WO2023182062A1 - 恒温槽型圧電発振器 - Google Patents

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WO2023182062A1
WO2023182062A1 PCT/JP2023/009743 JP2023009743W WO2023182062A1 WO 2023182062 A1 WO2023182062 A1 WO 2023182062A1 JP 2023009743 W JP2023009743 W JP 2023009743W WO 2023182062 A1 WO2023182062 A1 WO 2023182062A1
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WO
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core
type piezoelectric
piezoelectric oscillator
constant temperature
oven type
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/009743
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English (en)
French (fr)
Inventor
琢也 古城
Original Assignee
株式会社大真空
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION 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
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/30Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
    • H03B5/32Generation 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 oven type piezoelectric oscillator.
  • a piezoelectric vibrator such as a crystal vibrator changes its vibration frequency depending on the temperature based on its unique frequency-temperature characteristics. Therefore, in order to keep the temperature around the piezoelectric vibrator constant, a constant temperature oven type piezoelectric oscillator (Oven-Controlled Xtal (crystal) Oscillator: hereinafter also referred to as "OCXO"), in which the piezoelectric vibrator is enclosed in a constant temperature oven, is used.
  • the OCXO has a core part including, for example, an oscillation IC, a piezoelectric vibrator, a heater IC, etc., which is hermetically sealed inside a heat-insulating package. It is fixed in the package. In the OCXO, the temperature of the core portion is maintained at a substantially constant temperature by controlling the amount of heat (heater heat generation amount) generated by the heating element (heat source) of the heater IC.
  • the core portion is fixed to the core substrate using, for example, a non-conductive adhesive.
  • the heat of the core portion moves to the core substrate side through the connection portion between the core portion and the core substrate, and the heat insulation properties of the core portion deteriorate by the amount of heat transferred from the core portion to the core substrate side.
  • the present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and is a constant temperature oven type that can improve the heat insulation of the core part and suppress the amount of heat generated by the heater to maintain the temperature of the core part as much as possible.
  • the purpose is to provide a piezoelectric oscillator.
  • the present invention constitutes means for solving the above-mentioned problems as follows. That is, the present invention provides a constant temperature oven type piezoelectric oscillator in which a core portion is hermetically sealed inside a heat-insulating package, and the core portion includes at least an oscillation IC, a piezoelectric vibrator, and a heater IC.
  • a core substrate is disposed on the bottom surface of the core portion, the bottom surface of the core portion is bonded to the core substrate by a first bonding material, and the core substrate is bonded to the core substrate by a second bonding material.
  • the core substrate is bonded to the package by a material, and the core substrate is provided with an opening in a region below the core portion.
  • the area of the part where the core part and the core board connect (contact) is reduced by the opening provided in the core board, and the area of the part where the core part and the core board connect (contact) is reduced. Since the amount of heat transferred to the core substrate side (package side) is reduced, the heat insulation of the core portion can be improved. In other words, the heat in the core part is less likely to transfer to the core board side (less likely to leak) through the connection between the core part and the core board, and most of the heat generated from the heating element of the heater IC is transferred to the core part. can be kept in As a result, the amount of heat generated by the heater required to maintain the temperature of the core portion can be kept as small as possible, and the power consumption of the OCXO can be reduced.
  • the opening is formed so that the core substrate does not come into contact with the center part of the core part, and below the opening is a space formed between the core substrate and the inner bottom surface of the package. is preferably provided.
  • the space provided between the core substrate and the inner bottom surface of the package can improve the heat insulation of the core portion. Thereby, the amount of heat generated by the heater required to maintain the temperature of the core portion can be further suppressed, and the power consumption of the OCXO can be further reduced.
  • the opening is formed into a substantially rectangular shape in plan view, and that the core portion is held in four corner regions of the opening of the core substrate.
  • the area of the part that connects (contacts) with the core board can be made as small as possible without reducing the bondability of the core part, and the heat conduction reduction effect (insulation effect) due to the opening is improved. can be done.
  • a region having an area of 50% or more of the area where the core portion is arranged in plan view overlaps with the opening.
  • the core part and the package are electrically connected by wire bonding, and that a wire connection part in the core part does not overlap with the opening in plan view. According to the above configuration, since the openings do not overlap, when wire bonding the core part to the package, ultrasonic waves can efficiently contribute to the bonding, and better wire bonding can be performed. .
  • the core board is provided with a slit between a mounting area where the core part is mounted on the upper surface of the core board and a bonding area for bonding the core board to the package. It is preferable. According to the above configuration, the heat transfer path between the mounting area where the core part is mounted and the bonding area for bonding the core substrate to the package is narrowed by the slit provided in the core substrate. It is possible to reduce heat radiation from the core portion to the package due to heat conduction via the core substrate.
  • the present invention also provides a constant temperature oven type piezoelectric oscillator in which a core portion is hermetically sealed inside a heat-insulating package, wherein the core portion includes at least an oscillation IC, a piezoelectric vibrator, and a heater IC.
  • a core substrate is disposed on the bottom surface of the core portion, the bottom surface of the core portion is bonded to the core substrate by a first bonding material, and the core substrate is bonded to the core substrate by a second bonding material.
  • the core board has a mounting area on the upper surface of the core board where the core part is mounted and a bonding area for joining the core board to the package. It is characterized by having a slit.
  • the slit can block the heat transmitted from the mounting area to the bonding area, and the amount of heat transferred from the core part to the core board side (package side) is reduced, improving the heat insulation properties of the core part.
  • Most of the heat generated from the heating element of the heater IC can be retained in the core.
  • the amount of heat generated by the heater required to maintain the temperature of the core portion can be kept as small as possible, and the power consumption of the OCXO can be reduced.
  • the slit has a shape along the periphery of the bonding region. According to the above configuration, by aligning the slit with the peripheral shape of the bonding area, heat conduction to the bonding area is effectively blocked without unnecessarily expanding the opening area of the slit, and the slit provides effective heat insulation. Effects can be obtained.
  • the slit is divided into a plurality of parts in the longitudinal direction. According to the above configuration, by dividing the slit into a plurality of parts, a decrease in the strength of the core substrate can be avoided compared to the case where one long slit is used.
  • the piezoelectric vibrator includes first and second sealing members, and a piezoelectric diaphragm having a vibrating part in which excitation electrodes are formed on both principal surfaces, and the piezoelectric vibrator includes the first sealing member and the first sealing member. It is preferable that the two sealing members are laminated and joined via the piezoelectric diaphragm, and the vibrating portion of the piezoelectric diaphragm disposed inside is hermetically sealed. According to the above structure, a piezoelectric vibrator with a sandwich structure in which the vibrating part is hermetically sealed inside is used as the piezoelectric vibrator of the core part, so that the core part can be made lower in height and smaller in size.
  • the piezoelectric vibrator having a sandwich structure the vibrating part is hermetically sealed without using an adhesive, so that the adverse effects of thermal convection due to outgas generated from the adhesive can be suppressed. That is, in the space that hermetically seals the vibrating part, outgas generated from the adhesive circulates, causing thermal convection, which may impede accurate temperature control of the vibrating part.
  • outgassing does not occur, so that accurate temperature control of the vibrating part is possible.
  • the opening provided in the core substrate reduces the area of the portion where the core portion and the core substrate connect (contact). Since the amount of heat transferred from the core portion to the core substrate side is reduced through the heat treatment, the heat insulation properties of the core portion can be improved. In other words, the heat of the core part is less likely to move to the core board side through the connection part between the core part and the core board, and most of the heat generated from the heating element of the heater IC can be retained in the core part. .
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an OCXO according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the OCXO of FIG. 1;
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a core portion and a core substrate of the OCXO shown in FIG. 1.
  • FIG. FIG. 3 is a schematic configuration diagram schematically showing each configuration of the crystal oscillator (crystal resonator and oscillation IC) in the core portion of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a schematic plan view of the first main surface side of the first sealing member of the crystal oscillator of FIG. 4.
  • FIG. 5 is a schematic plan view of the second main surface side of the first sealing member of the crystal oscillator of FIG. 4.
  • FIG. 5 is a schematic plan view of the first main surface side of the crystal diaphragm of the crystal oscillator in FIG. 4; 5 is a schematic plan view of the second main surface side of the crystal diaphragm of the crystal oscillator in FIG. 4.
  • FIG. FIG. 5 is a schematic plan view of the first principal surface side of the second sealing member of the crystal oscillator of FIG. 4; 5 is a schematic plan view of the second main surface side of the second sealing member of the crystal oscillator of FIG. 4.
  • FIG. (a) and (b) are plan views showing an example of the shape of a core substrate.
  • (a) to (c) are plan views showing modified examples of the core substrate.
  • FIG. 2 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing a schematic configuration of an OCXO according to another embodiment.
  • the OCXO 1 has a core portion 5 disposed inside a substantially rectangular package (casing) 2 made of ceramic or the like, and hermetically sealed with a lid 3. It is said that the structure is
  • the package 2 has a recess 2a that is open at the top, and the core 5 is hermetically sealed inside the recess 2a.
  • a lid 3 is fixed to the upper surface of a peripheral wall 2b surrounding the recess 2a via a sealing material 8, so that the inside of the package 2 is sealed (airtight).
  • a sealing material for example, a metallic sealing material such as an Au--Su alloy or a solder is suitably used, but a sealing material such as a low melting point glass may also be used.
  • the configuration of the sealing member is not limited to these methods, and it is also possible to adopt a configuration of the sealing member using methods such as seam sealing using a metal ring, direct seam sealing without using a metal ring, and beam sealing (depending on the degree of vacuum). Seam sealing is preferred to avoid deterioration).
  • the internal space of the package 2 is preferably in a vacuum (for example, the degree of vacuum is 10 Pa or less) or in an atmosphere with low thermal conductivity such as low-pressure nitrogen or argon. Note that FIG. 2 shows the OCXO 1 with the lid 3 removed, and shows the internal structure of the OCXO 1.
  • a stepped portion 2c is formed on the inner wall surface of the peripheral wall portion 2b of the package 2, along the line of connection terminals (not shown).
  • the core portion 5 is disposed on the bottom surface of the recess 2a between the pair of opposing step portions 2c, 2c with the core substrate 4 interposed therebetween.
  • the stepped portion 2c may be formed to surround the bottom surface of the recessed portion 2a on all four sides.
  • the core substrate 4 is made of a heat-resistant and flexible resin material such as polyimide. Note that the core substrate 4 may be formed of crystal.
  • the core substrate 4 is bonded to the bottom surface of the recess 2a with a non-conductive adhesive (bonding material) 7, and a space (gap) 2d is formed in the lower portion of the core substrate 4.
  • An opening 402 which will be described later, is formed in the center of the core substrate 4, and the opening 402 is provided above the space 2d.
  • external terminals (not shown) formed on each component of the core portion 5 are connected to connection terminals formed on the step surface of the step portion 2c via wires 6a and 6b by wire bonding.
  • Spacer members 2f, 2f are provided on the inner side of the non-conductive adhesives 7, 7.
  • the non-conductive adhesive 7 for example, a polyimide adhesive, an epoxy adhesive, or the like is used.
  • the spacer member 2f is made of a paste material such as molybdenum or tungsten.
  • the non-conductive adhesives 7, 7 are arranged at both ends of the core substrate 4 in the longitudinal direction, and are arranged in a straight line along the lateral direction of the core substrate 4 (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1). ing.
  • Each spacer member 2f is arranged so as to be adjacent to the side of the non-conductive adhesive 7, and is arranged linearly along the lateral direction of the core substrate 4. In this way, spacer members 2f, 2f are interposed between the core substrate 4 and the bottom surface of the package 2 on the inner side of the non-conductive adhesives 7, 7. Both longitudinal ends of the core substrate 4 are supported by the spacer members 2f, 2f.
  • FIG. 3 shows a state in which the core portion 5 is mounted on the core substrate 4.
  • the core part 5 is a package of various electronic components used in the OCXO 1, and has a three-layer structure ( It has a laminated structure).
  • the areas of the oscillation IC 51, the crystal resonator 50, and the heater IC 52 in plan view gradually become smaller toward the top.
  • the core section 5 is configured to stabilize the oscillation frequency of the OCXO 1 by particularly adjusting the temperature of the crystal resonator 50, which has large temperature characteristics, the oscillation IC 51, and the heater IC 52.
  • the various electronic components of the core section 5 are not sealed with a sealing resin, they may be sealed with a sealing resin depending on the sealing atmosphere.
  • a crystal oscillator 100 is configured by the crystal resonator 50 and the oscillation IC 51.
  • the oscillation IC 51 is mounted on the crystal resonator 50 via a plurality of metal bumps 51a (see FIG. 4).
  • the oscillation frequency of the OCXO 1 is controlled. Details of the crystal oscillator 100 will be described later.
  • a non-conductive adhesive 53 is interposed between the opposing surfaces of the crystal oscillator 50 and the oscillating IC 51. is fixed.
  • the upper surface of the crystal resonator 50 (the first main surface 201 of the first sealing member 20) and the lower surface of the oscillation IC 51 are bonded 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 resonator 50 is connected to a connecting terminal formed on the upper surface of the core substrate 4 via a wire 6a by wire bonding.
  • the oscillation IC 51 has a smaller area than the crystal resonator 50 in plan view, and the entire oscillation IC 51 is located within the range of the crystal resonator 50 in plan view.
  • the entire lower surface of the oscillation IC 51 is bonded to the upper surface of the crystal resonator 50 (the first main surface 201 of the first sealing member 20).
  • the heater IC 52 has a configuration in which, for example, a heating element (heat source), a control circuit (current control circuit) for controlling the temperature of the heating element, and a temperature sensor for detecting the temperature of the heating element are integrated. has been done.
  • a heating element heat source
  • a control circuit current control circuit
  • a temperature sensor for detecting the temperature of the heating element
  • a non-conductive adhesive 54 is interposed between the opposing surfaces of the crystal oscillator 50 and the heater IC 52. is fixed. In this case, the lower surface of the crystal resonator 50 (the second main surface 302 of the second sealing member 30) and the upper surface of the heater IC 52 are bonded 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 connecting terminal formed on the upper surface of the core substrate 4 via a wire 6b by wire bonding.
  • the area of the crystal resonator 50 in a plan view is smaller than that of the heater IC 52, and the entire crystal resonator 50 is located within the range of the heater IC 52 in a plan view.
  • the entire lower surface of the crystal resonator 50 (the second main surface 302 of the second sealing member 30) is bonded to the upper surface of the heater IC 52.
  • a non-conductive adhesive 55 is interposed between the opposing surfaces of the heater IC 52 and the core substrate 4, and the non-conductive adhesive 55 fixes the opposing surfaces of the heater IC 52 and the core substrate 4. has been done.
  • the non-conductive adhesive 55 for example, a polyimide adhesive, an epoxy adhesive, or the like is used.
  • a polyimide adhesive, an epoxy adhesive, or the like is used as the non-conductive adhesive 55.
  • FIG. 11(a) an approximately rectangular opening 402 is formed in the center of the core substrate 4, and four corners (corners) of the opening 402 of the core substrate 4 are formed.
  • Arc-shaped protrusions that protrude inward of the opening 402 are formed in each region. In each protrusion, the opposing surfaces of the heater IC 52 and the core substrate 4 are fixed with a non-conductive adhesive 55.
  • FIG. 11(a) an approximately rectangular opening 402 is formed in the center of the core substrate 4, and four corners (corners) of the opening 402 of the core substrate 4 are formed.
  • a region R1 is a region on the upper surface of the core substrate 4 where the heater IC 52, which is a part of the core part 5, is mounted, and a region R2 is a region on the back surface of the core substrate 4 where it is bonded to the package 2. (the area where the non-conductive adhesive 7 is applied and the area where the spacer member 2f is arranged). Regions R1 and R2 are provided at positions that do not overlap each other in plan view, and region R2 is provided at a predetermined interval on both sides of region R1 in the lateral direction (left and right direction in FIG. 11(a)).
  • external terminals for wire bonding are formed on the upper surfaces of the crystal resonator 50 and the heater IC 52.
  • Wire bonding of the crystal resonator 50 and the heater IC 52 is not performed before the core section 5 is mounted on the package 2, but is performed after the core section 5 is mounted on the package 2. That is, as shown in FIG. 1, after the core part 5 is mounted on the package 2, the external terminal formed on the top surface of the crystal resonator 50 is connected via the wire 6a to the connection formed on the step surface of the step part 2c. Connected to the terminal. Further, an external terminal formed on the upper surface of the heater IC 52 is connected to a connecting terminal formed on the stepped surface of the stepped portion 2c via a wire 6b. In this way, by performing wire bonding after mounting the core portion 5 on the package 2, wire bonding can be performed efficiently and an OCXO 1 with excellent mass productivity can be provided.
  • the type of crystal resonator 50 used in the core section 5 is not particularly limited, but a sandwich-structured device can be suitably used, which allows the device to be easily made thin.
  • a device with a sandwich structure is composed of first and second sealing members made of glass or crystal, and a piezoelectric diaphragm made of, for example, crystal and having a vibrating part with excitation electrodes formed on both main surfaces.
  • the device has a three-layer structure in which a sealing member and a second sealing member are laminated and bonded via a piezoelectric diaphragm, and the vibrating portion of the piezoelectric diaphragm disposed inside is hermetically sealed.
  • a crystal oscillator 100 in which such a sandwich-structured crystal resonator 50 and an oscillation IC 51 are integrally provided 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 oscillation IC 51.
  • the crystal diaphragm 10 and the first sealing member 20 are bonded together, and the crystal diaphragm 10 and the second sealing member 30 are bonded to form a package having a sandwich structure having a substantially rectangular parallelepiped shape. be done. That is, in the crystal oscillator 100, an 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 plate 10, respectively.
  • a vibrating section 11 (see FIGS. 7 and 8) is hermetically sealed in the internal space.
  • the crystal oscillator 100 has a package size of, for example, 1.0 ⁇ 0.8 mm, and is designed to be smaller and lower in height. In addition, as packages become smaller, through holes are used to conduct the electrodes without forming castellations.
  • the oscillation IC 51 mounted on the first sealing member 20 is a one-chip integrated circuit element that constitutes an oscillation circuit together with the crystal diaphragm 10. Further, the crystal oscillator 100 is mounted on the above-described heater IC 52 via a non-conductive adhesive 54.
  • the crystal diaphragm 10 is a piezoelectric substrate made of crystal, and both principal surfaces (first principal surface 101, second principal surface 102) are flat and smooth surfaces (mirror-finished). It is formed as.
  • the crystal diaphragm 10 an AT-cut crystal plate that performs thickness shear vibration is used.
  • both main surfaces 101 and 102 of the crystal diaphragm 10 are XZ' planes.
  • the direction parallel to the transverse direction (short side direction) of the crystal diaphragm 10 is the X-axis direction
  • the direction parallel to the longitudinal direction (long side direction) of the crystal diaphragm 10 is the Z' axis. direction.
  • a pair of excitation electrodes (a first excitation electrode 111 and a 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 part 11 by connecting the vibrating part 11 formed into a substantially rectangular shape, the outer frame part 12 surrounding the outer periphery of the vibrating part 11, and the vibrating part 11 and the outer frame part 12. It has a holding part (connecting part) 13. That is, the crystal diaphragm 10 has a configuration in which the vibrating section 11, the outer frame section 12, and the holding section 13 are integrally provided.
  • the holding part 13 extends (projects) from only one corner of the vibrating part 11 located in the +X direction and the -Z' direction to the outer frame part 12 in the -Z' direction.
  • the first excitation electrode 111 is provided on the first main surface 101 side of the vibrating section 11, and the second excitation electrode 112 is provided on the second main surface 102 side of the vibrating section 11.
  • the first excitation electrode 111 and the second excitation electrode 112 are connected to lead wires (first lead wire 113 and second lead wire 114) for connecting these excitation electrodes to external electrode terminals.
  • the first lead wiring 113 is drawn out from the first excitation electrode 111 and connected to the connection bonding pattern 14 formed on the outer frame part 12 via the holding part 13 .
  • the second lead wiring 114 is drawn out from the second excitation electrode 112 and connected to the connection bonding pattern 15 formed on the outer frame part 12 via the holding part 13 .
  • a vibration side seal for joining the crystal diaphragm 10 to the first sealing member 20 and the second sealing member 30 is provided on both principal surfaces (first principal surface 101, second principal surface 102) of the crystal diaphragm 10.
  • a stop portion is provided respectively.
  • a vibration-side first bonding pattern 121 is formed as the vibration-side sealing portion of the first principal surface 101
  • a vibration-side second bonding pattern 122 is formed as the vibration-side sealing portion of the second principal surface 102.
  • the first vibration-side bonding pattern 121 and the second vibration-side bonding pattern 122 are provided on the outer frame portion 12 and are formed in an annular shape when viewed from above.
  • five through holes are formed in the crystal diaphragm 10, penetrating between the first main surface 101 and the second main surface 102.
  • the four first through holes 161 are provided in four corner (corner) regions of the outer frame portion 12, respectively.
  • the second through hole 162 is provided in the outer frame portion 12 on one side of the vibrating portion 11 in the Z′ axis direction ( ⁇ Z′ direction side in FIGS. 7 and 8).
  • Connection bonding patterns 123 are formed around the first through holes 161, respectively.
  • a connection bonding pattern 124 is formed on the first main surface 101 side
  • a connection bonding pattern 15 is formed on the second main surface 102 side.
  • first through hole 161 and the second through hole 162 a through electrode is provided along the inner wall surface of each through hole to establish electrical conduction between the electrodes formed on the first main surface 101 and the second main surface 102. It is formed. Further, the center portions of each of the first through hole 161 and the second through hole 162 are hollow penetrating portions that penetrate 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 crystal plate, and the second main surface of the first sealing member 20 is 202 (the surface to be joined to the crystal diaphragm 10) is formed as a flat and smooth surface (mirror finish).
  • the first sealing member 20 does not have a vibrating part, by using an AT-cut crystal plate like the crystal plate 10, the coefficient of thermal expansion of the crystal plate 10 and the first sealing member 20 can be reduced. They can be made the same, and thermal deformation in the crystal oscillator 100 can be suppressed.
  • the directions of the X-axis, Y-axis, and Z'-axis in the first sealing member 20 are also the same as those of the crystal diaphragm 10.
  • the oscillation IC 51 is bonded to the electrode pattern 22 by FCB (Flip Chip Bonding) using metal bumps (for example, Au bumps) 51a (see FIG. 4).
  • FCB Flip Chip Bonding
  • metal bumps for example, Au bumps
  • the electrode patterns 22 located at the four corners (corners) of the first main surface 201 of the first sealing member 20 are located on the upper surface of the core substrate 4 described above. It is connected to the formed connection terminal via a wire 6a. Thereby, the oscillation IC 51 is electrically connected to the outside via the wire 6a, the package 2, and the like.
  • 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.
  • a hole is formed.
  • four third through holes 211 are provided in four corner (corner) regions of the first sealing member 20.
  • the fourth and fifth through holes 212 and 213 are provided in the +Z' direction and -Z' direction in FIGS. 5 and 6, respectively.
  • the third through hole 211 and the fourth and fifth through holes 212 and 213 through electrodes are provided for electrically connecting the electrodes formed on the first main surface 201 and the second main surface 202. It is formed along the inner wall surface. Further, the central portions of the third through hole 211 and the fourth and fifth through holes 212 and 213 are hollow penetrating portions that penetrate between the first main surface 201 and the second main surface 202.
  • a sealing-side first bonding pattern 24 is formed as a sealing-side first sealing portion for bonding to the crystal diaphragm 10.
  • the sealing side first bonding pattern 24 is formed in an annular shape when viewed from above.
  • connection bonding patterns 25 are formed around the third through holes 211, respectively.
  • a connection bonding pattern 261 is formed around the fourth through hole 212, and a connection bonding pattern 262 is formed around the fifth through hole 213.
  • a connection bonding pattern 263 is formed on the opposite side of the first sealing member 20 in the long axis direction (-Z' direction side) with respect to the connection bonding pattern 261, and is connected to the connection bonding pattern 261. It is connected to the connecting pattern 263 by the wiring pattern 27.
  • the second sealing member 30 is a rectangular parallelepiped substrate formed from one AT-cut crystal plate, and the first main surface of the second sealing member 30 is 301 (the surface to be joined to the crystal diaphragm 10) is formed as a flat and smooth surface (mirror finish). Note that it is preferable that the second sealing member 30 also use an AT-cut crystal plate similarly to the crystal plate 10, and that the directions of the X-axis, Y-axis, and Z' axis are the same as those of the crystal plate 10.
  • a second sealing-side bonding pattern 31 as a second sealing portion for bonding to the crystal diaphragm 10 is formed on the first main surface 301 of the second sealing member 30 .
  • the sealing-side second bonding pattern 31 is formed in an annular shape when viewed from above.
  • Electrode terminals 32 are provided on the second main surface 302 of the second sealing member 30.
  • the electrode terminals 32 are located at four corners (corners) of the second main surface 302 of the second sealing member 30, respectively.
  • electrical connection with the outside is made via the electrode pattern 22 and the wire 6a, but it is also possible to make electrical connection with the outside using the electrode terminal 32. It is now possible.
  • the second sealing member 30 has four through holes that penetrate between the first main surface 301 and the second main surface 302.
  • the four sixth through holes 33 are provided in four corner (corner) regions of the second sealing member 30.
  • a through electrode is formed along the inner wall surface of each of the sixth through holes 33 for electrically connecting the electrodes formed on the first main surface 301 and the second main surface 302.
  • the through electrode formed on the inner wall surface of the sixth through hole 33 connects the electrode formed on the first main surface 301 and the electrode terminal 32 formed on the second main surface 302.
  • each of the sixth through holes 33 is a hollow penetrating 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, connection bonding patterns 34 are formed around the sixth through holes 33, respectively. Note that if the electrode terminal 32 is not used to make an electrical connection to the outside, a configuration may be adopted in which the electrode terminal 32, the sixth through hole 33, etc. are not provided.
  • the crystal diaphragm 10 and the first sealing member 20 are connected to the vibration-side first bonding pattern 121 and the sealing
  • the crystal diaphragm 10 and the second sealing member 30 are diffusion bonded with the first bonding pattern 24 on the vibration side superimposed and the second bonding pattern 31 on the sealing side superimposed.
  • the sandwich structure package shown in FIG. 4 is manufactured by diffusion bonding in this state. Thereby, the internal space of the package, that is, the housing space for the vibrating section 11 is hermetically sealed.
  • connection bonding patterns are also overlapped and diffusion bonded. Then, in the crystal oscillator 100, electrical continuity between the first excitation electrode 111, the second excitation electrode 112, the oscillation IC 51, and the electrode terminal 32 is obtained by joining the connection bonding patterns to each other.
  • the first excitation electrode 111 is connected to the oscillation IC 51 via the first lead 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 oscillation IC 51 via the second lead wiring 114, the second through hole 162, the fifth through hole 213, and the electrode pattern 22 in this order.
  • various bonding patterns are formed by laminating a plurality of layers on a crystal plate, and a Ti (titanium) layer and an Au (gold) layer are formed by vapor deposition from the lowest layer side. is preferred. Further, it is preferable that other wirings and electrodes formed in the crystal oscillator 100 have the same configuration as the bonding pattern, since the bonding pattern, wiring, and electrodes can be patterned at the same time.
  • the sealing parts (seal paths) 115 and 116 that hermetically seal the vibrating part 11 of the crystal diaphragm 10 are formed in an annular shape in a plan view.
  • the seal path 115 is formed by diffusion bonding of the vibration-side first bonding pattern 121 and the sealing-side first bonding pattern 24 described above, and the outer and inner edges of the seal path 115 are formed into a substantially octagonal shape.
  • the seal path 116 is formed by 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 inner edge shape of the seal path 116 are approximately octagonal.
  • the core part 5 is supported by the package 2 via the core substrate 4, and the core part 5 includes at least the oscillation IC 51, the crystal resonator 50, and the heater IC 52, and The IC 51 for use with the heater, the crystal oscillator 50, and the IC 52 for the heater are stacked in this order.
  • the temperature of the core portion 5 is adjusted by controlling the current supplied to the heating element, and the temperature of the core portion 5 is maintained at a substantially constant temperature.
  • an opening 402 is provided in the core substrate 4 in a region immediately below the heater IC 52, which is a part of the core part 5, that is, so as to substantially overlap the region R1.
  • the opening 402 does not completely include the region R1 inside the opening, and the opening 402 has a shape that does not include at least four corners of the region R1. This allows the heater IC 52 to be adhesively fixed to the core substrate 4 at its four corners.
  • the area of the portion where the core part 5 (heater IC 52) and the core board 4 are connected (contacted) is reduced by the opening 402 provided in the core board 4, and the area between the core part 5 and the core board 4 is reduced. Since the amount of heat transferred from the core portion 5 to the core substrate 4 side (package 2 side) through the connection portion with the core portion 5 is reduced, the heat insulation properties of the core portion 5 can be improved. In other words, the heat of the core part 5 is less likely to move to the core board 4 side (less likely to leak) through the connection part between the core part 5 and the core board 4, and the heat generated from the heating element of the heater IC 52 is increased.
  • the parts can be fastened to the core part 5. As a result, the amount of heat generated by the heater required to maintain the temperature of the core portion 5 can be suppressed as small as possible, and the power consumption of the OCXO 1 can be reduced.
  • the opening 402 shown in FIG. 11(a) is formed such that the vertical and horizontal dimensions of the opening 402 are larger than the vertical and horizontal dimensions of the region R1.
  • the region R1 has a shape in which only the four corners are not included in the opening 402.
  • the area where the core part 5 (heater IC 52) and the core substrate 4 connect (contact) can be minimized, and the heat conduction reduction effect (insulation effect) by the opening 402 can be maximized. It will be done.
  • the core portion 5, the core substrate 4, and the opening 402 are each shaped symmetrically with respect to the center line C1 of the core substrate 4 in the vertical direction (the vertical direction in FIG. 11(a)). Further, the core portion 5, the core substrate 4, and the opening 402 are each shaped symmetrically with respect to the center line C2 of the core substrate 4 in the lateral direction (left-right direction in FIG. 11(a)). Further, the center of the opening 402 coincides with the center of gravity C0 of the core substrate 4 (the intersection of the center lines C1 and C2) and the center of gravity of the core portion 5.
  • the vertical and horizontal dimensions of the opening 402 may be formed to be smaller than the vertical and horizontal dimensions of the region R1.
  • the area R1 has a shape in which not only the four corners but also the entire periphery of the outer edge portion is not included in the opening 402, and the wire bonding connection part of the heater IC 52 of the core part 5 is not included in the opening 402 in a plan view. It is designed so that it does not overlap. That is, when wire-bonding the heater IC 52 of the core part 5 to the package 2, it is possible to prevent the opening 402 from existing directly under the wire bonding pad of the heater IC 52 of the core part 5.
  • the posture of the core section 5 can be stabilized, and the ultrasonic waves can efficiently contribute to the bonding, resulting in better wire bonding. Be able to do it.
  • slits 401 are provided on both sides of the opening 402 (both sides in the left-right direction in FIG. 11(a)) in the core substrate 4.
  • both the opening 402 and the slit 401 may be provided in the core substrate 4, or only the opening 402 may be provided in the core substrate 4 (not shown), or as shown in FIG.
  • only the slits 401 may be provided in the core substrate 4.
  • the slit 401 is provided between the region R1 and the region R2.
  • the vertical dimension of the slit 401 is larger than the vertical dimension of the opening 402 (see FIG. 11(a)).
  • Such a slit 401 narrows the heat transfer path between the region R1 and the region R2. Heat radiation from the core portion 5 to the package 2 due to heat conduction via the core substrate 4 can be reduced.
  • the slits 401 are arranged in the direction in which the regions R2 are arranged on both sides of the core substrate 4 (the left-right direction in FIGS. 11(a) and 12(a)). It is preferable that the longitudinal direction be a direction perpendicular to that direction (vertical direction in FIGS. 11(a) and 12(a)). Thereby, the slit 401 can block the heat transmitted from the region R1 to the region R2 over a wide range, and the heat insulating effect of the slit 401 is improved.
  • the heat insulation of the core part 5 can be improved, and most of the heat generated from the heating element of the heater IC 52 is absorbed. can be fastened to the core part 5.
  • the amount of heat generated by the heater required to maintain the temperature of the core portion 5 can be suppressed as small as possible, and the power consumption of the OCXO 1 can be reduced.
  • the width direction (horizontal direction in FIGS. 11(a) and 12(a)) of the slit 401 does not particularly affect the heat insulating effect of the slit 401, but from the viewpoint of avoiding a decrease in the strength of the core substrate 4. It is preferable to make it as small as possible. If the strength of the core substrate 4 decreases, when wire bonding the core portion 5 to the package 2, ultrasonic waves will no longer efficiently contribute to bonding, making it difficult to perform good wire bonding.
  • the slit 401 provided between the region R1 and one region R2 be divided into a plurality of slits in the longitudinal direction rather than being formed as one long slit (FIG. 11(a), (See FIG. 12(a)).
  • the slit 401 is not limited to being formed in a straight line, but may have a bent shape along the periphery of the region R2, for example (see FIG. 12(b)).
  • the slit 401 is not limited to being disposed between the region R1 and the region R2 and close to the region R2, but may be disposed close to the region R1 (FIG. 12(c) )reference).
  • the slit 401 can effectively block out the surrounding area and provide an effective heat insulating effect.
  • the opening 402 provided in the core substrate 4 is formed so that the core substrate 4 does not come into contact with the center part of the core part 5, and below the opening 402, the opening 402 is formed between the core substrate 4 and the package 2.
  • a space 2d is provided between the inner bottom surface and the inner bottom surface. As a result, the space 2d can improve the heat insulation properties of the core section 5, and the amount of heat generated by the heater required to maintain the temperature of the core section 5 can be further suppressed, further reducing the power consumption of the OCXO 1. be able to.
  • the opening 402 is formed into a substantially rectangular shape in plan view, and the core portion 5 is held in the four corner regions of the opening 402 of the core substrate 4, the The area of the portion where the portion 5 (heater IC 52) and the core substrate 4 are connected (contacted) can be made as small as possible, and the effect of reducing heat conduction (insulation effect) by the opening 402 can be improved.
  • the openings 402 it is necessary that more than half of the area (area with an area of 50% or more) of the area R1 overlaps with the openings 402 in plan view. preferable. Further, it is more preferable that most of the area (area with an area of 70% or more) of the area R1 overlaps with the opening 402 in plan view, and more preferably, almost all the area (with an area of 90% or more) overlaps with the opening 402. It is even more preferable that the region) overlap the opening 402.
  • the oscillation IC 51, the crystal oscillator 50, and the heater IC 52 each have an area that gradually decreases upward in a plan view, and the oscillation IC 51 and the crystal oscillator 50 each have an area that gradually decreases upward.
  • the entire opposing surface of one member (oscillation IC 51) having a relatively small area is bonded to the opposing surface of the other member (crystal oscillator 50).
  • the entire opposing surface of one member (crystal resonator 50) having a relatively small area is joined to the opposing surface of the other member (heater IC 52).
  • the entire joining surface of the member having a relatively smaller area in plan view is joined to the joined surface of the larger member, so that the core portion 5 can be made uniform.
  • the sandwich-structured crystal vibrator 50 in which the vibrating part 11 as described above is hermetically sealed and can be made low in height, is used. , it is possible to reduce the height and size of the core portion 5, and the heat capacity of the core portion 5 can be reduced. Thereby, the amount of heat generated by the heater of the OCXO 1 can be suppressed, and power consumption can be suppressed. Moreover, the temperature followability of the core portion 5 can be improved, and the stability of the OCXO 1 can be improved.
  • the vibrating section 11 is hermetically sealed without using an adhesive, so that the adverse effects of thermal convection due to outgas generated from the adhesive can be suppressed. . That is, in the space that hermetically seals the vibrating part 11, outgas generated from the adhesive circulates, causing thermal convection, which may impede accurate temperature control of the vibrating part 11. However, in the sandwich-structured crystal resonator 50, such outgassing does not occur, so that accurate temperature control of the vibrating section 11 is possible.
  • the heater substrate having a heater resistance is used as the heat source of the core part 5, there is a possibility that the heater substrate becomes large in size.
  • a large heater substrate is not necessary.
  • the necessary amount of heat generated by the heater can be secured, the size of the core section 5 can be further reduced, and the heat capacity of the core section 5 can be further reduced.
  • the size of the core part 5 is not limited, it is possible to use a heater substrate having a heater resistance as the heat source of the core part 5.
  • the crystal diaphragm 10 also includes a vibrating part 11 formed into a substantially rectangular shape, an outer frame part 12 surrounding the outer periphery of the vibrating part 11, and a holding part 13 connecting the vibrating part 11 and the outer frame part 12.
  • the slit 401 of the core substrate 4 is arranged on an extension line in the direction in which the holding portion 13 extends in plan view.
  • the package 2 will suffer heat damage and damage over time due to sealing, aging, aging, etc. Therefore, if a resin adhesive with low heat resistance is used as the adhesive (non-conductive adhesive 7, 53 to 55), gas will be generated inside the package 2 due to decomposition, softening, etc., and the high accuracy of the OCXO1. may interfere with temperature regulation. Therefore, in this embodiment, the occurrence of such defects is suppressed by using polyimide adhesives and epoxy adhesives, which have low thermal conductivity and high heat resistance, as such adhesives. I have to.
  • the openings 402 and slits 401 of the core substrate 4 described above are just examples, and the shape, size, number, arrangement position, etc. of the openings 402 and slits 401 on the core substrate 4 can be changed in various ways.
  • the opening 402 is provided in the area directly below the core part 5, but the arrangement position of the opening 402 is not particularly limited as long as it is in the area below the core part 5, and it is part of the area R1 in plan view. Any position that overlaps is sufficient.
  • the opening 402 is a through hole provided in the center of the core substrate 4, the present invention is not limited to this, and the opening 402 may be a notch provided in the peripheral portion of the core substrate 4.
  • the core substrate 4 may be divided into a plurality of parts, and the core substrates 4 may be arranged with a predetermined gap between them. In this case, the gap between adjacent core substrates 4 may be used as the opening 402. .
  • a sandwich-structure crystal resonator 50 is used as the piezoelectric resonator, but the present invention is not limited to this, and piezoelectric resonators having other structures may also be used.
  • a surface-mounted piezoelectric vibrator may be used, which has a structure in which a crystal diaphragm is mounted on a ceramic base having a housing portion, and the housing portion is hermetically sealed with a lid.
  • the oscillation IC 51 was mounted on the crystal oscillator 50 by the FCB method using metal bumps, the oscillation IC 51 was mounted on the crystal oscillator 50 by wire bonding, conductive adhesive, etc. may be installed.
  • the heater IC 52 was mounted on the core substrate 4 by wire bonding, the mounting of the heater IC 52 on the core substrate 4 is not limited to this. You may do so.
  • the electrical connection is made from the crystal resonator 50 to the core substrate 4 by wire bonding
  • the present invention is not limited to this.
  • the crystal resonator 50 is attached to the core board via the heater IC 52. 4 may be electrically connected. In this case, it is possible to avoid connecting the wire bonding wire to the crystal resonator 50, and it is possible to suppress the heat of the crystal resonator 50 from escaping to the outside via the wire. Note that all electrical connections may be made using only a conductive adhesive without using wire bonding or the like.
  • the crystal resonator 50 and the package 2 may not be directly connected by wire, and only the oscillation IC 51 may be directly connected to the crystal resonator 50 by wire.
  • the crystal resonator 50 and the oscillation IC 51 are connected via the wire 6c.
  • the heater IC 52 and the package 2 are connected via the wire 6b, and the oscillation IC 51 and the package 2 are connected via the wire 6d.
  • the crystal resonator 50 is only connected to the oscillation IC 51 via the wire 6c, and the crystal resonator 50 is not directly connected to the package 2 by wire.
  • heat can be suppressed from escaping from the crystal resonator 50 to the package 2 side through the wire.
  • the heat insulation for the crystal resonator 50 is improved and the temperature controllability for the crystal resonator 50 is improved.
  • the core part 5 has a structure in which at least the oscillation IC 51, the crystal oscillator 50, and the heater IC 52 are laminated in order from the top.
  • the IC 52, the crystal resonator 50, and the oscillation IC 51 may be stacked in this order from the top.
  • the core section 5 may have a structure in which at least the oscillation IC 51, the heater IC 52, and the crystal resonator 50 are laminated in order from the top, and in this structure, a relatively large-sized crystal resonator 50 is used. Therefore, the characteristics required for the crystal resonator 50 can be easily ensured.
  • the core part 5 only needs to have a structure in which at least the oscillation IC 51, the crystal oscillator 50, and the heater IC 52 are laminated in this order.
  • a configuration may be adopted in which a heater board or the like is added.
  • it may be a four-layer structure in which the heater substrate, the oscillation IC 51, the crystal resonator 50, and the heater IC 52 are laminated in order from the top, or the heater IC 52, the crystal resonator 50, the oscillation IC 51, and the heater substrate
  • it may also have a four-layer structure stacked in order from the top. In these cases, the temperature of the core portion 5 can be made more uniform by laminating a heater substrate, which is a heating element, on the oscillation IC 51.
  • the core part 5 only needs to have at least the oscillation IC 51, the crystal resonator 50, and the heater IC 52, and does not need to have the laminated structure as described above.
  • the core section 5 may include a heater substrate, a plurality of chip capacitors (bypass capacitors), and the like.
  • the region where the core substrate 4 and a component directly joined to the core substrate 4 (for example, a heater substrate) are bonded is the region where the core portion 5 is provided.
  • the core part 5 and the package 2 are electrically connected without going through the core board 4, but the core part 5 and the package 2 are electrically connected through the core board 4. You may.
  • the core section 5 has a configuration in which the crystal resonator 50 is mounted on the heater IC 52, and the oscillation IC 51 is mounted on the crystal resonator 50.
  • the present invention is not limited to this, and the core section 5 may have a configuration in which the crystal resonator 50 and the oscillation IC 51 are mounted horizontally on the heater IC 52.
  • an AT-cut crystal diaphragm is used as the crystal diaphragm 10, but other crystal diaphragms (for example, an SC-cut crystal diaphragm, a quartz Z-plate, etc.) may be used.
  • the first sealing member 20 and the second sealing member 30 are formed of a crystal plate, the present invention is not limited thereto. Alternatively, it may be formed of resin.
  • the package 2 is a single package, but the present invention is not limited to this.
  • a package with an H-shaped structure or a package with a two-tiered structure may be used as the package 2. You can also do it.

Abstract

コア部(5)が断熱用のパッケージ(2)の内部に密閉状態で封入されたOCXO(1)において、コア部(5)は、少なくとも発振用IC(51)、水晶振動子(50)、およびヒータ用IC(52)を含んだ構成になっており、コア部(5)の底面にはコア基板(4)が配置され、このコア基板(4)の底面が非導電性接着剤(55)によってコア基板(4)に接合され、コア基板(4)が非導電性接着剤(7)によってパッケージ(2)に接合されており、コア基板(4)には、コア部(5)の下方の領域に開口(402)が設けられている。

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)。OCXOは、例えば、発振用IC、圧電振動子、ヒータ用IC等を有するコア部が、断熱用のパッケージの内部に密閉状態で封入された構成になっており、コア部は、コア基板を介してパッケージに固定されている。OCXOでは、ヒータ用ICの発熱体(熱源)が発生する熱量(ヒータ発熱量)を制御することによって、コア部の温度が略一定の温度に維持されるようになっている。
特許第6376681号公報
 上述したようなOCXOにおいて、コア部は、例えば非導電性接着剤等によってコア基板に固定される。この場合、コア部とコア基板との接続部分を介して、コア部の熱がコア基板側へ移動し、コア部からコア基板側へ移動した熱量の分だけコア部の断熱性が悪化する。このため、コア部とコア基板との接続部分の面積が大きくなるほど、コア部の温度を維持するために必要なヒータ発熱量が大きくなり、消費電力が大きくな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、コア部の断熱性を向上させ、コア部の温度を維持するためのヒータ発熱量をできる限り小さく抑え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、コア部が断熱用のパッケージの内部に密閉状態で封入された恒温槽型圧電発振器であって、前記コア部は、少なくとも発振用IC、圧電振動子、およびヒータ用ICを含んだ構成になっており、前記コア部の底面には、コア基板が配置され、前記コア部の前記底面が第1の接合材によって前記コア基板に接合され、前記コア基板が第2の接合材によって前記パッケージに接合されており、前記コア基板には、前記コア部の下方の領域に開口が設けられていることを特徴とする。
 上記構成によれば、コア基板に設けられた開口によって、コア部とコア基板とが接続(接触)する部分の面積が小さくなり、コア部とコア基板との接続部分を介して、コア部からコア基板側(パッケージ側)へ移動する熱量が小さくなるので、コア部の断熱性を向上させることができる。つまり、コア部とコア基板との接続部分を介して、コア部の熱がコア基板側へ移動しにくくなり(漏れにくくなり)、ヒータ用ICの発熱体から発生した熱の大部分をコア部に留めることができる。これにより、コア部の温度を維持するために必要なヒータ発熱量をできる限り小さく抑えることができ、OCXOの消費電力を低減することができる。
 上記構成において、前記開口は、前記コア基板が前記コア部の中央部と接触しないように形成され、前記開口の下方には、前記コア基板と前記パッケージの内底面との間に形成された空間が設けられていることが好ましい。上記構成によれば、コア基板とパッケージの内底面との間に設けられた空間によって、コア部の断熱性を高めることができる。これにより、コア部の温度を維持するために必要なヒータ発熱量をより小さく抑えることができ、OCXOの消費電力をより低減することができる。
 上記構成において、前記開口は、平面視で略矩形に形成され、前記コア基板の前記開口の4隅の領域で前記コア部が保持されていることが好ましい。上記構成によれば、コア部の接合性を低下させることなく、コア基板とが接続(接触)する部分の面積をできる限り小さくすることができ、開口による熱伝導低減効果(断熱効果)を向上させることができる。
 上記構成において、開口によるコア部の断熱性を向上させるためには、平面視で前記コア部が配置される領域のうち、50%以上の面積の領域が前記開口と重畳していることが好ましい。
 上記構成において、前記コア部と前記パッケージとは、ワイヤボンディングによって電気的接合され、前記コア部におけるワイヤの接続部は、平面視で前記開口と重畳していないことが好ましい。上記構成によれば、開口が重畳していないことで、コア部をパッケージにワイヤボンディングする際に、超音波が効率的に接合に寄与させることができ、より良好なワイヤボンディングが行えるようになる。
 上記構成において、前記コア基板には、当該コア基板の上面において前記コア部が搭載される搭載領域と、当該コア基板を前記パッケージに接合するための接合領域との間にスリットが設けられていることが好ましい。上記構成によれば、コア基板に設けられたスリットによってコア部が搭載される搭載領域と、コア基板をパッケージに接合するための接合領域との間の伝熱経路が狭められる。コア基板を介した熱伝導によってコア部からパッケージへの放熱が生じることを低減することができる。
 また、本発明は、コア部が断熱用のパッケージの内部に密閉状態で封入された恒温槽型圧電発振器であって、前記コア部は、少なくとも発振用IC、圧電振動子、およびヒータ用ICを含んだ構成になっており、前記コア部の底面には、コア基板が配置され、前記コア部の前記底面が第1の接合材によって前記コア基板に接合され、前記コア基板が第2の接合材によって前記パッケージに接合されており、前記コア基板には、当該コア基板の上面において前記コア部が搭載される搭載領域と、当該コア基板を前記パッケージに接合するための接合領域との間にスリットが設けられていることを特徴とする。
 上記構成によれば、スリットによって、搭載領域から接合領域に伝わる熱を遮断することができ、コア部からコア基板側(パッケージ側)へ移動する熱量が小さくなるので、コア部の断熱性を向上させることができ、ヒータ用ICの発熱体から発生した熱の大部分をコア部に留めることができる。これにより、コア部の温度を維持するために必要なヒータ発熱量をできる限り小さく抑えることができ、OCXOの消費電力を低減することができる。
 上記構成において、前記スリットは、前記接合領域の周囲に沿った形状とされていることが好ましい。上記構成によれば、スリットを接合領域の周囲形状に沿わせることで、スリットの開口面積を不要に拡大することなく、接合領域への熱伝導を効果的に遮断し、スリットによる効果的な断熱効果が得られる。
 上記構成において、前記スリットは、その長手方向に複数に分割された構成になっていることが好ましい。上記構成によれば、スリットを複数に分割することにより、1つの長いスリットとする場合に比べ、コア基板の強度低下を避けることができる。
 上記構成において、前記圧電振動子が、第1、第2封止部材と、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、コア部の圧電振動子として、上述のような振動部が内部に気密封止されたサンドイッチ構造の圧電振動子が用いられているので、コア部の低背化および小型化を図ることができ、コア部の熱容量を小さくすることができる。これにより、OCXOのヒータ発熱量を抑えることができ、消費電力を抑えることができる。しかも、コア部の温度追従性を向上させることができ、OCXO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圧電振動子では、接着剤を用いずに振動部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、振動部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、振動部の精度良い温度制御が妨げられる可能性がある。しかし、サンドイッチ構造の圧電振動子では、そのようなアウトガスが発生しないため、振動部の精度良い温度制御が可能になる。
 本発明の恒温槽型圧電発振器によれば、コア基板に設けられた開口によって、コア部とコア基板とが接続(接触)する部分の面積が小さくなり、コア部とコア基板との接続部分を介して、コア部からコア基板側へ移動する熱量が小さくなるので、コア部の断熱性を向上させることができる。つまり、コア部とコア基板との接続部分を介して、コア部の熱がコア基板側へ移動しにくくなり、ヒータ用ICの発熱体から発生した熱の大部分をコア部に留めることができる。
本発明の実施形態にかかるOCXOの概略構成を示す断面図である。 図1のOCXOの平面図である。 図1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2のコア部の水晶発振器(水晶振動子および発振用IC)の各構成を模式的に示した概略構成図である。 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。 (a)、(b)は、コア基板の一形状例を示す平面図である。 (a)~(c)は、コア基板の変形例を示す平面図である。 他の実施形態にかかるOCXOの概略構成を示す図1相当図である。
 以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
 本実施形態にかかるOCXO1は、図1、図2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(蓋)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を介して固定されており、パッケージ2の内部が密封状態(気密状態)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。また、これらに限らず、金属リングを用いたシーム封止や金属リングを用いないダイレクトシーム封止、ビーム封止などの手法による封止部材の構成を採用することも可能である(真空度を低下させない上では、シーム封止が好ましい)。パッケージ2の内部空間は、真空(例えば真空度が10Pa以下)、または低圧の窒素やアルゴンなどの熱伝導率が低い雰囲気であることが好ましい。なお、図2では、リッド3を取り外した状態のOCXO1を示しており、OCXO1の内部の構造を示している。
 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が形成されている。コア部5は、対向する一対の段差部2c,2c間における凹部2aの底面に、コア基板4を介して配置されている。あるいは、段差部2cは、凹部2aの底面の4方を囲むように形成されていてもよい。コア基板4は、例えばポリイミド等の耐熱性および可撓性を有する樹脂材料からなる。なお、コア基板4を水晶によって形成してもよい。
 コア基板4は、非導電性接着剤(接合材)7により凹部2aの底面に接合されており、コア基板4の下側の部分には空間(ギャップ)2dが形成されている。コア基板4の中央部には、後述する開口402が形成されており、開口402は空間2dの上方に設けられている。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)は、ワイヤ6a,6bを介して段差部2cの段差面上に形成された接続端子にワイヤボンディングにより接続されている。非導電性接着剤7,7の内方側には、スペーサ部材2f,2fが設けられている。非導電性接着剤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。スペーサ部材2fは、例えばモリブデン、タングステン等のペースト材からなる。
 非導電性接着剤7,7は、コア基板4の長手方向の両端部に配置されており、コア基板4の短手方向(図1の紙面に直交する方向)に沿って直線状に配置されている。各スペーサ部材2fは、非導電性接着剤7の側方に隣接するように配置されており、コア基板4の短手方向に沿って直線状に配置されている。このように、非導電性接着剤7,7の内方側において、コア基板4とパッケージ2の底面の間に、スペーサ部材2f,2fが介在されている。スペーサ部材2f,2fによって、コア基板4の長手方向の両端部が支持されている。
 次に、コア部5について、図3を参照して説明する。図3では、コア部5がコア基板4上に搭載された状態を図示している。コア部5は、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、発振用IC51、水晶振動子(圧電振動子)50、およびヒータ用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。発振用IC51、水晶振動子50、およびヒータ用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。コア部5は、特に、温度特性の大きい水晶振動子50、発振用IC51、およびヒータ用IC52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および発振用IC51によって、水晶発振器100が構成される。発振用IC51は、複数の金属バンプ51a(図4参照)を介して水晶振動子50上に搭載されている。発振用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。水晶発振器100の詳細については後述する。
 水晶振動子50および発振用IC51の互いの対向面の間には、非導電性接着剤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および発振用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、発振用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、エポキシ系接着剤などが用いられる。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を介してコア基板4の上面に形成された接続端子にワイヤボンディングにより接続されている。
 発振用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、発振用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。発振用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。
 ヒータ用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。ヒータ用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、OCXO1の発振周波数の安定化が図られている。
 水晶振動子50およびヒータ用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およびヒータ用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、ヒータ用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、エポキシ系接着剤などが用いられる。また、ヒータ用IC52の上面に形成された外部端子(図示省略)が、ワイヤ6bを介してコア基板4の上面に形成された接続端子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用IC52よりも小さくなっており、水晶振動子50の全体が、平面視でヒータ用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、ヒータ用IC52の上面に接合されている。
 ヒータ用IC52およびコア基板4の互いの対向面の間には、非導電性接着剤55が介在されており、非導電性接着剤55によってヒータ用IC52およびコア基板4の互いの対向面が固定されている。非導電性接着剤55としては、例えばポリイミド系接着剤、エポキシ系接着剤などが用いられる。ここで、コア基板4の中央部には、図11(a)に示すように、平面視で略矩形の開口402が形成されており、コア基板4の開口402の4隅(角部)の領域には、開口402の内方に向けて突出する円弧状の突出部がそれぞれ形成されている。そして、各突出部において、非導電性接着剤55によってヒータ用IC52およびコア基板4の互いの対向面が固定されている。なお、図11(a)において、領域R1はコア基板4の上面においてコア部5の一部であるヒータ用IC52が搭載される領域であり、領域R2はコア基板4の裏面においてパッケージ2と接合される領域(非導電性接着剤7の塗布領域およびスペーサ部材2fの配置領域)である。領域R1,R2は平面視で互いに重畳しない位置に設けられており、領域R1の横方向(図11(a)では左右方向)の両側に所定の間隔を隔てて領域R2が設けられている。
 図3に示すコア部5において、水晶振動子50およびヒータ用IC52の上面にはワイヤボンディング用の外部端子が形成されている。水晶振動子50およびヒータ用IC52のワイヤボンディングは、コア部5をパッケージ2に搭載する前には行われず、コア部5をパッケージ2に搭載した後に行われる。すなわち、図1に示すように、コア部5をパッケージ2に搭載した後、水晶振動子50の上面に形成された外部端子がワイヤ6aを介して段差部2cの段差面上に形成された接続端子に接続される。また、ヒータ用IC52の上面に形成された外部端子がワイヤ6bを介して段差部2cの段差面上に形成された接続端子に接続される。このように、コア部5をパッケージ2に搭載した後でワイヤボンディングを行うことによって、効率よくワイヤボンディングを行うことができ、量産性に優れたOCXO1を提供することができる。
 コア部5に用いられる水晶振動子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3枚重ね構造のデバイスである。
 このようなサンドイッチ構造の水晶振動子50と、発振用IC51とが一体的に設けられた水晶発振器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、および発振用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、図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用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、上述したヒータ用IC52上に、非導電性接着剤54を介して搭載される。
 水晶振動板10は、図7、図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、図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(連結部)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)。
 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、図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、図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、図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用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。発振用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。また、本実施形態では、6つの電極パターン22のうち、第1封止部材20の第1主面201の4隅(角部)に位置する電極パターン22は、上述したコア基板4の上面に形成された接続端子にワイヤ6aを介して接続されている。これにより、発振用IC51が、ワイヤ6a、パッケージ2等を介して、外部に電気的に接続されるようになっている。
 第1封止部材20には、図5、図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、図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、図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、4つの電極端子32が設けられている。電極端子32は、第2封止部材30の第2主面302の4隅(角部)にそれぞれ位置する。なお、本実施形態では、上述したように、電極パターン22、ワイヤ6aを介して外部との電気的に接続が行われるが、電極端子32を用いて外部との電気的な接続を行うことも可能になっている。
 第2封止部材30には、図9、図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。なお、電極端子32を用いて外部との電気的な接続を行わない場合には、電極端子32、第6スルーホール33等を設けない構成としてもよい。
 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、発振用IC51および電極端子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、発振用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、発振用IC51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、コア部5は、コア基板4を介してパッケージ2に支持されており、コア部5は、少なくとも発振用IC51、水晶振動子50、およびヒータ用IC52を有しており、発振用IC51、水晶振動子50、およびヒータ用IC52の順に積層された構成になっている。そして、ヒータ用IC52において、発熱体に供給する電流を制御することによって、コア部5の温度調整を行って、コア部5の温度を略一定の温度に維持するようにしている。
 本実施形態では、図11(a)に示すように、コア基板4では、コア部5の一部であるヒータ用IC52の直下領域に、すなわち領域R1とほぼ重なるように開口402が設けられている。なお、開口402は開口内部に領域R1を完全に含むことはなく、開口402は領域R1の少なくとも4隅を含まない形状とされている。これにより、ヒータ用IC52はその4隅でコア基板4に接着固定できるようになっている。
 本実施形態によれば、コア基板4に設けられた開口402によってコア部5(ヒータ用IC52)とコア基板4とが接続(接触)する部分の面積が小さくなり、コア部5とコア基板4との接続部分を介して、コア部5からコア基板4側(パッケージ2側)へ移動する熱量が小さくなるので、コア部5の断熱性を向上させることができる。つまり、コア部5とコア基板4との接続部分を介して、コア部5の熱がコア基板4側へ移動しにくくなり(漏れにくくなり)、ヒータ用IC52の発熱体から発生した熱の大部分をコア部5に留めることができる。これにより、コア部5の温度を維持するために必要なヒータ発熱量をできる限り小さく抑えることができ、OCXO1の消費電力を低減することができる。
 図11(a)に示す開口402は、開口402の縦寸法および横寸法が領域R1の縦寸法および横寸法よりも大きくなるように形成されている。これにより、領域R1は4隅のみが開口402に含まれない形状とされている。この場合、コア部5(ヒータ用IC52)とコア基板4とが接続(接触)する部分の面積を最小限にすることができ、開口402による熱伝導低減効果(断熱効果)が最大限に得られる。
 コア部5、コア基板4、および開口402は、コア基板4の縦方向(図11(a)では上下方向)の中心線C1に対し、それぞれ線対称な形状になっている。また、コア部5、コア基板4、および開口402は、コア基板4の横方向(図11(a)では左右方向)の中心線C2に対し、それぞれ線対称な形状になっている。さらに、開口402の中心は、コア基板4の重心C0(中心線C1,C2の交点)およびコア部5の重心に一致している。
 なお、図11(b)に示すように、開口402の縦寸法および横寸法が、領域R1の縦寸法および横寸法よりも小さくなるように形成されていてもよい。これにより、領域R1は4隅のみでなく、外縁部の周辺全体が開口402に含まれない形状とされており、コア部5のヒータ用IC52におけるワイヤボンディングの接続部が、平面視で開口402と重畳しないようになっている。つまり、コア部5のヒータ用IC52をパッケージ2にワイヤボンディングする際に、コア部5のヒータ用IC52のワイヤボンディングパッドの直下に開口402が存在しないようにすることができる。これにより、コア部5のヒータ用IC52をパッケージ2にワイヤボンディングする際に、コア部5の姿勢を安定化させ、超音波を効率的に接合に寄与させることができ、より良好なワイヤボンディングを行えるようになる。
 また、本実施形態では、図11(a)に示すように、コア基板4では、開口402の両側(図11(a)では左右方向の両側)に、スリット401がそれぞれ設けられている。なお、図11(a)に示すように、コア基板4に開口402およびスリット401の両方を設けてもよいし、図示しないがコア基板4に開口402のみを設けてもよいし、あるいは、図12(a)~(c)に示すように、コア基板4にスリット401のみを設けてもよい。
 ここで、スリット401の一例について、図11(a)、図12(a)~(c)を参照して説明する。図11(a)、図12(a)~(c)に示すように、スリット401は、領域R1と領域R2との間に設けられている。スリット401の縦寸法は、開口402(図11(a)参照)の縦寸法よりも大きくなっている。このようなスリット401によって領域R1と領域R2との間の伝熱経路が狭められる。コア基板4を介した熱伝導によってコア部5からパッケージ2への放熱が生じることを低減することができる。
 スリット401による熱伝導低減効果(断熱効果)を好適に得るため、スリット401は、コア基板4の両側における領域R2の並び方向(図11(a)、図12(a)での左右方向)に対して直交する方向(図11(a)、図12(a)での上下方向)を長手方向とすることが好ましい。これにより、スリット401は、領域R1から領域R2に伝わる熱を広範囲に遮断することができ、スリット401による断熱効果が向上する。したがって、コア部5からコア基板4側(パッケージ2側)へ移動する熱量が小さくなるので、コア部5の断熱性を向上させることができ、ヒータ用IC52の発熱体から発生した熱の大部分をコア部5に留めることができる。これにより、コア部5の温度を維持するために必要なヒータ発熱量をできる限り小さく抑えることができ、OCXO1の消費電力を低減することができる。
 なお、スリット401の短手方向(図11(a)、図12(a)では左右方向)寸法は、スリット401の断熱効果に特に影響を与えるものではなく、コア基板4の強度低下を避ける観点からできるだけ小さくすることが好ましい。コア基板4の強度が低下すると、コア部5をパッケージ2にワイヤボンディングする際に、超音波が効率的に接合に寄与しなくなり、良好なワイヤボンディングが行いにくくなる。
 また、領域R1と1つの領域R2との間に設けられるスリット401は、1つの長いスリットとして形成するよりも、長手方向に複数に分割されたスリットとすることが好ましい(図11(a)、図12(a)参照)。このように、スリット401を複数に分割することにより、1つの長いスリットとする場合に比べ、コア基板4の強度低下を避けることができる。なお、スリット401は、直線状に形成されるものには限定されず、例えば、領域R2の周囲に沿って屈曲させた形状としてもよい(図12(b)参照)。このように、スリット401を領域R2の周囲形状に沿わせることで、スリット401の開口面積を不要に拡大することなく、領域R2への熱伝導を効果的に遮断し、スリット401による効果的な断熱効果が得られると考えられる。
また、スリット401は、領域R1と領域R2との間で、領域R2に接近させて配置するものには限定されず、領域R1に接近させて配置するものであってもよい(図12(c)参照)。このように、スリット401を領域R1に接近して配置することで、領域R1からの熱伝導(すなわち、熱源であるヒータ用IC52からの熱伝導)を領域R1から放射的に伝わる熱の熱源の近くから効果的に遮断し、スリット401による効果的な断熱効果が得られると考えられる。
 また、本実施形態では、コア基板4に設けられた開口402は、コア基板4がコア部5の中央部と接触しないように形成され、開口402の下方には、コア基板4とパッケージ2の内底面との間に形成された空間2dが設けられている。これにより、空間2dによって、コア部5の断熱性を高めることができ、コア部5の温度を維持するために必要なヒータ発熱量をより小さく抑えることができ、OCXO1の消費電力をより低減することができる。
 また、開口402は、平面視で略矩形に形成され、コア基板4の開口402の4隅の領域でコア部5が保持されているので、コア部5の接合性を低下させることなく、コア部5(ヒータ用IC52)とコア基板4とが接続(接触)する部分の面積をできる限り小さくすることができ、開口402による熱伝導低減効果(断熱効果)を向上させることができる。
 ここで、開口402によるコア部5の断熱性を向上させるためには、平面視で領域R1のうち、半分以上の領域(50%以上の面積の領域)が開口402と重畳していることが好ましい。また、平面視で領域R1のうち、大部分の領域(70%以上の面積の領域)が開口402と重畳していることがより好ましく、さらには、ほとんど全ての領域(90%以上の面積の領域)が開口402と重畳していることがより一層好ましい。
 また、本実施形態では、発振用IC51、水晶振動子50、およびヒータ用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おり、発振用IC51と水晶振動子50との間では、面積が相対的に小さい一方の部材(発振用IC51)の対向面の全体が、他方の部材(水晶振動子50)の対向面に接合されており、水晶振動子50とヒータ用IC52との間では、面積が相対的に小さい一方の部材(水晶振動子50)の対向面の全体が、他方の部材(ヒータ用IC52)の対向面に接合されている。この構成によれば、コア部5の構成部材のうち、平面視の面積が相対的に小さい方の部材の接合面全体が、大きい方の部材の被接合面に接合されているので、コア部5の温度を均一化させることができる。
 さらに、本実施形態では、コア部5の圧電振動子として、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図ることができ、コア部5の熱容量を小さくすることができる。これにより、OCXO1のヒータ発熱量を抑えることができ、消費電力を抑えることができる。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、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、サンドイッチ構造の水晶振動子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。
 ところで、コア部5の熱源として、ヒータ抵抗を有するヒータ基板を用いた場合、ヒータ基板が大型化する可能性があるが、本実施形態によれば、そのような大型のヒータ基板を用いなくても、必要なヒータ発熱量を確保することができ、コア部5のさらなる小型化を図ることができ、コア部5の熱容量をさらに小さくすることができる。なお、コア部5の大きさを限定しない場合、コア部5の熱源として、ヒータ抵抗を有するヒータ基板を用いることは可能である。
 また、水晶振動板10は、略矩形に形成された振動部11と、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とを連結する保持部13とを有しており、平面視で保持部13が延びる方向の延長線上にコア基板4のスリット401が配置されている。
 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、接着剤(非導電性接着剤7,53~55)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、本実施形態では、そのような接着剤として、熱伝導率が低く、耐熱性が高いポリイミド系接着剤、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。
 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、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。
 上述したコア基板4の開口402やスリット401は一例であって、開口402やスリット401の形状、大きさ、数、コア基板4における配置位置等はさまざまに変更することが可能である。上記実施形態では、コア部5の直下領域に開口402を設けたが、開口402の配置位置は、コア部5の下方の領域であれば特に限定されず、平面視で領域R1の一部と重畳する位置であればよい。また、開口402をコア基板4の中央部に設けた貫通穴としたが、これに限らず、開口402をコア基板4の周縁部に設けた切欠き等としてもよいし、あるいは、開口402をコア基板4の表面を窪ませて形成した凹部等としてもよい。さらには、コア基板4を複数に分割して設け、所定の隙間を隔ててコア基板4を配列してもよく、この場合、隣り合うコア基板4同士の隙間を開口402として利用してもよい。
 上記実施形態では、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。例えば、収納部を有するセラミックベースに水晶振動板を搭載し、収納部を蓋体によって気密封止した構造の表面実装型圧電振動子等を用いてもよい。また、金属バンプを用いたFCB法により発振用IC51の水晶振動子50への搭載を行ったが、これに限らず、ワイヤボンディングや、導電性接着剤等により発振用IC51の水晶振動子50への搭載を行ってもよい。また、ワイヤボンディングによりヒータ用IC52のコア基板4への搭載を行ったが、これに限らず、金属バンプを用いたFCB法や、導電性接着剤等によりヒータ用IC52のコア基板4への搭載を行ってもよい。
 また、ワイヤボンディングにより水晶振動子50からコア基板4への電気的な接続を行ったが、これに限らず、水晶振動子50の第2封止部材30の第2主面302に形成された電極端子32を利用して、金属バンプを用いたFCB法や、導電性接着剤等により水晶振動子50をヒータ用IC52に搭載することで、水晶振動子50をヒータ用IC52を介してコア基板4に電気的に接続するようにしてもよい。この場合、水晶振動子50にワイヤボンディングのワイヤを接続しないようにすることが可能であり、水晶振動子50の熱がワイヤを介して外部へ逃げることを抑制できる。なお、全ての電気的な接続を、ワイヤボンディング等を用いずに、導電性接着剤のみによって行うようにしてもよい。
 また、図13に示すように、水晶振動子50とパッケージ2との直接的なワイヤ接続は行わず、水晶振動子50に直接、ワイヤ接続されるのは発振用IC51のみとしてもよい。図13では、ワイヤ6cを介して水晶振動子50と発振用IC51とが接続されている。また、ワイヤ6bを介してヒータ用IC52とパッケージ2とが接続され、ワイヤ6dを介して発振用IC51とパッケージ2とが接続されている。このように、水晶振動子50は、ワイヤ6cを介して発振用IC51と接続されているのみであり、水晶振動子50は、パッケージ2とは直接、ワイヤ接続されていない。この構成によれば、水晶振動子50からワイヤを通じてパッケージ2側へ熱が逃げることを抑制できる。その結果、水晶振動子50に対する断熱性が高くなり、水晶振動子50に対する温度制御性が高くなるといったメリットがある。
 上記実施形態では、コア部5が、少なくとも発振用IC51、水晶振動子50、およびヒータ用IC52が上側から順に積層された構成であったが、これとは逆に、コア部5が、少なくともヒータ用IC52、水晶振動子50、および発振用IC51が上側から順に積層された構成であってもよい。なお、コア部5が、少なくとも発振用IC51、ヒータ用IC52、および水晶振動子50が上側から順に積層された構成であってもよく、この構成では、比較的大きいサイズの水晶振動子50を用いることができ、水晶振動子50に必要な特性を容易に確保することができる。
 コア部5は、少なくとも発振用IC51、水晶振動子50、およびヒータ用IC52が順に積層された構成を有していればよく、発振用IC51、水晶振動子50、およびヒータ用IC52の積層構造に、例えばヒータ基板等を付加する構成としてもよい。例えばヒータ基板、発振用IC51、水晶振動子50、およびヒータ用IC52が、上側から順に積層された4層構造としてもよいし、あるいはヒータ用IC52、水晶振動子50、発振用IC51、およびヒータ基板が、上側から順に積層された4層構造としてもよい。これらの場合、発振用IC51に発熱体であるヒータ基板を積層することによって、コア部5の温度をより均一化させることができる。
 また、コア部5は、少なくとも発振用IC51、水晶振動子50、およびヒータ用IC52を有していればよく、上述したような積層構造を有していなくてもよい。例えば、コア部5を、発振用IC51、水晶振動子50、およびヒータ用IC52に加えて、ヒータ基板や、複数のチップコンデンサ(バイパスコンデンサ)等を有する構成としてもよい。この場合、コア基板4に直接的に接合される構成部品(例えばヒータ基板)と、コア基板4との接合領域が、コア部5が設けられた領域とされる。
 上記実施の形態では、コア基板4を経由せずにコア部5とパッケージ2との電気的な接続を行ったが、コア基板4を経由してコア部5とパッケージ2とを電気的に接続してもよい。
 上記実施形態では、コア部5が、ヒータ用IC52の上に水晶振動子50が搭載され、その水晶振動子50上に発振用IC51が搭載された構成であった。しかし、これに限らず、コア部5を、ヒータ用IC52の上に、水晶振動子50および発振用IC51が横置き状態で搭載された構成としてもよい。
 上記実施形態では、水晶振動板10として、ATカット水晶振動板を用いたが、それ以外の水晶振動板(例えばSCカット水晶振動板、水晶Z板等)を用いてもよい。また、第1封止部材20および第2封止部材30を水晶板によって形成したが、これに限定されるものではなく、第1封止部材20および第2封止部材30を、例えば、ガラスまたは樹脂によって形成してもよい。
 上記実施形態では、パッケージ2はシングルパッケージとされているが、本発明はこれに限定されるものではなく、パッケージ2として、例えばH型構造のパッケージや、2段重ね構造のパッケージを使用することもできる。
 この出願は、2022年3月23日に日本で出願された特願2022-047413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。
 1  恒温槽型圧電発振器
 2  パッケージ
 2d  空間
 4  コア基板
 5  コア部
 7  非導電性接着剤(第2の接合材)
 50  水晶振動子(圧電振動子)
 51  発振用IC
 52  ヒータ用IC
 55  非導電性接着剤(第1の接合材)
 100  水晶発振器
 401  スリット
 402  開口
 

Claims (10)

  1.  コア部が断熱用のパッケージの内部に密閉状態で封入された恒温槽型圧電発振器であって、
     前記コア部は、少なくとも発振用IC、圧電振動子、およびヒータ用ICを含んだ構成になっており、
     前記コア部の底面には、コア基板が配置され、前記コア部の前記底面が第1の接合材によって前記コア基板に接合され、
     前記コア基板が第2の接合材によって前記パッケージに接合されており、
     前記コア基板には、前記コア部の下方の領域に開口が設けら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、
     前記開口は、前記コア基板が前記コア部の中央部と接触しないように形成され、
     前記開口の下方には、前記コア基板と前記パッケージの内底面との間に形成された空間が設けら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1または2に記載の恒温槽型圧電発振器において、
     前記開口は、平面視で略矩形に形成され、
     前記コア基板の前記開口の4隅の領域で前記コア部が保持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1~3のいずれか1つに記載の恒温槽型圧電発振器において、
     平面視で前記コア部が配置される領域のうち、50%以上の面積の領域が前記開口と重畳し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、
     前記コア部と前記パッケージとは、ワイヤボンディングによって電気的接合され、
     前記コア部におけるワイヤの接続部は、平面視で前記開口と重畳していないことを特徴とする恒温槽型圧電発振器。
  6.  請求項1~5のいずれか1つに記載の恒温槽型圧電発振器において、
     前記コア基板には、当該コア基板の上面において前記コア部が搭載される搭載領域と、当該コア基板を前記パッケージに接合するための接合領域との間にスリットが設けられていることを特徴とする恒温槽型圧電発振器。
  7.  コア部が断熱用のパッケージの内部に密閉状態で封入された恒温槽型圧電発振器であって、
     前記コア部は、少なくとも発振用IC、圧電振動子、およびヒータ用ICを含んだ構成になっており、
     前記コア部の底面には、コア基板が配置され、前記コア部の前記底面が第1の接合材によって前記コア基板に接合され、
     前記コア基板が第2の接合材によって前記パッケージに接合されており、
     前記コア基板には、当該コア基板の上面において前記コア部が搭載される搭載領域と、当該コア基板を前記パッケージに接合するための接合領域との間にスリットが設けられていることを特徴とする恒温槽型圧電発振器。
  8.  請求項7に記載の恒温槽型圧電発振器において、
     前記スリットは、前記接合領域の周囲に沿った形状とされていることを特徴とする恒温槽型圧電発振器。
  9.  請求項7または8に記載の恒温槽型圧電発振器において、
     前記スリットは、その長手方向に複数に分割された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。
  10.  請求項1~9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、第1、第2封止部材と、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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