JP6733330B2 - 発振器、電子機器および移動体 - Google Patents
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Description
本発明は、発振器、電子機器および移動体に関するものである。
特許文献１に記載されているように、従来から、水晶振動素子を利用した発振器として恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ）が知られている。特許文献１の発振器は、回路素子（発振ＩＣ）、発熱体、振動片およびこれらを収容するパッケージを有し、発熱体を加熱して振動片の周囲温度を一定に保つことで、周囲温度の影響を回避し高い周波数安定性を発揮できるようになっている。
また、特許文献１の発振器では、発熱素子が備える回路素子（ヒーターＩＣ）のグランド端子および回路素子（発振ＩＣ）のグランド端子を共にパッケージの内部配線を介してパッケージ底面に配置されたグランド実装端子に電気的に接続することが考えられる。しかしながら、内部配線の電気抵抗が大きく、ヒーターＩＣに流れる電流が大きいため発熱体の作動状態によってヒーターＩＣのグランド電位が変動してしまう。一方、発振ＩＣに流れる電流は微弱であるため発振ＩＣのグランド電位はほぼ変動しない。そのため、例えば、低温で外部から風が当たるような過酷な環境下において、発振ＩＣに設定されている温度−温度センサー出力の特性と温度センサーの実際の出力にずれが生じ、温度制御が正しく行われないおそれがあった。
本発明の目的は、温度制御の精度低下を低減することのできる発振器、電子機器および移動体を提供することにある。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
本適用例の発振器は、発振素子と、
前記発振素子の温度を制御する発熱回路と、
温度検出回路と、
前記温度検出回路の出力に基づいて前記発熱回路の作動を制御する温度制御回路と、
収容空間を有し、前記収容空間に前記発振素子、前記発熱回路、前記温度検出回路および前記温度制御回路を収容する容器と、
前記容器の外表面に配置され、前記温度検出回路のグランドおよび前記温度制御回路のグランドのそれぞれに電気的に接続されているグランド外部端子と、
前記収容空間内で、前記温度検出回路のグランドと前記温度制御回路のグランドとを電気的に接続している接続配線と、を有していることを特徴とする。
これにより、温度制御の精度低下を低減することのできる発振器が得られる。
前記発振素子の温度を制御する発熱回路と、
温度検出回路と、
前記温度検出回路の出力に基づいて前記発熱回路の作動を制御する温度制御回路と、
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前記収容空間内で、前記温度検出回路のグランドと前記温度制御回路のグランドとを電気的に接続している接続配線と、を有していることを特徴とする。
これにより、温度制御の精度低下を低減することのできる発振器が得られる。
本適用例の発振器では、前記発熱回路および前記温度検出回路が同一の回路素子に含まれていることが好ましい。
これにより、発熱回路の温度を精度よく制御することができ、発振素子の周囲温度をより精度よく一定に保つことができ、より高い周波数安定性を発揮することができる。
これにより、発熱回路の温度を精度よく制御することができ、発振素子の周囲温度をより精度よく一定に保つことができ、より高い周波数安定性を発揮することができる。
本適用例の発振器では、前記接続配線は、ボンディングワイヤーであることが好ましい。
これにより、接続配線の構成が簡単となる。
これにより、接続配線の構成が簡単となる。
本適用例の発振器では、前記接続配線は、複数配置されていることが好ましい。
これにより、より容易に温度検出回路のグランドおよび温度制御回路のグランドを電気的に接続することができる。
これにより、より容易に温度検出回路のグランドおよび温度制御回路のグランドを電気的に接続することができる。
本適用例の発振器では、複数の前記接続配線を電気的に接続し、前記収容空間に臨むように前記容器に配置されている配線を有していることが好ましい。
これにより、より容易に温度検出回路のグランドおよび温度制御回路のグランドを電気的に接続することができる。また、この配線の表面に金めっきを施すことができ、配線の電気抵抗を低くすることができる。
これにより、より容易に温度検出回路のグランドおよび温度制御回路のグランドを電気的に接続することができる。また、この配線の表面に金めっきを施すことができ、配線の電気抵抗を低くすることができる。
本適用例の発振器では、前記容器は、絶縁性を有し、前記発振素子、前記発熱回路、前記温度検出回路および前記温度制御回路を支持するベースと、前記ベースとの間に前記収容空間を形成するように前記ベースに接合されている蓋体と、を有し、
前記グランド外部端子は、前記ベースに配置されていることが好ましい。
これにより、ベースの内部配線を介して、前記温度検出回路のグランドおよび前記温度制御回路のグランドのそれぞれとグランド外部端子との電気的な接続が容易となる。
前記グランド外部端子は、前記ベースに配置されていることが好ましい。
これにより、ベースの内部配線を介して、前記温度検出回路のグランドおよび前記温度制御回路のグランドのそれぞれとグランド外部端子との電気的な接続が容易となる。
本適用例の発振器では、前記接続配線を介して前記温度検出回路のグランドと前記温度制御回路のグランドとを電気的に接続する電気経路は、前記容器の内部に埋設されている配線を通らないことが好ましい。
これにより、温度制御の精度をより高めることができる。
これにより、温度制御の精度をより高めることができる。
本適用例の発振器では、前記発熱回路および前記温度検出回路は、第１集積回路素子に含まれており、
前記温度制御回路が第２集積回路素子に含まれており、
前記第１集積回路素子のグランド端子と電気的に接続されていると共に前記第１集積回路素子と平面視で重なっている第１グランドパターンと、
前記第２集積回路素子のグランド端子と電気的に接続されていると共に前記第２集積回路素子と平面視で重なっている第２のグランドパターンと、を備え、
前記第１グランドパターンと前記第２グランドパターンとが、前記接続配線によって電気的に接続されていることが好ましい。
これにより、第１グランドパターンや第２グランドパターンがシールド層として機能し、発振素子をより安定して駆動することができる。
前記温度制御回路が第２集積回路素子に含まれており、
前記第１集積回路素子のグランド端子と電気的に接続されていると共に前記第１集積回路素子と平面視で重なっている第１グランドパターンと、
前記第２集積回路素子のグランド端子と電気的に接続されていると共に前記第２集積回路素子と平面視で重なっている第２のグランドパターンと、を備え、
前記第１グランドパターンと前記第２グランドパターンとが、前記接続配線によって電気的に接続されていることが好ましい。
これにより、第１グランドパターンや第２グランドパターンがシールド層として機能し、発振素子をより安定して駆動することができる。
本適用例の電子機器は、上記適用例の発振器を有していることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
本適用例の移動体は、上記適用例の発振器を有していることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。
以下、本発明の発振器、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の好適な実施形態に係る発振器の断面図である。図２は、図１に示す発振器が有するパッケージの断面図である。図３および図４は、それぞれ、図２に示すパッケージの上面図である。図５は、−１０℃の環境下で発振器を起動させたときの周波数特性を示すグラフである。図６は、−１０℃の環境下で発振器を起動させたときの発熱素子に流れる電流値を示すグラフである。図７は、−１０℃の環境下で本発明の発振器を駆動させたときの収束時の周波数特性を示すグラフである。図８は、−１０℃の環境下で従来構造の発振器を駆動させたときの収束時の周波数特性を示すグラフである。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」とも言い、下側を「下」とも言う。
図１に示す発振器１は、恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ）であり、図２に示すように、発振素子としての水晶振動素子２と、水晶振動素子２の温度を制御する発熱回路３１と、水晶振動素子２の周囲温度を検出する温度検出回路３２と、温度検出回路３２の出力に基づいて発熱回路３１の作動を制御する温度制御回路４２と、収容空間Ｓを有し、収容空間Ｓに水晶振動素子２、発熱回路３１、温度検出回路３２および温度制御回路４２を収容する容器としてのパッケージ５と、パッケージ５の外表面に配置され、温度検出回路３２のグランドおよび温度制御回路４２のグランドのそれぞれに電気的に接続されているグランド外部端子６３１と、収容空間Ｓ内で、温度検出回路３２のグランドと温度制御回路４２のグランドとを電気的に接続している接続配線７と、を有している。このような発振器１によれば、温度制御の精度低下を低減することができる。以下、発振器１について詳細に説明する。
図１に示すように、発振器１は、水晶振動素子２と、第１集積回路素子としての発熱素子３と、第２集積回路素子としての回路素子４と、接続配線７と、水晶振動素子２、発熱素子３、回路素子４および接続配線７を収容空間Ｓに収容するパッケージ５と、パッケージ５を覆う外側パッケージ８と、を有している。
［パッケージ］
パッケージ５は、絶縁性を有し、水晶振動素子２、発熱素子３、回路素子４および接続配線７を支持するベース５１と、ベース５１との間に、収容空間Ｓを形成するようにベース５１に接合されている蓋体としてのリッド５２と、を有している。
パッケージ５は、絶縁性を有し、水晶振動素子２、発熱素子３、回路素子４および接続配線７を支持するベース５１と、ベース５１との間に、収容空間Ｓを形成するようにベース５１に接合されている蓋体としてのリッド５２と、を有している。
図２に示すように、ベース５１は、上面に開口する凹部５１１を有するキャビティ状をなしている。また、凹部５１１は、ベース５１の上面に開口する第１凹部５１１ａと、第１凹部５１１ａの底面に開口する第２凹部５１１ｂと、第２凹部５１１ｂの底面に開口する第３凹部５１１ｃと、第３凹部５１１ｃの底面に開口する第４凹部５１１ｄと、を有している。一方、リッド５２は、凹部５１１の開口を塞ぐようにしてベース５１の上面に接合されている。このように、凹部５１１の開口がリッド５２で塞がれることで収容空間Ｓが形成され、この収容空間Ｓに水晶振動素子２、発熱素子３、回路素子４および接続配線７が収容されている。
収容空間Ｓは、気密封止されており、減圧状態（例えば１０Ｐａ以下程度。好ましくは真空）となっている。これにより、水晶振動素子２の安定した駆動を継続することができる。ただし、収容空間Ｓの雰囲気は、特に限定されず、例えば、窒素、アルゴン等の不活性ガスが充填されて大気圧となっていてもよい。
ベース５１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム等の各種セラミックスを用いることができる。この場合、セラミックシート（グリーンシート）の積層体を焼成することでベース５１を製造することができる。また、リッド５２の構成材料としては、特に限定されないが、ベース５１の構成材料と線膨張係数が近似する部材であると良い。例えば、ベース５１の構成材料を前述のようなセラミックスとした場合には、コバール等の合金とするのが好ましい。
また、図２に示すように、ベース５１は、第３凹部５１１ｃの底面に配置された複数の内部端子６１と、第１凹部５１１ａの底面に配置された複数の内部端子６２と、ベース５１の底面に配置された複数の外部端子６３と、を有している。複数の内部端子６１は、それぞれ、ボンディングワイヤーを介して回路素子４と電気的に接続されており、複数の内部端子６２は、それぞれ、ボンディングワイヤーを介して発熱素子３や水晶振動素子２と電気的に接続されている。また、これら端子６１、６２、６３は、必要に応じて、ベース５１内に埋設された内部配線６４を介して電気的に接続されている。
また、ベース５１の底面に配置された複数の外部端子６３には、グランド外部端子６３１が含まれており、このグランド外部端子６３１には、発熱素子３のグランドおよび回路素子４のグランドが共に電気的に接続されている。このように、ベース５１に複数の外部端子６３を配置することで、内部配線６４を介して内部端子６１、６２との電気的な接続が容易となる。
［発熱素子］
発熱素子３は、収容空間Ｓに収容されており、接着剤等を介して第２凹部５１１ｂの底面に固定されている。発熱素子３は、水晶振動素子２を加熱し、水晶振動素子２の温度をほぼ一定に保つ、いわゆる「恒温機能」を有する電子部品である。このような発熱素子３で水晶振動素子２を加熱し、水晶振動素子２の温度をほぼ一定に保つことで、使用環境の温度変化による周波数の変動を抑制することができ、優れた周波数安定度を有する発振器１が得られる。なお、発熱素子３は、零温度係数を示す頂点温度（仕様によって異なるが、例えば、７０℃〜１００℃程度）に近づくように水晶振動素子２の温度を制御することが好ましい。これにより、より優れた周波数安定度を発揮することができる。
発熱素子３は、収容空間Ｓに収容されており、接着剤等を介して第２凹部５１１ｂの底面に固定されている。発熱素子３は、水晶振動素子２を加熱し、水晶振動素子２の温度をほぼ一定に保つ、いわゆる「恒温機能」を有する電子部品である。このような発熱素子３で水晶振動素子２を加熱し、水晶振動素子２の温度をほぼ一定に保つことで、使用環境の温度変化による周波数の変動を抑制することができ、優れた周波数安定度を有する発振器１が得られる。なお、発熱素子３は、零温度係数を示す頂点温度（仕様によって異なるが、例えば、７０℃〜１００℃程度）に近づくように水晶振動素子２の温度を制御することが好ましい。これにより、より優れた周波数安定度を発揮することができる。
発熱素子３は、例えば、パワートランジスターを備える発熱回路３１と、ダイオードやサーミスタから構成される温度検出回路３２と、を有しており、温度検出回路３２からの出力に基づいて発熱回路３１の温度がコントロールされ、水晶振動素子２を一定温度に保つことができるようになっている。このように、発熱回路３１および温度検出回路３２が同一の回路素子である発熱素子３に含まれていることで、発熱素子３の温度を精度よく制御することができ、水晶振動素子２の周囲温度をより精度よく一定に保つことができ、より高い周波数安定性を発揮することができる。なお、発熱回路３１および温度検出回路３２の構成としては、特に限定されない。
図３に示すように、発熱素子３の上面には複数の端子３３が設けられており、これら複数の端子３３がそれぞれボンディングワイヤーを介して内部端子６２と電気的に接続されている。また、複数の端子３３には、グランド端子３３１が含まれており、このグランド端子３３１には、発熱回路３１のグランドおよび温度検出回路３２のグランドが電気的に接続されている。言い換えると、温度検出回路３２は、発熱回路３１と共通のグランドに電気的に接続されている。また、グランド端子３３１は、内部端子６２（後述するグランド内部端子６２１）からベース５１内の内部配線６４を介してグランド外部端子６３１と電気的に接続されている。
［水晶振動素子］
水晶振動素子２は、収容空間Ｓに配置されており、発熱素子３に支持されている。このような水晶振動素子２は、図４に示すように、水晶基板２１と、水晶基板２１に配置された電極２２と、を有している。
水晶振動素子２は、収容空間Ｓに配置されており、発熱素子３に支持されている。このような水晶振動素子２は、図４に示すように、水晶基板２１と、水晶基板２１に配置された電極２２と、を有している。
水晶基板２１は、ＳＣカット水晶基板をエッチング、機械加工等によって略円形の平面視形状にしたものである。ＳＣカット水晶基板を用いることで、スプリアス振動による周波数ジャンプや抵抗上昇が少なく、温度特性も安定している水晶振動素子２が得られる。
なお、水晶基板２１の平面視形状としては、円形に限定されず、楕円形、長円形等の非線形形状であってもよいし、三角形、矩形等の線形形状であってもよい。ただし、本実施形態のように、水晶基板２１を円形とすることで、水晶基板２１の対称性が向上し、副振動（スプリアス振動）の発振を効果的に抑制することができる。
電極２２は、水晶基板２１の上面（一方の主面）に配置された第１励振電極２２１ａおよび第１引出電極２２１ｂと、水晶基板２１の下面（他方の主面）に配置された第２励振電極２２２ａおよび第２引出電極２２２ｂと、を有している。
このような構成の水晶振動素子２は、外縁部で導電性の固定部材２９を介して発熱素子３の上面に固定されている。固定部材２９は、発熱素子３と水晶振動素子２とを接合すると共に、発熱素子３の上面に配置された端子３３と水晶振動素子２の第２引出電極２２２ｂとを電気的に接続し、さらには、発熱素子３と水晶振動素子２とを熱的に接続している。一方、第１引出電極２２１ｂは、ボンディングワイヤーを介して内部端子６２と電気的に接続されている。
なお、固定部材２９としては、導電性と接合性を兼ね備えていれば特に限定されず、例えば、金属接合材（例えば金バンプ）、合金接合材（例えば、金錫合金、はんだなどのバンプ）、導電性接着剤（例えば、銀フィラー等の金属微粒子を分散させたポリイミド系の接着剤）等を用いることができる。
［回路素子］
図２に示すように、回路素子４は、第４凹部５１１ｄの底面に接着剤等を介して固定されている。また、回路素子４は、ボンディングワイヤーを介して内部端子６１と電気的に接続されている。このような回路素子４は、少なくとも、水晶振動素子２を発振させる発振回路４１と、温度検出回路３２の出力に基づいて発熱回路３１の作動を制御する温度制御回路４２と、を有している。
図２に示すように、回路素子４は、第４凹部５１１ｄの底面に接着剤等を介して固定されている。また、回路素子４は、ボンディングワイヤーを介して内部端子６１と電気的に接続されている。このような回路素子４は、少なくとも、水晶振動素子２を発振させる発振回路４１と、温度検出回路３２の出力に基づいて発熱回路３１の作動を制御する温度制御回路４２と、を有している。
図３に示すように、回路素子４の上面には複数の端子４３が設けられており、これら複数の端子４３がそれぞれボンディングワイヤーを介して対応する内部端子６１と電気的に接続されている。また、複数の端子４３には回路素子４（温度制御回路４２）のグランドと接続されたグランド端子４３１が含まれている。また、グランド端子４３１は、内部端子６１（グランド内部端子６１１）から内部配線６４を介してグランド外部端子６３１と電気的に接続されている。すなわち、グランド端子４３１は、発熱素子３のグランド端子３３１と共通のグランド外部端子６３１に電気的に接続されている。
また、第４凹部５１１ｄの底面と回路素子４との間には、平面視で回路素子４と重なって配置されており、回路素子４のグランド端子４３１と電気的に接続されている配線６９（第２グランドパターン）が設けられている。これにより、例えば、内部配線６４と水晶振動素子２との間の容量結合を低減でき、水晶振動素子２をより安定して駆動することができる。
［接続配線］
接続配線７は、収容空間Ｓ内に配置され、発熱素子３のグランドと回路素子４のグランドとを電気的に接続している。具体的には、図３に示すように、発熱素子３の上面に配置されたグランド端子３３１は、複数の内部端子６２に含まれるグランド内部端子６２１に接続配線７としてのボンディングワイヤーＢＷ７１を介して電気的に接続されている。グランド内部端子６２１は、第２凹部５１１ｂの底面に配置された配線６５１に接続配線７としてのボンディングワイヤーＢＷ７２を介して電気的に接続されている。配線６５１は、第３凹部５１１ｃの底面に配置され、グランド内部端子６１１と電気的に接続された配線６５２に接続配線７としてのボンディングワイヤーＢＷ７３を介して電気的に接続されている。さらに、グランド内部端子６１１（配線６５２）は、回路素子４の上面に配置されたグランド端子４３１に接続配線７としてのボンディングワイヤーＢＷ７４を介して電気的に接続されている。このようにして、接続配線７であるボンディングワイヤーＢＷ７１、ＢＷ７２、ＢＷ７３、ＢＷ７４によって、温度検出回路３２のグランドと温度制御回路４２のグランドとが電気的に接続されている。このような接続配線７を設けることで、温度検出回路３２のグランドと温度制御回路４２のグランドとが短絡（導通または電位差を低減）し、次のような効果を発揮することができる。
接続配線７は、収容空間Ｓ内に配置され、発熱素子３のグランドと回路素子４のグランドとを電気的に接続している。具体的には、図３に示すように、発熱素子３の上面に配置されたグランド端子３３１は、複数の内部端子６２に含まれるグランド内部端子６２１に接続配線７としてのボンディングワイヤーＢＷ７１を介して電気的に接続されている。グランド内部端子６２１は、第２凹部５１１ｂの底面に配置された配線６５１に接続配線７としてのボンディングワイヤーＢＷ７２を介して電気的に接続されている。配線６５１は、第３凹部５１１ｃの底面に配置され、グランド内部端子６１１と電気的に接続された配線６５２に接続配線７としてのボンディングワイヤーＢＷ７３を介して電気的に接続されている。さらに、グランド内部端子６１１（配線６５２）は、回路素子４の上面に配置されたグランド端子４３１に接続配線７としてのボンディングワイヤーＢＷ７４を介して電気的に接続されている。このようにして、接続配線７であるボンディングワイヤーＢＷ７１、ＢＷ７２、ＢＷ７３、ＢＷ７４によって、温度検出回路３２のグランドと温度制御回路４２のグランドとが電気的に接続されている。このような接続配線７を設けることで、温度検出回路３２のグランドと温度制御回路４２のグランドとが短絡（導通または電位差を低減）し、次のような効果を発揮することができる。
まず、従来のように接続配線７が無い構成の問題点について説明する。前述したように、発熱素子３（温度検出回路３２）のグランド端子３３１および回路素子４（温度制御回路４２）のグランド端子４３１がそれぞれ内部配線６４を介してグランド外部端子６３１に電気的に接続されている。ここで、内部配線６４は、一般的にはタングステン、モリブデン等の高融点金属材料で構成されており、ベース５１の製法上、その表面に金めっき等を施すことができず、比較的高い電気抵抗を有している。また、雰囲気温度が低温な程発熱回路３１に比較的大きい電流（例えば、最大で２００ｍＡ程度）が流れる。そのため、内部配線６４の寄生抵抗による電圧降下によって、水晶振動素子２の周囲温度が低温の場合（大きな電流が流れる場合）と高温の場合（小さな電流しか流れない場合）とで発熱素子３のグランド電位が変動する。具体的には、例えば、発熱回路３１に流れる電流が２００ｍＡで、内部配線６４の寄生抵抗が０．５Ωである場合、発熱素子３のグランド電位は１００ｍＶ変動する。一方で、回路素子４には発熱素子３ほど大きな電流が流れず、回路素子４のグランド電位はほとんど変化しない。そのため、回路素子４に予め設定されている温度−温度検出回路出力の特性と温度検出回路３２からの実際の出力とにずれが生じる。すなわち、例えば、内部配線６４の寄生抵抗による発熱素子３のグランド電位の変動量が１００ｍＶであった場合、温度検出回路３２の出力値が１００ｍＶ上昇して温度制御回路４２に入力される。そのため、温度制御回路４２は、実際の温度からずれた温度に基づいて発熱回路３１の駆動を制御することとなり、温度制御回路４２による温度制御の精度が悪化してしまう。
これに対して本実施形態の発振器１では、接続配線７を用いて、内部配線６４を経由することなく発熱素子３のグランド端子３３１および回路素子４のグランド端子４３１を電気的に接続している。すなわち、接続配線７を介してグランド端子３３１（温度検出回路３２のグランド）と回路素子４のグランド端子４３１（温度制御回路４２のグランド）とを電気的に接続する電気経路は、ベース５１（パッケージ５）の内部に埋設されている内部配線６４を通らない。
接続配線７としてのボンディングワイヤーＢＷ７１、ＢＷ７２、ＢＷ７３、ＢＷ７４は、例えば、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）、アルミニウム（Ａｌ）等を主材料として構成され、電気抵抗が十分に抑えられている。また、ボンディングワイヤーＢＷ７１〜ＢＷ７４が接続されているグランド内部端子６２１および配線６５１、６５２は、それぞれ、収容空間Ｓに露出しているため、ベース５１の製造上、その表面に金めっきを施すことが可能であり、実際にその表面には金めっきが施されている。そのため、グランド内部端子６２１および配線６５１、６５２は、それぞれ、電気抵抗が十分に抑えられている。これらより、接続配線７を介してグランド端子３３１およびグランド端子４３１を接続する経路の電気抵抗が、内部配線６４を介してグランド端子３３１およびグランド端子４３１を接続する経路の電気抵抗よりも十分に低く抑えられる。よって、このような構成の発振器１によれば、前述したような内部配線６４の寄生抵抗に起因した発熱素子３のグランド電位の変動を低減することができ、温度制御回路４２による発熱回路３１の駆動制御の精度を特に高めることができる。
上述の効果を起動直後の周波数特性、起動直後の電流変化および収束時の周波数特性の実験データをもとに証明する。図５は、−１０℃かつ風速３ｍ／ｓの風が当たっている環境下で発振器を起動させたときの周波数特性を示すグラフである。なお、図５中のΔｆ（ｐｐｂ）は、目的の発振周波数と実際の発振周波数との差を、目的の発振周波数を基準にｐｐｂ換算した値である。この図から明らかなように、本実施形態の発振器１は、従来の発振器（すなわち接続配線７を有しておらず、内部配線６４を介してのみグランド端子３３１およびグランド端子４３１を接続している発振器）と比較して、周波数が収束するまでの時間はほぼ等しいが、収束するまでの周波数変動（揺らぎ）が小さく抑えられ、スムーズに周波数が収束している。
図６は、−１０℃かつ風速３ｍ／ｓの風が当たっている環境下で発振器を起動させたときの発熱素子３に流れる電流値を示すグラフである。この図から明らかなように、本実施形態の発振器１は、従来の発振器と比較して、電流値が収束するまでの時間はほぼ等しいが、収束するまでの電流値変動（揺らぎ）が小さく抑えられ、スムーズに電流値が収束している。
図７および図８は、−１０℃かつ風速３ｍ／ｓの風が当たっている環境下で発振器を駆動させ、周波数が収束していく様を示すグラフであり、図７が本実施形態を示し、図８が従来の構成を示す。なお、図７および図８中のＦは、目的の発振周波数であり、ｄＦは、目的の周波数と実際の発振周波数との差である。これら図７および図８を比較すれば明らかなように、本実施形態の発振器１は、従来の発振器と比較して収束時における周波数の揺らぎ（振れ幅）が遥かに小さくなっている。
以上のグラフから、発振器１によれば、従来の発振器と比較して、周波数および電流値をスムーズに収束させることができると共に、収束後の周波数の揺らぎを小さく抑えることができるため、温度制御回路４２による発熱回路３１の駆動制御の精度を高められることが分かる。
このような発振器１は、特に、規格温度範囲内のときに発熱回路３１に流れる最大電流値が１００ｍＡ以上である場合にその効果を効果的に発揮することができ、１５０ｍＡ以上であるときにその効果をより効果的に発揮することができ、２００ｍＡ以上であるときにその効果をさらに効果的に発揮することができる。なお、「規格温度範囲」とは、所定以上の発振特性を維持できる範囲（言い換えると、発振器１の製造者や提供者が周波数精度を保証している、あるいは使用を推奨している温度範囲。例えば発振器１の仕様書に記載されている発振特性の精度保証範囲である。また、最大定格や絶対最大定格の温度範囲であって、発振器１が繰り返し正常動作を行うことが可能な温度範囲）を言う。なお、一般的には、−４０℃以上、８５℃以下の使用温度範囲で所定の周波数精度を保証することが求められている。
以上、接続配線７について説明した。本実施形態のように、接続配線７をボンディングワイヤーＢＷ７１、ＢＷ７２、ＢＷ７３、ＢＷ４とすることで、接続したい端子（配線）同士を直接かつより短距離で直接接続することができるため、電気抵抗をより低減することができる。また、接続配線７の構成が簡単となり、接続配線７全体の配置構成を無駄なく効率良く行うことができる。さらには、配線６５１、６５２の配置の自由度が増し、容易に発熱素子３のグランド端子３３１および回路素子４のグランド端子４３１を電気的に接続することができる。
特に、本実施形態では、接続配線７であるボンディングワイヤーが複数配置（複数の導線に分かれて配置）されているため、すなわち、ボンディングワイヤーＢＷ７１によりグランド端子３３１とグランド内部端子６２１とが接続され、ボンディングワイヤーＢＷ７２によりグランド内部端子６２１と配線６５１とが接続され、ボンディングワイヤーＢＷ７３により配線６５１と配線６５２とが接続され、ボンディングワイヤーＢＷ７４により配線６５２とグランド端子４３１とが接続されているため、接続配線７全体の配置構成をより効率良く行うことができ、より容易に発熱素子３のグランド端子３３１および回路素子４のグランド端子４３１を電気的に接続することができる。特に、グランド端子３３１、グランド内部端子６２１、配線６５１、配線６５２およびグランド端子４３１は、間に段差を挟んで配置されているため、段差を跨いで端子（配線）同士を接続することのできる複数のボンディングワイヤーを配置することで、これらを容易に接続することができる。
また、本実施形態では、複数の接続配線７を電気的に接続し、収容空間Ｓに臨むようにパッケージ５に配置されている配線（すなわちボンディングワイヤーＢＷ７１、ＢＷ７２を電気的に接続するグランド内部端子６２１、ボンディングワイヤーＢＷ７２、ＢＷ７３を電気的に接続する配線６５１およびボンディングワイヤーＢＷ７３、ＢＷ７４を電気的に接続する配線６５２）を有している。前述したように、これらグランド内部端子６２１および配線６５１、６５２は、収容空間Ｓに臨む（少なくとも一部が収容空間Ｓ内に露出している）ようにして配置されているため、その表面に金めっきが施されている。すなわち、グランド内部端子６２１および配線６５１、６５２は、金めっき層を含んでおり、電気抵抗が低くなっている。そのため、上述した効果（温度制御回路４２による発熱回路３１の駆動制御の精度向上）をより効果的に発揮することができる。また、このような配線を用いることで、発熱素子３のグランド端子３３１および回路素子４のグランド端子４３１をより簡単に接続することができる。
また、配線６５１（第１グランドパターン）は、平面視で発熱素子３と重なるように、第２凹部５１１ｂの底面と発熱素子３との間にも配置されている。そのため、例えば、内部配線６４と水晶振動素子２との間の容量結合を低減でき、水晶振動素子２をより安定して駆動することができる。
［外側パッケージ］
図１に示すように、外側パッケージ８は、プリント配線基板からなるベース基板８１と、ベース基板８１に接合されたキャップ８２と、を有し、これらで形成された内部空間Ｓ１には、パッケージ５や、容量、抵抗等の回路部品９が収容されている。パッケージ５は、リードフレーム８３を介してベース基板８１に接合され、ベース基板８１から遊離した状態で支持されている。なお、リードフレーム８３は、パッケージ５をベース基板８１に固定すると共に、パッケージ５の外部端子６３とベース基板８１に形成された図示しない端子とを電気的に接続している。
図１に示すように、外側パッケージ８は、プリント配線基板からなるベース基板８１と、ベース基板８１に接合されたキャップ８２と、を有し、これらで形成された内部空間Ｓ１には、パッケージ５や、容量、抵抗等の回路部品９が収容されている。パッケージ５は、リードフレーム８３を介してベース基板８１に接合され、ベース基板８１から遊離した状態で支持されている。なお、リードフレーム８３は、パッケージ５をベース基板８１に固定すると共に、パッケージ５の外部端子６３とベース基板８１に形成された図示しない端子とを電気的に接続している。
内部空間Ｓ１は、気密封止されており、減圧状態（例えば１０Ｐａ以下程度。好ましくは真空）となっている。これにより、内部空間Ｓ１が断熱層として機能し、水晶振動素子２が使用環境の温度変化の影響をより受け難くなる。そのため、水晶振動素子２の温度をより精度よく一定に保つことができる。ただし、内部空間Ｓ１の環境としては、これに限定されず、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが充填されていてもよいし、大気解放していてもよい。
以上、発振器１について説明した。本実施形態では、発熱回路３１および温度検出回路３２が同一の回路素子である発熱素子３に含まれているが、発熱回路３１と温度検出回路３２とが別体となっていてもよい。例えば、温度検出回路３２を発熱素子３とは別体として構成し、発熱素子３の近傍に配置すればよい。この場合、温度検出回路３２は、サーミスタやサーモパイル等を含む構成とすることができる。また、本実施形態では、接続配線７がボンディングワイヤーで構成されているが、接続配線７の構成としては特に限定されず、例えば、配線、金属バンプ等で構成されていてもよい。また、接続配線７の本数も適宜設定することができ、２本以下であってもよいし、４本以上であってもよい。また、本実施形態では、ボンディングワイヤー同士を接続する配線（グランド内部端子６２１および配線６５１、６５２）を有しているが、これら配線は省略してもよい。この場合、例えば、ボンディングワイヤーＢＷ７１によって直接グランド端子３３１とグランド端子４３１とを電気的に接続すればよい。
また、本実施形態では、発振素子として水晶振動素子２を用いた構成について説明したが、発振素子としては、水晶振動素子２に限定されず、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、リン酸ガリウム（ＧａＰＯ４）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ、Ｚｎ２Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＰＯ３）、ニオブ酸ナトリウムカリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）、ビスマスフェライト（ＢｉＦｅＯ３）、ニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ３）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）、チタン酸ビスマスナトリウム（Ｎａ０．５Ｂｉ０．５ＴｉＯ３）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウムや五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）などの圧電体材料を積層させて構成された積層圧電基板、あるいは圧電セラミックスなどを用いた圧電振動素子を用いることができる。また、シリコン基板に圧電素子を配置してなる振動素子を用いることもできる。また、水晶振動素子２としては、ＳＣカットの水晶振動素子に限定されず、例えば、ＡＴカット、ＢＴカット、Ｚカット、ＬＴカット等の水晶振動素子を用いてもよい。
［電子機器］
次に、本発明の発振器を備える電子機器について説明する。
次に、本発明の発振器を備える電子機器について説明する。
図９は、本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、発振器１が内蔵されている。
図１０は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
この図において、携帯電話機１２００は、アンテナ（図示せず）、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００には、発振器１が内蔵されている。
図１１は、本発明の電子機器を適用したデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。
デジタルスチールカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。そして、撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押すと、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、発振器１が内蔵されている。
このような電子機器は、発振器１を有しているため、前述した発振器１の効果を奏することができ、優れた信頼性を発揮することができる。
なお、本発明の電子機器は、図９のパーソナルコンピューター、図１０の携帯電話機、図１１のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計（スマートウォッチを含む）、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンタ）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等のウェアラブル端末、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニタ、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、移動体端末基地局用機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター、ネットワークサーバー等に適用することができる。
［移動体］
次に、本発明の発振器を備える移動体について説明する。
次に、本発明の発振器を備える移動体について説明する。
図１２は、本発明の移動体を適用した自動車を示す斜視図である。
図１２に示すように、自動車１５００には発振器１が内蔵されている。発振器１は、例えば、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。
図１２に示すように、自動車１５００には発振器１が内蔵されている。発振器１は、例えば、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。
このような自動車１５００は、発振器１を有しているため、前述した発振器１の効果を奏することができ、優れた信頼性を発揮することができる。
以上、本発明の発振器、電子機器および移動体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
１…発振器、２…水晶振動素子、２１…水晶基板、２２…電極、２２１ａ…第１励振電極、２２１ｂ…第１引出電極、２２２ａ…第２励振電極、２２２ｂ…第２引出電極、２９…固定部材、３…発熱素子、３１…発熱回路、３２…温度検出回路、３３…端子、３３１…グランド端子、４…回路素子、４１…発振回路、４２…温度制御回路、４３…端子、４３１…グランド端子、５…パッケージ、５１…ベース、５１１…凹部、５１１ａ…第１凹部、５１１ｂ…第２凹部、５１１ｃ…第３凹部、５１１ｄ…第４凹部、５２…リッド、６１、６２…内部端子、６１１、６２１…グランド内部端子、６３…外部端子、６３１…グランド外部端子、６４…内部配線、６５１…配線、６５２…配線、７…接続配線、８…外側パッケージ、８１…ベース基板、８２…キャップ、８３…リードフレーム、９…回路部品、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１１０８…表示部、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１２０８…表示部、１３００…デジタルスチールカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、１５００…自動車、ＢＷ７１、ＢＷ７２、ＢＷ７３、ＢＷ７４…ボンディングワイヤー、Ｓ…収容空間、Ｓ１…内部空間
Claims (11)
- 発振素子と、
前記発振素子の温度を制御する発熱回路と、
温度検出回路と、
前記温度検出回路の出力信号に基づいて前記発熱回路を制御する温度制御回路と、
収容空間を有し、前記収容空間に前記発振素子、前記発熱回路、前記温度検出回路および前記温度制御回路を収容する容器と、
前記収容空間内に設けられ、前記温度検出回路にグランド電位を供給する第１のグランド内部端子と、
前記収容空間内に設けられ、前記温度制御回路にグランド電位を供給する第２のグランド内部端子と、
前記容器の外表面に配置され、前記第１のグランド内部端子および前記第２のグランド内部端子のそれぞれに電気的に接続されているグランド外部端子と、
前記収容空間内で、前記第１のグランド内部端子と前記第２のグランド内部端子とを電気的に接続している接続配線と、を有し、
前記発熱回路および前記温度検出回路は、第１集積回路素子に含まれており、
前記温度制御回路は、第２集積回路素子に含まれており、
前記第１集積回路素子のグランド端子と電気的に接続されていると共に前記第１集積回路素子と平面視で重なっている第１グランドパターンと、
前記第２集積回路素子のグランド端子と電気的に接続されていると共に前記第２集積回路素子と平面視で重なっている第２グランドパターンと、を備え、
前記第１グランドパターンと前記第２グランドパターンとが、前記接続配線によって電気的に接続されていることを特徴とする発振器。 - 発振素子と、
前記発振素子の温度を制御する発熱回路と、
温度検出回路と、
前記温度検出回路の出力信号に基づいて前記発熱回路を制御する温度制御回路と、
凹部を有するベースおよび前記凹部の開口を塞いでおり前記ベースとの間で収容空間を構成しているリッドを有し、前記収容空間に前記発振素子、前記発熱回路、前記温度検出回路および前記温度制御回路を収容する容器と、
前記収容空間内に設けられ、前記温度検出回路にグランド電位を供給する第１のグランド内部端子と、
前記収容空間内に設けられ、前記温度制御回路にグランド電位を供給する第２のグランド内部端子と、
前記ベースの外表面に配置され、前記第１のグランド内部端子および前記第２のグランド内部端子のそれぞれに電気的に接続されているグランド外部端子と、
前記収容空間内で、前記第１のグランド内部端子と前記第２のグランド内部端子とを電気的に接続している接続配線と、
前記ベースの前記凹部と前記外表面との間に埋設されている内部配線と、を有し、
前記第１のグランド内部端子および前記第２のグランド内部端子は、それぞれ前記内部配線を介して前記グランド外部端子と電気的に接続されており、
前記第１のグランド内部端子と前記第２のグランド内部端子との間は、前記内部配線を介さずに電気的に接続されていることを特徴とする発振器。 - 前記発熱回路および前記温度検出回路が同一の回路素子に含まれている請求項１または２に記載の発振器。
- 前記接続配線は、ボンディングワイヤーである請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発振器。
- 前記接続配線は、複数配置されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発振器。
- 複数の前記接続配線を電気的に接続し、前記収容空間に臨むように前記容器に配置されている配線を有している請求項５に記載の発振器。
- 前記容器は、絶縁性を有し、前記発振素子、前記発熱回路、前記温度検出回路および前記温度制御回路を支持するベースと、前記ベースとの間に前記収容空間を形成するように前記ベースに接合されている蓋体と、を有し、
前記グランド外部端子は、前記ベースに配置されている請求項１に記載の発振器。 - 前記接続配線を介して前記温度検出回路のグランドと前記温度制御回路のグランドとを電気的に接続する電気経路は、前記容器の内部に埋設されている配線を通らない請求項１または７に記載の発振器。
- 前記発熱回路および前記温度検出回路は、第１集積回路素子に含まれており、
前記温度制御回路が第２集積回路素子に含まれており、
前記第１集積回路素子のグランド端子と電気的に接続されていると共に前記第１集積回路素子と平面視で重なっている第１グランドパターンと、
前記第２集積回路素子のグランド端子と電気的に接続されていると共に前記第２集積回路素子と平面視で重なっている第２グランドパターンと、を備え、
前記第１グランドパターンと前記第２グランドパターンとが、前記接続配線によって電気的に接続されている請求項２に記載の発振器。 - 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の発振器を有していることを特徴とする電子機器。
- 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の発振器を有していることを特徴とする移動体。
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