JP2018033062A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】圧電振動素子や電子部品素子が受ける電磁波の影響を抑止し、発振周波数が変動することを低減した圧電デバイスを提供する。【解決手段】圧電デバイスは、第一基板１１２の下面に設けられた第一電極パッド１１４が設けられた素子搭載部材１１１と、圧電振動素子１２０と、蓋部材１３０とを有する振動子部１１０と、貫通孔１４２を有し、上面に第二電極パッド１４１が、下面に外部接続電極パッド１４３が設けられており、振動子部１１０が実装された第二基板１４０と、貫通孔１４２内に配置され第一基板１１２の下面に実装された集積回路素子１５０と、を備え、第二基板１４０の上面に配置され内部に振動子部１１０を収容した第一カバー部１６０と、貫通孔１４２の第二基板１４０の下面側開口を塞ぐように第二基板１４０の下面に配置された第二カバー部１７０と、が設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、電子機器等に用いられる電子部品の一つである圧電デバイスに関するものである。

圧電振動素子を内部に搭載した圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスは、電子部品の一つとして、コンピュータ，携帯電話又は小型情報機器などの電子機器内部に、基準信号源やクロック信号源として搭載され使用されている。以下に従来の圧電デバイスの一例として、圧電材料として水晶を用い、平面視形状が矩形の圧電素子と集積回路素子を内部に搭載した圧電発振器について説明する。

圧電発振器は、水晶等の圧電振動素子の圧電効果を利用して、特定の周波数の信号を安定的に発振出力させる電子部品である。圧電発振器は、例えば、厚み方向に貫通孔を有する第一基板と、第一基板の上面に貫通孔を覆うように実装された振動子部と、貫通孔内に配置され、振動子部に実装された集積回路素子と、を有している。第一基板は、平面視矩形の平板状で貫通孔を有する絶縁基板と、上面に設けられ振動子部が実装される振動子部用パッドと、下面に設けられた外部端子と、振動子部用パッドと外部端子とを接続する接続導体と、を有している（例えば、下記特許文献１又は２を参照。）。

特開２０１６−０８２５３８号公報 特開２０１５−０９１１２８号公報

前述した圧電発振器を含む従来の圧電デバイスは、上面には第一電極パッドが設けられ、下面には外部接続電極パッドが設けられ、中央には貫通孔が設けられている第一基板と、第二基板を有し第二基板の下面に第二電極パッドが設けられた素子搭載部材と、素子搭載部材内に実装されている圧電振動素子と、金属製の蓋部材とが設けられた振動子部と、第二基板の下面に実装されている電子部品素子と、を備え、貫通孔内に電子部品素子を収容しつつ第一電極パッドと第二電極パッドとが電気的に接続し且つ固着されている。

しかし、このような構成の場合、圧電デバイスが外部から受けるノイズ等の電磁波に対してシールド効果を備えている部分は、圧電デバイス上部の金属製の蓋部材のみであるため、電子機器の実装基板に圧電デバイスを実装し使用したとき、他の電子デバイスから生じたノイズ等の電磁波が、圧電デバイスの上部以外から内部に侵入し、搭載された圧電振動素子や電子部品素子の電子的動作に悪影響を生じさせ、圧電デバイスの発振周波数が変動してしまうおそれがあった。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、圧電振動素子や電子部品素子が受ける電磁波の影響を抑止し、発振周波数が変動することを低減した圧電デバイスを提供することを目的とする。

本発明の圧電デバイスは、少なくとも第一基板を備え第一基板の下面に設けられた第一電極パッドが設けられた素子搭載部材と、第一基板の上面に実装された圧電振動素子と、素子搭載部材に接合することで圧電振動素子を気密封止する蓋部材とを有する振動子部と、貫通孔を有し、上面に第二電極パッドが設けられており、下面に少なくとも四つの外部接続電極パッドが設けられており、第二電極パッドと第一電極パッドとを接合することにより振動子部が実装された平板状の第二基板と、貫通孔内に配置され第一基板の下面に実装された電子部品素子と、を備え、第二基板の上面に配置され内部に振動子部を収容した箱状の第一カバー部と、貫通孔の第二基板の下面側開口を塞ぐように第二基板の下面に配置された平板状の第二カバー部と、が設けられていることを特徴とする。

本発明の圧電デバイスは、少なくとも第一基板を備え第一基板の下面に設けられた第一電極パッドが設けられた素子搭載部材と、第一基板の上面に実装された圧電振動素子と、素子搭載部材に接合することで圧電振動素子を気密封止する蓋部材とを有する振動子部と、貫通孔を有し、上面に第二電極パッドが設けられており、下面に少なくとも四つの外部接続電極パッドが設けられており、第二電極パッドと第一電極パッドとを接合することにより振動子部が実装された平板状の第二基板と、貫通孔内に配置され第一基板の下面に実装された電子部品素子と、を備え、第二基板の上面に配置され内部に振動子部を収容した箱状の第一カバー部と、貫通孔の第二基板の下面側開口を塞ぐように第二基板の下面に配置された平板状の第二カバー部と、が設けられている。

このような構成により、圧電デバイスを主要に構成する振動子部及び電子部品素子の全体を第一カバー部及び第二カバー部で覆い囲っているため、電子機器の実装基板に圧電デバイスを実装し使用したとき、他の電子デバイスから生じたノイズ等の電磁波は、第一カバー部及び第二カバー部によって吸収及び減衰されるため、電磁波が第一カバー部及び第二カバー部内に進入することを抑止することができる。これにより、第一カバー部及び第二カバー部内に搭載された圧電振動素子や電子部品素子の電子的動作に対する電磁波の影響を抑えることができ、圧電デバイスの発振周波数が変動してしまうことを低減させることが可能となる。

よって、本発明は、圧電振動素子や電子部品素子が受ける電磁波の影響を抑止し、発振周波数が変動することを低減した圧電デバイスを提供できる効果を奏する。

本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスを示した分解斜視図である。 本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスを示した平面図であり、（ａ）は上方から示した平面図であり、（ｂ）は下方から示した平面図である。 図２（ａ）に示した仮想切断線Ａ−Ａで切断したときの断面図である。 本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスにおける変形例を、図３と同じ位置で切断したときの断面図である。 本発明の第二実施形態に係る圧電デバイスを、図３と同じ位置で切断したときの断面図である。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスを示した分解斜視図である。図２は、本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスを示した平面図であり、（ａ）は上方から示した平面図であり、（ｂ）は下方から示した平面図である。図３は、図２（ａ）に示した仮想切断線Ａ−Ａで切断したときの断面図である。図４は、本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスにおける変形例を、図３と同じ位置で切断したときの断面図である。図５は、本発明の第二実施形態に係る圧電デバイスを、図３と同じ位置で切断したときの断面図である。

尚、各図では、説明を明りょうとするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。また、図１及び２（ａ）では説明を平易とするため、図示してある方を各々の圧電デバイス及びそれを構成する各構成要素の上方、反対側を下方として記述する。図２（ｂ）については、図示してある方を各々の圧電デバイス及びそれを構成する各構成要素の下方、反対側を上方として記述する。図３、４及び５については、図面が記載されている用紙上方を各々の圧電デバイス及びそれを構成する各構成要素の上方として記述する。

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態として、圧電デバイスの一つである圧電発振器について説明する。圧電発振器１００は、図１、２及び３に示すように、振動子部１１０と、第二基板１４０と、電子部品素子の一例である集積回路素子１５０と、第一カバー部１６０と、第二カバー部１７０とから主に構成されている。このような圧電発振器１００は、電子機器等で使用する基準信号を生成出力するために用いられる。

振動子部１１０は、内部に圧電振動素子１２０を、且つ外部に集積回路素子１５０を安定的に搭載しつつ、圧電振動素子１２０及び集積回路素子１５０に電気信号を入力させ圧電振動素子１２０及び集積回路素子１５０からの電気信号を出力させることに用いる。振動子部１１０は、素子搭載部材１１１と、圧電振動素子１２０と、蓋部材１３０と、を備えている。

素子搭載部材１１１は、後述する圧電振動素子１２０を安定的に搭載するためのものである。素子搭載部材１１１は、主に第一基板１１２と、枠体１１３とからなり、第一電極パッド１１４と、第三電極パッド１１５と、第四電極パッド１１６と、接合材１１７を備えた構成となっている。

第一基板１１２は、平面視矩形状の平板であり、その上面に圧電振動素子１２０を実装し且つ下面に集積回路素子１５０を実装するための実装部材として機能するものである。第一基板１１２の上面には、圧電振動素子１２０へ信号を入出力するための第三電極パッド１１５が設けられており、下面の四隅には、後述する第二基板１４０への信号を入出力させつつ振動子部１１０を第二基板１４０に固着させるための第一電極パッド１１４が設けられている。また、下面の中央には、後述する集積回路素子１５０へ信号を入出力させつつ集積回路素子１５０を固着搭載させるための第四電極パッド１１６が設けられている。第一基板１１２の表面及び内部には、第一電極パッド１１４と第四電極パッド１１６とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）と、第三電極パッド１１５と第四電極パッド１１６とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が設けられている。また、第一電極パッド１１４と第三電極パッド１１５とは、集積回路素子１５０を介して電気的に接続しているが、直接的には電気的に接続していない。尚、第一基板１１２は、例えば、アルミナセラミックスまたはガラス−セラミックス等のセラミック材料、またはガラス−エポキシである絶縁材料から構成されている。

枠体１１３は、第一基板１１２の上面の外周縁に沿って設けられており、第一基板１１２の上面側に圧電振動素子１２０を内部に収容できる容量を有する凹部１１８を形成するためのものである。枠体１１３は、例えば、アルミナセラミックスまたはガラス−セラミックス等のセラミック材料、またはガラス−エポキシである絶縁材料から構成されている。尚、この枠体１１３の内周の大きさ、つまり凹部１１８の開口部の大きさは、後述する圧電振動素子１２０が横方向で凹部１１８内に搭載できる大きさとなっている。

第一電極パッド１１４は、振動子部１１０を第二基板１４０に実装する際に、半田等の導電性接合材を介して電気的に接続するための電極パッドとして機能する。第一電極パッド１１４は、第一基板１１２の下面の四隅にそれぞれ一つずつ計四個設けられており、それぞれの第一電極パッド１１４は、所定の第四電極パッド１１６と第一基板１１２内に設けられた配線パターン（図示せず）により電気的に接続されている。尚、この第一電極パッド１１４のうちＧＮＤ（接地）電位となる第一電極パッド１１４は、後述する蓋部材１３０、第一カバー部１６０及び第二カバー部１７０と電気的に接続していても構わない。また、第一電極パッド１１４は金等の導電性の金属のメタライズ処理によって形成される。

第三電極パッド１１５は、後述する圧電振動素子１２０と導電性接着剤１１９を用いて導通し、圧電振動素子１２０への信号の入出力をするものである。第三電極パッド１１５は一対であり、凹部１１８内に露出した第一基板１１２の上面の一方の短辺に沿って並びつつ、圧電振動素子１２０が凹部１１８内の所定の位置に配置されたときに圧電振動素子１２０に設けられた接続用電極１２３に対向する位置に設けられている。この第三電極パッド１１５は、第一基板１１２内に設けられた配線パターン（図示せず）により所定の第四電極パッド１１６と電気的に接続されている。尚、第三電極パッド１１５は金等の導電性の金属のメタライズ処理によって形成される。

第四電極パッド１１６は、後述する集積回路素子１５０を接合導通するものであり、第一基板１１２の下面の中央部分に、集積回路素子１５０に設けられた複数個の接続パッド１５１に対応する個数及び位置に設けられている。例えば、集積回路素子１５０に接続パッド１５１が二列状に計八個設けられていた場合、第四電極パッド１１６は、第一基板１１２の下面の中央部に二列状に計八個設けられることとなる。第四電極パッド１１６のうち所定のパッドは、第三電極パッド１１５と電気的に接続されている。また、残りの第四電極パッド１１６のうちの所定のパッドは、それぞれ第一電極パッド１１４と電気的に接続されている。尚、第四電極パッド１１６は金等の導電性の金属のメタライズ処理によって形成される。

圧電振動素子１２０は、例えば、厚みすべり振動を用いて所望する周波数の電気信号を生成するものである。圧電振動素子１２０は、図１に示すように、圧電素子１２１と、圧電素子１２１の上面に設けられた厚みすべり振動を励振する励振用電極１２２と、接続用電極１２３から主に構成されている。

圧電素子１２１は、平面視矩形の平板であり、人工水晶体から所定のアングルでカットされ外形加工された水晶薄板が用いられている。尚、本実施形態においては、圧電素子１２１に水晶薄板を用いたが、他にタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電性を有する単結晶材料を材料とした薄板を使用しても良い。

励振用電極１２２は、厚みすべり振動を圧電素子１２１に生成するためのものである。励振用電極１２２は、圧電素子１２１の上面及び下面のほぼ中央に一つずつ、圧電素子１２１を挟んで対向して設けられている。励振用電極１２２は、例えば、互いに同一の形状及び大きさであり、平面透視において重なっている。励振用電極１２２の形状は、例えば、圧電素子１２１の主面の四辺と平行な四辺を有する概略矩形である。また、励振用電極１２２は、圧電素子１２１の上下面に、金、アルミニウム、ニッケル、クロムやチタン、或いはこれらの金属を含む合金等の導電性の金属を蒸着あるいはスパッタリング等により薄膜状に積層形成した上で、フォトリソグラフィ法等の製造方法により形成されている。例えば、励振用電極１２２は圧電素子１２１の表面側から順にクロム、ニッケル、金の金属の三層構造となっていても良い。

接続用電極１２３は、素子搭載部材１１０に設けられた第三電極パッド１１５と圧電振動素子１２０の励振用電極１２２との間の信号の入出力を行うためのものである。接続用電極１２３は、それぞれの励振用電極１２２から引き出された配線パターンの各終端部分に設けられおり、圧電素子１２１の一方の短辺の両角部の上面から側面を介して下面にかけて、それぞれ一個計二個形成されている。この接続用電極１２３は、導電性接着剤１１９により、素子搭載部材１１１に設けられた第三電極パッド１１５と電気的に接続されている。また、接続用電極１２３は、圧電素子１２１の一方の短辺の両角部の上下側面に、金、アルミニウム、ニッケル、クロムやチタン、或いはこれらの金属を含む合金等の導電性の金属を蒸着あるいはスパッタリング等により薄膜状に積層形成した上で、フォトリソグラフィ法等の製造方法により形成されている。例えば、接続用電極１２３は圧電素子１２１の表面側から順にクロム、ニッケル、金の金属の三層構造となっていても良い。

導電性接着剤１１９は、図３に示すように、接続用電極１２３と第三電極パッド１１５とを電気的に接続させつつ、圧電振動素子１２０を第三電極パッド１１５に固着するためのものである。導電性接着剤１１９は、銀等を導電性フィラーとして含有したエポキシ系又はシリコーン系の合成樹脂からなり、粘度は２０〜４０Ｐａ・ｓとなっている。この導電性接着剤１１９は、例えば、流動性を有した状態で第三電極パッド１１５の上面に適量塗布され、圧電振動素子１２０を導電性接着剤１１９と接続用電極１２３とが接触するように配置した後、１２０〜２００℃で加熱して導電性接着剤１１９を固化させることにより、接続用電極１２３と第三電極パッド１１５とを電気的に接続させつつ、圧電振動素子１２０を第三電極パッド１１５に固着させている。

蓋部材１３０は、圧電振動素子１２０を収容しつつ真空状態にある凹部１１８、あるいは窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが充填された凹部１１８を気密的に封止するためのものである。蓋部材１３０は、平面視矩形状の平板形状であり、凹部１１８の開口部を覆い塞ぐ大きさを有する。蓋部材１３０は、枠体１１３の開口部側主面上に凹部１１８の開口部を覆い塞ぐように配置され、枠体１１３の開口部側上面と接合材１１７を介して接合されている。蓋部材１３０は、例えば、鉄、ニッケルまたはコバルトの少なくともいずれかを含む合金あるいはセラミックからなり、その厚み寸法は、例えば０．２〜１．０ｍｍである。尚、蓋部材１３０は、第一電極パッド１１４のうちＧＮＤ（接地）電位となる第一電極パッド１１４と電気的に接続していても構わない。

尚、振動子部１１０の構成は前記したものに限定されず、例えば、枠体１１３を備えずに、第一基板１１２の上面に圧電振動素子１２０を搭載し、その圧電振動素子１２０を覆うように箱状でフランジを有する蓋部材を被せ、その蓋部材のフランジ部分と第一基板１１２とを接合することで蓋部材内の圧電振動素子１２０を気密封止した形態の振動子部でも良い。

第二基板１４０は、前述した振動子部１１０を接合保持するためのものであると共に、集積回路素子１５０を収容するためのものである。第二基板１４０は、第二電極パッド１４１と、貫通孔１４２と、外部接続電極パッド１４３とを備えている。

第二基板１４０は、平面視外形が矩形である平板状であり、その平面視の大きさは振動子部１１０の第一基板１１２の平面視の大きさに比べ大きくなっている。また、第二基板１４０の厚みは、集積回路素子１５０を搭載した振動子部１１０を、集積回路素子１５０を貫通孔１４２に挿入しつつ第二基板１４０の上面に実装したときに、集積回路素子１５０の振動子部１１０との接合面とは反対側の面が第二基板１４０の下面から突出しない程度の厚みを有している。第二基板１４０の上面には、振動子部１１０に設けられた第一電極パッド１１４に対応する位置に第二電極パッド１４１が設けられており、下面及び側面には、外部接続電極パッド１４３が設けられている。第二基板１４０の上面には、上面に設けられた個々の第二電極パッド１４１と、第二基板１４０の下面及び側面に設けられた外部接続電極パッド１４３とを個別に電気的に接続するための配線パターン１４４が設けられている。又、第二基板１４０の平面視中央には、後述する集積回路素子１５０を収めることが可能な大きさの貫通孔１４２が形成されている。第二基板１４０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、又はガラス−エポキシである絶縁体から主に構成されている。

第二電極パッド１４１は、振動子部１１０を接合導通し且つ保持するためのものである。第二電極パッド１４１は、第二基板１４０の上面に設けられており、振動子部１１０の第一基板１１２の下面に設けられた第一電極パッド１１４に対応する個数及び位置に設けられている。個々の第二電極パッド１４１は、第二基板１４０の上面に設けられた配線パターン１４４を介して、第二基板１４０の下面及び側面に設けられた外部接続電極パッド１４３と電気的に接続されている。

貫通孔１４２は、集積回路素子１５０を収容するためのものである。貫通孔１４２は、第二基板１４０において、振動子部１１０を第二基板１４０の上面に搭載したとき、振動子部１１０の下面に搭載される集積回路素子１５０が挿入できる位置に、第二基板１４０の上面から下面に貫通する孔として形成されている。また、貫通孔１４２の開口の大きさは、振動子部１１０に搭載した形態の集積回路素子１５０が挿入できる大きさとなっている。

外部接続電極パッド１４３は、圧電発振器１００を電子機器等の外部の実装基板に実装するためのものである。外部接続電極パッド１４３は、第二基板１４０の下面に複数個設けられており、且つ外部接続電極パッド１４３の一部が、それぞれの外部接続電極パッド１４３の近傍の第二基板１４０の長辺側側面に設けられた窪み部１４５内の表面を経て第二基板１４０の上面まで延設している。それぞれの外部接続電極パッド１４３は、第二基板１４０の上面まで延設してある部分と、第二基板１４０の上面に設けられた配線パターン１４４とにより、第二電極パッド１４１と個々に電気的に接続されている。外部接続電極パッド１４３には、例えば、ＧＮＤ電位と接続されている実装基板のパッドと接続される端子（外部接続電極パッド１４３ａ）の他に、出力端子として用いられる端子、電源電圧端子として用いられる端子、後述する集積回路素子１５０へのデータ書込読込端子及び周波数制御端子として用いられる端子を備えている。尚、外部接続電極パッド１４３の厚みは、圧電発振器１００を外部の実装基板に実装したときに、第二基板１４０の下面に備えた後述する第二カバー部１７０が実装基板に接触しないほどの厚みを有している。

集積回路素子１５０は、例えば、複数個の接続パッド１５１を有した平面視矩形のフリップチップ型集積回路素子が用いられ、その回路形成面（上面）には、所定の電子回路及び電子素子を組み合わせて、例えば、圧電振動素子１２０を励振する発振回路、波形成形回路、温度補償回路などが設けられている。この集積回路素子１５０は、接続パッド１５１と振動子部１１０の下面に設けられた第三電極パッド１１９とを、半田等の導電性接合材によって接合固着することにより、振動子部１１０と基体１５０とを接合したときに貫通孔１４２内に露出する振動子部１１０の下面に搭載される。

第一カバー部１６０は、圧電発振器１００の振動子部１１０及び集積回路素子１５０を、主に圧電発振器１００の外部上方及び側方から受けるノイズ等の電磁波から保護するために用いられるものである。第一カバー部１６０は、例えば、鉄、ニッケルまたはコバルト等の金属或いは少なくともこれらの金属のいずれかを含む合金等の導電性材質からなり、内部に振動子部１１０及び第二電極パッド１４１を接触せずに収容できる空間Kを有する、一面が開口した直方体で箱状の外形を有している。第一カバー部１６０は、第二基板１４０の上面に搭載された振動子部１１０に被せるように、開口面を第二基板１４０に向けて振動子部１１０及び第二電極パッド１４１を空間Ｋ内に収容しつつ、第二基板１４０の上面に配置固定する。第二基板１４０への固定は、例えば、接着剤等による接合、ねじによる締結、又は第一カバー部１６０に鉤爪部を設け第二基板１４０に設けたスリットへの挿入し嵌合、或いはこれらの組み合わせによって成される。尚、第一カバー部１６０と、外部接続電極パッド１４３のうちＧＮＤ（接地）電位となる外部接続電極パッド１４３ａに接続している配線パターン１４４とは、例えば導電性接着剤や半田等により電気的に接続していても構わないが、他の外部接続電極パッド１４３に接続している配線パターン１４４とは、例えば、第一カバー部１６０と相対する配線パターン１４４表面に絶縁樹脂を塗布して絶縁している。

第二カバー部１７０は、圧電発振器１００の振動子部１１０及び集積回路素子１５０を、主に圧電発振器１００の外部下方から受けるノイズ等の電磁波から保護するために用いられるものである。第二カバー部１７０は、例えば、鉄、ニッケルまたはコバルト等の金属或いは少なくともこれらの金属のいずれかを含む合金等の導電性材質からなり、平面視矩形で、平面視の大きさが、貫通孔１４２の第二基板１４０の下面側開口を塞ぎつつ第一カバー部１６０の平面視の大きさと同じ大きさの平板の外形を有している。第二カバー部１７０は、集積回路素子１５０が収容された貫通孔１４２の第二基板１４０下面側開口を覆うように、第二基板１４０の下面に配置固定する。第二基板１４０への固定は、例えば、接着剤等による接合、ねじによる締結、又は第二カバー部１７０に鉤爪部を設け第二基板１４０に設けたスリットへの挿入し嵌合、或いはこれらの組み合わせによって成される。尚、第二カバー部１７０と、外部接続電極パッド１４３のうちＧＮＤ（接地）電位となる外部接続電極パッド１４３ａとは、第二基板１４０に設けられた別の配線パターン１４６を設け、その配線パターン１４６と第二カバー部１７０とを、例えば導電性接着剤や半田等により電気的に接続していても構わない。

第一実施形態における圧電発振器１００は、少なくとも第一基板１１２を備え第一基板１１２の下面に設けられた第一電極パッド１１４が設けられた素子搭載部材１１１と、第一基板１１２の上面に実装された圧電振動素子１２０と、素子搭載部材１１１に接合することで圧電振動素子１２０を気密封止する蓋部材１３０とを有する振動子部１１０と、貫通孔１４２を有し、上面に第二電極パッド１４１が設けられており、下面に少なくとも四つの外部接続電極パッド１４３が設けられており、第二電極パッド１４１と第一電極パッド１１４とを接合することにより振動子部１１０が実装された平板状の第二基板１４０と、貫通孔１４２内に配置され第一基板１１２の下面に実装された集積回路素子１５０と、を備え、第二基板１４０の上面に配置され内部に振動子部１１０を収容した箱状の第一カバー部１６０と、貫通孔１４２の第二基板１４０の下面側開口を塞ぐように第二基板１４０の下面に配置された平板状の第二カバー部１７０と、が設けられている。

このような構成により、圧電発振器１００を主要に構成する振動子部１１０及び集積回路素子１５０の全体を第一カバー部１６０及び第二カバー部１７０で覆い囲っているため、電子機器の実装基板に圧電発振器１００を実装し使用したとき、他の電子デバイスから生じたノイズ等の電磁波は、第一カバー部１６０及び第二カバー部１７０に吸収及び減衰されるため、電磁波が第一カバー部１６０及び第二カバー部１７０内に進入することを抑止することができる。これにより、第一カバー部１６０及び第二カバー部１７０内に搭載された圧電振動素子１２０や集積回路素子１５０の電子的動作に対する電磁波の影響を抑えることができ、圧電発振器１００の発振周波数が変動してしまうことを低減させることが可能となる。

また、第一カバー部１６０及び第二カバー部１７０は、外部接続電極パッド１４３のうちのＧＮＤ（接地）電位となる外部接続電極パッド１４３ａと電気的に接続していても構わない。このような構成により、ＧＮＤ電位とされていない第一カバー部１６０及び第二カバー部１７０によるノイズ等の電磁波のシールド効果に比べ、第一カバー部１６０及び第二カバー部１７０の電位が接地により常に０とすることができるため、接地されていない第一カバー部１６０及び第二カバー部１７０よりも電磁波に対するさらに高いシールド効果を奏し、また、エネルギー量の大きい電磁波に対しても十分なシールド効果を奏することが可能となる。

また、第二基板１４０に搭載される電子部品素子が発振回路を内蔵した集積回路素子１５０であり、外部接続電極パッド１４３のうちＧＮＤ電位となる外部接続電極パッド１４３ａを除く他の前記外部接続電極パッド１４３が、集積回路素子１５０とのみ電気的に接続している。このような構成により、第一カバー部１６０及び第二カバー部１７０によって外部からの電磁波からシールドされている集積回路素子１５０とのみ接続している外部接続電極パッド１４３からは、電磁波の影響が低減した電気信号を、外部の実装基板側に出力することが可能となる。

（変形例）
以下に第一実施形態に係る圧電デバイスの変形例について説明する。尚、変形例において、第一実施形態の圧電デバイスである圧電発振器１００と同じ構成要素の部分には、圧電発振器１００の各構成要素に付与した符号と同じ符号を付してその説明を省略する。図４に示すように、変形例である圧電発振器２００は、第二基板の形態が圧電発振器１００と異なっている。

圧電デバイスである圧電発振器２００は、図４に示すように、振動子部１１０と、第二基板２４０と、集積回路素子１５０と、第一カバー部１６０と、第二カバー部１７０から主に構成されている。このような圧電発振器２００は、電子機器等で使用する基準信号を生成出力するために用いられる。

第二基板２４０は、振動子部１１０を接合保持するためのものであると共に、集積回路素子１５０を収容するためのものである。第二基板２４０は、第二電極パッド１４１と、貫通孔１４２と、外部接続電極パッド１４３とを備えている。

第二基板２４０は、平面視外形が矩形である平板状であり、その平面視の大きさは振動子部１１０の第一基板１１２の平面視の大きさに比べ大きくなっている。また、第二基板２４０の厚みは、集積回路素子１５０を搭載した振動子部１１０を、集積回路素子１５０を貫通孔１４２に挿入しつつ第二基板２４０の上面に実装したときに、集積回路素子１５０の振動子部１１０との接合面とは反対側の面が、第二基板２４０の下面に設けられた第二カバー部１７０に接触しない程度の厚みを有している。第二基板２４０の上面には、振動子部１１０に設けられた第一電極パッド１１４に対応する位置に第二電極パッド１４１が設けられており、下面及び側面には、外部接続電極パッド１４３が設けられている。第二基板２４０の上面には、上面に設けられた個々の第二電極パッド１４１と、第二基板２４０の下面及び側面に設けられた外部接続電極パッド１４３とを個別に電気的に接続するための配線パターン１４４が設けられている。又、第二基板２４０の平面視中央には、後述する集積回路素子１５０を収めることが可能な大きさの貫通孔１４２が形成されている。第二基板２４０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、又はガラス−エポキシである絶縁体から主に構成されている。

第二基板２４０の下面には段差部２４５が設けられている。段差部２４５は、第二カバー部１７０を嵌合させることにより、第二カバー部１７０を第二基板２４０の下面よりも内側に収めるようにするものである。段差部２４５は、第二基板２４０の下面の貫通孔１４２の開口を囲うようにその周縁部分に、第二基板２４０の下面から上面方向に向かって厚み方向に凹んで形成されている。段差部２４５の平面視の大きさは、第二カバー部１７０が貫通孔１４２の下面側開口を覆うように配置しつつ第二カバー部１７０を横方向で嵌合できる大きさである。また、段差部２４５の段差の高さ寸法は、第二カバー部１７０の厚み寸法よりも大きくなっている。

第二カバー部１７０は、圧電発振器１００の振動子部１１０及び集積回路素子１５０を、主に圧電発振器１００の外部下方から受けるノイズ等の電磁波から保護するために用いられるものである。第二カバー部１７０は、例えば、鉄、ニッケルまたはコバルト等の金属或いは少なくともこれらの金属のいずれかを含む合金等の導電性材質からなり、平面視矩形で、平面視の大きさが、貫通孔１４２の第二基板２４０の下面側開口を塞ぎつつ第一カバー部１６０の平面視の大きさと同じ大きさの平板の外形を有している。第二カバー部１７０は、集積回路素子１５０が収容された貫通孔１４２の第二基板２４０下面側開口を覆うように、段差部２４５に嵌合されつつ第二基板２４０に配置固定する。第二基板２４０への固定は、例えば、接着剤等による接合、ねじによる締結、又は第二カバー部１７０に鉤爪部を設け第二基板２４０に設けたスリットへの挿入し嵌合、或いはこれらの組み合わせによって成される。尚、第二カバー部１７０と、外部接続電極パッド１４３のうちＧＮＤ（接地）電位となる外部接続電極パッド１４３ａとは、第二基板２４０に設けられた別の配線パターン（図示しない）を設け、その配線パターン１４６と第二カバー部１７０とを、例えば導電性接着剤や半田等により電気的に接続していても構わない。

このように、第一実施形態の変形例である圧電発振器２００は、貫通孔１４２の第二基板２４０の下面側開口の周縁部に、第二基板２４０の厚み方向に凹んだ段差部２４５が設けられており、この段差部２４５に第二カバー部１７０が嵌合されている。このような構成により、第二カバー部１７０が第二基板２４０下面から外側に突出することがないため、第二基板２４０の下面と外部の実装基板の間隔を狭くすることができる。よって、圧電発振器２００全体としての低背化を図ることが可能となる。

（第二実施形態）
以下に本願発明の第二実施形態に係る圧電デバイスについて説明する。尚、第二実施形態において、第一実施形態の圧電デバイスである圧電発振器１００と同じ構成要素の部分には、圧電発振器１００の各構成要素に付与した符号と同じ符号を付してその説明を省略する。図５に示すように、第二実施形態である圧電振動子３００は、各電極パッド間の接続形態及び電子部品素子の形態が圧電発振器１００と異なっている。

本発明の第二実施形態として、圧電デバイスの一つである圧電振動子について説明する。圧電振動子３００は、図５に示すように、振動子部３１０と、第二基板１４０と、電子部品素子の他の例であるサーミスタ素子３５０と、第一カバー部１６０と、第二カバー部１７０とから主に構成されている。このような圧電振動子３００は、電子機器等で使用する各種電子部品の動作タイミング基準信号やクロック基準信号を生成出力するために用いられる。

振動子部３１０は、内部に圧電振動素子１２０を、且つ外部にサーミスタ素子３５０を安定的に搭載しつつ、圧電振動素子１２０及びサーミスタ素子３５０に電気信号を入力させ圧電振動素子１２０及びサーミスタ素子３５０からの電気信号を出力させることに用いる。振動子部３１０は、素子搭載部材３１１と、圧電振動素子１２０と、蓋部材１３０とを備えている。

素子搭載部材３１１は、圧電振動素子１２０を安定的に搭載するためのものである。素子搭載部材３１１は、第一基板３１２と、枠体１１３とからなり、第一電極パッド１１４と、第三電極パッド１１５と、第四電極パッド３１６とを備えた構成となっている。

第一基板３１２は、平面視矩形状の平板であり、その上面に圧電振動素子１２０を実装し且つ下面にサーミスタ素子３５０するための実装部材として機能するものである。第一基板３１２の上面には、圧電振動素子１２０へ信号を入出力するための第三電極パッド１１５が設けられており、下面の四隅には、第二基板１４０への信号を入出力させつつ振動子部３１０を第二基板１４０に固着させるための第一電極パッド１１４が設けられている。また、下面の中央には、後述するサーミスタ素子３５０へ信号を入出力させつつサーミスタ素子３５０を固着搭載させるための第四電極パッド３１６が設けられている。第一基板３１２の表面及び内部には、第三電極パッド１１５と所定の第一電極パッド１１４とのみを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）と、第四電極パッド３１６と第三電極パッド１１５と電気的に接続していない第一電極パッド１１４とのみを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が設けられている。つまり、第三電極パッド１１５と第四電極パッド３１６は圧電振動子３００の内部では電気的に接続しておらず、圧電振動素子１２０と外部接続電極パッド１４３のうち所定の外部接続電極パッド１４３のみとが接続しており、サーミスタ素子３５０と外部接続電極パッド１４３のうち圧電振動素子１２０と接続していない所定の外部接続電極パッド１４３のみとが接続している。尚、第一基板３１２は、例えば、アルミナセラミックスまたはガラス−セラミックス等のセラミック材料、またはガラス−エポキシである絶縁材料から構成されている。

第三電極パッド１１５は、圧電振動素子１２０と導電性接着剤１１９を用いて導通し、圧電振動素子１２０への信号の入出力をするものである。第三電極パッド１１５は一対であり、凹部１１８内に露出した第一基板３１２の上面の一方の短辺に沿って並びつつ、圧電振動素子１２０が凹部１１８内の所定の位置に配置されたときに圧電振動素子１２０に設けられた接続用電極１２３に対向する位置に設けられている。この第三電極パッド１１５は、第一基板３１２内に設けられた配線パターン（図示せず）により二つの所定の第一電極パッド１１４とのみ電気的に接続されている。尚、第三電極パッド１１５は金等の導電性の金属のメタライズ処理によって形成される。

第四電極パッド３１６は、後述するサーミスタ素子３５０を接合導通し且つ保持するものであり、第一基板３１２の下面の中央部分に、サーミスタ素子３５０に設けられた二個の接続端子に対応する個数及び位置に設けられている。第四電極パッド３１６は、第一電極パッド１１４のうち第三電極パッド１１５と電気的に接続していない第一電極パッド１１４とのみ電気的に接続されている。尚、第四電極パッド３１６は金等の導電性の金属のメタライズ処理によって形成される。

第二基板１４０は、前述した振動子部１１０を接合保持するためのものであると共に、サーミスタ素子３５０を収容するためのものである。第二基板１４０は、第二電極パッド１４１と、貫通孔１４２と、外部接続電極パッド１４３とを備えている。

第二基板１４０は、平面視外形が矩形である平板状であり、その平面視の大きさは振動子部１１０の第一基板１１２の平面視の大きさに比べ大きくなっている。また、第二基板１４０の厚みは、サーミスタ素子３５０を搭載した振動子部１１０を、サーミスタ素子３５０を貫通孔１４２に挿入しつつ第二基板１４０の上面に実装したときに、サーミスタ素子３５０の振動子部１１０との接合面とは反対側の面が第二基板１４０の下面から突出しない程度の厚みを有している。第二基板１４０の上面には、振動子部１１０に設けられた第一電極パッド１１４に対応する位置に第二電極パッド１４１が設けられており、下面及び側面には、外部接続電極パッド１４３が設けられている。第二基板１４０の上面には、上面に設けられた個々の第二電極パッド１４１と、第二基板１４０の下面及び側面に設けられた外部接続電極パッド１４３とを個別に電気的に接続するための配線パターン１４４が設けられている。又、第二基板１４０の平面視中央には、後述するサーミスタ素子３５０を収めることが可能な大きさの貫通孔１４２が形成されている。第二基板１４０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、又はガラス−エポキシである絶縁体から主に構成されている。

サーミスタ素子３５０は、素子周囲の温度変化によって電気抵抗が顕著な変化を示すものであり、この抵抗値の変化から電圧が変化するため、抵抗値と電圧との関係及び電圧と温度との関係により、出力された電圧から圧電振動子３００の温度情報を得るために用いられる。サーミスタ素子３５０は、直方体形状であり、両端に接続端子が設けられている。このサーミスタ素子３５０は、サーミスタ素子３５０に設けられた接続端子と振動子部３１０の下面に設けられた第四電極パッド３１６とを、半田等の導電性接合材によって接合固着することにより、振動子部３１０と第二基板１４０とを接合したときに貫通孔１４２内に露出する振動子部３１０の下面に搭載される。尚、サーミスタ素子３５０に代えて、例えば、白金側温抵抗体又はダイオード等の温度情報を発生させる電子部品素子を用いても良い。

第二実施形態における圧電振動子３００は、少なくとも第一基板３１２を備え第一基板３１２の下面に設けられた第一電極パッド１１４が設けられた素子搭載部材３１１と、第一基板３１２の上面に実装された圧電振動素子１２０と、素子搭載部材３１１に接合することで圧電振動素子１２０を気密封止する蓋部材１３０とを有する振動子部３１０と、貫通孔１４２を有し、上面に第二電極パッド１４１が設けられており、下面に少なくとも四つの外部接続電極パッド１４３が設けられており、第二電極パッド１４１と第一電極パッド１１４とを接合することにより振動子部３１０が実装された平板状の第二基板１４０と、貫通孔１４２内に配置され第一基板３１２の下面に実装されたサーミスタ素子３５０と、を備え、圧電振動素子１２０と外部接続電極パッド１４３のうち所定の外部接続電極パッド１４３のみとが接続しており、サーミスタ素子３５０と外部接続電極パッド１４３のうち圧電振動素子１２０と接続していない所定の外部接続電極パッド１４３のみとが接続しており、第二基板１４０の上面に配置され内部に振動子部３１０を収容した箱状の第一カバー部１６０と、貫通孔１４２の第二基板１４０の下面側開口を塞ぐように第二基板１４０の下面に配置された平板状の第二カバー部１７０と、が設けられている。

このような構成により、圧電振動子３００を主要に構成する振動子部３１０及びサーミスタ素子３５０の全体を第一カバー部１６０及び第二カバー部１７０で覆い囲っているため、電子機器の実装基板に圧電振動子３００を実装し使用したとき、他の電子デバイスから生じたノイズ等の電磁波は、第一カバー部１６０及び第二カバー部１７０に吸収及び減衰されるため、電磁波が第一カバー部１６０及び第二カバー部内１７０に進入することを抑止することができる。これにより、第一カバー部１６０及び第二カバー部１７０内に搭載された圧電振動素子１２０やサーミスタ素子３５０の電子的動作に対する電磁波の影響を抑えることができ、圧電振動子３００の発振周波数が変動してしまうことを低減させることが可能となる。

尚、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、前述した実施形態においては、圧電デバイス内に搭載する周波数決定素子として平面視矩形の圧電振動素子を例示したが、他に、平面視音叉型の圧電振動素子や、弾性表面波素子を用いても構わない。

１００、２００・・・圧電発振器（圧電デバイス）
１１０、３１０・・・振動子部
１１１、３１１・・・素子搭載部材
１１２、３１２・・・第一基板
１１３・・・枠体
１１４・・・第一電極パッド
１１５・・・第三電極パッド
１１６、３１６・・・第四電極パッド
１１７・・・接合材
１１８・・・凹部
１１９・・・導電性接着剤
１２０・・・圧電振動素子
１３０・・・蓋部材
１４０、２４０・・・第二基板
１４１・・・第二電極パッド
１４２・・・貫通孔
１４３・・・外部接続電極パッド
１４３ａ・・・外部接続電極パッド（ＧＮＤ）
１４４・・・配線パターン
１５０・・・集積回路素子（電子部品素子）
１６０・・・第一カバー部
１７０・・・第二カバー部
３００・・・圧電振動子（圧電デバイス）
３５０・・・サーミスタ素子（電子部品素子）

Claims (5)

1. 少なくとも第一基板を備え、前記第一基板の下面に設けられた第一電極パッドが設けられた素子搭載部材と、前記第一基板の上面に実装された圧電振動素子と、前記素子搭載部材に接合することで圧電振動素子を気密封止する蓋部材とを有する振動子部と、
   貫通孔を有し、上面に第二電極パッドが設けられており、下面に少なくとも四つの外部接続電極パッドが設けられており、前記第二電極パッドと前記第一電極パッドとを接合することにより前記振動子部が実装された平板状の第二基板と、
   前記貫通孔内に配置され、前記第一基板の下面に実装された電子部品素子と、
   を備え、
   前記第二基板の上面に配置され、内部に前記振動子部を収容した箱状の第一カバー部と、
   前記貫通孔の前記第二基板の下面側開口を塞ぐように前記第二基板の下面に配置された平板状の第二カバー部と、
   が設けられていることを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記貫通孔の前記第二基板の下面側開口の周縁部分に、前記第二基板の厚み方向に凹んだ段差部が設けられており、前記段差部に前記第二カバー部が嵌合されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記第一カバー部と前記第二カバー部とが、前記外部接続電極パッドのうちＧＮＤ電位となる前記外部接続電極パッドと電気的に接続していることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電デバイス。
4. 前記電子部品素子が発振回路を内蔵した集積回路素子であり、前記外部接続電極パッドのうちＧＮＤ電位となる前記外部接続電極パッドを除く他の前記外部接続電極パッドが、前記集積回路素子とのみ電気的に接続していることを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか一つに記載の圧電デバイス。
5. 前記電子部品素子がサーミスタ素子であり、前記圧電振動素子と前記外部接続電極パッドのうち所定の前記外部接続電極パッドのみとが接続しており、前記サーミスタ素子と前記外部接続電極パッドのうち前記圧電振動素子と接続していない所定の前記外部接続電極パッドのみとが接続していることを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか一つに記載の圧電デバイス。

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