JP2022026267A - 発振器 - Google Patents

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学 近藤
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Abstract

【課題】外部の熱が振動素子に伝わり難く、安定した周波数特性を有する発振器を提供する。【解決手段】発振器は、外側パッケージと、前記外側パッケージに収容され、断熱部材を介して前記外側パッケージに固定されている内側パッケージと、前記内側パッケージに収容されている振動素子と、温度センサーと、前記振動素子を発振させ、前記温度センサーに基づいて温度補償された発振信号を生成する発振回路を含み、前記内側パッケージに収容されている第１回路素子と、前記外側パッケージに固定され、前記発振信号の周波数を制御する周波数制御回路を含む第２回路素子と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、発振器に関する。
特許文献１には、外側パッケージと、外側パッケージに収容された内側パッケージと、内側パッケージに収容された振動素子と、外側パッケージに収容されており、内側パッケージ上に配置されている回路素子と、を有する発振器が記載されている。また、特許文献１の発振器では、回路素子に温度センサーが含まれており、温度センサーが検出する温度に基づいて出力信号の周波数を補正する。
特開２０１７－１７５２０２号公報
しかしながら、特許文献１の発振器では、温度センサーを含む回路素子が振動素子を収容する内側パッケージの外側に位置しているため、温度センサーと振動素子との温度差が生じ易く、出力信号の補正を高い精度で行うことが困難となる。そのため、出力信号の周波数精度が低下するおそれがあった。
本発明の発振器は、外側パッケージと、
前記外側パッケージに収容され、断熱部材を介して前記外側パッケージに固定されている内側パッケージと、
前記内側パッケージに収容されている振動素子と、
温度センサーと、
前記振動素子を発振させ、前記温度センサーに基づいて温度補償された発振信号を生成する発振回路を含み、前記内側パッケージに収容されている第１回路素子と、
前記外側パッケージに固定され、前記発振信号の周波数を制御する周波数制御回路を含む第２回路素子と、を有する。
第１実施形態の発振器を示す断面図である。 図１の発振器が有する内側パッケージ内を示す平面図である。 図１の発振器が有する第２回路素子の回路図である。 第２実施形態の発振器を示す断面図である。 第３実施形態の発振器を示す断面図である。 第４実施形態の発振器を示す断面図である。
以下、本発明の発振器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、図１の発振器が有する内側パッケージ内を示す平面図である。図３は、図１の発振器が有する第２回路素子の回路図である。なお、説明の便宜上、図１および図２には、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示している。また、Ｘ軸に沿う方向をＸ軸方向、Ｙ軸に沿う方向をＹ軸方向、Ｚ軸に沿う方向をＺ軸方向とも言う。また、発振器１の厚さ方向であるＺ軸方向の矢印側を「上」とも言い、反対側を「下」とも言う。また、Ｚ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、外側パッケージ２と、温度補償型水晶発振器３（ＴＣＸＯ）と、第２回路素子４と、を有する。また、温度補償型水晶発振器３は、内側パッケージ５と、内側パッケージ５に収容された振動素子６および第１回路素子７と、を有する。
外側パッケージ２は、第２ベース基板２１を有する。第２ベース基板２１は、表裏関係にある上面２１ａおよび下面２１ｂを有する。また、第２ベース基板２１は、上面２１ａに開口する第２凹部である有底の凹部２１１と、下面２１ｂに開口する第３凹部である有底の凹部２１２と、を有する。そのため、第２ベース基板２１は、Ｈ型の断面形状をなしている。また、凹部２１１は、複数の凹部で構成されており、上面２１ａに開口する凹部２１１ａと、凹部２１１ａの底面に開口し、凹部２１１ａよりも開口が小さい凹部２１１ｂと、を有する。また、凹部２１２は、複数の凹部で構成されており、下面２１ｂに開口する凹部２１２ａと、凹部２１２ａの底面に開口し、凹部２１２ａよりも開口が小さい凹部２１２ｂと、を有する。そして、凹部２１１ｂの底面に温度補償型水晶発振器３が断熱部材８を介して固定され、凹部２１２ｂの底面に第２回路素子４が固定されている。
また、凹部２１１ａの底面には複数の内部端子２４１が配置され、凹部２１２ａの底面には複数の内部端子２４２が配置され、下面２１ｂには複数の実装端子２４３が配置されている。これら端子２４１、２４２、２４３は、第２ベース基板２１内に形成された図示しない内部配線を介して電気的に接続されている。各内部端子２４１は、ボンディングワイヤーＢＷ３を介して内側パッケージ５と電気的に接続され、各内部端子２４２は、ボンディングワイヤーＢＷ４を介して第２回路素子４と電気的に接続されている。そして、発振器１は、複数の実装端子２４３を介して図示しない外部装置と電気的に接続される。
また、外側パッケージ２は、第２リッド２２を有する。第２リッド２２は、第２ベース基板２１の上面２１ａに接合部材２３を介して接合され、凹部２１１の開口を塞いでいる。このように凹部２１１の開口を第２リッド２２で塞ぐことにより、外側パッケージ２の内部に気密な第２収容空間Ｓ２が形成される。そして、第２収容空間Ｓ２に、温度補償型水晶発振器３が収容されている。
第２収容空間Ｓ２は、減圧状態、好ましくは、より真空に近い状態である。これにより、外側パッケージ２の断熱性が高まり、外部の温度の影響を受け難い発振器１となる。また、第２収容空間Ｓ２内に配置された温度補償型水晶発振器３と第２収容空間Ｓ２外に配置された第２回路素子４との間の熱交換、特に、対流による熱交換が抑制される。そのため、第２回路素子４の熱によって、第１回路素子７に含まれる温度センサー７１と振動素子６とが不均一に加熱されるのを抑制することができる。つまり、第２回路素子４の熱によって振動素子６と温度センサー７１との間に温度差が生じるのを抑制することができる。したがって、高い精度の発振器１が得られる。
ただし、第２収容空間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。また、後述する実施形態のように、第２収容空間Ｓ２に断熱部材８が充填されていてもよい。
なお、特に限定されないが、第２ベース基板２１は、アルミナ等のセラミックスで構成することができ、第２リッド２２は、コバール等の金属材料で構成することができる。
図１に示すように、温度補償型水晶発振器３は、内側パッケージ５と、内側パッケージ５に収容された振動素子６および第１回路素子７と、を有する。
また、内側パッケージ５は、第１ベース基板５１を有する。第１ベース基板５１は、表裏関係にある上面５１ａおよび下面５１ｂを有する。また、第１ベース基板５１は、下面５１ｂに開口する第１凹部である有底の凹部５１１を有する。また、凹部５１１は、複数の凹部で構成されており、下面５１ｂに開口する凹部５１１ａと、凹部５１１ａの底面に開口し、凹部５１１ａよりも開口が小さい凹部５１１ｂと、凹部５１１ｂの底面に開口し、凹部５１１ｂよりも開口が小さい凹部５１１ｃと、を有する。
そして、凹部５１１ｃの底面に第１回路素子７が固定され、凹部５１１ａの底面に振動素子６が固定されている。このような配置によれば、振動素子６および第１回路素子７を内側パッケージ５内においてＺ軸方向に重ねて配置することができる。そのため、これらを内側パッケージ５内においてコンパクトに収容することができ、温度補償型水晶発振器３の小型化を図ることができる。なお、振動素子６の配置は、これに限定されず、例えば、第１回路素子７の上面に固定されていてもよい。また、振動素子６と第１回路素子７とがＸ軸方向またはＹ軸方向に並んで配置されていてもよい。
また、凹部５１１ａの底面には複数の内部端子５４１が配置され、凹部５１１ｂの底面には複数の内部端子５４２が配置され、上面５１ａには複数の外部端子５４３が配置されている。これら端子５４１、５４２、５４３は、第１ベース基板５１内に形成された図示しない内部配線を介して電気的に接続されている。また、複数の外部端子５４３は、それぞれ、ボンディングワイヤーＢＷ３を介して第２ベース基板２１の内部端子２４１と電気的に接続されている。このように、内側パッケージ５の外部に臨む外部端子５４３を設けることにより、内側パッケージ５と外側パッケージ２との電気的な接続が容易となる。
なお、内側パッケージ５と外側パッケージ２とを電気的に接続する導電性部材は、高い熱伝導率を有するため、内側パッケージ５と外側パッケージ２との間の熱伝達経路として機能し易い。そのため、前記導電性部材として、細く長い線状のボンディングワイヤーＢＷ３を用いることにより、内側パッケージ５と外側パッケージ２との間の熱の伝達を効果的に抑制することができる。したがって、外部の熱が内側パッケージ５に伝わり難くなる。よって、振動素子６が外部の熱の影響を受け難くなり、振動素子６の温度変化を抑制することができると共に、振動素子６と温度センサー７１との温度差を小さく抑えることができる。
また、内側パッケージ５は、第１リッド５２を有する。第１リッド５２は、第１ベース基板５１の下面５１ｂに接合部材５３を介して接合され、凹部５１１の開口を塞いでいる。このように、凹部５１１の開口を第１リッド５２で塞ぐことにより、内側パッケージ５の内部に気密な第１収容空間Ｓ１が形成される。そして、この第１収容空間Ｓ１に振動素子６および第１回路素子７が収容されている。
第１収容空間Ｓ１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。これにより、振動素子６のＣＩ（クリスタルインピーダンス）値が低下し、発振特性が向上する。ただし、第１収容空間Ｓ１の雰囲気は、特に限定されず、例えば、大気圧状態、加圧状態となっていてもよい。
なお、特に限定されないが、第１ベース基板５１は、アルミナ等のセラミックスで構成することができ、第１リッド５２は、コバール等の金属材料で構成することができる。
このような内側パッケージ５は、第１リッド５２を凹部２１１の底面側すなわちＺ軸方向マイナス側に向けた姿勢で配置され、第１リッド５２において、断熱部材８を介して凹部２１１の底面に固定されている。このように、内側パッケージ５と外側パッケージ２との間に断熱部材８を介在させることにより、外部の熱、特に第２回路素子４の熱が外側パッケージ２を介して内側パッケージ５に伝わり難くなる。そのため、振動素子６が外部の熱の影響を受け難くなり、外部の熱によって振動素子６と温度センサー７１との間に温度差が生じるのを効果的に抑制することができる。これにより、温度センサー７１によって振動素子６の温度をより精度よく検出することができ、優れた温度補償を行うことができる。
特に、内側パッケージ５を構成する部材のうち、振動素子６が固定されていない第１リッド５２を外側パッケージ２に固定することにより、断熱部材８から振動素子６までの熱伝達経路を長くすることができる。そのため、外部の熱が断熱部材８を介して内側パッケージ５に伝わっても、その熱が振動素子６に伝わり難くなる。したがって、振動素子６が外部の熱の影響をさらに受け難くなり、外部の熱によって振動素子６と温度センサー７１との間に温度差が生じるのをより効果的に抑制することができる。ただし、これに限定されず、第１ベース基板５１が断熱部材８を介して第２ベース基板２１に固定されていてもよい。
断熱部材８は、第１リッド５２よりも熱伝導率が低い材料から構成されている。このような断熱部材８としては、特に限定されず、例えば、各種樹脂材料、この中でも、特に、多孔質ポリイミド等の多孔質樹脂材料を好適に用いることができ、樹脂材料の他にも、例えば、各種ガラス材料、シリカエアロゲル等の無機多孔質材料等を用いることができる。なお、断熱部材８の熱伝導率としては、特に限定されないが、１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましい。これにより、熱伝導率の十分に低い断熱部材８となる。
また、断熱部材８は、互いに離間して配置された複数の柱状部８１を有し、これら柱状部８１が第１リッド５２の全域に広がって島状に配置されている。これにより、内側パッケージ５を安定した姿勢で外側パッケージ２に固定することができる。また、断熱部材８と外側パッケージ２との接触面積を小さくすることができ、外部の熱が断熱部材８を介して内側パッケージ５に伝わり難くなる。ただし、これに限定されず、断熱部材８は、第１リッド５２の下面の全面に広がってベタに配置されていてもよい。これにより、内側パッケージ５と外側パッケージ２との接合面積が大きくなり、接着強度が増す。そのため、発振器１の機械的強度が高まる。
なお、断熱部材８が接着力を有する場合は、第１リッド５２と第２ベース基板２１とを断熱部材８を介して接合すればよい。一方、断熱部材８が接着力を有しない場合は、断熱部材８と第１リッド５２および断熱部材８と第２ベース基板２１をそれぞれ接着剤等の接合部材を介して接合すればよい。また、断熱部材８には、シリカゲル等の熱伝導率が十分に低いギャップ材が含まれていてもよい。これにより、断熱部材８の厚みを制御することができ、断熱効果をより確実に発揮することができる。
振動素子６は、ＡＴカット水晶振動素子である。ＡＴカット水晶振動素子は、三次の周波数温度特性を有するため、周波数安定性に優れている。図２に示すように、振動素子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の表面に配置された電極と、を有する。また、電極は、水晶基板６１の下面に配置された第１励振電極６２１と、水晶基板６１の上面に配置され、水晶基板６１を介して第１励振電極６２１と対向する第２励振電極６３１と、を有する。また、電極は、水晶基板６１の下面であって、その縁部に並んで配置された第１パッド電極６２２および第２パッド電極６３２と、第１励振電極６２１と第１パッド電極６２２とを電気的に接続する第１引出電極６２３と、第２励振電極６３１と第２パッド電極６３２とを電気的に接続する第２引出電極６３３と、を有する。
ただし、振動素子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、円形であってもよい。また、振動素子６として、ＡＴカット水晶振動素子の他にも、ＳＣカット水晶振動素子、ＢＴカット水晶振動素子、音叉型水晶振動素子、弾性表面波共振子、その他の圧電振動素子、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）共振素子等を用いることもできる。
また、水晶基板６１に替えて、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、リン酸ガリウム（ＧａＰＯ４）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ、Ｚｎ２Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＰＯ３）、ニオブ酸ナトリウムカリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）、ビスマスフェライト（ＢｉＦｅＯ３）、ニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ３）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）、チタン酸ビスマスナトリウム（Ｎａ０．５Ｂｉ０．５ＴｉＯ３）等の各種圧電基板を用いてもよいし、例えば、シリコン基板等の圧電基板以外の基板を用いてもよい。
このような振動素子６は、その一端部において一対の導電性の接合部材Ｂを介して凹部５１１ａの底面に接合されている。また、一対の接合部材Ｂを介して第１パッド電極６２２および第２パッド電極６３２がそれぞれ内部端子５４１と電気的に接続されている。接合部材Ｂとしては、特に限定されず、例えば、金属バンプ、半田、ろう材、金属ペースト、導電性樹脂接着剤に代表される導電性接合部材を用いることができる。
第１回路素子７は、ボンディングワイヤーＢＷ２を介して内部端子５４２と電気的に接続されている。また、第１回路素子７は、温度センサー７１と、発振回路７２と、を有する。発振回路７２は、振動素子６を発振させ、温度センサー７１の検出温度に基づいて温度補償された発振信号を生成する機能を有する。つまり、発振回路７２は、振動素子６と電気的に接続され、振動素子６の出力信号を増幅し、増幅した信号を振動素子６にフィードバックすることにより振動素子６を発振させる発振回路部７２１と、温度センサー７１から出力される温度情報に基づいて、出力信号の周波数変動が振動素子６自身の周波数温度特性よりも小さくなるように温度補償する温度補償回路部７２２と、を有する。
発振回路７２としては、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の発振回路を用いることができる。なお、発振回路７２が有する温度補償回路部７２２としては、例えば、発振回路部７２１に接続された可変容量回路の容量を調整することにより発振回路部７２１の発振周波数を調整するものであってもよいし、発振回路部７２１の出力信号の周波数をＰＬＬ回路やダイレクトデジタルシンセサイザー回路により調整するものであってもよい。
このように、温度センサー７１および振動素子６を共に内側パッケージ５に収容することにより、温度センサー７１を振動素子６と同じ空間でかつ振動素子６の近傍に配置することが可能となる。そのため、温度センサー７１によって振動素子６の温度をより精度よく検出することができ、発振回路７２による温度補償がより正確なものとなる。
なお、本実施形態では、温度センサー７１がＩＣ温度センサーで構成され、単一の集積回路である第１回路素子７に内蔵されているが、本発明は、これに限定されない。つまり、第１回路素子７は、発振回路７２を内蔵する集積回路および温度センサー７１であるディスクリート部品によって構成されていてもよい。この場合、温度センサー７１は、例えば、サーミスタ、熱電対等によって構成することができる。また、温度センサー７１の配置は、第１収容空間Ｓ１内であって、振動素子６の温度を検出することができれば、特に限定されず、例えば、第１ベース基板５１や第１回路素子７の上面に配置することができる。
図１に示すように、第２回路素子４は、第２ベース基板２１の凹部２１２内に配置され、凹部２１２の底面に固定されている。つまり、第２回路素子４は、第２収容空間Ｓ２の外側に位置している。また、第２回路素子４は、内側パッケージ５と離間して配置されている。これにより、第２回路素子４の熱が第２収容空間Ｓ２内にある内側パッケージ５に伝わり難くなる。そのため、振動素子６が第２回路素子４の熱の影響を受け難くなり、振動素子６の温度変化を抑制することができると共に、振動素子６と温度センサー７１との温度差を小さく抑えることができる。また、温度補償型水晶発振器３と第２回路素子４とをＺ軸方向に重ねて配置することができるため、発振器１のＸ軸方向およびＹ軸方向への広がりが抑えられ、発振器１の小型化を図ることができる。
このような第２回路素子４は、図３に示すように、発振回路７２から出力される発振信号の周波数を制御し、温度補償型水晶発振器３が出力する発振信号に残っている周波数温度特性をさらに補正する周波数制御回路としての小数分周型のＰＬＬ回路４０（位相同期回路）と、温度補正テーブル４８１が記憶されている記憶部４８と、出力回路４９と、を有する。本実施形態では、ＰＬＬ回路４０、記憶部４８および出力回路４９が１チップの回路素子として構成されているが、複数チップの回路素子によって構成されていてもよいし、一部がディスクリート部品によって構成されていてもよい。
ＰＬＬ回路４０は、位相比較器４１と、チャージポンプ４２と、ローパスフィルター４３と、電圧制御型発振回路４４と、分周回路４５と、を有する。位相比較器４１は、発振回路７２が出力する発振信号と分周回路４５が出力するクロック信号の位相差を比較し、その比較結果をパルス電圧として出力する。チャージポンプ４２は、位相比較器４１が出力するパルス電圧を電流に変換し、ローパスフィルター４３は、チャージポンプ４２が出力する電流を平滑化および電圧変換する。
電圧制御型発振回路４４は、ローパスフィルター４３の出力電圧を制御電圧として、制御電圧に応じて周波数が変化する信号を出力する。なお、本実施形態の電圧制御型発振回路４４は、コイル等のインダクタンス素子とコンデンサー等の容量素子とを用いて構成されるＬＣ発振回路であるが、これに限定されず、例えば、水晶振動子等の圧電振動子を用いた発振回路を用いることもできる。分周回路４５は、温度センサー７１の出力信号と温度補正テーブル４８１とから決定する分周比で、電圧制御型発振回路４４が出力するクロック信号を小数分周したクロック信号を出力する。なお、分周回路４５の分周比は、温度補正テーブル４８１によって定められる構成に限定されない。例えば多項式演算によって定められてもよいし、機械学習された学習済みモデルに基づくニューラルネットワーク演算によって定められてもよい。
出力回路４９は、ＰＬＬ回路４０が出力するクロック信号が入力され、その振幅が所望のレベルに調整された発振信号を生成する。出力回路４９が生成する発振信号は、発振器１の実装端子２４３を介して発振器１の外部に出力される。
このように、温度補償型水晶発振器３が出力する発振信号に残っている周波数温度特性をＰＬＬ回路４０によってさらに補正することにより、温度による周波数偏差がさらに小さい発振器１が得られる。なお、ＰＬＬ回路４０としては、特に限定されず、例えば、発振回路７２と位相比較器４１との間に発振回路７２が出力する発振信号を整数の分周比で分周する整数分周型のＰＬＬ回路を備えていてもよい。また、ＰＬＬ回路４０は、温度補償型水晶発振器３の出力信号をさらに温度補償するものに限られない。例えば、所望の周波数信号を得るために、ＰＬＬ回路４０が温度補償型水晶発振器３の出力周波数を固定値で逓倍する構成であってもよい。
このような第２回路素子４と温度補償型水晶発振器３との間には断熱部材８が介在している。これにより、第２回路素子４の熱が温度補償型水晶発振器３に伝わり難くなり、第２回路素子４の熱によって振動素子６と温度センサー７１との間に温度差が生じるのを効果的に抑制することができる。したがって、温度センサー７１によって振動素子６の温度をより精度よく検出することができる。特に、本実施形態では、第２回路素子４がＰＬＬ回路４０を有するが、このＰＬＬ回路４０は、消費電力が比較的大きく発熱し易い。したがって、第２回路素子４と温度補償型水晶発振器３との間に断熱部材８を介在させることにより、上述した効果をより顕著に発揮することができる。また、第２回路素子４も温度センサー７１が出力する温度情報信号に基づいて動作するため、自身の発熱の影響を受け難くなる。
なお、凹部２１２には、第２回路素子４の他にも図示しないディスクリート部品またはその他の電子部品が固定されていてもよい。ディスクリート部品としては、特に限定されないが、例えば、実装端子２４３を介して供給された電源電圧からノイズを除去し、安定した電源電圧を第１回路素子７に供給するためのバイパスコンデンサーや、温度センサー７１の出力信号からノイズを除去し、より正確な出力信号をＰＬＬ回路４０に供給するためのバイパスコンデンサーが挙げられる。また、この他、サーミスタ、抵抗、ダイオード等であってもよい。
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、外側パッケージ２と、外側パッケージ２に収容され、断熱部材８を介して外側パッケージ２に固定されている内側パッケージ５と、内側パッケージ５に収容されている振動素子６と、温度センサー７１と、振動素子６を発振させ、温度センサー７１に基づいて温度補償された発振信号を生成する発振回路７２を含み、内側パッケージ５に収容されている第１回路素子７と、外側パッケージ２に固定され、発振信号の周波数を制御する周波数制御回路としてのＰＬＬ回路４０を含む第２回路素子４と、を有する。
このような構成によれば、内側パッケージ５と外側パッケージ２との間に断熱部材８が介在しているため、外部の熱、特に第２回路素子４の熱が外側パッケージ２を介して内側パッケージ５に伝わり難くなる。そのため、振動素子６が外部の熱の影響を受け難くなり、外部の熱によって振動素子６と温度センサー７１との間に温度差が生じるのを効果的に抑制することができる。これにより、温度センサー７１によって振動素子６の温度をより精度よく検出することができ、発振回路７２によって優れた温度補償を行うことができる。また、周波数制御回路をＰＬＬ回路４０とすることにより、周波数偏差が小さい発振信号を出力することができる。したがって、高精度な周波数信号を出力可能な発振器１となる。
また、前述したように、第２回路素子４は、内側パッケージ５と離間して配置されている。これにより、第２回路素子４の熱が内側パッケージ５に伝わり難くなる。そのため、振動素子６が第２回路素子４の熱の影響を受け難くなり、振動素子６の温度変化を抑制することができると共に、振動素子６と温度センサー７１との温度差を小さく抑えることができる。
また、前述したように、発振器１は、外側パッケージ２と内側パッケージ５とを電気的に接続する導電性ワイヤーであるボンディングワイヤーＢＷ３を有する。内側パッケージ５と外側パッケージ２とを電気的に接続する導電性部材は、高い熱伝導率を有し、内側パッケージ５と外側パッケージ２との間の熱伝達経路として機能し易い。そのため、前記導電性部材として、細く長い線状のボンディングワイヤーＢＷ３を用いることにより、内側パッケージ５と外側パッケージ２との間の熱の伝達を効果的に抑制することができる。そのため、外部の熱が内側パッケージ５に伝わり難くなる。よって、振動素子６が外部の熱の影響を受け難くなり、振動素子６の温度変化を抑制することができると共に、振動素子６と温度センサー７１との温度差を小さく抑えることができる。
また、前述したように、内側パッケージ５は、振動素子６、温度センサー７１および第１回路素子７を収容する第１凹部である凹部５１１を有する第１ベース基板５１と、凹部５１１の開口を塞ぐように第１ベース基板５１に接合されている第１リッド５２と、を有する。そして、振動素子６は、第１ベース基板５１に固定され、第１リッド５２が断熱部材８を介して外側パッケージ２に固定されている。このように、内側パッケージ５のうち、振動素子６が固定されていない第１リッド５２を外側パッケージ２に固定することにより、断熱部材８から振動素子６までの熱伝達経路を長くすることができる。そのため、断熱部材８を介して外側パッケージ２から内側パッケージ５に熱が伝わったとしても、その熱が振動素子６に伝わり難くなる。そのため、振動素子６が外部の熱の影響を受け難くなり、振動素子６の温度変化を抑制することができると共に、振動素子６と温度センサー７１との温度差を小さく抑えることができる。
また、前述したように、内側パッケージ５は、第１ベース基板５１の第１リッド５２が接合されている面である下面５１ｂと反対側の面である上面５１ａに配置されている外部端子５４３を有する。これにより、内側パッケージ５と外側パッケージ２との電気的な接続が容易となる。
また、前述したように、外側パッケージ２は、内側パッケージ５を収容する第２凹部である凹部２１１と、凹部２１１が開口する面である上面２１ａと反対側の面である下面２１ｂに開口し、第２回路素子４を収容する第３凹部である凹部２１２と、を有する第２ベース基板２１と、凹部２１１の開口を塞ぐように第２ベース基板２１に接合されている第２リッド２２と、を有する。このような構成によれば、第２回路素子４を第２収容空間Ｓ２の外側に配置することができ、第２回路素子４の熱が内側パッケージ５に伝わり難くなる。そのため、振動素子６が第２回路素子４の熱の影響をさらに受け難くなり、振動素子６の温度変化を抑制することができると共に、振動素子６と温度センサー７１との温度差を小さく抑えることができる。また、内側パッケージ５と第２回路素子４とをＺ軸方向に重ねて配置することができるため、発振器１のＸ軸方向およびＹ軸方向への広がりが抑えられ、発振器１の小型化を図ることができる。
また、前述したように、外側パッケージ２の内側パッケージ５が収容されている空間である第２収容空間Ｓ２は、減圧状態である。これにより、優れた断熱性を発揮することができ、発振器１の外部の熱が内側パッケージ５に伝わり難くなる。そのため、振動素子６の温度変化を抑制することができると共に、振動素子６と温度センサー７１との温度差を小さく抑えることができる。
＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態の発振器を示す断面図である。
本実施形態は、外側パッケージ２の構成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。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４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４に示すように、本実施形態の発振器１では、第２ベース基板２１は、上面２１ａに開口する第２凹部である凹部２１１を有する。そして、この凹部２１１を塞ぐように第２リッド２２が第２ベース基板２１の上面２１ａに接合されている。このように凹部２１１の開口を第２リッド２２で塞ぐことにより、外側パッケージ２の内部に気密な第２収容空間Ｓ２が形成される。そして、第２収容空間Ｓ２に、温度補償型水晶発振器３および第２回路素子４が収容されている。
また、凹部２１１は、複数の凹部で構成されており、上面２１ａに開口する凹部２１１ａと、凹部２１１ａの底面に開口し、凹部２１１ａよりも開口が小さい凹部２１１ｂおよび凹部２１１ｃと、を有する。また、凹部２１１ｂ、２１１ｃは、Ｘ軸方向に並んで形成され、凹部２１１ｂの深さは、凹部２１１ｃの深さよりも大きい。そのため、凹部２１１ｂの底面は、凹部２１１ｃの底面よりも下側に位置している。また、第２ベース基板２１の凹部２１１ｂと重なる部分の厚さは、凹部２１１ｃと重なる部分の厚さよりも小さい。
そして、凹部２１１ｃの底面に第２回路素子４が固定され、凹部２１１ｂの底面に温度補償型水晶発振器３が固定されている。また、平面視で、第２回路素子４および温度補償型水晶発振器３は、Ｚ軸方向に重なることなく、Ｘ軸方向に並んで配置されている。このような配置によれば、凹部２１１内に第２回路素子４および温度補償型水晶発振器３を共に収容するため、例えば、前述した第１実施形態のように第２回路素子４および温度補償型水晶発振器３を別々の凹部に収容する構成と比べて、発振器１の構成が簡単となる。また、第２回路素子４および温度補償型水晶発振器３をＺ軸方向に重ねることなく、Ｘ軸方向に並べて配置することができるため、外側パッケージ２の低背化を図ることができる。
以上のように、外側パッケージ２は、内側パッケージ５および第２回路素子４を収容する第２凹部である凹部２１１を有する第２ベース基板２１と、凹部２１１の開口を塞ぐように第２ベース基板２１に接合されている第２リッド２２と、を有する。これにより、凹部２１１内に第２回路素子４および温度補償型水晶発振器３を共に収容することができ、例えば、前述した第１実施形態のように第２回路素子４および温度補償型水晶発振器３を別々の凹部に収容する構成と比べて、発振器１の構成が簡単となる。
また、前述したように、内側パッケージ５と第２回路素子４とは、平面視で並んで配置されている。これにより、第２回路素子４および温度補償型水晶発振器３をＺ軸方向に重ねることなく、Ｘ軸方向に並べて配置することができる。そのため、外側パッケージ２の低背化を図ることができる。
以上のような第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５は、第３実施形態の発振器を示す断面図である。
本実施形態は、外側パッケージ２の構成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。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５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５に示すように、本実施形態の発振器１では、第２ベース基板２１は、上面２１ａに開口する第２凹部である凹部２１１を有する。そして、この凹部２１１を塞ぐように第２リッド２２が第２ベース基板２１の上面２１ａに接合されている。このように凹部２１１の開口を第２リッド２２で塞ぐことにより、外側パッケージ２の内部に気密な第２収容空間Ｓ２が形成される。そして、第２収容空間Ｓ２に、温度補償型水晶発振器３および第２回路素子４が収容されている。
また、凹部２１１は、複数の凹部で構成されており、上面２１ａに開口する凹部２１１ａと、凹部２１１ａの底面に開口し、凹部２１１ａよりも開口が小さい凹部２１１ｂと、凹部２１１ｂの底面に開口し、凹部２１１ｂよりも開口が小さい凹部２１１ｃと、凹部２１１ｃの底面に開口し、凹部２１１ｃよりも開口が小さい凹部２１１ｄと、を有する。
そして、凹部２１１ｂの底面に、凹部２１１ｃの開口の一部または全部を覆うようにして第２回路素子４が固定され、凹部２１１ｄの底面に温度補償型水晶発振器３が固定されている。このような配置によれば、第２回路素子４および温度補償型水晶発振器３を外側パッケージ２内においてＺ軸方向に重ねて配置することができる。そのため、第２回路素子４および温度補償型水晶発振器３を外側パッケージ２内にコンパクトに収容することができ、発振器１の小型化を図ることができる。
以上のように、外側パッケージ２は、内側パッケージ５および第２回路素子４を収容する第２凹部である凹部２１１を有する第２ベース基板２１と、凹部２１１の開口を塞ぐように第２ベース基板２１に接合されている第２リッド２２と、を有する。これにより、１つの凹部２１１内に第２回路素子４および温度補償型水晶発振器３を収容することができ、例えば、前述した第１実施形態のように第２回路素子４および温度補償型水晶発振器３を別々の凹部に収容する構成と比べて、発振器１の構成が簡単となる。
また、前述したように、内側パッケージ５と第２回路素子４とは、平面視で重なって配置されている。これにより、発振器１の小型化を図ることができる。
以上のような第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６は、第４実施形態の発振器を示す断面図である。
本実施形態は、断熱部材８の配置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。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６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６に示すように、本実施形態の発振器１では、断熱部材８は、外側パッケージ２の内側パッケージ５が収容されている空間である第２収容空間Ｓ２に充填されている。つまり、断熱部材８は、第２収容空間Ｓ２内に実質的に隙間なく配置されている。そして、内側パッケージ５は、断熱部材８によってその全周を覆われている。これにより、内側パッケージ５を外側パッケージ２により強固に固定することができ、発振器１の機械的強度が高まる。
以上のような第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。
以上、本発明の発振器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。また、前述した各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
１…発振器、２…外側パッケージ、３…温度補償型水晶発振器、４…第２回路素子、５…内側パッケージ、６…振動素子、７…第１回路素子、８…断熱部材、２１…第２ベース基板、２１ａ…上面、２１ｂ…下面、２２…第２リッド、２３…接合部材、４０…ＰＬＬ回路、４１…位相比較器、４２…チャージポンプ、４３…ローパスフィルター、４４…電圧制御型発振回路、４５…分周回路、４８…記憶部、４９…出力回路、５１…第１ベース基板、５１ａ…上面、５１ｂ…下面、５２…第１リッド、５３…接合部材、６１…水晶基板、７１…温度センサー、７２…発振回路、８１…柱状部、２１１、２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄ…凹部、２１２、２１２ａ、２１２ｂ…凹部、２４１、２４２…内部端子、２４３…実装端子、４８１…温度補正テーブル、５１１、５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃ…凹部、５４１、５４２…内部端子、５４３…外部端子、６２１…第１励振電極、６２２…第１パッド電極、６２３…第１引出電極、６３１…第２励振電極、６３２…第２パッド電極、６３３…第２引出電極、７２１…発振回路部、７２２…温度補償回路部、Ｂ…接合部材、ＢＷ２、ＢＷ３、ＢＷ４…ボンディングワイヤー、Ｓ１…第１収容空間、Ｓ２…第２収容空間

Claims (11)

  1. 外側パッケージと、
    前記外側パッケージに収容され、断熱部材を介して前記外側パッケージに固定されている内側パッケージと、
    前記内側パッケージに収容されている振動素子と、
    温度センサーと、
    前記振動素子を発振させ、前記温度センサーに基づいて温度補償された発振信号を生成する発振回路を含み、前記内側パッケージに収容されている第１回路素子と、
    前記外側パッケージに固定され、前記発振信号の周波数を制御する周波数制御回路を含む第２回路素子と、を有することを特徴とする発振器。
  2. 前記内側パッケージと前記第２回路素子とは離間して配置されている請求項１に記載の発振器。
  3. 前記外側パッケージと前記内側パッケージとを電気的に接続する導電性ワイヤーを有する請求項１または２に記載の発振器。
  4. 前記内側パッケージは、
    前記振動素子、前記温度センサーおよび前記第１回路素子を収容する第１凹部を有する第１ベース基板と、
    前記第１凹部の開口を塞ぐように前記第１ベース基板に接合されている第１リッドと、を有し、
    前記振動素子は、前記第１ベース基板に固定され、
    前記第１リッドが前記断熱部材を介して前記外側パッケージに固定されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発振器。
  5. 前記内側パッケージは、前記第１ベース基板の前記第１リッドが接合されている面と反対側の面に配置されている外部端子を有する請求項４に記載の発振器。
  6. 前記外側パッケージは、
    前記内側パッケージを収容する第２凹部と、前記第２凹部が開口する面と反対側の面に開口し、前記第２回路素子を収容する第３凹部と、を有する第２ベース基板と、
    前記第２凹部の開口を塞ぐように前記第２ベース基板に接合されている第２リッドと、を有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の発振器。
  7. 前記外側パッケージは、
    前記内側パッケージおよび前記第２回路素子を収容する第２凹部を有する第２ベース基板と、
    前記第２凹部の開口を塞ぐように前記第２ベース基板に接合されている第２リッドと、を有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の発振器。
  8. 前記内側パッケージと前記第２回路素子とは、平面視で並んで配置されている請求項７に記載の発振器。
  9. 前記内側パッケージと前記第２回路素子とは、平面視で重なって配置されている請求項７に記載の発振器。
  10. 前記外側パッケージの前記内側パッケージが収容されている空間は、減圧状態である請求項１ないし９のいずれか１項に記載の発振器。
  11. 前記断熱部材は、前記外側パッケージの前記内側パッケージが収容されている空間に充填されている請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の発振器。
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