JP2007013717A

JP2007013717A - 圧電発振器の調整方法

Info

Publication number: JP2007013717A
Application number: JP2005193006A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Miyanaga; 当康宮良
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-01-18

Abstract

【課題】温度補償型発振器に実装する集積回路（ＩＣ）半導体部品の小型化に対応した圧電発振器の構造と、その調整方法に関するもので、圧電発振器を構成する半導体集積部品を製造工程時に効率良く活用できることを実現する。
【解決手段】圧電素板に励振用電極を形成した圧電振動子と、発振回路を形成した半導体集積部品とから成る圧電発振器の調整方法において、温度補償データを前記半導体集積部品のメモリに書込みまたは、読込み時に、前記半導体集積部品の調整用端子と接続する調整用信号をデータ通信時とデータ通信時以外の状態で機能を切り換えて調整する方法で、調整用信号の切り換えは、温度補償型圧電発振器の調整用信号であり、ＡＦＣとＳＣＬＫの組合せおよび／または、ＵＴＬとＤＩＯの組合せを組とする構成から成り、切替処理と端子共有により半導体集積部品の機能の効率を上げる事。
【選択図】図３

Description

小型化する圧電発振器や温度補償型発振器に実装する集積回路（ＩＣ）半導体集積部品の小型化に対応した圧電発振器の構造と、その調整方法に関するものである。

水晶振動子などの圧電振動子を用いた圧電発振器は、携帯電話などの通信装置や、パーソナルコンピュータといった各種の電子機器で広く使用されている。そして、電子機器の小型化に伴い、他の種々の電子部品と同様、圧電発振器に関しても、プリント配線板における部品実装密度を高めるべく小型化の工夫が様々成されている。

従来から用いられる圧電発振器は、積層基板に発振回路用印刷パターンを配置し、この積層基板の同一平面上に発振回路を構成するコンデンサ、抵抗、集積回路などの半導体集積部品と気密封止された圧電振動子を搭載し圧電発振器を構成する形態（例えば、特許文献１）であったり、圧電振動子と圧電発振器を収納する容器基板の表裏に配置する形態（例えば、特許文献２）にした圧電発振器が使用されていた。

要するに、１つのパッケージ内に圧電振動子と半導体集積部品を収容する場合には、パッケージ内でそれらを横に並べて配置するよりも、上下に重ねて配置した方が小型化を実現する上で有利であることから、最近では基板の表裏に圧電振動子と半導体集積部品を配置する形態が主に成っているのが現状である。そして、昨今では、更に小型化を実現するために、半導体集積部品に圧電振動子を直接搭載し一体化し容器中に収納した形態（例えば、特許文献３）を持つ発明にも至っている現状にある。

しかし上述する従来の技術の基本となるのは、圧電振動子や収納容器、あるいは集積回路と言った要素部品の小型化があって初めて実現するものであるが、これらの要素部品を現状寸法より更に小型にすることは非常に難しい課題がある。一例としては圧電振動子の小型化は製造上と特性上の課題があり、容器についても同様に製造上の課題がある。また、集積回路に関しては、高機能と高精度化する発振器を構成する上で特に温度補償型発振器については周波数変動を極力低減するために、集積回路としての機能的な面と接続用電極の端子数を考えても集積回路の小型化が難しいのが現状にある。

それに対して、集積回路の接続用電極端子数を機能的に共用した発明（例えば、特許文献４）が提案されている。その概要は図１に示すものであるが、例えばＴＣＸＯの集積回路として従来では個別の電極端子として配置したものを、共有できる範囲で電極端子を削減し全体から見た集積回路を小型化した技術である。
特開２０００−０７７９４４号公報特開平０７−１０６９０１号公報特開２０００−１９６３６０号公報特開平１１−１３６０３２号公報なお、出願人は、本願明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本件の出願時までに発見するに至らなかった。

しかしながら、上述する従来の圧電発振器で、特に圧電振動子と半導体集積部品を一体化しても、それでも容器の外形寸法は圧電発振器の小型化の限界に近づきつつあるのが現状にある。この背景には、特に昨今の携帯端末が極小型化、極薄型化になっているのが理由にある。今までは、携帯端末として代表されるのが携帯電話機であったが、現在ではパーソナルコンピュータも携帯して持ち運べるほどに小型化しており、そのコンピュータの通信端末として、カード状の通信ボードが普及している。

これらの通信ボードには、上述する携帯電話機より更に小型化、薄型化の要求を求められることから、これら通信ボードに搭載する圧電発振器にも同様に極小型化と極薄型化の要求が強まっている。

圧電発振器の構成部品のひとつである半導体集積部品に関しては、上述する従来技術に示す例えば特許文献４にあるような、圧電発振器を駆動する半導体集積部品の電極端子を減らした技術が開示されている。しかしながら、工場の生産工程においては、圧電発振器の構成部品やその端子接続が変わったことにより生産のフローや製造工程における各種測定工程を容易に変更することは難しく、更にはひとつの製造工程を複数種の生産製品で共有している場合には、殆ど対応できなくなるという生産効率上の問題を発生することになる。

上述するこれらの問題を解決するために本発明は、圧電素板に励振用電極を形成した圧電振動子と、発振回路を形成した半導体集積部品とから成る圧電発振器の調整方法において、温度補償データを前記半導体集積部品のメモリに書込みまたは、読込み時に、前記半導体集積部品の調整用端子と接続する調整用信号をデータ通信時とデータ通信時以外の状態で機能を切り換えて調整する圧電発振器の調整方法で、調整用信号の切り換えは、温度補償型圧電発振器の調整用信号であり、ＡＦＣとＳＣＬＫの組合せおよび／または、ＵＴＬとＤＩＯの組合せを組とする構成から成ることを特徴とする圧電発振器の調整方法である。

要するに本願発明者は、温度補償型圧電発振器（ＴＣＸＯ）を構成する半導体集積部品が、圧電発振器の中で最も多機能であることからこの半導体集積部品を駆動し、クロック源となる圧電振動子との接続や、温度補償を行うためのメモリ回路や圧電振動子の温度補償特性を補正するための調整端子など、多数の電極を有することに対して、温度補償型圧電発振器を駆動する半導体集積部品の端子の一部を共有した、例えば特許文献４に開示する技術の半導体集積部品を用いた場合であっても、スイッチング処理により共有端子によりまとめられている半導体集積部品の機能を効率良く切り分けられることに着眼したものである。

特に温度補償型圧電発振器を駆動する半導体集積部品では、圧電発振器を駆動するのに必要なユーザ側で使用される基本的な機能端子と、製造メーカ側で必要とする調整用端子を共有化した半導体集積部品を使用する場合には、大変効率の良いスイッチング処理方法を実験的に発見したことで、従来に挙げる課題を解決するものである。

本発明により温度補償型圧電発振器を構成する半導体集積部品を小型化したものを利用することができ、更には従来の製造工程と同じ設備も使用することができることから、製造工程を大幅に変更することなく生産工程を確立することができることにより、圧電発振器の小型化を推進すると共に、製造工程の設備の共有も行えることから、製造コストの低減と多品種を同一の生産工程で共有することができる。

以下、図面に従ってこの発明の実施例を説明する。なお、各図において同一の符号は同様の対象を示すものとする。図１は従来の半導体集積部品に構成される機能端子と、その端子の中から一部の機能だけをひとつの端子に共有して構成する半導体集積部品の端子の構成を図示したものである。図中に示す端子は以下の機能を持つものである。なお、従来と本発明の両者の場合の端子機能を記載する。

従来の場合の端子機能は８端子として、ＡＦＣ：周波数可変電圧入力、Ｖｄｄ：電源、ＧＮＤ：接地端子、ＯＵＴ：周波数出力、ＣＳ：データ通信用１(Chip Select)、ＵＴＬ：アナログ電圧入出力、ＤＩＯ：データ通信用２(Data Input Output)、ＳＣＬＫ：データ通信用３(Clock)であるのに対して、本発明では６端子であるＶＡＦＣ：データ通信用３(Clock)／周波数可変電圧入力、Ｖｄｄ：電源、ＧＮＤ：接地端子、ＯＵＴ：周波数出力、ＣＳ：データ通信用１(Chip Select)、ＡＤＩＯ：データ通信用２(Data Input Outut)／アナログ電圧入出力、となっている。

その結果、図２に示すような端子の構成と共有端子をまとめる考え方から、従来の機能を満足しながらも、スイッチによる切り換えにより従来と同じ半導体集積部品の機能を満足することができるものである。この端子の削減については、従来技術の中で既に説明があるが、本願発明者は図３の切り換え手段動作タイミングを実験的に工夫することで、最良の条件を得たものである。

そして、従来品と本発明の端子数を減らした半導体集積部品を兼用する上で、図４に示すようなタイミングチャートを端子機能を共有化することで動作させることで、圧電素板に励振用電極を形成した圧電振動子と、発振回路を形成した半導体集積部品とから成る圧電発振器の調整方法において、温度補償データを前記半導体集積部品のメモリに書込みまたは、読込み時に、前記半導体集積部品の調整用端子と接続する調整用信号をデータ通信時とデータ通信時以外の状態で機能を切り換えて調整する圧電発振器の調整方法で、調整用信号の切り換えは、温度補償型圧電発振器の調整用信号であり、ＡＦＣとＳＣＬＫの組合せおよび／または、ＵＴＬとＤＩＯの組合せを組とする構成から成る圧電発振器の調整方法を得たものである。

要するに、図４のタイミングチャート図から分かるように、従来品はデータの書込時では、ＣＳ，ＳＫ，ＤＩＯ（ＵＴＬ）は単機能の調整端子として使用するのに対して、本発明では（１）ＶＡＦＣはＡＦＣ端子、ＣＬＯＣＫ端子の機能を共有し、通常動作時にはＡＦＣ端子として機能し、データ通信時にはクロック端子として機能する。（２）ＡＤＩＯはＵＴＬ端子、ＤＩＯ端子の機能を共有し、通常動作時にはＵＴＬ端子（アナログ電圧入出力端子）として機能し、データ通信時にはデータ入出力端子として機能する。このように、（１）と（２）則ち、通常動作時とデータ通信（書込）時の切替はＣＳ信号線の状態（ＨｉｇｈかＬｏｗ）によって切替えることによって、端子の数を減らせたものである。なお、ここではデータ通信時とは読込時も想定している。

本願発明者は、温度補償型圧電発振器（ＴＣＸＯ）を構成する半導体集積部品が、圧電発振器の中で最も多機能であることからこの半導体集積部品を駆動し、クロック源となる圧電振動子との接続や、温度補償を行うためのメモリ回路や圧電振動子の温度補償特性を補正するための調整端子など、多数の電極を有することに対して、温度補償型圧電発振器を駆動する半導体集積部品の端子の一部を共有した、例えば特許文献４に開示する技術の半導体集積部品を用いた場合であっても、スイッチング（ＩＣ４０５３相当の機能素子を用いて）処理により共有端子によりまとめられている半導体集積部品の機能を効率良く切り分けられることに着眼し、特に温度補償型圧電発振器を駆動する半導体集積部品では、圧電発振器を駆動するのに必要なユーザ側で使用される基本的な機能端子と、製造メーカ側で必要とする調整用端子を共有化した半導体集積部品を使用する場合には、大変効率の良いスイッチング処理方法を実験的に発見したことで、従来に挙げる課題を解決するものである。

その結果、温度補償型圧電発振器を構成する半導体集積部品を小型化したものを利用することができ、更には従来の製造工程と同じ設備も使用することができることから、製造工程を大幅に変更することなく生産工程を確立することができることにより、圧電発振器の小型化を推進すると共に、製造工程の設備の共有も行えることから、製造コストの低減と多品種を同一の生産工程で共有することができる。

従来の半導体集積部品を構成する端子の一部をまとめることで、端子数を減らした事例を示した図である。図１で示す端子数を減らした端子構成で、機能を確保する上で共有する機能を動作させるための切り換えの概念を示した図である。実際の製造工程で用いる切り換え手段を示す概念図である。従来品と本発明とでのタイミングチャートを比較したチャート図である。

Claims

圧電素板に励振用電極を形成した圧電振動子と、発振回路を形成した半導体集積部品とから成る圧電発振器の調整方法において、
温度補償データを前記半導体集積部品のメモリに書込みまたは、読込み時に、前記半導体集積部品の調整用端子と接続する調整用信号をデータ通信時とデータ通信時以外の状態で機能を切り換えて調整することを特徴とする圧電発振器の調整方法。
請求項１記載の調整用信号の切り換えは、温度補償型圧電発振器の調整用信号であり、ＡＦＣとＳＣＬＫの組合せおよび／または、ＵＴＬとＤＩＯの組合せを組とする構成から成ることを特徴とする圧電発振器の調整方法。