JP6962807B2

JP6962807B2 - 水晶振動子

Info

Publication number: JP6962807B2
Application number: JP2017242394A
Authority: JP
Inventors: 誠渡辺
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2037-12-19
Also published as: JP2019110445A

Description

本発明は、温度センサを具えた水晶振動子に関する。

水晶振動片と温度センサとを１つのパッケージに具えた構造の水晶振動子は、温度センサ付きの水晶振動子と呼ばれ、近年注目されている。この水晶振動子の概略構造と、これが使用される典型例を、図４（Ａ）を参照して説明する。

温度センサ付き水晶振動子１０は、水晶振動片１１と、温度センサ１３とを、１つのパッケージに具えている。この振動子１０は、いわゆる１部屋構造のもの、いわゆるＨ型構造のもの等がある（後述する図２，３参照）。

温度センサ付き水晶振動子１０は、典型的には、チップセット２０に接続して用いられる。典型的なチップセット２０は、温度センサ１３の特性を電圧特性とする電圧変換回路２１、Ａ／Ｄ変換器２３、温度補償回路２５、発振回路２７及び機能回路２９を具える。そして、温度センサ１３の情報を基に、チップセット２０で発振回路の出力が温度補償されることで、安定した基準周波数を得ることができる。

温度センサ付き水晶振動子１０の具体例は、例えば、特許文献１、特許文献２に開示されている。特許文献１には、温度センサとしてサーミスタを用いた１部屋構造のものが開示されている。また、特許文献２には、温度センサとしてダイオードを用いた（特許文献２の段落５９）Ｈ型構造のものが開示されている。

温度センサとしてサーミスタを用いた場合、サーミスタの温度依存性が非線形であることから温度センサとしての出力特性は非線形である。一方、温度センサとしてダイオードを用いたものは、ダイオードのＰＮ接合部の温度依存性が線形であることから、温度センサとしての出力特性も線形であり、温度センサ付き水晶振動子においても有利なことがある。

特開２００８−２０５９３８号公報特開２０１５−７６６３４号公報

ところで、温度センサとしてダイオードを用いる場合、水晶振動子１０に設けるダイオードは、その極性がチップセットの電圧変換回路に対し所定の関係となるように、実装する必要がある。すなわち、図４（Ｂ）に示すように、ダイオード１３は、その順方向のＰＮ接合部の温度依存性を利用するため、その極性がチップセットの電圧変換回路に対し所定の関係となるように、温度センサ付き水晶振動子１０に実装する必要がある。

しかしながら、温度センサ付き水晶振動子を製造する場合、水晶振動子製造メーカにおいて、ダイオードの極性を逆向きにして実装してしまう場合も考えられる。従って、このような不具合を防止できる何らかの対策が望まれる。
この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、従って、この出願の目的は、温度センサとしてダイオードを用いる水晶振動子において、上記不具合の発生を防止することにある。

この目的の達成を図るため、この発明によれば、水晶振動片と、温度センサとしてのダイオードと、を具える水晶振動子において、
前記ダイオードは、２つのダイオードを極性が逆向きに並列接続したダイオード対であることを特徴とする。
この発明を実施するに当たり、前記ダイオード対は、予め半導体素子として形成され外形的には１個の素子と見えるものとするのが良い。

この発明の水晶振動子によれば、所定のダイオード対を用いるので、このダイオード対のうちの一方は必ずチップセットに対し所定の極性を示す。従って、チップセットと接続した際に所定の温度補償動作が得られる。さらに、チップセット接続時においても水晶振動子の逆接続による不発振、温度センサ機能の喪失を防止する等の効果が得られる。また、水晶振動子の製造メーカにおいては、ダイオードの実装時に極性確認作業を不要にできるので、製造設備の簡略化、製造タクトの向上等が期待できる。

（Ａ）は、この発明の水晶振動子を説明するブロック図、（Ｂ）、（Ｃ）各々は本発明に係るダイオードの好適例の説明図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施形態の水晶振動子を説明する図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、第２の実施形態の水晶振動子を説明する図である。（Ａ）は、本発明の背景を説明する図、（Ｂ）は本発明の課題を説明する図である。

以下、図面を参照してこの発明の水晶振動子について説明する。なお、説明に用いる各図はこの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の説明中で述べる構造例、使用部材等は、この発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。

１．発明の構成
図１（Ａ）は、この発明の水晶振動子の構成を説明するブロック図である。この発明の水晶振動子３０は、水晶振動片１１と、温度センサとしてのダイオード３１と、を具える。ダイオード３１は、第１のダイオード３１ａ及び第２のダイオード３１ｂの２個のダイードを、極性が逆向きに並列接続したダイオード対である。さらに、このダイオード３１は、半導体メーカにおいて、同一の半導体ウエハ上に形成され外形的には１個の素子として見えるものとするのが良い。すなわち、内部の構造は、第１のダイオード３１ａ及び第２のダイオード３１ｂの２個のダイードを、極性が逆向きに並列接続した構造を持つ半導体素子であるが、外部から見ると、通常のダイオードに見える構造の半導体素子とするのが良い。例えば、図１（Ｂ）に示したように、第１のダイオード及び第２のダイオードの２個のダイードを、極性が逆向きに並列接続した構造を持つ半導体素子であって、チップ部品の形態になっているダイオード対はより好ましい。チップ部品の形態であると、実装がし易いからである。また、チップ部品としては、例えば図１（Ｃ）のように、半導体ウエハからダイシングして供給されるダイオード対のチップも好ましい。なお、図１（Ｂ）、（Ｃ）において、３１ｘは電極である。

こうしておけば、水晶振動子３０を製造する者は、温度センサとしてサーミスタを用いる場合と同様に極性を気にせずに、水晶振動子３０用のパッケージにダイオード３１を実装できるからである。この結果、実装装置は極性確認機能を不要にでき、また、製造作業での極性確認作業も不要にできるので、製造装置のコスト低減や、製造タクトの短縮を図ることによる生産性の向上が期待できる。また、ダイオードの極性間違いによる不具合も皆無にできる。

なお、上記のような、予め半導体素子として半導体メーカで形成されたダイオード対を用いた場合、ダイオード対を構成する各ダイオードは、同一の半導体ウエハに近接して形成されるので、これら２つのダイオードの特性は互いに同等のものになる。従って、このダイード対を水晶振動子にどちら向きに実装しても、チップセットに対し同様な特性を示すことができる。また、この実施形態では、ダイオード対を１個用いる例を示しているが、上記のダイオード対を２個以上、並列に又は直列に接続して用いる場合があっても良い。

なお、水晶振動片１１は、典型的には、ＡＴカット水晶片であり、周知の通り、その表裏に図示しない励振用電極等を具える。
また、水晶振動子３０は平面形状が四角形状であり、その外部底面の四隅に外部端子３３ａ〜３３ｄを具える。そして、図２（Ｂ）、図３（Ｂ）に示すように、これら４つの外部端子のうち対角に位置する例えば第１の組の外部端子３３ｂ、３３ｄを水晶振動片１１に接続してあり、対角に位置する第２の組の外部端子３３ａ、３３ｃをダイオード３１に接続してある。こうすることにより、水晶振動子の実装時においても逆接続による不発振、温度センサ機能の喪失を防止することができる。

２．実際の構造例
２−１．第１実施形態
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、温度センサ付の水晶振動子であっていわゆる１部屋構造のものに、本発明を適用した例を説明する図である。特に、（Ａ）図はその上面図、（Ｂ）図はその底面図、（Ｃ）図はその断面図であり、（Ａ）図中のＰ−Ｐ線に沿った断面図である。

この例の場合の水晶振動子３０は、例えばセラミックパッケージ３５を具えている。このセラミックパッケージ３５は、水晶振動片１１を内包できる凹部を具え、さらにこの凹部内の底面にダイオード対３１を実装する第２の凹部を具えている。水晶振動片１１及びダイオード対３１は、このセラミックパッケージ３５内に所定の配置関係で実装してある。そして、セラミックパッケージ３５の土手部の天面に蓋部材３７が接合されて、水晶振動片１１及びダイオード対３１は、セラミックパッケージ３５内に封止されている。

２−２．第２実施形態
図３（Ａ）〜（Ｃ）は、温度センサ付き水晶振動子であっていわゆるＨ型構造のものに、本発明を適用した例を説明する図である。特に、（Ａ）図はその上面図、（Ｂ）図はその底面図、（Ｃ）図はその断面図であり、（Ａ）図中のＱ−Ｑ線に沿った断面図である。

この例の場合の水晶振動子３０は、セラミックパッケージ３５の外部側の底面に、ダイオード対３１用の凹部を設けてあり、この凹部内にダイオード対３１を設けたものである。水晶振動片１１を収納する部屋と、ダイオード対３１を収納する部屋が、縦方向に積層された構造であり、断面がＨ型に見えるため、Ｈ型と称されているものである。

２−３．その他の実施形態
上述においては、一部屋構造の例、Ｈ型構造の例を示したが、この発明の水晶振動子は上記の例に限られない。例えば、平板状のベースに水晶振動片１１及びダイオード対３１を実装し、一方、凹部を有したキャップ状の蓋部材を用意し、上記の平板状のベースをこのキャップ状の蓋部材で封止した構造の水晶振動子であっても良い。

１１：水晶振動片、３０：この発明の水晶振動子、
３１：ダイオード対、３１ａ：第１のダイオード、
３１ｂ：第２のダイオード、３３ａ〜３３ｄ：端子、
３５：セラミックパッケージ、３７：蓋部材。

Claims

水晶振動片と、温度センサとしてのダイオードと、を具える水晶振動子において、
前記ダイオードは、２つのダイオードを極性が逆向きに並列接続したダイオード対であることを特徴とする水晶振動子。
前記ダイオードは、予め半導体素子として形成され外形的には１個の素子と見えるダイオード対であることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子。
前記ダイオードは、予め半導体素子として形成され外形的には１個の素子と見え、かつ、チップ部品の形態を持つダイオード対であることを特徴とする請求項１又は２に記載の水晶振動子。
前記ダイオードは、予め半導体素子として形成され外形的には１個の素子と見え、かつ、半導体ウエハからダイシングして供給されるダイオード対のチップであることを特徴とする請求項１又は２に記載の水晶振動子。
前記水晶振動子は平面形状が四角形状であり、
その外部底面の四隅に外部端子をそれぞれ具え、かつ、
４つの外部端子のうち対角に位置する第１の組の外部端子を前記水晶振動片に接続してあり、対角に位置する第２の組の外部端子を前記ダイオードに接続してあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水晶振動子。