JP2020123874A - 振動子及び発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】外部からの振動の影響を抑えて耐振動特性を向上させ、位相雑音特性を良好にできる振動子及び発振器を提供する。【解決手段】振動子および発振器は、振動素子３が、パッケージ１の凹部１１に搭載されている。凹部１１は、ゲル剤２が充填されている。振動素子３は、ゲル剤２の上に接着剤４を介して搭載されている。振動素子３の電極は、パッケージ１の電極パターン６にワイヤボンディング５によって接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、振動子及び発振器に係り、特に、外部からの振動への耐性を向上させ、位相雑音特性を良好にできる振動子及び発振器に関する。

［従来の技術］
従来の水晶振動子では、パッケージ及びパッケージ外部からの水晶片に与える影響を抑制する構成として、主に水晶から成る台座（水晶台座）を用いる構成が知られている。
また、凹部を備えたパッケージに、水晶片と発振回路のＩＣ（Integrated Circuit）を搭載した発振器がある。

また、パッケージを表裏に凹部が形成されたＨ構造とし、表側に水晶片と水晶台座を搭載し、裏面に発振回路のＩＣを搭載した水晶発振器がある。
パッケージの表面又は裏面に温度補償回路を設けた温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）がある。

［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特許第３０１７７５０号公報「水晶振動子」（特許文献１）、特許第４７１５２５２号公報「圧電振動子」（特許文献２）、特開２０１３−０９８６７８号公報「水晶振動子」（特許文献３）がある。

特許文献１には、保持用水晶板に振動子用水晶片を搭載する位置に凹部を形成し、その凹部によって形成される隙間で振動子用水晶片を確実に励振させ、振動子用水晶片の長手方向での熱によるストレスを発生させない水晶振動子が示されている。

特許文献２には、基板における熱膨張の影響を小さくするために、隙間を有するスプリング部を備える圧電振動子が示されている。
特許文献３には、温度変化に伴う水晶片の変形を防ぎ、良好な周波数温度特性が得られる構成の水晶振動子が示されている。

特許第３０１７７５０号公報 特許第４７１５２５２号公報 特開２０１３−０９８６７８号公報

しかしながら、従来の水晶振動子又は水晶発振器における水晶台座では、外部からの振動が水晶片に影響してしまい、その振動によって位相雑音特性が劣化するという問題点があった。

尚、特許文献１〜３には、振動子及び発振器において、パッケージの凹部内部にゲル剤を充填して、その上に振動素子を搭載することは記載されていない。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、外部からの振動の影響を抑えて耐振動特性を向上させ、位相雑音特性を良好にできる振動子及び発振器を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、パッケージの表面凹部に振動素子が搭載される振動子であって、凹部にゲル剤が充填され、ゲル剤の上に接着剤を介して振動素子が搭載されたことを特徴としている。

また、本発明は、上記振動子において、振動素子の電極が、ワイヤボンディングによってパッケージの電極に接続されていることを特徴としている。

また、本発明は、パッケージの表面凹部に振動素子が搭載される振動子であって、凹部にゲル剤が充填され、ゲル剤の上に台座が搭載され、台座の上に導電性接着剤を介して振動素子が搭載されたことを特徴としている。

また、本発明は、上記振動子において、振動素子の電極が台座の電極に導電性接着剤によって接続され、台座の電極が、ワイヤボンディングによってパッケージの電極に接続されていることを特徴としている。

また、本発明は、上記振動子において、ゲル剤として、シリコン系ゲル剤を用いたことを特徴としている。

また、本発明は、上記振動子において、振動素子が、接着剤の代わりに粘着シートを介してゲル剤又は台座に搭載されたことを特徴としている。

また、本発明は、上記いずれかの振動子において、パッケージが裏面に凹部を備え、裏面凹部に発振回路を搭載したことを特徴としている。

本発明によれば、パッケージの表面凹部に振動素子が搭載される振動子であって、凹部にゲル剤が充填され、ゲル剤の上に接着剤を介して振動素子が搭載された振動子としているので、外部からの振動がパッケージに伝達されたとしても、ゲル剤によって吸収して振動素子への伝達を防止し、位相雑音特性を良好にできる効果がある。

また、本発明によれば、パッケージの表面凹部に振動素子が搭載される振動子であって、凹部にゲル剤が充填され、ゲル剤の上に台座が搭載され、台座の上に導電性接着剤を介して振動素子が搭載された振動子としているので、外部からの振動がパッケージに伝達されたとしても、ゲル剤によって吸収して振動素子への伝達を防止し、位相雑音特性を良好にできると共に、台座の上に振動素子を搭載することで、振動を安定させ、特性を良好にすることができる効果がある。

本振動子の断面図である。 本振動子の平面図である。 別の振動子の断面図である。 別の振動子の平面図である。

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振動子（本振動子）は、パッケージの凹部にゲル剤が充填され、当該ゲル剤の上に振動素子が搭載され、振動素子の電極が、パッケージの電極にワイヤボンディングによって接続されているものとしており、外部からパッケージに振動が伝わったとしても、ゲル剤が変形することで当該振動を吸収することができ、振動素子への影響を抑えて、位相雑音特性を向上させるものである。

また、本発明の別の実施の形態に係る振動子（別の振動子）は、パッケージの凹部にゲル剤が充填され、当該ゲル剤の上に台座が搭載され、台座の上に振動素子が搭載され、振動素子の電極が導電性接着剤によって台座の電極に接続され、台座の電極がパッケージの電極にワイヤボンディングによって接続されているものとしており、外部からパッケージに振動が伝わったとしても、ゲル剤が振動を吸収して振動素子への影響を抑え、位相雑音特性を向上させると共に、振動素子を台座に搭載することで、振動特性を安定させることができるものである。

また、本発明の実施の形態に係る発振器（本発振器）は、本振動子又は別の振動子のパッケージの裏面凹部に発振回路を搭載したものである。

［本振動子の構成：図１，図２］
本振動子の構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は、本振動子の断面図であり、図２は、本振動子の平面図である。
図１，図２に示すように、本振動子は、パッケージ１と、ゲル剤２と、水晶片（振動素子）３と、接着剤４とを備えている。尚、実際にはパッケージ１の上部の周囲に封止のためのシームリングとパッケージ１の開口部を覆うリッド（蓋）が設けられているが、ここでは省略している。

パッケージ１は、セラミック等で構成され、表面に凹部１１を備えている。
また、凹部１１の両短辺の外側には、上側に突出した段差部１２が設けられ、段差部１２の上に電極６が形成されている。
凹部１１及び段差部１２の上側の空間が開口部となっている。

そして、本振動子の特徴として、凹部１１内にゲル剤２が充填されている。
ゲル剤２は、例えばシリコン系のゲルであり、柔らかく、衝撃緩衝（吸収）の機能を備えた絶縁性の材料である。
ゲル剤２は、外部からの衝撃をよく吸収し、水晶片２を安定して搭載可能で、水晶片３の振動を妨げない材料が選択されており、適切な厚み（深さ）になるよう充填されている。
これにより、本振動子は、外部から振動が伝わった場合でも、ゲル剤２が振動を吸収して減衰させ、水晶片２への影響を抑えることができるものである。

水晶片３は、例えばＡＴカットの水晶片からなる水晶共振子であり、両面に励振電極３１が形成されており、接着剤４によってゲル剤２の表面に固定されている。
ここで、接着剤４は、単に水晶片３をゲル剤２に固定する目的で使用するものであり、導電性の有無は問わない。接着剤４としては、エポキシ系接着剤又はシリコン系接着剤が用いられる。
また、接着剤４の代わりに、一方の面がゲル剤２に接着し、他方の面が水晶片３に接着する粘着シートを用いてもよい。
また、図２では、水晶片３を短辺の両端の４点で固定するよう、接着剤４を４か所塗布しているが、２点固定あるいは、水晶片３の振動を妨げない場所を選んで１点で固定しても構わない。

水晶片３の励振電極３１は、水晶片３の一方の短辺の表面に引き出され、金属ワイヤ５によってパッケージ１の段差部１２上の電極６に接続されている。
金属ワイヤ５は金ワイヤ又は銅ワイヤで構成される。
パッケージ１の電極６は、パッケージ１に形成されたスルーホールを介して、パッケージ１の底面に形成された電極や、パッケージ１の裏面凹部に搭載された発振回路に接続されている。

［本発振器］
本発振器は、図１，図２に示した本振動子のパッケージ１の裏面にも凹部を設け、当該裏面凹部に発振回路のＩＣを搭載したものである

また、図示は省略するが、パッケージ１の上面に形成されるシームリングは、シーム封止を行うためにパッケージ１の表面周囲に銀（Ａｇ）ロウ等で形成される。
更に、パッケージ１のリッドは、コバールをニッケルメッキしたもの等が用いられ、シームリングに接着するよう形成される。

［別の振動子の構成：図３，図４］
次に、本発明の別の実施の形態に係る振動子（別の振動子）の構成について図３及び図４を用いて説明する。図３は、別の振動子の断面図であり、図４は、別の振動子の平面図である。
図３，図４に示すように、別の振動子は、本振動子と同様に、パッケージ１の凹部１１にゲル剤２を充填したものであるが、ゲル剤２の上に台座７を搭載し、当該台座７の上に水晶片３を搭載したものである。

具体的には、ゲル剤２の上に台座７が搭載され、台座７は接着剤４又は粘着シートによってゲル剤２上に固定されている。接着剤４は導電性の有無は問わない。
台座７の一方の短辺寄りの表面には、水晶片３の励振電極３１と接続する電極パターン７１が形成されている。

台座７は、例えば、耐熱プラスチック等の樹脂、ガラス、絶縁膜が表面にコーティングされた金属等の絶縁材料で形成される。
台座７は、水晶片３と同様の水晶（水晶片３と同じＡＴカットやＺ板）により形成してもよい。その場合、台座７と水晶片３の熱膨張係数は略等しく、温度変化に伴う応力は発生しないものである。

そして、台座７の上に水晶片３が搭載され、水晶片３の励振電極３１が台座の電極パターン７１に導電性接着剤４１によって接続されている。尚、水晶片３の、励振電極３１が引き出されていない側の短辺も、導電性接着剤４１によって台座７に固定されている。
そして、台座７の電極パターン７１が、ワイヤボンディング５によってパッケージ１の段差部１２上の電極パターン６に接続されている。

このように、別の振動子では、本振動子と同様に外部からの振動をゲル剤２で吸収できると共に、水晶片３を台座７の上に搭載しているので、ゲル剤２の上に搭載する場合と比較して振動特性を良好にすることができるものである。
更に、台座７として、外部からの振動を吸収しやすい構成の台座を選択することにより、振動吸収特性を大幅に向上させて、位相雑音特性を一層向上させることができるものである。

また、別の振動子では、台座７を設けることで、搭載される振動素子を自由に選択可能となる。
例えば、水晶片３の代わりに、表面弾性波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）共振子、その他の圧電振動子や微小電子機械システム（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）振動子等の発振素子（振動素子）を用いてもよい。

また、別の振動子のパッケージ１の裏面にも凹部を形成し、裏面凹部に発振回路のＩＣを搭載して、発振器を構成してもよい。

［実施の形態の効果］
本振動子によれば、パッケージ１の凹部１１にゲル剤２を充填し、その上に水晶片３を搭載しているので、パッケージ１に外部から振動が伝わったとしても、ゲル剤２によって振動が吸収されるため、水晶片３までは伝達されず、位相雑音特性を向上させることができる効果がある。

また、別の振動子によれば、パッケージ１の凹部１１にゲル剤２を充填し、その上に台座７を搭載して、台座７の上に水晶片３を搭載しているので、外部からの振動が伝わっても、ゲル剤２で振動を吸収して水晶片３への影響を抑え、位相雑音特性を向上させると共に、ゲル剤の２の上に水晶片を搭載する場合に比べて水晶片３の振動特性を良好にすることができる効果がある。

本発明は、外部からの振動の影響を抑えて耐振動特性を向上させ、位相雑音特性を良好にできる振動素子用の台座、振動子及び発振器に適している。

１…パッケージ、 ２…ゲル剤、 ３…水晶片（振動素子）、 ４…接着剤、 ５…ワイヤボンディング、 ６，７１…電極パターン、 ７…台座、 １１…凹部、 １２…段差部、 ３１…励振電極、 ４１…導電性接着剤

Claims (7)

1. パッケージの表面凹部に振動素子が搭載される振動子であって、
   前記凹部にゲル剤が充填され、前記ゲル剤の上に接着剤を介して前記振動素子が搭載されたことを特徴とする振動子。
2. 振動素子の電極が、ワイヤボンディングによってパッケージの電極に接続されていることを特徴とする請求項１記載の振動子。
3. パッケージの表面凹部に振動素子が搭載される振動子であって、
   前記凹部にゲル剤が充填され、前記ゲル剤の上に台座が搭載され、前記台座の上に導電性接着剤を介して前記振動素子が搭載されたことを特徴とする振動子。
4. 振動素子の電極が台座の電極に導電性接着剤によって接続され、前記台座の電極が、ワイヤボンディングによってパッケージの電極に接続されていることを特徴とする請求項３記載の振動子。
5. ゲル剤として、シリコン系ゲル剤を用いたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の振動子。
6. 振動素子が、接着剤の代わりに粘着シートを介してゲル剤又は台座に搭載されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の振動子。
7. 請求項１乃至６のいずれか記載の振動子において、パッケージが裏面に凹部を備え、前記裏面凹部に発振回路を搭載したことを特徴とする発振器。