JP2014150453A - 圧電デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の圧電デバイスは、少なくとも半導体回路51を搭載した半導体回路基板50と、半導体回路基板50の半導体回路51上に配置された圧電振動素子53と、圧電振動素子53を励振駆動する励振電極54と、励振電極54の端部に設けられた引出電極55とを備えた圧電デバイスである。励振電極54の中央位置及び引出電極55の近傍位置に配置された複数の温度センサ56,57を備えているとともに、半導体回路51に、複数の温度センサ56,57から任意の温度センサを選択可能にする温度センサ選択回路を備えている。
【選択図】図3
Description
特に、基準周波数信号発生用発振回路、PLL回路(phase locked loop;位相同期回路)及びシンセサイザー回路など、機能及びハード構成が確立し、かつ高安定性や高性能化が要求される回路部品に関してモジュール化への傾向が強まっている。更に、これらの部品群をモジュールとしてパッケージ化することによりシールド構造が確立しやすくなるという利点がある。
このような複数の関連部品をモジュール化やパッケージ化することにより構築される表面実装用のIC部品としては、例えば、圧電振動子や圧電発振器,SAW(Surface Acoustic Wave;弾性表面波)デバイスなどがある。
例えば、特許文献1に記載のものは、圧電振動子のパッケージ外部に温度センサ付き電子部品を組み込んだ圧電デバイスにおいて、電子部品の熱的状態を圧電振動素子に近づけることにより、起動時の周波数ドリフト特性を含めた高精度な温度特性を実現することを可能とした圧電デバイス及びこれを内蔵した電子機器に関するものである。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、温度情報の差異を低減し、発振周波数が変動することを防ぐようにした圧電デバイスを提供することにある。
また、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、前記第1の温度センサが、前記圧電振動素子の励振電極の中心付近又は前記圧電振動素子を平面視したときの中心付近に配置されていることを特徴とする。
また、請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明において、前記複数の温度センサが、前記引出電極の近傍の前記半導体回路基板側又は前記圧電振動素子の引出電極と導電性接着材で接続されている前記半導体回路基板上の再配線により設けられた再配線電極の下部に配置される第2の温度センサを含んでいることを特徴とする。
また、請求項7に記載の発明は、請求項1乃至6のいずれかに記載の発明において、前記複数の温度センサが、前記圧電振動素子の引出電極間の中心下部に配置される第3の温度センサを含んでいることを特徴とする。
また、請求項9に記載の発明は、請求項1乃至8のいずれかに記載の発明において、前記複数の温度センサが、前記半導体回路基板上に存在する発振回路や消費電力が大きく発熱が大きい回路から離れた位置に配置される第4の温度センサを含んでいることを特徴とする。
また、請求項11に記載の発明は、請求項1乃至10のいずれかに記載の発明において、前記圧電振動素子が、前記半導体回路基板の前記半導体回路上に配置されていることを特徴とする。
また、請求項13に記載の発明は、請求項12に記載の発明において、前記半導体回路が、前記圧電振動素子を励振駆動するための発振回路と、前記温度センサからの温度情報に基づいて周波数温度制御情報を生成する温度補償回路とを備え、前記発振回路が、前記周波数温度制御情報に基づいて温度補償周波数情報を出力することを特徴とする。
また、請求項15に記載の発明は、請求項1乃至13のいずれかに記載の発明において、前記複数の温度センサが、半導体温度センサであることを特徴とする。
また、図4から分かるように、複数の温度センサが、励振電極54の近傍又は圧電振動素子53の中央位置の半導体回路基板50側に配置される第1の温度センサ56を含んでいる。また、この第1の温度センサ56が、圧電振動素子53の励振電極54の中心付近又は圧電振動素子53を平面視したときの中心付近に配置されている。
つまり、本発明の圧電デバイスは、水晶などの圧電振動素子と温度センサを複数有する半導体回路(ICチップ)が一体になっている圧電デバイスである。そして、半導体回路51内の複数の温度センサが、圧電デバイスのパッケージの構造や封止状態や圧電振動素子の形状などに応じて最適な箇所の温度測定ができるように、温度センサを選択可能に構成したものである。なお、複数の温度センサ56,57としては、サーミスタ素子または半導体温度センサであることが好ましい。
図5(a),(b)は、図4に示した圧電デバイスにおける圧電振動素子の異なる環境下における温度センサの選択状況を説明するための構成図で、図5(a)は窒素雰囲気の場合で、図5(b)は真空封止の場合を示している。なお、図4と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
また、第1の温度センサ56は、圧電振動素子53を平面視したときの中心付近又は圧電振動素子53の励振電極54の中心付近に配置され、第2の温度センサ57は、圧電振動素子53の引出電極55と導電性接着材63で接続されている半導体回路基板50上の再配線により設けられた再配線電極65の下部に設けられている。
圧電振動素子53に電極端子52により接続された半導体回路51には、第1の温度センサ56と第2の温度センサ57と、これらの温度センサとの接続を選択するスイッチSWと、このスイッチSWの切替操作信号を発生する温度センサ選択回路81と、この温度センサ選択回路81の温度センサ選択状態を記憶するメモリ82とを備えている。つまり、複数の温度センサは、温度センサ選択状態を保持するメモリ82と複数の温度センサを選択する温度センサ選択回路81により選択される。
つまり、第1及び第2の温度センサ56,57は、温度センサ選択状態を保持するメモリ82と第1及び第2の温度センサ56,57を選択する温度センサ選択回路81により選択される。この温度センサ選択回路81は、メモリ82のデータにより温度センサを選択する信号を生成する。
貫通電極66上の貫通電極配線67上には電極端子52が配置され、パッケージ61内の空間部58に露出している。外部接続端子69は貫通電極配線67と接続されている。
以上のように、本発明の圧電デバイスによれば、圧電振動素子の実温度をより正確に検出できるため、外部温度の変化時にも圧電振動素子の実温度に追従した出力データを得ることが可能で、温度情報の差異を低減し、安定した発振周波数を得ることができる。
2 パッケージ
3 上部凹所
4 絶縁容器
5 素子搭載パッド
7 導電性接着剤
9 接続導体
10 蓋部材
11 下部凹所
12 外部パッド
15 熱伝導部材
20 圧電振動素子
25 圧電振動子
30 IC部品
31 発振回路
33 温度補償回路
35 A/Dコンバータ
40 温度センサ
42 温度センサ端子
50 半導体回路基板
51 半導体回路(ICチップ)
52 電極端子
53 圧電振動素子
54 励振電極
55 引出電極
56 第1の温度センサ
57 第2の温度センサ
58 空間部
61 パッケージ
62 Si接着剤
63 振動素子接合材(導電性接着剤)
64 圧電振動素子取付端子
65 再配線電極
66 Si貫通電極(ビア)
67 貫通電極配線
68 パッシベーション
69 外部接続端子
71 第3の温度センサ
72 第4の温度センサ
81 温度センサ選択回路
82 メモリ
83 外部電極端子
Claims (15)
- 少なくとも半導体回路を搭載した半導体回路基板と、該半導体回路基板上に配置された圧電振動素子と、該圧電振動素子を励振駆動する励振電極と、該励振電極の端部に設けられた引出電極とを備えた圧電デバイスにおいて、
複数の温度センサを備えているとともに、前記半導体回路に、前記複数の温度センサから任意の温度センサを選択可能にする温度センサ選択回路を備えていることを特徴とする圧電デバイス。 - 前記複数の温度センサが、前記励振電極の近傍又は前記圧電振動素子の中央位置の前記半導体回路基板側に配置される第1の温度センサを含んでいることを特徴とする請求項1に記載の圧電デバイス。
- 前記第1の温度センサが、前記圧電振動素子の励振電極の中心付近又は前記圧電振動素子を平面視したときの中心付近に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の圧電デバイス。
- 前記圧電振動素子が、窒素封止されている場合には、前記第1の温度センサにより温度測定することを特徴とする請求項2又は3に記載の圧電デバイス。
- 前記複数の温度センサが、前記引出電極の近傍の前記半導体回路基板側又は前記圧電振動素子の引出電極と導電性接着材で接続されている前記半導体回路基板上の再配線により設けられた再配線電極の下部に配置される第2の温度センサを含んでいることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の圧電デバイス。
- 前記圧電振動素子が、真空封止されている場合には、前記第2の温度センサにより温度測定することを特徴とする請求項5に記載の圧電デバイス。
- 前記複数の温度センサが、前記圧電振動素子の引出電極間の中心下部に配置される第3の温度センサを含んでいることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の圧電デバイス。
- 前記圧電振動素子が、前記真空封止されている場合で、かつ前記圧電振動素子と半導体回路基板との接合における応力が大きい場合には、前記第3の温度センサにより温度測定することを特徴とする請求項7に記載の圧電デバイス。
- 前記複数の温度センサが、前記半導体回路基板上に存在する発振回路や消費電力が大きく発熱が大きい回路から離れた位置に配置される第4の温度センサを含んでいることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の圧電デバイス。
- 前記半導体回路基板の発熱の影響を回避する場合には、前記第4の温度センサにより温度測定することを特徴とする請求項9に記載の圧電デバイス。
- 前記圧電振動素子が、前記半導体回路基板の前記半導体回路上に配置されていることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の圧電デバイス。
- 前記複数の温度センサが、温度センサ選択状態を保持するメモリと前記複数の温度センサを選択する前記温度センサ選択回路により選択されることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の圧電デバイス。
- 前記半導体回路が、前記圧電振動素子を励振駆動するための発振回路と、前記温度センサからの温度情報に基づいて周波数温度制御情報を生成する温度補償回路とを備え、前記発振回路が、前記周波数温度制御情報に基づいて温度補償周波数情報を出力することを特徴とする請求項12に記載の圧電デバイス。
- 前記複数の温度センサが、サーミスタ素子であることを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の圧電デバイス。
- 前記複数の温度センサが、半導体温度センサであることを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の圧電デバイス。
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