JP2016086324A

JP2016086324A - 水晶振動子

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Publication number: JP2016086324A
Application number: JP2014218839A
Authority: JP
Inventors: 中澤　利夫; Toshio Nakazawa; 利夫中澤
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2016-05-19
Anticipated expiration: 2034-10-28
Also published as: JP6525550B2

Abstract

【課題】水晶素子の欠けを抑えつつ、水晶素子の発振周波数の変動を低減するとが可能な水晶振動子を提供することにある。【解決手段】水晶振動子は、基板１１０ａと、基板１１０ａの上面に設けられた第一枠体１１０ｂと、第一枠体１１０ｂの外周縁に沿って設けられた第二枠体１１０ｃと、を有しているパッケージ１１０と、第一枠体１１０ｂの上面に設けられた電極パッド１１１と、基板１１０ａの上面に設けられた接続パッド１１５と、電極パッド１１１に実装された水晶素子１２０と、接続パッド１１５に実装された感温素子１５０と、感温素子１５０を被覆するように設けられた絶縁性樹脂１７０と、第二枠体１１０ｃの上面に接合された蓋体１３０と、を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器等に用いられる水晶振動子に関するものである。

水晶振動子は、水晶素子の圧電効果を利用して、特定の周波数を発生させるものである。このような水晶振動子は、基板と、基板の一辺に沿って設けられた電極パッド上に実装された水晶素子と、基板の一辺と向かい合う辺に沿って設けられた接続パッド上に実装された感温素子とを備えた水晶振動子が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２００８−２０５９３８号公報

上述した水晶振動子は、水晶素子と感温素子が同一凹部内に実装されているが、感温素子が、水晶素子と重なるように配置されている。しかしながら、水晶素子の自由端に下方向の力が加わった場合に、水晶素子の自由端と感温素子が接触してしまうことで、水晶素子の自由端が欠けてしまう虞があった。また、このような水晶振動子は、水晶素子の自由端が欠けてしまうことで、水晶素子の発振周波数が変動してしまう虞があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、水晶素子の欠けを抑えつつ、水晶素子の発振周波数の変動を低減することが可能な水晶振動子を提供することにある。

本発明の水晶振動子は、基板と、基板の上面に設けられた第一枠体と、第一枠体の外周縁に沿って設けられた第二枠体と、を有しているパッケージと、第一枠体の上面に設けられた電極パッドと、基板の上面に設けられた接続パッドと、電極パッドに実装された水晶素子と、接続パッドに実装された感温素子と、感温素子を被覆するように設けられた絶縁性樹脂と、第二枠体の上面に接合された蓋体と、を備えていることを特徴とするものである。

本発明の水晶振動子によれば、基板と、基板の上面に設けられた第一枠体と、第一枠体の外周縁に沿って設けられた第二枠体と、を有しているパッケージと、第一枠体の上面に設けられた電極パッドと、基板の上面に設けられた接続パッドと、電極パッドに実装された水晶素子と、接続パッドに実装された感温素子と、感温素子を被覆するように設けられた絶縁性樹脂と、第二枠体の上面に接合された蓋体と、を備えている。このように感温素子を被覆するように絶縁性樹脂が設けられていることによって、仮に水晶素子の自由端に力が加わったとしても、水晶素子の自由端が感温素子に接触することがなく、水晶素子の自由端が絶縁性樹脂に接触することになるので、水晶素子の自由端が感温素子に直接接触する場合と比較して、水晶素子の欠けを低減することができる。このような水晶振動子は、水晶素子の発振周波数を変動することを低減することが可能となる。

本発明の実施形態に係る水晶振動子を示す分解斜視図である。図１のＡ−Ａ断面図である。（ａ）本発明の実施形態に係る水晶振動子の蓋体を外した状態を示す平面図であり、（ｂ）本発明の実施形態に係る水晶振動子の蓋体及び水晶素子を外した状態を示す平面図である。（ａ）は、本発明の実施形態に係る水晶振動子を構成するパッケージを上面からみた平面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る水晶振動子を構成するパッケージの第一枠体の上面からみた平面図である。（ａ）は、本発明の実施形態に係る水晶振動子を構成するパッケージの基板の上面からみた平面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る水晶振動子を構成するパッケージの外部端子間の接続状態を示す内部接続図である。本発明の実施形態の第一変形例に係る水晶振動子を示す分解斜視図である。図６のＢ−Ｂ断面図である。（ａ）本発明の実施形態の第一変形例に係る水晶振動子の蓋体を外した状態を示す平面図であり、（ｂ）本発明の実施形態の第一変形例に係る水晶振動子の蓋体及び水晶素子を外した状態を示す平面図である。（ａ）は、本発明の実施形態の第一変形例に係る水晶振動子を構成するパッケージを上面からみた平面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態の第一変形例に係る水晶振動子を構成するパッケージの第一枠体の上面からみた平面図である。（ａ）は、本発明の実施形態の第一変形例に係る水晶振動子を構成するパッケージの基板の上面からみた平面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態の第一変形例に係る水晶振動子を構成するパッケージの外部端子間の接続状態を示す内部接続図である。

本実施形態における水晶振動子は、図１及び図２に示されているように、パッケージ１１０と、パッケージ１１０に接合された水晶素子１２０及び感温素子１５０とを含んでいる。パッケージ１１０は、基板１１０ａの上面と第一枠体１１０ｂの内側面によって囲まれた第一凹部Ｋ１が形成されている。また、パッケージ１１０は、第一枠体１１０ｂの上面と第二枠体１１０ｃとの内側面によって囲まれた第二凹部Ｋ２が形成されている。このような水晶振動子は、電子機器等で使用する基準信号を出力するのに用いられる。

基板１１０ａは、矩形状であり、上面に実装された感温素子１５０を実装するための実装部材として機能するものである。基板１１０ａの上面には、感温素子１５０を実装するための一対の接続パッド１１５が設けられている。一対の接続パッド１１５は、平面視して、後述する水晶素子１２０の自由端と重なる位置に少なくとも一つが設けられている。

また、基板１１０ａの下面の四隅には、外部端子１１２が設けられている。また、四つの外部端子１１２の内の二つが、水晶素子１２０と電気的に接続されている。また、四つの外部端子１１２の内の残りの二つが、感温素子１５０と電気的に接続されている。また、水晶素子１２０と電気的に接続されている第一外部端子１１２ａ及び第三外部端子１１２ｃは、基板１１０ａの下面の対角に位置するように設けられている。また、感温素子１５０と電気的に接続されている第二外部端子１１２ｂ及び第四外部端子１１２ｄは、水晶素子１２０と接続されている第一外部端子１１２ａ及び第三外部端子１１２ｃが設けられている対角とは異なる基板１１０ａの対角に位置するように設けられている。

基板１１０ａは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなる。基板１１０ａは、絶縁層を一層用いたものであっても、絶縁層を複数層積層したものであってもよい。基板１１０ａの表面及び内部には、第一枠体１１０ｂの上面に設けられた電極パッド１１１と、基板１１０ａの下面に設けられた外部端子１１２とを電気的に接続するための配線パターン１１３及び導体部１１４が設けられている。また、基板１１０ａの表面には、基板１１０ａの上面に設けられた接続パッド１１５と、基板１１０ａの下面に設けられた外部端子１１２とを電気的に接続するための導体部１１４及び接続パターン１１６が設けられている。

第一枠体１１０ｂは、基板１１０ａの上面に配置され、基板１１０ａの上面に第一凹部Ｋ１を形成するためのものである。第二枠体１１０ｃは、第一枠体１１０ｂの上面に配置され、第一枠体１１０ｂの上面に第二凹部Ｋ２を形成するためのものである。第一枠体１１０ｂ及び第二枠体１１０ｃは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料からなり、基板１１０ａと一体的に形成されている。

電極パッド１１１は、水晶素子１２０を実装するためのものである。電極パッド１１１は、露出している第一枠体１１０ｂの上面に一対で設けられており、第二枠体１１０ｃの内側にある第一枠体１１０ｂの内周縁の一辺に沿うように隣接して設けられている。電極パッド１１１は、図４及び図５に示されているように、基板１１０ａ及び第一枠体１１０ｂの上面に設けられた配線パターン１１３及び導体部１１４を介して、基板１１０ａの下面に設けられた外部端子１１２と電気的に接続されている。

電極パッド１１１は、図４及び図５に示すように、第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂによって構成されている。また、外部端子１１２は、図５（ｂ）に示すように第一外部端子１１２ａ、第二外部端子１１２ｂ、第三外部端子１１２ｃ及び第四外部端子１１２ｄによって構成されている。導体部１１４は、第一導体部１１４ａ、第二導体部１１４ｂ、第三導体部１１４ｃ、第四導体部１１４ｄ及び第五導体部１１４ｅによって構成されている。また、配線パターン１１３は、第一配線パターン１１３ａ及び第二配線パターン１１３ｂによって構成されている。第一電極パッド１１１ａは、第一枠体１１０ｂに設けられた第一導体部１１４ａを介して、基板１１０ａの上面に設けられた第一配線パターン１１３ａの一端と電気的に接続されている。また、第一配線パターン１１３ａの他端は、第四導体部１１４ｄを介して、第一外部端子１１２ａと電気的に接続されている。よって、第一電極パッド１１１ａは、第一外部端子１１２ａと電気的に接続されることになる。第二電極パッド１１１ｂは、第一枠体１１０ｂに設けられた第二配線パターン１１３ｂの一端と電気的に接続されている。また、第二配線パターン１１３ｂの他端は、第二導体部１１４ｂを介して、第三外部端子１１２ｃと電気的に接続されている。

外部端子１１２は、電気機器等の外部の実装基板上の実装パッド（図示せず）と接合するために用いられている。外部端子１１２は、基板１１０ａの下面の四隅に設けられており、第一外部端子１１２ａ、第二外部端子１１２ｂ、第三外部端子１１２ｃ及び第四外部端子１１２ｄによって構成されている。第二外部端子１１２ｂは、第三導体部１１４ｃを介して、封止用導体パターン１１８と電気的に接続されている。

配線パターン１１３は、基板１１０ａ又は第一枠体１１０ｂの上面に設けられ、電極パッド１１１から近傍の導体部１１４に向けて引き出されている。また、配線パターン１１３は、図４に示すように、第一配線パターン１１３ａ及び第二配線パターン１１３ｂによって構成されている。

導体部１１４は、基板１１０ａの内部に設けられ、その両端は、配線パターン１１３、接続パターン１１６又は、封止用導体パターン１１８と電気的に接続されている。導体部１１４は、基板１１０ａに設けられた貫通孔の内部に導体を充填することで設けられている。また、導体部１１４は、図４及び図５に示すように、第一導体部１１４ａ、第二導体部１１４ｂ、第三導体部１１４ｃ、第四導体部１１４ｄ及び第五導体部１１４ｅによって構成されている。

接続パッド１１５は、矩形状であり、後述する感温素子１５０を実装するために用いられている。また、接続パッド１１５は、図４及び図５に示すように、第一接続パッド１１５ａ及び第二接続パッド１１５ｂによって構成されている。接続パッド１１５は、基板１１０ａの上面に設けられており、電極パッド１１１が設けられている辺と向かい合う辺に沿って設けられている。つまり、接続パッド１１５は、平面視して、水晶素子１２０の自由端と一部が重なるようにして設けられている。

接続パッド１１５の下面と感温素子１５０の接続端子１５１との間には、導電性接合材１６０が設けられると共に、接続パッド１１５の上面から感温素子１５０の接続端子１５１に向かって徐々に導電性接合材１６０の厚みが増すように傾斜であるフィレットが形成されることになる。このようにフィレットが形成されることにより、感温素子１５０は、接続パッド１１５及との接合強度を向上させることができる。

ここで基板１１０ａを平面視したときの長辺の寸法が、１．２〜２．５ｍｍであり、短辺の寸法が、１．０〜２．０ｍｍである場合を例にして、接続パッド１１５の大きさを説明する。接続パッド１１５の基板１１０ａの短辺と平行な辺の長さは、０．２〜０．５ｍｍであり、基板１１０ａの長辺と平行な辺の長さは、０．２５〜０．５５ｍｍとなっている。第一接続パッド１１５ａは、基板１１０ａに設けられた第一接続パターン１１６ａ及び第三導体部１１４ｃを介して、第二外部端子１１２ｂと接続されている。また、第二接続パッド１１５ｂは、基板１１０ａに設けられた第二接続パターン１１６ｂ及び第五導体部１１４ｅを介して、第四外部端子１１２ｄと接続されている。

接続パターン１１６は、基板１１０ａの上面に設けられ、接続パッド１１５から近傍の導体部１１４に向けて引き出されている。また、接続パターン１１６は、図４（ａ）に示すように、第一接続パターン１１６ａ及び第二接続パターン１１６ｂによって構成されている。

また、第二接続パターン１１６ｂは、平面視して、第一電極パッド１１１ａと第二電極パッド１１１ｂとの間に設けられている。このようにすることによって、水晶素子１２０から伝わる熱が、第一電極パッド１１１ａから直下にある基板１１０ａを介して、平面視して電極パッド１１１の間に設けられた第二接続パターン１１６ｂから第二接続パッド１１５ｂに伝わることになる。よって、このような水晶振動子は、熱伝導経路をさらに短くすることにより、水晶素子１２０の温度と感温素子１５０の温度とが近似することになり、感温素子１５０から出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度との差異をさらに低減することが可能となる。

また、第二接続パターン１１６ｂは、平面視して、第一電極パッド１１１ａと第二電極パッド１１１ｂとの間に設けられていると共に、基板１１０の短辺に沿って設けられている。つまり、第二接続パターン１１６ｂは、平面視して、第一電極パッド１１１ａを略Ｌ字形状で囲むように設けられている。このようにすることによって、水晶素子１２０から伝わる熱が、第一電極パッド１１１ａから直下にある基板１１０ａを介して、平面視して略Ｌ字形状で固囲むように設けられた第二接続パターン１１６ｂから第二接続パッド１１５ｂに伝わることになる。よって、このような水晶振動子は、熱伝導経路をさらに短くすると共に熱伝導経路の数をさらに増やすことにより、水晶素子１２０の温度と感温素子１５０の温度とが近似することになり、感温素子１５０から出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度との差異をさらに低減することが可能となる。

封止用導体パターン１１８は、蓋体１３０と封止部材１３１を介して接合する際に、封止部材１３１の濡れ性をよくする役割を果たしている。封止用導体パターン１１８は、第二枠体１１０ｃの上面を囲むようにして設けられている。封止用導体パターン１１８は、図４及び図５に示すように、第三導体部１１４ｃを介して、第二外部端子１１２ｂと電気的に接続されている。封止用導体パターン１１８は、例えばタングステン又はモリブデン等から成る導体パターンの表面にニッケルメッキ及び金メッキを順次、第二枠体１１０ｃの上面を環状に囲む形態で施すことによって、例えば１０〜２５μｍの厚みに形成されている。

ここで、基板１１０ａ、第一枠体１１０ｂ及び第二枠体１１０ｃの作製方法について説明する。基板１１０ａ、第一枠体１１０ｂ及び第二枠体１１０ｃがアルミナセラミックスから成る場合、まず所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面或いはセラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷等によって所定の導体ペーストを塗布する。さらに、これらのグリーンシートを積層してプレス成形したものを、高温で焼成する。最後に、導体パターンの所定部位、具体的には、電極パッド１１１、外部端子１１２、配線パターン１１３、導体部１１４、接続パッド１１５、接続パターン１１６及び封止用導体パターン１１８となる部位にニッケルメッキ又、金メッキ、銀パラジウム等を施すことにより作製される。また、導体ペーストは、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀又は銀パラジウム等の金属粉末の焼結体等から構成されている。

水晶素子１２０は、図１及び図２に示されているように、導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１上に接合されている。水晶素子１２０は、安定した機械振動と圧電効果により、電子装置等の基準信号を発振する役割を果たしている。

また、水晶素子１２０は、図１及び図２に示されているように、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに励振用電極１２２及び引き出し電極１２３を被着させた構造を有している。励振用電極１２２は、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに金属を所定のパターンで被着・形成したものである。励振用電極１２２は、上面に第一励振用電極１２２ａと、下面に第二励振用電極１２２ｂを備えている。引き出し電極１２３は、励振用電極１２２から水晶素板１２１の一辺に向かってそれぞれ延出されている。引き出し電極１２３は、上面に第一引き出し電極１２３ａと、下面に第二引き出し電極１２３ｂとを備えている。第一引き出し電極１２３ａは、第一励振用電極１２２ａから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。第二引き出し電極１２３ｂは、第二励振用電極１２２ｂから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。つまり、引き出し電極１２３は、水晶素板１２１の長辺又は短辺に沿った形状で設けられている。また、本実施形態においては、第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂと接続されている水晶素子１２０の一端を基板１１０ａの上面と接続した固定端とし、他端を基板１１０ａの上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造にて水晶素子１２０が基板１１０ａ上に固定されている。

ここで、水晶素子１２０の動作について説明する。水晶素子１２０は、外部からの交番電圧が引き出し電極１２３から励振用電極１２２を介して水晶素板１２１に印加されると、水晶素板１２１が所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。

ここで、水晶素子１２０の作製方法について説明する。まず、水晶素子１２０は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し、水晶素板１２１の外周の厚みを薄くし、水晶素板１２１の外周部と比べて水晶素板１２１の中央部が厚くなるように設けるベベル加工を行う。そして、水晶素子１２０は、水晶素板１２１の両主面にフォトリソグラフィー技術、蒸着技術又はスパッタリング技術によって、金属膜を被着させることにより、励振用電極１２２、引き出し電極１２３を形成することにより作製される。

水晶素子１２０のパッケージ１１０への接合方法について説明する。まず、導電性接着剤１４０は、例えばディスペンサによって第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂ上に塗布される。水晶素子１２０は、導電性接着剤１４０上に搬送され、導電性接着剤１４０上に載置される。そして導電性接着剤１４０は、加熱硬化させることによって、硬化収縮される。水晶素子１２０は、電極パッド１１１に接合される。つまり、水晶素子１２０の第一引き出し電極１２３ａは、第二電極パッド１１１ｂと接合され、第二引き出し電極１２３ｂは、第一電極パッド１１１ａと接合される。これによって、第一外部端子１１２ａと第三外部端子１１２ｃが水晶素子１２０と電気的に接続されることになる。

導電性接着剤１４０は、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケル又はニッケル鉄のうちのいずれか、或いはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。また、バインダーとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用いられる。

感温素子１５０は、サーミスタ、白金測温抵抗体又はダイオード等が用いられている。サーミスタ素子の場合、感温素子１５０には、直方体形状であり、両端に接続端子１５１が設けられている。感温素子１５０は、温度変化によって電気抵抗が顕著な変化を示すものであり、この抵抗値の変化から電圧が変化するため、抵抗値と電圧との関係及び電圧と温度との関係により、出力された電圧から温度情報を得ることができる。感温素子１５０は、接続端子１５１間の電圧が、第二外部端子１１２ｂ及び第四外部端子１１２ｄを介して水晶振動子の外へ出力されることにより、例えば、電子機器等のメインＩＣ（図示せず）で出力された電圧を温度に換算することで温度情報を得ることができる。このような感温素子１５０を水晶振動子の近くに配置して、これによって得られた水晶振動子の温度情報に応じて、メインＩＣにより水晶振動子を駆動する電圧を制御し、いわゆる温度補償をすることができる。

また、白金測温抵抗体が用いられている場合、感温素子１５０は、直方体形状のセラミック板上の中央に白金を蒸着し、白金電極が設けられている。また、セラミック板の両端には接続端子１５１が設けられている。白金電極と接続端子とは、セラミック板上面に設けられた引き出し電極により接続されている。白金電極の上面を被覆するようにして
絶縁性樹脂が設けられている。

また、ダイオードが用いられている場合、感温素子１５０は、半導体素子を半導体素子用基板の上面に実装し、その半導体素子及び半導体素子用基板の上面を絶縁性樹脂で被覆された構造である。半導体素子用基板の下面から側面には、アノード端子及びカソード端子となる接続端子１５１が設けられている。感温素子１５０は、アノード端子からカソード端子へは電流を流すが、カソード端子からアノード端子へはほとんど電流を流さない順方向特性を有している。感温素子の順方向特性は、温度によって大きく変化する。感温素子に一定電流を流しておいて順方向電圧を測定することによって、電圧情報を得ることができる。その電圧情報から換算することで水晶素子の温度情報を得ることができる。ダイオードは、電圧と温度との関係が直線を示している。接続端子１５１のカソード端子及びアノード端子間の電圧が、第二外部端子１１２ｂ及び第四外部端子１１２ｄを介して水晶振動子の外へ出力される。

感温素子１５０は、図２及び図３に示すように、基板１１０ａの下面に設けられた接続パッド１１５に半田等の導電性接合材１６０を介して実装されている。また、感温素子１５０の第一接続端子１５１ａは、第一接続パッド１１５ａに接続され、第二接続端子１５１ｂは、第二接続パッド１１５ｂに接続されている。第一接続パッド１１５ａは、基板１１０ａの下面に設けられた第一接続パターン１１６ａを介して第二外部端子１１２ｂと接続されている。また、第二外部端子１１２ｂは、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランドと接続されている実装パッド（図示せず）と接続されることにより、グランド端子の役割を果たす。よって、感温素子１５０の第一接続端子１５１ａは、基準電位であるグランドに接続されることになる。

感温素子１５０の基板１１０ａへの接合方法について説明する。まず、導電性接合材１６０は、例えばディスペンサによって接続パッド１１５に塗布される。感温素子１５０は、導電性接合材１６０上に載置される。そして導電性接合材１６０は、加熱させることによって溶融接合される。よって、感温素子１５０は、一対の接続パッド１１５に接合される。

また、感温素子１５０がサーミスタ素子の場合には、図１及び図２に示すように、直方体形状の両端にそれぞれ一つずつ接続端子１５１が設けられている。第一接続端子１５１ａは、感温素子１５０の一端面とその一端面を囲むように左右側面及び上下面に設けられている。第二接続端子１５１ｂは、感温素子１５０の他端面とその他端面を囲むように左右側面及び上下面に設けられている。感温素子１５０の長辺の長さは、０．４〜０．６ｍｍであり、短辺の長さは、０．２〜０．３ｍｍとなっている。感温素子１５０の厚み方向の長さは、０．１〜０．３ｍｍとなっている。

導電性接合材１６０は、例えば、銀ペースト又は鉛フリー半田により構成されている。また、導電性接合材１６０には、塗布し易い粘度に調整するための添加した溶剤が含有されている。鉛フリー半田の成分比率は、錫が９５〜９７．５％、銀が２〜４％、銅が０．５〜１．０％のものが使用されている。

絶縁性樹脂１７０は、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用いられる。絶縁性樹脂１７０は、水晶素子１２０が感温素子１６０に直接接触することを抑えつつ、水晶素子１２０に欠けが生じることを低減するための緩衝材の働きをするものである。絶縁性樹脂１７０の弾性率は、例えば、エポキシ樹脂の場合には、１〜３ＧＰａである。また、感温素子１７０の弾性率は、例えば、セラミックの場合には、３００〜４００ＧＰａである。よって、水晶素子１２０の自由端が感温素子１７０に直接接触する場合と水晶素子１２０の自由端が絶縁性樹脂１７０に接触する場合と比較して、水晶素子１２０の欠けを低減することができる。このような水晶振動子は、水晶素子１２０の発振周波数を変動することを低減することが可能となる。

また、絶縁性樹脂１７０は、半楕円体状になるように形成されている。このようにすることにより、仮に水晶素子１２０の自由端側に下方向の力が加わったとしても、水晶素子の自由端が、半楕円体状の絶縁性樹脂１７０の高さ方向の頂点と接触することになるので、接触面積を最小にすることができるので、水晶素子１２０の厚みすべり振動を妨げることなく、水晶素子１２０の欠けも低減することができる。

蓋体１３０は、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなる。このような蓋体１３０は、真空状態にある第一凹部Ｋ１及び第二凹部Ｋ２又は窒素ガスなどが充填された第一凹部Ｋ１及び第二凹部Ｋ２を気密的に封止するためのものである。具体的には、蓋体１３０は、所定雰囲気で、パッケージ１１０の第二枠体１１０ｃ上に載置され、第二枠体１１０ｃの封止用導体パターン１１８と蓋体１３０の封止部材１３１とが溶接されるように所定電流を印加してシーム溶接を行うことにより、第二枠体１１０ｃに接合される。

封止部材１３１は、パッケージ１１０の第二枠体１１０ｃ上面に設けられた封止用導体パターン１１２に相対する蓋体１３０の箇所に設けられている。封止部材１３１は、例えば、銀ロウ又は金錫によって設けられている。金錫の場合は、その厚みは、１０〜４０μｍである。銀ロウの場合は、その厚みは、１０〜２０μｍである。例えば、成分比率は、銀が７２〜８５％、銅が１５〜２８％のものが使用されている。金錫の場合は、その厚みは、１０〜４０μｍである。例えば、成分比率が、金が７８〜８２％、錫が１８〜２２％のものが使用されている。

本発明の本実施形態における水晶振動子は、基板１１０ａと、基板１１０ａの上面に設けられた第一枠体１１０ｂと、第一枠体１１０ｂの外周縁に沿って設けられた第二枠体１１０ｃと、を有しているパッケージ１１０と、第一枠体１１０ｂの上面に設けられた電極パッド１１１と、基板１１０ａの上面に設けられた接続パッド１１５と、電極パッド１１１に実装された水晶素子１２０と、接続パッド１１５に実装された感温素子１５０と、感温素子１５０を被覆するように設けられた絶縁性樹脂１７０と、第二枠体１１０ｂの上面に接合された蓋体１３０と、を備えている。このように感温素子１５０を被覆するように絶縁性樹脂１７０が設けられていることによって、仮に水晶素子１２０の自由端に力が加わったとしても、水晶素子１２０の自由端が感温素子１５０に接触することがなく、水晶素子１２０の自由端が絶縁性樹脂１７０に接触することになるので、水晶素子１２０の自由端が感温素子１５０に直接接触する場合と比較して、水晶素子１２０の欠けを低減することができる。このような水晶振動子は、水晶素子１２０の発振周波数を変動することを低減することが可能となる。

本発明の本実施形態における水晶振動子は、基板１１０ａの上面には、一対の接続パッド１１５と電気的に接続されている一対の接続パターン１１６を有し、一対の接続パターン１１６の内の一つである第二接続パターン１１６ｂが、平面視して、一対の電極パッド１１１間に配置されている。このようにすることによって、水晶素子１２０から伝わる熱が、第一電極パッド１１１ａから直下にある基板１１０ａを介して、平面視して電極パッド１１１の間に設けられた第二接続パターン１１６ｂから第二接続パッド１１５ｂに伝わることになる。よって、このような水晶振動子は、熱伝導経路をさらに短くすることにより、水晶素子１２０の温度と感温素子１５０の温度とが近似することになり、感温素子１５０から出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度との差異をさらに低減することが可能となる。

本発明の本実施形態における水晶振動子は、蓋体１３０が、グランド電位と電気的に接続されており、一対の接続パッド１１５の一つである第一接続パッド１１５ａが蓋体１３０と電気的に接続されている。このようにすることにより、蓋体１３０がグランド電位と接続されると、感温素子１５０の第一接続端子１５１ａがグランド電位と接続されることになるので、感温素子１５０から出力される電圧にノイズが重畳されることを低減し、感温素子１５０の正確な電圧を出力することができる。また、感温素子１５０から正確な電圧値を出力することができるので、感温素子１５０から出力された電圧を換算することで得られた温度情報と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度情報との差異をさらに低減することが可能となる。

本発明の本実施形態における水晶振動子は、蓋体１３０と電気的に接続されている一対の接続パッド１１５の一つである第一接続パッド１１５ａが、平面視して、水晶素子１２０に設けられた励振用電極１２２の平面内に位置させている。このようにすることにより、水晶素子１２０が、グランド電位と接続されている蓋体１３０及び第一接続パッド１１５ａで挟まれることになるので、水晶素子１２０にノイズが重畳することを低減し、安定して発振周波数を出力することができる。

（第一変形例）
以下、本実施形態の第一変形例における圧電デバイスについて説明する。なお、本実施形態の第一変形例における水晶振動子のうち、上述した水晶振動子と同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第一変形例における水晶振動子は、図６〜図１０に示されているように、一対の接続パッド２１５の一つが、平面視して、一対の電極パッド２１１の間に位置させている点において、本実施形態と異なる。

接続パッド２１５は、矩形状であり、後述する感温素子１５０を実装するために用いられている。また、接続パッド２１５は、図９及び図１０に示すように、第一接続パッド２１５ａ及び第二接続パッド２１５ｂによって構成されている。接続パッド２１５は、基板２１０ａの上面に設けられており、第二接続パッド２１５ｂは、切り込み２１７内の露出する基板２１０ａの上面に設けられている。つまり、第二接続パッド２１５ｂは、平面視して、一対の電極パッド２１１の間を位置するようにして設けられている。また、このようにすることによって、水晶素子１２０から伝わる熱が、一対の電極パッド２１１から第一枠体２１０ｂ及び基板２１０ａを介して、平面視して、一対の電極パッド２１１間にある接続パッド２１５ｂに実装された感温素子１５０に伝わることになる。よって、このような水晶振動子は、熱伝導経路をさらに短くすることができるので、水晶素子１２０の温度と感温素子１５０の温度とが近似することになり、感温素子１５０から出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度との差異をさらに低減することが可能となる。

接続パッド２１５の下面と感温素子１５０の接続端子１５１との間には、導電性接合材１６０が設けられると共に、接続パッド２１５の上面から感温素子１５０の接続端子１５１に向かって徐々に導電性接合材１６０の厚みが増すように傾斜であるフィレットが形成されることになる。このようにフィレットが形成されることにより、感温素子１５０は、接続パッド２１５及との接合強度を向上させることができる。

接続パターン２１６は、基板２１０ａの上面に設けられ、接続パッド２１５から近傍の導体部２１４に向けて引き出されている。また、接続パターン２１６は、図９（ａ）に示すように、第一接続パターン２１６ａ及び第二接続パターン２１６ｂによって構成されている。

また、第二接続パターン２１６ｂは、図９に示すように、平面視して、第一電極パッド２１１ａと第二電極パッド２１１ｂとの間に設けられている。このようにすることによって、水晶素子１２０から伝わる熱が、第一電極パッド２１１ａから直下にある基板２１０ａを介して、平面視して電極パッド２１１の間に設けられた第二接続パターン２１６ｂから第二接続パッド２１５ｂに伝わることになる。よって、このような水晶振動子は、熱伝導経路をさらに短くすることにより、水晶素子１２０の温度と感温素子１５０の温度とが近似することになり、感温素子１５０から出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度との差異をさらに低減することが可能となる。

また、第二接続パターン２１６ｂは、図９及び図１０に示すように、平面視して、第一電極パッド２１１ａと第二電極パッド１１１ｂとの間に設けられていると共に、基板２１０ａの短辺に沿って設けられている。つまり、第二接続パターン２１６ｂは、平面視して、第一電極パッド２１１ａを略Ｌ字形状で囲むように設けられている。このようにすることによって、水晶素子１２０から伝わる熱が、第一電極パッド２１１ａから直下にある基板２１０ａを介して、平面視して略Ｌ字形状で固囲むように設けられた第二接続パターン２１６ｂから第二接続パッド２１５ｂに伝わることになる。よって、このような水晶振動子は、熱伝導経路をさらに短くすると共に熱伝導経路の数をさらに増やすことにより、水晶素子１２０の温度と感温素子１５０の温度とが近似することになり、感温素子１５０から出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度との差異をさらに低減することが可能となる。

切れ込み２１７は、図８及び図９に示すように、第一枠体２１０ｂの一対の電極パッド２１１間に、基板２１０ａの上面が露出するように設けられている。この切れ込み２１７の内底面である基板２１０ａの上面には、第二接続パッド２１５ｂが設けられている。切れ込み２１７の長辺の長さは、０．５〜０．７ｍｍであり、短辺の長さは、０．３〜０．４ｍｍとなっている。切れ込み２１７の深さ方向の長さは、０．１５〜０．４ｍｍとなっている。

本実施形態の第一変形例における水晶振動子は、一対の接続パッド２１５の一つが、平面視して、一対の電極パッド２１１の間に設けられている。このようにすることによって、水晶素子１２０から伝わる熱が、一対の電極パッド２１１から第一枠体２１０ｂ及び基板２１０ａを介して、平面視して、一対の電極パッド２１１の間にある接続パッド２１５に実装された感温素子１５０に伝わることになる。よって、このような水晶振動子は、熱伝導経路の距離が従来の水晶振動子よりも短くなるため、感温素子１５０から得られた温度と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度との差異を低減することが可能となる。

また、本実施形態の第一変形例における水晶振動子は、接続パッド２１５の接続パッド２１５の一つが、平面視して、一対の電極パッド２１１の間に設けられており、この感温素子１５０が絶縁性樹脂１７０で被覆されている。このようすることによって、例え第一電極パッド２１１ａに塗布された導電性接着剤１７０が、絶縁性樹脂１７０にて防がれることになる。よって、隣接する第一電極パッド２１１ａと第二電極パッド２１１ｂ同士が短絡することを低減することができる。

尚、本実施形態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において種々の変更、改良等が可能である。上記実施形態では、水晶素子は、ＡＴ用水晶素子を用いた場合を説明したが、基部と、基部の側面より同一の方向に延びる二本の平板形状の振動腕部とを有する音叉型屈曲水晶素子を用いても構わない。

また、水晶素子１２０のベベル加工方法について説明する。所定の粒度のメディアと砥粒とを備えた研磨材と、所定の大きさに形成された水晶素板１２１とを用意する。円筒体に用意した研磨材と水晶素板１２１とを入れ、円筒体の開口した端部をカバーで塞ぐ。研磨材と水晶素板１２１とを入れた円筒体を、円筒体の中心軸線を回転軸として回転させる水晶素板１２１が研磨材で研磨されてベベル加工が行われる。

１１０、２１０・・・パッケージ
１１０ａ、２１０ａ・・・基板
１１０ｂ、２１０ｂ・・・第一枠体
１１０ｃ、２１０ｃ・・・第二枠体
１１１、２１１・・・電極パッド
１１２、２１２・・・外部端子
１１３、２１３・・・配線パターン
１１４、２１４・・・導体部
１１５、２１５・・・接続パッド
１１６、２１６・・・接続パターン
２１７・・・切り欠き
１１８、２１８・・・封止用導体パターン
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・引き出し電極
１３０・・・蓋体
１３１・・・封止部材
１４０・・・導電性接着剤
１５０・・・感温素子
１５１・・・接続端子
１６０・・・導電性接合材
１７０・・・絶縁性樹脂
Ｋ１・・・第一凹部
Ｋ２・・・第二凹部

Claims

基板と、前記基板の上面に設けられた第一枠体と、前記第一枠体の外周縁に沿って設けられた第二枠体と、を有しているパッケージと、
前記第一枠体の上面に設けられた一対の電極パッドと、
前記基板の上面に設けられた一対の接続パッドと、
前記一対の電極パッドに実装された水晶素子と、
前記一対の接続パッドに実装された感温素子と、
前記感温素子を被覆するように設けられた絶縁性樹脂と、
前記第二枠体の上面に接合された蓋体と、を備えていることを特徴とする水晶振動子。
請求項１記載の水晶振動子であって、
前記基板の上面には、前記一対の接続パッドと電気的に接続されている一対の接続パターンを有し、
前記一対の接続パターンの内の一つが、平面視して、前記一対の電極パッド間に配置されていることを特徴とする水晶振動子。
請求項１又は請求項２記載の水晶振動子であって、
前記蓋体は、グランド電位と電気的に接続されており、
前記一対の接続パッドの一つが前記蓋体と電気的に接続されていることを特徴とする水晶振動子。
請求項１記載の水晶振動子であって、
前記一対の接続パッドの一つが、平面視して、前記一対の電極パッドの間に位置させていることを特徴とする水晶振動子。