WO2021199790A1 - 恒温槽型圧電発振器 - Google Patents

恒温槽型圧電発振器 Download PDF

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WO2021199790A1
WO2021199790A1 PCT/JP2021/006579 JP2021006579W WO2021199790A1 WO 2021199790 A1 WO2021199790 A1 WO 2021199790A1 JP 2021006579 W JP2021006579 W JP 2021006579W WO 2021199790 A1 WO2021199790 A1 WO 2021199790A1
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WO
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oscillator
crystal
package
core portion
constant temperature
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PCT/JP2021/006579
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English (en)
French (fr)
Inventor
飯塚　実
琢也 古城
賢周 森本
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株式会社大真空
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION, OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L1/00—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply
    • H03L1/02—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only
    • H03L1/04—Constructional details for maintaining temperature constant
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/02—Details
    • H03B5/04—Modifications of generator to compensate for variations in physical values, e.g. power supply, load, temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/30—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
    • H03B5/32—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator

Definitions

  • the present invention relates to a constant temperature bath type piezoelectric oscillator.
  • Piezoelectric oscillators such as quartz oscillators change their vibration frequency according to the temperature based on their unique frequency and temperature characteristics. Therefore, in order to keep the ambient temperature of the piezoelectric vibrator constant, a constant temperature bath type piezoelectric oscillator in which the piezoelectric vibrator is enclosed in a constant temperature bath (Oven-Controlled Xtal (crystal) Oscillator: hereinafter, also referred to as "OCXO").
  • OXO Insulation-Controlled Xtal (crystal) Oscillator
  • OCXO As described above, it is necessary to perform both temperature control of the heating element and piezoelectric vibration of the piezoelectric vibrator with high accuracy.
  • both the temperature control of the heating element and the control of the piezoelectric vibration of the piezoelectric vibrator are performed by a single IC (for example, OCXO-IC). Therefore, it is necessary to mount such an expensive IC, and there is a concern that the manufacturing cost of OCXO will increase.
  • the present invention has been made in consideration of the above-mentioned actual conditions, and is a constant temperature bath capable of reducing costs while controlling the temperature of the heating element and the piezoelectric vibration of the piezoelectric vibrator with high accuracy. It is an object of the present invention to provide a type piezoelectric oscillator.
  • the present invention constitutes means for solving the above-mentioned problems as follows. That is, the present invention is a constant temperature bath type piezoelectric oscillator including a piezoelectric vibrator, an oscillator IC, and a core portion having a heating element, and the core portion is supported by a package via a core substrate and the package. It is characterized in that it is sealed inside in a sealed state.
  • the heating element may be a heater IC and / or a thin film heater. That is, a heater IC and a thin film heater may be provided in the core portion, only a heater IC may be provided in the core portion, or only a thin film heater may be provided in the core portion.
  • the heater IC When only the heater IC is provided in the core portion, the heater IC includes a heating element (heat source), a control circuit for controlling the temperature of the heating element (circuit for current control), and a temperature for detecting the temperature of the heating element. It is preferable to use a configuration in which the sensor is integrated. On the other hand, when only the thin film heater is provided in the core portion, it is preferable to provide the IC for adjusting the temperature of the thin film heater separately from the core portion.
  • the temperature change of the piezoelectric vibrator in the core portion can be suppressed as much as possible.
  • the temperature can be adjusted by OCXO in a narrow temperature range, the parts required for the temperature adjustment can be simplified, and the cost can be reduced.
  • an IC that mainly controls the temperature of the heating element for example, a heater IC
  • an oscillator IC that mainly controls the piezoelectric vibration of the piezoelectric vibrator
  • the package is formed with a recess that is open at the top, and the core portion is supported by the core substrate in a suspended state inside the package.
  • the height of the OCXO can be reduced by supporting the core portion on the package by the core substrate.
  • the heat capacity of the OCXO can be reduced, and the temperature can be adjusted with high accuracy by the OCXO.
  • a pair of facing step portions are formed inside the package, and the core substrate is arranged so as to be bridged between the pair of step portions. It is preferable that the components are arranged so as to be accommodated in the space between the pair of stepped portions.
  • the core substrate can be easily fixed to the package by using the stepped portion of the package. Further, by accommodating the core portion in the space between the pair of step portions inside the package, the height of the OCXO can be further reduced. As a result, the heat capacity of the OCXO can be reduced, and the temperature can be adjusted with high accuracy by the OCXO.
  • the core substrate is fixed to the step portion via a polyimide-based conductive adhesive.
  • the package will be damaged by heat and aging due to sealing, aging, aging, etc. Therefore, when a resin-based adhesive having low heat resistance is used as the conductive adhesive, gas may be generated in the package due to decomposition, softening, etc., which may hinder the highly accurate temperature adjustment of OCXO. Therefore, in the above configuration, by using a polyimide-based adhesive having low thermal conductivity and high heat resistance as the conductive adhesive, it is possible to suppress the occurrence of such a problem.
  • the piezoelectric vibrator includes first and second sealing members made of glass or crystal, and a piezoelectric vibrating plate made of crystal and having a vibrating portion having excitation electrodes formed on both main surfaces.
  • the first sealing member and the second sealing member are laminated and joined via the piezoelectric vibrating plate, and the vibrating portion of the piezoelectric vibrating plate arranged inside is hermetically sealed. Is preferable.
  • the temperature change of the piezoelectric vibrator in the core portion can be suppressed as much as possible.
  • the temperature can be adjusted by OCXO in a narrow temperature range, the parts required for the temperature adjustment can be simplified, and the cost can be reduced.
  • an IC that mainly controls the temperature of the heating element and an oscillator IC that mainly controls the piezoelectric vibration of the piezoelectric vibrator the temperature of the heating element and the piezoelectric vibration of the piezoelectric vibrator can be controlled.
  • the cost is significantly higher. It can be downed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of OCXO according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the core portion of the OCXO of FIG.
  • FIG. 3 is a plan view showing the core portion of FIG.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram schematically showing each configuration of the crystal oscillator in the core portion of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a schematic plan view of the first sealing member of the crystal oscillator of FIG. 4 on the first main surface side.
  • FIG. 6 is a schematic plan view of the first sealing member of the crystal oscillator of FIG. 4 on the second main surface side.
  • FIG. 7 is a schematic plan view of the crystal diaphragm of the crystal oscillator of FIG.
  • FIG. 8 is a schematic plan view of the crystal diaphragm of the crystal oscillator of FIG. 4 on the second main surface side.
  • FIG. 9 is a schematic plan view of the second sealing member of the crystal oscillator of FIG. 4 on the first main surface side.
  • FIG. 10 is a schematic plan view of the second sealing member of the crystal oscillator of FIG. 4 on the second main surface side.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the OCXO according to the modified example.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the core portion and the core substrate of the OCXO of FIG.
  • FIG. 13 is a plan view showing the core portion and the core substrate of FIG.
  • the OCXO 1 has a structure in which a core portion 5 is arranged inside a substantially rectangular parallelepiped package (housing) 2 made of ceramic or the like and airtightly sealed by a lid 3. ing.
  • the package 2 is formed with a recess 2a having an opening at the upper side, and the core portion 5 is sealed inside the recess 2a in an airtight state.
  • a lid 3 is fixed to the upper surface of the peripheral wall portion 2b surrounding the recess 2a by a sealing material 8, and the inside of the package 2 is sealed.
  • the sealing material 8 for example, an Au—Su alloy or a metal-based sealing material such as solder is preferably used, but a sealing material such as low melting point glass may also be used.
  • the internal space of the package 2 is preferably a vacuum or an atmosphere having a low thermal conductivity such as low-pressure nitrogen or argon.
  • a stepped portion 2c along the line of connection terminals is formed on the inner wall surface of the peripheral wall portion 2b of the package 2, and a plate-shaped interposer (core substrate) is formed on the connection terminal formed on the stepped portion 2c.
  • the core portion 5 is connected via 4.
  • the connection terminal formed on the stepped surface of the stepped portion 2c is connected to the connecting terminal formed on the upper surface (lower surface in FIG. 1) 4a of the interposer 4 via the conductive adhesive 7.
  • an external terminal (not shown) formed on the bottom surface (upper surface in FIG. 1) 5a of the core portion 5 is connected to a connection terminal formed on the upper surface 4a of the interposer 4 via a conductive adhesive 6. ing.
  • the external terminal of the bottom surface 5a of the core portion 5 is formed in a region of the bottom surface 5a of the core portion 5 in which the metal wiring 54a described later is not formed.
  • the conductive adhesives 6 and 7 for example, a polyimide adhesive, an epoxy adhesive, or the like is used.
  • the interposer 4 is arranged so as to be bridged between the pair of stepped portions 2c and 2c of the package 2, and the core portion 5 is accommodated in the space between the pair of stepped portions 2c and 2c. Have been placed. A gap is provided between the top surface (lower surface in FIG. 1) 5b of the core portion 5 and the bottom surface 2d of the recess 2a of the package 2. In this way, the core portion 5 is fixed to the interposer 4 in a state of being turned upside down from the state shown in FIG. 2, and further, the core portion 5 is suspended inside the package 2 by the interposer 4. It is supported.
  • FIG. 2 shows a state in which the bottom surface 5a of the core portion 5 is arranged on the lower side and the top surface 5b of the core portion 5 is arranged on the upper side (a state in which the core portion 5 is turned upside down with respect to FIG. 1).
  • the core portion 5 is a package of various electronic components used in the OCXO1, such as a crystal oscillator 50, an oscillator IC 51, a heater IC 52, and chip capacitors (bypass capacitors) 53a to 53c, and these are packaged on the crystal substrate 54.
  • the component is sealed with a sealing resin 57.
  • the core portion 5 is configured to stabilize the oscillation frequency of the OCXO1 by adjusting the temperature of the crystal oscillator 50, the oscillator IC51, the heater IC52, etc., which have large temperature characteristics.
  • various electronic components of the core portion 5 are sealed with the sealing resin 57, but depending on the sealing atmosphere, the core portion 5 may not be sealed with the sealing resin.
  • the sealing atmosphere is an inert gas
  • the sealing resin is not used, and a cover is attached so as to cover various electronic components used in OCXO1 to mitigate the influence of heat convection. good.
  • the crystal oscillator 100 is configured by the crystal oscillator 50 and the oscillator IC 51.
  • the oscillator IC 51 is mounted on the crystal oscillator 50 via a plurality of metal bumps 51a.
  • the heater IC 52 is an IC that adjusts the temperature of the core portion 5 and controls the current to the thin film heaters (heater substrates) 56a and 56b used in the core portion 5.
  • the heater IC 52 is mounted on the crystal substrate 54 via a plurality of metal bumps 52a.
  • the core portion 5 has two upper and lower crystal substrates 54 and 55 facing each other, and metal wirings 54a and 55a are formed on the crystal substrates 54 and 55, respectively, and these are used as thin film heaters 56a and 56b.
  • the thin film heaters 56a and 56b have a structure in which metal wirings 54a and 55a, which are resistance films, are vapor-deposited on the surfaces of the crystal substrates 54 and 55 which are the base materials.
  • the regions where the metal wirings 54a and 55a are formed function as thin film heaters (heater substrates) 56a and 56b for temperature adjustment.
  • the upper crystal substrate 55 and the metal wiring 55a are not shown, and the heat generating regions of the upper and lower thin film heaters 56a and 56b are shown by broken lines.
  • the crystal substrate 54 is a laminated substrate using two crystal plates 54b, 54c, and the heater IC 52 is mainly electrically connected between the two crystal plates 54b, 54c of the crystal substrate 54.
  • the internal wiring 54d connected to is inserted.
  • the internal wiring 54d is electrically connected to an external terminal (not shown) formed on the bottom surface side of the crystal substrate 54, and is further electrically connected to the outside via the above-mentioned interposer 4, package 2, and the like.
  • the present invention is not limited to this, and the crystal substrate 54 may be a single-layer substrate using one crystal plate.
  • the shapes and heat generation regions of the upper and lower thin film heaters 56a and 56b are slightly different, the upper and lower thin film heaters 56a and 56b may have the same shape so that the same heat generation region can be obtained.
  • the core portion 5 has a configuration in which a crystal oscillator 50 having a large temperature characteristic, an oscillator IC 51, and a heater IC 52 are arranged between two upper and lower crystal substrates 54 and 55.
  • the core portion 5 has a configuration in which a crystal oscillator 50, an oscillator IC 51, and a heater IC 52 are sandwiched between two upper and lower thin film heaters (heater substrates) 56a and 56b for temperature adjustment.
  • the crystal oscillator 50, the oscillator IC 51, and the heater IC 52 are arranged between the thin film heater 56a formed on the lower crystal substrate 54 and the thin film heater 56b formed on the upper crystal substrate 55.
  • the lower thin film heater 56a is arranged so as to cover the lower side of the crystal oscillator 50, the oscillator IC 51 and the heater IC 52, and the upper thin film heater 56b covers the upper part of the crystal oscillator 50, the oscillator IC 51 and the heater IC 52. It is arranged.
  • “covering” means that most (or all) of the crystal oscillator 50, the oscillator IC 51, and the heater IC 52 overlap with the crystal substrates 54 and 55 in a plan view, and a part (for example,) It does not include the case where only a few% to 2,30%) overlaps with the crystal substrates 54 and 55.
  • chip capacitors 53a to 53c two chip capacitors 53b and 53c are sandwiched between two upper and lower thin film heaters (heater substrates) 56a and 56b.
  • the two chip capacitors 53b and 53c which are relatively small in size, are mounted on the lower crystal substrate 54, and the upper crystal substrate 55 is provided in contact with the upper surface of the chip capacitors 53b and 53c.
  • the chip capacitor 53a having the largest size is mounted on the lower crystal substrate 54, but is not covered by the upper crystal substrate 55.
  • the type of the crystal oscillator 50 is not particularly limited, but a device having a sandwich structure, which makes it easy to make the device thinner, can be preferably used.
  • the device having a sandwich structure is composed of first and second sealing members made of glass or crystal, and a piezoelectric diaphragm made of crystal and having a vibrating portion having excitation electrodes formed on both main surfaces.
  • the device is configured such that the stop member and the second sealing member are laminated and joined via a piezoelectric diaphragm, and the vibrating portion of the piezoelectric diaphragm arranged inside is airtightly sealed.
  • a crystal oscillator 100 having such a sandwich-structured crystal oscillator 50 will be described with reference to FIGS. 4 to 10.
  • the crystal oscillator 100 includes a crystal diaphragm (piezoelectric diaphragm) 10, a first sealing member 20, a second sealing member 30, and an oscillator IC 51.
  • the crystal diaphragm 10 and the first sealing member 20 are joined, and the crystal diaphragm 10 and the second sealing member 30 are joined to form a package having a substantially rectangular parallelepiped sandwich structure. Will be done. That is, in the crystal oscillator 100, the internal space (cavity) of the package is formed by joining the first sealing member 20 and the second sealing member 30 to both main surfaces of the crystal diaphragm 10.
  • the vibrating portion 11 (see FIGS. 7 and 8) is hermetically sealed in the internal space.
  • the crystal oscillator 100 has, for example, a package size of 1.0 ⁇ 0.8 mm, and is designed to be compact and low in height. Further, with the miniaturization, in the package, the electrodes are made conductive by using through holes without forming castings.
  • the oscillator IC 51 mounted on the first sealing member 20 is a one-chip integrated circuit element that constitutes an oscillator circuit together with the crystal diaphragm 10. Further, the crystal oscillator 100 is mounted on the above-mentioned crystal substrate 54 via, for example, solder.
  • the crystal diaphragm 10 is a piezoelectric substrate made of quartz, and both main surfaces (first main surface 101 and second main surface 102) are flat smooth surfaces (mirror surface processing). It is formed.
  • the crystal diaphragm 10 an AT-cut quartz plate that performs thickness sliding vibration is used.
  • both main surfaces 101 and 102 of the crystal diaphragm 10 are formed as XZ'planes.
  • the direction parallel to the lateral direction (short side direction) of the crystal vibrating plate 10 is the X-axis direction
  • the direction parallel to the longitudinal direction (long side direction) of the crystal vibrating plate 10 is the Z'axis. It is said to be the direction.
  • a pair of excitation electrodes (first excitation electrode 111, second excitation electrode 112) are formed on both main surfaces 101 and 102 of the crystal diaphragm 10.
  • the crystal diaphragm 10 holds the vibrating portion 11 by connecting the vibrating portion 11 formed in a substantially rectangular shape, the outer frame portion 12 surrounding the outer circumference of the vibrating portion 11, and the vibrating portion 11 and the outer frame portion 12. It has a holding portion 13 and a holding portion 13. That is, the crystal diaphragm 10 has a configuration in which the vibrating portion 11, the outer frame portion 12, and the holding portion 13 are integrally provided.
  • the holding portion 13 extends (projects) from only one corner portion of the vibrating portion 11 located in the + X direction and the ⁇ Z ′ direction to the outer frame portion 12 in the ⁇ Z ′ direction.
  • a through portion (slit) 11a is formed between the vibrating portion 11 and the outer frame portion 12, and the vibrating portion 11 and the outer frame portion 12 are connected by only one holding portion 13.
  • the first excitation electrode 111 is provided on the first main surface 101 side of the vibrating portion 11, and the second excitation electrode 112 is provided on the second main surface 102 side of the vibrating portion 11.
  • Lead-out wirings (first lead-out wiring 113, second lead-out wiring 114) for connecting these excitation electrodes to external electrode terminals are connected to the first excitation electrode 111 and the second excitation electrode 112.
  • the first lead-out wiring 113 is drawn out from the first excitation electrode 111 and is connected to the connection joint pattern 14 formed on the outer frame portion 12 via the holding portion 13.
  • the second lead-out wiring 114 is drawn out from the second excitation electrode 112 and is connected to the connection joint pattern 15 formed on the outer frame portion 12 via the holding portion 13.
  • a vibrating side seal for joining the crystal diaphragm 10 to the first sealing member 20 and the second sealing member 30 is provided on both main surfaces (first main surface 101, second main surface 102) of the crystal diaphragm 10.
  • Each stop is provided.
  • the vibration side first bonding pattern 121 is formed as the vibration side sealing portion of the first main surface 101
  • the vibration side second bonding pattern 122 is formed as the vibration side sealing portion of the second main surface 102.
  • the vibration-side first joint pattern 121 and the vibration-side second joint pattern 122 are provided on the outer frame portion 12, and are formed in an annular shape in a plan view.
  • the crystal diaphragm 10 is formed with five through holes penetrating between the first main surface 101 and the second main surface 102.
  • the four first through holes 161 are provided in the regions of the four corners (corners) of the outer frame portion 12, respectively.
  • the second through hole 162 is an outer frame portion 12, and is provided on one side of the vibrating portion 11 in the Z'axis direction (in FIGS. 7 and 8, the ⁇ Z'direction side).
  • a connection pattern 123 is formed around the first through hole 161.
  • a connection joint pattern 124 is formed on the first main surface 101 side, and a connection joint pattern 15 is formed on the second main surface 102 side.
  • first through hole 161 and the second through hole 162 through electrodes for conducting the electrodes formed on the first main surface 101 and the second main surface 102 are provided along the inner wall surface of each of the through holes. It is formed. Further, the central portion of each of the first through hole 161 and the second through hole 162 is a hollow through portion penetrating between the first main surface 101 and the second main surface 102.
  • the first sealing member 20 is a rectangular parallelepiped substrate formed from one AT-cut quartz plate, and the second main surface 202 of the first sealing member 20. (The surface to be joined to the crystal diaphragm 10) is formed as a flat smooth surface (mirror surface processing).
  • the first sealing member 20 does not have a vibrating portion, the thermal expansion rate of the crystal diaphragm 10 and the first sealing member 20 can be increased by using the AT-cut crystal plate as in the crystal diaphragm 10. It can be the same, and thermal deformation in the crystal oscillator 100 can be suppressed. Further, the directions of the X-axis, Y-axis and Z'-axis of the first sealing member 20 are also the same as those of the crystal diaphragm 10.
  • six electrode patterns 22 including a mounting pad on which the oscillator IC 51, which is an oscillator circuit element, is mounted are formed on the first main surface 201 of the first sealing member 20.
  • the oscillator IC 51 is joined to the electrode pattern 22 by a FCB (Flip Chip Bonding) method using a metal bump (for example, Au bump or the like) 51a (see FIG. 4).
  • the first sealing member 20 has six through holes connected to each of the six electrode patterns 22 and penetrating between the first main surface 201 and the second main surface 202. Is formed. Specifically, four third through holes 211 are provided in the regions of the four corners (corners) of the first sealing member 20. The fourth and fifth through holes 212 and 213 are provided in the + Z'direction and the ⁇ Z'direction in FIGS. 5 and 6, respectively.
  • each of the through holes 211 and the fourth and fifth through holes 212 and 213 through electrodes for conducting the electrodes formed on the first main surface 201 and the second main surface 202 are provided in each of the through holes. It is formed along the inner wall surface. Further, the central portion of each of the third through hole 211 and the fourth and fifth through holes 212 and 213 is a hollow through portion penetrating between the first main surface 201 and the second main surface 202.
  • a sealing-side first joining pattern 24 is formed as a sealing-side first sealing portion for joining to the crystal diaphragm 10.
  • the first bonding pattern 24 on the sealing side is formed in an annular shape in a plan view.
  • connection pattern 25 is formed around the third through hole 211, respectively.
  • a connection pattern 261 is formed around the fourth through hole 212, and a connection joint pattern 262 is formed around the fifth through hole 213.
  • a connection joint pattern 263 is formed on the opposite side (-Z'direction side) of the first sealing member 20 in the major axis direction with respect to the connection joint pattern 261 to connect with the connection joint pattern 261. It is connected to the joint pattern 263 by a wiring pattern 27.
  • the second sealing member 30 is a rectangular parallelepiped substrate formed from one AT-cut quartz plate, and the first main surface 301 of the second sealing member 30. (The surface to be joined to the crystal diaphragm 10) is formed as a flat smooth surface (mirror surface processing). It is desirable that the second sealing member 30 also uses an AT-cut crystal plate as in the crystal diaphragm 10, and the directions of the X-axis, Y-axis, and Z'axis are the same as those of the crystal diaphragm 10.
  • a sealing-side second joining pattern 31 is formed as a sealing-side second sealing portion for joining to the crystal diaphragm 10.
  • the second bonding pattern 31 on the sealing side is formed in an annular shape in a plan view.
  • the second main surface 302 of the second sealing member 30 is provided with four external electrode terminals 32 that are electrically connected to the above-mentioned crystal substrate 54, for example, via solder or the like.
  • the external electrode terminals 32 are located at four corners (corners) of the second main surface 302 of the second sealing member 30.
  • the external electrode terminal 32 is electrically connected to an external terminal (not shown) formed on the bottom surface side of the crystal substrate 54, and further electrically connected to the outside via the above-mentioned interposer 4, package 2, and the like. ..
  • the second sealing member 30 is formed with four through holes penetrating between the first main surface 301 and the second main surface 302.
  • the four sixth through holes 33 are provided in the regions of the four corners (corners) of the second sealing member 30.
  • through electrodes for conducting conduction of the electrodes formed on the first main surface 301 and the second main surface 302 are formed along the inner wall surface of each of the sixth through holes 33. There is. Through the through electrodes formed on the inner wall surface of the sixth through hole 33 in this way, the electrodes formed on the first main surface 301 and the external electrode terminals 32 formed on the second main surface 302 are conducted. ..
  • each of the sixth through holes 33 is a hollow through portion that penetrates between the first main surface 301 and the second main surface 302. Further, on the first main surface 301 of the second sealing member 30, a connection pattern 34 is formed around the sixth through hole 33, respectively.
  • the crystal vibrating plate 10 and the first sealing member 20 are sealed with the vibrating side first bonding pattern 121.
  • the first bonding pattern 24 on the stop side was overlapped and diffusion-bonded, and the crystal oscillator 10 and the second sealing member 30 overlapped the second bonding pattern 122 on the vibrating side and the second bonding pattern 31 on the sealing side.
  • the state is diffusion-bonded to produce the sandwich-structured package shown in FIG. As a result, the internal space of the package, that is, the accommodation space of the vibrating portion 11 is hermetically sealed.
  • connection patterns described above are also diffusely joined in a superposed state. Then, by joining the connection patterns to each other, the crystal oscillator 100 can obtain electrical conduction between the first excitation electrode 111, the second excitation electrode 112, the oscillator IC 51, and the external electrode terminal 32.
  • the first excitation electrode 111 is connected to the oscillator IC 51 via the first lead-out wiring 113, the wiring pattern 27, the fourth through hole 212, and the electrode pattern 22 in this order.
  • the second excitation electrode 112 is connected to the oscillator IC 51 via the second lead-out wiring 114, the second through hole 162, the fifth through hole 213, and the electrode pattern 22 in this order.
  • the oscillator IC 51 is connected to the external electrode terminal 32 via the electrode pattern 22, the third through hole 211, the first through hole 161 and the sixth through hole 33 in this order.
  • various bonding patterns are such that a plurality of layers are laminated on a quartz plate, and a Ti (titanium) layer and an Au (gold) layer are vapor-deposited from the lowest layer side thereof. Is preferable. Further, if the other wirings and electrodes formed on the crystal oscillator 100 have the same configuration as the bonding pattern, the bonding patterns, wirings, and electrodes can be patterned at the same time, which is preferable.
  • the sealing portions (seal paths) 115 and 116 that airtightly seal the vibrating portion 11 of the crystal diaphragm 10 are formed in an annular shape in a plan view.
  • the seal path 115 is formed by the diffusion bonding of the vibration side first bonding pattern 121 and the sealing side first bonding pattern 24 described above, and the outer edge shape and the inner edge shape of the seal path 115 are formed in a substantially octagonal shape.
  • the seal path 116 is formed by the diffusion bonding of the vibration side second bonding pattern 122 and the sealing side second bonding pattern 31 described above, and the outer edge shape and the inner edge shape of the seal path 116 are formed in a substantially octagonal shape.
  • the core portion 5 is supported by the package 2 via the interposer 4 and is sealed inside the package 2 in a sealed state. Then, by controlling the current supplied to the thin film heaters 56a and 56b through the heater IC 52, the temperature of the space (temperature control space) sandwiched between the upper and lower thin film heaters 56a and 56b can be adjusted.
  • the temperature of the crystal oscillator 50, the oscillator IC 51 and the heater IC 52 can be adjusted with high accuracy (at a uniform temperature) in the temperature control space sandwiched between the upper and lower thin film heaters 56a and 56b. Further, by enclosing the core portion 5 in the package 2, the temperature change of the crystal oscillator 50 of the core portion 5 can be suppressed as much as possible even if the outside temperature changes. As a result, the temperature can be adjusted by the OCXO1 in a narrow temperature range, the parts required for the temperature adjustment can be simplified, and the cost can be reduced.
  • the heater IC 52 that mainly controls the temperature of the thin film heaters 56a and 56b and the oscillator IC 51 that mainly controls the piezoelectric vibration of the crystal oscillator 50
  • the temperature of the thin film heaters 56a and 56b can be controlled and the crystal can be controlled.
  • An IC for example, OCXO-
  • capable of controlling the piezoelectric vibration of the oscillator 50 with high accuracy and controlling both the temperature of the thin film heaters 56a and 56b and the piezoelectric vibration of the crystal oscillator 50 for example, OCXO-
  • the package 2 is formed with a recess 2a having an opening at the upper side, and the core portion 5 is supported in a state of being suspended inside the package 2 by an interposer 4.
  • the interposer 4 by supporting the core portion 5 to the package 2 by the interposer 4, it is possible to reduce the height of the OCXO1.
  • the heat capacity of the OCXO1 can be reduced, and the temperature can be adjusted with high accuracy by the OCXO1.
  • a pair of opposite stepped portions 2c and 2c are formed inside the package 2, and the interposer 4 is arranged so as to be bridged between the pair of stepped portions 2c and 2c.
  • the core portion 5 is arranged so as to be accommodated in the space between the pair of stepped portions 2c and 2c.
  • the interposer 4 can be easily fixed to the package 2.
  • the height of the OCXO1 can be further reduced. As a result, the heat capacity of the OCXO1 can be reduced, and the temperature can be adjusted with high accuracy by the OCXO1.
  • the package 2 will be damaged by heat and aging due to sealing, aging, aging, etc. Therefore, when a resin-based adhesive having low heat resistance is used as the conductive adhesives 6 and 7, gas is generated in the package 2 due to decomposition, softening, etc., which may hinder the highly accurate temperature adjustment of OCXO1. There is sex. Therefore, in the present embodiment, such a problem may occur by using a polyimide adhesive or an epoxy adhesive having low thermal conductivity and high heat resistance as the conductive adhesives 6 and 7. I try to suppress it.
  • the crystal oscillator 50 having a sandwich structure in which the vibrating portion 11 is hermetically sealed inside and can be made low in height is used, so that the core portion is used. It is possible to further reduce the height and size of 5. As a result, the heat capacity of the core portion 5 can be reduced, and the temperature can be adjusted with high accuracy by the OCXO1.
  • the thickness of the crystal oscillator 50 is, for example, 0.12 mm, which is much thinner than that of the conventional crystal oscillator.
  • the heat capacity of the core portion 5 can be made extremely small as compared with the conventional OCXO, and the amount of heat generated by the heater of the OCXO1 provided with such a core portion 5 can be suppressed, which contributes to low power consumption. can do.
  • the temperature followability of the core portion 5 can be improved, and the stability of the OCXO1 can be improved.
  • the crystal oscillator 50 having a sandwich structure as described above, since the vibrating portion 11 is airtightly sealed without using an adhesive, the adverse effect of heat convection due to the outgas generated from the adhesive can be suppressed. ..
  • the bonding material formed by bonding the seal paths 115 and 116 and the connection pattern to each other described above is composed of a thin film metal layer, so that the crystal unit 50 has a vertical direction.
  • the heat conduction (in the stacking direction) is improved, and the temperature of the crystal oscillator 50 can be quickly made uniform.
  • the thickness of the thin film metal layer is 1.00 ⁇ m or less (specifically, in the Au-Au bonding of the present embodiment, 0.15 ⁇ m to 1.00 ⁇ m), and Sn. It is much thinner than the conventional metal paste encapsulant (for example, 5 ⁇ m to 20 ⁇ m) using.
  • the thermal conductivity in the vertical direction (stacking direction) of the crystal unit 50 can be improved. Further, since the crystal diaphragm 10 and the first sealing member 20 are joined in a plurality of joining regions, and the crystal diaphragm 10 and the second sealing member 30 are joined in a plurality of joining regions, the crystal oscillator 50 The heat conduction in the vertical direction (stacking direction) in the above direction becomes better.
  • a penetrating portion 11a is formed between the vibrating portion 11 and the outer frame portion 12 of the crystal diaphragm 10, and the vibrating portion 11 and the outer frame portion 12 are one holding portion 13. Connected only by.
  • the holding portion 13 extends from only one corner portion of the vibrating portion 11 located in the + X direction and the ⁇ Z ′ direction to the outer frame portion 12 in the ⁇ Z ′ direction.
  • the holding portion 13 is provided at a portion other than the corner portion (center portion of the side).
  • the piezoelectric vibration It is possible to suppress the leakage of the piezoelectric vibration to the outer frame portion 12 via the holding portion 13, and it is possible to vibrate the vibrating portion 11 more efficiently. Further, as compared with the case where two or more holding portions 13 are provided, the stress acting on the vibrating portion 11 can be reduced, and the frequency shift of the piezoelectric vibration caused by such stress is reduced to stabilize the piezoelectric vibration. The sex can be improved.
  • the crystal oscillator 50 having a sandwich structure is used as the piezoelectric vibrator, but the present invention is not limited to this, and a piezoelectric vibrator having another structure may be used.
  • the oscillator IC 51 and the heater IC 52 are mounted by the FCB method using metal bumps, but the present invention is not limited to this, and the oscillator IC 51 and the heater IC 52 may be mounted by wire bonding.
  • the thin film heaters 56a and 56b are used as the heater substrate, but the temperature is not limited to this, and the temperature of the core portion 5 may be adjusted by a heater having another structure.
  • the number of heaters installed is also not particularly limited. However, from the viewpoint of reducing the height and size of the core portion 5, it is preferable to use the thin film heaters 56a and 56b as the heater substrate. Since the heat generation amount of the heater IC 52 arranged inside the core portion 5 is also relatively large, the heater IC 52 can also be used as a heat source for adjusting the temperature of the core portion 5.
  • the core portion 5 has a configuration in which a crystal oscillator 50, an oscillator IC 51, a heater IC 52, and chip capacitors 53b, 53c are sandwiched between two upper and lower thin film heaters 56a, 56b. ..
  • any electronic component used in OCXO1 may be packaged, and the core portion 5 having a structure other than this may be sealed inside the package in a sealed state. Since the temperature characteristics of the chip capacitors 53a to 53c are smaller than those of the crystal oscillator 50, the oscillator IC51, the heater IC52, etc., it is not necessary to arrange all the chip capacitors 53a to 53c between the upper and lower thin film heaters 56a and 56b. , The number of arrangements is not particularly limited.
  • the core portion 5 has a crystal oscillator 50, an oscillator IC 51, a heater substrate, a heater IC 52, and a plurality of capacitors.
  • the core portion 5 has a crystal oscillator 50, an oscillator IC 51, and a heater IC 52. It may be configured to have.
  • the core portion 5 has a three-layer structure (laminated structure) in which the oscillator IC 51, the crystal oscillator 50, and the heater IC 52 are laminated in order from the upper side. The lower surface of the IC 52 is joined to the upper surface of the interposer 4.
  • the oscillator IC 51 also functions as a heating element in addition to the heater IC 52, there are heating elements above and below the crystal oscillator 50, respectively, and the crystal oscillator 50 is heated from above and below in a well-balanced manner. be able to.
  • the crystal oscillator 50, the oscillator IC 51, and the heater IC 52 may be included as the components of the core portion 5.
  • the heater substrate can be omitted by using the heater IC 52 as a heat source.
  • a heating element heat source
  • a control circuit for controlling the temperature of the heating element circuit for current control
  • a temperature sensor for detecting the temperature of the heating element are integrated. It is preferable to use the one having the above configuration.
  • the plurality of capacitors can be provided as a member separate from the core portion 5. The plurality of capacitors may be housed in the same space as the core part 5 inside the package 2, or may be housed in a space different from the core part 5.
  • the core portion 5 has a three-layer structure (laminated structure) in which the oscillator IC 51, the crystal oscillator 50, and the heater IC 52 are laminated in order from the upper side.
  • Such a core portion 5 is arranged inside the package 2 and is hermetically sealed by a lid 3.
  • a step portion 2c along the line of connection terminals (not shown) is formed on the inner wall surface of the peripheral wall portion 2b of the package 2, and a plate-shaped interposer is formed on the connection terminal formed on the step portion 2c.
  • the core portion 5 is connected via the (core substrate) 4.
  • the interposer 4 is arranged so as to be bridged between the pair of stepped portions 2c and 2c of the package 2 facing each other. Space 2d is formed.
  • the connection terminal formed on the step surface of the step portion 2c is connected to the connection terminal (not shown) formed on the lower surface 4b of the interposer 4 via the conductive adhesive 7.
  • connection terminals 4c formed on the upper surface 4a of the interposer 4 are connected to the connection terminals 4c formed on the upper surface 4a of the interposer 4 via wires 6a and 6b by wire bonding.
  • the conductive adhesive 7 for example, a polyimide adhesive, an epoxy adhesive, or the like is used.
  • the crystal oscillator 100 is configured by the crystal oscillator 50 and the oscillator IC 51, and the crystal oscillator 100 has the same configuration as that of the above embodiment (see FIGS. 4 to 10).
  • a non-conductive adhesive (underfill) 53 is interposed between the facing surfaces of the crystal oscillator 50 and the oscillator IC 51, and the non-conductive adhesive 53 causes the crystal oscillator 50 and the oscillator IC 51 to be placed on each other.
  • the facing surface is fixed.
  • the upper surface of the crystal oscillator 50 (the first main surface 201 of the first sealing member 20) and the lower surface of the oscillator IC 51 are joined via the non-conductive adhesive 53.
  • the non-conductive adhesive 53 for example, a polyimide adhesive, an epoxy adhesive, or the like is used.
  • an external terminal (electrode pattern 22 shown in FIG. 5) formed on the upper surface of the crystal oscillator 50 is connected to a connection terminal 4c formed on the upper surface 4a of the interposer 4 via a wire 6a by wire bonding. ..
  • the area of the oscillator IC 51 in plan view is smaller than that of the crystal oscillator 50, and the entire oscillator IC 51 is located within the range of the crystal oscillator 50 in plan view.
  • the entire lower surface of the oscillator IC 51 is joined to the upper surface of the crystal oscillator 50 (first main surface 201 of the first sealing member 20).
  • the heater IC 52 has, for example, a configuration in which a heating element (heat source), a control circuit for controlling the temperature of the heating element (circuit for current control), and a temperature sensor for detecting the temperature of the heating element are integrated. ing.
  • a heating element heat source
  • a control circuit for controlling the temperature of the heating element circuit for current control
  • a temperature sensor for detecting the temperature of the heating element are integrated.
  • a non-conductive adhesive 54 is interposed between the facing surfaces of the crystal oscillator 50 and the heater IC 52, and the facing surfaces of the crystal oscillator 50 and the heater IC 52 are fixed by the non-conductive adhesive 54. Has been done. In this case, the lower surface of the crystal oscillator 50 (the second main surface 302 of the second sealing member 30) and the upper surface of the heater IC 52 are joined via the non-conductive adhesive 54.
  • the non-conductive adhesive 54 for example, a polyimide adhesive, an epoxy adhesive, or the like is used.
  • An external terminal (not shown) formed on the upper surface of the heater IC 52 is connected to a connection terminal 4c formed on the upper surface 4a of the interposer 4 via a wire 6b by wire bonding.
  • the area of the crystal oscillator 50 in a plan view is smaller than that of the heater IC 52, and the entire crystal oscillator 50 is located within the range of the heater IC 52 in a plan view.
  • the entire lower surface of the crystal oscillator 50 (second main surface 302 of the second sealing member 30) is joined to the upper surface of the heater IC 52.
  • a conductive adhesive 55 is interposed between the facing surfaces of the heater IC 52 and the interposer 4, and the facing surfaces of the heater IC 52 and the interposer 4 are fixed by the conductive adhesive 55.
  • the lower surface of the heater IC 52 and the upper surface 4a of the interposer 4 are joined via the conductive adhesive 55.
  • the heater IC 52 is ground-connected via the conductive adhesive 55 and the interposer 4.
  • the conductive adhesive 55 for example, a polyimide adhesive, an epoxy adhesive, or the like is used.
  • a non-conductive adhesive similar to the non-conductive adhesives 53 and 54 described above may be used instead of the conductive adhesive. ..
  • connection terminals 4c are formed on the upper surface 4a of the interposer 4.
  • a plurality of (two in FIG. 13) chip capacitors (bypass capacitors) 4d are arranged on the upper surface 4a of the core substrate 4.
  • the size and number of chip capacitors 4d are not particularly limited.
  • the core portion 5 may be provided with only a thin film heater. That is, the heating element provided in the core portion 5 may be a heater IC and / or a thin film heater.
  • the IC for adjusting the temperature of the thin film heater is provided separately from the core portion 5.
  • the interposer (core substrate) 4 on which the core portion 5 is mounted is bonded to the inner bottom surface of the recess 2a instead of the upper surface of the step portion 2c of the package 2 via an adhesive, and each of the heater IC 52 and the crystal oscillator 50 is bonded. Therefore, the configuration may be such that the connection terminal on the upper surface of the step portion 2c is directly wire-bonded. With this configuration, it is possible to reduce the height as compared with the configuration in which the core portion 5 is supported on the upper surface of the step portion 2c via the interposer 4.
  • the present invention can be used for a constant temperature bath type piezoelectric oscillator including a core portion having a piezoelectric vibrator, an oscillator IC, and a heater IC.

Abstract

【課題】発熱体の温度制御および圧電振動子の圧電振動の制御の両方を高精度に行いつつ、コストダウンを図ることが可能な恒温槽型圧電発振器を提供する。 【解決手段】水晶振動子５０、発振器ＩＣ５１、およびヒータＩＣ５２を有するコア部５を備えた恒温槽型圧電発振器１では、コア部５は、インターポーザ４を介してパッケージ２に支持され、パッケージ２の内部に密閉状態で封入されている。

Description

恒温槽型圧電発振器
　本発明は、恒温槽型圧電発振器に関する。
　水晶振動子等の圧電振動子は、固有の周波数温度特性に基づいて、温度に応じて振動周波数が変化する。そこで、圧電振動子の周囲の温度を一定に保つために、恒温槽内に圧電振動子を封入した恒温槽型圧電発振器（Ｏｖｅｎ－Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｘｔａｌ（ｃｒｙｓｔａｌ）　Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：以下、「ＯＣＸＯ」とも言う。）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許第６３７６６８１号公報
　上述したようなＯＣＸＯでは、発熱体の温度制御および圧電振動子の圧電振動の両方を高精度に行う必要がある。従来では、発熱体の温度制御および圧電振動子の圧電振動の制御の両方を単一のＩＣ（例えばＯＣＸＯ－ＩＣ）によって行っていた。このため、そのような高価なＩＣを搭載する必要があり、ＯＣＸＯの製造コストが増大することが懸念される。
　本発明は上述したような実情を考慮してなされたもので、発熱体の温度制御および圧電振動子の圧電振動の制御のそれぞれを高精度に行いつつ、コストダウンを図ることが可能な恒温槽型圧電発振器を提供することを目的とする。
　本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、圧電振動子、発振器ＩＣ、および発熱体を有するコア部を備えた恒温槽型圧電発振器であって、前記コア部は、コア基板を介してパッケージに支持され、前記パッケージの内部に密閉状態で封入されていることを特徴とする。ここで、発熱体としては、ヒータＩＣまたは／および薄膜ヒータであってもよい。すなわち、コア部にヒータＩＣおよび薄膜ヒータを設けてもよいし、コア部にヒータＩＣのみを設けてもよいし、あるいは、コア部に薄膜ヒータのみを設けてもよい。コア部にヒータＩＣのみを設ける場合、ヒータＩＣとしては、発熱体（熱源）と、発熱体の温度制御用の制御回路（電流制御用の回路）と、発熱体の温度を検出するための温度センサとが一体になった構成のものを用いることが好ましい。一方、コア部に薄膜ヒータのみを設ける場合、薄膜ヒータの温度調整用のＩＣをコア部とは別体で設けることが好ましい。
　上記構成によれば、パッケージ内にコア部を封入することによって、外部の温度が変化しても、コア部の圧電振動子の温度変化をできるだけ抑制することができる。これにより、ＯＣＸＯによる温度調整を狭い温度範囲で行えばよくなり、温度調整に必要な部品が簡素なもので済み、コストダウンを図ることができる。また、発熱体の温度制御を主に行うＩＣ（例えばヒータＩＣ）と、圧電振動子の圧電振動の制御を主に行う発振器ＩＣとを併用することによって、発熱体の温度制御および圧電振動子の圧電振動の制御のそれぞれを高精度に行うことができ、発熱体の温度制御および圧電振動子の圧電振動の制御の両方を行うことが可能なＩＣ（例えばＯＣＸＯ－ＩＣ）を用いた場合に比べて、大幅なコストダウンを図ることができる。
　上記構成において、前記パッケージには、上方が開口された凹部が形成されており、前記コア部は、前記コア基板によって前記パッケージの内部に宙吊りされた状態で支持されていることが好ましい。
　上記構成によれば、コア基板によってコア部をパッケージに支持することにより、ＯＣＸＯの低背化を図ることができる。これにより、ＯＣＸＯの熱容量を小さくすることができ、ＯＣＸＯによる高精度な温度調整を行うことが可能になる。
　上記構成において、前記パッケージの内部には、対向する一対の段差部が形成されており、前記コア基板は、前記一対の段差部間に架け渡されるように配置されており、前記コア部は、前記一対の段差部間の空間に収容されるように配置されていることが好ましい。
　上記構成によれば、パッケージの段差部を利用することで、パッケージへのコア基板の固定を容易に行うことができる。また、パッケージの内部の一対の段差部間の空間にコア部を収容することによって、ＯＣＸＯのさらなる低背化を図ることができる。これにより、ＯＣＸＯの熱容量を小さくすることができ、ＯＣＸＯによる高精度な温度調整を行うことが可能になる。
　上記構成において、前記コア基板は、ポリイミド系の導電性接着剤を介して前記段差部に固定されていることが好ましい。
　ここで、パッケージは、封止や、エージング、経年変化等により、熱ダメージや、経時ダメージを受けることになる。このため、導電性接着剤として、耐熱性の低い樹脂系接着剤を用いた場合、分解、軟化等によりパッケージ内にガスが発生し、ＯＣＸＯの高精度の温度調整が妨げられる可能性がある。そこで、上記構成では、導電性接着剤として、熱伝導率が低く、耐熱性が高いポリイミド系接着剤を用いることによって、そのような不具合が発生することを抑制するようにしている。
　上記構成において、前記圧電振動子が、ガラスまたは水晶からなる第１、第２封止部材と、水晶からなり両主面に励振電極が形成された振動部を有する圧電振動板とを備え、前記第１封止部材と前記第２封止部材とが、前記圧電振動板を介して積層して接合され、内部に配された前記圧電振動板の前記振動部が気密封止される構成になっていることが好ましい。
　上記構成によれば、圧電振動子として、上述のような低背化が可能なサンドイッチ構造のものを用いることで、コア部の低背化および小型化を図ることができる。これにより、コア部の熱容量を小さくすることができ、ＯＣＸＯによる高精度な温度調整を行うことが可能になる。
　本発明によれば、パッケージ内にコア部を封入することによって、外部の温度が変化しても、コア部の圧電振動子の温度変化をできるだけ抑制することができる。これにより、ＯＣＸＯによる温度調整を狭い温度範囲で行えばよくなり、温度調整に必要な部品が簡素なもので済み、コストダウンを図ることができる。また、発熱体の温度制御を主に行うＩＣと、圧電振動子の圧電振動の制御を主に行う発振器ＩＣとを併用することによって、発熱体の温度制御および圧電振動子の圧電振動の制御のそれぞれを高精度に行うことができ、発熱体の温度制御および圧電振動子の圧電振動の制御の両方を行うことが可能なＩＣ（例えばＯＣＸＯ－ＩＣ）を用いた場合に比べて、大幅なコストダウンを図ることができる。
図１は、本実施の形態にかかるＯＣＸＯの概略構成を示す断面図である。 図２は、図１のＯＣＸＯのコア部の概略構成を示す断面図である。 図３は、図２のコア部を示す平面図である。 図４は、図２のコア部の水晶発振器の各構成を模式的に示した概略構成図である。 図５は、図４の水晶発振器の第１封止部材の第１主面側の概略平面図である。 図６は、図４の水晶発振器の第１封止部材の第２主面側の概略平面図である。 図７は、図４の水晶発振器の水晶振動板の第１主面側の概略平面図である。 図８は、図４の水晶発振器の水晶振動板の第２主面側の概略平面図である。 図９は、図４の水晶発振器の第２封止部材の第１主面側の概略平面図である。 図１０は、図４の水晶発振器の第２封止部材の第２主面側の概略平面図である。 図１１は、変形例にかかるＯＣＸＯの概略構成を示す断面図である。 図１２は、図１１のＯＣＸＯのコア部およびコア基板の概略構成を示す断面図である。 図１３は、図１２のコア部およびコア基板を示す平面図である。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
　本実施の形態にかかるＯＣＸＯ１は、図１に示すように、セラミック製等で略直方体のパッケージ（筐体）２の内部にコア部５が配置され、リッド３によって気密封止された構造とされている。パッケージ２には、上方が開口された凹部２ａが形成されており、凹部２ａの内部にコア部５が気密状態で封入されている。凹部２ａを囲う周壁部２ｂの上面には、リッド３が封止材８によって固定されており、パッケージ２の内部が密封状態になっている。封止材８としては、例えばＡｕ－Ｓｕ合金や、はんだ等の金属系封止材が好適に用いられるが、低融点ガラス等の封止材を用いてもよい。パッケージ２の内部空間は、真空、または低圧の窒素やアルゴン等の熱伝導率が低い雰囲気であることが好ましい。
　パッケージ２の周壁部２ｂの内壁面には、接続端子（図示省略）の並びに沿った段差部２ｃが形成されており、段差部２ｃに形成された接続端子に、板状のインターポーザ（コア基板）４を介してコア部５が接続されている。詳細には、段差部２ｃの段差面上に形成された接続端子が、導電性接着剤７を介してインターポーザ４の上面（図１では下側の面）４ａに形成された接続端子に接続されている。また、コア部５の底面（図１では上側の面）５ａに形成された外部端子（図示省略）が、導電性接着剤６を介してインターポーザ４の上面４ａに形成された接続端子に接続されている。コア部５の底面５ａの外部端子は、コア部５の底面５ａのうち、後述する金属配線５４ａが形成されていない領域に形成されている。導電性接着剤６，７としては、例えばポリイミド系接着剤、エポキシ系接着剤等が用いられる。
　インターポーザ４は、パッケージ２の対向する一対の段差部２ｃ，２ｃ間に架け渡されるように配置されており、コア部５は、一対の段差部２ｃ，２ｃの間の空間に収容されるように配置されている。コア部５の頂面（図１では下側の面）５ｂと、パッケージ２の凹部２ａの底面２ｄとの間には、隙間が設けられている。このように、コア部５は、図２に示す状態から上下反転された状態でインターポーザ４に固定されており、さらに、このコア部５が、インターポーザ４によってパッケージ２の内部に宙吊りされた状態で支持されている。
　次に、コア部５について、図２、図３を参照して説明する。図２では、コア部５の底面５ａが下側に配置され、コア部５の頂面５ｂが上側に配置された状態（図１に対し、上下反転された状態）を図示している。
　コア部５は、水晶振動子５０、発振器ＩＣ５１、ヒータＩＣ５２、チップコンデンサ（バイパスコンデンサ）５３ａ～５３ｃなど、ＯＣＸＯ１で使用される各種電子部品をパッケージングしたものであり、水晶基板５４上でこれらの部品が封止樹脂５７によって封止されている。コア部５は、特に、温度特性の大きい水晶振動子５０、発振器ＩＣ５１、ヒータＩＣ５２等の温度調整を行うことで、ＯＣＸＯ１の発振周波数を安定させるように構成されている。なお、コア部５の各種電子部品を封止樹脂５７によって封止することが好ましいが、封止雰囲気によっては封止樹脂による封止を行わない構成としてもよい。例えば封止雰囲気が不活性ガスである場合、封止樹脂による封止は行わず、ＯＣＸＯ１で使用される各種電子部品を覆うようにカバーを装着して熱対流の影響を緩和するようにしてもよい。
　水晶振動子５０および発振器ＩＣ５１によって、水晶発振器１００が構成される。発振器ＩＣ５１は、複数の金属バンプ５１ａを介して水晶振動子５０上に搭載されている。発振器ＩＣ５１によって水晶振動子５０の圧電振動を制御することにより、ＯＣＸＯ１の発振周波数が制御される。ヒータＩＣ５２は、コア部５の温度調整を行うＩＣであり、コア部５に使用される薄膜ヒータ（ヒータ基板）５６ａ，５６ｂへの電流を制御する。ヒータＩＣ５２は、複数の金属バンプ５２ａを介して水晶基板５４上に搭載されている。
　コア部５は、対向する上下２枚の水晶基板５４，５５を有し、水晶基板５４，５５のそれぞれに金属配線５４ａ，５５ａを形成して、これらを薄膜ヒータ５６ａ，５６ｂとして用いている。薄膜ヒータ５６ａ，５６ｂは、基材となる水晶基板５４，５５の表面に抵抗膜である金属配線５４ａ，５５ａが蒸着された構成になっている。水晶基板５４，５５のうち、金属配線５４ａ，５５ａが形成された領域が、温度調整用の薄膜ヒータ（ヒータ基板）５６ａ，５６ｂとして機能する。
　なお、図３では、上側の水晶基板５５および金属配線５５ａの図示を省略し、上下の薄膜ヒータ５６ａ，５６ｂの発熱領域を破線枠にて示している。また、図２では、水晶基板５４を２枚の水晶板５４ｂ，５４ｃを用いた積層基板としており、水晶基板５４の２枚の水晶板５４ｂ，５４ｃの間には、主にヒータＩＣ５２に電気的に接続される内部配線５４ｄが挿入されている。内部配線５４ｄは、水晶基板５４の底面側に形成された外部端子（図示省略）に電気的に接続され、さらに上述したインターポーザ４、パッケージ２等を介して、外部に電気的に接続される。ただし、これに限定されるものでなく、水晶基板５４は１枚の水晶板を用いた単層基板であってもよい。なお、上下の薄膜ヒータ５６ａ，５６ｂの形状および発熱領域が若干異なっているが、上下の薄膜ヒータ５６ａ，５６ｂを同一形状とし、同一の発熱領域が得られるようにしてもよい。
　コア部５は、上下２枚の水晶基板５４，５５の間に、温度特性の大きい水晶振動子５０、発振器ＩＣ５１およびヒータＩＣ５２が配置された構成になっている。詳細には、コア部５は、温度調整用の上下２枚の薄膜ヒータ（ヒータ基板）５６ａ，５６ｂの間に、水晶振動子５０、発振器ＩＣ５１およびヒータＩＣ５２が挟まれた構成になっている。言い換えれば、下側の水晶基板５４に形成される薄膜ヒータ５６ａと上側の水晶基板５５に形成される薄膜ヒータ５６ｂとの間に、水晶振動子５０、発振器ＩＣ５１およびヒータＩＣ５２が配置されている。下側の薄膜ヒータ５６ａが、水晶振動子５０、発振器ＩＣ５１およびヒータＩＣ５２の下方を覆うように配置され、上側の薄膜ヒータ５６ｂが、水晶振動子５０、発振器ＩＣ５１およびヒータＩＣ５２の上方を覆うように配置されている。ここで、「覆う」とは、水晶振動子５０、発振器ＩＣ５１およびヒータＩＣ５２の大部分（もしくは全部分）が、平面視で水晶基板５４，５５と重畳しているという意味であり、一部分（例えば数％～２、３０％の部分）のみが水晶基板５４，５５と重複している場合を含まない。
　また、チップコンデンサ５３ａ～５３ｃのうち、２つのチップコンデンサ５３ｂ，５３ｃが、上下２枚の薄膜ヒータ（ヒータ基板）５６ａ，５６ｂの間に挟まれている。サイズが比較的小さい２つのチップコンデンサ５３ｂ，５３ｃは、下側の水晶基板５４上に搭載されており、チップコンデンサ５３ｂ，５３ｃの上面に、上側の水晶基板５５が接触して設けられている。一方、サイズが最も大きいチップコンデンサ５３ａは、下側の水晶基板５４上に搭載されているが、上側の水晶基板５５には覆われていない。
　水晶振動子５０の種類は特に限定されるものではないが、デバイスを薄型化しやすい、サンドイッチ構造のデバイスを好適に使用できる。サンドイッチ構造のデバイスは、ガラスや水晶からなる第１、第２封止部材と、例えば水晶からなり両主面に励振電極が形成された振動部を有する圧電振動板とから構成され、第１封止部材と第２封止部材とが、圧電振動板を介して積層して接合され、内部に配された圧電振動板の振動部が気密封止される構成になっているデバイスである。
　このようなサンドイッチ構造の水晶振動子５０を有する水晶発振器１００について、図４～図１０を参照して説明する。
　水晶発振器１００は、図４に示すように、水晶振動板（圧電振動板）１０、第１封止部材２０、第２封止部材３０、および発振器ＩＣ５１を備えて構成されている。この水晶発振器１００では、水晶振動板１０と第１封止部材２０とが接合され、水晶振動板１０と第２封止部材３０とが接合されることによって、略直方体のサンドイッチ構造のパッケージが構成される。すなわち、水晶発振器１００においては、水晶振動板１０の両主面のそれぞれに第１封止部材２０および第２封止部材３０が接合されることでパッケージの内部空間（キャビティ）が形成され、この内部空間に振動部１１（図７，８参照）が気密封止される。
　水晶発振器１００は、例えば、１．０×０．８ｍｍのパッケージサイズであり、小型化と低背化とを図ったものである。また、小型化に伴い、パッケージでは、キャスタレーションを形成せずに、スルーホールを用いて電極の導通を図っている。第１封止部材２０上に搭載される発振器ＩＣ５１は、水晶振動板１０とともに発振回路を構成する１チップ集積回路素子である。また、水晶発振器１００は、上述した水晶基板５４上に、例えば半田等を介して搭載される。
　水晶振動板１０は、図７，８に示すように、水晶からなる圧電基板であって、その両主面（第１主面１０１，第２主面１０２）が平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。水晶振動板１０として、厚みすべり振動を行うＡＴカット水晶板が用いられている。図７，８に示す水晶振動板１０では、水晶振動板１０の両主面１０１，１０２が、ＸＺ´平面とされている。このＸＺ´平面において、水晶振動板１０の短手方向（短辺方向）に平行な方向がＸ軸方向とされ、水晶振動板１０の長手方向（長辺方向）に平行な方向がＺ´軸方向とされている。
　水晶振動板１０の両主面１０１，１０２には、一対の励振電極（第１励振電極１１１，第２励振電極１１２）が形成されている。水晶振動板１０は、略矩形に形成された振動部１１と、この振動部１１の外周を取り囲む外枠部１２と、振動部１１と外枠部１２とを連結することで振動部１１を保持する保持部１３とを有している。すなわち、水晶振動板１０は、振動部１１、外枠部１２および保持部１３が一体的に設けられた構成となっている。保持部１３は、振動部１１の＋Ｘ方向かつ－Ｚ´方向に位置する１つの角部のみから、－Ｚ´方向に向けて外枠部１２まで延びている（突出している）。振動部１１と外枠部１２との間には、貫通部（スリット）１１ａが形成されており、振動部１１と外枠部１２とが、１つの保持部１３のみによって接続されている。
　第１励振電極１１１は振動部１１の第１主面１０１側に設けられ、第２励振電極１１２は振動部１１の第２主面１０２側に設けられている。第１励振電極１１１，第２励振電極１１２には、これらの励振電極を外部電極端子に接続するための引出配線（第１引出配線１１３，第２引出配線１１４）が接続されている。第１引出配線１１３は、第１励振電極１１１から引き出され、保持部１３を経由して、外枠部１２に形成された接続用接合パターン１４に繋がっている。第２引出配線１１４は、第２励振電極１１２から引き出され、保持部１３を経由して、外枠部１２に形成された接続用接合パターン１５に繋がっている。
　水晶振動板１０の両主面（第１主面１０１，第２主面１０２）には、水晶振動板１０を第１封止部材２０および第２封止部材３０に接合するための振動側封止部がそれぞれ設けられている。第１主面１０１の振動側封止部としては振動側第１接合パターン１２１が形成されており、第２主面１０２の振動側封止部としては振動側第２接合パターン１２２が形成されている。振動側第１接合パターン１２１および振動側第２接合パターン１２２は、外枠部１２に設けられており、平面視で環状に形成されている。
　また、水晶振動板１０には、図７，８に示すように、第１主面１０１と第２主面１０２との間を貫通する５つのスルーホールが形成されている。具体的には、４つの第１スルーホール１６１は、外枠部１２の４隅（角部）の領域にそれぞれ設けられている。第２スルーホール１６２は、外枠部１２であって、振動部１１のＺ´軸方向の一方側（図７，８では、－Ｚ´方向側）に設けられている。第１スルーホール１６１の周囲には、それぞれ接続用接合パターン１２３が形成されている。また、第２スルーホール１６２の周囲には、第１主面１０１側では接続用接合パターン１２４が、第２主面１０２側では接続用接合パターン１５が形成されている。
　第１スルーホール１６１および第２スルーホール１６２には、第１主面１０１と第２主面１０２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、スルーホールそれぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第１スルーホール１６１および第２スルーホール１６２それぞれの中央部分は、第１主面１０１と第２主面１０２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。
　次に、第１封止部材２０は、図５，６に示すように、１枚のＡＴカット水晶板から形成された直方体の基板であり、この第１封止部材２０の第２主面２０２（水晶振動板１０に接合する面）は平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。なお、第１封止部材２０は振動部を有するものではないが、水晶振動板１０と同様にＡＴカット水晶板を用いることで、水晶振動板１０と第１封止部材２０の熱膨張率を同じにすることができ、水晶発振器１００における熱変形を抑制することができる。また、第１封止部材２０におけるＸ軸、Ｙ軸およびＺ´軸の向きも水晶振動板１０と同じとされている。
　第１封止部材２０の第１主面２０１には、図５に示すように、発振回路素子である発振器ＩＣ５１を搭載する搭載パッドを含む６つの電極パターン２２が形成されている。発振器ＩＣ５１は、金属バンプ（例えばＡｕバンプなど）５１ａ（図４参照）を用いて電極パターン２２に、ＦＣＢ（Ｆｌｉｐ　Ｃｈｉｐ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）法により接合される。
　第１封止部材２０には、図５，６に示すように、６つの電極パターン２２のそれぞれと接続され、第１主面２０１と第２主面２０２との間を貫通する６つのスルーホールが形成されている。具体的には、４つの第３スルーホール２１１が、第１封止部材２０の４隅（角部）の領域に設けられている。第４，第５スルーホール２１２，２１３は、図５，６の＋Ｚ´方向および－Ｚ´方向にそれぞれ設けられている。
　第３スルーホール２１１および第４，第５スルーホール２１２，２１３には、第１主面２０１と第２主面２０２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、スルーホールそれぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第３スルーホール２１１および第４，第５スルーホール２１２，２１３それぞれの中央部分は、第１主面２０１と第２主面２０２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。
　第１封止部材２０の第２主面２０２には、水晶振動板１０に接合するための封止側第１封止部としての封止側第１接合パターン２４が形成されている。封止側第１接合パターン２４は、平面視で環状に形成されている。
　また、第１封止部材２０の第２主面２０２では、第３スルーホール２１１の周囲に接続用接合パターン２５がそれぞれ形成されている。第４スルーホール２１２の周囲には接続用接合パターン２６１が、第５スルーホール２１３の周囲には接続用接合パターン２６２が形成されている。さらに、接続用接合パターン２６１に対して第１封止部材２０の長軸方向の反対側（－Ｚ´方向側）には接続用接合パターン２６３が形成されており、接続用接合パターン２６１と接続用接合パターン２６３とは配線パターン２７によって接続されている。
　次に、第２封止部材３０は、図９，１０に示すように、１枚のＡＴカット水晶板から形成された直方体の基板であり、この第２封止部材３０の第１主面３０１（水晶振動板１０に接合する面）は平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。なお、第２封止部材３０においても、水晶振動板１０と同様にＡＴカット水晶板を用い、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ´軸の向きも水晶振動板１０と同じとすることが望ましい。
　この第２封止部材３０の第１主面３０１には、水晶振動板１０に接合するための封止側第２封止部としての封止側第２接合パターン３１が形成されている。封止側第２接合パターン３１は、平面視で環状に形成されている。
　第２封止部材３０の第２主面３０２には、上述した水晶基板５４に、例えば半田等を介して電気的に接続する４つの外部電極端子３２が設けられている。外部電極端子３２は、第２封止部材３０の第２主面３０２の４隅（隅部）にそれぞれ位置する。外部電極端子３２は、水晶基板５４の底面側に形成された外部端子（図示省略）に電気的に接続され、さらに上述したインターポーザ４、パッケージ２等を介して、外部に電気的に接続される。
　第２封止部材３０には、図９，１０に示すように、第１主面３０１と第２主面３０２との間を貫通する４つのスルーホールが形成されている。具体的には、４つの第６スルーホール３３は、第２封止部材３０の４隅（角部）の領域に設けられている。第６スルーホール３３には、第１主面３０１と第２主面３０２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、第６スルーホール３３それぞれの内壁面に沿って形成されている。このように第６スルーホール３３の内壁面に形成された貫通電極によって、第１主面３０１に形成された電極と、第２主面３０２に形成された外部電極端子３２とが導通されている。また、第６スルーホール３３それぞれの中央部分は、第１主面３０１と第２主面３０２との間を貫通した中空状態の貫通部分となっている。また、第２封止部材３０の第１主面３０１では、第６スルーホール３３の周囲には、それぞれ接続用接合パターン３４が形成されている。
　上記の水晶振動板１０、第１封止部材２０、および第２封止部材３０を含む水晶発振器１００では、水晶振動板１０と第１封止部材２０とが振動側第１接合パターン１２１および封止側第１接合パターン２４を重ね合わせた状態で拡散接合され、水晶振動板１０と第２封止部材３０とが振動側第２接合パターン１２２および封止側第２接合パターン３１を重ね合わせた状態で拡散接合されて、図４に示すサンドイッチ構造のパッケージが製造される。これにより、パッケージの内部空間、つまり、振動部１１の収容空間が気密封止される。
　この際、上述した接続用接合パターン同士も重ね合わせられた状態で拡散接合される。そして、接続用接合パターン同士の接合により、水晶発振器１００では、第１励振電極１１１、第２励振電極１１２、発振器ＩＣ５１および外部電極端子３２の電気的導通が得られるようになっている。
　具体的には、第１励振電極１１１は、第１引出配線１１３、配線パターン２７、第４スルーホール２１２および電極パターン２２を順に経由して、発振器ＩＣ５１に接続される。第２励振電極１１２は、第２引出配線１１４、第２スルーホール１６２、第５スルーホール２１３および電極パターン２２を順に経由して、発振器ＩＣ５１に接続される。また、発振器ＩＣ５１は、電極パターン２２、第３スルーホール２１１、第１スルーホール１６１および第６スルーホール３３を順に経由して、外部電極端子３２に接続される。
　水晶発振器１００において、各種接合パターンは、複数の層が水晶板上に積層されてなり、その最下層側からＴｉ（チタン）層とＡｕ（金）層とが蒸着形成されているものとすることが好ましい。また、水晶発振器１００に形成される他の配線や電極も、接合パターンと同一の構成とすれば、接合パターンや配線および電極を同時にパターニングでき、好ましい。
　上述のように構成された水晶発振器１００では、水晶振動板１０の振動部１１を気密封止する封止部（シールパス）１１５，１１６は、平面視で、環状に形成されている。シールパス１１５は、上述した振動側第１接合パターン１２１および封止側第１接合パターン２４の拡散接合によって形成され、シールパス１１５の外縁形状および内縁形状が略八角形に形成されている。同様に、シールパス１１６は、上述した振動側第２接合パターン１２２および封止側第２接合パターン３１の拡散接合によって形成され、シールパス１１６の外縁形状および内縁形状が略八角形に形成されている。
　上述したように、本実施の形態では、コア部５は、インターポーザ４を介してパッケージ２に支持され、パッケージ２の内部に密閉状態で封入されている構成になっている。そして、ヒータＩＣ５２を通じて、薄膜ヒータ５６ａ，５６ｂに供給する電流を制御することによって、上下の薄膜ヒータ５６ａ，５６ｂに挟まれる空間（温調空間）の温度調整することができる。
　本実施の形態によれば、上下の薄膜ヒータ５６ａ，５６ｂに挟まれる温調空間において、水晶振動子５０、発振器ＩＣ５１およびヒータＩＣ５２を高精度に（均一な温度で）温度調整することができる。また、パッケージ２内にコア部５を封入することによって、外部の温度が変化しても、コア部５の水晶振動子５０の温度変化をできるだけ抑制することができる。これにより、ＯＣＸＯ１による温度調整を狭い温度範囲で行えばよくなり、温度調整に必要な部品が簡素なもので済み、コストダウンを図ることができる。また、薄膜ヒータ５６ａ，５６ｂの温度制御を主に行うヒータＩＣ５２と、水晶振動子５０の圧電振動の制御を主に行う発振器ＩＣ５１とを併用することによって、薄膜ヒータ５６ａ，５６ｂの温度制御および水晶振動子５０の圧電振動の制御のそれぞれを高精度に行うことができ、薄膜ヒータ５６ａ，５６ｂの温度制御および水晶振動子５０の圧電振動の制御の両方を行うことが可能なＩＣ（例えばＯＣＸＯ－ＩＣ）を用いた場合に比べて、大幅なコストダウンを図ることができる。
　本実施の形態では、パッケージ２には、上方が開口された凹部２ａが形成されており、コア部５が、インターポーザ４によってパッケージ２の内部に宙吊りされた状態で支持されている。このように、インターポーザ４によってコア部５をパッケージ２に支持することにより、ＯＣＸＯ１の低背化を図ることができる。これにより、ＯＣＸＯ１の熱容量を小さくすることができ、ＯＣＸＯ１による高精度な温度調整を行うことが可能になる。
　より詳細には、パッケージ２の内部には、対向する一対の段差部２ｃ，２ｃが形成されており、インターポーザ４が、一対の段差部２ｃ，２ｃ間に架け渡されるように配置されており、コア部５が、一対の段差部２ｃ，２ｃ間の空間に収容されるように配置されている。このように、パッケージ２の段差部２ｃを利用することで、パッケージ２へのインターポーザ４の固定を容易に行うことができる。また、パッケージ２の内部の一対の段差部２ｃ，２ｃ間の空間にコア部５を収容することによって、ＯＣＸＯ１のさらなる低背化を図ることができる。これにより、ＯＣＸＯ１の熱容量を小さくすることができ、ＯＣＸＯ１による高精度な温度調整を行うことが可能になる。
　ここで、パッケージ２は、封止や、エージング、経年変化等により、熱ダメージや、経時ダメージを受けることになる。このため、導電性接着剤６，７として、耐熱性の低い樹脂系接着剤を用いた場合、分解、軟化等によりパッケージ２内にガスが発生し、ＯＣＸＯ１の高精度の温度調整が妨げられる可能性がある。そこで、本実施の形態では、導電性接着剤６，７として、熱伝導率が低く、耐熱性が高いポリイミド系接着剤、エポキシ系接着剤を用いることによって、そのような不具合が発生することを抑制するようにしている。
　さらに、本実施の形態では、圧電振動子として、上述のような振動部１１が内部に気密封止された低背化が可能なサンドイッチ構造の水晶振動子５０が用いられているので、コア部５の低背化および小型化をよりいっそう図ることができる。これにより、コア部５の熱容量を小さくすることができ、ＯＣＸＯ１による高精度な温度調整を行うことが可能になる。水晶振動子５０の厚みは、例えば０．１２ｍｍであり、従来の水晶振動子に比べて非常に薄くなっている。これにより、従来のＯＣＸＯに比べて、コア部５の熱容量を非常に小さくすることができ、そのようなコア部５を備えたＯＣＸＯ１のヒータ発熱量を抑えることができ、低消費電力化に寄与することができる。しかも、コア部５の温度追従性を向上させることができ、ＯＣＸＯ１の安定性を向上させることができる。また、サンドイッチ構造の水晶振動子５０では、上述したように、接着剤を用いずに振動部１１が気密封止されるので、接着剤から発生したアウトガスによる熱対流の悪影響を抑制することができる。つまり、接着剤を用いた場合は、振動部１１を気密封止する空間内で、接着剤から発生したアウトガスが循環することによって熱対流が発生し、振動部１１の精度良い温度制御が妨げられる可能性がある。しかし、３枚重ね構造の水晶振動子５０では、そのようなアウトガスが発生しないため、振動部１１の精度良い温度制御が可能になる。
　また、サンドイッチ構造の水晶振動子５０において、上述したシールパス１１５，１１６、および接続用接合パターン同士の接合によって形成された接合材は、薄膜金属層によって構成されるので、水晶振動子５０における上下方向（積層方向）の熱伝導が良好になり、水晶振動子５０の温度を迅速に均一化させることができる。シールパス１１５，１１６等の場合、薄膜金属層の厚みが、１．００μｍ以下（具体的には、本実施の形態のＡｕ－Ａｕ接合では、０．１５μｍ～１．００μｍ）になっており、Ｓｎを用いた従来の金属ペースト封止材（例えば、５μｍ～２０μｍ）よりも非常に薄くなっている。これにより、水晶振動子５０における上下方向（積層方向）の熱伝導性を向上させることができる。また、水晶振動板１０と第１封止部材２０とが複数の接合領域で接合され、水晶振動板１０と第２封止部材３０とが複数の接合領域で接合されるため、水晶振動子５０における上下方向（積層方向）の熱伝導がより良好になる。
　本実施の形態では、水晶振動板１０の振動部１１と外枠部１２との間には、貫通部１１ａが形成されており、振動部１１と外枠部１２とが、１つの保持部１３のみによって接続されている。保持部１３は、振動部１１の＋Ｘ方向かつ－Ｚ´方向に位置する１つの角部のみから、－Ｚ´方向に向けて外枠部１２まで延びている。このように、振動部１１の外周端部のうち、圧電振動の変位が比較的小さい角部に保持部１３が設けられているので、保持部１３を角部以外の部分（辺の中央部）に設けた場合に比べて、保持部１３を介して圧電振動が外枠部１２に漏れることを抑制することができ、より効率的に振動部１１を圧電振動させることができる。また、保持部１３を２つ以上設けた場合に比べて、振動部１１に作用する応力を低減することができ、そのような応力に起因する圧電振動の周波数シフトを低減して圧電振動の安定性を向上させることができる。
　本発明は、その精神や主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
　上記実施の形態では、圧電振動子として、サンドイッチ構造の水晶振動子５０を用いたが、これに限らず、それ以外の構造を有する圧電振動子を用いてもよい。また、金属バンプを用いたＦＣＢ法により発振器ＩＣ５１およびヒータＩＣ５２の搭載を行ったが、これに限らず、ワイヤボンディングにより発振器ＩＣ５１や、ヒータＩＣ５２の搭載を行ってもよい。
　上記実施の形態では、ヒータ基板として薄膜ヒータ５６ａ，５６ｂを用いたが、これに限らず、それ以外の構造のヒータによってコア部５の温度調整を行ってもよい。ヒータの設置数についても特に限定されない。しかし、コア部５の低背化および小型化を図る観点からは、ヒータ基板として薄膜ヒータ５６ａ，５６ｂを用いることが好ましい。なお、コア部５の内部に配置されるヒータＩＣ５２の発熱量も比較的大きいため、ヒータＩＣ５２もコア部５の温度調整用の熱源として利用することが可能である。
　また、上記実施の形態では、コア部５を、上下２枚の薄膜ヒータ５６ａ，５６ｂの間に、水晶振動子５０、発振器ＩＣ５１、ヒータＩＣ５２、およびチップコンデンサ５３ｂ，５３ｃが挟まれた構成とした。しかし、ＯＣＸＯ１で使用される各種電子部品をパッケージングしたものであればよく、これ以外の構造のコア部５をパッケージの内部に密閉状態で封入してもよい。なお、チップコンデンサ５３ａ～５３ｃの温度特性は、水晶振動子５０、発振器ＩＣ５１、ヒータＩＣ５２等よりも小さいため、チップコンデンサ５３ａ～５３ｃを上下の薄膜ヒータ５６ａ，５６ｂの間に全て配置する必要はなく、その配置数についても特に限定されない。
　以上では、コア部５が、水晶振動子５０、発振器ＩＣ５１、ヒータ基板、ヒータＩＣ５２、および複数のコンデンサを有する構成であったが、コア部５を、水晶振動子５０、発振器ＩＣ５１、およびヒータＩＣ５２を有する構成としてもよい。例えば、図１１～図１３に示すように、コア部５は、発振器ＩＣ５１、水晶振動子５０、およびヒータＩＣ５２が上側から順に積層された３層構造（積層構造）の構成になっており、ヒータＩＣ５２の下面がインターポーザ４の上面に接合されている。この構成によれば、ヒータＩＣ５２に加えて、発振器ＩＣ５１も発熱体として機能するため、水晶振動子５０の上下にそれぞれ発熱体が存在することになり、水晶振動子５０を上下からバランス良く加熱することができる。
　このように、コア部５の構成部品としては、少なくとも水晶振動子５０、発振器ＩＣ５１、およびヒータＩＣ５２を有していればよい。ヒータ基板は、ヒータＩＣ５２を熱源として用いることによって省略することが可能である。具体的には、ヒータＩＣ５２として、発熱体（熱源）と、発熱体の温度制御用の制御回路（電流制御用の回路）と、発熱体の温度を検出するための温度センサとが一体になった構成のものを用いることが好ましい。また、複数のコンデンサは、コア部５とは別体の部材として設けることが可能である。複数のコンデンサは、パッケージ２の内部のコア部５と同一の空間に収容してもよいし、あるいはコア部５とは異なる空間に収容してもよい。
　ここで、図１１～図１３に示すＯＣＸＯ１Ａについて説明する。この変形例にかかるＯＣＸＯ１Ａでは、コア部５は、発振器ＩＣ５１、水晶振動子５０、およびヒータＩＣ５２が上側から順に積層された３層構造（積層構造）の構成になっている。このようなコア部５が、パッケージ２の内部に配置され、リッド３によって気密封止されている。
　詳細には、パッケージ２の周壁部２ｂの内壁面には、接続端子（図示省略）の並びに沿った段差部２ｃが形成されており、段差部２ｃに形成された接続端子に、板状のインターポーザ（コア基板）４を介してコア部５が接続されている。インターポーザ４は、パッケージ２の対向する一対の段差部２ｃ，２ｃ間に架け渡されるように配置されており、一対の段差部２ｃ，２ｃの間であってインターポーザ４の下側の部分には、空間２ｄが形成されている。そして、段差部２ｃの段差面上に形成された接続端子が、導電性接着剤７を介してインターポーザ４の下面４ｂに形成された接続端子（図示省略）に接続されている。また、コア部５の各構成部材に形成された外部端子（図示省略）が、ワイヤ６ａ，６ｂを介してインターポーザ４の上面４ａに形成された接続端子４ｃにワイヤボンディングにより接続されている。導電性接着剤７としては、例えばポリイミド系接着剤、エポキシ系接着剤等が用いられる。
　図１２、図１３では、コア部５がインターポーザ４上に搭載された状態を図示している。コア部５の発振器ＩＣ５１、水晶振動子５０、およびヒータＩＣ５２は、平面視におけるそれぞれの面積が、上方に向かって漸次小さくなっている。なお、コア部５の各種電子部品は封止樹脂によって封止されていないが、封止雰囲気によっては封止樹脂による封止を行うようにしてもよい。水晶振動子５０および発振器ＩＣ５１によって水晶発振器１００が構成されるが、水晶発振器１００は上記実施の形態と同様の構成になっている（図４～図１０参照）。
　水晶振動子５０および発振器ＩＣ５１の互いの対向面の間には、非導電性接着剤（アンダーフィル）５３が介在されており、非導電性接着剤５３によって水晶振動子５０および発振器ＩＣ５１の互いの対向面が固定されている。この場合、水晶振動子５０の上面（第１封止部材２０の第１主面２０１）と、発振器ＩＣ５１の下面とが、非導電性接着剤５３を介して接合される。非導電性接着剤５３としては、例えばポリイミド系接着剤、エポキシ系接着剤等が用いられる。また、水晶振動子５０の上面に形成された外部端子（図５に示す電極パターン２２）が、ワイヤ６ａを介してインターポーザ４の上面４ａに形成された接続端子４ｃにワイヤボンディングにより接続されている。
　発振器ＩＣ５１は、平面視における面積が水晶振動子５０よりも小さくなっており、発振器ＩＣ５１の全体が、平面視で水晶振動子５０の範囲内に位置している。発振器ＩＣ５１の下面の全体が、水晶振動子５０の上面（第１封止部材２０の第１主面２０１）に接合されている。
　ヒータＩＣ５２は、例えば発熱体（熱源）と、発熱体の温度制御用の制御回路（電流制御用の回路）と、発熱体の温度を検出するための温度センサとが一体になった構成とされている。ヒータＩＣ５２によってコア部５の温度制御を行うことにより、コア部５の温度が略一定の温度に維持され、ＯＣＸＯ１Ａの発振周波数の安定化が図られている。
　水晶振動子５０およびヒータＩＣ５２の互いの対向面の間には、非導電性接着剤５４が介在されており、非導電性接着剤５４によって水晶振動子５０およびヒータＩＣ５２の互いの対向面が固定されている。この場合、水晶振動子５０の下面（第２封止部材３０の第２主面３０２）と、ヒータＩＣ５２の上面とが、非導電性接着剤５４を介して接合される。非導電性接着剤５４としては、例えばポリイミド系接着剤、エポキシ系接着剤等が用いられる。ヒータＩＣ５２の上面に形成された外部端子（図示省略）が、ワイヤ６ｂを介してインターポーザ４の上面４ａに形成された接続端子４ｃにワイヤボンディングにより接続されている。
　水晶振動子５０は、平面視における面積がヒータＩＣ５２よりも小さくなっており、水晶振動子５０の全体が、平面視でヒータＩＣ５２の範囲内に位置している。水晶振動子５０の下面（第２封止部材３０の第２主面３０２）の全体が、ヒータＩＣ５２の上面に接合されている。
　ヒータＩＣ５２およびインターポーザ４の互いの対向面の間には、導電性接着剤５５が介在されており、導電性接着剤５５によってヒータＩＣ５２およびインターポーザ４の互いの対向面が固定されている。この場合、ヒータＩＣ５２の下面と、インターポーザ４の上面４ａとが、導電性接着剤５５を介して接合される。これにより、ヒータＩＣ５２が導電性接着剤５５およびインターポーザ４を介してグランド接続されるようになっている。導電性接着剤５５としては、例えばポリイミド系接着剤、エポキシ系接着剤等が用いられる。なお、例えばワイヤ等を介してヒータＩＣ５２がグランド接続される場合には、導電性接着剤の代わりに、上述した非導電性接着剤５３，５４と同様の非導電性接着剤を用いてもよい。
　インターポーザ４の上面４ａには、上述したように、多数の接続端子４ｃが形成されている。また、コア基板４の上面４ａには、複数（図１３では２つ）のチップコンデンサ（バイパスコンデンサ）４ｄが配置されている。なお、チップコンデンサ４ｄのサイズや数については特に限定されない。
　以上では、コア部５にヒータＩＣ５２および薄膜ヒータ５６ａ，５６ｂを設けた場合（図１～図３参照）と、コア部５にヒータＩＣ５２のみを設けた場合（図１１～図１３参照）について説明したが、コア部５に薄膜ヒータのみを設ける構成としてもよい。すなわち、コア部５に設けられる発熱体は、ヒータＩＣまたは／および薄膜ヒータであってもよい。コア部５に薄膜ヒータのみを設ける場合、薄膜ヒータの温度調整用のＩＣをコア部５とは別体で設けることが好ましい。
　また、コア部５を搭載したインターポーザ（コア基板）４が、パッケージ２の段差部２ｃの上面ではなく、凹部２ａの内底面に接着剤を介して接合され、ヒータＩＣ５２および水晶振動子５０の各々から、段差部２ｃの上面の接続端子に直接、ワイヤボンディングされている構成としてもよい。この構成により、段差部２ｃの上面にインターポーザ４を介してコア部５を支持する構成よりも低背化を図ることができる。
　この出願は、２０２０年３月３０日に日本で出願された特願２０２０－０６０３５３号に基づく優先権を請求する。これに言及することにより、その全ての内容は本出願に組み込まれるものである。
　本発明は、圧電振動子、発振器ＩＣ、およびヒータＩＣを有するコア部を備えた恒温槽型圧電発振器に利用可能である。
　１　　恒温槽型圧電発振器
　２　　パッケージ
　４　　インターポーザ（コア基板）
　５　　コア部
　５０　　水晶振動子（圧電振動子）
　５１　　発振器ＩＣ
　５２　　ヒータＩＣ
　１００　　水晶発振器

Claims (5)

  1. 　圧電振動子、発振器ＩＣ、および発熱体を有するコア部を備えた恒温槽型圧電発振器であって、
    　前記コア部は、コア基板を介してパッケージに支持され、前記パッケージの内部に密閉状態で封入されていることを特徴とする恒温槽型圧電発振器。
  2. 　請求項１に記載の恒温槽型圧電発振器において、
    　前記パッケージには、上方が開口された凹部が形成されており、
    　前記コア部は、前記コア基板によって前記パッケージの内部に宙吊りされた状態で支持されていることを特徴とする恒温槽型圧電発振器。
  3. 　請求項２に記載の恒温槽型圧電発振器において、
    　前記パッケージの内部には、対向する一対の段差部が形成されており、
    　前記コア基板は、前記一対の段差部間に架け渡されるように配置されており、
    　前記コア部は、前記一対の段差部間の空間に収容されるように配置されていることを特徴とする恒温槽型圧電発振器。
  4. 　請求項３に記載の恒温槽型圧電発振器において、
    　前記コア基板は、ポリイミド系の導電性接着剤を介して前記段差部に固定されていることを特徴とする恒温槽型圧電発振器。
  5. 　請求項１～４のいずれか１つに記載の恒温槽型圧電発振器において、
    　前記圧電振動子が、ガラスまたは水晶からなる第１、第２封止部材と、水晶からなり両主面に励振電極が形成された振動部を有する圧電振動板とを備え、前記第１封止部材と前記第２封止部材とが、前記圧電振動板を介して積層して接合され、内部に配された前記圧電振動板の前記振動部が気密封止される構成になっていることを特徴とする恒温槽型圧電発振器。
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