JP2007124513A - 温度補償型圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、フリップチップ実装される集積回路素子を収容するための第２の空間部を有する温度補償型の圧電発振器において、集積回路素子が発する熱の伝導を抑えることが可能な温度補償型圧電発振器構造を提供することにある。
【解決手段】絶縁性基板の一方の主面には第１の側壁部に囲まれた第１の空間部内には圧電振動素子が搭載されており、第１の空間部は第１の蓋体により気密封止されており、更に、絶縁性基板の他方の主面には第２の側壁部に囲まれた第２の空間内には集積回路素子が搭載されており、第２の側壁部の４つの角部には各々外部接続用電極端子が形成されている温度補償型圧電発振器において、第２の側壁部端面上に、この第２の空間部開口形状と同形状に第２の空間部内へ段差部を形成して窪んだ形態の第２の蓋体が配置固着され、且つこの第２の蓋体により気密封止した第２の空間内が真空である温度補償型圧電発振器。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯用通信機器等の電子機器に用いられる圧電発振器に関するものであり、特に温度補償回路を内蔵し、環境温度変化による発振周波数変化量を補償する温度補償型圧電発振器に関する。

従来、携帯用の通信機器等の電子機器には、電子部品の一つとして発振周波数の温度補償機能を内蔵した温度補償型圧電発振器が用いられている。

かかる従来の温度補償型圧電発振器としては、例えば図４に示す如く、絶縁性基板４２の表裏両主面に第１の空間部４３及び第２の空間４６を有する容器体４１において、一方の主面に形成された第１の空間部４３内に圧電振動素子４５を実装配置して、第１の空間部４３の開口部を覆う形態の蓋体４４により第１の空間部４３内を気密封止されている。

更に、絶縁性基板４２の他方の主面に形成された第２の空間部４６内には、発振回路及び圧電振動素子４５の温度を検知し、圧電振動素子４５からの信号周波数の温度変化分の補償を行なうための温度補償回路等を内蔵した集積回路素子４７を収容している。これら容器体４１及び各種部品により、所謂温度補償型圧電発振器が構成されており、第２の空間部４６内には、集積回路素子４７を保護するための樹脂４８が充填されている。

上述の構造により、容器体４１を構成する絶縁性基板４２の一方の主面側に圧電振動素子４５を実装し、他方の主面側に集積回路素子４７を実装しているため、外部実装面積の比較的小さい小型の温度補償型圧電発振器ができる。また、圧電振動素子４５と集積回路素子４７とを全く異なる空間領域に収容することができるため、従来の圧電振動素子と集積回路素子とを同一空間内に搭載した形態の圧電発振器に比べ、集積回路素子が発する熱が直接圧電振動素子に伝わりにくく、圧電振動素子の発振動作を長期にわたり安定化させることが可能となる。

また、圧電振動素子４５の発振特性の不良を、第１の空間部４３に圧電振動素子４５を実装し気密封止した後に行う検査で検出できるため、検査により合格となった圧電振動素子４５が実装してある容器体４１のみに集積回路素子４７を実装することができるので、従来の圧電振動素子と集積回路素子とを同一空間内に搭載した形態の圧電発振器に比べ、集積回路素子４７の不良圧電振動素子搭載容器体への実装による無駄な消費、無駄な製造工程の未実施により、より安価な圧電発振器となる。また、容器体４１に圧電振動素子４５を実装した後に、集積回路素子４７を実装しているので、圧電振動素子４５の周波数安定化のために行なう加熱処理が圧電振動素子４５のみを実装搭載した容器体４１に対して行えるので、これら熱が集積回路素子４７には印加されず、集積回路素子４７の動作信頼性や接続信頼性を高めることができる。

上述したような圧電発振器は、以下に開示の先行技術文献に記載されている。
特開１９９９−３３３８５８号公報 特開２０００−１３８５５３号公報

なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、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。

しかしながら、上述したような従来の温度補償型圧電発振器では、絶縁性基板４２を挟んで一方の主面上に圧電振動素子４５が実装され、他方の主面上に集積回路素子４７をフリップチップ実装し、且つ集積回路素子４７が実装されている第２の空間部内には樹脂４８が充填されている構造のために、樹脂４８を介して集積回路素子４７が発する熱が容器体４１に伝わってしまい、第１の空間部４３内の圧電振動素子４５まで伝熱してしまう可能性がある。このことにより、温度補償回路内の感温素子が感知する温度と、実際の圧電振動素子の温度との間に差異が生じ、このことから温度補償回路による温度補償精度が低下してしまうおそれがある。

特に集積回路素子の稼働に伴う瞬間的な発熱による熱変動が生じた場合に上記差異が大きくなる傾向があり、更に、温度補償型圧電発振器自体の小型化が進むにつれ、集積回路素子の大きさが温度補償型圧電発振器全体の大きさに対して占める割合が高くなり、且つ集積回路素子を搭載する第２の空間部のサイズも集積回路素子のサイズと同等のサイズ（つまり、集積回路素子表面と第２の空間部内面との間にほとんど隙間がない）となる形態であるために、より集積回路素子からの熱の影響を受けやすくなってしまう。尚、樹脂が充填されていない場合においても、集積回路素子周囲の雰囲気を介して熱が容器体に伝わってしまい、上記と同様な問題が生じるおそれがある。

本発明は上記課題を鑑み発明されたものであり、従ってその目的は、フリップチップ実装される集積回路素子を収容するための第２の空間部を有する温度補償型圧電発振器において、集積回路素子から発する熱による圧電振動素子の周波数温度変化を抑えることが可能な温度補償型圧電発振器構造を提供することにある。

本発明の温度補償型圧電発振器の一形態は、平板状の絶縁性基板の一方の主面の辺縁部全周には直立した第１の側壁部が形成されており、この第１の側壁部及び主面に囲まれた凹形状の第１の空間部内には圧電振動素子が搭載されており、第１の空間部は、この第１の空間部を囲繞する第１の側壁部の第１の空間部開口側端面に、第１の空間部開口部を塞ぐ形態で配置固着された第１の蓋体により気密封止されており、更に、上記絶縁性基板の他方の主面の辺縁部全周には直立した第２の側壁部が形成されており、この第２の側壁部及び主面に囲まれた凹形状の第２の空間内には、少なくとも上記圧電振動素子と電気的に接続した発振回路及び温度補償回路を内蔵する集積回路素子が搭載されており、第２の側壁部の第２の空間開口側端面の４つの角部には各々外部接続用電極端子が形成されている温度補償型圧電発振器において、上記第２の側壁部の第２の空間部開口側端面上に、この第２の空間部開口形状と同形状に第２の空間部内へ段差部を形成して窪んだ形態の第２の蓋体が配置固着され、且つこの第２の蓋体により気密封止した第２の空間内が真空であることを特徴とする。

また、本発明の温度補償型圧電発振器の他の形態は、 絶縁性の第１の基板の一方の主面には凹形状の第１の空間部が形成され、この第１の空間部内には圧電振動素子が搭載され、この圧電振動素子は第１の基板の他方の主面に形成した第２の容器体接続用電極端子と電気的に接続されており、第１の蓋体が、第１の空間部を囲繞する第１の側壁部の第１の空間部開口側端面に、第１の空間部開口部を塞ぐ形態で配置固着されて、第１の空間部を気密封止した第１の容器体と、絶縁性の第２の基板の一方の主面には凹形状の第２の空間部が形成され、この第２の空間部内には少なくとも発振回路及び温度補償回路が形成内蔵された集積回路素子が配置され、この集積回路素子は第２の空間部を囲繞する第２の側壁部の第２の空間部開口側端面に形成された第１の容器体接続用電極端子と電気的に接続されており、更に集積回路素子は第２の基板の他方の主面に形成した外部接続用電極端子とも電気的に接続された第２の容器体とを、上記第１の容器体接続用端子と上記第２の容器体接続用端子とを機械的及び電気的に接続固着して構成した温度補償型圧電発振器において、上記第２の側壁部の第２の空間部開口側端面上に、この第２の空間部開口形状と同形状に第２の空間部内へ段差部を形成して窪んだ形態の第２の蓋体が配置固着され、且つこの第２の蓋体により気密封止した第２の空間内が真空であることを特徴とする。

本発明の温度補償型圧電発振器によれば、温度補償回路を内蔵した集積回路素子と、集積回路素子を収容する第２の空間部を形成する第２の側壁部と絶縁性基板と第２の空間部を封止する第２の蓋体とからなる容器体とを備え、集積回路素子を内部に搭載した第２の空間部を第２の蓋体により空間内部を真空で封止することにより、集積回路素子の周囲大部分を理論上は熱の伝導がない真空空間にすることで、集積回路素子から発した熱が容器体を構成する第２の側壁部等を介して圧電振動素子へ伝導することなくなり、特に集積回路素子の稼働に伴う瞬間的熱変動による圧電振動素子と集積回路素子内の温度補償回路を構成する感温素子の感知温度差を小さくすることが可能となり、温度補償型圧電発振器としての周波数温度補償精度を高く維持することができる。

因って、本発明により、従来に比べ周波数温度補償精度が高く、且つ小型化が可能な温度補償型圧電発振器を提供できる効果を奏する。

以下、本発明を添付した各図面に基づいて詳細に説明する。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し、各図では、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また図示したものの寸法も一部誇張して図示している。

図１は本発明の実施形態にかかる温度補償型圧電発振器の断面図（仮想切断線は図２に記載の線分Ａ１−Ａ２）である。図１に図示する温度補償型圧電発振器は大略的に言って、第１の側壁部３、絶縁性基板２及び第２の側壁部５により構成される容器体１と、第１の蓋体４、第２の蓋体１６、圧電振動素子１２、集積回路素子１７とで構成されている。図１に図示する温度補償型圧電発振器は、第１の空間部１０に圧電振動素子１２を収容した容器体１に、第２の側壁部５の底面の四隅部に外部接続用電極端子９が設けられている。外部接続用電極端子９は第２の側壁部５内の導配線と電気的および機械的に接続されており、外部の実装基板との導通固着するものである。また、集積回路素子１７が収納される第２の側壁部５で囲繞されている第２の空間部２０は第２の蓋体１６により真空に封止されている。

図２は図１の圧電発振器を第２の蓋体１６側からみた平面図である。図２において外部接続用電極端子９と第２の蓋体１６とは両者の電気的短絡を防止するために一定の間隔を空けて配置されている。また、第２の蓋体１６の第２の空間部開口部を覆っている部分を、第２の空間内側へ窪ませる段差部１９を設けることで、外部実装基板上の配線などと第２の蓋体１６との短絡を防止している。また、さらに段差部１９により、第２の蓋体１６の表面と第２の側壁部５の表面との接触面積を広くとることができるので、第２の空間部内の気密信頼性の向上することができる。

容器体１は、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料から成る絶縁性基板２、絶縁性基板２と同様のセラミック材料から成る第１の側壁部３及び第２の側壁部５より成り、絶縁性基板２の表裏両主面の辺縁部に第１の側壁部３及び第２の側壁部５を取着させ、第１の側壁部３で囲繞された第１の空間部１０には、第１の空間部内の底面を構成する絶縁性基板２の一方の主面に形成された圧電素子接続用電極パッドに導電性接着剤１３を介して圧電振動素子１２が実装されており、その第１の側壁部の第１の空間部開口側端面上に４２アロイやコバール又はリン青銅等から成る第１の蓋体４を載置し固着して、圧電振動素子１２を気密封止している。

尚、容器体１の第１の空間部１０に収容される圧電振動素子１２は、例えば圧電振動素子１２を構成する材料として水晶を用いる場合では、人工水晶体より所定のカットアングルで切り出され、外形加工を施された平板状の水晶片の両主面に、一対の励振用電極等の各種電極膜を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の励振用電極を介して水晶片に印加されると、所定の周波数モードで振動を起こす。

また図１に図示するように、上述した絶縁性基板２の他方の主面の辺縁部には、第２の側壁部５が形成され、第２の側壁部の第２の空間部２０開口側端面四隅には外部接続用電極端子９が形成されている。この第２の側壁部５で囲繞された第２の空間部内底面を構成する絶縁性基板２の他方の主面には、フリップチップ型の集積回路素子１７が配置されており、この集積回路素子１７は導電性の接合材１８を介して絶縁性基板２の他方の主面上に形成されている集積回路素子接続用電極パッドに導通固着されている。

この集積回路素子１７にはその回路形成面に、圧電振動素子１２の環境温度状態を検知する感温素子、圧電振動素子１２の温度特性データを有するメモリ回路、検知した温度データに基づいて圧電振動素子１２の周波数特性を温度変化に応じて補償する温度補償回路、温度補償回路に接続されて所定の発振出力信号を生成する発振回路等が設けられており、発振回路で生成された発振出力信号は、外部接続用接続端子９を介して外部に出力された後、例えば電子機器のクロック信号等の基準信号として利用されることとなる。ここで圧電振動素子１２と集積回路素子１７は図１に図示する絶縁性基板２の内層に設けられたメタライズ配線１５により接続されている。

ここで、本発明の特徴部分は図１に図示するように、集積回路素子１７が搭載される第２の空間部２０内を真空封止したことにある。これにより、集積回路素子１７の稼働により生じた熱が、第２の側壁部５及び絶縁性基板２を介して第１の空間部内の圧電振動素子１２へ伝導してしまうことを、第２の空間部２０内で抑制できる。よって温度補償の対象である圧電振動素子１２と集積回路素子１７の間に感知温度に差が生じることに起因した温度補償精度の低下という不具合を解決することができる。即ち、熱伝導率の著しく低い真空空間内に、集積回路素子１７を配置したことにより、圧電発振器の温度補償精度を高く維持することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、上述の実施形態においては、圧電発振器を圧電振動素子１２と集積回路素子３７を絶縁基板の表裏面に配置する所謂Ｈ型構造を例にして説明したが、図３に示す様に、圧電振動素子１２を気密封止して搭載する第１の容器体３１と、集積回路素子１７を真空封止して搭載する第２の容器体３２とをそれぞれ別個に構成し、第１の容器体３１と第２の容器体３２とを、各容器体に形成された凹形状の空間部の開口方向を合わせた形態で重ね合わせ、所定の電極端子間を電気的及び機械的に接続した構造としても構わない。この場合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。

図１は、本発明にかかる温度補償型圧電発振器の一実施形態を示した概略断面図である。 図２は、図１に図示した温度補償型圧電発振器を、第２の空間部開口側からみた平面図である。 図３は、本発明にかかる温度補償型圧電発振器の他の実施形態を示した概略分解断面図である。 図４は、従来の温度補償型圧電発振器の概略断面図である。

符号の説明

１・・・容器体
２・・・絶縁性基板
３・・・第１の側壁部
４・・・第１の蓋体
５・・・第２の側壁部
９・・・外部接続用電極端子
１０・・・第１の空間部
１２・・・圧電振動素子
１３・・・導電性接着剤
１６・・・第２の蓋体
１７・・・集積回路素子
１８・・・導電性接合材
１９・・・段差部
２０・・・第２の空間部
３１・・・第１の容器体
３２・・・第２の容器体

Claims (2)

1. 平板状の絶縁性基板の一方の主面の辺縁部全周には直立した第１の側壁部が形成されており、該第１の側壁部及び該絶縁性基板の一方の主面に囲まれた凹形状の第１の空間部内には圧電振動素子が搭載されており、該第１の空間部は、該第１の空間部を囲繞する第１の側壁部の該第１の空間部開口側端面に、該第１の空間部開口部を塞ぐ形態で配置固着された第１の蓋体により気密封止されており、更に、該基板の他方の主面の辺縁部全周には直立した第２の側壁部が形成されており、該第２の側壁部及び該絶縁性基板の他方の主面に囲まれた凹形状の第２の空間内には、少なくとも該圧電振動素子と電気的に接続した発振回路及び温度補償回路を内蔵する集積回路素子が搭載されており、該第２の側壁部の該第２の空間開口側端面の４つの角部には各々外部接続用電極端子が形成されている温度補償型圧電発振器において、
   該第２の側壁部の第２の空間部開口側端面上に、該第２の空間部開口形状と同形状に該第２の空間部内へ段差部を形成して窪んだ形態の第２の蓋体が配置固着され、且つ該第２の蓋体により気密封止した該第２の空間内が真空であることを特徴とする温度補償型圧電発振器。
2. 絶縁性の第１の基板の一方の主面には凹形状の第１の空間部が形成され、該第１の空間部内には圧電振動素子が搭載され、該圧電振動素子は該基板の他方の主面に形成した第２の容器体接続用電極端子と電気的に接続されており、第１の蓋体が、該第１の空間部を囲繞する第１の側壁部の該第１の空間部開口側端面に、該第１の空間部開口部を塞ぐ形態で配置固着されて、該第１の空間部を気密封止した第１の容器体と、
   絶縁性の第２の基板の一方の主面には凹形状の第２の空間部が形成され、該第２の空間部内には少なくとも発振回路及び温度補償回路が内蔵された集積回路素子が配置され、該集積回路素子は該第２の空間部を囲繞する第２の側壁部の該第２の空間部開口側端面に形成された第１の容器接続用電極端子と電気的に接続されており、更に該集積回路素子は該第２の基板の他方の主面に形成した外部接続用電極端子とも電気的に接続された第２の容器体とを、
   該第１の容器体接続用端子と該第２の容器体接続用端子とを機械的及び電気的に接続固着してなる温度補償型圧電発振器において、
   該第２の側壁部の第２の空間部開口側端面上に、該第２の空間部開口形状と同形状に該第２の空間部内へ段差部を形成して窪んだ形態の第２の蓋体が配置固着され、且つ該第２の蓋体により気密封止した該第２の空間内が真空であることを特徴とする温度補償型圧電発振器。

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