JP6369707B2 - 圧電発振装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電発振装置及びその製造方法に関する。

圧電発振装置の一態様として、恒温機能を設けることによって圧電振動子の温度を一定に保ち、これにより高い周波数安定度を実現した恒温槽型の圧電発振装置が知られている。例えば特許文献１には、底板部材と、プリント基板部と、プリント基板部に設けられた圧電振動子と、プリント基板部に設けられたヒータ部と、プリント基板部に設けられた複数の電子素子と、蓋材とを備えた恒温槽付圧電発振器が開示されている。ここで圧電振動子は、圧電片と圧電片に形成された励振電極とを含む圧電振動素子を備える。このような圧電発振器においては、圧電振動子が設けられたプリント基板部が、複数の接続ピンを介して底板部材から所定の間隔をあけて保持されている。

特開２０１５−８００８２号公報

しかしながら、かかる構成においては、プリント基板部と底板部材との間に設けられた接続ピンが金属によって形成されており、熱伝導率が比較的高く、プリント基板部に設けられたヒータ部からの熱が複数の接続ピンを介して底板部材へ放熱されやすかった。このため、圧電振動子内の圧電振動素子を所定の温度状態に維持するためには、大きな熱量及び消費電力を必要とする課題を有していた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、圧電振動素子を効率的に加熱し、消費電力の低減を図ることができる圧電発振装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る圧電発振装置は、圧電振動素子を含む圧電振動子と、圧電振動素子を加熱する加熱素子と、圧電振動素子と電気的に接続された電子部品と、圧電振動子、加熱素子及び電子部品が搭載された基板と、基板が基板保持部材を介して所定の間隔をあけて取り付けられたベース部材とを備え、基板保持部材が導通部を有し、前記導通部が金属よりも低い熱伝導率を有する。

上記構成によれば、加熱素子が設けられた基板を、金属よりも低い熱伝導率を有する導通部を含む基板保持部材によって、ベース部材上保持する。そのため、加熱素子による熱が基板保持部材を介して外部へ放出される熱量を抑制することができる。したがって、圧電振動素子を効率的に加熱し、消費電力の低減化を図ることができる圧電発振装置を提供することができる。

本発明の他の一側面に係る圧電発振装置の製造方法は、（ａ）圧電振動素子を有する圧電振動子と、圧電振動素子を加熱する加熱素子と、圧電振動素子と電気的に接続された電子部品とをそれぞれ基板に搭載すること、（ｂ）基板をベース部材上に保持するための基板保持部材を形成すること、及び、（ｃ）基板を、基板保持部材を介して所定の間隔をあけてベース部材に取り付けることを含み、基板保持部材は導通部を含み、（ｂ）において、導通部を金属よりも低い熱伝導率を有する材質で形成する。

上記構成によれば、加熱素子が設けられた基板を、金属製の接続ピンよりも低い熱伝導率を有する導通部を含む基板保持部材によって、ベース部材上に保持する。そのため、加熱素子による熱が基板保持部材を介して外部へ放出される熱量を抑制することができる。したがって、圧電振動素子を効率的に加熱し、消費電力の低減を図ることができる圧電発振装置の製造方法を提供することができる。

本発明によれば、圧電振動素子を効率的に加熱し、消費電力の低減を図ることができる圧電発振装置及びその製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置の分解斜視図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置の分解斜視図である。 図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図４Ａは、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置の基板保持部材を説明するための図である。 図４Ｂは、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置の基板保持部材を説明するための図である。 図４Ｃは、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置の基板保持部材を説明するための図である。 図４Ｄは、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置の基板保持部材を説明するための図である。 図４Ｅは、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置の基板保持部材を説明するための図である。 図４Ｆは、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置の基板保持部材を説明するための図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置の基板保持部材の変形例を示す図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。 図７Ａは、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置の製造方法を説明するための図である。 図７Ｂは、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置の製造方法を説明するための図である。 図７Ｃは、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置の製造方法を説明するための図である。 図７Ｄは、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置の製造方法を説明するための図である。 図７Ｅは、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置の製造方法を説明するための図である。 図７Ｆは、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置の製造方法を説明するための図である。 図８Ａは、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置の製造方法を説明するための図である。 図８Ｂは、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置の製造方法を説明するための図である。 図８Ｃは、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置の製造方法を説明するための図である。 図９Ａは、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置の製造方法を説明するための図である。 図９Ｂは、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置の製造方法を説明するための図である。 図９Ｃは、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置の製造方法を説明するための図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。

図１〜図５を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る圧電発振装置を説明する。ここで、図１は圧電発振装置の分解斜視図、図２は図１の圧電発振装置の一部である圧電振動子の分解斜視図、及び、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図４及び図５は圧電発振装置の基板保持部材を説明するための図である。

図１に示すように、本実施形態に係る圧電発振装置１は、圧電振動子５０と、加熱素子６０と、電子部品６２と、所定の電極（図示しない）が形成された基板７０と、リッド部材８０と、ベース部材９０、基板保持部材９４とを含む。基板７０の一方の主面には、圧電振動子５０が搭載され、基板７０の他方の主面には圧電振動子５０を加熱するための加熱素子６０、及び、圧電振動子５０と電気的に接続された電子部品６２がそれぞれ搭載されている。かかる基板７０は、基板保持部材９４を介して所定の間隔をあけてベース部材９０に取り付けられている。ベース部材９０には、リッド部材８０が取り付けられており、これによって圧電振動子５０及び基板７０がその内部に収容されている。すなわち、リッド部材８０及びベース部材９０は、圧電振動子５０、加熱素子６０及び電子部品６２を収容するためのケース又はパッケージの役割を果たすものである。以下、各構成要素について具体的に説明する。

まず、圧電振動子５０について説明する。図２に示すように、本実施形態に係る圧電振動子５０は、圧電振動素子１０と、リッド部材の一例であるキャップ２０と、ベース部材の一例である基板３０とを備える。キャップ２０及び基板３０は、圧電振動素子１０を収容するためのケース又はパッケージである。

圧電振動素子１０は、圧電片１１と、圧電片１１に形成された第１及び第２励振電極１４ａ，１４ｂとを含む。第１励振電極１４ａは、圧電片１１の主面である第１面１２ａに形成され、また、第２励振電極１４ｂは、圧電片１１の第１面１２ａとは反対の主面である第２面１２ｂに形成されている。

圧電片１１は、所与の圧電材料から形成されている。その材料は特に限定されるものではない。図２に示す例では、圧電片１１は、ＡＴカットされた水晶片である。この場合、圧電振動素子１０は水晶振動素子である。また、圧電振動子５０は水晶振動子である。ＡＴカットの水晶基板は、人工水晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうち、Ｙ軸及びＺ軸をＸ軸の周りにＹ軸からＺ軸の方向に３５度１５分±１分３０秒回転させた軸をそれぞれＹ´軸及びＺ´軸とした場合、Ｘ軸及びＺ´軸によって特定される面（以下、「ＸＺ´面」と呼ぶ。他の軸によって特定される面についても同様である。）と平行な面を主面として切り出されたものである。図２に示す例では、ＡＴカット水晶基板である圧電片１１は、Ｚ´軸と平行な長辺と、Ｘ軸に平行な短辺と、Ｙ´軸方向に平行な厚さ方向を有しており、ＸＺ´面において長方形をなしている。ＡＴカット水晶基板を用いた水晶振動子は、広い温度範囲で高い周波数安定性を有し、また、経時変化特性にも優れている上、低コストで製造することが可能である。ＡＴカット水晶振動子は、厚みすべり振動モード（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｓｈｅａｒ Ｍｏｄｅ）を主振動として用いられる。

なお、本実施形態に係る圧電片は上記構成に限定されるものではない。例えば、Ｘ軸方向に平行な長手方向と、Ｚ´軸方向に平行な短手方向とを有するＡＴカット水晶基板を適用してもよい。あるいは、ＡＴカット以外の異なるカット（例えばＢＴカットなど）の水晶基板であってもよいし、水晶以外のセラミックなどのその他の圧電材料を適用してもよい。

第１励振電極１４ａは、圧電片１１の第１面１２ａ（Ｙ´軸正方向側のＸＺ´面）に形成され、また、第２励振電極１４ｂは、圧電片１１の第１面１２ａとは反対の第２面１２ｂ（Ｙ´軸負方向側のＸＺ´面）に形成されている。第１及び第２励振電極１４ａ，１４ｂは一対の電極であり、ＸＺ´面を平面視した場合、圧電片１１を介して互いに重なり部分を有している。各励振電極１４ａ，１４ｂはＸＺ´面において長方形をなしていてもよい。この場合、励振電極１４ａ、１４ｂの長手方向が圧電片１１の長手方向と一致する向きに配置されていてもよい。

圧電片１１には、第１励振電極１４ａに引出電極１５ａを介して電気的に接続された接続電極１６ａと、第２励振電極１４ｂに引出電極１５ｂを介して電気的に接続された接続電極１６ｂとが形成されている。具体的には、引出電極１５ａは、第１面１２ａにおいて第１励振電極１４ａからＺ´軸負方向側短辺に向かって引き出され、さらに圧電片１１のＺ´軸負方向側の側面を通って、第２面１２ｂに形成された接続電極１６ａに接続されている。他方、引出電極１５ｂは、第２面１２ｂにおいて第２励振電極１４ｂからＺ´軸負方向側短辺に向かって引き出され、第２面１２ｂに形成された接続電極１６ｂに接続されている。接続電極１６ａ，１６ｂは、Ｚ´軸負方向側の短辺に沿って配置され、これらの接続電極１６ａ，１６ｂは、後述する導電性保持部材３６ａ，３６ｂを介して基板３０に電気的導通を図るとともに機械的に保持される。なお、本実施形態において、接続電極１６ａ，１６ｂ及び引出電極１５ａ，１５ｂの配置やパターン形状は限定されるものではなく、他の部材との電気的接続を考慮して適宜変更することができる。

第１及び第２励振電極１４ａ，１４ｂを含む上記各電極は、例えば、下地をクロム（Ｃｒ）層で形成し、クロム層の表面に金（Ａｕ）層を形成してもよい。電極の材料は実施形態に限定されるものではない。

図３に示すように、キャップ２０は、基板３０の第１面３２ａに対向して開口した凹部２４を有する。凹部２４には、開口の全周に亘って、凹部２４の底面から立ち上がるように形成された側壁部２２が設けられている。また、キャップ２０は、凹部２４の開口縁において基板３０の第１面３２ａに対向する対向面２６を有している。キャップ２０は、側壁部２２からさらに開口外方向へ突出するフランジ部２８を有していてもよく、この場合、フランジ部２８が対向面２６を有している。これによれば、フランジ部２８と基板３０を接合することによって、両者の接合面積を大きくすることができる。したがって、両者の接合強度の向上を図ることができる。

なお、本実施形態においてキャップ２０の形状は特に限定されるものではなく、例えば、フランジ部２８を有しておらず、凹部２４の底面から略垂直に立ち上げ形成された側壁部２２の先端が基板３０と接合されてもよい。

キャップ２０の材質は特に限定されるものではないが、例えば金属などの導電材料で構成されていてもよい。これによれば、キャップ２０を接地電位に電気的に接続させることによって、より優れた電磁シールド機能を付加することができる。あるいは、キャップ２０は、絶縁材料又は導電材料・絶縁材料の複合構造であってもよい。

図２に示すように、基板３０の第１面３２ａ（上面）には、圧電振動素子１０が搭載される。図２に示す例では、基板３０は、Ｚ´軸方向に平行な長手方向と、Ｘ軸方向に平行な短手方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さ方向を有しており、ＸＺ´面において長方形をなしている。基板３０は、例えば絶縁性セラミックで形成されてもよい。あるいは、基板３０は、ガラス材料、水晶材料又はガラスエポキシ樹脂などで形成してもよい。基板３０は、単層であっても複数層であってもよく、複数層である場合、第１面３２ａの最表層に形成された絶縁層を含んでもよい。また、基板３０は、平板な板状をなしてもよいし、あるいは、キャップ２０に対向する向きに開口した凹状をなしてもよい。図３に示すように、キャップ２０及び基板３０の両者が接合材４０を介して接合されることによって、圧電振動素子１０が、キャップ２０の凹部２４と基板３０とによって囲まれた内部空間（キャビティ）２３に密封封止される。

接合材４０は、キャップ２０又は基板３０の全周に亘って設けられており、キャップ２０の側壁部２２の対向面２６と、基板３０の第１面３２ａとの間に介在している。接合材４０は絶縁性材料からなるものであってもよい。絶縁性材料としては、例えばガラス材料（例えば低融点ガラス）であってもよく、あるいは、樹脂材料（例えばエポキシ系樹脂）であってもよい。これらの絶縁性材料によれば、金属接合に比べて加熱温度を抑えることができ、製造設備の簡易化を図ることができる。なお、キャップ２０の電磁シールド機能を高める場合には、キャップ２０に対する電気的接続を確保しつつキャップ２０が基板３０に接合材４０を介して接合されればよい。

図３に示す例では、圧電振動素子１０は、その一方端（導電性保持部材３６ａ，３６ｂ側の端部）が固定端であり、その他方端が自由端となっている。なお、変形例として、圧電振動素子１０は、長手方向の両端において基板３０に固定されていてもよい。

図２に示すように、基板３０は、第１面３２ａに形成された接続電極３３ａ，３３ｂと、接続電極３３ａ，３３ｂから第１面３２ａの外縁に向かって引き出される引出電極３４ａ，３４ｂとを含む。引出電極３４ａ，３４ｂは、圧電振動素子１０が基板３０の第１面３２ａの略中央に配置することができるように、基板３０の外縁よりも内側に配置されている。

接続電極３３ａには、導電性保持部材３６ａを介して、圧電振動素子１０の接続電極１６ａが接続され、他方、接続電極３３ｂには、導電性保持部材３６ｂを介して、圧電振動素子１０の接続電極１６ｂが接続される。

引出電極３４ａは、接続電極３３ａから基板３０のいずれか１つのコーナー部に向かって引き出され、他方、引出電極３４ｂは、接続電極３３ｂから基板３０の他の１つのコーナー部に向かって引き出されている。また、基板３０の各コーナー部には、複数の外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄが形成されており、図２に示す例では、引出電極３４ａがＸ軸負方向及びＺ´軸負方向側のコーナー部に形成された外部電極３５ａに接続され、他方、引出電極３４ｂがＸ軸正方向及びＺ´軸正方向側のコーナー部に形成された外部電極３５ｂに接続されている。また図２に示すように、残りのコーナー部にも、外部電極３５ｃ，３５ｄが形成されていてもよい。また、これらの外部電極は、圧電振動素子１０の励振電極とは電気的に接続されないダミー電極であってもよい。さらに基板３０に搭載される電子部品とも電気的に接続されないダミー電極であってもよい。このようにダミー電極を形成することにより、外部電極を形成するための導電材料の付与が容易になり、また、全てのコーナー部に外部電極を形成することができるため、圧電振動子を他の部材に接合する処理工程も容易となる。なお、ダミー電極外部電極３５ｃ，３５ｄに代えて、接地電位が供給される接地用電極であってもよい。キャップ２０が導電性材料からなる場合、キャップ２０を接地電位である外部電極３５ｃ，３５ｄに接続することによって、キャップ２０により優れた電磁シールド機能を付加することができる。

図２に示す例では、基板３０のコーナー部は、その一部が円筒曲面状（キャスタレーション形状とも呼ばれる。）に切断して形成された切り欠き側面を有しており、外部電極３５ａ〜３５ｄは、このような切り欠き側面及び第２面３２ｂにかけて連続的に形成されている。なお、基板３０のコーナー部の形状はこれに限定されるものではなく、切り欠きの形状は平面状であってもよく、切り欠きがなく、平面視して四隅が直角な矩形状であってもよい。

なお、基板３０の接続電極、引出電極及び外部電極の各構成は上述の例に限定されるものではなく、様々に変形して適用することができる。例えば、接続電極３３ａ，３３ｂは、一方がＺ´軸正方向側に形成され、他方がＺ´軸負方向側に形成されるなど、基板３０の第１面３２ａ上において互いに異なる側に配置されていてもよい。このような構成においては、圧電振動素子１０が、長手方向の一方端及び他方端の両方において基板３０に支持されることになる。また、外部電極の個数は４つに限るものではなく、対角上に配置された２つであっても同様の効果を得られる。また、外部電極はコーナー部に配置されたものに限らず、コーナー部を除く基板３０のいずれかの側面に１つ以上形成されてもよい。この場合、既に説明したとおり、側面の一部を円筒曲面状に切断した切り欠き側面を形成し、コーナー部を除く当該側面に外部電極を形成してもよい。さらに、ダミー電極である他の外部電極３５ｃ，３５ｄは形成しなくてもよい。また、基板３０に第１面３２ａから第２面３２ｂへ貫通するスルーホールを形成し、このスルーホールによって第１面３２ａに形成した接続電極から第２面３２ｂへ電気的導通を図ってもよい。

図２に示す圧電振動子５０においては、基板３０の外部電極３５ａ，３５ｂを介して、圧電振動素子１０における一対の第１及び第２励振電極１４ａ，１４ｂの間に交流電圧を印加することにより、厚みすべり振動モードなどの所定の振動モードで圧電片１１が振動し、該振動に伴う共振特性が得られる。

図１に戻り、圧電発振装置１の他の構成要素について説明する。

図１に示す例では、基板７０の主面である第１面７２ａに圧電振動子５０が搭載され、基板７０の第１面７２ａとは反対の主面である第２面７２ｂに加熱素子６０及び電子部品６２が搭載されている。基板７０には図示しない所定の電極が形成されており、当該配線に圧電振動子５０、加熱素子６０及び電子部品６２がそれぞれ電気的に接続されている。なお、基板３０を用いずに、基板７０の主面である第１面７２ａに圧電振動素子１０を搭載することができる。このとき、基板７０に設けられた接続電極３３ａには、導電性保持部材３６ａを介して、圧電振動素子１０の接続電極１６ａが接続され、他方、基板７０に設けられた接続電極３３ｂには、導電性保持部材３６ｂを介して、圧電振動素子１０の接続電極１６ｂが接続される。

加熱素子６０は、圧電振動子５０に対する熱供給の効果を高めるために圧電振動子５０に近接して配置されてもよい。例えば、図１に示すように、加熱素子６０は、基板７０における圧電振動子５０の上面とは反対の面である第２面７２ｂに、圧電振動子５０と少なくとも一部同士が重なる領域に設けられていてもよい。あるいは、変形例として、加熱素子６０は、基板７０における圧電振動子５０が搭載された側である第１面７２ａに、圧電振動子５０に近接して設けられていてもよい。

電子部品６２は、圧電振動素子１０に電気的に接続され、クロック信号等の基準信号を生成するための発振回路を構成する。電子部品６２は、基板７０に形成された電極（図示しない）を介して圧電振動子５０に電気的に接続され、また、ベース部材９０に形成された電極（図示しない）を経由して圧電発振装置１の外部（例えば回路基板）と電気的に接続可能なように構成されている。電子部品６２は、例えば集積回路素子である。集積回路素子は、発振回路のほか、圧電振動子５０が所与の動作を行うために必要な所定の回路を備えていてもよい。例えば、集積回路素子は、クロック信号等の基準信号を生成するための発振回路と、圧電振動素子１０の温度を検知する温度センサ回路と、温度センサ回路を制御する制御回路とを備えていてもよい。図１に示す例では加熱素子６０は電子部品６２とは別個の構成要素となっているが、変形例として、電子部品６２の一例である集積回路素子が、加熱素子を制御する制御回路をさらに備えていてもよく、さらに加熱素子を備えていてもよい。

なお、基板７０には他の一つ以上の電子部品（能動素子又は受動素子を問わない）が搭載されてもよい。また、集積回路素子に内蔵される各種の回路をそれぞれ別々の電子部品として構成し、それらを基板７０の第１面７２ａ及び／又は第２面７２ｂに搭載してもよい。

基板７０の材質は特に限定されるものではないが、例えば、絶縁性セラミックで形成されてもよい。あるいは、基板７０は、ガラス材料、水晶材料又はガラスエポキシ樹脂などで形成してもよい。

リッド部材８０は、例えば図３に示すようなキャップであり、基板７０の第１面７２ａに対向して開口した凹部８４を有する。凹部８４には、開口の全周に亘って、凹部８４の底面から立ち上がるように形成された側壁部８２が設けられている。また、リッド部材８０であるキャップは、凹部８４の開口縁において基板７０の第１面７２ａに対向する対向面８６を有している。図３に示す例では、凹部８４の底面から略垂直に立ち上げ形成された側壁部８２の先端が基板７０と接合されている。あるいは、変形例として、リッド部材が圧電振動子５０のキャップ２０と同様のフランジ部を有していてもよい。

リッド部材８０の材質は特に限定されるものではないが、例えば金属などの導電材料で構成されていてもよい。これによれば、リッド部材８０を接地電位に電気的に接続させることによって、より優れた電磁シールド機能を付加することができる。あるいは、リッド部材８０は、絶縁材料又は導電材料・絶縁材料の複合構造であってもよい。

なお、リッド部材８０の形状は上述のキャップに限定されるものではなく、ベース部材９０との組み合わせによって圧電振動子５０を内部に収容できる構成であればその形状は問わない。例えば、基板７０の第１面７２ａに圧電振動素子１０を搭載する場合、キャップ２０の凹部２４内に圧電振動素子１０を収納するように、キャップ２０が基板７０の第１面７２ａに接合されて、リッド部材８０がベース部材９０に接合されている構成であってもよい。

ベース部材９０の主面である第１面９２ａに基板７０が保持されている。具体的には、ベース部材９０の第１面９２ａには一つ以上の基板保持部材９４（図１に示す例では４つの基板保持部材９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄ）が設けられ、この基板保持部材９４が基板７０の第２面７２ｂを支持することによって、基板７０がベース部材９０から所定の間隔をあけて保持されている。ベース部材９０には、圧電発振装置１の外部と電気的に接続するための電極（図示しない）が形成されている。なお、ベース部材９０の第１面９２ａとは反対の第２面９２ｂには、図示しない回路基板等の外部へ電気的に接続するための電極が形成されていてもよい。

ベース部材９０の材質は特に限定されるものではないが、例えば、絶縁性セラミックで形成されてもよい。あるいは、ベース部材９０は、ガラス材料、水晶材料又はガラスエポキシ樹脂などで形成してもよい。ベース部材９０の形状も特に限定されず、例えば図１に示すように平板な板状をなしてもよいし、あるいは、リッド部材８０に対向する向きに開口した凹状をなしてもよい。

図３に示すように、リッド部材８０及びベース部材９０の両者が接合材９１を介して接合されることによって、圧電振動子５０、加熱素子６０及び電子部品６２が、リッド部材８０の凹部８４とベース部材９０とによって囲まれた内部空間（キャビティ）８３に密封封止される。なお、接合材９１は、リッド部材８０及びベース部材９０の材質に応じて適切な材質を選択することができ、例えば、圧電振動子５０の接合材４０について説明した内容を適用することができる。

次に、図１、図４Ａ〜図４Ｆ及び図５を参照しつつ、本実施形態に係る基板保持部材についてさらに説明する。

基板保持部材９４は導通部からなる。かかる導通部は、基板７０に搭載された圧電振動子５０、加熱素子６０及び電子部品６２の少なくとも１つと電気的に接続されており、これらのいずれかの要素を外部に電気的に接続するためのものである。本実施形態においては基板保持部材９４の導通部が金属よりも低い熱伝導率を有している。これにより、加熱素子６０による熱が基板保持部材９４を介して外部へ放出される熱量を抑制することができ、圧電振動素子１０を効率的に加熱し、消費電力の低減を図ることができる。

基板保持部材９４の導通部は、例えばエポキシ系導電性樹脂材料である。エポキシ系導電性樹脂材料では、バインダであるエポキシ系樹脂に銀などの導電性フィラーが含有された複合材料であり、その全体を導通部とみなして機能するものである。エポキシ系導電性樹脂材料の熱伝導率は５．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、これは金属単体（例えば銅の熱伝導率は４００Ｗ／（ｍ・Ｋ））や合金（例えば洋白の熱伝導率は４０Ｗ／（ｍ・Ｋ））の熱伝導率よりも低い値である。なお、基板保持部材９４の導通部は、エポキシ系導電性樹脂材料に限らず他の系統の導電性樹脂材料であってもよい。

図１に示す例では、基板保持部材９４はその全体が導通部によって形成されている。あるいは、これに限らず、後述するように基板保持部材９４の一部が導通部によって形成されていてもよい。

図１に示すように、基板保持部材９４は柱体であってもよい。この場合、柱体における基板７０を向く側及びベース部材９０を向く側は、いずれも導通部が露出する。また柱体における側面は平面であっても曲面であってもよい。図１に示すように、基板保持部材９４のＹ´方向の高さ（例えば平均高さ）は、基板保持部材９４のＸＺ´面における幅（例えば平均幅）よりも大きい。基板保持部材９４のＸＺ´面が円状である場合、基板保持部材９４のＹ´方向の高さ（例えば平均高さ）は、基板保持部材９４のＸＺ´面における直径（例えば平均直径）よりも大きい。このように基板保持部材９４が、Ｙ´方向の高さよりＸＺ´面の横断面幅が小さい細長い形状であれば、基板保持部材９４を経由して伝達する熱量をより小さくすることができる。なお、基板保持部材の直径とは、ＸＺ´面と接する面における基板保持部材の外接円の直径であってもよい。

基板保持部材は様々な形状を採用することができる。例えば図４Ａに示すように、基板保持部材９４は柱体の側面が平面をもって構成された角柱状をなしていてもよい。角柱状の断面形状は、例えば四角形などの多角形、であってもよい。

あるいは、図４Ｂに示すように、角錐台状の1つとして四角錐台状をなす基板保持部材９５を採用してもよい。この場合、基板７０に向かって横断面幅が小さくなる形状、具体的には先細り形状をなしていてもよい。すなわち、基板保持部材９５の側面はテーパ面であってもよい。あるいは、図４Ｃに示すように、円柱状をなす基板保持部材９６を採用してもよい。あるいは、図４Ｄに示すように、円錐台状をなす基板保持部材９７を採用してもよい。あるいは、図４Ｅ及び図４Ｆに示すように複数の立体形状を組み合わせることによって基板保持部材を構成してもよい。例えば図４Ｅに示すように、角柱状の第１部分９８ａと、第１部分９８ａよりも横断面幅が大きい、角柱状の第２部分９８ｂを含む基板保持部材９８を採用してもよい。この場合、横断面幅が大きいほうをベース部材９０側に配置してもよい。また、図４Ｆに示すように、四角柱状の第１部分９９ａと、第１部分９９ａよりも横断面幅が大きい四角柱状の第２部分９９ｂを含み、第１及び第２部分９９ａ，９９ｂの両者における相対する側面同士がいずれも面一となって形成された、基板保持部材９９を採用してもよい。

なお、基板保持部材の高さ方向において横断面幅が異なる形状である場合、加熱素子６０が設けられた側である基板７０に向かって横断面幅が小さくなる形状であれば、加熱素子６０からの熱が基板７０を経由してベース部材９０に伝達する量を小さくできる。そのため、圧電振動素子１０への加熱効率がより高まる。あるいは、基板保持部材の横断面幅は、反対のベース部材９０に向かって小さくなっていてもよいし、あるいは、高さ方向の中間部が端部よりも横断面幅が小さくなっている形状であってもよい。基板保持部材を伝達して外部へ放出される熱量は、基板保持部材の横断面幅の大きさ（言い換えれば横断面積）にも依存するため、相対的に横断面幅が小さい部分が存在することにより、外部へ放出される熱量を小さくすることができる。

図１及び図４では、基板保持部材の全体が導通部によって形成された例を示したが、変形例として、図５に示すように、基板保持部材１９４が導通部１９６と、当該導通部１９６を被覆する被覆部１９８とを有していてもよい。この場合、導通部１９６は、基板７０を向く側及びベース部材９０を向く側において、被覆部１９８から露出している。また被覆部１９８は、導通部１９６よりも低い熱伝導率を有する。被覆部１９８は、絶縁性樹脂材料であってもよいし、有機及び無機の複合材によって形成してもよい。被覆部１９８は例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂又はガラスエポキシ材料などが挙げられる。なお、その他の構成については、基板保持部材の全体が導通部によって形成された場合について説明した内容が当てはまる。図５に示されるような構成によれば、基板保持部材の全体を導通部によって形成する場合に比べて、基板保持部材１９４を経由して外部へ放出される熱量をより抑制することができる。

次に、図６〜図９を参照しつつ、本実施形態に係る圧電発振装置の製造方法を説明する。ここで、図６は、本実施形態に係る圧電発振装置の製造方法を示すフローチャートである。また、図７Ａ〜図７Ｆは本実施形態に係る基板保持部材の形成方法の一例を示す図であり、図８及び図９は本実施形態に係る基板保持部材の形成方法の変形例を示す図である。

図６に示すように、圧電振動子５０、加熱素子６０及び電子部品６２をそれぞれ用意し、それらを基板７０に搭載する（Ｓ１０）。次に、基板保持部材９４を形成する（Ｓ１２）。その後、基板７０を、基板保持部材９４を介して所定の間隔をあけてベース部材９０に取り付ける（Ｓ１４）。最後に、リッド部材８０をベース部材９０に取り付ける（Ｓ１６）。こうして、圧電振動子５０、加熱素子６０及び電子部品６２が、リッド部材８０とベース部材９０とによって構成されるパッケージに収容された圧電発振装置１を得ることができる。

基板保持部材９４は様々な製法によって形成することができる。例えば、図７Ａ〜図７Ｆに示すように、シート１００に導電性樹脂ブロック１０２を形成し、その形状の整形及び個片化することによって、シート１００上に複数の基板保持部材９４を形成してもよい。

具体的には、まず、図７Ａに示すように、粘着力を有するシート１００に、ペースト状の導電性樹脂材料を塗布し、当該材料を熱などで硬化させることによって導電性樹脂ブロック１０２を形成する。次に、図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、硬化した導電性樹脂ブロック１０２を、ダイシングブレード（図示しない）を用いて、その頂面及び側面を除去加工することによって、その形状が整形された導電性樹脂ブロック１０４を得る。その後、図７Ｄ及び図７Ｅに示すように、シート１００上で導電性樹脂ブロック１０４をダイシングブレードによって分割し、導電性樹脂ブロック１０４を個片化して所定形状の複数の基板保持部材９４を得る。その後、シート１００から複数の基板保持部材９４を剥離する。例えば、シート１００は熱などによってその粘着力が低下する性質を有してもよく、この場合、シート１００を加熱することによって、複数の基板保持部材９４をシート１００から容易に取り出すことができる。最後に、図７Ｆに示すように、基板保持部材９４を、基板７０の第２面７２ｂとベース部材９０の第１面９２ａとの間に配置し、ベース部材９０上に基板保持部材９４を介して基板７０を保持させる。この場合、例えば、基板７０の第２面７２ｂ上に導電材料７３を、ベース部材９０の第１面９２ａ上に導電材料９３をそれぞれ設けておき、各導電材料７３，９３を基板保持部材９４の導通部に電気的に接続してもよい。導電材料７３，９３は、例えば半田であってもよいし、あるいは導電性接着材料であってもよい。また、基板保持部材９４の導通部のうち、電気的接続を図る部分は、予めめっき処理を施してもよい。

図７Ａ〜図７Ｆに示す製造方法によれば、比較的少ない工程数により複数の基板保持部材９４を効率良く製造することができる。また、シート１００上でダイシングブレードを用いた整形処理を行うことができるため、整形処理の自由度が高く、また整形処理自体が簡単である。

変形例として、図８Ａ〜図８Ｃに示すように、ベース部材９０上に直接、基板保持部材９４を形成してもよい。具体的には、まず、図８Ａに示すように、ベース部材９０の第１面９２ａにペースト状の導電性樹脂材料を塗布し、当該材料を熱などで硬化させることによって導電性樹脂ブロック２９２を形成する。次に、図８Ｂに示すように、硬化した導電性樹脂ブロック２９２を、その頂面及び側面を除去加工することによって整形し、所定形状の基板保持部材２９４を得る。この例では、基板保持部材２９４は、第１部分２９４ａと、第１部分２９４ａよりも横断面幅が大きい第２部分２９４ｂとを含む。基板保持部材２９４は、柱体の側面が平面をもって構成された角柱状に形成されてもよい。また、既に説明したとおり基板保持部材の柱体の側面が曲面をもって構成された円柱状又は円錐台に形成されてもよく、この場合は、図８Ａに示すようにペースト状の導電性樹脂材料を熱などで硬化させることによって既に柱体の側面が曲面をもって構成されることになるため、図８Ｂにおいて、導電性樹脂ブロック２９２の頂面のみを切断することによって整形すればよい。なお、基板保持部材の角部は面取りされていても構わない。

さらに他の変形例として、図９Ａ〜図９Ｃに示すように、ベース部材９０上に、第１部分３９４ａと、第１部分３９４ａよりも横断面幅が大きい第２部分３９４ｂと、第２部分３９４ｂよりもさらに横断面幅が大きい第３部分３９４ｃとを含む基板保持部材３
９４を形成してもよい。このような形状は、ベース部材９０の第１面９２ａに形成した導電性樹脂ブロック３９２を、ダイシングブレードによって整形することによって得ることができる。

図８及び図９に示す製造方法によれば、ベース部材９０上に直接、基板保持部材を形成することができるため、圧電発振装置１を少ない工程で製造することができる。

高温部Ｔ１、低温部Ｔ２の温度差ΔＴを有する均一な材料であれば、伝熱量が下式１のように近似できる。このとき、柱の断面積（平均の断面直径）が小さいほど、あるいは柱の長さが大きいほど、熱伝導による伝熱量が小さくなる。基板保持部材の平均断面幅（例えば平均直径）をＤとして、基板保持部材の平均高さをＨとしたとき、基板保持部材のアスペクト比γをＨ／Ｄとする。基板保持部材が中実構造であるとき、アスペクト比γを高くすれば、伝熱量が小さくできる。その結果、高い断熱効果が得られる。断熱効果の観点から、アスペクト比γの値が２以上であることが好ましい。一方で、アスペクト比γが高くするため、基板保持部材が長細い構造で構成されると、基板保持部材の機械的強度が低下する。基板保持部材９４の機械的な強度を維持する観点から、アスペクト比γの値が５以下であることが好ましく、アスペクト比γの値が４以下であることがさらに好ましい。
伝熱量＝（熱伝導率×断面積／長さ）×（Ｔ１−Ｔ２） ・・・式１
さらに、基板保持部材の底部の断面寸法を大きい段状に加工することで、基板保持部材に除去加工工程および組立工程で発生する、基板保持部材の転倒の発生を低減できる。これにより、除去加工工程および組立工程を容易に実施にできる。特に、基板保持部材をベース部材９０の表面に直接に接合して形成せず、別の形成した基板保持部材をベース部材９０に配置するときは、組立の際に基板保持部材が転倒を防止でき、配置工程や加工工程が容易になる。さらに、基板保持部材をベース部材９０も形成する場合にも、基板保持部材に切削加工するとき加工応力によって発生するに発基板保持部材を防止できる。

なお、上記ではいずれも導電性樹脂ブロックを整形処理する態様を説明したが、これに限らず、例えば所定形状の成型部材にペースト状の導電性樹脂材料を流し込み当該材料を熱などで硬化させる、あるいは化学的に硬化させることによって、所定形状の基板保持部材を形成できる。これによれば材料の使用量を低減でき、かつ容易に基板保持部材を形成できる。

本実施形態に係る圧電発振装置の製造方法によれば、既に説明したとおり、圧電振動素子１０を効率的に加熱し、消費電力の低減を図ることができる圧電発振装置を製造することができる。

以上のとおり、本発明の実施形態に係る圧電発振装置及びその製造方法は、上述のいずれかの構成を採用するため以下の作用効果を奏することができる。

上記構成によれば、加熱素子が設けられた基板が、銅、アルミなどの金属よりも低い熱伝導率を有する導通部を含む基板保持部材を介して、ベース部材上に保持されているので、加熱素子による熱が基板保持部材を介して外部へ放出される熱量を抑制することができる。

上記構成によれば、導通部が導電性樹脂材料（エポキシ系導電性樹脂材料）からなるため、簡易な構成によって低い熱伝導率を有する導通部を含む基板保持部材を得ることができる。なお、熱伝導率の測定は、定常熱流計法を用いればよい。

上記構成によれば、基板保持部材が柱体であるため、基板をベース部材上に安定した保持することができる。また、基板保持部材が柱体であるため、その高さと横断面幅の調整が容易である。したがって、基板保持部材を経由して外部へ放出される熱量を容易に調整することができる。特に、基板保持部材の高さを横断面幅よりも大きくすることによって、基板保持部材を経由して外部へ放出される熱量をより抑制することができる。

なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、寸法などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１ 圧電発振装置
１０ 圧電振動素子
５０ 圧電振動子
６０ 加熱素子
６２ 電子部品
７０ 基板
８０ リッド部材
９０ ベース部材
９４ 基板保持部材

Claims (14)

1. 圧電振動素子を含む圧電振動子と、
   前記圧電振動素子を加熱する加熱素子と、
   前記圧電振動素子と電気的に接続された電子部品と、
   前記圧電振動子、前記加熱素子及び前記電子部品が搭載された基板と、
   前記基板が基板保持部材を介して所定の間隔をあけて取り付けられたベース部材と
   を備え、
   前記基板保持部材が、導通部と、前記導通部を被覆する被覆部とを有し、
   前記導通部が金属よりも低い熱伝導率を有する、圧電発振装置。
2. 前記導通部が導電性樹脂材料からなる、請求項１記載の圧電発振装置。
3. 前記導電性樹脂材料がエポキシ系導電性樹脂材料を含む、請求項２記載の圧電発振装置。
4. 前記被覆部が前記導通部よりも低い熱伝導率を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の圧電発振装置。
5. 前記基板保持部材が柱体である、請求項１から４のいずれか一項に記載の圧電発振装置。
6. 前記電子部品は、前記圧電振動素子に電気的に接続されており、クロック信号の基準信号を生成する発振回路を含んでいる集積回路素子である、請求項１に記載の圧電発振装置。
7. 前記柱体の平均断面幅に対する平均高さの比は、２以上である、請求項５記載の圧電発振装置。
8. 前記柱体の平均断面幅に対する平均高さの比は、５以下である、請求項７記載の圧電発振装置。
9. 前記柱体の平均断面幅に対する平均高さの比は、４以下である、請求項７記載の圧電発振装置。
10. 前記圧電振動子及び前記基板を内部に収容するように前記ベース部材に取り付けられたリッド部材をさらに備えた、請求項１から９のいずれか一項に記載の圧電発振装置。
11. （ａ）圧電振動素子を有する圧電振動子と、前記圧電振動素子を加熱する加熱素子と、
    前記圧電振動素子と電気的に接続された電子部品とをそれぞれ基板に搭載すること、
    （ｂ）前記基板をベース部材上に保持するための基板保持部材を形成すること、及び、
    （ｃ）前記基板保持部材を介して所定の間隔をあけた前記基板を前記ベース部材に取り付けることを含み、
    前記基板保持部材は導通部を含み、
    前記導通部は金属よりも低い熱伝導率を有する導電性樹脂材料により構成され、
    前記（ｂ）が、
    シートにペースト状の導電性樹脂材料を塗布し当該導電性樹脂材料を硬化して導電性樹脂ブロックを形成すること、
    前記シート上において前記導電性樹脂ブロックを整形すること、
    前記シート上において前記導電性樹脂ブロックを個片化して複数の前記基板保持部材を得ること、
    前記シートから個々の前記基板保持部材を取り出すこと
    を含む、圧電発振装置の製造方法。
12. （ａ）圧電振動素子を有する圧電振動子と、前記圧電振動素子を加熱する加熱素子と、
    前記圧電振動素子と電気的に接続された電子部品とをそれぞれ基板に搭載すること、
    （ｂ）前記基板をベース部材上に保持するための基板保持部材を形成すること、及び、
    （ｃ）前記基板保持部材を介して所定の間隔をあけた前記基板を前記ベース部材に取り付けることを含み、
    前記基板保持部材は導通部を含み、
    前記導通部は金属よりも低い熱伝導率を有する導電性樹脂材料により構成され、
    前記（ｂ）が、
    前記ベース部材にペースト状の前記導電性樹脂材料を塗布し当該導電性樹脂材料を硬化して導電性樹脂ブロックを形成すること、及び、
    前記ベース部材上において前記導電性樹脂ブロックを整形すること
    を含む、圧電発振装置の製造方法。
13. （ａ）圧電振動素子を有する圧電振動子と、前記圧電振動素子を加熱する加熱素子と、
    前記圧電振動素子と電気的に接続された電子部品とをそれぞれ基板に搭載すること、
    （ｂ）前記基板をベース部材上に保持するための基板保持部材を形成すること、及び、
    （ｃ）前記基板保持部材を介して所定の間隔をあけた前記基板を前記ベース部材に取り付けることを含み、
    前記基板保持部材は導通部を含み、
    前記導通部は金属よりも低い熱伝導率を有する導電性樹脂材料により構成され、
    前記（ｂ）が、成型部材にペースト状の前記導電性樹脂材料を流し込み当該導電性樹脂材料を硬化することを含む、圧電発振装置の製造方法。
14. 前記電子部品は、前記圧電振動素子に電気的に接続されており、クロック信号の基準信号を生成する発振回路を含んでいる集積回路素子である、請求項１１に記載の圧電発振装置の製造方法。

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