JP6282843B2 - 水晶デバイス - Google Patents

Description

本発明は、例えば電子機器等に用いられる水晶デバイスに関するものである。

水晶振動子は、水晶素子の圧電効果を利用して、特定の周波数を発生させるものである。基板と、基板の下面の外周縁に沿って設けられた枠体と、基板の上面に設けられた電極パッドに実装された水晶素子と、基板の下面に設けられた感温素子と、を備えた水晶振動子が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

２０１１−２１１３４０号公報

上述した水晶デバイスは、基板の下面に枠体を設け、枠体内に感温素子を実装している。また、基板の外部端子と接続するため、圧電素子及び感温素子と電気的に接続する配線が基板の内部及び表面に形成されている。そのため、基板の薄型化が困難であると共に、感温素子を実装する空間を形成するために枠体を削除することができないため、これ以上水晶デバイスを薄型化するのが困難であった。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、感温素子を実装すると共に、薄型化が可能な水晶デバイスを提供することにある。

本発明の一つの態様による水晶振動子は、基板と、基板の上面に設けられた電極パッドと、基板の下面に設けられた外部端子と、基板の上下方向に貫通するように設けられた貫通孔と、貫通孔内の向かい合う面に設けられた接続パッドと、接続パッドに導電性接合材を介して実装された感温素子と、貫通孔の上開口部を塞ぐように設けられ、導電性接合部材よりも融点が高い保護部材と、電極パッドに実装された水晶素子と、水晶素子を気密封止するために、基板の上面に設けられた封止蓋体と、基板の上面と封止蓋体の下面との間に設けられた接合部材と、を備えていることを特徴とするものである。

本発明の一つの態様による水晶振動子は、基板の上下方向に貫通するように設けられた貫通孔と、貫通孔内の向かい合う面に設けられた接続パッドと、接続パッドに導電性接合材を介して実装された感温素子と、貫通孔の上開口部を塞ぐように設けられ、導電性接合部材よりも融点が高い保護部材と、を備えていることを特徴とするものである。このようにすることによって、感温素子を実装するためのスペースは貫通孔内に確保されることになり、従来の水晶振動子と比して枠体を削除することができるので、水晶振動子は、枠体の厚み分の薄型化をすることが可能となる。

本実施形態における水晶デバイスを示す分解斜視図である。 図１に示された水晶デバイスのＡ−Ａにおける断面図である。 （ａ）本実施形態における水晶デバイスを構成する基板を上面から見た平面図であり、（ｂ）本実施形態における水晶デバイスを構成する基板を下面から見た平面図である。 （ａ）本実施形態の第一変形例における水晶デバイスを構成する基板を上面から見た平面図であり、（ｂ）本実施形態の第一変形例における水晶デバイスを構成する基板を下面から見た平面図である。 （ａ）本実施形態の第二変形例における水晶デバイスを構成する水晶素子を実装した状態を示す平面図であり、（ｂ）本実施形態の第二変形例における水晶デバイスを構成する基板を下面から見た平面図である。 （ａ）本実施形態の第三変形例における水晶デバイスを構成する水晶素子を実装した状態を示す平面図であり、（ｂ）本実施形態の第二変形例における水晶デバイスを構成する基板を下面から見た平面図である。 （ａ）本実施形態の第四変形例における水晶デバイスを構成する基板を上面から見た平面図であり、（ｂ）本実施形態の第四変形例における水晶デバイスを構成する基板を下面から見た平面図である。 （ａ）本実施形態の第五変形例における水晶デバイスを構成する基板を上面から見た平面図であり、（ｂ）本実施形態の第五変形例における水晶デバイスを構成する基板を下面から見た平面図である。

本実施形態における水晶デバイスは、図１及び図２に示されているように、基板１１０と、基板１１０の上面に接合された水晶素子１２０と、水晶素子１２０を気密封止するための封止蓋体１３０と、基板１１０の貫通孔Ｈ内に実装された感温素子１６０とを含んでいる。このような水晶デバイスは、電子機器等で使用する基準信号を出力するのに用いられる。

基板１１０は、矩形状であり、上面で実装された水晶素子１２０を、貫通孔Ｈ内部で感温素子１６０を実装するための実装部材として機能するものである。基板１１０の一辺に沿って、水晶素子１２０を接合するための第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂが設けられている。基板１１０の一辺と対向する一辺に沿って第三電極パッド１１１ｃが設けられている。基板１１０の下面の四隅には、外部端子１１２が設けられている。また、四つの外部端子１１２の内の二つが、水晶素子１２０と電気的に接続されて、水晶素子１２０の入出力端子として用いられる。

基板１１０の中央付近で、基板１１０の上下方向に貫通した貫通孔Ｈが設けられている。貫通孔Ｈの上開口部及び下開口部は、平面視すると、矩形状になっている。貫通孔Ｈは、図１及び図２に示されているように、貫通孔Ｈ内の向かい合う面にそれぞれ一つずつ接続パッド１１６が設けられている。接続パッド１１６は、第一接続パッド１１６ａと第二接続パッド１１６ｂによって構成されている。接続パッド１１６は、図１及び図２に示されているように、内部の一つの面から基板１１０の上下面にある貫通孔Ｈの外周縁にかかるようにして設けられている。また、四つの外部端子１１２の内の残りの二つが、感温素子１６０と電気的に接続されている。

基板１１０は、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなる。基板１１０は、絶縁層を一層用いたものであっても、絶縁層を複数層積層したものであってもよい。基板１１０の上面及び下面には、上面に設けられた電極パッド１１１と下面の外部端子１１２とを電気的に接続するための配線パターン１１３がそれぞれ設けられている。また、基板１１０の上面には、第二電極パッド１１１ｂと第三電極パッド１１１ｃとを電気的に接続するための電極パターン１１５が設けられている。

基板１１０の第一電極パッド１１１ａ、第二電極パッド１１１ｂ及び第三電極パッド１１１ｃは、図１〜図３に示すように、水晶素子１２０を実装するために用いられている。また、第三電極パッド１１１ｃは、水晶素子１２０が第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂ上に実装されている場合には、水晶素子１２０の外周縁が基板１１０と接触することを抑制するために用いられている。第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂは、図３に示すように、基板１１０の一辺に沿って設けられており、第三電極パッド１１１ｃは、基板１１０の一辺と対向する一辺に沿って設けられている。また、第一電極パッド１１１ａと第三電極パッド１１１ｃとは、基板１１０の上面の対角の位置に設けられている。また、電極パッド１１１は、基板１１０の上面及び下面に設けられた配線パターン１１３及び基板１１０の角部に設けられた導体部１１４を介して、外部端子１１２と電気的に接続されている。外部端子１１２は、基板１１０の下面の四隅に、基板１１０の外周縁に沿って設けられている。

電極パッド１１１は、図３に示すように、第一電極パッド１１１ａ、第二電極パッド１１１ｂ及び第三電極パッド１１１ｃによって構成されている。また、外部端子１１２は、図３（ｂ）に示すように第一外部端子１１２ａ、第二外部端子１１２ｂ、第三外部端子１１２ｃ及び第四外部端子１１２ｄによって構成されている。配線パターン１１３は、図３に示すように、第一配線パターン１１３ａ及び第二配線パターン１１３ｂによって構成され、導体部１１４は、第一導体部１１４ａ及び第二導体部１１４ｂによって構成されている。第二電極パッド１１１ｂと第二外部端子１１２ｂとは、基板１１０の上面及び下面に設けられた第一配線パターン１１３ａと、基板１１０の角部に設けられた第一導体部１１４ａにより接続されている。第三電極パッド１１１ｃと第四外部端子１１２ｄとは、基板１１０の上面及び下面に設けられた第二配線パターン１１３ｂと、基板１１０の角部に設けられた第二導体部１１４ｂにより接続されている。また、第一電極パッド１１１ａと第三電極パッド１１１ｃとは、基板１１０の上面に設けられている電極パターン１１５により電気的に接続されている。よって、第一電極パッド１１１ａは、第三電極パッド１１１ｃを介して第四外部端子１１２ｄと電気的に接続されることになる。

外部端子１１２は、外部の電子機器等を構成する実装基板上に実装するために用いられている。外部端子１１２は、基板１１０の下面の四隅に設けられている。外部端子１１２の内の二つの端子は、基板１１０の上面に設けられた一対の電極パッド１１１とそれぞれ電気的に接続されている。また、電極パッド１１１と電気的に接続されている外部端子１１２は、基板１１０の下面の対角に位置するように設けられている。また、第三外部端子１１２ｃが、外部の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッドと接続されている。

また、電極パッド１１１及び外部端子１１２は、基板１１０に沿って設けられた形状となっている。ここで基板１１０を平面視したときの長辺の寸法が、１．２〜２．５ｍｍであり、短辺の寸法が、１．０〜２．０ｍｍである場合を例にして、電極パッド１１１及び外部端子１１２の大きさを説明する。第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂの長辺の長さは、０．２０〜０．６０ｍｍであり、短辺の長さは、０．１０〜０．５０ｍｍとなっている。第三電極パッド１１１ｃは、長辺の長さが、０．６０〜１．１０ｍｍであり、短辺の長さは、０．１０〜０．５０ｍｍとなっている。外部端子１１２の長辺の長さは、０．３０〜０．９０ｍｍであり、短辺の長さは、０．２０〜０．６０ｍｍとなっている。

配線パターン１１３は、基板１１０の上面及び下面に設けられ、電極パッド１１１及び外部端子１１２から近傍の基板１１０の角部に向けて引き出されている。第一配線パターン１１３ａの長さと第二配線パターン１１３ｂの長さは、略等しい長さとなる。ここで、略等しい長さとは、基板１１０の上面及び下面に設けられた第一配線パターン１１３ａの長さと基板１１０の上面及び下面に設けられた第二配線パターン１１３ｂの長さとの差が０〜２００μｍ異なるものを含むものとする。配線パターン１１３の長さは、各配線パターン１１３の中心を通る直線の長さを測定したものとする。

導体部１１４は、図３に示すように、基板１１０の角部に設けられた切れ込みの内部に設けられている。導体部１１４の両端は、配線パターン１１３と接続されている。このようにすることで、電極パッド１１１は、配線パターン１１３及び導体部１１４を介して外部端子１１２と電気的に接続されている。また、導体部１１４は、切り込み内に導体ペーストを印刷するようにして設けられているため、基板１１０の上面の外周縁と導体部１１４との境界線箇所の導体部１１４の厚みが薄くなっている。このような導体部１１４は、銀パラジウム合金により形成されており、ガラス成分も含有されている。

電極パターン１１５は、基板１１０の上面に設けられており、その一端で第一電極パッド１１１ａと接続されており、他端で第三電極パッド１１１ｃと電気的に接続されている。このようにすることで、第一電極パッド１１１ａは、第三電極パッド１１１ｃを介して第四外部端子１１２ｄと電気的に接続されることになる。

接続パッド１１６は、感温素子１６０を実装するために用いられている。また、接続パッド１１６は、図３に示すように、第一接続パッド１１６ａ及び第二接続パッド１１６ｂによって構成されている。第一接続パッド１１６ａと第一外部端子１１２ａとは、基板１１０の下面に設けられた第一接続パターン１１７ａにより接続されており、第二接続パッド１１６ｂと第三外部端子１１２ｃとは、基板１１０の下面に設けられた第二接続パターン１１７ｂにより接続されている。

接続パターン１１７は、基板１１０の下面に設けられ、接続パッド１１６からから近傍の外部端子１１２に向けて引き出されている。また、接続パターン１１７は、図３に示すように、第一接続パターン１１７ａ及び第二接続パターン１１７ｂによって構成されている。第一接続パターン１１７ａの長さと第二接続パターン１１７ｂの長さは、略等しい長さとなる。ここで、略等しい長さとは、基板１１０の上面及び下面に設けられた第一接続パターン１１７ａの長さと基板１１０の上面及び下面に設けられた第二接続パターン１１７ｂの長さとの差が０〜２００μｍ異なるものを含むものとする。接続パターン１１７の長さは、各接続パターン１１７の中心を通る直線の長さを測定したものとする。

ここで、基板１１０の作製方法について説明する。基板１１０がアルミナセラミックスから成る場合、まず所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面或いはセラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷等によって所定の導体ペーストを塗布する。さらに、これらのグリーンシートを積層してプレス成形したものを、高温で焼成する。最後に、導体パターンの所定部位、具体的には、電極パッド１１１、外部端子１１２、配線パターン１１３、導体部１１４、電極パターン１１５、接続パッド１１６及び接続パターン１１７となる部位にニッケルメッキ又、金メッキ、銀パラジウム等を施すことにより作製される。また、導体ペーストは、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀又は銀パラジウム等の金属粉末の焼結体等から構成されている。

水晶素子１２０は、図１及び図２に示されているように、導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１上に接合されている。水晶素子１２０は、安定した機械振動と圧電効果により、電子装置等の基準信号を発振する役割を果たしている。

また、水晶素子１２０は、図１及び図３に示されているように、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに励振用電極１２２及び引き出し電極１２３を被着させた構造を有している。励振用電極１２２は、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに金属を所定のパターンで被着・形成したものである。励振用電極１２２は、上面に第一励振用電極１２２ａと、下面に第二励振用電極１２２ｂを備えている。引き出し電極１２３は、励振用電極１２２から水晶素板１２１の一辺に向かってそれぞれ延出されている。引き出し電極１２３は、上面に第一引き出し電極１２３ａと、下面に第二引き出し電極１２３ｂとを備えている。第一引き出し電極１２３ａは、第一励振用電極１２２ａから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。第二引き出し電極１２３ｂは、第二励振用電極１２２ｂから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。つまり、引き出し電極１２３は、水晶素板１２１の長辺又は短辺に沿った形状で設けられている。また、本実施形態においては、第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂと接続されている水晶素子１２０の一端を基板１１０の上面と接続した固定端とし、他端を基板１１０の上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造にて水晶素子１２０が基板１１０上に固定されている。

ここで、水晶素子１２０の動作について説明する。水晶素子１２０は、外部からの交番電圧が引き出し電極１２３から励振用電極１２２を介して水晶素板１２１に印加されると、水晶素板１２１が所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。

ここで、水晶素子１２０の作製方法について説明する。まず、水晶素子１２０は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し、水晶素板１２１の外周の厚みを薄くし、水晶素板１２１の外周部と比べて水晶素板１２１の中央部が厚くなるように設けるベベル加工を行う。そして、水晶素子１２０は、水晶素板１２１の両主面にフォトリソグラフィー技術、蒸着技術又はスパッタリング技術によって、金属膜を被着させることにより、励振用電極１２２、引き出し電極１２３を形成することにより作製される。

水晶素子１２０の基板１１０への接合方法について説明する。まず、導電性接着剤１４０は、例えばディスペンサによって第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂ上に塗布される。水晶素子１２０は、導電性接着剤１４０上に搬送され、導電性接着剤１４０上に載置される。そして導電性接着剤１４０は、加熱硬化させることによって、硬化収縮される。水晶素子１２０は、電極パッド１１１に接合される。つまり、水晶素子１２０の第一引き出し電極１２３ａは、第二電極パッド１１１ｂと接合され、第二引き出し電極１２３ｂは、第一電極パッド１１１ａと接合される。これによって、第二外部端子１１２ｂと第四外部端子１１２ｄが水晶素子１２０と電気的に接続されることになる。

また、水晶素子１２０は、水晶素子１２０の自由端と対向する位置に第三電極パッド１１１ｃが配置されているように実装されている。このようにすることによって、水晶素子１２０の引き出し電極１２３と、電極パッド１１１とが接合している箇所を軸として傾いても、水晶素子１２０の自由端が第三電極パッド１１１ｃに接触するので、基板１１０の上面に水晶素子１２０の自由端が接触することを抑制することできる。仮に、水晶素子１２０の自由端が基板１１０に接触した状態で、落下試験を行うと、水晶素子１２０の自由端が欠けてしまう虞がある。このようにすることで、水晶素子１２０の自由端側が欠けてしまうことを抑えつつ、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することができる。

導電性接着剤１４０は、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケル又はニッケル鉄のうちのいずれか、或いはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。また、バインダーとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用いられる。

感温素子１６０は、サーミスタ、白金測温抵抗体又はダイオード等が用いられている。サーミスタ素子の場合、感温素子１６０には、直方体形状であり、両端に接続端子１６１が設けられている。感温素子１６０は、温度変化によって電気抵抗が顕著な変化を示すものであり、この抵抗値の変化から電圧が変化するため、抵抗値と電圧との関係及び電圧と温度との関係により、出力された電圧から温度情報を得ることができる。感温素子１６０は、第一外部端子１１２ａ及び第三外部端子１１２ｃ間の電圧が、第一外部端子１１２ａ及び第三外部端子１１２ｃを介して水晶振動子の外へ出力されることにより、例えば、電子機器等のメインＩＣ（図示せず）で出力された電圧を温度に換算することで温度情報を得ることができる。このような感温素子１６０を水晶振動子の近くに配置して、これによって得られた水晶振動子の温度情報に応じて、メインＩＣにより水晶振動子を駆動する電圧を制御し、いわゆる温度補償をすることができる。

また、白金測温抵抗体が用いられている場合、感温素子１６０は、直方体形状のセラミック板上の中央に白金を蒸着し、白金電極が設けられている。また、セラミック板の両端には接続端子１６１が設けられている。白金電極と接続端子とは、セラミック板上面に設けられた引き出し電極により接続されている。白金電極の上面を被覆するようにして絶縁性樹脂が設けられている。

また、ダイオードが用いられている場合、感温素子１６０は、半導体素子を半導体素子用基板の上面に実装し、その半導体素子及び半導体素子用基板の上面を絶縁性樹脂で被覆された構造である。半導体素子用基板の下面から側面には、アノード端子及びカソード端子となる接続端子１６１が設けられている。感温素子１６０は、アノード端子からカソード端子へは電流を流すが、カソード端子からアノード端子へはほとんど電流を流さない順方向特性を有している。感温素子の順方向特性は、温度によって大きく変化する。感温素子に一定電流を流しておいて順方向電圧を測定することによって、電圧情報を得ることができる。その電圧情報から換算することで水晶素子の温度情報を得ることができる。ダイオードは、電圧と温度との関係が直線を示している。第一外部端子１１２ａ及び第三外部端子１１２ｃ間の電圧が、第一外部端子１１２ａ及び第三外部端子１１２ｃを介して水晶振動子の外へ出力される。

感温素子１６０は、図２及び図３に示すように、貫通孔Ｈ内に設けられた接続パッド１１６に半田等の導電性接合材１８０を介して実装されている。また、感温素子１６０の第二接続端子１６１ｂは、第二接続パッド１１６ｂに接続されている。第二接続パッド１１６ｂは、基板１１０の下面に設けられた第二接続パターン１１７ｂを介して第三外部端子１１２ｃと電気的に接続されている。この第三外部端子１１２ｃは、外部の実装基板上の基準電位であるグランドと接続されている実装パッドと接続されることにより、グランド端子の役割を果たす。よって、感温素子１６０の第二接続端子１６１ｂは、基準電位であるグランドに接続されることになる。

また、感温素子１６０は、平面視で水晶素子１２０に設けられる励振用電極１２２の平面内に位置させていることにより、励振用電極１２２の金属膜によるシールド効果によって感温素子１６０を、電子機器を構成するパワーアンプ等の他の半導体部品や電子部品からのノイズから保護する。よって、励振用電極１２２のシールド効果により、感温素子１６０にノイズが重畳することを低減し、感温素子１６０の正確な電圧を出力することができる。また、感温素子１６０から正確な電圧値を出力することができるので、感温素子１６０から出力された電圧を換算することで得られた温度情報と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度情報との差異をさらに低減することが可能となる。

感温素子１６０の基板１１０への接合方法について説明する。まず、感温素子１６０を貫通孔Ｈ内に収容するように載置される。導電性接合材１８０は、例えばディスペンサによって貫通孔Ｈの内壁に設けられた接続パッド１１６から感温素子１６０の接続端子１６１に跨るようにして塗布される。そして導電性接合材１８０は、加熱させることによって溶融接合される。よって、感温素子１６０は、基板１１０の貫通孔Ｈ内に設けられた一対の接続パッド１１６に接合される。

また、感温素子１６０がサーミスタ素子の場合には、図１及び図３に示すように、直方体形状の両端にそれぞれ一つずつ接続端子１６１が設けられている。一方の接続端子１６１ａは、感温素子１６０の左側面及び上下面に設けられている。他方の接続端子１６１ｂは、感温素子１６０の右側面と上下面に設けられている。感温素子１６０の長辺の長さは、０．４〜０．６ｍｍであり、短辺の長さは、０．２〜０．３ｍｍとなっている。感温素子１６０の厚み方向の長さは、０．１〜０．３ｍｍとなっている。感温素子１６０の接続端子１６１ａ、１６１ｂの側面と貫通孔Ｈの内面との間隔が、０．０５〜０．１ｍｍとなるように設けられている。このようにすることで、感温素子１６０を実装する際に力が加わった場合でも、貫通孔Ｈ内の内壁面にて感温素子１６０が押さえられることになるので、貫通孔Ｈ内より外に感温素子１６０の位置ズレが生じることを低減することができる。

保護部材１７０は、貫通孔Ｈの上面の開口部を塞ぐようにして、基板１１０の上面に設けられている。このようにすることにより、収容空間Ｋ内を気密封止すると共に、感温素子１６０を接続パッド１１６に実装する際に導電性接合材１８０より発生するガスが水晶素子１２０に付着することを抑えることができる。保護部材１７０は、接合部材１５０よりも融点が高い５００〜８００℃のものを用いている。また、保護部材１７０は、例えば、ガラスフリットペーストをスクリーン印刷法で基板１１０に設けられた貫通孔の上面の開口部を塞ぐようにして塗布され乾燥することで設けられる。また、保護部材１７０の上下方向の厚みは、０．０１〜０．０３ｍｍとなっている。

導電性接合材１８０は、例えば、銀ペースト又は鉛フリー半田により構成されている。また、導電性接合材１８０には、塗布し易い粘度に調整するための添加した溶剤が含有されている。鉛フリー半田の成分比率は、錫が９５〜９８％、銀が２〜４％、銅が０〜１．０％のものが使用されている。

封止蓋体１３０は、矩形状の封止基部１３０ａと、封止基部１３０ａの下面の外周縁に沿って設けられている封止枠部１３０ｂとで構成されており、封止基部１３０ａの下面と封止枠部１３０ｂの内側側面とで収容空間Ｋが形成されている。封止枠部１３０ｂは、封止基部１３０ａの下面に収容空間Ｋを形成するためのものである。封止枠部１３０ｂは、封止基部１３０ａの下面の外縁に沿って設けられている。

封止基部１３０ａ及び封止枠部１３０ｂは、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなり、一体的に形成されている。このような封止蓋体１３０は、真空状態にある収容空間Ｋ又は窒素ガスなどが充填された収容空間Ｋを気密的に封止するためのものである。具体的には、封止蓋体１３０は、所定雰囲気で、基板１１０の上面に載置され、基板１１０の上面と封止枠部１３０ｂの下面との間に設けられた接合部材１５０とが熱が印加されることで、溶融接合される。

接合部材１５０は、封止蓋体１３０の下面と基板１１０の上面の外周縁とを接合するために用いられている。接合部材１５０は、図２に示すように、封止枠部１３０ｂの下面から基板１１０上の外周縁上にかけて設けられている。

接合部材１５０は、３００℃〜４００℃で溶融するガラスである例えばバナジウムを含有した低融点ガラス又は酸化鉛系ガラスから構成されている。ガラスは、バインダーと溶剤とが加えられペースト状であり、溶融された後固化されることで他の部材と接着する。接合部材１５０は、例えば、ガラスフリットペーストをスクリーン印刷法で封止枠部１３０ｂの下面に沿って環状に塗布され乾燥することで設けられる。また、この酸化鉛系ガラスの組成は、酸化鉛、フッ化鉛、二酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ビスマス、酸化ホウ素、酸化亜鉛、酸化第二鉄、酸化銅及び酸化カルシウムとから構成されている。

本実施形態における水晶デバイスは、基板１１０の上下方向に貫通するように設けられた貫通孔Ｈと、貫通孔Ｈ内の向かい合う面に設けられた接続パッド１１６と、接続パッド１１６に実装された感温素子１６０と、貫通孔Ｈの上面を塞ぐように設けられた保護部材１７０と、を備えている。このようにすることによって、感温素子１６０を実装するためのスペースは貫通孔内に確保されることになり、従来の水晶デバイスと比して枠体１１０ｂを削除することができるので、水晶デバイスは、枠体１１０ｂの厚み分の薄型化をすることが可能となる。

また、本実施形態における水晶デバイスは、貫通孔Ｈの上面の開口部を塞ぐようにして、基板１１０の上面に保護部材１７０が設けられている。このようにすることにより、収容空間Ｋ内を気密封止することができ、感温素子１６０を接続パッド１１６に実装する際に導電性接合材１８０より発生するガスが水晶素子１２０に付着することを抑えることができる。

（第一変形例）
以下、本実施形態の第一変形例における水晶デバイスについて説明する。なお、本実施形態の第一変形例における水晶デバイスのうち、上述した水晶デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第一変形例における水晶デバイスは、図４に示されているように、保護部材２７０が貫通孔Ｈの下開口部を塞ぐように設けられている点において本実施形態と異なる。

保護部材２７０は、図４に示されているように、貫通孔Ｈの上開口部及び下開口部を塞ぐようにして、基板１１０の上面及び下面に設けられている。このようにすることにより、収容空間Ｋ内を気密封止すると共に、感温素子１６０を接続パッド１１６に実装する際に導電性接合材１８０より発生するガスが水晶素子１２０に付着することをさらに抑えることができる。また、保護部材２７０は、貫通孔Ｈの下開口部を塞ぐように設けられることにより、水晶デバイスを実装する際に、外部端子１１２に付着した半田が貫通孔Ｈ内の感温素子１６０に付着して短絡することを低減することができる。また、保護部材２７０は、例えば、ガラスフリットペーストをスクリーン印刷法で基板１１０に設けられた貫通孔Ｈの上開口部及び下開口部を塞ぐように塗布され乾燥することで設けられる。

本実施形態の第一変形例における水晶デバイスは、貫通孔Ｈの下面を覆うように保護部材２７０が設けられている。このように貫通孔Ｈの開口部の下面を保護部材２７０で覆うことで、水晶デバイスを実装する際に、外部端子１１２に付着した半田が貫通孔Ｈ内の感温素子１６０に付着して短絡することを低減することができる。

（第二変形例）
以下、本実施形態の第二変形例における水晶デバイスについて説明する。なお、本実施形態の第二変形例における水晶デバイスのうち、上述した水晶デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第二変形例における水晶デバイスは、図５に示されているように、基板１１０の下面に設けられ、外部端子１１２の内の二つと接続パッド１１６と電気的に接続されている接続パターン１１７と、を備え、保護部材３７０が接続パターン１１７を被覆するように設けられている点において本実施形態と異なる。

保護部材３７０は、図５に示されているように、貫通孔Ｈの上面及び接続パターン１１７を覆うように設けられている。また、接続パターン１１７を覆うように設けられた保護部材３７０は、基板１１０の短辺側外周縁部と平行になるように設けられている。このように接続パターン１１７に設けられた保護部材３７０は、接続パッド１１６に導電性接合材１８０を塗布したのち、接続パターン１１７に沿って導電性接合材１８０が流れることを低減でき、感温素子１６０の接合強度を保つのに十分な導電性接合材１８０を維持させることができる。よって、感温素子１６０が接続パッド１１６から外れてしまうことを低減することができる。

本実施形態の第二変形例における水晶デバイスは、基板１１０の下面に設けられ、外部端子１１２の内の二つと接続パッド１１６と電気的に接続されている接続パターン１１７を備え、保護部材３７０が前記接続パターンを被覆するように設けられている。このように接続パターン１１７の上面を保護部材３７０で覆うことで、接続パッド１１６に導電性接合材１８０を塗布したのち、接続パターン１１７に沿って導電性接合材１８０が流れることを低減でき、感温素子１６０の接合強度を保つのに十分な導電性接合材１８０を維持させることができる。よって、感温素子１６０が接続パッド１１６から外れてしまうことを低減することができる。

（第三変形例）
以下、本実施形態の第三変形例における水晶デバイスについて説明する。なお、本実施形態の第三変形例における水晶デバイスのうち、上述した水晶デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第三変形例における水晶デバイスは、図６に示されているように、基板１１０の上面及び下面に設けられ、電極パッド１１１及び外部端子１１２と電気的に接続されている配線パターン１１３と、基板の側面に設けられており、配線パターン１１３と電気的に接続された導通部１１４と、を備え、保護部材４７０が、配線パターン１１３を被覆するように設けられている点において本実施形態と異なる。

保護部材４７０は、配線パターン１１３が金属製の封止蓋体１３０と接触して短絡することを低減するために用いられている。また、保護部材４７０は、図６に示すように、基板１１０の上面に設けられた配線パターン１１３を被覆するようにして設けられている。保護部材４７０は、例えば、ガラスフリットペーストをスクリーン印刷法で基板１１０に設けられた配線パターン１１３の上面に塗布され乾燥することで設けられる。また、保護部材４７０の上下方向の厚みは、０．０１〜０．０３ｍｍとなっている。

また、保護部材４７０は、基板１１０の角部に位置する配線パターン１１３上に設けられている。このようにすることによって、金属製の封止蓋体１３０が配線パターン１１３に接触することを抑えることが可能となる。また、保護部材４７０が、基板１１０の角に、平面視して円弧状になるように設けられており、導体部１１４が設けられている切欠き内には、保護部材４７０が設けられていない。このようにすることにより、基板１１０が電子機器等を構成する実装基板上に実装される際に、外部端子１１２に付着した半田が、導体部１１４に這い上がるようにして形成されるため、半田フィレットが形成される。また、半田が、保護部材４７０で覆われている基板１１０の配線パターン１１３上には、這い上がらないため、半田と金属製の封止蓋体１３０との短絡を低減することができる。

本実施形態の第三変形例における水晶デバイスは、配線パターン１１３を覆うように保護部材４７０が設けられている。このように配線パターン１１３の上面を保護部材４７０で覆うことで、金属製の封止蓋体１３０を基板１１０の上面に接合する際に、金属製の封止蓋体１３０と基板１１０の上面に設けられている配線パターン１１３との短絡を低減することができる。

（第四変形例）
以下、本実施形態の第四変形例における水晶デバイスについて説明する。なお、本実施形態の第四変形例における水晶デバイスのうち、上述した水晶デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第四変形例における水晶デバイスは、図７に示されているように、電極パッド２１１は矩形状であり、平面視して、電極パッド２１１に面取り部２１８が設けられている点において本実施形態と異なる。

面取り部２１８は、励振用電極１２２側を向いている角に、電極パッド２１１の一辺から一辺と隣接する一辺にかけて横断するようにして直線状に設けられている。このようにすることによって、電極パッド２１１を大きくしても、励振用電極１２２と電極パッド２１１との間で十分な距離が確保できているため、励振用電極１２２と電極パッド２１１との接触を低減することができる。

また、電極パッド２１１は、基板２１０に沿って設けられた形状となっている。ここで基板２１０を平面視したときの長辺の寸法が、１．２〜２．５ｍｍであり、短辺の寸法が、１．０〜２．０ｍｍである場合を例にして、電極パッド２１１の大きさを説明する。電極パッド２１１の長辺の長さは、０．４０〜０．９０ｍｍであり、短辺の長さは、０．３０〜０．６０ｍｍとなっている。また、面取り部２１８は、矩形状の電極パッド２１１の角を三角形状に除去したものであり、電極パッド２１１を平面視したときの縦寸法と平行となる寸法が０．０５〜０．１５ｍｍであり、平面視したときの横寸法が０．０５〜０．１５ｍｍである。また、面取り部２１８が設けられた電極パッド２１１は、矩形状の電極パッド２１１に比べて、その面積が９７〜９９％となるように形成されている。

本実施形態の第四変形例における水晶デバイスは、第一電極パッド２１１ａ、第二電極パッド２１１ｂ及び第三電極パッド２１１ｃは、矩形状であり、平面視して、第一電極パッド２１１ａ、第二電極パッド２１１ｂ及び第三電極パッド２１１ｃの角に面取り部２１８が設けられている。このようにすることにより、励振用電極１２２と、第一電極パッド２１１ａ、第二電極パッド２１１ｂ及び第三電極パッド２１１ｃとの間で十分な距離が確保できているため、励振用電極１２２と、第一電極パッド２１１ａ、第二電極パッド２１１ｂ及び第三電極パッド２１１ｃとの接触を低減することができる。

（第五変形例）
以下、本実施形態の第五変形例における水晶デバイスについて説明する。なお、本実施形態の第五変形例における水晶デバイスのうち、上述した水晶デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第五変形例における水晶デバイスは、図８に示されているように、感温素子２６０の長辺が、基板３１０の短辺と平行になるように貫通孔Ｈに配置されている点において本実施形態と異なる。

基板３１０の中央付近で、基板３１０の上下方向に貫通した貫通孔Ｈが設けられている。貫通孔Ｈの開口部は、平面視して矩形状であり、貫通孔Ｈの長辺と基板３１０の短辺とが平行になるように設けられている。貫通孔Ｈの短辺方向となる向かい合う面にそれぞれ接続パッド３１６が設けられている。接続パッド３１６は、第一接続パッド３１６ａと第二接続パッド３１６ｂによって構成されている。接続パッド３１６は、内部の一つの面から基板３１０の上下面にある貫通孔Ｈの外周縁にかかるようにして設けられている。また、四つの外部端子３１２の内の残りの二つが、感温素子２６０と電気的に接続されている。

感温素子２６０の長辺と基板３１０の短辺とが平行となるように、感温素子２６０は、貫通孔Ｈ内に配置されている。このようにすることにより、水晶素子１２０と電気的に接続されている外部端子３１２と、接続パッド３１６との間隔を長くすることができるので、感温素子２６０を接合している導電性接合材１８０が溢れ出たとしても、導電性接合材１８０が付着することを抑えることができる。よって、感温素子２６０と水晶素子１２０と電気的に接続されている外部端子３１２との短絡を低減することができる。

尚、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。上記の実施形態では、水晶素子は、ＡＴ用水晶素子を用いた場合を説明したが、基部と、基部の側面より同一の方向に延びる二本の平板形状の振動腕部とを有する音叉型屈曲水晶素子を用いても構わない。また、上記の実施形態では、水晶素子は、片持ち支持構造にて基板１１０上に固定されている場合を説明したが、水晶素子が両持ち支持構造であっても構わない。

また、水晶素子１２０のベベル加工方法について説明する。所定の粒度のメディアと砥粒とを備えた研磨材と、所定の大きさに形成された水晶素板１２１とを用意する。円筒体に用意した研磨材と水晶素板１２１とを入れ、円筒体の開口した端部をカバーで塞ぐ。研磨材と水晶素板１２１とを入れた円筒体を、円筒体の中心軸線を回転軸として回転させる水晶素板１２１が研磨材で研磨されてベベル加工が行われる。

上記の実施形態では、接合部材１５０が封止蓋体１３０の封止枠部１３０ｂの下面に設けられた場合を説明したが、接合部材１５０が基板１１０上面の外周縁に環状に設けられるようにしても構わない。このような接合部材１５０は、例えば、ガラスフリットペーストがスクリーン印刷法で基板１１０の外周縁に沿って塗布され乾燥することで設けられる。

１１０、２１０、３１０・・・基板
１１１、２１１、３１１・・・電極パッド
１１２、２１２、３１２・・・外部端子
１１３、２１３、３１３・・・配線パターン
１１４、２１４、３１４・・・導体部
１１５、２１５、３１５・・・電極パターン
１１６、２１６、３１６・・・接続パッド
１１７、２１７、３１７・・・接続パターン
２１８・・・面取り部
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・引き出し電極
１３０・・・封止蓋体
１３１・・・封止基部
１３２・・・封止枠部
１４０・・・導電性接着剤
１５０・・・接合部材
１６０・・・感温素子
１７０・・・保護部材
１８０・・・導電性接合材
Ｋ・・・収容空間
Ｈ・・・貫通孔

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板の上面に設けられた電極パッドと、
   前記基板の下面に設けられた外部端子と、
   前記基板の上下方向に貫通するように設けられた貫通孔と、
   前記貫通孔内の向かい合う面に設けられた接続パッドと、
   前記接続パッドに導電性接合材を介して実装された感温素子と、
   前記貫通孔の上開口部を塞ぐように設けられ、前記導電性接合部材よりも融点が高い保護部材と、
   前記電極パッドに実装された水晶素子と、
   前記水晶素子を気密封止するために、前記基板の上面に設けられた封止蓋体と、
   前記基板の上面と前記封止蓋体の下面との間に設けられた接合部材と、を備えていることを特徴とする水晶振動子。
2. 請求項１記載の水晶振動子であって、
   前記保護部材が前記貫通孔の下開口部を塞ぐように設けられていることを特徴とする水晶振動子。
3. 請求項１記載の水晶振動子であって、
   前記基板の下面に設けられ、前記外部端子の内の二つと前記接続パッドと電気的に接続されている接続パターンを備え、
   前記保護部材が前記接続パターンを被覆するように設けられていることを特徴とする水晶振動子。
4. 請求項１乃至請求項３記載の水晶振動子であって、
   前記基板の上面及び下面に設けられ、前記電極パッド及び前記外部端子と電気的に接続されている配線パターンと、
   前記基板の側面に設けられており、前記配線パターンと電気的に接続された導体部と、を備え、
   前記保護部材が、前記配線パターンを被覆するように設けられていることを特徴とする水晶振動子。
5. 請求項１乃至請求項４記載の水晶振動子であって、
   前記電極パッドは、矩形状であり、平面視して、前記電極パッドの角に面取り部が設けられていることを特徴とする水晶振動子。

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