JP2016103757A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】小型化及びコスト削減の少なくとも一方が可能であり、周囲の雰囲気の温度変化が圧電素子の特性に及ぼす影響を低減できる圧電デバイスを提供する。
【解決手段】発振器１は、被収容発振器３と、基板５と、カバー７とを有している。被収容発振器３は、振動素子９と、振動素子９を封止するパッケージ１３とを有している。基板５は、第１主面３９ａに被収容発振器３が実装され、第２主面３９ｂに被収容発振器３と電気的に接続された外部端子４３を有している。カバー７は、被収容発振器３を収容するように第１主面３９ａに被せられている。また、カバー７は、隙間Ｇを介して被収容発振器３を囲んでいる。発振器１は、ヒータを有していない。
【選択図】図３

Description

本発明は、水晶発振器等の圧電デバイスに関する。

水晶振動素子（圧電素子）と、水晶振動素子を密閉空間に収容したパッケージとを有する水晶発振器が知られている（例えば特許文献１）。水晶振動素子は、温度変化によって特性が変化する。従って、水晶発振器の周囲の雰囲気の温度が不安定であると、水晶発振器の出力する発振信号の周波数も不安定になる。そこで、ケースとヒータとを有する恒温槽に水晶発振器を収容した恒温槽付水晶発振器（恒温槽付圧電デバイス）も提案されている（例えば特許文献２）。

特開２０１４−０９３５７１号公報 特開２０１３−２１１７５２号公報

恒温槽付圧電デバイスは、恒温槽が設けられることから、大型であり、また、コストが高い。従って、小型化及びコスト削減の少なくとも一方が可能であり、周囲の雰囲気の温度変化が圧電素子の特性に及ぼす影響を低減できる圧電デバイスが提供されることが望まれる。

本発明の一態様に係る圧電デバイスは、圧電素子、及び、前記圧電素子を封止するパッケージを有する被収容圧電デバイスと、一方の主面に前記被収容圧電デバイスが実装され、他方の主面に前記被収容圧電デバイスと電気的に接続された外部端子を有する基板と、前記被収容圧電デバイスを収容するように前記一方の主面に被せられたカバーと、を有し、前記カバーは、隙間を介して前記被収容圧電デバイスを囲んでおり、ヒータを有していない。

好適には、前記隙間には、空気又は窒素からなり、前記被収容圧電デバイスを囲む、厚み３０ｍｍ以下の気体層が構成されている。

好適には、前記隙間は、真空とされている。

好適には、前記カバーと前記基板とは、前記被収容圧電デバイスを囲む全周に亘って接合されている。

好適には、前記カバーは、金属からなり、複数の前記外部端子のうち基準電位が付与される外部端子と電気的に接続されている。

好適には、前記カバーは、無機材料からなる。

好適には、前記被収容圧電デバイスは、前記圧電素子の温度変化による特性変化を補償する補償回路を含む集積回路素子を更に有している。

本発明の一態様に係る圧電デバイスは、圧電素子、及び、前記圧電素子を封止するパッケージを有する被収容圧電デバイスと、前記被収容圧電デバイスを収容するカバーと、前記被収容圧電デバイスと電気的に接続され、前記カバーの外部へ露出する外部端子と、を有し、前記カバーは、隙間を介して前記被収容圧電デバイスを囲んでおり、ヒータを有していない。

上記の構成によれば、小型化及びコスト削減の少なくとも一方が可能であり、周囲の雰囲気の温度変化が圧電素子の特性に及ぼす影響を低減できる。

本発明の第１実施形態に係る水晶発振器の構成を示す分解斜視図。 図１の水晶発振器内の被収容水晶発振器の構成を示す分解斜視図。 図１のIII−III線における断面図。 本発明の第２実施形態に係る水晶発振器の構成を、一部を破断して示す斜視図。

以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。水晶発振器は、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜的に、直交座標系ｘｙｚを定義するとともにｚ方向の正側を上方として、上面、下面などの用語を用いるものとする。ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、部材の形状等に基づいて便宜的に定義されており、圧電体（水晶）の電気軸、機械軸及び光軸を意味するものではない。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る水晶発振器１の構成を示す分解斜視図である。図２は、水晶発振器１の一部（被収容発振器３）の構成を示す分解斜視図である。図３は、図１のIII−III線における断面図である。

図１及び図３に示すように、発振器１は、例えば、全体として、概略、薄型の直方体状とされる電子部品であり、その寸法は適宜に設定されてよい。例えば、長辺又は短辺の長さは、１ｍｍ〜３ｍｍであり、厚さは０．５ｍｍ〜１ｍｍである。

発振器１は、例えば、その底面に複数（本実施形態では４つ）の外部端子４３（一の外部端子についてはＧの付加符号を付すことがある。）を有している。発振器１の底面を不図示の回路基板等に対向させ、複数の外部端子４３と、不図示の回路基板の複数のパッドとが不図示のバンプ（例えば半田からなる）によって接合されることにより、発振器１は不図示の回路基板に実装される。そして、発振器１は、複数の外部端子４３のいずれかを介して電力等が供給され、複数の外部端子４３の他のいずれかを介して発振信号を出力する。

発振器１は、例えば、水晶発振器からなる被収容発振器３と、被収容発振器３が実装される基板５と、被収容発振器３を収容するように基板５に被せられるカバー７とを有している。

被収容発振器３は、発振信号を生成して出力する電子部品である。被収容発振器３が基板５及びカバー７からなる外郭部８（符号は図３）に収容されることにより、被収容発振器３は、周囲の雰囲気に対して断熱されて温度変化が抑制され、ひいては、発振信号の周波数が安定化される。なお、発振器１は、恒温槽付発振器に設けられているような、被収容発振器３の周囲の雰囲気を加熱するためのヒータは有していない。

被収容発振器３は、例えば、全体として概略直方体状に構成されており、その底面に複数（本実施形態では４つ）の内部端子３３を有している。内部端子３３は、被収容発振器３にとっては外部端子となる端子である。被収容発振器３は、複数の内部端子３３のいずれかを介して電力等が供給され、複数の内部端子３３の他のいずれかを介して発振信号を出力する。

被収容発振器３は、例えば、図２及び図３に示すように、水晶振動素子（圧電素子）９と、水晶振動素子９に電圧を印加して発振信号を生成する集積回路素子１１と、これらを収容するパッケージ１３（符号は図１及び図３）を構成する素子搭載部材１５及び蓋部材１７とを有している。

水晶振動素子９は、交流電圧が印加されると固有振動を生じる。集積回路素子１１は、発振回路を含んで構成されており、水晶振動素子９に電圧を印加して、水晶振動素子９内の固有振動を利用して発振信号を生成する。パッケージ１３は、水晶振動素子９及び集積回路素子１１の保護、及び、これらに対する電気信号の入出力等に寄与する。

水晶振動素子９は、例えば、水晶片１９と、水晶片１９に電圧を印加するための１対の励振電極２１と、水晶振動素子９を素子搭載部材１５に実装するための１対の引出電極２３とを有している。

水晶片１９は、例えば、概ね長方形の板状に形成されている。水晶片１９は、例えば、ＡＴカット水晶片からなる。１対の励振電極２１は、例えば、水晶片１９の両主面の中央側に層状に設けられている。１対の引出電極２３は、例えば、１対の励振電極２１から引き出されて水晶片１９の長手方向の一端側部分に設けられている。１対の励振電極２１及び１対の引出電極２３は、例えば、水晶振動素子９の両主面のいずれが実装側とされてもよいように、水晶片１９の長手方向に延びる不図示の中心線に対して１８０°回転対称の形状に形成されている。

集積回路素子１１は、例えば、概略薄型直方体状に形成されており、上面に複数（本実施形態では６つ）のＩＣ端子２５を有している。複数のＩＣ端子２５は、例えば、平面視において、集積回路素子１１の矩形の２つの長辺に沿って配列されている（合計２列設けられている）。

ＩＣ端子２５の数及び役割は、集積回路素子１１（発振器１）に要求される機能等に応じて適宜に設定されてよい。例えば、６つのＩＣ端子２５のうち、１つは基準電位であるグランド電位ＧＮＤを集積回路素子１１に供給するためのものであり、１つは電源電圧Ｖｃｃ（基準電位とは異なる電位）を集積回路素子１１に供給するためのものであり、２つは集積回路素子１１から水晶振動素子９に電圧を印加するためのものであり、１つは生成した発振信号Ｖｏｕｔを出力するためのものであり、１つは発振信号Ｖｏｕｔの周波数を調整するための制御信号Ｖｃｏｎを集積回路素子１１に入力するためのものである。制御信号Ｖｃｏｎに代えて、例えば、集積回路素子１１による発振信号Ｖｏｕｔの生成又は停止を指示するイネーブル・ディセーブル信号ＥＮが入力されてもよい。

既に述べたように、集積回路素子１１は、発振回路を含んで構成されている。発振回路は、例えば、帰還型のものである。また、集積回路素子１１は、温度センサ、及び、温度センサの検出した温度に基づいて、温度変化による水晶振動素子９の特性変化を補償する温度補償回路を含んでいてもよい。温度補償回路は、例えば、特に図示しないが、水晶振動素子９と基準電位部（グランド部）との間に配置される可変容量素子と、温度センサの検出する温度に応じた電圧を可変容量素子に印加する補償信号発生回路とを有している。温度に応じて水晶振動素子９の負荷容量が変化することにより、温度変化による水晶振動素子９の特性変化が補償される。これにより、発振信号の周波数が安定する。集積回路素子１１は、パッケージングされたものであってもよいし、ベアチップであってもよい。

素子搭載部材１５は、例えば、絶縁部材２７と、絶縁部材２７の表面又は内部に設けられた各種の導体とを有している。導体は、例えば、水晶振動素子９が実装される１対の素子用パッド２９、集積回路素子１１が実装される複数（本実施形態では６つ）のＩＣ用パッド３１（図３）、既述の内部端子３３、及び、これらを接続する不図示の配線である。

絶縁部材２７（素子搭載部材１５）は、例えば、いわゆるＨ型のパッケージを構成している。すなわち、絶縁部材２７は、上方に開口し、水晶振動素子９を収容する第１凹部２７ａと、下方に開口し、集積回路素子１１を収容する第２凹部２７ｂ（図３）とを有している。別の観点では、絶縁部材２７は、基板部２７ｃと、基板部２７ｃの一方の主面上に位置する第１枠部２７ｄと、基板部２７ｃの他方の主面上に位置する第２枠部２７ｅとを有している。

絶縁部材２７は、例えば、アルミナ等のセラミックからなる層状部材を複数枚重ねて形成されている。層状部材の枚数及び各層の厚みは、絶縁部材２７の形状及び寸法、並びに、絶縁部材２７に配置される導電体の位置及び形状等に応じて、適宜に設定されよい。なお、第１枠部２７ｄは、金属により形成されてもよい。

１対の素子用パッド２９は、例えば、第１凹部２７ａの底面に形成された層状導体であり、第１凹部２７ａの一の短辺に沿って配列されている。１対の素子用パッド２９と、水晶振動素子９の１対の引出電極２３とは、例えば、１対の導電性接着剤３５（図３）によって接合される。これにより、水晶振動素子９は、片持ち梁のように素子搭載部材１５に対して固定されるとともに、素子搭載部材１５に対して電気的に接続される。

複数のＩＣ用パッド３１は、例えば、第２凹部２７ｂの底面に形成された層状導体であり、第２凹部２７ｂの対向する２辺（例えば２つの長辺）に沿って２列で配列されている。複数のＩＣ用パッド３１と、集積回路素子１１の複数のＩＣ端子２５とは、例えば、複数のバンプ３７（図３）によって接合される。これにより、集積回路素子１１は、素子搭載部材１５に対して固定されるとともに電気的に接続される（すなわち実装される）。バンプ３７は、例えば半田からなる。

複数の内部端子３３は、例えば、第２枠部２７ｅの下面に形成された層状導体であり、第２枠部２７ｅの４隅に設けられている。

複数のＩＣ用パッド３１のうち２つは、素子搭載部材１５の不図示の配線を介して１対の素子用パッド２９と接続されている。複数のＩＣ用パッド３１のうち残りの４つ（Ｖｃｃ、ＧＮＤ、Ｖｏｕｔ及びＶｃｏｎに対応）は、素子搭載部材１５の不図示の配線を介して４つの内部端子３３と接続されている。素子搭載部材１５の配線は、例えば、絶縁部材２７を構成する層状部材を上下方向に貫通するビア導体、及び、層状部材に重ねられた層状導体によって構成されている。

蓋部材１７は、第１枠部２７ｄの上面に接合され、第１凹部２７ａを封止する。従って、水晶振動素子９は、密閉空間に収容されることになる。蓋部材１７は、金属等の導電材料により構成されてもよいし、絶縁材料により構成されてもよいし、絶縁層と導電層とを積層した複合材料により構成されてもよい。例えば、蓋部材１７は、金属板から構成されており、この金属板は、シーム溶接等により第１枠部２７ｄに接合されている。蓋部材１７が導体を含む場合、当該導体は、絶縁部材２７の表面又は内部に設けられた配線を介して、基準電位（グランド電位）が付与される内部端子３３と電気的に接続されていてもよい。

図１及び図３に示すように、基板５は、例えば、リジッド式のプリント配線基板により構成されており、絶縁基板３９と、絶縁基板３９に設けられた各種の導体とを有している。各種の導体は、例えば、被収容発振器３を実装するための複数（本実施形態では４つ）の内部パッド４１、及び、既述の複数の外部端子４３である。

絶縁基板３９（基板５）は、例えば、概略矩形の板状であり、第１主面３９ａと、その背面の第２主面３９ｂとを有している。絶縁基板３９は、セラミックからなるものであってもよいし、ガラス繊維等からなる基材にエポキシ樹脂等の樹脂を含浸させたものであってもよい。

複数の内部パッド４１は、例えば、第１主面３９ａに形成された層状導体であり、第１主面３９ａの４隅側に位置している。複数の内部パッド４１と、被収容発振器３の内部端子３３とは、例えば、複数のバンプ４５（図３）によって接合される。これにより、被収容発振器３は、基板５に対して固定されるとともに電気的に接続される（すなわち実装される。）。バンプ４５は、例えば半田からなる。

複数の外部端子４３は、例えば、例えば、第２主面３９ｂに形成された層状導体であり、第２主面３９ｂの４隅に位置している。

複数の内部パッド４１と複数の外部端子４３とは、基板５の配線を介して接続されている。基板５の配線は、例えば、絶縁基板３９を貫通する貫通導体４７（図３）によって構成されている。貫通導体４７は、絶縁基板３９を貫通する孔に充填されたものであってもよいし、その孔の内面に膜状に形成されたものであってもよい。なお、貫通導体４７に代えて、絶縁基板３９の側面（例えばキャスタレーション内）に層状導体からなる配線が形成されてもよい。基板５の配線の一部は、第１主面３９ａ上及び／又は絶縁基板３９内の層状導体により構成されてもよい。

なお、本実施形態では、基板５は、カバー７とで被収容発振器３を収容しつつ、被収容発振器３と外部とを電気的に接続するためのみに利用されている。従って、例えば、被収容発振器３以外の電子部品は基板５に実装されていない。また、例えば、基板５において、内部パッド４１と外部端子４３とは単純に電気的に接続されているのみであり、これらの間に介在し、基板５の導体によって構成された、抵抗体、インダクタ又はキャパシタ等の電子素子は設けられていない。ただし、他の電子部品が基板５に実装されたり、基板５内の導体によって電子素子が構成されたりしてもよい。

カバー７は、例えば、概ね直方体の箱状に形成されており、その開口を下に向けて基板５及び被収容発振器３に被せられることにより、被収容発振器３を収容している。図３に示すように、カバー７と被収容発振器３（パッケージ１３）とは、例えば、その全体に亘って接触していない。すなわち、カバー７は、被収容発振器３の側方の４つの第１隙間Ｇ１、及び、被収容発振器３の上方の第２隙間Ｇ２（以下、これらを区別せずに隙間Ｇということがある。）を介して被収容発振器３を囲んでいる。隙間Ｇが構成されていることによって、発振器１の周囲の雰囲気と被収容発振器３との間の断熱性が向上する。

隙間Ｇは、密閉されていてもよいし、密閉されてなくてもよい。隙間Ｇが密閉されている場合、その内部は真空（大気圧よりも減圧された状態）であってもよいし、真空でなくてもよい。また、隙間Ｇに気体が封入されている場合、気体は、空気であってもよいし、窒素等の適宜なガスであってもよい。なお、隙間Ｇが密閉されていない場合、及び、隙間Ｇに気体が封入されている場合、カバー７は、気体層を介して被収容発振器３を囲んでいることになる。

本実施形態では、被収容発振器３の外形及びカバー７の内部は、概略直方体状であるから、各隙間Ｇの厚さ（被収容発振器３とカバー７との距離。Ｇ１及びＧ２を付した矢印参照。）は、各隙間Ｇにおいて概ね一定である。複数の隙間Ｇの厚さは、互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。隙間Ｇの具体的な厚さは適宜に設定されてよい。

隙間Ｇが密閉されていないことにより、又は、隙間Ｇに空気が封入されていることにより、カバー７が空気層を介して被収容発振器３を囲んでいる場合、空気層（隙間Ｇ）の厚さは、３０ｍｍ以下であることが好ましい。空気層が３０ｍｍ以下であれば、粘性抵抗によって対流が生じにくく、空気層による断熱効果の向上が期待される。３０ｍｍという数値は、建築物のペアガラスの技術分野において実証されている。さらに、発振器１の小型化の観点からは、隙間Ｇは１ｍｍ以下であることが好ましい。

また、隙間Ｇに窒素（Ｎ_２）が封入されていることにより、カバー７が窒素層を介して被収容発振器３を囲んでいる場合においても、窒素層（隙間Ｇ）の厚さは、３０ｍｍ以下であることが好ましい。窒素は、空気の８割を占め、その粘度は空気の粘度と近いことから（例えば、２０℃及び１気圧において、空気の粘度は１８．２×１０^−６Ｐａ・ｓ、窒素の粘度は１７．６×１０^−６Ｐａ・ｓ）、上記と同様の効果が期待される。

また、空気及び窒素以外の気体が隙間Ｇに封入されている場合においても、上記と同様に、対流が生じにくいように適宜にその気体層の厚さが設定されてよい。例えば、空気よりも粘度が高い気体であり、且つ、気体層の厚さが３０ｍｍ以下であれば、上記と同様の効果が期待できる。

カバー７の材料は適宜なものとされてよい。例えば、カバー７は、金属等の導体によって構成されてもよいし、セラミック、ガラス、高分子樹脂等の絶縁体によって構成されてもよいし、金属と絶縁体との積層体によって構成されてもよい。金属が用いられた場合、カバー７にシールド機能を期待することができる。また、絶縁体が用いられた場合、一般に、絶縁体は導体よりも断熱性が高いから、カバー７による断熱効果の向上が期待される。

カバー７は、例えば、その側面部分（壁部）の下部が基板５に固定されている。固定は、例えば、接合、ねじによる締結、カバー７の爪部の基板５のスリットへの挿入、又は、これらの組み合わせによって実現されてもよい。安価に堅固に固定する観点からは接合が好ましい。

接合は、（絶縁性の）接着剤によってなされてもよいし、半田等の導電性の接合材によってなされてもよいし、溶接であってもよい。また、既に述べたように、隙間Ｇは、密閉されてもよいし、密閉されなくてもよいから、接合は、カバー７の全周に亘ってなされてもよいし、全周に亘ってなされなくてもよい（離散的になされてもよい）。

図１及び図３に示す例では、導電性接合材４９によってカバー７の全周に亘ってカバー７を基板５に接合した場合を例示している。なお、基板５の第１主面３９ａには、導電性接合材４９と基板５との接合を強化するために、導体からなり、複数の内部パッド４１を囲むように延びる環状の接合用パッド５１が設けられている。カバー７の側面部分の下面にも、同様の接合用パッドが設けられてもよい。

また、図１及び図３は、カバー７が導体によって構成され、基準電位が付与されている場合を例示している。例えば、図３において紙面右側に示す外部端子４３Ｇは、基準電位が付与される端子であり、この外部端子４３Ｇと上述した接合用パッド５１とは、基板５の導体（例えば貫通導体４７）を介して電気的に接続されている。

以上のとおり、本実施形態では、発振器１は、被収容発振器３と、基板５と、カバー７とを有している。被収容発振器３は、水晶振動素子９と、水晶振動素子９を封止するパッケージ１３とを有している。基板５は、第１主面３９ａに被収容発振器３が実装され、第２主面３９ｂに被収容発振器３と電気的に接続された外部端子４３を有している。カバー７は、被収容発振器３を収容するように第１主面３９ａに被せられている。また、カバー７は、隙間Ｇを介して被収容発振器３を囲んでいる。発振器１は、ヒータを有していない。

別の観点では、発振器１は、被収容発振器３と、カバー７と、外部端子４３とを有している。被収容発振器３は、水晶振動素子９と、水晶振動素子９を封止するパッケージ１３とを有している。カバー７は、被収容発振器３を収容している。外部端子４３は、被収容発振器３と電気的に接続され、カバー７の外部へ露出している。カバー７は、隙間Ｇを介して被収容発振器３を囲んでいる。発振器１は、ヒータを有していない。

従って、例えば、被収容発振器３は、カバー７によって発振器１の周囲の雰囲気が直接的に接するおそれが低減される。その結果、例えば、周囲の雰囲気の温度変化に起因する被収容発振器３の温度変化が緩和され、ひいては、発振信号の周波数が安定する。すなわち、発振器１は、周囲の雰囲気の温度変化が水晶振動素子９の特性に及ぼす影響を低減できる。その一方で、発振器１は、ヒータを有していないことから、小型化及びコスト削減が期待される。カバー７は、第１主面３９ａに被せられるだけであり、基板５を収容しないことから、後述する第２実施形態に比較して小型化が顕著である。

上記のような構成にすることで、カバー７で被収容発振器３を囲むことで、被収容発振器３に流れている気体が接触することを抑制し、被収容発振器３の温度変化を緩和させている。従って、上記の温度変化の緩和の効果は、特に、発振器１を収容する機器の筐体内にファンがあり、発振器１の周囲に気体の流れがあるときに顕著となる。また、発振信号の周波数の安定化は、発振器１が流れる気体中に設けられている状況、例えば、自動車部品等に搭載されているＧＰＳに用いられている場合において有効である。すなわち、基準信号が安定化されることによって、位置情報の精度向上が期待される。

また、本実施形態では、例えば、隙間Ｇには、空気又は窒素からなり、被収容発振器３を囲む、厚み３０ｍｍ以下の気体層が構成されている。

従って、例えば、既に述べたように、空気又は窒素の対流が生じることを低減することができる。その結果、例えば、発振器１の周囲の雰囲気の温度変化に起因する被収容発振器３の温度変化を緩和することができる。なお、気体が空気であれば、例えば、特別な気体を用意する必要がなく、また、必ずしも隙間Ｇは密閉されなくてもよい。従って、例えば、コスト削減が期待される。また、気体が窒素であれば、導体の酸化抑制が期待され、また、窒素は他の不活性ガス等に比較して比較的安価である。

また、本実施形態では、上記の気体層の構成に代えて、隙間Ｇは、真空とされていてもよい。

この場合、気体が隙間Ｇに大気圧以上の圧力で存在する場合に比較して、隙間Ｇによる断熱効果を向上させることができる。ただし、大気圧と同等の圧力の気体層を構成する場合に比較して、例えば、密閉性の向上及びカバー７の内外の圧力差に抗するための強度が必要であることから、コストの面では、気体層を構成することが好ましい。

また、本実施形態では、カバー７と基板５とは、被収容発振器３を囲む全周に亘って接合されている。

従って、例えば、カバー７の隙間Ｇは密閉され、発振器１の周囲の雰囲気が隙間Ｇに流れ込むおそれが低減される。その結果、例えば、発振器１の周囲の雰囲気の温度変化に起因する被収容発振器３の温度変化を緩和することができる。加えて、例えば、基板５に撓みが生じるおそれがカバー７によって低減される。その結果、例えば、基板５の撓みによる内部端子３３と内部パッド４１との剥離が低減される。また、例えば、カバー７によって基板５の撓みが抑制されると、水晶振動素子９の振動に起因して基板５が振動するおそれが低減される。基板５の振動低減によって、被収容発振器３の発振信号の周波数が安定するとともに、不要な振動が発振器１の周囲の電子部品に加えられるおそれも低減される。

また、本実施形態では、カバー７は、金属からなり、複数の外部端子４３のうち基準電位が付与される外部端子４３Ｇと電気的に接続されている。

従って、例えば、既に述べたように、カバー７をシールドとしても利用することができる。その結果、例えば、ノイズの侵入が低減され、発振信号の周波数が安定することが期待される。カバー７は、被収容発振器３を囲んでいることから、被収容発振器３に対するノイズ、又は、被収容発振器３からのノイズを遮断できる面積が大きく、シールドとして好適である。

また、本実施形態では、カバー７は、金属から構成されることに代えて、無機材料から構成されてもよい。

この場合、ガラスやセラミック等の無機材料はフォノンによる熱伝導が支配的であり、金属材料のような熱伝導性の高い伝導電子による熱伝導形式でないため、金属材料を用いた場合と比較し、カバー７の断熱性を高めることができる。従って、断熱性の高いカバー７によって、発振器１の周囲の雰囲気の温度の伝達が低減される。その結果、例えば、隙間Ｇの温度変化が抑制され、ひいては、被収容発振器３の温度変化が抑制される。また、基板５からカバー７への熱の伝達も低減される。

被収容発振器３は、水晶振動素子９の温度変化による特性変化を補償する補償回路を含む集積回路素子１１を更に有している。

従って、被収容発振器３の温度変化が緩和された状況下で補償回路が動作する。その結果、補償回路の時間遅れ等に起因する、周波数の目標周波数に対するオーバーシュート又はアンダーシュートの発生が低減される。

＜第２実施形態＞
図４は、本発明の第２実施形態に係る水晶発振器２０１を、一部を破断して示す斜視図である。

なお、第２実施形態の説明において、第１実施形態と同一又は類似する構成については、第１実施形態の符号と同一の符号を付し、また、説明を省略することがある。第１実施形態の構成に対応（類似）し、第１実施形態の符号とは異なる符号が付された構成において、特に断りがない事項については、第１実施形態の構成と同様である。

発振器２０１は、第１実施形態の発振器１と同様に、被収容発振器３と、被収容発振器３が実装された基板２０５と、被収容発振器３を収容するカバー２０７と、被収容発振器３と電気的に接続され、カバー２０７の外部に露出する外部端子２４３とを有している。ただし、例えば、以下の点において、発振器２０１は発振器と相違する。

まず、発振器２０１においては、カバー２０７は、被収容発振器３だけでなく、基板２０５も収容している。具体的には、例えば、カバー２０７は、概略直方体状に構成されており、被収容発振器３及び基板２０５を６面によって囲んでいる。特に図示しないが、カバー２０７は、例えば、上面側を構成する部材と下面側を構成する部材とが固定（例えば接合）されて構成されている。カバー２０７は、絶縁体により構成されてもよいし、導電体により構成されてもよい。

カバー２０７の上面及び４つの側面は、第１実施形態と同様に、隙間Ｇを介して被収容発振器３を囲んでいる。隙間Ｇが密閉されてもされなくてもよいこと、隙間Ｇに特定の気体が封入されてもよいこと、隙間Ｇが真空とされてもよいこと、隙間Ｇに３０ｍｍ以下の気体層が構成されてもよいこと等は、第１実施形態と同様である。

カバー２０７の４つの側面及び下面は、基板２０５に接触していてもよいし、非接触であってもよい（隙間を介して対向していてもよい）。図４の例では、カバー２０７の下面は、基板２０５と隙間Ｇ３を介して対向している。この場合、隙間Ｇ３によって発振器２０１の下面側の雰囲気と基板２０５とが断熱されるから、基板２０５の温度変化に起因する被収容発振器３の温度変化が緩和されることが期待される。

また、発振器２０１においては、外部端子２４３は、基板２０５の主面に形成されたパッドではなく、導電性のピンによって構成されている。外部端子２４３の一端は、例えば、基板２０５に形成された孔に挿通され、その孔の周囲に形成された不図示の導体に対して、半田等の不図示の導電性接合材によって接合されている。これにより、外部端子２４３は、基板２０５に固定されるとともに電気的に接続され、ひいては、被収容発振器３に電気的に接続されている。外部端子２４３の他端は、例えば、カバー２０７の下面に形成された不図示の孔からカバー２０７の外部へ延び出ている。

また、発振器２０１においては、基板２０５には、被収容発振器３以外の電子部品２５３も実装されている。電子部品２５３は、例えば、外部端子２４３と被収容発振器３との間に介在するものであってもよいし、被収容発振器３とは別個にいずれかの外部端子２４３からの信号が入力され、いずれかの外部端子２４３に信号を出力するものであってもよい。例えば、電子部品２５３は、外部端子２４３と被収容発振器３との間に介在する抵抗体、インダクタ、キャパシタ、又は、ドライバＩＣである。また、例えば、電子部品２５３は、被収容発振器３の周囲の温度を検出して、その検出結果を被収容発振器３又は外部端子２４３に出力する温度センサである。電子部品２５３は、基板２０５のいずれの主面に実装されてもよい。電子部品２５３の数及び位置等も適宜に設定されてよい。なお、基板２０５は、電子部品２５３及び基板２０５内の導体からなる電子素子が設けられずに、第１実施形態と同様に、単に内部端子３３と外部端子２４３とを接続するためのものとされてもよい。

以上のとおり、第２実施形態では、発振器２０１は、第１実施形態と同様に、被収容発振器３と、被収容発振器３を収容するカバー２０７と、被収容発振器３と電気的に接続され、カバー２０７の外部へ露出する外部端子２４３と、を有している。カバー２０７は、熱源のない隙間Ｇを介して被収容発振器３を囲んでいる。つまり、発振器２０１は、熱源であるヒータを有していない。

従って、第１実施形態と同様の効果が奏される。例えば、カバー２０７によって発振器２０１の周囲の雰囲気に直接、接するおそれが低減され、その結果、被収容発振器３の温度変化が緩和され、ひいては、発振信号の周波数が安定する。すなわち、発振器２０１の周囲の雰囲気の温度変化が水晶振動素子９の特性に及ぼす影響を低減できる。さらに、その一方で、隙間Ｇを恒温槽として機能させるための熱源、具体的には、ヒータを有している圧電発振器と違い、発振器１は、隙間Ｇを恒温槽として機能させるための熱源、具体的には、ヒータを有していないことから、小型化及びコスト削減が期待される。

なお、以上の第１及び第２実施形態において、水晶発振器１及び２０１は、それぞれ圧電デバイスの一例であり、被収容発振器３は被収容圧電デバイスの一例であり、水晶振動素子９は圧電素子の一例である。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

圧電デバイスの構造は、適宜に変更されてよい。例えば、第１実施形態のように基板の一方の主面にカバーが被せられ、他方の主面側に外部端子が設けられる場合において、基板の他方の主面に電子部品が実装されていてもよい。ただし、この場合、圧電デバイスの実装が電子部品に阻害されないように、例えば、外部端子をピン状にするか、圧電デバイスが実装される回路基板に電子部品を収容する凹部乃至は開口が必要である。また、例えば、第１実施形態のように基板の一方の主面にカバーが被せられる場合において、基板に開口が形成されていてもよい。また、例えば、第２実施形態のようにカバー内に基板が収容される場合において、複数の基板がスペーサを介して積層的にカバー内に収容されていてもよい。外部端子の数及びその配置は、圧電デバイスに要求される機能に応じて適宜に設定されてよい。また、例えば、被収容圧電デバイスが実装される基板が設けられずに、外部端子として被収容圧電デバイスのパッケージに設けられた内部端子をカバーの外部へ露出させたり、カバーに固定された外部端子を被収容圧電デバイスの内部端子に直接に固定したりしてもよい。ただし、第１及び第２実施形態のように、被収容圧電デバイスを基板に実装する構造の方が、製造工程が容易であるとともに、被収容圧電デバイスとして、既成の圧電デバイスを利用することが容易である。

被収容圧電デバイスは、圧電発振器に限定されない。例えば、被収容圧電デバイスは、圧電素子と、圧電素子を密閉空間に収容するパッケージとを有し、発振回路（集積回路素子）を有さない圧電子であってもよい。また、例えば、被収容圧電デバイスは、圧電基板と、その上面に設けられた励振電極と、励振電極を収容するカバーとを有する弾性波デバイスであってもよい。なお、この弾性波デバイスにおいては、圧電基板の上面部分と励振電極とによって圧電素子が構成され、圧電基板の他の部分とカバーとによってパッケージが構成される。

被収容圧電デバイスが発振回路を有さない圧電振動子である場合において、当該被収容圧電デバイス及びカバーを含む圧電デバイス全体は、発振回路を有さない圧電振動子であってもよいし、発振回路を有する圧電発振器であってもよい。圧電デバイス全体が圧電振動子である場合においては、例えば、被収容圧電デバイス（圧電振動子）と外部端子とが直接的に接続される。圧電デバイス全体が圧電発振器である場合においては、例えば、発振回路を含む集積回路素子は、基板（カバー内又はカバー外のいずれでもよい）に実装される。また、例えば、基板の被収容圧電デバイス（圧電振動子）に重なる領域に開口を形成し、発振回路を含む集積回路素子を前記の開口に配置して、被収容圧電デバイスのパッケージに実装してもよい。

被収容圧電デバイスが圧電発振器である場合、圧電発振器は、例えば、クロック用発振器であってもよいし、電圧制御型発振器（ＶＣＸＯ）であってもよいし、温度補償型発振器（ＴＣＸＯ）であってもよい。被収容圧電デバイス及びカバーを含む圧電デバイス全体が圧電発振器である場合も同様である。また、被収容圧電デバイスが圧電振動子である場合、圧電振動子は、サーミスタ等の圧電素子以外の電子素子を有していてもよい。被収容圧電デバイス及びカバーを含む圧電デバイス全体が圧電振動子である場合も同様である。

被収容圧電デバイスが圧電発振器である場合において、パッケージは、いわゆるＨ型の素子搭載部材を有するものに限定されない。例えば、被収容圧電デバイスは、同一主面に圧電素子及び集積回路素子が実装された素子用基板と、圧電素子を収容する素子用カバーと、素子用カバー及び集積回路素子を封止する樹脂とを有する発振器であってもよい。また、例えば、被収容圧電デバイスは、圧電素子が収容される第１凹部と、その第１凹部の底面に開口し、集積回路素子が収容される第２凹部と、第１凹部を塞ぐ蓋部材とを有する発振器であってもよい。

圧電素子を構成する圧電体は、水晶に限定されず、例えば、セラミックであってもよい。圧電素子が水晶振動素子である場合において、水晶振動素子は、矩形の平板状のものに限定されず、例えば、音叉型のものであってもよい。また、平板状の水晶振動素子は、圧電体の両主面に１対の電極が設けられるものに限定されず、例えば、ＳＡＷ型の水晶振動素子のように圧電体の一主面に１対の電極が設けられるものであってもよい。

本願発明の圧電デバイスは、ヒータを有していないことを特徴の一つとしている。ここで、ヒータは、例えば、加熱を主たる目的として設けられているものを指す。すなわち、加熱以外の作用を主たる目的とする素子が発熱し、その熱が意図的に又は意図せずに圧電素子の特性に影響を与えていたとしても、当該素子はヒータではない。例えば、集積回路素子（発振回路を含むもの又はドライバ等）、又は、インピーダンス整合のための抵抗体若しくはインダクタは、圧電素子を加熱できるように圧電素子に隣接して設けられたとしても、ヒータではない。従って、実施品において、上記のような副次的に加熱作用を奏する素子が設けられていることをもって、実施品が本願発明の技術範囲に属さないということにはならない。逆に、例えば、先行技術において、加熱を主たる目的としてヒータが設けられている場合において、当該ヒータが副次的にインピーダンス整合に寄与したとしても、当該先行技術に本願発明が開示されている（ヒータが設けられていない）ことにはならない。

なお、恒温槽付圧電デバイスは、通常、ヒータを有していることから、本願発明の圧電デバイスがヒータを有していないことについて特に言及したが、同様に、本願発明の圧電デバイスは、冷却手段、又は、加熱及び冷却の双方を行う手段も有していない。すなわち、本願発明は、加熱及び冷却の少なくとも一方を行う温調手段を有していない。これらの手段に該当するか否かも、上記のヒータと同様である。

１…水晶発振器（圧電デバイス）、３…被収容発振器（被収容圧電デバイス）、５…基板、７…カバー、９…水晶振動素子（圧電素子）、１３…パッケージ、４３…外部端子、Ｇ１及びＧ２…隙間。

Claims (8)

1. 圧電素子、及び、前記圧電素子を封止するパッケージを有する被収容圧電デバイスと、
   一方の主面に前記被収容圧電デバイスが実装され、他方の主面に前記被収容圧電デバイスと電気的に接続された外部端子を有する基板と、
   前記被収容圧電デバイスを収容するように前記一方の主面に被せられたカバーと、を有し、
   前記カバーは、隙間を介して前記被収容圧電デバイスを囲んでおり、
   ヒータを有していない
   圧電デバイス。
2. 前記隙間には、空気又は窒素からなり、前記被収容圧電デバイスを囲む、厚み３０ｍｍ以下の気体層が構成されている
   請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記隙間は、真空とされている
   請求項１に記載の圧電デバイス。
4. 前記カバーと前記基板とは、前記被収容圧電デバイスを囲む全周に亘って接合されている
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
5. 前記カバーは、金属からなり、複数の前記外部端子のうち基準電位が付与される外部端子と電気的に接続されている
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
6. 前記カバーは、無機材料からなる
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
7. 前記被収容圧電デバイスは、前記圧電素子の温度変化による特性変化を補償する補償回路を含む集積回路素子を更に有している
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
8. 圧電素子、及び、前記圧電素子を封止するパッケージを有する被収容圧電デバイスと、
   前記被収容圧電デバイスを収容するカバーと、
   前記被収容圧電デバイスと電気的に接続され、前記カバーの外部へ露出する外部端子と、を有し、
   前記カバーは、隙間を介して前記被収容圧電デバイスを囲んでおり、
   ヒータを有していない
   圧電デバイス。

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