本実施形態における圧電デバイスは、図1及び図2に示されているように、基板110aと、基板110aの上面に接合された水晶素子120と、基板110aの下面に接合された集積回路素子150とを含んでいる。基板110aの上面と枠体110bの内側面によって、凹部Kが形成されている。また、基板110aの下面には、実装基体160が備わっており、基板110aの下面と実装基体160の内側面によって、収容部Cが形成されている。このような圧電デバイスは、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110a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集積回路素子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110a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、集積回路素子150を実装するための接続パッド115が設けられている。基板110a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110aの下面の四隅には、後述する実装基体160を接合するための接合端子112が設けられている。また、図5に示すように、基板110aの下面の中央には、水晶素子120を測定するための一対の測定パッド119が設けられ、その一対の測定パッド119を囲むようにして、集積回路素子150を実装するための六つの接続パッド115が設けられている。また、接合端子112は、接続パッド115の内の外側にある四つと電気的に接続されている。
基板110a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110a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110aの表面及び内部には、図4及び図5に示すように、上面に設けられた電極パッド111と、基板110aの下面に設けられた測定パッド119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110aの表面には、下面に設けられた接続パッド115及び測定パッド119と、基板110a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。
枠体110bは、基板110aの上面に配置され、基板110aの上面に凹部Kを形成するためのものである。枠体110b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からなり、基板110aと一体的に形成されている。
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110aの上面に一対で設けられており、基板110a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4及び図5に示されているように基板110aの上面に設けられた配線パターン113及びビア導体114を介して、基板110a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4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。ビア導体114は、第一ビア導体114a、第二ビア導体114b及び第三ビア導体114c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。測定パッド119は、第一測定パッド119a及び第二測定パッド119bによって構成されている。第一電極パッド111aは、基板110a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、第二測定パッド119bと電気的に接続されている。よって、第一電極パッド111aは、第二測定パッド119bと電気的に接続されることになる。また、第二電極パッド111bは、基板110a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113aの他端は、第一ビア導体114aを介して、第一測定パッド119aと電気的に接続されている。よって、第二電極パッド111bは、第一測定パッド119aと電気的に接続されることになる。
接合端子112は、実装基体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、図5(b)に示すように、基板110aの下面の四隅に設けられ、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。接合端子112は、基板110aの下面に設けられた接続パッド115とそれぞれ電気的に接続されている。また、第二接合端子112cは、第三ビア導体114c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110aの上面に設けられ、電極パッド111から近傍の基板110a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4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。また、配線パターン113は、平面視して、枠体110bと重なるようにして設けられている。このようにすることによって、水晶デバイスは、配線パターン113と水晶素子120との間で浮遊容量が発生することを抑えるので、水晶素子120にこの浮遊容量が付与されることがないため、発振周波数が変動してしまうことを抑えることができる。また、水晶デバイスに外力が加わり、枠体110bの長辺方向に曲げモーメントが発生しても、基板110aに加えて枠体110bが設けられていることにより、枠体110bが設けられている箇所は、変形しにくくなる。よって、枠体110bと平面視して重なる位置に設けられた配線パターン113は、断線しにくくなり、発振周波数が出力されなくなることを抑制することができる。
ビア導体114は、基板110aの内部に設けられ、その両端は、配線パターン113及び測定パッド119、又は封止用導体パターン118及び接合端子112の内の一つと電気的に接続されている。ビア導体114は、基板110a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。ビア導体114は、平面視して、図4に示されているように、枠体110bと重なる位置に設けられている。
また、ビア導体114は、実装基体160と重なる位置に設けられている。このようにすることで、本実施形態の圧電デバイスは、電子機器等の実装基板上の実装パターンと、ビア導体114との間で発生する浮遊容量を低減させることで、水晶素子120に浮遊容量が付加されないので、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。
接続パッド115は、集積回路素子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5に示すように、第一接続パッド115a、第二接続パッド115b、第三接続パッド115c、第四接続パッド115d、第五接続パッド115e及び第六接続パッド115fによって構成されている。第一接続パッド115aと第一接合端子112aとは、基板110a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と第一測定パッド119aとは、基板110a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。第三接続パッド115cと第四接合端子112dとは、基板110aの下面に設けられた第三接続パターン116cにより接続されており、第四接続パッド115dと第三接合端子112cとは、基板110aの下面に設けられた第四接続パターン116dにより接続されている。また、第五接続パッド115eと第二測定パッド119bとは、基板110aの下面に設けられた第五接続パターン116eにより接続されており、第六接続パッド115fと第二接合端子112bとは、基板110aの下面に設けられた第六接続パターン116fにより接続されている。また、接続パターン116は、基板110aの下面に設けられ、接続パッド115から近傍の接合端子112及び測定パッド119に向けて引き出されている。
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、第三ビア導体114cを介して、第三接合端子112c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の上面の縁部全周に、基板110a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。
測定パッド119は、水晶素子120のコンタクトピン等を接触させることによって、水晶素子120の特性を測定するためのものである。測定パッド119は、第一測定パッド119a及び第二測定パッド119bによって構成されている。測定パッド119は、基板110に設けられた配線パターン113及びビア導体114を介して、基板110の上面に設けられた電極パッド111と電気的に接続されている。第一測定パッド119aは、第二接続パターン116bを介して第二接続パッド115bと電気的に接続されている。また、第二測定パッド119bは、第五接続パターン116eを介して第五接続パッド115eと電気的に接続されている。測定パッド119は、平面視して、集積回路素子150と重なる位置に設けられている。このようにすることで、電子機器等の実装基板上の実装パターンと測定パッド119との間で発生する浮遊容量を低減させることで、水晶素子120に浮遊容量が付加されないので、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。
ここで基板110aを平面視したときの一辺の寸法が、1.0〜2.0mmである場合を例にして、測定パッド119の大きさを説明する。測定パッド119の長辺の長さは、0.5〜0.8mmとなり、短辺の長さは、0.45〜0.75mmとなる。また、水晶素子120の測定をする際は、実装基体160を実装する前に行うので、測定パッド119を、従来の圧電デバイスと比して、測定パッド119の面積を大きくすることできる。測定パッド119の面積を大きくすることができるので、コンタクトピン(図示せず)と測定パッド119との接触不良を低減することができる。よって、コンタクトピンと測定パッド119との接触不良により生じる水晶素子120の再測定を抑えることができるので、温度補償型水晶発振器の生産性を向上させることが可能となる。
また、水晶素子120の特性を測定する際に使用される電気特性測定器としては、水晶素子120の共振周波数、クリスタルインピーダンスの他、インダクタンス、容量等の等価パラメータを測定することができるネットワークアナライザ又はインピーダンスアナライザ等が用いられる。そのコンタクトピンは、銅、銀等の合金の表面に金メッキを施した高導電性のピンと、接触時の衝撃を抑制するばね性をもったリセクタブルソケットとで構成され、これを測定パッド119に押し付けつつ接触させることで測定が行われる。
ここで、基板110aの作製方法について説明する。基板110a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、封止用導体パターン118及び測定パッド119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。
実装基体160は、基板110aの下面と接合され、基板110aの下面に収容部Cを形成するためのものである。実装基体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110aの下面と導電性接合材170を介して接合される。実装基体160は、一対で設けられており、第一実装基体160a及び第二実装基体160bによって構成されている。実装基体160の内部には、上面に設けられた接合パッド161と、実装基体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。実装基体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、外部端子162は、集積回路素子150と電気的に接続されている。
接合パッド161は、基板110a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6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6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162bと電気的に接続されている。
外部端子162は、圧電デバイスを電子機器等の実装基板(図示せず)に実装するためのものである。外部端子162は、実装基体160の下面の四隅に設けられている。外部端子162は、基板110aの下面に設けられた六つの接続パッド115の四つと電気的に接続されている。また、第三外部端子162c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三外部端子162cに接続される。よって、蓋体130による凹部K内のシールド性が向上する。また、第一外部端子162aは、出力端子として用いられ、第二外部端子162bは、機能端子として用いられ、第四外部端子162dは、電源電圧端子として用いられる。機能端子は、書込読込端子及び周波数制御端子として用いられる。ここで、書込読込端子は、温度補償用制御データを記憶素子部に書き込んだり、記憶素子部に書き込まれた温度補償用制御データを読み込んだりするための端子のことである。周波数制御端子は、電圧を印加すると発振回路部の可変容量ダイオードの負荷容量を変動させることによって、水晶素子120の温度特性を補正させるための端子のことである。
導体部163は、実装基体160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、実装基体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。
収容部Cは、長辺側の側壁が開放された状態となっており、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、収容部Cの開口部の大きさを説明する。収容部Cの長辺の長さは、1.0〜2.0mmであり、短辺の長さは、0.5〜1.2mmとなっている。
実装基体160の基板110a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110aは、基板110aの接合端子112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110aの接合端子112は、接合パッド161に接合される。つまり、基板110aの第一接合端子112aは、第一接合パッド161aと接合され、基板110a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110aの第三接合端子112cは、第三接合パッド161cと接合され、基板110a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110aの接合端子112と一対の実装基体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(a)に示すように、基板110aの長辺方向に沿って実装基体160が設けられていないことにより、側壁が開放された状態となっている開放部H1と、基板110aと実装基体160との間に、導電性接合部材170の厚みと接合端子112の厚みと接合パッド161の厚みとを足した分の間隙部H2が設けられる。これにより、例えば、本実施形態の圧電デバイス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収容部C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収容部Cにこもらずに、基板110aの長辺方向に実装基体160が設けられないことで形成されている開放部H1と基板110aと実装基体160との間に形成された間隙部H2を通じて熱せられた空気が圧電デバイスの外部に出されると共に、外部の空気が開放部H1及び間隙部H2を通じて収容部C内に入り込むので、収容部C内に温度センサーを有する集積回路素子150に対して熱の影響が緩和することができる。よって、集積回路素子150の周囲の温度と、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ので、水晶素子120の周波数温度特性を確実に補正することにより、発振周波数が変動することを低減することできる。
ここで、実装基体160の作製方法について説明する。実装基体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110a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110a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110a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。
集積回路素子150は、例えば、複数個の接続パッドを有した矩形状のフリップチップ型集積回路素子が用いられ、その回路形成面(上面)には、周囲の温度状態を検知する温度センサー、水晶素子120の温度特性を補償する温度補償データを格納するための記憶素子部、温度補償データに基づいて水晶素子120の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路部、その温度補償回路部に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路部が設けられている。この発振回路部で生成された出力信号は、実装基体160の第一外部端子162aを介して圧電デバイスの外へ出力され、例えば、クロック信号等の基準信号として利用される。
記憶素子部は、PROMやEEPROMにより構成されている。温度補償関数である下記に示す三次関数のもととなるパラメータ、例えば三次成分調整値α、一次成分調整値β、0次成分調整値γの各値の温度補償用制御データが第三外部端子162cである書込読込端子から入力され保存される。記憶素子部には、レジスタマップが記憶されている。レジスタマップとは、各アドレスデータに制御データを入力した場合、制御部がそのデータを読み取り、信号を出力し、どのような動作を行なうかを示したものである。
温度補償回路部は、三次関数発生回路や五次関数発生回路等によって構成されている。例えば、三次関数発生回路の場合は、その記憶素子部に入力された温度補償用制御データを読出して、温度補償用制御データから各温度に対して三次関数で導き出された電圧を発生させる。尚、この時の外部の周囲温度は、集積回路素子150内の温度センサーより得られる。温度補償回路部は、可変容量ダイオードのカソードと接続されており、温度補償回路部からの電圧が印加される。このように、可変容量ダイオードに温度補償回路部からの電圧を印加することよって、水晶素子120の周波数温度特性を補正することにより、周波数温度特性が平坦化される。
集積回路素子150は、図2に示すように、基板110a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、集積回路素子150の接続端子151は、接続パッド115に接続されている。接続パッド115は、接続パターン116を介して接合端子112と電気的に接続されている。接合端子112は、導電性接合材170を介して、接合パッド161と電気的に接続されている。接合パッド161は、導体部163を介して外部端子162と電気的に接続されている。よって、接続パッド115は、接合端子112を介して、外部端子162と電気的に接続されている。この第三外部端子162c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、集積回路素子150の接続端子151の内の一つは、基準電位であるグランドに接続されることになる。
また、集積回路素子150内に設けられた温度センサーは、平面視で測定パッド119内に位置させるようにして設けられている。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から配線パターン113及びビア導体114を介して、測定パッド119に伝わった熱が、測定パッド119から放熱され、集積回路素子150内に設けられた温度センサーに伝わることになる。よって、圧電デバイスは、熱伝導経路を短くすることができるので、水晶素子120の温度と集積回路素子150の温度とが近似することになり、集積回路素子150の温度センサーが得た温度と、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。
集積回路素子150の基板110a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。集積回路素子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、集積回路素子150は、接続パッド115に接合される。
また、集積回路素子150は、図1及び図2に示すように、平面視矩形状であり、その下面に六つの接続端子151が設けられている。接続端子151は、一辺に沿って三つ設けられており、その一辺と向かい合う一辺に沿って三つ設けられている。集積回路素子150の長辺の長さは、0.5〜1.2mmであり、短辺の長さは、0.3〜1.0mmとなっている。集積回路素子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170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。
絶縁性樹脂180は、図2(a)及び図2(b)に示されているように、集積回路素子150の接続端子151が設けられている面と基板110aの下面との間に設けられている。このようにすることにより、絶縁性樹脂180は、集積回路素子150と基板110aの下面との接着強度を高めることができる。また、仮に、圧電デバイスを電子機器等の実装基板の実装パッド上に実装させた際に、半田等の異物が収容部C内に入り込んだとしても、絶縁性樹脂180によって、その異物が集積回路素子150の接続端子151間に付着することを抑えることになるので、集積回路素子150の接続端子151間の短絡を低減することができる。また、絶縁性樹脂180は、エポキシ樹脂やエポキシ樹脂を主成分とするコンポジットレジン等の樹脂材料からなる。
また、絶縁性樹脂180は、測定パッド119を覆うように設けられている。このようにすることによって、測定パッド119に異物が付着することを抑えることになるので、水晶素子120にその異物の付加抵抗が加わることを抑制することができる。従って、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可能となる。
絶縁性樹脂180は、集積回路素子150の側面から基板110aに短辺に沿って設けられた一対の実装基体160に向かって上下方向の厚みが薄くなるように傾斜である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、集積回路素子150は、接続パッド115及び実装基体160との接合強度を向上させることができる。
絶縁性樹脂180は、基板110aの下面と、一対の実装基体160との上面との間で設けられ、ビア導体114の下面露出部分がある間隙部H2の一部にまで設けられている。このようにすることにより、収容部Cから放熱をさせつつ、絶縁性樹脂180は、基板110aの下面と一対の実装基体160の上面との接合強度を向上させることができる。また、絶縁性樹脂180は、基板110aの下面のビア導体114の下面露出部分を塞いでおり、絶縁性樹脂180にてビア導体114の下面の外周縁を基板110aに固定することになる。このようにすることで、仮に、基板110aの反り等が生じても、絶縁性樹脂180にてビア導体114が固定されているため、ビア導体114の外周縁と基板110aとの界面からビア導体114が剥がれてしまうことを低減することができる。また、ビア導体114の外周縁と基板110aとの界面からビア導体114が剥がれてしまうことを低減することで、ビア導体114と基板110aとの界面に隙間が生じることがなく、収容部Cから放熱をさせつつ、基板110aの気密性を向上させることができる。尚、絶縁性樹脂180によりビア導体114の下面露出部分がある間隙部H2が塞がれたとしても、実装基体160が形成されていない開放部H1が設けられていることにより、本発明の効果を奏することは可能である。
絶縁性樹脂180の形成方法について説明する。絶縁性樹脂が充填された樹脂ディスペンサの先端を、収容部Cの隙間に挿入し、絶縁性樹脂180の注入を行なう。次に、注入された絶縁性樹脂180を加熱し硬化させる。よって、絶縁性樹脂180は、ビア導体114の下面露出部分がある二つの間隙部H2及び集積回路素子150と基板110aの下面との間に設けられる。
蓋体130は、平板形状をなしており、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。このような蓋体130は、真空状態にある凹部K又は窒素ガスなどが充填された凹部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110aの上面に載置され、枠体110bの封止用導体パターン118と蓋体130の下面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及び第三ビア導体114cを介して基板110aの下面の第三接合端子112cに電気的に接続されている。第三接合端子112cは、導電性接合材180を介して第三接合パッド161c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ている。よって、蓋体130は、実装基体160の第三外部端子162cと電気的に接続されている。
封止部材131は、枠体110b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が設けられている。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圧電デバイスは、平面視矩形状で、下面の四隅に接合端子112が設けられた基板110aと、上面に設けられた接合パッド161を有し、接合パッド161と接合端子112とが接合されることで基板110aの短辺に沿って設けられた一対の実装基体160と、基板110aの上面に設けられた一対の電極パッド111に実装された水晶素子120と、基板110aの下面の一対の実装基体160で挟まれた領域内に設けられた複数の接続パッド115に実装された集積回路素子150と、水晶素子120を気密に封止する蓋体130と、集積回路素子150と基板110aの下面との間に設けられ、集積回路素子150の側面から実装基体160の側面にかけて平面視して広がるように設けられた絶縁性樹脂180と、を備えている。このようにすることにより、圧電デバイスの全体構造を小型化する場合であっても、基板110aに対する絶縁性樹脂180の被着面積を広く確保することができるようになり、これによって実装基体160を基板110aに対し強固に接合させることが可能となる。また、本発明の一つの態様による圧電デバイスは、集積回路素子150と接続パッド115との間に設けられた絶縁性樹脂180によって、集積回路素子150を基板110aに接合することができるので、集積回路素子150の基板110aに対する接合強度を向上させることができる。
また、本発明の実施形態における圧電デバイスは、平面視矩形状の基板110と、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基体160と、を備えている。このようにすることで、基板110aの下面と、実装基体160との上面との間で間隙部H2が設けられることになるので、例えば、本発明の圧電デバイス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収容部C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収容部C内にこもらずに、開放部H1及び間隙部H2を通じて熱せられた空気が外部に出されると共に、外部の空気が開放部H1及び間隙部H2を通じて収容部C内に入り込むので、収容部C内に実装された温度センサーを有する集積回路素子150に対して熱の影響が緩和することができる。よって、このような圧電デバイスは、温度センサーによって測定された温度と、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ので、水晶素子120の周波数温度特性を確実に補正することにより、発振周波数が変動することを低減することできる。
また、本実施形態における圧電デバイスは、絶縁性樹脂180の上下方向の厚みが集積回路素子150の側面から実装基体160の側面にかけて薄くなるように設けられている。このようなフィレットが形成されることにより、集積回路素子150は、接続パッド115及び実装基体160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圧電デバイスは、実装基体160が、ガラスエポキシ樹脂により成っている。このようにすることにより、ガラスエポキシ樹脂製の電子機器等の実装基板に実装する際に、実装基板の熱膨張係数と、実装基体160の熱膨張係数を近似させることになるので、実装基体160に熱応力が加わることを低減させることができる。つまり、電子機器等の実装基板と、実装基体160との熱膨張係数を略等しくすることで、実装基体160に加わる熱応力を低減させることができる。
また、本発明の実施形態における圧電デバイスは、ビア導体114が、平面視において、実装基体160と重なる位置に設けられている。このようにすることで、電子機器等の実装基板上の実装パターンと、ビア導体114との間で発生する浮遊容量を低減させることで、水晶素子120に浮遊容量が付加されないので、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。また、本発明の実施形態における圧電デバイスは、測定パッド119が、平面視して、集積回路素子150と重なる位置に設けられている。このようにすることで、電子機器等の実装基板上の実装パターンと測定パッド119との間で発生する浮遊容量を低減させることで、水晶素子120に浮遊容量が付加されないので、水晶素子120の発振周波数が変動することをさらに低減することができる。
また、本発明の実施形態における圧電デバイスは、絶縁性樹脂180が、基板110a下面の前記ビア導体114の下面露出部分を塞ぐようにして設けられている。このようにすることで、仮に、基板110aの反り等が生じても、絶縁性樹脂180にてビア導体114が固定されているため、ビア導体114の外周縁と基板110aとの界面からビア導体114が剥がれてしまうことを低減することができる。また、ビア導体114の外周縁と基板110aとの界面からビア導体114が剥がれてしまうことを低減することで、ビア導体114と基板110aとの界面に隙間が生じることがなく、収容部Cから放熱をさせつつ、基板110aの気密性を向上させることができる。尚、絶縁性樹脂180によりビア導体114の下面露出部分がある間隙部H2が塞がれたとしても、実装基体160が形成されていない開放部H1が設けられていることにより、本発明の効果を奏することは可能である。
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、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、実装基体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。
また、上記実施形態では、蓋体の外形形状が平板形状である場合を説明したが、蓋体130の外形形状が、凹部Kを備えた箱状部材を逆さまにした形状で、枠体110bに形成された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るようにしても構わない。その際に、基板には、枠体が設けられておらず、基板の外周縁に沿って封止用導体パターンが設けられている。そして、そのフランジ部分が、基板の外周内側に形成された封止用導体パターン118の帯状領域に接触するようして、凹部内に水晶素子120が収納されるように実装される。