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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022034974
(43)【公開日】2022-03-04
(54)【発明の名称】恒温槽付水晶発振器
(51)【国際特許分類】
H03B 5/32 20060101AFI20220225BHJP
【ＦＩ】
H03B5/32 H
H03B5/32 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020138953
(22)【出願日】2020-08-19
(71)【出願人】
【識別番号】000232483
【氏名又は名称】日本電波工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100093104
【弁理士】
【氏名又は名称】船津 暢宏
(72)【発明者】
【氏名】松本 隆司
【テーマコード（参考）】
5J079
【Ｆターム（参考）】
5J079AA04
5J079BA02
5J079BA39
5J079BA43
5J079CA04
5J079CA12
5J079CB07
5J079HA05
5J079HA16
5J079HA25
5J079HA28
5J079HA30
(57)【要約】
【課題】 小型化に伴い、内部の熱を外部に漏らさない構成を実現し、周波数温度特性及び温度スロープ特性を向上させた恒温槽付水晶発振器を提供する。
【解決手段】 セラミックベース１１のパッケージ内の段差部分に水晶振動子２３を水平に搭載し、更に水晶振動子２３のほぼ全体を覆うように発熱素子のヒーターＩＣ２４を設置し、水晶振動子２３の下側でパッケージ内側の第１層２１ａの平面上に発振用ＩＣ２５を設置し、パッケージの上部をリッド２７で蓋をし、パッケージの外側の側面にキャスタレーションを形成していない恒温槽付水晶発振器である。
【選択図】 図１
【解決手段】 セラミックベース１１のパッケージ内の段差部分に水晶振動子２３を水平に搭載し、更に水晶振動子２３のほぼ全体を覆うように発熱素子のヒーターＩＣ２４を設置し、水晶振動子２３の下側でパッケージ内側の第１層２１ａの平面上に発振用ＩＣ２５を設置し、パッケージの上部をリッド２７で蓋をし、パッケージの外側の側面にキャスタレーションを形成していない恒温槽付水晶発振器である。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
恒温槽付水晶発振器であって、
凹形状のセラミックのパッケージと、
前記パッケージ内に水平に設置される水晶振動子と、
前記水晶振動子の上面に設けられた発熱素子と、
前記水晶振動子の下側で、前記パッケージの内側平面に設けられた電子部品と、
前記パッケージの上部を覆うリッドと、を有し、
前記パッケージの外側の側面にキャスタレーションを備えていないことを特徴とする恒温槽付水晶発振器。
凹形状のセラミックのパッケージと、
前記パッケージ内に水平に設置される水晶振動子と、
前記水晶振動子の上面に設けられた発熱素子と、
前記水晶振動子の下側で、前記パッケージの内側平面に設けられた電子部品と、
前記パッケージの上部を覆うリッドと、を有し、
前記パッケージの外側の側面にキャスタレーションを備えていないことを特徴とする恒温槽付水晶発振器。
【請求項2】
パッケージは、内側の側面が階段状の段差部分を備え、
水晶振動子が、前記段差部分に搭載され、前記パッケージ内に水平に設置されることを特徴とする請求項１記載の恒温槽付水晶発振器。
水晶振動子が、前記段差部分に搭載され、前記パッケージ内に水平に設置されることを特徴とする請求項１記載の恒温槽付水晶発振器。
【請求項3】
水晶振動子の四辺の角部分が段差部分に搭載され、
前記段差部分に形成された電極と、前記水晶振動子の角部分の裏面とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項２記載の恒温槽付水晶発振器。
前記段差部分に形成された電極と、前記水晶振動子の角部分の裏面とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項２記載の恒温槽付水晶発振器。
【請求項4】
水晶振動子と電気的に接続する段差部分には、バンプが形成され、当該バンプを覆うように導電性接着剤が形成されていることを特徴とする請求項３記載の恒温槽付水晶発振器。
【請求項5】
水晶振動子を搭載する水晶基板を備え、
パッケージの内側の側面には、前記水晶基板を搭載する階段状の段差部分が形成されていることを特徴とする請求項１記載の恒温槽付水晶発振器。
パッケージの内側の側面には、前記水晶基板を搭載する階段状の段差部分が形成されていることを特徴とする請求項１記載の恒温槽付水晶発振器。
【請求項6】
水晶基板には、水晶振動子に接続する電極パターンが形成され、
前記電極パターンが、前記水晶基板の端辺で導電性接着剤によりパッケージの段差部分に固定されることを特徴とする請求項５記載の恒温槽付水晶発振器。
前記電極パターンが、前記水晶基板の端辺で導電性接着剤によりパッケージの段差部分に固定されることを特徴とする請求項５記載の恒温槽付水晶発振器。
【請求項7】
水晶振動子の代わりに、パッケージ水晶発振器、温度補償型水晶発振器又は電圧制御水晶発振器を用いたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の恒温槽付水晶発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、恒温槽付水晶発振器に係り、特に、内部の熱を外部に漏らさない簡易な構成を実現し、小型化に対応して、周波数温度特性及び温度スロープ特性を向上させる恒温槽付水晶発振器に関する。
【背景技術】
【0002】
［従来の技術］
従来、水晶振動子の持つ温度特性と正反対の特性を持つ回路（温度補償回路）を内蔵し、広い温度範囲にわたって良好な温度特性が得られる温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）がある。
従来、水晶振動子の持つ温度特性と正反対の特性を持つ回路（温度補償回路）を内蔵し、広い温度範囲にわたって良好な温度特性が得られる温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）がある。
【0003】
また、恒温槽によって水晶発振器、または水晶振動子の温度を一定に保ち、周囲温度の変化による出力周波数の変化が、最も少なくなるようにした恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ：Oven Controlled Crystal Oscillator）がある。
【0004】
［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特開２０１５－１７０９５０号公報「水晶デバイス」（特許文献１）、特開２０１５－０７３２５２号公報「水晶発振器」（特許文献２）がある。
尚、関連する先行技術として、特開２０１５－１７０９５０号公報「水晶デバイス」（特許文献１）、特開２０１５－０７３２５２号公報「水晶発振器」（特許文献２）がある。
【0005】
特許文献１は、キャビティ内の台座の上に水晶振動片が搭載され、その台座の裏側にヒーターパターンが形成され、更にその下側に温度センサを備えた水晶デバイスが示されている。
【0006】
特許文献２は、キャビティの底面に吸熱パターンが水平方向に形成され、吸熱パターンに対して垂直方向に形成された熱伝達部材を介して水平方向に放熱パターンが形成され、その放熱パターンの上側で空間を空けて水晶振動片が搭載される水晶発振器が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２０１５－１７０９５０号公報
【特許文献2】特開２０１５－０７３２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、従来の温度補償水晶発振器又は恒温槽付水晶発振器では、近年、１℃当たりの周波数変動（温度スロープ）の要求規格が厳しくなっており、特に小型化に伴って内部の熱が外部に漏れないような構成とすることが難しいという問題点があった。
【0009】
具体的には、ＯＣＸＯにおいて、パッケージの外側の側面に垂直方向に溝構造のキャスタレーションが設けられていることが多い。
キャスタレーションは実装時の接続信頼性の向上に寄与するものではあるが、放熱の観点から見れば、ヒートシンクの機能（放熱機能）を持っているため、内部に熱を閉じ込めておきたいＯＣＸＯにとって不都合である。
キャスタレーションは実装時の接続信頼性の向上に寄与するものではあるが、放熱の観点から見れば、ヒートシンクの機能（放熱機能）を持っているため、内部に熱を閉じ込めておきたいＯＣＸＯにとって不都合である。
【0010】
尚、特許文献１は、キャビティ内に水晶振動片、ヒーターパターン、温度センサを備える恒温槽付水晶発振器となっており、水晶振動片を全体的に効率よく加熱できるものではなく、更に、構成を簡易にして発熱効率を高め、熱を逃がさないようにして、周波数温度特性、温度スロープ特性を向上させる構成の記載がない。
【0011】
また、特許文献２は、キャビティの底面に吸熱パターンと放熱パターンを形成し、その上側に水晶振動片を搭載する恒温槽付水晶発振器となっており、水晶振動片を全体的に効率よく加熱できるものではなく、更に、構成を簡易にして発熱効率を高め、熱を逃がさないようにして、周波数温度特性、温度スロープ特性を向上させる構成の記載がない。
【0012】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、内部の熱を外部に漏らさない簡易な構成を実現し、小型化に対応して、周波数温度特性及び温度スロープ特性を向上させた恒温槽付水晶発振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、恒温槽付水晶発振器であって、凹形状のセラミックのパッケージと、パッケージ内に水平に設置される水晶振動子又は温度補償型と、水晶振動子の上面に設けられた発熱素子と、水晶振動子の下側で、パッケージの内側平面に設けられた電子部品と、パッケージの上部を覆うリッドと、を有し、パッケージの外側の側面にキャスタレーションを備えていないことを特徴とする。
【0014】
本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、パッケージが、内側の側面が階段状の段差部分を備え、水晶振動子が、段差部分に搭載され、パッケージ内に水平に設置されることを特徴とする。
【0015】
本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、水晶振動子の四辺の角部分が段差部分に搭載され、段差部分に形成された電極と、水晶振動子の角部分の裏面とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【0016】
本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、水晶振動子と電気的に接続する段差部分には、バンプが形成され、当該バンプを覆うように導電性接着剤が形成されていることを特徴とする。
【0017】
本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、水晶振動子を搭載する水晶基板を備え、パッケージの内側の側面には、水晶基板を搭載する階段状の段差部分が形成されていることを特徴とする。
【0018】
本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、水晶基板には、水晶振動子に接続する電極パターンが形成され、電極パターンが、水晶基板の端辺で導電性接着剤によりパッケージの段差部分に固定されることを特徴とする。
【0019】
本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、水晶振動子の代わりに、パッケージ水晶発振器、温度補償型水晶発振器又は電圧制御水晶発振器を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、凹形状のセラミックのパッケージと、パッケージ内に水平に設置される水晶振動子と、水晶振動子の上面に設けられた発熱素子と、水晶振動子の下側で、パッケージの内側平面に設けられた電子部品と、パッケージの上部を覆うリッドと、を有し、パッケージの外側の側面にキャスタレーションを備えていない恒温槽付水晶発振器としているので、小型化に対応した簡易な構成で発熱効率を高め、熱を逃がさないようにして、周波数温度特性、温度スロープ特性を向上させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】第１の発振器の断面説明図である。
【図2】第１の発振器の平面説明図である。
【図3】第１の発振器の周波数温度特性を示す図である。
【図4】第１の発振器の温度スロープ特性を示す図である。
【図5】第２の発振器の断面説明図である。
【図6】第２の発振器の平面説明図である。
【図7】水晶基板の平面説明図である。
【図8】第２の発振器の周波数温度特性を示す図である。
【図9】第２の発振器の温度スロープ特性を示す図である。
【図10】温度差の比率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
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恒温槽付水晶発振器（本発振器）は、凹形状のセラミックのパッケージと、パッケージ内に水平に設置される水晶振動子と、水晶振動子の上面に設けられた発熱素子と、水晶振動子の下側で、パッケージの内側平面に設けられた電子部品と、パッケージの上部を覆うリッドと、を有し、パッケージの外側の側面にキャスタレーションを備えていないものであり、小型化に対応して簡易な構成で発熱効率を高め、熱を逃がさないようにして、周波数温度特性、温度スロープ特性を向上させることができるものである。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器（本発振器）は、凹形状のセラミックのパッケージと、パッケージ内に水平に設置される水晶振動子と、水晶振動子の上面に設けられた発熱素子と、水晶振動子の下側で、パッケージの内側平面に設けられた電子部品と、パッケージの上部を覆うリッドと、を有し、パッケージの外側の側面にキャスタレーションを備えていないものであり、小型化に対応して簡易な構成で発熱効率を高め、熱を逃がさないようにして、周波数温度特性、温度スロープ特性を向上させることができるものである。
【0023】
キャスタレーションは、パッケージの長辺側面又は短辺側面に垂直方向に複数本の溝の中に金属を埋め込んだ電極が形成されるものである。しかしながら、本発振器では、パッケージの外側の側面にキャスタレーション（電極及び溝）を設けていない。つまり、本発振器では、キャスタレーションを削除してパッケージの外側の側面をフラットにして表面積を削減すると共に、熱伝導率の大きい金属を表面に設けないことで、パッケージの外側への放熱を抑えることができるものである。
【0024】
尚、本発振器では、パッケージ外側の側面のキャスタレーションを削除しているので、垂直方向の電極はパッケージ内でスルーホール等により形成し、パッケージの底面（裏面）の電極に導き出される。
【0025】
以下、本発振器の具体例について、第１の発振器と第２の発振器を説明する。
まず、第１の発振器について説明する。
まず、第１の発振器について説明する。
【0026】
［第１の発振器の概要］
本発明の実施の形態に係る第１の恒温槽付水晶発振器（第１の発振器）は、セラミックのパッケージの内側の側面で階段状の段差部分に水平に水晶振動子を設置し、更に水晶振動子を覆うように発熱素子のヒーターＩＣ（Integrated Circuit）を設置し、水晶振動子の下側でパッケージ内側の平面に発振回路となる発振用ＩＣとコンデンサ等の電子部品を設置し、パッケージの上部をリッドで蓋をしたものであり、小型化に対応して簡易な構成で発熱効率を高め、熱を逃がさないようにして、周波数温度特性、温度スロープ特性を向上させることができるものである。
本発明の実施の形態に係る第１の恒温槽付水晶発振器（第１の発振器）は、セラミックのパッケージの内側の側面で階段状の段差部分に水平に水晶振動子を設置し、更に水晶振動子を覆うように発熱素子のヒーターＩＣ（Integrated Circuit）を設置し、水晶振動子の下側でパッケージ内側の平面に発振回路となる発振用ＩＣとコンデンサ等の電子部品を設置し、パッケージの上部をリッドで蓋をしたものであり、小型化に対応して簡易な構成で発熱効率を高め、熱を逃がさないようにして、周波数温度特性、温度スロープ特性を向上させることができるものである。
【0027】
つまり、第１の発振器は、発熱素子が水晶振動子のほぼ全体を覆う構成であるため、発熱素子が水晶片の一部に接する従来の発振器の構造に比べて水晶振動子を効率的に加熱できるものであり、また、水晶振動子を段差部分に水平に搭載する構成であるため、台座のような接続板に水晶振動子を搭載する従来の発振器の構造に比べて構成を簡易にできるものである。
【0028】
［第１の発振器：図１，２］
第１の発振器の構成について図１，２を参照しながら説明する。図１は、第１の発振器の断面説明図であり、図２は、第１の発振器の平面説明図である。尚、図２では、リッド２７とシールリング２１ｅを取り除いた状態を示している。
第１の発振器は、図１，２に示すように、パッケージとなるセラミックベース２１と、水晶振動子２３と、発熱素子のヒーターＩＣ２４と、発振用ＩＣ２５と、コンデンサ２６と、リッド２７とを基本的に有している。
第１の発振器の構成について図１，２を参照しながら説明する。図１は、第１の発振器の断面説明図であり、図２は、第１の発振器の平面説明図である。尚、図２では、リッド２７とシールリング２１ｅを取り除いた状態を示している。
第１の発振器は、図１，２に示すように、パッケージとなるセラミックベース２１と、水晶振動子２３と、発熱素子のヒーターＩＣ２４と、発振用ＩＣ２５と、コンデンサ２６と、リッド２７とを基本的に有している。
【0029】
［各部：図１，２］
第１の発振器の各部について具体的に説明する。
［セラミックベース２１］
図１，２に示すように、セラミックベース２１は、第１層２１ａ～第４層２１ｄのセラミック層が積層され、凹形状のパッケージとなっている。尚、第１層２１ａが底面を形成し、第２層２１ｂより上の層が側壁を形成している。
第１の発振器の各部について具体的に説明する。
［セラミックベース２１］
図１，２に示すように、セラミックベース２１は、第１層２１ａ～第４層２１ｄのセラミック層が積層され、凹形状のパッケージとなっている。尚、第１層２１ａが底面を形成し、第２層２１ｂより上の層が側壁を形成している。
【0030】
そして、セラミックベース２１は、内側の側面が階段状になっている。つまり、下層の第２層２１ｂの側壁の幅が広く、上層になれば側壁の幅が狭くなっている。
尚、第２層２１ｂと第３層２１ｃとの段差部分に、水晶振動子２３が搭載されている。
具体的には、第２層２１ｂの段差部分の平面に、水晶振動子２３を搭載するバンプ３０が形成されている。バンプ３０は、水晶振動子２３を浮かせるための箱状の突起部である。
尚、第２層２１ｂと第３層２１ｃとの段差部分に、水晶振動子２３が搭載されている。
具体的には、第２層２１ｂの段差部分の平面に、水晶振動子２３を搭載するバンプ３０が形成されている。バンプ３０は、水晶振動子２３を浮かせるための箱状の突起部である。
【0031】
尚、第３層２１ｃの下側にも第２層２１ｂが形成されるが、段差部分における第２層２１ｂの平面部分は、図２に示すように、水晶振動子２３の四隅が搭載される部分に形成され、水晶振動子２３の短辺及び長辺に沿って形成されるものとはなっていない。
【0032】
図２では、４つの角部分に形成され、当該角部分は、密なドットを付して示している。そして、角部分の第２層２１ｂのパッケージ中央側に水晶振動子２３が搭載される構成としているので、水晶振動子２３の長短辺と第２層２１ｂの内側の側面との間には隙間が形成され、当該隙間は、第１層２１ａまで突き抜けて達している。
この水晶振動子２３の長短辺に沿った隙間が、ヒーターＩＣ２４で温めた空気を対流させ、パッケージ内で均等に熱を効率的に伝達できるものになる。
この水晶振動子２３の長短辺に沿った隙間が、ヒーターＩＣ２４で温めた空気を対流させ、パッケージ内で均等に熱を効率的に伝達できるものになる。
【0033】
また、第３層２１ｃと第４層２１ｄとの段差部分には、ヒーターＩＣ２４と接続するワイヤーボンディングのワイヤー２８ａが取り付けられる。従って、当該段差部分にヒーターＩＣ２４に電気的に接続する電極が形成されている。
【0034】
［水晶振動子２３］
水晶振動子２３は、水晶片を容器に収納したもので、当該容器の底面四隅に電極が形成されている。
水晶振動子２３の底面四隅に形成された電極部分が、第２層２１ｂの段差部分のバンプ３０に搭載され、そのバンプ３０を覆うように形成された導電性接着剤２９により第２層２１ｂに固定され、電気的に接続される。つまり、水晶振動子２３の裏面の四隅が第２層２１ｂの段差部分のバンプ３０に接するよう配置される。
水晶振動子２３は、水晶片を容器に収納したもので、当該容器の底面四隅に電極が形成されている。
水晶振動子２３の底面四隅に形成された電極部分が、第２層２１ｂの段差部分のバンプ３０に搭載され、そのバンプ３０を覆うように形成された導電性接着剤２９により第２層２１ｂに固定され、電気的に接続される。つまり、水晶振動子２３の裏面の四隅が第２層２１ｂの段差部分のバンプ３０に接するよう配置される。
【0035】
ここでは、第２層２１ｂの段差部分のバンプに水晶振動子２３を搭載したが、温度制御や温度補償をしていないパッケージ水晶発振器（ＳＰＸＯ：Simple Packaged Crystal Oscillator）、温度補償回路を付加して周囲温度の変化による周波数の変動を少なくする温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）、外部からの制御電圧によって出力周波数を可変又は変調できる電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ：Voltage Controlled Crystal Oscillator）を搭載してもよい。
また、ＳＰＸＯ、ＴＣＸＯ、ＣＣＸＯの場合、発振用ＩＣをその内部に設けるようにしている。
また、ＳＰＸＯ、ＴＣＸＯ、ＣＣＸＯの場合、発振用ＩＣをその内部に設けるようにしている。
【0036】
［ヒーターＩＣ２４］
発熱素子のヒーターＩＣ２４は、水晶振動子２３の表面全体をほぼ覆うように固定されており、ワイヤーボンディングのワイヤー２８ａにより第３層２１ｃに接続している。
第３層２１ｃの平面部分は、図２に示すように、パッケージの両短辺の内側に帯状に形成されるものであり、図２ではワイヤー２８ａが接続する電極部分（電極パターン）を粗いドットで示している。
ヒーターＩＣ２４が、水晶振動子２３の表面全体的に覆うように形成されているので、水晶振動子２３を均一に温めることができ、効率的である。
発熱素子のヒーターＩＣ２４は、水晶振動子２３の表面全体をほぼ覆うように固定されており、ワイヤーボンディングのワイヤー２８ａにより第３層２１ｃに接続している。
第３層２１ｃの平面部分は、図２に示すように、パッケージの両短辺の内側に帯状に形成されるものであり、図２ではワイヤー２８ａが接続する電極部分（電極パターン）を粗いドットで示している。
ヒーターＩＣ２４が、水晶振動子２３の表面全体的に覆うように形成されているので、水晶振動子２３を均一に温めることができ、効率的である。
【0037】
［発振用ＩＣ２５］
発振用ＩＣ２５は、発振回路となるもので、セラミックベース２１の第１層２１ａ上に設置されている。
発振用ＩＣ２５は、第１層２１ａ上の配線にワイヤーボンディングのワイヤー２８ｂで接続している。また、発振用ＩＣ２５に波形成型用ＩＣも合わせて一体化し矩形波を出力できる構成にしてもよい。
発振用ＩＣ２５は、発振回路となるもので、セラミックベース２１の第１層２１ａ上に設置されている。
発振用ＩＣ２５は、第１層２１ａ上の配線にワイヤーボンディングのワイヤー２８ｂで接続している。また、発振用ＩＣ２５に波形成型用ＩＣも合わせて一体化し矩形波を出力できる構成にしてもよい。
【0038】
［コンデンサ２６］
コンデンサ２６は、第１層２１ａ上に設置される電子部品である。
［リッド２７］
リッド２７は、パッケージの蓋となる部分で、第４層２１ｄ上に形成されえたシールリング２１ｅに接着固定される。尚、図２では、パッケージの内側が分かるように、シールリング２１ｅとリッド２７を取り除いたものとなっている。
コンデンサ２６は、第１層２１ａ上に設置される電子部品である。
［リッド２７］
リッド２７は、パッケージの蓋となる部分で、第４層２１ｄ上に形成されえたシールリング２１ｅに接着固定される。尚、図２では、パッケージの内側が分かるように、シールリング２１ｅとリッド２７を取り除いたものとなっている。
【0039】
パッケージとしては、セラミックよりガラスエポキシ樹脂の方が熱を逃がさないので、優れているが、製造工程でガラスエポキシ樹脂に高温の熱処理を行うことができないことを考慮すると、パッケージにはセラミックを用いる方が耐熱性に優れている。
【0040】
第１の発振器は、ヒーターＩＣ２４が水晶振動子２３を全体的に覆う構成であるため、従来の発振器に比べて水晶振動子２３を効率的に加熱できるものであり、また、水晶振動子２３の下側に発振用ＩＣ２５を配置する構成であるため、従来の発振器に比べて構造を簡易にできるものである。
【0041】
従って、第１の発振器は、小型化に伴って温度に対する周波数変動を抑えるために、簡易な構成で内部の熱を外部に漏らさない構成を実現している。
つまり、従来の発振器のように複雑な構成では、小型化と周波数温度特性及び温度スロープ特性の改善の両方を実現するのは困難であるが、第１の発振器では、両方を実現するものである。以下、特性の改善について説明する。
つまり、従来の発振器のように複雑な構成では、小型化と周波数温度特性及び温度スロープ特性の改善の両方を実現するのは困難であるが、第１の発振器では、両方を実現するものである。以下、特性の改善について説明する。
【0042】
［周波数温度特性：図３］
第１の発振器の周波数温度特性について図３を参照しながら説明する。図３は、第１の発振器の周波数温度特性を示す図である。
図３は、温度（Temperature(℃)）に対する周波数変化率（Frequency Deviation：ΔF/F(ppm)）を示すもので、従来のＴＣＸＯでは変動が大きいが、第１の発振器では温度に対して１００℃以上を除いて周波数変化率は、０～０．１ｐｐｍの間で安定している。
第１の発振器の周波数温度特性について図３を参照しながら説明する。図３は、第１の発振器の周波数温度特性を示す図である。
図３は、温度（Temperature(℃)）に対する周波数変化率（Frequency Deviation：ΔF/F(ppm)）を示すもので、従来のＴＣＸＯでは変動が大きいが、第１の発振器では温度に対して１００℃以上を除いて周波数変化率は、０～０．１ｐｐｍの間で安定している。
【0043】
［温度スロープ特性：図４］
次に、第１の発振器の温度スロープ特性について図４を参照しながら説明する。図４は、第１の発振器の温度スロープ特性を示す図である。
図４は、温度（Temperature(℃)）に対する温度スロープ（Temp Slope(ppb/deg.C)）を示すもので、従来のＴＣＸＯでは不安定に上下動して変動が大きいが、第１の発振器では温度に対して温度スロープは、０ｐｐｂ／ｄｅｇ．Ｃを中心に安定している。
次に、第１の発振器の温度スロープ特性について図４を参照しながら説明する。図４は、第１の発振器の温度スロープ特性を示す図である。
図４は、温度（Temperature(℃)）に対する温度スロープ（Temp Slope(ppb/deg.C)）を示すもので、従来のＴＣＸＯでは不安定に上下動して変動が大きいが、第１の発振器では温度に対して温度スロープは、０ｐｐｂ／ｄｅｇ．Ｃを中心に安定している。
【0044】
［第１の発振器の効果］
第１の発振器によれば、セラミックベース２１のパッケージ内の段差部分に水晶振動子２３を水平に搭載し、更に水晶振動子２３のほぼ全体を覆うように発熱素子のヒーターＩＣ２４とコンデンサ２６を設置し、水晶振動子２３の下側でパッケージ内側の第１層２１ａの平面上に発振用ＩＣ２５を設置し、パッケージの上部をリッド２７で蓋をした構成としているので、小型化に対応して簡易な構成で発熱効率を高め、熱を逃がさないようにして、周波数温度特性、温度スロープ特性を向上させることができる効果がある。
第１の発振器によれば、セラミックベース２１のパッケージ内の段差部分に水晶振動子２３を水平に搭載し、更に水晶振動子２３のほぼ全体を覆うように発熱素子のヒーターＩＣ２４とコンデンサ２６を設置し、水晶振動子２３の下側でパッケージ内側の第１層２１ａの平面上に発振用ＩＣ２５を設置し、パッケージの上部をリッド２７で蓋をした構成としているので、小型化に対応して簡易な構成で発熱効率を高め、熱を逃がさないようにして、周波数温度特性、温度スロープ特性を向上させることができる効果がある。
【0045】
更に、第１の発振器によれば、パッケージの外側の側面にキャスタレーションを形成せず、フラットにしているので、表面積を削減し、外部への放熱を抑制できる効果がある。
【0046】
次に、第２の発振器について説明する。
［第２の発振器の概要］
本発明の実施の形態に係る第２の恒温槽付水晶発振器（第２の発振器）は、セラミックのパッケージ内を上下に仕切る水晶基板の上に温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）を搭載し、更にＴＣＸＯの全体を覆うように発熱素子のヒーターＩＣ（Integrated Circuit）を設置し、水晶基板の下側でパッケージ内側の平面に矩形波を出力する波形成型用ＩＣとコンデンサ等の電子部品を設置し、パッケージの上部をリッドで蓋をしたものであり、小型化に対応して簡易な構成で発熱効率を高め、熱を逃がさないようにして、周波数温度特性、温度スロープ特性を向上させることができるものである。
［第２の発振器の概要］
本発明の実施の形態に係る第２の恒温槽付水晶発振器（第２の発振器）は、セラミックのパッケージ内を上下に仕切る水晶基板の上に温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）を搭載し、更にＴＣＸＯの全体を覆うように発熱素子のヒーターＩＣ（Integrated Circuit）を設置し、水晶基板の下側でパッケージ内側の平面に矩形波を出力する波形成型用ＩＣとコンデンサ等の電子部品を設置し、パッケージの上部をリッドで蓋をしたものであり、小型化に対応して簡易な構成で発熱効率を高め、熱を逃がさないようにして、周波数温度特性、温度スロープ特性を向上させることができるものである。
【0047】
つまり、第２の発振器は、発熱素子がＴＣＸＯを全体に覆う構成であるため、発熱素子が水晶片の一部に接する従来の発振器の構造に比べてＴＣＸＯを効率的に加熱できるものであり、また、ＴＣＸＯの搭載板を水晶基板とする構成であるため、台座のような接続板に水晶振動子を搭載する従来の発振器の構造に比べて構成を簡易にできるものである。
【0048】
［第２の発振器：図５，６］
第２の発振器の構成について図５，６を参照しながら説明する。図５は、第２の発振器の断面説明図であり、図６は、第２の発振器の平面説明図である。
第２の発振器は、図５，６に示すように、パッケージとなるセラミックベース１１と、水晶基板１２と、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）１３と、発熱素子のヒーターＩＣ１４と、矩形波を出力する波形成型ＩＣ１５と、コンデンサ１６と、リッド１７とを基本的に有している。
第２の発振器の構成について図５，６を参照しながら説明する。図５は、第２の発振器の断面説明図であり、図６は、第２の発振器の平面説明図である。
第２の発振器は、図５，６に示すように、パッケージとなるセラミックベース１１と、水晶基板１２と、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）１３と、発熱素子のヒーターＩＣ１４と、矩形波を出力する波形成型ＩＣ１５と、コンデンサ１６と、リッド１７とを基本的に有している。
【0049】
［各部：図５，６］
第２の発振器の各部について具体的に説明する。
［セラミックベース１１］
図５，６に示すように、セラミックベース１１は、第１層１１ａ～第６層１１ｆのセラミック層が積層され、凹形状のパッケージとなっている。尚、第１層１１ａと第２層１１ｂが底面を形成し、第３層１１ｃより上の層が側壁を形成している。
第２の発振器の各部について具体的に説明する。
［セラミックベース１１］
図５，６に示すように、セラミックベース１１は、第１層１１ａ～第６層１１ｆのセラミック層が積層され、凹形状のパッケージとなっている。尚、第１層１１ａと第２層１１ｂが底面を形成し、第３層１１ｃより上の層が側壁を形成している。
【0050】
そして、セラミックベース１１は、内側の側面が階段状になっている。つまり、下層の第３層１１ｃの側壁の幅が広く、上層になれば側壁の幅が狭くなっている。
尚、第３層１１ｃと第４層１１ｄとの段差部分に、水晶基板１２が搭載されている。
尚、第３層１１ｃと第４層１１ｄとの段差部分に、水晶基板１２が搭載されている。
【0051】
また、第４層１１ｄと第５層１１ｅとの段差部分には、ヒーターＩＣ１４と接続するワイヤーボンディングのワイヤー１８ａが取り付けられる。従って、当該段差部分にヒーターＩＣ１４に電気的に接続する電極が形成されている。
【0052】
［水晶基板１２：図７］
水晶基板１２は、ＴＣＸＯ１３に内蔵される水晶片と同じ素材で形成されている。同じ素材とすることでコストを安くできる。
また、水晶基板１２の熱伝導率は、ガラスエポキシ樹脂とセラミックの中間である。
水晶基板１２は、ＴＣＸＯ１３に内蔵される水晶片と同じ素材で形成されている。同じ素材とすることでコストを安くできる。
また、水晶基板１２の熱伝導率は、ガラスエポキシ樹脂とセラミックの中間である。
【0053】
水晶基板１２は、図７に示すように、上面の四隅から中央に向けて電極が形成されている。図７は、水晶基板の平面概略図である。
水晶基板１２の中央に形成された四角い電極部分にＴＣＸＯ１３の四隅が搭載され、ＴＣＸＯ１３の電極と接続される。
水晶基板１２の四隅に形成された四角い電極部分が上側になるよう第３層１１ｃの段差部分に搭載され、導電性接着剤１９により第３層１１ｃに固定され、電気的に接続される。つまり、水晶基板１２の裏面の四隅が第３層１１ｃの段差部分に接するよう配置される。
水晶基板１２の中央に形成された四角い電極部分にＴＣＸＯ１３の四隅が搭載され、ＴＣＸＯ１３の電極と接続される。
水晶基板１２の四隅に形成された四角い電極部分が上側になるよう第３層１１ｃの段差部分に搭載され、導電性接着剤１９により第３層１１ｃに固定され、電気的に接続される。つまり、水晶基板１２の裏面の四隅が第３層１１ｃの段差部分に接するよう配置される。
【0054】
そして、角部分の第３層１１ｃのパッケージ中央側に水晶基板１２が搭載される構成としているので、水晶基板１２の長短辺と第２層１１ｃの内側の側面との間には隙間が形成され、当該隙間は、第１層１１ａまで突き抜けて達している。
この水晶基板１２の長短辺に沿った隙間が、ヒーターＩＣ１４で温めた空気を対流させ、パッケージ内で均等に熱を効果的に伝達できるものとなる。
この水晶基板１２の長短辺に沿った隙間が、ヒーターＩＣ１４で温めた空気を対流させ、パッケージ内で均等に熱を効果的に伝達できるものとなる。
【0055】
［ＴＣＸＯ１３］
ＴＣＸＯ１３は、水晶片を容器内に収納して、発振回路と温度補償回路を備え、周囲温度の変化による周波数の変化量を少なくしたものである。尚、当該容器の底面四隅に電極が形成されている。
ＴＣＸＯ１３は、水晶片を容器内に収納して、発振回路と温度補償回路を備え、周囲温度の変化による周波数の変化量を少なくしたものである。尚、当該容器の底面四隅に電極が形成されている。
【0056】
ここでは、水晶基板１２上にＴＣＸＯ１３を搭載したが、温度制御や温度補償をしていないパッケージ水晶発振器（ＳＰＸＯ：Simple Packaged Crystal Oscillator）、外部からの制御電圧によって出力周波数を可変又は変調できる電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ：Voltage Controlled Crystal Oscillator）を水晶基板１２に搭載してもよい。
また、ＴＣＸＯ１３の代わりに、水晶振動子を水晶基板１２に搭載してもよい。この場合は、波形成型ＩＣ１５が配置されるセラミックベース１１の第２層１１ｂ上に発振回路からなる発振用ＩＣが設置されることになる。尚、波形成型ＩＣ１５と発振用ＩＣは一体化してもよい。
また、ＴＣＸＯ１３の代わりに、水晶振動子を水晶基板１２に搭載してもよい。この場合は、波形成型ＩＣ１５が配置されるセラミックベース１１の第２層１１ｂ上に発振回路からなる発振用ＩＣが設置されることになる。尚、波形成型ＩＣ１５と発振用ＩＣは一体化してもよい。
【0057】
［ヒーターＩＣ１４］
発熱素子のヒーターＩＣ１４は、ＴＣＸＯ１３の表面全体を覆うように固定されており、ワイヤーボンディングのワイヤー１８ａにより第４層１１ｄに接続している。
ヒーターＩＣ１４が、ＴＣＸＯ１３の表面全体を覆うように形成されているので、ＴＣＸＯ１３を均一に温めることができ、効率的である。
発熱素子のヒーターＩＣ１４は、ＴＣＸＯ１３の表面全体を覆うように固定されており、ワイヤーボンディングのワイヤー１８ａにより第４層１１ｄに接続している。
ヒーターＩＣ１４が、ＴＣＸＯ１３の表面全体を覆うように形成されているので、ＴＣＸＯ１３を均一に温めることができ、効率的である。
【0058】
［波形成型ＩＣ１５］
波形成型ＩＣ１５は、矩形波を出力する回路（波形成型回路）となるもので、セラミックベース１１の第２層１１ｂ上に設置されている。
波形成型ＩＣ１５は、第２層１１ｂ上の配線にワイヤーボンディングのワイヤー１８ｂで接続している。
尚、本発振器において、波形成型ＩＣ１５は必須な構成ではなく、設けられない場合もある。
波形成型ＩＣ１５は、矩形波を出力する回路（波形成型回路）となるもので、セラミックベース１１の第２層１１ｂ上に設置されている。
波形成型ＩＣ１５は、第２層１１ｂ上の配線にワイヤーボンディングのワイヤー１８ｂで接続している。
尚、本発振器において、波形成型ＩＣ１５は必須な構成ではなく、設けられない場合もある。
【0059】
［コンデンサ１６］
コンデンサ１６は、第２層１１ｂ上に設置される電子部品である。
［リッド１７］
リッド１７は、パッケージの蓋となる部分で、第６層１１ｆ上に形成されえたシールリング１１ｇに接着固定される。尚、図６では、第６層１１ｆを図示しているが、その部分は、リッド１７が搭載される部分であり、実際は図５に示すように、シールリング１１ｇが形成されるものである。
コンデンサ１６は、第２層１１ｂ上に設置される電子部品である。
［リッド１７］
リッド１７は、パッケージの蓋となる部分で、第６層１１ｆ上に形成されえたシールリング１１ｇに接着固定される。尚、図６では、第６層１１ｆを図示しているが、その部分は、リッド１７が搭載される部分であり、実際は図５に示すように、シールリング１１ｇが形成されるものである。
【0060】
パッケージとしては、セラミックよりガラスエポキシ樹脂の方が熱を逃がさないので、優れているが、製造工程でガラスエポキシ樹脂に高温の熱処理を行うことができないことを考慮すると、パッケージにはセラミックを用いる方が耐熱性に優れている。
ＴＣＸＯ１３を搭載する基板をガラスエポキシ樹脂基板とせず、水晶基板１２としたのも、耐熱性を考慮してのことである。
ＴＣＸＯ１３を搭載する基板をガラスエポキシ樹脂基板とせず、水晶基板１２としたのも、耐熱性を考慮してのことである。
【0061】
第２の発振器は、ヒーターＩＣ１４がＴＣＸＯ１３を全体に覆う構成であるため、従来の発振器に比べてＴＣＸＯ１３を効率的に加熱できるものであり、また、ＴＣＸＯ１３の搭載板を水晶基板１２とする構成であるため、台座のような接続板を用いた従来の発振器に比べて構造を簡易にできるものである。
【0062】
従って、第２の発振器は、小型化に伴って温度に対する周波数変動を抑えるために、簡易な構成で内部の熱を外部に漏らさない構成を実現している。
つまり、従来の発振器のように複雑な構成では、小型化と周波数温度特性及び温度スロープ特性の改善の両方を実現するのは困難であるが、第２の発振器では、両方を実現するものである。以下、特性の改善について説明する。
つまり、従来の発振器のように複雑な構成では、小型化と周波数温度特性及び温度スロープ特性の改善の両方を実現するのは困難であるが、第２の発振器では、両方を実現するものである。以下、特性の改善について説明する。
【0063】
［周波数温度特性：図８］
第２の発振器の周波数温度特性について図８を参照しながら説明する。図８は、第２の発振器の周波数温度特性を示す図である。
図８は、温度（Temperature(℃)）に対する周波数変化率（ΔF/F(ppm)）を示すもので、従来のＴＣＸＯでは変動が大きいが、第２の発振器では温度に対して周波数変化率は、０～０．１ｐｐｍの間で安定している。
第２の発振器の周波数温度特性について図８を参照しながら説明する。図８は、第２の発振器の周波数温度特性を示す図である。
図８は、温度（Temperature(℃)）に対する周波数変化率（ΔF/F(ppm)）を示すもので、従来のＴＣＸＯでは変動が大きいが、第２の発振器では温度に対して周波数変化率は、０～０．１ｐｐｍの間で安定している。
【0064】
［温度スロープ特性：図９］
次に、第２の発振器の温度スロープ特性について図９を参照しながら説明する。図９は、第２の発振器の温度スロープ特性を示す図である。
図９は、温度（Temperature(℃)）に対する温度スロープ（Temp Slope(ppb/deg.C)）を示すもので、従来のＴＣＸＯでは不安定に上下動して変動が大きいが、第２の発振器では温度に対して温度スロープは、０ｐｐｂ／ｄｅｇ．Ｃを中心に安定している。
次に、第２の発振器の温度スロープ特性について図９を参照しながら説明する。図９は、第２の発振器の温度スロープ特性を示す図である。
図９は、温度（Temperature(℃)）に対する温度スロープ（Temp Slope(ppb/deg.C)）を示すもので、従来のＴＣＸＯでは不安定に上下動して変動が大きいが、第２の発振器では温度に対して温度スロープは、０ｐｐｂ／ｄｅｇ．Ｃを中心に安定している。
【0065】
［第２の発振器の効果］
第２の発振器によれば、セラミックベース１１のパッケージ内を水晶基板１２で上下に仕切り、水晶基板１２の上にＴＣＸＯ１３を搭載し、更にＴＣＸＯ１３の全体を覆うように発熱素子のヒーターＩＣ１４を設置し、水晶基板１２の下側でパッケージ内側の第２層１１ｂの平面上に波形成型用ＩＣ１５とコンデンサ１６を設置し、パッケージの上部をリッド１７で蓋をした構成としているので、小型化に対応して簡易な構成で発熱効率を高め、熱を逃がさないようにして、周波数温度特性、温度スロープ特性を向上させることができる効果がある。
第２の発振器によれば、セラミックベース１１のパッケージ内を水晶基板１２で上下に仕切り、水晶基板１２の上にＴＣＸＯ１３を搭載し、更にＴＣＸＯ１３の全体を覆うように発熱素子のヒーターＩＣ１４を設置し、水晶基板１２の下側でパッケージ内側の第２層１１ｂの平面上に波形成型用ＩＣ１５とコンデンサ１６を設置し、パッケージの上部をリッド１７で蓋をした構成としているので、小型化に対応して簡易な構成で発熱効率を高め、熱を逃がさないようにして、周波数温度特性、温度スロープ特性を向上させることができる効果がある。
【0066】
更に、第２の発振器によれば、パッケージの外側の側面にキャスタレーションを形成せず、フラットにしているので、表面積を削減し、外部への放熱を抑制できる効果がある。
【0067】
［温度差特性：図１０］
次に、本発振器（第１の発振器、第２の発振器を含む）とキャスタレーションを備える従来の発振器との温度差の比率を図１０に示す。図１０は、温度差の比率を示す図である。
図１０では、横軸が周囲温度を示し、縦軸が本発振器とキャスタレーションを備える従来の発振器との温度差の比率を示している。ここで、温度差の比率とは、周囲温度が８５℃の場合の両者の温度差の値を基準にして、その時の温度差を「１」とした場合に、その他の周囲温度における温度差がどのように変化したのかを比率で示している。
次に、本発振器（第１の発振器、第２の発振器を含む）とキャスタレーションを備える従来の発振器との温度差の比率を図１０に示す。図１０は、温度差の比率を示す図である。
図１０では、横軸が周囲温度を示し、縦軸が本発振器とキャスタレーションを備える従来の発振器との温度差の比率を示している。ここで、温度差の比率とは、周囲温度が８５℃の場合の両者の温度差の値を基準にして、その時の温度差を「１」とした場合に、その他の周囲温度における温度差がどのように変化したのかを比率で示している。
【0068】
図１０に示すように、周囲温度が低くなる程に温度差の比率が高くなっており、これは、周囲温度が低い方が、熱がキャスタレーションに伝わってパッケージ（カバー）の表面温度を大きく上昇させていることを示している。
従って、本発振器は、周囲温度が低くなると放熱をより抑制できるものである。
従って、本発振器は、周囲温度が低くなると放熱をより抑制できるものである。
【0069】
［実施の形態の効果］
本発振器によれば、凹形状のセラミックのパッケージと、パッケージ内に水平に設置されるＴＣＸＯ１３、水晶振動子２３と、ＴＣＸＯ１３、水晶振動子２３の上面に設けられたヒーターＩＣ１４，２４と、ＴＣＸＯ１３、水晶振動子２３の下側で、パッケージの内側平面に設けられた電子部品と、パッケージの上部を覆うリッド１７，２７と、を有し、パッケージの外側の側面にキャスタレーションを備えていないものであり、パッケージの外側の側面にキャスタレーションを形成しないためフラットにでき、表面積を削減し、外部への放熱を抑制できるものであり、更に、小型化に対応して簡易な構成で発熱効率を高め、熱を逃がさないようにして、周波数温度特性、温度スロープ特性を向上させることができる効果がある。
本発振器によれば、凹形状のセラミックのパッケージと、パッケージ内に水平に設置されるＴＣＸＯ１３、水晶振動子２３と、ＴＣＸＯ１３、水晶振動子２３の上面に設けられたヒーターＩＣ１４，２４と、ＴＣＸＯ１３、水晶振動子２３の下側で、パッケージの内側平面に設けられた電子部品と、パッケージの上部を覆うリッド１７，２７と、を有し、パッケージの外側の側面にキャスタレーションを備えていないものであり、パッケージの外側の側面にキャスタレーションを形成しないためフラットにでき、表面積を削減し、外部への放熱を抑制できるものであり、更に、小型化に対応して簡易な構成で発熱効率を高め、熱を逃がさないようにして、周波数温度特性、温度スロープ特性を向上させることができる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【0070】
本発明は、小型化に伴い、内部の熱を外部に漏らさない構成を実現し、周波数温度特性及び温度スロープ特性を向上させた恒温槽付水晶発振器に好適である。
【符号の説明】
【0071】
１１…セラミックベース、 １１ａ…第１層、 １１ｂ…第２層、 １１ｃ…第３層、 １１ｄ…第４層、 １１ｅ…第５層、 １１ｆ…第６層、 １１ｇ…シリコンリング、 １２…水晶基板、 １３…温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）、 １４…ヒーターＩＣ、 １５…波形成型ＩＣ、 １６…コンデンサ、 １７…リッド、 １８ａ，１８ｂ…ワイヤー、 １９…導電性接着剤、 ２１…セラミックベース、 ２１ａ…第１層、 ２１ｂ…第２層、 ２１ｃ…第３層、 ２１ｄ…第４層、 ２１ｅ…シリコンリング、 ２３…水晶振動子、 ２４…ヒーターＩＣ、 ２５…発振用ＩＣ、 ２６…コンデンサ、 ２７…リッド、 ２８ａ，２８ｂ…ワイヤー、 ２９…導電性接着剤、 ３０…バンプ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
