JP6542583B2 - 水晶振動子 - Google Patents

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基板の下面に設けられた第二枠体とを有しているパッケージと、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２０１２−８０２５０号公報

上述した水晶振動子は、第二凹部内に感温素子が半田等の導電性接合材を用いて実装されている。小型化が進んでおり、第二凹部に形成された接続パッドの面積も小さくなってしまうため、接続パッドに設けられる導電性接合材の量が削減され、導電性接合材と感温素子との接合強度が低下してしまう虞があった。また、このような水晶振動子は、第二凹部の平面視した際の形状も小さくなってしまうことにより、第二凹部内に感温素子を実装する際に、実装ノズルが第二凹部の内壁にぶつかってしまい、パッケージに欠け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、導電性接合材と感温素子との接合強度を向上させ、パッケージに欠けが生じることを抑え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、基板の上面に設けられた第一枠体と、基板の下面に設けられた第二枠体と、基板と第一枠体で形成された第一凹部内で、基板の上面に設けられた一対の電極パッドと、基板と第二枠体で形成された第二凹部内で、基板の下面に設けられた一対の接続パッドと、第二枠体の下面の四隅に設けられた外部端子と、電極パッドに実装された水晶素子と、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、第一枠体の上面に接合された蓋体と、を備え、第二凹部の開口部の形状が、平面視して、多角形状であり、第二凹部の開口部の角部が、平面視して、隣接する外部端子の間に位置するように設けられ、第二凹部の開口部の二つ角部を結ぶ斜辺の近くに位置する四つの外部端子には、斜辺と対向する位置に角取りが形成されている。

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、基板の上面に設けられた第一枠体と、基板の下面に設けられた第二枠体と、基板と第一枠体で形成された第一凹部内で、基板の上面に設けられた一対の電極パッドと、基板と第二枠体で形成された第二凹部内で、基板の下面に設けられた一対の接続パッドと、第二枠体の下面の四隅に設けられた外部端子と、電極パッドに実装された水晶素子と、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、第一枠体の上面に接合された蓋体と、を備え、第二凹部の開口部の形状が、平面視して、多角形状であり、第二凹部の開口部の角部が、平面視して、隣接する外部端子の間に位置するように設けられ、第二凹部の開口部の二つ角部を結ぶ斜辺の近
くに位置する四つの外部端子には、斜辺と対向する位置に角取りが形成されている。このようにすることにより、水晶振動子は、第二凹部の形状を大きくすることができるため、従来の水晶振動子を小型化した場合と比較し、接続パッドの面積を大きくすることができる。よって、接続パッドに設けられる導電性接合材の量を確保することができ、導電性接合材と感温素子との接合強度を向上させることが可能となる。また、このような水晶振動子は、第二凹部の平面視した際の形状も大きくすることができるため、第二凹部内に感温素子を実装する際に、実装ノズルが第二凹部の内壁に接触することを抑えるので、パッケージに欠けが生じてしまうことを低減することができる。

本実施形態に係る水晶振動子を示す分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本実施形態に係る水晶振動子の蓋体を外した状態で上面から見た平面図である。 本実施形態に係る水晶振動子を下面から見た平面図である。 （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を上面からみた平面透視図であり、（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基板を上面からみた平面透視図である。 （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下面からみた平面透視図であり、（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を下面からみた平面透視図である。 （ａ）は、本実施形態の第一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平面透視図であり、（ｂ）は、本実施形態の第一変形例に係る水晶振動子を構成するパッケージを下面からみた平面透視図である。

本実施形態における水晶振動子は、図１〜図５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、基板１１０ａの下面と第二枠体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、上面に実装された水晶素子１２０及び下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、水晶素子１２０を実装するための電極パッド１１１が設けられており、下面に、感温素子１５０を実装するための接続パッド１１７が設けられている。また、基板１１０ａ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及びビア導体１１４が設けられている。また、基板１１０ａの表面には、下面に設けられた接続パッド１１７と、第二枠体１１０ｂ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接続パターン１１８が設けられている。

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。第一枠体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。第一凹部Ｋ１の開口部は、平面視した際に、矩形状となっている。

また、第二枠体１１０ｃは、基板１１０ａの下面の外周縁に沿って配置され、基板１１０ａの下面に第二凹部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と一体的に形成されている。第二枠体１１０ｃ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、第二枠体１１０ｃの下面の対角に位置するように設けられている。また、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と接続されている第一外部端子１１２ａ及び第二外部端子１１２ｂが設けられている対角とは異なる第二枠体１１０ｃの対角に位置するように設けられている。

第二凹部Ｋ２の開口部は、平面視した際に、多角形状となっている。また、第二凹部Ｋ２の開口部の角部Ｃは、図４及び図６（ｂ）に示すように、隣接する外部端子１１２の間に少なくとも一つは位置するように設けられている。つまり、平面視した際に、第二外部端子１１２ｂと第三外部端子１１２ｃの間には、二つの角部Ｃ５、Ｃ６が位置するように設けられており、第二外部端子１１２ｂと第四外部端子１１２ｄとの間には、二つの角部Ｃ３、Ｃ４が位置するように設けられている。また、第一外部端子１１２ａと第三外部端子１１２ｃとの間には、二つの角部Ｃ７、Ｃ８が位置するように設けられており、第一外部端子１１２ａと第四外部端子１１２ｄとの間には、二つの角部Ｃ１、Ｃ２が位置するように設けられている。

このようにすることにより、隣接する外部端子１１２間のスペースを使用することができるため、第二凹部Ｋ２の開口部の面積が、従来の水晶振動子を小型化した場合の第二凹部Ｋ２の開口部の面積より大きくすることができるため、接続パッド１１７の面積も大きくすることができる。よって、接続パッド１１７に設けられる導電性接合材１７０の量を確保することができ、導電性接合材１７０と感温素子１５０との接合強度を向上させることが可能となる。また、第二凹部Ｋ２内に感温素子１５０を実装する際に、実装ノズルが第二凹部Ｋ２の内壁に接触することを抑えるので、パッケージ１１０に欠けが生じてしまうことを低減することができる。

また、本実施形態において、第二凹部Ｋ２の開口部の形状は、平面視して、八角形状に形成されていることにより、開口部が円形状の場合よりも基板１１０ａの露出する面積を大きくすることができるので、接続パッド１１７の面積も大きくすること可能となる。よって、接続パッド１１７に設けられる導電性接合材１７０の量を確保することができ、導電性接合材１７０と感温素子１５０との接合強度を向上させることが可能となる。

また、第二凹部Ｋ２の開口部の角部Ｃが、円弧状に形成されている。このようにすることにより、本実施形態の圧電デバイスを電子機器の実装基板上に実装した際に、パッケージ１１０に応力がかかったとしても、角部Ｃが円弧状になっているため、角部にかかる応力が分散され、パッケージ１１０にクラックが入ってしまうことを低減することができる。また、円弧状になった角部Ｃの曲率半径は、０．１０〜０．２０ｍｍとなっている。

ここでパッケージ１１０を平面視したときの一辺の寸法が、１．０〜３．０ｍｍであり、パッケージ１１０の上下方向の寸法が、０．２〜１．５ｍｍである場合を例にして、第一凹部Ｋ１及び第二凹部Ｋ２の大きさを説明する。第一凹部Ｋ１の長辺の長さは、０．７〜２．０．ｍｍであり、短辺の長さは、０．５〜１．５ｍｍとなっている。また、第一凹部Ｋ１の上下方向の長さは、０．１〜０．５ｍｍとなっている。基板１１０ａの短辺と平行な第二凹部Ｋ２の辺の長さは、０．３〜０．８ｍｍとなっており、基板１１０ａの長辺と平行な第二凹部Ｋ２の辺の長さは、０．６〜２．０ｍｍとなっている。また、第二凹部Ｋ２の上下方向の長さは、０．１〜０．５ｍｍとなっている。

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、基板１１０ａの上面に一対で設けられており、基板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３及び図５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及び図５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及び図６（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。ビア導体１１４は、第一ビア導体１１４ａ及び第二ビア導体１１４ｂ、第三ビア導体１１４ｃ及び第四ビア導体１１４ｄ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、基板１１０ａ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、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、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。

また、電極パッド１１１の算術平均表面粗さは、０．０２〜０．１０μｍであり、基板１１０ａ表面の算術平均表面粗さは、０．５〜１．５μｍである。よって、導電性接着剤１４０は、電極パッド１１１上の凸部１１５が設けられていない箇所である配線パターン１１３の方向に向かって導電性接着剤１４０が広がることになるが、電極パッド１１１から基板１１０ａ上に向かって広がりにくくなる。

外部端子１１２は、電子機器等の実装基板（図示せず）と電気的に接合するために用いられる。外部端子１１２は、第二枠体１１０ｃ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１１０ａ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、外部端子１１２の内の他の二つの端子は、基板１１０ａの下面に設けられた一対の接続パッド１１７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１１０ａ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は、第三ビア導体１１４ｃを介して、封止用導体パターン１１９と電気的に接続されている。第一外部端子１１２ａには、角部Ｃ１と角部Ｃ８を結ぶ斜辺と対向する位置に角取りが行われた形状となっており、第二外部端子１１２ｂには、角部Ｃ４と角部Ｃ５を結ぶ斜辺と対向する位置に角取りが行われた形状となっている。また、第三外部端子１１２ｃには、角部Ｃ６と角部Ｃ７を結ぶ斜辺と対向する位置に角取りが行われた形状となっており、第四外部端子１１２ｄには、角部Ｃ２と角部Ｃ３を結ぶ斜辺と対向する位置に角取りが行われた形状となっている。このようにすることにより、本実施形態の水晶振動子を電子機器等の実装基板上に実装した際に、外部端子１１２に設けられた半田が押し潰され、第二凹部Ｋ２内に入り込むことを低減することができる。

配線パターン１１３は、基板１１０ａ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４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１１８又は封止用導体パターン１１９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５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及び第四ビア導体１１４ｄによって構成されている。

凸部１１５は、水晶素子１２０の短辺の上下方向の傾きが抑制され、水晶素子１２０の長辺側端部が基板１１０ａや蓋体１３０に接触することを抑制するためのものである。また、凸部１１５は、水晶素子１２０の自由端が基板１１０ａに接触することを抑制するためものである。一対の凸部１１５は、第一凸部１１５ａ及び第二凸部１１５ｂによって構成されている。第一凸部１１５ａは、第一電極パッド１１１ａの上面に設けられており、第二凸部１１５ｂは、第二電極パッド１１１ｂの上面に設けられている。また、凸部１１５は、電極パッド１１１と同様に、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上面に金メッキ、ニッケルメッキを施すことにより設けられている。

また、一対の凸部１１５の基板１１０ａの中心側を向く一辺が、図３及び図５に示されているように、同一直線上に並ぶ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の引き出し電極１２３を一対の凸部１１５に接触させながら電極パッド１１１に実装する際に、水晶素子１２０が傾くことなく安定した状態で実装することができる。

また、凸部１１５は、水晶素子１２０の外周縁にある引き出し電極１２３と対向する位置に設けられている。このようにすることによって、水晶素子１２０が導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１に実装する際に、仮に水晶素子１２０が傾いたとしても、引き出し電極１２３が凸部１１５に接触することになり、凸部１１５よりも下方向に水晶素子１２０が傾くことなく安定した状態で実装することができる。また、凸部１１５は、平面視して、水晶素板１２１の固定端側の外周縁にある引き出し電極１２３と重なる位置に設けられている。このようにすることにより、水晶素子１２０の固定端が基板１１０ａの上面に接触することを低減することができる。

突起部１１６は、平面視して、矩形状であり、水晶素子１２０の自由端側の対向する位置に設けられており、水晶素子１２０の自由端側が基板１１０ａに接触することを防ぐためのものである。突起部１１６は、第一凹部Ｋ１内の基板１１０ａ上で、突起部１１６の長辺と基板１１０ａの長辺が略平行になるように設けられている。このようにすることにより、水晶振動子に落下等の衝撃が加わった際に、水晶素子１２０の自由端側が基板１１０ａに接触することによる欠けなどを抑えることができる。

接続パッド１１７は、矩形状であり、後述する感温素子１５０を実装するために用いられている。接続パッド１１７は、基板１１０ａの下面の中心付近に隣接するようにして、一対で設けられている。また、接続パッド１１７は、図６に示すように、第一接続パッド１１７ａ及び第二接続パッド１１７ｂによって構成されている。導電性接合材１７０は、接続パッド１１７の下面と感温素子１５０の接続端子１５１との間に設けられており、導電性接合材１７０は、接続パッド１１７から感温素子１５０の接続端子１５１に向かって徐々に厚みが増すように傾斜が形成されている。つまり、接続パッド１１７には、導電性接合材１７０のフィレットが形成されることになる。このようにフィレットが形成されることにより、感温素子１５０は、接続パッド１１７との接合強度を向上させることができる。

また、第二接続パッド１１７ｂは、平面視して、一対の電極パッド１１１の間を位置す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、電極パッド１１１から直下にある基板１１０ａを介して、第二接続パッド１１７ｂ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ことができるので、水晶素子１２０の温度と感温素子１５０の温度とが近似することになり、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。

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１１７の大きさを説明する。接続パッド１１７の基板１１０ａの短辺と平行な辺の長さは、０．２〜０．５ｍｍ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１１７ａと第二接続パッド１１７ｂとの間の長さは、０．１〜０．３ｍｍとなっている。

第一接続パッド１１７ａと第三外部端子１１２ｃとは、基板１１０ａの下面に設けられた第一接続パターン１１８ａ及び第三ビア導体１１４ｃにより接続されている。また、第二接続パッド１１７ｂと第四外部端子１１２ｄとは、基板１１０ａの下面に設けられた第二接続パターン１１８ｂ及び第四ビア導体１１４ｄにより接続されている。

接続パターン１１８は、基板１１０ａの下面に設けられ、接続パッド１１７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１１８は、図４及び図６に示すように、第一接続パターン１１８ａ及び第二接続パターン１１８ｂによって構成されている。第一接続パターン１１８ａの長さと第二接続パターン１１８ｂ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１１０ａの下面に設けられた第一接続パターン１１８ａの長さと基板１１０ａの下面に設けられた第二接続パターン１１８ｂ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１１８の長さは、各接続パターン１１８の中心を通る直線の長さを測定したものとする。つまり、第一接続パターン１１８ａの配線長と、第二接続パターン１１８ｂ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、感温素子１５０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。

また、第二接続パターン１１８ｂは、平面視して、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、第一電極パッド１１１ａから直下にある基板１１０ａを介して、第二接続パターン１１８ｂから第二接続パッド１１７ｂ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の温度と感温素子１５０の温度とが近似することになり、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。

封止用導体パターン１１９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１１９は、第一枠体１１０ｂの上面を囲むようにして設けられている。封止用導体パターン１１９は、図５及び図６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１１９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、第一枠体１１０ｂ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。

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、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、ビア導体１１４、接続パッド１１７、接続パターン１１８及び封止用導体パターン１１９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の一端を基板１１０ａ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が基板１１０ａ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、第一外部端子１１２ａと第二外部端子１１２ｂが水晶素子１２０と電気的に接続されることになる。

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、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、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、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及び図４に示すように、基板１１０ａの下面に設けられた接続パッド１１７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、感温素子１５０の第一接続端子１５１ａは、第一接続パッド１１７ａに接続され、第二接続端子１５１ｂは、第二接続パッド１１７ｂに接続されている。第一接続パッド１１７ａは、基板１１０ａの下面に設けられた第一接続パターン１１８ａ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電極（図示せず）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１５０の第一接続端子１５１ａ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１５０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、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１１７に塗布される。感温素子１５０は、実装ノズル（図示せず）によって、導電性接合材１７０の上面にまで移動され、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、接続端子１５１の下面及び接続端子１５１の側面と接続パッド１１７が接合される。この際に、導電性接合材１７０は、接続パッド１１７から感温素子１５０の接続端子１５１の側面に向かって徐々に厚みが増すような傾斜であるフィレットを持って形成されている。よって、感温素子１５０は、一対の接続パッド１１７に接合される。

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は、感温素子１５０の右側面及び上下面に設けられている。第二接続端子１５１ｂは、感温素子１５０の左側面と上下面に設けられている。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１７０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１３０は、所定雰囲気で、パッケージ１１０の第一枠体１１０ｂ上に載置され、第一枠体１１０ｂの封止用導体パターン１１９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、第一枠体１１０ｂに接合される。また、蓋体１３０は、封止用導体パターン１１９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。また、第三外部端子１１２ｃは、第一接続パターン１１８を介して第一接続パッド１１７ａと電気的に接続されている。よって、蓋体１３０は、感温素子１５０の接続端子１５１ｂ及び基板１１０ａ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、第一枠体１１０ｂの上面から蓋体１３０の下面にかけて設けられている。接合部材１３１は、例えば、ガラスの場合には、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フリット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たペースト状であり、溶融された後固化されることで他の部材と接合する。接合部材１３１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塗布され乾燥することで設けられる。また、接合部材１３１は、第一枠体１１０ｂの上面に印刷する際に、第一枠体１１０ｂの四隅に接合部材１３１が重なるようにして環状に印刷される。よって、四隅の接合部材１３１の厚みは、接合部材１３１が設けられている他の箇所の厚みよりも厚くなるように設けられている。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。

接合部材１３１は、例えば、絶縁性樹脂の場合には、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂から構成されている。第一枠体１１０ｂと蓋体１３０との間に設けられた接合部材１３１の厚みは、３０〜１００μｍとなっている。

接合部材１３１は、例えば、金錫の場合には、接合部材１３１の層の厚みは、１０〜４０μｍであり、例えば、成分比率が、金が７０〜８０％、錫が２０〜３０％のものを使用しても良い。また、接合部材１３１は、例えば、銀ロウの場合には、接合部材１３１の層の厚みは、１０〜４０μｍであり、例えば、成分比率が、銀が７０〜８０％、銅が２０〜３０％のものを使用しても良い。

本発明の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の上面に設けられた第一枠体１１０ｂと、基板１１０ａの下面に設けられた第二枠体１１０ｃと、基板１１０ａと第一枠体１１０ｂで形成された第一凹部内Ｋ１で、基板１１０ａの上面に設けられた一対の電極パッド１１１と、基板１１０ａと第二枠体１１０ｃで形成された第二凹部Ｋ２内で、基板１１０ａの下面に設けられた一対の接続パッド１１７と、第二枠体１１０第二凹部Ｋ２の下面の四隅に設けられた外部端子１１２と、電極パッド１１１に実装された水晶素子１２０と、接続パッド１１７に導電性接合材１７０を介して実装された感温素子１５０と、第一枠体１１０ｂの上面に接合された蓋体１３０と、を備え、第二凹部Ｋ２の開口部の形状が、平面視１１２して、多角形状であり、第二凹部Ｋ２の開口部の角部Ｃが、平面視して、隣接する外部端子１１２の間に位置するように設けられている。このようにすることにより、水晶振動子は、第二凹部Ｋ２の形状を大きくすることができるため、従来の水晶振動子を小型化した場合と比較し、接続パッド１１７の面積を大きくすることができる。よって、接続パッド１１７に設けられる導電性接合材１７０の量を確保することができ、導電性接合材１７０と感温素子１５０との接合強度を向上させることが可能となる。また、このような水晶振動子は、第二凹部Ｋ２の平面視した際の開口部の形状も大きくすることができるため、第二凹部Ｋ２内に感温素子１５０を実装する際に、実装ノズルが第二凹部Ｋ２を形成する第二枠体１１０ｃの内壁に接触することを抑えるので、パッケージ１１０に欠けが生じてしまうことを低減することができる。

本発明の実施形態における水晶振動子は、第二凹部Ｋ２の開口部の形状が、平面視して、八角形状であることによって、開口部が円形状の場合よりも基板１１０ａの露出する面積を大きくすることができるので、接続パッド１１７の面積も大きくすること可能となる。よって、接続パッド１１７に設けられる導電性接合材１７０の量を確保することができ、導電性接合材１７０と感温素子１５０との接合強度を向上させることが可能となる。

本発明の実施形態における水晶振動子は、第二凹部Ｋ２の開口部の角部Ｃが、平面視して円弧状になっていることによって、本実施形態の水晶振動子を電子機器の実装基板上に実装した際に、仮にパッケージ１１０に応力がかかったとしても、角部Ｃが円弧状になっているため、角部Ｃにかかる応力が分散され、パッケージ１１０にクラックが入ってしまうことを低減することができる。

また、本発明の実施形態における水晶振動子は、基板１１０ａに水晶素子１２０と感温素子１５０とを実装した状態で、平面視で水晶素子１２０に設けられた励振用電極１２２の平面内に感温素子１５０を位置させていることによって、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、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。

また、本発明の実施形態における水晶振動子は、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、接続パッド１１７の一つが平面視して一対の電極パッド１１１の間に位置するように設けられている。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、電極パッド１１１から直下にある基板１１０ａを介して、第二接続パッド１１７ｂ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ことができるので、水晶素子１２０の温度と感温素子１５０の温度とが近似することになり、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、本発明の実施形態における水晶振動子は、第二接続パターン１１８ｂが、平面視して、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、第二接続パターン１１８ｂから第二接続パッド１１５ｂに伝わることになる。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、水晶素子１２０の温度と感温素子１５０の温度とがさらに近似することになり、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。

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、基板１１０ａの上面に設けられた電極パッド１１１と、電極パッド１１１と電気的に接続され、基板１１０ａの上面に設けられた配線パターン１１３と、電極パッド１１１に実装された水晶素子１２０と、水晶素子１２０を気密封止するための蓋体１３０と、を備え、配線パターン１１３は、電極パッド１１１と電気的に接続されており、平面視した際に、第一枠体１１０ｂと重なる位置に設けられている。このようにすることによって、水晶振動子は、配線パターン１１３と水晶素子１２０との間で浮遊容量が発生することを抑えることができる。また、このような水晶振動子は、水晶素子１２０にこの浮遊容量が付与されることがないため、発振周波数が変動してしまうことを低減することができる。また、本実施形態における水晶振動子は、この水晶振動子に外力が加わり、第一枠体１１０ｂの長辺方向に曲げモーメントが発生しても、基板１１０ａに加えて第一枠体１１０ｂが設けられていることにより、第一枠体１１０ｂが設けられている箇所は、変形しにくくなる。よって、第一枠体１１０ｂと平面視して重なる位置に設けられた配線パターン１１３は、断線しにくくなり、水晶振動子の発振周波数が出力されなくなることを抑制することができる。

また、本実施形態における水晶振動子は、配線パターン１１３の一部が、電極パッド１１１から枠体１１０ｂの長辺方向に向かって延出し、露出するようにして設けられている。このように、配線パターン１１３の一部が、電極パッド１１１から第一枠体１１０ｂの長辺方向に向かって延出し、第一凹部Ｋ１内に露出するようにして設けられていることにより、水晶素子１２０を実装した際に、溢れ出そうになった導電性接着剤１４０が、導電性接着剤１４０と濡れ性の良い配線パターン１１３上に沿って流れ出てくれるため、パッケージ１１０の中心方向に流れ出ることがなく導電性接着剤１４０が励振用電極１２２に付着してしまうことを抑えることができる。

また、本実施形態における水晶振動子は、電極パッド１１１が、基板１１０ａの一辺に沿って設けられており、電極パッド１１１の上面に設けられた凸部１１５を備えている。水晶素子１２０が導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１に実装する際に、仮に水晶素子１２０が傾いたとしても、引き出し電極１２３が凸部１１５に接触することになり、凸部１１５よりも下方向に水晶素子１２０が傾くことなく安定した状態で実装することができる。また、凸部１１５は、平面視して、水晶素板１２１の固定端側の外周縁にある引き出し電極１２３と重なる位置に設けられている。このようにすることにより、水晶素子１２０の固定端が基板１１０ａの上面に接触することを低減することができる。

また、本実施形態における水晶振動子は、基板１１０ａの一辺と向かい合う辺に沿って設けられた突起部１１６を備えている。このようにすることにより、水晶振動子に落下等の衝撃が加わった際に、水晶素子１２０の自由端側が突起部１１６に接触するため、基板１１０ａに直接接触することによる欠けなど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振動子について説明する。なお、本実施形態の第一変形例における水晶振動子のうち、上述した水晶振動子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振動子は、図７に示されているように、第二凹部Ｋ２の開口部の形状が、平面視して、六角形状である点において、本実施形態と異なる。

第二凹部Ｋ２の開口部は、平面視した際に、多角形状となっている。また、第二凹部Ｋ２の開口部の角部Ｃは、図７（ｂ）に示すように、隣接する外部端子２１２の間に少なくとも一つは位置するように設けられている。つまり、平面視した際に、第二外部端子２１２ｂと第三外部端子２１２ｃの間には、一つの角部Ｃ４が位置するように設けられており、第二外部端子２１２ｂと第四外部端子２１２ｄとの間には、二つの角部Ｃ２、Ｃ３が位置するように設けられている。また、第一外部端子２１２ａと第三外部端子２１２ｃとの間には、二つの角部Ｃ５、Ｃ６が位置するように設けられており、第一外部端子２１２ａと第四外部端子２１２ｄとの間には、一つの角部Ｃ１が位置するように設けられている。

また、本実施形態の第一変形例における水晶振動子は、第二凹部Ｋ２の開口部の形状が、平面視して、六角形状になるように形成されている。このようにすることによって、実施形態と同様の効果を奏する。

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。

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。

上記実施形態では、第一枠体１１０ｂが基板１１０ａ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、第一枠体１１０ｂ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・・・凸部
１１６、２１６・・・突起部
１１７、２１７・・・接続パッド
１１８、２１８・・・接続パターン
１１９、２１９・・・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
Ｃ・・・角部

Claims (9)

1. 矩形状の基板と、
   前記基板の上面に設けられた第一枠体と、
   前記基板の下面に設けられた第二枠体と、
   前記基板と前記第一枠体で形成された第一凹部内で、前記基板の上面に設けられた一対の電極パッドと、
   前記基板と前記第二枠体で形成された第二凹部内で、前記基板の下面に設けられた一対の接続パッドと、
   前記第二枠体の下面の四隅に設けられた外部端子と、
   前記電極パッドに実装された水晶素子と、
   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、
   前記第一枠体の上面に接合された蓋体と、を備え、
   前記第二凹部の開口部の形状が、平面視して、多角形状であり、
   前記第二凹部の開口部の角部が、平面視して、隣接する前記外部端子の間に位置するように設けられ、
   前記第二凹部の開口部の二つ角部を結ぶ斜辺の近くに位置する四つの前記外部端子には、前記斜辺と対向する位置に角取りが形成されている水晶振動子。
2. 請求項１記載の水晶振動子であって、
   前記第二凹部の開口部の形状が、平面視して、八角形状であ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、
   前記第二凹部の開口部の角部が、平面視して円弧状になっ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、
   前記感温素子が、前記基板に前記水晶素子と前記感温素子とを実装した状態で、平面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。
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、
   前記接続パッドの一つが平面視して前記一対の電極パッドの間に位置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。
6. 請求項１乃至請求項５記載の水晶振動子であって、
   配線パターンは、前記電極パッドと電気的に接続されており、平面視した際に、前記第一枠体と重なる位置に設けられていることを特徴とする水晶振動子。
7. 前記請求項６記載の水晶振動子であって、
   前記配線パターンの一部が、前記電極パッドから前記第一枠体の長辺方向に向かって延出し、露出す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。
8. 請求項１乃至請求項７記載の水晶振動子であって、
   前記電極パッドが、前記基板の一辺に沿って設けられており、
   前記電極パッドの上面に設けられた凸部を備えていることを特徴とする水晶振動子。
9. 請求項８記載の水晶振動子であって、
   前記基板の一辺と向かい合う辺に沿って設けられた突起部を備えていることを特徴とする水晶振動子。

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