JP6987589B2 - 水晶振動子 - Google Patents

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Description

本開示は、発振器等に利用される水晶振動子に関する。
水晶素子と、温度センサとを有する水晶振動子が知られている（例えば特許文献１）。水晶素子は、例えば、水晶素板と、水晶素板の一対の主面に設けられた一対の励振用電極とを有しており、電圧が印加されることによって励振され、一定の周波数の発振信号の生成に利用される。また、温度センサの検出値は、例えば、温度変化に起因する水晶素子の特性変化を補償する温度補償回路に利用される。特許文献１の水晶素板は、べベル加工等の機械加工によって形成されている。
特開２０１４−８６９３７号公報
温度を好適に検出できる水晶振動子が提供されることが望まれる。
本開示の一態様に係る水晶振動子は、パッケージと、水晶素板及び当該水晶素板の一対の主面に位置する一対の励振用電極を含み、前記パッケージ内に気密封止されている水晶素子と、前記パッケージに実装されている温度センサと、を有しており、前記水晶素板は、側面の少なくとも一部に、前記主面に対して傾斜している結晶面を含んでいる。
一例において、前記水晶素板の前記主面は、平面視において所定の長手方向の長さが前記長手方向に直交する短手方向の長さよりも長い形状を有しており、前記水晶素板は、前記長手方向に沿って延びる一対の側面を有しており、前記一対の側面は、前記主面に対して傾斜している結晶面を含んでおり、前記水晶素子は、前記長手方向の一端側においてのみ前記パッケージに支持されており、前記水晶素板の平面視において、前記温度センサは、前記水晶素板内に収まり、かつ前記一対の側面に重ならない位置に配置されている。
一例において、前記水晶素板の平面視において、前記一対の主面の互いに重なる領域の、前記長手方向に平行な中心線と、前記温度センサの、前記長手方向に平行な中心線とが一致している。
一例において、前記温度センサは、前記長手方向に長い形状を有しており、かつ前記長手方向の両側に一対の端子を有している。
一例において、前記温度センサは、前記短手方向に長い形状を有しており、かつ前記短手方向の両側に一対の端子を有している。
一例において、前記水晶素板の平面視において、前記温度センサの中心は、前記水晶素板の中心よりも前記長手方向の前記一端側に位置している。
一例において、前記温度センサは、前記パッケージの表面のうちの所定領域に実装されているとともに、前記所定領域側の表面で温度を検出する。
一例において、前記温度センサは、前記パッケージの表面のうちの所定領域に対向して表面実装されているセンサ基板と、前記センサ基板の前記所定領域側に位置している、電気的特性が温度に応じて変化する測温部と、を有している。
一例において、前記温度センサは、前記パッケージの表面のうちの所定領域に対向して表面実装されている半導体基板を有しており、前記半導体基板の前記所定領域側の主面は、ダイオードを構成しているｐ型領域及びｎ型領域を含んでいる。
上記の構成によれば、温度を好適に検出できる。
第一実施形態に係る水晶振動子の構成を示す分解斜視図である。 図１のII−II線における断面図である。 図１の水晶振動子を下面側から見た平面図である。 図４（ａ）は図１の水晶振動子のパッケージを上面からみた平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のパッケージの基板部を上面からみた平面図である。 図５（ａ）は図４（ｂ）の基板部を下面からみた平面図であり、図５（ｂ）は図４（ａ）のパッケージを下面からみた平面図である。 図６（ａ）は図１のVIａ−VIａ線における断面図であり、図６（ｂ）は図１のVIｂ−VIｂ線における断面図であり、図６（ｃ）は水晶素板の平面図である。 図７（ａ）は温度センサの外観を示す平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の温度センサの半導体基板の構成を示す平面図であり、図７（ｃ）は図７（ａ）のVIIｃ−VIIｃ線における断面図である。 図１の水晶素子の製造方法の手順の概要の一例を示すフローチャートである。 図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）及び図９（ｄ）は図１の水晶素子の製造方法を説明するための断面図である。 第二実施形態に係る水晶振動子の構成を示す分解斜視図である。 図１１（ａ）は図１０の水晶振動子の一部を示す平面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のXIｂ−XIｂ線における断面図である。 図１２（ａ）、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）は種々の変形例を説明するための模式図である。 図１３（ａ）は変形例に係る温度センサの断面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の温度センサの半導体基板の構成を示す平面図である。
以下、図面を参照して本開示に係る実施形態について説明する。なお、図面には、便宜的に、Ｄ１軸、Ｄ２軸及びＤ３軸からなる直交座標系を付すことがある。実施形態に係る水晶振動子は、いずれの方向が上方又は下方として用いられてもよい。ただし、以下では、便宜上、Ｄ３軸正側を上方として、又は現に説明している図面の紙面上方を上方として、上面又は下面等の用語を用いることがある。
第二実施形態以降の説明では、先に説明された実施形態の構成と共通または類似する構成について、先に説明された実施形態の構成に付した符号を用い、また、図示や説明を省略することがある。なお、先に説明された実施形態の構成と対応（類似）する構成については、先に説明された実施形態の構成と異なる符号を付した場合においても、特に断りがない点は、先に説明された実施形態の構成と同様とされてよい。
＜第一実施形態＞
本実施形態における水晶振動子１は、図１〜図３に示されているように、パッケージ１１０と、パッケージ１１０の上面に接合された水晶素子１２０と、パッケージ１１０の下面に接合された温度センサ１３０とを含んでいる。パッケージ１１０は、基板部１１０ａの上面と第一枠部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、パッケージ１１０は、基板部１１０ａの下面と第二枠部１１０ｃと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。第一凹部Ｋ１は蓋体１４０によって気密封止されている。
（パッケージ）
基板部１１０ａは、矩形状であり、上面で実装された水晶素子１２０及び下面で実装された温度センサ１３０を支持するための支持部材として機能する。基板部１１０ａの上面には、水晶素子１２０を接合するための電極パッド１１１が設けられている。基板部１１０ａの下面には、温度センサ１３０を接合するための接合パッド１１５（１１５ａ、１１５ｂ）が設けられている。
基板部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。基板部１１０ａは、絶縁層を１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。基板部１１０ａの表面及び内部には、上面に設けられた電極パッド１１１と、第二枠部１１０ｃの下面に設けられた第一外部接続用電極端子Ｇ１とを電気的に接続するための水晶素子用配線パターン１１３及び第一ビア導体１１４が設けられている（図４）。また、基板部１１０ａの表面及び内部には、下面に設けられた接合パッド１１５と、第二枠部１１０ｃの下面に設けられた第二外部接続用電極端子Ｇ２とを電気的に接続するためのセンサ用配線パターン１１６及び第二ビア導体１１７が設けられている（図５）。
第一枠部１１０ｂは、基板部１１０ａの上面に配置され、基板部１１０ａの上面に第一凹部Ｋ１を形成する。第二枠部１１０ｃは、基板部１１０ａの下面に配置され、基板部１１０ａの下面に第二凹部Ｋ２を形成する。第一枠部１１０ｂ及び第二枠部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、基板部１１０ａと一体的に形成されている。
第一凹部Ｋ１が蓋体１４０によって気密封止されるのに対して、第二凹部Ｋ２は外部へ開放された状態とされている。すなわち、第二凹部Ｋ２は、蓋体で塞がれてはおらず、また、封止樹脂が充填されてもいない。ただし、第二凹部Ｋ２は、図示の例とは異なり、樹脂が充填されるなどして気密封止されてもよい。第二凹部Ｋ２は、水晶振動子１が不図示の回路基板に実装された後、水晶振動子１が樹脂封止されることによって気密封止されてもよいし、そのような気密封止がなされなくてもよい。
パッケージ１１０の各部の寸法は適宜に設定されてよい。例えば、第二枠部１１０ｃの厚さは、基板部１１０ａ及び第一枠部１１０ｂの合計の厚さよりも薄い。もちろん、前者は後者と同等以上であってもよい。パッケージの外形の寸法は、一例を挙げると、長辺の長さ（Ｄ１軸方向）が１．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、短辺の長さ（Ｄ２軸方向）が１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下（ただし長辺よりも短い）、厚さ（Ｄ３軸方向）が０．４ｍｍ以上１．５ｍｍ以下（ただし短辺よりも短い）である。
また、第二枠部１１０ｃの下面の四隅には、一対の第一外部接続用電極端子Ｇ１と一対の第二外部接続用電極端子Ｇ２が設けられている。一対の第一外部接続用電極端子Ｇ１は、第二枠部１１０ｃの下面の対角に位置するように設けられている。また、第二外部接続用電極端子Ｇ２は、第一外部接続用電極端子Ｇ１が設けられている対角とは異なる第二枠部１１０ｃの対角に位置するように設けられている。
電極パッド１１１は、水晶素子１２０を実装することに用いられる。電極パッド１１１は、基板部１１０ａの上面に一対で設けられており、基板部１１０ａ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４及び図５に示されているように、基板部１１０ａの上面に設けられた水晶素子用配線パターン１１３と、基板部１１０ａ及び第二枠部１１０ｃに設けられた第一ビア導体１１４とを介して、第二枠部１１０ｃの下面に設けられた第一外部接続用電極端子Ｇ１と電気的に接続されている。
一方の電極パッド１１１ａは、図４に示すように、一方の水晶素子用配線パターン１１３ａの一端と接続されている。また、一方の水晶素子用配線パターン１１３ａの他端は、図４及び図５に示すように、一方の第一ビア導体１１４ａを介して一方の第一外部接続用電極端子Ｇ１ａと接続されている。よって、一方の電極パッド１１１ａは、一方の第一外部接続用電極端子Ｇ１ａと電気的に接続されることになる。また、他方の電極パッド１１１ｂは、図４に示すように、他方の水晶素子用配線パターン１１３ｂの一端と接続されている。また、他方の水晶素子用配線パターン１１３ｂの他端は、図４及び図５に示すように、他方の第一ビア導体１１４ｂを介して他方の第一外部接続用電極端子Ｇ１ｂと接続されている。よって、他方の電極パッド１１１ｂは、他方の第一外部接続用電極端子Ｇ１ｂと電気的に接続されることになる。
接合パッド１１５は、温度センサ１３０を実装することに用いられる。接合パッド１１５は、基板部１１０ａの下面に一対で設けられており、基板部１１０ａの中央に隣接して設けられている。接合パッド１１５は、図５（ａ）に示されているように、基板部１１０ａの下面に設けられたセンサ用配線パターン１１６と、第二枠部１１０ｃの内部に形成された第二ビア導体１１７とを介して、第二枠部１１０ｃの下面に設けられた第二外部接続用電極端子Ｇ２と電気的に接続されている。
一方の接合パッド１１５ａは、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように一方のセンサ用配線パターン１１６ａの一端と接続されている。また、一方のセンサ用配線パターン１１６ａの他端は、一方の第二ビア導体１１７ａを介して一方の第二外部接続用電極端子Ｇ２ａと接続されている。よって、一方の接合パッド１１５ａは、一方の第二外部接続用電極端子Ｇ２ａと電気的に接続されることになる。また、他方の接合パッド１１５ｂは、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように他方のセンサ用配線パターン１１６ｂの一端と接続されている。また、他方のセンサ用配線パターン１１６ｂの他端は、他方の第二ビア導体１１７ｂを介して他方の第二外部接続用電極端子Ｇ２ｂと接続されている。よって、他方の接合パッド１１５ｂは、他方の第二外部接続用電極端子Ｇ２ｂと電気的に接続されることになる。
また、第二凹部Ｋ２内底面に露出している一方のセンサ用配線パターン１１６ａの長さと他方のセンサ用配線パターン１１６ｂの長さが略等しくなっている。つまり、一対のセンサ用配線パターン１１６の長さが略等しい長さになっている。第二凹部Ｋ２内底面に露出している一対のセンサ用配線パターン１１６の長さは、約２００〜２５０μｍである。ここで、略等しい長さとは、一方のセンサ用配線パターン１１６ａの配線長と、他方のセンサ用配線パターン１１６ｂの配線長との差が０〜５０μｍ異なるものを含むものとする。また、配線の長さは、各配線の中心を通る直線の長さを測定したものとする。一方のセンサ用配線パターン１１６ａの配線長と、他方のセンサ用配線パターン１１６ｂの配線長とが略等しい長さとなることによって、発生する抵抗値が等しくなり、温度センサ１３０に付与される負荷抵抗も均一になるため、安定して電圧を出力することが可能となる。
封止用導体パターン１１２（図１及び図２）は、第一枠部１１０ｂと蓋体１４０とを封止部材１４１を介して接合する際に、封止部材１４１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１１２は、図４及び図５に示すように、一方の第二ビア導体１１７ａを介して、一方の第二外部接続用電極端子Ｇ２ａと電気的に接続されている。また、一方の第二外部接続用電極端子Ｇ２ａ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。従って、封止用導体パターン１１２に接合された蓋体１４０がグランド電位に接続される。よって、蓋体１４０による第一凹部Ｋ１内のシールド性が向上する。封止用導体パターン１１２は、例えばタングステン又はモリブデン等から成る導体パターンの表面にニッケルメッキ及び金メッキを順次施すことによって、例えば１０〜２５μｍの厚みに形成されている。
（蓋体）
蓋体１４０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１４０は、真空状態にある第一凹部Ｋ１又は窒素ガスなどが充填された第一凹部Ｋ１を気密的に封止するためのものである。具体的には、蓋体１４０は、所定雰囲気で、パッケージ１１０の第一枠部１１０ｂ上に載置され、第一枠部１１０ｂの封止用導体パターン１１２と蓋体１４０の封止部材１４１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、第一枠部１１０ｂに接合される。
封止部材１４１は、パッケージ１１０の第一枠部１１０ｂ上面に設けられた封止用導体パターン１１２に相対する蓋体１４０の箇所に設けられている。封止部材１４１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。
（水晶素子）
水晶素子１２０は、図２に示されているように、導電性接着剤１５０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。
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、接続用電極１２３及び引き出し電極１２４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。引き出し電極１２４は、励振用電極１２２から水晶素板１２１の短辺に向かって延出されている。接続用電極１２３は、引き出し電極１２４と接続されており、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。
本実施形態においては、電極パッド１１１と接続されている水晶素子１２０の一端を基板部１１０ａの上面と接続した固定端とし、他端を基板部１１０ａの上面と間を空けた自由端とした片保持構造にて水晶素子１２０が基板部１１０ａ上に固定されている。
水晶素板１２１の固定端側の外周縁は、平面視して、基板部１１０ａの一辺と平行であり、第一枠部１１０ｂの内周縁に近付くように設けられている。このようにすることにより、水晶素子１２０の実装位置を視覚的によりわかりやすくすることができるので、水晶振動子の生産性を向上させることが可能となる。
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接続用電極１２３から引き出し電極１２４及び励振用電極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。
水晶素子１２０の基板部１１０ａへの接合方法について説明する。まず、導電性接着剤１５０は、例えばディスペンサによって電極パッド１１１上に塗布される。水晶素子１２０は、導電性接着剤１５０上に搬送され、導電性接着剤１５０上に載置される。そして導電性接着剤１５０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、一対の電極パッド１１１に接合される。
導電性接着剤１５０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。
（水晶素板）
水晶素板１２１は、例えば、いわゆるＡＴカット板である。すなわち、図１に示すように、水晶において、Ｘ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）及びＺ軸（光軸）からなる直交座標系ＸＹＺを、Ｘ軸回りに３０°以上４０°以下（一例として３５°１５′）回転させて直交座標系ＸＹ′Ｚ′を定義したときに、ＸＺ′平面に平行に切り出された板状である。
なお、本開示では、上記の軸に平行な方向について言及する場合において、正負を区別するときは、＋Ｘ軸方向又は−Ｘ軸方向のようにいい、正負を区別しないときは単にＸ軸方向のようにいう。
水晶素板１２１の平面視における外縁の形状は、例えば、概略長方形である。水晶素板１２１は、一対の主面と、一対の主面の外縁同士をつなぐ複数（平面視長方形では４つ）の側面を有している。主面は、板状部材が有する複数の面（平面視矩形の板状部材では６面）のうち最も広い面（板状部材の表裏）を指す。ＡＴカット板では、主面は、概ねＸＺ′平面に沿う面であり、主面の長辺は概ねＸ軸に沿う辺であり、主面の短辺は概ねＺ′軸に沿う辺である。
なお、水晶素板１２１の平面形状は、完全な長方形でなくてもよい。例えば、長方形の角部が平面又は曲面で面取りされていたり、長辺及び／又は短辺が外側に膨らむ弧状とされていたり、対向する２辺同士の長さが互いに異ならされていたりしてもよい。長辺及び短辺の用語は、一般には、長方形の辺を指す用語である。本開示においては、平面視において、水晶素板１２１の長手方向及び短手方向が区別でき、かつ外縁が概ね長手方向に沿う２つの線と概ね短手方向に沿う２つの線との合計４つの線からなると捉えることができる限り、前記のように完全な長方形でなくても、前記の平面視における４つの線を長辺及び短辺という。
水晶素板１２１の一対の主面は、例えば、最終的に研磨によって形成されている。また、水晶素板１２１の外周面（複数の側面）は、例えば、エッチングによって形成されており、エッチングによって現れる結晶面によって構成されている。結晶面は、例えば、主面に対して傾斜している。なお、図１及び図２においては、結晶面の傾斜については無視して水晶素板１２１の側面を図示した。
図６（ａ）は、図１のVIａ−VIａ線における断面図である。図６（ｂ）は、図１のVIｂ−VIｂ線における断面図である。図６（ｃ）は、水晶素板１２１の平面図である。図６（ｃ）では、温度センサ１３０も二点鎖線で示している。
なお、これらの図では、水晶素板１２１の側面の結晶面を視認しやすくするために、実際の寸法比率に比較して、平面方向の寸法に対して厚み方向の寸法を大きくしている。その一方で、結晶面の傾斜角（例えばθ１〜θ４）は、できるだけ実際のものに近くなるように図示されている。
図６（ａ）に示すように、Ｘ軸に直交する断面において、結晶面を考慮した水晶素板１２１の形状は、概ねＸ軸に平行な不図示の対称軸に対して１８０°回転対称の形状となっている。
水晶素板１２１の−Ｚ′軸方向に位置する側面は、例えば、２つの結晶面１２５Ｂ及び１２６Ｂ（以下、Ｂを省略することがある。）によって構成されている。また、水晶素板１２１の＋Ｚ′軸方向に位置する側面は、例えば、２つの結晶面１２５Ａ及び１２６Ａ（以下、Ａを省略することがある。）によって構成されている。
結晶面１２５の、Ｙ′軸に対する傾斜角θ３は、例えば、約３°（例えば１°以上５°以下）である。結晶面１２６の、Ｙ′軸に対する傾斜角θ４は、例えば、約５４°（例えば５２°以上５６°以下）である。２つの結晶面１２５及び１２６が互いに交差する稜線のＹ′軸方向の位置は、適宜に設定されてよいが、例えば、水晶素板１２１の厚みの概ね中央に一致し、又は前記中央から若干ずれた位置である。なお、結晶面１２５は、傾斜角θ３が小さいことから、図６（ｃ）では、線で示されている。
図６（ｂ）に示すように、Ｚ′軸に直交する断面において、結晶面を考慮した水晶素板１２１の形状は、概ねＸ軸に平行な不図示の対称軸に対して線対称の形状となっている。
水晶素板１２１の−Ｘ軸方向に位置する側面は、例えば、２つの結晶面１２７Ａ及び１２７Ｂ（以下、Ａ及びＢを省略することがある。）によって構成されている。結晶面１２７のＹ′軸に対する傾斜角θ１は、例えば、約５５°（例えば５３°以上５７°以下）である。２つの結晶面１２７Ａ及び１２７Ｂが互いに交差する稜線のＹ′軸方向の位置は、例えば、水晶素板１２１の厚みの概ね中央に一致している。
水晶素板１２１の＋Ｘ軸方向に位置する側面は、例えば、２つの結晶面１２８Ａ及び１２８Ｂ（以下、Ａ及びＢを省略することがある。）によって構成されている。結晶面１２８のＹ′軸に対する傾斜角θ２は、例えば、約２７°（例えば２５°以上２９°以下）である。２つの結晶面１２８Ａ及び１２８Ｂが互いに交差する稜線のＹ′軸方向の位置は、例えば、水晶素板１２１の厚みの概ね中央に一致している。
（温度センサ）
図１〜図３に戻って、温度センサ１３０は、ダイオード（半導体ダイオード。以下、同様。）を含むものであり、アノード端子１３１ｂ及びカソード端子１３１ａを有している。温度センサ１３０は、アノード端子１３１ｂからカソード端子１３１ａへは電流を流すが、カソード端子１３１ａからアノード端子１３１ｂへはほとんど電流を流さない順方向特性を有している。温度センサ１３０の順方向特性は、温度によって大きく変化する。具体的には、温度センサ１３０に一定電流を流したときの順方向電圧は、温度変化に対して線形的（直線的）に変化する。この電圧を測定することによって、温度情報を得ることができる。温度情報は、例えば、図示しない電子機器等のメインＩＣ（Integrated Circuit）によって、温度変化に起因する水晶振動子の特性変化の補償に利用される。
温度センサ１３０は、図２及び図３に示すように、パッケージ１１０の第二凹部Ｋ２内に露出した基板部１１０ａに設けられた接合パッド１１５に半田等の導電性接合材を介して実装されている。また、温度センサ１３０のカソード端子１３１ａは、一方の接合パッド１１５ａに接続され、アノード端子１３１ｂは、他方の接合パッド１１５ｂに接続されている。よって、温度センサ１３０のカソード端子１３１ａは、基準電位が付与される、一方の第二外部接続用電極端子Ｇ２ａに接続されることになる。別の観点では、温度センサ１３０の温度に応じた電圧は、他方の第二外部接続用電極端子Ｇ２ｂを介して水晶振動子の外へ出力される。
また、温度センサ１３０には、１〜２００μＡの電流が流れるため、電子機器のマザーボード上に配置された回路が高インピーダンスの場合でも、十分な電流が確保できる。その結果、温度センサ１３０に電流値が小さいことにより生じるノイズが重畳することを低減することができる。また、温度センサ１３０の順方向電圧を超えない限り、急激に流れる電流量が大きくなることはないため、温度センサ１３０の発熱量を低減することができ、水晶素子１２０の実際の温度との読み取り誤差を小さくすることで、高精度の補正が可能となる。よって、水晶振動子は、水晶素子１２０の発振周波数に関する温度補償の精度を向上させることができる。
図２及び図６（ｃ）に示すように、温度センサ１３０は、平面視して、水晶素子１２０と重なる箇所に配置されている。より具体的には、例えば、温度センサ１３０は、平面視において、水晶素板１２１内に収まり、かつ水晶素板１２１の側面（別の観点では、結晶面１２５〜１２８）に重ならない位置に配置されている。
また、例えば、平面視において、水晶素板１２１の一対の主面の互いに重なる領域の、Ｘ軸に平行な中心線ＣＬ０と、温度センサ１３０の、Ｘ軸に平行な中心線（不図示）とは一致している。なお、上記の一対の主面の互いに重なる領域は、換言すれば、一方の主面のうち、平面視において側面の結晶面と重ならない領域である。図６（ｃ）では、この一対の主面の互いに重なる領域のＺ′軸方向の幅Ｗが示されている。
また、例えば、平面視して、温度センサ１３０の中心（図形重心）は、例えば、パッケージ１１０の中心（図形重心）及び／又は水晶素板２１の主面の中心ＣＰ０（図形重心）と概ね一致している。
温度センサ１３０は、例えば、Ｘ軸に長い形状（例えば概略矩形）を有している。カソード端子１３１ａ及びアノード端子１３１ｂは、温度センサ１３０のＸ軸の両側に位置している。
温度センサ１３０のアノード端子１３１ｂは、平面視して、水晶素子１２０が実装されている電極パッド１１１側に配置されている。平面視して、電極パッド１１１の励振用電極１２２側を向いている辺と温度センサ１３０のアノード端子１３１ｂが実装される他方の接合パッド１１５ｂの電極パッド１１１側を向いている辺との間隔は、０〜１００μｍである。また、他方のセンサ用配線パターン１１６ｂは、平面視して、一対の電極パッド１１１の間を通るようにして設けられている。
温度センサ１３０は、平面視で水晶素子１２０に設けられる励振用電極１２２の平面内に位置している。従って、励振用電極１２２の金属膜によるシールド効果によって温度センサ１３０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できる。よって、温度センサ１３０は正確に電圧を出力することができる。
温度センサ１３０のパッケージ１１０への接合方法について説明する。まず、導電性接合材は、例えばディスペンサによって接合パッド１１５上に塗布される。温度センサ１３０は、導電性接合材上に搬送され、導電性接合材上に載置される。そして導電性接合材は、加熱させることによって溶融接合される。温度センサ１３０は、一対の接合パッド１１５に接合される。なお、導電性接合材は、接合パッド１１５に代えて、カソード端子１３１ａ及びアノード端子１３１ｂに塗布されてもよい。
導電性接合材は、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。
（温度センサの具体的構成）
図７（ａ）は、温度センサ１３０の外観を示す平面図である。図７（ｂ）は、温度センサ１３０の半導体基板１３２の構成を示す平面図である。図７（ｃ）は、図７（ａ）のVIIｃ−VIIｃ線における断面図である。ただし、便宜上、半導体基板１３２の断面にハッチングは付していない。
温度センサ１３０は、半導体基板１３２の主面１３２ａ上にカソード端子１３１ａ及びアノード端子１３１ｂが設けられて構成されている。すなわち、温度センサ１３０は、ベアチップであり、半導体基板１３２を囲むパッケージを有していない。
半導体基板１３２は、例えば、その全面に亘って概ね一定の厚さを有している。半導体基板１３２の平面形状は、適宜に設定されてよいが、例えば、概略、矩形（図示の例では長方形）である。カソード端子１３１ａ及びアノード端子１３１ｂは、矩形の２辺（図示の例では短辺）の互いに対向する方向（Ｄ１軸方向）において互いに離間して配置されている。
半導体基板１３２は、主面１３２ａ内に、ｐ型半導体からなるｐ型領域１３２ｐ、及びｎ型半導体からなるｎ型領域１３２ｎを有している。より具体的には、半導体基板１３２は、ｎ型半導体からなるｎ型層１３３ｎと、ｎ型層１３３ｎの一部の領域においてｎ型層１３３ｎ上に位置している、ｐ型半導体からなるｐ型層１３３ｐとを有している。そして、ｐ型層１３３ｐによってｐ型領域１３２ｐが構成され、ｎ型層１３３ｎのうちｐ型層１３３ｐの非配置領域によってｎ型領域１３２ｎが構成されている。
ｎ型層１３３ｎ及びｐ型層１３３ｐの厚さは適宜に設定されてよい。図示の例では、ｎ型領域１３２ｎにおけるｎ型層１３３ｎの厚さは、半導体基板１３２の厚さとなっている。ｐ型層１３３ｐの厚さは、例えば、半導体基板１３２の厚さの半分以下となっている。
ｐ型層１３３ｐ及びｎ型層１３３ｎは互いに接しており、ｐｎ接合を構成している。ｐ型領域１３２ｐ上にはアノード端子１３１ｂが設けられており、ｎ型領域１３２ｎ上にはカソード端子１３１ａが設けられている。このようにして、半導体基板１３２にはダイオード１３４が構成されている。上記の説明から理解されるように、ダイオード１３４は、いわゆるプレーナ構造のものである。
このようなダイオード１３４の製造方法は、寸法等の具体的な条件を除いて公知の種々の製造方法と同様とされてよい。例えば、まず、複数の半導体基板１３２が多数個取りされるｎ型半導体ウェハを用意する。ｎ型半導体ウェハは、例えば、リン（Ｐ）又はアンチモン（Ｓｂ）等を不純物として含むシリコン（Ｓｉ）ウェハである。次に、ｐ型領域１３２ｐとなる領域にマスクを介してホウ素（Ｂ）等の不純物を注入する。次に、適宜な薄膜形成法によってアノード端子１３１ｂ及びカソード端子１３１ａを形成する。その後、半導体ウェハをダイシングして個片化する。
以上のような構成のダイオード１３４においてアノード端子１３１ｂ及びカソード端子１３１ａに順方向電圧が印加されると、アノード端子１３１ｂ及びカソード端子１３１ａが主面１３２ａ上に位置していることから、矢印ｙ１で示すように、電流は、主面１３２ａ付近において流れやすい。別の観点では、電流は、平面視における、ｐ型領域１３２ｐ及びｎ型領域１３２ｎの境界部１３２ｂ（ｐｎ接合面）を超えるように流れやすい。
ｐ型層１３３ｐは、ｎ型層１３３ｎ上に位置しているから、矢印ｙ２で示すように、ｐ型層１３３ｐの下面とｎ型層１３３ｎとの境界面１３３ｂ（ｐｎ接合面）を介しても電流は流れることが可能である。ただし、境界面１３３ｂが主面１３２ａから離れるほど、アノード端子１３１ｂから境界面１３３ｂを経由してカソード端子１３１ａへ至る電流の経路は長くなる。ひいては、当該経路の抵抗は増加し、電流は流れにくくなる。
従って、ダイオード１３４においては、半導体基板１３２内の種々の部位の温度のうち、主面１３２ａにおける温度がダイオード１３４の順方向特性に及ぼす影響が大きい。境界面１３３ｂの位置の深さによって、境界部１３２ｂ及び境界面１３３ｂが順方向特性に及ぼす相対的な割合は変化するが、主面１３２ａにおける温度が順方向特性に及ぼす影響が大きいという傾向自体に変わりはない。
なお、仮に、ｐ型層１３３ｐが半導体基板１３２の厚さと同等であっても、アノード端子１３１ｂ及びカソード端子１３１ａが主面１３２ａ上に位置していることによって、上記と同様に半導体基板１３２の下面側（Ｄ３軸負側）に流れる電流は小さくなっていくから、主面１３２ａにおける温度が順方向特性に及ぼす影響が大きいという傾向自体に変わりはない。
従って、ダイオード１３４は、主面１３２ａを構成するｐ型領域１３２ｐ上にアノード端子１３１ｂが設けられ、主面１３２ａを構成するｎ型領域１３２ｎ上にカソード端子１３１ａが設けられていることにより、表面（主面１３２ａ）で温度を検出する（主面１３２ａの温度を検出する）構成となっているといえる。
ｐ型層１３３ｐが薄いほど、境界部１３２ｂ及び境界面１３３ｂの温度は、主面１３２ａの温度に近くなるから、主面１３２ａの温度を精度良く検出することができる。例えば、ｐ型層１３３ｐの厚さは、半導体基板１３２の厚さの１／２以下又は１／５以下とされてよい。
なお、ｐ型層１３３ｐは、半導体基板１３２の主面１３２ａ側の一部にのみ形成されており、アノード端子１３１ｂ及びカソード端子１３１ａが主面１３２ａ上に位置しているから、半導体基板１３２のうち、主面１３２ａ側の一部にダイオード１３４が構成されていると捉えられてよい。この観点からも、温度センサ１３０は、表面（主面１３２ａ）で温度を検出するセンサであるといってよい。
図示の例では、ｎ型半導体ウェハの一部をｐ型半導体にする態様を例にとったが、ｐ型半導体ウェハの一部をｎ型半導体にしてもよい。すなわち、ダイオード１３４は、ｐ型層の一部の領域においてｎ型層がｐ型層上に位置し、これにより、主面１３２ａ内にｐ型領域１３２ｐ及びｎ型領域１３２ｎが構成されてもよい。
（水晶素子の製造方法の概略）
図８は、水晶素子１２０の製造方法の手順の概要の一例を示すフローチャートである。また、図９（ａ）〜図９（ｄ）は、水晶素板１２１が多数個取りされるウェハ１１の一部を示す平面図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）は図６（ａ）に対応しており、図９（ｃ）及び図９（ｄ）は図６（ｂ）に対応している。
ステップＳＴ１では、水晶からなるウェハ１１が準備される。なお、ここでいうウェハは、水晶素板１２１が多数個取りされる板状のものであればよく、円盤状でなくてもよい。例えば、ウェハ１１の平面形状は、矩形であってもよい。
ウェハ１１の準備は、例えば、公知の方法と同様でよい。具体的には、例えば、人工水晶に対してランバード加工及びスライシングを行うことによって、図１を参照して説明した角度でウェハが切り出される。さらに、その切り出されたウェハに対してラッピング、エッチング及び／又はポリッシングを行うことにより、互いに平行な一対の主面を有するウェハ１１が形成される。
ステップＳＴ２では、図９（ａ）及び図９（ｃ）に示すように、ウェハ１１の一対の主面上に、ウェハ１１のエッチングのためのマスク１３を形成する。マスク１３は、水晶素板１２１の平面形状と概ね同様の平面形状をそれぞれ有する複数の素板対応部（図示の部分。符号省略）と、当該複数の素板対応部を平面視において囲む枠部(不図示)と、複数の素板対応部と枠部とを接続している複数の接続部（不図示）とを有している。接続部は、例えば、素板対応部に対して、一方の短辺の両端に対応する位置に接続されている。
なお、図９（ａ）に示されているように、一対のマスク１３（素子対応部）の位置は、互いにずらされていてもよい。これにより、例えば、結晶面１２５と１２６とが交差する稜線のＹ′軸方向の位置を調整することができる。
マスク１３は、例えば、特に図示しないが、金属膜とその上に重なるレジスト膜との組み合わせからなる。金属膜は、例えば、クロムからなる。レジスト膜は、ポジ型及びネガ型のいずれのフォトレジストであってもよい。これらの形成は、公知の方法と同様でよい。例えば、まず、スパッタリング法等によりウェハ１１の主面上にその全面に亘って金属膜が形成される。次に、スピンコート法等により金属膜上にその全面に亘ってレジスト膜が形成される。次に、フォトリソグラフィーによってレジスト膜をパターニングする。次に、レジスト膜を介して金属膜をエッチングし、金属膜をパターニングする。これにより、マスク１３が形成される。なお、その後、レジスト膜を除去して金属膜のみによってマスク１３を構成してもよい。
ステップＳＴ３では、図９（ｂ）及び図９（ｄ）に示すように、マスク１３を介してウェハ１１に対してウェットエッチングを行う。例えば、薬液を収容している液槽にウェハ１１を浸す。このエッチングは、マスク１３の開口の直下において、ウェハ１１に貫通孔が形成されるまで行われる。これにより、マスク１３の各素子対応部の直下に素子対応部と同様の平面形状の主面を有する水晶素板１２１が形成される。ただし、この時点では、複数の水晶素板１２１は、＋Ｚ又は−Ｚ側の側面の一部にてウェハ１１の枠部に接続されている。
このエッチングでは、水晶素板１２１の側面を構成する結晶面１２５〜１２８が現れる。なお、本開示ではアンダーカットの図示を省略している（理想的なエッチングを図示している）。実際には、若干のアンダーカットが生じてもよい。アンダーカットが進むことにより、新たな結晶面が現れてもよい。
ステップＳＴ４では、ウェハ１１からマスク１３が除去される。例えば、ウェハ１１は、マスク１３を除去するための適宜な薬液に浸される。
ステップＳＴ５では、各水晶素板１２１に一対の励振用電極１２２、一対の接続用電極１２３及び一対の引き出し電極１２４を形成する。これらの導電層の形成方法は、例えば、公知の方法と同様でよい。具体的には、例えば、これらの導電層は、マスクを介して導電材料が成膜されることにより形成され、又は導電材料が成膜された後にマスクを介してエッチングされることにより形成される。
ステップＳＴ６では、ウェハ１１（その枠部）から水晶素板１２１を分離する。例えば、水晶素板１２１を押圧又は吸引して、枠部と水晶素板１２１とを接続している接続部を折る。これにより、個片化された複数の水晶素子１２０が作製される。
以上のとおり、本実施形態では、水晶振動子１は、パッケージ１１０と、水晶素子１２０と、温度センサ１３０とを有している。水晶素子１２０は、水晶素板１２１及び当該水晶素板１２１の一対の主面に位置する一対の励振用電極１２２を含み、パッケージ１１０内に気密封止されている。温度センサ１３０は、パッケージ１１０に実装されている。水晶素板１２１は、側面の少なくとも一部に、主面に対して傾斜している結晶面１２５、１２６、１２７及び／又は１２８を含んでいる。
従って、例えば、温度センサ１３０の検出温度と、水晶素板１２１の温度との差を低減することができる。具体的には、以下のとおりである。
水晶振動子１の外部環境の温度が変化した場合について考える。このような場合、水晶は、金属及び半導体に比較して熱伝導率が低いから、水晶素板１２１の周囲の空間（第一凹部Ｋ１内の空間）及び／又は水晶素板１２１に当接している部材（励振用電極１２２等）の温度が変化してから、その温度変化が水晶素板１２１の全体（別の観点では内部）に伝わるまでには比較的長い時間遅れが生じる。一方で、温度センサ１３０は、温度検出を目的としているものであるから、通常は、温度センサ１３０の周囲の空間（第二凹部Ｋ２内の空間）及び／又は温度センサ１３０に当接している部材（接合パッド１１５等）の温度変化に対する検出温度の時間遅れは比較的短い。従って、検出温度が実際の水晶素板１２１の温度よりも先に外部環境の温度に追従してしまい、検出温度が実際の水晶素板１２１の温度から乖離してしまうおそれがある。
ここで、外部環境の温度変化が水晶素板１２１に伝わる過程においては、励振用電極１２２の役割が大きい。その理由としては、例えば、以下のものが挙げられる。第一凹部Ｋ１内は真空とされており（厳密には減圧されており）、理論上は、外部環境の温度変化は、水晶素子１２０の周囲の空間を介しては水晶素子１２０に伝わらない。又は、第一凹部Ｋ１内に気体が封入されていても、気体及びパッケージ１１０の熱伝導率は相対的に低いから、外部環境の温度変化は、水晶素子１２０の周囲の空間を介しては水晶素子１２０に伝わりにくい。一方で、水晶素子１２０は、導電性接着剤１５０によって基板部１１０ａの上面に接合されているから、基板部１１０ａの温度変化の影響を受けやすい。具体的には、導体は、水晶よりも熱伝導率が高いから、導電性接着剤１５０から接続用電極１２３に伝わった温度変化は、引き出し電極１２４及び励振用電極１２２を介して水晶素板１２１に伝わりやすい。第一外部接続用電極端子Ｇ１から電極パッド１１１を経由して導電性接着剤１５０まで導体の経路が形成されていることから、一層、外部環境の温度は、励振用電極１２２を介して水晶素板１２１に伝わりやすい。
一方、水晶素板１２１のＸ軸方向又はＺ′軸方向の長さを設計および／または測定するときには、例えば、最も長くなる位置での長さが基準とされる。例えば、Ｚ′軸方向の長さは、結晶面１２５Ａ及び結晶面１２６Ａがなす稜線のＸ軸方向における位置と、結晶面１２５Ｂ及び結晶面１２６Ｂがなす稜線のＸ軸方向における位置とを基準として、水晶素板１２１の長さが規定される。従って、本実施形態の水晶素板１２１と同一の寸法（設計値）を有し、かつ本実施形態とは異なり、機械加工によって側面が形成され、側面が主面に直交している水晶素板に比較して、水晶素板１２１は、体積が小さくなる。換言すれば、水晶素板１２１と、機械加工による水晶素板とが同一寸法の励振用電極１２２を有している場合、水晶素板１２１の方が体積が小さい。
従って、水晶素板１２１は、機械加工による水晶素板に比較して、励振用電極１２２の温度変化の影響を受けやすい。ひいては、外部環境の温度変化に対する水晶素板１２１の温度変化の時間遅れは短縮される。その結果、検出温度と、水晶素板１２１の温度との差が低減される。
また、本実施形態では、水晶素板１２１の主面は、平面視において所定の長手方向（Ｄ１軸方向）の長さが長手方向に直交する短手方向（Ｄ２軸方向）の長さよりも長い形状を有している。水晶素板１２１は、長手方向に沿って延びる一対の側面（長辺）を有している。この一対の側面（長辺）は、主面に対して傾斜している結晶面１２５及び１２６を含んでいる。水晶素子１２０は、長手方向の一端側（−Ｄ１側）においてのみパッケージ１１０に支持されている。水晶素板１２１の平面視において、温度センサ１３０は、水晶素板１２１内に収まり、かつ一対の側面（別の観点では結晶面１２５及び１２６）に重ならない位置に配置されている。
従って、水晶素板１２１の温度変化と同様の温度変化を温度センサ１３０に生じさせやすくなる。具体的には、以下のとおりである。
外部環境の温度が変化する場合、水晶素板１２１は、上述のように、導電性接着材１５０（換言すれば水晶素子１２０を支持位置）を介してパッケージ１１０（基板部１１０ａ）の温度変化の影響を受けやすい。また、水晶素子１２０は、支持位置側にのみ接続用電極１２３及び引き出し電極１２４を有しているから、熱伝導率が高い導体の面積が支持位置側に確保されていることになる。このような事情から、水晶素板１２１は、平面視において均等に温度変化が生じるのではなくて、支持位置側から温度変化が進行しやすい。
一方、パッケージ１１０のうち温度センサ１３０が実装されている部分は平面視において水晶素板１２１に重なっている部分であり、本実施形態では基板部１１０ａである。当該基板部１１０ａは、水晶素子１２０の一端側のみを保持することから、電極パッド１１１がＤ１軸方向の一方側のみに位置している。すなわち、第一外部接続用電極端子Ｇ１を介して外部環境の温度変化の影響を受けやすい導体の面積がＤ１軸方向の一方側のみに確保されることになる。従って、基板部１１０ａの温度変化は、水晶素子１２０の支持位置側から進行しやすい。
従って、温度センサ１３０の温度に影響を及ぼす基板部１１０ａの温度変化は、水晶素板１２１における温度変化の進行と同様の方向に進行することになる。その結果、例えば、平面視において温度センサ１３０を水晶素板１２１の特異部分（結晶面）よりも内側に収めることにより、水晶素板１２１の温度変化と同様の温度変化を温度センサ１３０に生じさせやすくなる。
特に、水晶素板１２１の平面視において、一対の主面の互いに重なる領域（図６（ｃ）の幅Ｗ参照）の、水晶素板１２１の長手方向に平行な中心線ＣＬ０と、温度センサ１３０の、前記長手方向に平行な中心線とが一致していると、一対の特異部分（結晶面）から温度センサ１３０が均等に離間するから上記効果が向上する。
また、本実施形態では、温度センサ１３０が水晶素板１２１の長手方向（Ｄ１軸方向）に長い形状を有しており、かつ前記長手方向の両側に一対の端子（カソード端子１３１ａ及びアノード端子１３１ｂ）を有している。
カソード端子１３１ａ及びアノード端子１３１ｂは、導体であり、かつパッケージ１１０に接合されているから、温度センサ１３０は、これらの端子を介してパッケージ１１０の温度変化の影響を受けやすい。一方、上述のように、水晶素板１２１及び基板部１１０ａそれぞれは、水晶素子１２０の支持位置側から温度変化が伝わりやすい。従って、水晶素子１２０の支持位置側に一方の端子（ここではアノード端子１３１ｂ）のみが位置していることにより、例えば、温度センサ１３０においても、水晶素板１２１の温度変化の時間遅れと同様に、温度変化の時間遅れを生じさせることができる。
温度センサ１３０は、パッケージ１１０の表面のうちの所定領域（基板部１１０ａの下面）に実装されているとともに、所定領域側の表面で温度を検出する。
上記のように、外部環境の温度変化は、水晶素子１２０が接合されているパッケージ１１０を介して水晶素子１２０へ伝わりやすい。従って、パッケージ１１０の表面側の主面１３２ａで温度を検出する温度センサ１３０を用いることによって、本実施形態とは異なり、温度センサのチップ全体で温度を検出する態様に比較して、検出温度がパッケージ１１０の温度に追従しやすくなる。温度センサ１３０は、パッケージ１１０の表面に実装（接合）されているから、パッケージ１１０の温度変化が主面１３２ａに伝わりやすく、一層、検出温度はパッケージ１１０の温度に追従しやすくなる。従って、検出温度が水晶素子１２０の温度に追従しやすくなり、検出温度に基づく温度補償を高精度に行うことができる。
また、本実施形態では、パッケージ１１０は、基板部１１０ａと、基板部１１０ａの上面に位置している第一枠部１１０ｂと、基板部１１０ａの下面に位置している第二枠部１１０ｃと、を有している。蓋体１４０は、第一枠部１１０ｂの上面に接合されて第一枠部１１０ｂ内を気密封止している。水晶素子１２０は、第一枠部１１０ｂ内に収容されているとともに基板部１１０ａの上面に実装されている。温度センサ１３０は、第二枠部１１０ｃ内に収容されているとともに基板部１１０ａの下面に実装されており、基板部１１０ａ側の表面（主面１３２ａ）で温度を検出する。
従って、水晶素子１２０及び温度センサ１３０は、基板部１１０ａの表裏に実装されている。これにより、上記の、温度センサ１３０が表面で温度を検出することによる、検出温度が水晶素子１２０の温度に追従しやすくなる効果が向上する。また、水晶素子１２０を収容する第一凹部Ｋ１内の空間は、上記のように外部環境の温度の影響を受けにくい。一方、温度センサ１３０を収容する第二凹部Ｋ２内の空間は、第二凹部Ｋ２が開放されていることなどから外部環境の温度の影響を受けやすい。しかし、温度センサ１３０が基板部１１０ａ側の表面で温度を検出するものであることによって、その検出温度は、第二凹部Ｋ２内の空間（基板部１１０ａと温度センサ１３０との隙間以外の空間）の温度変化の影響が低減されたものとなる。その結果、温度センサ１３０は、水晶素子１２０の温度変化と同様の温度変化を検出することができることになる。ひいては、検出温度が水晶素子１２０の温度に追従しやすくなり、検出温度に基づく温度補償を高精度に行うことができる。
また、本実施形態では、温度センサ１３０は、所定領域（基板部１１０ａの下面）に対向して表面実装されているセンサ基板（半導体基板１３２）と、半導体基板１３２の前記所定領域側（基板部１１０ａ側）に位置している、電気的特性が温度に応じて変化する測温部（ダイオード１３４）と、を有している。
別の観点では、温度センサ１３０は、所定領域（基板部１１０ａの下面）に対向して表面実装されている半導体基板１３２を有している。半導体基板１３２の前記所定領域側（基板部１１０ａ側）の主面１３２ａは、ダイオード１３４を構成しているｐ型領域１３２ｐ及びｎ型領域１３２ｎを含んでいる。
すなわち、温度センサ１３０は、ベアチップ又はＷＬＰ（ウェハレベルパッケージ）式のチップ等である。従って、例えば、水晶振動子１の小型化を図ることができる。また、例えば、パッケージが設けられている場合に比較して、ダイオード１３４（測温部）は、基板部１１０ａの温度の影響を直接的に受けることになり、温度センサ１３０の感度が向上する。
また、本実施形態では、水晶素子１２０は、基板部１１０ａの上面に平行な第一方向（Ｄ１軸方向）の一端側においてのみ支持されている。半導体基板１３２は、一部の領域がｐ型領域１３２ｐ及びｎ型領域１３２ｎの一方（図示の例ではｎ型領域１３２ｎ）を構成する第一層（ｎ型層１３３ｎ）と、前記一部の領域とは異なる領域において第一層上に位置することによってｐ型領域及びｎ型領域の他方（図示の例ではｐ型領域１３２ｐ）を構成している第二層（ｐ型層１３３ｐ）と、を有している。第二層の少なくとも一部（本実施形態では全部）は、水晶素子１２０の支持位置（電極パッド１１１）よりも第一方向の一方側又は他方側に位置している。
ここで、仮に、本実施形態とは異なり、ｐ型層１３３ｐの厚さが半導体基板１３２の厚さと同等であり、ｐｎ接合面がＤ１軸に概ね直交する面（境界部１３２ｂ）だけだと仮定する（このような態様も本開示に係る技術に含まれる。）。この場合、基板部１１０ａの温度変化が上述のようにＤ１軸方向に沿って進行していくと、温度変化が境界部１３２ｂに到達したときに順方向特性の変化が現れ、ひいては、比較的急激に検出温度が変化することになる。この検出温度の変化は、水晶素子１２０の温度変化を必ずしも反映しているとはいえないおそれがある。
しかし、ｎ型層１３３ｎ上にｐ型層１３３ｐが位置していると、境界面１３３ｂがＤ１軸方向に広がっていることになる。そして、境界面１３３ｂにおける順方向特性の変化は、基板部１１０ａの温度変化が境界面１３３ｂ上をＤ１軸方向に進行していく過程で、少しずつ現れることになる。ひいては、急激な検出温度の変化が緩和される。なお、既に述べたように、境界面１３３ｂが主面１３２ａ（カソード端子１３１ａ及びアノード端子１３１ｂ）から離れた位置にあると、境界面１３３ｂを超える電流は小さくなる。従って、ｐ型層１３３ｐ（第二層）が薄いほど当該効果は向上する。
また、本実施形態では、第二枠部１１０ｃの厚さは、第一枠部１１０ｂ及び基板部１１０ａの合計厚さの半分よりも薄い。
第二枠部１１０ｃを薄くすると、温度センサが第二枠部１１０ｃの開口を介して外部環境に近づく。従って、本実施形態とは異なり、温度センサがチップ全体で温度を検出するものである場合、外部環境の温度変化が基板部１１０ａを介さずに検出温度に及ぼす影響が相対的に大きくなる。その結果、外部環境の温度変化の影響を基板部１１０ａを介して受ける水晶素子１２０の温度から検出温度が乖離してしまうおそれがある。しかし、本実施形態では、温度センサ１３０は、基板部１１０ａ側の主面１３２ａで温度を検出することから、基板部１１０ａ側以外からの温度変化の影響を受けにくい。従って、検出精度の低下を抑制しつつ、パッケージ１１０の小型化を図ることができる。
なお、以上の実施形態において、半導体基板１３２はセンサ基板の一例である。ダイオード１３４は測温部の一例である。
＜第二実施形態＞
図１０は、第二実施形態に係る水晶振動子５１の要部構成を示す平面図である。図１１（ａ）は、水晶振動子５１の内部を示す平面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のXIｂ−XIｂ線における断面図である。
第二実施形態においても、第一実施形態と同様に、水晶振動子５１は、水晶素子１２０及び温度センサ１３０を有しており、水晶素子１２０は、主面に対して傾斜した結晶面１２５〜１２８（ただし、ここでは図示を省略する）を有する水晶素板１２１を有している。
従って、第一実施形態と同様の効果が奏される。例えば、励振用電極１２２に対して水晶素板１２１の体積を小さくし、外部環境の温度変化に対する水晶素板１２１の温度変化の追従性を向上させ、ひいては、水晶素板１２１の温度と温度センサ１３０の検出温度とが乖離するおそれを低減できる。
ただし、第一実施形態では、水晶素子１２０と温度センサ１３０とが別個の空間に収容されていたのに対して、第二実施形態では、両者は同一の空間に収容されている。すなわち、両者はパッケージの構成が相違する。具体的には、以下のとおりである。
水晶振動子５１のパッケージ５３の外形は、例えば、概略直方体状である。また、パッケージ５３の凹部Ｋ５１は、例えば、水晶素子１２０が収容される素子用凹部Ｋ５２と、素子用凹部Ｋ５２の底面に開口し、温度センサ１３０が収容されるセンサ用凹部Ｋ５３とを有している。別の観点では、パッケージ５３は、凹部Ｋ５１の底面上に位置する台座部５５を有している。台座部５５の上面は、水晶素子１２０を実装するための第一領域Ｒ１となっている。凹部Ｋ５１の底面（台座部５５の非配置領域）は、温度センサ１３０を実装するための第二領域Ｒ２となっている。第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２は、いずれも凹部Ｋ５１の内面のうち、蓋体１４０側に面する領域である。
図１１（ｂ）に示すように、パッケージ５３は、例えば、複数（本実施形態では３つ）の第一絶縁層５３ａ〜第三絶縁層５３ｃによって構成されている。具体的には、例えば、パッケージ５３は、下面側から順に、第一絶縁層５３ａと、センサ用凹部Ｋ５３を構成する開口を有する第二絶縁層５３ｂと、素子用凹部Ｋ５２を構成する開口を有する第三絶縁層５３ｃとを有している。凹部Ｋ５１の底面（第二領域Ｒ２）は、第一絶縁層５３ａの上面によって構成されている。第一領域Ｒ１は、第二絶縁層５３ｂの上面によって構成されている。
第一絶縁層５３ａ〜第三絶縁層５３ｃの外縁の形状は、例えば、パッケージ５３の外形が直方体状であることに対応して矩形である。センサ用凹部Ｋ５３及び素子用凹部Ｋ５２の平面形状は、例えば、絶縁層の中央に位置し、絶縁層の外縁の矩形と平行な４辺を有する矩形である。なお、特に図示しないが、第二絶縁層５３ｂにおいて、Ｄ１軸方向正側の形状は、第三絶縁層５３ｃと同様とされてもよい。すなわち、台座部５５と同様の形状を有するＤ１軸方向正側の部分は設けられなくてもよい。また、台座部５５は、２つの電極パッド１１１に対応してＤ２軸方向において分割されていてもよい。
各絶縁層（５３ａ〜５３ｃ）の厚さは、互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。図示の例では、第二絶縁層５３ｂの厚さは、第三絶縁層５３ｃの厚さよりも厚くなっている。すなわち、凹部Ｋ５１の底面（第二領域Ｒ２）から第一領域Ｒ１までの高さは、第一領域Ｒ１からパッケージ１１０の上面（または蓋体１４０の下面）までの高さよりも低い。
各絶縁層（５３ａ〜５３ｃ）は、第一実施形態で説明した基板部１１０ａ等を構成する絶縁層と同様のものである。第一絶縁層５３ａ〜第三絶縁層５３ｃそれぞれは、絶縁層を１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。
上記のような構成のパッケージ５３には、第一実施形態のパッケージ１１０と同様の導体が設けられている。具体的には、例えば、以下のとおりである。
第一絶縁層５３ａの下面には、第一外部接続用電極端子Ｇ１（Ｇ１ａ、Ｇ１ｂ）及び第二外部接続用電極端子Ｇ２（Ｇ２ａ、Ｇ２ｂ）が設けられている。第一領域Ｒ１には、水晶素子１２０を実装するための一対の電極パッド１１１が設けられている。第二領域Ｒ２には、温度センサ１３０を実装するための一対の接合パッド１１５が設けられている。図示を省略するが、第一絶縁層５３ａの上面及び内部並びに第二絶縁層５３ｂの上面及び内部には、一対の電極パッド１１１と一対の第一外部接続用電極端子Ｇ１とを接続する導体が設けられている。また、図示は省略するが、第一絶縁層５３ａの上面及び内部には、一対の接合パッド１１５と一対の第二外部接続用電極端子Ｇ２とを接続する導体が設けられている。パッケージ５３の上面には、封止用導体パターン１１２が設けられている。
以上のとおり、第二実施形態では、パッケージ５３は、凹部Ｋ５１を有している。蓋体１４０は、凹部Ｋ５１の開口を塞いで凹部Ｋ５１内を気密封止している。水晶素子１２０は、凹部Ｋ５１に収容されているとともに凹部Ｋ５１の内面のうち蓋体１４０側に面する第一領域Ｒ１に実装されている。温度センサ１３０は、凹部Ｋ５１に収容されているとともに凹部Ｋ５１の内面のうち蓋体１４０側に面する第二領域Ｒ２に実装されており、第二領域Ｒ２側の表面（主面１３２ａ）で温度を検出する。
すなわち、水晶素子１２０は、温度センサ１３０と同一の空間に配置され、かつ凹部Ｋ５１の底部に共に実装される。従って、例えば、凹部Ｋ５１の底部の温度が水晶素子１２０の温度に影響を及ぼす状況と同様の状況を温度センサ１３０に再現することができる。その結果、例えば、温度センサ１３０が主面１３２ａで温度を検出することによる既述の効果が向上する。
（変形例）
以下、種々の変形例について説明する。変形例は、第一及び第二実施形態のいずれに適用されてもよいが、便宜上、第一実施形態の符号を優先的に用いる。
（温度センサの配置位置に係る変形例）
図１２（ａ）は、変形例に係る水晶振動子２０１の要部構成を示す平面図である。
水晶振動子２０１は、基本的に、温度センサ１３０の位置のみが実施形態と相違する。なお、温度センサ１３０の位置の相違に伴って、接合パッド１１５の配置及びセンサ用配線パターン１１６の形状も実施形態と相違する。また、第二凹部Ｋ２の位置及び／又は形状も実施形態と相違してよい。ただし、これらの構成は実施形態の説明から実施可能な程度に類推可能であることから、その説明は省略する。
温度センサ１３０の配置は、まず、平面視における向きが実施形態と９０°異なっている。すなわち、水晶素子１２０は、基板部１１０ａの上面に平行な第一方向（Ｄ１軸方向）の一端側においてのみ支持されているところ、半導体基板１３２の平面視において、ｐ型領域１３２ｐ及びｎ型領域１３２ｎの境界部１３２ｂの少なくとも一部（図示の例では全部。）は、水晶素子１２０の支持位置（電極パッド１１１）よりも第一方向の一方側又は他方側に位置しているとともに第一方向に沿って延びている。
実施形態の説明では、基板部１１０ａの温度変化が電極パッド１１１側から進行していくときに、温度変化が境界部１３２ｂに到達すると、急激な検出温度の変化が生じるおそれがあることについて述べた。一方、本変形例の水晶振動子２０１では、境界部１３２ｂがＤ１軸に沿っていることから、Ｄ１軸方向の温度変化の進行に伴って、順方向特性の変化は徐々に生じることになり、急激な検出温度の変化が緩和される。
なお、境界部１３２ｂが第一方向に沿って延びているという場合、境界部１３２ｂは、必ずしも第一方向に平行である必要はない。例えば、境界部１３２ｂは、１０°以下の角度で第一方向に傾斜していてもよい。
また、本変形例では、基板部１１０ａの平面視において、温度センサ１３０の中心ＣＰ２（図形重心）は、基板部１１０ａの中心ＣＰ１（図形重心。中心線ＣＬ１と中心線ＣＬ２との交点）よりもＤ１軸方向の電極パッド１１１側に位置している。
これまでの説明からも理解されるように、外部環境の温度が変化した場合、水晶素子１２０の温度は、電極パッド１１１の温度の影響を受けやすい。従って、上記のように電極パッド１１１側に温度センサ１３０が位置することによって、検出温度を電極パッド１１１側の温度に追従させやすくなる。電極パッド１１１に温度変化が生じてからその温度変化が水晶素板１２１に伝わるまでには時間遅れが存在するが、その時間遅れの長さ及び温度センサ１３０の感度によっては、このように構成することによって、検出温度を水晶素板１２１の温度に近づけることができる。
なお、この電極パッド１１１側へ温度センサ１３０を寄せる構成は、実施形態のようにｐ型領域１３２ｐ及びｎ型領域１３２ｎの並び方向がＤ１軸方向又は更に他の方向である場合にも適用されてよい。
（温度センサの構成に係る変形例）
以下では、温度センサの構成に係る変形例を示す。なお、便宜上、Ｄ１軸及びＤ２軸に対する温度センサの向きは実施形態と同様とするが、図１２（ａ）の変形例と同様とされてもよい。
既に述べたように、実施形態のｎ型半導体とｐ型半導体との上下及び／又は左右の位置関係は逆とされてもよい。図１２（ｂ）に示す変形例に係る温度センサ２０３は、そのような変形がなされている。すなわち、この変形例では、ｐ型層１３３ｐの一部の領域においてｎ型層１３３ｎが設けられている。なお、以下に説明する種々の変形例においても、ｎ型半導体とｐ型半導体との上下及び／又は左右の位置関係は逆とされてよい。
また、図１２（ｂ）の変形例では、平面視において、ｎ型領域１３２ｎとｐ型領域１３２ｐとの境界部１３２ｂは、ｎ型領域１３２ｎを囲むように形成されている。なお、この境界部１３２ｂのうちＤ１軸方向に沿う部分は、例えば、図１２（ａ）の境界部１３２ｂと同様に、基板部１１０ａの温度変化がＤ１軸方向に進行するときに、検出温度の急激な変化を抑制する効果を奏し得る。
ただし、上記の効果は、図１２（ａ）の変形例のように、ｐｎ接合面のうちダイオードとしての機能に果たす影響が大きい部分がＤ１軸に沿っている方が大きい。このような態様としては、例えば、図１２（ａ）に示すように、半導体基板１３２の平面視において、ｐｎ接合面のうち第一方向（Ｄ１軸方向）に沿っている部分（境界部１３２ｂ）に対して、及び／又は第一方向（Ｄ１軸方向）に平行な半導体基板１３２の中心線ＣＬ１に対して、ｐ型領域１３２ｐの８割以上が第一方向に直交する方向（Ｄ２軸方向）の一方側に位置しており、ｎ型領域１３２ｎの８割以上が第一方向に直交する方向（Ｄ２軸方向）の他方側に位置している態様を挙げることができる。
図１２（ｃ）の変形例に係る温度センサ２０５は、いわゆるウェルを有している。図示の例では、ｐ型の半導体基板２０７にｎ型のウェル２０９が形成され、ウェル２０９内にｐ型の層２１０が形成されている。なお、ウェル２０９は、第一層の一例となっており、層２１０は第二層の一例となっている。このようなウェルを設ける変形は、実施形態及び他の変形例のいずれに適用されてもよい。
図１３（ａ）は、変形例に係る温度センサ２１１の断面図である。図１３（ｂ）は、温度センサ２１１の半導体基板の構成を示す平面図である。
温度センサ２１１は、実施形態と同様に、ダイオード２１５を含む半導体基板２１３を有し、半導体基板２１３が基板部１１０ａに表面実装される構成である。ただし、温度センサ２１１は、ベアチップではなく、いわゆるＷＬＰ型のチップとして構成されている。
すなわち、温度センサ２１１は、半導体基板２１３、アノード端子１３１ｂ及びカソード端子１３１ａ上に再配線層２１７を有している。再配線層２１７は、特に符号を付さないが、例えば、絶縁層と導体層とが適宜な数で積層されて構成されており、最上部には端子が露出している。端子上には半田バンプ等が設けられていてもよい。
このように再配線層２１７を設ければ、例えば、アノード端子１３１ｂ及びカソード端子１３１ａの温度センサ１３０内における配置位置（ひいてはｎ型領域１３２ｎ及びｐ型領域１３２ｐの配置位置）、基板部１１０ａに接合される端子の温度センサ１３０内における配置位置、並びにこれらの位置関係の設計の自由度が向上する。
従って、例えば、半導体基板１３２（ｎ型領域１３２ｎ）の中心にアノード端子１３１ｂ（ｐ型領域１３２ｐ）を位置させつつ、半導体基板２１３の両端を基板部１１０ａに対して接合してよい。
本開示に係る技術は、以上の実施形態及び変形例に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
水晶素板は、ＡＴカット板に限定されず、例えば、ＢＴカット板であってもよい。また、水晶素板は、平板状のものに限定されず、中央部が外周部よりも厚いメサ型のものであってもよい。ＡＴカット板において、実施形態で示した結晶面は一例であり、例えば、メサ型を形成するためのエッチングの有無、及び／又はエッチング時間によっては、他の結晶面が現れる。
温度センサは、表面で温度を検出するものに限定されない。例えば、温度センサは、ｐ型層及びｎ型層が積層的に配置され、その積層方向の両側にアノード端子及びカソード端子を有するものであってもよいし、積層的に配置された複数の抵抗体（サーミスタ）を含み、温度変化に対する抵抗の変化を利用するものであってもよい。
表面で温度を検出する温度センサはダイオードを有するものに限定されない。また、パッケージの基板部に実装されるセンサ基板と、センサ基板の基板部側に位置する測温部とを有する温度センサ（ベアチップ、ＷＬＰ型チップ又はこれらに類するチップ）も、ダイオードを有するものに限定されない。例えば、温度センサは、適宜な絶縁基板と、絶縁基板の基板部側の主面上に配置された抵抗体とを有し、温度変化に対する抵抗体の特性変化を利用するものであってもよい。
ベアチップ、ＷＬＰ型チップ又はこれらに類するチップにおいて、センサ基板は、側面及び裏面（測温部とは反対側）に絶縁層及び／又は導体層が設けられていてもよい。換言すれば、半導体基板は、必ずしも一部が露出していなくてもよい。
温度センサがダイオードを含むものである場合において、温度センサは、パッケージングされたものであってもよい。この場合でも、例えば、封止部材内で半導体基板を基板部側に寄せたり、ダイオードが形成された面を基板部側に向けるように封止部材内で半導体基板が配置されたり、封止部材のうち半導体基板と基板部との間に位置する部分の熱伝導率を高くしたりして、表面で温度を検出しているといえる構成を実現することは可能である。また、実施形態では、温度センサは、ダイオードを１つのみ含んでいた。ただし、温度センサは、互いに接続された複数のダイオードを含んでいてもよい。
ダイオードとして、ｐｎ接合を有するものを例示したが、ダイオードは、ＰＩＮダイオードのようにｐｎ接合以外の接合面（境界部、境界面）を有するものであってもよい。なお、ＰＩＮダイオードにおいては、ｐ型領域及びｎ型領域の境界部（第一層及び第二層の境界面）はｉ型領域（ｉ型層）である。
ダイオードは、他の素子として機能可能な構成であっても構わない。例えば、温度センサは、トランジスタを含み、温度センサの配線又はパッケージの配線によってベースとコレクタとが短絡されることなどにより、トランジスタの一部がダイオードとして機能してもよい。
温度センサの表面の温度を検出するダイオードは、半導体基板の主面にｐ型領域及びｎ型領域が形成されるプレーナ構造に限定されず、ｐ型層とｎ型層とが積層され、その積層方向に電流が流れる構造のものであってもよい。この場合であっても、ダイオードが温度センサ内で基板部側の表面に偏って設けられていれば、基板部側の表面で温度を検出しているといえる。
また、ダイオードは、実施形態に示した以外に、適宜な層等を有していてよい。例えば、半導体基板上に位置する酸化膜（例えばＳｉＯ２膜）、ゲートリング及びパッシベーション膜等を適宜に有していてもよい。
１…水晶振動子、１１０…パッケージ、１２０…水晶素子、１２２…励振用電極、１３０…温度センサ、１２５〜１２８…結晶面。

Claims (9)

  1. パッケージと、
    水晶素板及び当該水晶素板の一対の主面に位置する一対の励振用電極を含み、前記パッケージ内に気密封止されている水晶素子と、
    前記パッケージに実装されている温度センサと、
    を有しており、
    前記水晶素板は、ＡＴカット板であり、
    前記水晶素板の＋Ｘ側の側面は、少なくとも一部に、前記主面に対して傾斜しているとともに互いに交差する２つの結晶面を含んでおり、これにより、Ｚ′軸方向からの断面視において外側に膨らむ形状となっており、
    前記水晶素子は、前記＋Ｘ側の端部に接続用電極を有しており、前記接続用電極と前記パッケージの電極パッドとが導電性接着剤によって接合されることによって、前記＋Ｘ側においてのみ支持されており、
    前記接続用電極は、前記主面のうちの前記電極パッドに対向する領域に重なっている第１部分、及び前記水晶素板の前記＋Ｘ側の側面に重なっている第２部分を有しており、
    前記導電性接着剤は、前記第１部分及び前記第２部分に接着されており、
    前記水晶素板の−Ｘ側の側面は、前記主面に対して傾斜しているとともに互いに交差する第１結晶面及び第２結晶面を含んでおり、これにより、Ｚ′軸方向からの断面視において外側に膨らむ形状となっており、
    前記第１結晶面及び前記第２結晶面それぞれは、Ｚ′軸方向からの断面視において、Ｙ′軸に対して５３°以上５７°以下の傾斜角で傾斜しており、
    前記一対の励振用電極は、前記一対の主面において−Ｘ側に偏って位置している
    水晶振動子。
  2. 前記水晶素板の前記主面は、平面視においてＸ軸方向の長さが前記Ｚ′軸方向の長さよりも長い形状を有しており、
    前記水晶素板は、前記Ｘ軸方向に沿って延びる一対の側面を有しており、
    前記一対の側面は、前記主面に対して傾斜している結晶面を含んでおり、
    前記水晶素板の平面視において、前記温度センサは、前記水晶素板内に収まり、かつ前記一対の側面に重ならない位置に配置されている
    請求項１に記載の水晶振動子。
  3. 前記水晶素板の平面視において、前記一対の主面の互いに重なる領域の、前記Ｘ軸方向に平行な中心線と、前記温度センサの、前記Ｘ軸方向に平行な中心線とが一致している
    請求項２に記載の水晶振動子。
  4. 前記温度センサは、前記Ｘ軸方向に長い形状を有しており、かつ前記Ｘ軸方向の両側に一対の端子を有している
    請求項２又は３に記載の水晶振動子。
  5. 前記温度センサは、前記Ｚ′軸方向に長い形状を有しており、かつ前記Ｚ′軸方向の両側に一対の端子を有している
    請求項２又は３に記載の水晶振動子。
  6. 前記水晶素板の平面視において、前記温度センサの中心は、前記水晶素板の中心よりも前記＋Ｘ側に位置している
    請求項２〜５のいずれか１項に記載の水晶振動子。
  7. 前記温度センサは、前記パッケージの表面のうちの所定領域に実装されているとともに、前記所定領域側の表面で温度を検出する
    請求項１〜６のいずれか１項に記載の水晶振動子。
  8. 前記温度センサは、
    前記パッケージの表面のうちの所定領域に対向して表面実装されているセンサ基板と、
    前記センサ基板の前記所定領域側に位置している、電気的特性が温度に応じて変化する測温部と、を有している
    請求項１〜７のいずれか１項に記載の水晶振動子。
  9. 前記温度センサは、前記パッケージの表面のうちの所定領域に対向して表面実装されている半導体基板を有しており、
    前記半導体基板の前記所定領域側の主面は、ダイオードを構成しているｐ型領域及びｎ型領域を含んでいる
    請求項１〜８のいずれか１項に記載の水晶振動子。
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