(57)【要約】      （修正有）【課題】サーミスタ素子への外部からのノイズ重畳を低減し、温度情報の差異を抑え、発振周波数が変動する事を防ぐ圧電デバイスの提供。【解決手段】基板部１１０ａと、この基板部の一方の主面に設けられる第１の枠部１１０ｂと、第１の枠部の一方の主面に設けられる第２の枠部１１０ｃとからなる素子搭載部材１１０と、第２の凹部空間内に露出した基板部の主面に設けられたサーミスタ素子搭載パッド１１２に搭載されているサーミスタ素子１４０と、第１の凹部空間内に露出した第１の枠部の主面に設けられた圧電振動素子搭載パッド１１１に搭載されている圧電振動素子１２０と、第１の凹部空間と第２の凹部空間を気密封止する蓋体１３０と、を備え、素子搭載部材１１０に圧電振動素子１２０とサーミスタ素子１４０とを搭載した状態で、平面視で圧電振動素子に設けられる励振用電極１２２の平面内にサーミスタ素子１４０を位置させて構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板部と、この基板部の一方の主面に設けられる第１の枠部と、前記第１の枠部の一方の主面に設けられる第２の枠部とからなる素子搭載部材と、
前記基板部と前記第１の枠部とで形成される第２の凹部空間内に露出した前記基板部の主面に設けられたサーミスタ素子搭載パッドに搭載されているサーミスタ素子と、
前記第１の枠部と前記第２の枠部とで形成される第１の凹部空間内に露出した前記第１の枠部の主面に設けられた圧電振動素子搭載パッドに搭載されている圧電振動素子と、
前記第１の凹部空間と第２の凹部空間を気密封止する蓋体と、を備え、
前記素子搭載部材に前記圧電振動素子と前記サーミスタ素子とを搭載した状態で、平面視で前記圧電振動素子に設けられる励振用電極の平面内に前記サーミスタ素子を位置させて構成されていることを特徴とする圧電デバイス。
【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圧電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧電デバイスは、その例として素子搭載部材、圧電振動素子、サーミスタ素子、蓋体とから主に構成されている構造が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
素子搭載部材は、基板部と第１の枠部と第２の枠部で構成されている。
基板部の主面に第１の枠部が設けて、第２の凹部空間が形成され、第１の枠部に第２の枠部を設けて第１の凹部空間が形成されている。
第１の凹部空間内に露出する第１の枠部の一方の主面には、２個一対の圧電振動素子搭載パッドが設けられている。
第２の凹部空間内に露出する基板部の一方の主面には、サーミスタ素子搭載パッドが設けられている。
また、基板部の他方の主面の４隅には、外部接続用電極端子が設けられている。
この圧電振動素子搭載パッド上には、導電性接着剤を介して電気的に接続される一対の励振用電極を表裏主面に有した圧電振動素子が搭載されている。この圧電振動素子を囲繞する素子搭載部材の第２の枠部の頂面には金属製の蓋体を被せられ、接合されている。これにより第１の凹部空間が気密封止されている。
【０００３】
圧電振動素子は、水晶素板に励振用電極を被着形成したものであり、外部からの交番電圧が励振用電極を介して水晶素板に印加されると、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。
水晶素板は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し外形加工を施された概略平板状で平面形状が例えば四角形となっている。
励振用電極は、前記水晶素板の表裏両主面に金属を所定のパターンで被着・形成したものである。
このような圧電振動素子は、その両主面に被着されている励振用電極から延出する引き出し電極と後述する第１の凹部空間内底面に形成されている後述する圧電振動素子搭載パッドとを、導電性接着剤を介して電気的且つ機械的に接続することによって第１の凹部空間に搭載される。このときの引き出し電極が設けられた一辺とは反対側の端辺を圧電振動素子の自由端である先端部とする。
【０００４】
また、サーミスタ素子搭載パッド上には、導電性接着剤を介して接続されるサーミスタ素子が搭載されている。
サーミスタ素子は、抵抗値が外部接続用電極端子を介して圧電デバイスの外へ出力される。この出力された抵抗値の変化から電圧が変化するため、電圧と温度との関係により、出力された抵抗値を電圧に換算することで、そのときの電圧から温度情報を得ることができる。例えば、電子機器等のメインＩＣ内で温度情報に換算することができる。
また、外部接続用電極端子は、２個一対の水晶振動素子用電極端子と、２個一対のサーミスタ素子用電極端子と、により構成されている。その水晶振動素子用電極端子は、対角に配置されている。また、サーミスタ素子用電極端子も同様に、対角に配置されている。
また、このような圧電デバイスは、パワーアンプ等の他の半導体部品や電子部品と共に電子機器を構成するマザーボードに搭載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０５９３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の圧電デバイスにおいては、圧電振動素子の先端部に対向する位置にサーミスタ素子が搭載されているため、サーミスタ素子に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が重畳し、正確なサーミスタ素子の値を出力することができないといった課題があった。
また、サーミスタ素子からの出力値が異なってしまうことで、サーミスタ素子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、実際の圧電振動素子の周囲の温度情報との差異が大きくなってしまうといった課題があった。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、サーミスタ素子に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が重畳することを低減し、温度情報の差異を抑え、発振周波数が変動することを防ぐ圧電デバイスを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の圧電デバイスは、基板部と、この基板部の一方の主面に設けられる第１の枠部と、第１の枠部の一方の主面に設けられる第２の枠部とからなる素子搭載部材と、基板部と第１の枠部とで形成される第２の凹部空間内に露出した基板部の主面に設けられたサーミスタ素子搭載パッドに搭載されているサーミスタ素子と、第１の枠部と第２の枠部とで形成される第１の凹部空間内に露出した第１の枠部の主面に設けられた圧電振動素子搭載パッドに搭載されている圧電振動素子と、第１の凹部空間と第２の凹部空間を気密封止する蓋体と、を備え、素子搭載部材に圧電振動素子とサーミスタ素子とを搭載した状態で、平面視で圧電振動素子に設けられる励振用電極の平面内にサーミスタ素子を位置させて構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の圧電デバイスによれば、素子搭載部材に圧電振動素子とサーミスタ素子とを搭載した状態で、平面視で圧電振動素子に設けられる励振用電極の平面内に前記サーミスタ素子を位置させていることにより、励振用電極によってサーミスタ素子を保護するため、従来の圧電デバイスに比べてサーミスタ素子に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が重畳することを低減し、正確なサーミスタ素子の値を出力することができる。
また、サーミスタ素子から正確な出力値を出力することができるので、サーミスタ素子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、実際の圧電振動素子の周囲の温度情報との差異を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る圧電デバイス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】本発明の実施形態に係る圧電デバイスを圧電振動素子搭載側からみた平面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを構成する素子搭載部材の一方の主面からみた平面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを構成する素子搭載部材の基板部の一方の主面からみた平面図であり、（ｃ）は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを構成する素子搭載部材の内層の一方の主面からみた平面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを構成する素子搭載部材の基板部の他方の主面からみた平面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを構成する素子搭載部材を他方の主面からみた平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、圧電振動素子に水晶を用いた場合について説明する。
【００１２】
図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る圧電デバイス１００は、素子搭載部材１１０と圧電振動素子１２０と蓋体１３０とサーミスタ素子１４０で主に構成されている。この圧電デバイス１００は、前記素子搭載部材１１０に形成されている第１の凹部空間Ｋ１内に圧電振動素子１２０が搭載され、第２の凹部空間Ｋ２内には、サーミスタ素子１４０が搭載されている。その第１の凹部空間Ｋ１が蓋体１３０により気密封止された構造となっている。
【００１３】
圧電振動素子１２０は、図１及び図２に示すように、水晶素板１２１に励振用電極１２２を被着形成したものであり、外部からの交番電圧が励振用電極１２２を介して水晶素板１２１に印加されると、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。
水晶素板１２１は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し外形加工を施された概略平板状で平面形状が例えば四角形となっている。
励振用電極１２２は、前記水晶素板１２１の表裏両主面に金属を所定のパターンで被着・形成したものである。
【００１４】
このような圧電振動素子１２０は、その両主面に被着されている励振用電極１２２から延出する引き出し電極１２３と第１の凹部空間Ｋ１内底面に形成されている圧電振動素子搭載パッド１１１とを、導電性接着剤ＤＳを介して電気的且つ機械的に接続することによって第１の凹部空間Ｋ１に搭載される。このときの引き出し電極１２３が設けられた一辺とは反対側の自由端となる端辺を圧電振動素子１２０の先端部とする。
【００１５】
図１〜図２に示すサーミスタ素子１４０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、出力された抵抗値を電圧に換算することで、換算して得られた電圧から温度情報を得ることができる。サーミスタ素子１４０は、抵抗値が、外部接続用電極端子Ｇを介して圧電デバイス１００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）で出力された抵抗値を電圧に換算することで温度情報を得ることができる。
サーミスタ素子１４０は、図２に示すように、素子搭載部材１１０の第２の凹部空間Ｋ２内に露出した後述する基板部１１０ａに設けられたサーミスタ素子搭載パッド１１２に導電性接着剤ＤＳを介して搭載されている。
【００１６】
また、サーミスタ素子１４０は、図３に示すように、前記素子搭載部材１１０に前記圧電振動素子１２０と前記サーミスタ素子１４０とを搭載した状態で、平面視で前記圧電振動素子１２０に設けられる励振用電極１２２の平面内に位置するように、第２の凹部空間Ｋ２内に搭載されている。つまり、図３に示すように、サーミスタ素子１４０は、圧電振動素子１２０の励振用電極１２２の直下にある第２の凹部空間Ｋ２内に搭載され、前記励振用電極１２２からはみ出ることがなく、平面視で励振用電極１２２が設けられている面積内に設けられている。
【００１７】
また、実際に前記素子搭載部材１１０に前記圧電振動素子１２０と前記サーミスタ素子１４０とを搭載した状態で、平面視で前記圧電振動素子１２０に設けられる励振用電極１２２の平面内に位置するようにサーミスタ素子を１４０搭載した場合には、サーミスタ素子１４０に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が重畳せず、正確なサーミスタ素子１４０の値を出力できることが確認された。
【００１８】
図１〜図２に示すように、素子搭載部材１１０は、基板部１１０ａと、第１の枠部１１０ｂ、第２の枠部１１０ｃとで主に構成されている。
この素子搭載部材１１０は、前記基板部１１０ａの一方の主面に第１の枠部１１０ｂが設けられて、第２の凹部空間Ｋ２が形成されている。また、前記第１の枠部１１０ｂの主面に第２の枠部１１０ｃが設けられて、第１の凹部空間Ｋ１が形成されている。
【００１９】
尚、この素子搭載部材１１０を構成する基板部１１０ａ及び第１の枠部１１０ｂは、例えばアルミナセラミックス、ガラス−セラミックス等のセラミック材料を複数積層することよって形成されている。
第２の枠部１１０ｃは、４２アロイやコバール等の金属から成り、中心が打ち抜かれた枠状になっている。
【００２０】
また、第２の枠部１１０ｂは、第１の枠部１１０ｂの一方の主面の外周を囲むように設けられた封止用導体膜ＨＢ上にロウ付けなどにより接続される。
第１の凹部空間Ｋ１内で露出した第１の枠部１１０ｂの一方の主面には、２個一対の圧電振動素子搭載パッド１１１が設けられている。
また、図１〜図２に示すように、素子搭載部材１１０は、基板部１１０ａの一方の主面と第１の枠部１１０ｂによって第２の凹部空間Ｋ２が形成されている。
第２の凹部空間Ｋ２内で露出した基板部１１０ａの一方の主面には、サーミスタ素子搭載パッド１１２が設けられている。
【００２１】
前記素子搭載部材１１０の第２の枠部１１０ｃの基板部１１０ａの他方の主面の４角に外部接続用電極端子Ｇが設けられている。つまり、前記素子搭載部材１１０の基板部１１０ａのサーミスタ素子搭載パッド１１２が設けられている面とは反対側の主面の４隅には、外部接続用電極端子Ｇが設けられている。
外部接続用電極端子Ｇは、２個一対の圧電振動素子用電極端子Ｇ１と２個一対のサーミスタ素子用電極端子Ｇ２により構成されている。
２個一対の圧電振動素子用電極端子Ｇ１は、前記素子搭載部材１１０の基板部１１０ａの他方の主面の対角に位置する箇所に設けられている。
また、２個一対のサーミスタ素子用電極端子Ｇ２は第２の枠部１１０ｃの前記圧電振動素子用電極端子Ｇ１が設けられている位置と異なる２つの隅部に設けられている。つまり、前記サーミスタ素子用電極端子Ｇ２は、前記圧電振動素子用電極端子Ｇ１が設けられている対角とは異なる基板部１１０ａの対角に設けられている。
【００２２】
圧電振動素子搭載パッド１１１といずれかの外部接続用電極端子Ｇは、前記素子搭載部材１１０の基板部１１０ａに形成された圧電振動素子用配線パターン１１３と、第１の枠部１１０ｂの内部に形成された第１のビア導体１１４と、基板部１１０ａの内部に形成された第２のビア導体１１５により接続されている。
つまり、図３及び図４に示すように、圧電振動素子搭載パッド１１１は、第１のビア導体１１４を介して圧電振動素子用配線パターン１１３の一端と接続されている。また、圧電振動素子用配線パターン１１３の他端は、第２のビア導体１１５を介して圧電振動素子用電極端子Ｇ１と接続されている。よって、圧電振動素子搭載パッド１１１は、圧電振動素子用電極端子Ｇ１と電気的に接続されることになる。
【００２３】
また、サーミスタ素子搭載パッド１１２とサーミスタ素子用電極端子Ｇ２は、前記素子搭載部材１１０の基板部１１０ａに内部に形成されたサーミスタ素子用配線パターン１１７と基板部１１０ａの内部に形成された第３のビア導体１１６と第４のビア導体１１８により接続されている。
つまり、図４及び図５に示すようにサーミスタ素子搭載パッド１１２は、第３のビア導体１１６を介してサーミスタ素子用配線パターン１１７の一端と接続されている。また、サーミスタ素子用配線パターン１１７の他端は、第４のビア導体１１８を介してサーミスタ素子用電極端子Ｇ２と接続されている。よって、サーミスタ素子搭載パッド１１２は、サーミスタ素子用電極端子Ｇ２と電気的に接続されることになる。
【００２４】
蓋体１３０は、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ合金（４２アロイ）やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（コバール）などからなる。このような蓋体１３０は、第１の凹部空間Ｋ１を、窒素ガスや真空などで気密的に封止される。具体的には、蓋体１３０は、所定雰囲気で、素子搭載部材１１０の第２の枠部１１０ｃ上に載置され、第２の枠部１１０ｃの表面の金属と蓋体１３０の金属の一部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２の枠部１１０ｃに接合される。
【００２５】
前記導電性接着剤ＤＳ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（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、のうちのいずれかまたはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。
【００２６】
尚、前記素子搭載部材１１０は、アルミナセラミックスから成る場合、所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面に圧電振動素子搭載パッド１１１、サーミスタ素子搭載パッド１１２、封止用導体膜ＨＢ、外部接続用電極端子Ｇ等となる導体ペーストを、また、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第１のビア導体１１４、第２のビア導体１１５、第３のビア導体１１６、第４のビア導体１１８等となる導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷によって塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することにより製作される。
【００２７】
本発明の圧電デバイス１００によれば、サーミスタ素子１４０は、素子搭載部材１１０に圧電振動素子１２０とサーミスタ素子１４０とを搭載した状態で、平面視で圧電振動素子１２０に設けられる励振用電極１２２の平面内に前記サーミスタ素子１４０を位置させていることにより、励振用電極１２２によってサーミスタ素子１４０を保護するため、従来の圧電デバイスに比べてサーミスタ素子１４０に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が重畳することを低減し、正確なサーミスタ素子１４０の値を出力することができる。
つまり、蓋部材１３０と励振用電極１２２の２つによって、サーミスタ素子１４０がノイズから保護されるので、従来の圧電デバイスに比べてサーミスタ素子１４０に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が重畳することを低減し、正確なサーミスタ素子１４０の値を出力することができる。
【００２８】
また、サーミスタ素子１４０から正確な出力値を出力することができるので、サーミスタ素子１４０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、実際の圧電振動素子１２０の周囲の温度情報との差異を低減することが可能となる。
【００２９】
尚、本発明は前記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、前記した本実施形態では、圧電振動素子１２０を構成する圧電素材として水晶を用いた場合を説明したが、他の圧電素材として、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたは、圧電セラミックスを圧電素材として用いた圧電振動素子でも構わない。
【００３０】
また、前記した本実施形態では、第２の枠部にシールリングを用いた場合を説明したが、基板部と第１の枠部と同様にセラミック材で形成しても構わない。
この場合、第２の枠部の開口側頂面の全周には、環状の封止用導体パターンが形成され、蓋体は、この封止用導体パターン上に配置接合される。
この際の蓋体は、前記素子搭載部材の凹部空間を囲むように設けられた封止用導体パターンに相対する箇所に封止部材が設けられている。
【符号の説明】
【００３１】
１１０・・・素子搭載部材
１１０ａ・・・基板部
１１０ｂ・・・第１の枠部
１１０ｃ・・・第２の枠部
１１１・・・圧電振動素子搭載パッド
１１２・・・サーミスタ素子搭載パッド
１２０・・・圧電振動素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・引き出し電極
１３０・・・蓋体
１４０・・・サーミスタ素子
１００・・・圧電デバイス
Ｋ１・・・第１の凹部空間
Ｋ２・・・第２の凹部空間
ＤＳ・・・導電性接着剤
ＨＤ・・・導電性接合材
ＨＢ・・・封止用導体膜
Ｇ・・・外部接続用電極端子
Ｇ１・・・圧電振動素子用電極端子
Ｇ２・・・サーミスタ素子用電極端子
【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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