振動子2は、キャ
ビティー部11内の段差部13とコンデンサ4との間に
架設されるように配置され、段差部13の接続電極20
と水晶振動子2の引出電極22a、23aとが各々電気
的に接続するように導電性ペースト(硬化して導電性接
着部材24)の硬化によって接合されている。即ち、短
冊状水晶振動子2の一端部側は、段差部13に載置さ
れ、他端部側はチップコンデンサ4に配置される。尚、
最終的に導電性ペーストを硬化して成る導電性接着部材
によって、接合された水晶振動子2は、一端部側は導電
性接着部材によって固定され、他端側は自由端となって
いる。そして、この水晶振動子2の他端部である自由端
は、導電性ペースト24の硬化時の収縮応力によって、
チップコンデンサ4の上面から若干浮き上がっている。
ICチップ3及びチップコンデンサ4が収容され、その
上面の開口には、金属蓋体5が被覆されている。
面に銀ろう層が被着された42アロイやコバールなどの
金属蓋体5を載置して、溶接処理してもよいし、また、
シームリングを介在しても構わない。尚、図2ではシー
ムリングを省略している。
水晶発振器に比較して収容素子数がチップコンデンサ4
の分だけが増加してしまう。しかし、実際には、水晶振
動子2の他端部を載置する素子載置段差部66bの代替
となるため、実質的な容器体1の大型化にはつながらな
い。
プコンデンサ4は、ICチップ2の電源電圧(Vcc)
電極とボンディングワイヤW、接続電極パッド31を介
して接続された電極パッド40に接合されている。即
ち、チップコンデンサ4は、ICチップ3のVcc電極
に近接して設けられ、水晶発振器のVcc端子電極とI
Cチップ3のVcc電極との間に配置されている。
ようになる。尚、図において、点線Z内の素子は、水晶
発振器の収容素子である。
ンデンサ4は、IC、特にインバターに対してバイパス
コンデンサC0 として作用し、電源ラインにのって存在
する電磁波ノイズをICチップ3のVcc端子電極の近
傍で除去している。
る電源電圧を測定すると、その電源電圧の変化は、例え
ば図5に示すように、直流電位中に最大13mVの振幅
となり、従来のようにコンデンサを外付けして場合に比
較し、変動を1/3に減少できる。尚、測定では、Vc
cを3.3V、温度25℃、発振周波数14.3181
8MHzの水晶発振器を用いた。
ンサ4の容量を種々変化させて、ICチップ3のVcc
電極に供給される電源電圧の最大変動を測定した。
デンサの容量の大容量化によって、電源電圧の最大変動
を小さくできるものの、この電源電圧の変動量は約10
00pFで極小となり、さらに大容量化になるに従い変
動が大きくなることを知見した。
には、チップコンデンサ4の配置位置とその容量が重要
となる。尚、チップコンデンサ4の配置位置は、ICチ
ップのVcc電極に極力近づけることが重要であり、そ
の容量は、650pF〜10000pFの範囲で良好と
なる。即ち、この範囲では、電源電圧の最大変動を従来
の29mVよりも小さくすることができ、例えば、25
mV以下とすることができる。そして、この範囲を越え
ると、従来のように比較して優位性、従来の振幅変動量
(約29mV)を越えてしまうまた、バイパスコンデン
サC0 を、水晶振動子2の他端部を支持する載置部材と
して用いるため、特に、水晶振動子2の接合にあたり、
水晶振動子2を仮載置する場合に非常に位置合わせが安
定することになり、特に、水晶振動子2の引出電極23
a、23bと段差部13、13の接続電極パッド20、
20との安定した接続位置決めが達成できる。
やポリイミド樹脂などの混合物)による水晶振動子2の
引出電極23a、23bと段差部13、13の接続電極
パッド20、20との接合により、導電性ペースト2
4、24の硬化による収縮応力が働き、水晶振動子2の
他端部が若干浮き上がる。そしてこの浮き上がりの結果
発生する水晶振動子2の下面とチップコンデンサ4の上
面との間隙を20〜100μmとするように制御するこ
とが重量である。
みによって、または、チップコンデンサ4を載置する面
に所定厚みの段差部、所定深さの凹部を形成することに
より制御できることになる。例えば、間隙を発生させな
いようにするには、チップコンデンサ4上に水晶振動子
2の他端部を仮載置した時、水晶振動子2の他端部から
一端部に向かって傾斜が下がるように、チップコンデン
サ4の高さを制御すればよい。
きくしようとする場合、チップコンデンサ4の高さを制
御して、仮保持した状態の水晶振動子2の一端部から他
端部に向かって傾斜が下がるようにする。このようにす
れば、導電性ペースト23の収縮応力により、水晶振動
子2の他端部を持ち上げた時、大きな間隔が得られる。
100μmとすることが重要である。仮に、20μm未
満では、チップコンデンサ4の端子電極の厚みなどによ
り、水晶振動子2の他端部とチップコンデンサ4とが接
触しやすくなり、水晶振動子2の安定した振動を阻害す
ることになる。
部衝撃が加わった場合、水晶振動子2の他端部の振幅許
容間隔が大きくなり、チップコンデンサ4との衝突によ
って、水晶振動子2が破損し易くなる。
チップコンデンサ4との間に間隔を上述の範囲に設定す
ることが重要となる。
イヤボンディングによって接合する形態のICチップで
あるが、例えば、フェースボンデンィグなどのICであ
っても構わない。
子、ICチップ、ICチップのVcc電極に接続される
チップコンデンサが収容されているものの、このICチ
ップを水晶振動子の下部に配置し、チップコンデンサが
水晶振動子の他方端部を保持するように位置している。
従って、チップコンデンサが水晶振動子を載置する段差
部の一部の代替となるため、容器の外観形状を変えずに
維持できる。
cc電極に近接して接続されるバイパスコンデンサとし
て動作するため、電源ラインにのる高周波ノイズの影響
を非常に有効に抑え、直流電源の変動を抑えることがで
きるため、ICチップの動作が安定化し、これより、発
振動作が安定する。
図である。
ある。
Claims (1)
- 【請求項1】 上面に段差部を有するキャビティー部が
形成された容器体内に、発振回路を構成する短冊状水晶
振動子、ICチップ、ICチップの電源ラインに接続さ
れるチップコンデンサを収容して成り、前記短冊状水晶
振動子の一方端部が、前記段差部上に接合され、他方端
部が前記チップコンデンサ上に位置することを特徴とす
る水晶発振器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08996399A JP4071889B2 (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | 水晶発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08996399A JP4071889B2 (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | 水晶発振器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000286639A true JP2000286639A (ja) | 2000-10-13 |
JP4071889B2 JP4071889B2 (ja) | 2008-04-02 |
Family
ID=13985353
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP08996399A Expired - Fee Related JP4071889B2 (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | 水晶発振器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4071889B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113659956A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-11-16 | 深圳市聚强晶体有限公司 | 一种石英晶体谐振器 |
-
1999
- 1999-03-30 JP JP08996399A patent/JP4071889B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113659956A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-11-16 | 深圳市聚强晶体有限公司 | 一种石英晶体谐振器 |
CN113659956B (zh) * | 2021-08-12 | 2024-01-30 | 深圳市聚强晶体有限公司 | 一种石英晶体谐振器 |
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---|---|
JP4071889B2 (ja) | 2008-04-02 |
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