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公開番号2025083253
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-30
出願番号2023214982
出願日2023-12-20
発明の名称温度補償水晶発振器及びその製造方法、並びに電子機器
出願人個人
代理人TRY国際弁理士法人
主分類H03B 5/32 20060101AFI20250523BHJP(基本電子回路)
要約【課題】小型化及び熱容積の制限に対応できる温度補償水晶発振器及びその製造方法並びにこの温度補償水晶発振器を備える電子機器を提供する。
【解決手段】温度補償水晶発振器30は、水晶振動子31、温度センサーを内蔵する温度補償発振チップ32、絶縁層33及び第1電極構造34とを含む、水晶振動子は、振動素子311と振動素子の外周に封入された気密封止構造312を含む。温度補償発振チップ32は、気密封止構造の一方側に設置される。絶縁層は、温度補償発振チップ及び気密封止構造の少なくとも一方側を覆い、且つ、導電材料が形成された第1導通孔331並びに密閉キャビティおよび/または半密閉キャビティ含む断熱キャビティ36を有する。断熱キャビティは、気体を有するか又は真空状態である。第1電極構造は、絶縁層に設けられ、且つ、第1導通孔の中の導電材料を介して温度補償発振チップと電気的に接続される。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
温度補償水晶発振器であって、
水晶振動子、温度補償発振チップ、絶縁層及び第１電極構造を含み、
前記水晶振動子は、振動素子と前記振動素子の外周に封入された気密封止構造とを含み、
前記温度補償発振チップは、前記気密封止構造の一方側に配置され、
前記絶縁層は、前記温度補償発振チップ及び前記気密封止構造の少なくとも一方側を覆い、且つ導電材料が形成された第１導通孔を有するとともに、密閉キャビティおよび/または半密閉キャビティを含む断熱キャビティを有し、前記断熱キャビティは気体を有するか又は真空状態であり、
前記第１電極構造は、前記絶縁層に設けられ、且つ前記第１導通孔の中の前記導電材料を介して前記温度補償発振チップと電気的に接続されることを特徴とする温度補償水晶発振器。
続きを表示（約 2,200 文字）【請求項２】
前記水晶振動子は、セラミックパッケージの水晶振動子であり、前記気密封止構造は、キャビティを有するセラミック基体と、前記セラミック基体に被覆された蓋板と、前記セラミック基体に設けられる第２電極構造とを含み、
前記セラミック基体には、導体構造が設けられ、前記振動素子は、前記キャビティの中に設けられ且つ接着剤を介して前記セラミック基体に接続され、前記第２電極構造は、さらに前記導体構造及び前記温度補償発振チップと電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の温度補償水晶発振器。
【請求項３】
前記水晶振動子は、全水晶パッケージの水晶振動子であり、前記気密封止構造は、前記振動素子の一方側に設けられた第１シール部材と、前記振動素子の他方側に設けられた第２シール部材と、前記第１シール部材に設けられた第２電極構造とを含み、
前記第１シール部材と、前記振動素子と、前記第２シール部材とは、それぞれ水晶材料を含み、前記第２電極構造は、前記温度補償発振チップと電気的に接続され、前記温度補償発振チップは、前記第１シール部材に設けられ且つ前記第２電極構造と電気的に接続され、前記絶縁層は、前記温度補償発振チップと前記第１シール部材とを覆うことを特徴とする請求項１に記載の温度補償水晶発振器。
【請求項４】
前記絶縁層は、さらに第２導通孔を有し、前記第２導通孔の中には、導電材料が形成されており、前記第２電極構造は、前記第２導通孔の中の前記導電材料を介して前記温度補償発振チップと電気的に接続され、前記絶縁層は、第１半導体堆積プロセスによって前記温度補償発振チップ及び前記気密封止構造の少なくとも一方側に設けられ、前記第１導通孔は、半導体エッチングプロセスによって前記絶縁層の中に形成され、前記第１導通孔の中の前記導電材料は、第２半導体堆積プロセスによって前記第１導通孔の中に形成され、前記第１電極構造は、第２半導体堆積プロセスあるいは第３半導体堆積プロセスによって前記絶縁層の上に形成され、前記第２導通孔は、第２半導体エッチングプロセスによって前記絶縁層の中に形成され、前記第２導通孔の中の前記導電材料は、第４半導体堆積プロセスによって前記第２導通孔の中に形成され、前記第２電極構造は、第４半導体堆積プロセスあるいは第５半導体堆積プロセスによって前記第１シール部材の上に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の温度補償水晶発振器。
【請求項５】
前記密閉キャビティの中には気体があり、前記気体は空気であり、前記密閉キャビティは、第３半導体エッチングプロセスにより前記絶縁層の一部をエッチングすることで半密閉キャビティを形成し、更に別の一部の前記絶縁層で前記半密閉キャビティの開口を覆うことによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の温度補償水晶発振器。
【請求項６】
前記断熱キャビティは前記半密閉キャビティを含み、前記半密閉キャビティは前記第１電極構造の周囲に設けられたノッチ構造であることを特徴とする請求項１に記載の温度補償水晶発振器。
【請求項７】
温度補償水晶発振器の製造方法であって、
温度センサーを内蔵する温度補償発振チップを用意するステップと、
振動素子と、前記振動素子の外周に封入された気密封止構造とを含む水晶振動子を用意し、且つ前記水晶振動子を前記温度補償発振チップの一方側に配置するステップと、
前記温度補償発振チップと前記気密封止構造の少なくとも一方側に、導電材料が設けられた第１導通孔と断熱キャビティを有する絶縁層を形成するステップと、
前記絶縁層に第１電極構造を形成し、且つ前記第１電極構造が前記第１導通孔の中の前記導電材料を介して前記温度補償発振チップと電気的に接続されるようにするステップと、を備え、
前記断熱キャビティは、密閉キャビティおよび/または半密閉キャビティを含み、前記断熱キャビティの中には、気体があるか又は真空状態であることを特徴とする温度補償水晶発振器の製造方法。
【請求項８】
前記水晶振動子は、セラミックパッケージの水晶振動子または全水晶パッケージの水晶振動子であり、前記絶縁層は、第１半導体堆積プロセスによって前記温度補償発振チップと前記気密封止構造の少なくとも一方側に堆積され、前記第１導通孔は、半導体エッチングプロセスによって前記絶縁層の中に形成され、前記第１導通孔の中の前記導電材料は、第２半導体堆積プロセスによって前記第１導通孔の中に形成され、前記第１電極構造は、第３半導体堆積プロセスによって前記絶縁層の上に形成されることを特徴とする請求項７記載の温度補償水晶発振器の製造方法。
【請求項９】
前記密閉キャビティの中には気体があり、前記気体は空気であり、前記密閉キャビティは、第３半導体エッチングプロセスにより前記絶縁層の一部をエッチングすることで半密閉キャビティを形成し、更に別の一部の前記絶縁層により前記半密閉キャビティの開口を覆うことによって形成されていることを特徴とする請求項７記載の温度補償水晶発振器の製造方法。
【請求項１０】
請求項１～６のいずれか１項に記載の温度補償水晶発振器が設けられた回路基板を備えることを特徴とする電子機器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願発明は、温度補償水晶発振器(ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＸ’ｔａｌＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ，ＴＣＸＯ)の技術分野に関し、特に温度補償水晶発振器及びその製造方法、並びにこの温度補償水晶発振器を備える電子機器に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
電子機器の使用には、通常、高安定クロックを利用する必要があり、例えば、感熱結晶（ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＳｅｎｓｉｎｇＸ’ｔａｌ，ＴＳＸ）が外部処理チップ又は温度補償水晶発振器(ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＸ’ｔａｌＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ，ＴＣＸＯ)と組み合わせる。その中に、温度補償水晶発振器ＴＣＸＯは一般的に一体にパッケージされた振動子と温度補償発振チップを含む。振動子の結晶振動素子は温度補償発振チップに近ければ近いほどよい。これによって、温度補償発振チップに内蔵される温度センサーが感知する温度は結晶振動素子の温度により近づけることができる。しかし、石英結晶は一般的に圧電製品に属し、温度感知に対して生まれつきのヒステリシス（Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の特性を持っているため、外界の温度の変化に対して反応が早くなるほど、従来の高速ネットワーク通信等に必要であった低遅延（ＬｏｗＬａｔｅｎｃｙ）ニーズに応えることができる。
【０００３】
しかし、各種電子機器の小型化が進むにつれて、温度補償水晶発振器のパッケージサイズも徐々に小型化してきた。既存の温度補償発振チップを保護するために、それをキャビティの中に設置する必要があるため、そのサイズを小さくすることは困難になる。さらに、小型化の温度補償水晶発振器は、熱応答が速すぎることや、セラミックスベースの熱容量がセラミックベース自体の材料特性に制限されて、小さくならない等の問題が存在する。特に小型化セラミックベースのＨ型水晶発振器は、伝統的な水晶発振器の気密性の要求と、回路基板に対する曲げ強度との二つの問題を併せて配慮する必要がある。これらは、温度補償水晶発振器が考慮しなければならない技術的な問題となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、小型化及び熱容積の制限に対応できる温度補償水晶発振器及びその製造方法、並びにこの温度補償水晶発振器を備える電子機器を提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の局面では、本願の実施形態に係る温度補償水晶発振器は、水晶振動子、温度センサーを内蔵した温度補償発振チップ、絶縁層及び第１電極構造を含む。前記水晶振動子は、振動素子と、前記振動素子の外周に封入された気密封止構造とを含む。前記温度補償発振チップは、前記気密封止構造の一方側に配置され、前記絶縁層は、前記温度補償発振チップ及び前記気密封止構造の少なくとも一方側を覆い、且つ導電材料が形成された第１導通孔を有するとともに、断熱キャビティを有する。前記断熱キャビティは、密閉キャビティおよび/または半閉鎖キャビティを含む前記断熱キャビティの中には、気体があるかまたは真空状態である。前記第１電極構造は、前記絶縁層に設置され、且つ前記第１導通孔の中の前記導電材料を介して前記温度補償発振チップと電気的に接続される。
【０００６】
１つの実施形態では、前記水晶振動子は、セラミックパッケージの水晶振動子であり、前記気密封止構造はキャビティを有するセラミック基体と、前記セラミック基体に被覆された蓋板と、前記セラミック基体に設けられる第２電極構造とを含み、前記セラミック基体には、導体構造が設けられ、前記振動素子は、前記キャビティの中に設けられ且つ接着剤を介して前記セラミック基体に接続され、前記第２電極構造は、さらに前記導体構造及び前記温度補償発振チップと電気的に接続される。
【０００７】
１つの実施形態では、前記水晶振動子は、全水晶パッケージの水晶振動子であり、前記気密封止構造は、前記振動素子の一方側に設けられた第１シール部材と、前記振動素子の他方側に設けられた第２シール部材と、前記第１シール部材に設けられた第２電極構造とを含み、前記第１シール部材と、前記振動素子と、前記第２シール部材とは、それぞれ水晶材料を含み、前記第２電極構造は、前記温度補償発振チップと電気的に接続され、前記温度補償発振チップは、前記第１シール部材に設けられ且つ前記第２電極構造と電気的に接続され、前記絶縁層は、前記発振チップと前記第１シール部材とを覆う。
【０００８】
１つの実施形態では、前記絶縁層は、さらに第２導通孔を有し、前記第２導通孔の中には、導電材料が形成されており、前記第２電極構造は、前記第２導通孔の中の前記導電材料を介して前記温度補償発振チップと電気的に接続され、前記絶縁層は、第１半導体堆積プロセスによって前記温度補償発振チップ及び前記気密封止構造の少なくとも一方側に設けられ、前記第１導通孔は、半導体エッチングプロセスによって前記絶縁層の中に形成され、前記第１導通孔の中の前記導電材料は、第２半導体堆積プロセスによって前記第１導通孔の中に形成され、前記第１電極構造は、第２半導体堆積プロセスあるいは第３半導体堆積プロセスによって前記絶縁層の上に形成され、前記第２導通孔は、第２半導体エッチングプロセスによって前記絶縁層の中に形成され、前記第２導通孔の中の前記導電材料は、第４半導体堆積プロセスによって前記第２導通孔の中に形成され、前記第２電極構造は、第４半導体堆積プロセスあるいは第５半導体堆積プロセスによって前記第１シール部材の上に形成される。
【０００９】
１つの実施形態では、前記シールキャビティの中には気体があり、前記気体は空気である。
【００１０】
１つの実施形態では、前記シールキャビティは、第３半導体エッチングプロセスにより前記絶縁層の一部エッチングすることで半密閉キャビティを形成し、更に別の一部の前記絶縁層で前記半密閉キャビティの開口を覆うことによって形成される。
（【００１１】以降は省略されています）

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