(57)【要約】【課題】小型化することができ、かつ、水晶デバイスまたは水晶モジュールの外部の熱の影響を低減させることができる温度を好適に検出することができる水晶デバイスおよび水晶モジュールを提供する。【解決手段】水晶デバイスは、水晶片１２１と金属パターン１２２を備えた水晶素子１２０と、この水晶素子１２０が片持ち梁のように実装される基体１１０と、基体１１０と接合され水晶素子１２０を気密封止している蓋体１３０と、を備えた水晶デバイスであって、基体１１０または蓋体１３０のいずれか一方の一部が温度によって電圧が変化する領域（温度検出部１３０）を有していることを特徴とする。【選択図】図２
2020005092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶素子と、
前記水晶素子が実装される基体と、
前記基体と接合され前記水晶素子を気密封止している蓋体と、
を備え、
前記基体または前記蓋体のいずれか一方の少なくとも一部が温度によって電圧が変化する領域を有している
水晶デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の水晶デバイスであって、
前記一部が、前記水晶素子を向く面に形成されている
水晶デバイス。
【請求項３】
請求項２に記載の水晶デバイスであって、
平面透視して、前記一部が、前記水晶素子に形成されている励振電極部と重なる位置に形成されている
水晶デバイス。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の水晶デバイスであって、
前記基体または前記蓋体の別の一部が、前記水晶素子を発振させる発振回路の一部または全部の機能を有している
水晶デバイス。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の水晶デバイスと、
前記水晶デバイスを覆うように形成されている樹脂部材と、を有する、
水晶モジュール。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の水晶デバイスを有する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、水晶振動子または水晶発振器の水晶デバイスおよび水晶デバイスを用いた水晶モジュールおよび装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶デバイスとして、所定の周波数で振動する発振信号を生成するための水晶振動子が知られている。このような水晶デバイスの一例として、温度測定素子を有した水晶振動子がある。
【０００３】
このような水晶振動子は、一対の励振電極および一対の接続配線部からなる金属パターンが形成されている水晶片（以下、金属パターンが形成されている水晶片を水晶素子ということがある。）、および、抵抗値等などの電気信号を用いて温度を測定することができる温度測定素子を有している。水晶素子および温度測定素子は、例えば、水晶デバイスのパッケージの一部を構成する基体の実装面上に設けられている。水晶デバイスのパッケージは、水晶素子が実装される基体、および、水晶素子を基体とで気密封止するための蓋体から構成されている。このような水晶振動子は、温度測定素子の検出値により、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（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−８６９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水晶デバイス、または水晶デバイスが用いられている水晶モジュールが搭載されている移動通信機器の小型化に伴い、水晶デバイスおよび水晶モジュールの小型化・低背化の要求が高まっている。また、温度を好適に検出することができる水晶デバイスが提供されることが望まれている。
【０００６】
本開示は、上記課題を解決するために鑑みてなされており、小型化・低背化することができ、かつ、温度を好適に検出することができる水晶デバイスおよび水晶モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示における水晶デバイスは、水晶素子と、水晶素子が実装される基体と、基体と接合され水晶素子を気密封止している蓋体と、を備え、基体または蓋体のいずれか一方の少なくとも一部が温度によって電圧が変化する領域を有している。
【発明の効果】
【０００８】
上記の構成によれば、水晶デバイスおよび水晶モジュールを小型化・低背化することができ、かつ、温度を好適に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第一実施形態に係る水晶デバイスの一例である水晶振動子の斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面における断面図である。
【図３】（ａ）は、第一実施形態に係る水晶デバイスで用いる基体の上面の平面図であり、（ｂ）は、第一実施形態に係る水晶デバイスで用いる基体の下面の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。実施形態に係る水晶デバイスおよび水晶モジュールは、いずれの方向が上方または下方として用いられてもよい。ただし、以下では、便宜上、説明している図面の紙面上方を上方とし、上面または下面等の用語を用いることがある。
【００１１】
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、図示や説明を省略することがある。
【００１２】
＜第一実施形態＞
図１は、第一実施形態に係る水晶デバイスの一例である水晶振動子の斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面における断面図である。図３は、第一実施形態に係る水晶デバイスの一例である水晶振動子で用いる基体の平面図である。
【００１３】
水晶振動子は、例えば、全体として、概略、薄型の直方体形状とされる電子部品であり、その寸法は適宜設定されてよい。例えば、長辺または短辺の長さが０．６ｍｍ〜７．５ｍｍであり、厚さが０．２ｍｍ〜１．２ｍｍとなっている。
【００１４】
水晶振動子は、例えば、平板状の基体１１０と、凹部が形成されている蓋体１３０と、基体１１０と蓋体１３０とで形成される空間内に収容される水晶素子１２０と、ダイオード機能を有している温度検出部１４０と、を有している。蓋体１３０の凹部は、基体１１０と接合され、その内部が、例えば、真空とされ、または、適当なガス（例えば、窒素）が封入されている。
【００１５】
基体１１０は、シリコンからなり、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、基体１１０の主体となる基板部と、水晶素子１２０を実装するための搭載パッド１１１と、水晶振動子を不図示の回路基板等に実装するための外部端子１１２と、ダイオード機能を有している温度検出部１４０と、を有している。また、基体１１０は、外部端子１１２と搭載パッド１１１または温度検出部１４０とを電気的に接続している導体（図示せず）を有している。また、基体部の上面には、例えば、絶縁膜（図示せず）が設けられている。図示しない導体は、基板部の表面、基板部の上面に形成されている絶縁膜の表面、または／および基板部の内部に設けられている。
【００１６】
なお、第一実施形態では、基体１１０が平板状となっており、基体１１０が基板部のみから構成されているため、基板部を基体１１０として説明することがある。同様に、基体１１０を基板部として説明することがある。
【００１７】
搭載パッド１１１は、一対となっており、例えば、基板部（基体１１０）の一方の短辺の縁部に沿って二つ並んで設けられている。外部端子１１２は、例えば、四つ設けられており、基板部（基体１１０）の他方の主面の四隅に一つずつ配置されている。所定の二つの外部端子１１２ａは、基体１１０に設けられている所定の二つの導体（図示せず）によって、搭載パッド１１１と電気的に接続されている。所定の他の二つの外部端子１１２ｂは、所定の他の二つの導体（図示せず）によって、温度検出部１４０と電気的に接続されている。温度検出部１４０は、例えば、基板部（基体１１０）の上面であって、基板部（基体１１０）の面中心付近に設けられている。
【００１８】
水晶素子１２０は、水晶片１２１と、水晶片１２１に設けられている一対の金属パターン１２２とから構成されており、基体１１０上に実装されている。
【００１９】
水晶片１２１は、いわゆるＡＴカット水晶片である。すなわち、水晶において、Ｘ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）およびＺ軸（光軸）から直交座標系ＸＹＺを、Ｘ軸の回りに、例えば、３０°〜４５°（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、ＸＺ´平面に平行に切り出された板状である。従って、水晶片１２１は、ＸＺ´平面に平行な一対の主面を有している。
【００２０】
金属パターン１２２は、水晶片１２１に電圧を印加する一対の励振電極部１２３、および、水晶素子１２０を基体１１０に実装するための一対の接続引出部１２４から構成されている。
【００２１】
励振電極部１２３は、例えば、水晶片１２１の両主面の中央側（すなわち水晶片１２１の両主面の外側から離れて）設けられている。一対の接続引出部１２４は、接続部１２４ａと引出部１２４ｂとから構成されている。接続部１２４ａは、例えば、水晶片１２１の一方の短辺の縁部に沿って二つ並んで設けられており、水晶片１２１の上面、水晶片１２１の側面、および、水晶片１２１の下面に跨って設けられている。引出部１２４ｂは、励振電極部１２３と接続部１２４ａとを電気的に接続させるためのものであり、一端が励振電極部１２３に接続され、他端が接続部１２４ａに接続されている。
【００２２】
水晶素子１２０は、水晶片１２１の主面を基板部（基体１１０）の上面に対向させ、接続引出部１２４の接続部１２４ａと基体１１０の搭載パッド１１１とをバンプ１５０により接合することで、基板部（基体１１０）に片持ち梁のように支持される。これにより、水晶素子１２０は、基体１１０に実装される。このとき、接続引出部１２４の接続部１２４ａは、バンプ１５０によって基体１１０の搭載パッド１１１と電気的に接続された状態となっている。従って、一対の励振電極部１２３は、それぞれ接続引出部１２４、バンプ１５０、搭載パッド１１１および導体（図示せず）を介して、外部端子１１２と電気的に接続される。
【００２３】
バンプ１５０は、水晶素子１２０を基板部（基体１１０）の上面側に片持ち梁のように支持する。また、バンプ１５０は、搭載パッド１１１と接続引出部１２４とを電気的に接続する。バンプ１５０は、例えば、導電性接着剤を用いてもよいし、金バンプを用いてもよい。また、バンプ１５０の材料は、水晶素子１２０の支持が可能であり、かつ搭載パッド１１と接続引出部１２４を電気的に接続するその他の材料であってもよい。
【００２４】
蓋体１３０は、基体１１０の上面に接合部材１６０より接合されている。蓋体１３０は、蓋基板部１３０ａと蓋枠部１３０ｂとを備えている。蓋基板部１３０ａは、薄型直方体形状となっている。蓋枠部１３０ｂは、平板状の枠状となっており、蓋体１３０に凹部を形成するためのものであり、蓋基板部１３０ａの下面の外縁に沿って設けられている。
【００２５】
接合部材１６０は、基体１１０の上面と蓋体１３０の下面とを接合するためのものであり、基体１１０の上面と蓋体１３０の下面との間に設けられている。接合部材１６０は、基体１１０の上面と蓋体１３０の下面と接合し、基体１１０と蓋体１３０とで形成される空間内を気密封止することができれば、どのような材料を用いてもよい。例えば、金錫を用いてもよいし、銀ロウを用いてもよい。また、樹脂を用いてもよい。
【００２６】
（温度検出部の詳細説明）
温度検出部１４０は、温度を検出するためのものであり、ダイオード機能を有している。具体的には、温度検出部１４０は、アノード端子１４１ａおよびカソード端子１４１ｂを備えている。温度検出部１４０は、アノード端子１４１ａからカソード端子１４１ｂへ電流を流すが、カソード端子１４１ｂからアノード端子１４１ａはほとんど電流を流さな
い順方向特性を有している。温度検出部１４０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、温度検出部１４０に一定電流を流したときの順方向電圧は、温度変化にてして線形的（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（ＩｎｔｅｒｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）によって、温度変化に起因する水晶振動子の特性の補償に利用される。
【００２７】
温度検出部１４０は、例えば、ｐ型領域１４０ａとｎ型領域１４０ｂとからなる。ｐ型領域１４０ａは、例えば、シリコンからなる基体１１０のアノード端子１４１ａが位置する付近において、ホウ素を熱拡散によりドーピングして形成している。また、ｎ型領域１４０ｂは、例えば、シリコンからなる基体１１０のカソード端子１４１ｂが位置する付近においてリンを熱拡散によりドーピングして形成している。
【００２８】
温度検出部１４０のアノード端子１４１ａおよびカソード端子１４１ｂは、基体１１０に設けられている所定の他の導体（図示せず）によって、所定の他の外部端子１１２ｂと電気的に接続されている。従って、所定の二つの外部端子１１２ｂ間の電圧を測定することで、温度検出部１４０の温度を検出（算出）することを可能としている。
【００２９】
温度検出部１４０は、基体１１０と蓋体１３０とで形成される空間を向く面、第一実施形態では、基板部（基体１１０）の上面に設けられている。
【００３０】
温度検出部１４０は、水晶素子１２０が基体１１０に実装されているとき、水晶素子１２０の励振電極部１２３と重なる位置に設けられている。
【００３１】
以上のように、第一実施形態に係る水晶デバイスの一例である水晶振動子は、水晶素子０１２０と、水晶素子１２０が実装される基体１１０と、基体１１０と接合され水晶素子１２０を気密封止している蓋体１３０とを備え、基体１１０または蓋体１３０のいずれか一方の少なくとも一部が温度によって電圧が変化する領域を有している。
【００３２】
別の観点では、第一実施形態に係る水晶デバイスの一例である水晶振動子は、温度によって変化する電流の順方向特性を有しているといえる。このように、基体１１０または蓋体１３０のいずれか一方の少なくとも一部が温度によって電圧が変化する領域を有するすることで、温度測定素子（サーミスタ素子またはダイオード素子）を基体１１０に別途実装する必要がなくなるため、容易に小型化・低背化させることができる。
【００３３】
また、温度によって電圧が変化する領域有した基体１１０の一部（または、蓋体１３０の一部）を用いることによって、温度検出部１４０を水晶素子１２０の近傍に設けることが可能となるため、水晶デバイスの外部の熱の影響を低減させることができる。
【００３４】
また、温度によって電圧が変化する領域を有した基体１１０の一部（または、蓋体１３０の一部）を用いることによって、従来のように温度検出用素子（例えば、サーミスタ素子、ダイオード素子等）を固定するための部材が不要となるため、水晶素子１２０の温度と温度検出部１４０が検出する温度が同じとなるための時間差を短くすることができる。この結果、水晶デバイスは検出温度に基づく温度補償を高精度に行うことが可能となる。
【００３５】
また、温度によって電圧が変化する領域、温度検出部１４０を基体１１０の一部に設けることにより、温度検出部１４０が通電した際に生じる熱の影響を低減させることができる。具体的には、発熱源である温度検出部１４０が水晶素子１２０の実装されている基体１１０に設けられていることで、温度検出部１４０が通電したことにより生じた熱が基体１１０内部を拡散することとなる。このため、温度検出部１４０を外部に設けた場合と比
較して、水晶素子１２０の温度と温度検出部１４０が検出する温度が同じとなるための時間差を短くすることができる。この結果、水晶デバイスは検出温度に基づく温度補償を高精度に行うことが可能となる。
【００３６】
また、第一実施形態に係る水晶デバイスの一例である水晶振動子は、温度によって電圧が変化する領域（温度検出部１４０）が、水晶素子１２０を向く面に形成されている。
【００３７】
このようにすることで、水晶素子１２０の温度と温度検出部１４０が検出する温度が同じとなるための時間差を短くすることができる。前述したように、第一実施形態に係る水晶デバイスの一例である水晶振動子は、温度検出部１４０で検出された検出値により温度変化に起因する水晶素子１２０の特性変化を補償している。このため、温度検出部１４０で検出する温度と、水晶素子１２０の温度との差を小さくすることで、より精度よく温度変化に起因する水晶素子１２０の特性変化を補償することができる。従って、このような構成にすることで、検出温度に基づく温度補償を高精度に行うことが可能となる。
【００３８】
また、第一実施形態に係る水晶デバイスの一例である水晶振動子は、平面透視して、温度によって電圧が変化する領域、温度検出部１４０が、水晶素子１２０の励振電極部１２３と重なる位置に設けられている。
【００３９】
このようにすることで、水晶素子１２０の温度と温度検出部１４０が検出する温度が同じとなるための時間差を短くすることができる。前述したように、第一実施形態に係る水晶デバイスの一例である水晶振動子は、温度検出部１４０で検出された検出値により温度変化に起因する水晶素子１２０の特性変化を補償している。このため、温度検出部１４０で検出する温度と、水晶素子１２０の温度との差を小さくすることで、より精度よく温度変化に起因する水晶素子１２０の特性変化を補償することができる。従って、このような構成にすることで、検出温度に基づく温度補償を高精度に行うことが可能となる。
【００４０】
第一実施形態に係る水晶モジュールは、このような水晶デバイスと、水晶デバイスを覆うように形成されている樹脂部材を備えている。このような水晶モジュールは、水晶デバイスを覆うように樹脂部材を形成しているので、水晶デバイスまたは水晶モジュールに隣接して設けられている電子部品の影響を低減させることを可能としている。
【００４１】
第一実施形態に係る装置は、第一実施形態に係る水晶デバイスを用いている。前述したように第一実施形態に係る水晶デバイスは、小型・低背、かつ、温度を好適に検出することができるので、装置が存在する雰囲気中の温度により出力信号が不安定となることを低減させることができる。例えば、第一実施形態に係る水晶デバイスが移動通信機器に用いられている場合、移動通信機器が存在する温度が急激に変化した場合であっても、水晶素子１２０の温度と温度検出部１４０が検出する温度が同じとなる時間差を短くすることができるので、所望の周波数を出力することができ、装置の誤作動を低減させることが可能となる。
【００４２】
第一実施形態では、蓋体１３０にシリコンを用いて、温度によって電圧が変化する領域、温度検出部１４０をシリコンからなる蓋体１３０に設けてもよい。このとき、温度によって電圧が変化する領域、温度検出部１４０を基体１１０に設けた場合と同様の効果が得られる。
【００４３】
＜第二実施形態＞
第二実施形態に係る水晶デバイスの一例である水晶発振器は、基体または蓋体の一部に発振器の機能を備えた発振部が形成されている点で第一実施形態と異なる。
【００４４】
第二実施形態に係る水晶デバイスの一例である水晶発振器は、水晶素子と、水晶素子が実装される基体と、基体の上面に接合される蓋体と、を有している。また、水晶発振器は、基体（または蓋体）に、ダイオードの機能を有した温度検出部、および、発振回路の機能を有した発振回路部が形成されている。
【００４５】
基体は、例えば、平板状の薄型直方体形状となっている。基板部（基体）の上面には、水晶素子を実装するための一対の搭載パッドと、ダイオードの機能を有した温度検出部と、が設けられている。基板部（基体）の下面には、例えば、六つの外部端子と、搭載パッドに実装されている水晶素子を発振させることができる発振回路部と、が設けられている。また、基板部（基体）には、複数、例えば、八つの導体が設けられている。温度検出部１４０のアノード端子１４１ａおよびカソード端子１４１ｂは、それぞれ導体によって外部端子１１２と電気的に接続している。このアノード端子１４１ａとカソード端子１４１ｂのそれぞれに接続している外部端子１１２間の電圧を測定することで、温度検出部１４０の温度を検出している。残りの四つの外部端子１１２は、それぞれ別の導体によって発振回路部と電気的に接続されている。一対の搭載パッド１１１は、それぞれのさらに他の導体によって発振回路部と電気的に接続されている。従って、所定の二つの外部端子１１２が温度検出部１４０での温度を検出するためのものである。残りの四つの外部端子１１２は、発振回路部を駆動させ所望の周波数信号を得るためのものである。
【００４６】
第二実施形態では、基体が薄型直方体形状となっており、基体が基板部からのみ構成されているため、基板部を基体と説明することがある。同様に、基板部を基体と説明することがある。
【００４７】
第二実施形態に係る水晶デバイスの一例である水晶発振器は、ダイオード機能を有している基体または蓋体の別の一部が、水晶素子を発振させる発振回路の機能を有している。つまり、第二実施形態に係る水晶デバイスの一例である水晶発振器は、ダイオード機能を有している温度検出部と、発振回路の機能を有している発振回路部と、を備えた基体（または蓋体）を有しているといえる。
【００４８】
このようにすることで、発振回路の機能を有する発振回路ＩＣを実装する必要がなくなるため、発振回路ＩＣの分だけ小型化することが可能となる。また、発振回路部と温度検出部との距離を従来と比較して短くすることができるので、高精度に温度を補償することが可能となる。
【００４９】
第二実施形態では、温度変化によって電圧が変化する領域、温度検出部が基体に設けられている場合について説明しているが、温度検出部を蓋体に設けてもよい。このとき、温度検出部を基体に設けた場合と同様の効果が得られる。
【００５０】
また、第二実施形態では、発振回路機能を有した発振回路部を基体（基板部）の下面に設けた場合について説明しているが、発振回路部を基板部（基体）の上面に温度変化によって電圧が変化する領域、温度検出部を並んで設けてもよい。
【００５１】
本開示は、上述した実施形態に限定されず、種々の態様であってよい。
【００５２】
水晶素子は、平板状でなく、中央部が肉厚となっているメサ型となっていてもよい。または、中央部が肉薄となっている逆メサ型となっていてもよい。
【００５３】
接続配線部は、励振電極部１２３から接続部まで直線状に延設されていなくともよく、例えば、水晶片の長辺まで延設した後、水晶片の長辺に沿って接続部まで延設していてもよい。
【００５４】
平板状の基体を用いた場合について説明したが、基体と蓋体とで形成される空間内に水晶素子を気密封止することができれば、基板部と枠部とから構成されている基体を用いてもよい。
【００５５】
基体に温度検出部が設けられている場合について説明しているが、蓋体に温度検出部を設けてもよい。
【００５６】
基体に発振回路部が設けられている場合について説明しているが、蓋体に発振回路部を設けてもよい。
【００５７】
温度検出部と発振回路部とが基体に設けられている場合について説明しているが、温度検出部を基体に設けつつ発振回路部を蓋体に設けてもよいし、温度検出部を蓋体に設けつつ発振回路部を基体に設けてもよい。
【００５８】
水晶デバイスまたは水晶モジュールは、種々の装置に備えられてよい。装置は、例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、ウェアブル端末、ゲーム機、カーナビゲーションシステム、ヘッドアップディスプレイ、車等であってもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１１０・・・基体
１１１・・・搭載パッド
１１２・・・外部端子
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶片
１２２・・・金属パターン
１２３・・・励振電極部
１２４・・・接続引出部
１２４ａ・・・接続部
１２４ｂ・・・引出部
１３０・・・蓋体
１３０ａ・・・蓋基板部
１３０ｂ・・・蓋枠部
１４０・・・温度検出部
１５０・・・導電部材
１６０・・・接合部材
【図１】
2020005092.tif 000003
【図２】
2020005092.tif 000004
【図３】
2020005092.tif 000005