JP2010273006A - 振動デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】静電気に起因する振動片の損傷などを回避できる振動デバイスの提供。
【解決手段】パッケージベース２０と、パッケージベース２０に接合される蓋体３０と、パッケージベース２０及び蓋体３０によって囲まれた内部空間に収容される水晶振動片１０と、を備え、パッケージベース２０に、内部空間から外部に連通する貫通孔２６が形成され、パッケージベース２０は、外底面２３に、外底面２３の対向する一対の辺２３ａ，２３ｂと平行な第１軸方向Ｂの一方の端部に設けられた第１端子２７及び他方の端部に設けられた第２端子２８と、第１端子２７と第２端子２８との間に設けられた第３端子２９とを有し、第１端子２７及び第２端子２８が、水晶振動片１０と電気的に接続され、第３端子２９が、蓋体３０と電気的に接続され、第３端子２９と貫通孔２６とが、外底面２３の平面視において互いに離れて配置され、貫通孔２６が、封止材７０により封止されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電振動子などに代表される振動デバイスに関する。

従来、パッケージの内部空間に振動片として圧電振動片を収容し、パッケージの開口部分を蓋体で覆い、圧電振動片がパッケージの内側底部に形成された電極部に接続され、電極部がパッケージの外部に引き回されて実装用端子をなす構成の振動デバイスが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３１８６９１号公報

上記のような構成の振動デバイスにおいては、何らかの原因で発生した静電気が、蓋体を介してパッケージの外底面に形成された実装用端子に放電されることがある。
これにより、振動デバイスは、実装用端子に放電された静電気が、電極部を介して振動片に達することから、この静電気のエネルギーの大きさによっては、振動片が損傷を被り特性が劣化する虞がある。
また、振動デバイスは、振動片が損傷を被るまでにいたらなくても、蓋体に留まった静電気によって浮遊容量が変動し、振動片の振動特性が劣化する虞がある。

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる振動デバイスは、パッケージベースと、前記パッケージベースに接合される蓋体と、前記パッケージベース及び前記蓋体によって囲まれた内部空間に収容される振動片と、を備え、前記パッケージベースに、前記内部空間から外部に連通する貫通孔が形成され、前記パッケージベースは、外底面に、前記外底面の対向する一対の辺と平行な第１軸方向の一方の端部に設けられた第１端子及び他方の端部に設けられた第２端子と、前記第１端子と前記第２端子との間に設けられた第３端子とを有し、前記第１端子及び前記第２端子が、前記振動片と電気的に接続され、前記第３端子が、前記蓋体と電気的に接続され、前記第３端子と前記貫通孔とが、前記外底面の平面視において互いに離れて配置され、前記貫通孔が、封止材により封止されていることを特徴とする振動デバイス。

これによれば、振動デバイスは、パッケージベースの外底面に設けられた第１端子及び第２端子が、振動片と電気的に接続され、第３端子が、蓋体と電気的に接続されている。
この結果、振動デバイスは、例えば、静電気が蓋体に放電された際に、蓋体と電気的に接続されている第３端子を介して、振動デバイスが実装されている外部の機器の実装基板などへ静電気を逃がしやすくなる。
したがって、振動デバイスは、放電された静電気に起因する浮遊容量の変動、振動片の損傷などが回避されることから、良好な振動特性を維持することができる。

また、振動デバイスは、第３端子と貫通孔とが、互いに離れて配置され、貫通孔が封止材により封止されている。
この結果、振動デバイスは、例えば、外部の機器に実装される際に、第３端子と貫通孔とが近接している場合と比較して、第３端子から貫通孔へ実装用のはんだが流出することを回避できる。
したがって、振動デバイスは、はんだに起因する封止材の劣化が回避できることから、封止材による貫通孔の封止の信頼性を良好に維持することができる。

［適用例２］上記適用例１に記載の振動デバイスにおいて、前記パッケージベースが、底基板と、前記振動片を囲み前記底基板に積層される枠基板とを備え、前記底基板に、前記貫通孔の少なくとも一部である底基板貫通孔が形成され、前記底基板貫通孔は、平面視において前記枠基板と少なくとも一部が重なっていることを特徴とする振動デバイス。

これによれば、振動デバイスは、パッケージベースが、底基板と、振動片を囲み底基板に積層される枠基板とを備え、底基板に、枠基板と少なくとも一部が重なるように貫通孔が形成されている。
この結果、振動デバイスは、パッケージベースが、小型・薄型化可能なことから、全体のサイズを小型・薄型化することができる。

［適用例３］上記適用例２に記載の振動デバイスにおいて、前記枠基板に、前記貫通孔の一部であり前記枠基板の厚み方向に貫通する枠基板貫通孔が形成され、前記枠基板貫通孔が、平面視において前記底基板の前記底基板貫通孔の領域内に形成されていることを特徴とする振動デバイス。

これによれば、振動デバイスは、枠基板が、枠基板の厚み方向に貫通する枠基板貫通孔を備え、枠基板貫通孔が、底基板の底基板貫通孔と重なる位置に形成されている。
この結果、振動デバイスは、パッケージベースが、小型・薄型化可能なことから、全体のサイズを小型・薄型化することができる。

［適用例４］上記適用例１〜３のいずれかに記載の振動デバイスにおいて、前記第３端子の少なくとも一部が、前記パッケージベースの前記第１軸と直交する第２軸方向において、前記第１端子または前記第２端子の前記第２軸方向の全幅に亘って形成されていることを特徴とする振動デバイス。

これによれば、振動デバイスは、第２軸方向において、第３端子の少なくとも一部が、第１端子または第２端子の全幅に亘って形成されている。
この結果、振動デバイスは、例えば、パッケージベースの製造過程における、外底面と対向する対向面押圧時の、パッケージベースのうねりなどの変形を、第３端子と第１端子または第２端子とで第２軸方向の形成範囲が異なる場合と比較して、好適に抑制できる。

本実施形態の水晶振動子の概略構成を示す模式図。 変形例１の水晶振動子の概略構成を示す模式断面図。 変形例２の水晶振動子の概略構成を示す模式裏平面図。 変形例３の水晶振動子の概略構成を示す模式裏平面図。

以下、振動デバイスの実施形態について図面を参照して説明する。
（実施形態）
ここでは、振動デバイスの一例として圧電振動デバイスである水晶振動子を例に取り説明する。
図１は、本実施形態の水晶振動子の概略構成を示す模式図である。図１（ａ）は蓋体側から見た表平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、図１（ｃ）は、パッケージベース側から見た裏平面図である。
なお、表平面図では、理解を容易にするために蓋体を省略し、蓋体の外形を２点鎖線で表している。

図１に示すように、水晶振動子１は、圧電振動片としての水晶振動片１０と、水晶振動片１０を搭載するパッケージベース２０と、水晶振動片１０を覆いパッケージベース２０に接合される蓋体３０とを備えている。

水晶振動片１０は、平面形状が略矩形の基部１１と、基部１１の一端部から互いに略平行に延在した角柱状の一対の振動腕部１２とを備えた音叉型水晶振動片である。なお、水晶振動片１０には、図示しない励振電極が形成されている。
パッケージベース２０は、平面形状が略矩形で平板状の底基板２１と、底基板２１に搭載された水晶振動片１０を囲み、底基板２１に積層される枠状の枠基板２２とを備えている。
底基板２１及び枠基板２２には、セラミックグリーンシートを成形して焼成した酸化アルミニウム質焼結体などが用いられている。

底基板２１には、パッケージベース２０の内側の水晶振動片１０を搭載する面である内底面２１ａから、パッケージベース２０の外側の底面である外底面２３に達する底基板貫通孔２４が形成されている。また、枠基板２２は、枠基板２２の厚み方向に貫通する枠基板貫通孔２５を備えている。
枠基板貫通孔２５は、平面視において底基板貫通孔２４と重なる位置に形成されている。また、底基板貫通孔２４の平面サイズは、枠基板貫通孔２５の平面サイズより大きく形成されている。

なお、底基板貫通孔２４、枠基板貫通孔２５の平面形状は、通常円形であるが、三角形、四角形、五角形以上の多角形、楕円形などでもよい。
この底基板貫通孔２４、枠基板貫通孔２５により、パッケージベース２０は、枠基板２２の蓋体３０側の面２２ａから底基板２１の外底面２３に達する段付きの貫通孔２６が形成される。
以下、底基板貫通孔２４と、枠基板貫通孔２５とを区別する必要がないときは、貫通孔２６という。

パッケージベース２０の外底面２３には、一対の辺２３ａ，２３ｂと平行な第１軸方向Ｂの一方の端部に第１端子２７が設けられ、他方の端部に第２端子２８が設けられている。第１端子２７及び第２端子２８は、略矩形形状で互いに同等の大きさで形成されている。
そして、パッケージベース２０の外底面２３には、第１端子２７と第２端子２８との間に第３端子２９が設けられている。

ここで、図１（ｃ）に示すように、第３端子２９の一部は、パッケージベース２０の長手方向と直交する第２軸方向Ｃにおいて、第２端子２８の第２軸方向Ｃの全幅Ｌに亘って形成されている。なお、第２軸方向Ｃにおける第３端子２９の形成範囲は、第１端子２７の第２軸方向Ｃの全幅に亘っていてもよい。

また、第３端子２９と貫通孔２６とは、外底面２３を平面視して互いに離れて配置されている。より詳細には、第３端子２９を構成する金属被膜が、貫通孔２６に達しないように、外底面２３において貫通孔２６から離れて配置されている。ここで、第３端子２９と貫通孔２６とは、例えば、水晶振動子１が外部の機器に実装される際に、第３端子２９に濡れ広がった実装用のはんだが、貫通孔２６まで流出しない程度に離れている。
これにより、第３端子２９は、貫通孔２６側の一部が切り欠かれた略矩形形状となっている。
なお、第１端子２７及び第２端子２８に濡れ広がった実装用はんだが貫通孔２６まで流出しないように、第１端子２７及び第２端子２８と貫通孔２６とは、第３端子２９と貫通孔２６との距離以上に離れて形成されていることが好ましい。

なお、第１端子２７、第２端子２８、第３端子２９は、タングステンなどのメタライズ層にニッケル、金などの各被膜をメッキなどにより積層した金属被膜からなる。

パッケージベース２０の内底面２１ａには、内部電極２１ｂ，２１ｃが形成され、エポキシ系、シリコン系、ポリイミド系などの導電性接着剤４０を介して水晶振動片１０が搭載されている。なお、水晶振動片１０の搭載には、導電性接着剤４０に代えて、はんだ、バンプなどの接合材を用いてもよい。
水晶振動片１０は、励振電極と電気的に接続されているマウント電極が基部１１に形成され、マウント電極が内部電極２１ｂ，２１ｃと重なるように搭載されている。これにより、水晶振動子１は、水晶振動片１０の励振電極と内部電極２１ｂ，２１ｃとが導通される。

内部電極２１ｂ，２１ｃは、図示しない内部配線によりそれぞれ第１端子２７、第２端子２８と電気的に接続されている。例えば、内部電極２１ｂは、第１端子２７と接続され、内部電極２１ｃは、第２端子２８と接続されている。
これにより、第１端子２７及び第２端子２８は、水晶振動片１０と電気的に接続されている。
なお、内部電極２１ｂ，２１ｃは、上記各端子と同様に、タングステンなどのメタライズ層にニッケル、金などの各被膜をメッキなどにより積層した金属被膜からなる。

パッケージベース２０の枠基板２２の蓋体３０側の面２２ａには、図示しないタングステンなどのメタライズ層が形成され、シームリング、ろう材などの接合部材５０を介して、コバールなどの金属からなる平面形状が略矩形で平板状の蓋体３０が、接合されている。
ここで、図１（ｂ）に示すように、第３端子２９は、底基板２１及び枠基板２２を貫通するビア２９ａなどを用いた内部配線、接合部材５０を介して、蓋体３０と電気的に接続されている。
なお、ここでは、パッケージベース２０、蓋体３０、接合部材５０を含んでなる、水晶振動片１０を収容する収容部をパッケージ６０という。そして、パッケージ６０によって囲まれ、水晶振動片１０を収容する空間を内部空間という。

水晶振動子１は、真空チャンバーなどを用いて、パッケージ６０の内部空間が真空にされた状態で、貫通孔２６が、金／ゲルマニウム合金、金／錫合金、銀ろうなどの金属からなる封止材７０により封止されている。
なお、封止材７０は、略球状に形成され、反転されたパッケージ６０の底基板貫通孔２４に載置された状態で、レーザー光や電子ビームなどの照射またはヒーターなどを用いて加熱溶融されることにより、貫通孔２６に充填される。なお、底基板貫通孔２４が確実に封止されていれば、枠基板貫通孔２５内には、必ずしも封止材７０が充填されている必要はない。

水晶振動子１は、パッケージ６０の内部空間と水晶振動子１の外部とを連通する貫通孔２６が封止材７０で封止されることにより、パッケージ６０の内部空間が真空状態に保持され、第１端子２７及び第２端子２８を介して印加される駆動信号によって、水晶振動片１０が励振されて所定の周波数で共振する。

上述したように、水晶振動子１は、パッケージベース２０の外底面２３に設けられた第１端子２７及び第２端子２８が、水晶振動片１０と電気的に接続され、第３端子２９が、蓋体３０と電気的に接続されている。
この結果、水晶振動子１は、例えば、静電気が蓋体３０に放電された際に、蓋体３０と電気的に接続されている第３端子２９を介して、水晶振動子１が実装されている外部の機器の実装基板などへ静電気を逃がしやすくなる。
したがって、水晶振動子１は、静電気が蓋体３０に留まり浮遊容量が変動することや、静電気が第１端子２７及び第２端子２８を介して水晶振動片１０に達し、水晶振動片１０が損傷を被ることを回避できることから、良好な振動特性を維持することができる。

また、水晶振動子１は、第３端子２９と貫通孔２６とが、外底面２３を平面視して互いに離れて配置され、貫通孔２６が封止材７０により封止されている。
この結果、水晶振動子１は、例えば、外部の機器に実装される際に、第３端子２９と貫通孔２６とが近接している場合と比較して、第３端子２９に濡れ広がったはんだが、貫通孔２６へ流出することを回避できる。
したがって、水晶振動子１は、はんだとの接触に起因する封止材７０の劣化（はんだにより封止材７０が食われる現象、具体的には、はんだによる封止材７０に含まれる金成分の溶融や拡散など）が回避できることから、封止材７０による貫通孔２６の封止の信頼性を良好に維持することができる。

また、水晶振動子１は、パッケージベース２０の外底面２３に、パッケージベース２０の第１軸方向Ｂの一方の端部に設けられた第１端子２７及び他方の端部に設けられた第２端子２８と、第１端子２７と第２端子２８との間に設けられた第３端子２９とを有している。
これにより、水晶振動子１は、第３端子２９がない場合と比較して、各端子間の距離が、短くなる。

この結果、水晶振動子１は、例えば、パッケージベース２０の底基板２１の製造過程で、複数の底基板２１がつながった状態にあるシート状の底基板２１の、そりの矯正などの目的で行われる内底面２１ａ押圧時（プレス時）において、底基板２１の外底面２３と各端子の実装面との段差に起因する底基板２１のうねりなどの変形を、第３端子２９がない場合と比較して抑制できる。

加えて、水晶振動子１は、パッケージベース２０の長手方向と直交する第２軸方向Ｃにおいて、第３端子２９の一部が、第２端子２８の全幅Ｌに亘って形成されている。
この結果、水晶振動子１は、上記の底基板２１のうねりなどの変形を、第２軸方向Ｃにおける第３端子２９の形成範囲が、同方向における第２端子２８の全幅Ｌより狭い場合と比較して、より抑制できる。

また、水晶振動子１は、パッケージベース２０が、底基板２１と、底基板２１に搭載された水晶振動片１０を囲み、底基板２１に積層される枠基板２２とを備え、枠基板２２が、枠基板貫通孔２５を備え、枠基板貫通孔２５全体が、平面視において、底基板２１の底基板貫通孔２４と重なる領域内に形成されている。
この結果、水晶振動子１は、例えば、底基板２１が２層になっている構成と比較して、パッケージベース２０が小型・薄型化可能なことから、全体のサイズを小型・薄型化することができる。
なお、本実施形態では、枠基板貫通孔２５全体が、平面視において底基板貫通孔２４と重なる領域内に形成されている構成を例に取り説明したが、枠基板貫通孔２５の少なくとも一部が底基板貫通孔２４と重なる領域内に配置されている構成であれば、パッケージベース２０の小型・薄型化が可能である。

ここで、上記実施形態の変形例について説明する。
（変形例１）
図２は、変形例１の水晶振動子の概略構成を示す模式断面図である。なお、断面位置は、図１（ｂ）の断面図と同位置である。また、上記実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図２に示すように、変形例１の水晶振動子１０１は、パッケージベース１２０の枠基板１２２の枠基板貫通孔２５（図１参照）が削除されている。
水晶振動子１０１は、底基板１２１に形成された底基板貫通孔１２４の一部が、平面視において枠基板１２２と重なるように形成されている。具体的には、枠基板１２２は、水晶振動片１０を収容するための孔が形成されているが、封止用の貫通孔が形成されていない。そして、平面視において枠基板１２２の下面側（底基板１２１に接する面側）の内側の縁が底基板貫通孔１２４の領域内に位置するように、枠基板１２２が底基板１２１上に配置されている。

これによれば、水晶振動子１０１は、枠基板１２２の枠基板貫通孔２５が削除されていることから、パッケージベース１２０の第２軸方向Ｃ（図１参照）のサイズを、上記実施形態と比較して、さらに小さくすることができる。
したがって、水晶振動子１０１は、上記実施形態と比較して、平面サイズをより小型化することができる。

（変形例２）
図３は、変形例２の水晶振動子の概略構成を示す模式裏平面図である。なお、上記実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図３に示すように、変形例２の水晶振動子２０１は、上記実施形態と比較して、第３端子２２９の形状が異なる。
水晶振動子２０１は、上記実施形態と比較して、第３端子２２９のパッケージベース２０の第１軸方向Ｂにおける全幅Ｌ１が狭く形成されていることにより、第３端子２２９と第１端子２７との間隔が広がっている。

これによれば、水晶振動子２０１は、上記実施形態と比較して、第３端子２２９と第１端子２７との間隔が広がっていることから、例えば、外部の機器に実装される際に、第３端子２２９に濡れ広がったはんだの流出などによって、第３端子２２９を介して第１端子２７と第２端子２８とが短絡する虞を回避できる。

（変形例３）
図４は、変形例３の水晶振動子の概略構成を示す模式裏平面図である。なお、上記実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図４に示すように、変形例３の水晶振動子３０１は、上記実施形態と比較して、第３端子３２９の形状が異なる。
水晶振動子３０１は、上記実施形態と比較して、第３端子３２９のパッケージベース２０の第１軸方向Ｂと直交する第２軸方向Ｃにおける全幅Ｌ２が、第２端子２８の全幅Ｌより狭く形成されていることにより、第３端子３２９と貫通孔２６との間隔が広がっている。

これによれば、水晶振動子３０１は、上記実施形態と比較して、第３端子３２９と貫通孔２６との間隔が広がっていることから、例えば、外部の機器に実装される際に、第３端子３２９に濡れ広がったはんだが、貫通孔２６へ流出することを、より確実に回避できる。

また、水晶振動子３０１は、第３端子３２９と貫通孔２６との間隔が広がっている構成により、貫通孔２６の配置の自由度が増すことから、貫通孔２６を各端子のいずれにも偏らない位置に配置できる。
これによれば、水晶振動子３０１は、例えば、外部の機器に実装される際に、各端子に濡れ広がったはんだが、貫通孔２６へ流出することを略均等に回避できる。
なお、変形例２，３の構成は、変形例１にも適用できる。

なお、上記実施形態及び各変形例では、水晶振動片１０として、音叉型水晶振動片を例に取り説明したが、これに限定するものではなく、水晶振動片１０には、ＡＴカット水晶振動片、弾性表面波水晶振動片などを用いてもよい。
また、圧電振動片の材料としては、水晶以外にタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどを用いてもよい。
更にまた、水晶振動片１０の代わりに圧電振動片以外の各種振動片を用いることも可能であり、例えばシリコン基板を加工して形成されたＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）振動片などを用いてもよい。

なお、上記実施形態及び各変形例では、振動デバイスとして水晶振動子を例に取り説明したが、これに限定するものではなく、水晶振動子に発振回路を内蔵した水晶発振器などの発振器にも適用できる。

１…水晶振動子、１０…水晶振動片、１１…基部、１２…振動腕部、２０，１２０…パッケージベース、２１，１２１…底基板、２１ａ…内底面、２１ｂ，２１ｃ…内部電極、２２，１２２…枠基板、２２ａ…枠基板の蓋体側の面、２３…外底面、２４…底基板貫通孔、２５…枠基板貫通孔、２６…貫通孔、２７…第１端子、２８…第２端子、２９…第３端子、３０…蓋体、４０…導電性接着剤、５０…接合部材、６０…パッケージ、７０…封止材。

Claims (4)

1. パッケージベースと、前記パッケージベースに接合される蓋体と、前記パッケージベース及び前記蓋体によって囲まれた内部空間に収容される振動片と、を備え、
   前記パッケージベースに、前記内部空間から外部に連通する貫通孔が形成され、
   前記パッケージベースは、外底面に、前記外底面の対向する一対の辺と平行な第１軸方向の一方の端部に設けられた第１端子及び他方の端部に設けられた第２端子と、前記第１端子と前記第２端子との間に設けられた第３端子とを有し、
   前記第１端子及び前記第２端子が、前記振動片と電気的に接続され、
   前記第３端子が、前記蓋体と電気的に接続され、
   前記第３端子と前記貫通孔とが、前記外底面の平面視において互いに離れて配置され、
   前記貫通孔が、封止材により封止されていることを特徴とする振動デバイス。
2. 請求項１に記載の振動デバイスにおいて、前記パッケージベースが、底基板と、前記振動片を囲み前記底基板に積層される枠基板とを備え、
   前記底基板に、前記貫通孔の少なくとも一部である底基板貫通孔が形成され、
   前記底基板貫通孔は、平面視において前記枠基板と少なくとも一部が重なっていることを特徴とする振動デバイス。
3. 請求項２に記載の振動デバイスにおいて、前記枠基板に、前記貫通孔の一部であり前記枠基板の厚み方向に貫通する枠基板貫通孔が形成され、
   前記枠基板貫通孔が、平面視において前記底基板の前記底基板貫通孔の領域内に形成されていることを特徴とする振動デバイス。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の振動デバイスにおいて、前記第３端子の少なくとも一部が、前記パッケージベースの前記第１軸と直交する第２軸方向において、前記第１端子または前記第２端子の前記第２軸方向の全幅に亘って形成されていることを特徴とする振
   動デバイス。

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