JP6652459B2

JP6652459B2 - 水晶振動子

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Publication number: JP6652459B2
Application number: JP2016147302A
Authority: JP
Inventors: 英志鬼村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-07-27
Filing date: 2016-07-27
Publication date: 2020-02-26
Anticipated expiration: 2036-07-27
Also published as: JP2018019217A

Description

本発明は、電子機器等に用いられる水晶振動子に関するものである。

水晶振動子は、水晶素子の圧電効果を利用して、特定の周波数を発生させるものである。例えば、基板と、第一凹部を設けるために基板の上面に設けられた第一枠体と、第二凹部を設けるために第一枠体の上面に設けられた第二枠体とを有しているパッケージと、第一枠体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、基板の上面に設けられた接続パッドに実装された感温素子と、を備えた水晶振動子が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２００８−２０５９３８号公報

上述した水晶振動子には、複数個の感温素子を基板に実装することが検討されているが、実装された感温素子ごとに水晶素子との温度差が生じてしまう虞があった。また、複数の感温素子と水晶素子との間で温度差が生じることによって、水晶素子への補正値にバラツキが生じてしまう虞があった。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、複数の感温素子と水晶素子との温度差を低減することができ、水晶素子への補正値のバラツキを低減させることが可能な水晶振動子を提供することを課題とする。

本発明の一つの態様による水晶振動子は、矩形状の基板と、基板の上面の外周縁に沿って設けられた第一枠体と、第一枠体の外周縁に沿って設けられた第二枠体と、第一枠体の上面に設けられた一対の電極パッドと、基板の上面に設けられた少なくとも四つ以上の接続パッドと、電極パッドに実装された水晶素子と、少なくとも四つ以上の接続パッドに実装された少なくとも二つ以上の感温素子と、第二枠体の上面に接合された蓋体と、基板の上面に設けられ、接続パッドと電気的に接続された接続パターンと、を備え、一対の電極パッドが第一枠体の内周縁の一辺に沿って隣接するようにして設けられており、接続パターンが、平面透視して、電極パッドと重なるようにして設けられていることを特徴とするものである。

本発明の一つの態様による水晶振動子は、矩形状の基板と、基板の上面の外周縁に沿って設けられた第一枠体と、第一枠体の外周縁に沿って設けられた第二枠体と、第一枠体の上面に設けられた一対の電極パッドと、基板の上面に設けられた少なくとも四つ以上の接続パッドと、電極パッドに実装された水晶素子と、少なくとも四つ以上の接続パッドに実装された少なくとも二つ以上の感温素子と、第二枠体の上面に接合された蓋体と、基板の上面に設けられ、接続パッドと電気的に接続された接続パターンと、を備え、一対の電極パッドが第一枠体の内周縁の一辺に沿って隣接するようにして設けられており、接続パターンが、平面透視して、電極パッドと重なるようにして設けられている。このような水晶振動子は、熱伝導経路をさらに短くすると共に熱伝導経路の数をさらに増やすことで、第一感温素子と第二感温素子との温度差を低減することができ、感温素子の温度情報により温度補正される水晶素子への補正値のバラツキを低減させることが可能となる。

本実施形態に係る水晶振動子を示す分解斜視図である。（ａ）図１のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）図１のＢ−Ｂ断面図である。（ａ）は、本実施形態に係る水晶振動子を構成するパッケージを上面からみた透視平面図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る水晶振動子を構成するパッケージの第一枠体を上面からみた透視平面図である。（ａ）は、本実施形態に係る水晶振動子を構成するパッケージの基板を上面からみた透視平面図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る水晶振動子を下面からみた透視平面図である。（ａ）は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子を構成するパッケージを上面からみた透視平面図であり、（ｂ）は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子を構成するパッケージの第一枠体を上面からみた透視平面図である。（ａ）は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子を構成するパッケージの基板を下面からみた透視平面図であり、（ｂ）は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子を下面からみた透視平面図である。

本実施形態における水晶振動子は、図１〜図４に示されているように、パッケージ１１０と、パッケージ１１０の上面に実装された水晶素子１２０と、パッケージ１１０の上面に実装された複数の感温素子１５０とを含んでいる。パッケージ１１０は、基板１１０ａの上面と第一枠体１１０ｂの内側面によって囲まれた第一凹部Ｋ１が形成されている。また、第一枠体１１０ｂの上面と第二枠体１１０ｃの内側面によって囲まれた第二凹部Ｋ２が形成されている。このような水晶振動子は、電子機器等で使用する基準信号を出力するのに用いられる。

基板１１０ａは、矩形状であり、上面に実装された感温素子１５０を実装するための実装部材として機能するものである。基板１１０ａは、上面に感温素子１５０を実装するための接続パッド１１５が設けられている。

基板１１０ａは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなる。基板１１０ａは、絶縁層を一層用いたものであっても、絶縁層を複数層積層したものであってもよい。基板１１０ａの表面及び内部には、上面に設けられた接続パッド１１５と、基板１１０ａの下面に設けられた外部端子１１２とを電気的に接続するためのビア導体１１４、接続パターン１１６及び導体パターン１１７が設けられている。また、基板１１０ａの表面には、第一枠体１１０ｂの上面に設けられた電極パッド１１１と、基板１１０ａの下面に設けられた外部端子１１２とを電気的に接続するための配線パターン１１３が設けられている。基板１１０ａの下面には、それぞれ二つずつ外部端子１１２が設けられている。また、四つの外部端子１１２の内の二つが、水晶素子１２０と電気的に接続されており、四つの外部端子１１２の内の残りの二つが、複数の感温素子１５０と電気的に接続されている。また、水晶素子１２０と電気的に接続されている第一外部端子１１２ａ及び第二外部端子１１２ｂは、図４に示されているように、基板１１０ａの下面の対角に位置するように設けられている。また、複数の感温素子１５０と電気的に接続されている第三外部端子１１２ｃ及び第四外部端子１１２ｄは、水晶素子１２０と接続された第一外部端子１１２ａ及び第二外部端子１１２ｂが設けられた基板１１０ａとは異なる位置に配置するように設けられている。

第一枠体１１０ｂは、基板１１０ａの上面の外周縁に沿って配置され、基板１１０ａの上面に第一凹部Ｋ１を形成するためのものである。枠体１１０ｂは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料からなり、基板１１０ａと一体的に形成されている。第一枠体１１０ｂの上面には、水晶素子１２０を実装するための電極パッド１１１が設けられている。

第二枠体１１０ｃは、第一枠体１１０ｂの外周縁に沿って配置され、第一枠体１１０ｂの上面に第二凹部Ｋ２を形成するためのものである。第二枠体１１０ｃは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料からなり、基板１１０ａ及び第一枠体１１０ｂと一体的に形成されている。

電極パッド１１１は、水晶素子１２０を実装するためのものである。電極パッド１１１は、第一枠体１１０ｂの上面に一対で設けられており、第一枠体１１０ｂの一辺に沿うように隣接して設けられている。電極パッド１１１は、図３及び図４に示されているように基板１１０ａの上面に設けられた配線パターン１１３とビア導体１１４を介して、基板１１０ａの下面に設けられた外部端子１１２と電気的に接続されている。

電極パッド１１１は、図３に示すように、第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂによって構成されている。また、外部端子１１２は、図４に示すように第一外部端子１１２ａ、第二外部端子１１２ｂ、第三外部端子１１２ｃ及び第四外部端子１１２ｄによって構成されている。ビア導体１１４は、第一ビア導体１１４ａ、第二ビア導体１１４ｂ、第三ビア導体１１４ｃ、第四ビア導体１１４ｄ及び第五ビア導体１１４ｅによって構成されている。また、配線パターン１１３は、第一配線パターン１１３ａ及び第二配線パターン１１３ｂによって構成されている。

第一電極パッド１１１ａは、第一枠体１１０ｂに設けられた第一配線パターン１１３ａの一端と電気的に接続されている。また、第一配線パターン１１３ａの他端は、基板１１０ａ及び第一枠体１１０ｂに設けられた第一ビア導体１１４ａを介して、第一外部端子１１２ａと電気的に接続されている。よって、第一電極パッド１１１ａは、第一外部端子１１２ａと電気的に接続されることになる。第二電極パッド１１１ｂは、第一枠体１１０ｂに設けられた第五ビア導体１１４ｅを介して、基板１１０ａに設けられた第二配線パターン１１３ｂの一端と電気的に接続されている。また、第二配線パターン１１３ｂの他端は、第二ビア導体１１４ｂを介して、第二外部端子１１２ｂと電気的に接続されている。

外部端子１１２は、電子機器等の実装基板に実装するためのものである。外部端子１１２は、基板１１０ａの下面に設けられている。外部端子１１２の内の二つの端子は、第一枠体１１０ｂの上面に設けられた一対の電極パッド１１１とそれぞれ電気的に接続されている。外部端子１１２の内の残りの二つの端子は、基板１１０ａの上面に設けられた四つの接続パッド１１５と電気的に接続されている。また、第三外部端子１１２ｃは、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッドと接続されている。これにより、封止用導体パターン１１８に接合された蓋体１３０がグランド電位となっている第三外部端子１１２ｃに接続される。よって、蓋体１３０による第一凹部Ｋ１及び第二凹部Ｋ２内の電磁波におけるシールド性が向上する。

配線パターン１１３は、基板１１０ａの上面及び第一枠体１１０ｂの上面に設けられ、電極パッド１１１から近傍のビア導体１１４に向けて引き出されている。また、配線パターン１１３は、図３に示すように、第一配線パターン１１３ａ及び第二配線パターン１１３ｂによって構成されている。

ビア導体１１４は、基板１１０ａの内部に設けられ、その両端は、配線パターン１１３、接続パターン１１６、導体パターン１１７、又は封止用導体パターン１１８と電気的に接続されている。ビア導体１１４は、基板１１０ａに設けられた貫通孔の内部に導体を充填することで設けられている。また、ビア導体１１４は、図３及び図４に示すように、第一ビア導体１１４ａ、第二ビア導体１１４ｂ、第三ビア導体１１４ｃ、第四ビア導体１１４ｄ及び第五ビア導体１１４ｅによって構成されている。

接続パッド１１５は、矩形状であり、後述する第一感温素子１５０ａ及び第二感温素子１５０ｂを実装するために用いられている。また、接続パッド１１５は、図４に示すように、第一接続パッド１１５ａ、第二接続パッド１１５ｂ、第三接続パッド１１５ｃ及び第四接続パッド１１５ｄによって構成されている。また、接続パッド１１５が、第一枠体１１０ｂの内周縁に沿って第一凹部Ｋ１内の基板１１０ａ上に形成されている。

また、接続パッド１１５には、第一感温素子１５０ａ及び第二感温素子１５０ｂが実装され、接続パッド１１５と電気的に接続されている接続パターン１１６が、平面透視して、電極パッド１１１と重なるようにして設けられている。このようにすることで、電極パッド１１１から接続パターン１１６に水晶素子１２０の熱が伝導し、第一接続パッド１１５ａ及び第三接続パッド１１５ｃにその熱が伝わることで、第一感温素子１５０ａと第二感温素子１５０ｂとに伝わる熱が共有されることになる。したがって、第一感温素子１５０ａと第二感温素子１５０ｂとの温度差を低減することができ、感温素子１５０の温度情報により温度補正される水晶素子１２０への補正値のバラツキを低減させることが可能となる。

ここで基板１１０ａを平面視したときの長辺の寸法が、１．２〜２．５ｍｍであり、短辺の寸法が、１．０〜２．０ｍｍである場合を例にして、接続パッド１１５の大きさを説明する。接続パッド１１５の基板１１０ａの短辺と平行な辺の長さは、０．８〜２．０ｍｍであり、基板１１０ａの長辺と平行な辺の長さは、０．２５〜０．５５ｍｍとなっている。また、第一接続パッド１１５ａと第二接続パッド１１５ｂとの間の長さは、０．１〜０．３ｍｍとなっている。

第一接続パッド１１５ａ及び第三接続パッド１１５ｃと第四外部端子１１２ｄとは、基板１１０ａの上面に設けられた第一接続パターン１１６ａ、第三接続パターン１１６ｃ、第一導体パターン１１７ａ及び第四ビア導体１１４ｄにより接続されている。また、第二接続パッド１１５ｂ及び第四接続パッド１１５ｄと第三外部端子１１２ｃとは、基板１１０ａの上面に設けられた第二接続パターン１１６ｂ、第四接続パターン１１６ｄ、第二導体パターン１１７ｂ及び第三ビア導体１１４ｃにより接続されている。

接続パターン１１６は、隣接する接続パッド１１５を電気的に接続し、ビア導体１１４に接続するためのものである。接続パターン１１６は、第一接続パターン１１６ａ、第二接続パターン１１６ｂ、第三接続パターン１１６ｃ及び第四接続パターン１１６ｄによって構成されている。第一接続パターン１１６ａは、第一接続パッド１１５ａと電気的に接続され、第二接続パターン１１６ｂは、第二接続パッド１１５ｂと電気的に接続されている。また、第三接続パターン１１６ｃは、第三接続パッド１１５ｃと電気的に接続され、第四接続パターン１１６ｄは、第四接続パッド１１５ｄと電気的に接続されている。

第一接続パターン１１６ａの一部は、図３及び図４に示すように、平面透視して、第一電極パッド１１１ａと重なるようにして設けられており、第三接続パターン１１６ｃの一部は、第二電極パッド１１１ｂと重なるようにして設けられている。このようにすることによって、水晶素子１２０から伝わる熱が、第一電極パッド１１１ａから直下にある基板１１０ａを介して、第一接続パターン１１６ａから第一接続パッド１１５ａに伝わることになる。また、第二電極パッド１１１ｂから直下にある基板１１０ａを介して、第三接続パターン１１６ｃから第三接続パッド１１５ｃに伝わることになる。よって、このような水晶振動子は、熱伝導経路をさらに短くすると共に熱伝導経路の数をさらに増やすことにより、水晶素子１２０の温度と第一感温素子１５０ａ及び第二感温素子１５０ｂの温度とが近似することになり、第一感温素子１５０ａ及び第二感温素子１５０ｂから出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度との差異をさらに低減することが可能となる。

導体パターン１１７は、隣接する接続パターン１１６を電気的に接続し、外部端子１１２に接続するためのものである。導体パターン１１７は、第一導体パターン１１７ａ及び第二導体パターン１１７ｂによって構成されている。第一導体パターン１１７ａは、第一接続パターン１１６ａと第三接続パターン１１６ｃとを電気的に接続し、第二導体パターン１１７ｂは、第二接続パターン１１６ｂ及び第四接続パターン１１６ｄとを電気的に接続している。

封止用導体パターン１１８は、蓋体１３０と接合部材１３１を介して接合する際に、接合部材１３１の濡れ性をよくする役割を果たしている。封止用導体パターン１１８は、図３及び図４に示すように、第三ビア導体１１４ｃを介して、第三外部端子１１２ｃと電気的に接続されている。封止用導体パターン１１８は、例えばタングステン又はモリブデン等から成る接続パターンの表面にニッケルメッキ及び金メッキを順次、第二枠体１１０ｃの上面を環状に囲む形態で施すことによって、例えば１０〜２５μｍの厚みに形成されている。

第二凹部Ｋ２の開口部の形状は、平面視して、矩形状となっている。ここで基板１１０ａを平面視したときの長辺の寸法が、１．２〜２．５ｍｍであり、短辺の寸法が、１．０〜２．０ｍｍである場合を例にして、第二凹部Ｋ２の開口部の大きさを説明する。第二凹部Ｋ２の長辺の長さは、０．６〜１．２ｍｍであり、短辺の長さは、０．３〜１．０ｍｍとなっている。

ここで、基板１１０ａの作製方法について説明する。基板１１０ａがアルミナセラミックスから成る場合、まず所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面或いはセラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷等によって所定の導体ペーストを塗布する。さらに、これらのグリーンシートを積層してプレス成形したものを、高温で焼成する。最後に、接続パターンの所定部位、具体的には、電極パッド１１１、外部端子１１２、配線パターン１１３、ビア導体１１４、接続パッド１１５、接続パターン１１６、導体パターン１１７及び封止用導体パターン１１８となる部位にニッケルメッキ又、金メッキ、銀パラジウム等を施すことにより作製される。また、導体ペーストは、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀又は銀パラジウム等の金属粉末の焼結体等から構成されている。

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

また、水晶素子１２０は、図１及び図２に示されているように、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに励振用電極１２２及び引き出し電極１２３を被着させた構造を有している。励振用電極１２２は、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに金属を所定のパターンで被着・形成したものである。励振用電極１２２は、上面に第一励振用電極１２２ａと、下面に第二励振用電極１２２ｂを備えている。引き出し電極１２３は、励振用電極１２２から水晶素板１２１の一辺に向かってそれぞれ延出されている。引き出し電極１２３は、上面に第一引き出し電極１２３ａと、下面に第二引き出し電極１２３ｂとを備えている。第一引き出し電極１２３ａは、第一励振用電極１２２ａから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。第二引き出し電極１２３ｂは、第二励振用電極１２２ｂから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。つまり、引き出し電極１２３は、水晶素板１２１の長辺又は短辺に沿った形状で設けられている。また、本実施形態においては、第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂと接続されている水晶素子１２０の一端を第一枠体１１０ｂの上面と接続した固定端とし、他端を基板１１０ａの上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造にて水晶素子１２０が第一枠体１１０ｂ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１１０ａへの接合方法について説明する。まず、導電性接着剤１４０は、例えばディスペンサによって第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂ上に塗布される。水晶素子１２０は、導電性接着剤１４０上に搬送され、導電性接着剤１４０上に載置される。そして導電性接着剤１４０は、加熱硬化させることによって、硬化収縮される。水晶素子１２０は、電極パッド１１１に接合される。つまり、水晶素子１２０の第一引き出し電極１２３ａは、第一電極パッド１１１ａと接合され、第二引き出し電極１２３ｂは、第二電極パッド１１１ｂと接合される。これによって、水晶素子１２０が基板１１０ａの第一外部端子１１２ａ及び第二外部端子１１２ｂと電気的に接続される。

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

感温素子１５０は、サーミスタ、白金測温抵抗体又はダイオード等が用いられている。サーミスタ素子の場合、感温素子１５０には、直方体形状であり、両端に接続端子１５１が設けられている。感温素子１５０は、第一感温素子１５０ａと第二感温素子１５０ｂによって構成されている。感温素子１５０は、温度変化によって電気抵抗が顕著な変化を示すものであり、この抵抗値の変化から電圧が変化するため、抵抗値と電圧との関係及び電圧と温度との関係により、出力された電圧から温度情報を得ることができる。感温素子１５０は、後述する接続端子１５１間の電圧が、パッケージ１１０の第三外部端子１１２ｃ及び第四外部端子１１２ｄを介して水晶振動子の外へ出力されることにより、例えば、電子機器等のメインＩＣ（図示せず）で出力された電圧を温度に換算することで温度情報を得ることができる。このような感温素子１５０を水晶振動子の近くに配置して、これによって得られた水晶振動子の温度情報に応じて、メインＩＣにより水晶振動子を駆動する電圧を制御し、いわゆる温度補償をすることができる。

また、感温素子１５０がサーミスタ素子の場合には、第一感温素子１５０ａと第二感温素子１５０ｂとを並列接続されている。このようにすることで、サーミスタ特性を劣化させることなく、狭偏差の抵抗値を得ることできると共に、温度変化に対するサーミスタ素子の感度（抵抗値の変化の割合）を表す物性値であるＢ定数の低下も抑えることができる

また、白金測温抵抗体が用いられている場合、感温素子１５０は、直方体形状のセラミック板上の中央に白金を蒸着し、白金電極が設けられている。また、セラミック板の両端には接続端子１５１が設けられている。白金電極と接続端子とは、セラミック板上面に設けられた引き出し電極により接続されている。白金電極の上面を被覆するようにして絶縁性樹脂が設けられている。

また、ダイオードが用いられている場合、感温素子１５０は、半導体素子を半導体素子用基板の上面に実装し、その半導体素子及び半導体素子用基板の上面を絶縁性樹脂で被覆された構造である。半導体素子用基板の下面から側面には、アノード端子及びカソード端子となる接続端子１５１が設けられている。感温素子１５０は、アノード端子からカソード端子へは電流を流すが、カソード端子からアノード端子へはほとんど電流を流さない順方向特性を有している。感温素子の順方向特性は、温度によって大きく変化する。感温素子に一定電流を流しておいて順方向電圧を測定することによって、電圧情報を得ることができる。その電圧情報から換算することで水晶素子１２０の温度情報を得ることができる。ダイオードは、電圧と温度との関係が直線を示している。接続端子１５１のカソード端子及びアノード端子間の電圧が、第三外部端子１１２ｃ及び第四外部端子１１２ｄを介して水晶振動子の外へ出力される。

感温素子１５０は、図２に示すように、基板１１０ａの下面に設けられた接続パッド１１５に半田等の導電性接合材１７０を介して実装されている。また、第一感温素子１５０ａの第一接続端子１５１ａは、第一接続パッド１１５ａに接続され、第二感温素子１５０ｂの第三接続端子１５１ｃは、第三接続パッド１１５ｃに接続されている。第一感温素子１５０ａの第二接続端子１５１ｂは、第二接続パッド１１５ｂと接続され、第二感温素子１５０ｂの第四接続端子１５１ｄは、第四接続パッド１１５ｄに接続されている。第二接続パッド１１５ｂ及び第四接続パッド１１５ｄは、基板１１０ａの下面に設けられた第二接続パターン１１６ｂ及び第四接続パターン１１６ｄを介して第三外部端子１１２ｃと接続されている。また、第三外部端子１１２ｃは、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランドと接続されている実装パッドと接続されることにより、グランド端子の役割を果たす。よって、第一感温素子１５０ａの第二接続端子１５１ｂ及び第二感温素子１５０ｂの第四接続端子１５１ｄ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、少なくとも二つ以上の感温素子１５０の一部は、平面透視して、水晶素子１２０に設けられる励振用電極１２２の平面内に位置させている。つまり、第一感温素子１５０ａ及び第二感温素子１５０ｂの一部は、平面透視して、水晶素子１２０に設けられた励振用電極１２２の平面内に位置させていることにより、励振用電極１２２の金属膜による電磁波シールド効果によって感温素子１５０を、電子機器を構成するパワーアンプ等の他の半導体部品や電子部品からのノイズから保護する。よって、励振用電極１２２の電磁波シールド効果により、感温素子１５０にノイズが重畳することを低減し、感温素子１５０の正確な電圧を出力することができる。また、感温素子１５０から正確な電圧値を出力することができるので、感温素子１５０から出力された電圧を換算することで得られた温度情報と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度情報との差異をさらに低減することが可能となる。

感温素子１５０の基板１１０ａへの接合方法について説明する。まず、導電性接合材１７０は、例えばディスペンサによって接続パッド１１５に塗布される。感温素子１５０は、導電性接合材１７０上に載置される。そして導電性接合材１７０は、加熱させることによって溶融接合される。よって、複数の感温素子１５０は、接続パッド１１５にそれぞれ接合される。

また、感温素子１５０がサーミスタ素子の場合には、図１及び図２に示すように、直方体形状の両端にそれぞれ一つずつ接続端子１５１が設けられている。第一接続端子１５１ａ及び第三接続端子１５１ｃは、第一感温素子１５０ａ及び第二感温素子１５０ｂの右側面及び上下面に設けられている。また、第二接続端子１５１ｂ及び第四接続端子１５１ｄは、第一感温素子１５０ａ及び第二感温素子１５０ｂの左側面と上下面に設けられている。このような感温素子１５０の長辺の長さは、０．４〜０．６ｍｍであり、短辺の長さは、０．２〜０．３ｍｍとなっている。感温素子１５０の厚み方向の長さは、０．１〜０．３ｍｍとなっている。

導電性接合材１７０は、例えば、銀ペースト又は鉛フリー半田により構成されている。また、導電性接合材には、塗布し易い粘度に調整するための添加した溶剤が含有されている。鉛フリー半田の成分比率は、錫が９５〜９７．５％、銀が２〜４％、銅が０．５〜１．０％のものが使用されている。

蓋体１３０は、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなる。このような蓋体１３０は、真空状態にある第一凹部Ｋ１及び第二凹部Ｋ２又は窒素ガスなどが充填された第一凹部Ｋ１及び第二凹部Ｋ２を気密的に封止するためのものである。具体的には、蓋体１３０は、所定雰囲気で、パッケージ１１０の第二枠体１１０ｃ上に載置され、第二枠体１１０ｃの封止用導体パターン１１８と蓋体１３０の接合部材１３１とが溶接されるように所定電流を印加してシーム溶接を行うことにより、第二枠体１１０ｃに接合される。また、蓋体１３０は、封止用導体パターン１１８及び第三ビア導体１１４ｃを介して基板１１０ａの下面の第三外部端子１１２ｃに電気的に接続されている。よって、蓋体１３０は、パッケージ１１０の第三外部端子１１２ｃと電気的に接続されている。

接合部材１３１は、パッケージ１１０の第二枠体１１０ｃ上面に設けられた封止用導体パターン１１８に相対する蓋体１３０の箇所に設けられている。接合部材１３１は、例えば、銀ロウ又は金錫によって設けられている。銀ロウの場合は、その厚みは、１０〜２０μｍである。例えば、成分比率は、銀が７２〜８５％、銅が１５〜２８％のものが使用されている。金錫の場合は、その厚みは、１０〜４０μｍである。例えば、成分比率が、金が７８〜８２％、錫が１８〜２２％のものが使用されている。

本実施形態における水晶振動子は、矩形状の基板１１０ａと、基板１１０ａの上面の外周縁に沿って設けられた第一枠体１１０ｂと、第一枠体１１０ｂの外周縁に沿って設けられた第二枠体１１０ｃと、第一枠体１１０ｂの上面に設けられた一対の電極パッド１１１と、基板１１０ａの上面に設けられた一対の接続パッド１１５と、電極パッド１１１に実装された水晶素子１２０と、一対の接続パッド１１５に実装された少なくとも二つ以上の感温素子１５０と、第二枠体１１０ｃの上面に接合された蓋体１３０と、を備え、一対の電極パッド１１１が第一枠体１１０ｂの内周縁の一辺に沿って隣接するようにして設けられており、接続パターン１１６が、平面透視して、電極パッド１１１と重なるようにして設けられている。このようにすることで、電極パッド１１１から接続パターン１１６に熱が伝導し、第一接続パッド１１５ａ及び第三接続パッド１１５ｃに熱が伝わることで、第一感温素子１５０ａと第二感温素子１５０ｂとに伝わる熱が共有されることになる。したがって、第一感温素子１５０ａと第二感温素子１５０ｂとの温度差を低減することができ、感温素子１５０の温度情報により温度補正される水晶素子１２０への補正値のバラツキを低減させることが可能となる。

また、本実施形態における水晶振動子は、接続パターン１１６が、平面透視して、一対の電極パッド１１１とそれぞれ一つずつ重なるようにして設けられている。このようにすることによって、水晶素子１２０から伝わる熱が、第一電極パッド１１１ａから直下にある基板１１０ａを介して、第一接続パターン１１６ａから第一接続パッド１１５ａに伝わることになる。また、水晶素子１２０から伝わる熱が、第二電極パッド１１１ｂから直下にある基板１１０ａを介して、第三接続パターン１１６ｃから第三接続パッド１１５ｃに伝わることになる。よって、このような水晶振動子は、熱伝導経路をさらに短くすると共に熱伝導経路の数をさらに増やすことにより、水晶素子１２０の温度と第一感温素子１５０ａ及び第二感温素子１５０ｂの温度とが近似することになり、第一感温素子１５０ａ及び第二感温素子１５０ｂから出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度との差異をさらに低減することが可能となる。

また、本実施形態における水晶振動子は、少なくとも二つ以上の感温素子１５０の一部が、基板１１０ａに水晶素子１２０と感温素子１５０とを実装した状態で、平面透視して、水晶素子１２０に設けられた励振用電極１２２の平面内に位置させている。このようにすることによって、励振用電極１２２の金属膜によるシールド効果によって少なくとも二つ以上の感温素子１５０を、電子機器を構成するパワーアンプ等の他の半導体部品や電子部品からのノイズから保護する。よって、励振用電極１２２のシールド効果により、少なくとも二つ以上の感温素子１５０にノイズが重畳することを低減し、複数の感温素子１５０の正確な電圧を出力することができる。また、少なくとも二つ以上の感温素子１５０から正確な電圧値を出力することができるので、少なくとも二つ以上の感温素子１５０から出力された電圧を換算することで得られた温度情報と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度情報との差異をさらに低減することが可能となる。

また、本実施形態における水晶振動子は、接続パッド１１５の一つが蓋体１３０と電気的に接続されている。このようにすることにより、蓋体１３０がグランド電位と接続されると、第一感温素子１５０ａの第二接続端子１５１ｂ及び第二感温素子１５０ｂの第四接続端子１５０ｄがグランド電位と接続されることになるので、少なくとも二つ以上の感温素子１５０から出力される電圧にノイズが重畳されることを低減し、少なくとも二つ以上の感温素子１５０の正確な電圧を出力することができる。また、少なくとも二つ以上の感温素子１５０から正確な電圧値を出力することができるので、少なくとも二つ以上の感温素子１５０から出力された電圧を換算することで得られた温度情報と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度情報との差異をさらに低減することが可能となる。

（変形例）
以下、本実施形態の変形例における水晶デバイスについて説明する。なお、本実施形態の変形例における水晶デバイスのうち、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。本実施形態の変形例における水晶デバイスは、図５〜図６に示されているように、感温素子１５０の長辺が、基板２１０ａの短辺と平行になるように基板２１０ａの接続パッド２１５に実装されている点において本実施形態と異なる。

接続パッド２１５は、矩形状であり、基板２１０ａの下面の中央付近に設けられている。接続パッド２１５は、図５及び図６に示されているように、接続パッド２１５の長辺と基板２１０ａの短辺が平行となるように、隣接して設けられている。接続パッド２１５は、第一接続パッド２１５ａ、第二接続パッド２１５ｂ、第三接続パッド２１５ｃ及び第四接続パッド２１５ｄによって構成されている。また、少なくとも四つの接続パッド２１５が、基板２１０ａの上面で、第一枠体２１０ｂの内周縁に沿って形成されている。第一感温素子１５０ａの第一接続端子１５１ａは、第一接続パッド２１５ａに接続され、第二感温素子１５０ｂの第三接続端子１５１ｃは、第三接続パッド２１５ｃに接続されている。第一感温素子１５０ａの第二接続端子１５１ｂは、第二接続パッド２１５ｂと接続され、第二感温素子１５０ｂの第四接続端子１５１ｄは、第四接続パッド２１５ｄに接続されている。このように接続パッド２１５を形成することで、少なくとも四つの接続パッド２１５で複数の感温素子１５０を実装することできる。

第一接続パターン２１６ａ及び第三接続パターン２１６ｃの一部は、図５及び図６に示すように、平面透視して、第二電極パッド２１１ｂと重なるようにして設けられている。また、このようにすることによって、水晶素子１２０から伝わる熱が、第二電極パッド２１１ｂからから直下にある基板２１０ａを介して、第一接続パターン２１６ａ及び第三接続パターン２１６ｃから第一感温素子１５０ａが接続されている第一接続パッド２１５ａと第二感温素子１５０ｂが接続されている第三接続パッド２１５ｃにそれぞれ伝わることになる。よって、このような水晶振動子は、熱伝導経路をさらに短くすると共に熱伝導経路の数をさらに増やすことにより、水晶素子１２０の温度と第一感温素子１５０ａ及び第二感温素子１５０ｂの温度とが近似することになり、第一感温素子１５０ａ及び第二感温素子１５０ｂから出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度との差異をさらに低減することが可能となる。

また、本実施形態における水晶振動子は、少なくとも二つの接続パターン２１６が、平面透視して、一対の電極パッド２１１の一つと重なるようにして設けられている。このように、第一接続パターン２１６ａ及び第三接続パターン２１６ｃの一部が、平面透視して、第二電極パッド２１１ｂと重なるようにして設けられていることによって、水晶素子１２０から伝わる熱が、第二電極パッド２１１ｂからから直下にある基板２１０ａを介して、第一接続パターン２１６ａ及び第三接続パターン２１６ｃから第一感温素子１５０ａが接続されている第一接続パッド２１５ａと第二感温素子１５０ｂが接続されている第三接続パッド２１５ｃにそれぞれ伝わることになる。よって、このような水晶振動子は、熱伝導経路をさらに短くすると共に熱伝導経路の数をさらに増やすことにより、水晶素子１２０の温度と第一感温素子１５０ａ及び第二感温素子１５０ｂの温度とが近似することになり、第一感温素子１５０ａ及び第二感温素子１５０ｂから出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子１２０の周囲の温度との差異をさらに低減することが可能となる。

尚、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。上記実施形態では、水晶素子は、ＡＴ用水晶素子を用いた場合を説明したが、基部と、基部の側面より同一の方向に延びる二本の平板形状の振動腕部とを有する音叉型屈曲水晶素子を用いても構わない。

上記実施形態では、第二枠体１１０ｃが基板１１０ａ及び第一枠体１１０ｂと同様にセラミック材で一体的に形成した場合を説明したが、第二枠体１１０ｃが金属製であっても構わない。この場合、枠体は、銀−銅等のロウ材を介して基板の導体膜に接合されている。

１１０、２１０・・・パッケージ
１１０ａ、２１０ａ・・・基板
１１０ｂ、２１０ｂ・・・第一枠体
１１０ｃ、２１０ｃ・・・第二枠体
１１１、２１１・・・電極パッド
１１２、２１２・・・外部端子
１１３、２１３・・・配線パターン
１１４、２１４・・・ビア導体
１１５、２１５・・・接続パッド
１１６、２１６・・・接続パターン
１１８、２１８・・・封止用導体パターン
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・引き出し電極
１３０・・・蓋体
１３１・・・接合部材
１４０・・・導電性接着剤
１５０・・・感温素子
１５１・・・接続端子
Ｋ１・・・第一凹部
Ｋ２・・・第二凹部

Claims

矩形状の基板と、
前記基板の上面の外周縁に沿って設けられた第一枠体と、
前記第一枠体の外周縁に沿って設けられた第二枠体と、
前記第一枠体の上面に設けられた一対の電極パッドと、
前記基板の上面に設けられた少なくとも四つ以上の接続パッドと、
前記電極パッドに実装された水晶素子と、
前記少なくとも四つ以上の接続パッドに実装された少なくとも二つ以上の感温素子と、
前記第二枠体の上面に接合された蓋体と、
前記基板の上面に設けられ、前記接続パッドと電気的に接続された接続パターンと、を備え、
前記一対の電極パッドが前記第一枠体の内周縁の一辺に沿って隣接するようにして設けられており、
前記接続パターンが、平面透視して、前記電極パッドと重なるようにして設けられていることを特徴とする水晶振動子。
請求項１記載の水晶振動子であって、
前記接続パターンが、平面透視して、前記一対の電極パッドとそれぞれ一つずつ重なるようにして設けられていることを特徴とする水晶振動子。
請求項１記載の水晶振動子であって、
少なくとも二つの前記接続パターンが、平面透視して、前記一対の電極パッドの一つと重なるようにして設けられていることを特徴とする水晶振動子。
請求項１記載の水晶振動子であって、
前記少なくとも二つ以上の感温素子の一部が、前記第一枠体に前記水晶素子を実装し、前記基板に前記感温素子を実装した状態で、平面透視して、前記水晶素子に設けられた励振用電極の平面内に位置させていることを特徴とする水晶振動子。
請求項１乃至請求項３記載の水晶振動子であって、
前記接続パッドの一つが、前記蓋体と電気的に接続されていることを特徴とする水晶振動子。