(57)【要約】      （修正有）【課題】どのような厚みの圧電振動素子を搭載した場合でも、圧電振動素子が破損することがなく、また安定的な周波数の信号を得ることができ誤動作を低減でき、更に生産性が高い圧電デバイスを提供する。【解決手段】本発明の圧電デバイス１００は、平面視矩形で平板状の基板１１１を備えた素子搭載部材１１０と、この基板１１１に搭載される圧電振動素子１２０と、素子搭載部材１１０の上に配置されたスペーサ１４０と、このスペーサ１４０の上に配置し圧電振動素子１２０を気密に封止する蓋部材１５０と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視矩形で平板状の基板を備えた素子搭載部材と、
前記基板に搭載される圧電振動素子と、
前記素子搭載部材の上に配置されたスペーサと、
前記スペーサの上に配置し前記圧電振動素子を気密に封止する蓋部材と、
を備えていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記スペーサは、環状のセラミック層が積層して平板状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記スペーサの平面視外周の大きさは、前記蓋部材の平面視外形と同じ大きさであり、前記スペーサの平面視内周の大きさは、前記素子搭載部材における前記圧電振動素子の搭載領域の平面視外周と同じ大きさであることを特徴とする請求項２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記素子搭載部材には、少なくとも発振回路が内蔵された集積回路素子やサーミスタ素子などの電子部品素子が搭載されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちの一つに記載の圧電デバイス。
【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電子部品の一つである圧電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動素子を内部に搭載した圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスは、電子部品の一つとして、コンピュータ，携帯電話又は小型情報機器などの電子機器内部に、基準信号源やクロック信号源として搭載され使用されている。以下に従来の圧電デバイスの一例として圧電振動子について説明する。
【０００３】
従来の圧電振動子は、素子搭載部材に設けられた凹部内に露出した基板上面の一方の短辺に沿って並んで設けられた一対の電極パッドと、圧電振動素子に設けられた一対の接続電極とを、間に塗布した導電性接着剤を用いて接合固着することにより、圧電振動素子を素子搭載部材に搭載し、素子搭載部材に設けられた接合材と蓋部材とを接合させて凹部内に搭載した圧電振動素子を気密に封止した構成となっている（例えば、特許文献１又は２参照。）。
【０００４】
また、圧電振動子の内部に搭載される圧電振動素子は、平面視矩形の平板である圧電素子とその表面に形成される各種電極からなる。圧電素子は水晶、タンタル酸リチウム及びニオブ酸リチウム等の圧電材からなる。例えば、水晶を用いた場合、一般的に、圧電素子は人工水晶からＡＴカットで切り出し、切断や研磨により外形加工される。このときの水晶からなる圧電素子の厚みは、圧電素子に所望する厚みすべり振動の基本波の周波数値によって変化する（例えば、特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１９５６０６号公報
【特許文献２】特開２０１３−２０１６５５号公報
【特許文献３】特開２０１２−１７８７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の圧電デバイスでは、一般的に、素子搭載部材を構成する枠体の上面と、蓋部材の下面とを熱可塑性の接合材により接合することで、素子搭載部材の凹部内に搭載された圧電振動素子を気密封止している。また、圧電デバイスの小型化並びに低背化が進み、蓋部材と素子搭載部材内に搭載された圧電振動素子との間隔は非常に狭くなっている。
【０００７】
しかし、高周波数で振動する圧電振動素子を搭載するために形成された素子搭載部材に低周波数で振動する圧電振動素子を搭載した場合、圧電振動素子の厚みが厚いので、圧電振動素子が蓋部材に接触して圧電振動素子が破損したり、圧電振動素子と蓋部材との間隔が非常に狭くなりすぎるので、圧電振動素子と蓋部材との間に浮遊容量が生じ、圧電デバイスとしての振動周波数が不安定化したり、誤動作をしたりするおそれがあった。また、低周波数用に形成された素子搭載部材に高周波数の圧電振動素子を搭載した場合は、高周波数で使用する際に低背化を阻害するおそれがあった。さらに、内部に搭載するそれぞれの圧電振動素子の厚みに適した素子搭載部材をその都度製造することは、製造コストや管理コストが高くなり圧電デバイスの生産性を低下させるおそれがあった。
【０００８】
本発明は前述した課題に鑑みてなされたものであり、どのような厚みの圧電振動素子を搭載した場合でも、圧電振動素子が破損することがなく、また安定的な周波数の信号を得ることができ誤動作を低減でき、更に生産性が高い圧電デバイス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】
【０００９】
本発明の圧電デバイスは、少なくとも平面視矩形で平板状の基板を備えた素子搭載部材と、この基板に搭載される圧電振動素子と、素子搭載部材の上に配置されたスペーサと、このスペーサの上に配置し前記圧電振動素子を気密に封止する蓋部材と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の圧電デバイスは、平面視矩形で平板状の基板を備えた素子搭載部材と、この基板に搭載される圧電振動素子と、素子搭載部材の上に配置されたスペーサと、このスペーサの上に配置し前記圧電振動素子を気密に封止する蓋部材と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
このような構成により、高周波数用に形成された素子搭載部材に厚みの厚い低周波数の圧電振動素子を搭載した場合でも、スペーサを配して蓋部材を搭載しているため、圧電振動素子が蓋部材に接触することがなく圧電振動素子が破損することを低減することが可能となる。また、スペーサを備えることにより、圧電振動素子と蓋部材との間隔を所望する間隔とすることができ、圧電振動素子と蓋部材との間に浮遊容量が生じることを低減でき、圧電デバイスとしての振動周波数が不安定化したり、誤動作をしたりすることを防止することが可能となる。また、スペーサを用いることで、一つの素子搭載部材で様々な厚みの圧電振動素子を搭載することが可能となり、素子搭載部材の製造コストや管理コストの上昇を抑え、圧電デバイスとしての生産性を向上させることが可能となる。
【００１２】
よって、どのような厚みの圧電振動素子を搭載した場合でも、圧電振動素子が破損することがなく、また安定的な周波数の信号を得ることができ誤動作を低減でき、更に生産性が高い圧電デバイスを提供する効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスを示した分解斜視図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスを、図１に示したＡ−Ａ切断線で切断したときの断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスにおける第一変形例を、図２と同じ位置で切断したときの断面図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスにおける第二変形例を、図２と同じ位置で切断したときの断面図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係る圧電デバイスを、図２と同じ位置で切断したときの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、各実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスを示した分解斜視図である。図２は、本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスを、図１に示したＡ−Ａ切断線で切断したときの断面図である。図３は、本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスにおける第一変形例を、図２と同じ位置で切断したときの断面図である。図４は、本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスにおける第二変形例を、図２と同じ位置で切断したときの断面図である。図５は、本発明の第二実施形態に係る圧電デバイスを、図２と同じ位置で切断したときの断面図である。
【００１５】
尚、各図では、説明を明りょうとするため、圧電デバイスの構成要素の一部を図示していない。また、各図において、各構成要素の寸法も一部誇張して図示おり、各構成要素の厚み方向の寸法は特に誇張して図示している。また、各図面では説明を平易とするため、図面が記載されている用紙上方を圧電デバイス及びそれを構成する各構成要素の上方として記述する。
【００１６】
（第一実施形態）
以下に説明する第一実施形態に係る圧電デバイスは、圧電振動子１００である。圧電振動子１００は、例えば、図１及び２に示すように、素子搭載部材１１０と、圧電振動素子１２０と、導電性接着剤１３０、スペーサ１４０と、蓋部材１５０とから主に構成されている。このような圧電振動子１００は、電子機器等で使用する基準信号等を生成出力するために用いられている。
【００１７】
素子搭載部材１１０は、圧電振動子１００において、後述する圧電振動素子１２０を安定的に搭載するためのものである。素子搭載部材１１０は、基板１１１と、第一枠体１１２と、第一電極パッド１１３と、外部接続電極パッド１１４と、接合材１１５とから主に構成されている。
【００１８】
基板１１１は、その上面に圧電振動素子１２０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１１１は、平面視矩形の平板であり、その上面には、圧電振動素子１２０へ信号を入出力するための第一電極パッド１１３が設けられている。また、基板１１１の下面には、外部接続電極パッド１１４が設けられている。基板１１１の表面及び内部には、第一電極パッド１１３と外部接続電極パッド１１４とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が設けられている。基板１１１は、例えば、アルミナセラミックスまたはガラス−セラミックス等のセラミック材料、またはガラス−エポキシである絶縁材料から構成されている。
【００１９】
第一枠体１１２は、基板１１１の上面の外周縁に沿って設けられており、基板１１１の上面側に第一凹部１１６を形成するためのものである。第一枠体１１２は、例えば、アルミナセラミックスまたはガラス−セラミックス等のセラミック材料、またはガラス−エポキシである絶縁材料から構成されている。尚、この第一枠体１１２の内周の大きさ、つまり第一凹部１１６の開口部分の大きさは、後述する圧電振動素子１２０が横方向で第一凹部１１６内に搭載できる大きさとなっている。この第一枠体１１２の第一凹部１１６の開口側の上端面には、接合材１１５が設けられている。
【００２０】
第一電極パッド１１３は、導電性接着剤１３０用いて後述する圧電振動素子１２０を保持導通し、圧電振動素子１２０への信号の入出力をするものである。第一電極パッド１１３はそれぞれ一個ずつ計二個であり、第一凹部１１６内に露出した基板１１１の上面の一方の短辺に沿って並んで設けられている。この第一電極パッド１１３は、基板１１１内に設けられた配線パターン（図示せず）により所定の外部接続電極パッド１１４と電気的に接続されている。尚、第一電極パッド１１３は金等の導電性の金属のメタライズ処理によって形成される。
【００２１】
外部接続電極パッド１１４は、素子搭載部材１１０を備えた圧電振動子１００を外部の実装基板上に実装する際に、半田等の導電性接合材を介して電気的に接続するための電極パッドとして機能する。外部接続電極パッド１１４は、基板１１１の下面に少なくとも二個設けられており、それぞれの外部接続電極パッド１１４は、例えば、圧電振動素子入力端子、圧電振動素子出力端子として構成されている。この外部接続電極パッド１４０のうち、圧電振動素子入力端子として機能するものは一方の第一電極パッド１１３と電気的に接続しており、圧電振動素子出力端子として機能するものは他方の第一電極パッド１１３と電気的に接続している。尚、外部接続電極パッド１１４は金等の導電性の金属のメタライズ処理によって形成される。
【００２２】
接合材１１５は、後述するスペーサ１４０を第一枠体１１２に気密に接合するためのものである。接合材１１５は、所定の幅を有する帯状であり、第一枠体１１２の第一凹部１１６開口側の上端面に、第一凹部１１６の開口部分を環状に囲うように設けられている。接合材１１５は、例えば、鉄、ニッケル、コバルト又はこのいずれかを含む合金、或いはタングステン又は金等から構成されている。この接合材１１５の上には、後述するスペーサ１４０が配置され、接合材１５０とスペーサ１４０とを熱融着することにより、スペーサ１４０と素子搭載部材１１０とが接合される。
【００２３】
圧電振動素子１２０は、例えば、厚みすべり振動を用いて所望する周波数の電気信号を生成するものである。圧電振動素子１２０は、図１及び２に示すように、圧電素子１２１と、圧電素子１２１の上下面に設けられた厚みすべり振動を励振する励振電極１２２と、接続電極１２３から主に構成されている。
【００２４】
圧電素子１２１は、平面視矩形の平板であり、人工水晶体からカットアングルがＡＴでカットされた後、外形加工された水晶薄板が用いられている。この外形加工には、ワイヤソーによる切断やラッピング等の研磨による機械的加工手段が主に用いられている。これらの外形加工により形成される圧電素子１２１の平面視大きさは、例えば平面視の長辺寸法で１ｍｍ〜５ｍｍとなっている。
【００２５】
このときの水晶からなる圧電素子１２１の厚みは、圧電素子１２１に所望する厚みすべり振動の基本波の周波数値Fによって変化する。その圧電素子１２１の厚みｔ（ｍｍ）は、ｔ＝１６７０／F（ｋＨｚ）で表すことができ、例えば、所望する周波数値が８０００ｋＨｚの低周波数の場合、圧電素子１２１の厚みは約０．２ｍｍであり、２５０００ｋＨｚの高周波数の場合の圧電素子１２１の厚みは約０．０６７ｍｍとなる。尚、第一実施形態においては、圧電素子１２１に水晶薄板を用いたが、他にタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電性を有する単結晶材料を材料とした薄板を使用しても良い。
【００２６】
励振電極１２２は、厚みすべり振動を圧電素子１２１に生成するためのものである。励振電極１２２は、圧電素子１２１の上面及び下面のほぼ中央に一つずつ、圧電素子１２１を挟んで対向して設けられている。励振電極１２２は、例えば、互いに同一の形状及び大きさであり、平面透視において重なっている。励振電極１２２の形状は、例えば、圧電素子１２１の主面の四辺と平行な四辺を有する概略矩形である。また、励振電極１２２は、圧電素子１２１の上下面に、金、アルミニウム、ニッケル、クロムやチタン、或いはこれらの金属を含む合金等の導電性の金属を蒸着あるいはスパッタリング等により薄膜状に積層形成した上で、フォトリソグラフィ法等の製造方法により形成されている。例えば、励振電極１２２は、圧電素子１２１の表面側から順にクロム、ニッケル、金の金属の三層構造となっていても良い。
【００２７】
接続電極１２３は、素子搭載部材１１０に設けられた第一電極パッド１１３と圧電振動素子１２０の励振電極１２２との間の信号の入出力を行うためのものである。接続電極１２３は、圧電素子１２１の表裏主面それぞれに設けられた励振電極１２２から延設された引出し電極１２４の圧電素子１２１の側面側の各終端部分に設けられおり、圧電素子１２１の一方の短辺の両角部の上面から側面を介して下面にかけて、それぞれ一個ずつ計二個形成されている。この接続電極１２３は、導電性接着剤１３０により、素子搭載部材１１０に設けられた第一電極パッド１１３と電気的に接続されている。また、接続電極１２３は、圧電素子１２１の一方の短辺の両角部の上下側面に、金、アルミニウム、ニッケル、クロムやチタン、或いはこれらの金属を含む合金等の導電性の金属を蒸着あるいはスパッタリング等により薄膜状に積層形成した上で、フォトリソグラフィ法等の製造方法により形成されている。例えば、接続用電極１２３は、圧電素子１２１の表面側から順にクロム、ニッケル、金の金属の三層構造となっていても良い。
【００２８】
導電性接着剤１３０は、接続電極１２３と第一電極パッド１１３とを電気的に接続させつつ、圧電振動素子１２０を第一電極パッド１１３に固着保持するためのものである。導電性接着剤１３０は、銀等を導電性フィラーとして含有したエポキシ系又はシリコーン系の合成樹脂からなり、粘度は２０〜４０Ｐａ・ｓとなっている。この導電性接着剤１３０は、例えば、流動性を有した状態で第一電極パッド１１３の上面に適量塗布され、圧電振動素子１２０を導電性接着剤１３０と接続電極１２３とが接触するように配置した後、１２０〜２００℃で加熱して導電性接着剤１３０を固化させることにより、接続電極１２３と第一電極パッド１１３とを電気的に接続させつつ、圧電振動素子１２０を第一電極パッド１１３に固着保持させている。
【００２９】
スペーサ１４０は、素子搭載部材１１０に搭載された圧電振動素子１２０と、後述する蓋部材１５０との間隔を、振動周波数が不安定化したり、誤動作をしたりするおそれが低くなる距離に離すために用いるものである。スペーサ１４０は、所定の幅を有する帯状のセラミック板を環状に形成し、そのセラミック板を積層焼成して一体化することにより所望する厚みを有した平板である。スペーサ１４０の平面視外周の大きさは、後述する蓋部材１５０の外周の大きさと同じであり、また、スペーサ１４０の平面視内周の大きさは、素子搭載部材１１０の第一凹部１１６の平面視開口の大きさと同じとなっている。
【００３０】
スペーサ１４０は、素子搭載部材１１０に設けられた接合材１１５の上に配置され、接合材１１５を例えばリフローなどにより熱溶融した後冷却固化することにより、素子搭載部材１１０に搭載されている。この搭載されたスペーサ１４０の上に後述する蓋部材１５０が搭載されるが、その際、振動周波数が不安定化したり、誤動作をしたりするおそれが低くなるように、素子搭載部材１１０に搭載された圧電振動素子１２０の上面と蓋部材１５０の下面との間隔が５０μｍ以上となるような厚みのスペーサ１４０を設ける。例えば、厚みが０．０６７ｍｍの圧電振動素子１２０を搭載した際に、圧電振動素子１２０と蓋部材１５０との間隔が５０μｍとなるように設計された素子搭載部材１２０に対し、厚みが０．２ｍｍの圧電振動素子１２０を搭載して且つ圧電振動素子１２０と蓋部材１５０との間隔を５０μｍ以上となるようにするためには、厚みが０．１３３ｍｍ以上のスペーサ１４０を用いることとなる。尚、スペーサ１４０の厚みは、スペーサ１４０を構成するセラミック板の積層枚数を増減させることにより、所望する厚みを得ることが可能となる。
【００３１】
蓋部材１５０は、スペーサ１４０を搭載した素子搭載部材１１０の真空状態にある第一凹部１１６、あるいは窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが充填された第一凹部１１６を気密的に封止するためのものである。蓋部材１５０は、平面視矩形状の平板形状であり、第一凹部１１６の開口部を覆い塞ぎつつスペーサ１４０の平面視外周の大きさと同じ平面視の大きさを有する。蓋部材１５０は、素子搭載部材１１０に搭載されたスペーサ１４０の上面に第一凹部１１６の開口部を覆い塞ぐように配置され、スペーサ１４０の上面と接合材１５１を介して接合されている。蓋部材１５０は、例えば、鉄、ニッケルまたはコバルトの少なくともいずれかを含む合金あるいはセラミックからなり、その厚み寸法は、例えば０．２〜１．０ｍｍである。
【００３２】
このように第一実施形態に係る圧電デバイスである圧電振動子１００は、平面視矩形で平板状の基板１１１を備えた素子搭載部材１１０と、この基板１１１に搭載される圧電振動素子１２０と、素子搭載部材１１０の上に配置されたスペーサ１４０と、このスペーサ１４０の上に配置し圧電振動素子１２０を気密に封止する蓋部材１５０と、を備えていることを特徴とする。
【００３３】
このような構成により、高周波数の圧電振動素子１２０用に形成された素子搭載部材１１０に厚みの厚い低周波数の圧電振動素子１２０を搭載した場合でも、スペーサ１４０を設けて蓋部材１５０を搭載しているため、圧電振動素子１２０が蓋部材１５０に接触することがなく圧電振動素子１２０が破損することを低減することが可能となる。また、スペーサ１４０を備えることにより、圧電振動素子１２０と蓋部材１５０との間隔を所望する間隔とすることができ、圧電振動素子１２０と蓋部材１５０との間に浮遊容量が生じることを低減でき、圧電振動子１００としての振動周波数が不安定化したり、誤動作をしたりすることを防止することが可能となる。また、スペーサ１４０を用いることで、一つの素子搭載部材１１０で様々な厚みの圧電振動素子１２０を搭載することが可能となり、素子搭載部材１１０の製造コストや管理コストの上昇を抑え、圧電振動子１００としての生産性を向上させることが可能となる。
【００３４】
また、スペーサ１４０は環状のセラミック板が積層して平板状に形成されている。このような構成により、積層するセラミック板の枚数を調整することにより、搭載される圧電振動素子１２０に対し厚みを最適化したスペーサ１４０を用いることができ、圧電振動素子１２０が破損することがなく、また安定的な周波数の信号を得ることができ誤動作を低減しつつ、圧電振動子１００の低背化を図ることが可能となる。
【００３５】
また、スペーサ１４０の平面視外周の大きさは、蓋部材１５０の平面視外形と同じ大きさであり、スペーサ１４０の平面視内周の大きさは、素子搭載部材１１０における圧電振動素子１２０の搭載領域の平面視外周である第一凹部１１６の平面視開口の大きさと同じ大きさである。このような構成により、スペーサ１４０を素子搭載部材１１０と蓋部材１５０の間に設けても、スペーサ１４０が圧電振動素子１２０に接触することがなく、安定的な周波数の信号を得ることができ誤動作を低減することが可能となる。
【００３６】
（第一変形例）
次に、第一実施形態の第一変形例に係る圧電デバイスについて説明する。尚、第一実施形態の第一変形例に係る圧電デバイスにおいて、第一実施形態である圧電振動子１００と同じ構成要素の部分には、圧電振動子１００の各構成要素に付与した符号と同じ符号を付してその説明を省略する。図３に示すように、第一実施形態の第一変形例である圧電振動子２００は、素子搭載部材、スペーサ及び蓋部材の形態が第一実施形態の圧電振動子１００と異なっている。
【００３７】
第一実施形態の第一変形例に係る圧電デバイスである圧電振動子２００は、第一実施形態の圧電振動子１００における素子搭載部材１１０に相当する基板２１０と、圧電振動素子１２０と、導電性接着剤１３０と、スペーサ２４０と、蓋部材２５０とから主に構成されている。圧電振動子２００は、電子機器等で使用する基準信号等を生成出力するために用いられている。
【００３８】
基板２１０は、その上面に圧電振動素子１２０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２１０は、平面視矩形の平板であり、その上面には、圧電振動素子１２０へ信号を入出力するための第一電極パッド１１３が設けられている。また、基板２１０の下面には、外部接続電極パッド１１４が設けられている。基板２１０の表面及び内部には、第一電極パッド１１３と外部接続電極パッド１１４とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が設けられている。また、基板２１０の上面の辺縁部には、後述するスペーサ２４０を接合するための接合材２１５が設けられている。接合材２１５は、所定の幅を有する帯状であり、基板２１０の辺縁部に沿って第一電極パッド１１３を含む圧電振動素子１２０の搭載領域を環状に囲うように設けられている。基板２１０は、例えば、アルミナセラミックスまたはガラス−セラミックス等のセラミック材料、またはガラス−エポキシである絶縁材料から構成されている。
【００３９】
スペーサ２４０は、基板２１０に搭載された圧電振動素子１２０と、後述する蓋部材２５０との間隔を、振動周波数が不安定化したり、誤動作をしたりするおそれが低くなる距離に離すために用いるものである。スペーサ２４０は、所定の幅を有する帯状のセラミック板を環状に形成し、そのセラミック板を積層焼成して一体化することにより所望する厚みを有した平板である。スペーサ２４０の平面視外周の大きさは、後述する蓋部材２５０の平面視外周の大きさと同じであり、また、スペーサ２４０の平面視内周の大きさは、基板２１０の上面に設けられた圧電振動素子１２０の搭載領域の外周の大きさと同じとなっている。
【００４０】
スペーサ２４０は、基板２１０の上面に設けられた接合材２１５の上に配置され、接合材２１５を例えばリフローなどにより溶融した後冷却固化することにより、基板２１０に搭載されている。この搭載されたスペーサ２４０の上に後述する蓋部材２５０が搭載されるが、その際、振動周波数が不安定化したり、誤動作をしたりするおそれが低くなるように、基板２１０に搭載された圧電振動素子１２０の上面と蓋部材２５０の内部空間２５２内の下面との間隔が５０μｍ以上となるような厚みのスペーサ２４０を設ける。例えば、厚みが０．０６７ｍｍの圧電振動素子１２０を搭載した際に、圧電振動素子１２０と内部空間２５２内下面との間隔が５０μｍとなるように設計された蓋部材２５０に対し、厚みが０．２ｍｍの圧電振動素子１２０を搭載して且つ圧電振動素子１２０と蓋部材２５０の内部空間２５２内の下面との間隔を５０μｍ以上となるようにするためには、厚みが０．１３３ｍｍ以上のスペーサ２４０を用いることとなる。尚、スペーサ２４０の厚みは、スペーサ２４０を構成するセラミック板の積層枚数を増減させることにより、所望する厚みを得ることが可能となる。
【００４１】
蓋部材２５０は、スペーサ２４０が接合された基板２１０の上面に搭載された圧電振動素子１２０を、真空、あるいは窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスで充填された内部空間２５２に収容して気密に封止するためのものである。蓋部材２５０は、厚み６０μｍ〜１００μｍの金属板を、従来周知の板金加工にて開口部周囲につば状の基板接合部を有する概略箱形状となっている。また、この箱形状部分の内部空間２５２の大きさは、基板２１０の上面に設けられた搭載領域内に有する圧電振動素子１２０と第一電極パッド１１３とを蓋部材２５０に接触させずに内部空間２５２内に収納できる大きさとなっている。蓋部材２５０は、基板２１０の上面に搭載された圧電振動素子１２０を内部空間２５２に収納するように、基板２１０に搭載されたスペーサ２４０の上に配置され、スペーサ２４０と基板接合部に設けられた接合材２５１を介して接合されている。蓋部材２５０は、例えば、鉄、ニッケルまたはコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなる。
【００４２】
第一実施形態の第一変形例に係る圧電デバイスである圧電振動子２００は、素子搭載部材に相当する平面視矩形で平板状の基板２１０と、この基板２１０に搭載される圧電振動素子１２０と、基板２１０の上に配置されたスペーサ２４０と、このスペーサ２４０の上に配置し圧電振動素子１２０を気密に封止する蓋部材２５０と、を備えていることを特徴とする。
【００４３】
このような構成により、高周波数の圧電振動素子１２０用に形成された蓋部材２５０を厚みの厚い低周波数の圧電振動素子１２０に対し用いた場合でも、スペーサ２４０を設けて蓋部材２５０を搭載しているため、圧電振動素子１２０が蓋部材２５０に接触することがなく圧電振動素子１２０が破損することを低減することが可能となる。また、スペーサ２４０を備えることにより、圧電振動素子１２０と蓋部材２５０との間隔を所望する間隔とすることができ、圧電振動素子１２０と蓋部材２５０との間に浮遊容量が生じることを低減でき、圧電振動子２００としての振動周波数が不安定化したり、誤動作をしたりすることを防止することが可能となる。また、スペーサ２４０を用いることで、一つの蓋部材２５０で様々な厚みの圧電振動素子１２０を搭載することが可能となり、蓋部材２５０の製造コストや管理コストの上昇を抑え、圧電振動子２００としての生産性を向上させることが可能となる。
【００４４】
また、スペーサ２４０は環状のセラミック板が積層して平板状に形成されている。このような構成により、積層するセラミック板の枚数を調整することにより、搭載される圧電振動素子１２０に対し厚みを最適化したスペーサ２４０を用いることができ、圧電振動素子１２０が破損することがなく、また安定的な周波数の信号を得ることができ誤動作を低減しつつ、圧電振動子２００の低背化を図ることが可能となる。
【００４５】
また、スペーサ２４０の平面視外周の大きさは、蓋部材２５０の平面視外形と同じ大きさであり、スペーサ２４０の平面視内周の大きさは、基板２１０の上面に設けられた圧電振動素子１２０の搭載領域の外周の大きさと同じ大きさである。このような構成により、スペーサ２４０を基板２１０と蓋部材２５０の間に設けても、スペーサ２４０が圧電振動素子１２０に接触することがなく、安定的な周波数の信号を得ることができ誤動作を低減することが可能となる。
【００４６】
（第二変形例）
次に、第一実施形態の第二変形例に係る圧電デバイスについて説明する。尚、第一実施形態の第二変形例に係る圧電デバイスにおいて、第一実施形態である圧電振動子１００と同じ構成要素の部分には、圧電振動子１００の各構成要素に付与した符号と同じ符号を付してその説明を省略する。図４に示すように、第一実施形態の第二変形例である圧電振動子３００は、素子搭載部材の形態及び電子部品素子であるサーミスタ素子の搭載について第一実施形態の圧電振動子１００と異なっている。
【００４７】
第一実施形態の第二変形例に係る圧電デバイスである圧電振動子３００は、素子搭載部材３１０と、圧電振動素子１２０と、導電性接着剤１３０、スペーサ１４０と、蓋部材１５０と、サーミスタ素子３６０から主に構成されている。このような圧電振動子３００は、電子機器等で使用する基準信号や温度データ信号等を生成出力するために用いられている。
【００４８】
素子搭載部材３１０は、圧電振動素子１２０及び後述するサーミスタ素子３６０を安定的に搭載するためのものである。素子搭載部材３１０は、基板３１１と、第一枠部３１２と、第二枠体３１７と、第一電極パッド３１３と、外部接続電極パッド３１４と、第二電極パッド３１８とを備えた構成となっている。
【００４９】
基板３１１は、その上面に圧電振動素子１２０を実装し、下面にサーミスタ素子３６０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３１１は、平面視矩形の平板であり、その上面には、圧電振動素子１２０へ信号を入出力するための第一電極パッド３１３が設けられており、下面には、サーミスタ素子３６０への信号を入出力するための第二電極パッド３１８が設けられている。基板３１１の表面及び内部には、第一電極パッド３１３と後述する外部接続電極パッド３１４とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が設けられている。また、基板３１１の表面及び内部には、第二電極パッド３１８と、外部接続電極パッド３１４のうち第一電極パッド３１３と電気的に接続していない外部接続電極パッド３１４とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が設けられている。基板３１１は、例えば、アルミナセラミックスまたはガラス−セラミックス等のセラミック材料、またはガラス−エポキシである絶縁材料から構成されている。
【００５０】
第一枠体３１２は、基板３１１の上面の外周縁に沿って設けられており、基板３１１の上面側に第一凹部３１６を形成するためのものである。第一枠体３１２は、例えば、アルミナセラミックスまたはガラス−セラミックス等のセラミック材料、またはガラス−エポキシである絶縁材料から構成されている。尚、この第一枠体３１２の内周の大きさ、つまり第一凹部３１６の開口部分の大きさは、圧電振動素子１２０が横方向で第一凹部３１６内に搭載できる大きさとなっている。この第一枠体３１２の第一凹部３１６の開口側の上端面には、接合材１１５が設けられている。
【００５１】
第二枠体３１７は、基板３１１の下面の外周縁に沿って設けられており、基板３１１の下面側に第二凹部３１９を形成するためのものである。第二枠体３１７は、例えば、アルミナセラミックスまたはガラス−セラミックス等のセラミック材料、またはガラス−エポキシである絶縁材料から構成されている。尚、この第二枠体３１７の内周の大きさ、つまり第二凹部３１９の開口部分の大きさは、サーミスタ素子３６０が横方向で第二凹部３１９内に搭載できる大きさとなっている。この第二枠体３１７の第二凹部３１９の開口側の下端面には、後述する外部接続電極パッド３１４が設けられている。第二枠体３１７の内部には、第一電極パッド３１３と外部接続電極パッド３１４とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が設けられている。また、第二枠体３１７の内部には、第二電極パッド３１８と、外部接続電極パッド３１４のうち第一電極パッド３１３と電気的に接続していない外部接続電極パッド３１４とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が設けられている。
【００５２】
第一電極パッド３１３は、導電性接着剤１３０を用いて圧電振動素子１２０を保持導通し、圧電振動素子１２０への信号の入出力をするものである。第一電極パッド３１３はそれぞれ一個ずつ計二個であり、第一凹部３１６内に露出した基板３１１の上面の一方の短辺に沿って並んで設けられている。この第一電極パッド３１３は、基板３１１及び第二枠体３１７内に設けられた配線パターン（図示せず）により所定の外部接続電極パッド３１４と電気的に接続されている。尚、第一電極パッド３１３は金等の導電性の金属のメタライズ処理によって形成される。
【００５３】
第二電極パッド３１８は、半田等の導電性接合材３６１を用いて後述するサーミスタ素子３６０を保持導通し、サーミスタ素子３６０への信号の入出力をするものである。第二電極パッド３１８は少なくともそれぞれ一個ずつ計二個であり、第二凹部３１９内に露出した基板３１１の下面の中央部分に設けられている。この第二電極パッド３１８は、基板３１１及び第二枠体３１７内に設けられた配線パターン（図示せず）により、第一電極パッドと電気的に接続している外部接続電極パッド３１４以外の外部接続電極パッド３１４と電気的に接続されている。尚、第二電極パッド３１８は金等の導電性の金属のメタライズ処理によって形成される。
【００５４】
外部接続電極パッド３１４は、素子搭載部材３１０を備えた圧電振動子３００を外部の実装基板上に実装する際に、半田等の導電性接合材を介して電気的に接続するための電極パッドとして機能する。外部接続電極パッド３１４は、素子搭載部材３１０を構成する第二枠体３１７の第二凹部３１９開口側の下端面に、少なくとも四個設けられており、例えば、第二枠体３１７の第二凹部３１９開口側の下面の四隅それぞれに設けられた外部接続電極パッド３１４は、例えば、圧電振動素子１２０の入出力端子と、サーミスタ素子３６０の接続二端子として構成されている。この外部接続電極パッド３４０のうち、圧電振動素子入力端子として機能するものは一方の第一電極パッド３１３と電気的に接続しており、圧電振動素子出力端子として機能するものは他方の第一電極パッド３１３と電気的に接続し、また、サーミスタ素子３６０への接続する一端子として機能するものは一方の第二電極パッド３１８と電気的に接続しており、サーミスタ素子３６０への接続する他の端子として機能するものは他方の第二電極パッド３１８と電気的に接続している。尚、外部接続電極パッド３１４は金等の導電性の金属のメタライズ処理によって形成される。
【００５５】
サーミスタ素子３６０は、素子周囲の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圧電振動子３００の温度情報を得るために用いられる。サーミスタ素子３６０は、外形が直方体形状であり、素子の長さ方向の両端に接続端子が設けられている。このサーミスタ素子３６０は、サーミスタ素子３６０に設けられた接続端子と素子搭載部材３１０を構成する基板３１１の下面に設けられた第二電極パッド３１８とを、半田等の導電性接合材３６１によって接合固着することにより、第二凹部３１９内に露出する基板３１１の下面に搭載される。尚、サーミスタ素子３６０に代えて、例えば、白金側温抵抗体又はダイオード等の温度情報を発生させる他の電子部品素子を用いても良い。
【００５６】
第一実施形態の第二変形例に係る圧電デバイスである圧電振動子３００は、平面視矩形で平板状の基板３１１を備えた素子搭載部材３１０と、この基板３１１に搭載される圧電振動素子１２０と、素子搭載部材３１０の上に配置されたスペーサ１４０と、このスペーサ１４０の上に配置し圧電振動素子１２０を気密に封止する蓋部材１５０と、を備えていることを特徴とする。また、素子搭載部材３１０には、電子部品素子の一つであるサーミスタ素子３６０が搭載されていることを特徴とする。
【００５７】
このような構成により、高周波数の圧電振動素子１２０用に形成された素子搭載部材３１０に厚みの厚い低周波数の圧電振動素子１２０を搭載した場合でも、スペーサ１４０を設けて蓋部材１５０を搭載しているため、圧電振動素子１２０が蓋部材１５０に接触することがなく圧電振動素子１２０が破損することを低減することが可能となる。また、スペーサ１４０を備えることにより、圧電振動素子１２０と蓋部材１５０との間隔を所望する間隔とすることができ、圧電振動素子１２０と蓋部材１５０との間に浮遊容量が生じることを低減でき、圧電振動子３００としての振動周波数が不安定化したり、誤動作をしたりすることを防止することが可能となる。また、スペーサ１４０を用いることで、一つの素子搭載部材３１０で様々な厚みの圧電振動素子１２０を搭載することが可能となり、素子搭載部材３１０の製造コストや管理コストの上昇を抑え、圧電振動子３００としての生産性を向上させることが可能となる。
【００５８】
また、スペーサ１４０は環状のセラミック板が積層して平板状に形成されている。このような構成により、積層するセラミック板の枚数を調整することにより、搭載される圧電振動素子１２０に対し厚みを最適化したスペーサ１４０を用いることができ、圧電振動素子１２０が破損することがなく、また安定的な周波数の信号を得ることができ誤動作を低減しつつ、圧電振動子３００の低背化を図ることが可能となる。
【００５９】
また、スペーサ１４０の平面視外周の大きさは、蓋部材１５０の平面視外形と同じ大きさであり、スペーサ１４０の平面視内周の大きさは、素子搭載部材３１０における圧電振動素子１２０の搭載領域の平面視外周である第一凹部３１６の平面視開口の大きさと同じ大きさである。このような構成により、スペーサ１４０を素子搭載部材３１０と蓋部材１５０の間に設けても、スペーサ１４０が圧電振動素子１２０に接触することがなく、安定的な周波数の信号を得ることができ誤動作を低減することが可能となる。
【００６０】
（第二実施形態）
次に、第二実施形態に係る圧電デバイスについて説明する。尚、第二実施形態の圧電デバイスにおいて、第一実施形態の圧電振動子１００と同じ構成の部分には、圧電振動子１００の各構成要素に付与した符号と同じ符号を付してその説明を省略する。図５に示すように、第二実施形態である圧電発振器４００は、素子搭載部材の形態及び電子部品素子である集積回路素子の搭載について第一実施形態の圧電振動子１００と異なっている。
【００６１】
圧電発振器４００は、素子搭載部材４１０と、圧電振動素子１２０と、導電性接着剤１３０と、スペーサ１４０と、蓋部材１４０と、集積回路素子４６０から主に構成されている。圧電発振器４００は、電子機器等で使用する基準信号等を生成出力するために用いられている。
【００６２】
素子搭載部材４１０は、圧電振動素子１２０及び後述する集積回路素子４６０を安定的に搭載するためのものである。素子搭載部材４１０は、基板４１１と、第一枠部４１２と、第二枠体４１７と、第一電極パッド４１３と、外部接続電極パッド４１４と、第二電極パッド４１８とを備えた構成となっている。
【００６３】
基板４１１は、その上面に圧電振動素子１２０を実装し、下面に集積回路素子４６０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４１１は、平面視矩形の平板であり、その上面には、圧電振動素子１２０へ信号を入出力するための第一電極パッド４１３が設けられており、下面には、集積回路素子４６０への信号を入出力するための第二電極パッド４１８が設けられている。基板４１１の表面及び内部には、第一電極パッド４１３と後述する第二電極パッド４１８とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が設けられている。また、基板４１１の表面及び内部には、第二電極パッド４１８と、後述する外部接続電極パッド４１４とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が設けられている。基板４１１は、例えば、アルミナセラミックスまたはガラス−セラミックス等のセラミック材料、またはガラス−エポキシである絶縁材料から構成されている。
【００６４】
第一枠体４１２は、基板４１１の上面の外周縁に沿って設けられており、基板４１１の上面側に第一凹部４１６を形成するためのものである。第一枠体４１２は、例えば、アルミナセラミックスまたはガラス−セラミックス等のセラミック材料、またはガラス−エポキシである絶縁材料から構成されている。尚、この第一枠体４１２の内周の大きさ、つまり第一凹部４１６の開口部分の大きさは、圧電振動素子１２０が横方向で第一凹部４１６内に搭載できる大きさとなっている。この第一枠体４１２の第一凹部４１６の開口側の上端面には、接合材１１５が設けられている。
【００６５】
第二枠体４１７は、基板４１１の下面の外周縁に沿って設けられており、基板４１１の下面側に第二凹部４１９を形成するためのものである。第二枠体４１７は、例えば、アルミナセラミックスまたはガラス−セラミックス等のセラミック材料、またはガラス−エポキシである絶縁材料から構成されている。尚、この第二枠体４１７の内周の大きさ、つまり第二凹部４１９の開口部分の大きさは、集積回路素子４６０が横方向で第二凹部４１９内に搭載できる大きさとなっている。この第二枠体４１７の第二凹部４１９の開口側の下端面には、後述する外部接続電極パッド４１４が設けられている。また、第二枠体４１７の内部には、第二電極パッド４１８と外部接続電極パッド４１４とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が設けられている。
【００６６】
第一電極パッド４１３は、導電性接着剤１３０を用いて圧電振動素子１２０を保持導通し、圧電振動素子１２０への信号の入出力をするものである。第一電極パッド４１３はそれぞれ一個ずつ計二個であり、第一凹部４１６内に露出した基板４１１の上面の一方の短辺に沿って並んで設けられている。この第一電極パッド４１３は、基板４１１及び第二枠体４１７内に設けられた配線パターン（図示せず）により所定の第二電極パッド４１８と電気的に接続されている。尚、第一電極パッド４１３は金等の導電性の金属のメタライズ処理によって形成される。
【００６７】
第二電極パッド４１８は、半田等の導電性接合材４６１を用いて後述する集積回路素子４６０を保持導通し、集積回路素子４６０への信号の入出力をするものである。第二電極パッド４１８は例えば八個設けられており、第二凹部４１９内に露出した基板４１１の下面の中央部分に四個ずつ二列に並んで設けられている。この第二電極パッド４１８のうちの二つの第二電極パッド４１８は、基板４１１内に設けられた配線パターン（図示せず）により、第一電極パッド４１３と電気的に接続している。また、残りの第二電極パッド４１８のうち所定の第二電極パッド４１８は、基板４１１及び第二枠体４１７内に設けられた配線パターン（図示せず）により、外部接続電極パッド４１４と電気的に接続されている。尚、第二電極パッド４１８は金等の導電性の金属のメタライズ処理によって形成される。
【００６８】
外部接続電極パッド４１４は、素子搭載部材４１０を備えた圧電発振器４００を外部の実装基板上に実装する際に、半田等の導電性接合材を介して電気的に接続するための電極パッドとして機能する。外部接続電極パッド４１４は、素子搭載部材４１０を構成する第二枠体４１７の第二凹部４１９開口側の下端面に、少なくとも四個設けられており、例えば、第二枠体４１７の第二凹部４１９開口側の下端面の四隅それぞれに設けられた外部接続電極パッド４１４は、例えば、信号入力端子、信号出力端子、電源電圧端子、グランド端子によって構成されている。この外部接続電極パッド４１４は、基板４１１及び第二枠体４１７内に設けられた配線パターン（図示せず）により、所定の第二電極パッド４１８と電気的に接続されている。尚、外部接続電極パッド４１４は金等の導電性の金属のメタライズ処理によって形成される。
【００６９】
集積回路素子４６０は、例えば、素子搭載部材を構成する基板４１１側を向く主面に複数個の接続パッド４６２を有した平面視矩形のフリップチップ型集積回路素子が用いられ、その回路形成面には、所定の電子回路及び電子素子を組み合わせて、例えば、圧電振動素子１２０を励振する発振回路、波形成形回路、温度補償回路などが設けられている。この集積回路素子４６０は、接続パッド４６２と基板４１１の下面に設けられた第二電極パッド４１８とを半田等の導電性接合材４６１によって接合固着することにより、素子搭載部材４１０の第二凹部４１９内に搭載される。これにより、基板４１１の表面及び内部に設けられた配線パターン（図示しない）により、第一電極パッド４１３に搭載された圧電振動素子１２０と、第二電極パッド２６０に接続された集積回路素子４６０とが電気的に接続されている。
【００７０】
尚、集積回路素子４６０が搭載された第二凹部４１８内は絶縁性樹脂４７０により充填固化されていても良い。絶縁性樹脂４７０は、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂によって構成されている。また、絶縁性樹脂４７０は、少なくともフリップチップ型集積回路素子の回路形成面を覆う高さ（基板４１１の下面から絶縁性樹脂４７０の第二凹部４１９の開口側の表面までの距離）となるように充填されている。
【００７１】
第二実施形態に係る圧電デバイスである圧電発振器４００は、平面視矩形で平板状の基板４１１を備えた素子搭載部材４１０と、この基板４１１に搭載される圧電振動素子１２０と、素子搭載部材４１０の上に配置されたスペーサ１４０と、このスペーサ１４０の上に配置し圧電振動素子１２０を気密に封止する蓋部材１５０と、を備えていることを特徴とする。また、素子搭載部材４１０には、電子部品素子の一つである発振回路が内蔵された集積回路素子が搭載されていることを特徴とする。
【００７２】
このような構成により、高周波数の圧電振動素子１２０用に形成された素子搭載部材４１０に厚みの厚い低周波数の圧電振動素子１２０を搭載した場合でも、スペーサ１４０を設けて蓋部材１５０を搭載しているため、圧電振動素子１２０が蓋部材１５０に接触することがなく圧電振動素子１２０が破損することを低減することが可能となる。また、スペーサ１４０を備えることにより、圧電振動素子１２０と蓋部材１５０との間隔を所望する間隔とすることができ、圧電振動素子１２０と蓋部材１５０との間に浮遊容量が生じることを低減でき、圧電発振器４００としての振動周波数が不安定化したり、誤動作をしたりすることを防止することが可能となる。また、スペーサ１４０を用いることで、一つの素子搭載部材４１０で様々な厚みの圧電振動素子１２０を搭載することが可能となり、素子搭載部材４１０の製造コストや管理コストの上昇を抑え、圧電発振器４００としての生産性を向上させることが可能となる。
【００７３】
また、スペーサ１４０は環状のセラミック板が積層して平板状に形成されている。このような構成により、積層するセラミック板の枚数を調整することにより、搭載される圧電振動素子１２０に対し厚みを最適化したスペーサ１４０を用いることができ、圧電振動素子１２０が破損することがなく、また安定的な周波数の信号を得ることができ誤動作を低減しつつ、圧電発振器４００の低背化を図ることが可能となる。
【００７４】
また、スペーサ１４０の平面視外周の大きさは、蓋部材１５０の平面視外形と同じ大きさであり、スペーサ１４０の平面視内周の大きさは、素子搭載部材４１０における圧電振動素子１２０の搭載領域の平面視外周である第一凹部４１６の平面視開口の大きさと同じ大きさである。このような構成により、スペーサ１４０を素子搭載部材４１０と蓋部材１５０の間に設けても、スペーサ１４０が圧電振動素子１２０に接触することがなく、安定的な周波数の信号を得ることができ誤動作を低減することが可能となる。
【００７５】
尚、本発明は上述の各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。例えば、前述した実施形態においては、圧電デバイス内に搭載する周波数決定素子として平面視矩形の圧電振動素子を例示したが、他に、平面視音叉型の圧電振動素子や、弾性表面波素子を用いても構わない。
【符号の説明】
【００７６】
１００、２００、３００・・・圧電振動子（圧電デバイス）
１１０、３１０、４１０・・・素子搭載部材
１１１、２１０、３１１，４１１・・・基板
１１２、３１２、４１２・・・第一枠体
３１７、４１７・・・第二枠体
１１３、３１３、４１３・・・第一電極パッド
１１４、３１４、４１４・・・外部接続電極パッド
１１５・・・接合材
１１６、３１６、４１６・・・第一凹部
３１９、４１９・・・第二凹部
１２０・・・圧電振動素子
１３０・・・導電性接着剤
１４０、２４０・・・スペーサ
１５０、２５０・・・蓋部材
３６０・・・サーミスタ素子
４００・・・圧電発振器（圧電デバイス）
４６０・・・集積回路素子
【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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