JP2023121981A - 発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】外部の熱が振動素子に伝わり難く、安定した発振特性を有する発振器を提供すること。【解決手段】発振器は、第１振動素子と、第１振動素子を収容し、ベースおよびリッドを含む第１パッケージと、第１パッケージに取り付けられるヒーター素子と、第１パッケージを収容する第２パッケージと、第１パッケージのベースの、リッドと反対側の面に接合され、ヒーター素子を制御する制御回路素子と、第１パッケージのリッドと第２パッケージとの間に設けられる第１断熱部材と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、発振器に関する。

特許文献１には、ヒーター部および水晶振動子が収容されたパッケージ体が、ベース基板とカバーケースとによって形成される容器に収納された水晶発振器が記載されている。この水晶発振器においては、パッケージ体は、ベース基板上に配置される複数のスペーサーによって支持されている。

特開２０１７－１３０８６１号公報

しかしながら、特許文献１の水晶発振器では、パッケージ体とベース基板との間で電気的な接続を取るために、スペーサーには金属メッキによる導電路が形成されている。そのため、スペーサーに形成された金属メッキによる導電路を介してベース基板とパッケージ体との間で熱が移動し易い構成となっている。したがって、水晶発振器の外部からの熱がスペーサーを介してパッケージ体に収容されている水晶振動子に伝わり易く、水晶発振器の発振特性が周囲温度の影響を受け易いという課題があった。

発振器は、第１振動素子と、前記第１振動素子を収容し、ベースおよびリッドを含む第１パッケージと、前記第１パッケージに取り付けられるヒーター素子と、前記第１パッケージを収容する第２パッケージと、前記第１パッケージの前記ベースの、前記リッドと反対側の面に接合され、前記ヒーター素子を制御する制御回路素子と、前記第１パッケージの前記リッドと前記第２パッケージとの間に設けられる第１断熱部材と、を備える。

実施形態１に係る発振器の断面図。 図１中の第１振動子の断面図。 図１中の第２振動子の断面図。 実施形態２に係る発振器の断面図。 実施形態３に係る発振器の断面図。 図５中の第１振動子の断面図。 実施形態４に係る発振器の断面図。

次に、図面を参照して、本開示の実施形態を説明する。
説明の便宜上、各図には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。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。また、各軸方向の矢印先端側を「プラス側」、矢印基端側を「マイナス側」とも言う。例えば、Ｙ方向とは、Ｙ方向プラス側とＹ方向マイナス側との両方の方向を言う。また、Ｚ方向プラス側を「上」、Ｚ方向マイナス側を「下」とも言う。また、Ｚ方向からの平面視を、単に「平面視」とも言う。

１．実施形態１
実施形態１に係る発振器１について、図１、図２、および図３を参照して説明する。

図１に示す発振器１は、恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ：Oven Controlled Crystal Oscillator）である。
図１に示すように、発振器１は、第１振動素子２と、第１振動素子２を収容する第１パッケージ３と、第１パッケージ３に取り付けられ、第１振動素子２を加熱するヒーター素子５と、第１パッケージ３を収容する第２パッケージ６と、ヒーター素子５を制御するヒーター制御回路４１を有する制御回路素子としての第１回路素子１０１と、第１パッケージ３と第２パッケージ６との間に設けられる第１断熱部材７と、を備える。詳細には、第１パッケージ３は、第１パッケージ３のベースとしての第１ベース基板１２と、第１パッケージ３のリッドとしての第１リッド１３と、を有する。第１断熱部材７は、第１パッケージ３の第１リッド１３と、第２パッケージ６と、の間に設けられる。第１パッケージ３の第１リッド１３は、第２パッケージ６に第１断熱部材７を介して固定される。なお、本実施形態では、第１振動素子２と、第１パッケージ３と、をまとめて、第１振動子１０とも言う。

また、発振器１は、第１振動素子２を発振させ、発振信号を生成する発振回路４２を有する第２回路素子１０２と、第２振動子８１と、をさらに有する。第２振動子８１は、後述するＰＬＬ回路４３（位相同期回路）の一部を構成している。

このような発振器１は、ヒーター素子５の熱によって第１振動素子２を加熱し、第１振動素子２を所望の温度に保つことにより、発振器１から出力される発振信号の周波数変動を抑え、優れた発振特性を実現する。

まず、第１振動子１０について、説明する。
図２に示すように、第１振動子１０は、第１振動素子２と、第１パッケージ３と、を有する。

第１振動素子２は、平板状の水晶基板により形成される。本実施形態では、第１振動素子２は、ＳＣカット水晶基板により形成される。第１振動素子２の上面および下面には、図示しない励振電極が設けられる。

ただし、第１振動素子２の構成は、特に限定されない。第１振動素子２は、ＳＣカット水晶基板以外の、例えば、ＡＴカット水晶基板やＢＴカット水晶基板などにより形成されても構わない。また、第１振動素子２は、例えば、複数の振動腕が面内方向に屈曲振動する振動素子であっても構わないし、複数の振動腕が面外方向に屈曲振動する振動素子であっても構わない。また、例えば、水晶以外の圧電体を用いる振動素子であっても構わない。また、例えば、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）共振子や、シリコンなどの半導体基板に圧電素子を配置したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子などであっても構わない。

第１パッケージ３は、第１ベース基板１２と、第１リッド１３と、を有する。

第１ベース基板１２は、凹部１５を有する箱状である。凹部１５は、下面１２Ａに開口し、上面１２Ｂに向かって窪む形状を有する。

第１リッド１３は、平板状である。第１リッド１３は、第１ベース基板１２に対向する面である上面１３Ａと、下面１３Ｂとを有する。

第１ベース基板１２の下面１２Ａと、第１リッド１３の上面１３Ａと、が図示しない封止部材を介して、凹部１５の開口を塞ぐようにして接合される。これにより、凹部１５が気密封止され、第１パッケージ３内に第１収容空間Ｓ１が形成される。そして、第１収容空間Ｓ１に第１振動素子２が収容される。

第１ベース基板１２の下面１２Ａと、第１リッド１３の上面１３Ａと、が接合されることにより、第１ベース基板１２の、第１リッド１３と反対側の面は、第１ベース基板１２の上面１２Ｂとなる。また、第１ベース基板１２の上面１２Ｂが、第１パッケージ３の上面となり、第１リッド１３の下面１３Ｂが第１パッケージ３の下面となる。

本実施形態では、第１ベース基板１２は、アルミナ、チタニアなどのセラミック材料で構成される。第１リッド１３は、コバールなどの金属材料で構成される。ただし、第１ベース基板１２および第１リッド１３の構成材料は、特に限定されない。

第１収容空間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。つまり、第１パッケージ３の内部は減圧されている。これにより、第１収容空間Ｓ１の粘性抵抗が減り、第１振動素子２の振動特性が向上する。なお、第１収容空間Ｓ１の雰囲気は、特に限定されない。

凹部１５は、複数の凹部により構成される。本実施形態では、凹部１５は、第１ベース基板１２の下面１２Ａに開口する凹部１６と、凹部１６の底面に開口し、凹部１６よりも開口が小さい凹部１７と、を有する。ただし、凹部１５の構成は、特に限定されない。

凹部１６の底面には、複数の内部端子２１が配置される。複数の内部端子２１は、導電性の接合部材Ｂ１および導電性のボンディングワイヤーＷ１を介して、第１振動素子２と電気的に接続される。詳細には、内部端子２１は、接合部材Ｂ１およびボンディングワイヤーＷ１を介して、第１振動素子２の上面および下面に設けられる図示しない励振電極と電気的に接続される。なお、第１振動素子２の支持方法は接合部材Ｂ１による１点支持に限られず、例えば２つの接合部材による２点支持であっても良い。

接合部材Ｂ１は、金や銅などにより形成される金属バンプである。ボンディングワイヤーＷ１は、金や銅などにより形成される金属ワイヤーである。

また、第１振動素子２は、その一端部において、接合部材Ｂ１を介して、凹部１６の底面に固定される。

凹部１７の底面には、複数の内部端子２３，２４と、ヒーター素子５と、第２回路素子１０２が配置される。

ヒーター素子５は、図示しない発熱回路を有する。発熱回路は、第１振動素子２を加熱する発熱部として機能する。

ヒーター素子５は、図示しない接合部材により、凹部１７の底面に接合される。つまり、本実施形態では、ヒーター素子５は、第１パッケージ３に取り付けられており、詳細には、ヒーター素子５は、第１パッケージ３に収容されている。

なお、本実施形態では、ヒーター素子５は、第１パッケージ３に収容されているが、第１パッケージ３に収容されていなくても構わない。例えば、ヒーター素子５は、第１パッケージ３の外周面に取り付けられても構わない。

ただし、ヒーター素子５が、第１パッケージ３に収容されていることにより、ヒーター素子５の熱を効率的に第１振動素子２に伝えることができる。そのため、ヒーター素子５の効率的な駆動を行うことができるとともに、第１振動素子２の温度を所望の温度に保ち易くなる。従って、ヒーター素子５は、第１パッケージ３に収容されていることが好ましい。

複数の内部端子２３は、導電性のボンディングワイヤーＷ２を介して、ヒーター素子５と電気的に接続される。

ボンディングワイヤーＷ２は、金や銅などにより形成される金属ワイヤーである。なお、内部端子２３とヒーター素子５との接続方法は金属ワイヤーを用いたワイヤーボンディングに限られず、例えばバンプ部材を用いたフリップチップボンディングであっても良い。

第２回路素子１０２は、第１振動素子２を発振させ、発振信号を生成する発振回路４２および図示しない温度センサーを有する。

第２回路素子１０２は、ＩＣ（Integrated Circuit）チップである。

発振回路４２は、第１振動素子２を励振するための励振信号を出力し、第１振動素子２を発振させ、発振信号を生成するための回路である。

第２回路素子１０２は、図示しない接合部材により、凹部１７の底面に接合される。つまり、本実施形態では、第２回路素子１０２は、第１パッケージ３に取り付けられており、詳細には、第２回路素子１０２は、第１パッケージ３に収容されている。

複数の内部端子２４は、導電性のボンディングワイヤーＷ３を介して、第２回路素子１０２と電気的に接続される。また、内部端子２４は、第１ベース基板１２内に形成される図示しない内部配線を介して、内部端子２１と電気的に接続される。

ボンディングワイヤーＷ３は、金や銅などにより形成される金属ワイヤーである。なお、内部端子２４と第２回路素子１０２との接続方法は金属ワイヤーを用いたワイヤーボンディングに限られず、例えばバンプ部材を用いたフリップチップボンディングであっても良い。

発振回路４２を有する第２回路素子１０２を第１パッケージ３に収容することにより、発振回路４２と第１振動素子２とを電気的に接続する配線の長さを短くすることができる。そのため、この配線からノイズが混入し難くなり、精度のよい発振信号を生成することができる。なお、図２においてヒーター素子５が第２回路素子１０２よりも第１振動素子２に近い位置に配置されているが、第２回路素子１０２がヒーター素子５よりも第１振動素子２に近い位置に配置されていても良い。

第１ベース基板１２の上面１２Ｂには、複数の外部端子２５が配置される。
外部端子２５は、第１ベース基板１２内に形成される図示しない内部配線を介して、内部端子２１，２３，２４と電気的に接続される。

また、図１および図２に示すように、第１ベース基板１２の上面１２Ｂには、第１回路素子１０１が配置される。

第１回路素子１０１は、ＩＣチップである。

第１回路素子１０１は、ヒーター素子５の動作を制御するヒーター制御回路４１と、後述するＰＬＬ回路４３の一部と、図示しない温度センサーと、を有する。詳細には、第１回路素子１０１は、発振回路４４と、位相比較器４５と、ループフィルター４７と、分周回路４８と、をＰＬＬ回路４３の一部として有する。

第１回路素子１０１および第２回路素子１０２がそれぞれ有する温度センサーは、その周囲温度、特に、第１振動素子２の温度を検出する温度検出部として機能する。

ヒーター制御回路４１は、第２回路素子１０２が有する温度センサーの出力信号に基づき、ヒーター素子５が有する図示しない発熱回路を流れる電流量を制御し、第１振動素子２を一定温度に保つための回路である。例えば、ヒーター制御回路４１は、温度センサー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に電流が流れないように制御する。

なお、第１回路素子１０１は、ヒーター制御回路４１、ＰＬＬ回路４３の他、第１振動素子２の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、静電気保護回路などを有していても構わない。

第１回路素子１０１の下面と、第１ベース基板１２の上面１２Ｂと、の間には、接合部材２７が設けられる。第１回路素子１０１は、接合部材２７によって第１ベース基板１２の上面１２Ｂに接合される。つまり、第１回路素子１０１と第１パッケージ３とは接合部材２７によって接合される。

本実施形態では、接合部材２７は、導電性接着剤である。一般的に、導電性接着剤は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂材料に、銀、ニッケル、グラファイトなどの熱伝導率の高い材料が導電性フィラーとして添加されている。そのため、導電性接着剤は、熱伝導率が比較的高い。

熱伝導率が比較的高い導電性接着剤を接合部材２７として用いることにより、第１振動素子２が収容される第１パッケージ３と、温度センサーを有する第１回路素子１０１と、の間で熱が伝わり易くなり、第１回路素子１０１が有する温度センサーにより第１振動素子２の温度を容易に検出することができる。そのため、第１振動素子２の周波数温度特性を高精度で補正することができる。

また、熱伝導率が比較的高い導電性接着剤を接合部材２７として用いることにより、第１回路素子１０１を動作させることにより生じる熱を、接合部材２７を介して、第１パッケージ３に効率的に伝えることができる。第１回路素子１０１の熱を第１振動素子２に効率的に伝えることができるので、ヒーター素子５とともに、第１振動素子２の温度を所望の温度に保ち易くなる。

なお、接合部材２７は、導電性接着剤でなくても構わない。例えば、接合部材２７は、樹脂材料に、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなどの熱伝導率の高い絶縁性フィラーを添加した、熱伝導性を有する絶縁性接着剤でも構わない。

第１回路素子１０１の上面には、複数の接続端子２９が配置される。接続端子２９は、第１回路素子１０１内の図示しない内部配線を介して、第１回路素子１０１が有するヒーター制御回路４１、ＰＬＬ回路４３と電気的に接続される。

次に、第１パッケージ３を収容する第２パッケージ６について、説明する。
図１に示すように、第２パッケージ６は、第２ベース基板３２と、第２リッド３３と、を有する。

第２ベース基板３２は、箱状である。第２ベース基板３２は、凹部３５と、凹部３６と、を有する。凹部３５は、第２ベース基板３２の上面３２Ａに開口し、上面３２Ａから下面３２Ｂに向かって窪む形状を有する。凹部３６は、上面３２Ａと表裏関係にある下面３２Ｂに開口し、下面３２Ｂから上面３２Ａに向かって窪む形状を有する。そのため、第２ベース基板３２は、縦断面視において、略Ｈ型となっている。

凹部３５は、複数の凹部により構成される。本実施形態では、凹部３５は、第２ベース基板３２の上面３２Ａに開口する凹部３５ａと、凹部３５ａの底面に開口し、凹部３５ａよりも開口が小さい凹部３５ｂと、を有する。ただし、凹部３５の構成は、特に限定されない。

凹部３５ａの底面には、複数の内部端子３７，３８が配置される。複数の内部端子３７は、第１パッケージ３と電気的に接続される。複数の内部端子３８は、第１回路素子１０１と電気的に接続される。

凹部３５ｂの底面には、第１パッケージ３が配置される。第１パッケージ３と、第２パッケージ６と、の間に第１断熱部材７が設けられる。第１パッケージ３と、第２パッケージ６と、は第１断熱部材７を介して固定される。

凹部３６の底面には、第２振動子８１と、複数の内部端子３９と、が配置される。第２振動子８１と、複数の内部端子３９と、は接合部材Ｂ２を介して電気的に接続される。

また、凹部３６の底面には、バイパスコンデンサーなどの回路部品５０が配置される。回路部品５０は、図示しない導電性の接合部材により、凹部３６の底面に接合される。そして、回路部品５０は、図示しない導電性の接合部材を介して、第２ベース基板３２内の図示しない内部配線に電気的に接続される。

第２ベース基板３２の下面３２Ｂには、複数の外部端子４０が配置される。発振器１は、外部端子４０を介して、図示しない外部装置と電気的に接続される。
内部端子３７と、内部端子３８と、内部端子３９と、外部端子４０と、は第２ベース基板３２内の図示しない内部配線を介して電気的に接続される。

第２リッド３３は、平板状である。第２リッド３３は、第２ベース基板３２に対向する面である下面３３Ａと、上面３３Ｂと、を有する。

第２ベース基板３２の上面３２Ａと、第２リッド３３の下面３３Ａと、が図示しない封止部材を介して、凹部３５の開口を塞ぐようにして接合される。これにより、凹部３５が気密封止され、第２パッケージ６内に第２収容空間Ｓ２が形成される。そして、第２収容空間Ｓ２に第１振動子１０が収容される。換言すると、第２収容空間Ｓ２に第１パッケージ３が収容される。

本実施形態では、第２ベース基板３２は、アルミナ、チタニアなどのセラミック材料で構成される。第２リッド３３は、コバールなどの金属材料で構成される。ただし、第２ベース基板３２および第２リッド３３の構成材料は、特に限定されない。

第２収容空間Ｓ２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。つまり、第２パッケージ６の内部は減圧されている。これにより、第２収容空間Ｓ２は、優れた断熱性を発揮することができ、発振器１の外部の熱が第１パッケージ３に伝わり難くなる。そのため、第１振動素子２が外部の熱の影響を受け難くなり、ヒーター素子５の熱によって第１振動素子２を所望の温度に保ち易くなる。なお、第２収容空間Ｓ２の雰囲気は、特に限定されない。

次に、第１断熱部材７について、説明する。

第１パッケージ３は、第１パッケージの下面、すなわち、第１リッド１３の下面１３Ｂと、凹部３５ｂの底面と、が対向するように配置される。
第１パッケージ３の第１リッド１３と、第２パッケージ６の凹部３５ｂと、の間に第１断熱部材７が設けられる。詳細には、第１リッド１３の下面１３Ｂと、凹部３５ｂの底面と、の間に第１断熱部材７が設けられる。このようにして、第１リッド１３は、第１断熱部材７を介して第２パッケージ６に固定される。

第１パッケージ３と第２パッケージ６との間に、第１断熱部材７が設けられることにより、発振器１の外部の熱が第１パッケージ３に伝わり難くなる。そのため、第１振動素子２が外部の熱の影響を受け難くなり、ヒーター素子５の熱により第１振動素子２を所望の温度に保ち易くなる。

また、ヒーター素子５の熱が第１パッケージ３を介して第２パッケージ６に逃げ難くなり、ヒーター素子５の熱を効率的に第１振動素子２に伝えることができる。そのため、ヒーター素子５の効率的な駆動を行うことができるとともに、第１振動素子２の温度を所望の温度に保ち易くなる。

第１断熱部材７を構成する材料は、熱伝導率が十分に低い材料であれば、特に限定されない。第１断熱部材７を構成する材料としては、例えば、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などの絶縁性の樹脂を用いることができる。また、これらの絶縁性の樹脂には、シリカなどの熱伝導率が十分に低い無機材料が充填剤として含まれていても構わない。

また、第１断熱部材７を構成する材料が接着力を有する場合は、第１断熱部材７を接着剤として用いることにより、第１パッケージ３と第２パッケージ６とを第１断熱部材７を介して固定できる。ただし、第１断熱部材７を構成する材料は、接着力を有していなくても構わない。第１断熱部材７が接着力を有していない場合は、第１パッケージ３および第１断熱部材７と、第２パッケージ６および第１断熱部材７と、をそれぞれ接着剤などの接合部材を介して固定できる。

また、第１断熱部材７は、互いに離間して配置された複数の接続部６１を有する。複数の接続部６１は、第１リッド１３の下面１３Ｂと、凹部３５ｂの底面と、の間において、Ｘ方向およびＹ方向に互いに離間して配置される。これにより、第１パッケージ３および第２パッケージ６と、第１断熱部材７と、の接触面積を小さくすることができ、発振器１の外部の熱が第１断熱部材７を介して第１パッケージ３に伝わり難くなる。

本実施形態では、接続部６１は、柱状である。ただし、接続部６１の形状は、特に限定されない。接続部６１は、例えば、錘台状であっても構わない。

また、第１断熱部材７は、複数の接続部６１を有さず、第１リッド１３の下面１３Ｂと、凹部３５ｂの底面と、の間において、Ｘ方向およびＹ方向の全面に隙間なく広がって配置されていても構わない。これにより、第１パッケージ３および第２パッケージ６と、第１断熱部材７と、の接触面積が大きくなり、第１パッケージ３と、第２パッケージ６と、の間の接着強度が増す。ただし、第１パッケージ３および第２パッケージ６と、第１断熱部材７と、の接触面積が小さい方が、第１パッケージ３と第２パッケージ６との間の断熱性が高くなるため、第１断熱部材７は、複数の接続部６１を有することが好ましい。

次に、第１振動子１０と第２パッケージ６との間の電気的な接続と、第１回路素子１０１と第２パッケージ６との間の電気的な接続と、について、説明する。

上述したように、第２パッケージ６が有する凹部３５ａの底面には、複数の内部端子３７，３８が配置される。

複数の内部端子３７は、導電性のボンディングワイヤーＷ５を介して、第１振動子１０と電気的に接続される。詳細には、複数の内部端子３７は、ボンディングワイヤーＷ５を介して、第１ベース基板１２の上面１２Ｂに配置される複数の外部端子２５と電気的に接続される。
つまり、第１パッケージ３と第２パッケージ６とはボンディングワイヤーＷ５を介して電気的に接続される。

複数の内部端子３８は、導電性のボンディングワイヤーＷ６を介して、第１回路素子１０１と電気的に接続される。詳細には、複数の内部端子３８は、ボンディングワイヤーＷ６を介して、第１回路素子１０１の上面に配置される複数の接続端子２９と電気的に接続される。
つまり、第１回路素子１０１と第２パッケージ６とはボンディングワイヤーＷ６を介して電気的に接続される。

ボンディングワイヤーＷ５，Ｗ６は、金や銅などにより形成される金属ワイヤーである。

ボンディングワイヤーＷ５は金属ワイヤーであるため、ボンディングワイヤーＷ５は第１パッケージ３と第２パッケージ６との間の熱伝導経路になり得る。同様に、ボンディングワイヤーＷ６は金属ワイヤーであるため、ボンディングワイヤーＷ６は第１回路素子１０１と第２パッケージ６との間の熱伝導経路になり得る。

しかし、ボンディングワイヤーＷ５，Ｗ６は、細長い線状の導電路であるため、従来技術に記載される金属メッキによる導電路と比べ、熱の伝達を効果的に抑制することができる。

したがって、第１パッケージ３と、第２パッケージ６と、がボンディングワイヤーＷ５を介して電気的に接続されることにより、発振器１の外部の熱が第２パッケージ６から第１パッケージ３に伝わり難くなる。そのため、第１振動素子２が外部の熱の影響を受け難くなり、ヒーター素子５の熱により第１振動素子２を所望の温度に保ち易くなる。
また、ヒーター素子５の熱が第１パッケージ３を介して第２パッケージ６に逃げ難くなり、ヒーター素子５の熱を効率的に第１振動素子２に伝えることができる。そのため、ヒーター素子５の効率的な駆動を行うことができるとともに、第１振動素子２の温度を所望の温度に保ち易くなる。

また、制御回路素子としての第１回路素子１０１と、第２パッケージ６と、がボンディングワイヤーＷ６を介して電気的に接続されることにより、発振器１の外部の熱が第２パッケージ６および第１回路素子１０１を介して第１パッケージ３に伝わり難くなる。そのため、第１振動素子２が外部の熱の影響を受け難くなり、ヒーター素子５の熱により第１振動素子２を所望の温度に保ち易くなる。
また、ヒーター素子５の熱が第１パッケージ３および第１回路素子１０１を介して第２パッケージ６に逃げ難くなり、ヒーター素子５の熱を効率的に第１振動素子２に伝えることができる。そのため、ヒーター素子５の効率的な駆動を行うことができるとともに、第１振動素子２の温度を所望の温度に保ち易くなる。

次に、ＰＬＬ回路４３について、説明する。
ＰＬＬ回路４３は、発振回路４２が第１振動素子２を発振させることにより生成する発振信号を基準信号として、この基準信号に同期した所定の周波数を有する発振信号を出力する回路である。
本実施形態では、ＰＬＬ回路４３が出力する発振信号が、発振器１から出力される発振信号となる。

ＰＬＬ回路４３は、発振回路４４と、位相比較器４５と、ループフィルター４７と、分周回路４８と、第２振動子８１と、を有する。

第１回路素子１０１は、ＰＬＬ回路４３の一部を有する。詳細には、第１回路素子１０１は、発振回路４４と、位相比較器４５と、ループフィルター４７と、分周回路４８と、をＰＬＬ回路４３の一部として有する。

発振回路４４と、第２振動子８１と、により電圧制御型発振器が構成される。
発振回路４４は、第２振動子８１が有する第２振動素子８２を発振させるための回路である。発振回路４４は、第２振動素子８２を励振するための励振信号を出力し、第２振動素子８２を発振させ、発振信号を生成するための回路である。

位相比較器４５は、発振回路４２が第１振動素子２を発振させることにより生成する発振信号と、分周回路４８で分周された発振信号との位相差を検出する。位相比較器４５は、検出された位相差を誤差信号として出力する。
ループフィルター４７は、ローパスフィルターであり、位相比較器４５から出力される誤差信号から高周波成分を除去する。ループフィルター４７は、高周波成分が除去された誤差信号を、発振回路４４と第２振動子８１とにより構成される電圧制御型発振器を制御する周波数制御信号として出力する。この周波数制御信号は、電圧に変換された直流信号である。
発振回路４４と第２振動子８１とにより構成される電圧制御型発振器は、ループフィルター４７から出力される周波数制御信号の電圧に応じた周波数で発振し、発振信号を出力する。
発振回路４４と第２振動子８１とにより構成される電圧制御型発振器から出力される発振信号は、分周回路４８に入力される。
分周回路４８は、発振回路４４と第２振動子８１とにより構成される電圧制御型発振器から出力される発振信号を分周する。分周回路４８は、この分周された発振信号を、位相比較器４５に出力する。

このようなＰＬＬ回路４３では、発振回路４４と第２振動子８１とにより構成される電圧制御型発振器から出力される発振信号の周波数は、発振回路４２が第１振動素子２を発振させることにより生成する発振信号の周波数を、分周回路４８の分周比に応じた倍率で演算した周波数となる。
つまり、このようなＰＬＬ回路４３では、発振回路４２が第１振動素子２を発振させることにより生成する発振信号に基づいて、第２振動素子８２の発振周波数が制御される。

なお、ＰＬＬ回路４３の構成は、特に限定されない。例えば、ＰＬＬ回路４３は、小数分周型ＰＬＬ回路であっても構わないし、整数分周型ＰＬＬ回路であっても構わない。また、ＰＬＬ回路４３は、小数分周型ＰＬＬ回路と整数分周型ＰＬＬ回路との両方を備えていても構わない。

次に、第２振動子８１について、説明する。
図３に示すように、第２振動子８１は、第２振動素子８２と、第３パッケージ８３と、を有する。

第２振動素子８２は、平板状の水晶基板により形成される。本実施形態では、第２振動素子８２は、ＡＴカット水晶基板により形成される。第２振動素子８２の上面および下面には、図示しない励振電極が設けられる。

ただし、第２振動素子８２の構成は、特に限定されない。第２振動素子８２は、ＡＴカット水晶基板以外の、例えば、ＳＣカット水晶基板やＢＴカット水晶基板などにより形成されても構わない。また、第２振動素子８２は、例えば、複数の振動腕が面内方向に屈曲振動する振動素子であっても構わないし、複数の振動腕が面外方向に屈曲振動する振動素子であっても構わない。また、例えば、水晶以外の圧電体を用いる振動素子であっても構わない。また、例えば、ＳＡＷ共振子や、シリコンなどの半導体基板に圧電素子を配置したＭＥＭＳ振動子などであっても構わない。

第３パッケージ８３は、第３ベース基板８５と、第３リッド８６と、を有する。

第３ベース基板８５は、凹部８７を有する箱状である。凹部８７は、第３ベース基板８５の下面に開口し、第３ベース基板８５の下面から上面に向かって窪む形状を有する。

第３リッド８６は、平板状である。第３リッド８６の上面が第３ベース基板８５の下面に対向するように、第３リッド８６は配置される。

第３ベース基板８５の下面と、第３リッド８６の上面と、が図示しない封止部材を介して、凹部８７の開口を塞ぐようにして接合される。これにより、凹部８７が気密封止され、第３パッケージ８３内に第３収容空間Ｓ３が形成される。そして、第３収容空間Ｓ３に第２振動素子８２が収容される。

また、本実施形態では、第３ベース基板８５は、アルミナ、チタニアなどのセラミック材料で構成される。第３リッド８６は、コバールなどの金属材料で構成される。ただし、第３ベース基板８５および第３リッド８６の構成材料は、特に限定されない。

第３収容空間Ｓ３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。つまり、第３パッケージ８３の内部は減圧されている。これにより、第３収容空間Ｓ３の粘性抵抗が減り、第２振動素子８２の振動特性が向上する。なお、第３収容空間Ｓ３の雰囲気は、特に限定されない。

凹部８７は、複数の凹部により構成される。本実施形態では、凹部８７は、第３ベース基板８５の下面に開口する凹部８８と、凹部８８の底面に開口し、凹部８８よりも開口が小さい凹部８９と、を有する。ただし、凹部８７の構成は、特に限定されない。

凹部８８の底面には、複数の内部端子９１が配置される。複数の内部端子９１は、導電性の接合部材Ｂ３および導電性のボンディングワイヤーＷ７を介して、第２振動素子８２と電気的に接続される。詳細には、内部端子９１は、接合部材Ｂ３およびボンディングワイヤーＷ７を介して、第２振動素子８２の上面および下面に設けられる図示しない励振電極と電気的に接続される。なお、第２振動素子８２の支持方法は接合部材Ｂ３による１点支持に限られず、例えば２つの接合部材による２点支持であっても良い。

接合部材Ｂ３は、金や銅などにより形成される金属バンプである。ボンディングワイヤーＷ７は、金や銅などにより形成される金属ワイヤーである。

また、第２振動素子８２は、その一端部において、接合部材Ｂ３を介して、凹部８８の底面に固定される。

第３ベース基板８５の上面には、複数の外部端子９２が配置される。外部端子９２は、第３ベース基板８５内に形成される図示しない内部配線を介して、内部端子９１と電気的に接続される。

図１および図３に示すように、外部端子９２は、第２ベース基板３２の凹部３６の底面に配置される内部端子３９と接合部材Ｂ２を介して電気的に接続される。

また、接合部材Ｂ２を介して、第２振動素子８２を収容する第３パッケージ８３は、第２パッケージ６に取り付けられる。

上述したように、第１パッケージ３と第２パッケージ６との間に、第１断熱部材７が設けられる。そのため、第１パッケージ３に取り付けられているヒーター素子５の熱は、第２パッケージ６に取り付けられる第３パッケージ８３に伝わり難くなる。ヒーター素子５の熱が第３パッケージ８３に収容される第２振動素子８２に伝わり難くなるため、第２振動素子８２の温度変動が抑制され、発振回路４４と第２振動子８１とにより構成される電圧制御型発振器から出力される発振信号の位相ノイズ特性の悪化を抑制することができる。

以上、発振器１について、説明した。
なお、本実施形態では、発振器１は、ＰＬＬ回路４３を有するが、ＰＬＬ回路４３は省略しても構わない。ＰＬＬ回路４３が省略される場合は、発振回路４２が第１振動素子２を発振させることにより生成する発振信号が、発振器１から出力される発振信号となる。

以上述べた通り、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
発振器１は、第１振動素子２と、第１振動素子２を収容し、ベースとしての第１ベース基板１２およびリッドとしての第１リッド１３を含む第１パッケージ３と、第１パッケージ３に取り付けられるヒーター素子５と、第１パッケージ３を収容する第２パッケージ６と、第１パッケージ３の第１ベース基板１２の、第１リッド１３と反対側の面である上面１２Ｂに接合され、ヒーター素子５を制御する制御回路素子としての第１回路素子１０１と、第１パッケージ３の第１リッド１３と第２パッケージ６との間に設けられる第１断熱部材７と、を備える。
これにより、発振器１の外部の熱が第１パッケージ３に伝わり難くなる。そのため、第１振動素子２が外部の熱の影響を受け難くなり、ヒーター素子５の熱により第１振動素子２を所望の温度に保ち易くなる。つまり、発振器１の発振特性が周囲温度の影響を受け難くなり、発振器１の発振特性が安定する。

２．実施形態２
次に、実施形態２に係る発振器１ａについて、図４を参照して説明する。
実施形態２の発振器１ａは、実施形態１の発振器１と比べ、第２パッケージ６の形状が異なり、第２ベース基板３２の凹部３６が省略されていることや、凹部３６に配置されていた第２振動子８１、回路部品５０、および内部端子３９が凹部３５に配置されることや、第２振動子８１の上下が逆に配置されることや、内部端子３７，３８が凹部３５ａと凹部３５ｂとに配置されること以外は、実施形態１と同様である。
なお、上述した実施形態１と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図４に示すように、第２ベース基板３２は、上面３２Ａに開口する凹部３５を有する箱状である。本実施形態では、第２ベース基板３２は、下面３２Ｂに開口する凹部３６を有さない。そのため、第２ベース基板３２は、縦断面視において、略Ｕ型となっている。

凹部３５は、凹部３５ａと、凹部３５ｂと、を有する。

凹部３５ａの底面および凹部３５ｂの底面には、内部端子３７，３８が配置される。
内部端子３７は、ボンディングワイヤーＷ５を介して、第１パッケージ３と電気的に接続される。内部端子３８は、ボンディングワイヤーＷ６を介して、第１回路素子１０１と電気的に接続される。

第１リッド１３の下面１３Ｂと、凹部３５ｂの底面と、の間に第１断熱部材７が設けられる。第１リッド１３は、第１断熱部材７を介して第２パッケージ６に固定される。

凹部３５ｂの底面には、内部端子３９と、回路部品５０と、が配置される。

また、凹部３５ｂの底面には、第２振動子８１が配置される。
本実施形態では、第２振動子８１は、実施形態１と比べ、上下が逆に配置される。詳細には、第３リッド８６を凹部３５ｂの開口側に向け、第３ベース基板８５を凹部３５ｂの底面側に向けた姿勢で配置される。

内部端子３９と、第３ベース基板８５の下面に配置される外部端子９２と、は接合部材Ｂ２を介して電気的に接続される。

本実施形態では、実施形態１と同様に、第１リッド１３の下面１３Ｂと、凹部３５ｂの底面と、の間に第１断熱部材７が設けられる。
これにより、発振器１ａの外部の熱が第１パッケージ３に伝わり難くなる。そのため、第１振動素子２が外部の熱の影響を受け難くなり、ヒーター素子５の熱により第１振動素子２を所望の温度に保ち易くなる。
また、ヒーター素子５の熱が第１パッケージ３を介して第２パッケージ６に逃げ難くなり、ヒーター素子５の熱を効率的に第１振動素子２に伝えることができる。そのため、ヒーター素子５の効率的な駆動を行うことができるとともに、第１振動素子２の温度を所望の温度に保ち易くなる。

以上述べた通り、本実施形態によれば、実施形態１と同様な効果を得ることができる。

３．実施形態３
次に、実施形態３に係る発振器１ｂについて、図５および図６を参照して説明する。
実施形態３の発振器１ｂは、実施形態１の発振器１と比べ、ヒーター素子５が第１パッケージ３上に固定されること以外は、実施形態１と同様である。
なお、上述した実施形態１と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図５および図６に示すように、ヒーター素子５は、第１振動子１０ｂが有する第１パッケージ３に取り付けられる。ただし、ヒーター素子５は、第１パッケージ３には収容されておらず、ヒーター素子５は、第１パッケージ３上に固定される。詳細には、ヒーター素子５は、図示しない接合部材を介して、第１パッケージ３の上面１２Ｂに接合される。なお、「第１パッケージ３上に固定」とは、第１パッケージ３の上面に限らず、第１パッケージ３の外周面に固定されることを意味する。つまり、ヒーター素子５は、例えば、第１パッケージ３の側面に固定されても構わない。

第１パッケージ３上にヒーター素子５を配置することにより、第１パッケージ３内に収容する部品点数を削減することができる。そのため、第１パッケージ３の小型化を図ることができる。

図５に示すように、本実施形態では、ヒーター素子５は、導電性のボンディングワイヤーＷ８を介して、凹部３５ａの底面に配置される内部端子３７と電気的に接続される。

ボンディングワイヤーＷ８は、金や銅などにより形成される金属ワイヤーである。

なお、ヒーター素子５は、第１回路素子１０１が有するヒーター制御回路４１と、電気的に接続される限りにおいて、内部端子３７に限らず、内部端子３８あるいは接続端子２９と電気的に接続されても構わない。

本実施形態では、実施形態１と同様に、第１リッド１３の下面１３Ｂと、凹部３５ｂの底面と、の間に第１断熱部材７が設けられる。
これにより、発振器１ｂの外部の熱が第１パッケージ３に伝わり難くなる。そのため、第１振動素子２が外部の熱の影響を受け難くなり、ヒーター素子５の熱により第１振動素子２を所望の温度に保ち易くなる。
また、ヒーター素子５の熱が第１パッケージ３を介して第２パッケージ６に逃げ難くなり、ヒーター素子５の熱を効率的に第１振動素子２に伝えることができる。そのため、ヒーター素子５の効率的な駆動を行うことができるとともに、第１振動素子２の温度を所望の温度に保ち易くなる。

以上述べた通り、本実施形態によれば、実施形態１と同様な効果を得ることができる。

４．実施形態４
次に、実施形態４に係る発振器１ｃについて、図７を参照して説明する。
実施形態４の発振器１ｃは、実施形態１の発振器１と比べ、第１回路素子１０１と第１パッケージ３とを接合する接合部材２７に代わり、第１回路素子１０１と第１パッケージ３との間に第２断熱部材７０が設けられること以外は、実施形態１と同様である。
なお、上述した実施形態１と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図７に示すように、第１回路素子１０１と第１パッケージ３との間に、第２断熱部材７０が設けられる。詳細には、第１回路素子１０１の下面と、第１ベース基板１２の上面１２Ｂと、の間に第２断熱部材７０が設けられる。

第１回路素子１０１と第１パッケージ３との間に、第２断熱部材７０が設けられることにより、第１回路素子１０１は、第２断熱部材７０を介して第１パッケージ３に接合される。

第１回路素子１０１と第１パッケージ３との間に、第２断熱部材７０が設けられることにより、ヒーター素子５の熱が第１パッケージ３を介して第１回路素子１０１に逃げ難くなり、ヒーター素子５の熱を効率的に第１振動素子２に伝えることができる。そのため、ヒーター素子５をさらに効率的に駆動することができるとともに、第１振動素子２の温度を所望の温度にさらに保ち易くなる。

第２断熱部材７０を構成する材料は、熱伝導率が十分に低い材料であれば、特に限定されない。第２断熱部材７０を構成する材料としては、第１断熱部材７と同様な材料を用いることができる。例えば、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などの絶縁性の樹脂を用いることができる。また、これらの絶縁性の樹脂には、シリカなどの熱伝導率が十分に低い無機材料が充填剤として含まれていても構わない。

また、第２断熱部材７０は、互いに離間して配置された複数の接続部７１を有する。複数の接続部７１は、第１回路素子１０１の下面と、第１ベース基板１２の上面１２Ｂと、の間において、Ｘ方向およびＹ方向に互いに離間して配置される。これにより、第１回路素子１０１および第１パッケージ３と、第２断熱部材７０と、の接触面積を小さくすることができ、ヒーター素子５の熱が第１パッケージ３を介して第１回路素子１０１に逃げ難くなる。

本実施形態では、接続部７１は、柱状である。ただし、接続部７１の形状は、特に限定されない。接続部７１は、例えば、錘台状であっても構わない。

また、第２断熱部材７０は、複数の接続部７１を有さず、第１回路素子１０１の下面と第１ベース基板１２の上面１２Ｂとの間において、Ｘ方向およびＹ方向の全面に隙間なく広がって配置されていても構わない。これにより、第１回路素子１０１および第１パッケージ３と、第２断熱部材７０と、の接触面積が大きくなり、第１回路素子１０１と第１パッケージ３との間の接着強度が増す。ただし、第１回路素子１０１および第１パッケージ３と、第２断熱部材７０と、接触面積が小さい方が、第１回路素子１０１と第１パッケージ３との間の断熱性が高くなるため、第２断熱部材７０は、複数の接続部７１を有することが好ましい。

本実施形態によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
第１回路素子１０１が、第２断熱部材７０を介して第１パッケージ３に接合されることにより、ヒーター素子５の熱が第１パッケージ３を介して第１回路素子１０１に逃げ難くなる。そのため、ヒーター素子５をさらに効率的に駆動することができるとともに、第１振動素子２の温度を所望の温度にさらに保ち易くなる。

以上、発振器１，１ａ，１ｂ，１ｃについて、説明した。ただし、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構わない。また、各実施形態を適宜組み合わせても構わない。

例えば、ヒーター素子５が温度センサーを有しても構わないし、ヒーター素子５が有する温度センサーの出力信号に基づき、ヒーター制御回路４１がヒーター素子５を制御しても構わない。
また、例えば、第１回路素子１０１が、第１振動素子２を発振させ、発振信号を生成する発振回路４２を有しても構わない。第１回路素子１０１が発振回路４２を有する場合は、第２回路素子１０２を省略することができる。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ…発振器、１０，１０ｂ…第１振動子、２…第１振動素子、３…第１パッケージ、１２…第１ベース基板（ベース）、１２Ａ…下面、１２Ｂ…上面、１３…第１リッド（リッド）、１３Ａ…上面、１３Ｂ…下面、５…ヒーター素子、６…第２パッケージ、４１…ヒーター制御回路、１０１…第１回路素子（制御回路素子）、４２…発振回路、１０２…第２回路素子、７…第１断熱部材、６１…接続部、２７…接合部材、７０…第２断熱部材、７１…接続部、８１…第２振動子、８２…第２振動素子、８３…第３パッケージ。

Claims (8)

1. 第１振動素子と、
   前記第１振動素子を収容し、ベースおよびリッドを含む第１パッケージと、
   前記第１パッケージに取り付けられるヒーター素子と、
   前記第１パッケージを収容する第２パッケージと、
   前記第１パッケージの前記ベースの、前記リッドと反対側の面に接合され、前記ヒーター素子を制御する制御回路素子と、
   前記第１パッケージの前記リッドと前記第２パッケージとの間に設けられる第１断熱部材と、を備える、
   発振器。
2. 前記ヒーター素子は、前記第１パッケージに収容される、
   請求項１に記載の発振器。
3. 前記制御回路素子と前記第２パッケージとは、ボンディングワイヤーを介して電気的に接続される、
   請求項１又は請求項２に記載の発振器。
4. 前記制御回路素子は、導電性接着剤によって前記第１パッケージに接合される、
   請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の発振器。
5. 前記制御回路素子は、第２断熱部材を介して前記第１パッケージに接合される、
   請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の発振器。
6. 前記第１振動素子を発振させ、発振信号を生成する発振回路と、
   前記発振回路からの前記発振信号に基づいて発振周波数が制御される第２振動素子と、
   前記第２振動素子を収容する第３パッケージとをさらに有し、
   前記第３パッケージは前記第２パッケージに取り付けられる、
   請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の発振器。
7. 前記第２パッケージの内部は減圧されている、
   請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の発振器。
8. 前記第１断熱部材は、複数の接続部を有する、
   請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の発振器。

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