JP2018157377A - 発振器、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】高い周波数安定性を有することができる発振器を提供する。
【解決手段】振動素子と、前記振動素子を発振させ、発振信号を出力する発振用回路と、温度を検出する温度センサーと、前記振動素子の周波数温度特性を、前記温度センサーの出力信号に基づいて補償する温度補償回路と、前記振動素子を収容し、内部が第１雰囲気である第１容器と、前記第１容器、前記発振用回路、前記温度センサー、および前記温度補償回路を収容し、内部が第２雰囲気である第２容器と、を含み、前記第１雰囲気の熱伝導率は、前記第２雰囲気の熱伝導率よりも高い、発振器。
【選択図】図２

Description

本発明は、発振器、電子機器および移動体に関する。

温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）は、水晶振動子と当該水晶振動子を発振させるための集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）を有し、当該ＩＣが所定の温度範囲で水晶振動子の発振周波数の所望する周波数（公称周波数）からのずれ（周波数偏差）を温度補償することにより、高い周波数精度が得られる。このような温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）は、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されたＴＣＸＯでは、集積回路が振動素子の周波数温度特性を温度センサーの出力信号に基づいて補償する温度補償回路を含んで構成されている。

温度補償型水晶発振器は、周波数安定度が高いため、高性能、高信頼性を所望される通信機器などに利用されている。

特開２０１６−１８７１５２号公報

上記のような発振器は、実用時には、様々な温度環境下に置かれることが想定され、厳しい温度環境下に置かれた場合でも高い周波数安定性が要求される。

例えば、ファンなどの動作により発振器が風を受ける場合、集積回路と水晶振動子との間に温度差が生じやすい。集積回路（温度センサー）と水晶振動子に温度差が生じると、温度補償回路による温度補償に誤差が生じてしまい、所望の性能を発揮できない場合がある。

本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、高い周波数安定性を有することができる発振器を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記発振器を含む電子機器および移動体を提供することにある。

本発明は前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、以下の態様または適用例として実現することができる。

［適用例１］
本適用例に係る発振器は、振動素子と、前記振動素子を発振させ、発振信号を出力する発振用回路と、温度を検出する温度センサーと、前記振動素子の周波数温度特性を、前記温度センサーの出力信号に基づいて補償する温度補償回路と、前記振動素子を収容し、内部が第１雰囲気である第１容器と、前記第１容器、前記発振用回路、前記温度センサー、および前記温度補償回路を収容し、内部が第２雰囲気である第２容器と、を含み、前記第１雰囲気の熱伝導率は、前記第２雰囲気の熱伝導率よりも高い。

振動素子と発振用回路とにより、例えば、ピアース発振回路、インバーター型発振回路、コルピッツ発振回路、ハートレー発振回路などの種々の発振回路が構成されてもよい。

本適用例に係る発振器では、第１雰囲気の熱伝導率が第２雰囲気の熱伝導率よりも高いため、温度センサーと振動素子との間では熱が伝わりやすく、第２容器の外と第２容器に収容された温度センサーおよび振動素子との間では熱が伝わりにくい。そのため、温度センサーと振動素子の温度差を小さくできる。したがって、本適用例に係る発振器では、第２雰囲気の熱伝導率が第１雰囲気の熱伝導率以上の場合よりも、温度補償回路による温度補償の誤差が小さくなり、高い周波数安定性を有することができる。

［適用例２］
上記適用例に係る発振器において、前記第１雰囲気の圧力は、前記第２雰囲気の圧力よりも高くてもよい。

本適用例に係る発振器では、第１雰囲気の圧力が第２雰囲気の圧力よりも高いため、温度センサーと振動素子との間では熱が伝わりやすく、第２容器の外と第２容器に収容された温度センサーおよび振動素子との間では熱が伝わりにくい。そのため、本適用例に係る発振器では、温度センサーと振動素子の温度差をより小さくでき、より高い周波数安定性を有することができる。

［適用例３］
本適用例に係る発振器は、振動素子と、前記振動素子を発振させ、発振信号を出力する発振用回路と、温度を検出する温度センサーと、前記振動素子の周波数温度特性を、前記温度センサーの出力信号に基づいて補償する温度補償回路と、前記振動素子を収容し、内部が第１雰囲気である第１容器と、前記第１容器、前記発振用回路、前記温度センサー、および前記温度補償回路を収容し、内部が第２雰囲気である第２容器と、を含み、前記第１雰囲気の圧力は、前記第２雰囲気の圧力よりも高い。

本適用例に係る発振器では、第１雰囲気の圧力が第２雰囲気の圧力よりも高いため、温度センサーと振動素子との間では熱が伝わりやすく、第２容器の外と第２容器に収容された温度センサーおよび振動素子との間では熱が伝わりにくい。そのため、温度センサーと振動素子の温度差を小さくできる。したがって、本適用例に係る発振器では、第２雰囲気の圧力が第１雰囲気の圧力以上の場合よりも、温度補償回路による温度補償の誤差が小さくなり、高い周波数安定性を有することができる。

［適用例４］
上記適用例に係る発振器において、前記第１容器は、第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を含む第１ベースを含み、前記振動素子は、前記第１面に配置され、前記温度センサーは、前記第２面に配置されていてもよい。

本適用例に係る発振器では、振動素子が第１ベースの第１面に配置され温度センサーが第１ベースの第２面に配置されているため、温度センサーと振動素子の温度差を小さくできる。

［適用例５］
上記適用例に係る発振器において、前記第２面に配置され、前記振動素子と電気的に接続された端子を含み、前記発振用回路は、前記第２面に配置されていてもよい。

本適用例に係る発振器では、発振用回路と振動素子との間の配線長を短くでき、ノイズの影響を低減できる。

［適用例６］
上記適用例に係る発振器において、前記第１容器は、前記振動素子に対して前記第１面とは反対側に配置された第１リッドを含み、前記第２容器は、第２ベースを含み、前記第１リッドと前記第２ベースとが接合されていてもよい。

本適用例に係る発振器では、第１リッドと第２ベースとが接合されることにより、温度センサーを第１ベースの第２面に配置できるため、温度センサーと振動素子の温度差を小さくできる。

［適用例７］
上記適用例に係る発振器において、前記第１リッドと前記第２ベースとは、絶縁性接着剤によって接合されていてもよい。

絶縁性接着剤は、導電性接着剤よりも熱を伝えにくい。そのため、本適用例に係る発振器では、第２容器の外の温度変動が第２容器に収容された温度センサーおよび振動素子に与える影響を低減できる。その結果、温度センサーと振動素子の温度差を小さくできる。

［適用例８］
上記適用例に係る発振器において、前記第１雰囲気は、ヘリウムを含んでいてもよい。

ヘリウムは、熱伝導率が高い。そのため、本適用例に係る発振器では、温度センサーと振動素子との間で熱が伝わりやすく、温度センサーと振動素子の温度差を小さくできる。さらに、ヘリウムは不活性であるため、発振器を安全に製造できる。

［適用例９］
上記適用例に係る発振器において、前記第２雰囲気は、真空であってもよい。

本適用例に係る発振器では、第２容器の外と第２容器に収容された温度センサーおよび振動素子との間で熱が伝わりにくいため、温度センサーと振動素子の温度差を小さくできる。

［適用例１０］
上記適用例に係る発振器において、前記第２雰囲気の圧力は、１×１０^−３Ｐａ以上１０Ｐａ以下であってもよい。

本適用例に係る発振器では、第２容器の外と第２容器に収容された温度センサーおよび振動素子との間で熱が伝わりにくいため、温度センサーと振動素子の温度差を小さくできる。

［適用例１１］
本適用例に係る電子機器は、上記のいずれかの発振器を備えている。

本適用例によれば、高い周波数安定性を有する発振器を備えた電子機器を実現できる。

［適用例１２］
本適用例に係る移動体は、上記のいずれかの発振器を備えている。

本適用例によれば、高い周波数安定性を有する発振器を備えた移動体を実現できる。

実施形態に係る発振器を模式的に示す斜視図。 実施形態に係る発振器を模式的に示す断面図。 実施形態に係る発振器を模式的に示す上面図。 実施形態に係る発振器を模式的に示す底面図。 実施形態に係る発振器のパッケージのベースを模式的に示す平面図。 実施形態に係る発振器の機能ブロック図。 実施形態に係る発振器の製造方法の手順の一例を示すフローチャート図。 第１変形例に係る発振器の構造の一例を模式的に示す断面図。 第２変形例に係る発振器の構造の一例を模式的に示す断面図。 第３変形例に係る発振器の構造の一例を模式的に示す上面図。 第３変形例に係る発振器のパッケージのベースを模式的に示す平面図。 伝熱解析の結果を示すグラフ。 実施形態に係る電子機器の構成の一例を示す機能ブロック図。 実施形態に係る電子機器の外観の一例を示す図。 実施形態に係る移動体の一例を示す図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１． 発振器
１．１． 発振器の構成
図１〜図４は、本実施形態に係る発振器１００の構造の一例を模式的に示す図である。図１は、発振器１００の斜視図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３は、発振器１００の上面図である。図４は、発振器１００の底面図である。ただし、図３では、便宜上、リッド８ｂの図示を省略している。

図１〜図４に示すように、発振器１００は、電子部品である集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）２、振動素子３、パッケージ（第１容器）４、パッケージ（第２容器）８を含んで構成されている。

集積回路２は、パッケージ８に収容されている。集積回路２は、後述するように、発振用回路１０、温度補償回路４０、および温度センサー５０（図６参照）を含んで構成されている。

振動素子３としては、例えば、水晶振動素子、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）共振素子、その他の圧電振動素子やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動素子などを用いることができる。振動素子３の基板材料としては、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電単結晶や、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックス等の圧電材料、又はシリコン半導体材料等を用いることができる。振動素子３の励振手段としては、圧電効果によるものを用いてもよいし、クーロン力による静電駆動を用いてもよい。

振動素子３は、その表面側及び裏面側（表裏の関係にある２つの面）にそれぞれ金属の励振電極３ａおよび励振電極３ｂを有しており、励振電極３ａおよび励振電極３ｂを含む振動素子３の質量に応じた所望の周波数（発振器１００に要求される周波数）で発振する。

パッケージ４は、ベース（パッケージベース）４ａ（第１ベース）と、ベース４ａを封止しているリッド（蓋）４ｂ（第１リッド）と、を含む。パッケージ４は、振動素子３を
収容している。具体的には、ベース４ａには凹部が設けられており、リッド４ｂで凹部を覆うことによって空間４ｃが形成され、この空間４ｃに振動素子３が収容されている。振動素子３は、ベース４ａの第１面１５ａに配置されている。

ベース４ａの材質は特に限定されないが、酸化アルミニウムなどの各種セラミックスを用いることができる。リッド４ｂの材質は特に限定されないが、例えば、ニッケル、コバルト、鉄合金（例えばコバール）等の金属である。また、リッド４ｂは、板状部材を、これらの金属でコーティングしたものであってもよい。

ベース４ａとリッド４ｂとの間には、封止用の金属体があってもよい。この金属体は、例えばシーム封止用のコバルト合金からなる所謂シームリングや、ベース４ａを構成するセラミックス材上に直接的に金属膜を配置した構成のものであってもよい。

図５は、パッケージ４のベース４ａを模式的に示す平面図である。

図５に示すように、ベース４ａの第１面（ベース４ａの凹部の底面、ベース４ａのパッケージ４の内側に位置する面）１５ａには、電極パッド１１ａ，１１ｂ、電極パッド１３ａ，１３ｂ、および引き出し配線１４ａ，１４ｂが設けられている。なお、ベース４ａは、電極パッド１１ａ，１１ｂが配置されている板状のベース本体と、第１面１５ａを囲む枠体と、を備えている。

電極パッド１１ａ，１１ｂは、振動素子３の２つの励振電極３ａ，３ｂにそれぞれ電気的に接続されている。電極パッド１１ａ，１１ｂと振動素子３（励振電極３ａ，３ｂ）とは、導電性接着剤等の接続部材１２（図２参照）によって接合（接着）されている。

電極パッド１３ａ，１３ｂは、パッケージ４の２つの外部端子５ａ，５ｂ（図３参照）にそれぞれ電気的に接続されている。

引き出し配線１４ａは、電極パッド１１ａと電極パッド１３ａとを電気的に接続している。引き出し配線１４ｂは、電極パッド１１ｂと電極パッド１３ｂとを電気的に接続している。

図５に示すように、平面視において（ベース４ａの第１面１５ａの垂線方向から見て）、ベース４ａ（第１面１５ａ）の中心を通り、ベース４ａを二等分する仮想直線Ｌを引いたときに、電極パッド１３ａおよび電極パッド１３ｂは、仮想直線Ｌに対して電極パッド１１ａおよび電極パッド１１ｂが設けられている側に位置している。これにより、引き出し配線１４ａの長さと引き出し配線１４ｂの長さの差を小さくできる。図示の例では、引き出し配線１４ａの長さと引き出し配線１４ｂの長さとは等しい。

パッケージ４は、図２に示すように、パッケージ８に接合（接着）されている。具体的には、パッケージ４のリッド４ｂがパッケージ８のベース８ａに接合されている。すなわち、リッド４ｂがベース８ａの凹部の底面側に位置し、ベース４ａがリッド８ｂ側に位置している。そのため、図２に示す例では、パッケージ８のリッド８ｂの側を上側、ベース８ａの側を下側として、リッド４ｂが下側に位置し、ベース４ａが上側に位置している。リッド４ｂは、振動素子３に対してベース４ａの第１面１５ａとは反対側に配置されている。

リッド４ｂとベース８ａとは、接着部材９ａによって接合（接着）されている。接着部材９ａは、例えば、絶縁性接着剤である。絶縁性接着剤としては、例えば、金属フィラーなどの導電性物質が混合されていない、エポキシ系、シリコーン系、アクリル系などの樹
脂系の接着剤が挙げられる。

なお、リッド４ｂの接着部材９ａと接触する面の少なくとも一部が粗い状態（粗面）であってもよい。この場合、接着部材９ａとの接合状態が良好になり、耐衝撃性が向上する。粗面は、例えばレーザー加工による凹凸を有した状態であり、例えばそのような加工がなされていない収容スペース（空間４ｃ）側の面と比較して粗い。また、リッド４ｂを振動素子３側に凸となるように反らせてもよい。これにより、リッド４ｂとベース８ａとの間の隙間を大きくすることができ、リッド４ｂとベース８ａとの間の熱交換能力を下げることができる。

本実施形態では、上記のように、パッケージ４のリッド４ｂがパッケージ８のベース８ａに接合されているため、振動素子３は、図２に示すように、リッド４ｂとリッド８ｂとの間に位置している。振動素子３は、平面視において（発振器１００を上面からみて、ベース８ａの底面の垂線方向からみて）、リッド４ｂとリッド８ｂとが重なる領域に位置している。

ベース４ａの第２面１５ｂ（第１面１５ａとは反対側の面）には、振動素子３に電気的に接続されている外部端子５ａおよび外部端子５ｂが設けられている。外部端子５ａおよび外部端子５ｂは、図３に示すように、第２面１５ｂにおいて集積回路２に対して一方側に位置している。言い換えると、平面視において、集積回路２の一辺と、第２面１５ｂの一辺との間に、外部端子５ａおよび外部端子５ｂが位置している。そのため、例えば、第２面１５ｂにおいて外部端子５ａが集積回路２の一方側に位置し、外部端子５ｂが集積回路２の他方側に位置している場合（例えば図１０参照）に比べて、パッケージ４の小型化を図ることができる。

パッケージ４の２つの外部端子５ａ，５ｂは、集積回路２の２つの端子（後述する図６のＸＯ端子及びＸＩ端子）にそれぞれ電気的に接続されている。図示の例では、２つの外部端子５ａ，５ｂと集積回路２の２つの端子は、それぞれボンディングワイヤー７で接続されている。

集積回路２は、パッケージ４のベース４ａに接合されている。具体的には、集積回路２は、ベース４ａの第２面１５ｂに接合されている。集積回路２は後述する温度センサー５０および発振用回路１０を含んで構成されており、集積回路２がベース４ａの第２面１５ｂに配置されている場合、温度センサー５０および発振用回路１０も第２面１５ｂに配置されているといえる。

集積回路２とベース４ａとは、接着部材９ｂによって接合（接着）されている。接着部材９ｂは、例えば、導電性接着剤である。導電性接着剤としては、例えば、金属フィラーなどの導電性物質が混合された、エポキシ系、シリコーン系、アクリル系などの樹脂系の接着剤が挙げられる。

図３に示すように、平面視において、集積回路２とパッケージ４（振動素子３）とは重なっている。また、ベース４ａの第１面１５ａに振動素子３が配置され、ベース４ａの第２面１５ｂに集積回路２が配置されている。そのため、集積回路２で発生した熱が振動素子３に短時間で伝導し、集積回路２と振動素子３の温度差を小さくできる。

なお、集積回路２は、接着部材９ｂと接触する面の少なくとも一部が粗い状態（粗面）であってもよい。これにより、接着部材９ｂとの接合状態が良好になり、耐衝撃性、熱交換性が向上する。なお、粗面としては例えば研削加工により形成した筋状等の凹凸を有した状態である。また、ベース４ａの第２面１５ｂが集積回路２に対して凹状態になるよう
に反っていてもよい。このような反りによる凹所が集積回路２と重なる所にあれば、接着部材９ｂを凹所に溜め易くなる。これにより集積回路２とベース４ａとの間に十分な量の接着部材９ｂを配置することができるので、両者間の接着が良好になり集積回路２とベース４ａ、すなわち集積回路２と振動素子３との間の熱交換性が良くなる。

パッケージ８は、ベース（パッケージベース）８ａ（第２ベース）と、ベース８ａを封止しているリッド（蓋）８ｂ（第２リッド）と、を含む。パッケージ８は、振動素子３が収容されているパッケージ４と、集積回路２と、を同一空間内に収容している。すなわち、パッケージ８は、パッケージ４、発振用回路１０、温度補償回路４０、および温度センサー５０（図６参照）を収容している。具体的には、ベース８ａには、凹部が設けられており、リッド８ｂで凹部を覆うことによって空間８ｃが形成され、空間８ｃに集積回路２とパッケージ４とが収容されている。

パッケージ８の内面とパッケージ４との間には、空間が設けられている。図示の例では、ベース８ａの底面以外の内壁面（内側面）とパッケージ４とは接しておらず、その間には空間（隙間）が設けられている。また、リッド８ｂとパッケージ４とは接しておらず、その間には空間（隙間）が設けられている。

パッケージ８の内面と集積回路２との間には、空間が設けられている。図示の例では、ベース８ａの内壁面と集積回路２とは接しておらず、その間には空間（隙間）が設けられている。また、リッド８ｂと集積回路２とは接しておらず、その間には空間（隙間）が設けられている。

ベース８ａの材質は特に限定されないが、酸化アルミニウムなどの各種セラミックスを用いることができる。リッド８ｂの材質は、例えば、金属である。リッド８ｂの材質は、リッド４ｂの材質と同じであってもよいし、異なっていてもよい。本実施形態のリッド８ｂは、板状であり、凹みを有するキャップ形状と比較してリッド８ｂの表面積が小さい。そのため、パッケージ側面方向からの風を受け流し易いので、外気よる温度変動を抑制することができる。セラミックス製のベース８ａとリッド８ｂとの接合には、例えば、封着体が用いられる。封着体としては、例えばコバルト合金、金などの材質を含む金属封着体や、ガラス、樹脂などの非金属封着体を用いることができる。

発振器１００では、パッケージ８のリッド８ｂと集積回路２との間の距離Ｄ１（最短距離）は、集積回路２と振動素子３との間の距離Ｄ２（最短距離）よりも大きい。図示の例では、距離Ｄ１はリッド８ｂの下面と集積回路２の上面との間の距離であり、距離Ｄ２は集積回路２の下面と振動素子３の上面との間の距離である。このように、集積回路２をリッド８ｂよりも振動素子３に近づけることにより、集積回路２と振動素子３の温度差を小さくできる。

ベース８ａの内部又は凹部の表面には、各外部端子６と電気的に接続された不図示の配線が設けられており、各配線と集積回路２の各端子とは金等のボンディングワイヤー７でボンディングされている。

図４に示すように、ベース８ａの裏面には、電源端子である外部端子ＶＤＤ１、接地端子である外部端子ＶＳＳ１、周波数制御用の信号が入力される端子である外部端子ＶＣ１、および出力端子である外部端子ＯＵＴ１の４個の外部端子６が設けられている。外部端子ＶＤＤ１には電源電圧が供給され、外部端子ＶＳＳ１は接地される。

発振器１００では、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気（第１雰囲気）の熱伝導率は、パッケージ８の空間８ｃの雰囲気（第２雰囲気）の熱伝導率よりも高い。

パッケージ４の空間４ｃの雰囲気は、熱伝導率が高い気体が望ましい。パッケージ４の空間４ｃの雰囲気は、例えば、水素、ヘリウム、これらのガスを主成分とする混合ガスであり、より好ましくはヘリウムである。ヘリウムは、熱伝導率が高く、かつ、不活性であるため、パッケージ４の空間４ｃに充填されるガスとして好ましい。

パッケージ８の空間８ｃの雰囲気は、熱伝導率が低い気体が望ましい。パッケージ８の空間８ｃの雰囲気は、例えば、空気（大気）である。パッケージ８の空間８ｃの雰囲気は、例えば、窒素、アルゴンなどの空間４ｃのガスよりも熱伝導率が低い希ガス、これらのガスを主成分とする混合ガスであってもよい。

パッケージ４の空間４ｃの雰囲気の熱伝導率をパッケージ８の空間８ｃの雰囲気の熱伝導率よりも高くすることにより、集積回路２と振動素子３との間では熱が伝わりやすくなり、パッケージ８の外とパッケージ８に収容された集積回路２との間では熱が伝わりにくくなる。そのため、集積回路２で発生した熱を振動素子３に短時間で伝導させることができ、かつ、パッケージ８の外の温度変動が集積回路２および振動素子３に与える影響を低減できる。その結果、集積回路２と振動素子３の温度差、すなわち、温度センサー５０と振動素子３の温度差を小さくできる。

また、発振器１００では、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気の圧力は、パッケージ８の空間８ｃの雰囲気の圧力よりも高い。

パッケージ４の空間４ｃの雰囲気の圧力は、例えば、大気圧と同じ圧力（常圧）である。パッケージ８の空間８ｃの雰囲気は、例えば、真空（大気圧より低い圧力）である。より好ましくは、パッケージ８の空間８ｃの雰囲気の圧力は、１×１０^−３Ｐａ以上１０Ｐａ以下である。

パッケージ４の空間４ｃの雰囲気の圧力をパッケージ８の空間８ｃの雰囲気の圧力よりも高くすることにより、集積回路２と振動素子３との間では熱が伝わりやすくなり、パッケージ８の外とパッケージ８に収容された集積回路２との間では熱が伝わりにくくなる。そのため、集積回路２と振動素子３の温度差、すなわち、温度センサー５０と振動素子３の温度差を小さくできる。

このように、発振器１００では、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気の熱伝導率がパッケージ８の空間８ｃの雰囲気の熱伝導率よりも高く、かつ、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気の圧力がパッケージ８の空間８ｃの雰囲気の圧力よりも高い。例えば、発振器１００では、空間４ｃには常圧のヘリウムが充填されており、空間８ｃは真空（例えば空気が充填されていた空間８ｃを減圧して真空にした状態）である。

なお、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気の圧力を、大気圧よりも高くしてもよい。これにより、集積回路２と振動素子３との間でより熱が伝わりやすくなり、集積回路２と振動素子３の温度差をより小さくできる。

図６は、発振器１００の機能ブロック図である。図６に示すように、発振器１００は、振動素子３と、振動素子３を発振させるための集積回路（ＩＣ）２と、を含む発振器である。

集積回路２は、電源端子であるＶＤＤ端子、接地端子であるＶＳＳ端子、入出力端子であるＯＵＴ端子、周波数を制御する信号が入力される端子であるＶＣ端子、振動素子３との接続端子であるＸＩ端子及びＸＯ端子が設けられている。ＶＤＤ端子、ＶＳＳ端子、Ｏ
ＵＴ端子及びＶＣ端子は、集積回路２の表面に露出しており、それぞれ、パッケージ８に設けられた外部端子ＶＤＤ１，ＶＳＳ１，ＯＵＴ１，ＶＣ１と接続されている。また、ＸＩ端子は振動素子３の一端（一方の端子）と接続され、ＸＯ端子は振動素子３の他端（他方の端子）と接続される。

本実施形態では、集積回路２は、発振用回路１０、出力回路２０、周波数調整回路３０、ＡＦＣ（Automatic Frequency Control）回路３２、温度補償回路４０、温度センサー５０、レギュレーター回路６０、記憶部７０、及びシリアルインターフェース（Ｉ／Ｆ）回路８０を含んで構成されている。なお、集積回路２は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。

レギュレーター回路６０は、ＶＤＤ端子から供給される電源電圧ＶＤＤ（正の電圧）に基づき、発振用回路１０、周波数調整回路３０、ＡＦＣ回路３２、温度補償回路４０、出力回路２０の一部又は全部の電源電圧または基準電圧となる一定電圧を生成する。

記憶部７０は、不揮発性メモリー７２とレジスター７４とを有しており、外部端子から、シリアルインターフェース回路８０を介して、不揮発性メモリー７２又はレジスター７４に対するリードおよびライト（以下、リード／ライト）が可能に構成されている。本実施形態では、発振器１００の外部端子と接続される集積回路２の端子はＶＤＤ，ＶＳＳ，ＯＵＴ，ＶＣの４つしかないため、シリアルインターフェース回路８０は、例えば、ＶＤＤ端子の電圧が閾値よりも高い時に、ＶＣ端子から入力されるクロック信号とＯＵＴ端子から入力されるデータ信号を受け付け、不揮発性メモリー７２あるいはレジスター７４に対してデータのリード／ライトを行う。

不揮発性メモリー７２は、各種の制御データを記憶するための記憶部であり、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）やフラッシュメモリーなどの書き換え可能な種々の不揮発性メモリーであってもよいし、ワンタイムＰＲＯＭ（One Time Programmable Read Only Memory）のような書き換え不可能な種々の不揮発性メモリーであってもよい。

不揮発性メモリー７２には、周波数調整回路３０を制御するための周波数調整データや、温度補償回路４０を制御するための温度補償データ（１次補償データ、・・・、ｎ次補償データ）が記憶される。さらに、不揮発性メモリー７２には、出力回路２０やＡＦＣ回路３２をそれぞれ制御するためのデータ（不図示）も記憶される。

周波数調整データは、発振器１００の周波数を調整するためのデータであり、発振器１００の周波数が所望の周波数からずれていた場合に、周波数調整データを書き換えることで、発振器１００の周波数が所望の周波数に近づくように微調整することができる。

温度補償データ（１次補償データ、・・・、ｎ次補償データ）は、発振器１００の温度補償調整工程において算出される、発振器１００の周波数温度特性の補正用のデータであり、例えば、振動素子３の周波数温度特性の各次数成分に応じた１次〜ｎ次の係数値であってもよい。ここで、温度補償データの最大次数ｎとしては、振動素子３の周波数温度特性を打ち消し、さらに、集積回路２の温度特性の影響も補正可能な値が選択される。例えば、ｎは振動素子３の周波数温度特性の主要な次数よりも大きい整数値であってもよい。例えば、振動素子３がＡＴカット水晶振動素子であれば、周波数温度特性は３次曲線を呈し、その主要な次数は３であるので、ｎとして３よりも大きい整数値（例えば、５又は６）が選択されてもよい。なお、温度補償データは、１次〜ｎ次のすべての次数の補償データを含んでもよいし、１次〜ｎ次のうちの一部の次数の補償データのみを含んでもよい。

不揮発性メモリー７２に記憶されている各データは、集積回路２の電源投入時（ＶＤＤ端子の電圧が０Ｖから所望の電圧まで立ち上がる時）に不揮発性メモリー７２からレジスター７４に転送され、レジスター７４に保持される。そして、周波数調整回路３０にはレジスター７４に保持される周波数調整データが入力され、温度補償回路４０にはレジスター７４に保持される温度補償データ（１次補償データ、・・・、ｎ次補償データ）が入力され、出力回路２０やＡＦＣ回路３２にもレジスター７４に保持される各制御用のデータが入力される。

不揮発性メモリー７２が書き換え不可能である場合には、発振器１００の検査時において、外部端子からシリアルインターフェース回路８０を介して、不揮発性メモリー７２から転送される各データが保持されるレジスター７４の各ビットに直接各データが書き込まれて発振器１００が所望の特性を満たすように調整され、調整された各データが最終的に不揮発性メモリー７２に書き込まれる。また、不揮発性メモリー７２が書き換え可能である場合には、発振器１００の検査時において、外部端子からシリアルインターフェース回路８０を介して、不揮発性メモリー７２に各データが書き込まれるようにしてもよい。ただし、不揮発性メモリー７２への書き込みは一般に時間がかかるため、発振器１００の検査時には、検査時間を短縮するために、外部端子からシリアルインターフェース回路８０を介してレジスター７４の各ビットに直接各データが書き込まれ、調整された各データが最終的に不揮発性メモリー７２に書き込まれるようにしてもよい。

発振用回路１０は、振動素子３の出力信号を増幅して振動素子３にフィードバックすることで、振動素子３を発振させ、振動素子３の発振に基づく発振信号を出力する。例えば、レジスター７４に保持された制御データによって、発振用回路１０の発振段電流が制御されてもよい。

周波数調整回路３０は、レジスター７４に保持された周波数調整データに応じた電圧を発生させて、発振用回路１０の負荷容量として機能する可変容量素子（不図示）の一端に印加する。これにより、所定の温度（例えば、２５℃）かつＶＣ端子の電圧が所定の電圧（例えば、ＶＤＤ／２）となる条件下での発振用回路１０の発振周波数（基準周波数）がほぼ所望の周波数となるように制御（微調整）される。

ＡＦＣ回路３２は、ＶＣ端子の電圧に応じた電圧を発生させて、発振用回路１０の負荷容量として機能する可変容量素子（不図示）の一端に印加する。これにより、発振用回路１０の発振周波数（振動素子３の発振周波数）が、ＶＣ端子の電圧値に基づき制御される。例えば、レジスター７４に保持された制御データによって、ＡＦＣ回路３２のゲインが制御されてもよい。

温度センサー５０は、温度を検出する。温度センサー５０は、その周辺の温度に応じた信号（例えば、温度に応じた電圧）を出力する感温素子である。温度センサー５０は、温度が高いほど出力電圧が高い正極性のものであってもよいし、温度が高いほど出力電圧が低い負極性のものであってもよい。なお、温度センサー５０としては、発振器１００の動作が保証される所望の温度範囲において、温度変化に対して出力電圧ができるだけ線形に変化するものが望ましい。

温度補償回路４０は、振動素子３の周波数温度特性を、温度センサー５０の出力信号に基づいて補償する。温度補償回路４０は、温度センサー５０からの出力信号が入力され、振動素子３の周波数温度特性を補償するための電圧（温度補償電圧）を発生させて、発振用回路１０の負荷容量として機能する可変容量素子（不図示）の一端に印加する。これにより、発振用回路１０の発振周波数が、温度によらずほぼ一定になるように制御される。本実施形態では、温度補償回路４０は、１次電圧発生回路４１−１〜ｎ次電圧発生回路４
１−ｎ及び加算回路４２を含んで構成されている。

１次電圧発生回路４１−１〜ｎ次電圧発生回路４１−ｎは、それぞれ、温度センサー５０からの出力信号が入力され、レジスター７４に保持された１次補償データ〜ｎ次補償データに応じて、周波数温度特性の１次成分からｎ次成分を補償するための１次補償電圧〜ｎ次補償電圧を発生させる。

加算回路４２は、１次電圧発生回路４１−１〜ｎ次電圧発生回路４１−ｎがそれぞれ発生させる１次補償電圧〜ｎ次補償電圧を加算して出力する。この加算回路４２の出力電圧が温度補償回路４０の出力電圧（温度補償電圧）となる。

出力回路２０は、発振用回路１０が出力する発振信号が入力され、外部出力用の発振信号を生成し、ＯＵＴ端子を介して外部に出力する。例えば、レジスター７４に保持された制御データによって、出力回路２０における発振信号の分周比や出力レベルが制御されてもよい。発振器１００の出力周波数範囲は、例えば、１０ＭＨｚ以上８００ＭＨｚ以下である。

このように構成された発振器１００は、所望の温度範囲において、温度によらず、外部端子ＶＣ１の電圧に応じた一定の周波数の発振信号を出力する電圧制御型の温度補償型発振器（振動素子３が水晶振動素子であればＶＣ−ＴＣＸＯ（Voltage Controlled Temperature Compensated Crystal Oscillator））として機能する。

１．２． 発振器の製造方法
図７は、本実施形態に係る発振器１００の製造方法の手順の一例を示すフローチャート図である。図７の工程Ｓ１および工程Ｓ１０〜Ｓ７０の一部を省略又は変更し、あるいは、他の工程を追加してもよい。また、可能な範囲で、各工程の順番を適宜変更してもよい。

まず、パッケージ４に振動素子３を収容する（Ｓ１）。この工程Ｓ１では、まず、振動素子３をベース４ａに搭載し、リッド４ｂによりベース４ａを封止する。例えば、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気をヘリウムにする場合、リッド４ｂによりベース４ａを封止する工程を、ヘリウム雰囲気で行う。具体的には、ベース４ａおよびリッド４ｂを真空装置内に置き、真空装置内を排気した後にヘリウムを流入させて真空装置内をヘリウム雰囲気にした状態で、リッド４ｂをベース４ａに接合する。これにより、空間４ｃの雰囲気が常圧のヘリウムであるパッケージ４に振動素子３を収容することができる。

次に、パッケージ８（ベース８ａ）に、集積回路２および振動素子３を収容したパッケージ４を搭載する（Ｓ１０）。工程Ｓ１０により、集積回路２とパッケージ４の外部端子５ａ，５ｂとが接続され、集積回路２に電源を供給すると集積回路２と振動素子３とが電気的に接続される状態になる。

次に、リッド８ｂによりベース８ａを封止し、熱処理を行ってリッド８ｂをベース８ａに接合する（Ｓ２０）。例えば、パッケージ８の空間８ｃの雰囲気を真空にする場合、リッド８ｂによるベース８ａの封止は、真空雰囲気で行われる。具体的には、ベース８ａおよびリッド８ｂを真空装置内に置き（真空装置内は例えば空気）、真空装置内を排気して真空装置内を真空雰囲気とした状態で、リッド８ｂをベース８ａに接合する。これにより、空間８ｃの雰囲気が真空であるパッケージ８に、集積回路２および振動素子３（パッケージ４）を収容することができる。

工程Ｓ１、工程Ｓ１０、および工程Ｓ２０により、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気の
熱伝導率がパッケージ８の空間８ｃの雰囲気の熱伝導率よりも高く、かつ、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気の圧力がパッケージ８の空間８ｃの雰囲気の圧力よりも高い発振器１００を組み立てることができる。

次に、発振器１００の基準周波数（基準温度Ｔ０（例えば、２５℃）での周波数）を調整する（Ｓ３０）。この工程Ｓ３０では、基準温度Ｔ０で発振器１００を発振させて周波数を測定し、周波数偏差が０に近づくように周波数調整データを決定する。

次に、発振器１００のＶＣ（Voltage Control）感度を調整する（Ｓ４０）。ＶＣ感度は、制御電圧の変化に対する発振周波数の変化の割合である。この工程Ｓ４０では、基準温度Ｔ０において、外部端子ＶＣ１に所定の電圧（例えば、０ＶやＶＤＤ）を印加した状態で発振器１００を発振させて周波数を測定し、所望のＶＣ感度が得られるように、ＡＦＣ回路３２の調整データを決定する。

次に、発振器１００の温度補償調整を行う（Ｓ５０）。この温度補償調整工程Ｓ５０では、所望の温度範囲（例えば、−４０℃以上１０５℃以下）において、複数の温度で発振器１００の周波数を測定し、測定結果に基づいて、発振器１００の周波数温度特性を補正するための温度補償データ（１次補償データ、・・・、ｎ次補償データ）を生成する。具体的には、温度補償データの算出プログラムが、複数の温度での周波数の測定結果を用いて、発振器１００の周波数温度特性（振動素子３の周波数温度特性と集積回路２の温度特性を含む）を、温度（温度センサー５０の出力電圧）を変数とするｎ次の式で近似し、近似式に応じた温度補償データ（１次補償データ、・・・、ｎ次補償データ）を生成する。例えば、温度補償データの算出プログラムは、基準温度Ｔ０における周波数偏差を０とし、かつ、所望の温度範囲での周波数偏差の幅を小さくするような温度補償データ（１次補償データ、・・・、ｎ次補償データ）を生成する。

次に、記憶部７０の不揮発性メモリー７２に、工程Ｓ３０、Ｓ４０及びＳ５０で得られた各データを記憶させる（Ｓ６０）。

最後に、発振器１００の周波数温度特性を測定し、良否を判定する（Ｓ７０）。この工程Ｓ７０では、温度を徐々に変化させながら発振器１００の周波数を測定し、所望の温度範囲（例えば、−４０℃以上１０５℃以下）において周波数偏差が所定範囲内にあるか否かを評価し、周波数偏差が所定範囲内にあれば良品、所定範囲内になければ不良品と判定する。

１．３． 特徴
本実施形態に係る発振器１００は、例えば、以下の特徴を有する。

発振器１００では、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気の熱伝導率は、パッケージ８の空間８ｃの雰囲気の熱伝導率よりも高い。そのため、発振器１００では、上述したように、集積回路２と振動素子３の温度差、すなわち、温度センサー５０と振動素子３の温度差を小さくできる。その結果、発振器１００では、パッケージ８の空間８ｃの雰囲気の熱伝導率がパッケージ４の空間４ｃの雰囲気の熱伝導率以上の場合よりも、温度補償回路４０による温度補償の誤差が小さくなり、高い周波数安定性を有することができる。したがって、発振器１００では、例えば、発振器１００が風を受けるような環境、発振器１００の外の温度が変動するような環境など、厳しい温度環境下においても高い周波数安定性を有することができる（後述する「１．５．実験例」参照）。

発振器１００では、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気は、ヘリウムを含む。ヘリウムは、熱伝導率が高い。そのため、集積回路２と振動素子３との間で熱が伝わりやすく、集積
回路２と振動素子３の温度差を小さくできる。さらに、ヘリウムは不活性であるため、発振器１００を安全に製造できる。

発振器１００では、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気の圧力は、パッケージ８の空間８ｃの雰囲気の圧力よりも高い。そのため、発振器１００では、上述したように、集積回路２と振動素子３の温度差、すなわち、温度センサー５０と振動素子３の温度差を小さくできる。したがって、発振器１００では、厳しい温度環境下においても高い周波数安定性を有することができる（後述する「１．５．実験例」参照）。

発振器１００では、パッケージ８の空間８ｃの雰囲気は、真空である。そのため、発振器１００では、パッケージ８の外と、パッケージ８に収容された集積回路２および振動素子３と、の間で熱が伝わりにくくなり、集積回路２と振動素子３の温度差を小さくできる。

発振器１００では、パッケージ８の空間８ｃの圧力は、１×１０^−３Ｐａ以上１０Ｐａ以下である。そのため、発振器１００では、パッケージ８の外と、パッケージ８に収容された集積回路２および振動素子３と、の間で熱が伝わりにくくなり、集積回路２と振動素子３の温度差を小さくできる。

発振器１００では、パッケージ４は、第１面１５ａと、第１面１５ａとは反対側の第２面１５ｂと、を有し、振動素子３は第１面１５ａに配置され、温度センサー５０を含む集積回路２は第２面１５ｂに配置されている。そのため、集積回路２と振動素子３の温度差を小さくできる。

発振器１００では、パッケージ４のリッド４ｂとパッケージ８のベース８ａとが接合されている。そのため、発振器１００では、集積回路２をベース４ａの第２面１５ｂに配置することができ、上記のように、集積回路２と振動素子３の温度差を小さくできる。

発振器１００では、集積回路２および外部端子５ａ，５ｂは、ベース４ａの第２面１５ｂに配置されている。そのため、発振器１００では、外部端子５ａ，５ｂを、パッケージ８のベース８ａ（凹部の底面）から離すことができ、外部からのノイズの影響を低減できる。さらに、発振器１００では、外部端子５ａ，５ｂがベース４ａの第２面１５ｂに設けられていることにより、振動素子３と集積回路２（発振用回路１０）との間の配線長を短くでき、ノイズの影響を低減できる。例えば、集積回路２がパッケージ４のリッド４ｂに配置された場合（例えば図８参照）、振動素子３と集積回路２とがベース８ａの内部又は凹部の表面に設けられた配線を介して電気的に接続されるため、配線長が長くなってしまいノイズの影響を受けやすい。

発振器１００では、振動素子３は、パッケージ４のリッド４ｂとパッケージ８のリッド８ｂとの間に位置している。そのため、発振器１００では、例えばリッド４ｂおよびリッド８ｂの材質を金属にすることにより、リッド４ｂとリッド８ｂとを外部からのノイズ（電磁ノイズ）を遮断するためのシールドとして機能させることができる。したがって、振動素子３に対するノイズの影響を低減できる。

発振器１００では、パッケージ４のリッド４ｂとパッケージ８のベース８ａとは、絶縁性接着剤である接着部材９ａによって接合されている。絶縁性接着剤は、導電性接着剤に比べて、熱を伝えにくい。そのため、発振器１００では、パッケージ８の外の温度変動がパッケージ８に収容された集積回路２および振動素子３に与える影響を低減できる。その結果、集積回路２と振動素子３の温度差を小さくできる。

発振器１００では、パッケージ４のベース４ａと集積回路２とは、導電性接着剤である接着部材９ｂによって接合されている。そのため、発振器１００では、集積回路２で発生した熱が振動素子３に短時間で伝導し、集積回路２と振動素子３の温度差を小さくできる。

発振器１００では、図５に示すように、平面視において、ベース４ａの中心を通り、ベース４ａを二等分する仮想直線Ｌを引いたときに、電極パッド１３ａおよび電極パッド１３ｂは、仮想直線Ｌに対して電極パッド１１ａおよび電極パッド１１ｂが設けられている側に位置している。そのため、発振器１００では、例えば、電極パッド１３ａおよび電極パッド１３ｂをベース４ａの対角に配置した場合（例えば図１１参照）と比べて、引き出し配線１４ａの長さと引き出し配線１４ｂの長さとの差を小さくできる（または長さを同じにできる）。この結果、パッケージ４の外からの熱が、電極パッド１３ａ、引き出し配線１４ａ、電極パッド１１ａを介して振動素子３に伝わる経路の経路長と、電極パッド１３ｂ、引き出し配線１４ｂ、電極パッド１１ｂを介して振動素子３に伝わる経路の経路長と、の差を小さくすることができる。これにより、振動素子３の温度ムラを低減することができ、集積回路２と振動素子３の温度差をより小さくできる。

なお、上記では、集積回路２に温度センサー５０が組み込まれている例について説明したが、図示はしないが、集積回路２に温度センサー５０が組み込まれていなくてもよい。この場合、少なくとも温度センサー５０がパッケージ４のベース４ａの第２面１５ｂに配置されていればよい。これにより、温度センサー５０と振動素子３の温度差を小さくでき、温度補償回路４０による温度補償の誤差を小さくできる。

１．４． 発振器の変形例
次に、本実施形態に係る発振器の変形例について説明する。

（１）第１変形例
図８は、第１変形例に係る発振器２００の構造の一例を模式的に示す断面図であり、図２に対応している。以下、発振器２００において、上述した発振器１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。

上述した発振器１００では、図２に示すように、パッケージ４のリッド４ｂと、パッケージ８のベース８ａと、が接合されていた。

これに対して、発振器２００では、図８に示すように、パッケージ４のベース４ａと、パッケージ８のベース８ａと、が接合されている。発振器２００では、ベース４ａの第２面１５ｂがベース８ａに接合されている。

ベース４ａとベース８ａとは、接着部材９ａによって接着されている。接着部材９ａは、導電性接着剤であり、パッケージ４の外部端子（図示せず）とベース８ａの表面に設けられた配線とを接続している。

ベース８ａの内部又は凹部の表面には、集積回路２の２つの端子（図６のＸＯ端子及びＸＩ端子）と振動素子３の２つの端子（励振電極３ａ及び励振電極３ｂ）とをそれぞれ電気的に接続するための不図示の配線が設けられている。

集積回路２は、パッケージ４のリッド４ｂに接合されている。集積回路２は、接着部材９ｂによってリッド４ｂに接着（固定）されている。接着部材９ｂは、例えば、導電性接着剤である。

発振器２００では、発振器１００と同様に、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気の熱伝導率は、パッケージ８の空間８ｃの雰囲気の熱伝導率よりも高い。また、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気の圧力は、パッケージ８の空間８ｃの雰囲気の圧力よりも高い。そのため、発振器２００によれば、発振器１００と同様に、集積回路２と振動素子３の温度差を小さくでき、厳しい温度環境下においても高い周波数安定性を有することができる。

（２）第２変形例
図９は、第２変形例に係る発振器３００の構造の一例を模式的に示す断面図であり、図２に対応している。以下、発振器３００において、上述した発振器１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。

上述した発振器１００では、図２および図３に示すように、外部端子５ａ，５ｂは、集積回路２の２つの端子（図６のＸＯ端子及びＸＩ端子）にそれぞれボンディングワイヤー７で接続されていた。

これに対して、発振器３００では、図９に示すように、外部端子５ａ，５ｂは、金属バンプや、銀ペーストなどで、集積回路２の２つの端子に接続されている。

発振器３００では、発振器１００と同様の作用効果を奏することができる。

（３）第３変形例
図１０は、第３変形例に係る発振器４００の構造の一例を模式的に示す上面図であり、図３に対応している。図１１は、パッケージ４のベース４ａを模式的に示す平面図であり、図５に対応している。以下、発振器４００において、上述した発振器１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。

上述した発振器１００では、図３に示すように、外部端子５ａおよび外部端子５ｂは、パッケージ４のベース４ａの第２面１５ｂにおいて集積回路２の一方側に位置していた。

これに対して、発振器４００では、図１０に示すように、パッケージ４のベース４ａの第２面１５ｂにおいて外部端子５ａが集積回路２の一方側に位置し、外部端子５ｂが集積回路２の他方側に位置している。図示の例では、外部端子５ａと外部端子５ｂとは、ベース４ａの第２面１５ｂの対角に位置している。

また、発振器４００では、図１１に示すように、平面視において、ベース４ａ（第１面１５ａ）の中心を通り、ベース４ａを二等分する仮想直線Ｌを引いたときに、電極パッド１３ａ、電極パッド１１ａ、および電極パッド１１ｂは、二等分されたベース４ａの一方側に位置し、電極パッド１３ｂは、二等分されたベース４ａの他方側に位置している。図示の例では、電極パッド１３ａおよび電極パッド１３ｂは、ベース４ａの第１面１５ａの対角に配置されている。

発振器４００では、発振器１００と同様の作用効果を奏することができる。

（４）第４変形例
上述した発振器１００では、図２に示すパッケージ４の空間４ｃの雰囲気の熱伝導率は、パッケージ８の空間８ｃの雰囲気の熱伝導率よりも高く、かつ、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気の圧力は、パッケージ８の空間８ｃの雰囲気の圧力よりも高かった。

これに対して、本変形例では、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気の熱伝導率は、パッケージ８の空間８ｃの雰囲気の熱伝導率よりも高く、かつ、パッケージ４の空間４ｃの雰囲
気の圧力は、パッケージ８の空間８ｃの雰囲気の圧力と同じであってもよい。例えば、空間４ｃの雰囲気はヘリウムであり、空間８ｃの雰囲気は窒素であり、かつ、空間４ｃの雰囲気の圧力と空間８ｃの雰囲気の圧力とは同じ（例えば大気圧と同じ圧力）であってもよい。このような場合でも、集積回路２と振動素子３の温度差を小さくできる。

また、本変形例では、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気の熱伝導率は、パッケージ８の空間８ｃの雰囲気の熱伝導率と同じであり、かつ、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気の圧力は、パッケージ８の空間８ｃの雰囲気の圧力よりも高くてもよい。例えば、空間４ｃの雰囲気および空間８ｃの雰囲気は窒素であり、空間４ｃの雰囲気の圧力は大気圧と同じ圧力であり空間８ｃの雰囲気は真空であってもよい。このような場合でも、集積回路２と振動素子３の温度差を小さくできる。

（５）第５変形例
上述した発振器１００では、図２に示すパッケージ８のリッド８ｂの材質は、金属であったが、リッド８ｂの材質は酸化アルミニウムなどの各種セラミックスであってもよい。セラミックスは、金属と比べて熱伝導率が低い。そのため、リッド８ｂの材質をセラミックスにすることにより、例えばリッド８ｂの材質が金属の場合と比べて、パッケージ８の外の温度変動がパッケージ８に収容された集積回路２および振動素子３に与える影響を低減できる。その結果、集積回路２と振動素子３の温度差を小さくできる。

なお、リッド８ｂの材質はセラミックスに限定されず、ベース８ａを封止することができ、かつ、熱伝導率の低い材料であればよい。

１．５． 実験例
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によって何ら限定されるものではない。

（１）発振器
本実験に用いた発振器Ｅの構成は、上述した「１．１．発振器の構成」（図１〜図４参照）と同様である。具体的には、発振器Ｅでは、パッケージ４のリッド４ｂがパッケージ８のベース８ａに接合されている。また、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気はヘリウムであり、パッケージ８の空間８ｃの雰囲気は空気である。また、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気の圧力は大気圧と同じ圧力であり、パッケージ８の空間８ｃの雰囲気の圧力は１×１０^−２Ｐａ程度である。また、振動素子３は、水晶振動素子である。また、ベース４ａおよびベース８ａの材質はセラミックスであり、リッド４ｂおよびリッド８ｂの材質は金属である。

比較例として、発振器Ｃ１および発振器Ｃ２を準備した。

発振器Ｃ１の構成は、図８に示すように、パッケージ４のベース４ａとパッケージ８のベース８ａとを接合したものとした。発振器Ｃ１では、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気およびパッケージ８の空間８ｃの雰囲気を窒素とし、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気の圧力およびパッケージ８の空間８ｃの雰囲気の圧力を大気圧と同じ圧力とした。その他の構成は、発振器Ｅと同様である。

発振器Ｃ２は、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気およびパッケージ８の空間８ｃの雰囲気を窒素とし、パッケージ４の空間４ｃの雰囲気の圧力およびパッケージ８の空間８ｃの雰囲気の圧力を大気圧と同じ圧力にした点を除いて、発振器Ｅと同じとした。

（２）温度センサーと振動素子の温度差
発振器Ｅ、発振器Ｃ１、および発振器Ｃ２のモデルを用いて伝熱解析（シミュレーション）を行い、振動素子３と温度センサー５０の温度の状況を調べた。具体的には、発振器の集積回路２の一部をヒーター（熱源）として、集積回路２に組み込まれた温度センサー５０の温度、および振動素子３の温度を伝熱解析で求め、温度センサー５０と振動素子３との温度差を計算した。

本解析では、発振器が置かれる環境を、温度２５℃で一定の状態で、発振器に流速３ｍ／ｓの風があたる環境とした。

下記表１は、伝熱解析の結果を示す表である。図１２は、伝熱解析の結果を示すグラフである。

表１および図１２に示すように、発振器Ｃ２は、発振器Ｃ１に比べて、温度センサー５０と振動素子３の温度差が小さくなった。この結果から、リッド４ｂをベース８ａに接合することで、ベース４ａとベース８ａとを接合した場合に比べて、温度センサー５０と振動素子３の温度差を小さくできることがわかった。

また、発振器Ｅは、発振器Ｃ２に比べて、温度センサー５０と振動素子３の温度差が小さくなった。この結果から、空間４ｃの雰囲気の熱伝導率を空間８ｃの雰囲気の熱伝導率よりも高くし、かつ、空間４ｃの雰囲気の圧力を空間８ｃの雰囲気の圧力よりも高くすることで、空間４ｃ，８ｃの雰囲気の熱伝導率および圧力を同じにした場合と比べて、温度センサー５０と振動素子３の温度差を小さくできることがわかった。

（３）アラン分散（ＡＤＥＶ）の測定
発振器Ｅ、発振器Ｃ１、および発振器Ｃ２について、発振器の周波数の短期安定度を、アラン分散（ＡＤＥＶ）を測定することで評価した。本測定では、発振器Ｅを、温度２５℃で一定の恒温槽に入れ、流速３ｍ／ｓの風を当てた状態で、アラン分散（ＡＤＥＶ）を測定した。発振器Ｃ１および発振器Ｃ２についても同様の測定を行った。

下記表２は、アラン分散（ＡＤＥＶ：Allan DEViation）の測定結果の結果を示す表である。

表２に示すように、発振器Ｃ２は測定時間間隔１秒でのアラン分散が６×１０^−１１であり、発振器Ｃ１に比べて、周波数安定性が高いことがわかった。この結果から、パッケ
ージ４のリッド４ｂをパッケージ８のベース８ａに接合することで、ベース４ａとベース８ａとを接合した場合に比べて、高い周波数安定性が得られることがわかった。

また、発振器Ｅは、測定時間間隔１秒でのアラン分散が４．５×１０^−１１であり極めて高い周波数安定性を有し、発振器Ｃ２と比べて周波数安定性が高いことがわかった。この結果から、空間４ｃの雰囲気の熱伝導率を空間８ｃの雰囲気の熱伝導率よりも高くし、かつ、空間４ｃの雰囲気の圧力を空間８ｃの雰囲気の圧力よりも高くすることで、空間４ｃ，８ｃの雰囲気の熱伝導率および圧力を同じにした場合と比べて、高い周波数安定性が得られることがわかった。

本実験例から、発振器に風があたるような厳しい温度環境下でも、発振器Ｅは、温度センサー５０と振動素子３の温度差を小さくでき、高い周波数安定性を有することがわかった。

２． 電子機器
図１３は、本実施形態に係る電子機器の構成の一例を示す機能ブロック図である。また、図１４は、本実施形態に係る電子機器の一例であるスマートフォンの外観の一例を示す図である。

本実施形態に係る電子機器１０００は、発振器１０１０、ＣＰＵ（Central Processing
Unit）１０２０、操作部１０３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０４０、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０５０、通信部１０６０、表示部１０７０を含んで構成されている。なお、本実施形態に係る電子機器は、図１３の構成要素（各部）の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。

発振器１０１０は、集積回路（ＩＣ）１０１２と振動素子１０１３とを備えている。集積回路（ＩＣ）１０１２は、振動素子１０１３を発振させて発振信号を発生させる。この発振信号は発振器１０１０の外部端子からＣＰＵ１０２０に出力される。

ＣＰＵ１０２０は、ＲＯＭ１０４０等に記憶されているプログラムに従い、発振器１０１０から入力される発振信号をクロック信号として各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、ＣＰＵ１０２０は、操作部１０３０からの操作信号に応じた各種の処理、外部装置とデータ通信を行うために通信部１０６０を制御する処理、表示部１０７０に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理等を行う。

操作部１０３０は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号をＣＰＵ１０２０に出力する。

ＲＯＭ１０４０は、ＣＰＵ１０２０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。

ＲＡＭ１０５０は、ＣＰＵ１０２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ１０４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部１０３０から入力されたデータ、ＣＰＵ１０２０が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。

通信部１０６０は、ＣＰＵ１０２０と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。

表示部１０７０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成される表示装置であり、ＣＰＵ１０２０から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。表示部
１０７０には操作部１０３０として機能するタッチパネルが設けられていてもよい。

発振器１０１０として、本発明に係る発振器（例えば発振器１００）を適用することにより、厳しい温度環境下においても優れた周波数安定性を有する発振器を備えた電子機器を実現できる。

このような電子機器１０００としては種々の電子機器が考えられ、例えば、パーソナルコンピューター（例えば、モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター、タブレット型パーソナルコンピューター）、スマートフォンや携帯電話機などの移動体端末、ディジタルカメラ、インクジェット式吐出装置（例えば、インクジェットプリンター）、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、移動体端末基地局用機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、カーナビゲーション装置、リアルタイムクロック装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ゲーム用コントローラー、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ（Point Of Sale）端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、ＰＤＲ（Personal Digital Assistant、歩行者位置方位計測）等が挙げられる。

本実施形態に係る電子機器１０００の一例として、上述した発振器１０１０を基準信号源、あるいは電圧可変型発振器（ＶＣＯ）等として用いて、例えば、端末と有線または無線で通信を行う端末基地局用装置等として機能する伝送装置が挙げられる。発振器１０１０として、発振器１００を適用することにより、例えば通信基地局などに利用可能な、高性能、高信頼性を所望される電子機器を実現することができる。

また、本実施形態に係る電子機器１０００の他の一例として、通信部１０６０が外部クロック信号を受信し、ＣＰＵ１０２０（処理部）が、当該外部クロック信号と発振器１０１０の出力信号（内部クロック信号）とに基づいて、発振器１０１０の周波数を制御する周波数制御部と、を含む、通信装置が挙げられる。この通信装置は、例えば、ストレータム３などの基幹系ネットワーク機器やフェムトセルに使用される通信機器であってもよい。

３． 移動体
図１５は、本実施形態に係る移動体の一例を示す図（上面図）である。図１５に示す移動体１１００は、発振器１１１０、エンジンシステム、ブレーキシステム、キーレスエントリーシステム等の各種の制御を行うコントローラー１１２０，１１３０，１１４０、バッテリー１１５０、バックアップ用バッテリー１１６０を含んで構成されている。なお、本実施形態に係る移動体は、図１５の構成要素（各部）の一部を省略し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。

発振器１１１０は、不図示の集積回路（ＩＣ）と振動素子とを備えており、集積回路（ＩＣ）は振動素子を発振させて発振信号を発生させる。この発振信号は発振器１１１０の外部端子からコントローラー１１２０，１１３０，１１４０に出力され、例えばクロック信号として用いられる。

バッテリー１１５０は、発振器１１１０及びコントローラー１１２０，１１３０，１１４０に電力を供給する。バックアップ用バッテリー１１６０は、バッテリー１１５０の出力電圧が閾値よりも低下した時、発振器１１１０及びコントローラー１１２０，１１３０
，１１４０に電力を供給する。

発振器１１１０として本発明に係る発振器（例えば発振器１００）を適用することにより、厳しい温度環境下においても優れた周波数安定性を有する発振器を備えた移動体を実現できる。

このような移動体１１００としては種々の移動体が考えられ、例えば、自動車（電気自動車も含む）、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

２…集積回路、３…振動素子、３ａ…励振電極、３ｂ…励振電極、４…パッケージ、４ａ…ベース、４ｂ…リッド、４ｃ…空間、５ａ…外部端子、５ｂ…外部端子、６…外部端子、７…ボンディングワイヤー、８…パッケージ、８ａ…ベース、８ｂ…リッド、８ｃ…空間、９ａ…接着部材、９ｂ…接着部材、１０…発振用回路、１１ａ…電極パッド、１１ｂ…電極パッド、１２…接続部材、１３ａ…電極パッド、１３ｂ…電極パッド、１４ａ…引き出し配線、１４ｂ…引き出し配線、１５ａ…第１面、１５ｂ…第２面、２０…出力回路、３０…周波数調整回路、３２…ＡＦＣ回路、４０…温度補償回路、４１−１…１次電圧発生回路、４１−ｎ…ｎ次電圧発生回路、４２…加算回路、５０…温度センサー、６０…レギュレーター回路、７０…記憶部、７２…不揮発性メモリー、７４…レジスター、８０…シリアルインターフェース回路、１００…発振器、２００…発振器、３００…発振器、４００…発振器、１０００…電子機器、１０１０…発振器、１０１３…振動素子、１０２０…ＣＰＵ、１０３０…操作部、１０４０…ＲＯＭ、１０５０…ＲＡＭ、１０６０…通信部、１０７０…表示部、１１００…移動体、１１１０…発振器、１１２０…コントローラー、１１３０…コントローラー、１１４０…コントローラー、１１５０…バッテリー、１１６０…バックアップ用バッテリー

Claims (12)

1. 振動素子と、
   前記振動素子を発振させ、発振信号を出力する発振用回路と、
   温度を検出する温度センサーと、
   前記振動素子の周波数温度特性を、前記温度センサーの出力信号に基づいて補償する温度補償回路と、
   前記振動素子を収容し、内部が第１雰囲気である第１容器と、
   前記第１容器、前記発振用回路、前記温度センサー、および前記温度補償回路を収容し、内部が第２雰囲気である第２容器と、
   を含み、
   前記第１雰囲気の熱伝導率は、前記第２雰囲気の熱伝導率よりも高い、発振器。
2. 請求項１において、
   前記第１雰囲気の圧力は、前記第２雰囲気の圧力よりも高い、発振器。
3. 振動素子と、
   前記振動素子を発振させ、発振信号を出力する発振用回路と、
   温度を検出する温度センサーと、
   前記振動素子の周波数温度特性を、前記温度センサーの出力信号に基づいて補償する温度補償回路と、
   前記振動素子を収容し、内部が第１雰囲気である第１容器と、
   前記第１容器、前記発振用回路、前記温度センサー、および前記温度補償回路を収容し、内部が第２雰囲気である第２容器と、
   を含み、
   前記第１雰囲気の圧力は、前記第２雰囲気の圧力よりも高い、発振器。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記第１容器は、第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を含む第１ベースを含み、
   前記振動素子は、前記第１面に配置され、
   前記温度センサーは、前記第２面に配置されている、発振器。
5. 請求項４において、
   前記第２面に配置され、前記振動素子と電気的に接続された端子を含み、
   前記発振用回路は、前記第２面に配置されている、発振器。
6. 請求項４または５において、
   前記第１容器は、前記振動素子に対して前記第１面とは反対側に配置された第１リッドを含み、
   前記第２容器は、第２ベースを含み、
   前記第１リッドと前記第２ベースとが接合されている、発振器。
7. 請求項６において、
   前記第１リッドと前記第２ベースとは、絶縁性接着剤によって接合されている、発振器。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項において、
   前記第１雰囲気は、ヘリウムを含む、発振器。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項において、
   前記第２雰囲気は、真空である、発振器。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項において、
    前記第２雰囲気の圧力は、１×１０^−３Ｐａ以上１０Ｐａ以下である、発振器。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の発振器を備えている、電子機器。
12. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の発振器を備えている、移動体。

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