振荡器、电子设备以及移动体的制作方法

文档序号:10660278
振荡器、电子设备以及移动体的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种在要求较高频率精度的电子设备中也可利用的温度补偿型的振荡器、电子设备及移动体。振荡器(1)具有:振动元件(3);半导体装置,其具有使振动元件(3)进行振荡从而输出振荡信号的振荡电路(10)、对振荡信号的频率的温度特性进行补偿的温度补偿电路(40)以及配置有与所述振动元件电连接的端子的第一面,在俯视观察时,所述半导体装置与所述振动元件重叠,由温度补偿电路(40)补偿之后的振荡信号的频率偏差在-5℃以上且+85℃以下的温度范围内为-150ppb以上且+150ppb以下。
【专利说明】
振荡器、电子设备以及移动体
技术领域
[0001]本发明涉及一种振荡器、电子设备以及移动体。
【背景技术】
[0002]温度补偿型水晶振荡器(TCXO:TemperatureCompensated CrystalOsciIlator)具有水晶振子和用于使该水晶振子进行振荡的集成电路(IC:1ntegrated Circuit),该IC通过在预定的温度范围内对水晶振子的振荡频率与所需的频率(公称频率)的偏差(频率偏差)进行补偿(温度补偿),从而能够获得较高的频率精度。这样的温度补偿型水晶振荡器(TCXO)例如在专利文献I或专利文献2中已被公开。
[0003]然而现状是,由于不存在具有接近于搭载了加热器的恒温槽型水晶振荡器(0CX0:Oven Controlled Crystal Osci I lator)的频率温度特性的温度补偿型水晶振荡器(TCXO),因此,被利用于要求较高频率精度的通信设备或基站中的振荡器大半部分为恒温槽型水晶振荡器(OCXO),从而成为成本上升的主要原因。
[0004]专利文献1:日本特开2014 —107862号公报
[0005]专利文献2:日本特开2010 —103802号公报

【发明内容】

[0006]本发明是鉴于如上的问题而完成的,根据本发明的几个方式,能够提供一种也可利用于要求较高频率精度的电子设备中的温度补偿型的振荡器。另外,根据本发明的几个方式,能够提供一种利用了该振荡器的电子设备以及移动体。
[0007]本发明为用于解决前述课题中的至少一部分而完成的,能够作为以下的方式或应用例而实现。
[0008]应用例I
[0009]本应用例所涉及的振荡器包括:振动元件;半导体装置,其具有使所述振动元件进行振荡从而输出振荡信号的振荡电路、对所述振荡信号的频率的温度特性进行补偿的温度补偿电路、以及配置有与所述振动元件电连接的端子的第一面,在俯视观察时,所述半导体装置与所述振动元件重叠,由所述温度补偿电路补偿之后的所述振荡信号的频率偏差在一5 °C以上且+85 °C以下的温度范围内为一 150ppb以上且+150ppb以下。
[0010]通过振动元件和振荡电路,例如,也可以构成皮尔斯振荡电路、倒相型振荡电路、可耳皮兹振荡电路、哈脱利振荡电路等的各种振荡电路。
[0011]本应用例所涉及的振荡器由于振动元件和半导体装置被配置在空间上相互接近的地方,因此,半导体装置的发热能够在短时间内传导至振动元件,从而使半导体装置和振动元件的温度差与以往相比较小。其结果为,根据本应用例所涉及的振荡器,能够实现如下温度补偿型的振荡器,即,在一5°C以上且+85°C以下的温度范围内由温度补偿电路补偿之后的振荡信号的频率偏差为一 150ppb以上且+150ppb以下的、所谓的接近于OCXO的频率温度特性的、未见其他的温度补偿型的振荡器。因此,例如,在利用了OCXO的这种要求较高频率精度的电子设备中,也能够应用本应用例所涉及的振荡器。
[0012]应用例2
[0013]上述应用例所涉及的振荡器也可以采用如下方式,S卩,所述频率偏差在一40°C以上且+85 °C以下的温度范围内为一 150ppb以上且+150ppb以下。
[0014]本应用例所涉及的振荡器为,在一40°C以上且+85°C以下的温度范围内频率偏差为一 150ppb以上且+150ppb以下的、接近于OCXO的频率温度特性的、未见其他的温度补偿型的振荡器,也能够利用于要求较高频率精度的电子设备中。
[0015]应用例3
[0016]在上述应用例所涉及的振荡器中,也可以采用如下方式,S卩,相对于所述振动元件的频率温度特性的3次以上的拟合式的、所述振动元件的共振频率的偏差为一 150ppb以上且+150ppb以下。
[0017]根据本应用例,即使在振荡器的温度补偿调节中考虑到振荡电路或温度补偿电路的温度特性的差异,但由于容易生成用于实现频率温度特性的频率偏差为一 150ppb以上且+150ppb以下的振荡器的温度补偿数据,因此,也能够提高振荡器的成品率。
[0018]应用例4
[0019]在上述应用例所涉及的振荡器中,也可以采用如下方式,S卩,具有第一容器,所述第一容器对所述振动元件进行收纳,所述半导体装置的与所述第一面相反侧的面经由粘合部件而被接合在所述第一容器上。
[0020]根据本应用例所涉及的振荡器,由于半导体装置经由粘合部件而被接合在对振动元件进行收纳的第一容器上,因此,半导体装置的发热能够在短时间内传导至振动元件,从而使半导体装置和振动元件的温度差与以往相比而较小。其结果为,根据本应用例所涉及的振荡器,由温度补偿电路实施的温度补偿的误差变小,从而能够实现频率偏差为一150ppb以上且+150ppb以下的特性。
[0021]应用例5
[0022]在上述应用例所涉及的振荡器中,也可以采用如下方式,S卩,所述第一容器具有基座、和与所述基座一起对所述振动元件进行覆盖的金属制的第一盖,所述半导体装置与所述第一盖相接合。
[0023]根据本应用例所涉及的振荡器,由于半导体装置被接合在对振动元件进行收纳的容器的金属制的第一盖上,因此,半导体装置的发热能够在短时间内传导至振动元件,从而使半导体装置和振动元件的温度差与以往相比较小。另外,由于金属制的第一盖的热传导率较高,因此半导体装置的发热能够经由第一盖而在短时间内通过振动元件进行传导,从而使半导体装置和振动元件的温度差与以往相比而进一步减小。其结果为,根据本应用例所涉及的振荡器,由温度补偿电路实施的温度补偿的误差变小,从而能够实现频率偏差为一 150ppb以上且+150ppb以下的特性。
[0024]应用例6
[0025]本应用例所涉及的振荡器包括:振动元件;半导体装置,其具有使所述振动元件进行振荡从而输出振荡信号的振荡电路、对所述振荡信号的频率的温度特性进行补偿的温度补偿电路以及配置有与所述振动元件电连接的端子的第一面;第一容器,其对所述振动元件进行收纳,并具有在俯视观察时与所述振动元件重叠的金属制的第一盖;第二容器,其对所述第一容器以及所述半导体装置进行收纳,所述第一容器以与所述第一盖侧相反侧的面面对所述第二容器的内表面的方式而被配置,所述半导体装置以在俯视观察时与所述振动元件重叠的方式,而使与所述第一面相反侧的面经由粘合部件而与所述第一盖相接合,由所述温度补偿电路补偿之后的所述振荡信号的频率偏差在一 5°C以上且+85°C以下的温度范围内为一 150ppb以上且+150ppb以下。
[0026]通过振动元件和振荡电路,也可以构成例如皮尔斯振荡电路、倒相型振荡电路、可耳皮兹振荡电路、哈脱利振荡电路等的各种振荡电路。
[0027]在本应用例所涉及的振荡器中,由于对振动元件进行收纳的容器的盖的热传导率较高,因此,半导体装置的发热能够经由盖而在短时间内通过振动元件进行传导,从而使半导体装置和振动元件的温度差与以往相比而进一步减小。其结果为,根据本应用例所涉及的振荡器,能够实现在一 5°C以上且+85°C以下的温度范围内由温度补偿电路补偿之后的振荡信号的频率偏差为一 150ppb以上且+150ppb以下的、接近于OCXO的频率温度特性的、未见其他的温度补偿型的振荡器。因此,例如,在利用了 OCXO的这种要求较高频率精度的电子设备中也能够利用本应用例所涉及的振荡器。
[0028]应用例7
[0029]在上述应用例所涉及的振荡器中,也可以采用如下的方式,S卩,所述频率偏差在一40 0C以上且+85 °C以下的温度范围内为一 150ppb以上且+150ppb以下。
[0030]根据本应用例所涉及的振荡器,本发明为一种在一40°C以上且+85°C以下的温度范围内频率偏差为一 150ppb以上且+150ppb以下的、接近于OCXO的频率温度特性的、未见其他的温度补偿型的振荡器,且也能够利用于要求较高频率精度的电子设备中。
[0031]应用例8
[0032]在上述应用例所涉及的振荡器中,也可以采用如下的方式,S卩,相对于所述振动元件的频率温度特性的3次以上的拟合式的、所述振动元件的共振频率的偏差为一 150ppb以上且+150ppb以下。
[0033]根据本应用例所涉及的振荡器,由于即使在振荡器的温度补偿调节中考虑到振荡电路或温度补偿电路的温度特性的差异,也能够容易地生成用于实现频率温度特性的频率偏差为一 150ppb以上且+150ppb以下的振荡器的温度补偿数据,因此,能够提高振荡器的成品率。
[0034]应用例9
[0035]在上述应用例所涉及的振荡器中,也可以采用如下方式,S卩,所述第二容器具有在俯视观察时与所述第一容器以及所述半导体装置重叠的第二盖,所述内表面具有配置有配线的面、和所述第二盖露出的面,所述第一容器被配置在配置有所述配线的面上。
[0036]根据本应用例所涉及的振荡器,能够与以往相比而提高频率稳定性,并且提高振动元件与集成电路之间的电连接的自由度。
[0037]应用例10
[0038]本应用例所涉及的电子设备具备上述任一个振荡器。
[0039]根据本应用例,由于使用具有以往没有的频率温度特性的温度补偿型的振荡器,因此也能够以与以往相比较低的成本来实现较高频率精度的电子设备。
[0040]应用例11[0041 ]本应用例所涉及的移动体具备上述任一个振荡器。
[0042]根据本应用例,由于使用具有以往没有的频率温度特性的温度补偿型的振荡器,因此例如也能够实现可靠性较高的移动体。
【附图说明】
[0043]图1为本实施方式的振荡器的立体图。
[0044]图2(A)为第一实施方式的振荡器的剖视图,图2(B)为第一实施方式的振荡器的俯视图,图2(C)为振荡器的仰视图。
[0045]图3为本实施方式的振荡器的功能框图。
[0046]图4为表示本实施方式的振荡器的制造方法的步骤的一个示例的流程图。
[0047]图5为表示本实施方式的振荡器的频率温度特性的一个示例的图。
[0048]图6为关于振动元件的频率偏差的说明图。
[0049]图7(A)为第二实施方式的振荡器的剖视图,图7(B)为第二实施方式的振荡器的俯视图。
[°05°]图8为表不本实施方式的电子设备的结构的一个不例的功能框图。
[0051 ]图9为表不本实施方式的电子设备的外观的一个不例的图。
[0052]图10为表不本实施方式的移动体的一个不例的图。
【具体实施方式】
[0053]以下,利用附图来对本发明的优选的实施方式进行详细说明。并且,以下所说明的实施方式并非对权利要求书所记载的本发明的内容进行不当限定的方式。另外,以下所说明的结构并不一定全部为本发明的不必要结构要件。
[0054]1.振荡器
[0055]?第一实施方式
[0056]振荡器的结构
[0057]图1以及图2为表示第一实施方式的振荡器的构造的一个示例的图。图1为振荡器的立体图,图2(A)为图1的A—A’剖视图。另外,图2(B)为振荡器的俯视图,图2(C)为振荡器的仰视图。但是,图2(B)在没有图2(A)的盖5的状态下进行图示。
[0058]如图1以及图2(A)所示,本实施方式的振荡器I被构成为,包括作为半导体装置的集成电路(IC:1ntegrated Circuit)2、振动元件(振动片)3、封装件4、盖(盖)5以及外部端子(夕卜部电极)6。
[°°59] 作为振动元件3,例如,能够是选用水晶振动元件、SAW(Surface Acoustic Wave:表面声波)共振元件、其他压电振动元件或者MEMS(Micro Electro Mechanical Systems,微机电系统)振动元件等。作为振动元件3的基板材料,能够使用水晶、钽酸锂、铌酸锂等压电单晶、或锆钛酸铅等压电陶瓷等的压电材料、或硅半导体材料等。作为振动元件3的激励方法,既可以利用由压电效应实施的方法,也可以利用由库仑力实施的静电驱动。
[0060]封装件4将集成电路(IC)2和振动元件3收纳于同一空间内。具体而言,在封装件4内设置有凹部,通过利用盖5来对凹部进行覆盖,从而对集成电路(IC)2和振动元件3进行收纳。在封装件4的内部或凹部的表面上,设置有未图示的配线,所述未图示的配线用于分别与集成电路(IC)2的两个端子(后文所述的图3的XO端子以及XI端子)和振动元件3的两个端子(激励电极3a以及3b)电连接。另外,在封装件4的内部或凹部的表面上,设置有与各外部端子6电连接的未图示的配线,各配线和集成电路(IC)2的各端子通过金等接合引线7而被引线接合。
[0061]振动元件3在其表面以及背面处分别具有金属的激励电极3a以及3b,并以与包含激励电极3a以及3b的振动元件3的质量相对应的所需的频率(振荡器I所要求的频率)来进行振荡。
[0062]在实施方式中,振动元件3被收纳于封装件(容器)8内(振动元件3通过被配置于基座8a上的电极衬垫11和导电性粘合材料等的连接部件12而被固定)。封装件8包括基座8a和对基座8a进行密封的盖(Iid)8b,基座8a通过树脂等的粘合部件9而被接合于封装件4中。另夕卜,集成电路(IC)2通过粘合部件9而被接合于封装件8上。尤其,在实施方式中,集成电路(IC)2通过粘合部件9而被接合于盖Sb上。而且,如图2(B)所示,在从上表面俯视观察振荡器I时,集成电路(IC)2与封装件8(振动元件3)重叠。
[0063]如图2(C)所示,振荡器I在底面(封装件4的背面)上设置有四个外部端子6,所述四个外部端子6分别为作为电源端子的外部端子VDDl,作为接地端子的外部端子VSSl,作为输入有频率控制用的信号的端子的外部端子VCl,以及作为输出端子的外部端子OUTl。电源电压被供给至外部端子VDDl,外部端子VSSl被接地。
[0064]图3为振荡器I的功能框图。如图3所示,振荡器I为,包含振动元件3和用于使振动元件3进行振荡的集成电路(IC)2在内的振荡器,集成电路(IC)2和振动元件3被收纳于封装件4内。
[0065]集成电路(IC)2设置有作为电源端子的VDD端子、作为接地端子的VSS端子、作为输出端子的OUT端子、作为输入有对频率进行控制的信号的端子的VC端子、作为与振动元件3连接的连接端子的XI端子以及XO端子。VDD端子、VSS端子、OUT端子以及VC端子露出于集成电路(102的表面,并分别与被设置于封装件4上的外部端子¥001、¥551、01]11、¥(:1相连接。另外,XI端子与振动元件3的一端(一方的端子)相连接,XO端子与振动元件3的另一端(另一方的端子)相连接。
[0066]在实施方式中,集成电路(IC) 2被构成为,包括振荡电路1、输出电路20、频率调节电路30、AFC(Automatic Frequency Control,自动频率控制)电路32、温度补偿电路40、温度传感器50、调压电路60、存储部70、以及串行接口(I/F)电路80。并且,集成电路(IC)2也可以采用省略或变更这些要素的一部分、或者附加了其他要素的结构。
[0067]调压电路60根据从VDD端子被供给的电源电压VDD(正的电压),而生成振荡电路
1、频率调节电路30、AFC电路32、温度补偿电路40、输出电路20的一部分或全部的电源电压,或生成成为基准电压的恒定电压。
[0068]存储部70具有非易失性存储器72和寄存器74,并被构成为,能够从外部端子经由串行接口电路80而对非易失性存储器72或寄存器74进行读取或写入。在实施方式中,由于与振荡器I的外部端子相连接的集成电路(IC)2的端子仅为VDD、VSS、0UT、VC这四个端子,因此,串行接口电路80例如在VDD端子的电压高于阈值时,接收从VC端子输入的时钟信号和从OUT端子输入的数据信号,并对非易失性存储器72或者寄存器74实施数据的读取或写入。
[0069]非易失性存储器72为用于对各种控制数据进行存储的存储部,例如,既可以为EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory,电可擦可编程只读存储器)或闪存存储器等的可改写的各种非易失性存储器,也可以为如一次性PR0M(0neTime Programmable Read Only Memory,一次性可编程只读存储器)的不可改写的各种非易失性存储器。
[0070]在非易失性存储器72中,存储有用于对频率调节电路30进行控制的频率调节数据、或用于对温度补偿电路40进行控制的温度补偿数据(I次补偿数据、......、11次补偿数据)。而且,在非易失性存储器72中,还存储有分别用于对输出电路20或AFC电路32进行控制的数据(未图示)。
[0071]频率调节数据为用于对振荡器I的频率进行调节的数据,在振荡器I的频率偏离所需的频率的情况下,通过对频率调节数据进行改写,从而能够以使振荡器I的频率接近于所需的频率的方式进行微调节。
[0072]温度补偿数据(I次补偿数据、......、n次补偿数据)为,在振荡器I的温度补偿调节工序中被计算出的、振荡器I的频率温度特性的补正用的数据,例如,也可以为与振动元件3的频率温度特性的各次数成分相对应的I次?η次的系数值。在此,作为温度补偿数据的最大次数η,而选择抵消振动元件3的频率温度特性,而且,还能够对集成电路(IC)2的温度特性的影响进行补正的值。例如,η也可以为大于振动元件3的频率温度特性的主要次元数的整数值。例如,如果振动元件3为AT切割水晶振动元件,则由于频率温度特性呈3次曲线,且该主要次元数为3,因此,作为η,也可以选择大于3的整数值(例如,5或6)。并且,温度补偿数据既可以包括I次?η次的所有次元数的补偿数据,也可以仅仅包括I次?η次中的一部分的次元数的补偿数据。
[0073 ]被存储于非易失性存储器72中的各个数据在集成电路(I C) 2的电源接通时(VDD端子的电压从OV起上升至所需的电压时)从非易失性存储器72被传送至寄存器74,并被保持于寄存器74中。而且,在频率调节电路30中输入有被保持于寄存器74中的频率调节数据,在温度补偿电路40中输入有被保持于寄存器74中的温度补偿数据(I次补偿数据、......、η次补偿数据),在输出电路20或AFC电路32中,也输入有被保持于寄存器
74中的各控制用的数据。
[0074]在非易失性存储器72为不可改写的情况下,在振荡器I的检查时,从外部端子经由串行接口电路80而将各个数据直接写入寄存器74的各个位中,所述寄存器74中保存有从非易失性存储器72被传送的各个数据,并以使振荡器I满足所需的特性的方式,而对各个数据被进行调节或选择,并将调节或选择而得的各个数据最终写入非易失性存储器72中。另外,在非易失性存储器72为可改写的情况下,也可以在振荡器I的检查时,从外部端子经由串行接口电路80而将各个数据写入非易失性存储器72中。但是,由于向非易失性存储器72的写入一般很费时间,因此,在振荡器I的检查时,为了缩短检查时间,也可以采用如下方式,即,从外部端子经由串行接口电路80而将各个数据直接写入寄存器74的各个位中,并将调节或选择而得的各个数据最终写入非易失性存储器72中。
[0075]振荡电路10通过使振动元件3的输出信号放大并反馈至振动元件3,从而使振动元件3进行振荡,并输出基于振动元件3的振荡的振荡信号。例如也可以通过被保存于寄存器74中的控制数据,而对振荡电路10的振荡段电流进行控制。
[0076]频率调节电路30产生与被保持于寄存器74中的频率调节数据相对应的电压,并将其施加于作为振荡电路10的负载电容而发挥功能的可变电容元件(未图示)的一端。由此,以使预定的温度(例如,25°c)且VC端子的电压成为预定的电压(例如,VDD/2)的条件下的振荡电路10的振荡频率(基准频率)大致为所需的频率的方式进行控制(微调节)。
[0077]AFC电路32产生与VC端子的电压相对应的电压,并将该电压施加于作为振荡电路10的负载电容而发挥功能的可变电容元件(未图示)的一端。由此,振荡电路10的振荡频率(振动元件3的振荡频率)根据VC端子的电压值而被控制。例如,也可以根据被保持于寄存器74中的控制数据,而对AFC电路32的增益进行控制。
[0078]温度传感器50为,输出与其周围的温度相对应的信号(例如,与温度相对应的电压)的感温元件。温度传感器50既可以为温度越高则输出电压越高的正极性的传感器,也可以为温度越高则输出电压越低的负极性的传感器。并且,作为温度传感器50,优选为,在保证了振荡器I的动作的所需的温度范围内,输出电压相对于温度变化而尽可能呈线形变化。
[0079]温度补偿电路40被输入来自温度传感器50的输出信号,并产生用于对振动元件3的频率温度特性进行补偿的电压(温度补偿电压),并将该电压施加于作为振荡电路10的负载电容而发挥功能的可变电容元件(未图示)的一端。由此,振荡电路10的振荡频率以不依赖于温度而几乎为恒定的方式而被控制。在本实施方式中,温度补偿电路40被构成为,包括I次电压产生电路41 一 I至η次电压产生电路41 一 η以及加法运算电路42。
[0080]I次电压产生电路41 一 I至η次电压产生电路41 一 η分别被输入有来自温度传感器50的输出信号,并根据与被保持于寄存器74中的I次补偿数据至η次补偿数据,而产生用于对频率温度特性的I次成分至η次成分进行补偿的I次补偿电压至η次补偿电压。
[0081 ] 加法运算电路42对I次电压产生电路41 一 I至η次电压产生电路41 一 η分别产生的I次补偿电压至η次补偿电压进行加法运算并输出。该加法运算电路42的输出电压成为温度补偿电路40的输出电压(温度补偿电压)。
[0082]输出电路20被输入有振荡电路10所输出的振荡信号,而生成外部输出用的振荡信号,并经由OUT端子而向外部输出。例如,也可以通过被保存于寄存器74中的控制数据,而对输出电路20中的振荡信号的分频比或输出电平进行控制。
[0083]以该方式构成的振荡器I在所需的温度范围内,不依赖于温度,作为输出与外部端子VCl的电压相对应的恒定的频率的振荡信号的电压控制型的温度补偿型振荡器(如果振动元件3为水晶振动元件,则为VC—TCX0(Voltage Controlled Temperature CompensatedCrystal Oscillator压控温补晶体振荡器))而发挥功能。
[0084]振荡器的制造方法
[0085]图4为表示本实施方式的振荡器I的制造方法的步骤的一个示例的流程图。也可以省略或变更图4的工序SlO?S70的一部分,或者附加其他工序。另外,也可以在可能的范围内对各工序的顺序进行适当变更。
[0086]在图4的示例中,首先,将集成电路(IC)2和振动元件3(对振动元件3进行收纳的封装件8)搭载于封装件4中(SlO)。通过工序S10,从而使(IC)2和振动元件3成为如下状态,SP,通过设置于封装件4的内部或凹部的表面上的配线而被连接,从而在向集成电路(IC)2供给电源时,将使集成电路(I C) 2和振动元件3电连接的状态。
[0087]接下来,通过盖5而对封装件4进行密封,并实施热处理,从而将盖5粘合于封装件4上(S20)。通过该工序S20,从而完成振荡器I的组装。
[0088]接下来,对振荡器I的基准频率(基准温度TO (例如,25 °C)的频率)进行调节(S30)。在该工序S30中,在基准温度TO下使振荡器I进行振荡,从而对频率进行测量,并以频率偏差接近于O的方式来确定频率调节数据。
[0089]接下来,对振荡器I的VC灵敏度进行调节(S40)。在该工序S40中,在基准温度TO下,在对外部端子VCl施加预定的电压(例如,OV或VDD)的状态下,使振荡器I进行振荡,从而对频率进行测量,并以获得所需的VC灵敏度的方式来确定AFC电路32的调节数据。
[0090]接下来,实施振荡器I的温度补偿调节(S50)。在该温度补偿调节工序S50中,在所需的温度范围(例如,一40°C以上且85°C以下)内,在多个温度下对振荡器I的频率进行测量,并根据测量结果,而生成用于对振荡器I的频率温度特性进行补正的温度补偿数据(I次补偿数据、......、n次补偿数据)。具体而言,温度补偿数据的计算程序利用多个温度下的频率的测量结果,并通过以温度(温度传感器50的输出电压)为变量的η次式,而对振荡器I的频率温度特性(包含振动元件3的频率温度特性和集成电路(IC) 2的温度特性)进行拟合,并生成与拟合式相对应的温度补偿数据(I次补偿数据、......、11次补偿数据)。例如,由温度补偿数据的计算程序来生成将基准温度TO下的频率偏差设为O且缩小所需的温度范围内的频率偏差的幅度的温度补偿数据(I次补偿数据、......、η次补偿数据)。
[0091]接下来,将通过工序S30、S40以及S50而获得的各个数据存储在存储部70的非易失性存储器72中(S60)。
[0092]最后,对振荡器I的频率温度特性进行测量,对是否良好进行判断(S70)。在该工序S70中,在使温度逐渐变化的同时对振荡器I的频率进行测量,在所需的温度范围(例如,一40°C以上85°C以下)内,对频率偏差是否在预定范围内进行评价,如果频率偏差在预定范围内,则判断为合格品,如果频率偏差不在预定范围内,则判定非合格品。
[0093]振荡器的频率温度特性
[0094]图5(A)?图5(F)为表示本实施方式的振荡器I的频率温度特性的评价结果的一个示例的图。图5(A)?图5(F)为,针对不同的六个试样,分别标绘出使温度从一40°C渐渐变化至+85°C时的频率偏差(测量出的频率与所需的频率(公称频率)之间的偏移)的图。如图5(A)?图5(B)所示,关于全部六个试样,在(TC以上且+70°C以下的温度范围内,频率偏差为一 150ppb以上且+150ppb以下。另外,关于全部六个试样,一5°C以上且+85°C以下的温度范围内的频率偏差也为一 150ppb以上且+150ppb以下。而且,关于全部六个试样,一40°C以上且+85 °C以下的温度范围内的频率偏差也为一 150ppb以上且+150ppb以下。
[0095]O °C以上且+70 °C以下、一 5 °C以上且+85 °C以下、一40 °C以上且+85 °C以下的温度范围为,对市场上存在的振荡器的频率温度特性进行规定的代表性的温度范围,至少目前为止尚不存在具有在一 5°C以上且+85°C以下或者一 40°C以上且+85°C以下的温度范围内频率偏差为一 150ppb以上且+150ppb以下的特性的温度补偿型的振荡器。即,本实施方式的振荡器I为,未见过其他类型的新型的温度补偿型的振荡器,例如,即使在利用了 OCXO的这种要求较高频率精度的电子设备中,也能够利用本实施方式的振荡器I。
[0096]如图2(B)所示,在从上表面俯视观察时,本实施方式的振荡器I与集成电路(IC)2和封装件8(振动元件3)重叠。这样,由于振动元件3和集成电路(IC)2被配置在空间上相互接近的地方,并且,在对振动元件3进行收纳的封装件8的盖8b上直接安装有集成电路(IC)2,因此,由于集成电路(IC)2的发热在短时间内传导至振动元件3,因此成功地使集成电路(IC)2和振动元件3的温度差与以往相比较小。其结果为,在本实施方式的振荡器I中,由温度补偿电路40实施的温度补偿的误差变小,从而能够实现上述特性。
[0097]并且,优选为,盖8b的材料为金属。由于盖8b的热传导率较高,因此,集成电路(IC)2的发热能够经由盖Sb而在短时间内通过振动元件3进行传导,从而使集成电路(IC)2与振动元件3的温度差与以往相比进一步减小。其结果为,由温度补偿电路40实施的温度补偿的误差将进一步变小,从而容易实现频率偏差为一 150ppb以上且+150ppb以下的特性。
[0098]另外,在图4的温度补偿调节工序S50中,由于通过以温度(温度传感器50的输出电压)为变量的η次式而对振荡器I的频率温度特性(包含振动元件3的频率温度特性和集成电路(IC)2的温度特性)进行拟合,从而生成与拟合式相对应的温度补偿数据(I次补偿数据、......、n次补偿数据),因此,为了实现上述的特性,要求更准确地对振荡器I的频率温度特性进行拟合。在此,由于在振荡器I的频率温度特性中振动元件3的频率温度特性为支配性的,因此,优选为,更准确地对振动元件3的频率温度特性进行拟合,换言之,振动元件3相对于频率温度特性的拟合式的频率偏差较小。
[0099]例如,如果振动元件3为AT切割振动元件,则如图6所示,由于该频率温度特性(图6的实线)呈3次曲线(主要次元数为3),因此,优选为,相对于振动元件3的频率温度特性的3次以上的拟合式(图6的虚线)的、振动元件3的频率偏差dF/F,在O °C以上且+70 °C以下、一 5°C以上且+85°C以下、或者一40°C以上且+85°C以下为,一 150ppb以上且+150ppb以下。通过采用这样的方式,在温度补偿调节工序S50中,即使考虑集成电路(IC)2的温度特性的偏差,也容易地生成用于实现如下振荡器I的温度补偿数据,即,在(TC以上且+70°C以下、一5°C以上且+85°C以下、或者一40°C以上且+85°C以下频率偏差为,一 150ppb以上且+150ppb以下。其结果为,在图4的工序S70中,由于当对频率偏差是否在一 150ppb以上且+150ppb以下的范围内进彳丁评价时成为合格品的概率变尚,因此,能够提尚成品率。
[0100]并且,由于振动元件3的频率温度特性根据激励电极3a、3b的位置或形状、振动元件3的形状或尺寸等参数而变化,因此,在振动元件3的设计阶段,例如,通过以即使在量产时的特性差异的上限或下限处也不使频率温度特性产生倾角的方式来决定参数值,从而能够实现在一40°C以上且+85°C以下频率偏差dF/F为一 150ppb以上且+150ppb以下的振动元件3 0
[0101]而且,在温度补偿调节工序S50中,为了使所生成的温度补偿数据进一步反映集成电路(IC)2的温度特性,增多对频率进行测量的温度数,或者以更高次式对振荡器I的频率温度特性进行拟合,也是有效的方式。例如,如果振动元件3为AT切割振动元件,则优选为,在一40°C以上且+85°C的范围内,针对10处以上的不同温度的每一处的频率进行测量,并以5次以上的公式来对振荡器I的频率温度特性进行拟合。如果采用这样的方式,则在温度补偿调节工序中,将容易地生成如下温度补偿数据,即,还加上集成电路(IC)2的温度特性,并用于实现在0°C以上且+70°C以下、一 5°C以上且+85°C以下、或者一 40°C以上且+85°C以下时频率偏差为一 150ppb以上且+150ppb以下的振荡器I的温度补偿数据。其结果为,能够进一步提尚成品率。
[0102]1-2.第二实施方式
[0103]图7(A)以及图7(B)为表示第二实施方式的振荡器的结构的图。图7(A)为第二实施方式的振荡器的剖视图(图1的A—A’剖视图),图7(B)为第二实施方式的振荡器的俯视图。但是,图7(B)在没有图7(A)的盖5的状态下进行图示。并且,由于第二实施方式的振荡器I的立体图以及仰视图与第一实施方式的振荡器1(图1以及图2(C))相同,因此,省略其图示以及说明。同样,由于第二实施方式的振荡器I的结构及其制造方法与第一实施方式的振荡器1(图3以及图4)相同,因此省略其图示以及说明。
[0104]如图7(A)所不,第二实施方式的振荡器I与第一实施方式同样地被构成为,包括作为半导体装置的集成电路(IC)2、振动元件3、封装件4、盖5、外部端子6。
[0105]封装件4将集成电路(IC)2和振动元件3收纳至同一空间内。具体而言,在封装件4上设置有凹部,并通过盖5来覆盖凹部,从而对集成电路(IC)2和振动元件3进行收纳。在封装件4的内部或凹部的表面上设置有未图示的配线,所述未图示的配线分别用于与集成电路(IC)2的两个端子(图3的XO端子以及XI端子)和振动元件3的两个端子(激励电极3a以及3b)电连接。另外,在封装件4的内部或凹部的表面上,设置有与各外部端子6电连接的未图示的配线,各配线和集成电路(IC)2的各端子通过金等的接合引线7而被接合。
[0106]振动元件3在其表面以及背面分别具有金属的激励电极3a以及3b,并以与包括激励电极3a以及3b的振动元件3的质量相对应的所需的频率(振荡器I所要求的频率)进行振荡。
[0107]在实施方式中,振动元件3被收纳于包括基座8a和盖Sb的封装件8内(振动元件3通过被配置于基座8a上的电极衬垫11和导电性粘合材料等的连接部件12而被固定),盖Sb通过树脂等的粘合部件9而被接合在封装件4内。另外,集成电路(IC)2通过粘合部件9而被接合在封装件8上。尤其,在实施方式中,集成电路(IC)2通过粘合部件9而被接合在基座8a(端子面)上。
[0108]如图7(B)所示,在本实施方式中,与第一实施方式(图2(B))同样,在从上表面俯视观察振荡器I时,集成电路(IC)2与封装件8(振动元件3)重叠。这样,由于振动元件3和集成电路(IC)2被配置在空间上相互接近的地方,并且,在对振动元件3进行收纳的封装件8的基座8a上直接安装有集成电路(IC)2,因此,集成电路(IC)2的发热能够在短时间内传导至振动元件3,从而成功地使集成电路(IC)2和振动元件3的温度差与以往相比而较小。尤其,由于在俯视观察时,通过使集成电路(IC)2与接合部件12重叠从而使集成电路(IC)2与振动元件3之间的热传递路径变短,因此,能够更有效地减小温度差。其结果为,在本实施方式的振荡器I中,也与第一实施方式同样,由温度补偿电路40实施的温度补偿的误差变小,从而能够实现在O °C以上且+70 °C以下、一 5 °C以上且+85 °C以下、或者一 40 °C以上且+85 °C以下的温度范围内,频率偏差为一 150ppb以上且+150ppb以下的特性。
[0109]即,第二实施方式的振荡器I也与第一实施方式同样为,具有在一5°C以上且+85°C以下或者一 40°C以上且+85°C以下的温度范围内频率偏差为一 150ppb以上且+150ppb以下的特性的、未见其他的新型的温度补偿型的振荡器,例如,在利用了 OCXO的这种要求较高频率精度的电子设备中,也能够利用本实施方式的振荡器I。
[0110]即使在本实施方式中,与第一实施方式同样,优选为,相对于振动元件3的频率温度特性的拟合式的、频率偏差较小,例如,如果振动元件3为AT切割振动元件,则优选为,相对于振动元件3的频率温度特性的3次以上的拟合式的、振动元件3的频率偏差dF/F在O 0C以上且+70 °C以下、一 5 °C以上且+85 °C以下、或者一 40 °C以上且+85 °C以下为,一 150ppb以上且+ 150ppb以下。如果采用这样的方式,则即使在温度补偿调节工序S50中考虑到集成电路(IC)2的温度特性的差异,也容易生成如下温度补偿数据,S卩,用于实现在(TC以上且+70°C以下、一 5 °C以上且+85 °C以下、或者一 40 °C以上且+85 °C以下频率温度特性为一 150ppb以上且+150ppb以下的振荡器I的温度补偿数据,从而能够提高成品率。
[0111]而且,在本实施方式中,与第一实施方式同样,通过在温度补偿调节工序S50中,增多对频率进行测量的温度数,或者以更高次式对振荡器I的频率温度特性进行拟合,从而容易地生成如下温度补偿数据,即,用于实现包括集成电路(IC)2的温度特性在内,在(TC以上且+70 °C以下、一 5 °C以上且+85 °C以下、或者一40 °C以上且+85 °C以下频率温度特性的频率偏差为一 150ppb以上且+150ppb以下的振荡器I的温度补偿数据,从而能够进一步提高成品率。
[0112]1-3.改变例
[0113]上述的各实施方式的振荡器I能够进行各种各样的变形。
[0114]例如,上述的各实施方式的振荡器I虽然在振动元件3(对振动元件3进行收纳的封装件8的上表面)上搭载有集成电路(IC)2,但是,也可以为在集成电路(IC)2上搭载有振动元件3(对振动元件3进行收纳的封装件8的上表面)的结构。即使是这样的结构的振荡器,在从上表面俯视观察振荡器时,集成电路(IC)2也与封装件8(振动元件3)重叠,且振动元件3和集成电路(IC)2被配置在空间上相互接近的地方,并且,通过在对振动元件3进行收纳的封装件8的盖8b或基座8a上直接安装有集成电路(IC)2,从而使集成电路(IC)2的发热在短时间内传导至振动元件3。因此,由于集成电路(IC)2和振动元件3的温度差与以往相比而较小,因此,由温度补偿电路40实施的温度补偿的误差变小,从而能够实现在(TC以上且+70°C以下、一5°C以上且+85°C以下、或者一40°C以上且+85°C以下的温度范围内频率偏差为一150ppb以上且+150ppb以下的特性。
[0115]另外,例如,虽然上述的各实施方式的振荡器I为具有温度补偿功能和电压控制功能(频率控制功能)的振荡器(VC—TCXO等),但是也可以为不具有电压控制功能(频率控制功能)的温度补偿型振荡器(TCX0等)。
[0116]2.电子设备
[0117]图8为表不本实施方式的电子设备的结构的一个不例的功能框图。另外,图9为表示作为本实施方式的电子设备的一个示例的智能电话的外观的一个示例的图。
[ΟΙ18] 本实施方式的电子设备300被构成为,包括振荡器310、CPU(Central ProcessingUnit:中央处理器)320、操作部 330、R0M(Read Only Memory,只读存储器)340、RAM (RandomAccess Memory,随机存取存储器)350、通信部360、显示部370。并且,本实施方式的电子设备也可以采用省略或变更图8的结构要素(各部)的一部分,或者附加了其他结构要素的结构。
[0119]振荡器310具备集成电路(IC)312和振动元件313。集成电路(IC)312使振动元件313进行振荡从而产生振荡信号。该振荡信号从振荡器310的外部端子起向CPU320进行输出。
[0120]CPU320根据存储于R0M340等中的程序,而将从振荡器310输入的振荡信号作为时钟信号,来进行各种计算处理或控制处理。具体而言,CPU320实施与来自操作部330的操作信号相对应的各种处理、为了与外部装置实施数据通信而对通信部360进行控制的处理、发送用于使显示部370显示各种信息的显示信号的处理等。
[0121]操作部330为通过操作键或按钮开关等而被构成的输入装置,并将与用户的操作相对应的操作信号输出至CPU320。
[0122]R0M340对供CPU320实施各种计算处理或控制处理的程序或数据等进行存储。
[0123]RAM350对作为CPU320的工作区域而被使用的、从R0M340读出的程序或数据、从操作部330输入的数据、CPU320根据各种程序而执行的运算结果等进行临时存储。
[0124]通信部360实施用于使CPU320与外部装置之间的数据通信成立的各种控制。
[ΟΙ25] 显示部370为,由IXD(Liquid Crystal Display,液晶显示器)等构成的显示装置,根据从CPU320输入的显示信号来对各种信息进行显示。在显示部370中也可以设置作为操作部330而发挥功能的触摸屏。
[0126]作为振荡器310,例如通过应用上述的各实施方式的振荡器I,从而能够实现可靠性较高的电子设备。
[0127]作为电子设备300而考虑到各种电子设备。例如,可列举出个人计算机(例如,便携式个人计算机、膝上型个人计算机、平板型个人计算机)、智能电话或移动电话机等的移动体终端、数码照相机、喷墨式喷出装置(例如,喷墨式打印机),路由器或开关等存储区域网络设备、局域网设备、移动体终端基站用设备、电视机、摄像机、录像机、汽车导航装置、实时时钟装置、寻呼机、电子记事本(也包含附带通信功能的产品)、电子辞典、台式电子计算器、电子游戏设备、游戏用控制器、文字处理器、工作站、可视电话、防盗用视频监视器、电子双筒望远镜、POS(Point of Sale:销售点)终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖仪、心电图测量装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测量设备、计量仪器类(例如,车辆、飞机、船舶的计量仪器类)、飞行模拟器、头戴式显示器、动作轨迹、动作跟踪、运动控制器、PDR(Precis1n Depth Recorder:步行者航位推算)等。
[0128]作为本实施方式的电子设备300的一个示例,可举出将上述的振荡器310作为基准信号源或者电压可变型振荡器(VCO)等而使用,例如,作为通过有线或无线而与终端之间实施通信的终端基站用装置等而发挥功能的传送装置。作为振荡器310,例如通过应用上述的各实施方式的振荡器I,从而能够以与以往相比而较低的成本来实现例如通信基站等能够利用的、可期望频率精度$父尚、尚性能、尚可靠性的电子设备300。
[0129]3.移动体
[0130]图10为表不本实施方式的移动体的一个不例的图(俯视图)O图10所不的移动体400被构成为,包括振荡器410、实施发动机系统、制动系统、无钥匙进入系统等各种控制的控制器420、430、440、蓄电池450以及备用蓄电池460。并且,本实施方式的移动体也可以采用省略或变更图10的结构要素(各部分)的一部分或者附加了其他结构要素的结构。
[0131]振荡器410具备未图示的集成电路(IC)和振动元件,集成电路(IC)使振动元件进行振荡从而产生振荡信号。该振荡信号从振荡器410的外部端子向控制器420、430、440进行输出,例如,作为时钟信号而被使用。
[0132]蓄电池450向振荡器410以及控制器420、430、440供给电力。备用蓄电池460在蓄电池450的输出电压与阈值相比较低时,向振荡器410以及控制器420、430、440供给电力。
[0133]作为振荡器410,例如通过应用上述的各实施方式的振荡器I,从而能够实现可靠性较高的移动体。
[0134]作为这样的移动体400,考虑到各种移动体,例如,汽车(也包含电动汽车),喷气式飞机或直升机等飞机、船舶、火箭、人造卫星等。
[0135]本发明并不限于本实施方式或改变例,能够在不超出该主旨的范围内进行各种变更实施。
[0136]上述的实施方式和改变例为一个示例,但并限定于此。例如,还能够对各实施方式和各改变例进行适当组合。
[0137]本发明包含与实施方式所说明的结构实质上相同的结构(例如,功能、方法以及结果相同的结构,或者目的以及效果相同的结构)。此外,本发明包含对实施方式所说明的结构的非本质部分进行置换的结构。此外,本发明包含与实施方式所说明的结构起同样作用效果的结构或者能够实现相同目的的结构。此外,本发明包含向实施方式所说明的结构中附加了公知技术的结构。
[0138]符号说明
[0139]I振荡器;2集成电路(IC) ;3振动元件;3a、3b激励电极;4封装件;5盖;6外部端子(外部电极);7接合引线;8封装件;8a基座;8b盖;9粘合部件;1振荡电路;11电极衬垫;12连接部件;20输出电路;30频率调节电路;32 AFC电路;40温度补偿电路;41-1 I次电压产生电路;41-η η次电压产生电路;42加法运算电路;50温度传感器;60调压电路;70存储部;72非易失性存储器;74寄存器、80串行接口(I/F)电路;300电子设备;310振荡器;312集成电路(IC) ;313振动元件;320 CPU;330操作部;340 ROM;350 RAM;360通信部;370显示部;400移动体;410振荡器;420、430、440控制器;450蓄电池;460备用蓄电池。
【主权项】
1.一种振荡器,包括: 振动元件; 半导体装置,其具有使所述振动元件进行振荡从而输出振荡信号的振荡电路、对所述振荡信号的频率的温度特性进行补偿的温度补偿电路以及配置有与所述振动元件电连接的端子的第一面, 在俯视观察时,所述半导体装置与所述振动元件重叠, 由所述温度补偿电路补偿之后的所述振荡信号的频率偏差在一5°C以上且+85°C以下的温度范围内为一 150ppb以上且+150ppb以下。2.如权利要求1所述的振荡器,其中, 所述频率偏差在一40°C以上且+85°C以下的温度范围内为一 150ppb以上且+150ppb以下。3.如权利要求1所述的振荡器,其中, 相对于所述振动元件的频率温度特性的3次以上的拟合式的、所述振动元件的共振频率的偏差为一 150ppb以上且+150ppb以下。4.如权利要求1所述的振荡器,其中, 具有第一容器,所述第一容器对所述振动元件进行收纳, 所述半导体装置的与所述第一面相反侧的面经由粘合部件而被接合在所述第一容器上。5.如权利要求2所述的振荡器,其中, 具有第一容器,所述第一容器对所述振动元件进行收纳, 所述半导体装置的与所述第一面相反侧的面经由粘合部件而被接合在所述第一容器上。6.如权利要求3所述的振荡器,其中, 具有第一容器,所述第一容器对所述振动元件进行收纳, 所述半导体装置的与所述第一面相反侧的面经由粘合部件而被接合在所述第一容器上。7.如权利要求4所述的振荡器,其中, 所述第一容器具有基座、和与所述基座一起对所述振动元件进行覆盖的金属制的第一至ΠΠ., 所述半导体装置与所述第一盖相接合。8.如权利要求5所述的振荡器,其中, 所述第一容器具有基座、和与所述基座一起对所述振动元件进行覆盖的金属制的第一至ΠΠ., 所述半导体装置与所述第一盖相接合。9.如权利要求6所述的振荡器,其中, 所述第一容器具有基座、和与所述基座一起对所述振动元件进行覆盖的金属制的第一至ΠΠ., 所述半导体装置与所述第一盖相接合。10.一种振荡器,包括: 振动元件; 半导体装置,其具有使所述振动元件进行振荡从而输出振荡信号的振荡电路、对所述振荡信号的频率的温度特性进行补偿的温度补偿电路以及配置有与所述振动元件电连接的端子的第一面; 第一容器,其对所述振动元件进行收纳,并具有在俯视观察时与所述振动元件重叠的金属制的第一盖; 第二容器,其对所述第一容器以及所述半导体装置进行收纳, 所述第一容器以与所述第一盖侧相反侧的面面对所述第二容器的内表面的方式而被配置, 所述半导体装置以在俯视观察时与所述振动元件重叠的方式,而使与所述第一面相反侧的面经由粘合部件而与所述第一盖相接合, 由所述温度补偿电路补偿之后的所述振荡信号的频率偏差在一 5°C以上且+85°C以下的温度范围内为一 150ppb以上且+150ppb以下。11.如权利要求1O所述的振荡器,其中,所述频率偏差在一40°C以上且+85°C以下的温度范围内为一 150ppb以上且+150ppb以下。12.如权利要求1O所述的振荡器,其中, 相对于所述振动元件的频率温度特性的3次以上的拟合式的、所述振动元件的共振频率的偏差为一 150ppb以上且+150ppb以下。13.如权利要求1O所述的振荡器,其中, 所述第二容器具有在俯视观察时与所述第一容器以及所述半导体装置重叠的第二盖, 所述内表面具有配置有配线的面、和所述第二盖露出的面, 所述第一容器被配置在配置有所述配线的面上。14.如权利要求11所述的振荡器,其中, 所述第二容器具有在俯视观察时与所述第一容器以及所述半导体装置重叠的第二盖, 所述内表面具有配置有配线的面、和所述第二盖露出的面, 所述第一容器被配置在配置有所述配线的面上。15.—种电子设备,其中, 具备权利要求1所述的振荡器。16.—种电子设备,其中, 具备权利要求10所述的振荡器。17.—种电子设备,其中, 具备权利要求13所述的振荡器。18.—种移动体,其中, 具备权利要求1所述的振荡器。19.一种移动体,其中, 具备权利要求10所述的振荡器。20.—种移动体,其中, 具备权利要求13所述的振荡器。
【文档编号】H03H9/10GK106026917SQ201610179380
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】大脇卓弥, 菅野英幸
【申请人】精工爱普生株式会社
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