JP2019211229A - 温度センサ、及びこれを備えた圧電振動デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】電極層と抵抗層との間の密着性の向上を図ることが可能な温度センサ、及びこれを備えた圧電振動デバイスを提供する。【解決手段】絶縁性基板１１に、サーミスタ材料により形成される抵抗層１４、及び抵抗層１４を挟んで互いに対向して形成される一対の電極層１２，１２が備えられた温度センサ１０であって、抵抗層１４と電極層１２との間には、界面層１３が介在されている。電極層１２が、Ａｕ層とされ、界面層１３が、Ｔｉ層またはＣｒ層とされる。【選択図】図５

Description

本発明は、温度センサ、及びこれを備えた圧電振動デバイスに関する。

従来、絶縁性基板に、サーミスタ材料により形成される抵抗層と、この抵抗層を挟んで互いに対向して形成される一対の電極層とが備えられた温度センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。抵抗層は例えば窒化物材料等により形成され、電極層は例えばＡｕ（金）からなるＡｕ層により形成される。

特開２０１８−３６２４５号公報

上述したような温度センサでは、薄型化を図る観点から、電極層及び抵抗層をできる限り薄く形成することが要求される。しかし、電極層及び抵抗層を薄く形成すると、電極層及び抵抗層の密着性が低下する可能性があり、電極層及び抵抗層の界面で剥離が発生することが懸念される。また、例えば電極層をメタルエッチングにより形成する際のエッチング液が、電極層と抵抗層との界面に侵入する可能性があり、これに起因して電極層及び抵抗層の密着性の低下を招く可能性がある。

本発明は上述したような実情を考慮してなされたもので、電極層と抵抗層との間の密着性の向上を図ることが可能な温度センサ、及びこれを備えた圧電振動デバイスを提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、絶縁性基板に、サーミスタ材料により形成される抵抗層、及び平面視で前記抵抗層を挟んで互いに対向して形成される一対の電極層が備えられた温度センサであって、前記抵抗層と前記電極層との間には、界面層が介在されていることを特徴としている。

上記構成によれば、電極層と抵抗層とを直接積層した場合に比べて、電極層と抵抗層との間の密着性、詳細には、電極層と界面層との密着性、及び抵抗層と界面層との密着性を向上させることができ、電極層及び抵抗層の絶縁性基板からの剥離を抑制できる。

ここで、電極層と抵抗層とを直接積層した場合、電極層をメタルエッチングにより形成する際のエッチング液が、電極層と抵抗層との界面に侵入する可能性があり、密着性の低下を招く可能性がある。しかし、上記構成では、電極層と抵抗層との間に界面層が介在されるので、エッチング液の侵入に起因する電極層と抵抗層との間の密着性の低下を抑制することができる。

上記構成の温度センサにおいて、前記電極層が、Ａｕ層であり、前記界面層が、Ｔｉ層またはＣｒ層であることが好ましい。この構成によれば、Ａｕ層からなる電極層と抵抗層とを直接積層する場合、両者の密着性が低下する可能性があるが、両者間にＴｉ層またはＣｒ層からなる界面層を介在させることによって、電極層と抵抗層との間の密着性を向上させることができる。つまり、Ａｕ層からなる電極層と、Ｔｉ層またはＣｒ層からなる界面層との密着性が比較的良好であるため、電極層としてＡｕ層を用いた場合であっても、電極層と抵抗層との間の密着性を向上させることができる。

上記構成の温度センサにおいて、前記サーミスタ材料が、酸素及び窒素を含有成分として含むクロム化合物（ＣｒＮＯ）であることが好ましい。この構成によれば、抵抗層のサーミスタ材料としてＣｒＮＯを用いることによって、より大きなＢ定数を得ることができる。これにより、温度センサのセンシング性能を向上させることができる。

上記構成の温度センサにおいて、前記電極層が、櫛形形状に形成されていることが好ましい。この構成によれば、電極層を櫛形形状に形成することによって、抵抗層の経路長をより長く確保することができる。これにより、微小なサイズの温度センサであっても、より大きなＢ定数を得ることができ、温度センサのセンシング性能を向上させることができる。

上記構成の温度センサにおいて、前記絶縁性基板の表面に、前記電極層、前記界面層、及び前記抵抗層の順で積層されていることが好ましい。この構成によれば、界面層及び抵抗層で電極層を覆うことによって、電極層を保護することができ、また、電極層へのごみ等の付着を防止できる。

また、本発明は、圧電振動デバイスであって、上記構成の温度センサが備えられたことを特徴としている。この圧電振動デバイスによれば、上記構成の温度センサと同様の作用効果が得られる。しかも、温度センサ付きの圧電振動デバイスの低背化を図ることができる。

本発明によれば、電極層と抵抗層とを直接積層した場合に比べて、電極層と抵抗層との間の密着性、詳細には、電極層と界面層との密着性、及び抵抗層と界面層との密着性を向上させることができ、電極層及び抵抗層の絶縁性基板からの剥離を抑制できる。

図１は、本実施の形態にかかる温度センサを模式的に示す概略正面図である。 図２は、温度センサの第１主面側の概略平面図である。 図３は、温度センサの第２主面側の概略平面図である。 図４は、図２のＸ１−Ｘ１線で切断した概略断面図である。 図５は、図２のＸ２−Ｘ２線で切断した概略断面図である。 図６は、本実施の形態にかかる温度センサを備えた水晶振動子を模式的に示す概略正面図である。 図７は、水晶振動子の第１封止部材の第１主面側の概略平面図である。 図８は、水晶振動子の第１封止部材の第２主面側の概略平面図である。 図９は、水晶振動子の水晶振動板の第１主面側の概略平面図である。 図１０は、水晶振動子の水晶振動板の第２主面側の概略平面図である。 図１１は、水晶振動子の第２封止部材の第１主面側の概略平面図である。 図１２は、水晶振動子の第２封止部材の第２主面側の概略平面図である。 図１３は、温度センサの第２主面側の概略平面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１〜図５に、本実施の形態にかかる温度センサ１０の一例を示し、図６〜図１３に、本実施の形態にかかる水晶振動子１００の一例を示している。

まず、本実施の形態にかかる温度センサ１０について、図１〜図５を参照して説明する。温度センサ１０は、絶縁性基板１１に、一対の電極層（電極膜）１２，１２と、界面層（界面膜）１３と、サーミスタ材料により形成される抵抗層（抵抗膜）１４とが積層された薄膜サーミスタとして構成されている。本実施形態では、平面視で略矩形状の絶縁性基板１１の第１主面１１ａの略全体にわたって、電極層１２と、界面層１３と、抵抗層１４とが形成されている。また、絶縁性基板１１の第２主面１１ｂの長手方向の両端部に、電極層１５がそれぞれ形成されている。

絶縁性基板１１は、例えばガラスにより形成された略直方体状の基板である。この絶縁性基板１１の第１主面１１ａが平坦面に形成されており、この第１主面１１ａが電極層１２等を積層する面になっている。絶縁性基板１１は、電気的な絶縁性能を有していれば、他の材質（例えば水晶等）により形成してもよい。

絶縁性基板１１の４隅のうち対角線上に位置する２箇所には、第１主面１１ａと第２主面１１ｂとの間を貫通する貫通孔１１ｃ，１１ｃが形成されている。この場合、貫通孔１１ｃは、絶縁性基板１１のＡ２方向の端部且つＢ１方向の端部と、Ａ１方向の端部且つＢ２方向の端部とにそれぞれ設けられている。各貫通孔１１ｃには、第１主面１１ａと第２主面１１ｂとに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、貫通孔１１ｃの内壁面に沿って形成されている。また、各貫通孔１１ｃの中央部分は、第１主面１１ａと第２主面１１ｂとの間を貫通した中空状態の貫通部分となる。貫通孔１１ｃの貫通電極によって、第１主面１１ａ側の電極層１２と、第２主面１１ｂ側の電極層１５とが導通されている。なお、貫通電極は、貫通部分を有するものに限らず、貫通部分のない中実の状態で形成されていてもよい。

絶縁性基板１１の第１主面１１ａ上に、一対の電極層１２，１２が所定の対向間隔を隔てて形成されている。一対の電極層１２，１２は、平面視で抵抗層１４を挟んで互いに対向して配置される。各電極層１２は、絶縁性基板１１の第１主面１１ａ上に物理的気相成長させて形成された下地層（例えばＴｉ層）と、当該下地層上に物理的気相成長させて積層形成された電極層（例えばＡｕ層）とから形成されている。下地層は、例えばＴｉ（チタン）からなるＴｉ層とされ、電極層は、例えばＡｕ（金）からなるＡｕ層とされる。なお、下地層を用いずに、絶縁性基板１１の第１主面１１ａ上に電極層（Ａｕ層）を形成してもよい。

本実施形態では、各電極層１２は、図２に示すように、平面視で櫛形形状に形成されている。具体的には、各電極層１２は、絶縁性基板１１の長辺方向に沿って設けられた基部１２ａから、多数の枝部１２ｂが平行に延びた構成になっている。そして、一方の電極層１２の枝部１２ｂと、他方の電極層１２の枝部１２ｂとが、互いに接触しないように、所定の隙間Ｌ１（図５）を隔てて互い違いに並んでいる。そして、枝部１２ｂ，１２ｂ同士の隙間Ｌ１に抵抗層１４が充填されており、抵抗層１４が一対の電極層１２，１２の対向間に設けられている。このような櫛形形状の電極層１２は、例えばメタルエッチングによって形成される。

抵抗層１４は、界面層１３上に物理的気相成長によって成膜されたＰＶＤ膜から形成されている。より詳細には、抵抗層１４は、反応性ＤＣマグネトロンスパッタリングや、反応性ＲＦマグネトロンスパッタリングによって成膜された反応性スパッタ膜として形成することが可能である。抵抗層１４は、所定の温度特性を有するサーミスタ材料によって形成されており、例えば、温度が上昇するに従って、抵抗値が略比例的に低下するような特性（ＮＴＣサーミスタ特性）を有する材質で形成されている。このようなサーミスタ材料として、例えばＣｒＮＯ（酸素及び窒素を含有成分として含むクロム化合物）が採用されている。なお、サーミスタ材料は、ＣｒＮＯに限らず、窒化物半導体や、酸化物半導体等であればよく、例えばＣｒＮ（窒化クロム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＳｉＮ（窒化ケイ素）、ＺｒＮ（窒化ジルコニウム）等であってもよい。

そして、一対の電極層１２，１２間に挟まれた状態の抵抗層１４が、平面視で絶縁性基板１１のＡ２方向の端部且つＢ１方向の端部から、Ａ１方向の端部且つＢ２方向の端部まで、蛇行した状態で形成されている。また、一対の電極層１２，１２間に挟まれた状態の抵抗層１４が、一定の幅Ｌ２（図５）且つ一本道の状態で形成されており、この抵抗層１４の経路長Ｗは、一対の電極層１２，１２同士が対向する長さの総和になっている。抵抗層１４の幅Ｌ２は、上述した電極層１２同士の隙間Ｌ１よりも界面層１３の厚み分だけ小さくなっている。

本実施形態では、断面視で、電極層１２と抵抗層１４との間に、所定の厚み（例えば４〜５ｎｍ）を有する界面層１３が介在されている。図４、図５に示すように、絶縁性基板１１の第１主面１１ａ上に、電極層１２、界面層１３、及び抵抗層１４の順で積層されている。詳細には、絶縁性基板１１の第１主面１１ａ上に、平面視で櫛形形状に形成された電極層１２が形成されており、第１主面１１ａ上には、電極層１２が形成された箇所と、電極層１２が形成されていない箇所とが存在している。そして、絶縁性基板１１の第１主面１１ａ上に電極層１２が形成されている箇所では、電極層１２上に界面層１３が積層され、その界面層１３上に抵抗層１４が積層されている。一方、絶縁性基板１１の第１主面１１ａ上に電極層１２が形成されていない箇所では、第１主面１１ａ上に界面層１３が積層され、その界面層１３上に抵抗層１４が積層されている。界面層１３は、物理的気相成長によって成膜されたＰＶＤ膜から形成されている。本実施形態では、Ｔｉ（チタン）からなるＴｉ層によって界面層１３が形成されている。なお、図４、図５では、電極層１２、界面層１３、及び抵抗層１４の厚みを誇張して示している。

上記構成の温度センサ１０によれば、一対の電極層１２，１２に挟まれた抵抗層１４の経路長Ｗをより長く確保することができ、これにより、微小なサイズの温度センサ１０であっても、より大きなＢ定数を得ることができる。詳細には、温度センサ１０の抵抗値は、抵抗層１４の幅Ｌ２に比例し、また、抵抗層１４の経路長Ｗに反比例する。このため、抵抗層１４の経路長Ｗをより長くし、また、抵抗層１４の幅Ｌ２をより狭くすることによって、より大きなＢ定数を有する温度センサ１０の抵抗値を低下させることができる。これにより、温度センサ１０のセンシング性能を向上させることができる。絶縁性基板１１の第１主面１１ａの略全体に温度センサ１０を形成することによって抵抗層１４の経路長Ｗをより長くしてセンシング性能を向上させることが可能であるが、絶縁性基板１１の第１主面１１ａの一部の領域のみに温度センサ１０を形成してもよい。

本実施形態では、電極層１２と抵抗層１４との間に界面層１３が介在されているので、電極層１２と抵抗層１４とを直接積層した場合に比べて、電極層１２と抵抗層１４との間の密着性、詳細には、電極層１２と界面層１３との密着性、及び抵抗層１４と界面層１３との密着性を向上させることができ、電極層１２及び抵抗層１４の絶縁性基板１１からの剥離を抑制できる。

ここで、電極層１２と抵抗層１４とを直接積層した場合、櫛形形状の電極層１２をメタルエッチングにより形成する際のエッチング液が、電極層１２と抵抗層１４との界面に侵入する可能性があり、密着性の低下を招く可能性がある。しかし、本実施形態では、電極層１２と抵抗層１４との間に界面層１３が介在されるので、エッチング液の侵入に起因する電極層１２と抵抗層１４との間の密着性の低下を抑制することができる。

また、Ａｕ層からなる電極層１２と抵抗層１４とを直接積層する場合、両者の密着性が低下する可能性がある。しかし、本実施形態では、両者間にＴｉ層からなる界面層１３を介在させることによって、電極層１２と抵抗層１４との間の密着性を向上させることができる。つまり、Ａｕ層からなる電極層１２と、Ｔｉ層からなる界面層１３との密着性が比較的良好であるため、電極層１２としてＡｕ層を用いた場合であっても、電極層１２と抵抗層１４との間の密着性を向上させることができる。

ここで、界面層１３として、Ｃｒ（クロム）からなるＣｒ層を用いてもよい。この場合にも、Ａｕ層からなる電極層１２と、Ｃｒ層からなる界面層１３との密着性が比較的良好であるため、電極層１２としてＡｕ層を用いた場合であっても、電極層１２と抵抗層１４との間の密着性を向上させることができる。なお、エッチング液による浸食を抑制する観点からは、Ｔｉ層によって界面層１３を形成することが好ましい。

また、本実施形態では、抵抗層１４のサーミスタ材料としてＣｒＮＯを用いているので、より大きなＢ定数を得ることができる。これにより、温度センサ１０のセンシング性能を向上させることができる。

また、本実施形態では、絶縁性基板１１の第１主面１１ａに、電極層１２、界面層１３、及び抵抗層１４の順で積層されているので、界面層１３及び抵抗層１４で電極層１２を覆うことによって、電極層１２を保護することができ、また、電極層１２へのごみ等の付着を防止できる。なお、絶縁性基板１１の第１主面１１ａに、抵抗層１４、界面層１３、及び電極層１２の順で積層してもよい。この場合、絶縁性基板１１の第１主面１１ａの略全体にわたって、抵抗層１４を形成し、この抵抗層１４の上に界面層１３を形成し、さらに、界面層１３の上に櫛形形状の電極層１２を形成すればよい。

次に、本実施の形態にかかる水晶振動子１００について、図６〜図１３を参照して説明する。

水晶振動子１００は、図６に示すように、水晶振動板１０２、第１封止部材１０３、第２封止部材１０４、及び上述した温度センサ１０を備えている。この水晶振動子１００では、水晶振動板１０２と第１封止部材１０３とが接合され、水晶振動板１０２と第２封止部材１０４とが接合されることによって、略直方体のサンドイッチ構造のパッケージ１１２が構成される。

水晶振動板１０２では、一方の主面である第１主面２１１に第１励振電極２２１が形成され、他方の主面である第２主面２１２に第２励振電極２２２が形成されている。そして、水晶振動子１００においては、水晶振動板１０２の両主面（第１主面２１１、第２主面２１２）のそれぞれに第１封止部材１０３及び第２封止部材１０４が接合されることで、パッケージ１１２の内部空間１１３が形成され、内部空間１１３に第１励振電極２２１及び第２励振電極２２２を含む振動部１２２（図９、図１０参照）が気密封止されている。

本実施形態では、水晶振動子１００は、温度センサ１０を備えた温度センサ付き水晶振動子として構成されている。つまり、水晶振動子１００のパッケージ１１２に、振動部１２２の温度（内部空間１１３の温度）を検知するための温度センサ１０が備えられている。温度センサ１０は、上記実施形態と略同様の構成になっている（図１〜図５参照）。一方、本実施形態では、図１３に示すように、温度センサ１０の絶縁性基板１１の第２主面１１ｂの４隅の領域に、接続用接合パターン１６，１７が形成されている。接続用接合パターン１６，１７は、絶縁性基板１１の第２主面１１ｂ上に物理的気相成長させて形成された下地膜と、当該下地膜上に物理的気相成長させて積層形成された接合膜とから形成することができる。本実施形態では、下地膜には、Ｔｉ（もしくはＣｒ）が用いられ、接合膜にはＡｕが用いられている。なお、接続用接合パターン１６，１７は、絶縁性基板１１の第１主面１１ａの電極層１２と同一のプロセスで形成することが可能である。

絶縁性基板１１の第２主面１１ｂの４隅の領域のうち対角線上に位置する２箇所に、接続用接合パターン１６が設けられており、４隅の領域のうち対角線上に位置する残りの２箇所に、接続用接合パターン１７が設けられている。接続用接合パターン１６は、貫通孔１１ｃの周囲に形成されており、貫通電極を介して、絶縁性基板１１の第１主面１１ａに形成された電極層１２に電気的に接続される。接続用接合パターン１６は、絶縁性基板１１の第２主面１１ｂのＡ２方向側且つＢ１方向側の領域と、Ａ１方向側且つＢ２方向側の領域とにそれぞれ設けられている。接続用接合パターン１７は、絶縁性基板１１の第２主面１１ｂのＡ１方向側且つＢ１方向側の領域と、Ａ２方向側且つＢ２方向側の領域とにそれぞれ設けられている。図７、図８、図１１、図１２、図１３のＡ１及びＡ２方向は、図９、図１０の−Ｚ´方向及び＋Ｚ´方向にそれぞれ一致し、図７、図８、図１１、図１２、図１３のＢ１及びＢ２方向は、図９、図１０の−Ｘ方向及び＋Ｘ方向にそれぞれ一致する。

水晶振動子１００は、例えば、１．０×０．８ｍｍのパッケージサイズであり、小型化と低背化とを図ったものである。また、小型化に伴い、パッケージ１１２では、キャスタレーションを形成せずに、後述するスルーホール（貫通孔）を用いて電極の導通を図っている。

ここで、水晶振動子１００を構成する水晶振動板１０２、第１封止部材１０３、及び第２封止部材１０４の各部材について、図６〜図１２を用いて説明する。

水晶振動板１０２は、図９、図１０に示すように、水晶からなる圧電基板であって、その両主面（第１主面２１１、第２主面２１２）が平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。本実施形態では、水晶振動板１０２として、厚みすべり振動を行うＡＴカット水晶板が用いられている。図９、図１０に示す水晶振動板１０２では、水晶振動板１０２の両主面２１１，２１２が、ＸＺ´平面とされている。このＸＺ´平面において、水晶振動板１０２の短手方向（短辺方向）に平行な方向がＸ軸方向とされ、水晶振動板１０２の長手方向（長辺方向）に平行な方向がＺ´軸方向とされている。なお、ＡＴカットは、人工水晶の３つの結晶軸である電気軸（Ｘ軸）、機械軸（Ｙ軸）、及び光学軸（Ｚ軸）のうち、Ｚ軸に対してＸ軸周りに３５°１５′だけ傾いた角度で切り出す加工手法である。ＡＴカット水晶板では、Ｘ軸は水晶の結晶軸に一致する。Ｙ´軸及びＺ´軸は、水晶の結晶軸のＹ軸及びＺ軸からそれぞれ３５°１５′傾いた軸に一致する。Ｙ´軸方向及びＺ´軸方向は、ＡＴカット水晶板を切り出すときの切り出し方向に相当する。

水晶振動板１０２の両主面２１１，２１２には、一対の励振電極（第１励振電極２２１、第２励振電極２２２）が形成されている。水晶振動板１０２は、略矩形に形成された振動部１２２と、この振動部１２２の外周を取り囲む外枠部１２３と、振動部１２２と外枠部１２３とを連結することで振動部１２２を保持する保持部１２４とを有している。すなわち、水晶振動板１０２は、振動部１２２、外枠部１２３及び保持部１２４が一体的に設けられた構成となっている。

保持部１２４は、振動部１２２と外枠部１２３との間の１箇所のみに設けられている。また、振動部１２２及び保持部１２４は、基本的には外枠部１２３よりも薄く形成されている。このような外枠部１２３と保持部１２４との厚みの違いにより、外枠部１２３と保持部１２４の圧電振動の固有振動数が異なることになり、保持部１２４の圧電振動に外枠部１２３が共鳴しにくくなる。なお、保持部１２４の形成箇所は１か所に限定されるものではなく、保持部１２４は、振動部１２２と外枠部１２３との間の２箇所（例えば、−Ｚ´軸方向の両側）に設けられていてもよい。

保持部１２４は、振動部１２２の＋Ｘ方向且つ−Ｚ´方向に位置する１つの角部のみから、−Ｚ´方向に向けて外枠部１２３まで延びている（突出している）。このように、振動部１２２の外周端部のうち、圧電振動の変位が比較的小さい角部に保持部１２４が設けられているので、保持部１２４を角部以外の部分（辺の中央部）に設けた場合に比べて、保持部１２４を介して圧電振動が外枠部１２３に漏れることを抑制することができ、より効率的に振動部１２２を圧電振動させることができる。また、保持部１２４を２つ以上設けた場合に比べて、振動部１２２に作用する応力を低減することができ、そのような応力に起因する圧電振動の周波数シフトを低減して圧電振動の安定性を向上させることができる。

第１励振電極２２１は振動部１２２の第１主面２１１側に設けられ、第２励振電極２２２は振動部１２２の第２主面２１２側に設けられている。第１励振電極２２１、第２励振電極２２２には、これらの励振電極を外部電極端子に接続するための引出配線（第１引出配線２２３、第２引出配線２２４）が接続されている。第１引出配線２２３は、第１励振電極２２１から引き出され、保持部１２４を経由して、外枠部１２３に形成された接続用接合パターン１２７に繋がっている。第２引出配線２２４は、第２励振電極２２２から引き出され、保持部１２４を経由して、外枠部１２３に形成された接続用接合パターン１２８に繋がっている。このように、保持部１２４の第１主面２１１側に第１引出配線２２３が形成され、保持部１２４の第２主面２１２側に第２引出配線２２４が形成されている。

水晶振動板１０２の両主面（第１主面２１１、第２主面２１２）には、水晶振動板１０２を第１封止部材１０３及び第２封止部材１０４に接合するための振動側封止部がそれぞれ設けられている。第１主面２１１の振動側封止部としては、第１封止部材１０３に接合するための振動側第１接合パターン２５１が形成されている。また、第２主面２１２の振動側封止部としては、第２封止部材１０４に接合するための振動側第２接合パターン２５２が形成されている。振動側第１接合パターン２５１及び振動側第２接合パターン２５２は、外枠部１２３に設けられており、平面視で環状に形成されている。第１励振電極２２１、第２励振電極２２２は、振動側第１接合パターン２５１及び振動側第２接合パターン２５２とは電気的に接続されていない。

また、水晶振動板１０２には、図９、図１０に示すように、第１主面２１１と第２主面２１２との間を貫通する５つのスルーホール（貫通孔）が形成されている。具体的には、４つの第１貫通孔２６１は、外枠部１２３の４隅（角部）の領域にそれぞれ設けられている。第２貫通孔２６２は、外枠部１２３であって、振動部１２２のＺ´軸方向の一方側（図９、図１０では、−Ｚ´方向側）に設けられている。第１貫通孔２６１の周囲には、それぞれ接続用接合パターン２５３が形成されている。また、第２貫通孔２６２の周囲には、第１主面２１１側では接続用接合パターン２５４が、第２主面２１２側では接続用接合パターン１２８が形成されている。振動側第１接合パターン２５１及び振動側第２接合パターン２５２の外側に第１貫通孔２６１が形成され、振動側第１接合パターン２５１及び振動側第２接合パターン２５２の内側に第２貫通孔２６２が形成されている。

第１貫通孔２６１及び第２貫通孔２６２には、第１主面２１１と第２主面２１２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、貫通孔それぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第１貫通孔２６１及び第２貫通孔２６２それぞれの中央部分は、第１主面２１１と第２主面２１２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。なお、貫通電極は、貫通部分を有するものに限らず、貫通部分のない中実の状態で形成されていてもよい。

水晶振動板１０２において、第１励振電極２２１、第２励振電極２２２、第１引出配線２２３、第２引出配線２２４、第１接合パターン２５１、振動側第２接合パターン２５２、及び接続用接合パターン２５３，２５４，２７，２８は、同一のプロセスで形成することができる。具体的には、これらは、水晶振動板１０２の両主面２１１，２１２上に物理的気相成長させて形成された下地膜と、当該下地膜上に物理的気相成長させて積層形成された接合膜とから形成することができる。なお、本実施形態では、下地膜には、Ｔｉ（もしくはＣｒ）が用いられ、接合膜にはＡｕが用いられている。

第１封止部材１０３は、図７、図８に示すように、水晶により形成された略直方体状の基板であり、この第１封止部材１０３の第２主面３１２（水晶振動板１０２に接合する面）は平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。本実施形態では、第１封止部材１０３として、上述した水晶振動板１０２と同様のＡＴカット水晶板が用いられている。

第１封止部材１０３の第１主面３１１（水晶振動板１０２に面しない外方の主面）の４隅の領域に、接続用接合パターン１３７，１３８が形成されている。第１封止部材１０３の第１主面３１１の４隅の領域のうち対角線上に位置する２箇所に、接続用接合パターン１３７が設けられており、４隅の領域のうち対角線上に位置する残りの２箇所に、接続用接合パターン１３８が設けられている。接続用接合パターン１３７は、第１封止部材１０３の第１主面３１１のＡ１方向側且つＢ１方向側の領域と、Ａ２方向側且つＢ２方向側の領域とにそれぞれ設けられている。接続用接合パターン１３８は、第１封止部材１０３の第１主面３１１のＡ２方向側且つＢ１方向側の領域と、Ａ１方向側且つＢ２方向側の領域とにそれぞれ設けられている。

第１封止部材１０３には、図７、図８に示すように、第１主面３１１と第２主面３１２との間を貫通する６つのスルーホール（貫通孔）が形成されている。具体的には、４つの第３貫通孔３２２が、第１封止部材１０３の４隅の領域に設けられている。第４、第５貫通孔３２３，３２４は、図７、図８のＡ２方向及びＡ１方向にそれぞれ設けられている。第３貫通孔３２２及び第４、第５貫通孔３２３，３２４には、第１主面３１１と第２主面３１２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、貫通孔それぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第３貫通孔３２２及び第４、第５貫通孔３２３，３２４それぞれの中央部分は、第１主面３１１と第２主面３１２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。なお、貫通電極は、貫通部分を有するものに限らず、貫通部分のない中実の状態で形成されていてもよい。

第４貫通孔３２３の貫通電極は、接続用接合パターン１３７を介して、Ａ２方向の端部且つＢ２方向の端部に設けられた第３貫通孔３２２の貫通電極に接続されている。第５貫通孔３２４の貫通電極は、接続用接合パターン１３７を介して、Ａ１方向の端部且つＢ１方向の端部に設けられた第３貫通孔３２２の貫通電極に接続されている。また、Ａ２方向の端部且つＢ１方向の端部に設けられた第３貫通孔３２２の周囲には、接続用接合パターン１３８が設けられており、Ａ１方向の端部且つＢ２方向の端部に設けられた第３貫通孔３２２の周囲には、接続用接合パターン１３８が設けられている。

第１封止部材１０３の第２主面３１２には、水晶振動板１０２に接合するための封止側第１封止部としての封止側第１接合パターン３２１が形成されている。封止側第１接合パターン３２１は、平面視で環状に形成されている。封止側第１接合パターン３２１の外側に第３貫通孔３２２が形成され、封止側第１接合パターン３２１の内側に第４、第５貫通孔３２３，３２４が形成されている。

また、第１封止部材１０３の第２主面３１２では、第３貫通孔３２２の周囲には、それぞれ接続用接合パターン１３４が形成されている。第４貫通孔３２３の周囲には接続用接合パターン３５１が、第５貫通孔３２４の周囲には接続用接合パターン３５２が形成されている。さらに、接続用接合パターン３５１に対して第１封止部材１０３の長軸方向の反対側（Ａ２方向側）には接続用接合パターン３５３が形成されており、接続用接合パターン３５１と接続用接合パターン３５３とは配線パターン１３３によって接続されている。なお、接続用接合パターン３５３は、接続用接合パターン３５２とは接続されていない。

第１封止部材１０３において、封止側第１接合パターン３２１、接続用接合パターン３４，３５１〜３５３、及び配線パターン１３３は、同一のプロセスで形成することができる。具体的には、これらは、第１封止部材１０３の第２主面３１２上に物理的気相成長させて形成された下地膜と、当該下地膜上に物理的気相成長させて積層形成された接合膜とから形成することができる。なお、本実施形態では、下地膜には、Ｔｉ（もしくはＣｒ）が用いられ、接合膜にはＡｕが用いられている。

第２封止部材１０４は、図１１、図１２に示すように、水晶により形成された略直方体状の基板であり、この第２封止部材１０４の第１主面４１１（水晶振動板１０２に接合する面）は平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。本実施形態では、第２封止部材１０４として、上述した水晶振動板１０２と同様のＡＴカット水晶板が用いられている。

この第２封止部材１０４の第１主面４１１には、水晶振動板１０２に接合するための封止側第２封止部としての封止側第２接合パターン４２１が形成されている。封止側第２接合パターン４２１は、平面視で環状に形成されている。

第２封止部材１０４の第２主面４１２（水晶振動板１０２に面しない外方の主面）には、外部に電気的に接続する４つの外部電極端子１４３ａ〜１４３ｄが設けられている。外部電極端子１４３ａ〜１４３ｄは、第２封止部材１０４の４隅の領域にそれぞれ位置する。

第２封止部材１０４には、図１１、図１２に示すように、第１主面４１１と第２主面４１２との間を貫通する４つのスルーホール（貫通孔）が形成されている。具体的には、４つの第６貫通孔１４４は、第２封止部材１０４の４隅の領域に設けられている。第６貫通孔１４４は、封止側第２接合パターン４２１の外側に形成されている。

第６貫通孔１４４には、第１主面４１１と第２主面４１２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、貫通孔それぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第６貫通孔１４４それぞれの中央部分は、第１主面４１１と第２主面４１２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。また、第２封止部材１０４の第１主面４１１では、第６貫通孔１４４の周囲には、それぞれ接続用接合パターン１４５が形成されている。なお、貫通電極は、貫通部分を有するものに限らず、貫通部分のない中実の状態で形成されていてもよい。

第２封止部材１０４において、封止側第２接合パターン４２１、及び接続用接合パターン１４５は、同一のプロセスで形成することができる。具体的には、これらは、第２封止部材１０４の第１主面４１１上に物理的気相成長させて形成された下地膜と、当該下地膜上に物理的気相成長させて積層形成された接合膜とから形成することができる。なお、本実施形態では、下地膜には、Ｔｉ（もしくはＣｒ）が用いられ、接合膜にはＡｕが用いられている。

上記の水晶振動板１０２、第１封止部材１０３、及び第２封止部材１０４を含む水晶振動子１００では、水晶振動板１０２と第１封止部材１０３とが振動側第１接合パターン２５１及び封止側第１接合パターン３２１を重ね合わせた状態で拡散接合（Ａｕ−Ａｕ接合）され、水晶振動板１０２と第２封止部材１０４とが振動側第２接合パターン２５２及び封止側第２接合パターン４２１を重ね合わせた状態で拡散接合（Ａｕ−Ａｕ接合）されて、図６に示すサンドイッチ構造のパッケージ１１２が製造される。これにより、振動側第１接合パターン２５１及び封止側第１接合パターン３２１の拡散接合により形成される環状の封止部、及び、振動側第２接合パターン２５２及び封止側第２接合パターン４２１の拡散接合により形成される環状の封止部によって、パッケージ１１２の内部空間、つまり、振動部１２２の収容空間が気密封止される。なお、図６では、振動側第１接合パターン２５１及び封止側第１接合パターン３２１の拡散接合により形成される封止部、及び、振動側第２接合パターン２５２及び封止側第２接合パターン４２１の拡散接合により形成される封止部の図示を省略している。

この際、上述した接続用接合パターン同士も重ね合わせられた状態で拡散接合（Ａｕ−Ａｕ接合）される。本実施形態では、水晶振動子１００のパッケージ１１２への温度センサ１０の搭載も接続用接合パターン同士を重ね合わせた状態で拡散接合（Ａｕ−Ａｕ接合）することによって行われる。具体的には、温度センサ１０の絶縁性基板１１の第２主面１１ｂの接続用接合パターン１６と、第１封止部材１０３の第１主面３１１の接続用接合パターン１３８とが接合され、また、温度センサ１０の絶縁性基板１１の第２主面１１ｂの接続用接合パターン１７と、第１封止部材１０３の第１主面３１１の接続用接合パターン１３７とが接合される。なお、水晶振動子１００のパッケージ１１２への温度センサ１０の搭載は、パッケージ１１２の形成（水晶振動板１０２、第１封止部材１０３、及び第２封止部材１０４の積層）と同時に行ってもよいし、パッケージ１１２を形成した後に行ってもよい。

そして、接続用接合パターン同士の接合により、第１励振電極２２１、第２励振電極２２２と、外部電極端子１４３ｃ，１４３ｄとの間の電気的導通が得られるようになっている。また、温度センサ１０の電極層１２，１２と、外部電極端子１４３ａ，１４３ｂとの間の電気的導通が得られるようになっている。

具体的には、第１励振電極２２１は、第１引出配線２２３、接続用接合パターン１２７と接続用接合パターン３５３との接合部、配線パターン１３３、及び接続用接合パターン３５１、第４貫通孔３２３内の貫通電極、接続用接合パターン１３７と接続用接合パターン１７との接合部、第３貫通孔３２２内の貫通電極、接続用接合パターン１３４と接続用接合パターン２５３との接合部、第１貫通孔２６１内の貫通電極、接続用接合パターン２５３と接続用接合パターン１４５との接合部、及び第６貫通孔１４４内の貫通電極を順に経由して、外部電極端子１４３ｄに接続される。

第２励振電極２２２は、第２引出配線２２４、接続用接合パターン１２８、第２貫通孔２６２内の貫通電極、接続用接合パターン２５４と接続用接合パターン３５２との接合部、及び第５貫通孔３２４内の貫通電極、接続用接合パターン１３７と接続用接合パターン１７との接合部、第３貫通孔３２２内の貫通電極、接続用接合パターン１３４と接続用接合パターン２５３との接合部、第１貫通孔２６１内の貫通電極、接続用接合パターン２５３と接続用接合パターン１４５との接合部、及び第６貫通孔１４４内の貫通電極を順に経由して、外部電極端子１４３ｃに接続される。

また、温度センサ１０の電極層１２，１２は、それぞれ貫通孔１１ｃ内の貫通電極、接続用接合パターン１６と接続用接合パターン１３８との接合部、第３貫通孔３２２内の貫通電極、接続用接合パターン１３４と接続用接合パターン２５３との接合部、第１貫通孔２６１内の貫通電極、接続用接合パターン２５３と接続用接合パターン１４５との接合部、及び第６貫通孔１４４内の貫通電極を順に経由して、外部電極端子１４３ａ，１４３ｂに接続される。

ここで、第２封止部材１０４の第２主面４１２に形成された４つの外部電極端子１４３ａ〜１４３ｄのうち、２つの外部電極端子１４３ａ，１４３ｂは、温度センサ１０の電極層１２に電気的に接続される温度センサ用外部端子として形成されている。この例では、図１２に示すＡ２方向の端部且つＢ１方向の端部の外部電極端子１４３ａ、及び、Ａ１方向の端部且つＢ２方向の端部の外部電極端子１４３ｂが温度センサ用外部端子になっている。

一方、残り２つの外部電極端子１４３ｃ，１４３ｄは、第１励振電極２２１、第２励振電極２２２に電気的に接続される励振電極用外部端子として形成されている。この例では、図１２に示すＡ１方向の端部且つＢ１方向の端部の外部電極端子１４３ｃ、及び、Ａ２方向の端部且つＢ２方向の端部の外部電極端子１４３ｄが励振電極用外部端子になっている。

そして、温度センサ用外部端子と温度センサ１０の電極層１２との間の温度センサ用電気的経路と、励振電極用外部端子と第１励振電極２２１、第２励振電極２２２との間の励振電極用電気的経路とが、互いに独立になっている。温度センサ用電気的経路は、第２封止部材１０４に形成された貫通孔１４４（この場合、図１１、図１２に示すＡ２方向の端部且つＢ１方向の端部の貫通孔１４４と、Ａ１方向の端部且つＢ２方向の端部の貫通孔１４４）、水晶振動板１０２に形成された貫通孔２６１（この場合、図９、図１０に示す−Ｘ方向の端部且つ＋Ｚ´方向の端部の貫通孔２６１と、＋Ｘ方向の端部且つ−Ｚ´方向の端部の貫通孔２６１）、及び、第１封止部材１０３に形成された貫通孔３２２（この場合、図７、図８に示すＡ２方向の端部且つＢ１方向の端部の貫通孔３２２と、Ａ１方向の端部且つＢ２方向の端部の貫通孔３２２）を含む構成になっている。

一方、励振電極用電気的経路は、第２封止部材１０４に形成された貫通孔１４４（この場合、図１１、図１２に示すＡ１方向の端部且つＢ１方向の端部の貫通孔１４４と、Ａ２方向の端部且つＢ２方向の端部の貫通孔１４４）、水晶振動板１０２に形成された貫通孔２６１（この場合、図９、図１０に示す＋Ｘ方向の端部且つ＋Ｚ´方向の端部の貫通孔２６１と、−Ｘ方向の端部且つ−Ｚ´方向の端部の貫通孔２６１）、及び、第１封止部材１０３に形成された貫通孔３２２（この場合、図７、図８に示すＡ１方向の端部且つＢ１方向の端部の貫通孔３２２と、Ａ２方向の端部且つＢ２方向の端部の貫通孔３２２）を含む構成になっている。

そして、拡散接合によって製造された水晶振動子１００では、第１封止部材１０３と水晶振動板１０２とは、１．００μｍ以下のギャップを有し、第２封止部材１０４と水晶振動板１０２とは、１．００μｍ以下のギャップを有する。つまり、第１封止部材１０３と水晶振動板１０２との間の接合材の厚みが、１．００μｍ以下であり、第２封止部材１０４と水晶振動板１０２との間の接合材の厚みが、１．００μｍ以下（具体的には、本実施形態のＡｕ−Ａｕ接合では０．１５μｍ〜１．００μｍ）である。なお、比較として、Ｓｎを用いた従来の金属ペースト封止材では、５μｍ〜２０μｍとなる。

これにより、水晶振動子１００の高さにバラつきを生じにくくすることができる。例えば、本実施形態と異なり、封止部材（本実施形態でいう第１封止部材１０３，第２封止部材１０４）と水晶振動板１０２とのギャップが１μｍより大きくなるＳｎ接合材のような金属ペースト封止材を用いた場合、金属ペースト封止材をパターン（振動側第１接合パターン２５１、振動側第２接合パターン２５２、封止側第１接合パターン３２１、封止側第２接合パターン４２１）上に形成する際の高さにバラつきが生じる。また、接合後においても、形成されたパターン（振動側第１接合パターン２５１、振動側第２接合パターン２５２、封止側第１接合パターン３２１、封止側第２接合パターン４２１）の熱容量分布により均一なギャップ（本実施形態でいう第１封止部材１０３と水晶振動板１０２とのギャップや、本実施形態でいう第２封止部材１０４と水晶振動板１０２とのギャップ）にならない。

そのため、従来の技術では、第１封止部材、第２封止部材、水晶振動板の３枚の部材が積層された構造の場合、これら３枚の部材間での各々ギャップに差が生じる。その結果、積層された３枚の部材は、平行を保てない状態で接合されてしまう。特に、この問題はパッケージ１１２の低背化に伴い顕著になる。そこで、本実施形態では、ギャップの上限が１．００μｍに設定されているため、第１封止部材１０３、第２封止部材１０４、水晶振動板１０２の３枚の部材を平行に保った状態で積層して接合することができ、本実施形態はパッケージ１１２の低背化に対応できる。つまり、本実施形態では、パッケージ１１２を低背化しても、厚みが薄く、寸法精度に優位性がある水晶振動子１００を提供することができる。さらに、水晶振動子１００の積層間容量のバラつきを抑制することができ、これに起因する周波数バラつきも抑制することができる。

本実施形態によれば、第１封止部材１０３及び第２封止部材１０４によって振動部１２２を気密封止する内部空間１１３の外部側に温度センサ１０が配置される構成において、温度センサ１０が電極層１２及び抵抗層１４を有する薄膜サーミスタとして構成されるため、温度センサ付きの水晶振動子１００の低背化を図ることができる。この場合、絶縁性基板１１の第１主面１１ａの略全面に電極層１２及び抵抗層１４を形成することによって、第１封止部材１０３等に電極層１２及び抵抗層１４を形成する場合に比べて、電極層１２及び抵抗層１４の形成領域をより広く確保することができる。

また、第１封止部材１０３と温度センサ１０の電極層１２等との間に絶縁性基板１１が介在していることによって、絶縁性基板１１を介した電気伝導が温度センサ１０の特性に影響を及ぼすことを抑制できる。つまり、温度センサ１０の電極層１２等を成膜する基材として、絶縁性基板１１を好適に用いることが可能である。なお、絶縁性基板１１を水晶板とすることによって、第１封止部材１０３、水晶振動板１０２、及び第２封止部材１０４と、絶縁性基板１１とが同一の材質になり、温度変化に対する歪を低減できる。これにより、温度変化に伴う水晶振動子１００全体の歪を緩和することができる。

上記実施形態では、温度センサ１０の絶縁性基板１１を第１封止部材１０３上に搭載したが、温度センサ１０の絶縁性基板として第１封止部材１０３や第２封止部材１０４を利用してもよい。例えば、第１封止部材１０３の第１主面３１１上に、電極層１２、界面層１３、及び抵抗層１４を積層してもよい。

上記実施形態では、温度センサ１０の絶縁性基板１１を拡散接合によって第１封止部材１０３に接合したが、ろう材を用いて温度センサ１０の絶縁性基板１１を第１封止部材１０３に接合してもよい。

上記実施形態では、水晶振動子１００が、第１封止部材１０３と水晶振動板１０２と第２封止部材１０４とが積層される構造であったが、これ以外の構造の水晶振動子に対しても本発明を適用可能である。例えばベース部材の凹部に水晶振動板を収容し、ベース部材の凹部を蓋部材によって気密封止する構造の水晶振動子に対しても本発明を適用可能である。この場合、ベース部材の凹部の底面に温度センサ１０を設ける構成とすればよく、ベース部材の凹部の底面に、電極層１２、界面層１３、及び抵抗層１４を積層すればよい。

あるいは、例えば断面Ｈ型ベース部材の第１凹部に水晶振動板を収容し、ベース部材の第１凹部を蓋部材によって気密封止する構造の水晶振動子に対しても本発明を適用可能である。この場合、ベース部材の第２凹部の底面に温度センサ１０を設ける構成とすればよく、ベース部材の第２凹部の底面に、電極層１２、界面層１３、及び抵抗層１４を積層すればよい。

上記実施形態では、本発明を水晶振動子１００に適用した場合について説明したが、水晶振動子１００以外の圧電振動デバイス（例えば水晶発振器）にも本発明を適用することが可能である。また、水晶振動板１０２としてＡＴカット水晶を用いたが、これに限定されるものではなく、ＡＴカット水晶以外の水晶を用いてもよい。また、第１封止部材１０３及び第２封止部材１０４としてＡＴカット水晶を用いたが、これに限定されるものではなく、ＡＴカット水晶以外の水晶や、水晶以外の脆性材料（例えばガラス等）を用いてもよい。

今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

本発明は、温度センサ、及びこれを備えた圧電振動デバイスに利用可能である。

１０ 温度センサ
１１ 絶縁性基板
１２ 電極層
１３ 界面層
１４ 抵抗層
１００ 水晶振動子（圧電振動デバイス）

Claims (6)

1. 絶縁性基板に、サーミスタ材料により形成される抵抗層、及び平面視で前記抵抗層を挟んで互いに対向して形成される一対の電極層が備えられた温度センサであって、
   前記抵抗層と前記電極層との間には、界面層が介在されていることを特徴とする温度センサ。
2. 請求項１に記載の温度センサであって、
   前記電極層が、Ａｕ層であり、
   前記界面層が、Ｔｉ層またはＣｒ層であることを特徴とする温度センサ。
3. 請求項１または２に記載の温度センサであって、
   前記サーミスタ材料が、酸素及び窒素を含有成分として含むクロム化合物であることを特徴とする温度センサ。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の温度センサであって、
   前記電極層が、櫛形形状に形成されていることを特徴とする温度センサ。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の温度センサであって、
   前記絶縁性基板の表面に、前記電極層、前記界面層、及び前記抵抗層の順で積層されていることを特徴とする温度センサ。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の温度センサが備えられたことを特徴とする圧電振動デバイス。

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