JP2022145010A - 圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】周囲温度の影響を受けにくく周波数安定度の高い小型の圧電発振器を提供する。【解決手段】水晶振動子２、ＩＣチップ４、及び前記水晶振動子２を加熱する薄膜ヒータ３が搭載された搭載基板５が、パッケージ６内に気密に封止された水晶発振器（圧電発振器）であって、搭載基板５の第１水晶基板５ａの上面に、水晶振動子２、ＩＣチップ４、及び薄膜ヒータ３が搭載され、第１水晶基板５ａの下面に、金属板５ｃが熱伝導体として配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、圧電発振器に関し、更に詳しくは、周囲温度の影響を受けにくい周波数安定度の高い圧電発振器に関する。

移動体通信機器等に用いる水晶発振器などの圧電発振器として、周波数安定度が高い恒温槽型の圧電発振器がある(例えば、特許文献１参照)。

この圧電発振器では、発振回路ユニットを収容するインナーオーブンと、インナーオーブンを収容するアウターオーブンとの二重の恒温槽を、外側金属ケースで覆っている。

また、インナーオーブン内のインナープリント基板と、アウターオーブン内のアウタープリント基板とは、接続ピンによって電気的機械的に接続され、アウタープリント基板と、外側金属ケース内のベースプリント基板とは、接続ピンによって電気的機械的に接続され、ベースプリント基板は、接続ピンによってマザープリント基板に設けたスルーホール等に挿通し半田接続されることによって、当該圧電発振器はマザープリント基板上に搭載される。

特許第４２７０１５８号公報

移動体通信機器等では、機器の小型化が求められており、それに伴って圧電発振器についても小型化が求められている。

上記特許文献１の圧電発振器では、インナーオーブンとアウターオーブンとの二重の恒温槽を、外側金属ケースで覆う三重構造となっているので、大きくならざるを得ず、小型化を図るのは困難である。

また、インナープリント基板とアウタープリント基板、アウタープリント基板とベースプリント基板、及び、ベースプリント基板とマザープリント基板を電気的機械的にそれぞれ接続する接続ピンは、熱伝導率が高く、周囲温度の影響を受け易い。

本発明は、上記のような点に鑑みてなされたものであって、小型化を図ることができると共に、周囲温度の影響を受けにくい周波数安定度の高い圧電発振器を提供することを目的とする。

本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。

（１）本発明の圧電発振器は、圧電振動子、集積回路素子、及び前記圧電振動子を加熱する発熱体が搭載された絶縁基板が、パッケージ内に気密に封止された圧電発振器であって、前記絶縁基板の一方側の面に、前記圧電振動子、集積回路素子及び発熱体が搭載され、前記絶縁基板の他方側の面に、熱伝導体が配置されている。

本発明によると、圧電振動子、集積回路素子及び圧電振動子を加熱する発熱体が搭載された絶縁基板の一方側の面（部品搭載面）とは反対側の面である他方側の面に、熱伝導体が配置されている。そのため、発熱体からの熱は、絶縁基板を介して、熱伝導体に伝導され、熱伝導体の熱伝導性により、絶縁基板全体に伝導されるようになる。その結果、発熱体の熱は、熱伝導体により、絶縁基板全体に拡散伝導され、絶縁基板の温度分布は均一化される。これにより、当該絶縁基板の部品搭載面上の圧電振動子は、その温度が安定的に保持され、その発振周波数特性が安定するようになる。

本発明によると、一方側の面に圧電振動子、集積回路素子、及び前記圧電振動子の部品を搭載し、他方側の面に熱伝導体を配置し、これらをパッケージに気密封止するだけの構造であるので、小型化を図ることが容易である一方、圧電振動子の発振周波数特性が安定化する。

（２）本発明の好ましい実施態様では、前記熱伝導体が、前記絶縁基板の前記他方側の面に接触するように配置されている。

この実施態様によると、熱伝導体が絶縁基板に直接接触しているので、発熱体等が搭載された絶縁基板からの熱が、熱伝導体に効率的に伝達して拡散することができる。

（３）本発明の他の実施態様では、前記熱伝導体が、導電性接着剤によって前記絶縁基板の前記他方側の面に接合されている。

この実施態様によると、発熱体等が搭載された絶縁基板からの熱が、熱伝導率の高い金属フィラーが充填されている導電性接着剤を介して、熱伝導体に効率的に伝達される。

（４）本発明の更に他の実施態様では、前記熱伝導体は、前記絶縁基板の前記一方側の面に搭載されている前記圧電振動子、前記集積回路素子及び前記発熱体に、平面視で重なる大きさを有する。

この実施態様によると、熱伝導体は、絶縁基板に搭載されている圧電振動子、集積回路素子及び発熱体に、平面視で重なる大きさを有するので、絶縁基板の圧電振動子等が搭載されている面内において、熱伝導体によって温度分布を均一化することができる。

（５）本発明の一実施態様では、前記絶縁基板の前記一方側の面に、前記圧電振動子、前記集積回路素子及び前記発熱体の内の少なくとも前記圧電振動子と前記発熱体とが積層されて搭載されている。

この実施態様によると、絶縁基板の一方側の面である搭載面には、圧電振動子、集積回路素子及び発熱体の内の少なくとも圧電振動子と発熱体とが積層されて搭載されるので、圧電振動子を発熱体によって効率的に加熱できる一方、絶縁基板上に圧電振動子と発熱体とを個別に搭載するのに比べて、絶縁基板上における圧電振動子と発熱体の占有面積を小さくすることができる。

（６）本発明の他の実施態様では、前記熱伝導体が金属板であり、前記絶縁基板の前記一方側の面には、前記パッケージの内面に形成された接続電極に電気的に接続される配線パターンが形成され、前記配線パターンの内のグランド配線が、前記絶縁基板に形成された貫通電極を介して前記金属板に電気的に接続されている。

この実施態様によると、金属板からなる熱伝導体によって、発熱体からの熱を、広く分散させて絶縁基板の温度分布の均一化を図ることができると共に、金属板は金属箔などに比べて熱容量が大きいので、絶縁基板の温度の変化を抑制することができる。

また、絶縁基板の搭載面とは反対側の面に設けられる金属板を、絶縁基板に形成した貫通電極を介して絶縁基板の搭載面の配線パターンの内のグランド配線に電気的に接続するので、絶縁基板の配線パターンを、パッケージの内面に形成された接続電極に、半田等によって接合することでグランド接続することができる。

（７）本発明の更に他の実施態様では、前記熱伝導体は、前記絶縁基板における前記配線パターンの、前記パッケージの前記接続電極との接続箇所に、平面視で重ならないように配置されている。

この実施態様によると、熱伝導体は、絶縁基板における配線パターンの、パッケージの接続電極との接続箇所に、平面視で重ならないように配置されているので、熱伝導体の熱が、絶縁基板とパッケージとの接続箇所を介して放熱するのを抑制することができる。

（８）本発明の他の実施態様では、前記熱伝導体が、金属箔、又は、金属膜である。

この実施態様によると、絶縁基板に搭載されている発熱体からの熱を、金属箔や金属膜を介して広く分散させることができ、絶縁基板の温度分布の均一化を図ることができる。

（９）本発明の更に他の実施態様では、前記熱伝導体からの放熱を抑制する断熱基板を備える。

この実施態様によると、圧電振動子等が搭載された絶縁基板の搭載面とは反対側の面に設けられて、絶縁基板の温度を均一化するための熱伝導体からの放熱を抑制する断熱基板を備えているので、熱伝導体の放熱が抑制されて絶縁基板の温度を均一な温度に安定して保持することができ、絶縁基板に搭載されている圧電振動子の温度を安定に保持して、周波数の安定化を図ることができる。

（１０）本発明の一実施態様では、前記断熱基板は、前記熱伝導体を、前記絶縁基板との間で挟むように配置されている。

この実施態様によると、絶縁基板に搭載されている発熱体からの熱を、絶縁基板の搭載面とは反対側の面に配置された熱伝導体によって、広く伝達して絶縁基板の温度分布を均一化することができる一方、熱伝導体の絶縁基板側とは反対側の面の断熱基板によって、熱伝導体からの放熱を抑制することができる。

（１１）本発明の他の実施態様では、前記断熱基板は、窪み部及び貫通部の少なくともいずれか一方からなる断熱用空間を有する。

この実施態様によると、断熱基板の断熱用空間を形成する窪み部や貫通部によって、絶縁基板の温度を均一化する熱伝導体からの熱が放熱されるのを効果的に抑制することができる。

（１２）本発明の更に他の実施態様では、前記断熱基板の前記断熱用空間が、平面視で前記熱伝導体に重なるように設けられている。

この実施態様によると、断熱基板の断熱用空間は、平面視で、熱伝導体に重なるように設けられているので、熱伝導体の放熱を、断熱用空間によって効果的に抑制することができる。

（１３）本発明の一実施態様では、前記断熱基板は、複数の前記窪み部を有し、隣接する窪み部の間に直線状に延びる桟部が形成されている。

この実施態様によると、断熱空間を形成する複数の窪み部によって、熱伝導体からの放熱を抑制できる一方、隣接する窪み部の間には、直線状に延びる桟部が形成されているので、この桟部によって、断熱基板を補強することができる。

（１４）本発明の他の実施態様では、前記圧電振動子は、両主面に励振電極がそれぞれ形成された圧電振動板と、該圧電振動板の一方の主面の励振電極を覆って封止する第１封止部材と、前記圧電振動板の他方の主面の励振電極を覆って封止する第２封止部材とを備え、前記第１封止部材と前記圧電振動板とが、互いに対向する面にそれぞれ形成された接合用金属膜によって接合され、前記第２封止部材と前記圧電振動板とが、互いに対向する面にそれぞれ形成された接合用金属膜によって接合される。

この実施態様によると、圧電振動子は、圧電振動板及び第１，第２封止部材の三層の積層構造であるので、収容凹部を有するベースと、このベースの凹部を覆って封止するリッドとを備える圧電振動子に比べて、薄型化を図ることができる。

本発明によれば、二重の恒温槽を、外側金属ケースで覆って断熱するといった多重の構造ではなく、圧電振動子、集積回路素子、及び圧電振動子を加熱する発熱体が搭載された絶縁基板が、パッケージ内に気密に封止された圧電発振器であって、前記絶縁基板の一方側の面に、前記圧電振動子、集積回路素子及び発熱体が搭載され、前記絶縁基板の他方側の面に、熱伝導体が配置されているという構造であるので、小型化を図ることが容易である一方、当該絶縁基板の部品搭載面上の圧電振動子は、その温度が安定的に保持され、その発振周波数特性が安定する。

これによって、本発明によれば、周囲の温度変化に影響されることなく安定した周波数特性を有する小型の圧電発振器を得ることができる。

図１は本発明の実施形態１に係る水晶発振器をそのリッドを外した状態で示す概略平面図である。 図２は図１の水晶発振器をその側面から見た部分断面図である。 図３は図１に対応しボンディングワイヤー等の図示を略した水晶発振器の概略平面図である。 図４は図１の水晶発振器が備える搭載基板を側面から見た拡大断面図である。 図５は図１の水晶発振器が備える水晶振動子を、その上下を反転させて側面から見た拡大断面図である。 図６は図１の水晶発振器が備える薄膜ヒータの拡大平面図である。 図７は本発明の実施形態２に係る水晶発振器を、そのリッドを外した状態で示す概略平面図である。 図８は図７の水晶発振器をその側面から見た部分断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本実施形態では、圧電発振器として、外部の温度変化に影響されることなく高安定な周波数を出力する恒温槽型の水晶発振器に適用して説明する。

（実施形態１）
図１ないし図３を参照して、本発明の実施形態１に係る水晶発振器を説明する。図１は実施形態１に係る水晶発振器をそのリッドを外した状態で示す概略平面図、図２は図１の水晶発振器をその側面から見た部分断面図、図３は図１に対応し、図解の明瞭化のため、ボンディングワイヤー等の図示を略した水晶発振器の概略平面図である。

これらの図を参照して、実施形態１の水晶発振器１は、圧電振動子としての水晶振動子２と、水晶振動子２を加熱する発熱体として機能する薄膜ヒータ３と、発振回路が内蔵されて発振用ＩＣの機能を有する集積回路素子としてのＩＣチップ４と、これらを搭載した搭載基板５と、これら部品２～５を内部に気密に封止して収納するパッケージ６と、を備える。

７は、パッケージ６内部の部品２～５、後述のバイパスコンデンサ９、その他を相互接続するボンディングワイヤーである。

パッケージ６は、ベース６ａと、シールリング６ｂと、リッド６ｃとを備える。

ベース６ａは、図中における左右方向が長辺、上下方向が短辺となる平面視矩形をなし、上部が平面視矩形状に開口した収納凹部６ｄを有する。

ベース６ａはまた、底板部６ａ１と、底板部６ａ１の外周に形成された側壁部６ａ２と、この側壁部６ａ１の内周に形成された一対の段部６ａ３とを備える。

一対の段部６ａ３は、長辺方向に平行に延び、互いに短辺方向で対向している。

ベース６ａは、さらにまた、アルミナ等のセラミック材料からなり、例えば、３枚のセラミックグリーンシートを積層して上部が開口し、内部に前記段部６ａ３を有する凹状に一体焼成して構成される。

リッド６ｃは、シールリング６ｂを介してベース６ａの側壁部６ａ２の上面に接合されて当該ベース６ａ上部の開口を閉塞して収納凹部６ｄを気密に封止する。

リッド６ｃによる気密封止は、真空雰囲気中または窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中で行われ、パッケージ６の内部空間は、真空または不活性ガス雰囲気とされる。

実施形態１では、水晶振動子２を加熱するための薄膜ヒータ３の熱の伝導を促進して温度分布の均一化を図ると共に、ベース６ａから当該水晶発振器１が搭載される図示略の外部基板側へ放熱されるのを抑制して、水晶振動子２の温度を安定に維持できるようにするために、次の構成の搭載基板５を備える。

すなわち、搭載基板５は、平面視略矩形で、図４に拡大して示すように、上下一対の第１、第２水晶基板５ａ，５ｂと、両水晶基板５ａ，５ｂ間の金属板５ｃとを含む。図４に示される搭載基板５の縦横比、両水晶基板５ａ，５ｂ相互の厚さ比、導電性接着剤５ｅの厚さ、等は図解の都合で図２に示されるそれとは多少相違ないし誇張している場合がある。

第１水晶基板５ａは、平面視略矩形の絶縁基板として、上面（部品搭載面）に水晶振動子２、薄膜ヒータ３、ＩＣチップ４、バイパスコンデンサ９等が搭載されている。

第１水晶基板５ａの下面に凹部５ａ１が形成され、その凹部５ａ１に熱伝導体としての金属板５ｃが嵌め込まれた状態で配置されている。

第１水晶基板５ａの下面の凹部５ａ１に嵌めこまれた金属板５ｃは、当該凹部５ａ１に導電性接着剤５ｅで接合された状態で接触している。この接触により、薄膜ヒータ３の熱は、熱伝導率が高い金属フィラーが充填されている導電性接着剤５ｅを介して、金属板５ｃ全体に効率的に伝達して拡散するようになっている。なお、本実施形態では金属板５ｃに、熱伝導が良好な銅（Ｃｕ）が用いられている。金属板５ｃの材料としては、銅以外に銀（Ａｇ）や金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などを用いてもよい。

第２水晶基板５ｂは、平面視略矩形の断熱基板として、長辺方向に延び短辺方向で対向する下面外周縁が、ベース６ａの収納凹部６ｄ内の一対の段部６ａ３上に搭載される。

第２水晶基板５ｂはまた、その上面に、長辺方向に沿って、２つの第１、第２窪み部(凹部)５ｂ１，５ｂ２が形成され、これら窪み部５ｂ１，５ｂ２は、桟部５ｂ３を間にして隣接して形成されている。搭載基板５は、桟部５ｂ３により、全体の撓みが防止される構造となっている。

第２水晶基板５ｂにおいて、窪み部５ｂ１，５ｂ２は、第２水晶基板５ｂ上面で開口しているが、当該開口が第１水晶基板５ａの下面の金属板５ｃで閉塞されることで、断熱用空間を形成する。なお、窪み部５ｂ１，５ｂ２に代えて貫通部であってもよく、第２水晶基板５ｂは、窪み部及び貫通部の少なくともいずれか一方からなる断熱用空間を有する。

第２水晶基板５ｂの厚みは、第１水晶基板５ａのそれに比べて厚くなっていて、これにより強度が高くなって、窪み部５ｂ１，５ｂ２の深さを深くすることができ、また、サイズを大きくすることができ、これにより、効果的な断熱を図ることができる。

パッケージ６のベース６ａ内の段部６ａ３上には、複数の接続電極６ｅが形成されている。第１水晶基板５ａの上面には、前記複数の接続電極６ｅそれぞれに接続される複数の配線パターン５ｄが形成されている。

搭載基板５においては、第１水晶基板５ａと第２水晶基板５ｂとが互いに重なった状態で導電性接着剤８によって互いの長辺方向の外周縁が接合された状態で、第１水晶基板５ａの上面における複数の配線パターン５ｄは、ベース６ａの段部６ａ３上の接続電極6ｅに接合されている。

第１水晶基板５ａの上面である部品搭載面に形成されている配線パターン５ｄは、図示略のグランド用配線パターンを含み、このグランド用配線パターンは、第１水晶基板５ａの貫通電極５ａ２を介して、金属板５ｃに電気的に接続されている。

上記構成の搭載基板５においては、熱伝導体である金属板５ｃによって、薄膜ヒータ３からの熱を、広く分散させて第１水晶基板５ａの温度分布の均一化を図ることができると共に、金属箔などに比べて熱容量が大きいので、第１水晶基板５ａの温度の変化を抑制することができる。

また、第１水晶基板５ａにおいて、上述のように、その部品搭載面とは反対側の面に設けられている金属板５ｃを、第１水晶基板５ａの部品搭載面の配線パターン５ｄの内のグランド用配線パターンに電気的に接続する一方、金属板５ｃを第１水晶基板５ａの反対側の面に形成された凹部５ａ１に埋め込んでいる。そのため、第１水晶基板５ａの配線パターン５ｄを、パッケージ６の内面に形成された接続電極６ｅに、導電性接着剤８によって接合する際に、導電性接着剤８が、第１水晶基板５ａの反対側の面に埋め込まれた金属板５ｃに接触するのを防止する、すなわち、電気的短絡を防止することができる。

なお、第１水晶基板５ａの凹部５ａ１の形成を省略し、金属板５ｃを、第１水晶基板５ａの反対側の面に導電性接着剤等によって接合してもよい。

金属板５ｃは、当該水晶発振器１に搭載されている前記各部品に対しては、電磁遮蔽体として作用するので、前記各部品は、当図示略の当該圧電発振器下方側に位置する外部基板やその他からの電気的なノイズに影響されにくくなり、その動作上の信頼性が向上する。

特に、金属板５ｃは、水晶振動子２、ＩＣチップ４、薄膜ヒータ３、その他の部品に平面視で重なる大きさを有して、第１水晶基板５ａの下面のほぼ全体を覆う広い平面積を有するので、前記各部品に対する電磁遮蔽効果が特に高い。

金属板５ｃはまた、図１、図３の概略平面図において、点線で示すように、第１水晶基板５ａ上面の外周縁よりの配線パターン５ｄとは、平面視で重ならない形状に形成されている。この形状により、金属板５ｃの熱が、第１水晶基板５ａとパッケージ６との接続箇所を介して放熱するのを抑制することができる。

また、第１水晶基板５ａの上面には、水晶振動子２と、薄膜ヒータ３とが積層されて搭載されているので、第１水晶基板５ａと薄膜ヒータ３とを個別に搭載するのに比べて、第１水晶基板５ａ上における水晶振動子２と薄膜ヒータ３との占有面積を小さくすることができる。

このように実施形態１では、絶縁基板である第１水晶基板５ａの下面凹部５ａ１に、熱伝導体としての金属板５ｃが嵌め込まれていることを特徴とする。

すなわち、実施形態１では、薄膜ヒータ３からの熱は、第１水晶基板５ａを介して、金属板５ｃに伝導され、金属板５ｃの熱伝導性により、第１水晶基板５ａの全体に略均等にかつ速やかに伝導される。その結果、薄膜ヒータ３で発生した熱は、金属板５ｃの熱伝導性により、第１水晶基板５ａ全体に拡散伝導され、第１水晶基板５ａの温度分布は均一化される。これにより、第１水晶基板５ａの上面の水晶振動子２は、その温度が安定的に保持され、その結果、その発振周波数特性が安定する。

また、実施形態１では、第１水晶基板５ａの上面において、長辺方向一方と他方に水晶振動子２とＩＣチップ４とを隣接搭載し、水晶振動子２の上面には薄膜ヒータ３を搭載し、これらをパッケージ６で気密封止するだけの構造であるので、小型化を図ることが容易である。

さらに、実施形態１においては、搭載基板５を構成する第１，第２水晶基板５ａ，５ｂは、セラミック基板に比べて、その平面の平坦度が良好である。

そのため、セラミックからなるベース６ａの収納凹部６ｄの底面に反りがあっても、ベース６ａの収納凹部６ｄの底面に、非導電性接着剤を介してダイボンディングされた第１，第２水晶基板５ａ，５ｂ上面の平坦度は良好である。

また、実施形態１では、金属板５ｃからの放熱を抑制する第２水晶基板５ｂを断熱基板として備えるので、金属板５ｃの放熱が抑制されて第１水晶基板５ａの温度を均一な温度に安定して保持することができ、その結果として、第１水晶基板５ａに搭載されている水晶振動子２の温度を安定に保持して、発振周波数の安定化を図ることができる。

また、実施形態１では、断熱基板としての第２水晶基板５ｂは、金属板５ｃを、第１水晶基板５ａとの間で挟むように配置しているので、第１水晶基板５ａに搭載されている金属板５ｃからの熱を、第１水晶基板５ａの搭載面とは反対側の面に配置された金属板５ｃによって、広く伝達して第１水晶基板５ａの温度分布を均一化することができる一方、金属板５ｃの第１水晶基板５ａ側とは反対側の面の第２水晶基板５ｂによって、金属板５ｃからの放熱を抑制することができる。

なお、上記搭載基板５においては、断熱基板としての第２水晶基板５ｂが、絶縁基板としての第１水晶基板５ａの下面に設けられているが、搭載基板５の変形例として、当該第２水晶基板５ｂを省略し、第１水晶基板５ａの部品搭載面に、水晶振動子２、薄膜ヒータ３を搭載し、第１水晶基板５ａの部品搭載面と反対側の面に、金属板５ｃを配置した構成としてもよい。

図５を参照して、水晶振動子２を説明する。

水晶振動子２は、その両主面が、ＸＺ´平面であるＡＴカット水晶板からなる。水晶振動子２はまた、両主面に対向して設けられた励振電極２ａ１，２ａ２を有する水晶振動板２ａと、水晶振動板２ａの励振電極２ａ１が形成された一方の主面側を覆って気密に封止する直方体の第１封止部材２ｂと、水晶振動板２ａの励振電極２ａ２が形成された他方の主面側を覆って気密に封止する直方体の第２封止部材２ｃとを備えている。第１、第２封止部材２ｂ，２ｃは、ＡＴカット水晶板からなる。第２封止部材２ｃの他方の主面には、一対の外部接続端子２ｃ１，２ｃ２が設けられている。

第１封止部材２ｂと水晶振動板２ａは、互いに対向する面にそれぞれ形成された図示しない接合用金属膜によって接合され、第２封止部材２ｃと水晶振動板２ａは、互いに対向する面にそれぞれ形成された図示しない接合用金属膜によって接合されている。

このように水晶振動子２は、水晶振動板２ａの両主面側に、第１，第２封止部材２ｂ，２ｃがそれぞれ接合されて、いわゆるサンドイッチ構造の平面視矩形で直方体形状のパッケージが構成される。

実施形態１によると、水晶振動子２は、水晶振動板２ａ及び第１，第２封止部材２ｂ１，２ｂ２の三層の積層構造であるので、収容凹部６ｄを有するベース６と、このベース６の凹部を覆って封止するリッド６ｃとを備える水晶振動子に比べて、薄型化を図ることができる。

図６を参照して、薄膜ヒータ３を説明する。

薄膜ヒータ３は、水晶等の基板３ａに、蛇行したパターンの抵抗配線３ｂが形成されている。この基板３ａは、平面視略矩形の４つの角部の内の一つの角部が矩形に切欠かれた第１切欠き部３ａ１と、一方の長辺の短辺寄りの部分が矩形に切欠かれた第２切欠き部３ａ２とを有している。これら切欠き部３ａ１，３ａ２は、図３に示すように、薄膜ヒータ３を、水晶振動子２上に搭載した状態で、水晶振動子２の第１，第２外部接続端子２ｃ１，２ｃ２の一部を、上方へ露出させるための切欠きである。

抵抗配線３ｂの両端部３ｂ１，３ｂ２は、一方の短辺側へ引出されており、この抵抗配線３ｂには、例えば、ニクロム、クロム、タングステン等が使用される。

薄膜ヒータ３は、抵抗配線３ｂが形成されていない下面側を、図示略の非導電性接着剤によって、水晶振動子２に接合する。この状態では、上記のように薄膜ヒータ３の第１，第２切欠き部３ａ１，３ａ２ｂから水晶振動子２の第２封止部材２ｃの第１，第２外部接続端子２ｃ１，２ｃ２の一部が上方へ露出している。なお、薄膜ヒータ３と水晶振動子２との接合は、非導電性接着剤に代えて、導電性接着剤を用いてもよい。

この水晶振動子２の第１，第２外部接続端子２ｃ１，２ｃ２、及び、薄膜ヒータ３の抵抗配線３ｂの両端部３ｂ１，３ｂ２が、ボンディングワイヤ－７によって、ＩＣチップ４の実装端子あるいは搭載基板５の第１水晶基板５ａの所要の配線パターンにそれぞれ電気的に接続される。

上述の搭載基板５は、二枚の第１、第２水晶基板５ａ，５ｂと、両水晶基板５ａ，５ｂ間の金属板５ｃとで構成されているが、第２水晶基板５ｂを省略し、第１水晶基板５ａと、第１水晶基板５ａの下面に嵌め込んだ金属板５ｃとで構成してもよい。

なお、金属板５ｃに代えて、金属箔または金属膜を第１水晶基板５ａ下面に設けて、薄膜ヒータ３からの熱をこれら金属箔または金属膜を介して伝達させて、第１水晶基板５ａの温度分布の均一化を図ってもよい。前記金属箔または金属膜の材料については、例えば銀や金、アルミニウムなどが挙げられる。

（実施形態２）
図７および図８を参照して、本発明の実施形態２に係る水晶発振器を説明する。

実施形態２に係る水晶発振器１ａは、パッケージ６１がＨ型の断面構造になっている。

パッケージ６１は、平面視矩形形状の中間ベース６１ｃと、中間ベース６１ｃより上側の上側パッケージ６１ａと、中間ベース６１ｃより下側の下側パッケージ６１ｂとからなる。

上側パッケージ６１ａと下側パッケージ６１ｂは、それぞれ、収納凹部６１ｄ，６１ｅを有する。

上側パッケージ６１ａの収納凹部６１ｄは、実施形態１と同様、リッド６２およびシールリング６４で気密封止される。

上側パッケージ６１ａは、収納凹部６１ｄの内部に２段構成の段部６３ａ，６３ｂを有し、下側の段部６３ｂに実施形態１の搭載基板５と同様の構成を有する搭載基板５１が支持されている。

搭載基板５１の上面には、発振回路を内蔵していない発熱体としてのヒータＩＣ３１、圧電振動子としての水晶振動子２１、および、集積回路素子として発振回路を内蔵している発振用ＩＣ４１の各部品が、順次、積層されて搭載されている。

搭載基板５１は、実施形態１の搭載基板５と同様に、二枚の第３、第４水晶基板５１ａ，５１ｂと、両水晶基板５１ａ，５１ｂ間の金属板５１ｃとを含む。

上側の第３水晶基板５１ａは、絶縁基板として、実施形態１の第１水晶基板５ａと同様、その下面に金属板５１ｃが嵌め込まれた凹部５１ｄを有し、上面（部品搭載面）に前記ヒータＩＣ３１、水晶振動子２１、および発振用ＩＣ４１の各部品が搭載されている。

第３水晶基板５１ａは、貫通電極５１ｅを有し、金属板５１ｃは、貫通電極５１ｅを介して、ヒータＩＣ３１に接続されている。これにより、ヒータＩＣ３１で発生した熱は、金属板５１ｃに伝導され易くなっている。

ヒータＩＣ３１は、上面周辺に複数の実装端子３１ａを有し、これら複数の実装端子３１ａは、上側の段部６３ａ上の複数の接続電極８１にボンディングワイヤー７１により接続されて、図示略の制御回路からヒータ駆動信号が印加されて発熱動作するようになっている。

水晶振動子２１は、複数の実装端子２１ａを有し、これら複数の実装端子２１ａは、上側の段部６３ａ上の複数の接続電極８１にボンディングワイヤー７１により接続されて、発振用ＩＣ４１の発振回路から発振駆動信号が印加されて発振動作するようになっている。

発振用ＩＣ４１は、下面に図示略の複数の実装端子を有し、これら実装端子は水晶振動子２１に対して駆動信号を印加するための複数の金属バンプ９１で接続されている。

下側の第４水晶基板５１ｂは、実施形態１の第２水晶基板５ｂと同様、長手方向に隣接した窪み部５１ｂ１，５１ｂ２からなる断熱用空間を有した断熱基板を構成している。両窪み部５１ｂ１，５１ｂ２の隣接間には、実施形態１の桟部５ｂ３と同様、桟部５１ｂ３が形成されている。なお、窪み部５１ｂ１，５１ｂ２に代えて貫通部であってもよく、第４水晶基板５１ｂは、窪み部及び貫通部の少なくともいずれか一方からなる断熱用空間を有する。

下側パッケージ６１ｂの収納凹部６１ｅの底面には、複数のバイパスコンデンサ８２が実装されている。

以上の構成を有する実施形態２においては、圧電振動子としての水晶振動子２１、集積回路素子としての発振用ＩＣ４１、及び水晶振動子２１を加熱する発熱体としてのヒータＩＣ３１が搭載された搭載基板５１が、上側パッケージ６１ａ内に気密に封止された水晶発振器１ａであって、搭載基板５１の第３水晶基板５１ａの上面に、水晶振動子２１、発振用ＩＣ４１、及びヒータＩＣ３１が搭載され、第３水晶基板５１ａの下面に、実施形態１の金属板５ｃと同様の構成で、熱伝導体として金属板５１ｃが配置されているので、実施形態１と同様、水晶振動子２１は、その温度が安定的に保持され、その発振周波数特性が安定するようになる。

また、実施形態２によると、実施形態１と同様、小型化を図ることが容易である一方、水晶振動子２１の発振周波数特性が安定化する。

実施形態２では、パッケージがＨ型の断面構造になっていたが、本発明は当該構造以外のパッケージにも適用可能である。例えば、上方のみが開口した凹部を有する第１容器に、ヒータＩＣ、水晶振動子、発振用ＩＣが搭載された搭載基板を収容し、バイパスコンデンサが搭載された第２容器を前記第１容器の底面側に接合することでパッケージを構成するようにしてもよい。あるいは、前記第１容器の底面側にバイパスコンデンサを接合し、当該バイパスコンデンサを包囲するように、枠体や、上方が開口した基板の各上面側を、前記第１容器の底面側に接合することでパッケージを構成するようにしてもよい。

また、熱伝導体を絶縁基板の他方側の面に配置するとともに、絶縁基板の一方側の面に搭載される部品の上部にも、絶縁基板を介して熱伝導体を配置するようにしてもよい。このような構成の場合、絶縁基板の他方側と、当該絶縁基板に搭載される部品を挟んで前記絶縁基板の一方側にも熱伝導体が配置されるため、絶縁基板の温度分布をより効率的に均一化させることができる。

１ 水晶発振器（圧電発振器）
２ 水晶振動子（圧電振動子）
２ａ 水晶振動板
２ｂ 第１封止部材
２ｃ 第２封止部材
３ 薄膜ヒータ（発熱体）
４ ＩＣチップ（集積回路素子）
５ 搭載基板
５ａ 第１水晶基板（絶縁基板）
５ｂ 第２水晶基板（断熱基板）
５ｃ 金属板（熱伝導体）
５ｄ 配線パターン
５ｅ 導電性接着剤
６ パッケージ
６ａ ベース
６ｂ シールリング
６ｃ リッド
６ｄ 収納凹部

Claims (14)

1. 圧電振動子、集積回路素子及び前記圧電振動子を加熱する発熱体が搭載された絶縁基板が、パッケージ内に気密に封止された圧電発振器であって、
   前記絶縁基板の一方側の面に、前記圧電振動子、前記集積回路素子及び前記発熱体が搭載され、前記絶縁基板の他方側の面に、熱伝導体が配置されている、
   ことを特徴とする圧電発振器。
2. 前記熱伝導体が、前記絶縁基板の前記他方側の面に接触するように配置されている、
   請求項１に記載の圧電発振器。
3. 前記熱伝導体が、導電性接着剤によって前記絶縁基板の前記他方側の面に接合されている、
   請求項１に記載の圧電発振器。
4. 前記熱伝導体は、前記絶縁基板の前記一方側の面に搭載されている前記圧電振動子、前記集積回路素子及び前記発熱体に、平面視で重なる大きさを有する、
   請求項１ないし３のいずれか一項に記載の圧電発振器。
5. 前記絶縁基板の前記一方側の面に、前記圧電振動子、前記集積回路素子及び前記発熱体の内の少なくとも前記圧電振動子と前記発熱体とが積層されて搭載されている、
   請求項１ないし４のいずれか一項に記載の圧電発振器。
6. 前記熱伝導体が金属板であり、
   前記絶縁基板の前記一方側の面には、前記パッケージの内面に形成された接続電極に電気的に接続される配線パターンが形成され、前記配線パターンの内のグランド配線が、前記絶縁基板に形成された貫通電極を介して前記金属板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圧電発振器。
7. 前記熱伝導体は、前記絶縁基板における前記配線パターンの、前記パッケージの前記接続電極との接続箇所に、平面視で重ならないように配置されている、
   請求項６に記載の圧電発振器。
8. 前記熱伝導体が、金属箔、又は、金属膜である、
   請求項１ないし５のいずれか一項に記載の圧電発振器。
9. 前記熱伝導体からの放熱を抑制する断熱基板を備える、
   請求項１ないし８のいずれか一項に記載の圧電発振器。
10. 前記断熱基板は、前記熱伝導体を、前記絶縁基板との間で挟むように配置されている、
    請求項９に記載の圧電発振器。
11. 前記断熱基板は、窪み部及び貫通部の少なくともいずれか一方からなる断熱用空間を有する、
    請求項９または１０に記載の圧電発振器。
12. 前記断熱基板の前記断熱用空間が、平面視で前記熱伝導体に重なるように設けられている、
    請求項１１に記載の圧電発振器。
13. 前記断熱基板は、複数の前記窪み部を有し、隣接する窪み部の間に直線状に延びる桟部が形成されている、
    請求項１１または１２に記載の圧電発振器。
14. 前記圧電振動子は、両主面に励振電極がそれぞれ形成された圧電振動板と、該圧電振動板の一方の主面の励振電極を覆って封止する第１封止部材と、前記圧電振動板の他方の主面の励振電極を覆って封止する第２封止部材とを備え、
    前記第１封止部材と前記圧電振動板とが、互いに対向する面にそれぞれ形成された接合用金属膜によって接合され、前記第２封止部材と前記圧電振動板とが、互いに対向する面にそれぞれ形成された接合用金属膜によって接合される、
    請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の圧電発振器。

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