JP6180814B2 - 水晶デバイス - Google Patents

Description

本発明は、所定の周波数で振動する水晶振動片が載置された水晶デバイスに関する。

所定の周波数で振動する水晶振動片は、温度変化によりその周波数が変化する。このような水晶振動片の周波数変化を防ぐために、水晶振動片を所定の温度に制御する恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ）が知られている。例えば、特許文献１では、サーミスタ及び加熱抵抗と共に温度制御回路が形成されて水晶振動片の温度制御がなされる恒温型の水晶発振器が示されている。

特開２０１１−７７９６３号公報

しかし、特許文献１に示されるような水晶発振器においても、さらに水晶振動片の温度の安定性を高めること及び温度が安定に至るまでの時間を短くすることが求められている。また、このように水晶振動片の温度を安定に保ち、水晶振動片の周波数変化を防ぐことは、水晶発振器に限らず他の様々な水晶デバイスにも求められている。

本発明は、水晶振動片の温度の安定性が高く、水晶振動片の温度が安定に至るまでの時間が短い水晶デバイスを提供することを目的とする。

第１観点の水晶デバイスは、所定の振動数で振動し、一対の励振電極及び一対の励振電極から引き出された引出電極が形成された水晶振動片と、矩形形状に形成された底部及び底部の一方の面を囲むように形成された側面から成り、一対の接続電極が形成され、一対の接続電極に一対の引出電極が導電性接着剤を介して接合されることにより水晶振動片が載置される第１凹部が形成されるパッケージと、第１凹部を密閉し、金属材料により形成されるリッド板と、を有する。また、パッケージの側面の四方のそれぞれには底部からリッド板まで貫通する貫通電極が形成され、さらにパッケージの下面には、リッド板及び貫通電極に電気的に接続されるアース端子が形成されている。

第２観点の水晶デバイスは、所定の振動数で振動し、一対の励振電極及び一対の励振電極から引き出された引出電極が形成された水晶振動片と、温度を測定する温度センサと、矩形形状に形成された底部及び底部の一方の面を囲むように形成される第１側面から成り、一対の接続電極が形成され、一対の接続電極に一対の引出電極が導電性接着剤を介して接合されることにより水晶振動片が載置される第１凹部と、底部及び底部の他方の面を囲むように形成される第２側面から成り、温度センサが配置される第２凹部と、が形成されるパッケージと、第１凹部を密閉し、金属材料により形成されるリッド板と、を有する。また、パッケージの第１側面の四方にはそれぞれ底部の法線方向に第１側面を貫通する貫通電極が形成され、さらにパッケージの下面には、リッド板及び貫通電極に電気的に接続されるアース端子が形成されている。

第３観点の水晶デバイスは、第１観点及び第２観点において、リッド板及び貫通電極にはアース端子を介して熱が伝えられて加熱され、水晶振動片がリッド板及び貫通電極からの放射熱により加温される。

第４観点の水晶デバイスは、第１観点において、温度を測定する温度センサと、発熱するヒーター回路と、温度センサ、ヒーター回路、及び水晶振動片を制御する集積回路と、を更に有する。また、水晶デバイスは、パッケージの第１凹部には更にヒーター回路及び集積回路が載置され、リッド板及び貫通電極がヒーター回路に熱的に接続されており、水晶振動片がリッド板及び貫通電極からの放射熱により加温される。

第５観点の水晶デバイスは、第２観点において、発熱するヒーター回路と、温度センサ、ヒーター回路、及び水晶振動片を制御する集積回路と、を更に有する。パッケージの第２凹部には更にヒーター回路、及び集積回路が配置され、リッド板及び貫通電極がヒーター回路に熱的に接続されており、水晶振動片がリッド板及び貫通電極からの放射熱により加温される。

第６観点の水晶デバイスは、所定の振動数で振動し、一対の励振電極及び一対の励振電極から引き出された引出電極が形成された水晶振動片と、温度を測定する温度センサと、発熱するヒーター回路と、温度センサ、ヒーター回路、及び水晶振動片を制御する集積回路と、矩形形状に形成された底部及び底部の一方の面を囲むように形成される第１側面から成り、一対の接続電極が形成され、一対の接続電極に一対の引出電極が導電性接着剤を介して接合されることにより水晶振動片が載置され、さらに温度センサ及びヒーター回路が形成される第１凹部と、底部及び底部の他方の面を囲むように形成される第２側面から成り、集積回路が配置される第２凹部と、が形成されるパッケージと、第１凹部を密閉し、金属材料により形成されるリッド板と、を有する。また、パッケージの第１側面の四方にはそれぞれ底部の法線方向に第１側面を貫通する貫通電極が形成され、さらに水晶デバイスが実装される実装面となるパッケージの下面には、リッド板及び貫通電極に電気的に接続されるアース端子が形成されており、リッド板及び貫通電極がヒーター回路に熱的に接続されており、水晶振動片がリッド板及び貫通電極からの放射熱により加温される。

第７観点の水晶デバイスは、第１観点から第６観点において、第１凹部の一方の側には水晶振動片を載置し、接続電極が形成された一対の載置部が形成され、第１凹部の他方の側には、アース端子に電気的に接続される金属膜が形成された保持部が形成され、水晶振動片が、金属膜上に形成される導電性接着剤に接触して保持される。

本発明の水晶デバイスによれば、水晶振動片の温度の安定性が高く、安定に至るまでの時間を短くすることができる。

水晶デバイス１００の分解斜視図である。 プリント基板１５０上に形成される電極１５０ａ及び電極１５０ｂが示されている。 （ａ）は、水晶振動片１１０が載置されたパッケージ１２０の上面図である。 （ｂ）は、第２層１２０ｂ及び第３層１２０ｃの上面図である。 （ａ）は、ＬＳＩ１４０が載置されたパッケージ１２０の上面図である。 （ｂ）は、水晶デバイス２００の回路図である。 （ａ）は、水晶デバイス３００の断面図である。 （ｂ）は、水晶デバイス４００の断面図である。 水晶デバイス５００の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

（第１実施形態）
＜水晶デバイス１００の構成＞
図１は、水晶デバイス１００の分解斜視図である。水晶デバイス１００は、表面実装型の水晶デバイスであり、プリント基板等に実装されて使用される。水晶デバイス１００は主に、水晶振動片１１０と、パッケージ１２０と、リッド板１３０と、により形成されている。水晶振動片１１０には、例えばＡＴカットの水晶振動片が用いられる。ＡＴカットの水晶振動片は、主面（ＹＺ面）が結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に対して、Ｘ軸を中心としてＺ軸からＹ軸方向に３５度１５分傾斜されている。以下の説明では、ＡＴカットの水晶振動片の軸方向を基準とし、傾斜された新たな軸をＹ’軸及びＺ’軸として用いる。すなわち、水晶デバイス１００において水晶デバイス１００の長手方向をＸ軸方向、水晶デバイス１００の高さ方向をＹ’軸方向、Ｘ軸方向及びＹ’軸方向に垂直な方向をＺ’軸方向として説明する。

水晶振動片１１０は、＋Ｙ’軸側の面及び−Ｙ’軸側の面に励振電極１１１が形成されており、各励振電極１１１からは水晶振動片１１０の−Ｘ軸側の辺に引出電極１１２が引き出されている。＋Ｙ’軸側の面に形成されている励振電極１１１から引き出される引出電極１１２は−Ｘ軸側の辺の＋Ｚ’軸側に引き出され、＋Ｚ’軸側の側面を介して−Ｙ’軸側の面に引き出されている。−Ｙ’軸側の面に形成されている励振電極１１１から引き出されている引出電極１１２は、−Ｘ軸側の辺の−Ｚ’軸側に引き出され、−Ｚ’軸側の側面を介して＋Ｙ’軸側の面に引き出されている。

パッケージ１２０は、Ｘ軸方向に伸びる長辺、及びＺ’軸方向に伸びる短辺を有している。また、パッケージ１２０の下面であり水晶デバイス１００が実装される実装面には外部端子１２５が形成されており、パッケージ１２０の＋Ｙ’軸側の面である上面にはリッド板１３０に接合される接合面１２２ａ及び接合面１２２ａから−Ｙ’軸方向に凹んだ第１凹部１２１が形成されている。接合面１２２ａには第１凹部１２１を囲むように枠状金属膜１２７ａが形成されており、第１凹部１２１には水晶振動片１１０が載置される載置部１２３及び水晶振動片１１０を支える保持部１２８が形成されている。載置部１２３の＋Ｙ’軸側の面には、水晶振動片１１０の引出電極１１２に導電性接着剤１５２（図３参照）を介して電気的に接続される接続電極１２４が形成されており、保持部１２８の＋Ｙ’軸側の面には金属膜１２７ｂが形成されている。

パッケージ１２０は、例えばセラミックを基材としており、第１層１２０ａ、第２層１２０ｂ、及び第３層１２０ｃの３つの層が重ね合わされることにより形成されている。第１層１２０ａは、パッケージ１２０の＋Ｙ’軸側に配置され、第１層１２０ａの＋Ｙ’軸側の面には接合面１２２ａが形成されている。第２層１２０ｂは、第１層１２０ａの−Ｙ’軸側の面に接合されて配置されている。第２層１２０ｂは載置部１２３及び保持部１２８を含む層である。第３層１２０ｃは、第２層１２０ｂの−Ｙ’軸側の面に配置されている。第３層１２０ｃの−Ｙ’軸側の面には、外部端子１２５が形成されている。外部端子１２５の一部は接地されるアース端子１２５ａであり、アース端子１２５ａには枠状金属膜１２７ａ及び金属膜１２７ｂが電気的に接続されている。また、パッケージ１２０では、パッケージ１２０をＹ’軸方向に貫通する貫通電極１２６ａ及び貫通電極１２６ｂが第１凹部１２１の四方を囲むように形成されている。さらに、パッケージ１２０の四隅の側面にはパッケージ１２０の内側に凹んだキャスタレーション１２９が形成されている。

リッド板１３０は、平板状に形成されており、パッケージ１２０の接合面１２２ａにシームリング１５１（図２参照）を介して接合されて、パッケージ１２０の第１凹部１２１を密封する。また、リッド板１３０は金属材料により形成されており、アース端子１２５ａに電気的に接続されている。

図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。また、図２は図３（ａ）及び図３（ｂ）のＡ−Ａ断面も含んでいる。図２では、水晶デバイス１００がプリント基板１５０に実装された状態として示されている。水晶デバイス１００のパッケージ１２０の第１凹部１２１には、水晶振動片１１０が載置されている。水晶振動片１１０の引出電極１１２は、載置部１２３に形成される接続電極１２４に導電性接着剤１５２ａを介して電気的に接続される。図２では、接続電極１２４が第２層１２０ｂ及び第３層１２０ｃを貫通する貫通電極１２６ｃを介して第３層１２０ｃの−Ｙ’軸側の面に形成される水晶端子１２５ｂに電気的に接続されている。また、保持部１２８に形成される金属膜１２７ｂ上には導電性接着剤１５２ｂが形成されており、水晶振動片１１０の＋Ｘ軸側の端がこの導電性接着剤１５２ｂ上に接触している。導電性接着剤１５２ｂは水晶振動片１１０の基材となる水晶材料には接触しているが、励振電極１１１及び引出電極１１２には、電気的に接続されていない。水晶デバイス１００のパッケージ１２０の第１凹部１２１は、リッド板１３０がシームリング１５１を介して接合面１２２ａに接合されることにより密封されている。シームリング１５１は接合面１２２ａ上に配置されるように矩形形状に形成された環状のリングであり、電気を伝導する金属材料で形成されている。そのため、シームリング１５１は枠状金属膜１２７ａとリッド板１３０とを熱的、電気的に接続する。

また、水晶デバイス１００のパッケージ１２０には貫通電極１２６ａ及び貫通電極１２６ｂが形成されている。貫通電極１２６ａは、枠状金属膜１２７ａから第１層１２０ａ、第２層１２０ｂ、及び第３層１２０ｃを貫通してアース端子１２５ａに熱的、電気的に接続される。また、貫通電極１２６ａは、金属膜１２７ｂにも熱的、電気的に接続されている。貫通電極１２６ｂは、枠状金属膜１２７ａから第１層１２０ａ及び第２層１２０ｂを貫通して第３層１２０ｃの＋Ｙ’軸側の面にまで貫通している。また、貫通電極１２６ａと貫通電極１２６ｂとは、枠状金属膜１２７ａを介して互いに熱的、電気的に接続されている。そのため、貫通電極１２６ｂも、貫通電極１２６ａを介してアース端子１２５ａに熱的、電気的に接続される。また、第１層１２０ａ及び第２層１２０ｂは、第１凹部１２１の側面を形成し、第３層１２０ｃは第１凹部１２１の底部を形成している。すなわち、第１凹部１２１は、底部となる第３層１２０ｃと、底部となる第３層１２０ｃの＋Ｙ’軸側の面を囲むように形成される側面となる第１層１２０ａ及び第２層１２０ｂと、に囲まれて形成されている。

図２では、プリント基板１５０上に形成される電極１５０ａ及び電極１５０ｂが示されている。水晶デバイス１００のアース端子１２５ａはハンダ１５３を介して電極１５０ａに接合されている。また、水晶デバイス１００の水晶端子１２５ｂはハンダ１５３を介して電極１５０ｂに接合されている。図２に示される電極１５０ａは接地されており、これにより、電極１５０ａにハンダ１５３を介して接合されている水晶デバイス１００のアース端子１２５ａも接地される。また、プリント基板１５０には電極１５０ａに熱的に接続されたヒーター回路（不図示）が載置されており、ヒーター回路で発生した熱が電極１５０ａに伝わるように形成されている。すなわち、水晶デバイス１００では、アース端子１２５ａが電極１５０ａ及びハンダ１５３を介して加温される。加温されたアース端子１２５ａの熱は、アース端子１２５ａから貫通電極１２６ａに伝わり、さらに金属膜１２７ｂ、貫通電極１２６ｂ、及びリッド板１３０に送られて、これらを加温する。さらに、加温された貫通電極１２６ａ、加温された貫通電極１２６ｂ、及び加温されたリッド板１３０からは水晶振動片１１０に熱が放射熱として伝えられ、水晶振動片１１０が加温される。

図３（ａ）は、水晶振動片１１０が載置されたパッケージ１２０の上面図である。第１凹部１２１内の−Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側及び−Ｚ’軸側の角にはそれぞれ載置部１２３が形成されており、各載置部１２３の＋Ｙ’軸側の面には接続電極１２４が形成されている。また、第１凹部１２１内の＋Ｘ軸側の端の中央には保持部１２８が形成されており、保持部１２８の＋Ｙ’軸側の面には金属膜１２７ｂが形成されている。水晶振動片１１０は、導電性接着剤１５２ａにより引出電極１１２が接続電極１２４に電気的に接続されることにより接続電極１２４上に載置される。また、水晶振動片１１０は、保持部１２８上に形成される導電性接着剤１５２ｂ上に載置される。

一方、パッケージ１２０に形成される貫通電極１２６ａ及び貫通電極１２６ｂは、水晶振動片１１０の四方、すなわち、水晶振動片１１０の＋Ｘ軸側、−Ｘ軸側、＋Ｚ’軸側、及び−Ｚ’軸側に水晶振動片１１０を囲むように配置されている。また、貫通電極１２６ａ及び貫通電極１２６ｂは、互いに枠状金属膜１２７ａを介して熱的、電気的に接続されている。

図３（ｂ）は、第２層１２０ｂ及び第３層１２０ｃの上面図である。図３（ｂ）では、第２層１２０ｂの＋Ｙ’軸側の面及び第１凹部１２１内に露出した第３層１２０ｃの＋Ｙ’軸側の面が示されている。また、図３（ｂ）では、パッケージ１２０の−Ｙ’軸側の面である実装面に形成される外部端子１２５がパッケージ１２０を透過して点線で示されている。パッケージ１２０の実装面の四隅には外部端子１２５が形成されている。実装面の＋Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側及び−Ｘ軸側の−Ｚ’軸側に形成される外部端子１２５は接地されるアース端子１２５ａである。また、実装面の−Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側及び＋Ｘ軸側の−Ｚ’軸側に形成される外部端子１２５は、接続電極１２４を介して水晶振動片１１０の引出電極１１２に電気的に接続される水晶端子１２５ｂである。＋Ｚ’軸側に形成されている接続電極１２４は、パッケージ１２０をＹ’軸方向に貫通する貫通電極１２６ｃを介して−Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側に形成される水晶端子１２５ｂに導通している。また、−Ｚ’軸側に形成されている接続電極１２４は第２層１２０ｂを貫通する貫通電極１２６ｄを介して第３層１２０ｃの＋Ｙ’軸側の面に引き出され、さらに第３層１２０ｃの＋Ｙ’軸側の面を＋Ｘ軸側の−Ｚ’軸側に伸び、第３層１２０ｃを貫通する貫通電極１２６ｅを介して＋Ｘ軸側の−Ｚ’軸側に形成される水晶端子１２５ｂに導通している。また、貫通電極１２６ａはパッケージ１２０の＋Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側の角及び−Ｘ軸側の−Ｚ’軸側の角に形成され、第１層１２０ａ、第２層１２０ｂ、及び第３層１２０ｃを貫通してアース端子１２５ａに熱的、電気的に接続される。貫通電極１２６ｂは、第１層１２０ａ及び第２層１２０ｂを貫通して第３層１２０ｃの＋Ｙ’軸側の面にまで導通している。一方、保持部１２８に形成されている金属膜１２７ｂは、第２層１２０ｂの＋Ｙ’軸側の面を介して第２層１２０ｂの＋Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側の角に引き出され、さらに貫通電極１２６ａを介して実装面の＋Ｘ軸側のアース端子１２５ａに導通する。

図２及び図３（ａ）に示されるように、水晶デバイス１００では、水晶デバイス１００の外部に配置されるヒーター回路（不図示）からアース端子１２５ａを介して水晶デバイス１００に熱が伝えられることにより、水晶振動片１１０が加温される。また、水晶振動片１１０は、四方の側面を貫通電極１２６ａ及び貫通電極１２６ｂに囲まれるように載置されていることにより水晶振動片１１０への単位時間あたりの伝熱量が多くなる。これにより水晶振動片１１０の温度上昇速度を上げることができ、水晶振動片１１０を目的の温度にまで早く上げることができる。すなわち、水晶デバイス１００では、水晶振動片１１０を早く安定な温度状態に置くことができ、これによって水晶振動片１１０を早く安定な周波数を発振する状態に置くことができる。

また、水晶振動片１１０の＋Ｙ’軸側に配置されるリッド板１３０からの放射熱、及び金属膜１２７ｂから導電性接着剤１５２を介して水晶振動片１１０が直接加温されることによっても、水晶振動片１１０の振動周波数が安定に至るまでの時間が短くされるため好ましい。

（第２実施形態）
水晶デバイスでは、水晶デバイスに温度センサ等を配置することにより水晶振動片の温度が調節されても良い。また、水晶デバイスにはさらにヒーター回路が配置されることにより、水晶デバイス内に熱を発生させて水晶振動片を加温しても良い。以下にこのような様々な構成要素を有する水晶デバイスについて説明する。また、以下の説明では第１実施形態と同じ部分に関しては第１実施形態と同じ番号を付してその説明を省略する。

＜水晶デバイス２００の構成＞
図４（ａ）は、ＬＳＩ１４０が載置されたパッケージ１２０の上面図である。水晶デバイス１００（図１参照）は、パッケージ１２０の第１凹部１２１にＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）１４０が載置されて水晶デバイス２００として形成することができる。すなわち、水晶デバイス２００は主に、水晶振動片１１０と、パッケージ１２０と、リッド板１３０と、パッケージ１２０に載置されるＬＳＩ１４０と、により構成される。ＬＳＩ１４０は、温度を測定する温度センサ、発熱するヒーター回路１４２、及び温度センサと、ヒーター回路１４２と、水晶振動片１１０と、を制御する集積回路を集積したものである。

図４（ａ）に示されるようにＬＳＩ１４０は、第３層１２０ｃの＋Ｙ’軸側の面に載置される。ＬＳＩ１４０からは各接続電極１２４にそれぞれ電極２２１が伸びており、ＬＳＩ１４０と各接続電極１２４とが電気的に接続されている。また、ＬＳＩ１４０からは電極２２２が伸びてパッケージ１２０の＋Ｚ’軸側の辺の中央の貫通電極１２６ｂに熱的、電気的に接続されている。これにより、ＬＳＩ１４０内に配置されたヒーター回路１４２において発生した熱が、貫通電極１２６ｂを介して他の貫通電極１２６ｂ、貫通電極１２６ａ、金属膜１２７ｂ、及びリッド板１３０に伝えられる。また、ＬＳＩ１４０は貫通電極（不図示）により、外部端子１２５とそれぞれ電気的に接続されている。

図４（ｂ）は、水晶デバイス２００の回路図である。図４（ｂ）では、水晶振動片１１０が示されており、水晶振動片１１０を囲む点線１００が水晶デバイス１００に相当する部分である。すなわち、図４（ｂ）において、点線１００の部分を除いた部分がＬＳＩ１４０に相当する部分となっている。水晶デバイス２００では、接地されるアース端子１２５ａ、電源に接続されＬＳＩ１４０に電力を供給する電源端子１２５ｃ、周波数信号が出力される出力端子１２５ｄ、及び水晶振動片１１０に制御電圧を入力する入力端子１２５ｅの４つの外部端子１２５が形成されている。これらの端子は、例えば、アース端子１２５ａが実装面の＋Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側、出力端子１２５ｄが実装面の＋Ｘ軸側の−Ｚ’軸側、入力端子１２５ｅが実装面の−Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側、及び電源端子１２５ｃが実装面の−Ｘ軸側の−Ｚ’軸側に形成される。入力端子１２５ｅから入力された制御電圧は、周波数制御回路及び周波数調整回路を経て水晶振動片１１０に加えられる。また、水晶振動片１１０で発生した周波数信号は、発振回路、増幅回路、及び出力回路を経て出力端子１２５ｄから出力される。また、ＬＳＩ１４０は、ヒーター回路１４２及び温度センサ（不図示）を有している。ヒーター回路１４２は発熱することにより水晶振動片１１０を加温する。また、ヒーター回路１４２は電極２２２に熱的に接続されているため、ヒーター回路１４２で発生した熱が貫通電極１２６ｂ、貫通電極１２６ａ、金属膜１２７ｂ、及びリッド板１３０に伝わる。これにより、水晶デバイス１００と同様に、貫通電極１２６ｂ、貫通電極１２６ａ、金属膜１２７ｂ、及びリッド板１３０を介して水晶振動片１１０が加温される。ヒーター回路１４２が発する熱は、温度センサにより測定された温度を基に温度制御回路で制御される。

水晶デバイス２００では、水晶デバイス１００と同様に、貫通電極１２６ｂ、貫通電極１２６ａ、及びリッド板１３０からの放射熱、及び金属膜１２７ｂに形成される導電性接着剤１５２ｂを介する水晶振動片１１０への伝熱により水晶振動片１１０を加温することで、水晶振動片１１０の温度を調整することができる。さらに、水晶デバイス２００では、水晶振動片１１０の近くに配置されたＬＳＩ１４０に含まれる温度センサにより水晶振動片１１０の温度が測定されるため精度よく水晶振動片１１０の温度を測定することができる。また、貫通電極１２６ｂ、貫通電極１２６ａ、金属膜１２７ｂ、及びリッド板１３０の近くにＬＳＩ１４０に含まれるヒーター回路１４２が配置されることにより、貫通電極１２６ｂ、貫通電極１２６ａ、金属膜１２７ｂ、及びリッド板１３０の加温速度を早くすることができる。これらのことにより、水晶デバイス２００では早く安定した温度状態に水晶振動片１１０を置くことができる。

（第３実施形態）
水晶デバイスは、パッケージの＋Ｙ’軸側及び−Ｙ’軸側の面にそれぞれ凹部が形成され、パッケージの断面の形状が「Ｈ」型となるように形成される水晶デバイスとして形成されても良い。以下にこのようなＨ型の水晶デバイスについて説明する。また、以下の説明では第１実施形態又は第２実施形態と同じ部分に関しては第１実施形態又は第２実施形態と同じ番号を付してその説明を省略する。

＜水晶デバイス３００の構成＞
図５（ａ）は、水晶デバイス３００の断面図である。水晶デバイス３００は主に、水晶振動片１１０と、パッケージ３２０と、リッド板１３０と、温度センサ１４１と、により形成されている。

パッケージ３２０は、Ｘ軸方向に長辺、Ｚ’軸方向に短辺が形成されている。また、パッケージ３２０の＋Ｙ’軸側の面にはリッド板１３０がシームリング１５１を介して接合される接合面３２１ａ及び接合面３２１ａから−Ｙ’軸方向に凹んだ第１凹部３２１が形成されている。接合面３２１ａには、枠状金属膜３２７ａが形成されており、パッケージ３２０をＹ’軸方向に貫通する貫通電極３２６ａを介してアース端子３２５ａに導通している。また、第１凹部３２１内には一対の接続電極３２４が形成されている。接続電極３２４はパッケージ３２０をＹ’軸方向に貫通する貫通電極（不図示）を介して水晶端子３２５ｂに導通している。一対の接続電極３２４には導電性接着剤１５２ａを介して水晶振動片１１０が載置される。

一方、パッケージ３２０の−Ｙ’軸側の面には水晶デバイス３００が実装される実装面３２２ａ及び実装面３２２ａから＋Ｙ’軸側に凹んだ第２凹部３２２が形成されている。第２凹部３２２内の＋Ｙ’軸側の面には、サーミスタ等により構成される温度センサ１４１が配置されている。また、実装面３２２ａには、複数の外部端子３２５が形成されている。外部端子３２５は、接地されるアース端子３２５ａ及び接続電極３２４に導通する水晶端子３２５ｂ等により構成される。

パッケージ３２０は、セラミックを基材としており、第１層３２０ａ、第２層３２０ｂ、及び第３層３２０ｃの３つの層が重ね合わされることにより形成されている。第１層３２０ａはパッケージ３２０の＋Ｙ’軸側に配置されており、第１層３２０ａの＋Ｙ’軸側の面には接合面３２１ａが形成されている。第１層３２０ａは、第１凹部３２１の側面を形成する層である。第２層３２０ｂは、第１層３２０ａの−Ｙ’軸側の面に配置されて、第１凹部３２１の底部を形成する。また、第３層３２０ｃは、第２層３２０ｂの−Ｙ’軸側の面に配置されて、第２凹部３２２の側面を形成する。第３層３２０ｃの−Ｙ’軸側の面は、実装面３２２ａとなっている。貫通電極３２６ａは第１層３２０ａ、第２層３２０ｂ、及び第３層３２０ｃを貫通して枠状金属膜３２７ａとアース端子３２５ａとを熱的、電気的に接続している。また、貫通電極３２６ｂは枠状金属膜３２７ａに熱的、電気的に接続し、第１層３２０ａを貫通するように形成されている。

水晶デバイスでは、水晶振動片１１０の温度を測定するために温度センサが水晶振動片１１０と同じパッケージ内に載置される場合がある。しかし、温度センサが接着剤により固定される場合には、接着剤から発生するガスにより水晶振動片１１０の振動が影響を受ける場合があった。水晶デバイス３００では、温度センサ１４１が水晶振動片１１０の近くに配置されることにより水晶振動片１１０のより正確な温度を測定することができると共に、水晶振動片１１０とは異なる空間に配置されることで接着剤から発生するガスが水晶振動片１１０の振動に影響を及ぼすことがない。そのため、水晶デバイス３００では、温度センサ１４１の温度を温度制御の参考とすることで水晶振動片１１０の温度を安定に保つことができ、水晶振動片１１０の周波数制御を安定したものとし、水晶振動片１１０が接着剤から出るガスの影響を受けることがないため水晶振動片１１０の長期周波数安定性を保つことができる。

＜水晶デバイス４００の構成＞
図５（ｂ）は、水晶デバイス４００の断面図である。水晶デバイス４００は、主に水晶振動片１１０と、パッケージ３２０と、リッド板１３０と、温度センサ１４１と、ヒーター回路１４２と、集積回路１４３と、により構成され、水晶発振器として使用される。温度センサ１４１、ヒーター回路１４２、及び集積回路１４３は、パッケージ３２０の第２層３２０ｂの−Ｙ’軸側の面である天井面３２２ｂに配置されている。ヒーター回路１４２は、例えば加熱抵抗又はパワートランジスタ等により構成される。ヒーター回路１４２は貫通電極３２６ａを介してアース端子３２５ａ、貫通電極３２６ｂ、及びリッド板１３０に電気的、熱的に接続される。そのため、ヒーター回路１４２で発生した熱は貫通電極３２６ａを介して貫通電極３２６ｂ及びリッド板１３０に伝えられる。集積回路１４３は、接続電極３２４に電気的に接続されて水晶振動片１１０の振動を制御する。また、集積回路１４３は温度センサ１４１及びヒーター回路１４２にも電気的に接続され、これらの構成部品を制御する。そのため、集積回路１４３は、温度センサ１４１が検出した温度に基づいてヒーター回路１４２の発熱量を調整することで水晶振動片１１０の温度を調整し、周波数が安定になるように調整することができる。

水晶デバイス４００はヒーター回路１４２を備えることにより、貫通電極３２６ａ、貫通電極３２６ｂ、及びリッド板１３０の近くに熱源が配置されることになるため、貫通電極３２６ａ、貫通電極３２６ｂ、及びリッド板１３０をより早く加温することができ、これにより水晶振動片１１０をより早く加温することができる。また、ヒーター回路１４２が貫通電極３２６ａ、貫通電極３２６ｂ、及びリッド板１３０の近くに配置されることによりヒーター回路１４２の発熱量の制御結果が貫通電極３２６ａ、貫通電極３２６ｂ、及びリッド板１３０に反映されやすくなる。そのため、貫通電極３２６ａ、貫通電極３２６ｂ、及びリッド板１３０の温度制御を行い易く、その制御速度も早くすることができる。

＜水晶デバイス５００の構成＞
図６は、水晶デバイス５００の断面図である。水晶デバイス５００は主に、水晶振動片１１０と、パッケージ５２０と、リッド板１３０と、温度センサ１４１と、ヒーター回路１４２と、集積回路１４３と、により構成され、水晶発振器として使用される。

パッケージ５２０は、Ｘ軸方向に長辺、Ｚ’軸方向に短辺が形成されている。また、パッケージ５２０の＋Ｙ’軸側の面にはリッド板１３０がシームリング１５１を介して接合される接合面５２１ａ及び接合面５２１ａから−Ｙ’軸方向に凹んだ第１凹部５２１が形成されている。第１凹部５２１には、載置部５２３及び保持部５２８が形成されており、水晶振動片１１０が載置部５２３に形成される一対の接続電極５２４に導電性接着剤１５２ａを介して載置される。また、保持部５２８の金属膜５２７ｂに形成される導電性接着剤１５２ｂに水晶振動片１１０の＋Ｘ軸側の端が接している。また、第１凹部５２１内には温度センサ１４１及びヒーター回路１４２が配置されている。ヒーター回路１４２はパッケージ５２０をアース端子５２５ａから枠状金属膜１２７ａまで貫通する貫通電極５２６ａを介してリッド板１３０、貫通電極５２６ｂ、及び金属膜５２７ｂを加温する。他方、パッケージ５２０の−Ｙ’軸側の面には水晶デバイス５００が実装される実装面５２２ａ及び実装面５２２ａから＋Ｙ’軸側に凹んだ第２凹部５２２が形成されている。第２凹部５２２内の＋Ｙ’軸側の面である天井面５２２ｂには、水晶振動片１１０、温度センサ１４１、及びヒーター回路１４２に接続されてこれらを制御する集積回路１４３が配置されている。また、実装面５２２ａには、複数の外部端子５２５が形成されており、外部端子５２５は接地されるアース端子５２５ａ等を含んで構成される。

パッケージ５２０は、セラミックを基材としており、第１層５２０ａ、第２層５２０ｂ、第３層５２０ｃ、及び第４層５２０ｄの４つの層が重ね合わされることにより形成されている。第１層５２０ａはパッケージ５２０の＋Ｙ’軸側に配置されており、第１層５２０ａの＋Ｙ’軸側の面には接合面５２１ａが形成されている。第２層５２０ｂは、第１層５２０ａの−Ｙ’軸側の面に接合されており、第１凹部５２１内に形成される載置部５２３及び保持部５２８を構成する。第１層５２０ａ及び第２層５２０ｂは、第１凹部５２１の側面を形成している。また、貫通電極５２６ｂは第１層５２０ａ及び第２層５２０ｂを貫通して形成されている。第３層５２０ｃは、第２層５２０ｂの−Ｙ’軸側に配置される。第３層５２０ｃは第１凹部５２１の底部を形成し、また第１凹部５２１と第２凹部５２２との間を仕切っている。第４層５２０ｄは第３層５２０ｃの−Ｙ’軸側の面に配置されており、第２凹部５２２の側面を形成する層である。第４層５２０ｄの−Ｙ’軸側の面は外部端子５２５が形成される実装面５２２ａとなる。

水晶デバイス５００では、水晶振動片１１０が載置される第１凹部５２１内に温度センサ１４１が配置されている。そのため、水晶振動片１１０の温度をより直接的に測定することができるため、水晶振動片１１０のより正確な温度を測定することができ好ましい。また、水晶振動片１１０が載置される第１凹部５２１内にヒーター回路１４２が配置されていることにより、ヒーター回路１４２からの放射熱により直接水晶振動片１１０を加温することができると共に水晶振動片１１０の温度の制御速度を早くすることができ、より早く水晶振動片１１０を安定な温度にすることができるため好ましい。

以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。

例えば、保持部が形成されていない水晶デバイス３００等において保持部が形成されても良く、保持部が形成されている水晶デバイス１００等において保持部が形成されていなくても良い。また、水晶デバイス１００において、保持部１２８には導電性接着剤１５２を形成しなくても良く、金属膜１２７ｂの熱を放射熱として水晶振動片１１０に伝えるのみとしても良い。

さらに、水晶デバイス４００では、温度センサ１４１、ヒーター回路１４２、及び集積回路１４３がそれぞれ個別に配置されているが、これらの部品を水晶デバイス２００に示されるようにＬＳＩ１４０として１つの構成部品として用いても良い。一方、水晶デバイス２００ではＬＳＩ１４０を用いているが、水晶デバイス４００に示されるように、温度センサ１４１、ヒーター回路１４２、及び集積回路１４３をそれぞれ個別に第１凹部１２１内に配置しても良い。

１００、２００、３００、４００、５００ … 水晶デバイス
１１０ … 水晶振動片
１１１ … 励振電極
１１２ … 引出電極
１２０、３２０、５２０ … パッケージ
１２０ａ、３２０ａ、５２０ａ … 第１層
１２０ｂ、３２０ｂ、５２０ｂ … 第２層
１２０ｃ、３２０ｃ、５２０ｃ … 第３層
１２１、３２１、５２１ … 第１凹部
１２２ａ、３２１ａ、５２１ａ … 接合面
１２３、５２３ … 載置部
１２４、３２４ … 接続電極
１２５、３２５、５２５ … 外部端子
１２５ａ、３２５ａ、５２５ａ … アース端子
１２５ｂ、３２５ｂ … 水晶端子
１２５ｃ … 電源端子
１２５ｄ … 出力端子
１２５ｅ … 入力端子
１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄ、１２６ｅ、３２６ａ、３２６ｂ、５２６ａ、５２６ｂ … 貫通電極
１２７ａ、３２７ａ … 枠状金属膜
１２７ｂ、５２７ｂ … 金属膜
１２８、５２８ … 保持部
１２９ … キャスタレーション
１３０ … リッド板
１４０ … ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）
１４１ … 温度センサ
１４２ … ヒーター回路
１４３ … 集積回路
１５０ … プリント基板
１５０ａ、１５０ｂ … 電極
１５１ … シームリング
１５２ａ、１５２ｂ … 導電性接着剤
１５３ … ハンダ
２２１、２２２ … 電極
３２２、５２２ … 第２凹部
３２２ａ、５２２ａ … 実装面
３２２ｂ、５２２ｂ … 天井面
５２０ｄ … 第４層

Claims (7)

1. 所定の振動数で振動し、一対の励振電極及び前記一対の励振電極から引き出された引出電極が形成された水晶振動片と、
   矩形形状に形成された底部及び前記底部の一方の面を囲むように形成された側面から成り、一対の接続電極が形成され、前記一対の接続電極に前記一対の引出電極が導電性接着剤を介して接合されることにより前記水晶振動片が載置される第１凹部が形成されるセラミック製のパッケージと、
   前記第１凹部を密閉し、金属材料により形成されるリッド板と、を有し、
   前記セラミック製のパッケージは、前記第１凹部の一方の側に、前記水晶振動片を載置し前記接続電極が形成された一対の載置部と、前記第１凹部の他方の側に、前記アース端子に電気的に接続される金属膜が形成された保持部とを含み、
   前記セラミック製のパッケージの前記側面の四方のそれぞれには前記底部から前記保持部の前記金属膜を介して前記リッド板まで貫通する貫通電極が形成され、さらに前記セラミック製のパッケージの下面には、前記リッド板及び前記貫通電極に電気的に接続されるアース端子が形成されている水晶デバイス。
2. 所定の振動数で振動し、一対の励振電極及び前記一対の励振電極から引き出された引出電極が形成された水晶振動片と、
   温度を測定する温度センサと、
   矩形形状に形成された底部及び前記底部の一方の面を囲むように形成される第１側面から成り、一対の接続電極が形成され、前記一対の接続電極に前記一対の引出電極が導電性接着剤を介して接合されることにより前記水晶振動片が載置される第１凹部と、前記底部及び前記底部の他方の面を囲むように形成される第２側面から成り、前記温度センサが配置される第２凹部と、が形成されるセラミック製のパッケージと、
   前記第１凹部を密閉し、金属材料により形成されるリッド板と、を有し、
   前記セラミック製のパッケージは、前記第１凹部の一方の側に、前記水晶振動片を載置し前記接続電極が形成された一対の載置部と、前記第１凹部の他方の側に、前記アース端子に電気的に接続される金属膜が形成された保持部とを含み、
   前記セラミック製のパッケージの前記第１側面の四方にはそれぞれ前記底部の法線方向に前記第１側面を貫通し前記保持部の前記金属膜を介して貫通電極が形成され、さらに前記パッケージの下面には、前記リッド板及び前記貫通電極に電気的に接続されるアース端子が形成されている水晶デバイス。
3. 前記リッド板及び前記貫通電極には前記アース端子を介して熱が伝えられて加熱され、前記水晶振動片が前記リッド板及び前記貫通電極からの放射熱により加温される請求項１又は請求項２に記載の水晶デバイス。
4. 温度を測定する温度センサと、
   発熱するヒーター回路と、
   前記温度センサ、前記ヒーター回路、及び前記水晶振動片を制御する集積回路と、を更に有し、
   前記パッケージの前記第１凹部には更に前記ヒーター回路及び前記集積回路が載置され、
   前記リッド板及び前記貫通電極が前記ヒーター回路に熱的に接続されており、前記水晶振動片が前記リッド板及び前記貫通電極からの放射熱により加温される請求項１に記載の水晶デバイス。
5. 発熱するヒーター回路と、
   前記温度センサ、前記ヒーター回路、及び前記水晶振動片を制御する集積回路と、を更に有し、
   前記パッケージの前記第２凹部には更に前記ヒーター回路、及び前記集積回路が配置され、
   前記リッド板及び前記貫通電極が前記ヒーター回路に熱的に接続されており、前記水晶振動片が前記リッド板及び前記貫通電極からの放射熱により加温される請求項２に記載の水晶デバイス。
6. 所定の振動数で振動し、一対の励振電極及び前記一対の励振電極から引き出された引出電極が形成された水晶振動片と、
   温度を測定する温度センサと、
   発熱するヒーター回路と、
   前記温度センサ、前記ヒーター回路、及び前記水晶振動片を制御する集積回路と、
   矩形形状に形成された底部及び前記底部の一方の面を囲むように形成される第１側面から成り、一対の接続電極が形成され、前記一対の接続電極に前記一対の引出電極が導電性接着剤を介して接合されることにより前記水晶振動片が載置され、さらに前記温度センサ及び前記ヒーター回路が形成される第１凹部と、前記底部及び前記底部の他方の面を囲むように形成される第２側面から成り、前記集積回路が配置される第２凹部と、が形成されるセラミック製のパッケージと、
   前記第１凹部を密閉し、金属材料により形成されるリッド板と、を有し、
   前記セラミック製のパッケージは、前記第１凹部の一方の側に、前記水晶振動片を載置し前記接続電極が形成された一対の載置部と、前記第１凹部の他方の側に、前記アース端子に電気的に接続される金属膜が形成された保持部とを含み、
   前記セラミック製のパッケージの前記第１側面の四方にはそれぞれ前記底部の法線方向に前記第１側面を貫通し前記保持部の前記金属膜を介して貫通電極が形成され、さらに前記水晶デバイスが実装される実装面となる前記セラミック製のパッケージの下面には、前記リッド板及び前記貫通電極に電気的に接続されるアース端子が形成されており、
   前記リッド板及び前記貫通電極が前記ヒーター回路に熱的に接続されており、前記水晶振動片が前記リッド板及び前記貫通電極からの放射熱により加温される水晶デバイス。
7. 前記水晶振動片は、前記金属膜上に形成される前記導電性接着剤に接触して保持される請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の水晶デバイス。