JP2007067967A - Temperature compensated crystal oscillator - Google Patents
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Description
本発明は、電源投入後の発熱による初期周波数ドリフトを減少させる温度補償型水晶発振器に関するものである。 The present invention relates to a temperature compensated crystal oscillator that reduces initial frequency drift due to heat generation after power is turned on.
最近の傾向として無線通信機器や携帯電話機など移動体通信分野を中心に機器の小型化、低背化、軽量化、低価格化などの項目について極めて急激な展開が見られている。そのため、これらの要求に対応した温度補償型水晶発振器の小型化、低背化、低価格化などを実現が必要と成っている。 As a recent trend, extremely rapid development has been seen in items such as miniaturization, low profile, light weight, and low price of equipment mainly in the field of mobile communication such as wireless communication equipment and mobile phones. For this reason, it is necessary to realize a temperature-compensated crystal oscillator that meets these requirements, such as downsizing, low profile, and low price.
従来は、図6にあるように、単板基板に多層印刷を施して、更に導通パターンを配置した基板上に発振回路を構成するコンデンサ、抵抗、及び集積回路などの半導体部品を搭載し、その同一の空間内に水晶振動子を搭載して気密封止した構成の温度補償型水晶発振器に始まり、また、図7に示されるような積層基板に発振回路用印刷パターンが配置され、積層基板上に半導体部品が載置された容器と、水晶振動子を搭載し気密封止された別の容器を重ねた構成の温度補償型水晶発振器や、近年では図8に示されるような、密閉構造を持つ容器と、凹状の開口部を持つ容器に、それぞれ水晶振動子と、集積回路などの半導体部品を搭載して構成された構造の温度補償型水晶発振器が数多く市場において使用されているのが現状である。 Conventionally, as shown in FIG. 6, a single-plate substrate is subjected to multilayer printing, and a semiconductor component such as a capacitor, a resistor, and an integrated circuit constituting an oscillation circuit is mounted on a substrate on which a conductive pattern is further arranged. Starting with a temperature-compensated crystal oscillator having a structure in which a crystal unit is mounted and hermetically sealed in the same space, a printed circuit pattern for an oscillation circuit is arranged on the multilayer substrate as shown in FIG. A temperature-compensated crystal oscillator having a structure in which a container on which a semiconductor component is placed and another container on which a crystal resonator is mounted and hermetically sealed are stacked, or in recent years, a sealed structure as shown in FIG. There are many temperature-compensated crystal oscillators in the market that have a structure in which a crystal resonator and a semiconductor component such as an integrated circuit are mounted in a container with a concave opening and a container with a concave opening. It is.
温度補償型水晶発振器を構成する水晶振動子は環境温度によりその周波数が変化する温度特性を持っており、その一例として温度補償型水晶発振器に搭載されるATカットの水晶振動子では、中心周波数の変動が最も少ない温度を25℃近辺に設定し、高温側と低温側では周波数変動が大きくなるATカットの水晶振動子特有の温度特性を持っていることが知られている。 The crystal oscillator constituting the temperature-compensated crystal oscillator has a temperature characteristic in which the frequency changes depending on the environmental temperature. As an example, an AT-cut crystal oscillator mounted on the temperature-compensated crystal oscillator has a center frequency of It is known that the temperature with the smallest fluctuation is set to around 25 ° C., and the temperature characteristic peculiar to an AT-cut crystal resonator in which the frequency fluctuation becomes large on the high temperature side and the low temperature side.
このような温度補償型水晶発振器の筐体外面に施されるランドパターンには大別して、温度補償型水晶発振器の製造時に使用される端子と、温度補償型水晶発振器が出荷された後に客先実装基板上にて使用される端子のふたつの種類がある。製造時に使用される端子にはメモリアクセス用端子や検査用端子が有り、また、客先実装基板上にて客先にて使用される端子には制御電圧端子(Vdd)、電源供給端子(Vc)、接地端子(GND)、及び出力端子(Output)がある。また、前者の製造時のみに使用する端子には、温度補償型水晶発振器の筐体の外側面に設けられたものや、後者の端子には実装用ランドと同一面の温度補償型水晶発振器の筐体の外下面に設けられたものがある。一方、温度補償型水晶発振器の筐体の内部に施されるランドパターンには、温度センサ回路部と、発熱回路部としてひとつの回路ブロックをなす発振段回路部、及び出力バッファ回路部を内部に有する半導体部品を温度補償型水晶発振器の筐体内部の基板上に搭載する際に用いられる接続端子がある。 The land pattern applied to the outer surface of the temperature-compensated crystal oscillator is roughly divided into terminals used when manufacturing the temperature-compensated crystal oscillator, and customer mounting after the temperature-compensated crystal oscillator is shipped. There are two types of terminals used on the board. The terminals used at the time of manufacture include a memory access terminal and an inspection terminal. On the customer mounting board, terminals used by the customer include a control voltage terminal (Vdd) and a power supply terminal (Vc). ), A ground terminal (GND), and an output terminal (Output). Also, the terminals used only during the former manufacturing are those provided on the outer surface of the temperature-compensated crystal oscillator housing, and the latter terminals are used for the temperature-compensated crystal oscillator on the same surface as the mounting land. Some are provided on the outer bottom surface of the housing. On the other hand, the land pattern applied inside the casing of the temperature-compensated crystal oscillator includes a temperature sensor circuit section, an oscillation stage circuit section that forms one circuit block as a heating circuit section, and an output buffer circuit section inside. There is a connection terminal that is used when mounting a semiconductor component having a semiconductor component on a substrate inside a casing of a temperature-compensated crystal oscillator.
一方、近年の無線通信機器や携帯電話機などでは、電源投入後の温度補償型水晶発振器の周波数ドリフト(数10×10-9 オーダー)が問題とされることがある。携帯電話に用いられる温度補償型水晶発振器は通常、低消費電流のものでありその消費電流は約1mA程度のものが多い。電源を投入すると温度補償型水晶発振器の内部に搭載される半導体部品であるICチップの発熱が始まり、ICチップ内の温度センサ電圧がドリフトする。その温度センサ電圧のドリフト量は、一例を挙げると、概ね温度に換算して0.2℃程度のものである。 On the other hand, in recent wireless communication devices and mobile phones, the frequency drift (in the order of several tens of 10 −9 ) of the temperature compensated crystal oscillator after power-on may be a problem. A temperature-compensated crystal oscillator used for a cellular phone usually has a low current consumption, and the current consumption is often about 1 mA. When the power is turned on, the IC chip, which is a semiconductor component mounted inside the temperature compensated crystal oscillator, starts to generate heat, and the temperature sensor voltage in the IC chip drifts. For example, the drift amount of the temperature sensor voltage is approximately 0.2 ° C. in terms of temperature.
なお、出願人は本発明に関連する先行技術文献を本件出願時までに発見するに至らなかった。 In addition, the applicant has not found prior art documents related to the present invention by the time of filing of the present application.
しかしながら、温度補償型水晶発振器の構造は先述の図8に示されるようなものである為に、半導体部品であるICチップにて発熱した熱が水晶振動子に熱伝導し、水晶振動子とICチップの温度が同一となるまでには時間を要し、この時間のあいだはICチップ内の温度補償回路部と水晶振動子の温度にずれが生じた状態となっており、このずれの量が図9に示されるように電源投入直後の周波数ドリフトとして現われるといった問題があった。 However, since the structure of the temperature-compensated crystal oscillator is as shown in FIG. 8 described above, the heat generated by the IC chip, which is a semiconductor component, is thermally conducted to the crystal oscillator, and the crystal oscillator and IC It takes time for the temperature of the chip to be the same, and during this time, the temperature compensation circuit section in the IC chip and the temperature of the crystal unit are in a state of deviation, and the amount of this deviation is As shown in FIG. 9, there is a problem that it appears as a frequency drift immediately after the power is turned on.
本発明は以上のような技術的背景のもとでなされたものであり、従ってその目的は、電源投入後の発熱による初期周波数ドリフトを減少させた温度補償型水晶発振器を提供することである。 The present invention has been made under the technical background as described above. Accordingly, an object of the present invention is to provide a temperature compensated crystal oscillator in which the initial frequency drift due to heat generation after power-on is reduced.
これらの課題を解決するために本発明は、温度センサ回路部と、発振段回路部、及び出力バッファ回路部を内部に有する半導体部品が搭載され、接続端子を介して半導体部品が接続された基板を有する温度補償型水晶発振器において、半導体部品内部の温度センサ回路部と、発振段回路部、及び出力バッファ回路部が、先の半導体部品の対角線上の隅部、若しくは同一辺側の隅部に配置されていることを特徴とする。 In order to solve these problems, the present invention provides a substrate on which a semiconductor component having a temperature sensor circuit portion, an oscillation stage circuit portion, and an output buffer circuit portion is mounted, and the semiconductor components are connected via connection terminals. In the temperature-compensated crystal oscillator having the temperature sensor circuit unit, the oscillation stage circuit unit, and the output buffer circuit unit inside the semiconductor component are located at the corner on the diagonal line of the previous semiconductor component or the corner on the same side. It is arranged.
また、半導体部品が搭載される基板上に、温度センサ回路部と、発振段回路部、及び出力バッファ回路部を囲うようなパターンが形成されていることを特徴とする。 In addition, a pattern surrounding the temperature sensor circuit portion, the oscillation stage circuit portion, and the output buffer circuit portion is formed on the substrate on which the semiconductor component is mounted.
パターンが、ほかの基板上の配線パターン幅よりも幅広で、かつパターンがアルミ二ウムより成ることを特徴とする。 The pattern is wider than the wiring pattern width on another substrate, and the pattern is made of aluminum.
半導体部品内部の温度センサ回路部と、発振段回路部、及び出力バッファ回路部が、先の半導体部品の接続端子で囲まれた領域の外側に配置されていることを特徴とする。 The temperature sensor circuit portion, the oscillation stage circuit portion, and the output buffer circuit portion inside the semiconductor component are arranged outside the region surrounded by the connection terminals of the semiconductor component.
本発明の温度補償型水晶発振器によれば、ICチップ内の発熱する回路部である発振段回路部、及び出力バッファ回路部と温度センサ回路部の配置を互いに離すことにより、温度補償型水晶発振器の発熱による温度ドリフトを著しく減少させることが出来る。 According to the temperature-compensated crystal oscillator of the present invention, the temperature-compensated crystal oscillator is configured by separating the oscillation stage circuit unit, which is a circuit unit that generates heat in the IC chip, and the output buffer circuit unit and the temperature sensor circuit unit from each other. The temperature drift due to heat generation can be significantly reduced.
また、本発明の温度補償型水晶発振器によれば、放熱性効果の高いアルミ二ウムから成るパターンを、半導体部品内部の発熱する回路部である発振段回路部、及び出力バッファ回路部と温度センサ回路部をガードリング処理するように、この半導体部品が搭載される基板上で効果的に配線することによって、温度補償型水晶発振器の発熱による温度ドリフトを著しく減少させることが出来る。 In addition, according to the temperature compensated crystal oscillator of the present invention, a pattern made of aluminum having a high heat dissipation effect, an oscillation stage circuit unit that is a circuit unit that generates heat inside a semiconductor component, an output buffer circuit unit, and a temperature sensor The temperature drift due to heat generation of the temperature compensated crystal oscillator can be remarkably reduced by effectively wiring on the substrate on which the semiconductor component is mounted so that the circuit portion is subjected to guard ring processing.
また、本発明の温度補償型水晶発振器によれば、半導体部品内部の温度センサ回路部と、発熱回路部である発振段回路部、及び出力バッファ回路部が、先の半導体部品の接続端子で囲まれた領域のそれぞれ外側に配置されることにより、接続端子の部分から放熱させ、発熱による温度ドリフトを著しく減少させることが出来る。 Further, according to the temperature compensated crystal oscillator of the present invention, the temperature sensor circuit portion inside the semiconductor component, the oscillation stage circuit portion that is the heat generating circuit portion, and the output buffer circuit portion are surrounded by the connection terminals of the previous semiconductor component. By disposing each outside of the region, heat is radiated from the connection terminal portion, and temperature drift due to heat generation can be remarkably reduced.
また、本発明の温度補償型水晶発振器によれば、半導体部品内部の発熱回路部である発振段回路部、及び出力バッファ回路部と、温度センサ回路部とを互いに隣接して配置することにより、先の発熱回路部での発熱を瞬く間の非常に短い時間内で温度センサに熱伝導させることにより、従来の温度補償型水晶発振器であった、徐々に出力発振周波数が変化するといった発熱による温度ドリフトを著しく減少させることが出来る。 Further, according to the temperature-compensated crystal oscillator of the present invention, by arranging the oscillation stage circuit unit, which is a heat generating circuit unit inside the semiconductor component, the output buffer circuit unit, and the temperature sensor circuit unit adjacent to each other, The temperature generated by the heat generated by the previous temperature-compensated crystal oscillator that gradually changes the output oscillation frequency by conducting heat to the temperature sensor within a very short period of time. Drift can be significantly reduced.
また、本発明の温度補償型水晶発振器によれば、発熱による温度ドリフトを著しく減少させることが出来ると同時に、温度ドリフトを含んだ温度補償型水晶発振器の周波数安定度を改善することが出来る。 Further, according to the temperature compensated crystal oscillator of the present invention, the temperature drift due to heat generation can be remarkably reduced, and at the same time, the frequency stability of the temperature compensated crystal oscillator including the temperature drift can be improved.
以下に図面を参照しながら本発明の実施の一形態について説明する。なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol in each figure shall show the same object.
図1は本発明の一実施例である半導体部品内部の温度センサ回路部1と、発熱回路部である発振段回路部2、及び出力バッファ回路部3が、先の半導体部品4の対角線上の隅部9に配置されている様子を示す半導体部品4が搭載される基板6を半導体部品4搭載面側からみた概略の模式図である。温度センサ回路部1と特に発熱量の多い発振段回路部2、及び出力バッファ回路部3から成る発熱回路部を、互いに対角線上の隅部9に配置することで、半導体部品4であるICチップ内部の熱伝導を極力抑制する配置としたものである。これは、温度センサ回路部1と特に発熱量の多い発振段回路部2、及び出力バッファ回路部3から成る発熱回路部のあいだの距離を最大限にもたせた配置とすることによって、発熱回路部で発生した熱が温度センサ回路部1に熱伝導するあいだに、ICチップ自体から放熱させ、熱伝導の影響を減少させる効果を奏する。
FIG. 1 shows a temperature
図2は本発明の一実施例である半導体部品4内部の温度センサ回路部1と、発熱回路部である発振段回路部2、及び出力バッファ回路部3が、先の半導体部品4の同一辺側の隅部10に配置されている様子を示す半導体部品4が搭載される基板6を半導体部品4搭載面側からみた概略の模式図である。温度センサ回路部1と特に発熱量の多い発振段回路部2、及び出力バッファ回路部3から成る発熱回路部を、互いに同一辺側の隅部10に配置することで、半導体部品4であるICチップ内部の熱伝導を極力抑制する配置としたものである。これは、温度センサ回路部1と特に発熱量の多い発振段回路部2、及び出力バッファ回路部3から成る発熱回路部のあいだの距離をもたせた配置とすることによって、先の実施例1と同様に発熱回路部で発生した熱が温度センサ回路部1に熱伝導するあいだに、ICチップ自体から放熱させ、熱伝導の影響を減少させる効果を奏するものである。
FIG. 2 shows a temperature
図3は本発明の別の実施例である半導体部品4が搭載される基板6上に、搭載される半導体部品4の内部の温度センサ回路部1と、発熱回路部である発振段回路部2、及び出力バッファ回路部3を囲うようなパターン11が形成されている様子を示す、半導体部品4が搭載される基板6を半導体部品4搭載面側からみた概略の模式図である。発熱回路部から温度センサ回路部1への熱伝導を抑制するために、ガードリングの手法を用いてそれぞれの回路部の熱の遮断を図り、また放熱性の高いアルミ二ウムから出来、かつ他の配線パターン幅よりも幅広の配線パターンを半導体部品4内部の温度センサ回路部1と、発熱回路部である発振段回路部2、及び出力バッファ回路部3を囲うようにICチップが搭載される基板6上に形成することによって放熱性を高めて温度センサ回路部1に伝導する熱を減少させ発熱による温度ドリフトを著しく減少させる効果を奏するものである。
FIG. 3 shows a temperature
図4は本発明の別の実施例である半導体部品4内部の温度センサ回路部1と、発熱回路部である発振段回路部2、及び出力バッファ回路部3が、半導体部品4の接続端子5で囲まれた領域の外側で、かつ先の半導体部品4の対角線上の隅部9に配置されている様子を示す、半導体部品4が搭載される基板6を半導体部品4搭載面側からみた概略の模式図である。通常ICパッドはICチップとパッケージとを接続させる為に設けられているが、パッケージの回路部分と接続することによって放熱性が高まる。先の実施例1、及び実施例2ではICパッドの位置は半導体部品4の二辺以上の辺に沿って配置されているが、このICパッドを温度センサ回路部1と発熱回路部とを遮るように配置させることによって、即ち、半導体部品4内部の温度センサ回路部1と、発熱回路部である発振段回路部2、及び出力バッファ回路部3を半導体部品4の接続端子5で囲まれた領域の外側に配置させることによって、発熱回路部で発熱した熱を効率良く放熱して、温度センサを勿論含む温度センサ回路部1に伝導する熱を減少させ、発熱による温度ドリフトを著しく減少させる効果を奏するものである。
FIG. 4 shows a temperature
図5は本発明の別の実施例である半導体部品4内部の温度センサ回路部1と、発熱回路部である発振段回路部2、及び出力バッファ回路部3が、半導体部品4の接続端子5で囲まれた領域の外側で、かつ先の半導体部品4の同一辺側に互いに隣接して配置されている様子を示す、半導体部品4が搭載される基板6を半導体部品4搭載面側からみた概略の模式図である。発熱回路部での発熱を瞬く間の非常に短い時間内で温度センサ、及び温度センサ回路部1に熱伝導させることにより、従来の温度補償型水晶発振器7であった、徐々に出力発振周波数が変化するといった発熱による温度ドリフトを著しく減少させることが出来る効果を奏するものである。
FIG. 5 shows a temperature
図6は従来の単板基板に多層印刷を施して、更に導通パターンを配置した基板上に発振回路を構成するコンデンサ、抵抗、及び集積回路などの半導体部品4を搭載し、その同一の空間内に水晶振動子を搭載して気密封止した構成の温度補償型水晶発振器7を側面方向からみた概略の側面断面図である。
FIG. 6 shows a conventional single plate substrate that is subjected to multilayer printing, and a
図7は従来の、積層基板上に半導体部品4が載置された容器と、水晶振動子を搭載し気密封止された別の容器を重ねた構成の温度補償型水晶発振器7を側面方向からみた概略の側面断面図である。この図7で示されるような構成を成す温度補償型水晶発振器7でも、半導体部品4であるICチップにて発熱した熱が水晶振動子に熱伝導し、水晶振動子とICチップの温度が同一となるまでには時間を要し、この時間のあいだはICチップ内の温度補償回路部と水晶振動子の温度にずれが生じた状態となっており、このずれの量が図9に示されるように電源投入直後の周波数ドリフトとして現わされるといった問題があった。
FIG. 7 shows a temperature compensated
図8は従来の密閉構造を持つ容器と、凹状の開口部を持つ容器に、それぞれ水晶振動子と、集積回路などの半導体部品4を搭載して構成された別の構造の温度補償型水晶発振器7を側面方向からみた概略の側面断面図である。
FIG. 8 shows a temperature-compensated crystal oscillator having a different structure in which a crystal resonator and a
図9は従来の図6、図7、及び図8に示されるような温度補償型水晶発振器7において現われる、電源を投入した後に温度補償型水晶発振器7の内部に搭載される半導体部品であるICチップの発熱が始まり、ICチップ内の温度センサ電圧がドリフトし、その結果、発振周波数がドリフトする様子を示す概略の特性図である。
FIG. 9 shows an IC, which is a semiconductor component mounted in the temperature-compensated
なお、本発明の温度補償型水晶発振器7の筐体がセラミック以外の、例えば低温焼成セラミック多層基板などの材料から出来ていても構わず、こういった場合においても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。
The case of the temperature compensated
1 温度センサ回路部
2 発振段回路部
3 出力バッファ回路部
4 半導体部品
5 接続端子
6 基板
7 温度補償型水晶発振器
9 対角線上の隅部、
10 同一辺側の隅部
11 パターン
12 配線パターン幅
13 接続端子で囲まれた領域の外側
DESCRIPTION OF
10 Corners on the
Claims (4)
半導体部品内部の温度センサ回路部と、発振段回路部、及び出力バッファ回路部が、該半導体部品の対角線上の隅部、若しくは同一辺側の隅部に配置されていることを特徴とする温度補償型水晶発振器。 In a temperature compensated crystal oscillator including a temperature sensor circuit unit, a semiconductor component having an oscillation stage circuit unit, and an output buffer circuit unit therein, and a substrate to which the semiconductor component is connected via a connection terminal.
A temperature characterized in that the temperature sensor circuit part, the oscillation stage circuit part, and the output buffer circuit part inside the semiconductor component are arranged at a corner on the diagonal line of the semiconductor component or at a corner on the same side. Compensated crystal oscillator.
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