JP2008182665A - 積層型の水晶振動子 - Google Patents

Abstract

【課題】気密性を確保した直接接合による積層型の水晶振動子を提供する。
【解決手段】励振電極の設けられた振動子本体が外周の枠部に連接して前記枠部に引出電極４ａ（４ｂ）の延出した第１水晶板１ａと、前記振動子本体に対向する領域に凹部を有して開口端面が前記第１水晶板１ａにおける前記枠部の両主面に直接接合された第２水晶板１ｂ及び第３水晶板１ｃとを備え、前記引出電極４ａ（４ｂ）の延出した枠部の主面から前記枠部を貫通するビアホールによる第１電極貫通孔６ａと前記第２水晶板１ｂに設けたビアホールによる第２電極貫通孔６ｂからなる電極貫通孔をクランク状に接続し、前記外表面の外部端子５と接続した構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は直接接合による積層型の水晶振動子を技術分野とし、特に水晶振動子の外表面への電極導出方法に関する。

（発明の背景）
水晶振動子は周波数制御素子として知られ、各種電子機器等の発振回路に組み込まれる。近年では、小型化やシンプル化に伴い、例えばシロキサン結合による直接接合を用いた積層型の水晶振動子が提案されている。

第９図は一従来例を説明する積層型の水晶振動子の図で、同図（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ断面図、同図（ｂ）は第１水晶板の平面図である。

水晶振動子はそれぞれの結晶軸（ＸＹＺ）を一致させて、第１水晶板１ａの両主面に第２及び第３水晶板１（ｂｃ）を直接接合してなる。第１水晶板１ａは振動子本体として機能する例えば音叉状水晶片２を有し、音叉基部２ａの底面が突出棒３ａを介在させての外周枠部３に連接（結合）してなる。

音叉状水晶片２は長さ方向をＹ軸、幅方向をＸ軸、厚み方向をＺ軸とする。音叉状水晶片２の音叉腕２ｂには図示しない対をなす励振電極が形成され、これらと接続した第１及び第２引出電極４（ａｂ）が音叉基部２ａの一主面から、枠部３の表面を経て両端側の電極パッド４（ｘｙ）として延出する。

第２及び第３水晶板１（ｂｃ）は振動子本体のカバーとして機能し、振動子本体（音叉状水晶片２）に対向した領域に凹部を有する。そして、第１水晶板１ａにおける枠部３の両主面と第２及び第３水晶板１ｃにおける凹部の外周部となる開口端面とが直接接合される。直接接合は鏡面研磨した接合面を親水化（ＯＨ基）して加熱することによってＳi−Ｏ−Ｓiのシロキサン結合とする。

そして、例えば第２水晶板１ｂの両端側の外周部には表面実装用の外部端子５を有し、両端側に設けた電極貫通孔６によって、第１水晶板１ａの第１及び第２引出電極４（ａｂ）が延出した電極パッド４（ｘｙ）と電気的に接続する。電極貫通孔６は水晶と馴染みのよい例えばクロム（Ｃr）を含有した導電ペーストを予め形成された貫通孔に充填して焼成（焼結）によって形成される。これにより、電極パッド４（ｘｙ）と各外部端子５とを電気的に接続するとともに貫通孔を密閉する（いわゆるビアホール）。

このようなものでは、部品点数を第１〜第３水晶板１（ａｂｃ）の３点として構造をシンプル化し、水晶振動子の小型化を促進する。そして、例えば第１〜第３水晶板１（ａｂｃ）の結晶軸（ＸＹＺ）を同一方向とするので、膨張係数も同じとなって温度変化による経時特性も良好とする。
特開平８−２０４４７９号公報 特開２０００２６９７７５号公報 特許第３４０６８４５号明細書 特開２００１−１１９２６３

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の水晶振動子では、第１水晶板１ａの枠部３に延出した第１及び第２引出電極４（ａｂ）の同電極パッド４（ｘｙ）は、第２水晶板１ｂのビアホール（電極貫通孔６）によって導出され、第２水晶板１ｂの外部端子５と接続する。この場合、第１水晶板１ａの枠部３は第２水晶板１ｂの外周と直接接合されるが、第１及び第２引出電極４（ａｂ）及び同電極パッド４（ｘｙ）は基本的に直接接合されない。

これにより、例えば第１０図に示したように、接合界面における第１及び第２引出電極４（ａｂ）を含めて同電極パッド４（ｘｙ）の電極膜厚によって、第１及び第２電極パッド４（ｘｙ）の周囲には電極膜厚に応じた間隙を生じる。したがって、水晶振動子の気密性は基本的にビアホールとした電極貫通孔６によって維持される。

しかし、電極貫通孔６としてのビアホールはクロムの焼結であって原子間結合ではないので、製造条件等によっては必ずしも気密を確実にするとは言えない。そして、電極貫通孔６は第２水晶板１ｂのみに設けられるので、水晶振動子の低背化が進むほどシールパスが短くなる。このことから、気密性を確保することが困難になる問題があった。

（発明の目的）
本発明は気密性を確保した直接接合による積層型の水晶振動子を提供することを目的と
する。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、励振電極の設けられた振動子本体が外周の枠部に連接して前記枠部に引出電極の延出した第１水晶板と、前記振動子本体に対向する領域に凹部を有して開口端面が前記第１水晶板における前記枠部の両主面に直接接合された第２及び第３水晶板とを備え、前記引出電極が前記第２及び第３水晶板の少なくとも一方の外表面に前記枠部に設けられたビアホールによる電極貫通孔によって導出され、前記外表面の外部端子と接続した積層型の水晶振動子において、前記枠部の電極貫通孔は前記引出電極の延出した枠部の主面から前記枠部を貫通する第１電極貫通孔と少なくとも前記第２又は第３水晶板の一方に設けた第２電極貫通孔からなる構成とする。

このような構成であれば、第１及び第２電極貫通孔が第１水晶板と第２又は第３水晶板の少なくとも一方に形成されるので、電極貫通孔によるシールパスを長くできる。したがって、水晶振動子の気密性を確保できる。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記第１及び第２電極貫通孔は前記第１水晶板と前記第２又は第３水晶板との異なる位置に形成されてクランク状とする。これにより、第１又は第２電極貫通孔の少なくともいずれか一方の気密が維持されれば、気密性を確保できる。

同請求項３では、請求項２において、前記第１水晶板に設けられた前記第１電極貫通孔は異なる位置に設けた第３及び第４電極貫通孔からなる。これにより、第３及び第４電極貫通孔と前述の第２電極貫通孔の３つとなるので、さらに気密性を確保しやすい。

同請求項４では、請求項１において、前記第１及び第２電極貫通孔は前記第１水晶板と前記第２又は第３水晶板との対応する位置に形成されて直線状とする。これによれば、第１及び第２電極貫通孔６を直線状とするので、例えば第１〜第３水晶板を直接接合した後、第２又は第３水晶板の外表面からビアホールを形成する導電ペーストの充填工程が１回で済む。

同請求５では、請求項４において、前記第１電極貫通孔と前記第２貫通孔とは径の大きさを異ならせる。これにより、第１及び第２貫通孔の設けられた第１水晶板と例えば第２水晶板とを直接接合する際、第１及び第２貫通孔の位置合わせが容易になる。

同請求項６では、請求項１において、前記水晶振動子は前記外部端子と接続した実装端子としての金属板を除いて樹脂モールドされる。これにより、脆性材である水晶自体が露出しないので、破損等を防止できる。

（第１実施形態）
第１図及び第２図（ａｂ）は本発明の第１実施形態を説明する図で、第１図は水晶振動子の断面図、第２図（ａ）は第１水晶板の平面図、同図（ｂ）は同断面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。

水晶振動子は前述したように振動子本体としての枠部３を有する第１水晶板１ａと、カバーとしての凹部を有する第２及び第３水晶板１（ｂｃ）とを直接接合してなる。振動子本体としての第１水晶板１ａは前述同様に音叉状水晶片２を有する。そして、音叉腕２ｂに設けた対をなす励振電極と接続する第１及び第２引出電極４（ａｂ）が音叉基部２ａ及び突出棒３ａの一主面を経て、枠部３の一端側及び他端側に電極パッド４（ｘｙ）として延出する。

電極パッド４（ｘｙ）はそれぞれビアホールによる第１電極貫通孔６ａによって、他主
面の電極パッド７（ｘｙ）に接続する。第１電極貫通孔６ａはそれぞれ枠部の内周寄りとする。電極パッド７（ｘｙ）は第１ビアホール６ａよりも外周寄りに形成され、第２水晶板１ｂの外部端子５とビアホールによる第２電極貫通孔６ｂによって接続する。第２電極貫通孔６ｂは一端側及び他端側の外周部（肉厚部）に形成され、第１電極貫通孔６ａとは離間して外周寄りとなる。

第１及び第２電極貫通孔６（ａｂ）はいずれも接合界面の領域内となり、言わば、接合界面の領域内にクランク状とする第１及び第２電極貫通孔６（ａｂ）を設ける。これらにより、第１及び第２引出電極４（ａｂ）は、特に、第１及び第２水晶板１（ａｂ）に設けたクランク状の第１及び第２電極貫通孔６（ａｂ）によって、第２水晶板１ｂの外表面に導出される。そして、電極貫通孔６（ａｂ）はそれぞれの外部端子５に接続する。

これらは、例えば第３図（ａ〜ｆ）に示したように、先ず、第１水晶板１ａに図示しない励振電極並びに基部の一主面から延出した第１及び第２引出電極４（ａｂ）の電極パッド（４ｘｙ）を枠部３の一端側及び他端側に形成する。これらは、第１水晶板１ａのフォトリソ技術を用いたエッチングによる水晶ウェハからの外形加工時に一体的に形成される。あるいは外形加工後に蒸着やスパッタによって形成される。これらの各電極はクロム（Ｃr）を下地電極として金（Ａu）メッキされる。

次に、第１水晶板１ａの一主面に第３水晶板１ｃを直接接合する「第３図（ａ）」。そして、エッチングによって第１水晶板１ａに第１貫通孔６ｍを形成する「第３図（ｂ）」。この場合、エッチング液はフッ酸として、金はエッチングされず第１貫通孔６ｍのみが形成される。あるいは、公知のドライエッチング技術を用いて貫通孔６ｍを形成する。そして、第１貫通孔６ｍにクロムからなる導電ペーストを充填して焼結し、ビアホールによる第１電極貫通孔６ａを形成する「第３図（ｃ）」。

これにより、第１電極貫通孔６ａは第１水晶板１ａの一主面における両端側の各電極パッド４（ｘｙ）に接続する。そして、第１水晶板１ａの他主面に露出した第１電極貫通孔６ａに接続して外周寄りの電極パッド７（ｘｙ）を蒸着等によって形成する「第３図（ｄ）」。

次に、第１水晶板１ａの他主面に第２水晶板１ｂを直接接合する「第３図（ｅ）」。ここでは、第２水晶板１ｂの両端側には直接接合前に、第２貫通孔６ｎがエッチングによって予め形成される。そして、前述同様に、導電ペーストを充填して焼結し、第２電極貫通孔６ｂを形成する「第３図（ｆ）」。最後に、第２水晶板１ｂの外表面（外底面）に下地を蒸着等として金メッキとした外部端子５を形成する（第１図）。

このような構成であれば、第１と第２水晶板１ｂとの接合界面の領域内にて、第１及び第２水晶板１（ａｂ）の第１及び第２電極貫通孔６（ａｂ）を経て、第１水晶板１ａの引出電極４（ａｂ）を第２水晶板１ｂの外表面に導出して外部端子５に接続する。したがって、従来例の第２水晶板１ｂのみに形成した場合に比較し、電極貫通孔６のシールパスを長くするので、気密漏れを防止する。

また、ここでは第１及び第２電極貫通孔６（ａｂ）を第１及び第２水晶板１（ａｂ）の異なる位置に形成する。したがって、例えば第１電極貫通孔６ａあるいは第２電極貫通孔６ｂに気密漏れがあっても、いずれか一方の電極貫通孔６ａ又は６ｂが確実に密閉されていれば、気密性を確実に確保できる。

（第２実施形態）
第４図は本発明の第２実施形態を説明する水晶振動子の特に両端側の断面図である。なお、前実施形態と同一部分の説明は省略又は簡略する。

第２実施形態では、第１水晶板１ａ（振動子本体）の一主面の一対の引出電極４（ａｂ）が延出した両端側の第１電極貫通孔６ａを、互いに隣接した第３及び第４電極貫通孔６（ｃｄ）から形成する。そして、第１水晶板１ａの他主面側で導電路を含む電極パッド８（ｘｙ）等によって第３及び第４電極貫通孔６（ｃｄ）を電気的に接続する。

さらに、第４電極貫通孔６ｄは電極パッド９（ｘｙ）を経て、第３水晶板１ｃに設けた第２電極貫通孔６ｂに接続する。第２電極貫通孔６ｂは第３水晶板１ｃの外表面に形成された外部端子５に接続する。

これらは、例えば、先ず、水晶板の一主面に第３及び第４電極貫通孔６（ｃｄ）の接続する電極パッドを形成した後、他主面側からのエッチングによって第３及び第４貫通孔を形成する。そして、導電ペーストを充填して焼結し、第３及び第４電極貫通孔６（ｃｄ）を形成する。次に、第１水晶板１ａの他主面側に露出した第３及び第４電極貫通孔６（ｃｄ）上に蒸着等によって電極パッド８（ｘｙ）としての金属膜（クロム等）を設けて電気的に接続する。

次に、第１水晶板１ａの両主面に第２及び第３水晶板１（ｂｃ）を直接接合する。第３水晶板１ｃの両端側には、第２貫通孔が予め形成される。これにより、第１水晶板１ａの一主面に設けられて第４電極貫通孔６ｄと電気的に接続した、第２貫通孔内の電極パッド９ｘが露出する。そして、第２貫通孔に導電ペーストを充填して焼結し、第２電極貫通孔６ｂを形成する。最後に、第３水晶板１ｃの外表面に露出した第２電極貫通孔６ｂ上に蒸着等によって外部端子５を形成する。

このような構成であれば、第１水晶板１ａの第１電極貫通孔６ａは第３及び第４電極貫通孔６（ｃｄ）からなり、各引出電極４（ａｂ）は３個の電極貫通孔６（ｃｄｂ）を経て外表面に導出される。したがって、シールパスを第１実施形態よりもさらに長くするとともに、異なる位置に設けられた第２、第３及び第４電極貫通孔６のいずれかが密閉されていれば、気密性を確実にする。

（第３実施形態）
第５図は本発明の第３実施形態を説明する水晶振動子の断面図である。なお、前実施形態と同一部分の説明は省略又は簡略する。

第３実施形態では第１水晶板１ａに設けた第１貫通孔６ａと例えば第２水晶板１ｂに設けた第２貫通孔６ｂとを直線状として、第２水晶板１ｂの外表面に引出電極４（ａｂ）を導出する。そして、第２水晶板１ａの外表面に設けた外部端子５と接続する。

これらは、例えば、先ず、励振電極及び一端及び他端側に引出電極４（ａｂ）から延出した電極パッド４（ｘｙ）を一主面に有する第１水晶板１ａと第２及び第３水晶板１（ｂｃ）とを直接接合する。そして、第２水晶板１ｂの外表面の両端側からエッチングによって貫通孔を形成し、第１水晶板１ａの各電極パッド４（ｘｙ）を露出する。

あるいは、先ず、第１水晶板１ａの電極パッドの形成された一主面に第３水晶板１ｃを直接接合する。そして、第１水晶板１ａに他主面から貫通孔を形成し、電極パッド４（ｘｙ）を露出する。次に、貫通孔の設けられた第２水晶板１ｂを第１水晶板１ａの他主面に直接接合して、第１及び第２貫通孔を直線状として各電極パッド４（ｘｙ）を露出する。

最後に、直線状となった第１及び第２貫通孔に導電ペーストを充填して焼結し、直線状の第１及び第２電極貫通孔６（ａｂ）を形成する。そして、蒸着等によって第２水晶板１ｂの外表面に露出した第２電極貫通孔６ｂ上に外部端子５を形成する。

この場合でも、第１電極貫通孔６ａを第１水晶板１ａに形成して電極貫通孔のシールパスを長くするので、気密性を確保できる。そして、ここでは、第１及び第２水晶板１（ａｂ）の電極貫通孔６（ａｂ）を直線状とするので、導電ペーストの充填作業は１回で済み、製造工程を簡易にする。

（第４実施形態）
第６図は本発明の第４実施形態を説明する水晶振動子の断面図である。なお、前実施形態と同一部分の説明は省略又は簡略する。

第４実施形態では、第３実施形態での第１及び第２水晶板１（ａｂ）に形成された第１及び第２電極貫通孔６（ａｂ）の径を異ならせる。例えば第２水晶板１ｂの第２貫通孔６ｂを第１水晶板１ａのそれよりも大きくする。このようにすれば、第１及び第２水晶板１（ａｂ）を直接接合した際、第１及び第２貫通孔の位置誤差を吸収して直線状にできる。

（他の事項）
上記実施形態では一対の引出電極４（ａｂ）の延出した各電極パッドは第１水晶板１ａの一主面に形成したが、例えば、各引出電極４（ａｂ）を両端側の互いに反対面に形成されてあっても適用できる。この場合、例えば第７図に示したように、電極貫通孔６は各電極パッドの形成された面とは反対側の方向からエッチングされて、第２及び第３水晶板１（ｂｃ）の外表面に引出電極４（ａｂ）が導出される。そして、外部端子５を両側面の外周表面の全周に設ける。

また、第１及び第２実施形態では、第１及び第２電極貫通孔６（ａｂ）は第１水晶板１ａの両端側の中央領域に設けて長さ方向に配置したが、第１及び第２電極貫通孔６（ａｂ）を幅方向に配置してビアホールの形成を容易にもよい。そして、各実施形態において第１水晶板１ａは音叉状水晶片２を対象としたが、例えばＡＴカットとした平板状の水晶片でもよくこれらは任意に選択できる。

さらに、例えば第８図（ａｂ）に示したように、第１〜第３水晶板１（ａｂｃ）を積層した水晶振動子を全体的に樹脂モールドし、破損等を防止するようにしてもよい。例えば水晶振動子の外部端子５とワイヤーボンディングによる導線７を実装端子としての金属板８に接続して樹脂モールドする「第８図（ａ）」。この場合、水晶振動子の底面にはこれを底上げする補助板８ａが設けられる。金属板８及び補助板８ａは予め図示しない枠に接続し、樹脂モールド後に枠から切除される。

あるいは、バンプを用いた熱圧着等によって水晶振動子の外部端子５を図示しない枠に接続した金属板８に接合し、樹脂モールドする。そして、樹脂モールド後に金属板８を枠から切除する。これらにより、水晶振動子の全体が樹脂モールドされて水晶自体が露出しないので、水晶を保護して破損等を防止する。

本発明の第１実施形態を説明する水晶振動子の断面図である。 本発明の第１実施形態を説明する第１水晶板の平面図、同図（ｂ）は断面図である。 本発明の第１実施形態の製造過程を説明する水晶振動子の断面図である。 本発明の第２実施形態を説明する水晶振動子の断面図である。 本発明の第３実施形態を説明する水晶振動子の断面図である。 本発明の第４実施形態を説明する水晶振動子の断面図である。 本発明の他の実施形態を説明する水晶振動子の断面図である。 本発明のさらに他の実施例を説明する水晶振動子の断面図である。 従来を説明する図で、同図（ａ）は水晶振動子の同図（ｂ）のＡ−Ａ断面図、同図（ｂ）は第１水晶板の平面図である。 従来例を説明する水晶振動子の一部拡大断面図である。

符号の説明

１（ａｂｃ） 第１〜第３水晶板、２ 音叉状水晶片、３ 枠部、４（ａｂ） 引出電極、４（ｘｙ）、７（ｘｙ）、８（ｘｙ）、９（ｘｙ） 電極パッド、５ 外部端子、６ 電極貫通孔、７ 導線、８ 金属板。

Claims (6)

1. 励振電極の設けられた振動子本体が外周の枠部に連接して前記枠部に一対の引出電極の延出した第１水晶板と、前記振動子本体に対向する領域に凹部を有して開口端面が前記第１水晶板における前記枠部の両主面に直接接合された第２及び第３水晶板とを備え、前記引出電極が前記第２及び第３水晶板の少なくとも一方の外表面に、前記枠部に設けられたビアホールによる電極貫通孔によって導出され、前記外表面の外部端子と接続した積層型の水晶振動子において、
   前記枠部の電極貫通孔は前記引出電極の延出した枠部の主面から前記枠部を貫通する第１電極貫通孔と少なくとも前記第２又は第３水晶板の一方に設けた第２電極貫通孔からなることを特徴とする積層型の水晶振動子。
2. 請求項１において、前記第１及び第２電極貫通孔は前記第１水晶板と前記第２又は第３水晶板との異なる位置に形成されてクランク状とした積層型の水晶振動子。
3. 請求項２において、前記第１水晶板に設けられた前記第１電極貫通孔は異なる位置に設けた第３及び第４電極貫通孔からなる積層型の水晶振動子。
4. 請求項１において、前記第１及び第２電極貫通孔は前記第１水晶板と前記第２又は第３水晶板との対応する位置に形成されて直線状とした積層型の水晶振動子。
5. 請求項４において、前記第１電極貫通孔と前記第２電極貫通孔とは径の大きさを異ならせた積層型の水晶振動子。
6. 請求項１において、前記水晶振動子は前記外部端子と接続した実装端子としての金属板を除いて樹脂モールドされた積層型の水晶振動子。