以下、本発明の実施形態に係る圧電デバイスについて、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、説明の便宜のために、互いに直交するD1軸、D2軸及びD3軸からなる直交座標系を付す。
圧電デバイスは、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、D3軸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。
同様の部位乃至は部材には、「第1励振電極17A」及び「第2励振電極17B」のように、互いに異なる番号及び大文字のアルファベットを付すことがあり、また、この場合、単に「励振電極17」というなど、両者を区別しないことがある。
第2実施形態以降の説明において、既に説明した実施形態の構成と同一又は類似する構成については、既に説明した実施形態の構成に付した符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。また、既に説明した実施形態の構成に対応(類似)する構成に、既に説明した実施形態の構成と異なる符号が付された場合であっても、特に断りがない事項については、既に説明した実施形態の構成と同様であるものとする。
<第1実施形態>
図1(a)は、本発明の第1実施形態に係る水晶振動子1(以下、「水晶」を省略して「振動子1」ということがある。)を上面側から見た斜視図である。図1(b)は、振動子1を下面側から見た斜視図である。
振動子1は、所定の周波数で振動する発振信号を生成するために用いられる圧電デバイスである。振動子1の大きさは適宜なものとされてよい。例えば、比較的小さいものでは、平面視における長さ(D1軸方向又はD2軸方向)が1〜2mmであり、厚さ(D3軸方向)が0.2〜0.4mmである。
振動子1(そのパッケージ3)の外形は、例えば、概略、薄型の直方体状とされている。その下面には、複数の外部端子5が設けられている。振動子1は、その下面を不図示の回路基板等の実装面に対向させて配置され、前記の実装面に設けられた複数のパッドと、複数の外部端子5とが不図示の複数のバンプ(例えば半田)によって接合されることによって実装される。そして、振動子1は、複数の外部端子5のいずれか2つに対して交流電圧が印加される。
より具体的には、例えば、振動子1の外形は、下面に下面凹部7が形成された直方体状とされている。下面凹部7の形状及び寸法は適宜に設定されてよい。例えば、下面凹部7の平面形状は、振動子1の概略矩形の下面の4辺と平行な4辺を有する概略矩形とされている。振動子1の下面のうち下面凹部7を囲む矩形の枠状部分は、4辺のうち1対の辺(D2軸方向に延びる辺)が他の1対の辺よりも幅広に形成されている。
複数の外部端子5は、例えば、少なくとも水晶振動子1の下面の4隅に設けられている。図1の例では、上記の幅広に形成された2辺のそれぞれにおいて、各辺に沿って3つ配列されて、合計で6つ設けられている。外部端子5は、例えば、層状に形成された導電性材料(例えば金属)からなる。その平面形状は適宜に設定されてよく、例えば、矩形である。
複数の外部端子5のうち、発振信号を生成するための交流電圧が印加されるのは2つである。他の外部端子5は、例えば、振動子1をバンプによって不図示の回路基板等に実装するためのものであり、電気的には浮遊状態とされるか、基準電位が付与される。また、例えば、他の外部端子5は、後述する蓋部材13に基準電位を付与するためのものであってもよい。
なお、本実施形態の説明において、直方体乃至は矩形というとき、当該形状は、その角部が全体の形状を損なわない程度に面取りされたものを含むものとする。例えば、矩形は、1辺の長さの1/10以下の長さで当該1辺の一端がカットされるような面取りがなされたものを含むものとする。当該面取りは、エッチング等の精度によって意図せずに生じるものであってもよいし、意図的になされたものであってもよい。その他、矩形は、エッチング等の精度によって辺が微小に湾曲したものも含むものとする。
図2は、振動子1を上面側から見た分解斜視図である。図3は、振動子1を下面側から見た分解斜視図である。
振動子1は、例えば、交流電圧が印加されることにより機械的振動を生じる水晶振動素子9(以下、「水晶」を省略して、「振動素子9」ということがある。)と、水晶振動素子9を収容する箱状の素子搭載部材11と、素子搭載部材11の開口を封止する蓋部材13と、水晶振動素子9と素子搭載部材11との間に介在する介在部10とを有している。なお、パッケージ3は、素子搭載部材11及び蓋部材13によって構成されている。パッケージ3の内部は、例えば、真空とされ、又は、窒素が封入されている。本実施形態では、介在部10が設けられている点が、従来に比較した特徴の一つとなっている。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第1励振電極17A(図2)及び第2励振電極17B(図3)と、振動素子9を素子搭載部材11に実装するための第1引出電極19A及び第2引出電極19B(図3)とを有している。第1引出電極19Aは第1励振電極17Aと接続されており、第2引出電極19Bは第2励振電極17Bと接続されている。
水晶片15は、1対の励振電極17によって交流電圧が印加されることにより機械的振動を生じる部材である。水晶片15は、例えば、全体として一定の厚さの板状に形成されている。その平面形状は、適宜な形状とされてよく、本実施形態では、一部がカットされた円形である。別の観点では、水晶片15は、平面視において外側に膨らむ曲面状の外周面を有している。
励振電極17及び引出電極19は、水晶片15の表面に形成された導電層からなる。導電層(後述する他の導電層も同様)は、例えば、金属からなり、また、2種以上の導電層が積層されて構成されていてもよい。
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位置しており、水晶片15を挟んで対向している。1対の励振電極17は、例えば、互いに同一の形状及び大きさであり、平面視において完全に重なっている。励振電極17の形状は適宜な形状とされてよい。本実施形態では、水晶片15の外縁と同心の円形である。
第1引出電極19Aは、例えば、水晶片15の、第1励振電極17A側の主面を、第1励振電極17Aから半径方向外側へ延び、水晶片15の外周面を経由して、水晶片15の、第2励振電極17B側(素子搭載部材11側)の主面に至る。また、第2引出電極19Bは、例えば、水晶片15の、第2励振電極17B側の主面を、第2励振電極17Bから半径方向外側へ、当該主面の外縁まで延びる。そして、1対の引出電極19の先端は、後述するように、介在部10を介して振動素子9を素子搭載部材11に実装するための素子端子25となっている。
1対の素子端子25の位置は、水晶片15の外周側の位置であれば、適宜な位置とされてよい。本実施形態では、1対の素子端子25の位置は、水晶片15の円の中心に対して互いに反対側とされている。別の観点では、1対の素子端子25は、1対の励振電極17(本実施形態ではその中心)に対してD2軸方向の両側に位置する。また、1対の素子端子25の形状及び大きさは適宜に設定されてよい。図3の例では、引出電極19は、その全体に亘って一定の幅で形成されており、ひいては、1対の素子端子25は、引出電極19の他の部分(配線部分)と同一の幅の矩形とされている。
なお、図示の例とは異なり、第2引出電極19Bは、水晶片15の外周面を経由して、水晶片15の、第1励振電極17A側の主面へ延び、先端がその主面の外周側に位置してもよい。すなわち、振動素子9は、上下が可逆とされていてもよい。
素子搭載部材11は、例えば、素子搭載部材11の主体となる基体27と、振動素子9を実装するための1対の素子用パッド29(図2)と、1対の素子用パッド29に類似した構成の1対の台座パッド30(図2)と、既述の複数の外部端子5とを有している。
基体27は、絶縁材料から構成されている。絶縁材料は、例えば、セラミック又は樹脂である。基体27は、複数部材から構成されていてもよいし、全体が一体的に形成されていてもよい。基体27は、振動素子9を搭載且つ封止可能であれば、適宜な形状とされてよい。例えば、基体27は、概略直方体の上面に上面凹部31(図2)が形成され、下面に既述の下面凹部7が形成された形状とされている。
上面凹部31は、振動素子9及び介在部10を収容するためのものである。その形状及び大きさは適宜に設定されてよい。本実施形態では、上面凹部31は、その平面形状が基体27の上面の4辺と平行な4辺を有する矩形とされ、その広さは、下面凹部7の広さよりも広くされている。
1対の素子用パッド29は、例えば、上面凹部31の底面に設けられている。より具体的には、例えば、1対の素子用パッド29は、上面凹部31の底面の4隅のうち、隣り合う2隅に位置している。別の観点では、1対の素子用パッド29は、上面凹部31の底面の1辺に沿って並んで設けられている。素子用パッド29は、例えば、導電層からなる。その平面形状は適宜に設定されてよく、図2の例では矩形である。
一の外部端子5と一の素子用パッド29とは不図示の接続導体により接続され、他の一の外部端子5と他の一の素子用パッド29とは不図示の接続導体により接続されている。接続導体は、例えば、基体27の内部に設けられたビア導体や内層導体によって構成されている。従って、後述するように、1対の引出電極19と1対の素子用パッド29とが介在部10を介して接続されると、1対の励振電極17と2つの外部端子5とが電気的に接続される。
1対の台座パッド30は、素子搭載部材11の強度補強及び/又は振動素子9の素子搭載部材11への実装の補助等に利用されるものである。1対の台座パッド30は、例えば、上面凹部31の底面に設けられている。従って、素子搭載部材11は、1対の素子用パッド29が設けられている実装面から盛り上がる台座部を有していることになる。1対の台座パッド30は、例えば、上面凹部31の底面の4隅のうち、1対の素子用パッド29が設けられていない2隅に位置している。別の観点では、1対の台座パッド30は、1対の素子用パッド29の並び方向に直交する方向において1対の素子用パッド29から離れた位置にて、1対の素子用パッド29に平行に並んで設けられている。
台座パッド30は、例えば、素子用パッド29と同様の構成とされている。すなわち、台座パッド30は、上面凹部31の底面に設けられた金属層により構成され、その高さは、素子用パッド29と同一である。ただし、素子用パッド29よりも高くされたり、低くされたりしてもよい。台座パッド30の平面形状及び広さは適宜に設定されてよく、本実施形態では、素子用パッド29と概ね同様の形状及び広さとされている。
なお、台座パッド30は、例えば、電気的に浮遊状態とされている。ただし、台座パッド30は、1対の素子用パッド29と1対の台座パッド30との対向方向(D1軸方向)において、自己に対応する素子用パッド29と同じ電位が付与されてもよい。より具体的には、例えば、台座パッド30は、素子搭載部材11の表面又は内部の不図示の配線によって、D1軸方向において対向する素子用パッド29と電気的に接続されていてもよい。
蓋部材13は、例えば、概ね矩形の金属板によって構成されている。蓋部材13は、素子搭載部材11の、上面凹部31を囲む枠部の上面に重ねられて接合されている。接合は、例えば、両者に設けられた金属層同士が溶接されることによりなされる。なお、蓋部材13は、絶縁材料から構成されていてもよい。
介在部10は、例えば、1対の導電片21を有している。各導電片21は、例えば、概略長尺状に形成されており、素子搭載部材11と振動素子9との間に配置され、一端側部分が素子搭載部材11の素子用パッド29に接合され、その接合位置から他端側へ離れた部分が振動素子9の素子端子25に接合される。従って、振動素子9は、素子端子25が直接に素子用パッド29に接合される場合に比較して、素子搭載部材11に弾性的に支持されることになる。1対の導電片21の配置、材料及び形状等は適宜に設定されてよいが、例えば、以下のとおりである。
1対の導電片21は、例えば、その長手方向を1対の素子用パッド29の並び方向に直交する方向(D1軸方向)に一致させつつ、1対の素子用パッド29の並び方向(D2軸方向)において互いに離れて配置される。なお、以下では、1対の導電片21の説明に関して、D2軸方向の1対の導電片21の間側を内側、その反対側を外側ということがある。
各導電片21は、例えば、1枚の金属板からなり、プレス加工及び/又はエッチング等によって適宜な形状とされている。例えば、導電片21は、上面凹部31の底面に対向するように配置される板状の基部21aと、基部21aから上面凹部31の底面とは反対側(振動素子9側)へ突出する2つの突出部21bとを有している。
基部21aは、例えば、素子用パッド29に接合される支持部21aaと、支持部21aaから延び、素子端子25が接合される延在部21abとを有している。支持部21aaの平面形状は、例えば、矩形とされている。延在部21abは、支持部21aaの1辺から当該1辺の長さよりも短い幅で直線状に延び出ている。すなわち、基部21aは、素子用パッド29側が素子端子25側よりも幅広に形成されている。突出部21bは、例えば、基部21aの外側の縁部から立ち上がっており、その縁部に沿って一定の高さで延びる壁状に形成されている。
図4(a)は振動子1の内部を示す平面図(蓋部材13を取り外して示す平面図)である。図4(b)は、図4(a)のIVb−IVb線における断面図である。なお、図4(a)では、便宜上、一部の部材(29、30)の表面(すなわち断面でない面)に斜線のハッチングを付している。
図4(b)に示すように、素子搭載部材11は、例えば、3層の部材が積層されて構成されている。具体的には、素子搭載部材11は、平板状の基板部27aと、基板部27aの上面側に上面凹部31を構成する上面枠部27bと、基板部27aの下面側に下面凹部7を構成する下面枠部27cとを有している。なお、基板部27aの上面は、上面凹部31の底面を構成している。
図4(a)及び図4(b)に示すように、導電片21は、支持部21aaが素子用パッド29上に位置し、延在部21abの先端が台座パッド30上に位置するように配置される。そして、素子用パッド29と支持部21aaとは導電性のバンプ33(図4(b))によって接合される。これにより、導電片21は、素子搭載部材11に固定されるとともに電気的に接続される。バンプ33は、例えば、導電性接着剤からなる。導電性接着剤は、例えば、熱硬化性樹脂に導電性フィラーを混ぜて構成されている。延在部21abの先端は、概ねバンプ33の厚さに相当する高さで、台座パッド30から浮いている。
振動素子9は、上面凹部31の底面に対向して配置される。この際、振動素子9は、1対の素子端子25の並び方向が素子用パッド29の並び方向に一致するように配置される。1対の素子用パッド29は、上面凹部31の底面の1辺側に位置し、1対の素子端子25は、振動素子9の中心を通る同一直線上に位置しているから、1対の素子用パッド29の位置と、1対の素子端子25の位置とは、1対の素子用パッド29の並び方向に直交する方向(D1軸方向)において互いに離れている。
振動素子9が導電片21の上から上面凹部31の底面に対向して配置されると、振動素子9は、1対の励振電極17が1対の導電片21の間に収まり、また、その両側の1対の素子端子25が1対の導電片21の延在部21ab上に重なる。そして、1対の素子端子25と1対の延在部21abとは、1対の導電性のバンプ35(図4(b))によって接合される。これにより、振動素子9は、1対の導電片21に固定されるとともに1対の導電片21に電気的に接続される。ひいては、振動素子9は、1対の導電片21を介して、素子搭載部材11に支持(固定)されるとともに電気的に接続される。バンプ35の構成は、例えば、バンプ33と同様である。
振動素子9の1対の素子端子25が設けられている側の一部は、各導電片21の2つの突出部21bの間に収まる。これにより、振動素子9は、平面方向(D1軸方向及びD2軸方向)の位置決めがなされる。なお、振動素子9は、合計で4つの突出部21bに当接する(4つの突出部21b間の隙間に嵌合する)ことが好ましいが、実際には、微小隙間で離れていてもよい。
以上に説明した振動子1の製造方法は、導電片21を介して振動素子9を実装する点を除いては、概ね、従来の振動子の製造方法と同様でよい。実装の際には、例えば、まず、ディスペンサ等を用いて素子用パッド29上にバンプ33(導電性接着剤)を塗布する。次に、導電片21をバンプ33上に載置し、バンプ33を硬化させて、導電片21を素子用パッド29に接合する。次に、ディスペンサ等を用いて導電片21上にバンプ35(導電性接着剤)を塗布する。次に、振動素子9をバンプ35上に載置し、バンプ35を硬化させて、振動素子9を導電片21に接合する。
以上のとおり、本実施形態に係る振動子1は、素子搭載部材11、振動素子9及び介在部10を有している。素子搭載部材11は、上面凹部31の底面(実装面)に1対の素子用パッド29を有している。振動素子9は、水晶片15、当該水晶片15の両主面に設けられた1対の励振電極17、及び、1対の励振電極17に接続された1対の素子端子25を有し、上面凹部31の底面に対向配置されている。介在部10は、上面凹部31と振動素子9との間に位置し、1対の素子用パッド29に接合さえているとともに、その接合位置から上面凹部31の底面に沿う方向(D1軸方向)において離れた位置にて1対の素子端子25に接合されている。
従って、例えば、振動素子9の素子端子25が直接的に素子搭載部材11の素子用パッド29に接合される場合に比較して、振動素子9は弾性的に支持される。その結果、例えば、熱によって素子搭載部材11が変形して、1対の素子用パッド29の相対位置が変化しても、その変化量の一部は介在部10によって吸収される。これにより、振動素子9に生じる変形(応力)が緩和され、ひいては、振動素子9の特性変化が抑制される。素子搭載部材11の変形が振動素子9の特性変化に及ぼす影響が緩和されることから、例えば、比較的高熱の環境下で振動子1を利用しても、実際の周波数特性が意図した周波数特性からずれることが抑制される。また、例えば、温度変化が比較的大きい環境下で振動子1を利用しても、周波数特性が不安定になることが抑制される。
また、本実施形態では、介在部10は、上面凹部31の底面(実装面)と振動素子9との間に位置し、1対の素子用パッド29及び1対の素子端子25に接合された1対の導電片21を有している。
従って、例えば、後述する第3実施形態に比較して2つの導電片が互いに独立に変形しやすい。その結果、例えば、素子搭載部材11の種々の方向の変形に対して柔軟に対応して、振動素子9に伝わる応力を緩和することができる。また、例えば、金属片等の導電片を用意するだけでよいので、安価である。
また、本実施形態では、1対の素子用パッド29は、平面視において、D2軸方向(所定方向)に互いに離れて設けられている。1対の導電片21は、平面視において、D2軸方向に互いに離れているとともに、1対の素子用パッド29との接合位置から、D1軸方向(所定方向に直交する方向)に延びている。1対の励振電極17は、平面視において、1対の導電片21の間に位置している。1対の素子端子25は、平面視において、1対の励振電極17に対してD2軸方向の両側に位置し、1対の導電片21の、1対の素子用パッド29との接合位置からD1軸方向に延びた部分に接合されている。
従って、振動素子9は、励振電極17の所定方向(D2軸方向)の両側で支持されることになり、安定して支持される。一方で、導電片21の長さは、所定方向に確保されるのではなく、これに直交する方向に確保される。従って、例えば、1対の素子用パッド29が1対の素子端子25に対してD2軸方向の外側に位置するような場合に比較して、振動素子9、1対の導電片21及び1対の素子用パッド29の配置領域が縮小される。すなわち、振動子1の小型化が図られる。このような構成においては、特に、水晶片15がD2軸方向の両側に膨らむ曲面状の外周面を有する形状(例えば、円形若しくはこれに類する形状)を有することが好ましい。この場合、振動素子9のD2軸方向の両側の一部においてのみ、振動素子9と1対の導電片21とが重なる。その結果、振動素子9と導電片21との意図しない接触のおそれを低減できる。
また、本実施形態では、1対の導電片21はそれぞれ、上面凹部31の底面(実装面)と振動素子9との間に位置する基部21aと、基部21aから振動素子9側に突出し、振動素子9の外周面に当接可能な突出部21bと、を有している。
従って、例えば、1対の導電片21は、振動素子9の弾性的な支持だけでなく、振動素子9の平面方向における位置決めに寄与する。その結果、簡素な構成で、振動素子9の実装のばらつきを抑制することができる。また、仮に、振動素子9を素子搭載部材11に直接に当接させて振動素子9を位置決めすると、その当接が振動素子9の振動に影響を及ぼすおそれがある。これに対して、本実施形態では、導電片21を介して位置決めがなされることから、位置決めのための当接が振動素子9の振動に影響を及ぼすおそれが低減される。
また、本実施形態では、水晶片15は、平面視において外側に膨らむ曲面状の外周面を有する形状に形成されている。1対の導電片21はそれぞれ、2つの突出部21bを有している。振動素子9は、平面視において、外側に膨らむ曲面状の外周面を有する部分が、1対の導電片21それぞれの、2つの突出部21bの間に位置している。
従って、振動素子9を基部21aに載置したときに、振動素子9のうち外側へ膨らむ部分を突出部21b間の隙間に収容する自然な構成で、D1軸方向及びD2軸方向のいずれの方向においても位置決めを行うことができる。すなわち、全体として構成に無駄がなく、簡素である。
また、本実施形態では、素子搭載部材11は、上面凹部31の底面から盛り上がった1対の台座パッド30を有している。1対の導電片21は、平面視において、一端側が1対の素子用パッド29に重なり、他端側が1対の台座パッド30に重なる。1対の素子端子25と1対の導電片21とは、平面視における1対の素子用パッド29と1対の台座パッド30との間において接合されている。
従って、例えば、上面凹部31の底面が台座パッド30で補強され、素子搭載部材11の変形が抑制される。また、例えば、1対の導電片21を素子搭載部材11に実装するとき、延在部21abの先端(支持部21aaとは反対側)が低くなるような傾斜が生じても、延在部21abの先端が台座パッド30に支持されることによって、傾斜が抑制される。その結果、導電片21の実装のばらつきが抑制される。バンプ33が硬化して収縮すると、導電片21は、延在部21abの先端が浮き上がり、台座パッド30から離れる。従って、台座パッド30は、振動素子9の振動に悪影響を及ぼすことはない。仮に導電片21が台座パッド30から浮き上がらないとしても、振動素子9自体が台座パッド30に支持されるのではなく、導電片21が台座パッド30に支持されることから、台座パッド30が振動素子9の振動に及ぼす影響は低減される。
<第2実施形態>
図5(a)は、本発明の第2実施形態に係る振動子201の素子搭載部材211及び介在部210(導電片221)を示す平面図である。図5(b)は、振動子201の導電片221を示す斜視図である。
振動子201は、素子搭載部材211の上面凹部31の底面における導体パターン、及び、導電片221の形状が第1実施形態と相違する。具体的には、以下のとおりである。
素子搭載部材211の上面凹部31の底面には、1対の素子用パッド229のみが設けられており、台座パッド30は設けられていない。1対の素子用パッド229は、例えば、その全体で上面凹部31の底面の大部分を覆っている。すなわち、1対の素子用パッド229は、上面凹部31の底面を所定の幅でD1軸方向に延びる溝で2分したときの領域と同様の形状とされている。別の観点では、1対の素子用パッド229は、1対の導電片221の全体に重なる広さを有している。
従って、例えば、第1実施形態の台座パッド30に代えて、素子用パッド229によって上面凹部31の底面(実装面)が補強され、また、導電片221の傾斜が抑制される。しかも、面積が広く、パターンも簡素である。本実施形態とは異なり、1対の素子端子25を1対の素子用パッド229に直接に接合する場合、例えば、振動素子9が傾くと、互いに電位が異なる励振電極17と素子用パッド229とが近接する。その結果、意図しない電界が振動素子9の振動に影響を及ぼすおそれがある。しかし、本実施形態では、振動素子9が傾いても、振動素子9と素子用パッド229との間には導電片221が介在しており、また、導電片221が傾いても、互いに電位が同一の素子用パッド229と導電片221とが近接するだけである。従って、意図しない電界が振動素子9の振動に及ぼす影響は低減される。
導電片221は、第1実施形態の導電片21と同様に、例えば、金属片から構成されており、D1軸方向に長い長尺状に形成されている。なお、導電片221は、上面凹部31の底面と振動素子9との間にて、これらに対向する板状に形成された基部221aのみからなる。ただし、第1実施形態と同様に、突出部21bが設けられていてもよい。また、基部221aは、第1実施形態と同様に、素子用パッド29に接合される支持部221aaと、支持部221aaから支持部221aaよりも小さい幅で延び、素子端子25に接合される延在部221abとを有している。なお、延在部221abの内側の縁部には、素子端子25との接合面積を確保するために内側に突出する部分が形成されている。ただし、このような部分は設けられなくてもよい。
図5(b)に示すように、導電片221は、支持部221aaにおいて上面側の一部が低くされている。これにより、例えば、振動素子9が支持部221aaの上面に当接するおそれが低減される。
また、導電片221は、延在部221abにおいて下面側が高くされている。これにより、支持部221aaと素子用パッド229とを接合するバンプ33(図4(b)参照)を硬化させたときに、延在部221abの下面が上面凹部31の底面(素子用パッド229)に当接したままとなるおそれを低減できる。
なお、導電片221の上面の一部を低く、又は、導電片の下面の一部を高くするための加工は、例えば、ハーフエッチングによって実現されてよい。
<第3実施形態>
図6は、本発明の第3実施形態に係る振動子301を上面側から見た分解斜視図である。図7は、振動子301を下面側から見た分解斜視図である。
振動子301は、主として、介在部の構成が第1及び第2実施形態と異なる。すなわち、第1及び第2実施形態では、1対の導電片によって介在部が構成されたのに対して、本実施形態では、介在部310は、1つの部材によって構成されている。具体的には、以下のとおりである。
介在部310は、絶縁基体321と、絶縁基体321に設けられた第1配線323A及び第2配線323Bとを有している。
絶縁基体321は、例えば、樹脂又はセラミックからなる。より好ましくは、絶縁基体321は、水晶片15と同一の材料(すなわち本実施形態では水晶)からなる。なお、ここでいう同一の材料は、組成が同一であることを指すが、より好ましくは、構造(結晶構造)も同一である。さらに、絶縁基体321と水晶片15とで結晶方位が一致するようにこれらが配置されることが好ましい。
絶縁基体321は、例えば、板状の基板部321aと、基板部321aの上面の外縁に設けられた枠部321b(図6)とを有している。別の観点では、絶縁基体321は、板状の上面の中央側に凹部が形成された形状である。基板部321a及び枠部321bの平面形状は、例えば、矩形である。
1対の配線323は、例えば、絶縁基体321の表面に形成された導電層(金属層)からなる。1対の配線323は、絶縁基体321において、その下面から側面を経由して上面に至る。従って、1対の配線323の、絶縁基体321の下面側に位置する部分が1対の素子用パッド29に接合され、1対の配線323の、絶縁基体321の上面側に位置する部分が1対の素子端子25に接合されることにより、振動素子9は、介在部310を介して素子搭載部材311に実装される。
具体的には、例えば、1対の素子用パッド29は、上面凹部31の底面において、当該底面の互いに平行な1対の辺の中央付近に位置している。一方、1対の素子端子25は、残りの1対の辺の中央付近に位置している。そして、介在部310においては、各配線323は、絶縁基体321の下面の1辺の中央付近に位置する部分から、当該1辺及び当該1辺に直交する1辺に沿って絶縁基体321の下面及び側面を延び、前記の直交する1辺の中央付近において、絶縁基体321(枠部321b)の上面に至る。すなわち、配線323は、2辺に亘って全周の1/4周の長さで延びる。1対の配線323は、例えば、互いに回転対称の形状及び配置とされており、ひいては、振動素子9等に対して可逆とされている。
図8(a)は振動子301の内部を示す平面図(蓋部材13を取り外して示す平面図)である。図8(b)は、図8(a)のVIIIb−VIIIb線における断面図である。なお、図8(a)では、便宜上、一部の部材(29)の表面(すなわち断面でない面)に斜線のハッチングを付している。
介在部310は、上面凹部31の底面に対向して配置される。介在部310は、例えば、上面凹部31の底面の広さよりも若干小さい広さであり、その縁部は1対の素子用パッド29に重なる。より具体的には、介在部310は、互いに平行な1対の縁部(辺)の中央において、1対の素子用パッド29に重なる。ひいては、1対の配線323のうちの絶縁基体321の下面に位置する一端が1対の素子用パッド29と対向する。そして、1対の配線323と1対の素子用パッド29とは、例えば、他の実施形態と同様に、導電性接着剤等からなるバンプ33(図8(b))によって接合される。
振動素子9は、介在部310に対向して配置される。本実施形態では、振動素子9は外側に膨らむ曲面状の外周面を有する形状(円形)であり、介在部310は矩形であり、前者の直径と後者の1辺の長さとは互いに同等である。従って、枠部321bの4辺(介在部310の縁部)は、各辺の中央においては振動素子9の縁部に重なり、角部においては振動素子9の外側に位置する。枠部321bのうち、1対の素子用パッド29と重ならない1対の辺は、1対の素子端子25に重なる。ひいては、1対の配線323のうちの絶縁基体321の上面に位置する一端が1対の素子端子25と対向する。そして、1対の配線323と1対の素子端子25とは、例えば、他の実施形態と同様に、導電性接着剤等からなるバンプ35((図8(b)))によって接合される。
第3実施形態の振動子1においても、第1及び第2実施形態と同様に、介在部310は、上面凹部31の底面と振動素子9との間に位置し、1対の素子用パッド29に接合されているとともに、その接合位置から上面凹部31の底面(実装面)に沿う方向において離れた位置にて1対の素子端子25に接合されている。
従って、第1及び第2実施形態と同様の効果が奏される。例えば、素子搭載部材311の変形は、その一部が介在部310に吸収されて振動素子9に伝えられることから、振動素子9において生じる応力が低減される。ひいては、比較的高熱の環境下、及び/又は、温度変化が比較的大きい環境下で振動子301を利用することができる。
また、本実施形態では、介在部310は、上面凹部31の底面と振動素子9との間に位置する絶縁基体321と、絶縁基体321に設けられた1対の配線323と、を有している。1対の配線323は、1対の素子用パッド29に接合されるとともに1対の素子端子25に接合されている。
従って、第1及び第2実施形態に比較して、例えば、介在部310を構成する部品点数が少なく、介在部310(部品)の管理及び実装が容易化される。また、第1及び第2実施形態に比較して、介在部310を構成する部品が大きくなることから、この点においても、介在部310の管理及び実装が容易化される。
また、本実施形態では、1対の配線323は、絶縁基体321の、D2軸方向(所定方向)の両側の縁部の中央にて1対の素子用パッド29に接合されるとともに、絶縁基体321の、D1軸方向(所定方向に直交する方向)の両側の縁部の中央にて1対の素子端子25に接合されている。
従って、絶縁基体321は、1対の素子用パッド29と1対の素子端子25との距離が最大限(1/4周相当)で確保される。その結果、介在部310による弾性的な支持の効果が向上する。なお、ここでいう絶縁基体321の縁部は、平面視において絶縁基体321の輪郭線の内側に位置するある程度の幅を有する範囲であり、当該幅は、例えば、振動素子9の励振電極17の外縁から水晶片15の外縁までの幅程度の大きさを有していてよい。
また、本実施形態では、絶縁基体321は、上面凹部31の底面(実装面)と振動素子9との間にてこれらに対向する基板部321aと、基板部321aの縁部から振動素子9側に盛り上がった枠部321bと、を有している。振動素子9は、枠部321b上にて1対の素子端子25が1対の配線323に接続されている。
従って、例えば、絶縁基体321の外縁側にて振動素子9を確実に支持しつつ、振動素子9の励振電極17に挟まれた部分が絶縁基体321に当接して、振動に悪影響が生じるおそれを低減できる。また、例えば、絶縁基体321の中央側を肉抜きしたことになるから、絶縁基体321による弾性的な支持の効果を増加させることができる。
また、本実施形態では、水晶片15は水晶からなり、絶縁基体321は水晶からなる。従って、両者は、熱膨張係数が近くなりやすい。その結果、両者の間で熱膨張差によって応力が生じるおそれが低減される。
<振動子の利用例>
図9は、振動子1を有するOCXO101の構成を示す断面図である。すなわち、図9は、振動子1の利用例を示している。なお、図9では、第1実施形態の振動子1を例にとっているが、他の実施形態の振動子であっても構わない。
OCXO101は、例えば、振動子1と、振動子1が実装される実装基板103とを有している。また、OCXO101は、実装基板103に実装される振動子1以外の電子部品として、例えば、IC105及びヒータ107を有している。さらに、OCXO101は、上記の各部品を収容する槽109と、槽109から露出する外部端子111とを有している。
実装基板103は、例えば、リジッド式のプリント配線基板によって構成されている。振動子1は、その複数の外部端子5と、実装基板103の主面に設けられた複数の振動子用パッド113とが、半田等からなるバンプ115によって接合されることにより、実装基板103に固定されるとともに電気的に接続されている。
IC105は、例えば、振動子1に電圧を印加して発振信号を生成するためのものであり、発振回路を含んで構成されている。IC105は、例えば、その複数のIC端子117と、実装基板103の主面に設けられた複数のIC用パッド119とが、半田等からなるバンプ121によって接合されることにより、実装基板103に固定されるとともに電気的に接続されている。IC105の実装位置は、適宜な位置とされてよい。図9の例では、IC105は、その上面側の一部が振動子1の下面凹部7に収容される位置に実装されている。
ヒータ107及び槽109は、振動子1の周囲の雰囲気を一定の温度に保つためのものであり、恒温槽123を構成している。ヒータ107は、例えば、実装基板103の、振動子1が実装された主面とは反対側の主面において、振動子1と重なる位置に実装されている。槽109は、金属乃至はセラミック等の適宜な材料から構成され、振動子1等が実装された実装基板103を収容している。槽109の内部は、好ましくは密閉されており、また、空気乃至は他のガス(例えば窒素)が存在する。
特に図示しないが、槽109内には温度センサ(ICに内蔵されたものであってもよい)が設けられている。ヒータ107は、その温度センサの検出値が一定の値となるように、不図示のICによってフィードバック制御される。これにより、槽109内の温度は一定に保たれる。なお、振動子1の周囲の雰囲気は、恒温槽123によって一定に保たれるが、IC105は、温度補償回路を有するものであってもよい。
外部端子111は、例えば、金属からなるピンである。その一端は、実装基板103に挿通されて固定されているとともに、電気的に接続されている。これにより、外部端子111は、実装基板103を介してIC105等に電気的に接続されている。また、外部端子111の他端は、槽109から延び出ている。OCXO101は、この外部端子111の延び出た他端が不図示の回路基板に挿通されて半田付けされることなどにより、回路基板に実装される。
このように、実施形態の振動子1等は、OCXOに利用されてよい。恒温槽内に配置された振動子は、通常の振動子に比較して高温下で使用されることになる。しかし、実施形態の振動子1等は、熱によって素子搭載部材11が変形しても、その変形が振動素子9等に及ぼす影響が従来に比較して小さい。従って、意図した周波数特性が得られやすい。
なお、以上の実施形態において、水晶振動子1、201及び301は、それぞれ、圧電デバイスの一例である。水晶振動素子9は、圧電振動素子の一例である。水晶片15は、圧電素板の一例である。台座パッド30は、台座部の一例である。
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。
圧電デバイスは、水晶振動子等の圧電振動子に限定されず、例えば、発振回路を有する圧電発振器であってもよいし、図9に示したように恒温槽付の発振器であってもよい。また、圧電振動子は、サーミスタ等の振動素子以外の電子素子を有していてもよい。圧電体(圧電素板)は、水晶に限定されず、例えば、セラミックであってもよい。
圧電デバイスのパッケージ(素子搭載部材や蓋体)を含めた全体の構造も適宜に変更可能である。例えば、単層基板に圧電振動素子を実装し、圧電振動素子に金属製のキャップを被せてもよい。素子搭載部材の下面凹部の底面にサーミスタ又はICを実装してもよい。素子搭載部材の下面凹部を形成しないようにしてもよい。
圧電素板の平面形状は、円形に限定されず、例えば、矩形であってもよい。また、圧電素板が外側に膨らむ曲面状の外周面を有する形状である場合、その形状は、円形に限定されず、例えば、楕円形であってもよい。また、圧電素子の側面は、側面視(断面視)において、曲面又は階段状の面によって突出する、いわゆるメサ形状とされてもよい。また、1対の素子端子が設けられる位置は、励振電極を挟んで互いに逆側に限定されない。例えば、1対の素子端子は、励振電極の中心回りの角度120°で、互いに離れた位置に設けられていてもよい。
介在部と素子用パッドとの接合位置(接合領域)と、介在部と素子端子との接合位置(接合領域)とが平面視において離れる方向は、適宜な方向とされてよい。いずれの方向に2つの接合位置が離れていても、その距離で、介在部の、実装面に沿う長さが確保され、ひいては、素子搭載部材の変形を吸収する部分が介在部に構成される。また、これに関連して、1対の導電片又は1対の配線の配置、向き及び長さ等も適宜に設定されてよい。
導電片は、金属片からなるものに限定されず、例えば、樹脂などからなる絶縁片の表面にめっきが施されたものであってもよい。また、導電片は、長尺状のものに限定されず、例えば、正方形に近い長方形であってもよい。また、導電片は、曲線状に延びたり、幅が変化したりしてもよい。
絶縁基体と1対の配線とを有する介在部において、絶縁基体は、板状のものに限定されず、例えば、フレーム状のものであってもよい。また、配線は、絶縁基体の表面ではなく、内部に配置されてもよい。
介在部と、素子搭載部材のパッドとの接合は、導電性のバンプによってなされるものに限定されない。例えば、溶接によって接合がなされてもよい。
素子搭載部材の台座部は、パッドと同様の構成に限定されない。例えば、絶縁基体の一部が盛り上がるように形成されて台座部が構成されてもよい。また、実施形態では、導電片と台座部との組み合わせを示したが、第3実施形態のように、絶縁基体に1対の配線が設けられた介在部において、介在部(絶縁基体)と重なる位置に台座部が設けられてもよい。