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(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】2024-05-08
(45)【発行日】2024-05-16
(54)【発明の名称】発振器、電子機器、及び移動体
(51)【国際特許分類】
H03B 5/32 20060101AFI20240509BHJP
H03H 9/02 20060101ALI20240509BHJP
H01L 23/12 20060101ALI20240509BHJP
H01L 23/02 20060101ALI20240509BHJP
【ＦＩ】
H03B5/32 H
H03H9/02 A
H01L23/12 Q
H01L23/02 Z
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020094000
(22)【出願日】2020-05-29
(65)【公開番号】P2021190822
(43)【公開日】2021-12-13
【審査請求日】2023-04-04
(73)【特許権者】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100179475
【弁理士】
【氏名又は名称】仲井 智至
(74)【代理人】
【識別番号】100216253
【弁理士】
【氏名又は名称】松岡 宏紀
(74)【代理人】
【識別番号】100225901
【弁理士】
【氏名又は名称】今村 真之
(72)【発明者】
【氏名】笠原 昌一郎
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 久浩
(72)【発明者】
【氏名】青木 信也
【審査官】石田 昌敏
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－０５２０８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０９７１４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１９８０７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０２７４５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０７２２７９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０３Ｂ ５／３０－ ５／４２
Ｈ０３Ｈ ９／００－ ９／７４
Ｈ０１Ｌ ２３／１２
Ｈ０１Ｌ ２３／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
励振電極を有する振動片と、
前記振動片の前記励振電極に電気的に接続される発振回路、およびインダクターを有する集積回路素子と、
前記振動片および前記集積回路素子が配置されているとともに、前記励振電極および前記発振回路と接続されて発振ループを形成する振動子配線が配置されている第１面、および前記第１面の反対面となる第２面を有する基板と、を備え、
前記基板は、前記第１面と前記第２面との間に導体層を有し、
前記導体層は、平面視にて前記振動子配線と重なり、且つ前記インダクターとは重ならず、
前記励振電極は、前記平面視にて前記発振回路と重なり、且つ前記インダクターとは重ならない、
発振器。
【請求項2】
互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸としたとき、
前記集積回路素子は、
前記Ｘ軸に沿って延在する第１辺と、
前記第１辺の対辺である第２辺と、
前記Ｚ軸に沿った平面視において前記第１辺と前記インダクターとの間に設けられ、前記導体層と電気的に接続された第１の接続パッドと、
前記平面視において前記第２辺と前記インダクターとの間に設けられ、クロック信号が出力される第２の接続パッドと、を有し、
前記平面視において、前記導体層は、前記第１辺と前記インダクターとの間に延在し、且つ前記第２辺と前記インダクターとの間に延在しない、
請求項１に記載の発振器。
【請求項3】
前記導体層は、前記平面視にて前記発振回路と重なる、請求項１又は請求項２に記載の発振器。
【請求項4】
前記導体層は、前記平面視にて前記インダクターの周囲の少なくとも２方向を囲んで設けられている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発振器。
【請求項5】
前記集積回路素子は、能動面が前記第１面に対向して、導電性の接合部材を介して前記第１面に接合されている、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発振器。
【請求項6】
前記集積回路素子は、ＰＬＬ回路を含み、前記ＰＬＬ回路は、
前記発振回路からの発振信号の位相とフィードバック信号の位相とを比較する位相比較回路と、
前記位相比較回路からの出力信号に基づいて発振周波数が制御される電圧制御発振回路と、
前記電圧制御発振回路からの出力信号を分周して前記フィードバック信号を生成する分周回路と、を含み、
前記電圧制御発振回路は、前記インダクターを含むＬＣ発振回路である、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発振器。
【請求項7】
前記導体層は、接地されている、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発振器。
【請求項8】
前記平面視にて、前記発振回路は前記振動子配線と前記インダクターとの間に配置されている、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の発振器。
【請求項9】
前記第１面に接合され、前記振動片および前記集積回路素子を収容する収容空間を形成する枠体と、前記収容空間を覆う前記枠体に接合される金属の蓋体と、をさらに備え、
前記蓋体は接地されており、
前記蓋体と前記第１面との距離は、前記導体層と前記第１面との距離より大きい、
請求項１から請求項８に記載の発振器。
【請求項10】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の発振器を備えている電子機器。
【請求項11】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の発振器を備えている移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発振器、当該発振器を備えた電子機器、及び移動体に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、水晶などの振動片を用いて、所望の周波数の信号を出力する発振回路を備えた発振器が知られている。例えば、特許文献１には、水晶の振動片、及び、発振回路を内蔵したＩＣを有し、振動片を含む発振回路に接続する発振ループを形成する配線と、グランド電位の導体層とを、セラミック製の基板を介して重ねた構成の発振器が開示されている。グランド電位の導体層は、発振ループを形成する配線、及び、ＩＣと重なっており、これにより、静電容量や、発振特性の安定化を図っていた。また、当該発振器には、振動片及び発振回路に加えて、ディスクリート部品であるインダクターが収容されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００６－５２０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１の発振器に搭載されるインダクターは、ディスクリート部品であるため、ＩＣの外に実装されていた。発振器の小型化のためには、例えば、スパイラルインダクターのように、インダクターをＩＣ内に形成することが考えられる。しかしながら、そのようにした場合、インダクターの磁界がグランド電位の導体層によって遮られることで特性が劣化してしまうおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【0005】
発振器は、振動片に電気的に接続される発振回路、およびインダクターを有する集積回路素子と、前記集積回路素子が配置されているとともに、前記振動片および前記発振回路と接続されて発振ループを形成する振動子配線が配置されている第１面、および前記第１面の反対面となる第２面、を有する基板と、を備え、前記基板は、前記第１面と前記第２面との間に導体層を有し、前記導体層は、平面視にて前記振動子配線と重なり、且つ前記インダクターとは重ならない。
【0006】
上記記載の発振器を備えている電子機器。
【0007】
上記記載の発振器を備えている移動体。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施形態１に係る発振器の内部構成を上から見た透視平面図。
【図4】発振器に内蔵されたＩＣ内部構成を上から見た透視平面図。
【図5】発振器の回路構成を示すブロック図。
【図6】発振器の位相雑音特性の比較を示したグラフ。
【図7】実施形態２に係る発振器の内部構成を上から見た透視平面図。
【図8】実施形態３に係る発振器を組み込んだ電子機器を示す図。
【図9】実施形態４に係る発振器を組み込んだ移動体を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
１．実施形態１
先ず、実施形態１に係る発振器１を挙げて図１から図４を参照して説明する。説明の便宜上、図１から図４、及び後述する実施形態２を示す図７は互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を図示している。図１に示すように、発振器１は平面視において長方形をなしており、当該長方形の長辺方向をＸ軸、短辺方向をＹ軸としている。Ｘ軸において、矢印の先端側を右もしくは右側として、基端側を左もしくは左側とする。Ｙ軸において、矢印の先端側を奥側として、基端側を手前ともいう。Ｚ軸は、厚さもしくは高さとし、矢印の先端側を上方といい、基端側を底もしくは下方として説明する。
先ず、実施形態１に係る発振器１を挙げて図１から図４を参照して説明する。説明の便宜上、図１から図４、及び後述する実施形態２を示す図７は互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を図示している。図１に示すように、発振器１は平面視において長方形をなしており、当該長方形の長辺方向をＸ軸、短辺方向をＹ軸としている。Ｘ軸において、矢印の先端側を右もしくは右側として、基端側を左もしくは左側とする。Ｙ軸において、矢印の先端側を奥側として、基端側を手前ともいう。Ｚ軸は、厚さもしくは高さとし、矢印の先端側を上方といい、基端側を底もしくは下方として説明する。
【0010】
図１は、発振器１の内部構成を示す上方から見た透視図である。以下、上方から見た平面視の図を平面図という。図２は、図１で示す発振器１のＡ－Ａの断面図である。図３は、図１で示す発振器１のＢ－Ｂの断面図である。
【0011】
＜発振器の概略構成＞
本実施形態の発振器１は、容器１０、水晶振動子２０、ＩＣ５０などから構成されている。
容器１０は、パッケージ本体１８、リッド１９などから構成されている。パッケージ本体１８は、水晶振動子２０、ＩＣ５０を収容する筐体である。リッド１９は、パッケージ本体１８の上面を覆う金属の蓋体である。
水晶振動子２０は、圧電体として水晶基板を用いた振動片である。
ＩＣ５０は、集積回路素子（Integrated Circuit）であり、発振回路３０、インダクター２４などを含んで構成されている。
本実施形態の発振器１は、容器１０、水晶振動子２０、ＩＣ５０などから構成されている。
容器１０は、パッケージ本体１８、リッド１９などから構成されている。パッケージ本体１８は、水晶振動子２０、ＩＣ５０を収容する筐体である。リッド１９は、パッケージ本体１８の上面を覆う金属の蓋体である。
水晶振動子２０は、圧電体として水晶基板を用いた振動片である。
ＩＣ５０は、集積回路素子（Integrated Circuit）であり、発振回路３０、インダクター２４などを含んで構成されている。
【0012】
図２で示すように、パッケージ本体１８は、その底部を形成する基板１４と、ＩＣ５０の収容空間Ｓおよび水晶振動子２０の支持台を形成する枠体としての第１枠体１５と、水晶振動子２０の収容空間Ｓを形成する枠体としての第２枠体１６と、リッド１９との接合材としてのシームリング１７などから構成されている。
基板１４は、好適例において、下層の第２基板１３と、上層の第１基板１１との２層構成としている。基板１４は、表面を第１面１４ａとし、裏面となる第１面の反対面を第２面１４ｂとする。なお、基板１４は、第２基板１３、上層の第１基板１１ともに、セラミックス基板を用いている。なお、ガラスや、樹脂等の絶縁性の基板材料、又は、それらを複合した絶縁性の基板材料を用いても良い。
基板１４は、第１面１４ａと第２面１４ｂとの間に導体層１２を設ける。すなわち、第２基板１３と、上層の第１基板１１との間には、導体層１２が設けられている。導体層１２は、モリブデン（ＭＯ）や、タングステン（Ｗ）などの導電性金属材料から形成された配線パターンである。
基板１４は、好適例において、下層の第２基板１３と、上層の第１基板１１との２層構成としている。基板１４は、表面を第１面１４ａとし、裏面となる第１面の反対面を第２面１４ｂとする。なお、基板１４は、第２基板１３、上層の第１基板１１ともに、セラミックス基板を用いている。なお、ガラスや、樹脂等の絶縁性の基板材料、又は、それらを複合した絶縁性の基板材料を用いても良い。
基板１４は、第１面１４ａと第２面１４ｂとの間に導体層１２を設ける。すなわち、第２基板１３と、上層の第１基板１１との間には、導体層１２が設けられている。導体層１２は、モリブデン（ＭＯ）や、タングステン（Ｗ）などの導電性金属材料から形成された配線パターンである。
【0013】
基板１４の上には、額縁状の第１枠体１５、第２枠体１６が積層される。
第１枠体１５の左部の内壁は、第２枠体１６の左部の内壁より収容空間Ｓ側に突出した段差を有している。第１枠体１５の段差は、水晶振動子２０を支持する支持台として機能する。第２枠体及び第１枠体１５は、第１面１４ａに接合され、水晶振動子２０およびＩＣ５０を収容する収容空間Ｓを形成している。水晶振動子２０は、半田などの導電性材料からなる接合部材としてのバンプ４３を介して、接続配線４１と電気的に接続するとともに、第１枠体１５の段差に固定される。接続配線４１は、第１枠体１５の内部を下方に向かって貫通するビアホール４６を介して振動子配線４２と電気的に接続されている。
基板１４を底とし、額縁状の第１枠体１５、第２枠体１６で囲われた内部領域が、収容空間Ｓとなる。なお、第１枠体１５、第２枠体１６の材質は、第１基板１１と同様である。
第１枠体１５の左部の内壁は、第２枠体１６の左部の内壁より収容空間Ｓ側に突出した段差を有している。第１枠体１５の段差は、水晶振動子２０を支持する支持台として機能する。第２枠体及び第１枠体１５は、第１面１４ａに接合され、水晶振動子２０およびＩＣ５０を収容する収容空間Ｓを形成している。水晶振動子２０は、半田などの導電性材料からなる接合部材としてのバンプ４３を介して、接続配線４１と電気的に接続するとともに、第１枠体１５の段差に固定される。接続配線４１は、第１枠体１５の内部を下方に向かって貫通するビアホール４６を介して振動子配線４２と電気的に接続されている。
基板１４を底とし、額縁状の第１枠体１５、第２枠体１６で囲われた内部領域が、収容空間Ｓとなる。なお、第１枠体１５、第２枠体１６の材質は、第１基板１１と同様である。
【0014】
好適例において、リッド１９の材料は、コバール（Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｏ合金）を用い、シームリング１７は、銀ろうによるろう付けを採用している。パッケージ本体１８の収容空間Ｓは、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性気体雰囲気、又は、大気圧よりも圧力が低い減圧雰囲気にされ、リッド１９により封止される。これにより、収容空間Ｓに収容されるＩＣ５０や、水晶振動子２０などは、衝撃、埃、熱、湿気等から好適に保護される。なお、図示を省略するが、金属製のリッド１９は、グランド電位に接地されている。
【0015】
＜ＩＣの概要、及び、ＩＣの実装態様＞
図４は、基板に実装されたＩＣをリッド側から見た透視平面図である。
図４は、基板に実装されたＩＣをリッド側から見た透視平面図である。
【0016】
図２及び図３で示す基板１４の上面を第１面１４ａとし、下面を第２面１４ｂとして説明する。
基板１４の第１面１４ａには、ＩＣ５０が能動面を下にして、フェースダウン実装されている。図４に示すように、ＩＣ５０の能動面には、複数の接続パッド７０～７４が設けられている。複数の接続パッド７０～７４は、金や半田などの導電性材料からなるバンプ４３を介して、第１面１４ａの配線パターンと接合される。
基板１４の第１面１４ａには、ＩＣ５０が能動面を下にして、フェースダウン実装されている。図４に示すように、ＩＣ５０の能動面には、複数の接続パッド７０～７４が設けられている。複数の接続パッド７０～７４は、金や半田などの導電性材料からなるバンプ４３を介して、第１面１４ａの配線パターンと接合される。
【0017】
接続パッド７３は、グランド端子であり、図３に示すように、バンプ４３を介して、第１面１４ａの配線パターン８０と電気的に接続される。配線パターン８０は、発振器１を実装するための実装端子８５に電気的に接続されている。実装端子８５は、基板１４の第２面１４ｂ、及び側面に形成されており、側面部分が配線パターン８０と接続している。
ここで、配線パターン８０と導体層１２との間も電気的に接続されており、導体層１２はグランド電位に接地されている。
ここで、配線パターン８０と導体層１２との間も電気的に接続されており、導体層１２はグランド電位に接地されている。
【0018】
図４に示すように、ＩＣ５０の能動面には、複数の接続パッド７０～７４に加えて、発振回路３０、ＰＬＬ回路４０などが形成されている。
接続パッド７１，７２は、発振回路３０と水晶振動子２０とを電気的に接続するための接続端子である。図２に示すように、接続パッド７１，７２は、バンプ４３を介して、第１面１４ａの振動子配線４２と電気的に接続される。そして、前述したように、振動子配線４２は、第１枠体１５の段差部のビアホール４６、接続配線４１、及び、バンプ４３を介して、水晶振動子２０と電気的に接続する。このように、振動子配線４２は、水晶振動子２０及び発振回路３０と接続されて発振ループを形成する。
接続パッド７１，７２は、発振回路３０と水晶振動子２０とを電気的に接続するための接続端子である。図２に示すように、接続パッド７１，７２は、バンプ４３を介して、第１面１４ａの振動子配線４２と電気的に接続される。そして、前述したように、振動子配線４２は、第１枠体１５の段差部のビアホール４６、接続配線４１、及び、バンプ４３を介して、水晶振動子２０と電気的に接続する。このように、振動子配線４２は、水晶振動子２０及び発振回路３０と接続されて発振ループを形成する。
【0019】
ＰＬＬ回路４０は、インダクター２４を含むＬＣ発振回路を備えている。つまり、図４に示すように、ＩＣ５０は、インダクター２４を内蔵している。なお、ＬＣ発振回路は、キャパシターを備えているが、図示を省略している。平面的に略矩形をなしたＩＣ５０において、左辺側の中央に発振回路３０が位置しており、右辺側の中央に略正方形をなしたインダクター２４が配置されている。ＰＬＬ回路４０は、発振回路３０とＩＣ５０の右辺との間に配置されている。
インダクター２４は、好適例として、スパイラルインダクターを用いる。スパイラルインダクターは、ＩＣ５０の能動面の表層に設けられ、例えば、アルミニウム層等の金属線を複数回、周回させることで形成されている。このように、ＩＣ５０は、インダクター２４を内蔵することにより、外付けインダクターに比べて、小型化を実現している。
インダクター２４は、好適例として、スパイラルインダクターを用いる。スパイラルインダクターは、ＩＣ５０の能動面の表層に設けられ、例えば、アルミニウム層等の金属線を複数回、周回させることで形成されている。このように、ＩＣ５０は、インダクター２４を内蔵することにより、外付けインダクターに比べて、小型化を実現している。
【0020】
インダクター２４は、例えば、一方の金属線を時計回りに周回させることで形成され、他方の金属線を反時計回りに周回させることで形成されている。更に一方の金属線と他方の金属線は平行になるように周回して配線されている。例えば、インダクター２４の金属配線の厚さは、インダクター２４の直列抵抗が小さくなり、Ｑ値が向上する１μｍ以上１０μｍ以下とし、好ましくは、より膜厚制御がし易く、成膜時間が短い２μｍ以上６μｍ以下とする。そして、インダクター２４の周囲には一定電圧、例えばグラウンド電圧となるガードリング２４ａが設けられている。
【0021】
なお、インダクター２４は、周波数の調整可能な周波数可変範囲を広げるための所謂、伸長コイルとしても機能するので、発振器１を基板に実装する前後における周波数可変範囲幅の変動を低減させることができる。
【0022】
＜発振器の回路ブロック構成＞
図５は、発振器の回路ブロック構成図である。
図５に示すように、ＩＣ５０は、発振回路３０とＰＬＬ回路４０とを含み、発振回路３０と水晶振動子２０とを電気的に接続し、発振回路３０で水晶振動子２０を発振させる。
ＩＣ５０は、発振回路３０から出力した基準クロック信号ＲＦＣＫを、ＰＬＬ回路４０にて、１／Ｎ分周したフィードバッククロック信号ＦＢＣＫと同期させることにより、基準クロック信号ＲＦＣＫのＮ倍の周波数を持つクロック信号ＣＫＱを接続パッド７４から出力する。
図５は、発振器の回路ブロック構成図である。
図５に示すように、ＩＣ５０は、発振回路３０とＰＬＬ回路４０とを含み、発振回路３０と水晶振動子２０とを電気的に接続し、発振回路３０で水晶振動子２０を発振させる。
ＩＣ５０は、発振回路３０から出力した基準クロック信号ＲＦＣＫを、ＰＬＬ回路４０にて、１／Ｎ分周したフィードバッククロック信号ＦＢＣＫと同期させることにより、基準クロック信号ＲＦＣＫのＮ倍の周波数を持つクロック信号ＣＫＱを接続パッド７４から出力する。
【0023】
図５に示すように、発振回路３０は、水晶振動子２０を発振させて発振信号である基準クロック信号ＲＦＣＫを生成する。例えば水晶振動子２０の発振の周波数をｆｘｔａｌとした場合に、基準クロック信号ＲＦＣＫの周波数もｆｘｔａｌになる。
【0024】
次にＰＬＬ回路４０は、発振回路３０からの発振信号の位相とフィードバック信号の位相とを比較する位相比較回路６１と、位相比較回路６１からの出力信号に基づいて発振周波数が制御される電圧制御発振回路６３と、電圧制御発振回路６３からの出力信号を分周してフィードバック信号を生成する分周回路６４を含んで構成される。
【0025】
位相比較回路６１は、発振回路３０からの基準クロック信号ＲＦＣＫとフィードバッククロック信号ＦＢＣＫの位相を比較する。そして、位相比較回路６１は、基準クロック信号ＲＦＣＫとフィードバッククロック信号ＦＢＣＫの位相差に応じた信号ＣＱを位相比較結果の信号として出力する。位相差に応じた信号ＣＱとは、例えば位相差に比例したパルス幅のパルス信号である。
【0026】
位相比較回路６１からの位相差に応じた信号ＣＱに基づいて処理する制御電圧生成回路６２は、その位相差に応じた信号ＣＱに基づいて、チャージポンプ動作やフィルター処理を行って、電圧制御発振回路６３の発振を制御する制御電圧ＶＣを生成する。
【0027】
電圧制御発振回路６３は、ＩＣ５０の基板上に形成されたインダクター２４を含むＬＣの共振周波数で発振するＬＣ発振回路である。制御電圧生成回路６２からの制御電圧ＶＣに基づいてＬＣ発振回路が発振動作を行い、クロック信号ＣＫＱを生成する。電圧制御発振回路６３は、例えば、バラクターなどの可変容量素子を有し、この可変容量素子の容量が制御電圧ＶＣに基づいて変化することで、ＬＣ発振回路の発振動作により生成される発振信号であるクロック信号ＣＫＱの周波数を変化させる。
【0028】
分周回路６４は、クロック信号ＣＫＱの周波数を、分周比データにより設定される分周比で分周した周波数の信号を、フィードバッククロック信号ＦＢＣＫとして出力する。例えば電圧制御発振回路６３の発振の周波数をｆｖｃｏとし、分周回路６４を分周動作の分周比をＮとした場合に、フィードバッククロック信号ＦＢＣＫの周波数は、ｆｖｃｏ／Ｎになる。なお、Ｎは、整数であってもよいし、小数部分を含む値であっても良い。
【0029】
＜水晶振動子の概要＞
図１に戻る。
図１に示すように、振動片としての水晶振動子２０は、水晶基板２１と、水晶基板２１の上下両主面に設けられた励振電極２２と、水晶基板２１のＸ方向の一方の端部で上下両主面に設けられた電極パッド２６と、励振電極２２と電極パッド２６とを電気的に接続するリード電極２３と、を含む。水晶基板２１の上下両主面に設けられた電極パッド２６は、図示しない側面電極で上面の電極パッド２６と下面の電極パッド２６とが電気的に接続されている。水晶基板２１の上面に設けられた励振電極２２は、水晶基板２１の上面に設けられたリード電極２３を介して電極パッド２６と電気的に接続され、水晶基板２１の下面に設けられた励振電極２２は、水晶基板２１の下面に設けられたリード電極２３を介して電極パッド２６と電気的に接続されている。そして、図２に示すように、電極パッド２６は、バンプ４３を介して、接続配線４１と電気的に接続される。
図１に戻る。
図１に示すように、振動片としての水晶振動子２０は、水晶基板２１と、水晶基板２１の上下両主面に設けられた励振電極２２と、水晶基板２１のＸ方向の一方の端部で上下両主面に設けられた電極パッド２６と、励振電極２２と電極パッド２６とを電気的に接続するリード電極２３と、を含む。水晶基板２１の上下両主面に設けられた電極パッド２６は、図示しない側面電極で上面の電極パッド２６と下面の電極パッド２６とが電気的に接続されている。水晶基板２１の上面に設けられた励振電極２２は、水晶基板２１の上面に設けられたリード電極２３を介して電極パッド２６と電気的に接続され、水晶基板２１の下面に設けられた励振電極２２は、水晶基板２１の下面に設けられたリード電極２３を介して電極パッド２６と電気的に接続されている。そして、図２に示すように、電極パッド２６は、バンプ４３を介して、接続配線４１と電気的に接続される。
【0030】
＜導体層の配置態様＞
図１に示すように、導体層１２は、ＩＣ５０の発振回路３０、及び、水晶振動子２０の電極パッド２６と重なるように配置されたベタパターンである。平面視にて、発振回路３０は、振動子配線４２とインダクター２４との間に配置されている。導体層１２は、インダクター２４とは重なっていない。詳しくは、導体層１２は、ＩＣ５０のインダクター２４と重なる部分は切り欠き形状となっており、インダクター２４とは重なっていない。切り欠き形状は、Ｘ軸方向に延びる切欠き辺１２ａと、Ｙ軸方向に延びる切欠き辺１２ｂとから形成されており、インダクター２４は、切欠き辺１２ａ、及び、切欠き辺１２ｂから、平面的に離れている。換言すれば、導体層１２は、平面視にてインダクター２４の周囲の少なくとも２方向を囲んで設けられている。
尚、導体層１２は、平面視にてインダクター２４の周囲に設けられたガードリング２４ａとも重なっていない。
図１に示すように、導体層１２は、ＩＣ５０の発振回路３０、及び、水晶振動子２０の電極パッド２６と重なるように配置されたベタパターンである。平面視にて、発振回路３０は、振動子配線４２とインダクター２４との間に配置されている。導体層１２は、インダクター２４とは重なっていない。詳しくは、導体層１２は、ＩＣ５０のインダクター２４と重なる部分は切り欠き形状となっており、インダクター２４とは重なっていない。切り欠き形状は、Ｘ軸方向に延びる切欠き辺１２ａと、Ｙ軸方向に延びる切欠き辺１２ｂとから形成されており、インダクター２４は、切欠き辺１２ａ、及び、切欠き辺１２ｂから、平面的に離れている。換言すれば、導体層１２は、平面視にてインダクター２４の周囲の少なくとも２方向を囲んで設けられている。
尚、導体層１２は、平面視にてインダクター２４の周囲に設けられたガードリング２４ａとも重なっていない。
【0031】
詳しくは、導体層１２は、発振回路３０、水晶振動子２０の電極パッド２６、及び、発振ループを形成する振動子配線４２と重なるように配置されているが、インダクター２４とは重ならない形状となっている。つまり、導体層１２は、発振ループを形成する部位を選択的に覆うパターン形状となっている。
【0032】
＜導体層による効果＞
図６は、導体層１２の有無による位相雑音特性の変化を示す図表である。
図６の図表９０は、横軸にオフセット周波数（Ｈｚ）、縦軸に位相雑音（ｄＢｃ／Ｈｚ）を取り、発振器１によるオフセット周波数（Ｈｚ）に対する位相雑音（ｄＢｃ／Ｈｚ）の特性を測定したデータである。
図６は、導体層１２の有無による位相雑音特性の変化を示す図表である。
図６の図表９０は、横軸にオフセット周波数（Ｈｚ）、縦軸に位相雑音（ｄＢｃ／Ｈｚ）を取り、発振器１によるオフセット周波数（Ｈｚ）に対する位相雑音（ｄＢｃ／Ｈｚ）の特性を測定したデータである。
【0033】
グラフ９１は、比較例として導体層１２が発振ループを形成する部位に加えて、インダクター２４と重なる領域まで形成されている状態で測定したデータである。
グラフ９２は、本願の発振器１の構成であり、導体層１２が発振ループを形成する部位と重なり、インダクター２４とは重ならない状態で測定したデータである。
両者を比較した結果は、グラフ９２に示すように、オフセット周波数の全域において、グラフ９１よりも、２ｄＢｃ／Ｈｚほど位相雑音特性が向上していることが解る。これは、グランド電位の導体層１２がインダクター２４と重なると、通電時にインダクター２４で形成される磁界が、導体層１２により遮蔽されてしまうため、インダクター２４の特性が劣化してしまうからである。このインダクター２４の特性劣化は、ＬＣ発振回路の発振特性にも影響を及ぼしていた。
グラフ９２は、本願の発振器１の構成であり、導体層１２が発振ループを形成する部位と重なり、インダクター２４とは重ならない状態で測定したデータである。
両者を比較した結果は、グラフ９２に示すように、オフセット周波数の全域において、グラフ９１よりも、２ｄＢｃ／Ｈｚほど位相雑音特性が向上していることが解る。これは、グランド電位の導体層１２がインダクター２４と重なると、通電時にインダクター２４で形成される磁界が、導体層１２により遮蔽されてしまうため、インダクター２４の特性が劣化してしまうからである。このインダクター２４の特性劣化は、ＬＣ発振回路の発振特性にも影響を及ぼしていた。
【0034】
＜導体層などによる他の効果＞
図１に戻る。
上記したように、グランド電位の導体層１２が発振ループを形成する部位と重なるように選択配置されているため、導体層１２がシールドパターンとして機能し、発振特性を安定させることができる。
図１に戻る。
上記したように、グランド電位の導体層１２が発振ループを形成する部位と重なるように選択配置されているため、導体層１２がシールドパターンとして機能し、発振特性を安定させることができる。
【0035】
図２に戻る。
図２に示すように、ＩＣ５０は基板１４にフェースダウン実装され、水晶振動子２０は、ＩＣ５０の上側において第１枠体１５の段差部に支持されている。そして、水晶振動子２０の上側にリッド１９が設けられている。つまり、ＩＣ５０のインダクター２４からリッド１９までの距離は、ＩＣ５０の厚さ分に加えて、水晶振動子２０までの距離、水晶振動子２０の厚さ分、水晶振動子２０からリッド１９までの距離の合計となる。つまり、インダクター２４からグランド電位のリッド１９までの距離が大きく設定されている。換言すれば、リッド１９と基板１４の第１面１４ａとの距離は、導体層１２と第１面１４ａとの距離より大きく設定されている。これにより、通電時にインダクター２４で形成される磁界が、リッド１９により遮蔽されてしまうことを防止している。
図２に示すように、ＩＣ５０は基板１４にフェースダウン実装され、水晶振動子２０は、ＩＣ５０の上側において第１枠体１５の段差部に支持されている。そして、水晶振動子２０の上側にリッド１９が設けられている。つまり、ＩＣ５０のインダクター２４からリッド１９までの距離は、ＩＣ５０の厚さ分に加えて、水晶振動子２０までの距離、水晶振動子２０の厚さ分、水晶振動子２０からリッド１９までの距離の合計となる。つまり、インダクター２４からグランド電位のリッド１９までの距離が大きく設定されている。換言すれば、リッド１９と基板１４の第１面１４ａとの距離は、導体層１２と第１面１４ａとの距離より大きく設定されている。これにより、通電時にインダクター２４で形成される磁界が、リッド１９により遮蔽されてしまうことを防止している。
【0036】
＜応用例＞
上記において、発振器１は、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）として例示したが、振動片や発振器１の種類をこれに限定するものではない。振動片としては、例えば、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）共振子、ＡＴカット水晶振動子、ＳＣカット水晶振動子、その他の圧電振動子やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子などを用いても良い。
上記において、発振器１は、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）として例示したが、振動片や発振器１の種類をこれに限定するものではない。振動片としては、例えば、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）共振子、ＡＴカット水晶振動子、ＳＣカット水晶振動子、その他の圧電振動子やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子などを用いても良い。
【0037】
そして、振動片の基板材料としては、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電単結晶や、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックス等の圧電材料、またはシリコン半導体材料として、ＭＥＭＳプロセスで形成されていてもよい。更に、振動片の励振手段としては、圧電効果によるものを用いてもよいし、クーロン力による静電駆動を用いてもよい。
【0038】
また、発振器１の種類は、圧電発振器（水晶発振器など）、ＳＡＷ発振器、電圧制御型発振器（ＶＣＸＯやＶＣＳＯなど）、温度補償型発振器（ＴＣＸＯなど）、恒温型発振器（ＯＣＸＯなど）、シリコン発振器、原子発振器などであってもよい。
【0039】
なお、本実施形態では、ＩＣ５０がＦＣＢ（Flip Chip Bonding）実装される構成で説明したが、ボンディングワイヤーを介してパッケージの配線と電気的に接続する構成であっても良い。
【0040】
以上述べたように、本実施形態に係る発振器１によれば、以下の効果が得ることができる。
基板１４は、第１面１４ａと第２面１４ｂとの間に導体層１２を有し、導体層１２は、平面視にて振動子配線４２と重なり、且つ、インダクター２４とは重ならない構成となっている。
これにより、グランド電位の導体層１２がインダクター２４と重なることによる、インダクター２４の特性劣化を防止することができる。詳しくは、通電時にインダクター２４で形成される磁界が、導体層１２により遮蔽されることを防止できる。
従って、発振特性が安定し、位相雑音特性が良い発振器１を提供することができる。
基板１４は、第１面１４ａと第２面１４ｂとの間に導体層１２を有し、導体層１２は、平面視にて振動子配線４２と重なり、且つ、インダクター２４とは重ならない構成となっている。
これにより、グランド電位の導体層１２がインダクター２４と重なることによる、インダクター２４の特性劣化を防止することができる。詳しくは、通電時にインダクター２４で形成される磁界が、導体層１２により遮蔽されることを防止できる。
従って、発振特性が安定し、位相雑音特性が良い発振器１を提供することができる。
【0041】
更に、導体層１２は接地されており、平面視にて、発振回路３０と重なる構成となっている。
これにより、グランド電位の導体層１２がシールド層として機能するため、発振器１の発振特性が安定する。
これにより、グランド電位の導体層１２がシールド層として機能するため、発振器１の発振特性が安定する。
【0042】
また、導体層１２は、平面視にてインダクターの周囲の少なくとも２方向を囲んで設けられている。これによれば、導体層１２がインダクター２４と重ならないように、導体層１２を配置することができる。
【0043】
また、ＩＣ５０は、能動面が基板１４の第１面１４ａに対向して、バンプ４３を介して第１面１４ａに接合されている。これによれば、ＩＣ５０をコンパクトに基板１４に実装することができる。
【0044】
また、ＩＣ５０は、ＰＬＬ回路４０を含み、ＰＬＬ回路４０は、発振回路３０からの発振信号の位相とフィードバック信号の位相とを比較する位相比較回路６１と、位相比較回路６１からの出力信号に基づいて発振周波数が制御される電圧制御発振回路６３と、電圧制御発振回路６３からの出力信号を分周してフィードバック信号を生成する分周回路６４と、を含み、電圧制御発振回路６３は、インダクターを含むＬＣ発振回路となっている。
これによれば、所望の発振周波数が得られる発振器１を提供することができる。
これによれば、所望の発振周波数が得られる発振器１を提供することができる。
【0045】
また、平面視にて、発振回路３０は、振動子配線４２とインダクター２４との間に配置されている。これによれば、発振ループを形成する発振回路３０と振動子配線４２とを連続して、導体層１２で覆うことができる。
【0046】
また、リッド１９は接地されており、リッド１９と基板１４の第１面１４ａとの距離は、導体層１２と第１面１４ａとの距離より大きく設定されている。
これによれば、通電時にインダクター２４で形成される磁界が、リッド１９により遮蔽されてしまうことを防止することができる。
これによれば、通電時にインダクター２４で形成される磁界が、リッド１９により遮蔽されてしまうことを防止することができる。
【0047】
２．実施形態２
次に、実施形態２に係る電子デバイスとしての発振器１ａについて、図７を参照して説明する。
次に、実施形態２に係る電子デバイスとしての発振器１ａについて、図７を参照して説明する。
【0048】
本実施形態の発振器１ａは、実施形態１の発振器１に比べ、平面視において導体層１２の形状が異なること以外は、実施形態１の発振器１と同様である。なお、前述した実施形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
【0049】
図７に示すように、平面視において発振器１ａは、実施形態１で示した導体層１２に導体層１２ｃを追加することでインダクター２４の周囲の３方向を囲んで設けてもよい。更に、図示しない導体層１２ｄを設け、平面視にて、インダクター２４の周囲４方向を囲んでもよい。このような構成とすることで、電気的な接続信頼性が向上し、且つ、実施形態１の発振器１以上の効果を得ることができる。
また、平面視において発振器１ａは、実施形態１で示した導体層１２の形状をインダクター２４の一辺のみと平行に延ばした長方形状としての切欠き辺１２ａと切欠き辺１２ｂとでインダクター２４を挟んで設けることもできる。
また、導体層１２の形状をインダクター２４のもう片方の辺のみと平行に延ばした略矩形状と切欠き辺１２ｂと図示しない導体層１２ｄとでインダクター２４を挟んで設けることもできる。言い換えれば、導体層１２は、平面視にてインダクター２４の周囲の少なくとも２方向を囲んで設けられていればよい。
尚、実施形態１と同様、導体層１２は、平面視にてインダクター２４の周囲に設けられたガードリング２４ａとも重なっていない。
また、平面視において発振器１ａは、実施形態１で示した導体層１２の形状をインダクター２４の一辺のみと平行に延ばした長方形状としての切欠き辺１２ａと切欠き辺１２ｂとでインダクター２４を挟んで設けることもできる。
また、導体層１２の形状をインダクター２４のもう片方の辺のみと平行に延ばした略矩形状と切欠き辺１２ｂと図示しない導体層１２ｄとでインダクター２４を挟んで設けることもできる。言い換えれば、導体層１２は、平面視にてインダクター２４の周囲の少なくとも２方向を囲んで設けられていればよい。
尚、実施形態１と同様、導体層１２は、平面視にてインダクター２４の周囲に設けられたガードリング２４ａとも重なっていない。
【0050】
以上述べたように、本実施形態に係る発振器１ａによれば、以下の効果が得ることができる。
基板１４の第１面１４ａと第２面１４ｂとの間に設けた導体層１２は、インダクター２４の周囲４方向を囲んで設けられるので、通電時にインダクター２４で形成される磁界が、導体層１２により遮蔽されることを防止できる。
従って、より発振特性が安定し、より位相雑音特性が良い発振器１ａを提供することができる。
基板１４の第１面１４ａと第２面１４ｂとの間に設けた導体層１２は、インダクター２４の周囲４方向を囲んで設けられるので、通電時にインダクター２４で形成される磁界が、導体層１２により遮蔽されることを防止できる。
従って、より発振特性が安定し、より位相雑音特性が良い発振器１ａを提供することができる。
【0051】
３．実施形態３
次に、実施形態３に係る電子デバイスとしての発振器１，１ａを備えている電子機器の一例として、スマートフォン１００を挙げて説明する。なお、以下の説明では、発振器１を適用した構成を例示して説明する。
次に、実施形態３に係る電子デバイスとしての発振器１，１ａを備えている電子機器の一例として、スマートフォン１００を挙げて説明する。なお、以下の説明では、発振器１を適用した構成を例示して説明する。
【0052】
スマートフォン１００は、図８に示すように、上述した発振器１が組込まれている。
スマートフォン１００の制御部１０５には、表示部１１０の表示画像を制御するための基準クロック等として機能する発振器１が内蔵されている。
このような電子機器は、上述した発振器１を備えていることから、上記実施形態で説明した効果が反映され、性能に優れている。
スマートフォン１００の制御部１０５には、表示部１１０の表示画像を制御するための基準クロック等として機能する発振器１が内蔵されている。
このような電子機器は、上述した発振器１を備えていることから、上記実施形態で説明した効果が反映され、性能に優れている。
【0053】
なお、上述した発振器１を備えている電子機器としては、スマートフォン１００以外に、例えば、インクジェットプリンターなどのインクジェット式吐出装置、携帯電話、ラップトップ型やモバイル型のパーソナルコンピューター、テレビ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、各種ナビゲーション装置、ページャー、通信機能付も含む電子手帳、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、魚群探知機、各種測定機器、計器類、フライトシミュレーターなどや電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡などの医療機器が挙げられる。いずれの場合にも、これらの電子機器は、上述した発振器１を備えていることから、上記実施形態で説明した効果が反映され、性能に優れている。
以上述べたように、本実施形態に係る発振器１を備えた電子機器は、安定した発振特性が得られる電子部品を備えているので、安定した電子部品により制御されるため、信頼性の高い電子機器を提供することができる。
以上述べたように、本実施形態に係る発振器１を備えた電子機器は、安定した発振特性が得られる電子部品を備えているので、安定した電子部品により制御されるため、信頼性の高い電子機器を提供することができる。
【0054】
４．実施形態４
次に、実施形態４に係る電子デバイスとしての発振器１，１ａを備えている移動体の一例として、自動車１５０を挙げて説明する。なお、以下の説明では、発振器１を適用した構成を例示して説明する。
次に、実施形態４に係る電子デバイスとしての発振器１，１ａを備えている移動体の一例として、自動車１５０を挙げて説明する。なお、以下の説明では、発振器１を適用した構成を例示して説明する。
【0055】
自動車１５０は、図９に示すように、上述した発振器１が組込まれている。自動車１５０の車体１５１には、タイヤ１５３を制御する電子制御ユニット１５２の基準クロック等として機能する発振器１が搭載されている。また、発振器１は、他にも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、自動運転用慣性航法の制御機器、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）に広く適用できる。
【0056】
また、移動体に適用される発振器１は、上記の例示の他にも、例えば、二足歩行ロボットや電車などの姿勢制御、ラジコン飛行機、ラジコンヘリコプター、及びドローンなどの遠隔操縦あるいは自律式の飛行体の姿勢制御、農業機械、もしくは建設機械などの姿勢制御において利用することができ、いずれの場合にも、上記実施形態で説明した効果が反映され、性能に優れた移動体を提供することができる。
以上述べたように、本実施形態に係る発振器１を備えた移動体は、安定した発振特性が得られる電子部品を備えており、安定した電子部品により制御されるため、信頼性の高い移動体を提供することができる。
以上述べたように、本実施形態に係る発振器１を備えた移動体は、安定した発振特性が得られる電子部品を備えており、安定した電子部品により制御されるため、信頼性の高い移動体を提供することができる。
【符号の説明】
【0057】
１，１ａ…発振器、１２…導体層、１２ａ,１２ｂ,１２ｃ…切欠き辺、１４…基板、１４ａ…第１面、１４ｂ…第２面、１９…蓋体としてのリッド、２０…振動片としての水晶振動子、２４…インダクター、３０…発振回路、４０…ＰＬＬ回路、４２…振動子配線、４３…導電性の接合部材としてのバンプ、５０…集積回路素子としてのＩＣ、６１…位相比較回路、６３…電圧制御発振回路、６４…分周回路、７０～７４…接続パッド、１００…電子機器の一例としてのスマートフォン、１５０…移動体の一例としての自動車。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】