JP6738588B2 - 発振器、電子機器、および移動体 - Google Patents

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Description

本発明は、電子部品、発振器、電子機器、および移動体に関する。
従来から、通信機器分野において安定な周波数を得るために、水晶などの圧電体から形成された振動片を用いて、所望の周波数の信号を出力する発振回路を備えた電子部品が用いられていた。電子部品を搭載基板に搭載した時に生じる、搭載基板の配線パターン、および近傍に配置される部品や回路の影響による周波数変動を低減するために、電子部品の基板に導体層を設けた電子部品が提案されている。例えば、特許文献１に記載されているように、発振回路の発振周波数を決定する共振回路部分と実装面との間にシールド用導電膜が形成されている圧電発振器が開示されている。
特開２００１−１７７３４６号公報
しかしながら、特許文献１に記載されている構成の電子部品（圧電発振器）によれば、電子部品を搭載基板に搭載した時の周波数変動は低減されるが、電子部品の基板に設けられている配線パターンと、基板の内部に設けられている導体層と、の間に形成される静電容量値が増加してしまう。この静電容量値の増加は、発振回路の負性抵抗の不足をまねき、これにより、発振回路の発振特性が不安定になる虞があった。
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］本適用例に係る電子部品は、振動片に電気的に接続される発振回路と、前記発振回路が配置されているとともに、前記振動片および前記発振回路と接続されて発振ループを形成する配線が配置されている第１面、および前記第１面の反対面となる第２面、を有する基板と、を備え、前記基板は、前記第１面と前記第２面との間に導体層を有し、前記導体層は、平面視にて前記配線と重なり、前記配線と前記導体層との前記第１面および前記第２面と交差する方向に沿った方向である厚さ方向の距離は、０．３５ｍｍ以上０．７ｍｍ以下であること、を特徴とする
本適用例によれば、電子部品は、基板と発振回路とを有しており、例えば、水晶などの圧電体から形成された振動片を接続することにより発振器として機能する。基板は、第１面と、第１面の反対面となる第２面と、の間に導体層を有し、基板の第１面には、振動片および発振回路と接続されて発振ループを形成する配線が配置されている。配線と導体層とは、平面視にて重なり合っているので、配線と導体層との間には、配線と導体層との厚さ方向（第１面および第２面と交差する方向）の距離に応じた静電容量値が形成される。電子部品は、配線と導体層との間の静電容量値を所定の値以下にするために配線と導体層との間の距離が０．３５ｍｍ以上に設定されている。これにより、電子部品、例えば、発振器は、配線と導体層との間で形成される静電容量値が安定し、発振回路の負性抵抗の絶対値が小さくなる可能性を低減することができるため、発振器の特性、例えば、発振安定度が低下してしまう可能性を低減することができる。したがって、発振安定度が低下してしまう可能性を低減した電子部品を提供することができる。また、配線と導体層との間の距離を０．７ｍｍ以下に設定することにより、電子部品として一般的な高さ以下にすることで、小型化に寄与することもできる。
［適用例２］本適用例に係る電子部品は、振動片に電気的に接続される発振回路と、前記発振回路が配置されているとともに、前記振動片および前記発振回路と接続されて発振ループを形成する配線が配置されている第１面、および記第１面の反対面となる第２面、を有する基板と、を備え、前記基板は、前記第１面と前記第２面との間に導体層を有し、前記導体層は、平面視にて前記配線と重なり、前記配線と前記導体層との間の静電容量値は、０．６ｐＦ以上０．８ｐＦ以下であること、を特徴とする。
本適用例によれば、電子部品は、基板と発振回路とを有しており、例えば、水晶などの圧電体から形成された振動片を接続することにより発振器として機能する。基板は、第１面と、第１面の反対面となる第２面と、の間に導体層を有し、基板の第１面には、振動片および発振回路と接続されて発振ループを形成する配線が配置されている。配線と導体層とは、平面視にて重なり合っているので、配線と導体層との間には、配線と導体層との間の距離に応じた静電容量値が形成される。電子部品は、配線と導体層との間の静電容量値が０．８ｐＦ以下に設定されている。これにより、電子部品、例えば、発振器は、配線と導体層との間で形成される静電容量値が安定し、発振回路の負性抵抗の絶対値が小さくなる可能性を低減することができるため、発振器の特性、例えば、発振安定度が低下してしまう可能性を低減することができる。また、配線と導体層との間の静電容量値が０．６ｐＦ以上に設定されているので、配線と導体層との間の距離を必要以上に離間させる必要がない。電子部品を所定の高さに収めることができる。したがって、発振安定度が低下してしまう可能性を低減した電子部品を提供することができる。
［適用例３］上記適用例に記載の電子部品において、前記基板の比誘電率は、９以上１０以下であること、が好ましい。
本適用例によれば、電子部品には、比誘電率９以上１０以下の基板が用いられている。比誘電率９以上１０以下の基板材料としては、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックを用いることができる。セラミックは剛性が高く、熱膨張率が小さいため、基板にセラミックを用いることで信頼性の高い電子部品を提供することができる。
［適用例４］上記適用例に記載の電子部品において、配線の面積は、１．６５ｍｍ2以上２．０ｍｍ2以下であること、が好ましい。
本適用例によれば、電子部品の基板には、１．６５ｍｍ2以上２．０ｍｍ2以下の面積を有する配線が設けられている。配線の総面積を１．６５ｍｍ2以上にすることで、発振ループを形成させる配線と、配線上に搭載させる部品のランドパターンと、を設けることができる。配線の総面積を２．０ｍｍ2以下にすることで、配線と導体層との間の静電容量値が０．８ｐＦ（所定の値）以下の基板を構成させることができる。
［適用例５］上記適用例に記載の電子部品は、さらに、電子素子を備え、前記電子素子は、前記第１面に配置されているとともに前記配線に接続され、平面視にて前記導体層と重なっていること、が好ましい。
本適用例によれば、電子部品は、例えば、振動片や発振回路等の特性の調整を行う、抵抗やコンデンサーやインダクター等の受動素子や、半導体素子等の能動素子等の電子素子を備えている。平面視にて、電子素子は、導体層と重なる位置に設けられているので、電子部品を搭載基板に搭載した時の搭載基板の配線パターン、および近傍に配置される部品などによる影響が低減され、電子素子と導体層との間で形成される静電容量値が安定する。これにより、電子部品を搭載基板に搭載させる前後での電子部品としての特性の変動を低減させることができる。
［適用例６］上記適用例に記載の電子部品において、前記電子素子は、インダクターであること、が好ましい。
本適用例によれば、電子部品は、電子素子として振動片を接続させて発振させる周波数を可変させることが可能な周波数可変範囲を広げたり、可変範囲の直線性を高めたりさせるインダクターを備えている。これにより、インダクターと導体層との間で形成される静電容量値が安定するので、電子部品を搭載基板に搭載させる前後での周波数可変範囲幅の変動を低減させることができる。
［適用例７］上記適用例に記載の電子部品において、前記導体層は、接地されていることが好ましい。
本適用例によれば、導体層は接地されているため、導体層の電圧レベルが一定する。これにより、電子部品を搭載基板に搭載した時の搭載基板の配線パターン、および近傍に配置される部品などによる影響が低減され、配線と導体層との間で形成される静電容量値が安定するので、電子部品を搭載基板に搭載させる前後での特性変動、例えば、周波数変動を低減させることができる。
［適用例８］本適用例に係る発振器は、上記適用例１から７のいずれかに記載の電子部品と、振動片と、を有していること、を特徴とする。
本適用例によれば、発振器は、安定な発振特性が得られる電子部品と、電子部品に接続されて発振する振動片とを備えているので、安定な発振特性が得られる発振器を提供することができる。
［適用例９］上記適用例に記載の発振器において、前記振動片は、平面視にて前記導体層と重なっていること、を特徴とする。
本適用例によれば、振動片は、平面視にて、導体層と重なる位置に設けられているので、発振器を搭載基板に搭載した時の搭載基板の配線パターン、および近傍に配置される部品などによる影響が低減され、振動片と導体層との間で形成される静電容量値が安定する。これにより、発振器の搭載基板に搭載させる前後での特性変動、例えば、周波数変動を低減させることができる。
［適用例１０］本適用例に係る電子機器は、上記適用例１から７のいずれかに記載の電子部品を備えていることを特徴とする。
本適用例によれば、電子機器は、安定な発振特性が得られる電子部品を備えているので、安定な発振特性により制御された信頼性の高い電子機器を提供することができる。
［適用例１１］本適用例に係る移動体は、上記適用例１から７のいずれかに記載の電子機器を備えていることを特徴とする。
本適用例によれば、移動体は、安定な発振特性が得られる電子部品を備えているので、安定な発振特性により制御された信頼性の高い移動体を提供することができる。
実施形態１に係る発振器の概略構成を示す模式平面図。 図１におけるＡ−Ａ線での断面図。 配線と導体層との間の距離と、静電容量値との関係を示すグラフ。 負性抵抗を説明するための一例としての発振回路と、その等価回路を示す図。 発振器の回路構成を示す図。 配線と導体層との間の距離、発振特性、周波数可変幅、の関係を示す表。 実施形態２に係る電子部品の概略構成を示す模式平面図。 図７におけるＣ−Ｃ線での断面図。 電子部品を備える電子機器としてのモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図。 電子部品を備える電子機器としての携帯電話を示す斜視図。 電子部品を備える電子機器としてのデジタルカメラを示す斜視図。 電子部品を備える移動体としての自動車を示す斜視図。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせている。
また、図１、図２、図７、図８では、説明の便宜上、互いに直交する三軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、軸方向を図示した矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」としている。また、以下では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」という。
（実施形態１）
＜発振器の概略構成＞
図１は、実施形態１に係る発振器１００の概略構成を示す模式平面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線での断面図である。本実施形態の発振器１００は、振動片が電気的に接続されることで発振器として機能する電子部品と振動片２０とが、同一の容器１０に備えられている。
まず、実施形態１に係る発振器１００の概略構成について、図１および図２を用いて説明する。
図１および図２に示すように、発振器１００は、発振回路５０、振動片２０、バリキャップコンデンサー２２、電子素子の一例としてのインダクター２４、容器１０などを含んでいる。容器１０は、バリキャップコンデンサー２２、インダクター２４、発振回路５０および振動片２０を内包するために矩形の箱状に形成されているパッケージ本体１８と、蓋体１９とを有している。容器１０の概略の外形寸法は、長さ７．０ｍｍ、幅５．０ｍｍ、高さ１．５ｍｍである。なお、図１では、説明の便宜上、蓋体１９を透視して図示している。なお、電子素子としてインダクター２４を例示して説明しているが、これに限定されるものではない。電子素子としては、抵抗、コンデンサー等の受動素子や、トランジスター、ダイオード等の能動素子や、それらを組み合わせた半導体回路素子等であってもよい。
パッケージ本体１８は、パッケージ本体１８の底部（−Ｚ軸側）を形成する基板１４と、発振回路５０、バリキャップコンデンサー２２、インダクター２４の収納空間および振動片２０の支持台を形成する第１枠体１５と、振動片２０の収納空間を形成する第２枠体１６と、蓋体１９との接合材としてのシームリング１７と、で構成されている。
基板１４は、振動片２０に電気的に接続される発振回路５０が配置されている第１面１４ａ、第１面１４ａの反対面となる第２面１４ｂを有している。基板１４の第１面１４ａには、振動片２０および発振回路５０と接続されて発振ループを形成する配線４２が備えられている。本実施形態の発振器１００は、発振回路５０、振動片２０、バリキャップコンデンサー２２およびインダクター２４が、配線４２で接続され、発振ループは、発振回路５０、振動片２０およびインダクター２４を含んで構成されている。
基板１４は、第１面１４ａと第２面１４ｂとの間に、導体層１２を有している。詳しくは、基板１４は、第１基板１１と、第２基板１３と、第１基板１１と第２基板１３との間に形成されている導体層１２と、で構成されている。導体層１２は、第２基板１３の＋Ｚ軸側の面である第１面１４ａと、第１基板１１の−Ｚ軸側の面である第２面１４ｂと、の間に設けられている。
導体層１２は、平面視にて第１面１４ａ上に設けられている配線４２と重なっており、配線４２と導体層１２との厚さ方向（Ｚ軸方向）の距離は、０．３５ｍｍ以上０．７ｍｍ以下である。配線４２に電気的に接続されているインダクター２４および振動片２０は、平面視にて導体層１２と重なっている。これにより、発振器１００は、搭載基板に搭載した時に、発振器１００への搭載基板の配線パターン、および近傍に配置される部品などによる影響、例えば、配線４２、インダクター２４、および振動片２０の少なくとも一部と、搭載基板の配線パターンおよび近傍に配置される部品の少なくとも一部と、の間の電磁気的な結合が低減され、配線４２と導体層１２との間、インダクター２４と導体層１２との間、および振動片２０と導体層１２との間、で形成される静電容量値が安定する。さらに、導体層は、電子部品を搭載基板に搭載した時に、配線と搭載基板の配線パターンおよび近傍に配置される部品配線との間のシールド電極としても機能する。したがって、発振器１００を搭載基板に搭載させる前後での周波数変動を低減させることができる。また、インダクター２４は、周波数の調整可能な周波数可変範囲を広げるための所謂、伸長コイルとして機能しているので、発振器１００を搭載基板に搭載させる前後での周波数可変範囲幅の変動を低減させることができる。
配線４２は、１．６５ｍｍ2以上２．０ｍｍ2以下の面積で設けられている。配線４２が２．０ｍｍ2以上の面積で設けられた場合、配線４２と導体層１２と重なる面積が大きくなり、配線４２と導体層１２との間で形成される静電容量値が増大して、発振器１００の発振特性が劣化してしまう。逆に、配線４２を１．６５ｍｍ2以下の面積で設けようとした場合、配線４２上にインダクター２４やバリキャップコンデンサー２２を安定して接続させるためのランドパターンを設けることが難しくなる。
基板１４の第２面１４ｂは、発振回路５０に電圧を印加させる電源端子、発振回路５０から出力された発振信号を出力する出力端子、発振回路５０の基準電位となる接地端子、バリキャップコンデンサー２２に制御電圧を印加させる制御電圧入力端子などの複数の外部接続端子５４を備えている。導体層１２は、外部接続端子５４の接地端子と図示しない内部配線により電気的に接続されている。
パッケージ本体１８を構成している基板１４、第１枠体１５、第２枠体１６には、９以上１０以下の比誘電率を有する材料を用いている。基板１４の材料に、比誘電率９以上１０以下のセラミックが用いられ、配線４２と導体層１２との間の距離が０．３５ｍｍ以上０．７ｍｍ以下に設定され、配線４２の面積が１．６５ｍｍ2以上２．０ｍｍ2以下に設定されることにより、配線４２と導体層１２との間の静電容量値が０．６ｐＦ以上０．８ｐＦ以下の容器１０を構成させることができる。比誘電率９以上１０以下の材料としては、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックを用いることができる。セラミックは剛性が高く、熱膨張率が小さいため、パッケージ本体１８にセラミックを用いることで発振器１００の信頼性を高めることができる。なお、本実施形態では、パッケージ本体１８にセラミックを用いるものと説明したが、比誘電率が９以上１０以下であればセラミック以外のガラスや樹脂等の絶縁性の材料、またはそれらを複合した絶縁性の材料を用いてもよい。
パッケージ本体１８は、グリーンシートを所定の形状に形成させた第１基板１１、第２基板１３、第１枠体１５、第２枠体１６を積層して焼結し、第２枠体１６の上面（＋Ｚ軸側の面）にシームリング１７を、例えば、銀ろうなどでろう付けすることで形成されている。グリーンシートは、例えば、所定の溶液中にセラミックのパウダーを分散させ、バインダーを添加して生成される混練物がシート状に形成されたものである。また、シームリング１７の材料としては、例えば、コバール（鉄、ニッケル、コバルトの合金）を用いることができる。
パッケージ本体１８は、＋Ｚ軸側に開口部を有しており、パッケージ本体１８の開口部を形成しているシームリング１７と蓋体１９とは、例えば、抵抗溶接法（シーム溶接）などを用いて封止されている。蓋体１９の材料としては、例えば、コバールを用いることができる。なお、パッケージ本体１８の封止されているキャビティー３１の内部は、窒素やアルゴンなどの不活性気体雰囲気あるいは大気圧よりも圧力が低い減圧雰囲気となっている。
また、本実施形態では、容器１０は、シームリング１７を備えたパッケージ本体１８と、蓋体１９とを、シーム溶接を用いて封止するものと説明したが、シームリング１７の備えられていないパッケージ本体と、ろう材を備えた蓋体とを用いて、ダイレクトシーム溶接で封止する方法や、炉に入れてろう材を溶かして封止する方法などであってもよいし、ろう材としてガラスや樹脂等の材料を用いてもよい。
発振回路５０は、接着剤などの接続部材４８を介して基板１４の第１面１４ａに接合され、発振回路５０の端子と配線４２などとがボンディングワイヤー５２を介して電気的に接続されていている。ボンディングワイヤー５２の材料としては、例えば、金（Ａｕ）、アルミ（Ａｌ）の金属や、これらの金属を主成分とした合金を用いることができる。なお、発振回路５０は、金（Ａｕ）、半田などの導電性材料で形成されたバンプを介して基板１４の第１面１４ａと接合させ、接合と同時に配線４２などと電気的に接続させてもよいし、導電性接着剤等の接合部材を介して基板１４の第１面１４ａと接合させ、接合と同時に配線４２などと電気的に接続させてもよい。バリキャップコンデンサー２２、インダクター２４は、配線４２に設けられているランドパターンに半田や導電性接着剤等の導電性接合部材を介して接続されている。
第１枠体１５は、振動片２０を固定する支持台としての機能を有している。第１枠体１５のキャビティー３１側の内壁は、第２枠体１６の内壁よりキャビティー３１内に延出し、−Ｘ軸方向から延出している延出部の＋Ｚ軸側の面には、内部電極４４が設けられている。
振動片２０は、導電性を有した接続部材４８を介して内部電極４４に接合支持されている。振動片２０の一方の電極は、接続部材４８を介して内部電極４４と電気的に接続され、振動片２０の他方の電極は、ボンディングワイヤー５２を介して内部電極４４と電気的に接続されている。なお、振動片２０は、導電性を有した接続部材４８のみで内部電極４４に接合支持されていてもよいし、導電性を有しない接続部材を介して第１枠体１５に接合支持されるとともに、ボンディングワイヤー５２のみを介して内部電極４４と電気的に接続されていてもよい。
内部電極４４は、第１枠体１５の＋Ｚ軸側の面から−Ｚ軸側の面に向かって貫通して配置されたビアホール４６を介して配線４２と電気的に接続されている。これにより、発振回路５０と振動片２０とが、電気的に接続される。
導体層１２、配線４２、内部電極４４、および外部接続端子５４の材料としては、例えば、銀（Ａｇ）／パラジュウム（Ｐｄ）合金、タングステン（Ｗ）などを用いることができる。導体層１２、配線４２、内部電極４４、および外部接続端子５４は、第１基板１１、第２基板１３および第１枠体１５の材料であるセラミックの表面に、Ａｇ／Ｐｄ合金またはタングステンなどをメタライズし焼成を行うことで形成することができる。その後、表面に、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）などの金属でメッキ処理が施されている。
＜静電容量値＞
次に、静電容量値について説明する。
図３は配線４２と導体層１２との間の距離と、配線４２と導体層１２との間の静電容量値との関係を示すグラフである。図３の横軸の数値は配線４２と導体層１２との間の距離を示し、縦軸の数値は配線４２と導体層１２との間の静電容量値を示している。図３は、図１および図２に示す構成の発振器１００において、配線４２と導体層１２との間の距離に相当する第２基板１３のＺ軸方向の厚さをパラメーターとしたパッケージ本体１８を用いて発振器を作製し、配線４２と導体層１２（接地端子）との間の静電容量値を求めた結果を示している。
図３に示すように、配線４２と導体層１２との間の距離が０．１５ｍｍの場合、その静電容量値は約１．１ｐＦであり、配線４２と導体層１２との間の距離が０．７ｍｍ以上の場合、その静電容量は０．６ｐＦに向かって漸近する。これより、配線４２と導体層１２との間の距離を０．７ｍｍ以上に広げても、その静電容量値を減少させる効果が小さいことがわかる。また、配線４２と導体層１２との間の距離を０．７ｍｍ以下にさせることで、所定の高さである１．５ｍｍ以下の発振器１００を実現することができた。
＜負性抵抗＞
ここで、負性抵抗について説明する。
図４は、負性抵抗を説明するための一例としての発振回路と、その等価回路を示す図である。図４（ａ）は、ＣＭＯＳインバーターを用いた水晶発振回路である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の水晶発振回路の等価回路である。
図４（ａ）に示すように、水晶振動子Ｘｔａｌに接続された発振回路は、ＣＭＯＳインバーターＩＣ１、コンデンサーＣｇ，Ｃｄ、抵抗Ｒｆ，Ｒｄを含んで構成されている。ＣＭＯＳインバーターＩＣ１の入力端子は、水晶振動子Ｘｔａｌの出力端子に接続されており、ＣＭＯＳインバーターＩＣ１の出力端子と水晶振動子Ｘｔａｌの入力端子との間には、抵抗Ｒｄ（ダンピング抵抗）が接続されている。ＣＭＯＳインバーターＩＣ１の入力端子と出力端子との間には、抵抗Ｒｆ（帰還抵抗）が接続されている。水晶振動子Ｘｔａｌの出力端子はコンデンサーＣｇの一端に接続され、コンデンサーＣｇの他端は接地されている。水晶振動子Ｘｔａｌの入力端子はコンデンサーＣｄの一端に接続され、コンデンサーＣｇの他端は接地されている。
図４（ｂ）と等価回路に示すように、水晶振動子Ｘｔａｌの等価回路は、実際の発振回路で使用するインダクティブな特性領域だけを考えた場合、等価抵抗Ｒｅと等価実効リアクタンスＬｅとの直列回路と考えることができる。水晶振動子ＸｔａｌからみたＣＭＯＳインバーターＩＣ１を含む周辺回路は、等価入力容量ＣＬと負性抵抗−Ｒｉとの直列回路と考えることができる。なお、等価回路において、負性抵抗Ｒｉは、負を表すマイナスを付して「−Ｒｉ」と表記している。すなわち、「−Ｒｉ」は負の数値を表わしている。
図４（ａ）に示す発振器は、所定の周波数ωにおいて、以下の関係の場合に発振を継続させることができる。
負性抵抗の絶対値｜Ｒｉ｜≧等価抵抗Ｒｅ
また、発振器を確実に起動させるためには、負性抵抗の絶対値｜Ｒｉ｜を等価抵抗Ｒｅの３〜１０倍程度にさせる必要がある。この負性抵抗Ｒｉは、次式で表される。
Figure 0006738588
ここで、ｇｍは、ＣＭＯＳインバーターＩＣ１の伝達コンダクタンスを表している。
配線４２と導体層１２との間の距離が近づき、その間の静電容量が増加すると、図４（ａ）の発振回路において、コンデンサーＣｇ，Ｃｄに等価的に並列容量が付加される。コンデンサーＣｇに負荷される並列容量をコンデンサーΔＣｇ、コンデンサーＣｄに負荷される並列容量をコンデンサーΔＣｄとすると、負性抵抗Ｒｉは、次式で表される。
Figure 0006738588
式（１）と式（２）との比較でわかる通り、式（２）の分母には、
（ＣｇΔＣｄ＋ＣｄΔＣｇ＋ΔＣｇΔＣｄ）
の項が加わるため、配線４２と導体層１２との間の静電容量が増加すると負性抵抗Ｒｉが小さくなり、発振器の発振が起動しなかったり、発振が開始されるまでに時間を要したりして、発振特性が低下してしまう。
＜回路構成＞
次に、発振器１００の回路構成について説明する。
図５は、発振器１００の回路構成を示す図である。図５に示すように、発振器１００は、振動片２０、発振回路５０、インダクター２４、バリキャップコンデンサー２２ａ，２２ｂ、を含んで構成されている。発振回路５０は、ＣＭＯＳインバーター６０、抵抗７２，７４、コンデンサー７６，７８を含んで構成されている。本実施形態の発振器１００は、電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ：Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｘｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）であり、この発振器１００は、外部からの制御電圧に応じて調整された周波数の発振信号が出力される。なお、発振器１００および発振回路５０は、これらの要素の一部を省略または変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。
ＣＭＯＳインバーター６０の入力端子は、振動片２０の出力端子に配線４２を介して接続されている。振動片２０の入力端子は、インダクター２４の一端に配線４２を介して接続され、インダクター２４の他端とＣＭＯＳインバーター６０の出力端子とは、配線４２および抵抗７４を介して接続されている。ＣＭＯＳインバーター６０の入力端子と出力端子との間には、抵抗７２（帰還抵抗）が接続されている。これにより、振動片２０の出力端子から、ＣＭＯＳインバーター６０、抵抗７４、インダクター２４を通り、振動片２０の入力端子に至る発振ループが形成されている。このように構成されている発振回路５０は、ＣＭＯＳインバーター６０を増幅素子として、振動片２０の出力端子から出力される出力信号を増幅し、この増幅した信号を振動片２０の入力端子から入力信号として供給する。
振動片２０の出力端子は、コンデンサー７６の一端に接続され、コンデンサー７６の他端は、バリキャップコンデンサー２２ａのカソード端子に接続されている。インダクター２４の他端は、コンデンサー７８の一端に接続され、コンデンサー７８の他端は、バリキャップコンデンサー２２ｂのカソード端子に接続されている。バリキャップコンデンサー２２ａのアノード端子およびバリキャップコンデンサー２２ｂのアノード端子は接地されている。
バリキャップコンデンサー２２ａのカソード端子およびバリキャップコンデンサー２２ｂのカソード端子は、ＶＣ端子７０に接続されている。バリキャップコンデンサー２２ａ，２２ｂのカソード端子には、ＶＣ端子７０から制御電圧が印加され、この制御電圧の電圧値に応じてバリキャップコンデンサー２２ａ，２２ｂの容量値が設定され、ＣＭＯＳインバーター６０の出力端子から発振される発振信号の周波数が調整される。なお、バリキャップコンデンサー２２ａ，２２ｂのそれぞれに印加される制御電圧は異なっていてもよい。さらに、バリキャップコンデンサー２２ａ，２２ｂは、どちらか一方のみがある構成でもよい。
なお、本実施形態では、増幅素子としてＣＭＯＳインバーター６０を用いるものと説明したが、これに限定されるものではない。増幅素子としては、バイポーラトランジスター、電界効果トランジスター（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、金属酸化膜型電界効果トランジスター（ＭＯＳＦＥＴ：Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、サイリスター等であってもよい。
図６は、配線４２と導体層１２との間の距離、発振特性、周波数可変幅、の関係を示す表である。図６は、発明者が上述した配線４２と導体層１２との間の距離をパラメーターとした発振器を用いて、夫々の発振器の発振特性と、周波数可変範囲と、の評価を行った結果を示している。
図６に示すように、配線４２と導体層１２との間の距離が０．３５ｍｍ以上であれば、十分な負性抵抗と、良好な発振特性が得られた。換言すれば、配線４２と導体層１２との間の静電容量は、配線４２と導体層１２との間の距離が０．３５ｍｍのときの静電容量の値である０．８ｐＦ以下であれば、十分な負性抵抗と、良好な発振特性が得られた。さらには、静電容量が０．６ｐＦに向かって漸近する０．５５ｍｍ以上であることが望ましい。換言すれば、配線４２と導体層１２との間の静電容量は、配線４２と導体層１２との間の距離が０．５５ｍｍのときの静電容量の値である０．６７ｐＦ以下であることが望ましい。また、配線４２と導体層１２との間の距離が０．２５ｍｍ以上であれば、所望の周波数可変範囲が得られた。この結果より、本実施形態の発振器１００は、配線４２と導体層１２との間の距離が０．３５ｍｍ以上、配線４２と導体層１２との間の静電容量値が０．８ｐＦ以下に設定されている。これにより、発振器１００は良好な発振特性を得ることが可能な負性抵抗を確保することができる。また、この結果から、配線４２と導体層との間の距離が０．７ｍｍの条件においても、発振器１００は所望の周波数可変範囲が得られるとともに、良好な発振特性を得ることが可能な負性抵抗を確保することができる。
なお、発振器１００は、電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ）として例示したが、振動片や発振器の種類をこれに限定するものではない。振動片としては、例えば、ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）共振子、ＡＴカット水晶振動子、ＳＣカット水晶振動子、音叉型水晶振動子、その他の圧電振動子やＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）振動子などを用いてもよい。
振動片の基板材料としては、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電単結晶や、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミック等の圧電材料、またはシリコン半導体材料等を用いてもよい。さらに、振動片の励振手段としては、圧電効果によるものを用いてもよいし、クーロン力による静電駆動を用いてもよい。
発振器の種類は、圧電発振器（水晶発振器など）、ＳＡＷ発振器、電圧制御型発振器（ＶＣＸＯやＶＣＳＯなど）、温度補償型発振器（ＴＣＸＯなど）、恒温型発振器（ＯＣＸＯなど）、シリコン発振器、原子発振器などであってもよい。
以上述べたように、本実施形態に係る発振器１００によれば、以下の効果を得ることができる。
発振器１００は、発振回路５０、振動片２０、インダクター２４、バリキャップコンデンサー２２、容器１０を含んで構成されている。容器１０の基板１４には、基板１４の第１面１４ａと第２面１４ｂとの間に導体層１２が設けられ、基板１４上（第１面１４ａ）には、発振ループを形成する配線４２が設けられている。基板１４の材料には、比誘電率９以上１０以下のセラミックが用いられ、配線４２と導体層１２との間の距離が０．３５ｍｍ以上０．７ｍｍ以下に設定され、配線４２の面積が１．６５ｍｍ2以上２．０ｍｍ2以下に設定されている。これにより、配線４２と導体層１２との間の静電容量値が０．６ｐＦ以上０．８ｐＦ以下の容器１０を構成させることができる。発振器１００には、発振ループを形成する配線４２と導体層１２との間の静電容量が０．８ｐＦ以下の容器１０を用いているため、発振器１００は、配線と導体層との間で形成される静電容量値が安定し、発振回路の負性抵抗の絶対値が小さくなる可能性を低減することができるため、発振器の特性、例えば、発振安定度が低下してしまう可能性を低減することができる。したがって、発振安定度が低下してしまう可能性を低減した発振器１００を提供することができる。また、発振器１００は、配線４２と導体層１２との間の距離が０．７ｍｍ以下に設定されている基板１４を用いているため、発振器１００を所定の高さ（１．５ｍｍ以下）に収めることで、低背な発振器１００を実現することもできる。
（実施形態２）
実施形態２に係る電子部品２００では、実施形態１で示した振動片２０が容器内部に備えられていないところが、実施形態１の発振器１００と異なっている。電子部品２００は、容器外部の振動片が電子部品２００の外部接続端子２５４に電気的に接続されることで発振器として機能する。
図７は、実施形態２に係る電子部品２００の概略構成を示す模式平面図である。図８は、図７におけるＣ−Ｃ線での断面図である。まず、実施形態２に係る電子部品２００の概略構成について、図７および図８を用いて説明する。なお、実施形態１の発振器１００と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。また、容器２１０は、実施形態１の容器１０と同一の材料で構成されているので、その説明は省略する。
図７および図８に示すように、電子部品２００は、発振回路５０、バリキャップコンデンサー２２、インダクター２４、容器２１０などを含んでいる。容器２１０は、バリキャップコンデンサー２２、インダクター２４、発振回路５０を内包するために矩形の箱状に形成されているパッケージ本体２１８と、蓋体１９とを有している。なお、図１では、説明の便宜上、蓋体１９を透視して図示している。
パッケージ本体２１８は、パッケージ本体２１８の底部（−Ｚ軸側）を形成する基板２１４と、発振回路５０、バリキャップコンデンサー２２、インダクター２４の収納空間を形成する枠体２１６と、蓋体１９との接合材としてのシームリング１７と、で構成されている。
基板２１４は、発振回路５０が配置されている第１面２１４ａ、第１面２１４ａの反対面となる第２面２１４ｂ、を有している。基板２１４の第１面２１４ａには、電子部品２００の後述する外部接続端子２５４を介して接続される振動片と、発振回路５０と、に接続されて発振ループを形成する配線４２を有している。本実施形態の電子部品２００は、発振回路５０、外部部品である振動片、バリキャップコンデンサー２２およびインダクター２４が、配線４２で接続され、発振ループは、発振回路５０、外部部品である振動片およびインダクター２４を含んで構成されている。
基板２１４は、第１面２１４ａと第２面２１４ｂとの間に、導体層２１２を有している。詳しくは、基板２１４は、第１基板２１１と、第２基板２１３と、および第１基板２１１と第２基板２１３との間に形成されている導体層２１２と、で構成されている。導体層２１２は、第２基板２１３の＋Ｚ軸側の面である第１面２１４ａと、第１基板２１１の−Ｚ軸側の面である第２面２１４ｂと、の間に設けられている。
導体層２１２は、平面視にて第１面２１４ａ上に設けられている配線４２と重なっており、配線４２と導体層２１２との厚さ方向（Ｚ軸方向）の距離は、０．３５ｍｍ以上０．７ｍｍ以下である。配線４２上に電気的に接続されているインダクター２４は、平面視にて導体層２１２と重なっている。これにより、電子部品２００は、搭載基板に搭載した時に、電子部品２００への搭載基板の配線パターン、および近傍に配置される部品などによる影響、例えば、配線４２およびインダクター２４の少なくとも一部と、搭載基板の配線パターンおよび近傍に配置される部品の少なくとも一部と、の間の電磁気的な結合が低減され、配線４２と導体層２１２との間、インダクター２４と導体層２１２との間、で形成される静電容量値が安定する。また、導体層２１２は、電子部品２００を搭載基板に搭載した時に、配線４２と搭載基板の配線パターンおよび近傍に配置される部品配線との間のシールド電極としても機能する。したがって、電子部品２００を搭載基板に搭載させる前後での周波数変動を低減させることができる。なお、配線４２は、実施形態１と同様に、１．６５ｍｍ2以上２．０ｍｍ2以下の面積で設けられている。
基板２１４の第２面２１４ｂは、振動片を接続させる振動片接続端子、発振回路５０に電圧を印加させる電源端子、発振回路５０から出力された発振信号を出力する出力端子、発振回路５０の基準電位となる接地端子、バリキャップコンデンサー２２に制御電圧を印加させる制御電圧入力端子などの複数の外部接続端子２５４を備えている。導体層２１２は、外部接続端子２５４の接地端子と図示しない内部配線により電気的に接続されている。
複数の外部接続端子２５４の内、振動片を接続させる振動片接続端子は、基板２１４の第１面２１４ａから第２面２１４ｂに向かって貫通して設けられているビアホール２４６を介して配線４２と電気的に接続されている。振動片が振動片接続端子に接続されることで、振動片は発振回路５０と電気的に接続される。これにより、電子部品２００の内部に備えられている発振回路５０およびインダクター２４と、外部部品である振動片と、で発振ループが構成される。
以上述べたように、本実施形態に係る電子部品２００によれば、以下の効果を得ることができる。
電子部品２００は、発振回路５０、インダクター２４、バリキャップコンデンサー２２、容器２１０を含んで構成されている。容器２１０の基板２１４には、基板２１４の第１面２１４ａと第２面２１４ｂとの間に導体層２１２が設けられ、基板２１４上（第１面２１４ａ）には、容器２１０の振動片接続端子（外部接続端子２５４）に振動片が接続されることで発振ループを形成する配線４２が設けられている。基板２１４の材料には、比誘電率９以上１０以下のセラミックが用いられ、配線４２と導体層２１２との間の距離が０．３５ｍｍ以上０．７ｍｍ以下に設定され、配線４２の面積が１．６５ｍｍ2以上２．０ｍｍ2以下に設定されている。これにより、配線４２と導体層２１２との間の静電容量値が０．６ｐＦ以上０．８ｐＦ以下の容器２１０を構成させることができる。さらに、導体層２１２は、電子部品２００を搭載基板に搭載した時に、配線４２と搭載基板の配線パターンおよび近傍に配置される部品配線との間のシールド電極としても機能する。電子部品２００には、振動片が接続されることで発振ループを形成する配線４２と導体層２１２との間の静電容量が０．８ｐＦ以下の容器２１０が用いられているため、電子部品２００は、配線と導体層との間で形成される静電容量値が安定し、例えば、振動片が接続されることで構成される発振器において、の絶対値が小さくなる可能性を低減することができる。したがって、発振安定度が低下してしまう可能性を低減した電子部品２００を提供することができる。
＜電子機器＞
次に、本発明の実施形態に係る電子部品を備えた電子機器について図９から図１１を用いて説明する。なお、本説明では、振動片が接続された電子部品２００を用いた例を示している。
図９は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器の一例としてのモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューター１１００の構成の概略を示す斜視図である。図９に示すように、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１０００を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、電子部品２００が内蔵されている。
上述のように、電子機器の一例としてのモバイル型（又はノート型）パーソナルコンピューター１１００に、本発明の一実施形態に係る電子部品２００を、例えば、クロック源として備えることにより、モバイル型パーソナルコンピューター１１００に供給されるクロック源として電子部品２００から安定した周波数信号が出力されるため、モバイル型パーソナルコンピューター１１００の動作の信頼性を向上させることができる。
図１０は、本発明の一実施形態に係る電子部品２００を備える電子機器の一例としての携帯電話１２００（ＰＨＳも含む）の構成の概略を示す斜視図である。図１０に示すように、携帯電話１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１０００が配置されている。このような携帯電話１２００には、電子部品２００が内蔵されている。
上述のように、電子機器の一例としての携帯電話（ＰＨＳを含む）１２００に、本発明の一実施形態に係る電子部品２００を、例えば、クロック源として備えることにより、携帯電話１２００に供給されるクロック源として電子部品２００から安定した周波数信号が出力されるため、携帯電話１２００の動作の信頼性を向上させることができる。
図１１は、本発明の一実施形態に係る電子部品２００を備える電子機器の一例としてのデジタルカメラ１３００の構成の概略を示す斜視図である。なお、図１１には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、従来のフィルムカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
デジタルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１０００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１０００は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
撮影者が表示部１０００に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このデジタルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号の出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号の出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。このようなデジタルカメラ１３００には、電子部品２００が内蔵されている。
上述のように、電子機器の一例としてのデジタルカメラ１３００に、本発明の一実施形態に係る電子部品２００を、例えば、クロック源として備えることにより、デジタルカメラ１３００に供給されるクロック源として電子部品２００から安定した周波数信号が出力されるため、デジタルカメラ１３００の動作の信頼性を向上させることができる。
なお、本発明の一実施形態に係る電子部品２００は、図９のパーソナルコンピューター１１００（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１０の携帯電話１２００、図１１のデジタルカメラ１３００の他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、タブレット型パーソナルコンピューター、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、移動体端末基地局用機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、カーナビゲーション装置、リアルタイムクロック装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、ＰＤＲ（歩行者位置方位計測）などの電子機器に適用することができる。
＜移動体＞
次に、本発明の実施形態に係る電子部品を備えた移動体について図１２を用いて説明する。なお、本説明では、振動片が接続された電子部品２００を用いた例を示している。
図１２は、本発明の一実施形態に係る電子部品２００を備える移動体の一例としての自動車１５００を概略的に示す斜視図である。
自動車１５００には上記実施形態に係る電子部品２００が搭載されている。図１２に示すように、移動体としての自動車１５００には、電子部品２００を内蔵してタイヤなどを制御する電子制御ユニット１５１０が車体に搭載されている。また、電子部品２００は、他にもキーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Ｔｉｒｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、エンジンコントロール、ブレーキシステム、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、などの電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）に広く適用できる。
上記のように、移動体の一例としての自動車１５００に、本発明の一実施形態に係る電子部品２００を、例えば、クロック源として備えることにより、自動車１５００および電子制御ユニット１５１０のうち少なくとも一方に供給されるクロック源として電子部品２００から安定した周波数信号が出力されるため、自動車１５００および電子制御ユニット１５１０のうち少なくとも一方の動作の信頼性を向上させることができる。
１０，２１０…容器、１１，２１１…第１基板、１２，２１２…導体層、１３，２１３…第２基板、１４，２１４…基板、１４ａ，２１４ａ…第１面、１４ｂ，２１４ｂ…第２面、１５…第１枠体、１６…第２枠体、１７…シームリング、１８，２１８…パッケージ本体、１９…蓋体、２０…振動片、２２，２２ａ，２２ｂ…バリキャップコンデンサー、２４…インダクター、３１…キャビティー、４２…配線、４４…内部電極、４６，２４６…ビアホール、４８…接続部材、５０…発振回路、５２…ボンディングワイヤー、５４，２５４…外部接続端子、６０…ＣＭＯＳインバーター、７０…ＶＣ端子、７２，７４…抵抗、７６，７８…コンデンサー、１００…発振器、２００…電子部品、２１６…枠体、１１００…パーソナルコンピューター、１２００…携帯電話、１３００…デジタルカメラ、１５００…自動車、１５１０…電子制御ユニット。

Claims (6)

  1. 振動片と、
    前記振動片に電気的に接続される発振回路と、
    前記発振回路が配置されているとともに、前記振動片および前記発振回路と接続されて発振ループを形成する配線が配置されている第１面、および前記第１面の反対面となる第２面、を有する基板と、
    接地端子を含む外部端子と、
    を備え、
    前記基板は、前記第１面と前記第２面との間に導体層を有し、且つ、９以上１０以下の比誘電率を有し、
    前記配線の面積は、１．６５ｍｍ 2 以上２．０ｍｍ 2 以下であり、
    前記導体層は、平面視にて前記配線と重なり、且つ前記接地端子と電気的に接続されており、
    前記配線と前記導体層との前記第１面および前記第２面と交差する方向に沿った方向である厚さ方向の距離は、０．３５ｍｍ以上０．７ｍｍ以下であること、を特徴とする発振器。
  2. さらに、電子素子を備え、
    前記電子素子は、前記第１面に配置されているとともに前記配線に接続され、平面視にて前記導体層と重なっていること、を特徴とする請求項１に記載の発振器。
  3. 前記電子素子は、インダクターであること、を特徴とする請求項２に記載の発振器。
  4. 前記振動片は、平面視にて前記導体層と重なっていること、を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発振器。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の発振器を備えていることを特徴とする電子機器。
  6. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の発振器を備えていることを特徴とする移動体。
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