JP5807755B2 - 圧電デバイス - Google Patents

Description

本発明は、圧電デバイスに関する。

水晶発振器は、安定な周波数を供給する周波数発生源として、放送機器、計測機器、デジタル機器のクロック信号源などに広く利用されている。特に恒温槽付き水晶発振器（Ｏｖｅｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ（Ｘ’ｔａｌ） Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：以下ＯＣＸＯということがある。）は、小型の恒温槽に水晶振動子を納め、水晶振動子の周囲温度を一定に保つことにより極めて良好な周波数安定性を持たせたものである。そのため、ＯＣＸＯは、通信基地局の基準周波数や周波数カウンタ、および、周波数シンセサイザの周波数基準などの、より厳しい規格の用途に用いられている。なお、ＯＣＸＯを含む各種の水晶発振器は、搭載される機器の小型化に対応して、より小型化することが要求されている。

特表２００１−５００７１５号公報には、熱伝導性の基体にヒーター素子および共振器を互いに熱伝導可能なように設け、全体をカバーで覆ったオーブンコントロール結晶共振器が開示されている。同公報には、この共振器は、電池エネルギーの過度な消耗なしに高温度に維持できるとの記載がある。

特表２００１−５００７１５号公報

しかしながら、共振子が、部材を介する熱伝導によって加熱される場合には、該部材は、該共振子を保持できる程度以上の大きさが必要であった。この方法では、特定の大きさの部材に熱伝導を担わせるため、共振子等を加熱するために、まず該部材を加熱する必要があり、そのための熱（エネルギー）が余計に必要であった。また、該部材は、質量や体積が大きいため、収納するパッケージ内にバンプや接着剤等によって固定される。そのため、該部材とパッケージとの間の断熱は、必ずしも十分とはいえなかった。さらに、この方法では該部材を共振子等の大きさよりも小さくすることが難しく、小型な発振器を得るために、必ずしも適した方法とはいえなかった。

本発明のいくつかの態様にかかる目的の一つは、少ないエネルギーで素子を加熱することができ、かつ、パッケージ外への熱伝導が十分に抑制された、圧電デバイスを提供することにある。

本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。

［適用例１］
パッケージと、
前記パッケージ内に収納された圧電素子と、
前記パッケージ内に収納されたヒーター素子と、
を有し、
前記圧電素子は、基部および前記基部から延出した梁部を有し、前記基部によって片持梁状または両持梁状に固定され、
前記ヒーター素子は、支持部および前記支持部によって前記パッケージから離間して支持される発熱部を有し、
前記発熱部は、前記支持部によって片持梁状または両持梁状に固定され、
前記発熱部および前記梁部は、互いに離間している、圧電デバイス。

このような圧電デバイスは、ヒーター素子の発熱部が支持部によって、支持（固定）されているため、パッケージ外への熱伝導が抑制され、かつ、少ないエネルギーで圧電素子を加熱することができる。

［適用例２］
適用例１において、
前記支持部は、前記発熱部への電流を供給するための導電性を有する、圧電デバイス。

このような圧電デバイスは、ヒーター素子からパッケージへの熱伝導が抑制されるとともに、製造が容易である。

［適用例３］
適用例１において、
前記発熱部および前記支持部は、導電層を含み、一体的に形成された、圧電デバイス。

このような圧電デバイスは、ヒーター素子からパッケージへの熱伝導が抑制されるとともに、発熱部の保持をより確実にすることができる。

［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれか一例において、
さらに、前記パッケージ内に収容された支持体を含み、
前記圧電素子および前記支持部は、いずれも、前記支持体を介して前記パッケージに固定された、圧電デバイス。

このような圧電デバイスは、上述の例の特徴に加え、さらに製造が容易である。

［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれか一例において、
前記発熱部を複数有する、圧電デバイス。

このような圧電デバイスは、上述の例の特徴に加え、圧電素子を加熱する効率がさらに高い。

実施形態にかかる圧電デバイス１００の断面の模式図。 実施形態にかかる圧電デバイス１００を模式的に示す平面図。 実施形態にかかる圧電デバイス１１０を模式的に示す平面図。 実施形態にかかる圧電デバイス１２０の断面の模式図。 実施形態にかかる圧電デバイス１２０を模式的に示す平面図。 実施形態にかかる圧電デバイス１３０の断面の模式図。 実施形態にかかる圧電デバイス１３０を模式的に示す平面図。 実施形態にかかる圧電デバイス１４０の断面の模式図。 実施形態にかかる圧電デバイス１４０を模式的に示す平面図。 実施形態にかかる圧電デバイス１５０の断面の模式図。 実施形態にかかる圧電デバイス１５０を模式的に示す平面図。 変形例にかかる圧電デバイス２００の断面の模式図。 変形例にかかる圧電デバイス２００を模式的に示す平面図。 変形例にかかる圧電デバイス２１０の断面の模式図。 変形例にかかる圧電デバイス２２０の断面の模式図。 変形例にかかる圧電デバイス２２０を模式的に示す平面図。

以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含む。

本発明にかかる圧電デバイスは、パッケージと、圧電素子と、ヒーター素子と、を有する。

図１は、本実施形態の一例である圧電デバイス１００の断面の模式図である。図２は、圧電デバイス１００を模式的に示す平面図である。図２のＡ−Ａ線の断面が図１に相当する。圧電デバイス１００は、パッケージ１０と、圧電素子２０と、ヒーター素子３０と、を有する。

１．パッケージ
パッケージ１０は、少なくとも圧電素子２０およびヒーター素子３０を収容することのできる筐体である。パッケージ１０の内部には、キャビティー１２が形成される。該キャビティー１２内に圧電素子２０およびヒーター素子３０が設置される。パッケージ１０の外形形状は限定されず、たとえば、直方体状、円柱状などとすることができる。パッケージ１０は、複数の部材から構成されてもよい。パッケージ１０の機能の一つとしては、圧電素子２０およびヒーター素子３０に外部の部材が機械的に接触しないようにすることが挙げられる。また、パッケージ１０の機能の一つとしては、圧電素子２０およびヒーター素子３０をキャビティー１２内に密閉することが挙げられる。さらに、パッケージ１０を密閉してキャビティー１２内を減圧状態にすると、パッケージ１０は、圧電素子２０のＱ値を高める機能、外部への熱の流出を抑制する機能の少なくとも一方を有することができる。本実施形態の圧電デバイスにおいては、パッケージ１０は、ケース体１４および蓋体１６から構成されている。

１．１．ケース体
ケース体１４は、圧電素子２０およびヒーター素子３０を収容することができる容器状の形状を有する。ケース体１４の平面的な形状は、本実施形態では、矩形の形状を有しているが、これに限定されず円形等でもよい。ケース体１４の上部は、圧電素子２０およびヒーター素子３０をケース体１４の内部に導入することができる程度の開口を有している。ケース体１４の開口は、蓋体１６によって気密封止されることができる。ケース体１４は、内側底面に段差を有することができる。この段差は、たとえば、圧電素子２０を片持ちまたは両持ち梁状に設置するために適宜設置されることができる。図１の例では、段差によって圧電素子２０およびヒーター素子３０がそれぞれ両持ち梁状に設置されている。なお、図２においては、蓋体１６および圧電素子２０は、透視させて破線を用いて輪郭を描いている。

ケース体１４の内側には、キャビティー１２内部における配線や、外部へ電気的に接続できる配線等を形成することができる。図示の例では、このような配線の一種としてヒーター素子３０に電気的に接続するための配線１８が例示されている。また、ケース体１４
は、底面にスルーホールを有することができる。スルーホールは、導電材によって埋められ、ケース体１４の内部の導電部材と外部の導電部材とを電気的に接続するビアホールとなることができる。ビアホールに使用される導電材としては、たとえば、タングステン、モリブデンなどが挙げられる。ビアホールは、気密性を有することができる。さらに、ケース体１４の外側には、表面実装用のパッド等を設けることができる。ケース体１４の材質は、セラミック、ガラス等の無機材料であることができる。

１．２．蓋体
蓋体１６は、ケース体１４の上部の開口を封止する平板形状を有する。蓋体１６の平面形状としては、特に限定されず、外部から圧電素子２０への接触を避ける程度の形状、または、ケース体１４の開口を封止して密閉空間を形成することができる形状とすることができる。蓋体１６の材質としては、セラミック、ガラス、金属等が挙げられる。ケース体１４と蓋体１６との接着は、たとえば、プラズマ溶接、シーム溶接、超音波接合、または接着剤等を用いて行われることができる。ケース体１４および蓋体１６によって形成されるキャビティー１２は、圧電素子２０およびヒーター素子３０が動作するための空間となる。また、キャビティー１２は、密閉されることができるため、圧電素子２０およびヒーター素子３０を減圧空間や不活性ガス雰囲気に設置することができる。

２．圧電素子
圧電素子２０は、パッケージ１０内（ケース体１４および蓋体１６によって形成されるキャビティー１２内）に備えられる。圧電素子２０としては、ＡＴ振動片（ＳＣカットを含む）、音叉型振動片、双音叉型振動片、ウォーク型振動片、ＳＡＷ共振子、振動ジャイロなどを例示することができる。圧電素子２０の種類によって、圧電デバイス１００のデバイスとしての機能が決定される。たとえば、圧電素子２０が、ＡＴ振動片、音叉型振動片、ウォーク型振動片である場合には、圧電デバイス１００は、発振器、クロックモジュール等のタイミングデバイスであることができる。また、圧電素子２０が、ＳＡＷ共振子である場合には、圧電デバイス１００は、タイミングデバイスの他に周波数フィルタであることができる。さらに、圧電素子２０が、双音叉型振動片や振動ジャイロである場合には、圧電デバイス１００は、加速度センサー、圧力センサー、角速度センサー等のセンサーであることができる。

圧電素子２０は、水晶で形成されることができる。圧電素子２０は、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料で形成されてもよい。圧電素子２０が、水晶以外の材料で形成される場合は、水晶で形成された場合と同様の振る舞いを生じることができるように、結晶の方位（カット角）等を選択することができる。

圧電素子２０は、その形態や機能に応じた電極を含むことができる。電極の種類、数および配置は、特に限定されない。また電極としては、圧電素子２０を励振するための電極、圧電素子２０の動作を検出するための電極、電極の配線、および外部接続のためのパッド等を含んでもよい。

圧電素子２０は、基部２２および梁部２４を有する。基部２２は、圧電素子２０を片持ち梁状または両持ち梁状に支持するときに、パッケージ１０の内側に固定される部位である。したがって基部２２は、圧電素子２０を平面的に見たときに、片方の端、または両方の端に位置する。基部２２の形状は、圧電素子２０の設計にしたがい特に限定されない。基部２２には、外部接続用のパッド（図示せず）が形成されることができる。パッドは、たとえばバンプ接合やワイヤーボンディングのために利用することができる。

梁部２４は、基部２２から延出した形状を有する。梁部２４は、圧電素子２０がＡＴ振動片、ＳＡＷ共振子である場合は、平板状の形状を有する。圧電素子２０が音叉型、ウォ
ーク型、双音叉型等の振動片である場合は、梁部２４は、ビーム状の振動腕が複数形成された形状を有する。梁部２４は、圧電素子２０が片持ち梁状または両持ち梁状に支持されたときに梁を形成する部位である。したがって、梁部２４の片方の端または両方の端は、基部２２に連続している。梁部２４は、パッケージ１０のキャビティー１２において、パッケージ１０に接触しないように設けられる。

圧電素子２０をパッケージ１０内に設置する方法としては、バンプ接合、接着剤による固定などの方法を挙げることができる。導電性接着剤による固定を行うと、機械的な固定と電気的な接続とを兼ねさせることができる。図１および図２に示す圧電デバイス１００は、圧電素子２０がＡＴ振動片である場合の例であり、梁部２４およびその両端に形成された２つの基部２２を有し、両持ち梁状に支持されている。また、圧電デバイス１００の例では、圧電素子２０は、導電性接着剤２６によって固定され、圧電素子２０の図示せぬ電極とケース体１４の内側に形成された図示せぬ電極とを電気的に接続している。

３．ヒーター素子
ヒーター素子３０は、パッケージ１０内（ケース体１４および蓋体１６によって形成されるキャビティー１２内）に備えられる。ヒーター素子３０は、支持部３２および発熱部３４を有する。

ヒーター素子３０の支持部３２は、ヒーター素子３０を片持ち梁状または両持ち梁状に支持するときにパッケージ１０の内側に固定される部位である。したがって支持部３２は、ヒーター素子３０を平面的に見たときに、片方の端、または両方の端に位置する。図１および図２の例では、支持部３２は、発熱部３４の両側に突出するように形成され、ケース体１４の底面の段差に対して両持ち梁状に設置されている。このように設置すると、たとえば、圧電デバイス１００に衝撃等が加えられた場合であっても、支持部３２が過剰に撓むようなことが起きにくいため、ヒーター素子３０および圧電素子２０の接触をさらに抑制することができる。

図３は、ヒーター素子３０を片持ち梁状に設けた圧電デバイス１１０を模式的に示す平面図である。支持部３２は、図３に示すように、発熱部３４から片方側に突出するように設けられることができる。このようにすれば、たとえば、パッケージ１０内の配線の引き回し等に自由度を持たせることができる。

ヒーター素子３０をパッケージ１０内に設置する方法としては、バンプ接合、接着剤による固定などの方法を挙げることができる。導電性接着剤による固定を行うと、機械的な固定と電気的な接続とを兼ねさせることができる。図１および図２の例では、ヒーター素子３０は、接着剤３１によって機械的に固定され、ボンディングワイヤー３３によってパッケージ１０内の配線と電気的に接続されている。

そして更に、ヒーター素子３０は、パッケージ１０の外表面に形成された図示せぬ電極、またはパッケージ１０内にヒーター素子３０の発熱を制御するための電子部品があれば、これにパッケージ１０に設けた配線などの導体路を介して導通されている。

支持部３２には、発熱部３４に対して電流を供給できるように導体路３２ｂが設けられる。支持部３２の機能としては、少なくとも発熱部３４を機械的に支持すること、および発熱部３４に電流を供給することが挙げられる。支持部３２としては、発熱部３４を機械的に支持する部材および発熱部３４に電流を供給する導体路３２ｂを含む構成とすることができる。また、支持部３２としては、発熱部３４を機械的に支持するとともに電流を供給する導体からなる構成とすることができる。支持部３２に形成される導体路３２ｂ、または、支持部３２自体が導体となる場合は、発熱部３４へ電流を供給するための電気抵抗
の小さいものがより好ましい。

図１および図２の例では、支持部３２は、絶縁基板として例えばシリコン基板３２ａと、シリコン基板３２ａの表面に形成された導体路３２ｂとから構成され、シリコン基板３２ａは、発熱部３４を機械的に支持する機能を有し、導体路３２ｂは、発熱部３４に電流を供給するための配線としての機能を有している。

図４は、支持部３２を導電性のワイヤー３６によって構成した圧電デバイス１２０の断面の模式図である。図５は、圧電デバイス１２０を模式的に示す平面図である。図５のＡ−Ａ線の断面が図４に相当する。図６は、支持部３２を導電性のリード３８によって構成した圧電デバイス１３０の断面の模式図である。図７は、圧電デバイス１３０を模式的に示す平面図である。図７のＡ−Ａ線の断面が図６に相当する。図８は、支持部３２を導電性のリード３８によって構成した圧電デバイス１４０の断面の模式図である。図９は、圧電デバイス１４０を模式的に示す平面図である。図９のＡ−Ａ線の断面が図８に相当する。図１０は、支持部３２が支持体４０に支持された圧電デバイス１５０の断面の模式図である。図１１は、圧電デバイス１５０を模式的に示す平面図である。図１１のＡ−Ａ線の断面が図１０に相当する。なお、各平面図は、蓋体１６および圧電素子２０を透視させて描いてある。

支持部３２は、図４および図５に示す圧電デバイス１２０のように、導電性のワイヤー３６であることができる。ワイヤー３６としては、たとえば、半導体等に使用される金やアルミニウムによって形成されたボンディングワイヤーを挙げることができる。圧電デバイス１２０のヒーター素子３０は、２本のワイヤー３６（支持部３２）を有し、ワイヤー３６によって両持ち梁状に支持されている。なお、図示の例では、ワイヤー３６の長さに余裕を持たせてあるが、ワイヤー３６が張力を有するように形成されてもよい。

また、支持部３２は、図６および図７に示す圧電デバイス１３０のように、導電性のリード３８によって形成されることができる。リード３８としては、たとえば、上記ワイヤーよりも高い張力を得るために比較的断面積が大きい構成、または形状が帯状に構成されたものや、銅、鉄とニッケルの合金など、金やアルミニウムと比較して硬質な材料によって形成したものを挙げることができる。圧電デバイス１３０のヒーター素子３０は、２本のリード３８（支持部３２）を有し、リード３８によって両持ち梁状に支持されている。支持部３２をリード３８によって構成すると、発熱部３４をより安定に固定することができる。さらに、図８に示す圧電デバイス１４０のように、両持ち梁状に支持されるヒーター素子３０を、両持ち梁状に形成される圧電素子２０と交差する方向に沿って設けてもよい。このような配置の変形は、設計可能な範囲内で自由に行われることができる。また、圧電デバイス１４０では、ヒーター素子３０を圧電素子２０と交差する方向に設けることができるように、パッケージ１０の内側底面に適宜な段差が形成されている。

また、支持部３２の形状は、特に限定されないが、パッケージ１０の内側底面に段差等が無い場合、該内側底面にヒーター素子３０を載置したときに発熱部３４が宙吊り状態で支持されるような形状としてもよい。たとえば、支持部３２は、パッケージ１０の内側底面と発熱部３４との間に空間が得られるような高さがある脚部４２を有した支持板４１からなる支持体４０に接続していてもよい。

このような例として、支持部３２は、パッケージ１０の内側に自立的に固定できるような、支持体４０に一体的に形成されたものが挙げられる。図１０および図１１に示す圧電デバイス１５０では、発熱部３４は、開口を有した支持板４１の該開口の内側に、リード形状である支持部３２を介して両持ち梁状に支持されている。すなわち支持部３２は、発熱部３４と支持板４１とを接続している。そして支持板４１は、脚部４２を有しており、
当該脚部４２がパッケージ１０の内側底面に固定されている。

支持体４０の形状は特に限定されず、ヒーター素子３０をパッケージ１０の内側に固定したときに、発熱部３４を宙づり状態に支持できる形状であればよい。図示の例では、支持体４０は、支持板４１および脚部４２を含んで構成されている。この場合の支持板４１は、開口を有した平板状の形状となっており、平面的に見た開口の中央部に、発熱部３４が支持部３２を介して両持ち梁状に支持されている。そして、支持体４０は、ヒーター素子３０をパッケージ１０の内側底面に設置したときに、支持板４１および発熱部３４が、パッケージ１０に接することがないようにする脚部４２を有している。なお、図示の例では、支持体４０は、支持板４１と脚部４２が一体的に形成されている。

支持体４０は、たとえば、パッケージ１０の内側底面に接着剤等により固定されることができる。支持体４０は、たとえばシリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどで形成されることができる。

また、支持体４０の上には、適宜配線を設けることができる。図示の例では、支持体４０上の配線である導体路３２ｂは、ボンディングワイヤー３７によってパッケージ１０の内側底面の配線１９に電気的に接続されている。

このように、支持部３２が支持体４０に支持されるように構成される場合には、ヒーター素子３０は、パッケージ１０内により安定して設置されることができる。また、支持部３２が、支持体４０によって支持される場合には、パッケージ１０内にヒーター素子３０を設置する際のアライメントやリードの張力の調整が容易になる等により、圧電デバイスの製造を容易化することができる。

支持部３２は、発熱部３４をパッケージ１０内で宙吊り状態に保ち、発熱部３４で発生する熱をパッケージ１０に伝導させにくい形状とすることが好ましい。たとえば、支持部３２は、全体的に細く形成されることが好ましい。また、たとえば、支持部３２の断面積は、発熱部３４が形成された領域の断面積よりも小さいことが好ましい。さらに、たとえば、支持部３２は、熱伝導の障害となるように、細く形成された部分を有した構成として、くびれ等を有していてもよい。

支持部３２が機械的な支持部材を含んでいる場合、該支持部材の材質としては、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、五酸化タンタルなどの絶縁材料を挙げることができる（図示の例ではシリコン基板３２ａである。）。支持部３２における導電性を担う部材（図示の例では導体路３２ｂである。）の材質としては、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、クロム、鉄、白金およびこれらの合金から選択される少なくとも一種を挙げることができる。

発熱部３４は、パッケージ１０内に支持部３２によって支持されて設けられる。すなわち、発熱部３４は、パッケージ１０と離間して設けられ、パッケージ１０の内壁と接触していない。発熱部３４は、電流が流されることによって、熱を発生することができる。発熱部３４の電流は、上述の支持部３２を介して供給される。発熱部３４の大きさおよび形状は特に限定されない。発熱部３４の機能としては、圧電素子２０の梁部２４を加熱することが挙げられる。

発熱部３４としては、電流を流すことで熱を発生できるものであるかぎり限定されず、たとえば、炭素皮膜抵抗器、金属皮膜抵抗器等の固定抵抗器、可変抵抗器、半固定抵抗器などの抵抗器、白金やその他の導電性素材からなる電気抵抗を有する配線、等であって素子型またはチップ型のもの、およびマイクロヒーターなどが挙げられる。

ここでマイクロヒーターとは、たとえば半導体製造におけるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術によって製造された抵抗デバイスであって、シリコン、ガラス、高分子等の絶縁基材または絶縁膜の上に、薄膜状の電気抵抗（導電層）が配線されたものを指す。このような電気抵抗としては、たとえば、炭素、タングステン、白金などで形成されることができる。

ヒーター素子３０の発熱部３４としてこのようなマイクロヒーターを用いると、リード、発熱部および段差を一体的に構成したものをパッケージ１０内に配置することができるので、圧電デバイスの組立が簡易になるとともに、少なくとも圧電デバイスの小型化に寄与することができる。また、マイクロヒーターは、シリコン等の絶縁性の基板の片面側のみに発熱体である導電層を有するように形成できるため、発熱の程度を表裏面で非対称にすることができる。すなわち、このようなマイクロヒーターを用いると、圧電素子２０に対面する側に導電層の形成された面を向けてヒーター素子３０を配置することができるため、さらに外部への熱の流出を抑制することができる。すなわち、ヒーター素子３０の熱によってより効率よく圧電素子２０を加熱することができる。

また、発熱部３４の熱がパッケージ１０へ伝達し難いことでパッケージ１０から放出される無駄な熱量を小さくすることができるため、圧電デバイス１００を表面実装型として構成しても消費電力を比較的小さく抑えることが可能である。

尚、圧電素子２０の表面に金属塵が付着していた場合、これが脱落してヒーター素子３０面に付着してしまうとヒーター素子３０の発熱機能が狂ってしまう場合がある。また場合によっては金属塵に電流が流れることにより金属塵が高熱に達して蒸発してしまい、この蒸発物質が圧電素子２０の表面に付着することで圧電素子２０の電気的特性を狂わせてしまう可能性もある。そこで、このような不具合の発生を防止する必要がある場合は、ヒーター素子３０は、少なくとも発熱部３４の表面が酸化シリコンなどの絶縁薄膜にて覆われた構成であることがより望ましい。

図１および図２に例示している圧電デバイス１００では、ヒーター素子３０の発熱部３４は、シリコン基板３４ａの表面に導電層３４ｂ（電気抵抗）が形成されたマイクロヒーターとなっている。そして、シリコン基板３４ａは、支持部３２のシリコン基板３２ａと一体的に形成されている。また、導電層３４ｂは、導体路３２ｂと電気的に接続している。なお、導電層３４ｂおよび導体路３２ｂは、材質が異なっていてもよい。

平面視において、発熱部３４の輪郭は、少なくとも一部が圧電素子２０の梁部２４の輪郭の内側にある。換言すると、発熱部３４および梁部２４は、平面視において、オーバーラップするように配置される。発熱部３４の輪郭の全部が梁部２４の輪郭の内側にある場合には、発熱部３４が発する熱を、梁部２４以外の部位に伝達させにくく、より効率よく梁部２４に伝達させることができる。図１ないし図１１に示した圧電デバイスの例では、いずれも発熱部３４の輪郭の全部が梁部２４の輪郭の内側にあるように設けられている。なお、圧電素子２０が音叉型振動片である場合のように、梁部２４の輪郭に切り欠きがある場合であっても、発熱部３４および梁部２４は、平面視において、オーバーラップするように配置されることができる。また、発熱部３４の平面的な大きさは、梁部２４の平面的な大きさよりも小さいか、同程度とすることができる。発熱部３４の平面的な大きさは、梁部２４の平面的な大きさよりも大きいと、梁部２４を加熱する効率が低下する場合がある。

発熱部３４は、梁部２４と空間的に離間して設けられる。発熱部３４で生じる熱や遠赤外線は、空間を介して梁部２４に伝搬される。パッケージ１０のキャビティー１２内が減
圧状態であっても、発熱部３４の熱や遠赤外線は、輻射によって梁部２４に伝達されることができる。また、キャビティー１２内に空気や不活性ガスが存在する場合においては、これらの気体を介して熱が伝搬されてもよい。キャビティー１２内が減圧状態である場合は、より梁部２４の加熱におけるエネルギー的な効率を高めることができる。

発熱部３４と梁部２４との間の距離は、特に限定されないが、梁部２４を加熱する効率、および、圧電デバイス１００の小型化の少なくとも一方を考慮すれば、小さいほど好ましい。たとえば、発熱部３４と梁部２４との間の距離は、０．１μｍ以上、１０μｍ以下とすることができる。発熱部３４と梁部２４との間の距離が小さすぎると、梁部２４の振動（厚みすべり振動、屈曲振動、表面弾性波振動など）の障害となる場合がある。なお、圧電素子２０がＳＡＷ共振子（表面弾性波素子）である場合は、梁部２４の表面弾性波の生じない側の面に、発熱部３４を接触させることができる。このようにすれば、直接的な熱の移動が可能になり、さらに梁部２４を加熱する効率を高めることができる。

４．その他の構成
本実施形態の圧電デバイスは、上述したパッケージ、圧電素子、およびヒーター素子の他に、以下のような構成を含むことができる。

本実施形態の圧電デバイスは、パッケージ内に、圧電素子の温度を検知して特定の温度に維持するための構成を含むことができる。このような構成としては、たとえば、サーミスタ、熱電対、ダイオード、これらための配線、制御用のＩＣなどを挙げることができる。このような構成を含むことにより、圧電デバイスに温度を一定に保つ機能を付与することができる。さらに、本実施形態の圧電デバイスは、パッケージ内に、圧電素子を駆動するための電子回路を有するＩＣ等を含むことができる。このようなＩＣ等を含むことにより、圧電デバイスに発振器、共振器等の機能を付与することができる。

またさらに、圧電デバイスは、使用温度範囲における中間温度以上に圧電素子２０をヒーター素子３０にて加熱しつつ、温度補償回路によって圧電素子２０の周波数温度特性を補償する機能を有した電子回路を備えた構成であってもよい。

このような圧電デバイスは、圧電素子２０の使用温度範囲における最高温度よりも低い温度で加熱することにより、圧電素子２０の環境の温度を、使用温度範囲よりも狭い温度範囲となるように温度補償回路によって補償されたものである。

したがって、このような構成の圧電デバイスは、ＯＣＸＯの場合よりも加熱能力が低い小型のヒーター素子３０を使用しても、高い周波数安定度を実現することができる。尚、温度補償回路とは、発振回路中の負荷容量を温度変化に伴い可変制御することで、圧電素子２０の周波数温度特性を補償し、圧電デバイスの周波数温度特性を安定化させるためのものである。

更に、上記の実施形態においては、ヒーター素子３０を一つ用いた例を挙げて説明したが、これに限定されることなく、本発明の圧電デバイスは、パッケージ１０内の段差または内側底面にヒーター素子３０を複数搭載した構成であっても構わない。

５．作用効果等
本実施形態の圧電デバイスは、発熱部３４が支持部３２によって、支持（固定）されているため、パッケージ外への熱伝導が抑制され、かつ、少ないエネルギーで圧電素子２０の梁部２４を加熱することができる。これにより、部材を介して外部に漏出する熱（エネルギー）を非常に小さくすることができる。また、本実施形態の発熱部３４をマイクロヒーターで構成した場合には、梁部２４に面しない側への放熱を小さくすることができるた
め、さらに、梁部２４を加熱する効率を高めることができる。

６．変形例
図１２は、変形例の圧電デバイス２００の断面の模式図である。図１３は、圧電デバイス２００を模式的に示す平面図である。図１３のＡ−Ａ線の断面が図１２に相当する。図１４は、変形例の圧電デバイス２１０の断面の模式図である。図１５は、変形例の圧電デバイス２２０の断面の模式図である。図１６は、圧電デバイス２２０を模式的に示す平面図である。図１６のＡ−Ａ線の断面が図１５に相当する。各平面図は、蓋体１６および圧電素子２０を透視させて描いてある。

本発明の圧電デバイスは、複数のヒーター素子３０を有することができる。図１２および図１３に示すように、変形例の圧電デバイス２００は、２つのヒーター素子３０（３０ａ，３０ｂ）を有する以外は、上述の圧電デバイスと同様である。その他の構成については、上述と同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。また、各ヒーター素子３０の構造、形状、機能等は、「３．ヒーター素子」で述べたと同様である。

圧電デバイス２００は、ヒーター素子３０ａおよびヒーター素子３０ｂの２つのヒーター素子を含んでいる。図１２に示すように、ヒーター素子３０ａおよびヒーター素子３０ｂの発熱部３４ｃおよび発熱部３４ｄは、それぞれ、圧電素子２０の梁部２４と離間して、互いに梁部２４を挟むように設置されている。また、発熱部３４ｃおよび発熱部３４ｄは、いずれも平面的に見て梁部２４とオーバーラップしている。変形例の圧電デバイス２００は、２つのヒーター素子を備えることで、より迅速に梁部２４を加熱することができる。なお、圧電デバイス２００では、パッケージ１０の内側底面には、２つのヒーター素子を支持できるような段差が形成されている。またなお、図示の例では、発熱部３４は、マイクロヒーターで構成されており、梁部２４に面する側の放熱が大きくなるように設置されている。そのため、梁部２４を極めて効率よく加熱することができる。

図１４に示す変形例の圧電デバイス２１０は、ヒーター素子３０ｃおよびヒーター素子３０ｄの２つのヒーター素子を有する。ヒーター素子３０ｃおよびヒーター素子３０ｄの発熱部３４ｅおよび発熱部３４ｆは、それぞれ、圧電素子２０の梁部２４と離間して、互いに梁部２４を挟むように設置されている。そして、一方のヒーター素子３０ｄ（図中圧電素子２０の上方に位置するもの）の発熱部３４ｆの大きさが、他方のヒーター素子３０ｃ（図中圧電素子２０の下方に位置するもの）の発熱部３４ｅの大きさよりも大きく形成されている。この例の場合、発熱部３４ｆは、平面的に見て梁部２４と同程度の大きさを有している。発熱部を平面的に見て梁部２４と同程度の大きさにすることで、圧電素子２０の態様や形状に適した加熱を行うことができる。また、図示の例のように、発熱部３４ｅおよび発熱部３４ｆの大きさが、圧電素子２０の表裏面で非対称となってもよい。このようにすると、たとえば、梁部２４の平面内で、加熱の程度に分布を生じさせることなどができる。

本発明の圧電デバイスは、圧電素子２０をヒーター素子３０と同一の部材に搭載することもできる。たとえば、圧電素子２０およびヒーター素子３０がいずれも支持体４０に固定され、該支持体４０を介してパッケージ１０に固定されてもよい。図１５および図１６に示す変形例の圧電デバイス２２０は、支持体４０に支持されたヒーター素子３０を有し、圧電素子２０は、当該支持体４０に載置されている。支持体４０は、「３．ヒーター素子」の項で既に述べたように、支持板４１と脚部４２から構成されている。変形例の圧電デバイス２２０では、ヒーター素子３０および圧電素子２０が支持体４０に対して、いずれも両持ち梁状に固定されている。

圧電デバイス２２０において、まず、支持体４０は、支持板４１および脚部４２を有し
、支持板４１の開口において、ヒーター素子３０を両持ち梁状に支持している。そして、支持体４０の支持板４１の上に、圧電素子３０が、両持ち梁状に支持されている。支持体４０は、パッケージ１０の内側底面に接着剤等により固定されることができる。そして、ヒーター素子３０の発熱部３４、および圧電素子２０の梁部２４は、平面的に見てオーバーラップして設けられている。支持体４０の上には、圧電素子２０の電気的接続を行うための配線３５およびヒーター素子３０の電気的接続を行うための導体路３２ｂを適宜設けることができる。図示の例では、支持体４０上の配線３５は、ボンディングワイヤー３７によってパッケージ１０の内側底面の配線１９に電気的に接続されている。また、図示されないが、パッケージ２０の内側底面にはヒーター素子３０が発熱するために電気的に接続される配線が形成され、当該配線およびヒーター素子３０に接続する導体路３２ｂが、ボンディングワイヤーまたはその他の導体路によって適宜接続されている。

このような変形例の圧電デバイス２２０は、ヒーター素子３０および圧電素子２０が共に支持体４０に支持されている。すなわち、パッケージ１０内において、ヒーター素子３０および圧電素子２０が固定される部位としては、支持体４０の脚部４２のみとなっている。このようにすると、以下のような効果を得ることができる。まず、製造工程において、圧電素子２０を固定する工程を、パッケージ１０内で行わずに済む。すなわち、パッケージ１０に対して、圧電素子２０を載置する工程が不要となる。たとえば、圧電素子２０は、あらかじめ、パッケージ１０に搭載する前のヒーター素子３０に実装することができる。そうすると、圧電素子２０をヒーター素子３０の発熱部３４に対して、精密に位置決め（アライメント）することがより容易になる。これにより、圧電デバイス２２０の精度をさらに高めることができ、また、製造する際の歩留まりも向上させることができる。次に、変形例の圧電デバイス２２０のようにすると、圧電素子２０およびヒーター素子３０が組み立てられた後にパッケージ１０へ実装することができる。そのため、圧電デバイス２２０を製造する際に、パッケージ１０に対して素子を実装する工程を削減することができる。これにより、たとえば、製造における歩留まりを向上することができる。

以上実施形態および変形例で述べた変形は、単独あるいは複数を互いに組み合わせて、実施形態の圧電デバイスに対して適用することができる。これにより各変形ごとの単独の効果または各変形の組み合わせによる相乗的な効果を得ることができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１０…パッケージ、１２…キャビティー、１４…ケース体、１６…蓋体、
１８，１９…配線、２０…圧電素子、２２…基部、２４…梁部、２６…導電性接着剤、
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ…ヒーター素子、３１…接着剤、３２…支持部、３２ｂ…導体路、３３…ボンディングワイヤー、
３４，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ，３４ｆ…発熱部、３２ａ，３４ａ…シリコン基板、
３４ｂ…導電層、３５…配線、３６…ワイヤー、３７…ボンディングワイヤー、
３８…リード、４０…支持体、４１…支持板、４２…脚部、
１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，２００，２１０，２２０…圧電デバイス

Claims (10)

1. パッケージと、
   前記パッケージ内に収容された支持体、および発熱部を有すると共に前記支持体と一体であるヒーター素子と、
   平面視において前記発熱部と重ねられて前記支持体に載置された状態で前記パッケージ内に収容されている圧電素子と、
   前記ヒーター素子によって前記圧電素子を加熱した状態で周波数温度特性を補償する電子回路と、
   を備え、
   前記支持体は、シリコンで形成され、
   前記支持体は、一体的に形成された脚部および支持板で構成され、
   前記支持体は、前記脚部を介して前記パッケージに固定されていることを特徴とする、圧電デバイス。
2. 請求項１において、
   前記発熱部は絶縁膜で覆われていることを特徴とする、圧電デバイス。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記支持体は、前記支持体の表面に形成された導電路を有し、
   前記圧電素子および前記ヒーター素子のうち少なくとも一方は、前記導電路に接続されていることを特徴とする、圧電デバイス。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
   前記圧電素子と前記ヒーター素子との間隔が、０．１μｍ以上１０μｍ以下の範囲にあることを特徴とする、圧電デバイス。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項において、
   前記ヒーター素子を複数有することを特徴とする、圧電デバイス。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項において、
   平面視において前記圧電素子の面のうち前記ヒーター素子と対向している面とは裏側に配置されている他のヒーター素子を備えていることを特徴とする、圧電デバイス。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか一項において、
   前記圧電素子は、前記圧電素子を励振するための電極と接続された外部接続用のパッドを有し、前記パッドが、ボンディングワイヤーを介して前記パッケージ内の接続端子と接続されていることを特徴とする、圧電デバイス。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか一項において、
   前記平面視において前記ヒーター素子と前記パッケージとは、接していないことを特徴とする、圧電デバイス。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか一項において、
   前記パッケージ内に、前記ヒーター素子の温度を制御するための電子回路、および前記圧電素子を駆動するための電子回路を有することを特徴とする、圧電デバイス。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか一項において、
    前記パッケージ内は、減圧空間であることを特徴とする、圧電デバイス。

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