WO2021005833A1 - 圧電振動子及びそれを備えた発振器 - Google Patents

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WO2021005833A1
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electrodes
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英太郎 亀田
佳介 竹山
西村　俊雄
中谷　宏
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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 vibrator and an oscillator including the piezoelectric vibrator.
  • Piezoelectric oscillators are used in various electronic devices such as mobile communication terminals, communication base stations, and home appliances for applications such as timing devices, sensors, and oscillators.
  • the piezoelectric vibrator includes a piezoelectric vibration element having a mechanical vibration unit that converts electric vibration into mechanical vibration by utilizing the piezoelectric effect, and a cage that accommodates the piezoelectric vibration element. Since the frequency of the piezoelectric vibrating element changes based on the frequency temperature characteristic, it is necessary to measure the temperature of the piezoelectric vibrating element in order to realize a high-precision tolerance in the piezoelectric vibrator.
  • Patent Document 1 includes a piezoelectric vibrating element, a base member on which the piezoelectric vibrating element is mounted, and a lid member that is joined to the base member and airtightly seals the piezoelectric vibrating element, and the surface of the base member or the lid member.
  • a piezoelectric oscillator in which a circuit pattern and a temperature detection unit are arranged is disclosed.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrator having improved temperature compensation accuracy and an oscillator including the piezoelectric vibrator.
  • the piezoelectric vibrator includes a base member, a lid member, and a laminated structure provided between the base member and the lid member, and the laminated structure is a pair of facing main surfaces.
  • a piezoelectric vibrating element having a piezoelectric layer having a piezoelectric layer, and a pair of excitation electrodes provided on each of a pair of main surfaces of the piezoelectric layer so as to face each other with the piezoelectric layer sandwiched between the piezoelectric vibrating element and the piezoelectric of the piezoelectric vibrating element.
  • a semiconductor layer laminated on any main surface side of the body layer and a pair of measurement electrodes provided on the semiconductor layer are provided, and the pair of measurement electrodes are signals based on the temperature of the piezoelectric vibrating element via the semiconductor layer. Is configured to measure.
  • a crystal oscillator (Quartz Crystal Resonator Unit) provided with a crystal vibrating element (Quartz Crystal Resonator)
  • the crystal vibrating element uses a crystal piece (Quartz Crystal Element) as a piezoelectric body excited by the piezoelectric effect.
  • the piezoelectric piece according to the embodiment of the present invention is not limited to the crystal piece.
  • the piezoelectric piece may be formed of any piezoelectric material such as a piezoelectric single crystal, a piezoelectric ceramic, a piezoelectric thin film, or a piezoelectric polymer membrane.
  • the piezoelectric single crystal can include lithium niobate (LiNbO 3 ).
  • the piezoelectric ceramic is barium titanate (BaTiO 3), lead titanate (PbTiO 3), lead zirconate titanate (Pb (Zr x Ti 1- x) O3; PZT), aluminum nitride (AlN), niobium Lithium acid (LiNbO 3 ), lithium metaniobate (LiNb 2 O 6 ), bismuth titanate (Bi 4 Ti 3 O 12 ) lithium tantalate (LiTaO 3 ), lithium tetraborate (Li 2 B 4 O 7 ), Langa Sight (La 3 Ga 5 SiO 14 ), tantalate pentoxide (Ta 2 O 5 ), and the like can be mentioned.
  • Examples of the piezoelectric thin film include those obtained by forming the above-mentioned piezoelectric ceramic on a substrate such as quartz or sapphire by a sputtering method or the like.
  • Examples of the piezoelectric polymer film include polylactic acid (PLA), polyvinylidene fluoride (PVDF), and vinylidene fluoride / ethylene trifluoride (VDF / TrFE) copolymer.
  • PVA polylactic acid
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • VDF / TrFE vinylidene fluoride / ethylene trifluoride copolymer.
  • the above-mentioned various piezoelectric materials may be used by being laminated with each other, or may be laminated with another member.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of the crystal oscillator according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the laminated structure according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the crystal oscillator according to the first embodiment.
  • the cross-sectional view shown in FIG. 3 shows a cross-sectional view taken along the line III-III shown in FIGS. 1 and 2.
  • Each drawing is provided with a Cartesian coordinate system consisting of the X-axis, Y'axis and Z'axis for convenience in order to clarify the relationship between the drawings and to help understand the positional relationship of each member.
  • the X-axis, Y'axis and Z'axis correspond to each other in the drawings.
  • the X-axis, Y'axis, and Z'axis correspond to the crystallographic axes of the crystal piece 11 described later, respectively, with the X-axis being the electrical axis (polar axis), the Y-axis being the mechanical axis, and the Z-axis. Corresponds to the optical axis.
  • the Y'axis and the Z'axis are axes obtained by rotating the Y axis and the Z axis around the X axis in the direction of the Y axis to the Z axis by 35 degrees 15 minutes ⁇ 1 minute 30 seconds, respectively.
  • the direction parallel to the X-axis is referred to as "X-axis direction”
  • the direction parallel to the Y'axis is referred to as "Y'axis direction”
  • the direction parallel to the Z'axis is referred to as "Z'axis direction”.
  • the direction of the tip of the arrow on the X-axis, Y'axis and Z'axis is called “+ (plus)”
  • the direction opposite to the arrow is called "-(minus)".
  • the crystal oscillator 100 includes a laminated structure 101, a base member 30, a joining member 50, and a lid member 40.
  • the laminated structure 101 is provided between the base member 30 and the lid member 40.
  • the laminated structure 101 is mounted on the base member 30.
  • the base member 30 and the lid member 40 form a cage for accommodating the laminated structure 101.
  • the base member 30 has a flat plate shape
  • the lid member 40 has a bottomed opening for accommodating the laminated structure 101 on the base member 30 side.
  • the holding method of the laminated structure 101 and the shapes of the base member 30 and the lid member 40 are not limited to the above.
  • the base member 30 may have a bottomed opening for accommodating the laminated structure 101 on the lid member 40 side.
  • the base member 30 and the lid member 40 may have a flat plate shape or a concave shape that opens toward the laminated structure 101, and may sandwich the peripheral portion of the vibrating portion of the laminated structure 101.
  • the laminated structure 101 includes a crystal vibrating element 10 and a temperature detecting unit 20.
  • the crystal vibrating element 10 and the temperature detecting unit 20 are laminated in the Z-axis direction, and the crystal vibrating element 10 is provided on the base member 30 side of the temperature detecting unit 20. Further, when viewed in a plan view from the + Y'axis direction, the laminated structure 101 has a vibrating portion 101a including an excited portion of the crystal vibrating element 10 and a peripheral portion 101b located outside the vibrating portion 101a. The peripheral portion 101b is adjacent to the vibrating portion 101a in a direction parallel to the XZ'plane.
  • the stacking order of the laminated structure 101 is not particularly limited, and the temperature detection unit 20 may be provided on the base member 30 side of the crystal vibration element 10.
  • the entire temperature detection unit 20 faces only a part of the crystal vibrating element 10 in the Y'axis direction. Specifically, when the laminated structure 101 is viewed in a plan view from the + Y'axis direction, the crystal vibrating element 10 and the temperature detecting unit 20 do not overlap in the vibrating unit 101a, but overlap in the peripheral portion 101b. Further, the outer edge portion of the temperature detection unit 20 overlaps with the outer edge portion of the crystal vibration element 10 if the through hole 29 described later is ignored.
  • the laminated structure of the laminated structure 101 is not limited to the above.
  • the entire crystal vibrating element 10 may face only a part of the temperature detecting unit 20 in the Y'axis direction. That is, the crystal vibration element 10 may be located inside the temperature detection unit 20 when viewed in a plan view from the + Y'axis direction. Further, all of the crystal vibrating element 10 and the temperature detecting unit 20 may face each other in the Y'axis direction, and a part of each of the crystal vibrating element 10 and the temperature detecting unit 20 may face each other in the Y'axis direction. You may.
  • the crystal vibrating element 10 is an element that vibrates a crystal by a piezoelectric effect and converts electrical energy and mechanical energy.
  • the crystal vibrating element 10 includes a flaky crystal piece 11, a first excitation electrode 14a and a second excitation electrode 14b forming a pair of excitation electrodes, and a first extraction electrode forming a pair of extraction electrodes. It includes an extraction electrode 15a and a second extraction electrode 15b, and a first connection electrode 16a and a second connection electrode 16b forming a pair of connection electrodes.
  • the crystal vibration element 10 further includes a third connection electrode 16c and a fourth connection electrode 16d that form a pair of connection electrodes.
  • the shape of the crystal vibrating element 10 is, for example, a rectangular shape.
  • the shape of the crystal vibrating element 10 is not limited to the above, and may be a circular shape, an elliptical shape, a polygonal shape, or a combination thereof.
  • the crystal piece 11 has an upper surface 11A and a lower surface 11B facing each other.
  • the upper surface 11A is located on the side opposite to the side facing the base member 30, that is, the side facing the top surface portion 41 of the lid member 40 described later.
  • the lower surface 11B is located on the side facing the base member 30.
  • the crystal piece 11 corresponds to the piezoelectric layer, and the upper surface 11A and the lower surface 11B correspond to a pair of main surfaces of the piezoelectric layer.
  • the crystal piece 11 is, for example, an AT-cut type crystal piece.
  • the AT-cut type crystal piece 11 is a plane parallel to a plane specified by the X-axis and the Z'axis in a Cartesian coordinate system consisting of an X-axis, a Y'axis, and a Z'axis that intersect each other (hereinafter, "XZ". It is called a'plane'. The same applies to a plane specified by another axis.) Is the main surface, and is formed so that the direction parallel to the Y'axis is the thickness.
  • the AT-cut type crystal piece 11 is formed by etching a crystal substrate (for example, a crystal wafer) obtained by cutting and polishing a crystal of artificial quartz (Synthetic Quartz Crystal).
  • the processing method of the crystal substrate is not limited to the etching processing, and may be processing using a dicer, a water jet, a laser, or the like.
  • the crystal vibrating element 10 using the AT-cut type crystal piece 11 has high frequency stability in a wide temperature range.
  • the thickness slip vibration mode Thiickness Shear Vibration Mode
  • the rotation angles of the Y'axis and the Z'axis of the AT-cut type crystal piece 11 may be tilted in the range of 35 degrees 15 minutes to ⁇ 5 degrees or more and 15 degrees or less.
  • a different cut other than the AT cut may be applied.
  • BT cut, GT cut, SC cut and the like may be applied.
  • the crystal vibrating element may be a tuning fork type crystal vibrating element using a crystal piece having a cut angle called a Z plate.
  • the AT-cut type crystal piece 11 is parallel to the long side direction in which the long side parallel to the X-axis direction extends, the short side direction in which the short side parallel to the Z'axis direction extends, and the Y'axis direction. It is a plate shape having a thickness direction in which a large thickness extends.
  • the crystal piece 11 has a rectangular shape when the upper surface 11A is viewed in a plane, and has a flat plate shape having a uniform thickness.
  • planar shape of the crystal piece 11 when the upper surface 11A is viewed in a plane is not limited to a rectangular shape.
  • the planar shape of the crystal piece 11 may be a polygonal shape, a circular shape, an elliptical shape, or a combination thereof.
  • the planar shape of the crystal piece 11 may be a tuning fork shape having a base portion and a vibrating arm portion extending in parallel from the base portion.
  • a slit may be formed in the crystal piece 11 for the purpose of suppressing vibration leakage and stress transmission.
  • the shape of the crystal piece 11 is not limited to a flat plate having a uniform thickness.
  • the crystal piece 11 of the vibrating portion 101a may be thicker or thinner than the crystal piece 11 of the peripheral portion 101b for the purpose of suppressing vibration leakage and stress transmission.
  • the crystal piece 11 may have a mesa-type structure or an inverted mesa-type structure.
  • the boundary between the vibrating portion 101a and the peripheral portion 101b of the crystal piece 11 has a tapered shape in which the thickness of the crystal piece 11 continuously changes, for example, but even if the thickness change has a discontinuous step shape. Good.
  • the crystal piece 11 may have a convex structure or a behel type structure in which the amount of change in thickness at the boundary between the vibrating portion 101a and the peripheral portion 101b continuously changes.
  • the mesa-shaped structure or the inverted mesa-shaped structure may be provided only on one side of the upper surface 11A and the lower surface 11B of the crystal piece 11, or may be provided on both sides.
  • the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b are provided in the vibrating portion 101a.
  • the first excitation electrode 14a is provided on the upper surface 11A side of the crystal piece 11, and the second excitation electrode 14b is provided on the lower surface 11B side of the crystal piece 11.
  • the first excitation electrode 14a is provided on the main surface of the crystal piece 11 on the lid member 40 side
  • the second excitation electrode 14b is provided on the main surface of the crystal piece 11 on the base member 30 side.
  • the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b face each other with the crystal piece 11 interposed therebetween.
  • the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b each have a rectangular shape, and are arranged so that substantially the entire surface of the crystal piece 11 overlaps with each other.
  • the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b each have a long side parallel to the X-axis direction, a short side parallel to the Z'axis direction, and a thickness parallel to the Y'axis direction. ..
  • the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b are provided inside the through hole 29 formed in the semiconductor layer 21 described later.
  • planar shapes of the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b when the upper surface 11A of the crystal piece 11 is viewed in a plan view are not limited to a rectangular shape.
  • the planar shape of the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b may be a polygonal shape, a circular shape, an elliptical shape, or a combination thereof.
  • the first extraction electrode 15a is provided on the upper surface 11A side of the crystal piece 11, and the second extraction electrode 15b is provided on the lower surface 11B side of the crystal piece 11.
  • the first extraction electrode 15a electrically connects the first excitation electrode 14a and the first connection electrode 16a.
  • the second extraction electrode 15b electrically connects the second excitation electrode 14b and the second connection electrode 16b.
  • the first extraction electrode 15a extends along the X-axis direction, one end is connected to the first excitation electrode 14a at the vibrating portion 101a, and the other end is peripheral. In part 101b, it is connected to a through electrode connected to the first connection electrode 16a.
  • the second extraction electrode 15b extends along the X-axis direction, one end is connected to the second excitation electrode 14b at the peripheral portion 101b, and the other end is electrically connected to the second connection electrode 16b at the peripheral portion 101b. Has been done. From the viewpoint of reducing stray capacitance, when the upper surface 11A of the crystal piece 11 is viewed in a plan view, the first extraction electrode 15a and the second extraction electrode 15b are separated from each other, and the first extraction electrode 15a is viewed from the second extraction electrode 15b. It is provided in the + Z'axis direction.
  • the electrical connection method between the first extraction electrode 15a and the first connection electrode 16a is not limited to the connection using a through electrode that penetrates the crystal piece 11 along the Y'axis direction.
  • the first extraction electrode 15a and the first connection electrode 16a may be connected by using, for example, a side electrode provided on the side surface connecting the upper surface 11A and the lower surface 11B of the crystal piece 11.
  • the first connection electrode 16a and the second connection electrode 16b are electrodes for electrically connecting the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b to the base member 30, respectively, and the peripheral portion 101b of the crystal piece 11 It is provided on the lower surface 11B side. As shown in FIG. 2, the first connection electrode 16a and the second connection electrode 16b are provided at the end on the side in the ⁇ X axis direction when viewed from the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b.
  • the 1 connection electrode 16a is provided in the + Z'axis direction when viewed from the second connection electrode 16b.
  • the third connection electrode 16c and the fourth connection electrode 16d are electrodes for electrically connecting the first measurement electrode 24c and the second measurement electrode 24d, which will be described later, to the base member 30, respectively, and a crystal piece in the peripheral portion 101b. It is provided on the lower surface 11B side of 11. In the example shown in FIG. 2, the third connection electrode 16c and the fourth connection electrode 16d are provided at the corners on the side in the ⁇ X axis direction when viewed from the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b, respectively. ing.
  • the fourth connection electrode 16d is provided in the + Z'axis direction when viewed from the first connection electrode 16a, and the third connection electrode 16c is provided in the ⁇ Z'axis direction when viewed from the second connection electrode 16b.
  • the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b, the first extraction electrode 15a and the second extraction electrode 15b, and the first connection electrode 16a to the fourth connection electrode 16d are made of, for example, chromium (Cr) and gold (Au). They are laminated in this order. Chromium is superior to gold in adhesion to quartz piece 11, and gold is superior to gold in chemical stability. Therefore, when the electrode of the crystal vibrating element 10 has a multilayer structure composed of chromium and gold, peeling and oxidation of the electrode can be suppressed, and a highly reliable crystal vibrating element 10 can be provided.
  • the material constituting the electrode of the crystal vibrating element 10 is not limited to Cr and Au, and the electrode may contain a metal material such as Ti, Mo, Al, Ni, Pd, Ag, and Cu. ..
  • the electrode may contain a conductive ceramic, a conductive resin, or the like.
  • the temperature detection unit 20 includes a semiconductor layer 21 laminated on the crystal vibration element 10 and a first measurement electrode 24c and a second measurement electrode 24d forming a pair of measurement electrodes.
  • the temperature detection unit 20 is provided in the peripheral portion 101b while avoiding the vibrating portion 101a, and has a frame shape continuous in the circumferential direction so as to surround the vibrating portion 101a.
  • the shape of the outer edge portion of the temperature detection unit 20 is, for example, a rectangular shape, which is substantially the same (congruent) as the shape of the crystal vibration element 10.
  • the shape of the outer edge portion of the temperature detection unit 20 is not limited to a rectangular shape, and may be a circular shape, an elliptical shape, a polygonal shape, or a combination thereof. Further, the shape of the outer edge portion of the temperature detection unit 20 is not limited to a shape congruent with the shape of the crystal vibrating element 10, but may be a shape similar to the shape of the crystal vibrating element 10, and the shape of the crystal vibrating element 10 May be different.
  • the semiconductor layer 21 provides a conductive path between the first measurement electrode 24c and the second measurement electrode 24d, and functions as a resistance element whose resistance value changes according to the temperature. Since the semiconductor layer 21 is laminated on the crystal vibrating element 10, the semiconductor layer 21 and the crystal vibrating element 10 are in a thermal equilibrium state. Therefore, the first measurement electrode 24c and the second measurement electrode 24d measure the resistance value of the semiconductor layer 21 that changes based on the temperature of the crystal vibration element 10.
  • the first measurement electrode 24c and the second measurement electrode 24d are not limited to the above as long as the signal based on the temperature of the crystal vibrating element 10 can be measured via the semiconductor layer 21.
  • the first measurement electrode 24c and the second measurement electrode 24d may measure, for example, inductance and capacitance.
  • the semiconductor layer 21 has an upper surface 21A and a lower surface 21B facing each other.
  • the upper surface 21A is located on the side facing the top surface portion 41 of the lid member 40, which will be described later.
  • the lower surface 21B is located on the side facing the base member 30, that is, the side facing the crystal vibration element 10.
  • the upper surface 21A and the lower surface 21B correspond to a pair of main surfaces of the semiconductor layer 21.
  • the semiconductor layer 21 has a front end portion 22a, a rear end portion 22b, a right end portion 22c, and a left end portion 22d.
  • the front end 22a and the rear end 22b face each other in the X-axis direction and correspond to a pair of short sides extending along the Z'axis direction.
  • the right end 22c and the left end 22d face each other in the Z'axis direction and correspond to a pair of long sides extending along the X axis direction.
  • both ends of the front end portion 22a are connected to one ends of the right end portion 22c and the left end portion 22d, respectively, and both ends of the rear end portion 22b are connected to the other ends of the right end portion 22c and the left end portion 22d, respectively.
  • the front end portion 22a is located on the side of the first connection electrode 16a and the second connection electrode 16b when viewed from the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b.
  • the rear end portion 22b is located on the + X-axis direction side when viewed from the front end portion 22a, and the left end portion 22d is located on the + Z'axis direction side when viewed from the right end portion 22c.
  • the semiconductor layer 21 is formed with through holes 29 that open on both the upper surface 21A and the lower surface 21B.
  • the through hole 29 is formed in the vibrating portion 101a.
  • the semiconductor layer 21 is provided so as to avoid the vibrating portion 101a and to be in non-contact with the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b.
  • the semiconductor layer 21 is provided so as to come into contact with the crystal vibrating element 10 in substantially the entire peripheral portion 101b, and has a rectangular frame shape along the front end portion 22a, the rear end portion 22b, the right end portion 22c, and the left end portion 22d. ..
  • the semiconductor layer 21 is provided by a semiconductor having low electrical conductivity so that the first excitation electrode 14a is sufficiently insulated and separated from the first measurement electrode 24c and the second measurement electrode 24d.
  • the semiconductor layer 21 is an i-type or non-degenerate low-concentration n-type or p-type silicon semiconductor.
  • the semiconductor layer 21 is not limited to the above, and may be a single element semiconductor such as germanium, a compound semiconductor such as gallium arsenide, or an organic semiconductor such as pentacene.
  • the first measurement electrode 24c and the second measurement electrode 24d are provided on the lower surface 21B of the semiconductor layer 21 and are sandwiched between the crystal piece 11 and the semiconductor layer 21.
  • the first measurement electrode 24c and the second measurement electrode 24d are provided at the ends on the same side as the first connection electrode 16a and the second connection electrode 16b when viewed from the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b. .. Further, the first measurement electrode 24c and the second measurement electrode 24d are separated from the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b from the first connection electrode 16a and the second connection electrode 16b.
  • the laminated structure 101 has one end (front end 22a of the semiconductor layer 21) of the ends on the + X-axis direction and the ⁇ X-axis direction when viewed from the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b.
  • This is a so-called cantilever structure in which the side corresponding to) is joined to the base member 30 and the other end (the portion corresponding to the rear end 22b of the semiconductor layer 21) is separated from the base member 30.
  • the first measurement electrode 24c is provided at the corner formed by the front end portion 22a and the right end portion 22c
  • the second measurement electrode 24d is provided at the corner portion formed by the front end portion 22a and the left end portion 22d.
  • the first measurement electrode 24c and the second measurement electrode 24d are electrically connected to the third connection electrode 16c and the fourth connection electrode 16d by the side electrode provided on the side surface of the crystal piece 11, respectively.
  • the first measurement electrode 24c and the second measurement electrode 24d may be provided on the upper surface 21A of the semiconductor layer 21, or may be provided on the side surface connecting the upper surface 21A and the lower surface 21B of the semiconductor layer 21. Further, when the upper surface 21A of the semiconductor layer 21 is viewed in a plan view, the first measurement electrode 24c and the second measurement electrode 24d are viewed from the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b, and the first connection electrode 16a and the second It may be provided on the side opposite to the connection electrode 16b.
  • the laminated structure 101 has a so-called double-sided structure in which both ends of the above-mentioned one end and the other end are joined to the base member 30 when viewed from the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b. There may be. Further, the first measurement electrode 24c and the second measurement electrode 24d may be electrically connected to the third connection electrode 16c and the fourth connection electrode 16d by through electrodes, respectively.
  • the base member 30 holds the crystal vibrating element 10 in an excitable manner.
  • the base member 30 includes a substrate 31 having an upper surface 31A and a lower surface 31B facing each other.
  • the upper surface 31A is located on the side of the laminated structure 101 and the lid member 40, and corresponds to a mounting surface on which the laminated structure 101 is mounted.
  • the lower surface 31B corresponds to, for example, a mounting surface joined to an external circuit board (not shown).
  • the substrate 31 is a sintered material such as an insulating ceramic (alumina). From the viewpoint of suppressing the generation of thermal stress, the substrate 31 is preferably made of a heat-resistant material. From the viewpoint of suppressing the stress applied to the crystal vibrating element 10 by the thermal history, the substrate 31 may be provided by a material having a coefficient of thermal expansion close to that of the crystal piece 11, or may be provided by, for example, quartz.
  • the base member 30 includes a first electrode pad 33a and a second electrode pad 33b that form a pair of electrode pads, and a third electrode pad 33c and a fourth electrode pad 33d that form a pair of electrode pads.
  • the first electrode pads 33a to the fourth electrode pads 33d are provided on the upper surface 31A of the substrate 31.
  • the first electrode pad 33a and the second electrode pad 33b are terminals for electrically connecting the crystal vibration element 10 to the base member 30, and the third electrode pad 33c and the fourth electrode pad 33d are connected to the base member 30. This is a terminal for electrically connecting the temperature detection unit 20.
  • the first electrode pads 33a to the fourth electrode pads 33d are aligned along the Z'axis direction at the ends of the base member 30 on the ⁇ X axis direction side.
  • the base member 30 includes a first external electrode 35a, a second external electrode 35b, a third external electrode 35c, and a fourth external electrode 35d.
  • the first external electrode 35a to the fourth external electrode 35d are provided on the lower surface 31B of the substrate 31.
  • the first external electrode 35a and the second external electrode 35b are terminals for electrically connecting an external circuit board (not shown) and the crystal oscillator 100.
  • the third external electrode 35c and the fourth external electrode 35d are terminals for electrically connecting an external circuit board (not shown) and the temperature detection unit 20.
  • the first external electrode 35a and the second external electrode 35b are aligned along the Z'axis direction at the end of the base member 30 on the + X axis direction.
  • the third external electrode 35c and the fourth external electrode 35d are aligned along the Z'axis direction at the end of the base member 30 on the ⁇ X axis direction side.
  • the first electrode pad 33a is electrically connected to the first external electrode 35a via the first through electrode 34a penetrating the base 31 and the base wiring provided on the lower surface 31B of the base 31.
  • the second electrode pad 33b electrically connects to the second external electrode 35b via the second through electrode 34b that penetrates the substrate 31 along the Y'axis direction and the base wiring provided on the lower surface 31B of the substrate 31. It is connected.
  • the third electrode pad 33c and the fourth electrode pad 33d electrically reach the third external electrode 35c and the fourth external electrode 35d via the third through electrode 34c and the fourth through electrode 34d penetrating the substrate 31, respectively. It is connected.
  • the first electrode pad 33a and the second electrode pad 33b may be electrically connected to the first external electrode 35a and the second external electrode 35b, respectively, via the base wiring provided on the upper surface 31A of the substrate 31. ..
  • the first electrode pads 33a to the fourth electrode pads 33d are electrically connected to the first external electrodes 35a to the fourth external electrodes 35d via the side electrodes provided on the side surfaces connecting the upper surface 31A and the lower surface 31B of the substrate 31, respectively. May be connected.
  • the first external electrode 35a to the fourth external electrode 35d may be a casting electrode provided in a concave shape on the side surface of the substrate 31.
  • the base member 30 includes a first conductive holding member 36a and a second conductive holding member 36b forming a pair of conductive holding members, and a third conductive holding member 36c and a fourth conductive holding member forming a pair of conductive holding members. It includes a conductive holding member 36d.
  • the laminated structure 101 is mounted on the base member 30, and the laminated structure 101 and the base member 30 are electrically connected to each other.
  • the first conductive holding member 36a joins the first electrode pad 33a and the first connection electrode 16a and electrically connects them.
  • the second conductive holding member 36b joins the second electrode pad 33b and the second connection electrode 16b and electrically connects them.
  • the third conductive holding member 36c joins the third electrode pad 33c and the third connecting electrode 16c and electrically connects them.
  • the fourth conductive holding member 36d joins the fourth electrode pad 33d and the fourth connecting electrode 16d and electrically connects them.
  • the first conductive holding member 36a to the fourth conductive holding member 36d hold the laminated structure 101 at a distance from the base member 30 so that the vibrating portion 101a can be excited.
  • the first conductive holding member 36a to the fourth conductive holding member 36d are conductive adhesives containing, for example, a thermosetting resin or an ultraviolet curable resin containing a silicone-based resin as a main component, and imparts conductivity to the adhesive. Contains additives such as conductive particles for. As the conductive particles, for example, conductive particles containing silver (Ag) are used.
  • the main agent of the conductive adhesive may be an epoxy resin, an acrylic resin, or the like.
  • the first conductive holding member 36a to the fourth conductive holding member 36d are coated with the uncured conductive adhesive paste which is a precursor, and then the conductive adhesive is subjected to a chemical reaction caused by heating, irradiation with ultraviolet rays, or the like.
  • a filler may be added to the first conductive holding member 36a to the fourth conductive holding member 36d for the purpose of increasing the strength or maintaining the distance between the base member 30 and the crystal vibrating element 10. ..
  • the first conductive holding member 36a to the fourth conductive holding member 36d may be provided by soldering.
  • the lid member 40 is joined to the base member 30 to form an internal space 49 in which the laminated structure 101 is housed with the base member 30.
  • the shape of the lid member 40 is not particularly limited as long as it can accommodate at least the vibrating portion 101a of the laminated structure 101, and the material of the lid member 40 is not particularly limited, but a conductive material such as metal can be used. It is configured. Since the lid member 40 is made of a conductive material, the lid member 40 is provided with an electromagnetic shield function that reduces the ingress and egress of electromagnetic waves into the internal space 49.
  • the lid member 40 has a flat top surface portion 41 and a side wall portion 42 that is connected to the outer edge of the top surface portion 41 and extends in a direction intersecting the main surface of the top surface portion 41.
  • the planar shape of the top surface portion 41 when viewed in a plane from the normal direction of the main surface is, for example, a rectangular shape.
  • the tip of the side wall portion 42 extends in a frame shape so as to surround the periphery of the laminated structure 101.
  • the lid member 40 may be joined to the outer edge portion of the laminated structure 101 to form an internal space 49. At this time, the outer edge portion of the laminated structure 101 may be sandwiched between the base member 30 and the lid member 40. Further, the lid member 40 may be provided with a ceramic material, a semiconductor material, a resin material, or the like. Further, the planar shape of the top surface portion 41 may be a polygonal shape, a circular shape, an elliptical shape, or a combination thereof.
  • the joining member 50 is provided over the entire circumference of each of the base member 30 and the lid member 40, and has a rectangular frame shape. Further, the first electrode pads 33a to the fourth electrode pads 33d are arranged inside the joining member 50, and the joining member 50 is provided so as to surround the laminated structure 101.
  • the joining member 50 joins the tip of the side wall portion 22 of the lid member 40 and the upper surface 31A of the base 31 of the base member 30.
  • the joining member 50 is formed of, for example, a metallized layer provided on the upper surface 31A of the substrate 31 and an Au—Sn alloy-based metal solder provided on the metallized layer.
  • the joining member 50 is not limited to a frame shape that is continuous in the circumferential direction, and may be provided discontinuously in the circumferential direction. Further, the joining member 50 may be provided with a resin-based or glass-based insulating adhesive or the like.
  • the crystal oscillator 100 has a temperature detection mode for measuring the temperature of the crystal vibration element 10 and a signal output mode for driving the crystal vibration element 10 by performing temperature compensation based on the measurement result in the temperature detection mode.
  • the temperature detection mode for example, a current is passed through the semiconductor layer 21 between the first measurement electrode 24c and the second measurement electrode 24d, and the resistance value of the semiconductor layer 21 is measured.
  • the resistance value of the semiconductor layer 21 changes depending on the temperature of the semiconductor layer 21, but the temperature of the semiconductor layer 21 becomes substantially the same as the temperature of the crystal vibrating element 10 due to heat conduction between the semiconductor layer 21 and the crystal vibrating element 10. .. Therefore, in the temperature detection mode, the temperature of the crystal vibrating element 10 is measured by measuring the change in the resistance value of the semiconductor layer 21.
  • the frequency of the oscillation circuit based on the crystal vibrating element 10 is corrected by temperature compensation based on the measurement result in the temperature detection mode.
  • the temperature compensation is realized, for example, by changing the signal to a variable capacitance for correcting the frequency.
  • the crystal oscillator 100 includes the crystal vibrating element 10 and the temperature detecting unit 20 laminated on the crystal vibrating element 10, and the temperature detecting unit 20 is laminated on the crystal vibrating element 10.
  • the semiconductor layer 21 is provided with a first measuring electrode 24c and a second measuring electrode 24d constituting a pair of measuring electrodes for measuring a resistance value based on the temperature of the crystal oscillator 10 via the semiconductor layer 21.
  • the heat transfer area between the semiconductor layer and the crystal oscillator is larger than that in the configuration in which the semiconductor layer whose resistance value is measured for temperature change and the crystal oscillator are connected via a conductive holding member. You can make it bigger.
  • the signal measured by the pair of measuring electrodes is a signal measured through the semiconductor layer, and is not limited to the resistance value as long as it is a signal that changes based on the temperature of the crystal vibrating element.
  • the pair of measuring electrodes may measure, for example, inductance and capacitance.
  • the semiconductor layer 21 is provided so as to be in non-contact with the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b constituting the pair of excitation electrodes. According to this, the inhibition of the vibration of the crystal vibration element by the semiconductor layer is reduced, and the deterioration of the vibration characteristics of the crystal vibration element is suppressed.
  • first measurement electrode 24c and the second measurement electrode 24d are separated from the first connection electrode 16a and the second connection electrode 16b when viewed from the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b. According to this, the parasitic capacitance between the pair of connecting electrodes connecting the pair of excitation electrodes and the pair of measuring electrodes and the parasitic capacitance between the pair of extraction electrodes and the pair of measuring electrodes can be reduced.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the laminated structure according to the second embodiment.
  • the laminated structure 201 according to the second embodiment is different from the laminated structure 101 according to the first embodiment in that a bottomed recess 229 is formed in the semiconductor layer 220 instead of a through hole.
  • the recess 229 has an opening on the lower surface 221B side of the semiconductor layer 221 and a bottom portion on the upper surface 221A side. That is, the semiconductor layer 220 is provided so as to be in non-contact with the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b constituting the pair of excitation electrodes.
  • the inhibition of vibration of the crystal vibrating element by the semiconductor layer is reduced, and deterioration of the vibration characteristics of the crystal vibrating element is suppressed.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the laminated structure according to the third embodiment.
  • the laminated structure 301 according to the third embodiment is different from the laminated structure 101 according to the first embodiment in that an insulator layer 328 is provided between the crystal vibration element 10 and the semiconductor layer 21. ..
  • the second measurement electrode 24d is provided between the insulator layer 328 and the semiconductor layer 21, and the first extraction electrode 15a is provided between the crystal piece 11 and the insulator layer 328. That is, the insulation separation between the first extraction electrode 15a and the second measurement electrode 24d is improved by the insulator layer 328. Although not shown, the insulation separation between the first extraction electrode 15a and the first measurement electrode 24c is similarly improved.
  • FIG. 6 is a plan view schematically showing the configuration of the laminated structure according to the fourth embodiment.
  • the temperature detection unit is depicted inside the crystal vibration element for the purpose of making it easy to distinguish the crystal vibration element and the temperature detection unit, but the external dimensions of the crystal vibration element and the temperature detection unit are different. It does not indicate that they are different.
  • the outer edge portion of the temperature detection unit overlaps the outer edge portion of the crystal vibrating element if the slit SLA described later and the through hole 29 described above are ignored. It shall be. The same applies to the depiction of the crystal vibrating element and the temperature detection unit in FIGS. 7 to 9.
  • the laminated structure 401 according to the fourth embodiment is different from the laminated structure 101 according to the first embodiment in that a slit SLA is formed in the semiconductor layer 21.
  • the slit SLA is opened on both outer side surfaces of the through hole 29 side and the front end portion 22a side to expose the upper surface 11A of the crystal piece 11.
  • the slit SLA discontinues the frame-shaped semiconductor layer 21 in the circumferential direction when the upper surface 21A of the semiconductor layer 21 is viewed in a plan view. Specifically, when the upper surface 21A of the semiconductor layer 21 is viewed in a plan view, the slit SLA is located between the first extraction electrode 15a and the second extraction electrode 15b, and between the first connection electrode 16a and the second connection electrode 16b.
  • the semiconductor layer 21 is discontinuous at the shortest distance connecting the first measurement electrode 24c and the second measurement electrode 24d constituting the pair of measurement electrodes.
  • the conductive path of the semiconductor layer that functions as a resistance element is formed so as to orbit around the first excitation electrode and the second excitation electrode along the right end portion, the rear end portion, and the left end portion.
  • the path length of the semiconductor layer as a resistance element is increased as compared with the configuration in which the semiconductor layer is continuous at the shortest distance connecting the pair of measurement electrodes, so that the change in the resistance value of the semiconductor layer is measured. The accuracy is improved. Therefore, the accuracy of temperature measurement of the crystal vibrating element is improved.
  • FIG. 7 is a plan view schematically showing the configuration of the laminated structure according to the fifth embodiment.
  • the laminated structure 501 according to the fifth embodiment is different from the laminated structure 401 according to the fourth embodiment in that a plurality of slit SLBs are formed in the semiconductor layer 21.
  • the plurality of slit SLBs expose the upper surface 11A of the crystal piece 11.
  • the plurality of slits SLB are open on either the side surface of the through hole 29 side or the outer side of the left end portion 22d side on the left end portion 22d side when viewed from the through hole 29.
  • the plurality of slit SLBs are opened on either the side surface of the through hole 29 side or the outer side of the rear end portion 22b side on the rear end portion 22b side when viewed from the through hole 29, and the right end when viewed from the through hole 29.
  • On the side of the portion 22c there is an opening on either the side surface of the through hole 29 side or the outer side of the right end portion 22c side.
  • the path length of the semiconductor layer as a resistance element is increased, the measurement accuracy of the change in the resistance value of the semiconductor layer is improved. Therefore, the accuracy of temperature measurement of the crystal vibrating element is improved.
  • FIG. 8 is a plan view schematically showing the configuration of the laminated structure according to the sixth embodiment.
  • the laminated structure 601 according to the sixth embodiment is different from the laminated structure 501 according to the fifth embodiment in that a plurality of slits SLB are formed along the X-axis direction.
  • the plurality of slit SLBs are opened on either the front end 22a side or the rear end 22b side on the left end 22d side when viewed from the through hole 29.
  • the plurality of slits SLB are open on either the front end portion 22a side or the rear end portion 22b side on the right end portion 22c side when viewed from the through hole 29.
  • the plurality of slit SLBs On the rear end portion 22b side as viewed from the through hole 29, the plurality of slit SLBs have the same configuration as that of the fifth embodiment.
  • the same effect as in the fifth embodiment can be obtained.
  • the shapes of the plurality of slits are not limited to the fifth embodiment and the sixth embodiment, and are, for example, along the Z'axis direction, respectively. It may be formed by bending at least a part thereof.
  • FIG. 9 is a plan view schematically showing the configuration of the laminated structure according to the seventh embodiment.
  • the laminated structure 701 according to the seventh embodiment is different from the laminated structure 401 according to the fourth embodiment in that the semiconductor layer 21 is formed in a U shape.
  • the semiconductor layer 21 is provided along the right end portion 22c, the rear end portion 22b, and the left end portion 22d. Further, the semiconductor layer 21 avoids the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b, the first extraction electrode 15a and the second extraction electrode 15b, and the first connection electrode 16a and the second connection electrode 16b. It is provided outside the electrode group of the crystal vibrating element 10. Therefore, the insulation separation between the first extraction electrode 15a and the first measurement electrode 24c and the insulation separation between the first extraction electrode 15a and the second measurement electrode 24d are improved.
  • the path length of the semiconductor layer as a resistance element is increased, and signal leakage from the excitation electrode to the measurement electrode is suppressed. Therefore, while improving the accuracy of temperature measurement of the crystal vibrating element, deterioration of the vibration characteristics of the crystal vibrating element is suppressed.
  • FIG. 10 is a perspective view schematically showing the configuration of the crystal vibration element according to the eighth embodiment.
  • the second connection electrode is omitted, and the second extraction electrode 15b electrically connects the second excitation electrode 14b and the third connection electrode 16c. It is different from the crystal vibration element 10 according to the first embodiment.
  • the first measurement electrode 24c is electrically connected to the second excitation electrode 14b.
  • the laminated structure according to the eighth embodiment is mounted on the base member by the first conductive holding member 36a, the third conductive holding member 36c, and the fourth conductive holding member 36d.
  • the third connection electrode 16c also serves as an input terminal for driving vibration to the second excitation electrode 14b and an input terminal for a measurement signal to the first measurement electrode 24c.
  • the temperature-based measurement signal of the crystal vibrating element 810 is measured through the third connection electrode 16c and the fourth connection electrode 16d via the semiconductor layer 21.
  • a drive signal for driving the crystal vibration element 10 is input to the third connection electrode 16c and the fourth connection electrode 16d, and the crystal is compensated by temperature based on the measurement result in the temperature detection mode.
  • the frequency of the oscillation circuit based on the vibrating element 10 is corrected.
  • FIG. 11 is a perspective view schematically showing the configuration of the crystal vibration element according to the ninth embodiment.
  • the first connection electrode is omitted, and the first extraction electrode 15a electrically connects the first excitation electrode 14a and the fourth connection electrode 16d. It is different from the crystal vibration element 10 according to the first embodiment.
  • the second measurement electrode 24d is electrically connected to the first excitation electrode 14a.
  • the laminated structure according to the ninth embodiment is mounted on the base member by the second conductive holding member 36b, the third conductive holding member 36c, and the fourth conductive holding member 36d.
  • the fourth connection electrode 16d also serves as an input terminal for driving vibration to the first excitation electrode 14a and an input terminal for a measurement signal to the second measurement electrode 24d.
  • FIG. 12 is a perspective view schematically showing the configuration of the crystal vibration element according to the tenth embodiment.
  • the first connection electrode and the second connection electrode are omitted, and the second extraction electrode 15b electrically connects the second excitation electrode 14b and the third connection electrode 16c. It differs from the crystal vibrating element 10 according to the first embodiment in that the first extraction electrode 15a electrically connects the first excitation electrode 14a and the fourth connection electrode 16d. As shown in the eighth to tenth embodiments, at least one of the pair of measurement electrodes may be electrically connected to any of the pair of excitation electrodes.
  • FIG. 13 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of the laminated structure according to the eleventh embodiment.
  • the laminated structure B01 according to the eleventh embodiment is different from the laminated structure 101 according to the first embodiment in that the temperature detection unit B20 is laminated on the base member side of the crystal vibration element B10.
  • the crystal vibrating element B10 and the temperature detection unit B20 are laminated so that the lower surface 11B of the crystal piece 11 and the upper surface 21A of the semiconductor layer 21 face each other.
  • the first extraction electrode 15a and the second extraction electrode are the first connection electrode 16a and the second connection electrode provided on the lower surface 21B of the semiconductor layer 21 through the through electrodes penetrating from the upper surface 21A to the lower surface 21B of the semiconductor layer 21, respectively. It is electrically connected to 16b.
  • the first measurement electrode 24c and the second measurement electrode 24d are provided on the lower surface 21B of the semiconductor layer 21, respectively, and are joined to the third conductive holding member 36c and the fourth conductive holding member 36d, which are not shown.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the laminated structure according to the twelfth embodiment.
  • the laminated structure B01 according to the twelfth embodiment is different from the laminated structure 101 according to the first embodiment in that the semiconductor layer 21 is in contact with the first excitation electrode 14a. It is desirable that the semiconductor layer 21 is thinner than the semiconductor layer 21 according to the first embodiment so as not to inhibit the vibration of the crystal vibrating element 10.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the oscillator according to the thirteenth embodiment.
  • the oscillator D99 further includes a semiconductor integrated circuit 60 in addition to the crystal oscillator 100.
  • the semiconductor integrated circuit 60 is formed on the upper surface 31A of the substrate 31.
  • the semiconductor integrated circuit 60 is, for example, an oscillation circuit that oscillates the crystal vibrating element 10, a measuring circuit that measures the temperature of the semiconductor layer 21 based on the resistance value of the semiconductor layer 21 as the temperature of the crystal vibrating element 10, and a measurement result of the measuring circuit.
  • a temperature compensation circuit that corrects the frequency of the oscillation circuit based on the crystal vibrating element 10 by temperature compensation based on the above, a ROM circuit that stores parameters for temperature compensation, a voltage generation circuit that provides the power supply required for each circuit, and the like. ing.
  • the semiconductor integrated circuit 60 may be formed on the lower surface 31B of the substrate 31 or may be formed on the outside of the crystal oscillator 100.
  • the base member, the lid member, and the laminated structure provided between the base member and the lid member are provided, and the laminated structure is piezoelectric having a pair of facing main surfaces.
  • a piezoelectric vibrating element having a body layer and a pair of excitation electrodes provided on each of a pair of main surfaces of the piezoelectric layer so as to face each other across the piezoelectric layer, and a piezoelectric layer of the piezoelectric vibrating element.
  • a semiconductor layer laminated on either main surface side and a pair of measurement electrodes provided on the semiconductor layer are provided, and the pair of measurement electrodes measure a signal based on the temperature of the piezoelectric vibrating element via the semiconductor layer. It is configured as follows.
  • the pair of measuring electrodes measures the resistance value of the semiconductor layer.
  • the heat transfer area between the semiconductor layer and the crystal oscillator is larger than that in the configuration in which the semiconductor layer whose resistance value is measured for temperature change and the crystal oscillator are connected via a conductive holding member. You can make it bigger. Therefore, the heat transfer rate from the crystal vibrating element to the semiconductor layer is improved, and the temperature difference between the semiconductor layer and the crystal vibrating element is reduced. Therefore, the temperature of the crystal vibrating element can be measured more accurately. This makes it possible to provide a crystal oscillator capable of outputting a frequency clock with narrow tolerance accuracy.
  • the laminated structure further comprises an insulator layer provided between the piezoelectric layer and the semiconductor layer. According to this, the signal leakage from the excitation electrode to the measurement electrode is suppressed, and the deterioration of the vibration characteristics of the crystal vibrating element is suppressed.
  • the semiconductor layer is provided so as to be non-contact with the pair of excitation electrodes. According to this, the inhibition of the vibration of the crystal vibration element by the semiconductor layer is reduced, and the deterioration of the vibration characteristics of the crystal vibration element is suppressed.
  • the semiconductor layer is discontinuous at the shortest distance connecting the measurement electrodes of the pair of measurement electrodes. According to this, the path length of the semiconductor layer as a resistance element is increased as compared with the configuration in which the semiconductor layer is continuous at the shortest distance connecting the pair of measurement electrodes, so that the measurement accuracy of the change in the resistance value of the semiconductor layer is increased. Is improved. Therefore, the accuracy of temperature measurement of the crystal vibrating element is improved.
  • a plurality of slits are formed in the semiconductor layer.
  • the piezoelectric vibrating element further has a pair of connecting electrodes electrically connected to the pair of exciting electrodes via an extraction electrode, and when the main surface of the piezoelectric layer of the piezoelectric vibrating element is viewed in a plan view, The pair of measurement electrodes are separated from the pair of connecting electrodes when viewed from the pair of excitation electrodes. According to this, it is possible to reduce the parasitic capacitance between the pair of connecting electrodes connecting the pair of excitation electrodes and the pair of measuring electrodes and the parasitic capacitance between the pair of extraction electrodes and the pair of measuring electrodes.
  • At least one of the pair of measurement electrodes is electrically connected to one of the pair of excitation electrodes.
  • an oscillator further provided with a measuring circuit for measuring the temperature of the piezoelectric vibrating element based on a signal acquired by a pair of measuring electrodes from the semiconductor layer is provided.
  • a temperature compensation circuit that compensates for the frequency of the piezoelectric vibrating element is further provided according to the measurement circuit.
  • Crystal transducer 10 Crystal vibrating element 11 ... Crystal piece 11A ... Top surface of crystal piece 11B ... Bottom surface of crystal piece 14a ... First excitation electrode 14b ; Second excitation electrode 15a ... First extraction electrode 15b ... Second extraction electrode 16a ... 1st connection electrode 16b ... 2nd connection electrode 16c ... 3rd connection electrode 16d ... 4th connection electrode 20 ... Temperature detection unit 21 ... Semiconductor layer 21A ... Upper surface of semiconductor layer 21B ... Lower surface of semiconductor layer 22a ... Front end 22b ... Rear end 22c ... Right end 22d ... Left end 24c ... First measurement electrode 24d ... Second measurement electrode 29 ... Through hole

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Abstract

圧電振動子（１００）は、ベース部材（３０）と、蓋部材（４０）と、ベース部材（３０）と蓋部材（４０）との間に設けられた積層構造体（１０１）とを備え、積層構造体（１０１）は、対向する一対の主面を有する圧電体層（１１）、及び、圧電体層（１１）を挟んで互いに対向するように圧電体層（１１）の一対の主面のそれぞれに設けられた一対の励振電極（１４ａ，１４ｂ）、を有する圧電振動素子（１０）と、圧電振動素子（１０）の圧電体層（１１）のいずれかの主面側に積層された半導体層（２１）と、半導体層（２１）に設けられた一対の測定電極（２４ｃ，２４ｄ）とを備え、一対の測定電極（２４ｃ，２４ｄ）は、半導体層（２１）を介して圧電振動素子（１０）の温度に基づく信号を測定するように構成される。

Description

圧電振動子及びそれを備えた発振器
　本発明は、圧電振動子及びそれを備えた発振器に関する。
　圧電振動子は、移動通信端末、通信基地局、家電などの各種電子機器において、タイミングデバイス、センサ、発振器などの用途に用いられている。圧電振動子は、圧電効果を利用して電気振動を機械振動に変換する機械振動部を有する圧電振動素子と、当該圧電振動素子を収容する保持器とからなる。圧電振動素子の周波数は周波数温度特性に基づいて変化するため、圧電振動子において高精度公差を実現するためには、圧電振動素子の温度を測定する必要がある。
　例えば、特許文献１には、圧電振動素子と、圧電振動素子が搭載されたベース部材と、ベース部材に接合され圧電振動素子を気密封止する蓋部材とを備え、ベース部材又は蓋部材の表面に回路パターン及び温度検知部が配置された圧電発振器が開示されている。
特開２００９－２７４７７号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の圧電発振器においては、温度検知部と圧電振動素子との間には空隙が存在し熱伝導が制限されるため、圧電振動素子の温度と温度検知部で測定される温度との間にギャップが生じる。このように正確な温度情報が取得できないため正確な温度補償が行えず、周波数精度が劣化するという問題が生じていた。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、温度補償精度の向上する圧電振動子及びそれを備えた発振器の提供である。
　本発明の一態様に係る圧電振動子は、ベース部材と、蓋部材と、ベース部材と蓋部材との間に設けられた積層構造体とを備え、積層構造体は、対向する一対の主面を有する圧電体層、及び、圧電体層を挟んで互いに対向するように圧電体層の一対の主面のそれぞれに設けられた一対の励振電極、を有する圧電振動素子と、圧電振動素子の圧電体層のいずれかの主面側に積層された半導体層と、半導体層に設けられた一対の測定電極とを備え、一対の測定電極は、半導体層を介して圧電振動素子の温度に基づく信号を測定するように構成される。
　本発明によれば、温度補償精度の向上する圧電振動子及びそれを備えた発振器が提供できる。
第１実施形態に係る水晶振動子の構成を概略的に示す分解斜視図である。 第１実施形態に係る積層構造体の構成を概略的に示す断面図である。 第１実施形態に係る水晶振動子の構成を概略的に示す断面図である。 第２実施形態に係る積層構造体の構成を概略的に示す断面図である。 第３実施形態に係る積層構造体の構成を概略的に示す断面図である。 第４実施形態に係る積層構造体の構成を概略的に示す平面図である。 第５実施形態に係る積層構造体の構成を概略的に示す平面図である。 第６実施形態に係る積層構造体の構成を概略的に示す平面図である。 第７実施形態に係る積層構造体の構成を概略的に示す平面図である。 第８実施形態に係る水晶振動子の構成を概略的に示す斜視図である。 第９実施形態に係る水晶振動子の構成を概略的に示す斜視図である。 第１０実施形態に係る水晶振動子の構成を概略的に示す斜視図である。 第１１実施形態に係る積層構造体の構成を概略的に示す斜視図である。 第１２実施形態に係る積層構造体の構成を概略的に示す断面図である。 第１３実施形態に係る発振器の構成を概略的に示す断面図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。各実施形態の図面は例示であり、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形態に限定して解するべきではない。
　以下の説明において、圧電振動子（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ　Ｕｎｉｔ）の一例として、水晶振動素子（Ｑｕａｒｔｚ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を備えた水晶振動子（Ｑｕａｒｔｚ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ　Ｕｎｉｔ）を例に挙げて説明する。水晶振動素子は、圧電効果によって励振される圧電体として、水晶片（Ｑｕａｒｔｚ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｅｌｅｍｅｎｔ）を利用するものである。
　なお、本発明の実施形態に係る圧電片は水晶片に限定されるものではない。圧電片は、圧電単結晶、圧電セラミック、圧電薄膜、又は、圧電高分子膜などの任意の圧電材料によって形成されてもよい。一例として、圧電単結晶は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を挙げることができる。同様に、圧電セラミックは、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１－ｘ）Ｏ３；ＰＺＴ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、メタニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ２Ｏ６）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、又は、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）などを挙げることができる。圧電薄膜は、石英、又は、サファイアなどの基板上に上記の圧電セラミックをスパッタリング法などによって成膜したものを挙げることができる。圧電高分子膜は、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、又は、フッ化ビニリデン／三フッ化エチレン（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）共重合体などを挙げることができる。上記の各種圧電材料は、互いに積層して用いられてもよく、他の部材に積層されてもよい。
　＜第１実施形態＞
　まず、図１～図３を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る水晶振動子１００の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る水晶振動子の構成を概略的に示す分解斜視図である。図２は、第１実施形態に係る積層構造体の構成を概略的に示す断面図である。図３は、第１実施形態に係る水晶振動子の構成を概略的に示す断面図である。なお、図３に示した断面図は、図１及び図２に示したＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面を示している。
　各々の図面には、各々の図面相互の関係を明確にし、各部材の位置関係を理解する助けとするために、便宜的にＸ軸、Ｙ´軸及びＺ´軸からなる直交座標系を付すことがある。Ｘ軸、Ｙ´軸及びＺ´軸は各図面において互いに対応している。Ｘ軸、Ｙ´軸及びＺ´軸は、それぞれ、後述の水晶片１１の結晶軸（Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ　Ａｘｅｓ）に対応しており、Ｘ軸が電気軸（極性軸）、Ｙ軸が機械軸、Ｚ軸が光学軸に対応している。Ｙ´軸及びＺ´軸は、それぞれ、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秒回転させた軸である。以下の説明において、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ´軸に平行な方向を「Ｙ´軸方向」、Ｚ´軸に平行な方向を「Ｚ´軸方向」という。また、Ｘ軸、Ｙ´軸及びＺ´軸の矢印の先端方向を「＋（プラス）」、矢印とは反対の方向を「－（マイナス）」という。
　水晶振動子１００は、積層構造体１０１と、ベース部材３０と、接合部材５０と、蓋部材４０とを備えている。積層構造体１０１はベース部材３０と蓋部材４０との間に設けられている。図１及び図２に示した例では、積層構造体１０１はベース部材３０に搭載されている。ベース部材３０及び蓋部材４０は、積層構造体１０１を収容するための保持器を構成している。図１及び図２に示した例では、ベース部材３０は平板状をなしており、蓋部材４０はベース部材３０側に積層構造体１０１を収容する有底の開口部を有する。積層構造体１０１のうち少なくとも振動する部分が保持器に収容されれば、積層構造体１０１の保持方法やベース部材３０及び蓋部材４０の形状は上記に限定されるものではない。例えば、ベース部材３０が蓋部材４０側に積層構造体１０１を収容する有底の開口部を有してもよい。また、ベース部材３０及び蓋部材４０が平板状又は積層構造体１０１側に開口する凹状をなし、積層構造体１０１のうち振動する部分の周辺部を挟持してもよい。
　積層構造体１０１は、水晶振動素子１０と、温度検知部２０とを備えている。水晶振動素子１０と温度検知部２０はＺ軸方向において積層しており、水晶振動素子１０が温度検知部２０のベース部材３０側に設けられている。また、＋Ｙ´軸方向から平面視したとき、積層構造体１０１は、水晶振動素子１０のうち励振される部分を含む振動部１０１ａと、振動部１０１ａの外側に位置する周辺部１０１ｂとを有する。周辺部１０１ｂは、ＸＺ´面と平行な方向において振動部１０１ａに隣接している。なお、積層構造体１０１における積層順は特に限定されるものではなく、水晶振動素子１０のベース部材３０側に温度検知部２０が設けられてもよい。
　積層構造体１０１において各層の互いに重なり合う部分という観点で積層構造を見ると、例えば、温度検知部２０の全部は、Ｙ´軸方向において水晶振動素子１０の一部とのみ対向している。具体的には、積層構造体１０１を＋Ｙ´軸方向から平面視したとき、水晶振動素子１０及び温度検知部２０は、振動部１０１ａでは重なり合わず、周辺部１０１ｂでは重なり合っている。また、温度検知部２０の外縁部は、後述する貫通孔２９を無視すれば水晶振動素子１０の外縁部と重なっている。但し、積層構造体１０１の積層構造は上記に限定されるものではない。例えば、水晶振動素子１０の全部は、Ｙ´軸方向において温度検知部２０の一部とのみ対向してもよい。つまり、＋Ｙ´軸方向から平面視したとき、水晶振動素子１０が温度検知部２０の内側に位置してもよい。また、水晶振動素子１０及び温度検知部２０のそれぞれの全部がＹ´軸方向において互いに対向してもよく、水晶振動素子１０及び温度検知部２０のそれぞれの一部がＹ´軸方向において互いに対向してもよい。
　まず、水晶振動素子１０について説明する。
　水晶振動素子１０は、圧電効果により水晶を振動させ、電気エネルギと機械エネルギとを変換する素子である。図２に示すように、水晶振動素子１０は、薄片状の水晶片１１と、一対の励振電極を構成する第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂと、一対の引出電極を構成する第１引出電極１５ａ及び第２引出電極１５ｂと、一対の接続電極を構成する第１接続電極１６ａ及び第２接続電極１６ｂとを備えている。水晶振動素子１０は、さらに、一対の接続電極を構成する第３接続電極１６ｃ及び第４接続電極１６ｄを備えている。＋Ｙ´軸方向から平面視したとき、水晶振動素子１０の形状は、例えば矩形状である。但し、水晶振動素子１０の形状は上記に限定されるものではなく、円形状、楕円形状、多角形状又はこれらの組合せであってもよい。
　水晶片１１は、互いに対向する上面１１Ａ及び下面１１Ｂを有している。上面１１Ａは、ベース部材３０に対向する側とは反対側、すなわち後述する蓋部材４０の天面部４１に対向する側に位置している。下面１１Ｂは、ベース部材３０に対向する側に位置している。水晶片１１は圧電体層に相当し、上面１１Ａ及び下面１１Ｂは圧電体層の一対の主面に相当する。
　水晶片１１は、例えば、ＡＴカット型の水晶片である。ＡＴカット型の水晶片１１は、互いに交差するＸ軸、Ｙ´軸、及びＺ´軸からなる直交座標系において、Ｘ軸及びＺ´軸によって特定される面と平行な面（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。）が主面となり、Ｙ´軸と平行な方向が厚さとなるように形成される。例えば、ＡＴカット型の水晶片１１は、人工水晶（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　Ｑｕａｒｔｚ　Ｃｒｙｓｔａｌ）の結晶体を切断及び研磨加工して得られる水晶基板（例えば、水晶ウェハ）をエッチング加工することで形成される。水晶基板の加工方法は、エッチング加工に限定されるものではなく、ダイサー、ウォータージェット、レーザー等を用いた加工であってもよい。
　ＡＴカット型の水晶片１１を用いた水晶振動素子１０は、広い温度範囲で高い周波数安定性を有する。ＡＴカット型の水晶振動素子１０では、厚みすべり振動モード（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　Ｓｈｅａｒ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　Ｍｏｄｅ）が主要振動として用いられる。なお、ＡＴカット型の水晶片１１におけるＹ´軸及びＺ´軸の回転角度は、３５度１５分から－５度以上１５度以下の範囲で傾いてもよい。水晶片１１のカット角度は、ＡＴカット以外の異なるカットを適用してもよい。例えばＢＴカット、ＧＴカット、ＳＣカットなどを適用してよい。なお、水晶振動素子は、Ｚ板と呼ばれるカット角の水晶片を用いた音叉型水晶振動素子であってもよい。
　ＡＴカット型の水晶片１１は、Ｘ軸方向に平行な長辺が延在する長辺方向と、Ｚ´軸方向に平行な短辺が延在する短辺方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さが延在する厚さ方向を有する板状である。水晶片１１は、上面１１Ａを平面視したときに矩形状をなしており、一様な厚さの平板状をなしている。
　なお、上面１１Ａを平面視したときの水晶片１１の平面形状は矩形状に限定されるものではない。水晶片１１の平面形状は、多角形状、円形状、楕円形状又はこれらの組合せであってもよい。また、水晶片１１の平面形状は、基部と基部から並行に延出する振動腕部とを有する音叉形状であってもよい。水晶片１１には、振動漏れや応力伝達を抑制する目的でスリットが形成されてもよい。
　なお、水晶片１１の形状は一様な厚みの平板状に限定されるものではない。振動漏れや応力伝達を抑制する目的で、振動部１０１ａの水晶片１１が周辺部１０１ｂの水晶片１１よりも厚いか又は薄くてもよい。言い換えると、水晶片１１は、メサ型構造又は逆メサ型構造を有してもよい。この場合、水晶片１１における振動部１０１ａと周辺部１０１ｂとの境界は、例えば水晶片１１の厚みが連続的に変化するテーパ状をなすが、厚みの変化が不連続な階段状をなしてもよい。水晶片１１は、振動部１０１ａと周辺部１０１ｂとの境界における厚みの変化量が連続的に変化するコンベックス型構造またはベヘル型構造であってもよい。なお、メサ型構造又は逆メサ型構造は、水晶片１１の上面１１Ａ及び下面１１Ｂのいずれか片面にのみ設けられてもよく、両面に設けられてもよい。
　第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂは、振動部１０１ａに設けられている。第１励振電極１４ａは水晶片１１の上面１１Ａ側に設けられ、第２励振電極１４ｂは水晶片１１の下面１１Ｂ側に設けられている。言い換えると、第１励振電極１４ａは水晶片１１の蓋部材４０側の主面に設けられ、第２励振電極１４ｂは水晶片１１のベース部材３０側の主面に設けられている。第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂは、水晶片１１を挟んで互いに対向している。水晶片１１の上面１１Ａを平面視したとき、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂは、それぞれ矩形状をなしており、互いの略全体が重なり合うように配置されている。第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂは、それぞれ、Ｘ軸方向に平行な長辺と、Ｚ´軸方向に平行な短辺と、Ｙ´軸方向に平行な厚さとを有している。積層構造体１０１を＋Ｙ´軸方向から平面視したとき、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂは、後述する半導体層２１に形成された貫通孔２９の内側に設けられている。
　なお、水晶片１１の上面１１Ａを平面視したときの第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの平面形状は矩形状に限定されるものではない。第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの平面形状は、多角形状、円形状、楕円形状又はこれらの組合せであってもよい。
　第１引出電極１５ａは水晶片１１の上面１１Ａ側に設けられ、第２引出電極１５ｂは水晶片１１の下面１１Ｂ側に設けられている。第１引出電極１５ａは、第１励振電極１４ａと第１接続電極１６ａとを電気的に接続している。第２引出電極１５ｂは、第２励振電極１４ｂと第２接続電極１６ｂとを電気的に接続している。具体的には、図２及び図３に示すように、第１引出電極１５ａはＸ軸方向に沿って延在し、一端が振動部１０１ａにおいて第１励振電極１４ａに接続され、他端が周辺部１０１ｂにおいて第１接続電極１６ａに接続された貫通電極に接続されている。また、第２引出電極１５ｂはＸ軸方向に沿って延在し、一端が周辺部１０１ｂにおいて第２励振電極１４ｂに接続され、他端が周辺部１０１ｂにおいて第２接続電極１６ｂに電気的に接続されている。浮遊容量を低減する観点から、水晶片１１の上面１１Ａを平面視したとき、第１引出電極１５ａ及び第２引出電極１５ｂは互いに離れており、第１引出電極１５ａは第２引出電極１５ｂから視て＋Ｚ´軸方向に設けられている。
　なお、第１引出電極１５ａと第１接続電極１６ａとの電気的な接続方法は、水晶片１１をＹ´軸方向に沿って貫通する貫通電極を用いた接続に限定されるものではない。第１引出電極１５ａと第１接続電極１６ａとは、例えば水晶片１１の上面１１Ａと下面１１Ｂとを繋ぐ側面に設けられた側面電極を用いて接続されてもよい。
　第１接続電極１６ａ及び第２接続電極１６ｂは、それぞれ、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂをベース部材３０に電気的に接続するための電極であり、周辺部１０１ｂにおいて水晶片１１の下面１１Ｂ側に設けられている。図２に示すように、第１接続電極１６ａ及び第２接続電極１６ｂは、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂから視て－Ｘ軸方向の側の端部に設けられており、第１接続電極１６ａは第２接続電極１６ｂから視て＋Ｚ´軸方向に設けられている。
　第３接続電極１６ｃ及び第４接続電極１６ｄは、それぞれ、後述する第１測定電極２４ｃ及び第２測定電極２４ｄをベース部材３０に電気的に接続するための電極であり、周辺部１０１ｂにおいて水晶片１１の下面１１Ｂ側に設けられている。図２に示した例においては、第３接続電極１６ｃ及び第４接続電極１６ｄは、それぞれ、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂから視て－Ｘ軸方向の側の角部に設けられている。第４接続電極１６ｄは第１接続電極１６ａから視て＋Ｚ´軸方向に設けられ、第３接続電極１６ｃは第２接続電極１６ｂから視て－Ｚ´軸方向に設けられている。
　第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂ、第１引出電極１５ａ及び第２引出電極１５ｂ、第１接続電極１６ａ～第４接続電極１６ｄは、例えば、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）とをこの順に積層して設けられている。水晶片１１との密着性においてクロムは金よりも優れており、化学的安定性において金はクロムよりも優れている。このため、水晶振動素子１０の電極がクロムと金とからなる多層構造である場合、電極の剥離や酸化を抑制でき、信頼性の高い水晶振動素子１０が提供できる。水晶振動素子１０の電極を構成する材料はＣｒ及びＡｕに限定されるものではなく、当該電極は、例えばＴｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｕなどの金属材料を含有してもよい。当該電極は、導電性セラミックや導電性樹脂などを含有してもよい。
　次に、温度検知部２０について説明する。
　温度検知部２０は、水晶振動素子１０に積層された半導体層２１と、一対の測定電極を構成する第１測定電極２４ｃ及び第２測定電極２４ｄとを備えている。温度検知部２０は、振動部１０１ａを避けて周辺部１０１ｂに設けられ、振動部１０１ａを囲むように周方向に連続した枠状をなしている。＋Ｙ´軸方向から平面視したとき、温度検知部２０の外縁部の形状は、例えば矩形状であり、水晶振動素子１０の形状と略同一（合同）である。但し、温度検知部２０の外縁部の形状は矩形状に限定されるものではなく、円形状、楕円形状、多角形状又はこれらの組合せであってもよい。また、温度検知部２０の外縁部の形状は水晶振動素子１０の形状と合同な形状に限定されるものではなく、水晶振動素子１０の形状と相似な形状でもよく、水晶振動素子１０の形状とは異なってよい。
　半導体層２１は第１測定電極２４ｃと第２測定電極２４ｄとの間に導電経路を提供し、温度に応じて抵抗値の変化する抵抗素子として機能する。半導体層２１は水晶振動素子１０に積層されているため半導体層２１及び水晶振動素子１０は熱平衡状態となる。したがって、第１測定電極２４ｃ及び第２測定電極２４ｄは、水晶振動素子１０の温度に基づいて変化する半導体層２１の抵抗値を測定する。
　なお、第１測定電極２４ｃ及び第２測定電極２４ｄは、半導体層２１を介して水晶振動素子１０の温度に基づく信号を測定できれば上記に限定されるものではない。第１測定電極２４ｃ及び第２測定電極２４ｄは、例えば、インダクタンスやキャパシタンスを測定してもよい。
　半導体層２１は、互いに対向する上面２１Ａ及び下面２１Ｂを有している。上面２１Ａは、後述する蓋部材４０の天面部４１に対向する側に位置している。下面２１Ｂは、ベース部材３０に対向する側、すなわち水晶振動素子１０に対向する側に位置している。上面２１Ａ及び下面２１Ｂは半導体層２１の一対の主面に相当する。
　半導体層２１の上面２１Ａを平面視したとき、半導体層２１は、前端部２２ａ、後端部２２ｂ、右端部２２ｃ及び左端部２２ｄを有している。前端部２２ａ及び後端部２２ｂは、Ｘ軸方向において対向し、Ｚ´軸方向に沿って延在する一対の短辺に相当する。右端部２２ｃ及び左端部２２ｄは、Ｚ´軸方向において対向し、Ｘ軸方向に沿って延在する一対の長辺に相当する。すなわち、前端部２２ａの両端はそれぞれ右端部２２ｃ及び左端部２２ｄの一端に接続され、後端部２２ｂの両端はそれぞれ右端部２２ｃ及び左端部２２ｄの他端に接続されている。前端部２２ａは第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂから視て第１接続電極１６ａ及び第２接続電極１６ｂの側に位置している。後端部２２ｂは前端部２２ａから視て＋Ｘ軸方向の側に位置し、左端部２２ｄは右端部２２ｃから視て＋Ｚ´軸方向の側に位置している。
　半導体層２１には、上面２１Ａ及び下面２１Ｂの両方に開口する貫通孔２９が形成されている。貫通孔２９は、振動部１０１ａに形成されている。半導体層２１は、振動部１０１ａを避けて、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂと非接触となるように設けられている。半導体層２１は、周辺部１０１ｂの略全体において水晶振動素子１０と接触するように設けられ、前端部２２ａ、後端部２２ｂ、右端部２２ｃ及び左端部２２ｄに沿って矩形枠状をなしている。
　第１励振電極１４ａが第１測定電極２４ｃ及び第２測定電極２４ｄから充分に絶縁分離されるように、半導体層２１は電気伝導性の低い半導体によって設けられる。例えば、半導体層２１は、ｉ型もしくは縮退していない低濃度のｎ型又はｐ型のシリコン半導体である。但し、半導体層２１は上記に限定されず、ゲルマニウムなどの単元素半導体、ガリウム砒素などの化合物半導体、ペンタセンなどの有機半導体であってもよい。
　第１測定電極２４ｃ及び第２測定電極２４ｄは、半導体層２１の下面２１Ｂに設けられ、水晶片１１と半導体層２１とによって挟まれている。第１測定電極２４ｃ及び第２測定電極２４ｄは、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂから視て、第１接続電極１６ａ及び第２接続電極１６ｂと同じ側の端部に設けられている。また、第１測定電極２４ｃ及び第２測定電極２４ｄは、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂから第１接続電極１６ａ及び第２接続電極１６ｂよりも離れている。積層構造体１０１は、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂから視て＋Ｘ軸方向及び－Ｘ軸方向のそれぞれの側の端部のうち、一方の端部（半導体層２１の前端部２２ａに対応する部分）側がベース部材３０に接合され他方の端部（半導体層２１の後端部２２ｂに対応する部分）側がベース部材３０から離れた、いわゆる片持ち構造である。第１測定電極２４ｃは前端部２２ａと右端部２２ｃとによって形成される角部に設けられ、第２測定電極２４ｄは前端部２２ａと左端部２２ｄとによって形成される角部に設けられている。第１測定電極２４ｃ及び第２測定電極２４ｄは、それぞれ、水晶片１１の側面に設けられた側面電極によって、第３接続電極１６ｃ及び第４接続電極１６ｄに電気的に接続されている。
　なお、第１測定電極２４ｃ及び第２測定電極２４ｄは、半導体層２１の上面２１Ａに設けられてもよく、半導体層２１の上面２１Ａと下面２１Ｂとを繋ぐ側面に設けられてもよい。また、半導体層２１の上面２１Ａを平面視したとき、第１測定電極２４ｃ及び第２測定電極２４ｄは、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂから視て、第１接続電極１６ａ及び第２接続電極１６ｂとは反対側に設けられてもよい。すなわち、積層構造体１０１は、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂから視て、前述の一方の端部と他方の端部の両側がベース部材３０に接合された、いわゆる両持ち構造であってもよい。また、第１測定電極２４ｃ及び第２測定電極２４ｄは、それぞれ、貫通電極によって第３接続電極１６ｃ及び第４接続電極１６ｄに電気的に接続されてもよい。
　次に、ベース部材３０について説明する。
　ベース部材３０は、水晶振動素子１０を励振可能に保持するものである。ベース部材３０は、互いに対向する上面３１Ａ及び下面３１Ｂを有する基体３１を備えている。上面３１Ａは、積層構造体１０１及び蓋部材４０の側に位置し、積層構造体１０１が搭載される搭載面に相当する。下面３１Ｂは、例えば、図示しない外部の回路基板に接合される実装面に相当する。基体３１は、例えば絶縁性セラミック（アルミナ）などの焼結材である。熱応力の発生を抑制する観点から、基体３１は耐熱性材料から構成されることが好ましい。熱履歴によって水晶振動素子１０にかかる応力を抑制する観点から、基体３１は、水晶片１１に近い熱膨張率を有する材料によって設けられてもよく、例えば水晶によって設けられてもよい。
　ベース部材３０は、一対の電極パッドを構成する第１電極パッド３３ａ及び第２電極パッド３３ｂと、一対の電極パッドを構成する第３電極パッド３３ｃ及び第４電極パッド３３ｄとを備えている。第１電極パッド３３ａ～第４電極パッド３３ｄは、基体３１の上面３１Ａに設けられている。第１電極パッド３３ａ及び第２電極パッド３３ｂは、ベース部材３０に水晶振動素子１０を電気的に接続するための端子であり、第３電極パッド３３ｃ及び第４電極パッド３３ｄは、ベース部材３０に温度検知部２０を電気的に接続するための端子である。第１電極パッド３３ａ～第４電極パッド３３ｄは、ベース部材３０の－Ｘ軸方向の側の端部において、Ｚ´軸方向に沿って並んでいる。
　ベース部材３０は、第１外部電極３５ａ、第２外部電極３５ｂ、第３外部電極３５ｃ及び第４外部電極３５ｄを備えている。第１外部電極３５ａ～第４外部電極３５ｄは、基体３１の下面３１Ｂに設けられている。第１外部電極３５ａ及び第２外部電極３５ｂは、図示しない外部の回路基板と水晶振動子１００とを電気的に接続するための端子である。第３外部電極３５ｃ及び第４外部電極３５ｄは、図示しない外部の回路基板と温度検知部２０とを電気的に接続するための端子である。
　第１外部電極３５ａ及び第２外部電極３５ｂは、ベース部材３０の＋Ｘ軸方向の側の端部において、Ｚ´軸方向に沿って並んでいる。第３外部電極３５ｃ及び第４外部電極３５ｄは、ベース部材３０の－Ｘ軸方向の側の端部において、Ｚ´軸方向に沿って並んでいる。第１電極パッド３３ａは、基体３１を貫通する第１貫通電極３４ａと基体３１の下面３１Ｂに設けられたベース配線とを介して、第１外部電極３５ａに電気的に接続されている。第２電極パッド３３ｂは、基体３１をＹ´軸方向に沿って貫通する第２貫通電極３４ｂと基体３１の下面３１Ｂに設けられたベース配線とを介して、第２外部電極３５ｂに電気的に接続されている。第３電極パッド３３ｃ及び第４電極パッド３３ｄは、それぞれ、基体３１を貫通する第３貫通電極３４ｃ及び第４貫通電極３４ｄを介して、第３外部電極３５ｃ及び第４外部電極３５ｄに電気的に接続されている。
　第１電極パッド３３ａ及び第２電極パッド３３ｂは、それぞれ、基体３１の上面３１Ａに設けられたベース配線を介して、第１外部電極３５ａ及び第２外部電極３５ｂに電気的に接続されてもよい。第１電極パッド３３ａ～第４電極パッド３３ｄは、それぞれ、基体３１の上面３１Ａと下面３１Ｂとを繋ぐ側面に設けられた側面電極を介して、第１外部電極３５ａ～第４外部電極３５ｄに電気的に接続されてもよい。第１外部電極３５ａ～第４外部電極３５ｄは、基体３１の側面に凹状に設けられたキャスタレーション電極でもよい。
　ベース部材３０は、一対の導電性保持部材を構成する第１導電性保持部材３６ａ及び第２導電性保持部材３６ｂと、一対の導電性保持部材を構成する第３導電性保持部材３６ｃ及び第４導電性保持部材３６ｄとを備えている。第１導電性保持部材３６ａ～第４導電性保持部材３６ｄは、積層構造体１０１をベース部材３０に搭載し、積層構造体１０１とベース部材３０とを電気的に接続する。第１導電性保持部材３６ａは、第１電極パッド３３ａと第１接続電極１６ａとを接合するとともに電気的に接続している。第２導電性保持部材３６ｂは、第２電極パッド３３ｂと第２接続電極１６ｂとを接合するとともに電気的に接続している。第３導電性保持部材３６ｃは、第３電極パッド３３ｃと第３接続電極１６ｃとを接合するとともに電気的に接続している。第４導電性保持部材３６ｄは、第４電極パッド３３ｄと第４接続電極１６ｄとを接合するとともに電気的に接続している。第１導電性保持部材３６ａ～第４導電性保持部材３６ｄは、振動部１０１ａが励振可能となるように、ベース部材３０から間隔を空けて積層構造体１０１を保持している。
　第１導電性保持部材３６ａ～第４導電性保持部材３６ｄは、例えば、シリコーン系樹脂を主剤とする熱硬化樹脂や紫外線硬化樹脂等を含む導電性接着剤であり、接着剤に導電性を与えるための導電性粒子などの添加剤を含んでいる。導電性粒子としては、例えば銀（Ａｇ）を含む導電性粒子が用いられる。導電性接着剤の主剤は、エポキシ系樹脂やアクリル系樹脂などであってもよい。第１導電性保持部材３６ａ～第４導電性保持部材３６ｄは、前駆体である未硬化の導電性接着剤ペーストが塗布された後に、加熱、紫外線照射などによって引き起こされる化学反応によって導電性接着剤ペーストを硬化させて設けられる。第１導電性保持部材３６ａ～第４導電性保持部材３６ｄには、強度を増加させる目的、あるいはベース部材３０と水晶振動素子１０との間隔を保つ目的のフィラーが接着剤に添加されてもよい。なお、第１導電性保持部材３６ａ～第４導電性保持部材３６ｄは、半田によって設けられてもよい。
　次に、蓋部材４０について説明する。
　蓋部材４０は、ベース部材３０に接合され、ベース部材３０との間に積層構造体１０１が収容される内部空間４９を形成する。蓋部材４０は、積層構造体１０１の少なくとも振動部１０１ａを収容できればその形状は特に限定されるものではなく、蓋部材４０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る。蓋部材４０が導電材料で構成されることによって、内部空間４９への電磁波の出入りを低減する電磁シールド機能が蓋部材４０に付与される。
　蓋部材４０は、平板状の天面部４１と、天面部４１の外縁に接続されており且つ天面部４１の主面に対して交差する方向に延在する側壁部４２とを有している。主面の法線方向から平面視したときの天面部４１の平面形状は、例えば矩形状である。側壁部４２の先端は、積層構造体１０１の周囲を囲むように枠状に延在している。
　蓋部材４０は、積層構造体１０１の外縁部に接合されて内部空間４９を形成してもよい。このとき、積層構造体１０１の外縁部は、ベース部材３０と蓋部材４０とによって挟持されてもよい。また、蓋部材４０は、セラミック材料、半導体材料、樹脂材料などによって設けられてもよい。また、天面部４１の平面形状は、多角形状、円形状、楕円形状及びこれらの組合せでもよい。
　次に、接合部材５０について説明する。
　接合部材５０は、ベース部材３０及び蓋部材４０の各全周に亘って設けられ、矩形の枠状をなしている。また、第１電極パッド３３ａ～第４電極パッド３３ｄは、接合部材５０の内側に配置されており、接合部材５０は積層構造体１０１を囲むように設けられている。接合部材５０は、蓋部材４０の側壁部２２の先端と、ベース部材３０の基体３１の上面３１Ａとを接合している。接合部材５０は、例えば、基体３１の上面３１Ａに設けられたメタライズ層と、メタライズ層の上に設けられたＡｕ－Ｓｎ合金系の金属半田とによって形成されている。
　なお、接合部材５０は周方向で連続した枠状に限定されるものではなく、周方向で不連続に設けられてもよい。また、接合部材５０は、樹脂系やガラス系の絶縁性接着剤などによって設けられてもよい。
　次に、水晶振動子１００の動作について説明する。
　水晶振動子１００は、水晶振動素子１０の温度を測定する温度検知モードと、温度検知モードでの測定結果に基づいた温度補償を行って水晶振動素子１０を駆動させる信号出力モードとを有する。
　温度検知モードでは、例えば、第１測定電極２４ｃと第２測定電極２４ｄとの間で半導体層２１に電流を流し、半導体層２１の抵抗値を測定する。半導体層２１の抵抗値は半導体層２１の温度によって変化するが、半導体層２１と水晶振動素子１０との間での熱伝導によって半導体層２１の温度は水晶振動素子１０の温度と略同じになる。したがって、温度検知モードでは、半導体層２１の抵抗値の変化を測定することで、水晶振動素子１０の温度を測定する。
　信号出力モードでは、温度検知モードでの測定結果に基づいた温度補償によって、水晶振動素子１０に基づく発振回路の周波数を補正する。当該温度補償は、例えば、周波数を補正するための可変容量への信号を変化させることで実現される。
　以上のように、本実施形態に係る水晶振動子１００は、水晶振動素子１０と、水晶振動素子１０に積層された温度検知部２０とを備え、温度検知部２０は、水晶振動素子１０に積層された半導体層２１と、半導体層２１を介して水晶振動素子１０の温度に基づく抵抗値を測定する一対の測定電極を構成する第１測定電極２４ｃ及び第２測定電極２４ｄを有する。
　これによれば、抵抗値の温度変化を測定される半導体層と水晶振動素子とが導電性保持部材を介して接続されている構成に比べて、半導体層と水晶振動素子との伝熱面積を大きくできる。このため、水晶振動素子から半導体層への伝熱速度が向上し、半導体層と水晶振動素子との温度差が小さくなる。したがって、水晶振動素子の温度がより正確に測定できる。これにより、狭公差精度の周波数クロックを出力することが可能な水晶振動子が提供できる。
　なお、一対の測定電極が測定するものは、半導体層を介して測定する信号であり、水晶振動素子の温度に基づいて変化する信号であれば、抵抗値に限定されるものではない。一対の測定電極は、例えば、インダクタンスやキャパシタンスを測定してもよい。
　また、本実施形態に係る水晶振動子１００においては、半導体層２１は、一対の励振電極を構成する第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂと非接触となるように設けられている。
　これによれば、半導体層による水晶振動素子の振動の阻害が低減され、水晶振動素子の振動特性の劣化が抑制される。
　また、第１測定電極２４ｃ及び第２測定電極２４ｄは、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂから視て、第１接続電極１６ａ及び第２接続電極１６ｂよりも離れている。　これによれば、一対の励振電極を接続する一対の接続電極と一対の測定電極との間での寄生容量や、一対の引出電極と一対の測定電極との間での寄生容量を低減できる。
　以下に、本発明の他の実施形態に係る水晶振動子の構成について説明する。なお、下記の実施形態では、上記の第１実施形態と共通の事柄については記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については逐次言及しない。
　＜第２実施形態＞
　図４を参照しつつ、第２実施形態に係る積層構造体２０１について説明する。図４は、第２実施形態に係る積層構造体の構成を概略的に示す断面図である。
　第２実施形態に係る積層構造体２０１は、半導体層２２０に貫通孔の代わりに有底の凹部２２９が形成されている点で、第１実施形態に係る積層構造体１０１と相違している。　凹部２２９は半導体層２２１の下面２２１Ｂ側に開口部を有し、上面２２１Ａ側に底部を有している。すなわち、半導体層２２０は、一対の励振電極を構成する第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂと非接触となるように設けられている。
　このような実施形態においても、半導体層による水晶振動素子の振動の阻害が低減され、水晶振動素子の振動特性の劣化が抑制される。
　＜第３実施形態＞
　図５を参照しつつ、第３実施形態に係る積層構造体３０１について説明する。図５は、第３実施形態に係る積層構造体の構成を概略的に示す断面図である。
　第３実施形態に係る積層構造体３０１は、水晶振動素子１０と半導体層２１との間に絶縁体層３２８を備えている点で、第１実施形態に係る積層構造体１０１と相違している。　第２測定電極２４ｄは、絶縁体層３２８と半導体層２１との間に設けられ、第１引出電極１５ａは水晶片１１と絶縁体層３２８との間に設けられている。すなわち、第１引出電極１５ａと第２測定電極２４ｄとの間の絶縁分離が、絶縁体層３２８によって向上する。図示を省略しているが、第１引出電極１５ａと第１測定電極２４ｃとの間の絶縁分離も、同様に向上している。
　これによれば、励振電極から測定電極への信号漏れを抑制し、水晶振動素子の振動特性の劣化が抑制される。
　＜第４実施形態＞
　図６を参照しつつ、第４実施形態に係る積層構造体４０１について説明する。図６は、第４実施形態に係る積層構造体の構成を概略的に示す平面図である。なお、図６においては、水晶振動素子及び温度検知部を見分け易くする目的で、温度検知部を水晶振動素子の内側に描写しているが、水晶振動素子及び温度検知部のそれぞれの外形寸法が異なることを示すものではない。第１実施形態と同様に、＋Ｙ´軸方向から平面視したとき、温度検知部の外縁部は、後述するスリットＳＬＡ及び前述の貫通孔２９を無視すれば水晶振動素子の外縁部に重なっているものとする。図７～図９における水晶振動素子及び温度検知部の描写についても同様である。
　第４実施形態に係る積層構造体４０１は、半導体層２１にスリットＳＬＡが形成されている点で、第１実施形態に係る積層構造体１０１と相違している。
　スリットＳＬＡは、貫通孔２９側及び前端部２２ａ側の外側の両側面に開口し、水晶片１１の上面１１Ａを露出させている。また、スリットＳＬＡは、半導体層２１の上面２１Ａを平面視したとき、枠状の半導体層２１を周方向において不連続にしている。具体的には、半導体層２１の上面２１Ａを平面視したとき、スリットＳＬＡは、第１引出電極１５ａと第２引出電極１５ｂとの間、第１接続電極１６ａと第２接続電極１６ｂとの間、第１測定電極２４ｃと第２測定電極２４ｄとの間、及び、第３接続電極１６ｃと第４接続電極１６ｄとの間に設けられている。言い換えると、一対の測定電極を構成する第１測定電極２４ｃと第２測定電極２４ｄとを結ぶ最短距離において、半導体層２１は不連続である。　　　
　これによれば、抵抗素子として機能する半導体層の導電経路が、右端部、後端部及び左端部に沿って第１励振電極及び第２励振電極の回りを周回するように形成される。一対の測定電極の間を結ぶ最短距離において半導体層が連続な構成に比べて、本実施形態によれば抵抗素子としての半導体層の経路長が増大するため、半導体層の抵抗値の変化の測定精度が向上する。したがって、水晶振動素子の温度測定の精度が向上する。
　＜第５実施形態＞
　図７を参照しつつ、第５実施形態に係る積層構造体５０１について説明する。図７は、第５実施形態に係る積層構造体の構成を概略的に示す平面図である。
　第５実施形態に係る積層構造体５０１は、複数のスリットＳＬＢが半導体層２１に形成されている点で、第４実施形態に係る積層構造体４０１と相違している。
　半導体層２１の上面２１Ａを平面視したとき、複数のスリットＳＬＢは、水晶片１１の上面１１Ａを露出させている。また、複数のスリットＳＬＢは、貫通孔２９から視て左端部２２ｄ側では貫通孔２９側又は左端部２２ｄ側の外側のいずれか一方の側面に開口している。同様に、複数のスリットＳＬＢは、貫通孔２９から視て後端部２２ｂ側では貫通孔２９側又は後端部２２ｂ側の外側のいずれか一方の側面に開口し、貫通孔２９から視て右端部２２ｃ側では貫通孔２９側又は右端部２２ｃ側の外側のいずれか一方の側面に開口している。
　これによれば、抵抗素子としての半導体層の経路長が増大するため、半導体層の抵抗値の変化の測定精度が向上する。したがって、水晶振動素子の温度測定の精度が向上する。　　　
　＜第６実施形態＞
　図８を参照しつつ、第６実施形態に係る積層構造体６０１について説明する。図８は、第６実施形態に係る積層構造体の構成を概略的に示す平面図である。
　第６実施形態に係る積層構造体６０１は、複数のスリットＳＬＢがＸ軸方向に沿って形成されている点で、第５実施形態に係る積層構造体５０１と相違している。
　半導体層２１の上面２１Ａを平面視したとき、複数のスリットＳＬＢは、貫通孔２９から視て左端部２２ｄ側では前端部２２ａ側又は後端部２２ｂ側の外側のいずれか一方の側面に開口している。また、複数のスリットＳＬＢは、貫通孔２９から視て右端部２２ｃ側では前端部２２ａ側又は後端部２２ｂ側の外側のいずれか一方の側面に開口している。貫通孔２９から視て後端部２２ｂ側では、複数のスリットＳＬＢは、第５実施形態と同様の構成である。
　本実施形態においても、第５実施形態と同様の効果が得られる。なお、抵抗素子としての半導体層の経路長が増大するのであれば、複数のスリットの形状は第５実施形態及び第６実施形態に限定されるものではなく、例えば、それぞれＺ´軸方向に沿って形成されてもよく、少なくとも一部が屈曲してもよい。
　＜第７実施形態＞
　図９を参照しつつ、第７実施形態に係る積層構造体７０１について説明する。図９は、第７実施形態に係る積層構造体の構成を概略的に示す平面図である。
　第７実施形態に係る積層構造体７０１は、半導体層２１がＵ字状に形成されている点で、第４実施形態に係る積層構造体４０１と相違している。
　半導体層２１の上面２１Ａを平面視したとき、半導体層２１は、右端部２２ｃ、後端部２２ｂ及び左端部２２ｄに沿って設けられている。また、半導体層２１は、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂと、第１引出電極１５ａ及び第２引出電極１５ｂと、第１接続電極１６ａ及び第２接続電極１６ｂとを避けて、これら水晶振動素子１０の電極群の外側に設けられている。したがって、第１引出電極１５ａと第１測定電極２４ｃとの間の絶縁分離、及び、第１引出電極１５ａと第２測定電極２４ｄとの間の絶縁分離、が向上する。
　これによれば、抵抗素子としての半導体層の経路長が増大するとともに、励振電極から測定電極への信号漏れが抑制する。したがって、水晶振動素子の温度測定の精度が向上しつつ、水晶振動素子の振動特性の劣化が抑制される。
　＜第８実施形態＞
　図１０を参照しつつ、第８実施形態に係る水晶振動素子８１０について説明する。図１０は、第８実施形態に係る水晶振動素子の構成を概略的に示す斜視図である。
　第８実施形態に係る水晶振動素子８１０は、第２接続電極が省略され、第２引出電極１５ｂが第２励振電極１４ｂと第３接続電極１６ｃとを電気的に接続している点で、第１実施形態に係る水晶振動素子１０と相違している。
　第１測定電極２４ｃは、第２励振電極１４ｂに電気的に接続されている。図示を省略しているが、第８実施形態に係る積層構造体は、第１導電性保持部材３６ａ、第３導電性保持部材３６ｃ及び第４導電性保持部材３６ｄによってベース部材に搭載される。第３接続電極１６ｃは、第２励振電極１４ｂへの駆動振動の入力端子と、第１測定電極２４ｃへの測定信号の入力端子とを兼任する。言い換えると、温度検知モードでは、第３接続電極１６ｃ及び第４接続電極１６ｄを通して、半導体層２１を介して水晶振動素子８１０の温度に基づく測定信号が測定される。また、信号出力モードでは、第３接続電極１６ｃ及び第４接続電極１６ｄに水晶振動素子１０を駆動させるための駆動信号が入力されるとともに、温度検知モードでの測定結果に基づいた温度補償によって水晶振動素子１０に基づく発振回路の周波数が補正される。
　＜第９実施形態＞
　図１１を参照しつつ、第９実施形態に係る水晶振動素子９１０について説明する。図１１は、第９実施形態に係る水晶振動素子の構成を概略的に示す斜視図である。
　第９実施形態に係る水晶振動素子９１０は、第１接続電極が省略され、第１引出電極１５ａが第１励振電極１４ａと第４接続電極１６ｄとを電気的に接続している点で、第１実施形態に係る水晶振動素子１０と相違している。
　第２測定電極２４ｄは、第１励振電極１４ａに電気的に接続されている。図示を省略しているが、第９実施形態に係る積層構造体は、第２導電性保持部材３６ｂ、第３導電性保持部材３６ｃ及び第４導電性保持部材３６ｄによってベース部材に搭載される。第４接続電極１６ｄは、第１励振電極１４ａへの駆動振動の入力端子と、第２測定電極２４ｄへの測定信号の入力端子とを兼任する。
　＜第１０実施形態＞
　図１２を参照しつつ、第１０実施形態に係る水晶振動素子Ａ１０について説明する。図１２は、第１０実施形態に係る水晶振動素子の構成を概略的に示す斜視図である。
　第１０実施形態に係る水晶振動素子Ａ１０は、第１接続電極及び第２接続電極が省略され、第２引出電極１５ｂが第２励振電極１４ｂと第３接続電極１６ｃとを電気的に接続し、第１引出電極１５ａが第１励振電極１４ａと第４接続電極１６ｄとを電気的に接続している点で、第１実施形態に係る水晶振動素子１０と相違している。
　第８～第１０実施形態に示したように、一対の測定電極のうち少なくとも一方は、一対の励振電極のいずれかに電気的に接続されてもよい。
　＜第１１実施形態＞
　図１３を参照しつつ、第１１実施形態に係る積層構造体Ｂ０１について説明する。図１３は、第１１実施形態に係る積層構造体の構成を概略的に示す分解斜視図である。
　第１１実施形態に係る積層構造体Ｂ０１は、水晶振動素子Ｂ１０のベース部材側に温度検知部Ｂ２０が積層されている点で、第１実施形態に係る積層構造体１０１と相違している。
　水晶片１１の下面１１Ｂと半導体層２１の上面２１Ａが対向するように、水晶振動素子Ｂ１０と温度検知部Ｂ２０が積層されている。第１引出電極１５ａ及び第２引出は、それぞれ、半導体層２１の上面２１Ａから下面２１Ｂまでを貫通する貫通電極を通して、半導体層２１の下面２１Ｂに設けられた第１接続電極１６ａ及び第２接続電極１６ｂに電気的に接続されている。第１測定電極２４ｃ及び第２測定電極２４ｄは、それぞれ、半導体層２１の下面２１Ｂに設けられ、図示を省略した第３導電性保持部材３６ｃ及び第４導電性保持部材３６ｄに接合される。
　＜第１２実施形態＞
　図１４を参照しつつ、第１２実施形態に係る積層構造体Ｃ０１について説明する。図１４は、第１２実施形態に係る積層構造体の構成を概略的に示す断面図である。
　第１２実施形態に係る積層構造体Ｂ０１は、第１励振電極１４ａに半導体層２１が接触している点で、第１実施形態に係る積層構造体１０１と相違している。
　半導体層２１は、水晶振動素子１０の振動を阻害しないように、第１実施形態に係る半導体層２１に比べて薄いことが望ましい。
　これによれば、半導体層と水晶振動素子との伝熱面積が大きくなるため、水晶振動素子の温度がより正確に測定できる。
　＜第１３実施形態＞
　図１５を参照しつつ、第１３実施形態に係る発振器Ｄ９９について説明する。図１５は、第１３実施形態に係る発振器の構成を概略的に示す断面図である。
　発振器Ｄ９９は、水晶振動子１００に加えて、半導体集積回路６０をさらに備えている。半導体集積回路６０は、基体３１の上面３１Ａに形成されている。半導体集積回路６０は、例えば、水晶振動素子１０を発振させる発振回路、水晶振動素子１０の温度として半導体層２１の抵抗値に基づいて半導体層２１の温度を測定する測定回路、測定回路の測定結果に基づいた温度補償によって水晶振動素子１０に基づく発振回路の周波数を補正する温度補償回路、温度補償のためのパラメータを格納したＲＯＭ回路、各回路に必要な電源を提供する電圧生成回路などを備えている。
　なお、半導体集積回路６０は、基体３１の下面３１Ｂに形成されてもよく、水晶振動子１００の外側に形成されてもよい。
　以下に、本発明の実施形態の一部又は全部を付記し、その効果について説明する。なお、本発明は以下の付記に限定されるものではない。
　本発明の一態様によれば、ベース部材と、蓋部材と、ベース部材と蓋部材との間に設けられた積層構造体とを備え、積層構造体は、対向する一対の主面を有する圧電体層、及び、圧電体層を挟んで互いに対向するように圧電体層の一対の主面のそれぞれに設けられた一対の励振電極、を有する圧電振動素子と、圧電振動素子の圧電体層のいずれかの主面側に積層された半導体層と、半導体層に設けられた一対の測定電極とを備え、一対の測定電極は、半導体層を介して圧電振動素子の温度に基づく信号を測定するように構成される。　　　
　一態様として、一対の測定電極は、半導体層の抵抗値を測定する。
　これによれば、抵抗値の温度変化を測定される半導体層と水晶振動素子とが導電性保持部材を介して接続されている構成に比べて、半導体層と水晶振動素子との伝熱面積を大きくできる。このため、水晶振動素子から半導体層への伝熱速度が向上し、半導体層と水晶振動素子との温度差が小さくなる。したがって、水晶振動素子の温度がより正確に測定できる。これにより、狭公差精度の周波数クロックを出力することが可能な水晶振動子が提供できる。
　一態様として、積層構造体は、圧電体層と半導体層との間に設けられた絶縁体層をさらに備える。
　これによれば、励振電極から測定電極への信号漏れを抑制し、水晶振動素子の振動特性の劣化が抑制される。
　一態様として、半導体層は、一対の励振電極と非接触となるように設けられる。
　これによれば、半導体層による水晶振動素子の振動の阻害が低減され、水晶振動素子の振動特性の劣化が抑制される。
　一態様として、圧電振動素子を平面視したとき、一対の測定電極のそれぞれの測定電極を結ぶ最短距離において、半導体層は不連続である。
　これによれば、一対の測定電極の間を結ぶ最短距離において半導体層が連続な構成に比べて、抵抗素子としての半導体層の経路長が増大するため、半導体層の抵抗値の変化の測定精度が向上する。したがって、水晶振動素子の温度測定の精度が向上する。
　一態様として、半導体層には、複数のスリットが形成される。
　一態様として、圧電振動素子は、一対の励振電極に引出電極を介して電気的に接続された一対の接続電極をさらに有し、圧電振動素子の圧電体層の主面を平面視したとき、一対の測定電極は、一対の励振電極から視て、一対の接続電極よりも離れる。
　これによれば、一対の励振電極を接続する一対の接続電極と一対の測定電極との間での寄生容量や、一対の引出電極と一対の測定電極との間での寄生容量を低減できる。
　一態様として、一対の測定電極のうち少なくとも一方は、一対の励振電極のいずれかに電気的に接続される。
　一態様として、一対の測定電極が半導体層から取得する信号に基づいて圧電振動素子の温度を測定する測定回路をさらに備える発振器が提供される。
　一態様として、測定回路に応じて、圧電振動素子の周波数を補償する温度補償回路をさらに備える。
　以上説明したように、本発明の一態様によれば、温度補償精度の向上する圧電振動子及びそれを備えた発振器が提供できる。
　なお、以上説明した実施形態は、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及びその配置、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。例えば、本発明の振動素子および振動子は、タイミングデバイスまたは荷重センサに用いることができる。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。
　１００…水晶振動子
　１０…水晶振動素子
　１１…水晶片
　１１Ａ…水晶片の上面
　１１Ｂ…水晶片の下面
　１４ａ…第１励振電極
　１４ｂ…第２励振電極
　１５ａ…第１引出電極
　１５ｂ…第２引出電極
　１６ａ…第１接続電極
　１６ｂ…第２接続電極
　１６ｃ…第３接続電極
　１６ｄ…第４接続電極
　２０…温度検知部
　２１…半導体層
　２１Ａ…半導体層の上面
　２１Ｂ…半導体層の下面
　２２ａ…前端部
　２２ｂ…後端部
　２２ｃ…右端部
　２２ｄ…左端部
　２４ｃ…第１測定電極
　２４ｄ…第２測定電極
　２９…貫通孔

Claims (10)

  1. 　ベース部材と、蓋部材と、前記ベース部材と前記蓋部材との間に設けられた積層構造体とを備え、
    　前記積層構造体は、
    　対向する一対の主面を有する圧電体層、及び、前記圧電体層を挟んで互いに対向するように前記圧電体層の前記一対の主面のそれぞれに設けられた一対の励振電極、を有する圧電振動素子と、
    　前記圧電振動素子の前記圧電体層のいずれかの主面側に積層された半導体層と、
    　前記半導体層に設けられた一対の測定電極と
    　を備え、
    　前記一対の測定電極は、前記半導体層を介して前記圧電振動素子の温度に基づく信号を測定するように構成された、圧電振動子。
  2. 　前記一対の測定電極は、前記半導体層の抵抗値を測定する、
    　請求項１に記載の圧電振動子。
  3. 　前記積層構造体は、前記圧電体層と前記半導体層との間に設けられた絶縁体層をさらに備える、
    　請求項１又は２に記載の圧電振動子。
  4. 　前記半導体層は、前記一対の励振電極と非接触となるように設けられた、
    　請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電振動子。
  5. 　前記圧電振動素子を平面視したとき、前記一対の測定電極のそれぞれの測定電極を結ぶ最短距離において、前記半導体層は不連続である、
    　請求項１から４のいずれか１項に記載の圧電振動子。
  6. 　前記半導体層には、複数のスリットが形成される、
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の圧電振動子。
  7. 　前記圧電振動素子は、前記一対の励振電極に引出電極を介して電気的に接続された一対の接続電極をさらに有し、
    　前記圧電振動素子の前記圧電体層の主面を平面視したとき、前記一対の測定電極は、前記一対の励振電極から視て、前記一対の接続電極よりも離れる、
    　請求項１から６のいずれか１項に記載の圧電振動子。
  8. 　前記一対の測定電極のうち少なくとも一方は、前記一対の励振電極のいずれかに電気的に接続される、
    　請求項１から７のいずれか１項に記載の圧電振動子。
  9. 　請求項１から８のいずれか１項に記載の圧電振動子と、
    　前記一対の測定電極が前記半導体層から取得する信号に基づいて前記圧電振動素子の温度を測定する測定回路と、
    　を備える発振器。
  10. 　前記測定回路の測定結果に応じて、前記圧電振動素子の周波数を補償する温度補償回路をさらに備える、
    　請求項９に記載の発振器。
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