JP2014204140A - 振動デバイス、電子機器、移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体からの熱を振動片に伝えやすくし、振動片の温度を一定に維持する振動デバイスを提供する。【解決手段】振動デバイスとしての水晶振動子１は、表裏の関係にある第１主面１０ａ、第２主面１０ｂに励振電極１１，１２を有する振動片としての水晶振動片１０と、水晶振動片１０を加温する発熱体２０と、発熱体２０の熱を水晶振動片１０に伝達する伝熱層７０と、を備えている。伝熱層７０の面上には、水晶振動片１０と発熱体２０のうちの少なくとも一部が並んで配置されている。第２主面１０ｂ側の励振電極１２と、伝熱層７０とは、向かい合うように配置されている。このようにすることで、発熱体２０から水晶振動片１０に熱を伝えやすくし、低消費電力で水晶振動片１０の温度を一定に維持できる。【選択図】図１

Description

本発明は、振動デバイス、振動デバイスを搭載した電子機器、および移動体に関する。

安定した周波数信号を供給する圧電振動子などの振動デバイスは、周囲温度の変動によ
って周波数が変動するため、ヒーターなどの発熱体によって振動片を加温することで、振
動片の温度を一定に維持し、周波数の変動を防ぐ恒温型の構造が用いられる。

例えば、振動デバイスにおいて、直接、加熱ユニットから圧電共振子素子（振動片）に
熱伝導させるために、圧電共振子素子を加熱ユニット（発熱体）の能動面に直接取り付け
、加熱ユニットは基板に固定する構造が、特許文献１に開示されている。

また、プリント基板を挟んで、ヒーターと圧電振動子（振動片）とが対向するように配
置され、プリント基板の内部に配線層としてベタパターンを形成し、このベタパターンは
、ヒーターと振動片とで挟まれる位置に配置される。ヒーターの熱は、このベタパターン
を介して圧電振動子に伝えるという構造が、特許文献２に開示されている。

特開２０１０−２１３２８０号公報 特開２０１０−２８３４７５号公報

特許文献１のような構造では、発熱体の能動面に圧電共振子素子を直接取り付けること
で、発熱体から圧電共振子素子に熱が伝わりやすくしている。しかし、発熱体と圧電共振
子素子を重ねていることから、振動デバイスが厚くなってしまい低背化には不利である。
また、加熱ユニットをパッケージ下部の３層構造のプレートに固着していることから、
加熱ユニットの熱がプレートに伝わりやすい。その結果、振動デバイスから外部へ熱が逃
げてしまうことから、圧電共振子素子の温度を一定に維持するためには、加熱ユニットに
電力を供給し続けなければならず、消費電力が増加してしまう。

また、特許文献２のような構造では、プリント基板の内部に伝熱用にベタパターンを形
成しているが、プリント基板を構成する絶縁体がベタパターンと水晶振動子との間にある
ので、この絶縁体により熱伝導効率が下がり、ヒーターから圧電振動子までの熱伝路にお
ける熱伝導効率が悪い。したがって、圧電振動子の温度を一定に維持するためには、ヒー
ターに電力を供給し続けなければならず、消費電力が増加してしまうという課題がある。

本発明は、上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
形態として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る振動デバイスは、伝熱層と、前記伝熱層の一部分と重なっ
ており、前記伝熱層を加温する発熱体と、前記伝熱層の前記一部分とは異なる部分と重な
り、かつ前記発熱体と並んでいる振動片と、を備えていることを特徴とする
ここで、伝熱層としては、たとえば、熱伝導率が高い金属板や金属めっき層などが用い
られる。また、励振電極としては、たとえば、金（Ａｕ）などの導電性と熱伝導性が高い
材料が用いられる。

このように、発熱体と振動片を伝熱層の面上に並んで配置すれば、発熱体の熱が電熱層
を介して振動片に伝わりやすく、振動片の温度を一定に維持するための電力供給を抑制で
きるので、消費電力を低減できる。また、発熱体と振動片を伝熱層の面上に並んで配置す
る構造によれば、特許文献１のように、発熱体と振動片とを重ねて配置する構造に比べて
、低背化することができる。

［適用例２］上記適用例に係る振動デバイスにおいて、振動片と発熱体とが、熱伝導性
接続材で接続されている、ことが好ましい。

記述したように、振動片と発熱体とを伝熱層上に配置しているが、振動片と発熱体とを
熱伝導性接続材で接続すれば、直接、発熱体の熱を振動片に伝えることができ、より一層
、熱伝達効率を高めることができる。

［適用例３］上記適用例に係る振動デバイスにおいて、前記振動片は励振電極を備えて
おり、前記励振電極は、前記伝熱層と向かい合って重なっている、ことが好ましい。

励振電極は、熱の良導体である。したがって、励振電極と電熱層とを向かい合うように
配置すれば、励振電極を介して発熱体の熱を振動片に効率よく伝達することができる。

［適用例４］上記適用例に係る振動デバイスにおいて、前記振動片は、伝熱パターンを
備えており、前記伝熱パターンと前記伝熱層とが、熱伝導性接続材で接続されている、こ
とが好ましい。
ここで、伝熱パターンは、既述した励振電極と同じ材質を用いることが可能である。

振動片の励振電極が形成された領域は励振領域であって、この励振領域以外の非励振領
域に伝熱パターンを形成しても振動片の振動励起には影響しない。そこで、非励振領域に
伝熱パターンを形成すれば、伝熱路をさらに増やすことが可能となり、発熱体から振動片
への熱伝達効率を高めることができる。

［適用例５］上記適用例に係る振動デバイスにおいて、ベース基板と、前記ベース基板
に固定されている支持体と、を備えており、前記伝熱層は、前記ベース基板に、前記支持
体を介して固定されている、が好ましい。

このようにすれば、伝熱層からベース基板に熱が伝わり、パッケージ外部に熱がにげる
ことを抑制でき、その結果、振動片の温度を一定に維持するための電力供給を抑制できる
ので、消費電力を低減できる。

［適用例６］上記適用例に係る振動デバイスにおいて、さらに、振動片が、水晶振動片
である、ことが好ましい。

水晶振動子は、水晶以外の振動子よりも周波数‐温度特性が優れているが、さらに、高
精度化するためには、発熱体を備えた恒温型にすることが望ましい。そこで、既述した構
造を用いることによって、発熱体の熱が水晶振動片に伝わりやすくし、水晶振動片の温度
を一定に維持することで、高精度で低消費電力の水晶発振器などの振動デバイスを実現で
きる。

［適用例７］本適用例に係る電子機器は、前述した振動デバイスを備える、ことを特徴
とする。

振動デバイスとしては、たとえば、振動子を物理量検出素子として用いた慣性センサー
などがある。これら振動デバイスは、それぞれの検出すべき物理量を、物理量の大小によ
って内蔵する振動子の共振周波数が変化することを利用して測定する方式が多い。既述し
た構造の振動デバイスを搭載すれば、周囲温度の変化が大きい環境下においても、高精度
な物理量測定が可能な電子機器を提供できる。
また、携帯電話のような移動体通信システムの中継基地局の基準発振源にも最適である
。

[適用例８]本発明の移動体は、前述した振動デバイスを備える、ことを特徴とする。

移動体は、自動車、船舶、飛行機などのように、温度変化の大きい環境下で使用される
ことが多い。これら移動体においては、振動デバイスとして、慣性センサー（角速度セン
サー（ジャイロセンサー）、加速度センサー、傾斜センサーなど）などが搭載される。そ
こで、既述したように、振動子を低消費電力で所定の温度に維持できることから、温度変
化に対して周波数が変動しにくい、高精度で、高い信頼性で制御可能な移動体を実現でき
る。

本発明の第１実施形態に係る水晶振動子の内部構造を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ切断面を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る伝熱層と励振電極の構成を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る水晶振動子の内部構造を示す平面図である。 図４のＡ−Ａ切断面を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る水晶振動子の内部構造を示す平面図である。 図６のＡ−Ａ切断面を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係る伝熱層と、水晶振動片に設けられた伝熱パターンの関係を示す部分平面図である。 図８のＡ−Ａ切断面を示す断面図である。 本発明に係る振動デバイスを備えた通信システムの概要図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
なお、以下に説明する各実施形態の振動デバイスは、振動片として水晶振動片１０を用
いた水晶振動子１の構成を代表例として説明する。
また、以下の説明で参照する図は、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材ない
し部分の縦横の縮尺および厚さは実際のものとは異なる模式図である。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る振動デバイスとして圧電振動子である水晶振動子１の内部
構造を示す平面図、図２は、図１のＡ−Ａ切断面を示す断面図である。図１、図２に示す
ように、水晶振動子１は、少なくとも、励振電極１１，１２を有する振動片としてのＡＴ
カット、ＳＣカット、音叉型などの水晶振動片１０と、水晶振動片１０を加温する発熱体
２０と、水晶振動片１０と発熱体２０の下部に配置され、発熱体２０が発生する熱を水晶
振動片１０に伝達する伝熱層７０と、が備えられている。水晶振動片１０と発熱体２０と
は、伝熱層７０の面上に密着され、互いに平面方向に横並びで配置されている。なお、後
述する温度制御回路、感温素子については、必要に応じて発熱体２０に一体的に構成され
ていても良いし、またはベース基板３０に一体的に構成または配置、断熱構造体８０に一
体的に構成または配置されていても良い。または温度制御回路においては、振動デバイス
とは別の構造体に備えられていても良い。

本実施形態では、水晶振動子１０として、平面形状が四角形のＡＴカット水晶振動子を
例示しており、表面側の第１主面１０ａには励振電極１１が形成され、裏面側の第２主面
１０ｂには励振電極１２が形成されている。表裏の関係にある励振電極１１と励振電極１
２は、互いに概ね面対称形状を有している。励振電極１１，１２は、金（Ａｕ）、または
金（Ａｕ）とニッケル（Ｎｉ）などの金属が層状に形成された電気伝導率および熱伝導率
が高い金属層である。

励振電極１１は、水晶振動片１０の中央部の励振電極部１１ａと、励振電極部１１ａか
ら外周部に向かって延在された接続端子部１１ｂとから構成されている。一方、励振電極
１２も同様に、水晶振動片１０の中央部の励振電極部１２ａと、励振電極部１２ａから外
周部に向かって延在された接続端子部１２ｂとから構成されている。励振電極部１１ａと
励振電極部１２ａとが、表裏で重なり合った領域が振動エネルギーが集中する所であり、
本説明では励振領域と名付ける。この励振領域の周囲は本説明では非励振領域と名付ける
。したがって、接続端子部１１ｂ，１２ｂは共に、非励振領域に形成される。

伝熱層７０は、発熱体２０が搭載されているパターン、およびこのパターンから発熱体
２０の周辺にまで延在しているパターンを備えている伝熱パターン部７１と、励振電極１
１と電気的に接続される励振電極接続用パターン部７２，７３とは電気的に絶縁であり、
本実施形態ではスリットで分割されている。伝熱層７０は、熱伝導率が高い金属板や、メ
ッキなどで形成された金属層で構成されている。
本実施形態では、伝熱層７０は、支持体である断熱構造体８０の図示上面に設けられて
いるが、パッケージを構成するベース基板３０の内側底面３０ａに設ける構造にしてもよ
い。

次に、伝熱層７０と励振電極１２について説明する。
図３は、伝熱層７０と励振電極１２の構成を示す平面図である。なお、図３は、説明を
分かりやすくするために、水晶振動片１０の図示は省略し、第２主面１０ｂ側の励振電極
１２のみを図示している。伝熱層７０は、既述したように伝熱パターン部７１と、励振電
極接続用パターン部７２，７３とで構成されており、励振電極１２は、励振電極部１２ａ
と接続端子部１２ｂとで構成されている。

励振電極接続用パターン部７２は、励振電極１２の接続端子部１２ｂと向かい合うよう
に配置される励振電極接続部７２ａと、励振電極接続部７２ａから離れた位置に配置され
る接続端子部７２ｂと、励振電極接続部７２ａと接続端子部７２ｂとを接続するリード部
７２ｃとから構成されている。励振電極接続用パターン部７２，７３は、各部の機能をは
たす範囲で面積を小さくすることが好ましい。伝熱層７０は、励振電極接続用パターン部
７２を取り巻くように形成可能な範囲で広い面積を確保することが好ましい。発熱体２０
の外縁部は、図１では、伝熱層７０の伝熱パターン部７１の外縁部で囲まれる領域内に配
置される。また、伝熱パターン部７１と励振電極接続用パターン部７２とを分離するスリ
ットの幅は、絶縁性が確保できる範囲で狭くすることが望ましい。

励振電極接続用パターン部７２の励振電極接続部７２ａと、励振電極１２の接続端子部
１２ｂとは、上下で接合可能なように、重なり合うように配置され、伝熱パターン部７１
の一部と励振電極部１２aの一部は、互いに向かい合うように配置されている。

発熱体２０は、内部に、ヒーターとしての抵抗発熱体と感温素子（感温センサー）とを
含む素子であって、１チップＩＣ構成としている。発熱体２０の能動面２０ａにはワイヤ
ーボンディング用の電極パッド２１，２２，２３が設けられている。なお、抵抗発熱体と
感温素子とをそれぞれ別チップ構成としてもよい。なお、感温素子は、水晶振動片１０に
近い位置、ヒーターは伝熱層７０に近い位置に配置されることが好ましい。

図２に示すように、水晶振動片１０と発熱体２０は、パッケージ内に収容されている。
パッケージは、ベース基板３０と、枠体４０とリッドと呼ばれる蓋部材５０によって構成
され、パッケージ内は気密空間である。ベース基板３０、枠体４０、および蓋部材５０は
、共にセラミックで形成されている。ベース基板３０の内側底面３０ａには、接続端子６
１から６５が形成されている。接続端子６１，６５は、各々励振電極１１，１２に接続さ
れる端子である。接続端子６２，６３，６４は、発熱体２０と接続される端子である。な
お、発熱体２０の電極パッドの数は１例である。

本実施形態では、水晶振動体１０と発熱体２０は、断熱構造体８０を介してベース基板
３０に固定されている。断熱構造体８０は、平面形状が四角形の基部８１と、基部８１の
４隅から突設された４本の柱部８２と、を備える。断熱構造体８０は、たとえば、ガラス
、またはガラスエポキシ樹脂、またはポリイミド樹脂などの金属やセラミックよりも熱伝
導率が低い材料から形成される。断熱構造体８０は柱部８２において、ベース基板３０の
内側底面３０ａに断熱性接続材９２によって固着される。断熱性接続材９２としては、た
とえば、エポキシ系接着剤などの絶縁性接着剤が用いられる。

図示した断熱構造体８０の形状は１例であって、柱部８２の本数は４本に限らず３本ま
たは２本にしてもよく、５本以上としてもよい。また、発熱体２０および水晶振動子１０
と、ベース基板３０との間で断熱効果があれば、断熱構造体８０の材質や形状は限定され
ない。

水晶振動片１０は、接続端子部１２ｂにおいて、伝熱層７０の励振電極接続部７２ａに
、導電性の柱部材９１と、柱部材９１の周囲に塗布された熱伝導性接続材９０と、によっ
て片持梁状に固定されている。柱部材９１は、たとえばスタッドバンプであって、熱伝導
性接続材９０は、銀ロウ（銀ペースト）や、金属粒子や金属フィラーを含む導電性樹脂接
着剤などである。水晶振動片１０は、励振領域が伝熱層７０に接触しない程度の隙間を有
して固定されている。この隙間は、本実施形態では３０μｍ程度であるが、水晶振動片１
０と伝熱層７０が接触しない範囲で小さくすることが好ましい。柱部材９１は、既述の隙
間を確保する機能を有しており、この隙間が確保できれば、熱伝導性接続材９０のみで接
続・固定することも可能である。

発熱体２０は、熱伝導性接続材９０によって伝熱パターン部７１に固着されている。発
熱体２０と水晶振動片１０とは、ショートしない限り近接して配置される。本実施形態で
は、概ね３０μｍ程度としている。

接続端子部１１ｂと伝熱層７０のうちの励振電極接続用パターン７３との間を金属ワイ
ヤー９３にて導通接続し、さらに励振電極接続用パターン７３とベース基板３０の接続端
子６５との間を金属ワイヤー９３にて導通接続することで第１主面１０ａ側の励振電極１
１は、接続端子６５と導通している。また、第２主面１０ｂ側の励振電極１２は、熱伝導
性接続材９０および励振電極接続用パターン部７２を介して、ベース基板３０の接続端子
６１に接続されている。発熱体２０においては、電極パッド２１は接続端子６２に、電極
パッド２２は接続端子６３に、電極パッド２３は接続端子６４に、各々金属ワイヤー９３
によって接続されている。なお、金属ワイヤー９３は、ボンディングワイヤーである。
なお、図１に示すように、振動片２０と直接接続されている（接続端子部１１ｂと接続
している）金属ワイヤー９３を発熱体２０の上方を通過させて配線させることにより、発
熱体２０からの輻射熱が金属ワイヤー９３に伝達されやすくなり、振動片１０への熱が伝
わりやすくなるという効果を期待できる。

励振電極１１，１２と発熱体２０の各々は、接続端子６１から６５を介して、ベース基
板３０の外側底面３０ｂに設けられた外部接続端子６６に接続されている。外部端子６６
を介して、水晶振動片１０は、振動片１０を励振制御する発振回路に接続される。また、
発熱体２０は外部接続端子６６を介して、温度制御回路に接続される。発熱体２０は、感
温素子の検出出力に基づき、温度制御回路（図示なし）によって発熱体２０への供給電力
を制御する。それによって、水晶振動片１０の温度を予め設定された温度まで加温し、そ
の後も適宜加温することで、一定温度に維持する。
なお、発振回路および温度制御回路をパッケージ内部に収容することも可能である。

続いて、本実施形態における熱の移動について図１、図２を参照しながら説明する。発
熱体２０は、例えば、感温素子（図示なし）と１チップ化されて一体的に構成されている
。感温素子で水晶振動片１０および周囲の温度を検出し、所定の温度以下であれば、温度
制御回路によって発熱体２０に電力を供給して発熱させる。発熱体２０の熱は、輻射熱と
して近接する振動片１０に空間を介して伝わる伝熱路と、熱伝導性接続材９０を介して伝
熱層７０（伝熱パターン部７１および励振電極接続用パターン部７２）に伝わる伝熱路と
、を介して振動片１０に伝わる。また、伝熱層７０と断熱構造体８０の間では接続表層部
を介して、伝熱パターン部７１から励振電極接続用パターン部７２に熱が伝わる伝熱路と
なる。伝熱パターン部７１と励振電極１２は、向かい合うように配置されているので、伝
熱パターン部７１の輻射熱が、励振電極１２を介して水晶振動片１０に、あるいは水晶振
動片１０のうち励振電極１２が形成されていない部分に伝わる。

以上説明した第１実施形態の水晶振動子１は、励振電極１１，１２を有する振動片１０
と、振動片１０を加温する発熱体２０と、発熱体２０の熱を振動片１０に伝達する伝熱層
７０と、を備え、振動片１０と発熱体２０とを並んで配置し、伝熱層１０の面上に密着さ
せている。また、伝熱層７０と励振電極１２は、向かい合うように配置されている。

このような構造にすれば、発熱体２０の熱は、輻射熱として振動片１０に空間を介して
伝わる伝熱路、熱伝導性接続材９０を介して伝熱層７０に伝わる伝熱路、伝熱層７０の輻
射熱が、励振電極１２を介して、あるいは励振電極１２が形成されていない部分にも伝わ
る伝熱路、など複数の伝熱路がある。したがって、発熱体２０の熱が振動片１０に伝わり
やすく、振動片１０の温度を一定に維持するために電力供給をし続ける必要がなく、消費
電力を低減できる。

また、発熱体２０と水晶振動片１０とを伝熱層７０の面上に並んで配置する構造とし、
伝熱層７０を断熱構造体８０の基部８１に形成すれば、特許文献１のように、発熱体と振
動片とを重ねて配置する構造に比べて、低背化することができ、小型化の要求に応えるこ
とができると共に、発熱体２０と振動片１０とが横並びであり発熱体２０に対して振動片
１０の対向している面積が狭い構成であっても上述した通りに発熱体２０の熱が振動片１
０に伝わりやすいので振動片１０を十分に加熱することができる。

また、本実施形態では、伝熱層７０とベース基板３０の間に断熱構造体８０を介在させ
ている。このようにすれば、伝熱層７０からベース基板３０に熱が伝わり、パッケージ外
部に熱が逃げることを抑えることができる。その結果、振動片１０の温度を一定に維持す
るための電力供給を抑制できる。

本実施形態では、振動片として水晶振動片１０を用いている。水晶振動子１の周波数‐
温度曲線は、周波数変化が極小となる温度を有する二次または三次曲線で表される。した
がって、周波数変化が極小となる温度付近に水晶振動片１０の温度を維持すれば、共振周
波数の変動が小さい高精度の水晶振動子１を実現できる。そこで、既述した第１実施形態
による構造にすれば、発熱体２０と水晶振動片１０の間の熱伝導を高めることで、高精度
で低消費電力の水晶振動子１を実現できる。

なお、図１では、励振電極１１と基板３０に設けられた接続端子６５との接続は、伝熱
層７０の一部である励振電極接続用パターン７３を中継して行っているが、励振電極１１
と接続端子６５とを金属ワイヤー８３によって、直接接続してもよい。このようにすれば
、振動片１０と対面している伝熱パターン部７１と発熱体２０が搭載されている伝熱パタ
ーン部７１とをパターンにて連続して構成することができ、また伝熱パターン部の面積を
さらに広くすることができるので、上述したスリットを備えた構成と比較して発熱体２０
から振動片１０への熱伝達効率を高めることができる。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態について図面を参照しながら説明する。第２実施形態は、既述し
た第１実施形態の構造に加えて、水晶振動片１０と発熱体２０とを、熱伝導性接続材９５
で直接接続することを特徴としている。したがって、第１実施形態との相違箇所を中心に
説明する。また、第１実施形態との共通部分には、同じ符号を付している。
図４は、第２実施形態に係る水晶振動子１の内部構造を示す平面図、図５は、図４のＡ
−Ａ切断面を示す断面図である。図４、図５に示すように、水晶振動片１０と発熱体２０
とは、熱伝導性接続材９５によって接続されている。

熱伝導性接続材９５は、発熱体２０の能動面２０ａと水晶振動片１０の第１主面１０ａ
に架けて塗布され、その後、加熱固化させる。図５に示すように、熱伝導性接続材９５の
加熱過程において、熱伝導性接続材９５は、発熱体２０と水晶振動子１０との間に浸透し
、さらに水晶振動子１０の第２主面１０ｂと伝熱層７０との間にも浸透する。熱伝導性接
続材９５は、銀ロウ（銀ペースト）や、金属粒子や金属フィラーを含む導電性樹脂接着剤
などを用いる。

なお、熱伝導性接続材９５は、導電性接続材でもある。したがって、熱伝導性接続材９
０の塗布範囲には、絶縁層９４を形成しておく。図５に示すように、絶縁層９４は、発熱
体２０の能動面２０ａおよび水晶振動片１０側の側面と、熱伝導性接続材９５が伝熱パタ
ーン部７１と励振電極接続用パターン部７２ｃとを覆う範囲に形成される。
水晶振動片１０側の熱伝導性接続材９５の塗布範囲は、励振電極１１，１２に重ならな
い非励振領域である。

なお図４では、熱伝導性接続材９５は、水晶振動片１０の幅方向両側の２か所に設けら
れているが、どちらか１か所でもよい。また、熱伝導性接続材９５を、水晶振動片１０と
発熱体２０とを架橋するように形成してもよい。

以上説明した第２実施形態では、第１実施形態に記載の伝熱路に加えて、水晶振動片１
０と発熱体２０とを、熱伝導性接続材９５によって直接接続する伝熱路を設けることで、
発熱体２０の熱を直接水晶振動片１０に伝えることができ、より一層、熱伝達効率を高め
ることができる。

（第３実施形態）
続いて、第３実施形態について図面を参照しながら説明する。第３実施形態は、既述し
た第１実施形態の構造に加えて、伝熱層７０の形成範囲内に、励振電極１２の全面が向か
い合って配置されていることを特徴としている。したがって、第１実施形態との相違箇所
を中心に説明する。また、第１実施形態との共通部分には、同じ符号を付している。

図６は、第３実施形態に係る水晶振動子１の内部構造を示す平面図、図７は、図６のＡ
−Ａ切断面を示す断面図である。図６、図７に示すように、伝熱層７０は、励振電極１２
の全面と向かい合うように延在されている。さらには、伝熱パターン部７１は、水晶振動
片１０がなす平面より突出する大きさに延在されている。断熱構造体８０を用いる場合に
は、基部８１を伝熱パターン部７１の形成範囲まで広げる。

水晶振動子１０および発熱体２０の伝熱層７０への固定構造、各々の基板３０との金属
ワイヤー９３による電気的な接続構造、断熱構造体８０の基板３０への固定構造は、既述
した第１実施形態と同じである。

このような構造にすれば、第１実施形態に記載の伝熱路に加えて、伝熱層７０（伝熱パ
ターン部７１）からの輻射熱が、第１実施形態で記載した励振電極１２の一部よりも広い
励振電極１２の全面を介して、あるいは励振電極１２が形成されていない水晶振動子１０
本体にも伝わる伝熱路が形成される。このことによって、発熱体２０の熱が水晶振動片１
０に伝わりやすくなり、振動片１０の温度を一定に維持するための電力供給を抑制できる
。

なお、第３実施形態の構造では、第２実施形態に記載の水晶振動片１０と発熱体２０と
を、熱伝導性接続材９５で直接接続する構造も適合させることができる。このようにすれ
ば、さらに伝熱路を増やし、熱伝達効率を高めることができる。

（第４実施形態）
続いて、第４実施形態について図面を参照しながら説明する。第４実施形態は、既述し
た第１実施形態の構造に加えて、水晶振動片１０の非励振領域に伝熱パターン１３を配置
したことを特徴としている。したがって、第１実施形態との相違箇所を中心に説明する。
また、第１実施形態との共通部分には、同じ符号を付している。

図８は、第４実施形態に係る伝熱層７０と、水晶振動片１０に設けられた伝熱パターン
１３の関係を示す部分平面図、図９は、図８のＡ−Ａ切断面を示す断面図である。なお、
図８は、水晶振動片１０の第２主面１０ｂを表している。図８、図９に示すように、水晶
振動片１０の第２主面１０ｂの周縁部には、伝熱パターン１３が配置されている。水晶振
動片１０の励振電極１１，１２が形成された領域は励振領域であるため、伝熱パターン１
３は、この励振領域から離れた水晶振動片１０の振動励起に影響がない非励振領域に配置
される。

伝熱パターン１３は、発熱体２０に近い位置に配置される接続端子部１３ａ，１３ｂと
、接続端子部１３ａと接続端子部１３ｂとを連結するリード部１３ｃとから構成される。
伝熱パターン１３は、非励振領域において、できるだけ広くしておくことが好ましい。接
続端子部１３ａ，１３ｂは、伝熱層７０の伝熱パターン部７１の一部と重なり合うように
配置され、熱伝導性接続材９０によって伝熱パターン部７１に接続される。

水晶振動子１０および発熱体２０の伝熱層７０への固定構造、各々の基板３０との金属
ワイヤー９３による電気的な接続構造、断熱構造体８０の基板３０への固定構造は、既述
した第１実施形態と同じである。

このように、水晶振動片１０にも伝熱パターン１３を配置し、伝熱層７０の伝熱パター
ン部７１を熱伝導性接続材９０で接続すれば、発熱体２０の熱を、伝熱パターン部７１
、熱伝導性接続材９０、伝熱パターン１３の順に経由した後に水晶振動片１０に伝えるこ
とができる。その結果、発熱体２０から水晶振動片１０への熱伝達効率を、さらに高める
ことができる。

なお、第４実施形態の構造は、第２実施形態に記載の水晶振動片１０と発熱体２０とを
、熱伝導性接続材９５で直接接続する構造や、第３実施形態に記載の励振電極１２の全面
が、伝熱層７０の伝熱パターン部７１の形成範囲内に重なるように向かい合って配置され
る構造も適合させることができる。
たとえば、水晶振動片１０と発熱体２０とを、熱伝導性接続材９５で直接接続する構造
では、水晶振動片１０の第１主面１０ａにも伝熱パターン１３を配置し、発熱体２０と伝
熱パターン１３を熱伝導性接続材９５で接続することができる。
また、既述した第３実施形態のように、励振電極１２の全面が、伝熱層７０の形成範囲
内に向かい合って配置される構造では、励振電極１２と伝熱パターン１３と含んで、伝熱
層７０の形成範囲内に向かい合うように配置すればよい。

以上説明した水晶振動子１は、水晶振動片１０と共に、共振回路を構成する発振回路
および共振回路の共振信号を増幅する増幅回路部とで発振回路を構成する。即ち、水晶振
動片１０がＡＴカットの場合の発振回路では、発振回路部の容量回路と水晶振動片１０と
で共振回路が構成されて共振特性に基づく共振出力が生じる。その共振出力は増幅回路に
よって増幅され、その一部が発振回路部にフィードバックされて発振動作する帰還型発振
回路であり、高精度な周波数の出力信号が出力される。

なお、既述した第１実施形態から第４実施形態では、振動片として水晶振動片１０を用
いた水晶振動子１を例示して説明したが、本発明は、水晶以外の圧電体を用いた振動子、
基材表面に圧電体を形成した振動子や、半導体基板を用いたＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌ
ｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）共振器、ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ
Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）共振子などに適合できる。

また、既述の各実施形態では、振動デバイスとして水晶振動子１を例示して説明したが
、水晶振動子１に限らず、本発明を他の振動デバイスに適合させることができる。たとえ
ば、振動子を物理量検出素子として用いた慣性センサー（角速度センサー、加速度センサ
ーや、傾斜センサー）などがある。これら振動デバイスは、それぞれの検出すべき物理量
を、物理量の大小によって内蔵する振動子の共振周波数が変化することを利用して測定す
る方式が多い。既述したように、振動子の共振周波数は、周波数‐温度特性を有すること
から、発熱体によって振動子を恒温に維持することで高精度な物理量測定を行う電子機器
を提供できる。

（電子機器）
本発明の振動デバイスを搭載した電子機器としては、デジタル携帯電話、パーソナルコ
ンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、電子時計、ビデオレコーダー、
ビデオカメラ、テレビ、ディジタルスチルカメラ、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）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、カーナビゲーシ
ョン装置、ページャ、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
、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）、フライトシュミレーター等の電子機器として広範に用いることが
できる。
周波数‐温度特性に優れ、温度維持によって、高精度の周波数が得られることから、高
精度の時計装置、通信システムの中継基地局の基準発振源などに用いることができる。ま
た、振動デバイスとして加速度センサーを用いる場合は、振動検出装置や衝撃検出装置に
、傾斜センサーや角速度センサーは、ロボットアームの姿勢検出装置などに用いることが
できる。

ここでは、通信システムの中継基地局の基準発振源として本発明の振動デバイスを用い
た場合について図面を参照しながら説明する。
図１０は、本発明に係る振動デバイスを備えた通信システムの概要図である。携帯端末
１００と送信相手の携帯端末１４０との間で通信を行う場合、通信携帯端末１００の通信
装置（図示せず）から通信信号を中継基地局１１０に送信し、専用回線１２０‐中継基地
局１１５を経由して通信携帯端末１４０の通信装置が受信する。携帯端末１１０，１４０
は、たとえば携帯電話機である。

通信携帯端末１００と中継基地局１１０との間の通信では、中継基地局１１０が受信し
た入力信号（入力周波数）と中継基地局が内蔵する基準発振源１３０が生成する基準信号
（基準周波数）との周波数誤差を算出し、この周波数誤差に基いて、基準周波数を補正す
ること、入力信号の遅延時間を算出して基準周波数を補正している。したがって、基準発
振源１３０は、高精度であることが要求される。

本発明の振動デバイス（水晶振動子１）は、自身の周波数安定性に優れているうえ、外
部に温度変動があっても、発熱体２０によって振動デバイスを加温して一定の温度に維持
することで、高精度の基準発振源を提供できる。

（移動体）
以上説明した振動デバイスは、各種の移動体（図示は省略）に搭載することができる。
移動体としては、たとえば、自動車、船舶、飛行機などであって、これら移動体において
は、振動デバイスは、慣性センサー（角速度センサー、加速度センサー、傾斜センサーな
ど）などとして搭載される。角速度センサーは慣性航法における姿勢制御や自動車の横転
防止装置として、加速度センサーは、車載用のエアバッグ、サスペンション制御やＡＢＳ
（anti-lock brake system）に用いることができる。また、傾斜センサーは、自動車、船
舶、飛行機などの姿勢制御装置などに用いられる。
これらは、既述した恒温型の振動デバイスを用いていることから、周波数‐温度特性に
優れており、外部温度の変動に影響されず高精度の制御を可能にする。

１…振動デバイスとしての水晶振動子、１０…振動子としての水晶振動片、１０ａ…第
１主面、１０ｂ…第２主面、１１，１２…励振電極、１３…伝熱パターン、２０…発熱体
、３０…ベース基板、７０…伝熱層、７１…伝熱パターン部（伝熱層７０）、７２…励振
電極接続用パターン部（伝熱層７０）、８０…断熱構造体、９０，９５…熱伝導性接続材
、１３０…電子機器としての基準発振源。

Claims (8)

1. 伝熱層と、
   前記伝熱層の一部分と重なっており、前記伝熱層を加温する発熱体と、
   前記伝熱層の前記一部分とは異なる部分と重なり、かつ前記発熱体と並んでいる振動片
   と、
   を備えていることを特徴とする振動デバイス。
2. 請求項１に記載の振動デバイスにおいて、
   前記振動片と前記発熱体とが、熱伝導性接続材で接続されている、
   ことを特徴とする振動デバイス。
3. 請求項１または請求項２に記載の振動デバイスにおいて、
   前記振動片は励振電極を備えており、
   前記励振電極は、前記伝熱層と向かい合って重なっている、
   ことを特徴とする振動デバイス。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の振動デバイスにおいて、
   前記振動片は、伝熱パターンを備えており、
   前記伝熱パターンと前記伝熱層とが、熱伝導性接続材で接続されている、
   ことを特徴とする振動デバイス。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の振動デバイスにおいて、
   ベース基板と、
   前記ベース基板に固定されている支持体と、を備えており、
   前記伝熱層は、前記ベース基板に、前記支持体を介して固定されている、
   ことを特徴とする振動デバイス。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の振動デバイスにおいて、
   前記振動片が、水晶振動片である、
   ことを特徴とする振動デバイス。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の振動デバイスを備える、
   ことを特徴とする電子機器。
8. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の振動デバイスを備える、
   ことを特徴とする移動体。

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