JP2016103758A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】小型で、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、配線基板７、振動子３、集積回路素子５及びカバー８を有している。配線基板７は、第１主面３７ａに設けられた振動子用パッド４１、第２主面３７ｂに設けられ、振動子用パッド４１に電気的に接続された外部端子４３、厚さ方向に貫通する開口部３７ｈを有している。振動子３は、振動素子９、及び、振動素子９を収容するパッケージ１４を有し、開口部３７ｈを覆うように振動子用パッド４１に実装されている。集積回路素子５は、開口部３７ｈ内に配置され、パッケージ１４に実装されている。カバー８は、隙間Ｇを介して振動子３を囲むように第１主面３７ａに被せられている。【選択図】図２

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。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、大型化しやすい。従って、小型で、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、一方の主面に設けられたデバイス用パッド、他方の主面に設けられ、前記デバイス用パッドに電気的に接続された外部端子、及び、厚み方向に貫通する開口部を有する配線基板と、圧電素子、及び、前記圧電素子を収容するパッケージを有し、前記開口部を覆うように前記デバイス用パッドに実装された被収容圧電デバイスと、前記開口部内に配置され、前記パッケージに実装された電子素子と、隙間を介して前記被収容圧電デバイスを囲むように前記一方の主面に被せられたカバーと、を有している。

好適には、前記圧電デバイスは、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、前記カバーと前記配線基板とは、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、前記電子素子は、温度変化による前記圧電素子の特性変化を補償する補償回路を含む集積回路素子である。

上記の構成によれば、小型で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概略構成を示す分解斜視図。 図１のII−II線における断面図。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は図１の水晶発振器の基板部の表裏の平面図。 第２実施形態に係る水晶発振器の概略構成を示す分解斜視図。 変形例に係る水晶発振器の概略構成を示す断面図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、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。

また、図面には、図面相互の関係を明確にする等の目的で、便宜的に直交座標系ｘｙｚを付すことがある。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。実施形態に係る発振器は、いずれの方向が上方とされてもよいが、便宜的に、ｚ軸方向の正側を上方として、下面等の用語を用いることがある。

＜第１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（以下、「水晶」は省略）の概略構成を示す分解斜視図である。図２は、図１のII−II線における断面図である。

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、水晶振動子３（以下、「水晶」は省略）と、振動子３に実装される集積回路素子５と、振動子３が実装される配線基板７と、振動子３を収容するカバー８とを有している。

振動子３は、交流電圧が印加されるとその内部で固有振動を生じる。集積回路素子５は、発振回路を含んで構成されており、振動子３に電圧を印加して、振動子３内の固有振動を利用して発振信号を生成する。配線基板７は、不図示の回路基板等に接続され、振動子３のパッケージを介して、回路基板と集積回路素子５との間において電気信号を仲介する。カバー８は、発振器１の周囲の雰囲気と振動子３との間の断熱に寄与する。これらの具体的な構成は、例えば、以下のとおりである。

振動子３は、例えば、水晶振動素子９（以下、「水晶」は省略）と、振動素子９を収容する素子搭載部材１１と、素子搭載部材１１を密閉する蓋部材１３とを有している。なお、素子搭載部材１１及び蓋部材１３によって、振動子３のパッケージ１４が構成されている。

振動素子９は、例えば、水晶片１５と、水晶片１５に電圧を印加するための１対の励振電極１７と、振動素子９を素子搭載部材１１に実装するための１対の引出電極１９とを有している。

水晶片１５は、例えば、概ね長方形の板状に形成されている。水晶片１５は、例えば、ＡＴカット水晶片からなる。１対の励振電極１７は、例えば、水晶片１５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１９は、例えば、１対の励振電極１７から引き出されて水晶片１５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１７及び１対の引出電極１９は、例えば、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１５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。

素子搭載部材１１は、例えば、絶縁性の基体２１と、基体２１に設けられた各種の導体（例えば金属）とを有している。各種の導体は、例えば、振動素子９を素子搭載部材１１に搭載するための１対の素子搭載パッド２３、振動子３を配線基板７に実装するための複数（本実施形態では４つ）の振動子端子２５、及び、集積回路素子５を振動子３に実装するための複数（本実施形態では６つ）のＩＣ用パッド２６（図２）である。

基体２１は、例えば、セラミックからなり、振動素子９を収容する凹部２１ｒを有している。基体２１は、例えば、平板状の基板部２１ａと、基板部２１ａに重ねられた枠部２１ｂとを有しており、これにより、凹部２１ｒが構成されている。

１対の素子搭載パッド２３は、例えば、凹部２１ｒの底面（基板部２１ａの枠部２１ｂ側の主面）に層状に設けられている。複数の振動子端子２５は、例えば、基板部２１ａの枠部２１ｂとは反対側の主面の４隅に層状に設けられている（図３（ｂ）参照）。複数のＩＣ用パッド２６は、例えば、基板部２１ａの枠部２１ｂとは反対側の主面において、複数の振動子端子２５に囲まれた領域内に２列で配列されている（図３（ｂ）参照）。

振動素子９は、１対の引出電極１９と１対の素子搭載パッド２３とが１対のバンプ２７（図２）によって接合されることによって、素子搭載部材１１に片持ち梁のように固定されるとともに、素子搭載部材１１に電気的に接続される。なお、バンプ２７は、例えば、導電性接着剤からなる。

蓋部材１３は、例えば、金属からなる。蓋部材１３は、素子搭載部材１１の枠部２１ｂと接合され、これにより、凹部２１ｒは密閉される。凹部２１ｒ内は、例えば、真空とされ、又は、適宜なガス（例えば窒素）が封入される。

蓋部材１３及び素子搭載部材１１の接合は適宜な方法によりなされてよい。例えば、枠部２１ｂの蓋部材１３側の面には、金属からなる枠状の第１接合用パターン２９が形成される。一方、蓋部材１３の枠部２１ｂ側の面には、金属からなる枠状の第２接合用パターン３１が形成される。そして、両者がシーム溶接によって接合されることにより、蓋部材１３及び素子搭載部材１１は互いに接合される。

集積回路素子５は、例えば、概略薄型直方体状に形成されており、一方の主面に複数（本実施形態では６つ）のＩＣ端子３３を有している。ＩＣ端子３３と、素子搭載部材１１に設けられた既述のＩＣ用パッド２６とがバンプ３５（図２）によって接合されることにより、集積回路素子５は、素子搭載部材１１に固定されるとともに、素子搭載部材１１に電気的に接続される。

ＩＣ端子３３の数及び役割は、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３３のうち、１つは基準電位ＧＮＤを集積回路素子５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５に供給するためのものであり、２つは集積回路素子５から振動素子９に電圧を印加するためのものであり、１つは集積回路素子５により生成した発振信号Ｖｏｕｔを出力するためのものであり、１つは発振信号の周波数を調整するための制御信号Ｖｃｏｎを集積回路素子５に入力するためのものである。制御信号Ｖｃｏｎに代えて、集積回路素子５による発振信号の生成又は停止を指示するイネーブル・ディセーブル信号が入力されてもよい。

既に述べたように、集積回路素子５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５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、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５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。

配線基板７は、例えば、リジッド式のプリント配線基板と同様の構成とされてよい。例えば、配線基板７は、絶縁基板３７と、絶縁基板３７に設けられた各種の導体（例えば金属）と、絶縁基板３７を適宜に覆うソルダーレジスト３９とを有している。各種の導体は、例えば、振動子３を配線基板７に実装するための複数（本実施形態では４つ）の振動子用パッド４１、配線基板７を不図示の回路基板に実装するための複数（本実施形態では４つ）の外部端子４３（そのうち一つにＧの付加符号を付すことがある。）、及び、複数の振動子用パッド４１と複数の外部端子４３とを接続する複数（本実施形態では４つ）の接続導体４５である。

絶縁基板３７は、例えば、ガラスエポキシ材よりなる。絶縁基板３７（配線基板７）は、第１主面３７ａと、その背面の第２主面３７ｂと、厚み方向（ｚ方向。第１主面３７ａから第２主面３７ｂへ）貫通する開口部３７ｈと、開口部３７ｈの周囲にて厚み方向に貫通する複数（本実施形態では４つ）の貫通孔３７ｅを有している。なお、以下では、配線基板７の主面を３７ａ及び３７ｂの符号で参照することがある。

絶縁基板３７の外縁、開口部３７ｈ及び貫通孔３７ｅの平面形状は適宜に設定されてよい。例えば、絶縁基板３７の外縁の平面形状は矩形である。開口部３７ｈの平面形状は、例えば、矩形状（角部が面取りされたもの含む。図１の例）、矩形の短辺が弧状とされた長円状、楕円状又は円状である。貫通孔３７ｅの平面形状は例えば円形である。

複数の振動子用パッド４１は、例えば、第１主面３７ａの４隅側に層状に設けられており、開口部３７ｈを囲んでいる。複数の外部端子４３は、例えば、第２主面３７ｂの４隅に層状に設けられており、開口部３７ｈを囲んでいる。複数の接続導体４５は、例えば、複数の貫通孔３７ｅの内周面に層状に設けられている。複数の接続導体４５（複数の貫通孔３７ｅ）は、例えば、絶縁基板３７の主面の４隅側に設けられており、開口部３７ｈを囲んでいる。

ソルダーレジスト３９は、例えば、第１主面３７ａにおいて、振動子用パッド４１及び接続導体４５を囲むように、第１主面３７ａの概略全体に亘って設けられている。これにより、振動子用パッド４１上に配置されるバンプ４７（図２）によって振動子用パッド４１同士が短絡されるおそれが低減される。

複数の貫通孔３７ｅは、例えば、振動子用パッド４１に対して開口部３７ｈとは反対側に位置している。接続導体４５は、例えば、第１主面３７ａの貫通孔３７ｅの周囲にフランジ部を有しており、当該フランジ部は、配線を介さずに直接に振動子用パッド４１と接続されている。なお、貫通孔３７ｅは、振動子用パッド４１と重なっていないか、若しくは、比較的少ない量で振動子用パッド４１と重なっている。また、複数の貫通孔３７ｅは、例えば、外部端子４３に重なる位置に設けられている。接続導体４５は、例えば、貫通孔３７ｅの内周面に設けられた部分が直接に外部端子４３に接続されている。

振動子３は、素子搭載部材１１に設けられた既述の複数の振動子端子２５と、振動子用パッド４１とがバンプ４７（図２）によって接合されることにより、配線基板７に対して固定されるとともに、電気的に接続される。振動子用パッド４１は、開口部３７ｈを囲むように配置されているから、振動子３は、開口部３７ｈを第１主面３７ａ側から覆うように配線基板７に実装される。なお、振動子３の面積は、例えば、開口部３７ｈの面積よりも大きく、平面視において開口部３７ｈは振動子３に収まる。

また、振動子３に実装された集積回路素子５は、開口部３７ｈに収容される。なお、図２では、集積回路素子５の天面（ｚ方向負側の面）は、第２主面３７ｂよりも内部側（ｚ方向正側）に位置しているが、当該天面は、第２主面３７ｂと概略面一とされてもよい。

集積回路素子５と振動子３との間にはアンダーフィル４９（図２）が充填されている。アンダーフィル４９は、例えば、熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂）からなる。アンダーフィル４９は、樹脂よりも熱膨張係数が低いフィラー（例えばＳｉＯ_２からなる）を含んでいてもよい。アンダーフィル４９は、集積回路素子５の側面を適宜な高さまで覆うように設けられてもよいし、集積回路素子５を側面だけでなく天面も覆うように設けられてもよい。

素子搭載部材１１（振動子３）の基体２１は、振動子端子２５、バンプ４７及び振動子用パッド４１の厚みに相当する隙間を介して配線基板７の絶縁基板３７と対向している。従って、配線基板７の第２主面３７ｂ側と、基体２１の外周側（カバー８の内部）とは、開口部３７ｈ及び前記の隙間を介して連通可能である。この連通路は、アンダーフィル４９によって塞がれていてもよいし、塞がれていなくてもよい。

カバー８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配線基板７及び振動子３に被せられることにより、振動子３を収容している。図２に示すように、カバー８と振動子３（パッケージ１４）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８は、振動子３の側方の４つの第１隙間Ｇ１、及び、振動子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。）を介して振動子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の周囲の雰囲気と振動子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。本実施形態では、貫通孔３７ｅが設けられていることによって隙間Ｇは密閉されていない。ただし、例えば、貫通孔３７ｅに導体を充填し（後述する図５参照）、且つ、開口部３７ｈ、及び、基体２１と絶縁基板３７との隙間をアンダーフィル４９で塞ぐことにより、隙間Ｇを密閉してもよい。

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８は、気体層を介して振動子３を囲んでいることになる。

本実施形態では、振動子３の外形及びカバー８の内部は、概略直方体状であるから、各隙間Ｇの厚さ（振動子３とカバー８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８が空気層を介して振動子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８が窒素層を介して振動子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８の材料は適宜なものとされてよい。例えば、カバー８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８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８による断熱効果の向上が期待される。

カバー８は、例えば、その側面部分（壁部）の下部が配線基板７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８の爪部の配線基板７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８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２に示す例では、導電性接合材６１によってカバー８の全周に亘ってカバー８を配線基板７に接合した場合を例示している。なお、配線基板７の第１主面３９ａには、導電性接合材６１と配線基板７との接合を強化するために、導体からなり、複数の振動子用パッド４１を囲むように延びる環状の接合用パッド６３が設けられている。カバー８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２は、カバー８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２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６３とは、配線基板７の導体（例えば接続導体４５）を介して電気的に接続されている。

素子搭載部材１１においては、６つのＩＣ用パッド２６のうちの２つと、１対の素子搭載パッド２３とが接続されている。これにより、ＩＣ用パッド２６に実装された集積回路素子５と、素子搭載パッド２３に実装された振動素子９とが電気的に接続されている。ひいては、集積回路素子５により振動素子９に電圧を印加して発振信号を生成することが可能となっている。

また、素子搭載部材１１においては、６つのＩＣ用パッド２６のうち残りの４つと、４つの振動子端子２５とが接続されている。これにより、ＩＣ用パッド２６に実装された集積回路素子５と、振動子端子２５が接合された振動子用パッド４１を有する配線基板７とが電気的に接続されている。ひいては、接続導体４５を介して振動子用パッド４１と接続された配線基板７の４つの外部端子４３に対する電気信号の入出力によって、集積回路素子５に対して電気信号を入出力することが可能となっている。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、上記のような素子搭載部材１１における接続の一例を説明するための図である。具体的には、図３（ａ）は、基板部２１ａを振動素子９から見た平面図であり、図３（ｂ）は、基板部２１ａを集積回路素子５側から見た平面図である。

図３（ａ）に示すように、１対の素子搭載パッド２３からは１対の第１接続パターン５１が延び、１対の第１ビア導体５３に接続されている。図３（ｂ）に示すように、１対の第１ビア導体５３は、基板部２１ａを厚み方向に貫通しており、１対の第２接続パターン５５に接続されている。１対の第２接続パターン５５は、２つのＩＣ用パッド２６に接続されている。また、図３（ｂ）に示すように、残りの４つのＩＣ用パッド２６は、４つの第３接続パターン５７を介して４つの振動子端子２５に接続されている。

第１接続パターン５１、第２接続パターン５５及び第３接続パターン５７は、層状に形成されている。第１接続パターン５１は、一部が枠部２１ｂと重なっていてもよい。１対の第２接続パターン５５の中途が幅広に形成されているのは、発振器１の製造過程において、振動素子９の特性を検査する検査装置のプローブを当接させるためである。第２ビア導体５９は、基準電位が付与される振動子端子２５と導体からなる蓋部材１３とを接続するためのものであり、枠部２１ｂも厚み方向に貫通している。

以上のとおり、本実施形態では、発振器１は、配線基板７、振動子３、集積回路素子５及びカバー８を有している。配線基板７は、第１主面３７ａに設けられた振動子用パッド４１、第２主面３７ｂに設けられ、振動子用パッド４１に電気的に接続された外部端子４３、厚さ方向に貫通する開口部３７ｈを有している。振動子３は、振動素子９、及び、振動素子９を収容するパッケージ１４を有し、開口部３７ｈを覆うように振動子用パッド４１に実装されている。集積回路素子５は、開口部３７ｈ内に配置され、パッケージ１４に実装されている。カバー８は、隙間Ｇを介して振動子３を囲むように第１主面３７ａに被せられている。

従って、まず、パッケージ１４及び配線基板７によって、振動素子９及び集積回路素子５の保護、及び、これらの不図示の回路基板等へ実装が可能とされる。すなわち、パッケージ１４及び配線基板７は、振動素子９及び集積回路素子５を互いに逆向きにパッケージングする、いわゆるＨ型パッケージを構成する。一方、カバー８は、そのＨ型パッケージの全体を収容するのではなく、そのうちのパッケージ１４のみを収容するように配線基板７に被せられる。別の観点では、配線基板７は、Ｈ型パッケージの一部でありながら、断熱のための槽をカバー８とで構成する。従って、Ｈ型パッケージ全体を収容する槽を設ける場合に比較して、小型化が図られる。

本実施形態では、前述のように配線基板７を振動子３に実装することで、断面形状がＨ型パッケージと同様な構成となるようにしたまま、カバー８の固定が容易化される。例えば、配線基板７が多数個取りされる母基板に対して、複数の振動子３の実装及びカバー８の固定を一回の実装工程で行うことができる。これに比較して、例えば、打ち抜き加工されたセラミックグリーンシートを積層し、その積層体の焼成によって、Ｈ型パッケージが多数個取りされる母基板を形成する場合を考える。この場合、通常、積層前に全ての層においては、個々のＨ型パッケージになる予定の部分同士が繋がっていなければならないから、積層前の打ち抜き加工によって、本実施形態の素子搭載部材１１の側面に相当する部分を形成することはできない。その結果、母基板が焼成されたとき、カバー８を固定すべき部分（配線基板７の第１主面３７ａの外周部に相当する部分）は、素子搭載部材１１に相当する層から上方に露出していない。その結果、カバー８を固定すべき部分を形成するための何らかの加工が必要になる。以上のように、Ｈ型パッケージを用いて配線基板７を構成していることにより、カバー８によってＨ型パッケージの一部のみを収容する構成が現実的なものとなっている。別の観点では、通常のＨ型パッケージからはその一部のみを収容するカバー８は想到できない。

また、本実施形態では、発振器１は、熱発生部材が振動子（被収容圧電デバイス）３および集積回路素子（電子素子）５のみである。よって、本実施形態において、発振器１は、振動素子９の温度を調整するような熱源、例えば、ヒータを有していない。

従って、発振器１は、ヒータが設けられている場合（この場合も本願発明に含まれる）、すなわち、恒温槽が設けられている場合に比較して、小型である。なお、ヒータが設けられていなくても、周囲の雰囲気の温度変化が振動素子９の特性に及ぼす影響は低減される。具体的には、例えば、まず、振動子３は、カバー８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振動子３の温度変化が緩和される。ひいては、発振信号の周波数が安定する。

なお、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、例えば、発振器１が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、振動子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振動子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、例えば、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、密閉性の向上及びカバー８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８と配線基板７とは、振動子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８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振動子３の温度変化を緩和することができる。加えて、例えば、配線基板７に撓みが生じるおそれがカバー８によって低減される。その結果、例えば、配線基板７の撓みによる振動子端子２５と振動子用パッド４１との剥離が低減される。また、例えば、カバー８により配線基板７の撓みが低減されることによって、振動素子９の振動に起因して配線基板７が振動するおそれが低減される。配線基板７の振動低減によって、振動子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８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８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８は、振動子３を囲んでいることから、振動子３に対するノイズ、又は、振動子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８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、金属材料のように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８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８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、振動子３の温度変化が抑制される。また、配線基板７からカバー８への熱の伝達も低減される。

また、本実施形態では、振動子３に実装される電子素子は、温度変化による振動素子９の特性変化を補償する補償回路を含む集積回路素子５である。

従って、振動子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、第２実施形態に係る発振器２０１を示す、図１に相当する分解斜視図である。なお、発振器２０１の構成は、配線基板２０７の構成を除いては、第１実施形態に係る発振器１の構成と同様である。また、第２実施形態に係る配線基板２０７についても、特に断りがない事項については、第１実施形態の配線基板７と同様である。

第２実施形態に係る配線基板２０７は、第１実施形態の配線基板７と同様に、開口部２３７ｈ及び複数の貫通孔２３７ｅを有する絶縁基板２３７と、絶縁基板２３７の第１主面２３７ａに設けられ、振動子３が実装される振動子用パッド２４１と、絶縁基板２３７の第２主面２３７ｂに設けられ、不図示の回路基板に接続される外部端子２４３と、貫通孔２３７ｅに設けられ、振動子用パッド２４１と外部端子２４３とを接続する接続導体２４５とを有している。

ただし、配線基板２０７は、例えば、以下の点において、第１実施形態の配線基板７と異なっている。まず、貫通孔２３７ｅは、平面視において、振動子用パッド２４１に対して開口部２３７ｈ側に位置し、且つ、開口部２３７ｈと繋がっている。また、貫通孔２３７ｅは、振動子用パッド２４１と重なっており、接続導体２４５は、貫通孔２３７ｅの内周面に形成された部分が直接に振動子用パッド２４１と接続されている。

第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、振動子３（パッケージ１４）とカバー８との隙間Ｇ（図２参照）は密閉されていてもよいし、密閉されていなくてもよい。隙間Ｇを密閉する場合、例えば、アンダーフィル４９（図２参照）によって開口部２３７ｈ及び貫通孔２３７ｅを塞げばよい。

なお、図４では図示していないが、第１実施形態と同様に、ソルダーレジスト３９が設けられてもよいし、接合パッド６３は、基準電位が付与される外部端子４３と電気的に接続されていてもよい。

以上の第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。例えば、パッケージ１４及び配線基板７によってＨ型パッケージを構成し、その一部のみを収容するようにカバー８を設けることにより、発振器２０１は、小型ながら、周囲の雰囲気の温度変化が振動素子９の特性に及ぼす影響を低減でき、また、製造が容易である。

また、第２実施形態では、接続導体２４５を設けるための貫通孔２３７ｅによって開口部２３７ｈを拡張し、集積回路素子５と開口部２３７ｈとのクリアランスを確保することができるので、小型化が一層期待される。また、開口部２３７ｈと貫通孔２３７ｅとをアンダーフィル４９によって共に塞ぐことができ、構成及び製造方法が簡素化されることが期待される。

＜変形例＞
図５は、第１実施形態の変形例に係る発振器３０１を示す、図２に相当する断面図である。

第１実施形態の説明では、隙間Ｇが密閉されていない状態の発振器１を図示した。図５では、隙間Ｇが密閉されている状態を図示している。すなわち、図５では、接続導体３４５が貫通孔３７ｅに充填されている。

なお、以上の実施形態及び変形例において、水晶発振器１、２０１及び３０１は、それぞれ圧電デバイスの一例であり、振動子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り、集積回路素子５は電子素子の一例であり、振動子用パッド４１はデバイス用パッドの一例である。

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。

被収容圧電デバイスは、振動子に限定されない。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。

また、被収容圧電デバイスが圧電振動子である場合において、当該圧電振動子及びカバーを含む圧電デバイス全体は、圧電振動子と発振回路とを有する発振器に限定されない。別の観点では、圧電振動子に実装され、配線基板の開口部に収容される電子素子は、発振回路を含む集積回路素子に限定されない。例えば、圧電デバイス全体は、発振回路を有さず、狭義の振動子３と、適宜な電子素子と、を有する広義の圧電振動子であってもよい。なお、この場合、素子搭載部材１１において、振動素子９が搭載される１対の素子搭載パッド２３は、電子素子用のパッド（実施形態ではＩＣ用パッド２６）ではなく、振動子端子２５のいずれか２つに接続される。また、開口部には、例えば、サーミスタ及び／又はヒータが実装され、素子搭載部材１１を介して振動子端子２５に接続されてよい。また、被収容圧電デバイスは、水晶を用いるものに限定されず、例えば、セラミックを用いるものであってもよい。

被収容圧電デバイスを含む圧電デバイス全体が発振器である場合において、その用途乃至は機能は適宜に設定されてよい。例えば、圧電発振器は、クロック用発振器であってもよいし、電圧制御型発振器（例えばＶＣＸＯ）であってもよいし、温度補償型発振器（例えばＴＣＸＯ）であってもよいし、恒温槽付発振器(例えばＯＣＸＯ)の恒温槽内の発振器であってもよい。外部端子、振動子用パッド、振動子端子、ＩＣ用パッド及びＩＣ端子の数及びその配置は、圧電発振器に要求される機能に応じて適宜に設定されてよい。

圧電振動子の具体的構成は、適宜に変更されてよい。例えば、圧電振動素子は、２本の振動腕を有する音叉型のものであってもよいし、矩形の平板状の対角線上に１対の引出電極が形成されるものであってもよい。また、例えば、素子搭載部材は、枠部が金属によって構成されるものであってもよい。

配線基板は、主面だけでなく、内部に主面に平行な導体層を有していてもよい。また、配線基板は、平面視において振動子と概略同等の大きさを有する構成のものに限定されない。すなわち、配線基板は、振動子のパッケージとで、いわゆるＨ型のパッケージのような形状を構成するものに限定されない。例えば、配線基板は、比較的広い面積を有し、第１主面に振動子と並列に適宜な電子素子が実装されるものであってもよい。また、例えば、配線基板は、開口部を覆うように第２主面にヒータ等の電子部品が実装されるものであってもよい。

振動子用パッドと外部端子とを接続する接続導体の構成は、実施形態に示したものに限定されない。例えば、接続導体は、配線基板の外側に形成されたキャスタレーション（平面視における凹部）の内面に設けられた導体層であってもよい。

本願発明の圧電デバイスは、好ましい態様において、ヒータを有していない。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、圧電振動素子を加熱できるように圧電振動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好ましい態様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の好ましい態様が開示されている（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、本願発明の好ましい態様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、本願発明の好ましい態様の圧電デバイスは、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、本願発明の好ましい態様は、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…水晶振動子（被収容圧電デバイス）、５…集積回路素子（電子素子）、７…配線基板、８…カバー、９…水晶振動素子（圧電素子）、１４…パッケージ、３７ａ…第１主面、３７ｂ…第２主面、３７ｈ…開口部、４１…振動子用パッド（デバイス用パッド）、４３…外部端子、Ｇ１及びＧ２…隙間。

Claims (8)

1. 一方の主面に設けられたデバイス用パッド、他方の主面に設けられ、前記デバイス用パッドに電気的に接続された外部端子、及び、厚み方向に貫通する開口部を有する配線基板と、
   圧電素子、及び、前記圧電素子を収容するパッケージを有し、前記開口部を覆うように前記デバイス用パッドに実装された被収容圧電デバイスと、
   前記開口部内に配置され、前記パッケージに実装された電子素子と、
   隙間を介して前記被収容圧電デバイスを囲むように前記一方の主面に被せられたカバーと、
   を有した圧電デバイス。
2. ヒータを有していない
   請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 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２に記載の圧電デバイス。
4. 前記隙間は、真空とされている
   請求項２に記載の圧電デバイス。
5. 前記カバーと前記配線基板とは、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１〜４のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
6. 前記カバーは、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１〜５に記載の圧電デバイス。
7. 前記カバーは、無機材料からなる
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
8. 前記電子素子は、温度変化による前記圧電素子の特性変化を補償する補償回路を含む集積回路素子である
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧電デバイス。

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