JP7388015B2 - 集積回路装置、発振器、電子機器及び移動体 - Google Patents

Description

本発明は、集積回路装置、発振器、電子機器及び移動体等に関する。

温度センサーが搭載された集積回路装置の従来技術としては特許文献１に開示される技術がある。特許文献１では、発熱源回路である出力回路に接続された配線と、温度センサーとを、平面視で重ねて配置することで、出力回路付近の温度を正確に検出し、出力周波数の安定化を図っている。

特開２０１６－１３４８８８号公報

特許文献１のような温度センサーと発熱源回路とを有する集積回路装置においては、発熱源回路からの熱が温度センサーに与える影響が大きくなりすぎないことが望ましい。また集積回路装置が搭載される機器の小型化や、低コスト化を実現するために、集積回路装置の小面積化への要望がある。

本開示の一態様は、温度センサーと、発熱源となる発熱源回路と、外部接続用のパッドと、一方の電極が前記外部接続用のパッドに電気的に接続されるＭＩＭ構造のキャパシターと、を含み、回路素子が形成される基板に直交する平面視において、前記ＭＩＭ構造のキャパシターと前記温度センサーとが重なっている集積回路装置に関係する。

集積回路装置の配置例。 集積回路装置の断面構造の例。 集積回路装置の詳細な第１配置例。 第１配置例での集積回路装置の断面構造の例。 集積回路装置の断面構造の他の例。 集積回路装置の断面構造の他の例。 集積回路装置の断面構造の他の例。 集積回路装置の詳細な第２配置例。 第２配置例での集積回路装置の断面構造の例。 第２配置例での集積回路装置の断面構造の他の例。 温度センサー、発熱源回路のレイアウト配置例。 温度センサー、発熱源回路のレイアウト配置例。 集積回路装置及び発振器の構成例。 集積回路装置のレイアウト配置例。 温度センサーの第１構成例。 温度センサーの第２構成例。 出力回路の構成例。 レギュレーターの構成例。 基準電圧生成回路の構成例。 発振器の第１の構造例。 発振器の第２の構造例。 電子機器の構成例。 移動体の構成例。

以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲の記載内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが必須構成要件であるとは限らない。

１．集積回路装置
図１に本実施形態の集積回路装置２０の配置例を示す。本実施形態の集積回路装置２０は、温度センサー２２と、発熱源回路２４と、外部接続用のパッドＰＤＥと、ＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）構造のキャパシターＣＭＩＭを含む。

集積回路装置２０は辺ＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤ３、ＳＤ４を有する。辺ＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤ３、ＳＤ４は、各々、第１辺、第２辺、第３辺、第４辺である。辺ＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤ３、ＳＤ４は、集積回路装置２０である矩形の半導体チップの辺に対応する。例えば辺ＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤ３、ＳＤ４は半導体チップの基板の辺である。半導体チップはシリコンダイとも呼ばれる。辺ＳＤ２は辺ＳＤ１に交差する辺である。ここで交差は例えば直交である。辺ＳＤ３は辺ＳＤ１の対辺である。辺ＳＤ４は辺ＳＤ２の対辺である。辺ＳＤ１及び辺ＳＤ３は、辺ＳＤ２及び辺ＳＤ４と交差する。ここで辺ＳＤ１から辺ＳＤ３に向かう方向をＤＲ１とし、辺ＳＤ２から辺ＳＤ４に向かう方向をＤＲ２とする。また方向ＤＲ１の反対方向を方向ＤＲ３とし、方向ＤＲ２の反対方向を方向ＤＲ４とする。方向ＤＲ１、ＤＲ２、ＤＲ３、ＤＲ４は、各々、第１方向、第２方向、第３方向、第４方向である。

温度センサー２２は、温度を検出するセンサー回路である。具体的には後述の図１５、図１６において説明するように、温度センサー２２は、環境の温度に応じて変化する温度依存電圧を、温度検出電圧ＶＴＭＰとして出力する。例えば温度センサー２２は、温度依存性を有する回路素子を利用して温度検出電圧ＶＴＭＰを生成する。具体的には温度センサー２２は、ＰＮ接合の順方向電圧が有する温度依存性を用いることで、温度に依存して電圧値が変化する温度検出電圧ＶＴＭＰを出力する。ＰＮ接合の順方向電圧としては、例えばバイポーラトランジスターのベース・エミッター間電圧などを用いることができる。

発熱源回路２４は、発熱源となる回路であり、回路動作により熱を発生する回路である。発熱源回路２４は、集積回路装置２０が有する複数の回路ブロックのうち、主要な発熱源となる回路であり、例えば発熱量が最も大きい回路や当該回路の次に発熱量が大きい回路などである。

外部接続用のパッドＰＤＥは、集積回路装置２０の外部デバイスや外部配線に電気的に接続するためのパッドである。パッドは集積回路装置２０の端子である。例えばパッド領域では、絶縁層であるパッシベーション膜から金属層が露出しており、例えばこの露出した金属層によりパッドが構成される。

ＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭは、絶縁層を、２つの金属の電極により挟み込んだ構造のキャパシターである。ＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭは、少ない面積で大きな容量を得ることができる薄膜のキャパシターであり、高い容量密度を実現できる。図１ではＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭは、一方の電極が外部接続用のパッドＰＤＥに電気的に接続されている。具体的にはキャパシターＣＭＩＭと外部接続用のパッドＰＤＥは接続線ＬＥを介して電気的に接続される。外部接続用のパッドＰＤＥがグランドパッドである場合には、接続線ＬＥはグランド線であり、外部接続用のパッドＰＤＥが電源パッドである場合には、接続線ＬＥは電源線である。

そして本実施形態では図１に示すように、回路素子が形成される基板に直交する平面視において、ＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭと温度センサー２２とが重なっている。回路素子が形成される基板は、集積回路装置２０の基板であり、例えば半導体基板である。集積回路装置２０の基板には、トランジスターなどの能動素子や、抵抗、キャパシターなどの受動素子が、回路素子として形成される。ＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭは、この集積回路装置２０の基板に直交する方向を視線方向とする平面視において、温度センサー２２に重なるように配置される。例えば温度センサー２２に対して、少なくとも一部が重なるようにＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭが配置される。例えばキャパシターＣＭＩＭの全体面積の少なくとも半分以上が温度センサー２２に重なるように配置される。基板に直交する方向である平面視の方向は、方向ＤＲ１及び方向ＤＲ２に直交する方向である。

図２に集積回路装置２０断面構造例を示す。金属層ＡＬ１は、金属層ＡＬ２の上層の金属層である。金属層ＡＬ３は、金属層ＡＬ２の上層の金属層であり、パッドやパッド配線を形成するためのパッドメタル層とも呼ばれる。金属層ＡＬ１は、例えばＰ型の基板ＰＳＢの上方に絶縁層を介して形成され、金属層ＡＬ２は、金属層ＡＬ１の上方に絶縁層を介して形成され、金属層ＡＬ３は、金属層ＡＬ２の上方に絶縁層を介して形成される。ここで上方は基板ＰＳＢから基板ＰＳＢ上の回路素子へと向かう方向である。金属層ＡＬ１、ＡＬ２、ＡＬ３は、例えばアルミやアルミ合金などにより形成される。なお本実施形態では、多層の金属層が３層の金属層である場合を主に例にとり説明するが、４層以上の金属層であってもよい。

金属層ＡＬ３により形成される外部接続用のパッドＰＤＥは、ビアプラグである金属プラグＰＧ１、ＰＧ２を介して接続線ＬＥに電気的に接続される。接続線ＬＥは例えば最下層の金属層ＡＬ１により形成される。ビアプラグである金属プラグＰＧ１、ＰＧ２は、金属層間を電気的に接続するためのビアホールに形成されるプラグである。

図２に示すように温度センサー２２の上方に、ＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭが配置されている。このようにＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭを配置することで、図１のように基板ＰＳＢに直交する方向の平面視において、キャパシターＣＭＩＭと温度センサー２２とが重なって配置されるようになる。一方、発熱源回路２４は、基板ＰＳＢに平行な方向において温度センサー２２から離れた位置に配置されている。例えばキャパシターＣＭＩＭの下方には温度センサー２２が配置されているが、発熱源回路２４は、キャパシターＣＭＩＭの下方とは異なる場所に配置されている。

ＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭは、金属層ＡＬ１により形成される電極ＥＬ１と、ＭＩＭ金属層ＡＬＭにより形成される電極ＥＬ２と、これらの電極ＥＬ１と電極ＥＬ２との間に設けられた絶縁層により構成される。電極ＥＬ１は、キャパシターＣＭＩＭの一方の電極であり、電極ＥＬ２は、キャパシターＣＭＩＭの他方の電極である。ＭＩＭ金属層ＡＬＭは、ＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭの電極を構成するために２つの金属層ＡＬ１、ＡＬ２の間に形成された金属層であり、例えばアルミやアルミ合金などにより形成される。そしてキャパシターＣＭＩＭの一方の電極である電極ＥＬ１は、外部接続用のパッドＰＤＥに電気的に接続されている。一方、キャパシターＣＭＩＭの他方の電極である電極ＥＬ２には、後述するように電源電圧ＶＤＤ、レギュレート電圧ＶＲＥＧ、基準電圧ＶＲＥＦ又は温度センサー２２の温度検出電圧ＶＴＭＰなどが供給される。例えばＶＤＤ、ＶＲＥＧ、ＶＲＥＦ又はＶＴＭＰの電圧が、金属層ＡＬ２により形成される配線に供給され、当該配線が金属プラグＰＧ３、ＰＧ４を介してキャパシターＣＭＩＭの電極ＥＬ２に電気的に接続されることで、当該電圧が電極ＥＬ２に供給されるようになる。

図３に集積回路装置２０の詳細な第１配置例を示し、図４に第１配置例での集積回路装置２０の断面構造例を示す。図３、図４では、外部接続用のパッドＰＤＥとしてグランドパッドＰＧＮＤが設けられている。そしてグランドパッドＰＧＮＤからのグランド電圧が、グランド線ＬＧＮＤを介してＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭの一方の電極ＥＬ１に供給される。例えばグランドパッドＰＧＮＤからのグランド電圧が、金属プラグＰＧ１、ＰＧ２、グランド線ＬＧＮＤを介して、キャパシターＣＭＩＭの一方の電極ＥＬ１に供給される。またＶＤＤ、ＶＲＥＧ、ＶＲＥＦ又はＶＴＭＰの電圧が、金属層ＡＬ２により形成される配線及び金属プラグＰＧ３、ＰＧ４を介して、キャパシターＣＭＩＭの他方の電極ＥＬ２に供給される。

また図３、図４では、グランド線ＬＧＮＤは、コンタクトプラグである金属プラグＰＧ５を介して基板ＰＳＢに電気的に接続される。コンタクトプラグである金属プラグＰＧ５は、金属層と拡散層や基板とを電気的に接続するためのコンタクトホールに形成されるプラグである。例えばＰ型の基板ＰＳＢにはＰ型のウェルＰＷＬが形成されており、ウェルＰＷＬにはＰ型の不純物領域であるＰ＋の拡散領域が形成されている。グランド線ＬＧＮＤは、金属プラグＰＧ５、Ｐ＋の拡散領域及びＰ型のウェルＰＷＬを介して、Ｐ型の基板ＰＳＢに電気的に接続される。これにより基板ＰＳＢがグランド電圧に設定されるようになる。

そして図３、図４では、キャパシターＣＭＩＭの一方の電極ＥＬ１にはグランド電圧が供給され、他方の電極ＥＬ２にはＶＤＤ、ＶＲＥＧ、ＶＲＥＦ又はＶＴＭＰの電圧が供給される。これによりＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭを、ＶＤＤ、ＶＲＥＧ、ＶＲＥＦ又はＶＴＭＰの電圧の安定化容量として用いることが可能になる。

また後述の図１６に示すように、温度センサー２２は、バイポーラトランジスターＢＰＴ１、ＢＰＴ２と抵抗ＲＴ１、ＲＴ２、ＲＴ３、ＲＴ４を含むことができる。この場合に図３、図４に示すように、ＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭと、少なくともバイポーラトランジスターＢＰＴ１、ＢＰＴ２とが平面視において重なっている。例えば抵抗ＲＴ１、ＲＴ２、ＲＴ３、ＲＴ４については、平面視においてキャパシターＣＭＩＭと重ならないような配置も可能である。例えば発熱源回路２４からの熱が、バイポーラトランジスターＢＰＴ１、ＢＰＴ２に伝達されると、温度検出電圧ＶＴＭＰが変動するなどの悪影響が発生する。この点、キャパシターＣＭＩＭとバイポーラトランジスターＢＰＴ１、ＢＰＴ２とが平面視に置いて重なるように配置されていれば、バイポーラトランジスターＢＰＴ１、ＢＰＴ２に対する発熱源回路２４からの熱の伝達が抑制され、温度検出電圧ＶＴＭＰへの熱の悪影響を抑制できる。なお図１５の構成の温度センサー２２においても、ＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭと、少なくともバイポーラトランジスターＢＰＴとが平面視において重なっていればよい。

図５、図６、図７に集積回路装置の断面構造の他の例を示す。前述の図４では、グランド電圧が供給されるキャパシターＣＭＩＭの一方の電極ＥＬ１が、下層の金属層ＡＬ１により形成される下部電極となっており、ＶＤＤ、ＶＲＥＧ、ＶＲＥＦ又はＶＴＭＰの電圧が供給される他方の電極ＥＬ２が、上層のＭＩＭ金属層ＡＬＭにより形成される上部電極になっていた。これに対して図５では、キャパシターＣＭＩＭの一方の電極ＥＬ１が、上層のＭＩＭ金属層ＡＬＭにより形成される上部電極になっており、他方の電極ＥＬ２が、下層の金属層ＡＬ１により形成される下部電極になっている。そして上部電極である電極ＥＬ１に対して、グランドパッドＰＧＮＤからのグランド電圧が供給され、下部電極である電極ＥＬ２に対して、ＶＤＤ、ＶＲＥＧ、ＶＲＥＦ又はＶＴＭＰの電圧が供給されている。

図６では、キャパシターＣＭＩＭとして、ＭＩＭのスタック構造のキャパシターが用いられている。即ち、キャパシターＣＭＩＭが、下方側のキャパシターＣＭＡと上方側のキャパシターＣＭＢとがスタックされた構造になっている。そしてキャパシターＣＭＡの下部電極である電極ＥＬ１Ａと、キャパシターＣＭＢの上部電極である電極ＥＬ１Ｂに対して、グランドパッドＰＧＮＤからのグランド電圧が供給される。例えばグランド線ＬＧＮＤから、電源プラグＰＧ６、ＰＧ７と、金属層ＡＬ３により形成される配線と、電源プラグＰＧ８、ＰＧ９を介して、グランド電圧がキャパシターＣＭＢの電極ＥＬ１Ｂに供給される。またキャパシターＣＭＡの上部電極である電極ＥＬ２Ａと、キャパシターＣＭＢの下部電極である電極ＥＬ２Ｂに対して、ＶＤＤ、ＶＲＥＧ、ＶＲＥＦ又はＶＴＭＰの電圧が供給される。このようなＭＩＭのスタック構造を用いることで、同じ面積で２倍の容量を得ることが可能になり、より高い容量密度を実現できるようになる。

図７は、外部接続用のパッドＰＤＥが電源パッドＰＶＤＤである場合の断面構造の例である。電源パッドＰＶＤＤからの電源電圧ＶＤＤは、金属プラグＰＧ１、ＰＧ２を介して電源線ＬＶＤＤに供給される。これにより、ＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭの電極ＥＬ１に電源電圧ＶＤＤが供給されるようになる。一方、キャパシターＣＭＩＭの電極ＥＬ２にはグランド電圧等が供給される。また図７では、Ｐ型の基板ＰＳＢにＮ型のウェルＮＷＬが形成されており、ウェルＮＷＬには、Ｎ型の不純物層であるＮ＋の拡散層が形成されている。そして電源パッドＰＶＤＤからの電源電圧ＶＤＤが、電源線ＬＶＤＤを介して、Ｎ＋の拡散層に供給され、これによりＮ型のウェルＮＷＬの基板電位が電源電圧ＶＤＤに設定されるようになる。

以上のように本実施形態の集積回路装置２０は、図１、図２に示すように、温度センサー２２と、発熱源回路２４と、外部接続用のパッドＰＤＥと、ＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭを含む。そして基板ＰＳＢに直交する平面視においてキャパシターＣＭＩＭと温度センサー２２とが重なっている。このように平面視においてキャパシターＣＭＩＭが温度センサー２２に重なるように配置されることで、発熱源回路２４からの熱が温度センサー２２に伝達されるのを抑制できるようになる。

例えば発熱源回路２４からの熱が温度センサー２２に伝わると、温度検出電圧ＶＴＭＰが変動し、集積回路装置２０の動作に悪影響を及ぼすおそれがある。発振器用の集積回路装置２０を例にとれば、発振周波数の温度補償にずれが生じたり、起動時に発振周波数のドリフトが発生し、電源がオンになった後、発振周波数が安定するまでに時間を要してしまうなどの問題が発生する。

この点、本実施形態では、平面視においてキャパシターＣＭＩＭが温度センサー２２に重なっており、温度センサー２２の上方にキャパシターＣＭＩＭが配置されるようになる。従って、発熱源回路２４からの熱伝達の悪影響が緩和され、集積回路装置２０の動作に悪影響が生じるのが抑制される。発振器用の集積回路装置２０を例にとれば、温度補償のずれや起動時のドリフトを緩和できるようになる。

例えば金属層を形成するアルミの熱伝達率は２５０Ｗ／ｍｋ程度であり、シリコンの熱伝達率である１４９Ｗ／ｍｋに比べて大きい。また図１、図２に示すようにキャパシターＣＭＩＭの一方の電極ＥＬ１は、外部接続用のパッドＰＤＥに電気的に接続されており、パッドＰＤＥは外部に接続されるため、パッドＰＤＥ側の熱容量は大きい。従って、発熱源回路２４からの熱の大部分は、キャパシターＣＭＩＭの一方の電極ＥＬ１から、金属層の接続線ＬＥ及び外部接続用のパッドＰＤＥを介して、大きな熱容量の外部に放熱されるようになる。これにより、発熱源回路２４からの熱が温度センサー２２に伝わるのが抑制され、温度検出電圧ＶＴＭＰが変動して集積回路装置２０の動作に悪影響が生じるのを緩和できるようになる。

また集積回路装置２０においては、電圧の安定化やアナログ回路の処理のために多くのキャパシターが必要になる。この場合に、例えばポリシリコンやゲート容量によるキャパシターを用いると、キャパシターの形成領域にトランジスターなどの回路素子を形成できなくなってしまい、キャパシターの形成領域が原因となって集積回路装置２０の小面積化が困難になる。この点、本実施形態では、ＭＩＭのキャパシターＣＭＩＭを、温度センサー２２の形成領域に配置している。従って、温度センサー２２の形成領域を利用して、キャパシターＣＭＩＭを配置できるようになるため、キャパシターＣＭＩＭの形成領域が原因となって集積回路装置２０が大規模化してしまうのを抑制できる。特に温度センサー２２の回路では、それほど多くの層の金属層を必要としないため、温度センサー２２の上方の領域は、ＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭの形成領域として好都合である。

このように本実施形態の集積回路装置２０によれば、ＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭを平面視において温度センサー２２に重なるように配置したため、発熱源回路２４からの熱による悪影響の緩和と、集積回路装置２０の小面積化とを両立して実現できる。

また図３、図４、図７等に示すように本実施形態では、外部接続用のパッドＰＤＥは、グランドパッドＰＧＮＤ又は電源パッドＰＶＤＤである。例えば外部接続用のパッドＰＤＥがグランドパッドＰＧＮＤである場合に、キャパシターＣＭＩＭの一方の電極ＥＬ１には、グランド電圧が供給される。また外部接続用のパッドＰＤＥが電源パッドＰＶＤＤである場合に、キャパシターＣＭＩＭの一方の電極ＥＬ１には、電源電圧ＶＤＤが供給される。このようにすれば、温度センサー２２の配置領域を有効活用して、一方の電極にグランド電圧又は電源電圧ＶＤＤが供給されるキャパシターＣＭＩＭを配置できるようになり、集積回路装置２０に必要なキャパシターを、面積の大規模化を抑制しながら実現できるようになる。

また図３、図４等に示すように本実施形態では、外部接続用のパッドＰＤＥは、グランドパッドＰＧＮＤであり、ＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭの一方の電極ＥＬ１には、グランドパッドからグランド電圧が供給される。そしてキャパシターＣＭＩＭの他方の電極ＥＬ２には、電源パッドＰＶＤＤからの電源電圧ＶＤＤ、電源電圧ＶＤＤから生成された電圧、又は温度センサー２２の温度検出電圧ＶＴＭＰが供給される。ここで電源電圧ＶＤＤから生成された電圧は、後述の図１８で説明するように、電源電圧ＶＤＤが供給されるレギュレーター８１が生成したレギュレート電圧ＶＲＥＧである。或いは、電源電圧ＶＤＤから生成された電圧は、後述の図１９で説明するように、電源電圧ＶＤＤが供給される基準電圧生成回路９０が生成した基準電圧ＶＲＥＦである。

このようにすれば、温度センサー２２の配置領域に形成されたＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭを、電源電圧ＶＤＤ、電源電圧ＶＤＤにより生成された電圧、又は温度検出電圧ＶＴＭＰの電位の安定化用のキャパシターとして用いることが可能になる。例えば電源電圧ＶＤＤの電位の安定化により、適正な電源電圧ＶＤＤを用いた集積回路装置２０の安定した回路動作や回路処理の性能の向上を図れる。また電源電圧ＶＤＤにより生成された電圧であるレギュレート電圧ＶＲＥＧの電位の安定化により、例えばレギュレート電圧ＶＲＥＧを電源電圧として動作する回路の安定した動作や当該回路の高性能化を図れる。また電源電圧ＶＤＤにより生成された電圧である基準電圧ＶＲＥＦの電位の安定化により、基準電圧ＶＲＥＦを用いて動作するアナログ回路の安定した動作や当該アナログ回路の高性能化を図れる。また温度検出電圧ＶＴＭＰの電位の安定化により、温度検出電圧ＶＴＭＰに基づいて動作する温度補償回路等のアナログ回路の高性能化を図れる。

また図３、図４等に示すように、外部接続用のパッドＰＤＥはグランドパッドＰＧＮＤであり、ＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭの一方の電極ＥＬ１は、グランド線ＬＧＮＤを介してグランドパッドＰＧＮＤに電気的に接続される。そしてグランド線ＬＧＮＤは、金属プラグＰＧ５を介して基板ＰＳＢに電気的に接続される。これにより基板ＰＳＢの電位をグランド電圧に設定できる。更に、金属プラグＰＧ５は、平面視において、温度センサー２２と発熱源回路２４との間に配置される。例えば図３では、金属プラグＰＧ５を含む複数の金属プラグが、温度センサー２２と発熱源回路２４との間に配置されている。例えば複数の金属プラグが温度センサー２２の長手方向に沿って配列されて配置されている。これらの複数の金属プラグは、基板ＰＳＢの電位をグランド電圧に設定するためのコンタクトプラグである。このようにすれば、発熱源回路２４からの熱は、温度センサー２２と発熱源回路２４との間に配列された複数の金属プラグを介してグランド線ＬＧＮＤに伝達されて、グランドパッドＰＧＮＤを介して外部に放熱されるようになる。これにより、温度センサー２２の上方向からの熱のみならず、基板ＰＳＢに平行な方向で伝達される熱についても、グランド線ＬＧＮＤ及びグランドパッドＰＧＮＤを介して外部に放熱できるようになり、発熱源回路２４からの熱が集積回路装置２０の動作に与える悪影響を緩和できる。

２．発熱源回路とＭＩＭ構造のキャパシター
以上ではＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭを平面視において温度センサー２２に重ねて配置する場合の例について説明したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば図８、図９では、集積回路装置２０は、温度センサー２２と、発熱源回路２４と、グランドパッドＰＧＮＤ又は電源パッドＰＶＤＤである外部接続用のパッドＰＤＥと、ＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭを含む。そして基板ＰＳＢに直交する平面視において、ＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭと発熱源回路２４とが重なっている。即ち図１～図７では、温度センサー２２の配置領域にキャパシターＣＭＩＭが設けられていたが、図８、図９では、発熱源回路２４の配置領域にＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭが設けられている。

このようにすれば、発熱源回路２４からの熱は、発熱源回路２４の配置領域に設けられたキャパシターＣＭＩＭにより断熱されて、温度センサー２２に当該熱が伝わるのが抑制されるようになる。例えば発熱源回路２４からの熱は、キャパシターＣＭＩＭの電極ＥＬ１、接続線ＬＥであるグランド線ＬＧＮＤ、及びグランドパッドＰＧＮＤを介して外部に放熱されるようになる。これにより、発熱源回路２４からの熱が温度センサー２２の温度検出結果や集積回路装置２０の動作に与える悪影響を緩和できる。

また図８、図９では、キャパシターＣＭＩＭの一方の電極ＥＬ１は、グランド線ＬＧＮＤを介してグランドパッドＰＧＮＤに電気的に接続され、グランド線ＬＧＮＤは、金属プラグＰＧ５を介して基板ＰＳＢに電気的に接続される。そして金属プラグＰＧ５は、平面視において、温度センサー２２と発熱源回路２４との間に配置される。具体的には図８に示すように、金属プラグＰＧ５を含む複数の金属プラグが、発熱源回路２４と温度センサー２２との間に配置されている。例えば複数の金属プラグが発熱源回路２４の長手方向に沿って配列されて配置されている。これらの複数の金属プラグは、基板ＰＳＢの電位をグランド電圧に設定するためのコンタクトプラグである。このようにすれば、発熱源回路２４からの熱は、これらの複数の金属プラグを介してグランド線ＬＧＮＤに伝達されて、グランドパッドＰＧＮＤを介して外部に放熱されるようになる。これにより、発熱源回路２４から上方向への熱のみならず、基板ＰＳＢに平行な方向で伝達される熱についても、グランド線ＬＧＮＤ及びグランドパッドＰＧＮＤを介して外部に放熱できるようになり、発熱源回路２４からの熱が温度センサー２２の温度検出結果や集積回路装置２０の動作に与える悪影響を緩和できるようになる。

図１０は外部接続用のパッドＰＤＥが電源パッドＰＶＤＤである場合の断面構造の例である。電源パッドＰＶＤＤからの電源電圧ＶＤＤは、金属プラグＰＧ１、ＰＧ２を介して電源線ＬＶＤＤに供給される。これにより、ＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭの電極ＥＬ１に電源電圧ＶＤＤが供給されるようになる。一方、キャパシターＣＭＩＭの電極ＥＬ２にはグランド電圧等が供給される。また図１０では、電源パッドＰＶＤＤからの電源電圧ＶＤＤが、電源線ＬＶＤＤを介して、Ｎ型のウェルＮＷＬに形成されたＮ＋の拡散層に供給され、これによりＮ型のウェルＮＷＬの基板電位が電源電圧ＶＤＤに設定されるようになる。

なおキャパシターＣＭＩＭと発熱源回路２４を平面視において重ねて配置する場合においても、図５のように上部電極である電極ＥＬ１にグランド電圧を供給したり、図６のようにＭＩＭのスタック構造のキャパシターを用いるなどの種々の変形実施が可能である。

また、ＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭは、発熱源回路２４に対して少なくとも一部が重なるように配置されればよく、一例としては、キャパシターＣＭＩＭの全体面積の少なくとも半分以上が発熱源回路２４に重なるように配置されればよい。例えば後述の図１７に示す出力回路４０が発熱源回路２４である場合には、少なくともキャパシターＣＭＩＭと出力ドライバー４６とが平面視において重なるように配置されればよい。

３．レイアウト配置
次に温度センサー２２、発熱源回路２４のレイアウト配置について説明する。図１１において、ＣＮ１は辺ＳＤ１と辺ＳＤ４が交差するコーナー部であり、ＣＮ２は辺ＳＤ２と辺ＳＤ３が交差するコーナー部である。コーナー部ＣＮ１、ＣＮ２は、互いに対向するコーナー部である。この場合に図１１では温度センサー２２は、集積回路装置２０の２つの辺ＳＤ１、ＳＤ４が交差するコーナー部ＣＮ１に配置される。例えば温度センサー２２の第１辺が集積回路装置２０の辺ＳＤ１に沿うと共に温度センサー２２の第２辺が集積回路装置２０の辺ＳＤ４に沿うように、温度センサー２２が配置される。即ち温度センサー２２の第１辺と第２辺とが交差するコーナー部の位置が、集積回路装置２０のコーナー部ＣＮ１の位置になるように、温度センサー２２が配置される。例えばこの場合、温度センサー２２は、コーナー部ＣＮ１に最も近接した回路素子である。換言すると、平面視において、ＣＮ１と温度センサー２２との間に、他の回路素子は設けられていない。

このように温度センサー２２をコーナー部ＣＮ１に配置すれば、集積回路装置２０に配置される発熱源回路２４と温度センサー２２との距離を離すことが可能になる。従って、発熱源回路２４からの熱が温度センサー２２の温度検出結果に悪影響を与えて、集積回路装置２０の回路性能が劣化してしまう事態を抑制できるようになる。

また図１１では、温度センサー２２は、集積回路装置２０の第１辺である辺ＳＤ１に沿って配置される。例えば温度センサー２２の第１辺が集積回路装置２０の辺ＳＤ１に沿うように配置される。なお図１１では温度センサー２２をコーナー部ＣＮ１に配置しているが、辺ＳＤ１の中央部側に寄せた位置に温度センサー２２を配置してもよい。また発熱源回路２４は、集積回路装置２０の辺ＳＤ１に交差する第２辺である辺ＳＤ２に沿って配置される。例えば発熱源回路２４の長辺である第１辺が集積回路装置２０の辺ＳＤ２に沿うように配置される。ここで、回路が集積回路装置２０の辺に沿って配置されるとは、例えば回路と辺との間に他の回路が存在しないように当該回路が配置されることである。例えば辺から所定幅の領域に当該回路が配置される。また辺に向かう方向と反対方向に他の回路が位置する場合に、他の回路と辺との間に当該回路が配置される。

このように集積回路装置２０の辺ＳＤ１に沿って温度センサー２２を配置し、辺ＳＤ２に沿って発熱源回路２４を配置することで、温度センサー２２と発熱源回路２４との距離を離すことが可能になる。従って、発熱源回路２４からの熱が温度センサー２２の温度検出結果に悪影響を与えるのを抑制できる。

なお図１２に示すように、温度センサー２２を、集積回路装置２０のコーナー部ＣＮ１に配置し、発熱源回路２４を、集積回路装置２０のコーナー部ＣＮ１に対向するコーナー部ＣＮ２に配置することが望ましい。例えば発熱源回路２４の第１辺が集積回路装置２０の辺ＳＤ２に沿うと共に発熱源回路２４の第２辺が集積回路装置２０の辺ＳＤ３に沿うように、発熱源回路２４を配置する。このようにすれば、温度センサー２２と発熱源回路２４との距離を最大限に離すことが可能になり、発熱源回路２４からの熱が温度センサー２２の温度検出結果に悪影響を与えるのを更に効果的に抑制できる。

４．詳細な構成例
図１３に集積回路装置２０の詳細な構成例を示す。図１３は発振器４に設けられる集積回路装置２０の構成例である。図１３では例えば出力回路４０が発熱源回路２４になる。また、例えば電源回路８０や制御回路５０も発熱源回路２４となり得る。なお以下では、発振回路用の集積回路装置２０を主に例にとり説明するが、本実施形態はこれに限定されない。本実施形態の手法は、ジャイロセンサー用の集積回路装置、時間デジタル変換用の集積回路装置、液晶パネル等の表示パネルの駆動用の集積回路装置、又はＬＥＤ等の光源回路の駆動用の集積回路装置などの温度センサーを内蔵する様々な構成の集積回路装置に適用できる。ジャイロセンサー用の集積回路装置では、ジャイロ素子の駆動回路や検出回路等が発熱源回路２４になる。時間デジタル変換用の集積回路装置では、時間デジタル変換回路等が発熱源回路２４になる。表示パネルの駆動用の集積回路装置や光源回路の駆動用の集積回路装置では、表示パネルや光源回路を駆動する駆動回路等が発熱源回路２４になる。またこれらの集積回路装置が、差動信号を伝送するための高速シリアルインターフェース回路や、高速のクロック信号を生成するＰＬＬ回路等のクロック信号生成回路を有する場合には、これらの高速シリアルインターフェース回路やクロック信号生成回路が発熱源回路２４になる。

図１３に示すように集積回路装置２０は、温度センサー２２と発振回路３０と出力回路４０を含む。また本実施形態の発振器４は、振動子１０と集積回路装置２０を含む。振動子１０は集積回路装置２０に電気的に接続されている。例えば振動子１０及び集積回路装置２０を収納するパッケージの内部配線、ボンディグワイヤー又は金属バンプ等を用いて、振動子１０と集積回路装置２０は電気的に接続されている。

振動子１０は、電気的な信号により機械的な振動を発生する素子である。振動子１０は、例えば水晶振動片などの振動片により実現できる。例えば振動子１０は、カット角がＡＴカットやＳＣカットなどの厚みすべり振動する水晶振動片などにより実現できる。例えば振動子１０は、恒温槽を備えない温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）に内蔵されている振動子であってもよいし、恒温槽を備える恒温槽型水晶発振器（ＯＣＸＯ）に内蔵されている振動子であってもよい。なお本実施形態の振動子１０は、例えば厚みすべり振動型以外の振動片や、水晶以外の材料で形成された圧電振動片などの種々の振動片により実現できる。例えば振動子１０として、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）共振子や、シリコン基板を用いて形成されたシリコン製振動子としてのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子等を採用してもよい。

集積回路装置２０は、ＩＣ（Integrated Circuit）と呼ばれる回路装置である。例えば集積回路装置２０は、半導体プロセスにより製造されるＩＣであり、半導体基板上に回路素子が形成された半導体チップである。

集積回路装置２０は、温度センサー２２、発振回路３０、出力回路４０に加えて、制御回路５０、温度補償回路６０、電源回路８０、基準電圧生成回路９０、パッドＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４、ＰＤ５を含むことができる。

パッドＰＤ１は、振動子１０の一端に電気的に接続され、パッドＰＤ２は、振動子１０の他端に電気的に接続される。例えば振動子１０及び集積回路装置２０を収納するパッケージの内部配線、ボンディグワイヤー又は金属バンプ等を用いて、振動子１０と集積回路装置２０のパッドＰＤ１、ＰＤ２は電気的に接続される。パッドＰＤ１は第１パッドであり、パッドＰＤ２は第２パッドである。パッドＰＤ１、ＰＤ２は信号線Ｌ１、Ｌ２を介して発振回路３０に電気的に接続される。信号線Ｌ１、Ｌ２はパッドＰＤ１、ＰＤ２と発振回路３０を接続する配線である。

パッドＰＤ３は、電源電圧ＶＤＤが供給される電源パッドである。例えば外部の電源供給デバイスからパッドＰＤ３に電源電圧ＶＤＤが供給される。パッドＰＤ４は、グランド電圧であるＧＮＤが供給されるグランドパッドである。ＧＮＤはＶＳＳと呼ぶこともでき、グランド電圧は例えば接地電位である。本実施形態ではグランドを、適宜、ＧＮＤと記載する。パッドＰＤ５は、発振回路３０の発振信号ＯＳＣに基づき生成されたクロック信号ＣＫが出力されるクロックパッドである。クロック信号ＣＫは、シングルエンドのＣＭＯＳやクリップドサイン波の信号形式の信号である。なお出力回路４０が、差動のクロック信号ＣＫ、ＣＫＸを出力するようにしてもよい。この場合に、クロック信号ＣＫ、ＣＫＸは、差動クロック信号を構成する第１クロック信号、第２クロック信号になる。

パッドＰＤ３、パッドＰＤ４、パッドＰＤ５は、各々、発振器４の外部接続用の外部端子ＴＥ３、ＴＥ４、ＴＥ５に電気的に接続される。例えばパッケージの内部配線、ボンディグワイヤー又は金属バンプ等を用いて電気的に接続される。そして発振器４の外部端子ＴＥ３、ＴＥ４、ＴＥ５は外部デバイスに電気的に接続される。

発振回路３０は振動子１０を発振させる回路である。例えば発振回路３０は、パッドＰＤ１及びパッドＰＤ２に電気的に接続され、振動子１０を発振させることで発振信号ＯＳＣを生成する。例えば発振回路３０は、パッドＰＤ１、ＰＤ２に接続される信号線Ｌ１及び信号線Ｌ２を介して振動子１０を駆動して、振動子１０を発振させる。例えば発振回路３０は、パッドＰＤ１、ＰＤ２との間に設けられた発振用の駆動回路などを含む。例えば発振回路３０は、駆動回路を実現するバイポーラトランジスターなどのトランジスターと、キャパシターや抵抗などの能動素子により実現できる。駆動回路は、発振回路３０のコア回路であり、駆動回路が、振動子１０を電流駆動又は電圧駆動することで、振動子１０を発振させる。発振回路３０としては、例えばピアース型、コルピッツ型、インバーター型又はハートレー型などの種々のタイプの発振回路を用いることができる。また発振回路３０に、可変容量回路を設け、この可変容量回路の容量の調整により、発振周波数を調整できるようにしてもよい。可変容量回路は、バラクターなどの可変容量素子により実現できる。可変容量回路は、例えばパッドＰＤ１が接続される信号線Ｌ１に電気的に接続される。発振回路３０は、パッドＰＤ１が接続される信号線Ｌ１に電気的に接続される第１可変容量回路と、パッドＰＤ２が接続される信号線Ｌ２に電気的に接続される第２可変容量回路を有していてもよい。なお本実施形態における接続は電気的な接続である。電気的な接続は、電気信号が伝達可能に接続されていることであり、電気信号による情報の伝達が可能となる接続である。電気的な接続は能動素子等を介した接続であってもよい。

出力回路４０は、発振回路３０からの発振信号ＯＳＣに基づいてクロック信号ＣＫを出力する。例えば出力回路４０は、発振回路３０からの発振信号ＯＳＣをバッファリングしてクロック信号ＣＫを出力する。例えば出力回路４０は、発振信号ＯＳＣの波形整形、電圧レベルのレベルシフトなども行うことができる。なお出力回路４０が、例えばＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signaling）、ＰＥＣＬ（Positive Emitter Coupled Logic）、ＨＣＳＬ（High Speed Current Steering Logic）、又は差動のＣＭＯＳ（Complementary MOS）などの信号形式で、クロック信号を出力できるようにしてもよい。

制御回路５０は種々の制御処理を行う。例えば制御回路５０は集積回路装置２０の全体の制御を行う。例えば集積回路装置２０の動作シーケンスを制御する。また制御回路５０は発振回路３０の制御のための各種の処理を行う。また制御回路５０は出力回路４０や電源回路８０の制御を行うこともできる。制御回路５０は、例えばゲートアレイ等の自動配置配線によるＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）の回路により実現できる。

温度補償回路６０は、発振回路３０の発振周波数の温度補償を行う。例えば温度補償回路６０は、温度センサー２２からの温度検出電圧ＶＴＭＰに基づいて温度補償電圧ＶＣＰを生成し、温度補償電圧ＶＣＰを発振回路３０に出力することで、発振回路３０の発振周波数の温度補償を行う。例えば温度補償回路６０は、発振回路３０が有する可変容量回路に対して、当該可変容量回路の容量制御電圧となる温度補償電圧ＶＣＰを出力することで、温度補償を行う。温度補償は、温度変動による発振周波数の変動を抑制して補償する処理である。例えば温度補償回路６０は、多項式近似によるアナログ方式の温度補償を行う。例えば振動子１０の周波数温度特性を補償する温度補償電圧ＶＣＰが多項式により近似される場合に、温度補償回路６０は、当該多項式の係数情報に基づいてアナログ方式の温度補償を行う。アナログ方式の温度補償は、例えばアナログ信号である電流信号や電圧信号の加算処理等により実現される温度補償である。

電源回路８０は、パッドＰＤ３からの電源電圧ＶＤＤが供給されて、集積回路装置２０の内部回路用の種々の電源電圧を内部回路に供給する。例えば電源電圧ＶＤＤそのものを供給したり、外部からの電源電圧ＶＤＤをレギュレートした電圧であるレギュレート電圧ＶＲＥＧを供給する。レギュレート電圧ＶＲＥＧは、電源回路８０に設けられたレギュレーター８１が生成する。なお集積回路装置２０は温度補償機能を有していなくてもよい。この場合には発振器４はＳＰＸＯ（Simple Packaged Crystal Oscillator）の発振器になる。

基準電圧生成回路９０は、電源電圧ＶＤＤに基づいて基準電圧ＶＲＥＦを生成する。例えば電源電圧変動や温度変動があった場合にも定電圧となる基準電圧ＶＲＥＦを生成する。基準電圧生成回路９０は、例えばバンドギャップ電圧に基づき基準電圧ＶＲＥＦを生成するバンドギャップリファレンス回路などにより実現できる。

なお集積回路装置２０は、温度補償用の係数データや電圧設定用のデータなどの各種のデータを記憶する記憶部を含むことができる。この記憶部は不揮発性メモリーにより実現できる。不揮発性メモリーとしては、例えばデータの電気的な消去が可能なＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）や、ＦＡＭＯＳ（Floating gate Avalanche injection MOS）などを用いたＯＴＰ（One Time Programmable）のメモリーなどを用いることができる。

図１４に図１３の集積回路装置２０のレイアウト配置例を示す。図１４のレイアウト配置例では、集積回路装置２０の各回路の回路配置領域が示されている。回路配置領域は、回路を構成する回路素子や回路素子間を接続する配線が配置される領域である。回路素子は、トランジスターなどの能動素子や、抵抗、キャパシターなどの受動素子である。また図１４のレイアウト配置例では、集積回路装置２０の回路素子が形成される基板に直交する方向の平面視での配置例が示されている。

図１４に示すように本実施形態の集積回路装置２０は、温度センサー２２と、振動子１０を発振させることで発振信号ＯＳＣを生成する発振回路３０と、発振回路３０からの発振信号ＯＳＣをバッファリングしてクロック信号ＣＫを出力する出力回路４０を含む。この場合に集積回路装置２０における発熱源回路２４は、出力回路４０となる。例えば出力回路４０は高い周波数のクロック信号ＣＫを出力するため、大きな熱量の熱を発生する。この点、本実施形態では、平面視において温度センサー２２に重なるようにＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭが設けられているため、発熱源回路２４である出力回路４０からの熱が、温度センサー２２での温度検出結果に悪影響を与えるのを抑制できる。これにより、温度検出電圧ＶＴＭＰの変動等を原因とする温度補償のずれや起動時のドリフトを緩和できるようになる。なおパッドＰＤ６は、例えばアウトプットイネーブル信号又はスタンバイ信号等の外部信号を入力するためのパッドである。

また集積回路装置２０は、振動子１０の一端に電気的に接続されるパッドＰＤ１と、振動子１０の他端に電気的に接続されるパッドＰＤ２を含む。パッドＰＤ１には、発振回路３０の例えば出力側の端子ＸＯが接続され、パッドＰＤ２には、発振回路３０の例えば入力側の端子ＸＩが接続される。そして図１４に示すように、温度センサー２２とパッドＰＤ１との距離は、温度センサー２２と出力回路４０との距離より近くなっている。例えば温度センサー２２は、発振回路３０と辺ＳＤ４との間に配置される。具体的には温度センサー２２は、発振回路３０の方向ＤＲ２側において発振回路３０に隣り合うように配置されており、温度センサー２２は、発振回路３０内のパッドＰＤ１に隣り合うように配置されている。

このようにすれば、パッドＰＤ１と温度センサー２２との距離を近づけることができ、例えばパッドＰＤ１に隣り合うように温度センサー２２を配置できる。またパッドＰＤ２と温度センサー２２との距離も近づけることが可能になる。例えば温度センサー２２は、理想的には振動子１０の温度自体を検出することが望ましい。しかしながら、温度センサー２２は集積回路装置２０に内蔵されているため、振動子１０の直ぐ近くにおいて振動子１０の温度をダイレクトに検出することはできない。この点、パッドＰＤ１と振動子１０は、パッケージの内部配線、ボンディグワイヤー又は金属バンプ等を用いて電気的に接続されており、内部配線、ボンディグワイヤー、金属バンプは金属により形成されている。従って、振動子１０の温度は、当該金属により熱伝導されて、パッドＰＤ１に伝達されるようになる。従って、パッドＰＤ１の近くに温度センサー２２が配置されることで、振動子１０の温度を、温度センサー２２を用いて、より適切に検出することが可能になる。これにより温度検出の精度を向上できるため、温度補償の精度も向上できるようになり、クロック周波数の高精度化等を実現できるようになる。

また図１４では、温度センサー２２と出力回路４０との距離は、温度センサー２２とパッドＰＤ１との距離よりも遠くなっており、温度センサー２２から離れた距離の場所に出力回路４０が配置されている。このようにすれば、出力回路４０からの熱の伝達経路の距離を長くできる。これにより、出力回路４０からの熱が温度センサー２２の温度検出結果に悪影響を与えて温度補償の精度が劣化してしまうのを抑制でき、クロック周波数の高精度化等を実現できるようになる。

また図１４では、温度センサー２２とパッドＰＤ１及びパッドＰＤ２は、集積回路装置２０の辺ＳＤ１に沿って配置され、出力回路４０は、集積回路装置２０の辺ＳＤ２に沿って配置される。具体的にはパッドＰＤ１、ＰＤ２は、平面視において、辺ＳＤ１に沿って発振回路３０内に配置される。例えば回路素子が形成される基板に直交する方向での平面視において、発振回路３０の回路配置領域内に、パッドＰＤ１、ＰＤ２が配置される。例えば発振回路３０の回路配置領域において、辺ＳＤ１に近い位置に、方向ＤＲ２に沿ってパッドＰＤ１、ＰＤ２が配置される。例えばパッドが集積回路装置２０の辺に沿って配置されるとは、例えばパッドと辺との間に他のパッドが存在しないようにパッドが配置されることである。例えば辺から所定幅の領域にパッドが配置される。

そして出力回路４０は、集積回路装置２０の辺ＳＤ１に交差する辺ＳＤ２に沿って配置される。例えば出力回路４０の辺ＳＤ２側の辺が、集積回路装置２０の辺ＳＤ２に沿うように出力回路４０が配置される。例えば出力回路４０の長手方向に沿った辺が、辺ＳＤ２に沿うように配置される。別の言い方をすれば、発振回路３０は辺ＳＤ１に近い領域に配置され、出力回路４０は辺ＳＤ２に近い領域に配置される。

振動子接続用のパッドＰＤ１、ＰＤ２は、図１３に示すように信号線Ｌ１、Ｌ２を介して発振回路３０に接続される。従って、パッドＰＤ１、ＰＤ２間の距離が遠くなると、パッドＰＤ１、ＰＤ２と発振回路３０を接続する信号線Ｌ１、Ｌ２の配線長が長くなってしまう。そして、このように信号線Ｌ１、Ｌ２の配線長が長くなると、信号線Ｌ１、Ｌ２の寄生抵抗や寄生容量が増加し、振動子１０の発振特性が劣化するなどの問題が発生する。例えば負性抵抗の劣化や発振振幅の減少等の問題が発生してしまう。

この点、図１４では温度センサー２２、発振回路３０が辺ＳＤ１に沿って配置され、パッドＰＤ１、ＰＤ２も辺ＳＤ１に沿って配置される。即ち温度センサー２２、発振回路３０、パッドＰＤ１、ＰＤ２は共に、辺ＳＤ１に近い位置に配置され、温度センサー２２とパッドＰＤ１、ＰＤ２も近い位置に配置される。更に具体的にはパッドＰＤ１、ＰＤ２は発振回路３０の回路配置領域内に配置される。従って、パッドＰＤ１、ＰＤ２と発振回路３０をショートパスで接続できるようになり、信号線Ｌ１、Ｌ２の配線長を短くできる。このようにパッドＰＤ１、ＰＤ２と発振回路３０をショートパスで接続することで、信号線Ｌ１、Ｌ２の配線長が短くなり、信号線Ｌ１、Ｌ２の寄生抵抗や寄生容量を低減できる。従って、信号線Ｌ１、Ｌ２の配線長が長くなってしまうことに起因する発振特性の劣化を防止できるようになる。またパッドＰＤ１、ＰＤ２を、発振回路３０内に配置するようにすれば、パッドＰＤ１、ＰＤ２用のパッド配置領域を別個に設けることなく、発振回路３０の回路配置領域を有効利用して、パッドＰＤ１、ＰＤ２を配置できるようになるため、効率的なレイアウト配置が可能になる。また温度センサー２２とパッドＰＤ１、ＰＤ２とが辺ＳＤ１に沿って配置されることで、温度センサー２２とパッドＰＤ１、ＰＤ２との距離も近くできる。このようにパッドＰＤ１、ＰＤ２の近くに温度センサー２２が配置されることで、振動子１０の温度を、温度センサー２２を用いて、より適切に検出することが可能になる。

また図１４では、温度センサー２２にグランド電圧を供給するグランド線ＬＧＮＤ１と、発熱源回路２４である出力回路４０にグランド電圧を供給するグランド線ＬＧＮＤ２とが分離して配線されている。例えばグランド線ＬＧＮＤ１とグランド線ＬＧＮＤ２が、グランドパッドであるパッドＰＤ４の位置から分岐して、温度センサー２２、出力回路４０に配線されている。同様に温度センサー２２に電源電圧ＶＤＤを供給する電源線ＬＶＤＤ１と、出力回路４０に電源電圧ＶＤＤを供給する電源線ＬＶＤＤ２も分離して配線されている。このようにすれば、出力回路４０で発生した熱が、グランド線ＬＧＮＤ２、ＬＧＮＤ１の金属層を介して温度センサー２２に伝達されるのを抑制できる。即ちグランド線ＬＧＮＤ２、ＬＧＮＤ１を分離して配線することで、これらのグランド線ＬＧＮＤ２、ＬＧＮＤ１を通る熱伝達の経路を長くできるため、出力回路４０で発生した熱が当該経路を経由して温度センサー２２に伝達されるのを抑制できる。同様に、出力回路４０で発生した熱が、電源線ＬＶＤＤ２、ＬＶＤＤ１の金属層を介して温度センサー２２に伝達されるのも抑制できる。

また図１４では発振回路３０は、辺ＳＤ１に沿って配置され、出力回路４０は、辺ＳＤ１に交差する辺ＳＤ２に沿って配置される。従って発振回路３０と出力回路４０の距離を近づけることが可能になり、高周波信号経路を短くした信号伝搬が可能になる。

例えば振動子１０を１００ＭＨｚ以上というような高い発振周波数で発振させた場合に、発振回路３０が出力する発振信号ＯＳＣの周波数やクロック信号ＣＫの周波数も高くなる。そして高い周波数の信号である高周波信号が、長い配線長の信号線により伝搬すると、信号線から大きな放射ノイズが発生してしまう。また長い配線長の信号線は、発振信号ＯＳＣの特性にも悪影響を与えるおそれがある。

この点、図１４では、発振回路３０を辺ＳＤ１に沿って配置し、出力回路４０を辺ＳＤ２に沿って配置することで、発振回路３０と出力回路４０とを短いパスで接続できるようになる。従って、高周波信号が伝播する信号線の配線長を短くでき、当該信号線から発生する放射ノイズを低減できる。また高周波信号が伝播する信号線の配線長が短くなることで、当該信号線の寄生抵抗や寄生容量が発振信号の特性に対して与える悪影響も低減できるようになる。

また発振回路３０が辺ＳＤ１の近傍に配置され、出力回路４０が辺ＳＤ２の近傍に配置されることで、発振回路３０の方向ＤＲ１側であって出力回路４０の方向ＤＲ２側の領域を、例えば温度補償回路６０や電源回路８０や制御回路５０の配置領域として利用できるようになる。従って、集積回路装置２０の回路ブロックの効率的なレイアウト配置が可能になり、回路面積を縮小化できるため、集積回路装置２０の小規模化を実現できる。

また出力回路４０は高周波信号についてのバッファリングや駆動を行うため、大きなノイズを発生するノイズ源になると共に、高温を発生する熱源になる。図１４ではこのようなノイズ源及び熱源となる出力回路４０が辺ＳＤ２に沿って配置される。従って、出力回路４０を、辺ＳＤ２の近くに寄せて配置できるため、例えばノイズ源や熱源から遠ざけたい回路を、例えば辺ＳＤ２の対辺の辺ＳＤ４に配置できるようになる。例えば温度センサー２２を、出力回路４０が配置される辺ＳＤ２の対辺である辺ＳＤ４側に配置することで、出力回路４０からの熱が温度センサー２２での温度検出に及ぼす悪影響を低減できる。これにより温度補償回路６０の温度補償の高精度化等を実現できる。また基準電圧生成回路９０を辺ＳＤ４側に配置することで、出力回路４０からのノイズが基準電圧生成回路９０での基準電圧ＶＲＥＦの生成に及ぼす悪影響を低減できる。例えば出力回路４０からのノイズにより、基準電圧生成回路９０で生成される基準電圧ＶＲＥＦが変動すると、温度補償回路６０の温度補償や発振回路３０の発振動作に悪影響を与え、位相ノイズが増加するなどの問題が発生する。出力回路４０を辺ＳＤ２に沿って配置することで、出力回路４０と基準電圧生成回路９０との距離を離すことが可能になり、このような問題の発生を防止できるようになる。

また集積回路装置２０は、温度センサー２２からの温度検出電圧ＶＴＭＰに基づいて、発振回路３０の発振周波数の温度補償を行う温度補償回路６０を含む。そして辺ＳＤ１から辺ＳＤ３に向かう方向をＤＲ１とし、辺ＳＤ２から辺ＳＤ４に向かう方向をＤＲ２としたときに、温度補償回路６０は、発振回路３０の方向ＤＲ１であって、出力回路４０の方向ＤＲ２に配置される。即ち発振回路３０の方向ＤＲ１側の回路配置領域であって、出力回路４０の方向ＤＲ２側の回路配置領域に、温度補償回路６０が配置される。

このようにすれば、発振回路３０の方向ＤＲ１であって出力回路４０の方向ＤＲ２にあるスペースを有効活用して、温度補償回路６０を配置できるようになる。例えば温度補償回路６０は、多項式近似によるアナログ方式の温度補償を行う回路であるため、回路面積が大きくなる。この点、辺ＳＤ１に沿って配置される発振回路３０の方向ＤＲ１側であって、辺ＳＤ２に沿って配置される出力回路４０の方向ＤＲ２側の領域は、空きスペースとなるため、このスペースに、回路面積が大きな温度補償回路６０を配置することで、効率的なレイアウト配置が可能になる。これにより集積回路装置２０の小面積化を実現できる。また発振回路３０の方向ＤＲ１に温度補償回路６０を配置することで、温度補償回路６０からの温度補償電圧ＶＣＰをショートパスで発振回路３０に入力して、発振周波数を制御できるようになる。

また集積回路装置２０は、温度補償回路６０を制御する制御回路５０を含む。そして制御回路５０は、温度補償回路６０の方向ＤＲ２に配置される。別の言い方をすると、温度補償回路６０は、出力回路４０と制御回路５０の間に配置される。そして制御回路５０は、例えば辺ＳＤ４に沿って配置される。例えば出力回路４０は、温度補償回路６０と辺ＳＤ２との間に配置され、制御回路５０は、温度補償回路６０と辺ＳＤ４との間に配置される。また発振回路３０は、温度補償回路６０と辺ＳＤ１との間に配置される。即ち温度補償回路６０を中心として、辺ＳＤ１の方向に発振回路３０が配置され、辺ＳＤ２の方向に出力回路４０が配置され、辺ＳＤ４の方向に制御回路５０が配置される。

このように制御回路５０を配置すれば、温度補償回路６０を制御する制御回路５０を、温度補償回路６０の方向ＤＲ２において、例えば温度補償回路６０に隣り合うように配置できる。従って制御回路５０からの制御信号をショートパスで温度補償回路６０に入力できるようになる。また辺ＳＤ１に沿って発振回路３０が配置され、辺ＳＤ２に沿って出力回路４０が配置される場合に、辺ＳＤ４に沿ったスペースを有効活用して、例えば自動配置配線により制御回路５０を配置できるようになり、効率的なレイアウト配置が可能になる。これにより集積回路装置２０の小規模化を図れるようになる。

５．温度センサー、出力回路、レギュレーター、基準電圧生成回路、
図１５に温度センサー２２の第１構成例を示す。温度センサー２２は、ＶＤＤの電源ノードとＧＮＤノードとの間に直列に設けられた電流源ＩＳＴ、バイポーラトランジスターＢＰＴを含む。バイポーラトランジスターＢＰＴのコレクターノードとベースノードが接続されており、ダイオード接続になっている。これにより、温度センサー２２の出力ノードＮＣＱから、温度依存性を有する温度検出電圧ＶＴＭＰが出力されるようになる。例えばベース・エミッター間電圧の温度依存性により発生する負の温度特性の温度検出電圧ＶＴＭＰが出力されるようになる。

図１６に温度センサー２２の第２構成例を示す。温度センサー２２は、電流源ＩＳＴ１、ＩＳＴ２と、バイポーラトランジスターＢＰＴ１、ＢＰＴ２と、抵抗ＲＴ１、ＲＴ２、Ｒ３、ＲＴ４を含む。抵抗ＲＴ２、ＲＴ４は抵抗値が可変となる可変抵抗である。電流源ＩＳＴ１は、ＶＤＤの電源ノードと、バイポーラトランジスターＢＰＴ１のベースが接続されるノードＮＴ２との間に設けられる。抵抗ＲＴ１は、ノードＮＴ２と、バイポーラトランジスターＢＰＴ１のコレクターノードとなるノードＮＴ１との間に設けられる。抵抗ＲＴ２は、バイポーラトランジスターＢＰＴ１のエミッターノードとＧＮＤノードとの間に設けられる。電流源ＩＳＴ２は、ＶＤＤの電源ノードと、バイポーラトランジスターＢＰＴ２のベースが接続されるノードＮＴ３との間に設けられる。抵抗ＲＴ３は、ノードＮＴ３と、バイポーラトランジスターＢＰＴ１のコレクターノードとなる出力ノードＮＣＱとの間に設けられる。抵抗ＲＴ４は、バイポーラトランジスターＢＰＴ２のエミッターノードとノードＮＴ１との間に設けられる。そして出力ノードＮＣＱから温度検出電圧ＶＴＭＰが出力される。

図１６において電流源ＩＳＴ１、ＩＳ２に流れる電流の電流値をＩとし、バイポーラトランジスターＢＰＴ１、ＢＰＴ２のベース・エミッター間電圧をＶＢＥ１、ＶＢＥ２とし、抵抗ＲＴ１、ＲＴ２、ＲＴ３、ＲＴ４の抵抗値をＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４とし、ノードＮＴ１から出力される電圧ＶＯＵＴとする。この場合に、ＶＯＵＴ、ＶＴＭＰは下式（１）、（２）のように求められる。

ＶＯＵＴ＝ＶＢＥ１＋２×Ｉ×Ｒ２－Ｉ×Ｒ１ （１）
ＶＴＭＰ＝ＶＢＥ２＋Ｉ×Ｒ４＋ＶＯＵＴ－Ｉ×Ｒ３
＝ＶＢＥ１＋ＶＢＥ２＋Ｉ×（２×Ｒ２＋Ｒ４－Ｒ１－Ｒ３） （２）

上式（２）に示すように、可変抵抗である抵抗ＲＴ２、ＲＴ４の抵抗値Ｒ２、Ｒ４を調整することで、温度補償における０次調整が可能になる。即ち温度検出電圧ＶＴＭＰのオフセット調整が可能になる。また図１６の構成によれば、２つのベース・エミッター間電圧ＶＢＥ１、ＶＢＥ２を用いて温度検出電圧ＶＴＭＰが生成されるため、温度検出の感度を向上できる。

また温度センサー２２の温度検出電圧ＶＴＭＰはバイポーラトランジスターＢＰＴ１、ＢＰＴ２のベース・エミッター間電圧ＶＢＥ１、ＶＢＥ２に基づき生成される。従って図３、図４で説明したように、ＭＩＭ構造のキャパシターＣＭＩＭとバイポーラトランジスターＢＰＴ１、ＢＰＴ２とが平面視において重なるように配置することで、発熱源回路２４からの熱により、ベース・エミッター間電圧ＶＢＥ１、ＶＢＥ２が変動するのが抑制され、温度検出電圧ＶＴＭＰの変動を抑制できる。

なお温度センサー２２は図１５、図１６の構成には限定されない。例えば温度センサー２２は、バイポーラトランジスターのベース・エミッター間電圧を温度依存電圧として用いる図１５、図１６とは異なる他の構成の回路であってもよい。或いは、温度センサー２２は、ダイオードの順方向電圧を温度依存電圧として用いる回路や、抵抗の抵抗値の温度依存性を利用する回路や、バイポーラトランジスター、ダイオード、抵抗を組み合わせた回路や、発振周波数の温度依存性を利用する回路などであってもよい。

図１７に出力回路４０の構成例を示す。出力回路４０は、発振信号ＯＳＣのバッファリングなどを行うバッファー回路４２と、発振信号ＯＳＣに基づくクロック信号ＣＫ、ＣＫＸの出力及び駆動を行う出力ドライバー４６を含む。なお図１７は差動のクロック信号ＣＫ、ＣＫＸを出力する出力回路４０の例であるが、出力回路４０はシングルエンドのクロック信号ＣＫを出力するものであってもよい。

バッファー回路４２は、例えば波形整形回路４３、ディバイダー４４、レベルシフター＆プリドライバー４５を含むことができる。波形整形回路４３は、発振信号ＯＳＣの波形整形を行って、発振信号ＯＳＣに対応する矩形波の信号を出力する回路であり、インバーターＩＶＢと、インバーターＩＶＢの出力端子と入力端子の間に設けられる帰還用の抵抗ＲＱを含む。ディバイダー４４は、クロック分周を行う回路であり、ディバイダー４４を設けることで、発振信号ＯＳＣの周波数を分周した周波数のクロック信号ＣＫ、ＣＫＸを出力できるようになる。レベルシフター＆プリドライバー４５は、ＶＲＥＧの電源電圧レベルからＶＤＤの電源電圧レベルへのレベルシフトや、出力ドライバー４６を駆動するプリドライブを行う回路である。例えばバッファー回路４２の波形整形回路４３及びディバイダー４４には、レギュレート電圧ＶＲＥＧが供給され、レベルシフター＆プリドライバー４５には、レギュレート電圧ＶＲＥＧ及び電源電圧ＶＤＤが供給される。一方、出力ドライバー４６には電源電圧ＶＤＤが供給される。

出力ドライバー４６は、ＬＶＤＳのドライバー回路、ＰＥＣＬのドライバー回路、ＨＣＳＬのドライバー回路、差動又はシングルエンドのＣＭＯＳのドライバー回路、及び、差動又はシングルエンドのクリップドサイン出力のドライバー回路のうちの少なくとも１つのドライバー回路を含むことができる。なお、これらの複数のドライバー回路を出力ドライバー４６に設ける場合に、複数のドライバー回路を構成するトランジスターの一部を、複数のドライバー回路の間で共用してもよい。

図１８にレギュレーター８１の構成例を示す。レギュレーター８１は、ＶＤＤノードとＧＮＤノードの間に直列に設けられた駆動用のＮ型のトランジスターＴＡ１及び抵抗ＲＡ１、ＲＡ２と、演算増幅器ＯＰＡを含む。またレギュレーター８１は、演算増幅器ＯＰＡの出力端子側に設けられた抵抗ＲＡ３及びキャパシターＣＡを含むことができる。演算増幅器ＯＰＡの非反転入力端子には、基準電圧ＶＲＥＦが入力され、反転入力端子には、レギュレート電圧ＶＲＥＧを抵抗ＲＡ１、ＲＡ２により電圧分割した電圧ＶＤＡが入力される。そして演算増幅器ＯＰＡの出力端子が、抵抗ＲＡ３を介してトランジスターＴＡ１のゲートに入力され、トランジスターＴＡ１のドレインノードからレギュレート電圧ＶＲＥＧが出力される。なお図１８では駆動用のトランジスターＴＡ１としてＮ型のトランジスターを用いているが、Ｐ型のトランジスターを用いるようにしてもよい。

図１９に基準電圧生成回路９０の構成例を示す。基準電圧生成回路９０は、ＶＤＤノードとＧＮＤノードの間に設けられるＮ型のトランジスターＴＤ１、抵抗ＲＤ１、ＲＤ２、ＲＤ３、バイポーラトランジスターＢＰ１、ＢＰ２を含む。また基準電圧生成回路９０は、バイアス電圧ＢＳがゲートに入力されるＰ型のトランジスターＴＤ１、ＴＤ２と、トランジスターＴＤ２のドレインノードとＧＮＤノードとの間に設けられるバイポーラトランジスターＢＰ３を含む。基準電圧生成回路９０は、バンドギャップリファレンス回路であり、バンドギャップ電圧による基準電圧ＶＲＥＦを生成して出力する。例えばＰＮＰ型のバイポーラトランジスターＢＰ１、ＢＰ２のベース・エミッター間電圧をＶＢＥＡ、ＶＢＥＢとし、ΔＶＢＥ＝ＶＢＥＡ－ＶＢＥＢとする。基準電圧生成回路９０は、例えばＶＲＥＦ＝Ｋ×ΔＶＢＥ＋ＶＢＥＢとなる基準電圧ＶＲＥＦを出力する。Ｋは抵抗ＲＤ１、ＲＤ２の抵抗値により設定される。例えばＶＢＥＢは負の温度特性を有し、ΔＶＢＥは正の温度特性を有するため、抵抗ＲＤ１、ＲＤ２の抵抗値を調整することで、温度依存性のない定電圧の基準電圧ＶＲＥＦを生成できるようになる。なお基準電圧生成回路９０は図１９の構成に限定されず、例えばトランジスターの仕事関数差電圧を用いて基準電圧ＶＲＥＦを生成する回路などの種々の構成の回路を用いることができる。

６．発振器
次に本実施形態の発振器４の構造例を説明する。図２０に発振器４の第１の構造例を示す。発振器４は、振動子１０と、集積回路装置２０と、振動子１０及び集積回路装置２０を収容するパッケージ１５を有する。パッケージ１５は、例えばセラミック等により形成され、その内側に収容空間を有しており、この収容空間に振動子１０及び集積回路装置２０が収容されている。収容空間は気密封止されており、望ましくは真空に近い状態である減圧状態になっている。パッケージ１５により、振動子１０及び集積回路装置２０を衝撃、埃、熱、湿気等から好適に保護することができる。

パッケージ１５はベース１６とリッド１７を有する。具体的にはパッケージ１５は、振動子１０及び集積回路装置２０を支持するベース１６と、ベース１６との間に収容空間を形成するようにベース１６の上面に接合されたリッド１７とにより構成されている。そして振動子１０は、ベース１６の内側に設けられた段差部に端子電極を介して支持されている。また集積回路装置２０は、ベース１６の内側底面に配置されている。具体的には集積回路装置２０は、能動面がベース１６の内側底面に向くように配置されている。能動面は集積回路装置２０の回路素子が形成される面である。また集積回路装置２０のパッドにバンプＢＭＰが形成されている。そして集積回路装置２０は、導電性のバンプＢＭＰを介してベース１６の内側底面に支持される。導電性のバンプＢＭＰは例えば金属バンプであり、このバンプＢＭＰやパッケージ１５の内部配線や端子電極などを介して、振動子１０と集積回路装置２０が電気的な接続される。また集積回路装置２０は、バンプＢＭＰやパッケージ１５の内部配線を介して、発振器４の外部端子１８、１９に電気的に接続される。外部端子１８、１９は、パッケージ１５の外側底面に形成されている。外部端子１８、１９は、外部配線を介して外部デバイスに接続される。外部配線は、例えば外部デバイスが実装される回路基板に形成される配線などである。これにより外部デバイスに対してクロック信号などを出力できるようになる。

なお図２０では、集積回路装置２０の能動面が下方に向くように集積回路装置２０がフリップ実装されているが、本実施形態はこのような実装には限定されない。例えば集積回路装置２０の能動面が上方に向くように集積回路装置２０を実装してもよい。即ち能動面が振動子１０に対向するように集積回路装置２０を実装する。

図２１に発振器４の第２の構造例を示す。図２１の発振器４は、振動子１０と集積回路装置２０と集積回路装置２１を含む。また発振器４は、振動子１０及び集積回路装置２０を収容するパッケージ１５と、パッケージ１５及び集積回路装置２１を収容するパッケージ５を含む。パッケージ１５、パッケージ５は、各々、第１パッケージ、第２パッケージである。第１パッケージ、第２パッケージは第１容器、第２容器と言うこともできる。

そして本実施形態では、パッケージ１５に収容される集積回路装置２０が第１温度補償処理を行い、パッケージ５に収容される集積回路装置２１が第２温度補償処理を行う。例えば振動子１０及び集積回路装置２０がパッケージ１５に収容されることで、例えばアナログ方式の第１温度補償処理を行う温度補償型の発振器１４が構成される。そして、アナログ方式の第１温度補償処理を行う発振器１４と、デジタル方式の第２温度補償処理を行う集積回路装置２１とがパッケージ５に収容されることで、高精度のクロック信号を生成する発振器４が構成される。集積回路装置２１は、デジタル方式で微調整の第２温度補償処理を行う補正ＩＣと呼ぶこともできる。

具体的にはパッケージ５は、例えばセラミック等により形成され、その内側に収容空間を有している。この収容空間に、振動子１０及び集積回路装置２０がパッケージ１５に収容された発振器１４と、集積回路装置２１とが収容されている。収容空間は気密封止されており、望ましくは真空に近い状態である減圧状態になっている。パッケージ５により、集積回路装置２１及び発振器１４を衝撃、埃、熱、湿気等から好適に保護することができる。

パッケージ５はベース６とリッド７を有する。具体的にはパッケージ５は、発振器１４及び集積回路装置２１を支持するベース６と、ベース６との間に収容空間を形成するようにベース６の上面に接合されたリッド７とにより構成されている。ベース６は、その内側に、上面に開口する第１凹部と、第１凹部の底面に開口する第２凹部を有する。集積回路装置２１は、第１凹部の底面に支持されている。例えば集積回路装置２１は、端子電極を介して底面の段差部に支持されている。また発振器１４は、第２凹部の底面に支持されている。例えば発振器１４は、端子電極を介して底面の段差部に支持されている。またベース６は、第２凹部の底面に開口する第３凹部を有しており、この第３凹部に回路部品１２が配置される。配置される回路部品１２としては、例えばコンデンサーや温度センサーなどを想定できる。

集積回路装置２１は、例えばボンディングワイヤーＢＷや、段差部に形成された端子電極や、パッケージ５の内部配線を介して、発振器１４の端子に電気的に接続される。これにより発振器１４からのクロック信号や温度検出信号を集積回路装置２１に入力できるようになる。また集積回路装置２１は、ボンディングワイヤーＢＷや、段差部に形成された端子電極や、パッケージ５の内部配線を介して、発振器４の外部端子８、９に電気的に接続される。外部端子８、９は、パッケージ５の外側底面に形成されている。外部端子８、９は、外部配線を介して外部デバイスに接続される。外部配線は、例えば外部デバイスが実装される回路基板に形成される配線などである。これにより外部デバイスに対してクロック信号などを出力できるようになる。なお発振器１４の端子と外部端子８、９を電気的に接続するようにしてもよい。

なお図２１では発振器１４の上方向に集積回路装置２１を配置しているが、発振器１４の下方向に集積回路装置２１を配置するようにしてもよい。ここで上方向はパッケージ５の底面からリッド７に向かう方向であり、下方向はその反対方向である。また発振器１４の側方に集積回路装置２１を設けてもよい。即ち発振器４の上面視において発振器１４と集積回路装置２１とが並ぶように配置する。

次に集積回路装置２１について説明する。集積回路装置２１は、発振器１４で生成されたクロック信号である第１クロック信号が、基準クロック信号として入力されるクロック信号生成回路を含む。そしてクロック信号生成回路が生成したクロック信号が、発振器４の出力クロック信号として外部に出力される。例えば集積回路装置２１のクロック信号生成回路は、発振器１４からの第１クロック信号が基準クロック信号として入力されるフラクショナル－Ｎ型のＰＬＬ回路により構成される。このＰＬＬ回路は、第１クロック信号である基準クロック信号と、ＰＬＬ回路の出力クロック信号を分周回路により分周したフィードバッククロック信号との位相比較を行う。そしてデルタシグマ変調回路を用いて小数の分周比を設定することで、フラクショナル－Ｎ型のＰＬＬ回路が実現される。また集積回路装置２１が含む制御回路が、温度補償データに基づいて、ＰＬＬ回路に設定される分周比データの補正処理を行うことで、第２温度補償処理が実現される。なお発振器１４において行われる第１温度補償処理は、例えば多項式近似の温度補償処理により実現される。またクロック信号生成回路を、ダイレクトデジタルシンセサイザーにより構成してもよい。この場合には、第１クロック信号を基準クロック信号として動作するダイレクトデジタルシンセサイザーに対して、温度補償データにより補正された周波数制御データを入力することで、第２温度補償処理が実現される。

図２１の発振器４によれば、振動子１０を発振させる集積回路装置２０が第１温度補償処理を行うことで、第１集積回路装置である集積回路装置２０から出力される第１クロック信号の周波数温度特性での周波数変動量を小さくできる。そして第２集積回路装置である集積回路装置２１が、集積回路装置２０からの第１クロック信号に基づいてクロック信号を生成する際に第２温度補償処理を行う。このように集積回路装置２０により第１温度補償処理を行った後に、集積回路装置２１により第２温度補償処理を行うことで、温度計測結果の揺らぎなどを原因とする周波数のマイクロジャンプを小さくすることなどが可能になり、発振器４のクロック周波数の高精度化等を実現できるようになる。また図２１の発振器４では、集積回路装置２０に設けられる温度センサーを用いて第１温度補償処理を行うと共に、この温度センサーの温度検出信号が、集積回路装置２０から出力されて集積回路装置２１に入力されるようにしてもよい。そして集積回路装置２１が、入力された温度検出信号に基づいて第２温度補償処理を行ってもよい。このようにすれば、集積回路装置２０での第１温度補償処理と、集積回路装置２１での第２温度補償処理を、同じ温度センサーからの温度検出信号に基づいて行うことが可能になるため、より適正な温度補償処理を実現できるようになる。この場合に集積回路装置２０に内蔵される温度センサーと振動子１０との距離は、当該温度センサーと集積回路装置２１との距離よりも短くなる。従って、デジタル方式の温度補償処理を行うことで発熱量が多い集積回路装置２１と、振動子１０との距離を離すことができ、集積回路装置２１の発熱が温度センサーの温度検出結果に及ぼす悪影響を低減できる。従って、振動子１０についての温度を、集積回路装置２０に内蔵される温度センサーを用いて、より正確に計測することが可能になる。

７．電子機器、移動体
図２２に、本実施形態の集積回路装置２０を含む電子機器５００の構成例を示す。電子機器５００は、本実施形態の集積回路装置２０と、集積回路装置２０の出力信号に基づいて処理を行う処理装置５２０を含む。ここで出力信号は、例えば集積回路装置２０が発振回路３０の発振信号に基づき生成するクロック信号である。具体的には電子機器５００は、本実施形態の集積回路装置２０を有する発振器４を含み、処理装置５２０は、発振器４からのクロック信号に基づき動作して各種の処理を行う。また電子機器５００は、アンテナＡＮＴ、通信インターフェース５１０、操作インターフェース５３０、表示部５４０、メモリー５５０を含むことができる。なお電子機器５００は図２２の構成に限定されず、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

電子機器５００は、例えば基地局又はルーター等のネットワーク関連機器、距離、時間、流速又は流量等の物理量を計測する高精度の計測機器、生体情報を測定する生体情報測定機器、或いは車載機器などである。生体情報測定機器は例えば超音波測定装置、脈波計又は血圧測定装置等である。車載機器は自動運転用の機器等である。また電子機器５００は、頭部装着型表示装置や時計関連機器などのウェアラブル機器、ロボット、印刷装置、投影装置、スマートフォン等の携帯情報端末、コンテンツを配信するコンテンツ提供機器、或いはデジタルカメラ又はビデオカメラ等の映像機器などであってもよい。

また電子機器５００としては、５Ｇなどの次世代移動通信システムに用いられる機器がある。例えば次世代移動通信システムの基地局、リモートレディオヘッド（ＲＲＨ）又は携帯通信端末などの種々の機器に本実施形態の集積回路装置２０を用いることができる。次世代移動通信システムでは、時刻同期等のために高精度のクロック周波数が要望されており、高精度のクロック信号を生成できる本実施形態の集積回路装置２０の適用例として好適である。

通信インターフェース５１０は、アンテナＡＮＴを介して外部からデータを受信したり、外部にデータを送信する処理を行う。プロセッサーである処理装置５２０は、電子機器５００の制御処理や、通信インターフェース５１０を介して送受信されるデータの種々のデジタル処理などを行う。処理装置５２０の機能は、例えばマイクロコンピューターなどのプロセッサーにより実現できる。操作インターフェース５３０は、ユーザーが入力操作を行うためのものであり、操作ボタンやタッチパネルディスプレイなどにより実現できる。表示部５４０は、各種の情報を表示するものであり、液晶や有機ＥＬなどのディスプレイにより実現できる。メモリー５５０は、データを記憶するものであり、その機能はＲＡＭやＲＯＭなどの半導体メモリーにより実現できる。

図２３に、本実施形態の集積回路装置２０を含む移動体の例を示す。移動体は、本実施形態の集積回路装置２０と、集積回路装置２０の出力信号に基づき処理を行う処理装置２２０を含む。ここで出力信号は、例えば集積回路装置２０が発振回路３０の発振信号に基づき生成するクロック信号である。具体的には移動体は、本実施形態の集積回路装置２０を有する発振器４を含み、処理装置２２０は、発振器４からのクロック信号に基づき動作して各種の処理を行う。本実施形態の集積回路装置２０は、例えば、車、飛行機、バイク、自転車、或いは船舶等の種々の移動体に組み込むことができる。移動体は、例えばエンジンやモーター等の駆動機構、ハンドルや舵等の操舵機構、各種の電子機器を備えて、地上や空や海上を移動する機器・装置である。図２３は移動体の具体例としての自動車２０６を概略的に示している。自動車２０６には、本実施形態の集積回路装置２０が組み込まれる。具体的には、移動体である自動車２０６は、制御装置２０８を含み、制御装置２０８は、本実施形態の集積回路装置２０を含む発振器４と、発振器４により生成されたクロック信号に基づき動作する処理装置２２０を含む。制御装置２０８は、例えば車体２０７の姿勢に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪２０９のブレーキを制御する。例えば制御装置２０８により、自動車２０６の自動運転を実現してもよい。なお本実施形態の集積回路装置２０が組み込まれる機器は、このような制御装置２０８には限定されず、自動車２０６等の移動体に設けられるメーターパネル機器やナビゲーション機器などの種々の車載機器に組み込むことが可能である。

以上に説明したように本実施形態の集積回路装置は、温度センサーと、発熱源となる発熱源回路と、外部接続用のパッドと、一方の電極が外部接続用のパッドに電気的に接続されるＭＩＭ構造のキャパシターを含む。そして回路素子が形成される基板に直交する平面視において、ＭＩＭ構造のキャパシターと温度センサーとが重なっている。

本実施形態によれば、ＭＩＭ構造のキャパシターが、集積回路装置の基板に直交する平面視において温度センサーと重なるように配置される。そして、このＭＩＭ構造のキャパシターの一方の電極が、外部接続用のパッドに電気的に接続される。このように平面視において温度センサーに重なるようにＭＩＭ構造のキャパシターが配置されることで、発熱源回路からの熱が温度センサーに熱伝達されるのを抑制できる。そして発熱源回路からの熱を外部接続用のパッドを介して外部に放熱できるため、発熱源回路からの熱伝達による悪影響を緩和できる。また温度センサーの配置領域を有効活用してＭＩＭ構造のキャパシターを配置できるため、集積回路装置の小面積化を実現できる。従って、発熱源回路からの熱による悪影響の緩和と小面積化とを両立して実現できる集積回路装置の提供が可能になる。

また本実施形態の集積回路装置では、温度センサーは、集積回路装置の２つの辺が交差するコーナー部に配置されてもよい。

このように温度センサーをコーナー部に配置することで、集積回路装置に配置される発熱源回路と温度センサーとの距離を離すことが可能になり、発熱源回路からの熱が温度センサーの温度検出結果に悪影響を与えてしまうのを抑制できる。

また本実施形態の集積回路装置では、温度センサーは、集積回路装置の第１辺に沿って配置され、発熱源回路は、集積回路装置の第１辺に交差する第２辺に沿って配置されてもよい。

このように温度センサーを集積回路装置の第１辺に沿って配置し、発熱源回路を第２辺に沿って配置すれば、温度センサーと発熱源回路との距離を離すことが可能になり、発熱源回路からの熱が温度検出結果に悪影響を与えるのを抑制できる。

また本実施形態の集積回路装置では、外部接続用のパッドは、グランドパッド又は電源パッドであってもよい。

このようにすれば、温度センサーの配置領域を有効活用して、一方の電極にグランド電圧又は電源電圧が供給されるＭＩＭ構造のキャパシターを配置できるようになる。

また本実施形態の集積回路装置では、外部接続用のパッドは、グランドパッドであり、ＭＩＭ構造のキャパシターの一方の電極には、グランドパッドからグランド電圧が供給され、ＭＩＭ構造のキャパシターの他方の電極には、電源パッドからの電源電圧、電源電圧から生成された電圧、又は温度センサーの温度検出電圧が供給されてもよい。

このようにすれば、温度センサーの配置領域に形成されたＭＩＭ構造のキャパシターを、電源電圧、電源電圧により生成された電圧、又は温度検出電圧の電位の安定化用のキャパシターとして用いることが可能になる。

また本実施形態の集積回路装置では、ＭＩＭ構造のキャパシターの他方の電極には、電源電圧から生成された電圧が印加され、電源電圧から生成された電圧は、電源電圧が供給されるレギュレーターが生成したレギュレート電圧、又は電源電圧が供給される基準電圧生成回路が生成した基準電圧であってもよい。

このようにすれば、温度センサーの配置領域に形成されたＭＩＭ構造のキャパシターを、レギュレート電圧又は基準電圧の電位の安定化用のキャパシターとして用いることが可能になる。

また本実施形態の集積回路装置では、外部接続用のパッドはグランドパッドであり、ＭＩＭ構造のキャパシターの一方の電極は、グランド線を介してグランドパッドに電気的に接続され、グランド線は、金属プラグを介して基板に電気的に接続され、金属プラグは、平面視において、温度センサーと発熱源回路との間に配置されてもよい。

このようにすれば、発熱源回路からの熱は、温度センサーと発熱源回路との間に配列された金属プラグを介してグランド線に伝達されて、グランドパッドを介して外部に放熱されるようになる。

また本実施形態の集積回路装置では、温度センサーは、バイポーラトランジスター及び抵抗を含み、ＭＩＭ構造のキャパシターとバイポーラトランジスターとが平面視において重なっていてもよい。

このようにすれば、バイポーラトランジスターに対する発熱源回路からの熱の伝達が抑制され、温度センサーの温度検出電圧への熱の悪影響を抑制できる。

また本実施形態の集積回路装置では、振動子を発振させることで発振信号を生成する発振回路と、発振回路からの発振信号をバッファリングしてクロック信号を出力する出力回路と、を含み、発熱源回路は、出力回路であってもよい。

このようにすれば、発熱源回路である出力回路からの熱が、温度センサーでの温度検出結果に悪影響を与えるのを防止でき、温度検出電圧の変動等を原因とするクロック信号の性能劣化を緩和できるようになる。

また本実施形態の集積回路装置では、振動子の一端に電気的に接続される第１パッドと、振動子の他端に電気的に接続される第２パッドと、を含み、温度センサーと第１パッドとの距離は、温度センサーと出力回路との距離より近くてもよい。

このようにすれば、振動子の一端に電気的に接続される第１パッドと温度センサーとの距離を近づけることができ、振動子の温度を、温度センサーを用いて、より適切に検出できるようになる。また温度センサーと出力回路との距離が遠くなることで、出力回路からの熱が温度センサーの温度検出結果に悪影響を与えるのを抑制できる。

また本実施形態の集積回路装置では、振動子を発振させることで発振信号を生成する発振回路と、発振回路からの発振信号をバッファリングしてクロック信号を出力する出力回路と、振動子の一端に電気的に接続される第１パッドと、振動子の他端に電気的に接続される第２パッドと、を含み、発熱源回路は、出力回路であり、温度センサーと第１パッド及び第２パッドは、集積回路装置の第１辺に沿って配置され、出力回路は、集積回路装置の第１辺に交差する第２辺に沿って配置されてもよい。

このように温度センサーと第１パッド及び第２パッドを集積回路装置の第１辺に沿って配置することで、温度センサーと第１パッド及び第２パッドの距離を近づけることができ、振動子の温度を、温度センサーを用いて、より適切に検出できるようになる。また出力回路を集積回路装置の第２辺に沿って配置することで、温度センサーと出力回路との距離を遠くすることができ、出力回路からの熱が温度センサーの温度検出結果に悪影響を与えるのを抑制できる。

また本実施形態の集積回路装置は、温度センサーと、発熱源となる発熱源回路と、グランドパッド又は電源パッドである外部接続用のパッドと、一方の電極が外部接続用のパッドに電気的に接続されるＭＩＭ構造のキャパシターを含む。そして回路素子が形成される基板に直交する平面視において、ＭＩＭ構造のキャパシターと発熱源回路とが重なっている。

本実施形態によれば、ＭＩＭ構造のキャパシターが、集積回路装置の基板に直交する平面視において発熱源回路と重なるように配置される。そして、このＭＩＭ構造のキャパシターの一方の電極が、外部接続用のパッドであるグランドパッド又は電源パッドに電気的に接続される。このように平面視において発熱源回路に重なるようにＭＩＭ構造のキャパシターが配置されることで、発熱源回路からの熱が、発熱源回路の配置領域に設けられたＭＩＭ構造のキャパシターにより断熱されて、温度センサーに当該熱が伝わるのが抑制されるようになる。そして発熱源回路からの熱を、外部接続用のパッドであるグランドパッド又は電源パッドを介して外部に放熱できるため、発熱源回路からの熱伝達による悪影響を緩和できる。また発熱源回路の配置領域を有効活用してＭＩＭ構造のキャパシターを配置できるため、集積回路装置の小面積化を実現できる。従って、発熱源回路からの熱による悪影響の緩和と小面積化とを両立して実現できる集積回路装置の提供が可能になる。

また本実施形態は、上記に記載の集積回路装置と、振動子とを含む発振器に関係する。

また本実施形態は、上記に記載の集積回路装置と、集積回路装置からの出力信号に基づいて処理を行う処理装置を含む電子機器に関係する。

また本実施形態は、上記に記載の集積回路装置と、集積回路装置からの出力信号に基づいて処理を行う処理装置を含む移動体に関係する。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本開示の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本開示の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本開示の範囲に含まれる。また集積回路装置、発振器、電子機器、移動体の構成・動作等も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

ＣＭＩＭ…ＭＩＭ構造のキャパシター、ＰＤＥ…外部接続用のパッド、ＬＥ…接続線、
ＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤ３、ＳＤ４…辺、ＤＲ１、ＤＲ２、ＤＲ３、ＤＲ４…方向、
ＡＬ１、ＡＬ２、ＡＬ３…金属層、ＡＬＭ…ＭＩＭ金属層、ＰＳＢ…基板、
ＥＬ１、ＥＬ２…電極、ＰＧ１～ＰＧ９…電源プラグ、ＰＧＮＤ…グランドパッド、
ＰＶＤＤ…電源パッド、ＬＧＮＤ…グランド線、ＬＶＤＤ…電源線、
ＶＤＤ…電源電圧、ＶＲＥＧ…レギュレート電圧、ＶＲＥＦ…基準電圧、
ＰＷＬ、ＮＷＬ…ウェル、ＣＭＡ、ＣＭＢ…ＭＩＭ構造のキャパシター、
ＥＬ１Ａ、ＥＬ１Ｂ、ＥＬ２Ａ、ＥＬ２Ｂ…電極、ＣＮ１、ＣＮ２…コーナー部、
ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４、ＰＤ５、ＰＤ６…パッド、
Ｌ１、Ｌ２、…接続配線、ＴＥ３、ＴＥ４、ＴＥ５…外部端子、ＯＳＣ…発振信号、
ＣＫ、ＣＫＸ…クロック信号、ＬＧＮＤ１、ＬＧＮＤ２…グランド線、
ＬＶＤＤ１、ＬＶＤＤ２…電源線、ＩＳＴ、ＩＳＴ１、ＩＳＴ２…電流源、
ＢＰＴ、ＢＰＴ１、ＢＰＴ２…バイポーラトランジスター、
ＲＴ１、ＲＴ２、ＲＴ３、ＲＴ４…抵抗、ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ３…抵抗、
ＯＰＡ…演算増幅器、ＣＡ…キャパシター、ＴＡ１…トランジスター、
ＢＰ１、ＢＰ２、ＢＰ３…バイポーラトランジスター、
ＲＤ１、ＲＤ２、ＲＤ３…抵抗、ＴＤ１、ＴＤ２、ＴＤ３…トランジスター、
４…発振器、５…パッケージ、６…ベース、７…リッド、８、９…外部端子、
１０…振動子、１２…回路部品、１４…発振器、１５…パッケージ、
１６…ベース、１７…リッド、１８、１９…外部端子、
２０、２１…集積回路装置、２２…温度センサー、２４…発熱源回路、
３０…発振回路、４０…出力回路、４２…バッファー回路、４３…波形整形回路、
４４…ディバイダー、４５…レベルシフター＆プリドライバー、
４６…出力ドライバー、５０…制御回路、６０…温度補償回路、８０…電源回路、
８１…レギュレーター、９０…基準電圧生成回路、
２０６…自動車、２０７…車体、２０８…制御装置、２０９…車輪、
２２０…処理装置、５００…電子機器、５１０…通信インターフェース、
５２０…処理装置、５３０…操作インターフェース、５４０…表示部、
５５０…メモリー

Claims (12)

1. 温度センサーと、
   発熱源となる発熱源回路と、
   グランドパッドと、
   ＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）構造のキャパシターと、
   を含み、
   回路素子が形成される基板に直交する平面視において、前記ＭＩＭ構造のキャパシターと前記温度センサーとが重なり、
   前記ＭＩＭ構造のキャパシターの一方の電極は、グランド線を介して前記グランドパッドに電気的に接続され、
   前記グランド線は、金属プラグを介して前記基板に電気的に接続され、
   前記金属プラグは、前記平面視において、前記温度センサーと前記発熱源回路との間に配置されることを特徴とする集積回路装置。
2. 請求項１に記載の集積回路装置において、
   前記温度センサーは、前記集積回路装置の２つの辺が交差するコーナー部に配置されることを特徴とする集積回路装置。
3. 請求項１又は２に記載の集積回路装置において、
   前記温度センサーは、前記集積回路装置の第１辺に沿って配置され、
   前記発熱源回路は、前記第１辺に交差する第２辺に沿って配置されることを特徴とする集積回路装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の集積回路装置において、
   電源パッドを含み、
   前記ＭＩＭ構造のキャパシターの前記一方の電極には、前記グランドパッドからグランド電圧が供給され、
   前記ＭＩＭ構造のキャパシターの他方の電極には、前記電源パッドからの電源電圧、前記電源電圧から生成された電圧、又は前記温度センサーの温度検出電圧が供給されることを特徴とする集積回路装置。
5. 請求項４に記載の集積回路装置において、
   前記ＭＩＭ構造のキャパシターの前記他方の電極には、前記電源電圧から生成された電圧が印加され、
   前記電源電圧から生成された電圧は、前記電源電圧が供給されるレギュレーターが生成したレギュレート電圧、又は前記電源電圧が供給される基準電圧生成回路が生成した基準電圧であることを特徴とする集積回路装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の集積回路装置において、
   前記温度センサーは、バイポーラトランジスター及び抵抗を含み、
   前記ＭＩＭ構造のキャパシターと前記バイポーラトランジスターとが前記平面視において重なっていることを特徴とする集積回路装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の集積回路装置において、
   振動子を発振させることで発振信号を生成する発振回路と、
   前記発振回路からの前記発振信号をバッファリングしてクロック信号を出力する出力回路と、
   を含み、
   前記発熱源回路は、前記出力回路であることを特徴とする集積回路装置。
8. 請求項７に記載の集積回路装置において、
   前記振動子の一端に電気的に接続される第１パッドと、
   前記振動子の他端に電気的に接続される第２パッドと、
   を含み、
   前記温度センサーと前記第１パッドとの距離は、前記温度センサーと前記出力回路との距離より近いことを特徴とする集積回路装置。
9. 請求項１に記載の集積回路装置において、
   振動子を発振させることで発振信号を生成する発振回路と、
   前記発振回路からの前記発振信号をバッファリングしてクロック信号を出力する出力回路と、
   前記振動子の一端に電気的に接続される第１パッドと、
   前記振動子の他端に電気的に接続される第２パッドと、
   を含み、
   前記発熱源回路は、前記出力回路であり、
   前記温度センサーと前記第１パッド及び前記第２パッドは、前記集積回路装置の第１辺に沿って配置され、
   前記出力回路は、前記集積回路装置の前記第１辺に交差する第２辺に沿って配置されることを特徴とする集積回路装置。
10. 請求項７乃至９のいずれか一項に記載の集積回路装置と、
    前記振動子と、
    を含むことを特徴とする発振器。
11. 請求項７乃至９のいずれか一項に記載の集積回路装置と、
    前記集積回路装置からの前記クロック信号に基づいて処理を行う処理装置と、
    を含むことを特徴とする電子機器。
12. 請求項７乃至９のいずれか一項に記載の集積回路装置と、
    前記集積回路装置からの前記クロック信号に基づいて処理を行う処理装置と、
    を含むことを特徴とする移動体。

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