JP2020137036A - 発振器、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度な周波数信号を出力可能な発振器、ならびに、前記発振器を備える電子機器および移動体を提供すること。【解決手段】発振器は、支持部材を有する容器と、前記容器に収容されている第１振動片と、前記容器に収容されている第２振動片と、前記支持部材と前記第１振動片とを接合している第１接合部材と、前記第１振動片と前記第２振動片とを接合している第２接合部材と、を備え、前記第１振動片は、応力に対する周波数変化が最小となる支持点を複数有し、前記第１接合部材は、平面視で前記支持点のいずれかと重なっており、前記第２接合部材は、平面視で前記支持点のいずれかと重なっている。【選択図】図５

Description

本発明は、発振器、電子機器および移動体に関するものである。

例えば、特許文献１には、ベース基板と、ベース基板に４点で固着されている第２振動片と、第２振動片に２点で固着されている第１振動片と、を有する２周波用の振動子が記載されている。

特開２０１０−１１３６９号公報

このような振動子では、ベース基板との熱膨張係数差に起因する熱応力が第１振動片に生じ難くするために、第１振動片とベース基板との間に第２振動片を配置している。一方で、第２振動片は、４点でベース基板に固着されているため、ベース基板との熱膨張係数差に起因する熱応力が生じ易い。そのため、熱応力によって第２振動片の発振周波数が変動し易いという課題があった。

本発明の適用例に係る発振器は、支持部材を有する容器と、
前記容器に収容されている第１振動片と、
前記容器に収容されている第２振動片と、
前記支持部材と前記第１振動片とを接合している第１接合部材と、
前記第１振動片と前記第２振動片とを接合している第２接合部材と、を備え、
前記第１振動片は、応力に対する周波数変化が最小となる支持点を複数有し、
前記第１接合部材は、平面視で前記支持点のいずれかと重なっており、
前記第２接合部材は、平面視で前記支持点のいずれかと重なっていることを特徴とする。

本発明の適用例に係る発振器では、前記第１振動片は、ＳＣカット水晶振動片であり、
前記第２振動片は、ＡＴカット水晶振動片であることが好ましい。

本発明の適用例に係る発振器は、支持部材を有する容器と、
前記容器に収容されている第１振動片と、
前記容器に収容されている第２振動片と、
前記支持部材と前記第１振動片とを接合している第１接合部材と、
前記第１振動片と前記第２振動片とを接合している第２接合部材と、を備え、
前記第１振動片は、ＳＣカット水晶振動片であり、
前記第２接合部材は、前記第１接合部材と前記第１振動片の中心とを結ぶ第１仮想線上または前記第１仮想線と直交する第２仮想線上に配置されていることを特徴とする。

本発明の適用例に係る発振器では、前記第１振動片を発振させる発振回路をさらに備え、
前記第２振動片は、前記第１振動片の不要モードを抑圧するフィルターであることが好ましい。

本発明の適用例に係る発振器では、前記第１振動片を発振させる発振回路をさらに備え、
前記第２振動片は、前記発振回路からの信号と位相同期される電圧制御型発振器の一部であることが好ましい。

本発明の適用例に係る発振器では、前記第１振動片は、第１励振電極、前記第１励振電極に接続されている第１引出電極、第２励振電極および前記第２励振電極に接続されている第２引出電極を含み、
前記第２振動片は、第３励振電極、前記第３励振電極に接続されている第３引出電極、第４励振電極および前記第４励振電極に接続されている第４引出電極を含み、
前記第１引出電極は、第１ボンディングワイヤーを介して前記容器と電気的に接続され、
前記第２引出電極は、第２ボンディングワイヤーを介して前記容器と電気的に接続され、
前記第３引出電極は、第３ボンディングワイヤーを介して前記容器に電気的に接続され、
前記第４引出電極は、第４ボンディングワイヤーを介して前記容器に電気的に接続されていることが好ましい。

本発明の適用例に係る発振器では、前記第１引出電極、前記第２引出電極、前記第３引出電極および前記第４引出電極は、前記第１振動片の外周の一方向に沿ってこの順に配置されていることが好ましい。

本発明の適用例に係る発振器では、前記第１振動片を発振させる発振回路をさらに備え、
前記発振回路からの信号が入力されるフラクショナルＰＬＬ回路を備えることが好ましい。

本発明の適用例に係る電子機器は、上述の発振器と、
前記発振器の出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路と、を備えていることを特徴とする。

本発明の適用例に係る移動体は、上述の発振器と、
前記発振器の出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路と、を備えていることを特徴とする。

第１実施形態の発振器を示す断面図である。 第１振動片を示す平面図である。 図１の発振器を示す平面図である。 第２振動片を示す平面図である。 Ｘ’軸に対する応力Ｆの方向Ψと周波数変動との関係を示すグラフである。 図１に示す発振器の変形例を示す平面図である。 図１に示す発振器の変形例を示す平面図である。 ＰＬＬ回路を示す回路図である。 第２実施形態の発振器が有する発振回路を示す回路図である。 第３実施形態の発振器を示す平面図である。 第４実施形態の発振器を示す平面図である。 Ｘ軸に対する応力Ｆの方向Ψと周波数変動との関係を示すグラフである。 第５実施形態の発振器を示す断面図である。 第６実施形態のパーソナルコンピューターを示す斜視図である。 第７実施形態の自動車を示す斜視図である。

以下、本発明の発振器、電子機器および移動体の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の発振器を示す断面図である。図２は、第１振動片を示す平面図である。図３は、図１の発振器を示す平面図である。図４は、第２振動片を示す平面図である。図５は、Ｘ’軸に対する応力Ｆの方向Ψと周波数変動との関係を示すグラフである。図６および図７は、それぞれ、図１に示す発振器の変形例を示す平面図である。図８は、ＰＬＬ回路を示す回路図である。なお、説明の便宜上、図１、図３、図６および図７には、互いに直交するａ軸、ｂ軸およびｃ軸を図示している。また、以下では、ｃ軸方向プラス側を「上」とも言い、ｃ軸方向マイナス側を「下」とも言う。また、ｃ軸方向からの平面視を単に「平面視」とも言う。

図１に示す発振器１は、ＯＣＸＯ（恒温槽型水晶発振器）である。発振器１は、容器としてのパッケージ２と、パッケージ２に収容されている第１振動片５、第２振動片６、回路素子７および温度制御素子８と、を有する。また、回路素子７には発振回路７１および温度制御用回路７２が含まれており、温度制御素子８には温度センサー８１および発熱回路８２が含まれている。

パッケージ２は、上面に開放する凹部３１を有する支持部材としてのベース基板３と、凹部３１の開口を塞ぐようにベース基板３の上面に接合されているリッド４と、を有する。凹部３１の開口がリッド４で塞がれることにより、第１振動片５、第２振動片６、回路素子７および温度制御素子８を収納する収納空間Ｓ１が形成される。収納空間Ｓ１は、気密であり、減圧状態、好ましくはより真空に近い状態となっている。ただし、収納空間Ｓの雰囲気は、特に限定されず、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを封入した雰囲気であってもよく、減圧状態でなく大気圧状態または加圧状態となっていてもよい。

また、凹部３１は、ベース基板３の上面に開放する第１凹部３１１と、第１凹部３１１の底面に開放する第２凹部３１２と、第２凹部３１２の底面に開放する第３凹部３１３と、第３凹部３１３の底面に開放する第４凹部３１４と、を有する。そして、第２凹部３１２の底面に温度制御素子８が固定され、温度制御素子８に第１接合部材Ｂ１を介して第１振動片５の図１中のａ軸方向マイナス側の端部が固定され、第１振動片５の前記端部に第２接合部材Ｂ２を介して第２振動片６のａ軸方向マイナス側の端部が固定され、第４凹部３１４の底面に回路素子７が固定されている。このような配置によれば、第１振動片５、第２振動片６および回路素子７をｃ軸方向に重ねて配置することができるため、発振器１の小型化を図ることができる。

また、ベース基板３の第１凹部３１１の底面には複数の内部端子３２１が配置され、第３凹部３１３の底面には複数の内部端子３２２が配置され、ベース基板３の下面には複数の外部端子３２３が配置されている。複数の内部端子３２２のうちのいくつかは、内部端子３２１とベース基板３内に形成されている図示しない内部配線を介して電気的に接続され、残りのいくつかは、外部端子３２３と前記内部配線を介して電気的に接続されている。また、複数の内部端子３２１のいつくかは、ボンディングワイヤーＢＷ２を介して温度制御素子８と電気的に接続され、別のいくつかは第１、第２ボンディングワイヤーＢＷ１１、ＢＷ１２を介して第１振動片５と電気的に接続され、別のいくつかは第３、第４ボンディングワイヤーＢＷ１３、ＢＷ１４を介して第２振動片６と電気的に接続されている。また、複数の内部端子３２２は、それぞれ、ボンディングワイヤーＢＷ３を介して回路素子７と電気的に接続されている。

第１振動片５は、ＳＣカット水晶振動片である。これにより、周波数安定性に優れた第１振動片５となる。なお、ＳＣカットとは、水晶の結晶のＹ軸に直交する面をＸ軸まわりに３３°〜３５°程度回転し、回転後の位置から、さらに、Ｚ軸まわりに２２°〜２４°程度回転した面から切り出すカット角をいう。なお、図２、図３、図６および図７に示すように、説明の便宜上、回転後のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸をそれぞれＸ’軸、Ｙ”軸およびＺ’軸とする。

図２に示すように、第１振動片５は、ＳＣカットで切り出された円盤状の水晶基板５１と、水晶基板５１の表面に配置されている電極５２と、を有する。また、電極５２は、水晶基板５１の上面に配置されている第１励振電極５２１と、水晶基板５１の下面に配置され、水晶基板５１を介して第１励振電極５２１と対向している第２励振電極５３１と、を有する。また、電極５２は、水晶基板５１の上面であって、その縁部に並んで配置されている第１引出電極５２２および第２引出電極５３２と、第１励振電極５２１と第１引出電極５２２とを電気的に接続する配線５２３と、第２励振電極５３１と第２引出電極５３２とを電気的に接続する配線５３３と、を有する。

ただし、第１振動片５の構成は、特に限定されない。例えば、水晶基板５１の平面視形状は、円形に限定されず、例えば、楕円形、半円形、矩形、その他の多角形であってもよい。また、水晶基板５１の外縁部を研削するベベル加工や、水晶基板５１の上面および下面を凸曲面とするコンベックス加工が施されていてもよい。なお、ベベル加工やコンベックス加工は、上面または下面の一方にだけ施されていてもよい。また、第１振動片５として、ＳＣカット水晶振動片ではなく、ＡＴカット水晶振動片、ＢＴカット水晶振動片、音叉型水晶振動片、弾性表面波共振子、その他の圧電振動片、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）共振素子等を用いてもよい。

このような第１振動片５は、図３に示すように、下面を温度制御素子８側に向けた姿勢で、温度制御素子８の上面に第１接合部材Ｂ１を介して接合されている。本実施形態では、１つの第１接合部材Ｂ１によって第１振動片５と温度制御素子８とを接合しているため、第１振動片５は、その１か所においてかつ比較的小面積で温度制御素子８に固着されていると言える。そのため、ベース基板３の熱膨張や歪みに起因した応力が第１振動片５に伝わり難く、応力に起因する第１振動片５の発振周波数の変動を効果的に抑制することができる。なお、第１接合部材Ｂ１としては、特に限定されず、例えば、金属バンプ、半田、金属ペースト等の導電性を有するものであってもよいし、樹脂接着剤等の絶縁性を有するものであってもよい。

また、図３に示すように、第１振動片５の第１引出電極５２２は、第１ボンディングワイヤーＢＷ１１を介して内部端子３２１と電気的に接続されており、第２引出電極５３２は、第２ボンディングワイヤーＢＷ１２を介して内部端子３２１と電気的に接続されている。

また、図１に示すように、回路素子７は、発振回路７１と、温度制御用回路７２と、を有する。発振回路７１は、図２および図３に示すように、第１振動片５の第１、第２引出電極５２２、５３２にボンディングワイヤーＢＷ３、ＢＷ１１、ＢＷ１２等を介して接続されている。この発振回路７１は、第１振動片５から出力される信号を増幅して第１振動片５にフィードバックさせることにより、第１振動片５を発振させるための回路である。なお、第１振動片５と発振回路７１とで構成される回路は、例えば、ピアース発振回路、インバーター型発振回路、コルピッツ発振回路、ハートレー発振回路等である。

また、図１に示すように、温度制御素子８は、温度センサー８１および発熱回路８２を有する。このうち、温度センサー８１は、その周囲温度、特に第１振動片５の温度を検出する温度検出部としての機能を有し、発熱回路８２は、第１振動片５を加熱する発熱部としての機能を有する。本実施形態の場合、発熱回路８２で生じる熱は、第１接合部材Ｂ１を介して第１振動片５に伝達され、これにより、第１振動片５を効率的に加熱することができる。

また、温度制御用回路７２は、温度センサー８１の出力信号に基づき、発熱回路８２の抵抗を流れる電流量を制御し、第１振動片５を一定温度に保つための回路である。例えば、温度制御用回路７２は、温度センサー８１の出力信号から判定される現在の温度が設定された基準温度よりも低い場合には、発熱回路８２の抵抗に所望の電流を流し、現在の温度が基準温度よりも高い場合には発熱回路８２の抵抗に電流が流れないように制御する。また、例えば、温度制御用回路７２は、現在の温度と基準温度との差に応じて、発熱回路８２の抵抗を流れる電流量を増減させるように制御してもよい。

また、図３に示すように、温度制御素子８は、その上面に配置されている複数の端子８３を有する。これら複数の端子８３には、接地端子８３１と、発熱回路８２用の電源端子８３２と、温度制御用回路７２が出力する発熱制御信号を発熱回路８２に入力する入力端子８３３と、温度センサー８１の出力信号を出力する出力端子８４４と、が含まれる。そして、これら各端子８３は、ボンディングワイヤーＢＷ２を介して内部端子３２１と電気的に接続されている。

また、第２振動片６は、ＡＴカット水晶振動片である。これにより、ＡＴカット水晶振動子は、三次の温度周波数特性を有するため、周波数安定性に優れた第２振動片６となる。なお、ＡＴカットとは、水晶の結晶のＹ軸に直交する面をＸ軸まわりに３３°〜３５°程度回転した面から切り出すカット角をいう。

図４に示すように、第２振動片６は、ＡＴカットで切り出された矩形の水晶基板６１と、水晶基板６１の表面に配置されている電極６２と、を有する。なお、図示しないが、水晶基板６１は、その長手方向がＸ軸に沿っている。また、電極６２は、水晶基板６１の上面に配置されている第１励振電極６２１と、水晶基板６１の下面に配置され、水晶基板６１を介して第１励振電極６２１と対向している第２励振電極６３１と、を有する。また、電極６２は、水晶基板６１の上面であって、その縁部に並んで配置されている第１引出電極６２２および第２引出電極６３２と、第１励振電極６２１と第１引出電極６２２とを電気的に接続する配線６２３と、第２励振電極６３１と第２引出電極６３２とを電気的に接続する配線６３３と、を有する。

ただし、第２振動片６の構成は、特に限定されない。例えば、水晶基板６１の平面視形状は、矩形に限定されず、例えば、円形であってもよい。また、水晶基板６１の外縁部を研削するベベル加工や、水晶基板６１の上面および下面を凸曲面とするコンベックス加工が施されていてもよい。なお、ベベル加工やコンベックス加工は、上面または下面の一方にだけ施されていてもよい。また、第２振動片６として、ＡＴカット水晶振動片ではなく、ＳＣカット水晶振動片、ＢＴカット水晶振動片、音叉型水晶振動片、弾性表面波共振子、その他の圧電振動片、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）共振素子等を用いてもよい。

このような第２振動片６は、図１および図３に示すように、その下面を第１振動片５側に向けた姿勢で、第１振動片５の上面に第２接合部材Ｂ２を介して接合されている。特に、本実施形態では、第２振動片６が１つの第２接合部材Ｂ２によって第１振動片５に接合されているため、第２振動片６は、その１か所においてかつ比較的小面積で第１振動片５に固着されていると言える。そのため、ベース基板３の熱膨張や歪みに起因した応力が第２振動片６に伝わり難く、応力に起因する第２振動片６の発振周波数の変動を効果的に抑制することができる。なお、第２接合部材Ｂ２としては、特に限定されず、例えば、金属バンプ、半田、金属ペースト等の導電性を有するものであってもよいし、樹脂接着剤等の絶縁性を有するものであってもよい。また、第２接合部材Ｂ２の材料は、第１接合部材Ｂ１と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

また、図３に示すように、第２振動片６の第１引出電極６２２は、第３ボンディングワイヤーＢＷ１３を介して内部端子３２１と電気的に接続されており、第２引出電極６３２は、第４ボンディングワイヤーＢＷ１４を介して内部端子３２１と電気的に接続されている。

また、図３に示すように、平面視で、第１振動片５が有する第１引出電極５２２、第２引出電極５３２および第２振動片６が有する第１引出電極６２２、第２引出電極６３２は、第１振動片５の外周に沿ってこの順に配置されている。より具体的には、第１振動片５の中心Ｏ５の半時計まわりに、第１引出電極５２２、第２引出電極５３２、第１引出電極６２２、第２引出電極６３２の順に配置されている。これにより、第１振動片５が有する第１、第２引出電極５２２、５３２と、第２振動片６が有する第１、第２引出電極６２２、６３２とを分けて配置することができ、これらの間の容量結合を効果的に抑制することができる。そのため、第１、第２振動片５、６の振動特性の低下を効果的に抑制することができる。

ただし、第１、第２引出電極５２２、５３２および第１、第２引出電極６２２、６３２の配置としては、特に限定されず、例えば、ｃ軸方向からの平面視で、第１、第２引出電極５２２、５３２の間に第１、第２引出電極６２２、６３２が位置していてもよいし、反対に、第１、第２引出電極６２２、６３２の間に第１、第２引出電極５２２、５３２が位置していてもよい。

次に、第１振動片５と温度制御素子８とを接合している第１接合部材Ｂ１および第２振動片６と第１振動片５とを接合している第２接合部材Ｂ２の配置についてより詳細に説明する。図５は、ＳＣカットについて、Ｘ’軸に対する応力Ｆの方向Ψと受けた応力Ｆに起因した周波数変動との関係を示すグラフである。同図から、ＳＣカットでは、応力の方向がＸ’軸から０°、９０°、１８０°、または２７０°傾斜している場合に、周波数変動が最小（ゼロ）であることが分かる。

つまり、第１振動片５は、Ｘ’軸から０°、９０°、１８０°、または２７０°傾斜している箇所に、応力に対する周波数変化が最小となる支持点Ｐ１を有する。したがって、本実施形態では、図３に示すように、平面視で、第１振動片５と温度制御素子８とを接合する第１接合部材Ｂ１を、複数の支持点Ｐ１のいずれかと平面視で重なるように配置し、第２振動片６と第１振動片５とを接合する第２接合部材Ｂ２についても、複数の支持点Ｐ１のいずれかと平面視で重なるように配置している。これにより、第１振動片５の応力感度が十分に低下し、特に、実質的にゼロとなるため、第１振動片５の発振周波数の変動を効果的に抑制することができる。つまり、仮に、第１、第２接合部材Ｂ１、Ｂ２を介して第１振動片５に応力が伝わったとしても、その応力に影響を受けることなく、安定した発振周波数を出力することのできる第１振動片５が得られる。

なお、本実施形態では、平面視で、第１振動片５の中心Ｏ５と第１接合部材Ｂ１とを結ぶ仮想線を第１仮想線α１としたとき、第１仮想線α１は、Ｘ’軸に対して０°傾斜している。すなわち、第１仮想線α１は、中心Ｏ５を通りＸ’軸と平行な仮想線である。また、第２接合部材Ｂ２は、第１仮想線α１上に位置している。すなわち、第２接合部材Ｂ２は、平面視で、第１仮想線α１と重なっている。さらには、平面視で、第２接合部材Ｂ２は、第１接合部材Ｂ１と重なっている。これにより、第２接合部材Ｂ２が第１接合部材Ｂ１によって支持されるため、第２接合部材Ｂ２を介して第１振動片５上に第２振動片６を、固定し易くなる。

なお、上述の効果をより顕著に発揮するために、第１仮想線α１は、平面視で、第１接合部材Ｂ１の第１振動片５との接合面の中心と交わっていることが好ましい。ただし、これに限定されず、第１仮想線α１は、前記接合面の中心以外の部分と交わっていてもよいし、接合面の外縁に接していてもよい。また、本実施形態では、第１仮想線α１が第１振動片５の中心Ｏ５を通りＸ’軸と平行な仮想線であるが、これに限定されず、図６に示すように、第１振動片５の中心Ｏ５を通りＸ’軸と直交する仮想線であってもよい。つまり、第１仮想線α１は、中心Ｏ５を通り、Ｚ’軸と平行な仮想線であってもよい。このような構成によっても、第１接合部材Ｂ１が支持点Ｐ１と重なるため、前述した図３に示す構成の本実施形態で説明したのと同様の効果を発揮することができる。

また、本実施形態では、第２接合部材Ｂ２が、第１仮想線α１上に位置しているが、これに限定されず、図７に示すように、平面視で、第１仮想線α１と直交する第２仮想線α２上に位置していてもよい。このような構成によっても、第２接合部材Ｂ２が支持点Ｐ１と重なるため、前述した図３で示す構成の本実施形態で説明したのと同様の効果を発揮することができる。なお、第２仮想線α２は、平面視で、第２接合部材Ｂ２の第１振動片５との接合面の中心と交わっていることが好ましい。ただし、これに限定されず、第２仮想線α２は、前記接合面の中心以外の部分と交わっていてもよいし、接合面の外縁に接していてもよい。

次に、第２振動片６の機能、用途について説明する。第２振動片６の用途としては、特に限定されないが、本実施形態では、図８に示すように、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路９０に含まれるＶＣＸＯ（電圧制御型水晶発振器）である発振器９７の一部として機能する。このように、発振器９７の一部として機能する第２振動片６を第１振動片５上に配置し、第１振動片５と共にパッケージ２に収容することにより、発振器１の小型化を図ることができる。なお、発振器９７は、第２振動片６と、第２振動片６と電気的に接続されている発振回路９７１と、を有する。

以下、具体的に説明すると、図８に示すように、発振器１は、上述の構成に加えて、発振器９７を含むＰＬＬ回路９０と、出力バッファー回路９９と、を有する。そして、ＰＬＬ回路９０の一部および出力バッファー回路９９は、回路素子７に混載されている。具体的には、例えば、後述する第１位相比較器９１、電圧制御型発振器９３、第１分周器９４、第２位相比較器９５、第２分周器９８および発振回路９７１が回路素子７内に設けられ、第１ローパスフィルター９２および第２ローパスフィルター９６が回路素子７とは別体で設けられている。図示しないが、第１ローパスフィルター９２および第２ローパスフィルター９６は、例えば、パッケージ２の外側であって、ベース基板３の下面に設けることができる。ただし、これら回路要素の配置としては、特に限定されない。

ＰＬＬ回路９０は、発振回路７１から出力される基準周波数信号が入力される第１位相比較器９１と、第１ローパスフィルター９２と、第１ローパスフィルター９２からの直流信号が入力される電圧制御型発振器９３と、電圧制御型発振器９３から出力される周波数信号が入力される第１分周器９４と、を有し、第１分周器９４で分周された周波数信号は、第１位相比較器９１に入力される。第１位相比較器９１では、基準周波数信号と周波数信号との間の位相差を検出し、第１ローパスフィルター９２に出力する。第１ローパスフィルター９２では、第１位相比較器９１からの出力信号から高周波成分を除去し、電圧に変換して、電圧制御型発振器９３を制御する直流信号として出力される。

第１分周器９４は、例えば、整数の分周比を切り替えて平均的に小数の分周比とすることにより、小数の分周比を設定可能である。これにより、第１位相比較器９１、第１ローパスフィルター９２、電圧制御型発振器９３および第１分周器９４で構成される前段のＰＬＬ回路部分は、小数分周ＰＬＬ回路９０１（フラクショナルＰＬＬ回路）として機能する。その結果、小数分周ＰＬＬ回路９０１では、任意の周波数の信号を出力することが可能になる。

このように、ＰＬＬ回路９０の前段部分を小数分周ＰＬＬ回路９０１とすることにより、次のような効果を発揮することもできる。一般的な発振器では、振動片をベース基板に固定した後に、レーザー照射によって振動片の電極の一部を除去して振動片の周波数調整を行う。しかしながら、発振器１では、前述したように、第１振動片５の上方に第２振動片６が配置されているため、第２振動片６に邪魔をされて、第１振動片５の電極５２にレーザーを照射することができず、第１振動片５の周波数調整が困難な場合がある。このような場合でも、ＰＬＬ回路９０の前段部分を小数分周ＰＬＬ回路としておけば、当該回路から任意の周波数の信号を出力することが可能となる。一方、第１振動片６の上方に位置する第２振動片６については、レーザー照射による周波数調整が可能である。したがって、ＰＬＬ回路９０として必要な発振器９７の周波数可変幅をより確実に確保することができる。つまり、発振器１は、前段部分を小数分周ＰＬＬ回路９０１としたＰＬＬ回路９０と組み合わせることにより、その効果がより増大する。

また、ＰＬＬ回路９０は、電圧制御型発振器９３から出力される周波数信号が入力される第２位相比較器９５と、第２ローパスフィルター９６と、発振器９７と、発振器９７から出力される周波数信号が入力される第２分周器９８と、を有し、第２分周器９８で分周された周波数信号は、第２位相比較器９５に入力される。第２位相比較器９５では、周波数信号と周波数信号との間の位相差を検出し、第２ローパスフィルター９６に出力する。第２ローパスフィルター９６では第２位相比較器９５からの出力信号から高周波成分を除去し、電圧に変換して、発振器９７を制御する直流信号として出力される。

第２分周器９８は、例えば、入力された信号を整数分周する整数分周器である。これにより、第２位相比較器９５、第２ローパスフィルター９６、発振器９７および第２分周器９８で構成される後段のＰＬＬ回路部分は、整数分周ＰＬＬ回路９０２（インテジャーＰＬＬ回路）として機能する。その結果、位相ノイズが比較的少なく、回路構成も比較的単純な回路とすることができる。そして、発振器９７からは、直流信号の電圧に応じた周波数信号が出力バッファー回路９９に向けて出力される。

このようなＰＬＬ回路９０によれば、出力バッファー回路９９から精度のよい周波数信号を出力することができる。

以上、発振器１について説明した。このような発振器１は、前述したように、支持部材としてのベース基板３を有する容器としてのパッケージ２と、パッケージ２に収容されている第１振動片５と、パッケージ２に収容されている第２振動片６と、ベース基板３と第１振動片５とを接合している第１接合部材Ｂ１と、第１振動片５と第２振動片６とを接合している第２接合部材Ｂ２と、を備える。また、第１振動片５は、応力に対する周波数変化が最小となる支持点Ｐ１を複数有し、第１接合部材Ｂ１は、平面視で支持点Ｐ１のいずれかと重なっており、第２接合部材Ｂ２は、平面視で支持点Ｐ１のいずれかと重なっている。このような構成とすることにより、第１振動片５の応力感度が十分に低下し、特に、実質的にゼロとなり、第１振動片５の発振周波数の変動をより効果的に抑制することができる。そのため、優れた周波数特性を有する発振器１が得られる。

また、前述したように、第１振動片５は、ＳＣカット水晶振動片であり、第２振動片６は、ＡＴカット水晶振動片である。これにより、第１振動片５および第２振動片６が共に周波数温度特性に優れる振動片となる。特に、第２振動片６をＡＴカット水晶振動片とすることにより、第２振動片６を第１振動片５と比べて小型なものとすることができるため、第２振動片６を収容することによるパッケージ２の大型化を抑制することができる。

また、別の言い方をすれば、発振器１は、ベース基板３を有するパッケージ２と、パッケージ２に収容されている第１振動片５と、パッケージ２に収容されている第２振動片６と、ベース基板３と第１振動片５とを接合している第１接合部材Ｂ１と、第１振動片５と第２振動片６とを接合している第２接合部材Ｂ２と、を備える。また、第１振動片５は、ＳＣカット水晶振動片である。そして、第２接合部材Ｂ２は、平面視で、第１接合部材Ｂ１と第１振動片５の中心とを結ぶ第１仮想線α１上または第１仮想線α１と直交する第２仮想線α２上に配置されている。このような構成とすることにより、第１振動片５の応力感度が十分に低下し、特に、実質的にゼロとなり、第１振動片５の発振周波数の変動をより効果的に抑制することができる。そのため、優れた周波数特性を有する発振器１が得られる。

また、前述したように、発振器１は、第１振動片５を発振させる発振回路７１を備える。また、第２振動片６は、発振回路７１からの信号と位相同期される電圧制御型発振器、特に電圧制御型水晶発振器である発振器９７の一部である。これにより、発振器９７から精度のよい周波数信号を出力することができる。

また、前述したように、第１振動片５は、第１励振電極５２１、第１励振電極５２１に接続されている第１引出電極５２２、第２励振電極５３１および第２励振電極５３１に接続されている第２引出電極５３２を含む。また、第２振動片６は、第３励振電極としての第１励振電極６２１、第１励振電極６２１に接続されている第３引出電極としての第１引出電極６２２、第４励振電極としての第２励振電極６３１および第２励振電極６３１に接続されている第４引出電極としての第２引出電極６３２を含む。そして、第１引出電極５２２は、第１ボンディングワイヤーＢＷ１１を介してパッケージ２と電気的に接続され、第２引出電極５３２は、第２ボンディングワイヤーＢＷ１２を介してパッケージ２と電気的に接続され、第１引出電極６２２は、第３ボンディングワイヤーＢＷ１３を介してパッケージ２に電気的に接続され、第２引出電極６３２は、第４ボンディングワイヤーＢＷ１４を介してパッケージ２に電気的に接続されている。このように、第１〜第４ボンディングワイヤーＢＷ１１〜ＢＷ１４を用いることにより、第１、第２振動片５、６とパッケージ２との電気的な接続が容易となる。

また、前述したように、第１引出電極５２２、第２引出電極５３２、第１引出電極６２２および第２引出電極６３２は、第１振動片５の外周の一方向に沿ってこの順に配置されている。これにより、第１振動片５が有する電極５２と第２振動片６が有する電極６２とを分けて配置することができるため、これらの間の容量結合を効果的に抑制することができる。そのため、第１、第２振動片５、６の振動特性の低下を効果的に抑制することができる。

また、前述したように、発振器１は、第１振動片５を発振させる発振回路７１を備える。また、発振器１は、発振回路７１からの信号が入力されるフラクショナルＰＬＬ回路である小数分周ＰＬＬ回路９０１を備える。そのため、第１振動片５の周波数調整を精度よく行う必要がなくなり、発振器１の製造が容易となる。

＜第２実施形態＞
図９は、第２実施形態の発振器が有する発振回路を示す回路図である。

本実施形態は、第２振動片６の機能が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図９において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

本実施形態の発振器１では、第２振動片６は、第１振動片５の不要モードを抑圧するフィルターとして機能する。ＳＣカット水晶振動片である第１振動片５は、副共振と呼ばれる不要モード（Ｂモード）を有する。そして、この副共振の周波数が主共振（Ｃモード）の周波数に対して１．０９倍程度と比較的近く、不要モードでの誤発振が生じ易い。そこで、本実施形態では、不要モードを抑圧するフィルターとして第２振動片６を用いている。図９に、発振回路７１の一例としてのコルピッツ発振回路を示す。この回路では、トランジスタのエミッタからベース容量Ｃｂ１、Ｃｂ２の接続点に至る帰還枝にフィルターとしての第２振動片６が接続されている。これにより、第２振動片６によって狭帯域のフィルターが構成され、不要モードでの誤発振を効果的に抑制することができる。

以上のように、本実施形態の発振器１は、第１振動片５を発振させる発振回路７１を備える。また、第２振動片６は、第１振動片５の不要モードを抑圧するフィルターである。これにより、不要モードでの誤発振を効果的に抑制することができる。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
図１０は、第３実施形態の発振器を示す平面図である。なお、図１０では、説明の便宜上、第１振動片５の下方に位置する第３、第４凹部３１３、３１４および回路素子７の図示を省略している。

本実施形態は、発振器１が２つの第２振動片６Ａ、６Ｂを有すること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１０において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図１０に示すように、本実施形態の発振器１は、２つの第２振動片６Ａ、６Ｂを有し、第２振動片６Ａは、前述した第２接合部材Ｂ２と同様の第２接合部材Ｂ２１を介して第１振動片５に接合され、第２振動片６Ｂは、前述した第２接合部材Ｂ２と同様の第２接合部材Ｂ２２を介して第１振動片５に接合されている。第２振動片６Ａ、６Ｂは、それぞれ、前述した第１実施形態の第２振動片６と同様の構成である。そして、一方の第２振動片６Ａは、前述した第１実施形態と同様に、ＰＬＬ回路９０に含まれる発振器９７が有する振動片として機能し、他方の第２振動片６Ｂは、前述した第２実施形態と同様に、第１振動片５の不要モードを抑圧するフィルターとして機能する。また、第２接合部材Ｂ２１、Ｂ２２は、共に、第１仮想線α１上に位置し、中心Ｏ５に対して互いに反対側に位置している。これにより、第１振動片５が応力の影響を受け難くなると共に、第２振動片６Ａ、６Ｂを配置し易くなる。なお、図示していないが、第２接合部材Ｂ２１、２２の少なくとも一方は、前述した支持点Ｐ１のいずれかと平面視で重なるように配置されていてもよい。

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
図１１は、第４実施形態の発振器を示す平面図である。図１２は、Ｘ軸に対する応力Ｆの方向Ψと周波数変動との関係を示すグラフである。なお、図１１では、説明の便宜上、第１振動片５の下方に位置する第３、第４凹部３１３、３１４および回路素子７の図示を省略している。

本実施形態は、第１振動片５がＡＴカット水晶振動片であること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１１および図１２において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図１１に示すように、本実施形態の発振器１では、第１振動片５がＡＴカット水晶振動片である。ＡＴカットとは、水晶の結晶のＹ軸に直交する面をＸ軸まわりに３３°〜３５°程度回転した面から切り出すカット角をいう。なお、図１１では、回転後のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸をそれぞれＸ軸、Ｙ’軸およびＺ’軸とする。そして、図１２は、ＡＴカットについて、Ｘ軸に対する応力Ｆの方向Ψと受けた応力Ｆに起因した周波数変動との関係を示すグラフである。同図から、ＡＴカットでは、応力の方向がＸ軸から６０°、１２０°傾斜している場合に、周波数変動が最小（ゼロ）であることが分かる。

つまり、第１振動片５は、Ｘ軸から６０°、１２０°傾斜している箇所に、応力に対する周波数変化が最小となる支持点Ｐ１を有する。したがって、本実施形態では、図１１に示すように、平面視で、第１振動片５と温度制御素子８とを接合する第１接合部材Ｂ１を、複数の支持点Ｐ１のいずれかと重なるように配置し、第２振動片６と第１振動片５とを接合する第２接合部材Ｂ２についても、複数の支持点Ｐ１のいずれかと重なるように配置している。これにより、第１振動片５の応力感度が十分に低下し、特に、実質的にゼロとなるため、第１振動片５の発振周波数の変動を効果的に抑制することができる。つまり、仮に、第１、第２接合部材Ｂ１、Ｂ２を介して第１振動片５に応力が伝わったとしても、その応力に影響を受けることなく、安定した発振周波数を出力することのできる第１振動片５が得られる。

本実施形態では、平面視で、第１振動片５の中心Ｏ５と第１接合部材Ｂ１とを結ぶ第１仮想線α１は、Ｘ軸に対して１２０°傾斜している。また、第２接合部材Ｂ２は、第１仮想線α１上に位置している。すなわち、第２接合部材Ｂ２は、平面視で、第１仮想線α１と重なっている。さらには、平面視で、第２接合部材Ｂ２は、第１接合部材Ｂ１と重なっている。ただし、これに限定されず、第１仮想線α１は、Ｘ軸に対して６０°傾斜していてもよい。このような構成によっても、第１接合部材Ｂ１が支持点Ｐ１と重なるため、本実施形態と同様の効果を発揮することができる。

このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第５実施形態＞
図１３は、第５実施形態の発振器を示す断面図である。

本実施形態は、パッケージ２を収納する外側パッケージ１０をさらに備えること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１３において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図１３に示す発振器１は、パッケージ２を収容する外側パッケージ１０を有する。外側パッケージ１０は、実装基板１０１と、実装基板１０１の上面に接合されているリッド１０２と、を有する。そして、このような外側パッケージ１０の内部には気密な収納空間Ｓ２が形成されており、収納空間Ｓ２内にパッケージ２が収納されている。また、パッケージ２は、リードフレーム１０３を介して実装基板１０１に実装され、このリードフレーム１０３を介してパッケージ２と実装基板１０１とが電気的に接続されている。また、実装基板１０１の下面には、発振器１を基板等に実装するための実装端子１０４が設けられている。また、収納空間Ｓ２には、実装基板１０１の上面に配置されている回路素子１０５および複数のコンデンサーや抵抗等の回路部品１０６が収納されている。なお、回路素子１０５や回路部品１０６は、回路素子７の一部として設けられていてもよいし、回路素子７とは別の回路を構成するものであってもよい。

収納空間Ｓ２は、減圧状態、好ましくはより真空に近い状態となっている。ただし、収納空間Ｓ２の雰囲気は、特に限定されず、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを封入した雰囲気であってもよく、減圧状態でなく大気圧状態または加圧状態となっていてもよい。

実装基板１０１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、絶縁性を有するガラスエポキシ樹脂やセラミックス等が挙げられる。また、実装基板１０１に設けられている配線や端子は、例えば、全面に銅箔が施された基板について銅箔をエッチングする方法、タングステン、モリブデン等の金属配線材料を基板上にスクリーン印刷して焼成し、その上にニッケル、金等のめっきを施す方法等で形成することができる。また、リッド１０２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、金属材料、樹脂材料等が挙げられ、これらの複合材料であってもよい。このうち、金属材料を用いることにより、外側パッケージ１０には外部からの電磁ノイズを遮蔽または減衰するシールド効果を付与することができる。また、リードフレーム１０３の構成材料には、例えば、４２アロイのような鉄ニッケル合金等、熱伝導率の低い鉄系の合金にニッケルめっきを施した材料が好ましく用いられる。

このような発振器１によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第６実施形態＞
図１４は、第６実施形態のパーソナルコンピューターを示す斜視図である。

図１４に示す電子機器としてのパーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、発振器１が内蔵されている。また、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２や表示部１１０８などの制御に関する演算処理を行う信号処理回路１１１０を備えている。信号処理回路１１１０は、発振器１から出力される発振信号に基づいて動作する。

このように、電子機器としてのパーソナルコンピューター１１００は、発振器１と、発振器１の出力信号（発振信号）に基づいて信号処理を行う信号処理回路１１１０と、を備える。そのため、前述した発振器１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

なお、発振器１を備える電子機器は、前述したパーソナルコンピューター１１００の他、例えば、デジタルスチールカメラ、スマートフォン、タブレット端末、スマートウォッチを含む時計、インクジェット式吐出装置、例えばインクジェットプリンター、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等のウェアラブル端末、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡のような医療機器、魚群探知機、各種測定機器、車両、航空機、船舶のような計器類、携帯端末用の基地局、フライトシミュレーター等であってもよい。

＜第７実施形態＞
図１５は、第７実施形態の自動車を示す斜視図である。

図１５に示すように、移動体としての自動車１５００には、発振器１と、発振器１から出力される発振信号に基づいて動作する信号処理回路１５１０と、が内蔵されている。発振器１と信号処理回路１５１０は、例えば、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。

このように、移動体としての自動車１５００は、発振器１と、発振器１の出力信号（発振信号）に基づいて信号処理を行う信号処理回路１５１０と、を備える。そのため、前述した発振器１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

なお、発振器１を備える移動体は、自動車１５００の他、例えば、ロボット、ドローン、二輪車、航空機、船舶、電車、ロケット、宇宙船等であってもよい。

以上、本発明の発振器、電子機器および移動体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

１…発振器、１０…外側パッケージ、１０１…実装基板、１０２…リッド、１０３…リードフレーム、１０４…実装端子、１０５…回路素子、１０６…回路部品、２…パッケージ、３…ベース基板、３１…凹部、３１１…第１凹部、３１２…第２凹部、３１３…第３凹部、３１４…第４凹部、３２１、３２２…内部端子、３２３…外部端子、４…リッド、５…第１振動片、５１…水晶基板、５２…電極、５２１…第１励振電極、５２２…第１引出電極、５２３…配線、５３１…第２励振電極、５３２…第２引出電極、５３３…配線、６、６Ａ、６Ｂ…第２振動片、６１…水晶基板、６２…電極、６２１…第１励振電極、６２２…第１引出電極、６２３…配線、６３１…第２励振電極、６３２…第２引出電極、６３３…配線、７…回路素子、７１…発振回路、７２…温度制御用回路、８…温度制御素子、８１…温度センサー、８２…発熱回路、８３…端子、８３１…接地端子、８３２…電源端子、８３３…入力端子、８４４…出力端子、９０…ＰＬＬ回路、９０１…小数分周ＰＬＬ回路、９０２…整数分周ＰＬＬ回路、９１…第１位相比較器、９２…第１ローパスフィルター、９３…電圧制御型発振器、９４…第１分周器、９５…第２位相比較器、９６…第２ローパスフィルター、９７…発振器、９７１…発振回路、９８…第２分周器、９９…出力バッファー回路、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体、１１０６…表示ユニット、１１０８…表示部、１１１０…信号処理回路、１５００…自動車、１５１０…信号処理回路、Ｂ１…第１接合部材、Ｂ２、Ｂ２１、Ｂ２２…第２接合部材、ＢＷ１１…第１ボンディングワイヤー、ＢＷ１２…第２ボンディングワイヤー、ＢＷ１３…第３ボンディングワイヤー、ＢＷ１４…第４ボンディングワイヤー、ＢＷ２、ＢＷ３…ボンディングワイヤー、Ｃｂ１、Ｃｂ２…ベース容量、Ｏ５…中心、Ｐ１…支持点、Ｓ１、Ｓ２…収納空間、α１…第１仮想線、α２…第２仮想線

Claims (10)

1. 支持部材を有する容器と、
   前記容器に収容されている第１振動片と、
   前記容器に収容されている第２振動片と、
   前記支持部材と前記第１振動片とを接合している第１接合部材と、
   前記第１振動片と前記第２振動片とを接合している第２接合部材と、を備え、
   前記第１振動片は、応力に対する周波数変化が最小となる支持点を複数有し、
   前記第１接合部材は、平面視で前記支持点のいずれかと重なっており、
   前記第２接合部材は、平面視で前記支持点のいずれかと重なっていることを特徴とする発振器。
2. 前記第１振動片は、ＳＣカット水晶振動片であり、
   前記第２振動片は、ＡＴカット水晶振動片である請求項１に記載の発振器。
3. 支持部材を有する容器と、
   前記容器に収容されている第１振動片と、
   前記容器に収容されている第２振動片と、
   前記支持部材と前記第１振動片とを接合している第１接合部材と、
   前記第１振動片と前記第２振動片とを接合している第２接合部材と、を備え、
   前記第１振動片は、ＳＣカット水晶振動片であり、
   前記第２接合部材は、前記第１接合部材と前記第１振動片の中心とを結ぶ第１仮想線上または前記第１仮想線と直交する第２仮想線上に配置されていることを特徴とする発振器。
4. 前記第１振動片を発振させる発振回路をさらに備え、
   前記第２振動片は、前記第１振動片の不要モードを抑圧するフィルターである請求項１ないし３のいずれか一項に記載の発振器。
5. 前記第１振動片を発振させる発振回路をさらに備え、
   前記第２振動片は、前記発振回路からの信号と位相同期される電圧制御型発振器の一部である請求項１ないし３のいずれか一項に記載の発振器。
6. 前記第１振動片は、第１励振電極、前記第１励振電極に接続されている第１引出電極、第２励振電極および前記第２励振電極に接続されている第２引出電極を含み、
   前記第２振動片は、第３励振電極、前記第３励振電極に接続されている第３引出電極、第４励振電極および前記第４励振電極に接続されている第４引出電極を含み、
   前記第１引出電極は、第１ボンディングワイヤーを介して前記容器と電気的に接続され、
   前記第２引出電極は、第２ボンディングワイヤーを介して前記容器と電気的に接続され、
   前記第３引出電極は、第３ボンディングワイヤーを介して前記容器に電気的に接続され、
   前記第４引出電極は、第４ボンディングワイヤーを介して前記容器に電気的に接続されている請求項１ないし５のいずれか一項に記載の発振器。
7. 前記第１引出電極、前記第２引出電極、前記第３引出電極および前記第４引出電極は、前記第１振動片の外周の一方向に沿ってこの順に配置されている請求項６に記載の発振器。
8. 前記第１振動片を発振させる発振回路をさらに備え、
   前記発振回路からの信号が入力されるフラクショナルＰＬＬ回路を備える請求項１ないし７のいずれか一項に記載の発振器。
9. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の発振器と、
   前記発振器の出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路と、を備えていることを特徴とする電子機器。
10. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の発振器と、
    前記発振器の出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路と、を備えていることを特徴とする移動体。

Images