JP2018142899A - 水晶発振器 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化すると共に、熱処理の問題がなく、温度補償用回路及び水晶振動子への周波数制御回路の熱の影響を小さくした水晶発振器を提供する。
【解決手段】発振器は、セラミックベース1の平面内に、パッケージ化された水晶振動子2とその上面に設けられた温度補償用回路4と、周波数制御回路3を、バイパスコンデンサ5を挟んで配置し、温度補償用回路4及び水晶振動子2が周波数制御回路3の熱の影響を受けにくく、更に水晶振動子1と温度補償用回路4とが密着していることで、温度補償用回路4が水晶振動子1の温度を反映して動作しする。
【選択図】図1
【解決手段】発振器は、セラミックベース1の平面内に、パッケージ化された水晶振動子2とその上面に設けられた温度補償用回路4と、周波数制御回路3を、バイパスコンデンサ5を挟んで配置し、温度補償用回路4及び水晶振動子2が周波数制御回路3の熱の影響を受けにくく、更に水晶振動子1と温度補償用回路4とが密着していることで、温度補償用回路4が水晶振動子1の温度を反映して動作しする。
【選択図】図1
Description
本発明は、水晶発振器に係り、特に、小型化すると共に、熱処理の問題がなく、周波数制御回路への水晶振動子の熱の影響を小さくできる水晶発振器に関する。
[従来の技術]
従来の通信プロトコルのNTP(Network Time Protocol)は、Stratum と呼ばれる階層構造を持ち、そのStratum 3 の規格に対応するための高精度の温度補償型水晶発振器(TCXO:Temperature-compensated crystal Oscillator)では、集積回路(IC)の動作周波数が60MHz程度までである。
そのため、60MHzを超える出力周波数が必要な場合は、逓倍する必要があり、それによって、発振器の外形が大きくなっていた。
従来の通信プロトコルのNTP(Network Time Protocol)は、Stratum と呼ばれる階層構造を持ち、そのStratum 3 の規格に対応するための高精度の温度補償型水晶発振器(TCXO:Temperature-compensated crystal Oscillator)では、集積回路(IC)の動作周波数が60MHz程度までである。
そのため、60MHzを超える出力周波数が必要な場合は、逓倍する必要があり、それによって、発振器の外形が大きくなっていた。
また、高精度に対応するために、経年変化、ヒステリシスの改善策として、一般的に水晶振動子に熱処理を施す等の対策を行っているが、水晶ブランクがICと同じキャビティに搭載された場合に、熱処理によりICが破損する懸念がある。
[関連技術]
尚、関連する先行技術として、特開2016−134736号公報「発振器、電子機器及び移動体」(セイコーエプソン株式会社)[特許文献1]、特開2007−013569号公報「圧電発振器」(京セラキンセキ株式会社)[特許文献2]、特許第3841304号公報「圧電発振器、及びその製造方法」(セイコーエプソン株式会社)[特許文献3]がある。
尚、関連する先行技術として、特開2016−134736号公報「発振器、電子機器及び移動体」(セイコーエプソン株式会社)[特許文献1]、特開2007−013569号公報「圧電発振器」(京セラキンセキ株式会社)[特許文献2]、特許第3841304号公報「圧電発振器、及びその製造方法」(セイコーエプソン株式会社)[特許文献3]がある。
特許文献1には、水晶振動子と、発振用ICと、制御用ICとを実装基板上に配置した発振器が示されている。
特許文献2には、キャビティ構造の基板上にパッケージされた圧電振動子と集積回路素子が搭載された圧電発振器が示されている。
特許文献3には、パッケージされた圧電振動子の上にICチップが搭載された圧電発振器が示されている。
特許文献2には、キャビティ構造の基板上にパッケージされた圧電振動子と集積回路素子が搭載された圧電発振器が示されている。
特許文献3には、パッケージされた圧電振動子の上にICチップが搭載された圧電発振器が示されている。
しかしながら、従来の水晶発振器では、逓倍回路を別に設ける必要があるため、形状が大きくなり、また、水晶振動子の熱処理によってICが破損するおそれがあるという問題点があった。
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、小型化すると共に、熱処理の問題がなく、更に、温度補償用回路及び水晶振動子への周波数制御回路の熱の影響を小さくした水晶発振器を提供することを目的とする。
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、凹形状のセラミックベースを備える水晶発振器であって、セラミックベースの凹形状の内側において、当該内側の平面の一方の半面に配置されたパッケージ化された水晶振動子と、平面の他方の半面に配置された周波数制御回路と、水晶振動子上に設けられた温度補償用回路とを有することを特徴とする。
本発明は、上記水晶発振器において、水晶振動子と温度補償用回路とが熱伝導性の接着剤で接着されていることを特徴とする。
本発明は、上記水晶発振器において、水晶振動子と周波数制御回路との間に、電源とグランドの間に接続されるバイパスコンデンサが配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、凹形状のセラミックベースを備え、セラミックベースの凹形状の内側において、当該内側の平面の一方の半面にパッケージ化された水晶振動子を配置し、その平面の他方の半面に周波数制御回路を配置し、水晶振動子上に温度補償用回路を設けた水晶発振器としているので、小型化できると共に、熱処理の問題がなく、温度補償用回路及び水晶振動子への周波数制御回路の熱の影響を小さくできる効果がある。
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
[実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係る水晶発振器は、凹形状のキャビティの平面において、その半分にパッケージ化した水晶振動子を配置し、別の半分に周波数制御回路を配置し、更に水晶振動子の上に温度補償用回路を設けた構成としているので、キャビティ内に水晶振動子、周波数制御回路と温度補償用回路を収容して小型化できると共に、水晶振動子と周波数制御回路とを離すことで、周波数制御回路の熱の影響を温度補償用回路及び水晶振動子に及ぼすことがなく、水晶振動子は熱処理されて検査されたものが搭載されるため、回路が熱処理されずに済み、回路の破損を防止できるものである。
[実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係る水晶発振器は、凹形状のキャビティの平面において、その半分にパッケージ化した水晶振動子を配置し、別の半分に周波数制御回路を配置し、更に水晶振動子の上に温度補償用回路を設けた構成としているので、キャビティ内に水晶振動子、周波数制御回路と温度補償用回路を収容して小型化できると共に、水晶振動子と周波数制御回路とを離すことで、周波数制御回路の熱の影響を温度補償用回路及び水晶振動子に及ぼすことがなく、水晶振動子は熱処理されて検査されたものが搭載されるため、回路が熱処理されずに済み、回路の破損を防止できるものである。
[本発振器:図1,図2]
本発明の実施の形態に係る水晶発振器(本発振器)について図1及び図2を参照しながら説明する。図1は、本発振器の平面説明図であり、図2は、本発振器の断面説明図である。
本発振器は、図1及び図2に示すようにセラミックベース1が凹形状のキャビティを備えており、その内側の平面に、パッケージ化された水晶振動子2と、周波数制御回路3が配置され、更に水晶振動子2の上に温度補償用回路4が設けられ、上面には蓋としてのリッド6が設けられる構成となっている。
本発明の実施の形態に係る水晶発振器(本発振器)について図1及び図2を参照しながら説明する。図1は、本発振器の平面説明図であり、図2は、本発振器の断面説明図である。
本発振器は、図1及び図2に示すようにセラミックベース1が凹形状のキャビティを備えており、その内側の平面に、パッケージ化された水晶振動子2と、周波数制御回路3が配置され、更に水晶振動子2の上に温度補償用回路4が設けられ、上面には蓋としてのリッド6が設けられる構成となっている。
[本発振器の各部]
次に、本発振器の各部について説明する。
セラミックベース1は、複数のセラミック板を積層してキャビティ構造を形成している。
セラミックベース1の平面(キャビティ内部の底面)には、金属の電極及び配線パターンが形成され、外部への引出線も形成されている。
次に、本発振器の各部について説明する。
セラミックベース1は、複数のセラミック板を積層してキャビティ構造を形成している。
セラミックベース1の平面(キャビティ内部の底面)には、金属の電極及び配線パターンが形成され、外部への引出線も形成されている。
水晶振動子2は、熱処理が既に施された水晶ブランクをパッケージ内に収納したものである。
水晶振動子2の底面には、金属電極が形成されており、半田によりセラミックベース1の金属電極と接続される。
そして、水晶振動子2は、図1において、セラミックベース1の平面の左半分(一方の半分)の領域に配置されている。
水晶振動子2の底面には、金属電極が形成されており、半田によりセラミックベース1の金属電極と接続される。
そして、水晶振動子2は、図1において、セラミックベース1の平面の左半分(一方の半分)の領域に配置されている。
周波数制御回路3は、発振周波数を制御し、逓倍等を行う回路であり、例えば、PLL(Phase Locked Loop)IC等である。
そして、周波数制御回路3は、図1において、セラミックベース1の平面の右半分(他方の半分)の領域に配置されている。
そして、周波数制御回路3は、図1において、セラミックベース1の平面の右半分(他方の半分)の領域に配置されている。
温度補償用回路4は、例えば、TCXO用のIC等である。
当該ICは、温度補償機能を有する発振回路であり、温度センサ、温度補償回路、水晶発振回路等を内蔵している。ここでは、当該ICを「温度補償用回路」と称する。
そして、IC内の温度センサが水晶振動子2に接触(密着)する構成としているので、水晶振動子2内の水晶ブランクと温度センサの温度差を小さくすることができるものである。
当該ICは、温度補償機能を有する発振回路であり、温度センサ、温度補償回路、水晶発振回路等を内蔵している。ここでは、当該ICを「温度補償用回路」と称する。
そして、IC内の温度センサが水晶振動子2に接触(密着)する構成としているので、水晶振動子2内の水晶ブランクと温度センサの温度差を小さくすることができるものである。
温度補償用回路4は、水晶振動子2の上に熱伝導性の接着剤によって接着されている。
熱伝導性の接着剤は、熱伝導率の高い接着剤であり、例えば、シリコン樹脂に熱伝導率が高い特性を有する金属粉として銀(Ag)を含有させたものである。
これにより、水晶振動子2の熱が温度補償用回路4に容易に伝達され、温度補償用回路4が温度補償を適正に行うことができるものである。
熱伝導性の接着剤は、熱伝導率の高い接着剤であり、例えば、シリコン樹脂に熱伝導率が高い特性を有する金属粉として銀(Ag)を含有させたものである。
これにより、水晶振動子2の熱が温度補償用回路4に容易に伝達され、温度補償用回路4が温度補償を適正に行うことができるものである。
バイパスコンデンサ5は、電源とグランドの間に接続されるものであり、直流電源に重畳するノイズをバイパスして安定した電源電圧を供給すると共に、ICに供給される電源電圧の変動を防ぐものである。
そして、バイパスコンデンサ5は、水晶振動子2と周波数制御回路3との間に配置されている。
そして、バイパスコンデンサ5は、水晶振動子2と周波数制御回路3との間に配置されている。
[製造方法]
キャビティのセラミックベース1のキャビティ内に、水晶振動子2、逓倍等を行う周波数制御回路3、コンデンサ5及び温度補償用回路4が搭載され、ワイヤーボンディングで各部品とセラミックベース1の電極とが接続されて、リッド6が上面に設けられる。
キャビティのセラミックベース1のキャビティ内に、水晶振動子2、逓倍等を行う周波数制御回路3、コンデンサ5及び温度補償用回路4が搭載され、ワイヤーボンディングで各部品とセラミックベース1の電極とが接続されて、リッド6が上面に設けられる。
つまり、セラミックベース1のキャビティの平面上に必要な部品を搭載したことで、水晶発振器を小型化できる。
従来のセラミックベースの表と裏に部品を配置したH構造では、高さ方向にかさばり、構造が複雑になり、加えて樹脂の注入が必要になるが、本発振器では、高さ方向にはかさばらず、樹脂の封入を必要としないため、製造工程が簡易で製造コストも抑えることができる。
従来のセラミックベースの表と裏に部品を配置したH構造では、高さ方向にかさばり、構造が複雑になり、加えて樹脂の注入が必要になるが、本発振器では、高さ方向にはかさばらず、樹脂の封入を必要としないため、製造工程が簡易で製造コストも抑えることができる。
また、従来の水晶発振器では、ICを基板に実装後に、水晶ブランクを搭載し、水晶のDLD(Drive Level Dependency:圧電素子の励振レベル依存特性)検査、温度特性検査等で不良となった場合に、良品のICも水晶振動子と共に廃棄されていたが、本発振器では、検査済みの良品のパッケージ化された水晶振動子が搭載されるため、水晶振動子に起因する不具合で良品のICが廃棄されることがなく、不良コストを削減できるものである。
また、従来の発振器では、製品サイズが大きくなると、実装や負荷等の影響によりTCXO単体の温度特性が再現されにくく、高精度化が困難になっていたが、本発振器では、水晶振動子2の上に温度補償用回路4を搭載した状態で、温度特性の調整ができるので、小型で高精度高周波のTCXOが実現できるものである。
[実施の形態の効果]
本発振器によれば、セラミックベース1の平面内に、パッケージ化された水晶振動子2とその上面に設けられた温度補償用回路4と、周波数制御回路3を、バイパスコンデンサ5を挟んで配置しているので、周波数制御回路3が水晶振動子1の熱の影響を受けにくく、更に水晶振動子1と温度補償用回路4とが密着していることで、温度補償用回路4が水晶振動子1の温度を反映して動作するものとなり、また、キャビティ内にコンパクトに高さ方向が大きくならない小型の発振器を実現できる効果がある。
本発振器によれば、セラミックベース1の平面内に、パッケージ化された水晶振動子2とその上面に設けられた温度補償用回路4と、周波数制御回路3を、バイパスコンデンサ5を挟んで配置しているので、周波数制御回路3が水晶振動子1の熱の影響を受けにくく、更に水晶振動子1と温度補償用回路4とが密着していることで、温度補償用回路4が水晶振動子1の温度を反映して動作するものとなり、また、キャビティ内にコンパクトに高さ方向が大きくならない小型の発振器を実現できる効果がある。
本発明は、小型化すると共に、熱処理の問題がなく、温度補償用回路及び水晶振動子への周波数制御回路の熱の影響を小さくした水晶発振器に好適である。
1…セラミックベース、 2…水晶振動子、 3…周波数制御回路、 4…温度補償用回路、 5…バイパスコンデンサ、 6…リッド
Claims (3)
- 凹形状のセラミックベースを備える水晶発振器であって、
前記セラミックベースの凹形状の内側において、当該内側の平面の一方の半面に配置されたパッケージ化された水晶振動子と、
前記平面の他方の半面に配置された周波数制御回路と、
前記水晶振動子上に設けられた温度補償用回路とを有することを特徴とする水晶発振器。 - 水晶振動子と温度補償用回路とが熱伝導性の接着剤で接着されていることを特徴とする請求項1記載の水晶発振器。
- 水晶振動子と周波数制御回路との間に、電源とグランドの間に接続されるバイパスコンデンサが配置されていることを特徴とする請求項1又は2記載の水晶発振器。
Priority Applications (1)
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JP2020137023A (ja) * | 2019-02-22 | 2020-08-31 | セイコーエプソン株式会社 | 発振器、電子機器および移動体 |
JP2020137026A (ja) * | 2019-02-22 | 2020-08-31 | セイコーエプソン株式会社 | 発振器、電子機器および移動体 |
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2017
- 2017-02-28 JP JP2017036978A patent/JP2018142899A/ja active Pending
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CN111614341A (zh) * | 2019-02-22 | 2020-09-01 | 精工爱普生株式会社 | 振荡器、电子设备和移动体 |
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