特許 6376681 表面実装型の圧電デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6376681

(24)【登録日】2018年8月3日

(45)【発行日】2018年8月22日

(54)【発明の名称】表面実装型の圧電デバイス

(51)【国際特許分類】

   H03B 5/32 20060101AFI20180813BHJP

   H03H 9/02 20060101ALI20180813BHJP

【ＦＩ】

   H03B5/32 H

   H03H9/02 A

   H03H9/02 K

   H03H9/02 N

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-43778(P2014-43778)

(22)【出願日】2014年3月6日

(65)【公開番号】特開2015-92649(P2015-92649A)

(43)【公開日】2015年5月14日

【審査請求日】2017年1月6日

(31)【優先権主張番号】特願2013-209232(P2013-209232)

(32)【優先日】2013年10月4日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000232483

【氏名又は名称】日本電波工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106541

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 信和

(72)【発明者】

【氏名】内藤 淳

(72)【発明者】

【氏名】星野 祐太

【審査官】 橋本 和志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−３０２７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２４５４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｂ ５／３２

Ｈ０３Ｈ ９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電振動片を矩形形状に形成されたセラミックパッケージのキャビティ内に収納する表面実装型の圧電デバイスであって、
前記セラミックパッケージは、複数のセラミック層からなり、最下面に形成された前記圧電デバイス用の外部電極と、前記セラミック層の間又は前記キャビティ内の底面に、前記キャビティ内を加熱する加熱用ヒータと、前記加熱用ヒータと同一素材で形成される温度測定用配線と、前記温度測定用配線の内部抵抗値を検出する検出回路と、前記検出回路で検出された内部抵抗値に基づいて、前記温度測定用配線付近の温度を算出する算出回路と、を有し、
前記加熱用ヒータ及び前記温度測定用配線が、同一層面で且つ互いに隣接して前記矩形形状の短辺方向と長辺方向とに交互に折り曲がって配置される圧電デバイス。

【請求項2】

前記キャビティ内の底面には、前記算出回路で算出された温度に基づいて、前記加熱用ヒータへ流す電力を調整する調整回路が配置される請求項１に記載の圧電デバイス。

【請求項3】

圧電振動片をセラミックパッケージのキャビティ内に収納する表面実装型の圧電デバイスであって、
前記セラミックパッケージは、複数のセラミック層からなり、最下面に形成された前記圧電デバイス用の外部電極と、前記セラミック層の間又は前記キャビティ内の底面に、前記キャビティ内を加熱する加熱用ヒータと、前記加熱用ヒータと同一素材で形成される温度測定用配線と、前記温度測定用配線の内部抵抗値を検出する検出回路と、前記検出回路で検出された内部抵抗値に基づいて、前記温度測定用配線付近の温度を算出する算出回路と、を有し、
前記同一層面に配置される加熱用ヒータ及び前記温度測定用配線が、同一の配線として形成される圧電デバイス。

【請求項4】

前記セラミックパッケージの前記最下面には、樹脂材料から成る断熱層が前記外部電極を除いて形成される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧電デバイス。

【請求項5】

前記圧電振動片を発振させる発振回路、前記検出回路、前記算出回路及び前記調整回路が、一つの集積回路で構成されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の圧電デバイス。

【請求項6】

前記圧電振動片は、矩形形状に形成され、一対の励振電極及び前記各励振電極から引き出される引出電極を含み、
前記引出電極が、前記圧電振動片の一辺と、前記一辺に向かい合う他辺と、に引き出されている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の圧電デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、恒温槽付の小型化された圧電デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

外部の温度変化に影響することなく、圧電振動子を恒温槽内で温度制御することにより周波数の高安定化を行った恒温槽付の表面実装型の圧電デバイスがある。特許文献１に示される表面実装型圧電振動デバイスは、セラミック積層基板からなる容器に対してセラミックヒータなどの加熱手段を一体形成し、このように構成された容器に対して圧電振動板と発振回路部品を収納している。さらに、特許文献２に示される表面実装型の圧電デバイスは、セラミックヒータの温度を検知する温度センサを開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−２２４４２２号公報

【特許文献2】特開２００９−００５１１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、温度センサを新たに設けることは、その分、部品点数や組付け工数が増加し、表面実装型圧電振動デバイスのコストが増大するという問題がある。

【0005】

本発明は、製造コストの増大を抑えられた恒温槽付の小型化された圧電デバイスを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１観点の圧電デバイスは、圧電振動片をセラミックパッケージのキャビティ内に収納する表面実装型の圧電デバイスである。また、セラミックパッケージは、複数のセラミック層からなり、最下面に形成された圧電デバイス用の外部電極と、セラミック層の間又はキャビティ内の底面にキャビティ内を加熱する加熱用ヒータと、加熱用ヒータと同一素材で形成される温度測定用配線と、温度測定用配線の内部抵抗値を検出する検出回路と、検出回路で検出された内部抵抗値に基づいて、温度測定用配線付近の温度を算出する算出回路と、を有する。

【0007】

第２観点の圧電デバイスは、第１観点において、キャビティ内の底面には、算出回路で算出された温度に基づいて、加熱用ヒータへ流す電力を調整する調整回路が配置される。

【0008】

第３観点の圧電デバイスは、第１観点及び第２観点において、加熱用ヒータ及び温度測定用配線が、同一層面に配置される。

【0009】

第４観点の圧電デバイスは、第１観点及び第２観点において、加熱用ヒータ及び温度測定用配線が、それぞれ別の層面に配置される。

【0010】

第５観点の圧電デバイスは、第３観点において、同一層面に配置される加熱用ヒータ及び温度測定用配線が、同一の配線として形成される。

【0011】

第６観点の圧電デバイスは、第１観点から第５観点において、セラミックパッケージの最下面には、樹脂材料から成る断熱層が外部電極を除いて形成される。

【0012】

第７観点の圧電デバイスは、第１観点から第６観点において、圧電振動片を発振させる発振回路、検出回路、算出回路及び調整回路が、一つの集積回路で構成されている。

【0013】

第８観点の圧電デバイスは、第１観点から第７観点において、圧電振動片が、矩形形状に形成されて一対の励振電極及び各励振電極から引き出される引出電極を含み、引出電極が、圧電振動片の一辺と、一辺に向かい合う他辺と、に引き出されている。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、恒温槽付の小型化された圧電デバイスを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】圧電デバイス１００の概略分解斜視図である。

【図2】圧電デバイス１００の概略断面図である。

【図3】（ａ）は、第５層１２０ｅの平面図である。 （ｂ）は、第４層１２０ｄの平面図である。

【図4】（ａ）は、第３層１２０ｃの平面図である。 （ｂ）は、第２層１２０ｂの平面図である。

【図5】圧電デバイス１００の回路図である。

【図6】（ａ）は、圧電デバイス２００の概略断面図である。 （ｂ）は、第４層２２０ｄの平面図である。

【図7】（ａ）は、圧電デバイス３００の概略断面図である。 （ｂ）は、第６層３２０ｆの平面図である。

【図8】（ａ）は、パッケージ４２０の上面図である。 （ｂ）は、第２層５２０ｂの上面図である。

【図9】圧電デバイス６００の分解斜視図である。

【図10】図９のＡ−Ａ断面の概略断面図である。

【図11】（ａ）は、パッケージ６２０の上面図である。 （ｂ）は、第３層６２０ｃの平面図である。

【図12】圧電デバイス６００の回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

【0017】

（第１実施形態）
＜圧電デバイス１００の構成＞
図１は、圧電デバイス１００の概略分解斜視図である。圧電デバイス１００は主に、圧電振動片１１０と、パッケージ１２０と、リッド板１３０と、集積回路１４０と、により形成されている。圧電振動片１１０には、例えばＡＴカットの水晶振動片が用いられる。ＡＴカットの水晶振動片は、主面（ＹＺ面）が結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に対して、Ｘ軸を中心としてＺ軸からＹ軸方向に３５度１５分傾斜されている。以下の説明では、ＡＴカットの水晶振動片の軸方向を基準とし、傾斜された新たな軸をＹ’軸及びＺ’軸として用いる。すなわち、圧電デバイス１００において、圧電デバイス１００の長手方向をＸ軸方向、圧電デバイス１００の高さ方向をＹ’軸方向、Ｘ軸方向及びＹ’軸方向に垂直な方向をＺ’軸方向として説明する。

【0018】

圧電振動片１１０は、＋Ｙ’軸側の面及び−Ｙ’軸側の面に励振電極１１１が形成されており、各励振電極１１１からは圧電振動片１１０の−Ｘ軸側の辺に引出電極１１２が引き出されている。＋Ｙ’軸側の面に形成されている励振電極１１１から引き出される引出電極１１２は−Ｘ軸側の辺の＋Ｚ’軸側に引き出され、＋Ｚ’軸側の側面を介して−Ｙ’軸側の面に引き出されている。−Ｙ’軸側の面に形成されている励振電極１１１から引き出されている引出電極１１２は、−Ｘ軸側の辺の−Ｚ’軸側に引き出され、−Ｚ’軸側の側面を介して＋Ｙ’軸側の面に引き出されている。

【0019】

パッケージ１２０の−Ｙ’軸側の面は圧電デバイス１００の実装される実装面１２２ｂとなっており、パッケージ１２０の＋Ｙ’軸側の面はリッド板１３０が載置される接合面１２２ａとなっている。また、パッケージ１２０の＋Ｙ’軸側の面には、接合面１２２ａから−Ｙ’軸方向に凹んだ凹部１２１が形成されている。凹部１２１には、圧電振動片１１０及び集積回路１４０が載置される。圧電振動片１１０は、凹部１２１に形成される載置部１２３に載置される。載置部１２３の＋Ｙ’軸側の面には、圧電振動片１１０の引出電極１１２に導電性接着剤１７２（図２参照）を介して電気的に接続される接続電極１２４が形成されている。

【0020】

パッケージ１２０は、例えばセラミックを基材としたセラミックパッケージとして形成される。パッケージ１２０は、第１層１２０ａ、第２層１２０ｂ、第３層１２０ｃ、第４層１２０ｄ、及び第５層１２０ｅの５つの層が重ね合わされることにより形成されている。第１層１２０ａは、パッケージ１２０の＋Ｙ’軸側に配置され、第１層１２０ａの＋Ｙ’軸側の面には接合面１２２ａが形成されている。第２層１２０ｂは、第１層１２０ａの−Ｙ’軸側の面に接合されて配置されており、凹部１２１に載置部１２３を形成している。第３層１２０ｃは、第２層１２０ｂの−Ｙ’軸側の面に接合されて配置されており、＋Ｙ’軸側の面には集積回路１４０が載置される。第４層１２０ｄは、第３層１２０ｃの−Ｙ’軸側の面に接合されて配置されており、＋Ｙ’軸側の面には加熱用ヒータ１２６が形成されている。第５層１２０ｅは、第４層１２０ｄの−Ｙ’軸側の面に形成されており、第５層１２０ｅの＋Ｙ’軸側の面には温度測定用配線１２７が形成されており、−Ｙ’軸側の面である実装面１２２ｂには外部電極１２５が形成されている。

【0021】

リッド板１３０は、平板状に形成されており、パッケージ１２０の接合面１２２ａに封止材１７１（図２参照）を介して接合されて、パッケージ１２０の凹部１２１を密封する。密封された凹部１２１は圧電デバイス１００のキャビティ１０１（図２参照）となる。リッド板１３０は、例えば金属材料等により形成される。

【0022】

集積回路１４０は、第３層１２０ｃの＋Ｙ’軸側の面に形成される配線パターン１２８（図４（ａ）参照）に電気的に接続される。配線パターン１２８は、接続電極１２４、外部電極１２５、加熱用ヒータ１２６、及び温度測定用配線１２７に接続されるため、これにより、集積回路１４０が接続電極１２４、外部電極１２５、加熱用ヒータ１２６、及び温度測定用配線１２７に電気的に接続される。

【0023】

図２は、圧電デバイス１００の概略断面図である。図２では、圧電デバイス１００を構成する部品及び電極等のＹ’軸方向の位置関係が概略的に示されている。圧電デバイス１００では、パッケージ１２０の接合面１２２ａにリッド板１３０が封止材１７１を介して載置されることにより凹部１２１が密封されキャビティ１０１が形成される。キャビティ１０１には圧電振動片１１０及び集積回路１４０が配置されている。圧電振動片１１０は、第２層１２０ｂの一部として形成される載置部１２３に載置される。また、圧電振動片１１０の引出電極１１２は載置部１２３に形成される接続電極１２４に導電性接着剤１７２を介して電気的に接続される。集積回路１４０は、第３層１２０ｃの＋Ｙ’軸側の面であり、キャビティ１０１の底面に配置される。集積回路１４０は、例えば集積回路１４０の＋Ｙ’軸側の面に複数の電極１４１が形成され、これらの電極１４１が金属ワイヤ１４２によるワイヤボンディングにより配線パターン１２８に電気的に接続される。図２では、電極１４１、金属ワイヤ１４２、及び配線パターン１２８の一部が概略的に示されている。また、図２では、配線パターン１２８の一部が金属ワイヤ１４２を介して集積回路１４０の電極１４１に接続され、さらに第２層１２０ｂを貫通する貫通電極１５４を介して接続電極１２４に電気的に接続されている状態が示されている。集積回路１４０は、図２ではワイヤボンディングによりキャビティ１０１に載置されているが、フリップチップボンディングにより載置されても良い。温度測定用配線１２７及び加熱用ヒータ１２６は、キャビティ１０１の−Ｙ’軸側に配置される。

【0024】

図３（ａ）は、第５層１２０ｅの平面図である。第５層１２０ｅの＋Ｙ’軸側の面には温度測定用配線１２７が形成されている。温度測定用配線１２７は、高融点金属であり抵抗率が比較的高く、抵抗値の温度係数が大きいタングステン又はモリブデン等の金属により形成される細線が第５層１２０ｅの＋Ｙ’軸側の面に配線されることにより形成される。温度測定用配線１２７はキャビティ１０１に配置される圧電振動片１１０の温度測定に用いられるため、温度測定用配線１２７はキャビティ１０１にＹ’軸方向に重なる範囲に主に形成される。

【0025】

また、図３（ａ）では第５層１２０ｅを透過するように第５層１２０ｅの−Ｙ’軸側の面に形成される外部電極１２５が示されている。第５層１２０ｅの−Ｙ’軸側の面には、６つの外部電極１２５が形成されている。以下の説明では、第５層１２０ｅの−Ｘ軸側の−Ｚ’軸側に形成される外部電極１２５を外部電極１２５ａとし、−Ｚ’軸側の中央に形成される外部電極１２５を外部電極１２５ｂ、＋Ｘ軸側の−Ｚ’軸側の外部電極１２５を外部電極１２５ｃ、−Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側の外部電極１２５を外部電極１２５ｄ、＋Ｚ’軸側の中央の外部電極１２５を外部電極１２５ｅ、及び＋Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側の外部電極１２５を外部電極１２５ｆとして説明する。

【0026】

外部電極１２５ａは、外部電源（不図示）に接続される端子である。外部電極１２５ｂ及び外部電極１２５ｅは、温度調整用端子である。外部電極１２５ｃは、周波数の出力端子であり、外部電極１２５ｄは周波数制御端子であり、外部電極１２５ｆは接地されるアース端子である。また、第５層１２０ｅでは各外部電極１２５に電気的に接続されるように第５層１２０ｅを貫通する貫通電極１５１ａ〜１５１ｆが形成されている。貫通電極１５１ａは外部電極１２５ａに接続され、貫通電極１５１ｂは外部電極１２５ｂに接続され、貫通電極１５１ｃは外部電極１２５ｃに接続され、貫通電極１５１ｄは外部電極１２５ｄに接続され、貫通電極１５１ｅは外部電極１２５ｅに接続され、貫通電極１５１ｆは外部電極１２５ｆに接続されている。

【0027】

図３（ｂ）は、第４層１２０ｄの平面図である。第４層１２０ｄの＋Ｙ’軸側の面には加熱用ヒータ１２６が形成されている。加熱用ヒータ１２６は、高融点金属であり抵抗率が比較的高いタングステン又はモリブデン等の金属により形成される細線が第４層１２０ｄの＋Ｙ’軸側の面に配線されることにより形成される。加熱用ヒータ１２６はキャビティ１０１に配置される圧電振動片１１０を加熱するために用いられるため、加熱用ヒータ１２６はキャビティ１０１にＹ’軸方向に重なる範囲に主に形成される。

【0028】

第４層１２０ｄには、第４層１２０ｄを貫通する複数の貫通電極１５２ａ〜１５２ｈが形成されている。貫通電極１５２ａ〜１５２ｆは、第５層１２０ｅに形成される貫通電極１５１ａ〜１５１ｆにそれぞれ電気的に接続される。また、加熱用ヒータ１２６の−Ｘ軸側の端は、外部電源に電気的に接続される貫通電極１５２ａに接続されている。また、貫通電極１５２ｇ及び貫通電極１５２ｈは、第５層１２０ｅに形成される温度測定用配線１２７の両端にそれぞれ接続される。

【0029】

図４（ａ）は、第３層１２０ｃの平面図である。第３層１２０ｃの＋Ｙ’軸側の面には集積回路１４０が載置される。また、第３層１２０ｃには第３層１２０ｃを貫通する複数の貫通電極１５３ａ〜１５３ｉが形成されており、第３層１２０ｃの＋Ｙ’軸側の面にはこれらの貫通電極１５３ａ〜１５３ｉと集積回路１４０とを電気的に繋ぐ配線パターン１２８が形成されている。また、配線パターン１２８は、第２層１２０ｂに形成される貫通電極１５４ｍ、１５４ｎ（図４（ｂ）参照）に接続される電極パッド１５３ｍ、１５３ｎと集積回路１４０とを電気的に繋いでいる。貫通電極１５３ａ〜１５３ｈは、第４層１２０ｄの貫通電極１５２ａ〜１５２ｈにそれぞれ電気的に接続され、貫通電極１５３ｉは加熱用ヒータ１２６の＋Ｘ軸側の端に電気的に接続される。各配線パターン１２８と集積回路１４０の電極１４１（図２参照）とは金属ワイヤ１４２（図２参照）を介して電気的に接続される。

【0030】

図４（ｂ）は、第２層１２０ｂの平面図である。第２層１２０ｂの中央領域にはＹ’軸方向に貫通した貫通領域が形成されており、第１層１２０ａの中央領域に形成される貫通領域と共にキャビティ１０１を形成する（図２参照）。第２層１２０ｂには、圧電振動片１１０を載置する載置部１２３が形成されており、載置部１２３の＋Ｙ’軸側の面には接続電極１２４が形成されている。接続電極１２４は載置部１２３を貫通する貫通電極１５４ｍ、１５４ｎを介して第３層１２０ｃに形成される電極パッド１５３ｍ、１５３ｎにそれぞれ電気的に接続される。

【0031】

図５は、圧電デバイス１００の回路図である。図５では、圧電振動片１１０、加熱用ヒータ１２６、温度測定用配線１２７、集積回路１４０、外部電極１２５ａ〜１２５ｆ、第２層１２０ｂに形成される貫通電極１５３ａ〜１５３ｉ、及び電極パッド１５３ｍ、１５３ｎが示されている。集積回路１４０は圧電振動片１１０を発振させる発振回路を含んでいる。また、集積回路１４０は、温度測定用配線１２７の内部抵抗値を検出する検出回路、検出回路で検出された内部抵抗値に基づいて温度測定用配線１２７付近の温度を算出する算出回路、及び算出回路で算出された回路に基づいて加熱用ヒータ１２６へ流す電力を調整する調整回路を含んでいる。

【0032】

圧電デバイス１００では、外部電極１２５ａより供給される電力が加熱用ヒータ１２６及び集積回路１４０に供給される。加熱用ヒータ１２６の発熱量は、温度測定用配線１２７において計測される温度が考慮されて調整される。これにより、圧電振動片１１０の温度をコントロールすることができる。また、圧電振動片１１０の温度は温度調整用端子である外部電極１２５ｂ及び外部電極１２５ｅを介して圧電デバイス１００の外部より調整することができる。圧電振動片１１０の周波数は、外部電極１２５ｃから出力される。

【0033】

圧電デバイス１００は、加熱用ヒータ１２６及び温度センサである温度測定用配線１２７を備え、圧電振動片１１０の温度を調整することができる恒温槽付圧電発振器として形成される。従来、恒温槽付圧電発振器は、加熱用ヒータ及び温度センサをそれぞれ独立した部品として備えていた。そのため、恒温槽付圧電発振器の大きさが大きくなるという問題があった。圧電デバイス１００では、加熱用ヒータ及び温度センサである温度測定用配線を、金属細線を用いてパッケージ１２０の一部として形成することにより、独立した部品としての加熱用ヒータ及び温度センサが不要になっている。そのため、恒温槽付圧電発振器の大きさを従来よりも小さくすることができる。また、恒温槽付圧電発振器が小型化されることにより、圧電振動片、加熱用ヒータ、及び温度センサの互いの距離が近くなる。これにより、これらの熱的結合が強くなり、圧電振動片の温度を一定に保つことが容易になる。これらのことは、周囲の温度変化に対して周波数安定度を高くすることを可能にする。また、小型化により圧電振動片への加熱が容易になるため、起動時に周波数が安定するまでの時間を短縮することができ、加熱用ヒータの電力を削減することができるため好ましい。また、圧電デバイス１００は、従来の恒温槽付圧電発振器に比べて部品点数及び組付け工数を減らすことができるため、製造コストを抑えることができる。

【0034】

（第２実施形態）
以下に第２実施形態として、圧電デバイス１００の様々な変形例を示す。また、以下の実施形態では、第１実施形態と同じ部分には第１実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。

【0035】

＜圧電デバイス２００の構成＞
圧電デバイス１００では、第４層１２０ｄに加熱用ヒータ１２６が形成され、第５層１２０ｅに温度測定用配線１２７が形成されたが、１つの層に加熱用ヒータ及び温度測定用配線が形成されても良い。すなわち、圧電デバイス１００の第４層１２０ｄ及び第５層１２０ｅの２つの層に代えて、加熱用ヒータ及び温度測定用配線が形成された第４層２２０ｄの１つの層を用いることができ、第４層２２０ｄが用いられた圧電デバイスを圧電デバイス２００とする。

【0036】

図６（ａ）は、圧電デバイス２００の概略断面図である。圧電デバイス２００は主に、圧電振動片１１０と、パッケージ２２０と、リッド板１３０と、集積回路１４０と、により形成されている。圧電デバイス２００のパッケージ２２０は、第１層１２０ａと、第２層１２０ｂと、第３層１２０ｃと、第４層２２０ｄと、により形成されている。第４層２２０ｄは第３層１２０ｃの−Ｙ’軸側の面に形成されており、第４層２２０ｄの＋Ｙ’軸側の面には加熱用ヒータ２２６及び温度測定用配線２２７が形成されている。

【0037】

図６（ｂ）は、第４層２２０ｄの平面図である。第４層２２０ｄの＋Ｙ’軸側の面には、加熱用ヒータ２２６及び温度測定用配線２２７が加熱用ヒータ１２６及び温度測定用配線１２７と同様の金属細線により互いに接することなく形成されている。加熱用ヒータ２２６の＋Ｘ軸側の端、及び温度測定用配線２２７の両端は、第４層２２０ｄの＋Ｙ’軸側に形成される第３層１２０ｃの貫通電極１５３ｇ〜１５３ｉ（図４（ａ）参照）を介して集積回路１４０に電気的に接続される。ここで、加熱用ヒータ２２６の＋Ｘ軸側の端及び温度測定用配線２２７の＋Ｘ軸側の端は、圧電デバイス１００の場合とは異なりそれぞれ貫通電極１５３ｈ及び貫通電極１５３ｉに接続されるため、集積回路１４０内の配線はこれに合わせて形成される。圧電デバイス２００では、１つの層に加熱用ヒータ２２６及び温度測定用配線２２７の両方を形成することにより、圧電デバイスの高さをさらに低く形成して小型化できるため好ましい。

【0038】

一方、第４層２２０ｄでは、加熱用ヒータ２２６及び温度測定用配線２２７の両方の配線がなされたが、例えば図３（ｂ）の第４層１２０ｄの加熱用ヒータ１２６に、加熱用ヒータ及び温度測定用配線の両方の役割を持たせるように形成することができる。すなわち、圧電デバイスのパッケージを第１層１２０ａ〜第４層１２０ｄの４つの層とし、第４層１２０ｄの−Ｙ’軸側の面に外部電極１２５を配置することにより形成しても良い。加熱用ヒータの配線と温度測定用配線とは、共にタングステン又はモリブデン等の金属により形成されるため、１つの配線を共通して用いることができる。このとき、１つの配線は、加熱用ヒータとして圧電振動片１１０を加熱しながら同時に温度測定用配線として抵抗値が測定され、周辺の温度が測定されることになる。

【0039】

＜圧電デバイス３００の構成＞
図７（ａ）は、圧電デバイス３００の概略断面図である。圧電デバイス３００は主に、圧電振動片１１０と、パッケージ３２０と、リッド板１３０と、集積回路１４０と、により形成されている。パッケージ３２０は、第１層１２０ａ、第２層１２０ｂ、第３層１２０ｃ、第４層１２０ｄ、第５層１２０ｅ、及び第６層３２０ｆの６つの層が重ね合わされることにより形成されている。第６層３２０ｆは、第５層１２０ｅの−Ｙ’軸側の面に形成される層であり、外部電極１２５が第６層３２０ｆの−Ｙ’軸側の面に形成されている。

【0040】

図７（ｂ）は、第６層３２０ｆの平面図である。第６層３２０ｆの−Ｙ’軸側の面には外部電極１２５ａ〜１２５ｆが形成されている。また、各外部電極１２５に対応するように貫通電極３５１ａ〜３５１ｆが形成されている。貫通電極３５１ａ〜３５１ｆは第５層１２０ｅの貫通電極１５１ａ〜１５１ｆにそれぞれ電気的に接続される。第６層３２０ｆは、セラミックよりも熱伝導率が低い樹脂材料で形成される断熱層であり、加熱用ヒータ１２６の熱を圧電デバイス３００の−Ｙ’軸側の面より外部に逃がしにくくしている。

【0041】

＜パッケージ４２０の構成＞
図８（ａ）は、パッケージ４２０の上面図である。圧電デバイス１００では、パッケージ１２０の代わりにパッケージ４２０を用いて形成されても良い。パッケージ４２０は、第１層１２０ａ、第２層１２０ｂ、第３層４２０ｃ、及び第４層４２０ｄ（不図示）により形成されている。第３層４２０は第３層１２０ｃ（図４（ａ）参照）と同様の外形形状に形成されており、第３層４２０の＋Ｙ’軸側の面の集積回路１４０の周りに加熱用ヒータ４２６が形成されている。また、集積回路１４０はフリップチップボンディングにより第３層４２０ｃに載置され、集積回路１４０とＹ’軸方向に重なる位置に貫通電極１５３ａ〜１５３ｈ（不図示）が形成されている。また、加熱用ヒータ４２６は、集積回路１４０とＹ’軸方向に重なる第３層４２０ｃの＋Ｙ’軸側の面で、集積回路１４０に電気的に接続されている。第４層４２０ｄは、＋Ｙ’軸側の面に温度測定用配線（不図示）が形成され−Ｙ’軸側の面に外部電極１２５が形成されている。

【0042】

パッケージ４２０では、パッケージ４２０の凹部１２１内に加熱用ヒータ４２６を配置することにより、圧電振動片１１０を直接的に加熱することができ、温度調整が容易になっている。

【0043】

＜第２層５２０ｂの構成＞
図８（ｂ）は、第２層５２０ｂの上面図である。圧電デバイス１００では、パッケージ１２０の代わりにパッケージ５２０を用いて形成されても良い。パッケージ５２０は、第１層１２０ａ、第２層５２０ｂ、第３層５２０ｃ（不図示）、第４層１２０ｄ、及び第５層１２０ｅにより形成されている。図８（ｂ）に示される第２層５２０ｂでは、第２層１２０ｂ（図４（ｂ）参照）の内壁に相当する箇所が鎖線５２１で示されている。第２層５２０ｂは、第２層１２０ｂよりも内壁がさらに凹部１２１の内側に形成されており、これによって生じた領域５２２に加熱用ヒータ５２６が形成されている。加熱用ヒータ５２６は、第１層１２０ａが鎖線５２１の外側に配置されるため、キャビティ１０１内に露出する状態で配置される。加熱用ヒータ５２６の両端は第２層５２０ｂを貫通する貫通電極５５３ａ、５５３ｉに電気的に接続されており、第３層５２０ｃ上に形成される配線パターンを介して集積回路１４０に電気的に接続される。第３層５２０ｃは、第３層１２０ｃ（図４（ａ）参照）と同様の外形を有するが、第２層５２０ｂに加熱用ヒータ５２６が配置されることに伴って配線パターンが変更されている。パッケージ５２０においてもパッケージ４２０と同様に、パッケージ４２０の凹部１２１内に加熱用ヒータ５２６が配置されるため、圧電振動片１１０を直接的に加熱することができ、温度調整が容易になっている。

【0044】

（第３実施形態）
圧電デバイスに用いられる圧電振動片には、様々な圧電振動片を用いることができる。以下に、圧電振動片の一辺と、一辺に向かい合う他辺と、にそれぞれ引出電極が引き出されている圧電振動片が用いられた圧電デバイスについて説明する。また、以下の実施形態では、第１実施形態と同じ部分には第１実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。

【0045】

＜圧電デバイス６００の構成＞
図９は、圧電デバイス６００の分解斜視図である。圧電デバイス６００は主に、圧電振動片６１０と、パッケージ６２０と、リッド板１３０と、により形成されている。

【0046】

圧電振動片６１０は、＋Ｙ’軸側の面及び−Ｙ’軸側の面に励振電極６１１が形成されており、各励振電極６１１からは圧電振動片６１０の＋Ｘ軸側及び−Ｘ軸側の辺に引出電極６１２が引き出されている。＋Ｙ’軸側の面に形成されている励振電極６１１から引き出される引出電極６１２は＋Ｘ軸側の辺の＋Ｚ’軸側に引き出され、＋Ｚ’軸側の側面を介して−Ｙ’軸側の面に引き出されている。−Ｙ’軸側の面に形成されている励振電極６１１から引き出されている引出電極６１２は、−Ｘ軸側の辺の−Ｚ’軸側に引き出されている。

【0047】

パッケージ６２０は、−Ｙ’軸側の面に外部電極６２５が形成され、＋Ｙ’軸側の面には接合面１２２ａ及び接合面１２２ａから−Ｙ’軸方向に凹んだ凹部６２１が形成されている。凹部６２１には圧電振動片６１０が載置される載置部６２３が形成されている。載置部６２３は、凹部６２１内の＋Ｘ軸側及び−Ｘ軸側の両側に形成される。また、凹部６２１を密封するようにリッド板１３０が接合面１２２ａに載置される。

【0048】

パッケージ６２０は、第１層１２０ａ、第２層６２０ｂ、及び第３層６２０ｃにより形成されている。第２層６２０ｂは第１層１２０ａの−Ｙ’軸側の面に接合されており、凹部６２１に載置部６２３を形成する。第３層６２０ｃは、第２層６２０ｂの−Ｙ’軸側の面に接合されており、＋Ｙ’軸側の面には金属配線６２６が形成され、−Ｙ’軸側の面には外部電極６２５が形成される。

【0049】

図１０は、図９のＡ−Ａ断面の概略断面図である。凹部６２１は、リッド板１３０で密封されることにより、圧電デバイス６００内にキャビティ６０１が形成される。キャビティ６０１に形成される各載置部６２３の＋Ｙ’軸側の面には接続電極６２４が形成されており、接続電極６２４には導電性接着剤１７２を介して圧電振動片６１０の引出電極６１２が接続される。

【0050】

キャビティ６０１の底面には金属配線６２６が圧電振動片６１０に相対するように形成されている。金属配線６２６は、加熱用ヒータ及び温度測定用配線の両方を兼ねる配線であり、集積回路６４０に接続されている。また、金属配線６２６及び接続電極６２４は、パッケージ６２０を貫通する貫通電極６５１を介して外部電極６２５に電気的に接続されている。

【0051】

図１１（ａ）は、パッケージ６２０の上面図である。パッケージ６２０の凹部６２１の＋Ｘ軸側及び−Ｘ軸側には載置部６２３が形成されている。各載置部６２３にはそれぞれ接続電極６２４が形成され、接続電極６２４は貫通電極６５１を介して外部電極６２５に電気的に接続される。また、凹部６２１内には金属配線６２６が形成されており、金属配線６２６には集積回路６４０が接続されている。圧電デバイス６００では、金属配線６２６が加熱用ヒータ及び温度測定用素子の役割を担っている。また、集積回路６４０は、検出回路及び算出回路を含んでおり、金属配線６２６の内部抵抗値を検出し、内部抵抗値に基づいて金属配線６２６付近の温度を算出する。

【0052】

図１１（ｂ）は、第３層６２０ｃの平面図である。また、図１１（ｂ）では、第３層６２０ｃの−Ｙ’軸側の面に形成される外部電極６２５が第３層６２０ｃを透過して示されている。外部電極６２５は、６つの外部電極６２５ａ〜６２５ｆにより形成されている。外部電極６２５ａ及び外部電極６２５ｆは、貫通電極６５１、接続電極６２４、及び導電性接着剤１７２を介して圧電振動片６１０の引出電極６１２に接続される。外部電極６２５ｂは、接地されるアース端子である。外部電極６２５ｃ及び外部電極６２５ｄは、貫通電極６５１を介して金属配線６２６に電気的に接続される。また、外部電極６２５ｅは、集積回路６４０に電気的に接続される。

【0053】

図１２は、圧電デバイス６００の回路図である。図１２では、圧電デバイス６００の構成要素として、圧電振動片６１０、金属配線６２６、外部電極６２５ａ〜６２５ｆ、及び集積回路６４０が示されている。また、圧電デバイス６００とは別に、温度を制御する温度制御回路６４１が示されている。

【0054】

圧電デバイス６００においては、圧電振動片６１０の引出電極６１２に電気的に接続される外部電極６２５ａと外部電極６２５ｆとの間に交番電圧をかけて圧電振動片６１０の周波数を検出する。また、外部電極６２５ｃから外部電極６２５ｄにかけて電流を流すことにより、金属配線６２６を発熱させる。また、その発熱により上昇したキャビティ６０１の温度を、金属配線６２６の内部抵抗値を検出する検出回路及び検出回路で検出された内部抵抗値に基づいて金属配線６２６付近の温度を算出する算出回路により検出する。

【0055】

圧電デバイス６００は、温度制御回路６４１と共に用いられることにより、キャビティ６０１の温度が制御される。温度制御回路６４１は、算出回路で算出された回路に基づいて加熱用ヒータ６２６へ流す電力を調整する調整回路を含んでいる。温度制御回路６４１は、外部端子６２５ｃ及び外部端子６２５ｅに接続されることにより、集積回路６４０で検出されたキャビティ６０１内の温度に従って金属配線６２６に流れる電流を調整してキャビティ６０１内の温度を制御する。

【0056】

圧電デバイス６００は、発振回路を含まない圧電振動子として形成されているが、発振回路を含んで圧電発振器として形成されても良い。また、圧電デバイス６００は調整回路を含んでいないが、集積回路６４０が調整回路を含むように形成されても良い。

【0057】

圧電デバイス６００においても、圧電デバイス１００と同様に、加熱用ヒータ及び温度センサである温度測定用配線を、金属細線を用いてパッケージ６２０の一部として形成することにより、独立した部品としての加熱用ヒータ及び温度センサが不要になり、圧電デバイスの大きさを従来よりも小さくすることができる。

【0058】

また、圧電デバイスでは温度変化により周波数が大きく変動するが、温度を頂点温度（ＺＴＣ）付近で一定にすることにより、周波数の変動を小さく抑えることができる。圧電デバイス６００では、圧電振動片、加熱用ヒータ、及び温度センサの互いの距離が近くなるため、これらの熱的結合が強くなり、圧電振動片の温度を所定の温度に一定に保つことが容易になる。すなわち、圧電振動片の温度を頂点温度（ＺＴＣ）付近で一定にすることが容易になるため、周波数の変動をさらに小さく抑え、周波数が高安定な圧電デバイスを形成することができる。

【0059】

以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。また、各実施形態の特徴を様々に組み合わせて実施することができる。

【0060】

例えば、圧電デバイス１００において、第４層１２０ｄに形成される加熱用ヒータ１２６と第５層１２０ｅに形成される温度測定用配線１２７とが互いに入れ替えられて形成されても良い。すなわち、この場合、温度測定用配線１２７が第４層１２０ｄに形成され、加熱用ヒータ１２６が第５層１２０ｅに形成されることにより、温度測定用配線１２７が加熱用ヒータ１２６よりも＋Ｙ’軸側に形成されることになる。

【0061】

また、加熱用ヒータ及び温度測定用配線は、パッケージの内部ではなく、パッケージの外部に形成されていても良い。さらに、上記実施形態では発振回路、検出回路、算出回路、調整回路が１つの集積回路で構成されている例を示したが、各回路が独立に形成されてキャビティ内に設置されても良い。

【符号の説明】

【0062】

１００、２００、３００、６００ … 圧電デバイス
１０１、６０１ … キャビティ
１１０、６１０ … 圧電振動片
１１１、６１１ … 励振電極
１１２、６１２ … 引出電極
１２０、４２０、５２０、６２０ … パッケージ
１２０ａ … 第１層
１２０ｂ、５２０ｂ、６２０ｂ … 第２層
１２０ｃ、４２０ｃ、５２０ｃ、６２０ｃ … 第３層
１２０ｄ、４２０ｄ … 第４層
１２０ｅ … 第５層
１２１、６２１ … 凹部
１２２ａ … 接合面
１２２ｂ … 実装面
１２３、６２３ … 載置部
１２４、６２４ … 接続電極
１２５、６２５ … 外部電極
１２６、２２６、４２６、５２６ … 加熱用ヒータ
１２７、２２７ … 温度測定用配線
１２８ … 配線パターン
１３０ … リッド板
１４０、６４０ … 集積回路
１４１ … 電極
１４２ … 金属ワイヤ
１５１ａ〜１５１ｆ、１５２ａ〜１５２ｈ、１５３ａ〜１５３ｉ、１５４ｍ、１５４ｎ、３５１ａ〜３５１ｆ、５５３ａ、５５３ｉ、６５１ … 貫通電極
１５３ｍ、１５３ｎ … 電極パッド
１７１ … 封止材
１７２ … 導電性接着剤
６２６ … 金属配線
６４１ … 温度制御回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】