圧電デバイス
【課題】パッケージ内に温度センサーまたは温度センサーを内蔵する電子部品と圧電振動素子を収納した圧電デバイスにおいて、実装基板からのセンサー部品への熱の影響を抑制し、温度センサーの測定値に基づく温度補償において、温度センサーの温度情報が圧電素子の温度と乖離せず正確な温度を得ることができる圧電デバイスを提供する。
【解決手段】ケース体２と蓋体４からなるキャビティＳ１を有するパッケージ１があり、前記キャビティ内には凹部Ｓ２が形成されており、前記凹部内に温度センサー２０または温度センサーを内蔵した電子部品を搭載し、前記凹部の上部となる同一キャビティ内に圧電素子１０を搭載する圧電デバイスであって、前記温度センサーまたは前記温度センサーを内蔵した電子部品を搭載するケース体の凹部の裏面に熱遮断部１００を形成した。
【解決手段】ケース体２と蓋体４からなるキャビティＳ１を有するパッケージ１があり、前記キャビティ内には凹部Ｓ２が形成されており、前記凹部内に温度センサー２０または温度センサーを内蔵した電子部品を搭載し、前記凹部の上部となる同一キャビティ内に圧電素子１０を搭載する圧電デバイスであって、前記温度センサーまたは前記温度センサーを内蔵した電子部品を搭載するケース体の凹部の裏面に熱遮断部１００を形成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度センサーまたは温度センサーを含むセンサー部品をパッケージ内に含む圧電振動子、または圧電発振器等の圧電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電デバイスに用いられる圧電振動子は周囲環境温度により周波数が変化する温度特性を持っている。しかしながら、例えば移動体通信機器などで用いられる圧電デバイスにおいては発振周波数の変動幅が非常に小さく、また高い精度が求められる。このことにより従来から、圧電素子とその近傍に独自の出力を持つ温度センサーや温度センサーを内蔵する電子部品を置き、当該温度センサーの情報に基づき外部もしくは電子部品内の回路にて温度補償を行うような構成の圧電デバイスが考えられている。例えば、特開２００５−２８６８９２（特許文献１）、特開２００８−２０５９３８（特許文献２）はその一例を示す先行技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２８６８９２号公報
【特許文献２】特開２００８−２０５９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧電デバイスは他の電子部品と同様プリント配線基板（実装基板）に搭載される。しかしながら、各電子部品は動作時に発熱し、その熱が他の電子部品に基板を通して伝播し、当該電子部品の特性を変動させてしまうことがあった。上記特許文献２の圧電デバイスにおいても、実装基板からの熱の影響を受けることがある。上述した従来の圧電デバイスの場合、パッケージの底部に温度センサーまたは温度センサーを含む電子部品を実装し、その上部に圧電振動素子を実装している。このため、圧電デバイスに対する実装基板の発熱による熱の伝導は温度センサーを含む電子部品側に早く到達し、圧電振動素子側への熱の伝導と時間差が生じる。よって、温度センサーの測定値と実際の圧電振動素子の温度変化が異なり、温度補償が不正確になるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、従ってその目的は、パッケージ内に温度センサーまたは温度センサーを内蔵する電子部品（以下、この二つをセンサー部品と称する。）と圧電振動素子を収納した圧電デバイスにおいて、実装基板からのセンサー部品への熱の影響を抑制し、温度センサーの測定値に基づく温度補償に関して、温度センサーの温度情報が圧電素子の温度と乖離せず正確な温度情報を得ることができる圧電デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明はケース体と蓋体からなるキャビティを有するパッケージがあり、前記キャビティ内には凹部が形成されており、前記凹部内に温度センサーまたは温度センサーを内蔵した電子部品（センサー部品）を搭載し、前記キャビティ内の前記凹部に圧電素子を搭載する圧電デバイスであって、前記温度センサーまたは前記温度センサーを内蔵した電子部品（センサー部品）を搭載するケース体の凹部の裏面に熱遮断部を設ける事を特徴とする圧電デバイスである。
【０００７】
上記センサー部品としては、温度センサー、発振回路と温度センサーとなる部分を含むＩＣ（集積回路）、発振回路と補償回路と温度センサーとなる部分を含むＩＣ（集積回路）を例示できる。
【０００８】
上記構成により、ケース体の空間を蓋体と接合部材によって気密封止し、キャビティを有するパッケージが構成される。この圧電デバイスを他の電子部品と共に基板に実装した際、圧電素子とセンサー部品が同一キャビティ内にあることにより、両者の環境温度変化が乖離しにくくなる。また、センサー部品を搭載するケース体の凹部の裏面に熱遮断部があることにより、実装基板からセンサー部品への熱の伝導を抑制し、センサー部品の上部に圧電素子を配置した構成であっても圧電素子とセンサー部品への熱の伝導を略同一とすることができる。このため、センサー部品に内蔵された温度センサーの感知する温度と圧電素子の実際の温度とが略同一となり、温度補償の精度を高めたり、圧電素子の正確な温度情報を外部の温度補償回路等に提供することができる。
【０００９】
また、前述した熱遮断部は、空間部であってもよい。この熱遮断部はパッケージのセンサー部品を搭載する凹部の裏面に有り、反対面に配置されたセンサー部品と同等かそれより大きい面積を有することが好ましい。
【００１０】
また、裏面に設けられる熱遮断部となる空間部は、センサー部品の搭載位置である凹部よりも小さい面積であっても大きい面積であってもよい。
【００１１】
上記構成をとることにより、圧電デバイスを実装する基板からの熱は空間の存在する部分においては直接パッケージを暖めることができない。このため、パッケージ内のセンサー部品への熱の伝導を抑制することが可能であり、圧電素子とセンサー部品の温度を略同一とすることができる。
【００１２】
また、熱遮断部を設けた圧電デバイスのパッケージにおいて、センサー部品の直下に空隙部を設けてもよい。この空隙部はパッケージのキャビティ内の一部を構成し、センサー部品を搭載するための凹部内にあっても、凹部の底面より下部にあってもよい。
【００１３】
上記構成をとることにより、圧電デバイスを実装する基板からのセンサー部品への熱の伝導をケース体裏面に設けられた熱遮断部だけでなく、空隙部においても抑制することが可能であり、圧電素子とセンサー部品への熱の伝わりを略同一とすることができる。
【００１４】
また、熱遮断部を設けた圧電デバイスにおいて、ケース体と蓋体などから形成されるパッケージのキャビティ内を真空雰囲気に気密封止してもよい。
【００１５】
圧電デバイスのキャビティ内部に不活性ガス等の気体が存在すると、ガス分子を介する熱伝導が生じるが、圧電デバイスのパッケージ内を真空雰囲気とすると、キャビティ内の圧電素子とセンサー部品への熱の伝わりはケース体への搭載部分によるものが大部分を占め、内部にガスが存在する場合のガスからの熱伝導を防ぐことが可能である。このため、圧電素子とセンサー部品への熱の影響を抑制しやすくなる。
【００１６】
また、熱遮断部を設けた圧電デバイスパッケージにおいて、パッケージのキャビティ内に収納される圧電素子を両側保持する構成としてもよい。
【００１７】
圧電素子を両側保持することにより、パッケージに大きな衝撃が加わった際にも、圧電素子が大きく揺れることがなく、またパッケージが変形した場合においても圧電素子と接触することがなく、耐衝撃性にすぐれた圧電デバイスを提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明の圧電デバイスによれば、パッケージ内の同一キャビティに収納された圧電素子とセンサー部品への熱伝導が等しくなり、圧電素子の温度情報がセンサー部品の温度センサーから正確に取得できる圧電デバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す圧電デバイスの模式的な断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態の模式的な平面図（ａ）ケース体 （ｂ）圧電素子 （ｃ）ケース体裏面図
【図３】第１の実施形態の第１の変形例を示す圧電デバイスの模式的な断面図。
【図４】（ａ）第１の実施形態の第２の変形例を示す圧電デバイスの模式的な断面図。 （ｂ）第１の実施形態の第２の変形例における圧電デバイスの裏面を模式的に示す平面図。
【図５】第１の実施形態の第３の変形例を示す圧電デバイスの模式的な断面図
【図６】（ａ）本発明の第２の実施形態を示す圧電デバイスの模式的な断面図。 （ｂ）本発明の第２の実施形態おける圧電デバイスのケース体を模式的に示す平面図。 （ｃ）本発明の第２の実施形態おける圧電デバイスの裏面を模式的に示す平面図。
【図７】第２の実施形態の第２の変形例を示す圧電デバイスの模式的な断面図。
【図８】本発明の第３の実施形態を示す圧電デバイスの模式的な断面図。
【図９】本発明の第３の実施形態の模式的な平面図。 （ａ）センサー部品を搭載したケース体 （ｂ）圧電素子部 （ｃ）ケース体裏面図
【図１０】従来の圧電デバイスの模式的な断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明による好ましい実施の形態について図面に基づいて説明する。
本発明による第１の実施の形態を表面実装型の水晶振動デバイスを例にとり、図１および図２、図３、図４と共に説明する。
【００２１】
圧電振動デバイスは平面視矩形状の圧電素子１０とセンサー部品２０と、これら圧電素子１０とセンサー部品２０を搭載するパッケージ１で構成される。そしてパッケージ１とは上部が開口したキャビティＳ１を有するケース体２とケース体２を封止する蓋体４とその接合部材３で構成される。
【００２２】
パッケージ１は、少なくとも圧電素子１０および温度センサーもしくは温度センサーを含むセンサー部品２０を収容可能な筐体である。パッケージ１の内部にはキャビティＳ１が形成される。キャビティＳ１はセンサー部品２０を収容するための凹部Ｓ２を有し、その上部に圧電素子１０が設置される。 パッケージの形状は限定されず、例えば直方体状などとすることができる。パッケージ１の機能としては、一つは圧電素子１０およびセンサー部品２０が外部と機械的に接触しないようにすることと、キャビティＳ１内に密閉することが挙げられる。また、パッケージ１は複数の部材から構成されてもよい。本発明の第１乃至３の実施形態の圧電デバイスにおいては、パッケージ１はケース体２および接合部材３、蓋体４から構成されている。
【００２３】
ケース体２は、圧電素子１０及びセンサー部品２０を収容することができる前述のキャビティＳ１と凹部Ｓ２を有し、上方が開口した容器状の構成であり、長辺と短辺を持つ矩形である。容器内のセンサー部品２０の収納位置、すなわち前記凹部Ｓ２の裏面側に熱遮断部１００を有する。本発明の第1の実施形態において熱遮断部１００はケース体２の厚さ方向に窪んだ空間部である。また、ケース体２はキャビティＳ１の外周に堤部２-Ａを有し、堤部２-Ａの上面に堤部上面２-Ｂを有し、当該堤部上面の一部と蓋体４が接合される。本実施の形態においては平面で見て、前期凹部Ｓ２が熱遮断部１００より大きな構成となっている。
【００２４】
ケース体２の構成は、アルミナセラミックの絶縁素材を複数積層することによって形成されている。また、ケース体２は内部底面に段差を有しており、ケース体２内部には外部への電気的接続となる配線が形成されている。本発明の実施例１においては圧電素子用電極パット３１，３２は図２（ａ）に示すように、ケース体２のキャビティＳ１内の底面の長手方向の一辺に偏り、短辺方向に並んで２個一対で形成される。また、センサー部品用電極パット４１，４２は図２（ａ）に示すように、キャビティＳ１内の凹部Ｓ２の底面に長手方向に伸びた形にて、２個一対で形成されている。上記、圧電素子用電極パット３１，３２、センサー部品用電極パット４１，４２はW（タングステン）によるメタライズ膜の上に、Ｎｉ，Ａｕのメッキ膜が積層して構成されている。センサー部品用電極パット４１，４２はセンサー部品２０の搭載部であるが、センサー部品用電極パット４１，４２は平行に配置されるとともに、その中央部分には相互に近接する凸部４１１，４２１が形成されている。センサー部品が小型サイズとなった場合、凸部間で導電接合することができ、搭載するセンサー部品２０のサイズを幅広く設定することが可能となる。また、本実施例においてはケース体２の基材にアルミナセラミックを用いているが、その他の例としてガラスセラミック、ガラス等の絶縁素材を用いてもよい。
【００２５】
また、ケース体２はビアホールと内部配線を有しており（図示せず）、これらにより、ケース体２の電気配線を行っている。ケース体２の表面の圧電素子用電極パット３１，３２およびセンサー部品用電極パット４１，４２から内部配線に向けて伸びるスルーホールを設け、そのスルーホール内部を導電材で埋めることにより、電気的接続をするためのビアホールを構成している。このビアホールに使用される導電材としては、例えば、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）などの金属が上げられる。内部配線はケース体２外周の角部に設けられたキャスタレーションに有る金属膜からなる端子電極Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４に繋がっており、それぞれの裏面の外部端子５１，５２，５３，５４に電気的接続がされている。なお、端子電極及び外部接続端子もW（タングステン）によるメタライズ膜の上に、Ｎｉ，Ａｕのメッキ膜が積層して構成されている。圧電素子用電極パット３１は端子電極Ｋ３に内部配線で繋がっており、圧電素子用電極パット３２は端子電極Ｋ２に繋がっている。また、センサー部品用電極パット４１は端子電極Ｋ１に内部配線で繋がっており、センサー部品用電極パット４２は端子電極Ｋ４に繋がっている。以上の構成により圧電素子用電極パット３１，３２はそれぞれ外部端子５３，５２に電気的接続され、センサー部品用電極パット４１，４２はそれぞれ外部端子５１，５４に電気的接続されている。
【００２６】
次に前記ケース体２のアルミナセラミックの作製方法の例を上げる。
アルミナセラミックから成る場合、所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加し、混合してセラミックグリーンシートを得る。セラミックグリーンシートの表面などに圧電素子用電極パット３０やセンサー部品用電極パット４０、外部接続端子５等となる導電ペーストを所定のパターンにて塗布するとともに、セラミックグリーンシートに予め穿設しておいたスルーホール内にビア導通材となる導電ペースト（メタライズ用ペースト）を塗布し、これを複数枚積層してプレス成型した後、高温で焼成することによって製作される。
この積層の際、キャビティＳ１、凹部Ｓ２および空間部に対応する数層分のセラミックグリーンシートの中央に穴を開けたものを使用することによって、キャビティＳ１、凹部Ｓ２および熱遮断部となる空間部を形成することができる。
【００２７】
蓋体４は、ケース体２の上部開口を封止するものであり、平面で見た際に長方形のセラミックからなる。長方形の外縁部には四角の枠状にＡｕＳｎからなる金属ろうが配置された構成となっている。蓋体４は、ケース体２のキャビティＳ１を覆うサイズであり、堤部上面２-Ｂと接着することによってパッケージ１を構成し、圧電素子１０やセンサー部品２０が動作する空間であるキャビティＳ１を不活性ガス雰囲気や真空雰囲気に気密封止するものである。また、本実施例においては蓋体４はセラミックを用いているが、その他の例としてガラス、水晶や、４２アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）、コバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）、リン青銅などの金属を用いてもよく、その形状はケース体２を封止して密閉空間とすることができる形状であればよく特に限定されない。またその素材によって接合材は異ならせてもよい。
【００２８】
次に蓋体４とケース体２の接着方法について説明する。ケース体２の堤部上面２-Ｂに予めＷ（タングステン）などから構成されるメタライズ膜（図示せず）を設け、その上にＮｉ，Ａｕなどからなるメッキ膜を配する。堤部上面２-Ｂ上に蓋体４のＡｕＳｎろうが接するように配した後、加熱することによってＡｕＳｎにより、ケース体２と蓋体４とが接合されパッケージ１が密閉される。本実施形態における封止方法は金属ろう封止であるが、ケース体２および蓋体４の材質によって接合部材３は異なり、接着方法も異なる。その他の例として、シーム溶接、電子ビーム溶接などの溶接方法や、低融点ガラス封止、樹脂封止などの接着剤を用いる方法をとることも可能である。
【００２９】
圧電素子１０はパッケージ１のキャビティＳ１内にセンサー部品より上部に配置される。圧電素子１０は長辺と短辺を有する矩形状のＡＴカット水晶板を用い、その表裏面に対向して電極が形成されている。当該電極は水晶板の上面にＣｒ膜を形成し、その上面にＡｕまたはＡｇからなる膜を積層して構成される。また、本実施例における圧電振動子１０はＡＴカット水晶振動板であるが、その他の例としてタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、圧電セラミック等の圧電材料で形成されてもよく、圧電素材が水晶であった場合、ＳＣカット振動子、音叉型振動子、双音叉型振動子などを使用することができ、圧電素子１０の形状は限定されない。
【００３０】
圧電素子１０の電極は図２の（ｂ）に示すように、中央に表裏対向した長辺と短辺を有する長方形状の励振電極７０を持ち、その励振電極７０からの一方の短辺の角部への延長部と、短辺の一方に２個一対で設けられる引き出し電極７１，７２を有する。この引き出し電極７１，７２は、それぞれケース体２の圧電素子用電極パット３１，３２に接着する部分となる。また、ケース体２上に配される枕１２は、帯状に伸びた突起部であり、外部からの衝撃を受けた際、圧電素子１０のたわみを抑制し、耐衝撃性を向上させるためのものである。
【００３１】
導電性接着剤１１はキャビティＳ１内にあり、ケース体２の一方の短辺側にて圧電素子１０をケース体２に固定し、導通させるためのものである。圧電素子１０の引き出し電極７１，７２をそれぞれ、ケース体２の圧電素子用電極パット３１，３２上に接着する。これにより、圧電素子１０上に形成された励振電極７０と電気的接続をおこなう。導電性接着剤１１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。この導電性粉末は、Ｐｄ，Ａｇを組み合わせて用いる。本実施例における導電性粉末はＰｄ，Ａｇであるが、その他の例としてＡｌ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｎｉ，ＮｉＦｅ，のうちのいずれかまたはこれらのどの組み合わせを含むものが用いられてもよく、また、導電性接着剤１１の代わりに金属バンプ等を用いてもよい。
【００３２】
センサー部品２０はキャビティＳ１内にある凹部Ｓ２に配置されるサーミスタからなる温度センサーである。センサー部品２０は外部入力端子と外部出力端子（図示せず）を有し、それぞれがケース体２に設けられたセンサー部品用電極パット４１，４２上に接合材２１にて固定され、導通をとることにより、温度データ信号がパッケージ外部へと出力される。本実施例におけるセンサー部品はサーミスタからなる温度センサーとしたが、ダイオードやトランジスタを温度センサーとして用いてもよい。また、温度センサー単体以外に、温度センサーを含むＩＣ（集積回路）であってもよい。例として、発振回路と温度センサーとなる部分を含むＩＣ（集積回路）や、発振回路と温度補償回路と温度センサーとなる部分をふくむＩＣ（集積回路）であってもよい。
【００３３】
接合材２１はセンサー部品２０を凹部Ｓ２内に固定し、センサー部品２０の外部端子とセンサー部品用電極パット４１，４２との導通をとるためのものであり、導電性接着剤からなる。また、その他の例として、固定としての機能だけでなく電気的な接続を兼ねられる金属バンプ接合、半田接合などがある。非導電性接着剤を用いる場合はセンサー部品２０の外部端子からセンサー部品用電極パット４１，４２へワイヤーボンディング等で導通を取る必要がある。
【００３４】
以上の構成物からなる本実施例１の圧電デバイスの製法を説明する。ケース体２の凹部Ｓ２内のセンサー部品用電極パット４１，４２にセンサー部品２０を接合材２１を用いて固定し、その上部となる圧電素子用電極パット３１，３２に圧電素子１０を導電性接着剤１１を用いて固定する。この際、圧電素子用電極パット３１，３２に圧電素子１０の引き出し電極７１，７２がそれぞれ対応するように配置する。圧電素子１０、電子部品２０を固定したケース体２上にＮ２雰囲気中で蓋体４を配し、ケース体２の堤部上面２-Ｂ上のメッキ膜のＡｕと蓋体４のろう材ＡｕＳｎが加熱溶融接合される３２０〜３６０度まで加熱し、キャビティＳ１内をＮ２雰囲気としたまま気密封止する。
【００３５】
本発明の第１の実施例においては温度センサーのケース体２の裏面に熱遮断部となる空間を設けているため、実装基板からの熱がそのまま温度センサー部分へと伝わることを防ぐことが可能である。このため温度センサーによって圧電素子１０の正確な温度データを得ることができる。
【００３６】
次に本発明による第１の実施形態における変形例を表面実装方の水晶振動子デバイスを例にとり、図３〜図５と共に説明する。
【００３７】
図３および図４における変形例は図１に対し、平面視において凹部Ｓ２の面積とケース体２の裏面に設けられた熱遮断部１００の面積を変更したものである。
【００３８】
図３と図４は凹部Ｓ２と熱遮断部１００部分の変形例である。図３における熱遮断部１０１はセンサー部品２０と平面で見て重畳する位置にあり、かつ同等の面積としたしたものである。図４における熱遮断部１０２はセンサー部品２０より、より大きな面積としたものである。熱遮断部１００は熱遮断部１０２の様にセンサー部品２０より大きい面積を有する方が効果的である。しかし、熱遮断部１００を大きくしすぎるとケース体２の強度低下をまねくので注意が必要である。また、ケース体２の凹部においては図３の凹部Ｓ２-Ａでは熱遮断部１０１よりも大きい面積を有し、図４の凹部Ｓ２-Ｂでは熱遮断部１０２よりも小さい面積となっている。図３の凹部Ｓ２-Ａではセンサー部品２０の搭載性が良く、また、キャビティＳ１内が不活性ガス雰囲気である場合、ガスを介したセンサー部品２０への熱伝導が遅くなり、図４の凹部Ｓ２-Ｂに比べると熱の抑制効果をえることができる。
【００３９】
図５は第１の実施形態で示したケース体２の堤部２-Ａに代えて、側壁を金属リング６で形成するとした変形例である。
【００４０】
図５においてはパッケージ１はケース体２、接合部材３、蓋体４、金属リング６、からなる。蓋体４と金属リング６はコバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）からなり、金属リング６は中心が打ち抜かれた枠状となっている。また蓋体４と金属リング６のその他の例として４２アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）などの金属から形成されてもよい。金属リング６を用いてパッケージ１の側壁を構成する際は、ケース体２の上面の金属リングを配置する部分にＷからなるメタライズ膜（図示せず）を設け、その上部に下面にＡｇＣｕろう板のついたコバールリングを置き、加熱溶融し接合する。更にその上にＮｉ，Ａｕによるメッキ膜を積層して構成されている。
【００４１】
上記、金属リング６を側壁とする際の封止方法はシーム封止を用いる。蓋体４は表面をＮｉで覆われており、蓋体４は金属リング６のＡｕメッキ膜上に配される。シーム溶接機の通電ローラー電極によって蓋体４の稜線部分を押圧しながら電気をかけ走行することによって蓋体４の接点のＮｉと金属リング６のＡｕ面の下部にあるＮｉ面が溶融し、Ｎｉが接合部材となって気密封止が行われる。
【００４２】
次に本発明による第２の実施形態を表面実装型の水晶振動発振器を例にとり、図６各図と共に説明する。
【００４３】
本発明による第２の実施形態は第１の実施形態におけるセンサー部品２０の直下に空隙部２００を設ける形態である。
【００４４】
図６における本発明の第２の実施形態は、ケース体２の凹部Ｓ２の底面よりも下にセンサー部品２０よりも小さい凹部を設け、その上にセンサー部品２０を配することにより、センサー部品２０の直下に空隙部２００を形成するものである。また、第２の実施形態におけるセンサー部品２０は発振回路と温度センサーとなる部分を含むＩＣ（集積回路）チップを用いている。
【００４５】
センサー部品２０を発振回路と温度センサーからなる部分を含むＩＣチップとした場合、その裏面には外部端子が６つあり、電源端子とそれに対応するＧＮＤ（Ｇｒａｎｄ）端子がセンサー部品用電極パット４４，４９に繋がり、圧電素子用端子の２つがセンサー部品用電極パット４５，４８に繋がる。発振周波数の出力端子はセンサー部品用電極パット４６に繋がり、ＩＣ内部からの温度データの出力端子がセンサー部品用電極パット４７に繋がっている。センサー部品用電極パット４５，４８は内部配線によってそれぞれ圧電素子用電極パット３１，３２と振動子の周波数確認端子電極Ｋ５，Ｋ６に繋がっており、ＩＣと圧電素子用１０を電気的に接続すると共に、外部から圧電素子１０の周波数単体を確認することができるようになっている。電源端子とＧＮＤ（Ｇｒａｎｄ）端子の繋がった電極パット４４，４９はそれぞれ端子電極Ｋ１，Ｋ４へ、発振周波数の出力端子の繋がった電極パット４６はＫ３へ、温度データの出力端子が繋がった電極パット４７はＫ２へと内部配線によって繋がっており、それぞれが外部端子５１，５２，５３，５４へ繋がっている。
【００４６】
また、第２の実施形態におけるケース体２の変更点以外については、上記実施例で用いられるパッケージ１を構成するケース体２、接合部材３、蓋体４と、圧電素子１０、導電性接着剤１１、接合材２１は本発明の第１の実施形態にて用いられる素材及び機能を持つものであり、その形状も順ずるものである。
【００４７】
上記第２の実施形態をとることにより、圧電デバイスを実装する基板からの熱の伝導はセンサー部品２０に伝わる際に、ケース体２の裏面に設けられた熱遮断部だけでなくセンサー部品２０の直下に形成される空隙部２００においても抑制される。これにより、圧電素子１０とセンサー部品２０への実装基板からの熱の伝わりを略同一とすることができる。
【００４８】
次に本発明による第２の実施形態の変形例を表面実装方の水晶振動子デバイスを例にとり、図７と共に説明する。
【００４９】
図７における第２の実施形態は、ケース体２の凹部Ｓ２内にセンサー部品２０を搭載するための脚部２２を設け、その上にセンサー部品２０を配置することによりセンサー部品２０の直下に空隙部２０１を形成するものである。また、このセンサー部品２０を搭載するための脚部２２はセンサー部品搭載用パット４４，４５，４６と４７，４８，４９上に設けられ、Ｗのメタライズ膜を多層に積層形成し、その表面にＮｉ，Ａｕをメッキ形成した構成である。また、ここで用いられるパッケージ１を構成する、接合部材３、蓋体４と、圧電素子１０、接合材２１は本発明の第２の実施形態にて用いられる素材及び機能を持つものであり、変形例におけるセンサー部品２０と、ケース体２の電極及び内部配線は、上記第２の実施形態に順ずる。すなわち、センサー部品２０の６つの外部端子は上記と同様に外部接続端子５１〜５４と周波数確認端子電極Ｋ５，Ｋ６に接続されている。
【００５０】
上記第２の実施形態の変形例をとることにより、圧電デバイスを実装する基板からの熱の伝導はセンサー部品２０に伝わる際に、ケース体２の裏面に設けられた熱遮断部だけでなくセンサー部品２０の直下に形成される空隙部２０１においても抑制される。これにより、圧電素子１０とセンサー部品２０への実装基板からの熱の伝わりを略同一とすることができる。
【００５１】
次に、本発明による第３の実施形態を表面実装型の水晶振動デバイスを例にとり、図８および図９と共に説明する。
【００５２】
本実施例におけるパッケージ１を構成するケース体２、接合部材３、蓋体４と、センサー部品２０、接合材２１は本発明の第１乃至第２の実施形態にて用いられる素材及び機能を持つものであり、その形状は変更点以外に関しては順ずるものである。
【００５３】
圧電振動子１０は本発明の第１、第２の実施形態と同様の機能を持つ物であり、矩形のＡＴカット水晶振動板である。電極の形状は図９（ｂ）に示すように、中央に表裏対向した矩形の励振電極７０を持ち、左右の対角線上に電極が延長された引き出し電極７１，７２を持つ。
【００５４】
導電性接着剤１１は本発明の第１、第２の実施形態と同様の素材、機能を持つものであり、キャビティＳ１内にてセンサー部品２０の上部に圧電素子１０をケース体２に固定し導通させるためのものである。本実施例において導電性接着剤１１はケース体２の両側、対角線上に図９（ａ）の圧電素子用電極パット３１，３２の上に位置し、圧電素子１０を両側から保持し、導通をとる。
【００５５】
第３の実施形態では、圧電素子１０を両側から対角線上に保持し、導通を図るものである。図９（ａ）はケース体２の平面図であり、キャビティＳ１を開口部上部より見たものである。圧電素子用電極パット３０はケース体２の両側に対角線上に配置されている。この圧電素子用パット３０は図２（ａ）における圧電素子用電極パット３０と同様にビアホール（図示せず）が形成されている。本発明の第３の実施形態におけるビアホールは図９（ａ）において図示されているケース体２の底面の両端に対角線上形成された圧電素子用電極パット３１，３２よりパッケージ１の内部配線へと形成されており、外部接続端子５２，５３へ繋がっている。これにより圧電素子用電極パット３１，３２に圧電素子１０を電気的に接続すると、外部接続端子５２，５３との電気的接続が可能となる。また、センサー部品用電極パット４１，４２についても同様にケース体２の内部のビアホール（図示せず）によって内部配線へと繋がっており、外部接続端子５１，５４と電気的に接続されている。
【００５６】
本発明によるパッケージ１には実施例第１ないし第３においてケース体２の裏面に熱遮断部となる空間を設けている、このためパッケージ１の耐衝撃性が下がるという問題が生じる。実施例１乃至２における圧電素子１０はパッケージ１の内部にてケース体２の片側に保持されている。このため外部から大きな衝撃が加わった際、圧電素子１０がパッケージ１のキャビティＳ１内にて大きく揺れる、もしくはパッケージ１が変形するなどして圧電素子１０がパッケージ１内にてケース体２、蓋体４、枕１２などに接触する可能性がある。接触した場合、圧電デバイスのＣＩ値の大きな増加による発振停止などにつながる可能性があり、特に車載用圧電デバイスなどでは大きな問題となる。
【００５７】
本発明の第３の実施形態では圧電素子１０を両側保持することにより、パッケージ１に大きな衝撃が加わった際にも、圧電素子が大きく揺れることがなく、またパッケージ１が変形した場合においても圧電素子と接触することがなく、耐衝撃性にすぐれた圧電デバイスといえる。このため衝撃の予想される車載用圧電デバイスなどにおいて有効である。なお、第３の実施形態において、圧電素子１０の長辺の両端を保持しているが、対角ではなく、各短辺の中央部分を保持する構成としてもよい。
【００５８】
以上、実施形態および変形例で複数の例示を行ったが、これらを互いに組み合わせ、実施形態の圧電デバイスに適用することができる。これにより組み合わせによる相乗的な効果をえることができる。
【００５９】
なお、本発明は、その精神や主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他の色々な形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点において単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであり、明細書本文にはなんら拘束されない。更に特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
圧電デバイスあるいは他のセンサー部品の量産に適用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１ パッケージ
２ ケース体
３ 接合部材
４ 蓋体
６ 金属リング
１０ 圧電素子
１１ 導電性接着剤
２０ センサー部品
２１ 接合材
２２ 脚部
３１，３２ 圧電素子用電極パット
４１，４２，４４，４５，４６，４７，４８，４９ センサー部品用電極パット
５１，５２，５３，５４ 外部接続端子
７０ 励振電極
７１，７２ 引き出し電極
１００，１０１，１０２ 熱遮断部
２００，２０１ 空隙部
４１１，４１２ 電極パット凸部
Ｓ１ キャビティ
Ｓ２，Ｓ２-Ａ，Ｓ２-Ｂ 凹部
２-Ａ 堤部
２-Ｂ 堤部上面
Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４ 端子電極
Ｋ５，Ｋ６ 周波数確認端子電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度センサーまたは温度センサーを含むセンサー部品をパッケージ内に含む圧電振動子、または圧電発振器等の圧電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電デバイスに用いられる圧電振動子は周囲環境温度により周波数が変化する温度特性を持っている。しかしながら、例えば移動体通信機器などで用いられる圧電デバイスにおいては発振周波数の変動幅が非常に小さく、また高い精度が求められる。このことにより従来から、圧電素子とその近傍に独自の出力を持つ温度センサーや温度センサーを内蔵する電子部品を置き、当該温度センサーの情報に基づき外部もしくは電子部品内の回路にて温度補償を行うような構成の圧電デバイスが考えられている。例えば、特開２００５−２８６８９２（特許文献１）、特開２００８−２０５９３８（特許文献２）はその一例を示す先行技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２８６８９２号公報
【特許文献２】特開２００８−２０５９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧電デバイスは他の電子部品と同様プリント配線基板（実装基板）に搭載される。しかしながら、各電子部品は動作時に発熱し、その熱が他の電子部品に基板を通して伝播し、当該電子部品の特性を変動させてしまうことがあった。上記特許文献２の圧電デバイスにおいても、実装基板からの熱の影響を受けることがある。上述した従来の圧電デバイスの場合、パッケージの底部に温度センサーまたは温度センサーを含む電子部品を実装し、その上部に圧電振動素子を実装している。このため、圧電デバイスに対する実装基板の発熱による熱の伝導は温度センサーを含む電子部品側に早く到達し、圧電振動素子側への熱の伝導と時間差が生じる。よって、温度センサーの測定値と実際の圧電振動素子の温度変化が異なり、温度補償が不正確になるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、従ってその目的は、パッケージ内に温度センサーまたは温度センサーを内蔵する電子部品（以下、この二つをセンサー部品と称する。）と圧電振動素子を収納した圧電デバイスにおいて、実装基板からのセンサー部品への熱の影響を抑制し、温度センサーの測定値に基づく温度補償に関して、温度センサーの温度情報が圧電素子の温度と乖離せず正確な温度情報を得ることができる圧電デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明はケース体と蓋体からなるキャビティを有するパッケージがあり、前記キャビティ内には凹部が形成されており、前記凹部内に温度センサーまたは温度センサーを内蔵した電子部品（センサー部品）を搭載し、前記キャビティ内の前記凹部に圧電素子を搭載する圧電デバイスであって、前記温度センサーまたは前記温度センサーを内蔵した電子部品（センサー部品）を搭載するケース体の凹部の裏面に熱遮断部を設ける事を特徴とする圧電デバイスである。
【０００７】
上記センサー部品としては、温度センサー、発振回路と温度センサーとなる部分を含むＩＣ（集積回路）、発振回路と補償回路と温度センサーとなる部分を含むＩＣ（集積回路）を例示できる。
【０００８】
上記構成により、ケース体の空間を蓋体と接合部材によって気密封止し、キャビティを有するパッケージが構成される。この圧電デバイスを他の電子部品と共に基板に実装した際、圧電素子とセンサー部品が同一キャビティ内にあることにより、両者の環境温度変化が乖離しにくくなる。また、センサー部品を搭載するケース体の凹部の裏面に熱遮断部があることにより、実装基板からセンサー部品への熱の伝導を抑制し、センサー部品の上部に圧電素子を配置した構成であっても圧電素子とセンサー部品への熱の伝導を略同一とすることができる。このため、センサー部品に内蔵された温度センサーの感知する温度と圧電素子の実際の温度とが略同一となり、温度補償の精度を高めたり、圧電素子の正確な温度情報を外部の温度補償回路等に提供することができる。
【０００９】
また、前述した熱遮断部は、空間部であってもよい。この熱遮断部はパッケージのセンサー部品を搭載する凹部の裏面に有り、反対面に配置されたセンサー部品と同等かそれより大きい面積を有することが好ましい。
【００１０】
また、裏面に設けられる熱遮断部となる空間部は、センサー部品の搭載位置である凹部よりも小さい面積であっても大きい面積であってもよい。
【００１１】
上記構成をとることにより、圧電デバイスを実装する基板からの熱は空間の存在する部分においては直接パッケージを暖めることができない。このため、パッケージ内のセンサー部品への熱の伝導を抑制することが可能であり、圧電素子とセンサー部品の温度を略同一とすることができる。
【００１２】
また、熱遮断部を設けた圧電デバイスのパッケージにおいて、センサー部品の直下に空隙部を設けてもよい。この空隙部はパッケージのキャビティ内の一部を構成し、センサー部品を搭載するための凹部内にあっても、凹部の底面より下部にあってもよい。
【００１３】
上記構成をとることにより、圧電デバイスを実装する基板からのセンサー部品への熱の伝導をケース体裏面に設けられた熱遮断部だけでなく、空隙部においても抑制することが可能であり、圧電素子とセンサー部品への熱の伝わりを略同一とすることができる。
【００１４】
また、熱遮断部を設けた圧電デバイスにおいて、ケース体と蓋体などから形成されるパッケージのキャビティ内を真空雰囲気に気密封止してもよい。
【００１５】
圧電デバイスのキャビティ内部に不活性ガス等の気体が存在すると、ガス分子を介する熱伝導が生じるが、圧電デバイスのパッケージ内を真空雰囲気とすると、キャビティ内の圧電素子とセンサー部品への熱の伝わりはケース体への搭載部分によるものが大部分を占め、内部にガスが存在する場合のガスからの熱伝導を防ぐことが可能である。このため、圧電素子とセンサー部品への熱の影響を抑制しやすくなる。
【００１６】
また、熱遮断部を設けた圧電デバイスパッケージにおいて、パッケージのキャビティ内に収納される圧電素子を両側保持する構成としてもよい。
【００１７】
圧電素子を両側保持することにより、パッケージに大きな衝撃が加わった際にも、圧電素子が大きく揺れることがなく、またパッケージが変形した場合においても圧電素子と接触することがなく、耐衝撃性にすぐれた圧電デバイスを提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明の圧電デバイスによれば、パッケージ内の同一キャビティに収納された圧電素子とセンサー部品への熱伝導が等しくなり、圧電素子の温度情報がセンサー部品の温度センサーから正確に取得できる圧電デバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す圧電デバイスの模式的な断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態の模式的な平面図（ａ）ケース体 （ｂ）圧電素子 （ｃ）ケース体裏面図
【図３】第１の実施形態の第１の変形例を示す圧電デバイスの模式的な断面図。
【図４】（ａ）第１の実施形態の第２の変形例を示す圧電デバイスの模式的な断面図。 （ｂ）第１の実施形態の第２の変形例における圧電デバイスの裏面を模式的に示す平面図。
【図５】第１の実施形態の第３の変形例を示す圧電デバイスの模式的な断面図
【図６】（ａ）本発明の第２の実施形態を示す圧電デバイスの模式的な断面図。 （ｂ）本発明の第２の実施形態おける圧電デバイスのケース体を模式的に示す平面図。 （ｃ）本発明の第２の実施形態おける圧電デバイスの裏面を模式的に示す平面図。
【図７】第２の実施形態の第２の変形例を示す圧電デバイスの模式的な断面図。
【図８】本発明の第３の実施形態を示す圧電デバイスの模式的な断面図。
【図９】本発明の第３の実施形態の模式的な平面図。 （ａ）センサー部品を搭載したケース体 （ｂ）圧電素子部 （ｃ）ケース体裏面図
【図１０】従来の圧電デバイスの模式的な断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明による好ましい実施の形態について図面に基づいて説明する。
本発明による第１の実施の形態を表面実装型の水晶振動デバイスを例にとり、図１および図２、図３、図４と共に説明する。
【００２１】
圧電振動デバイスは平面視矩形状の圧電素子１０とセンサー部品２０と、これら圧電素子１０とセンサー部品２０を搭載するパッケージ１で構成される。そしてパッケージ１とは上部が開口したキャビティＳ１を有するケース体２とケース体２を封止する蓋体４とその接合部材３で構成される。
【００２２】
パッケージ１は、少なくとも圧電素子１０および温度センサーもしくは温度センサーを含むセンサー部品２０を収容可能な筐体である。パッケージ１の内部にはキャビティＳ１が形成される。キャビティＳ１はセンサー部品２０を収容するための凹部Ｓ２を有し、その上部に圧電素子１０が設置される。 パッケージの形状は限定されず、例えば直方体状などとすることができる。パッケージ１の機能としては、一つは圧電素子１０およびセンサー部品２０が外部と機械的に接触しないようにすることと、キャビティＳ１内に密閉することが挙げられる。また、パッケージ１は複数の部材から構成されてもよい。本発明の第１乃至３の実施形態の圧電デバイスにおいては、パッケージ１はケース体２および接合部材３、蓋体４から構成されている。
【００２３】
ケース体２は、圧電素子１０及びセンサー部品２０を収容することができる前述のキャビティＳ１と凹部Ｓ２を有し、上方が開口した容器状の構成であり、長辺と短辺を持つ矩形である。容器内のセンサー部品２０の収納位置、すなわち前記凹部Ｓ２の裏面側に熱遮断部１００を有する。本発明の第1の実施形態において熱遮断部１００はケース体２の厚さ方向に窪んだ空間部である。また、ケース体２はキャビティＳ１の外周に堤部２-Ａを有し、堤部２-Ａの上面に堤部上面２-Ｂを有し、当該堤部上面の一部と蓋体４が接合される。本実施の形態においては平面で見て、前期凹部Ｓ２が熱遮断部１００より大きな構成となっている。
【００２４】
ケース体２の構成は、アルミナセラミックの絶縁素材を複数積層することによって形成されている。また、ケース体２は内部底面に段差を有しており、ケース体２内部には外部への電気的接続となる配線が形成されている。本発明の実施例１においては圧電素子用電極パット３１，３２は図２（ａ）に示すように、ケース体２のキャビティＳ１内の底面の長手方向の一辺に偏り、短辺方向に並んで２個一対で形成される。また、センサー部品用電極パット４１，４２は図２（ａ）に示すように、キャビティＳ１内の凹部Ｓ２の底面に長手方向に伸びた形にて、２個一対で形成されている。上記、圧電素子用電極パット３１，３２、センサー部品用電極パット４１，４２はW（タングステン）によるメタライズ膜の上に、Ｎｉ，Ａｕのメッキ膜が積層して構成されている。センサー部品用電極パット４１，４２はセンサー部品２０の搭載部であるが、センサー部品用電極パット４１，４２は平行に配置されるとともに、その中央部分には相互に近接する凸部４１１，４２１が形成されている。センサー部品が小型サイズとなった場合、凸部間で導電接合することができ、搭載するセンサー部品２０のサイズを幅広く設定することが可能となる。また、本実施例においてはケース体２の基材にアルミナセラミックを用いているが、その他の例としてガラスセラミック、ガラス等の絶縁素材を用いてもよい。
【００２５】
また、ケース体２はビアホールと内部配線を有しており（図示せず）、これらにより、ケース体２の電気配線を行っている。ケース体２の表面の圧電素子用電極パット３１，３２およびセンサー部品用電極パット４１，４２から内部配線に向けて伸びるスルーホールを設け、そのスルーホール内部を導電材で埋めることにより、電気的接続をするためのビアホールを構成している。このビアホールに使用される導電材としては、例えば、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）などの金属が上げられる。内部配線はケース体２外周の角部に設けられたキャスタレーションに有る金属膜からなる端子電極Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４に繋がっており、それぞれの裏面の外部端子５１，５２，５３，５４に電気的接続がされている。なお、端子電極及び外部接続端子もW（タングステン）によるメタライズ膜の上に、Ｎｉ，Ａｕのメッキ膜が積層して構成されている。圧電素子用電極パット３１は端子電極Ｋ３に内部配線で繋がっており、圧電素子用電極パット３２は端子電極Ｋ２に繋がっている。また、センサー部品用電極パット４１は端子電極Ｋ１に内部配線で繋がっており、センサー部品用電極パット４２は端子電極Ｋ４に繋がっている。以上の構成により圧電素子用電極パット３１，３２はそれぞれ外部端子５３，５２に電気的接続され、センサー部品用電極パット４１，４２はそれぞれ外部端子５１，５４に電気的接続されている。
【００２６】
次に前記ケース体２のアルミナセラミックの作製方法の例を上げる。
アルミナセラミックから成る場合、所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加し、混合してセラミックグリーンシートを得る。セラミックグリーンシートの表面などに圧電素子用電極パット３０やセンサー部品用電極パット４０、外部接続端子５等となる導電ペーストを所定のパターンにて塗布するとともに、セラミックグリーンシートに予め穿設しておいたスルーホール内にビア導通材となる導電ペースト（メタライズ用ペースト）を塗布し、これを複数枚積層してプレス成型した後、高温で焼成することによって製作される。
この積層の際、キャビティＳ１、凹部Ｓ２および空間部に対応する数層分のセラミックグリーンシートの中央に穴を開けたものを使用することによって、キャビティＳ１、凹部Ｓ２および熱遮断部となる空間部を形成することができる。
【００２７】
蓋体４は、ケース体２の上部開口を封止するものであり、平面で見た際に長方形のセラミックからなる。長方形の外縁部には四角の枠状にＡｕＳｎからなる金属ろうが配置された構成となっている。蓋体４は、ケース体２のキャビティＳ１を覆うサイズであり、堤部上面２-Ｂと接着することによってパッケージ１を構成し、圧電素子１０やセンサー部品２０が動作する空間であるキャビティＳ１を不活性ガス雰囲気や真空雰囲気に気密封止するものである。また、本実施例においては蓋体４はセラミックを用いているが、その他の例としてガラス、水晶や、４２アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）、コバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）、リン青銅などの金属を用いてもよく、その形状はケース体２を封止して密閉空間とすることができる形状であればよく特に限定されない。またその素材によって接合材は異ならせてもよい。
【００２８】
次に蓋体４とケース体２の接着方法について説明する。ケース体２の堤部上面２-Ｂに予めＷ（タングステン）などから構成されるメタライズ膜（図示せず）を設け、その上にＮｉ，Ａｕなどからなるメッキ膜を配する。堤部上面２-Ｂ上に蓋体４のＡｕＳｎろうが接するように配した後、加熱することによってＡｕＳｎにより、ケース体２と蓋体４とが接合されパッケージ１が密閉される。本実施形態における封止方法は金属ろう封止であるが、ケース体２および蓋体４の材質によって接合部材３は異なり、接着方法も異なる。その他の例として、シーム溶接、電子ビーム溶接などの溶接方法や、低融点ガラス封止、樹脂封止などの接着剤を用いる方法をとることも可能である。
【００２９】
圧電素子１０はパッケージ１のキャビティＳ１内にセンサー部品より上部に配置される。圧電素子１０は長辺と短辺を有する矩形状のＡＴカット水晶板を用い、その表裏面に対向して電極が形成されている。当該電極は水晶板の上面にＣｒ膜を形成し、その上面にＡｕまたはＡｇからなる膜を積層して構成される。また、本実施例における圧電振動子１０はＡＴカット水晶振動板であるが、その他の例としてタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、圧電セラミック等の圧電材料で形成されてもよく、圧電素材が水晶であった場合、ＳＣカット振動子、音叉型振動子、双音叉型振動子などを使用することができ、圧電素子１０の形状は限定されない。
【００３０】
圧電素子１０の電極は図２の（ｂ）に示すように、中央に表裏対向した長辺と短辺を有する長方形状の励振電極７０を持ち、その励振電極７０からの一方の短辺の角部への延長部と、短辺の一方に２個一対で設けられる引き出し電極７１，７２を有する。この引き出し電極７１，７２は、それぞれケース体２の圧電素子用電極パット３１，３２に接着する部分となる。また、ケース体２上に配される枕１２は、帯状に伸びた突起部であり、外部からの衝撃を受けた際、圧電素子１０のたわみを抑制し、耐衝撃性を向上させるためのものである。
【００３１】
導電性接着剤１１はキャビティＳ１内にあり、ケース体２の一方の短辺側にて圧電素子１０をケース体２に固定し、導通させるためのものである。圧電素子１０の引き出し電極７１，７２をそれぞれ、ケース体２の圧電素子用電極パット３１，３２上に接着する。これにより、圧電素子１０上に形成された励振電極７０と電気的接続をおこなう。導電性接着剤１１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。この導電性粉末は、Ｐｄ，Ａｇを組み合わせて用いる。本実施例における導電性粉末はＰｄ，Ａｇであるが、その他の例としてＡｌ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｎｉ，ＮｉＦｅ，のうちのいずれかまたはこれらのどの組み合わせを含むものが用いられてもよく、また、導電性接着剤１１の代わりに金属バンプ等を用いてもよい。
【００３２】
センサー部品２０はキャビティＳ１内にある凹部Ｓ２に配置されるサーミスタからなる温度センサーである。センサー部品２０は外部入力端子と外部出力端子（図示せず）を有し、それぞれがケース体２に設けられたセンサー部品用電極パット４１，４２上に接合材２１にて固定され、導通をとることにより、温度データ信号がパッケージ外部へと出力される。本実施例におけるセンサー部品はサーミスタからなる温度センサーとしたが、ダイオードやトランジスタを温度センサーとして用いてもよい。また、温度センサー単体以外に、温度センサーを含むＩＣ（集積回路）であってもよい。例として、発振回路と温度センサーとなる部分を含むＩＣ（集積回路）や、発振回路と温度補償回路と温度センサーとなる部分をふくむＩＣ（集積回路）であってもよい。
【００３３】
接合材２１はセンサー部品２０を凹部Ｓ２内に固定し、センサー部品２０の外部端子とセンサー部品用電極パット４１，４２との導通をとるためのものであり、導電性接着剤からなる。また、その他の例として、固定としての機能だけでなく電気的な接続を兼ねられる金属バンプ接合、半田接合などがある。非導電性接着剤を用いる場合はセンサー部品２０の外部端子からセンサー部品用電極パット４１，４２へワイヤーボンディング等で導通を取る必要がある。
【００３４】
以上の構成物からなる本実施例１の圧電デバイスの製法を説明する。ケース体２の凹部Ｓ２内のセンサー部品用電極パット４１，４２にセンサー部品２０を接合材２１を用いて固定し、その上部となる圧電素子用電極パット３１，３２に圧電素子１０を導電性接着剤１１を用いて固定する。この際、圧電素子用電極パット３１，３２に圧電素子１０の引き出し電極７１，７２がそれぞれ対応するように配置する。圧電素子１０、電子部品２０を固定したケース体２上にＮ２雰囲気中で蓋体４を配し、ケース体２の堤部上面２-Ｂ上のメッキ膜のＡｕと蓋体４のろう材ＡｕＳｎが加熱溶融接合される３２０〜３６０度まで加熱し、キャビティＳ１内をＮ２雰囲気としたまま気密封止する。
【００３５】
本発明の第１の実施例においては温度センサーのケース体２の裏面に熱遮断部となる空間を設けているため、実装基板からの熱がそのまま温度センサー部分へと伝わることを防ぐことが可能である。このため温度センサーによって圧電素子１０の正確な温度データを得ることができる。
【００３６】
次に本発明による第１の実施形態における変形例を表面実装方の水晶振動子デバイスを例にとり、図３〜図５と共に説明する。
【００３７】
図３および図４における変形例は図１に対し、平面視において凹部Ｓ２の面積とケース体２の裏面に設けられた熱遮断部１００の面積を変更したものである。
【００３８】
図３と図４は凹部Ｓ２と熱遮断部１００部分の変形例である。図３における熱遮断部１０１はセンサー部品２０と平面で見て重畳する位置にあり、かつ同等の面積としたしたものである。図４における熱遮断部１０２はセンサー部品２０より、より大きな面積としたものである。熱遮断部１００は熱遮断部１０２の様にセンサー部品２０より大きい面積を有する方が効果的である。しかし、熱遮断部１００を大きくしすぎるとケース体２の強度低下をまねくので注意が必要である。また、ケース体２の凹部においては図３の凹部Ｓ２-Ａでは熱遮断部１０１よりも大きい面積を有し、図４の凹部Ｓ２-Ｂでは熱遮断部１０２よりも小さい面積となっている。図３の凹部Ｓ２-Ａではセンサー部品２０の搭載性が良く、また、キャビティＳ１内が不活性ガス雰囲気である場合、ガスを介したセンサー部品２０への熱伝導が遅くなり、図４の凹部Ｓ２-Ｂに比べると熱の抑制効果をえることができる。
【００３９】
図５は第１の実施形態で示したケース体２の堤部２-Ａに代えて、側壁を金属リング６で形成するとした変形例である。
【００４０】
図５においてはパッケージ１はケース体２、接合部材３、蓋体４、金属リング６、からなる。蓋体４と金属リング６はコバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）からなり、金属リング６は中心が打ち抜かれた枠状となっている。また蓋体４と金属リング６のその他の例として４２アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）などの金属から形成されてもよい。金属リング６を用いてパッケージ１の側壁を構成する際は、ケース体２の上面の金属リングを配置する部分にＷからなるメタライズ膜（図示せず）を設け、その上部に下面にＡｇＣｕろう板のついたコバールリングを置き、加熱溶融し接合する。更にその上にＮｉ，Ａｕによるメッキ膜を積層して構成されている。
【００４１】
上記、金属リング６を側壁とする際の封止方法はシーム封止を用いる。蓋体４は表面をＮｉで覆われており、蓋体４は金属リング６のＡｕメッキ膜上に配される。シーム溶接機の通電ローラー電極によって蓋体４の稜線部分を押圧しながら電気をかけ走行することによって蓋体４の接点のＮｉと金属リング６のＡｕ面の下部にあるＮｉ面が溶融し、Ｎｉが接合部材となって気密封止が行われる。
【００４２】
次に本発明による第２の実施形態を表面実装型の水晶振動発振器を例にとり、図６各図と共に説明する。
【００４３】
本発明による第２の実施形態は第１の実施形態におけるセンサー部品２０の直下に空隙部２００を設ける形態である。
【００４４】
図６における本発明の第２の実施形態は、ケース体２の凹部Ｓ２の底面よりも下にセンサー部品２０よりも小さい凹部を設け、その上にセンサー部品２０を配することにより、センサー部品２０の直下に空隙部２００を形成するものである。また、第２の実施形態におけるセンサー部品２０は発振回路と温度センサーとなる部分を含むＩＣ（集積回路）チップを用いている。
【００４５】
センサー部品２０を発振回路と温度センサーからなる部分を含むＩＣチップとした場合、その裏面には外部端子が６つあり、電源端子とそれに対応するＧＮＤ（Ｇｒａｎｄ）端子がセンサー部品用電極パット４４，４９に繋がり、圧電素子用端子の２つがセンサー部品用電極パット４５，４８に繋がる。発振周波数の出力端子はセンサー部品用電極パット４６に繋がり、ＩＣ内部からの温度データの出力端子がセンサー部品用電極パット４７に繋がっている。センサー部品用電極パット４５，４８は内部配線によってそれぞれ圧電素子用電極パット３１，３２と振動子の周波数確認端子電極Ｋ５，Ｋ６に繋がっており、ＩＣと圧電素子用１０を電気的に接続すると共に、外部から圧電素子１０の周波数単体を確認することができるようになっている。電源端子とＧＮＤ（Ｇｒａｎｄ）端子の繋がった電極パット４４，４９はそれぞれ端子電極Ｋ１，Ｋ４へ、発振周波数の出力端子の繋がった電極パット４６はＫ３へ、温度データの出力端子が繋がった電極パット４７はＫ２へと内部配線によって繋がっており、それぞれが外部端子５１，５２，５３，５４へ繋がっている。
【００４６】
また、第２の実施形態におけるケース体２の変更点以外については、上記実施例で用いられるパッケージ１を構成するケース体２、接合部材３、蓋体４と、圧電素子１０、導電性接着剤１１、接合材２１は本発明の第１の実施形態にて用いられる素材及び機能を持つものであり、その形状も順ずるものである。
【００４７】
上記第２の実施形態をとることにより、圧電デバイスを実装する基板からの熱の伝導はセンサー部品２０に伝わる際に、ケース体２の裏面に設けられた熱遮断部だけでなくセンサー部品２０の直下に形成される空隙部２００においても抑制される。これにより、圧電素子１０とセンサー部品２０への実装基板からの熱の伝わりを略同一とすることができる。
【００４８】
次に本発明による第２の実施形態の変形例を表面実装方の水晶振動子デバイスを例にとり、図７と共に説明する。
【００４９】
図７における第２の実施形態は、ケース体２の凹部Ｓ２内にセンサー部品２０を搭載するための脚部２２を設け、その上にセンサー部品２０を配置することによりセンサー部品２０の直下に空隙部２０１を形成するものである。また、このセンサー部品２０を搭載するための脚部２２はセンサー部品搭載用パット４４，４５，４６と４７，４８，４９上に設けられ、Ｗのメタライズ膜を多層に積層形成し、その表面にＮｉ，Ａｕをメッキ形成した構成である。また、ここで用いられるパッケージ１を構成する、接合部材３、蓋体４と、圧電素子１０、接合材２１は本発明の第２の実施形態にて用いられる素材及び機能を持つものであり、変形例におけるセンサー部品２０と、ケース体２の電極及び内部配線は、上記第２の実施形態に順ずる。すなわち、センサー部品２０の６つの外部端子は上記と同様に外部接続端子５１〜５４と周波数確認端子電極Ｋ５，Ｋ６に接続されている。
【００５０】
上記第２の実施形態の変形例をとることにより、圧電デバイスを実装する基板からの熱の伝導はセンサー部品２０に伝わる際に、ケース体２の裏面に設けられた熱遮断部だけでなくセンサー部品２０の直下に形成される空隙部２０１においても抑制される。これにより、圧電素子１０とセンサー部品２０への実装基板からの熱の伝わりを略同一とすることができる。
【００５１】
次に、本発明による第３の実施形態を表面実装型の水晶振動デバイスを例にとり、図８および図９と共に説明する。
【００５２】
本実施例におけるパッケージ１を構成するケース体２、接合部材３、蓋体４と、センサー部品２０、接合材２１は本発明の第１乃至第２の実施形態にて用いられる素材及び機能を持つものであり、その形状は変更点以外に関しては順ずるものである。
【００５３】
圧電振動子１０は本発明の第１、第２の実施形態と同様の機能を持つ物であり、矩形のＡＴカット水晶振動板である。電極の形状は図９（ｂ）に示すように、中央に表裏対向した矩形の励振電極７０を持ち、左右の対角線上に電極が延長された引き出し電極７１，７２を持つ。
【００５４】
導電性接着剤１１は本発明の第１、第２の実施形態と同様の素材、機能を持つものであり、キャビティＳ１内にてセンサー部品２０の上部に圧電素子１０をケース体２に固定し導通させるためのものである。本実施例において導電性接着剤１１はケース体２の両側、対角線上に図９（ａ）の圧電素子用電極パット３１，３２の上に位置し、圧電素子１０を両側から保持し、導通をとる。
【００５５】
第３の実施形態では、圧電素子１０を両側から対角線上に保持し、導通を図るものである。図９（ａ）はケース体２の平面図であり、キャビティＳ１を開口部上部より見たものである。圧電素子用電極パット３０はケース体２の両側に対角線上に配置されている。この圧電素子用パット３０は図２（ａ）における圧電素子用電極パット３０と同様にビアホール（図示せず）が形成されている。本発明の第３の実施形態におけるビアホールは図９（ａ）において図示されているケース体２の底面の両端に対角線上形成された圧電素子用電極パット３１，３２よりパッケージ１の内部配線へと形成されており、外部接続端子５２，５３へ繋がっている。これにより圧電素子用電極パット３１，３２に圧電素子１０を電気的に接続すると、外部接続端子５２，５３との電気的接続が可能となる。また、センサー部品用電極パット４１，４２についても同様にケース体２の内部のビアホール（図示せず）によって内部配線へと繋がっており、外部接続端子５１，５４と電気的に接続されている。
【００５６】
本発明によるパッケージ１には実施例第１ないし第３においてケース体２の裏面に熱遮断部となる空間を設けている、このためパッケージ１の耐衝撃性が下がるという問題が生じる。実施例１乃至２における圧電素子１０はパッケージ１の内部にてケース体２の片側に保持されている。このため外部から大きな衝撃が加わった際、圧電素子１０がパッケージ１のキャビティＳ１内にて大きく揺れる、もしくはパッケージ１が変形するなどして圧電素子１０がパッケージ１内にてケース体２、蓋体４、枕１２などに接触する可能性がある。接触した場合、圧電デバイスのＣＩ値の大きな増加による発振停止などにつながる可能性があり、特に車載用圧電デバイスなどでは大きな問題となる。
【００５７】
本発明の第３の実施形態では圧電素子１０を両側保持することにより、パッケージ１に大きな衝撃が加わった際にも、圧電素子が大きく揺れることがなく、またパッケージ１が変形した場合においても圧電素子と接触することがなく、耐衝撃性にすぐれた圧電デバイスといえる。このため衝撃の予想される車載用圧電デバイスなどにおいて有効である。なお、第３の実施形態において、圧電素子１０の長辺の両端を保持しているが、対角ではなく、各短辺の中央部分を保持する構成としてもよい。
【００５８】
以上、実施形態および変形例で複数の例示を行ったが、これらを互いに組み合わせ、実施形態の圧電デバイスに適用することができる。これにより組み合わせによる相乗的な効果をえることができる。
【００５９】
なお、本発明は、その精神や主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他の色々な形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点において単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであり、明細書本文にはなんら拘束されない。更に特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
圧電デバイスあるいは他のセンサー部品の量産に適用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１ パッケージ
２ ケース体
３ 接合部材
４ 蓋体
６ 金属リング
１０ 圧電素子
１１ 導電性接着剤
２０ センサー部品
２１ 接合材
２２ 脚部
３１，３２ 圧電素子用電極パット
４１，４２，４４，４５，４６，４７，４８，４９ センサー部品用電極パット
５１，５２，５３，５４ 外部接続端子
７０ 励振電極
７１，７２ 引き出し電極
１００，１０１，１０２ 熱遮断部
２００，２０１ 空隙部
４１１，４１２ 電極パット凸部
Ｓ１ キャビティ
Ｓ２，Ｓ２-Ａ，Ｓ２-Ｂ 凹部
２-Ａ 堤部
２-Ｂ 堤部上面
Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４ 端子電極
Ｋ５，Ｋ６ 周波数確認端子電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース体と蓋体からなるキャビティを有するパッケージがあり、
前記キャビティ内には凹部が形成されており、
前記凹部内に温度センサーまたは温度センサーを内蔵した電子部品を搭載し、
前記キャビティ内の前記凹部の上部に圧電素子を搭載する圧電デバイスであって、
前記温度センサーまたは前記温度センサーを内蔵した電子部品を搭載するケース体の凹部の裏面に熱遮断部を設けたことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記熱遮断部が空間部であることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記温度センサーまたは前記温度センサーを内蔵する電子部品の直下に空隙部を設けることを特徴とする請求項１または請求項２記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記キャビティ内を真空雰囲気に気密封止することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記圧電素子をキャビティ内に両側保持することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の圧電デバイス。
【請求項１】
ケース体と蓋体からなるキャビティを有するパッケージがあり、
前記キャビティ内には凹部が形成されており、
前記凹部内に温度センサーまたは温度センサーを内蔵した電子部品を搭載し、
前記キャビティ内の前記凹部の上部に圧電素子を搭載する圧電デバイスであって、
前記温度センサーまたは前記温度センサーを内蔵した電子部品を搭載するケース体の凹部の裏面に熱遮断部を設けたことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記熱遮断部が空間部であることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記温度センサーまたは前記温度センサーを内蔵する電子部品の直下に空隙部を設けることを特徴とする請求項１または請求項２記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記キャビティ内を真空雰囲気に気密封止することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記圧電素子をキャビティ内に両側保持することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の圧電デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−５８８６４（Ｐ２０１３−５８８６４Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９５３３４（Ｐ２０１１−１９５３３４）
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
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