特許 7353156 発振器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-21

(45)【発行日】2023-09-29

(54)【発明の名称】発振器

(51)【国際特許分類】

   H03B 5/32 20060101AFI20230922BHJP

【ＦＩ】

H03B5/32 H

H03B5/32 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019217337

(22)【出願日】2019-11-29

(65)【公開番号】P2021087196

(43)【公開日】2021-06-03

【審査請求日】2022-05-23

(73)【特許権者】

【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】110002756

【氏名又は名称】弁理士法人弥生特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】林 甲太郎

【審査官】及川 尚人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１１５５５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１８７１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１８９３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２１４９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２４４６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１１５２６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｂ ５／３０－５／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電振動子を含む発振回路と、当該圧電振動子が設けられる雰囲気の温度を一定化するために当該雰囲気を加熱する加熱部とを備える圧電デバイス、が設けられる第１の基板と、
当該第１の基板に対して離間して対向する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に介在する板状体と、
前記第２の基板に対して前記第１の基板及び板状体を支持すると共に、前記圧電デバイスと、前記第２の基板に設けられる導電路と、を互いに接続する導電部材と、
前記第２の基板に向けて突出するように前記板状体に行列状に設けられた突起部と、
平面視、各辺が前記突起部の行列方向に対して斜めとなるように矩形状に形成されると共に、平面視、前記第２の基板と前記板状体との間において前記突起部に囲まれ且つ当該突起部に重ならずに当該第２の基板に設けられるＩＣ素子と、
を備えることを特徴とする発振器。

【請求項2】

前記第２の基板における前記板状体に対する対向面にて、前記突起部が垂直投影される位置に前記ＩＣ素子の検査用の端子が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の発振器。

【請求項3】

前記検査用の端子は、スルーホールを形成することを特徴とする請求項２記載の発振器。

【請求項4】

前記突起部は、前記第２の基板から離れていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の発振器。

【請求項5】

前記圧電振動子は水晶振動子であり、
前記水晶振動子、発振回路及び加熱部を囲う恒温槽を備え、前記板状体は当該恒温槽の底部を形成すると共に前記第１の基板から離間して設けられることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の発振器。

【請求項6】

前記ＩＣ素子は、マイクロコントローラであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の発振器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＩＣ素子を備える発振器に関する。

【背景技術】

【0002】

各種情報・通信機器などの電子機器には、例えばＯＣＸＯ（Oven-Controlled Crystal Oscillator）などの発振器が設けられている。特許文献１には、ＯＣＸＯの一例と、当該ＯＣＸＯの検査用の測定治具とが示されている。
また、このＯＣＸＯについては、互いに対向すると共に離間するように導電部材を介して接続された第１の基板と第２の基板とを備え、第１の基板上に水晶振動子、温度センサ及びヒーターを含む恒温槽が形成され、第２の基板が他の機器へ実装されるように構成される場合が有る。特許文献２にはそのように第１及び第２の基板を備えた構成のＯＣＸＯについて示されている。

【0003】

ところで、この第１及び第２の基板を備えるＯＣＸＯについて、当該ＯＣＸＯの大型化を防ぎつつ、ＯＣＸＯを構成するＩＣ素子として、高い性能を確保するために大型のものを設けることが求められている。また、ＯＣＸＯの製造コストの上昇を抑制するために、当該ＯＣＸＯを構成する部品については汎用品または既製品を用いたい事情がある。

【0004】

特許文献３には、圧電振動子と共にＩＣ素子をパッケージ容器内に実装した圧電デバイスが記載されている。そしてリード電極を矩形のＩＣ素子実装部の隅部近傍に設け、ＩＣ素子の角部をＩＣ素子実装部の各辺に向けて固定している。そのためＩＣ素子実装部の隅部近傍にワイヤボンディングに必要なデッドスペースを含む接合領域が確保でき、ＩＣ素子の配置領域の増大を最小限に抑えながらパッケージ容器の長手方向のサイズを小さくする技術が記載されている。しかしながら、この圧電デバイスは第１の基板と第２の基板とを備える構成では無い。また、特許文献３では、上記したＯＣＸＯを構成する部品に汎用品や既製品を用いることは考慮されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１５－１８４０８９号公報

【文献】特開２０１２－２０９６２１号公報

【文献】特開２００７－２１４９４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

発振器の大型化及び製造コストの上昇を抑制しながら、より大きなＩＣ素子を搭載することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の発振器は、圧電振動子を含む発振回路と、当該圧電振動子が設けられる雰囲気の温度を一定化するために当該雰囲気を加熱する加熱部とを備える圧電デバイス、が設けられる第１の基板と、
当該第１の基板に対して離間して対向する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に介在する板状体と、
前記第２の基板に対して前記第１の基板及び板状体を支持すると共に、前記圧電デバイスと、前記第２の基板に設けられる導電路と、を互いに接続する導電部材と、
前記第２の基板に向けて突出するように前記板状体に行列状に設けられた突起部と、
平面視、各辺が前記突起部の行列方向に対して斜めとなるように矩形状に形成されると共に、平面視、前記第２の基板と前記板状体との間において前記突起部に囲まれ且つ当該突起部に重ならずに当該第２の基板に設けられるＩＣ素子と、
を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明の発振器は、圧電振動子と、発振回路と、加熱部と、が設けられる第１の基板と、第１の基板に対向する第２の基板と、行列状に突起部が形成されると共に前記第１の基板と前記第２の基板との間に介在する板状体と、板状体と第２の基板との間に設けられる平面視矩形状のＩＣ素子と、により構成されている。そして、ＩＣ素子については、平面視各辺が前記突起部の行列方向に対して斜め、且つ、平面視、前記突起部に囲まれるように設けられる。従って、板状体については、第２の基板との接触を防止することを目的としたスタンドオフが形成された汎用品または既製品を用いることができるので、発振器の製造コストの上昇を抑制しつつ、発振器の大型化が防止されるように比較的大きいＩＣ素子を用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施の形態に係る発振器の縦断側面図である。

【図2】前記発振器に設けられるＯＣＸＯの下面側平面図である。

【図3】前記発振器に設けられる第２の基板の上面側平面図である。

【図4】本発明の実施の形態に係る発振器のブロック図である。

【図5】本発明の効果を説明する説明図である。

【図6】他の実施の形態に係る発振器の検査方法を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の実施の形態に係る発振器１の構成ついて図１～図３を参照して説明する。図１は発振器１の縦断側面図である。発振器１は、恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ）２を備えている。ＯＣＸＯ２は、底部を板状体１０により構成され、板状体１０の上方の雰囲気を区画する恒温槽２０を備えている。恒温槽２０内には、水晶振動子９を含む発振回路、恒温槽２０内の温度を検出するための温度センサ、及び温度センサにより検出された温度に基づいて水晶振動子９が設けられる雰囲気である恒温槽２０内の雰囲気を加熱して一定化するためのヒーターである加熱部を備える圧電デバイスが設けられた第１の基板７が設けられ、第１の基板７は、導電部材２２を介して、板状体１０の上面に固定されている。なお発振回路、温度センサ及び加熱部の図示は省略している。

【0011】

図２に板状体１０の下面側平面図を示す。板状体１０の下面（第２の基板３の上面と対向する対向面）から、縦棒状の導電部材２２が第２の基板３に向けて伸びている。導電部材２２は板状体１０の周縁部に９つ設けられており、Ｙ軸方向に伸びる２つの辺のうちの一方の辺寄りに、当該辺に沿って等間隔に６本設けられ、また、Ｙ軸方向に伸びる２つの辺のうちの他方の辺寄りに、当該辺に沿って等間隔に３本設けられている。導電部材２２は、第２の基板３を介して、恒温槽２０内の回路と外部との電気的な接続を取るための部材である。
また板状体１０の下面のほぼ中央には、下方に向けて突出する絶縁性の４つの突起部２１が設けられている。この突起部２１は、縦２行、横２列の行列状に配置されており、ここでの縦方向、横方向は、夫々Ｘ軸方向、Ｙ軸方向である。
また図１に戻って発振器１は、第２の基板３を備えており、ＯＣＸＯ２は、導電部材２２により、第２の基板３の上方に、当該第２の基板３に対向すると共に間隔を空けて支持されている。板状体１０及び第２の基板３は矩形（本明細書では正方形も含むものとする）であり、互いの辺の向きは揃っている。なお図１～図３では、板状体１０及び第２の基板３の辺に沿った方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、板状体１０及び第２の基板３の厚さ方向をＺ軸方向として示している。

【0012】

続いて第２の基板３について説明する。図３は第２の基板３の上面図である。図中３１は、導電部材２２の下端部が挿入される挿入孔である。本例の発振器１は、挿入孔３１を非貫通孔で示しているが、貫通孔であってもよい。第２の基板３を他の装置に実装したときに上記のＯＣＸＯ２に、当該装置からアクセスすることができるように、導電部材２２の下端部は第２の基板３に設けられる図示しない導電路に接続されている。このように下方から第２の基板３、板状体１０、第１の基板７の順に配置されており、板状体１０は、第１の基板７と第２の基板３との間に介在している。

【0013】

また第２の基板３の上面には、ＩＣ素子である平面視矩形のマイクロコントローラ４が設けられている。マイクロコントローラ４の配置について図３を参照して説明するが、図３中の符号２１を付した破線の円は、第２の基板３の表面において、板状体１０の突起部２１が垂直投影される位置を示している。なお垂直投影は、板状体１０及び第２の基板３がＺ軸方向に並ぶようにＯＣＸＯ２を配置し、Ｚ軸方向に投影した場合、あるいはＸ軸方向やＹ軸方向に並ぶように配置し、Ｘ軸方向やＹ軸方向に投影した場合に関わらず、板状体１０及び第２の基板３の配列方向に投影することを意味する。
図３に示すように平面視したときにマイクロコントローラ４は、４つの突起部２１に囲まれると共に、マイクロコントローラ４の周縁を形成する各辺は、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に対して４５°傾いて配置されている。従って、マイクロコントローラ４の各辺が、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して傾斜するように、当該マイクロコントローラ４が配置されている。そして、４つの突起部２１を結んで四角形を描くように仮想線を引いたとする。この仮想線とマイクロコントローラ４の各辺とは交差する。なお図３中の一点鎖線及び二点鎖線は、マイクロコントローラ４の各辺をＸ軸方向またはＹ軸方向に対して時計回り方向に６０°、時計回り方向に３０°傾けて配置した例を示している（図３中のＣＬは各例のセンターラインを示している）。また、マイクロコントローラ４の上面は、板状体１０には接触せず、突起部２１の下端の高さ位置よりも上方にある。

【0014】

また第２の基板３の上面には、突起部２１に囲まれる領域から外れると共に板状体１０に重なる位置に、不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ５が設けられている。ＥＥＰＲＯＭ５には、恒温槽２０内の温度に基づいて発振器１が所定の周波数の信号を出力するために必要な各種のパラメータが記憶されている。さらに発振器１に用いることができるＯＣＸＯ２に複数の機種を用いることを可能にする目的で、ＥＥＰＲＯＭ５には、ＯＣＸＯ２の種類を表す情報及びＯＣＸＯ２の個体番号を表す情報も記憶されている。なおＥＥＰＲＯＭ５以外にも第２の基板３には回路部品が設けられるが、図示は省略する。

【0015】

さらに第２の基板３の上面における突起部２１が垂直投影される位置には、第２の基板３に設置されたマイクロコントローラ４の電気的特性の検査をするための例えば銅箔などで構成された検査端子３２が各々設けられている。なお第２の基板３には、ＯＣＸＯ２、マイクロコントローラ４、ＥＥＰＲＯＭ５などの部品間を接続する配線や、外部の制御装置と接続するための端子部などが形成されているが、記載を省略している。なお第２の基板３上には、図１に示すように当該第２の基板３の上面側を覆うカバー６が設けられ、第２の基板３上に設けられる各部材は、カバー６内に収納される。

【0016】

図４のブロック図を用いて、マイクロコントローラ４の作用の概要を説明する。図中８は、発振器１が接続される制御装置である。制御装置８とマイクロコントローラ４とはＩ２Ｃバスを介して接続され、マイクロコントローラ４とＥＥＰＲＯＭ５との間、マイクロコントローラ４とＯＣＸＯ２内の温度センサ２４との間もＩ２Ｃバスを介して接続される。なお、温度センサ２４及びＥＥＰＲＯＭ以外のマイクロコントローラ４に接続されるデバイスについては、表示を省略している。マイクロコントローラ４は、その内蔵ＲＡＭに、各デバイスごとに必要なデータ、制御コマンドを割り当て、制御装置８からマイクロコントローラ４を中継して各デバイスに対してデータ通信を行うことができるように構成されている。具体的には温度センサ２４から水晶振動子９の温度情報を得たり、ＥＥＰＲＯＭ５内のデータの書き換えを制御装置８から行うことができる。制御装置８から見れば、各デバイスに対して統合されたＩ２Ｃスレーブアドレスを用いて、各デバイスにアクセスすることになるので、各デバイスに設計変更があっても、制御装置８とマイクロコントローラ４との間の通信について必要な仕様変更が少ないため、利便性が高い。

【0017】

ここでマイクロコントローラ４の配置について、補足して説明する。背景技術でも説明したようにＩＣ素子（マイクロコントローラ４）の性能を高くしようとすると、当該マイクロコントローラ４は大型化する。
そして、上記のように板状体１０には突起部２１が形成されている。この突起部２１は、板状体１０が下方側の基板と接触することを防止するためのスタンドオフとして形成されるものである。発振器１の大型化を防ぐ観点から、板状体１０と第２の基板３との間隔が大きくならず、突起部２１と干渉しないようにマイクロコントローラ４を配置することを考えるにあたり、突起部２１の直下は、高さ寸法が制限されるためマイクロコントローラ４などの比較的大型のＩＣ素子などの設置に適さない。またこの４つの突起部２１に囲まれた板状体１０の下面中央側の領域を避けるようにマイクロコントローラ４を設けようとすると、第２の基板３を外側に広くする必要があり、第２の基板３が大きくなってしまう。従って板状体１０の下面中央側の領域の下方に、突起部２１の直下を避けながら、できるだけ大型のＩＣ素子を配置する手法を検討する必要がある。

【0018】

ここで、マイクロコントローラ４の配置できる範囲について板状体１０を下面側から見た図５を参照して説明する。まず矩形のマイクロコントローラ４をその外縁の４辺が、突起部２１が配列される縦方向及び横方向の並びと揃うように、上記した板状体１０の下面中央側の領域の下方に配置することが考えられる。この場合には、図５に示すようにマイクロコントローラ４は、平面視したときにその４つの角が突起部２１に接する範囲４Ａを占有する大きさまでしか拡張できない。

【0019】

しかし、図３で説明したように、突起部２１が配列される縦方向及び横方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に対して、マイクロコントローラ４の辺が傾くように当該マイクロコントローラ４を設けているので、図５に示すようにマイクロコントローラ４の大きさを平面視したときに４辺が突起部２１に接する範囲４Ｂまで広げることができる。範囲４Ｂの４辺の長さは、範囲４Ａの対角線の長さである。つまり、図３で説明した配置により、マイクロコントローラ４の４辺を長くすることができる。従って恒温槽２０の下面中央側の領域の下方に、突起部２１の直下を避けながら、より４辺が長い大型のマイクロコントローラ４を配置することができ、発振器１の大型化を抑制しながら、より大型のマイクロコントローラ４を搭載することができる。

【0020】

なお、図３で説明した例では、突起部２１の行列方向であるＸ軸方向、Ｙ軸方向に対して、マイクロコントローラ４の辺は各々４５°傾いているが、傾きとしては４５°にすることに限られず、例えば時計回り方向に、あるいは反時計回り方向に３０°～６０°程度傾くようにしてもよい。なお、突起部２１としては４つより多く設けられていてもよい。例えば３行×２列の行列状に設けられていてもよく、その場合にはそれらの突起部２１のうちから隣り合う２行×２列の行列状に配列された４つの突起部２１を選択し、当該４つの突起部２１に対して、既述したレイアウトでマイクロコントローラ４が配置される。
また他の基板との接触を防止することを目的としたスタンドオフである突起部２１が形成された汎用品または既製品を用いることができるので、発振器１の製造コストの上昇を抑制することができる。

【0021】

また本発明の発振器１は、突起部２１が、第２の基板３の表面に接触していてもよく、例えば突起部２１が第２の基板３の上面と、板状体１０との間の隙間を確保するためのスペーサであってもよい。このような構成の発振器１においても、より大型のマイクロコントローラ４を突起部２１と干渉しないように配置することができる。
また本発明の発振器１に設けるＩＣ素子は、マイクロコントローラ４には限らない。さらに圧電デバイスもＯＣＸＯ２に限られず、例えばＴＣＸＯ（Temperature-compensated crystal Oscillator）でもよい。つまり、恒温槽を設けることには限られない。ただし、ＯＣＸＯ２は、恒温槽２０内の温度変化を避けるため、恒温槽２０が他のデバイスや基板等に接触することを避けることが好ましい。そのため発振器１を大型化せずとも、恒温槽２０と接触を避けながら、より大型のＩＣ素子を設けることができる本発明を適用する効果は大きい。

【0022】

さらに本実施の形態に係る発振器１は、図１、図３に示すように第２の基板３の上面における突起部２１を垂直投影した位置に、マイクロコントローラ４の検査用の検査端子３２が設けられている。発振器１の製造過程において、ＯＣＸＯ２は高価であるため、ＯＣＸＯ２の設置前にマイクロコントローラ４の検査を行う場合がある。例えば第２の基板３にマイクロコントローラ４、ＥＥＰＲＯＭ５などを設置した段階で検査端子３２にプローブを接触させてマイクロコントローラ４の検査を行う。そしてマイクロコントローラ４が正常に動作することを確認した後、第２の基板３にＯＣＸＯ２を設置し、さらにカバー６を取り付ける。

【0023】

図１では図示の便宜上、第２の基板３から突出しているように示しているが、検査端子３２は、基板表面に形成された導電パターンの一部であり、例えば銅箔で構成され、きわめて薄い。上記のように第２の基板３には各種のデバイスが搭載されるが、突起部２１の直下においては、当該突起部２１との干渉を防ぐためにデバイスの高さを非常に小さくしなければならないため、デバイスを搭載し難い。そこで、当該突起部２１にはデバイスを搭載せずに、検査端子３２を設けている。つまり、突起部２１の直下の領域を有効に活用するために、当該直下領域に検査端子３２を設けている。言い換えれば、直下領域の外側への検査端子３２の配置が不要になるため、第２の基板３の大きさの拡大を防ぐことができる。

【0024】

また例えば第２の基板３にスルーホール３３を設け、検査端子３２を第２の基板３の下面側（他面側）に引き回してもよい。図６に示す検査装置（測定治具）１００は、コンタクトプローブ１０２と、角型の基台１０３と、載置部１０４と、２つの押圧機構１０５と、を備えている。基台１０３上には、上記の載置部１０４が４つ（図では２つのみ表示）設けられている。基台１０３の辺と第２の基板３の辺とが平行になるように、載置部１０４には当該第２の基板３の角部が載置される。そして、側面で見て、各載置部１０４を挟むように、押圧機構１０５が基台１０３の両端部に設けられている。

【0025】

押圧機構１０５は、載置部１０４よりも上方に位置する水平な回動軸１０６と、回動軸１０６まわりに回動可能な固定部１０７とを備えている。回動軸１０６は、載置部１０４に第２の基板３が載置された状態で、当該第２の基板３のＹ軸方向に伸びるように形成されている。固定部１０７は側面視、先端側が斜め下方に向かって伸びるように構成され、その長さ方向の中央部が上記の回動軸１０６に接続されている。図示しないバネにより、固定部１０７の先端側は下方側に向けて付勢されている。従って、載置部１０４と固定部１０７との間に第２の基板３を挟むことで、当該第２の基板３を載置部１０４に向けて押圧して、基台１０３上に固定することができる。さらに、基台１０３の上面から突出するように複数のコンタクトプローブ１０２が設けられており、上記のように第２の基板３が基台１０３上に固定された状態で、コンタクトプローブ１０２は、第２の基板３の下方側からスルーホール３３に当接し、検査を行うことができる。

【符号の説明】

【0026】

１ 発振器
２ ＯＣＸＯ
３ 第２の基板
４ マイクロコントローラ
７ 第１の基板
９ 水晶振動子
１０ 板状体
２１ 突起部
２２ 導電部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】