振荡器、电子设备和移动体的制作方法

1.本发明涉及振荡器、具备该振荡器的电子设备和移动体。


背景技术：

2.以往，已知具有使用石英等振动片输出期望频率的信号的振荡电路的振荡器。例如，在专利文献1中公开了如下结构的振荡器：该振荡器具有石英振动片和内置有振荡电路的ic，形成与包含振动片的振荡电路连接的振荡环路的布线与地电位的导体层隔着陶瓷制的基板重叠。
3.地电位的导体层与形成振荡环路的布线和ic重叠，由此实现静电电容、振荡特性的稳定化。另外，在该振荡器中，除了振动片和振荡电路以外，还收纳有作为分立部件的电感器。
4.专利文献1：日本特开2016
‑
52083号公报
5.搭载于专利文献1的振荡器的电感器是分立部件，因此安装在ic外。为了使振荡器小型化，例如可以考虑像螺旋电感器那样在ic内形成电感器。但是，在这种情况下，电感器的磁场被地电位的导体层遮挡，有可能使特性恶化。


技术实现要素：

6.振荡器具有：集成电路元件，其具有电感器以及与振动片电连接的振荡电路；以及基板，其具有第1面和作为所述第1面的相反面的第2面，在所述第1面配置有所述集成电路元件并且配置有与所述振动片和所述与振荡电路连接而形成振荡环路的振子布线，所述基板在所述第1面和所述第2面之间具有导体层，所述导体层在俯视时与所述振子布线重叠，且不与所述电感器重叠。
7.电子设备具备上述的振荡器。
8.移动体具备上述的振荡器。
附图说明
9.图1是从上方观察实施方式1的振荡器的内部结构的透视俯视图。
10.图2是图1所示的振荡器的a
‑
a剖面图。
11.图3是图1所示的振荡器的b
‑
b剖面图。
12.图4是从上方观察内置于振荡器的ic内部结构的透视俯视图。
13.图5是表示振荡器的电路结构的框图。
14.图6是表示振荡器的相位噪声特性的比较的曲线图。
15.图7是从上方观察实施方式2的振荡器的内部结构的透视俯视图。
16.图8是表示实施方式3的组装了振荡器的电子设备的图。
17.图9是表示实施方式4的组装了振荡器的移动体的图。
18.标号说明
19.1、1a：振荡器；12：导体层；12a、12b、12c：切口边；14：基板；14a：第1面；14b：第2面；19：作为盖体的盖；20：作为振动片的石英振子；24：电感器；30：振荡电路；40：pll电路；42：振子布线；43：作为导电性接合部件的凸块；50：作为集成电路元件的ic；61：相位比较电路；63：电压控制振荡电路；64：分频电路；70～74：连接盘；100：作为电子设备的一例的智能手机；150：作为移动体的一例的汽车。
具体实施方式
20.1.实施方式1
21.首先，参照图1至图4说明实施方式1的振荡器1。为了便于说明，在图1至图4以及表示后述的实施方式2的图7中，作为相互正交的三个轴，图示了x轴、y轴以及z轴。如图1所示，振荡器1俯视呈长方形，将该长方形的长边方向设为x轴，将短边方向设为y轴。在x轴上，将箭头的前端侧作为右或右侧，将基端侧作为左或左侧。在y轴上，将箭头的前端侧称为里侧，将基端侧称为跟前。z轴为厚度或高度，将箭头的前端侧称为上方，将基端侧称为底或下方来进行说明。
22.图1是示出振荡器1的内部结构的从上方观察的透视图。以下，将从上方观察的俯视的图称为俯视图。图2是图1所示的振荡器1的a
‑
a剖面图。图3是图1所示的振荡器1的b
‑
b剖面图。
23.<振荡器的概略结构>
24.本实施方式的振荡器1由容器10、石英振子20、ic 50等构成。
25.容器10由封装主体18、盖19等构成。封装主体18是收纳石英振子20、ic 50的壳体。盖19是覆盖封装主体18的上表面的金属的盖体。
26.石英振子20是使用石英基板作为压电体的振动片。
27.ic 50是集成电路元件(integrated circuit)，构成为包含振荡电路30、电感器24等。
28.如图2所示，封装主体18构成为具有：基板14，其形成封装主体18的底部；作为框体的第1框体15，其形成ic 50的收纳空间s和石英振子20的支承台；作为框体的第2框体16，其形成石英振子20的收纳空间s；以及作为与盖19接合的接合材料的接缝环17等。
29.在优选例中，基板14为下层的第2基板13和上层的第1基板11的2层结构。关于基板14，将正面作为第1面14a，将成为背面的第1面的相反面作为第2面14b。另外，基板14的第2基板13、上层的第1基板11都使用陶瓷基板。另外，也可以使用玻璃、树脂等绝缘性的基板材料，或者将它们复合而成的绝缘性的基板材料。
30.基板14在第1面14a和第2面14b之间设置有导体层12。即，在第2基板13和上层的第1基板11之间设置有导体层12。导体层12是由钼(mo)、钨(w)等导电性金属材料形成的布线图案。
31.在基板14上层叠有边框状的第1框体15、第2框体16。
32.第1框体15的左部的内壁具有比第2框体16的左部的内壁向收纳空间s侧突出的台阶。第1框体15的台阶作为支承石英振子20的支承台起作用。第2框体以及第1框体15与第1面14a接合，形成收纳石英振子20以及ic 50的收纳空间s。石英振子20借助由焊料等导电性材料构成的作为接合部件的凸块43与连接布线41电连接，并且固定于第1框体15的台阶。连
接布线41经由向下方贯通第1框体15的内部的通孔46与振子布线42电连接。
33.以基板14为底，由框状的第1框体15、第2框体16包围的内部区域成为收纳空间s。另外，第1框体15、第2框体16的材质与第1基板11相同。
34.在优选例中，盖19的材料使用可伐合金(fe
‑
ni
‑
co合金)，接缝环17采用基于银焊料的钎焊。封装主体18的收纳空间s为氮、氦、氩等惰性气体气氛或压力比大气压低的减压气氛，由盖19密封。由此，适当地保护收纳在收纳空间s中的ic 50、石英振子20等不受冲击、尘埃、热、湿气等影响。另外，虽然省略了图示，但金属制的盖19接地于地电位。
35.<ic的概要以及ic的安装方式>
36.图4是从盖侧观察安装于基板的ic的透视俯视图。
37.将图2及图3所示的基板14的上表面作为第1面14a，将下表面作为第2面14b进行说明。
38.ic 50以有源面朝下的方式面朝下(face down)地安装于基板14的第1面14a。如图4所示，在ic 50的有源面设置有多个连接盘70～74。多个连接盘70～74借助由金、焊料等导电性材料构成的凸块43与第1面14a的布线图案接合。
39.连接盘73是接地端子，如图3所示那样经由凸块43与第1面14a的布线图案80电连接。布线图案80与用于安装振荡器1的安装端子85电连接。安装端子85形成在基板14的第2面14b及侧面，侧面部分与布线图案80连接。
40.这里，布线图案80和导体层12也电连接，并且导体层12接地于地电位。
41.如图4所示，在ic 50的有源面，除了多个连接盘70～74之外，还形成有振荡电路30、pll电路40等。
42.连接盘71、72是用于将振荡电路30和石英振子20电连接的连接端子。如图2所示，连接盘71、72通过凸块43与第1面14a的振子布线42电连接。而且，如上所述，振子布线42通过第1框体15的台阶部的通孔46、连接布线41以及凸块43而与石英振子20电连接。这样，振子布线42与石英振子20和振荡电路30连接而形成振荡环路。
43.pll电路40具备包含电感器24的lc振荡电路。即，如图4所示，ic 50内置有电感器24。另外，lc振荡电路具有电容器，但省略了图示。在俯视时呈大致矩形的ic 50中，振荡电路30位于左边侧的中央，呈大致正方形的电感器24配置在右边侧的中央。pll电路40配置在振荡电路30和ic 50的右边之间。
44.电感器24作为优选例使用螺旋电感器。螺旋电感器设置在ic 50的有源面的表层，例如通过使铝层等金属线环绕多次而形成。这样，ic 50通过内置电感器24，与外置电感器相比，实现了小型化。
45.电感器24例如通过使一条金属线顺时针环绕并使另一条金属线逆时针环绕而形成。并且，一条金属线和另一条金属线平行地环绕布线。例如，将电感器24的金属布线的厚度设为使电感器24的串联电阻变小、q值提高的1μm以上且10μm以下，优选设为膜厚控制更容易、成膜时间短的2μm以上且6μm以下。并且，在电感器24的周围设有成为恒定电压例如地电压的保护环24a。
46.另外，电感器24也作为用于扩大可调整频率的频率可变范围的所谓的伸长线圈而发挥功能，因此能够降低将振荡器1安装到基板前后的频率可变范围宽度的变动。
47.<振荡器的电路块结构>
48.图5是振荡器的电路块结构图。
49.如图5所示，ic 50包括振荡电路30和pll电路40，将振荡电路30和石英振子20电连接，通过振荡电路30使石英振子20振荡。
50.ic 50通过使从振荡电路30输出的基准时钟信号rfck与在pll电路40中进行了1/n分频的反馈时钟信号fbck同步，从连接盘74输出具有基准时钟信号rfck的n倍频率的时钟信号ckq。
51.如图5所示，振荡电路30使石英振子20振荡，生成作为振荡信号的基准时钟信号rfck。例如在石英振子20的振荡频率为fxtal的情况下，基准时钟信号rfck的频率也为fxtal。
52.接着，pll电路40构成为具有：相位比较电路61，其对来自振荡电路30的振荡信号的相位和反馈信号的相位进行比较；电压控制振荡电路63，根据来自相位比较电路61的输出信号来控制该电压控制振荡电路63的振荡频率；以及分频电路64，其对来自电压控制振荡电路63的输出信号进行分频，生成反馈信号。
53.相位比较电路61对来自振荡电路30的基准时钟信号rfck和反馈时钟信号fbck的相位进行比较。然后，相位比较电路61将与基准时钟信号rfck和反馈时钟信号fbck的相位差对应的信号cq作为相位比较结果的信号进行输出。与相位差对应的信号cq例如是具有与相位差成比例的脉冲宽度的脉冲信号。
54.基于来自相位比较电路61的与相位差对应的信号cq进行处理的控制电压生成电路62基于与该相位差对应的信号cq，进行电荷泵动作、滤波处理，生成对电压控制振荡电路63的振荡进行控制的控制电压vc。
55.电压控制振荡电路63是以包括在ic 50的基板上形成的电感器24的lc的谐振频率进行振荡的lc振荡电路。lc振荡电路根据来自控制电压生成电路62的控制电压vc进行振荡动作，生成时钟信号ckq。电压控制振荡电路63例如具有变容二极管等可变电容元件，该可变电容元件的电容根据控制电压vc而变化，由此使通过lc振荡电路的振荡动作而生成的振荡信号即时钟信号ckq的频率变化。
56.分频电路64将以根据分频比数据设定的分频比对时钟信号ckq的频率进行分频后的频率的信号作为反馈时钟信号fbck来输出。例如在将电压控制振荡电路63的振荡频率设为fvco，将分频电路64的分频动作的分频比设为n的情况下，反馈时钟信号fbck的频率成为fvco/n。另外，n可以是整数，也可以是包含小数部分的值。
57.<石英振子的概要>
58.返回图1。
59.如图1所示，作为振动片的石英振子20具有：石英基板21；激励电极22，其设置在石英基板21的上下两主面；电极连接盘26，其在石英基板21的x方向的一个端部设置在上下两主面；以及将激励电极22和电极连接盘26电连接的引线电极23。关于设置在石英基板21的上下两主面的电极连接盘26，通过未图示的侧面电极将上表面的电极连接盘26和下表面的电极连接盘26电连接。设置在石英基板21的上表面的激励电极22经由设置在石英基板21的上表面的引线电极23与电极连接盘26电连接，设置在石英基板21的下表面的激励电极22经由设置在石英基板21的下表面的引线电极23与电极连接盘26电连接。并且，如图2所示，电极连接盘26经由凸块43与连接布线41电连接。
60.<导体层的配置方式>
61.如图1所示，导体层12是以与ic 50的振荡电路30以及石英振子20的电极连接盘26重叠的方式配置的整面图案。在俯视时，振荡电路30配置在振子布线42和电感器24之间。导体层12不与电感器24重叠。详细地说，导体层12在与ic 50的电感器24重叠的部分成为切口形状，不与电感器24重叠。切口形状由沿x轴方向延伸的切口边12a和沿y轴方向延伸的切口边12b形成，电感器24在俯视时与切口边12a及切口边12b分离。换言之，导体层12被设置成俯视时在至少两个方向包围电感器24的周围。
62.另外，导体层12在俯视时也不与设置在电感器24周围的保护环24a重叠。
63.详细而言，导体层12以与振荡电路30、石英振子20的电极连接盘26以及形成振荡环路的振子布线42重叠的方式配置，但成为不与电感器24重叠的形状。即，导体层12成为选择性地覆盖形成振荡环路的部位的图案形状。
64.<导体层的效果>
65.图6是表示基于导体层12的有无的相位噪声特性的变化的图表。
66.图6的图表90是横轴取偏移频率(hz)，纵轴取相位噪声(dbc/hz)，测定振荡器1的相对于偏移频率(hz)的相位噪声(dbc/hz)的特性而得的数据。
67.曲线91是作为比较例而在导体层12除了形成在构成振荡环路的部位之外还形成到与电感器24重叠的区域的状态下测定的数据。
68.曲线92是本技术的振荡器1的结构，是在导体层12与形成振荡环路的部位重叠而不与电感器24重叠的状态下测定的数据。
69.比较两者的结果可知，如曲线92所示，在偏移频率(offset frequency)的整个区域中，与曲线91相比，相位噪声特性提高了2dbc/hz左右。这是因为，当地电位的导体层12与电感器24重叠时，通电时由电感器24形成的磁场被导体层12屏蔽，因此电感器24的特性劣化。该电感器24的特性劣化也影响lc振荡电路的振荡特性。
70.<导体层等的其他效果>
71.返回图1。
72.如上述那样，选择性地配置成地电位的导体层12与形成振荡环路的部位重叠，因此导体层12作为屏蔽图案起作用，能够使振荡特性稳定。
73.返回图2。
74.如图2所示，ic 50面朝下地安装于基板14，石英振子20在ic 50的上侧被第1框体15的台阶部支承。并且，在石英振子20的上侧设有盖19。即，从ic 50的电感器24到盖19的距离是ic 50的厚度量、到石英振子20的距离、石英振子20的厚度量、从石英振子20到盖19的距离的合计。即，从电感器24到地电位的盖19的距离被设定得较大。换言之，盖体19与基板14的第1面14a之间的距离被设定为大于导体层12与第1面14a之间的距离。由此，防止通电时由电感器24形成的磁场被盖19屏蔽。
75.<应用例>
76.在上述中，振荡器1例示为电压控制石英振荡器(vcxo)，但振动片、振荡器1的种类不限于此。作为振动片，例如可以使用saw(surface acoustic wave：表面声波)谐振器、at切石英振子、sc切石英振子、其他压电振子或mems(micro electro mechanical systems：微机电系统)振子等。
77.并且，作为振动片的基板材料，可以是石英、钽酸锂、铌酸锂等压电单晶、锆钛酸铅等的压电陶瓷等压电材料，或者可以作为硅半导体材料，通过mems工艺形成。并且，作为振动片的激励单元，可以使用基于压电效应的激励单元，也可以使用基于库仑力的静电驱动。
78.另外，振荡器1的种类也可以是压电振荡器(石英振荡器等)、saw振荡器、电压控制型振荡器(vcxo、vcso等)、温度补偿型振荡器(tcxo等)、恒温型振荡器(ocxo等)、硅振荡器、原子振荡器等。
79.另外，在本实施方式中，以ic 50为进行fcb(flip chip bonding：倒装芯片绑定)安装的结构进行了说明，但也可以是经由接合线与封装的布线电连接的结构。
80.如上所述，根据本实施方式的振荡器1，能够得到以下的效果。
81.基板14在第1面14a面和第2面14b之间具有导体层12，导体层12构成为在俯视时与振子布线42重叠，且不与电感器24重叠。
82.由此，能够防止由于地电位的导体层12与电感器24重叠而引起的电感器24的特性劣化。详细而言，能够防止通电时由电感器24形成的磁场被导体层12屏蔽。
83.因此，能够提供振荡特性稳定、相位噪声特性良好的振荡器1。
84.进而，导体层12接地，成为俯视时与振荡电路30重叠的结构。
85.由此，地电位的导体层12作为屏蔽层发挥作用，因此振荡器1的振荡特性稳定。
86.另外，导体层12被设置成俯视时在至少两个方向包围电感器周围。由此，能够以导体层12不与电感器24重叠的方式配置导体层12。
87.另外，ic 50的有源面与基板14的第1面14a对置，经由凸块43与第1面14a接合。由此，能够将ic 50紧凑地安装于基板14。
88.另外，ic 50包括pll电路40，pll电路40具有：相位比较电路61，其对来自振荡电路30的振荡信号的相位和反馈信号的相位进行比较；电压控制振荡电路63，其振荡频率根据来自相位比较电路61的输出信号被控制；以及分频电路64，其对来自电压控制振荡电路63的输出信号进行分频，生成反馈信号，电压控制振荡电路63为包含电感器的lc振荡电路。
89.由此，能够提供可得到期望的振荡频率的振荡器1。
90.另外，在俯视时，振荡电路30配置在振子布线42和电感器24之间。由此，能够用导体层12连续地覆盖形成振荡环路的振荡电路30和振子布线42。
91.另外，盖19接地，盖19与基板14的第1面14a之间的距离被设定为大于导体层12与第1面14a之间的距离。
92.由此，能够防止通电时由电感器24形成的磁场被盖19屏蔽。
93.2.实施方式2
94.接着，参照图7说明作为实施方式2的电子器件的振荡器1a。
95.本实施方式的振荡器1a与实施方式1的振荡器1相比，除了在俯视时导体层12的形状不同以外，与实施方式1的振荡器1相同。另外，以与上述实施方式1的不同点为中心进行说明，对于相同的事项省略其说明。
96.如图7所示，在俯视时，振荡器1a也可以设置成通过对实施方式1所示的导体层12追加导体层12c，来在3个方向包围电感器24的周围。进而，也可以设置未图示的导体层12d，俯视时在4个方向包围电感器24的周围。通过设为这样的结构，电连接可靠性提高，并且能够得到实施方式1的振荡器1以上的效果。
97.另外，在俯视时，振荡器1a也可以将实施方式1所示的导体层12的形状设置为由仅与电感器24的一边平行地延伸的长方形状的切口边12a和切口边12c夹着电感器24。
98.另外，也可以将导体层12的形状设置成由仅与电感器24的另一边平行地延伸的大致矩形状的切口边12b和未图示的导体层12d夹着电感器24。换言之，导体层12只要设置成俯视时在至少两个方向包围电感器24的周围即可。
99.另外，与实施方式1相同，导体层12在俯视时也不与设置在电感器24周围的保护环24a重叠。
100.如上所述，根据本实施方式的振荡器1a，可以得到以下的效果。
101.设置在基板14的第1面14a和第2面14b之间的导体层12设置成在4个方向包围电感器24周围，因此能够防止通电时由电感器24形成的磁场被导体层12屏蔽。
102.因此，能够提供振荡特性更稳定、相位噪声特性更好的振荡器1a。
103.3.实施方式3
104.接下来，作为实施方式3的具备作为电子器件的振荡器1、1a的电子设备的一例，举出智能手机100进行说明。另外，在以下的说明中，例示应用了振荡器1的结构进行说明。
105.如图8所示，智能手机100组装有上述的振荡器1。
106.在智能手机100的控制部105内置有作为用于控制显示部110的显示图像的基准时钟等发挥作用的振荡器1。
107.这样的电子设备由于具备上述的振荡器1，因此能够体现在上述实施方式中说明的效果，性能优异。
108.另外，作为具备上述振荡器1的电子设备，除了智能手机100以外，例如还可以列举出喷墨打印机等喷墨式喷出装置、便携电话、膝上型或移动型个人计算机、电视机、数字静态照相机、摄像机、磁带录像机、各种导航装置、寻呼机、带通信功能的电子记事本、电子辞典、电子计算器、电子游戏机、文字处理器、工作站、可视电话、防盗用电视监视器、双筒望远镜、pos终端、鱼群探测器、各种测量仪器、仪器类、飞行模拟器等、电子体温计、血压计、血糖计、心电图测量装置、超声波诊断装置、电子内窥镜等医疗设备。在任一种情况下，这些电子设备都具有上述的振荡器1，因此能够体现在上述实施方式中说明的效果，性能优异。
109.如上所述，具备本实施方式的振荡器1的电子设备由于具备能够得到稳定的振荡特性的电子部件，因此通过稳定的电子部件进行控制，因此能够提供可靠性高的电子设备。
110.4.实施方式4
111.接着，作为实施方式4的具备作为电子器件的振荡器1、1a的移动体的一例，举出汽车150进行说明。另外，在以下的说明中，例示应用了振荡器1的结构进行说明。
112.如图9所示，汽车150组装有上述的振荡器1。在汽车150的车身151搭载有作为控制轮胎153的电子控制单元152的基准时钟等发挥功能的振荡器1。另外，振荡器1除此之外还能够广泛应用于无钥匙进入装置、发动机防盗锁止装置、车辆导航系统、车辆空调、防抱死制动系统(abs)、气囊、轮胎压力监测系统(tpms：tire pressure monitoring system)、发动机控制、自动驾驶用惯性导航的控制设备、混合动力汽车或电动汽车的电池监视器等的电子控制单元(ecu：electronic control unit)。
113.另外，适用于移动体的振荡器1除了上述的例示以外，例如也可以用于双足步行机器人或电车等的姿势控制、无线电控制飞机、无线电控制直升机以及无人机等的遥控或自
主式的飞行体的姿势控制、农业机械或建筑机械等的姿势控制，在任何情况下，都可以体现在上述实施方式中说明的效果，可以提供性能优异的移动体。
114.如上所述，具备本实施方式的振荡器1的移动体具备能够得到稳定的振荡特性的电子部件，由稳定的电子部件进行控制，因此能够提供可靠性高的移动体。