JP6947595B2 - 水晶振動子 - Google Patents

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接続パッドに実装された感温素子と、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、電子機器の実装基板上に実装された際に、例えば同じパッケージ内に水晶素子と感温素子とが実装されたとしても、外部環境の温度がパッケージ内の感温素子に、実装基板を介した熱伝導によって伝達されるまでに時間的なずれが生じていた。よって、実際の外部環境の温度を正確に感温素子の温度情報として得ることが困難であった。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、実際の外部環境の温度を正確に感温素子の温度情報として得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、矩形状の基板と、基板の上面の外周縁に沿って設けられた第一枠体と、基板の下面の外周縁に沿って設けられた第二枠体と、基板の上面に設けられた一対の電極パッドと、基板の下面に設けられた一対の接続パッドと、基板の下面に設けられ、一対の接続パッドと電気的に接続された一対の接続パターンと、基板の下面に設けられ、接続パターンと電気的に接続された一対の導体パターンと、電極パッドに実装された水晶素子と、一対の接続パッドに実装された感温素子と、第一枠体の上面に接合された蓋体と、を備え、一対の接続パターンの面積がそれぞれ等しく、一対の導体パターンの面積がそれぞれ等しくなるよう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、矩形状の基板と、基板の上面の外周縁に沿って設けられた第一枠体と、基板の下面の外周縁に沿って設けられた第二枠体と、基板の上面に設けられた一対の電極パッドと、基板の下面に設けられた一対の接続パッドと、基板の下面に設けられ、一対の接続パッドと電気的に接続された一対の接続パターンと、基板の下面に設けられ、接続パターンと電気的に接続された一対の導体パターンと、電極パッドに実装された水晶素子と、一対の接続パッドに実装された感温素子と、第一枠体の上面に接合された蓋体と、を備え、一対の接続パターンの面積がそれぞれ等しく、一対の導体パターンの面積がそれぞれ等しくなるように設けられている。このようにすることで、外部からの熱が、感温素子と接続されている外部端子から接続パターンに伝わる際に均等に伝わるため、外部から感温素子への熱伝導を良好にすることができる。したがって、外部環境の温度と感温素子が感知する温度情報との差を低減でき、良好な温度特性を得ることが可能となる。

本実施形態に係る水晶振動子を示す分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ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を上面から見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構成するパッケージの基板を上面から見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パッケージの基板を下面から見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見た平面透視図である。 本実施形態に係る水晶振動子において感温素子を実装した状態を示す下面図である。 本実施形態の変形例に係る水晶振動子を示す分解斜視図である。 （ａ）図６のＢ−Ｂ断面図であり、（ｂ）図６のＣ−Ｃ断面図である。 （ａ）は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子を構成するパッケージを上面からみた平面透視図であり、（ｂ）は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子を構成するパッケージの基板を上面からみた平面透視図である。 （ａ）は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子を構成するパッケージの基板を下面から見た平面透視図であり、（ｂ）は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子を下面から見た平面透視図である。 （ａ）は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子を構成する実装基体を上面から見た平面透視図であり、（ｂ）は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子を構成する実装基体を下面から見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５に示されているように、パッケージ１１０と、パッケージ１１０の上面に接合された水晶素子１２０と、パッケージ１１０の下面に接合された感温素子１５０とを含んでいる。パッケージ１１０は、基板１１０ａの上面と第一枠体１１０ｂの内側面によって囲まれた第一凹部Ｋ１が形成されている。また、基板１１０ａの下面と第二枠体１１０ｃ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１１０ａは、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、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、上面に設けられた電極パッド１１１と、第二枠体１１０ｃの下面に設けられた外部端子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と、第二枠体１１０ｃの下面に設けられた外部端子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。

第一枠体１１０ｂは、基板１１０ａの上面の外周縁に沿って配置され、基板１１０ａの上面に第一凹部Ｋ１を形成するためのものである。また、第二枠体１１０ｃは、基板１１０ａの下面の両端に沿って配置され、基板１１０ａの下面に第二凹部Ｋ２を形成するためのものである。第一枠体１１０ｂ及び第二枠体１１０ｃ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。

第二枠体１１０ｃ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おり、
四つの外部端子１１２の内の残りの二つが、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１１２ａ及び第二外部端子１１２ｂは、図４に示されているように、第二枠体１１０ｃの下面の対角に位置するように設けられている。

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３及び図４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と、基板１１０ａ及び第二枠体１１０ｃに設けられたビア導体１１４を介して、第二枠体１１０ｃの下面に設けられた外部端子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、外部端子１１２は、図４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。ビア導体１１４は、第一ビア導体１１４ａ、第二ビア導体１１４ｂ、第三ビア導体１１４ｃ及び第四ビア導体１１４ｄ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、第一外部端子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、第一外部端子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、第二外部端子１１２ｂと電気的に接続されている。

外部端子１１２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１１２は、第二枠体１１０ｃの下面に設けられている。外部端子１１２の内の二つの端子は、基板１１０ａ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１１２の内の残りの二つの端子は、基板１１０ａ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、第三外部端子１１２ｃ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１１２ｃに接続される。よって、蓋体１３０による第一凹部Ｋ１内のシールド性が向上する。

配線パターン１１３は、電極パッド１１１とビア導体１１４を電気的に接続するためのものである。基板１１０ａの上面に設けられ、電極パッド１１１から近傍のビア導体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１１０ａの内部に設けられ、その両端は、配線パターン１１３、接続パターン１１６又は、封止用導体パターン１１８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。また、ビア導体１１４は、図３及び図４に示すように、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、第三ビア導体１１４ｃは、基板１１０ａ、第一枠体１１０ｂ及び第二枠体１１０ｃに設けられており、封止用導体パターンと電気的に接続されている。

接続パッド１１５は、基板１１０ａの下面の中心付近に隣接するようにして、一対で設けられている。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。導電性接合材１７０は、接続パッド１１５の下面と感温素子１５０の接続端子１５１との間に設けられている。また、導電性接合材１７０は、接続パッド１１５から感温素子１５０の接続端子１５１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１７０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、感温素子１５０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。

第一接続パッド１１５ａは、平面視して、水晶素子１２０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、直下にある基板１１０ａを介して第一接続パッド１１５ａ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。

また、第二接続パッド１１５ｂは、平面視して、水晶素子１２０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、直下にある基板１１０ａを介して第二接続パッド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。

ここで基板１１０ａ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、接続パッド１１５の大きさを説明する。接続パッド１１５の基板１１０ａの短辺と平行な辺の長さは、０．３〜０．６ｍｍであり、基板１１０ａの長辺と平行な辺の長さは、０．２５〜０．５５ｍｍとなっている。また、第一接続パッド１１５ａと第二接続パッド１１５ｂとの間の長さは、０．１〜０．３ｍｍとなっている。

第一接続パッド１１５ａと第四外部端子１１２ｄとは、基板１１０ａの下面に設けられた第一接続パターン１１６ａ及び第四ビア導体１１４ｄにより電気的に接続されている。また、第二接続パッド１１５ｂと第三外部端子１１２ｃとは、基板１１０ａの下面に設けられた第二接続パターン１１６ｂ及び第三ビア導体１１４ｃにより電気的に接続されている。

接続パターン１１６は、隣接する接続パッド１１５を電気的に接続し、ビア導体１１４を介して外部端子１１２に接続するためのものである。接続パターン１１６は、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は、第一接続パッド１１５ａと電気的に接続され、第二接続パターン１１６ｂは、第二接続パッド１１５ｂと電気的に接続されている。

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から所定の外部端子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の面積と第二接続パターン１１６ｂの面積は、等しくなるように設けられている。ここで、接続パターン１１６の長辺の長さは、基板１１０ａの下面に設けられた第一接続パターン１１６ａの長辺方向の長さと基板１１０ａの下面に設けられた第二接続パターン１１６ｂの長辺方向の長さとの差が０〜２００μｍ異なるものを含むものとする。また、接続パターン１１６の短辺方向の長さと基板１１０ａの下面に設けられた第二接続パターン１１６ｂの短辺方向の長さとの差が−８０〜８０μｍ異なるものを含むものとする。また、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の面積と、第二接続パターン１１６ｂの面積とが等しくなることによって、外部からの熱が、感温素子１５０と接続されている外部端子１１２から接続パターン１１６に伝わる際に均等に伝わるため、外部から感温素子１５０への熱伝導を良好にすることができる。したがって、外部環境の温度と感温素子１５０が感知する温度情報との差を低減でき、良好な温度特性を得ることが可能となる。また、第一接続パターン１１６ａの面積と、第二接続パターン１１６ｂの面積とが等しくなることによって、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、第一接続パターン１１６ａは、図３及び図４に示すように、平面透視して、一対の電極パッド１１１の間を位置す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１１０ａを介して、第一接続パターン１１６ａから第一接続パッド１１５ａ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。

導体パターン１１７は、接続パターン１１６と接続し、接続パッド１１５及び接続パターン１１６に電界メッキを施すためのものである。導体パターン１１７は、基板１１０ａの下面に設けられ、接続パターン１１６から基板１１０ａの長辺方向の外周縁に向けて延出されている。また、導体パターン１１７は、図４に示すように、第一導体パターン１１７ａ及び第二導体パターン１１７ｂによって構成されている。

一対の導体パターン１１７は、基板１１０ａの向かい合う辺にそれぞれ延出されるようにして設けられている。このようにすることにより、導体パターン１１７が延出されている側面からも熱が伝わるため、外部環境の温度と感温素子１５０が感知する温度情報との差をさらに低減でき、良好な温度特性を得ることが可能となる。

また、第一導体パターン１１７ａの面積と第二導体パターン１１７ｂの面積は、等しくなるように設けられている。ここで、導体パターン１１７の長辺の長さは、基板１１０ａの下面に設けられた第一導体パターン１１７ａの長辺方向の長さと基板１１０ａの下面に設けられた第二導体パターン１１７ｂの長辺方向の長さとの差が０〜２００μｍ異なるものを含むものとする。また、第一導体パターン１１７ａの短辺方向の長さと基板１１０ａの下面に設けられた第二導体パターン１１７ｂの短辺方向の長さとの差が−８０〜８０μｍ異なるものを含むものとする。また、導体パターン１１７の長さは、各導体パターン１１７の中心を通る直線の長さを測定したものとする。つまり、第一導体パターン１１７ａの面積と、第二導体パターン１１７ｂの面積とが等しくなることによって、外部からの熱が、感温素子１５０と接続されている外部端子１１２から導体パターン１１７に伝わる際に均等に伝わるため、外部から感温素子１５０への熱伝導を良好にすることができる。したがって、外部環境の温度と感温素子１５０が感知する温度情報との差を低減でき、良好な温度特性を得ることが可能となる。

また、接続パターン１１６及び導体パターン１１７は、基板１１０ａの中心点Ｐに対して点対称になるように設けられている。このようにすることによって、第一接続パターン１１６ａと第二接続パターン１１６ｂとの距離、第一導体パターン１１７ａと第二導体パターン１１７ｂとの距離及び第一ビア導体１１４ａと第二ビア導体１１４ｂとの距離を空けて設けることができるため、配線間での容量を持つなどの影響を緩和することが可能となる。また、接続パターン１１６及び導体パターン１１７が点対称になっているため、接続パターン１１６及び導体パターン１１７に熱が伝わった際に、感温素子１５０に伝わる時間も均一化されるため、外部環境の温度と感温素子１５０が感知する温度情報との差を低減でき、さらに良好な温度特性を得ることが可能となる。

封止用導体パターン１１８は、蓋体１３０と接合部材１３１を介して接合する際に、接合部材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、第三外部端子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接続パターンの表面にニッケルメッキ及び金メッキを順次、枠体１１０ｂ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。

第二凹部Ｋ２は、基板１１０ａの下面に感温素子１５０を配置するためのものである。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１１０ａ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。

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、接続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、ビア導体１１４、接続パッド１１５、接続パターン１１６、導体パターン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。

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１１０ａ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、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、水晶素子１２０は作製される。

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、第一電極パッド１１１ａと接合され、第二引き出し電極１２３ｂは、第二電極パッド１１１ｂと接合される。これによって、水晶素子１２０が第二枠体１１０ｃの第一外部端子１１２ａ及び第二外部端子１１２ｂと電気的に接続される。

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１５１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、第二枠体１１０ｃの第三外部端子１１２ｃ及び第四外部端子１１２ｄ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、第三外部端子１１２ｃ及び第四外部端子１１２ｄ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及び図５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、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。第二接続パッド１１５ｂは、基板１１０ａの下面に設けられた第二接続パターン１１６ｂを介して第三外部端子１１２ｃと接続されている。また、第三外部端子１１２ｃ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の第二接続端子１５１ｂ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の一部は、平面透視して、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。つまり、感温素子１５０の一部は、平面透視して、水晶素子１２０に設けられた励振用電極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。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、接続パッド１１５にそれぞれ接合される。

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の左側面及び上下面に設けられている。また、第二接続端子１５１ｂは、感温素子１５０の右側面と上下面に設けられている。このような感温素子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。

絶縁性樹脂１８０は、電子機器等の実装基板上に実装する際に用いる半田等が、感温素子１５０に被着することを抑えつつ、感温素子１５０の接続端子１５１と第二枠体１１０ｃの外部端子１１２との間で短絡することを低減するためのものである。また、このような水晶振動子をモジュール部品の実装基板上に実装してモールド樹脂を形成した際に、モールド樹脂が第二凹部内Ｋ２に入り込んでモールド樹脂にボイドが形成された状態で感温素子が覆われてしまうと、この水晶振動子に熱が印加することで、ボイド内の空気が膨張し、感温素子１５０の剥がれなどが発生する場合がある。よって、感温素子１５０を絶縁性樹脂１８０で覆っておくことにより、モールド樹脂が感温素子１５０を覆うことを防ぐことができるため、感温素子１５０が接続パッド１１５から剥がれてしまうことを抑えることが可能となる。

次に、絶縁性樹脂１８０の塗布方法は、未硬化状態の絶縁性樹脂１８０が第二凹部Ｋ２の開口部を介して、感温素子１５０の表面並びに感温素子１５０と基板１１０ａとの間に充填される。充填は、例えば、ディスペンサによって行われる。また、感温素子１５０を接合している導電性接合材１７０の周囲にも絶縁性樹脂１８０が設けられているので、半田の付着等により電子機器等に実装されている他の電子部品との短絡を低減することができる。

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。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、パッケージ１１０の第一枠体１１０ｂ上に載置され、第一枠体１１０ｂの封止用導体パターン１１８と蓋体１３０の接合部材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、第一枠体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を介して第二枠体１１０ｃの下面の第三外部端子１１２ｃに電気的に接続されている。よって、蓋体１３０は、パッケージ１１０の第三外部端子１１２ｃと電気的に接続されている。

接合部材１３１は、パッケージ１１０の第一枠体１１０ｂ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。接合部材１３１は、例えば、銀ロウ又は金錫によって設けられている。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。

本実施形態における水晶振動子は、矩形状の基板１１０ａと、基板１１０ａの上面の外周縁に沿って設けられた第一枠体１１０ｂと、基板１１０ａの下面の外周縁に沿って設けられた第二枠体１１０ｃと、基板１１０ａの上面に設けられた一対の電極パッド１１１と、基板１１０ａの下面に設けられた一対の接続パッド１１５と、基板１１０ａの下面に設けられ、一対の接続パッド１１５と電気的に接続された一対の接続パターン１１６と、基板１１０ａの下面に設けられ、接続パターン１１６と電気的に接続された一対の導体パターン１１７と、電極パッド１１１に実装された水晶素子１２０と、一対の接続パッド１１５に実装された感温素子１５０と、第一枠体１１０ｂの上面に接合された蓋体１３０と、を備え、一対の接続パターン１１６の面積がそれぞれ等しく、一対の導体パターン１１７の面積がそれぞれ等しくなるように設けられている。このようにすることで、外部からの熱が、感温素子１５０と接続されている外部端子１１２から接続パターン１１６に伝わる際に均等に伝わるため、外部から感温素子１５０への熱伝導を良好にすることができる。したがって、外部環境の温度と感温素子１５０が感知する温度情報との差を低減でき、良好な温度特性を得ることが可能となる。

また、本実施形態の水晶振動子は、基板１１０ａの中心点Ｐに対して、接続パターン１１６及び導体パターン１１７が点対称になるように設けられている。このようにすることによって、第一接続パターン１１６ａと第二接続パターン１１６ｂとの距離、第一導体パターン１１７ａと第二導体パターン１１６ｂとの距離及び第一ビア導体１１４ａと第二ビア導体１１４ｂとの距離を空けて設けることができるため、配線間での容量を持つなどの影響を緩和することが可能となる。また、接続パターン１１６及び導体パターン１１７が点対称になっているため、接続パターン１１６及び導体パターン１１７に熱が伝わった際に、感温素子１５０に伝わる時間も均一化されるため、外部環境の温度と感温素子１５０が感知する温度情報との差を低減でき、さらに良好な温度特性を得ることが可能となる。

また、本実施形態の水晶振動子は、一対の導体パターン１１７が基板１１０ａの向かい合う辺にそれぞれ延出されるようにして設けられている。このようにすることにより、導体パターン１１７が延出されている側面からも熱が伝わるため、外部環境の温度と感温素子１５０が感知する温度情報との差をさらに低減でき、良好な温度特性を得ることが可能となる。

また、本実施形態における水晶振動子は、基板１１０ａの下面に設けられ、接続パッド１１５と電気的に接続された接続パターン１１６と、を備え、一対の電極パッド１１１が枠体１１０ｃの内周縁の一辺に沿って隣接するようにして設けられており、接続パターン１１６の一つが、平面透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１１０ａを介して、第一接続パターン１１６ａに伝わり、第一接続パッド１１５ａ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。

また、本実施形態の水晶振動子は、感温素子１５０を被覆するようにして設けられた絶縁性樹脂１８０を備えている。このような水晶振動子は、感温素子１５０が絶縁性樹脂１８０にて保護されているため、感温素子１５０に金属屑が付着して接続端子１５１間が短絡してしまうことを抑えることができる。

また、本実施形態における水晶振動子は、感温素子１５０が、基板１１０ａに水晶素子１２０と感温素子１５０とを実装した状態で、平面透視して、水晶素子１２０に設けられた励振用電極１２２の平面内に位置させている。このようにすることによって、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、本実施形態における水晶振動子は、接続パッド１１５の一つが蓋体１３０と電気的に接続されている。このようにすることにより、蓋体１３０がグランド電位と接続されると、第一感温素子１５０ａの第二接続端子１５１ｂがグランド電位と接続されることになるので、感温素子１５０から出力される電圧にノイズが重畳されることを低減し、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。

（変形例） 以下、本実施形態の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。本実施形態の変形例に係る水晶振動子は、図７〜１０に示すように、実施形態の第二枠体１１０ｃが、パッケージ１１０とは別に形成された実装基体１６０である
点で異なっている。

実装基体１６０は、基板２１０ａの下面の両端に沿って接合され、基板２１０ａの下面に第二凹部Ｋ２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２１０ａ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の内部には、図１０に示すように、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の上面には、接合パッド１６１が設けられ、下面の両端には、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及び第二外部端子１６２ｂは、実装基体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三外部端子１６２ｃ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及び第二外部端子１６２ｂが設けられている対角とは異なる実装基体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２１０ａの接合端子２１２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１０（ａ）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。

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、実装基体１６０の下面に設けられている。外部端子１６２の内の二つの端子は、基板２１０ａの上面に設けられた一対の電極パッド２１１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２１０ａの下面に設けられた一対の接続パッド２１５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２１８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による第一凹部Ｋ１内のシールド性が向上する。

また、外部端子１６２は、図１０（ｂ）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。

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。

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。

上記実施形態では、第一枠体１１０ｂが基板１１０ａと同様にセラミック材で一体的に形成した場合を説明したが、第一枠体１１０ｂが金属製であっても構わない。この場合、枠体は、銀−銅等のロウ材を介して基板の導体膜に接合されている。

上記実施形態では、基板１１０ａの上面に枠体１１０ｂが設けられた場合を説明したが、枠体１１０ｂを設けなくても構わない。この場合、蓋体は、矩形状の封止基部と、封止基部の下面の外周縁に沿って設けられている封止枠部とで構成されているものを用いても構わない。このような蓋体は、封止基部の下面と封止枠部の内側側面とで収容空間が形成されている。封止枠部は、封止基部の下面の外縁に沿って設けられている。封止基部及び封止枠部は、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り、一体的に形成されている。このような封止蓋体は、真空状態にある収容空間又は窒素ガスなどが充填された収容空間を気密的に封止するためのものである。具体的には、蓋体は、所定雰囲気で、平板状の基板の上面に載置され、基板の上面と封止枠部の下面との間に設けられた接合部材とが熱が印加されることで、溶融接合される。

１１０、２１０・・・パッケージ
１１０ａ、２１０ａ・・・基板
１１０ｂ、２１０ｂ・・・枠体
１１０ｃ、２１０ｃ・・・第二枠体
１１１、２１１・・・電極パッド
１１２、２１２・・・外部端子
１１３、２１３・・・配線パターン
１１４、２１４・・・ビア導体
１１５、２１５・・・接続パッド
１１６、２１６・・・接続パターン
１１７、２１７・・・導体パターン
１１８、２１８・・・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・・・接合部材
１４０・・・導電性接着剤
１５０・・・感温素子
１５１・・・接続端子
１８０・・・絶縁性樹脂
Ｋ１・・・第一凹部
Ｋ２・・・第二凹部

Claims (5)

1. 矩形状の基板と、
   前記基板の上面の外周縁に沿って設けられた第一枠体と、
   前記基板の下面の外周縁に沿って設けられた第二枠体と、
   前記基板の上面に設けられた一対の電極パッドと、
   前記基板の下面に設けられた一対の接続パッドと、
   前記第二枠体の下面に設けられた外部端子と、
   前記基板の下面に設けられ、前記一対の接続パッドと前記外部端子を電気的に接続する一対の接続パターンと、
   前記基板の下面に設けられ、前記接続パターンと電気的に接続され、前記基板の外周縁に向けて延出された一対の導体パターンと、
   前記電極パッドに実装された水晶素子と、
   前記一対の接続パッドに実装された感温素子と、
   前記第一枠体の上面に接合された蓋体と、を備え、
   前記一対の接続パターンの面積がそれぞれ等しく、かつ、前記一対の導体パターンの面積がそれぞれ等しくなるように設けられており、
   前記基板の中心点に対して、
   前記接続パターン及び前記導体パターンが点対称になっ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、
   前記一対の導体パターンが前記基板の向かい合う辺にそれぞれ延出されるようにして設けら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、
   前記感温素子を被覆するようにして設けられた絶縁性樹脂を備えていることを特徴とする水晶振動子。
4. 請求項１記載の水晶振動子であって、
   前記感温素子の一部が、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、平面透視して、前記水晶素子に設けられた励振用電極の平面内に位置させていることを特徴とする水晶振動子。
5. 請求項１記載の水晶振動子であって、
   前記接続パッドの一つが、前記蓋体と電気的に接続されていることを特徴とする水晶振動子。

Images