圧電デバイス、及び電子機器
【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（短期安定度）の優れた、小型の圧電デバイスを得る。
【解決手段】圧電振動素子１０と、３０感温部品と、容器２０と、を備えた圧電デバイスである。容器２０は、表面に第１の電極パッド２８ａ、２８ｂを、裏面に第２の電極パッド２９ａ、２９ｂ、及び実装端子２２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、実装端子２２に導通固定された実装用導電部材３６と、を備えている。実装端子２２と第１の電極パッド、及び実装端子２２と第２の電極パッドは、夫々第１及び第２の熱伝導部材より電気的及び熱的に接続されている。
【解決手段】圧電振動素子１０と、３０感温部品と、容器２０と、を備えた圧電デバイスである。容器２０は、表面に第１の電極パッド２８ａ、２８ｂを、裏面に第２の電極パッド２９ａ、２９ｂ、及び実装端子２２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、実装端子２２に導通固定された実装用導電部材３６と、を備えている。実装端子２２と第１の電極パッド、及び実装端子２２と第２の電極パッドは、夫々第１及び第２の熱伝導部材より電気的及び熱的に接続されている。
【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、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。
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。
【００１０】
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。
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。
【００１１】
しかしながら、特許文献１０に開示の構造では、サーミスタが圧電振動子の容器に接続されているものの、容器が絶縁性のセラミックであるため、熱伝導性の点から容器内の圧電振動素子の実際の温度と、サーミスタ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る。更に、容器の外側に突出してサーミスタが固定されているため、ハンドリング時や他の部品との接触により破損や、脱落の虞があるという問題がある。
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。
【００１２】
特許文献１２には、フレキシブル配線基板上に金属ボールを介して水晶振動子を搭載した水晶発振器が開示されている。水晶発振器は、フレキシブル配線基板の片面側のランドパターン上に直に電子部品を搭載すると共に、フレキシブル配線基板の外周縁に設けたランドパターン上に金属ボールを搭載し、更に、フレキシブル配線基板とほぼ等しい平面形状の水晶振動子を電子部品の上面を覆い、且つ、金属ボールを介して水晶振動子のセラミックパッケージの底面に設けた面実装端子とランドパターンとが導通するよう搭載したものである。
また特許文献１３には、圧電振動子の容器の実装端子に半田ボールを接合し、容器底部と半田ボールとによって作られる空間に半導体部品を収容した圧電発振器の製造方法が開示されている。半田ボールは圧電発振器をマザーボードに搭載する際に用いられる。
【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
【特許文献１２】特許第３９５６６１４号
【特許文献１３】特開２００７−２３５４８３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１０に開示の構造では圧電振動素子の実際の温度と、サーミスタが検出する温度との間に温度差が生じるという問題と、ハンドリング時に破損や、脱落の虞があるという問題がある。また、特許文献１１に開示の構造では、圧電振動素子に特性不良あると、サーミスタも廃棄させざるを得ず、コスト高となるという問題があった。
また、特許文献１２、１３では圧電振動子の温度と、その温度を感知する感温素子との温度差については言及していない。
つまり、開示された構造では、本願発明者が検証した結果からは、携帯電話に搭載されるＧＰＳ用の規格を満たすには不十分であり、更なる改善が必要とされることが明らかとなった。
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、一対の電極を両端に有する電子素子と、第１の主面に前記圧電振動素子が搭載され、前記第１の主面の反対側の第２の主面に前記電子素子が搭載される絶縁基板と、を備え、前記絶縁基板は、第１の主面側に前記圧電振動素子搭載用の第１の電極パッドと、第２の主面側に前記電子素子搭載用の第２の電極パッド、及び複数の実装端子と、を有し、前記第２の主面側は、前記実装端子に導通固定され、前記第２の電極パッドに搭載された前記電子素子よりも背高の実装用導電部材と、を備え、少なくとも１つの前記実装端子と前記第１の電極パッドとは、第１の熱伝導部材により電気的及び熱的に接続され、他の少なくとも１つの前記実装端子と前記第２の電極パッドとは、第２の熱伝導部材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。
【００１７】
この構成によれば、圧電デバイスの低背化とコスト低減とに効果があると共に、第１、及び第２の熱伝導部材を適切に設定することにより実装端子から伝わる熱の流れ（熱伝導）の速度は速く、短い時間で圧電振動素子の温度と、感温部品が検出する温度との温度差を縮小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、前記絶縁基板の第１の主面側の周縁にシールリングを設けたことを特徴とする適用例１に記載の圧電デバイスである。
【００１９】
この構成によれば、圧電デバイスの低背化、コスト低減、圧電振動素子と電子素子との温度差の縮小に効果があると共に、蓋部材が接地されることによりシールド効果があるという利点がある。
【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の主面側に前記圧電振動素子搭載用の第１の電極パッドを有し、第２の主面側に前記感温部品搭載用の第２の電極パッド、及び複数の実装端子を有する第１の絶縁基板と、前記第１の絶縁基板の第１の主面側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、前記実装端子に導通固定され、前記第２の電極パッドに搭載された前記感温部品よりも背高の実装用導電部材と、を備え、少なくとも１つの前記実装端子と前記第１の電極パッドとは、第１の熱伝導部材により電気的及び熱的に接続され、他の少なくとも１つの前記実装端子と前記第２の電極パッドとは、第２の熱伝導部材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。
【００２１】
上記の構成によれば、実装端子と第１の電極パッドとを導通接続する第１の熱伝導部材の径と長さと、実装端子と第２の電極パッドとを導通接続する第２の熱伝導部材の長さ幅と、を適切に設定することにより、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。その結果、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を縮小することが可能となり、外部回路と接続されて、優れた周波数ドリフト特性（短期安定度）を有する温度補償型圧電発振器が実現できるので、ＧＰＳ等の性能を改善できるという効果がある。
【００２２】
［適用例４］また圧電デバイスは、前記第１の主面側は、前記圧電振動素子を覆うよう凹状の蓋部材により密閉され、前記蓋部材は、前記容器の内部を貫通する第３の熱伝導部材により前記感温部品と接続する実装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２に記載の圧電デバイスである。
【００２３】
上記の構成によれば、第３の熱伝導部材により蓋部材と実装端子と導通接続され、接地されることにより、シールド効果が生じるという利点がある。
【００２４】
［適用例５］また圧電デバイスは、前記収納部を気密封止する蓋部材を備え、前記蓋部材は、前記容器の内部を貫通する第３の熱伝導部材により前記感温部品と接続する実装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３に記載の圧電デバイスである。
【００２５】
上記の構成によれば、圧電振動素子と感温部品との温度差が縮小されるという効果と、第３の熱伝導部材により蓋部材と実装端子と導通接続され、接地されることにより、シールド効果が生じるという利点がある。
【００２６】
［適用例６］また圧電デバイスは、前記第１、第３の熱伝導部材は、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２乃至５のうち何れか一項に記載の圧電デバイスである。
【００２７】
上記の構成によれば、実装端子から伝わる熱は、第１、第３の熱伝導部材を経由するため、熱の流れ（熱伝導）の速度は速く、極めて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を縮小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、前記絶縁基板は、側面にキャスタレーションを備え、当該キャスタレーションの表面には金属層が設けられ、前記第１、第３の熱伝導部材の少なくとも何れか一方の少なくとも一部は、前記金属層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と接続されていることを特徴とする適用例２乃至５のうち何れか一項に記載の圧電デバイスである。
【００２９】
上記の構成によれば、第１、第３の熱伝導部材の少なくとも何れか一方をキャスタレーション内に設けることにより、実装端子から伝わる熱の流れ（熱伝導）の速度は速く、極めて短い時間で圧電振動素子の温度と、感温部品が検出する温度との温度差を縮小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、前記第１、第３の熱伝導部材のうちの一方の少なくとも一部は、前記第１の絶縁基板の内部に貫通配置され、他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２乃至５のうち何れか一項に記載の圧電デバイスである。
【００３１】
上記の構成によれば、実装端子から伝わる熱の流れ（熱伝導）は、第１の絶縁基板の肉厚部内に設けた第１及び第３の熱伝導部材と、容器の側面に設けたキャスタレーション電極と、を経由するため熱伝導の速度が速く、極めて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を縮小できるという効果がある。
【００３２】
［適用例９］前記第２の絶縁基板の代わりに、環状の金属製基板を採用し、前記環状の金属製基板の開口部を気密封止する蓋部材を備え、前記蓋部材は、前記容器の内部を貫通する第３の熱伝導部材、或いは、前記キャスタレーションの表面に設けた前記金属層により、前記感温部品と接続する実装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８のうち何れか一項に記載の圧電デバイスである。
【００３３】
上記の構成によれば、環状の金属製基板を用いているので、圧電デバイスの低背化とコスト低減に効果がある。
【００３４】
［適用例１０］また圧電デバイスは、前記圧電振動素子の圧電基板が、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を用いたＡＴカット水晶振動素子であることを特徴とする適用例１乃至９のうち何れか一項に記載の圧電デバイスである。
【００３５】
上記の構成によれば、例えば圧電基板にＡＴカット水晶基板を用いることにより、圧電デバイスの周波数温度特性は優れた３次特性となり、長く積み上げられた温度補償技術が活用されるために、良好な周波数温度特性が得られる。また、ＡＴカット水晶基板のエッチング手法も長い経験があり、歩留まりもよく、高周波で小型の圧電基板が量産できるため、圧電デバイスのコストを低減できるという利点がある。
【００３６】
［適用例１１］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９のうち何れか一項に記載の圧電デバイスである。
【００３７】
上記の構成によれば、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、温度特性の優れた所要の基準低周波が得られるという利点がある。
【００３８】
［適用例１２］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。
【００３９】
上記の構成によれば、外部回路と併用することにより、高周波と低周波の２つの周波数が温度補償され、高安定で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。
【００４０】
［適用例１３］本発明の電子機器は、適用例１乃至１２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。
【００４１】
上記の圧電デバイス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。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【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】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５】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６】座標軸と切断角度を説明する図。
【図７】（ａ）は圧電振動素子の平面図であり、（ｂ）はＱ−Ｑ断面図。
【図８】（ａ）は圧電デバイス１の熱の伝導を説明する断面図であり、（ｂ）は部材の熱伝導率を説明する図。
【図９】圧電デバイス２の熱の伝導を説明する断面図。
【図１０】圧電デバイス３の構成を示す、（ａ）は蓋部材を省略した平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＱ−Ｑ断面図であり、（ｃ）は底面図。
【図１１】圧電デバイス４の構成を示す断面図。
【図１２】圧電デバイス５の構成を示す、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は第１の絶縁基板の表面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＱ−Ｑ断面図。
【図１３】デジタル携帯電話の構成を示すブロック図。
【図１４】圧電デバイス６の構成を示す断面図。
【図１５】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１６】圧電デバイス７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１７】(ａ)は圧電デバイス８の構成を示す断面図、(ｂ)は圧電デバイス８’の構成を示す断面図。
【図１８】圧電デバイス９の構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
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、表部（図１（ｂ）では上部）に圧電振動素子１０を収容する収容部２７を有し、底面側に感温部品３０を固着させる一対の電極パッドを有する容器（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。
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、平板環状体の第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の表部と、第１の絶縁基板２０ａの表部に対して底部を積層固定された環状体の第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。
【００４４】
図２は、図１（ｂ）に示した容器２０に用いる第１の絶縁基板２０ａの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を搭載する一対の第１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の裏面の構成を示す裏面図であり、裏面の４つの隅部に夫々実装端子２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）が形成されている。更に、第１の絶縁基板２０ａの裏面の中央部には、長手方向（図中横方向）と直交して一対の第２の電極パッド２９ａ、２９ｂが配置されており、実装端子２２ｃ、２２ｄと、第２の電極パッド２９ｂ、２９ａとが、夫々第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂにより導通接続されている。ここで、第１の絶縁基板２０ａの表部（表面）を第１の主面、底部（底面）を第２の主面とも言う。
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（図示せず）が焼成された絶縁基板である。
【００４５】
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に示す実施形態例を図２（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。第１の絶縁基板２０ａの肉厚内部には、裏面に形成された実装端子２２ａ、２２ｂと、表面に形成された圧電振動素子１０用の一対の第１の電極パッド２８ａ、２８ｂと、を夫々導通接続するビア電極２３ａ、２３ｂが貫通形成されている。
つまり、実装端子２２ａ、２２ｂは、夫々ビア電極２３ａ、２３ｂを経由して表部に設けた圧電振動素子１０搭載用の一対の第１の電極パッド２８ａ、２８ｂと電気的及び熱的に導通し、実装端子２２ｃ、２２ｄは、夫々第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂを介してして裏面に設けた感温部品３０搭載用の一対の第２の電極パッド２９ｂ、２９ａと電気的及び熱的に導通している。
ここで、一対の第１の電極パッド２８ａ、２８ｂに接続するビア電極２３ａ、２３ｂを第１の熱伝導部材と称し、一対の第２の電極パッド２９ａ、２９ｂに接続する第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂを第２の熱伝導部材と称する。なお、図２（ａ）、（ｂ）に示す第１の絶縁基板２０ａと、図１（ｂ）に示す第２の絶縁基板２０ｂとの角隅部の側壁面にはキャスタレーションＣ１〜Ｃ４が形成されている。
【００４６】
本発明に係る圧電デバイス１は、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、一対の第２の電極パッド２９ａ、２９ｂに搭載される感温部品３０よりも背高の（第１の絶縁基板２０ａ裏面からの突出長が大きい）実装用導電部材３６、例えば球形、立方体又は直方体形の導電部材が、夫々実装端子２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）に固着されている。実装端子に搭載された実装用導電部材３６の高さ（厚さ）は、実装端子に搭載された感温部品３０の高さ（厚さ）よりも高く（厚く）し、圧電デバイス１がマザーボードに実装される際に、マザーボードの表面と感温部品３０の裏面（図１（ｂ）の下面）との間に間隙ができるような高さ（厚さ）とする。実装用導電部材３６の高さ（厚さ）は、全て同一の高さ（厚さ）とし、実装されたときに容器２０がマザーボード面に対し、並行（平行）なることが望ましい。
なお、実装用導電部材３６は金属部材で構成してもよいし、樹脂部材にメッキを施して導電極部材としたものでもよい。
【００４７】
マザーボード上の所定の端子は、実装用導電部材３６を介して容器２０の実装端子２２ａ、２２ｂと導通接続し、ビア電極２３ａ、２３ｂを経由して一対の第１の電極パッド２８ａ、２８ｂと導通接続している。また、マザーボード上の所定の端子は、実装用導電部材３６を介して容器２０の実装端子２２ｃ、２２ｄと導通接続し、第２の配線パターン２６ｂ、２６を経由して一対の第２の電極パッド２９ａ、２９ｂと導通接続している。
圧電デバイス１の構成手順は、初めに容器２０の第１の電極パッド２８ａ、２８ｂに導電性接着剤３５を塗布し、その上に圧電振動素子１０を載置し、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の上部周縁を蓋部材３８でシーム溶接して密封封止して圧電振動子を構成する。次に、圧電振動子の容器２０の底面の第２の電極パッドに感温部品３０を搭載して半田等で固定し、実装端子２２に実装用導電部材３６を、例えば半田等で固着して圧電デバイス１を構成する。
容器２０の底面と実装用導電部材３６とで、容器２０の底面側に感温部品３０の収容箇所を構成すると、容器２０の構成がシンプル化してコストが低減できること、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を収容する場合に比べ、脱ガスの影響を大幅に低減でき、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の厚さに応じて、実装用導電部材３６の高さを適切に選定すればよく、容器２０の寸法は変更する必要がないという利点もある。
【００４８】
図３（ａ）は他の例に係る圧電デバイス１に用いられる第１の絶縁基板２０ａ１の平面（表面）図であり、同図（ｂ）は裏面図である。図２に示した第１の絶縁基板２０ａと、図３に示した他の例に係る第１の絶縁基板２０ａ１との違いは、図３に示す絶縁基板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の表面では、一対の第１の電極パッド２８ａ、２８ｂと、キャスタレーション電極Ｃｅ１、Ｃｅ２とを夫々導通接続する第１の配線パターン２６ａ、２６ａが形成されている点と、裏面では、実装端子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄと、キャスタレーション電極Ｃｅ１、Ｃｅ２、ＣＥ３、Ｃｅ４とが夫々導通されている点が異なっている。つまり、実装端子２２ａ、２２ｂが、ビア電極２３ａ、２３ｂを経由して第１の電極パッド２８ａ、２８ｂと導通接続すると共に、キャスタレーション電極Ｃｅ１、Ｃｅ２と第１の配線パターン２６ａ、２６ａとを経由して導通接続している点である。実装端子２２ｃ、２２ｄは、第２の配線パターンを介して第２の電極パッド２９ｂ、２９ａと導通接続している。なお、一対の第１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の熱伝導部材と称する。
つまり、実装端子２２ａ、２２ｂ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の熱伝導部材）を経由して伝導する経路と、キャスタレーション電極Ｃｅ１、Ｃｅ２を経て第１の配線パターン２６ａ、２６ａ（第１の熱伝導部材）を経由して伝導する経路とがある。
【００４９】
図４（ａ）は他の例に係る圧電デバイス１に用いられる第１の絶縁基板２０ａ２の表面図であり、同図（ｂ）は裏面図である。図４に示すキャスタレーションの側面には金属膜が焼成されてキャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４が形成されている。しかし、第１の絶縁基板２０ａ２の肉厚部内を貫通するビア電極は設けられていない。従って、実装端子２２ａ、２２ｂと、第１の電極パッド２８ａ、２８ｂとの電気的導通、熱的な伝導は、実装端子２２ａ、２２ｂからキャスタレーション電極Ｃｅ１、Ｃｅ２と、第１の配線パターン２６ａ、２６ａとを経由して行われる。また、実装端子２２ｃ、２２ｄと、第２の電極パッド２９ｂ、２９ａとの電気的導通、熱的な伝導は、第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂを経由して導通、伝導される。
【００５０】
図５（ａ）は他の例に係る圧電デバイス１に用いられる第１の絶縁基板２０ａ３の表面図であり、同図（ｂ）は裏面図である。第１の絶縁基板２０ａ３の特徴は、圧電振動素子１０用の実装端子２２ａ、２２ｃが第１の絶縁基板２０ａ３の裏面に対角状に配置されている点である。感温部品３０用の実装端子２２ｂ、２２ｄも第１の絶縁基板２０ａ３の裏面に対角状に配置されている。つまり、実装端子２２ａは、肉厚絶縁体を貫通するビア電極２３ａにより表面の第１の電極パッドの一方の電極パッド２８ａと導通接続し、実装端子２２ｃは、絶縁体を貫通するビア電極２３ｂを経て表面の中継パッド４０に接続し、第１の配線パターン２６ａを経由して第１の電極パッドの他方の電極パッド２８ｂと導通接続している。また、実装端子２２ｂ、２２ｄは夫々裏面の第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂを経て第２の電極パッド２９ｂ、２９ａに導通接続している。
容器２０の実装端子２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）と、第１の熱伝導部材（ビア電極２３ａ、２３ｂ、第１の配線パターン２６ａ）、及び第２の熱伝導部材（第２の配線パターン２６ｂ）と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。第２の絶縁基板２０ｂの上面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。
【００５１】
図１、図２に示した圧電デバイス１の構成例では、実装端子２２ａ、２２ｂと圧電振動素子１０とは、ビア電極（第１の熱伝導部材）２３ａ、２３ｂを経由して電気的導通と熱的伝導を図り、実装端子２２ｃ、２２ｄと感温部品３０とは、第２の配線パターン（第２の熱伝導部材）２６ｂを経由して電気的導通と熱的伝導を実現している。
容器２０として図３に示した第１の絶縁基板２０ａ１を用いる圧電デバイス１では、実装端子２２ａ、２２ｂと圧電振動素子１０とは、ビア電極（第１の熱伝導部材）２３ａ、２３ｂ経由する経路と、キャスタレーション電極Ｃｅ１、Ｃｅ２を経て第１の配線パターンを経由する経路と、の２つの経路で電気的導通と熱的伝導とを図っている。実装端子２２ｃ、２２ｄと感温部品３０とは、第２の配線パターン（第２の熱伝導部材）２６ｂを経由して電気的導通と熱的伝導とを図っている。
また、容器２０として図４に示した第１の絶縁基板２０ａ２を用いる圧電デバイス１では、実装端子２２ａ、２２ｂと圧電振動素子１０とは、キャスタレーション電極Ｃｅ１、Ｃｅ２と第１の配線パターン２６ａ、２６ａとを経由して電気的導通と熱的伝導を図っている。実装端子２２ｃ、２２ｄと感温部品３０とは、第２の配線パターン（第２の熱伝導部材）２６ｂを経由して電気的導通と熱的伝導とを図っている。
また、容器として図５に示した第１の絶縁基板２０ａ２を用いる圧電デバイス１では、裏面に対角状に配置された実装端子２２ａ、２２ｃは、前者はビア電極２３ａを経由し、後者はビア電極２３ｂ、中継パッド４０、第１の配線パターン２６ａを経由して、第１の電極パッド２８ａ、２８ｂと電気的導通と熱的伝導とを図っている。実装端子２２ｂ、２２ｄは、第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂにより電気的導通と熱的伝導を図っている。
【００５２】
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６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。
即ち、図１に示す圧電基板１２の一例は、図６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。
【００５３】
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、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７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７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６（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。
【００５４】
水晶基板１２の励振部１３の表裏に励振電極１４ａ、１４ｂを形成し、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を形成する。
励振電極１４ａ、１４ｂに交番電圧を印加すると、水晶振動素子１０は固有の振動周波数（共振周波数）で励振される。
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の電気抵抗を外部回路で検出し、サーミスタ３０の検知する温度が測定できる。
【００５５】
本発明に係る圧電デバイス１の特徴は、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の熱伝導部材（ビア電極）２３ａ、２３ｂと、第２の熱伝導部材（第２の配線パターン）２６ｂの各長さ、厚さ等を適切に設定することである。例えば、圧電振動素子１０、導電性接着剤３５、一対の第１の電極パッド２８ａ、２８ｂ、及び第１の熱伝導部材（ビア電極）２３ａ、２３ｂを含む全熱容量Ａと、感温部品３０、第２の電極パッド２９ａ、２９ｂ、第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂを含む全熱容量Ｂとが同じ熱容量になるように設定する。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場合が多いので、第１の熱伝導部材の熱伝導率、径と長さと、第２の熱伝導部材の熱伝導率、長さ及び幅と、を適切に設定し、全熱容量Ａ、Ｂが等しくなるようにする。言い換えると、圧電振動素子１０の温度と感温部品３０の温度とがほぼ等しくなるように、即ち両者の熱的平衡状態が素早く達成されるように、上記部材の種類、寸法形状を適切に設定することである。
しかし、全熱容量Ａ、全熱容量Ｂが等しくできない場合には、熱容量の小さい方の熱の伝導経路の熱抵抗を大きくし、圧電振動素子１０の温度と、感温部品３０の温度と、がほぼ等しくなるように、熱伝導部材の熱抵抗を適切に設定する必要がある。
【００５６】
図８（ａ）は、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の熱伝導部材（ビア電極２３ａ、２３ｂ、第２の配線パターン２６ｂ）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、主回路基板（マザーボード）の各種の増幅器等から生じる熱Ｈの大部分は、実装端子２２から第１、第２の熱伝導部材を経由して圧電振動素子１０、感温部品３０に伝導する。
【００５７】
圧電振動素子１０の温度上昇に関与する経路としては、主回路基板（マザーボード）の増幅器等から発生した熱が実装用導電部材３６を介して実装端子２２ａ、２２ｂに伝達し、ビア電極２３ａ、２３ｂを経由して一対の第１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。
また、感温部品３０の温度上昇に関与する経路としては、主回路基板の熱が実装用導電部材３６を介して実装端子２２ｃ、２２ｄに伝達し、第２の配線パターン（第２の熱伝導部材）２６ｂ、２６ｂを経由して一対の第２の電極パッド２９ｂ、２９ａに達し、半田層を経て感温部品３０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。
容器２０の形状寸法と、第１、及び第２の熱伝導部材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実装端子２２から所要の熱が流れるように、第１の絶縁基板２０ａの第１の熱伝導部材（ビア電極）２３ａ、２３ｂの径と、第２の熱伝導部材（第２の配線パターン）２６ｂ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φ、第２の配線パターンの厚さ、幅等を適切に設定し、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。
【００５８】
図１の実施形態に示す圧電デバイスは、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と第１の電極パッド２８ａ、２８ｂとを導通接続する第１の熱伝導部材（ビア電極２３ａ、２３ｂ）の径と長さと、実装端子２２と第２の電極パッド２９ａ、２９ｂとを導通接続する第２の熱伝導部材（第２の配線パターン２６ｂ）の長さと幅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。また圧電振動素子１０と感温部品３０とを外部回路に接続して動作させることにより、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（短期安定度）を有する温度補償型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（短期安定度）が改善されることにより、携帯電話のＧＰＳの性能を改善できるという効果がある。
また、例えば圧電基板にＡＴカット水晶基板を用いることにより、圧電デバイスの周波数温度特性は優れた３次特性となり、長く積み上げられた温度補償技術が活用されるために、良好な周波数温度特性が得られる。また、ＡＴカット水晶基板のエッチング手法も長い経験があり、歩留まりもよく、高周波で小型の圧電基板が量産できるため、圧電デバイス１のコストを低減できるという利点がある。
【００５９】
図９は、図３に示した第１の絶縁基板２０ａ１を用いた第２の実施形態例である圧電デバイス２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の熱伝導部材（ビア電極２３ａ、２３ｂと第２の配線パターン２６ｂ）に加え、キャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４を併用した点である。つまり、第１、及び第２の熱伝導部材とは別に、実装端子２２ａ、２２ｂからキャスタレーション電極Ｃｅ１、Ｃｅ２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。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の夫々の温度がほぼ同一温度になるように、ビア電極２３ａ、２３ｂの径φ、第１の及び第２の配線パターン２６ａ、２６ｂの夫々の幅Ｗ１、Ｗ２、及びを適切に設定する。
また、図９に示す圧電デバイス２の変形例として、キャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４と、容器２０の上部周縁に焼成したシールリング（図示せず）と、を導通接続するように構成する。この構成では、熱の伝導はキャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４を介して蓋部材３８に伝導され、蓋部材３８の輻射熱により圧電振動素子１０の温度が上昇する。つまり、圧電振動素子１０と感温部品３０との温度平衡状態が速くなる。
【００６０】
実装端子２２から伝わる熱の経路には、第１、第２の熱伝導部材を経由する経路と、キャスタレーション電極Ｃｅ１、Ｃｅ２を経由する経路と、があるため、熱の流れ（熱伝導）の速度は速く、極めて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を縮小できるという効果がある。
第１の熱伝導部材の少なくとも一方をキャスタレーション内に設けることにより、実装端子から伝わる熱の流れ（熱伝導）を調整し、圧電振動素子の温度と、感温部品が検出する温度との温度差を縮小できるという効果がある。
また、キャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４とシールリングとを接続することにより、熱はキャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４から蓋部材３８に伝導し、圧電振動素子１０の温度の上昇を速めることができるという効果がある。
【００６１】
図１０（ａ）は、第３の実施形態例の圧電デバイス３の蓋部材を省略した平面図であり、同図（ｂ）はＱ−Ｑ断面図であり、同図（ｃ）は底面図である。図１に示す圧電デバイス１では、圧電振動素子１０と導通接続する実装端子２２ａ、２２ｂは、第１の絶縁基板２０ａの裏面の短手方向（図中縦方向））に沿って配置されている。図１０に示す実施形態例の圧電デバイス３では、圧電振動素子１０用の実装端子２２ａ、２２ｃが第１の絶縁基板２０ａ３の裏面に対角状に配置されており、感温部品３０用の実装端子２２ｂ、２２ｄも第１の絶縁基板２０３の裏面に対角状に配置されている点が異なる。
圧電デバイス３に用いられる第１の絶縁基板２０ａの表面図は図５（ａ）に、裏面図は同図（ｂ）に示している。図５（ａ）、（ｂ）と、図１０（ｃ）に示すように、実装端子２２ａはビア電極２３ａを介して第１の電極パッドの一方の電極パッド２８ａと電気的及び熱的に導通接続している。実装端子２２ｃは、ビア電極２３ｂを介して表部の中継パッド４０に接続し、第１の配線パターン２６ａを経由して第１の電極パッドの他方の電極パッド２８ｂに、電気的及び熱的に導通接続されている。また、実装端子２２ｂ、２２ｄは、第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂを介して一対の第の電極パッド２９ｂ、２９ａに電気的及び熱的に導通接続している。
【００６２】
図１に示す実施形態の圧電デバイス１では、実装端子２２ａ（２２ｂ）は、ビア電極２３ａ（２３ｂ）を介して一対の第１の電極パッド２８ａ（２８ｂ）に接続し、第１の電極パッド２８ａ（２８ｂ）に搭載された圧電振動素子１０に導通接続している。更に、実装端子２２ｃ（２２ｄ）は、第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂを介して一対の第２の電極パッド２９ｂ（２９ａ）に接続し、第２の電極パッド２９ｂ（２９ａ）に搭載された感温部品３０に導通接続している。
これに対し、図１０に示す実施形態の圧電デバイス３では、実装端子２２ａ（２２ｃ）は、第１の絶縁基板２０ａ３を貫通するビア電極２３ａ（２３ｂ）を経て、ビア電極２３ａは直接第１の電極パッド２８ａに接続し、ビア電極２３ｂは中継パッド４０、第１の配線パターン２６ａを経由して第１の電極パッド２８ｂに電気的及び熱的に導通接続している。また、実装端子２２ｂ（２２ｄ）は、第１の絶縁基板２０ａ３の裏面に設けた第２の配線パターン２６ｂ（２６ｂ）を介して一対の第２の電極パッド２９ｂ、２９ａに電気的及び熱的に導通接続されている。
【００６３】
図１１は、第４の実施形態例の圧電デバイス４の構成を示す断面図である。圧電デバイス４が図１に示す実施形態例の圧電デバイス１と異なる点は、第１の絶縁基板２０ａ４と第２の絶縁基板２０ｂ４との夫々の肉厚内部で貫通するビア電極２５（第３の熱伝導部材）を設けている点である。図１１に示すように、ビア電極２５の一方の端部と実装端子２２ｃ（接地用）とを接続し、且つ他方の端部とシールリング（図示せず）とを接続することにより、シールリングに抵抗溶接される蓋部材３８は、実装端子２２ｃを介して接地されることになる。また、感温部品３０の一方の端子電極は接地して用いる場合が多く、実装端子２２ｃと第２の電極パッド２９ｂとは、実装端子２２ｃを接地することにより、感温部品３０の一方の端子電極は接地される。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４からの高周波雑音の放射を防止できる。
【００６４】
圧電デバイス（感温部品内蔵の振動子）において、感温部品（サーミスタ）３０と蓋部材３８とを接続する利点は、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温度分布的に近い温度となる。実装端子２２ｃと感温部品３０とは導通接続されており、装端子２２ｃと蓋部材３８とを第３の熱伝導部材（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。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の一方の端子電極が接続する実装端子を接地すると、主回路基板からの熱は接地の実装端子から多く伝導されるので、この実装端子を経由して感温部品３０と蓋部材３８に熱が伝導し、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。感温部品（サーミスタ）３０用に２つの実装端子と、圧電振動素子１０用に２つの実装端子の計４つの実装端子２２で感温部品３０に一方の端子に繋がる実装端子２２ｃを接地すればよく、接地用の独立の実装端子を設けなくてもよい。
【００６５】
図１１の実施の形態の圧電デバイス４では、実装端子２２から圧電振動素子１０、感温部品３０への主な熱の伝導経路として、ビア電極２３ａ、２３ｂ（第１の熱伝導部材）、第２の配線パターン２６ｂ（第２の熱伝導部材）、ビア電極２５（第３の熱伝導部材）である。他の実施例として、図１１のビア電極２５に加え、キャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４を経由して第１の電極パッド２８ａ、２８ｂと、蓋部材３８とを導通接続した圧電デバイスを構成してもよい。この場合は第２の電極パッドに接続する第２の配線パターンの幅を広くし、熱抵抗を低減する。この実施例では、圧電振動子１０と感温素子３０との温度平衡状態が、図１１の場合より速くなることが期待できる。
図１１に示す実施の形態の圧電デバイス４では、実装端子２２から伝わる熱は、第１、第３の熱伝導部材２３ａ、２３ｂ、２５を経由するため、熱の流れ（熱伝導）の速度は速く、極めて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を縮小できるという効果がある。また、熱の伝導経路として、第１、第３の熱伝導部材の少なくとも何れか一方をキャスタレーション内に設けることにより、実装端子から伝わる熱の流れ（熱伝導）の速度は速く、極めて短い時間で圧電振動素子の温度と、感温部品が検出する温度との温度差を縮小できるという効果がある。
また、実装端子２２から伝わる熱の流れ（熱伝導）は、第１の絶縁基板の肉厚部内に設けた第１及び第３の熱伝導部材２３ａ、２３ｂ及び２５と、容器の側面に設けたキャスタレーション電極とを経由するため熱伝導の速度が速く、極めて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を縮小できるという効果がある。
【００６６】
図１２（ａ）は、第５の実施形態例の圧電デバイス５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２０ａ５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５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を用いずに、図１２に示すように、第１の絶縁基板２０ａ５の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２０ａ５の表面と、厚肉環状のシールリング４２とで収容部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と、実装用導電部材３６と、を容器２０の底部に固着するのは、圧電デバイス１の場合と同様である。圧電デバイス５の方が圧電デバイス１より低背化が可能となる。
【００６７】
図１３は、第６の実施形態の圧電デバイス６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６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５０を収容し、蓋部材３８で収容部２７を真空・密封した後、感温部品３０を容器の底部に形成した第２の電極パッド２９ａ、２９に搭載し、実装端子２２に実装用導電部材３６を固着して圧電デバイス６を構成する。
図１３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ーが設けられている。
【００６８】
このコントローラーは、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１０を容器２０の収容部２７に収容し、感温部品３０を容器２０の底部に搭載した圧電デバイスが、図１４に示す圧電デバイス６である。
つまり、第６の実施形態例の圧電デバイス６と、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は厚みすべり振動素子を用いているが、圧電デバイス６では屈曲振動をする音叉型水晶振動素子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６が適している。
圧電振動素子１０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。また、圧電デバイス８を用いて電極機器を製作すると、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。
圧電デバイス１〜６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。
【００６９】
音叉型圧電振動素子について簡単に説明する。図１５（ａ）は、音叉型圧電振動素子５０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１５（ａ）に示すように、音叉型圧電振動素子５０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。
【００７０】
図１５（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１５（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。
【００７１】
図１６は、第７の実施形態例の圧電デバイス７の構成を示す図である。図１６（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７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２０ａ６の表面と、第２の絶縁基板２０ｂ６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７は、低周波と高周波の２つの基準周波数を必要とする電子機器には有用であり、１つの感温部品３０で２つの高精度の周波数を得ることができる。
圧電デバイス９を用いると、外部回路を用いることにより、高周波と低周波の２つの圧電発振器が温度補償され、高安定で短期安定度の２つの優れた基準周波数が得られるという効果がある。
【００７２】
図１７（ａ）は、第８の実施形態例の圧電デバイス８の構成を示す断面図である。圧電デバイス８は、周波数を決める圧電振動素子１０と、一対の電極を両端に有する電子素子３０ａ、例えば温度を検出するサーミスタと、第１の主面（表部）に圧電振動素子１０が搭載され、第１の主面（表部）の反対側の第２の主面（底面）に電子素子３０ａが搭載される絶縁基板２０ａ７と、を備えている。更に、絶縁基板２０ａ７は、第１の主面（表部）側に圧電振動素子１０搭載用の一対の第１の電極パッド２８ａ、２８ｂを有し、第２の主面（底面）側に電子素子３０ａ搭載用の一対の第２の電極パッド２９ａ、２９ｂ、及び複数の実装端子２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）と、を有している。第２の主面側（底面）は、実装端子２２に導通固定され、第２の電極パッド２９ａ、２９ｂに搭載された電子素子３０ａよりも背高の実装用導電部材３６と、を備えている。そして、実装端子２２ａ、２２ｂと第１の電極パッド２８ａ、２８ｂとは、第１の熱伝導部材（ビア電極）２３ａ、２３ｂにより電気的及び熱的に接続されている。また、実装端子２２ｃ、２２ｄと第２の電極パッド２９ａ、２９ｂとは、第２の熱伝導部材（配線パターン２６ｂ）により電気的及び熱的に接続されている。蓋部材３８は金属板が凹部状（バスタブ状）にプレス加工されており、例えば絶縁基板２０ａ７の第１の主面（表部）の周縁に塗布された低融点ガラスに接着、固定されて、圧電振動素子１０を密封封止している。
【００７３】
図１７（ｂ）は、同図（ａ）に示した圧電デバイス８の変形例であり、第１の主面（表部）の周縁にはシールリング４２が形成され、このシールリング４２に凹部状の蓋部材３８が溶接されて、圧電振動素子を密封封止している。更に電子素子３０ａ、例えばサーミスタ等の一方の端子に導通接続された実装端子２２ｃと、シールリング４２とは第３の熱伝導部材２５により導通接続され、且つ実装端子２２ｃを接地することにより、シールド効果の機能を持たせている。
図１８は、第９の実施形態例の圧電デバイス９の構成を示す断面図である。図１７（ｂ）の圧電デバイス８’と異なる点は、蓋部材３８の構成である。図１８の蓋部材３８は絶縁材料、例えばセラミック、ガラス等で形成され、内部壁面にはメタライズが施されている。メタライズ面と実装端子２２ｃとは、第３の熱伝導部材２５により導通接続されている。
図１７（ａ）、（ｂ）、又は図１８のように構成すれば、圧電デバイスの低背化とコスト低減とに効果があると共に、第１、及び第２の熱伝導部材、第３の熱伝導部材を適切に設定することにより実装端子から伝わる熱の流れ（熱伝導）の速度は速く、短い時間で圧電振動素子の温度と、感温部品が検出する温度との温度差を縮小できるという効果がある。
【符号の説明】
【００７４】
１、２、３、４、５、６、７、８、８’、９…圧電デバイス、１０、１０ａ、１０ｂ…圧電振動素子、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…容器、２０ａ、２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３、２０ａ４、２０ａ５、２０ａ６…第１の絶縁基板、２０ｂ、２０ｂ１、２０ｂ２、２０ｂ３、２０ｂ４、２０ｂ５、２０ｂ６…第２の絶縁基板、２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ…実装端子、２３ａ、２３ｂ…第１の熱伝導部材（ビア電極）、２５…第３の熱伝導部材（ビア電極）、２６ａ…第１の熱伝導部材（第１の配線パターン）、２６ｂ…第２の熱伝導部材（第２の配線パターン）、２７…収容部、２８ａ、２８ｂ…第１の電極パッド、２９ａ、２９ｂ…第２の電極パッド、３０…感温部品、３０ａ…電子素子、３５…導電性接着剤、３６…導電部材、３８…蓋部材、４０…中継パッド、４２…シールリング、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
【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、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。
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。
【００１０】
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。
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。
【００１１】
しかしながら、特許文献１０に開示の構造では、サーミスタが圧電振動子の容器に接続されているものの、容器が絶縁性のセラミックであるため、熱伝導性の点から容器内の圧電振動素子の実際の温度と、サーミスタ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る。更に、容器の外側に突出してサーミスタが固定されているため、ハンドリング時や他の部品との接触により破損や、脱落の虞があるという問題がある。
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。
【００１２】
特許文献１２には、フレキシブル配線基板上に金属ボールを介して水晶振動子を搭載した水晶発振器が開示されている。水晶発振器は、フレキシブル配線基板の片面側のランドパターン上に直に電子部品を搭載すると共に、フレキシブル配線基板の外周縁に設けたランドパターン上に金属ボールを搭載し、更に、フレキシブル配線基板とほぼ等しい平面形状の水晶振動子を電子部品の上面を覆い、且つ、金属ボールを介して水晶振動子のセラミックパッケージの底面に設けた面実装端子とランドパターンとが導通するよう搭載したものである。
また特許文献１３には、圧電振動子の容器の実装端子に半田ボールを接合し、容器底部と半田ボールとによって作られる空間に半導体部品を収容した圧電発振器の製造方法が開示されている。半田ボールは圧電発振器をマザーボードに搭載する際に用いられる。
【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
【特許文献１２】特許第３９５６６１４号
【特許文献１３】特開２００７−２３５４８３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１０に開示の構造では圧電振動素子の実際の温度と、サーミスタが検出する温度との間に温度差が生じるという問題と、ハンドリング時に破損や、脱落の虞があるという問題がある。また、特許文献１１に開示の構造では、圧電振動素子に特性不良あると、サーミスタも廃棄させざるを得ず、コスト高となるという問題があった。
また、特許文献１２、１３では圧電振動子の温度と、その温度を感知する感温素子との温度差については言及していない。
つまり、開示された構造では、本願発明者が検証した結果からは、携帯電話に搭載されるＧＰＳ用の規格を満たすには不十分であり、更なる改善が必要とされることが明らかとなった。
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、一対の電極を両端に有する電子素子と、第１の主面に前記圧電振動素子が搭載され、前記第１の主面の反対側の第２の主面に前記電子素子が搭載される絶縁基板と、を備え、前記絶縁基板は、第１の主面側に前記圧電振動素子搭載用の第１の電極パッドと、第２の主面側に前記電子素子搭載用の第２の電極パッド、及び複数の実装端子と、を有し、前記第２の主面側は、前記実装端子に導通固定され、前記第２の電極パッドに搭載された前記電子素子よりも背高の実装用導電部材と、を備え、少なくとも１つの前記実装端子と前記第１の電極パッドとは、第１の熱伝導部材により電気的及び熱的に接続され、他の少なくとも１つの前記実装端子と前記第２の電極パッドとは、第２の熱伝導部材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。
【００１７】
この構成によれば、圧電デバイスの低背化とコスト低減とに効果があると共に、第１、及び第２の熱伝導部材を適切に設定することにより実装端子から伝わる熱の流れ（熱伝導）の速度は速く、短い時間で圧電振動素子の温度と、感温部品が検出する温度との温度差を縮小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、前記絶縁基板の第１の主面側の周縁にシールリングを設けたことを特徴とする適用例１に記載の圧電デバイスである。
【００１９】
この構成によれば、圧電デバイスの低背化、コスト低減、圧電振動素子と電子素子との温度差の縮小に効果があると共に、蓋部材が接地されることによりシールド効果があるという利点がある。
【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の主面側に前記圧電振動素子搭載用の第１の電極パッドを有し、第２の主面側に前記感温部品搭載用の第２の電極パッド、及び複数の実装端子を有する第１の絶縁基板と、前記第１の絶縁基板の第１の主面側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、前記実装端子に導通固定され、前記第２の電極パッドに搭載された前記感温部品よりも背高の実装用導電部材と、を備え、少なくとも１つの前記実装端子と前記第１の電極パッドとは、第１の熱伝導部材により電気的及び熱的に接続され、他の少なくとも１つの前記実装端子と前記第２の電極パッドとは、第２の熱伝導部材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。
【００２１】
上記の構成によれば、実装端子と第１の電極パッドとを導通接続する第１の熱伝導部材の径と長さと、実装端子と第２の電極パッドとを導通接続する第２の熱伝導部材の長さ幅と、を適切に設定することにより、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。その結果、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を縮小することが可能となり、外部回路と接続されて、優れた周波数ドリフト特性（短期安定度）を有する温度補償型圧電発振器が実現できるので、ＧＰＳ等の性能を改善できるという効果がある。
【００２２】
［適用例４］また圧電デバイスは、前記第１の主面側は、前記圧電振動素子を覆うよう凹状の蓋部材により密閉され、前記蓋部材は、前記容器の内部を貫通する第３の熱伝導部材により前記感温部品と接続する実装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２に記載の圧電デバイスである。
【００２３】
上記の構成によれば、第３の熱伝導部材により蓋部材と実装端子と導通接続され、接地されることにより、シールド効果が生じるという利点がある。
【００２４】
［適用例５］また圧電デバイスは、前記収納部を気密封止する蓋部材を備え、前記蓋部材は、前記容器の内部を貫通する第３の熱伝導部材により前記感温部品と接続する実装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３に記載の圧電デバイスである。
【００２５】
上記の構成によれば、圧電振動素子と感温部品との温度差が縮小されるという効果と、第３の熱伝導部材により蓋部材と実装端子と導通接続され、接地されることにより、シールド効果が生じるという利点がある。
【００２６】
［適用例６］また圧電デバイスは、前記第１、第３の熱伝導部材は、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２乃至５のうち何れか一項に記載の圧電デバイスである。
【００２７】
上記の構成によれば、実装端子から伝わる熱は、第１、第３の熱伝導部材を経由するため、熱の流れ（熱伝導）の速度は速く、極めて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を縮小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、前記絶縁基板は、側面にキャスタレーションを備え、当該キャスタレーションの表面には金属層が設けられ、前記第１、第３の熱伝導部材の少なくとも何れか一方の少なくとも一部は、前記金属層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と接続されていることを特徴とする適用例２乃至５のうち何れか一項に記載の圧電デバイスである。
【００２９】
上記の構成によれば、第１、第３の熱伝導部材の少なくとも何れか一方をキャスタレーション内に設けることにより、実装端子から伝わる熱の流れ（熱伝導）の速度は速く、極めて短い時間で圧電振動素子の温度と、感温部品が検出する温度との温度差を縮小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、前記第１、第３の熱伝導部材のうちの一方の少なくとも一部は、前記第１の絶縁基板の内部に貫通配置され、他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２乃至５のうち何れか一項に記載の圧電デバイスである。
【００３１】
上記の構成によれば、実装端子から伝わる熱の流れ（熱伝導）は、第１の絶縁基板の肉厚部内に設けた第１及び第３の熱伝導部材と、容器の側面に設けたキャスタレーション電極と、を経由するため熱伝導の速度が速く、極めて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を縮小できるという効果がある。
【００３２】
［適用例９］前記第２の絶縁基板の代わりに、環状の金属製基板を採用し、前記環状の金属製基板の開口部を気密封止する蓋部材を備え、前記蓋部材は、前記容器の内部を貫通する第３の熱伝導部材、或いは、前記キャスタレーションの表面に設けた前記金属層により、前記感温部品と接続する実装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８のうち何れか一項に記載の圧電デバイスである。
【００３３】
上記の構成によれば、環状の金属製基板を用いているので、圧電デバイスの低背化とコスト低減に効果がある。
【００３４】
［適用例１０］また圧電デバイスは、前記圧電振動素子の圧電基板が、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を用いたＡＴカット水晶振動素子であることを特徴とする適用例１乃至９のうち何れか一項に記載の圧電デバイスである。
【００３５】
上記の構成によれば、例えば圧電基板にＡＴカット水晶基板を用いることにより、圧電デバイスの周波数温度特性は優れた３次特性となり、長く積み上げられた温度補償技術が活用されるために、良好な周波数温度特性が得られる。また、ＡＴカット水晶基板のエッチング手法も長い経験があり、歩留まりもよく、高周波で小型の圧電基板が量産できるため、圧電デバイスのコストを低減できるという利点がある。
【００３６】
［適用例１１］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９のうち何れか一項に記載の圧電デバイスである。
【００３７】
上記の構成によれば、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、温度特性の優れた所要の基準低周波が得られるという利点がある。
【００３８】
［適用例１２］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。
【００３９】
上記の構成によれば、外部回路と併用することにより、高周波と低周波の２つの周波数が温度補償され、高安定で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。
【００４０】
［適用例１３］本発明の電子機器は、適用例１乃至１２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。
【００４１】
上記の圧電デバイス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。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【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】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５】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６】座標軸と切断角度を説明する図。
【図７】（ａ）は圧電振動素子の平面図であり、（ｂ）はＱ−Ｑ断面図。
【図８】（ａ）は圧電デバイス１の熱の伝導を説明する断面図であり、（ｂ）は部材の熱伝導率を説明する図。
【図９】圧電デバイス２の熱の伝導を説明する断面図。
【図１０】圧電デバイス３の構成を示す、（ａ）は蓋部材を省略した平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＱ−Ｑ断面図であり、（ｃ）は底面図。
【図１１】圧電デバイス４の構成を示す断面図。
【図１２】圧電デバイス５の構成を示す、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は第１の絶縁基板の表面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＱ−Ｑ断面図。
【図１３】デジタル携帯電話の構成を示すブロック図。
【図１４】圧電デバイス６の構成を示す断面図。
【図１５】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１６】圧電デバイス７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１７】(ａ)は圧電デバイス８の構成を示す断面図、(ｂ)は圧電デバイス８’の構成を示す断面図。
【図１８】圧電デバイス９の構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
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、表部（図１（ｂ）では上部）に圧電振動素子１０を収容する収容部２７を有し、底面側に感温部品３０を固着させる一対の電極パッドを有する容器（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。
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、平板環状体の第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の表部と、第１の絶縁基板２０ａの表部に対して底部を積層固定された環状体の第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。
【００４４】
図２は、図１（ｂ）に示した容器２０に用いる第１の絶縁基板２０ａの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を搭載する一対の第１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の裏面の構成を示す裏面図であり、裏面の４つの隅部に夫々実装端子２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）が形成されている。更に、第１の絶縁基板２０ａの裏面の中央部には、長手方向（図中横方向）と直交して一対の第２の電極パッド２９ａ、２９ｂが配置されており、実装端子２２ｃ、２２ｄと、第２の電極パッド２９ｂ、２９ａとが、夫々第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂにより導通接続されている。ここで、第１の絶縁基板２０ａの表部（表面）を第１の主面、底部（底面）を第２の主面とも言う。
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（図示せず）が焼成された絶縁基板である。
【００４５】
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に示す実施形態例を図２（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。第１の絶縁基板２０ａの肉厚内部には、裏面に形成された実装端子２２ａ、２２ｂと、表面に形成された圧電振動素子１０用の一対の第１の電極パッド２８ａ、２８ｂと、を夫々導通接続するビア電極２３ａ、２３ｂが貫通形成されている。
つまり、実装端子２２ａ、２２ｂは、夫々ビア電極２３ａ、２３ｂを経由して表部に設けた圧電振動素子１０搭載用の一対の第１の電極パッド２８ａ、２８ｂと電気的及び熱的に導通し、実装端子２２ｃ、２２ｄは、夫々第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂを介してして裏面に設けた感温部品３０搭載用の一対の第２の電極パッド２９ｂ、２９ａと電気的及び熱的に導通している。
ここで、一対の第１の電極パッド２８ａ、２８ｂに接続するビア電極２３ａ、２３ｂを第１の熱伝導部材と称し、一対の第２の電極パッド２９ａ、２９ｂに接続する第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂを第２の熱伝導部材と称する。なお、図２（ａ）、（ｂ）に示す第１の絶縁基板２０ａと、図１（ｂ）に示す第２の絶縁基板２０ｂとの角隅部の側壁面にはキャスタレーションＣ１〜Ｃ４が形成されている。
【００４６】
本発明に係る圧電デバイス１は、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、一対の第２の電極パッド２９ａ、２９ｂに搭載される感温部品３０よりも背高の（第１の絶縁基板２０ａ裏面からの突出長が大きい）実装用導電部材３６、例えば球形、立方体又は直方体形の導電部材が、夫々実装端子２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）に固着されている。実装端子に搭載された実装用導電部材３６の高さ（厚さ）は、実装端子に搭載された感温部品３０の高さ（厚さ）よりも高く（厚く）し、圧電デバイス１がマザーボードに実装される際に、マザーボードの表面と感温部品３０の裏面（図１（ｂ）の下面）との間に間隙ができるような高さ（厚さ）とする。実装用導電部材３６の高さ（厚さ）は、全て同一の高さ（厚さ）とし、実装されたときに容器２０がマザーボード面に対し、並行（平行）なることが望ましい。
なお、実装用導電部材３６は金属部材で構成してもよいし、樹脂部材にメッキを施して導電極部材としたものでもよい。
【００４７】
マザーボード上の所定の端子は、実装用導電部材３６を介して容器２０の実装端子２２ａ、２２ｂと導通接続し、ビア電極２３ａ、２３ｂを経由して一対の第１の電極パッド２８ａ、２８ｂと導通接続している。また、マザーボード上の所定の端子は、実装用導電部材３６を介して容器２０の実装端子２２ｃ、２２ｄと導通接続し、第２の配線パターン２６ｂ、２６を経由して一対の第２の電極パッド２９ａ、２９ｂと導通接続している。
圧電デバイス１の構成手順は、初めに容器２０の第１の電極パッド２８ａ、２８ｂに導電性接着剤３５を塗布し、その上に圧電振動素子１０を載置し、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の上部周縁を蓋部材３８でシーム溶接して密封封止して圧電振動子を構成する。次に、圧電振動子の容器２０の底面の第２の電極パッドに感温部品３０を搭載して半田等で固定し、実装端子２２に実装用導電部材３６を、例えば半田等で固着して圧電デバイス１を構成する。
容器２０の底面と実装用導電部材３６とで、容器２０の底面側に感温部品３０の収容箇所を構成すると、容器２０の構成がシンプル化してコストが低減できること、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を収容する場合に比べ、脱ガスの影響を大幅に低減でき、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の厚さに応じて、実装用導電部材３６の高さを適切に選定すればよく、容器２０の寸法は変更する必要がないという利点もある。
【００４８】
図３（ａ）は他の例に係る圧電デバイス１に用いられる第１の絶縁基板２０ａ１の平面（表面）図であり、同図（ｂ）は裏面図である。図２に示した第１の絶縁基板２０ａと、図３に示した他の例に係る第１の絶縁基板２０ａ１との違いは、図３に示す絶縁基板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の表面では、一対の第１の電極パッド２８ａ、２８ｂと、キャスタレーション電極Ｃｅ１、Ｃｅ２とを夫々導通接続する第１の配線パターン２６ａ、２６ａが形成されている点と、裏面では、実装端子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄと、キャスタレーション電極Ｃｅ１、Ｃｅ２、ＣＥ３、Ｃｅ４とが夫々導通されている点が異なっている。つまり、実装端子２２ａ、２２ｂが、ビア電極２３ａ、２３ｂを経由して第１の電極パッド２８ａ、２８ｂと導通接続すると共に、キャスタレーション電極Ｃｅ１、Ｃｅ２と第１の配線パターン２６ａ、２６ａとを経由して導通接続している点である。実装端子２２ｃ、２２ｄは、第２の配線パターンを介して第２の電極パッド２９ｂ、２９ａと導通接続している。なお、一対の第１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の熱伝導部材と称する。
つまり、実装端子２２ａ、２２ｂ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の熱伝導部材）を経由して伝導する経路と、キャスタレーション電極Ｃｅ１、Ｃｅ２を経て第１の配線パターン２６ａ、２６ａ（第１の熱伝導部材）を経由して伝導する経路とがある。
【００４９】
図４（ａ）は他の例に係る圧電デバイス１に用いられる第１の絶縁基板２０ａ２の表面図であり、同図（ｂ）は裏面図である。図４に示すキャスタレーションの側面には金属膜が焼成されてキャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４が形成されている。しかし、第１の絶縁基板２０ａ２の肉厚部内を貫通するビア電極は設けられていない。従って、実装端子２２ａ、２２ｂと、第１の電極パッド２８ａ、２８ｂとの電気的導通、熱的な伝導は、実装端子２２ａ、２２ｂからキャスタレーション電極Ｃｅ１、Ｃｅ２と、第１の配線パターン２６ａ、２６ａとを経由して行われる。また、実装端子２２ｃ、２２ｄと、第２の電極パッド２９ｂ、２９ａとの電気的導通、熱的な伝導は、第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂを経由して導通、伝導される。
【００５０】
図５（ａ）は他の例に係る圧電デバイス１に用いられる第１の絶縁基板２０ａ３の表面図であり、同図（ｂ）は裏面図である。第１の絶縁基板２０ａ３の特徴は、圧電振動素子１０用の実装端子２２ａ、２２ｃが第１の絶縁基板２０ａ３の裏面に対角状に配置されている点である。感温部品３０用の実装端子２２ｂ、２２ｄも第１の絶縁基板２０ａ３の裏面に対角状に配置されている。つまり、実装端子２２ａは、肉厚絶縁体を貫通するビア電極２３ａにより表面の第１の電極パッドの一方の電極パッド２８ａと導通接続し、実装端子２２ｃは、絶縁体を貫通するビア電極２３ｂを経て表面の中継パッド４０に接続し、第１の配線パターン２６ａを経由して第１の電極パッドの他方の電極パッド２８ｂと導通接続している。また、実装端子２２ｂ、２２ｄは夫々裏面の第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂを経て第２の電極パッド２９ｂ、２９ａに導通接続している。
容器２０の実装端子２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）と、第１の熱伝導部材（ビア電極２３ａ、２３ｂ、第１の配線パターン２６ａ）、及び第２の熱伝導部材（第２の配線パターン２６ｂ）と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。第２の絶縁基板２０ｂの上面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。
【００５１】
図１、図２に示した圧電デバイス１の構成例では、実装端子２２ａ、２２ｂと圧電振動素子１０とは、ビア電極（第１の熱伝導部材）２３ａ、２３ｂを経由して電気的導通と熱的伝導を図り、実装端子２２ｃ、２２ｄと感温部品３０とは、第２の配線パターン（第２の熱伝導部材）２６ｂを経由して電気的導通と熱的伝導を実現している。
容器２０として図３に示した第１の絶縁基板２０ａ１を用いる圧電デバイス１では、実装端子２２ａ、２２ｂと圧電振動素子１０とは、ビア電極（第１の熱伝導部材）２３ａ、２３ｂ経由する経路と、キャスタレーション電極Ｃｅ１、Ｃｅ２を経て第１の配線パターンを経由する経路と、の２つの経路で電気的導通と熱的伝導とを図っている。実装端子２２ｃ、２２ｄと感温部品３０とは、第２の配線パターン（第２の熱伝導部材）２６ｂを経由して電気的導通と熱的伝導とを図っている。
また、容器２０として図４に示した第１の絶縁基板２０ａ２を用いる圧電デバイス１では、実装端子２２ａ、２２ｂと圧電振動素子１０とは、キャスタレーション電極Ｃｅ１、Ｃｅ２と第１の配線パターン２６ａ、２６ａとを経由して電気的導通と熱的伝導を図っている。実装端子２２ｃ、２２ｄと感温部品３０とは、第２の配線パターン（第２の熱伝導部材）２６ｂを経由して電気的導通と熱的伝導とを図っている。
また、容器として図５に示した第１の絶縁基板２０ａ２を用いる圧電デバイス１では、裏面に対角状に配置された実装端子２２ａ、２２ｃは、前者はビア電極２３ａを経由し、後者はビア電極２３ｂ、中継パッド４０、第１の配線パターン２６ａを経由して、第１の電極パッド２８ａ、２８ｂと電気的導通と熱的伝導とを図っている。実装端子２２ｂ、２２ｄは、第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂにより電気的導通と熱的伝導を図っている。
【００５２】
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６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。
即ち、図１に示す圧電基板１２の一例は、図６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。
【００５３】
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、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７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７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６（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。
【００５４】
水晶基板１２の励振部１３の表裏に励振電極１４ａ、１４ｂを形成し、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を形成する。
励振電極１４ａ、１４ｂに交番電圧を印加すると、水晶振動素子１０は固有の振動周波数（共振周波数）で励振される。
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の電気抵抗を外部回路で検出し、サーミスタ３０の検知する温度が測定できる。
【００５５】
本発明に係る圧電デバイス１の特徴は、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の熱伝導部材（ビア電極）２３ａ、２３ｂと、第２の熱伝導部材（第２の配線パターン）２６ｂの各長さ、厚さ等を適切に設定することである。例えば、圧電振動素子１０、導電性接着剤３５、一対の第１の電極パッド２８ａ、２８ｂ、及び第１の熱伝導部材（ビア電極）２３ａ、２３ｂを含む全熱容量Ａと、感温部品３０、第２の電極パッド２９ａ、２９ｂ、第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂを含む全熱容量Ｂとが同じ熱容量になるように設定する。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場合が多いので、第１の熱伝導部材の熱伝導率、径と長さと、第２の熱伝導部材の熱伝導率、長さ及び幅と、を適切に設定し、全熱容量Ａ、Ｂが等しくなるようにする。言い換えると、圧電振動素子１０の温度と感温部品３０の温度とがほぼ等しくなるように、即ち両者の熱的平衡状態が素早く達成されるように、上記部材の種類、寸法形状を適切に設定することである。
しかし、全熱容量Ａ、全熱容量Ｂが等しくできない場合には、熱容量の小さい方の熱の伝導経路の熱抵抗を大きくし、圧電振動素子１０の温度と、感温部品３０の温度と、がほぼ等しくなるように、熱伝導部材の熱抵抗を適切に設定する必要がある。
【００５６】
図８（ａ）は、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の熱伝導部材（ビア電極２３ａ、２３ｂ、第２の配線パターン２６ｂ）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、主回路基板（マザーボード）の各種の増幅器等から生じる熱Ｈの大部分は、実装端子２２から第１、第２の熱伝導部材を経由して圧電振動素子１０、感温部品３０に伝導する。
【００５７】
圧電振動素子１０の温度上昇に関与する経路としては、主回路基板（マザーボード）の増幅器等から発生した熱が実装用導電部材３６を介して実装端子２２ａ、２２ｂに伝達し、ビア電極２３ａ、２３ｂを経由して一対の第１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。
また、感温部品３０の温度上昇に関与する経路としては、主回路基板の熱が実装用導電部材３６を介して実装端子２２ｃ、２２ｄに伝達し、第２の配線パターン（第２の熱伝導部材）２６ｂ、２６ｂを経由して一対の第２の電極パッド２９ｂ、２９ａに達し、半田層を経て感温部品３０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。
容器２０の形状寸法と、第１、及び第２の熱伝導部材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実装端子２２から所要の熱が流れるように、第１の絶縁基板２０ａの第１の熱伝導部材（ビア電極）２３ａ、２３ｂの径と、第２の熱伝導部材（第２の配線パターン）２６ｂ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φ、第２の配線パターンの厚さ、幅等を適切に設定し、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。
【００５８】
図１の実施形態に示す圧電デバイスは、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と第１の電極パッド２８ａ、２８ｂとを導通接続する第１の熱伝導部材（ビア電極２３ａ、２３ｂ）の径と長さと、実装端子２２と第２の電極パッド２９ａ、２９ｂとを導通接続する第２の熱伝導部材（第２の配線パターン２６ｂ）の長さと幅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。また圧電振動素子１０と感温部品３０とを外部回路に接続して動作させることにより、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（短期安定度）を有する温度補償型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（短期安定度）が改善されることにより、携帯電話のＧＰＳの性能を改善できるという効果がある。
また、例えば圧電基板にＡＴカット水晶基板を用いることにより、圧電デバイスの周波数温度特性は優れた３次特性となり、長く積み上げられた温度補償技術が活用されるために、良好な周波数温度特性が得られる。また、ＡＴカット水晶基板のエッチング手法も長い経験があり、歩留まりもよく、高周波で小型の圧電基板が量産できるため、圧電デバイス１のコストを低減できるという利点がある。
【００５９】
図９は、図３に示した第１の絶縁基板２０ａ１を用いた第２の実施形態例である圧電デバイス２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の熱伝導部材（ビア電極２３ａ、２３ｂと第２の配線パターン２６ｂ）に加え、キャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４を併用した点である。つまり、第１、及び第２の熱伝導部材とは別に、実装端子２２ａ、２２ｂからキャスタレーション電極Ｃｅ１、Ｃｅ２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。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の夫々の温度がほぼ同一温度になるように、ビア電極２３ａ、２３ｂの径φ、第１の及び第２の配線パターン２６ａ、２６ｂの夫々の幅Ｗ１、Ｗ２、及びを適切に設定する。
また、図９に示す圧電デバイス２の変形例として、キャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４と、容器２０の上部周縁に焼成したシールリング（図示せず）と、を導通接続するように構成する。この構成では、熱の伝導はキャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４を介して蓋部材３８に伝導され、蓋部材３８の輻射熱により圧電振動素子１０の温度が上昇する。つまり、圧電振動素子１０と感温部品３０との温度平衡状態が速くなる。
【００６０】
実装端子２２から伝わる熱の経路には、第１、第２の熱伝導部材を経由する経路と、キャスタレーション電極Ｃｅ１、Ｃｅ２を経由する経路と、があるため、熱の流れ（熱伝導）の速度は速く、極めて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を縮小できるという効果がある。
第１の熱伝導部材の少なくとも一方をキャスタレーション内に設けることにより、実装端子から伝わる熱の流れ（熱伝導）を調整し、圧電振動素子の温度と、感温部品が検出する温度との温度差を縮小できるという効果がある。
また、キャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４とシールリングとを接続することにより、熱はキャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４から蓋部材３８に伝導し、圧電振動素子１０の温度の上昇を速めることができるという効果がある。
【００６１】
図１０（ａ）は、第３の実施形態例の圧電デバイス３の蓋部材を省略した平面図であり、同図（ｂ）はＱ−Ｑ断面図であり、同図（ｃ）は底面図である。図１に示す圧電デバイス１では、圧電振動素子１０と導通接続する実装端子２２ａ、２２ｂは、第１の絶縁基板２０ａの裏面の短手方向（図中縦方向））に沿って配置されている。図１０に示す実施形態例の圧電デバイス３では、圧電振動素子１０用の実装端子２２ａ、２２ｃが第１の絶縁基板２０ａ３の裏面に対角状に配置されており、感温部品３０用の実装端子２２ｂ、２２ｄも第１の絶縁基板２０３の裏面に対角状に配置されている点が異なる。
圧電デバイス３に用いられる第１の絶縁基板２０ａの表面図は図５（ａ）に、裏面図は同図（ｂ）に示している。図５（ａ）、（ｂ）と、図１０（ｃ）に示すように、実装端子２２ａはビア電極２３ａを介して第１の電極パッドの一方の電極パッド２８ａと電気的及び熱的に導通接続している。実装端子２２ｃは、ビア電極２３ｂを介して表部の中継パッド４０に接続し、第１の配線パターン２６ａを経由して第１の電極パッドの他方の電極パッド２８ｂに、電気的及び熱的に導通接続されている。また、実装端子２２ｂ、２２ｄは、第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂを介して一対の第の電極パッド２９ｂ、２９ａに電気的及び熱的に導通接続している。
【００６２】
図１に示す実施形態の圧電デバイス１では、実装端子２２ａ（２２ｂ）は、ビア電極２３ａ（２３ｂ）を介して一対の第１の電極パッド２８ａ（２８ｂ）に接続し、第１の電極パッド２８ａ（２８ｂ）に搭載された圧電振動素子１０に導通接続している。更に、実装端子２２ｃ（２２ｄ）は、第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂを介して一対の第２の電極パッド２９ｂ（２９ａ）に接続し、第２の電極パッド２９ｂ（２９ａ）に搭載された感温部品３０に導通接続している。
これに対し、図１０に示す実施形態の圧電デバイス３では、実装端子２２ａ（２２ｃ）は、第１の絶縁基板２０ａ３を貫通するビア電極２３ａ（２３ｂ）を経て、ビア電極２３ａは直接第１の電極パッド２８ａに接続し、ビア電極２３ｂは中継パッド４０、第１の配線パターン２６ａを経由して第１の電極パッド２８ｂに電気的及び熱的に導通接続している。また、実装端子２２ｂ（２２ｄ）は、第１の絶縁基板２０ａ３の裏面に設けた第２の配線パターン２６ｂ（２６ｂ）を介して一対の第２の電極パッド２９ｂ、２９ａに電気的及び熱的に導通接続されている。
【００６３】
図１１は、第４の実施形態例の圧電デバイス４の構成を示す断面図である。圧電デバイス４が図１に示す実施形態例の圧電デバイス１と異なる点は、第１の絶縁基板２０ａ４と第２の絶縁基板２０ｂ４との夫々の肉厚内部で貫通するビア電極２５（第３の熱伝導部材）を設けている点である。図１１に示すように、ビア電極２５の一方の端部と実装端子２２ｃ（接地用）とを接続し、且つ他方の端部とシールリング（図示せず）とを接続することにより、シールリングに抵抗溶接される蓋部材３８は、実装端子２２ｃを介して接地されることになる。また、感温部品３０の一方の端子電極は接地して用いる場合が多く、実装端子２２ｃと第２の電極パッド２９ｂとは、実装端子２２ｃを接地することにより、感温部品３０の一方の端子電極は接地される。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４からの高周波雑音の放射を防止できる。
【００６４】
圧電デバイス（感温部品内蔵の振動子）において、感温部品（サーミスタ）３０と蓋部材３８とを接続する利点は、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温度分布的に近い温度となる。実装端子２２ｃと感温部品３０とは導通接続されており、装端子２２ｃと蓋部材３８とを第３の熱伝導部材（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。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の一方の端子電極が接続する実装端子を接地すると、主回路基板からの熱は接地の実装端子から多く伝導されるので、この実装端子を経由して感温部品３０と蓋部材３８に熱が伝導し、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。感温部品（サーミスタ）３０用に２つの実装端子と、圧電振動素子１０用に２つの実装端子の計４つの実装端子２２で感温部品３０に一方の端子に繋がる実装端子２２ｃを接地すればよく、接地用の独立の実装端子を設けなくてもよい。
【００６５】
図１１の実施の形態の圧電デバイス４では、実装端子２２から圧電振動素子１０、感温部品３０への主な熱の伝導経路として、ビア電極２３ａ、２３ｂ（第１の熱伝導部材）、第２の配線パターン２６ｂ（第２の熱伝導部材）、ビア電極２５（第３の熱伝導部材）である。他の実施例として、図１１のビア電極２５に加え、キャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４を経由して第１の電極パッド２８ａ、２８ｂと、蓋部材３８とを導通接続した圧電デバイスを構成してもよい。この場合は第２の電極パッドに接続する第２の配線パターンの幅を広くし、熱抵抗を低減する。この実施例では、圧電振動子１０と感温素子３０との温度平衡状態が、図１１の場合より速くなることが期待できる。
図１１に示す実施の形態の圧電デバイス４では、実装端子２２から伝わる熱は、第１、第３の熱伝導部材２３ａ、２３ｂ、２５を経由するため、熱の流れ（熱伝導）の速度は速く、極めて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を縮小できるという効果がある。また、熱の伝導経路として、第１、第３の熱伝導部材の少なくとも何れか一方をキャスタレーション内に設けることにより、実装端子から伝わる熱の流れ（熱伝導）の速度は速く、極めて短い時間で圧電振動素子の温度と、感温部品が検出する温度との温度差を縮小できるという効果がある。
また、実装端子２２から伝わる熱の流れ（熱伝導）は、第１の絶縁基板の肉厚部内に設けた第１及び第３の熱伝導部材２３ａ、２３ｂ及び２５と、容器の側面に設けたキャスタレーション電極とを経由するため熱伝導の速度が速く、極めて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を縮小できるという効果がある。
【００６６】
図１２（ａ）は、第５の実施形態例の圧電デバイス５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２０ａ５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５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を用いずに、図１２に示すように、第１の絶縁基板２０ａ５の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２０ａ５の表面と、厚肉環状のシールリング４２とで収容部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と、実装用導電部材３６と、を容器２０の底部に固着するのは、圧電デバイス１の場合と同様である。圧電デバイス５の方が圧電デバイス１より低背化が可能となる。
【００６７】
図１３は、第６の実施形態の圧電デバイス６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６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５０を収容し、蓋部材３８で収容部２７を真空・密封した後、感温部品３０を容器の底部に形成した第２の電極パッド２９ａ、２９に搭載し、実装端子２２に実装用導電部材３６を固着して圧電デバイス６を構成する。
図１３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ーが設けられている。
【００６８】
このコントローラーは、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１０を容器２０の収容部２７に収容し、感温部品３０を容器２０の底部に搭載した圧電デバイスが、図１４に示す圧電デバイス６である。
つまり、第６の実施形態例の圧電デバイス６と、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は厚みすべり振動素子を用いているが、圧電デバイス６では屈曲振動をする音叉型水晶振動素子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６が適している。
圧電振動素子１０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。また、圧電デバイス８を用いて電極機器を製作すると、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。
圧電デバイス１〜６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。
【００６９】
音叉型圧電振動素子について簡単に説明する。図１５（ａ）は、音叉型圧電振動素子５０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１５（ａ）に示すように、音叉型圧電振動素子５０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。
【００７０】
図１５（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１５（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。
【００７１】
図１６は、第７の実施形態例の圧電デバイス７の構成を示す図である。図１６（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７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２０ａ６の表面と、第２の絶縁基板２０ｂ６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７は、低周波と高周波の２つの基準周波数を必要とする電子機器には有用であり、１つの感温部品３０で２つの高精度の周波数を得ることができる。
圧電デバイス９を用いると、外部回路を用いることにより、高周波と低周波の２つの圧電発振器が温度補償され、高安定で短期安定度の２つの優れた基準周波数が得られるという効果がある。
【００７２】
図１７（ａ）は、第８の実施形態例の圧電デバイス８の構成を示す断面図である。圧電デバイス８は、周波数を決める圧電振動素子１０と、一対の電極を両端に有する電子素子３０ａ、例えば温度を検出するサーミスタと、第１の主面（表部）に圧電振動素子１０が搭載され、第１の主面（表部）の反対側の第２の主面（底面）に電子素子３０ａが搭載される絶縁基板２０ａ７と、を備えている。更に、絶縁基板２０ａ７は、第１の主面（表部）側に圧電振動素子１０搭載用の一対の第１の電極パッド２８ａ、２８ｂを有し、第２の主面（底面）側に電子素子３０ａ搭載用の一対の第２の電極パッド２９ａ、２９ｂ、及び複数の実装端子２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）と、を有している。第２の主面側（底面）は、実装端子２２に導通固定され、第２の電極パッド２９ａ、２９ｂに搭載された電子素子３０ａよりも背高の実装用導電部材３６と、を備えている。そして、実装端子２２ａ、２２ｂと第１の電極パッド２８ａ、２８ｂとは、第１の熱伝導部材（ビア電極）２３ａ、２３ｂにより電気的及び熱的に接続されている。また、実装端子２２ｃ、２２ｄと第２の電極パッド２９ａ、２９ｂとは、第２の熱伝導部材（配線パターン２６ｂ）により電気的及び熱的に接続されている。蓋部材３８は金属板が凹部状（バスタブ状）にプレス加工されており、例えば絶縁基板２０ａ７の第１の主面（表部）の周縁に塗布された低融点ガラスに接着、固定されて、圧電振動素子１０を密封封止している。
【００７３】
図１７（ｂ）は、同図（ａ）に示した圧電デバイス８の変形例であり、第１の主面（表部）の周縁にはシールリング４２が形成され、このシールリング４２に凹部状の蓋部材３８が溶接されて、圧電振動素子を密封封止している。更に電子素子３０ａ、例えばサーミスタ等の一方の端子に導通接続された実装端子２２ｃと、シールリング４２とは第３の熱伝導部材２５により導通接続され、且つ実装端子２２ｃを接地することにより、シールド効果の機能を持たせている。
図１８は、第９の実施形態例の圧電デバイス９の構成を示す断面図である。図１７（ｂ）の圧電デバイス８’と異なる点は、蓋部材３８の構成である。図１８の蓋部材３８は絶縁材料、例えばセラミック、ガラス等で形成され、内部壁面にはメタライズが施されている。メタライズ面と実装端子２２ｃとは、第３の熱伝導部材２５により導通接続されている。
図１７（ａ）、（ｂ）、又は図１８のように構成すれば、圧電デバイスの低背化とコスト低減とに効果があると共に、第１、及び第２の熱伝導部材、第３の熱伝導部材を適切に設定することにより実装端子から伝わる熱の流れ（熱伝導）の速度は速く、短い時間で圧電振動素子の温度と、感温部品が検出する温度との温度差を縮小できるという効果がある。
【符号の説明】
【００７４】
１、２、３、４、５、６、７、８、８’、９…圧電デバイス、１０、１０ａ、１０ｂ…圧電振動素子、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…容器、２０ａ、２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３、２０ａ４、２０ａ５、２０ａ６…第１の絶縁基板、２０ｂ、２０ｂ１、２０ｂ２、２０ｂ３、２０ｂ４、２０ｂ５、２０ｂ６…第２の絶縁基板、２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ…実装端子、２３ａ、２３ｂ…第１の熱伝導部材（ビア電極）、２５…第３の熱伝導部材（ビア電極）、２６ａ…第１の熱伝導部材（第１の配線パターン）、２６ｂ…第２の熱伝導部材（第２の配線パターン）、２７…収容部、２８ａ、２８ｂ…第１の電極パッド、２９ａ、２９ｂ…第２の電極パッド、３０…感温部品、３０ａ…電子素子、３５…導電性接着剤、３６…導電部材、３８…蓋部材、４０…中継パッド、４２…シールリング、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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動素子と、
一対の電極を両端に有する電子素子と、
第１の主面に前記圧電振動素子が搭載され、
前記第１の主面の反対側の第２の主面に前記電子素子が搭載される絶縁基板と、
を備え、
前記絶縁基板は、
第１の主面側に前記圧電振動素子搭載用の第１の電極パッドと、
第２の主面側に前記電子素子搭載用の第２の電極パッド、及び複数の実装端子と、
を有し、
前記第２の主面側は、
前記実装端子に導通固定され、前記第２の電極パッドに搭載された前記電子素子よりも背高の実装用導電部材と、
を備え、
少なくとも１つの前記実装端子と前記第１の電極パッドとは、第１の熱伝導部材により電気的及び熱的に接続され、
他の少なくとも１つの前記実装端子と前記第２の電極パッドとは、第２の熱伝導部材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２】
前記絶縁基板の第１の主面側の周縁にシールリングを設けた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】
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の主面側に前記圧電振動素子搭載用の第１の電極パッドを有し、
第２の主面側に前記感温部品搭載用の第２の電極パッド、及び複数の実装端子を有する第１の絶縁基板と、
前記第１の絶縁基板の第１の主面側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、
前記実装端子に導通固定され、前記第２の電極パッドに搭載された前記感温部品よりも背高の実装用導電部材と、
を備え、
少なくとも１つの前記実装端子と前記第１の電極パッドとは、第１の熱伝導部材により電気的及び熱的に接続され、
他の少なくとも１つの前記実装端子と前記第２の電極パッドとは、第２の熱伝導部材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４】
前記第１の主面側は、前記圧電振動素子を覆うよう凹状の蓋部材により密閉され、
前記蓋部材は、前記容器の内部を貫通する第３の熱伝導部材により前記感温部品と接続する実装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２に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記収納部を気密封止する蓋部材を備え、
前記蓋部材は、前記容器の内部を貫通する第３の熱伝導部材により前記感温部品と接続する実装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３に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
前記第１、第３の熱伝導部材は、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２乃至５のうち何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項７】
前記絶縁基板は、
側面にキャスタレーションを備え、
当該キャスタレーションの表面には金属層が設けられ、
前記第１、第３の熱伝導部材の少なくとも何れか一方の少なくとも一部は、前記金属層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と接続されていることを特徴とする請求項２乃至５のうち何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項８】
前記第１、第３の熱伝導部材のうちの一方の少なくとも一部は、前記第１の絶縁基板の内部に貫通配置され、他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２乃至５のうち何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項９】
前記第２の絶縁基板の代わりに、環状の金属製基板を採用し、
前記環状の金属製基板の開口部を気密封止する蓋部材を備え、
前記蓋部材は、前記容器の内部を貫通する第３の熱伝導部材、或いは、前記キャスタレーションの表面に設けた前記金属層により、前記感温部品と接続する実装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８のうち何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項１０】
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を用いたＡＴカット水晶振動素子であることを特徴とする請求項１乃至９のうち何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項１１】
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９のうち何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項１２】
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１３】
請求項１乃至１２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。
【請求項１】
圧電振動素子と、
一対の電極を両端に有する電子素子と、
第１の主面に前記圧電振動素子が搭載され、
前記第１の主面の反対側の第２の主面に前記電子素子が搭載される絶縁基板と、
を備え、
前記絶縁基板は、
第１の主面側に前記圧電振動素子搭載用の第１の電極パッドと、
第２の主面側に前記電子素子搭載用の第２の電極パッド、及び複数の実装端子と、
を有し、
前記第２の主面側は、
前記実装端子に導通固定され、前記第２の電極パッドに搭載された前記電子素子よりも背高の実装用導電部材と、
を備え、
少なくとも１つの前記実装端子と前記第１の電極パッドとは、第１の熱伝導部材により電気的及び熱的に接続され、
他の少なくとも１つの前記実装端子と前記第２の電極パッドとは、第２の熱伝導部材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２】
前記絶縁基板の第１の主面側の周縁にシールリングを設けた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】
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の主面側に前記圧電振動素子搭載用の第１の電極パッドを有し、
第２の主面側に前記感温部品搭載用の第２の電極パッド、及び複数の実装端子を有する第１の絶縁基板と、
前記第１の絶縁基板の第１の主面側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、
前記実装端子に導通固定され、前記第２の電極パッドに搭載された前記感温部品よりも背高の実装用導電部材と、
を備え、
少なくとも１つの前記実装端子と前記第１の電極パッドとは、第１の熱伝導部材により電気的及び熱的に接続され、
他の少なくとも１つの前記実装端子と前記第２の電極パッドとは、第２の熱伝導部材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４】
前記第１の主面側は、前記圧電振動素子を覆うよう凹状の蓋部材により密閉され、
前記蓋部材は、前記容器の内部を貫通する第３の熱伝導部材により前記感温部品と接続する実装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２に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記収納部を気密封止する蓋部材を備え、
前記蓋部材は、前記容器の内部を貫通する第３の熱伝導部材により前記感温部品と接続する実装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３に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
前記第１、第３の熱伝導部材は、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２乃至５のうち何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項７】
前記絶縁基板は、
側面にキャスタレーションを備え、
当該キャスタレーションの表面には金属層が設けられ、
前記第１、第３の熱伝導部材の少なくとも何れか一方の少なくとも一部は、前記金属層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と接続されていることを特徴とする請求項２乃至５のうち何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項８】
前記第１、第３の熱伝導部材のうちの一方の少なくとも一部は、前記第１の絶縁基板の内部に貫通配置され、他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２乃至５のうち何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項９】
前記第２の絶縁基板の代わりに、環状の金属製基板を採用し、
前記環状の金属製基板の開口部を気密封止する蓋部材を備え、
前記蓋部材は、前記容器の内部を貫通する第３の熱伝導部材、或いは、前記キャスタレーションの表面に設けた前記金属層により、前記感温部品と接続する実装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８のうち何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項１０】
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を用いたＡＴカット水晶振動素子であることを特徴とする請求項１乃至９のうち何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項１１】
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９のうち何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項１２】
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１３】
請求項１乃至１２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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−５５５７２（Ｐ２０１３−５５５７２Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９３５９２（Ｐ２０１１−１９３５９２）
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]