JP6425924B2 - 恒温槽付圧電デバイス - Google Patents

Description

本発明は、恒温槽付圧電デバイスに関する。

恒温槽を有する圧電デバイスが知られている。例えば、特許文献１は、実装基板と、実装基板の一方の主面に実装された温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）と、実装基板の他方の主面に実装されたヒータと、これらを収容するケースとを有した恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ：Oven Controlled Crystal Oscillator）を開示している。なお、ヒータ及びケースによって恒温槽が構成されている。恒温槽によってＴＣＸＯの周囲の温度は一定とされる。これにより、ＴＣＸＯの発振信号の周波数が温度によって変動してしまうことが低減される。

特開２０１３−２１１７５２号公報

恒温槽のケースからは、恒温槽付圧電デバイスを回路基板等に実装するための外部端子が露出する。このうち、基準電位となるグランドと電気的に接続された外部端子は、電子素子等を介さずに、実装基板のパッド及び配線によって、ケース内の圧電デバイス（ＴＣＸＯ）の基準電位用の端子と接続されることが多い。すなわち、圧電デバイスと基準電位となるグランドと電気的に接続された外部端子とは熱的に接続されることが多い。従って、ヒータから圧電デバイスに加えられた熱の一部が基準電位となるグランドと電気的に接続された外部端子に逃げるおそれがある。その結果、圧電デバイスの温度が一定の温度になるまでに時間がかかるおそれがある。ひいては、圧電デバイスの電気的特性が安定するまで時間がかかるおそれがある。

従って、ヒータから圧電デバイスに加えられた熱の一部が基準電位用の外部端子から外部へ逃げることを抑制できる恒温槽付圧電デバイスが提供されることが望まれる。

本発明の一態様に係る恒温槽付圧電デバイスは、第１実装面及びその背面の第２実装面を有する実装基体と、前記第１実装面に実装された圧電デバイスと、前記第２実装面に実装されたヒータと、前記圧電デバイス、前記実装基体及び前記ヒータを収容するケースと、前記ケースの外部に露出する複数の外部端子と、を有し、前記実装基体は、前記複数の外部端子のいずれかに接続された基準電位用接続端子と、前記基準電位用接続端子から延びるデバイス用配線と、前記デバイス用配線に接続され、前記圧電デバイスが実装された実装パッドと、を有し、前記第２実装面の平面視において、前記ヒータの中心は、前記実装基体の中心よりも前記基準電位用接続端子側に位置している。

好適には、前記実装基体は、前記第２実装面の前記ヒータに重なる領域に設けられ、前記基準電位用接続端子に接続され、前記ヒータが有するヒータパッドに対して、導電性のバンプによる接合がなされていない伝熱配線を有する。

好適には、前記実装基体は、前記第１実装面の前記ヒータに重なる領域に設けられ、前記実装パッドを介して前記デバイス用配線と接続され、前記圧電デバイスが有するデバイスパッドに導電性のバンプによる接合がなされていないダミーパッドを有している。

上記の構成によれば、ヒータによって圧電デバイスに加えられた熱の一部が基準電位用の外部端子へ逃げることを抑制できる。

本発明の実施形態に係るＯＣＸＯの概略構成を、一部を破断して示す斜視図。 図１のII−II線における断面図。 図２の一部拡大図。 図１のＯＣＸＯの実装基体の上面図及び下面図。 図１のＯＣＸＯの信号処理系の概略構成を示すブロック図。

以下、本発明の実施形態に係るＯＣＸＯについて、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。

ＯＣＸＯは、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜的に、直交座標系ｘｙｚを定義するとともにｚ方向の正側を上方として、上面、下面などの用語を用いるものとする。

同一又は類似する構成については、「第１外部端子２３Ａ」、「第２外部端子２３Ｂ」のように、名称の頭に番号を付すとともに符号の末尾に大文字のアルファベットを付すことがある。また、この場合において、単に「外部端子２３」のように、番号及びアルファベットを省略し、区別しないことがある。

配線やパッド等の導電体について、電気的乃至は熱的の説明無しに単に接続という場合、基本的には、対象物同士が接触したり、対象物同士が一体的に形成されたり、対象物同士がバンプ等を介して接合されたりするような接続を指し、電気的な接続及び熱的な接続を伴うものとする。熱的な接続は、例えば、２つの対象物が直接に接触乃至は一体的に形成されている状態、及び、２つの対象物の間に、後述する絶縁基体２４の材料及びケース１９内の気体（例えば空気）よりも熱伝導率が高い材料からなる１又は複数の部材が介在して熱の経路が構成されている状態をいうものとする。

図１は、本発明の実施形態に係るＯＣＸＯ１の概略構成を、一部を破断して示す斜視図である。また、図２は、図１のII−II線における断面図である。

ＯＣＸＯ１は、例えば、ＴＣＸＯ３と、ＴＣＸＯ３の周囲の雰囲気を所定の温度に維持するとともにＴＣＸＯ３と外部機器との電気的接続を仲介するための恒温槽５とを有している。

ＴＣＸＯ３は、例えば、素子搭載部材７と、素子搭載部材７に搭載された振動素子９（図２）及びＩＣ１１（図２）と、振動素子９を封止するための蓋体１３とを有している。

素子搭載部材７は、例えば、絶縁部材１５と、絶縁部材１５の表面又は内部に設けられた各種の配線及びパッドとを有している。

絶縁部材１５（素子搭載部材７）は、図２に示すように、上方に開口し、振動素子９を収容する第１凹部１５ａと、下方に開口し、ＩＣ１１を収容する第２凹部１５ｂとを有している。別の観点では、絶縁部材１５は、基板部１５ｃと、基板部１５ｃの一方の主面（第１搭載面１５ｃａ）上に位置する第１枠部１５ｄと、基板部１５ｃの他方の主面（第２搭載面１５ｃｂ）上に位置する第２枠部１５ｅとを有している。

絶縁部材１５は、例えば、アルミナ等のセラミックからなる層状部材を複数枚重ねて形成されている。図２の例では、絶縁部材１５は、基板部１５ｃを構成する２枚の層状部材、第１枠部１５ｄを構成する層状部材、及び、第２枠部１５ｅを構成する層状部材の４枚が重ねられて形成されている。

素子搭載部材７の配線及びパッドは、例えば、絶縁部材１５を構成する層状部材を上下方向に貫通するビア導体、及び、層状部材に重ねられた層状導体によって構成されている。これら導体は、例えば、Ｃｕ等の金属によって構成されており、絶縁部材１５よりも熱伝導率が高い。

振動素子９は、例えば、平板状の圧電素板１０（図２）と、圧電素板１０の両主面に設けられた１対の励振電極３２（図５参照）とを備えている。圧電素板１０は、例えば、水晶のような石英材料よりなり、結晶軸に対し所定の角度で切断され、平面視で長方形状とされている。圧電素板１０は、１対の励振電極３２に電圧が印加されることにより、所定の周波数で厚みすべり振動を生じる。振動素子９は、例えば、励振電極３２から延びる不図示の引出電極が第１搭載面ｃａ上の不図示のパッドにバンプによって接合されることによって素子搭載部材７に実装されている。

ＩＣ１１は、例えば、第２搭載面ｃｂに設けられた不図示のパッドに対してバンプによって接合されることにより、第２搭載面ｃｂに実装されている。ＩＣ１１は、素子搭載部材７に設けられた配線及びパッドを介して、恒温槽５（より詳細には後述する実装基体１７）に電気的に接続されるとともに、振動素子９に電気的に接続されている。

蓋体１３は、第１枠部１５ｄの上面に接合され、第１凹部１５ａを封止する。蓋体１３は、金属等の導電材料により構成されてもよいし、絶縁材料により構成されてもよいし、絶縁層と導電層とを積層した複合材料により構成されてもよい。例えば、蓋体１３は、金属板から構成されており、この金属板は、シーム溶接等により第１枠部１５ｄに接合されており、蓋体１３Ｂが絶縁部材１５の表面又は内部に設けられた配線によって、第２デバイスパッド２５Ｂ（図５参照）と電気的に接続されている。

恒温槽５は、例えば、ＴＣＸＯ３が実装される実装基体１７と、ＴＣＸＯ３を収容するケース１９と、ケース１９内の雰囲気を加熱するためのヒータ２１（図２）と、ＯＣＸＯ１を外部機器に実装するための複数（本実施形態では４個）の外部端子２３（第１外部端子２３Ａ〜第４外部端子２３Ｄ）とを有している。なお、実装基体１７には、ＴＣＸＯ３及びヒータ２１以外に、各種の電子部品（例えば電源用ＩＣ等）が実装されてもよい。

実装基体１７は、例えば、プリント配線基板により構成されており、絶縁基体２４と、絶縁基体２４に設けられた各種の導体とを有している。絶縁基体２４（実装基体１７）は、第１実装面２４ａと、その背面の第２実装面２４ｂとを有している。第１実装面２４ａにはＴＣＸＯ３が実装され、第２実装面２４ｂにはヒータ２１が実装されている。すなわち、ＴＣＸＯ３とヒータ２１との間には実装基体１７が介在している。絶縁基体２４は、例えば、ガラスエポキシ材よりなる。

ケース１９は、例えば、金属材料よりなり、ＴＣＸＯ３、実装基体１７及びヒータ２１を収容している。ケース１９は、特に図示しないが、例えば、ケース１９の下面を構成する部材と、ケース１９の上面及び外周面を構成する部材とが固定されて構成されている。両部材は気密に接合されている（ケース１９の内部は密閉されている）ことが好ましい。

ヒータ２１は、例えば、実装基体１７の第２実装面２４ｂにおいて、ＴＣＸＯ３と重なる位置に実装されている。ヒータ２１は、例えば、所定のパターンに延びる導電体（抵抗体）を絶縁材料により封止して構成されており、実装基体１７を介して印加された電圧に応じた熱を生じる。

複数の外部端子２３は、例えば、ピン状の端子であり、一端側が、実装基体１７に形成された孔に挿通され、半田等により実装基体１７に固定されるとともに電気的に接続されている。複数の外部端子２３の他端側は、例えば、ケース１９の下面から延び出ている。なお、複数の外部端子２３は、ケース１９に対して固定され、実装基体１７とケース１９の下面との間隔を確保しつつ、実装基体１７とケース１９とを固定することに寄与してもよい。

図３は、図２の一部拡大図である。図３では、ＴＣＸＯ３及びヒータ２１の実装基体１７に対する実装に係る部分、及び、実装基体１７の構成等を図２よりも詳細に図示している。

素子搭載部材７は、例えば、第２枠部１５ｅの下面に設けられた複数（本実施形態では４つ）のデバイスパッド２５（第１デバイスパッド２５Ａ〜第４デバイスパッド２５Ｄ。図５も参照）を有している。デバイスパッド２５は、素子搭載部材７の配線を介してＩＣ１１と電気的に接続されている。複数のデバイスパッド２５の第２枠部１５ｅの下面内における配置位置、平面形状及び面積は適宜に設定されてよい。例えば、複数のデバイスパッド２５は、第２枠部１５ｅの４隅に設けられている。

ＴＣＸＯ３は、第２枠部１５ｅの下面を実装基体１７の第１実装面２４ａに対向させて配置される。そして、複数のデバイスパッド２５は、第１実装面２４ａに設けられた複数のデバイス用実装パッド２７（第１デバイス用実装パッド２７Ａ〜第４デバイス用実装パッド２７Ｄ。図４（ａ）も参照）に対して複数のバンプ２６によって接合される。これにより、ＴＣＸＯ３は、実装基体１７に固定されるとともに電気的に接続される。バンプ２６は、例えば、半田（鉛フリー半田を含む）又は導電性接着材によって構成されている。

素子搭載部材７に第２凹部１５ｂが形成されていることにより、また、バンプ２６が素子搭載部材７と実装基体１７との間に介在していることによって、ＴＣＸＯ３と実装基体１７との間には第１空間Ｓ１が構成されている。なお、第１空間Ｓ１は、複数のバンプ２６の間の隙間を介して素子搭載部材７の外部と通じている。ただし、樹脂が素子搭載部材７の周囲乃至は複数のバンプ２６の間に配置されることなどによって、第１空間Ｓ１は密閉されていてもよい。

ヒータ２１は、例えば、第２実装面２４ｂに対向する面に複数（本実施形態では２つ）のヒータパッド２８を有している。ヒータパッド２８は、例えば、電力供給を受けるためのものであり、ヒータ２１の長手方向の両側に設けられている。複数のヒータパッド２８は、第２実装面２４ｂに設けられた複数のヒータ用実装パッド３０（第１ヒータ用実装パッド３０Ａ及び第２ヒータ用実装パッド３０Ｂ）に対して複数のバンプ２９によって接合される。これにより、ヒータ２１は、実装基体１７に固定されるとともに電気的に接続される。バンプ２９は、例えば、半田（鉛フリー半田を含む）又は導電性接着材によって構成されている。

ヒータ２１は、更に、接着剤３１によっても実装基体１７に対して固定されている。接着剤３１は、例えば、ヒータ２１を覆うように設けられている。すなわち、接着剤３１は、ヒータ２１の側面（例えば４側面又は２側面）、及び、ヒータ２１の実装基体１７とは反対側の面に密着するとともに、第２実装面２４ｂのヒータ２１の周囲の領域に密着している。なお、接着剤３１は、ヒータ２１に対して、ヒータ２１の側面のみに密着してもよい。また、接着剤３１は設けられなくてもよい。

ヒータ２１と第２実装面２４ｂとはバンプ２９の厚みで離間しており、また、両者の間には、外周側を除いて接着剤３１が流れ込んでいない。従って、両者の間には第２空間Ｓ２が構成されている。第２空間Ｓ２は、例えば、接着剤３１がヒータ２１の外周を囲むように設けられることによって密閉されている。ただし、第２空間Ｓ２は、接着剤がヒータ２１の４側面のうち２側面のみを覆うように設けられることなどにより、ヒータ２１の外側の空間と通じていてもよい。

実装基体１７には、ＴＣＸＯ３の昇温を好適化するために、ＴＣＸＯ３及びヒータ２１に重なる領域に複数の貫通孔６１が形成されている。複数の貫通孔６１は、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを連通している。複数の貫通孔６１の数、配置、形状及び大きさは適宜に設定されてよい。なお、実装基体１７に、当該実装基体１７の導電層同士を接続するためのスルーホールが設けられる場合、貫通孔６１は、このスルーホールと同一の形状及び大きさであれば、スルーホールと同様に形成できて都合がよい。

また、実装基体１７は、第１空間Ｓ１の昇温を好適化するために、絶縁基体２４を貫通して第１実装面２４ａ及び第２実装面２４ｂに露出する伝熱体６３を有している。伝熱体６３は、例えば、第１実装面２４ａに設けられ、ＴＣＸＯ３に対向する第１伝熱膜６３ａと、第２実装面２４ｂに設けられ、ヒータ２１に対向する第２伝熱膜６３ｂと、貫通孔６１の内周面に設けられ、第１伝熱膜６３ａと第２伝熱膜６３ｂとを接続する内周伝熱膜６３ｃと、を含んでいる。

第２伝熱膜６３ｂは、例えば、２つのヒータ用実装パッド３０のうち一方と接続されている（ヒータ用実装パッド３０を含んでいると捉えられてもよい。）。従って、伝熱体６３は、ヒータ用実装パッド３０及びバンプ２９を介してヒータ２１（ヒータパッド２８）と熱的に接続されている。伝熱体６３は、例えば、Ｃｕ等の金属により構成されており、絶縁基体２４よりも伝熱率が高い。伝熱体６３は、ＴＣＸＯ３に対して電気的に非接続とされている。

図４（ａ）は、第１実装面２４ａの平面図であり、図４（ｂ）は、第２実装面２４ｂの平面図である。ただし、図４（ｂ）は、第１実装面２４ａ側から第２実装面２４ｂを透視した図となっている。すなわち、図４（ａ）の紙面上下左右と、図４（ｂ）の紙面上下左右とは互いに対応している（座標系ｘｙｚ参照）。

また、図４（ａ）では、ＴＣＸＯ３を２点鎖線で示し、図４（ｂ）では、ヒータ２１及びヒータ２１の制御を行うための制御ＩＣ５０を２点鎖線で示している。

実装基体１７には、複数（４つ）の外部端子２３が挿入される複数の孔、及び、複数の外部端子２３に接続される複数の接続端子６５（第１接続端子６５Ａ〜第４接続端子６５Ｄ）が設けられている。複数の孔及び複数の接続端子６５は、例えば、実装基体１７の外周側に、より具体的には４隅に設けられている。複数の接続端子６５は、例えば、複数の孔の内周面、及び、第１実装面２４ａ及び第２実装面２４ｂにおける孔の周囲に金属膜が設けられることによって形成されている。

複数の接続端子６５において、その位置と役割との関係は適宜に設定されてよい。本実施形態では、第１接続端子６５Ａは、ＴＣＸＯ３の生成する発振信号の周波数を制御するための制御電圧Ｖｃｏｎが入力される端子であり、第２接続端子６５Ｂは、基準電位となるグランドと接続される端子であり、第３接続端子６５Ｃは、ＴＣＸＯ３の生成した発振信号Ｖｏｕｔを出力する端子であり、第４接続端子６５Ｄは、ＴＣＸＯ３及び恒温槽５を駆動するための電源電圧Ｖｃｃが入力される端子であるものとする。

複数（４つ）のデバイス用実装パッド２７は、ＴＣＸＯ３のデバイスパッド２５がＴＣＸＯ３の４隅に設けられていることに対応して、ＴＣＸＯ３の配置領域の４隅に設けられている。また、複数のデバイス用実装パッド２７は、例えば、ＴＣＸＯ３の中心が第１実装面２４ａの中心に位置するように配置されている。

なお、中心は、例えば、平面形状の重心である。後述するヒータ２１等の中心も同様である。

第１デバイス用実装パッド２７Ａ〜第４デバイス用実装パッド２７Ｄは、例えば、実装基体１７に設けられた配線を介して、第１接続端子６５Ａ〜第４接続端子６５Ｄに電気的に接続されている。なお、図４では、第１デバイス用実装パッド２７Ａ〜第４デバイス用実装パッド２７Ｄの配置位置と、第１接続端子６５Ａ〜第４接続端子６５Ｄの配置位置とは互いに対応しているが、必ずしも対応していなくてもよい。

複数（２つ）のヒータ用実装パッド３０は、ヒータパッド２８がヒータ２１の長手方向の両側に設けられていることに対応して、ヒータ２１の配置領域の長手方向の両側に設けられている。また、複数のヒータ用実装パッド３０は、例えば、ヒータ２１の中心が第２実装面２４ｂの中心よりも基準電位であるグランドと電気的に接続される第２接続端子６５Ｂ側に位置するように配置されている。

第１ヒータ用パッド３０Ａは、例えば、実装基体１７に実装された制御ＩＣ５０から駆動信号が入力される。第２ヒータ用パッド３０Ｂは、例えば、実装基体１７に設けられた配線を介して、基準電位であるグランドと電気的に接続される第２接続端子６５Ｂに電気的に接続されている。

制御ＩＣ５０は、基準電位であるグランドと電気的に接続される第２接続端子６５Ｂ、電源電圧が付与される第４接続端子６５Ｄ、及び、ヒータ２１に電気的に接続される第１ヒータ用パッド３０Ａに対して、実装基体１７の配線を介して電気的に接続される。

第１伝熱膜６３ａは、例えば、複数のデバイス用実装パッド２７とバンプ２６等によって短絡が生じないように、且つ、できるだけＴＣＸＯ３との重なりが大きくなるように形成されている。例えば、第１伝熱膜６３ａは、第２凹部１５ｂの平面形状と同様の形状（例えば矩形）とされるとともに、第２凹部１５ｂの平面形状よりも若干小さくされている。

第２伝熱膜６３ｂは、例えば、第２実装面２４ｂ上の第２伝熱膜６３ｂとは電位が異なる配線と短絡が生じないように、且つ、できるだけヒータ２１との重なりが大きくなるように形成されている。例えば、第２伝熱膜６３ｂは、ヒータ２１と同等の幅（ｘ方向）を有し、ヒータ２１の２／３以上の面積を有するように形成されている。また、第２伝熱膜６３ｂは、例えば、平面透視において、第１伝熱膜６３ａが収まるような大きさ及び形状に形成されている。

複数の貫通孔６１は、例えば、第１空間Ｓ１及びヒータ２１に重なる領域（本実施形態では、ヒータ２１は第１空間Ｓ１よりも広いので、第１空間Ｓ１と重なる領域と同一）の中央側に位置する第１貫通孔６１Ａと、第１空間Ｓ１及びヒータ２１に重なる領域の外周側に位置し、第１貫通孔６１Ａを囲む複数（４つ）の第２貫通孔６１Ｂと、を含んでいる。複数の第２貫通孔６１Ｂは、例えば、矩形の第１空間Ｓ１の４隅に位置している。

なお、第１空間Ｓ１及びヒータ２１に重なる領域の中央側は、例えば、前記領域の外周縁部よりも前記領域の中心に近い範囲（中心側の半分の範囲）をいい、外周側は、前記中心よりも前記外周縁部に近い範囲（外周縁部側の半分の範囲）をいう。より好適には、中央側は、前記中心と前記外周縁部との中間位置よりも前記中心に近い範囲（中心側の１／４の範囲）位置であり、外周側は、前記中間位置よりも前記外周縁部に近い範囲（外周縁部側の１／４の範囲）位置である。

実装基体１７は、基準電位となるグランドと電気的に接続される第２接続端子６５Ｂにヒータ２１の熱を伝え易くするために、第２実装面２４ｂに伝熱配線６７（図４（ｂ））を有している。伝熱配線６７は、第２接続端子６５Ｂに接続されるとともに、平面透視においてヒータ２１に重なっている。ただし、伝熱配線６７は、ヒータ２１に対して電気的に接続されていなくてもよい。又は、伝熱配線６７は、ヒータ２１（ヒータ用実装パッド３０）に対して抵抗、キャパシタ又はインダクタ等の電子素子を介してヒータ２１に電気的に接続されていてもよい。なお、伝熱配線６７の第２接続端子６５Ｂ側の他端は、ヒータ２１に電気的に接続されていない場合、ヒータ２１以外の電子素子に電気的に接続されていてもよいし、接続されていなくてもよい。伝熱配線６７は、第２接続端子６５Ｂからヒータ２１に至るまで一体的に延びていることが望ましいが、その中途に熱の伝達をさほど妨げない電子素子が配置されていてもよい。伝熱配線６７は、例えば、ヒータ２１を横切るように２つのヒータ用実装パッド３０の間において延びている。

また、実装基体１７は、基準電位となるグランドと電気的に接続される第２デバイス用実装パッド２７Ｂにヒータ２１の熱を伝え易くするために、第１実装面２４ａにダミーパッド６９（図４（ａ））を有している。ダミーパッド６９は、例えば、配線の一部（例えば先端）が拡幅することにより形成されており、第２接続端子６５Ｂと第２デバイス用実装パッド２７Ｂとを接続するデバイス用配線７１に対して、第２デバイス用実装パッド２７Ｂを介して接続されている。ダミーパッド６９は、ＴＣＸＯ３と電気的に接続されていなくてもよい。例えば、ダミーパッド６９上には、バンプ２６が設けられず、ダミーパッド６９は、ＴＣＸＯ３と接合されない。又は、ダミーパッド６９は、ＩＣ１１及び振動素子９等のＴＣＸＯ３のいずれの電子素子にも電気的に接続されていないダミーのデバイスパッド２５とバンプ２６によって接合されており、ＴＣＸＯ３と熱的には接続されているものの電気的には接続されていない。

図５は、ＯＣＸＯ１の信号処理系の概略構成を示すブロック図である。

ＯＣＸＯ１は、既述のように、ＴＣＸＯ３と、恒温槽５とを有しており、両者は、複数のデバイスパッド２５と複数のデバイス用実装パッド２７とがバンプ２６によって接合されることにより電気的に接続されている。また、恒温槽５の複数の外部端子２３を介して、ＴＣＸＯ３の複数のデバイスパッド２５は、種々の信号が入力され、又は、種々の信号を出力する。

ＴＣＸＯ３は、上述のように、振動素子９と、振動素子９と電気的に接続されるＩＣ１１とを有している。ＩＣ１１は、例えば、振動素子９に電圧を印加して発振信号を生成する発振回路３３と、発振信号の温度変化に対する補償を行うための温度補償回路３５と、温度補償回路３５の保持する温度補償に係るデータの内容を書き換えるための不図示の書換え回路とを有している。これら回路の構成は、公知の構成と同様でよい。

例えば、発振回路３３は、特に図示しないが、入力側及び出力側が振動素子９に電気的に接続されるインバータ、インバータの入力側及び出力側に電気的に接続される帰還抵抗、インバータの入力側とグランド部との間に配置される可変容量素子、及び、インバータの出力側とグランド部との間に配置される可変容量素子を含んで構成されている。

また、例えば、温度補償回路３５は、振動素子９とグランド部との間に配置される可変容量素子３９と、可変容量素子３９に電気的に接続された補償信号発生回路４１と、補償信号発生回路４１に電気的に接続されたＲＯＭ４３、ＲＡＭ４５及び第１温度センサ４７とを有している。

なお、温度補償回路３５の可変容量素子３９には、制御電圧Ｖｃｏｎに従って発振信号の周波数を変化させるために発振回路３３に含まれる可変容量素子が兼用されてもよい。また、ＲＯＭ４３及びＲＡＭ４５は、発振回路３３が利用する情報を保持するＲＯＭ及びＲＡＭと兼用されるものであってもよい。第１温度センサ４７は、ＩＣ１１とは別個に設けられてもよい。

補償信号発生回路４１は、ＲＯＭ４３又はＲＡＭ４５に記憶されている情報に基づいて、第１温度センサ４７の検出する温度に応じた電圧を可変容量素子３９に印加する。これにより、温度に応じて振動素子９の負荷容量が変化し、発振信号の周波数は温度補償がなされる。

恒温槽５は、上述したヒータ２１に加えて、例えば、ケース１９内の適宜な位置の温度を検出する第２温度センサ４９と、第２温度センサ４９の検出した温度に基づいてヒータ２１を制御する温度制御回路５１（制御ＩＣ５０）とを有している。温度制御回路５１は、例えば、第２温度センサ４９の検出する温度が予め設定された温度に維持されるようにヒータ２１をフィードバック制御する。

なお、ＴＣＸＯには、第１温度センサ４７の検出する温度をデバイスパッド２５から出力可能なものがある。このようなＴＣＸＯがＴＣＸＯ３として選択されている場合においては、第２温度センサ４９を設けずに、第１温度センサ４７の検出した温度に基づいてヒータ２１が制御されてもよい。

図４（ａ）では、恒温槽５から露出する複数の外部端子２３と、ＴＣＸＯ３の複数のデバイスパッド２５とは、電子素子を介在させずに、実装基体１７の配線によって接続されている。ただし、適宜な電子素子が介在していてもよい。例えば、増幅器又はインピーダンス整合を図るための素子が介在していてもよい。ただし、基準電位となるグランドと電気的に接続される第２外部端子２３Ｂ（第２接続端子６５Ｂ）と、第２デバイスパッド２５Ｂとは、電子素子を介在させずに接続されていることが望ましい。

以上に説明した本実施形態のＯＣＸＯ１は、例えば、以下に述べる第１〜第３の観点の作用効果を奏する。

第１の観点では、本実施形態のＯＣＸＯ１は、第１実装面２４ａ及びその背面の第２実装面２４ｂを有する実装基体１７と、第１実装面２４ａに実装されたＴＣＸＯ３と、第２実装面２４ｂに実装されたヒータ２１と、これらを収容するケース１９とを有している。ＴＣＸＯ３と第１実装面２４ａとの間には第１空間Ｓ１が形成されている。実装基体１７には、ヒータ２１及び第１空間Ｓ１に重なる領域に、実装基体１７を第２実装面２４ｂ側から第１実装面２４ａ側へ貫通して第１空間Ｓ１に通じる中空の貫通孔６１が形成されている。

従って、第１空間Ｓ１の気体（例えば空気）は、実装基体１７を介さずに、貫通孔６１を介して直接的にヒータ２１に触れることができる。その結果、第１空間Ｓ１の温度がヒータ２１によって上昇しやすくなり、ひいては、ヒータ２１によってＴＣＸＯ３の温度を迅速に一定の温度にすることができる。すなわち、ＯＣＸＯ１の特性が安定するまでの起動時間を短くすることができる。

また、本実施形態では、ヒータ２１と第２実装面２４ｂとの間には第２空間Ｓ２が形成されており、貫通孔６１によって第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とが連通されている。

通常、ヒータ２１がバンプ２９によって実装されることによって第２空間Ｓ２が形成されると、ヒータ２１から実装基体１７への伝熱性が低下し、ひいては、ＴＣＸＯ３を昇温させにくくなる。しかし、本実施形態では、貫通孔６１によって第２空間Ｓ２の気体が第１空間Ｓ１に流れ込むことができることから、第２空間Ｓ２は、ヒータ２１によって第１空間Ｓ１の気体を直接的に昇温させる空間として機能することになる。その結果、第２空間Ｓ２が形成されることによる伝熱性の低下を低減することができ、又は、第２空間Ｓ２が形成されない場合よりも伝熱性を向上させることができる。

また、本実施形態では、複数の貫通孔６１によって第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とが連通されている。

従って、第２空間Ｓ２から複数の貫通孔６１のいずれかを介した第１空間Ｓ１への気体の流れ、及び、第１空間Ｓ１から複数の貫通孔の他のいずれかを介した第２空間Ｓ２への気体の流れが生じ得る。その結果、第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２に好適な対流が生じ、第１空間Ｓ１の温度が上昇しやすくなる。

また、本実施形態では、複数の貫通孔６１は、第１空間Ｓ１及びヒータ２１に重なる領域の中央側に位置する第１貫通孔６１Ａ（中央側貫通孔）と、第１空間Ｓ１及びヒータ２１に重なる領域の外周側に位置し、第１貫通孔６１Ａを囲む複数の第２貫通孔６１Ｂ（外側貫通孔）と、を含んでいる。

従って、上述の対流が好適に生じやすくなる。例えば、第１空間Ｓ１は、外周側が第２枠部１５ｅに接しており、中央側がＩＣ１１に接しており、両者の温度に影響を及ぼす部材が異なっていることから、中央側及び外周側の一方が他方よりも温度が高くなりやすい。その結果、第１空間Ｓ１の中央側から外周側へ、又は、第１空間Ｓ１の外周側から中央側への気体の流れが生じやすい。その流れに対応した位置に第１貫通孔６１Ａ及び第２貫通孔６１Ｂが配置されていることによって、これら貫通孔６１に気体が流れやすくなり、ひいては、好適に対流が生じる。また、ヒータ２１において、中央側と外周側とで温度差が生じやすく、且つ、ＴＣＸＯ３の中央側とヒータ２１の中央側とが概ね一致していれば、さらに対流が生じやすくなる。

また、本実施形態では、ＴＣＸＯ３は、互いに反対側に開口する第１凹部１５ａ及び第２凹部１５ｂを有する素子搭載部材７と、第１凹部１５ａに収容された振動素子９（圧電素子）と、第２凹部１５ｂに収容されたＩＣ１１（集積回路素子）と、を有し、第２凹部１５ｂ側を第１実装面２４ａに向けて第１実装面２４ａに実装されている。第２凹部１５ｂは、第１空間Ｓ１の少なくとも一部を構成し、貫通孔６１は、第２凹部１５ｂと重なる領域に位置している。

従って、いわゆるＨ型の素子搭載部材７において、第２凹部１５ｂの温度を迅速に上昇させることができる。その結果、第２凹部１５ｂ側から第１凹部１５ａを昇温しにくいというＨ型のデメリットを低減することができる。

また、第２の観点では、本実施形態のＯＣＸＯ１は、第１実装面２４ａ及びその背面の第２実装面２４ｂを有する実装基体１７と、第１実装面２４ａに実装されたＴＣＸＯ３（圧電デバイス）と、第２実装面２４ｂに実装されたヒータ２１と、これらを収容するケース１９と、を有している。実装基体１７は、第１実装面２４ａ及び第２実装面２４ｂを構成する絶縁基体２４と、絶縁基体２４よりも熱伝導率が高い材料からなり、絶縁基体２４を貫通し、ヒータ２１に重なる領域にて第２実装面２４ｂ側に露出するとともにＴＣＸＯ３に重なる領域にて第１実装面２４ａ側に露出し、ＴＣＸＯ３に対して電気的に非接続とされた伝熱体６３と、を有している。

従って、ヒータ２１とＴＣＸＯ３との間に絶縁基体２４のみが介在している場合に比較して、ヒータ２１の熱がＴＣＸＯ３に伝わり易くなる。その結果、ヒータ２１によってＴＣＸＯ３の温度を迅速に一定の温度にすることができる。すなわち、ＯＣＸＯ１の特性が安定するまでの起動時間を短くすることができる。

また、本実施形態では、伝熱体６３は、第１実装面２４ａに設けられ、ＴＣＸＯ３に対向する第１伝熱膜６３ａを含む。

従って、単に絶縁基体２４を貫通する導体（金属）を設けるような場合に比較して、伝熱体６３の体積の増加を抑えつつ、広範囲に亘って伝熱体６３からＴＣＸＯ３に熱を伝えることできる。その結果、安価に伝熱性を向上させることができる。また、第１伝熱膜６３ａが基準電位となるグランドと電気的に接続されるとすれば、第１伝熱膜６３ａがシールドとして機能し、ＴＣＸＯ３の電気特性が向上することも期待される。

また、本実施形態では、伝熱体６３は、第２実装面２４ｂに設けられ、ヒータ２１に対向する第２伝熱膜６３ｂを含む。

従って、単に絶縁基体２４を貫通する導体（金属）を設けるような場合に比較して、伝熱体６３の体積の増加を抑えつつ、広範囲に亘ってヒータ２１から伝熱体６３に熱を伝えることができる。その結果、安価に伝熱性を向上させることができる。また、第２伝熱膜６３ｂも、第１伝熱膜６３ａと同様に、基準電位となるグランドと電気的に接続されることにより、ＴＣＸＯ３の電気特性を向上させるシールドとして機能することが期待される。

また、本実施形態では、ＴＣＸＯ３と第１実装面２４ａとの間には第１空間Ｓ１が形成されている。実装基体１７には、ヒータ２１及び第１空間Ｓ１に重なる領域に、実装基体１７を第２実装面２４ｂ側から第１実装面２４ａ側へ貫通して第１空間Ｓ１に通じる中空の貫通孔６１が形成されている。伝熱体６３は、貫通孔６１の内周面に設けられた内周伝熱膜６３ｃを含む。

従って、第１の観点から説明した、第１空間Ｓ１の気体をヒータ２１によって加熱することによる効果を得るとともに、当該効果を得るための貫通孔６１を、伝熱体６３を第２実装面２４ｂから第１実装面２４ａに亘って設けるために利用できる。その結果、全体として簡便な製造方法乃至は構成によって効果的にヒータ２１の熱をＴＣＸＯ３に伝えることができる。

また、本実施形態では、ＴＣＸＯ３と第１実装面２４ａとの間には第１空間Ｓ１が形成されている。伝熱体６３は、第１空間Ｓ１と重なる領域においてのみ第１実装面２４ａ側に露出している。

従って、例えば、伝熱体６３と、ＴＣＸＯ３を実装するためのデバイス用実装パッド２７との短絡が生じるおそれが低減される。また、ＴＣＸＯ３の基板部１５ｃは、第２枠部１５ｅ内の導体、デバイスパッド２５及びバンプ２６によって熱的に実装基体１７に接続されている外周部に対して、第１空間Ｓ１を介して実装基体１７と対向している中央部においてヒータ２１の熱が伝わりにくい。そのような第１空間Ｓ１に集中的に伝熱体６３を露出させることにより、バランスよくヒータ２１の熱が基板部１５ｃに伝えられることが期待される。

また、本実施形態では、第１の観点においても述べたように、第１空間Ｓ１の少なくとも一部がＨ型の素子搭載部材７の第２凹部１５ｂによって構成されており、上述した伝熱体６３によって、第２凹部１５ｂ側から第１凹部１５ａを昇温しにくいというＨ型のデメリットを低減することができる。

また、本実施形態では、伝熱体６３は、第２実装面２４ｂに設けられ、バンプ２９を介してヒータ２１と接合されたヒータ用実装パッド３０に接続されている。

従って、伝熱体６３は、ヒータ２１に熱的に接続されることになり、ヒータ２１の熱を好適にＴＣＸＯ３側へ伝えることができる。しかも、伝熱体６３は、ヒータ２１を実装するためのヒータ用実装パッド３０及びバンプ２９によってヒータ２１に熱的に接続されることから、全体としてＯＣＸＯ１の構成が簡素化される。

また、第３の観点では、本実施形態のＯＣＸＯ１は、第１実装面２４ａ及びその背面の第２実装面２４ｂを有する実装基体１７と、第１実装面２４ａに実装されたＴＣＸＯ３と、第２実装面２４ｂに実装されたヒータ２１と、これらを収容するケース１９と、ケース１９の外部に露出する複数の外部端子２３と、を有している。実装基体１７は、複数の外部端子２３のいずれかに接続された第２接続端子６５Ｂ（基準電位用接続端子）と、第２接続端子６５Ｂから延びるデバイス用配線７１と、デバイス用配線７１に接続され、ＴＣＸＯ３が実装された第２デバイス用実装パッド２７Ｂと、を有している。第２実装面２４ｂの平面視において、ヒータ２１の中心は、実装基体１７の中心よりも第２接続端子６５Ｂ側に位置している。

基準電位用の第２接続端子６５Ｂ、デバイス用配線７１及び第２デバイス用実装パッド２７Ｂは、外部端子２３とＴＣＸＯ３とを熱的に接続していることから、ＴＣＸＯ３の熱を外部端子２３へ逃がしてしまいやすい。しかし、ヒータ２１の中心が実装基体１７の中心よりも第２接続端子６５Ｂ側になるようにヒータ２１が設けられ、ヒータ２１によって第２接続端子６５Ｂ及び第２外部端子２３Ｂが昇温されることにより、ＴＣＸＯ３から第２接続端子６５Ｂへの熱の流れが低減される。その結果、ヒータ２１によってＴＣＸＯ３の温度を迅速に一定の温度にすることができる。すなわち、ＯＣＸＯ１の特性が安定するまでの起動時間を短くすることができる。

また、本実施形態では、実装基体１７は、第２実装面２４ｂのヒータ２１に重なる領域に設けられ、第２接続端子６５Ｂに接続され、ヒータ２１が有するヒータパッド２８に対して、導電性のバンプ２９による接合がなされていない伝熱配線６７を有している。

従って、ヒータ２１から伝熱配線６７を介して第２接続端子６５Ｂに熱を伝えることができ、第２接続端子６５Ｂを迅速に昇温することができる。その結果、ＴＣＸＯ３から第２接続端子６５Ｂへの熱の流れが低減される。

また、本実施形態では、実装基体１７は、第１実装面２４ａのヒータ２１に重なる領域に設けられ、第２デバイス用実装パッド２７Ｂを介してデバイス用配線７１と接続され、ＴＣＸＯ３が有するデバイスパッド２５に導電性のバンプ２６による接合がなされていないダミーパッド６９と、を有している。

従って、ダミーパッド６９が実装基体１７を介してヒータ２１により昇温され、その熱が第２デバイス用実装パッド２７Ｂに伝達されることにより、ＴＣＸＯ３から第２デバイス用実装パッド２７Ｂを介した第２接続端子６５Ｂへの熱の流れが低減される。なお、ダミーパッド６９は、ヒータ２１に重なっていれば、ＴＣＸＯ３に重なっていなくてもよい。ただし、ＴＣＸＯ３に重なっていれば、第１実装面２４ａの面積を節約できる。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

ＯＣＸＯの構造は、適宜に変更されてよい。例えば、実装基体のヒータ側に実装基体とスペーサを介して対向する回路基板が設けられ、圧電デバイス（ＴＣＸＯ）、実装基体及び前記の回路基板の実装基体側の面を覆うケースが設けられ、前記の回路基板の実装基体とは反対側の面がケース外に露出されてもよい。この回路基板のケース外に露出する面に、パッド状の外部端子が設けられてもよい。別の観点では、外部端子に接続される実装基体の基準電位用接続端子（実施形態では第２接続端子６５Ｂ）は、直接に外部端子に電気的及び熱的に接続されるのではなく、前記の回路基板の配線及び端子を介して電気的及び熱的に接続されていてもよい。

圧電デバイスは、発振器に限定されず、例えば、ＳＡＷフィルタ等のフィルタであってもよい。なお、圧電デバイスがＳＡＷフィルタの場合、圧電素子は、ＩＤＴ電極が設けられた圧電基板である。また、圧電デバイスは、温度補償機能を有さないものであってもよい。

圧電デバイスは、いわゆるＨ型の素子搭載部材を有するものに限定されない。例えば、圧電デバイスは、一つの凹部のみを有する素子搭載部材（箱状の素子搭載部材）に圧電素子が収容されるものであってもよいし、平板状の素子搭載部材に圧電素子が実装されたものであってもよいし、圧電基板の電極が設けられた面を樹脂封止したもの（素子搭載部材が設けられないもの）であってもよい。

発振器は、実施形態に例示した以外の信号を入出力するものであってもよい。例えば、発振器は、制御電圧が入力されないもの（予め定められた一定の周波数の発振信号を出力するもの）であってもよいし、イネーブル・ディセーブル信号が入力されるものであってもよいし、周波数が互いに異なる又は同一の２つの発振信号を出力するものであってもよい。

振動素子は、圧電体の両主面に１対の電極が設けられるものに限定されず、ＳＡＷ型の振動素子のように圧電体の一主面に１対の電極が設けられるものであってもよい。圧電体のカットの角度は適宜に設定されてよい。圧電体は、水晶に限定されず、例えば、セラミックであってもよい。

第２実装面とヒータとの間には第２空間が形成されていなくてもよい。例えば、実施形態において、ヒータと第２実装面との間にはアンダーフィルが充填されていてもよい。また、例えば、ヒータは、直接的に又は接着剤を介して間接的に第２実装面に密着され、第２実装面とは反対側の面に形成されたヒータパッドと実装基体のヒータ用実装パッドとがボンディングワイヤによって接続されるものであってもよい。

実装基体に設けられた第１空間に通じる貫通孔（実施形態では貫通孔６１）は、複数でなくてもよい。例えば、貫通孔は、１つのみでもよいし、気体の流入用と流出用との２つのみでもよい。複数の貫通孔が設けられる場合、その配置位置は適宜に設定されてよい。例えば、実施形態において、第１空間Ｓ１の４隅及び中央だけでなく、短辺及び／又は長辺に沿って多数の貫通孔が形成されてもよい。貫通孔の形状も円形に限定されず、楕円形や長方形であってもよい。

伝熱体の材料は、導電材料でなくてもよいし、金属でなくてもよい。ただし、一般には、導電材料乃至は金属は熱伝導率が高く、伝熱体の材料として好適である。また、伝熱体の材料が導電材料であれば、伝熱体を配線乃至はパッドとともに形成することも可能であり、都合がよい。

伝熱体の形状及び配置は適宜に設定されてよい。例えば、伝熱体は、第１伝熱膜及び第２伝熱膜を接続する部分が、圧電デバイス又はヒータに重ならない領域において絶縁基体を貫通するものであってもよい。また、例えば、伝熱体は、絶縁基体を貫通する部分が、貫通孔の内面に設けられた膜状ではなく、貫通孔に充填された柱状とされてもよい。また、伝熱体は、圧電デバイス及びヒータに重なる領域において絶縁基体を貫通する柱状に形成され、第１伝熱膜及び第２伝熱膜を有さず、柱の上面及び下面を第１実装面及び第２実装側に露出させるものであってもよい。

伝熱体は、圧電デバイスに対して電気的に非接続であれば、圧電デバイスに熱的に接続されてもよい。例えば、伝熱体は、圧電デバイスに設けられ、圧電デバイスのいずれの電子素子にも電気的に接続されていないダミーパッドにバンプを介して接続されてもよい。

伝熱体は、実施形態では、ヒータに対して電気的及び熱的に接続されたが、ヒータに対して電気的に非接続とされつつ熱的に接続されてもよいし、ヒータに対して電気的及び熱的に非接続とされてもよい。実施形態では、伝熱体は、ヒータに駆動電圧を供給するためのヒータ用実装パッドに接続されたが、ヒータに基準電位であるグランドを電気的に接続するためのヒータ用実装パッドに接続されてもよい。伝熱体は、基準電位となるグランドと接続されず、電気的に浮遊状態とされてもよい。

第１の観点の作用効果を得る観点からは、伝熱体は設けられなくてもよいし、ヒータは基準電位用接続端子寄りに設けられなくてもよい。第２の観点の作用効果を得る観点からは、第１空間及び貫通孔は設けられなくてもよいし、ヒータは基準電位用接続端子寄りに設けられなくてもよい。第３の観点の作用効果を得る観点からは、第１空間、貫通孔及び伝熱体は設けられなくてもよい。また、第１〜第３の観点の作用効果に対応した種々の構成は、適宜に組み合わされてもよい。

１…恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ、恒温槽付圧電デバイス）、３…温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ、圧電デバイス）、１７…実装基体、１９…ケース、２１…ヒータ、２３…外部端子、２４…絶縁基体、２４ａ…第１実装面、２４ｂ…第２実装面、２７Ｂ…第２デバイス用実装パッド、６１…貫通孔、６３…伝熱体、６５Ｂ…第２接続端子（基準電位用接続端子）、７１…デバイス用配線、Ｓ１…第１空間。

Claims (3)

1. 第１実装面及びその背面の第２実装面を有する実装基体と、
   前記第１実装面に実装された圧電デバイスと、
   前記第２実装面に実装されたヒータと、
   前記圧電デバイス、前記実装基体及び前記ヒータを収容するケースと、
   前記ケースの外部に露出する複数の外部端子と、
   を有し、
   前記実装基体は、
   前記複数の外部端子のいずれかに接続された基準電位用接続端子と、
   前記基準電位用接続端子から延びるデバイス用配線と、
   前記デバイス用配線に接続され、前記圧電デバイスが実装された実装パッドと、を有し、
   前記第２実装面の平面視において、前記ヒータの中心は、前記実装基体の中心よりも前記基準電位用接続端子側に位置している
   恒温槽付圧電デバイス。
2. 前記実装基体は、前記第２実装面の前記ヒータに重なる領域に設けられ、前記基準電位用接続端子に接続され、前記ヒータが有するヒータパッドに対して、導電性のバンプによる接合がなされていない伝熱配線を有する
   請求項１に記載の恒温槽付圧電デバイス。
3. 前記実装基体は、前記第１実装面の前記ヒータに重なる領域に設けられ、前記実装パッドを介して前記デバイス用配線と接続され、前記圧電デバイスが有するデバイスパッドに導電性のバンプによる接合がなされていないダミーパッドを有している
   請求項１又は２に記載の恒温槽付圧電デバイス。

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