(57)【要約】【課題】ノイズが重畳しにくく、水晶素子の実際の温度との読み取り誤差を小さくすることで、水晶素子の発振周波数における温度補正を適切に行うことが可能な水晶振動子を提供する。【解決手段】水晶振動子は、基板１１０ａと、基板１１０ａの上面に設けられた第一枠部１１０ｂと、基板１１０ａの下面に設けられた第二枠部１１０ｃとからなるパッケージ１１０と、第一枠部１１０ｂで囲まれる領域であって基板１１０ａの上面に実装された水晶素子１２０と、第二枠部１１０ｃで囲まれる領域であって基板１１０ａの下面に実装され、平面視して、水晶素子１２０と重なる箇所に設けられた測温用半導体１３０と、第一枠部１１０ｂの上面に接合され、水晶素子１２０を気密封止する蓋体１４０とを備えている。【選択図】図２
2014086937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の上面に設けられた第一枠部と、前記基板の下面に設けられた第二枠部とからなるパッケージと、
前記第一枠部で囲まれる領域であって前記基板の上面に実装された水晶素子と、
前記第二枠部で囲まれる領域であって前記基板の下面に実装され、平面視して、前記水晶素子と重なる箇所に設けられた測温用半導体と、
前記第一枠部の上面に接合され、前記水晶素子を気密封止する蓋体と、を備えていることを特徴とする水晶振動子。
【請求項２】
請求項１記載の水晶振動子であって、
前記蓋体は、基準電位に電気的に接続されており、
前記測温用半導体がダイオードであって、前記測温用半導体のカソード端子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。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の水晶振動子であって、
前記基板の一辺に沿って前記水晶素子を実装するための電極パッドが設けられており、
前記測温用半導体がダイオードであって、前記測温用半導体のアノード端子が、平面視して、前記電極パッド側に配置されていることを特徴とする水晶振動子。
【請求項４】
請求項１記載の水晶振動子であって、
前記蓋体は、基準電位に電気的に接続されており、
前記測温用半導体がトランジスタであって、前記測温用半導体のエミッタ端子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。
【請求項５】
請求項１又は請求項４記載の水晶振動子であって、
前記基板の一辺に沿って前記水晶素子を実装するための電極パッドが設けられており、
前記測温用半導体がトランジスタであって、前記測温用半導体のコレクタ端子が、平面視して、前記電極パッド側に配置されていることを特徴とする水晶振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。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サーミスタ素子と、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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２１１３４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した水晶振動子は、サーミスタ素子に流れる電流が小さい場合、電子機器のマザーモード上に配置された回路が高インピーダンスの場合、サーミスタ素子にノイズが重畳しやすいといった課題があった。また、サーミスタ素子に流れる電流が大きい場合、サーミスタ素子に流れる電流によりサーミスタ素子が加熱するため、サーミスタ用電極端子間電圧から温度を読み取る際に読み取り誤差を生じるという課題があった。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ノイズが重畳しにくく、水晶素子の実際の温度との読み取り誤差を小さくすることで、水晶素子の発振周波数における温度補正を適切に行うことが可能な水晶振動子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】
【０００６】
本発明の一つの態様による水晶振動子は、基板と、基板の上面に設けられた第一枠部と、基板の下面に設けられた第二枠部とからなるパッケージと、第一枠部で囲まれる領域であって基板の上面に実装された水晶素子と、第二枠部で囲まれる領域であって基板の下面に実装され、平面視して、水晶素子と重なる箇所に設けられた測温用半導体と、第一枠部の上面に接合され、水晶素子を気密封止する蓋体と、を備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一つの態様による水晶振動子は、測温用半導体を用いることにより、測温用半導体にノイズが重畳することを低減しつつ、水晶素子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。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本実施形態に係る水晶振動子を下面側から見た平面図である。
【図４】（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基板の上面からみた透視平面図である。
【図５】（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の基板の下面からみた平面透視図である。
【図６】本実施形態に係る水晶振動子を構成するダイオードにおける温度と電圧との関係を示すグラフである。
【図７】本実施形態の第一変形例に係る水晶振動子を示す分解斜視図である。
【図８】本実施形態の第一変形例に係る水晶振動子を下面側から見た平面図である。
【図９】（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上面からみた透視平面図であり、（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の基板の上面からみた透視平面図である。
【図１０】（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下面からみた透視平面図であり、（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の基板の下面からみた透視平面図である。
【図１１】本実施形態の第一変形例に係る水晶振動子を構成するトランジスタにおける温度と電圧との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施形態における水晶デバイスは、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測温用半導体１３０とを含んでいる。パッケージ１１０は、基板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。
【００１０】
基板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測温用半導体１３０を支持するための支持部材として機能するものである。基板１１０ａは、基板１１０ａの上面に、水晶素子１２０を接合するための電極パッド１１１が設けられ、基板１１０ａの下面に、測温用半導体１３０を接合するための接合パッド１１５が設けられている。
【００１１】
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。また、基板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測温用半導体用配線パターン１１６及び第二ビア導体１１７が設けられている。
【００１２】
第一枠部１１０ｂは、基板１１０ａの上面に配置され、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。第二枠部１１０ｃは、基板１１０ａの下面に配置され、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１１０ａと一体的に形成されている。
【００１３】
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。
【００１４】
電極パッド１１１は、水晶素子１２０を実装するために用いる役割を果たす。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４（ａ）に示されているように基板１１０ａの上面に設けられた水晶素子用配線パターン１１３と第一ビア導体１１４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。
【００１５】
電極パッド１１１と第一外部接続用電極端子Ｇ１とは、基板１１０ａの上面に形成された水晶素子用配線パターン１１３と、基板１１０ａ及び第二枠部１１０ｃに設けられた第一ビア導体１１４とにより接続されている。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。
【００１６】
接合パッド１１５は、測温用半導体１３０の１つであるダイオードを実装するために用いる役割を果たす。接合パッド１１５は、基板１１０ａの下面に一対で設けられており、基板１１０ａの中央に隣接して設けられている。接合パッド１１５は、図４（ｂ）に示されているように、基板１１０ａの下面に設けられた測温用半導体用配線パターン１１６と第二ビア導体１１７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。
【００１７】
また、接合パッド１１５と第二外部接続用電極端子Ｇ２は、パッケージ１１０の第二凹部Ｋ２内の基板１１０ａに形成された部分を有する測温用半導体用配線パターン１１６と第二枠部１１０ｃの内部に形成された第二ビア導体１１７により接続されている。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測温用半導体用配線パターン１１６ａの一端と接続されている。また、一方の測温用半導体用配線パターン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測温用半導体用配線パターン１１６ｂの一端と接続されている。また、他方の測温用半導体用配線パターン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。
【００１８】
また、第二凹部Ｋ２内底面に露出している一方の測温用半導体用配線パターン１１６ａの長さと他方の測温用半導体用配線パターン１１６ｂの長さが略等しくなっている。つまり、一対の測温用半導体用配線パターン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測温用半導体用配線パターン１１６の長さは、約２００〜２５０μｍである。ここで、略等しい長さとは、一方の測温用半導体用配線パターン１１６ａの配線長と、他方の測温用半導体用配線パターン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。つまり、一方の測温用半導体用配線パターン１１６ａの配線長と、他方の測温用半導体用配線パターン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、測温用半導体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。
【００１９】
封止用導体パターン１１２は、蓋体１４０と封止部材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２及び図５（ａ）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。封止用導体パターン１１２に接合された蓋体１４０がグランド電位となっている一方の第二外部接続用電極端子Ｇ２ａ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、枠部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。
【００２０】
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。
【００２１】
水晶素子１２０は、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。
【００２２】
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保持構造にて水晶素子１２０が基板１１０上に固定されている。
【００２３】
水晶素板１２１の固定端側の外周縁は、平面視して、基板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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、接続用電極１２３及び引き出し電極１２４を形成することにより作製される。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
測温用半導体１３０の１つとして、ダイオードが用いられている。測温用半導体１３０は、アノード端子１３１ａ及びカソード端子１３１ｂを有している。測温用半導体１３０は、アノード端子１３１ａからカソード端子１３１ｂへは電流を流すが、カソード端子１３１ａからアノード端子１３１ａへはほとんど電流を流さない順方向特性を有している。測温用半導体１３０の順方向特性は、温度によって大きく変化する。測温用半導体１３０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、温度情報を得ることができる。測温用半導体１３０は、図６に示されているように、電圧と温度との関係が直線を示している。測温用半導体１３０のある温度での電圧が、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。このようにすることにより、電子機器等のメインＩＣ（図示せず）が、水晶振動子から出力された電圧を温度に変換することで温度情報を得ることができる。このような測温用半導体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。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により水晶振動子の温度特性の補正を行う、いわゆる温度補償をすることができる。また、水晶素子１２０と重なる箇所とは、水晶素板１２１の長辺１．０〜１．６ｍｍと短辺０．８〜１．２ｍｍとからなる面積内に配置されることを示すものである。測温用半導体１３０は、水晶素子１２０と重なる箇所に配置しておくことにより、水晶素子１２０から伝わった熱が測温用半導体１３０に確実に伝わることになるので、水晶素子１２０の実際の温度を読み取ることができる。また、測温用半導体１３０は、図６に示されているように、電圧と温度との関係が直線を示しているので、非常に精度よく温度換算することができるために、高精度の温度補償が可能となる。
【００２９】
測温用半導体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、測温用半導体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、測温用半導体１３０のカソード端子１３１ａは、基準電位であるグランドに接続されることになる。
【００３０】
また、測温用半導体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ているため、測温用半導体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、測温用半導体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、測温用半導体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。
【００３１】
また、測温用半導体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。つまり、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測温用半導体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。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、他方の接合パッド１１５ｂに伝わることになる。よって、水晶振動子は、熱伝導経路を短くすることができるので、水晶素子１２０の温度と測温用半導体１３０の温度とが近似することになり、測温用半導体１３０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低減することが可能となる。
【００３２】
また、他方の測温用半導体用配線パターン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。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、他方の測温用半導体パターン１１６ｂから他方の接合パッド１１５ｂに伝わることになる。よって、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の温度と測温用半導体１３０の温度とが近似することになり、測温用半導体１３０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。
【００３３】
また、測温用半導体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測温用半導体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する。よって、励振用電極１２２のシールド効果により、測温用半導体１３０にノイズが重畳することを低減し、測温用半導体１３０の正確な電圧を出力することができる。また、測温用半導体１３０から正確な電圧値を出力することができるので、測温用半導体１３０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。
【００３４】
測温用半導体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。測温用半導体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。測温用半導体１３０は、一対の接合パッド１１５に接合される。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
本発明の本実施形態における水晶デバイスは、測温用半導体１３０を用いることにより、測温用半導体１３０にノイズが重畳することを低減しつつ、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。
【００３９】
（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。
【００４０】
本実施形態の第一変形例における水晶振動子は、図７及び図８に示されているように、測温用半導体２３０の１つとして、トランジスタを用いている点で本実施形態と異なる。
【００４１】
本実施形態の第一変形例における水晶振動子は、パッケージ２１０と、パッケージ２１０の上面に接合された水晶素子１２０と、パッケージ２１０の下面に接合された測温用半導体２３０とを含んでいる。
【００４２】
基板２１０ａは、矩形状であり、上面で実装された水晶素子１２０及び測温用半導体２３０を支持するための支持部材として機能するものである。基板２１０ａは、基板２１０ａの上面に、水晶素子１２０を接合するための電極パッド２１１が設けられ、基板２１０ａの下面に、測温用半導体２３０を接合するための接合パッド２１５が設けられている。
【００４３】
基板２１０ａの表面及び内部には、上面に設けられた電極パッド２１１と、第二枠部２１０ｃ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２１３及び第一ビア導体２１４が設けられている。また、基板２１０ａの表面及び内部には、下面に設けられた接合パッド２１５と、第二枠部２１０ｃ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測温用半導体用配線パターン２１６及び第二ビア導体２１７が設けられている。
【００４４】
第一枠部２１０ｂは、基板２１０ａの上面に配置され、基板２１０ａの上面に第一凹部Ｋ１を形成するためのものである。第二枠部２１０ｃは、基板２１０ａの下面に配置され、基板２１０ａの下面に第二凹部Ｋ２を形成するためのものである。第一枠部２１０ｂ及び第二枠部２１０ｃ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２１０ａと一体的に形成されている。
【００４５】
また、第二枠部２１０ｃ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２１０ｃ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２１０ｃの対角に位置するように設けられている。
【００４６】
接合パッド２１５は、測温用半導体２３０を実装するために用いる役割を果たす。接合パッド２１５は、基板２１０ａの下面に３つ設けられており、基板１１０ａの中央に隣接して設けられている。接合パッド２１５は、図１０（ｂ）に示されているように、基板２１０ａの下面に設けられた測温用半導体用配線パターン２１６と第二ビア導体２１７を介して、第二枠部２１０ｃ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。
【００４７】
また、接合パッド２１５と第二外部接続用電極端子Ｇ２は、パッケージ２１０の第二凹部Ｋ２内の基板２１０ａに形成された部分を有する測温用半導体用配線パターン２１６と第二枠部２１０ｃの内部に形成された第二ビア導体２１７により接続されている。第一接合パッド２１５ａは、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように第一測温用半導体用配線パターン２１６ａの一端と接続されている。また、第一測温用半導体用配線パターン２１６ａの他端は、一方の第二ビア導体２１７ａ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、第一接合パッド２１５ａ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。第二接合パッド２１５ｂは、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように第二測温用半導体用配線パターン２１６ｂの一端と接続されている。また、第二測温用半導体用配線パターン２１６ｂの他端は、他方の第二ビア導体２１７ｂ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、第二接合パッド２１５ｂ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、第三接合パッド２１５ｃは、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、第三測温用半導体用配線パターン２１６ｃの一端と接続されている。第三測温用半導体用配線パターン２１６ｃの他端は、第二測温用半導体用配線パターン２１６ｂと接続されている。
【００４８】
測温用半導体２３０は、図７に示されているように、エミッタ端子２３１ａ、コレクタ端子２３１ｂ及びベース端子２３１ｃを有している。測温用半導体２３０は、測温用半導体２３０のベースとコレクタを短絡して、コレクタ−エミッタ間をダイオードとするようにして用いられる。このコレクタ−エミッタ間のダイオードが順方向のとき、ベース−エミッタ間に順方向電圧が印加される。測温用半導体２３０内のダイオードの順方向特性は、温度によって大きく変化する。このように測温用半導体２３０内のダイオード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、温度情報を得ることができる。測温用半導体２３０は、図１１に示されているように、電圧と温度との関係が直線を示している。測温用半導体２３０のある温度での電圧が、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。このようにすることにより、電子機器等のメインＩＣ（図示せず）が、水晶振動子から出力された電圧を温度に変換することで温度情報を得ることができる。このような測温用半導体２３０を水晶素子１２０の近くにと重なる箇所に配置して、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により水晶振動子の温度特性の補正を行う、いわゆる温度補償をすることができる。また、測温用半導体２３０は、図１１に示されているように、電圧と温度との関係が直線を示しているので、非常に精度よく温度換算することができるために、高精度の温度補償が可能となる。
【００４９】
測温用半導体２３０は、図８に示すように、パッケージ２１０の第二凹部Ｋ２内に露出した基板２１０ａに設けられた接合パッド２１５に半田等の導電性接合材を介して実装されている。また、測温用半導体２３０のエミッタ端子２３１ａは、第一接合パッド２１５ａに接続され、コレクタ端子２３１ｂは、第二接合パッド２１５ｂに接続され、ベース端子２３１ｃは、第三接合パッド２１５ｃと接続される。よって、測温用半導体２３０のエミッタ端子は、基準電位であるグランドに接続されることになる。
【００５０】
また、測温用半導体２３０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ているため、測温用半導体２３０に電流値が小さいことにより生じる測温用半導体２３０ノイズが重畳することを低減することができる。また、測温用半導体２３０のベース−エミッタ間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、測温用半導体２３０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。
【００５１】
また、測温用半導体２３０のコレクタ端子２３１ｂは、平面視して、水晶素子１２０が実装されている電極パッド２１１側に配置されている。つまり、平面視して、電極パッド２１１の励振用電極１２２側を向いている辺と測温用半導体２３０のコレクタ端子２３１ｂが実装される他方の第二接合パッド２１５ｂの電極パッド２１１側を向いている辺との間隔は、０〜１００μｍである。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２１１から直下にある基板２１０ａを介して、第二接合パッド２１５ｂに伝わることになる。よって、水晶振動子は、熱伝導経路を短くすることができるので、水晶素子１２０の温度と測温用半導体２３０の温度とが近似することになり、測温用半導体２３０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低減することが可能となる。
【００５２】
また、第二測温用半導体用配線パターン２１６ｂは、平面視して、一対の電極パッド２１１の間を通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２１１から直下にある基板２１０ａを介して、第二測温用半導体パターン２１６ｂから第二接合パッド２１５ｂに伝わることになる。よって、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の温度と測温用半導体２３０の温度とが近似することになり、測温用半導体２３０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。
【００５３】
また、測温用半導体２３０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によって測温用半導体２３０を保護するため、測温用半導体２３０にノイズが重畳することを低減し、測温用半導体２３０の正確な電圧を出力することができる。また、測温用半導体２３０から正確な電圧値を出力することができるので、測温用半導体２３０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。
【００５４】
測温用半導体２３０のパッケージ２１０への接合方法について説明する。まず、導電性接接合材は、例えばディスペンサによって接合パッド２１５上に塗布される。測温用半導体２３０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。測温用半導体２３０のエミッタ端子２３１ａ、コレクタ端子２３１ｂ及びベース端子２３１ｃは、それぞれ３つの接合パッド２１５に接合される。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
上記実施形態では、第一枠部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、第一枠部１１０ｂが金属製であっても構わない。この場合、枠部は、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。
【００５８】
上記実施形態では、測温用半導体２３０のベースとコレクタを短絡して、コレクタ−エミッタ間をダイオードとするようにして用いた場合を説明したが、測温用半導体２３０のベースとエミッタを短絡して、ベース−コレクタ間をダイオードとするようにしても構わない。
【符号の説明】
【００５９】
１１０、２１０・・・パッケージ
１１０ａ、２１０ａ・・・基板
１１０ｂ、２１０ｂ・・・第一枠部
１１０ｃ、２１０ｃ・・・第二枠部
１１１、２１１・・・電極パッド
１１２、２１２・・・封止用導体パターン
１１３、２１３・・・水晶素子用配線パターン
１１４、２１４・・・第一ビア導体
１１５、２１５・・・接合パッド
１１６、２１６・・・測温用半導体用配線パターン
１１７、２１７・・・第二ビア導体
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・引き出し電極
１２４・・・接続用電極
１３０、２３０・・・測温用半導体
１３１ａ・・・カソード端子
１３１ｂ・・・アノード端子
２３１ａ・・・エミッタ端子
２３１ｂ・・・ベース端子
２３１ｃ・・・コレクタ端子
１４０・・・蓋体
１４１・・・封止部材
１５０・・・導電性接着剤
Ｋ１・・・第一凹部
Ｋ２・・・第二凹部
Ｇ１・・・第一外部接続用電極端子
Ｇ２・・・第二外部接続用電極端子
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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