JP7761172B2 - 恒温槽型圧電発振器 - Google Patents

Description

本発明は、恒温槽型圧電発振器に関する。

水晶振動子等の圧電振動子は、固有の周波数温度特性に基づいて、温度に応じて振動周波数が変化する。そこで、圧電振動子の周囲の温度を一定に保つために、恒温槽内に圧電振動子を封入した恒温槽型圧電発振器（Ｏｖｅｎ－Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｘｔａｌ（ｃｒｙｓｔａｌ） Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：以下、「ＯＣＸＯ」とも言う。）が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０１２－２０５０９３号公報 特開２０１８－１４７０５号公報

本願出願人は、発振用ＩＣ、圧電振動子、およびヒータ用ＩＣが積層されたコア部を、コア基板を介して断熱用のパッケージ内部に支持した恒温槽型圧電発振器の出願を既に行っている（特願２０２０－１３０４２１：本願出願時点で未公開）。このような恒温槽型圧電発振器では、パッケージに対するコア基板の機械的接合、およびコア部とパッケージとの電気的接合の性能が、デバイスの信頼性に影響する。これに加え、コア部の断熱効果を高めることも要求される。

本発明は上述したような実情を考慮してなされたもので、パッケージに対するコア基板の機械的接合およびコア部とパッケージとの電気的接合の両方において高い信頼性を得ることが可能であり、しかも、コア部の断熱効果を高めることが可能な恒温槽型圧電発振器を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、コア部が断熱用のパッケージの内部に密閉状態で封入された恒温槽型圧電発振器であって、前記コア部は、少なくとも発振用ＩＣ、圧電振動子、およびヒータ用ＩＣを含んだ構成になっており、前記コア部は、可撓性基板に搭載され、この可撓性基板は、接合材によって前記パッケージに機械的接合されており、前記コア部と前記パッケージとは、ワイヤボンディングによって電気的接合され、前記可撓性基板と前記パッケージの底面の間には空間が設けられていることを特徴とする。

上記構成によれば、接合材によるパッケージに対する可撓性基板の機械的接合と、ワイヤボンディングによるコア部とパッケージとの電気的接合とを分離することで、それぞれにおいて高い信頼性を得ることができる。例えば、パッケージに可撓性基板を接続する接合材は、外部応力の影響を受けても機械的接合強度が低下しにくい柔軟性のあるものを用いることができる。また、コア部とパッケージとのワイヤボンディングでは、電気抵抗の低い金属ワイヤの使用により、共通インピーダンスノイズが発生しにくくなり、恒温槽型圧電発振器のＣＮ特性を向上させることができる。これに加え、可撓性基板を介してコア部をパッケージに接続し、かつ、可撓性基板の下方に空間を形成することによって、コア部に対する断熱効果を高めることができる。

上記構成において、前記可撓性基板を前記パッケージに接合するための接合領域は、平面視において前記可撓性基板に対する前記コア部の配置領域と重畳しないことが好ましい。この場合、前記接合領域よりも前記コア部側の領域には、スペーサ部材が設けられており、前記スペーサ部材は、前記可撓性基板と前記パッケージの底面の間に介在されていることが好ましい。これにより、スペーサ部材によって、接合領域に塗布された接合材の厚みが規定されるので、可撓性基板とパッケージの底面の間の空間の幅を容易に規定することができる。また、スペーサ部材によって、接合領域に塗布された接合材の収縮時、可撓性基板とパッケージの底面の間の空間の幅が大きくなる方向に、可撓性基板を反らすことができ、コア部に対する断熱効果を向上させることができる。

上記構成において、前記可撓性基板は、耐熱性を有する樹脂材料からなることが好ましく、このような樹脂材料としては、例えばポリイミドが挙げられる。また、上記構成において、前記コア部は、前記パッケージの内部で真空封止されていることが好ましい。

上記構成において、前記可撓性基板は、当該可撓性基板の上面において前記コア部が搭載される搭載領域と、当該可撓性基板を前記パッケージに接合するための接合領域との間にスリットが設けられている構成とすることが好ましい。また、前記可撓性基板は、前記コア部の直下領域に開口が設けられている構成とすることが好ましい。さらに、前記圧電振動子は前記パッケージとの直接的なワイヤ接続は行われず、前記圧電振動子に直接ワイヤ接続されるのは前記発振用ＩＣのみである構成とすることが好ましい。

本発明の恒温槽型圧電発振器によれば、接合材によるパッケージに対する可撓性基板の機械的接合と、ワイヤボンディングによるコア部とパッケージとの電気的接合とを分離することで、それぞれにおいて高い信頼性を得ることができる。例えば、パッケージに可撓性基板を接続する接合材は、外部応力の影響を受けても機械的接合強度が低下しにくい柔軟性のあるものを用いることができる。また、コア部とパッケージとのワイヤボンディングでは、電気抵抗の低い金属ワイヤの使用により、共通インピーダンスノイズが発生しにくくなり、恒温槽型圧電発振器のＣＮ特性を向上させることができる。これに加え、可撓性基板を介してコア部をパッケージに接続し、かつ、可撓性基板の下方に空間を形成することによって、コア部に対する断熱効果を高めることができる。

本発明の実施形態にかかるＯＣＸＯの概略構成を示す断面図である。 図１のＯＣＸＯの平面図である。 図１のＯＣＸＯのコア部およびコア基板の概略構成を示す断面図である。 図３のコア部の水晶発振器（水晶振動子および発振用ＩＣ）の各構成を模式的に示した概略構成図である。 図４の水晶発振器の第１封止部材の第１主面側の概略平面図である。 図２のコア部に含まれる水晶発振器の変形例を示す概略構成図である。 ＯＣＸＯの変形例における概略構成を示す断面図である。 （ａ）～（ｃ）は、コア基板の一形状例を示す平面図である。 （ａ）、（ｂ）は、コア基板の変形例を示す平面図である。 ＯＣＸＯの変形例を示す断面図である。 図１０のＯＣＸＯの底面図である。

〔実施の形態１〕
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態にかかるＯＣＸＯ１は、図１、図２に示すように、セラミック製等で略直方体のパッケージ（筐体）２の内部にコア部５が配置され、リッド（蓋）３によって気密封止された構造とされている。パッケージ２には、上方が開口された凹部２ａが形成されており、凹部２ａの内部にコア部５が気密状態で封入されている。凹部２ａを囲う周壁部２ｂの上面には、リッド３が封止材８を介してシーム溶接によって固定されており、パッケージ２の内部が密封状態（気密状態）になっている。封止材８としては、例えばＡｕ－Ｓｕ合金や、はんだ等の金属系封止材が好適に用いられるが、低融点ガラス等の封止材を用いてもよい。また、これらに限らず、金属リングを用いたシーム封止や金属リングを用いないダイレクトシーム封止、ビーム封止などの手法による封止部材の構成を採用することも可能である（真空度を低下させない上では、シーム封止が好ましい）。パッケージ２の内部空間は、真空（例えば真空度が１０Ｐａ以下）、または低圧の窒素やアルゴンなどの熱伝導率が低い雰囲気であることが好ましい。なお、図２では、リッド３を取り外した状態のＯＣＸＯ１を示しており、ＯＣＸＯ１の内部の構造を示している。

パッケージ２の周壁部２ｂの内壁面には、接続端子（図示省略）の並びに沿った段差部２ｃが形成されている。コア部５は、対向する一対の段差部２ｃ，２ｃ間における凹部２ａの底面に、板状の可撓性部材からなるコア基板（可撓性基板）４を介して配置されている。あるいは、段差部２ｃは、凹部２ａの底面の４方を囲むように形成されていてもよい。コア基板４は、非導電性接着剤（接合材）７により凹部２ａの底面に接合されており、コア基板４の下側の部分には空間（ギャップ）２ｄが形成されている。また、コア部５の各構成部材に形成された外部端子（図示省略）は、ワイヤ６ａ，６ｂを介して段差部２ｃの段差面上に形成された接続端子にワイヤボンディングにより接続されている。非導電性接着剤７，７の内方側には、スペーサ部材２ｆ，２ｆが設けられている。

非導電性接着剤７，７が、コア基板４の長手方向の両端部に配置されており、コア基板４の短手方向（図１の紙面に直交する方向）に沿って直線状に配置されている。各スペーサ部材２ｆは、非導電性接着剤７の側方に隣接するように配置されており、コア基板４の短手方向に沿って直線状に配置されている。このように、非導電性接着剤７，７の内方側において、コア基板４とパッケージ２の底面の間に、スペーサ部材２ｆ，２ｆが介在されている。スペーサ部材２ｆ，２ｆによって、コア基板４の長手方向の両端部が支持されている。

コア基板４は、例えばポリイミド等の耐熱性および可撓性を有する樹脂材料からなる。スペーサ部材２ｆは、例えばモリブデン、タングステン等のペースト材からなる。コア基板４は、パッケージ２の底面に接触しないように設けられている。コア基板４の厚みは、５～１００μｍであり、コア基板４とパッケージ２の底面の間の空間２ｄの幅（距離）は、５～５０μｍであることが好ましい。

また、コア基板４をパッケージ２に接合するための接合領域（非導電性接着剤７の塗布領域）Ａ１は、平面視においてコア基板４の上面におけるコア部５の配置領域と重畳しないように配置されている。図２に示すように、平面視で、一対のスペーサ部材２ｆ，２ｆの内方側の領域にコア部５が配置され、一対のスペーサ部材２ｆ，２ｆの外方側の領域に接合領域Ａ１，Ａ１が配置される。なお、コア基板４上のヒータ用ＩＣ５２から接合領域Ａ１までの距離は、２５０～１０００μｍであることが好ましい。

次に、コア部５について、図３を参照して説明する。図３では、コア部５がコア基板４上に搭載された状態を図示している。コア部５は、ＯＣＸＯ１で使用される各種電子部品をパッケージングしたものであり、発振用ＩＣ５１、水晶振動子（圧電振動子）５０、およびヒータ用ＩＣ５２が上側から順に積層された３層構造（積層構造）の構成になっている。発振用ＩＣ５１、水晶振動子５０、およびヒータ用ＩＣ５２は、平面視におけるそれぞれの面積が、上方に向かって漸次小さくなっている。コア部５は、特に、温度特性の大きい水晶振動子５０、発振用ＩＣ５１、およびヒータ用ＩＣ５２の温度調整を行うことで、ＯＣＸＯ１の発振周波数を安定させるように構成されている。なお、コア部５の各種電子部品は封止樹脂によって封止されていないが、封止雰囲気によっては封止樹脂による封止を行うようにしてもよい。

水晶振動子５０および発振用ＩＣ５１によって、水晶発振器１００が構成される。発振用ＩＣ５１は、複数の金属バンプを介して水晶振動子５０上に搭載されている。発振用ＩＣ５１によって水晶振動子５０の圧電振動を制御することにより、ＯＣＸＯ１の発振周波数が制御される。水晶発振器１００の詳細については後述する。

水晶振動子５０および発振用ＩＣ５１の互いの対向面の間には、非導電性接着剤５３が介在されており、非導電性接着剤５３によって水晶振動子５０および発振用ＩＣ５１の互いの対向面が固定されている。この場合、水晶振動子５０の上面（第１封止部材２０の第１主面２０１）と、発振用ＩＣ５１の下面とが、非導電性接着剤５３を介して接合される。

発振用ＩＣ５１は、平面視における面積が水晶振動子５０よりも小さくなっており、発振用ＩＣ５１の全体が、平面視で水晶振動子５０の範囲内に位置している。発振用ＩＣ５１の下面の全体が、水晶振動子５０の上面（第１封止部材２０の第１主面２０１）に接合されている。

ヒータ用ＩＣ５２は、例えば発熱体（熱源）と、発熱体の温度制御用の制御回路（電流制御用の回路）と、発熱体の温度を検出するための温度センサとが一体になった構成とされている。ヒータ用ＩＣ５２によってコア部５の温度制御を行うことにより、コア部５の温度が略一定の温度に維持され、ＯＣＸＯ１の発振周波数の安定化が図られている。

水晶振動子５０およびヒータ用ＩＣ５２の互いの対向面の間には、非導電性接着剤５４が介在されており、非導電性接着剤５４によって水晶振動子５０およびヒータ用ＩＣ５２の互いの対向面が固定されている。この場合、水晶振動子５０の下面（第２封止部材３０の第２主面）と、ヒータ用ＩＣ５２の上面とが、非導電性接着剤５４を介して接合される。

水晶振動子５０は、平面視における面積がヒータ用ＩＣ５２よりも小さくなっており、水晶振動子５０の全体が、平面視でヒータ用ＩＣ５２の範囲内に位置している。水晶振動子５０の下面（第２封止部材３０の第２主面）の全体が、ヒータ用ＩＣ５２の上面に接合されている。

ヒータ用ＩＣ５２およびコア基板４の互いの対向面の間には、非導電性接着剤５５が介在されており、非導電性接着剤５５によってヒータ用ＩＣ５２およびコア基板４の互いの対向面が固定されている。非導電性接着剤５３，５４および５５としては、例えばポリイミド系接着剤、エポキシ系接着剤などが用いられる。

図３に示すコア部５において、水晶振動子５０およびヒータ用ＩＣ５２の上面にはワイヤボンディング用の外部端子が形成されている。水晶振動子５０およびヒータ用ＩＣ５２のワイヤボンディングは、コア部５をパッケージ２に搭載する前には行われず、コア部５をパッケージ２に搭載した後に行われる。すなわち、図１に示すように、コア部５をパッケージ２に搭載した後、水晶振動子５０の上面に形成された外部端子がワイヤ６ａを介して段差部２ｃの段差面上に形成された接続端子に接続される。また、ヒータ用ＩＣ５２の上面に形成された外部端子がワイヤ６ｂを介して段差部２ｃの段差面上に形成された接続端子に接続される。このように、コア部５をパッケージ２に搭載した後でワイヤボンディングを行うことによって、効率よくワイヤボンディングを行うことができ、量産性に優れたＯＣＸＯ１を提供することができる。

コア部５に用いられる水晶振動子５０の種類は特に限定されるものではないが、デバイスを薄型化しやすい、サンドイッチ構造のデバイスを好適に使用できる。サンドイッチ構造のデバイスは、ガラスや水晶からなる第１、第２封止部材と、例えば水晶からなり両主面に励振電極が形成された振動部を有する圧電振動板とから構成され、第１封止部材と第２封止部材とが、圧電振動板を介して積層して接合され、内部に配された圧電振動板の振動部が気密封止される３枚重ね構造のデバイスである。

このようなサンドイッチ構造の水晶振動子５０と、発振用ＩＣ５１とが一体的に設けられた水晶発振器１００の一例について、図４、図５を参照して説明する。なお、サンドイッチ構造の水晶振動子自体は公知であるため、水晶振動子５０の内部構造についての詳細な説明は省略する。

水晶発振器１００は、図４に示すように、水晶振動板（圧電振動板）１０、第１封止部材２０、第２封止部材３０、および発振用ＩＣ５１を備えて構成されている。この水晶発振器１００では、水晶振動板１０と第１封止部材２０とが環状の封止接合部４１によって接合され、水晶振動板１０と第２封止部材３０とが環状の封止接合部４２によって接合されることによって、略直方体のサンドイッチ構造のパッケージが構成される。封止接合部４１，４２は、例えば、水晶振動板１０、第１封止部材２０および第２封止部材３０のそれぞれの接合面に、表面がＡｕ層とされた接合パターン（例えば、最下層側からＴｉ層とＡｕ層とが形成された接合パターン）を形成し、接合面同士を貼り合わせたときのＡｕ－Ａｕ拡散接合によって接合が行われるものとすることができる。この構成によれば、水晶振動板１０と各封止部材２０，３０との隙間寸法を０．１５μｍ～１μｍ程度と非常に小さくできるため、薄型化とコア部５の熱容量の縮小化に有利な構成とすることができる。

すなわち、水晶発振器１００においては、振動部（図示省略）が形成される水晶振動板１０の両主面のそれぞれに第１封止部材２０および第２封止部材３０が接合されることでパッケージの内部空間（キャビティ）が形成され、この内部空間に水晶振動板１０の振動部が気密封止される。第１封止部材２０上に搭載される発振用ＩＣ５１は、水晶振動板１０とともに発振回路を構成する１チップ集積回路素子である。

なお、図４に示すコア部５は、発振用ＩＣ５１が複数の金属バンプ２１を介して（すなわちフリップチップボンディングによって）水晶振動子５０上に搭載されている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図６に示すように、発振用ＩＣ５１は、水晶振動子５０上にダイボンディングされ、水晶振動子５０に対してワイヤボンディングによって電気接続されていてもよい。また、水晶振動子５０の裏面（ヒータ用ＩＣ５２との接合面）には、ＯＣＸＯ１の動作時にＧＮＤ電位が与えられるベタ電極４３が形成されていてもよい。

発振用ＩＣ５１を水晶振動子５０上にダイボンディングする構成では、フリップチップボンディングに比べて発振用ＩＣ５１と水晶振動子５０との接触面積が大きくなり、発振用ＩＣ５１によって発生する熱の影響が、水晶振動子５０を介して温度制御を担うヒータ用ＩＣ５２により伝わりやすくなる。これにより、コア部５における温度、すなわち発振用ＩＣ５１、水晶振動子５０およびヒータ用ＩＣ５２の温度を効率良くヒータ用ＩＣ５２に備えられた温度センサに伝えることができ、高精度な温度制御が行える。すなわち、水晶振動子５０は、本来、ヒータ以外の熱源である発振用ＩＣ５１の影響は受けないようにすることが好ましいが、実際上は困難である。そうであるなら、発振用ＩＣ５１による水晶振動子５０の温度変化をヒータ用ＩＣ５２の温度センサに効率よく伝えることができれば制御しやすくなる。

また、発振用ＩＣ５１と水晶振動子５０とがワイヤボンディングによって電気接続される場合、コア部５とパッケージ２とのワイヤボンディングにおいては、図７に示すように、水晶振動子５０とパッケージ２との直接的なワイヤ接続は行わず、水晶振動子５０に直接ワイヤ接続されるのは発振用ＩＣ５１のみとすることが好ましい。図７では、ワイヤ６ｃを介して水晶振動子５０と発振用ＩＣ５１とが接続されているのみである。この構成では、水晶振動子５０からワイヤを通じてパッケージ２へ熱が逃げることを抑制できる。その結果、水晶振動子５０に対する断熱性が高くなり、水晶振動子５０に対する温度制御性が高くなるといったメリットがある。

図５に示すように、水晶振動子５０の上面には、外部端子２２が形成されている。そのうち２つの外部端子２２，２２は、その一端（外周側端部）に振動部の励振電極が（水晶振動子５０内の配線やスルーホールを介して）電気的に接続されており、他端（内周側端部）に発振用ＩＣ５１が接続される。また、残りの４つの外部端子（４隅に設けられた外部端子）２２は、その一端（外周側端部）がパッケージ２とのワイヤボンディングに用いられ、他端（内周側端部）に発振用ＩＣ５１が接続される。発振用ＩＣ５１は、金属バンプを用いたＦＣＢ法により、外部端子２２に接続される。

本実施形態では、上記構成のＯＣＸＯ１において、コア部５が断熱用のパッケージ２の内部に密閉状態で封入されており、コア部５は、可撓性を有するコア基板４に搭載され、このコア基板４は、非導電性接着剤７によってパッケージ２に機械的接合されており、コア部５とパッケージ２とは、ワイヤボンディングによって電気的接合され、コア基板とパッケージ２の底面の間には空間２ｄが設けられている。

本実施形態によれば、非導電性接着剤７によるパッケージ２に対するコア基板４の機械的接合と、ワイヤボンディングによるコア部５とパッケージ２との電気的接合とを分離することで、それぞれにおいて高い信頼性を得ることができる。例えば、パッケージ２にコア基板４を接続する非導電性接着剤７は、外部応力の影響を受けても機械的接合強度が低下しにくい柔軟性のあるものを用いることができる。また、コア部５とパッケージ２とのワイヤボンディングでは、電気抵抗の低い金属ワイヤの使用により、共通インピーダンスノイズが発生しにくくなり、ＯＣＸＯ１のＣＮ（キャリアノイズ）特性を向上させることができる。

詳細には、発振用ＩＣ５１、水晶振動子５０、およびヒータ用ＩＣ５２を積層配置したコア部５を用いることによって、コア部５の熱容量を小さくすることができる。コア部５の熱容量を小さくすると、小電力での温度制御がしやすくなり、しかも、コア部５の温度追従性を向上させて、ＯＣＸＯ１の安定性を向上させることができる。また、ＯＣＸＯ１の熱容量を小さくした場合、外部温度変化の影響を受けやすくなるが、コア部とパッケージ２との間にコア基板４を介在させることで、応力と熱の逃げとを軽減できるようになっている。

ここで、コア部５とパッケージ２との電気的接合において、その電気的接合をコア基板４が仲介する場合を考える。この場合、コア基板４の上面ではコア部５とコア基板４との接続が行われ、コア基板４の下面ではコア基板４とパッケージ２との接続が行われる。また、コア基板４とパッケージ２との接続には、導電性接着剤を用いてコア基板４の下面の接続端子とパッケージ２の上面の接続端子とを接続する必要がある。すなわち、コア基板４とパッケージ２との間で、導電性接着剤の使用により、電気的接合と機械的接合とを同時に行う必要がある。

しかし、アンダーフィルに導電性フィラーを混入させた導電性接着剤は、導電性フィラーを用いない非導電性接着剤に比べて硬く、外部応力の影響を受けて機械的接合強度が低下する場合がある。また、電気的接合に関しても、導電性接着剤は金属ワイヤなどに比べて電気抵抗が高く、共通インピーダンスノイズが発生しやすくなるため、ＯＣＸＯ１のＣＮ特性が低下する。

これに対し、本実施形態に係るＯＣＸＯ１では、コア部５における水晶振動子５０やヒータ用ＩＣ５２は、ワイヤ６ａ，６ｂを介して、パッケージ２内に形成された接続端子に直接接続される。このため、コア基板４においては、コア部５とパッケージ２との電気的接合を仲介する機能は必要ない。

その結果、本実施形態に係るＯＣＸＯ１では、コア部５とパッケージ２との接続は機械的接合のみでよく、非導電性接着剤を用いることができる。非導電性接着剤は、導電性接着剤に比べて柔軟性のあるものを用いることができ、外部応力の影響を受けても機械的接合強度が低下しにくい。また、コア部５とパッケージ２との電気的接合に関しても、電気抵抗の低い金属ワイヤの使用により、共通インピーダンスノイズが発生しにくくなるため、ＯＣＸＯ１のＣＮ特性が向上する。

また、コア基板４に関しては、パッケージ２に対してコア部５を支持する機能のみでよいことから、コア基板４の材料の選択肢も広げることができる。コア基板４としては、断熱性および耐熱性の優れた材料を用いることが好ましく、また、外部応力の影響を抑制できるように可撓性を有する基板とすることが好ましい。このような観点から、本実施形態では、コア基板４として、ポリイミド等の樹脂材料からなる可撓性基板を採用している。

これに加え、本実施形態によれば、コア基板４を介してコア部５をパッケージ２に接続し、かつ、コア基板４の下方に空間２ｄを形成することによって、コア部５に対する断熱効果を高めることができる。また、パッケージ２に一対の段差部２ｃを設け、段差部２ｃに接続端子を設けることによって、接続端子がパッケージ２の開口部に近づき、コア部５とパッケージ２とのワイヤボンディングが行いやすくなる。

本実施形態では、コア基板４の長手方向の両端部において、コア基板４とパッケージ２の底面の間にスペーサ部材２ｆが介在されている。スペーサ部材２ｆは、コア基板４をパッケージ２に接合するための接合領域Ａ１の内方側の領域、つまり、接合領域Ａ１よりもコア部５側の領域に設けられている。スペーサ部材２ｆによって、接合領域Ａ１に塗布された非導電性接着剤７の厚みが規定されるので、コア基板４とパッケージ２の底面の間の空間２ｄの幅を容易に規定することができる。スペーサ部材２ｆの厚みは、５～５０μｍであることが好ましい。

ここで、スペーサ部材２ｆを設けない場合には、接合領域Ａ１に塗布された非導電性接着剤７の塗布量に応じて非導電性接着剤７の厚みのばらつきが大きくなり、コア基板４とパッケージ２の底面の間の空間２ｄの幅のばらつきも大きくなる。また、コア基板４上のヒータ用ＩＣ５２から接合領域Ａ１に塗布された非導電性接着剤７までの距離にばらつきが発生する。このため、水晶振動子５０およびヒータ用ＩＣ５２のワイヤボンディングを安定的に行うことが困難になる。

しかし、本実施形態では、スペーサ部材２ｆによって、接合領域Ａ１に塗布された非導電性接着剤７の厚みを規定することにより、コア基板４とパッケージ２の底面の間の空間２ｄの幅のばらつきを抑制することができる。また、コア基板４上のヒータ用ＩＣ５２から接合領域Ａ１に塗布された非導電性接着剤７までの距離のばらつきを抑制することができる。そして、コア基板４を特定の材料で形成し、コア基板４とパッケージ２の底面の間の空間２ｄの幅を所定範囲に設定し、さらに、コア基板４上のヒータ用ＩＣ５２から接合領域Ａ１に塗布された非導電性接着剤７までの距離を所定範囲に設定することにより、水晶振動子５０およびヒータ用ＩＣ５２のワイヤボンディングを安定的に行うことができる。つまり、ワイヤボンディングの際、コア基板４を撓ませることによって、パッケージ２の凹部２ａの底面にコア基板４を接触させて、コア基板４とパッケージ２の底面の間に隙間がない状態にしておくことで、ワイヤボンディングによる超音波印加を確実に行うことができるようになり、水晶振動子５０およびヒータ用ＩＣ５２のワイヤボンディングを安定的に行うことができる。具体的には、コア基板４をポリイミド製とし、コア基板４の厚みを、５～１００μｍとし、コア基板４とパッケージ２の底面の間の空間２ｄの幅を、５～５０μｍとし、コア基板４上のヒータ用ＩＣ５２から接合領域Ａ１に塗布された非導電性接着剤７までの距離を、２５０～１０００μｍとすればよい。

なお、コア基板４とパッケージ２の底面の間の空間２ｄの幅が、５０μｍよりも大きい場合や、コア基板４上のヒータ用ＩＣ５２から接合領域Ａ１に塗布された非導電性接着剤７までの距離が、１０００μｍよりも大きい場合、ワイヤボンディングの際にコア基板４が撓みすぎてしまい、ワイヤボンディングを安定的に行うことが困難になる。

また、本実施形態によれば、スペーサ部材２ｆ，２ｆによって、接合領域Ａ１に塗布された非導電性接着剤７，７の収縮時、コア基板４とパッケージ２の底面の間の空間２ｄの幅が大きくなる方向に、コア基板４を反らすことができ、これにより、コア部５に対する断熱効果を向上させることができる。

本発明は、その精神や主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

例えば、上記実施形態では、サンドイッチ構造の水晶振動子５０を含む水晶発振器１００を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、サンドイッチ構造以外の発振器（例えば、ＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）型の発振器）を用いてもよい。

また、ＯＣＸＯ１に含まれるヒータの数は特に限定されるものでは無く、ＯＣＸＯ１は、ヒータ用ＩＣ５２に含まれるヒータ以外に、他のヒータを有していてもよい。例えば、コア部５の上部にさらにヒータを追加した構成、パッケージ２内でコア部５以外に配置された回路部品の搭載領域にヒータを追加した構成、およびパッケージ２本体に膜状のヒータを埋め込んだ構成などが考えられる。

〔実施の形態２〕
ＯＣＸＯ１における温度制御性を高めるためには、コア部５からパッケージ２への放熱を低減することが重要である。ここで、コア部５からパッケージ２への放熱は、主にコア基板４を介した熱伝導によって生じる。すなわち、コア基板４による熱伝導量を低減することで、ＯＣＸＯ１における温度制御性を向上させることができる。本実施の形態２では、コア部５からパッケージ２への熱伝導量を低減できるコア基板４の構成例について説明する。

図８は、本実施の形態２に係るコア基板４の形状例を示す平面図である。なお、図８において、領域Ｒ１はコア基板４の上面においてコア部５の一部であるヒータ用ＩＣ５２が搭載される領域であり、領域Ｒ２はコア基板４の裏面においてパッケージ２と接合される領域（接着剤の塗布領域）である。

本実施の形態２に係るコア基板４では、領域Ｒ１と領域Ｒ２との間にスリット４０１が設けられ、このスリット４０１によって領域Ｒ１と領域Ｒ２との間の伝熱経路が狭められる。コア基板４を介した熱伝導によってコア部５からパッケージ２への放熱が生じることを低減することができる。

スリット４０１による熱伝導低減効果（断熱効果）を好適に得るため、スリット４０１は、コア基板４の両側における領域Ｒ２の並び方向（図８での左右方向）に対して直交する方向（図８での上下方向）を長手方向とすることが好ましい。これにより、スリット４０１は、領域Ｒ１から領域Ｒ２に伝わる熱を広範囲に遮断することができ、スリット４０１による断熱効果が向上する。

なお、スリット４０１の短手方向（図８では左右方向）寸法は、スリット４０１の断熱効果に特に影響を与えるものではなく、コア基板４の強度低下を避ける観点からできるだけ小さくすることが好ましい。コア基板４の強度が低下すると、コア部５をパッケージ２にワイヤボンディングする際に、超音波が効率的に接合に寄与しなくなり、良好なワイヤボンディングが行いにくくなる。

領域Ｒ１と１つの領域Ｒ２との間に設けられるスリット４０１は、１つの長いスリットとして形成するよりも、長手方向に複数に分割されたスリットとすることが好ましい（図８（ａ）参照）。このように、スリット４０１を複数に分割することにより、１つの長いスリットとする場合に比べ、コア基板４の強度低下を避けることができる。

また、スリット４０１は、直線状に形成されるものには限定されず、例えば、領域Ｒ２の周囲に反って屈曲させた形状としてもよい（図８（ｂ）参照）。このように、スリット４０１を領域Ｒ２の周囲形状に反わせることで、領域Ｒ２への熱伝導を効果的に遮断し、スリット４０１による効果的な断熱効果が得られると考えられる。

また、スリット４０１は、領域Ｒ１と領域Ｒ２との間で、領域Ｒ２に接近させて配置するものには限定されず、領域Ｒ１に接近させて配置するものであってもよい（図８（ｃ）参照）。このように、スリット４０１を領域Ｒ１に接近して配置することで、領域Ｒ１からの熱伝導（すなわち、熱源であるヒータ用ＩＣ５２からの熱伝導）を領域Ｒ１から放射的に伝わる熱の熱源の近くから効果的に遮断し、スリット４０１による効果的な断熱効果が得られると考えられる。

〔実施の形態３〕
本実施の形態３では、コア部５からパッケージ２への熱伝導量を低減できるコア基板４の他の構成例について説明する。図９は、本実施の形態３に係るコア基板４の形状例を示す平面図である。

本実施の形態３に係るコア基板４では、コア部５の一部であるヒータ用ＩＣ５２の直下領域に、すなわち領域Ｒ１とほぼ重なるように開口４０２が設けられている。この開口４０２によってヒータ用ＩＣ５２とコア基板４との接触面積が低減され、ヒータ用ＩＣ５２からコア基板４への伝熱量を低減することができる。その結果、コア基板４を介した熱伝導によってコア部５からパッケージ２への放熱が生じることを低減することができる。

なお、開口４０２は開口内部に領域Ｒ１を完全に含むことはなく、開口４０２は領域Ｒ１の少なくとも４隅を含まない形状とされている。これにより、ヒータ用ＩＣ５２はその４隅でコア基板４に接着固定できるようになっている。

図９（ａ）に示す開口４０２は、開口４０２の縦および横寸法が領域Ｒ１の縦および横寸法よりも大きくなるように形成されている。これにより、領域Ｒ１は４隅のみが開口４０２に含まれない形状とされている。この場合、ヒータ用ＩＣ５２とコア基板４との接触面積を最小限にすることができ、開口４０２による熱伝導低減効果（断熱効果）が最大限に得られる。

一方、図９（ｂ）に示す開口４０２は、開口４０２の縦および横寸法が領域Ｒ１の縦および横寸法よりも小さくなるように形成されている。これにより、領域Ｒ１は４隅のみでなく、外縁部の周辺全体が開口４０２に含まれない形状とされている。この場合、コア部５をパッケージ２にワイヤボンディングする際に、コア部５のワイヤボンディングパッドの直下に開口４０２が存在しないようにすることができる。その結果、ワイヤボンディングの際にコア部５の姿勢を安定化させ、超音波を効率的に接合に寄与させることができ、ワイヤボンディングが良好に行いやすくなる。

〔実施の形態４〕
上記実施の形態１～３では、パッケージ２はシングルパッケージとされているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図１０に示すようなＨ型パッケージや２段重ねパッケージを使用することもできる。

図１０に示すＨ型パッケージのＯＣＸＯ１は、上方が開口された凹部２ａ以外に、下方が開口された凹部２ｅが形成されたパッケージ２を有している。コア部５の実装部となる主面（凹部２ａが形成された主面）と反対側の他主面に形成される凹部２ｅには、ヒータ用ＩＣ５２と組み合わせて使用される調整用電子部品としてコンデンサ９などの回路部品（回路部品用接合材（例えば、はんだ）で取り付けられる回路部品）を配置することができる。コンデンサ９を配置する凹部２ｅは、凹部２ａとは異なり、リッド３によって封止する必要は無い。

ここで、コンデンサ９は、コア部５と同じくパッケージ内（凹部２ａ内）に配置することも可能であるが、図１０のようにパッケージ外に回路部品を配置することでパッケージ内の熱容量を小さくし、小電力での温度制御や、コア部５の温度追従性の向上を図ることができる。また、気密封止された凹部２ａ内部の雰囲気に対して、はんだやフラックスなどによる事後的なガスの発生をなくすことができる。このため、ガスの悪影響をコア部５に対して与えることがなくなり、電気的特性のさらなる安定化を実現できるうえで望ましい。

本実施の形態では、３つのコンデンサ９は、パッケージ２における一主面とは反対側の他主面（この場合、凹部２ｅの底面）に搭載されている。コンデンサ９は、図１１に示すように、パッケージ２の凹部２ｅの底面に形成された搭載パッド９ａ（回路部品用搭載パッド）に、はんだによって接合される。なお、図１１ではコンデンサ９の配置領域を一点鎖線にて示している。一対の搭載パッド９ａ，９ａは、パッケージ２の短辺方向に沿って対向して配置されており、３つのコンデンサ９それぞれのパッケージ２の短辺方向の両端部が、搭載パッド９ａ，９ａに接合されるようになっている。

図１１に示すように、３対の搭載パッド９ａ，９ａは、パッケージ２の長辺方向に所定の間隔を隔てて配列されている。各搭載パッド９ａは、パッケージ２の底面において島状に点在されている。また、パッケージ２および３つのコンデンサ９はそれぞれ平面視矩形状であり、パッケージ２の短辺方向の中心線Ｌ１および長辺方向の中心線Ｌ２に対して、３つのコンデンサ９が対称に配置される。この場合、３つのコンデンサ９の配置場所が中心線Ｌ１，Ｌ２に線対称になっていればよい。なお、パッケージ２の下面には、ＯＣＸＯ１を外部に設けられる外部回路基板（図示省略）にはんだ等を介して電気的に接続するための複数（図１１では８つ）の外部接続端子２ｇも形成されている。

本実施の形態では、３つのコンデンサ９が、パッケージ２の短辺方向の中心線Ｌ１および長辺方向の中心線Ｌ２に対して対称に配置されているので、パッケージ２全体としての熱分布の均一化を図ることができる。これにより、パッケージ２全体として熱伝達が偏りにくくなり、ＯＣＸＯ１の温度制御や特性を安定化させることができる。また、コンデンサ９の向きや間隔については整った状態で配置されるため、パッケージ２の他主面の搭載領域に対して、コンデンサ９の搭載位置に無駄がなくなり、実装性が向上する。

また、パッケージ２の他主面に搭載されるコンデンサ９の数は特に限定されるものでは無く、コンデンサ９の数は３つ以外であってもよい。また、コンデンサ９以外の回路部品をパッケージ２の他主面に搭載してもよい。また、全ての回路部品の大きさ（体積、表面積）が同一でなくてもよい。

図１１の例では、３つのコンデンサ９が中心線Ｌ１，Ｌ２の両方に対して線対称に配置されていたが、中心線Ｌ１，Ｌ２のうち少なくとも１つに対して線対称になっていればよい。例えば３つのコンデンサ９がパッケージ２の短辺方向の中心線Ｌ１のみに対して線対称であってもよいし、あるいは、３つのコンデンサ９がパッケージ２の長い方向の中心線Ｌ２のみに対して線対称であってもよい。これにより、パッケージ２の特定の辺方向における熱伝達の対称性を保つことができ、熱伝達が偏りにくくなり、ＯＣＸＯ１の温度制御や特性を安定化させることができる。

また、コンデンサ９をパッケージ外に配置する場合、図１０に示すパッケージ２のように凹部２ｅが形成されることは必須ではなく、凹部２ａが形成された主面とは反対側の他主面を平面状とし、この平面にコンデンサ９が配置されていてもよい。

また、２段重ねパッケージのＯＣＸＯ１として、図示は省略するが、一方のみに凹部を有するパッケージを上下方向に積層し電気的機械的に接合するとともに、上側のパッケージをリッドで気密封止する形態とすることもできる。この場合、上側のパッケージは、図１に示すように凹部にコア部５を格納する構成とし、下側のパッケージにコンデンサのみを格納する形態とすることができる。さらに他のＯＣＸＯ１としては、図１のリッド３の上にコンデンサ９を配置する構成とすることもできる。

また、上述したコア部５は、発振用ＩＣ５１、水晶振動子５０、およびヒータ用ＩＣ５２が上側から順に積層された３層構造とされているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ヒータ用ＩＣ５２の上に発振用ＩＣ５１および水晶振動子５０が平置き（横並び）配置される構成とされてもよい。この構成では、水晶振動子５０が発振用ＩＣ５１からの熱の影響を受けにくくなり、水晶振動子５０およびヒータ用ＩＣ５２の温度が均一化されやすくなるため、ヒータ用ＩＣ５２に備えられた温度センサによって、温度制御対象である水晶振動子５０に対してより高精度な温度制御が行える。

この出願は、２０２１年３月１日に日本で出願された特願２０２１－０３１５８３に基づく優先権を請求する。これに言及することにより、その全ての内容は本出願に組み込まれるものである。

１ ＯＣＸＯ（恒温槽型圧電発振器）
２ パッケージ
２ｄ 空間
２ｆ スペーサ部材
４ コア基板（可撓性基板）
５ コア部
７ 非導電性接着剤（接合材）
５０ 水晶振動子（圧電振動子）
５１ 発振用ＩＣ
５２ ヒータ用ＩＣ

Claims (9)

1. コア部が断熱用のパッケージの内部に密閉状態で封入された恒温槽型圧電発振器であって、
   前記コア部は、少なくとも発振用ＩＣ、圧電振動子、およびヒータ用ＩＣを含んだ構成になっており、
   前記コア部は、可撓性基板に搭載され、この可撓性基板は、接合材によって前記パッケージに機械的接合されており、
   前記コア部と前記パッケージとは、ワイヤボンディングによって電気的接合され、
   前記可撓性基板と前記パッケージの底面の間には空間が設けられ、前記可撓性基板と前記パッケージの前記底面の間にはスペーサ部材が介在されていることを特徴とする恒温槽型圧電発振器。
2. コア部が断熱用のパッケージの内部に密閉状態で封入された恒温槽型圧電発振器であって、
   前記コア部は、少なくとも発振用ＩＣ、圧電振動子、およびヒータ用ＩＣを含んだ構成になっており、
   前記コア部は、可撓性基板に搭載され、この可撓性基板は、接合材によって前記パッケージに機械的接合されており、
   前記コア部と前記パッケージとは、ワイヤボンディングによって電気的接合され、
   前記可撓性基板と前記パッケージの底面の間には空間が設けられ、
   前記可撓性基板の厚みが、５～１００μｍであり、前記空間の幅が、５～５０μｍであることを特徴とする恒温槽型圧電発振器。
3. 請求項１に記載の恒温槽型圧電発振器であって、
   前記可撓性基板を前記パッケージに接合するための接合領域は、平面視において前記可撓性基板に対する前記コア部の配置領域と重畳せず、
   前記接合領域よりも前記コア部側の領域に、前記スペーサ部材が設けられていることを特徴とする恒温槽型圧電発振器。
4. 請求項２に記載の恒温槽型圧電発振器であって、
   前記可撓性基板を前記パッケージに接合するための接合領域は、平面視において前記可撓性基板に対する前記コア部の配置領域と重畳しないことを特徴とする恒温槽型圧電発振器。
5. 請求項１または２に記載の恒温槽型圧電発振器であって、
   前記可撓性基板は、耐熱性を有する樹脂材料からなることを特徴とする恒温槽型圧電発振器。
6. 請求項１または２に記載の恒温槽型圧電発振器であって、
   前記コア部は、前記パッケージの内部で真空封止されていることを特徴とする恒温槽型圧電発振器。
7. 請求項１または２に記載の恒温槽型圧電発振器であって、
   前記可撓性基板は、当該可撓性基板の上面において前記コア部が搭載される搭載領域と、当該可撓性基板を前記パッケージに接合するための接合領域との間にスリットが設けられていることを特徴とする恒温槽型圧電発振器。
8. 請求項１または２に記載の恒温槽型圧電発振器であって、
   前記可撓性基板は、前記コア部の直下領域に開口が設けられていることを特徴とする恒温槽型圧電発振器。
9. 請求項１または２に記載の恒温槽型圧電発振器であって、
   前記圧電振動子は前記パッケージとの直接的なワイヤ接続は行われず、前記圧電振動子に直接ワイヤ接続されるのは前記発振用ＩＣのみであることを特徴とする恒温槽型圧電発振器。