JP2010130400A - 圧電振動デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電振動板に発生する応力を緩和しつつ、絶縁不良を防止して、安定した特性を得ることができる圧電振動デバイスを提供することを目的とする。
【解決手段】 水晶振動子１は、水晶振動板２と第１蓋部材３と第２蓋部材４とで構成されており、水晶振動板２は、表裏一対の励振電極２３が形成された振動部２０と、振動部よりも厚肉に形成された枠部２９と、振動部と枠部との間に、振動部よりも薄肉に形成された薄肉部２８とが一体成形されている。振動部２０には第１接合電極２５が形成され、第１蓋部材３の一主面３１には、他主面３７に形成された外部接続端子３４と電気的に繋がった第２接合電極３３が形成されている。そして、第１接合電極２５と第２接合電極３３とが金属ロウ材を介して一体化接合されることによって、励振電極２３が外部接続端子３４と電気的に繋がっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器等に用いられる圧電振動デバイスに関するものである。

近年、各種電子機器の小型化・薄型化が急速に進んでおり、これに伴って、圧電振動デバイス（例えば水晶振動子等）も超小型化対応が求められている。しかしながら、例えば従来のようなセラミックからなる容器体の内部に圧電振動板を搭載し、蓋体で気密封止した形態の圧電振動デバイスでは、容器体の成形精度の問題から超小型化への対応が困難になってきている。これに対し、容器体および蓋体を例えば水晶やガラスなどで構成し、圧電振動板の両主面に形成された励振電極を封止するように、圧電振動板の両主面に対して容器体および蓋体を接合すする形態の圧電振動デバイスがある（例えば、下記する特許文献１および特許文献２をご参照）。このような圧電振動デバイスの製造においては、例えば圧電振動板、容器体、蓋体のいずれかの部材を、多数個が連なって形成された基板で取り扱うことによって、取扱いを簡便にし、生産効率を向上させるようにしている。

特許３３９０３４８号公報 特開２００１−１１９２６４号公報

また、近年の各種電子機器の動作周波数の高周波化に伴って、圧電振動デバイスも高周波化対応が必要となっている。例えば圧電振動板にＡＴカット水晶板を用いた場合、その厚さは周波数に反比例する関係にあるため、高周波帯では非常に薄くなる。このように水晶板の厚さが非常に薄くなると機械的に脆弱となるため、薄肉領域の周囲に、該薄肉領域よりも厚肉の補強部を一体成形することによって、水晶板の機械的強度を高める構造が一般的に用いられている（所謂、逆メサ構造）。

上記した特許文献１および特許文献２では、圧電振動板の表裏主面の外周部の各々に、金属膜を介して蓋（蓋部材）が接合された構造となっている。圧電振動板には水晶板が使用されており、所謂、逆メサ構造が開示されている。このような構造において、水晶板とその上下の蓋との接合は金属膜の溶融によって行われている。しかし、上記構造では前記接合後の金属膜の収縮応力等の応力が、水晶板の外周部分（厚肉部）から内側部分（薄肉部）へ伝搬し、当該応力によって圧電振動デバイスの発振周波数が変化してしまうことが懸念される。また、前記応力は圧電振動デバイスの諸特性にも悪影響を及ぼすことになる。さらに、上記した特許文献１および特許文献２では、圧電振動板とその上下の蓋との接合に寄与する接合材（金属膜）と、励振電極と圧電振動デバイス底面の外部接続とを電気的に接続するための電極（接続電極と略記）とが、各部材の外周付近に近接して形成されている。このように近接した状態では例えば前記接合材を加熱溶融させるときに溶融金属が圧電振動デバイスの内側方向へ（あるいは前記接続電極形成時に溶融した金属が圧電振動デバイスの外側方向へ）流出して、接合材と接続電極とが接触し、絶縁不良を発生させる危険性が増大することになる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、圧電振動板に発生する応力を緩和しつつ、絶縁不良を防止して、安定した特性を得ることができる圧電振動デバイスを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、表裏一対の励振電極を有する圧電振動板と、該圧電振動板の表裏外周に接合材を介して各々接合され、前記励振電極を気密封止する蓋部材とで構成された圧電振動デバイスであって、前記圧電振動板は、励振電極が形成された振動部と、該振動部を包囲し、該振動部よりも厚肉に形成された枠部と、振動部と枠部との間に、振動部よりも薄肉に形成された薄肉部あるいは貫通部、または前記薄肉部と前記貫通部の組合せ構成とが一体成形されており、前記振動部には、励振電極から該振動部の一主面側に引き出された第１接合電極が形成され、一方の蓋部材の一主面には、該蓋部材の他主面に形成された外部接続端子と電気的に繋がった第２接合電極が形成されてなり、第１接合電極と第２接合電極とが金属ロウ材を介して一体化接合されることによって、励振電極が外部接続端子と電気的に繋がっている。このような構造の圧電振動デバイスであれば、接合後に圧電振動体に生じる各種応力を効果的に緩和することができる。

具体的に、圧電振動体の表裏外周部に接合材を介して蓋部材を各々接合する際、接合によって発生する各種応力（接合材の収縮応力等）を、前記薄肉部によって緩和することができる。また、振動部と枠部との間に前記薄肉部を形成せず、貫通部を形成してもよい。前記貫通部を形成することによって、前述の各種応力は緩和することができる。さらには、振動部と枠部との間に薄肉部と貫通部の両方を形成してもよい。上記構造によって、励振電極が形成された振動部に伝搬する応力が緩和され、圧電振動デバイスの発振周波数の変化を抑制することができる。また、前記応力緩和により、圧電振動デバイスの特性劣化を防止することができる。

また、上記構成によれば、前記励振電極と前記外部接続端子を電気的に接続するため導通路（金属ロウ材を介して一体化接合される第１接合電極と第２接合電極等）は、枠部から独立して離間した位置、すなわち振動部に形成されている。これにより、前記導通路形成のために金属膜（金属ロウ材）を加熱溶融させる際に、溶融金属が圧電振動デバイスの外側方向へ移動したとしても、前記薄肉部が“溝”として機能するため、溶融金属を薄肉部に滞留させることができる。これにより、圧電振動デバイスの外周領域に形成された接合材と、前記導通路と接触による絶縁不良を防止することができる。

また、上記目的を達成するために請求項２の発明によると、前記振動部の表裏主面のうち、少なくとも一方の主面には振動部と同材料からなる突起部が該振動部と一体的に成形され、該突起部には前記第１接合電極が形成されてなり、前記突起部は、該突起部の上面が前記枠部の一主面と略同一平面となる厚さで形成されている。

上記構成によれば、前記突起部の厚さ（高さ）は、前記枠部の一主面と略同一平面となる厚さ（高さ）で形成されている。これにより、例えば電解メッキ法によって、枠部に形成する接合材の上面と、突起部に形成する金属膜（金属ロウ材）の上面とを概ね揃えて形成する場合、膜厚管理を行い易くすることができる。つまり、枠部の主面外周の接合材と、突起部上の金属膜の電解メッキによる成膜を一括同時に行うことができる。これは、前記枠部の一主面と前記振動部の一主面とが非同一面である場合、枠部の接合材の上面と、突起部上の金属膜の上面とを概ね揃えて形成するには、枠部と突起部に形成する接合材および金属膜の厚さが異なるため、略同一平面に制御するための膜厚管理が煩雑となる。これに比べて本発明の構成であれば、一括電解メッキで膜厚を管理することができる。また、前記突起部の厚さ（高さ）が、前記枠部の一主面と略同一平面となる厚さ（高さ）で形成されているため、金属使用量も低減させることができる。

また、上記目的を達成するために請求項３の発明によると、前記圧電振動板が平面視矩形状のＡＴカット水晶板からなり、該圧電振動板の長辺側をＸ軸、該圧電振動板の短辺側をＺ’軸としたとき、前記薄肉部の領域のうち、Ｚ’軸方向の一部領域に貫通部が形成されてなり、前記貫通部の上端と下端を繋ぐ壁面導体が、該貫通部の内壁面に部分的に被着され、前記振動部の一主面側の励振電極は、前記壁面導体を経由して他主面側へ引き回され、前記第１接合電極と電気的に繋がっている。

水晶振動板を用いて、前記薄肉部をウエットエッチング（化学的溶解）によって成形する場合、水晶は異方性結晶であるため、軸方向の相違によって水晶の深さ方向の侵食角度に差異が生じる。つまり、前記侵食角度の相違によって、溶解部分の開口角度に差異が生じてしまう。具体的に、Ｚ’軸方向の方がＸ軸方向よりも水晶の深さ方向の侵食角度が大きいため開口角度が大きくなる。このような開口角度の相違により、エッチング後の薄肉部の機械的強度は、Ｘ軸方向の方がＺ’軸方向よりも機械的強度が劣ることになる。しかしながら本発明の構造であれば、Ｚ’軸方向の一部領域に貫通孔を形成し、Ｘ軸方向は薄肉部を境界に枠部および振動部と繋がっている。つまりＸ軸方向を水晶振動板の長辺方向とすることによって、Ｘ軸方向に貫通部を形成する場合よりも水晶振動板の強度低下を抑制することができる。

一方、水晶板に表裏いずれか一方向（例えば表面側）からのウエットエッチングによって貫通孔を形成する場合、水晶は異方性結晶であるために、深くエッチングするほど最深部の孔径が狭小となり、侵食孔の形状は概ね逆三角錐形状に近づいてくる。つまり貫通孔は表裏で開口寸法に相違が生じてしまう。これは高周波帯の水晶板に比べて厚さが厚い低周波帯（ＡＴカット水晶板は厚さが周波数に反比例するため）に近づくほど、前記開口寸法の相違が顕在化してくる。したがって、貫通孔内部に導体を充填して該貫通孔の上下接続を確実に行うのに充分な孔径を確保するためには、水晶の異方性により、少なくとも水晶の一主面側にはある程度の大きさの開口領域が必要となる。つまり前記開口領域の確保が振動領域の減少に繋がってしまう。しかしながら、本発明の構造であれば、前記薄肉部の領域のうち、Ｚ’軸方向の一部領域に貫通部が形成され、前記貫通部の上端と下端を繋ぐ壁面導体が、該貫通部の内壁面に部分的に被着されている。つまり、前記壁面導体を経由することによって、貫通孔を形成することなく、前記振動部の一主面側から他主面側への導通を確保することができる。したがって、貫通孔を形成する構造に比べて振動領域を広く確保することができる。これにより、圧電振動デバイスの設計自由度を増すことができる。

以上のように、本発明によれば、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、圧電振動板に発生する応力を緩和しつつ、絶縁不良を防止して、安定した特性を得ることができる圧電振動デバイスを提供することができる。

−第１の実施形態−
以下、本発明の実施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を本発明に適用した場合を示す。図１は本発明の第１の実施形態を示す水晶振動子の長辺方向の断面模式図であり、図２は図１で各部材に分解した図である。以下、まず水晶振動子の主要構成部材について説明した後、その製造方法について説明する。

本実施形態にかかる水晶振動子１は、図１に示すように、水晶振動板２（本発明でいう圧電振動板）と、この水晶振動板２の一主面２１に形成された励振電極２３を気密封止する第１蓋部材３と、この水晶振動板２の他主面２２に形成された励振電極２３を気密封止する第２蓋部材４が主要構成部材となっている。水晶振動子１は、水晶振動板２と第１蓋部材３とが接合材５によって接合され、かつ、水晶振動板２と第２蓋部材４とが接合材５によって接合されてパッケージ１１が構成される。そして、水晶振動板２を介して第１蓋部材３と第２蓋部材４とが接合されることで、パッケージ１１の内部空間１２が２箇所形成され、このパッケージ１１の内部空間１２に水晶振動板２の両主面２１，２２に形成された励振電極２３がそれぞれの内部空間１２で気密封止されている。なお、第１蓋部材と第２蓋部材とは略同一形状および略同一外形寸法となっており、第１蓋部材３には、当該蓋部材の底面（他主面）３７に形成される外部接続端子３４と電気的に繋がった導通路（ビア）３５が当該蓋部材の厚さ方向に貫通形成されている。

図２において水晶振動板２は、所定の角度で切り出されたＡＴカット水晶板である。水晶振動板２は、励振電極２３が形成された振動部２０と、枠部２９と薄肉部２８とを有しており、これらは一体的に成形されている。ここで枠部２９は振動部２０を環状に包囲し、該振動部よりも厚肉に形成されている。また、薄肉部２８は振動部２０と枠部２９との間に形成され、振動部（土手部２７）よりも薄肉に形成されている。なお、本発明でいう、振動部は励振電極が形成された領域のみに限定されるものではない。本実施形態の説明においては、「振動部」は枠部の内側に形成される薄肉部または貫通孔よりも内側の領域（具体的に凹部２６および土手部２７）としている。本実施形態において振動部２０は、表裏に励振電極２３が形成される凹部２６と、凹部２６を環状に包囲する土手部２７とからなっている（所謂、「逆メサ」形状の振動部となっている）。なお、振動部２０の構造は上記構造に限定されるものではなく、平板状であってもよい。また、本実施形態では「逆メサ」形状の振動部の外周に薄肉部を形成した構造となっているが、枠部の内側の領域に薄肉部を形成せず、平板状として貫通部を部分的に形成してもよい。なお、これらの構造においても、振動部の厚さは枠部よりも薄くなる。

前記凹部２６および土手部２７、薄肉部２８はウエットエッチングによって成形されている。そして凹部２６の表裏面（一主面２１と他主面２２）に励振電極２３が蒸着法によって対向形成されている。本実施形態では励振電極２３は水晶振動板２の表裏主面に、下から順に、クロム，金の膜構成で成膜されている。なお、前記電極の膜構成はこれに限定されるものではなく、その他の膜構成であってもよい。励振電極２３からは引出電極２４が導出形成されており、他主面２２から引き出された引出電極２４は、凹部２６と土手部２７の境界部分から振動部を厚さ方向に貫いて一主面２１側へ導出されている。そして、引出電極２４の終端部分には第１接合電極２５が形成されている。第１接合電極２５の上部には金（Ａｕ）メッキ層５０が形成されている。

水晶振動板２の両主面２１，２２は鏡面加工仕上げとなっており、平坦平滑面として成形されている。水晶振動板２では、枠部２９の両主面２０１，２０２は第１蓋部材３と第２蓋部材４との接合面として構成され、振動部２０が振動領域として構成される。枠部２９の一主面２０１には第１蓋部材３と接合するための第１接合材５１が形成されている。また、枠部２９の一主面２０１には第２蓋部材４と接合するための第２接合材５２が形成されている。ここで前記第１接合材５１と第２接合材５２の形成幅は略同一となっている。また、第１接合材５１と第２接合材５２とは同一構成からなっている。これら第１接合材５１および第２接合材５２は、複数の層が枠部２９の両主面２０１，２０２に積層して構成されている。本実施形態では、第１接合材および第２接合材は、最下層側からクロム(Ｃｒ)層（図示省略）と金（Ａｕ）層（図示省略）とが蒸着法によって形成され、その上に金メッキ層（図示省略）が電解メッキ法によって積層された構成となっている。

図２において第１蓋部材３は平面視矩形状の平板であり、Ｚ板水晶が使用されている。平面視において第１蓋部材３の外形寸法は水晶振動板２の外形寸法と略同一となっており、第１蓋部材３の一主面３１（下記する水晶振動板２との接合面３２）は平坦平滑面（鏡面加工）として成形されている。そして、第１蓋部材３の水晶振動板２との接合面側の周縁には、第３接合材５３が周状に形成されている。ここで、第３接合材５３の形成幅は第１接合材５１の形成幅と略同一となるように形成されている。

第１蓋部材３には、水晶振動板２の第１接合電極２５と金属膜（金属ロウ材）を介して接合される第２接合電極３３と、水晶振動板２と接合する接合部（具体的に接合面３２）と、外部と電気的に接続する外部接続端子３４とが設けられている。水晶振動板２との接合面３２は、第１蓋部材３の一主面３１の平面視主面外周に設けられている。

第１蓋部材３の接合面３２には、水晶振動板２と接合するための第３接合材５３が形成されている。具体的に、第３接合材５３は複数の層が接合面３２に積層され、その最下層側からクロム(Ｃｒ)層（図示省略）と金（Ａｕ）層５３１とが蒸着形成され、その上にＡｕ−Ｓｎ合金層５３２が積層して形成され、その上にＡｕフラッシュメッキ層５３３が積層して形成されている。もしくは、第３接合材５３は、その下面側からＣｒ層とＡｕ層とが蒸着形成され、その上にＳｎメッキ層とＡｕメッキ層が順に積層して形成されていてもよい。なお、第３接合材５３と第２接合電極３３とは同時に形成され、第２接合電極３３も第３接合材５３と同一の構成となる。また、第１蓋部材３には、図２に示すように、水晶振動板２の励振電極２３を外部と導通させるためのスルーホール３５が形成されている。そして、このスルーホール３５を介して、電極パターン３６が第１蓋部材３の一主面３１の第２接合電極３３から第１蓋部材３の他主面３７の外部接続端子３４にかけてパターン形成されている。

図２において第２蓋部材４は平面視矩形状の平板であり、第１蓋部材３と同様にＺ板水晶が使用されている。平面視において第２蓋部材４の外形寸法は水晶振動板２の外形寸法と略同一となっている。第２蓋部材４の一主面４１（下記する水晶振動板２との接合面４２）は平坦平滑面（鏡面加工）として成形されている。そして、第２蓋部材４の水晶振動板２との接合面側の周縁には、第４接合材５４が周状に形成されている。ここで、第４接合材５４の形成幅は第２接合材５２の形成幅と略同一となっている。

この第２蓋部材４には、水晶振動板２と接合する接合部（具体的に接合面４２）が設けられている。接合面４２は、第２蓋部材４の一主面４１の平面視主面外周に設けられている。また、第２蓋部材４の接合面４２には、水晶振動板２と接合するための第４接合材５４が形成されている。具体的に、第４接合材５４は、複数の層が接合面４２に積層され、その最下層側からＣｒ層（図示省略）とＡｕ層５４１とが蒸着形成され、その上にＡｕ−Ｓｎ合金層５４２が積層して形成され、その上にＡｕフラッシュメッキ層５４３が積層して形成されている。もしくは、第４接合材５４は、その下面側からＣｒ層とＡｕ層とが蒸着形成され、その上にＳｎメッキ層とＡｕメッキ層が順に積層して形成されていてもよい。

上記した水晶振動板２の接合面（枠部２９の一主面２０１）における第１接合材５１の接合領域（シールパス）と、第１蓋部材３の接合面３２における第３接合材５３の接合領域（シールパス）は同じ幅を有している。また、水晶振動板２の接合面（枠部２９の他主面２０２）における第２接合材５２の接合領域（シールパス）と、第２蓋部材３の接合面４２における第４接合材５４の接合領域（シールパス）は同じ幅を有している。以上が水晶振動子１を構成する主要部材の説明である。

次に、水晶振動子１の製造方法について図２を用いて説明する。本実施形態では、個片状態の第１蓋部材３に対して、ウエハに多数個が一括形成された状態の水晶振動板２を配し、さらにその上に個片状態の第２蓋部材４を配した後、ウエハ（水晶振動板）をダイシングによって多数個の水晶振動子に個片化する製造方法について説明する。しかしながら、本発明は、本実施形態で説明する方法に限定されるものではなく、ウエハに多数個が一括形成された状態の第１蓋部材３の上に、水晶ウエハに多数個が一括形成された状態の水晶振動板２を配し、さらにその上にウエハに多数個形成された状態の第２蓋部材４を配して、これら水晶振動板２と第１蓋部材３と第２蓋部材４とを接合し、その後に個片化を行う方法であってもよく、この場合、水晶振動子１の量産に好適である。

まず、多数個の第１蓋部材３をパレット（図示省略）に収納する。前記パレットは隣接する第１蓋部材３との間に所定間隔が設けられており、一定間隔で第１蓋部材を整列収容できるように設計されている。そして、第１蓋部材３の一主面３１上に、ウエハ状態の水晶振動板２を画像認識手段により設定した位置に、水晶振動板２の一主面２１が第１蓋部材３の一主面３１と対向するように配する。このとき、第１蓋部材３の接合面３２に形成された第３接合材５３と、水晶振動板２の枠部２９の一主面２０１に形成された第１接合材５１とは平面視で略一致するように配されている。また、第１蓋部材３の一主面３１に形成された第２接合電極３３と、水晶振動板２の第１接合電極２５に形成された金メッキ層５０とは平面視で略平面視で略一致するように配されている。

水晶振動板２を第１蓋部材３に配した後に、水晶振動板２の他主面２２上に、個片状態の第２蓋部材４を、画像認識手段により設定した位置に第２蓋部材４の一主面４１が水晶振動板２の他主面２２と対向するように配して積層する。このとき、水晶振動板２の枠部２９の他主面２０２に形成された第２接合材５２と、第２蓋部材４の接合面４２に形成された第４接合材５４とは平面視で略一致するように配されている。

第１蓋部材３と水晶振動板２と第２蓋部材４とを積層した後に、超音波を用いた接合により、これら第１蓋部材３と水晶振動板２と第２蓋部材４の超音波を用いた仮止接合を行う。第１蓋部材３と水晶振動板２と第２蓋部材４の仮止接合を行なった後に、他の製造工程（内部空間１２内のガス抜きや発振周波数調整など）を行ない、その後に加熱溶融接合を行う。なお、本実施形態では真空雰囲気下において第１蓋部材３と水晶振動板２と第２蓋部材４との接合を行っているが、これに限定されるものではなく、窒素などの不活性ガスを用いてもよい。

次に、仮止接合された第１蓋部材３と水晶振動板２と第２蓋部材４を、所定温度に昇温された環境下に置き、各部材に形成された各接合材を溶融させることで本接合を行う。具体的に、第１接合材５１と第３接合材５３とを接合することで接合材５を構成し、この接合材５によって水晶振動板２と第１蓋部材３を接合する。この接合材５による水晶振動板２と第１蓋部材３との接合により、図１に示すように、水晶振動板２の一主面２１に形成された励振電極２３が気密封止される。また、第１接合材５１と第３接合材５３との接合と同時に加熱溶融接合を行い、第２接合材５２と第４接合材５４とを接合することで接合材５を構成し、この接合材５によって水晶振動板２と第２蓋部材４を接合する。この接合材５による水晶振動板２と第２蓋部材４との接合により、図１に示すように、水晶振動板２の他主面２２に形成した励振電極２３が気密封止される。

上記したように、本実施形態にかかる水晶振動子１によれば、接合後に水晶振動子板２に生じる各種応力を効果的に緩和することができる。具体的に、水晶振動子板の表裏外周部に接合材を介して蓋部材３，４を各々接合する際、接合によって発生する各種応力（接合材の収縮応力等）を、薄肉部２８によって緩和することができる。これにより、励振電極２３が形成された振動部２０に伝搬する応力が緩和され、水晶振動子の発振周波数の変化を抑制することができる。また、前記応力緩和により、水晶振動子の特性劣化を防止することができる。

また、本実施形態にかかる水晶振動子１によれば、励振電極２３と外部接続端子３４を電気的に接続するため導通路（金属ロウ材を介して一体化接合される第１接合電極と第２接合電極等）は、枠部２９から独立して離間した位置、すなわち振動部２０に形成されている。これにより、前記導通路形成のために金属膜（金属ロウ材）を加熱溶融させる際に、溶融金属が水晶振動子の外側方向へ移動したとしても、薄肉部２８が“溝”として機能するため、溶融金属を薄肉部に滞留させることができる。これにより、圧電振動デバイスの外周領域に形成された接合材と、前記導通路と接触による絶縁不良を防止することができる。

本実施形態において振動部２０は、凹部２６の外周に土手部２７が形成された逆メサ形状であり、振動部２０の外側に薄肉部２８が形成された構造となっている。しかしながら、本発明は前記構造に限定されるものではない。例えば図３の第１の実施形態の変形例に示すように、薄肉部を形成せず、枠部の内側を平板とし、部分的に貫通孔を設けた形状であってもよい。

なお、本発明の実施形態では、接合材５として、ＣｒとＡｕとＳｎを用いているが、これに限定されるものではなく、接合材５を例えばＣｒとＡｕとＧｅとから構成してもよい。また、圧電振動板側にＡｕとＳｎなどのメッキ積層膜やＡｕＳｎなどのメッキ合金層を形成し、蓋部材側にＡｕメッキ層（単一金属元素のメッキ層）を形成してもよい。さらに、本発明の実施形態では、２つのパッケージ基材の材料として水晶が使用されているが、水晶以外にガラスやサファイアを使用してもよい。

−第２の実施形態−
本実施形態における第２の実施形態を、第１の実施形態と同様に圧電振動板として水晶振動板を用いた水晶振動子を例に挙げて図４乃至６を用いて説明する。図４は本発明の第２の実施形態を示す水晶振動板の平面図である。図５は本発明の第２の実施形態を示す水晶振動板の長辺方向の断面模式図で、図６は図４のＡ部の拡大斜視図である。なお、第１の実施形態と同様の構成については同番号を付して説明の一部を割愛するとともに、前述の実施形態と同様の効果を有する。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図４に示すように、本実施形態において水晶振動板２の薄肉部２８には、２箇所の貫通部６が形成されている。前記貫通部６は薄肉部２８の領域のうち、Ｚ’軸方向の一部領域に形成されている。このように貫通部を振動部の両側に形成することによって、水晶振動板と蓋部材との接合材の硬化後の収縮応力等の各種応力を薄肉部２８に加え、さらに効果的に分散させることができる。

水晶振動板を用いて、薄肉部をウエットエッチング（化学的溶解）によって成形する場合、水晶は異方性結晶であるため、軸方向の相違によって水晶の深さ方向の侵食角度に差異が生じる。つまり、前記侵食角度の相違によって、溶解部分の開口角度に差異が生じてしまう。具体的に、Ｚ’軸方向の方がＸ軸方向よりも水晶の深さ方向の侵食角度が大きいため開口角度が大きくなる。このような開口角度の相違により、エッチング後の薄肉部の機械的強度は、Ｘ軸方向の方がＺ’軸方向よりも機械的強度が劣ることになる。しかしながら本発明の構造であれば、Ｚ’軸方向の一部領域に貫通孔を形成し、Ｘ軸方向は薄肉部を境界に枠部および振動部と繋がっている。つまりＸ軸方向を水晶振動板の長辺方向とすることによって、Ｘ軸方向に貫通部を形成する場合よりも水晶振動板の強度低下を抑制することができる。

図４乃至５において、振動部２０は平面視矩形状の平板形状であり、一短辺の両端付近にはと一対の突起部８が形成されている。突起部８は振動部と同材料で一体成形されており、その厚さ（高さ）は、枠部２９の一主面２０１と略同一平面となる厚さ（高さ）で形成されている。突起部８は励振電極２３から引き出された引出電極２４と繋がっており、突起部８の表面は第１接合電極で被覆されている。なお、第１接合電極は引出電極および励振電極と同一材料および同一の膜構成で構成されている。

本実施形態にかかる水晶振動子１によれば、突起部８の厚さ（高さ）は、枠部２９の一主面と略同一平面となる厚さ（高さ）で形成されている。これにより、例えば電解メッキ法によって、枠部に形成する接合材の上面と、突起部に形成する金属膜（金属ロウ材）の上面とを概ね揃えて形成する場合、膜厚管理を行い易くすることができる。つまり、枠部２９の主面外周の接合材と、突起部８上の金属膜の電解メッキによる成膜を一括同時に行うことができる。これは、前記枠部の一主面と前記振動部の一主面とが非同一面である場合、枠部の接合材の上面と、突起部上の金属膜の上面とを概ね揃えて形成するには、枠部と突起部に形成する接合材および金属膜の厚さが異なるため、略同一平面に制御するための膜厚管理が煩雑となる。これに比べて本発明の構成であれば、一括電解メッキで膜厚を管理することができる。また、前記突起部の厚さ（高さ）が、前記枠部の一主面と略同一平面となる厚さ（高さ）で形成されているため、金属使用量も低減させることができる。

図６は図４におけるＡ部の拡大斜視図であり、枠部の一部を取り払って、貫通部の内壁面が見えるように表した図である。貫通部６は水晶振動板の表裏両方向からウエットエッチングを行うことによって形成されており、貫通部６の内壁面には壁面導体７が部分的に被着されている。具体的に、壁面導体７は貫通部６の内壁面のうち、薄肉部の領域６１に形成されており、振動部の側面部分６２は水晶素地が露出した状態となっている。前記壁面導体７は、まず貫通部６を形成した後、蒸着法によって、励振電極と同一材料および同一膜構成からなる金属膜を貫通部の内壁面全体に被着させる。次に、レジストを前記薄肉部の領域６１に形成して露光・現像を行う。そして金属エッチングおよびレジストを除去することによって壁面導体７が形成される。

他主面２２側（図６では振動部２０の下面側）の励振電極２３は、他主面側の引出電極２４を経て、これと繋がった壁面導体７を介して一主面２１側（図６では振動部２０の上面側）の第１接合電極と繋がっている。そして、第１接合電極は、第１の実施形態で前述したように第１蓋部材３の他主面３１に形成された第２接合電極３３と、金属ロウ材を介して一体化接合されることにより、最終的に第１蓋部材３の他主面３７に形成された外部接続端子３４と電気的に接続される。

水晶板に表裏いずれか一方向（例えば表面側）からのウエットエッチングによって貫通孔を形成する場合、水晶は異方性結晶であるために、深くエッチングするほど最深部の孔径が狭小となり、侵食孔の形状は概ね逆三角錐形状に近づいてくる。つまり貫通孔は表裏で開口寸法に相違が生じてしまう。これは高周波帯の水晶板に比べて厚さが厚い低周波帯（ＡＴカット水晶板は厚さが周波数に反比例するため）に近づくほど、前記開口寸法の相違が顕在化してくる。したがって、貫通孔内部に導体を充填して該貫通孔の上下接続を確実に行うのに充分な孔径を確保するためには、水晶の異方性により、少なくとも水晶の一主面側にはある程度の大きさの開口領域が必要となる。つまり前記開口領域の確保が振動領域の減少に繋がってしまう。しかしながら、本発明の構造であれば、薄肉部２８の領域のうち、Ｚ’軸方向の一部領域に貫通部６が形成され、前記貫通部６の上端と下端を繋ぐ壁面導体７が、貫通部６の内壁面に部分的に被着されている。つまり、壁面導体７を経由することによって、貫通孔を形成することなく、振動部２０の一主面側から他主面側への導通を確保することができる。したがって、貫通孔を形成する構造に比べて振動領域を広く確保することができる。これにより、圧電振動デバイスの設計自由度を増すことができる。

なお、本発明の第２の実施形態の変形例として、水晶振動板を図７乃至８に示すような構造にしてもよい。例えば図７では、突起部８を被覆する第１接合電極の全周に金属ロウ材が形成されている。このような構造であれば、金メッキ層５０の幅（径）は、図２に示す蓋部材の第２接合電極３３の幅（径）よりも幅広（大径）の状態となり、水晶振動板２と第１蓋部材３との仮止接合時に、位置決め載置が行いやすくなる。また、このような構成であれば、水晶振動板と第１蓋部材の仮止接合で僅かな位置ずれが生じたとしても、接合材の加熱溶融によって水晶振動板側に第１蓋部材が追従して自己補正（セルフアライメント効果）されやすくなる。

また、図８のように薄肉部が途切れている、つまり貫通している領域を利用し、引出電極を振動部を貫通させないで振動部の側面を介して第１接合電極にまで引き回す構造としてもよい。このような構造の場合、振動部の側面を経由することによって、貫通孔を形成することなく、振動部の一主面側から他主面側への導通を確保することができる。したがって、貫通孔を形成する構造に比べて振動領域を広く確保することができる。これにより、圧電振動デバイスの設計自由度を増すことができる。

また、本発明の実施形態では、平面視矩形状で平板状の２つの蓋部材が用いられているが、これに限定されるものではなく、２つの蓋部材によって水晶振動板に形成された励振電極を気密封止できれば、蓋部材の形状は任意に設定してもよい。例えば、凹状に形成された２つの蓋部材の凹部分が、水晶振動板に対向するようにして気密接合された形態であってもよい。

本発明の実施形態では表面実装型水晶振動子を例にしているが、水晶フィルタ、集積回路等の電子部品に水晶振動子を組み込んだ水晶発振器など、電子機器等に用いられる他の表面実装型の圧電振動デバイスの製造方法にも適用可能である。

本発明は、その精神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、上述の実施の形態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。

圧電振動デバイスの量産に適用できる。

本発明の第１の実施形態を示す水晶振動子の長辺方向の断面模式図。 図１の分解断面図。 本発明の第１の実施形態の変形例を示す水晶振動板の長辺方向の断面模式図。 本発明の第２の実施形態を示す水晶振動板の平面図 本発明の第２の実施形態を示す水晶振動板の長辺方向の断面模式図。 図４のＡ部の拡大斜視図。 本発明の第２の実施形態の変形例を示す水晶振動板の長辺方向の断面模式図。 本発明の第２の実施形態の変形例を示す水晶振動板の長辺方向の断面模式図。

符号の説明

１ 水晶振動子
２ 水晶振動板
２０ 振動部
２３ 励振電極
２４ 引出電極
２５ 第１接合電極
２８ 薄肉部
２９ 枠部
３ 第１蓋部材
３３ 第２接合電極
３４ 外部接続端子
４ 第２蓋部材
５ 接合材
５０ 金メッキ層
５１ 第１接合材
５２ 第２接合材
５３ 第３接合材
５４ 第４接合材
６ 貫通部
７ 壁面導体
８ 突起部

Claims (3)

1. 表裏一対の励振電極を有する圧電振動板と、該圧電振動板の表裏外周に接合材を介して各々接合され、前記励振電極を気密封止する蓋部材とで構成された圧電振動デバイスであって、
   前記圧電振動板は、励振電極が形成された振動部と、
   該振動部を包囲し、該振動部よりも厚肉に形成された枠部と、
   振動部と枠部との間に、振動部よりも薄肉に形成された薄肉部あるいは貫通部、または前記薄肉部と前記貫通部の組合せ構成とが一体成形されており、
   前記振動部には、励振電極から該振動部の一主面側に引き出された第１接合電極が形成され、
   一方の蓋部材の一主面には、該蓋部材の他主面に形成された外部接続端子と電気的に繋がった第２接合電極が形成されてなり、
   第１接合電極と第２接合電極とが金属ロウ材を介して一体化接合されることによって、励振電極が外部接続端子と電気的に繋がっていることを特徴とする圧電振動デバイス。
2. 前記振動部の表裏主面のうち、少なくとも一方の主面には振動部と同材料からなる突起部が該振動部と一体的に成形され、該突起部には前記第１接合電極が形成されてなり、
   前記突起部は、該突起部の上面が前記枠部の一主面と略同一平面となる厚さで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動デバイス。
3. 前記圧電振動板が平面視矩形状のＡＴカット水晶板からなり、該圧電振動板の長辺側をＸ軸、該圧電振動板の短辺側をＺ’軸としたとき、前記薄肉部の領域のうち、Ｚ’軸方向の一部領域に貫通部が形成されてなり、
   前記貫通部の上端と下端を繋ぐ壁面導体が、該貫通部の内壁面に部分的に被着され、
   前記振動部の一主面側の励振電極は、前記壁面導体を経由して他主面側へ引き回され、前記第１接合電極と電気的に繋がっていることを特徴とする請求項１乃至２に記載の圧電振動デバイス。

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