(57)【要約】【課題】外部回路に接続され、周波数温度特性と周波数ドリフト特性の優れた、小型で低コストの圧電デバイスを得る。【解決手段】圧電振動素子１０と、感温部品３０と、容器２０と、を備えた圧電デバイスである。容器２０は、表面に電極パッド２８ａ、２８ｂを有し裏面に複数の実装端子２２ｃ、２２ｄと接続端子２２ａ、２２ｂとを有する第１の絶縁基板２０ａと、環状の第２の絶縁基板２０ｂと、蓋部材３８と、を備えている。感温部品は、容器２０の外側面に接合され、実装端子２２と電極パッド２８ａ、２８ｂは、第１の熱伝導部より電気的及び熱的に接続されている。【選択図】図１
2013062707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動素子と、温度を検出する感温部品と、前記圧電振動素子を収容する収容部を有する容器と、を備えた圧電デバイスであって、
前記容器は、第１の主面に前記圧電振動素子搭載用の電極パッドを有し、該第１の主面の反対側の第２の主面に複数の実装端子、及び複数の接続端子を有する第１の絶縁基板と、
前記第１の絶縁基板の第１の主面に対して底部を積層固定されて前記収容部を形成する環状の第２の絶縁基板と、
前記収容部を気密封止する蓋部材と、
を備え、
前記感温部品は、前記容器の一つの外側面に導電材により接合されると共に前記感温部品の端子の少なくとも１つが前記接続端子と導通接続され、
少なくとも１つの前記実装端子と前記電極パッドとは、第１の熱伝導部により電気的及び熱的に接続されているとことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
圧電振動素子と、温度を検出する感温部品と、前記圧電振動素子を収容する収容部を有する容器と、を備えた圧電デバイスであって、
前記容器は、第１の主面に前記圧電振動素子搭載用の電極パッドを有し、該第１の主面の反対側の第２の主面に複数の実装端子、及び複数の接続端子を有する絶縁基板と、
前記絶縁基板の第１の主面に対して底部を積層固定されて前記収容部を形成するシールリングと、
前記収容部を気密封止する蓋部材と、
を備え、
前記感温部品は、前記容器の一つの外側面に導電材により接合されると共に前記感温部品の端子の少なくとも１つが前記接続端子と導通接続され、
少なくとも１つの前記実装端子と前記電極パッドとは、第１の熱伝導部により電気的及び熱的に接続されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項３】
圧電振動素子と、温度を検出する感温部品と、前記圧電振動素子を収容する収容部を有する容器と、を備えた圧電デバイスであって、
前記容器は、第１の主面に前記圧電振動素子搭載用の電極パッドを有し、該第１の主面の反対側の第２の主面に複数の実装端子、及び複数の接続端子を有する絶縁基板と、
前記収容部を気密封止する蓋部材と、
を備え、
前記感温部品は、前記容器の一つの外側面に導電材により接合されると共に前記感温部品の端子の少なくとも１つが前記接続端子と導通接続され、
少なくとも１つの前記実装端子と前記電極パッドとは、第１の熱伝導部により電気的及び熱的に接続されているとことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項４】
前記蓋部材は、前記容器の内部を貫通する第２の熱伝導部により前記接続端子と電気的及び熱的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記第１、及び第２の熱伝導部は、少なくとも一部が前記第１の絶縁基板の内部に貫通配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
前記第１、及び第２の熱伝導部の少なくとも何れか一方の少なくとも一部は、前記容器の外側面に設けられたキャスタレーション内に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項７】
前記圧電振動素子の圧電基板は、水晶の結晶軸である電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記Ｘ軸を中心として、
前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ所定の角度だけ傾けた軸をＺ’軸とし、
前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ前記所定の角度だけ傾けた軸をＹ’軸とし、
前記Ｘ軸と前記Ｚ’軸に平行な面で構成され、
前記Ｙ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であり、
前記Ｘ軸に平行な辺を長辺とし、
前記Ｚ’軸に平行な辺を短辺とした水晶基板であることを特徴とする請求項１乃至６のうち何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項８】
前記圧電振動素子は、音叉型水晶振動素子であることを特徴とする請求項１乃至６のうち何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項９】
前記圧電振動素子は、ＡＴカット水晶振動素子と音叉型水晶振動素子とが前記収容部に併置されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項１０】
請求項１乃至９のうち何れか一項に記載の圧電デバイスを内蔵したことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感温部品と圧電振動素子とを備えた圧電デバイスに関する。本圧電デバイスと、主回路基板（マザーボード）上に共に搭載されるＩＣ部品とにより、精度のよい温度補償型圧電発振器が構成される。また、この圧電デバイスを用いた圧電モジュール、及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１乃至４には、携帯電話等の無線通信機器に用いられる温度補償型圧電発振器が開示されている。特許文献４には、温度補償回路として温度に関する四次成分以上の回路を用いて電源投入後の周波数ドリフトを小さくした温度補償型圧電発振器が開示されている。これに使用されるＩＣ部品は、温度を感知する温度センサーと、圧電振動素子の温度変化による周波数変動を補償するための温度補償回路と、可変容量素子と、増幅回路等を有しており、圧電振動素子を高精度に温度補償できると開示されている。また、実装端子、素子搭載パッド、ＩＣ搭載パッドは、容器（パッケージ）の絶縁基板内部に設けられたビア電極（貫通孔（ビアホール）にビア電極ペーストを充填した導体）、及び絶縁基板の層間に配置された配線パターン等により電気的接続されている。
【０００３】
特許文献５には、絶縁容器の隅部に設けたキャスタレーションに金属膜等を焼成し、この導電膜（キャスタレーション電極）を実装端子と素子搭載パッドとの電気的導通の手段とした例が開示されている。なお、絶縁容器の４つの角部に上下方向に伸長するキャスタレーションは、多数の容器がマトリクス状に形成された積層マザーウェーハから個別の容器に小割切断する際に用いられる。
容器の内部に形成したビア電極の一方の端部を蓋部材（リッド）に接続し、他方の端部を接地用実装端子に接続することにより、電磁気的なシールド効果が得られる。また、容器の層間に焼成した配線パターンとキャスタレーション電極とを接続することにより、実装端子と配線パターンとを電気的に導通することができる。キャスタレーション電極同志を層間に焼成した配線パターンにより導通した例も開示されている。配線パターン等の電極材料にはタングステン等が用いられる。
【０００４】
ところで、上記の温度補償型圧電発振器では、パッケージ内の圧電振動素子の温度と、絶縁容器の外部に設けたＩＣ部品に内蔵する温度センサーが検出する温度との間に僅かに温度差が生じる。両者間に温度差があると、誤差のある温度に基づいて圧電振動子の周波数温度特性を補償することになり、高精度の温度補償ができず、周波数ドリフトが生じるという問題があった。そこで、このような不具合に対処するために、圧電振動素子が搭載されている絶縁基板の温度を精度よく測定する試みがなされてきた。
【０００５】
特許文献６〜特許文献８には、温度検出精度の向上と、小型化を図るために、容器の上部のキャビティー内に圧電振動素子を収容し、反対側の下部のキャビティー内に発振回路、温度補償回路等を収容した構造の表面実装型圧電発振器が開示されている。特許文献６には、圧電振動素子を接続するパッドの近傍に温度センサーを配置し、圧電振動素子の温度と温度センサーにより検出される温度との温度差を小さくすることにより、周波数温度特性、周波数ドリフト特性を安定化できると開示されている。しかし、圧電振動素子搭載用のパッドに接続されたＩＣ部品の端子は、発振回路の増幅器の近傍に配置されているので、増幅器の動作に伴い発熱する。その結果、ＩＣ部品に内蔵する温度センサーを圧電振動素子側に近接させてもＩＣ部品の発熱温度を検出する虞があり、周波数ドリフト特性を劣化させるという課題がある。
【０００６】
次に、特許文献７には、容器の上部のキャビティーに圧電振動素子と、発振回路、温度センサーを備えた第１のＩＣ部品とを収容すると共に、下部のキャビティーに温度補償回路を備えた第２のＩＣ部品を収容することにより、圧電振動素子と温度センサーとを同じ温度環境下に配置でき、周波数温度特性、周波数ドリフト特性を安定化できると開示されている。しかし、ＩＣ部品を二分して、温度センサー付きの第１のＩＣ部品を圧電振動素子と同じキャビティーに収容する構造はコスト高となって実現性が低く、また発振器全体の小型化に逆行するという課題がある。
また、特許文献８には、容器の上部の凹部に圧電振動素子を片持ち支持状態で収容し、下部の凹部にＩＣ部品を収容し、ＩＣ部品の温度センサー端子を上部凹部に設けた枕部材と接続することにより、圧電振動素子の温度と、温度センサーの検出温度との温度差を縮小して、周波数温度特性、周波数ドリフト特性を安定化できると開示されている。
【０００７】
しかし、特許文献６〜特許文献８に開示された何れの構造も、セラミック基板に圧電振動素子を搭載する構成であるため、導電性接着剤を介して圧電振動素子と接続されたセラミック基板の温度を測定すれば、圧電振動素子の温度を正確に検出できると推測されている。しかし、実際には周波数ドリフト特性を改善する効果は、十分ではなかった。このように、圧電振動素子と離れて温度センサーを内蔵するＩＣ部品を配置した従来の表面実装型圧電発振器では、圧電振動素子の温度を正確に検出することはできず、安定した周波数温度特性が得られない。また起動時の周波数ドリフト特性の改善も不十分であるという問題があった。
【０００８】
特許文献９には、圧電振動子の容器の主面に、ＩＣチップを接着した表面実装型圧電発振器が開示されている。ＩＣチップは温度センサーを内蔵し、圧電振動素子は容器内に収容されている。圧電振動素子は温度変化によってその周波数が変動し、温度センサーは温度変化によって出力信号が変化する。ＩＣチップに内蔵される発振回路と、圧電振動素子とによって圧電発振器が構成され、ＩＣチップに内蔵される温度補償回路で圧電発振器の周波数が補償される。つまり、温度補償発振回路は、温度センサーからの出力信号に基づいて温度補償用の電圧信号を出力し、それを可変容量素子に印加することにより可変容量素子の容量を変化させて、周波数を補償する。温度の変化により圧電振動素子の振動周波数が変動するが、温度センサーの出力信号により温度補償発振回路が動作し、周波数の変化分を補償する。ＩＣチップを圧電振動子の容器に固定することで、両者の位置を近接させ、温度差を縮小できると記述されている。温度センサーはＩＣチップの表層部に形成されおり、発振器をこのような構成にすることにより周波数温度特性、周波数ドリフト特性を安定化できると開示されている。
【０００９】
最近、携帯電話の主回路基板に関し、集積化、チップセット化等の技術革新が進み、部品の小型・低背化、少数化の傾向は目覚ましい。即ち、前述の特許文献１乃至９に記載されているような温度補償型圧電発振器は必ずしも必要とされず、主回路基板（マザーボード）上に搭載されるＩＣ部品に温度補償回路を付加する傾向がある。しかし、基準周波数源には、圧電振動子を用い、圧電振動子と前記のようなＩＣ部品（チップセット）と組合せることにより、圧電振動子の温度補償を実現するという試みがなされている。
【００１０】
しかし、主回路基板に搭載された圧電振動子の温度と、圧電振動子の温度を検出する温度センサーの出力温度との間に温度差があることが問題になっている。これは回路基板上に圧電振動子、温度センサー、及び熱源を配置し、回路基板上の温度分布をシミュレーションによって求めることにより明らかとなった。圧電振動子と温度センサーとの僅かの温度差は、携帯電話に搭載されているＧＰＳの位置測定精度に影響する。ＧＰＳは基準周波数の短期安定度が極めて重要な要素となるからである。
【００１１】
特許文献１０には、底板及び枠壁からなる凹部を有する矩形状の容器と、容器に収容された水晶振動素子と、容器の開口部に接合された金属カバーと、水晶振動素子の温度検出用で容器の長手方向の一端側に付着させたサーミスタと、を備えた表面実装型水晶振動子が開示されている。サーミスタの長手方向が、容器の高さ方向に直交して容器の外側面に固着した構成とした温度センサー付き水晶振動子である。
【００１２】
特許文献１１には、底板層と枠壁層と有した凹状積層セラミックからなる容器と、容器内に収容され一端部両側が固着された水晶振動素子と、水晶振動素子と共に容器内に収容されたサーミスタと、を備えた表面実装型水晶振動子が開示されている。水晶振動素子の主面は底板層の最上位層と対面し、サーミスタは底板層に設けられた凹所内に配置された構成の温度センサー付き水晶振動子である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−２１７７８２公報
【特許文献２】特開２００５−２４４９２５公報
【特許文献３】特開２００９−０８９４３７公報
【特許文献４】特開２０１０−２０６４４３公報
【特許文献５】特開２００６−０５４３１４公報
【特許文献６】特開２００６−１９１５１７公報
【特許文献７】特開２００８−２６３５６４公報
【特許文献８】特開２０１０−０３５０７８公報
【特許文献９】特開２００９−１０５１９９公報
【特許文献１０】特開２０１０−１１８９７９公報
【特許文献１１】特開２００８−２０５９３８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記の圧電デバイスでは、圧電振動素子を収容する第１の収納部は、その底部（セラミック製）を介して反対側の第２の収納部に感温部品（サーミスタ）を搭載する構造を有しており、容器が絶縁性のセラミックであるため、熱伝導性の点から、第１の収納部内の圧電振動素子の温度と、第２の収納部内の感温部品が検出する温度との間に温度差が生じるという問題があった。
また、特許文献１１に開示の構造では、サーミスタが圧電振動子の容器の内部に搭載されており、圧電振動素子の温度を検出できることが期待できる。しかし、容器に収容された圧電振動素子に何らかの特性不良が発生したとき、同じ容器内に搭載されているサーミスタも廃棄させざるを得ず、その分コスト高となるという問題があった。
また、特許文献１０に開示の構造では、容器の構造は簡素になるものの、容器の形状寸法が大きくなりすぎるという問題があった。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、圧電振動素子の温度を高精度に検出することを可能とし、主回路基板（マザーボード）上に搭載された補償回路と組合せることにより、高安定、高精度の周波数温度特性の発振器を可能とする、表面実装型の小型圧電デバイスを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１６】
［適用例１］本発明に係る圧電デバイスは、圧電振動素子と、温度を検出する感温部品と、前記圧電振動素子を収容する収容部を有する容器と、を備えた圧電デバイスであって、前記容器は、第１の主面に前記圧電振動素子搭載用の電極パッドを有し、該第１の主面の反対側の第２の主面に複数の実装端子、及び複数の接続端子を有する第１の絶縁基板と、前記第１の絶縁基板の第１の主面に対して底部を積層固定されて前記収容部を形成する環状の第２の絶縁基板と、前記収容部を気密封止する蓋部材と、を備え、前記感温部品は、前記容器の一つの外側面に導電材により接合されると共に前記感温部品の端子の少なくとも１つが前記接続端子と導通接続され、少なくとも１つの前記実装端子と前記電極パッドとは、第１の熱伝導部により電気的及び熱的に接続されているとことを特徴とする圧電デバイスである。
【００１７】
この構成によれば、感温部品への熱の伝導は、マザーボードのランドから直接感温部品の端子を経由して伝わる。圧電振動素子への熱の伝導は、ランドから実装端子を経て第１の熱伝導部を経由して伝わる。圧電デバイスは、圧電振動素子、感温部品の熱容量を考慮して、実装端子と電極パッドとを導通接続する第１の熱伝導部の径と長さとを適切に設定するにより、圧電振動素子の温度と感温部品の検出する温度との温度差を縮小することが可能となる。また、両者の温度差を縮小することにより圧電デバイスを外部回路に接続して動作させると、良好な周波数温度特性が得られ、また優れた周波数ドリフト特性を有する圧電発振器が実現できるという効果がある。
【００１８】
［適用例２］また圧電デバイスは、圧電振動素子と、温度を検出する感温部品と、前記圧電振動素子を収容する収容部を有する容器と、を備えた圧電デバイスであって、前記容器は、第１の主面に前記圧電振動素子搭載用の電極パッドを有し、該第１の主面の反対側の第２の主面に複数の実装端子、及び複数の接続端子を有する絶縁基板と、前記絶縁基板の第１の主面に対して底部を積層固定されて前記収容部を形成するシールリングと、前記収容部を気密封止する蓋部材と、を備え、前記感温部品は、前記容器の一つの外側面に導電材により接合されると共に前記感温部品の端子の少なくとも１つが前記接続端子と導通接続され、少なくとも１つの前記実装端子と前記電極パッドとは、第１の熱伝導部により電気的及び熱的に接続されていることを特徴とする圧電デバイスである。
【００１９】
この構成によれば、感温部品への熱の伝導は、マザーボードのランドから直接感温部品の端子を経由して伝わる。圧電振動素子への熱の伝導は、ランドから実装端子を経て第１の熱伝導部を経由して伝わる。圧電デバイスは、圧電振動素子、感温部品の熱容量を考慮して、実装端子と電極パッドとを導通接続する第１の熱伝導部の径と長さとを適切に設定するにより、圧電振動素子の温度と感温部品の検出する温度との温度差を縮小することが可能となる。第２の絶縁基板の代わりに肉厚のシールリングを用いたので低背化の利点がある。また、両者の温度差を縮小すると、外部回路と併用することにより、良好な周波数温度特性、周波数ドリフト特性を有する圧電発振器が実現できるという効果がある。また、周波数ドリフト特性が改善されれば、携帯電話のＧＰＳ性能が改善される。
【００２０】
［適用例３］また圧電デバイスは、圧電振動素子と、温度を検出する感温部品と、前記圧電振動素子を収容する収容部を有する容器と、を備えた圧電デバイスであって、前記容器は、第１の主面に前記圧電振動素子搭載用の電極パッドを有し、該第１の主面の反対側の第２の主面に複数の実装端子、及び複数の接続端子を有する絶縁基板と、前記収容部を気密封止する蓋部材と、を備え、前記感温部品は、前記容器の一つの外側面に導電材により接合されると共に前記感温部品の端子の少なくとも１つが前記接続端子と導通接続され、少なくとも１つの前記実装端子と前記電極パッドとは、第１の熱伝導部により電気的及び熱的に接続されているとことを特徴とする圧電デバイスである。
【００２１】
この構成によれば、感温部品への熱の伝導は、マザーボードのランドから直接感温部品の端子を経由して伝わる。圧電振動素子への熱の伝導は、ランドから実装端子を経て第１の熱伝導部を経由して伝わる。圧電デバイスは、圧電振動素子、感温部品の熱容量を考慮して、実装端子と電極パッドとを導通接続する第１の熱伝導部の径と長さとを適切に設定するにより、圧電振動素子の温度と感温部品の検出する温度との温度差を縮小することが可能となる。第２の絶縁基板を用いないので逆椀状（逆バスタブ状）の蓋部材を用いたのでコスト軽減の利点がある。また、両者の温度差を縮小すると、外部回路と併用することにより、良好な周波数温度特性、周波数ドリフト特性を有する圧電発振器が実現できるという効果がある。また、周波数ドリフト特性が改善されれば、携帯電話のＧＰＳ性能が改善される。
【００２２】
［適用例４］また圧電デバイスは、前記蓋部材が、前記容器の内部を貫通する第２の熱伝導部により前記接続端子と電気的及び熱的に接続されていることを特徴とする適用例１乃至３のうち何れか１項に記載の圧電デバイスである。
【００２３】
この構成によれば、蓋部材は、シールリング、第２の熱伝導部、接続端子、導電材、感温部品の一方の端子を経由してマザーボードのランドと導通接続される。このため、圧電振動素子への熱の伝導は、ランド、実装端子、第１の熱伝導部を経由する経路と、ランド、感温部品の一方の端子、導電材、接続端子、第２の熱伝導部、蓋部材を経由する経路の２経路となる。後者の経路は、蓋部材の温度を上昇させ、その輻射熱、または収容部内の対流により圧電振動素子の温度上昇を速め、短い時間で圧電振動素子の温度と感温部品の検出する温度との温度差がより短い時間で縮小されるという効果がある。更に、シールド効果もある。
【００２４】
［適用例５］また圧電デバイスは、前記第１、及び第２の熱伝導部は、少なくとも一部が前記第１の絶縁基板の内部に貫通配置されていることを特徴とする適用例１乃至４のうち何れか一項に記載の圧電デバイスである。
【００２５】
この構成によれば、第１、第２の熱伝導部は、第１の絶縁基板の内部を貫通する経路と、それ以外を経由する経路とが可能となり、短い時間で感温部品と圧電振動素子との温度平衡が実現できるという効果がある。
【００２６】
［適用例６］また圧電デバイスは、前記第１、及び第２の熱伝導部の少なくとも何れか一方の少なくとも一部は、前記容器の外側面に設けられたキャスタレーション内に配置されていることを特徴とする適用例１乃至４のうち何れか一項に記載の圧電デバイスである。
【００２７】
この構成によれば、第１、第２の熱伝導部は、第１の絶縁基板の内部を貫通する経路と、キャスタレーションを介する経路との２経路が可能となり、短い時間で感温部品と圧電振動素子との温度平衡が実現できるという効果がある。
【００２８】
［適用例７］また圧電デバイスは、前記圧電振動素子の圧電基板は、水晶の結晶軸である電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記Ｘ軸を中心として、前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ所定の角度だけ傾けた軸をＺ’軸とし、前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ前記所定の角度だけ傾けた軸をＹ’軸とし、前記Ｘ軸と前記Ｚ’軸に平行な面で構成され、前記Ｙ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であり、前記Ｘ軸に平行な辺を長辺とし、前記Ｚ’軸に平行な辺を短辺とした水晶基板であることを特徴とする請求項１乃至６のうち何れか一項に記載の圧電デバイスである。
【００２９】
この構成によれば、仕様が要求する温度特性を適切に実現できるという効果がある。
【００３０】
［適用例８］また圧電デバイスは、前記圧電振動素子が、音叉型水晶振動素子であることを特徴とする適用例１乃至６のうち何れか一項に記載の圧電デバイスである。
【００３１】
この構成によれば、圧電振動素子に音叉型水晶振動素子を用いることにより、高周波を分周することなく所望の低周波得られるという利点がある。
【００３２】
［適用例９］また圧電デバイスは、前記圧電振動素子が、ＡＴカット水晶振動素子と音叉型水晶振動素子とが前記収容部に併置されていることを特徴とする圧電デバイスである。
【００３３】
この構成によれば、発振回路、及び補償回路を有する外部回路と併用することにより、高周波と低周波の２つの圧電発振器が構成され、温度補償された高安定、且つ短期安定度の優れた２つの基準周波数が得られるという効果がある。
【００３４】
［適用例１０］また本発明の電子機器は、適用例１乃至９のうち何れか一項に記載の圧電デバイスを内蔵したことを特徴とする電子機器である。
【００３５】
この構成によれば、上記の圧電デバイスを用いて電子機器を製作することにより、高安定で短期安定度の優れた基準周波数源が容易に構成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る圧電デバイス１の構成を示す概略図であり、（ａ）は蓋部材を除いた平面図であり、（ｂ）はＱ−Ｑ断面図であり、（ｃ）は底面図。
【図２】第１の絶縁基板の、（ａ）は平面図（表面図）であり、（ｂ）は裏面図。
【図３】他の実施形態に係る第１の絶縁基板の、（ａ）は平面図（表面図）であり、（ｂ）は裏面図。
【図４】座標軸と切断角度を説明する図。
【図５】（ａ）は圧電振動素子の平面図であり、（ｂ）はＱ−Ｑ断面図。
【図６】（ａ）はマザーボード上に搭載した圧電デバイス１の熱の伝導を説明する断面図であり、（ｂ）は各部材の熱伝導率を説明する図。
【図７】圧電デバイス１の変形例である圧電デバイス１’をマザーボード上に搭載したときの熱の伝導を説明する断面図。
【図８】圧電デバイス２の構成を示す、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は第１の絶縁基板の平面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＱ−Ｑ断面図。
【図９】（ａ）は圧電デバイス３の構成を示す断面図であり、（ｂ）はその変形例３’の構成を示す断面図。
【図１０】デジタル携帯電話の構成を示すブロック図。
【図１１】圧電デバイス４の構成を示す断面図。
【図１２】音叉型圧電振動素子の構成を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＰ−Ｐ断面図。
【図１３】圧電デバイス５の構成を示す概略図であり、（ａ）は蓋部材を除いた平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＱ−Ｑ断面図。
【図１４】圧電デバイス６の構成を示す概略図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は蓋部材を除いた平面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＱ−Ｑ断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る圧電デバイス１の構成を示す概略図である。図１（ａ）は蓋部材を省略した平面図であり、同図（ｂ）は（ａ）のＱ−Ｑ断面図であり、同図（ｃ）は底面図である。圧電デバイス１は、図１（ｂ）に示すように、外部の発振回路及び補償回路（主回路基板上に搭載された発振回路部品及び補償回路部品）と接続されて、所望の周波数を出力する圧電振動素子１０と、圧電振動素子１０の温度を検出する感温部品３０と、第１の主面（図１（ｂ）では上部）に圧電振動素子１０を収容する収容部２７を有する容器（パッケージ本体）２０と、収容部２７を封止する蓋部材３８と、を備えている。感温部品３０は容器２０の底面と直交する外側面に導電材３６、例えば導電性接着剤、半田等を用いて固着される。図１の実施形態では容器２０の短辺方向の外側面に、感温部品３０の長手方向側面が固着されている。
【００３８】
容器２０の一例は、図１（ｂ）に示すように、矩形平板状の第１の絶縁基板２０ａと、平板環状の第２の絶縁基板２０ｂと、を積層焼成して形成されている。第１の絶縁基板２０ａの第１の主面（表部）と、第１の絶縁基板２０ａの第１の主面（表部）に対して底部を積層固定された環状の第２の絶縁基板２０ｂと、により圧電振動素子１０を収容する収容部（キャビティー）２７が形成される。
なお、第１の絶縁基板２０ａ、第２の絶縁基板２０ｂの角隅部の側壁面には、キャスタレーションＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４が形成されている。
【００３９】
図２（ａ）は、図１（ｂ）に示した容器２０に用いる第１の絶縁基板２０ａの第１の主面（表面）の構成を示す概略平面図である。第１の絶縁基板２０ａの第１の主面（表面）の長手方向（図中横方向）の一端部寄りには、圧電振動素子１０を搭載する一対の電極パッド２８ａ、２８ｂが短手方向に併置されている。図２（ｂ）は、第１の絶縁基板２０ａの第２の主面（裏面）の構成を示す裏面図である。第２の主面の一方の短手方向に沿って端部に接続端子２２ａ、２２ｂが設けられ、他方の短手方向に沿って端部に実装端子２２ｃ、２２ｄが設けられている。実装端子２２ｃ、２２ｄはマザーボード上に圧電デバイス１を搭載する際の実装用の端子であり、接続端子２２ａ、２２ｂは、導電材（導電性接着剤）３６により容器２０の外側面に感温部品３０を固着する際に、感温部品３０の端子３０ａ、３０ｂと夫々導通接続されるための端子である。
なお、図１（ｂ）に示すように、第２の絶縁基板２０ｂは、中央部を中空とした環状体であり、環状体の上部周縁にシールリング４２が焼成された平板状の絶縁基板である。
【００４０】
第１の絶縁基板２０ａの絶縁体内部には、ビア電極（ビアホール（貫通孔）にビア電極ペーストを充填し、焼成形成した導体）が形成されている。図１に示す実施形態例では、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の絶縁基板２０ａの肉厚内部に、第２の主面（裏面）に形成された実装端子２２ｄ、２２ｃと、第１の主面（表面）に形成された圧電振動素子１０用の一対の電極パッド２８ａ、２８ｂと、を夫々導通接続するビア電極２３ａ、２３ｂ（第１の熱伝導部）が貫通形成されている。また、第１の絶縁基板２０ａ、及び第２の絶縁基板２０ｂの角隅部に、接続端子２２ｂとシールリング４２とを導通接続するビア電極２５（第２の熱伝導部）が貫通形成されている。
【００４１】
つまり、実装端子２２ｄ、２２ｃは、夫々ビア電極２３ａ、２３ｂを経由して第１の主面（表部）に設けた圧電振動素子１０搭載用の一対の電極パッド２８ａ、２８ｂと電気的及び熱的に導通している。また、接続端子２２ｂはビア電極２５を介して第２の絶縁基板２０ｂの上部周縁に形成したシールリング４２に導通接続している。蓋部材３８がシールリング４２に溶接されることにより、蓋部材３８と接続端子２２ｂとは電気的及び熱的に導通している。ここで、実装端子２２ｄ、２２ｃと一対の電極パッド２８ａ、２８ｂとを接続するビア電極２３ａ、２３ｂを第１の熱伝導部と称し、接続端子２２ｂとシールリング４２とを接続するビア電極２５を第２の熱伝導部と称する。なお、容器２０の角隅部の側面にはキャスタレーションＣ１〜Ｃ４が形成されている。
【００４２】
図３（ａ）は他の例の圧電デバイスに用いられる第１の絶縁基板２０ａ１の第１の主面の平面（表面）図であり、同図（ｂ）は第２の主面の平面図（裏面図）である。図２に示した第１の絶縁基板２０ａと、図３に示した第１の絶縁基板２０ａ１との違いは、絶縁基板２０ａ１では、キャスタレーションＣ１〜Ｃ４の側面に金属膜が焼成されてキャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４となっている点である。更に、第１の絶縁基板２０ａ１の第１の主面（表面）では、一対の電極パッド２８ａ、２８ｂと、キャスタレーション電極Ｃｅ４、Ｃｅ３と、を夫々導通接続する第１の配線パターン２６ａ、２６ａ（第１の熱伝導部）が形成されている点と、第２の主面（裏面）では、実装端子２２ｃ、２２ｄと、キャスタレーション電極Ｃｅ３、Ｃｅ４とが夫々導通されている点と、が異なる。また、第２の主面の接続端子２２ａ、２２ｂと、キャスタレーション電極Ｃｅ１、Ｃｅ１とが夫々導通されている点が異なる。
つまり、実装端子２２ｄ、２２ｃは、ビア電極２３ａ、２３ｂを経由して電極パッド２８ａ、２８ｂと導通接続すると共に、キャスタレーション電極Ｃｅ４、Ｃｅ３、第１の配線パターン２６ａ、２６ａを経由して電極パッド２８ａ、２８ｂと導通接続している。なお、一対の電極パッド２８ａ、２８ｂに導通接続する第１の配線パターン２６ａ、２６ａも第１の熱伝導部と称する。
即ち、実装端子２２ｄ、２２ｃから第１の電極パッド２８ａ、２８ｂへの熱の伝導経路としては、ビア電極２３ａ、２３ｂ（第１の熱伝導部）を経由して伝導する経路と、キャスタレーション電極Ｃｅ４、Ｃｅ３を経て、第１の配線パターン２６ａ、２６ａ（第１の熱伝導部）を経由して伝導する経路と、の２つの経路がある。
【００４３】
図１の実施形態例に用いられる圧電振動素子１０には、例えばＡＴカット水晶振動素子がある。水晶等の圧電材料は三方晶系に属し、図４に示すように互いに直交する結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、夫々電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。ＡＴカット水晶基板１２は、ＸＺ面をＸ軸の回りに角度θだけ回転させた平面に沿って、水晶から切り出された平板である。ＡＴカット水晶基板１２の場合は、θは略３５°１５′である。なお、Ｙ軸及びＺ軸もＸ軸の周りにθ回転させて、夫々Ｙ’軸、及びＺ’軸とする。従って、ＡＴカット水晶基板１２は、直交する結晶軸Ｘ、Ｙ’、Ｚ’を有する。ＡＴカット水晶基板１２は、厚み方向がＹ’軸であって、Ｙ’軸に直交するＸＺ’面（Ｘ軸及びＺ’軸を含む面）が主面であり、厚みすべり振動が主振動として励振される。ＡＴカット以外にカットアングルは異なるが、例えばＢＴカット等も用いることができる。
【００４４】
即ち、図１に示す圧電基板１２の一例は、図４に示すようにＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）、Ｚ軸（光学軸）からなる直交座標系のＸ軸を中心として、Ｚ軸をＹ軸の−Ｙ方向へ傾けた軸をＺ’軸とし、Ｙ軸をＺ軸の＋Ｚ方向へ傾けた軸をＹ’軸とし、Ｘ軸とＺ’軸に平行な面で構成され、Ｙ’軸に平行な方向を厚みとするＡＴカット水晶基板からなる。
【００４５】
ＡＴカット水晶基板の外形形状は、一般的にＸ軸方向を長手方向とする矩形状であり、共振周波数はＹ’軸方向の厚さに依存する。周波数が高く、Ｘ辺比（Ｘ／ｔ、ＸはＸ軸方向の長さ、ｔは厚さ）、又はＺ辺比（Ｚ／ｔ、ＺはＺ’軸方向の長さ）が大きい場合には、図１に示すように、平板形状の水晶基板１２が用いられる。また、周波数が低く、Ｘ辺比（Ｘ／ｔ）、又はＺ辺比（Ｚ／ｔ）が小さい場合には、メサ型水晶基板（周辺部に比べ中央部を厚くした水晶基板）１２が用いられる。図５はメサ型水晶振動素子の一例であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）はＱ−Ｑ断面図である。
メサ型水晶基板１２は、その中央に位置し主たる振動領域となる励振部１３と、励振部１３より薄肉で励振部１３の周縁に沿って形成された従たる振動領域となる周辺部１５と、を有している。つまり、振動領域は、励振部１３と、周辺部１５の一部に跨っている。図５に示す例では、圧電基板１２の長手方向（図中横方向）には２段の段差があり、短手方向（図中縦方向）には図５（ｂ）に示すように１段の段差が形成されたメサ型圧電基板を用いた圧電振動素子１０の例である。
【００４６】
圧電振動素子１０は、水晶基板１２の励振部１３の表裏に励振電極１４ａ、１４ｂが形成され、励振電極１４ａ、１４ｂの夫々から水晶基板１２の端部に設けた端子電極１８ａ、１８ｂに向かって延びるリード電極１６ａ、１６ｂが形成されている。
励振電極１４ａ、１４ｂに交番電圧を印加すると、水晶振動素子１０は固有の振動モード、例えばＡＴカット水晶の場合は厚みすべりモードが励振される。
また、図１に示す圧電デバイス１に用いる感温部品３０は、温度変化に応じて物理量、例えば電気抵抗が変わるサーミスタ等を用いる。サーミスタ３０の電気抵抗の変化を外部回路で検出し、サーミスタ３０の温度が測定される。
【００４７】
圧電デバイス１の製造手順としては、初めに表面実装型の圧電振動子１０Ａを構成する。圧電振動子１０Ａの製造においては、容器２０の一対の電極パッド２８ａ、２８ｂに導電性接着剤３５を塗布し、その上に予め用意した図５に示すような圧電振動素子１０を載置して軽く押さえる。これを乾燥炉に入れて所定の温度で所定の時間加熱して導電性接着剤３５の乾燥とアニールを行った後、真空中、又は不活性ガスの雰囲気中で、容器２０の上部周縁に形成したシールリング４２に蓋部材３８をシーム溶接し、気密封止して圧電振動子１０Ａを完成する。ＣＩ値（クリスタルインピーダンス値）の小さな圧電振動子１０Ａが要求される場合は、収容部２７を真空にする方がよいし、圧電振動素子１０への熱の伝導を考慮する場合は、窒素Ｎ２等の不活性ガスを用いるとよい。次に、圧電振動子１０Ａの容器２０の底面と直交する外側面に、導電材（導電性接着剤、半田等）３６を用いて感温部品３０の長手方向の側面を固着する。感温部品３０の一方の端子３０ｂと容器２０の接続端子２２ｂとが導電材（導電性接着剤、半田等）により導通接続されるように注意を払う。また、固着する際に、感温部品３０の底面と圧電振動子１０Ａの底面とが同一平面上に併置されるようにする。
【００４８】
本発明の圧電デバイス１は、表面実装型の圧電振動子１０Ａを構成しており、圧電振動子１０Ａの容器２０の外側面に感温部品３０を導電材（導電性接着剤、半田等）３６により固着して構成される。そのため、容器２０の構成がシンプルであり、小型でコストが低減できること、容器２０の収容部２７には圧電振動子１０のみを収容するために収容部２７に感温部品３０を共に収容する場合に比べ、脱ガスの影響を大幅に低減できて周波数経年変化特性が良くなること、等の利点がある。また、感温部品３０の形状寸法が多少変化しても、容器２０の外側面に適切に固着すればよく、容器２０の寸法を変更する必要がないという利点もある。
【００４９】
本発明に係る圧電デバイス１の特徴は、図１に示すように、感温部品３０を容器２０の内部に、又は底面の凹部に収容するのではなく、容器２０の外側面（図１の実施例では底面に直交する短辺側の外側面）に、感温部品３０の長手方向の一方の側面を導電材（導電性接着剤、半田等）３６で固着している。感温部品３０の一方の端子３０ｂと容器２０の接続端子２２ｂとは、導電材３６により導通接続され、感温部品３０の端子３０ａと容器２０の接続端子２２ａとは導電材３６により導通接続されている。また、感温部品３０の端子３０ａと容器２０の接続端子２２ａとは非電導性の接着剤を用いて固着してもよい。
【００５０】
圧電デバイス１がマザーボードに実装されると、マザーボード上のランド（配線パターン）と、容器２０の実装端子２２ｃ、２２ｄ、及び感温部品３０の両端子３０ａ、３０ｂとが半田等により接続固定される。感温部品３０の一方の端子３０ｂと、容器２０の接続端子２２ｂとは、導電材（導電性接着剤、半田等）により導通接続され、接続端子２２ｂに接続されるビア電極２５により蓋部材３８も導通接続される。一般的に感温部品の一方の端子は接地して用いられるので、端子３０ｂに接続するランドを接地することにより、蓋部材３８も接地され、シールド効果を持たせることができるし熱の伝導にも寄与する。感温部品３０の他方の端子３０ａは非接地のランドに接続されて温度検出に用いられる。従って、端子３０ａとＮＣ端子（非接続端子）である接続端子２２ａとは、導電材３６でもよいし、非導電性の接着剤でもよい。つまり、端子３０ａと接続端子２２ａとの固着は、感温部品３０と圧電振動子１０Ａとの固定が目的である。
要するに、マザーボード上のランドと感温部品３０の端子３０ａ、３０ｂとは、電気的導通と熱的伝導とが行われる。端子３０ｂは導電材３６、接続端子２２ｂ、ビア電極２５を介して蓋部材３８に導通接続し、シールド効果と熱の伝導に寄与している。マザーボード上のランドと圧電振動素子１０とは、実装端子２２ｄ、２２ｃ、ビア電極２３ａ、２３ｂ（第１の熱伝導部）、及び一対の電極パッド２８ａ、２８ｂを介して電気的導通と熱的伝導とが行われる。
【００５１】
容器２０の実装端子２２ｃ、２２ｄ、及び接続端子２２ａ、２２ｂと、第１の熱伝導部（ビア電極２３ａ、２３ｂ、第１の配線パターン２６ａ）、第２の熱伝導部２５に用いる金属材料としては、例えばタングステン材を例示することができる。キャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４の金属膜、及び第２の絶縁基板２０ｂの上部周縁に形成されるメタライズ部としてもタングステン材を用いることができる。
【００５２】
図１に示した圧電デバイス１の構成例では、マザーボード上に実装されると、マザーボード上のランドと実装端子２２ｄ、２２ｃとが接続され、実装端子２２ｄ、２２ｃと圧電振動素子１０とはビア電極（第１の熱伝導部）２３ａ、２３ｂを経由して電気的導通と熱的伝導が行われる。一方、感温部品３０は、圧電デバイス１がマザーボード上に実装された際に、マザーボード上のランドと直接電気的導通と熱的伝導が行われる。
図３の第１の絶縁基板２０ａ１を用い、図７に示すように構成した圧電デバイス１’では、実装端子２２ｄ、２２ｃと圧電振動素子１０とは、ビア電極（第１の熱伝導部）２３ａ、２３ｂを経由する経路と、キャスタレーション電極Ｃｅ４、Ｃｅ３を経て第１の配線パターン２６ａ、２６ａを経由する経路と、の２つの経路で電気的導通と熱的伝導が図られている。
【００５３】
本発明に係る圧電デバイス１の特徴は、短い時間で圧電振動素子１０の温度と感温部品３０の検出する温度とがほぼ等しくなるように、圧電振動素子１０、感温部品３０の熱容量を考慮し、第１、及び第２の熱伝導部（ビア電極２３ａ、２３ｂ、２５）の材質（熱伝導率）、それらの径と、キャスタレーション電極Ｃｅ３、Ｃｅ４、第１配線パターン２６ａ（第１の熱伝導部）の幅、厚さを設定することである。感温部品３０は直接マザーボードのランドに接続しており、熱の伝導量も多く、その温度上昇は速い。圧電振動素子１０と感温部品３０とは一般的に熱容量が異なるので、第１、及び第２の熱伝導部に流れる熱量を両者の熱容量を考慮して適切に設定する必要がある。言い換えると、圧電振動素子１０の温度と感温部品３０の温度とが短い時間でほぼ等しくなるように、即ち両者の熱的平衡状態が達成されるように、上記部材の種類、寸法形状を適切に設定することである。
【００５４】
図６（ａ）は、マザーボードＭＢに搭載した圧電デバイス１の熱の主伝導経路を示す断面図であり、同図（ｂ）は圧電デバイス１に使用される部材の熱伝導率を示す表である。圧電デバイス１を包む雰囲気内の空気の熱伝導率は極めて小さい。また、容器２０を主に構成するセラミック材（Ａｌ２Ｏ３）の熱伝導率は、例えば第１、第２の熱伝導部（ビア電極２３ａ、２３ｂ、ビア電極２５）に用いるタングステン（Ｗ）の熱伝導率に比べて１／１０程度である。従って、マザーボードＭＢに搭載された各種の増幅器等から生じる熱が、圧電デバイス１の圧電振動素子１０へ伝導する経路としては、ランド４５から実装端子２２ｄ、２２ｃに伝導し、実装端子２２ｄ、２２ｃから第１の熱伝導部２３ａ、２３ｂを経由して圧電振動素子１０へ伝導して圧電振動素子１０の温度を上昇させる経路と、ランド４５から感温部品３０の一方の端子３０ｂへ伝導し、導電材３６（導電性接着剤、半田等）を経て接続端子２２ｂへ伝わり、第２の熱伝導部２５を経て蓋部材３８へ伝導して蓋部材３８の温度を上昇させ、その輻射熱、又は収容部２７内が不活性ガスで充満されていれば対流により、圧電振動素子１０の温度を上昇させる経路と、がある。
また、感温部品３０への熱の伝導は、マザーボードＭＢのランド４５から半田等を経て直接端子３０ａ、３０ｂへ伝わり、感温部品３０の温度を上昇させる。
【００５５】
つまり、圧電振動素子１０の温度上昇に関与する経路としては、マザーボードＭＢの増幅器等から発生した熱がランド４５から実装端子２２ｄ、２２ｃに伝達し、ビア電極２３ａ、２３ｂを経由して素子搭載用の一対の電極パッド２８ａ、２８ｂ、導電性接着剤３５を介して圧電振動素子１０の端子電極１８ｂ、１８ａ、リード電極１６ｂ、１６ａを経て励振電極１４ｂ、１４ａに伝わり、圧電基板１２の温度を上昇させる。更に、ランド４５から感温部品３０の一方の端子３０ｂ、導電材３６を経て接続端子２２ｂへ伝わり、接続端子２２ｂからビア電極（第２の熱伝導部）２５を介して蓋部材３８に伝導し、蓋部材３８からの輻射熱により、又は蓋部材３８が収容部２７内の不活性ガスの温度を上昇させることにより、圧電振動素子１０の温度を上昇させる。
また、感温部品３０の温度上昇に関与する経路としては、マザーボードＭＢの熱が半田層を介して感温部品３０の電極端子３０ａ、３０ｂに伝導して、感温部品３０の温度を上昇させる。
しかし、圧電振動素子１０、感温部品３０夫々に同じ熱量が伝導したとしても、両者の熱容量により温度上昇に差が生じるので、両者の熱容量を考慮して夫々に流れ込む熱量を設定するようにする。
【００５６】
容器２０の形状寸法と、第１、及び第２の熱伝導部のメタライズ材を設定した後は、圧電振動素子１０、感温部品３０の夫々の熱容量に応じて、ランド４５から実装端子２２ｄ、２２ｃを経て圧電振動素子１０へ、ランド４５から半田層を介して感温部品３０へ、夫々所要の熱が流れるように、第１の絶縁基板２０ａの第１の熱伝導部（ビア電極）２３ａ、２３ｂの径と第２の熱伝導部２５の径とを、圧電振動素子１０と感温部品３０との温度が夫々ほぼ等しくなるように設定する。つまり、ビア電極２３ａ、２３ｂの径φ１、ビア電極２５の径φ２を適切に設定し、短い時間で圧電振動素子１０と、感温部品３０との温度がほぼ等しくなるようにする。
【００５７】
図１の実施形態のように構成し、マザーボードに実装すると、感温部品３０への熱の伝導は、マザーボードのランド４５から直接感温部品３０の端子３０ａ、３０ｂを経由して伝わる。圧電振動素子１０への熱の伝導は、ランドから実装端子２２ｃ、２２ｄを経て第１の熱伝導部２３ａ、２３ｂを経由して伝わる。圧電デバイス１は、圧電振動素子１０、感温部品３０の熱容量を考慮して、実装端子２２と電極パッド２８ａ、２８ｂとを導通接続する第１の熱伝導部の径と長さと、を適切に設定するにより、圧電振動素子１０の温度と感温部品３０の検出する温度との温度差を縮小することが可能となる。また、両者の温度差を縮小することにより圧電デバイスを外部回路に接続して動作させると、良好な周波数温度特性が得られ、また優れた周波数ドリフト特性を有する圧電発振器が実現できるという効果がある。また、周波数ドリフト特性が改善されることにより携帯電話のＧＰＳ性能を改善できるという効果がある。
第２の絶縁基板２０ｂの代わりに肉厚のシールリングを用いたので、低背化の利点がある。第２の絶縁基板２０ｂを用いないので、逆椀状（逆バスタブ状）の蓋部材３８を用いたのでコスト軽減の利点がある。
【００５８】
また、図１（ｂ）、図８（ａ）、図９（ａ）の実施形態に示すように、蓋部材３８は、シールリング４２、第２の熱伝導部２５、接続端子２２ｂ、導電材３６、感温部品３０の一方の端子３０ｂを経由してマザーボードのランド４５と導通接続される。このため、圧電振動素子１０への熱の伝導は、ランド４５、実装端子２３ｃ、２３ｄ、第１の熱伝導部２３ａ、２３ｂを経由する経路と、ランド４５、感温部品３０の一方の端子３０ｂ、導電材３６、接続端子２２ｂ、第２の熱伝導部２５、蓋部材３８を経由する経路の２経路となる。後者の経路は、蓋部材３８の温度を上昇させ、その輻射熱、または収容部２７内の対流により圧電振動素子１０の温度上昇を速め、短い時間で圧電振動素子１０の温度と感温部品３０の検出する温度との温度差がより短い時間で縮小されるという効果がある。更に、シールド効果もある。
また、図４に示すような切断角度を用いることにより、客先仕様が要求する温度特性を適切に実現できるという効果がある。
【００５９】
図７は、図３に示した第１の絶縁基板２０ａ１を用いた圧電デバイス１’の断面図と、その図に重ねて熱の伝導経路を白抜き矢印で示した図である。図１の圧電デバイス１と異なる点は、図３の第１の絶縁基板２０ａ１に示すように、第１、第２の熱伝導部（ビア電極２３ａ、２３ｂ、２５）に加え、キャスタレーション電極Ｃｅ３、Ｃｅ４を併用した点である。つまり、第１、及び第２の熱伝導部とは別に、実装端子２２ｄ、２２ｃからキャスタレーション電極Ｃｅ４、Ｃｅ３と、第１の配線パターン２６ａ、２６ａとを経由して、圧電振動素子１０へ伝導される熱も考慮に入れている点である。つまり、圧電デバイス１’では、実装端子２２ｄ、２２ｃと電極パッド２８ａ、２８ｂとの熱伝導経路は、ビア電極２３ａ、２３ｂを経由する経路と、キャスタレーション電極Ｃｅ４、Ｃｅ３と配線パターン２６ａ、２６ａを経由する経路の２つ経路がある。電気的導通に関しては、１つの経路で十分であるが、熱の伝導に関しては複数の経路がある方が伝わる熱量は多くなる。また、接続端子２２ｂはビア電極（第２の熱伝導部）２５を介してシールリング４２、蓋部材３８と熱的に導通している。蓋部材３８に熱が伝わることにより、蓋部材３８の温度が上昇し、その輻射熱、又は収容部２７内の対流により圧電振動素子１０の温度が上昇することになる。
圧電振動素子１０、感温部品３０の夫々の熱容量を考慮して、圧電振動素子１０、感温部品３０の夫々の温度が短い時間でほぼ同一温度になるように、ビア電極２３ａ、２３ｂの径φ１、ビア電極２５の径φ２と、第１の配線パターン２６ａの幅Ｗ、及び厚さｈと、を適切に設定する。
【００６０】
図３、図７の実施形態に示すように、第１、及び第２の熱伝導部は、第１の絶縁基板２０ａ１の内部を貫通する経路と、キャスタレーション電極Ｃｅを介する経路との２経路が可能となり、短い時間で感温部品３０と圧電振動素子１０との温度平衡が実現できるという効果がある。
【００６１】
図１に示すように、感温部品３０の端子３０ｂと導電材３６を介して導通接続される容器２０の接続端子２２ｂは、ビア電極２５を経由してシールリング４２と接続されることによりシールリング４２に導通接続されている。感温部品３０の一方の端子（ここでは３０ｂ）は一般に接地されて用いられるので、シールリング４２に溶接される蓋部材３８は接地されることになる。蓋部材３８がビア電極２５により接地されることにより、圧電デバイス１、圧電デバイス１’からの高周波雑音の放射を防止できる。また、キャスタレーション電極Ｃｅ２を介して蓋部材３８と接続端子２２ｂとを導通接続してもよい。
【００６２】
圧電デバイスにおいて、感温部品（サーミスタ）３０の一方の端子と蓋部材３８とを接地する利点は、次の通りである。即ち、蓋部材３８と圧電振動素子１０とは近接しているので、輻射熱、又は収容部２７内の不活性ガスの対流等により温度分布的に近い温度となる。感温部品３０の一方の端子３０ｂと導通する接続端子２２ｂと、蓋部材３８とを、第２の熱伝導部（ビア電極２５）で導通接続することにより、圧電振動素子１０の温度と感温部品３０との温度差が小さくなることが期待できる。また、キャスタレーション電極Ｃｅ２を介して接続端子２２ｂと蓋部材３８とを電気的及び熱的に導通接続してもよい。
つまり、圧電振動素子１０と感温部品３０とは、短い時間で熱的平衡状態に近づくことが推測される。更に感温部品３０の一方の端子を接地すると、主回路基板からの熱は接地の端子から多く伝導されるので、感温部品３０と蓋部材３８に熱が伝導し、感温部品３０と圧電振動素子１０との熱的平衡状態が早まる。また、蓋部材３８を接地することによりシールド効果も同時に得られる。
【００６３】
図８（ａ）は第２の実施形態例の圧電デバイス２の構成を示す断面図であり、同図（ｂ）は容器２０の第１の絶縁基板２０ａ２の平面図であり、同図（ｃ）は（ｂ）のＱ−Ｑ断面図である。圧電デバイス２の構成が図１に示す圧電デバイス１の構成と異なる点は、図１に示す第２の絶縁基板２０ｂの代わりに、図８に示すように、第１の絶縁基板２０ａ２の第１の主面（表面）の周縁部に厚肉環状のシールリング４２を焼成した点である。第１の絶縁基板２０ａ２の第１の主面（表面）と、厚肉環状のシールリング４２とで圧電振動素子１０の収容部２７を構成している。シールリング４２の上部にコバール等の蓋部材３８をシーム溶接することにより、収容部２７を気密封止することができる。気密封止した後に、感温部品３０を容器２０の側面に導電材３６により固着するのは、圧電デバイス１の場合と同様である。圧電デバイス２の方が圧電デバイス１より低背化が可能となる。
【００６４】
図９（ａ）は、第３の実施形態に係る圧電デバイス３の構成を示す断面図であり、同図（ｂ）は圧電デバイス３の変形例である。圧電デバイス３は、第１の主面の周縁部にシールリング４２を形成した第１の絶縁基板２０ａと、逆バスタブ状（逆椀状）の蓋部材３８と、圧電振動素子１０と、感温部品３０と、を備えている。第１の絶縁基板２０ａの第１の主面（表部）に設けた第１の電極パッド２８ａ、２８ｂに導電性接着剤３５を塗布し、この上に圧電振動素子１０を載置し、軽く押さえた後、所定の温度の乾燥炉内で所定の時間保持し、導電性接着剤３５を乾燥、硬化させる。また、必要に応じて真空炉内で高温アニールを行い、真空中、又は不活性ガスの雰囲気中で第１の主面の空間部を逆椀状の蓋部材３８で気密封止して表面実装型の圧電振動子１０Ａを完成する。気密封止の方法は、第１の絶縁基板２０ａの第１の主面にシールリング４２を設けた場合は、金属製の蓋部材３８を抵抗溶接し、シールリングを設けない場合は第１の絶縁基板２０ａの第１の主面の周縁部に低融点ガラス材等を塗布し、蓋部材３８を載置して気密封止する。
【００６５】
次に、表面実装型の圧電振動子１０Ａの外側面に感温部品３０の長手方向の側面を導電材３６を用いて固着して圧電デバイス３を完成する。この際、感温部品３０の一方の端子３０ｂと、第１の絶縁基板２０ａの第２の主面（裏部）に設けた接続端子２２ｂとが導電材３６により導通接続されるように注意を払う。また、第１の絶縁基板２０ａの第２の主面と、感温部品３０の底面とが同一面上になるようにする。
図９（ｂ）は、同図（ａ）の圧電デバイス３の変形例であり、逆椀状の金属製蓋部材３８に代わりに、セラミック、ガラス等の材質を用いて成形した非金属製の蓋部材３８を用いて構成した圧電デバイス３’の例である。蓋部材３８の内側壁面は、シールド効果を考慮してメタライズ加工が施されてある。
【００６６】
図１０は、第４の実施形態の圧電デバイス４を用いるデジタル携帯電話１００の構成を示す概略ブロック図である。圧電デバイス４は、既に図１で説明した容器２０を用い、収容部２７に音叉型水晶振動素子１０ｂを収容し、蓋部材３８で収容部２７を真空封止した後、感温部品３０を容器の側面に導電材３６で固着して圧電デバイス４を構成する。
図１０に示すデジタル携帯電話１００で音声を送信する場合、使用者が自分の音声をマイクロフォンに入力すると、信号はパルス幅変調・符号化の回路と変調器／復調器の回路を経てトランスミッター、アンテナスイッチを介しアンテナから送信される。一方、他者から送信された信号は、アンテナで受信され、アンテナスイッチ、受信フィルター＋アンプ回路等を経て、レシーバー回路に入り、このレシーバー回路から変調器／復調器回路に入力される。そして、復調器回路で復調された信号がパルス幅変調・符号化回路を経てスピーカーから音声として出力されるように構成されている。アンテナスイッチや変調器／復調器ブ回路等を制御するためにコントローラが設けられている。
【００６７】
このコントローラは、上述の機能の他に表示部であるＬＣＤや、数字等の入力部であるキー、さらにＲＡＭやＲＯＭ等も制御するため、用いられる音叉型水晶振動子の周波数は、高精度、高安定度であることが求められる。この要求に応えるべく、音叉型水晶振動素子１０ｂを容器２０の収容部２７に収容し、感温部品３０を容器２０の側面に固着して構成した圧電デバイスが、図１１示す圧電デバイス４である。
つまり、第４の実施形態例の圧電デバイス４が、図１に示す圧電デバイス１との異なる点は、圧電デバイス１では、圧電振動素子１０として厚みすべり振動素子を用いているが、圧電デバイス４では屈曲振動をする音叉型水晶振動素子１０ｂを用いている点が異なる。高周波の基準周波数が必要とされる場合は、圧電デバイス１が適し、低周波の基準周波数が要求される場合は圧電デバイス４が適している。
圧電振動素子１０に音叉型水晶振動素子１０ｂを用いることにより、高周波を分周することなく所望の低周波得られるという利点がある。また、圧電デバイス１〜４を用いて電子機器を製作すると、高安定で短期安定度の優れた基準周波数源が容易に構成できるという効果がある。
【００６８】
音叉型圧電振動素子について簡単に説明する。図１２（ａ）は、音叉型圧電振動素子１０ｂの平面図であり、同図（ｂ）は（ａ）のＰ−Ｐ断面図である。圧電基板５２は、フォトリソグラフィ技術とエッチング手法を用いて形成される。図１２（ａ）に示すように、音叉型圧電振動素子１０ｂは、互いに並行（平行）して直線状に延びる細幅帯状の複数の振動腕５５ａ、５５ｂと、各振動腕５５ａ、５５ｂの一方の端部（基端部）間を連接する基部５４と、各振動腕５５ａ、５５ｂの振動中心線に沿った表面及び裏面に夫々形成された溝部５７ａ、５７ｂ、５８ａ、５８ｂと、を備えている。
【００６９】
図１２（ｂ）は、同図（ａ）のＰ−Ｐ断面図であり、各振動腕５５ａ、５５ｂに夫々形成された励振電極６０、６２、６４、６６の配置を示す断面図である。励振電極６０、６４は、各溝部５７ａ（５７ｂ）、５８ａ（８ｂ）の表面、及び側面に形成され、励振電極６２、６６は各振動腕５５ａ、５５ｂの夫々両側面に形成されている。励振電極６０、６６と、励振電極６２、６４とは、互いに異符号の電圧が基部５４の電極パッド（図示せず）を介して印加されるように構成されている。つまり、励振電極６０、６６に＋電圧が印加されるとき、励振電極６２、６４には−電圧が印加され、図１２（ｂ）の矢印で示すような電界が生じ、圧電振動素子５０の重心を通る中心線に対し対称な音叉振動（屈曲振動）が励振される。
なお、溝部５７ａ（５７ｂ）、５８ａ（５８ｂ）を形成することにより、電界強度が強まり、音叉振動をより効率的に励振することができる。即ち、圧電振動素子のＣＩ（クリスタルインピーダンス）を小さくすることができる。
【００７０】
図１３は、第５の実施形態例の圧電デバイス５の構成を示す図である。図１３（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は（ａ）のＱ−Ｑ断面図である。圧電デバイス５が、図１に示す圧電デバイス１と異なる点は、第１の絶縁基板２０ａ３の第１の主面（表部）と、第２の絶縁基板２０ｂ３の環状体で形成される収容部２７に、厚みすべり振動の圧電振動素子１０ａと、屈曲振動の音叉型圧電振動素子１０ｂと、を併置して収容した点である。２つの圧電振動素子１０ａ、１０ｂを併置したので、第１の電極パッド２８ａ〜２８ｄは４個必要となり、これに対応するビア電極も４つ必要となる。また、ビア電極の個数が増えるのに応じ、実装端子の数も多くなる。
圧電デバイス５の場合も感温部品３０の一方の端子３０ｂと、容器２０の角隅部に設けられた接続端子２２ｂとは、導電材３６により導通接続されている。接続端子２２ｂと蓋部材３８とは、第１、及び第２の絶縁基板２０ａ３、２０ｂ３を貫通する第２の熱伝導部２５により導通接続され、蓋部材３８を接地できるように構成されており、シールド効果を持たせることができる。
【００７１】
図１４は、第６の実施形態例の圧電デバイス６の構成を示す図である。図１４（ａ）は斜視図であり、同図（ｂ）は平面図であり、同図（ｃ）は（ｂ）のＱ−Ｑ断面図である。圧電デバイス６は、感温部品３０を間に挟んで両側に厚み振動をする表面実装型の振動子１０Ａと、屈曲振動（音叉振動）をする表面実装型の振動子１０Ｂとが導電材３６で固着された圧電デバイスである。厚みすべり振動の振動子１０Ａ、屈曲振動の振動子１０Ｂ、及び感温部品３０の夫々については、既に説明した。感温部品３０の一方の端子３０ｂと、圧電振動子１０Ａ、及び圧電振動子１０Ｂの夫々の容器２０Ａ、２０Ｂの接続端子２２ｂ、２２ｂとは、導電材（導電性接着剤、半田等）３６にて導通接続されている。圧電振動子１０Ａ、及び圧電振動子１０Ｂの夫々の蓋部材３８は、第２の熱伝導部２５ａ、２５ｂにより、接続端子２２ｂ、２２ｂと夫々導通接続されている。従って、端子３０ｂに接続するランド４５を接地することにより、圧電振動子１０Ａ、及び圧電振動子１０Ｂの夫々の蓋部材３８が接地されるのは、圧電デバイス１〜５の場合と同様である。
圧電デバイス５、又は圧電デバイス６と、発振回路、及び補償回路を有する外部回路と併用することにより、高周波と低周波の２つの圧電発振器が構成され、温度補償された、高安定、且つ短期安定度の優れた２つの基準周波数が得られるという効果がある。
【符号の説明】
【００７２】
１、１’２、３、４、５、６…圧電デバイス、１０、１０ａ、１０ｂ…圧電振動素子、１０Ａ、１０Ｂ…圧電振動子、１２…圧電基板、１３…励振部、１４ａ、１４ｂ…励振電極、１５…周辺部、１６ａ、１６ｂ…リード電極、１８ａ、１８ｂ…端子電極、２０、２０Ａ、２０Ｂ…容器、２０ａ、２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３…第１の絶縁基板、２０ｂ、２０ｂ１、２０ｂ２、２０ｂ３…第２の絶縁基板、２２ａ、２２ｂ…接続端子、２２ｃ、２２ｄ…実装端子、２３ａ、２３ｂ…第１の熱伝導部（ビア電極）、２５、２５ａ、２５ｂ…第２の熱伝導部（ビア電極）、２６ａ…第１の熱伝導部（第１の配線パターン）、２７…収容部、２８ａ、２８ｂ…電極パッド、３０…感温部品、３０ａ、３０ｂ…端子、３５…導電性接着剤、３６…導電材、３８…蓋部材、４０…中継パッド、４２…シールリング、４５…ランド、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４…キャスタレーション、Ｃｅ１、Ｃｅ２、Ｃｅ３、Ｃｅ４…キャスタレーション電極、ＭＢ…マザーボード
【図１】
2013062707.tif 000003
【図２】
2013062707.tif 000004
【図３】
2013062707.tif 000005
【図４】
2013062707.tif 000006
【図５】
2013062707.tif 000007
【図６】
2013062707.tif 000008
【図７】
2013062707.tif 000009
【図８】
2013062707.tif 000010
【図９】
2013062707.tif 000011
【図１０】
2013062707.tif 000012
【図１１】
2013062707.tif 000013
【図１２】
2013062707.tif 000014
【図１３】
2013062707.tif 000015
【図１４】
2013062707.tif 000016