TWI792541B - 恆溫槽型壓電振盪器 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種恆溫槽型壓電振盪器。該恆溫槽型壓電振盪器(1)中，核心部(5)至少具有振盪器IC(51)、壓電振動子(50)及發熱器IC(52)，該核心部(5)以密閉狀態被封入隔熱用的封裝體(2)的內部，核心部(5)通過核心基板(4)被支承在封裝體(2)中，俯視時，核心基板(4)在比設置有核心部(5)的區域更靠外側之處與封裝體(2)連接。基於本發明的結構，能夠盡可能地減小維持核心部的溫度所需的發熱器發熱量。
Description
本發明關於一種恆溫槽型壓電振盪器。
晶體振動子等壓電振動子基於固有的頻率溫度特性，振動頻率相應於溫度而發生變化。於是，現有技術中出現了為使壓電振動子周圍的溫度保持恆定而將壓電振動子封入恆溫槽內的恆溫槽型壓電振盪器(Oven-Controlled Xtal(crystal)Oscillator：以下也稱為“OCXO”)(例如，參照專利文獻1)。OCXO例如被構成為，具有振盪器IC、壓電振動子、發熱器IC等的核心部以密閉狀態被封入隔熱用封裝體的內部，核心部通過核心基板被固定於封裝體。OCXO中，通過控制發熱器IC的發熱體(熱源)所產生的熱量(發熱器發熱量)，而將核心部的溫度維持為大致恆定。
如上所述的OCXO中，核心基板例如通過導電性黏合劑等被固定於封裝體，核心基板與封裝體通過該導電性黏合劑等實現電連接。在此情況下，核心部的熱可能會經由核心基板與殼體之間的連接部分而移動(洩漏)至封裝體一側，而為了維持核心部的溫度來彌補經由該連接部分而移動至封裝體一側的熱量，可能會導致所需的發熱器熱量增大，從而增大能耗。
[專利文獻1]：日本特許第6376681號公報
鑒於上述情況，本發明的目的在於，提供一種能夠盡可能減小維持核心部的溫度所需的發熱器發熱量的恆溫槽型壓電振盪器。
作為解決上述技術問題的技術方案，本發明具有下述結構。即，本發明的恆溫槽型壓電振盪器係至少具有振盪器IC、壓電振動子、及發熱器IC的核心部以密閉狀態被封入隔熱用的封裝體的內部的恆溫槽型壓電振盪器，其包含：所述核心部通過核心基板被支承在所述封裝體中，俯視時，所述核心基板在比設置有所述核心部的區域更靠外側之處與所述封裝體連接。在此情況下，較佳為，所述核心基板通過機械性連接元件與所述封裝體連接。
基於上述結構，核心基板與封裝體的連接部分沒有設置於俯視時與核心部重疊的位置，而設置於離開核心部的位置，因此，核心部的熱不容易經由核心基板與封裝體的連接部分而移動(洩漏)至封裝體一側，從而能夠使由發熱器IC的發熱體產生的大部分的熱留在核心部。由此，能夠盡可能減小維持核心部的溫度所需的發熱器發熱量，從而能夠降低OCXO的能耗。此外，由於核心部通過核心基板被固定在封裝體中，來自於安裝有OCXO的安裝基板的應力不容易傳遞到核心部，所以能夠達到保護核心部的目的。
上述結構中，較佳為，所述核心基板與所述封裝體的內底面之間設置空隙。
基於上述結構，通過在核心基板與封裝體的內底面之間設置空隙，能夠提高核心部的隔熱性。由此，能夠進一步減小維持核心部的溫度所需的發熱器發熱量，從而能夠進一步降低OCXO的能耗。
上述結構中，較佳為，所述核心基板通過黏合劑與所述封裝體接合，通過夾在所述核心基板與所述封裝體之間的所述黏合劑而形成了所述空隙。
基於上述結構，通過利用將核心基板與封裝體接合的黏合劑這樣簡便的方法，就能在核心基板與封裝體的內底面之間形成空隙。
上述結構中，較佳為，在所述封裝體的內部形成有對置的一對台階部，通過形成在所述一對台階部之間的凹部而形成了所述空隙。上述結構中，較佳為，在所述封裝體的內部形成有對置的一對台階部，通過形成在所述一對台階部之間的凹部而形成了所述空隙。
基於上述結構，通過設置台階部，能夠切實地確保核心基板與封裝體的內底面之間的空隙。此外，即使在用於將核心基板與封裝體接合的黏合劑流出到封裝體的內底面上的情況下，該黏合劑也會流入凹部中，由此能夠防止因黏合劑彼此接觸而引起的短路。
上述結構中，較佳為，所述凹部形成於俯視時與所述核心部對應的位置。
基於上述結構，由於凹部設置於與核心部對應的位置(例如下方)，因此，利用凹部能夠進一步提高核心部的隔熱性。
上述結構中，較佳為，所述壓電振動子具備由玻璃或水晶構成的第一密封元件、第二密封元件、及由水晶構成的壓電振動板，該壓電振動板具有在兩個主面上形成有激勵電極的振動部，所述第一密封元件與所述第二密封元件隔著所述壓電振動板層疊並接合，配置於內部的所述壓電振動板的所述振動部被氣密密封。
基於上述結構，由於採用了如上所述的振動部被氣密密封於內部的三明治結構的壓電振動子作為核心部的壓電振動子，所以能夠實現核心部的低矮化及小型化，從而能夠減小核心部的熱容量。由此，能夠抑制OCXO的發熱
器發熱量，從而能夠減少能耗。而且，能夠提高核心部的溫度追隨性，並能提高OCXO的穩定性。此外，三明治結構的壓電振動子中，由於不使用黏合劑地將振動部氣密密封，所以能夠抑制由黏合劑產生的除氣(outgas)所引起的熱對流的不良影響。即，在將振動部氣密密封的空間內，黏合劑所產生的除氣會迴圈而產生熱對流，因而，有可能妨礙振動部的高精度的溫度控制。但是，在三明治結構的壓電振動子中，由於不產生上述除氣，所以能夠實現振動部的高精度的溫度控制。
基於本發明的恆溫槽型壓電振盪器，核心基板與封裝體的連接部分沒有設置於俯視時與核心部重疊的位置，而設置於離開核心部的位置，因此，核心部的熱不容易經由核心基板與封裝體的連接部分移動至封裝體一側，從而能夠使由發熱器IC的發熱體產生的大部分的熱留在核心部。由此，能夠盡可能減小維持核心部的溫度所需的發熱器發熱量，從而能夠降低能耗。
1:恆溫槽型壓電振盪器(OCXO)
2:封裝體
2a:凹部
2b:周壁部
2c:台階部
2d:空隙
3:蓋
4:核心基板
4a:頂面
4c:連接端子
5:核心部
6a、6b:導線
7:導電性粘黏合劑
7a:連接部分
8:密封材料
10:晶體振動片
11:振動部
12:外框部
13:保持部
15:接合圖案
20:第一密封元件
22:電極圖案
24、121:第一接合圖案
25、123、124、261、262、263:連接用接合圖案
30:第二密封元件
31、122:第二接合圖案
32:電極端子
33:第六貫穿孔
50:晶體振動子
51:振盪器IC
51a:金屬凸塊
52:發熱器IC
53、54:非導電性粘黏合劑
100:晶體振盪器
101、201、301:第一主面
102、202、302:第二主面
111:第一激勵電極
112:第二激勵電極
113:第一引出佈線
114:第二引出佈線
161:第一貫穿孔
162:第二貫穿孔
211:第三貫穿孔
212:第四貫穿孔
213:第五貫穿孔
在以下附圖以及說明中闡述了本說明書中所描述之主題之一或多個實施例的細節。從說明、附圖和申請專利範圍，本說明書之主題的其他特徵、態樣與優點將顯得明瞭，其中：圖1是表示關於本實施方式的OCXO的概要結構的截面圖。
圖2是表示圖1的OCXO的核心部及核心基板的概要結構的截面圖。
圖3是表示圖2的核心部及核心基板的俯視圖。
圖4是示意性地表示圖2的核心部的晶體振盪器(晶體振動子及振盪器IC)的各構成元件的概要結構的圖。
圖5是圖4的晶體振盪器的第一密封元件的第一主面側的概要俯視圖。
圖6是圖4的晶體振盪器的第一密封元件的第二主面側的概要俯視圖。
圖7是圖4的晶體振盪器的晶體振動片的第一主面側的概要俯視圖。
圖8是圖4的晶體振盪器的晶體振動片的第二主面側的概要俯視圖。
圖9是圖4的晶體振盪器的第二密封元件的第一主面側的概要俯視圖。
圖10是圖4的晶體振盪器的第二密封元件的第二主面側的概要俯視圖。
圖11是表示第一變形例所涉及的OCXO的概要結構的截面圖。
圖12是表示圖11的OCXO的俯視圖。
圖13是表示關於第二變形例的OCXO的概要結構的截面圖。
如本文中所使用的，諸如「第一」、「第二」、「第三」、「第四」及「第五」等用語描述了各種元件、組件、區域、層及/或部分，這些元件、組件、區域、層及/或部分不應受這些術語的限制。這些術語僅可用於將一個元
素、組件、區域、層或部分與另一個做區分。除非上下文明確指出，否則本文中使用的諸如「第一」、「第二」、「第三」、「第四」及「第五」的用語並不暗示順序或次序。
以下，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。
如圖1所示，本實施方式的OCXO 1被構成為，在陶瓷等製的近似長方體的封裝體(殼體)2的內部配置有核心部5，並由蓋3氣密密封。封裝體2的尺寸例如為7.0×5.0mm。在封裝體2上形成有朝上方開口的凹部2a，核心部5以氣密狀態被封入凹部2a的內部。周壁部2b包圍著凹部2a，蓋3通過密封材料8被固定在周壁部2b的頂面，封裝體2的內部為密封狀態(氣密狀態)。作為密封材料8，較佳為使用例如Au-Su合金、焊錫等金屬類密封材料，但也可以使用低熔點玻璃等密封材料。較佳為，封裝體2的內部空間為真空、或為低壓的氮氣或氬氣等導熱率低的氛圍。
在封裝體2的周壁部2b的內壁面上，形成有沿順連接端子(圖示省略)的排列的台階部2c，核心部5經由板狀的核心基板4與形成在台階部2c的連接端子連接。核心基板4例如由水晶構成。此外，核心基板4也可以由聚醯亞胺類等具有耐熱性及可撓性的樹脂材料構成。
核心基板4被配置為，架設於封裝體2中對置的一對台階部2c之間，在一對台階部2c之間的、核心基板4的下側部分形成有空隙2d。並且，形成在台階部2c的台階面上的連接端子通過導電性黏合劑7與形成於核心基板4的底面4b的連接端子(圖示省略)連接。此外，形成於核心部5的各個構成元件的外部端子(圖示省略)經由導線6a、導線6b，通過引線接合(wire bonding)與形成
於核心基板4的頂面4a的連接端子4c連接。作為導電性黏合劑7，使用例如聚醯亞胺類黏合劑、環氧類黏合劑等。
下面，參照圖2、圖3對核心部5進行說明。圖2、圖3中示出核心部5安裝於核心基板4上的狀態。圖2示出沿圖3的核心基板4的短邊方向切割的截面(圖1亦同)。核心部5是將OCXO 1中使用的各種電子元件集合為一體的元件，採用了振盪器IC 51、晶體振動子50、及發熱器IC 52從上側起依次層疊為三層的結構(層疊結構)。俯視時，振盪器IC 51、晶體振動子50、及發熱器IC 52各自的面積由下至上逐漸變小。核心部5被構成為，尤其是通過對溫度特性強的晶體振動子50、振盪器IC 51、及發熱器IC 52的溫度進行調節，而使OCXO 1的振盪頻率穩定。在此，核心部5的各種電子元件沒有用密封樹脂進行密封，但也可以根據封裝環境而用密封樹脂進行密封。
由晶體振動子50及振盪器IC 51構成晶體振盪器100。振盪器IC 51通過若干個金屬凸塊(bump)51a(參照圖4)被安裝在晶體振動子50上。通過用振盪器IC 51對晶體振動子50的壓電振動進行控制，而控制OCXO 1的振盪頻率。後述中將對晶體振盪器100進行詳細說明。
晶體振動子50與振盪器IC 51彼此相向的相向面之間夾著非導電性黏合劑(底部填充物)53，晶體振動子50與振盪器IC 51彼此相向的相向面通過非導電性黏合劑53而被固定。在此情況下，晶體振動子50的頂面(第一密封元件20的第一主面201)與振盪器IC 51的底面通過非導電性黏合劑53而接合。作為非導電性黏合劑53，使用例如聚醯亞胺類黏合劑、環氧類黏合劑等。此外，形成於晶體振動子50的頂面的外部端子(圖5所示的電極圖案22)經由導線6a，通過引線接合而與形成於核心基板4的頂面4a的連接端子4c連接。
俯視時，振盪器IC 51的面積比晶體振動子50的小，振盪器IC 51的整體位於晶體振動子50的範圍內。振盪器IC 51的整個底面接合在晶體振動子50的頂面(第一密封元件20的第一主面201)上。
發熱器IC 52例如是將發熱體(熱源)、用於控制發熱體的溫度的控制電路(電流控制用的電路)、及用於檢測發熱體的溫度的溫度感測器集合為一體的結構。通過用發熱器IC 52進行核心部5的溫度控制，能夠使核心部5的溫度大致維持在恆溫，從而能夠實現OCXO 1的振盪頻率的穩定化。
晶體振動子50與發熱器IC 52彼此相向的相向面之間夾著非導電性黏合劑54，晶體振動子50與發熱器IC 52彼此相向的相向面之間通過非導電性黏合劑54而被固定。在此情況下，晶體振動子50的底面(第二密封元件30的第二主面302)與發熱器IC 52的頂面通過非導電性黏合劑54而接合。作為非導電性黏合劑54，使用例如聚醯亞胺類黏合劑、環氧類黏合劑等。形成於發熱器IC 52的頂面的外部端子(圖示省略)經由導線6b，通過引線接合與形成於核心基板4的頂面4a的連接端子4c連接。
俯視時，晶體振動子50的面積比發熱器IC 52的小，晶體振動子50的整體位於發熱器IC 52的範圍內。晶體振動子50的整個底面(第二密封元件30的第二主面302)接合在發熱器IC 52的頂面上。
發熱器IC 52與核心基板4彼此相向的相向面之間夾著導電性黏合劑55，發熱器IC 52與核心基板4彼此相向的相向面通過導電性黏合劑55而被固定。在此情況下，發熱器IC 52的底面與核心基板4的頂面4a通過導電性黏合劑55而接合。由此，發熱器IC 52經由導電性黏合劑55及核心基板4而接地。作為導電性黏合劑55，使用例如聚醯亞胺類黏合劑、環氧類黏合劑等。此外，在發熱器IC
52例如通過導線等接地的情況下，也可以使用與上述非導電性黏合劑53、非導電性黏合劑54相同的非導電性黏合劑來取代導電性黏合劑。
如上所述，在核心基板4的頂面4a形成有若干個連接端子4c。並且，在核心基板4的頂面4a配置有若干個(圖3中為兩個)片式電容器(旁路電容器)4d。在此，對片式電容器4d的尺寸和數量沒有特別限制。
如上所述，在核心基板4的底面4b形成有若干個連接端子，並經由導電性黏合劑7與形成在封裝體2上的連接端子連接。圖3中，雙點虛線示出核心基板4與封裝體2通過導電性黏合劑7連接的連接部分7a。核心基板4的底面4b的連接端子設置於與核心基板4的頂面4a的連接端子4c對應的位置。核心基板4的底面4b的連接端子中，用於與封裝體2的連接端子連接的連接端子上分別塗布有導電性黏合劑7，塗布有導電性黏合劑7的部分作為連接部分7a。俯視時，塗布有導電性黏合劑7的連接部分7a設置於核心基板4的周緣部，更具體而言，塗布有導電性黏合劑7的連接部分7a被設置為，在沿靠著核心基板4的對置的一對長邊的區域隔開規定間隔地排列。沿核心基板4的對置的一對長邊的區域係位於封裝體2的對置的一對台階部2c、台階部2c的上方。
對核心部5所使用的晶體振動子50的種類沒有特別限定，但較佳為使用易於使裝置薄型化的三明治結構的裝置。三明治結構的裝置包括由玻璃或水晶構成的第一密封元件、第二密封元件、及壓電振動板，該壓電振動板具有例如由水晶構成、並在兩個主面形成有激勵電極的振動部，第一密封元件與第二密封元件隔著壓電振動板層疊並接合，配置於內部的壓電振動板的振動部被氣密密封。
對於具有上述三明治結構的晶體振動子50與振盪器IC 51被構成為一體的晶體振盪器100，參照圖4~圖10進行說明。
如圖4所示，晶體振盪器100具備晶體振動片(壓電振動板)10、第一密封元件20、第二密封元件30、及振盪器IC 51。晶體振盪器100中，晶體振動片10與第一密封元件20接合，同時，晶體振動片10與第二密封元件30接合，從而構成近似長方體的三明治結構的封裝體。即，晶體振盪器100中，第一密封元件20及第二密封元件30分別與晶體振動片10的兩個主面接合而形成封裝體的內部空間(空室)，振動部11(參照圖7、圖8)被氣密密封在該內部空間中。
晶體振盪器100例如是尺寸為1.0×0.8mm的封裝體，實現了小型化和低矮化。此外，為實現小型化，封裝體中未形成城堡型端子(castellation)，而通過貫穿孔實現電極的導通。安裝在第一密封元件20上的振盪器IC 51是與晶體振動片10一起構成振盪電路的單晶片積體電路元件。此外，晶體振盪器100通過非導電性黏合劑54安裝在上述發熱器IC 52上。
如圖7、圖8所示，晶體振動片10是由水晶構成的壓電基板，其兩個主面(第一主面101、第二主面102)被構成為平坦平滑面(鏡面加工)。作為晶體振動片10，使用進行厚度剪切振動的AT切水晶片。圖7、圖8所示的晶體振動片10中，晶體振動片10的兩個主面，即第一主面101、第二主面102在XZ'平面。該XZ'平面中，將與晶體振動片10的短邊方向平行的方向作為X軸方向，該與晶體振動片10的長邊方向平行的方向作為Z'軸方向。
在晶體振動片10的兩個主面，即第一主面101、第二主面102上形成有一對激勵電極(第一激勵電極111、第二激勵電極112)。晶體振動片10具備被構成為近似矩形的振動部11、包圍該振動部11的外周的外框部12、及通過將振
動部11與外框部12連結而將振動部11保持的保持部13。即，晶體振動片10是通過將振動部11、外框部12、及保持部13構成為一體而設置的。保持部13僅從位於振動部11的+X方向及-Z'方向的一個角部開始朝著-Z'方向延伸至(突出到)外框部12。
第一激勵電極111設置於振動部11的第一主面101側，第二激勵電極112設置於振動部11的第二主面102側。在第一激勵電極111、第二激勵電極112上連接有用於將這些激勵電極與外部電極端子連接的引出佈線(第一引出佈線113、第二引出佈線114)。第一引出佈線113從第一激勵電極111引出，並經由保持部13與形成於外框部12的連接用接合圖案14相連。第二引出佈線114從第二激勵電極112引出，並經由保持部13與形成於外框部12的連接用接合圖案15相連。
在晶體振動片10的兩個主面(第一主面101、第二主面102)上，分別設置有用於將晶體振動片10與第一密封元件20及第二密封元件30接合的振動側密封部。作為第一主面101的振動側密封部，形成有振動側第一接合圖案121；作為第二主面102的振動側密封部，形成有振動側第二接合圖案122。振動側第一接合圖案121及振動側第二接合圖案122被設置於外框部12，且俯視呈環狀。
此外，如圖7、圖8所示，在晶體振動片10上形成有將第一主面101與第二主面102貫穿的五個貫穿孔。具體而言，四個第一貫穿孔161分別設置於外框部12的四個角落(拐角部)的區域。第二貫穿孔162設置於外框部12且位於振動部11的Z'軸方向的一側(圖7、圖8中為-Z'方向側)。在第一貫穿孔161的周圍分別形成有連接用接合圖案123。此外，在第二貫穿孔162的周圍，在第一主面101側形成有連接用接合圖案124，在第二主面102側形成有連接用接合圖案15。
在第一貫穿孔161及第二貫穿孔162中，沿著貫穿孔各自的內壁面形成有貫穿電極，該貫穿電極用於實現形成於第一主面101及第二主面102的電極的導通。此外，第一貫穿孔161及第二貫穿孔162各自的中間部分成為將第一主面101與第二主面102貫穿的、中空狀態的貫穿部分。
其次，如圖5、圖6所示，第一密封元件20是由一枚AT切水晶片構成的長方體基板，該第一密封元件20的第二主面202(與晶體振動片10接合的面)被構成為平坦平滑面(鏡面加工)。此外，第一密封元件20並不具備振動部，通過與晶體振動片10一樣使用AT切水晶片，能夠使晶體振動片10與第一密封元件20熱膨脹率相同，從而能夠抑制晶體振盪器100的熱變形。此外，第一密封元件20中，X軸、Y軸、及Z'軸的朝向也與晶體振動片10的相同。
如圖5所示，在第一密封元件20的第一主面201上，形成有包含用於安裝作為振盪電路元件的振盪器IC 51的安裝墊的六個電極圖案22。振盪器IC 51使用金屬凸塊(例如Au凸塊等)51a(參照圖4)，通過覆晶接合(Flip Chip Bonding，FCB)法與電極圖案22接合。此外，本實施方式中，六個電極圖案22中，位於第一密封元件20的第一主面201的四個角落(拐角部)的電極圖案22通過導線6a與上述核心基板4的頂面4a上形成的連接端子4c連接。由此，振盪器IC 51通過導線6a、核心基板4、導電性黏合劑7、封裝體2等而與外部實現電連接。
如圖5、圖6所示，在第一密封元件20上形成有六個貫穿孔，該六個貫穿孔分別與六個電極圖案22連接，並將第一主面201與第二主面202貫穿。具體而言，四個第三貫穿孔211設置於第一密封元件20的四個角落(拐角部)的區域。第四貫穿孔212、第五貫穿孔213分別設置於圖5、圖6的+Z'方向及-Z'方向。
在第三貫穿孔211、第四貫穿孔212、及第五貫穿孔213中，沿著貫穿孔各自的內壁面形成有貫穿電極，該貫穿電極用於實現形成於第一主面201及第二主面202的電極的導通。此外，第三貫穿孔211、第四貫穿孔212、及第五貫穿孔213各自的中間部分成為將第一主面201與第二主面202貫穿的、中空狀態的貫穿部分。
在第一密封元件20的第二主面202上形成有密封側第一接合圖案24，該密封側第一接合圖案24作為與晶體振動片10接合用的密封側第一密封部。俯視時，密封側第一接合圖案24呈環狀。
此外，第一密封元件20的第二主面202中，在第三貫穿孔211的周圍分別形成有連接用接合圖案25。在第四貫穿孔212的周圍形成有連接用接合圖案261，在第五貫穿孔213的周圍形成有連接用接合圖案262。並且，在相對於連接用接合圖案261位於第一密封元件20的長軸方向的相反側(-Z'方向側)之處，形成有連接用接合圖案263，連接用接合圖案261與連接用接合圖案263通過佈線圖案27相連接。
其次，如圖9、圖10所示，第二密封元件30是由一枚AT切水晶片構成的長方體基板，該第二密封元件30的第一主面301(與晶體振動片10接合的面)被構成為平坦平滑面(鏡面加工)。並且，在第二密封元件30中，較佳為，與晶體振動片10一樣也使用AT切水晶片，並使X軸、Y軸、及Z'軸的朝向也與晶體振動片10的相同。
在該第二密封元件30的第一主面301上形成有密封側第二接合圖案31，該密封側第二接合圖案31作為與晶體振動片10接合用的密封側第二密封部。俯視時，密封側第二接合圖案31呈環狀。
在第二密封元件30的第二主面302上設置有四個電極端子32。電極端子32分別位於第二密封元件30的第二主面302的四個角落(拐角部)。此外，本實施方式中，如上所述那樣通過電極圖案22、導線6a而實現與外部的電連接，但也可以使用電極端子32來實現與外部的電連接。
如圖9、圖10所示，在第二密封元件30上形成有將第一主面301與第二主面302貫穿的四個貫穿孔。具體而言，四個第六貫穿孔33設置於第二密封元件30的四個角落(拐角部)的區域。第六貫穿孔33中，沿著第六貫穿孔33各自的內壁面形成有貫穿電極，該貫穿電極用於實現形成於第一主面301及第二主面302的電極的導通。這樣，通過形成在第六貫穿孔33的內壁面的貫穿電極，形成於第一主面301的電極與形成於第二主面302的電極端子32實現了導通。此外，第六貫穿孔33各自的中間部分成為將第一主面301與第二主面302貫穿的、中空狀態的貫穿部分。此外，第二密封元件30的第一主面301中，在第六貫穿孔33的周圍分別形成有連接用接合圖案34。此外，在不使用電極端子32來實現與外部的電連接的情況下，也可以採用不設置電極端子32、第六貫穿孔33等的結構。
包含上述晶體振動片10、第一密封元件20、及第二密封元件30的晶體振盪器100中，晶體振動片10與第一密封元件20在振動側第一接合圖案121與密封側第一接合圖案24相重疊的狀態下被擴散接合，晶體振動片10與第二密封元件30在振動側第二接合圖案122與密封側第二接合圖案31相重疊的狀態下被擴散接合，由此而製造圖4所示的三明治結構的封裝體。因而，封裝體的內部空間，即，振動部11的收納空間被氣密密封。
此時，上述連接用接合圖案彼此也在相重疊的狀態下擴散接合。並且，通過連接用接合圖案彼此的接合，晶體振盪器100中實現了第一激勵電極111、第二激勵電極112、振盪器IC 51、及電極端子32的電導通。
具體而言，第一激勵電極111依次經由第一引出佈線113、佈線圖案27、第四貫穿孔212、及電極圖案22而與振盪器IC 51連接。第二激勵電極112依次經由第二引出佈線114、第二貫穿孔162、第五貫穿孔213、及電極圖案22而與振盪器IC 51連接。
晶體振盪器100中，較佳為，各種接合圖案是通過在水晶板上層疊若干層而形成的，並且，從其最下層側開始蒸鍍形成Ti(鈦)層及Au(金)層。此外，較佳為，形成於晶體振盪器100的其他佈線或電極也採用與接合圖案相同的結構，這樣便能同時進行接合圖案或佈線及電極的圖案形成。
如上所述那樣構成的晶體振盪器100中，俯視時，對晶體振動片10的振動部11進行氣密密封的密封部(密封路徑)115、密封部(密封路徑)116呈環狀。通過上述振動側第一接合圖案121與密封側第一接合圖案24的擴散接合而形成了密封路徑115，密封路徑115的外緣形狀及內緣形狀為近似八角形。同樣，通過上述振動側第二接合圖案122與密封側第二接合圖案31的擴散接合而形成了密封路徑116，密封路徑116的外緣形狀及內緣形狀為近似八角形。
如上所述，本實施方式中，核心部5由核心基板4支承在封裝體2中，俯視時，核心基板4在比設置有核心部5的區域更靠外側之處與封裝體2連接。並且，發熱器IC 52中，通過對供給發熱體的電流進行控制，而進行核心部5的溫度調節，從而使核心部5的溫度大致維持在恆溫。
核心部5採用振盪器IC 51、晶體振動子50、及發熱器IC 52的層疊結構，並且俯視時各自的面積由上至下逐漸增大，按振盪器IC 51、晶體振動子50、及發熱器IC 52的順序增大。俯視時設置有核心部5的區域是指，核心部5的構成元件中直接接合在核心基板4上的元件與核心基板4接合的接合區域，本實施方式中為核心基板4與發熱器IC 52接合的接合區域。
如圖3所示，核心基板4與封裝體2通過導電性黏合劑7連接的連接部分7a設置於俯視時比設置有核心部5的區域(設置有發熱器IC 52的區域)更靠外側之處。俯視時，連接部分7a設置於核心基板4的周緣部，且位於不與設置有核心部5的區域重疊的位置。連接部分7a被設置為，與設置有核心部5的區域相隔規定的間隔。
基於本實施方式，連接部分7a沒有設置於俯視時與核心部5重疊的位置，而設置於離開核心部5的位置，因此，核心部5的熱不容易經由連接部分7a移動(洩漏)至封裝體2一側，從而能夠使由發熱器IC 52的發熱體產生的大部分的熱留在核心部5。由此，能夠盡可能減小維持核心部5的溫度所需的發熱器發熱量，從而能夠降低OCXO 1的能耗。並且，由於核心部5通過核心基板4被固定在封裝體中，所以來自於安裝有OCXO 1的安裝基板的應力不容易傳遞到核心部5，能夠達到保護核心部5的目的。
此外，由於在核心基板4與封裝體2的內底面之間設置有空隙2d，因此，通過該空隙2d能夠提高核心部5的隔熱性。由此，能夠進一步減小維持核心部5的溫度所需的發熱器發熱量，從而能夠進一步降低OCXO 1的能耗。
此外，在封裝體2的內部形成有對置的一對台階部2c，通過形成在台階部2c與台階部2c之間的凹部而形成了空隙2d。並且，台階部2c與台階部2c之
間的凹部形成在俯視時與核心部5對應的位置(在此情況下為下方的位置)。詳細而言，俯視時，台階部2c與台階部2c之間的凹部設置在與核心部5重疊的位置，核心部5整體被收納在台階部2c與台階部2c之間的凹部內。
如此，通過在封裝體2的內部設置一對台階部2c，能夠切實地確保核心基板4與封裝體2的內底面之間的空隙2d。此外，即使在用於將核心基板4與封裝體2接合的黏合劑流出到封裝體2的內底面的情況下，該黏合劑也會流入凹部中，從而能夠防止因黏合劑彼此接觸而引起的短路。此外，由於一對台階部2c之間的凹部設置在與核心部5對應的位置，因此，通過該凹部能夠進一步提高核心部5的隔熱性。
並且，本實施方式中，作為核心部5的壓電振動子，採用了如上所述那樣振動部11被氣密密封於內部並能實現低矮化的三明治結構的晶體振動子50，從而能夠實現核心部5的低矮化及小型化，並能減小核心部5的熱容量。由此，能夠抑制OCXO 1的發熱器發熱量，從而能夠降低能耗。而且，能夠提高核心部5的溫度追隨性，從而能夠提高OCXO 1的穩定性。此外，如上所述，三明治結構的晶體振動子50中，不使用黏合劑地將振動部11氣密密封，從而能夠抑制由黏合劑產生的除氣所引起的熱對流的不良影響。即，在將振動部11氣密密封的空間內，由於黏合劑所產生的除氣會進行迴圈而產生熱對流，所以有可能妨礙振動部11的高精度的溫度控制。然而，三明治結構的晶體振動子50中，不會產生上述除氣，因此能夠實現振動部11的高精度的溫度控制。
通常，如果將具有發熱器電阻的發熱器基板用作核心部5的熱源，則可能會導致發熱器基板大型化。然而，基於本實施方式，不使用這種大型的發熱器基板也能確保所需的發熱器發熱量，從而能夠進一步實現核心部5的小型
化，並能進一步減小核心部5的熱容量。但是，在不限制核心部5的大小的情況下，也可以將具有發熱器電阻的發熱器基板用作核心部5的熱源。
此外，晶體振動片10具有被構成為近似矩形的振動部11、包圍振動部11的外周的外框部12、及連結振動部11與外框部12的保持部13，俯視時，振盪器IC 51與晶體振動片10的外框部12的至少一部分區域重疊。由此，振盪器IC 51的熱量經由外框部12易於傳遞至晶體振動片10的振動部11，從而易於使核心部5的溫度更加均一化。
通常，封裝體2會因密封、老化、時間推移等而受到熱損傷或經時損傷。因此，用耐熱性低的樹脂類黏合劑作為黏合劑(導電性黏合劑7、導電性黏合劑55、非導電性黏合劑53、非導電性黏合劑54)的情況下，因分解、軟化等會在封裝體2內產生氣體，從而有可能妨礙OCXO1的高精度的溫度調節。於是，本實施方式中，作為上述黏合劑，使用導熱率低且耐熱性高的聚醯亞胺類黏合劑、環氧類黏合劑，由此來防止產生上述問題。
本發明可不脫離其精神、主旨或主要特徵地進行其它各種變形。因此，上述實施方式僅僅是對各方面的示例，不構成限定性解釋的依據。本發明的技術範圍由請求項的記載來界定，而不受說明書內容的限定。並且，屬於與請求項同等含義範圍內的所有變更均在本發明的範圍內。
上述實施方式中，通過在封裝體2的內部設置一對台階部2c，而在核心基板4與封裝體2的內底面之間形成了空隙2d，但也可以採用不在封裝體2內設置一對台階部2c的結構。例如也可以是，核心基板4通過導電性黏合劑與形成於封裝體2的內底面的連接端子接合，通過夾在核心基板4與封裝體2之間的導電性黏合劑，在核心基板4與封裝體2的內底面之間形成空隙2d。在此情況下，導電
性黏合劑被塗布為具有規定厚度的狀態，通過該導電性黏合劑的厚度來確保核心基板4與封裝體2的內底面之間的空隙2d。基於該結構，通過利用將核心基板4與封裝體2接合的黏合劑這樣簡便的方法，能夠在核心基板4與封裝體2的內底面之間形成空隙2d。
上述實施方式中，作為壓電振動子，採用了三明治結構的晶體振動子50，但不局限於此，也可以採用具有其它結構的壓電振動子。此外，通過使用金屬凸塊的FCB(Flip Chip Bonding，覆晶接合)法，將振盪器IC 51安裝於晶體振動子50，但不局限於此，也可以通過引線接合、導電性黏合劑等，將振盪器IC 51安裝於晶體振動子50。此外，通過引線接合將發熱器IC 52安裝於核心基板4，但不局限於此，也可以通過使用金屬凸塊的FCB法、導電性黏合劑等，將發熱器IC 52安裝於核心基板4。此外，通過引線接合來實現晶體振動子50與核心基板4之間的電連接，但不局限於此，也可以通過使用金屬凸塊的FCB法、導電性黏合劑等，將晶體振動子50安裝於發熱器IC 52，從而經由發熱器IC 52來實現晶體振動子50與核心基板4之間的電連接。
此外，例如也可以如圖11、圖12所示的第一變形例、圖3所示的第二變形例那樣，通過引線接合來實現核心部5與封裝體2之間的電連接。此外，雖然沒有圖示，但也可以通過使用了金屬凸塊的FCB法來實現基板4與封裝體2之間的電連接。如此，也可以通過導電性黏合劑、引線接合、使用了金屬凸塊的FCB法等機械性的連接方法，來實現核心基板4與封裝體2之間的電連接。
在核心基板4通過機械性的連接方法連接於封裝體2的內底面的情況下，與核心基板4連接於一對台階部2c(參照圖1)的頂面的結構相比，能夠實現OCXO 1的低矮化。並且，在通過機械性且絕緣性(非導電性)的連接方法
將核心基板4連接於封裝體2的情況下，核心部5的熱難以移動(洩漏)至封裝體2一側，從而能夠使由發熱器IC 52的發熱體產生的熱的大部分留在核心部5。由此，能夠盡可能地減少維持核心部5的溫度所需的發熱器發熱量，從而能夠降低OCXO 1的能耗。此外，在通過機械性且絕緣性的連接方法將核心基板4連接於封裝體2的情況下，只要通過引線接合將核心部4與封裝體2電連接即可。
上述核心基板4與封裝體2之間的連接部分7a的配置僅為一個例子，也可以採用其它的配置結構，只要使連接部分7a俯視時位於比設置有核心部5的區域更靠外側之處即可。換言之，也可以將連接部分7a配置在上述位置以外的位置，只要是俯視時不與核心部5重疊的位置即可。
上述實施方式中，核心部5採用了至少振盪器IC 51、晶體振動子50、及發熱器IC 52從上側開始依次層疊的結構，與此相反地，核心部5也可以採用至少發熱器IC 52、晶體振動子50、及振盪器IC 51從上側開始依次層疊的結構。
核心部5只要是至少具有振盪器IC 51、晶體振動子50、及發熱器IC 52的結構即可，也可以是在振盪器IC 51、晶體振動子50、及發熱器IC 52的層疊結構的基礎上附加例如發熱器基板等的結構。例如，可以是發熱器基板、振盪器IC 51、晶體振動子50、及發熱器IC 52從上側開始依次層疊的四層結構，或者也可以是發熱器IC 52、晶體振動子50、振盪器IC 51、及發熱器基板從上側開始依次層疊的四層結構。在這些情況下，通過將作為發熱體的發熱器基板與振盪器IC 51層疊，能夠使核心部5的溫度進一步均一化。
此外，在發熱器基板、振盪器IC 51、晶體振動子50、及發熱器IC 52從上側開始依次層疊的四層結構的情況下，直接與核心基板4接合的發熱器IC 52與核心基板4之間的接合區域作為設置有核心部5的區域。另一方面，在發熱器
IC 52、晶體振動子50、振盪器IC 51、及發熱器基板從上側開始依次層疊的四層結構的情況下，直接與核心基板4接合的發熱器基板與核心基板4之間的接合區域作為設置有核心部5的區域。
此外，核心部5只要至少具有振盪器IC 51、晶體振動子50、及發熱器IC 52即可，也可以不具有上述那樣的層疊結構。例如，核心部5也可以採用除具有振盪器IC 51、晶體振動子50、及發熱器IC 52以外，還具有發熱器基板、多個片式電容器(旁路電容器)等的結構。在此情況下，直接與核心基板4接合的構成元件(例如發熱器基板)與核心基板4之間的接合區域作為設置有核心部5的區域。
上述實施方式中，核心部5與封裝體2之間經由核心基板4而實現電連接，但核心部5與封裝體2之間也可以不經由核心基板4地實現電連接。即，也可以是，構成核心部5的振盪器IC 51、晶體振動子50、及發熱器IC 52中的至少一個經由導線與封裝體2電連接。參照圖11、圖12對該變形例的OCXO 1進行說明。圖11是表示第一變形例的OCXO 1的概要結構的截面圖。圖12是圖11的OCXO 1的俯視圖。
如圖11、圖12所示，第一變形例的OCXO 1被構成為，在陶瓷等制的近似長方體的封裝體(殼體)2的內部配置有核心部5，並由蓋3氣密密封。封裝體2的尺寸例如為5.0×3.2mm。在封裝體2上形成有上方開口的凹部2a，核心部5以氣密狀態被封入凹部2a的內部。周壁部2b包圍著凹部2a，蓋3通過密封材料8被縫焊而固定於周壁部2b的頂面，封裝體2的內部為密封狀態(氣密狀態)。作為密封材料8，較佳為使用例如Au-Su合金、焊錫等金屬類密封材料，但也可以使用低熔點玻璃等密封材料。此外，不局限於此，作為密封結構，也可以用使用
金屬環的接縫密封或不使用金屬環的直接接縫密封、光束密封(beam sealing)等方法來進行密封(就不降低真空度方面而言，較佳為接縫密封)。較佳為，封裝體2的內部空間為真空(例如真空度為10Pa以下)，或為低壓的氮氣或氬氣等導熱率低的氛圍。此外，圖12中示出卸下蓋3後的狀態的OCXO 1，並示出OCXO 1的內部結構。
在封裝體2的周壁部2b的內壁面上，形成有沿順著連接端子(圖示省略)的排列的台階部2c。核心部5經由板狀的核心基板4配置於位於對置的一對台階部2c之間的凹部2a的底面(封裝體2的內底面)。或者，台階部2c也可被構成為包圍著凹部2a的底面的四周。核心基板4例如由聚醯亞胺等具有耐熱性及可撓性的樹脂材料構成。並且，核心基板4也可以由水晶構成。
核心基板4通過非導電性黏合劑7b接合在凹部2a的底面(封裝體2的內底面)上，在核心基板4的下側的部分形成有空隙2d。此外，形成在核心部5的各個構成元件上的外部端子(圖示省略)經由導線6a、導線6b，通過引線鍵合而與形成在台階部2c的台階面上的連接端子連接。在非導電性黏合劑7b、非導電性黏合劑7b的內側，分別設置有間隔元件2f。
兩個非導電性黏合劑7b分別配置於核心基板4的長邊方向的兩個端部，並沿著核心基板4的短邊方向(與圖12的紙面垂直的方向)呈直線狀地配置。各間隔元件2f與非導電性黏合劑7b的一側相鄰接地配置，並沿著核心基板4的短邊方向呈直線狀地配置。這樣，在各非導電性黏合劑7b的內側，兩個間隔元件2f夾在核心基板4與封裝體2的內底面之間。核心基板4的長邊方向的兩個端部由兩個間隔元件2f支承。
核心基板4例如由聚醯亞胺等具有耐熱性及可撓性的樹脂材料構成。間隔元件2f例如由鉬、鎢等膏狀材料構成。這樣，在核心基板4與封裝體2的內底面之間，設置有作為間隔元件的非導電性黏合劑7b及間隔元件2f，利用間隔元件能夠容易地確保核心基板4與封裝體2的內底面之間的空隙2d。此外，塗布在封裝體2的內底面上的非導電性黏合劑7b的厚度取決於間隔元件2f，因此，能夠容易地確定核心基板4與封裝體2的內底面之間的空隙2d的寬度。間隔元件2f的厚度較佳為5~50μm。晶體振動子50與振盪器IC 51彼此相向的相向面之間為不存在底部填充物的結構，晶體振動子50與振盪器IC 51彼此相向的相向面通過多個金屬凸塊51a而被固定，從而能夠避免底部填充物所產生的應力的影響。此外，也可以採用晶體振動子50與振盪器IC 51彼此相向的相向面之間存在底部填充物的結構。此外，在晶體振動子50與發熱器IC 52彼此相向的相向面之間夾有導電性黏合劑56，但也可以採用在晶體振動子50與發熱器IC 52彼此相向的相向面之間夾有非導電性黏合劑的結構。
上述實施方式中，封裝體2為單個的封裝體，但本發明不局限於此，例如也可以採用圖13所示的H型封裝體或兩層重疊的封裝體。圖13是表示第二變形例的OCXO 1的概要結構的截面圖。
圖13所示的H型封裝體的OCXO 1具有封裝體2，該封裝體2上除了形成有上方開口的凹部2a以外，還形成有下方開口的凹部2e。在作為核心部5的安裝部的主面(形成有凹部2a的主面)的相反側的另一主面上形成的凹部2e中，能夠配置作為與發熱器IC 52組合使用的調整用電子元件的片式電容器4d等電路元件(例如通過焊接安裝的電路元件)。配置片式電容器4d的凹部2e與凹部2a不同，無需用蓋進行密封。
在此，片式電容器4d可以與核心部5配置在相同的空間內(凹部2a內)，但是，通過如圖13所示那樣將電路元件與核心部5配置在不同的空間內(凹部2e內)，能夠減小收納核心部5的空間內的熱容量，實現低能耗的溫度控制，提高核心部5的溫度追隨性。此外，對於被氣密密封的凹部2a內部的環境，能夠避免因焊料、助焊劑等而事後產生氣體。因此，能夠消除氣體對核心部5的不良影響，從而能夠進一步實現電氣特性的穩定化。
本申請基於2020年9月7日在日本申請的日本特願2020-149902號申請優先權。由此，其所有內容被組合至本申請。
[產業利用性]
本發明可用於具備具有壓電振動子、振盪器IC、及發熱器IC的核心部的恆溫槽型壓電振盪器。
使用於此且未另外定義，「實質上」及「大約」等用語係用於描述及敘述小變化。當結合於一事件或情況，該用語可包含事件或情況發生精確的當下、以及事件或情況發生至一接近的近似點。例如，當結合於一數值，該用語可包含一變化範圍小於或等於該數值之±10%，如小於或等於±5%、小於或等於±4%、小於或等於±3%、小於或等於±2%、小於或等於±1%、小於或等於±0.5%、小於或等於±0.1%、或小於或等於±0.05%。
以上概述了數個實施例的元件、使得在本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以更理解本發明實施例的概念。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者應該理解、可以使用本發明實施例作為基礎、來設計或修改其他製程和結構、以實現與在此所介紹的實施例相同的目的及/或達到相同的好處。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者也應該理解、這些等效的結構並不背離本
發明的精神和範圍、並且在不背離本發明的精神和範圍的情況下、在此可以做出各種改變、取代和其他選擇。因此、本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定為準。
1:恆溫槽型壓電振盪器
2:封裝體
2a:凹部
2b:周壁部
2c:台階部
3:蓋
4:核心基板
5:核心部
6a、6b:導線
7:導電性粘黏合劑
8:密封材料
50:晶體振動子
51:振盪器IC
52:發熱器IC
53、54:非導電性粘黏合劑
Claims (8)
- 一種恆溫槽型壓電振盪器，至少具有振盪器IC、壓電振動子、及發熱器IC的核心部以密閉狀態被封入隔熱用的封裝體的內部，其包含：所述核心部通過核心基板被支承在所述封裝體中，俯視時，所述核心基板在比設置有所述核心部的區域更靠外側之處與所述封裝體連接，所述壓電振動子及所述發熱器IC係層疊之層疊結構，所述發熱器IC之面積大於所述壓電振動子之面積。
- 如請求項1所述的恆溫槽型壓電振盪器，其中：所述核心基板與所述封裝體通過機械性的連接方式連接。
- 如請求項1所述的恆溫槽型壓電振盪器，其中：在所述核心基板與所述封裝體的內底面之間設置有空隙。
- 如請求項2所述的恆溫槽型壓電振盪器，其中：在所述核心基板與所述封裝體的內底面之間設置有空隙。
- 如請求項3所述的恆溫槽型壓電振盪器，其中：所述核心基板通過黏合劑與所述封裝體接合，通過夾在所述核心基板與所述封裝體之間的所述黏合劑而形成了所述空隙。
- 如請求項3所述的恆溫槽型壓電振盪器，其中：在所述封裝體的內部形成有對置的一對台階部，通過形成在所述一對台階部之間的凹部而形成了所述空隙。
- 如請求項5所述的恆溫槽型壓電振盪器，其中： 所述凹部形成於俯視時與所述核心部對應的位置。
- 如請求項1~7中任一項所述的恆溫槽型壓電振盪器，其中：所述壓電振動子具備由玻璃或水晶構成的第一密封元件、第二密封元件、及由水晶構成的壓電振動板，該壓電振動板具有在兩個主面上形成有激勵電極的振動部，所述第一密封元件與所述第二密封元件隔著所述壓電振動板層疊並接合，配置於內部的所述壓電振動板的所述振動部被氣密密封。
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