JP6904837B2 - 水晶デバイス - Google Patents

Description

本発明は、水晶振動子または水晶発振器の水晶デバイスに関する。

水晶デバイスとして、所定の周波数で振動する発振信号を生成するための水晶振動子または水晶発振器が知られている。このような水晶デバイスの一例として、水晶振動子を恒温槽に収容した恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ）がある（例えば、特許文献１参照）。

水晶振動子または水晶発振器の水晶デバイスは、一対の励振電極部および一対の接続配線部からなる金属パターンが形成されている水晶片に設けられている水晶素子を、有している。水晶素子は、水晶デバイスのパッケージの一部を構成する基体の実装面上に配置されている介在部の主面であって、基体の実装面と反対側を向く介在部の主面上に実装されている。このとき、水晶素子は、接続配線部と、介在部に設けられている接続パッドとが接続部材により電気的に接続されつつ固着されることで、介在部上に実装されている。介在部の下面には、接続パッドと電気的に接続されている搭載端子が設けられており、この搭載端子は、基体の実装面（具体的には、基体の主体となる基板部の上面）に設けられている搭載パッドと搭載部材により電気的に接続されつつ固着されている。このとき、水晶素子は、基体の実装面と反対側を向く介在部の面と離間した状態で対向配置されている。また、平面視して、水晶素子の面中心と介在部の面中心とが一致するように実装されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−３１１４９６号公報 特開２０１６−２２０１７９号公報

水晶素子は、接続部材により介在部上に電気的に接続されつつ固着されているが、水晶デバイスの外部環境の変化、例えば、水晶デバイスが存在する雰囲気中の温度変化等により、水晶素子に意図しない応力や歪が加わる虞がある。この結果、水晶デバイスの周波数安定性を欠き電気的特性が低下してしまう。

本発明では、水晶素子に意図しない応力や歪が加わることを低減させ、電気的特性を向上させることができる水晶デバイスを提供することを目的とする。

本発明における水晶デバイスは、平板状に形成されている水晶片と、水晶片の両主面に設けられている一対の励振電極部および励振電極部から水晶片の縁部まで延設されている接続配線部からなる金属パターンと、金属パターンの接続配線部の一部に接続される接続パッドが上面に設けられ、介在部の接続パッドと電気的に接続されている搭載端子が下面に設けられている介在部と、搭載端子に接続される搭載パッドが上面に設けられている基板部を主体とする基体と、基体に接合される蓋体と、を備え、平面視して、介在部の面中心が、搭載端子と接続パッドとの間に位置しており、水晶素子の面中心が、介在部の面中心と接続パッドとの間に位置していることを特徴とする。

上記の構成によれば、水晶素子に意図しない応力や歪が加わることを低減させ、水晶デバイスの電気的特性を向上させることができる。

本実施形態に係る水晶デバイスの斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面における断面図である。 本実施形態に係る水晶デバイスの分解斜視図である。 （ａ）は、水晶素子の上面を平面視した平面図であり、（ｂ）は、水晶素子の下面を上面側から平面透視した平面図である。 （ａ）は、介在部の上面を平面視した平面図であり、（ｂ）は、介在部の下面を上面側から平面透視した平面図である。 基体に介在部が実装されている状態を示す図である。 介在部に水晶素子が実装されている状態を示す図である。 介在部に水晶片を実装した状態を示す図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図面は、模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。便宜上、層上の部分（すなわち断面でない面）にハッチングを付すことがある。

本開示の水晶デバイスおよび水晶素子は、いずれも上方または下方とされてよいものであるが、以下では、図１および図２の紙面の情報を上方とし、上面または下面等の用語を用いることがある。また、単に平面視という場合において、特に断りがない限りは、上記のように便宜的に定義した上下方向においてみることとする。

＜実施形態＞
図１〜図８は、本実施形態に係る図である。図１〜図３は、水晶デバイスに関する図であり、図１は、水晶デバイスの斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面におおける段目図である。また、図３は、水晶デバイスの分解斜視図である。図４は、本実施形態に係る水晶デバイスで用いる水晶素子の平面図である。図５は、本実施形態に係る水晶デバイスで用いる介在部の平面図である。図６は、本実施形態に係る水晶デバイスにおいて、基体に介在部を実装した状態を示す図である。図７は、本実施形態に係る水晶デバイスにおいて、介在部に水晶素子を実装した状態を示す図であり、図８は、金属パターンを設けていない水晶素子（水晶片）を介在部に実装した状態を示す図である。

水晶デバイスは、全体として、略直方体形状となっている電子部品である。水晶デバイスは、例えば、長辺または短辺の長さが、０．６ｍｍ〜１０．０ｍｍであり、上下方向の厚みが、０．２ｍｍ〜３．２ｍｍとなっている。

水晶デバイスは、例えば、凹部が形成さえている基体１１０と、基体１１０に収容される水晶素子１２０および介在部１５０と、凹部を塞ぐ蓋体１３０と、を主に備えている。また、水晶デバイスは、搭載部材１４１により基体１１０に介在部１５０が実装されており、接続部材１４２により介在部１５０上に水晶素子１２０が実装されている。

（基体の説明）
基体１１０は、例えば、基体１１０の主体となる基板部１１０ａと、基板部１１０ａの上面の縁部に沿って設けられている枠部１１０ｂと、一対の搭載パッド１１１と、複数の実装端子１１２と、を有している。

基板部１１０ａは、介在部１５０を実装するためのものである。基板部１１０ａは、略薄型直方体形状となっている。基板部１１０ａは、上面に一対の搭載パッド１１１が設けられており、下面に複数の実装端子１１２が設けられている。また、基板部１１０ａには、特に図示しない内部配線（基板部１１０ａの表面に露出しているものも含む）が複数設けられており、内部配線のうち所定の二つは、基板部１１０ａの上面に設けられている搭載パッド１１１と基板部１１０ａの下面に設けられている所定の二つの実装端子１１２とをそれぞれ電気的に接続している。

ここで、基板部１１０ａの上面とは、介在部１５０が実装される面のことをさし、基板部１１０ａの下面とは、基板部１１０ａの上面と反対側を向く基板部１１０ａの面をさす。

枠部１１０ｂは、水晶素子１２０および介在部１５０を基体１１０内に収容する空間を形成するためのものであり、基板部１１０ａの上面の縁部に沿って枠状に設けられている。また、枠部１１０ｂは、基板部１１０ａと一体的に形成されている。

搭載パッド１１１は、枠部１１０ｂ内であって基板部１１０ａの上面に設けられている。このとき、搭載パッド１１１は、例えば、基板部１１０ａの一方の短辺の縁部に沿って二つ並んで設けられている。

実装端子１１２は、水晶デバイスを付図示の回路基板等に実装するためのものであり、基板部１１０ａの下面に複数設けられている。実装端子１１２は、例えば、四つ設けられており、基板部１１０ａの下面の四隅に配置されている。

内部配線（図示せず）は、基板部１１０ａに複数設けられている。内部配線のうち所定の二つは、基板部１１０ａの上面に設けられている一対の搭載パッド１１１と基板部１１０ａの下面に設けられている所定の二つの実装端子１１２とをそれぞれ電気的に接続させている。なお、内部配線は、基板部１１０ａの表面に露出していてもよい。また、内部配線が基板部１１０ａに二つしか設けられていない場合には、一対の搭載パッド１１１と所定の二つの実装端子１１２とを電気的に接続している。内部配線が三つ以上ある場合には、所定の他の一つの内部配線は、枠部１１０ｂ内にまで延設され、基板部１１０ａの下面に設けられている所定の他の一つの実装端子１１２と、枠部１１０ｂの上面に接合される蓋体１３０とを電気的に接続している。

（介在部の説明）
図５は、本実施形態に係る水晶デバイスで用いる介在部１５０の平面図である。図５（ａ）は、本実施形態に係る水晶デバイスで用いる介在部１５０の上面の平面図であり、図５（ｂ）は、本実施形態に係る水晶デバイスで用いる介在部１５０の下面を上面側から平面透視した平面図である。従って。図５（ａ）は、水晶素子１２０が実装される介在部１５０の面であり、図５（ｂ）は、基板部１１０ａに実装される介在部１５０の面である。図６は、介在部１５０と基体１１０との状態をわかりやすく説明するための図であり、図７および図８は、介在部１５０と水晶素子１２０との状態をわかりやすく説明するための図である。

介在部１５０は、互いに直交しているＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）およびＺ軸（光軸）からなる結晶軸を有している水晶部材が用いられ、略薄型平板状となっている。介在部１５０の主面は、水晶素子１２０の水晶片１２１の主面と同じカットアングルとなっており、例えば、水晶において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸からなる直交座標系を、Ｘ軸回りに３０°以上５０°以下（一例として、３５°１５′）回転させて、直交座標系ＸＹ´Ｚ´系を定義したとき、ＸＺ´平面をと平行となっている。介在部１５０の主面は、例えば、短辺がＺ´軸に平行となっており長辺がＸ軸に平行となっている矩形となっている。

また、介在部１５０の主面の大きさは、後述する水晶素子１２０の主面の大きさと異なっており、介在部１５０の主面は水晶素子１２０の主面よりも大きくなっている。このため、図８に示したように、介在部１５０の他方の短辺の縁部に設けられている接続パッド１５２に水晶素子１２０の接続部１２４ａを接続部材１４２によって電気的に接続しつつ固着し、介在部１５０の上面に水晶素子１２０を実装し、水晶素子１２０の上面側から平面視すると、介在部１５０の面中心Ｃ１５０が水晶素子１２０の面中心Ｃ１２０と重ならない。また、このとき、水晶素子１２０の面中心Ｃ１２０は、介在部１５０の面中心Ｃ１５０と介在部１５０の接続パッド１５２との間に位置している。

このように、介在部１５０の主面と水晶素子１２０の主面の大きさを異なるようにし、水晶素子１２０の面中心Ｃ１２０が介在部１５０の面中心Ｃ１５０と介在部１５０の接続パッド１５２との間に位置させることで、介在部１５０と水晶素子１２０の固有周波数を異なるようにすることが可能となる。この結果、水晶素子１２０の金属パターン１２２に交番電圧が印可されたときに生じる水晶素子１２０の振動が、接続部材１４２を介し介在部１５０へ伝搬したとしても、介在部１５０と水晶素子１２０の固有振動数が異なるため、介在部１５０と水晶素子１２０の固有振動数が同じことによる介在部１５０の共振を低減させることが可能となる。従って、介在部１５０と水晶素子１２０とが共振することによる水晶デバイスの電気的特性が低下することを抑制させることができる。なお、介在部１５０の固有振動数および水晶素子１２０の固有振動数には、水晶素子１２０の金属パターン１２２に交番電圧を印可したときに生じる、主振動である厚みすべり振動の周波数、副次的な振動である輪郭振動の周波数および別の副次的な振動である屈曲振動の周波数などがあり、上記のようにすることで、それぞれの固有振動周波数を異なるものとしている。

また、介在部１５０の上下方向の厚みは、例えば、水晶素子１２０の水晶片１２１の上下方向の厚みより厚くなっている。このようにすることで、本実施形態に係る水晶デバイスでは、介在部１５０の下面であって介在部１５０の一方の短辺の両端部を搭載部材１４１によって固着し片持ち保持しつつ、介在部１５０の上面であって介在部１５０の他方の短辺の両端部に接続部材１４２によって水晶素子１２０を片持ち保持した状態にしているので、このようにすることで、水晶素子１２０の自重による撓みにより介在部１５０の下面であって介在部１５０の他方の短辺が基体１１０の基板部１１０ａに接触することを低減させることができる。この結果、介在部１５０の下面であって介在部１５０の他方の短辺が基体１１０の基板部１１０ａに接触することで介在部１５０から水晶素子１２０に意図しない応力が加わり水晶デバイスの電気的特性が低下することを抑制することが可能となる。

介在部１５０の主面とは、介在部１５０において最も広い面積を有する面のことをさす。また、介在部１５０を基体１１０の基板部１１０ａ上に実装したとき、基板部１１０ａ側を向く介在部１５０の主面を介在部１５０の下面とし、介在部１５０の下面と反対側を向く介在部１５０の主面を介在部１５０の上面とする。

また、介在部１５０の上面を平面視、および、介在部１５０の下面を上面側から平面透視した場合に、介在部１５０の面中心Ｃ１５０（具体的には、介在部１５０を平面して対角線の交点）を通過する介在部１５０の短辺に平行な仮想線ＣＬ１に対して、介在部１５０の一方の短辺を含む部分を第一領域Ａ１とし、介在部１５０の他方の短辺を含む部分を第二領域Ａ２とする。ここで、介在部１５０の一方の短辺とは、一対の搭載端子１５１が並んで設けられている短辺のことをさす。

介在部１５０は、介在部１５０の下面に一対の搭載端子１５１が設けられており、介在部１５０の上面に一対の接続パッド１５２が設けられている。また、介在部１５０には、搭載端子１５１と接続パッド１５２とを電気的に接続するための導電部１５３が設けられている。また、介在部１５０には、溝部１５４が形成されている。

搭載端子１５１は、基板部１１０ａの上面に設けられている搭載パッド１１１と対向する位置であって、介在部１５０の下面の一方の短辺に沿って設けられている。従って、搭載端子１５１は、介在部１５０の第一領域Ａ１に設けられている。また、搭載端子１５１は、搭載部材１４１によって基板部１１０ａの上面に設けられている搭載パッド１１１と電気的に接続されている。

また、介在部１５０の下面を平面透視したとき、介在部１５０の面中心Ｃ１５０を通過する介在部１５０の長辺に平行な仮想線ＣＬ２に対して、一対の搭載端子１５１は、線対称となるように位置している。従って、一対の搭載端子１５１は、介在部１５０の短辺に平行、別の観点では、Ｚ´軸に平行になるように二つ並んで配置されている。

接続パッド１５２は、介在部１５０の上面に水晶素子１２０を実装するためのものであり、水晶素子１２０の接続配線部１２４の一部、具体的には、接続部１２４ａと対向する位置に設けられている。また、接続パッド１５２は、接続部材１４２によって水晶素子１２０の接続部１２４ａと電気的に接続されている。

このとき、接続パッド１５２が並んでいる軸方向と水晶素子１２０の接続部１２４ａが並んでいる軸方向とは、同じ方向となっている。具体的には、一対の接続パッド１５２が並んでいる方向がＺ´軸に平行となっている場合、水晶素子１２０の接続部１２４ａが並んでいる方向もＺ´軸に平行となっている。水晶素子１２０の水晶片１２１のカットアングルと介在部１５０のカットアングルとは同じとなっているので、Ｚ´軸は平行となっている。接続パッド１５２は、例えば、介在部１５０の上面であって、介在部１５０の他方の短辺の縁部に沿って二つ並んで設けられている。

また、介在部１５０の上面を平面視したとき、介在部１５０の面中心Ｃ１５０を通過する介在部１５０の長辺に平行な仮想線ＣＬ２に対して、一対の接続パッド１５２は、線対称となるように位置している。また、介在部１５０の下面を上面側から平面透視したとき、介在部１５０の面中心Ｃ１５０を通過する介在部１５０の長辺に平行な仮想線ＣＬ２に対して、一対の搭載端子１５１は、線対称となるように位置している。

導電部１５３は、搭載端子１５１と接続パッド１５２とを電気的に接続するためのものであり、一端が搭載端子１５１に接続されており、他端が接続パッド１５２に接続されている。また、例えば、導電部１５３の一部は、介在部１５０の下面と介在部１５０の上面とを電気的に接続させるための、特に図示しないが、ビアまたはスルーホールとなっている。なお、本実施形態では、介在部１５０の下面に設けられている導電部１５３と介在部１５０の上面に設けられている導電部１５３とを電気的に接続させるためにビアまたはスルーホールが設けられている場合について説明しているが、介在部１５０の下面に設けられている導電部１５３と介在部１５０の下面に設けられている導電部１５３とを電気的に接続させることができれば、介在部１５０の側面に導電部１５３の一部を設けてもよい。

溝部１５４は、介在部１５０を平面視して、搭載端子１５１と接続パッド１５２と間の、第二領域Ａ２に形成されている。従って、溝部１５４は、介在部１５０を平面視したとき、仮想線ＣＬ１と接続パッド１５２との間に形成されているといえる。

溝部１５４は、介在部１５０の上面側に形成されており、その上下方向の深さは、介在部１５０の上下方向の厚みの半分以上の深さ、または、介在部１５０の上面から下面へ貫通している。

水晶素子１２０が介在部１５０に実装されているとき、水晶素子１２０の上面から平面視したとき、介在部１５０に形成されている溝部１５４と水晶片１２１とが重なっている溝部１５４の形状は、Ｘ軸に平行な二辺とＺ´軸に平行な二辺からなる略矩形形状となっている。このとき、所定の二辺の長さは、水晶素子１２０の水晶片１２１の短辺の長さの０．３倍以上０．５倍未満の長さとなっている。

ここで、水晶素子１２０が介在部１５０の上面に実装されているとき、水晶素子１２０の上面から平面視して、介在部１５０に形成されている溝部１５４と水晶片１２１とが重なっている溝部１５４の部分を、溝部１５４の重なっている部分と説明することがある。

溝部１５４は、例えば、介在部１５０に二つ形成されている。水晶素子１２０が介在部１５０に実装されているとき、それぞれの溝部１５４の重なっている部分は、ほぼ同じ形状となっている。また、水晶片１２１の面中心（水晶片１２１の対角線の交点）を通過する水晶片１２１の長辺に平行な中心線ＣＬ２に対して線対称となっている。

このような介在部１５０は、基体１１０の基板部１１０ａの上面に、搭載部材１４１によって実装されており、そして、この介在部１５０の上面に接続部材１５２によって水晶素子１２０が実装されている。別の観点では、介在部１５０は、基体１１０の基板部１１０ａと水晶素子１２０との間に配置されているといえる。

（搭載部材の説明）
搭載部材１４１は、介在部１５０を基体１１０の基板部１１０ａ上に実装するためのものであり、図２に示すように、基体１１０の基板部１１０ａの上面と介在部１５０の下面との間に位置している。このとき、図６に示すように、介在部１５０の上面側から平面透視した場合、搭載部材１４１は、介在部１５０の第一領域Ａ１内に設けられている。

搭載部材１４１は、例えば、第一搭載部材１４１ａ、第二搭載部材１４１ｂおよび第三搭載部材１４１ｃからなる。

第一搭載部材１４１ａおよび第二搭載部材１４１ｂは、図示したように、介在部１５１を基体１１０の基板部１１０ａ上に実装しつつ、介在部１５０の下面に設けられている搭載端子１５１と基板部１１０ａの上面に設けられている搭載パッド１１１とを電気的に接続している。従って、第一搭載部材１４１ａおよび第二搭載部材１４１ｂは、第一領域Ａ１内であって介在部１５０の搭載端子１５１と基板部１１０ａの搭載パッド１１１との間に位置している搭載部材１４１である。

第一搭載部材１４１ａおよび第二搭載部材１４１ｂは、例えば、導電性接着剤またはバンプが用いられる。導電性接着剤は、導電性フィラーが熱硬化性樹脂に混ぜ込まれたものである。バンプは、例えば、金、半田等が用いられる。

第三搭載部材１４１ｃは、介在部１５０を基板部１１０ａ上に実装したとき、介在部１５０の下面と基板部１１０ａの上面とが略平行となるようにするためのものである。第三搭載部材１４１ｃは、例えば、図示しているように、基板部１１０ａの上面と介在部１５０の下面との間であって、平面視したとき、介在部１５０の第一領域Ａ１内であって介在部１５０の面中心に近い位置に位置している。

第三搭載部材１４１ｃは、例えば、導電性接着剤、絶縁性接着剤またはバンプが用いられる。導電性接着剤は、導電性フィラーが熱硬化性樹脂に混ぜ込まれたものであり、絶縁性接着剤は、導電性フィラーが混ぜ込まれていない熱硬化性樹脂である。バンプは、例えば、金、半田等が用いられる。

従って、第一搭載部材１４１ａ、第二搭載部材１４１ｂおよび第三搭載部材１４１ｃからなる搭載部材１４１は、介在部１５０が基体１１０の基板部１１０ａ上に実装されているとき、介在部１５０の下面であって介在部１５０の第一領域Ａ１と、基板部１１０ａの上面との間に位置している。

なお、本実施形態では、搭載部材１４１が第一搭載部材１４１ａ、第二搭載部材１４１ｂおよび第三搭載部材１４１ｃからなる場合について説明しているが、基板部１１０ａ上に介在部１５０を実装することができ、介在部１５０の下面であって介在部１５０の第一領域Ａ１に位置していれば、例えば、搭載部材１４１が四つからなっていてもよい。

また、本実施形態では、第一搭載部材１４１ａおよび第二搭載部材１４１ｂが搭載パッド１１１と搭載端子１５１との間に位置している場合について説明しているが、搭載端子１５１と搭載パッド１１１とを電気的に接続することができれば、例えば、搭載端子１５１が介在部１５０の上面に設けられており、この搭載端子１５１と搭載パッド１１１とがワイヤ等により電気的に接続させることができる状態になっていれば、第一搭載部材１４１ａおよび第二搭載部材１４１ｂは、絶縁性接着剤であっても構わない。

（水晶素子の説明）
図４は、本実施形態に係る水晶デバイスで用いる水晶素子に関する図である。図４（ａ）は、本実施形態に係る水晶デバイスで用いる水晶素子の上面を平面視した平面図である。図４（ｂ）は、本実施形態で係る水晶デバイスで用いる水晶素子の下面を上面側から平面透視した平面図である。従って、図４（ａ）は、介在部１５０上に水晶素子１２０を実装したとき、介在部１５０の上面と反対側を向く水晶素子１２０の面であり、図４（ｂ）は、介在部１５０側を向く水晶素子１２０の面である。

水晶素子１２０は、介在部１５０の上面に実装されている。本実施形態では、基体１１０の基板部１１０ａの上面と略平行となっている水晶素子１２０の面を水晶素子１２０の主面とする。また、水晶素子１２０から基板部１１０ａへ向かう向きを下方向とし、基板部１１０ａから水晶素子１２０へ向かう向きを上方向とする。

また、介在部１５０の上面を向く水晶素子１２０の主面を水晶素子１２０の下面とし、水晶素子１２０の下面と反対側を向く水晶素子１２０の主面を水晶素子１２０の上面とする。また、本実施形態では、水晶素子１２０の主面を水晶片１２１の主面と同一の意味で用いている。同様に、水晶素子１２０の下面と水晶片１２１の下面とを同一の意味で用いており、水晶素子１２０の上面と水晶片１２１の上面とを同一の意味で用いている。

水晶素子１２０は、発振信号が生成される振動を生じさせる部分である。また、水晶素子１２０は、前述したように、介在部１５０の上面に実装されており、基体１１０および蓋体１３０により形成される空間内に、真空または適当なガス（例えば、窒素）雰囲気中に封入されている。

水晶素子１２０は、水晶片１２１と金属パターン１２２とから構成されている。

水晶片１２１は、例えば、いわゆるＡＴカット板である。すなわち、水晶において、Ｘ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）およびＺ軸（光軸）からなる直交座標系ＸＹＺ系を、Ｘ軸回りに３０°以上５０°以下（一例として、３５°１５′）回転させて、ＸＹ´Ｚ´系を定義したとき、水晶片１２１の主面は、ＸＺ´平面と平行となっている。水晶片１２１の平面における形状は、例えば、矩形となっている。このとき、水晶片１２１は、長辺がＸ軸に平行となっており、短辺がＺ´軸と平行となっている。

水晶片１２１の上下方向の厚みは、厚みすべり振動について所望の固有周波数に基づいて設定される。例えば、基本波振動を用いる場合において、固有振動数をＦ（ＭＨｚ）とすると、この固有振動数Ｆに対応する水晶片１２１の厚みｔ（μｍ）を求める基本式は、ｔ＝１６７０／Ｆである。なお、実際には、水晶片１２１の厚みは、励振電極部１２３の重さ等も考慮して、基本式の値から微調整された値となる。

水晶片１２１の各種寸法は、等価直列抵抗値の低減等の種々の観点から、シミュレーションレーション計算および実験等に基づいて適宜設定されてよい。一例をあげると、例えば、長辺または短辺の長さが、０．５（ｍｍ）〜９．０（ｍｍ）であり、厚さが４０（μｍ）〜１００（μｍ）である。

このような水晶片１２１に設けられている金属パターン１２２は、水晶素子１２０の外部から交番電圧を印可するためのものである。金属パターン１２２は、一層となっていてもよいし、複数の金属層が積層されていてもよい。金属パターン１２２は、特に図示しないが、例えば、第一金属層および第一金属層上に積層されている第二金属層とからなる。

第一金属層は、水晶と密着性のよい金属が用いられる。例えば、ニッケル、クロム、ニクロムまたはチタンのいずれか一つが用いられる。このように水晶と密着性のよい金属を用いることで、水晶と密着しにくい金属材料を第二金属層に用いることができる。

第二金属層は、金属材料の中で、電気抵抗率が低く、安定した材料が用いられる。第二金属層は、例えば、金、金を主成分とする合金、銀または銀を主成分とする合金のいずれか一つが用いられる。電気抵抗率が低い金属を第二金属層に用いることで、金属パターン１２２自身の抵抗率を小さくすることができ、この結果、水晶素子１２０の等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。また、安定した金属材料を第二金属層に用いることで、水晶素子１２０が存在する周囲の空気と金属パターン１２２とが反応し、金属パターン１２２の重さが変化することを低減させることができる。この結果、金属パターン１２２の重さが変化することで生じる水晶素子１２０の周波数の変化を抑制することができ、電気的特性を安定させることが可能となる。

金属パターン１２２は、励振電極部１２３と接続配線部１２４とからなる。そして、この接続配線部１２４は、接続部１２４ａおよび配線部１２４ｂを有している。

励振電極部１２３は、水晶片１２１に交番電圧を印可するためのものである。励振電極部１２３は、一対となっており、水晶片１２１の両主面の中央付近に、互いが対向するように設けられている。また、励振電極部１２３は、平面視して、例えば、略矩形となっている。

接続配線部１２４は、水晶素子１２０の外部から励振電極部１２３へ交番電圧を印可するためのものである。また、接続配線部１２４は、前述したように、接続部１２４ａと配線部１２４ｂとからなる。

接続部１２４ａは、水晶素子１２０を水晶デバイスとして用いる場合、介在部１５０に実装するためのものであり、介在部１５０の上面に設けられている接続パッド１５２と接続部材１４２によって電気的に接続される。従って、接続部１２４ａは、介在部１５０の搭載パッド１５２と対向する位置に設けられている。また、接続部１２４ａは、例えば、平面視して、水晶片１２１の一方の短辺の縁部に沿って二つ並んで設けられている。

上述したように、接続部１２４ａが介在部１５０の接続パッド１５２と対向する位置に設けられているので、水晶素子１２０を介在部１５０の上面に実装した状態で、水晶素子１２０の上面側から平面透視したとき、接続部１２４ａおよび接続パッド１５２は、介在部１５０の第二領域Ａ２に位置しているといえる。

一対の接続部１２４ａが並んでいる方向と水晶片１２１の結晶軸との位置関係は、一対の接続パッド１５２が並んでいる方向と介在部１５０における結晶軸との位置関係と同じとなっている。具体的には、一対の接続パッド１５２が並んでいる方向がＺ´軸に平行となっている場合、水晶素子１２０の接続部１２４ａが並んでいる方向もＺ´軸に平行となっている。水晶素子１２０の水晶片１２１のカットアングルと介在部１５０のカットアングルとは同じとなっているので、Ｚ´軸は平行となっている。

配線部１２４ｂは、接続部１２４ａと励振電極部１２３とを電気的に接続するためのものであり、一端が接続部１２４ａに接続されており、他端が励振電極部１２３に接続されている。

（接続部材の説明）
接続部材１４２（１４２ａ、１４２ｂ）は、図２および図７に示すように、水晶素子１２０の介在部１５０の上面に実装しつつ、水晶素子１２０の接続部１２４ａと介在部１５０の接続パッド１５２とを電気的に接続するためのものである。従って、接続部材１４２は、介在部１５０の上面に設けられている接続パッド１５２と、水晶素子１２０の接続部１２４ａとの間に位置している。前述したように、接続パッド１５２は、介在部１５０の第二領域Ａ２に設けられているの、別の観点では、接続部材１４２は、介在部１５０の第二領域Ａ２に設けられているといえる。

また、接続部材１４２は、第一接続部材１４２ａおよび第二接続部材１４２ｂからなる。第一接続部材１４２ａは、介在部１５０の上面であって介在部１５０の他方の短辺の一端側に設けられている接続パッド１５２と、水晶素子１２０の一対の接続部１２４ａのうち一方の接続部１２４ａとの間に設けられている。第二接続部材１４２ｂは、介在部１５０の上面であって介在部１５０の他方の短辺の他端側に設けられている接続パッド１５２と、水晶素子１２０の接続部１２４ａのうち他方の接続部１２４ａとの間に設けられている。

第一接続部材１４２ａおよび第二接続部材１４２ｂは、例えば、導電性接着剤またはバンプが用いられる。導電性接着材は、導電性フィラーが熱硬化性樹脂に混ぜこまれたものである。バンプは、例えば、金、半田等が用いられる。

（蓋体の説明）
蓋体１３０は、基体１１０の凹部空間内に収容されている介在部１５０および水晶素子１２０を気密封止するためのものであり、基体１１０の上面にシーム溶接等により接合されている。また、蓋体１３０は、例えば、金属から構成されており、薄型直方体形状となっている。

このように構成された水晶デバイスは、例えば、不図示の回路基板の実装面に基体１１０の下面を対向させて配置され、実装端子１１２が半田などにより回路基板の実装パッド（図示せず）に接合されることによって回路基板に実装される。回路基板には、例えば、発振回路が構成されている。発振回路によって、実装端子１１２、内部配線（図示せず）、搭載パッド１１１、搭載部材１４１、搭載端子１５１、導電部１５３、接続パッド１５２、接続部材１４２および接続配線部１２４を介して励振電極部１２３に交番電圧を印可し、発振信号を生成する。この際、発振回路は、例えば、水晶片１２１の厚みすべり振動のうち基本波振動を利用する。オーバートーン振動が利用されてもよい。

以上のことから、本実施形態に係る水晶デバイスは、平板状に形成されている水晶片１２１と、水晶片１２１の両主面に設けられている一対の励振電極部１２３および励振電極部１２３から水晶片１２１の縁部まで延設されている接続配線部１２４からなる金属パターン１２２と、金属パターン１２２の接続配線部１２４の一部に接続される接続パッド１５２が上面に設けられ、接続パッド１５２と電気的に接続されている搭載端子１５１が下面に設けられている介在部１５０と、介在部１５０の搭載端子１５１に接続される搭載パッド１１１が上面に設けられている基板部１１０ａを主体とする基体１１０と、基体１１０に接合される蓋体１３０と、を備え、平面視して、介在部１５０の面中心Ｃ１５０が、搭載端子１５１と接続パッド１５４との間に位置しており、水晶素子１２０の面中心Ｃ１２０が、介在部１５０の面中心Ｃ１５０と接続パッド１５２との間に位置している。

水晶素子１２０の水晶片１２１の主面の大きさを一定とした場合、このようにすることで、介在部１５０の搭載端子１５１と（基体１１０の）基板部１１０ａの搭載パッド１１１とが搭載部材１４１により電気的に接続されつつ固着される部分から、介在部１５０の接続パッド１５２と水晶素子１２０の接続部１２４ａとが接続部材１４２によって電気的に接着されつつ固着される部分までの距離を、より長くすることができる。この結果、基体１１０の基板部１１０ａと介在部１５０の一方の短辺の縁部側を搭載部材１４１により固着したことが原因で生じる介在部１５０の他方の短辺の縁部側の歪、具体的には、基板部１１０ａと介在部１５０の熱膨張率の差や搭載部材１４１の硬化時の収縮における介在部１５０の他方の短辺の縁部側の歪を低減させることができ、水晶素子１２０に意図しない応力や歪が加わることを低減させ、水晶デバイスの電気的特性を向上させることが可能となる。

また、介在部１５０上に水晶素子１２０を実装し、水晶素子１２０の上面側から平面視して、介在部１５０の面中心Ｃ１５０が、水晶素子１２０の面中心Ｃ１２０と重ならないようにすることで、水晶素子１２０の振動により介在部１５０が意図しない振動をすることを抑制させることができる。この結果、介在部１５０の意図しない振動により水晶素子１２０に意図しない歪が加わることを低減させることが可能となるので、水晶デバイスの電気的特性を向上させることが可能となる。

また、このように、介在部１５０の主面と水晶素子１２０の主面の大きさを異なるようにし、水晶素子１２０の面中心Ｃ１２０が介在部１５０の面中心Ｃ１５０と介在部１５０の接続パッド１５２との間に位置させることで、介在部１５０と水晶素子１２０の固有周波数を異なるようにすることが可能となる。この結果、水晶素子１２０の金属パターン１２２に交番電圧が印可されたときに生じる水晶素子１２０の振動が、接続部材１４２を介し介在部１５０へ伝搬したとしても、介在部１５０と水晶素子１２０の固有振動数が異なるため、介在部１５０と水晶素子１２０の固有振動数が同じことによる介在部１５０の共振を低減させることが可能となる。従って、介在部１５０と水晶素子１２０とが共振することによる水晶デバイスの電気的特性が低下することを抑制させることができる。なお、介在部１５０の固有振動数および水晶素子１２０の固有振動数には、水晶素子１２０の金属パターン１２２に交番電圧を印可したときに生じる、主振動である厚みすべり振動の周波数、副次的な振動である輪郭振動の周波数および別の副次的な振動である屈曲振動の周波数などがあり、上記のようにすることで、それぞれの固有振動周波数を異なるものとしている。

また、別の観点では、本実施形態に係る水晶デバイスは、平面視して、水晶素子１２０の面中心Ｃ１２０から介在部１５０の接続パッド１５２までの距離Ｄ２が、水晶素子１２０の面中心Ｃ１２０から介在部１５０の搭載端子１５１までの距離Ｄ１と比較して短くなっているといえる。

水晶素子１２０の水晶片１２１の主面の大きさを一定とした場合、このようにすることで、介在部１５０の搭載端子１５１と（基体１１０の）基板部１１０ａの搭載パッド１１１とが搭載部材１４１により電気的に接続されつつ固着される部分から、介在部１５０の接続パッド１５２と水晶素子１２０の接続部１２４ａとが接続部材１４２によって電気接着接続されつつ固着される部分までの距離と、介在部１５０の接続パッド１５２と水晶素子１２０の接続部１２４ａとが接続部材１４２によって電気的に接続されつつ固着される部分から水晶素子１２０の面中心Ｃ１２０までの距離と、を合計した距離を、より長くすることができる。水晶素子１２０は、前述したように、金属パターン１２２に交番電圧を印可したとき、励振電極部１２３の中心、つまり、水晶素子１２０の面中心Ｃ１２０付近で最も振動している。このようにすることで、最も振動している水晶素子１２０の面中心Ｃ１２０を、介在部１５０と基体１１０の基板部１１０ａとを固着している位置からより遠ざけることができる。さらに、基体１１０の基板部１１０ａと介在部１５０の一方の短辺の縁部側を搭載部材１４１により固着したことが原因で生じる、水晶素子１２０の振動阻害を低減させることができ、水晶素子１２０に意図しない応力や歪が加わることを低減させ、水晶デバイスの電気的特性を向上させることが可能となる。

また、本実施形態に係る水晶デバイスは、平面視して、介在部１５０および水晶片１２１が略矩形となっており、水晶素子１２０の面中心Ｃ１２０が、介在部１５０の面中心Ｃ１５０を通過する介在部１５０の長辺に平行な仮想線ＣＬ２上に位置している。

また、別の観点では、本実施形態に係る水晶デバイスは、搭載端子１５１は、介在部１５０の面中心Ｃ１５０を通過しつつ介在部１５０の長辺に平行な仮想線ＣＬ２に対して線対称となる位置に設けられており、接続パッド１５２は、介在部１５０の面中心Ｃ１５０を通過しつつ介在部１５０の長辺に平行な仮想線ＣＬ２に対して線対称となる位置に設けられているといえる。

このようにすることで、搭載部材１４１により介在部１５０を基体１１０の基板部１１０ａ上に実装した場合に生じる水晶素子１２０への応力や歪に着目したとき、一対となっている水晶素子１２０の（金属パターン１２２の）接続部１２４ａにおいて、発生する応力や歪の量をほぼ一定にすることが可能となる。この結果、水晶素子１２０の保持状態が一定となり、水晶片１２１で生じる厚みすべり振動が阻害されず、電気的特性が低下することを抑制することが可能となる。

本発明は、以下の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

水晶素子を有する水晶デバイスは、水晶振動子に限定されない。例えば、水晶素子に加えて水晶素子に電圧を印可し発振信号を生成する集積回路素子（ＩＣ）を有する水晶発振器であってもよい。また、例えば、水晶でアイスは、水晶素子の他にサーミスタ等の電子素子を有する水晶デバイスであってもよい。また、例えば、水晶デバイスは、恒温槽付きのものであってもよい。水晶デバイスにおいて、水晶素子を実装する基体の構造は、適宜構成されてもよい。例えば、基体は、上面および下面に凹部を有する断面Ｈ型形状であってもよい。

水晶素子は、ＡＴ板であってもよいし、ＳＣ板であってもよい。

また、励振電極部の形状は限定されず、例えば、楕円または円形であってもよい。

１１０・・・基体
１１０ａ・・・基板部
１１０ｂ・・・枠部
１１１・・・搭載パッド
１１２・・・実装端子
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶片
１２２・・・金属パターン
１２３・・・励振電極部
１２４・・・接続配線部
１２４ａ・・・接続部
１２４ｂ・・・配線部
１３０・・・蓋体
１４１・・・搭載部材
１４２・・・接続部材
１４３・・・接合部材
１５０・・・介在部
１５１・・・搭載端子
１５２・・・接続パッド
１５３・・・導電部
１５４・・・溝部
Ａ１・・・第一領域
Ａ２・・・第二領域
ＣＬ１・・・介在部の面中心を通過しつつ介在部の短辺に平行な仮想線
ＣＬ２・・・介在部の面中心を通過しつつ介在部の長辺に平行な仮想線

Claims (3)

1. 平板状に形成されている水晶片と、
   前記水晶片の両主面に設けられている一対の励振電極部および前記励振電極部から前記水晶片の縁部まで延設されている接続配線部からなる金属パターンを有する水晶素子と、
   前記金属パターンの前記接続配線部の一部に接続される接続パッドが上面に設けられ、前記接続パッドと電気的に接続されている搭載端子が下面に設けられている介在部と、
   前記介在部の前記搭載端子に接続される搭載パッドが上面に設けられている基板部を主体とする基体と、
   前記基体に接合される蓋体と、
   を備え、
   平面視して、
   前記介在部の面中心が、前記搭載端子と前記接続パッドとの間に位置しており、
   前記水晶素子の面中心が、前記介在部の面中心と前記接続パッドとの間に位置しており、
   前記水晶素子の面中心から前記介在部の前記接続パッドまでの距離が、
   前記水晶素子の面中心から前記介在部の前記搭載端子までの距離と比較して短くなっている
   ことを特徴とする水晶デバイス。
2. 平面視して、前記介在部および前記水晶片が略矩形となっており
   前記水晶素子の面中心が、前記介在部の面中心を通過する前記介在部の長辺に平行な仮想線上に位置している
   ことを特徴とする請求項１に記載の水晶デバイス。
3. 前記介在部を平面視して、
   前記搭載端子は、前記介在部の面中心を通過しつつ前記介在部の長辺に平行な仮想線に対して線対称となる位置に設けられており、
   前記接続パッドは、前記介在部の面中心を通過しつつ前記介在部の長辺に平行な仮想線に対して線対称となる位置に設けられている
   ことを特徴とする請求項２に記載の水晶デバイス。

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