WO2017110727A1 - 圧電発振器及び圧電発振デバイス - Google Patents

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大家　具央
開田　弘明
吉宏 池田
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric oscillator and a piezoelectric oscillation device.
  • Piezoelectric oscillators are required to output a stable frequency without being affected by ambient temperature changes. Therefore, as shown in Patent Documents 1 and 2, etc., stabilization of the output frequency of the piezoelectric vibration element is performed by controlling the temperature so that the piezoelectric vibration element is maintained at a desired temperature by a heater or the like.
  • the concave portion is aired by a three-layer structure including a first metal plate, a resin member, and a second metal plate so as to prevent heat from escaping from the inside of the concave portion in which the piezoelectric vibration element is accommodated. It is hermetically sealed (see paragraph 0029 of FIG. 3 and FIG. 3).
  • the same document also discloses a configuration in which a space is provided between the first metal plate and the second metal plate instead of the resin member.
  • the sealing performance is impaired due to warpage or deformation of each member due to heat, which is favorable. In some cases, a good heat insulation effect could not be achieved.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric oscillator and a piezoelectric oscillation device capable of improving the sealing performance and heat insulation of the piezoelectric vibration element.
  • a piezoelectric oscillator includes a base member on which a piezoelectric vibration element is mounted, a first lid member that seals the piezoelectric vibration element on the base member, and a first lid member that is sealed on the base member.
  • the first lid member and the second lid member are respectively joined to the base member.
  • both the first and second lid members for sealing the piezoelectric vibration element are bonded to the base member, even if each member is deformed due to heat or the like, bonding failure occurs. Can be avoided or suppressed. Therefore, it is possible to prevent the heat of the internal space in which the piezoelectric vibration element is accommodated from escaping to the outside while securely sealing and sealing the piezoelectric vibration element by the first and second lid members. Therefore, it is possible to provide a piezoelectric oscillator that can improve the sealing performance and heat insulation of the piezoelectric vibration element.
  • a piezoelectric oscillation device includes the piezoelectric oscillator and an integrated circuit element electrically connected to the piezoelectric vibration element.
  • the piezoelectric oscillator since the piezoelectric oscillator is provided, it is possible to provide a piezoelectric oscillation device that can improve the sealing performance and heat insulation of the piezoelectric vibration element.
  • a piezoelectric oscillator and a piezoelectric oscillation device that can improve the sealing performance and heat insulation of the piezoelectric vibration element.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a piezoelectric oscillator according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a piezoelectric oscillation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a piezoelectric oscillator according to a modification of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a piezoelectric oscillator according to a modification of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a piezoelectric oscillator according to a modification of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a piezoelectric oscillation device according to a modification of one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of the piezoelectric oscillator according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. In FIG. 2, illustration of various electrodes of a piezoelectric vibration element (Piezoelectric Resonator) is omitted. *
  • the piezoelectric oscillator 1 includes a piezoelectric vibration element 10, a first cap 20 that is an example of a first lid member, and a second cap 50 that is an example of a second lid member. And a substrate 30 which is an example of a base member.
  • the first cap 20, the second cap 50, and the substrate 30 are cages that hold the piezoelectric vibration element 10.
  • the piezoelectric vibration element 10 is accommodated in the first sealed space 23 formed by bonding the first cap 20 on the surface of the substrate 30.
  • the piezoelectric vibration element 10 includes a piezoelectric substrate 11 and first and second excitation electrodes 14 a and 14 b formed on the piezoelectric substrate 11.
  • the first excitation electrode 14 a is formed on the first surface 12 a that is the main surface of the piezoelectric substrate 11, and the second excitation electrode 14 b is a second surface that is the main surface opposite to the first surface 12 a of the piezoelectric substrate 11. It is formed on the surface 12b.
  • the piezoelectric substrate 11 is formed from a given piezoelectric material, and the material is not particularly limited.
  • the piezoelectric substrate 11 is a quartz piece (Quartz Crystal Element) having a rectangular AT shape in plan view in the thickness direction.
  • the piezoelectric resonator element 10 is a quartz resonator element (Quartz Crystal Resonator) having an AT-cut crystal piece.
  • the AT-cut crystal piece is 35 degrees 15 minutes ⁇ 1 in the direction from the Y-axis to the Z-axis around the X-axis among the X-axis, Y-axis, and Z-axis which are crystal axes of the artificial quartz.
  • the piezoelectric substrate 11 that is an AT-cut crystal piece has a longitudinal direction parallel to the Z′-axis direction, a short direction parallel to the X-axis direction, and a thickness direction parallel to the Y′-axis direction. And has a rectangular shape when the XZ ′ plane is viewed in plan.
  • a quartz resonator element using an AT-cut quartz piece has extremely high frequency stability over a wide temperature range, is excellent in aging characteristics, and can be manufactured at low cost.
  • the AT-cut crystal resonator element uses a thickness shear vibration mode as a main vibration.
  • the piezoelectric substrate according to the present embodiment is not limited to the above configuration.
  • an AT-cut crystal piece having a longitudinal direction parallel to the X-axis direction and a short direction parallel to the Z′-axis direction is used. You may apply.
  • it may be a crystal piece with a different cut (for example, BT cut) other than the AT cut, or other piezoelectric material such as ceramic other than the crystal may be applied.
  • the first excitation electrode 14 a is formed on the first surface 12 a (XZ ′ surface on the Y′-axis positive direction side) of the piezoelectric substrate 11, and the second excitation electrode 14 b is opposed to the first surface 12 a of the piezoelectric substrate 11. Is formed on the second surface 12b (XZ ′ surface on the Y′-axis negative direction side).
  • the first and second excitation electrodes 14a and 14b are a pair of electrodes, and are disposed so as to substantially overlap each other on the XZ ′ plane.
  • Each excitation electrode 14a, 14b has a rectangular shape on the XZ 'plane, for example. In this case, for example, the longitudinal directions of the excitation electrodes 14 a and 14 b are arranged so as to coincide with the longitudinal direction of the piezoelectric substrate 11. *
  • the piezoelectric substrate 11 has a connection electrode 16a electrically connected to the first excitation electrode 14a via the extraction electrode 15a, and a connection electrode 16b electrically connected to the second excitation electrode 14b via the extraction electrode 15b. And are formed. Specifically, the extraction electrode 15a is extracted from the first excitation electrode 14a toward the short side on the Z′-axis negative direction side on the first surface 12a, and further passes through the side surface of the piezoelectric substrate 11 on the Z′-axis negative direction side. The connection electrode 16a is formed on the second surface 12b.
  • the extraction electrode 15b is extracted from the second excitation electrode 14b toward the short side of the Z′-axis negative direction on the second surface 12b, and is connected to the connection electrode 16b formed on the second surface 12b.
  • the connection electrodes 16a and 16b are disposed along the short side on the Z′-axis negative direction side, and these connection electrodes 16a and 16b are electrically connected to the substrate 30 via conductive holding members 36a and 36b described later. And mechanically held.
  • the arrangement and pattern shape of the connection electrodes 16a and 16b and the extraction electrodes 15a and 15b are not limited, and can be appropriately changed in consideration of electrical connection with other members. *
  • Each of the electrodes including the first and second excitation electrodes 14a and 14b may be formed, for example, by forming a base with a chromium (Cr) layer and forming a gold (Au) layer on the surface of the chromium layer. It is not limited. *
  • the first cap 20 has a recess 24 that opens to face the first surface 32 a of the substrate 30.
  • the recess 24 is provided with a side wall 22 formed so as to rise from the bottom surface of the recess 24 over the entire circumference of the opening.
  • the first cap 20 has a facing surface 26 that faces the first surface 32 a of the substrate 30 at the opening edge of the recess 24.
  • the material of the first cap 20 is not particularly limited, but may be made of a conductive material such as metal. According to this, the shield function can be added by electrically connecting the first cap 20 to the ground potential. Alternatively, the first cap 20 may be an insulating material or a composite structure of a conductive material and an insulating material. *
  • the tip of the side wall portion 22 formed substantially vertically from the bottom surface of the recess 24 of the first cap 20 is joined to the substrate 30, but the cap shape is limited to this.
  • it may have a flange portion that protrudes further outward from the side wall portion 22, and the flange portion may have a surface 26 facing the substrate 30.
  • the piezoelectric vibration element 10 is mounted on the first surface 32 a (upper surface) of the substrate 30.
  • the substrate 30 has a longitudinal direction parallel to the Z′-axis direction, a lateral direction parallel to the X-axis direction, and a thickness direction parallel to the Y′-axis direction.
  • a rectangular shape is formed on the ′ surface.
  • the substrate 30 is a rigid substrate.
  • the substrate 30 may be formed of, for example, an insulating ceramic.
  • the substrate 30 is made of a glass material (for example, silicate glass or a material mainly composed of materials other than silicate and having a glass transition phenomenon due to temperature rise), a crystal material (for example, an AT-cut crystal) or You may form with the glass epoxy resin etc.
  • the substrate 30 may be a single layer or a plurality of layers. In the case of a plurality of layers, the substrate 30 may include an insulating layer formed on the outermost layer of the first surface 32a.
  • the substrate 30 may have a flat plate shape, or may have a concave shape opened in a direction facing the first cap as described later.
  • the piezoelectric vibrating element 10 is surrounded by the recess 24 of the first cap 20 and the substrate 30 by bonding both the first cap 20 and the substrate 30 via the bonding material 40. It is hermetically sealed in a first sealing space 23 that becomes an internal space (cavity). *
  • the bonding material 40 is provided over the entire circumference of each of the first cap 20 and the substrate 30, and between the facing surface 26 of the side wall portion 22 of the first cap 20 and the first surface 32 a of the substrate 30. Intervene.
  • the bonding material 40 may be made of an insulating material.
  • a glass material for example, low-melting glass
  • a resin material for example, an epoxy resin
  • the cost is lower than that of metal bonding, the heating temperature can be suppressed, and the manufacturing process can be simplified.
  • the first cap 20 may be bonded to the substrate 30 via the bonding material 40 while ensuring electrical connection to the first cap 20.
  • the second cap 50 has a recess 54 that opens to face the first surface 32 a of the substrate 30.
  • the recess 54 has a larger diameter than the recess 24 of the first cap 20 so that the first cap 20 can be provided in the recess 54.
  • the concave portion 54 is provided with a side wall portion 52 formed so as to rise from the bottom surface of the concave portion 54 over the entire circumference of the opening.
  • the second cap 50 has a facing surface 56 that faces the first surface 32 a of the substrate 30 at the opening edge of the recess 54. *
  • the material of the 2nd cap 50 is not specifically limited, The content demonstrated about the 1st cap 20 is applicable.
  • the second cap 50 may be the same material as the first cap 20 or a different material.
  • cap shape of the second cap 50 is not particularly limited, and for example, a cap having a flange portion may be applied as in the first cap 20. *
  • both the second cap 50 and the substrate 30 are bonded via the bonding material 60, so that the piezoelectric vibration element 10 and the first cap 20 are connected to the concave portion 54 of the second cap 50 and the substrate 30.
  • a second sealing space 53 that becomes an internal space (cavity) surrounded by.
  • the second cap 50 is provided on the first surface 32 a of the substrate 30 so as to form a second sealing space 53 outside the first cap 20 at a predetermined interval from the first cap 20. It is done.
  • the second sealing space 53 may be a space surrounding the top surface and all side surfaces of the first cap 20 on the first surface 32 a of the substrate 30.
  • the atmospheric pressure in the second sealed space 53 may be lower than the external atmospheric pressure, for example, a vacuum.
  • a space can be obtained by bonding the second cap 50 to the substrate 30 under vacuum or low pressure.
  • the low pressure sealing space 53 may be obtained by heating the 2nd sealing space 53, and returning to normal temperature after that.
  • the bonding material 60 is provided over the entire circumference of the second cap 50 or the substrate 30, and is interposed between the facing surface 56 of the side wall 52 of the second cap 50 and the first surface 32 a of the substrate 30. ing.
  • the material of the joining material 60 is not specifically limited, the content demonstrated about the joining material 40 of the 1st cap 20 is applicable suitably.
  • the bonding material 60 for bonding the second cap 50 may be the same material as or different from the bonding material 40 for bonding the first cap 20. *
  • the piezoelectric vibration element 10 has one end (end on the conductive holding members 36a, 36b side) as a fixed end and the other end as a free end.
  • the piezoelectric vibration element 10 may be fixed to the substrate 30 at both ends in the longitudinal direction.
  • the substrate 30 includes connection electrodes 33a and 33b formed on the first surface 32a, extraction electrodes 34a and 34b drawn from the connection electrodes 33a and 33b toward the outer edge of the first surface 32a, External electrodes 35a and 35b connected to the extraction electrodes 34a and 34b, and external electrodes 35a and 35b are included.
  • the connection electrodes 33 a and 33 b are disposed on the inner side of the outer edge of the substrate 30 so that the piezoelectric vibration element 10 can be disposed at the approximate center of the first surface 32 a of the substrate 30.
  • connection electrode 33a is connected to the connection electrode 16a of the piezoelectric vibration element 10 via the conductive holding member 36a, while the connection electrode 33b is connected to the piezoelectric vibration element 10 via the conductive holding member 36b.
  • the electrode 16b is connected.
  • the conductive holding members 36a and 36b are obtained, for example, by thermally curing a conductive adhesive. *
  • the extraction electrode 34 a is extracted from the connection electrode 33 a toward one corner of the substrate 30, while the extraction electrode 34 b is extracted from the connection electrode 33 b toward the other corner of the substrate 30. Yes.
  • a plurality of external electrodes 35 a, 35 b, 35 c, and 35 d are formed at each corner portion of the substrate 30.
  • the extraction electrode 34a is connected to an external electrode 35a formed at the corner portion on the X-axis negative direction and the Z′-axis negative direction side
  • the extraction electrode 34b is connected to the X-axis positive direction and the Z′-axis. It is connected to the external electrode 35b formed at the corner portion on the positive direction side.
  • FIG. 1 A plurality of external electrodes 35 a, 35 b, 35 c, and 35 d are formed at each corner portion of the substrate 30.
  • the extraction electrode 34a is connected to an external electrode 35a formed at the corner portion on the X-axis negative direction and the Z′-axis negative direction side
  • external electrodes 35c and 35d are also formed in the remaining corner portions. These external electrodes 35c and 35d may be dummy electrodes that are not electrically connected to the excitation electrodes of the piezoelectric vibration element 10, and are also dummy electrodes that are not electrically connected to electronic components mounted on the substrate 30. Also good. By forming such a dummy electrode, it becomes easy to apply a conductive material for forming the external electrode, and the external electrode can be formed at all corners. The processing step of electrically connecting to the substrate becomes easy. The dummy electrode external electrodes 35c and 35d may be ground electrodes to which a ground potential is supplied. When the first cap 20 is made of a conductive material, a shielding function can be added to the first cap 20 by connecting the first cap 20 to the external electrodes 35c and 35d that are grounding electrodes. The same applies to the second cap 50. *
  • the corner portion of the substrate 30 has a cut-out side surface formed by cutting a part of the corner portion into a cylindrical curved surface shape (also called a castellation shape), and the external electrodes 35a to 35d. Is continuously formed over such a cut-out side surface and the second surface 32b.
  • the shape of the corner portion of the substrate 30 is not limited to this, and the shape of the cutout may be a flat shape, or may be a rectangular shape with no cutout and having four corners at right angles in plan view. May be. *
  • substrate 30, an extraction electrode, and an external electrode is not limited to the above-mentioned example, It can apply in various deformation
  • the connection electrodes 33a and 33b are arranged on different sides on the first surface 32a of the substrate 30 such that one is formed on the Z′-axis positive direction side and the other is formed on the Z′-axis negative direction side. It may be.
  • the piezoelectric vibration element 10 is supported by the substrate 30 at both one end and the other end in the longitudinal direction.
  • the number of external electrodes is not limited to four, and may be two arranged on a diagonal, for example.
  • the external electrodes are not limited to those arranged at the corner portions, and may be formed on any side surface of the substrate 30 excluding the corner portions.
  • a cut-out side surface obtained by cutting a part of the side surface into a cylindrical curved surface may be formed, and the external electrode may be formed on the side surface excluding the corner portion.
  • the other external electrodes 35c and 35d which are dummy electrodes, may not be formed.
  • a through hole penetrating from the first surface 32a to the second surface 32b may be formed in the substrate 30, and electrical connection from the connection electrode formed on the first surface 32a to the second surface 32b may be achieved by the through hole. . *
  • the piezoelectric substrate 11 vibrates in a predetermined vibration mode such as a thickness shear vibration mode, and resonance characteristics associated with the vibration are obtained.
  • the piezoelectric vibration element 10 is double-sealed and sealed by the first and second caps 20 and 50 on the substrate 30. That is, the piezoelectric vibration element 10 is hermetically sealed in the first sealing space (internal space) 23 in the recess 24 of the first cap 20 on the first surface 32 a of the substrate 30.
  • the cap 20 is hermetically sealed on the first surface 32 a of the substrate 30 in a second sealing space (internal space) 53 in the recess 54 of the second cap 50.
  • the outermost surface of the first cap 20 and the innermost surface of the second cap 50 facing each other have conductivity.
  • the first cap 20 and the second cap 50 may be displaced from a predetermined position or deformed from a predetermined shape due to excessive pressure, an external force due to interference with the outside, a mounting position shift, or the like.
  • the contact state between the first cap 20 and the second cap 50 changes in resistance, and the electrical change due to capacitance change. It has the effect that it can be easily discovered through simple detection.
  • the metal portion on at least the inner wall of the first cap 20 or the second cap 50 it is possible to increase the reflectivity of the radiant heat and to increase the heat insulation effect.
  • the surface state of the metal part on the inner wall is preferably a heat-insulating effect by making the surface roughness Ra 20 nm or less, and more preferably a higher heat-insulating effect is obtained by making the surface roughness Ra 5 nm or less mirror-like.
  • the metal part of the inner wall is realized by, for example, a configuration in which a metal material is used as the material of the first cap 20 or the second cap 50, or a configuration in which a metal thin film is provided on the surface of an insulating material such as a resin material or a ceramic material. it can. *
  • the air pressure in the internal space 23 by the first cap 20 may be lower than the external air pressure (standard atmospheric pressure), and the second sealing space 53 outside the first cap 20 by the second cap 50.
  • the atmospheric pressure may be lower than the external atmospheric pressure (atmospheric pressure).
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the piezoelectric oscillation device according to the present embodiment.
  • the piezoelectric oscillation device 3 includes the above-described piezoelectric oscillator 1 and an integrated circuit element 70 that is an example of an electronic component. *
  • the integrated circuit element 70 may be mounted on the first surface 32 a of the substrate 30. Specifically, a plurality of electrodes 72 formed on the integrated circuit surface side of the integrated circuit element 70 may be mounted in a direction facing the first surface 32 a of the substrate 30. In this case, the integrated circuit element 70 may be hermetically sealed in the first sealing space 23 formed by the first cap 20 together with the piezoelectric vibration element 10. *
  • the integrated circuit element 70 is electrically connected to the piezoelectric vibration element 10 and includes an oscillation circuit for generating a reference signal such as a clock signal.
  • the integrated circuit element 70 may include a predetermined circuit necessary for the piezoelectric oscillator 1 to perform a given operation.
  • the integrated circuit element 70 further includes a temperature sensor that detects the temperature of the piezoelectric vibration element 10, a heating element that heats the piezoelectric vibration element 10, and a control circuit that controls the temperature sensor and / or the heating element. Also good.
  • the heating element has a predetermined temperature of the piezoelectric vibration element 10 hermetically sealed by the first and second caps 20 and 50 via a heat conductive portion (not shown) such as a metal formed on the substrate 30. Supply heat to control within temperature range.
  • the heating element may be heated according to the command value calculated by the control circuit according to the detection value of the temperature sensor.
  • the integrated circuit element 70 includes one of a temperature sensor, a heating element, and a control circuit, and the remaining components may be provided in the first sealed space 23 separately from the integrated circuit element 70. Good. *
  • the heating element of the integrated circuit element 70 causes the first sealing space (internal space) 23 of the first cap 20 to pass through the substrate 30. It is possible to suppress the supplied heat from escaping to the outside.
  • FIG. 4 is a view for explaining a piezoelectric oscillator 5 according to a first modification of the present embodiment.
  • this modification differs from the said content by the point in which the resin layer which is an example of a heat insulation member is provided in at least one part of the sealing space by a 2nd cap.
  • the heat insulating member refers to a member having a higher heat insulating effect than the outside air (atmospheric pressure).
  • the resin layer 80 may be provided in a part of the second sealing space 53. Specifically, as shown in the figure, the resin layer 80 is provided between the top surface of the first cap 20 (the surface opposite to the bottom surface of the recess 24) and the bottom surface of the recess 54 of the second cap 50. Also good. In this case, the resin layer 80 may be provided so as to cover the entire top surface of the first cap 20. Alternatively, the resin layer 80 may be provided between at least one outer surface of the side wall portion 22 of the first cap 20 and at least one inner surface of the side wall portion 52 of the second cap 50. The resin layer 80 is not limited to a part of the second sealing space 53 but may be provided by filling the whole. *
  • the resin layer 80 may have bubbles inside. By having bubbles, the heat insulation effect can be further enhanced.
  • the heat insulating member is not limited to the resin layer, and other members such as an inorganic material and an organic and inorganic composite material can be used as long as the heat insulating effect is higher than the outside air. *
  • the heat insulating member such as the resin layer 80 is provided in at least a part of the sealing space 53 by the second cap 50, the internal space 23 in which the piezoelectric vibration element 10 is accommodated. It is possible to further suppress the escape of heat to the outside.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a piezoelectric oscillator 7 according to a second modification of the present embodiment.
  • each structure of a base member and a 2nd cover member differs from the said content.
  • the piezoelectric oscillator 7 has a base member 130 having a recess 134, and the piezoelectric vibration element 10 is mounted on the bottom surface 132 a of the recess 134.
  • the piezoelectric vibration element 10 is hermetically sealed on the bottom surface 132 a of the recess 134 in the internal space 23 surrounded by the recess 24 of the first cap 20 and the base member 130.
  • the concave portion 134 of the base member 130 is provided with a side wall portion 133 formed so as to rise from the bottom surface 132a of the concave portion 134 over the entire circumference of the opening, and the opening edge portion 138 of the side wall portion 133 has a second side.
  • the lid member 150 is joined by the joining material 62.
  • the second lid member 150 may be formed in a flat plate shape as shown in FIG. Or the 2nd cover member 150 may have the recessed part opened facing the base member 130 similarly to the 2nd cap 50 already demonstrated. *
  • the second lid member 150 is provided so as to form a sealing space 153 on the outer side of the first cap 20 at a predetermined interval from the first cap 20.
  • the sealing space 153 may be a space that surrounds the top surface and all side surfaces of the first cap 20 in the recess 134 of the base member 130.
  • FIG. 6 is a view for explaining a piezoelectric oscillator 8 according to a third modification of the present embodiment.
  • the configurations of the substrate and the first and second caps are different from those described above. *
  • the base member 230 has a first recess 234 and a second recess 236 having a diameter larger than that of the first recess 234 provided outside the first recess 234. is doing.
  • the piezoelectric vibration element 10 is mounted on the bottom surface 232a of the first recess 234, and is hermetically sealed on the bottom surface 232a in an internal space 223 surrounded by the first lid member 220 and the first recess 234 of the base member 230.
  • the first and second recesses 234 and 236 of the base member 230 are provided with side wall portions 233 formed so as to rise from the bottom surface 232a of the first recess 234 over the entire circumference of the opening.
  • first lid member 220 is joined to the opening edge 235 of the first recess 234 in the side wall 233 by the bonding material 44, while the second lid 237 is joined to the opening edge 237 of the second recess 236 in the side wall 233.
  • the lid member 250 is joined by the joining material 64.
  • the first lid member 220 and the second lid member 250 may be formed in a flat plate shape as shown in FIG. Alternatively, the first lid member 220 and the second lid member 250 may each have a recessed portion that opens to face the base member 230, similarly to the first cap 20 and the second cap 50 described above. . *
  • the second lid member 250 is provided so as to form a sealing space 253 above the first lid member 220 at a predetermined interval from the first lid member 220.
  • the sealing space 253 may be a space above the top surface of the first lid member 220 in the recess 234 of the base member 230.
  • each lid member is joined to the base member in the same manner as already described, the piezoelectric vibration element is formed by each lid member.
  • the heat of the internal space in which the piezoelectric vibration element 10 is accommodated can be prevented from escaping to the outside while reliably sealing and sealing 10.
  • FIG. 7 is a view for explaining a piezoelectric oscillation device 9 according to a fourth modification of the present embodiment.
  • the piezoelectric vibration element 310 is mounted on the substrate holding member 375, and the piezoelectric vibration element 310 and the substrate holding member 375 are formed in the first sealing space 323 formed by the first lid member 320 and the base member 330. It is stored inside. Further, the first lid member 320 is accommodated in a second sealing space 353 formed by the second lid member 350 and the base member 330.
  • the piezoelectric vibration element 310 housed in the first sealing space 323 includes a substrate 315, a piezoelectric substrate 311 that is an AT-cut crystal piece, and a piezoelectric substrate 311 that is an AT-cut crystal piece in the third sealing space 373. And a lid body 317 joined to the substrate 315 so as to accommodate it.
  • the substrate 315 of the piezoelectric vibration element 310 that is a crystal vibration element is mounted on the surface of the substrate holding member 375.
  • An integrated circuit element 370 and a heating element 372 are mounted on the back surface of the substrate holding member 375.
  • the substrate holding member 375 is held at a predetermined interval by the base member 330 via the spacer 377.
  • the integrated circuit element 370 is electrically connected to the piezoelectric vibration element 310.
  • the integrated circuit element 370 includes an oscillation circuit for generating a reference signal such as a clock signal, a temperature sensor for detecting the temperature of the first sealed space 323, and a control circuit for controlling the temperature sensor and / or the heating element.
  • the heating element 372 is electrically connected to the integrated circuit element 370, and the temperature of the piezoelectric vibration element 310 is set within a predetermined temperature range according to a command value calculated by the control circuit according to the detection value of the temperature sensor. Generates heat to control.
  • the heat capacity of the third sealing space 373 in which the piezoelectric substrate 311 that is a crystal piece is stored is smaller than the heat capacity of the first sealing space 323 in which the heating element 372 is stored.
  • the volume of the first sealing space 323 is larger than the volume of the third sealing space 373.
  • the minimum dimension of the distance between the first lid member 320 and the lid body 317 is the first lid member 320 and the second lid member 350. It is desirable to be larger than the minimum dimension of the interval.
  • the piezoelectric oscillator and the piezoelectric oscillation device according to the embodiment (including the modified example) of the present invention employ one of the above-described configurations, and thus can provide the following operational effects.
  • both the first and second lid members for sealing the piezoelectric vibration element are bonded to the base member, even if each member is deformed due to heat or the like, bonding failure occurs. Can be avoided or suppressed. Therefore, it is possible to prevent the heat of the internal space in which the piezoelectric vibration element is accommodated from escaping to the outside while securely sealing and sealing the piezoelectric vibration element by the first and second lid members. Therefore, it is possible to provide a piezoelectric oscillator that can improve the sealing performance and heat insulation of the piezoelectric vibration element.
  • the degree of vacuum in the first or second sealing space is preferably 10 4 to 10 ⁇ 5 Pa, and further, a sealing structure that enhances the heat insulating property of the first or second sealing space and is easy to manufacture.
  • a pressure of 10 3 to 10 ⁇ 3 Pa is more preferable. From the viewpoint of facilitating production, a low vacuum is preferable.
  • the low pressure environment in sealing space is realizable at normal temperature by joining in 40 degreeC or more high temperature environment from normal temperature (about 25 degreeC).
  • the 2nd sealing space which has a pressure between the external pressure and the pressure in the 1st sealing space is provided.
  • the pressure difference between the external pressure and the second sealing space, and the pressure difference between the second sealing space and the first sealing space are such that the external pressure and the first sealing space have only the first cap. It is possible to make it smaller than the pressure difference between them. By reducing the pressure difference, the effect of preventing leakage of the sealed space, or the effect of realizing the sealed space even with a bonding material having relatively low pressure resistance can be obtained.
  • the heat insulating member such as the resin layer is provided in at least a part of the second sealing space by the second lid member, the heat of the internal space in which the piezoelectric vibration element is accommodated escapes to the outside. Can be further suppressed. In this case, the heat insulation effect can be further enhanced by including bubbles in the resin layer.
  • each embodiment described above is for facilitating understanding of the present invention, and is not intended to limit the present invention.
  • the present invention can be changed / improved without departing from the spirit thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
  • those obtained by appropriately modifying the design of each embodiment by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.
  • each element included in each embodiment and its arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those illustrated, and can be changed as appropriate.
  • each element included in each embodiment can be combined as much as technically possible, and combinations thereof are included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.
  • Piezoelectric oscillator 3 Piezoelectric oscillation device 10 Piezoelectric vibrator 11 Crystal fragment (piezoelectric substrate) 20 First cap (first lid member) 23 First sealed space (internal space) 30 Substrate (base member) 50 Second cap (second lid member) 53 Second sealing space 70 Integrated circuit element (electronic component) 73 Third sealing space 80 resin layer

Abstract

圧電発振器（１）は、圧電振動素子（１０）が搭載されたベース部材（３０）と、ベース部材（３０）上で圧電振動素子（１０）を封止する第１蓋部材（２０）と、ベース部材（３０）上で第１蓋部材（２０）を封止する第２蓋部材（５０）とを備え、第１蓋部材（２０）及び第２蓋部材（５０）がそれぞれベース部材（３０）に接合されているものである。

Description

圧電発振器及び圧電発振デバイス
　本発明は、圧電発振器及び圧電発振デバイスに関する。
　圧電発振器では周囲の温度変化に影響されずに安定した周波数を出力することが要求される。そこで、特許文献１及び２等に示されるように、ヒータ等によって圧電振動素子を所望の温度に保つよう温度制御することによって、圧電振動素子の出力周波数の安定化を図ることが行われている。例えば特許文献１では、圧電振動素子が収容された凹部内から熱が外部へ逃げることを抑制するように、第１金属板、樹脂部材及び第２金属板からなる３層構造によって当該凹部を気密封止している（同文献の段落００２９及び図３参照）。また、同文献には、樹脂部材に代えて、第１金属板と第２金属板の間に空間を設ける構成も開示されている。
特開２０１３－２１１７５２号公報 特開２０１０－１８３３２４号公報
　しかしながら、これらの構成によれば、蓋材となる第２金属板が、第１金属板に接合されているため、各部材の熱による反りや変形などによって封止性が損なわれ、これにより良好な断熱効果が図れない場合があった。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、圧電振動素子の封止性及び断熱性の向上を図ることができる圧電発振器及び圧電発振デバイスを提供することを目的とする。
　本発明の一側面に係る圧電発振器は、圧電振動素子が搭載されたベース部材と、ベース部材上で圧電振動素子を封止する第１蓋部材と、ベース部材上で第１蓋部材を封止する第２蓋部材とを備え、第１蓋部材及び第２蓋部材がそれぞれベース部材に接合されているものである。
　上記構成によれば、圧電振動素子を封止する第１及び第２蓋部材がいずれもベース部材に接合されているため、仮に各部材が熱などの影響で変形したとしても接合不良が生じることを回避又は抑制することができる。したがって、第１及び第２蓋部材によって圧電振動素子を確実に密封封止しつつ、圧電振動素子が収容された内部空間の熱が外部へ逃げるのを抑制することができる。よって、圧電振動素子の封止性及び断熱性の向上を図ることができる圧電発振器を提供することができる。
　本発明の一側面に係る圧電発振デバイスは、上記圧電発振器と、圧電振動素子に電気的に接続された集積回路素子とを備える。
　上記構成によれば、上記圧電発振器を備えるため、圧電振動素子の封止性及び断熱性の向上を図ることができる圧電発振デバイスを提供することができる。
　本発明によれば、圧電振動素子の封止性及び断熱性の向上を図ることができる圧電発振器及び圧電発振デバイスを提供することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る圧電発振器の分解斜視図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る圧電発振デバイスの断面図である。 図４は、本発明の一実施形態の変形例に係る圧電発振器の断面図である。 図５は、本発明の一実施形態の変形例に係る圧電発振器の断面図である。 図６は、本発明の一実施形態の変形例に係る圧電発振器の断面図である。 図７は、本発明の一実施形態の変形例に係る圧電発振デバイスの断面図である。
　以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。　
　図１及び図２を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る圧電発振器（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を説明する。ここで、図１は、本実施形態に係る圧電発振器の分解斜視図であり、図２は図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。なお、図２において、圧電振動素子（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の各種電極の図示は省略している。　
　図１に示すように、本実施形態に係る圧電発振器１は、圧電振動素子１０と、第１蓋部材の一例である第１キャップ２０と、第２蓋部材の一例である第２キャップ５０と、ベース部材の一例である基板３０とを備える。第１キャップ２０、第２キャップ５０及び基板３０は圧電振動素子１０を保持する保持器である。基板３０の表面上に第１キャップ２０を接合して形成された第１封止空間２３の内部に圧電振動素子１０が収容される。第１キャップ２０及び第２キャップ５０が後述する接合材４０，６０を挟んで接合されることにより、圧電振動素子１０を収納するための封止空間を有するケース又はパッケージが形成される。　
　圧電振動素子１０は、圧電基板１１と、圧電基板１１に形成された第１及び第２励振電極１４ａ，１４ｂとを含む。第１励振電極１４ａは、圧電基板１１の主面である第１面１２ａに形成され、また、第２励振電極１４ｂは、圧電基板１１の第１面１２ａとは反対の主面である第２面１２ｂに形成されている。　
　圧電基板１１は、所与の圧電材料から形成され、その材料は特に限定されるものではない。図１に示す例では、圧電基板１１は、厚み方向で平面視して矩形状のＡＴカットされた水晶片（Ｑｕａｒｔｚ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｅｌｅｍｅｎｔ）である。この場合、圧電振動素子１０は、ＡＴカットの水晶片を有する水晶振動素子（Ｑｕａｒｔｚ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）である。ＡＴカットの水晶片は、人工水晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうち、Ｙ軸及びＺ軸をＸ軸の周りにＹ軸からＺ軸の方向に３５度１５分±１分３０秒回転させた軸をそれぞれＹ´軸及びＺ´軸とした場合、Ｘ軸及びＺ´軸によって特定される面（以下、「ＸＺ´面」と呼ぶ。他の軸によって特定される面についても同様である。）と平行な面を主面として切り出されたものである。図１に示す例では、ＡＴカット水晶片である圧電基板１１は、Ｚ´軸方向に平行な長手方向と、Ｘ軸方向に平行な短手方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さ方向を有しており、ＸＺ´面を平面視したときにおいて長方形をなしている。ＡＴカット水晶片を用いた水晶振動素子は、広い温度範囲で極めて高い周波数安定性を有し、また、経時変化特性にも優れている上、低コストで製造することが可能である。ＡＴカット水晶振動素子は、厚みすべり振動モード（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　Ｓｈｅａｒ　Ｍｏｄｅ）を主振動として用いられる。　
　なお、本実施形態に係る圧電基板は上記構成に限定されるものではなく、例えば、Ｘ軸方向に平行な長手方向と、Ｚ´軸方向に平行な短手方向とを有するＡＴカット水晶片を適用してもよい。あるいは、ＡＴカット以外の異なるカット（例えばＢＴカットなど）の水晶片であってもよいし、水晶以外のセラミックなどのその他の圧電材料を適用してもよい。　
　第１励振電極１４ａは、圧電基板１１の第１面１２ａ（Ｙ´軸正方向側のＸＺ´面）に形成され、また、第２励振電極１４ｂは、圧電基板１１の第１面１２ａと対向する第２面１２ｂ（Ｙ´軸負方向側のＸＺ´面）に形成されている。第１及び第２励振電極１４ａ，１４ｂは一対の電極であり、ＸＺ´面において互いに略全体が重なり合うように配置されている。各励振電極１４ａ，１４ｂは例えばＸＺ´面において長方形状をなしている。この場合、例えば励振電極１４ａ、１４ｂの長手方向が圧電基板１１の長手方向と一致する向きに配置されいる。　
　圧電基板１１には、第１励振電極１４ａに引出電極１５ａを介して電気的に接続された接続電極１６ａと、第２励振電極１４ｂに引出電極１５ｂを介して電気的に接続された接続電極１６ｂとが形成されている。具体的には、引出電極１５ａは、第１面１２ａにおいて第１励振電極１４ａからＺ´軸負方向側短辺に向かって引き出され、さらに圧電基板１１のＺ´軸負方向側の側面を通って、第２面１２ｂに形成された接続電極１６ａに接続されている。他方、引出電極１５ｂは、第２面１２ｂにおいて第２励振電極１４ｂからＺ´軸負方向側短辺に向かって引き出され、第２面１２ｂに形成された接続電極１６ｂに接続されている。接続電極１６ａ，１６ｂは、Ｚ´軸負方向側の短辺に沿って配置され、これらの接続電極１６ａ，１６ｂは、後述する導電性保持部材３６ａ，３６ｂを介して基板３０に電気的導通を図るとともに機械的に保持される。なお、本実施形態において、接続電極１６ａ，１６ｂ及び引出電極１５ａ，１５ｂの配置やパターン形状は限定されるものではなく、他の部材との電気的接続を考慮して適宜変更することができる。　
　第１及び第２励振電極１４ａ，１４ｂを含む上記各電極は、例えば、下地をクロム（Ｃｒ）層で形成し、クロム層の表面に金（Ａｕ）層を形成してもよく、その材料は限定されるものではない。　
　図２に示すように、第１キャップ２０は、基板３０の第１面３２ａに対向して開口した凹部２４を有する。凹部２４には、開口の全周に亘って、凹部２４の底面から立ち上がるように形成された側壁部２２が設けられている。また、第１キャップ２０は、凹部２４の開口縁において基板３０の第１面３２ａに対向する対向面２６を有している。　
　第１キャップ２０の材質は特に限定されるものではないが、例えば金属などの導電材料で構成されていてもよい。これによれば、第１キャップ２０を接地電位に電気的に接続させることによりシールド機能を付加することができる。あるいは、第１キャップ２０は、絶縁材料又は導電材料・絶縁材料の複合構造であってもよい。　
　なお、図２に示す例では、第１キャップ２０の凹部２４の底面から略垂直に立ち上げ形成された側壁部２２の先端が基板３０と接合されているが、キャップ形状はこれに限定されるものではなく、例えば、側壁部２２からさらに開口外方向へ突出するフランジ部を有し、フランジ部が基板３０に対する対向面２６を有していてもよい。このようなフランジ部を有することにより、第１キャップと基板との接合面積を大きくすることができるため、両者の接合強度の向上を図ることができる。　
　基板３０の第１面３２ａ（上面）には、圧電振動素子１０が搭載される。図１に示す例では、基板３０は、Ｚ´軸方向に平行な長手方向と、Ｘ軸方向に平行な短手方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さ方向を有しており、ＸＺ´面において長方形をなしている。基板３０はリジッド基板である。基板３０は、例えば絶縁性セラミックで形成されてもよい。あるいは、基板３０は、ガラス材料（例えばケイ酸塩ガラス、又はケイ酸塩以外を主成分とする材料であって、昇温によりガラス転移現象を有する材料）、水晶材料（例えばＡＴカット水晶）又はガラス繊維にエポキシ系樹脂を含浸させたガラスエポキシ樹脂などで形成してもよい。基板３０は、単層であっても複数層であってもよく、複数層である場合、第１面３２ａの最表層に形成された絶縁層を含んでもよい。また、基板３０は、平板な板状をなしてもよいし、あるいは、後述するように第１キャップに対向する向きに開口した凹状をなしてもよい。図２に示すように、第１キャップ２０及び基板３０の両者が接合材４０を介して接合されることによって、圧電振動素子１０が、第１キャップ２０の凹部２４と基板３０とによって囲まれた内部空間（キャビティ）となる第１封止空間２３に密封封止される。　
　接合材４０は、第１キャップ２０及び基板３０のそれぞれの全周に亘って設けられており、第１キャップ２０の側壁部２２の対向面２６と、基板３０の第１面３２ａとの間に介在している。接合材４０は絶縁性材料からなるものであってもよい。絶縁性材料としては、例えばガラス材料（例えば低融点ガラス）であってもよく、あるいは、樹脂材料（例えばエポキシ系樹脂）であってもよい。これらの絶縁性材料によれば、金属接合に比べて低コストであり、また加熱温度を抑えることができ、製造プロセスの簡易化を図ることができる。なお、第１キャップ２０にシールド機能を付加する場合には、第１キャップ２０に対する電気的接続を確保しつつ第１キャップ２０が基板３０に接合材４０を介して接合されればよい。　
　図２に示すように、第２キャップ５０は、基板３０の第１面３２ａに対向して開口した凹部５４を有する。凹部５４は、第１キャップ２０を当該凹部５４内に設けることが可能なように、第１キャップ２０の凹部２４よりも大きな径からなる。凹部５４には、開口の全周に亘って、凹部５４の底面から立ち上がるように形成された側壁部５２が設けられている。また、第２キャップ５０は、凹部５４の開口縁において基板３０の第１面３２ａに対向する対向面５６を有している。　
　第２キャップ５０の材質は特に限定されるものではないが、第１キャップ２０について説明した内容を適用することができる。この場合、第２キャップ５０は、第１キャップ２０と同じ材質であっても異なる材質であってもよい。　
　なお、第２キャップ５０のキャップ形状は特に限定されるものではなく、第１キャップ２０と同様に例えばフランジ部を有するものを適用してもよい。　
　図２に示すように、第２キャップ５０及び基板３０の両者が接合材６０を介して接合されることによって、圧電振動素子１０及び第１キャップ２０が、第２キャップ５０の凹部５４と基板３０とによって囲まれた内部空間（キャビティ）となる第２封止空間５３に密封封止される。この場合、第２キャップ５０は、基板３０の第１面３２ａ上において、第１キャップ２０から所定の間隔をあけて、第１キャップ２０の外側に第２封止空間５３を形成するように設けられる。第２封止空間５３は、基板３０の第１面３２ａ上において、第１キャップ２０の頂面及び全側面を囲む空間であってもよい。第２封止空間５３の気圧は外気圧よりも低圧であってもよく、例えば真空であってもよい。なお、このような空間は、真空又は低圧下で、第２キャップ５０を基板３０に接合することによって得ることができる。あるいは、第２キャップ５０を基板３０に接合した後、第２封止空間５３を加熱しその後常温に戻すことにより、低圧の封止空間５３を得てもよい。　
　接合材６０は、第２キャップ５０又は基板３０の全周に亘って設けられており、第２キャップ５０の側壁部５２の対向面５６と、基板３０の第１面３２ａとの間に介在している。なお、接合材６０の材料は特に限定されるものではないが、第１キャップ２０の接合材４０について説明した内容を適宜適用することができる。なお、第２キャップ５０を接合する接合材６０は、第１キャップ２０を接合する接合材４０と同じ材質であっても異なる材質であってもよい。　
　図２に示す例では、圧電振動素子１０は、その一方端（導電性保持部材３６ａ，３６ｂ側の端部）が固定端であり、その他方端が自由端となっている。なお、変形例として、圧電振動素子１０は、長手方向の両端において基板３０に固定されていてもよい。　
　図１に示すように、基板３０は、第１面３２ａに形成された接続電極３３ａ，３３ｂと、接続電極３３ａ，３３ｂから第１面３２ａの外縁に向かって引き出される引出電極３４ａ，３４ｂと、引出電極３４ａ，３４ｂに接続された外部電極３５ａ，３５ｂと、外部電極３５ａ，３５ｂとを含む。接続電極３３ａ，３３ｂは、圧電振動素子１０が基板３０の第１面３２ａの略中央に配置することができるように、基板３０の外縁よりも内側に配置されている。　
　接続電極３３ａには、導電性保持部材３６ａを介して、圧電振動素子１０の接続電極１６ａが接続され、他方、接続電極３３ｂには、導電性保持部材３６ｂを介して、圧電振動素子１０の接続電極１６ｂが接続される。導電性保持部材３６ａ，３６ｂは、例えば導電性接着剤を熱硬化することによって得られる。　
　引出電極３４ａは、接続電極３３ａから基板３０のいずれか１つのコーナー部に向かって引き出され、他方、引出電極３４ｂは、接続電極３３ｂから基板３０の他の１つのコーナー部に向かって引き出されている。また、基板３０の各コーナー部には、複数の外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄが形成されている。図１に示す例では、引出電極３４ａがＸ軸負方向及びＺ´軸負方向側のコーナー部に形成された外部電極３５ａに接続され、他方、引出電極３４ｂがＸ軸正方向及びＺ´軸正方向側のコーナー部に形成された外部電極３５ｂに接続されている。また図１に示すように、残りのコーナー部にも、外部電極３５ｃ，３５ｄが形成されている。これらの外部電極３５ｃ、３５ｄは圧電振動素子１０の励振電極とは電気的に接続されないダミー電極であってもよく、さらに基板３０に搭載される電子部品とも電気的に接続されないダミー電極であってもよい。このようなダミー電極を形成することにより、外部電極を形成するための導電材料の付与が容易になり、また、全てのコーナー部に外部電極を形成することができるため、圧電発振器を他の部材に電気的に接続する処理工程も容易となる。なお、ダミー電極外部電極３５ｃ，３５ｄは、接地電位が供給される接地用電極であってもよい。第１キャップ２０が導電性材料からなる場合、第１キャップ２０を接地用電極である外部電極３５ｃ，３５ｄに接続することによって、第１キャップ２０にシールド機能を付加することができる。この点は第２キャップ５０についても同様のことが当てはまる。　
　図１に示す例では、基板３０のコーナー部は、その一部が円筒曲面状（キャスタレーション形状とも呼ばれる。）に切断して形成された切り欠き側面を有しており、外部電極３５ａ～３５ｄは、このような切り欠き側面及び第２面３２ｂにかけて連続的に形成されている。なお、基板３０のコーナー部の形状はこれに限定されるものではなく、切り欠きの形状は平面状であってもよいし、切り欠きがなく、平面視して四隅が直角な矩形状であってもよい。　
　なお、基板３０の接続電極、引出電極及び外部電極の各構成は上述の例に限定されるものではなく、様々に変形して適用することができる。例えば、接続電極３３ａ，３３ｂは、一方がＺ´軸正方向側に形成され、他方がＺ´軸負方向側に形成されるなど、基板３０の第１面３２ａ上において互いに異なる側に配置されていてもよい。このような構成においては、圧電振動素子１０が、長手方向の一方端及び他方端の両方において基板３０に支持されることになる。また、外部電極の個数は４つに限るものではなく、例えば対角上に配置された２つであってもよい。また、外部電極はコーナー部に配置されたものに限らず、コーナー部を除く基板３０のいずれかの側面に形成されてもよい。この場合、既に説明したとおり、側面の一部を円筒曲面状に切断した切り欠き側面を形成し、コーナー部を除く当該側面に外部電極を形成してもよい。さらに、ダミー電極である他の外部電極３５ｃ，３５ｄは形成しなくてもよい。また、基板３０に第１面３２ａから第２面３２ｂへ貫通するスルーホールを形成し、このスルーホールによって第１面３２ａに形成した接続電極から第２面３２ｂへ電気的導通を図ってもよい。　
　図１に示す圧電発振器１においては、基板３０の外部電極３５ａ，３５ｂを介して、圧電振動素子１０における一対の第１及び第２励振電極１４ａ，１４ｂの間に交流電圧を印加することにより、厚みすべり振動モードなどの所定の振動モードで圧電基板１１が振動し、該振動に伴う共振特性が得られる。　
　本実施形態に係る圧電発振器によれば、基板３０上において、圧電振動素子１０が第１及び第２キャップ２０，５０によって２重に密封封止されている。すなわち、圧電振動素子１０が基板３０の第１面３２ａ上において第１キャップ２０の凹部２４内の第１封止空間（内部空間）２３に密封封止され、さらに、圧電振動素子１０及び第１キャップ２０が基板３０の第１面３２ａ上において第２キャップ５０の凹部５４内の第２封止空間（内部空間）５３に密封封止されている。このように、第１及び第２キャップ２０，５０がいずれも基板３０に接合されているため、各キャップを安定して基板３０に接合することができる。すなわち、仮に各部材が熱などの影響で変形したとしても接合不良が生じることを回避又は抑制することができる。また、第１及び第２キャップ２０，５０がいずれも基板３０に接合されていることによって、一方の接合部に加わる応力が他方の接合部に影響を及ぼすことを防止することができる。したがって、第１及び第２キャップ２０，５０によって圧電振動素子１０を確実に密封封止しつつ、圧電振動素子１０が収容された内部空間の熱が外部へ逃げるのを抑制することができる。　
　互いに対向する第１キャップ２０の最外面と、第２キャップ５０の最内面とが、導電性を有することが好ましい。過剰圧力、外部との干渉による外力、実装位置ずれなどによって、第１キャップ２０と第２キャップ５０とが所定の位置から変位、または所定の形状から変形することがある。この場合、第１キャップ２０の最外面と第２キャップ５０の最内面とが導電性を有することによって、第１キャップ２０と第２キャップ５０の接触状態を抵抗変化、静電容量変化による電気的な検出をとおして容易に発見することができる効果を有する。また、第１キャップ２０または第２キャップ５０の少なくとも内壁に金属部を設けることで、輻射熱の反射率を高めることができ、断熱効果を高くできる効果が得られる。さらに、内壁の金属部の表面状態が、好ましくはＲａ２０ｎｍ以下の表面粗さにすることで断熱効果、さらに好ましくはＲａ５ｎｍ以下の表面粗さの鏡面化することでさらに高い断熱効果が得られる。内壁の金属部は、例えば、第１キャップ２０または第２キャップ５０の材料に金属材料が用いられた構成、あるいは樹脂材料、セラミックス材料などの絶縁材料の表面に金属薄膜が設けられた構成で実現できる。　
　ここで、第１キャップ２０による内部空間２３の気圧は、外気圧（標準大気圧）よりも低圧であってもよく、また第２キャップ５０による第１キャップ２０の外側の第２封止空間５３の気圧も、外気圧（大気圧）よりも低圧であってもよい。このように圧電振動素子１０を密封封止したそれぞれの空間を外気よりも低圧にすることによって、圧電振動素子１０が収容された内部空間２３の熱が外部へ逃げるのをより一層抑制することができる。　
　次に、本発明の一実施形態に係る圧電発振デバイスを説明する。図３は、本実施形態に係る圧電発振デバイスの断面図である。この圧電発振デバイス３は、上述の圧電発振器１と、電子部品の一例である集積回路素子７０とを備える。　
　図３に示すように、集積回路素子７０は、基板３０の第１面３２ａに搭載されていてもよい。具体的には、集積回路素子７０における集積回路面側に形成された複数の電極７２が、基板３０の第１面３２ａに対向する向きに搭載されていてもよい。この場合、集積回路素子７０は、圧電振動素子１０と共に、第１キャップ２０によって形成された第１封止空間２３に密封封止されていてもよい。　
　集積回路素子７０は、圧電振動素子１０に電気的に接続され、クロック信号等の基準信号を生成するための発振回路を備える。集積回路素子７０は、発振回路のほか、圧電発振器１が所与の動作を行うために必要な所定の回路を備えていてもよい。例えば、集積回路素子７０は、圧電振動素子１０の温度を検出する温度センサと、圧電振動素子１０を加熱する加熱素子と、温度センサ及び／又は加熱素子を制御する制御回路とをさらに備えていてもよい。加熱素子は、例えば基板３０に形成された金属などの熱導電部（図示しない）を経由して、第１及び第２キャップ２０，５０によって密封封止された圧電振動素子１０の温度を所定の温度範囲内に制御するために熱を供給する。加熱素子は、温度センサの検出値に応じて制御回路が演算した指令値に応じて加熱してもよい。集積回路素子７０は、温度センサ、加熱素子及び制御回路のうちの１つを備えており、残りの構成要素が集積回路素子７０とは別個に第１封止空間２３内に設けられていてもよい。　
　本実施形態に係る圧電発振デバイスによれば、上記圧電発振器１を備えるため、集積回路素子７０の加熱素子によって基板３０を経由して第１キャップ２０の第１封止空間（内部空間）２３に供給された熱が外部へ逃げるのを抑制することができる。　
　本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。図４～図６は、本実施形態の変形例に係る圧電発振器を説明するための図である。以下の各変形例においては上記内容と異なる点を説明することとし、上記内容と同じ構成については図中において同一の符号を付している。　
　図４は、本実施形態の第１変形例に係る圧電発振器５を説明するための図である。本変形例では、第２キャップによる封止空間の少なくとも一部に、断熱部材の一例である樹脂層が設けられている点で上記内容と異なっている。ここで、断熱部材は、外気（大気圧）よりも断熱効果が高い部材をいう。　
　樹脂層８０は、第２封止空間５３の一部に設けられていてもよい。具体的には、図示するように、樹脂層８０は第１キャップ２０の頂面（凹部２４の底面とは反対の面）と第２キャップ５０の凹部５４の底面との間に設けられていてもよい。この場合、樹脂層８０は、第１キャップ２０の頂面全体を覆うように設けられていてもよい。あるいは、樹脂層８０は、第１キャップ２０の側壁部２２の少なくとも１つの外面と、第２キャップ５０の側壁部５２の少なくとも１つの内面との間に設けられていてもよい。なお、樹脂層８０は、第２封止空間５３の一部に限らず、その全部を充填して設けられていてもよい。　
　また樹脂層８０は内部に気泡を有していてもよい。気泡を有することによって、断熱効果をより高めることができる。なお、断熱部材は、樹脂層に限定されず、外気よりも断熱効果が高ければ、無機材料や有機及び無機の複合材料などのその他の部材を用いることができる。　
　本変形例に係る圧電発振器によれば、第２キャップ５０による封止空間５３の少なくとも一部に樹脂層８０などの断熱部材が設けられているため、圧電振動素子１０が収容された内部空間２３の熱が外部へ逃げるのをより一層抑制することができる。　
　図５は、本実施形態の第２変形例に係る圧電発振器７を説明するための図である。本変形例では、ベース部材及び第２蓋部材の各構成が上記内容と異なっている。　
　図５に示すように圧電発振器７は、凹部１３４を有するベース部材１３０を有しており、凹部１３４の底面１３２ａに圧電振動素子１０が搭載されている。圧電振動素子１０は、凹部１３４の底面１３２ａ上において、第１キャップ２０の凹部２４とベース部材１３０によって囲まれた内部空間２３に密封封止される。ベース部材１３０の凹部１３４には、開口の全周に亘って、凹部１３４の底面１３２ａから立ち上がるように形成された側壁部１３３が設けられており、この側壁部１３３の開口縁部１３８に第２蓋部材１５０が接合材６２によって接合されている。第２蓋部材１５０は、図５に示すように平板状に形成されていてもよい。あるいは、第２蓋部材１５０は、既に説明した第２キャップ５０と同様に、ベース部材１３０に対向して開口した凹部を有していてもよい。　
　第２蓋部材１５０は、第１キャップ２０から所定の間隔をあけて、第１キャップ２０の外側に封止空間１５３を形成するように設けられている。封止空間１５３は、ベース部材１３０の凹部１３４内において、第１キャップ２０の頂面及び全側面を囲む空間であってもよい。　
　図６は、本実施形態の第３変形例に係る圧電発振器８を説明するための図である。本変形例では、基板並びに第１及び第２キャップの構成が上記内容と異なっている。　
　図６に示すように圧電発振器８においては、ベース部材２３０が、第１凹部２３４と、第１凹部２３４の外側に設けられた第１凹部２３４よりも大きな径からなる第２凹部２３６とを有している。圧電振動素子１０は、第１凹部２３４の底面２３２ａに搭載され、当該底面２３２ａ上において、第１蓋部材２２０とベース部材２３０の第１凹部２３４によって囲まれた内部空間２２３に密封封止される。ベース部材２３０の第１及び第２凹部２３４，２３６には、開口の全周に亘って、第１凹部２３４の底面２３２ａから立ち上がるように形成された側壁部２３３が設けられている。そして、この側壁部２３３における第１凹部２３４の開口縁部２３５に、第１蓋部材２２０が接合材４４によって接合され、他方、側壁部２３３における第２凹部２３６の開口縁部２３７に、第２蓋部材２５０が接合材６４によって接合されている。第１蓋部材２２０及び第２蓋部材２５０は、図６に示すように平板状に形成されていてもよい。あるいは、第１蓋部材２２０及び第２蓋部材２５０は、既に説明した第１キャップ２０及び第２キャップ５０と同様に、それぞれ、ベース部材２３０に対向して開口した凹部を有していてもよい。　
　第２蓋部材２５０は、第１蓋部材２２０から所定の間隔をあけて、第１蓋部材２２０の上方に封止空間２５３を形成するように設けられている。封止空間２５３は、ベース部材２３０の凹部２３４内において、第１蓋部材２２０の頂面の上方の空間であってもよい。　
　図５及び図６に示すような各変形例に係る圧電発振器によれば、既に説明した内容と同様に、各蓋部材がいずれもベース部材に接合されているため、各蓋部材によって圧電振動素子１０を確実に密封封止しつつ、圧電振動素子１０が収容された内部空間の熱が外部へ逃げるのを抑制することができる。　
　図７は、本実施形態の第４変形例に係る圧電発振デバイス９を説明するための図である。本変形例では、圧電振動素子３１０が基板保持部材３７５に搭載されており、圧電振動素子３１０及び基板保持部材３７５が、第１蓋部材３２０及びベース部材３３０によって形成された第１封止空間３２３内に収納されている。また、第１蓋部材３２０は、第２蓋部材３５０及びベース部材３３０によって形成された第２封止空間３５３内に収納されている。第１封止空間３２３に収納された圧電振動素子３１０は、基板３１５と、ＡＴカットの水晶片である圧電基板３１１と、第３封止空間３７３内にＡＴカットの水晶片である圧電基板３１１を収納するように基板３１５に接合されている蓋体３１７とを備えている。水晶振動素子である圧電振動素子３１０の基板３１５は、基板保持部材３７５の表面に搭載されている。基板保持部材３７５の裏面には、集積回路素子３７０と加熱素子３７２とが搭載されている。基板保持部材３７５は、スペーサ３７７を介してベース部材３３０に所定の間隔を離して保持されている。集積回路素子３７０は、圧電振動素子３１０に電気的に接続されている。また、集積回路素子３７０は、クロック信号等の基準信号を生成するための発振回路と、第１封止空間３２３の温度を検出する温度センサと、温度センサ及び／又は加熱素子を制御する制御回路とを備える。加熱素子３７２は、集積回路素子３７０に電気的に接続されており、温度センサの検出値に応じて制御回路が演算した指令値に応じて、圧電振動素子３１０の温度を所定の温度範囲内に制御するために発熱する。圧電振動素子３１０の温度を安定させるため、加熱素子３７２が収納される第１封止空間３２３の熱容量より、水晶片である圧電基板３１１が収納される第３封止空間３７３の熱容量が小さいことが望ましい。具体的には、第１封止空間３２３の容積は、第３封止空間３７３の容積よりも大きい。小型化かつ容積を確保でき、動作温度が安定した圧電発振デバイス９を得るため、第１蓋部材３２０と蓋体３１７との間隔の最小寸法は、第１蓋部材３２０と第２蓋部材３５０との間隔の最小寸法より大きいことが望ましい。　
　以上のとおり、本発明の実施形態（変形例を含む）に係る圧電発振器及び圧電発振デバイスは、上述のいずれかの構成を採用するため以下の作用効果を奏することができる。　
　上記構成によれば、圧電振動素子を封止する第１及び第２蓋部材がいずれもベース部材に接合されているため、仮に各部材が熱などの影響で変形したとしても接合不良が生じることを回避又は抑制することができる。したがって、第１及び第２蓋部材によって圧電振動素子を確実に密封封止しつつ、圧電振動素子が収容された内部空間の熱が外部へ逃げるのを抑制することができる。よって、圧電振動素子の封止性及び断熱性の向上を図ることができる圧電発振器を提供することができる。　
　上記構成によれば、第２蓋部材による第２封止空間の気圧が外気圧よりも低圧又は真空（ＪＩＳ　Ｚ８１２６－１）であるため、圧電振動素子１０が収容された内部空間２３の熱が外部へ逃げるのをより一層抑制することができる。なお、第１または第２封止空間の真空の程度は、１０4～１０-5Ｐａが好ましく、さらに第１または第２封止空間の断熱性を高め、かつ製造が容易な封止構造を得るためには１０3～１０-3Ｐａの圧力がさらに好ましい。製造を容易にする観点では、低真空であることが好ましい。なお、蓋部材を基板に接合する場合、常温（２５℃程度）より４０℃以上の高温環境で接合することで、常温において封止空間内の低圧環境が実現できる。さらに、外気圧と第１封止空間内の圧力の間の圧力を有する第２封止空間を設ける。この場合、外気圧と第２封止空間との圧力差、及び、第２封止空間と第１封止空間との圧力差が、外気圧と第１封止空間とが第１キャップのみを介して隣り合う圧力差よりも小さくできる。この圧力差の減少によって、封止空間の漏れが防止できる効果、あるいは、比較的耐圧性が低い接合材料でも封止空間を実現できる効果が得られる。　
　上記構成によれば、第２蓋部材による第２封止空間の少なくとも一部に、樹脂層などの断熱部材が設けられているので、圧電振動素子が収容された内部空間の熱が外部へ逃げるのをより一層抑制することができる。この場合、樹脂層が気泡を含むことによってさらに断熱効果を高めることができる。　
　なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
　　１　圧電発振器　
　　３　圧電発振デバイス　
　１０　圧電振動素子　
　１１　水晶片（圧電基板）　
　２０　第１キャップ（第１蓋部材）　
　２３　第１封止空間（内部空間）　
　３０　基板（ベース部材）　
　５０　第２キャップ（第２蓋部材）　
　５３　第２封止空間　
　７０　集積回路素子（電子部品）　
　７３　第３封止空間　
　８０　樹脂層

Claims (14)

  1. 　主面を有するベース部材と、
    　第１封止空間を有するように、前記ベース部材上に設けられている第１蓋部材と、
    　前記第１蓋部材を封止する第２封止空間を有するように、前記ベース部材上に設けられている第２蓋部材と、
    　前記第１封止空間内に収納されている圧電振動素子と、を備え、
    　前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材がそれぞれ前記ベース部材に接合されている、圧電発振器。
  2. 　前記第１蓋部材が、前記ベース部材における前記圧電振動素子が搭載された上面に対向して開口した凹部を有し、
    　前記圧電振動素子が前記第１蓋部材の前記凹部内に設けられた、請求項１記載の圧電発振器。
  3. 　前記第２蓋部材が、前記ベース部材における前記圧電振動素子が搭載された上面に対向して開口しかつ前記第１蓋部材の前記凹部よりも大きい径からなる凹部を有し、
    　前記第１蓋部材が、前記第２蓋部材の前記凹部内に設けられた、請求項２記載の圧電発振器。
  4. 　前記ベース部材が、凹部を有し、
    　前記圧電振動素子が、前記ベース部材の前記凹部の底面に搭載されており、
    　前記第１蓋部材が、前記ベース部材における前記圧電振動素子が搭載された上面に対向して開口した凹部を有し、当該凹部内に前記圧電振動素子が配置されており、
    　前記第２蓋部材が、前記ベース部材の前記凹部の開口縁部に接合されている、請求項１記載の圧電発振器。
  5. 　前記ベース部材が、第１凹部と、当該第１凹部の外側に設けられた当該第１凹部よりも大きな径からなる第２凹部とを有し、
    　前記圧電振動素子が、前記ベース部材の前記第１凹部の底面に搭載されており、
    　前記第１蓋部材が、前記ベース部材の前記第１凹部の開口縁部に接合されており、
    　前記第２蓋部材が、前記ベース部材の前記第２凹部の開口縁部に接合されている、請求項１記載の圧電発振器。
  6. 　前記第２封止空間内の圧力が外気圧よりも低圧である、請求項１から５のいずれか一項に記載の圧電発振器。
  7. 　前記第２封止空間が真空である、請求項６記載の圧電発振器。
  8. 　前記第２封止空間の少なくとも一部に断熱部材が設けられている、請求項１から５のいずれか一項に記載の圧電発振器。
  9. 　前記断熱部材が樹脂層である、請求項８記載の圧電発振器。
  10. 　前記樹脂層が気泡を含む、請求項９記載の圧電発振器。
  11. 　前記圧電振動素子が水晶振動素子である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の圧電発振器。
  12. 　前記水晶振動素子が、基板と、水晶片と、第３封止空間内に前記水晶片を収納するように前記基板に接合されている蓋体とを備えている、請求項１１記載の圧電発振器。
  13. 　請求項１から１２のいずれか一項に記載の圧電発振器と、
    　前記圧電振動素子に電気的に接続された集積回路素子とを備えた、圧電発振デバイス。
  14. 　前記第１封止空間内に収納され、前記圧電振動素子が搭載されており、所定の間隔で離れて前記ベース部材に支持されている基板保持部材と、
    　前記第１封止空間内に収納されており、前記集積回路素子の制御回路と接続されている温度センサと、
    　前記第１封止空間内に収納されており、前記温度センサの検出値に応じて前記制御回路が演算した指令値に応じて加熱する加熱素子と、を備えた、請求項１３記載の圧電発振デバイス。
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