JP2010147953A - 圧電フレーム及び圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 封止時や実装時に周波数変動の少ない水晶フレーム及び圧電デバイスを提供することである。
【解決手段】 圧電フレーム（２０）は、基部（２３）の一端側から第１方向（Ｙ方向）に伸びる第１幅（Ｗ１）の一対の振動腕（２４）を有しこの一対の振動腕に励振電極を有する音叉型圧電振動部（２１）と、基部の一端側から且つ振動腕（２４）の両外側において第１方向に伸びる第２幅（Ｗ２）の一対の支持腕（２５）と、一対の支持腕から第１方向と交差する第２方向に伸びる一対の接続腕（２６）と、接続腕と接続され第１方向に伸びる第３幅（Ｗ３）の辺（２２Ｙ）と第２方向に伸びる第４幅（Ｗ４）の辺（２２Ｘ）とを有する外枠部（２２）と、を備え、支持腕の第２幅（Ｗ２）は振動腕の第１幅（Ｗ１）の１．４倍より小さい。
【選択図】 図２

Description

本発明は例えば水晶からなる圧電基板を用いて、支持腕を持つ音叉型の圧電フレーム及び圧電デバイスを製造する技術に関する。

移動体通信機器やＯＡ機器等の小型軽量化及び高周波数化に伴って、それらに用いられる圧電デバイスも、より一層の小型化及び高周波数化への対応が求められている。また、回路基板に表面実装（ＳＭＤ：Surface Mount Device）が可能な圧電デバイスが要求されている。小型化するために、圧電デバイスは基部から伸びる音叉型の振動腕を持つ圧電振動素片（以下「音叉型圧電振動部」とする）の形状となり、薄型の表面実装型とするために、枠部を同時に形成した音叉型圧電振動部（以下は水晶フレームとする）の形状にすることで、Ｘ，Ｙ，及びＺ方向で小型化が可能となった。

従来、音叉型圧電振動部と枠部とを一体に形成する技術は、特許文献１に示す水晶フレームが提案されていた。特許文献１によれば、音叉型圧電振動部の基部が音叉型圧電振動部の長さ方向（Ｙ方向）に延びた接続部と、基部の幅方向（Ｘ方向）に延びた接続部とを一体に形成した水晶フレームを提供していた。水晶フレームは上ケースと下ケースで封止されて表面実装型の圧電デバイスとして使用される。音叉型圧電振動部は基部を３箇所の接続部を持つことで、外部からの衝撃に強い圧電デバイスを提供している。
特開２００４−２０８２３７

しかしながら、圧電デバイスが小型化するにつれ、上述の３箇所の接続部を形成した音叉型圧電振動部では上ケースと下ケースで封止した際や、回路基板にハンダ付けなどで実装した際に周波数変動が起きていた。

本発明の目的は、音叉型圧電振動部に基部から幅方向に伸び、屈曲して振動腕方向に伸びて枠部と接合する支持腕を形成し、振動腕の幅、支持腕の幅、フレームの長軸方向の幅、及びフレームの短軸方向の幅を調整することで、封止時や実装時に周波数変動の少ない水晶フレーム及び圧電デバイスを提供することである。

第１の観点の圧電フレームは、基部の一端側から第１方向に伸びる第１幅の一対の振動腕を有し、この一対の振動腕に励振電極を有する音叉型圧電振動部と、基部の一端側から且つ振動腕の両外側において第１方向に伸びる第２幅の一対の支持腕と、一対の支持腕から第１方向と交差する第２方向に伸びる一対の接続腕と、接続腕と接続され第１方向に伸びる第３幅の辺と第２方向に伸びる第４幅の辺とを有する外枠部と、を備え、支持腕の第２幅は振動腕の第１幅の１．４倍より小さい。
支持腕の第２幅は振動腕の第１幅の１．４倍より小さくすることで、周波数変動率Δｆ／ｆを下げ、安定した圧電振動を得ることができる。

第２の観点の圧電フレームは、外枠部の第１方向に伸びる辺の第３幅は振動腕の第１幅の１．１倍より大きい。

第３の観点の圧電フレームは、基部の一端側から第１方向に伸びる第１幅の一対の振動腕を有し、この一対の振動腕に励振電極を有する音叉型圧電振動部と、基部の一端側から且つ振動腕の両外側において第１方向に伸びる第２幅の一対の第１支持腕と、一対の支持腕から第１方向と交差する第２方向に伸びる第２支持腕と、音叉型圧電振動子を囲み、第１方向に伸びる第３幅の辺と第２方向に伸びる第４幅の辺とを有する外枠部と、を備え、外枠部の第１方向に伸びる辺の第３幅は第２方向に伸びる第４幅の１．１倍より大きい。
外枠部の第１方向に伸びる辺の第３幅は第２方向に伸びる第４幅の１．１倍より大きくすることで、周波数変動率Δｆ／ｆが小さくて安定した振動を得ることができる。

第４の観点の圧電フレームは、第３の観点において、外枠部の第２方向に伸びる第４幅は、振動腕の第１幅以上の幅である。
水晶フレーム２０を封入するためには、外枠部の第４幅は振動腕の第１幅以上の幅であることが好ましい。
第５の観点の圧電フレームは、支持腕の第２幅は振動腕の第１幅の１．４倍より小さい。

第６の観点の圧電デバイスは、第１の観点から第５の観点のいずれかの圧電フレームと、この圧電フレームを覆う蓋部と、圧電フレームを支えるとベースと、を備える。
周波数変動率Δｆ／ｆが少なく安定した振動を得ることができる。

第７の観点の圧電デバイスは、蓋部の材質及びベースの材質は金属イオンを含むガラスであり、圧電フレームの外枠部はその周囲に金属膜が形成されており、外枠部の金属膜と蓋部及びベースとは陽極接合される。
第８の観点の圧電デバイスは、蓋部の材質及びベースの材質は圧電材料であり、圧電フレームと蓋部及びベースとはシロキサン結合される。

本発明の水晶フレーム及び圧電デバイスは封止時や実装時に周波数変動が少ないため、周波数の安定した水晶フレーム及び圧電デバイスを提供することができる。

図１は表面実装（ＳＭＤ）タイプの圧電デバイス９０をベース３０のベース部側からみた図である。本実施形態の圧電デバイス９０は、図１に示すようにリッド１０と、水晶フレーム２０と、ベース３０との３層で形成されている。水晶フレーム２０の音叉型圧電振動部２１は支持腕２５が接続部２６でフレーム部２２と一体に形成されている。圧電デバイス９０の詳細は後述する。

フレーム部２２はリッド１０とベース３０との外周部で挟み、封止することができるため、例えば音叉型圧電振動部２１の基部２３を接着剤でベース３０と固定しなくてよい。これにより音叉型圧電振動部２１を固定する際の周波数変動Δｆが小さくなる。

＜水晶フレーム２０の構成＞
水晶フレーム２０は、同じ厚さで一体に形成されている水晶基板である。水晶フレーム２０は図２に示すように音叉型圧電振動部２１とフレーム部２２と支持腕２５とから構成されている。音叉型圧電振動部２１は基部２３及び振動腕２４からなり、振動腕２４には溝部２７が形成されている。フレーム部２２は長辺（Ｙ軸方向）のＹ軸フレーム２２Ｙと、短辺（Ｘ軸方向）のＸ軸フレーム２２Ｘから構成されている。支持腕２５は音叉型圧電振動部２１の基部２３からＹ軸方向に伸びている。音叉型圧電振動部２１は支持腕２５の端部でＸ軸方向に伸びる接続部２６とで接続されている。なお、図２の水晶フレーム２０には、図面を理解しやすいように励振電極及び基部電極を図示していない。電極については後述する。

水晶フレーム２０は、たとえば３２．７６８ｋＨｚで信号を発信し、水晶フレーム２０のＸ方向の長さは０．７ｍｍから２ｍｍで設計され、Ｙ軸方向の長さは１．５ｍｍから４ｍｍで設計される極めて小型の振動片となっている。

一対の振動腕２４は基部２３の中央部からＹ軸方向に伸びており、振動腕２４の表裏両面には溝部２７が形成されている。例えば、一本の振動腕２４の表面には２箇所の溝部２７が形成されており、振動腕２４の裏面側にも同様に２箇所の溝部２７が形成されている。つまり、一本の振動腕２４には４箇所の溝部２７が形成されている。一本の振動腕２４の表裏面に１箇所ずつの溝部２７が形成されてもよい。溝部２７の断面は、略Ｈ型に形成され音叉型圧電振動部２１のＣＩ値を低下させる効果がある。

振動腕２４の先端付近では幅広に形成されており、ハンマー型の形状をしている。また、振動腕２４のハンマー型の部分では金属膜も形成して錘の役目をさせている。錘は振動腕２４に電圧をかけた際に振動しやすくさせ、また安定した振動をするために形成されている。

一対の支持腕２５は基部２３のＸ軸方向の端部から振動腕２４の先端を超えない長さでＹ軸方向に伸びている。一対の支持腕２５は振動腕２４の振動を圧電デバイス９０の外部へ振動漏れとして伝えづらくさせ、またパッケージ外部の温度変化又は衝撃の影響を受けづらくさせる効果を持つ。

接続部２６は支持腕２５の先端部でＸ軸方向に伸びて、フレーム部２２と接続している。接続部２６は幅広に形成しておくことで、周波数調整の際に幅狭にすることで周波数を調整することもできる。

水晶フレーム２０を形成する際に、上記に示した振動腕２４の幅Ｗ１、支持腕２５の幅Ｗ２、Ｙ軸フレーム部２２Ｙの幅Ｗ３及びＸ軸フレーム部２２Ｘの幅Ｗ４を調整することで、リッド１０とベース３０との封止時や回路基板への実装時における周波数変動Δｆをより小さくすることができる。

次に水晶フレーム２０を設計するために、主要構成部の幅Ｗについて以下に説明する、図３は振動腕２４の幅Ｗ１と支持腕２５の幅Ｗ２との比である支持腕振動腕幅比Ｗ２／Ｗ１と、設計周波数ｆと周波数変動Δｆとの比である周波数変動率Δｆ／ｆとのシミュレーション結果を示した図である。

図３の線Ｌ１は、図４で示すように支持腕２５を有した音叉型圧電振動部２１を支持腕２５の先端部分でベース３０に接着剤３５で固定した圧電振動デバイスを用いた場合の周波数変動率Δｆ／ｆを示している。線Ｌ２は図２で示す本実施形態の圧電振動デバイスを用いた場合の周波数変動率Δｆ／ｆを示している。

図３で明らかであるように、圧電振動デバイスは音叉型圧電振動部２１を支持腕２５の先端部分を接着剤３５で固定するより、接続部２６でフレーム部２２に一体に形成するほうが格段に周波数変動率Δｆ／ｆが小さく、安定した製品を提供することができることが分かる。また、支持腕振動腕幅比Ｗ２／Ｗ１を１．４以下にすることで、どちらの圧電振動デバイスも周波数変動率Δｆ／ｆを小さくする効果があることが分かる。

つまり、水晶フレーム２０は数式０１で示すように、支持腕２５の幅Ｗ２を振動腕２４の幅Ｗ１の１．４倍以下にすることで周波数変動率Δｆ／ｆの少ない安定した圧電振動デバイスを提供することができる。
Ｗ２≦１．４×Ｗ１ ・・・数式０１

図５は、図２で示されたＹ軸フレーム部２２Ｙの幅Ｗ３とＸ軸フレーム部２２Ｘの幅Ｗ４との比であるフレーム幅比Ｗ３／Ｗ４と、設計周波数ｆと周波数変動Δｆとの比である周波数変動率Δｆ／ｆとのシミュレーション結果を示した図である。図３で示した支持腕振動腕幅比Ｗ２／Ｗ１ごとにシミュレーションしてある。例えば線Ｌ３は支持腕振動腕幅比Ｗ２／Ｗ１が１．１８であるときの各フレーム幅比Ｗ３／Ｗ４における周波数変動率Δｆ／ｆをシミュレーションし、同様に線Ｌ４は支持腕振動腕幅比Ｗ２／Ｗ１が１．３７、線Ｌ５は支持腕振動腕幅比Ｗ２／Ｗ１が１．７８においての各フレーム幅比Ｗ３／Ｗ４における周波数変動率Δｆ／ｆをシミュレーションしている。

図５では図３で説明したように、支持腕振動腕幅比Ｗ２／Ｗ１が小さいほど周波数変動率Δｆ／ｆが小さくなることが分かる。また、支持腕振動腕幅比Ｗ２／Ｗ１を１．４以下にすることで、フレーム幅比Ｗ３／Ｗ４を変化させても周波数変動率Δｆ／ｆの変化量は少ない。さらに、フレーム幅比Ｗ３／Ｗ４を１．１以上にすることで周波数変動率Δｆ／ｆはさらに変化量が少なくなる。

つまり図５のシミュレーション結果より、水晶フレーム２０は数式０２で示すように、Ｙ軸フレーム部２２Ｙの幅Ｗ３をＸ軸フレーム部２２Ｘの幅Ｗ４の１．１倍以上にすることで、より周波数変動率Δｆ／ｆの少ない安定した圧電振動デバイスを提供することができる。
Ｗ３≧１．１×Ｗ４ ・・・数式０２

なお、Ｘ軸フレーム部２２Ｘの幅Ｗ４は水晶フレーム２０を封入する際の水晶基板の加工技術により、振動腕２４の幅Ｗ１以上に形成する必要があるため数式０３に示す関係が成り立つ。Ｘ軸フレーム部２２Ｘの幅Ｗ４を振動腕２４の幅Ｗ１以上にすることで、経時変化に強い圧電デバイスを製造することができる。
Ｗ４≧１．０×Ｗ１ ・・・数式０３

数式０３により、数式０２は数式０４とも書き換えることができる。つまり水晶フレーム２０は振動腕２４の幅Ｗ１が求まると、支持腕２５の幅Ｗ２、Ｙ軸フレーム部２２Ｙの幅Ｗ３及びＸ軸フレーム部２２Ｘの幅Ｗ４が求まる。
Ｗ３≧１．１×Ｗ１ ・・・数式０４

以上で水晶フレーム２０を構成する主要な幅が求められる。次に主要構成部と主要構成部との間隙Ｇ（図２を参照）について説明する。水晶フレーム２０の間隙Ｇは図２で示した振動腕２４と振動腕２４との間隙Ｇ１１、振動腕２４と支持腕２５との間隙Ｇ１２、支持腕２５とＹ軸フレーム部２２Ｙとの間隙Ｇ２３、Ｘ軸フレーム部２２Ｘと水晶フレーム２０の基部２３との間隙Ｇ１４及びＸ軸フレーム部２２Ｘと水晶フレーム２０の振動腕２４との間隙Ｇ２４である。

間隙Ｇ１１は数式０５で示すように、振動腕２４の幅Ｗ１と同等かそれ以下にする。なお、間隔Ｇ１１の最小値は振動腕２４の先端が振動時に互いに接触しない間隔である。
Ｇ１１≦Ｗ１ ・・・数式０５

間隙Ｇ１２は数式０６で示すように、振動腕２４の幅Ｗ１と同等にする。振動腕２４の幅Ｗ１と同等とすることでウェットエッチングの際に振動腕２４周りのエッチング液の流れが確保され、正確な振動腕２４が形成される。
Ｇ１２≒Ｗ１ ・・・数式０６

間隙Ｇ２３、間隙Ｇ１４及び間隙Ｇ２４は水晶フレーム２０を小型化する需要に応えるため、エッチング技術で形成可能なかぎり間隙Ｇ２３、間隙Ｇ１４及び間隙Ｇ２４を狭く形成する。

以上に示したように、振動腕２４の幅Ｗ１を決定することで、水晶フレーム２０の主要構成部の幅Ｗ及び間隙Ｇが求まり、周波数変動率Δｆ／ｆの小さい圧電振動デバイスの設計をすることができる。このため本実施形態で形成した圧電振動デバイスは水晶フレーム２０の封入工程及び回路基板の装着工程においても周波数変動Δｆが少なく、信頼性の高い製品を供給することができる。

水晶フレーム２０は公知のフォトレジスト・エッチング技術を用い、フレーム部２２と、支持腕２５と、音叉型圧電振動部２１との外形、及び溝部２７を形成する。外形と溝部とを形成した水晶フレーム２０は次に公知のフォトレジスト・エッチング技術を用いて励振電極などを形成する。

＜電極の構成＞
図６は水晶フレーム２０の電極の構成図である。水晶フレーム２０はフレーム部２２と基部２３と支持腕２５と接続部２６との表面に第１基部電極４１と第２基部電極４２とが形成され、裏面にも同様に第１基部電極４１と第２基部電極４２とが形成されている。

一対の振動腕２４は、表面、裏面及び側面に第１励振電極４３と第２励振電極４４とが形成されている。振動腕２４の表面及び裏面と、側面とは互いに異なる電極が形成されている。第１励振電極４３は第１基部電極４１につながっており、第２励振電極４４は第２基部電極４２につながっている。水晶フレーム２０は第１基部電極４１及び第２基部電極４２に電圧をかけることで、第１励振電極４３及び第２励振電極４４に囲まれた振動腕２４を振動させる。

電極の形成と同時に振動腕２４のハンマー型の部分にも錘金属膜４０を形成する。錘金属膜４０は錘の役目と、水晶フレーム２０の周波数調整工程の際に錘金属膜４０を昇華させ、軽くすることで周波数調整を行うことができる。

本実施形態の振動腕２４の先端付近は急激に幅広になるハンマー型の形状をしているが、徐々に幅広になる扇形の形状でもよい。先端付近が扇形の形状の振動腕２４も振動で互いに衝突しない大きさで形成される。

＜第１圧電デバイス１００の構成＞
水晶フレーム２０を用い、リッド１０とベース３０とがガラスで形成された第１圧電デバイス１００について、図面を参照して説明する。図７は第１圧電デバイス１００の概略図である。

図７（ａ）は、第１圧電デバイス１００のリッド１０であるガラス製の第１リッド１１の内面図であり、図７（ｂ）は音叉型水晶振動片２１を有する水晶フレーム２０の上面図であり、図７（ｃ）はベース３０であるガラス製の第１ベース３１の内面図である。図６（ｄ）は、図７（ｂ）のＡ−Ａ断面で第１圧電デバイス１００を示した概略断面図である。

第１圧電デバイス１００は、水晶フレーム２０のフレーム部２２を挟み込むように、フレーム部２２の下面に第１ベース３１が接合され、フレーム部２２の上面に第１リッド１１が接合されている。

第１リッド１１および第１ベース３１はガラスで形成され、図７（ａ）に示すように第１リッド１１は、リッド凹部１２を水晶フレーム側の片面に有している。
図７（ｂ）は水晶フレーム２０であり、フレーム部２２の表面及び裏面に接続金属膜４５を備える。接続金属膜４５は、スパッタリング若しくは真空蒸着などの手法により形成する。接続金属膜４５はアルミニュウム（Ａｌ）層から構成され、アルミニュウム層の厚みは１０００Å〜１５００Å程度とする。

図７（ｃ）に示すように、第１ベース３１は、ベース凹部３２を水晶フレーム側の片面に有している。第１ベース３１はガラスで形成され、エッチングによりベース凹部３２を設ける際、同時に第１スルーホール３３と第２スルーホール３４とを形成する。第１ベース３１の表面には、第１接続電極４６及び第２接続電極４７を備えている。

第１スルーホール３３及び第２スルーホール３４は、その内面に金属膜が形成され、その内面の金属膜は、第１接続電極４６及び第２接続電極４７と同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。内面の金属膜は金（Ａｕ）層又は銀（Ａｇ）層が形成される。第１ベース３１は、底面にメタライジングされた第１外部電極４８及び第２外部電極４９を備える。第１接続電極４６は、第１スルーホール３３を通じて第１ベース３１の底面に設けた第１外部電極４８に接続する。第２接続電極４７は、第２スルーホール３４を通じて第１ベース３１の底面に設けた第２外部電極４９に接続する。

フレーム部２２の裏面に形成された第１基部電極４１と第２基部電極４２とは、それぞれ第１ベース３１の表面の第１接続電極４６及び第２接続電極４７に接続する。つまり、第１基部電極４１は第１外部電極４８と電気的に接続し、第２基部電極４２は第２外部電極４９と電気的に接続している。

図７（ｄ）の概略断面図で示すように、第１圧電デバイス１００は図７（ａ）と図７（ｂ）と図７（ｃ）とを重ね合わせ、陽極接合を行う。例えば、第１リッド１１及び第１ベース３１は、パイレックス（登録商標）ガラス、ホウ珪酸ガラス及びソーダガラスなどを材料としており、これらはナトリウムイオンなどの金属イオンを含有するガラスである。フレーム部２２は、表面及び裏面に接続金属膜４５を備え、接続金属膜４５はアルミニュウムで形成されている。音叉型水晶振動子２１を有する水晶フレーム２０を中心として、リッド用凹部１２を備えた第１リッド１１及びベース凹部３２を備えた第１ベース３１を重ねる。なお、接続金属膜４５はアルミニュウム以外に、下地のクロム層に金層を重ねた金属膜であってもよい。

陽極接合は、熱と電圧を加えることにより接合界面にある金属が酸化されるという化学反応により接合する。フレーム部２２と第１リッド１１及び第１ベース３１との陽極接合では、フレーム部２２の両面にスパッタなどにより形成した金属膜をガラス部材の接合面に当接させ、陽極接合を行う。

陽極接合させるときには、金属膜を陽極としガラス部材の接合面に対向する面に陰極を配置し、これらの間に電界を印加する。これにより、ガラスに含まれているナトリウムなどの金属イオンが陰極側に移動し、この結果接合界面においてガラス部材に接触している金属膜が酸化され、両者が接続した状態が得られる。なお、本実施形態では、アルミニュウムなどの所定の金属と所定の誘電体を接触させて加熱（２００°Ｃ〜４００°Ｃ程度）し、５００Ｖ〜１ｋＶ程度の電圧を印加することで、金属とガラスとを接合している。

第１圧電デバイス１００は圧電デバイスの製造途中に、周波数調整をする。周波数調整は真空中あるいは不活性ガス中で、第１ベース３１とフレーム部２２とを陽極接合技術により接合し、周波数の調整をする。周波数調整を終了した第１ベース３１と水晶フレーム２０とは真空中あるいは不活性ガス中で第１リッド１１とフレーム部２２とを陽極接合技術により接合し、第１スルーホール３３と第２スルーホール３４とを金属材料で封止することで第１圧電デバイス１００を完成させる。

なお、図７では１つのフレーム部２２と１つの第１リッド１１及び１つの第１ベース３１とを接合した図を示している。しかし実際の製造においては、１枚の水晶ウエハに数百から数千の水晶フレーム２０と、１枚のガラスウエハに数百から数千の第１リッド１１と、１枚のガラスウエハに数百から数千の第１ベース３１とを用意し、それらウエハ単位で接合して一度に数百から数千の圧電デバイスを製造する。

＜第２圧電デバイス１１０の構成＞
水晶フレーム２０を用い、リッド１０とベース３０とが水晶基板で形成された第２圧電デバイス１１０について、図面を参照して説明する。図８は第２圧電デバイス１１０の概略図を示している。

図８（ａ）は、第２圧電デバイス１１０のリッド１０である水晶基板で形成した第２リッド１１１の内面図であり、図８（ｂ）は水晶フレーム２０の上面図であり、図８（ｃ）はベース３０である水晶基板で形成した第２ベース１３１の内面図である。図８（ｄ）は、図８（ｂ）のＢ−Ｂ断面で第２圧電デバイス１１０を示した概略断面図である。

第２圧電デバイス１１０の構成は３層とも水晶基板で形成されていて、電極及びスルーホール及び形状等は第１圧電デバイス１００と同様なため、以下に相違点のみを説明する。なお同一構造部分は同じ符号を使用している。

第２圧電デバイス１１０では第１圧電デバイス１００の水晶フレーム２０に形成した接続金属膜４５を用いないで、リッド１０とベース３０とを接合している。接続金属膜４５を使用しない理由は第２リッド１１１及びフレーム部２２並びに第２ベース１３１はシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）技術により接合するためである。

本発明の第２圧電デバイス１１０も圧電デバイスの製造途中に、周波数調整をする。周波数調整は真空中あるいは不活性ガス中で、第２ベース１３１とフレーム部２２とをシロキサン結合技術により接合し、周波数を調整する。周波数調整を終了した第２ベース１３１と接続部付きの水晶フレーム２０とは真空中あるいは不活性ガス中で第２リッド１１１とフレーム部２２とをシロキサン結合技術により接合し、第１スルーホール３３と第２スルーホール３４とを金属材料で封止することで第２圧電デバイス１１０を完成させる。

シロキサン結合は、フレーム部２２と、第２ベース１３１及び第２リッド１１１との接面を清浄な状態にして重ね合わせ、４００°Ｃから４５０°Ｃに保持された高温槽で加圧しながら加熱することにより結合する。

シロキサン結合の接合面は鏡面状態にしておく必要があるため、電極の厚み（３０００Åから４０００Å）でさえ接合不良の原因となる。このため、フレーム部２２の裏面に形成した第１基部電極４１及び第２基部電極４２と対向する面はその配線電極の厚み以上の窪みを形成する必要がある。また、第２ベース１３１の表面に形成した第１接続電極４６及び第２接続電極４７とはその接続電極の厚み分だけの深さで窪みを形成する必要がある。つまり、接合面はシロキサン結合を阻害しないように、各電極の窪み及びその対向する面を形成する。

なお、図８では１つのフレーム部２２と１つの第２リッド１１１及び１つの第２ベース１３１とを接合した図を示している。しかし実際の製造においては、１枚の水晶ウエハに数百から数千の水晶フレーム２０と、１枚の水晶ウエハに数百から数千の第２リッド１１１と、１枚の水晶ウエハに数百から数千の第２ベース１３１とを用意し、それらウエハ単位で接合して一度に数百から数千の圧電デバイスを製造する。

以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。たとえば、本発明の音叉型圧電振動部２１を有する水晶フレームは、水晶以外にニオブ酸リチウム等の様々な圧電単結晶材料を用いることができる。

圧電デバイス９０の構成を示す図である。 水晶フレーム２０の主要な構成を示す図である。 支持腕振動腕幅比Ｗ２／Ｗ１と、周波数変動率Δｆ／ｆとのシミュレーション結果を示したグラフである。 支持腕２５を有した音叉型圧電振動部２１を支持腕２５の先端部分でベース３０に接着剤３５で固定した場合の圧電振動デバイスを示した図である。 フレーム幅比Ｗ３／Ｗ４と、周波数変動率Δｆ／ｆとのシミュレーション結果を示したグラフである。 水晶フレーム２０の電極の構成図である （ａ）は、第１圧電デバイス１００の第１リッド１１の内面図である。 （ｂ）は、第１圧電デバイス１００の水晶フレーム２０の上面図である。 （ｃ）は、第１圧電デバイス１００の第１ベース３１の内面図である。 （ｄ）は、第１圧電デバイス１００の断面構成図である。 （ａ）は、第２圧電デバイス１１０の第２リッド１１１の内面図である。 （ｂ）は、第２圧電デバイス１１０の第２水晶フレーム２０の上面図である。 （ｃ）は、第２圧電デバイス１１０の第２ベース１３１の内面図である。 （ｄ）は、第２圧電デバイス１１０の断面構成図である。

符号の説明

１０ … リッド、１１ … 第１リッド、１２ … リッド凹部
２０ … 水晶フレーム
２１ … 音叉型圧電振動部
２２ … フレーム部、２２Ｘ … Ｘ軸フレーム、２２Ｙ … Ｙ軸フレーム
２３ … 基部
２４ … 振動腕、２５ … 支持腕、２６ … 接続部、２７ … 溝部
３０ … ベース、３１ … 第１ベース、３２ … ベース凹部
３３ … 第１スルーホール、３４ … 第２スルーホール
３５ … 接着剤、４０ … 錘金属膜
４１ … 第１基部電極、４２ … 第２基部電極
４３ … 第１励振電極、４４ … 第２励振電極
４５ … 接続金属膜４５
４６ … 第１接続電極、４７ … 第２接続電極
４８ … 第１外部電極、４９ … 第２外部電極
９０ … 圧電デバイス
１００ … 第１圧電デバイス、１１０ … 第２圧電デバイス
１１１ … 第２リッド、１３１ … 第２ベース
ｆ … 設計周波数
Ｇ … 間隙
Ｗ … 幅
Δｆ … 周波数変動、Δｆ／ｆ … 周波数変動率

Claims (8)

1. 基部の一端側から第１方向に伸びる第１幅の一対の振動腕を有し、この一対の振動腕に励振電極を有する音叉型圧電振動部と、
   前記基部の前記一端側から且つ前記振動腕の両外側において前記第１方向に伸びる第２幅の一対の支持腕と、
   前記一対の支持腕から前記第１方向と交差する第２方向に伸びる一対の接続腕と、
   前記接続腕と接続され前記第１方向に伸びる第３幅の辺と前記第２方向に伸びる第４幅の辺とを有する外枠部と、を備え、
   前記支持腕の第２幅は前記振動腕の第１幅の１．４倍より小さいことを特徴とする圧電フレーム。
2. 前記外枠部の第１方向に伸びる辺の第３幅は前記振動腕の第１幅の１．１倍より大きいことを特徴とする請求項１に記載の圧電フレーム。
3. 基部の一端側から第１方向に伸びる第１幅の一対の振動腕を有し、この一対の振動腕に励振電極を有する音叉型圧電振動部と、
   前記基部の前記一端側から且つ前記振動腕の両外側において前記第１方向に伸びる第２幅の一対の第１支持腕と、
   前記一対の支持腕から前記第１方向と交差する第２方向に伸びる第２支持腕と、
   前記音叉型圧電振動子を囲み、前記第１方向に伸びる第３幅の辺と前記第２方向に伸びる第４幅の辺とを有する外枠部と、を備え、
   前記外枠部の第１方向に伸びる辺の第３幅は前記第２方向に伸びる第４幅の１．１倍より大きいことを特徴とする圧電フレーム。
4. 前記外枠部の第２方向に伸びる第４幅は、前記振動腕の第１幅以上の幅であることを特徴とする請求項３に記載の圧電フレーム。
5. 前記支持腕の第２幅は前記振動腕の第１幅の１．４倍より小さいことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の圧電フレーム。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の圧電フレームと、
   この圧電フレームを覆う蓋部と、
   前記圧電フレームを支えるとベースと、
   を備えることを特徴とする圧電デバイス。
7. 前記蓋部の材質及び前記ベースの材質は金属イオンを含むガラスであり、
   前記圧電フレームの外枠部はその周囲に金属膜が形成されており、
   前記外枠部の金属膜と前記蓋部及び前記ベースとは陽極接合されることを特徴とする請求項６に記載の圧電デバイス。
8. 前記蓋部の材質及び前記ベースの材質は圧電材料であり、
   前記圧電フレームと前記蓋部及び前記ベースとはシロキサン結合されることを特徴とする請求項６に記載の圧電デバイス。