CN109937533B - 晶体振动器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具备三明治结构的晶体谐振器的晶体振动器件。晶体振荡器(100)中，晶体谐振器(101)和IC芯片(102)被气密密封在封装体(103)内。晶体谐振器(101)具备，一个主面上形成有第一激励电极(221)、另一个主面上形成有与第一激励电极(221)成对的第二激励电极(222)的晶体振动片(2)；将晶体振动片(2)的第一激励电极(221)覆盖的第一密封构件(3)；及将晶体振动片(2)的第二激励电极(222)覆盖的第二密封构件(4)，第一密封构件(3)与晶体振动片(2)相接合，第二密封构件(4)与晶体振动片(2)相接合，包含第一激励电极(221)和第二激励电极(222)的晶体振动片(2)的振动部(22)被气密密封。基于该结构，能抑制外部环境变化所引起的特性变动等，使可靠性提高。

Description

晶体振动器件
技术领域
本发明涉及一种晶体振动器件。
背景技术
近年，各种电子设备朝着工作频率高频化、封装体小型化及低矮化(薄型化)方向发展。因此，随着高频化、封装体小型化及低矮化，要求晶体振动器件(例如，晶体谐振器、晶体振荡器等)也能应对高频化、封装体小型化及低矮化。
上述晶体振动器件的壳体由近似长方体形状的封装体构成。该封装体包括，由玻璃或石英晶体构成的第一密封构件及第二密封构件、和由石英晶体构成并在两个主面上形成有激励电极的晶体振动片。并且，第一密封构件与第二密封构件间通过晶体振动片而层叠结合，从而将配置在封装体内部(内部空间)的晶体振动片的振动部气密密封(例如，专利文献1)。以下，将这样的晶体振动器件的层叠形态称为三明治结构。
如上所述，现有技术的三明治结构的晶体振动器件被构成为，晶体振动片的振动部被气密密封，晶体振动片的振动部与外部隔绝。然而，随着封装体的小型化及低矮化，需要将晶体振动片、第一密封构件、及第二密封构件加工得较薄。因而，存在晶体谐振器的振动部容易受到诸如温度、气压等外部环境变化的影响这样的问题。并且，这些外部环境的变化还可能导致晶体振动器件的特性(例如，晶体谐振器的压电振动特性、晶体振荡器的振荡特性)变动、晶体振动器件的特性中出现噪声成分等情况发生。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010－252051号公报
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的在于，提供一种通过抑制外部环境变化所引起的特性变动等而提高可靠性的、具备三明治结构的晶体谐振器的晶体振动器件。
作为解决上述技术问题的技术方案，本发明采用以下结构。即，本发明的晶体振动器件是一种将晶体谐振器气密密封在由绝缘性材料构成的封装体内而构成的晶体振动器件，其特征在于：所述晶体谐振器具备，一个主面上形成有第一激励电极、另一个主面上形成有与所述第一激励电极成对的第二激励电极的晶体振动片；将所述晶体振动片的所述第一激励电极覆盖的第一密封构件；及将所述晶体振动片的所述第二激励电极覆盖的第二密封构件，所述第一密封构件与所述晶体振动片相接合，所述第二密封构件与所述晶体振动片相接合，包含所述第一激励电极和所述第二激励电极的所述晶体振动片的振动部被气密密封。其中，被气密密封在封装体内的晶体谐振器可以是单个的晶体谐振器，也可以是在晶体谐振器上一体地设置有传感器元件及/或构成振荡电路的电路元件的器件。
基于上述结构，由于晶体谐振器的振动部被双重气密密封，所以能将外部环境(例如温度、气压等)的变化对晶体谐振器的振动部的影响抑制到最小限度。由此，即便外部环境变化，也能抑制晶体振动器件的特性变动，另外，能防止晶体振动器件的特性中出现噪声成分。因而，能使晶体振动器件的可靠性提高。
具有上述结构的晶体振动器件中，较佳为，所述晶体谐振器被构成为俯视呈近似矩形，该晶体谐振器只在长边方向的一端被所述封装体的内壁支撑，所述晶体谐振器的所述晶体振动片具有所述振动部、包围所述振动部的外周的外框部、及将所述振动部与所述外框部连结的连结部，所述连结部只设置在所述晶体谐振器的长边方向的另一端。在此，封装体的内壁是指，除了封装体的内侧壁、内底壁以外，还包括形成在内侧壁、内底壁上的台阶部。
基于上述结构，封装体中的晶体谐振器的支撑位置与晶体振动片中的振动部的连结位置被分开到晶体谐振器的长边方向的一端和另一端，因而能确保从封装体到晶体振动片的振动部为止的热传导路径足够长。由此，即便外部温度急剧变化，也能抑制晶体振动片的振动部的温度急剧变化，从而能抑制外部温度变化所引起的晶体振动器件的特性变动和噪声成分的产生。
另外，具有上述结构的晶体振动器件中，也可以为，所述晶体谐振器被构成为，俯视呈近似矩形，该晶体谐振器在长边方向的两端分别被所述封装体的内壁支撑，所述晶体谐振器的所述晶体振动片具有所述振动部、包围所述振动部的外周的外框部、及将所述振动部与所述外框部连结的连结部。
基于上述结构，由于在长边方向的两端支撑晶体谐振器，所以能提高晶体谐振器相对于封装体的支撑稳定性。因而，能使晶体振动器件的耐冲击性及抗振性得到提高。
在此情况下，较佳为，所述晶体谐振器在该晶体谐振器的四个角落的区域被所述封装体的内壁支撑。
基于上述结构，作为晶体谐振器相对于封装体的支撑方式，采用了四点支撑的结构，因而能进一步提高晶体振动器件的耐冲击性及抗振性。
另外，在此情况下，较佳为，所述晶体谐振器通过导电性粘合剂而被所述封装体的内壁支撑，所述导电性粘合剂被配置为，从所述晶体谐振器的底面经由侧面而到达顶面。
基于上述结构，利用导电性粘合剂能进一步提高晶体谐振器相对于封装体的支撑稳定性，从而能进一步提高晶体振动器件的耐冲击性及抗振性。
在此，具有上述结构的晶体振动器件中，较佳为，所述晶体谐振器和传感器元件或构成振荡电路的电路元件被容置在所述封装体中形成的同一空间内，并被气密密封。或者也可以为，所述晶体谐振器被容置在所述封装体的一个主面侧形成的第一凹部中并被气密密封，并且，传感器元件或构成振荡电路的电路元件被容置在所述封装体的另一个主面侧形成的第二凹部中。在此情况下，由于将晶体谐振器容置在封装体的一个主面侧形成的第一凹部中；将电路元件容置在封装体的另一个主面侧形成的第二凹部中，所以电路元件放射出的热量和电磁波等能被封装体屏蔽或减小。因此，能抑制电路元件的热量、电磁波等对晶体谐振器的振动部所造成的影响。
具有上述结构的晶体振动器件中，较佳为，容置所述晶体谐振器的所述封装体的封装体主体由陶瓷构成。
基于上述结构，由于晶体谐振器的晶体振动片的热传导率小于封装体的封装体主体的热传导率，所以能抑制晶体振动片的振动部的温度急剧变化，从而能抑制外部温度变化所引起的晶体振动器件的特性变动。
发明效果：
基于本发明，对于具备三明治结构的晶体谐振器的晶体振动器件，即便是诸如温度、气压等外部环境发生变化，也能抑制晶体振动器件的特性变动，从而能使晶体振动器件的可靠性提高。
附图说明
图1是表示本实施方式所涉及的晶体振荡器的概要结构图。
图2是表示图1的晶体振荡器所具备的晶体谐振器的概要结构图。
图3是图2中的晶体谐振器的第一密封构件的概要俯视图。
图4是图2中的晶体谐振器的第一密封构件的概要仰视图。
图5是图2中的晶体谐振器的晶体振动片的概要俯视图。
图6是图2中的晶体谐振器的晶体振动片的概要仰视图。
图7是图2中的晶体谐振器的第二密封构件的概要俯视图。
图8是图2中的晶体谐振器的第二密封构件的概要仰视图。
图9是表示第一变形例所涉及的晶体振荡器的概要结构图。
图10是表示第二变形例所涉及的晶体振荡器的概要结构图。
图11是表示第三变形例所涉及的晶体谐振器单元的概要结构图。
图12是图11中的C1－C1线上的截面图。
图13是表示图11中的晶体谐振器单元的晶体谐振器的第二密封构件的、与图8相当的图。
图14是表示第四变形例所涉及的晶体谐振器单元的、与图12相当的图。
图15是表示第五变形例所涉及的晶体谐振器单元的、与图12相当的图。
具体实施方式
以下，参照附图，以将晶体振荡器作为晶体振动器件为例，对本发明的实施方式进行说明。
如图1所示，本实施方式所涉及的晶体振荡器100具备：具有进行压电振动的晶体振动片2的晶体谐振器101、与该晶体谐振器101一起构成振荡电路的IC芯片(集成电路元件)102、及容置这些晶体谐振器101和IC芯片102的封装体103。
封装体103具备：具有容置晶体谐振器101和IC芯片102的凹部104d的封装体主体104、及用于将该封装体主体104中容置的晶体谐振器101和IC芯片102气密密封的盖体105。
封装体主体104例如由陶瓷等绝缘性材料构成，包括底壁部104a、该底壁部104a的周缘上形成的第一侧壁部104b、及该第一侧壁部104b的周缘上形成的第二侧壁部104c。底壁部104a、第一侧壁部104b、及第二侧壁部104c被形成为一体。底壁部104a、第一侧壁部104b、及第二侧壁部104c例如是通过将三层陶瓷基板层叠后烧结而形成为一体的。另外，也可以利用单层陶瓷基板或四层以上的陶瓷基板来形成封装体主体104。
封装体主体104中，由底壁部104a、第一侧壁部104b、及第二侧壁部104c构成顶面开口的凹部104d。另外，由第一侧壁部104b及第二侧壁部104c构成俯视呈环形的台阶部104e。
封装体主体104的凹部104d中容置有晶体谐振器101及IC芯片102。晶体谐振器101被安装为，由封装体主体104的台阶部104e(第一侧壁部104b的顶面)单侧支撑的状态。IC芯片102被安装在封装体主体104的底面(底壁部104a的顶面)上。在封装体主体104的底面形成有多个外部连接端子106。在封装体主体104的顶面(第二侧壁部104c的顶面)，通过作为未图示的密封构件的金属制密封环、钎焊材料等而一体地安装有平板状的盖体105。由此，封装体103成为具有近似长方体形状、且将容置在凹部104d中的晶体谐振器101及IC芯片102气密密封的结构。封装体103内例如为气压低于大气气压的真空状态(例如，气压在100Pa以下)。另外，盖体105也可以是在平板状构件的周缘部设有环形壁部的盖状构件。另外，也可以不将封装体103内减压成真空状态，而将惰性气体封入封装体103内，使封装体103内保持惰性气氛。
如后述那样，晶体谐振器101被构成为俯视呈近似矩形(参照图2～图8)。晶体谐振器101只在俯视时的长边方向的一端被封装体主体104的台阶部104e支撑。晶体谐振器101的长边方向的另一端与封装体主体104的台阶部104e之间存在间隙。晶体谐振器101的底面上形成的一对外部电极端子431、432(参照图8)分别通过导电性粘合剂107与封装体主体104的台阶部104e上设置的一对电极垫(省略图示)连接。一对电极垫沿着与图1的W1方向垂直的方向排列。在此情况下，一对电极垫被设置为，在与图1的纸面垂直的方向上一前一后地隔开规定间隔。另外，一对电极垫只设置在图1的W1方向的一端的台阶部104e上，而未设置在W1方向的另一端的台阶部104e上。
IC芯片102例如通过倒装芯片键合，经由多个凸点108而与封装体主体104的底面上形成的布线图案(省略图示)连接。IC芯片102经由未图示的布线，与封装体主体104的台阶部104e上设置的一对电极垫、及封装体主体104的底面上设置的多个外部连接端子106连接。另外，也可以通过引线键合而将IC芯片102安装在封装体主体104上。
下面，参照图2～图8，对晶体振荡器100所具备的晶体谐振器101进行说明。
如图2～图8所示，晶体谐振器101具备晶体振动片2、第一密封构件3、及第二密封构件4，其中，第一密封构件3覆盖形成在晶体振动片2的一个主面211上的第一激励电极221，并将该第一激励电极221气密密封；第二密封构件4覆盖形成在晶体振动片2的另一个主面212上的与第一激励电极221成对的第二激励电极222，并将该第二激励电极222气密密封。该晶体谐振器101中，晶体振动片2与第一密封构件3相接合，晶体振动片2与第二密封构件4相接合，从而构成三明治结构的晶体谐振器封装体12。
并且，由于第一密封构件3与第二密封构件4间通过晶体振动片2相接合，所以形成了晶体谐振器封装体12的内部空间13，在该晶体谐振器封装体12的内部空间13中，包含晶体振动片2的两个主面211、212上分别形成的第一激励电极221、第二激励电极222的振动部22被气密密封。晶体谐振器封装体12内为真空度高于上述封装体103内的真空度的高真空状态(例如，大约0.1mPa的压力)。晶体谐振器封装体12例如采用1.0×0.8mm的封装体尺寸，从而实现了小型化和低矮化。另外，由于小型化，晶体谐振器封装体12中未形成雉堞墙，而利用通孔(第一～第三通孔)实现电极的导通。
下面，对晶体谐振器101的各构成部分进行说明。在此是对晶体振动片2未与第一密封构件3和第二密封构件4接合，各自为单体结构的状态下的各个构件进行说明。
晶体振动片2如图5、图6所示，由作为压电材料的石英晶体构成，其两个主面(一个主面211、另一个主面212)被加工(镜面加工)成平坦平滑面。在此，作为晶体振动片2，采用实现厚度剪切振动的AT切石英晶体片。
图5、图6所示的晶体振动片2中，晶体振动片2的两个主面211、212在XZ′平面上。该XZ′平面中，与晶体振动片2的短边方向平行的方向为X轴方向；与晶体振动片2的长边方向平行的方向为Z′轴方向。另外，AT切是指，人工石英晶体的三个晶轴，即，电轴(X轴)、机械轴(Y轴)、及光轴(Z轴)中，以相对Z轴绕X轴转动35°15′的倾斜角度进行切割的加工手法。AT切石英晶体片中，X轴与石英晶体的晶轴一致。Y′轴及Z′轴与相对石英晶体的晶轴的Y轴及Z轴分别倾斜了35°15′的轴一致。Y′轴方向及Z′轴方向相当于将AT切石英晶体片切割时的切割方向。另外，在晶体谐振器101被安装在晶体振荡器100的封装体103内的状态下，Z′轴方向与图1的W1方向一致。
晶体振动片2的两个主面211、212上形成有一对激励电极(第一激励电极221、第二激励电极222)。晶体振动片2具有被形成为近似矩形的振动部22、包围该振动部22的外周的外框部23、及将振动部22与外框部23连结的连结部(保持部)24，振动部22、连结部24、及外框部23被构成为一体。连结部24只被设置在振动部22与外框部23之间的一个部位，未设置连结部24的部位成为空隙22b。另外，虽未图示，但振动部22和连结部24被构成为比外框部23更薄。如此，由于外框部23与连结部24厚度不同，所以外框部23的固有振动频率与连结部24的压电振动频率不同，从而外框部23不容易与连结部24的压电振动产生共振。
连结部24只从位于振动部22的+X方向及－Z′方向的一个角部22a朝着－Z′方向延伸(突出)到外框部23。如此，振动部22的外周端部中，由于在压电振动的位移较小的角部22a设置有连结部24，所以与将连结部24设置在角部22a以外的部分(边的中间部分)的情况相比，能防止压电振动经由连结部24而泄露到外框部23，从而能使振动部22更高效地进行压电振动。另外，与设置有两个连结部24的情况相比，能减小作用于振动部22的应力，从而能减小该应力引起的压电振动的频移，使压电振动的稳定性提高。
振动部22的一个主面侧设置有第一激励电极221，振动部22的另一个主面侧设置有第二激励电极222。第一激励电极221、第二激励电极222分别与用于连接外部电极端子431、432的第一引出电极223、第二引出电极224连接。从第一激励电极221引出的第一引出电极223从连结部24经过而与外框部23上形成的连接用接合图案27相连。从第二激励电极222引出的第二引出电极224从连结部24经过而与外框部23上形成的连接用接合图案28相连。如此，第一引出电极223形成在连结部24的一个主面侧，第二引出电极224形成在连结部24的另一个主面侧。第一激励电极221及第一引出电极223由在一个主面211上进行物理气相沉积而形成的基底PVD膜、和在该基底PVD膜上进行物理气相沉积而叠层形成的电极PVD膜构成。第二激励电极222及第二引出电极224由在另一个主面212上进行物理气相沉积而形成的基底PVD膜、和在该基底PVD膜上进行物理气相沉积而叠层形成的电极PVD膜构成。
在晶体振动片2的两个主面211、212上，分别设置有用于将晶体振动片2与第一密封构件3及第二密封构件4接合的振动侧密封部25。在晶体振动片2的一个主面211的振动侧密封部25上，形成有用于与第一密封构件3接合的振动侧第一接合图案251。另外，在晶体振动片2的另一个主面212的振动侧密封部25上，形成有用于与第二密封构件4接合的振动侧第二接合图案252。振动侧第一接合图案251及振动侧第二接合图案252被设置在上述外框部23上，俯视呈环形，其外缘形状及内缘形状被形成为近似矩形。振动侧第一接合图案251及振动侧第二接合图案252被设置为，靠近晶体振动片2的两个主面211、212的外周缘。晶体振动片2的一对第一激励电极221和第二激励电极222未与振动侧第一接合图案251及振动侧第二接合图案252电连接。
振动侧第一接合图案251由在一个主面211上进行物理气相沉积而形成的基底PVD膜、和在该基底PVD膜上进行物理气相沉积而叠层形成的电极PVD膜构成。振动侧第二接合图案252由在另一个主面212上进行物理气相沉积而形成的基底PVD膜、和在该基底PVD膜上进行物理气相沉积而叠层形成的电极PVD膜构成。因而，振动侧第一接合图案251与振动侧第二接合图案252结构相同，均由多个层在两个主面211、212的振动侧密封部25上叠层而构成，从其最下层侧起依次蒸镀形成有钛层(或铬层)和金层。如此，振动侧第一接合图案251和振动侧第二接合图案252中，基底PVD膜由单一材料(钛或铬)构成，电极PVD膜由单一材料(金)构成，与基底PVD膜相比电极PVD膜更厚。另外，晶体振动片2的一个主面211上形成的第一激励电极221与振动侧第一接合图案251厚度相同，第一激励电极221的表面和振动侧第一接合图案251的表面由同一金属构成。晶体振动片2的另一个主面212上形成的第二激励电极222与振动侧第二接合图案252厚度相同，第二激励电极222的表面和振动侧第二接合图案252的表面由同一金属构成。另外，振动侧第一接合图案251与振动侧第二接合图案252为非锡图案。
在此，可对第一激励电极221、第一引出电极223、及振动侧第一接合图案251采用相同结构，在此情况下，可通过同一工序一并形成第一激励电极221、第一引出电极223、及振动侧第一接合图案251。同样，可对第二激励电极222、第二引出电极224、及振动侧第二接合图案252采用相同结构，在此情况下，可通过同一工序一并形成第二激励电极222、第二引出电极224、及振动侧第二接合图案252。详细而言，可通过用真空蒸镀或溅射、离子镀、分子束外延、激光烧蚀等的PVD法(例如，光刻等加工中的图案化用的膜形成法)形成基底PVD膜或电极PVD膜，而一并进行膜形成。如此，能缩短制造工时，有利于降低成本。
另外，如图5、图6所示，在晶体振动片2上形成有将一个主面211与另一个主面212之间贯通的一个通孔(第一通孔26)。第一通孔26被设置在晶体振动片2的外框部23。第一通孔26用于与第二密封构件4的连接用接合图案453相连。
如图2、图5、图6所示，在第一通孔26中，沿着第一通孔26的内壁面形成有用于使一个主面211上形成的电极与另一个主面212上形成的电极导通的贯通电极261。第一通孔26的中间部分成为将一个主面211与另一个主面212之间贯通的中空状态的贯通部分262。在第一通孔26的外围，形成有连接用接合图案264、265。连接用接合图案264、265分别被设置在晶体振动片2的两个主面211、212上。
晶体振动片2的一个主面211上形成的第一通孔26的连接用接合图案264在外框部23中沿X轴方向延伸。另外，晶体振动片2的一个主面211上形成有与第一引出电极223相连的连接用接合图案27，该连接用接合图案27也是在外框部23中沿着X轴方向延伸。连接用接合图案27被设置在连接用接合图案264的Z′轴方向的相反侧，连接用接合图案27与连接用接合图案264之间夹着振动部22(第一激励电极221)。换言之，在振动部22的Z′轴方向的两侧，分别设置有连接用接合图案27和连接用接合图案264。
同样，晶体振动片2的另一个主面212上形成的第一通孔26的连接用接合图案265在外框部23中沿着X轴方向延伸。另外，晶体振动片2的另一个主面212上形成有与第二引出电极224相连的连接用接合图案28，该连接用接合图案28也是在外框部23中沿着X轴方向延伸。连接用接合图案28被设置在连接用接合图案265的Z′方向的相反侧，连接用接合图案28与连接用接合图案265之间夹着振动部22(第二激励电极222)。换言之，在振动部22的Z′方向的两侧分别设置有连接用接合图案28和连接用接合图案265。
连接用接合图案27、28、264、265采用与振动侧第一接合图案251、振动侧第二接合图案252相同的结构，可通过与振动侧第一接合图案251、振动侧第二接合图案252相同的工序来形成。具体而言，连接用接合图案27、28、264、265由在晶体振动片2的两个主面211、212上进行物理气相沉积而形成的基底PVD膜、和在该基底PVD膜上进行物理气相沉积而叠层形成的电极PVD膜构成。
晶体谐振器101中，俯视时，第一通孔26及连接用接合图案27、28、264、265被形成在内部空间13的内侧(接合材料11的内周面的内侧)。俯视时，内部空间13形成在振动侧第一接合图案251及振动侧第二接合图案252的内侧。内部空间13的内侧是指，不包含后述的接合材料11的上侧，严格说是接合材料11的内周面的内侧。第一通孔26及连接用接合图案27、28、264、265未与振动侧第一接合图案251及振动侧第二接合图案252电连接。
对第一密封构件3采用弯曲刚度(截面二阶矩×杨氏模数)在1000[N·mm2]以下的材料。具体而言，如图3、图4所示，第一密封构件3是由石英晶体构成的近似长方体的基板，该第一密封构件3的另一个主面312(与晶体振动片2接合的面)被加工(镜面加工)成平坦平滑面。
该第一密封构件3的另一个主面312上设置有用于与晶体振动片2接合的密封侧第一密封部32。在密封侧第一密封部32上形成有用于与晶体振动片2接合的密封侧第一接合图案321。密封侧第一接合图案321被形成为俯视呈环形，其外缘形状及内缘形状被形成为近似矩形。密封侧第一接合图案321被设置为靠近第一密封构件3的另一个主面312的外周缘。密封侧第一接合图案321在第一密封构件3的密封侧第一密封部32的所有部位上具有相同宽度。
该密封侧第一接合图案321由在第一密封构件3上进行物理气相沉积而形成的基底PVD膜、和在该基底PVD膜上进行物理气相沉积而叠层形成的电极PVD膜构成。另外，对基底PVD膜采用钛或铬，对电极PVD膜采用金。另外，密封侧第一接合图案321是非锡图案。具体而言，密封侧第一接合图案321是由多个层在另一个主面312的密封侧第一密封部32叠层而构成的，从其最下层侧起蒸镀形成有钛层(或铬层)和金层。
在第一密封构件3的另一个主面312，即，与晶体振动片2相向的面)上，形成有用于与晶体振动片2的连接用接合图案264、27接合的连接用接合图案35、36。连接用接合图案35、36沿着第一密封构件3的短边方向(图4的A1方向)延伸。连接用接合图案35和连接用接合图案36被设置为，在第一密封构件3的长边方向(图4的A2方向)上相隔规定间隔，连接用接合图案35与连接用接合图案36在A2方向上的间隔与晶体振动片2的连接用接合图案264与连接用接合图案27在Z′轴方向上的间隔(参照图5)大致相同。连接用接合图案35与连接用接合图案36通过布线图案33相连。布线图案33设置在连接用接合图案35与连接用接合图案36之间。布线图案33沿着A2方向延伸。布线图案33未与晶体振动片2的连接用接合图案264、27接合。
连接用接合图案35、36及布线图案33采用与密封侧第一接合图案321相同的结构，可通过与密封侧第一接合图案321相同的工序形成。具体而言，连接用接合图案35、36及布线图案33由在第一密封构件3的另一个主面312上进行物理气相沉积而形成的基底PVD膜、和在该基底PVD膜上进行物理气相沉积而叠层形成的电极PVD膜构成。
晶体谐振器101中，俯视时连接用接合图案35、36及布线图案33被形成在内部空间13的内侧(接合材料11的内周面的内侧)。连接用接合图案35、36及布线图案33未与密封侧第一接合图案321电连接。另外，晶体谐振器101中，图4的A1方向与图5的X轴方向一致，图4的A2方向与图5的Z′轴方向一致。
对第二密封构件4采用弯曲刚度(截面二阶矩×杨氏模数)在1000[N·mm2]以下的材料。具体而言，如图7、图8所示，第二密封构件4是由石英晶体构成的近似长方体基板，该第二密封构件4的一个主面411(与晶体振动片2接合的面)被加工(镜面加工)成平坦平滑面。
该第二密封构件4的一个主面411上设置有用于与晶体振动片2接合的密封侧第二密封部42。在密封侧第二密封部42上形成有用于与晶体振动片2接合的密封侧第二接合图案421。密封侧第二接合图案421被形成为俯视呈环形，外缘形状及内缘形状被形成为近似矩形。密封侧第二接合图案421被设置为靠近第二密封构件4的一个主面411的外周缘。密封侧第二接合图案421在第二密封构件4的密封侧第二密封部42的所有部位上宽度相同。
该密封侧第二接合图案421由在第二密封构件4上进行物理气相沉积而形成的基底PVD膜、和在该基底PVD膜上进行物理气相沉积而叠层形成的电极PVD膜构成。另外，对基底PVD膜采用钛或铬，对电极PVD膜采用金。另外，密封侧第二接合图案421为非锡图案。具体而言，密封侧第二接合图案421由多个层在另一个主面412的密封侧第二密封部42上叠层而构成，从其最下层侧起蒸镀形成有钛层(或铬层)和金层。
另外，第二密封构件4的另一个主面412(不与晶体振动片2相向的外侧的主面)上设置有与外部电连接的一对外部电极端子431、432。如图8所示，一对外部电极端子431、432被形成为，仰视时沿着第二密封构件4的另一个主面412的长边方向延伸。这一对外部电极端子431、432由在另一个主面412上进行物理气相沉积而形成的基底PVD膜、和在这些基底PVD膜上进行物理气相沉积而叠层形成的电极PVD膜构成。
如图2、图7、图8所示，在第二密封构件4上形成有将一个主面411与另一个主面412之间贯通的两个通孔(第二通孔45、第三通孔46)。第二通孔45与外部电极端子431及晶体振动片2的连接用接合图案265相连。第三通孔46与外部电极端子432及晶体振动片2的连接用接合图案28相连。
如图2、图7、图8所示，在第二通孔45、第三通孔46中，沿着第二通孔45、第三通孔46各自的内壁面分别形成有，用于使一个主面411上形成的电极与另一个主面412上形成的电极导通的贯通电极451、461。并且，第二通孔45、第三通孔46的中间部分成为将一个主面411与另一个主面412之间贯通的中空状态的贯通部分452、462。在第二通孔45、第三通孔46各自的外围，形成有连接用接合图案453、463。
连接用接合图案453、463被设置在第二密封构件4的一个主面411上，用于与晶体振动片2的连接用接合图案265、28接合。连接用接合图案453、463沿着第二密封构件4的短边方向(图7的B1方向)延伸。连接用接合图案453和连接用接合图案463被设置为，在第二密封构件4的长边方向(图7的B2方向)上相隔规定间隔，连接用接合图案453与连接用接合图案463在B2方向上的间隔与晶体振动片2的连接用接合图案265与连接用接合图案28在Z′轴方向上的间隔(参照图6)大致相同。
连接用接合图案453、463采用与密封侧第二接合图案421相同的结构，可通过与密封侧第二接合图案421相同的工序形成。具体而言，连接用接合图案453、463由在第二密封构件4的一个主面411上进行物理气相沉积而形成的基底PVD膜、和在该基底PVD膜上进行物理气相沉积而叠层形成的电极PVD膜构成。
晶体谐振器101中，第二通孔45、第三通孔46及连接用接合图案453、463被形成在俯视时为内部空间13的内侧。第二通孔45、第三通孔46及连接用接合图案453、463未与密封侧第二接合图案421电连接。另外，外部电极端子431、432也未与密封侧第二接合图案421电连接。而且，晶体谐振器101中，图7的B1方向与图6的X轴方向一致，图7的B2方向与图6的Z′轴方向一致。
包含上述晶体振动片2、第一密封构件3、及第二密封构件4的晶体谐振器101中，不需要像现有技术那样另外使用粘合剂等接合专用材料，而是通过使晶体振动片2与第一密封构件3在振动侧第一接合图案251和密封侧第一接合图案321相叠合的状态下扩散接合；使晶体振动片2与第二密封构件4在振动侧第二接合图案252和密封侧第二接合图案421相叠合的状态下扩散接合，而制成图2所示的三明治结构的晶体谐振器封装体12。由此，晶体谐振器封装体12的内部空间13，即振动部22的容置空间被气密密封。
并且，振动侧第一接合图案251和密封侧第一接合图案321本身成为扩散接合后生成的接合材料11，通过该接合材料11，晶体振动片2与第一密封构件3相接合。振动侧第二接合图案252和密封侧第二接合图案421本身成为扩散接合后生成的接合材料11，通过该接合材料11，晶体振动片2与第二密封构件4相接合。两个接合材料11、11被形成为俯视呈环形，其外缘形状及内缘形状被形成为近似矩形。两个接合材料11、11被设置在俯视时大致一致的位置上。换言之，两个接合材料11、11彼此的内周缘位于大致一致的位置；两个接合材料11、11彼此的外周缘位于大致一致的位置。另外，各接合图案的接合在加压状态下进行，从而能提高接合材料11、11的接合强度。
在此，从晶体振动片2的第一激励电极221、第二激励电极222至外部电极端子431、432为止的布线均被设置在俯视时作为密封部的接合材料11、11的内侧。两个接合材料11、11被形成为俯视时外缘形状及内缘形状为近似矩形，并靠近晶体谐振器封装体12的外周缘。由此，可以将晶体振动片2的振动部22的尺寸设定得较大。另外，两个接合材料11、11的内周缘与振动部22及外框部23之间的空隙22b间的距离为，晶体谐振器封装体12的短边侧比长边侧更大。
另外，此时，上述连接用接合图案彼此也以叠合的状态扩散接合。具体而言，晶体振动片2的连接用接合图案264和第一密封构件3的连接用接合图案35扩散接合。晶体振动片2的连接用接合图案27和第一密封构件3的连接用接合图案36扩散接合。另外，晶体振动片2的连接用接合图案265和第二密封构件4的连接用接合图案453扩散接合。晶体振动片2的连接用接合图案28和第二密封构件4的连接用接合图案463扩散接合。
并且，连接用接合图案264和连接用接合图案35本身成为扩散接合后生成的接合材料14，通过该接合材料14，晶体振动片2与第一密封构件3相接合。连接用接合图案27和连接用接合图案36本身成为扩散接合后生成的接合材料14，通过该接合材料14，晶体振动片2与第一密封构件3相接合。另外，连接用接合图案265和连接用接合图案453本身成为扩散接合后生成的接合材料14，通过该接合材料14，晶体振动片2与第二密封构件4相接合。连接用接合图案28和连接用接合图案463本身成为扩散接合后生成的接合材料14，通过该接合材料14，晶体振动片2与第二密封构件4相接合。这些接合材料14发挥使通孔的贯通电极与接合材料14导通的作用，及将接合部位气密密封的作用。另外，如图2中的虚线所示，接合材料14被设置为俯视时比作为密封部的接合材料11更靠内方。另一方面，由于布线图案33未与晶体振动片2的连接用接合图案264、27接合，所以没有成为接合材料14，而作为布线留在第一密封构件3的另一个主面312上。
另外，如上所述那样制造的三明治结构的晶体谐振器封装体12中，第一密封构件3与晶体振动片2之间存在1.00μm以下的间隙；第二密封构件4与晶体振动片2之间存在1.00μm以下的间隙。换言之，第一密封构件3与晶体振动片2之间的接合材料11a的厚度在1.00μm以下；第二密封构件4与晶体振动片2之间的接合材料11b的厚度在1.00μm以下(具体而言，金－金接合的情况下为0.15μm～1.00μm)。与此相比，使用了锡的现有技术的金属膏密封材料的情况下为5μm～20μm。
本实施方式所涉及的晶体振荡器100具备如上所述那样构成的三明治结构的晶体谐振器101。该三明治结构的晶体谐振器101能应对小型化、低矮化(薄型化)，因而，本实施方式所涉及的晶体振荡器100也能应对小型化、低矮化。
并且，本实施方式中，在晶体振荡器100中，三明治结构的晶体谐振器101和IC芯片102被气密密封在封装体103内。如此，晶体谐振器101的振动部22被双重气密密封，从而能将外部环境(例如，温度、气压等)的变化对晶体谐振器101的振动部22造成的影响抑制到最小限度。由此，即便外部环境发生变化，也能抑制晶体振荡器100的振荡特性的变动，另外，还能防止晶体振荡器100的振荡特性中出现噪声成分。因而，既能满足晶体振荡器100的小型化和低矮化的要求，又能提高晶体振荡器100的可靠性。
另外，本实施方式中，晶体谐振器101被形成为俯视呈近似矩形，该晶体谐振器101只在俯视为长边方向的一端被封装体103的内壁(封装体主体104的台阶部104e)支撑。另一方面，晶体谐振器101的晶体振动片2被构成为，振动部22只在晶体谐振器101的俯视为长边方向的另一端与外框部23连结。如此，封装体103中的晶体谐振器101的支撑位置和晶体振动片2中的振动部22的连结位置被分开到晶体谐振器101的俯视为长边方向的一端和另一端，从而能确保从封装体103至晶体振动片2的振动部22为止的热传导路径较长。由此，即便外部的温度急剧变化，也能抑制晶体振动片2的振动部22的温度急剧变化，从而能抑制外部温度变化所引起的晶体振荡器100的振荡特性的变动、及噪声成分的产生。
另外，本实施方式中，容置晶体谐振器101及IC芯片102的封装体103的封装体主体104由陶瓷构成，晶体谐振器101的晶体振动片2、第一密封构件3、及第二密封构件4由石英晶体构成。如此，晶体谐振器101的晶体振动片2等的热传导率小于封装体103的封装体主体104的热传导率，从而能抑制晶体振动片2的振动部22的温度急剧变化，并抑制外部温度变化所引起的晶体振荡器100的振荡特性的变动。
本发明在不超出其技术构思和主旨及主要特征的范围内可以通过其它各种方式实施。上述实施方式只是对本发明的各方面的示例，不构成对本发明进行限定性解释的依据。本发明的范围是权利要求书所公开的范围，说明书本文中不存在任何限定。另外，属于与权利要求书的范围同等的范围内的变形或变更均包括在本发明的范围内。
上述实施方式中，对晶体振动片2采用了AT切石英晶体，但不局限于此，也可以采用AT切石英晶体以外的石英晶体。另外，对第一密封构件3及第二密封构件4采用了石英晶体，但不局限于此，也可以采用例如玻璃等的绝缘性材料。
上述实施方式中，对将本发明应用于晶体振荡器的例子进行了说明，但不局限于此，本发明也适用于晶体谐振器等其它振动器件。将本发明应用于晶体谐振器的情况下，图1中例如可省略IC芯片102等，只要将封装体主体104的台阶部104e上形成的一对电极垫与封装体主体104的底面上形成的一对外部连接端子106直接(不通过IC芯片102)连接即可。基于这样的晶体谐振器，能利用晶体谐振器封装体12及封装体103，将晶体振动片2的振动部22双重气密密封，因而，即便外部环境发生变化，也能抑制晶体谐振器的压电振动特性的变动，并能防止晶体谐振器的压电振动特性中出现噪声成分。
上述实施方式中，对于晶体谐振器101和IC芯片102被容置在封装体103的同一空间内的情况进行了说明。但不局限于此，也可将晶体谐振器101和IC芯片102容置在封装体103的不同空间内。例如，可以像图9所示的晶体振荡器100A(第一变形例)那样，将晶体谐振器101容置在封装体主体104的一个主面侧形成的凹部104d中；将IC芯片102容置在封装体主体104的另一个主面侧形成的第二凹部104g中。基于图9所示的晶体振荡器100A，封装体主体104能屏蔽或减小从IC芯片102放射(辐射)出的热量、电磁波等。因此，能抑制IC芯片102的热量、电磁波等对晶体谐振器101的振动部22造成的影响。另外，在图9的例中，IC芯片102被安装在第二凹部104g的底面上，但也可以将IC芯片102安装在未图示的安装基板上。
另外，上述实施方式中，对于将晶体谐振器101和IC芯片102上下配置在封装体103内的情况进行了说明。但不局限于此，也可以采用将晶体谐振器101和IC芯片102左右(或前后)配置在封装体103内的横置配置结构。在此情况下，可将晶体谐振器101和IC芯片102配置在封装体103的同一空间内或不同空间内。通过对晶体谐振器101和IC芯片102的配置采用上述横置配置，能使从安装基板至晶体谐振器101的振动部22为止的距离与从安装基板至IC芯片102为止的距离大致相同。换言之，能使从安装基板至晶体谐振器101的振动部22为止的热量传导路径的长度与从安装基板至IC芯片102为止的热量传导路径的长度大致相同，由此，能抑制晶体谐振器101的振动部22与IC芯片102间的温度差引起的频率漂移。
另外，例如也可以像图10所示的晶体振荡器100B(第二变形例)那样，在封装体主体104中设置屏蔽构件109。图10所示的晶体振荡器100B中，屏蔽构件109被设置在封装体主体104的底壁部104a的内部。在此情况下，例如底壁部104a由双层的陶瓷基板构成，屏蔽构件109夹在陶瓷基板之间即可。基于图10所示的晶体振荡器100B，能利用屏蔽构件109抑制晶体振荡器100B安装前后的特性变动。另外，能利用屏蔽构件109提高晶体振荡器100B的电磁屏蔽(EMC)性能。
上述实施方式中，将晶体谐振器101及IC芯片102安装在封装体103内，但不局限于此，也可以取代IC芯片102而将传感器元件安装在封装体103内。例如，将作为传感器元件的热敏电阻器安装在封装体103内的情况下，可构成带有温度传感器的晶体谐振器。
另外，上述实施方式中，对于被构成为俯视为近似矩形的晶体谐振器101只在长边方向的一端被封装体103的内壁支撑的情况进行了说明。但不局限于此，也可采用晶体谐振器101在长边方向的两端分别被封装体103的内壁支撑的结构。例如，可以像图11～图13所示的晶体谐振器单元100C(第三变形例)那样，在晶体谐振器101的四个角落的区域(四个部位)，将晶体谐振器101支撑在封装体103的内壁上。如此，通过在长边方向的两端支撑晶体谐振器101，能提高晶体谐振器101相对于封装体103的支撑稳定性。由此，能使晶体谐振器单元100C的耐冲击性提高，另外，还能使抗振性(例如，抵抗FCB接合时的超音波振动等的性能)提高。在此情况下，作为晶体谐振器101相对于封装体103的支撑方式，通过采用四点支撑结构，能进一步提高晶体谐振器单元100C的耐冲击性及抗振性。
图11～图13所示的晶体谐振器单元100C中，晶体谐振器101通过导电性粘合剂107被固定在作为封装体103内壁的封装体主体104的底面104f上。作为导电性粘合剂107，例如可采用硅胶系、聚酰亚胺系、环氧系等合成树脂，但不局限于此，例如，也可采用钎焊材料、焊料等。
图11～图13所示的晶体谐振器单元100C中，与上述实施方式的情况(参照图1)不同，封装体主体104的凹部104d中没有容置IC芯片，只容置有晶体谐振器101。另外，封装体主体104的凹部104d的底面104f上未设台阶部，底面104f被形成为平坦面。在封装体主体104的凹部104d的底面104f的四个角落的区域上，分别形成有电极垫110a～110d。四个电极垫110a～110d中，对角线上配置的两个(一对)电极垫110a、110b经由在封装体主体104的内部设置的通孔(通过孔)111a、111b，与封装体主体104的底面(背面)上形成的外部连接端子106、106电连接。四个电极垫110a～110d中，其余的两个电极垫110c、110d被设置为与电连接无关的虚设端子(NC端子)。另外，也可以取代通孔，而在封装体主体104的侧面设雉堞墙来实现电极垫110a、110b与外部连接端子106、106间的电连接。
另外，两个电极垫110a、110b经由导电性粘合剂107、107，与第二密封构件4的另一个主面412上形成的外部电极端子431、432电连接。在此情况下，第二密封构件4的另一个主面412上形成的外部电极端子431、432与上述实施方式的情况(参照图8)不同，如图13所示那样被设置在第二密封构件4的另一个主面412的四个角落的区域中位于对角线上的两个区域。另外，第二密封构件4的另一个主面412的四个角落的区域中的其余两个区域上也设置有外部电极端子433、434，但外部电极端子433、434被设置为与电连接无关的虚设端子(NC端子)。另外，封装体主体104的外部连接端子106也同样被设置在封装体主体104的底面的四个角落的区域，位于对角线上的两个外部连接端子106、106用于电连接，其余两个外部连接端子106、106为与电连接无关的虚设端子(NC端子)。但是，也可以不设虚设端子，只设置两个端子作为封装体主体104的外部连接端子106。
由此，晶体谐振器101的振动部22的第一激励电极221与封装体主体104的底面的外部连接端子106间经由第一引出电极223、布线图案33、第一通孔26、第二通孔45、外部电极端子431、电极垫110a、通孔111a而电连接。同样，晶体谐振器101的振动部22的第二激励电极222与封装体主体104的底面的外部连接端子106间经由第二引出电极224、第三通孔46、外部电极端子432、电极垫110b、通孔111b而电连接。
另外，晶体谐振器单元100C中，如图11所示，导电性粘合剂107被配置为，从晶体谐振器101的底面(第二密封构件4的另一个主面412)经由晶体谐振器101的侧面到达晶体谐振器101的顶面(第一密封构件3的一个主面311)。换言之，导电性粘合剂107以面涂的状态被涂覆在晶体谐振器101上。由此，通过导电性粘合剂107，能使晶体谐振器101相对于封装体103的支撑稳定性进一步提高，并能使晶体谐振器单元100C的耐冲击性及抗振性进一步提高。但是，也可以不将导电性粘合剂107配置在晶体谐振器101的顶面，而是将导电性粘合剂107配置为到达晶体谐振器101的顶面付近(例如第一密封构件3的侧面)，这样能有利于晶体谐振器单元100C的低矮化。
另外，在图11～图13所示的结构中，也可以在封装体主体104的凹部104d中容置晶体谐振器101及IC芯片而构成晶体振荡器。在此情况下，也利用设置为虚设端子(NC端子)的上述封装体主体104的外部连接端子106、106；电极垫110c、110d；及第二密封构件4的外部电极端子433、434，来实现与晶体谐振器101的第一激励电极221、第二激励电极222、IC芯片的电连接即可。
另外，只要在晶体谐振器101的四个角落的区域中配置导电性粘合剂107即可，也可以避开晶体谐振器101的四个角部(顶点)101a地配置导电性粘合剂107。例如，可以像图14所示的晶体谐振器单元100D(第四变形例)那样，将导电性粘合剂107配置在晶体谐振器101的一对长边101b、101b上。或者，也可以像图15所示的晶体谐振器单元100E(第五变形例)那样，将导电性粘合剂107配置在晶体谐振器101的一对短边101c、101c上。
另外，图11～图15所示的第三变形例～第五变形例中，以四点支撑的方式将晶体谐振器101装设在封装体103的内壁上，但不局限于此，作为晶体谐振器101在长边方向的两端分别被封装体103的内壁支撑的结构，也可以采用在晶体谐振器101的四个角落的区域中的至少两个区域中，将晶体谐振器101支撑在封装体103的内壁上的结构。换言之，可以通过两点支撑、三点支撑、或五点以上的支撑，将晶体谐振器101装设在封装体103的内壁上。
另外，图11～图15所示的第三变形例～第五三变形例中，将晶体谐振器101配置在封装体主体104的凹部104d的大致中间位置上，但不局限于此，也可以将晶体谐振器101配置为偏离封装体主体104的凹部104d的大致中央位置。
以上说明中，将气密密封在封装体103内的晶体谐振器作为单体的晶体谐振器，但不局限于此，可以将晶体谐振器上一体地设置有传感器元件(例如热敏电阻器)的带传感器的晶体谐振器气密密封在封装体103内，或者，也可以将晶体谐振器上一体地设置有构成振荡电路的IC芯片的晶体振荡器气密密封在封装体103内。
本申请以2016年11月16日向日本提出的、申请号为日本特愿2016－223303号的日本发明专利申请为基础，要求其优先权。因此，其全部内容被导入本申请。
工业实用性
本发明能应用于具备三明治结构的晶体谐振器的晶体振动器件。
＜附图标记说明＞
100 晶体振荡器
101 晶体谐振器
12 晶体谐振器封装体
13 内部空间
2 晶体振动片
22 振动部
221 第一激励电极
222 第二激励电极
23 外框部
24 连结部
3 第一密封构件
4 第二密封构件
102 IC芯片(电路元件)
103 封装体
104 封装体主体
105 盖体

Claims (9)

1.一种晶体振动器件，是将晶体谐振器气密密封在由绝缘性材料构成的封装体内而构成的晶体振动器件，其特征在于：
所述晶体谐振器具备，
晶体振动片，其一个主面上形成有第一激励电极、其另一个主面上形成有与所述第一激励电极成对的第二激励电极；
第一密封构件，将所述晶体振动片的所述第一激励电极覆盖；及
第二密封构件，将所述晶体振动片的所述第二激励电极覆盖，
所述第一密封构件与所述晶体振动片相接合，所述第二密封构件与所述晶体振动片相接合，包含所述第一激励电极和所述第二激励电极的所述晶体振动片的振动部被气密密封，
所述晶体谐振器封装体内的真空度高于所述封装体内。
2.如权利要求1所述的晶体振动器件，其特征在于：
所述晶体谐振器被构成为，俯视呈近似矩形，该晶体谐振器只在长边方向的一端被所述封装体的内壁支撑，
所述晶体谐振器的所述晶体振动片具有所述振动部、包围所述振动部的外周的外框部、及将所述振动部与所述外框部连结的连结部，所述连结部只设置在所述晶体谐振器的长边方向的另一端。
3.如权利要求1所述的晶体振动器件，其特征在于：
所述晶体谐振器被构成为俯视呈近似矩形，该晶体谐振器在长边方向的两端分别被所述封装体的内壁支撑，
所述晶体谐振器的所述晶体振动片具有所述振动部、包围所述振动部的外周的外框部、及将所述振动部与所述外框部连结的连结部。
4.如权利要求3所述的晶体振动器件，其特征在于：
所述晶体谐振器在该晶体谐振器的四个角落的区域被所述封装体的内壁支撑。
5.如权利要求1至4中任一项所述的晶体振动器件，其特征在于：
所述晶体谐振器通过导电性粘合剂而被所述封装体的内壁支撑，
所述导电性粘合剂被配置为，从所述晶体谐振器的底面经由侧面而到达顶面。
6.如权利要求1或2所述的晶体振动器件，其特征在于：
所述晶体谐振器上一体地设置有传感器元件、或构成振荡电路的电路元件。
7.如权利要求1或2所述的晶体振动器件，其特征在于：
所述晶体谐振器和传感器元件或构成振荡电路的电路元件被容置在所述封装体中形成的同一空间内，并被气密密封。
8.如权利要求1或2所述的晶体振动器件，其特征在于：
所述晶体谐振器被容置在所述封装体的一个主面侧形成的第一凹部中并被气密密封，并且，
传感器元件或构成振荡电路的电路元件被容置在所述封装体的另一个主面侧形成的第二凹部中。
9.如权利要求1或2所述的晶体振动器件，其特征在于：
容置所述晶体谐振器的所述封装体的封装体主体由陶瓷构成。
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