JP6523663B2 - Piezoelectric device - Google Patents
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Description
本発明は、水晶発振器等の圧電デバイスに関する。 The present invention relates to piezoelectric devices such as crystal oscillators.
水晶振動素子(圧電素子)と、水晶振動素子を密閉空間に収容したパッケージとを有する水晶発振器が知られている(例えば特許文献1)。水晶振動素子は、温度変化によって特性が変化する。従って、水晶発振器の周囲の雰囲気の温度が不安定であると、水晶発振器の出力する発振信号の周波数も不安定になる。そこで、ケースとヒータとを有する恒温槽に水晶発振器を収容した恒温槽付水晶発振器(恒温槽付圧電デバイス)も提案されている(例えば特許文献2)。 There is known a crystal oscillator having a crystal vibrating element (piezoelectric element) and a package in which the crystal vibrating element is accommodated in a sealed space (for example, Patent Document 1). The characteristics of the crystal vibrating element change with temperature change. Therefore, when the temperature of the atmosphere around the crystal oscillator is unstable, the frequency of the oscillation signal output from the crystal oscillator is also unstable. In view of the above, there has also been proposed a thermostat-equipped crystal oscillator (piezoelectric device with a thermostat) in which a quartz oscillator is accommodated in a thermostat having a case and a heater (for example, Patent Document 2).
恒温槽付圧電デバイスは、恒温槽が設けられることから、大型であり、また、コストが高い。従って、小型化及びコスト削減の少なくとも一方が可能であり、周囲の雰囲気の温度変化が圧電素子の特性に及ぼす影響を低減できる圧電デバイスが提供されることが望まれる。 Since the thermostat-equipped piezoelectric device is provided with a thermostat, it is large in size and expensive. Therefore, it is desirable to provide a piezoelectric device capable of at least one of miniaturization and cost reduction, and capable of reducing the influence of temperature changes in the surrounding atmosphere on the characteristics of the piezoelectric element.
本発明の一態様に係る圧電デバイスは、圧電素子、及び、前記圧電素子を封止するパッケージを有する被収容圧電デバイスと、一方の主面に前記被収容圧電デバイスが実装され、他方の主面に前記被収容圧電デバイスと電気的に接続された外部端子を有する基板と、前記被収容圧電デバイスを収容するように前記一方の主面に被せられたカバーと、を有し、前記カバーは、隙間を介して前記被収容圧電デバイスを囲んでおり、ヒータを有していない。 The piezoelectric device according to an aspect of the present invention includes a piezoelectric element and a contained piezoelectric device having a package for sealing the piezoelectric element, and the contained piezoelectric device is mounted on one main surface, and the other main surface A substrate having an external terminal electrically connected to the contained piezoelectric device, and a cover placed on the one main surface to accommodate the contained piezoelectric device, the cover comprising: The receiving piezoelectric device is surrounded by a gap and does not have a heater.
好適には、前記隙間には、空気又は窒素からなり、前記被収容圧電デバイスを囲む、厚み30mm以下の気体層が構成されている。 Preferably, in the gap, a gas layer made of air or nitrogen and having a thickness of 30 mm or less surrounding the accommodated piezoelectric device is formed.
好適には、前記隙間は、真空とされている。 Preferably, the gap is vacuum.
好適には、前記カバーと前記基板とは、前記被収容圧電デバイスを囲む全周に亘って接合されている。 Preferably, the cover and the substrate are joined along the entire circumference surrounding the contained piezoelectric device.
好適には、前記カバーは、金属からなり、複数の前記外部端子のうち基準電位が付与される外部端子と電気的に接続されている。 Preferably, the cover is made of metal and is electrically connected to an external terminal to which a reference potential is applied among the plurality of external terminals.
好適には、前記カバーは、無機材料からなる。 Preferably, the cover is made of an inorganic material.
好適には、前記被収容圧電デバイスは、前記圧電素子の温度変化による特性変化を補償する補償回路を含む集積回路素子を更に有している。 Preferably, the accommodated piezoelectric device further includes an integrated circuit element including a compensation circuit that compensates for the characteristic change due to the temperature change of the piezoelectric element.
本発明の一態様に係る圧電デバイスは、圧電素子、及び、前記圧電素子を封止するパッケージを有する被収容圧電デバイスと、前記被収容圧電デバイスを収容するカバーと、前記被収容圧電デバイスと電気的に接続され、前記カバーの外部へ露出する外部端子と、を有し、前記カバーは、隙間を介して前記被収容圧電デバイスを囲んでおり、ヒータを有していない。 A piezoelectric device according to an aspect of the present invention includes a piezoelectric element, and an accommodated piezoelectric device having a package for sealing the piezoelectric element, a cover for accommodating the accommodated piezoelectric device, and the accommodated piezoelectric device and electricity. And an external terminal exposed to the outside of the cover, wherein the cover surrounds the accommodated piezoelectric device with a gap, and does not have a heater.
上記の構成によれば、小型化及びコスト削減の少なくとも一方が可能であり、周囲の雰囲気の温度変化が圧電素子の特性に及ぼす影響を低減できる。 According to the above configuration, at least one of downsizing and cost reduction is possible, and the influence of the temperature change of the surrounding atmosphere on the characteristics of the piezoelectric element can be reduced.
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。水晶発振器は、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。x軸、y軸及びz軸は、部材の形状等に基づいて便宜的に定義されており、圧電体(水晶)の電気軸、機械軸及び光軸を意味するものではない。 The drawings used in the following description are schematic, and dimensional ratios and the like in the drawings do not necessarily coincide with actual ones. The crystal oscillator may have any direction upward or downward, but hereinafter, for convenience, the orthogonal coordinate system xyz is defined and the positive side in the z direction is upward, such as the upper surface or the lower surface. We shall use the term. The x-axis, the y-axis and the z-axis are conveniently defined based on the shape of the member and the like, and do not mean the electrical axis, the mechanical axis and the optical axis of the piezoelectric body (quartz).
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る水晶発振器1の構成を示す分解斜視図である。図2は、水晶発振器1の一部(被収容発振器3)の構成を示す分解斜視図である。図3は、図1のIII−III線における断面図である。
First Embodiment
FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of a
図1及び図3に示すように、発振器1は、例えば、全体として、概略、薄型の直方体状とされる電子部品であり、その寸法は適宜に設定されてよい。例えば、長辺又は短辺の長さは、1mm〜3mmであり、厚さは0.5mm〜1mmである。
As shown in FIG. 1 and FIG. 3, the
発振器1は、例えば、その底面に複数(本実施形態では4つ)の外部端子43(一の外部端子についてはGの付加符号を付すことがある。)を有している。発振器1の底面を不図示の回路基板等に対向させ、複数の外部端子43と、不図示の回路基板の複数のパッドとが不図示のバンプ(例えば半田からなる)によって接合されることにより、発振器1は不図示の回路基板に実装される。そして、発振器1は、複数の外部端子43のいずれかを介して電力等が供給され、複数の外部端子43の他のいずれかを介して発振信号を出力する。
The
発振器1は、例えば、水晶発振器からなる被収容発振器3と、被収容発振器3が実装される基板5と、被収容発振器3を収容するように基板5に被せられるカバー7とを有している。
The
被収容発振器3は、発振信号を生成して出力する電子部品である。被収容発振器3が基板5及びカバー7からなる外郭部8(符号は図3)に収容されることにより、被収容発振器3は、周囲の雰囲気に対して断熱されて温度変化が抑制され、ひいては、発振信号の周波数が安定化される。なお、発振器1は、恒温槽付発振器に設けられているような、被収容発振器3の周囲の雰囲気を加熱するためのヒータは有していない。
The contained
被収容発振器3は、例えば、全体として概略直方体状に構成されており、その底面に複数(本実施形態では4つ)の内部端子33を有している。内部端子33は、被収容発振器3にとっては外部端子となる端子である。被収容発振器3は、複数の内部端子33のいずれかを介して電力等が供給され、複数の内部端子33の他のいずれかを介して発振信号を出力する。
For example, the contained
被収容発振器3は、例えば、図2及び図3に示すように、水晶振動素子(圧電素子)9と、水晶振動素子9に電圧を印加して発振信号を生成する集積回路素子11と、これらを収容するパッケージ13(符号は図1及び図3)を構成する素子搭載部材15及び蓋部材17とを有している。
For example, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, the contained
水晶振動素子9は、交流電圧が印加されると固有振動を生じる。集積回路素子11は、発振回路を含んで構成されており、水晶振動素子9に電圧を印加して、水晶振動素子9内の固有振動を利用して発振信号を生成する。パッケージ13は、水晶振動素子9及び集積回路素子11の保護、及び、これらに対する電気信号の入出力等に寄与する。
The
水晶振動素子9は、例えば、水晶片19と、水晶片19に電圧を印加するための1対の励振電極21と、水晶振動素子9を素子搭載部材15に実装するための1対の引出電極23とを有している。
The quartz
水晶片19は、例えば、概ね長方形の板状に形成されている。水晶片19は、例えば、ATカット水晶片からなる。1対の励振電極21は、例えば、水晶片19の両主面の中央側に層状に設けられている。1対の引出電極23は、例えば、1対の励振電極21から引き出されて水晶片19の長手方向の一端側部分に設けられている。1対の励振電極21及び1対の引出電極23は、例えば、水晶振動素子9の両主面のいずれが実装側とされてもよいように、水晶片19の長手方向に延びる不図示の中心線に対して180°回転対称の形状に形成されている。
The
集積回路素子11は、例えば、概略薄型直方体状に形成されており、上面に複数(本実施形態では6つ)のIC端子25を有している。複数のIC端子25は、例えば、平面視において、集積回路素子11の矩形の2つの長辺に沿って配列されている(合計2列設けられている)。
The
IC端子25の数及び役割は、集積回路素子11(発振器1)に要求される機能等に応じて適宜に設定されてよい。例えば、6つのIC端子25のうち、1つは基準電位であるグランド電位GNDを集積回路素子11に供給するためのものであり、1つは電源電圧Vcc(基準電位とは異なる電位)を集積回路素子11に供給するためのものであり、2つは集積回路素子11から水晶振動素子9に電圧を印加するためのものであり、1つは生成した発振信号Voutを出力するためのものであり、1つは発振信号Voutの周波数を調整するための制御信号Vconを集積回路素子11に入力するためのものである。制御信号Vconに代えて、例えば、集積回路素子11による発振信号Voutの生成又は停止を指示するイネーブル・ディセーブル信号ENが入力されてもよい。
The number and role of the
既に述べたように、集積回路素子11は、発振回路を含んで構成されている。発振回路は、例えば、帰還型のものである。また、集積回路素子11は、温度センサ、及び、温度センサの検出した温度に基づいて、温度変化による水晶振動素子9の特性変化を補償する温度補償回路を含んでいてもよい。温度補償回路は、例えば、特に図示しないが、水晶振動素子9と基準電位部(グランド部)との間に配置される可変容量素子と、温度センサの検出する温度に応じた電圧を可変容量素子に印加する補償信号発生回路とを有している。温度に応じて水晶振動素子9の負荷容量が変化することにより、温度変化による水晶振動素子9の特性変化が補償される。これにより、発振信号の周波数が安定する。集積回路素子11は、パッケージングされたものであってもよいし、ベアチップであってもよい。
As described above, the
素子搭載部材15は、例えば、絶縁部材27と、絶縁部材27の表面又は内部に設けられた各種の導体とを有している。導体は、例えば、水晶振動素子9が実装される1対の素子用パッド29、集積回路素子11が実装される複数(本実施形態では6つ)のIC用パッド31(図3)、既述の内部端子33、及び、これらを接続する不図示の配線である。
The
絶縁部材27(素子搭載部材15)は、例えば、いわゆるH型のパッケージを構成している。すなわち、絶縁部材27は、上方に開口し、水晶振動素子9を収容する第1凹部27aと、下方に開口し、集積回路素子11を収容する第2凹部27b(図3)とを有している。別の観点では、絶縁部材27は、基板部27cと、基板部27cの一方の主面上に位置する第1枠部27dと、基板部27cの他方の主面上に位置する第2枠部27eとを有している。
The insulating member 27 (element mounting member 15) constitutes, for example, a so-called H-type package. That is, the insulating
絶縁部材27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。層状部材の枚数及び各層の厚みは、絶縁部材27の形状及び寸法、並びに、絶縁部材27に配置される導電体の位置及び形状等に応じて、適宜に設定されよい。なお、第1枠部27dは、金属により形成されてもよい。
The insulating
1対の素子用パッド29は、例えば、第1凹部27aの底面に形成された層状導体であり、第1凹部27aの一の短辺に沿って配列されている。1対の素子用パッド29と、水晶振動素子9の1対の引出電極23とは、例えば、1対の導電性接着剤35(図3)によって接合される。これにより、水晶振動素子9は、片持ち梁のように素子搭載部材15に対して固定されるとともに、素子搭載部材15に対して電気的に接続される。
The pair of
複数のIC用パッド31は、例えば、第2凹部27bの底面に形成された層状導体であり、第2凹部27bの対向する2辺(例えば2つの長辺)に沿って2列で配列されている。複数のIC用パッド31と、集積回路素子11の複数のIC端子25とは、例えば、複数のバンプ37(図3)によって接合される。これにより、集積回路素子11は、素子搭載部材15に対して固定されるとともに電気的に接続される(すなわち実装される)。バンプ37は、例えば半田からなる。
The plurality of
複数の内部端子33は、例えば、第2枠部27eの下面に形成された層状導体であり、第2枠部27eの4隅に設けられている。
The plurality of
複数のIC用パッド31のうち2つは、素子搭載部材15の不図示の配線を介して1対の素子用パッド29と接続されている。複数のIC用パッド31のうち残りの4つ(Vcc、GND、Vout及びVconに対応)は、素子搭載部材15の不図示の配線を介して4つの内部端子33と接続されている。素子搭載部材15の配線は、例えば、絶縁部材27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。
Two of the plurality of
蓋部材17は、第1枠部27dの上面に接合され、第1凹部27aを封止する。従って、水晶振動素子9は、密閉空間に収容されることになる。蓋部材17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、蓋部材17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27dに接合されている。蓋部材17が導体を含む場合、当該導体は、絶縁部材27の表面又は内部に設けられた配線を介して、基準電位(グランド電位)が付与される内部端子33と電気的に接続されていてもよい。
The
図1及び図3に示すように、基板5は、例えば、リジッド式のプリント配線基板により構成されており、絶縁基板39と、絶縁基板39に設けられた各種の導体とを有している。各種の導体は、例えば、被収容発振器3を実装するための複数(本実施形態では4つ)の内部パッド41、及び、既述の複数の外部端子43である。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
絶縁基板39(基板5)は、例えば、概略矩形の板状であり、第1主面39aと、その背面の第2主面39bとを有している。絶縁基板39は、セラミックからなるものであってもよいし、ガラス繊維等からなる基材にエポキシ樹脂等の樹脂を含浸させたものであってもよい。
The insulating substrate 39 (substrate 5) is, for example, a substantially rectangular plate, and has a first
複数の内部パッド41は、例えば、第1主面39aに形成された層状導体であり、第1主面39aの4隅側に位置している。複数の内部パッド41と、被収容発振器3の内部端子33とは、例えば、複数のバンプ45(図3)によって接合される。これにより、被収容発振器3は、基板5に対して固定されるとともに電気的に接続される(すなわち実装される。)。バンプ45は、例えば半田からなる。
The plurality of
複数の外部端子43は、例えば、例えば、第2主面39bに形成された層状導体であり、第2主面39bの4隅に位置している。
The plurality of
複数の内部パッド41と複数の外部端子43とは、基板5の配線を介して接続されている。基板5の配線は、例えば、絶縁基板39を貫通する貫通導体47(図3)によって構成されている。貫通導体47は、絶縁基板39を貫通する孔に充填されたものであってもよいし、その孔の内面に膜状に形成されたものであってもよい。なお、貫通導体47に代えて、絶縁基板39の側面(例えばキャスタレーション内)に層状導体からなる配線が形成されてもよい。基板5の配線の一部は、第1主面39a上及び/又は絶縁基板39内の層状導体により構成されてもよい。
The plurality of
なお、本実施形態では、基板5は、カバー7とで被収容発振器3を収容しつつ、被収容発振器3と外部とを電気的に接続するためのみに利用されている。従って、例えば、被収容発振器3以外の電子部品は基板5に実装されていない。また、例えば、基板5において、内部パッド41と外部端子43とは単純に電気的に接続されているのみであり、これらの間に介在し、基板5の導体によって構成された、抵抗体、インダクタ又はキャパシタ等の電子素子は設けられていない。ただし、他の電子部品が基板5に実装されたり、基板5内の導体によって電子素子が構成されたりしてもよい。
In the present embodiment, the
カバー7は、例えば、概ね直方体の箱状に形成されており、その開口を下に向けて基板5及び被収容発振器3に被せられることにより、被収容発振器3を収容している。図3に示すように、カバー7と被収容発振器3(パッケージ13)とは、例えば、その全体に亘って接触していない。すなわち、カバー7は、被収容発振器3の側方の4つの第1隙間G1、及び、被収容発振器3の上方の第2隙間G2(以下、これらを区別せずに隙間Gということがある。)を介して被収容発振器3を囲んでいる。隙間Gが構成されていることによって、発振器1の周囲の雰囲気と被収容発振器3との間の断熱性が向上する。
The
隙間Gは、密閉されていてもよいし、密閉されてなくてもよい。隙間Gが密閉されている場合、その内部は真空(大気圧よりも減圧された状態)であってもよいし、真空でなくてもよい。また、隙間Gに気体が封入されている場合、気体は、空気であってもよいし、窒素等の適宜なガスであってもよい。なお、隙間Gが密閉されていない場合、及び、隙間Gに気体が封入されている場合、カバー7は、気体層を介して被収容発振器3を囲んでいることになる。
The gap G may or may not be sealed. When the gap G is sealed, the inside thereof may or may not be vacuum (in a state of being decompressed below atmospheric pressure). When a gas is sealed in the gap G, the gas may be air or an appropriate gas such as nitrogen. In the case where the gap G is not sealed and in the case where a gas is sealed in the gap G, the
本実施形態では、被収容発振器3の外形及びカバー7の内部は、概略直方体状であるから、各隙間Gの厚さ(被収容発振器3とカバー7との距離。G1及びG2を付した矢印参照。)は、各隙間Gにおいて概ね一定である。複数の隙間Gの厚さは、互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。隙間Gの具体的な厚さは適宜に設定されてよい。
In the present embodiment, since the outer shape of the accommodated
隙間Gが密閉されていないことにより、又は、隙間Gに空気が封入されていることにより、カバー7が空気層を介して被収容発振器3を囲んでいる場合、空気層(隙間G)の厚さは、30mm以下であることが好ましい。空気層が30mm以下であれば、粘性抵抗によって対流が生じにくく、空気層による断熱効果の向上が期待される。30mmという数値は、建築物のペアガラスの技術分野において実証されている。さらに、発振器1の小型化の観点からは、隙間Gは1mm以下であることが好ましい。
The thickness of the air layer (gap G) when the
また、隙間Gに窒素(N2)が封入されていることにより、カバー7が窒素層を介して被収容発振器3を囲んでいる場合においても、窒素層(隙間G)の厚さは、30mm以下であることが好ましい。窒素は、空気の8割を占め、その粘度は空気の粘度と近いことから(例えば、20℃及び1気圧において、空気の粘度は18.2×10−6Pa・s、窒素の粘度は17.6×10−6Pa・s)、上記と同様の効果が期待される。
In addition, the nitrogen layer (the gap G) has a thickness of 30 mm even when the
また、空気及び窒素以外の気体が隙間Gに封入されている場合においても、上記と同様に、対流が生じにくいように適宜にその気体層の厚さが設定されてよい。例えば、空気よりも粘度が高い気体であり、且つ、気体層の厚さが30mm以下であれば、上記と同様の効果が期待できる。 Also, even when air and a gas other than nitrogen are sealed in the gap G, the thickness of the gas layer may be appropriately set so that convection does not easily occur as described above. For example, if it is a gas whose viscosity is higher than that of air and the thickness of the gas layer is 30 mm or less, the same effect as described above can be expected.
カバー7の材料は適宜なものとされてよい。例えば、カバー7は、金属等の導体によって構成されてもよいし、セラミック、ガラス、高分子樹脂等の絶縁体によって構成されてもよいし、金属と絶縁体との積層体によって構成されてもよい。金属が用いられた場合、カバー7にシールド機能を期待することができる。また、絶縁体が用いられた場合、一般に、絶縁体は導体よりも断熱性が高いから、カバー7による断熱効果の向上が期待される。
The material of the
カバー7は、例えば、その側面部分(壁部)の下部が基板5に固定されている。固定は、例えば、接合、ねじによる締結、カバー7の爪部の基板5のスリットへの挿入、又は、これらの組み合わせによって実現されてもよい。安価に堅固に固定する観点からは接合が好ましい。
For example, the lower part of the side surface portion (wall portion) of the
接合は、(絶縁性の)接着剤によってなされてもよいし、半田等の導電性の接合材によってなされてもよいし、溶接であってもよい。また、既に述べたように、隙間Gは、密閉されてもよいし、密閉されなくてもよいから、接合は、カバー7の全周に亘ってなされてもよいし、全周に亘ってなされなくてもよい(離散的になされてもよい)。
The bonding may be performed by an (insulating) adhesive, may be performed by a conductive bonding material such as solder, or may be welding. Also, as described above, since the gap G may or may not be sealed, bonding may be performed over the entire periphery of the
図1及び図3に示す例では、導電性接合材49によってカバー7の全周に亘ってカバー7を基板5に接合した場合を例示している。なお、基板5の第1主面39aには、導電性接合材49と基板5との接合を強化するために、導体からなり、複数の内部パッド41を囲むように延びる環状の接合用パッド51が設けられている。カバー7の側面部分の下面にも、同様の接合用パッドが設けられてもよい。
In the example shown in FIGS. 1 and 3, the case where the
また、図1及び図3は、カバー7が導体によって構成され、基準電位が付与されている場合を例示している。例えば、図3において紙面右側に示す外部端子43Gは、基準電位が付与される端子であり、この外部端子43Gと上述した接合用パッド51とは、基板5の導体(例えば貫通導体47)を介して電気的に接続されている。
Moreover, FIG.1 and FIG.3 has illustrated the case where the
以上のとおり、本実施形態では、発振器1は、被収容発振器3と、基板5と、カバー7とを有している。被収容発振器3は、水晶振動素子9と、水晶振動素子9を封止するパッケージ13とを有している。基板5は、第1主面39aに被収容発振器3が実装され、第2主面39bに被収容発振器3と電気的に接続された外部端子43を有している。カバー7は、被収容発振器3を収容するように第1主面39aに被せられている。また、カバー7は、隙間Gを介して被収容発振器3を囲んでいる。発振器1は、ヒータを有していない。
As described above, in the present embodiment, the
別の観点では、発振器1は、被収容発振器3と、カバー7と、外部端子43とを有している。被収容発振器3は、水晶振動素子9と、水晶振動素子9を封止するパッケージ13とを有している。カバー7は、被収容発振器3を収容している。外部端子43は、被収容発振器3と電気的に接続され、カバー7の外部へ露出している。カバー7は、隙間Gを介して被収容発振器3を囲んでいる。発振器1は、ヒータを有していない。
In another aspect, the
従って、例えば、被収容発振器3は、カバー7によって発振器1の周囲の雰囲気が直接的に接するおそれが低減される。その結果、例えば、周囲の雰囲気の温度変化に起因する被収容発振器3の温度変化が緩和され、ひいては、発振信号の周波数が安定する。すなわち、発振器1は、周囲の雰囲気の温度変化が水晶振動素子9の特性に及ぼす影響を低減できる。その一方で、発振器1は、ヒータを有していないことから、小型化及びコスト削減が期待される。カバー7は、第1主面39aに被せられるだけであり、基板5を収容しないことから、後述する第2実施形態に比較して小型化が顕著である。
Therefore, for example, the possibility that the atmosphere around the
上記のような構成にすることで、カバー7で被収容発振器3を囲むことで、被収容発振器3に流れている気体が接触することを抑制し、被収容発振器3の温度変化を緩和させている。従って、上記の温度変化の緩和の効果は、特に、発振器1を収容する機器の筐体内にファンがあり、発振器1の周囲に気体の流れがあるときに顕著となる。また、発振信号の周波数の安定化は、発振器1が流れる気体中に設けられている状況、例えば、自動車部品等に搭載されているGPSに用いられている場合において有効である。すなわち、基準信号が安定化されることによって、位置情報の精度向上が期待される。
By making the configuration as described above, by enclosing the contained
また、本実施形態では、例えば、隙間Gには、空気又は窒素からなり、被収容発振器3を囲む、厚み30mm以下の気体層が構成されている。
Moreover, in the present embodiment, for example, in the gap G, a gas layer made of air or nitrogen and having a thickness of 30 mm or less surrounding the accommodated
従って、例えば、既に述べたように、空気又は窒素の対流が生じることを低減することができる。その結果、例えば、発振器1の周囲の雰囲気の温度変化に起因する被収容発振器3の温度変化を緩和することができる。なお、気体が空気であれば、例えば、特別な気体を用意する必要がなく、また、必ずしも隙間Gは密閉されなくてもよい。従って、例えば、コスト削減が期待される。また、気体が窒素であれば、導体の酸化抑制が期待され、また、窒素は他の不活性ガス等に比較して比較的安価である。
Thus, for example, as already mentioned, the occurrence of air or nitrogen convection can be reduced. As a result, for example, the temperature change of the accommodated
また、本実施形態では、上記の気体層の構成に代えて、隙間Gは、真空とされていてもよい。 Further, in the present embodiment, the gap G may be vacuum instead of the above-described configuration of the gas layer.
この場合、気体が隙間Gに大気圧以上の圧力で存在する場合に比較して、隙間Gによる断熱効果を向上させることができる。ただし、大気圧と同等の圧力の気体層を構成する場合に比較して、例えば、密閉性の向上及びカバー7の内外の圧力差に抗するための強度が必要であることから、コストの面では、気体層を構成することが好ましい。
In this case, the heat insulating effect by the gap G can be improved as compared with the case where the gas is present in the gap G at a pressure higher than the atmospheric pressure. However, compared to the case where a gas layer having a pressure equal to the atmospheric pressure is used, for example, the sealing property is improved and the strength for resisting the pressure difference between the inside and outside of the
また、本実施形態では、カバー7と基板5とは、被収容発振器3を囲む全周に亘って接合されている。
Further, in the present embodiment, the
従って、例えば、カバー7の隙間Gは密閉され、発振器1の周囲の雰囲気が隙間Gに流れ込むおそれが低減される。その結果、例えば、発振器1の周囲の雰囲気の温度変化に起因する被収容発振器3の温度変化を緩和することができる。加えて、例えば、基板5に撓みが生じるおそれがカバー7によって低減される。その結果、例えば、基板5の撓みによる内部端子33と内部パッド41との剥離が低減される。また、例えば、カバー7によって基板5の撓みが抑制されると、水晶振動素子9の振動に起因して基板5が振動するおそれが低減される。基板5の振動低減によって、被収容発振器3の発振信号の周波数が安定するとともに、不要な振動が発振器1の周囲の電子部品に加えられるおそれも低減される。
Therefore, for example, the gap G of the
また、本実施形態では、カバー7は、金属からなり、複数の外部端子43のうち基準電位が付与される外部端子43Gと電気的に接続されている。
Further, in the present embodiment, the
従って、例えば、既に述べたように、カバー7をシールドとしても利用することができる。その結果、例えば、ノイズの侵入が低減され、発振信号の周波数が安定することが期待される。カバー7は、被収容発振器3を囲んでいることから、被収容発振器3に対するノイズ、又は、被収容発振器3からのノイズを遮断できる面積が大きく、シールドとして好適である。
Thus, for example, as already mentioned, the
また、本実施形態では、カバー7は、金属から構成されることに代えて、無機材料から構成されてもよい。
Further, in the present embodiment, the
この場合、ガラスやセラミック等の無機材料はフォノンによる熱伝導が支配的であり、金属材料のような熱伝導性の高い伝導電子による熱伝導形式でないため、金属材料を用いた場合と比較し、カバー7の断熱性を高めることができる。従って、断熱性の高いカバー7によって、発振器1の周囲の雰囲気の温度の伝達が低減される。その結果、例えば、隙間Gの温度変化が抑制され、ひいては、被収容発振器3の温度変化が抑制される。また、基板5からカバー7への熱の伝達も低減される。
In this case, heat conduction by phonons is dominant in inorganic materials such as glass and ceramic, and heat conduction by conductive electrons such as metal materials is not the type of heat conduction by conduction electrons, compared to the case where metal materials are used, The heat insulation of the
被収容発振器3は、水晶振動素子9の温度変化による特性変化を補償する補償回路を含む集積回路素子11を更に有している。
The housed
従って、被収容発振器3の温度変化が緩和された状況下で補償回路が動作する。その結果、補償回路の時間遅れ等に起因する、周波数の目標周波数に対するオーバーシュート又はアンダーシュートの発生が低減される。
Therefore, the compensation circuit operates under the condition that the temperature change of the accommodated
<第2実施形態>
図4は、本発明の第2実施形態に係る水晶発振器201を、一部を破断して示す斜視図である。
Second Embodiment
FIG. 4 is a partially broken perspective view showing a
なお、第2実施形態の説明において、第1実施形態と同一又は類似する構成については、第1実施形態の符号と同一の符号を付し、また、説明を省略することがある。第1実施形態の構成に対応(類似)し、第1実施形態の符号とは異なる符号が付された構成において、特に断りがない事項については、第1実施形態の構成と同様である。 In the description of the second embodiment, the same or similar components as or to those of the first embodiment may be denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and the description thereof may be omitted. In the configuration corresponding to (similar to) the configuration of the first embodiment and to which the reference numeral different from the reference numeral of the first embodiment is attached, matters not specifically mentioned are similar to the configuration of the first embodiment.
発振器201は、第1実施形態の発振器1と同様に、被収容発振器3と、被収容発振器3が実装された基板205と、被収容発振器3を収容するカバー207と、被収容発振器3と電気的に接続され、カバー207の外部に露出する外部端子243とを有している。ただし、例えば、以下の点において、発振器201は発振器と相違する。
Similar to the
まず、発振器201においては、カバー207は、被収容発振器3だけでなく、基板205も収容している。具体的には、例えば、カバー207は、概略直方体状に構成されており、被収容発振器3及び基板205を6面によって囲んでいる。特に図示しないが、カバー207は、例えば、上面側を構成する部材と下面側を構成する部材とが固定(例えば接合)されて構成されている。カバー207は、絶縁体により構成されてもよいし、導電体により構成されてもよい。
First, in the
カバー207の上面及び4つの側面は、第1実施形態と同様に、隙間Gを介して被収容発振器3を囲んでいる。隙間Gが密閉されてもされなくてもよいこと、隙間Gに特定の気体が封入されてもよいこと、隙間Gが真空とされてもよいこと、隙間Gに30mm以下の気体層が構成されてもよいこと等は、第1実施形態と同様である。
The upper surface and the four side surfaces of the
カバー207の4つの側面及び下面は、基板205に接触していてもよいし、非接触であってもよい(隙間を介して対向していてもよい)。図4の例では、カバー207の下面は、基板205と隙間G3を介して対向している。この場合、隙間G3によって発振器201の下面側の雰囲気と基板205とが断熱されるから、基板205の温度変化に起因する被収容発振器3の温度変化が緩和されることが期待される。
The four side surfaces and the lower surface of the
また、発振器201においては、外部端子243は、基板205の主面に形成されたパッドではなく、導電性のピンによって構成されている。外部端子243の一端は、例えば、基板205に形成された孔に挿通され、その孔の周囲に形成された不図示の導体に対して、半田等の不図示の導電性接合材によって接合されている。これにより、外部端子243は、基板205に固定されるとともに電気的に接続され、ひいては、被収容発振器3に電気的に接続されている。外部端子243の他端は、例えば、カバー207の下面に形成された不図示の孔からカバー207の外部へ延び出ている。
Further, in the
また、発振器201においては、基板205には、被収容発振器3以外の電子部品253も実装されている。電子部品253は、例えば、外部端子243と被収容発振器3との間に介在するものであってもよいし、被収容発振器3とは別個にいずれかの外部端子243からの信号が入力され、いずれかの外部端子243に信号を出力するものであってもよい。例えば、電子部品253は、外部端子243と被収容発振器3との間に介在する抵抗体、インダクタ、キャパシタ、又は、ドライバICである。また、例えば、電子部品253は、被収容発振器3の周囲の温度を検出して、その検出結果を被収容発振器3又は外部端子243に出力する温度センサである。電子部品253は、基板205のいずれの主面に実装されてもよい。電子部品253の数及び位置等も適宜に設定されてよい。なお、基板205は、電子部品253及び基板205内の導体からなる電子素子が設けられずに、第1実施形態と同様に、単に内部端子33と外部端子243とを接続するためのものとされてもよい。
Further, in the
以上のとおり、第2実施形態では、発振器201は、第1実施形態と同様に、被収容発振器3と、被収容発振器3を収容するカバー207と、被収容発振器3と電気的に接続され、カバー207の外部へ露出する外部端子243と、を有している。カバー207は、熱源のない隙間Gを介して被収容発振器3を囲んでいる。つまり、発振器201は、熱源であるヒータを有していない。
As described above, in the second embodiment, as in the first embodiment, the
従って、第1実施形態と同様の効果が奏される。例えば、カバー207によって発振器201の周囲の雰囲気に直接、接するおそれが低減され、その結果、被収容発振器3の温度変化が緩和され、ひいては、発振信号の周波数が安定する。すなわち、発振器201の周囲の雰囲気の温度変化が水晶振動素子9の特性に及ぼす影響を低減できる。さらに、その一方で、隙間Gを恒温槽として機能させるための熱源、具体的には、ヒータを有している圧電発振器と違い、発振器1は、隙間Gを恒温槽として機能させるための熱源、具体的には、ヒータを有していないことから、小型化及びコスト削減が期待される。
Therefore, the same effect as that of the first embodiment is achieved. For example, the possibility of direct contact with the atmosphere around the
なお、以上の第1及び第2実施形態において、水晶発振器1及び201は、それぞれ圧電デバイスの一例であり、被収容発振器3は被収容圧電デバイスの一例であり、水晶振動素子9は圧電素子の一例である。
In the first and second embodiments described above, the
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。 The present invention is not limited to the above embodiments, and may be implemented in various aspects.
圧電デバイスの構造は、適宜に変更されてよい。例えば、第1実施形態のように基板の一方の主面にカバーが被せられ、他方の主面側に外部端子が設けられる場合において、基板の他方の主面に電子部品が実装されていてもよい。ただし、この場合、圧電デバイスの実装が電子部品に阻害されないように、例えば、外部端子をピン状にするか、圧電デバイスが実装される回路基板に電子部品を収容する凹部乃至は開口が必要である。また、例えば、第1実施形態のように基板の一方の主面にカバーが被せられる場合において、基板に開口が形成されていてもよい。また、例えば、第2実施形態のようにカバー内に基板が収容される場合において、複数の基板がスペーサを介して積層的にカバー内に収容されていてもよい。外部端子の数及びその配置は、圧電デバイスに要求される機能に応じて適宜に設定されてよい。また、例えば、被収容圧電デバイスが実装される基板が設けられずに、外部端子として被収容圧電デバイスのパッケージに設けられた内部端子をカバーの外部へ露出させたり、カバーに固定された外部端子を被収容圧電デバイスの内部端子に直接に固定したりしてもよい。ただし、第1及び第2実施形態のように、被収容圧電デバイスを基板に実装する構造の方が、製造工程が容易であるとともに、被収容圧電デバイスとして、既成の圧電デバイスを利用することが容易である。 The structure of the piezoelectric device may be changed as appropriate. For example, as in the first embodiment, when the cover is placed on one main surface of the substrate and the external terminal is provided on the other main surface side, even if the electronic component is mounted on the other main surface of the substrate Good. However, in this case, for example, the external terminal needs to be a pin shape, or a recess or an opening for housing the electronic component on the circuit board on which the piezoelectric device is mounted is required so that the mounting of the piezoelectric device is there. Also, for example, when the cover is placed on one main surface of the substrate as in the first embodiment, an opening may be formed in the substrate. Further, for example, in the case where the substrate is accommodated in the cover as in the second embodiment, a plurality of substrates may be accommodated in the cover in a layered manner via the spacer. The number of external terminals and the arrangement thereof may be appropriately set according to the function required of the piezoelectric device. Also, for example, without providing a substrate on which the housed piezoelectric device is mounted, an external terminal provided on the package of the housed piezoelectric device as an external terminal is exposed to the outside of the cover, or an external terminal fixed to the cover May be fixed directly to the internal terminals of the accommodated piezoelectric device. However, as in the first and second embodiments, the structure in which the contained piezoelectric device is mounted on the substrate is easier to manufacture, and the existing piezoelectric device may be used as the contained piezoelectric device. It is easy.
被収容圧電デバイスは、圧電発振器に限定されない。例えば、被収容圧電デバイスは、圧電素子と、圧電素子を密閉空間に収容するパッケージとを有し、発振回路(集積回路素子)を有さない圧電子であってもよい。また、例えば、被収容圧電デバイスは、圧電基板と、その上面に設けられた励振電極と、励振電極を収容するカバーとを有する弾性波デバイスであってもよい。なお、この弾性波デバイスにおいては、圧電基板の上面部分と励振電極とによって圧電素子が構成され、圧電基板の他の部分とカバーとによってパッケージが構成される。 The accommodated piezoelectric device is not limited to the piezoelectric oscillator. For example, the contained piezoelectric device may be a piezoelectric element having a piezoelectric element and a package for containing the piezoelectric element in a sealed space, and not having an oscillation circuit (integrated circuit element). Also, for example, the contained piezoelectric device may be an elastic wave device having a piezoelectric substrate, an excitation electrode provided on the upper surface thereof, and a cover for accommodating the excitation electrode. In this elastic wave device, the piezoelectric element is constituted by the upper surface portion of the piezoelectric substrate and the excitation electrode, and the package is constituted by the other portion of the piezoelectric substrate and the cover.
被収容圧電デバイスが発振回路を有さない圧電振動子である場合において、当該被収容圧電デバイス及びカバーを含む圧電デバイス全体は、発振回路を有さない圧電振動子であってもよいし、発振回路を有する圧電発振器であってもよい。圧電デバイス全体が圧電振動子である場合においては、例えば、被収容圧電デバイス(圧電振動子)と外部端子とが直接的に接続される。圧電デバイス全体が圧電発振器である場合においては、例えば、発振回路を含む集積回路素子は、基板(カバー内又はカバー外のいずれでもよい)に実装される。また、例えば、基板の被収容圧電デバイス(圧電振動子)に重なる領域に開口を形成し、発振回路を含む集積回路素子を前記の開口に配置して、被収容圧電デバイスのパッケージに実装してもよい。 In the case where the contained piezoelectric device is a piezoelectric vibrator that does not have an oscillation circuit, the entire piezoelectric device including the contained piezoelectric device and the cover may be a piezoelectric vibrator that does not have an oscillating circuit. It may be a piezoelectric oscillator having a circuit. In the case where the entire piezoelectric device is a piezoelectric vibrator, for example, the accommodated piezoelectric device (piezoelectric vibrator) and the external terminal are directly connected. In the case where the entire piezoelectric device is a piezoelectric oscillator, for example, an integrated circuit element including an oscillation circuit is mounted on a substrate (either inside or outside the cover). Further, for example, an opening is formed in a region overlapping the accommodated piezoelectric device (piezoelectric vibrator) of the substrate, and an integrated circuit element including an oscillation circuit is disposed in the opening and mounted on a package of the accommodated piezoelectric device. It is also good.
被収容圧電デバイスが圧電発振器である場合、圧電発振器は、例えば、クロック用発振器であってもよいし、電圧制御型発振器(VCXO)であってもよいし、温度補償型発振器(TCXO)であってもよい。被収容圧電デバイス及びカバーを含む圧電デバイス全体が圧電発振器である場合も同様である。また、被収容圧電デバイスが圧電振動子である場合、圧電振動子は、サーミスタ等の圧電素子以外の電子素子を有していてもよい。被収容圧電デバイス及びカバーを含む圧電デバイス全体が圧電振動子である場合も同様である。 When the contained piezoelectric device is a piezoelectric oscillator, the piezoelectric oscillator may be, for example, a clock oscillator, a voltage controlled oscillator (VCXO), or a temperature compensated oscillator (TCXO). May be The same applies to the case where the entire piezoelectric device including the accommodated piezoelectric device and the cover is a piezoelectric oscillator. When the contained piezoelectric device is a piezoelectric vibrator, the piezoelectric vibrator may have an electronic element other than the piezoelectric element such as a thermistor. The same applies to the case where the entire piezoelectric device including the accommodated piezoelectric device and the cover is a piezoelectric vibrator.
被収容圧電デバイスが圧電発振器である場合において、パッケージは、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、被収容圧電デバイスは、同一主面に圧電素子及び集積回路素子が実装された素子用基板と、圧電素子を収容する素子用カバーと、素子用カバー及び集積回路素子を封止する樹脂とを有する発振器であってもよい。また、例えば、被収容圧電デバイスは、圧電素子が収容される第1凹部と、その第1凹部の底面に開口し、集積回路素子が収容される第2凹部と、第1凹部を塞ぐ蓋部材とを有する発振器であってもよい。 In the case where the contained piezoelectric device is a piezoelectric oscillator, the package is not limited to one having a so-called H-type element mounting member. For example, the contained piezoelectric device includes an element substrate on which the piezoelectric element and the integrated circuit element are mounted on the same main surface, an element cover for housing the piezoelectric element, and a resin for sealing the element cover and the integrated circuit element. It may be an oscillator having Further, for example, the contained piezoelectric device includes a first recess in which the piezoelectric element is accommodated, a second recess which is opened in the bottom of the first recess, and in which the integrated circuit element is accommodated, and a lid member which closes the first recess. And may be an oscillator having
圧電素子を構成する圧電体は、水晶に限定されず、例えば、セラミックであってもよい。圧電素子が水晶振動素子である場合において、水晶振動素子は、矩形の平板状のものに限定されず、例えば、音叉型のものであってもよい。また、平板状の水晶振動素子は、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、例えば、SAW型の水晶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。 The piezoelectric body constituting the piezoelectric element is not limited to quartz, and may be, for example, ceramic. When the piezoelectric element is a quartz crystal vibrating element, the quartz crystal vibrating element is not limited to a rectangular flat plate, and may be, for example, a tuning fork type. Further, the flat plate-shaped crystal vibrating element is not limited to one in which a pair of electrodes is provided on both main surfaces of the piezoelectric body, and, for example, one pair of piezoelectric vibrators like a SAW type crystal vibrating element The electrode of may be provided.
本願発明の圧電デバイスは、ヒータを有していないことを特徴の一つとしている。ここで、ヒータは、例えば、加熱を主たる目的として設けられているものを指す。すなわち、加熱以外の作用を主たる目的とする素子が発熱し、その熱が意図的に又は意図せずに圧電素子の特性に影響を与えていたとしても、当該素子はヒータではない。例えば、集積回路素子(発振回路を含むもの又はドライバ等)、又は、インピーダンス整合のための抵抗体若しくはインダクタは、圧電素子を加熱できるように圧電素子に隣接して設けられたとしても、ヒータではない。従って、実施品において、上記のような副次的に加熱作用を奏する素子が設けられていることをもって、実施品が本願発明の技術範囲に属さないということにはならない。逆に、例えば、先行技術において、加熱を主たる目的としてヒータが設けられている場合において、当該ヒータが副次的にインピーダンス整合に寄与したとしても、当該先行技術に本願発明が開示されている(ヒータが設けられていない)ことにはならない。 The piezoelectric device of the present invention is characterized by not having a heater. Here, the heater indicates, for example, a heater provided mainly for heating. That is, even if an element whose main purpose is an action other than heating generates heat, and the heat intentionally or unintentionally affects the characteristics of the piezoelectric element, the element is not a heater. For example, even if an integrated circuit element (including an oscillation circuit or a driver) or a resistor or inductor for impedance matching is provided adjacent to the piezoelectric element so that the piezoelectric element can be heated, the heater may be used. Absent. Therefore, the fact that the implemented product does not fall within the technical scope of the present invention does not necessarily mean that the component that performs the above-described additional heating action is provided in the implemented product. Conversely, for example, in the prior art, in the case where a heater is provided mainly for heating, the present invention is disclosed in the prior art even if the heater secondarily contributes to impedance matching No heater is provided).
なお、恒温槽付圧電デバイスは、通常、ヒータを有していることから、本願発明の圧電デバイスがヒータを有していないことについて特に言及したが、同様に、本願発明の圧電デバイスは、冷却手段、又は、加熱及び冷却の双方を行う手段も有していない。すなわち、本願発明は、加熱及び冷却の少なくとも一方を行う温調手段を有していない。これらの手段に該当するか否かも、上記のヒータと同様である。 It should be noted that although the piezoelectric device with a thermostat has a heater, the piezoelectric device of the present invention does not have a heater in particular, but the piezoelectric device of the present invention is similarly cooled There is also no means or means for both heating and cooling. That is, the present invention does not have temperature control means for performing at least one of heating and cooling. It is the same as the above-mentioned heater whether it corresponds to these means.
1…水晶発振器(圧電デバイス)、3…被収容発振器(被収容圧電デバイス)、5…基板、7…カバー、9…水晶振動素子(圧電素子)、13…パッケージ、43…外部端子、G1及びG2…隙間。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
一方の主面に前記被収容圧電デバイスのみが実装され、他方の主面に前記被収容圧電デバイスと電気的に接続された外部端子を有する基板と、
前記被収容圧電デバイスを収容するように前記一方の主面に被せられたカバーと、を有し、
前記カバーは、隙間を介して前記被収容圧電デバイスを囲んでおり、
前記隙間には、空気又は窒素からなり、前記被収容圧電デバイスを囲む、厚み30mm以下の気体層が構成されており、又は前記隙間は、真空とされており、
ヒータを有していない
圧電デバイス。 A piezoelectric element, a front Symbol detainee piezoelectric device having a package sealing the piezoelectric elements, and the electronic elements other than the piezoelectric element is accommodated in the package,
A substrate on which only the contained piezoelectric device is mounted on one main surface, and an external terminal electrically connected to the contained piezoelectric device on the other main surface;
A cover placed on the one main surface to accommodate the accommodated piezoelectric device;
The cover surrounds the accommodated piezoelectric device through a gap;
In the gap, a gas layer made of air or nitrogen and surrounding the accommodated piezoelectric device and having a thickness of 30 mm or less is configured, or the gap is vacuum.
Piezoelectric device that does not have a heater.
請求項1に記載の圧電デバイス。 The piezoelectric device according to claim 1 , wherein the cover and the substrate are joined along an entire circumference surrounding the contained piezoelectric device.
請求項1又は2に記載の圧電デバイス。 The cover is made of a metal, a plurality of the external piezoelectric device according to claim 1 or 2 are external terminals electrically connected to a reference potential is applied among the terminals.
請求項1又は2に記載の圧電デバイス。 The cover, piezoelectric device according to claim 1 or 2 made of an inorganic material.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の圧電デバイス。 The piezoelectric device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the contained piezoelectric device further includes an integrated circuit element including a compensation circuit that compensates for a characteristic change due to a temperature change of the piezoelectric element.
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