JP6565671B2

JP6565671B2 - 圧電デバイス

Info

Publication number: JP6565671B2
Application number: JP2015253752A
Authority: JP
Inventors: 秀憲高瀬; 政史平井
Original assignee: Daishinku Corp
Current assignee: Daishinku Corp
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2015-12-25
Publication date: 2019-08-28
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Also published as: JP7015274B2; US20170026028A1; JP2016178628A; JP2019169970A; US10044339B2

Description

本発明は、外部基板に半田等を介して実装される表面実装型の圧電デバイスに関する。

従来より圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスは、外部基板の表面に半田付けされる表面実装型のものが広く用いられている。例えば表面実装型の水晶デバイスでは、水晶素子と、集積回路素子（ＩＣ）やサーミスタ等の電子部品とを絶縁基板の表裏主面の各々に搭載し、水晶素子を、蓋を用いて気密に封止した構成のものが存在する。つまり、水晶素子と電子部品とが別個の空間に収容される構成となっている。

前記構成の具体例としては、平板状の基板部の下面（外部基板と対向する側の主面）と、当該下面の外周部に設けられた枠部（下枠部）とで形成される下側凹部と、平板状の基板部の上面（外部基板と対向する側の主面と反対側の主面）と、当該上面の外周部に設けられた枠部（上枠部）とで形成される上側凹部とを備えた絶縁性容器（ベース）を備えたものがある。当該ベースでは前記上側凹部に水晶素子が搭載され、前記下側凹部にＩＣやサーミスタ等の電子部品が搭載される。そして上側凹部の開口部を塞ぐように平板状の蓋が接合されることによって水晶素子が上側凹部内に気密封止される。このような構成の圧電デバイスは、例えば特許文献１に開示されている。

特許文献１ではベースの下枠部の底面の４隅に外部接続端子が形成される。前記外部接続端子は、水晶デバイスが超小型、例えば平面視矩形状の水晶デバイスの外形寸法が１．６ｍｍ×１．２ｍｍ程度以下になってくると下枠部の底面の面積も狭小化するため、外部接続端子の形成領域はより狭くなってくる。

このように外部接続端子の形成領域がより狭くなってくるのは、下側凹部に搭載される電子部品は或る程度の大きさを有するため、当該電子部品の下側凹部内への実装作業性を考慮すると、下側凹部は或る程度の開口面積を確保しておく必要がある。これに伴って下枠部の枠幅が幅狭になって、下枠部の底面の領域が狭くなってしまうからである。

ベースの下枠部の底面の領域が狭くなると、下枠部の剛性が相対的に低下するため、外部基板等から発生した各種応力によってベースに撓みが生じ易くなる。

このような超小型の水晶デバイスと外部基板との半田接合の強度を確保するためには、限られた下枠部の底面の領域内において、外部接続端子を出来るだけ大きく形成する必要がある。その結果、例えば特許文献２に示すように外部接続端子の形成領域は、下側凹部の開口端に接近してくることになる。しかし外部接続端子が下側凹部の開口端に接近し過ぎると、水晶デバイスを外部基板に実装する際に溶融した半田が、下側凹部の内底面の電子部品搭載用パッド（電極）にまで流れ込んで絶縁不良等の不具合が発生する危険性が高まる。このため、安全のためには外部接続端子の内周縁と下側凹部の開口端との間には隙間、すなわち、ベースの基材が露出した無電極領域を設けておくことが望ましい。

ところで平面視矩形状の外部接続端子の場合、その角部は屈曲した部位であるため応力が集中しやすくなる。その結果、前記角部は半田のクラック発生の起点となり易い。そして上記のように超小型の水晶デバイスのベースの下枠部の剛性が低下することにより、外部基板等から発生した各種応力の影響を受けてベースに撓みが生じ易くなる。このような撓みが生じると、水晶デバイスの外部接続端子と半田との接合部に応力が働き、外部接続端子の角部にも前記応力が集中し易くなる。これにより、半田のクラックが発生する虞がある。半田のクラックが発生すると、当該クラックの進行によって接続不良や水晶デバイスの脱落等の不具合に至ることがある。

特開２００７−１２４５１３号公報特開２０１０−２６８１９３号公報

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、超小型化に対応するとともに、半田のクラック発生を抑制し、高い接合信頼性を有する圧電デバイスを提供することを目的とするものである。

本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。

すなわち、本発明の圧電デバイスは、基板部を有すると共に、当該基板部の外部基板に対向する側の主面の外周部に枠部を有する絶縁性容器と、前記枠部と前記基板部の前記外部基板に対向する側の主面とで囲まれた凹部に収容される電子部品と、前記基板部の前記電子部品が収容される主面とは反対側の主面に搭載される圧電素子と、前記圧電素子を気密に封止する蓋と、を備える圧電デバイスにおいて、
前記枠部の外周縁は、平面視矩形状であり、前記枠部の内周縁は、平面視矩形状または平面視正方形状であって、前記内周縁の４つの各隅は、平面視で円弧状または面取り状となっており、
前記外部基板に半田によって接合される４つの各外部接続端子が、前記枠部の底面の４隅の各々から当該枠部の前記外周縁の長辺方向および短辺方向にそれぞれ延出した平面視で屈曲部を有する形状に、かつ、前記凹部の開口端との間に無電極領域を隔ててそれぞれ形成され、
前記各外部接続端子は平面視で複数の角部を備え、当該複数の角部のうち、内周縁側の２つの角部のうちの一方の角部が、前記枠部の隅の前記円弧状または前記面取り状の前記内周縁と、前記枠部の内周縁の一辺に沿って、前記短辺方向に延びる第１仮想直線と、前記枠部の内周縁の前記一辺に直交する辺に沿って、前記長辺方向に延びる第２仮想直線とによって区画される近接領域に位置しており、
前記２つの角部のうちの他方の角部と前記凹部の開口端との間の前記無電極領域を、前記一方の角部と前記凹部の開口端との間の前記無電極領域に比べて広くしている。

本発明によれば、絶縁性容器の前記枠部の内周縁の４つの各隅を、平面視で円弧状または面取り状にすることによって、枠部の４隅を補強して枠部の剛性を高め、外部基板等から発生した各種応力による絶縁性容器の撓みを生じ難くすることができる。そして補強領域である枠部の各隅の内周縁の円弧状または面取り状の内周縁に、外部接続端子の内周縁側の２つの角部のうちの一方の角部を近接させることによって、当該角部への応力集中を緩和することができる。これにより、半田のクラック発生を抑制することができる。
また、各外部接続端子の前記一方の角部が、枠部の隅の円弧状または面取り状の内周縁と、枠部の内周縁の一辺に沿って延びる第１仮想直線と、枠部の内周縁の前記一辺に直交する辺に沿って延びる第２仮想直線とによって区画される近接領域に位置するので、前記一方の角部が、枠部の隅の補強された円弧状または面取り状の内周縁に近接して位置することになり、当該角部への応力集中を緩和して、半田のクラック発生を抑制することができる。

また、本発明によれば、圧電デバイスが超小型になっても、外部接続端子が前記枠部の底面の４隅において、電子部品が収容される凹部の開口端との間に無電極領域を隔てて形成されているため、圧電デバイスを外部基板に実装する際に溶融した半田が、前記凹部内に流れ込むのを防止することができる。
本発明の圧電デバイスは、基板部を有すると共に、当該基板部の外部基板に対向する側の主面の外周部に枠部を有する絶縁性容器と、前記枠部と前記基板部の前記外部基板に対向する側の主面とで囲まれた凹部に収容される電子部品と、前記基板部の前記電子部品が収容される主面とは反対側の主面に搭載される圧電素子と、前記圧電素子を気密に封止する蓋と、を備える圧電デバイスにおいて、
前記枠部の外周縁は、平面視矩形状であり、前記枠部の内周縁は、平面視矩形状または平面視正方形状であって、前記内周縁の４つの各隅は、平面視で円弧状または面取り状となっており、
前記外部基板に半田によって接合される４つの各外部接続端子が、前記枠部の底面の４隅の各々から当該枠部の前記外周縁の長辺方向および短辺方向にそれぞれ延出した平面視で屈曲部を有する形状に、かつ、前記凹部の開口端との間に無電極領域を隔ててそれぞれ形成され、
前記各外部接続端子は平面視で複数の角部を備え、当該複数の角部のうち、内周縁側の２つの角部のうちの一方の角部が、前記枠部の隅の前記円弧状または前記面取り状の前記内周縁と、前記枠部の内周縁の一辺に沿って、前記短辺方向に延びる第１仮想直線と、前記枠部の内周縁の前記一辺に直交する辺に沿って、前記長辺方向に延びる第２仮想直線とによって区画される近接領域の周囲の周辺領域に位置しており、
前記周辺領域が、前記第１仮想直線を、前記近接領域の外側へ第１距離だけ平行移動させた移動第１仮想直線と、前記第２仮想直線を、前記近接領域の外側へ第２距離だけ平行移動させた移動第２仮想直線とによって区画される、前記近接領域寄りの領域であって、かつ、前記移動第１，第２仮想直線と、前記枠部の前記円弧状または前記面取り状の内周縁の円弧または面取りの各終端において前記第１，第２仮想直線にそれぞれ直交する第３，第４仮想直線とによって区画される領域であり、
前記第１距離が、前記枠部の前記短辺方向に延びる部分の枠幅の１／４以内の距離であり、前記第２距離が、前記枠部の前記長辺方向に延びる部分の枠幅の１／４以内の距離であり、
前記２つの角部のうちの他方の角部と前記凹部の開口端との間の前記無電極領域を、前記一方の角部と前記凹部の開口端との間の前記無電極領域に比べて広くしている。
本発明によれば、周辺領域は、近接領域を、その外側に枠部の枠幅の１／４以内の範囲で広げたような領域であって、枠部の補強された円弧状または面取り状の内周縁に近接した領域となる。このように枠部の補強された円弧状または面取り状の内周縁に近接した領域である周辺領域に、外部接続端子の前記一方の角部が位置することによって、当該角部への応力集中を緩和して、半田のクラック発生を抑制することができる。

本発明の一つの実施態様では、前記各外部接続端子が、前記枠部の前記外周縁の前記長辺方向および前記短辺方向にそれぞれ異なる長さに延出した平面視Ｌ字状に形成される。

この実施態様によれば、外部接続端子の前記一方の角部を、前記枠部の前記円弧状または前記面取り状の前記内周縁に近接させるために、外部接続端子の前記長辺方向または前記短辺方向のいずれか一方の方向へ延出する長さを短くしても、その分、外部接続端子の他方の方向へ延出する長さを長くすることができるので、外部接続端子の形成領域を確保することができる。

本発明の一つの実施態様では、前記各外部接続端子は、前記枠部の底面の４隅の各々から前記長辺方向および前記短辺方向にそれぞれ延出した各延出端が、前記第１仮想直線および前記第２仮想直線をそれぞれ越えて前記長辺方向および前記短辺方向に延出している。

この実施態様によれば、各外部接続端子は、枠部の底面の各隅から前記長辺方向および前記短辺方向にそれぞれ延出する各延出端が、枠部の内周縁の各辺に沿ってそれぞれ延びる第１，第２仮想直線をそれぞれ越えて前記長辺方向および前記短辺方向にそれぞれ延出しているので、外部接続端子の形成領域をより多く確保することができる。これにより、圧電デバイスが超小型になっても外部基板との半田の接合強度を確保することができる。

本発明の他の実施態様では、前記各外部接続端子は、前記枠部の底面の４隅の各々から前記短辺方向に延出した長さが、前記枠部の底面の４隅の各々から前記長辺方向に延出した長さよりも長く、前記一方の角部が、前記長辺方向に延出した延出端の角部である。

この実施態様によれば、枠部の前記長辺方向および前記短辺方向にそれぞれ延出した外部接続端子の各延出端のうち、枠部の内周縁の各隅に近い延出端の角部を、一方の角部として、補強された円弧状または面取り状の内周縁に近接させることができる。

本発明の一つの実施態様では、前記電子部品が直方体状であり、前記電子部品は、その長手方向が、前記枠部の前記長辺方向に直交するように、前記凹部に収容される。

平面視矩形状の枠部は、外部基板から応力等が加わったときには、長辺方向の方が、短辺方向に比べて相対的に撓み量が大きくなるが、この実施態様によれば、撓み易い枠部の長辺方向に対して、直方体状の電子部品の長手方向が直交するように電子部品を配置するので、電子部品の長手方向を、前記長辺方向に対して平行に配置するのに比べて、枠部の撓み量を相対的に抑制することができる。その結果、電子部品に働く曲げ応力等を緩和することができる。

以上のように、超小型化に対応するとともに、半田のクラック発生を抑制し、高い接合信頼性を有する圧電デバイスを提供することができる。

本発明の実施形態に係る水晶振動子の断面模式図本発明の実施形態に係る水晶振動子の底面模式図図２の部分拡大図図２の水晶振動子の外部接続端子の他の例を示す部分拡大図図３の拡大図本発明の実施形態の変形例に係る水晶振動子の底面の部分拡大図別の本発明の実施形態に係る図３に対応する部分拡大図図７の実施形態に係る図２に対応する底面模式図応力シミュレーションのモデルを示す斜視図応力シミュレーションに用いた対称な外部接続端子の平面図応力シミュレーションに用いた非対称な外部接続端子の平面図図１０の対称な外部接続端子の応力分布を示す図図１１の非対称な外部接続端子の応力分布を示す図図７の実施形態の変形例に係る水晶振動子の底面の部分拡大図

以下、圧電デバイスとして温度センサを内蔵した表面実装型の水晶振動子を例に挙げ、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

本発明の一実施形態を図１乃至図３を用いて説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る水晶振動子の底面を示す模式図であり、図１は図２のＡ−Ａ線における断面模式図であり、図３は図２における外部接続端子１０ａを含む領域を拡大した模式図である。

図１において、温度センサ内蔵水晶振動子１（以下、「水晶振動子１」という）は略直方体状のパッケージであり、平面視では矩形状となっている。本実施形態では水晶振動子１の平面視の外形寸法は、長辺が１．６ｍｍ、短辺が１．２ｍｍであり、その発振周波数は３８．４ＭＨｚとなっている。なお、前記水晶振動子１の平面視外形寸法と発振周波数は一例であり、前記外形寸法以外のパッケージサイズおよび前記発振周波数以外の発振周波数であっても本発明は適用可能である。

水晶振動子１は、絶縁性容器２（以下、「ベース２」という）と、水晶素子３と、電子部品４と、蓋５とが主な構成部材となっている。本実施形態では前記電子部品４として温度センサであるサーミスタ（以下「サーミスタ４」という）が用いられている。水晶振動子１は、サーミスタ４から得られた温度情報に基づいて外部で温度補償が行われる。以下、水晶振動子１を構成する各部材の概略について説明する。

図１乃至図２において、ベース２は絶縁性材料からなる平面視矩形状の容器である。ベース２は、平板状の基板部２０と、基板部２０の一主面２０１の外周部から上方に伸びる上枠部２１と、基板部２０の他主面２０２の外周部から下方に伸びる下枠部２２とから構成されている。ここで基板部２０の他主面２０２は、外部基板に対向する側の主面であり、基板部２０の一主面２０１は電子部品としてのサーミスタ４が収容される主面とは反対側の主面となっている。本実施形態では基板部２０と上枠部２１と下枠部２２の各々は、セラミックグリーンシート（アルミナ）となっており、これら３つのシートが積層された状態で焼成によって一体成形されている。これらのシートの積層間には所定形状の内部配線が形成されている。

図１に示すように、ベース２の上枠部２１と基板部２０の一主面２０１とで囲まれた空間は、上側凹部Ｅ１となっている。この上側凹部Ｅ１は、平面視では略矩形となっている。上側凹部Ｅ１の周囲の上枠部２１の内周縁は、平面視で略矩形となっており、当該内周縁の４隅は平面視で円弧状となっている。上側凹部Ｅ１の内底面の一端側には、水晶素子３と導電接合される一対の水晶搭載用パッド７，７が並列して形成されている（図１では１つの水晶搭載用パッド７のみを示している）。当該水晶搭載用パッド７には、導電性接着剤８によって水晶素子３の一端側が導電接合される。

ベース２の下枠部２２と基板部２０の他主面２０２とで囲まれた空間は、下側凹部Ｅ２となっている。この下側凹部Ｅ２は、平面視では正方形状となっている。下側凹部Ｅ２は、上側凹部Ｅ１よりも平面視の大きさが小さくなっており、平面視透過では、下側凹部Ｅ２は上側凹部Ｅ１に内包される位置関係となっている。

図２に示すように、本実施形態において下枠部２２の外周縁２２ａは、平面視矩形状となっており、ベース２の平面視の外形形状と略一致している。一方、下枠部２２の内周縁２２ｂ、すなわち、下側凹部Ｅ２の開口端は、平面視で正方形状となっている。下側凹部Ｅ２の開口端を構成する各辺は、下枠部２２の外周縁２２ａの短辺（図２で符号Ｗに平行な辺）および長辺（図２で符号Ｌに平行な辺）と略平行となっている。そして下枠部２２の内周縁２２ｂの４つの各隅は、平面視で円弧状Ｅ２Ｒとなっている。つまり下枠部２２の内周縁２２ｂの４隅は、平面視で正方形状の下側凹部Ｅ２の角部を円弧状（４分の１円状）に丸めたような平面視形状となっている。

平面視矩形状の下枠部２２の外周縁２２ａの４つの角部には、図２に示すように、切り欠き部９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄが形成されている。これら切り欠き部９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄは、ベース２の外側面の４つの稜部の各々において下枠部２２のみを上下方向に貫くように切り欠かれており、平面視では４分の１円状となっている。これら４つの切り欠き部９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの各々の内壁面には、導体が被着されている。各導体は、後述する４つの各外部接続端子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄにそれぞれ接続されている。

下側凹部Ｅ２の内底面、すなわち、基板部２０の他主面２０２には、サーミスタ４と導電接合される一対のサーミスタ搭載用パッド１１，１１が、図２に示すように、互いに対向するように形成されている。この一対のサーミスタ搭載用パッド１１，１１は、一対の引き出し電極１２，１２とそれぞれ接続されている。この一対の引き出し電極１２，１２は、内部配線を経由してサーミスタ用の外部接続端子１０ｂ，１０ｄとそれぞれ電気的に接続されている。一対のサーミスタ搭載用パッド１１，１１は、半田Ｓによってサーミスタ４の両端の電極４Ｅ，４Ｅに導電接合される。なお半田Ｓには、鉛（Ｐｂ）を含有しない鉛フリー半田が用いられている。

一対のサーミスタ搭載用パッド１１，１１は、本実施形態では、下枠部２２の外周縁２２ａの短辺方向で互いに対向するように配置されている。つまり、後述する略直方体形状のサーミスタ４の長手方向が、下枠部２２の外周縁２２ａの長辺、すなわち、ベース２の長辺と直交するようにサーミスタ４が、サーミスタ搭載用パッド１１，１１上に導電接合されることになる。このような位置関係でサーミスタ４が搭載されることにより、水晶振動子１を外部基板へ実装した後にサーミスタ４に働く応力を緩和することができる。これは次の理由による。

水晶振動子１が実装された外部基板は、曲げ応力等が働くことによって外部基板に撓みが生じることがある。外部基板が撓むことにより、外部基板と半田を介して接合された水晶振動子１にも応力が伝わる。ベース２は平面視矩形状であり、ベース長辺の方がベース短辺よりも相対的に撓み量が大きくなる。このため、略直方体形状のサーミスタ４の長手方向が、相対的に撓み易いベース２の長辺と直交するように下側凹部Ｅ２内で接合する方が、ベース２の長辺と平行になるように下側凹部Ｅ２内で接合するよりも、ベース２の撓み量がより少ない方向でサーミスタ４を固着することができる。その結果、サーミスタ４に働く曲げ応力等を緩和することができる。

上枠部２１と基板部２０と下枠部２２とで構成されるベース２は、図１に示す断面視では、上枠部２１と下枠部２２との枠幅が略等しいと見なすと、基板部２０の上下に凹部Ｅ１，Ｅ２を有するアルファベットの「Ｈ」状（Ｈ型）のパッケージ構造となっている。このようなパッケージ構造により、水晶素子３とサーミスタ４とが、別空間である上下の凹部Ｅ１，Ｅ２に収容されるため、製造過程で発生するガスの影響や、他の素子から発生するノイズの影響を受けにくくすることができるという効果がある。また水晶素子３とサーミスタ４とは、互いに接近した状態で１つのベース２内に収容されているため、水晶素子３の実際の温度とサーミスタ４の測定値との差異を小さくすることができる。さらに本実施形態における温度センサ内蔵型水晶振動子１は、温度補償回路を内蔵していない非温度補償デバイスであるため、良好な位相雑音特性を得ることができる。

ベース２の上枠部２１の上面には、図１に示すように金属膜６が形成されている。この金属膜６と蓋５に形成された後述の封止材とが、接触した状態で加熱されることにより、蓋５とベース２とが溶着される。本実施形態では金属膜６は金メッキ層（Ａｕ）であるが、金以外の金属を使用してもよい。

図１において、水晶素子３はＡＴカット水晶振動板の表裏主面に各種電極が形成された平面視矩形状の圧電素子である。なお、図１では記載を省略しているが、水晶素子３の略中央部分には、励振電極が表裏で対向するように一対で形成されている。前記一対の励振電極の各々から水晶素子３の表裏主面の一短辺縁部に向かって引出電極が引き出されている。この引出電極の終端部は、接合用の電極となっており、上記水晶搭載用パッド７と導電性接着剤８とによって片持ち支持されて接合されるようになっている。本実施形態では導電性接着剤８にシリコーン系の接着剤が使用されているが、シリコーン系以外の導電性接着剤を使用してもよい。

本実施形態では、上記のように温度センサとしてサーミスタ４を用いている。サーミスタ４は温度上昇に対して抵抗値が減少する、いわゆるＮＴＣサーミスタ（Negative Temperature Coefficient Thermistor ）であり、圧電デバイスの小型化に対応したチップタイプのものが用いられている。図２においてサーミスタ４は略直方体形状であり、その平面視の大きさは０．６ｍｍ×０．３ｍｍとなっている。なお本実施形態におけるサーミスタの大きさは一例であり、前記サイズ以外のサーミスタであってもよい。

図１において、蓋５は平面視矩形状の平板である。蓋５はコバールが基材となっており、基材の表面にニッケルメッキと金メッキが施されている。そして蓋５のベース２と接合される側の主面の外周部には、封止材として金錫合金（ＡｕＳｎ）が枠状に形成されている。なお封止材として金錫合金以外の材料を用いてもよい。

本実施形態では図１に示すように、上枠部２１と基板部２０の内部を貫通し、その内部に導体が充填されたビアＶが形成されている。ビアＶの一端は、上枠部２１の上面に露出しており、金属膜６と電気的に接続されている。一方、ビアＶの他端は、ベース２の内部配線と接続されており、当該内部配線を経由して外部接続端子１０ｄと接続されている。つまり、金属製の蓋５と外部接続端子１０ｄとはグランド接続されている。このようにグランド接続することによって電磁的シールド効果を得ることができる。以上が各構成部材の概略である。

次に、外部接続端子について図２乃至図３を参照しながら説明する。

図２に示すように、下枠部２２の底面２２０、すなわち、ベース２の底面の外周縁は、平面視矩形状となっており、当該底面２２０の４隅の各々に外部接続端子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが形成されている。これら４つの外部接続端子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、外部基板と半田によって接合される端子である。なお本実施形態では、外部接続端子１０ａ〜１０ｄは、３種類の金属の積層構成となっている。具体的には前記外部接続端子１０ａ〜１０ｄは、ベース２の基材（セラミック）上に印刷処理によってモリブデン層が形成され、当該モリブデン層の上に、ニッケルめっき層、金めっき層の順でめっき層が積層された構成となっている。前記ニッケルめっき層および前記金めっき層は、電解めっき法によって形成されており、外部接続端子１０ａ〜１０ｄとパッド等が一括同時に形成されている。なお上記外部接続端子１０ａ〜１０ｄの各層を構成する金属材料は一例であり、他の金属材料を使用してもよい。例えばモリブデンに代えてタングステンを用いてもよい。

４つの外部接続端子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄのうち、外部接続端子１０ａと１０ｃは、水晶素子３の表裏主面の図示しない各励振電極と電気的に接続されている。残りの外部接続端子１０ｂと１０ｄは、サーミスタ４の両端の電極４Ｅ，４Ｅとそれぞれ電気的に接続されている。つまり、外部接続端子１０ａと１０ｃは、水晶素子用の外部接続端子であり、外部接続端子１０ｂと１０ｄは、サーミスタ用の外部接続端子となっている。ここで水晶素子用の外部接続端子１０ａと１０ｃは、サーミスタ用の外部接続端子１０ｂと１０ｄとは互いに電気的に接続されることはなく、図１の内部配線Ｍ１，Ｍ２に示すように別個独立した状態となっている。換言すれば、外部接続端子１０ａと１０ｃは、水晶素子３の励振電極とのみ電気的に接続されている。また外部接続端子１０ｂと１０ｄは、サーミスタ４の両端の電極４Ｅ，４Ｅとのみ電気的に接続されている。

前記４つの外部接続端子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、平面視では、下枠部２２の外周縁２２ａの短辺方向（図２の上下方向）、すなわち、ベース２の短辺方向に長く、下枠部２２の外周縁２２ａの長辺方向（図２の左右方向）、すなわち、ベース２の長辺方向に短いアルファベットの「Ｌ」のように屈曲した形状となっており、この屈曲した部分の内周縁側は円弧状１０Ｒとなっている。

平面視矩形状のベース２は、上記のようにベース長辺の方がベース短辺よりも相対的に撓みが大きく、ベース長辺の中央部分の撓み量が最大となるため、外部接続端子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの先端を、ベース長辺方向へあまり延出させるのは好ましくない。このため、半田接合の領域を確保するためには、外部接続端子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの先端を、ベース短辺方向へ長く延出させるのが好ましい。

４つの外部接続端子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄのうち、外部端子１０ｃには、図２に示すように、下枠部２２の外周縁２２ａの短辺方向に延びる延出端の一部が、短辺の中央側（図２の上側）に突出した突出部１３が形成されている。この突出部１３は、画像認識の際に、４つの外部接続端子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの方向性を識別するための目印として設けられているものである。なお、この突出部１３に換えて、例えば図４に示すように、外部接続端子１０₁ｃの角部を面取り形状に切り欠いた切り欠き３５としてもよい。

外部接続端子１０ａ〜１０ｄは、下枠部２２の内周縁２２ｂ、すなわち下側凹部Ｅ２の開口端との間に、無電極領域１４を隔てて形成されている。ここで「無電極領域」とは、下枠部２２の底面２２０において、外部接続端子１０ａ〜１０ｄが形成されていない領域のことであり、ベース２の基材であるセラミック素地が露出した領域となっている。このように外部接続端子１０ａ〜１０ｄが、下側凹部Ｅ２の開口端との間に無電極領域１４を隔てて形成されていることにより、水晶振動子１を外部基板に実装する際に、溶融した半田が下側凹部Ｅ２内に流れ込むのを防止することができる。

次に、外部接続端子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄのうち、代表例として外部接続１０ａに着目して説明するが、他の外部接続端子１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの構成も同様である。

外部接続端子１０ａは、図３に示すように平面視で略直角となる複数の角部Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を備えている。これらの角部Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４のうち、外部接続端子１０ａの外周縁側の角部がＣ１，Ｃ２であり、外部接続端子１０ａの内周縁側の角部がＣ３，Ｃ４である。

本実施形態においては、外部接続端子１０ａの内周縁側の２つの角部Ｃ３，Ｃ４のうち、一方の角部である角部Ｃ４が、下枠部２２の隅の円弧状Ｅ２Ｒの内周縁２２ｂに近接している。なお外部接続端子１０ａを構成する外周縁側の角部Ｃ１、Ｃ２、内周縁側の２つの角部Ｃ３，Ｃ４のうちの他方の角部Ｃ３、及び、前記一方の角部Ｃ４は若干の曲率を帯びていてもよい。

このように外部接続端子１０ａの角部Ｃ４を、下枠部２２の隅の円弧状Ｅ２Ｒの内周縁２２ｂに近接させることによって、超小型の水晶振動子においても半田のクラック発生を抑制することができる。これは下枠部２２の内周縁２２ｂの４隅が平面視で円弧状Ｅ２Ｒであることによって、当該４隅を補強して下枠部２２の剛性を高めることができることによる。つまり、下枠部２２の内周縁２２ｂの４隅を平面視で円弧状Ｅ２Ｒにすることによって下枠部２２の剛性を高め、外部基板等から発生した各種応力をベース２に伝わり難くすることができる。

そして補強された領域である下枠部２２の円弧状Ｅ２Ｒの内周縁２２ｂに、外部接続端子１０ａの内周縁側の２つの角部Ｃ３，Ｃ４のうち、一方の角部である角部Ｃ４を近接させることによって、外部接続端子１０ａを構成する角部Ｃ４への応力集中を緩和することができる。これにより、半田のクラック発生を抑制することができる。

ここで、近接について、図３を拡大して示す図５に基づいて説明する。近接とは、角部Ｃ４に適用した場合、角部Ｃ４が、下枠部２２の隅の円弧状Ｅ２Ｒの内周縁２２ｂと、下側凹部Ｅ２の平面視正方形状の開口端を構成する一組の対向辺のうちの１つの辺Ｅ２Ｗに沿って延びる第１仮想直線ＶＬ１と、下側凹部Ｅ２の平面視正方形状の開口端を構成する他の一組の対向辺のうちの１つの辺Ｅ２Ｌに沿って延びる第２仮想直線ＶＬ２とによって区画される近接領域ＰＡ、あるいは、この近接領域ＰＡの周囲の周辺領域ＳＡにあることをいう。すなわち、角部Ｃ４が、近接領域ＰＡと周辺領域ＳＡとを併せた領域（ＰＡ＋ＳＡ）にあることをいう。

上記第１仮想直線ＶＬ１及び第２仮想直線ＶＬ２は、下枠部２２の外周縁２２ａの短辺方向（図５の上下方向）及び長辺方向（図５の左右方向）にそれぞれ延びている。

近接領域ＰＡの周囲の領域である周辺領域ＳＡとは、近接領域ＰＡを区画する前記第１仮想直線ＶＬ１を、近接領域ＰＡの外側（図５の左側）へ第１距離ＳＰ１だけ平行移動させた移動第１仮想直線ＶＬ１ｍと、近接領域ＰＡを区画する前記第２仮想直線ＶＬ２を、近接領域ＰＡの外側（図５の上側）へ第２距離ＳＰ２だけ平行移動させた移動第２仮想直線ＶＬ２ｍとによって区画される、近接領域ＰＡ寄りの領域であって、かつ、前記移動第１，第２仮想直線ＶＬ１ｍ，ＶＬ２ｍと、下枠部２２の円弧状Ｅ２Ｒの円弧の各終端において第１，第２仮想直線ＶＬ１，ＶＬ２にそれぞれ直交する第３，第４仮想垂線ＶＬ３，ＶＬ４によって区画される領域である。

周辺領域ＳＡを規定する前記第１，第２距離ＳＰ１，ＳＰ２は、前記移動第１仮想直線ＶＬ１ｍについては、下枠部２２の外周縁２２ａの短辺方向（図５の上下方向）に延びる部分の枠幅ＦＷ１の１／４以内であり、好ましくは１／８以内、更に好ましくは、１／１６以内である。また、前記移動第２仮想直線ＶＬ２ｍについては、下枠部２２の外周縁２２ａの長辺方向（図５の左右方向）に延びる部分の枠幅ＦＷ２の１／４以内であり、好ましくは１／８以内、更に好ましくは、１／１６以内である。なお、周辺領域ＳＡを規定する前記第１，第２距離ＳＰ１，ＳＰ２が下枠部２２の枠幅ＦＷ１，ＦＷ２の各々の１／４以上であると、補強された領域である下枠部２２の円弧状Ｅ２Ｒの内周縁２２ｂに対して、外部接続端子の角部Ｃ４が離間してしまい、角部Ｃ４への応力集中の緩和効果が低くなってしまう。また、周辺領域ＳＡを規定する前記第１，第２距離ＳＰ１，ＳＰ２が下枠部２２の枠幅ＦＷ１，ＦＷ２の各々の１／４以上であると、外部接続端子の形成領域が小さくなり、外部基板との充分な接合強度を得られなくなってしまう。

この第１，第２距離ＳＰ１，ＳＰ２は、外部接続端子１０を構成するメタライズ層（本実施形態ではモリブデン）の印刷位置のずれを考慮して設定するのが好ましい。

この実施形態では、外部接続端子１０ａの角部Ｃ４は、図３，図５に示すように、近接領域ＰＡを区画する第２仮想直線ＶＬ２上にある。

外部接続端子１０ａの、下枠部２２の隅から該下枠部２２の外周縁２２ａの長辺方向（図５の左右方向）に延出する延出端１０ａ１は、上記第１仮想直線ＶＬ１を越えて前記長辺方向へ延出している。同様に、外部接続端子１０ａの、下枠部２２の隅から該下枠部２２の外周縁２２ａの短辺方向（図５の上下方向）に延出する延出端１０ａ２は、上記第２仮想直線ＶＬ２を越えて前記短辺方向へ延出している。

このように外部接続端子１０ａの前記長辺方向及び前記短辺方向にそれぞれ延出する延出端１０ａ１，１０ａ２は、下側凹部Ｅ２の開口端の各辺Ｅ２Ｗ，Ｅ２Ｌに沿って延びる第１仮想直線ＶＬ１及び第２仮想直線ＶＬ２をそれぞれ越えて、下側凹部Ｅ２の開口端よりも内側の位置まで延出することにより、外部接続端子１０ａの形成領域をより多く確保することができる。これにより、水晶振動子１が超小型になっても外部基板との半田の接合強度を確保することができる。

上記実施形態では下枠部２２の内周縁２２ｂの４隅は平面視で円弧状となっていたが、図６に示す本発明の実施形態の変形例のように、平面視で直線状に面取りされた面取り状（いわゆるＣ面状）であってもよい。図６は４つの外部接続端子１０ａ〜１０ｄのうち、代表例として外部接続端子１０ａに着目した部分拡大図であり、上記実施形態と同一の構成については同一の参照符号を付してその説明を省略する。

この変形例では、ベース２₁の下枠部２２₁の内周縁２２₁ｂの４隅は平面視で面取り状Ｅ２Ｃとなっている。

この変形例では、近接領域ＰＡ₁が、下枠部２２₁の隅の面取り状Ｅ２Ｃの内周縁２２₁ｂと、下側凹部Ｅ２₁の平面視正方形状の開口端を構成する一組の対向辺のうちの１つの辺Ｅ２Ｗ₁に沿って延びる第１仮想直線ＶＬ１₁と、下側凹部Ｅ２₁の平面視正方形状の開口端を構成する他の一組の対向辺のうちの１つの辺Ｅ２Ｌ₁に沿って延びる第２仮想線ＶＬ２₁とによって区画された領域となる。この近接領域ＰＡ₁の周囲の周辺領域ＳＡ₁は、上記図３，図５の実施形態と同様である。

すなわち、周辺領域ＳＡ₁は、前記第１仮想直線ＶＬ１₁を、近接領域ＰＡ₁の外側（図６の左側）へ第１距離だけ平行移動させた移動第１仮想直線ＶＬ１₁ｍと、前記第２仮想直線ＶＬ２₁を、近接領域ＰＡ₁の外側（図６の上側）へ第２距離だけ平行移動させた移動第２仮想直線ＶＬ２₁ｍとによって区画される、近接領域ＰＡ₁寄りの領域であって、かつ、前記移動第１，第２仮想直線ＶＬ１₁ｍ，ＶＬ２₁ｍと、下枠部２２₁の面取り状Ｅ２Ｃの直線の各終端において第１，第２仮想直線ＶＬ１₁，ＶＬ２₁にそれぞれ直交する第３，第４仮想直線ＶＬ３₁，ＶＬ４₁とによって区画される領域である。

この変形例では、外部接続端子１０ａの角部Ｃ４は、近接領域ＰＡ₁内に位置している。

このように外部接続端子１０ａの角部Ｃ４が、近接領域ＰＡ₁内に位置しているので、上記実施形態に比べて、角部Ｃ４への応力集中を一層緩和することができる。これにより、半田のクラック発生を効果的に抑制することができる。

上記実施形態では、外部接続端子１０ａ〜１０ｄは平面視で「Ｌ」字状に屈曲し、この屈曲した部分の内周縁は円弧状となっていたが、必ずしも円弧状でなくてもよい。例えば外部接続端子１０ａ〜１０ｄの屈曲した部分の内周縁を直角または面取り状としてもよい。

上述の本発明の実施形態においては、ベースの構造は断面視でＨ型としたが、本発明は基板部の下面側の外周部にのみ枠部を形成することで下側凹部を設けたベースにも適用可能である。当該構造のベースの場合、基板部の上面側は平坦面となるため、基板部の上面の外周部に対応するように、その下面側の外周部に鍔部が形成された蓋を用いて、基板部の上面側に搭載された圧電素子を気密封止するようにしてもよい。

上述した本発明の実施形態では温度センサとしてサーミスタを使用しているが、サーミスタ以外にダイオード等を用いることも可能である。また、温度センサを内蔵した水晶振動子だけでなく、電子部品として発振回路を内蔵したＩＣを用いた圧電発振器や、温度補償回路等を内蔵したＩＣを用いた温度補償型の圧電発振器にも本発明は適用可能である。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、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。

本発明は、圧電デバイスの量産に好適である。

１水晶振動子
２、２₁、２₂ 絶縁性容器
３水晶素子
４電子部品
５蓋
１０ａ、１０₁ａ、１０₂ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ外部接続端子
１４無電極領域
２１上枠部
２２、２２₁ 下枠部
Ｅ１上側凹部
Ｅ２下側凹部
２２０、２３０下枠部の底面

Claims

基板部を有すると共に、当該基板部の外部基板に対向する側の主面の外周部に枠部を有する絶縁性容器と、
前記枠部と前記基板部の前記外部基板に対向する側の主面とで囲まれた凹部に収容される電子部品と、
前記基板部の前記電子部品が収容される主面とは反対側の主面に搭載される圧電素子と、
前記圧電素子を気密に封止する蓋と、
を備える圧電デバイスにおいて、
前記枠部の外周縁は、平面視矩形状であり、前記枠部の内周縁は、平面視矩形状または平面視正方形状であって、前記内周縁の４つの各隅は、平面視で円弧状または面取り状となっており、
前記外部基板に半田によって接合される４つの各外部接続端子が、前記枠部の底面の４隅の各々から当該枠部の前記外周縁の長辺方向および短辺方向にそれぞれ延出した平面視で屈曲部を有する形状に、かつ、前記凹部の開口端との間に無電極領域を隔ててそれぞれ形成され、
前記各外部接続端子は平面視で複数の角部を備え、当該複数の角部のうち、内周縁側の２つの角部のうちの一方の角部が、前記枠部の隅の前記円弧状または前記面取り状の前記内周縁と、前記枠部の内周縁の一辺に沿って、前記短辺方向に延びる第１仮想直線と、前記枠部の内周縁の前記一辺に直交する辺に沿って、前記長辺方向に延びる第２仮想直線とによって区画される近接領域に位置しており、
前記２つの角部のうちの他方の角部と前記凹部の開口端との間の前記無電極領域を、前記一方の角部と前記凹部の開口端との間の前記無電極領域に比べて広くしている、
圧電デバイス。
基板部を有すると共に、当該基板部の外部基板に対向する側の主面の外周部に枠部を有する絶縁性容器と、
前記枠部と前記基板部の前記外部基板に対向する側の主面とで囲まれた凹部に収容される電子部品と、
前記基板部の前記電子部品が収容される主面とは反対側の主面に搭載される圧電素子と、
前記圧電素子を気密に封止する蓋と、
を備える圧電デバイスにおいて、
前記枠部の外周縁は、平面視矩形状であり、前記枠部の内周縁は、平面視矩形状または平面視正方形状であって、前記内周縁の４つの各隅は、平面視で円弧状または面取り状となっており、
前記外部基板に半田によって接合される４つの各外部接続端子が、前記枠部の底面の４隅の各々から当該枠部の前記外周縁の長辺方向および短辺方向にそれぞれ延出した平面視で屈曲部を有する形状に、かつ、前記凹部の開口端との間に無電極領域を隔ててそれぞれ形成され、
前記各外部接続端子は平面視で複数の角部を備え、当該複数の角部のうち、内周縁側の２つの角部のうちの一方の角部が、前記枠部の隅の前記円弧状または前記面取り状の前記内周縁と、前記枠部の内周縁の一辺に沿って、前記短辺方向に延びる第１仮想直線と、前記枠部の内周縁の前記一辺に直交する辺に沿って、前記長辺方向に延びる第２仮想直線とによって区画される近接領域の周囲の周辺領域に位置しており、
前記周辺領域が、前記第１仮想直線を、前記近接領域の外側へ第１距離だけ平行移動させた移動第１仮想直線と、前記第２仮想直線を、前記近接領域の外側へ第２距離だけ平行移動させた移動第２仮想直線とによって区画される、前記近接領域寄りの領域であって、かつ、前記移動第１，第２仮想直線と、前記枠部の前記円弧状または前記面取り状の内周縁の円弧または面取りの各終端において前記第１，第２仮想直線にそれぞれ直交する第３，第４仮想直線とによって区画される領域であり、
前記第１距離が、前記枠部の前記短辺方向に延びる部分の枠幅の１／４以内の距離であり、前記第２距離が、前記枠部の前記長辺方向に延びる部分の枠幅の１／４以内の距離であり、
前記２つの角部のうちの他方の角部と前記凹部の開口端との間の前記無電極領域を、前記一方の角部と前記凹部の開口端との間の前記無電極領域に比べて広くしている、
圧電デバイス。
前記各外部接続端子が、前記枠部の前記外周縁の前記長辺方向および前記短辺方向にそれぞれ異なる長さに延出した平面視Ｌ字状に形成される、
請求項１または２に記載の圧電デバイス。
前記各外部接続端子は、前記枠部の底面の４隅の各々から前記長辺方向および前記短辺方向にそれぞれ延出した各延出端が、前記第１仮想直線および前記第２仮想直線をそれぞれ越えて前記長辺方向および前記短辺方向に延出している、
請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電デバイス。
前記各外部接続端子は、前記枠部の底面の４隅の各々から前記短辺方向に延出した長さが、前記枠部の底面の４隅の各々から前記長辺方向に延出した長さよりも長く、
前記一方の角部が、前記長辺方向に延出した延出端の角部である、
請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電デバイス。
前記電子部品が直方体状であり、前記電子部品は、その長手方向が、前記枠部の前記長辺方向に直交するように、前記凹部に収容される、
請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電デバイス。