JP6618675B2 - 振動デバイス、電子機器及び移動体 - Google Patents

Description

本発明は、振動デバイス、この振動デバイスを備えている電子機器及び移動体に関する。

従来、振動デバイスの一例として、圧電振動素子と、感温部品と、圧電振動素子を収容する第１の収容部、及び感温部品を収容する第２の収容部を有した容器と、を備え、容器が、第２の収容部を構成する貫通孔を有し且つ底部に複数の実装端子を備えた第１の絶縁基板と、第１の絶縁基板に積層固定され、表面に圧電振動素子搭載用の第１の電極パッドが設けられ、裏面に感温部品搭載用の第２の電極パッドが設けられた第２の絶縁基板と、第２の絶縁基板の表面に積層固定され、第１の収容部を構成する第３の基板と、を備えている圧電デバイスが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この圧電デバイスは、少なくとも１つの実装端子と第１の電極パッドとが、第１の熱伝導部及び第１の配線パターンにより電気的に接続され、他の少なくとも１つの実装端子と第２の電極パッドとが、第２の熱伝導部及び第２の配線パターンにより電気的に接続されることにより、圧電振動素子の温度と感温部品の検知する温度との温度差を縮小することが可能となり、良好な周波数温度特性が得られるとされている。

特開２０１３−１０２３１５号公報

しかしながら、上記圧電デバイスは、第１の絶縁基板の実装端子から、第２の収容部内の感温部品までの厚さ方向の距離によっては、電子機器などの外部部材に実装された際、第２の収容部内に滞留する温度上昇時に暖められた大気の断熱効果によって、例えば、温度下降時における圧電振動素子の温度と、感温部品の検知する温度との温度差が大きくなる虞がある。
この結果、上記圧電デバイスは、周波数温度特性が悪化する虞がある。

本発明は、上記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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
本発明のある形態に係る振動デバイスは、振動片と、電子素子と、互いに表裏の関係にある第１主面と第２主面、および前記第２主面側に開口を有し前記１主面側に向かって凹んでいる凹部を有する基板と、を備え、前記振動片は、前記基板の前記第１主面側に搭載され、前記電子素子は、前記凹部内に収容され、前記基板の前記第２主面側には、前記振動片または前記電子素子と接続されている複数の電極端子が設けられ、前記電極端子の実装面から前記電子素子までの、前記第１主面と直交する第１方向における距離が０．０５ｍｍ以上であり、且つ、前記電極端子の前記実装面から前記凹部の底面までの前記第１方向における距離が、０．３ｍｍ未満であることを特徴とする。
本発明のある形態に係る振動デバイスは、上記振動デバイスにおいて、前記電子素子の前記第１方向における中心を通り、前記第１主面に沿って延びる第１仮想中心線と、前記振動片の前記第１方向における中心を通り、前記第１主面に沿って延びる第２仮想中心線との、前記第１方向における距離が、０．１８ｍｍ以上０．３２ｍｍ以下の範囲内であることを特徴とする。
本発明のある形態に係る振動デバイスは、上記振動デバイスにおいて、前記電極端子の１つは、平面視において他の電極端子よりも面積が大きくなるように設けられた突出部を備え、前記突出部の輪郭に曲線が含まれていることを特徴とする。
本発明のある形態に係る振動デバイスは、上記振動デバイスにおいて、前記電子素子は、感温素子であることを特徴とする。
本発明のある形態に係る振動デバイスは、上記振動デバイスにおいて、前記感温素子は、サーミスターまたは測温用半導体であることを特徴とする振動デバイス。
本発明のある形態に係る振動デバイスは、上記振動デバイスにおいて、前記振動片の温度と前記感温素子で検出される温度との温度差ｄＴが、
｜ｄＴ｜≦０．１（℃）
を満たすことを特徴とする。
本発明のある形態に係る電子機器は、上記振動デバイスを備えていることを特徴とする。
本発明のある形態に係る移動体は、上記振動デバイスを備えていることを特徴とする。

［適用例１］本適用例にかかる振動デバイスは、振動片と、電子素子と、互いに表裏の関係にある第１主面と第２主面とを有する基板と、を備え、前記振動片は、前記基板の前記第１主面側に搭載され、前記電子素子は、前記基板の前記第２主面側に設けられている凹部内に収容され、前記基板の前記第２主面側には、前記振動片または前記電子素子と接続されている複数の電極端子が設けられ、前記電極端子の実装面から前記電子素子までの、前記第１主面と直交する第１方向における距離が０．０５ｍｍ以上であることを特徴とする。

これによれば、振動デバイスは、電極端子の実装面から電子素子までの、第１方向（換言すれば基板の厚さ方向）における距離が０．０５ｍｍ以上であることから、例えば、電子機器などの外部部材に実装された際に、凹部内の大気の流動が促され、凹部内の大気の滞留に起因する電子素子の温度降下の遅延を低減することができる。
この結果、振動デバイスは、例えば、電子素子が感温素子（感温部品）の場合には、振動片の温度と感温素子の検知する温度との温度差を縮小することができる。
これにより、振動デバイスは、良好な周波数温度特性を得ることができる。

［適用例２］上記適用例にかかる振動デバイスにおいて、前記電極端子の前記実装面から前記凹部の底面までの前記第１方向における距離が、０．３ｍｍ未満であることが好ましい。

これによれば、振動デバイスは、電極端子の実装面から凹部の底面までの第１方向における距離が、０．３ｍｍ未満であることから、振動片の温度と感温素子の検知する温度との温度差を縮小しつつ、薄型化を図ることができる。
これにより、振動デバイスは、薄型化を図りつつ良好な周波数温度特性を得ることができる。

［適用例３］上記適用例にかかる振動デバイスにおいて、前記電子素子の前記第１方向における中心を通り、前記第１主面に沿って延びる第１仮想中心線と、前記振動片の前記第１方向における中心を通り、前記第１主面に沿って延びる第２仮想中心線との、前記第１方向における距離が、０．１８ｍｍ以上０．３２ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。

これによれば、振動デバイスは、電子素子の第１仮想中心線と振動片の第２仮想中心線との、第１方向における距離が、０．１８ｍｍ以上０．３２ｍｍ以下の範囲内であることから、例えば、電子素子が感温素子の場合には、振動片の温度と感温素子の検知する温度との温度差を縮小しつつ、更に薄型化を図ることができる。

［適用例４］上記適用例にかかる振動デバイスにおいて、前記電極端子の１つは、平面視において他の電極端子よりも面積が大きくなるように突出部を備え、前記突出部の輪郭に曲線が含まれていることが好ましい。

これによれば、振動デバイスは、電極端子の１つが、平面視において他の電極端子よりも面積が大きくなるように突出部を備え、突出部の輪郭に曲線が含まれていることから、電極端子の識別機能に加えて、この電極端子が基点となり振動デバイスのセルフアライメント効果（振動デバイスの外部基板へのハンダを介して取り付ける際の、リフロー実装時における自律的位置修復現象）を容易に引き出すことができる。

［適用例５］上記適用例にかかる振動デバイスにおいて、前記電子素子は、感温素子であることが好ましい。

これによれば、振動デバイスは、電子素子が感温素子であることから、振動片の温度と感温素子の検知する温度との温度差を縮小することができる。

［適用例６］上記適用例にかかる振動デバイスにおいて、前記感温素子は、サーミスターまたは測温用半導体であることが好ましい。

これによれば、振動デバイスは、感温素子がサーミスターまたは測温用半導体であることから、サーミスター及び測温用半導体の特性により周囲の温度を正確に検知することができる。

［適用例７］本適用例にかかる電子機器は、上記適用例のいずれか一例に記載の振動デバイスを備えていることを特徴とする。

これによれば、本構成の電子機器は、上記適用例のいずれか一例に記載の振動デバイスを備えていることから、上記適用例のいずれか一例に記載の効果が奏され、優れた性能を発揮する電子機器を提供することができる。

［適用例８］本適用例にかかる移動体は、上記適用例のいずれか一例に記載の振動デバイスを備えていることを特徴とする。

これによれば、本構成の移動体は、上記適用例のいずれか一例に記載の振動デバイスを備えていることから、上記適用例のいずれか一例に記載の効果が奏され、優れた性能を発揮する移動体を提供することができる。

［適用例９］本適用例にかかる振動デバイスは、振動片と、感温素子と、前記振動片及び前記感温素子が収容されている容器と、を備え、前記振動片の温度と前記感温素子で検出される温度との温度差ｄＴが、｜ｄＴ｜≦０．１（℃）を満たすことを特徴とする。

この結果、振動デバイスは、振動片の温度と感温素子の検知する温度との温度差を縮小することができる。
これにより、振動デバイスは、良好な周波数温度特性を得ることができる。

［適用例１０］上記適用例９にかかる振動デバイスにおいて、前記感温素子は、サーミスターまたは測温用半導体であることが好ましい。

これによれば、振動デバイスは、感温素子がサーミスターまたは測温用半導体であることから、サーミスター及び測温用半導体の特性により周囲の温度を正確に検知することができる。

［適用例１１］本適用例にかかる電子機器は、上記適用例９または適用例１０に記載の振動デバイスを備えていることを特徴とする。

これによれば、本構成の電子機器は、上記適用例９または適用例１０に記載の振動デバイスを備えていることから、上記適用例９または適用例１０に記載の効果が奏され、優れた性能を発揮する電子機器を提供することができる。

［適用例１２］本適用例にかかる移動体は、上記適用例９または適用例１０に記載の振動デバイスを備えていることを特徴とする。

これによれば、本構成の移動体は、上記適用例９または適用例１０に記載の振動デバイスを備えていることから、上記適用例９または適用例１０に記載の効果が奏され、優れた性能を発揮する移動体を提供することができる。

第１実施形態の水晶振動子の概略構成を示す模式図であり、（ａ）はリッド（蓋体）側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）は底面側から見た平面図。 第１実施形態の水晶振動子に収容された電子素子としての感温素子を含む水晶振動子の駆動に関わる回路図。 距離Ｌ１と水晶振動片の温度変化時におけるサーミスターの温度変化の追随性との関係について説明するグラフ。 距離Ｌ１と水晶振動子の温度ヒステリシスの歩留まりとの関係を説明するグラフ。 サーミスターの検出温度と振動片の温度との温度差を示すグラフ。 第１実施形態の変形例の水晶振動子の概略構成を示す模式図であり、（ａ）はリッド側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）は底面側から見た平面図。 第２実施形態の水晶振動子の概略構成を示す模式図であり、（ａ）はリッド側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）は底面側から見た平面図。 電子機器としての携帯電話を示す模式斜視図。 移動体としての自動車を示す模式斜視図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
最初に、振動デバイスの一例としての水晶振動子について説明する。
図１は、第１実施形態の水晶振動子の概略構成を示す模式図である。図１（ａ）は、リッド（蓋体）側から見た平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線での断面図であり、図１（ｃ）は、底面側から見た平面図である。なお、図１（ａ）を含む以下のリッド側から見た平面図では、リッドを省略してある。また、分かり易くするために、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。
図２は、第１実施形態の水晶振動子に収容された電子素子としての感温素子を含む水晶振動子の駆動に関わる回路図である。

図１に示すように、水晶振動子１は、振動片としての水晶振動片１０と、電子素子としての感温素子の一例としてのサーミスター２０と、水晶振動片１０及びサーミスター２０が収容されているパッケージ３０と、を備えている。

水晶振動片１０は、例えば、水晶の原石などから所定の角度で切り出されたＡＴカット型の水晶基板であって、平面形状が略矩形に形成され、厚みすべり振動が励振される振動部１１と振動部１１に接続された基部１２とを一体で有している。
水晶振動片１０は、振動部１１の一方の主面１３及び他方の主面１４に形成された略矩形の励振電極１５，１６から引き出された引き出し電極１５ａ，１６ａが、基部１２に形成されている。

引き出し電極１５ａは、一方の主面１３の励振電極１５から、水晶振動片１０の長手方向（紙面左右方向）に沿って基部１２に引き出され、基部１２の側面に沿って他方の主面１４に回り込み、基部１２の他方の主面１４まで延在している。
引き出し電極１６ａは、他方の主面１４の励振電極１６から、水晶振動片１０の長手方向に沿って基部１２に引き出され、基部１２の側面に沿って一方の主面１３に回り込み、基部１２の一方の主面１３まで延在している。
励振電極１５，１６及び引き出し電極１５ａ，１６ａは、例えば、Ｃｒ（クロム）を下地層とし、その上にＡｕ（金）またはＡｕを主成分とする金属が積層された構成の金属被膜となっている。

サーミスター２０は、例えば、チップ型（直方体形状）の感温素子（感温抵抗素子）であって、両端部に電極２１，２２を有し、温度変化に対して電気抵抗の変化の大きい抵抗体である。
サーミスター２０には、例えば、温度の上昇に対して抵抗が減少するＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスターと呼ばれるサーミスターが用いられている。ＮＴＣサーミスターは、温度と抵抗値の変化の関係が直線的なため、温度センサーとして多用されている。
サーミスター２０は、パッケージ３０に収容され、水晶振動片１０近傍の温度を検知することにより、温度センサーとして水晶振動片１０の温度変化に伴う周波数変動の補正に資する機能を果たしている。

パッケージ３０は、平面形状が略矩形で略平板状であって、互いに表裏の関係にある第１主面３３と第２主面３４とを有する基板としてのパッケージベース３１と、パッケージベース３１の第１主面３３側を覆う平板状のリッド３２と、を有し、略直方体形状に構成されている。
パッケージベース３１は、一方の面が第１主面３３となる平板状の第１層３１ａと、中央部に開口部を有し、第１層３１ａの第１主面３３とは反対側に積層され、この積層面とは反対側の面が第２主面３４となる第２層３１ｂと、第１層３１ａの第１主面３３側に積層された枠状の第３層３１ｃと、を備えている。
パッケージベース３１の第１層３１ａ及び第２層３１ｂには、セラミックグリーンシートを成形して積層し焼成した酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体、ガラスセラミックス焼結体などのセラミックス系の絶縁性材料、または、水晶、ガラス、シリコン（高抵抗シリコン）などが用いられている。
パッケージベース３１の第３層３１ｃ及びリッド３２には、パッケージベース３１と同材料、または、コバール、４２アロイなどの金属が用いられている。

パッケージベース３１の第１主面３３には、水晶振動片１０の引き出し電極１５ａ，１６ａに対向する位置に、内部端子３３ａ，３３ｂが設けられている。
水晶振動片１０は、引き出し電極１５ａ，１６ａが、金属フィラーなどの導電性物質が混合された、エポキシ系、シリコーン系、ポリイミド系などの導電性接着剤４０を介して内部端子３３ａ，３３ｂに接合されている。これにより、水晶振動片１０は、第１主面３３側に搭載されたことになる。

水晶振動子１は、水晶振動片１０がパッケージベース３１の内部端子３３ａ，３３ｂに接合された状態で、パッケージベース３１の第３層３１ｃがリッド３２により覆われ、パッケージベース３１とリッド３２とがシーム溶接や、低融点ガラス、接着剤などの接合部材で接合されることにより、パッケージベース３１の第１層３１ａ、第３層３１ｃ及びリッド３２を含んで構成された内部空間Ｓが気密に封止されている。
図１では、一例として、金属製の第３層３１ｃと金属製のリッド３２とがシーム溶接により接合されている形態を示している。なお、この場合、第３層３１ｃは、第１層３１ａのメタライズ層（図示せず）に、ろう付けされている。
パッケージ３０の気密に封止された内部空間Ｓ内は、減圧された真空状態（真空度の高い状態）または窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが充填された状態となっている。

パッケージベース３１の第２主面３４側には、第２層３１ｂの開口部と第１層３１ａの積層面とにより凹部３５が設けられている。凹部３５の平面形状は、例えば、トラック状に形成されている。
凹部３５の底面３６（第１層３１ａの積層面）には、サーミスター２０の電極２１，２２に対向する位置に電極パッド３６ａ，３６ｂが設けられている。
サーミスター２０は、電極２１，２２が導電性接着剤またはハンダなどの接合部材４１を介して電極パッド３６ａ，３６ｂに接合されている。これにより、サーミスター２０は、凹部３５内に収容されたことになる。
なお、サーミスター２０は、長手方向（電極２１と電極２２とを結ぶ方向）がパッケージベース３１の長手方向（紙面左右方向）に沿うようにして、凹部３５の略中央部に配置されている。

パッケージベース３１の第２主面３４の四隅には、それぞれ電極端子３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄが設けられている。
４つの電極端子３７ａ〜３７ｄの内、例えば、一方の対角に位置する２つの電極端子３７ｂ，３７ｄは、水晶振動片１０の引き出し電極１５ａ，１６ａに繋がる内部端子３３ａ，３３ｂと接続され、他方の対角に位置する残りの２つの電極端子３７ａ，３７ｃは、サーミスター２０の電極２１，２２に繋がる電極パッド３６ａ，３６ｂと接続されている。

４つの電極端子３７ａ〜３７ｄは、平面形状が矩形から凹部３５側の一部が切り欠かれた形状に形成されている。電極端子３７ｃは、平面視において他の電極端子３７ａ，３７ｂ，３７ｄよりも面積が大きくなるように電極端子３７ｂに向かって延びる突出部３８を備え、突出部３８の先端部が略半円状に形成されている（換言すれば、突出部３８の輪郭に曲線が含まれている）。

なお、電極端子３７ｃは、リッド３２及びパッケージベース３１の第３層３１ｃが金属の場合、図１（ｂ）に破線で示すように、パッケージベース３１の第１層３１ａ、第２層３１ｂをそれぞれ貫通する導通ビア（スルーホールに金属または導電性を有する材料が充填された導通電極）及び内部配線、あるいはパッケージベース３１の外側の角部に設けられた図示しないキャスタレーション（凹部）に形成された導電膜のいずれかにより、第３層３１ｃを介してリッド３２と電気的に接続されていることがシールド性を向上させる観点から好ましい。なお、第３層３１ｃが絶縁性材料の場合には、第３層３１ｃにも導通ビアを設けることになる。
また、水晶振動子１は、電極端子３７ｃをアース端子（ＧＮＤ端子）として接地することによりシールド性を更に向上させることができる。

なお、内部端子３３ａ，３３ｂ、電極パッド３６ａ，３６ｂ、電極端子３７ａ〜３７ｄは、例えば、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）などのメタライズ層にＮｉ（ニッケル）、Ａｕなどの各被膜をメッキなどにより積層した金属被膜からなる。

水晶振動子１は、電極端子３７ａ〜３７ｄの実装面（外部部材への取り付け面）からサーミスター２０までの、第１主面３３と直交する第１方向（パッケージベース３１の厚さ方向）における距離Ｌ１が０．０５ｍｍ以上と規定されている。
また、水晶振動子１は、電極端子３７ａ〜３７ｄの実装面から凹部３５の底面３６までの第１方向における距離Ｌ２が、０．３ｍｍ未満と規定されている。

一例として、水晶振動子１は、パッケージベース３１の第２層３１ｂに厚さ０．２５ｍｍ±０．０１ｍｍ（０．２４ｍｍ以上０．２６ｍｍ以下）の材料を用い、電極端子３７ａ〜３７ｄの厚さを０．０２ｍｍ±０．０１ｍｍ（０．０１ｍｍ以上０．０３ｍｍ以下）、電極パッド３６ａ，３６ｂの厚さを０．０２ｍｍ±０．０１ｍｍ（０．０１ｍｍ以上０．０３ｍｍ以下）、接合部材４１の厚さを０．０１ｍｍ±０．００５ｍｍ（０．００５ｍｍ以上０．０１５ｍｍ以下）で管理し、サーミスター２０に厚さ０．１２ｍｍ±０．０１５ｍｍ（０．１０５ｍｍ以上０．１３５ｍｍ以下）の薄型品を用いている。
これにより、水晶振動子１は、距離Ｌ１が０．１２ｍｍ±０．０５ｍｍ（０．０７ｍｍ以上０．１７ｍｍ以下）となり、最小でも０．０７ｍｍであることから、０．０５ｍｍ以上の規定を十分に満たすことになる。
また、水晶振動子１は、距離Ｌ２が０．２７ｍｍ±０．０２ｍｍ（０．２５ｍｍ以上０．２９ｍｍ以下）となり、最大でも０．２９ｍｍであることから、０．３ｍｍ未満の規定を十分に満たすことになる。
これらのことから、水晶振動子１は、公差（ばらつき）を考慮しても距離Ｌ１、距離Ｌ２の規定をクリアし、充分に量産製造可能といえる。

また、水晶振動子１は、サーミスター２０の第１方向における中心を通り、第１主面３３に沿って延びる第１仮想中心線Ｏ１と、水晶振動片１０の第１方向における中心を通り、第１主面３３に沿って延びる第２仮想中心線Ｏ２との、第１方向における距離Ｌ３が、０．１８ｍｍ以上０．３２ｍｍ以下の範囲内となっている。

一例として、水晶振動子１は、パッケージベース３１の第１層３１ａに厚さが０．０９ｍｍ〜０．１１ｍｍの材料を用い、内部端子３３ａ，３３ｂの厚さを０．００３ｍｍ〜０．０１３ｍｍ、導電性接着剤４０の厚さを０．０１ｍｍ〜０．０３ｍｍ、水晶振動片１０の厚さ（共振周波数の範囲を約１９〜５２ＭＨｚとして）を０．０３２ｍｍ〜０．０８７ｍｍ、電極パッド３６ａ，３６ｂの厚さを０．０１ｍｍ〜０．０３ｍｍ、接合部材４１の厚さを０．００５ｍｍ〜０．０１５ｍｍの範囲で管理し、サーミスター２０に厚さが０．１０５ｍｍ〜０．１３５ｍｍの範囲で管理されている薄型品を用いている。
これにより、水晶振動子１は、距離Ｌ３が０．１８７ｍｍ〜０．３０９ｍｍの範囲となることから、０．１８ｍｍ以上０．３２ｍｍ以下の規定を十分に満たし、公差を考慮しても距離Ｌ３の規定をクリアし、充分に量産製造可能といえる。
なお、水晶振動片１０が傾斜している（基部１２から反対側の先端部に行くほど第１主面３３に近づいている）場合には、距離Ｌ３は、紙面左右方向の位置が図１（ｂ）の内部端子３３ａ（３３ｂ）の範囲内における第１仮想中心線Ｏ１と第２仮想中心線Ｏ２との距離とする。

図２に示すように、水晶振動子１は、例えば、電子機器のＩＣチップ７０内に集積化された発振回路６１から、電極端子３７ｂ，３７ｄを経由して印加される駆動信号によって、水晶振動片１０が厚みすべり振動を励振されて所定の周波数で共振（発振）し、電極端子３７ｂ，３７ｄから共振信号（発振信号）を出力する。
この際、水晶振動子１は、サーミスター２０が温度センサーとして水晶振動片１０近傍の温度を検知し、それを電源６２から供給される電圧値の変化に変換し、電極端子３７ａから検出信号として出力する。

出力された検出信号は、例えば、電子機器のＩＣチップ７０内に集積化されたＡ／Ｄ変換回路６３によりＡ／Ｄ変換され、同じくＩＣチップ７０内に集積化された温度補償回路６４に入力される。そして、温度補償回路６４は、入力された検出信号に応じて温度補償データに基づいた補正信号を発振回路６１に出力する。
発振回路６１は、入力された補正信号に基づいて補正された駆動信号を水晶振動片１０に印加し、温度変化に伴い変動する水晶振動片１０の共振周波数を、所定の周波数になるように補正する。発振回路６１は、この補正された周波数の発振信号を増幅し外部へ出力する。

上述したように、第１実施形態の水晶振動子１は、電極端子３７ａ〜３７ｄの実装面からサーミスター２０までの、第１方向における距離Ｌ１が０．０５ｍｍ以上である。
このように、水晶振動子１は、薄型のサーミスター２０を用いるなどして電極端子３７ａ〜３７ｄの実装面からサーミスター２０までの距離Ｌ１を０．０５ｍｍ以上とすることによって、電子機器などの外部部材に実装された際に、凹部３５内の大気の流動が促され、凹部３５内の大気の滞留に起因するサーミスター２０の温度降下の遅延を低減することができる。

ここで、上記の内容について詳述する。
図３は、距離Ｌ１と水晶振動片の温度変化時におけるサーミスターの温度変化の追随性との関係について説明するグラフであり、図４は、距離Ｌ１と水晶振動子の温度ヒステリシスの歩留まりとの関係について説明するグラフである。なお、図３のグラフは、本願発明者のシミュレーション及び実験による解析結果に基づいている。
図３の横軸は経過時間を表し、縦軸は温度を表す。図４の横軸は距離Ｌ１を表し、縦軸は水晶振動子の温度ヒステリシスの歩留まりを表す。

図３に示すように、電極端子３７ａ〜３７ｄの実装面からサーミスター２０までの距離Ｌ１が０．０５ｍｍの場合には、水晶振動片１０の温度変化にサーミスター２０の検知する温度変化が、温度上昇時、温度下降時ともに殆ど遅延なく追随している。つまり、距離Ｌ１が０．０５ｍｍの場合には、水晶振動片１０の温度とサーミスター２０の検知する温度との温度差が殆どないことになる。
これに対して、距離Ｌ１が０．０５ｍｍ未満の場合には、距離Ｌ１が０．０４ｍｍ、０．０３ｍｍと小さくなるにしたがって、水晶振動片１０の温度下降時におけるサーミスター２０の検知する温度変化（温度下降）に遅延が生じ、水晶振動片１０の温度とサーミスター２０の検知する温度との温度差が大きくなっている。
これは、距離Ｌ１が小さくなることによる凹部３５内の大気の滞留に起因し、温度上昇時に暖められた大気の断熱効果によって、サーミスター２０の温度下降が阻害されたためと考えられる。

これらにより、図４に示すように、距離Ｌ１が０．０５ｍｍ以上の場合には、水晶振動子１の温度ヒステリシス（温度上昇時における周波数変移と、温度下降時における周波数変移とのずれ）の歩留まりが１００％となっている。
一方、距離Ｌ１が０．０５ｍｍ未満の場合には、水晶振動子１の温度ヒステリシスの歩留まりが１００％に達せず、距離Ｌ１が０．０４ｍｍ、０．０３ｍｍと小さくなるほど歩留まりが悪くなっている。
このような結果から、水晶振動子１は、距離Ｌ１を０．０５ｍｍ以上とすることにより、水晶振動片１０の温度とサーミスター２０の検知する温度との温度差を縮小することができる。
これにより、水晶振動子１は、良好な周波数温度特性を得ることができる。

次に、水晶振動片１０の温度変化時におけるサーミスター２０の温度変化の追随性について、本願発明者は検証実験を行ったので、その結果について以下に説明する。
前述の図３及び図４の解析結果により、水晶振動片１０の温度とサーミスター２０の検知する温度との温度差が殆どなかった距離Ｌ１＝０．０５ｍｍにおいて、水晶振動片１０の温度に対するサーミスター２０で検出される温度の追随性について、実験を行った。

第１実施形態にかかる水晶振動子１を外部基板に実装し、外部基板に熱を加えていき、サーミスター２０で検出される温度と、その時の水晶振動片１０の温度とを比較し、温度差がどの程度あるのかを評価した。
まず、外部基板を２９．０℃から３２．０℃まで昇温させていった。そのとき、サーミスター２０が０．１℃ステップで検出していった２９．５℃から３１．５℃までの各検出温度での、水晶振動片１０の周波数を各々測定し、サーミスター２０が検出した２９．５℃の時の水晶振動片１０の周波数を基準として、周波数偏差を求めた。
次に、外部基板を３２．０℃から２９．０℃まで降温させていった。そのとき、サーミスター２０が０．１℃ステップで検出していった３１．５℃から２９．５℃までの各検出温度での、水晶振動片１０の周波数を各々測定し、サーミスター２０が昇温時に検出した２９．５℃の時の水晶振動片１０の周波数を基準として、周波数偏差を求めた。
それらが以下の表１である。

ここで、水晶振動片１０は、ＡＴカット型の水晶振動片であるため、その周波数温度特性は三次曲線を呈する。本願発明者は事前に測定しておいた水晶振動片１０の周波数温度特性のデータに基づいて、サーミスター２０が検出した各温度での水晶振動片１０の周波数偏差から水晶振動片１０の温度を算出した。
それらが以下の表２である。

次に、表２からサーミスター２０が検出した各温度におけるサーミスター２０の検出温度と水晶振動片１０の温度との温度差を算出した。
それらが以下の表３である。

図５は、サーミスターの検出温度と水晶振動片の温度との温度差を示すグラフであり、表３の算出結果をグラフにしたものである。横軸はサーミスターが検出した温度（℃）を表し、縦軸はサーミスターの検出温度と水晶振動片の温度との温度差（℃）を表す。
サーミスター２０の検出温度と水晶振動片１０の温度との温度差ｄＴは、−０．０７℃以上０．００℃以下であることが分かった。つまり、この検証実験から水晶振動片１０の温度に対するサーミスター２０で検出される温度の追随性としては、
｜ｄＴ｜≦０．１（℃）
を満たしていれば、良好な周波数温度特性を備えた振動デバイス（水晶振動子１）を得ることができることが分かった。
また、サーミスター２０で検出される温度の追随性としての｜ｄＴ｜≦０．１（℃）は、図１のような第１実施形態の水晶振動子１の概略構成に限定されるものではなく、振動片と感温素子とが一つの収容部の中に一緒に収納された、所謂シングルシールタイプのパッケージを備えた振動デバイスにも適用できる。

また、水晶振動子１は、電極端子３７ａ〜３７ｄの実装面から凹部３５の底面３６までの第１方向における距離Ｌ２が、０．３ｍｍ未満であることから、水晶振動片１０の温度とサーミスター２０の検知する温度との温度差を縮小しつつ、薄型化を図ることができる。
これにより、水晶振動子１は、薄型化を図りつつ、良好な周波数温度特性を得ることができる。

また、水晶振動子１は、サーミスター２０の第１仮想中心線Ｏ１と水晶振動片１０の第２仮想中心線Ｏ２との、第１方向における距離Ｌ３が、０．１８ｍｍ以上０．３２ｍｍ以下の範囲内であることから、水晶振動片１０の温度とサーミスター２０の検知する温度との温度差を縮小しつつ、更に薄型化を図ることができる。
なお、上記距離Ｌ３が、０．１８ｍｍ未満の場合には、（サーミスター２０の更なる薄型化が当面困難であるという前提で）パッケージベース３１の第１層３１ａの厚さが０．０９ｍｍよりも薄くなることになり、パッケージベース３１の強度が問題となる。
また、上記距離Ｌ３が、０．３２ｍｍを超える場合には、水晶振動片１０の温度とサーミスター２０の検知する温度との温度差が拡大し、周波数温度特性が悪化することから、水晶振動子１の高精度化に対する対応が困難となる虞がある。

また、水晶振動子１は、４つの電極端子３７ａ〜３７ｄの内、電極端子３７ｃが、平面視において他の電極端子３７ａ，３７ｂ，３７ｄよりも面積が大きくなるように突出部３８を備え、突出部３８の先端部が略半円状に形成されている（換言すれば、突出部３８の輪郭に曲線が含まれている）。
このことから、水晶振動子１は、突出部３８が電極端子３７ｃの識別マークとして機能するとともに、面積が大きいこの電極端子３７ｃが基点となり、水晶振動子１のセルフアライメント効果（水晶振動子１の外部基板へのハンダを介して取り付ける際の、リフロー実装時における自律的位置修復現象）を容易に引き出すことができる。

また、水晶振動子１は、電子素子が感温素子であることから、水晶振動片１０の温度と感温素子の検知する温度との温度差を縮小しつつ、薄型化を図ることができる。

また、水晶振動子１は、感温素子がサーミスター２０であることから、サーミスター２０の特性により周囲の温度を正確に検知することができる。なお、感温素子には、サーミスター２０に代えて、測温用半導体を用いてもよく、測温用半導体の特性により周囲の温度を正確に検知することができる。測温用半導体としては、ダイオードまたはトランジスターが挙げられる。
詳述すると、ダイオードの場合には、ダイオードの順方向特性を利用し、ダイオードのアノード端子からカソード端子に一定電流を流しておいて、温度によって変化する順方向電圧を測定することによって温度を検知することができる。また、トランジスターの場合には、ベースとコレクター間を短絡し、コレクターとエミッター間をダイオードとして機能させることにより、上記と同様に温度を検知することができる。
水晶振動子１は、感温素子にダイオードまたはトランジスターを用いることにより、ノイズの重畳を低減することができる。

（変形例）
次に、第１実施形態の変形例について説明する。
図６は、第１実施形態の変形例の水晶振動子の概略構成を示す模式図である。図６（ａ）は、リッド側から見た平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ線での断面図であり、図６（ｃ）は、底面側から見た平面図である。
なお、第１実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図６に示すように、変形例の水晶振動子２は、第１実施形態と比較して、サーミスター２０の配置方向が異なる。
水晶振動子２は、サーミスター２０の長手方向（電極２１と電極２２とを結ぶ方向）が、パッケージベース３１の長手方向（紙面左右方向）と交差する（ここでは直交する）方向になるようにサーミスター２０が配置されている。

これにより、水晶振動子２は、第１実施形態の効果に加えて、傾向的に長手方向の反りが大きいとされているパッケージベース３１の反りに伴うサーミスター２０の固定強度（接合強度）の低下を低減することができる。
なお、上記変形例の構成は、以下の実施形態にも適用可能である。

（第２実施形態）
次に、振動デバイスとしての水晶振動子の他の構成について説明する。
図７は、第２実施形態の水晶振動子の概略構成を示す模式図である。図７（ａ）は、リッド側から見た平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ線での断面図であり、図７（ｃ）は、底面側から見た平面図である。
なお、第１実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図７に示すように、第２実施形態の水晶振動子３は、第１実施形態と比較して、パッケージベース３１及びリッド３２の構成が異なる。
水晶振動子３は、パッケージベース３１の第３層３１ｃが除去され、代わりにリッド３２との接合部材３９が配置されている。
リッド３２は、コバール、４２アロイなどの金属を用いて、全周につば部３２ａが設けられたキャップ状に形成されている。
水晶振動子３は、リッド３２のキャップ部分の膨らみにより、水晶振動片１０を収容する内部空間Ｓが確保されている。

リッド３２は、つば部３２ａがシームリング、ろう材、導電性接着剤などの導電性を有する接合部材３９を介してパッケージベース３１の第１主面３３に接合されている。
これにより、リッド３２は、パッケージベース３１内の導通ビア、内部配線などを介して電極端子３７ｃと電気的に接続され、シールド効果が発揮されている。
なお、リッド３２は、接合部材３９及びパッケージベース３１の外側の角部に設けられた図示しないキャスタレーションに形成された導電膜を介して電極端子３７ｃと電気的に接続されてもよい。

上述したように、第２実施形態の水晶振動子３は、パッケージベース３１の第３層３１ｃが除去されていることから、第１実施形態と比較してパッケージベース３１の製造が容易となる。
なお、水晶振動子３は、シールドに支障がなければ、リッド３２が電極端子３７ｃと電気的に接続されていなくてもよい。これにより、接合部材３９は、絶縁性のものでもよい。

（電子機器）
次に、上述した振動デバイスを備えている電子機器として、携帯電話を一例に挙げて説明する。
図８は、電子機器としての携帯電話を示す模式斜視図である。
携帯電話７００は、上記各実施形態及び変形例で述べた振動デバイスとしての水晶振動子を備えている。
図８に示す携帯電話７００は、上述した水晶振動子（１〜３のいずれか）を、例えば、基準クロック発振源などのタイミングデバイスとして用い、更に液晶表示装置７０１、複数の操作ボタン７０２、受話口７０３、及び送話口７０４を備えて構成されている。なお、携帯電話の形態は、図示のタイプに限定されるものではなく、いわゆるスマートフォンタイプの形態でもよい。

上述した水晶振動子などの振動デバイスは、上記携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピューター、テレビ、デジタルスチールカメラ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、ナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、ゲーム機器、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類、フライトシミュレーターなどを含む電子機器のタイミングデバイスとして好適に用いることができ、いずれの場合にも上記各実施形態及び変形例で説明した効果が奏され、優れた性能を発揮する電子機器を提供することができる。

（移動体）
次に、上述した振動デバイスを備えている移動体として、自動車を一例に挙げて説明する。
図９は、移動体としての自動車を示す模式斜視図である。
自動車８００は、上記各実施形態及び変形例で述べた振動デバイスとしての水晶振動子を備えている。
自動車８００は、上述した水晶振動子（１〜３のいずれか）を、例えば、搭載されている各種電子制御式装置（例えば、電子制御式燃料噴射装置、電子制御式ＡＢＳ装置、電子制御式一定速度走行装置など）の基準クロック発振源などのタイミングデバイスとして用いている。
これによれば、自動車８００は、上記水晶振動子を備えていることから、上記各実施形態及び変形例で説明した効果が奏され、優れた性能を発揮することができる。

上述した水晶振動子などの振動デバイスは、上記自動車８００に限らず、自走式ロボット、自走式搬送機器、列車、船舶、飛行機、人工衛星などを含む移動体の基準クロック発振源などのタイミングデバイスとして好適に用いることができ、いずれの場合にも上記各実施形態及び変形例で説明した効果が奏され、優れた性能を発揮する移動体を提供することができる。

なお、水晶振動子の振動片の形状は、図示した平板状のタイプに限定されるものではなく、中央部が厚く周辺部が薄いタイプ（例えば、コンベックスタイプ、ベベルタイプ、メサタイプ）、逆に中央部が薄く周辺部が厚いタイプ（例えば、逆メサタイプ）などでもよく、音叉型形状でもよい。

なお、振動片の材料としては、水晶に限定されるものではなく、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電体、またはシリコン（Ｓｉ）などの半導体でもよい。
また、厚みすべり振動の駆動方法は、圧電体の圧電効果によるものの他に、クーロン力による静電駆動でもよい。

１，２，３…振動デバイスとしての水晶振動子、１０…振動片としての水晶振動片、１１…振動部、１２…基部、１３…一方の主面、１４…他方の主面、１５，１６…励振電極、１５ａ，１６ａ…引き出し電極、２０…電子素子としての感温素子の一例としてのサーミスター、２１，２２…電極、３０…パッケージ、３１…基板としてのパッケージベース、３１ａ…第１層、３１ｂ…第２層、３１ｃ…第３層、３２…リッド、３２ａ…つば部、３３…第１主面、３３ａ，３３ｂ…内部端子、３４…第２主面、３５…凹部、３６…底面、３６ａ，３６ｂ…電極パッド、３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ…電極端子、３８…突出部、３９…接合部材、４０…導電性接着剤、４１…接合部材、６１…発振回路、６２…電源、６３…Ａ／Ｄ変換回路、６４…温度補償回路、７０…ＩＣチップ、７００…電子機器としての携帯電話、７０１…液晶表示装置、７０２…操作ボタン、７０３…受話口、７０４…送話口、８００…移動体としての自動車、Ｓ…内部空間。

Claims (6)

1. 振動片と、
   サーミスタと、
   セラミック系の絶縁性材料からなり、互いに表裏の関係にある第１主面と第２主面、および前記第２主面側に開口を有し前記１主面側に向かって凹んでいる凹部を備え、平面視で略矩形である絶縁基板と、を備え、
   前記振動片は、前記絶縁基板の前記第１主面側に搭載され、
   前記凹部は、底面、および、前記開口と前記底面とを繋いでいる側面を備え、
   前記底面には、一対の電極パッドが設けられており、
   前記サーミスタは、前記凹部内において、前記側面と離間して配置され、かつ、前記一対の電極パッドに接合部材を介して取り付けられており、
   平面視で前記一対の電極パッドが並んでいる方向である第１方向に対して交差する第２方向における前記サーミスタと前記側面との間の前記底面、前記サーミスタの表面の前記接合部材が塗布されていない部分、および、前記接合部材の表面は、前記凹部内の大気に露出しており、
   前記絶縁基板の前記第２主面側には、平面視で、前記サーミスタの中心を通り前記第１方向に沿って延びる第１仮想直線と、前記サーミスタの中心を通り前記第１仮想直線に交差する方向に沿って延びる第２仮想直線と、で区画された各領域における前記開口と前記絶縁基板の外縁との間に、１つずつ設けられている電極端子を備え、
   前記電極端子は、前記開口側が切り欠かれた形状であり、
   前記開口は、前記第１方向に沿った寸法が前記第２方向に沿った寸法よりも大きく、且つ、各前記領域の前記電極端子の前記切り欠かれた形状の部分に囲まれており、
   前記開口の前記第１方向に沿った寸法は、前記第２仮想直線で区画された前記第１方向に沿って隣り合う２つの領域に設けられた前記電極端子の間の距離よりも大きく、
   前記開口の前記第２方向に沿った寸法は、前記第１仮想直線で区画された前記第２方向に沿って隣り合う２つの領域に設けられた前記電極端子の間の距離よりも大きく、
   前記一対の電極パッドの間の距離は、前記第２仮想直線で区画された前記第１方向に沿って隣り合う２つの領域に設けられた前記電極端子の間の距離よりも小さく、
   前記サーミスタの前記第１方向に沿った寸法は、前記前記一対の電極パッドの間の距離よりも大きく、
   前記電極端子は、前記振動片または前記サーミスタと接続されており、
   前記電極端子の実装面から前記サーミスタまでの、前記第１主面と直交する第３方向における距離が０．０５ｍｍ以上であり、且つ、
   前記電極端子の前記実装面から前記凹部の前記底面までの前記第３方向における距離が、０．３ｍｍ未満であることを特徴とする振動デバイス。
2. 請求項１において、
   前記サーミスタの前記第３方向における中心を通り、前記第１主面に沿って延びる第１仮想中心線と、前記振動片の前記第３方向における中心を通り、前記第１主面に沿って延びる第２仮想中心線との、前記第３方向における距離が、０．１８ｍｍ以上０．３２ｍｍ以下の範囲内であることを特徴とする振動デバイス。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記電極端子の１つは、平面視において他の電極端子よりも面積が大きくなるように設けられた突出部を備え、
   前記突出部の輪郭に曲線が含まれていることを特徴とする振動デバイス。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
   前記電極端子が取り付けられる外部基板の温度が２９．０℃以上、３２．０℃以下のとき、
   前記振動片の温度と前記サーミスタで検出される温度との温度差ｄＴが、
   ｜ｄＴ｜≦０．１（℃）
   を満たすことを特徴とする振動デバイス。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の振動デバイスを備えていることを特徴とする電子機器。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の振動デバイスを備えていることを特徴とする移動体。

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