JP6019610B2 - Ｓａｗ発振器および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、ＳＡＷ発振器および電子機器に関する。

ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）デバイスは、携帯電話などの通信機器やネットワーク機器を中心に様々な分野で活用されている。その中で、特に、通信機器の高性能化、小型化、省電力化に伴い、ＳＡＷデバイスを用いた発振器やフィルターなどの電子機器に対しては、優れた周波数特性やより一層の小型化が要求されている。例えば、特許文献１に記載されているように、ＳＡＷデバイスを用いた発振器の小型化、高信頼性化を目的として、ＩＣ（Integrated Circuit）素子とＳＡＷデバイスとを同一のパッケージ内に構成するための技術が知られている。

特開平２−２９０３０８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のパッケージ技術の場合、パッケージとして構成するＳＡＷ発振器を更に小型化をするためには、ＩＣとＳＡＷデバイスのそれぞれをより一層小型化しなければならないという課題があった。具体的には、ＩＣとＳＡＷデバイスとを同一面上に配置して構成しているため、ＳＡＷ発振器の大きさ（平面視した場合の面積）を少なくともＩＣとＳＡＷデバイスの占有面積の和より小さく構成することができないという問題である。特にＳＡＷ発振器をプリント基板などに多数実装して使用する装置などにおいてはその影響が大きく、ＳＡＷ発振器が占めるプリント基板上の実装面積をより一層小さくすることが課題であった。
これに対し、ＩＣとＳＡＷデバイスとを重ねて構成することにより、ＳＡＷ発振器の占有面積を小さくすることが考えられたが、その結果、それぞれの信号線が近接することにより、発振動作が不安定になるなどの弊害が発生する場合があるという問題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかるＳＡＷ発振器は、ＳＡＷ共振子と、前記ＳＡＷ共振子を駆動する発振回路を有するＩＣ素子と、を備え、前記ＳＡＷ共振子の信号線路と、前記ＩＣ素子の出力線路とは、平面視したときに、前記ＩＣ素子の出力線路の面積の１０％以上が重ならないように構成されていることを特徴とする。

本適用例によれば、ＳＡＷ共振子の信号線路とＩＣ素子の出力線路とは、平面視したときに、ＩＣ素子の出力線路の面積の１０％以上が重ならないように構成されているため、ＳＡＷ共振子とＩＣ素子とを、例えば同一の基板上や、同一のパッケージ内に搭載した場合であっても、意図しない容量結合による特性の劣化を低減することができる。具体的に説明すると、ＳＡＷ発振器において、ＳＡＷ共振子の信号線路やＩＣ素子の出力線路には、高い周波数の電気（パルス）信号が伝達される。その電気信号の立ち上がり・立ち下がり時間（Ｔｒ・Ｔｆ）やその位置の揺らぎ（ジッター）は、ＳＡＷ発振器にとって、より小さな値とすべき重要な特性である。線路間の容量結合は、これらの特性の劣化を引き起こす大きな要因となるため、本適用例のように、出力特性に係るＳＡＷ共振子の信号線路とＩＣ素子の出力線路とが、平面視したときに多くの面積が重ならないように構成することで、それぞれの信号間の容量結合が低減される。その結果、より良好な出力特性が得られるＳＡＷ発振器を提供することができる。
なお、平面視とは、ＳＡＷ共振子を構成する基板平面の垂直方向からＳＡＷ共振子を見た場合をいい、出力線路の面積とは、平面視したときの出力線路の投影面積をいう。

［適用例２］上記適用例にかかるＳＡＷ発振器において、前記ＳＡＷ共振子と前記ＩＣ素子とは、平面視したときに少なくとも一部が重なるように構成されていることを特徴とする。

本適用例のように、ＳＡＷ共振子とＩＣ素子とは、平面視したときに少なくとも一部が重なるように構成されていることが好ましい。重ねて構成することにより、ＳＡＷ発振器をより小型化することが可能となり、ＳＡＷ発振器の実装面積をより小さくすることができる。また、このようにＳＡＷ共振子とＩＣ素子とを重ねて構成した場合であっても、ＳＡＷ共振子の信号線路とＩＣ素子の出力線路とは、平面視したときに多くの面積が重ならないように構成することによって、意図しない容量結合による特性劣化の発生を軽減することができる。その結果、良好な特性が維持された、より小型のＳＡＷ発振器を提供することができる。特にＳＡＷ発振器をプリント基板などに多数実装して使用する装置などにおいては、その効果が大きく、省スペース化に寄与する。

［適用例３］上記適用例にかかるＳＡＷ発振器が、差動出力発振器であることを特徴とする。

本適用例のように、ＳＡＷ発振器は、差動出力発振器であることが好ましい。一般的に差動出力発振器は、高速動作が可能であり、また耐ノイズ性が高い。本適用例によると、上述したように特性の劣化が抑えられ、良好な特性が維持されるため、差動出力発振器として上記適用例のＳＡＷ発振器を構成することにより、差動出力発振器としての特性が維持された、より小型のＳＡＷ発振器を提供することができる。

［適用例４］上記適用例にかかるＳＡＷ発振器において、略直方体形状のパッケージに実装され、前記パッケージを平面視したときに、前記ＳＡＷ共振子は、前記パッケージの一方の長辺に沿う領域に配置され、前記ＩＣ素子の出力線路は、他方の長辺に沿う領域に配置されていることを特徴とする。

本適用例のように、ＳＡＷ共振子は、パッケージの一方の長辺に沿う領域に配置され、ＩＣ素子の出力線路は、他方の長辺に沿う領域に配置されることが好ましい。一般的に、ＳＡＷ共振子は、長方形の基板（チップ）として構成され、ＩＣ素子は、ＳＡＷ共振子よりも小さなチップとして構成される場合が多い。従って、例えば、ＳＡＷ共振子とＩＣ素子とを組み合わせて、よりコンパクトなパッケージを構成する場合には、ＳＡＷ共振子とＩＣ素子との少なくとも一部が重なるように配置されることが好ましい。また、パッケージの形状は、長手方向の寸法がＳＡＷ共振子の長手方向の寸法に従い、厚み方向がＳＡＷ共振子とＩＣ素子とを重ねて構成される寸法に従うように決定される扁平な略直方体形状とすることで、よりコンパクトにすることができる。このような場合には、ＳＡＷ共振子を、パッケージの一方の長辺に沿う領域に配置し、ＩＣ素子の出力線路を他方の長辺に沿う領域に配置することによって、ＳＡＷ共振子の信号線路とＩＣ素子の出力線路との距離が確保され、それぞれの信号間の容量結合が低減される。その結果、コンパクトで、良好な出力特性が維持されたＳＡＷ発振器を提供することができる。

［適用例５］本適用例にかかる電子機器は、上記適用例に記載のＳＡＷ発振器を備えたことを特徴とする。

上記のＳＡＷ発振器を備えることにより、異常発振やノイズなどによる誤動作のより少ない電子機器を提供することができる。また、特にＳＡＷ発振器をプリント基板などに多数実装して使用する電子機器などにおいては、より小型のＳＡＷ発振器を用いることの効果が大きく、電子機器をよりコンパクトに構成することができる。

実施形態１に係るＳＡＷ発振器の平面図、（ｂ）側断面図、（ｃ）回路概略図。 （ａ）ＳＡＷ共振子の信号線路とＩＣ素子の出力線路とが重なるように構成された場合の平面図、（ｂ）発生する寄生容量の例を示す回路図。 ＳＡＷ発振器の差動出力特性の例を示す波形図。 変形例１に係るＳＡＷ発振器の平面図。

以下に本発明を具体化した実施形態について、図面を参照して説明する。以下は、本発明の一実施形態であって、本発明を限定するものではない。なお、以下の各図においては、説明を分かりやすくするため、実際とは異なる尺度で記載している場合がある。

（実施形態１）
まず、実施形態１に係るＳＡＷ発振器について説明する。
図１（ａ）は、実施形態１に係るＳＡＷ発振器１００の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は、ＳＡＷ発振器１００の回路の概略図である。
ＳＡＷ発振器１００は、ＳＡＷ共振子１０、ＩＣ素子２０などから構成された差動出力ＳＡＷ発振器であり、パッケージ３０に実装されている。

ＳＡＷ共振子１０は、圧電基板９の主面に形成された一対の櫛形電極からなる交差指電極１１および２つの反射器１２などから構成されている。
圧電基板９は、長方形の基板であり、その材料としては、水晶、ランガサイト、ＬＢＯ（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、サファイア、ダイヤモンドなどが挙げられる。
反射器１２は、圧電基板９の長手方向における交差指電極１１の両側に配置されている。
また、圧電基板９の主面には、長手方向に沿って、交差指電極１１とＩＣ素子２０とを接続する一対のＳＡＷ信号線路１３（１３ａ，１３ｂ）が、交差指電極１１および反射器１２を挟むように形成されている。

ＩＣ素子２０は、ＳＡＷ共振子１０を駆動する発振回路や波形成形回路などを備えたＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）−ＩＣであり、ＳＡＷ発振器１００の差動出力を形成する。なお、ＩＣ素子２０は、ＣＭＯＳ−ＩＣに限定するものではない。

パッケージ３０は、ベース基板３１、回路基板３２、実装基板３３、フレーム３４、蓋３５などが順に積層され、内部にＳＡＷ共振子１０やＩＣ素子２０を配置する空間を有する扁平な略直方体形状の表面実装型パッケージとして構成されている。
以下に、その具体的な構成を説明する。

ベース基板３１は、セラミックなどからなる略長方形の絶縁性基板であり、外部回路や電源ＰＳ、グランド電位ＧＮＤと電気的に接続するための複数の外部端子（図示省略）を備えている。
回路基板３２は、ベース基板３１と略同じ大きさの回路基板であり、中程から長手方向一方の周辺部にやや寄った位置にＩＣ素子２０が配置される空間を形成する開放部３２ｋ（穴）を備えており、ＩＣ素子２０と共に、ベース基板３１に接着されている。また、回路基板３２は、パッケージ３０の複数の外部端子や実装基板３３が有する導電パターンと電気的に接続された複数の導電パターン３２ｐを有している。
なお、以降の説明において、ベース基板３１に対して回路基板３２が積層される方向を上方向とする。

実装基板３３は、ベース基板３１と略同じ大きさの回路基板であり、中程から一方の周辺部に向かって、回路基板３２が有する開放部３２ｋより更に大きな開放部３３ｋを備えており、回路基板３２の上面に接着されている。また、実装基板３３は、回路基板３２の導電パターン３２ｐと電気的に接続された複数の導電パターン３３ｐを有している。

ＳＡＷ共振子１０は、その長手方向を、パッケージ３０の長手方向と略同じ向きにし、主面を上面として、ＳＡＷ共振子１０の長手方向の一方の端部が実装基板３３の上面に接着されることで固定されている。ＳＡＷ共振子１０の主面に形成された交差指電極１１および反射器１２は、平面視したときに開放部３３ｋに重なるように位置している。つまり、ＳＡＷ共振子１０は、実装基板３３に片持ち状態で固定されている。また、ＳＡＷ共振子１０とＩＣ素子２０とは、平面視したときに一部が重なるように配置されている。
なお、平面視とは、ＳＡＷ共振子１０が構成される基板平面の垂直方向からＳＡＷ共振子１０を見た場合をいう。

実装基板３３の上面には、ＳＡＷ共振子１０が配置される空間を形成するフレーム３４と蓋３５が接着され、パッケージ３０の内部が気密に封止される。

次に、電気的な接続およびその接続に係る配線路の配置について説明する。
ＩＣ素子２０に形成された電極パッド２１と導電パターン３２ｐと、およびＳＡＷ共振子１０のＳＡＷ信号線路１３と導電パターン３３ｐとは、金線またはアルミニウム線などのボンディングワイヤー３６で電気的に接続され、ＳＡＷ発振器１００として図１（ｃ）に示す回路が構成されている。なお、図１（ｃ）において、外部回路と接続するその他の端子については、図示を省略している。

ＳＡＷ共振子１０の信号は、ＳＡＷ信号線路１３（１３ａ，１３ｂ）からボンディングワイヤー３６ａ，３６ｂを介して導電パターン３３ｐａ，３３ｐｂに伝達される。この伝達経路は、本願発明におけるＳＡＷ共振子１０の信号線路であり、以下、信号線路１００ｉｐという。
ＩＣ素子２０が形成する一対の差動出力は、電極パッド２１ａ，２１ｂからボンディングワイヤー３６ｃ，３６ｄを介して導電パターン３２ｐａ，３２ｐｂに伝達される。この伝達経路は、本願発明におけるＩＣ素子２０の出力線路であり、以下、出力線路１００ｏｐという。
図１（ａ）に示すように、出力線路１００ｏｐは、信号線路１００ｉｐとは、平面視したときに重ならないように構成されている。これらが重ならないように構成する理由について以下に説明する。

図２（ａ）は、ＳＡＷ共振子１０の信号線路の一部とＩＣ素子２０の出力線路の一部とが重なるように構成されたＳＡＷ発振器１０１の平面図であり、（ｂ）は、その場合に発生する寄生容量の例を示す回路図である。
図２（ａ）において、ＳＡＷ発振器１０１における電極パッド２１ａ，２１ｂから導電パターン３２ｐａ，３２ｐｂまでのＩＣ素子２０の出力線路（以下出力線路１０１ｏｐ）は、ＳＡＷ共振子１０の下方（裏側）に位置し、平面視した場合に、信号線路１００ｉｐの一部と重なるような配置となっている。このような配置となった場合に、信号線路１００ｉｐと出力線路１０１ｏｐとの間には、その距離が縮まるほど、図２（ｂ）に示す寄生容量Ｃ１〜Ｃ４が無視し得ない大きさとなって現れる。寄生容量（浮遊容量）は、Ｃ１〜Ｃ４に限らず存在するが、ＳＡＷ発振器１０１の場合には、寄生容量Ｃ１〜Ｃ４による信号間の容量結合によって、差動出力の特性が劣化する。

図３は、ＳＡＷ発振器１００，１０１の差動出力特性の例を示す波形図である。
図３において、実線は、ＳＡＷ発振器１００の差動出力波形を示し、破線は、ＳＡＷ発振器１０１の差動出力波形を示している。ＳＡＷ発振器１０１の場合には、寄生容量Ｃ１〜Ｃ４による信号間の容量結合によって、特に、差動出力の立ち上がり、立ち下がりの特性が劣化している。

従って、寄生容量Ｃ１〜Ｃ４による信号間の容量結合を避けるために、実施形態１に係るＳＡＷ発振器１００においては、出力線路１００ｏｐは、信号線路１００ｉｐとは、平面視したときに重ならないように構成している。なお、寄生容量Ｃ１〜Ｃ４の大きさは、平面視したときに重なる面積や、その距離に大きく依存するため、例えば、電極パッド２１ａ，２１ｂやボンディングワイヤー３６ａ，３６ｂや導電パターン３２ｐａ，３２ｐｂのごく一部が重なっただけの場合には、大きな特性劣化に至らない場合がある。従って、ＩＣ素子２０の出力線路の面積の少なくとも１０％以上が重ならないことが好ましい。

以上述べたように、本実施形態によるＳＡＷ発振器１００によれば、以下の効果を得ることができる。
ＳＡＷ共振子１０とＩＣ素子２０とは、平面視したときに少なくとも一部が重なるように構成されていることにより、ＳＡＷ発振器をより小型化することが可能となり、ＳＡＷ発振器の実装面積をより小さくすることができる。また、このようにＳＡＷ共振子１０とＩＣ素子２０とを重ねて構成した場合であっても、信号線路１００ｉｐと出力線路１００ｏｐとは、平面視したときに重ならないように構成されているため、意図しない容量結合による特性劣化の発生を軽減することができる。その結果、良好な特性が維持された、より小型のＳＡＷ発振器を提供することができる。特にＳＡＷ発振器をプリント基板などに多数実装して使用する装置などにおいては、その効果が大きく、省スペース化に寄与する。

（実施形態２）
次に、実施形態２としての電子機器について説明する。
実施形態１で説明したＳＡＷ発振器１００を備える電子機器としては、例えば、ネットワーク機器が挙げられる。具体的には、データーセンターなどに設置するネットワークサーバーのＬＡＮ（Local Area Network）インターフェイス機器にＳＡＷ発振器１００を備えている。

ＳＡＷ発振器１００を用いることにより、異常発振やノイズなどによる誤動作のより少ないＬＡＮインターフェイスを提供することができる。また、ネットワークサーバーのＬＡＮインターフェイスなどの場合には、ＳＡＷ発振器１００をプリント基板などに多数実装して使用する場合が多いため、より小型のＳＡＷ発振器を用いることの効果が大きく、ＬＡＮインターフェイス機器をよりコンパクトに構成することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。ここで、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略している。

（変形例１）
図４は、変形例１に係るＳＡＷ発振器２００の平面図である。
実施形態１では、図１（ａ）に示すように、扁平な略直方体形状を呈するパッケージ３０を平面視したときに、導電パターン３２ｐａ，３２ｐｂは、パッケージ３０の扁平な面を構成する長方形の一方の短辺側領域（図１（ａ）では右側）に配置されている。導電パターン３２ｐａ，３２ｐｂの配置はこの例に限定するものではなく、例えば、図４に示すように、ＳＡＷ共振子１０がパッケージ３０の一方の長辺に沿う領域に配置され、導電パターン３２ｐａ，３２ｐｂがパッケージ３０の他方の長辺に沿う領域に配置される構成であっても良い。

ＳＡＷ発振器２００は、ＳＡＷ共振子１０、ＩＣ素子２０などから構成された差動出力ＳＡＷ発振器であり、パッケージ３０ｖに実装されている。
パッケージ３０ｖは、ベース基板３１、回路基板３２ｖ、実装基板３３ｖ、フレーム３４、蓋３５などが順に積層され、内部にＳＡＷ共振子１０やＩＣ素子２０を配置する空間を有する扁平な略直方体形状の表面実装型パッケージとして構成されている。
回路基板３２ｖは、回路基板３２における導電パターン３２ｐａ，３２ｐｂの位置を導電パターン３２ｐａｖ，３２ｐｂｖの位置に変更し、それに合わせて変更されるＩＣ素子２０の向きに合わせて導電パターン３２ｐのパターンレイアウトが変更されている点を除き、回路基板３２と同じである。
実装基板３３ｖは、開放部３３ｋの形状、大きさを導電パターン３２ｐａｖ，３２ｐｂｖの位置に合わせて変更している点を除き、実装基板３３と同じである。
つまり、ＳＡＷ共振子１０は、パッケージ３０の一方の長辺に沿う領域に配置され、ＩＣ素子２０の出力線路（導電パターン３２ｐａｖ，３２ｐｂｖを含む出力線路１００ｏｐｖ）は、他方の長辺に沿う領域に配置されている。

本変形例のように、ＳＡＷ共振子１０は、パッケージの一方の長辺に沿う領域に配置され、ＩＣ素子２０の出力線路は、他方の長辺に沿う領域に配置されることが好ましい。一般的に、ＳＡＷ共振子は、長方形の基板（チップ）として構成され、ＩＣ素子は、ＳＡＷ共振子よりも小さなチップとして構成される場合が多い。従って、例えば、ＳＡＷ共振子とＩＣ素子とを組み合わせて、よりコンパクトなパッケージを構成する場合には、ＳＡＷ共振子とＩＣ素子とを重ねて配置することが好ましい。また、パッケージの形状は、長手方向の寸法がＳＡＷ共振子の長手方向の寸法に従い、厚み方向がＳＡＷ共振子とＩＣ素子とを重ねて構成される寸法に従って決定される扁平な略直方体形状とすることで、よりコンパクトにすることができる。このような場合には、ＳＡＷ共振子を、パッケージの一方の長辺に沿う領域に配置し、ＩＣ素子の出力線路を他方の長辺に沿う領域に配置することによって、ＳＡＷ共振子の信号線路とＩＣ素子の出力線路との距離が確保され、信号間の容量結合が低減される。その結果、コンパクトで、良好な出力特性が維持されたＳＡＷ発振器を提供することができる。

（変形例２）
実施形態１では、図１（ｂ）に示すように、ＳＡＷ共振子１０とＩＣ素子２０とが、それぞれベース基板３１と実装基板３３との異なる基板に実装され、回路基板３２を介して電気的に接続されるとして説明したが、この構成に限定するものではない。例えば、ＳＡＷ共振子１０は実装基板の一方の面に実装され、ＩＣ素子２０は、同一の実装基板の他方の面に実装される構成であっても良い。

本変形例のように、ＳＡＷ共振子１０と、これを駆動する発振回路を有するＩＣ素子２０とを備えるＳＡＷ発振器をよりコンパクトなパッケージとして構成する場合には、ＳＡＷ共振子１０とＩＣ素子２０とを重ねて構成することが好ましく、本変形例のように、一枚の基板の表裏に実装することで、より薄く構成することができる。

９…圧電基板、１０…ＳＡＷ共振子、１１…交差指電極、１２…反射器、１３…ＳＡＷ信号線路、２０…ＩＣ素子、２１…電極パッド、３０…パッケージ、３１…ベース基板、３２…回路基板、３２ｋ，３３ｋ…開放部、３３…実装基板、３４…フレーム、３５…蓋、３６…ボンディングワイヤー、１００…ＳＡＷ発振器、１００ｉｐ…信号線路、１００ｏｐ…出力線路、Ｃ１〜Ｃ４…寄生容量。

Claims (3)

1. 複数の導電パターンを有する略直方体形状のパッケージと、
   交差指電極ならびに前記交差指電極に導通しているＳＡＷ信号線路を備えると共に前記複数の導電パターンのうちの第１導電パターンと前記ＳＡＷ信号線路とが導通した状態で前記パッケージに配置されたＳＡＷ共振子と、
   前記交差指電極と重なった状態で前記パッケージに配置されており、前記ＳＡＷ共振子を駆動する発振回路および前記発振回路の出力信号を出力する電極パッドを備え、かつ前記複数の導電パターンのうちの第２導電パターンと前記電極パッドとが導通しているＩＣ素子と、を備え、
   前記ＳＡＷ信号線路、前記第１導電パターンまでの第１導電路、および前記第１導電パターンからなる信号線路と、前記電極パッド、前記第２導電パターンまでの第２導電路、および前記第２導電パターンからなる出力線路とは、平面視したときの前記出力線路の総面積の１０％以上重なっておらず、
   前記パッケージを平面視したときに、前記ＳＡＷ共振子は、前記パッケージの一方の長辺に沿う領域に配置されており、前記電極パッド、前記第２導電路、および前記第２導電パターンのうち前記パッケージにおける前記ＩＣ素子搭載面側表面に配置された部分は、平面視において前記ＳＡＷ共振子よりも他方の長辺側の領域に配置されていることを特徴とするＳＡＷ発振器。
2. 前記発振回路の出力が差動出力であることを特徴とする請求項１に記載のＳＡＷ発振器。
3. 請求項１または請求項２に記載のＳＡＷ発振器を備えたことを特徴とする電子機器。

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