JP2015186095A - 水晶デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 水晶素子の発振周波数の変動を低減することができる水晶デバイスを提供する。
【解決手段】 水晶デバイスは、基板１１０と、基板１１０の上面に設けられた電極パッド１１１と、基板１１０の下面に設けられた外部端子１１２と、基板１１０の上面の外周縁に沿って設けられた導体部１１６と、基板１１０の電極パッド１１１に実装された水晶素子１２０と、水晶素子１２０を気密封止するために、基板１１０の上面に設けられた封止蓋体１３０と、導体部１１６の上面と封止蓋体１３０の下面との間に設けられた接合部材１５０と、接合部材１５０内に含有されている導電部材１６０と、を備えていることを特徴とするものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば電子機器等に用いられる水晶デバイスに関するものである。

水晶デバイスは、水晶素子の圧電効果を利用して、特定の周波数を発生させるものである。例えば、矩形状の基板の上面の一辺に沿って設けられた一対の電極パッドに導電性接着剤を介して実装された水晶素子と、基板の上面に接合部材を介して接合され、水晶素子を気密封止するための金属製の封止蓋体と、を備えた水晶振動子が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。接合部材は、ガラスが用いられ、熱を印加することで、封止蓋体と基板の上面とを接合することができる。また、水晶デバイスを構成する基板の下面の四隅には、外部端子が設けられており、電子機器等のマザーボードに半田等で実装されている。

特開２００９−１４１２３４号公報

上述した水晶デバイスは、封止蓋体と基板とを接合部材により接合されているため、封止蓋体が基板の下面に設けられた複数の外部端子の内の一つであるグランド端子と接続していない。よって、電子機器の実装基板上にこのような水晶デバイスを実装した際に、外部電磁波ノイズの影響で、水晶素子の発振周波数が変動してしまう虞があった。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、水晶素子の発振周波数の変動を低減することができる水晶デバイスを提供することを目的とする。

本発明の一つの態様による水晶デバイスは、基板と、基板の上面に設けられた電極パッドと、基板の下面に設けられた外部端子と、基板の上面の外周縁に沿って設けられた導体部と、基板の電極パッドに実装された水晶素子と、水晶素子を気密封止するために、基板の上面に設けられた封止蓋体と、導体部の上面と封止蓋体の下面との間に設けられた接合部材と、接合部材内に含有されている導電部材と、を備えていることを特徴とするものである。

本発明の一つの態様による水晶デバイスは、基板の上面の外周縁に沿って設けられた導体部と、基板の電極パッドに実装された水晶素子と、水晶素子を気密封止するために、基板の上面に設けられた封止蓋体と、導体部の上面と封止蓋体の下面との間に設けられた接合部材と、接合部材内に含有されている導電部材とを備えている。このようにすることによって、導体部が水晶素子を囲むように設けられているため、外部電磁波ノイズが導体部により遮られ、水晶素子に外部電磁波ノイズが重畳することを抑えることができる。また、封止蓋体と導体部とが導電部材を介して電気的に接合されている。また、導体部と電気的に接続されている外部端子の内の一つが、外部の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッドと接続されることによって、封止蓋体は、グランド電位と接続されることになる。このようにすることによって、封止蓋体がグランド電位と接続されていることで、上から金属板等が水晶デバイスに近接しても、近接した金属板と水晶素子との間で浮遊容量が発生しにくくなり、水晶素子の発振周波数が変動することを低減することができる。

本実施形態における水晶デバイスを示す分解斜視図である。 図１に示された水晶デバイスのＡ−Ａにおける断面図である。 本実施形態における水晶デバイスの水晶素子を実装した状態を示す平面図である。 （ａ）本実施形態における水晶デバイスを構成する基板を上面から見た平面図であり、（ｂ）本実施形態における水晶デバイスを構成する基板を下面から見た平面図である。 本実施形態の第一変形例における水晶デバイスを示す分解斜視図である。 図５に示された水晶デバイスのＢ−Ｂにおける断面図である。 （ａ）本実施形態の第二変形例における水晶デバイスを構成する基板を上面から見た平面図であり、（ｂ）本実施形態の第二変形例における水晶デバイスを構成する基板を下面から見た平面図である。 本実施形態の第三変形例における水晶デバイスを示す分解斜視図である。

本実施形態における水晶デバイスは、図１及び図２に示されているように、基板１１０と、基板１１０の上面に接合された水晶素子１２０と、水晶素子１２０を気密封止するための封止蓋体１３０と、を含んでいる。このような水晶デバイスは、電子機器等で使用する基準信号を出力するのに用いられる。

基板１１０は、矩形状であり、上面で実装された水晶素子１２０を実装するための実装部材として機能するものである。基板１１０の一辺に沿って、水晶素子１２０を接合するための第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂが設けられている。基板１１０の一辺と対向する一辺に沿って第三電極パッド１１１ｃが設けられている。基板１１０の下面の四隅には、外部端子１１２が設けられている。また、四つの外部端子１１２の内の二つが、水晶素子１２０と電気的に接続されて、水晶素子１２０の入出力端子として用いられ、他の一つが、外部の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッドと接続されている。

基板１１０は、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなる。基板１１０は、絶縁層を一層用いたものであっても、絶縁層を複数層積層したものであってもよい。基板１１０の上面及び下面には、上面に設けられた電極パッド１１１と下面の外部端子１１２とを電気的に接続するための配線パターン１１３がそれぞれ設けられている。また、基板１１０の上面には、第二電極パッド１１１ｂと第三電極パッド１１１ｃとを電気的に接続するための電極パターン１１５が設けられている。また、基板１１０の上面の外周縁に沿って、導体部１１６が設けられている。

基板１１０の第一電極パッド１１１ａ、第二電極パッド１１１ｂ及び第三電極パッド１１１ｃは、図１及び図２に示すように、水晶素子１２０を実装するために用いられている。また、第三電極パッド１１１ｃは、水晶素子１２０が第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂ上に実装されている場合には、水晶素子１２０の外周縁が基板１１０と接触することによる破損を抑制するために用いられている。第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂは、図４（ａ）に示すように、基板１１０の一辺に沿って設けられており、第三電極パッド１１１ｃは、基板１１０の一辺と対向する一辺に沿って設けられている。また、第一電極パッド１１１ａと第三電極パッド１１１ｃとは、図３に示すように、基板１１０の上面の対角の位置に設けられている。また、電極パッド１１１は、基板１１０の上面及び下面に設けられた配線パターン１１３及び基板１１０の角部に設けられた導通部１１４を介して、電極パッド１１１と平面視して重なる位置に設けられた外部端子１１２と電気的に接続されている。外部端子１１２は、基板１１０の下面の四隅に、基板１１０の外周縁に沿って設けられている。

電極パッド１１１は、図４（ａ）に示すように、第一電極パッド１１１ａ、第二電極パッド１１１ｂ及び第三電極パッド１１１ｃによって構成されている。また、外部端子１１２は、図４（ｂ）に示すように第一外部端子１１２ａ、第二外部端子１１２ｂ、第三外部端子１１２ｃ及び第四外部端子１１２ｄによって構成されている。配線パターン１１３は、図４に示すように、第一配線パターン１１３ａ、第二配線パターン１１３ｂ及び第三配線パターン１１３ｃによって構成され、導通部１１４は、第一導通部１１４ａ、第二導通部１１４ｂ及び第三導通部１１４ｃによって構成されている。第二電極パッド１１１ｂと第二外部端子１１２ｂとは、基板１１０の上面及び下面に設けられた第一配線パターン１１３ａと、基板１１０の角部に設けられた第一導通部１１４ａにより接続されており、第三電極パッド１１１ｃと第四外部端子１１２ｄとは、基板１１０の上面及び下面に設けられた第二配線パターン１１３ｂと、基板１１０の角部に設けられた第二導通部１１４ｂにより接続されている。また、第一電極パッド１１１ａと第三電極パッド１１１ｃとは、基板１１０の上面に設けられている電極パターン１１５により電気的に接続されている。よって、第一電極パッド１１１ａは、第三電極パッド１１１ｃを介して第四外部端子１１２ｄと電気的に接続されることになる。また、第一外部端子１１２ａは、第三配線パターン１１３ｃと第三導通部１１４ｃを介して導体部１１６と電気的に接続されており、第三外部端子１１２ｃは、第三配線パターン１１３ｃと第三導通部１１４ｃを介して導体部１１６と電気的に接続されている。

外部端子１１２は、外部の電子機器等を構成する実装基板上に実装するために用いられている。外部端子１１２は、基板１１０の下面の四隅に設けられている。外部端子１１２の内の二つの端子は、基板１１０の上面に設けられた一対の電極パッド１１１とそれぞれ電気的に接続されている。また、電極パッド１１１と電気的に接続されている外部端子１１２は、基板１１０の下面の対角に位置するように設けられている。外部端子１１２の内の少なくとも一つの端子が、外部の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッドと接続されている。また、本実施形態では、第一外部端子１１２ａ及び第三外部端子１１２ｃが、グランド端子として、外部の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッドと接続されている。このように、グランド端子となる第一外部端子１１２ａ及び第三外部端子１１２ｃが基板１１０の下面の対角となる位置に配置されていることによって、蓋体１３０を確実にグランド電位と接続させることができるので、水晶素子１２０に外部の電子部品等からのノイズの影響を緩和することができる。

また、電極パッド１１１及び外部端子１１２は、基板１１０に沿って設けられた形状となっている。ここで基板１１０を平面視したときの長辺の寸法が、１．２〜２．５ｍｍであり、短辺の寸法が、１．０〜２．０ｍｍである場合を例にして、電極パッド１１１及び外部端子１１２の大きさを説明する。第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂの長辺の長さは、０．２０〜０．６０ｍｍであり、短辺の長さは、０．１０〜０．５０ｍｍとなっている。第三電極パッド１１１ｃは、長辺の長さが、０．６０〜１．１０ｍｍであり、短辺の長さは、０．１０〜０．５０ｍｍとなっている。外部端子１１２の長辺の長さは、０．３０〜０．９０ｍｍであり、短辺の長さは、０．２０〜０．６０ｍｍとなっている。

配線パターン１１３は、基板１１０の上面及び下面に設けられ、電極パッド１１１及び外部端子１１２から近傍の基板１１０の角部に向けて引き出されている。第一配線パターン１１３ａの長さと第二配線パターン１１３ｂの長さは、略等しい長さとなる。ここで、略等しい長さとは、基板１１０の上面及び下面に設けられた第一配線パターン１１３ａの長さと基板１１０の上面及び下面に設けられた第二配線パターン１１３ｂの長さとの差が０〜２００μｍ異なるものを含むものとする。配線パターン１１３の長さは、各配線パターン１１３の中心を通る直線の長さを測定したものとする。

導通部１１４は、基板１１０の角部に設けられた切れ込みの内部に設けられている。導通部１１４の両端は、配線パターン１１３と接続されている。このようにすることで、電極パッド１１１は、配線パターン１１３及び導通部１１４を介して外部端子１１２と電気的に接続されている。導通部１１４は、切り込み内に導体ペーストを印刷するようにして設けられているため、基板１１０の上面の外周縁と導通部１１４との境界線箇所の導通部１１４の厚みが薄くなっている。よって、接合部材１５０が導通部１１４の上端にかかるように設けられていることで、境界線箇所の導通部１１４が半田と接触しないことで、導通部１１４の材質が半田内に拡散することで生じる半田食われを低減することができる。従って、半田食われによりに生じる電極パッド１１１と外部端子１１２との導通不良も低減することができる。また、半田食われとは、配線パターン１１３又は導通部１１４の材質が半田内に拡散し、配線パターン１１３又は導通部１１４がなくなってしまうことをいう。

電極パターン１１５は、基板１１０の上面に設けられており、その一端で第一電極パッド１１１ａと接続されており、他端で第三電極パッド１１１ｃと電気的に接続されている。このようにすることで、第一電極パッド１１１ａは、第三電極パッド１１１ｃを介して第三外部端子１１２ｃと電気的に接続されることになる。

導体部１１６は、後述する封止蓋体１３０と電気的に接続させるためのものである。導体部１１６は、図４に示すように、第三配線パターン１１３ｃと第三導通部１１４ｃを介して、第一外部端子１１２ａ及び第三外部端子１１２ｃと電気的に接続されている。また、第一外部端子１１２ａ及び第三外部端子１１２ｃは、グランド端子として、外部の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッドと接続されることにより、導体部１１６及び封止蓋体１３０が基準電位となる。このようにすることで、外部電磁波ノイズが導体部１１６及び封止蓋体１３０により、さらに遮られることになる。従って、水晶素子１２０に外部電磁波ノイズが重畳することをさらに低減することができる。また、導体部１１６及び封止蓋体１３０がこれらのグランド端子と電気的に接続されていることで、上から金属板等が水晶デバイスに近接しても、基準電位となった導体部１１６により、近接した金属板と水晶素子１２０との間で浮遊容量が発生しにくくなり、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することができる。導体部１１６は、例えばタングステン又はモリブデン等から成る導体パターンの表面にニッケルメッキ及び金メッキを順次、基板１１０の上面を環状に囲む形態で施すことによって、例えば１０〜２５μｍの厚みに形成されている。

ここで、基板１１０の作製方法について説明する。基板１１０がアルミナセラミックスから成る場合、まず所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面或いはセラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷等によって所定の導体ペーストを塗布する。さらに、これらのグリーンシートを積層してプレス成形したものを、高温で焼成する。最後に、導体パターンの所定部位、具体的には、電極パッド１１１、外部端子１１２、配線パターン１１３、導通部１１４、電極パターン１１５及び導体部１１６となる部位にニッケルメッキ又は金メッキ、銀パラジウム等を施すことにより作製される。また、導体ペーストは、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀又は銀パラジウム等の金属粉末の焼結体等から構成されている。

水晶素子１２０は、図２に示されているように、導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１上に接合されている。水晶素子１２０は、安定した機械振動と圧電効果により、電子装置等の基準信号を発振する役割を果たしている。

また、水晶素子１２０は、図２に示されているように、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに励振用電極１２２及び引き出し電極１２３を被着させた構造を有している。励振用電極１２２は、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに金属を所定のパターンで被着・形成したものである。励振用電極１２２は、上面に第一励振用電極１２２ａと、下面に第二励振用電極１２２ｂを備えている。引き出し電極１２３は、励振用電極１２２から水晶素板１２１の一辺に向かってそれぞれ延出されている。引き出し電極１２３は、上面に第一引き出し電極１２３ａと、下面に第二引き出し電極１２３ｂとを備えている。第一引き出し電極１２３ａは、第一励振用電極１２２ａから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。第二引き出し電極１２３ｂは、第二励振用電極１２２ｂから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。つまり、引き出し電極１２３は、水晶素板１２１の長辺又は短辺に沿った形状で設けられている。また、本実施形態においては、第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂと接続されている水晶素子１２０の一端を基板１１０の上面と接続した固定端とし、他端を基板１１０の上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造にて水晶素子１２０が基板１１０上に固定されている。

ここで、水晶素子１２０の動作について説明する。水晶素子１２０は、外部からの交番電圧が引き出し電極１２３から励振用電極１２２を介して水晶素板１２１に印加されると、水晶素板１２１が所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。

ここで、水晶素子１２０の作製方法について説明する。まず、水晶素子１２０は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し、水晶素板１２１の外周の厚みを薄くし、水晶素板１２１の外周部と比べて水晶素板１２１の中央部が厚くなるように設けるベベル加工を行う。そして、水晶素子１２０は、水晶素板１２１の両主面にフォトリソグラフィー技術、蒸着技術又はスパッタリング技術によって、金属膜を被着させることにより、励振用電極１２２、引き出し電極１２３を形成することにより作製される。

水晶素子１２０の基板１１０への接合方法について説明する。まず、導電性接着剤１４０は、例えばディスペンサによって第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂ上に塗布される。水晶素子１２０は、導電性接着剤１４０上に搬送され、導電性接着剤１４０上に載置される。そして導電性接着剤１４０は、加熱硬化させることによって、硬化収縮される。水晶素子１２０は、電極パッド１１１に接合される。つまり、水晶素子１２０の第一引き出し電極１２３ａは、第二電極パッド１１１ｂと接合され、第二引き出し電極１２３ｂは、第一電極パッド１１１ａと接合される。これによって、第二外部端子１１２ｂと第四外部端子１１２ｄが水晶素子１２０と電気的に接続されることになる。

また、水晶素子１２０は、水晶素子１２０の自由端と対向する位置に第三電極パッド１１１ｃが配置されているように実装されている。このようにすることによって、水晶素子２２０の引き出し電極１２３と、電極パッド１１１とが接合している箇所を軸として傾いても、水晶素子１２０の自由端が第三電極パッド１１１ｃに接触するので、基板１１０の上面に水晶素子１２０の自由端が接触することを抑制することできる。仮に、水晶素子１２０の自由端が基板１１０に接触した状態で、落下試験等を行うと、水晶素子１２０の自由端が欠けてしまう虞がある。このようにすることで、水晶素子１２０の自由端側が欠けてしまうことを抑えつつ、水晶素子２２０の発振周波数が変動することを低減することができる。

導電性接着剤１４０は、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケル又はニッケル鉄のうちのいずれか、或いはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。また、バインダーとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用いられる。

封止蓋体１３０は、矩形状の封止基部１３０ａと、封止基部１３０ａの下面の外周縁に沿って設けられている封止枠部１３０ｂとで構成されており、封止基部１３０ａの下面と封止枠部１３０ｂの内側側面とで収容空間Ｋが形成されている。封止枠部１３０ｂは、封止基部１３０ａの下面に収容空間Ｋを形成するためのものである。封止枠部１３０ｂは、封止基部１３０ａの下面の外縁に沿って設けられている。

封止基部１３０ａ及び封止枠部１３０ｂは、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなり、一体的に形成されている。このような封止蓋体１３０は、真空状態にある収容空間Ｋ又は窒素ガスなどが充填された収容空間Ｋを気密的に封止するためのものである。具体的には、封止蓋体１３０は、所定雰囲気で、基板１１０の上面に載置され、基板１１０の上面と封止枠部１３０ｂの下面との間に設けられた接合部材１５０とが熱が印加されることで、溶融接合される。

接合部材１５０は、封止蓋体１３０の下面と基板１１０の上面の外周縁とを接合するために用いられている。接合部材１５０は、３００℃〜４００℃で溶融するガラスであり、例えばバナジウムを含有した低融点ガラス又は酸化鉛系ガラスから構成されている。ガラスは、バインダーと溶剤とが加えられペースト状であり、溶融された後固化されることで他の部材と接着する。接合部材１５０は、例えば、ガラスフリットペーストをスクリーン印刷法で封止枠部１３０ｂの下面に沿って環状に塗布され乾燥することで設けられる。また、この酸化鉛系ガラスの組成は、酸化鉛、フッ化鉛、二酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ビスマス、酸化ホウ素、酸化亜鉛、酸化第二鉄、酸化銅及び酸化カルシウムとから構成されている。

導電部材１６０は、金属製の封止蓋体１３０の下面と基板１１０上面の外周縁に設けられた導体部１１６とを電気的に接続するために用いられている。導電部材１６０は、接合部材１５０内に含有されている。導電部材１６０は、種々の金属が適用でき、具体的には、銀、銅、パラジウム、ニッケル、銀パラジウム等から構成されている。導電部材１６０の平均粒径は、１〜２０μｍである。導電部材１６０を接合部材１５０に含有させることにより、封止蓋体１３０と導体部とが電気的に接続されている。また、外部端子１１２の内の一つが、外部の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッド１１１と接続されることによって、封止蓋体１３０は、グランド電位と電気的に接続されることになる。このようにすることによって、封止蓋体１３０がグランド電位と電気的に接続されていることで、上から金属板等が水晶デバイスに近接しても、近接した金属板と水晶素子１２０との間で浮遊容量が発生しにくくなり、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することができる。

保護部材１７０は、配線パターン１１３が金属製の封止蓋体１３０と接触して短絡することを低減するために用いられている。また、保護部材１６０は、図４に示すように、基板１１０の上面に設けられた配線パターン１１３を被覆するようにして設けられている。保護部材１７０は、接合部材１５０よりも融点が高い５００〜８００℃のものを用いている。これにより、接合部材１５０で接合する際には、保護部材１７０は溶融せずに、形成時の形状を保つことができる。よって、金属製の封止蓋体１３０又は基板１１０に圧力がかかり押し付けられても、金属製の封止蓋体１３０と基板１１０の配線パターン１１３とが接触することによる短絡を低減することができる。また、保護部材１７０は、例えば、ガラスフリットペーストをスクリーン印刷法で基板１１０に設けられた配線パターン１１３の上面に塗布され乾燥することで設けられる。また、保護部材１７０の上下方向の厚みは、０．０１〜０．０３ｍｍとなっている。

また、保護部材１７０は、基板１１０の角部に位置する配線パターン１１３上に設けられている。このようにすることによって、金属製の封止蓋体１３０が配線パターン１１３に接触することを抑えることが可能となる。また、保護部材１７０が、基板１１０の角に、平面視して円弧状になるように設けられており、導通部１１４が設けられている切欠き内には、保護部材１７０が設けられていない。このようにすることにより、基板１１０が電子機器等を構成する実装基板上に実装される際に、外部端子１１２に付着した半田が、導通部１１４に這い上がるようにして形成されるため、半田フィレットが形成される。また、半田が、保護部材１７０で覆われている基板１１０の配線パターン１１３上には、這い上がらないため、半田と金属製の封止蓋体１３０との短絡を低減することができる。

本実施形態における水晶デバイスは、基板１１０の上面の外周縁に沿って設けられた導体部１１６と、基板１１０の電極パッド１１１に実装された水晶素子１２０と、水晶素子１２０を気密封止するために、基板１１０の上面に設けられた封止蓋体１３０と、導体部１１６の上面と封止蓋体１３０の下面との間に設けられた接合部材１５０と、接合部材１５０内に含有されている導電部材１６０と、を備えている。このようにすることによって、封止蓋体１３０及び導体部１１６が水晶素子１２０を囲むよう設けられているため、外部電磁波ノイズが導体部１１６及び封止蓋体１３０により遮られ、水晶素子１２０に外部電磁波ノイズが重畳することを抑えることができる。よって、このような水晶デバイスは、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することができる。

また、本実施形態における水晶デバイスは、少なくとも一つの外部端子１１２と導体部１１６とが電気的に接続されており、導体部１１６と電気的に接続された外部端子１１２がグランド端子として用いられている。このようにすることにより、水晶デバイスが電子機器等の実装基板上に実装された際に、上から金属板が水晶デバイスに近接しても、基準電位となった導体部１１６及び封止蓋体１３０により、近接した金属板と水晶素子１２０との間で浮遊容量が発生しにくくなり、水晶素子１２０の発振周波数が変動することをさらに低減することができる。

（第一変形例）
以下、本実施形態の第一変形例における水晶デバイスについて説明する。なお、本実施形態の第一変形例における水晶デバイスのうち、上述した水晶デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第一変形例における水晶デバイスは、図５及び図６に示されているように、基板２１０ａと、基板２１０ａの上面の外周縁に沿って設けられた枠体２１０ｂとを備えており、導体部２１６が、枠体２１０ｂの上面に沿って設けられている点において本実施形態と異なる。

基板２１０ａは、矩形状であり、上面で実装された水晶素子１２０を実装するための実装部材として機能するものである。基板２１０ａの上面には、電極パッド２１１が設けられている。基板２１０ａの下面の四隅には、外部端子２１２が設けられている。また、四つの外部端子２１２の内の二つが、水晶素子１２０と電気的に接続されて、水晶素子１２０の入出力端子として用いられ、四つの外部端子２１２の内の一つが、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッドと接続されている。これにより、導体部２１６がグランド電位となっている外部端子２１２に接続される。

電極パッド２１１は、基板２１０ａの上面に一対で設けられており、基板２１０ａの一辺に沿うように隣接して設けられている。電極パッド２１１は、基板２１０ａに設けられた配線パターン（図示せず）及びビア導体（図示せず）を介して、基板２１０ａの下面に設けられた外部端子２１２と電気的に接続されている。電極パッド２１１は、図５及び図６に示すように、第一電極パッド２１１ａ及び第二電極パッド２１１ｂによって構成されている。

枠体２１０ｂは、基板２１０ａの上面に配置され、基板２１０ａの上面に収容空間Ｋを形成するためのものである。枠体２１０ｂは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料からなり、基板２１０ａと一体的に形成されている。また、枠体２１０ｂの上面には、導体部２１６が環状に設けられている。

ここでパッケージ２１０を平面視したときの一辺の寸法が、１．０〜３．０ｍｍであり、パッケージ２１０の上下方向の寸法が、０．７〜１．５ｍｍである場合を例にして、収容空間Ｋの大きさを説明する。収容空間Ｋの長辺の長さは、０．５〜０．７ｍｍであり、短辺の長さは、０．２〜０．４ｍｍとなっている。収容空間Ｋの上下方向の長さは、０．２〜０．５ｍｍとなっている。

導体部２１６は、後述する封止蓋体２３０と電気的に接続するためのものである。導体部２１６は、ビア導体（図示せず）を介して、外部端子２１２の内の一つと電気的に接続されている。また、その外部端子２１２の内の一つは、外部の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッド（図示せず）と接続されることにより、導体部２１６及び封止蓋体２３０は、基準電位となることでさらに安定するため、外部電磁波ノイズが導体部２１６及び封止蓋体２３０により、さらに遮られることになる。従って、水晶素子１２０に外部電磁波ノイズが重畳することをさらに低減することができる。また、導体部２１６がグランド電位と電気的に接続されていることで、上から金属板等が水晶デバイスに近接しても、基準電位となった導体部２１６及び封止蓋体２３０により、近接した金属板と水晶素子１２０との間で浮遊容量が発生しにくくなり、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することができる。導体部２１６は、例えばタングステン又はモリブデン等から成る導体パターンの表面にニッケルメッキ及び金メッキを順次、枠体２１０ｂの上面を環状に囲む形態で施すことによって、例えば１０〜２５μｍの厚みに形成されている。

封止蓋体２３０は、平板状であり、真空状態にある収容空間Ｋ、あるいは窒素ガスなどが充填された収容空間Ｋを気密的に封止するためのものである。具体的には、封止蓋体２３０は、所定雰囲気で、枠体２１０ｂに設けられた導体部２１６上に載置される。封止蓋体２３０の下面と枠体２１０ｂの上面に設けられた導体部２１６との間に設けられた接合部材２５０に熱が印加されることで、封止蓋体２３０と導体部２１６とが溶融接合される。

本実施形態の第一変形例における水晶デバイスは、基板２１０ａと、基板２１０ａの外周縁に沿って設けられた枠体２１０ｂと、枠体２１０ｂ内で基板２１０ａの上面に設けられた電極パッド２１１と、基板２１０ａの下面に設けられた外部端子２１２と、枠体２１０ｂの上面に沿って設けられた導体部２１６と、基板２１０ａの電極パッド２１１に実装された水晶素子１２０と、水晶素子１２０を気密封止するために、枠体２１０ｂの上面に設けられた封止蓋体２３０と、導体部２１６の上面と封止蓋体２３０の下面との間に設けられた接合部材１５０と、接合部材１５０内に含有されている導電部材１６０と、を備えている。このようにすることによって、導体部２１６及び封止蓋体２３０が水晶素子１２０を囲むよう設けられているため、外部電磁波ノイズが導体部２１６及び封止蓋体２３０により遮られ、水晶素子１２０に外部電磁波ノイズが重畳することを抑えることができる。よって、このような水晶デバイスは、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することができる。

（第二変形例）
以下、本実施形態の第二変形例における水晶デバイスについて説明する。なお、本実施形態の第一変形例における水晶デバイスのうち、上述した水晶デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第二変形例における水晶デバイスは、図７に示されているように、導体部３１６には、基板３１０の外周縁から内側に向けて設けられた溝部３１７を備えている点において本実施形態と異なる。

導体部３１６は、基板３１０の外周縁に沿って、配線パターン３１３が形成されている箇所を空けるようにして設けられている。また、導体部３１６には、図７に示すように、基板３１０の外周縁から内側に向けて線状に設けられた溝部３１７が設けられている。このように導体部３１６に溝部３１７を設けることによって、導電性接着剤１４０を介して水晶素子１２０を電極パッド３１１に実装する際に発生したガスが、溝部３１７を通って基板３１０の外部に排出されることになる。よって、水晶素子１２０にガスが付着することを低減することができるので、水晶素子１２０の発振周波数の変動を低減することができる。また、接合部材１５０が溝部３１７内に入り込むようにして封止蓋体１３０と基板３１０とが接合されるので、封止蓋体１３０と基板３１０との接合強度を向上させることができる。

また、溝部３１７は、ここで基板２１０を平面視したときの長辺の寸法が、１．２〜２．５ｍｍであり、短辺の寸法が、１．０〜２．０ｍｍである場合を例にして、溝部３１７の大きさを説明する。溝部３１７の長辺方向の長さは、０．１〜０．２ｍｍであり、短辺方向の長さは、０．０８〜０．１８ｍｍである。また、溝部３１７の上下方向の厚みは、０．０１５〜０．０５ｍｍである。

本実施形態の第二変形例における水晶デバイスは、導体部３１６には、基板３１０の外周縁から内側に向けて設けられた溝部３１７を備えていることによって、導電性接着剤１４０を介して水晶素子１２０を電極パッド３１１に実装する際に発生したガスが、溝部３１７を通って外部に排出されることになる。よって、水晶素子１２０にガスが付着することを低減することができる。よって、ガスが付着することを低減することによって、水晶素子１２０の厚みすべり振動が阻害されることを抑えつつ、水晶素子１２０の発振周波数を安定して出力することが可能となる。

（第三変形例）
以下、本実施形態の第三変形例における水晶デバイスについて説明する。なお、本実施形態の第三変形例における水晶デバイスのうち、上述した水晶デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第三変形例における水晶デバイスは、図８に示されているように、水晶素子２２０が両持ち支持構造である点において本実施形態と異なる。

水晶素子２２０は、図８に示されているように、水晶素板２２１の上面及び下面のそれぞれに励振用電極２２２及び引き出し電極２２３を被着させた構造を有している。励振用電極２２２は、水晶素板２２１の上下面のそれぞれに金属を所定のパターンで被着・形成したものである。励振用電極２２２は、上面に第一励振用電極２２２ａと、下面に第二励振用電極（図示せず）を備えている。引き出し電極２２３は、励振用電極２２２から水晶素板２２１の向かい合う辺に向かってそれぞれ延出されている。引き出し電極２２３は、上面に第一引き出し電極２２３ａと、下面に第二引き出し電極２２３ｂとを備えている。第一引き出し電極２２３ａは、第一励振用電極２２２ａから引き出されており、水晶素板１２１の一方の辺に向かって延出するように設けられている。第二引き出し電極２２３ｂは、第二励振用電極（図示せず）から引き出されており、水晶素板２２１の他方の辺に向かって延出するように設けられている。また、このような水晶素子２２０は、水晶素板２２１の対角に位置する箇所で支持する両持ち支持構造にて基板１１０上に固定されている。

水晶素子２２０の基板１１０への接合方法について説明する。まず、導電性接着剤１４０は、例えばディスペンサによって第二電極パッド１１１ｂ及び第三電極パッド１１１ｃ上に塗布される。水晶素子２２０は、導電性接着剤１４０上に搬送され、導電性接着剤１４０上に載置される。そして導電性接着剤１４０は、加熱硬化させることによって、硬化収縮される。水晶素子２２０は、電極パッド１１１に接合される。つまり、水晶素子２２０の第一引き出し電極２２３ａは、第二電極パッド１１１ｂと接合され、第二引き出し電極２２３ｂは、第三電極パッド１１１ｃと接合される。これによって、第二外部端子１１２ｂと第四外部端子１１２ｄが水晶素子２２０と電気的に接続されることになる。

本実施形態の第四変形例における水晶デバイスは、水晶素子２２０が、矩形状の水晶素板２２１と、水晶素板２２１の上下面に設けられた励振用電極２２２と、励振用電極２２２とから水晶素板２２１の向かい合う両辺に向かってそれぞれ延出するようにして設けられている一対の引き出し電極２２３と、を備え、一対の引き出し電極２２３の一方と、第二電極パッド１１１ｂとが電気的に接続されており、一対の引き出し電極２２３の他方と、第三電極パッド１１１ｃとが電気的に接続されている。このようにすることによって、水晶素子２２０の第一引き出し電極２２３ａ及び第二引き出し電極２２３ｂと、第二電極パッド１１１ｂ及び第三電極パッド１１１ｃとが接合している箇所を軸として傾いても、水晶素子２２０の接合していない一方の角が第一電極パッド１１１ａに接触し、他方の角が基板１１０から離間した状態になるので、基板１１０の上面に水晶素子２２０の接合していない角が接触することを抑制することできる。仮に、水晶素子２２０の接合していない角が基板１１０に接触した状態で、落下試験等を行うと、水晶素子２２０の接合していない角が欠けてしまう虞がある。このようにすることで、水晶素子２２０の角が欠けてしまうことを抑えつつ、水晶素子２２０の発振周波数が変動することを低減することができる。

尚、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。また、水晶素子１２０のベベル加工方法について説明する。所定の粒度のメディアと砥粒とを備えた研磨材と、所定の大きさに形成された水晶素板１２１とを用意する。円筒体に用意した研磨材と水晶素板１２１とを入れ、円筒体の開口した端部をカバーで塞ぐ。研磨材と水晶素板１２１とを入れた円筒体を、円筒体の中心軸線を回転軸として回転させる水晶素板１２１が研磨材で研磨されてベベル加工が行われる。

上記の実施形態では、接合部材１５０が封止蓋体１３０の封止枠部１３０ｂの下面に設けられた場合を説明したが、接合部材１５０が基板１１０上面の外周縁に環状に設けられるようにしても構わない。このような接合部材１５０は、例えば、ガラスフリットペーストがスクリーン印刷法で基板１１０の外周縁に沿って塗布され乾燥することで設けられる。

上記の実施形態では、水晶素子は、ＡＴ用水晶素子を用いた場合を説明したが、基部と、基部の側面より同一の方向に延びる二本の平板形状の振動腕部とを有する音叉型屈曲水晶素子を用いても構わない。このような音叉型屈曲水晶素子は、水晶片と、その水晶片の表面に設けられた励振電極と、引き出し用電極と、周波数調整用金属膜とにより構成されている。水晶片は、水晶基部と水晶振動部とからなり、水晶振動部が第一水晶振動部及び第二水晶振動部とから成る。水晶基部は、結晶の軸方向として電気軸がＸ軸、機械軸がＹ軸、及び光軸がＺ軸となる直交座標系としたとき、Ｘ軸回りに−５°〜＋５°の範囲内で回転させたＺ′軸の方向が厚み方向となる平面視略四角形の平板である。第一水晶振動部及び第二水晶振動部は、水晶基部の一辺からＹ′軸の方向に平行に延設されている。このような水晶片は、水晶基部と各水晶振動部とが一体となって音叉形状を成しており、フォトリソグラフィー技術と化学エッチング技術により製造される。

１１０、２１０、３１０・・・基板
１１１、２１１、３１１・・・電極パッド
１１２、２１２、３１２・・・外部端子
１１３、２１３、３１３・・・配線パターン
１１４、２１４、３１４・・・導通部
１１５、２１５、３１５・・・電極パターン
１１６、２１６、３１６・・・導体部
２１７、３１７・・・溝部
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・引き出し電極
１３０・・・封止蓋体
１３１・・・封止基部
１３２・・・封止枠部
１４０・・・導電性接着剤
１５０・・・接合部材
１６０・・・保護部材
Ｋ・・・収容空間

Claims (4)

1. 基板と、
   前記基板の上面に設けられた電極パッドと、
   前記基板の下面に設けられた外部端子と、
   前記基板の上面の外周縁に沿って設けられた導体部と、
   前記基板の前記電極パッドに実装された水晶素子と、
   前記基板の上面及び下面に設けられ、前記電極パッド及び前記外部端子と電気的に接続されている配線パターンと、
   前記基板の側面に設けられており、前記配線パターンと電気的に接続された導通部と、を備え、
   前記配線パターンを被覆するように設けられた保護部材と、
   前記基板の上面に設けられた封止蓋体と、
   前記導体部の上面と前記封止蓋体の下面との間に設けられた接合部材と、
   前記接合部材内に含有されている導電部材と、を備えていることを特徴とする水晶デバイス。
2. 基板と、
   前記基板の外周縁に沿って設けられた枠体と、
   前記枠体内で前記基板の上面に設けられた電極パッドと、
   前記基板の下面に設けられた外部端子と、
   前記枠体の上面に沿って設けられた導体部と、
   前記基板の前記電極パッドに実装された水晶素子と、
   前記枠体の上面に設けられた封止蓋体と、
   前記導体部の上面と前記封止蓋体の下面との間に設けられた接合部材と、
   前記接合部材内に含有されている導電部材と、を備えていることを特徴とする水晶デバイス。
3. 請求項１又は請求項２記載の水晶デバイスであって、
   前記外部端子が複数設けられており、
   前記外部端子の内の少なくとも一つと前記導体部とが電気的に接続されており、前記導体部と電気的に接続された前記外部端子がグランド端子として用いられることを特徴とする水晶デバイス。
4. 請求項１乃至請求項３記載の水晶デバイスであって、
   前記導体部には、外周縁から内側に向けて設けられた溝部を備えていることを特徴とする水晶デバイス。

Images