JP2015165613A

JP2015165613A - 圧電振動デバイス

Info

Publication number: JP2015165613A
Application number: JP2014040042A
Authority: JP
Inventors: 飯塚　実; Minoru Iizuka; 実飯塚
Original assignee: Daishinku Corp
Current assignee: Daishinku Corp
Priority date: 2014-03-03
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2015-09-17
Anticipated expiration: 2034-03-03
Also published as: JP6330370B2

Abstract

【課題】励振電極への金属ろう材の流出を抑制するより信頼性の高い小型化に対応した圧電振動デバイスを提供する。【解決手段】圧電振動板２の両主面２１１、２１２に金属ろう材を介して封止部材３，４を接合し気密封止する圧電振動デバイスであって、圧電振動板の振動部に励振電極、封止部に封止パターンとが形成され、励振電極と接続されるとともに封止パターンに離隔部を介在して近接する引出電極とが形成され、封止部材の封止部に圧電振動板の封止パターンと離隔部と引出電極の先端部に重畳した封止側封止パターンが形成され、各封止部材の封止側封止パターンと圧電振動板の各主面の封止パターンと引出電極の先端部のみを金属ろう材で加熱溶融接合され、各励振電極を各封止側封止パターンあるいは各封止パターンを介して外部へ各々導出した。【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器に用いられる水晶振動子等の圧電振動デバイスに関する。

近年、各種電子機器の動作周波数の高周波化や、パッケージの小型化（特に低背化）が進んでいる。そのため、高周波化やパッケージの小型化にともなって、圧電振動デバイスも高周波化やパッケージの小型化への対応が求められている。

この種の圧電振動デバイスでは、その筐体が直方体のパッケージで構成されている。このパッケージは、ガラスなどからなる第１封止部材および第２封止部材と、水晶からなり両主面に励振電極が形成された圧電振動板とから構成され、第１封止部材と第２封止部材とが圧電振動板を介して積層して金属ろう材により接合され、パッケージの内部に配された圧電振動板の励振電極が気密封止されている（例えば、下記する特許文献１ご参照）。以下、このような圧電振動デバイスの積層形態をサンドイッチ構造という。

特開２０１１−３０１９８号公報

ところで、このようなサンドイッチ構造の圧電振動デバイスでは、封止部と励振電極の一部が同様の配線パターンで接続されているため、金属ろう材を加熱溶融して接合する際に、封止部から励振電極への金属ろう材が流入するのを防ぐ必要がある。封止部から励振電極へ金属ろう材が流れ出すと圧電振動デバイスの電気的な特性を阻害するだけでなく、封止部の金属ろう材が不足して接合強度が低下し、気密不良が生じる原因となる。

そこで、特許文献１に示す圧電振動デバイスでは、金属膜（本発明でいう封止パターン）と励振電極とを接続する導電路（本発明でいう引出電極）に酸化金属膜などからなる遮断膜（本発明でいう金属膜）を形成することで、金属ろう材の流入を抑えたものが開示されている。

しかしながら、特許文献１に示す圧電振動デバイスであっても、金属ろう材の流入を十分に抑えるには不十分であった。特に、金属ろう材として錫を含有したものを使用した場合、何らかの電極材料が存在する導電路上部に遮断膜を形成しても、励振電極へ錫が拡散することを抑えることは困難であった。このような錫の拡散現象により励振電極が浸食されると、いわゆるＣＩ値と呼ばれる共振抵抗値などが劣化して、圧電振動デバイスとしての電気的特性の悪化を招いているのが現状である。

特に、小型化された圧電振動デバイスでは、励振電極が小さく、このような錫の拡散による影響も甚大なものとなるため、致命的な欠陥に繋がることがあった。また、圧電振動デバイスに金属ろう材を形成する際、電解めっきによる手法では封止部と励振部電極が電気的に接続されるため、封止部だけに金属ろう材を形成することはできない。印刷・無電解めっきによる手法では小型のものや発振器等の接続端子が多く電極パターンが複雑なものに対しては、難易度が高くコスト高になるという問題があった。

そこで、上記課題を解決するために、本発明は、サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおいて、気密封止を保ちながら、励振電極への金属ろう材の流出を抑制するより信頼性の高い小型化に対応した安価な圧電振動デバイスを提供することを目的とする。

本発明では、上記目的を達成するために、振動部と当該振動部の周囲に封止部が一体形成した圧電振動板と、前記圧電振動板の両主面の封止部と金属ろう材を介して接合し気密封止する板状の一対の封止部材とからなる圧電振動デバイスであって、前記圧電振動板の各主面には、前記振動部に励振電極と、前記封止部に封止パターンと、前記励振電極と接続されるとともに前記封止パターンに離隔部を介在して近接する引出電極とが形成され、前記各封止部材には、前記圧電振動板の封止パターンと離隔部と引出電極の先端部に重畳した封止側封止パターンが形成され、前記各封止部材の封止側封止パターンと前記圧電振動板の各主面の封止パターンと前記圧電振動板の各主面の引出電極の先端部のみを金属ろう材で加熱溶融接合され、前記各励振電極を前記各封止側封止パターンあるいは前記各封止パターンを介して外部へ各々導出する接続経路の一部を構成したことを特徴とする。

上記構成により、圧電振動板の両主面の各励振電極の引出電極の先端部から各封止パターンまでの接続経路には、電極が形成されない離隔部が介在しているため、圧電振動板側の接続経路では圧電振動板の封止パターンから引出電極のうちで溶融した金属ろう材が濡れない部分が形成される。他方で、これら圧電振動板の封止パターンと離隔部と引出電極の先端部に重畳する各封止部材側封止パターンが存在するので、各封止部材側の接続経路では封止部材側封止パターンに溶融した金属ろう材が濡れる。つまり、圧電振動板側の離隔部のところでは金属ろう材が濡れない状態を形成しつつ、封止部材側封止パターンのうち離隔部に対向する部分のみで金属ろう材が濡れる状態を形成するため、封止パターンと引出電極との間では金属ろう材の一部に表面張力が働く領域を構成することができる。結果として、金属ろう材のメニスカスにより、溶融した金属ろう材の封止パターンから引出電極への流れ出しを抑制させることができ、全体としての流れ出し量を減らすことができる有効な構成とすることができる。

また、最終的に金属ろう材で接合された後は、各封止部材の封止側封止パターンもしくは圧電振動板の両主面の封止パターンを活用して、圧電振動板の各励振電極を各々の外部端子へ導出する接続経路の一部を、小型化に対応した省スペースな状態で有効的に形成することができる。

また、前記圧電振動板と封止部材とは真空雰囲気中で加熱溶融接合されてもよい。この場合、真空雰囲気中では対流熱の影響がなくなり、圧電振動板や封止部材、および封止パターンや引出電極などの各構成部材を介した伝導熱のみが影響するようになり、圧電振動板と封止部材により構成される封止部の外側と内側では温度差が生じ、封止部の外側に位置する圧電振動板の封止パターンや封止部材の封止側封止パターンの温度の方が、封止部の内側に位置する励振電極や引出電極の温度より高くすることができる。結果として、金属ろう材は温度の高い方に流れる性質があるため、上述の作用効果に加え、溶融した金属ろう材の封止パターンから引出電極への流れ出しをより一層抑制させることができる。

また、前記圧電振動板の各主面の封止パターン面積は、前記圧電振動板の各主面の引出電極に励振電極を加えた面積より小さくしてもよい。この場合、面積の大きい圧電振動板の励振電極と引出電極に比べて、面積の小さい圧電振動板の封止パターンの方の熱容量が小さくなり、熱容量の小さい圧電振動板の封止パターンや封止部材の封止側封止パターンの温度の方が、熱容量の大きい励振電極や引出電極の温度より高くすることができる。結果として、金属ろう材は温度の高い方に流れる性質があるため、上述の作用効果に加え、溶融した金属ろう材の封止パターンから引出電極への流れ出しをより一層抑制させることができる。

また、前記金属ろう材は、前記圧電振動板の封止パターンの最上層のみに形成された錫を含有する合金膜を電解めっきにより構成してもよい。この場合、上述の作用効果に加え、封止パターンから離隔した引出電極が存在しているので、低融点の錫を含有する合金膜を電解めっきにより安価で小型化され複雑化された電極パターンであっても容易に圧電振動板の封止パターンだけに金属ろう材を形成することができる。加えて、励振電極に上記合金膜が形成されて電気的特性に悪影響を与えることも一切ない。また、圧電振動板の両主面に形成された封止パターンだけに上記合金膜を電解めっき形成することで、一度のめっき加工だけで封止用の上記合金膜が一括で形成することができる。また、錫を含有する低融点の合金膜とすることで、圧電振動デバイスに熱的な悪影響を与えることが抑制できる。

また、上記構成により、圧電振動板の両主面の各励振電極の引出電極の先端部から各封止パターンまでの接続経路には、電極が形成されない離隔部が介在しており、封止パターンの最上層のみに錫を含有する合金膜のめっきを形成している。このため、圧電振動板の封止パターンから直接溶融した金属ろう材が引出電極の方へ流れ出すことができず、対面する封止部のうち前記圧電振動板の引出電極の先端部に重畳した封止側封止パターン部分を介することでのみ溶融した金属ろう材が引出電極の方へ流れ出すことができる。従って、金属ろう材の接合が完了するまでに、溶融した金属ろう材の流れ出しを遅延させながら抑制することができ、その流れ出し量も抑制することができる。

サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおいて、気密封止を保ちながら、励振電極への金属ろう材の流出を抑制するより信頼性の高い小型化に対応した安価な圧電振動デバイスを提供することができる。

図１は、本実施の形態にかかる水晶振動子の各構成を示した概略構成図である。図２は、本実施の形態にかかる水晶振動子の第１封止部材の概略平面図である。図３は、本実施の形態にかかる水晶振動子の第１封止部材の概略裏面図である。図４は、本実施の形態にかかる水晶振動子の水晶振動板の概略平面図である。図５は、本実施の形態にかかる水晶振動子の水晶振動板の概略裏面図である。図６は、本実施の形態にかかる水晶振動子の第２封止部材の概略平面図である。図７は、本実施の形態にかかる水晶振動子の第２封止部材の概略裏面図である。図８は、図２〜図７の構成部材を組み立てた状態でのＡ−Ａ線に沿った断面図である。図９は、本実施の他の形態にかかる水晶振動子の水晶振動板の概略平面図である。図１０は、本実施の他の形態にかかる水晶振動子の水晶振動板の概略裏面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態では、圧電振動を行う圧電振動デバイスとして表面実装型水晶振動子に本発明を適用した場合を示す。

本実施の形態にかかる水晶振動子１０１では、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、水晶振動板２の第１励振電極２２１（図４参照）を覆い、水晶振動板２の一主面２１１に形成された第１励振電極２２１を気密封止する第１封止部材３と、この水晶振動板２の他主面２１２に、水晶振動板２の第２励振電極２２２（図５参照）を覆い、第１励振電極２２１と対になって形成された第２励振電極２２２を気密封止する第２封止部材４が設けられている。

この水晶振動子１０１では、水晶振動板２と第１封止部材３とが接合され、水晶振動板２と第２封止部材４とが接合されてサンドイッチ構造のパッケージ１２が構成される。そして、水晶振動板２を介して第１封止部材３と第２封止部材４とが接合されることで、パッケージ１２の内部空間１３が形成され、このパッケージ１２の内部空間１３に、水晶振動板２の両主面２１１，２１２に形成された第１励振電極２２１および第２励振電極２２２を含む振動部２３が気密封止されている。なお、内部空間１３は、図１に示すようにパッケージ１２の平面視一端側（平面視左側）に偏って位置する。

本実施の形態にかかる水晶振動子１０１は、１．０×０．８ｍｍのパッケージサイズであり、小型化と低背化とを図ったものである。また、小型化に伴い、本パッケージ１２では、キャスタレーションを形成せずに、貫通孔（第１貫通孔２６１，第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２参照）を用いて電極の導通を図っている。

次に、上記した水晶振動子１０１の各構成について図１〜８を用いて説明する。なお、ここでは、水晶振動板２と第１封止部材３と第２封止部材４が接合されていない夫々単体として構成されている各部材について説明を行う。

水晶振動板２は、図４，５に示すように、圧電材料である水晶からなる。

また、水晶振動板２の両主面２１１，２１２（一主面２１１，他主面２１２）に一対の（対となる）励振電極（第１励振電極２２１，第２励振電極２２２）が形成されている。そして、両主面２１１，２１２には、一対の第１励振電極２２１，第２励振電極２２２を囲うように２つの切り欠き部２４（貫通形状）が形成されて振動部２３が構成されている。

この水晶振動板２では、両主面２１１，２１２の振動部２３に沿った外方に、振動部２３を囲むように第１封止部材３と第２封止部材４とを接合するための振動側封止部２５（枠部）が枠部２６の上部にそれぞれ設けられている。振動側封止部２５は、図４，５に示すように両主面２１１，２１２の平面視左側に偏って位置する。

切り欠き部２４は、平面視凹形状体２４１（１つの平面視長方形の両端から２つの長方形夫々が、長方形の長手方向に対して直角方向に延出して成形された３つの平面視長方形からなる平面視体）と、平面視長方形状体２４２とからなり、平面視凹形状体２４１と平面視長方形状体２４２との間が、前記振動部２３と振動側封止部２５が形成される枠部２６とを連結するブリッジ部２７１，２７２となっている。

水晶振動板２の一主面２１１の枠部２６のうち振動側封止部２５には、第１封止部材３に接合するための振動側第１接合パターン２５１（第１封止パターン）が形成され、水晶振動板２の他主面２１２の枠部２６のうち振動側封止部２５には、第２封止部材４に接合するための振動側第２接合パターン２５２（第２封止パターン）が形成される。

内部空間１３は、振動側第１接合パターン２５１および振動側第２接合パターン２５２の内方（内側）に形成されることになる。

これらの電極パターンに関して、第１励振電極２２１からブリッジ部２７１に近接する位置に引き出された第１引出電極２２３と、振動側第１接合パターン２５１のうち前記ブリッジ部２７１に近接する部分（振動子側接合パターン２５１のうち第１引出電極２２３の先端部２２３１と近接する部分）では、振動側第１接合パターン２５１の一部の幅が狭い第１幅狭部２５１３が形成され、第１幅狭部２５１３に隣接して第１離隔部２５１４と第１引出電極２２３の先端部２２３１が形成される。なお、第１離隔部２５１４と第１引出電極２２３の先端部２２３１については、ブリッジ部２７１のうち枠部２６寄りの位置に形成することが望ましい。このように構成することで、流れ出した金属ろう材による振動部２３への悪影響がより一層軽減される。

また、第２励振電極２２２から前記ブリッジ部２７２に近接する位置に引き出された第２引出電極２２４と、振動側第２接合パターン２５２のうちブリッジ部２７２に近接する部分（振動子側接合パターン２５２のうち第２引出電極２２４の先端部２２４１と近接する部分）では、振動側第２接合パターン２５２の一部の幅が狭い第２幅狭部２５２３が形成され、第２幅狭部２５２３に隣接して第２離隔部２５２４と第２引出電極２２４の先端部２２４１が形成される。なお、第２離隔部２５２４と第２引出電極２２４の先端部２２４１については、ブリッジ部２７２のうち枠部２６寄りの位置に形成することが望ましい。このように構成することで、流れ出した金属ろう材による振動部２３への悪影響がより一層軽減される。

以上の電極パターン構成により、水晶振動板２の一主面２１１の振動側第１接合パターン２５１と第１励振電極２２１とは、第１幅狭部２５１３と第１引出電極２２３の先端部２２３１との間の第１離隔部２５１４以外の箇所で導通経路が形成され、水晶振動板２の他主面２１２の振動側第２接合パターン２５２と第２励振電極２２２とは、第２幅狭部２５２３と第２引出電極２２４の先端部２２４１との間の第２離隔部２５２４以外の箇所で導通経路が形成される。

なお、第１離隔部２５１４における導通遮断部分は、水晶振動板２の振動側第１接合パターン２５１と第１引出電極２２３の先端部２２３１と後述する第１封止部材３の封止側第１接合パターン３２１とを後述する金属ろう材からなる接合材１１を介して真空雰囲気中で加熱溶融接合し、水晶振動板２と第１封止部材３とを貼り合わせて封止することで、振動子側第１接合パターン２５１と封止側第１接合パターン３２１を介して導通される。

第２離隔部２５２４における導通遮断部分は、水晶振動板２の振動側第２接合パターン２５２と第２引出電極２２４の先端部２２４１と後述する第２封止部材４の封止側第２接合パターン４２１とを後述する金属ろう材からなる接合材１１を介して真空雰囲気中で加熱溶融接合し、水晶振動板２と第２封止部材４とを貼り合わせて封止することで、振動子側第２接合パターン２５２と封止側第２接合パターン４２１を介して導通される。

以上により、第１励振電極２２１から振動側第１接合パターン２５１までの導通経路および第２励振電極２２２から振動側第２接合パターン２５２までの導通経路が確保される。最終的には、振動側第１接合パターン２５１および振動側第２接合パターン２５２は、第２封止部材４の圧電振動板とは面しない他主面側４１２に形成された外部回路基板と接合される外部電極端子（一外部電極端子４３１，他外部電極端子４３２）に電気的に接続されている。

振動側第１接合パターン２５１は、一主面２１１上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜２５１１と、下地ＰＶＤ膜２５１１上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜２５１２とからなり、同様に、振動側第２接合パターン２５２は、他主面２１２上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜２５２１と、下地ＰＶＤ膜２５２１上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜２５２２とからなる。つまり、振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２とは、同一構成からなり、複数の層が両主面２１１，２１２の振動側封止部２５上に積層して構成され、その最下層側からＣｒ層とＡｕ層とが蒸着形成されている。このように、振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２とでは、下地ＰＶＤ膜２５１１，２５２１が単一の材料（Ｃｒ）からなり、電極ＰＶＤ膜２５１２，２５２２が単一の材料（Ａｕ）からなり、下地ＰＶＤ膜２５１１，２５２１よりも電極ＰＶＤ膜２５１２，２５２２の方が厚い。

また、水晶振動板２の一主面２１１に形成された第１励振電極２２１、第１引出電極２２３、振動側第１接合パターン２５１は同一厚みを有し、第１励振電極２２１、第１引出電極２２３、振動側第１接合パターン２５１との表面（主面）が同一金属の振動子用第１ＰＶＤ膜群からなる。水晶振動板２の他主面２１２に形成された第２励振電極２２２、第２引出電極２２４、振動側第２接合パターン２５２は同一厚みを有し、第２励振電極２２２、第２引出電極２２４、振動側第２接合パターン２５２との表面（主面）が同一金属の振動子用第２ＰＶＤ膜群からなる。

また、振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２は、非Ｓｎパターンである。

また、水晶振動板２の一主面２１１に形成された振動側第１接合パターン２５１の面積は、水晶振動板２の一主面２１１に形成された第１励振電極２２１に第１引出電極２２３を加えた面積より小さく、水晶振動板２の他主面２１２に形成された振動側第２接合パターン２５２の面積は、水晶振動板２の他主面２１２に形成された第２励振電極２２２に第２引出電極２２４を加えた面積より小さい。

また、水晶振動板２には、図４，５に示すように、第１貫通孔２６１が形成され、第１貫通孔２６１を介して、第１励振電極２２１に繋がった振動側第１接合パターン２５１が他主面２１２側に引き出されている。第１貫通孔２６１は、内部空間１３の外方に配され、図４に示すように両主面２１１，２１２の平面視他端側（平面視右側）に偏って位置し、第１貫通孔２６１は内部空間１３の内方に形成されない。ここでいう内部空間１３の内方とは、接合材１１上を含まずに厳密に接合材１１の内周面の内側のことをいう。

第１封止部材３には、曲げ剛性（断面二次モーメント×ヤング率）が１０００［Ｎ・ｍｍ²］以下の材料が用いられている。具体的には、第１封止部材３は、図２，３に示すように、１枚のガラスウエハから形成された直方体の基板であり、この第１封止部材３の他主面３１２（水晶振動板２に接合する面）は平坦平滑面として成形されている。

この第１封止部材３の他主面３１２には、水晶振動板２に接合するための封止側第１封止部３２が設けられている。封止側第１封止部３２は、図３に示すように第１封止部材３の他主面３１２の平面視左側に偏って位置する。

第１封止部材３の封止側第１封止部３２に、水晶振動板２に接合するための封止側第１接合パターン３２１が形成されている。封止側第１接合パターン３２１は、第１封止部材３の封止側第１封止部３２上の全ての位置において同一幅とされ、水晶振動板の振動側第１接合パターン２５１と第１離隔部２５１４と第１引出電極２２３の先端部２２３１に重畳するように形成されている。

この封止側第１接合パターン３２１は、第１封止部材３上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜３２１１と、下地ＰＶＤ膜３２１１上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜３２１２とからなる。なお、本実施の形態では、下地ＰＶＤ膜３２１１には、Ｃｒ用いられ、電極ＰＶＤ膜３２１２にはＡｕが用いられている。また、封止側第１接合パターン３２１は、非Ｓｎパターンである。具体的には、封止側第１接合パターン３２１は、複数の層が他主面３１２の封止側第１封止部３２上に積層して構成され、その最下層側からＣｒ層とＡｕ層とが蒸着形成されている。

第２封止部材４には、曲げ剛性（断面二次モーメント×ヤング率）が１０００［Ｎ・ｍｍ²］以下の材料が用いられている。具体的には、第２封止部材４は、図６に示すように、１枚のガラスウエハから形成された直方体の基板であり、この第２封止部材４の一主面４１１（水晶振動板２に接合する面）は平坦平滑面として成形されている。この第２封止部材４の一主面４１１には、水晶振動板２に接合するための封止側第２封止部４２が設けられている。封止側第２封止部４２は、図６に示すように第２封止部材４の一主面４１１の平面視左側に偏って位置する。

また、第２封止部材４の他主面４１２（水晶振動板２に面しない外方の主面）には、外部に電気的に接続する一対の外部電極端子（一外部電極端子４３１，他外部電極端子４３２）が設けられている。一外部電極端子４３１は、振動側第１接合パターン２５１を介して第１励振電極２２１に電気的に直接接続され、他外部電極端子４３２は、振動側第２接合パターン２５２を介して第２励振電極２２２に電気的に直接接続される。

一外部電極端子４３１，他外部電極端子４３２は、図７に示すように第２封止部材４の他主面４１２の平面視長手方向両端にそれぞれ位置する。これら一対の外部電極端子（一外部電極端子４３１，他外部電極端子４３２）は、他主面４１２上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜４３１１，４３２１と、下地ＰＶＤ膜４３１１，４３２１上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜４３１２，４３２２とからなる。

また、上記の振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２と封止側第１接合パターン３２１と封止側第２接合パターン４２１との各下地ＰＶＤ膜２５１１，２５２１，３２１１，４２１１の厚みに対して、外部電極端子（一外部電極端子４３１，他外部電極端子４３２）の下地ＰＶＤ膜４３１１，４３２１の厚みが厚い。また、一外部電極端子４３１および他外部電極端子４３２は、第２封止部材４の他主面４１２のうち１／３以上の領域をそれぞれ占めている。

また、第２封止部材４の封止側第２封止部４２に、水晶振動板２に接合するための封止側第２接合パターン４２１が形成されている。封止側第２接合パターン４２１は、第２封止部材４の封止側第２封止部４２上の全ての位置において同一幅とされ、水晶振動板の振動側第２接合パターン２５２と第２離隔部２５２４と第２引出電極２２４の先端部２２４１に重畳するように形成されている。

この封止側第２接合パターン４２１は、第２封止部材４上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜４２１１と、下地ＰＶＤ膜４２１１上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜４２１２とからなる。なお、本実施の形態では、下地ＰＶＤ膜４２１１には、Ｃｒが用いられ、電極ＰＶＤ膜４２１２にはＡｕが用いられている。また、封止側第２接合パターン４２１は、非Ｓｎパターンである。具体的には、封止側第２接合パターン４２１は、複数の層が他主面４１２の封止側第２封止部４２上に積層して構成され、その最下層側からＣｒ層とＡｕ層とが物理的気相成長法（蒸着やスパッタリング等）により形成されている。

また、第２封止部材４には、図１，６，７に示すように、２つの貫通孔（第２貫通孔４４１と第３貫通孔４４２）が形成されている。第２貫通孔４４１および第３貫通孔４４２は、内部空間１３の外方に配され、図６，７に示すように第２貫通孔４４１は両主面（一主面４１１，他主面４１２）の平面視右側に偏って位置し、第３貫通孔４４２は、平面視左上側に位置し、第２貫通孔４４１および第３貫通孔４４２は、内部空間１３の内方に形成されない。ここでいう内部空間１３の内方とは、接合材１１上を含まずに厳密に接合材１１の内周面の内側のことをいう。そして、水晶振動板２の第１貫通孔２６１と第２貫通孔４４１を介して、水晶振動板２の第１励振電極２２１に繋がった振動側第１接合パターン２５１と他外部電極端子４３２とが導通される。第２貫通孔４４１および封止側第２接合パターン４２１を介して、水晶振動板２の第２励振電極２２２に繋がった振動側第２接合パターン２５２が、他外部電極端子４３２に導通される。

本実施の形態では、上述の金錫などの金属ろう材からなる接合材１１については、図４，図５に示すように、水晶振動板２の振動子側封止パターン２５１，２５２（封止部）の最上層のみに対して、金錫合金膜Ｍを電解めっきすることにより予め形成している。この構成では、振動側第１接合パターン２５１から第１離隔部２５１４を介して第１引出電極２２３の先端部２２３１が形成され、振動側第２接合パターン２５２から第２離隔部２５２４を介して第２引出電極２２４の先端部２２４１が形成されるので、電解めっきによる手法で金錫合金膜を形成しても、振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２だけに金錫合金膜（金属ろう材）を形成することができ、第１励振電極２２１と第２励振電極２２２に金錫合金膜が形成されて電気的特性に悪影響を与えることも一切ない。

また、水晶振動板２の両主面の振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２だけに金錫合金膜を電解めっき形成することで、一度のめっき加工だけで封止用の上記金錫合金膜が一括で形成することができる。

また、水晶振動板２の振動子側封止パターン２５１，２５２（封止部）から直接溶融した金錫合金膜Ｍ（金属ろう材）が引出電極２２３，２２４の方へ流れ出すことができず、対面する封止側接合パターン３２１，４２１（封止部）のうち引出電極の先端部２２３１，２２４１と重畳する部分だけを介することでのみ溶融した金錫合金膜Ｍ（金属ろう材）が引出電極の方へ流れ出すことができる。従って、金錫合金膜Ｍ（金属ろう材）の接合が完了するまでに、溶融した金錫合金膜Ｍ（金属ろう材）の流れ出しを遅延させながら抑制することができ、その流れ出し量も抑制することができる。

但し、本実施形態に限らず、第１封止部材３の封止側第１接合パターン３２１と第２封止部材４の封止側第２接合パターン４２１のみ、あるいは水晶振動板２の振動子側封止パターン２５１，２５２（封止部）と組み合わせて、それらの最上層に対して、金錫合金膜を電解めっきしてもよい。

本実施の形態による水晶振動子１０１は、フォトリソ技術とエッチング技術などにより水晶振動板の外形形状（振動部２３と封止部としての枠部２６等）と各種電極やパターンを形成し、同様に封止部材（第１封止部材３と第２封止部材４）の外形形状と各種電極やパターンを形成している。

その後、各種封止パターンのうち必要な部分のみにめっき技術などで錫を含有する合金膜（金錫などの金属ろう材からなる接合材１１）を形成している。このようなものは、複数の水晶振動板が一体形成されたウェハ状態のものと、各種封止部材（第１封止部材３と第２封止部材４）が一体形成されたウェハの状態のものを用いて構成される。

その後、上述のようなウェハ状態の水晶振動板２とウェハ状態の第１封止部材３とが振動側第１接合パターン２５１および封止側第１接合パターン３２１を重ね合わせられた状態で積層され、ウェハ状態の水晶振動板２とウェハ状態の第２封止部材４とが振動側第２接合パターン２５２および封止側第２接合パターン４２１を重ね合わせられた状態で積層され、ウェハ状態で積層された第１封止部材３と水晶振動板２と第２封止部材４の構造物を、真空雰囲気中において一体的に加熱溶融接合される。

その後、ウェハ状態で積層され接合された構造物を複数のパッケージ（水晶振動子１０１）として個片化することで、図１に示すサンドイッチ構造のパッケージ１２（水晶振動子１０１）が製造される。

以上、本実施の形態により、水晶振動板２の両主面（一主面２１１，他主面２１２）の各励振電極の引出電極の先端部（第１引出電極の先端部２２３１と第２引出電極の先端部２２４１）から各封止パターン（振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２）までの接続経路には、電極が形成されない離隔部（第１離隔部２５１４と第２離隔部２５２４）が介在している。

このため、水晶振動板側の接続経路では水晶振動板２の封止パターン（振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２）から引出電極の先端部（第１引出電極の先端部２２３１と第２引出電極の先端部２２４１）のうちで溶融した金属ろう材（封止材１１）が濡れない部分が形成される。他方で、これら水晶振動板２の封止パターン（振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２）と離隔部２５１４，２５２４と引出電極の先端部（第１引出電極の先端部２２３１と第２引出電極の先端部２２４１）に重畳する各封止側封止パターン（封止側第１接合パターン３２１と封止側第２接合パターン４２１）が存在するので、各封止部材側の接続経路では封止側封止パターン（封止側第１接合パターン３２１と封止側第２接合パターン４２１）を経由して、溶融した金属ろう材（封止材１１）が濡れる。つまり、水晶振動板２の離隔部２５１４，２５２４のところでは金属ろう材（封止材１１）が濡れない状態を形成しつつ、封止側封止パターン（封止側第１接合パターン３２１と封止側第２接合パターン４２１）のうち離隔部２５１４，２５２４に対向する部分のみで金属ろう材（封止材１１）が濡れる状態を形成するため、封止パターン（振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２）と引出電極の先端部（第１引出電極の先端部２２３１と第２引出電極の先端部２２４１）との間では金属ろう材（封止材１１）の一部に表面張力が働く領域（メニスカス１１Ｍ（図８参照））を構成することができる。

結果として、金属ろう材のメニスカス１１Ｍにより、溶融した金属ろう材の封止パターン（振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２）から引出電極（第１引出電極２２３と第２引出電極２２４）への流れ出しを抑制させることができ、全体として金属ろう材の流れ出し量を減らすことができる有効な構成とすることができる。

また、上述の作用効果に加え、本形態では真空雰囲気中で加熱溶融接合しているので、水晶振動板２と封止部材３，４により構成される封止部の外側と内側では温度差が生じさせ、封止部の外側に位置する振動子側封止パターン２５１，２５２や封止側接合パターン３２１，４２１の温度の方が、封止部の内側に位置する励振電極２２１，２２２や引出電極２２３，２２４の温度より高くすることができる。結果として、金属ろう材は温度の高い方に流れる性質があるため、溶融した金属ろう材の封止パターンから引出電極への流れ出しをより一層抑制させることができる。

また、上述の作用効果に加え、本形態では水晶振動板２の各主面に形成された振動側接合パターン２５１，２５２の面積は、水晶振動板２の各主面に形成された励振電極２２１，２２２に引出電極２２３，２２４を加えた面積より小さく形成しているので、面積の大きい励振電極２２１，２２２と引出電極２２３，２２４に比べて、面積の小さい振動側接合パターン２５１，２５２の方の熱容量が小さくなり、熱容量の小さい振動子側封止パターン２５１，２５２や封止側接合パターン３２１，４２１の温度の方が、熱容量の大きい励振電極２２１，２２２や引出電極２２３，２２４の温度より高くすることができる。結果として、金属ろう材は温度の高い方に流れる性質があるため、溶融した金属ろう材の封止パターンから引出電極への流れ出しをより一層抑制させることができる。この効果は上述の真空雰囲気中で加熱溶融接合と組み合わせることでさらに高まる。

また、最終的に金錫ろう材（封止材１１）で接合された後は、各封止部材（第１封止部材３と第２封止部材４）の封止側封止パターン（封止側第１接合パターン３２１と封止側第２接合パターン４２１）もしくは水晶振動板２の両主面の各封止パターン（振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２）を活用して、水晶振動板２の各励振電極（第１励振電極２２１と第２励振電極２２２）を各々の外部電極端子（一外部電極端子４３１，他外部電極端子４３２）へ導出する接続経路の一部が、小型化に対応した省スペースな状態で有効的に形成することができる。

また、製造工程において、金錫ろう材（封止材１１）の加熱溶融接合を行う前までは、第１引出電極２２３，第２引出電極２２４と、振動側第１接合パターン２５１，振動側第２接合パターン２５２とが電気接続されないことになる。その結果、振動検査を行う検査工程において励振電極（第１励振電極２２１、第２励振電極２２２）のみを対象とした様々な検査を行うことができ、振動検査の自由度が増す。

また、ここで製造されたパッケージ１２では、図１〜７に示すように、内部空間１３が平面視左側に偏って位置する。また、第１封止部材３に形成された封止側第１接合パターン３２１と、第２封止部材４に形成された封止側第２接合パターン４２１とは、平面視において重畳しない。具体的には、封止側第１接合パターン３２１内における平面視領域が、封止側第２接合パターン４２１内における平面視領域より広い。

なお、本実施の形態では、封止側第１接合パターン３２１内における平面視領域が、封止側第２接合パターン４２１内における平面視領域より広いが、これに限定されるものでなく、封止側第２接合パターン４２１内における平面視領域が、封止側第１接合パターン３２１内における平面視領域より広くてもよい。しかしながら、第２封止部材に、一外部電極端子４３１，他外部電極端子４３２を形成しているため、封止側第１接合パターン３２１内における平面視領域が、封止側第２接合パターン４２１内における平面視領域より広く、配線パターンの引き回し（導通経路の確保）が容易になり、さらに配線パターンの引き回し領域（導通確保領域）を多くとることが可能となる。

また、水晶振動板２に形成された振動側第１接合パターン２５１および振動側第２接合パターン２５２に比べて、第１封止部材３に形成された封止側第１接合パターン３２１、および第２封止部材４に形成された封止側第２接合パターン４２１は、幅が広い。

また、第２封止部材４において内部空間１３の外方に配された貫通孔（第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２）が形成されるので、第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２の影響が内部空間１３に及ぶことなく、第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２が内部空間１３の内方に配された構成に比べて、第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２が原因となる気密不良を避けることができる。

また、本実施の形態と異なり、貫通孔を内部空間内に配置した場合、内部空間の気密を確保する必要があり、内部空間内の貫通孔を金属等により埋める工程が必要となる。これに対して、本実施の形態によれば、貫通孔（第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２）が内部空間１３の外方に形成されるので、振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２と封止側第１接合パターン３２１と封止側第２接合パターン４２１とのパターン形成と同じ工程で配線パターンの引き回しができ、製造コストを抑えることができる。

また、内部空間１３は、平面視一端側（本実施の形態では平面視左側）に偏って位置するので、平面視他端側（本実施の形態では平面視右側）に貫通孔（第２貫通孔４４１）や電極パターンを形成し易くなり、内部空間１３に配された第１励振電極２２１および第２励振電極２２２に影響が及ぶ電極パターンの形成を容易にすることができる。さらに、内部空間１３の気密封止に影響が及ぶ貫通孔（第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２）の配置を容易にすることもできる。

また、第１封止部材３に、全ての位置において同一幅とされた封止側第１接合パターン３２１が形成され、第２封止部材４に、全ての位置において同一幅とされた封止側第２接合パターン４２１が形成され、第２封止部材４に、内部空間１３の外方に配された貫通孔（第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２）が形成されるので、パターンの幅が異なることによってパターンの幅の広い方に接合材１１が流れるのを抑制することができ、その結果、水晶振動板２への第１封止部材３および第２封止部材４の接合状態を安定させることができる。

さらに、第２封止部材４において内部空間１３の外方に配された貫通孔（第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２）が形成されるので、貫通孔（第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２）の影響が内部空間１３に及ぶことなく、貫通孔（第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２）が内部空間１３の内方に配された構成に比べて、貫通孔（第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２）が原因となる気密不良を避けることができる。

なお、本実施の形態では、第１封止部材３および第２封止部材４にガラスを用いているが、これに限定されるものではなく、水晶など他の脆性材料であってもよい。

また、本実施の形態では、圧電振動板に水晶を用いているが、これに限定されるものではなく、圧電材料であれば他の材料であってもよく、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等であってもよい。

また、本実施の形態では、接合材１１として、金錫の金属ろう材を用いているが、これに限定されるものではなく、他の材料も含有された錫系合金の金属ろう材から構成してもよい。このような金属ろう材では、低融点とすることができるため、圧電振動デバイスに対して熱的な悪影響を極力抑えることができる。

また、本実施の形態では、引出電極の先端部（第１引出電極の先端部２２３１と第２引出電極の先端部２２４１）と封止パターン（振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２）との間に電極が形成されない離隔部（第１離隔部２５１４と第２離隔部２５２４）のみが介在している構成について説明した。この構成に限らず、図９，１０に示すように、引出電極の一部に分断部（第１分断部２５５と第２分断部２５６）を形成し、当該分断部の上部には、引出電極の上端部の一部を接続する金錫などの金属ろう材からなる封止材１１との濡れ性が低いＣｒなどの金属膜（第１金属膜２５７と第２金属膜２５８）を形成する金属膜による封止材の流れ防止構成を組み合わせてもよい。

この構成では、仮に、引出電極の先端部（第１引出電極の先端部２２３１と第２引出電極の先端部２２４１）から金錫などの金属ろう材（封止材１１）が流れ出したとしても、Ｃｒなどの金属膜（第１金属膜２５７と第２金属膜２５８）により確実にせき止めることができる。具体的には、各分断部（第１分断部２５５と第２分断部２５６）により電極が形成されず、その上部のＣｒなどの金属膜（第１金属膜２５７と第２金属膜２５８）以外には接続経路が存在しないため、励振電極の引出電極（第１引出電極２２３と第２引出電極２２４）の方へ金錫などの金属ろう材（封止材１１）が流れ出すことがなくなるだけでなく、金錫などの金属ろう材（封止材１１）の錫成分が励振電極の引出電極（第１引出電極２２３と第２引出電極２２４）の方へ拡散することも一切なくなる。

なお、上述の金属膜による封止材の流れ防止構成に限らず、引出電極（２２３，２２４）の一部の領域だけを濡れ性が低いＣｒ単層の下地電極のみとして構成することで、その下地電極の露出部分を封止材１１の流れ防止部分としてもよい。また、金錫などの金属ろう材との濡れ性が低い金属膜としては、Ｃｒに限らずＴｉなどでもよく、特に錫の拡散を防止するのに好ましい材料であれば、他の材料であってもよい。

また、本実施の形態では、振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２と封止側第１接合パターン３２１と封止側第２接合パターン４２１に、ＣｒとＡｕが含まれているが、これに限定されるものではなく、Ｃｕ（Ｃｕ単体かＣｕ合金）が含まれてもよい。この場合、Ｃｕ（Ｃｕ単体かＣｕ合金）が含まれた場合、製造時（接合時、加圧などの外力が発生することによる衝撃時など）や使用時（落下などの外力が発生することによる衝撃時、はんだ実装時など）の応力緩和に寄与することができる。つまり、振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２と封止側第１接合パターン３２１と封止側第２接合パターン４２１にＣｕが含まれることにより機械的強度が向上する。

また、下地ＰＶＤ膜２５１１，２５２１，３２１１，４２１１にＣｒを用いた場合、Ｃｒが電極ＰＶＤ膜２５１２，２５２２，３２１２，４２１２に拡散するのを、Ｃｕを下地ＰＶＤ膜２５１１，２５２１，３２１１，４２１１に含むことで抑制することができる。その結果、Ｃｒを用いた層を厚くしても、Ｃｒが電極ＰＶＤ膜２５１２，２５２２，３２１２，４２１２に拡散するのを抑制することができ、Ｃｒを用いた層を厚くすることができて製造ばらつきを抑えることができる。実際に、Ｃｒの層を０．２μｍとしてもＣｒが電極ＰＶＤ膜２５１２，２５２２，３２１２，４２１２に拡散するのを抑制することができる。

この構成では、Ｃｒが電極表面に拡散することで金錫などの金属ろう材からなる接合材１１の濡れ性が悪くなることがない。封止部（振動子側封止パターンと封止部側封止パターン等）を構成する電極表面にＣｒが拡散すると、当該封止部における接合材の濡れ性が悪くなり接合材の塗布状態にむらができるため、結果として封止部を接合材で接合して気密封止した後に、その気密封止性に悪影響を及ぼすことがある。本構成ではこのような不具合が生じことがない。

また、本実施の形態では、第２封止部材４が１枚のガラスウエハから成形された直方体の基板であるが、これに限定されるものではなく、ガラスウエハから成形された２つの直方体であってもよい。この場合、１つの直方体の基板に、封止側第２接合パターン４２１と第３貫通孔４４２と他外部電極端子４３２とを形成し、この基板により気密封止を行い、もう一方の直方体の基板に、第２貫通孔４４１と一外部電極端子４３１を形成する構成となる。

本構成によれば、一対の外部電極端子（一外部電極端子４３１，他外部電極端子４３２）を完全に分離させることができ、短絡を防ぐことができる。また、ガラスウエハではなく、金属材料により２つの直方体の第２封止部材４を成形した場合、さらに第３貫通孔４４２を形成する必要もなく、貫通孔の数を少なくして小型化に寄与できる。

上記実施形態では、圧電振動デバイスとして、表面実装型水晶振動子を例にしているが、水晶フィルタ、水晶発振器など他の圧電振動デバイスにも適用でき、表面実装型のものの限るものでもない。

なお、本発明は、その精神や主旨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。

本発明は、圧電振動板の基板の材料に水晶を用いた水晶振動デバイスに好適である。

１０１水晶振動子
１１接合材
１２パッケージ
１３内部空間
２水晶振動板
２１１一主面
２１２他主面
２１３導通路
２２１第１励振電極
２２２第２励振電極
２２３第１引出電極
２２４第２引出電極
２３振動部
２４切り欠き部
２４１平面視凹形状体
２４２平面視長方形状体
２５振動側封止部
２５１振動側第１接合パターン
２５１１下地ＰＶＤ膜
２５１２電極ＰＶＤ膜
２５２振動側第２接合パターン
２５２１下地ＰＶＤ膜
２５２２電極ＰＶＤ膜
２６１第１貫通孔
３第１封止部材
３１１一主面
３１２他主面
３２封止側第１封止部
３２１封止側第１接合パターン
３２１１下地ＰＶＤ膜
３２１２電極ＰＶＤ膜
４第２封止部材
４１１一主面
４１２他主面
４２封止側第２封止部
４２１封止側第２接合パターン
４２１１下地ＰＶＤ膜
４２１２電極ＰＶＤ膜
４３１一外部電極端子
４３１１下地ＰＶＤ膜
４３１２電極ＰＶＤ膜
４３２他外部電極端子
４３２１下地ＰＶＤ膜
４３２２電極ＰＶＤ膜
４４１第２貫通孔
４４２第３貫通孔

Claims

振動部と当該振動部の周囲に封止部が一体形成した圧電振動板と、
前記圧電振動板の両主面の封止部と金属ろう材を介して接合し気密封止する板状の一対の封止部材とからなる圧電振動デバイスであって、
前記圧電振動板の各主面には、前記振動部に励振電極と、
前記封止部に封止パターンと、
前記励振電極と接続されるとともに前記封止パターンに離隔部を介在して近接する引出電極とが形成され、
前記各封止部材には、前記圧電振動板の封止パターンと離隔部と引出電極の先端部に重畳した封止側封止パターンが形成され、
前記各封止部材の封止側封止パターンと前記圧電振動板の各主面の封止パターンと前記圧電振動板の各主面の引出電極の先端部のみを金属ろう材で加熱溶融接合され、前記各励振電極を前記各封止側封止パターンあるいは前記各封止パターンを介して外部へ各々導出する接続経路の一部を構成したことを特徴とする
圧電振動デバイス。
前記圧電振動板と封止部材とは真空雰囲気中で加熱溶融接合されたことを特徴とする
特許請求項１記載の圧電振動デバイス。
前記圧電振動板の各主面の封止パターン面積は、前記圧電振動板の各主面の引出電極に励振電極を加えた面積より小さいことを特徴とする
特許請求項１、または特許請求項２記載の圧電振動デバイス。
前記金属ろう材は、前記圧電振動板の封止パターンの最上層のみに形成された錫を含有する合金膜を電解めっきにより構成されたことを特徴とする
特許請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の圧電振動デバイス。