恒温型圧電発振器
【課題】感温素子および加熱手段を用いて周囲の温度変化に対する周波数の安定化を図るようにした恒温型圧電発振器を提供する。
【解決手段】恒温型水晶発振器１において、基板４０の凹部４２の凹底部分には、複数の第１の加熱用素子５０が接合され、この凹部４２の開口部側には水晶振動子３０が接合されている。第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０との間には放熱性樹脂５１が、第１の加熱用素子５０および水晶振動子３０に密着させて設けられ、これにより、第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０とは熱的に結合されている。基板４０の水晶振動子３０が接合された一方の主面とは異なる他方の主面側には、感温素子６０、発振用素子７０、および温度制御用素子８０などの回路素子が接合されている。基板４０は、ベース基板１２１に複数立設された金属ピン５ａ〜５ｄに支持されている。ベース基板１２１には、カバー体１２９が被せられるように接合されている。
【解決手段】恒温型水晶発振器１において、基板４０の凹部４２の凹底部分には、複数の第１の加熱用素子５０が接合され、この凹部４２の開口部側には水晶振動子３０が接合されている。第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０との間には放熱性樹脂５１が、第１の加熱用素子５０および水晶振動子３０に密着させて設けられ、これにより、第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０とは熱的に結合されている。基板４０の水晶振動子３０が接合された一方の主面とは異なる他方の主面側には、感温素子６０、発振用素子７０、および温度制御用素子８０などの回路素子が接合されている。基板４０は、ベース基板１２１に複数立設された金属ピン５ａ〜５ｄに支持されている。ベース基板１２１には、カバー体１２９が被せられるように接合されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数制御デバイスなどとして使用される圧電発振器に関し、特に、加熱用素子および感温素子を用いて周囲の温度変化に対する周波数の安定化を図るようにした恒温型圧電発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信機器や伝送通信機器に用いる周波数制御デバイスである水晶発振器などの圧電発振器として、周辺環境の温度変化に影響されることなく高安定な周波数を出力することが可能な恒温型圧電発振器が従来から知られている。また、近年、これらの分野では、各種機器に対して小型、軽量であることが求められてきているため、それに伴って恒温型圧電発振器についても小型、軽量化が市場から求められている。
このような要求に応える小型の恒温型圧電発振器として、例えば、特許文献１に、パッケージ内に設けた基板に、圧電振動子、加熱用素子、感温素子、および発振回路を配置したパッケージタイプの恒温型圧電発振器が紹介されている。
【０００３】
特許文献１に記載の圧電発振器（水晶発振器）は、圧電発振器用のパッケージ内に設けられた基板の例えば周縁に沿って加熱用素子（加熱手段）を設け、その加熱用素子により囲まれる領域に、圧電振動子、感温素子、および集積回路からなる発振回路部などが配置されている。
ここで、加熱用素子としては、例えば帯状の抵抗発熱層からなるヒーターが用いられ、また、圧電振動子として、圧電振動子用のパッケージ内に圧電振動片が封止された所謂ＳＭＤ（Surface Mount Devise：表面実装部品）タイプの圧電振動子（水晶振動子）が用いられて、それぞれ小型、薄型化に効果を奏している。そして、圧電発振器用のパッケージの上側に金属からなるリッド（蓋体）が接合されることにより、圧電発振器用のパッケージ内に圧電振動子が封止された恒温型圧電発振器が構成されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４２０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の恒温型圧電発振器では、基板に対して圧電振動子外周面の一主面の略全面が接触した状態で接合されているので、圧電振動子の熱が基板に漏洩されやすい構造となっている。また、加熱用素子から基板を介して圧電振動子に熱を伝えて加熱する態様となっていることから加熱効率がよくないので、消費電力が増大したり、安定した温度制御ができない虞があった。
また、上記のような小型のＳＭＤタイプの水晶振動子を用いた恒温型圧電発振器においては、容積の大きい圧電振動子では問題にならなかった熱的なダメージによる周波数ずれなどが問題になる虞があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
〔適用例１〕本適用例にかかる恒温型圧電発振器は、パッケージ内に設けられた基板と、前記基板に接合された表面実装型の圧電振動子と、第１の加熱用素子と、感温素子と、温度制御用素子と、発振用素子と、を有する恒温型圧電発振器であって、前記第１の加熱用素子が前記基板に設けられた凹部内に配置され、前記圧電振動子が、前記凹部の開口部において前記圧電振動子の外面のうちの一主面と前記第１の加熱用素子とを近接または接触あるいは接合させた態様で前記基板に接合されていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、凹部内に設けられた加熱用素子と近接または接触あるいは接合させた態様で圧電振動子が基板に接合されているので、圧電振動子と基板との接触面積が小さく抑えられた状態で、加熱用素子の熱が圧電振動子に効率よく伝導される加熱構造が実現できる。
また、凹部内に加熱用素子が設けられているので、加熱用素子による圧電振動子の加熱構造の薄型化が図れる。
したがって、圧電振動子から基板への熱の漏洩が抑えられ、効率的で安定した加熱構造を有することにより、動作の安定した小型の恒温型圧電発振器を提供することができる。
【０００９】
〔適用例２〕上記適用例にかかる恒温型圧電発振器は、前記圧電振動子と前記第１の加熱用素子との間に、放熱性樹脂を配置させた状態で前記圧電振動子と前記第１の加熱用素子とが接合されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、基板の凹部における加熱用素子の接合高さのばらつきが生じた場合でも、放熱性樹脂により加熱用素子と圧電振動子との確実な熱的結合をはかることができるので、加熱用素子の温度を圧電振動子に効率よく伝える加熱構造を実現することが可能になる。
【００１１】
〔適用例３〕上記適用例にかかる恒温型圧電発振器は、前記圧電振動子の前記一主面とは異なる外面に、第２の加熱用素子が接触または接合させるように配置されていることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、圧電振動子の複数の面に加熱用素子が配置されるので、より効率的に圧電振動子を加温することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、恒温型圧電発振器の一実施形態としての恒温型水晶発振器について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１〜図３は、本実施形態にかかる恒温型水晶発振器を模式的に説明するものであり、図１は上側からみた平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図、図３は、底面側からみた平面図である。なお、図１では、恒温型水晶発振器の内部の構成を説明する便宜上、恒温型水晶発振器の外形をなすモールド樹脂の一部を切り欠いて図示している。
また、図４は、本実施形態の恒温型水晶発振器に用いられる圧電振動子としての水晶振動子を説明するものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。なお、（ａ）において、水晶振動子の内部の構成を説明する便宜上、水晶振動子の上部に接合されたリッド２９の一部を切り欠いて図示している。
また、図５は、本実施形態の恒温型水晶発振器に用いられる基板を模式的に説明するものであり、（ａ）は底面側からみた平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。なお、（ａ）において、ハッチングが施されている部位があるが、それは電極端子部分を判り易くするためのものであり断面を示すものではない。
【００１５】
〔水晶振動子〕
まず、恒温型水晶発振器１に備えられた水晶振動子３０について説明する。
図４に示すように、本実施形態の恒温型水晶発振器１には、振動子用パッケージ２０内に圧電振動片としての水晶振動片１０が接合されて封止された所謂表面実装型（ＳＭＤタイプ）の水晶振動子３０が用いられている。
ＳＭＤタイプの水晶振動子３０は小型、薄型化が進んでいるので、恒温型水晶発振器１の小型、薄型化を図るのに有利である。また、表面実装部品として規格化されているＳＭＤタイプの水晶振動子３０は、例えば、基板に接合した水晶振動片を筒状のキャップで覆うことにより封止するタイプの水晶振動子のように、外部接続用のリード線を外部基板の接続端子形状に合わせて切断したり成形したりする必要がなく、外部基板への搭載の自動化も図りやすいので、実装工程の簡略化や低コスト化に有利である。
【００１６】
図４（ａ）において、本実施形態の水晶振動片１０は、矩形平板状に成形された水晶基板の一方の主面の略中央に、駆動用の電極である励振電極１５が設けられ、水晶基板の一端側近傍に設けられた外部接続電極１６ａに接続されている。これと同様に、水晶基板の他方の主面には、励振電極１５の対向電極である励振電極（励振電極１５の下方に隠れて図示されず）が設けられ、水晶基板の一端側近傍の外部接続電極１６ａと異なる領域に設けられた外部接続電極１６ｂに接続されている。
【００１７】
なお、励振電極１５や外部接続電極１６ａ，１６ｂなどの電極は、水晶基板（水晶ウェハ）をエッチングして水晶振動片１０の外形を形成した後に、蒸着またはスパッタリングにより、例えばニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層として、その上に例えば金（Ａｕ）による金属膜を成膜し、その後フォトリソグラフィを用いてパターニングすることにより形成できる。
【００１８】
振動子用パッケージ２０は、略矩形の平板状の第１層基板２１と、その第１層基板２１上に順次積層された略矩形フレーム状の第２層基板２２、第３層基板２３、およびシールリング２８を有している。このような構成により、振動子用パッケージ２０には、第１層基板２１の上面側を凹底部分として第２層基板２２および第３層基板２３側に開口された凹部が形成されている。
【００１９】
振動子用パッケージ２０の凹部の凹底部分となる第１層基板２１上に段差を形成する第２層基板２２の棚部には、水晶振動片１０が接合される複数の振動片接続端子２６ａ，２６ｂが設けられている。また、図４（ｂ）に示すように、振動子用パッケージ２０の外面における外底面となる第１層基板２１の下面側には、外部実装基板と実装される複数の外部接続端子２５ａ，２５ｂが設けられている。これらの各振動片接続端子２６ａ，２６ｂや、外部接続端子２５ａ，２５ｂは、第１層基板２１に形成された図示しない引き回し配線またはスルーホールなどの層内配線により、それぞれ対応する端子同士が接続されている。
【００２０】
なお、振動子用パッケージ２０の第１層基板２１、第２層基板２２、および第３層基板２３は、セラミックス絶縁材料などからなる。また、振動子用パッケージ２０に設けられた振動片接続端子２６ａ，２６ｂや外部接続端子２５ａ，２５ｂ、あるいはそれらを接続する配線パターンまたは層内配線パターンなどは、一般に、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などの金属配線材料をセラミックス絶縁材料上にスクリーン印刷して焼成し、その上にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などのめっきを施すことにより形成される。
【００２１】
水晶振動片１０は、その水晶振動片１０の一端側近傍に設けられた外部接続電極１６ａ，１６ｂと、振動子用パッケージ２０の第２層基板２２上に設けられた対応する振動片接続端子２６ａ，２６ｂとを位置合わした状態で、例えば導電性接着剤９５などの接合部材により接合されている。これにより、水晶振動片１０は、振動子用パッケージ２０と接合された外部接続電極１６ａ，１６ｂ側の反対側を自由端として第１層基板２１と接触しないように隙間を空けた状態で片持ち支持されている。
なお、導電性接着剤９５としては、一般に、ポリイミド、シリコン系、またはエポキシ系などの樹脂に、銀（Ａｇ）フィラメント、またはニッケル（Ｎｉ）粉を混入したものが使用される。また、水晶振動片１０を接合する接合部材は導電性接着剤９５に限らず、半田などの他の接合部材を用いることもできる。
【００２２】
水晶振動片１０が接合された振動子用パッケージ２０の第３層基板２３上には、蓋体としてのリッド２９が接合されている。本実施形態では、金属製のリッド２９が、鉄−ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）合金などをフレーム状に型抜きして形成されたシールリング２８を介してシーム溶接されている。これにより、振動子用パッケージ２０の凹部内に接合された水晶振動片１０が気密に封止されている。
【００２３】
〔恒温型水晶発振器〕
次に、上記に説明したＳＭＤタイプの水晶振動子３０を備えた本実施形態の恒温型水晶発振器１について説明する。
図１〜図３において、恒温型水晶発振器１は、基板４０に接合された水晶振動子３０と、発振回路を構成する発振用素子７０と、第１の加熱用素子５０や感温素子６０などとともに温度制御回路を構成する温度制御用素子８０とが、ベース基板１２１およびカバー体１２９からなるパッケージ１２０内に収納されてなる。
【００２４】
まず、基板４０について詳細に説明する。
図５に示すように、基板４０は、例えばガラスエポキシ樹脂などからなる基材４１の一方の主面に凹部４２が形成されている。凹部４２の凹底部分には第１の加熱用素子５０（図中、第１の加熱用素子５０の搭載位置を破線にて示す）が接合される複数対の加熱用素子接続端子４７が設けられている。本実施形態では、四つの第１の加熱用素子５０に対応する四対の加熱用素子接続端子４７が設けられた例を図示している。
【００２５】
また、凹部４２近傍の基材４１上には、水晶振動子（３０）が接合される振動子接続端子４３が設けられている。
また、平面視で略矩形状の基板４０のコーナー部分近傍には、恒温型水晶発振器（１）におけるパッケージ１２０内で基板４０を支持する金属ピン（５ａ〜５ｄ）が挿設される複数のピン孔４５ａ〜４５ｄが設けられている。
【００２６】
なお、図示はしないが、基板４０の凹部４２が設けられた一方の主面とは異なる他方の主面側には、感温素子６０、発振用素子７０、温度制御用素子８０などの回路素子が接合される回路素子接続端子が設けられている。これらの回路素子接続端子、および、上記加熱用素子接続端子４７や振動子接続端子４３などの接続端子は、端子間配線や基材４１内に形成された層内配線などにより対応する端子同士が接続され、基板４０に回路配線が形成されている。
【００２７】
図１〜図３に戻り、恒温型水晶発振器１において、基板４０の凹部４２の凹底部分には、複数の第１の加熱用素子５０が接合されている。具体的には、第１の加熱用素子５０の図示しない端子部と、基板４０の対応する加熱用素子接続端子４７が位置合わせされ、図示しない半田や導電性接着剤などの接合部材により電気的な接続をはかりながら接合されている。
なお、第１の加熱用素子５０としては、比較的高い抵抗値を有するチップ抵抗素子や、チップタイプのパワートランジスターなどの発熱素子を用いることができる。
【００２８】
第１の加熱用素子５０が接合された基板４０の凹部４２の開口部側の面には、水晶振動子３０が接合されている。具体的には、水晶振動子３０の外面における外底面に設けられた外部接続端子２５ａ，２５ｂと、基板４０の対応する振動子接続端子４３とが位置合わせされ、図示しない半田や導電性接着剤などの接合部材により電気的な接続をはかりながら接合されている。
また、水晶振動子３０は、基板４０の振動子接続端子４３と接合された外部接続端子２５ａ，２５ｂの近傍以外は凹部４２上に配置され、基板４０と接触する部分が振動子用パッケージ２０の縁部に限られることで、例えば、水晶振動子３０の外底面の全面を基板４０に接触させるように水晶振動子３０を基板４０に搭載した場合よりも基板４０と水晶振動子３０との接点が少なくなり、水晶振動子３０の熱の基板４０への漏洩が抑えられる構造となっている。
【００２９】
第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０の外面における一主面との間には、例えばシリコン樹脂などの放熱性樹脂５１が、第１の加熱用素子５０および水晶振動子３０の一主面である外底面に密着させて設けられている。これにより、第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０とは接合されて熱的に結合されるので、第１の加熱用素子５０により水晶振動子３０を効率よく加熱することが可能になる。なお、上述の第１の加熱用素子５０や水晶振動子３０の形状のばらつきがあっても、第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０の熱的な結合が図れるのであれば、第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０とを単に接触させた状態であっても構わない。ただし、放熱性樹脂５１を用いる本実施携帯によれば、第１の加熱用素子５０や水晶振動子３０の形状のばらつき、また、基板４０への第１の加熱用素子５０や水晶振動子３０の接合姿勢のばらつきなどの影響、あるいは、接着性が弱い放熱性樹脂５１を用いたことなどにより、第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０とを十分に密着させることが困難な場合でも、第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０との熱的な結合を確実に図ることができる。
【００３０】
なお、第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０との位置関係は、上述したような放熱性樹脂５１を介して接合または単に接触させた状態に限らず、第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０とが近接させて配置された構成とした場合でも、本実施形態の恒温型水晶発振器１における安定した加熱構造としての一定の効果を奏する。例えば、放熱性樹脂５１が、その一部を第１の加熱用素子５０に密着され、水晶振動子３０とは所定の隙間を設けて配置された場合であっても、その第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０との隙間が僅かで両者が近接させて配置されていれば、放熱性樹脂５１を介した第１の加熱用素子５０からの輻射熱により水晶振動子３０を所定の温度に加温することが可能である。
あるいは、例えば、放熱性樹脂５１の無い構成を想定したとき、第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０との接合または接触がなされていない場合であっても、第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０との隙間が僅かで両者が近接して配置されていれば、第１の加熱用素子５０からの輻射熱により水晶振動子３０を所定の温度に加温することが可能である。
いずれにしても、第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０とが隙間を有さずに熱的に結合されていた方が熱伝達効率の観点から好ましく、また、単に接触させた状態でなく接合された態様で熱的に結合されている方がより望ましいことは言うまでもない。
【００３１】
基板４０の水晶振動子３０が接合された一方の主面とは異なる他方の主面側には、感温素子６０、発振用素子７０、および温度制御用素子８０などの回路素子が接合されている。具体的には、感温素子６０、発振用素子７０、および温度制御用素子８０などの回路素子それぞれの端子部（図示せず）と、上記に説明した基板４０の対応する回路素子接続端子（図示せず）とが、図示しない半田や導電性接着剤、あるいはホンディングワイヤーなどの接合部材を用いて電気的な接続をはかりながら接合される。
【００３２】
なお、感温素子６０としては、温度上昇に伴って比抵抗が比較的大きく変化する、例えば、ｐ型半導体酸化物などからなるＳＭＤタイプのサーミスター（Thermistor）素子を用いることができる。
また、発振用素子７０や温度制御用素子８０としては、発振回路または温度制御回路が形成された専用あるいは汎用の半導体回路素子である、所謂ＩＣチップを用いることができる。
【００３３】
上記構成の基板４０において、温度制御用素子８０により制御された電力を第１の加熱用素子５０に供給すると、第１の加熱用素子５０のジュール熱は放熱性樹脂５１を介して効率よく水晶振動子３０に伝播される。また、感温素子６０によって水晶振動子３０直下の基板４０の温度を直接的に検出して、その温度データを温度制御用素子８０にフィードバックすることにより、第１の加熱用素子５０への供給電力を制御する。
【００３４】
水晶振動子３０、第１の加熱用素子５０、感温素子６０、発振用素子７０、および温度制御用素子８０などの回路素子が接合された基板４０は、ベース基板１２１に複数立設された金属ピン５ａ〜５ｄに支持されている。具体的には、基板４０のコーナー部分近傍に設けられたピン孔４５ａ〜４５ｄ（図５を参照）に、ベース基板１２１に立設された対応する金属ピン５ａ〜５ｄが挿し込まれた状態で固定されている。
【００３５】
複数の金属ピン５ａ〜５ｄは、各種回路素子が接合された基板４０を支持するとともに、基板４０とベース基板１２１との電気的な接続に供し、基板４０とベース基板１２１とは接続されている。また、ベース基板１２１のパッケージ１２０の外底面となる側の面には、恒温型水晶発振器１と外部基板とを接合するための複数の実装端子１２５ａ〜１２５ｄが設けられている（図３を参照）。これら実装端子１２５ａ〜１２５ｄは、引き回し配線またはスルーホールなどの層内配線により対応する金属ピン５ａ〜５ｄと接続されている。図３に示す本実施形態では、金属ピン５ａと実装端子１２５ａ、金属ピン５ｂと実装端子１２５ｂ、金属ピン５ｃと実装端子１２５ｃ、金属ピン５ｄと実装端子１２５ｄが、それぞれ対応して接続されている。
【００３６】
ベース基板１２１には、カバー体１２９が被せられるように接合されている。具体的には、例えば、カバー体１２９の開口端面に設けられた図示しない爪部が、ベース基板１２１の外周に設けた孔（図示せず）に嵌入されて接合される。これにより、基板４０に接合された第１の加熱用素子５０、感温素子６０、発振用素子７０、温度制御用素子８０などの回路素子、および水晶振動子３０が、ベース基板１２１とカバー体１２９とからなるパッケージ１２０内に収容された恒温型水晶発振器１が構成される。
【００３７】
上記実施形態の恒温型水晶発振器１では、基板４０の凹部４２内に第１の加熱用素子５０を配置し、その第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０とを放熱性樹脂５１により熱的に結合させた態様で基板４０に水晶振動子３０を接合した。
【００３８】
これにより、水晶振動子３０と基板４０との接触面積が軽減できるので、水晶振動子３０から基板４０への熱の漏洩を抑制しながら、第１の加熱用素子５０により水晶振動子３０を効率よく加熱することができる。
さらに、例えば凹部４２の開口部の一部が露出するように水晶振動子３０を基板４０上に搭載した構成とすれば、凹部４２内にこもる熱を開口部から放熱することも可能である。このような構成は、加熱と放熱とがバランスよく抑制できるので、水晶振動子３０の温度を所望の温度に速やかに収束させることができる。
【００３９】
また、水晶振動子３０と第１の加熱用素子５０との間に、放熱性樹脂５１を配置させることにより、水晶振動子３０と第１の加熱用素子５０と熱的な結合をはかっているので、基板４０の凹部４２における第１の加熱用素子５０の接合高さのばらつきが生じ、第１の加熱用素子５０の接合面が水晶振動子３０の外底面との間に隙間が生じた場合でも、放熱性樹脂５１がその隙間を埋めるので第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０との確実な熱的結合を図ることができる。
【００４０】
また、基板４０の凹部４２内に第１の加熱用素子５０が配置され、その第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０とが縦配置された構成となっているので、恒温型水晶発振器１の、特に平面サイズの小型化を図ることができる。
【００４１】
したがって、効率的に、且つ、安定した水晶振動子３０の温度保持をはかることが可能となるで、周囲の温度変化に影響されることなく安定した周波数特性を有する小型の恒温型水晶発振器１を提供することができる。
【００４２】
上記実施形態で説明した恒温型水晶発振器１は、以下の変形例として実施することも可能である。
【００４３】
（変形例１）
上記実施形態の恒温型水晶発振器１は、水晶振動子３０の基板と対応する面と反対側の面に、さらに加熱用素子を配置することによって、より加熱効率を向上させ安定した温度保持が可能な恒温型水晶発振器として提供することもできる。
【００４４】
図６（ａ）は、本変形例の恒温型水晶発振器を底側からみて模式的に説明する平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
なお、図６（ａ）では、恒温型水晶発振器の内部の構成を説明する便宜上、恒温型水晶発振器の底面となるベース基板の一部を切り欠いて図示している。
また、本変形例の恒温型水晶発振器の構成のうち、水晶振動子の基板と対向する面と反対側の面にも加熱用素子を配置すること以外は上記実施形態と同じであり、上記実施形態と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。
【００４５】
図６において、恒温型水晶発振器１０１は、上記実施形態の恒温型水晶発振器１と同様に、基板１４０に接合された水晶振動子３０、発振用素子７０、第１の加熱用素子５０、感温素子６０、温度制御用素子８０が、パッケージ１２０内に収納されてなる。
第１の加熱用素子５０は、基板１４０の一方の主面に形成された凹部４２の凹底部分に接合されている。第１の加熱用素子５０が接合された基板１４０の凹部４２の開口部側には、水晶振動子３０が接合されている。第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０との間には、放熱性樹脂５１が、第１の加熱用素子５０および水晶振動子３０に密着させて設けられている。
基板１４０の他方の主面側には、感温素子６０、発振用素子７０、および温度制御用素子８０などの回路素子が接合されている。
【００４６】
本変形例の恒温型水晶発振器１０１の一方の主面側には、水晶振動子３０の基板１４０と対向する面とは異なる面側に、第２の加熱用素子１５０が配置されている。第２の加熱用素子１５０は、放熱性樹脂１５１などにより水晶振動子３０と熱的な結合をはかりながら接合されている。また、第２の加熱用素子１５０と基板１４０に設けられた接続端子１５５とは、例えばリード線などの接続配線１５３により接続され、第２の加熱用素子１５０は基板１４０の温度制御回路の一部となっている。
【００４７】
水晶振動子３０、第１の加熱用素子５０、感温素子６０、発振用素子７０、温度制御用素子８０などの回路素子、および第２の加熱用素子１５０が搭載されてなる基板１４０は、ベース基板１２１に複数立設された金属ピン５ａ〜５ｄに支持されている。また、ベース基板１２１のパッケージ１２０の外底面となる側の面には、金属ピン５ａ〜５ｄに対応して接続された実装端子１２５ａ〜１２５ｄが設けられている。
【００４８】
そして、ベース基板１２１には、カバー体１２９が被せられるように接合され、ベース基板１２１から立設された基板１４０に接合された第１の加熱用素子５０および第２の加熱用素子１５０、感温素子６０、発振用素子７０、温度制御用素子８０などの各種回路素子、あるいは水晶振動子３０が、ベース基板１２１とカバー体１２９とからなるパッケージ１２０内に収容された恒温型水晶発振器１０１が構成される。
【００４９】
上記変形例１の恒温型水晶発振器１０１によれば、基板１４０の凹部４２内に接合された第１の加熱用素子５０に加えて、第２の加熱用素子１５０が接合された状態で配置されることにより、水晶振動子３０を所望の温度により早く加温することができるとともに、安定した恒温状態を保持し易くなる。
なお、第２の加熱用素子１５０や水晶振動子３０の形状にばらつきがあっても、第２の加熱用素子１５０と水晶振動子３０との熱的な結合が図れるのであれば、第２の加熱用素子１５０と水晶振動子３０とを単に接触させた状態であっても構わない。
また、第２の加熱用素子１５０と水晶振動子３０とが、上述したように接合または単に接触させた状態に配置されるのに限らず、隙間を有して近接して配置させた構成とした場合でも、第２の加熱用素子１５０と水晶振動子３０との隙間が僅かで両者が近接して配置されていれば、第２の加熱用素子１５０からの輻射熱により水晶振動子３０を所定の温度に加温することが可能である。
ただし、第２の加熱用素子１５０と水晶振動子３０とが隙間を有さずに熱的に結合されていた方が熱伝達効率の観点から好ましく、また、単に接触させた状態でなく接合された態様で熱的に結合されている方がより望ましいことは言うまでもない。
【００５０】
（変形例２）
上記実施形態および変形例１で説明した恒温型水晶発振器１，１０１は、内部を気密に封止するパッケージ構造とすることによって、より信頼性の高い恒温型水晶発振器を提供することができる。
図７は、本変形例の恒温型水晶発振器を模式的に説明する断面図であり、図２および図６（ｂ）の恒温型水晶発振器１，１０１と同じ断面を示している。
なお、本変形例の恒温型水晶発振器の構成のうち、パッケージの構成以外は上記実施形態および変形例１と同じであり、上記実施形態および変形例１と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。
【００５１】
図７において、恒温型水晶発振器２０１は、上記実施形態の恒温型水晶発振器１と同様に、基板４０に接合された水晶振動子３０、発振用素子７０、第１の加熱用素子５０、感温素子６０、および温度制御用素子８０を有している。第１の加熱用素子５０は、基板４０の一方の主面に形成された凹部４２の凹底部分に接合されている。第１の加熱用素子５０が接合された基板４０の凹部４２の開口部側には、水晶振動子３０が接合されている。第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０との間には、放熱性樹脂５１が、第１の加熱用素子５０および水晶振動子３０に密着させて設けられている。
基板４０の他方の主面側には、感温素子６０、発振用素子７０、および温度制御用素子８０などの回路素子が接合されている。
【００５２】
第１の加熱用素子５０、感温素子６０、発振用素子７０、温度制御用素子８０などの回路素子、および水晶振動子３０が搭載されてなる基板４０は、例えば抵抗溶接用の金属ベース２２１を絶縁貫通して植設された複数の金属ピン（気密端子）１０５ａ，１０５ｂに支持されている。複数の金属ピン１０５ａ，１０５ｂの金属ベース２２１から外側に出た部分は、ピン型（リード型）の実装端子となる。
そして、金属ベース２２１に、カバー体としての金属からなるカバー体１２９を抵抗溶接することによって、基板４０に接合された第１の加熱用素子５０、感温素子６０、発振用素子７０、温度制御用素子８０などの各種回路素子、および水晶振動子３０が、金属ベース２２１とカバー体１２９とからなるパッケージ２２０内に気密封止収容された恒温型水晶発振器２０１が構成される。
【００５３】
この構成によれば、基板４０に接合された第１の加熱用素子５０、感温素子６０、発振用素子７０、温度制御用素子８０などの各種回路素子、および水晶振動子３０が、パッケージ２２０内に密閉封止されて外部環境から遮断されるので、経年劣化特性が良好となり高信頼性を有する恒温型水晶発振器２０１を提供することができる。
【００５４】
以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
【００５５】
例えば、上記実施形態および変形例では、第１の加熱用素子５０あるいは第２の加熱用素子１５０と水晶振動子３０との間に、放熱性樹脂５１，１５１を介して熱的な結合を図ったが、放熱性樹脂５１，１５１を介在させない構成としてもよい。
【００５６】
また、上記実施形態および変形例では、圧電振動片として水晶振動片１０を用いた水晶振動子３０を搭載した恒温型水晶発振器１，１０１，２０１について説明した。これに限らず、水晶以外に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、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）、四ほう酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウム、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）などの薄膜圧電材料を積層させて構成された圧電材料からなる圧電振動片を用いることもできる。
【００５７】
また、水晶振動子３０を構成する振動子用パッケージ２０は、上記実施形態で説明した積層構造を有するものに限らず、機械加工などにより一体化した形のものを使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】恒温型圧電発振器の実施形態としての恒温型水晶発振器を上側からみて模式的に説明する平面図。
【図２】実施形態の恒温型水晶発振器を模式的に説明する図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】実施形態の恒温型水晶発振器を底面側からみて模式的に説明する平面図。
【図４】（ａ）は、圧電振動子としての水晶振動子を模式的に説明する平面図、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。
【図５】（ａ）は、実施形態の恒温型水晶発振器に用いる基板を底面側からみて模式的に説明する平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図６】（ａ）は、変形例１の恒温型水晶発振器を上側からみて模式的に説明する平面図、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ線断面図。
【図７】恒温型水晶発振器の変形例２を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【００５９】
１，１０１，２０１…恒温型圧電発振器としての恒温型水晶発振器、５ａ〜５ｄ…金属ピン、１０…圧電振動片としての水晶振動片、１５…励振電極、１６ａ，１６ｂ…外部接続電極、２０…振動子用パッケージ、２５ａ，２５ｂ…外部接続端子、３０…圧電振動子としての水晶振動子、４０，１４０…基板、４１…基材、４２…凹部、４３…振動子接続端子、４５ａ〜４５ｄ…ピン孔、４７…加熱用素子接続端子、５０…第１の加熱用素子、５１，１５１…放熱性樹脂、６０…感温素子、７０…発振用素子、８０…温度制御用素子、１２０，２２０…パッケージ、１２１…ベース基板、１２５ａ〜１２５ｄ…実装端子、１２９…カバー体、１５０…第２の加熱用素子、１５３…接続配線、１５５…接続端子、２２１…金属ベース。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数制御デバイスなどとして使用される圧電発振器に関し、特に、加熱用素子および感温素子を用いて周囲の温度変化に対する周波数の安定化を図るようにした恒温型圧電発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信機器や伝送通信機器に用いる周波数制御デバイスである水晶発振器などの圧電発振器として、周辺環境の温度変化に影響されることなく高安定な周波数を出力することが可能な恒温型圧電発振器が従来から知られている。また、近年、これらの分野では、各種機器に対して小型、軽量であることが求められてきているため、それに伴って恒温型圧電発振器についても小型、軽量化が市場から求められている。
このような要求に応える小型の恒温型圧電発振器として、例えば、特許文献１に、パッケージ内に設けた基板に、圧電振動子、加熱用素子、感温素子、および発振回路を配置したパッケージタイプの恒温型圧電発振器が紹介されている。
【０００３】
特許文献１に記載の圧電発振器（水晶発振器）は、圧電発振器用のパッケージ内に設けられた基板の例えば周縁に沿って加熱用素子（加熱手段）を設け、その加熱用素子により囲まれる領域に、圧電振動子、感温素子、および集積回路からなる発振回路部などが配置されている。
ここで、加熱用素子としては、例えば帯状の抵抗発熱層からなるヒーターが用いられ、また、圧電振動子として、圧電振動子用のパッケージ内に圧電振動片が封止された所謂ＳＭＤ（Surface Mount Devise：表面実装部品）タイプの圧電振動子（水晶振動子）が用いられて、それぞれ小型、薄型化に効果を奏している。そして、圧電発振器用のパッケージの上側に金属からなるリッド（蓋体）が接合されることにより、圧電発振器用のパッケージ内に圧電振動子が封止された恒温型圧電発振器が構成されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４２０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の恒温型圧電発振器では、基板に対して圧電振動子外周面の一主面の略全面が接触した状態で接合されているので、圧電振動子の熱が基板に漏洩されやすい構造となっている。また、加熱用素子から基板を介して圧電振動子に熱を伝えて加熱する態様となっていることから加熱効率がよくないので、消費電力が増大したり、安定した温度制御ができない虞があった。
また、上記のような小型のＳＭＤタイプの水晶振動子を用いた恒温型圧電発振器においては、容積の大きい圧電振動子では問題にならなかった熱的なダメージによる周波数ずれなどが問題になる虞があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
〔適用例１〕本適用例にかかる恒温型圧電発振器は、パッケージ内に設けられた基板と、前記基板に接合された表面実装型の圧電振動子と、第１の加熱用素子と、感温素子と、温度制御用素子と、発振用素子と、を有する恒温型圧電発振器であって、前記第１の加熱用素子が前記基板に設けられた凹部内に配置され、前記圧電振動子が、前記凹部の開口部において前記圧電振動子の外面のうちの一主面と前記第１の加熱用素子とを近接または接触あるいは接合させた態様で前記基板に接合されていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、凹部内に設けられた加熱用素子と近接または接触あるいは接合させた態様で圧電振動子が基板に接合されているので、圧電振動子と基板との接触面積が小さく抑えられた状態で、加熱用素子の熱が圧電振動子に効率よく伝導される加熱構造が実現できる。
また、凹部内に加熱用素子が設けられているので、加熱用素子による圧電振動子の加熱構造の薄型化が図れる。
したがって、圧電振動子から基板への熱の漏洩が抑えられ、効率的で安定した加熱構造を有することにより、動作の安定した小型の恒温型圧電発振器を提供することができる。
【０００９】
〔適用例２〕上記適用例にかかる恒温型圧電発振器は、前記圧電振動子と前記第１の加熱用素子との間に、放熱性樹脂を配置させた状態で前記圧電振動子と前記第１の加熱用素子とが接合されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、基板の凹部における加熱用素子の接合高さのばらつきが生じた場合でも、放熱性樹脂により加熱用素子と圧電振動子との確実な熱的結合をはかることができるので、加熱用素子の温度を圧電振動子に効率よく伝える加熱構造を実現することが可能になる。
【００１１】
〔適用例３〕上記適用例にかかる恒温型圧電発振器は、前記圧電振動子の前記一主面とは異なる外面に、第２の加熱用素子が接触または接合させるように配置されていることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、圧電振動子の複数の面に加熱用素子が配置されるので、より効率的に圧電振動子を加温することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、恒温型圧電発振器の一実施形態としての恒温型水晶発振器について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１〜図３は、本実施形態にかかる恒温型水晶発振器を模式的に説明するものであり、図１は上側からみた平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図、図３は、底面側からみた平面図である。なお、図１では、恒温型水晶発振器の内部の構成を説明する便宜上、恒温型水晶発振器の外形をなすモールド樹脂の一部を切り欠いて図示している。
また、図４は、本実施形態の恒温型水晶発振器に用いられる圧電振動子としての水晶振動子を説明するものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。なお、（ａ）において、水晶振動子の内部の構成を説明する便宜上、水晶振動子の上部に接合されたリッド２９の一部を切り欠いて図示している。
また、図５は、本実施形態の恒温型水晶発振器に用いられる基板を模式的に説明するものであり、（ａ）は底面側からみた平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。なお、（ａ）において、ハッチングが施されている部位があるが、それは電極端子部分を判り易くするためのものであり断面を示すものではない。
【００１５】
〔水晶振動子〕
まず、恒温型水晶発振器１に備えられた水晶振動子３０について説明する。
図４に示すように、本実施形態の恒温型水晶発振器１には、振動子用パッケージ２０内に圧電振動片としての水晶振動片１０が接合されて封止された所謂表面実装型（ＳＭＤタイプ）の水晶振動子３０が用いられている。
ＳＭＤタイプの水晶振動子３０は小型、薄型化が進んでいるので、恒温型水晶発振器１の小型、薄型化を図るのに有利である。また、表面実装部品として規格化されているＳＭＤタイプの水晶振動子３０は、例えば、基板に接合した水晶振動片を筒状のキャップで覆うことにより封止するタイプの水晶振動子のように、外部接続用のリード線を外部基板の接続端子形状に合わせて切断したり成形したりする必要がなく、外部基板への搭載の自動化も図りやすいので、実装工程の簡略化や低コスト化に有利である。
【００１６】
図４（ａ）において、本実施形態の水晶振動片１０は、矩形平板状に成形された水晶基板の一方の主面の略中央に、駆動用の電極である励振電極１５が設けられ、水晶基板の一端側近傍に設けられた外部接続電極１６ａに接続されている。これと同様に、水晶基板の他方の主面には、励振電極１５の対向電極である励振電極（励振電極１５の下方に隠れて図示されず）が設けられ、水晶基板の一端側近傍の外部接続電極１６ａと異なる領域に設けられた外部接続電極１６ｂに接続されている。
【００１７】
なお、励振電極１５や外部接続電極１６ａ，１６ｂなどの電極は、水晶基板（水晶ウェハ）をエッチングして水晶振動片１０の外形を形成した後に、蒸着またはスパッタリングにより、例えばニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層として、その上に例えば金（Ａｕ）による金属膜を成膜し、その後フォトリソグラフィを用いてパターニングすることにより形成できる。
【００１８】
振動子用パッケージ２０は、略矩形の平板状の第１層基板２１と、その第１層基板２１上に順次積層された略矩形フレーム状の第２層基板２２、第３層基板２３、およびシールリング２８を有している。このような構成により、振動子用パッケージ２０には、第１層基板２１の上面側を凹底部分として第２層基板２２および第３層基板２３側に開口された凹部が形成されている。
【００１９】
振動子用パッケージ２０の凹部の凹底部分となる第１層基板２１上に段差を形成する第２層基板２２の棚部には、水晶振動片１０が接合される複数の振動片接続端子２６ａ，２６ｂが設けられている。また、図４（ｂ）に示すように、振動子用パッケージ２０の外面における外底面となる第１層基板２１の下面側には、外部実装基板と実装される複数の外部接続端子２５ａ，２５ｂが設けられている。これらの各振動片接続端子２６ａ，２６ｂや、外部接続端子２５ａ，２５ｂは、第１層基板２１に形成された図示しない引き回し配線またはスルーホールなどの層内配線により、それぞれ対応する端子同士が接続されている。
【００２０】
なお、振動子用パッケージ２０の第１層基板２１、第２層基板２２、および第３層基板２３は、セラミックス絶縁材料などからなる。また、振動子用パッケージ２０に設けられた振動片接続端子２６ａ，２６ｂや外部接続端子２５ａ，２５ｂ、あるいはそれらを接続する配線パターンまたは層内配線パターンなどは、一般に、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などの金属配線材料をセラミックス絶縁材料上にスクリーン印刷して焼成し、その上にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などのめっきを施すことにより形成される。
【００２１】
水晶振動片１０は、その水晶振動片１０の一端側近傍に設けられた外部接続電極１６ａ，１６ｂと、振動子用パッケージ２０の第２層基板２２上に設けられた対応する振動片接続端子２６ａ，２６ｂとを位置合わした状態で、例えば導電性接着剤９５などの接合部材により接合されている。これにより、水晶振動片１０は、振動子用パッケージ２０と接合された外部接続電極１６ａ，１６ｂ側の反対側を自由端として第１層基板２１と接触しないように隙間を空けた状態で片持ち支持されている。
なお、導電性接着剤９５としては、一般に、ポリイミド、シリコン系、またはエポキシ系などの樹脂に、銀（Ａｇ）フィラメント、またはニッケル（Ｎｉ）粉を混入したものが使用される。また、水晶振動片１０を接合する接合部材は導電性接着剤９５に限らず、半田などの他の接合部材を用いることもできる。
【００２２】
水晶振動片１０が接合された振動子用パッケージ２０の第３層基板２３上には、蓋体としてのリッド２９が接合されている。本実施形態では、金属製のリッド２９が、鉄−ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）合金などをフレーム状に型抜きして形成されたシールリング２８を介してシーム溶接されている。これにより、振動子用パッケージ２０の凹部内に接合された水晶振動片１０が気密に封止されている。
【００２３】
〔恒温型水晶発振器〕
次に、上記に説明したＳＭＤタイプの水晶振動子３０を備えた本実施形態の恒温型水晶発振器１について説明する。
図１〜図３において、恒温型水晶発振器１は、基板４０に接合された水晶振動子３０と、発振回路を構成する発振用素子７０と、第１の加熱用素子５０や感温素子６０などとともに温度制御回路を構成する温度制御用素子８０とが、ベース基板１２１およびカバー体１２９からなるパッケージ１２０内に収納されてなる。
【００２４】
まず、基板４０について詳細に説明する。
図５に示すように、基板４０は、例えばガラスエポキシ樹脂などからなる基材４１の一方の主面に凹部４２が形成されている。凹部４２の凹底部分には第１の加熱用素子５０（図中、第１の加熱用素子５０の搭載位置を破線にて示す）が接合される複数対の加熱用素子接続端子４７が設けられている。本実施形態では、四つの第１の加熱用素子５０に対応する四対の加熱用素子接続端子４７が設けられた例を図示している。
【００２５】
また、凹部４２近傍の基材４１上には、水晶振動子（３０）が接合される振動子接続端子４３が設けられている。
また、平面視で略矩形状の基板４０のコーナー部分近傍には、恒温型水晶発振器（１）におけるパッケージ１２０内で基板４０を支持する金属ピン（５ａ〜５ｄ）が挿設される複数のピン孔４５ａ〜４５ｄが設けられている。
【００２６】
なお、図示はしないが、基板４０の凹部４２が設けられた一方の主面とは異なる他方の主面側には、感温素子６０、発振用素子７０、温度制御用素子８０などの回路素子が接合される回路素子接続端子が設けられている。これらの回路素子接続端子、および、上記加熱用素子接続端子４７や振動子接続端子４３などの接続端子は、端子間配線や基材４１内に形成された層内配線などにより対応する端子同士が接続され、基板４０に回路配線が形成されている。
【００２７】
図１〜図３に戻り、恒温型水晶発振器１において、基板４０の凹部４２の凹底部分には、複数の第１の加熱用素子５０が接合されている。具体的には、第１の加熱用素子５０の図示しない端子部と、基板４０の対応する加熱用素子接続端子４７が位置合わせされ、図示しない半田や導電性接着剤などの接合部材により電気的な接続をはかりながら接合されている。
なお、第１の加熱用素子５０としては、比較的高い抵抗値を有するチップ抵抗素子や、チップタイプのパワートランジスターなどの発熱素子を用いることができる。
【００２８】
第１の加熱用素子５０が接合された基板４０の凹部４２の開口部側の面には、水晶振動子３０が接合されている。具体的には、水晶振動子３０の外面における外底面に設けられた外部接続端子２５ａ，２５ｂと、基板４０の対応する振動子接続端子４３とが位置合わせされ、図示しない半田や導電性接着剤などの接合部材により電気的な接続をはかりながら接合されている。
また、水晶振動子３０は、基板４０の振動子接続端子４３と接合された外部接続端子２５ａ，２５ｂの近傍以外は凹部４２上に配置され、基板４０と接触する部分が振動子用パッケージ２０の縁部に限られることで、例えば、水晶振動子３０の外底面の全面を基板４０に接触させるように水晶振動子３０を基板４０に搭載した場合よりも基板４０と水晶振動子３０との接点が少なくなり、水晶振動子３０の熱の基板４０への漏洩が抑えられる構造となっている。
【００２９】
第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０の外面における一主面との間には、例えばシリコン樹脂などの放熱性樹脂５１が、第１の加熱用素子５０および水晶振動子３０の一主面である外底面に密着させて設けられている。これにより、第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０とは接合されて熱的に結合されるので、第１の加熱用素子５０により水晶振動子３０を効率よく加熱することが可能になる。なお、上述の第１の加熱用素子５０や水晶振動子３０の形状のばらつきがあっても、第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０の熱的な結合が図れるのであれば、第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０とを単に接触させた状態であっても構わない。ただし、放熱性樹脂５１を用いる本実施携帯によれば、第１の加熱用素子５０や水晶振動子３０の形状のばらつき、また、基板４０への第１の加熱用素子５０や水晶振動子３０の接合姿勢のばらつきなどの影響、あるいは、接着性が弱い放熱性樹脂５１を用いたことなどにより、第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０とを十分に密着させることが困難な場合でも、第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０との熱的な結合を確実に図ることができる。
【００３０】
なお、第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０との位置関係は、上述したような放熱性樹脂５１を介して接合または単に接触させた状態に限らず、第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０とが近接させて配置された構成とした場合でも、本実施形態の恒温型水晶発振器１における安定した加熱構造としての一定の効果を奏する。例えば、放熱性樹脂５１が、その一部を第１の加熱用素子５０に密着され、水晶振動子３０とは所定の隙間を設けて配置された場合であっても、その第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０との隙間が僅かで両者が近接させて配置されていれば、放熱性樹脂５１を介した第１の加熱用素子５０からの輻射熱により水晶振動子３０を所定の温度に加温することが可能である。
あるいは、例えば、放熱性樹脂５１の無い構成を想定したとき、第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０との接合または接触がなされていない場合であっても、第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０との隙間が僅かで両者が近接して配置されていれば、第１の加熱用素子５０からの輻射熱により水晶振動子３０を所定の温度に加温することが可能である。
いずれにしても、第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０とが隙間を有さずに熱的に結合されていた方が熱伝達効率の観点から好ましく、また、単に接触させた状態でなく接合された態様で熱的に結合されている方がより望ましいことは言うまでもない。
【００３１】
基板４０の水晶振動子３０が接合された一方の主面とは異なる他方の主面側には、感温素子６０、発振用素子７０、および温度制御用素子８０などの回路素子が接合されている。具体的には、感温素子６０、発振用素子７０、および温度制御用素子８０などの回路素子それぞれの端子部（図示せず）と、上記に説明した基板４０の対応する回路素子接続端子（図示せず）とが、図示しない半田や導電性接着剤、あるいはホンディングワイヤーなどの接合部材を用いて電気的な接続をはかりながら接合される。
【００３２】
なお、感温素子６０としては、温度上昇に伴って比抵抗が比較的大きく変化する、例えば、ｐ型半導体酸化物などからなるＳＭＤタイプのサーミスター（Thermistor）素子を用いることができる。
また、発振用素子７０や温度制御用素子８０としては、発振回路または温度制御回路が形成された専用あるいは汎用の半導体回路素子である、所謂ＩＣチップを用いることができる。
【００３３】
上記構成の基板４０において、温度制御用素子８０により制御された電力を第１の加熱用素子５０に供給すると、第１の加熱用素子５０のジュール熱は放熱性樹脂５１を介して効率よく水晶振動子３０に伝播される。また、感温素子６０によって水晶振動子３０直下の基板４０の温度を直接的に検出して、その温度データを温度制御用素子８０にフィードバックすることにより、第１の加熱用素子５０への供給電力を制御する。
【００３４】
水晶振動子３０、第１の加熱用素子５０、感温素子６０、発振用素子７０、および温度制御用素子８０などの回路素子が接合された基板４０は、ベース基板１２１に複数立設された金属ピン５ａ〜５ｄに支持されている。具体的には、基板４０のコーナー部分近傍に設けられたピン孔４５ａ〜４５ｄ（図５を参照）に、ベース基板１２１に立設された対応する金属ピン５ａ〜５ｄが挿し込まれた状態で固定されている。
【００３５】
複数の金属ピン５ａ〜５ｄは、各種回路素子が接合された基板４０を支持するとともに、基板４０とベース基板１２１との電気的な接続に供し、基板４０とベース基板１２１とは接続されている。また、ベース基板１２１のパッケージ１２０の外底面となる側の面には、恒温型水晶発振器１と外部基板とを接合するための複数の実装端子１２５ａ〜１２５ｄが設けられている（図３を参照）。これら実装端子１２５ａ〜１２５ｄは、引き回し配線またはスルーホールなどの層内配線により対応する金属ピン５ａ〜５ｄと接続されている。図３に示す本実施形態では、金属ピン５ａと実装端子１２５ａ、金属ピン５ｂと実装端子１２５ｂ、金属ピン５ｃと実装端子１２５ｃ、金属ピン５ｄと実装端子１２５ｄが、それぞれ対応して接続されている。
【００３６】
ベース基板１２１には、カバー体１２９が被せられるように接合されている。具体的には、例えば、カバー体１２９の開口端面に設けられた図示しない爪部が、ベース基板１２１の外周に設けた孔（図示せず）に嵌入されて接合される。これにより、基板４０に接合された第１の加熱用素子５０、感温素子６０、発振用素子７０、温度制御用素子８０などの回路素子、および水晶振動子３０が、ベース基板１２１とカバー体１２９とからなるパッケージ１２０内に収容された恒温型水晶発振器１が構成される。
【００３７】
上記実施形態の恒温型水晶発振器１では、基板４０の凹部４２内に第１の加熱用素子５０を配置し、その第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０とを放熱性樹脂５１により熱的に結合させた態様で基板４０に水晶振動子３０を接合した。
【００３８】
これにより、水晶振動子３０と基板４０との接触面積が軽減できるので、水晶振動子３０から基板４０への熱の漏洩を抑制しながら、第１の加熱用素子５０により水晶振動子３０を効率よく加熱することができる。
さらに、例えば凹部４２の開口部の一部が露出するように水晶振動子３０を基板４０上に搭載した構成とすれば、凹部４２内にこもる熱を開口部から放熱することも可能である。このような構成は、加熱と放熱とがバランスよく抑制できるので、水晶振動子３０の温度を所望の温度に速やかに収束させることができる。
【００３９】
また、水晶振動子３０と第１の加熱用素子５０との間に、放熱性樹脂５１を配置させることにより、水晶振動子３０と第１の加熱用素子５０と熱的な結合をはかっているので、基板４０の凹部４２における第１の加熱用素子５０の接合高さのばらつきが生じ、第１の加熱用素子５０の接合面が水晶振動子３０の外底面との間に隙間が生じた場合でも、放熱性樹脂５１がその隙間を埋めるので第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０との確実な熱的結合を図ることができる。
【００４０】
また、基板４０の凹部４２内に第１の加熱用素子５０が配置され、その第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０とが縦配置された構成となっているので、恒温型水晶発振器１の、特に平面サイズの小型化を図ることができる。
【００４１】
したがって、効率的に、且つ、安定した水晶振動子３０の温度保持をはかることが可能となるで、周囲の温度変化に影響されることなく安定した周波数特性を有する小型の恒温型水晶発振器１を提供することができる。
【００４２】
上記実施形態で説明した恒温型水晶発振器１は、以下の変形例として実施することも可能である。
【００４３】
（変形例１）
上記実施形態の恒温型水晶発振器１は、水晶振動子３０の基板と対応する面と反対側の面に、さらに加熱用素子を配置することによって、より加熱効率を向上させ安定した温度保持が可能な恒温型水晶発振器として提供することもできる。
【００４４】
図６（ａ）は、本変形例の恒温型水晶発振器を底側からみて模式的に説明する平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
なお、図６（ａ）では、恒温型水晶発振器の内部の構成を説明する便宜上、恒温型水晶発振器の底面となるベース基板の一部を切り欠いて図示している。
また、本変形例の恒温型水晶発振器の構成のうち、水晶振動子の基板と対向する面と反対側の面にも加熱用素子を配置すること以外は上記実施形態と同じであり、上記実施形態と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。
【００４５】
図６において、恒温型水晶発振器１０１は、上記実施形態の恒温型水晶発振器１と同様に、基板１４０に接合された水晶振動子３０、発振用素子７０、第１の加熱用素子５０、感温素子６０、温度制御用素子８０が、パッケージ１２０内に収納されてなる。
第１の加熱用素子５０は、基板１４０の一方の主面に形成された凹部４２の凹底部分に接合されている。第１の加熱用素子５０が接合された基板１４０の凹部４２の開口部側には、水晶振動子３０が接合されている。第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０との間には、放熱性樹脂５１が、第１の加熱用素子５０および水晶振動子３０に密着させて設けられている。
基板１４０の他方の主面側には、感温素子６０、発振用素子７０、および温度制御用素子８０などの回路素子が接合されている。
【００４６】
本変形例の恒温型水晶発振器１０１の一方の主面側には、水晶振動子３０の基板１４０と対向する面とは異なる面側に、第２の加熱用素子１５０が配置されている。第２の加熱用素子１５０は、放熱性樹脂１５１などにより水晶振動子３０と熱的な結合をはかりながら接合されている。また、第２の加熱用素子１５０と基板１４０に設けられた接続端子１５５とは、例えばリード線などの接続配線１５３により接続され、第２の加熱用素子１５０は基板１４０の温度制御回路の一部となっている。
【００４７】
水晶振動子３０、第１の加熱用素子５０、感温素子６０、発振用素子７０、温度制御用素子８０などの回路素子、および第２の加熱用素子１５０が搭載されてなる基板１４０は、ベース基板１２１に複数立設された金属ピン５ａ〜５ｄに支持されている。また、ベース基板１２１のパッケージ１２０の外底面となる側の面には、金属ピン５ａ〜５ｄに対応して接続された実装端子１２５ａ〜１２５ｄが設けられている。
【００４８】
そして、ベース基板１２１には、カバー体１２９が被せられるように接合され、ベース基板１２１から立設された基板１４０に接合された第１の加熱用素子５０および第２の加熱用素子１５０、感温素子６０、発振用素子７０、温度制御用素子８０などの各種回路素子、あるいは水晶振動子３０が、ベース基板１２１とカバー体１２９とからなるパッケージ１２０内に収容された恒温型水晶発振器１０１が構成される。
【００４９】
上記変形例１の恒温型水晶発振器１０１によれば、基板１４０の凹部４２内に接合された第１の加熱用素子５０に加えて、第２の加熱用素子１５０が接合された状態で配置されることにより、水晶振動子３０を所望の温度により早く加温することができるとともに、安定した恒温状態を保持し易くなる。
なお、第２の加熱用素子１５０や水晶振動子３０の形状にばらつきがあっても、第２の加熱用素子１５０と水晶振動子３０との熱的な結合が図れるのであれば、第２の加熱用素子１５０と水晶振動子３０とを単に接触させた状態であっても構わない。
また、第２の加熱用素子１５０と水晶振動子３０とが、上述したように接合または単に接触させた状態に配置されるのに限らず、隙間を有して近接して配置させた構成とした場合でも、第２の加熱用素子１５０と水晶振動子３０との隙間が僅かで両者が近接して配置されていれば、第２の加熱用素子１５０からの輻射熱により水晶振動子３０を所定の温度に加温することが可能である。
ただし、第２の加熱用素子１５０と水晶振動子３０とが隙間を有さずに熱的に結合されていた方が熱伝達効率の観点から好ましく、また、単に接触させた状態でなく接合された態様で熱的に結合されている方がより望ましいことは言うまでもない。
【００５０】
（変形例２）
上記実施形態および変形例１で説明した恒温型水晶発振器１，１０１は、内部を気密に封止するパッケージ構造とすることによって、より信頼性の高い恒温型水晶発振器を提供することができる。
図７は、本変形例の恒温型水晶発振器を模式的に説明する断面図であり、図２および図６（ｂ）の恒温型水晶発振器１，１０１と同じ断面を示している。
なお、本変形例の恒温型水晶発振器の構成のうち、パッケージの構成以外は上記実施形態および変形例１と同じであり、上記実施形態および変形例１と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。
【００５１】
図７において、恒温型水晶発振器２０１は、上記実施形態の恒温型水晶発振器１と同様に、基板４０に接合された水晶振動子３０、発振用素子７０、第１の加熱用素子５０、感温素子６０、および温度制御用素子８０を有している。第１の加熱用素子５０は、基板４０の一方の主面に形成された凹部４２の凹底部分に接合されている。第１の加熱用素子５０が接合された基板４０の凹部４２の開口部側には、水晶振動子３０が接合されている。第１の加熱用素子５０と水晶振動子３０との間には、放熱性樹脂５１が、第１の加熱用素子５０および水晶振動子３０に密着させて設けられている。
基板４０の他方の主面側には、感温素子６０、発振用素子７０、および温度制御用素子８０などの回路素子が接合されている。
【００５２】
第１の加熱用素子５０、感温素子６０、発振用素子７０、温度制御用素子８０などの回路素子、および水晶振動子３０が搭載されてなる基板４０は、例えば抵抗溶接用の金属ベース２２１を絶縁貫通して植設された複数の金属ピン（気密端子）１０５ａ，１０５ｂに支持されている。複数の金属ピン１０５ａ，１０５ｂの金属ベース２２１から外側に出た部分は、ピン型（リード型）の実装端子となる。
そして、金属ベース２２１に、カバー体としての金属からなるカバー体１２９を抵抗溶接することによって、基板４０に接合された第１の加熱用素子５０、感温素子６０、発振用素子７０、温度制御用素子８０などの各種回路素子、および水晶振動子３０が、金属ベース２２１とカバー体１２９とからなるパッケージ２２０内に気密封止収容された恒温型水晶発振器２０１が構成される。
【００５３】
この構成によれば、基板４０に接合された第１の加熱用素子５０、感温素子６０、発振用素子７０、温度制御用素子８０などの各種回路素子、および水晶振動子３０が、パッケージ２２０内に密閉封止されて外部環境から遮断されるので、経年劣化特性が良好となり高信頼性を有する恒温型水晶発振器２０１を提供することができる。
【００５４】
以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
【００５５】
例えば、上記実施形態および変形例では、第１の加熱用素子５０あるいは第２の加熱用素子１５０と水晶振動子３０との間に、放熱性樹脂５１，１５１を介して熱的な結合を図ったが、放熱性樹脂５１，１５１を介在させない構成としてもよい。
【００５６】
また、上記実施形態および変形例では、圧電振動片として水晶振動片１０を用いた水晶振動子３０を搭載した恒温型水晶発振器１，１０１，２０１について説明した。これに限らず、水晶以外に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、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）、四ほう酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウム、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）などの薄膜圧電材料を積層させて構成された圧電材料からなる圧電振動片を用いることもできる。
【００５７】
また、水晶振動子３０を構成する振動子用パッケージ２０は、上記実施形態で説明した積層構造を有するものに限らず、機械加工などにより一体化した形のものを使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】恒温型圧電発振器の実施形態としての恒温型水晶発振器を上側からみて模式的に説明する平面図。
【図２】実施形態の恒温型水晶発振器を模式的に説明する図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】実施形態の恒温型水晶発振器を底面側からみて模式的に説明する平面図。
【図４】（ａ）は、圧電振動子としての水晶振動子を模式的に説明する平面図、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。
【図５】（ａ）は、実施形態の恒温型水晶発振器に用いる基板を底面側からみて模式的に説明する平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図６】（ａ）は、変形例１の恒温型水晶発振器を上側からみて模式的に説明する平面図、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ線断面図。
【図７】恒温型水晶発振器の変形例２を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【００５９】
１，１０１，２０１…恒温型圧電発振器としての恒温型水晶発振器、５ａ〜５ｄ…金属ピン、１０…圧電振動片としての水晶振動片、１５…励振電極、１６ａ，１６ｂ…外部接続電極、２０…振動子用パッケージ、２５ａ，２５ｂ…外部接続端子、３０…圧電振動子としての水晶振動子、４０，１４０…基板、４１…基材、４２…凹部、４３…振動子接続端子、４５ａ〜４５ｄ…ピン孔、４７…加熱用素子接続端子、５０…第１の加熱用素子、５１，１５１…放熱性樹脂、６０…感温素子、７０…発振用素子、８０…温度制御用素子、１２０，２２０…パッケージ、１２１…ベース基板、１２５ａ〜１２５ｄ…実装端子、１２９…カバー体、１５０…第２の加熱用素子、１５３…接続配線、１５５…接続端子、２２１…金属ベース。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージ内に設けられた基板と、
前記基板に接合された表面実装型の圧電振動子と、第１の加熱用素子と、感温素子と、温度制御用素子と、発振用素子と、を有する恒温型圧電発振器であって、
前記第１の加熱用素子が前記基板に設けられた凹部内に配置され、
前記圧電振動子が、前記凹部の開口部において前記圧電振動子の外面のうちの一主面と前記第１の加熱用素子とを近接または接触あるいは接合させた態様で前記基板に接合されていることを特徴とする恒温型圧電発振器。
【請求項２】
請求項１に記載の恒温型圧電発振器であって、
前記圧電振動子と前記第１の加熱用素子との間に放熱性樹脂を配置させ前記圧電振動子と前記第１の加熱用素子とが熱的に結合されていることを特徴とする恒温型圧電発振器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の恒温型圧電発振器であって、
前記圧電振動子の前記一主面とは異なる外面に、第２の加熱用素子が近接または接触あるいは接合させて配置されていることを特徴とする恒温型圧電発振器。
【請求項１】
パッケージ内に設けられた基板と、
前記基板に接合された表面実装型の圧電振動子と、第１の加熱用素子と、感温素子と、温度制御用素子と、発振用素子と、を有する恒温型圧電発振器であって、
前記第１の加熱用素子が前記基板に設けられた凹部内に配置され、
前記圧電振動子が、前記凹部の開口部において前記圧電振動子の外面のうちの一主面と前記第１の加熱用素子とを近接または接触あるいは接合させた態様で前記基板に接合されていることを特徴とする恒温型圧電発振器。
【請求項２】
請求項１に記載の恒温型圧電発振器であって、
前記圧電振動子と前記第１の加熱用素子との間に放熱性樹脂を配置させ前記圧電振動子と前記第１の加熱用素子とが熱的に結合されていることを特徴とする恒温型圧電発振器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の恒温型圧電発振器であって、
前記圧電振動子の前記一主面とは異なる外面に、第２の加熱用素子が近接または接触あるいは接合させて配置されていることを特徴とする恒温型圧電発振器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１７７７３２（Ｐ２０１０−１７７７３２Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５０５５（Ｐ２００９−１５０５５）
【出願日】平成２１年１月２７日（２００９．１．２７）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２７日（２００９．１．２７）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
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