JP2023080593A - 発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】配線引き回し自由度の高い発振器を提供する。
【解決手段】発振器は、振動素子と、回路素子と、回路素子が搭載される基板を有する容器と、を備え、回路素子は、振動素子に接続される第１接続端子と、振動素子に接続され、第１方向において、第１接続端子と第１方向に並ぶ第２接続端子と、第１方向と直交する第２方向において、第１接続端子と第１方向と直交する第２方向に隣接して配置され、出力端子と、を有し、基板は、回路素子が搭載される第１面と第２面とを有し、第１面に設けられ、第１接続端子に接続される第１接続電極と、第２接続端子に接続される第２接続電極と、出力端子に接続される出力電極と、第２面に設けられ、第１接続電極に接続される第１接続配線と、第２接続電極に接続される第２接続配線と、出力電極に接続される出力配線と、第１接続配線と出力配線との間に設けられ、直流電位が印加されるシールド配線と、を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、発振器に関する。

従来、発振器等の圧電デバイスは、素子を搭載する基板と、基板に搭載された集積回路素子及び圧電素子とを含んでいる。例えば、特許文献１には、基板下面に設けられた搭載パッドに集積回路素子が搭載され、圧電素子測定用パターンと出力用配線パターンとの間に生じる容量を低減するために、搭載パッドから引き出された圧電素子測定用パターンを３方向から囲むようにグランド用配線パターンが設けられている圧電デバイスが開示されている。

特開２０１４－１１６６３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された圧電デバイスは、基板下面において、圧電素子に接続された圧電素子測定用パターンを囲むようにグランド用配線パターンを引き回す必要があり、圧電素子測定用パターンとグランド用配線パターンとの間隔が狭いため、配線引き回しの自由度が低下するという課題があった。

発振器は、振動素子と、前記振動素子に接続され、クロック信号を出力する回路素子と、前記振動素子及び前記回路素子を収容し、前記回路素子が搭載される基板を有する容器と、を備え、前記回路素子は、前記振動素子に接続される第１接続端子と、前記振動素子に接続され、第１方向において、前記第１接続端子と並んで配置される第２接続端子と、前記第１方向と直交する第２方向において、前記第１接続端子と隣接して配置され、前記クロック信号が出力される出力端子と、を含む複数の端子を有し、前記基板は、前記回路素子が搭載される第１面及び前記第１面と表裏関係にある第２面を有する第１層と、前記第１層に積層された第２層と、前記第１面に設けられ、前記第１接続端子に接続される第１接続電極と、前記第１面に設けられ、前記第２接続端子に接続される第２接続電極と、前記第１面に設けられ、前記出力端子に接続される出力電極と、前記第２面に設けられ、前記第１接続電極に接続される第１接続配線と、前記第２面に設けられ、前記第２接続電極に接続される第２接続配線と、前記第２面に設けられ、前記出力電極に接続される出力配線と、前記第２面において、前記第１接続配線と前記出力配線との間に設けられ、直流電位が印加されるシールド配線と、を有する。

第１実施形態に係る発振器の概略構造を示す平面図。 図１中のＡ－Ａ線における断面図。 回路素子に形成された端子パターンを示す平面図。 第１層の第１面に形成された電極パターンを示す平面図。 第１層の第２面に形成された配線パターンを示す平面図。 第２層の上面に形成された電極パターンを示す平面図。 第２実施形態に係る発振器の概略構造を示す平面図。 第２層の上面に形成された配線パターンを示す平面図。 第３実施形態に係る発振器の概略構造を示す平面図。 第２層の上面に形成された配線パターンを示す平面図。 第４実施形態に係る発振器の概略構造を示す平面図。 第１層の第２面に形成された配線パターンを示す平面図。

１．第１実施形態
先ず、第１実施形態に係る発振器１について、音叉型の振動素子５０を備えた発振器を一例として挙げ、図１～図６を参照して説明する。
尚、図１において、発振器１の内部の構成を説明する便宜上、リッド１８を取り外した状態を図示している。また、図２において、容器１０に設けられた実装端子１４と第１層１１ａの第１面２１ａに設けられた各電極３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆとを電気的に接続する配線及び励振電極５５と接続電極５６とを電気的に接続する配線の図示を省略している。

また、説明の便宜上、以降の各図には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を図示している。また、Ｘ軸に沿った方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿った方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿った方向を「Ｚ方向」と言う。本明細書では、第１方向がＸ方向であり、第２方向がＹ方向である。また、各軸方向の矢印先端側を「プラス側」、基端側を「マイナス側」、Ｚ方向プラス側を「上」、Ｚ方向マイナス側を「下」とも言う。

本実施形態に係る発振器１は、図１及び図２に示すように、回路素子４０と、振動素子５０と、回路素子４０と振動素子５０とを収容した容器１０と、振動素子５０を収容した収容空間Ｓ１を気密封止するリッド１８と、を有する。

回路素子４０は、振動素子５０を発振する発振回路を有し、振動素子５０の発振周波数に基づいて、クロック信号を出力する。
回路素子４０は、図３に示すように、振動素子５０に接続される第１接続端子４１ａと、振動素子５０に接続され、第１方向であるＸ方向において、第１接続端子４１ａと並んで配置される第２接続端子４１ｂと、第１方向と直交する第２方向であるＹ方向において、第１接続端子４１ａと隣接して配置され、クロック信号が出力される出力端子４１ｃと、Ｙ方向において、第２接続端子４１ｂと隣接して配置されるグランド端子４１ｄと、第１接続端子４１ａの出力端子４１ｃ側とは反対側に隣接して配置される電源端子４１ｅと、第２接続端子４１ｂのグランド端子４１ｄ側とは反対側に隣接して配置される制御端子４１ｆと、を有する。

振動素子５０は、音叉型振動素子であり、外形形状や外形寸法に起因する共振周波数で発振し、所望の発振周波数を出力する。
振動素子５０は、水晶等の圧電材料を基材とし、図１に示すように、基部５１と、基部５１からマイナスＹ方向に延伸する一対の振動腕５２と、振動腕５２のマイナスＹ方向の先端部に接続された錘部５３と、基部５１からマイナスＹ方向に延伸し、振動腕５２と並行して設けられた支持腕５４と、振動腕５２に形成された金等で構成される励振電極５５と、支持腕５４に形成された金等で構成される接続電極５６と、を有する。

容器１０は、セラミック等からなり、平板状の回路素子４０が搭載される基板１１と、中央部が除去された環状の第１枠基板１２と、基板１１を挟み第１枠基板１２とは反対側に配置する中央部が除去された環状の第２枠基板１３と、を積層することで構成されている。

基板１１は、回路素子４０が搭載される第１面２１ａ及び第１面２１ａと表裏関係にある第２面２１ｂを有する第１層１１ａと、第１層１１ａに積層された第２層１１ｂと、を有する。基板１１の一方側である第２面２１ｂ側に振動素子５０が搭載され、基板１１の他方側である第１面２１ａ側に回路素子４０が搭載されている。

第１層１１ａの第１面２１ａには、図４に示すように、第１接続端子４１ａに接続される第１接続電極３１ａと、第２接続端子４１ｂに接続される第２接続電極３１ｂと、出力端子４１ｃに接続される出力電極３１ｃと、が設けられている。また、グランド端子４１ｄに接続されるグランド電極３１ｄと、電源端子４１ｅに接続される電源電極３１ｅと、制御端子４１ｆに接続される制御電極３１ｆと、が設けられている。

また、基板１１と第２枠基板１３とで構成される収容空間Ｓ２の第１面２１ａには、回路素子４０が搭載されており、図２に示すように、第１面２１ａ上の各電極３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆと、回路素子４０に設けられた各端子４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆと、が導電性接着剤や金バンプ等の接合部材１９を介して電気的及び機械的に接続されている。

第１層１１ａの第２面２１ｂには、図５に示すように、貫通電極３２ａを介して第１接続電極３１ａに接続される第１接続配線３３ａと、貫通電極３２ｂを介して第２接続電極３１ｂに接続される第２接続配線３３ｂと、貫通電極３２ｃを介して出力電極３１ｃに接続される出力配線３３ｃと、が設けられている。また、貫通電極３２ｄを介してグランド電極３１ｄに接続されるグランド配線３３ｄと、貫通電極３２ｅを介して電源電極３１ｅに接続される電源配線３３ｅと、貫通電極３２ｆを介して制御電極３１ｆに接続される制御配線３３ｆと、が設けられている。更に、平面視で、第１接続配線３３ａと出力配線３３ｃとの間に、電源配線３３ｅと接続され、直流電位が印加されるシールド配線３３ｇが設けられている。また、シールド配線３３ｇは、第１接続配線３３ａと第２接続配線３３ｂとの間にＹ方向に延在するように設けられている。

電源配線３３ｅと接続し、第１接続配線３３ａと出力配線３３ｃとの間に配線引き回しの自由度が高く簡単な配線パターンのシールド配線３３ｇを設けることで、第１接続配線３３ａと出力配線３３ｃとの間で生じる寄生容量を低減することができ、且つ、第２接続配線３３ｂと出力配線３３ｃとの間で生じる寄生容量との差を小さくすることができるので、出力信号特性の劣化を低減することができる。

第２層１１ｂには、図６に示すように、平面視で、第１層１１ａの貫通電極３２ａ，３２ｂと重なる位置にそれぞれ貫通電極３４ａ，３４ｂが設けられており、貫通電極３４ａ，３４ｂは、第１層１１ａに設けられた貫通電極３２ａ，３２ｂとそれぞれ電気的に接続されている。

第２層１１ｂの上面２２には、図１及び図２に示すように、振動素子５０を固定する２つのマウント部１５が積層され配置されている。
マウント部１５は、平面視で、第２層１１ｂの貫通電極３４ａ，３４ｂと重なる位置に貫通電極６１ａ，６１ｂが設けられており、貫通電極６１ａは、Ｘ方向プラス側に配置されたマウント部１５上に設けられたマウント電極１６と電気的に接続され、貫通電極６１ｂは、Ｘ方向マイナス側に配置されたマウント部１５上に設けられたマウント電極１６と電気的に接続されている。従って、マウント電極１６は、回路素子４０に設けられた第１接続端子４１ａ及び第２接続端子４１ｂと電気的に接続している。

また、マウント部１５の上には、振動素子５０の支持腕５４が配置され、支持腕５４は、Ｙ方向において、振動腕５２の両端部の間の位置で基板１１に設けられたマウント部１５に接続され、固定されている。より具体的には、支持腕５４に形成された接続電極５６と、マウント部１５に形成されたマウント電極１６と、が金バンプ等の接合部材６０を介して電気的に、機械的に接続されている。

リッド１８は、金属、セラミック、ガラス等からなり、シールリングや低融点ガラス等の接合部材１７を介して容器１０と接合することで、振動素子５０を収容し気密封止された収容空間Ｓ１を構成することができる。また、収容空間Ｓ１は、気密空間であり、減圧状態、好ましくはより真空に近い状態となっている。

本実施形態の発振器１は、基板１１を２層構造とすることで、マウント電極１６を第２層１１ｂ側に配置し、マウント電極１６と電気的に接続する第１接続配線３３ａと出力配線３３ｃとの間隔を広くすることができるため、第１接続配線３３ａと出力配線３３ｃとの間に配線引き回しの自由度が高く簡単な配線パターンのシールド配線３３ｇを設けることができる。そのため、第１接続配線３３ａと出力配線３３ｃとの間で生じる寄生容量を低減することができ、且つ、第２接続配線３３ｂと出力配線３３ｃとの間で生じる寄生容量との差を小さくすることができるので、発振器１の出力信号特性の劣化を低減することができる。

尚、本実施形態では、シールド配線３３ｇが電源配線３３ｅに接続されているが、これに限定することはなく、シールド配線３３ｇをグランド配線３３ｄに接続しても構わない。その場合も、電源配線３３ｅに接続されている場合と同様に、第１接続配線３３ａと出力配線３３ｃとの間で生じる寄生容量を低減することができる。

２．第２実施形態
次に、第２実施形態に係る発振器１ａについて、図７及び図８を参照して説明する。尚、図７は、説明する便宜上、リッド１８を取り外した状態を図示している。

本実施形態の発振器１ａは、第１実施形態の発振器１に比べ、第２層１１ｂａに貫通電極３４ｅが設けられ、第２層１１ｂａの上面２２にシールド配線３５ｇが形成されていること以外は、第１実施形態の発振器１と同様である。尚、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

発振器１ａは、図７及び図８に示すように、第２層１１ｂａの第１層１１ａに設けられた貫通電極３２ｅと平面視で重なる位置に、貫通電極３４ｅが設けられており、第１層１１ａの貫通電極３２ｅと電気的に接続されている。また、貫通電極３４ｅは、マウント部１５に設けられたマウント電極１６と平面視で重なる位置に設けられた拡幅部３６ａ，３６ｂと、回路素子４０の出力端子４１ｃと平面視で重なる位置に設けられた拡幅部３６ｃと、を有するシールド配線３５ｇと電気的に接続されている。シールド配線３５ｇは、マウント電極１６と出力端子４１ｃとの間に設けられているため、マウント電極１６と出力端子４１ｃとの間に生じる寄生容量を低減することができる。

このような構成とすることで、第１実施形態の発振器１と同様な効果を得ることができる。

３．第３実施形態
次に、第３実施形態に係る発振器１ｂについて、図９及び図１０を参照して説明する。尚、図９は、説明する便宜上、リッド１８を取り外した状態を図示している。

本実施形態の発振器１ｂは、第１実施形態の発振器１に比べ、第２層１１ｂｂに貫通電極３４ｅが設けられ、第２層１１ｂｂの上面２２にシールド配線３７ｇが形成されていること以外は、第１実施形態の発振器１と同様である。尚、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

発振器１ｂは、図９及び図１０に示すように、第２層１１ｂｂの第１層１１ａに設けられた貫通電極３２ｅと平面視で重なる位置に、貫通電極３４ｅが設けられており、第１層１１ａの貫通電極３２ｅと電気的に接続されている。また、貫通電極３４ｅは、振動素子５０に設けられた励振電極５５と平面視で重なる位置に設けられた拡幅部３８ａと、回路素子４０の出力端子４１ｃと平面視で重なる位置に設けられた拡幅部３８ｂと、を有するシールド配線３７ｇと電気的に接続されている。シールド配線３７ｇは、励振電極５５と出力端子４１ｃとの間に設けられているため、励振電極５５と出力端子４１ｃとの間に生じる寄生容量を低減することができる。

このような構成とすることで、第１実施形態の発振器１と同様な効果を得ることができる。

４．第４実施形態
次に、第４実施形態に係る発振器１ｃについて、図１１及び図１２を参照して説明する。尚、図１１は、説明する便宜上、リッド１８を取り外した状態を図示している。

本実施形態の発振器１ｃは、第１実施形態の発振器１に比べ、第１層１１ａｃの第２面２１ｂに形成されたシールド配線３９ｇが異なること以外は、第１実施形態の発振器１と同様である。尚、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

発振器１ｃは、図１１及び図１２に示すように、第１層１１ａｃの第２面２１ｂに、回路素子４０の出力端子４１ｃと電気的に接続する貫通電極３２ｃ及び出力配線３３ｃと回路素子４０の第１接続端子４１ａと電気的に接続する貫通電極３２ａ及び第１接続配線３３ａとの間にＸ方向に延在する配線パターン３９ｇａと、貫通電極３２ｃ及び出力配線３３ｃと回路素子４０のグランド端子４１ｄと電気的に接続する貫通電極３２ｄ及びグランド配線３３ｄと、の間にＹ方向に延在する配線パターン３９ｇｂと、を有するシールド配線３９ｇが設けられている。つまり、シールド配線３９ｇは、出力配線３３ｃをＸ方向とＹ方向の２方向から囲うように配置されている。そのため、出力配線３３ｃと第２接続配線３３ｂとの間に生じる寄生容量も低減することができる。

このような構成とすることで、第１実施形態の発振器１と同様な効果を得ることができる。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ…発振器、１０…容器、１１…基板、１１ａ…第１層、１１ｂ…第２層、２１ａ…第１面、２１ｂ…第２面、２２…上面、１２…第１枠基板、１３…第２枠基板、１４…実装端子、１５…マウント部、１６…マウント電極、１７…接合部材、１８…リッド、１９…接合部材、３１ａ…第１接続電極、３１ｂ…第２接続電極、３１ｃ…出力電極、３１ｄ…グランド電極、３１ｅ…電源電極、３１ｆ…制御電極、３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆ…貫通電極、３３ａ…第１接続配線、３３ｂ…第２接続配線、３３ｃ…出力配線、３３ｄ…グランド配線、３３ｅ…電源配線、３３ｆ…制御配線、３３ｇ…シールド配線、３４ａ，３４ｂ…貫通電極、４０…回路素子、４１ａ…第１接続端子、４１ｂ…第２接続端子、４１ｃ…出力端子、４１ｄ…グランド端子、４１ｅ…電源端子、４１ｆ…制御端子、５０…振動素子、５１…基部、５２…振動腕、５３…錘部、５４…支持腕、５５…励振電極、５６…接続電極、６０…接合部材、６１ａ，６１ｂ…貫通電極、Ｓ１，Ｓ２…収容空間。

Claims (7)

1. 振動素子と、
   前記振動素子に接続され、クロック信号を出力する回路素子と、
   前記振動素子及び前記回路素子を収容し、前記回路素子が搭載される基板を有する容器と、を備え、
   前記回路素子は、
   前記振動素子に接続される第１接続端子と、
   前記振動素子に接続され、第１方向において、前記第１接続端子と並んで配置される第２接続端子と、
   前記第１方向と直交する第２方向において、前記第１接続端子と隣接して配置され、前記クロック信号が出力される出力端子と、を含む複数の端子を有し、
   前記基板は、
   前記回路素子が搭載される第１面及び前記第１面と表裏関係にある第２面を有する第１層と、
   前記第１層に積層された第２層と、
   前記第１面に設けられ、前記第１接続端子に接続される第１接続電極と、
   前記第１面に設けられ、前記第２接続端子に接続される第２接続電極と、
   前記第１面に設けられ、前記出力端子に接続される出力電極と、
   前記第２面に設けられ、前記第１接続電極に接続される第１接続配線と、
   前記第２面に設けられ、前記第２接続電極に接続される第２接続配線と、
   前記第２面に設けられ、前記出力電極に接続される出力配線と、
   前記第２面において、前記第１接続配線と前記出力配線との間に設けられ、直流電位が印加されるシールド配線と、を有する、
   発振器。
2. 前記基板の一方側に前記振動素子が搭載され、他方側に前記回路素子が搭載されており、
   前記基板は、前記振動素子に接続されるマウント電極を有し、
   前記シールド配線は、前記マウント電極と、前記回路素子の前記出力端子との間に設けられている、
   請求項１に記載の発振器。
3. 前記基板の一方側に前記振動素子が搭載され、他方側に前記回路素子が搭載されており、
   前記シールド配線は、前記振動素子に設けられた励振電極と、前記回路素子の前記出力端子との間に設けられている、
   請求項１に記載の発振器。
4. 前記シールド配線は、前記第１接続配線及び前記第２接続配線と前記出力配線との間に、前記出力配線を２方向から囲うように配置されている、
   請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の発振器。
5. 前記シールド配線は、平面視で、前記第１接続電極と前記出力電極との間に配置されている、
   請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の発振器。
6. 前記シールド配線は、前記第１接続配線と前記第２接続配線との間に延在している、
   請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の発振器。
7. 前記振動素子は、音叉型振動素子であり、振動腕と並行して設けられた支持腕を有し、
   前記支持腕は、前記第２方向において、前記振動腕の両端部の間の位置で前記基板に接続されている、
   請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の発振器。

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