JP2015220586A - Board for mounting piezoelectric vibration element and piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水晶等の圧電振動素子を気密に収納するための圧電振動素子搭載用基板、および圧電装置に関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric vibration element mounting substrate and a piezoelectric device for hermetically housing a piezoelectric vibration element such as a crystal.
従来、圧電振動素子を気密に収容するための圧電振動素子搭載用基板として、圧電振動素子が収容される凹状の搭載部を有する絶縁基体を用いたものが多用されている。搭載部を塞ぐようにして絶縁基体に蓋体が接合されて、搭載部内に圧電振動素子が気密封止される。絶縁基体の搭載部と蓋体とからなる容器内に圧電振動素子が気密封止されて、圧電装置となる。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a piezoelectric vibration element mounting substrate for accommodating a piezoelectric vibration element in an airtight manner, a substrate using an insulating base having a concave mounting portion in which the piezoelectric vibration element is accommodated is frequently used. A lid is bonded to the insulating base so as to close the mounting portion, and the piezoelectric vibration element is hermetically sealed in the mounting portion. A piezoelectric vibration element is hermetically sealed in a container composed of a mounting portion of an insulating base and a lid, thereby forming a piezoelectric device.
圧電振動素子の発振周波数は温度依存性が大きいため温度補償が行なわれるが、近年、搭載部に収容される圧電振動素子に対するより正確な温度補償のために、圧電振動素子の近傍にサーミスタ素子が搭載されてなる圧電装置が提案されている。 Temperature compensation is performed because the oscillation frequency of the piezoelectric vibration element is highly temperature dependent. In recent years, a thermistor element is provided in the vicinity of the piezoelectric vibration element for more accurate temperature compensation of the piezoelectric vibration element accommodated in the mounting portion. An on-board piezoelectric device has been proposed.
なお、このような圧電装置に使用される圧電振動素子搭載用基板は、例えば、上面の搭載部の底面部分が2段構造となっている。そのうち下段側にはサーミスタ素子が搭載される。また上段側には圧電振動素子が搭載される。同じ容器内に圧電振動素子とサーミスタ素子とが搭載されるため、両者の位置同士が互いに近い圧電装置が作製され得る。 Note that the piezoelectric vibration element mounting substrate used in such a piezoelectric device has, for example, a two-stage bottom surface portion of the top mounting portion. Among them, the thermistor element is mounted on the lower side. A piezoelectric vibration element is mounted on the upper side. Since the piezoelectric vibration element and the thermistor element are mounted in the same container, a piezoelectric device whose positions are close to each other can be manufactured.
上記圧電振動素子搭載用基板および圧電装置において、絶縁基体の下面には、圧電振動素子の電極およびサーミスタ素子の電極のそれぞれと電気的に接続された、外部接続用の端子が設けられている(文献1を参照)。 In the piezoelectric vibration element mounting substrate and the piezoelectric device, an external connection terminal electrically connected to each of the electrode of the piezoelectric vibration element and the electrode of the thermistor element is provided on the lower surface of the insulating base ( Reference 1).
近年、上記従来技術の圧電振動素子搭載用基板および圧電装置においては、例えば圧電装置が実装される機器のより一層の高精度化等のため、より一層の温度補償精度が求められるようになってきている。 In recent years, the piezoelectric vibration element mounting substrate and the piezoelectric device according to the related art have been required to have higher temperature compensation accuracy, for example, for higher accuracy of equipment on which the piezoelectric device is mounted. ing.
具体的には、例えば同じ容器内に圧電振動素子とサーミスタ素子とが搭載されるとしても、外部環境の温度が容器内のサーミスタ素子に、絶縁基体等を介した熱伝導によって伝達されるまでに時間的なずれが生じる。よって、実際の外部環境の温度を正確にサーミスタ素子の温度情報(抵抗値の変化)として得ることが難しい。 Specifically, for example, even when the piezoelectric vibration element and the thermistor element are mounted in the same container, the temperature of the external environment is transferred to the thermistor element in the container by heat conduction through an insulating substrate or the like. A time lag occurs. Therefore, it is difficult to accurately obtain the temperature of the actual external environment as the temperature information (change in resistance value) of the thermistor element.
本発明の一つの態様の圧電振動素子搭載用基板は、圧電振動素子の搭載部を含む上面および該上面と反対側の下面を有しており、前記上面から前記下面にかけて貫通しているとともにサーミスタ素子が収容される貫通部を有する第1基部と、該第1基部の下面に前記貫通部の下端を塞ぐように配置された第2基部とを有する絶縁基体と、前記搭載部に設けられた一対の接続導体と、前記貫通部の内側面に設けられた一対の側面導体と、該一対の側面導体の下端から前記第1基部の前記下面にかけて設けられた一対の貫通導体とを備えていることを特徴とする。 The piezoelectric vibration element mounting substrate according to one aspect of the present invention has an upper surface including a mounting portion of the piezoelectric vibration element and a lower surface opposite to the upper surface, and penetrates from the upper surface to the lower surface, and the thermistor. An insulating base having a first base having a penetrating portion that accommodates an element, and a second base disposed on the lower surface of the first base so as to close the lower end of the penetrating portion, and provided on the mounting portion A pair of connection conductors, a pair of side conductors provided on the inner side surface of the through portion, and a pair of through conductors provided from the lower end of the pair of side surface conductors to the lower surface of the first base portion. It is characterized by that.
本発明の一つの態様の圧電装置は、上記構成の圧電振動素子搭載用基板と、前記搭載部に搭載される圧電振動素子と、前記貫通部内に収容されたサーミスタ素子とを備えることを特徴とする。 A piezoelectric device according to an aspect of the present invention includes the piezoelectric vibration element mounting substrate having the above-described configuration, a piezoelectric vibration element mounted on the mounting portion, and a thermistor element accommodated in the through portion. To do.
本発明の一つの態様の圧電振動素子搭載用基板によれば、上記構成であり、例えば熱伝導率が比較的大きい金属材料からなり、導体の断面積が比較的大きい側面導体および貫通導体により、外部からサーミスタ素子にかけて熱抵抗が小さい伝熱経路が形成されている。そのため外部からサーミスタ素子への熱伝導を良好にすることができる。したがって、外部環境の温度とサーミスタ素子が感知する温度情報との差を低減でき、良好な温度特性を得ることができる圧電振動素子搭載用基板を提供できる。 According to the piezoelectric vibration element mounting substrate of one aspect of the present invention, it is configured as described above. A heat transfer path having a small thermal resistance is formed from the outside to the thermistor element. Therefore, heat conduction from the outside to the thermistor element can be improved. Accordingly, it is possible to provide a piezoelectric vibration element mounting substrate that can reduce the difference between the temperature of the external environment and the temperature information sensed by the thermistor element and can obtain good temperature characteristics.
また、本発明の一つの態様の圧電装置によれば、上記構成の圧電振動素子搭載用基板と、前記搭載部に搭載された圧電振動素子と、前記貫通部内に収容されたサーミスタ素子とを備えることから、外部環境の温度とサーミスタ素子が感知する温度情報との差を軽減でき、良好な温度特性を得ることが可能な圧電装置を実現できる。 The piezoelectric device according to one aspect of the present invention includes the piezoelectric vibration element mounting substrate configured as described above, the piezoelectric vibration element mounted on the mounting portion, and the thermistor element housed in the through portion. Therefore, it is possible to reduce the difference between the temperature of the external environment and the temperature information sensed by the thermistor element, and to realize a piezoelectric device that can obtain good temperature characteristics.
また、圧電振動素子が収容される搭載部の底面部分(第1基部)に設けられた貫通部内にサーミスタ素子が収容されているため、薄型化に対しても有利である。 Moreover, since the thermistor element is accommodated in the penetration part provided in the bottom face part (1st base part) of the mounting part in which a piezoelectric vibration element is accommodated, it is advantageous also to thickness reduction.
本発明の圧電振動素子搭載用基板および圧電装置について、添付の図面を参照しつつ説明する。図1(a)は、本発明の実施形態の圧電振動素子搭載用基板および圧電装置を示す上面図であり、図1(b)は図1(a)のX−X’線における断面図であり、図1(c)は下面図である。また、図2は図1(a)のY−Y’線における断面図である。また、図3(a)は、図1に示す圧電振動素子搭載用基板の第1の変形例を示す上面図であり、図3(b)は図3(a)のY−Y’線における断面図である。また、図4および図5は、それぞれ図1に示す圧電振動素子搭載用基板の第2〜第3の変形例を示す上面図である。見やすくするために、図2および図3(b)においては圧電振動素子等を省略している。 A piezoelectric vibration element mounting substrate and a piezoelectric device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1A is a top view illustrating a piezoelectric vibration element mounting substrate and a piezoelectric device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line XX ′ in FIG. FIG. 1C is a bottom view. FIG. 2 is a sectional view taken along line Y-Y ′ of FIG. 3A is a top view showing a first modification of the piezoelectric vibration element mounting substrate shown in FIG. 1, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line YY ′ of FIG. It is sectional drawing. 4 and 5 are top views showing second to third modified examples of the piezoelectric vibration element mounting substrate shown in FIG. 1, respectively. In order to make it easy to see, piezoelectric vibration elements and the like are omitted in FIGS. 2 and 3B.
本実施形態の圧電振動素子搭載用基板は、絶縁基体101を含み、絶縁基体101(後述する第1基部)は、上面に搭載部を有するとともに、上面から下面にかけて貫通している貫通部103を有している。また、平面視で搭載部102を囲む枠状メタライズ層104が設けられて
いる。圧電振動素子搭載用基板には、圧電振動素子105およびサーミスタ素子106が搭載される。また、搭載部102には接続導体107が設けられ、貫通部103の内側面には側面導体108
が設けられている。圧電振動素子105は第1接合材109を介して接続導体107に接続される
。サーミスタ素子106は第2接合材110を介して側面導体108に接続される。また、搭載部102は金属キャップ111によって封止され、金属キャップ111は封止材112を介して枠状メタ
ライズ層104に接合される。絶縁基体101(後述する第2基部)の下面には外部接続用の外部接続導体113が設けられ、第2基部には貫通導体114が設けられている。絶縁基体101は
、第1基部115と、第1基部115の下側の第2基部116とを含んでいる。また、この例では
、絶縁基体101にさらに水平導体117が設けられている。各図において、識別しやすくするために圧電振動素子105および金属キャップ111等は破線で示している。
The piezoelectric vibration element mounting substrate of the present embodiment includes an
Is provided. The
なお、以下の説明においては、主として、実施形態の圧電振動素子搭載用基板に圧電振動素子105およびサーミスタ素子106が搭載(実装)された、実施形態の圧電装置を例に挙げて説明している。
In the following description, the piezoelectric device of the embodiment in which the
絶縁基体101、接続導体107、側面導体108および貫通導体114によって圧電振動素子搭載用基板が基本的に形成されている。この圧電振動素子搭載用基板に圧電振動素子105およ
びサーミスタ素子106が搭載(実装)されて圧電装置が基本的に形成されている。
A piezoelectric vibration element mounting substrate is basically formed by the
絶縁基体101は、例えば、図1(b)に示すように平板状となっている。圧電装置にお
いて、絶縁基体101の後述する第1基部の貫通部103内にサーミスタ素子106が収容されて
いる。また、貫通部103の対向し合う内側面に形成された一対の側面導体108にサーミスタ素子106が、第2接合材110により電気的に接続されている。さらに、搭載部102に形成さ
れた一対の接続導体107に、圧電振動素子105が第1接合材109により電気的に接続されて
搭載されている。
The insulating
サーミスタ素子106は、直方体状の素子本体(符号なし)と、素子本体の端面等に設け
られた外部接続端子(符号なし)としての電極とを有している。なお、搭載部102および
貫通部103は、搭載部102および貫通部103を囲む枠状メタライズ層104に接合された金属キャップ111によって封止されている。絶縁基体101の搭載部102を含む上面および貫通部103と凹状の金属キャップ111との間の容器(符号なし)の内部に、サーミスタ素子106と圧電振動素子105とが気密に封止されている。搭載部102および貫通部103を封止する金属キャ
ップ111は、図1(a)等の上面図においては見やすくするために省いている。
The
絶縁基体101は、平板状等の第2基部116上に、上面に搭載部102を有する平板状の第1
基部115が積層されて形成されている。第1基部115に形成された貫通部103は、上記のよ
うにサーミスタ素子106を収容するための部位である。貫通部103の底部には第2基部116
の上面が露出している。例えば、この露出した上面にサーミスタ素子106が載置される。
このサーミスタ素子106を挟むようにして、一対の側面導体108が貫通部103の内側面に形
成されている。図1の例における側面導体103は、例えば貫通部103の内側面が有する溝内に設けられた平面視で半円状のものであるが、このような溝を含まない内側面に層状に設けられたものであっても構わない。
The insulating
The
The top surface of is exposed. For example, the
A pair of
絶縁基体101を形成している第1基部115および第2基部116は、例えば酸化アルミニウ
ム質焼結体,窒化アルミニウム焼結体,ムライト質焼結体またはガラス−セラミック焼結体等のセラミック材料からなる。また、絶縁基体101は、例えば全体の外形が、平面視で
一辺の長さが1.6〜5.0mm程度の長方形状であり、厚みが0.15〜0.8mm程度の板状であ
り、上面に上記のような搭載部102を有している。また、第1基部115の上面から下面にかけて貫通している貫通部103を有している。貫通部103は、上記のように第2基部116の上
面で塞がれ、その内部に第2基部116の上面が露出している。貫通部103と第2基部116の
上面とで凹部(符号なし)が形成され、その凹部内にサーミスタ素子106が収容されてい
る。
The
圧電振動素子搭載用基板のうち絶縁基体101以外の部分である導体部分、すなわち枠状
メタライズ層104、接続導体107、側面導体108、貫通導体114および水平導体117を含む導
体部分は、例えばタングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、パラジウム、金または白金等の金属材料またはこれらの金属材料を含む合金材料からなる。これらの導体部分は、互いに同じ種類の金属材料からなるものであってもよく、互いに異なる金属材料からなるものであってもよい。
Of the piezoelectric vibration element mounting substrate, a conductor portion other than the insulating
絶縁基体101(第1基部115および第2基部116)は、例えば酸化アルミニウム質焼結体
からなる場合であれば、酸化アルミニウム,酸化珪素,酸化マグネシウムおよび酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダや溶剤,可塑剤等を添加混合して泥漿状にするとともに、これを例えばドクターブレード法やロールカレンダー法等のシート成形法によりシート状となすことにより複数枚のセラミックグリーンシートを得て、これらを積層し、その積層体を一体焼成することによって製作される。
If the insulating base 101 (the
また、上記枠状メタライズ層104等の導体部分は、例えばタングステン等の金属材料の
ペースト(金属ペースト)を、絶縁基体101となるセラミックグリーンシートの所定部位
に塗布し、同時焼成することによって形成することができる。金属ペーストの塗布は、例えばスクリーン印刷法等の方法で行なわれる。
Further, the conductor portion of the frame-
この場合、一部のセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施して貫通孔を形成しておく。その後、この貫通孔を設けたセラミックグリーンシートを、貫通孔を設けていないセラミックグリーンシートの上に積層し、焼成する。以上により、貫通部103を有
する絶縁基体101を製作することができる。
In this case, some ceramic green sheets are appropriately punched to form through holes. Thereafter, the ceramic green sheet provided with the through hole is laminated on the ceramic green sheet not provided with the through hole and fired. As described above, the insulating
また、貫通部103の内側面の側面導体108は、例えば次のようにして形成されている。すなわち、上記のように貫通部103を形成する前に、その貫通部103の外周に跨るように一対の孔を設けておき、この一対の孔内に、例えばタングステンやモリブデン,マンガン,銅,銀等の金属材料の金属ペーストを充填する。その後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施して貫通部103を成形する。これにより、貫通部103の内側面に露出した一対の側面導体108を形成することができる。
Further, the
絶縁基体101は、それぞれがこのような絶縁基体101となる複数の配線基板領域(図示せず)がセラミック母基板に縦横の並びに配列された、いわゆる多数個取り配線基板(図示せず)として製作し、これを配線基板領域の境界において切断して個片に分割する方法で製作されていてもよい。
The insulating
この実施形態において、絶縁基体101の上面外周部には枠状メタライズ層104が形成されている。枠状メタライズ層104は、平面視で搭載部102および貫通部103を取り囲んでいる
。圧電装置においては、この枠状メタライズ層104に金属キャップ111が接合されている。枠状メタライズ層104は、金属キャップ111を絶縁基体101にろう付け等の手段で接合する
ためのものである。ろう付け以外の手段、例えば接着剤で樹脂性等の蓋体(図示せず)が絶縁基体101に接合される場合には、枠状メタライズ層104は設けられていなくてもよい。
In this embodiment, a frame-
また、枠状メタライズ層104は例えば外部の接地電位と電気的に接続されるものであっ
てもよい。この場合には、枠状メタライズ層104と金属キャップ111とによって容器内に対する電磁的なシールドの効果が向上する。枠状メタライズ層104と金属キャップ111との電気的な接続は、例えば上記のように両者をろう付けすること、または導電性接着剤で接着すること等の手段で行なうことができる。
Further, the frame-
枠状メタライズ層104は、前述したように、タングステンやモリブデン,マンガン,銅
,銀等の金属材料によって形成されている。枠状メタライズ層104は、例えば、タングス
テン等の金属ペーストを、絶縁基体101(第1基部115)となるセラミックグリーンシートの上面の外周に所定パターンに印刷して同時焼成することによって形成することができる。この焼成は、例えば、枠状メタライズ層104となる金属ペーストを印刷したセラミック
グリーンシートを、第2基部116となるセラミックグリーンシートに積層して積層体とし
た後に行なう。
As described above, the frame-
枠状メタライズ層104には、酸化腐食の防止やろう材の接合強度の向上等のため、露出
した表面に1〜20μm程度の厚みのニッケルめっき層(図示せず)と0.1〜2μm程度の
厚みの金めっき層(図示せず)とが順次被着されているのがよい。
The frame-
金属キャップ111は、例えば鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属
材料からなり、絶縁基体101に金属ろう材や樹脂等で接合されいる。前述したように、金
属キャップ111は容器を構成する金属部材として機能する。
The
一例を挙げると、金属キャップ111は、例えば厚みが0.1〜0.5mm程度であり、枠状メ
タライズ層104に接合される幅が0.15〜0.5mm程度の四角形板状である。また、金属キャップ111を枠状メタライズ層104にろう付けする方法としては、例えば次のような方法が挙げられる。まず、金属キャップ111の下面に予め20〜50μmの厚みの金−スズ合金や金ゲ
ルマニウム合金等の封止材112を被着させておき、この封止材112が被着された下面を枠状メタライズ層104(詳細には枠状メタライズ層104に被着させた金めっき層)上に載置する。その後、これらを治具等で仮固定しながら電気炉等で加熱する方法を挙げることができる。この方法により、容易に枠状メタライズ層104に金属キャップ111を接合することができる。封止材112は、搭載部102の封止環境に応じて樹脂でもよい。
For example, the
金−スズ合金等の封止材112は、例えば、金−スズ共晶組成をベースとする金−スズ共
晶合金であり、融点は、270〜300℃程度である。このような封止材112を使用することに
より、300℃程度の熱処理(不活性ガス中や真空環境)において金属キャップ111を枠状メタライズ層104にろう付けすることができる。これによって、枠状メタライズ層104と金属キャップ111とが強固に接合される。したがって、上記容器の気密封止が良好であり、搭
載部102に搭載される圧電振動素子105の長期間にわたる正常かつ安定な作動が可能となる。
The sealing material 112 such as a gold-tin alloy is, for example, a gold-tin eutectic alloy based on a gold-tin eutectic composition and has a melting point of about 270 to 300 ° C. By using such a sealing material 112, the
また、絶縁基体101の貫通部103内には、サーミスタ素子106が収容されている。サーミ
スタ素子106は、上記のように、その素子本体の両端部において少なくとも下面には外部
接続用の一対の電極(符号なし)を有している。これらの電極が、貫通部103の内側面に
設けられた一対の側面導体108に電気的かつ機械的に接続されている。
A
一対の側面導体108とそれぞれ接続されたサーミスタ素子106の電極は、側面導体108の
下端から第2基部116の下面にかけて設けられた一対の貫通導体114によって絶縁基体(第2基部116)の下面側に電気的に導出されている。この導出部分に例えば外部接続導体113が配置されていてもよい。この外部接続導体113が外部電気回路と、はんだまたは導電性
接着剤等の導電性接続材を介して接続される。
The electrodes of the
サーミスタ素子106は、圧電振動素子105に対して温度補償を行なうためのものである。実施形態の圧電装置では、圧電振動素子105により近い位置での温度変化の検知が可能な
圧電装置が実現されている。
The
上記のようにサーミスタ素子106は、圧電振動素子105の温度を感知して外部の温度補償
回路に伝達することが働きである。そのため、サーミスタ素子106は、温度補償等の機能
を有する外部電気回路(図示せず)に電気的に接続されている。したがって、絶縁基体101の内外部において、サーミスタ素子106と圧電振動素子105とは電気的に接続されていな
い。サーミスタ素子106と外部電気回路との電気的な接続は、側面導体108および貫通導体114を介して行なわれている。言い換えれば、サーミスタ素子106の電極部分から絶縁基体101(第2基部116)の下面にかけて、側面導体108および貫通導体114からなる連続した導体(金属)部分が設けられている。
As described above, the
貫通導体114および外部接続導体113も、上記のようにタングステン等の金属ペーストを絶縁基体101となるセラミックグリーンシートの所定部位に塗布し、同時焼成することに
よって形成することができる。この場合、貫通導体114となる金属ペーストは、例えば、
機械的な加工によってセラミックグリーンシートにあらかじめ形成された貫通孔内に充填される。
The through
It fills in the through-hole previously formed in the ceramic green sheet by mechanical processing.
このような構造としたことから、例えば熱伝導率が比較的大きい金属材料からなり、導体の断面積が比較的大きい側面導体108および貫通導体114により、外部からサーミスタ素子106にかけて熱抵抗が小さい伝熱経路が形成されている。そのため、外部からサーミス
タ素子106への熱伝導を良好にすることができる。したがって、外部環境の温度とサーミ
スタ素子106が感知する温度情報との差を低減でき、良好な温度特性を得ることができる
圧電振動素子搭載用基板および圧電装置を提供できる。
Because of such a structure, for example, the
また、実施形態の圧電装置では、例えばセラミック材料に比べて熱伝導に優れる金属キャップ111により容器の一部が構成されている。このような場合には、絶縁基体101へ外部環境の温度変化をより効果的に伝導しやすい。つまり、より精度の高い温度補償を行なう上で有利な形態になっている。
Further, in the piezoelectric device according to the embodiment, a part of the container is constituted by a
また、サーミスタ素子106は側面導体108に対して第2接合材110で接続されている。こ
の場合、サーミスタ素子106と第2基部116の上面(貫通部103の底部の露出表面)との間
に、サーミスタ素子106を絶縁基体101に接合し固定するための接合材等(図示せず)が介在しない。よって、サーミスタ素子106の搭載後の厚みをより小さくする上で有利であり
、圧電装置のより一層の低背化において有利である。
The
チップ状のサーミスタ素子106は、例えばサーミスタ素体(素子本体)(符号なし)の
両端部に外部接続用の電極が形成されている。サーミスタ素子がNTC(negative temperature coefficient)型であれば、その本体は、Mn−Co−Cu系材料、Mn−Co−Fe系材料等のサーミスタ材料で形成されている。また、サーミスタ素子がPTC(positive temperature coefficient)型であれば、その本体はBa−Ti−O系材料等のサーミスタ材料で形成されている。
In the chip-
そして、サーミスタ素子106が積層型サーミスタ素子であれば、それぞれに内部電極(
図示せず)を有している複数の層が積層される。この構造上、素子本体の内部に内部電極を有さないチップ型のサーミスタ素子に比べて低抵抗化が可能となる。つまり、セラミック素体の内部に形成されている複数の内部電極と、内部電極の一端に接続され、かつセラミック素体の両端部にそれぞれ形成されている外部接続端子とを有している。つまり、セラミック素体は複数のセラミック層と内部電極層とが交互に積層されてなるため、低抵抗化が可能となる。よって、温度変化に対する抵抗値の高い精度を得られることから、装置としての消費電力を抑制することもできる。
If the
A plurality of layers having (not shown) are stacked. Due to this structure, the resistance can be reduced as compared with a chip-type thermistor element having no internal electrode inside the element body. That is, it has a plurality of internal electrodes formed inside the ceramic body and external connection terminals connected to one end of the internal electrode and formed at both ends of the ceramic body. That is, since the ceramic body is formed by alternately laminating a plurality of ceramic layers and internal electrode layers, the resistance can be reduced. Therefore, high accuracy of the resistance value with respect to the temperature change can be obtained, so that power consumption as the device can be suppressed.
また、図3に示す例の圧電振動素子搭載用基板および圧電装置は、上記枠状メタライズ層104を有しているとともに、一対の側面導体108の一つが、グランド電位として枠状メタ
ライズ層104と電気的に接続されている。この場合には、外部からの電磁波に対するシー
ルド性(電磁シールド性)が向上して、サーミスタ素子の温度情報(サーミスタ素子106
から出力された抵抗値を換算することで電圧として得られる値)にノイズが入ることが低減できる。
Further, the piezoelectric vibration element mounting substrate and the piezoelectric device of the example shown in FIG. 3 have the frame-shaped
It is possible to reduce the noise from entering the value obtained as a voltage by converting the resistance value output from.
すなわち、枠状メタライズ層104にさらに金属キャップ111が接合されてなる圧電装置について、その上面においては金属キャップ111と枠状メタライズ層104により覆われる。また、その下面においてはサーミスタ素子106のグランド電位となる外部接続導体113によりサーミスタ素子106の一部が覆われる。そのため、サーミスタ素子106が外部からのノイズからより効果的に保護されることになる。よって、従来の圧電装置に比べてサーミスタ素子106の温度情報にノイズが入ることが低減され、より正確なサーミスタ素子106の値(温度情報)を出力することができる。そして、このようにして得られた温度情報と、実際の圧電振動素子105の周囲の温度との差異が低減される。
That is, the upper surface of the piezoelectric device in which the
また、この場合には、外表面が外部環境に露出している金属キャップ111が枠状メタラ
イズ層104を介して側面導体108の一つの熱的にも接続される。そのため、外部環境の温度がサーミスタ素子106により一層効果的に伝えられるという効果を得ることもできる。
In this case, the
例えば上面に凹部を有する絶縁基体を含む圧電装置(図示せず)であれば、例えば上面において金属からなる蓋体等が接合されるものの、絶縁基体の側面においては、凹部を囲む枠部が絶縁体であるセラミック材料からなるため、サーミスタ素子106をグランド電位
となる部材で覆うことが難しい。しかしながら、この実施形態の圧電装置によれば、絶縁基体101は平板状であり、圧電装置の上面において、サーミスタ素子106をグランド電位と接続された金属キャップ111で覆うことが可能である。
For example, in the case of a piezoelectric device (not shown) including an insulating base having a recess on the upper surface, for example, a lid made of metal or the like is bonded on the upper surface, but the frame surrounding the recess is insulated on the side of the insulating base. Since the body is made of a ceramic material, it is difficult to cover the
また、この実施形態の圧電装置によれば、サーミスタ素子106の両端に形成された外部
接続端子(電極)の1つがグランド電位となる金属キャップ111と電気的に接続されてい
る。そのため、仮に、この圧電装置が実装された外部の基板において、圧電装置の近傍に、異なる電位を帯びた他の電子部品(図示せず)が実装されても、圧電振動素子105の励
振用電極(図示せず)と他の電子部品との間で浮遊容量が生じ難いため、発振周波数が変動することを低減することが可能となる。
Further, according to the piezoelectric device of this embodiment, one of the external connection terminals (electrodes) formed at both ends of the
図3で示したように、例えばグランド電位となる側面導体108と枠状メタライズ層104との電気的な接続は、水平導体117により行なえばよい。水平導体117も、上記枠状メタライズ層104と同様の金属材料を用い、同様の方法で形成することができる。ここで、金属キ
ャップ111は金−スズ合金等の封止材112により枠状メタライズ層104に接続されるため、
封止材112の一部が水平導体117側に流れ込んで、部分的に封止材112としてのボリューム
が小さくなる可能性がある。そのため、例えば封止材112を跨るようにセラミックコート
(図示せず)を形成して封止材112の流れ出し防止のダムとして作用させる構造としても
よい。
As shown in FIG. 3, for example, the
There is a possibility that a part of the sealing material 112 flows into the
さらに、水平導体117を第1基部115と第2基部116との間に形成して、この水平導体117が側面導体108の下面と枠状メタライズ層104に接続された他の貫通導体と接するようにしてもよい。水平導体117が絶縁基体101の内部に形成されている場合には、この水平導体に沿った封止材112の流れ出しが抑制される。
Further, a
また、図4に示すような圧電装置の例においては、一対の貫通導体114の下端が第2基
部116の下面に形成された外部接続導体113の上端と直接に接続されている。このような構造とした場合には、サーミスタ素子106と外部接続導体113とを、断面積が比較的大きい貫通導体114により水平導体(図4では図示せず)を介すことなく接続できる。つまり、サ
ーミスタ素子106と外部接続導体113との間の熱伝導の経路となる貫通導体114の断面積が
大きく、その経路の長さもを短縮できる。そのため、外部環境とサーミスタ素子106との
温度差を効果的に低減できる。したがって、さらに良好な温度特性を得ることができる圧電振動素子搭載用基板および圧電装置を提供できる。
In the example of the piezoelectric device as shown in FIG. 4, the lower ends of the pair of through
一対の貫通導体114の下端をそれぞれ外部接続導体113の上端と直接に接続させるためには、例えば、絶縁基体101(基部115)の下面のうち平面視で長方形状の貫通部103の短辺
側の端部の直下に外部接続導体113の少なくとも一部が位置するようにすればよい。この
貫通部103の短辺側の内側面の側面導体108と直接に接続された貫通導体114の下端が、そ
れぞれ外部接続導体113の上端と直接に接続される。
In order to directly connect the lower ends of the pair of through
なお、この場合も一対の側面導体108の一つが、枠状メタライズ層104と電気的に接続されてもよい。枠状メタライズ層104と電気的に接続される側面導体108(一つ)は、例えばグランド電位とされるものであり、枠状メタライズ層104との電気的な接続によりグラン
ド電位のより一層の安定が可能になる。
In this case as well, one of the pair of
この場合、側面導体108の上面が第1基部115の上面と同じ高さになるように形成しておき、さらに搭載部102を取り囲んで、側面導体108の一部を覆うように枠状メタライズ層104が形成される。側面導体108の上面が第1基部115の上面と同じ高さとなっており、枠状
メタライズ層104の平坦性が確保される。よって、金属キャップ111と枠状メタライズ層104との間に隙間が生じ難いため、金属キャップ111と枠状メタライズ層104とを少ない量の
封止材112により良好に接合して封止することが可能となる。
In this case, the frame-shaped metallization layer is formed so that the upper surface of the
また、図4に示すように、搭載部102に対して貫通部103の位置を枠状メタライズ層104
側(絶縁基体101の辺に向かう方向)に偏らせてもよい。この場合、サーミスタ素子106の外部接続端子は貫通部103内の側面導体108に第2接合材110により接続されている。その
ため、平面視で側面導体108と枠状メタライズ層104との重なる領域の面積がより大きくなり、グランド電位となる金属キャップ111と電気的な接続を良好に行うことができる。ま
た、第1基部115の上面に形成される側面導体108の見かけ上の面積をより小さくできる(側面導体108の一部が枠状メタライズ層104で覆われる)。言い換えれば、平面視において圧電振動素子搭載用基板および圧電装置において側面導体108が占める割合がより小さく
なる。そのため、小型化に対して有利である。また、封止材112の流れ出しがより効果的
に抑制される。その流れ出しを防ぐためのセラミックコート等のダム部分(図示せず)が不要であるため、小型化および生産性等の点でさらに有利である。
In addition, as shown in FIG.
It may be biased to the side (direction toward the side of the insulating substrate 101). In this case, the external connection terminal of the
そして、側面導体108の下端は貫通導体114の上端と水平導体(図4では図示せず)を介さないで直接に接続されており、さらに貫通導体114の下端は第2基部116の下面に形成された外部接続導体113と直接に接続された構造となっている。水平導体を介すことなく熱
伝導の経路を短縮できるため、外部環境の温度とサーミスタ素子106との温度差がさらに
効果的に低減される。
The lower end of the
また、平面視において、第1基部115の上面の接続導体107以外の位置に、貫通部103が
斜めに設けられていてもよい。貫通部103が斜めに設けられているとは、例えば平面視で
ともに長方形状である第1基部115の上面と貫通部103とが、それぞれの長手方向同士が互いに斜めに(平行にならないように)配置されていることを意味する。貫通部103が絶縁
基体101の外辺に対して斜めになっている状態とみなすこともできる。
Further, the through
貫通部103が斜めに設けられている場合、貫通部103は、例えばその長手方向が第1基部115の上面の対角線に沿うように配置される。この場合には、サーミスタ素子106と接続される2つの外部接続導体113を絶縁基体101の下面に、その下面の対角線上(対向し合う二
つの角部分)に配置する際に、側面導体108と外部接続導体113との電気的な接続がより容易である。
When the
つまり、例えば図5に示すように、貫通部103が斜めに設けられていることにより、貫
通部115の内側面の位置、つまり側面導体108の位置が、絶縁基体101の下面の対角線上の
外部接続導体113の位置と平面透視において互いに重なりやすい。そのため、サーミスタ
素子106が接続される一対の側面導体108および一対の貫通導体114を、絶縁基体101の下面の対角線上に配置された二つの外部接続導体113にそれぞれ水平導体を介することなく直
接的に接続することがより容易になる。
That is, for example, as shown in FIG. 5, since the through
図5に示す例についてより具体的に説明すれば次の通りである。すなわち、貫通部103
は絶縁基体101の外辺に対して斜めに設けられており、一対の側面導体108および一対の貫通導体114は、絶縁基体101の下面に形成される、対角線上に配置する外部接続導体113の
2つに、それぞれ別々に水平導体を介すことなく接続されている。さらに、圧電振動素子105が接続される一対の接続導体107は、絶縁基体101の下面に形成され、対角線上に配置
する他の外部接続導体113の2つにそれぞれ別々に接続されている。ここで、接続導体107の1つは、他の外部接続導体113と接続するために、例えば図5に示すように、搭載部102上に水平導体(図示せず)と貫通導体を介して接続されている。
The example shown in FIG. 5 will be described in more detail as follows. That is, the
Is provided obliquely with respect to the outer side of the insulating
なお、サーミスタ素子106は、圧電振動素子105と比較して面積が小さく厚みが大きいため、圧電振動素子105が貫通部103に収容されたサーミスタ素子106を覆うように配置され
る。
Since the
この実施形態の圧電装置は、前述したように、例えば図1に示す形態の圧電振動素子搭載用基板、と、搭載部102に搭載された圧電振動素子105と、貫通部103内に収容されたサ
ーミスタ素子106とを含んでいる。このような構造としたことから、外部環境の温度とサ
ーミスタ素子の温度との差を軽減でき、良好な温度特性を得ることが可能な、薄型の圧電装置を実現できる。
As described above, the piezoelectric device of this embodiment is accommodated in the piezoelectric vibration element mounting substrate of the form shown in FIG. 1, the
つまり、熱伝導率が比較的大きい金属材料からなり、導体の断面積が比較的大きい側面導体108および貫通導体114により、外部からサーミスタ素子106にかけて熱抵抗が小さい
伝熱経路が形成されている。そのため、外部からサーミスタ素子106への熱伝導を良好に
することができる。したがって、外部環境の温度とサーミスタ素子106の温度との差を低
減でき、良好な温度特性を得ることができる圧電装置を提供できる。
That is, a heat transfer path having a low thermal resistance is formed from the outside to the
また、平板状の絶縁基体101と凹状の金属キャップ111とにより圧電装置としての容器が構成されている場合には、例えば絶縁基体101の上面に枠状の金属部材またはセラミック
部材(いわゆる枠部)を設けた構造(図示せず)に比べて、構造がよりシンプルとなるという効果も得られる。そして、圧電振動素子105の大きさに応じて金属キャップ111の大きさを適切に選定するとともに、サーミスタ素子106の大きさや厚みに応じて、第1基部115にされる貫通部103の面積や深さを適切に選定すればよい。よって、従来のように容器と
しての収容幅の変更によるセラミックグリーンシートの打ち抜き金型等の治具を新たに作成し直す必要が無いため、製造コストを低減できる。
Further, when a container as a piezoelectric device is constituted by the flat
さらに、容器の側面(枠部)がセラミック材料ではないことから、枠部の機械的な破壊による気密封止の信頼性の低下も抑制できる。枠部の機械的な破壊は、例えば金属からなる平板状の蓋体(図示せず)等が枠部上にシーム溶接等により接合されて搭載部102が封
止される際の熱応力により生じる。これに対して上記構成の金属キャップ111による封止
であれば、枠部の破損等が発生することがない。よって、気密封止の信頼性の向上の点でより有利な圧電装置を提供できる。また、枠部が不要である分、薄型化の点でも有利であ
る。また、前述したように容器内と外部との電磁的なシールド性向上に対しても有利である。
Furthermore, since the side surface (frame part) of the container is not a ceramic material, it is possible to suppress a decrease in the reliability of hermetic sealing due to mechanical breakage of the frame part. The mechanical destruction of the frame portion is caused by, for example, thermal stress when a mounting
ここで、枠状メタライズ層104と金属キャップ111との接合は、例えば金−スズ合金や金ゲルマニウム合金等の封止材112を用いることができる。金−スズ合金の融点は、270〜300℃程度であり、金−ゲルマニウム合金の融点は、340〜370℃程度である。これらの金属
からなる接合材112を用いれば、封止時のガスの発生が少なく比較的真空度の高い内部環
境を有する圧電装置を実現できる。
Here, for joining the frame-
また、近年、搭載部102の封止方法として樹脂を接合材112に用いた圧電装置が提案されている。搭載部102に搭載される圧電振動素子105の特性に応じて封止環境を考慮し、封止材112として樹脂を用いてもよい。封止材112として樹脂を用いれば、高価な金属ろう材を使用しないため、従来よりも安価な圧電装置を実現できる。
In recent years, a piezoelectric device using a resin as the bonding material 112 has been proposed as a method for sealing the mounting
なお、本発明は上述の実施の形態の一例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、図1〜図5では、平板状の絶縁基体101と金属キャップ111により容器を形成したが、平板状の絶縁基体101の枠状メタラ
イズ層104に、金属枠体(図示せず)をろう材等により接合しておき、この金属枠体上に
金属蓋体(図示せず)を接合して、金属キャップ111と同様に搭載部102を金属部材で覆う構造としてもよい。金属枠体や金属蓋体等の金属部材は熱伝導に優れるため、このような構造であっても、セラミック材料に比べて熱伝導に優れる金属キャップ111と同等の効果
があり、絶縁基体101へ外部環境の温度変化をより効果的に伝導しやすいため、より精度
の高い温度補償を行なう上で有利である。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in FIGS. 1 to 5, the container is formed by the flat
また、例えば図6(a)および(b)に示すように、側面導体108および貫通導体114は、互いに直接に接しているという条件を満たす範囲であれば、種々の形状および配置位置等に設定され得る。図6(a)の例では、平面視における貫通導体114の大きさ、または
配置位置が図1の例と異なる。貫通導体114は、伝熱性、絶縁基体101の機械的な強度、絶縁基体101に設けられる他の導体(図示せず)の配置スペース等の都合に応じて、適宜、
その大きさまたは配置位置等が設定されていてもよい。図6(a)の上側の例では、貫通導体114の位置が側面導体108に対して内側に偏って、例えば絶縁基体101の外周部におけ
る機械的な強度が向上されている。図6(b)の下側ので例は、比較的大きい貫通導体114が、側面導体108の下面の全面に接して、例えば伝熱性が高められている。
For example, as shown in FIGS. 6A and 6B, the
The size or arrangement position may be set. In the example on the upper side of FIG. 6A, the position of the through
図6(b)の例では、平面視における側面導体108の数、大きさまたは配置位置が図1
の例と異なる。側縁導体108についても、伝熱性、絶縁基体101と側面導体108との接合の
強度の都合に応じて、適宜、その数、大きさまたは配置位置等が設定されていてもよい。図6(b)の上側の例では、円弧状の二つの側面導体108が設けられて、伝熱性の偏りの
より効果的な抑制が図られている。図6(b)の下側の例でも、側面導体108が三つ設け
られ、伝熱性の偏りの抑制が図られている。この例のように、側面導体108は、平面視で
楕円弧状のものであってもよく、複数の側面導体108に楕円弧状のものが含まれていても
よい。
In the example of FIG. 6B, the number, size, or arrangement position of the
Different from the example. The number, size, arrangement position, and the like of the
ただし、伝熱の効率(特に、側面導体の表面積に対して伝熱に寄与する体積の比率)、設計の容易性、生産性および経済性等を考慮すれば、例えば図1〜図5の例のように、貫通部103の内側面が有する溝内に設けられた側面導体108の下側に、円形状等の貫通導体114が接して設けられている形態が好ましい。
However, considering the efficiency of heat transfer (particularly, the ratio of the volume contributing to heat transfer with respect to the surface area of the side conductors), ease of design, productivity, economy, etc., for example, examples of FIGS. As described above, it is preferable that the circular through
なお、側面導体108および貫通導体114は、例えば図6の例のように、一つの絶縁基体101において互いに異なる形態のものが混在していても構わない。
The
101・・・絶縁基体
102・・・搭載部
103・・・貫通部
104・・・枠状メタライズ層
105・・・圧電振動素子
106・・・サーミスタ素子
107・・・接続導体
108・・・側面導体
109・・・第1接合材(圧電振動素子)
110・・・第2接合材(サーミスタ素子)
111・・・金属キャップ
112・・・封止材
113・・・外部接続導体
114・・・貫通導体
115・・・第1基部
116・・・第2基部
117・・・水平導体
101 ... Insulating substrate
102 ・ ・ ・ Mounting part
103 ... penetration part
104 ... Frame metallization layer
105 ・ ・ ・ Piezoelectric vibration element
106 ・ ・ ・ Thermistor element
107 ・ ・ ・ Connection conductor
108 ・ ・ ・ Side conductor
109 ... 1st bonding material (piezoelectric vibration element)
110 ・ ・ ・ Second bonding material (Thermistor element)
111 ・ ・ ・ Metal cap
112 ・ ・ ・ Encapsulant
113 ・ ・ ・ External connection conductor
114 ... Penetration conductor
115 ... 1st base
116 ... 2nd base
117 ・ ・ ・ Horizontal conductor
Claims (5)
前記搭載部に設けられた一対の接続導体と、
前記貫通部の内側面に設けられた一対の側面導体と、
該一対の側面導体の下端から前記第2基部の下面にかけて設けられた一対の貫通導体とを備えていることを特徴とする圧電振動素子搭載用基板。 A first base having a top surface including a mounting portion of the piezoelectric vibration element and a bottom surface opposite to the top surface, having a penetrating portion penetrating from the top surface to the bottom surface and accommodating a thermistor element; An insulating base having a second base disposed on the lower surface of the first base so as to close the lower end of the penetrating part;
A pair of connecting conductors provided in the mounting portion;
A pair of side conductors provided on the inner side surface of the penetrating portion;
A piezoelectric vibration element mounting substrate comprising: a pair of through conductors provided from a lower end of the pair of side conductors to a lower surface of the second base portion.
前記一対の側面導体の一つが、前記枠状メタライズ層と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の圧電振動素子搭載用基板。 A frame-like metallization layer formed on the upper surface of the first base portion so as to surround the mounting portion in plan view;
2. The piezoelectric vibration element mounting substrate according to claim 1, wherein one of the pair of side conductors is electrically connected to the frame-shaped metallized layer.
A piezoelectric device comprising: the piezoelectric vibration element mounting substrate according to claim 1; a piezoelectric vibration element mounted on the mounting portion; and a thermistor element housed in the through portion.
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