JP2008060910A - 圧電振動デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】小型化に適した圧電振動デバイスを提供する。
【解決手段】水晶振動子１では、水晶振動片２と、ベース３と、キャップ４と、水晶振動片２への外的な応力を軽減させるサポート材５とが設けられ、ベース３上にサポート材５を介して水晶振動片２が片保持される。この際、ベース３と水晶振動片２とサポート材５とは、それぞれベース用接続バンプ７１及び水晶振動片用接続バンプ７２を用いてＦＣＢ法により超音波接合され、水晶振動片２は接合領域２６１，２６２においてサポート材５と水晶振動片用接合材７２により接合されている。また、水晶振動片２は、各接合領域２６１，２６２それぞれにおいて、ベース３との接合位置に対して平面視近傍位置でそれぞれ２点によりサポート材５と接合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電振動デバイスに関する。

現在、圧電振動デバイスとして、例えば、水晶発振器や水晶振動子などが挙げられる。この種の圧電振動デバイスでは、その筐体が直方体のパッケージで構成されている。このパッケージはベースと蓋とから構成され、このパッケージ内部には圧電振動片が導電性接着剤によりベースに接合されて、圧電振動片が片保持されている。そして、ベースと蓋とが接合されることで、パッケージの内部の圧電振動片が気密封止されている（例えば、下記する特許文献１ご参照。）。
特開２００５−１９１７０９号公報

ところで、上記した特許文献１では、ベース上に圧電振動片を片保持する際、圧電振動片は導電性接着剤によりベースに接合される。この接合の際、導電性接着剤からの外的な応力（ベースへの圧電振動片の接合の際に発生する熱応力やベースと蓋との接合の際に発生する熱応力）などが圧電振動片に直接かかってしまい、圧電振動片の特性（周波数等）に悪影響を及ぼす。この悪影響は、圧電振動片の高周波化及び小型化にともなって著しくなる。

また、上記した特許文献１では、ベース上に圧電振動片を片保持する際、圧電振動片は導電性接着剤によりベースに接合される。また、ベース上には、異極となる電極が配されており、それぞれの電極上に導電性接着剤が塗布される。そのため、上記した特許文献１に開示の圧電振動デバイスの場合、異極となる電極間のショートを避けるために、パッケージ内部のベース上における導電性接着剤の塗布領域を確保し、かつ、この塗布領域に応じて導電性接着剤の塗布量（使用量）を設定する必要があり、この特許文献１に開示の圧電振動デバイスは、小型化に適していない。

そこで、上記課題を解決するために、本発明は、小型化に適した圧電振動デバイスを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動デバイスは、ベースと蓋とが接合されてパッケージが構成され、前記パッケージの内部の前記ベース上に圧電振動片が保持されるとともに、前記パッケージの内部が気密封止された圧電振動デバイスにおいて、前記圧電振動片は、脆性材からなるサポート材を介して前記ベース上に片保持され、前記ベースと前記サポートとはベース用接続バンプを介して前記サポート材の複数領域上で超音波接合により電気機械的に接合され、かつ、前記圧電振動片と前記サポート材とは圧電振動片用接続バンプを介して前記圧電振動片の複数領域上で超音波接合により電気機械的に接合され、前記圧電振動片は、前記各領域それぞれにおいて、前記ベースとの接合位置に対して平面視近傍位置で複数点により前記サポート材と接合されたことを特徴とする。

本発明によれば、上述の構成により、前記圧電振動片を前記ベースに保持する際や前記ベースに前記蓋を接合する際に前記パッケージに応力がかかる場合であってもその応力が前記圧電振動片にかかるのを抑制することが可能となる。また、本発明によれば、前記パッケージの小型化を図るのに好適であり、特に、本発明の作用効果は、従来技術のようにベースに圧電振動片を直接導電性接着剤を介して接合した圧電振動デバイスと比較して顕著にあらわれる。

また、本発明のように前記圧電振動片を接合バンプ（前記圧電振動片用接続バンプ）により片保持する場合、上記した特許文献１に記載の圧電振動片を導電性接着剤により片保持する場合と比較して、前記ベース上における前記圧電振動片の搭載位置がずれやすく、また、前記圧電振動片が傾いた状態で前記ベース上に保持されやすい。そのため、前記圧電振動片を前記接合バンプにより片保持した場合、上記した背景技術の特許文献１と比較して前記圧電振動片の接合不良が生じ易い。しかしながら、本発明によれば、前記ベースと前記サポートとはベース用接続バンプを介して前記サポート材の複数領域上で超音波接合により電気機械的に接合され、かつ、前記圧電振動片と前記サポート材とは圧電振動片用接続バンプを介して前記圧電振動片の複数領域上で超音波接合により電気機械的に接合され、前記圧電振動片は、その前記各領域それぞれにおいて、前記サポート材の前記ベースへの接合位置に対して平面視近傍位置で、それぞれ複数点により前記サポート材と接合されているので、前記圧電振動片と外部電極との接合強度を高めることが可能となり、その結果、前記パッケージへの前記圧電振動片の搭載位置のバラツキを抑えることが可能となり、また、前記圧電振動片の搭載傾きを抑えることができる。

前記構成において、前記ベース用接続バンプと前記圧電振動片用接続バンプは、平面視同一位置以外の重畳しない位置に形成されてもよい。

この場合、前記ベース用接続バンプと前記圧電振動片用接続バンプが平面視同一位置に形成されている場合と比較して、前記ベースと前記サポート材の接合後と接合時や、および前記サポート材と前記圧電振動片の接合後と接合時に、前記ベース用接続バンプと前記圧電振動片用接続バンプの一方の接続バンプが外部から受ける機械的歪みや熱歪みが、他方の接続バンプに直接伝わることはなく、その結果、圧電振動片に歪みが加わって圧電振動デバイスの電気的特性が低下（直列共振抵抗値の低下、周波数シフト、周波数温度特性の傾きが生じる等）するのを抑制することが可能となる。

また、前記ベース用接続バンプと前記圧電振動片用接続バンプを用いて超音波接合による工法であるＦＣＢ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ｂｏｎｄｉｎｇ）法で前記ベースと前記サポート材と前記圧電振動片それぞれを接合する場合、超音波による印加（例えば、合計２回）をそれぞれ各接合に対して最適な状態で行うことになる。そのため、本発明によれば前記ベース用接続バンプと前記圧電振動片用接続バンプが平面視同一位置に形成された場合と異なり、前記ベース用接続バンプと前記圧電振動片用接続バンプは、平面視同一位置以外の重畳しない位置に形成されるので、先の接合に用いた接続バンプに対して合計２回の超音波による印加が行われない。その結果、本発明によれば、先の接合に用いた接続バンプによる各部材の接合状態が変化せずに、結果として接合強度の低下を防止することが可能となる。

前記構成において、前記圧電振動片は、その基板の両主面それぞれに少なくとも１つの励振電極が形成され、かつ、これらの前記励振電極を外部電極と電気機械的に接合させるために前記励振電極からそれぞれ引き出された複数の引き出し電極が形成されてなり、前記複数の引き出し電極の引き出し先端部が一主面の少なくとも一端部に引き出され、前記引き出し先端部に外部電極が電気機械的に接合され、前記圧電振動片の他主面の、前記一主面に形成された前記引き出し先端部に対向する対向位置に絶縁材料が形成されてもよい。

この場合、前記圧電振動片に形成された前記複数の引き出し電極の引き出し先端部が一主面の少なくとも一端部に引き出され、前記引き出し先端部に外部電極が電気機械的に接合され、前記圧電振動片の他主面の、前記一主面に形成された前記引き出し先端部に対向する対向位置に絶縁材料が形成されるので、ＦＣＢ法による接合を行うために、前記一主面に形成された前記引き出し先端部に対向する前記他主面の対向位置にＦＣＢ装置の超音波を発する部材を直接接触させた場合であっても、前記他主面の対向位置に形成された絶縁材料が前記他主面の対向位置にＦＣＢ装置の超音波を発する部材に固着するのを防ぐことが可能となる。

前記構成において、前記圧電振動片は、その基板の両主面それぞれに少なくとも１つの励振電極が形成され、かつ、これらの前記励振電極を外部電極と電気機械的に接合させるために前記励振電極からそれぞれ引き出された複数の引き出し電極が形成されてなり、前記複数の引き出し電極の引き出し先端部が一主面の少なくとも一端部に引き出され、前記引き出し先端部に外部電極が電気機械的に接合され、前記圧電振動片の他主面の、前記一主面に形成された前記引き出し先端部に対向する対向位置にクロム単層からなる材料が形成されてもよい。

この場合、前記圧電振動片に形成された複数の引き出し電極の引き出し先端部が一主面の少なくとも一端部に引き出され、前記引き出し先端部に外部電極が電気機械的に接合され、前記圧電振動片の他主面の、前記一主面に形成された前記引き出し先端部に対向する対向位置に前記クロム単層からなる材料が形成されるので、ＦＣＢ法による接合を行うために、前記一主面に形成された前記引き出し先端部に対向する前記他主面の対向位置にＦＣＢ装置の超音波を発する部材を直接接触させた場合であっても、他主面の対向位置に形成された前記クロム単層からなる材料は、金と比較して硬い材質からなるとともに前記圧電振動片の基板と接合し易いため、金からなる材料と比較してＦＣＢ装置の超音波を発する部材に固着することはない。

前記構成において、前記圧電振動片は、その基板の両主面それぞれに少なくとも１つの励振電極が形成され、かつ、これらの前記励振電極を外部電極と電気機械的に接合させるために前記励振電極からそれぞれ引き出された複数の引き出し電極が形成されてなり、前記複数の引き出し電極の引き出し先端部が前記一主面の少なくとも一端部に引き出され、前記引き出し先端部に外部電極が電気機械的に接合され、前記圧電振動片の他主面の、前記一主面に形成された前記引き出し先端部に対向する対向位置は前記基板が露出されてもよい。

この場合、前記圧電振動片に形成された複数の引き出し電極の引き出し先端部が前記一主面の少なくとも一端部に引き出され、前記引き出し先端部に外部電極が電気機械的に接合され、前記圧電振動片の他主面の、前記一主面に形成された前記引き出し先端部に対向する対向位置は前記基板が露出されるので、ＦＣＢ法による接合を行うために、前記一主面に形成された前記引き出し先端部に対向する前記他主面の対向位置にＦＣＢ装置の超音波を発する部材を直接接触させた場合であっても、前記基板が前記他主面の対向位置にＦＣＢ装置の超音波を発する部材に固着することがない。

前記構成において、前記圧電振動片は、その基板の両主面それぞれに少なくとも１つの励振電極が形成され、かつ、これらの前記励振電極を外部電極と電気機械的に接合させるために前記励振電極からそれぞれ引き出された複数の引き出し電極が形成されてなり、前記複数の引き出し電極の引き出し先端部が前記一主面の少なくとも一端部に引き出され、前記引き出し先端部に外部電極が電気機械的に接合され、前記引き出し電極の引き出し先端部の高さが他の部分の高さより厚く成形され、前記引き出し先端部の他の部分より高く成形された高地部分に外部電極が電気機械的に接合されてもよい。

この場合、前記複数の引き出し電極の引き出し先端部が一主面の少なくとも一端部に引き出され、前記引き出し先端部に外部電極が電気機械的に接合され、前記引き出し電極の引き出し先端部の高さが他の部分の高さより厚く成形され、前記引き出し先端部の他の部分より高く成形された高地部分に外部電極が電気機械的に接合されるので、別途接合材を用いずに前記引き出し電極と外部電極との接合を行なうことが可能となる。その結果、接合材を用いることによる電極間のショートを防ぐことが可能となる。この効果は、特に圧電振動デバイスが小型化するにつれて顕著になる。

本発明によれば、小型化に適した圧電振動デバイスを提供することができる。

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。なお、以下に示す実施例では、圧電振動デバイスとして水晶振動子に本発明を適用した場合を示す。

本実施例にかかる水晶振動子１では、図１（図１（ａ），図１（ｂ））に示すように、厚みすべり振動系の水晶振動片２（本発明でいう圧電振動片）と、この水晶振動片２を片保持するベース３と、ベース３に保持した水晶振動片２を気密封止するための蓋４と、水晶振動片２への外的な応力を軽減させるサポート材５とが設けられている。

この水晶振動子１では、ベース３と蓋４とからパッケージ６が構成され、ベース３と蓋４とが接合されてパッケージ６の内部空間が形成され、このパッケージ６の内部空間内のベース３上にサポート材５を介して水晶振動片２が保持されるとともに、パッケージ６の内部空間が気密封止される。この際、図１に示すように、ベース３と水晶振動片２とサポート材５とは、それぞれ金属材料からなる接合材（ベース用接合バンプ７１および水晶振動片用接合バンプ７２）を用いてＦＣＢ法により超音波接合されるとともに電気機械的に接合されている。次に、この水晶振動子１の各構成について説明する。

ベース３は、図１に示すように、底部３１と、この底部３１から上方に延出した壁部３２とから構成される箱状体に形成されている。このベース３は、セラミック材料からなる平面視矩形状の一枚板上に、セラミック材料の直方体が積層して凹状に一体的に焼成されている。また、壁部３２は、底部３１の表面外周に沿って成形されている。この壁部３２の上面は、蓋４との接合領域であり、この接合領域には、蓋４と接合するためのメタライズ層３３（例えば、タングステンメタライズ層上にニッケル，金の順でメッキした構成、または錫と金、錫と銀とからなる構成）が設けられている。なお、メタライズ層３３の代わりにガラス層を設けてもよく、ガラス層を形成することによりベース３と蓋４との接合強度を向上させることができる。このベース３には、水晶振動片２の励振電極２３１，２３２それぞれと電気機械的に接合する複数の電極パッド（図示省略）が形成されている。これら電極パッドは、ベース３の外周裏面に形成される端子電極（図示省略）にそれぞれ電気機械的に接合されている。これら端子電極から外部部品や外部機器と接続される。なお、これらの端子電極および電極パッドは、タングステン、モリブデン等のメタライズ材料を印刷した後にベース３と一体的に焼成して形成される。そして、これらの端子電極および電極パッドのうち一部のものについては、メタライズ上部にニッケルメッキが形成され、その上部に金メッキが形成されて構成される。

蓋４は、金属材料からなり、図１（ｂ）に示すように、平面視矩形状の一枚板に成形されている。この蓋４は、下面にろう材（図示省略）が形成されており、シーム溶接やビーム溶接等の手法によりベース３に接合されて、蓋４とベース３とによる水晶振動子１のパッケージ６が構成される。なお、蓋４は、例えば、４層の熱膨張係数の異なる金属材料から形成されている。具体的に、ベース３との接続面となる蓋４の下面から、ろう材である銀ろう層、銅層、コバール層及びニッケル層が順に積層されてなる。蓋の下面側が銀ろう層及び銅層であるため、他の層に比べてセラミックからなるベース３との熱接合がし易い。また、これら銀ろう層及び銅層上にコバール層が積層されているので、セラミックからなるベース３との熱膨張率を略同じにしてベース３と蓋４との熱変形を同等にすることが可能となる。また、最上面にニッケル層が形成されているので、ベース３と蓋４とのシーム溶接を行い易くする。なお、熱変形を同等レベルにすることからコバール層の厚みはできるだけ厚く設計されている。

水晶振動片２は、図１，図３に示すように、ＡＴカット水晶片の基板２１からなり、平面視矩形状の一枚板の直方体に成形されている。すなわち、基板２１の外周形は、直方体形状からなる。この基板２１の両主面２２１，２２２には、水晶振動片２の高周波化に対応するため凹部２０１が形成され、これら凹部２０１内部にはそれぞれ励振電極２３１，２３２が形成され、これらの励振電極２３１，２３２を外部電極（本実施例では、ベース３の電極パッド）と電気機械的に接合するために励振電極２３１，２３２から引き出された引き出し電極２４１，２４２が形成されている。また、水晶振動片２は、その基板２１の複数の領域２６１，２６２（接合領域２６１，２６２）においてサポート材５と水晶振動片用接合バンプ７２（各領域２６１，２６２それぞれにおいて２箇所ずつ）により接合されている。なお、本実施例でいう基板２１の接合領域２６１，２６２は、基板２１の長手方向の一端部２７であって短手方向の両端部に設けられ、図２に示すように引き出し電極２４１，２４２が一主面２２１の一端部２７の接合領域２６１，２６２に引き出されている。そして、励振電極２３１，２３２が、引き出し電極２４１，２４２からサポート材５を介して水晶振動片用接合バンプ７２及びベース用接合バンプ７１により、ベース３の電極パッドと電気機械的に接合されている。また、図３に示すように、２６１，２６２において、引き出し電極２４１，２４２それぞれにつき、２つの水晶振動片用接合バンプ７２が用いられている。なお、これらの励振電極２３１，２３２及び引き出し電極２４１，２４２は、フォトリソグラフィ法により形成され、例えば、基板２１側からクロム、金（Ｃｒ−Ａｕ）の順に、あるいはクロム、金、クロム（Ｃｒ−Ａｕ−Ｃｒ）の順に、あるいはクロム、金、ニッケル（Ｃｒ−Ａｕ−Ｎｉ）の順に、あるいはクロム、銀、クロム（Ｃｒ−Ａｇ−Ｃｒ）の順に、あるいはクロム、ニッケル（Ｃｒ−Ｎｉ）の順に、あるいはニッケル、クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）の順に積層して形成されている。

サポート材５は、図２に示すように、脆性材である水晶片からなるＺ板である。このサポート材５の外形は、図１に示すように、水晶振動片２の平面視外形と略同等となるように設定され、サポート材５は平面視矩形状の一枚板の直方体に成形されている。

また、このサポート材５には、図１，図３に示すように、その一主面（図１では表側）に水晶振動片２と接合するための領域（水晶振動片用接合領域５１）が設定され、その他主面（図１では裏側）にベース３と接合するための領域（ベース用接合領域５２）が設定されている。これら水晶振動片用接合領域５１とベース用接合領域５２との間を、引回し電極５３が引回されている。ここでいう水晶振動片用接合領域５１は、図３に示すようにサポート材５の一主面の長手方向の一端部５４であって短手方向の両端部に設定されている。また、ここでいうベース用接合領域５２は、サポート材５の他主面の対向する長手方向の両端部５４，５５であって短手方向の両側部に設定されている。

また、図１〜図３に示すように、ベース３とサポート材５とはベース用接合バンプ７１により４つのベース用接合領域５２において４点で超音波接合され、水晶振動片２とサポート材５は水晶振動片用接合バンプ７２により２つの水晶振動片用接合領域５１において４点で超音波接合されるとともに電気機械的に接合される。これらの接合により、水晶振動片２の励振電極２３１，２３２が、それぞれ引き出し電極２４１，２４２、水晶振動片用接合バンプ７２、サポート材５の引回し電極５３およびベース用接合バンプ７１を介してベース３の電極パッドに電気機械的に接合される。また、ベース用接続バンプ７１と水晶振動片用接続バンプ７２は、図１に示すように、平面視同一位置以外の重畳しない位置に形成されている。ここでいう平面視同一位置以外の重畳しない位置とは、ベース用接続バンプ７１と水晶振動片用接続バンプ７２とが平面視において全く重畳しない図１に示す位置のことを含むが、これは好適な例であり、この位置はこれに限定されるものではなく、下記する図４（ｂ），（ｃ）に示すように一部が重畳していてもよい。すなわち、平面視同一位置以外の重畳しない位置とは、ベース３，サポート材６，水晶振動片２の接合時における各接続バンプ７１，７２それぞれの接合中心位置が重畳しない位置関係のことをいう。

上記したように、水晶振動片２は、その各接合領域２６１，２６２それぞれにおいて、サポート材５のベース３への接合位置（具体的に図２に示す図示下方のベース用接合領域５２）に対して平面視近傍位置で、それぞれ２点（合計４点）によりサポート材５と接合されている。

ところで、ベース３へのサポート材５の接合、およびサポート材５への水晶振動片２の熱接合の際に各部材において外形変形もしくは歪みが生じる。この外形変形もしくは歪みによってパッケージ６に熱応力などの応力が生じ、この応力がサポート材５を介して水晶振動片２にかかる。

しかしながら、上記した本実施例にかかる水晶振動子１によれば、水晶振動片２が、脆性材からなるサポート材５を介してベース３上に保持されるので、水晶振動片２をベース３に保持する際やベース３に蓋４を接合する際にパッケージ６に応力がかかった場合であってもその応力が水晶振動片２にかかるのを抑制することができる。特に、この本実施例にかかる水晶振動子１の作用効果は、従来技術のようにベースに水晶振動片を直接導電性接着剤を介して接合した水晶振動子と比較して顕著にあらわれる。

具体的に、水晶振動片２は、脆性材からなるサポート材５を介してベース３上に片保持され、ベース３とサポート材５とはベース用接合バンプ７１を介してサポート材５の複数領域（本実施例ではベース用接合領域５２）上で超音波接合され、かつ、水晶振動片２とサポート材５とは水晶振動片用接合バンプ７２を介して水晶振動片２の一領域２６（本実施例ではサポート材５の水晶振動片用接合領域５１）上で超音波接合により電気機械的に接合され、水晶振動片２は、各接合領域２６１，２６２それぞれにおいて、ベース３との接合位置（具体的に図２に示す図示下方のベース用接合領域５２）に対して平面視近傍位置で、それぞれ２点（合計４点）によりサポート材５と接合されているので、水晶振動片２をベース３に保持する際やベース３に蓋４を接合する際にパッケージ６に応力がかかる場合であってもその応力が水晶振動片２にかかるのを抑制することができる。また、本実施例によれば、パッケージ６の小型化を図るのに好適であり、特に、本実施例による作用効果は、背景技術（例えば、特許文献１に記載の従来技術）のようにベースに圧電振動片を直接導電性接着剤を介して接合した圧電振動デバイスと比較して顕著にあらわれる。

また、本実施例のように水晶振動片２を水晶振動片用接続バンプ７２により片保持する場合、上記した特許文献１に記載の圧電振動片を導電性接着剤により片保持する場合と比較して、ベース３上における水晶振動片２の搭載位置がずれやすく、また、水晶振動片２が傾いた状態でベース３上に保持されやすい。そのため、水晶振動片２を水晶振動片用接合バンプ７２により片保持した場合、上記した背景技術の特許文献１（導電性接着剤による接合）と比較して水晶振動片２の接合不良が生じ易い。しかしながら、本実施例によれば、水晶振動片２は、脆性材からなるサポート材５を介してベース３上に片保持され、ベース３とサポート材５とはベース用接合バンプ７１を介してサポート材５の複数領域（本実施例ではベース用接合領域５２）上で超音波接合され、かつ、水晶振動片２とサポート材５とは水晶振動片用接合バンプ７２を介して水晶振動片２の接合のための領域２６（本実施例ではサポート材５の水晶振動片用接合領域５１）上で超音波接合により電気機械的に接合され、水晶振動片２は、その各接合領域２６１，２６２それぞれにおいて、サポート材５のベース３への接合位置（具体的に図２に示す図示下方のベース用接合領域５２）に対して平面視近傍位置で、それぞれ２点（合計４点）によりサポート材５と接合されているので、水晶振動片２と外部電極（本実施例ではサポート材５）との接合強度を高めることができ、その結果、パッケージ６への水晶振動片２の搭載位置のバラツキを抑えることができ、また、水晶振動片２のベース３への搭載傾きを抑えることができる。

また、引き出し電極２４１，２４２それぞれにつき２つの水晶振動片用接合バンプ７２が用いられているので、水晶振動片２と外部電極（本実施例ではサポート材５）との接合強度を高めることができる。特に、水晶振動片用接合バンプ７２として接続バンプを用いた場合、当該水晶振動片２の小型化を図るのに好適である。

また、サポート材５が、脆性材からなっているので、サポート材５の膨張係数が水晶振動片２の膨張係数に近似する。そのため、ベース３と水晶振動片２との間にサポート材５を設けることによる水晶振動片２の特性の悪化はなく、外的な応力を緩衝させることができる。

また、サポート材５の外形は、図１に示すように、水晶振動片２の外形と略同等になるように設定されるので、サポート材５の設置により水晶振動子１の小型化を妨げることはなく、水晶振動子１の小型化を図ることができる。

また、水晶振動片２は水晶片であり、サポート材５は水晶片からなるＺ板であり、異方性の影響を受けにくい材料であるので、サポート材５を成形する際のエッチング時、異方性の影響を受けにくく、サポート材５の形状を任意の形状に容易に成形することができる。なお、サポート材５に水晶振動片と同様のＡＴカット板を用いた場合、Ｚ板と比較してサポート材５を成形する際のエッチングの影響を受け易く、予め設定した軸に対して垂直方向にエッチングしたい場合であっても斜め方向にエッチングするため、サポート材５の形状を任意の形状に成形することが難しい。そのため、サポート材５にＺ板を用いることが好ましい。また、サポート材５が異方性の影響を受けにくい材料であるので、水晶振動片２の振動の影響を受けることがなく、サポート材５の設置により水晶振動片２の特性を悪化させることを防止することができる。また、水晶振動片２とサポート材５が同一の水晶片であるので、膨張係数が同じとなり、ベース３と水晶振動片２との間にサポート材５を設けることによる外的な応力の緩衝に好ましい。

また、本実施例によれば、ベース用接続バンプ７１と水晶振動片用接続バンプ７２は、平面視同一位置以外の重畳しない位置に形成されているので、ベース用接続バンプ７１と水晶振動片用接続バンプ７２が平面視同一位置に形成されている場合と比較して、ベース３とサポート材５の接合後と接合時や、およびサポート材５と水晶振動片２の接合後と接合時に、ベース用接続バンプ７１と水晶振動片用接続バンプ７２の一方の接続バンプ（実施例では水晶振動片用接続バンプ７２）が外部から受ける機械的歪みや熱歪みが、他方の接続バンプ（実施例ではベース用接続バンプ７１）に直接伝わることはなく、その結果、水晶振動片２に歪みが加わって水晶振動子１の電気的特性が低下（ＣＩ値の低下、周波数シフト、周波数温度特性の傾きが生じる等）するのを抑制することができる。また、ベース用接続バンプ７１と水晶振動片用接続バンプ７２を用いてＦＣＢ法でベース３とサポート材５と水晶振動片２それぞれを接合する場合、超音波による印加（例えば、ベース用接続バンプ７１用と水晶振動片用接続バンプ７２用との合計２回）をそれぞれ各接合に対して最適な状態で行うことになる。そのため、本実施例によればベース用接続バンプ７１と水晶振動片用接続バンプ７２が平面視同一位置に形成された場合と異なり、ベース用接続バンプ７１と水晶振動片用接続バンプ７２は、平面視同一位置以外の重畳しない位置に形成されるので、先の接合に用いた接続バンプ（実施例ではベース用接続バンプ７１）に対して合計２回の超音波による印加が行われない。その結果、本実施例によれば、先の接合に用いた接続バンプ（実施例ではベース用接続バンプ７１）による各部材（実施例ではベース３とサポート材５）の接合状態が変化せずに、結果として接合強度の低下を防止することができる。

なお、本実施例では、水晶振動片２では、各接合領域２６１，２６２それぞれにおいてサポート材５のベース用接合領域５２の接合位置に対して平面視近傍位置でそれぞれ２点（合計４点）によりサポート材５と接合しているのが、この接合点数は限定されるものではなく、任意の複数点に設定可能である。また、ベース３とサポート材５とはベース用接合バンプ７１により４つのベース用接合領域５２において４点で超音波接合されているが、これは好適な例であり限定されるものではない。すなわち、ベース３とサポート材５との接合位置と、サポート材５と水晶振動片２との接合位置は、図１〜図３に示すものに限定されるものではなく、例えば、図４（図４（ａ）〜４（ｃ））に示すような形態であってもよい。図４（ａ）に示す例では、ベース３とサポート材５とがベース用接合バンプ７１により３つのベース用接合領域５２において３点で超音波接合されている。また、図４（ｂ）に示す例では、水晶振動片２のサポート材５への各接合領域２６１，２６２において、サポート材５のベース３への接合位置と、水晶振動片２のサポート材５への接合位置とが平面視一部重なるようにしてベース３とサポート材５と水晶振動片２とが接合されている。また、図４（ｃ）に示す例では、ベース３とサポート材５とがベース用接合バンプ７１により３つのベース用接合領域５２において３点で超音波接合されているとともに、水晶振動片２のサポート材５への各接合領域２６１，２６２において、サポート材５のベース３への接合位置と、水晶振動片２のサポート材５への接合位置とが平面視一部重なるようにしてベース３とサポート材５と水晶振動片２とが接合されている。

また、本実施例では、サポート材５として水晶片を適用しているが、これに限定されるものではなく、脆性材であれば他の形態であってもよく、例えば、異方性材料ではないガラス材からなってもよい。

また、本実施例では、図１に示すように、平面視矩形上の一枚板の直方体に成形された蓋４と、凹状に成形されたベース３とを用いているが、これに限定されるものではない。ベース３と蓋４とにより水晶振動片２を気密封止できれば、ベースと蓋の形状は任意に設定してもよい。

また、本実施例では、水晶振動片２の両主面２２１，２２２それぞれに１つの励振電極２３１，２３２を形成しているが、これに限定されるものではなく、使用用途に合わせて両主面２２１，２２２それぞれに形成される励振電極の数を任意に設定してもよい。例えば、両主面それぞれに２つの励振電極が形成されてもよく、または、一主面に１つの励振電極が形成されるとともに他主面に２つの励振電極が形成されたフィルタ素子構成としてもよい。

また、水晶振動片２の引き出し電極２４１，２４２は、上記した実施例に限定されるものではなく、さらにメッキ形成されてもよい。なお、ここでいうメッキ形成の工法として、電解メッキ法や無電解メッキ法が用いられる。また、電解メッキ法を用いる場合、メッキバンプ形成領域を全て共通接続するための引き出し電極が必要となる。また、メッキ材料として、具体的に、金、金錫、ハンダなどが挙げられる。また、フォトリソグラフィ法で用いるレジストの厚みを一般的な厚み約２５μｍとした場合、その８割程度にメッキの厚さを設定することが好適である。この場合、メッキの厚さを約２０μｍとすることが好ましい。この場合、引き出し電極２４１，２４２がメッキ形成されるので、メッキ形成することによる機械的な応力負荷を生じさせることがなく、メッキ部分の形成をバッチ処理により行なうことが可能となり、メッキ部分の表面面積や形状や厚みの設計自由度が極めて高くなり、また、メッキ形成されることで設備コストを低く抑えることができる。

また、本実施例では、水晶振動片２のサポート材５への接合位置と対向する対向位置２８にＦＣＢ法によってＦＣＢ装置の超音波を発する部材を直接接触させて水晶振動片２をサポート材５に水晶振動片用接合バンプ７２を介して接合している。ところで、本実施例に示すように、ＦＣＢ装置の超音波を発する部材を直接接触させた水晶振動片２の対向位置２８に引き出し電極２４１，２４２が形成されている場合、ＦＣＢ装置の超音波を発する部材に引き出し電極２４１，２４２がひっつく、すなわち水晶振動片２から引き出し電極２４１，２４２が剥がれてＦＣＢ装置の超音波を発する部材に固着する。そのため、ＦＣＢ装置の超音波を発する部材に引き出し電極２４１，２４２が固着した状態で、他の水晶振動片２のサポート材５への接合を行う場合、ＦＣＢ法による接合強度が弱くなる。従って、ＦＣＢ装置の超音波を発する部材に引き出し電極２４１，２４２が固着した場合、固着した引き出し電極２４１，２４２を取り除く必要がある。この問題を解決するために、水晶振動片２の対向位置２８では基板２１が露出されてもよい。この場合、ＦＣＢ法により対向位置２８にＦＣＢ装置の超音波を発する部材を直接接触させた場合であっても、対向位置２８の基板２１がＦＣＢ装置の超音波を発する部材に固着することがない。また、水晶振動片２の対向位置の基板２１が露出されていることを好適な例として挙げているが、上記したような問題を解決する構成はこれに限定されるものではなく、水晶振動片２の対向位置２８に絶縁材料が形成されていてもよい。ここでいう絶縁材料とは、材料全体が絶縁材料であってもよく材料表面のみが絶縁化された材料であってもよく、フッ化マグネシウム、酸化珪素、二酸化珪素などの絶縁材料や、酸化クロムなどの酸化金属化合物であってもよい。例えば、クロムからなる材料の表面を酸化させた絶縁材料であってもよい。さらに、上記したような問題を解決する構成は、水晶振動片２の対向位置２８に絶縁材料を形成するだけではなく、この水晶振動片２の対向位置２８にクロム単層からなる材料により引き出し電極を形成してもよい。ここでクロム単層を挙げた理由として、クロムは、金と比較して硬い材質からなるとともに水晶振動片２の基板２１との接合強度が高いため、上記したような金からなる材料と比較してＦＣＢ装置の超音波を発する部材に固着することはないことに関係している。また、クロム単層以外に、例えば、励振電極２３１，２３２と引き出し電極２４１，２４２のうち少なくとも引き出し電極２４１，２４２の対向位置２８が、クロム、ニッケルを順に積層して（その逆でも可能）構成された引き出し電極であってもよい。また、クロム、金を順に積層し、その後に表面の金のみを除去してクロム単層とした構成であってもよい。すなわち、クロムが表面に配されている構成であればその組み合わせを任意に設定してもよい。

上記した例によれば、水晶振動片２の対向位置２８に絶縁材料もしくはクロム単層の引き出し電極が形成されるので、ＦＣＢ法により水晶振動片２の対向位置２８にＦＣＢ装置の超音波を発する部材を直接接触させた場合であっても、水晶振動片２の対向位置２８に形成された絶縁材料もしくはクロム単層からなる材料がＦＣＢ装置の超音波を発する部材に固着するのを防ぐことができる。

また、本実施例では、図１，図２に示すような平面視矩形状の一枚板の直方体に成形されたサポート材５を用いているが、サポート材の形状はこれに限定されるものではなく、熱応力が水晶振動片２に伝わるのを抑制するために凹部を設けてもよく、また、水晶振動片２の一領域においてサポート材５に接合することで水晶振動片２がサポート材５に対して撓むのを抑制する水晶振動片用枕部を設けてもよい。特に、水晶振動片用枕部をサポート材に設けることで、水晶振動片用接合バンプ７２を用いたサポート材５への水晶振動片２の接合の際に、サポート材５上の水晶振動片２の搭載位置に対して傾くことなく安定して水晶振動片２を配することができる。具体的に、水晶振動片用枕部は、サポート材５の水晶振動片２と面する主面に形成された突起部であり、図１，図２に示すサポート材に水晶振動片用枕部を設ける場合、水晶振動片用枕部の設置位置は、水晶振動片用接合領域５１を考慮してサポート材５の長手方向他側部近傍であって、その短手方向の中間部近傍とすることが望ましい。

また、上記した本実施例では、引き出し電極２４１，２４２が一主面２２１の一端部２７に引き出されているが、これに限定されるものではなく、一主面２２１に引き出されていればよい。例えば、引き出し電極２４１，２４２が一主面２２１の一端部２７と、一端部２７と対向する他端部とに引き出されてもよい。

また、上記したように、ＡＴカット水晶片の基板２１は、平面視矩形状の一枚板の直方体に成形されているが、これに限定されるものではなく、図５，図６に示すように基板２１の一領域２６に切欠部２０２が形成されてもよい。

図５に示す基板２１では、基板２１の一端部２７の水晶振動片用接合バンプ７２によるそれぞれの接合位置の間に切欠部２０２が形成されている。この場合、水晶振動片２が外部応力の影響を受けるのを抑制することができ、その結果、ＣＩ値を低くし、周波数偏差を抑えることができ、さらに振動撓みを抑えることができる。また、切欠部２０２により引き出し電極２４１，２４２間の電極ショートを防止することができる。なお、図５に示す例では、水晶振動片用接合バンプ７２として金属材料からなる接続バンプを用いることが小型化および高周波化に好適であり、引き出し電極２４１，２４２間の電極ショートを防止するのに好適である。

また、図６に示す基板２１では、基板２１の一領域２６の水晶振動片用接合バンプ７２によるそれぞれの接合位置の間に切欠部２０２が形成され、かつ、基板２１の一端部２７であって直方体の平面視の長手方向の側面に切欠部２０２が形成されている。この場合も図５に示す例と同様に、水晶振動片２が外部応力の影響を受けるのを抑制することができ、その結果、ＣＩ値を低くし、周波数偏差を抑えることができる。そして、図５に示す例と比べて振動撓みを抑えるのに好ましい。また、切欠部２０２により引き出し電極２４１，２４２間の電極ショートを防止することができる。なお、図６に示す例では、水晶振動片用接合バンプ７２として金属材料からなる接続バンプを用いることが小型化および高周波化に好適であり、引き出し電極２４１，２４２間の電極ショートを防止するのに好適である。

また、上記した本実施例では、図３に示すようにＡＴカット水晶片からなる水晶振動片２を用いているが、これに限定されるものではなく、他の圧電振動片であってもよい。具体的に、図７，図８（図８（ａ），図８（ｂ））に示すような音叉型水晶振動片（以下、水晶振動片８とする）であってもよい。

この図７，図８に示す水晶振動片８は、異方性材料の水晶片からエッチング形成される。水晶振動片８の基板８１は、２本の脚部８２１，８２２と基部８３とから構成されてその外周形が略直方体形状からなり、２本の脚部８２１，８２２が基部８３から突出して形成されている。また、２本の脚部８２１，８２２の両主面８４１，８４２には、水晶振動片８の小型化により劣化する直列共振抵抗値を改善させるために、凹部８５が形成されている。

この水晶振動片８の両主面８４１，８４２には、異電位で構成された２つの励振電極８６１，８６２と、これらの励振電極８６１，８６２をベース３の電極パッド（図示省略）に電気機械的に接合させるための引き出し電極８７１，８７２が形成され、引き出し電極８７１，８７２は励振電極８６１，８６２から基部８３に引き出されている。そして、基部８３に形成された引き出し電極８７１，８７２の引き出し先端部８８１，８８２とベース３の電極パッドがサポート材５を介して水晶振動片用接合バンプ７２により接合されて、励振電極８６１，８６２とベース３の電極パッドとが電気機械的に接合される。

上記した励振電極８６１，８６２、および引き出し電極８７１，８７２は、例えば、クロムの下地電極層と、金の上部電極層とから構成された積層薄膜である。この薄膜は、真空蒸着法やスパッタリング法等の手法により全面に形成された後、フォトリソグラフィ法によりメタルエッチングして所望の形状に形成される。また、上記した引き出し電極８７１，８７２の引き出し先端部８８１，８８２とこれに近接する引き出し電極８７１，８７２の一部は、例えば、クロムの下地電極層と、金の中間電極層と、クロムの上部電極層と、から構成された積層薄膜である。この薄膜は、真空蒸着法やスパッタリング法等の手法により全面に形成された後、フォトリソグラフィ法によりメタルエッチングして所望の形状に形成され、クロムの上部電極層のみが部分的にマスクして真空蒸着法等の手法により形成される。さらに、引き出し電極８７１，８７２の引き出し先端部８８１，８８２のうち、水晶振動片８の他主面８４１の、一主面８４２に形成された引き出し先端部８７１，８７２に対向する対向位置８９に形成された引き出し先端部８８１，８８２（図７，図８（ａ）に示す引き出し先端部８８１，８８２）は、その表面のクロムの表面が酸化されて、絶縁材料となっている。または、引き出し先端部８８１，８８２は、その表面の一部のクロムの表面が酸化されて、絶縁材料となっている。ここでいう酸化クロムは、クロムと比べて表面高度が高まったものである。

なお、この図８に示す水晶振動片８では、引き出し電極８７１，８７２の引き出し先端部８８１，８８２の材料は、クロム、金、クロム（Ｃｒ−Ａｕ−Ｃｕ）の順に積層し、表面のクロムが酸化されているが、これに限定されるものではなく、図２に示す水晶振動片と同様に、例えば、クロム、金、ニッケル（Ｃｒ−Ａｕ−Ｃｕ）の順に積層し、表面のニッケルが酸化されてもよい。また、クロム、ニッケル（Ｃｒ−Ｎｉ）の順に積層し、表面のニッケルが酸化されてもよく、ニッケル、クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）の順に積層し、表面のクロムが酸化されてもよい。

また、図８に示すように、水晶振動片８の対向位置８９に形成された引き出し先端部８８１，８８２は、その表面のクロムの表面が酸化されて絶縁材料となっているが、これに限定されることはなく、ＦＣＢ法によるサポート材５への水晶振動片８の超音波接合の際に表面が金からなる電極が剥がれてＦＣＢ装置の超音波を発する部材に固着するのを防止することができれば、例えば、図９（図９（ａ），図９（ｂ））に示すように、水晶振動片８の対向位置８９では基板８１が露出されてもよい。また、上記したように、対向地位８９の引き出し先端部８８１，８８２は、絶縁材料の代わりに表面がクロムからなる材料であってもよい。

また、上記した本実施例にかかる水晶振動子１では、金属材料からなる接続バンプのみを用いているが、接続バンプはこれに限定されるものではなく、非導通性材料の接続バンプからなってもよい。しかしながら、非導通性材料の接続バンプを用いた場合であっても、水晶振動片１の励振電極２３１，２３２とパッケージ６の電極パッドとを導通させるための導通材料（本実施例では金属材料）からなる接続バンプも用いることはいうまでもない。

なお、本発明は、その精神や主旨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、上述の実施例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、水晶振動子などの圧電振動子に適用できる

図１は、本実施例にかかる水晶振動子の概略構成図である。図１（ａ）は、その水晶振動子の内部を公開した概略平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 図２は、本実施例にかかるサポート材の概略平面図である。 図３は、本実施例にかかる水晶振動片の概略平面図である。 図４（ａ）〜４（ｃ）は、本実施の他の例にかかる水晶振動片およびサポート材との接合位置の関係を示した図である。 図５は、本実施の他の例にかかる水晶振動片の概略平面図である。 図６は、本実施の他の例にかかる水晶振動片の概略平面図である。 図７は、本実施の他の例にかかる水晶振動子の内部を公開した概略平面図である。 図８は、図７に示す水晶振動子に保持された水晶振動片の概略構成図である。図８（ａ）は、その水晶振動片の概略平面図である。図８（ｂ）は、その水晶振動片の概略裏面図である。 図９は、本実施の他の例にかかる水晶振動片の概略構成図である。図９（ａ）は、その水晶振動片の概略平面図である。図９（ｂ）は、その水晶振動片の概略裏面図である。

符号の説明

１ 水晶振動子（圧電振動デバイス）
２ 水晶振動片（圧電振動片）
２１ 基板
２２１，２２２ 両主面
２３１，２３２ 励振電極
２４１，２４２ 引き出し電極
２５１，２５２ 引き出し先端部
２６１，２６２ 接合領域
２７ 基板の一端部
２８ 対向位置
２９１，２９２ 高地部分
３ ベース
４ 蓋
５ サポート材
５１ 水晶振動片用接合領域
５２ ベース用接合領域
６ パッケージ
７１ ベース用接合バンプ
７２ 水晶振動片用接合材
８ 音叉型水晶振動片（圧電振動片）
８１ 基板
８４１，８４２ 両主面
８６１，８６２ 励振電極
８７１，８７２ 引き出し電極
８８１，８８２ 引き出し先端部
８９ 対向位置

Claims (2)

1. ベースと蓋とが接合されてパッケージが構成され、前記パッケージの内部の前記ベース上に圧電振動片が保持されるとともに、前記パッケージの内部が気密封止された圧電振動デバイスにおいて、
   前記圧電振動片は、脆性材からなるサポート材を介して前記ベース上に片保持され、
   前記ベースと前記サポートとはベース用接続バンプを介して前記サポート材の複数領域上で超音波接合により電気機械的に接合され、かつ、前記圧電振動片と前記サポート材とは圧電振動片用接続バンプを介して前記圧電振動片の複数領域上で超音波接合により電気機械的に接合され、
   前記圧電振動片は、前記各領域それぞれにおいて、前記ベースとの接合位置に対して平面視近傍位置で複数点により前記サポート材と接合されたことを特徴とすることを特徴とする圧電振動デバイス。
2. 前記ベース用接続バンプと前記圧電振動片用接続バンプは、平面視重畳しない位置に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動デバイス。

Images