JP2009232449A - 圧電振動子及び発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】
特性を劣化させることなく、従来よりも遥かに薄型化し、コンパクト化を図る。
【解決手段】
ガラス材料からなるベース基板２と、ベース基板２に対向させた状態でベース基板２に陽極接合されたガラス材料からなるリッド基板３と、ベース基板２とリッド基板３との間に形成されたキャビティ１６内に収納された状態で、ベース基板２の上面に接合された圧電振動片４と、を備えた圧電振動子１において、圧電振動片４が、ＡＴモードで発振する圧電振動片４であり、かつ、ベース基板２の上面にバンプ接合され、ベース基板２のガラス材料の熱膨張係数が、８．５×１０^−６〜２０×１０^−６／℃である。また、ベース基板２とリッド基板３とが陽極接合された接合部分の幅が５０μｍ〜３００μｍである。
【選択図】図３

Description

本発明は、接合された２枚の基板の間に形成されたキャビティ内に圧電振動片が封止された表面実装型（ＳＭＤ）の圧電振動子、特に圧電振動子の大きさが３．２ｍｍ×２．５ｍｍ以下の小型パッケージ圧電振動子及び発振器に関するものである。

近年、携帯電話や携帯情報端末機器には、時刻源や制御信号等のタイミング源、リファレンス信号源等として水晶等を利用した圧電振動子が用いられている。この種の圧電振動子は、様々なものが知られているが、その１つとして、表面実装型の圧電振動子が知られている。この種の圧電振動子は、引き回し電極が形成されたベース基板上に圧電振動片が導電性接着剤で固定され、リッド基板で封止されたものが一般的に知られている（特許文献１参照）。

ここで、ベース基板上に圧電振動片が導電性接着剤で固定された圧電振動子について簡単に説明する。即ち、図１４に示すように、圧電振動子２００は、圧電振動片２０３と、凹型に形成されたベース基板２０１と、ベース基板２０１に接合面２０８で接合されたリッド基板２０２とから構成されている。

圧電振動片２０３は、水晶等の圧電材料から形成されており、圧電振動片２０３を挟んで、該圧電振動片２０３を振動させるための励振電極２０５ａ、２０５ｂがパターニングされている。圧電振動片２０３は、ベース基板２０１上に形成された引き回し電極２０７ａ、２０７ｂ上に励振電極２０５ａ、２０５ｂ、導電性接着剤２０４を介して接合される。

ベース基板２０１には凹部が形成され、リッド基板２０２で封止することでキャビティ２０９が構成される。該圧電振動片２０３は前記キャビティ２０９内に収納される。

ベース基板２０１は、セラミック基板で構成され、ベース基板２０１の底面には、側面に亘って外部電極２０６ａ、２０６ｂが形成されている。このうち一方の外部電極２０６ａが、引き回し電極２０７ａを介して圧電振動片２０３の一方の励振電極２０５ａに電気的に接続されており、他方の外部電極２０６ｂが、引き回し電極２０７ｂを介して圧電振動片２０３の他方の電極２０５ｂに電気的に接続されている。

リッド基板２０２は、セラミック基板あるいは金属基板で構成され、ベース基板２０１上の接合面２０８でシーム溶接あるいはＡｕ−Ｓｎ溶接されて、キャビティ２０９を封止する。

特開２０００−１２４７５５号公報

しかしながら、従来の圧電振動子２００には、以下の課題が残されている。

始めに、近年の電子機器の小型化に伴って、これら各種の電子機器に搭載される圧電振動子２００に関してもさらなる小型化が求められている。小型化が進んでいくと、圧電振動片２０３の励振電極２０５ａ、２０５ｂや引き回し電極２０７ａ、２０７ｂのサイズも小さくなる。それに伴って、励振電極２０５ａ、２０５ｂと引き回し電極２０７ａ、２０７ｂとを接続する導電性接着剤２０４の接着領域も小さくなってくる。ところが、導電性接着剤２０４は流動性があり接着面積が広がるため、接着領域を小さくすることは困難を伴う。一方、接着領域を確保するために励振電極２０５ａ、２０５ｂの接着領域を大きくする方法も考えられるが、励振電極２０５ａ、２０５ｂの接着領域を大きくすると圧電振動片２０３の振動する部分の領域が小さくなり、特性を劣化させるという課題がある。

さらに、導電性接着剤２０４は凝固するまでに時間がかかるので、その間圧電振動片２０３を保持している、あるいは、導電性接着剤２０４が凝固する時、圧電振動片２０３の自重でベース基板２０１に平行になるようにあらかじめ圧電振動片２０３を斜めに傾けて接着する方法を取らなければならなかった。そこで励振電極２０５ａ、２０５ｂと引き回し電極２０７ａ、２０７ｂとを接続する方法として、バンプ接合が試みられている。バンプ接合は金属の超音波接合のため、接着部の面積が小さくても、強固に接着が可能である。しかし、強固に接着してしまうが故にベース基板２０１であるセラミック基板の熱膨張係数と圧電振動片２０３の熱膨張係数との差により、大きな応力が圧電振動片２０３にかかってしまう。圧電振動片２０３に応力がかかると温度特性が大きく変化し、性能を悪くしてしまうという課題がある。

また導電性接着剤２０４は、凝固する時あるいは凝固した後に含有する溶剤が揮発するため、アウトガスが発生する。このため、導電性接着剤２０４を凝固させるときに、十分溶剤が揮発するように熱処理を行っている。しかし、熱処理で揮発しきれなかった溶剤が長期的な使用の間にキャビティ２０９内にガスが溜まり、圧電振動子２００の特性、特に周波数特性を変化させてしまうという課題がある。
さらに導電性接着剤２０４は、有機溶剤が含まれているため、熱環境により硬度や強度が変化する可能性がある。このため、圧電振動子２００が長期的に熱環境下におかれている場合、導電性接着剤２０４の状態が変化し、圧電振動子２００の周波数やインピーダンスを変化させてしまうという課題があった。

また、圧電振動子２００の小型化が進むと、ベース基板２０１とリッド基板２０２との接合面２０８の幅（圧電振動子２００の外周とキャビティ２０９との間の距離）が小さくなる。ベース基板２０１とリッド基板２０２との接合には、シーム溶接が多く用いられているが、溶接時に大きな圧力を印加させるため、接合面２０８の幅が小さいと圧力に耐えることができず、割れや欠けを生じるという課題もある。逆に、圧電振動子２００の小型化を進めた場合でも接合面２０８の幅を小型化の比率に伴うように縮小させず、これまでの２００μｍ程度にする方法もある。この場合、キャビティ２０９の大きさが小さくなり、しいては圧電振動片２０３の大きさが小さくなるため、圧電振動片２０３の性能であるインピーダンスが上昇し、性能を劣化させてしまうという課題が残る。

本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、特性を劣化させることなく、従来よりも遥かに薄型化し、コンパクト化を図ることができる表面実装型の圧電振動子を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。

本発明に係る圧電振動子は、ベース基板と、前記ベース基板に対向させた状態で該ベース基板に接合されたリッド基板と、前記ベース基板と前記リッド基板との間に形成されたキャビティ内に収納された状態で、前記ベース基板のキャビティ側の面に接合された圧電振動片と、を備えた圧電振動子である。また前記圧電振動片が、ＡＴモードで発振する圧電振動片であり、かつ、前記ベース基板の上面にバンプ接合され、前記ベース基板が、熱膨張係数が８．１×１０^−６〜１８×１０^−６／℃のガラス材料からなることを特徴とするものである。

また、本発明に係る圧電振動子は、前記リッド基板がガラス材料からなり、前記ベース基板と前記リッド基板とが陽極接合されていることを特徴とするものである。また、本発明に係る圧電振動子は、前記ベース基板と前記リッド基板との接合部分の幅が、５０μｍ〜３００μｍである。

本発明に係る発振器は、本発明の圧電振動子と、前記圧電振動片に駆動電圧を印加する駆動回路と、を備えていることを特徴とするものである。

本発明に係る圧電振動子によれば、圧電振動片の励振電極とベース基板上の引き回し電極とがバンプ接合されることになり、引き回し電極と励振電極との接着領域の面積を従来よりも遥かに小さくすることができるという効果がある。さらに、圧電振動片の励振電極の接着領域も小さくすることができるため、圧電振動片の励振領域を大きくとることができ、インピーダンス特性の向上や振動片の設計容易さを得ることができるという効果がある。上記引き回し電極及び励振電極の接着領域を小さくすることができるということは、圧電振動子や圧電振動片のサイズを従来に比べてはるかに小さくすることができるという効果が得られる。また圧電振動片とベース基板とをバンプ接合していることにより、圧電振動片とベース基板とが強固に接合され、耐衝撃性に非常に強いという効果がある。

さらに、バンプボールは長期使用時もアウトガスの発生がないため、圧電振動子の安定した特性を長期に渡り維持することができるという効果がある。さらに、バンプボールは熱環境によって経時変化することはないので、圧電振動子の安定した特性を長期に渡り維持することができる。またベース基板と圧電振動片とがバンプ接合されることにより、バンプボールの厚み分、圧電振動片はベース基板から浮いた状態で保持されるので、ベース基板側に振動の妨げを回避するための凹みを形成する必要がなくなり、ベース基板を形成する製造工程が簡素化されるという効果がある。しかも、本発明に係る圧電振動子によれば、ＡＴモードで発振する圧電振動片を接着するベース基板を、このＡＴモードで発振する圧電振動片の熱膨張係数に近い８．１×１０^−６〜１８×１０^−６／℃の熱膨張係数を有するガラス材料で構成したため、環境温度変化によって生じるベース基板と圧電振動片との熱膨張差による応力が小さい。そのため、小型化のために上述したバンプ接合を採用した場合でも、圧電振動片の温度特性を劣化させることがないという効果がある。

また本発明に係る圧電振動子によれば、ガラス材料のベース基板及びリッド基板が陽極接合されているため、圧電振動子の外周とキャビティとの間の距離である、ベース基板とリッド基板とが接合された接合部分の幅を小さくすることができ、圧電振動子の大きさを小さくすることができる。特に、接合部分の幅は５０μｍ〜３００μｍとすることができる。一方、圧電振動子の大きさが同じ場合、ベース基板とリッド基板とが接合された接合部分の幅を小さくすることで、キャビティの大きさを大きくすることができ、しいては圧電振動片の大きさを大きくすることができる。圧電振動片の大きさが大きいと、インピーダンス特性など圧電振動片の特性を向上させる効果がある。さらにベース基板とリッド基板とが陽極接合されているため、キャビティ内を真空に封止することが可能である。今後圧電振動片の大きさが小さくなると、空気の抵抗が特性に大きく影響を及ぼすため、本発明に係る圧電振動子によれば圧電振動片の特性を向上させる効果がある。

本発明に係る実施例１の圧電振動子を示す外観斜視図である。 実施例１の圧電振動子の内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態で圧電振動片を上方から見た図である。 実施例１の圧電振動子のＡ−Ａ断面図である。 実施例１の圧電振動子の分解斜視図である。 本発明に係る圧電振動子の実施例２を示すＡ−Ａ断面図である。 本発明に係る圧電振動子の実施例３を示すＡ−Ａ断面図である。 本発明に係る圧電振動子の実施例４の内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態で圧電振動片を上方から見た図である。 実施例１の圧電振動子の内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態で圧電振動片を上方から見た図である。 実施例１の圧電振動子のマウント位置に関する内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態で圧電振動片を上方から見た図である。 本発明に係る圧電振動子の実施例５の内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態で圧電振動片を上方から見た図である。 実施例５の圧電振動子のＢ−Ｂ断面図である。 本発明に係る圧電振動子の実施例６の内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態で圧電振動片を上方から見た図である。 本発明における発振器の上面図である。 従来の圧電振動子の断面図である。

以下、本発明に係る圧電振動子の実施例１から実施例６について、図１から図１２を参照して説明し、本発明に係る発振器について図１３を参照して説明する。

圧電振動子１は、図１から図４に示すように、ベース基板２とリッド基板３とで２層に積層された箱状に形成されており、内部のキャビティ１６内に圧電振動片４が収納された表面実装型の圧電振動子である。

図１から図４の説明をする。図１において、ベース基板２は接合膜２３を介してベース基板２に接続されている。前記ベース基板２の前記接合膜２３面の裏面（紙面下方側）には外部電極２１および外部電極２２が形成されている。

前記ベース基板２には図３にて示されるスルーホール２４、２５が形成されており、前記スルーホール２４、２５の内部には貫通電極１３、１４が形成されている。前記リッド基板３には矩形状のキャビティ１６が形成されている。前記貫通電極１３、１４は前記外部電極２１、２２にそれぞれ電気的に接続されている。また、前記貫通電極１３、１４は前期ベース基板２の前記キャビティ１６側の表面に形成される引き回し電極９、１０にそれぞれ電気的に接続されている。前記引き回し電極９、１０は圧電振動片４を保持するバンプ１１、１２へそれぞれ接続される。前記圧電振動片４は水晶の圧電材料から形成されたＡＴカット型の振動片であり、所定の電圧が印加されたときに振動するものである。

図２に示すように前記引き回し電極９、１０は圧電振動子４から離れた位置に迂回するようパターニングされ前記バンプ１１、１２へと導通される。前記バンプ１１、１２は圧電振動子の表面に形成されるマウント電極７、８と接続されている。前記マウント電極７、８は図３に示されるように、前記マウント電極７は前記圧電振動片４の側面に形成された側面電極１５を経由して励振電極５へと電気的に接続されている。前記マウント電極８は前記圧電振動片４の裏面（図３紙面下方側）に形成されている励振電極６へと電気的に接続されている。また、図３において、前記接合膜２３が形成されている領域のことを接合面２０と呼ぶ。また上記構成を総じて圧電振動子１と呼ぶ。

図４は実施例１の圧電振動子の分解斜視図であり、図面を見易くするために前記貫通電極１３、１４、前記スルーホール２４、２５の図示を省略している。

励振電極５、６、マウント電極７、８、側面電極１５は、例えば、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）等の導電性膜の被膜、あるいはこれら導電性膜のいくつかを組み合わせた積層膜より形成されたものである。

このように構成された前記圧電振動片４は、図２及び図４に示すように、金等のバンプ１１、１２を利用して、ベース基板２の上面にバンプ接合されている。より具体的には、ベース基板２の上面にパターニングされた後述する引き回し電極９、１０上に形成された２つのバンプ１１、１２上に、一対のマウント電極７、８がそれぞれ接触した状態でバンプ接合されている。これにより、圧電振動片４は、ベース基板２の上面からバンプ１１、１２の厚さ分、浮いた状態で支持されると共に、マウント電極７、８と引き回し電極９、１０とがそれぞれ電気的に接続された状態となっている。

前記リッド基板３は、ガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる透明の絶縁基板であり、図１から図４に示す例では、前記ベース基板２が接合される接合面側には、前記圧電振動片４が収まるサイズの前記キャビティ１６が形成されている。前記キャビティ１６は、両基板２、３が重ね合わせることにより圧電振動片４を密封し収容することが出来る。そして、前記リッド基板３は、このキャビティ１６を前記ベース基板２側に対向させた状態で前記ベース基板２に対して陽極接合されている。

前記ベース基板２は、前記リッド基板３と同様にガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる透明な絶縁基板であり、前記リッド基板３に対して重ね合わせ可能な大きさで板状に形成されている。

図１から図４及に示す実施例１において、ベース基板２を真っ直ぐに貫通したスルーホール２４、２５を例に挙げて説明したが、この場合に限られず、例えばベース基板２の下面に向かって漸次径が縮径するテーパー状に形成しても構わない。いずれにしても、ベース基板２を貫通していれば良い。

そして、前記貫通電極１３、１４は、前記スルーホール２４、２５を完全に塞いで前期キャビティ１６内の気密を維持していると共に、前記外部電極２１、２２と前記引き回し電極９、１０とを導通させる役割を担っている。前記スルーホール２４、２５と前記貫通電極１３、１４との間の隙間は、ベース基板２のガラス材料と熱膨張係数を合わせたガラスフリット材を用いて完全に塞ぐことができる。

前記接合膜２３や一対の引き出し電極９、１０は導電性材料（例えば、アルミニウム、シリコンなど）を用いて所定の形状にパターニングされる。このうち前記接合膜２３は、前記リッド基板３に形成された前記キャビティ１６の周囲を囲むように前記ベース基板２の周縁に沿って形成されている。

また、前記引き回し電極９、１０と前記貫通電極１３、１４の位置関係について詳細に説明する。図２から図４に示すように、一方の引き回し電極９は、前記圧電振動片４のマウント電極７、８側に位置するように一方の貫通電極１３の真上に形成されている。また、他方の引き回し電極１０は、一方の引き回し電極９に隣接した位置から、圧電振動片４に沿って、ベース基板２上の貫通電極１３と対向する側に引き回しされた後、他方の貫通電極１４の真上に位置するように形成されている。

上記の構成により、前記圧電振動片４の前記励振電極５は前記側面電極１５からマウント電極７、一方の引き回し電極９、貫通電極１３を介して外部電極２１へと導通し、前記圧電振動片４の前記励振電極６は前記マウント電極８から引き回し電極１０、貫通電極１４を介して外部電極２２へと導通する。

次にベース基板２やリッド基板３を構成するガラス材料の熱膨張係数について説明する。本実施例では、ベース基板２やリッド基板３を構成するガラス材料の熱膨張係数を８．１×１０^−６〜１８×１０^−６／℃としている。これは本実施例の圧電振動片４で用いられる、ＡＴカット振動片の熱膨張係数に合わせたためである。ＡＴカット振動片の熱膨張係数は、文献等により多少数値は異なるが、Ｘ軸方向１３．７×１０^−６／℃、Ｙ軸方向９．６×１０^−６／℃、Ｚ’軸方向１１．６×１０^−６／℃である。ＡＴカット振動片の熱膨張係数はチップ毎にばらつきを持っているため、本実施例のガラス材料ではこれらばらつきを吸収するために、熱膨張係数のばらつき範囲を８．１×１０^−６〜１８×１０^−６／℃に限定した。
ここで、バンプ接合の位置やバンプの数とガラス材料の熱膨張係数の限定範囲には関係がある。図８に示すようにマウント電極７、８に対し、圧電振動片４のＺ’軸方向にバンプ１１、１２が複数並ぶ場合、ガラス材料の熱膨張係数のばらつきは前記Ｚ’軸方向の熱膨張係数の±３０％前後に相当する８．１×１０^−６〜１５．１×１０^−６／℃がより望ましい。これは、圧電振動片４のＺ’軸方向の熱膨張係数は１１．６×１０^−６／℃近辺にあるためである。
また、図９に示すようにマウント電極７、８に対し、圧電振動片４のＸ軸方向にバンプ１１、１２が複数並ぶ場合、ガラス材料の熱膨張係数のばらつきはこれは前記Ｘ軸方向の熱膨張係数に比較的近い±３０％前後に相当する９．６×１０^−６〜１８×１０^−６／℃がより望ましい。これは、圧電振動片４のＸ軸方向の熱膨張係数は１３．７×１０^−６／℃近辺にあるためである。

以上より、ガラス材料の熱膨張係数は８．１×１０^−６〜１８×１０^−６／℃の範囲内にあることが望ましい。

ここで、ベース基板２と圧電振動片４とを強固なバンプ接合で接合すると、前記ベース基板２と前記圧電振動片４との熱膨張の差により前記圧電振動片４のマウント電極７、８近辺に大きな応力が掛かってしまう。前記圧電振動片４は応力を受けると、周波数や温度特性などが大きく変化してしまう。特に実施例１で用いられるＡＴカット振動子の場合、周波数の安定性や温度特性の安定性が重要となるため、大きな問題となる。

従来の圧電振動子では、ベース基板２にセラミック基板が用いられてきている。セラミック基板の熱膨張係数は７×１０^−６／℃程度で、ＡＴカット振動子の熱膨張係数より小さい。このため、仮に圧電振動片４とベース基板２とをバンプ接合した場合、従来の圧電振動片に大きな応力が掛かり、周波数や温度特性に悪影響を及ぼす。そのため、セラミックのベース基板と前記圧電振動片との接合には導電性接着剤が用いられ、前記ベース基板と前記圧電振動片を柔らかく接合する方法が採られている。

上記従来例での課題を解決するために、実施例１では圧電振動片４とベース基板２とをバンプ接合すると共に、ベース基板２を熱膨張係数８．１×１０^−６〜１８×１０^−６／℃としたガラス材料で構成することを特徴としている。これにより、前記ベース基板２と前記圧電振動片４との熱膨張係数の差により前記圧電振動片４のマウント電極７、８近辺にかかる応力を緩和することができ、周波数の安定性や温度特性の安定性に影響を及ぼすことを最小限にとどめることができる。

更に、バンプ接合を用いることができたことにより、従来の小型化に伴い生じる課題を解決することができる。詳しく説明すると、圧電振動子の小型化が進んでいくと、前期圧電振動片４の前記マウント電極７、８が小さくなり、導電性接着剤の接着領域も小さくなる必要がある。ところが、導電性接着剤は流動性があり一定の領域に留められず、全体に広がってしまう。そのため接着領域（＝マウント電極７、８の大きさ）を小さくすることは困難を伴う。一方、接着領域を確保するために前記マウント電極７、８のサイズを大きくする方法も考えられるが、励振電極５、６が小さくなってしまい、前記圧電振動片４の振動する部分の領域が小さくなって特性を劣化させるという課題があった。この課題をバンプ接合にすることで解決することができる。

また、導電性接着剤は凝固するまでに時間がかかるので、組立製造中、前記圧電振動片４を保持している、あるいは、導電性接着剤が凝固する時、前記圧電振動片４の自重で前記ベース基板２に平行になるようにあらかじめ前記圧電振動片４を斜めに傾けて接着する方法を取らなければならなかった。この課題についても、バンプ接合をすることで解決することができる。また、前記圧電振動片４はバンプ接合によって前記ベース基板２から浮いた状態で支持されているので、振動に必要に最低限の振動ギャップを自然と確保することができる。よって、前記リッド基板３とは異なり、前記ベース基板２側にキャビティ１６を形成する必要がなく、平板状の基板として構わない。従って、キャビティ１６を考慮しない分、前記ベース基板２の厚みをできるだけ薄くすることができる。この点において、実施例１は圧電振動子１の薄型化を図ることができる。

実施例２の構成と効果は実施例１で書かれているものとほぼ同様である。そのために構成の詳細は省略し、相違点について説明する。

図５において、実施例２はベース基板２にスルーホールや貫通電極を用いず、ベース基板２の側面にある側面外部電極３１、３２を用いて引き回し電極９、１０と外部電極３３、３４と接続している。具体的には、ベース基板２上に形成された引き回し電極９、１０が圧電振動子１の外周部まで伸び、側面外部電極３１、３２に接続される。前記ベース基板２の引き回し電極９、１０が形成された面と反対側の面に形成された外部電極３３、３４は、それぞれ圧電振動子１の外周部にまで伸び、側面外部電極３１、３２と接続される。図５は図２のＡ−Ａ切断線による断面図である。

このように外部電極３３、３４へと導通させる構造が異なっていても、圧電振動子４とベース基板２との熱膨張率の差を解消し、周波数の安定性や温度特性の安定性への影響を最小限にとどめることが可能である。

実施例３の構成と効果も実施例１で書かれているものとほぼ同様である。そのために構成の詳細は省略し、相違点について説明する。

図６において、実施例３はリッド基板３が板状に形成されており、圧電振動片４が収まる矩形状のキャビティ１６はベース基板２に形成されている。実施例１とは異なり、接合膜２３と引き出し電極９が異なる層に形成されている特長がある。

前記ベース基板２に前記キャビティ１６が形成される場合、引き回し電極９、１０の形成が難しいという点があるが、このような実施形態であっても本発明による熱膨張率の差の解消は期待できる。

実施例４についても重複した内容は省略し、相違点について説明する。

図７（ａ）において、実施例４の圧電振動片４は矩形長手方向の端辺にマウント電極７及びマウント電極８が形成されている。実施例１の圧電振動片４とは異なり、マウント電極７、８の位置が前記圧電振動片４の一辺に偏らず、両端に形成されている。前記マウント電極７、８によって前記圧電振動片４はバンプ接合される。

図７（ｂ）は前記圧電振動片４がパッケージに実装された状態を示す内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態で圧電振動片を上方から見た図である。前記マウント電極７、８の位置が両端に形成されているため、引き回し電極１０も実施例１とは異なる。前記引き出し電極１０は前記圧電振動片４の矩形長手方向側面を通過しないようにパターニングされている。

従来、前記圧電振動片４とベース基板２の熱膨張係数が異なっていたため、実施例４のようなマウント電極配置は特性の劣化を引き起こしたが、本発明の効果により、圧電振動片４とベース基板２の熱膨張係数が近いため、マウント電極が対向した位置でも他の実施例と同様の効果を得ることが期待できる

次に本発明に係る実施例５を、図１０、図１１を参照して説明する。図１１は、図１０に示す圧電振動子１のＢ−Ｂ断面図である。

図１０は実施例５の内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態で圧電振動片を上方から見た図である。ベース基板２の紙面手前側の表面には実施例１と１箇所を除き同じ構成で成り立っている。異なる点は圧電振動片４の熱膨張係数と同じ特性を持つガラスフリット材２６が前記ベース基板２と引き出し電極９、１０をつなぐ領域に形成されているという点である。

図１１は図１０のＢ−Ｂ断面図である。前記ガラスフリット材２６はマウント電極７、８の近辺に矩形状に形成されている。前記引き出し電極１０は前記ガラスフリット材２６の層上にあるマウント電極１２に電気的に導通し、前記ベース基板２上を経由して貫通電極１４へと電気的に導通する。

実施例５の構成において、圧電振動片４の応力は前記圧電振動片４と前記ガラスフリット材２６との熱膨張係数により決定される。そのため、前記ガラスフリット材２６の熱膨張係数が前記圧電振動片４に近い材料を選定することで、前記圧電振動片４の温度特性が大きく変化し、性能の悪化を防ぐことが出来る。

実際問題として実施例１のように、ベース基板２の熱膨張係数を８．１×１０^−６〜１８×１０^−６／℃の範囲に収めるには、基板のコストアップにつながる可能性がある。

しかし、実施例５では、前記ベース基板２の熱膨張係数ではなく、前記ガラスフリット材２６の熱膨張係数に対して影響を受ける。前記ガラスフリット材２６は、不純物を添加することにより熱膨張係数を変化させることができる。さらに、目的の場所だけにガラスフリット材２６を塗布することができる。これら３点の特徴により、ベース基板２の熱膨張係数を所定の範囲内に収めるよりもコストを低くすることが出来る。
ガラスフリット材２６は塗布後に焼成を行う。このとき、バンプ１１、１２の並んでいる方向は、圧電振動片４の結晶軸Ｚ’軸方向になるので、ガラスフリット材２６の熱膨張係数は１０×１０^−６〜１６×１０^−６／℃がより望ましい。

図１２に示す実施例６は、実施例４の圧電振動片４と実施例５のガラスフリット材２６を組み合わせたものである。

マウント電極７、８両方を含めた領域にガラスフリット材２６を塗布する。このとき、バンプ１１、１２の並んでいる方向は、圧電振動片４の結晶軸Ｘ軸方向になるので、ガラスフリット材２６の熱膨張係数は８．５×１０^−６〜１４×１０^−６／℃がより望ましい。

次にベース基板２とリッド基板３とを陽極接合する効果について説明する。陽極接合に関する効果は実施例１から実施例６に共通している。

従来のセラミック基板を用いたベース基板では圧電振動子１つ１つにリッド基板を接合する必要があった。そのため、ベース基板とリッド基板との接合時にベース基板に大きな圧力が掛かり、接合面の幅が小さいと圧力に耐えることができず、割れや欠けを生じるという課題があった。本発明による圧電振動子１は、ベース基板２とリッド基板３との接合に陽極接合を用いているため、複数の圧電振動子１を同時に接合することができる。このため、接合時に１つ１つのベース基板に印加される圧力は小さくなり、接合面が小さくても割れや欠けを生じることはない。特に、これまでの実験結果より接合面２０の幅を５０μｍ以上にすれば接合でき、キャビティ１６内の気密も保持できることが確認されている。また、実験によって陽極接合の接合面２０の幅を３００μｍ以上にしても、特性が気密性や耐久性に変化がなかった。そのため、本実施例のベース基板２とリッド基板３とが接合された接合面２０の幅は５０μｍ〜３００μｍが望ましい範囲であるといえる。

また前記接合面２０の幅が小さくなると、前記キャビティ１６の大きさを大きく取ることができ、しいては前記圧電振動片４の大きさを大きくすることができる。前期圧電振動片４の大きさが大きくなると、前記圧電振動片４の性能であるインピーダンスが下がり、性能が向上する。

上記実施例１から実施例６の圧電振動子１を利用した発振器４０は、図１３に示すように基板４１上に前記圧電振動子１、基板４１、集積回路４２、コンデンサなどの電子部品４３を実装し、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的にそれぞれ接続されている。
前記圧電振動子１に形成された前記外部電極２１、２２に対して、集積回路４２より所定の駆動電圧を印加する。これにより、前記圧電振動片４の前記励振電極５、６からなる励振電極５、６に電流を流すことができ、所定の周波数で振動させることができる。そして、振動を利用して、制御信号のタイミング源やリファレンス信号源等として利用することができる。

また、本発明による圧電振動子１および発振器の製造では、薄型化された前記圧電振動子１を一度に複数製造することができるので、低コスト化を図ることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施例１から実施例６に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

１…圧電振動子
２…ベース基板
３…リッド基板
４…圧電振動片
５、６…励振電極
７、８…マウント電極
９、１０…引き回し電極
１１、１２…バンプ
１３、１４…貫通電極
１５…側面電極
１６…キャビティ
２０…接合面
２１、２２、３３、３４…外部電極
２３…接合膜
２４、２５…スルーホール
２６…ガラスフリット材
３１、３２…側面外部電極
４０…発振器
４１…基板
４２…集積回路
４３…電子部品

Claims (7)

1. ベース基板と、
   前記ベース基板に対向させた状態で該ベース基板に接合されたリッド基板と、
   前記ベース基板と前記リッド基板との間に形成されたキャビティ内に収納された状態で、
   前記ベース基板のキャビティ側の面に接合された圧電振動片と、
   を備えた圧電振動子において、
   前記圧電振動片はＡＴモードで発振し、
   前記ベース基板のキャビティ側の面に電極膜を介して前記圧電振動片がバンプ接合され、
   前記ベース基板が、熱膨張係数が前記圧電振動片の熱膨張係数の±３０％以内に収まる範囲にある材料からなることを特徴とする圧電振動子。
2. 請求項１に記載の圧電振動子において、
   前記ベース基板の熱膨張係数が８．１×１０^−６〜１８×１０^−６／℃であることを特徴とする圧電振動子。
3. 請求項１または２に記載の圧電振動子において、
   前記ベース基板がガラス材料からなることを特徴とする圧電振動子。
4. 請求項１に記載の圧電振動子において、
   前記ベース基板と前記リッド基板とが陽極接合されていることを特徴とする圧電振動子。
5. 請求項４に記載の圧電振動子において、
   前記ベース基板と前記リッド基板との接合部分の幅が、５０μｍ〜３００μｍであることを特徴とする圧電振動子。
6. 請求項１に記載の圧電振動子において、
   前記ベース基板のキャビティ側の面にガラスフリット材の層が形成され、
   前記ガラスフリット材の層の上面に前記圧電振動片が電極膜を介してバンプ接合されていることを特徴とする圧電振動子。
7. 請求項１〜６のいずれか一つに記載の圧電振動子と、
   前記圧電振動子に駆動電圧を印加する駆動回路と、
   を備えていることを特徴とする発振器。

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