JP6408369B2 - 水晶振動子 - Google Patents

Description

本発明は、例えば電子機器等に用いられる水晶振動子に関するものである。

水晶振動子は、水晶素子の圧電効果を利用して、特定の周波数を発生させるものである。基板と、基板の下面の外周縁に沿って設けられた枠体と、基板の上面に設けられた電極パッドに実装された水晶素子と、基板の下面に設けられた感温素子と、を備えた水晶振動子が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２０１１−２１１３４０号公報

上述した水晶振動子は、基板の下面に枠体を設け、枠体内に感温素子を実装している。また、基板の外部端子と接続するため、圧電素子及び感温素子と電気的に接続する配線が基板の内部及び表面に形成されている。そのため、基板の薄型化が困難であると共に、感温素子を実装する空間を形成するために枠体を削除することができないため、これ以上水晶振動子を薄型化するのが困難であった。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、貫通孔内に感温導体部を設けることで、薄型化が可能な水晶振動子を提供する。

水晶振動子は、基板と、基板の上面に設けられた電極パッドと、基板の下面に設けられた外部端子と、電極パッド及び外部端子と電気的に接続され、基板の上面及び下面に設けられた配線パターンと、電極パッドに実装された水晶素子と、基板の外周縁に沿って設けられた接合部材と、接合部材を介して基板の上面に接合され、貫通孔を有する蓋体と、貫通孔内に設けられた感温導体部と、感温導体部と電気的に接続され、蓋体の上面及び下面に設けられた接続パターンと、接続パターンと電気的に接続され、蓋体に設けられた接続部と、接続部と電気的に接続され、基板に設けられた接続パッドと、配線パターン又は接続パッドと、外部端子とを電気的に接続され、基板に設けられた導体部と、を備えている。

本発明の一つの態様による水晶振動子は、基板と、基板の上面に設けられた電極パッドと、基板の下面に設けられた外部端子と、電極パッド及び外部端子と電気的に接続され、基板の上面及び下面に設けられた配線パターンと、電極パッドに実装された水晶素子と、基板の外周縁に沿って設けられた接合部材と、接合部材を介して基板の上面に接合され、貫通孔を有する蓋体と、貫通孔内に設けられた感温導体部と、感温導体部と電気的に接続され、蓋体の上面及び下面に設けられた接続パターンと、接続パターンと電気的に接続され、蓋体に設けられた接続部と、接続部と電気的に接続され、基板に設けられた接続パッドと、配線パターン又は接続パッドと、外部端子とを電気的に接続され、基板に設けられた導体部と、を備えている。このようにすることによって、感温素子を実装するためのスペースは必要なく、蓋体に設けられた貫通孔内に感温導体部が設けられることになり、従来の水晶振動子と比して枠体を削除することができるので、水晶振動子は、枠体の厚み分の薄型化をすることが可能となる。

本実施形態における水晶振動子を示す分解斜視図である。 （ａ）図１に示された水晶振動子のＡ−Ａにおける断面図であり、（ｂ）図２に示された水晶振動子のＢ−Ｂにおける断面図である。 本実施形態における水晶振動子の蓋体を外した状態を示す平面透視図である。 （ａ）本実施形態における水晶振動子を構成する基板を上面から見た平面図であり、（ｂ）本実施形態における水晶振動子を構成する基板を下面から見た平面図である。 （ａ）本実施形態における水晶振動子を構成する蓋体を上面から見た斜視図であり、（ｂ）本実施形態における水晶振動子を構成する蓋体を下面から見た斜視図である。 （ａ）本実施形態における水晶振動子を構成する蓋体を上面から見た平面図であり、（ｂ）本実施形態における水晶振動子を構成する蓋体を下面から見た平面図である。 （ａ）本実施形態の第一変形例における水晶振動子を構成する蓋体を上面から見た平面図であり、（ｂ）本実施形態の第一変形例における水晶振動子を構成する蓋体を下面から見た平面図である。 （ａ）本実施形態の第二変形例における水晶振動子を構成する基板を上面から見た平面図であり、（ｂ）本実施形態の第二変形例における水晶振動子を構成する基板を下面から見た平面図である。

本実施形態における水晶振動子は、図１及び図２に示されているように、基板１１０と、基板１１０の上面に接合された水晶素子１２０と、水晶素子１２０を気密封止するための蓋体１３０と、蓋体１３０の貫通孔Ｈ内に実装された感温導体部１３１とを含んでいる。このような水晶振動子は、電子機器等で使用する基準信号を出力するのに用いられる。

基板１１０は、矩形状であり、上面で実装された水晶素子１２０を実装するための実装部材として機能すると共に、基板１１０の一辺に沿って、水晶素子１２０を接合するための電極パッド１１１が設けられている。基板１１０の下面の四隅には、外部端子１１２が設けられている。また、四つの外部端子１１２の内の二つが、水晶素子１２０と電気的に接続されて、水晶素子１２０の入出力端子として用いられる。また、四つの外部端子１１２の内の残りの二つが、後述する感温導体部１３１と電気的に接続されている。

基板１１０は、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなる。基板１１０は、絶縁層を一層用いたものであっても、絶縁層を複数層積層したものであってもよい。基板１１０の上面及び下面には、上面に設けられた電極パッド１１１と下面の外部端子１１２とを電気的に接続するための配線パターン１１３がそれぞれ設けられている。また、基板１１０の下面には、基板１１０の上面に設けられた接続パッド１１５と下面の外部端子１１２とを電気的に接続するための電極パターン１１６がそれぞれ設けられている。また、基板１１０の上面には、第一電極パッド１１１ａと第三電極パッド１１１ｃとを電気的に接続するための第三配線パターン１１３ｃが設けられている。

基板１１０の電極パッド１１１は、図１〜図３に示すように水晶素子１２０を実装するために用いられている。電極パッド１１１は、図１〜図３に示すように、第一電極パッド１１１ａ、第二電極パッド１１１ｂ及び第三電極パッド１１１ｃによって構成されている。また、第三電極パッド１１１ｃは、水晶素子１２０が第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂ上に実装されている場合には、水晶素子１２０の外周縁が基板１１０と接触することを抑制するために用いられている。第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂは、図３に示すように、基板１１０の一辺に沿って設けられており、第三電極パッド１１１ｃは、基板１１０の一辺と対向する一辺に沿って設けられている。また、第二電極パッド１１１ｂと第三電極パッド１１１ｃとは、基板１１０の上面の対角の位置に設けられている。また、電極パッド１１１は、基板１１０の上面及び下面に設けられた配線パターン１１３及び基板１１０の角部に設けられた導体部１１４を介して、外部端子１１２と電気的に接続されている。外部端子１１２は、基板１１０の下面の四隅に、基板１１０の外周縁に沿って設けられている。

電極パッド１１１は、図４に示すように、第一電極パッド１１１ａ、第二電極パッド１１１ｂ及び第三電極パッド１１１ｃによって構成されている。また、外部端子１１２は、図４（ｂ）に示すように、第一外部端子１１２ａ、第二外部端子１１２ｂ、第三外部端子１１２ｃ及び第四外部端子１１２ｄによって構成されている。配線パターン１１３は、図４に示すように、第一配線パターン１１３ａ、第二配線パターン１１３ｂ及び第三配線パターン１１３ｃによって構成され、導体部１１４は、第一導体部１１４ａ、第二導体部１１４ｂ、第三導体部１１４ｃ及び第四導体部１１４ｄによって構成されている。第二電極パッド１１１ｂと第二外部端子１１２ｂとは、基板１１０の上面及び下面に設けられた第一配線パターン１１３ａと、基板１１０の角部に設けられた第一導体部１１４ａにより接続されている。第三電極パッド１１１ｃと第四外部端子１１２ｄとは、基板１１０の上面及び下面に設けられた第二配線パターン１１３ｂと、基板１１０の角部に設けられた第二導体部１１４ｂにより接続されている。また、第一電極パッド１１１ａと第三電極パッド１１１ｃとは、基板１１０の上面に設けられている第三配線パターン１１３ｃにより電気的に接続されている。よって、第一電極パッド１１１ａは、第三電極パッド１１１ｃを介して第四外部端子１１２ｄと電気的に接続されることになる。

外部端子１１２は、外部の電子機器等を構成する実装基板上に実装するために用いられている。外部端子１１２は、基板１１０の下面の四隅に設けられている。外部端子１１２の内の二つの端子は、基板１１０の上面に設けられた一対の電極パッド１１１とそれぞれ電気的に接続されている。また、電極パッド１１１と電気的に接続されている外部端子１１２は、基板１１０の下面の対角に位置するように設けられている。また、第三外部端子１１２ｃが、外部の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッド（図示せず）と接続されている。

また、電極パッド１１１及び外部端子１１２は、基板１１０に沿って設けられた形状となっている。ここで基板１１０を平面視したときの長辺の寸法が、１．２〜２．５ｍｍであり、短辺の寸法が、１．０〜２．０ｍｍである場合を例にして、電極パッド１１１及び外部端子１１２の大きさを説明する。第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂの長辺の長さは、０．２０〜０．６０ｍｍであり、短辺の長さは、０．１０〜０．５０ｍｍとなっている。第三電極パッド１１１ｃは、長辺の長さが、０．６０〜１．１０ｍｍであり、短辺の長さは、０．１０〜０．５０ｍｍとなっている。外部端子１１２の長辺の長さは、０．３０〜０．９０ｍｍであり、短辺の長さは、０．２０〜０．６０ｍｍとなっている。

配線パターン１１３は、電極パッド１１１と外部端子１１２との間及び電極パッド１１１間を電気的に接続させるためのものである。第一配線パターン１１３ａ及び第二配線パターン１１３ｂは、基板１１０の上面及び下面に設けられ、電極パッド１１１及び外部端子１１２から近傍の基板１１０の角部に向けて引き出されている。第一配線パターン１１３ａの長さと第二配線パターン１１３ｂの長さは、略等しい長さとなる。ここで、略等しい長さとは、基板１１０の上面及び下面に設けられた第一配線パターン１１３ａの長さと基板１１０の上面及び下面に設けられた第二配線パターン１１３ｂの長さとの差が０〜２００μｍ異なるものを含むものとする。配線パターン１１３の長さは、各配線パターン１１３の中心を通る直線の長さを測定したものとする。

また、第三配線パターン１１３ｃは、基板１１０の上面に設けられており、その一端で第一電極パッド１１１ａと接続されており、他端で第三電極パッド１１１ｃと電気的に接続されている。このようにすることで、第一電極パッド１１１ａは、第三電極パッド１１１ｃを介して第四外部端子１１２ｄと電気的に接続されることになる。

導体部１１４は、図４に示すように、基板１１０の角部に設けられた切れ込みの内部に設けられている。導体部１１４の両端は、配線パターン１１３と接続されている。このようにすることで、電極パッド１１１は、配線パターン１１３及び導体部１１４を介して外部端子１１２と電気的に接続されている。また、導体部１１４は、切り込み内に導体ペーストを印刷するようにして設けられているため、基板１１０の上面の外周縁と導体部１１４との境界線箇所の導体部１１４の厚みが薄くなっている。このような導体部１１４は、銀パラジウム合金により形成されており、ガラス成分も含有されている。

接続パッド１１５は、後述する蓋体１３０の接続部１３３と電気的及び機械的に接合するためのものである。第一接続パッド１１５ａ及び第二接続パッド１１５ｂは、図４に示すように、配線パターン１１３が設けられていない基板１１０の角部に設けられている。接続パッド１１５は、導体部１１４及び電極パターン１１６を介して外部端子１１２と電気的に接続されている。

電極パターン１１６は、接続パッド１１５と外部端子１１２とを電気的に接続するためのものである。第一電極パターン１１６ａ及び第二電極パターン１１６ｂは、図４に示すように、基板１１０の下面に設けられ、基板１１０の角部から近傍の外部端子１１２に向けて引き出されている。

ここで、基板１１０の作製方法について説明する。基板１１０がアルミナセラミックスから成る場合、まず所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面或いはセラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔Ｈ内に、従来周知のノズル等によって所定のサーミスタペーストを塗布する。さらに、これらのグリーンシートを積層してプレス成形したものを、高温で焼成する。最後に、導体パターンの所定部位、具体的には、電極パッド１１１、外部端子１１２、配線パターン１１３、導体部１１４、接続パッド１１５及び電極パターン１１６となる部位にニッケルメッキ又、金メッキ、銀パラジウム等を施すことにより作製される。また、導体ペーストは、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀又は銀パラジウム等の金属粉末の焼結体等から構成されている。

水晶素子１２０は、図２（ａ）及び図３に示されているように、導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１上に接合されている。水晶素子１２０は、安定した機械振動と圧電効果により、電子装置等の基準信号を発振する役割を果たしている。

また、水晶素子１２０は、図１、図２（ａ）及び図３に示されているように、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに励振用電極１２２及び引き出し電極１２３を被着させた構造を有している。励振用電極１２２は、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに金属を所定のパターンで被着・形成したものである。励振用電極１２２は、上面に第一励振用電極１２２ａと、下面に第二励振用電極１２２ｂを備えている。引き出し電極１２３は、励振用電極１２２から水晶素板１２１の一辺に向かってそれぞれ延出されている。引き出し電極１２３は、上面に第一引き出し電極１２３ａと、下面に第二引き出し電極１２３ｂとを備えている。第一引き出し電極１２３ａは、第一励振用電極１２２ａから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。第二引き出し電極１２３ｂは、第二励振用電極１２２ｂから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。つまり、引き出し電極１２３は、水晶素板１２１の長辺又は短辺に沿った形状で設けられている。また、本実施形態においては、第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂと接続されている水晶素子１２０の一端を基板１１０の上面と接続した固定端とし、他端を基板１１０の上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造にて水晶素子１２０が基板１１０上に固定されている。

ここで、水晶素子１２０の動作について説明する。水晶素子１２０は、外部からの交番電圧が引き出し電極１２３から励振用電極１２２を介して水晶素板１２１に印加されると、水晶素板１２１が所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。

ここで、水晶素子１２０の作製方法について説明する。まず、水晶素子１２０は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し、水晶素板１２１の外周の厚みを薄くし、水晶素板１２１の外周部と比べて水晶素板１２１の中央部が厚くなるように設けるベベル加工を行う。そして、水晶素子１２０は、水晶素板１２１の両主面にフォトリソグラフィー技術、蒸着技術又はスパッタリング技術によって、金属膜を被着させることにより、励振用電極１２２、引き出し電極１２３を形成することにより作製される。

水晶素子１２０の基板１１０への接合方法について説明する。まず、導電性接着剤１４０は、例えばディスペンサによって第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂ上に塗布される。水晶素子１２０は、導電性接着剤１４０上に搬送され、導電性接着剤１４０上に載置される。そして導電性接着剤１４０は、加熱硬化させることによって、硬化収縮される。水晶素子１２０は、電極パッド１１１に接合される。つまり、水晶素子１２０の第一引き出し電極１２３ａは、第二電極パッド１１１ｂと接合され、第二引き出し電極１２３ｂは、第一電極パッド１１１ａと接合される。これによって、第二外部端子１１２ｂと第四外部端子１１２ｄが水晶素子１２０と電気的に接続されることになる。

また、水晶素子１２０は、水晶素子１２０の自由端と対向する位置に第三電極パッド１１１ｃが配置されているように実装されている。このようにすることによって、水晶素子１２０の引き出し電極１２３と、電極パッド１１１とが接合している箇所を軸として傾いても、水晶素子１２０の自由端が第三電極パッド１１１ｃに接触するので、基板１１０の上面に水晶素子１２０の自由端が接触することを抑制することできる。仮に、水晶素子１２０の自由端が基板１１０に接触した状態で、落下試験を行うと、水晶素子１２０の自由端が欠けてしまう虞がある。このようにすることで、水晶素子１２０の自由端側が欠けてしまうことを抑えつつ、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することができる。

導電性接着剤１４０は、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケル又はニッケル鉄のうちのいずれか、或いはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。また、バインダーとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用いられる。

蓋体１３０は、水晶素子１２０を気密封止すると共に、貫通孔Ｈ内部に感温ペーストを充填することで設けられた感温導体部１３１を設けるための部材として機能するものである。蓋体１３０は、矩形状の封止基部１３０ａと、封止基部１３０ａの下面の外周縁に沿って設けられている封止枠部１３０ｂとで構成されており、封止基部１３０ａの下面と封止枠部１３０ｂの内側側面とで収容空間Ｋが形成されている。封止枠部１３０ｂは、封止基部１３０ａの下面に収容空間Ｋを形成するためのものである。封止枠部１３０ｂは、封止基部１３０ａの下面の外縁に沿って設けられている。

封止基部１３０ａの中央付近で、封止基部１３０ａの上下方向に貫通した貫通孔Ｈが設けられている。貫通孔Ｈの上開口部及び下開口部は、平面視すると、円形状になっている。貫通孔Ｈ内には、図５及び図６に示されているように、感温ペーストが充填されることで感温導体部１３１が設けられている。感温導体部１３１の上面及び下面には、感温導体電極１３２が設けられている。感温導体電極１３２は、第一感温導体電極１３２ａ及び第二感温導体電極１３２ｂによって構成されている。

封止基部１３０ａ及び封止枠部１３０ｂは、例えば、セラミックス等の無機材料からなり、一体的に形成されている。このような蓋体１３０は、真空状態にある収容空間Ｋ又は窒素ガスなどが充填された収容空間Ｋを気密的に封止するためのものである。具体的には、蓋体１３０は、所定雰囲気で、基板１１０の上面に載置され、基板１１０の上面と封止枠部１３０ｂの下面との間に設けられた接合部材１５０とが熱が印加されることで、溶融接合される。

感温導体部１３１は、温度変化によって電気抵抗が顕著な変化を示すものであり、この抵抗値の変化から電圧が変化するため、抵抗値と電圧との関係及び電圧と温度との関係により、出力された電圧から温度情報を得ることができる。感温導体部１３１は、貫通孔Ｈ内に、サーミスタペーストを充填することで形成される。サーミスタペーストは、負の抵抗温度特性を有する半導体セラミック粉末を主体とするものが用いられる。感温導体部１１５の上面及び下面には、貫通孔Ｈを塞ぐと共に、感温導体部１３１と電気的に接続されている感温導体電極１３２が設けられている。感温導体部１３１は、第一外部端子１１２ａ及び第三外部端子１１２ｃ間の電圧が、第一外部端子１１２ａ及び第三外部端子１１２ｃを介して水晶振動子の外へ出力されることにより、例えば、電子機器等のメインＩＣ（図示せず）で出力された電圧を温度に換算することで温度情報を得ることができる。このような感温導体部１３１を水晶振動子の近くに配置して、これによって得られた水晶振動子の温度情報に応じて、メインＩＣにより水晶振動子を駆動する電圧を制御し、いわゆる温度補償をすることができる。

感温導体電極１３２は、感温導体部１３１を外部端子１１２と電気的に接続するために用いられている。感温導体電極１３２は、図５及び図６に示すように、接続パターン１３４を介して接続部１３３と接続されている。接続部１３３は、基板１１０に設けられた接続パッド１１５、導体部１１４及び電極パターン１１６を介して外部端子１１２と電気的に接続されている。感温導体電極１３２は、第一感温導体電極１３２ａ及び第二感温導体電極１３２ｂによって構成されている。第一感温導体電極１３２ａは、蓋体１３０の上面に設けられた第一接続パターン１３４ａを介して第一接続部１３３ａと電気的に接続されている。第一接続部１３３ａは、第一接続パッド１１５ａ、第三導体部１１４ｃ及び第一電極パターン１１６ａを介して第三外部端子１１２ｃと電気的に接続されている。この第三外部端子１１２ｃは、外部の実装基板上の基準電位であるグランドと接続されている実装パッドと接続されることにより、グランド端子の役割を果たす。よって、第一感温導体電極１３２ａは、基準電位であるグランドに接続されることになる。また、第二感温導体電極１３２ｂは、蓋体１３０の下面に設けられた第二接続パターン１３４ｂを介して第二接続部１３３ｂと電気的に接続されている。第二接続部１３３ｂは、第二接続パッド１１５ｂ、第四導体部１１４ｄ及び第二電極パターン１１６ｂを介して第一外部端子１１２ａと電気的に接続される。

感温導体部１３１及び感温導体電極１３２の形成方法について説明する。まず、サーミスタペーストを蓋体１３０の封止基部１３０ａの貫通孔Ｈ内に塗布される。次に、貫通孔Ｈの上下を塞ぐと共にサーミスタペーストに接触するようにして感温導体電極１３２が形成される。そしてサーミスタペースト及び感温導体電極１３２は、加熱することで焼成される。よって、貫通孔Ｈ内に、感温導体部１３１が形成されると共に、感温導体部１３１を塞ぐようにして感温導体電極１３２が形成される。

接続部１３３は、図５及び図６に示すように、蓋体１３０の角部に設けられた切れ込みの内部に設けられている。接続部１３３の一端は、蓋体１３０に設けられた接続パターン１３４と接続されており、接続部１３３の他端は、基板１１０の接続パッド１１５と接続されている。また、接続部１３３は、図５及び図６に示すように、第一接続部１３３ａ及び第二接続部１３３ｂによって構成されている。

接続パターン１３４は、蓋体１３０の上面及び下面に設けられ、感温導体電極１３２からから近傍の接続部１３３に向けて引き出されている。また、接続パターン１３４は、図５に示すように、第一接続パターン１３４ａ及び第二接続パターン１３４ｂによって構成されている。

貫通孔Ｈは、蓋体１３０の封止基部１３０ａの上下面を貫通するようにして設けられており、平面視して、開口部の形状が円形状となっている。貫通孔Ｈの直径は、０．４５〜０．７ｍｍとなっている。

接合部材１５０は、蓋体１３０の下面と基板１１０の上面の外周縁とを接合するために用いられている。接合部材１５０は、図２に示すように、封止枠部１３０ｂの下面から基板１１０上の外周縁上にかけて設けられている。

接合部材１５０は、３００℃〜４００℃で溶融するガラスである例えばバナジウムを含有した低融点ガラス又は酸化鉛系ガラスから構成されている。ガラスは、バインダーと溶剤とが加えられペースト状であり、溶融された後固化されることで他の部材と接着する。接合部材１５０は、例えば、ガラスフリットペーストをスクリーン印刷法で封止枠部１３０ｂの下面に沿って環状に塗布され焼成することで設けられる。また、この酸化鉛系ガラスの組成は、酸化鉛、フッ化鉛、二酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ビスマス、酸化ホウ素、酸化亜鉛、酸化第二鉄、酸化銅及び酸化カルシウムとから構成されている。

保護部材１６０は、感温導体部１３１の上面及び下面に設けられた感温導体電極１３２を塞ぐようにして、基板１１０の上面及び下面に設けられている。このようにすることにより、収容空２間Ｋ内を気密封止すると共に、感温導体電極１３２に異物が付着することを抑えることができる。保護部材１６０は、５００〜８００℃のものを用いている。また、保護部材１６０は、例えば、ガラスフリットペーストをスクリーン印刷法で蓋体１３０に設けられた感温導体電極１３２を塞ぐようにして塗布され焼成することで設けられる。また、保護部材１６０の上下方向の厚みは、０．０１〜０．０３ｍｍとなっている。

導電性接合材１８０は、図２（ｂ）に示すように、基板１１０の接続パッド１１５と蓋体１３０の接続部１３３とを電気的及び機械的に接合するためのものである。導電性接合材１８０によって、接続パッド１１５と接続部１３３を電気的に接合することで、感温導体部１３１と外部端子１１２とが電気的に接続されることになる。また、導電性接合材１８０は、接続パッド１１５から蓋体１３０の接続部１３３に向かって徐々に厚みが増すように傾斜が形成されている。つまり、接続パッド１１５には、導電性接合材１８０のフィレットが形成されることになる。このようにフィレットが形成されることにより、蓋体１３０は、接続パッド１１５との接合強度を向上させることができる。導電性接合材１８０は、例えば、銀ペースト又は鉛フリー半田により構成されている。また、導電性接合材１８０には、塗布し易い粘度に調整するための添加した溶剤が含有されている。鉛フリー半田の成分比率は、錫が９５〜９７．５％、銀が２〜４％、銅が０．５〜１．０％のものが使用されている。

本実施形態における水晶振動子は、基板１１０と、基板１１０の上面に設けられた電極パッド１１１と、基板１１０の下面に設けられた外部端子１１２と、電極パッド１１１及び外部端子１１２と電気的に接続され、基板１１０の上面及び下面に設けられた配線パターン１１３と、電極パッド１１１に実装された水晶素子１２０と、基板１１０の外周縁に沿って設けられた接合部材１５０と、接合部材１５０を介して基板１１０の上面に接合され、貫通孔Ｈを有する蓋体１３０と、貫通孔Ｈ内に設けられた感温導体部１３１と、感温導体部１３１と電気的に接続され、蓋体１３０の上面及び下面に設けられた接続パターン１３４と、接続パターン１３４と電気的に接続され、蓋体１３０に設けられた接続部１３３と、接続部１３３と電気的に接続され、基板１１０に設けられた接続パッド１１５と、配線パターン１１３又は接続パッド１１５と、外部端子１１２とを電気的に接続され、基板１１０に設けられた導体部１１４と、を備えている。このようにすることによって、感温素子を実装するためのスペースは必要なく、蓋体１３０に設けられた貫通孔Ｈ内に感温導体部１３１が設けられることになり、従来の水晶振動子と比して枠体を削除することができるので、水晶振動子は、枠体の厚み分の薄型化をすることが可能となる。また、従来の水晶振動子のように、基板の接続パッドに感温素子を実装する必要がないため、水晶振動子の生産性を向上させることができる。

また、本実施形態における水晶振動子は、接続パッド１１５と接続部１３３とが導電性接合材１８０にて接合されている。このようにすることにより、導電性接合材１８０は、接続パッド１１５から蓋体１３０の接続部１３３に向かって徐々に厚みが増すように傾斜が形成されている。つまり、接続パッド１１５には、導電性接合材１８０のフィレットが形成されることになる。このようにフィレットが形成されることにより、蓋体１３０は、接続パッド１１５との接合強度を向上させることができる。

また、本実施形態における水晶振動子は、感温導体部１３１の上面及び下面には、感温導体電極１３２が設けられている。このように、感温導体部１３１の上面及び下面に、感温導体電極１３２が設けられていることにより、上面に設けられた第一感温導体電極１３２ａと下面に設けられた第二感温導体電極１３２ｂが接触することがなくなり、短絡を防ぐことができる。また、基板１１０の反りにより、基板１１０と接合されている蓋体１３０に応力が生じることで貫通孔Ｈの内壁面と感温導体部１３１との界面に亀裂が入ったとしても感温導体電極１３２が感温導体部１３１を塞ぐようにして設けられているため、収容空間Ｋ内を気密封止することができる。

また、本実施形態における水晶振動子は、感温導体電極１３２の上面及び下面に設けられた保護部材１６０と、を備えている。このようにすることにより、感温導体電極１３２に異物が付着することを抑えることができるので、感温導体部１３１の抵抗値が変動してしまうことを低減することができる。また、基板１１０の反りにより、基板１１０と接合されている蓋体１３０に応力が生じることで貫通孔Ｈの内壁面と感温導体部１３１との界面に亀裂が入り、貫通孔Ｈの内壁面と感温導体電極１３２の界面に亀裂が入ったとしても、保護部材１６０が感温導体電極１３２を塞ぐようにして設けられているため、収容空間Ｋ内をさらに気密封止することができる。

（第一変形例）
以下、本実施形態の第一変形例における水晶振動子について説明する。なお、本実施形態の第一変形例における水晶振動子のうち、上述した水晶振動子と同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第一変形例における水晶振動子は、図７に示されているように、感温導体部２３１が蓋体２３０に複数設けられており、複数の感温導体部２３１が蓋体２３０の上面及び下面に設けられた接続パターン２３４にて電気的に接続されている点において本実施形態と異なる。

蓋体２３０の封止基部２３０ａには、複数の貫通孔Ｈが隣接するようにして設けられている。第一変形例では、貫通孔Ｈは、第一貫通孔Ｈ１、第二貫通孔Ｈ２及び第三貫通孔Ｈ３によって構成されている。それぞれの貫通孔Ｈには、感温導体部２３１が設けられている。

第一貫通孔Ｈ１には、第一感温導体部２３１ａが設けられており、第二貫通孔Ｈ２には、第二感温導体部２３１ｂが設けられている。また、第三貫通孔Ｈ３には、第三感温導体部２３１ｃが設けられている。第一感温導体部２３１ａ、第二感温導体部２３１ｂ及び第三感温導体部２３１ｃは、第一接続パターン２３４ａ及び第二接続パターン２３４ｂによりそれぞれ電気的に接続されている。このように感温導体部２３１を複数個並列に配置し、接続パターン２３４により電気的に接続することにより、抵抗を並列接続した状態となるため、感温導体部２３１の一つ一つの抵抗値のバラつきをお互いに補うことが可能となる。

感温導体電極２３２は、感温導体部２３１を本実施形態で示されている基板１１０の外部端子１１２と電気的に接続するために用いられている。感温導体電極２３２は、図７に示すように、接続パターン２３４を介して接続部２３３と接続されている。接続部２３３は、基板１１０に設けられた接続パッド１１５、導体部１１４及び電極パターン１１６を介して外部端子１１２と電気的に接続されている。感温導体電極２３２は、第一感温導体電極２３２ａ、第二感温導体電極２３２ｂ、第三感温導体電極２３２ｃ、第四感温導体電極２３２ｄ、第五感温導体電極２３２ｅ及び第六感温導体電極２３２ｆによって構成されている。第一感温導体電極２３２ａ、第三感温導体電極２３２ｃ及び第五感温導体電極２３２ｅは、蓋体２３０の上面に設けられた第一接続パターン２３４ａを介して第一接続部２３３ａと接続される。第一接続部２３３ａは、第一接続パッド１１５ａ、第三導体部１１４ｃ及び第一電極パターン１１６ａを介して第三外部端子１１２ｃと電気的に接続されている。この第三外部端子１１２ｃは、外部の実装基板上の基準電位であるグランドと接続されている実装パッドと接続されることにより、グランド端子の役割を果たす。よって、第一感温導体電極２３２ａ、第三感温導体電極２３２ｃ及び第五感温導体電極２３２ｅは、基準電位であるグランドに接続されることになる。また、第二感温導体電極２３２ｂ、第四感温導体電極２３２ｄ及び第六感温導体電極２３２ｆは、蓋体２３０の下面に設けられた第二接続パターン２３４ｂを介して、第二接続部２３３ｂと電気的に接続されている。第二接続部２３３ｂは、第二接続パッド１１５ｂ、第四導体部１１４ｄ及び第二電極パターン１１６ｂを介して第一外部端子１１２ａと電気的に接続される。

本実施形態の第一変形例における水晶振動子は、感温導体部２３１が蓋体２３０に複数設けられており、複数の感温導体部２３１が蓋体２３０の上面及び下面に設けられた接続パターン２３４にて電気的に接続されている。このように、感温導体部２３１を複数個並列に配置し、接続パターン２３４により電気的に接続することにより、抵抗を並列接続した状態となるため、感温導体部２３１の一つ一つの抵抗値のバラつきをお互いに補うことが可能となる。

（第二変形例）
以下、本実施形態の第二変形例における水晶振動子について説明する。なお、本実施形態の第二変形例における水晶振動子のうち、上述した水晶振動子と同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第二変形例における水晶振動子は、図８に示されているように、配線パターン１１３を被覆するようにして設けられた絶縁部材１７０を備えている点において本実施形態と異なる。

絶縁部材１７０は、配線パターン１１３が蓋体１３０と接触することで、配線パターン１１３上に浮遊容量が付与されることを低減するために用いられている。また、絶縁部材１７０は、図８に示すように、基板１１０の上面に設けられた配線パターン１１３を被覆するようにして設けられている。絶縁部材１７０は、例えば、ガラスフリットペーストをスクリーン印刷法で基板１１０に設けられた配線パターン１１３の上面に塗布され焼成することで設けられる。また、絶縁部材１７０の上下方向の厚みは、０．０１〜０．０３ｍｍとなっている。

また、絶縁部材１７０は、基板１１０の角部に位置する配線パターン１１３上に設けられている。このようにすることによって、蓋体１３０が配線パターン１１３に接触することを抑えることで、配線パターン１１３に浮遊容量が付与されることを低減することができる。また、配線パターン１１３と電気的に接続されている水晶素子１２０に浮遊容量が接続されることを抑えるので、発振周波数が変動してしまうことを低減することができる。

本実施形態の第二変形例における水晶振動子は、配線パターン１１３の上面を絶縁部材１７０で被覆しているため、接合部材１５０を用いることができ、収容空間Ｋ内の気密封止と同時に、接続部１３３と接続パッド１１５との接合も同時に行うことができるため、生産性を向上させることができる。

本実施形態の第二変形例における水晶振動子は、配線パターン１１３を覆うように絶縁部材１７０が設けられている。このように配線パターン１１３の上面を絶縁部材１７０で覆うことで、蓋体１３０を基板１１０の上面に接合する際に、蓋体１３０と基板１１０の上面に設けられている配線パターン１１３とが接触することを抑えることで、配線パターン１１３に浮遊容量が付与されることを低減することができる。また、配線パターン１１３と電気的に接続されている水晶素子１２０に浮遊容量が接続されることを抑えるので、発振周波数が変動してしまうことを低減することができる。

尚、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。上記の実施形態では、水晶素子は、ＡＴ用水晶素子を用いた場合を説明したが、基部と、基部の側面より同一の方向に延びる二本の平板形状の振動腕部とを有する音叉型屈曲水晶素子を用いても構わない。また、上記の実施形態では、水晶素子は、片持ち支持構造にて基板１１０上に固定されている場合を説明したが、水晶素子が両持ち支持構造であっても構わない。

また、水晶素子１２０のベベル加工方法について説明する。所定の粒度のメディアと砥粒とを備えた研磨材と、所定の大きさに形成された水晶素板１２１とを用意する。円筒体に用意した研磨材と水晶素板１２１とを入れ、円筒体の開口した端部をカバーで塞ぐ。研磨材と水晶素板１２１とを入れた円筒体を、円筒体の中心軸線を回転軸として回転させる水晶素板１２１が研磨材で研磨されてベベル加工が行われる。

上記の実施形態では、接合部材１５０が蓋体１３０の封止枠部１３０ｂの下面に設けられた場合を説明したが、接合部材１５０が基板１１０上面の外周縁に環状に設けられるようにしても構わない。このような接合部材１５０は、例えば、ガラスフリットペーストがスクリーン印刷法で基板１１０の外周縁に沿って塗布され焼成することで設けられる。

１１０・・・基板
１１１・・・電極パッド
１１２・・・外部端子
１１３・・・配線パターン
１１４・・・導体部
１１５・・・接続パッド
１１６・・・電極パターン
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・引き出し電極
１３０、２３０・・・蓋体
１３０ａ、２３０ａ・・・封止基部
１３０ｂ、２３０ｂ・・・封止枠部
１３１・・・感温導体部
１３２・・・感温導体電極
１３３・・・接続部
１３４・・・接続パターン
１４０・・・導電性接着剤
１５０・・・接合部材
１６０・・・保護部材
１７０・・・絶縁部材
１８０・・・導電性接合材
Ｋ・・・収容空間
Ｈ・・・貫通孔

Claims (6)

1. 基板と、
   前記基板の上面に設けられた電極パッドと、
   前記基板の下面に設けられた外部端子と、
   前記電極パッド及び前記外部端子と電気的に接続され、前記基板の上面及び下面に設けられた配線パターンと、
   前記電極パッドに実装された水晶素子と、
   前記基板の外周縁に沿って設けられた接合部材と、
   前記接合部材を介して前記基板の上面に接合され、貫通孔を有する蓋体と、
   前記貫通孔内に設けられた感温導体部と、
   前記感温導体部と電気的に接続され、前記蓋体の上面及び下面に設けられた接続パターンと、
   前記接続パターンと電気的に接続され、前記蓋体に設けられた接続部と、
   前記接続部と電気的に接続され、前記基板に設けられた接続パッドと、
   前記配線パターン又は前記接続パッドと、前記外部端子とを電気的に接続され、前記基板に設けられた導体部と、を備えていることを特徴とする水晶振動子。
2. 請求項１記載の水晶振動子であって、
   前記接続パッドと前記接続部とが導電性接合材にて接合されていることを特徴とする水晶振動子。
3. 請求項１記載の水晶振動子であって、
   前記感温導体部が前記蓋体に複数設けられており、
   複数の前記感温導体部が前記蓋体の上面及び下面に設けられた前記接続パターンにて電気的に接続されていることを特徴とする水晶振動子。
4. 請求項１乃至請求項３記載の水晶振動子であって、
   前記感温導体部の上面及び下面に設けられた感温導体電極を備えていることを特徴とする水晶振動子。
5. 請求項４記載の水晶振動子であって、
   前記感温導体電極の上面及び下面に設けられた保護部材と、を備えていることを特徴とする水晶振動子。
6. 請求項１記載の水晶振動子であって、
   前記配線パターンを被覆するようにして設けられた絶縁部材と、を備えていることを特徴とする水晶振動子

Images