JP6543456B2

JP6543456B2 - 水晶振動子

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Publication number: JP6543456B2
Application number: JP2014217106A
Authority: JP
Inventors: 三浦　浩之; 浩之三浦
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2014-10-24
Publication date: 2019-07-10
Anticipated expiration: 2034-10-24
Also published as: JP2015091127A

Description

本発明は、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。例えば、基板と、第一凹部を設けるために基板の上面に設けられた第一枠体と、第二凹部を設けるために基板の下面に設けられた第二枠体とを有しているパッケージと、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、第一凹部内に水晶素子が実装され、第二凹部内に感温素子が実装されている。このような水晶振動子は、電子機器等の実装基板上に実装されている場合には、実装基板で第二凹部の開口部が塞がれている状態となっている。その状態で、実装基板に実装されている他の電子部品が発熱し、その熱が実装基板を介して第二凹部内に伝わると、熱によって第二凹部内の空気が熱せられることになる。その熱せられた空気が第二凹部内に留まることになるため、感温素子の周囲の温度が上がってしまうことがあった。それにより、水晶素子の周囲の温度と感温素子の周囲の温度とが異なることになり、感温素子から出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子の周囲の温度との差異が大きくなってしまう虞があった。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、感温素子から出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子の周囲の温度との差異を低減することが可能な水晶振動子を提供することを課題とする。

本発明の一つの態様による水晶振動子は、平面視矩形で、下面の四隅に所定の厚みを有する接合端子が設けられた基板と、上面の四隅に設けられた所定の厚みを有する接合パッドを有し、接合パッドと接合端子とが接合されることで基板の下面に設けられた実装枠体と、基板の上面に設けられた一対の電極パッドに実装された水晶素子と、基板の下面の実装枠体で囲まれた領域内に設けられた一対の接続パッドに導電性接合材を介して実装された感温素子と、水晶素子を気密に封止する蓋体と、を備え、基板の下面の実装枠体で囲まれた領域内から、隣り合う二箇所の接合された前記接合パッドと接合端子との間を通って、基板及び実装枠体の外側面に至る間隙部を有し、実装枠体の側面から見た際に、間隙部と感温素子と接合されている導電性接合材の一部が重なる位置に設けられていることを特徴とするものである。

本発明の一つの態様による水晶振動子は、平面視矩形で、下面の四隅に所定の厚みを有する接合端子が設けられた基板と、上面の四隅に設けられた所定の厚みを有する接合パッドを有し、接合パッドと接合端子とが接合されることで基板の下面に設けられた実装枠体と、基板の上面に設けられた一対の電極パッドに実装された水晶素子と、基板の下面の実装枠体で囲まれた領域内に設けられた一対の接続パッドに導電性接合材を介して実装された感温素子と、水晶素子を気密に封止する蓋体と、を備え、基板の下面の実装枠体で囲まれた領域内から、隣り合う二箇所の接合された前記接合パッドと接合端子との間を通って、基板及び実装枠体の外側面に至る間隙部を有し、実装枠体の側面から見た際に、間隙部と感温素子と接合されている導電性接合材の一部が重なる位置に設けられている。このような構成とすることで、基板の下面と、実装枠体との上面との間で間隙部が設けられることになるので、例えば、本発明の水晶振動子が電子機器等の実装基板に実装されている場合に、その実装基板上に実装された他の電子部品が発熱し、その熱が実装基板を介して第二凹部内に伝わったとしても、その熱によって熱せられた空気が第二凹部内にこもらずに、間隙部を通じて熱せられた空気が外部に出されると共に、外部の空気が間隙部を通じて第二凹部内に入り込むので、第二凹部内に実装された感温素子に対して熱の影響が緩和することができる。よって、本発明の水晶振動子は、感温素子から出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子の周囲の温度との差異を低減することができる。

又、本発明の他の態様による水晶振動子は、前記基板に前記水晶素子と前記感温素子とを実装した状態で、前記感温素子が平面視で前記水晶素子に設けられた励振用電極の平面内に位置していることをも特徴とする。

又、本発明の他の態様による水晶振動子は、前記実装枠体には、前記接続パッドと前記接合端子とを電気的に接続するための接続パターンが備えられており、一対の前記電極パッドは、前記基板の一方の短辺に前記電極パッドの間に所定の間隔を開けて平行並んで設けられており、前記接続パターンの一つが、平面視で二個の前記電極パッドの間を通るように設けられていることをも特徴とする。

本発明の晶振動子は、矩形状の基板と、基板の上面に設けられた枠体と、上面の外周縁に沿って設けられた接合パッドを有し、基板の下面の外周縁に沿って設けられた接合端子と接合パッドとが接合されることで、基板の下面に設けられた実装枠体と、を備えている。このような構成とすることで、基板の下面と、実装枠体との上面との間で間隙部が設けられることになるので、例えば、本発明の水晶振動子が電子機器等の実装基板に実装されている場合に、その実装基板上に実装された他の電子部品が発熱し、その熱が実装基板を介して第二凹部内に伝わったとしても、その熱によって熱せられた空気が第二凹部内にこもらずに、間隙部を通じて熱せられた空気が外部に出されると共に、外部の空気が間隙部を通じて第二凹部内に入り込むので、第二凹部内に実装された感温素子に対して熱の影響が緩和することができる。よって、本発明の水晶振動子は、感温素子から出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子の周囲の温度との差異を低減することができる。

本実施形態に係る水晶振動子を示す分解斜視図である。（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ断面図である。（ａ）は、本実施形態に係る水晶振動子を構成するパッケージの上面からみた透視平面図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る水晶振動子を構成するパッケージの基板の上面からみた透視平面図である。（ａ）は、本実施形態に係る水晶振動子を構成するパッケージの下面からみた平面透視図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る水晶振動子を下面からみた平面透視図である。（ａ）は、本実施形態に係る水晶振動子を構成する実装枠体の上面からみた平面図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る水晶振動子を構成する実装枠体の下面からみた平面図である。（ａ）は、本実施形態の第一変形例に係る水晶振動子を構成するパッケージの上面からみた透視平面図であり、（ｂ）は、本実施形態の第一変形例に係る水晶振動子を構成するパッケージの基板の上面からみた透視平面図である。（ａ）は、本実施形態の第一変形例に係る水晶振動子を構成するパッケージの下面からみた平面透視図であり、（ｂ）は、本実施形態の第一変形例に係る水晶振動子を下面からみた平面透視図である。（ａ）は、本実施形態の第二変形例に係る水晶振動子を構成するパッケージの上面からみた透視平面図であり、（ｂ）は、本実施形態の第二変形例に係る水晶振動子を構成するパッケージの基板の上面からみた透視平面図である。（ａ）は、本実施形態の第二変形例に係る水晶振動子を構成するパッケージの下面からみた平面透視図であり、（ｂ）は、本実施形態の第二変形例に係る水晶振動子を下面からみた平面透視図である。

本実施形態における水晶振動子は、図１〜図４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、基板１１０の下面に接合された感温素子１５０と、水晶素子１２０を気密封止する蓋体１３０を備えている。又、基板１１０の下面には実装枠体１６０が備わっており、実装枠体１６０の内側面によって囲まれた第二凹部Ｋ２が形成されている。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、平面視矩形状であり、上面に実装された水晶素子１２０及び下面に実装された感温素子１５０を実装するための実装部材として機能するものである。基板１１０は、上面に、水晶素子１２０を実装するための電極パッド１１１が設けられており、下面に、感温素子１５０を実装するための接続パッド１１５が設けられている。また、基板１１０の一辺に沿って、水晶素子１２０を接合するための第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂが設けられている。基板１１０の下面の四隅には、接合端子１１２が設けられている。また、四つの接合端子１１２の内の二つが、水晶素子１２０と電気的に接続されている。また、四つの接合端子１１２の内の二つが、感温素子１５０と電気的に接続されている。また、水晶素子１２０と電気的に接続されている第一接合端子１１２ａ及び第三接続端子１１２ｃ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、感温素子１３０と電気的に接続されている第二接合端子１１２ｂ及び第四接合端子１１２ｄは、水晶素子１２０と接続されている第一接合端子１１２ａ及び第三接合端子１１２ｃが設けられている対角とは異なる基板１１０の対角に位置するように設けられている。

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の表面及び内部には、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接合端子１１２とを電気的に接続するための配線パターン１１３及びビア導体１１４が設けられている。また、基板１１０の表面には、下面に設けられた接続パッド１１５と、基板１１０の下面に設けられた接合端子１１２とを電気的に接続するための接続パターン１１６が設けられている。

電極パッド１１１は、水晶素子１２０を実装するためのものである。電極パッド１１１は、基板１１０の上面に一対で設けられており、基板１１０の一辺に沿うように隣接して設けられている。電極パッド１１１は、図３及び図４に示されているように基板１１０の上面に設けられた配線パターン１１３とビア導体１１４を介して、基板１１０の下面に設けられた接合端子１１２と電気的に接続されている。

電極パッド１１１は、図３に示すように、第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂによって構成されている。また、接合端子１１２は、図４（ｂ）に示すように第一接合端子１１２ａ、第二接合端子１１２ｂ、第三接合端子１１２ｃ及び第四接合端子１１２ｄによって構成されている。ビア導体１１４は、第一ビア導体１１４ａ及び第二ビア導体１１４ｂによって構成されている。また、配線パターン１１３は、第一配線パターン１１３ａ及び第二配線パターン１１３ｂによって構成されている。第一電極パッド１１１ａは、基板１１０に設けられた第一配線パターン１１３ａの一端と電気的に接続されている。また、第一配線パターンの他端は、第一ビア導体１１４ａを介して、第一接合端子１１２ａと電気的に接続されている。よって、第一電極パッド１１１ａは、第一接合端子１１２ａと電気的に接続されることになる。第二電極パッド１１１ｂは、基板１１０に設けられた第二配線パターン１１３ｂの一端と電気的に接続されている。また、第二配線パターン１１３ｂの他端は、第二ビア導体１１４ｂを介して、第三接合端子１１２ｃと電気的に接続されている。

接合端子１１２は、実装枠体１６０の接合パッド１６１と電気的に接合するために用いられている。接合端子１１２は、基板１１０の下面の四隅に設けられている。接合端子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接合端子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、第二接合端子１１２ｃは、グランド用ビア導体１１７を介して、封止用導体パターン１１８と電気的に接続されている。

配線パターン１１３は、基板１１０の上面に設けられ、電極パッド１１１から近傍の基板１１０のビア導体１１４に向けて引き出されている。また、配線パターン１１３は、図３に示すように、第一配線パターン１１３ａ及び第二配線パターン１１３ｂによって構成されている。

ビア導体１１４は、基板１１０の内部に設けられ、その両端は、配線パターン１１３及び接続パターン１１５と電気的に接続されている。ビア導体１１４は、基板１１０に設けられた貫通孔の内部に導体を充填することで設けられている。

接続パッド１１５は、感温素子１５０を実装するために用いられている。また、接続パッド１１５は、図４に示すように、第一接続パッド１１５ａ及び第二接続パッド１１５ｂによって構成されている。第一接続パッド１１５ａと第二接合端子１１２ｂとは、基板１１０の下面に設けられた第一接続パターン１１６ａにより接続されており、第二接続パッド１１５ｂと第四接合端子１１２ｄとは、基板１１０の下面に設けられた第二接続パターン１１６ｂにより接続されている。

接続パターン１１６は、基板１１０の下面に設けられ、接続パッド１１６からから近傍の接合端子１１２に向けて引き出されている。また、接続パターン１１６は、図４に示すように、第一接続パターン１１６ａ及び第二接続パターン１１６ｂによって構成されている。第一接続パターン１１６ａの長さと第二接続パターン１１６ｂ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の下面に設けられた第一接続パターン１１６ａの長さと基板１１０の下面に設けられた第二接続パターン１１６ｂの長さとの差が０〜２００μｍ異なるものを含むものとする。接続パターン１１６の長さは、各接続パターン１１６の中心を通る直線の長さを測定したものとする。つまり、第一接続パターン１１６ａの配線長と、第二接続パターン１１６ｂの配線長とが略等しい長さとなることによって、発生する抵抗値が等しくなり、感温素子１５０に付与される負荷抵抗も均一になるため、安定して電圧を出力することが可能となる。

また、第二接続パターン１１６ｂは、平面視して、一対の電極パッド１１１の間を通るようにして設けられている。また、このようにすることによって、水晶素子１２０から伝わる熱が、電極パッド１１１から直下にある基板１１０を介して、第二接続パターン１１６ｂから第二接続パッド１１５ｂに伝わることになる。よって、このような水晶振動子は、熱伝導経路をさらに短くすることができるので、水晶素子１２０の温度と感温素子１５０の温度とが近似することになり、感温素子１５０から出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度との差異をさらに低減することが可能となる。

封止用導体パターン１１８は、蓋体１３０と封止部材１３１を介して接合する際に、封止部材１３１の濡れ性をよくする役割を果たしている。封止用導体パターン１１８は、図３及び図４に示すように、グランド用ビア導体１１７を介して、第二接合端子１１２ｂと電気的に接続されている。封止用導体パターン１１８は、例えばタングステン又はモリブデン等から成る導体パターンの表面にニッケルメッキ及び金メッキを順次、基板１１０の上面を環状に囲む形態で施すことによって、例えば１０〜２５μｍの厚みに形成されている。

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内に、従来周知のスクリーン印刷等によって所定の導体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、接合端子１１２、配線パターン１１３、ビア導体１１４、接続パッド１１５、接続パターン１１６、グランド用ビア導体１１７及び封止用導体パターン１１８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。

実装枠体１６０は、基板１１０の下面と接合され、基板１１０の下面に第二凹部Ｋ２を形成するためのものである。実装枠体１６０は、例えばガラスエポキシ樹脂等の絶縁性基板からなり、基板１１０の下面と導電性接合材１７０を介して接合される。実装枠体１６０の内部には、上面に設けられた接合パッド１６１と、実装枠体１６０の下面に設けられた外部端子１６２とを電気的に接続するための導体部１６３が設けられている。実装枠体１６０の上面の四隅には、接合パッド１６１が設けられ、下面の四隅には、外部端子１６２が設けられている。また、四つの外部端子１６２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１６２の内の二つが、感温素子１５０と電気的に接続されている。また、水晶素子１２０と電気的に接続されている第一外部端子１６２ａ及び第三外部端子１６２ｃは、実装枠体１６０の下面の対角に位置するように設けられている。また、感温素子１５０と電気的に接続されている第二外部端子１６２ｂ及び第四外部端子１６２ｄは、水晶素子１２０と接続されている第一外部端子１６２ａ及び第三外部端子１６２ｃが設けられている対角とは異なる実装枠体１６０の対角に位置するように設けられている。

接合パッド１６１は、基板１１０の接合端子１１２と導電性接合材１７０を介して電気的に接合するためのものである。接合パッド１６１は、図５に示すように、第一接合パッド１６１ａ、第二接合パッド１６１ｂ、第三接合パッド１６１ｃ及び第四接合パッド１６１ｄによって構成されている。また、外部端子１６２は、図５に示すように第一外部端子１６２ａ、第二外部端子１６２ｂ、第三外部端子１６２ｃ及び第四外部端子１６２ｄによって構成されている。導体部１６３は、第一導体部１６３ａ、第二導体部１６３ｂ、第三導体部１６３ｃ及び第四導体部１６３ｄによって構成されている。第一接合パッド１６１ａは、第一導体部１６３ａを介して、第一外部端子１６２ａと電気的に接続され、第二接合パッド１６１ｂは、第二導体部１６３ｂを介して、第二外部端子１６２ｂと電気的に接続されている。第三接合パッド１６１ｃは、第三導体部１６３ｃを介して、第三外部端子１６２ｃと電気的に接続され、第四接合パッド１６１ｄは、第四導体部１６３ｄを介して、第四外部端子１６２ｄと電気的に接続されている。

外部端子１６２は、電子機器等の実装基板に実装するためのものである。外部端子１６２は、実装枠体１６０の下面の四隅に設けられている。外部端子１６２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。外部端子１６２の内の残りの二つの端子は、基板１１０の下面に設けられた一対の接続パッド１１５と電気的に接続されている。また、第二外部端子１６２ｂは、電子機器等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と接続されている。これにより、封止用導体パターン１１８に接合された蓋体１３０がグランド電位となっている第二外部端子１６２ｂに接続される。

導体部１６３は、基板１１０の上面の接合パッド１６１と、下面の外部端子１６２を電気的に接続するためのものである。導体部１６３は、実装枠体１６０の四隅に貫通孔を設け、貫通孔の内壁面に導電部材を形成し、その上面を接合パッド１６１で塞ぎ、その下面を外部端子１６２で塞ぐことにより形成されている。

第二凹部Ｋ２の開口部の形状は、平面視して、矩形状となっている。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、第二凹部Ｋ２の開口部の大きさを説明する。第二凹部Ｋ２の長辺の長さは、０．６〜１．２ｍｍであり、短辺の長さは、０．３〜１．０ｍｍとなっている。

実装枠体１６０の基板１１０への接合方法について説明する。まず、導電性接合材１７０は、例えばディスペンサ及びスクリーン印刷によって第一接合パッド１６１ａ、第二接合パッド１６１ｂ、第三接合パッド１６１ｃ及び第四接合パッド１６１ｄ上に塗布される。基板１１０は、基板１１０の接合端子が導電性接合材１７０上に位置するようにして搬送され、導電性接合材１７０上に載置される。そして導電性接合材１７０は、加熱硬化させることによって、硬化収縮される。これによって、基板１１０の接合端子１１２は、接合パッド１６１に接合される。つまり、基板１１０の第一接合端子１１２ａは、第一接合パッド１６１ａと接合され、基板１１０の第二接合端子１１２ｂは、第二接合パッド１６１ｂと接合される。また、基板１１０の第三接合端子１１２ｃは、第三接合パッド１６１ｃと接合され、基板１１０の第四接合端子１１２ｄは、第四接合パッド１６１ｄと接合されることになる。

また、基板１１０の接合端子１１２と実装枠体１６０の接合パッド１６１とを導電性接合材１７０を介して接合されることで、図２（ｂ）に示すように、基板１１０と実装枠体１６０との間に導電性接合材１７０の厚みと、接合端子１１２と接合パッド１６１の厚みとを足した分の間隙部Ｈが設けられる。これにより、例えば、本実施形態の水晶振動子が電子機器等の実装基板に実装されている場合に、この実装基板に実装されている他のパワーアンプ等の電子部品が発熱し、その熱が実装基板を介して第二凹部Ｋ２内に伝わったとしても、その熱によって熱せられた空気が第二凹部Ｋ２内にこもらずに、間隙部Ｈを通じて熱せられた空気が外部に出されると共に、外部の空気が間隙部Ｈを通じて第二凹部Ｋ２内に入り込むので、第二凹部Ｋ２内に感温素子１５０に対して熱の影響が緩和することができる。よって、このような水晶振動子は、感温素子１５０から出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度との差異を低減することができる。

ここで、実装枠体１６０の作製方法について説明する。実装枠体１６０がガラスエポキシ樹脂である場合は、ガラス繊維から成る基材にエポキシ樹脂の前駆体を含浸させ、このエポキシ樹脂前駆体を所定の温度で熱硬化させることによって製作される。また、導体パターンの所定部位、具体的には、接合パッド１６１及び外部端子１６２は、例えば、ガラスエポキシ樹脂から成る樹脂シート上に、所定の形状に加工した銅箔を転写し、銅箔が転写された樹脂シートを積層して接着剤で接着することによって形成する。また、導体部１６３は、導体ペーストの印刷またはめっき法によって樹脂シートに形成した貫通孔の内面に被着形成するか、貫通孔を充填して形成する。このような導体部１６３は、例えば金属箔または金属柱を樹脂成形によって一体化させたり、スパッタリング法，蒸着法等を用いて被着させたりすることで形成される。

水晶素子１２０は、図１及び図２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及び図２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、第一接合端子１１２ａと第三接合端子１１２ｃが水晶素子１２０と電気的に接続されることになる。また、第一接合端子１１２ａ及び第三接合端子１１２ｃは、第一接合パッド１６１ａ及び第三接合パッド１６１ｃと導電性接合材１７０を介して接合されることで、第一外部端子１６２ａ及び第三外部端子１６２ｃと電気的に接続されることになる。つまり、第一外部端子１６２ａ及び第三外部端子１６２ｃは、水晶素子１２０と電気的に接続されることになる。

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。

感温素子１５０は、サーミスタ、白金測温抵抗体又はダイオード等が用いられている。サーミスタ素子の場合、感温素子１５０には、直方体形状であり、両端に接続端子１６１が設けられている。感温素子１５０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。感温素子１５０は、後述する接続端子１５１間の電圧が、第二外部端子１６２ｂ及び第四外部端子１６２ｄ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。このような感温素子１５０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。

また、白金測温抵抗体が用いられている場合、感温素子１５０は、直方体形状のセラミック板上の中央に白金を蒸着し、白金電極が設けられている。また、セラミック板の両端には接続端子１５１が設けられている。白金電極と接続端子とは、セラミック板上面に設けられた引き出し電極により接続されている。白金電極の上面を被覆するようにして絶縁性樹脂が設けられている。

また、ダイオードが用いられている場合、感温素子１５０は、半導体素子を半導体素子用基板の上面に実装し、その半導体素子及び半導体素子用基板の上面を絶縁性樹脂で被覆された構造である。半導体素子用基板の下面から側面には、アノード端子及びカソード端子となる接続端子１５１が設けられている。感温素子１５０は、アノード端子からカソード端子へは電流を流すが、カソード端子からアノード端子へはほとんど電流を流さない順方向特性を有している。感温素子の順方向特性は、温度によって大きく変化する。感温素子に一定電流を流しておいて順方向電圧を測定することによって、電圧情報を得ることができる。その電圧情報から換算することで水晶素子の温度情報を得ることができる。ダイオードは、電圧と温度との関係が直線を示している。接続端子１５１のカソード端子及びアノード端子間の電圧が、第二外部端子１６２ｂ及び第四外部端子１６２ｄを介して水晶振動子の外へ出力される。

感温素子１５０は、図２に示すように、基板１１０の下面に設けられた接続パッド１１５に半田等の導電性接合材１７０を介して実装されている。また、感温素子１５０の第一接続端子１５１ａは、第一接続パッド１１５ａに接続され、第二接続端子１５１ｂは、第二接続パッド１１５ｂに接続されている。第一接続パッド１１５ａは、基板１１０の下面に設けられた第一接続パターン１１６ａを介して第二接合端子１１２ｂと接続されている。第二接合端子１１２ｂは、導電性接合材１７０を介して、第二接合パッド１６１ｂと電気的に接続されている。第二接合パッド１６１ｂは、第二導体部１６３ｂを介して第二外部端子１６２ｂと電気的に接続されている。よって、第一接続パッド１１５ａは、第二接合端子１１２ｂを介して、第二外部端子１６２ｂと電気的に接続されている。この第二外部端子１６２ｂは、電子機器等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、感温素子１５０の第一接続端子１５１ａ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、感温素子１５０は、平面視で水晶素子１２０に設けられる励振用電極１２２の平面内に位置させていることにより、励振用電極１２２の金属膜によるシールド効果によって感温素子１５０を、電子機器を構成するパワーアンプ等の他の半導体部品や電子部品からのノイズから保護する。よって、励振用電極１２２のシールド効果により、感温素子１５０にノイズが重畳することを低減し、感温素子１５０の正確な電圧を出力することができる。また、感温素子１５０から正確な電圧値を出力することができるので、感温素子１５０から出力された電圧を換算することで得られた温度情報と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度情報との差異をさらに低減することが可能となる。

感温素子１５０の基板１１０への接合方法について説明する。まず、導電性接合材１７０は、例えばディスペンサによって接続パッド１１５に塗布される。感温素子１５０は、導電性接合材１７０上に載置される。そして導電性接合材１７０は、加熱させることによって溶融接合される。よって、感温素子１５０は、一対の接続パッド１１５に接合される。

また、感温素子１５０がサーミスタ素子の場合には、図１及び図２に示すように、直方体形状の両端にそれぞれ一つずつ接続端子１５１が設けられている。第一接続端子１５１ａは、感温素子１５０の右側面及び上下面に設けられている。第二接続端子１５１ｂは、感温素子１５０の左側面と上下面に設けられている。感温素子１５０の長辺の長さは、０．４〜０．６ｍｍであり、短辺の長さは、０．２〜０．３ｍｍとなっている。感温素子１５０の厚み方向の長さは、０．１〜０．３ｍｍとなっている。

導電性接合材１７０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。

蓋体１３０は、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなる。蓋体１３０の外形形状は、第一凹部Ｋ１を備えた箱状部材を逆さまにした形状で、基板１１０に形成される封止用導体パターン１１８との接触部分がＬ字状のフランジとなっている。蓋体１３０は、基板１１０の外周内側に形成された封止用導体パターン１１８の帯状領域にフランジ部を接触させると共に、第一凹部Ｋ１内に水晶素子１２０が収納されるようにして、基板１１０の上面に載置される。このような蓋体１３０は、真空状態にある第一凹部Ｋ１又は窒素ガスなどが充填された第一凹部Ｋ１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の封止用導体パターン１１８と蓋体１３０のフランジ部分に設けられた封止部材１３１とが溶接されるように所定電流を印加してシーム溶接を行うことにより、枠体１１０ｂに接合される。また、蓋体１３０は、封止用導体パターン１１８及びグランド用ビア導体１１７を介して基板１１０の下面の第二接合端子１１２ｂに電気的に接続されている。第二接合端子１１２ｂは、導電性接合材１８０を介して第二接合パッド１６１ｂと電気的に接続されている。第二接合パッド１６１ｂは、第二導体部１６３ｂを介して第二外部端子１６２ｂと電気的に接続されている。よって、蓋体１３０は、実装枠体１６０の第二外部端子１６２ｂと電気的に接続されている。

封止部材１３１は、基板１１０の上面に設けられた封止用導体パターン１１８に相対する蓋体１３０の箇所に設けられている。封止部材１３１は、例えば、銀ロウ又は金錫によって設けられている。銀ロウの場合は、その厚みは、１０〜２０μｍである。例えば、成分比率は、銀が７２〜８５％、銅が１５〜２８％のものが使用されている。金錫の場合は、その厚みは、１０〜４０μｍである。例えば、成分比率が、金が７８〜８２％、錫が１８〜２２％のものが使用されている。

本発明の実施形態における水晶デバイスは、平面視矩形状の基板１１０と、実装枠体１６０上面の外周縁に沿って設けられた接合パッド１６１を有し、基板１１０の下面の外周縁に沿って設けられた接合端子１１２と接合パッド１６１とが接合されることで、基板１１０ａの下面に設けられた実装枠体１６０と、を備えている。このようにすることで、基板１１０の下面と、実装枠体１６０との上面との間に間隙部Ｈが設けられることになるので、例えば、本発明の水晶振動子が電子機器等の実装基板に実装されている場合に、その実装基板上に実装された他の電子部品が発熱し、その熱が実装基板を介して第二凹部Ｋ２内に伝わったとしても、その熱によって熱せられた空気が第二凹部Ｋ２内にこもらずに、間隙部Ｈを通じて熱せられた空気が外部に出されると共に、外部の空気が間隙部Ｈを通じて第二凹部Ｋ２内に入り込むので、第二凹部Ｋ２内に実装された感温素子１５０に対して熱の影響が緩和することができる。よって、このような水晶振動子は、感温素子１５０から出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度との差異を低減することができる。

また、本発明の実施形態における水晶デバイスは、基板１１０に水晶素子１２０と感温素子１５０とを実装した状態で、平面視で水晶素子１２０に設けられた励振用電極１２２の平面内に感温素子１５０を位置させていることによって、励振用電極１２２の金属膜によるシールド効果によって感温素子１５０を、電子機器を構成するパワーアンプ等の他の半導体部品や電子部品からのノイズから保護する。よって、励振用電極１２２のシールド効果により、感温素子１５０にノイズが重畳することを低減し、感温素子１５０の正確な電圧を出力することができる。また、感温素子１５０から正確な電圧値を出力することができるので、感温素子１５０から出力された電圧を換算することで得られた温度情報と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度情報との差異をさらに低減することが可能となる。

また、本発明の実施形態における水晶デバイスは、接続パッド１１５と接合端子１１２とを電気的に接続するための接続パターン１１６とを備え、基板１００の上面に設けられた一対の電極パッド１１１が設けられており、接続パターン１１６の一つが平面視して一対の電極パッド１１１の間に位置するように設けられている。このようにすることによって、水晶素子１２０から伝わる熱が、電極パッド１１１から直下にある基板１１０を介して、第二接続パターン１１６ｂから第二接合パッド１１５ｂに伝わることになる。よって、このような水晶振動子は、熱伝導経路をさらに短くすることができるので、水晶素子１２０の温度と感温素子１５０の温度とが近似することになり、感温素子１５０から出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度との差異をさらに低減することが可能となる。

（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６及び図７に示されているように、電極パッド２１１と接続端子２１２とを電気的に接続するための配線パターン２１３とを備え、配線パターン２１３の一つが、接続パッド２１５と同一平面上に設けられ、実装枠体１６０と重なる位置に設けられている。

電極パッド２１１は、図６に示すように、第一電極パッド２１１ａ及び第二電極パッド２１１ｂによって構成されている。また、接合端子２１２は、図７に示すように第一接合端子２１２ａ、第二接合端子２１２ｂ、第三接合端子２１２ｃ及び第四接合端子２１２ｄによって構成されている。ビア導体２１４は、第一ビア導体２１４ａ及び第二ビア導体２１４ｂによって構成されている。また、配線パターン２１３は、第一配線パターン２１３ａ、第二配線パターン２１３ｂ及び第三配線パターン２１３ｃによって構成されている。第一電極パッド２１１ａは、基板２１０ａに設けられた第一配線パターン２１３ａの一端と電気的に接続されている。また、第一配線パターン２１３ａの他端は、第一ビア導体２１４ａを介して、第三配線パターン２１３ｃの一端と電気的に接続されている。第三配線パターン２１３ｃの他端は、第一接合端子２１２ａと電気的に接続されている。よって、第一電極パッド２１１ａは、第一接合端子２１２ａと電気的に接続されることになる。第二電極パッド２１１ｂは、基板１１０に設けられた第二配線パターン２１３ｂの一端と電気的に接続されている。また、第二配線パターン２１３ｂの他端は、第二ビア導体２１４ｂを介して、第三接合端子２１２ｃと電気的に接続されている。

また、配線パターン２１３は、図６及び図７に示すように、第一配線パターン２１３ａ、第二配線パターン２１３ｂ及び第三配線パターン２１３ｃによって構成されている。第一配線パターン２１３ａ及び第二配線パターン２１３ｂは、基板２１０の上面に設けられ、電極パッド２１１から近傍の基板２１０のビア導体２１４に向けて引き出されている。第三配線パターン２１３ｃは、基板２１０の下面に設けられ、基板２１０の接続パッド２１５と近接するようにして設けられている。つまり、第三配線パターン２１３ｃと接続パッド２１５ｂの間隔は、５０〜１００μｍである。このようにすることによって、水晶素子１２０から伝わる熱が、電極パッド２１１から第一配線パターン２１３ａ及び第一ビア導体２１４ａを介して、第三配線パターン２１３ｃに伝わることになる。次に、水晶素子１２０から伝わる熱が、第三配線パターン２１３ｃから基板２１０の下面を介して接続パッド２１５に伝わる。よって、水晶振動子は、熱伝導経路を短くすることができるので、水晶素子１２０の温度と感温素子１５０の温度とが近似することになり、感温素子１５０から出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度との差異を低減することが可能となる。

また、第三配線パターン２１３ｃは、実装枠体１６０と重なる位置に設けられている。このようにすることによって、本実施形態の第一変形例における水晶振動子を電子機器等の実装基板上に実装した際に、その実装基板上に設けられた配線導体と、第三配線パターン２１３ｃとの間で発生する浮遊容量を低減することができる。よって、水晶素子１２０に浮遊容量が付加されることを抑えつつ、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。

本実施形態の第一変形例における水晶振動子は、電極パッド２１１と接続端子２１２とを電気的に接続するための配線パターン２１３とを備え、第三配線パターン２１３ｃが、接続パッド２１５と同一平面上に設けられ、実装枠体１６０と重なる位置に設けられている。このようにすることによって、水晶素子１２０から伝わる熱が、電極パッド２１１から第一配線パターン２１３ａ及び第一ビア導体２１４ａを介して、第三配線パターン２１３ｃに伝わることになる。次に、水晶素子１２０から伝わる熱が、第三配線パターン２１３ｃから基板２１０の下面を介して接続パッド２１５に伝わる。よって、水晶振動子は、熱伝導経路を短くすることができるので、水晶素子１２０の温度と感温素子１５０の温度とが近似することになり、感温素子１５０から出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度との差異を低減することが可能となる。

また、本実施形態の第一変形例における水晶振動子は、第三配線パターン２１３ｃが、実装枠体１６０と重なる位置に設けられている。このようにすることによって、本実施形態の水晶振動子を電子機器等の実装基板上に実装した際に、その実装基板上に設けられた配線導体と、第三配線パターン２１３ｃとの間で発生する浮遊容量を低減することができる。よって、水晶素子１２０に浮遊容量が付加されることを抑えつつ、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。

（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、前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及び図９に示されているように、感温素子１５０の長辺が、基板３１０の短辺と平行になるように基板３１０の接続パッド３１５に実装されている点において本実施形態と異なる。

接続パッド３１５は、矩形状であり、基板３１０の下面の中央付近に設けられている。接続パッド３１５は、図９に示されているように、接続パッド３１５の長辺と基板３１０の長辺が平行となるように、隣接して設けられている。接続パッド３１５は、第一接続パッド３１５ａと第二接続パッド３１５ｂによって構成されている。接続パターン３１６は、基板３１０の下面に設けられ、接続パッド３１５からから近傍の接合端子３１２に向けて引き出されている。

感温素子１５０は、感温素子１５０の長辺と基板３１０の短辺とが平行となるように、基板３１０の下面に実装されている。このようにすることにより、水晶素子１２０と電気的に接続されている第一接合端子３１２ａは、第一接続パッド３１５ａとの間隔を長くすることができ、水晶素子１２０と電気的に接続されている第三接合端子３１２ｃは、第二接続パッド３１５ｂとの間隔を長くすることができるので、感温素子１５０を接合している導電性接合材１７０が溢れ出たとしても、導電性接合材１７０が付着することを抑えることができる。よって、感温素子１５０と水晶素子１２０と電気的に接続されている接合端子３１２との短絡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、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。

また、上記実施形態では、導体部１６３が基板内に設けられた場合を説明したが、実装枠体１６０の角部に設けられた切れ込みの内部に設けられていても構わない。この際に、導電部は、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。

１１０、２１０、３１０・・・基板
１１１、２１１、３１１・・・電極パッド
１１２、２１２、３１２・・・接合端子
１１３、２１３、３１３・・・配線パターン
１１４、２１４、３１４・・・ビア導体
１１５、２１５、３１５・・・接続パッド
１１６、２１６、３１６・・・接続パターン
１１７、２１７、３１７・・・グランド用ビア導体
１１８、２１８、３１８・・・封止用導体パターン
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・引き出し電極
１３０・・・蓋体
１３１・・・封止部材
１４０・・・導電性接着剤
１５０・・・感温素子
１５１・・・接続端子
１６０・・・実装枠体
１６１・・・接合パッド
１６２・・・外部端子
１６３・・・導体部
Ｋ１・・・第一凹部
Ｋ２・・・第二凹部
Ｈ・・・間隙部

Claims

平面視矩形で、下面の四隅に所定の厚みを有する接合端子が設けられた基板と、
上面の四隅に設けられた所定の厚みを有する接合パッドを有し、前記接合パッドと前記接合端子とが接合されることで前記基板の下面に設けられた実装枠体と、
前記基板の上面に設けられた一対の電極パッドに実装された水晶素子と、
前記基板の下面の前記実装枠体で囲まれた領域内に設けられた一対の接続パッドに導電性接合材を介して実装された感温素子と、
前記水晶素子を気密に封止する蓋体と、を備え、
前記実装枠体の開口から、前記基板と前記実装枠体との間を通って、前記基板及び前記実装枠体の外側面に至っており、前記基板と前記実装枠体との間に前記導電性接合材の厚みと、前記接合端子と前記接合パッドの厚みとを足した分の間隙部を有し、
前記実装枠体の側面から見た際に、前記間隙部と前記導電性接合材とが重なっており、
前記接合パッドは、前記実装枠体の上面において前記開口から外側へ離れており、
前記間隙部は、
前記開口の全周に亘って前記開口に通じている環状の第１部位と、
前記実装枠体の上面の外周縁に沿って互いに隣り合う２つの前記接合パッドに挟まれることによってそれぞれ画定されており、前記第１部位から、前記四隅の接合パッドの間となる四方、かつ外側へ延びて前記実装枠体の外側面に至っている４つの第２部位と、を有している
水晶振動子。
請求項１記載の水晶振動子であって、
前記実装枠体が、ガラスエポキシ樹脂からなることを特徴とする水晶振動子。
請求項１又は請求項２記載の水晶振動子であって、
前記基板に前記水晶素子と前記感温素子とを実装した状態で、前記感温素子が平面視で前記水晶素子に設けられた励振用電極の平面内に位置していることを特徴とする水晶振動子。
請求項１記載乃至請求項３記載の水晶振動子であって、
前記実装枠体には、前記接続パッドと前記接合端子とを電気的に接続するための接続パターンが備えられており、
一対の前記電極パッドは、前記基板の一方の短辺に平行に並ぶとともに、当該一対の電極パッドの間に所定の間隔を開けて設けられており、
前記接続パターンの一つが、平面視で二個の前記電極パッドの間を通るように設けられていることを特徴とする水晶振動子。