(57)【要約】  【課題】温度センサの実装が容易な新規な構造の温度センサ付の水晶振動子を提供する。  【解決手段】水晶振動子１０は、容器１１ａに水晶振動片１１ｂが封入されている水晶振動子部１１と、別途用意され温度センサ２１ａ及びこれが実装されている基板２１ｂを有し、水晶振動子部１１に接続されている温度センサ部２１と、を具える。水晶振動子部は表面実装型のものである。温度センサ部は、温度センサを薄膜サーミスタで構成したものである。水晶振動子部と温度センサ部とは、温度センサ部の基板は低温焼成セラミック、又はガラスエポキシ若しくは樹脂フィルムを用いたものである。水晶振動子部と温度センサ部とは、一方の端子１１ａｆと他方の端子２１ｃとを半田付けして接続してある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器に水晶振動片が封入されている水晶振動子部と、別途用意され、温度センサ及びこれが実装されている基板を有し、前記水晶振動子部に接続されている温度センサ部と、を具えることを特徴とする水晶振動子。
【請求項２】
前記温度センサが、薄膜サーミスタを用いたものであることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子。
【請求項３】
前記基板が、低温焼成セラミックを用いたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の水晶振動子。
【請求項４】
前記基板が、ガラスエポキシを用いたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の水晶振動子。
【請求項５】
前記基板が、樹脂製フィルムを用いたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の水晶振動子。
【請求項６】
前記基板が、高温焼成セラミックを用いたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の水晶振動子。
【請求項７】
前記水晶振動子部は、外部接続端子を有し、前記温度センサ部の前記基板は、前記水晶振動子部の前記外部接続端子に対応する水晶振動子部接続用の端子を有し、
これら外部接続端子及び水晶振動子部接続用の端子によって、前記水晶振動子部及び温度センサ部を接続してあること
を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の水晶振動子。
【請求項８】
前記温度センサ部の前記基板の前記水晶振動子部と接続されていない側の面に、前記水晶振動子部と外部機器とを接続する第１端子群と、前記温度センサ部と外部機器とを接続する第２端子群と、を具えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の水晶振動子。
【請求項９】
前記第２端子群の端子の１つは、前記外部機器のグランド端子と接続される端子であり、かつ、水晶振動子部が有する蓋部材に接続される端子であることを特徴とする請求項８に記載の水晶振動子。
【請求項１０】
前記水晶振動子部及び温度センサ部の一方又は双方に、前記温度センサの厚さに対する平坦化構造を具えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の水晶振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度センサ付きの水晶振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
温度センサ付の水晶振動子として、いわゆる１部屋構造の水晶振動子と、Ｈ型構造の水晶振動子が、知られている。前者は、１部屋構造の容器内に、水晶振動片と温度センサとを収容した構造の水晶振動子である（例えば特許文献１）。後者は、水晶振動片を収納する第１の部屋と温度センサを収納する第２の部屋とを積層した容器であって、厚み方向に切った断面がＨ型に見える容器を用いた水晶振動子である（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−５５５７３号公報
【特許文献２】特開２０１６−１００９９号公報
【特許文献３】特開２０１３−２１１４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
１部屋構造のもの、Ｈ型構造のものいずれの場合も、サーミスタ等のチップ型の温度センサを、容器内に実装することが必要である。水晶振動子の小型化が益々進む昨今では、１部屋構造のもの、Ｈ型構造のものいずれの場合も、温度センサの実装等が大変等の問題点があり、その解決策が望まれている。
この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、従って、この出願の目的は、温度センサ付きの水晶振動子であって、温度センサの実装等が容易な新規な構造の水晶振動子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的の達成を図るため、この発明の水晶振動子は、容器に水晶振動片が封入されている水晶振動子部と、別途用意され、温度センサ及びこれが実装されている基板を有し、前記水晶振動子部に接続されている温度センサ部と、を具えることを特徴とする。
【０００６】
この発明において、水晶振動子部は、温度センサ部とは別に用意され、既に完成している水晶振動子である。例えば、水晶振動片を収納する凹部（キャビティ）を有したセラミックパッケージと、これを封止する蓋部材と、前記のセラミックパッケージの裏面に設けられた外部接続用端子と、を具えた表面実装型の水晶振動子は、この発明で言う水晶振動子部として好適である（例えば図１参照）。また、水晶振動片を実装した平板の基板と、凹部を有したキャップ状の蓋部材と、前記の平板基板の裏面に設けられた外部接続端子と、を具えた表面実装型の水晶振動子も、この発明で言う水晶振動子部として好適である（例えば図６参照）。
【０００７】
また、温度センサ部は、水晶素子部とは別に用意され、既に完成している温度センサである。例えば、特許文献３に開示されているような、フィルム型サーミスタセンサや、このフィルム型サーミスタセンサのフィルム部分をセラミック板に代えたものや、このフィルム型サーミスタセンサのフィルム部分を樹脂製の基板に代えたものは、温度センサ部として好適である。特に、サーミスタの部分を薄膜サーミスタで構成した温度センサ部であると、サーミスタとしてチップサーミスタを用いた場合に比べ、温度センサ部自体の厚さを薄くできるので、好ましい。又、ＰＮ接合を用いた温度センサとこれを実装した基板とを有したものでも良い。ＰＮ接合を用いた温度センサの場合、半導体基板そのものを基板として流用したプレート型の温度センサ部の可能性もあるので、好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の水晶振動子は、それぞれが完成品である水晶振動子部及び温度センサ部を接続した構造の温度センサ付の水晶振動子である。このため、１部屋構造やＨ型構造のような従来の温度センサ付き水晶振動子で必要であった、チップ型の温度センサを実装する作業が不要である。すなわち、それぞれが完成品として用意されている、表面実装型の水晶振動子部と表面実装型の温度センサ素子部とを、実装面を対向させて互いを接続する製法で当該水晶振動子を製造できる。
【０００９】
また、水晶振動子部及び温度センサ部それぞれは、個別に製造されたもので良いので、水晶振動子部及び温度センサ部各々は、それぞれの製造に適した工法で製造できる等の利点がある。従って、各々のコスト低減や品質向上が図れるので、温度センサ付きの水晶振動子自体のコスト改善や品質改善も図り易い。
【００１０】
また、場合によっては、温度センサ部として、温度センサ部を多数有したシート状のものを用い、このシート状のものに水晶振動子部を配置して接続する等の工法も採用できるので、シート工法等の生産性に優れる工法も利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、第１の実施形態の説明図である。
【図２】第１の実施形態の図１に続く説明図である。
【図３】第１の実施形態の図２に続く説明図である。
【図４】第１の実施形態の図３に続く説明図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）は、第２の実施形態の説明図である。
【図６】第３の実施形態の説明図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）は、第４の実施形態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照してこの発明の水晶振動子の実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の説明中で述べる構造例、使用部材等は、この発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【００１３】
１． 第１の実施形態
図１及び図２は、第１の実施形態の水晶振動子１０の説明図である。特に、図１（Ａ）は水晶振動子１０の上面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）中のＰ−Ｐ線に沿った断面図、図１（Ｃ）は底面図である。図２（Ａ）及び（Ｂ）は水晶振動子部１１に具わる外部接続端子の説明図である。
【００１４】
水晶振動子１０は、水晶振動子部１１と、温度センサ部２１と、を具える。
１−１．水晶振動子部の説明
ここで、水晶振動子部１１は、容器１１ａに水晶振動片１１ｂが封入されているものである。図１の例の水晶振動子部１１は、セラミック製容器を用いた表面実装型のものであって、別途完成された水晶振動子である。
具体的には、容器１１ａは、平面形状が長方形状のセラミックパッケージで構成してある。また、この容器１１ａは、水晶振動片１１ｂを収容する凹部（キャビティ）１１ａａを具えている。この凹部１１ａａも、平面形状が長方形状のものとしてある。
また、容器１１ａは、凹部１１ａａの底面で凹部１１ａａの１つの短辺側のこの短辺の両端近傍各々に、水晶振動片１１ｂを保持するための支持パッド１１ａｂを具える。
【００１５】
さらに、容器１１ａは、凹部１１ａａを囲う土手部１１ａｃと、この土手部１１ａｃ上に設けたシーム溶接用のリング１１ａｄと、を具える。このリング１１ａｄに、金属製の蓋部材１１ａｅを接合し、水晶振動片１１ｂを容器１１ａ内に封入してある。なお、この例では、シーム溶接による封入構造を示したが、封入構造は、シーム溶接に限られず、いわゆるダイレクトシーム法やガラス封止法等を用いた封入構造でも良い。
【００１６】
さらに、この容器１１ａは、その外側の底面に外部接続用端子１１ａｆを具える。この外部接続端子１１ａｆについては、特に図２を参照して説明する。なお、図２（Ａ）、（Ｂ）は、図１（Ａ）の上面図において、外部接続端子１１ａｆを透視して見た図に相当する平面図である。
外部接続端子１１ａｆの個数は、少なくとも２個であり(図２（Ａ）)、好ましくは４個である（図２Ｂ））。２個の外部接続端子は、容器１１ａの底面に設けたビヤ配線（図示を省略）によって、上記した支持パッド１１ａｂ（図１（Ａ）、（Ｂ）参照）に接続してある。この２個の外部接続端子は、水晶振動片１１ｂを外部機器（図示せず）に接続するための端子となる。外部接続端子１１ａｆを２個設ける場合は、これら端子は容器１１ａの底面の対角線上の２つの角に設けるのが良い（図２（Ａ））。このように対角線上に設ければ、水晶振動子部１１ａを面内回転させた場合も、外部接続端子は外部機器に対し等価の位置になるから、実装時の不具合を防止できる。
【００１７】
また、好ましくは４個の外部接続端子(図２（Ｂ）参照)とする理由は、水晶振動子部１１ａと温度センサ部２１とを接続する際に、互いの平行度を確保し易くするためである。また、場合により、水晶振動子部１１ａの蓋部材１１ａｆ外部機器のグランド端子に接続する必要があるので、そのような場合に、４個の外部接続端子のうちの１個を、それに使用できるからである。
【００１８】
また、水晶振動子部１１に具わる水晶振動片１１ｂは、この場合、平面形状が長方形状の例えばＡＴカット水晶振動片である。この水晶振動片１１ｂの両主面各々に、図示を省略するが、励振用電極を具え、さらに、これら励振用電極から水晶振動片１１ｂの１つの短辺側に引き出された引出電極（図示を省略）を具える。
この水晶振動片１１ｂは、引出電極の位置で、容器１１ａの支持パッド１１ａｂに、導電性接着剤１１ａｇによって接続固定してある。そして、このように水晶振動片１１ｂが実装された容器１１ａは、上述したように、リング１１ａｅに蓋部材１１ａｆを接合して、封止してある。
【００１９】
１−２．温度センサ部の説明
一方、温度センサ部２１は、水晶振動子部１１とは別に製作され用意された完成品である。この温度センサ部２１は、温度センサ２１ａ及びこれが実装されている基板２１ｂを具えている。
この温度センサ部２１の平面形状は、水晶振動子部１１と同様に長方形状としてあり、大きさは、水晶振動子部１１と実質的に同じ大きさとしてある。基板２１ｂの材質及び厚さは、温度センサ部２１に要求される仕様、例えば、製造上の理由や、強度等に応じて決めるのが良い。
【００２０】
この温度センサ部２１において、温度センサ２１ａを基板２１ｂの２つの面のどちらに、設けるかは設計に応じて決めることができる。図１の例では、基板２１ｂの水晶振動子部１１が接続される面に、温度センサ２１ａを設けてある。この図１の例の場合は、基板２１ｂの水晶振動子部１１が接続される面とは反対面に温度センサを設ける場合に比べ、温度センサ２１ａが水晶振動子部１１に近接するので、温度センサの応答性が水晶振動子部と同様になり易いという利点がある。温度センサ２１ａを基板２１ｂの他方の面に設ける例は後述する。
【００２１】
また、温度センサ２１ａの基板２１ｂに対する平面的な位置は、設計に応じ決めるのが良い。ただし、温度センサ２１ａの長手方向が基板２１ｂの対角線に沿うように配置するか（図１の例等）、温度センサ２１ａの長手方向が基板２１ｂの短手方向に沿うように配置する（図４の例）のが、好ましい。こうした方が、基板２１ｂに設けた各端子（後述する２１ｃ等）に温度センサ２１ａが短絡する危険を低減し易い。また、温度センサ２１ａ及び水晶振動片１１ｂ各々に対する熱伝導具合をなるべく均等にするために、図４に示したように、温度センサ２１ａを、基板２１ｂの長辺方向の中心線Ｃ−Ｃに対し、水晶振動片の支持パッド１１ａｂ（図１（Ａ），（Ｂ）参照）側に偏らせて設けても良い。
【００２２】
また、温度センサ２１ａの構成材料は、例えば、薄膜サーミスタが良い。温度センサ２１ａを薄膜サーミスタで構成すると、温度センサ部２１の厚さを薄くできるので、好ましい。さらに、温度センサ２１ａを薄膜サーミスタで構成すると、温度センサ部２１をウエハ工法で製造できる等の利点もある。
なお、温度センサを薄膜サーミスタで構成する場合、現状では、薄膜サーミスタが高熱により特性が低下し易いので、以下の配慮をするのが良い。例えば、薄膜サーミスタと基板とを同工程で熱処理する必要がある場合は、基板として、基板に対する熱処理が薄膜サーミスタの特性に影響しない比較的低温で済む材料から成る基板を、用いるのが良い。具体的には、基板として、低温焼成のセラミック基板や、ガラスエポキシ基板を用いるのが良い。
【００２３】
これに対し、薄膜サーミスタに対する熱処理と基板に対する熱処理とを別々に行える場合で、然も、薄膜サーミスタに対する熱処理は、基板に対する熱処理の後に行う場合であれば、基板として高温処理が必要な基板、例えば高温焼成セラミック基板を用いても良い。薄膜サーミスタへの高温の影響は生じないし、一般に、低温焼成のセラミック基板よりも高温焼成のセラミック基板の方が、物性的に優れる場合が多いからである。
【００２４】
また、この温度センサ部２１では、基板２１ｂの水晶振動子部１１に接続される面の、水晶振動子部１１の外部接続端子１１ａｆ（図１、図２参照）と対応する位置に、水晶振動子部接続用の端子２１ｃを設けてある(図１（Ｂ）)。より好ましくは、水晶振動子部接続用の端子２１ｃを含め、合計４つの端子を設けるのが良い。４つの端子を設ける理由は、水晶振動子部１１ａと温度センサ部２１とを接続する際に、互いの平行度を確保し易くするためである。また、場合により、水晶振動子部１１ａの蓋部材１１ａｆ外部機器のグランド端子に接続する必要があるので、そのような場合に、４個の外部接続端子のうちの１個を、それに使用できるからである。
【００２５】
また、温度センサ部２１は、温度センサ２１ａを覆う保護膜２１ｄを具えている。温度センサ２１ｂが、他の部分と短絡して不具合を起こすことを防止するためである。保護膜２１ｄしては、樹脂、ガラス、アルミナ等の任意好適な絶縁膜を用いることができる。なお、図１（Ｂ）の例では、保護膜２１ｄは温度センサ２１ａを含む狭い領域に設ける例を示しているが、保護膜２１ｃを設ける領域の広さは設計に応じ任意とできる。例えば基板２１ｂの前面に保護膜を設けて、この保護膜にビア等を設けて端子２１ｃを設ける場合があっても良い。
【００２６】
また、この温度センサ部２１では、基板２１ｂの水晶振動子部１１に接続される面とは反対面に、この実施形態の場合、図１（Ｃ）に示すように、水晶振動子部１１と外部機器(図示せず)とを接続する２個の端子から成る第１端子群２１ｅと、温度センサ部２１と外部機器（図示せず）とを接続する２個の端子から成る第２端子群２１ｆとを具える。第１端子群２１ｅの２個の端子は、基板２１ｂの底面の対角線状の２つの角にそれぞれ設けてあり、第２端子群２１ｆの２個の端子は、基板の底面の第１端子群を設けていない対角線状の２つの角にそれぞれ設けてある。
【００２７】
第１端子群２１ｅと第２端子群２１ｆとを上記のように対角線配置としておけば、水晶振動子１０を面内回転させた場合も、各端子は電子機器に対し等価な位置になるので、水晶振動子１０を電子機器に実装する場合の位置関係での不具合を防止できる。
なお、第１の端子群２１ｅと水晶振動子部接続用の端子２１ｃとの接続、第１の端子群２１ｅと水晶振動子部接続用の端子２１ｃとの接続は、図１（Ｃ）に示したように、キャスタレーション２１ｇにより行えばよく、または、図３に示したように、スルーホール２１ｈにより行えば良い。
また、水晶振動子部１１と温度センサ部２１との接続は、各々の端子１１ａｆと端子２１ｃとを、例えば半田により接続する等で行ってある。
【００２８】
なお、水晶振動子部１１の外部接続端子１１ａｆと、温度センサ部２１の水晶振動子接続用の端子２１ｃとの合計の厚さを、温度センサ２１ａと保護膜２１ｃとの厚さとほぼ等しいか、厚くしておくのが良い。水晶振動子部１１と温度センサ部２１とを接続する際の両者の座りが良くなるからである。端子の厚さの調整は、端子を例えば導電性ペーストを用いたスクリーン印刷及び焼成で製造する場合であれば、印刷時の厚さを調整したり、複数回の印刷をする等により調整できる。なお、もし保護膜を設けない場合は、水晶振動子部１１の外部接続端子１１ａｆと、温度センサ部２１の水晶振動子接続用の端子２１ｃとの合計の厚さを、温度センサ２１ａの厚さと等しいか、厚くしておくのが良い。このような端子の厚さ調整構造は、この発明で言う、平坦化構造２３の一例であって、特に、水晶振動子部１１及び温度センサ部２１の双方で平坦化構造を実現している例に相当する。
に相当する。
【００２９】
２． 第２の実施形態
上述の第１の実施形態では、温度センサ２１ａを、基板２１ｂの水晶振動子部１１が接続される面側に設けていた。しかし、温度センサ２１ａを、基板２１ｂの水晶振動子部１１が接続される面とは反対面に設けても良い。第２の実施形態はその例である。図５（Ａ），（Ｂ）はその説明図であり、図１（Ｂ）、（Ｃ）と対応する側面図及び平面図である。
【００３０】
第２の実施形態の水晶振動子３０では、温度センサ２１ａを、基板２１ｂの水晶振動子部１１が接続される面とは反対面、すなわち、底面に設けてある。この構造は、温度センサ２１ａを水晶振動子部１１からある程度の距離を空けて配置したい場合に好適である。また、この第２の実施形態の水晶振動子３０の場合、温度センサ２１ａを、基板２１ｂの水晶振動子部１１が接続される面とは反対面に設けるので、温度センサ２１ａを基板２１ｂの水晶振動子部１１を設けた場合に必要であった、温度センサ２１ａ用のキャスタレーションやスルーホールを設ける必要がないという利点もある。
【００３１】
なお、この第２の実施形態の水晶振動子３０の場合、第１端子群２１ｅ及び第２端子群２１ｆの厚さを、温度センサ２１ａ及び保護膜２１ｃの合計厚さとほぼ同じか厚くするのが好ましい。水晶振動子３０を外部機器へ実装する際の座りが良いからである。なお、もし保護膜を設けない場合は、第１端子群２１ｅ及び第２端子群２１ｆの厚さを、温度センサ２１ａの厚さとほぼ同じか厚くするのが好ましい。このような端子の厚さ調整構造は、この発明で言う平坦化構造２３の一例であって、特に、温度センサ部２１の側で端２１ｅ、２１ｆ子によって平坦化構造を実現している例に相当する。
【００３２】
３．第３の実施形態
上述の各実施形態では、水晶振動子部はいずれも、凹部（キャビティ）１１ａａを有した容器１１ａを平板状の蓋部材１１ａｅで封止した構造のものあったが、水晶振動子部の構造はこれに限られない。
第３の実施形態の水晶振動子部５０は、図６の断面図に示したように、水晶振動片１１を実装した平板の基板１１ａｘと凹部を有したキャップ状の蓋部材１１ａｙとを用いた表面実装型の水晶振動子５０である。この場合は、平板の基板及びキャップ状の蓋部材が、比較的安価であるため、第１実施形態に比べ水晶振動子のコスト低減が期待できる。
【００３３】
４． 第４の実施形態
上述の各実施形態では、温度センサ２１ａの厚さと保護膜２１ｃの厚さの合計厚さに対し、端子１１ａｆ、２１ｄの厚さ、又は、端子２１ｆの厚さを厚くして、温度センサ部２１と水晶振動子部１１とを接続する際の座りを良くしていた。
しかし、温度センサ部２１に着目した、図７（Ａ）、（Ｂ）の断面図に示したように、
基板２１ｂの温度センサ２１ａを設ける領域を含む所定領域を、凹状にするか、又は、基板２１ｂの温度センサ２１ａを設ける領域を含む所定領域以外の領域を、凸状にすることによって、上記の厚さ関係を担保しても良い。
このようにする場合は、基板２１ｂの、温度センサ２１ａを設けた領域２１ｘを保護膜２１ｄで覆うことで、温度センサ２１ａを設けた領域とそれ以外の領域との平坦性を確保する。基板２１ｂに上記のように凹状部（凸状部）を設ける構造は、この発明で言う平坦化構造２３の一例であって、特に、温度センサ部２１の側で基板２１ｂによって平坦化構造を設けた例に相当する。
に相当する。
【符号の説明】
【００３４】
１０：第１の実施形態の水晶振動子、            １１：水晶振動子部
１１ａ：容器、                                １１ｂ：水晶振動片
１１ａｅ：蓋部材、                            １１ａｆ：外部接続端子、
２１：温度センサ部、                          ２１ａ：温度センサ
２１ｂ：基板、                                
２１ｃ：水晶振動子部接続用の端子              ２１ｄ：保護膜、
２１ｅ：第１の端子群、                        ２１ｆ：第２の端子群
２３：平坦化構造
３０：第２の実施形態の水晶振動子、            ５０：第３の実施形態の水晶振動子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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