JP2008205671A - 半導体素子、電圧制御発振器および電圧制御発振器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発振周波数の可変幅を容易に設定する電圧制御発振器およびこれの製造方法と、この電圧制御発振器を実現する半導体素子を提供する。
【解決手段】電圧制御発振器１０は、パッケージに半導体素子３０と圧電振動子１２を収容している。半導体素子３０は、可変幅を調整する調整素子１４を有しており、調整素子１４の一端が発振回路２０に接続し、他端が半導体素子３０の表面に設けた調整用パッド２６と接続している。またパッケージは、その内部に調整用電極を備えているとともに、外部に接地用の外部端子を備えている。この調整用電極と接地用の外部端子は導通している。そして調整用パッド２６と調整用電極とを導通した場合と導通させなかった場合とのいずれかを選択することで、電圧制御発振器１０の可変幅を設定している。
【選択図】図１

Description

本発明は、電圧制御発振器に用いる半導体素子、電圧制御発振器およびこれの製造方法に関するものである。

電圧制御発振器は、入力される制御電圧に応じて発振周波数を変えることができる。この制御電圧により変化させることのできる発振周波数の範囲（可変幅）は、発振回路の負荷容量を変えることにより調整することができる。すなわち電圧制御発振器は可変容量ダイオードを備えており、この可変容量ダイオードに逆方向電圧を印加して空乏層容量を変化させることにより発振周波数を可変しているが、可変幅の調整は電圧制御発振器に負荷容量調整回路を設け、この負荷容量を調整することにより、行っている。

このような負荷容量調整回路を備えた圧電発振器としては、特許文献１，２に開示されたものがある。特許文献１に開示された負荷容量調整回路は、周波数制御特性調整用の容量アレイであり、その一端が可変容量ダイオードのカソード端子に接続し、他端が接地している。そして容量アレイは、コンデンサとスイッチが直列接続した回路を複数有しており、この回路を並列接続している。また負荷容量調整回路には、容量アレイの各スイッチに接続して、スイッチのオン／オフ制御を行う制御回路やメモリが接続している。このメモリは、容量アレイの容量を所望の値にするために、各スイッチをオンまたはオフにする設定データを記憶している。また制御回路は、この設定データに基づいて、容量アレイの各スイッチのオン／オフを制御している。

また特許文献２に開示された負荷容量調整回路も容量アレイであり、圧電発振器は、この容量アレイとともに、容量アレイのスイッチを制御する制御回路やメモリ等を備えている。
特開平１１−３４６１１８号公報（第１４−１９頁、第１３図等） 特開２０００−１７７３４４号公報（第５頁、第５図）

前述したように、従来の電圧制御発振器は、負荷容量調整回路とともに、この負荷容量調整回路を構成しているスイッチの制御回路やメモリが必要であった。このため電圧制御発振器内の回路構成が複雑になってしまう問題があった。

またスイッチの制御に必要な設定データは、電圧制御発振器の外部端子にプローブを接触させてメモリに書き込まなければならないが、近年は電圧制御発振器自体が小型化されているので、外部端子も小さくなっており、プローブと外部端子が確実に接触しない等の問題が発生していた。このときには書き込み不良となるので、場合によっては、書き込み不良を起こした電圧制御発振器を廃棄しなければならない事態が発生する。

また電圧制御発振器の発振周波数の可変幅は、ユーザの用途によって異なっている。このため電圧制御発振器の製造メーカは、ユーザの用途に応じて可変幅を設定しなければならないので、様々な種類を製造しなければならない。すなわち製造メーカは、顧客の要求に応じて電圧制御発振器を作り分ける必要があった。

本発明は、発振周波数の可変幅を容易に設定できる電圧制御発振器およびこれの製造方
法を提供することを目的とする。また本発明は、この電圧制御発振器に用いる半導体素子を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体素子は、電圧制御発振器に用いる半導体素子であって、発振周波数の可変幅を調整する調整素子を備え、調整素子の一端と発振回路とを接続するとともに、半導体素子の表面に設けた調整用パッドと調整素子の他端とを接続したことを特徴としている。

調整用パッドに導通手段を接続するか否かを選択することにより、調整素子の他端を接地するか否かが決まり、ひいては調整素子の機能を発振回路に作用させることができるか否かが決まる。このため調整用パッドに導通手段を接続するか否かを選択することにより、発振回路に対する容量変動範囲を選択することができる。そして発振周波数の可変幅を設定できるので、この半導体素子を搭載した電圧制御発振器の汎用性を高くすることができる。また調整素子と調整用パッドとに導通手段を設ければ発振周波数の可変幅が設定できるので、容易に、且つ、確実に可変幅を設定できる。さらに半導体素子の回路構成を簡単にすることができる。

また本発明に係る半導体素子は、電圧制御発振器に用いる半導体素子であって、発振周波数の可変幅を調整する調整素子と発振回路とを接続するとともに、調整素子にスイッチ部を接続し、スイッチ部は、半導体素子の表面に設けた調整用パッドと接続し、且つ、調整用パッドに供給される電位によって、調整素子を発振回路に作用させる又は作用させない制御を行うことを特徴としている。この場合、スイッチ部は、調整素子と発振回路との間に接続することができる。また調整素子の一端が発振回路に接続している場合は、調整素子の他端にスイッチ部を接続することができる。

スイッチ部の接続先を選択することにより、調整素子の機能を発振回路に作用させることができるか否かが決まる。このため調整用パッドに供給する信号の電位によって、発振回路に対する容量変動範囲を選択することができる。そして発振周波数の可変幅を設定できるので、この半導体素子を搭載した電圧制御発振器の汎用性を高くすることができる。また調整用パッドに供給する信号の電位によって、発振周波数の可変幅が設定できるので、容易に、且つ、確実に可変幅を設定できる。さらに半導体素子の回路構成を簡単にすることができる。

そして前述した調整素子は、コンデンサまたは抵抗であることを特徴としている。これによりコンデンサの容量を変化させることにより、または抵抗の抵抗値を変化させることにより容量変動範囲を選択することができる。

また本発明に係る電圧制御発振器は、前述した半導体素子をパッケージに収容し、パッケージの内部に調整用電極を設けるとともに、調整用電極に導通した接地用の外部端子をパッケージの外部に設け、調整用パッドと調整用電極とを導通手段によって導通可能にしてあることを特徴としている。

調整用パッドに導通手段を接続して調整素子を接地できるようにしておけば、発振回路に対する容量変動範囲を選択することができる。これにより発振周波数の可変幅を設定できるので、電圧制御発振器の汎用性を高くすることができる。また調整用パッドと調整用電極とに導通手段を設ければ発振周波数の可変幅を設定できるので、容易に、且つ、確実に可変幅を設定できる。さらに電圧制御発振器の内部の回路構成、すなわち半導体素子の回路構成を簡単にすることができる。

また本発明に係る電圧制御発振器は、前述した半導体素子をパッケージに収容し、パッケージの内部に調整用電極を設けて、調整用パッドと調整用電極とを導通し、調整用電極に導通した外部端子をパッケージの外部に設け、外部端子を接地電位または電気的に開放したことを特徴としている。

外部端子を接地させるか否かによって、発振回路に対する容量変動範囲を選択することができる。これにより発振周波数の可変幅を設定できるので、電圧制御発振器の汎用性を高くすることができる。また外部端子を接地させるか否かによって発振周波数の可変幅が設定できるので、容易に、且つ、確実に可変幅を設定できる。また電圧制御発振器の内部の回路構成、すなわち半導体素子の回路構成を簡単にすることができる。さらに発振周波数の可変幅をユーザ側が設定することができる。

また本発明に係る電圧制御発振器は、前述した半導体素子をパッケージに収容し、パッケージの内部に調整用電極を設けて、調整用パッドと調整用電極とを導通し、調整用電極に導通した外部端子をパッケージの外部に設け、外部端子にスイッチ部の制御を行う信号を供給してなることを特徴としている。この場合、スイッチ部の制御を行う信号は、第１の電位を有する信号および第１の電位とは異なる第２の電位を有する信号であればよい。そしてスイッチ部は、第１の電位が供給されたときと、第２の電位が供給されたときでスイッチの接続先を切り替えるものであればよい。

スイッチ部に供給する信号によって、発振回路に対する容量変動範囲を選択することができる。これにより発振周波数の可変幅を設定できるので、電圧制御発振器の汎用性を高くすることができる。またスイッチ部に供給する信号によって発振周波数の可変幅が設定できるので、容易に、且つ、確実に可変幅を設定できる。また電圧制御発振器の内部の回路構成、すなわち半導体素子の回路構成を簡単にすることができる。さらに発振周波数の可変幅をユーザ側が設定することができる。

また本発明に係る電圧制御発振器の製造方法は、発振周波数の可変幅を調整する調整素子の一端と発振回路とを接続するとともに、調整素子の他端と調整用パッドとを接続し、調整素子、調整用パッドおよび発振回路をパッケージに搭載し、パッケージに形成して、接地電位となっている調整用電極と、調整用パッドとを、要求される可変幅に応じて導通または非導通とすることを特徴としている。

調整用パッドに導通手段を接続するか否かを選択することにより、調整素子の他端が接地するか否かが決まる。このため調整用パッドに導通手段を接続するか否かを選択することにより、発振回路に対する容量変動範囲を選択することができる。これにより発振周波数の可変幅を設定できるので、電圧制御発振器の汎用性を高くすることができる。また調整素子によって調整用パッドと調整用電極とを導通すれば、発振周波数の可変幅が設定できるので、容易に、且つ、確実に可変幅を設定できる。さらに電圧制御発振器の内部の回路構成、すなわち半導体素子の回路構成を簡単にすることができる。

以下に、本発明に係る半導体素子、電圧制御発振器および電圧制御発振器の製造方法の実施形態について説明する。まず第１の実施形態について説明する。図１は第１の実施形態に係る電圧制御発振器の回路図である。第１の実施形態に係る電圧制御発振器１０は、圧電振動子１２、発振回路２０および発振周波数の可変幅（以下「可変幅」という。）の調整素子１４を有している。圧電振動子１２は、電気信号が供給されると励振して、この励振の周波数に応じた周波数の信号を出力するものであればよく、例えばＡＴカット圧電振動子、音叉型圧電振動子、弾性表面波共振子等であればよい。

この圧電振動子１２は発振回路２０に接続している。発振回路２０は、インバータ２２、制限抵抗Ｒｄ、帰還抵抗Ｒｆおよび可変容量ダイオード２４を備えている。そして圧電振動子１２には、インバータ２２および制限抵抗Ｒｄが直列に接続しており、また帰還抵抗Ｒｆが並列に接続している。そしてインバータ２２には、電源電圧が供給される電源電圧端子Ｖが接続している。また図１に示す場合では、制限抵抗Ｒｄと帰還抵抗Ｒｆの間から信号を分岐するようになっており、この分岐した端部に出力端子ＯＵＴを設けている。

また圧電振動子１２には、ゲート容量およびドレイン容量が接続している。これらの容量は可変容量素子となっており、具体的には可変容量ダイオード２４となっている。すなわち圧電振動子１２の両端には、それぞれ可変容量ダイオード２４の一端が接続している。そして可変容量ダイオード２４の他端は接地している。また電圧制御発振器１０は、制御電圧が供給される制御端子Ｖｃを備えている。この制御端子Ｖｃは、ゲート側の可変容量ダイオード２４ｇの一端と圧電振動子１２とに抵抗２８を介して接続するとともに、ドレイン側の可変容量ダイオード２４ｄの一端と圧電振動子１２とに抵抗２８を介して接続している。

さらに発振回路２０、すなわち圧電振動子１２と可変容量ダイオード２４の間には、可変幅を制御する調整素子１４の一端が接続している。そして調整素子１４の他端は、調整用パッド２６に接続している。この調整素子１４は、コンデンサであればよい。なお各調整素子１４の素子値（容量）は、それぞれ違っていればよい。

このような電圧制御発振器１０では、発振回路２０等を集積化することができる。すなわちインバータ２２や制限抵抗Ｒｄ、帰還抵抗Ｒｆ、抵抗２８、可変容量ダイオード２４、調整素子１４を集積化して、これらを１チップの半導体素子３０で構成することができる。この場合、調整用パッド２６や制御端子Ｖｃ、出力端子ＯＵＴ、電源電圧端子Ｖ、振動子接続パッド２９を半導体素子３０の表面に設けて、外部から導通を取ることができるようにすればよい。なお振動子接続パッド２９は、圧電振動子１２と導通する。

図２は第１の実施形態に係る電圧制御発振器の断面図である。図３は第１の実施形態に係る電圧制御発振器の平面図である。なお図３では、圧電振動子および蓋体の記載を省略している。電圧制御発振器１０は、パッケージ３２に半導体素子３０と圧電振動子１２を収容している。具体的には、パッケージ３２は、図２に示すように、パッケージベース３４と蓋体３６を有している。

パッケージベース３４は、上方に向けて開口した凹陥部３８を有しており、この凹陥部３８の側面が階段状になっている。すなわち凹陥部３８の側面には、下側の階段部４０および上側の階段部４２が設けてある。この下側の階段部４０の上面に複数のボンディング電極４４が設けてあり、また上側の階段部４２の上面に１対のマウント電極４６が設けてある。各マウント電極４６は、ボンディング電極４４のうちのいずれかと１対１に導通している。またパッケージベース３４の裏面には、複数の外部端子４８が設けてある。そして各外部端子４８は、複数のボンディング電極４４のうち、マウント電極４６と導通していない電極と１対１に導通している。

このようなパッケージベース３４には、凹陥部３８の底面に半導体素子３０が固着している。半導体素子３０は、前述した調整用パッド２６や制御端子Ｖｃ等が設けてある能動面を上方に向けて、パッケージベース３４に搭載してある。また半導体素子３０に隣接している下側の階段部４０の上面には、図３に示すように、複数のボンディング電極４４が設けてあり、これらボンディング電極４４のうちの１つが調整用電極４４ａとなっている。この調整用電極４４ａは、調整用パッド２６と導通を取るために用いられる。また調整用電極４４ａは、接地用の外部端子４８と導通している。

そして前述した制御端子Ｖｃや出力端子ＯＵＴ、電源電圧端子Ｖは、それぞれの機能に対応したボンディング電極４４と、ワイヤ５２を用いて１対１に導通している。すなわち、一例を示すと、制御端子Ｖｃは、制御電圧が供給されるボンディング電極４４とワイヤ５２を介して導通している。なお調整用電極４４ａと調整用パッド２６を導通する場合は、電圧制御発振器１０の可変幅に応じて、２つある調整用パッド２６のうちの少なくともいずれか１つと調整用電極４４ａとがワイヤ５２を介して導通し、または電圧制御発振器１０の可変幅に応じて、両方の調整用パッド２６と調整用電極４４ａとが導通しない形態となっている。

また図２に示すように、マウント電極４６には導電性接着剤５０が塗布されており、この導電性接着剤５０を用いて圧電振動子１２を搭載するようになっている。そしてマウント電極４６は、導電性接着剤５０を介して、圧電振動子１２の端部に設けた接続電極（図示せず）と電気的および機械的に接続している。またパッケージベース３４の上面には蓋体３６が接合しており、これによって凹陥部３８を気密封止している。

次に、電圧制御発振器１０の可変幅の調整方法（電圧制御発振器１０の製造方法）について説明する。図４は可変幅の調整方法の説明図である。ここで図４（Ａ）は周波数偏差と容量の関係を示すグラフである。また図４（Ｂ）は、調整用パッドと調整用電極を接続したとき、または接続しなかったときの容量変動範囲と可変幅の一例を示す表である。

電圧制御発振器１０は、図４（Ａ）からわかるように、圧電振動子１２に接続する容量を変えると、発振周波数が変化する。このため容量を変えることのできる範囲（容量変動範囲：矢印Ａの範囲）に応じて、可変幅（矢印Ｂの範囲）が変わる。そして図４（Ａ）に示すように、周波数偏差と容量の関係は反比例しているので、容量が小さい方でその値を変化させると可変幅が広くなり、容量が大きい方でその値を変化させると可変幅が狭くなる。

そして前述した容量変動範囲は、複数の調整用パッド２６のうちの少なくともいずれか一方とボンディング電極４４とをワイヤ５２で接続して、調整素子１４の他端を接地することにより調整することができ、また調整用パッド２６と調整用電極４４ａを導通しないで、調整素子１４の他端を開放することにより調整することができる。すなわち調整素子１４の他端を接地すると、この調整素子１４と可変容量ダイオード２４が並列接続することになるので、可変容量ダイオード２４の容量が圧電振動子１２に対して大きくなったようにみえる。このときに制御端子Ｖｃから入力される制御電圧の可変範囲は、調整素子１４の他端が接地しているか否かの状況にかかわらず一定である。このため可変容量ダイオード２４に調整素子１４が並列接続するか否かにより、可変幅が変わる。

そして図４（Ｂ）に一例を示すように、調整用パッド２６のいずれにもワイヤボンディングを施さないで、各調整素子１４の他端を開放にした場合、圧電振動子１２に対する容量は可変容量ダイオード２４の容量だけになる。このとき可変容量ダイオード２４に制御電圧を印加すると、可変容量ダイオード２４の容量が１から１０［ｐＦ］の範囲で変化し、このときの可変幅は５００［ｐｐｍ］となる。

また２つある調整用パッド２６のうち、一方の調整用パッド２６のみにワイヤボンディングを施して、一方の調整素子１４の他端を接地した場合は、可変容量ダイオード２４と一方の調整素子１４が並列接続するので、圧電振動子１２に対する容量が大きくなる。このとき可変容量ダイオード２４に制御電圧を印加すると可変容量ダイオード２４の容量が変化するので、圧電振動子１２に対する容量が２から１１［ｐＦ］の範囲で変化し、このときの可変幅は３００［ｐｐｍ］となる。

また２つある調整用パッド２６のうち、他方の調整用パッド２６のみにワイヤボンディングを施して、他方の調整素子１４の他端を接地した場合は、前述した場合と同様に、圧電振動子１２に対する容量が大きくなる。なお図４（Ｂ）に示す場合では、他方の調整素子１４の容量は、一方の調整素子１４の容量に比べて大きくなっている。このとき可変容量ダイオード２４に制御電圧を印加すると可変容量ダイオード２４の容量が変化するので、圧電振動子１２に対する容量が３から１２［ｐＦ］の範囲で変化し、このときの可変幅は２００［ｐｐｍ］となる。

また２つある調整用パッド２６の両方にワイヤボンディングを施して、各調整素子１４の他端を接地した場合は、前述した場合と同様に、圧電振動子１２に対する容量が大きくなる。このとき可変容量ダイオード２４に制御電圧を印加すると可変容量ダイオード２４の容量が変化するので、圧電振動子１２に対する容量が４から１３［ｐＦ］の範囲で変化し、このときの可変幅は１００［ｐｐｍ］となる。

そして、いずれの調整用パッド２６にワイヤ５２を接合して調整素子１４の他端を接地するか、または調整用パッド２６にワイヤ５２を接合しないで調整素子１４の他端を開放にするかの判断は、ユーザが所望する可変幅に応じて適宜判断すればよい。

このような半導体素子３０および電圧制御発振器１０によれば、調整素子１４の他端に調整用パッド２６を接続したものを複数備えているので、圧電振動子１２に対する容量変動範囲を選択することができる。これによって電圧制御発振器１０の可変幅を調整できるので、電圧制御発振器１０の汎用性を高くすることができる。すなわち電圧制御発振器１０の可変幅に合わせた半導体素子３０を製造する必要が無くなるので、多種類の半導体素子３０を製造する必要が無くなる。同様に、この半導体素子３０を搭載した電圧制御発振器１０では、可変幅に合わせて電圧制御発振器１０を製造する必要がなくなる。

また電圧制御発振器１０の可変幅を変える場合、従来では、これに搭載される圧電振動子を変えることにより実現することがあった。これは圧電振動子の発振周波数を変えれば、これを搭載する電圧制御発振器の可変幅も変わるからである。しかし本実施形態に係る電圧制御発振器１０では、調整用パッド２６と調整用電極４４ａにワイヤ５２を接合するか否かで可変幅を選択できるので、異なる発振周波数の圧電振動子１２を載せかえる必要がなくなる。したがって多種類の圧電振動子１２を用意する必要がなくなる。

以上より、製造メーカは、顧客の要求に応じて電圧制御発振器１０を作り分ける必要が無くなり、１つの電圧制御発振器１０からユーザが所望する可変幅を選択することができる。

また半導体素子３０は、従来のように負荷容量調整回路を必要としないので、この内部の回路構成を簡単にすることができる。そして調整素子１４の他端を接地するか否かは、ワイヤ５２を接合するか否かにより調整できるので、従来のように外部から設定データを書き込む必要がない。ワイヤボンディングは信頼性の高い製造工程なので、ボンディングの不良が発生することはなく、調整素子１４の他端を確実に接地することができる。よってこの製造工程において不良が発生して、電圧制御発振器１０を廃棄する事態が発生するのを防止できる。

また電圧制御発振器１０の製造方法によれば、可変幅を選択できる電圧制御発振器１０を基礎にして、ユーザの要求に応じて調整素子１４の他端を接地する又は接地しないの選択を行うことにより、ユーザの要求に適合した可変幅を得ることができる。よって可変幅について汎用性の高い電圧制御発振器１０が得られる。

次に、第２の実施形態について説明する。なお第２の実施形態では、第１の実施形態の変形例について説明するので、第１の実施形態と同様の構成部分の説明を省略または簡略する。図５は第２の実施形態に係る電圧制御発振器の説明図である。ここで図５（Ａ）は電圧制御発振器の平面図であり、図５（Ｂ）は電圧制御発振器の底面図であり、図５（Ｃ）は電圧制御発振器を実装基板に実装したときの説明図である。なお図５（Ａ）では、圧電振動子および蓋体の記載を省略している。

電圧制御発振器１０は、パッケージ３２に半導体素子３０と圧電振動子１２を収容している。そして半導体素子３０の上面に設けた調整用パッド２６や制御端子Ｖｃ等と、パッケージベース３４に設けたボンディング電極４４は、ワイヤ５２によって１対１に導通している。なお複数のボンディング電極４４のうちの２つはマウント電極４６と１対１に導通し、他のボンディング電極４４はパッケージベース３４の裏面に設けた外部端子４８と１対１に導通している。

そして図５（Ｂ）に例示するパッケージベース３４の場合、図の下側に位置する外部端子４８において、右側から左側にかけて順に第１外部端子４８ａ、第２外部端子４８ｂ、第３外部端子４８ｃとしている。また図の上側に位置する外部端子４８において、左側から右側にかけて順に第４外部端子４８ｄ、第５外部端子４８ｅ、第６外部端子４８ｆとしている。このとき第１外部端子４８ａに制御電圧が供給され、第３外部端子４８ｃに接地電位が与えられ、第４外部端子４８ｄが電圧制御発振器１０の出力信号を出力し、第６外部端子４８ｆに電源電圧が供給されるようになっている。また第２外部端子４８ｂは一方の調整用電極４４ａと導通し、第５外部端子４８ｅは他方の調整用電極４４ａと導通している。

そして図５（Ｃ）に示すように、電圧制御発振器１０を電気機器の実装基板５４に実装する場合は、実装基板５４上に形成した配線パターン５８に導電性接合材５６を塗布し、この導電性接合材５６の上に外部端子４８を重ねるよう電圧制御発振器１０を配設すればよい。このとき調整素子１４の他端を接地させたい場合には、この調整素子１４と導通している外部端子４８（第２外部端子４８ｂまたは第５外部端子４８ｅ）と配線パターン５８とを、導電性接合材５６を介して導通させればよい。また調整素子１４の他端を接地させたくない場合には、図５（Ｃ）に示すように、この調整素子１４と導通している外部端子４８（第２外部端子４８ｂまたは第５外部端子４８ｅ）の下方に配線パターン５８を設けることなく、この外部端子４８と配線パターン５８とを導通させないようにすればよい。

このような構成によっても第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。また調整素子１４と電気的に接続している外部端子４８を、接地電位が与えられた配線パターン５８と導通するか否かの判断は、ユーザが所望する可変幅に応じてユーザ自身が適宜選択することができる。このためユーザの選択によって、ユーザが所望する電圧制御発振器１０の可変幅を得ることができる。なお従来の電圧制御発振器、すなわち制御回路やメモリを備えた電圧制御発振器は、設定データを製造メーカが書き込んでおり、ユーザが書き込める形態となっていなかった。このため設定データが書き込まれた従来の電圧制御発振器は、その後に可変幅を変えることができない。

次に、第３の実施形態について説明する。なお第３の実施形態では、第１，２の実施形態の変形例について説明するので、第１，２の実施形態と同様の構成部分の説明を省略または簡略する。図６は第３の実施形態に係る電圧制御発振器の回路図である。第３の実施形態に係る電圧制御発振器６０は、圧電振動子１２、発振回路２０および可変幅の調整素子１４を有している。各調整素子１４の一端は、スイッチ部６２を介して、圧電振動子１
２と可変容量ダイオード２４の間に接続し、他端が接地している。すなわち一方の調整素子１４ａは、第１スイッチ部６２ａを介して圧電振動子１２のドレイン側に接続している。この第１スイッチ部６２ａは、スイッチの接続／開放を制御する信号が供給される第１調整用パッド２６ａに接続している。また他方の調整素子１４ｂは、第２スイッチ部６２ｂを介して圧電振動子１２のゲート側に接続している。この第２スイッチ部６２ｂは、スイッチの接続／開放を制御する信号が供給される第２調整用パッド２６ｂに接続している。

そして各スイッチ部６２は、供給される信号の電位によってスイッチの接続と開放を制御することができる。例えば、スイッチ部６２は、電源電圧が供給されるときはスイッチを接続し、接地電位が供給されるときはスイッチを開放にする構成であればよい。

そしてインバータ２２や制限抵抗Ｒｄ、帰還抵抗Ｒｆ、抵抗２８、可変容量ダイオード２４、調整素子１４、スイッチ部６２を集積化して、これらを１チップの半導体素子３０で構成することができる。この場合、各調整用パッド２６や制御端子Ｖｃ、出力端子ＯＵＴ、電源電圧端子Ｖを半導体素子３０の表面に設けて、外部から導通を取ることができるようにすればよい。

電圧制御発振器６０は、図５（Ａ）に示す形態と同様に、パッケージ３２に半導体素子３０と圧電振動子１２を収容している。この場合、パッケージベース３４に設けたボンディング電極４４は外部端子４８と１対１に導通している。なお外部端子４８は、図５（Ｂ）に示す形態と同様であればよい。このとき、例えば、第２外部端子４８ｂは第１調整用パッド２６ａと導通して、第１スイッチ部６２ａを制御する信号が供給されるようになっていればよい。また第５外部端子４８ｅは第２調整用パッド２６ｂと導通して、第２スイッチ部６２ｂを制御する信号が供給されるようになっていればよい。

そして電圧制御発振器６０の可変幅の調整方法（電圧制御発振器６０の製造方法）は、次のようになる。図７はスイッチ部を接続したとき又は接続しなかったときの容量変動範囲と可変幅の一例を示す表である。第１スイッチ部６２ａおよび第２スイッチ部６２ｂの両方ともスイッチを開放する信号「００」を電圧制御発振器６０が入力した場合、すなわち第２外部端子４８ｂおよび第５外部端子４８ｅにスイッチ部６２のスイッチを開放する信号が供給された場合、第１スイッチ部６２ａのスイッチが開放になるとともに、第２スイッチ部６２ｂのスイッチが開放になる。このとき圧電振動子１２に対する容量は可変容量ダイオード２４の容量だけになる。そして可変容量ダイオード２４に制御電圧を印加すると、可変容量ダイオード２４の容量が１から１０［ｐＦ］の範囲で変化し、このときの発振周波数の可変幅は５００［ｐｐｍ］となる。

また第１スイッチ部６２ａのスイッチを接続するとともに、第２スイッチ部６２ｂのスイッチを開放する信号「０１」を電圧制御発振器６０が入力した場合、すなわち第２外部端子４８ｂにスイッチを接続する信号が供給されるとともに、第５外部端子４８ｅにスイッチを開放する信号が供給された場合、第１スイッチ部６２ａのスイッチが接続するとともに、第２スイッチ部６２ｂのスイッチが開放になる。これにより一方の調整素子１４ａが可変容量ダイオード２４に並列接続するので、圧電振動子１２に対する容量が大きくなる。このとき可変容量ダイオード２４に制御電圧を印加すると、可変容量ダイオード２４の容量が変化するので、圧電振動子１２に対する容量が２から１１［ｐＦ］の範囲で変化し、このときの可変幅は３００［ｐｐｍ］となる。

また第１スイッチ部６２ａのスイッチを開放するとともに、第２スイッチ部６２ｂのスイッチを接続する信号「１０」を電圧制御発振器６０が入力した場合、すなわち第２外部端子４８ｂにスイッチを開放する信号が供給されるとともに、第５外部端子４８ｅにスイ
ッチを接続する信号が供給された場合、第１スイッチ部６２ａのスイッチが開放するとともに、第２スイッチ部６２ｂのスイッチが接続する。この場合においても、前述した場合と同様に、圧電振動子１２に対する容量が大きくなる。なお図７に示す場合では、他方の調整素子１４ｂの容量は、一方の調整素子１４ａの容量に比べて大きくなっている。このとき可変容量ダイオード２４に制御電圧を印加すると、可変容量ダイオード２４の容量が変化するので、圧電振動子１２に対する容量が３から１２［ｐＦ］の範囲で変化し、このときの可変幅は２００［ｐｐｍ］となる。

また第１スイッチ部６２ａおよび第２スイッチ部６２ｂの両方ともスイッチを接続する信号「１１」を電圧制御発振器６０が入力した場合、すなわち第２外部端子４８ｂおよび第５外部端子４８ｅにスイッチ部６２のスイッチを接続する信号が供給された場合、第１スイッチ部６２ａのスイッチが接続するとともに、第２スイッチ部６２ｂのスイッチも接続する。この場合においても、前述した場合と同様に、圧電振動子１２に対する容量が大きくなる。このとき可変容量ダイオード２４に制御電圧を印加すると、可変容量ダイオード２４の容量が変化するので、圧電振動子１２に対する容量が４から１３［ｐＦ］の範囲で変化し、このときの可変幅は１００［ｐｐｍ］となる。

そして、いずれのスイッチ部６２を接続するか、またはスイッチ部６２を開放にするかの判断は、ユーザの要求に応じて適宜判断すればよい。

このような半導体素子３０および電圧制御発振器６０によれば、調整素子１４と可変容量ダイオード２４との間にスイッチ部６２を接続したものを複数備えているので、可変幅を選択できるので、汎用性を高くすることができる。よって第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。

また電圧制御発振器６０の製造方法によれば、可変幅を調整できる電圧制御発振器６０を基礎にして、ユーザの要求に応じて各スイッチ部６２のスイッチを接続する又は開放する選択を行うことにより、ユーザの要求に適合した可変幅を得ることができる。よって可変幅について汎用性の高い電圧制御発振器６０が得られる。

また各スイッチ部６２の制御は、電圧制御発振器６０の外部から供給される信号によって行われる。すなわちユーザ側の機器から当該信号を供給することができる。このためユーザの制御によって、電圧制御発振器６０の可変幅を選択することができる。

なお第３の実施形態では、各スイッチ部６２にスイッチの接続と開放を制御する信号を供給する形態であるが、スイッチ部６２の制御方法はこの実施形態に限定されることはない。すなわち第１の実施形態で説明したワイヤ５２の接続によって容量を制御する形態と同様に、調整用パッド２６を半導体素子３０の表面に設けておき、この調整用パッド２６にワイヤ５２を接続するか否かによりスイッチ部６２の制御を行うことができる。この場合、スイッチ部６２は、外部端子４８、ボンディング電極４４、ワイヤ５２および調整用パッド２６を介してスイッチの切替信号を入力し、この切替信号に基づいてスイッチを接続（開放）するようにしておけばよい。すなわちスイッチ部６２は、切替信号を入力しないときはスイッチを開放（接続）しておき、切替信号を入力するとスイッチを接続（開放）するようになっていればよい。これにより調整用パッド２６にワイヤ５２を接続するか否かによって、スイッチ部６２の制御を行うことができる。

また第２の実施形態で説明した外部端子４８を接地させるか否かによって容量を制御する形態と同様に、ワイヤ５２およびボンディング電極４４を介して調整用パッド２６と外部端子４８を１対１に導通しておき、この外部端子４８を配線パターン５８に導通させるか否かによりスイッチ部６２のスイッチを接続（開放）するようにしておけばよい。この
場合、スイッチ部６２は、外部端子４８、ボンディング電極４４、ワイヤ５２および調整用パッド２６を介してスイッチの切替信号を入力し、この切替信号に基づいてスイッチを接続（開放）するようにしておけばよい。すなわちスイッチ部６２は、切替信号を入力しないときはスイッチを開放（接続）しておき、切替信号を入力するとスイッチを接続（開放）するようになっていればよい。これにより外部端子４８と配線パターン５８を導通させるか否かによって、スイッチ部６２の制御を行うことができる。

また第１ないし３の実施形態に係る電圧制御発振器１０，６０は２つの調整素子１４を設けた構成であるが、本発明はこの形態に限定されることはない。すなわち電圧制御発振器１０，６０は、調整素子１４を１つ以上備えていればよい。また電圧制御発振器１０，６０は、調整素子１４の他端にワイヤ５２を接続するか否かにより容量を調整する構成（第１の実施形態）と、外部端子４８と配線パターン５８を接続するか否かにより容量を調整する構成（第２の実施形態）と、スイッチ部６２の切り替えによって容量を調整する構成（第３の実施形態）とを任意に組み合わせることもできる。

次に、第４の実施形態について説明する。なお第４の実施形態では、調整素子の変形例について説明する。図８は第４の実施形態に係る調整素子の説明図である。調整素子７０は抵抗にすることができる。そして調整素子７０と短絡線７２とを並列接続した回路のいずれか一方の端部にスイッチ部７４を設けている。このような場合、調整素子７０および短絡線７２は可変容量ダイオード２４の他端に接続する。そして、可変容量ダイオード２４に調整素子７０（抵抗）が接続した場合は、可変容量ダイオード２４の一端と他端にかかる電圧差が、短絡線７２が接続した場合に比べて小さくなるので、可変容量ダイオード２４の容量変動範囲を変えることができる。

具体的には、ワイヤ７６の接続によって可変容量ダイオード２４の容量を変える場合は、図８（Ａ）に示す形態にすればよい。すなわち調整素子７０および短絡線７２の一端を接続するとともに、調整素子７０の他端および短絡線７２の他端のそれぞれに調整用パッド２６を接続しておく。この場合、調整素子７０および短絡線７２の一端を可変容量ダイオード２４の他端に接続するようにしておく。そして可変幅を調整する場合は、調整素子７０の他端に接続した調整用パッド２６と、短絡線７２の他端に接続した調整用パッド２６とのいずれか一方と、パッケージベース３４に設けた調整用電極４４ａとをワイヤ７６で接続すればよい。これにより可変容量ダイオード２４の他端が調整素子７０を介して接地する場合と、短絡線７２を介して接地する場合とでその電位差が変わり、容量変動範囲が変わるので、圧電振動子１２に対する容量を変えることができる。

またスイッチ部７４の接続先の切り替えによって可変容量ダイオード２４の容量を変える場合は、図８（Ｂ），（Ｃ）に示す形態にすればよい。すなわち図８（Ｂ）に示す形態にした場合は、調整素子７０および短絡線７２の一端を、スイッチ部７４を介して可変容量ダイオード２４の他端に接続するとともに、調整素子７０の他端および短絡線７２の他端を接地する構成にしておく。そしてスイッチ部７４は調整用パッド２６に接続しており、この調整用パッド２６に供給される切替信号によって、スイッチが調整素子７０および短絡線７２のいずれか一方を選択している。これにより可変容量ダイオード２４の他端が調整素子７０を介して接地する場合と、短絡線７２を介して接地する場合とを選択でき、各場合で可変容量ダイオード２４の電位差が変わり、容量変動範囲が変わるので、圧電振動子１２に対する容量を変えることができる。

また図８（Ｃ）に示す形態にした場合は、調整素子７０および短絡線７２の一端を接続し、調整素子７０の他端および短絡線７２の他端がスイッチ部７４を介して接地する構成にしておく。そしてスイッチ部７４は調整用パッド２６に接続しており、この調整用パッド２６に供給される切替信号によって、スイッチが調整素子７０および短絡線７２のいず
れか一方を選択している。これにより可変容量ダイオード２４の他端が調整素子７０を介して接地する場合と、短絡線７２を介して接地する場合とを選択でき、圧電振動子１２に対する容量を変えることができる。

なお電圧制御発振器１０，６０は、第１ないし３の実施形態で説明したような調整素子１４と圧電振動子１２の接続方法と、第４の実施形態で説明したような調整素子７０とを組み合わせて用いることもできる。

次に、第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は、半導体素子３０の実装方法の変形例について説明する。図９は、半導体素子が搭載されている部分を拡大した図である。第５の実施形態で説明する半導体素子３０の搭載方法は、凹陥部３８の底面８０（パッケージベース３４）に半導体素子３０をフェースダウンボンディングした構成である。第５の実施形態の場合には、複数の配線パターン８２（８２ａ，８２ｂ）が凹陥部３８の底面８０に設けてあり、各配線パターン８２の一方の端部が半導体素子３０の各端子に対向する位置に配設されている。この配線パターン８２の他の端部は、マウント電極４６や外部端子４８（図９には図示せず）に導通している。そして配線パターン８２の一方の端部にはバンプ８４が設けてあり、このバンプ８４を介して配線パターン８２と半導体素子３０に設けた端子等が導通している。

このような構成にした場合において、第１の実施形態等で説明したように、調整素子１４の他端に接続した調整用パッド２６を接地させる又は接地させないの選択をするには、次にようにすればよい。すなわち調整用パッド２６を接地させる場合は、この接地させる調整用パッド２６に対向して配設してある接地用の配線パターン８２ａの上にバンプ８４を設け、このバンプ８４上に半導体素子３０を載せて、バンプ８４を介して調整用パッド２６と配線パターン８２ａを接地すればよい。これに対し、調整用パッド２６を接地させない場合は、図９に示すように、この接地させない調整用パッド２６に対向している配線パターン８２ａの上にバンプ８４を配設することなく、他の配線パターン８２ｂに配設したバンプ８４上に半導体素子３０を載せればよい。これにより調整用パッド２６は、配線パターン８２ａと導通することがなく、接地することがない。

このように半導体素子３０とパッケージ３２側とを導通する手段（導通手段）としてワイヤ５２を用いるばかりでなく、バンプ８４を用いた場合であっても、本発明の電圧制御発振器を得ることができる。

第１の実施形態に係る電圧制御発振器の回路図である。 第１の実施形態に係る電圧制御発振器の断面図である。 第１の実施形態に係る電圧制御発振器の平面図である。 可変幅の調整方法の説明図である。 第２の実施形態に係る電圧制御発振器の説明図である。 第３の実施形態に係る電圧制御発振器の回路図である。 スイッチ部を接続したとき又は接続しなかったときの容量の可変範囲と可変幅の一例を示す表である。 第４の実施形態に係る調整素子の説明図である。 半導体素子が搭載されている部分を拡大した図である。

符号の説明

１０，６０…電圧制御発振器、１２…圧電振動子、１４，７０…調整素子、２０…発振回路、２４…可変容量ダイオード、２６…調整用パッド、３０…半導体素子、３２…パッケージ、４４ａ…調整用電極、４８…外部端子、５２…ワイヤ、６２，７４…スイッチ部、
７６…ワイヤ。

Claims (7)

1. 電圧制御発振器に用いる半導体素子であって、
   発振周波数の可変幅を調整する調整素子を備え、
   前記調整素子の一端と発振回路とを接続するとともに、
   前記半導体素子の表面に設けた調整用パッドと前記調整素子の他端とを接続した、
   ことを特徴とする半導体素子。
2. 電圧制御発振器に用いる半導体素子であって、
   発振周波数の可変幅を調整する調整素子と発振回路とを接続するとともに、前記調整素子にスイッチ部を接続し、
   前記スイッチ部は、前記半導体素子の表面に設けた調整用パッドと接続し、且つ、前記調整用パッドに供給される電位によって、前記調整素子を前記発振回路に作用させる又は作用させない制御を行う、
   ことを特徴とする半導体素子。
3. 前記調整素子は、コンデンサまたは抵抗であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体素子をパッケージに収容し、
   前記パッケージの内部に調整用電極を設けるとともに、前記調整用電極に導通した接地用の外部端子を前記パッケージの外部に設け、
   前記調整用パッドと前記調整用電極とを前記導通手段によって導通可能にしてある、
   ことを特徴とする電圧制御発振器。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体素子をパッケージに収容し、
   前記パッケージの内部に調整用電極を設けて、前記調整用パッドと前記調整用電極とを導通し、
   前記調整用電極に導通した外部端子を前記パッケージの外部に設け、
   前記外部端子を接地電位または電気的に開放した、
   ことを特徴とする電圧制御発振器。
6. 請求項２または３に記載の半導体素子をパッケージに収容し、
   前記パッケージの内部に調整用電極を設けて、前記調整用パッドと前記調整用電極とを導通し、
   前記調整用電極に導通した外部端子を前記パッケージの外部に設け、
   前記外部端子に前記スイッチ部の制御を行う信号を供給してなる、
   ことを特徴とする電圧制御発振器。
7. 発振周波数の可変幅を調整する調整素子の一端と発振回路とを接続するとともに、前記調整素子の他端と調整用パッドとを接続し、
   前記調整素子、前記調整用パッドおよび前記発振回路をパッケージに搭載し、
   前記パッケージに形成して、接地電位となっている調整用電極と、前記調整用パッドとを、要求される可変幅に応じて導通または非導通とする、
   ことを特徴とする電圧制御発振器の製造方法。

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