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技術 水晶デバイス

出願人 京セラ株式会社
発明者 寺内裕紀
出願日 2018年9月7日 (2年2ヶ月経過) 出願番号 2018-168290
公開日 2020年3月19日 (8ヶ月経過) 公開番号 2020-043433
状態 未査定
技術分野 半導体容器とその封止 圧電・機械振動子,遅延・フィルタ回路
主要キーワード アノード端子間 水晶素子 接合強度低下 ベベル加工 所定雰囲気 接合パターン 白金測温抵抗体 接合端子
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年3月19日)のものです。
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図面 (12)

課題

実際の外部環境の温度を正確に感温素子温度情報として得ることが可能な水晶デバイスを提供する。

解決手段

水晶デバイス10は、基板110aと、実装枠体160と、電極パッド111a,111bと、接続パッド117a,117bと、接合端子112a〜112dと、接合パッド161a〜161dと、外部端子162a〜162dと、接合パターン163a〜163dと、水晶素子120と、感温素子150と、を備えている。接合パターン163a〜163dは、外部端子162a〜162dから実装枠体160の側面及び上面を経て接合パッド161a〜161dに至るまで均一な幅に形成されている。

概要

背景

水晶デバイスは、水晶素子圧電効果を利用して、特定の周波数を発生させるものである。例えば特許文献1に記載の水晶デバイスは、基板と、第一凹部を設けるために基板の上面に設けられた第一枠体と、第二凹部を設けるために基板の下面に設けられた第二枠体と、基板の上面に設けられた電極パッド実装された水晶素子と、基板の下面に設けられた接続パッドに実装された感温素子と、を備えている。基板と第一枠体と第二枠体とはパッケージを構成する。

概要

実際の外部環境の温度を正確に感温素子の温度情報として得ることが可能な水晶デバイスを提供する。水晶デバイス10は、基板110aと、実装枠体160と、電極パッド111a,111bと、接続パッド117a,117bと、接合端子112a〜112dと、接合パッド161a〜161dと、外部端子162a〜162dと、接合パターン163a〜163dと、水晶素子120と、感温素子150と、を備えている。接合パターン163a〜163dは、外部端子162a〜162dから実装枠体160の側面及び上面を経て接合パッド161a〜161dに至るまで均一な幅に形成されている。

目的

本開示は、前記課題に鑑みてなされたものであり、実際の外部環境の温度を正確に感温素子の温度情報として得ることが可能な水晶デバイスを提供することを課題とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

矩形状の基板と、前記基板の下面の外周縁に沿って設けられた実装枠体と、前記基板の上面に設けられた電極パッドと、前記基板の下面に設けられた接続パッドと、前記基板の下面に設けられ、前記電極パッド及び前記接続パッドに電気的に接続された接合端子と、前記実装枠体の上面に設けられ、前記接合端子に電気的に接続された接合パッドと、前記実装枠体の下面に設けられ、前記接合パッドに電気的に接続された外部端子と、前記実装枠体の側面から上面に設けられ、前記外部端子と前記接合パッドとを電気的に接続する接合パターンと、前記電極パッドに実装された水晶素子と、前記接続パッドに実装された感温素子と、を備え、前記接合パターンは、前記外部端子から前記実装枠体の側面及び上面を経て前記接合パッドに至るまで均一な幅に形成された、水晶デバイス

請求項2

請求項1記載の水晶デバイスであって、前記実装枠体の上面において、前記接合パターンを横断するように絶縁層が設けられた、水晶デバイス。

請求項3

請求項1又は2記載の水晶デバイスであって、前記実装枠体の上面において、前記接合パターンを横断するように溝部が設けられた、水晶デバイス。

請求項4

請求項1乃至3のいずれか一つに記載の水晶デバイスであって、前記実装枠体と前記基板によって形成された凹部が、平面透視した際に、前記電極パッドと重ならない位置に設けられた、水晶デバイス。

請求項5

請求項1乃至4のいずれか一つに記載の水晶デバイスであって、前記感温素子の長手方向が前記基板の長手方向と直交するように、前記感温素子が配置された、水晶デバイス。

請求項6

請求項1乃至5のいずれか一つに記載の水晶デバイスであって、前記感温素子を被覆する絶縁性樹脂が設けられた、水晶デバイス。

請求項7

請求項1乃至6のいずれか一つに記載の水晶デバイスであって、前記実装枠体と前記基板との間に間隙部が設けられた、水晶デバイス。

請求項8

請求項7記載の水晶デバイスであって、前記間隙部に絶縁性樹脂が設けられた、水晶デバイス。

請求項9

請求項1乃至8のいずれか一つに記載の水晶デバイスを有する電子機器

技術分野

0001

本発明は、電子機器等に用いられる水晶デバイスに関する。

背景技術

0002

水晶デバイスは、水晶素子圧電効果を利用して、特定の周波数を発生させるものである。例えば特許文献1に記載の水晶デバイスは、基板と、第一凹部を設けるために基板の上面に設けられた第一枠体と、第二凹部を設けるために基板の下面に設けられた第二枠体と、基板の上面に設けられた電極パッド実装された水晶素子と、基板の下面に設けられた接続パッドに実装された感温素子と、を備えている。基板と第一枠体と第二枠体とはパッケージを構成する。

先行技術

0003

特開2011−211340号公報

発明が解決しようとする課題

0004

上述した水晶デバイスは、電子機器の実装基板上に実装される。このとき、外部環境の温度が実装基板を介してパッケージ内の感温素子へ伝わるまでに、ある程度の時間的が必要になる。よって、実際の外部環境の温度を感温素子の温度情報として、迅速に(すなわち正確に)得ることが困難であった。

0005

本開示は、前記課題に鑑みてなされたものであり、実際の外部環境の温度を正確に感温素子の温度情報として得ることが可能な水晶デバイスを提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0006

本開示の一つの態様による水晶デバイスは、矩形状の基板と、基板の下面の外周縁に沿って設けられた実装枠体と、基板の上面に設けられた電極パッドと、基板の下面に設けられた接続パッドと、基板の下面に設けられ、電極パッド及び接続パッドに電気的に接続された接合端子と、実装枠体の上面に設けられ、接合端子に電気的に接続された接合パッドと、実装枠体の下面に設けられ、接合パッドに電気的に接続された外部端子と、実装枠体の側面から上面に設けられ、外部端子と接合パッドとを電気的に接続する接合パターンと、電極パッドに実装された水晶素子と、接続パッドに実装された感温素子と、を備え、接合パターンは、外部端子から実装枠体の側面及び上面を経て接合パッドに至るまで均一な幅に形成されている。

発明の効果

0007

本開示の一つの態様による水晶デバイスは、外部からの熱が外部端子から接合パターンに経て感温素子へ伝わる際に均等に伝わるため、外部から感温素子への熱伝導を良好にすることができる。したがって、外部環境の温度と感温素子が感知する温度情報との差を縮小でき、良好な温度特性を得ることができる。

図面の簡単な説明

0008

実施形態1の水晶デバイスを示す分解斜視図である。
図1におけるII−II線断面図である。
図1におけるIII−III線断面図である。
図4[A]は実施形態1の水晶デバイスを構成するパッケージ全体を上面から見た平面図、図4[B]は実施形態1の水晶デバイスを構成するパッケージの基板を上面から見た平面図である。
図5[A]は実施形態1の水晶デバイスを構成するパッケージの基板の下面側を上面から見た平面透視図、図5[B]は実施形態1の水晶デバイスの下面側を上面から見た平面透視図である。
図6[A]は実施形態1の水晶デバイスを構成する実装枠体を上面から見た平面図、図6[B]は実施形態1の水晶デバイスを構成する実装枠体の下面側を上面から見た平面透視図である。
図7[A]は変形例1の水晶デバイスを構成する実装枠体を上面から見た平面図、図7[B]は変形例1の水晶デバイスを構成する実装枠体の下面側を上面から見た平面透視図である。
図8[A]は変形例2の水晶デバイスを構成する実装枠体を上面から見た平面図、図8[B]は変形例2の水晶デバイスを構成する実装枠体の下面側を上面から見た平面透視図、図8[C]は図8[A]におけるC−C線断面図である。
変形例3の水晶デバイスを示す分解斜視図である。
図9におけるX−X線断面図である。
図11[A]は変形例3の水晶デバイスを構成するパッケージの基板の下面側を上面から見た平面透視図、図11[B]は変形例3の水晶デバイスの下面側を上面から見た平面透視図である。

実施例

0009

以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態(以下「実施形態」という。)及びその変形例について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いることにより適宜説明を省略する。図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。各平面透視図では、直接目視できない構成の一部が実線で描かれている。

0010

<実施形態1>
図1乃至図6に示すように、本実施形態1の水晶デバイス10は、パッケージ110と、パッケージ110の上面に接合された水晶素子120と、パッケージ110の下面に接合された感温素子150とを含む。パッケージ110には、基板110aの上面と枠体110bの内側面とによって囲まれた収容部K1、及び、基板110aの下面と実装枠体160の内側面とによって囲まれた凹部K2が、それぞれ形成されている。水晶デバイス10は、例えば、電子機器等で使用する基準信号を出力するのに用いられる。

0011

基板110aは、矩形状であり、上面に水晶素子120が実装され、下面に感温素子150が実装される。そのため、図4[A]に示すように、水晶素子120を実装するための一対の電極パッド111a,111bが基板110aの上面に設けられ、図5[A]に示すように、感温素子150を実装するための一対の接続パッド117a,117bが基板110aの下面に設けられている。

0012

図5[A]に示すように、基板110aの下面の四隅には、接合端子112a〜112dが設けられている。それらのうちの二つの接合端子112a,112bが水晶素子120に電気的に接続され、残りの二つの接合端子112c,112dが感温素子150に電気的に接続されている。水晶素子120に電気的に接続される接合端子112a,112bは基板110aの下面の一方の対角に位置し、感温素子150に電気的に接続される接合端子112c,112dは基板110aの下面の他方の対角に位置する。

0013

基板110aは、例えばアルミナセラミックス又はガラスセラミックス等のセラミック材料からなる一層又は複数層絶縁層である。図4[B]に示すように、基板110aの上面には配線パターン113a,113bが設けられ、基板110aの内部にはビア導体114a〜114cが設けられている。図4[B]及び図5[A]に示すように、配線パターン113a,113b及びビア導体114a,114bは、基板110aの上面に設けられた電極パッド111a,111bと、基板110aの下面に設けられた接合端子112a,112bとを、電気的に接続している。図5[A]に示すように、基板110aの下面には、接続パッド117a,117bと接合端子112c,112dとを電気的に接続する接続パターン118a,118bが設けられている。

0014

枠体110bは、基板110aの上面の外周縁に沿って配置され、基板110aの上面に収容部K1を形成する。枠体110bは、例えばアルミナセラミックス又はガラスセラミックス等のセラミック材料からなり、基板110aと一体的に形成される。

0015

電極パッド111a,111bは、基板110aの上面に水晶素子120を実装するためのものであり、基板110aの一辺に沿うように隣接して一対設けられている。電極パッド111aは配線パターン113a及びビア導体114aを介して接合端子112aに電気的に接続され、電極パッド111bは配線パターン113b及びビア導体114bを介して接合端子112bに電気的に接続されている。

0016

接合端子112a〜112dは、基板110aの下面の四隅に設けられ、実装枠体160の接合パッド161a〜161dに電気的に接続されている。接合端子112a,112bは、基板110aの上面に設けられた一対の電極パッド111a,111bにそれぞれ電気的に接続されている。接合端子112cは、ビア導体114cを介して、封止用導体パターン119と電気的に接続されている。接合端子112a〜112dと実装枠体160の接合パッド161a〜161dとの間には、導電性接合材170(図2及び図3)が設けられている。

0017

図4[B]に示すように、配線パターン113a,113bは、基板110aの上面に設けられ、電極パッド111a,111bから近傍のビア導体114a,114bに向けて引き出される。

0018

ビア導体114a〜114cは、基板110aの内部に設けられている。ビア導体114a,114bは、上端が配線パターン113a,113bに、下端が接合端子112a,112bに、それぞれ電気的に接続されている。ビア導体114cは、上端が封止用導体パターン119に、下端が接合端子112cに、それぞれ電気的に接続されている。ビア導体114a〜114cは、基板110aに設けられた貫通孔の内部に導体充填することによって形成される。

0019

凸部115a,115bは、基板110aの一辺と平行な直線上に並ぶように、電極パッド111a,111bの上にそれぞれ設けられている。水晶素子120の引き出し電極123a,123bを凸部115a,115bに接触させながら電極パッド111a,111bに実装することにより、水晶素子120の先端が基板110aの上面に接触することを抑えられるので、安定したヒステリシス特性が得られる。

0020

接続パッド117a,117bは、矩形状であり、後述する感温素子150を実装するために用いられる。接続パッド117a,117bの下面と感温素子150の接続端子151a,151bとの間にも、導電性接合材180(図2及び図3)が設けられる。ここで基板110aを平面視したとき、例えば、基板110aの長辺の寸法は1.2〜2.5mmであり、基板110aの短辺の寸法は1.0〜2.0mmである。この場合の接続パッド117a,117bの大きさの一例を説明する。接続パッド117a,117bは、基板110aの短辺と平行な辺の長さが0.8〜2.0mmであり、基板110aの長辺と平行な辺の長さが0.25〜0.55mmである。また、接続パッド117aと接続パッド117bとの間の長さは、0.1〜0.3mmである。

0021

接続パターン118a,118bは、基板110aの下面に設けられ、接続パッド117a,117bから接合端子112d,112cに向けて引き出されている。接続パターン118aは、一端が接続パッド117a、他端が接合端子112dと電気的に接続している。接続パターン118bは、一端が接続パッド117b、他端が接合端子112cと電気的に接続している。

0022

図4[B]及び図5[A]に示すように、接続パターン118aは、平面視して一対の電極パッド111a,111b間に位置する。これにより、水晶素子120の熱が、電極パッド111a,111bから直下にある基板110aを介して、接続パターン118aから接続パッド117aに伝わる。よって、水晶素子120と感温素子150との熱伝導経路を短くすることができるので、水晶素子120の温度と感温素子150の温度とが近似することになり、感温素子150から出力された電圧換算することで得られた温度と、実際の水晶素子120の周囲の温度との差を縮小できる。

0023

封止用導体パターン119は、枠体110bの上面に環状に例えば10〜25μmの厚みに形成され、蓋体130と接合部材131を介して接合する際に、接合部材131の濡れ性を良好にする役割を果たす。また、図4[A]→図4[B]→図5[A]に示すように、封止用導体パターン119はビア導体114cを介して接合端子112cに電気的に接続されている。このような封止用導体パターン119は、例えばタングステン又はモリブデン等からなる接続パターンの表面に、ニッケルメッキ及び金メッキを順次施すことによって得られる。

0024

実装枠体160は、基板110aの下面の外周縁に沿って接合され、基板110aの下面に凹部K2を形成する。実装枠体160は、例えばガラスエポキシ樹脂等の絶縁性基板からなり、基板110aの下面に導電性接合材170(図2及び図3)を介して接合されている。図6[A]に示すように実装枠体160の上面には接合パッド161a〜161dが設けられ、図6[B]に示すように実装枠体160の下面には外部端子162a〜162dが設けられている。接合パッド161a〜161dと外部端子162a〜162dとは、接合パターン163a〜163dによって、電気的に接続されている。

0025

接合パッド161a〜161dは、基板110aの下面の接合端子112a〜112dに、導電性接合材170(図2及び図3)を介して電気的に接合されている。

0026

外部端子162a〜162dは、実装枠体160の下面に設けられ、電子機器等の実装基板に実装するために用いられる。外部端子162a,162bは、実装枠体160の下面の一方の対角に位置し、水晶素子120と電気的に接続されて、水晶素子120の入出力端子として用いられる。外部端子162c,162dは、実装枠体160の下面の他方の対角に位置し、感温素子150と電気的に接続されている。外部端子162cは、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続される。そのため、グランド電位となっている外部端子162cに、封止用導体パターン119に接合された蓋体130が電気的に接続されることになる。これにより、蓋体130による収容部K1内のシールド性が向上する。

0027

接合パターン163a〜163dは、接合パッド161a〜161dと外部端子162a〜162dとを電気的に接続している。接合パッド161aは接合パターン163aを介して外部端子162aに、接合パッド161bは接合パターン163bを介して外部端子162bに、接合パッド161cは接合パターン163cを介して外部端子162cに、接合パッド161dは接合パターン163dを介して外部端子162dに、それぞれ電気的に接続されている。

0028

また、接合パターン163a〜163dは、それぞれ上面部164a〜164d、側面部165a〜165d及び下面部166a〜166dに分けられる。上面部164a〜164dは実装枠体160の上面に、側面部165a〜165dは実装枠体160の側面に、下面部166a〜166dは実装枠体160の下面に、それぞれ設けられている。なお、下面部166a〜166dは外部端子162a〜162dと一体化されてもよく、その場合の接合パターン163a〜163dは上面部164a〜164d及び側面部165a〜165dからなる。

0029

そして、接合パターン163a〜163dは、外部端子162a〜162dから実装枠体160の側面及び上面を経て接合パッド161a〜161dに至るまで均一な幅に形成されている。図6[A]に示すように、接合パターン163a〜163dの幅Wとは、実装枠体160を平面視した際に、接合パターン163a〜163dが接合パッド161a〜161dに向かって延びる方向と直交する方向に沿う寸法である。これにより、外部からの熱が外部端子162a〜162dから接合パターン163a〜163dを介して接合パッド161a〜161dまで均等に伝わるため、外部から感温素子150への熱伝導を良好にすることができる。したがって、外部環境の温度と感温素子150が感知する温度情報との差を縮小でき、良好な温度特性を得ることができる。また、均一な幅とは、実装枠体160の上面に設けられた接合パターン163の幅と実装枠体160の下面に設けられた接合パターン163の幅との差が、−10μm〜10μm異なるものを含むものとする。

0030

突起部169は、実装枠体160の長辺方向に延出するように外部端子162aに設けられている。突起部169は、外部端子162aの目印として機能するので、電子機器等のマザーボード上に実装する際に外部端子162a〜162dを判別するために用いられる。

0031

また、基板110aの接合端子112a〜112dと実装枠体160の接合パッド161a〜161dとが導電性接合材170を介して接合されることにより、図3に示すように、基板110aと実装枠体160との間に間隙部Gが形成される。間隙部Gは、導電性接合材170、接合端子112a〜112d(いずれか一つ)及び接合パッド161a〜161d(いずれか一つ)の厚みを足した分に相当する。その間隙部Gに、感温素子150を被覆する絶縁性樹脂190(図3)が設けられている。例えば、水晶デバイス10が電子機器等の実装基板に実装され、この実装基板に実装されているパワーアンプ等の電子部品発熱し、その熱が実装基板を介して凹部K2内に伝わったとする。このような場合、間隙部Gに設けられた絶縁性樹脂190が外部に露出しているので、その熱が絶縁性樹脂190から外部へ放出される。これにより、凹部K2内に実装された感温素子150に対して、実装基板等からの熱の影響を緩和できる。よって、感温素子150から得られる温度を、実際の水晶素子120の周囲の温度に近づけることができる。また、間隙部Gに絶縁性樹脂190が設けられることにより、感温素子150が絶縁性樹脂190によって確実に固定されるので、感温素子150が基板110aから剥がれることを抑制できる。

0032

ここで、実装枠体160の作製方法について説明する。実装枠体160がガラスエポキシ樹脂である場合は、ガラス繊維からなる基材エポキシ樹脂の前駆体を含浸させ、このエポキシ樹脂前駆体を所定の温度で熱硬化させる。また、導体パターン所定部位、具体的には、接合パッド161a〜161d、外部端子162a〜162d及び接合パターン163a〜163dは、例えば、ガラスエポキシ樹脂からなる樹脂シート上に所定形状に加工した銅箔転写し、その銅箔が転写された樹脂シートを接着剤で積層することによって形成する。また、ビア導体114a〜114dは、樹脂シートに貫通孔を形成し、貫通孔の内面導体ペースト印刷又はめっき法によって金属を被着するか、貫通孔内に金属を充填して形成する。

0033

水晶素子120は、図1及び図2に示すように、導電性接着剤140を介して電極パッド111a,111b上に接合され、安定した機械振動と圧電効果により、電子装置等の基準信号を発振する役割を果たす。また、水晶素子120は、図1及び図2に示すように、水晶素板121、励振電極122a,122b及び引き出し電極123a,123bを有している。励振電極122a,122b及び引き出し電極123a,123bは、水晶素板121に所定のパターンで金属を被着したものである。水晶素板121の上面には励振電極122aが形成され、水晶素板121の下面には励振電極122bが形成されている。

0034

引き出し電極123aは励振電極122aから引き出され、引き出し電極123bは励振電極122bから引き出され、それぞれ水晶素板121の一辺に向かって延出するように設けられている。つまり、引き出し電極123a,123bは、水晶素板121の長辺又は短辺に沿った形状で設けられる。また、引き出し電極123a,123bを電極パッド111a,111bに接続して水晶素子120の一端を固定端とし、水晶素子120の他端を基板110aの上面から離間した自由端とすることにより、片持ち支持構造にて水晶素子120が基板110a上に固定される。

0035

水晶素子120の動作について説明する。水晶素子120は、外部からの交番電圧が引き出し電極123a,123b及び励振電極122a,122bを介して水晶素板121に印加されると、水晶素板121が所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。

0036

水晶素子120の作製方法について説明する。まず、人工水晶から水晶素板121を所定のカットアングル切り出し、水晶素板121の外周を薄くする。このとき、水晶素板121の外周部に比べて水晶素板121の中央部を厚くするベベル加工を行う。そして、蒸着又はスパッタリングによって水晶素板121の両主面に金属膜を被着させ、フォトリソグラフィーによって所定形状の励振電極122a,122b及び引き出し電極123a,122bを形成する。

0037

水晶素子120の基板110aの接合方法について説明する。まず、電極パッド111a,111b上に、導電性接着剤140を例えばディスペンサによって塗布し、導電性接着剤140上に水晶素子120を載置する。そして導電性接着剤140を加熱することによって、導電性接着剤140が硬化収縮するので、水晶素子120が電極パッド111a,111bに接合される。つまり、引き出し電極123aは電極パッド111aと接合され、引き出し電極123bは電極パッド111bと接合される。これによって、水晶素子120が実装枠体160の外部端子162a,162bと電気的に接続される。

0038

導電性接着剤140は、例えば、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たものである。導電性粉末としては、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金パラジウム、銀、チタンニッケル又はニッケル鉄のうちのいずれか、或いはこれらの組み合わせを含むものが用いられる。また、バインダーとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用いられる。

0039

感温素子150は、凹部K2内に設けられた接続パッド117a,117bに実装される。感温素子150としては、後述するようにサーミスタ白金測温抵抗体又はダイオード等が用いられる。

0040

感温素子150としてサーミスタを用いる場合は、図1及び図2に示すように、全体が直方体状となり、その両端にそれぞれ接続端子151a,151bが設けられる。接続端子151aは感温素子150の左側面及びその左側面と連なる面に設けられ、接続端子151bは感温素子150の右側面及びその右側面と連なる面に設けられる。このような感温素子150は、例えば、長辺の長さが0.4〜0.6mm、短辺の長さが0.2〜0.3mm、厚み方向の長さが0.1〜0.3mmとなっている。この感温素子150は、温度変化によって電気抵抗が大きく変化し、この抵抗値の変化から出力電圧が変化するため、抵抗値と出力電圧との関係及び出力電圧と温度との関係により温度情報を得ることができる。感温素子150の接続端子151a,151b間の電圧は、実装枠体160の外部端子162c,162dを介して水晶デバイス10の外へ出力される。例えば電子機器等のメインIC(図示せず)によって、この出力電圧を温度に換算することにより、温度情報を得ることができる。このような感温素子150を水晶素子120の近くに配置して、これによって得られた水晶素子120の温度情報に応じて、メインICによって水晶素子120の駆動電圧を制御することにより、温度補償が行われる。

0041

感温素子150として白金測温抵抗体を用いる場合は、直方体状のセラミック板上の中央に白金を蒸着することにより、白金電極が設けられる。また、セラミック板の両端には接続端子151a,151bが設けられる。白金電極と接続端子151a,151bとは、セラミック板上面に設けられた引き出し電極により接続される。そして、白金電極の上面を被覆するようにして絶縁性樹脂が設けられる。

0042

感温素子150としてダイオードを用いる場合は、半導体素子半導体素子用基板の上面に実装し、その半導体素子を含む半導体素子用基板の上面を絶縁性樹脂で被覆した構造となる。半導体素子用基板の下面から側面には、アノード端子及びカソード端子となる接続端子151a,151bが設けられる。この感温素子150は、アノード端子からカソード端子へは電流を流すが、カソード端子からアノード端子へはほとんど電流を流さない順方向特性を有している。感温素子150の順方向特性は、温度によって大きく変化する。そのため、感温素子150に一定電流を流しておいて順方向電圧を測定することによって、電圧情報を得ることができる。その電圧情報から換算することで水晶素子120の温度情報を得ることができる。ダイオードの順方向電圧と温度とは直線関係を示す。接続端子151a,151bであるカソード端子及びアノード端子間の電圧が、外部端子162c,162dを介して水晶デバイス10の外へ出力される。

0043

感温素子150は、図2図3及び図5に示すように、基板110aの下面に設けられた接続パッド117a,117bにはんだ等の導電性接合材180を介して実装される。このとき、接続端子151aが接続パッド117aに接続され、接続端子151bが接続パッド117bに接続される。接続パッド117bは、基板110aの下面に設けられた接続パターン118bを介して接合端子112cに接続される。また、接合端子112cは、実装枠体160の接合パッド161cに接合されることで、外部端子162cと電気的に接続される。外部端子162cは、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランドに接続されることにより、グランド端子の役割を果たす。よって、感温素子150の接続端子151bは、基準電位であるグランドに接続されることになる。

0044

感温素子150の基板110aへの接合方法について説明する。まず導電性接合材180を例えばディスペンサによって接続パッド117a,117bに塗布し、導電性接合材180上に感温素子150を載置する。そして、導電性接合材180を加熱することにより、導電性接合材180が溶融するので、感温素子150が接続パッド117a,117bに接合される。

0045

導電性接合材180は、例えば銀ペースト又は鉛フリーはんだにより構成され、塗布し易い粘度に調整するための溶剤を含む。鉛フリーはんだは、成分比率が例えば錫95〜97.5%、銀2〜4%、銅0.5〜1.0%のものが使用される。

0046

また、図示するものとは異なるが、感温素子150の長辺方向(長手方向)と基板110aの長辺方向(長手方向)とが直交するように、感温素子150を配置してもよい。こうすることにより、水晶素子120と電気的に接続される接合端子112aは接続パッド117aとの間隔を長くでき、水晶素子120と電気的に接続される接合端子112bは接続パッド117bとの間隔を長くできる。そのため、感温素子150を接合している導電性接合材180が溢れ出たとしても、導電性接合材180が接合端子112a,112bに付着することを抑えることができる。よって、水晶素子120に電気的に接続される接合端子112a,112bと感温素子150との短絡を低減できる。

0047

蓋体130は、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなり、真空状態にある収容部K1又は窒素ガスなどが充填された収容部K1を気密的に封止する。具体的には、所定雰囲気で、パッケージ110の枠体110b上に蓋体130を載置し、枠体110bの封止用導体パターン119と蓋体130の接合部材131とに所定電流を印加してシーム溶接を行うことにより、蓋体130が枠体110bに接合される。

0048

また、蓋体130は、封止用導体パターン119及びビア導体114cを介して基板110aの下面の接合端子112cに電気的に接続される。接合端子112cは、導電性接合材170を介して接合パッド161cと電気的に接続される。接合パッド161cは、接合パターン163cを介して外部端子162cと電気的に接続される。よって、蓋体130は、実装枠体160の外部端子162cと電気的に接続される。

0049

接合部材131は、蓋体130の周縁に設けられ、パッケージ110の枠体110b上面に設けられた封止用導体パターン119に相対する。接合部材131は、例えば、銀ロウ又は金錫によって設けられる。銀ロウは、例えば、厚みが10〜20μm、成分比率が銀72〜85%、銅15〜28%のものが使用される。金錫は、例えば、厚みが10〜40μm、成分比率が金78〜82%、錫18〜22%のものが使用される。

0050

以上のように水晶デバイス10は、矩形状の基板110aと、基板110aの下面の外周縁に沿って設けられた実装枠体160と、基板110aの上面に設けられた電極パッド111a,111bと、基板110aの下面に設けられた接続パッド117a,117bと、基板110aの下面に設けられ、電極パッド111a,111b及び接続パッド117a,117bに電気的に接続された接合端子112a〜112dと、実装枠体160の上面に設けられ、接合端子112a〜112dに電気的に接続された接合パッド161a〜161dと、実装枠体160の下面に設けられた外部端子162a〜162dと、実装枠体160の側面から上面に設けられ、外部端子162a〜162dと接合パッド161a〜161dとを電気的に接続する接合パターン163a〜163dと、電極パッド111a,111bに実装された水晶素子120と、接続パッド117a,117bに実装された感温素子150と、を備え、接合パターン163a〜163dは、外部端子162a〜162dから実装枠体160の側面及び上面を経て接合パッド161a〜161dに至るまで均一な幅に形成されている。

0051

これにより、水晶デバイス10によれば、外部からの熱が外部端子162a〜162dから接合パターン163a〜163dを経て感温素子150へ伝わる際に均等に伝わるため、外部から感温素子150への熱伝導を良好にすることができる。したがって、外部環境の温度と感温素子150が感知する温度情報との差を縮小でき、良好な温度特性を得ることができる。なお、外部端子162a〜162dから接合パッド161a〜161dに至るまでに接合パターン163a〜163dの幅が不均一であると、次のような問題を生ずる。(1)細くなる部分で熱抵抗が大きくなるので、熱伝導が阻害される。(2)細くなる部分は、電気抵抗が大きくなるので、通電時に発熱源となる。

0052

<変形例1>
以下、実施形態1の変形例1について説明する。図7[A]に示すように、本変形例1の水晶デバイス11は、実装枠体160の上面において、接合パターン163a〜163dを横断するように絶縁層167a〜167dが設けられている点において、実施形態1と異なる。

0053

水晶デバイス11は、実装枠体160の上面において、少なくとも接合パターン163a〜163dの一部を幅方向に横断するように絶縁層167a〜167dが設けられている。絶縁層167a〜167dは、アルカリ現像型ソルダーレジストUV硬化ソルダーレジスト又は熱硬化型ソルダーレジスト等を塗布し、これを硬化させることで形成される。

0054

水晶デバイス11は、実装枠体160の上面において、接合パターン163a〜163dを横断するように絶縁層167a〜167dが設けられている。これにより、接合パッド161a〜161dと接合端子112a〜112dとを接続するための導電性接合材170(図2及び図3)が、絶縁層167a〜167dでせき止められる。そのため、導電性接合材170が接合パッド161a〜161dから接合パターン163a〜163d上へ流れ出てしまうことを、抑えることができる。なお、導電性接合材170の流れ出しは、接合強度低下電気的短絡を招く。

0055

また、本変形例1では、図7[B]に示すように、実装枠体160の下面においても、接合パターン163a〜163dを横断するように絶縁層167e〜167hが設けられている。絶縁層167e〜167hも絶縁層167a〜167dと同様の作用を奏する。

0056

<変形例2>
以下、実施形態1の変形例2について説明する。図8[A]に示すように、本変形例2の水晶デバイス12は、実装枠体160の上面において、接合パターン163a〜163dを横断するように溝部168a〜168dが設けられている点において、実施形態1と異なる。

0057

接合パターン163a〜163dは、例えば、三層構造になっており、下層にモリブデン(Mo)、中間層にニッケル(Ni)、上層に金(Au)がそれぞれ形成されている。溝部168a〜168dは、実装枠体160の上面において、少なくとも接合パターン163a〜163dの一部を幅方向に横断するように設けられている。

0058

水晶デバイス12は、実装枠体160の上面において、接合パターン163a〜163dを横断するように溝部168a〜168dが設けられている。溝部168a〜168dは、基板110aの下面に導電性接合材170(図2及び図3)を介して実装枠体160を接合する際に、接合パッド161a〜161dから接合パターン163a〜163d上へ導電性接合材170流れ出てしまうことを抑えるためのものである。なお、導電性接合材170の流れ出しは、接合強度低下や電気的短絡を招く。

0059

また、図8[C]に示すように、溝部168aの縁に、凸部160a,160bを設けてもよい。凸部160a,160bの少なくとも表面は金属酸化物からなる。これにより、凸部160a,160bがダムとなる物理的作用と金属酸化物が濡れにくい化学的作用とにより、導電性接合材170の拡がりを抑えることができる。これにより、接合パッド161aに塗布された導電性接合材170が流れ出しても溝部168aに加え凸部160a,160bでもせき止められるため、導電性接合材170が接合パターン163a上に流れ出てしまうことを更に抑えることができる。溝部168a〜168dは例えばレーザ加工で形成することができ、そのときレーザパワーを調整することにより凸部160a,160bも同時に形成することができる。凸部160a,160bの表面の金属酸化物は、例えば接合パターン163a〜163dを構成するニッケル(Ni)の酸化物である。また、溝部168b〜168dの縁にも、溝部168aと同様に凸部160a,160bを設けてもよい。凸部160a,160bは、図示するように接合パッド161a側と接合パターン163a側との二箇所でもよいし、それらのどちらか一箇所のみでもよい。

0060

なお、図8[B]に示すように、実装枠体160の下面にも溝部168e〜168hを設けてもよい。溝部168e〜168hも溝部168a〜168dと同様の作用を奏する。

0061

<変形例3>
以下、実施形態1の変形例3について説明する。図9乃至図11に示すように、本変形例3の水晶デバイス13は、実装枠体160と基板110aとによって形成された凹部K3が、平面透視した際に、電極パッド111a,111bと重ならない位置に設けられる点において、実施形態1と相違する。

0062

図11に示すように、基板110aの短辺の中心を通り、長辺と平行な線を軸線L1とし、基板110aの長辺の中心を通り、短辺と平行な線を軸線L2する。この軸線L1と軸線L2との交点中心点P1とする。また、凹部K3の長辺の中心を通り、基板110aの長辺と平行な線を軸線L1とし、凹部K3の短辺の中心を通り、基板110aの短辺と平行な線を軸線L3とする。この軸線L1と軸線L3との交点を中心点P2とする。

0063

接続パッド117a,117bは、平面透視した際に、基板110aの中心点P1に対して電極パッド111a,111bが設けられる方向と反対の方向にずれるようにして設けられている。

0064

凹部K3は、平面透視した際に電極パッド111a,111bと重ならない位置に設けられている。このように電極パッド111a,111bと凹部K3が重ならない位置に設けられることで、電極パッド111a,111bの位置において基板110aと実装枠体160とを足した上下方向の厚みが確保されるため、水晶デバイス13の周囲温度の変化に伴う基板110aの伸縮によって発生する応力を低減できる。よって、水晶素子120に伝わる応力を低減でき、水晶デバイス13の特性変動、例えば、周波数温度特性の変動であるヒステリシスを低減できる。

0065

また、凹部K3の中心点P2が、平面透視した際に、基板110aの中心点P1から電極パッド111a,111bが設けられる方向と反対の方向に設けられている。つまり、基板110aの中心点P1と凹部K3の中心点P2とが、平面視した際に重ならない位置に設けられる。これにより、平面透視した際に、電極パッド111a,111bと凹部K3とが更に重なりにくくなるため、電極パッド111a,111bの位置において基板110aと実装枠体160とを足した上下方向の厚みが十分に確保されることになり、水晶デバイス13の周囲温度の変化に伴う基板110aの伸縮によって発生する応力を更に低減できる。よって、水晶素子120に伝わる応力を更に低減でき、水晶デバイス13の特性変動、例えば、周波数温度特性の変動であるヒステリシスを更に低減できる。

0066

水晶デバイス13は、実装枠体160と基板110aとによって形成された凹部K3が、平面透視した際に、電極パッド111a,111bと重ならない位置に設けられている。これにより、電極パッド111a,111bの位置において基板110aと実装枠体160とを足した上下方向の厚みが確保されるため、水晶デバイス13の周囲温度の変化に伴う基板110aの伸縮によって発生する応力を低減できる。よって、水晶素子120に伝わる応力を低減でき、水晶デバイス13の特性変動、例えば、周波数温度特性の変動であるヒステリシスを低減できる。

0067

また、感温素子150の長辺方向(長手方向)と基板110aの長辺方向(長手方向)とが直交するように、感温素子150が配置されている。これにより、水晶素子120に電気的に接続される接合端子112aは接続パッド117aとの間隔を長くでき、水晶素子120に電気的に接続される接合端子112bは接続パッド117bとの間隔を長くできる。そのため、感温素子150を接合する導電性接合材180が溢れ出たとしても、導電性接合材170が接合端子112a,112bに付着することを抑えることができる。よって、水晶素子120に電気的に接続される接合端子112a,112bと感温素子150との短絡を低減できる。

0068

また、凹部K3の中心点P2が、平面透視した際に、基板110aの中心点P1から電極パッド111a,111bが設けられる方向と反対の方向に設けられている。これにより、平面透視した際に、電極パッド111a,111bと凹部K3とが更に重なりにくくなるため、電極パッド111a,111bの位置において基板110aと実装枠体160とを足した上下方向の厚みが十分に確保されることになり、水晶デバイス13の周囲温度の変化に伴う基板110aの伸縮によって発生する応力を更に低減できる。よって、水晶素子120に伝わる応力を更に低減でき、水晶デバイス13の特性変動、例えば、周波数温度特性の変動であるヒステリシスを更に低減できる。

0069

図10に示すように、間隙部Gには絶縁性樹脂190が設けられている。このとき、水晶デバイス13が電子機器等の実装基板に実装され、この実装基板に実装されている他のパワーアンプ等の電子部品が発熱し、その熱が実装基板を介して凹部K3内に伝わったとする。このような場合でも、間隙部Gに設けられた絶縁性樹脂190が外部に露出しているので、その熱が凹部K3内の絶縁性樹脂190に伝わって外部へ放出される。これにより、凹部K3内に実装された感温素子150に対して熱の影響を更に緩和できる。よって、水晶デバイス13は、感温素子150から出力された電圧を換算することで得られた温度と、実際の水晶素子120の周囲の温度との差を縮小できる。

0070

また、間隙部Gに絶縁性樹脂190が設けられていることにより、感温素子150が絶縁性樹脂190によって確実に固定されるので、感温素子150が基板110aから剥がれることを抑制できる。

0071

<その他>
以上のように構成された水晶デバイスは、はんだ付け、Auバンプ又は導電性接着剤などによってプリント基板に外部端子の底面が固定されることによって、電子機器を構成するプリント基板の表面に実装される。そして、水晶デバイスは、例えば、パーソナルコンピュータ時計ゲーム機通信機、又はカーナビゲーションシステム等の車載機器などの種々の電子機器で発振源として用いられる。このような水晶デバイスは、感温素子から出力された電圧を換算することで得られた温度と、水晶素子の実際の周囲温度との差を縮小できることにより、電子機器のICによって補正しやすくなるので、安定した発振周波数を出力できる。よって、上記実施形態及び各変形例の水晶デバイスを有する電子機器は、高信頼性で正確な動作が可能となる。

0072

以上、上記実施形態及び各変形例を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記実施形態及び各変形例の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。

0073

例えば、上記実施形態及び各変形例では、基板の上面に枠体が設けられた場合を説明したが、その枠体を設けなくてもよい。この場合、蓋体は、矩形状の封止基部と、封止基部の下面の外周縁に沿って設けられた封止枠部とで構成されるものを用いてもよい。このような蓋体は、封止基部の下面と封止枠部の内側面とで収容空間が形成される。封止基部及び封止枠部は、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなり、一体的に形成される。このような封止蓋体は、真空状態にある収容空間又は窒素ガスなどが充填された収容空間を気密的に封止するためのものである。具体的には、所定雰囲気で、平板状の基板の上面に蓋体を載置し、基板の上面と封止枠部の下面との間に設けられた接合部材を加熱することで、基板に蓋体が溶融接合される。

0074

10,11,12,13水晶デバイス
110パッケージ
110a基板
110b枠体
111a,111b電極パッド
112a,112b,112c,112d接合端子
113a,113b配線パターン
114a,114b,114cビア導体
115a,115b 凸部
117a,117b,217a,217b接続パッド
118a,118b接続パターン
119封止用導体パターン
120水晶素子
121水晶素板
122a,122b励振電極
123a,123b引き出し電極
130蓋体
131接合部材
140導電性接着剤
150感温素子
151a,151b接続端子
160実装枠体
160a,160b 凸部
161a,161b,161c,161d接合パッド
162a,162b,162c,162d外部端子
163a,163b,163c,163d接合パターン
164a,164b,164c,164d 上面部
165a,165b,165c,165d 側面部
166a,166b,166c,166d 下面部
167a,167b,167c,167d,
167e,167f,167g,167h絶縁層
168a,168b,168c,168d,
168e,168f,168g,168h 溝部
169突起部
170,180導電性接合材
190絶縁性樹脂
G間隙部
K1 収容部
K2,K3 凹部
L1,L2,L3軸線
P1,P2中心点
W 幅

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