WO2023074615A1 - 温度センサ付き水晶振動デバイス - Google Patents

温度センサ付き水晶振動デバイス Download PDF

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WO2023074615A1
WO2023074615A1 PCT/JP2022/039502 JP2022039502W WO2023074615A1 WO 2023074615 A1 WO2023074615 A1 WO 2023074615A1 JP 2022039502 W JP2022039502 W JP 2022039502W WO 2023074615 A1 WO2023074615 A1 WO 2023074615A1
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WO
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crystal
sealing member
thermistor
temperature sensor
plate
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/039502
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English (en)
French (fr)
Inventor
賢周 森本
Original Assignee
株式会社大真空
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 株式会社大真空 filed Critical 株式会社大真空
Publication of WO2023074615A1 publication Critical patent/WO2023074615A1/ja

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/19Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator consisting of quartz

Definitions

  • the present invention relates to a crystal oscillator device with a temperature sensor in which a temperature sensor is attached to the crystal oscillator device.
  • Such a crystal oscillator with a temperature sensor has a configuration in which the crystal oscillator is housed in a package made of ceramic, and a thermistor is attached to the outside of the package to detect the environmental temperature surrounding the crystal oscillator (Patent Document 1).
  • the above electronic devices may be required to be smaller and thinner, and in such cases, ultra-compact or ultra-thin crystal oscillator devices are required.
  • ultra-compact or ultra-thin crystal oscillator devices are required.
  • ultra-miniature or ultra-thin crystal oscillator devices are required.
  • Patent Document 2 discloses an example in which a thermistor is used as a function section in a three-layered crystal oscillator.
  • Patent Document 1 a ceramic package is used in which a storage portion that is open in the vertical direction is formed. A crystal oscillator is accommodated in the upper opening and electrically connected to the package, while a thermistor is accommodated in the lower opening and electrically connected to the package.
  • An object of the present invention is to provide a crystal oscillator device with a temperature sensor.
  • a crystal oscillation device with a temperature sensor includes a crystal oscillation plate, a first sealing member bonded to an upper surface of the crystal oscillation plate, a second sealing member bonded to a lower surface of the crystal oscillation plate, and a thermistor flat single plate as a temperature sensor, wherein a plurality of electrode pads are formed on the first sealing member and the thermistor flat single plate
  • the electrode pads of the first sealing member and the electrode pads of the thermistor flat single plate are surface-bonded with a conductive resin adhesive, and the first sealing member and the thermistor flat single plate are bonded with the resin adhesive.
  • the thermistor flat single plate means a flat thermistor plate having a single-layer configuration.
  • the quartz crystal oscillation device has a three-layer configuration in which the plate-like crystal oscillation plate, the first sealing member, and the second sealing member are joined together, so that a thin crystal oscillation device configuration can be achieved.
  • the thermistor flat single plate is used as a temperature sensor and bonded together, not only stable electrical characteristics can be obtained, but also the thickness and size can be reduced compared to using a general-purpose laminated thermistor. It is possible to obtain a crystal oscillation device with a temperature sensor corresponding to.
  • the thermistor flat single plate when mounting the thermistor flat single plate as a temperature sensor on the crystal oscillation device, half or more (50% to 100%) of the plane view area of the thermistor flat single plate is provided on the surface of the first sealing member of the crystal oscillation device. ) are surface-bonded with the conductive resin adhesive and the resin adhesive, so that heat can be sufficiently circulated between the crystal oscillation device and the thermistor flat single plate as a temperature sensor, so that the crystal oscillation device There is no difference between the environmental temperature sensed by the thermistor flat plate and the environmental temperature sensed by the thermistor flat single plate, and appropriate temperature detection can be performed.
  • the thermistor flat plate tends to weaken in strength as it is made thinner. It can absorb stress and impact on the plate, and can eliminate cracking and chipping of the thermistor flat single plate.
  • the first sealing member and the thermistor flat single plate form electrode pads with high thermal conductivity, and are joined by a conductive resin adhesive with high thermal conductivity compared to resin adhesive. , heat can be smoothly circulated between the crystal oscillation device and the thermistor flat single plate while reacting more sensitively to changes in the external environment temperature. Therefore, the temperature of the crystal oscillator device can be detected more accurately. As a result, more accurate temperature compensation can be achieved, and a highly reliable crystal oscillation device with stable electrical characteristics can be obtained.
  • the crystal vibration plate tends to easily follow environmental temperature changes. By combining them, it is possible to obtain a more desirable configuration that can detect temperature information corresponding to temperature fluctuations of the crystal plate.
  • the crystal diaphragm includes a vibrating portion formed with a pair of excitation electrodes, a holding portion projecting from at least one portion of the vibrating portion, and a through hole surrounding the outer periphery of the vibrating portion. and a frame portion that surrounds the perimeter of the through portion and is connected to the holding portion, the first sealing member and the second sealing member have a plate-like configuration, and the crystal The frame portion of the crystal plate and the first sealing member and the second sealing member are mechanically separated from each other in a state where the vibrating portion of the vibrating plate and the first sealing member and the second sealing member are not in contact with each other.
  • the thermistor flat single plate is surface-bonded with the resin adhesive in a region including the center of gravity of the first sealing member in a portion overlapping the vibrating portion of the crystal diaphragm in plan view, and the crystal A portion overlapping the frame portion of the diaphragm in plan view may be surface-bonded with the conductive resin adhesive.
  • the vibrating portion of the crystal diaphragm is connected by the holding portion projecting from at least one location, and is in a state of not coming into contact with the first sealing member and the second sealing member. Since the frame portion of the diaphragm is mechanically joined to the first sealing member and the second sealing member, the vibrating portion of the crystal diaphragm is less susceptible to external stress. In particular, the characteristics of the vibrating portion are stabilized because the influence of the external stress caused by the conductive resin adhesive or the resin adhesive that is generated when the thermistor flat single plates are joined is less likely to be transmitted to the vibrating portion.
  • the thermistor flat single plate is surface-bonded with a resin adhesive in a region including the center of gravity of the first sealing member in a portion overlapping the vibrating portion of the crystal diaphragm in plan view, the thermistor flat single plate is bonded.
  • the thermistor flat single plate is bonded.
  • heat can be efficiently circulated between the crystal oscillation device and the thermistor flat single plate through the center of gravity of the first sealing member without waste, heat radiation that is biased to one side is suppressed, and the mutual environment is improved. It becomes difficult for a temperature difference to occur.
  • the first sealing member does not extend from the crystal diaphragm.
  • the conductive resin adhesive has a structure in which a conductive filler made of metal powder, metal pieces, or the like is added to the resin adhesive. Due to its good thermal conductivity, the temperature sensor can detect the temperature change of the crystal oscillator device with little time lag.
  • the thermistor flat single plate may be coated with a resin material.
  • a resin material may be formed to cover the entire outer surface of the thermistor flat single plate.
  • the temperature information (for example, current value, voltage value, resistance value, etc.) detected by the thermistor flat single plate as a temperature sensor is connected to the outside through an independent terminal. Then, by using an external compensating circuit or the like, the frequency information in the crystal oscillation device can be appropriately temperature-compensated, and an accurate frequency can be obtained.
  • a plurality of electrode pads are formed on the joint surface between the thermistor flat single plate and the first sealing member, and the total area of each electrode pad is 40% to 85% of the plan view area of the thermistor flat single plate.
  • the plane view area refers to the projected area
  • the area ratio refers to the total projected area of each electrode pad with respect to the projected area of the thermistor flat single plate.
  • the electrode pads formed on the thermistor flat single plate have a larger area than the thermistor flat single plate in plan view.
  • the contact area becomes smaller, the temperature detection accuracy of the crystal oscillation device is lowered. Therefore, when the total area of each electrode pad is 40% to 85% of the area of the thermistor flat single plate, stable temperature detection can be performed.
  • the thermistor flat single plate as the temperature sensor includes a plate-like thermistor flat single plate (NTC thermistor flat single plate), a pair of electrode pads formed on one main surface of the thermistor flat single plate, and the pair of It is composed of one common electrode pad formed almost entirely on the other main surface facing the electrode pad, and the pair of electrode pads is conductively joined to the electrode pad of the first sealing member. There may be.
  • NTC thermistor flat single plate a plate-like thermistor flat single plate
  • the pair of It is composed of one common electrode pad formed almost entirely on the other main surface facing the electrode pad, and the pair of electrode pads is conductively joined to the electrode pad of the first sealing member.
  • the common electrode pad formed almost entirely on the other main surface of the thermistor flat single plate can be superimposed on the vibrating portion of the crystal diaphragm, and unnecessary noise and the like reach the vibrating portion. It can function as a shield that blocks the
  • the thermistor flat single plate is manufactured by thick film formation technology such as screen printing technology or doctor blade technology and firing technology, and the Mn-Fe-Ni material is sintered into a plate-shaped thermistor wafer.
  • An electrode film (metal film) is formed on this plate-like thermistor wafer by sputtering, and patterning is performed using a photolithographic technique.
  • the plate-shaped thermistor wafer is divided into individual thermistor flat single plates.
  • the material of the thermistor may be Mn--Fe based material or the like.
  • NTC thermistors have a structure in which multiple layers are laminated on the thermistor material with electrode (metal) films interposed by lamination technology. metal) film is formed. A pair of electrode pads are formed on one main surface of the thermistor flat single plate, and one common electrode pad is formed on substantially the entire surface of the other main surface facing the pair of electrode pads. As a result, an extremely thin thermistor flat single plate can be obtained.
  • electrode films are formed by a PVD film forming technique such as sputtering.
  • the quartz crystal diaphragm may be an AT-cut or SC-cut quartz crystal diaphragm, or may be an XY-cut quartz crystal diaphragm or the like.
  • a crystal oscillation device with a temperature sensor that is compatible with ultra-miniaturization and ultra-thinness, appropriately detects temperature fluctuations related to the crystal oscillation device, and has excellent electrical characteristics.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing each configuration of a crystal oscillation device with a temperature sensor according to this embodiment
  • FIG. FIG. 4 is a plan view of one main surface of the crystal diaphragm
  • FIG. 10 is a plan view of the other main surface (bottom surface) of the second sealing member
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view when each component in FIG. 1 is assembled
  • FIG. 4 is a plan view of one main surface of the thermistor flat single plate
  • FIG. 4 is a plan view of the other main surface of the thermistor flat single plate
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a crystal oscillation device with a temperature sensor according to another embodiment 1
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a crystal oscillator device with a temperature sensor according to another embodiment 2;
  • a crystal vibration device Xtl with a temperature sensor comprises a crystal vibration device and a temperature sensor.
  • the crystal vibration device Xtl includes a crystal vibration plate 1, a first sealing member 2, It is composed of a second sealing member 3, and has a configuration in which the first sealing member 2, the crystal diaphragm 1, and the second sealing member 3 are stacked in order.
  • the temperature sensor 4 is conductively bonded to the upper surface of the crystal oscillation device Xtl.
  • the crystal diaphragm 1 is made of an AT-cut crystal diaphragm, and has a rectangular plate shape as a whole.
  • the crystal plate 1 includes a vibrating portion 11, holding portions 13 and 13t connected to two corner portions of the vibrating portion 11, and a frame body arranged on the outer periphery of the vibrating portion 11 and connected to the holding portions 13 and 13t.
  • Part 12 A penetrating portion 14 is formed in a circumferential shape between the vibrating portion 11 and the frame portion 12 except for the holding portions 13 and 13t.
  • the vibrating portion 11 has a rectangular shape with long sides and short sides facing each other, and has four corners. Note that the vibrating portion 11 may be square when viewed in plan. Rectangular excitation electrodes 111 and 112 are formed on one principal surface and the other principal surface (front and back principal surfaces) in a substantially central portion of the vibrating portion 11 . Strip-like extraction electrodes 111a and 112a are connected to the corners of the excitation electrodes 111 and 112 and are extracted toward both ends of one side (corners of the vibrating portion). The lead-out electrode 111a and the lead-out electrode 112a pass through the holding portion 13 and the holding portion 13t, respectively, and are led out to the frame body portion 12. Finally, terminals formed in the second sealing member 3 to be described later are connected. It is drawn out to electrodes 31 and 32 .
  • the extraction electrode 111a passes through the surface of the holding portion 13 and is extracted to the other main surface through a metal via (penetrating metal) V1 formed in the frame portion 12. It is connected to a metal via V2 formed in the stop member 3 .
  • the metal via V2 is electrically connected to a terminal electrode 31 formed on the other main surface of the second sealing member 3.
  • the extraction electrode 112a passes through the back surface of the holding portion 13t and is extracted to the other surface of the crystal diaphragm 1, and is electrically connected to the metal via V3 formed in the second sealing member 3 facing the same.
  • the metal via V3 is electrically connected to a terminal electrode 32 formed on the other main surface of the second sealing member 3. As shown in FIG.
  • excitation electrodes 111, 112 and extraction electrodes 111a, 112a are composed of a plurality of layers of metal films. Specific examples of the thickness of each metal film include a Ti film of 5 nm and an Au film of 200 nm, but these may be changed according to desired characteristics.
  • a thick portion 11 a is formed on one end side of the vibrating portion 11 .
  • the thick portion 11a is one end side in the X-axis direction and extends in the Z′-axis direction and is formed over the entire one end side.
  • the thick portion 11 a is formed thicker than the vibrating portion 11 .
  • a holding portion 13 is provided at one corner C1 of the vibrating portion 11, and a holding portion 13t is provided at the other corner C2. It is connected to part 12.
  • the vibrating portion 11, the holding portions 13 and 13t, and the frame portion 12 are integrally formed from a crystal plate using photolithography technology and wet etching technology. A dry etching technique may be used instead of the wet etching.
  • the holding portion 13 is thicker than the vibrating portion 11 and the thick portion 11a.
  • a taper T3 on an inclined surface is formed also from the holding portion 13 to the holding portion 13 respectively.
  • the holding portion 13 is connected to the frame portion 12, and the upper surface of the frame portion 12 from the holding portion 13 is tapered T1.
  • the thicknesses of the vibrating portion 11 ⁇ thick portion 11a ⁇ holding portion 13 ⁇ frame portion 12 are set.
  • the thick portion 11a and the holding portion 13 may have the same thickness. Formation of each of these tapers can obtuse the boundary region. In the case where the step of the boundary region is small and the risk of iso-disconnection is low, there is no practical problem even if the taper is not formed.
  • the crystal plate 1 Specific dimensional examples of the crystal plate 1 are shown below.
  • a rectangular AT-cut crystal plate is used for the crystal plate 1, and its outer dimensions are 1.2 mm wide and 1.0 mm long.
  • the width is 0.2 mm in width and 0.1 mm in length
  • the dimensions of the holding portion 13 are 0.05 mm in width and 0.15 mm in length.
  • 04 mm the thickness of the holding portion 13 is 0.03 mm
  • the thickness of the thick portion 11a is 0.017 mm (17 ⁇ m)
  • the thickness of the vibrating portion 11 is 0.005 mm (5 ⁇ m).
  • the thickness of the thick portion 11a is preferably 10-odd ⁇ m or more with respect to the thickness of the vibrating portion 11 in order to ensure mechanical strength.
  • a configuration is adopted in which the thickness is reduced only from one main surface of the crystal plate 1.
  • a desired frequency is obtained by etching only from one main surface side.
  • etching only from one main surface side.
  • thin walls since the other main surface is not etched, it is possible to suppress deterioration in vibration characteristics due to roughening of the surface due to etching.
  • Circumferential seal films S11 and S21 are formed on the front and back outer peripheral end portions of the frame portion 12. These seal films are formed with a Ti film in contact with the crystal diaphragm 1 in the same manner as the electrode films described above. It has a multilayer structure in which an Au film is formed.
  • connection electrodes 121 and 122 are formed on the inner peripheral side of the frame portion 12 at positions apart from the holding portions 13 and 13t.
  • Each of the connection electrodes 121 and 122 is made of a strip-shaped metal film formed from the upper surface of the frame portion 12 through the inner surface thereof to the lower surface of the frame portion 12 .
  • the upper portions of these connection electrodes 121 and 122 are connected to terminal electrodes 31 and 32 of the first sealing member 2 via metal vias which will be described later. 42 are electrically connected.
  • the lower portions of the connection electrodes 121 and 122 are also electrically connected to terminal electrodes 33 and 34 of the second sealing member 3 through metal vias V4 and V5, respectively, which will be described later.
  • the first sealing member 2 is made of a rectangular plate-shaped AT-cut crystal plate, and has the same external shape and size as the crystal plate 1 .
  • a circumferential sealing film S12 corresponding to the sealing film S11 is formed on the other main surface of the first sealing member 2 (the surface facing the crystal diaphragm 1).
  • first sealing member 2 On one main surface of the first sealing member 2, rectangular electrode pads 21 and 22 having long sides and short sides are provided in parallel. , and the electrodes of the electrode pads 22 are led out to the other main surface through metal vias.
  • the electrode pads 21 and 22 are formed at the center positions of the short sides of the first sealing member 2 and at both end portions of the first sealing member 2 in the long side direction (the Z′-axis direction of the AT-cut crystal plate). there is Note that the electrode pads 21 and 22 may be formed at both ends of the short side (in the X-axis direction of the AT-cut crystal plate) according to the wiring configuration of the crystal plate 1 .
  • the second sealing member 3 is made of a rectangular plate-shaped AT-cut crystal plate, and has the same external shape and size as the crystal plate 1 .
  • a circumferential sealing film S22 corresponding to the sealing film S21 is formed on the surface of the second sealing member 3 facing the crystal diaphragm 1 .
  • Terminal electrodes 31 , 32 , 33 and 34 are formed on the surface of the second sealing member 3 that does not face the crystal plate 1 .
  • Each terminal electrode 31, 32, 33, 34 has a rectangular shape and is formed at each corner of the second sealing member.
  • the terminal electrodes 31, 32 are electrically connected to the excitation electrodes 111, 112, respectively, and the terminal electrodes 33, 34 are electrically connected to electrode pads 41, 42 of the temperature sensor 4, which will be described later.
  • the metal films forming these terminal electrodes have a laminated structure of a Ti film, a NiTi film and an Au film.
  • a metal via V2 is formed in the vicinity of the region corresponding to the holding portion 13 and penetrates from the front to the back, and is electrically connected to the metal via V1 described above.
  • a metal via V3 penetrating from the front to the back is formed in the vicinity of the region corresponding to the holding portion 13t.
  • the terminal electrodes 31 and 32 of the crystal oscillation device Xtl and the terminal electrodes 33 and 34 of the temperature sensor are aligned on the long side and face each other.
  • the two terminal electrodes 31 and 32 of the crystal oscillation device Xtl and the two terminal electrodes 33 and 34 of the temperature sensor may be diagonally arranged.
  • a temperature sensor 4 to be described later is electrically and mechanically connected to the electrode pads 21 and 22 of the first sealing member 2 .
  • the temperature sensor 4 is a rectangular thermistor flat single plate of NTC, and the rectangular thermistor flat single plate 40 has a thickness G2. 43 is formed, and rectangular electrode pads 41 and 42 are formed on the other main surface with a constant distance G1 in the long side direction.
  • the electrode pads 41 and 42 are formed at both ends of the thermistor flat single plate 40 in the long side direction including the center position of the short side of the thermistor flat single plate 40 .
  • the electrode pads 41 and 42 may be formed at both ends of the short side of the thermistor flat single plate 40 according to the wiring configuration.
  • the common electrode 43 formed on the entire surface of one main surface of the thermistor flat single plate 40 is connected to the vibrating portion 11 of the crystal vibrating plate 1 , more preferably the front and back excitation electrodes 111 and 112 formed on the vibrating portion 11 .
  • the vibrating portion 11 of the crystal vibrating plate 1 more preferably the front and back excitation electrodes 111 and 112 formed on the vibrating portion 11 .
  • one electrode pad 41 and the other electrode pad 42 formed on the thermistor flat single plate 40 constitute a terminal as a resistor. flows to the other electrode pad 42 via the .
  • the cross-sectional area of the conductive path is greatly increased, and the surfaces of the electrode pads 41 and 42 and the common electrode 43 can be opposed to each other. Voltage can also be improved.
  • the distance G2a between the electrode pad 41 and the common electrode 43, the distance G2b between the electrode pad 42 and the common electrode 43, and the distance G1 between the electrode pads 41 and 42 satisfy G2a+G2b ⁇ G1. It is set. By such setting, a desired resistance value can be obtained, and the accuracy of the temperature sensor 4 can be stabilized.
  • the electrode pads 41 and 42 formed on the temperature sensor 4 should be larger than the area of the temperature sensor 4. However, if the electrode pads 41 and 42 are too large, a short circuit between the adjacent electrode pads 41 and 42 or a short circuit due to the conductive resin adhesive is likely to occur. Become. If the contact area becomes smaller, the temperature detection accuracy of the crystal oscillation device Xtl is lowered. Therefore, the total area of the electrode pads 41 and 42 should be 40% to 85% of the area of the temperature sensor 4, depending on the desired resistance value, so that the temperature can be detected stably.
  • the size is 40% or less, the electrode pads 41 and 42 of the temperature sensor 4 become too small, making it impossible to accurately detect the temperature information of the crystal oscillation device Xtl. In this case, the resistance value becomes too high, and the temperature detection capability of the temperature sensor 4 may deteriorate. If the size is 85% or more, the risk of short circuit including the conductive resin adhesive increases, and if short circuit occurs, the temperature sensor 4 will not function.
  • the outer size of the temperature sensor 4 (the outer size of the thermistor) is 1.2 mm long side, 0.6 mm short side, and 0.05 mm thick, and its area is 0.72 mm 2 .
  • the external size of each of the electrode pads 41 and 42 formed on the thermistor flat single plate 40 is 0.6 mm on the long side (the short side of the thermistor flat single plate 40) and 0.4 mm on the short side (the long side of the thermistor flat single plate 40). side), and its area is 0.24 mm 2 .
  • the total area of the electrode pads 41 and 42 is set to about 66% of the area of the temperature sensor 4, and the distance G2a between the electrode pad 41 and the common electrode 43 and the electrode pad 42 are equal to each other.
  • the distance G2b between the common electrodes 43 is set to 0.05 mm, and the distance G1 between the electrode pads 41 and 42 is set to 0.4 mm, so that G2a+G2b ⁇ G1 is established.
  • the outer size of the temperature sensor 4 (the outer size of the thermistor) is 0.8 mm long side, 0.6 mm short side, and 0.05 mm thick, and its area is 0.48 mm 2 .
  • the external size of each of the electrode pads 41 and 42 formed on the thermistor flat single plate 40 is 0.52 mm on the long side (the short side of the thermistor flat single plate 40) and 0.3 mm on the short side (the long side of the thermistor flat single plate 40). side), and its area is 0.156 mm 2 .
  • the total area of the electrode pads 41 and 42 is set to about 65% of the area of the temperature sensor 4, and the distance G2a between the electrode pad 41 and the common electrode and the electrode pad 42 are common.
  • the distance G2b between the electrodes 43 is set to 0.05 mm, and the distance G1 between the electrode pads 41 and 42 is set to 0.12 mm, so that G2a+G2b ⁇ G1 is established.
  • the outer size of the temperature sensor 4 (the outer size of the thermistor) is 0.7 mm long side, 0.6 mm short side, and 0.04 mm thick, and its area is 0.42 mm 2 .
  • the external size of each of the electrode pads 41 and 42 formed on the thermistor flat single plate 40 is 0.58 mm on the long side (the short side of the thermistor flat single plate 40) and 0.3 mm on the short side (the long side of the thermistor flat single plate 40). side), and its area is 0.174 mm 2 .
  • the total area of the electrode pads 41 and 42 is set to about 83% of the area of the temperature sensor 4, and the distance G2a between the electrode pad 41 and the common electrode and the electrode pad 42 are common.
  • the distance G2b between the electrodes 43 is set to 0.04 mm, and the distance G1 between the electrode pads 41 and 42 is set to 0.09 mm, so that G2a+G2b ⁇ G1 holds.
  • the above dimensions may be appropriately designed according to the size and characteristics of the crystal oscillation device and the required specifications of the crystal oscillation device with a temperature sensor.
  • a Mn-Fe-Ni-based material is slurried with a binder or the like, and a green sheet of a plate-shaped thermistor wafer is produced by using a thick film forming technique such as a screen printing technique or a doctor blade technique. This is sintered into a plate-shaped thermistor wafer by a firing technique.
  • Mn--Co-based or Fe--Ni-based materials may be used instead of the Mn--Fe--Ni-based materials.
  • An electrode film is formed on this plate-shaped thermistor wafer by sputtering, and patterning is performed using photolithography technology.
  • a specific metal material a laminated structure of a Ti film, a NiTi film, and an Au film, which is the same as the metal film forming the terminal electrode, may be employed, or another metal film structure may be used.
  • the metal film structure of the electrode pads 41 and 42 and the metal film structure of the common electrode 43 may be different.
  • the metal film structure of the common electrode 43 may be a laminated structure of a Ti film and an Au film.
  • the single-layer flat thermistor plate 40 By forming a metal film on the single-layer flat thermistor plate 40 by thin film forming means such as sputtering, an extremely thin flat thermistor plate 40 can be obtained.
  • the surface roughness of the thermistor flat single plate 40 may be reduced by lapping and polishing the surface of the thermistor wafer in the form of a plate. With such a configuration, the electrode film (metal film) can be stably formed and the manufacturing accuracy can be improved, so that the performance of the temperature sensor 4 can be highly accurate.
  • the crystal oscillation device Xtl has a configuration in which a first sealing member 2, a crystal oscillation plate 1, and a second sealing member 3 are laminated in this order.
  • each of these constituent members is made of a crystal plate, and its surface is mirror-polished to a smooth surface.
  • the average surface roughness Ra is preferably 0.3 to 0.1 nm.
  • the first sealing member 2 made of brittle crystal and the crystal plate 1, and the crystal plate 1 and the second sealing member 3 made of brittle crystal are joined by surface treatment of the metal film Au. Then, the two are pressure-bonded by a diffusion bonding method (gold diffusion bonding). As a result, the vibrating portion 11 of the crystal diaphragm 1 is surrounded by the sealing members 2 and 3 and the frame portion 12 by the seal portions S1 (seal films S11 and S12) and S2 (seal films S21 and S22). is hermetically sealed.
  • the frame portion 12 of the crystal plate 1 and the first sealing member 2 and the second sealing member 3 are separated. 2 and the sealing member 3 are mechanically joined.
  • the inside of the airtight seal is a vacuum or an inert gas atmosphere.
  • the vibrating portion 11 of the crystal diaphragm 1 is connected by the holding portions 13 and 13t that are formed to protrude only at two locations, and the first sealing member 2 and the second sealing member 3 are connected to each other.
  • the frame portion 12 of the crystal diaphragm 1 is mechanically joined to the first sealing member 2 and the second sealing member 3, so that the vibrating portion of the crystal diaphragm 1 11 becomes less susceptible to external stress.
  • the characteristics of the vibrating portion 11 are stabilized because the influence of the external stress caused by the conductive resin adhesive R1 or the resin adhesive R2 generated when the thermistor flat single plate 40 is joined is less likely to be transmitted to the vibrating portion.
  • a temperature sensor 4 is mounted on the upper surface of the crystal oscillation device Xtl having the above configuration, that is, one main surface of the first sealing member 2 .
  • the electrode pads 21 and 22 formed on the upper surface of the crystal oscillation device Xtl and the electrode pads 41 and 42 formed on the temperature sensor 4 consisting of the thermistor flat single plate 40 are surface-bonded with conductive resin adhesives R1 and R1.
  • the conductive resin adhesive R1 is surface-bonded at the portion overlapping the frame portion 12 of the crystal diaphragm 1 in plan view.
  • the electrode pads 21 and 22 are configured to have a larger area than the electrode pads 41 and 42, so that the conductive resin adhesives R1 and R1 conductively bond the crystal oscillation device Xtl and the temperature sensor 4 in a state of having fillets. Therefore, the bonding strength between the two can be improved.
  • the conductive resin adhesive R1 is, for example, a paste-like silicone-based resin bonding material to which a conductive filler such as silver powder or silver flakes is added, and has excellent thermal conductivity.
  • the temperature sensor 4 detects the space between the conductive resin adhesives R1 and R1 in a region including the center of gravity O of the first sealing member 2 in a portion overlapping the vibrating portion 11 of the crystal plate 1 in plan view.
  • the first sealing member 2 and the temperature sensor 4 are surface-bonded with a resin adhesive R2 so as to fill the area.
  • the resin adhesive R2 is made of, for example, a paste-like epoxy-based resin bonding material, has a lower thermal conductivity than the conductive resin adhesive R1, and has a lower pencil hardness than the conductive resin adhesive R1.
  • a soft (low pencil hardness) conductive resin adhesive R1 may be arranged at both ends of the crystal axis in the axial direction where the coefficient of thermal expansion is larger.
  • the plane is the X-axis and the Z'-axis, but since the coefficient of thermal expansion is smaller in the Z'-axis direction, A softer conductive resin adhesive R1 may be placed.
  • the thermistor flat single plate 40 made of Mn--Fe--Ni material has a smaller thermal expansion coefficient than the first sealing member 2 made of crystal, and the difference in thermal expansion in the long side direction is particularly large. Therefore, a softer conductive resin adhesive R1 is placed on both ends in the long side direction to reduce the degree of influence of thermal stress.
  • more than half of the planar view area of the temperature sensor 4 is surface-bonded to the surface of the first sealing member 2 with the conductive resin adhesive R1 and the resin adhesive R2. Specifically, about 66% of the planar view area of the temperature sensor 4 is surface-bonded with the conductive resin adhesive R1, and about 30% of the planar view area of the temperature sensor 4 is surface-bonded with the resin adhesive R2. , about 96% of the planar view area of the temperature sensor 4 is surface-bonded in total.
  • the electrical/mechanical bonding and mechanical bonding between the crystal oscillation device Xtl and the thermistor flat single plate 40 are performed only by each resin adhesive (conductive resin adhesive R1 and resin adhesive R2).
  • the face-bonding makes it possible to absorb stress and impact on the thermistor flat single plate 40, which tends to weaken in strength due to thinning, and eliminate cracking and chipping of the thermistor flat single plate 40. can.
  • the crystal vibration device Xt1 is controlled by the temperature sensor 4. Temperature detection can be measured with high accuracy with little time lag.
  • the planar view area of the total surface bonding by these two types of resin adhesives should be at least 50% or more.
  • the thermistor flat single plate 40 is surface-bonded with the resin adhesive R2 in a region including the center of gravity of the first sealing member 2 in a portion overlapping the vibrating portion 11 of the crystal diaphragm 1 in a plan view, the thermistor flat single plate 40 is Not only is it difficult to transmit the influence of the external stress due to the resin adhesive R2 generated when the single plates 40 are joined to the vibrating portion 11, but it is also possible to prevent the external stress from being strongly applied to the thermistor flat single plate 40 itself.
  • the thermistor flat single plate 40 is surface-bonded with a conductive resin adhesive R1 having high thermal conductivity at a portion overlapping the frame body portion 12 of the crystal diaphragm 1 in plan view, the first sealing member 2 By promoting the direct heat transfer from the crystal plate 1 to the quartz plate 1, the heat flows smoothly between the agile quartz crystal device Xtl and the thermistor flat single plate 40, which can respond to changes in the external environment temperature. be able to do it. Therefore, the temperature related to the crystal oscillation device Xtl can be detected more accurately.
  • the conductive resin adhesive R1 and the resin adhesive R2 are not limited to the exemplified resin materials, and may be configured by optimally combining silicone-based resins, urethane-based resins, epoxy-based resins, and the like.
  • the quartz crystal oscillation device Xtl has a three-layer structure in which the plate-like crystal oscillation plate 1, the first sealing member 2, and the second sealing member 3 are bonded to each other.
  • the thermistor flat single plate 40 is used as the temperature sensor 4 and bonded, not only stable electrical characteristics can be obtained, but also the thickness and thickness can be reduced compared to the case of using a general-purpose laminated thermistor. It is possible to obtain a crystal oscillator device with a temperature sensor that can be miniaturized.
  • an electrode pad having a large thermal conductivity is formed, and a conductive resin adhesive R1 having a large thermal conductivity compared to the resin adhesive R2 is used.
  • temperature information for example, current value, voltage value, resistance value, etc.
  • thermistor flat single plate 40 as the temperature sensor 4 is connected to the outside through independent terminal electrodes 33 and 34. be done. Then, an external compensation circuit or the like can appropriately temperature-compensate the frequency information in the crystal oscillation device Xtl to obtain an accurate frequency.
  • the thick portion 11a is formed along substantially the entire length of one end side of the vibrating portion 11 where the holding portions 13 and 13t are formed, and the other end side is high.
  • the thickness of the thin diaphragm corresponds to the frequency. Therefore, the vibration excited by the vibrating portion 11 can be vibrated in a state that is less likely to be affected by the boundary conditions due to the thick portion 11a. It is possible to obtain a crystal diaphragm 1 that can be kept in good condition. Further, the mechanical strength of the vibrating portion 11 can be improved by the thick portion 11a.
  • the vibrating portion 11 of the present embodiment may have a configuration in which the thick portion 11a is not formed. In this case, the areas of the excitation electrodes 111 and 112 of the vibrating portion 11 can be made larger.
  • the holding portion 13 is thicker than the thick portion 11a or has the same thickness. It is considered as the formed composition. As mentioned above, this taper can obtuse the boundary. As a result, the extraction electrode 111a, which is extracted from the excitation electrode 111 to one end side of the crystal plate 1, is formed on the tapered portion and does not pass through the sharp corner region (stepped portion). It is possible to prevent deterioration of electrode continuity and electrode disconnection. This makes it possible to obtain a crystal plate 1 with good electrical characteristics.
  • the frame body portion 12 and the vibrating portion 11 are connected by a plurality of holding portions 13 and 13t. ing. Therefore, holding by a plurality of holding portions stabilizes the mechanical strength, and provision of the small (thin) holding portion 13t suppresses the vibration of the vibrating portion 11 from being hindered. As a result, deterioration of the electrical characteristics of the crystal oscillation device Xtl can be suppressed, and practical electrical performance can be ensured. Further, the present embodiment is not limited to the configuration in which the vibrating portion 11 is connected to the holding portion 13 only at one point.
  • the penetrating portion 14 may be replaced with a thin portion.
  • the vibrating portion 11 is connected to the frame portion 12 by the holding portion and the thin portion.
  • the multilayer structure of Ti and Au was exemplified as an example of the metal film of the excitation electrode and the metal film for sealing, but the metal film is not limited to this.
  • a multilayer structure of Ti, NiTi, and Au may be used.
  • the sealing members 2 and 3 and the crystal diaphragm 1 are bonded by diffusion bonding, for example, soldering using an AuSn alloy brazing material may be used, or other brazing material such as a Sn alloy may be used. Wax may be used.
  • the structure of the metal film is also different. For example, a structure in which an Ag or Cu film is formed on a Cr base layer, or a structure in which an alloy film with Au is formed may be used.
  • the first sealing member 2 and the second sealing member 3 are made of a quartz crystal plate. may be used.
  • a concave portion may be provided at a position facing the quartz plate 1 .
  • the temperature sensor 4 has a common electrode 43 formed entirely on one main surface and electrode pads 41 and 42 formed on the other main surface with a constant distance G1 in the long side direction.
  • a configuration in which only the split electrodes are formed on the other main surface may be adopted.
  • not only the NTC thermistor but also the PTC thermistor may be substituted.
  • FIG. 7 omits the detailed configuration of the crystal oscillation device Xtl.
  • the temperature sensor 4 is mounted on the upper surface of the crystal oscillation device Xtl, the configuration of the temperature sensor 4 is different from that of the above embodiment.
  • the temperature sensor 4 has electrode pads 44 and 45 formed on the other main surface of the thermistor flat single plate 40, and an inter-electrode gap G3 is formed. No electrode film is formed on one main surface of the . Therefore, a conductive path is formed between the electrode pads 44 and 45 and functions as a thermistor.
  • both electrode pads 44 and 45 are electrically surface-bonded, thereby thermally conducting. Both are bonded in a state of good quality.
  • a resin adhesive R2 having good thermal conductivity is filled between the conductive bonding materials.
  • the temperature sensor 4 made of the thermistor flat single plate 40 is covered with the resin material R3.
  • the resin material R3 covers the upper surface of the crystal oscillation device Xtl, and covers the temperature sensor 4, the electrode pads 23 and 24 provided on the crystal oscillation device Xtl, the conductive resin adhesive R1, and the resin adhesive R2. .
  • the resin material R3 used here has a structure in which a silica (SiO 2 ) filler is added to an epoxy resin, and has a lower thermal conductivity than the conductive resin adhesive R1.
  • the resin material R3, other than the epoxy resin other resin materials such as urethane resin and silicone resin may be used. With such a configuration, it is possible to obtain the effect of suppressing the heat detected by the temperature sensor 4 from escaping to the outside.
  • the temperature sensor 4 can detect the temperature variation of the crystal oscillation device Xtl via the conductive resin adhesive R1 and the resin adhesive R2 with little time lag. Since the temperature sensor 4 is coated with the resin material R3 having a lower thermal conductivity than the conductive resin adhesive R1 formed on the part, the temperature absorbed by the temperature sensor 4 does not leak to the outside. As a result, it is possible to accurately detect the operating temperature of the crystal oscillation device Xtl, so that highly accurate temperature detection can be performed.
  • an IC part having an oscillation circuit and a temperature compensation circuit may be mounted on the upper surface of the crystal oscillation device Xtl and electrically connected to the crystal oscillation device Xtl and the temperature sensor 4 .
  • FIG. 8 omits the detailed configuration of the crystal oscillation device Xtl.
  • the temperature sensor 4 is mounted on the upper surface of the crystal oscillation device Xtl. is different from the first embodiment.
  • Electrode pads 23 and 24 are formed on the upper surface of the first sealing member 2 . These electrode pads 23 and 24 are formed biased to the left side as viewed in the drawing, unlike the first embodiment (see FIG. 7). As a result, a region where no electrode pad is formed can be secured on the upper surface of the first sealing member 2 .
  • the area can be used as adjustment area 25 .
  • the adjustment region 25 can transmit an energy beam B such as a laser beam. Therefore, by irradiating the metal film formed on the crystal plate 1 with the energy beam B to partially remove the metal film, the frequency of the crystal vibration device Xtl can be adjusted.
  • an adjustment metal film is formed inside the first sealing member 2 in advance, and by irradiating the adjustment metal film with the energy beam B, the adjustment metal film is vaporized and formed on the crystal diaphragm 1.
  • the frequency of the crystal vibration device Xtl can be adjusted by adhering to the metal film that has been applied.
  • the entire upper surface (one main surface) of the first sealing member 2 is covered with a resin material R3.
  • the entire temperature sensor 4 is also covered with the resin material R3.
  • the resin material R3 may be formed only in the area where the temperature sensor 4 is mounted. In this case, since the adjustment region 25 is not covered with the resin material R3, there is an advantage that the frequency adjustment by the energy beam B can be performed after the temperature sensor 4 is joined.
  • the temperature sensor 4 is bonded to the crystal vibration device Xtl over substantially the entire other main surface thereof with the conductive resin adhesive R1 and the resin adhesive R2. Temperature changes can be reliably and accurately detected by the temperature sensor 4 . Also, by covering with the resin material R3, heat dissipation can be suppressed. With these configurations, it is possible to obtain a crystal oscillation device with a temperature sensor that can detect temperature with high accuracy. Furthermore, the frequency of the crystal oscillation device Xtl can be adjusted by the adjustment region 25 after hermetic sealing or after the temperature sensor 4 is attached, so that the electrical characteristics can be improved.
  • Xtl crystal oscillation device 1 crystal oscillation plate 11 oscillation part 111, 112 excitation electrode 111a, 112a extraction electrode 12 frame part 13, 13t holding part 14 penetration part 2 first sealing member 3 second sealing member 4 temperature sensor 40 thermistor Flat veneer S11, S12, S21, S22 Seal film S1, S2 Seal part T1, T2, T3 Taper V1, V2, V3, V4, V5 Metal via R1 Conductive resin adhesive R2 Resin adhesive R3 Resin material

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Abstract

水晶振動板(1)はATカット水晶振動板からなり、全体として矩形の板状である。水晶振動板(1)は振動部(11)と、振動部(11)と連結された保持部(13,13t)と、振動部(11)の外周に配置され、保持部(13,13t)と連結される枠体部(12)とからなる。振動部(11)と枠体部(12)間には保持部(13,13t)以外は周状に貫通部(14)が形成されている。第1封止部材(2)上に温度センサ(4)としてのサーミスタ平単板(40)が導電性樹脂接着剤(R1)と樹脂接着剤(R2)により面接合され、前記導電性樹脂接着剤(R1)の熱伝導性は前記樹脂接着剤(R2)の熱伝導性より大きい。

Description

温度センサ付き水晶振動デバイス
 本発明は、水晶振動デバイスに温度センサが取り付けられた温度センサ付き水晶振動デバイスに関する。
 近年、各種電子機器の高精度化に伴い、環境温度の変化に伴う周波数変動を補償する温保補償型の水晶発振回路が求められており、これに対応する水晶振動デバイスとして、水晶振動子にサーミスタ等の温度センサが取り付けられた温度センサ付き水晶振動子が幅広く使用されている。
 このような温度センサ付き水晶振動子はセラミックからなるパッケージに水晶振動子が収納されるとともに、その外側にサーミスタが取り付けられ、水晶振動子を取り巻く環境温度を検出する構成となっている(特許文献1参照)。
 また、上記電子機器はその用途によっては小型化、薄型化が求められる場合があり、このような場合、超小型化あるいは超薄型化の水晶振動デバイスが要求される。例えばモバイル機器、ウェアラブル機器等においては、超小型化あるいは超薄型化の水晶振動デバイスが要求される。
 このような需要に対応する水晶振動デバイスとして、水晶振動板を薄板封止部材で上下から気密封止した三層構成の水晶振動デバイスが提案されている(特許文献2参照)。なお、特許文献2においては、三層構成の水晶振動子にファンクション部としてサーミスタが用いられた例が開示されている。
特許第5900582号 特許第5888347号
 特許文献1においては、上下方向に開口した収納部を形成したセラミック製のパッケージを用いている。そして、上部開口部分には水晶振動子を収納し、パッケージに導電接合するとともに、下部開口部分にサーミスタを収納し、パッケージに導電接合した構成を採用している。
 本構成ではセラミック製のパッケージを用い、かつ2つの収納部を有する構成であるので、小型化および薄型化が困難であるという問題があった。また特許文献2においては、三層構成の水晶振動子にサーミスタが形成された構成であるが、水晶振動子とサーミスタの接合部分について、図面を参照すると極めて小さな領域で接合されている構成であるので、伝わった熱が放散しやすく、適切な温度検出ができない場合があり、最終的には水晶振動子に係る温度が正確に検出できず、適切な温度補償ができないことがあった。このような場合、この水晶振動デバイスの電気的特性が不安定となり、ひいてはこれを用いた電子機器の動作が不安定になることになり、電子機器の信頼性を低下させることがあった。
 本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、超小型化、超薄型化に対応するともに、水晶振動デバイスに係る温度変動を安定して適切に検出し、電気的特性に優れた温度センサ付き水晶振動デバイスを提供することを目的とする。
 本発明による温度センサ付き水晶振動デバイスは、水晶振動板と、前記水晶振動板の上面に接合される第1封止部材と、前記水晶振動板の下面に接合される第2封止部材と、からなる水晶振動デバイスと、温度センサとしてのサーミスタ平単板とを具備した温度センサ付き水晶振動デバイスであって、前記第1封止部材と前記サーミスタ平単板には複数の電極パッドが形成され、前記第1封止部材の電極パッドと前記サーミスタ平単板の電極パッドとが導電性樹脂接着剤により面接合されるとともに、前記第1封止部材と前記サーミスタ平単板とが樹脂接着剤により面接合され、前記サーミスタ平単板の第1封止部材との接合面の半分以上が前記導電性樹脂接着剤と前記樹脂接着剤により面接合されてなり、前記導電性樹脂接着剤の熱伝導性は前記樹脂接着剤の熱伝導性より大きい。なお、サーミスタ平単板は、平板状の単層構成のサーミスタ板を意味する。
 上記構成により、各々板状の水晶振動板、第1封止部材、第2封止部材が接合された三層構成の水晶振動デバイスであるので、薄型の水晶振動デバイス構成とすることができる。また、サーミスタ平単板を温度センサとして使用し接合する構成であるので、安定した電気的特性が得られるだけでなく、汎用の積層型サーミスタを使用する場合に比較して、薄型化ならびに小型化に対応した温度センサ付き水晶振動デバイスを得ることができる。
 また、温度センサとしてのサーミスタ平単板を水晶振動デバイスに搭載するにあたり、前記水晶振動デバイスの第1封止部材の表面に前記サーミスタ平単板の平面視面積の半分以上(50%~100%)が前記導電性樹脂接着剤と前記樹脂接着剤により面接合されていることで、水晶振動デバイスと温度センサとしてのサーミスタ平単板との間の熱の流通が十分に行えるため、水晶振動デバイスが感知している環境温度に対してサーミスタ平単板が感知している環境温度の差がなくなり、適切な温度検出ができるようになる。
 水晶振動デバイスとサーミスタ平単板との電気的機械的な接合および機械的な接合は、樹脂接着剤のみを使用しているので、薄型化することで強度的な弱さを生じやすいサーミスタ平単板に対する応力や衝撃を吸収することができ、サーミスタ平単板の割れや欠けをなくすことができる。
 また、第1封止部材とサーミスタ平単板では、熱伝導性の大きな電極パッドが形成されるとともに樹脂接着剤に比較して熱伝導性の大きな導電性樹脂接着剤により接合していることで、外部環境温度の変化により敏感に反応しながら水晶振動デバイスとサーミスタ平単板との間の熱の流通がスムーズに行えるようになる。このため、水晶振動デバイスに係る温度がより正確に検出できるようになる。結果として、より正確な温度補償が実現できるようになり、電気的特性が安定したより信頼性の高い水晶振動デバイスが得られるようになる。
 特に、水晶振動板と第1封止部材と第2封止部材による三層構成の水晶振動デバイスの場合、水晶振動板は環境温度変化に追従しやすくなる傾向にあるが、本発明の構成を組み合わせることで、水晶振動板の温度変動に対応した温度情報を検出することができるより望ましい構成とすることができる。
 また、上記構成に加えて、前記水晶振動板は、一対の励振電極が形成された振動部と、前記振動部の少なくとも一カ所から突出形成された保持部と、前記振動部の外周を取り囲む貫通部と、前記貫通部の外周を取り囲むと共に前記保持部と連結される枠体部とからなる構成であり、前記第1封止部材と第2封止部材は板状構成であるとともに、前記水晶振動板の振動部と前記第1封止部材および第2封止部材とが接触しない状態で、前記水晶振動板の枠体部と前記第1封止部材および第2封止部材とが機械的に接合されており、前記サーミスタ平単板は、前記水晶振動板の振動部と平面視重畳する部分で前記第1封止部材の重心を含む領域で前記樹脂接着剤により面接合され、前記水晶振動板の枠体部と平面視重畳する部分で前記導電性樹脂接着剤により面接合されていてもよい。
 上記構成によれば、水晶振動板の振動部は少なくとも一カ所から突出形成される保持部によりつながっており、第1封止部材および第2封止部材と接触しない状態となっているとともに、水晶振動板の枠体部が第1封止部材および第2封止部材と機械的に接合されているので、水晶振動板の振動部は外部応力に対して影響を受けにくくなる。特に、サーミスタ平単板を接合する際に生じる導電性樹脂接着剤や樹脂接着剤による外部応力の影響を振動部に伝えにくくするため、振動部の特性が安定する。
 また、サーミスタ平単板は、水晶振動板の振動部と平面視重畳する部分で第1封止部材の重心を含む領域で樹脂接着剤により面接合されているので、サーミスタ平単板を接合する際に生じる樹脂接着剤による外部応力の影響を振動部に伝えにくくするだけでなく、この外部応力がサーミスタ平単板自身に対して強く加わることも抑制できる。加えて、水晶振動デバイスとサーミスタ平単板との間の熱の流通が、第1封止部材の重心を通じて無駄なくより効率的に行えるため、一方に偏った放熱などが抑制され、互いの環境温度に対する温度差が生じにくくなる。
 また、サーミスタ平単板は、水晶振動板の枠体部と平面視重畳する部分で熱伝導性の大きな導電性樹脂接着剤により面接合されているので、第1封止部材から水晶振動板への直接的な熱の伝わりが促進されることで、外部環境温度の変化に対応した俊敏な水晶振動デバイスとサーミスタ平単板との間の熱の流通が行えるようになる。このため、水晶振動デバイスに係る温度がさらに正確に検出できるようになる。
 前記導電性樹脂接着剤は、樹脂接着剤に金属粉、金属小片等からなる導電フィラーを添加した構成とし、これら導電性樹脂接着剤は前記両電極パッドを面接合していることで、金属材の良好な熱伝導性により、温度センサはタイムラグが少なく水晶振動デバイスの温度変化を検出することができる。
 また、上記構成に加えて、前記サーミスタ平単板が樹脂材により被覆されていてもよい。例えば、前記サーミスタ平単板の外表面全体を被覆する樹脂材を形成してもよい。この構成では、温度センサに伝わった熱は無用に放熱することがないので水晶振動デバイスにおける温度を正確に検出することができる。
 なお、この温度センサとしてのサーミスタ平単板が検出した温度情報(例えば電流値、電圧値、抵抗値等)は独立した端子により外部と接続される。そして外部補償回路等により、水晶振動デバイスにおける周波数情報を適切に温度補償し、正確な周波数を得ることができる。
 サーミスタ平単板と第1封止部材との接合面は複数の電極パッドが形成され、各電極パッドの合計面積はサーミスタ平単板の平面視面積の40%~85%の大きさであってもよい。ここでいう平面視面積は投影面積を指し、前記面積比率はサーミスタ平単板の投影面積に対する各電極パッドの合計した投影面積を指している。
 サーミスタ平単板は水晶振動デバイスとの接触面積が大きいほど、水晶振動デバイスに係る温度を正確に検出することができる。従ってサーミスタ平単板に形成された電極パッドはサーミスタ平単板の平面視面積に対して大きいほうが良いが、大きすぎると隣接する電極パッドの短絡や導電性樹脂接着剤による短絡が生じやすくなる。前記接触面積が小さくなると水晶振動デバイスの温度検出精度が低下する。従って、各電極パッドの合計面積はサーミスタ平単板の面積の40%~85%の大きさであると、安定的な温度検出を行うことができる。
 前記温度センサとしてのサーミスタ平単板は、板状のサーミスタ平単板(NTCサーミスタ平単板)と、前記サーミスタ平単板の一方の主面に形成された一対の電極パッドと、前記一対の電極パッドに対向した、他方の主面のほぼ全面に形成された1つの共通電極パッドからなる構成であり、前記一対の電極パッドが第1封止部材の電極パッドに導電接合されている構成であってもよい。この構成では、サーミスタ平単板の他方の主面のほぼ全面に形成された共通電極パッドを水晶振動板の振動部に対して重畳させることができ、前記振動部への不要ノイズなどが到達するのを遮るシールドとして機能させることができる。
 サーミスタ平単板は、スクリーン印刷技術あるいはドクターブレード技術等の厚膜形成技術並びに焼成技術により製造した構成で、Mn-Fe-Ni系材料を板状サーミスタウェハに焼結成形している。この板状サーミスタウェハに対して、電極膜(金属膜)をスパッタリングにて形成し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングを行う。最終的には板状サーミスタウェハを個割して、個別のサーミスタ平単板を得る。なお、サーミスタの材料はMn-Fe系材料等であってもよい。
 汎用されているサーミスタ(NTCサーミスタ)は、積層技術によりサーミスタ素材に電極(金属)膜を介して複数層積層した構成であるが、上記構成においては単層のサーミスタ平単板の表裏に電極(金属)膜を形成した構成である。このサーミスタ平単板の一方の主面に一対の電極パッドを形成するとともに、前記一対の電極パッドに対向した他方の主面のほぼ全面に形成された1つの共通電極パッドを形成した構成とすることにより、極めて薄型のサーミスタ平単板を得ることができる。これら電極膜はスパッタリング等のPVDによる成膜技術により形成する。
 なお、前記水晶振動板はATカットまたはSCカットの水晶振動板であってもよく、X-Yカットの水晶振動板等であってもよい。
 本発明によれば、超小型化、超薄型化に対応するともに、水晶振動デバイスに係る温度変動を適切に検出し、電気的特性に優れた温度センサ付き水晶振動デバイスを得ることができる。
本実施の形態にかかる温度センサ付き水晶振動デバイスの各構成を示した分解斜視図である。 水晶振動板の一方の主面の平面図である。 第2封止部材の他方の主面(底面)の平面図である。 図1の各構成部を組み立てた際の模式的な断面図である。 サーミスタ平単板の一方の主面の平面図である。 サーミスタ平単板の他方の主面の平面図である。 他の実施の形態1にかかる温度センサ付き水晶振動デバイスの模式的な断面図である。 他の実施の形態2にかかる温度センサ付き水晶振動デバイスの模式的な断面図である。
 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
 本発明の実施の形態にかかる温度センサ付き水晶振動デバイスXtlは、水晶振動デバイスと温度センサからなり、図1に示すように、水晶振動デバイスXtlは水晶振動板1、第1封止部材2、第2封止部材3からなり、第1封止部材2、水晶振動板1、第2封止部材3の順に重ね合わせて積層した構成である。また、温度センサ4は水晶振動デバイスXtlの上面に導電接合されている。
 水晶振動板1はATカット水晶振動板からなり、全体として矩形の板状である。水晶振動板1は振動部11と、振動部11の2つの角部と連結された保持部13、13tと、振動部11の外周に配置され、前記保持部13,13tと連結される枠体部12とからなる。なお、振動部11と枠体部12間には保持部13,13t以外は周状に貫通部14が形成されている。
 振動部11は各々対向する長辺と短辺とを有する矩形状であり、4つの角部を有している。なお、振動部11は平面で見て正方形であってもよい。また振動部11のほぼ中央部には一主面と他主面(表裏主面)に矩形の励振電極111,112が形成されている。各励振電極111,112の角部には帯状の引出電極111a,112aが接続され、一端辺の両端(振動部の角部)に向かって引き出されている。なお、引出電極111aは保持部13を、引出電極112aは保持部13tをそれぞれ経由して、各々枠体部12に引き出され、最終的には後述する第2封止部材3に形成された端子電極31,32に引き出されている。
 具体的には、引出電極111aは保持部13の表面を通り、枠体部12に形成された金属ビア(貫通金属)V1を介して、他方の主面に引き出され、さらに後述の第2封止部材3に形成された金属ビアV2に接続されている。そして前記金属ビアV2は第2封止部材3の他の主面に形成された端子電極31に電気的に接続されている。また、引出電極112aは保持部13tの裏面を通り、水晶振動板1の他方の面に引き出されており、対向する第2封止部材3に形成された金属ビアV3に電気的接続される。なお、前記金属ビアV3は第2封止部材3の他の主面に形成された端子電極32に電気的に接続されている。
 これら励振電極111,112および引出電極111a,112aは複数層の金属膜からなり、例えば水晶振動板1に接してTi膜が形成され、その上部にAu膜が形成された多層構成である。具体的な各金属膜の厚さの例として、例えばTi膜5nm、Au膜200nmをあげることができるが、所望の特性によりこれらを変更すればよい。
 振動部11の一端辺には、厚肉部11aが形成されている。当該厚肉部11aはX軸方向の一端辺で、Z´軸方向に伸び前記一端辺全体に渡って形成されている。厚肉部11aは振動部11の厚さよりも厚く形成されている。
 図2に示すように、振動部11の一つの角部C1には保持部13が設けられ、またもう一つの角部C2には保持部13tが設けられ、各保持部13,13tは枠体部12とつながっている。本実施の形態においては、振動部11、保持部13,13t、枠体部12が水晶板からフォトリソグラフィ技術並びにウェットエッチング技術を用いて一体的に形成されている。なお、ウェットエッチングに代えて、ドライエッチング技術を用いてもよい。
 図1および図4に示すように、保持部13は振動部11および厚肉部11aよりも厚く構成され、かつ厚肉部11aから保持部13の上面は斜面上のテーパT2が、振動部11から保持部13へも斜面上のテーパT3が各々形成されている。また保持部13は枠体部12に接続されているが、保持部13から枠体部12の上面はテーパT1が形成されている。このような構成によりそれぞれの厚さは、振動部11<厚肉部11a<保持部13<枠体部12、のとおりに設定されている。なお、厚肉部11aと保持部13の厚さは等しくてもよい。これら各テーパの形成により、境界領域を鈍角化することができる。なお、前記境界領域の段差が小さい場合等断線のリスクが低い場合においては、前記テーパを形成しなくても実用上問題ない。
 水晶振動板1の具体的寸法例を以下に示す。水晶振動板1は矩形ATカット水晶板を用い、その外形寸法は横1.2mm、縦が1.0mm、振動部11の外形寸法は横0.7mm、縦0.7mm、枠体部12の幅は横0.2mm、縦0.1mm、保持部13の寸法は横0.05mm、縦0.15mmであり、各構成部の厚さについては、枠体部12の厚さが、0.04mm、保持部13の厚さが0.03mm、厚肉部11aの厚さが0.017mm(17μm)、振動部11は0.005mm(5μm)とした。なお、厚肉部11aの厚さは振動部11の厚さに対して10数μm以上の厚さを有することが、機械的強度を確保する点で好ましい。
 なお、本実施の形態においては、水晶振動板1の一方の主面のみから薄肉化を行った構成を採用しており、例えば一方の主面側のみからエッチング技術により、所望の周波数(厚さ)にまで薄肉加工を行っている。この場合、他方の主面側はエッチングを行わないので、エッチングによる表面の粗面化による振動特性の低下を抑制することができる。なお、両主面から薄肉加工を行う構成を採ってもよい。
 枠体部12の表裏外周端部には周状にシール膜S11,S21が形成され、これらシール膜は前述の電極膜と同様、水晶振動板1に接してTi膜が形成され、その上部にAu膜が形成された多層構成である。
 また、枠体部12の前記保持部13,13tから離れた位置であって、内周側には接続電極121,122が形成されている。前記接続電極121,122は各々枠体部12の上面から内側面を通って枠体部12の下面に渡って形成された帯状の金属膜からなる。これら接続電極121,122の上部は後述の各々金属ビアを介して第1封止部材2の端子電極31,32と接続され、この端子電極31,32と後述の温度センサ4の電極パッド41,42とが電気的につながっている。また、接続電極121,122の下部は後述の各々金属ビアV4,V5を介して第2封止部材3の端子電極33,34とも電気的につながっている。
 第1封止部材2は、矩形で板状のATカット水晶板からなり、水晶振動板1と同様の外形形状並びに外形サイズである。第1封止部材2の他方の主面(水晶振動板1と対向する面)には、シール膜S11に対応した周状のシール膜S12が形成されている。
 また第1封止部材2の一方の主面は、長辺と短辺を有する矩形上の電極パッド21,22が並列して設けられ、前記電極パッド21は金属ビアを介して他方の主面に電極が引き出されており、前記電極パッド22は金属ビアを介して他方の主面に電極が引き出されている。電極パッド21,22は、第1封止部材2の短辺の中心位置で、かつ第1封止部材2の長辺方向(ATカット水晶板のZ'軸方向)の両端部に形成されている。なお、電極パッド21,22は水晶振動板1の配線構成により短辺側(ATカット水晶板のX軸方向)の両端部に形成する構成であってもよい。
 第2封止部材3は、矩形で板状のATカット水晶板からなり、水晶振動板1と同様の外形形状および外形サイズである。第2封止部材3の水晶振動板1と対向する面には、シール膜S21に対応した周状のシール膜S22が形成されている。
 また第2封止部材3の水晶振動板1と対向しない面には、端子電極31,32,33,34が形成されている。各端子電極31,32,33,34は矩形形状で、第2封止部材の各角部に形成されている。端子電極31,32は各々励振電極111,112と電気的につながっており、端子電極33,34は後述の温度センサ4の電極パッド41,42と電気的につながっている。なお、これら端子電極を構成する金属膜はTi膜とNiTi膜とAu膜の積層構成を採っている。
 また第2封止部材3には前記保持部13に対応する領域近傍に表裏に貫通する金属ビアV2が形成され、前述した金属ビアV1と電気的につながっている。また保持部13tに対応する領域近傍に表裏に貫通する金属ビアV3が形成されている。このような構成により上記水晶振動板1に形成された引出電極111aは金属ビアV2を介して端子電極31に、引出電極112aは金属ビアV3を介して端子電極32に、各々接続されている。さらに前記接続電極121,122にそれぞれ対応する金属ビアV4,V5が形成され、金属ビアV4,V5はそれぞれ端子電極33,34に電気的につながっている。このような構成により、水晶振動デバイスXtlの端子電極31,32と温度センサの端子電極33,34はそれぞれ長辺側に並んで、相互に対向する構成となっている。なお、電極配線の設計変更により、水晶振動デバイスXtlの2つの端子電極31,32と温度センサの2つの端子電極33,34とを各々対角に配置する構成としてもよい。
 第1封止部材2の電極パッド21,22には後述する温度センサ4が電気的機械的に接続されている。温度センサ4は矩形形状でNTCのサーミスタ平単板であり、矩形板状のサーミスタ平単板40は厚さG2を有しており、前記サーミスタ平単板40の一方の主面全面に共通電極43が形成され、他方の主面には長辺方向に一定の距離G1を持って矩形の電極パッド41,42が形成されている。電極パッド41,42は、サーミスタ平単板40の短辺の中心位置を含み、かつサーミスタ平単板40の長辺方向の両端部に形成されている。なお、電極パッド41,42はサーミスタ平単板40の配線構成により短辺側の両端部に形成する構成であってもよい。この構成では、サーミスタ平単板40の一方の主面の全面に形成された共通電極43を水晶振動板1の振動部11、より好ましくは振動部11に形成された表裏の励振電極111,112に対して重畳させる位置に配置搭載することで、振動部11への不要ノイズなどが到達するのを遮るシールドとして機能させることができる。
 前記温度センサ4は、サーミスタ平単板40に形成された一方の電極パッド41と他方の電極パッド42で抵抗体としての端子を構成するが、導電経路は前記一方の電極パッド41から共通電極43を介して前記他方の電極パッド42に流れる。このような構成により導電経路の断面積を大きく増し、また電極パッド41,42と共通電極43の面同士で対向する経路と出来る為、少ない面積で抵抗値を下げ、特性が安定しやすく、耐電圧も向上させることができる。
 ところで、電極パッド41,42が接近した構成とした場合、印加する電圧にも依存するが、導電経路が電極パッド41から42への流路が支配的になり、所望の抵抗値が得られないことがあった。従って、実施においては、電極パッド41と共通電極43間の距離G2aと電極パッド42と共通電極43間の距離G2b、並びに電極パッド41,42間の距離G1とは、G2a+G2b<G1を満たすような設定としている。このような設定により、所望の抵抗値が得られ、温度センサ4としての精度を安定化させることができる。
 温度センサ4は水晶振動デバイスXtlとの接触面積が大きいほど、水晶振動デバイスXtlに係る温度を正確に検出することができる。従って温度センサ4に形成された電極パッド41,42は温度センサ4の面積に対して大きいほうが良いが、大きすぎると隣接する電極パッド41,42の短絡や導電性樹脂接着剤による短絡が生じやすくなる。前記接触面積が小さくなると水晶振動デバイスXtlの温度検出精度が低下する。従って、所望する抵抗値にもよるが、各電極パッド41,42の合計面積は温度センサ4の面積の40%~85%の大きさであると、安定的な温度検出を行うことができる。40%以下の大きさであると、温度センサ4の電極パッド41,42が小さくなりすぎ、水晶振動デバイスXtlの温度情報を正確に検出することができなくなるとともに、温度センサ4にサーミスタを用いた場合、その抵抗値が高くなりすぎ、温度センサ4としての温度検出能が低下する可能性がある。また85%以上の大きさであると導電性樹脂接着剤を含めた短絡のリスクが増加し、短絡が生じると温度センサ4として機能しなくなる。
 具体的な寸法例を以下に示す。温度センサ4の外形サイズ(サーミスタの外形サイズ)は長辺1.2mm、短辺0.6mm、厚さ0.05mmであり、その面積は0.72mm2となる。またサーミスタ平単板40に形成される各電極パッド41,42の外形サイズは長辺0.6mm(サーミスタ平単板40の短辺側)、短辺0.4mm(サーミスタ平単板40の長辺側)であり、その面積は0.24mm2となる。このような構成により、各電極パッド41,42の合計面積は温度センサ4の面積の66%程度に設定されており、また前記電極パッド41と共通電極43間の距離G2aと前記電極パッド42と共通電極43間の距離G2bはそれぞれ0.05mm、前記電極パッド41,42間の距離G1は0.4mmに設定しており、前記G2a+G2b<G1 が成り立つように設定している。
 他の具体例を以下に示す。温度センサ4の外形サイズ(サーミスタの外形サイズ)は長辺0.8mm、短辺0.6mm、厚さ0.05mmであり、その面積は0.48mm2となる。またサーミスタ平単板40に形成される各電極パッド41,42の外形サイズは長辺0.52mm(サーミスタ平単板40の短辺側)、短辺0.3mm(サーミスタ平単板40の長辺側)であり、その面積は0.156mm2となる。このような構成により、各電極パッド41,42の合計面積は温度センサ4の面積の65%程度に設定されており、また前記電極パッド41と共通電極間の距離G2aと前記電極パッド42と共通電極43間の距離G2bはそれぞれ0.05mm、前記電極パッド41,42間の距離G1は0.12mmに設定しており、前記G2a+G2b<G1 が成り立つように設定している。
 さらに他の具体例を以下に示す。温度センサ4の外形サイズ(サーミスタの外形サイズ)は長辺0.7mm、短辺0.6mm、厚さ0.04mmであり、その面積は0.42mm2となる。またサーミスタ平単板40に形成される各電極パッド41,42の外形サイズは長辺0.58mm(サーミスタ平単板40の短辺側)、短辺0.3mm(サーミスタ平単板40の長辺側)であり、その面積は0.174mm2となる。このような構成により、各電極パッド41,42の合計面積は温度センサ4の面積の83%程度に設定されており、また前記電極パッド41と共通電極間の距離G2aと前記電極パッド42と共通電極43間の距離G2bはそれぞれ0.04mm、前記電極パッド41,42間の距離G1は0.09mmに設定しており、前記G2a+G2b<G1 が成り立つように設定している。なお、上記寸法は水晶振動デバイスのサイズ、特性や、温度センサ付き水晶振動デバイスの要求仕様に応じて適宜デザインすればよい。
 サーミスタ平単板40は、例えばMn-Fe-Ni系材料をバインダー等とともにスラリー状にし、スクリーン印刷技術あるいはドクターブレード技術等の厚膜形成技術を用いて板状サーミスタウェハのグリーンシートを作成し、これを焼成技術により板状サーミスタウェハを焼結成形する。なお、Mn-Fe-Ni系の材料に限らず、Mn-Co系やFe-Ni系の材料を用いてもよい。
 この板状サーミスタウェハに対して、電極膜(金属膜)をスパッタリングにて形成し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングを行う。具体的な金属材料としては、端子電極を構成する金属膜と同様の、Ti膜とNiTi膜とAu膜の積層構成を採ってもよいし、他の金属膜構成としてもよい。前記Ti膜とNiTi膜とAu膜の積層構成を採用した場合、最終的にサーミスタを実装基板にハンダ接合した場合に、ハンダ喰われが生じにくく安定した導電接合を行うことができる。また、電極パッド41,42の金属膜構成と共通電極43の金属膜構成を異ならせてもよく、例えば、電極パッド41,42の金属膜構成を前記Ti膜とNiTi膜とAu膜の積層構成とし、共通電極43の金属膜構成をTi膜とAu膜の積層構成としてもよい。
 このように単層のサーミスタ平単板40に、金属膜をスパッタリング等の薄膜形成手段で構成することにより、極めて薄肉のサーミスタ平単板40を得ることができる。なお、サーミスタ平単板40は板状サーミスタウェハ状態でその表面をラッピング研磨することにより、その表面粗さを小さくしてもよい。このような構成により、電極膜(金属膜)を安定的に成膜でき、製造精度を向上させることができるので、温度センサ4としての性能を高精度にすることができる。
 図4に示すように、水晶振動デバイスXtlは第1封止部材2、水晶振動板1、第2封止部材3の順に重ね合わせて積層した構成である。前述のとおり、これら各構成部材は水晶板からなり、その表面は鏡面研磨により平滑面となっている。具体例としては、平均表面粗さRa=0.3~0.1nmであるのが好ましい。このような平滑な表面に前記シール膜S11、S12、S21,S22を形成することにより、その表面の金属膜(最上層Au膜)も非常に平滑な表面状態となっている。
 脆性物の水晶からなる第1封止部材2と水晶振動板1、および水晶振動板1と脆性物の水晶からなる第2封止部材3の接合は、上記金属膜のAuに対して表面処理を行った後、拡散接合法により、両者を加圧接合することにより行う(金金拡散接合)。これにより、水晶振動板1の振動部11は、シール部S1(シール膜S11,S12),S2(シール膜S21,S22)により各封止部材2,3並びに枠体部12に囲まれた状態で気密封止される。この時、水晶振動板1の振動部11と第1封止部材2および第2封止部材3とが接触しない状態で、水晶振動板1の枠体部12と第1封止部材2および第2封止部材3とが機械的に接合されている。なお、気密封止の内部は真空または不活性ガス雰囲気としている。
 本実施の形態によれば、水晶振動板1の振動部11は、2か所のみで突出形成される保持部13,13tによりつながっており、第1封止部材2および第2封止部材3と接触しない状態となっているとともに、水晶振動板1の枠体部12が第1封止部材2および第2封止部材3と機械的に接合されているので、水晶振動板1の振動部11は外部応力に対して影響を受けにくくなる。特に、サーミスタ平単板40を接合する際に生じる導電性樹脂接着剤R1や樹脂接着剤R2による外部応力の影響を振動部に伝えにくくするため、振動部11の特性が安定する。
 上記構成の水晶振動デバイスXtlの上面、すなわち第1封止部材2の一方の主面には温度センサ4が搭載される。水晶振動デバイスXtlの上面に形成された電極パッド21,22と、サーミスタ平単板40からなる温度センサ4に形成された電極パッド41,42を導電性樹脂接着剤R1、R1で面接合する。このとき、水晶振動板1の枠体部12と平面視重畳する部分で導電性樹脂接着剤R1が面接合されている。
 前記電極パッド21,22は前記電極パッド41,42より面積が広く構成されており、これにより導電性樹脂接着剤R1,R1はフィレットを有する状態で水晶振動デバイスXtlと温度センサ4を導電接合することができるので、両者間の接合強度を向上させることができる。前記導電性樹脂接着剤R1は、例えばペースト状のシリコーン系樹脂接合材に銀粉や銀片等の導電フィラーを添加した構成で、熱伝導性に優れている。
 また、温度センサ4は、水晶振動板1の振動部11と平面視重畳する部分で第1封止部材2の重心Oを含む領域で、前記導電性樹脂接着剤R1、R1の間にある空白領域を埋めるようにして第1封止部材2と温度センサ4が樹脂接着剤R2により面接合する。樹脂接着剤R2は、例えばペースト状のエポキシ系樹脂接合材からなり、導電性樹脂接着剤R1より熱伝導率が低い構成とし、導電性樹脂接着剤R1より鉛筆硬度を低くした構成としている。
 なお、水晶の結晶軸のうち熱膨張係数がより大きくなる軸方向の両端部に柔らかい(鉛筆硬度が低い)導電性樹脂接着剤R1を配列してもよい。ATカット水晶板の場合、平面はX軸とZ’軸になるが、熱膨張係数はZ’軸方向の方が小さくなるため、Z’軸方向に沿って(Z’軸方向の両端部)より柔らかい導電性樹脂接着剤R1を配置してもよい。
 また、本実施の形態では、水晶からなる第1封止部材2よりもMn-Fe-Ni系材料からなるサーミスタ平単板40の方の熱膨張係数が小さく、特に長辺方向の熱膨張差が大きく生じるため、長辺方向の両端部により柔らかい導電性樹脂接着剤R1を配置することで熱応力に対する影響度を緩和する構成としている。
 本実施の形態においては、第1封止部材2の表面に温度センサ4の平面視面積の半分以上が導電性樹脂接着剤R1と樹脂接着剤R2により面接合されている。具体的に、導電性樹脂接着剤R1により温度センサ4の平面視面積の66%程度が面接合され、樹脂接着剤R2により温度センサ4の平面視面積の30%程度が面接合されることで、トータルで温度センサ4の平面視面積の96%程度が面接合されている。
 本実施の形態では、水晶振動デバイスXtlとサーミスタ平単板40との電気的機械的な接合および機械的な接合は、各樹脂接着剤(導電性樹脂接着剤R1と樹脂接着剤R2)のみにより面接合していることで、薄型化することで強度的な弱さを生じやすいサーミスタ平単板40に対する応力や衝撃を吸収することができ、サーミスタ平単板40の割れや欠けをなくすことができる。
 また、導電性樹脂接着剤R1の平面視面積の方が樹脂接着剤R2の平面視面積より大きいため、前記電極パッド同士熱伝導が良好であることに加え、温度センサ4による水晶振動デバイスXtlの温度検出をタイムラグが少ない状態で高精度に測定することができる。なお、この2種類の樹脂接着剤によるトータルの面接合による平面視面積は、少なくとも50%以上で形成されていればよい。このように構成することで、水晶振動デバイスXtlと温度センサ4としてのサーミスタ平単板40との間の熱の流通が十分に行えるため、水晶振動デバイスXtlが感知している環境温度に対してサーミスタ平単板40が感知している環境温度の差がなくなり、適切な温度検出ができるようになる。
 また、サーミスタ平単板40は、水晶振動板1の振動部11と平面視重畳する部分で第1封止部材2の重心を含む領域で樹脂接着剤R2により面接合されているので、サーミスタ平単板40を接合する際に生じる樹脂接着剤R2による外部応力の影響を振動部11に伝えにくくするだけでなく、この外部応力がサーミスタ平単板40自身に対して強く加わることも抑制できる。加えて、水晶振動デバイスXtlとサーミスタ平単板40との間の熱の流通が、第1封止部材2の重心Oを通じて無駄なくより効率的に行えるため、一方に偏った放熱などが抑制され、互いの環境温度に対する温度差が生じにくくなる。
 また、サーミスタ平単板40は、水晶振動板1の枠体部12と平面視重畳する部分で熱伝導性の大きな導電性樹脂接着剤R1により面接合されているので、第1封止部材2から水晶振動板1への直接的な熱の伝わりが促進されることで、外部環境温度の変化に対応した俊敏な水晶振動デバイスXtlとサーミスタ平単板40との間の熱の流通がスムーズに行えるようになる。このため、水晶振動デバイスXtlに係る温度がさらに正確に検出できるようになる。
 なお、前記導電性樹脂接着剤R1および前記樹脂接着剤R2は例示した樹脂材料に限らず、シリコーン系樹脂やウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂等から最適な組み合わせた構成としてもよい。
 本実施の形態では、各々板状の水晶振動板1、第1封止部材2、第2封止部材3が接合された三層構成の水晶振動デバイスXtlであるので、薄型の水晶振動デバイス構成とすることができる。また、サーミスタ平単板40を温度センサ4として使用し接合する構成であるので、安定した電気的特性が得られるだけでなく、汎用の積層型サーミスタを使用する場合に比較して、薄型化ならびに小型化に対応した温度センサ付き水晶振動デバイスを得ることができる。
 また、第1封止部材2とサーミスタ平単板40の端部では、熱伝導性の大きな電極パッドが形成されるとともに樹脂接着剤R2に比較して熱伝導性の大きな導電性樹脂接着剤R1により接合していることで、外部環境温度の変化により敏感に反応しながら水晶振動デバイスXtlとサーミスタ平単板40との間の熱の流通が行えるようになる。このため、水晶振動デバイスXtlに係る温度がより正確に検出できるようになる。
 なお、上記構成の水晶振動デバイスXtlは、温度センサ4としてのサーミスタ平単板40が検出した温度情報(例えば電流値、電圧値、抵抗値等)は独立した端子電極33,34により外部と接続される。そして外部補償回路等により、水晶振動デバイスXtlにおける周波数情報を適切に温度補償し、正確な周波数を得ることができる。
 本実施の形態によれば、振動部11において保持部13,13tの形成された一端辺のほぼ全域に沿って厚肉部11aが形成されている構成となっており、他の端辺は高周波数に対応した薄肉の振動板の厚さの構成となる。従って、振動部11で励起された振動は、厚肉部11aによる境界条件の影響を受けにくい状態で振動を行わせることができ、これによりスプリアス等が生じにくく、またCI値(直列共振抵抗)も良好な状態に保つことができる水晶振動板1を得ることができる。また厚肉部11aにより振動部11の機械的強度も向上させることができる。なお、本実施の形態の振動部11について、厚肉部11aを形成しない構成としてもよい。この場合、振動部11の励振電極111,112の面積をより大きく形成することができる。
 また、前述のとおり、保持部13は厚肉部11aより厚いかあるいは同じ厚さを有し、かつ枠体部12と保持部13間、厚肉部11aと振動部11間にはテーパ部が形成された構成としている。前述のとおりこのテーパ形成により境界を鈍角化することができる。これにより励振電極111から水晶振動板1の一端辺に引き出された引出電極111aはこのテーパ部上に形成されており、鋭角な角部領域(段差部)を通らない構成となっているので、電極の導通低下や電極断線を防ぐことができる。これにより良好な電気的特性の水晶振動板1を得ることができる。
 本実施の形態によれば、枠体部12と振動部11は複数の保持部13,13tによりつながった構成であるが、保持部13tの厚さは、保持部13の厚さより小さい構成を採っている。従って、複数の保持部による保持により機械的強度を安定させるとともに、厚さの小さい(薄い)保持部13tを設けることにより、振動部11の振動を阻害することを抑制することができる。これにより水晶振動デバイスXtlとしての電気的特性低下を抑制し、実用的な電気的性能を確保することができる。また、本実施の形態に限らず、保持部13の一カ所のみで振動部11をつないだ構成としてもよい。
 なお、水晶振動板1において、前記貫通部14に代えてこれを薄肉部で構成してもよい。この場合、保持部と薄肉部により振動部11が枠体部12とつながった構成となる。
 なお、本実施の形態において、励振電極の金属膜および封止用の金属膜の例にTi、Auの多層構成を例示したが、この金属膜に限定されるものではない。例えば、Ti、NiTi、Auの多層構成でもよい。
 また各封止部材2,3と水晶振動板1との接合を拡散接合法により行ったが、例えば、AuSn合金ろう材によるろう接であってもよいし、また他のろう材、例えばSn合金ろうを用いてもよい。このろう接の場合は、金属膜構成も異なり、例えば、Cr下地層に、AgやCu膜を形成した構成、あるいはAuとの合金膜を形成した構成であってもよい。
 上述の説明において、第1封止部材2、第2封止部材3の材料は水晶板を用いたが、水晶板に代えてガラス材あるいはセラミック材などの他の脆性材料からなる封止体を用いてもよい。またその形状も板状構成を例示したが、水晶振動板1と対向する位置に凹部を設けてもよい。このように凹部を設けた場合は、振動部11と封止部材の接触の機会を低下させることができるので、水晶振動デバイスXtlとしての特性を安定化させることができる。
 なお、温度センサ4は、一方の主面全面に共通電極43が形成され、他方の主面には長辺方向に一定の距離G1を持って電極パッド41,42が形成されている構成としたが、他方の主面に分割電極のみを形成する構成としてもよい。また、NTCサーミスタに限らずPTCサーミスタに置き換えてもよい。
 他の実施の形態1を図7とともに説明する。図7においては水晶振動デバイスXtlの詳細な構成は割愛して示している。水晶振動デバイスXtlの上面に温度センサ4が搭載された構成であるが、温度センサ4の構成が上記実施の形態とは異なっている。
 具体的には、温度センサ4は、サーミスタ平単板40の他方の主面に電極パッド44,45が形成された構成であり、電極間ギャップG3が形成されているが、サーミスタ平単板40の一方の主面には電極膜が形成されていない。従って、電極パッド44,45間で導電経路が形成され、サーミスタとして機能する。
 前記電極パッド44,45を第1封止部材2の上面の電極パッド23,24と導電性樹脂接着剤R1にて接合することにより、両電極パッドが導電的に面接合され、これにより熱伝導性の良好な状態で両者を接合する。なお本実施の形態においては、導電接合材間に熱伝導性の良好な樹脂接着剤R2を充てんしている。これら構成により、温度センサ4の他方の主面は全面に渡って水晶振動デバイスXtlと面接合された状態となっている。
 本実施の形態においてはサーミスタ平単板40からなる温度センサ4を樹脂材R3で被覆する構成としている。樹脂材R3は水晶振動デバイスXtlの上面を覆う構成で、温度センサ4や水晶振動デバイスXtlに設けられた電極パッド23,24や導電性樹脂接着剤R1、樹脂接着剤R2を被覆する構成としている。ここで用いる樹脂材R3はエポキシ系樹脂にシリカ(SiO2)フィラーを添加した構成で、前記導電性樹脂接着剤R1より熱伝導率が低い構成としている。なお、樹脂材R3はエポキシ系樹脂以外にウレタン系樹脂や、シリコーン系樹脂等の他の樹脂材を用いてもよい。このような構成により、温度センサ4で検出した熱が外部に逃げることを抑制する効果を得ることができる。
 本実施の形態の構成により、水晶振動デバイスXtlの温度変動を導電性樹脂接着剤R1および樹脂接着剤R2を介してタイムラグが少なく温度センサ4にて検出することができ、また温度センサ4が端部に形成された導電性樹脂接着剤R1より熱伝導率の低い樹脂材R3で被覆されていることにより、温度センサ4の吸熱した温度も外部に漏れることがない。これにより水晶振動デバイスXtlの動作している温度を正確に検出することができるので、高精度な温度検出を行うことができる。なお、水晶振動デバイスXtlの上面には温度センサ4に加えて、発振回路や温度補償回路を備えたIC部品を搭載し、水晶振動デバイスXtlや温度センサ4と導電接合してもよい。このような構成により温度補償型水晶発振器を構成した水晶振動デバイスXtlを得ることができる。
 他の実施の形態2を図8とともに説明する。図8においては水晶振動デバイスXtlの詳細な構成は割愛して示している。水晶振動デバイスXtlの上面に温度センサ4が搭載された構成であり、温度センサ4の構成は上記他の実施の形態1(図7参照)と同様であるが、温度センサ4の配置が上記他の実施の形態1とは異なっている。
 第1封止部材2の上面には電極パッド23,24が形成されている。これら電極パッド23,24は上記他の実施の形態1(図7参照)と異なって、図面の向かって左側に偏って形成されている。その結果、第1封止部材2の上面には電極パッドが形成されない領域が確保できる。当該領域は調整領域25として用いることができる。調整領域25は第1封止部材2が透光性材料からなる場合、レーザービーム等のエネルギービームBを透過させることができる。よって、当該エネルギービームBを水晶振動板1に形成された金属膜に照射することでこれら金属膜を一部除去する等により、水晶振動デバイスXtlの周波数を調整することができる。
 また、予め調整用金属膜を第1封止部材2の内側に形成しておき、この調整用金属膜にエネルギービームBを照射することにより、調整用金属膜を気化させ水晶振動板1に形成された金属膜に付着させることにより、水晶振動デバイスXtlの周波数を調整することができる。
 そして、第1封止部材2の上面(一方の主面)全体に渡って樹脂材R3を被覆形成している。これにより温度センサ4全体も樹脂材R3に被覆された構成となる。なお前記樹脂材R3は、温度センサ4搭載領域のみに形成してもよい。この場合前記調整領域25が樹脂材R3に被覆されないので、温度センサ4接合後にエネルギービームBによる周波数調整を行うことができるという利点を有する。
 本実施の形態によれば、温度センサ4が水晶振動デバイスXtlとほぼ他方の主面全面に渡って、導電性樹脂接着剤R1と樹脂接着剤R2で接合されているので、水晶振動デバイスXtlの温度変化を正確に温度センサ4が確実かつ正確に捕捉することができる。また樹脂材R3により、被覆することにより、熱の放散も抑制できる。これら構成により、高精度な温度検出を行うことができる温度センサ付き水晶振動デバイスを得ることができる。さらに調整領域25により、水晶振動デバイスXtlの周波数を気密封止後あるいは温度センサ4取付後に調整することができるので、電気的特性を向上させることができる。
 今回開示した実施の形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。
 この出願は、2021年10月26日に日本で出願された特願2021-174379号に基づく優先権を請求する。これに言及することにより、その全ての内容は本出願に組み込まれるものである。
 Xtl  水晶振動デバイス
 1  水晶振動板
 11  振動部
 111,112  励振電極
 111a,112a  引出電極
 12  枠体部
 13,13t  保持部
 14  貫通部
 2  第1封止部材
 3  第2封止部材
 4  温度センサ
 40  サーミスタ平単板
 S11,S12,S21,S22  シール膜
 S1,S2  シール部
 T1,T2,T3  テーパ
 V1,V2,V3、V4,V5  金属ビア
 R1  導電性樹脂接着剤
 R2  樹脂接着剤
 R3  樹脂材

Claims (3)

  1.  水晶振動板と、前記水晶振動板の上面に接合される第1封止部材と、前記水晶振動板の下面に接合される第2封止部材と、からなる水晶振動デバイスと、
     温度センサとしてのサーミスタ平単板とを具備した温度センサ付き水晶振動デバイスであって、
     前記第1封止部材と前記サーミスタ平単板には複数の電極パッドが形成され、前記第1封止部材の電極パッドと前記サーミスタ平単板の電極パッドとが導電性樹脂接着剤により面接合されるとともに、
     前記第1封止部材と前記サーミスタ平単板とが樹脂接着剤により面接合され、
    前記サーミスタ平単板の第1封止部材との接合面の半分以上が前記導電性樹脂接着剤と前記樹脂接着剤により面接合されてなり、
     前記導電性樹脂接着剤の熱伝導性は前記樹脂接着剤の熱伝導性より大きい、ことを特徴とする温度センサ付き水晶振動デバイス。
  2.  請求項1記載の温度センサ付き水晶振動デバイスにおいて、
     前記水晶振動板は、一対の励振電極が形成された振動部と、前記振動部の少なくとも一カ所から突出形成された保持部と、前記振動部の外周を取り囲む貫通部と、前記貫通部の外周を取り囲むと共に前記保持部と連結される枠体部とからなる構成であり、
     前記第1封止部材と第2封止部材は板状構成であるとともに、
     前記水晶振動板の振動部と前記第1封止部材および第2封止部材とが接触しない状態で、前記水晶振動板の枠体部と前記第1封止部材および第2封止部材とが機械的に接合されており、
     前記サーミスタ平単板は、前記水晶振動板の振動部と平面視重畳する部分で前記第1封止部材の重心を含む領域で前記樹脂接着剤により面接合され、前記水晶振動板の枠体部と平面視重畳する部分で前記導電性樹脂接着剤により面接合されてなる、ことを特徴とする温度センサ付き水晶振動デバイス。
  3.  請求項1または2記載の温度センサ付き水晶振動デバイスにおいて、
     前記サーミスタ平単板が樹脂材により被覆されている、ことを特徴とする温度センサ付き水晶振動デバイス。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009130665A (ja) * 2007-11-26 2009-06-11 Epson Toyocom Corp 圧電発振器
JP2009152717A (ja) * 2007-12-19 2009-07-09 Epson Toyocom Corp 圧電素子
JP2015073211A (ja) * 2013-10-03 2015-04-16 日本電波工業株式会社 圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法
JP2019211229A (ja) * 2018-05-31 2019-12-12 株式会社大真空 温度センサ、及びこれを備えた圧電振動デバイス

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009130665A (ja) * 2007-11-26 2009-06-11 Epson Toyocom Corp 圧電発振器
JP2009152717A (ja) * 2007-12-19 2009-07-09 Epson Toyocom Corp 圧電素子
JP2015073211A (ja) * 2013-10-03 2015-04-16 日本電波工業株式会社 圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法
JP2019211229A (ja) * 2018-05-31 2019-12-12 株式会社大真空 温度センサ、及びこれを備えた圧電振動デバイス

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