JP6182364B2 - 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一対の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、底部及び底部の一方の表面を囲む側面から成り、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、パッケージの底部は、側面が載置される第１上面及び第１上面の反対側の第１下面を有する第１層と、第１下面に向かい合うように第１層に接合される第２上面及び接地されるアース端子が形成される第２下面を有し、第２上面には水晶振動片の主面の面積よりも広く形成されたアース金属膜が形成される第２層と、を含む。アース端子はリッド板及びアース金属膜に電気的に接続されており、第１上面には、温度センサ、ヒーター回路、及び集積回路が配置され、リッド板及びアース金属膜がヒーター回路に熱的に接続され、リッド板及びアース金属膜にはヒーター回路から熱が伝えられて加熱され、水晶振動片がリッド板及びアース金属膜からの放射熱により加温される。

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一対の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、パッケージと、金属材料により形成されるリッド板と、を有する。パッケージには、底部及び底部の上面の周囲を囲む第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、リッド板により密閉される第１凹部と、底部及び底部の下面の周囲を囲む第２側面から成り、温度センサが配置される第２凹部と、が形成されている。また、パッケージの底部は、底部の上面を含む第１層と、底部の下面を含み第１層に接合される第２層と、により形成され、第１層と第２層との間には水晶振動片の主面の面積よりも広く形成されたアース金属膜が形成され、パッケージが実装される実装面には接地されるアース端子が形成され、アース端子がリッド板及びアース金属膜に電気的に接続されている。

第３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、を更に有し、第２凹部にはヒーター回路、及び集積回路が配置され、パッケージが実装される実装面には接地されるアース端子が形成され、アース端子がリッド板及びアース金属膜に電気的に接続されており、リッド板及びアース金属膜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アース金属膜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、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一対の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、底部及び底部の上面の周囲を囲む第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載置される第１凹部と、底部及び底部の下面の周囲を囲む第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、パッケージの底部は、底部の上面を含む第１層と、底部の下面を含み第１層に接合される第２層と、を含み、第１層と第２層との間には水晶振動片の主面の面積よりも広く形成されたアース金属膜が形成され、パッケージが実装される実装面には接地されるアース端子が形成され、アース端子がリッド板及びアース金属膜が互いに電気的に接続されており、さらにリッド板及びアース金属膜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アース金属膜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１観点から第４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、水晶振動片は、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。 図１のＡ−Ａ断面図である。 （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。 （ｃ）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の断面図である。 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−Ｙ’軸側の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’軸方向に凹んだ凹部１２１が形成されている。接合面１２２ａには凹部１２１を囲むように枠状金属膜１２７ａが形成されており、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１５２ａ（図２参照）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、パッケージ１２０の底部を形成する第１層１２０ａ及び第２層１２０ｂと、凹部１２１の側面を形成する第３層１２０ｃ及び第４層１２０ｄと、により構成されている。すなわち、パッケージ１２０は、第１層１２０ａ、第２層１２０ｂ、第３層１２０ｃ、及び第４層１２０ｄ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３層１２０ｃは、パッケージ１２０の＋Ｙ’軸側に配置され、第３層１２０ｃの＋Ｙ’軸側の面には接合面１２２ａが形成されている。第４層１２０ｄは、第３層１２０ｃの−Ｙ’軸側の面に接合されて配置されている。第４層１２０ｄは載置部１２３及び保持部１２８を含む層である。第１層１２０ａは、第４層１２０ｄの−Ｙ’軸側の面に配置されている。第１層１２０ａの＋Ｙ’軸側の面を第１上面１２２ｂとし、−Ｙ’軸側の面を第１下面１２２ｃ（図２参照）とすると、第１上面１２２ｂは凹部１２１内に面し、第４層１２０ｄが重ねられる。第２層１２０ｂは、第１層１２０ａの−Ｙ’軸側の面である第１下面１２２ｃに接合されるように配置されている。第２層１２０ｂの＋Ｙ’軸側の面を第２上面１２２ｄ（図２参照）とし、−Ｙ’軸側の面を第２下面１２２ｅとすると、第２上面１２２ｄには第１層１２０ａが重ねられ、第２下面１２２ｅには外部端子１２５が形成される。第２下面１２２ｅに形成される外部端子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は後述される図３（ａ）から図３（ｃ）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。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とを電気的に接続する。

また、水晶デバイス１００のパッケージ１２０の第２層１２０ｂの第２上面１２２ｄ上には、アース金属膜１２７ｃが形成されている。すなわち、アース金属膜１２７ｃは、第１層１２０ａと第２層１２０ｂとの間に挟まれるようにして形成されている。アース金属膜１２７ｃは、第２層１２０ｂの外周には形成されていないものの、それ以外の第２層１２０ｂ上の殆どの領域に形成されている（図３（ｃ）参照）。さらに、水晶デバイス１００のパッケージ１２０に形成される枠状金属膜１２７ａとアース端子１２５ａとは、パッケージ１２０をＹ’軸方向に貫通する貫通電極１２６ａにより互いに電気的に接続されている。そのため、リッド板１３０はアース端子１２５ａに電気的に接続される。また、アース金属膜１２７ｃ及び金属膜１２７ｂも貫通電極１２６ａに電気的に接続されているため、アース金属膜１２７ｃ及び金属膜１２７ｂもアース端子１２５ａに電気的に接続される。

図２では、プリント基板１５０上に形成される電極１５０ａが示されており、水晶デバイス１００のアース端子１２５ａがハンダ１５３を介して電極１５０ａ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、ヒーター回路で熱を発生させて電極１５０ａに熱を送ることができるようになっている。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を介してアース金属膜１２７ｃ、金属膜１２７ｂ、及びリッド板１３０に送られて、これらを加温する。さらに、加温されたリッド板１３０及びアース金属膜１２７ｃ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２に示されるように、水晶振動片１１０は水晶デバイス１００の凹部１２１内でリッド板１３０及びアース金属膜１２７ｃにＹ’軸方向に挟まれるように載置されているため、水晶振動片１１０は＋Ｙ’軸側及び−Ｙ’軸側からそれぞれ加温されることになる。また、金属膜１２７ｂから導電性接着剤１５２ｂを介して熱が水晶振動片１１０に伝わることによっても水晶振動片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。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、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。

図３（ｂ）は、第４層１２０ｄ及び第１層１２０ａの上面図である。図３（ｂ）では、第４層１２０ｄの＋Ｙ’軸側の面及び凹部１２１内に露出した第１層１２０ａ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’軸側の面である第２下面１２２ｅ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の第２下面１２２ｅの四隅には外部端子１２５が形成されている。第２下面１２２ｅ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、第２下面１２２ｅ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１２６ｂ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４層１２０ｄの＋Ｙ’軸側の面を介して第４層１２０ｄの＋Ｘ軸側の−Ｚ’軸側の角に引き出され、さらに貫通電極１２６ｂを介して第２下面１２２ｅの＋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。一方、保持部１２８に形成されている金属膜１２７ｂは、第４層１２０ｄの＋Ｙ’軸側の面を介して第４層１２０ｄの＋Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側の角に引き出され、さらに貫通電極１２６ａを介して第２下面１２２ｅの＋Ｘ軸側のアース端子１２５ａに導通する。

図３（ｃ）は、第４層１２０ｄ及び第１層１２０ａの上面図である。図３（ｃ）では、第４層１２０ｄの＋Ｙ’軸側の面及び凹部１２１内に露出した第１層１２０ａの＋Ｙ’軸側の面と共に、第２層１２０ｂの＋Ｙ’軸側の面に形成されているアース金属膜１２７ｃがパッケージ１２０を透過して点線で示されている。アース金属膜１２７ｃは、貫通電極１２６ｂ及びその周囲と第２層１２０ｂの外周付近以外の第２層１２０ｂ上のほぼ全ての領域に形成されている。その為、アース金属膜１２７ｃが形成される面積は水晶振動片１１０の主面の面積よりも広く、水晶振動片１１０の−Ｙ’軸側を覆うように形成されている。アース金属膜１２７ｃは、貫通電極１２６ａに電気的に接続されている。そのため、アース金属膜１２７ｃは、アース端子１２５ａに電気的に接続される。

図２に示されたように、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の主面である＋Ｙ’軸側の面及び−Ｙ’軸側の面を加温するリッド板１３０及びアース金属膜１２７ｃに覆われるように水晶振動片１１０が挟まれて配置されることで水晶振動片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るため、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。

さらに、水晶デバイス１００では、金属膜１２７ｂから導電性接着剤１５２ｂを介して水晶振動片１１０を直接温めることができる。このことによっても、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。ＬＳＩ１４０は、温度を測定する温度センサ、発熱するヒーター回路、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（ｂ）は、水晶デバイス２００の断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ断面を含んでいる。ＬＳＩ１４０は外部端子１２５及び接続電極１２４に電気的に接続される。また、ＬＳＩ１４０はリッド板１３０、金属膜１２７ｂ、及びアース金属膜１２７ｃに熱的、電気的に接続されており、ＬＳＩ１４０にて発生した熱がリッド板１３０、金属膜１２７ｂ、及びアース金属膜１２７ｃに伝熱される。

図５は、水晶デバイス２００の回路図である。図５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５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が第２下面１２２ｅの＋Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側、出力端子１２５ｄが第２下面１２２ｅの＋Ｘ軸側の−Ｚ’軸側、入力端子１２５ｅが第２下面１２２ｅの−Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側、及び電源端子１２５ｃが第２下面１２２ｅ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はアース金属膜１２７ｃ又は貫通電極１２６ａに熱的に接続されており、ヒーター回路１４２で発生した熱がアース金属膜１２７ｃ、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、アース金属膜１２７ｃ、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、リッド板１３０及びアース金属膜１２７ｃ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、ＬＳＩ１４０に含まれるヒーター回路１４１によりリッド板１３０、金属膜１２７ｂ、及びアース金属膜１２７ｃを早く加熱することができる。そのため、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６（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。第１凹部３２１内の−Ｙ’軸側の面である第１上面３２１ｂ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３２６ｂ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’軸側の面である第２下面３２２ｃ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、パッケージ３２０の底部を形成する第１層３２０ａ及び第２層３２０ｂと、第１凹部３２１の側面を形成する第３層３２０ｃ及び第２凹部３２２の側面を形成する第４層１２０ｄと、により構成されている。すなわち、パッケージ３２０は、第１層３２０ａ、第２層３２０ｂ、第３層３２０ｃ、及び第４層３２０ｄ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３層３２０ｃはパッケージ３２０の＋Ｙ’軸側に配置されており、第３層３２０ｃの＋Ｙ’軸側の面には接合面３２１ａが形成されている。第３層３２０ｃは、第１凹部３２１の側面を形成する層である。第１層３２０ａは、第３層３２０ｃの−Ｙ’軸側の面に配置されている。第１層３２０ａの＋Ｙ’軸側の面を第１上面３２１ｂとし、−Ｙ’軸側の面を第１下面３２１ｃとすると、第１上面３２１ｂは第１凹部３２１内に面し、第３層３２０ｃが重ねられる。第２層３２０ｂは、第１層３２０ａの−Ｙ’軸側の面に配置されている。第２層３２０ｂの＋Ｙ’軸側の面を第２上面３２２ｂとし、−Ｙ’軸側の面を第２下面３２２ｃとすると、第２上面３２２ｂには第１層３２０ａが重ねられ、第２下面３２２ｃが第２凹部３２２内に面する。第１層３２０ａ及び第２層３２０ｂは、第１凹部３２１と第２凹部３２２との間を仕切っている。また、第１層３２０ａと第２層３２０ｂとの間であり、第２上面３２２ｂ上にはアース金属膜３２７ｃが形成されている。アース金属膜３２７ｃは、第２上面３２２ｂの外周及びアース金属膜３２７ｃが電気的に接続されない貫通電極３２６ｂ等が貫通する領域及びその周囲を除き、第２上面３２２ｂの殆どの領域を覆うように形成されている。第４層３２０ｄは第２層３２０ｂの−Ｙ’軸側の面に配置されており、第２凹部３２２の側面を形成する層である。第４層３２０ｄの−Ｙ’軸側の面には外部端子３２５が形成される実装面３２２ａとなる。

水晶デバイス３００では、温度センサ１４１が第２凹部３２２内の第２下面３２２ｃに配置されるため、温度センサ１４１がアース金属膜３２７ｃからの放射熱を受ける。これにより、温度センサ１４１の温度を測定することにより水晶振動片１１０の温度を予測することができ、この温度センサ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することができる。また、温度センサ１４１は接着剤によりパッケージに固定される場合がある。水晶デバイス３００では、このような場合に水晶振動片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６（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下面３２２ｃ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、アース金属膜３２７ｃ、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を介してアース金属膜３２７ｃ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、アース金属膜３２７ｃ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、アース金属膜３２７ｃ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がアース金属膜３２７ｃ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アース金属膜３２７ｃ及びリッド板１３０に反映されやすくなる。そのため、アース金属膜３２７ｃ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７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内の−Ｙ’軸側の面である第１上面５２１ｂ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は貫通電極５２６ａを介してリッド板１３０、アース金属膜５２７ｃ、及び金属膜５２７ｂを加温する。一対の接続電極５２４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。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’軸側の面である第２下面５２２ｃには、水晶振動片１１０、温度センサ１４１、及びヒーター回路１４２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、パッケージ５２０の底部を形成する第１層５２０ａ及び第２層５２０ｂと、第１凹部５２１の側面を形成する第３層５２０ｃ及び第４層５２０ｄと、第２凹部３２２の側面を形成する第５層５２０ｅと、により構成されている。すなわち、パッケージ５２０は、第１層５２０ａ、第２層５２０ｂ、第３層５２０ｃ、第４層５２０ｄ、及び第５層５２０ｅ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３層５２０ｃはパッケージ５２０の＋Ｙ’軸側に配置されており、第３層５２０ｃの＋Ｙ’軸側の面には接合面５２１ａが形成されている。第４層５２０ｄは、第３層５２０ｃ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３層５２０ｃ及び第４層５２０ｄは、第１凹部５２１の側面を形成している。第１層５２０ａは、第４層５２０ｄの−Ｙ’軸側に配置される。第１層５２０ａの＋Ｙ’軸側の面を第１上面５２１ｂとし、−Ｙ’軸側の面を第１下面５２１ｃとすると、第１上面５２１ｂは第１凹部５２１内に面し、第４層５２０ｄが重ねられる。第２層５２０ｂは、第１層５２０ａの−Ｙ’軸側の面に配置されている。第２層５２０ｂの＋Ｙ’軸側の面を第２上面５２２ｂとし、−Ｙ’軸側の面を第２下面５２２ｃとすると、第２上面５２２ｂには第１層５２０ａが重ねられ、第２下面５２２ｃが第２凹部５２２内に面する。第１層５２０ａ及び第２層５２０ｂは、第１凹部５２１と第２凹部５２２との間を仕切っている。また、第１層５２０ａと第２層５２０ｂとの間であり、第２上面５２２ｂ上にはアース金属膜５２７ｃが形成されている。アース金属膜５２７ｃは、第２上面５２２ｂの外周及びアース金属膜５２７ｃが電気的に接続されない貫通電極５２６ｂ等が貫通する領域及びその周囲を除き、第２上面５２２ｂの殆どの領域を覆うように形成されている。第５層５２０ｅは第２層５２０ｂ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５層５２０ｅの−Ｙ’軸側の面には外部端子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が配置されているため、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２００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１５２ｂ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
１２０ｄ、３２０ｄ、５２０ｄ … 第４層
１２１ … 凹部
１２２ａ、３２１ａ、５２１ａ … 接合面
１２２ｂ、３２１ｂ、５２１ｂ … 第１上面
１２２ｃ、３２１ｃ、５２１ｃ … 第１下面
１２２ｄ、３２２ｂ、５２２ｂ … 第２上面
１２２ｅ、３２２ｃ、５２２ｃ … 第２下面
１２３、５２３ … 載置部
１２４、３２４ … 接続電極
１２５、３２５ … 外部端子
１２５ａ、３２５ａ … 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、３２６ａ、３２６ｂ、５２６ａ、５２６ｂ … 貫通電極
１２７ａ、３２７ａ … 枠状金属膜
１２７ｂ、５２７ｂ … 金属膜
１２７ｃ、３２７ｃ、５２７ｃ … アース金属膜
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
１５１ … シームリング
１５２ａ、１５２ｂ … 導電性接着剤
１５３ … ハンダ
３２１、５２１ … 第１凹部
３２２、５２２ … 第２凹部
３２２ａ、５２２ａ … 実装面
５２０ｅ … 第５層

Claims (6)

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一対の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、
   底部及び前記底部の一方の表面を囲む側面から成り、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、
   前記パッケージの前記底部は、前記側面が載置される第１上面及び前記第１上面の反対側の第１下面を有する第１層と、前記第１下面に向かい合うように前記第１層に接合される第２上面及び接地されるアース端子が形成される第２下面を有し、前記第２上面には前記水晶振動片の主面の面積よりも広く形成されたアース金属膜が形成される第２層と、を含み、
   前記アース端子が前記リッド板及び前記アース金属膜に電気的に接続されており、
   前記第１上面には、前記温度センサ、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アース金属膜が前記ヒーター回路に熱的に接続され、前記リッド板及び前記アース金属膜には前記ヒーター回路から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アース金属膜からの放射熱により加温される水晶デバイス。
2. 前記第１凹部内には、温度を測定する温度センサと、前記リッド板及び前記アース金属膜に熱的に接続され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、が配置される請求項１に記載の水晶デバイス。
3. 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一対の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、
   底部及び前記底部の上面の周囲を囲む第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下面の周囲を囲む第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、
   前記パッケージの前記底部は、前記底部の上面を含む第１層と、前記底部の下面を含み前記第１層に接合される第２層と、により形成され、前記第１層と前記第２層との間には前記水晶振動片の主面の面積よりも広く形成されたアース金属膜が形成され、
   前記パッケージが実装される実装面には接地されるアース端子が形成され、前記アース端子が前記リッド板及び前記アース金属膜に電気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アース金属膜からの放射熱により加温される水晶デバイス。
4. 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、
   前記第２凹部には前記ヒーター回路、及び前記集積回路が配置され、
   前記パッケージが実装される実装面には接地されるアース端子が形成され、前記アース端子が前記リッド板及び前記アース金属膜に電気的に接続されており、前記リッド板及び前記アース金属膜が前記ヒーター回路に熱的に接続されている請求項３に記載の水晶デバイス。
5. 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一対の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、
   底部及び前記底部の上面の周囲を囲む第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載置される第１凹部と、前記底部及び前記底部の下面の周囲を囲む第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、
   前記パッケージの前記底部は、前記底部の上面を含む第１層と、前記底部の下面を含み前記第１層に接合される第２層と、を含み、前記第１層と前記第２層との間には前記水晶振動片の主面の面積よりも広く形成されたアース金属膜が形成され、
   前記パッケージが実装される実装面には接地されるアース端子が形成され、前記アース端子が前記リッド板及び前記アース金属膜が互いに電気的に接続されており、さらに前記リッド板及び前記アース金属膜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アース金属膜からの放射熱により加温される水晶デバイス。
6. 前記第１凹部の一方の側には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が形成され、
   前記第１凹部の他方の側には、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が形成され、
   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５のいずれか一項に記載の水晶デバイス。