JP2017085327A - Crystal diaphragm, and crystal vibration device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一主面に形成された第1励振電極と、他主面に形成された第2励振電極とが備えられたATカット型の水晶振動板及びこの水晶振動板が備えられた水晶振動デバイスに関する。 The present invention relates to an AT-cut type crystal diaphragm including a first excitation electrode formed on one main surface and a second excitation electrode formed on another main surface, and a crystal including the crystal vibration plate. The present invention relates to a vibration device.
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、水晶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。 In recent years, the operating frequency of various electronic devices has been increased, and the size of packages has been reduced (especially low profile). For this reason, with the increase in the frequency and the size of the package, the crystal vibrating device is required to cope with the increase in the frequency and the size of the package.
特に、水晶振動デバイスのうち小型化に対応したものとしては、その筐体が直方体のパッケージで構成され、ガラスや水晶など脆性材料からなる第1封止部材及び第2封止部材と、両主面に励振電極が形成された水晶振動板とから構成され、第1封止部材と第2封止部材とが水晶振動板を介して積層して接合され、パッケージの内部に配された水晶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)ものがある。このような積層形態の水晶振動デバイスでは一般的にサンドイッチ構造と称している。 In particular, the quartz resonator device corresponding to the miniaturization includes a first sealing member and a second sealing member whose casing is configured by a rectangular parallelepiped package and made of a brittle material such as glass or quartz. A quartz crystal plate having an excitation electrode formed on a surface thereof, the first sealing member and the second sealing member being laminated and bonded via the quartz plate, and disposed inside the package Some of the plate excitation electrodes are hermetically sealed (see, for example, Patent Document 1 below). Such a laminated crystal vibration device is generally called a sandwich structure.
ところで、上述のようなサンドイッチ構造の水晶振動デバイスでは、水晶振動板の機能領域に、水晶振動子として励振するための振動部としての領域と、水晶振動板と封止部材とを接合して振動部を気密封止するための外枠部としての領域と、外枠部によって上記振動部の励振が妨げられないように、外枠部と振動部とを隔離するための切り抜き部としての領域と、振動部と外枠部とを接続するため連結部としての領域と、水晶振動板の配線と封止部材の配線とを電気的に接続するための配線部(配線パターンや配線用のスルーホール等)としての領域とがある。しかしながら、水晶振動デバイス(水晶振動板)の小型化とともに上述の各機能領域を確保することが困難になってきているのが現状である。 By the way, in the quartz resonator device having the sandwich structure as described above, a vibration region for exciting as a crystal resonator, a crystal resonator plate, and a sealing member are bonded to the functional region of the crystal resonator plate to vibrate. A region as an outer frame part for hermetically sealing the part, and a region as a cutout part for isolating the outer frame part and the vibration part so that the excitation of the vibration part is not hindered by the outer frame part , A region as a connecting portion for connecting the vibrating portion and the outer frame portion, and a wiring portion for electrically connecting the wiring of the crystal diaphragm and the wiring of the sealing member (a wiring pattern or a through hole for wiring) Etc.). However, the present situation is that it is becoming difficult to secure the above-mentioned respective functional areas with the miniaturization of the crystal vibrating device (crystal vibrating plate).
また、上述のような各領域を水晶振動板にエッチング加工する場合には、作業効率の高いウェットエッチングを用いることが一般的な工法となるが、水晶の異方性の関係で、結晶軸の方向によってエッチングレート差が生じてしまい、必要な領域に対して必要な面積で形成することが困難となっている。 In addition, when etching each region as described above into a quartz diaphragm, it is a common method to use wet etching with high work efficiency. An etching rate difference occurs depending on the direction, and it is difficult to form a necessary area with respect to a necessary area.
特に、ウェットエッチングの手法により、上記振動部と切り抜き部と外枠部と連結部などを形成した場合、エッチングレート差の影響で、Z´軸方向に沿った切り抜き部に比較して、X軸方向に沿った切り抜き部の方がより幅広の領域が貫通形成するために必要となる。このため、水晶振動板の振動部の周囲に沿って細長い切り抜き部を形成すると、Z´軸に沿った振動部の端部や外枠部の端部に比較して、X軸に沿った振動部の端部や外枠部の端部の方が、切り抜き部によって面積が狭められるので、有効な領域を確保しにくくなる。以上から、ウェットエッチングにより水晶振動板の各領域の必要な面積を確保することは、水晶振動板の小型化とともにますます難易度が高まっているのが現状である。 In particular, when the vibration part, the cutout part, the outer frame part, the connection part, and the like are formed by the wet etching technique, the X-axis is compared with the cutout part along the Z′-axis direction due to the influence of the etching rate difference. The cutout portion along the direction is necessary for the wider region to penetrate therethrough. For this reason, if a long and narrow cutout is formed along the periphery of the vibration part of the quartz diaphragm, the vibration along the X axis is greater than the end of the vibration part along the Z ′ axis and the end of the outer frame part. Since the area of the end portion of the portion and the end portion of the outer frame portion is narrowed by the cutout portion, it is difficult to secure an effective region. From the above, it is the present situation that securing the necessary area of each region of the quartz diaphragm by wet etching is becoming more difficult as the quartz diaphragm is downsized.
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、小型化に対応させながら水晶振動板の各機能領域が確保しやすいより信頼性の高い水晶振動板、及び水晶振動デバイスを提供することを目的とする。 Accordingly, in order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide a more reliable crystal diaphragm and a crystal vibration device that can easily secure each functional area of the crystal diaphragm while reducing the size. And
本発明では、上記目的を達成するために、Z´軸方向に長辺がありX軸方向に短辺がある矩形状に形成され、ATカットの水晶振動板が有り、上記水晶振動板の中央部分に形成され、Z´軸方向に短辺がありX軸方向に長辺がある矩形状に形成され、一主面に形成された第1励振電極と他主面に形成された第2励振電極とが備えられた振動部と、上記振動部の外周に形成された切り抜き部と、上記切り抜き部の外周に形成された外枠部と、上記振動部と外枠部を接続する連結部とを有する。 In order to achieve the above object, the present invention has a rectangular shape having a long side in the Z′-axis direction and a short side in the X-axis direction, an AT-cut crystal diaphragm, and the center of the crystal diaphragm The first excitation electrode formed on one main surface and the second excitation formed on the other main surface, formed in a rectangular shape with a short side in the Z′-axis direction and a long side in the X-axis direction. A vibrating portion provided with an electrode; a cutout portion formed on an outer periphery of the vibrating portion; an outer frame portion formed on an outer periphery of the cutout portion; and a connecting portion connecting the vibrating portion and the outer frame portion. Have
上記構成により、水晶振動板の長辺方向に対して振動部は短辺方向が配置されることで、水晶振動板の長辺方向の端部には振動部以外に水晶振動板として機能するための有効領域が確保できる。つまり、水晶振動子として励振するための振動部としての有効面積を狭めることなく、水晶振動板と封止部材とを接合して振動部を気密封止するための外枠部としての領域、外枠部によって上記振動部の励振が妨げられないように、外枠部と振動部とを隔離するための切り抜き部としての領域、振動部と外枠部とを接続するため連結部としての領域、水晶振動板の配線と封止部材の配線とを電気的に接続するための配線部(配線パターンや配線用のスルーホール等)としての領域など、各機能領域を必要に応じて拡大して形成することができる。結果として、水晶振動デバイスとしての小型化を実現しながら、必要な機能領域を確保することができ、振動特性を劣化させることもない。 With the above configuration, since the vibration part is arranged in the short side direction with respect to the long side direction of the crystal diaphragm, the end part in the long side direction of the crystal diaphragm functions as a crystal vibration plate in addition to the vibration part. The effective area can be secured. In other words, without reducing the effective area as a vibrating part for exciting as a quartz vibrator, the area as an outer frame part for sealing the vibrating part by bonding the quartz vibrating plate and the sealing member, An area as a cutout part for isolating the outer frame part and the vibration part so that excitation of the vibration part is not hindered by the frame part, an area as a connection part for connecting the vibration part and the outer frame part, Each functional area is expanded as necessary, such as areas as wiring parts (wiring patterns, wiring through-holes, etc.) for electrically connecting the quartz diaphragm wiring and the sealing member wiring. can do. As a result, it is possible to secure a necessary functional area while realizing miniaturization as a quartz-crystal vibrating device, and the vibration characteristics are not deteriorated.
また、振動部の周囲に沿って切り抜き部をウェットエッチングの手法により形成した場合であっても、水晶振動板の長辺と振動部の短辺をZ´軸とし、水晶振動板の短辺と振動部の長辺をX軸として設定していることで、X軸に沿った切り抜き部の領域を少なくすることができるため、切り抜き部によって振動部の端部や外枠部の端部の面積が狭められることが抑制できる。 Further, even when the cutout part is formed by the wet etching technique along the periphery of the vibration part, the long side of the crystal vibration plate and the short side of the vibration part are set as the Z ′ axis, and the short side of the crystal vibration plate By setting the long side of the vibration part as the X axis, the area of the cutout part along the X axis can be reduced, so the area of the end of the vibration part and the end of the outer frame part by the cutout part Can be suppressed from being narrowed.
また、上記連結部は、上記振動部における1つの角部のみから上記外枠部に向けて突出されていてもよい。 Moreover, the said connection part may protrude toward the said outer frame part only from one corner | angular part in the said vibration part.
このような構成によると、振動部がX軸方向に沿う辺の中央位置で保持されず、水晶振動板を圧電振動させた場合、振動部の外周端部の中でより振動減衰領域である1つの角部のみで保持されるため、連結部から外枠部に向けての振動漏れが少なくなり、より効率的に圧電振動させることができる。また、連結部を2つとした場合と比較して、振動部への応力のかかり具合を低減できるので、応力による周波数シフトを低減して安定して水晶振動板を圧電振動させることができる。 According to such a configuration, when the vibration part is not held at the center position of the side along the X-axis direction, and the crystal vibration plate is piezoelectrically vibrated, it is a vibration attenuation region 1 in the outer peripheral end of the vibration part. Since it is held by only one corner, vibration leakage from the connecting portion toward the outer frame portion is reduced, and piezoelectric vibration can be performed more efficiently. In addition, since the degree of stress applied to the vibration part can be reduced as compared with the case where two coupling parts are provided, the frequency shift due to the stress can be reduced, and the crystal diaphragm can be stably piezoelectrically vibrated.
また、上記水晶振動板の前記一主面を覆う第1封止部材と、上記水晶振動板の前記他主面を覆う第2封止部材とが備えられていてもよい。 Moreover, the 1st sealing member which covers the said one main surface of the said quartz-crystal diaphragm and the 2nd sealing member which covers the said other main surface of the said quartz-crystal diaphragm may be provided.
このような構成によると、水晶振動板を第1封止部材と第2封止部材とで挟まれた構造であるので、比較的に小型の水晶振動デバイスとすることができる。また、上述した水晶振動板が備えられているので、水晶振動板の振動部以外に外枠部における配線部(配線パターンや上下に配置される各封止部材との接続用のスルーホールなど)を形成するための必要な面積を確保することができ、かつ連結部を形成する領域も必要な面積も確保することできる。結果として、水電振動板における振動部や各封止部材との接合部の有効面積を狭めることがないので、振動特性や気密性を妨げることがなく、水電振動デバイスとしての小型化を実現しながら性能を劣化させることもない。 According to such a configuration, since the crystal diaphragm is sandwiched between the first sealing member and the second sealing member, a relatively small crystal vibration device can be obtained. In addition, since the above-described crystal diaphragm is provided, the wiring part in the outer frame part (a wiring pattern, a through hole for connection with each sealing member arranged above and below) in addition to the vibration part of the crystal diaphragm A necessary area for forming the connection portion can be secured, and a region for forming the connecting portion and a necessary area can be secured. As a result, since the effective area of the vibration portion and the joint portion with each sealing member in the hydroelectric diaphragm is not reduced, vibration characteristics and airtightness are not hindered, and a miniaturization as a hydroelectric vibration device is realized. The performance is not degraded.
以上により、本発明では、小型化に対応させながら水晶振動板の各機能領域が確保しやすいより信頼性の高い水晶振動板、及び水晶振動デバイスを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a more reliable quartz crystal plate and quartz crystal device that can easily secure each functional area of the quartz plate while reducing the size.
以下、本発明に係る水晶振動デバイスについて、図面を参照にしながら説明する。 Hereinafter, a crystal vibration device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
−第1実施形態の水晶振動デバイスの構成−
本発明に係る水晶振動デバイス1の構成を、図1を参照しながら説明する。図1は、水晶振動子の一実施形態の各構成を示した概略構成図である。
-Configuration of the crystal oscillating device of the first embodiment-
The configuration of the crystal vibrating device 1 according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating each configuration of an embodiment of a crystal resonator.
本発明に係る水晶振動デバイス1は、例えば、水晶振動子であって、水晶振動板2と、水晶振動板2の一主面2aを覆って気密封止する第1封止部材3と、水晶振動板2の他主面2bを覆って気密封止する第2封止部材4と、を備えている。水晶振動デバイス1において、水晶振動板2と第1封止部材3とが接合されており、水晶振動板2と第2封止部材4とが接合されている。
The crystal resonator device 1 according to the present invention is, for example, a crystal resonator, and includes a
すなわち、水晶振動デバイス1は、第1封止部材3と水晶振動板2との間の内部空間13、及び水晶振動板2と第2封止部材4との間の内部空間13が気密封止されたサンドイッチ構造のパッケージ12とされている(図1参照)。
That is, in the crystal vibrating device 1, the
水晶振動デバイス1のパッケージサイズは、1.0×0.8mm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、後述する貫通孔(第1貫通孔h1、第2貫通孔h2、第3貫通孔h3)を用いて電極の導通を図っている。
The package size of the quartz crystal vibrating device 1 is 1.0 × 0.8 mm, which is intended to reduce size and height. In addition, with the downsizing, the
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。
As shown in FIG. 1, the
以下、各構成について詳述する。 Hereinafter, each configuration will be described in detail.
・第1封止部材
本発明に係る水晶振動デバイス1の第1封止部材3について図2及び3を参照しながら説明する。図2は、第1封止部材の概略平面図、図3は、第1封止部材の概略底面図である。
-1st sealing member The 1st sealing member 3 of the quartz-crystal vibrating device 1 which concerns on this invention is demonstrated referring FIG. FIG. 2 is a schematic plan view of the first sealing member, and FIG. 3 is a schematic bottom view of the first sealing member.
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枚のガラスウエハ又は水晶ウエハから形成された直方体の基板であり、一主面3a側を上面とし、他主面3b(水晶振動板2に接合する面)は平坦平滑面(鏡面加工)として成形されている。 The first sealing member 3 is made of a material having a bending rigidity (secondary moment of section × Young's modulus) of 1000 [N · mm 2 ] or less. Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, the first sealing member 3 is a rectangular parallelepiped substrate formed from one glass wafer or quartz wafer, with one main surface 3 a side as the upper surface, and the other The main surface 3b (surface joined to the crystal diaphragm 2) is formed as a flat smooth surface (mirror finish).
この第1封止部材3の他主面3bには、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31が内部空間13を囲うように設けられている。本形態では、例えば、封止側第1接合パターン31は、図3に示すように第1封止部材3の他主面3bの平面視左側に偏って位置する。封止側第1接合パターン31の線幅は、全ての位置において同一幅とされる。
On the other main surface 3 b of the first sealing member 3, a sealing-side first bonding pattern 31 for bonding to the
この封止側第1接合パターン31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膜と、下地PVD膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極PVD膜とからなる。なお、本実施形態では、下地PVD膜には、Ti(若しくはCr)が用いられ、電極PVD膜にはAuが用いられている。また、封止側第1接合パターン31は、非Snパターンである。 The sealing-side first bonding pattern 31 was formed by stacking a base PVD film formed by physical vapor deposition on the first sealing member 3 and a physical vapor deposition on the base PVD film. It consists of an electrode PVD film. In this embodiment, Ti (or Cr) is used for the base PVD film, and Au is used for the electrode PVD film. Moreover, the sealing side 1st joining pattern 31 is a non-Sn pattern.
・水晶振動板
本発明に係る水晶振動板2の実施形態について図4〜6を参照しながら説明する。図4Aは、水晶振動板の第1実施形態の概略平面図、図4Bは、水晶振動板の第1実施形態の他の例の概略平面図、図5は、水晶振動板の第1実施形態の概略底面図、図6Aは、図4Aに示すA−A線に沿う断面図、図6Bは、図4Bに示すB−B線に沿う断面図、図6Cは、水晶振動板の別の例の断面図である。
-Quartz diaphragm The embodiment of the
本実施形態に係る水晶振動板2は、矩形状の水晶板を水晶の結晶軸であるX軸の周りに35°15´回転させて加工したATカット型の水晶であって、振動部21と、連結部22と、外枠部23と、切り抜き部24とを備えている(図4A及び5参照)。なお、本明細書において、人工水晶の結晶軸を、X軸、Y軸、Z軸とし、X軸の周りに35°15´回転させたATカット型の水晶のY軸及びZ軸をそれぞれ、Y´軸、Z´軸とする。
The
また、本実施形態に係る水晶振動板2では、Z´軸方向に長辺L1,L2がありX軸方向に短辺W1,W2がある略矩形状に形成されている。
Further, the
図示例では、矩形状の水晶板を切り抜いて形成した切り抜き部(水晶板が貫通している貫通部)24を有しており、当該切り抜き部24は、平面視逆凹形状体k1と、平面視長方形状体k2とから構成されている。これらの切り抜き部24として構成される平面視逆凹形状体k1と平面視長方形状体k2とは、後述する振動部21の外周に沿って形成されている。さらに、図4、図5に示すように、平面視逆凹形状体k1の切り抜き部24は、X軸に沿った部分k12とk13と、Z´軸に沿った部分k11とを有し、平面視逆凹形状体k2の切り抜き部24は、Z´軸に沿った部分k21のみを有している。水晶振動板2は、圧電材料である水晶からなり、その両主面(一主面2a、他主面2b)が平坦平滑面(鏡面加工)とされている。
In the example of illustration, it has the cut-out part (penetration part which the crystal plate penetrates) 24 formed by cutting out a rectangular-shaped quartz plate, and the said cut-out part 24 has planar view reverse concave shape body k1, and plane. It is composed of a rectangular view body k2. The plan view reverse concave body k1 and the plan view rectangular body k2 configured as the cutout portions 24 are formed along the outer periphery of the
振動部21は、電圧の印加により圧電振動する略矩形状のものである。また、本実施形態に係る振動部21では、Z´軸方向に短辺W3,W4がありX軸方向に長辺L3,L4がある略矩形状に形成されている。なお、振動部21の形状は、ウェットエッチングによって形成された場合は、角部が面取りされて、直角でなくてもよい。振動部21の一主面2a及び他主面2bに、それぞれ振動部21に電圧を印加するための第1励振電極211及び第2励振電極212が形成されている。振動部21における第1励振電極211及び第2励振電極212が形成された位置には、振動部21の中央の領域の厚みがその周囲の領域に比べて厚くされたメサ構造213が形成されていてもよい(図6A参照)。この場合、メサ構造213において中央部の水晶振動板2の厚みが厚いため、圧電振動の閉じ込め効果を向上させることができる。
The
第1励振電極211及び第2励振電極212は、後述する連結部22をZ´軸方向に延長した延長線上の領域から、振動部21の中心方向側に離れた位置に形成されている。これにより、連結部22をZ´軸方向に延長した線上に、第1励振電極211及び第2励振電極212が形成されていないので、水晶振動板2が圧電振動する領域と連結部22との間の距離を比較的長くとることができる。これにより、水晶振動板2の圧電振動が連結部22を伝って外枠部23に漏れることを防止し、水晶振動板2の圧電振動を振動部21に閉じ込めることができる。
The
第1励振電極211及び第2励振電極212は、振動部21上に物理的気相成長させて形成された下地PVD膜(Ti若しくはCr)と、下地PVD膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極PVD膜(Au)とからなる。
The
第1励振電極211及び第2励振電極212は、当該各電極を引き出す第1引出電極214又は第2引出電極215が形成された各連結部22、22によって振動部21の外に引き出されている。図示例では、一主面2a側は、第1励振電極211の角部から第1引出電極214が引き出されており、他主面2b側は、上述した一主面2a側において第1引出電極214が引き出された方向と逆側となるように、第2励振電極212の角部から第2引出電極215が引き出されている(図6A参照)。
The
連結部22、22は、矩形状の振動部21の角部から、ATカットのZ´軸方向に突出されている。本実施形態では、連結部22、22は、振動部21においてZ´軸上に有する2つの角部21aからそれぞれ外枠部23に向けて突出されており(図4A及び5参照)、振動部21と後述する外枠部23とを接続している。図示例では、平面視左側(−Z´軸方向側)の連結部22によって、第1励振電極211が引き出され、底面視右側(+Z´軸方向側)の連結部22によって第2励振電極212が引き出されている。
The connecting
外枠部23は、振動部21と、切り抜き部24(平面視逆凹形状体k1と、平面視長方形状体k2)との外周を取り囲むとともに連結部22を保持するものである。一主面2aには、第1封止部材3と接合するための振動側第1接合パターン216が、他主面2bには、第2封止部材4と接合するための振動側第2接合パターン217が形成されている。本形態では、例えば、振動側第1接合パターン216及び振動側第2接合パターン217は、図1に示すように、両主面2a、2bの平面視左側に偏って配置されている。
The
振動側第1接合パターン216及び振動側第2接合パターン217は、外枠部23上に物理的気相成長させて形成された下地PVD膜(Ti若しくはCr)と、下地PVD膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極PVD膜(Au)とからなり、非Snパターンである。つまり、第1励振電極211及び第2励振電極212と同一の材料を用いている。なお、振動側第1接合パターン216及び振動側第2接合パターン217は、第1励振電極211及び第2励振電極212と異なる電極材料であっても良い。
The vibration side
外枠部23には、第1励振電極211に繋がった振動側第1接合パターン216を他主面2b側に引き出すための第1貫通孔h1が形成されている。本形態では、例えば、第1貫通孔h1は、内部空間13の外方に配され、図1に示すように両主面2a、2bの平面視他端側(平面視右側)に偏って位置し、第1貫通孔h1は内部空間13の内方に形成されていない。ここでいう内部空間13の内方とは、接合材11(振動側第1接合パターン216)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。
The
なお、外枠部23の厚みは、連結部22の厚みよりも厚いことが好ましい(図6A参照)。この場合は、外枠部23の厚みと連結部22の厚みの違いにより、外枠部23と連結部22の圧電振動の固有振動数が異なるため、連結部22の圧電振動に外枠部23が共鳴しにくくなる。また、圧電振動板2と第1封止部材3との間の空間及び圧電振動板2と第2封止部材4との間の空間を広くすることができ、圧電振動板2の振動部21と第1封止部材3及び第2封止部材4との接触を防ぐことができる。
In addition, it is preferable that the thickness of the
なお、一般的に、圧電振動は、厚みが厚い部分から厚みが薄い部分へは伝搬しにくく、圧電振動を遮断する効果を奏する。 In general, piezoelectric vibration hardly propagates from a thick part to a thin part, and has an effect of blocking the piezoelectric vibration.
そこで、本実施形態の水晶振動板2の他の例として、図4B及び図6Bに示すとおり、連結部22の厚みを振動部21の厚みより厚くしてもよい。この場合、連結部22と振動部21の厚みが異なる位置に境界が形成されるため、振動部21の圧電振動において、連結部22を含んだ不要な振動を考慮しなくてもよい。
Therefore, as another example of the
また、本実施形態の水晶振動板2の別の例として、図6Cに示すとおり、連結部22の厚みを振動部21のメサ構造213の厚みより厚くしてもよい。この場合は、連結部22の厚みがメサ構造213の厚みよりも厚いので、連結部22の振動と振動部21との振動とが共鳴し難く、振動部21の振動エネルギーが連結部へ伝達して損失することを効率的に防ぐことができる。
As another example of the
・第2封止部材
本発明に係る水晶振動デバイスの第2封止部材について図7及び8を参照しながら説明する。図7は、水晶振動子の第2封止部材の概略平面図、図8は、水晶振動子の第2封止部材の概略底面図である。
-2nd sealing member The 2nd sealing member of the crystal vibration device which concerns on this invention is demonstrated referring FIG. FIG. 7 is a schematic plan view of the second sealing member of the crystal resonator, and FIG. 8 is a schematic bottom view of the second sealing member of the crystal resonator.
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7に示すように、1枚のガラスウエハ又は水晶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4a(水晶振動板2に接合する面)は平坦平滑面(鏡面加工)として成形されている。
The
第2封止部材4の一主面4aには、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41が内部空間13を囲うように設けられている。本形態では、例えば、封止側第2接合パターン41は、図1、図7に示すように第2封止部材4の一主面4aの平面視左側に偏って位置する。封止側第2接合パターン41の線幅は、全ての位置において同一幅とされる。
On one
封止側第2接合パターン41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膜と、下地PVD膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極PVD膜とからなる。
The sealing-side
なお、本実施形態では、下地PVD膜には、Ti(若しくはCr)が用いられ、電極PVD膜にはAuが用いられている。また、封止側第2接合パターン41は、非Snパターンである。
In this embodiment, Ti (or Cr) is used for the base PVD film, and Au is used for the electrode PVD film. Further, the sealing-side
第2封止部材4の他主面4b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42a、他外部電極端子42b)が設けられている(図8参照)。なお、外部電極端子は2つに限定されるものではなく、3つ以上であっても良い。
The other
一外部電極端子42aは、振動側第1接合パターン216を介して第1励振電極211に電気的に直接接続され、他外部電極端子42bは、振動側第2接合パターン217を介して第2励振電極222に電気的に直接接続される。
One
一外部電極端子42a、他外部電極端子42bは、図8に示すように第2封止部材4の他主面4b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42a、他外部電極端子42b)は、他主面4b上に物理的気相成長させて形成された下地PVD膜と、下地PVD膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極PVD膜とからなる。
As shown in FIG. 8, the one
なお、外部電極端子(一外部電極端子42a、他外部電極端子42b)の下地PVD膜の厚みは、上記の振動側第1接合パターン216、振動側第2接合パターン217、封止側第1接合パターン31、封止側第2接合パターン41、の各下地PVD膜の厚みに対して厚い。また、一外部電極端子42a及び他外部電極端子42bは、第2封止部材4の他主面4bのうち1/3以上の領域をそれぞれ占めている。
The thickness of the underlying PVD film of the external electrode terminals (one
また、第2封止部材4には、図1,7,8に示すように、2つの貫通孔(第2貫通孔h2と第3貫通孔h3)が形成されている。本形態では、例えば、第2貫通孔h2及び第3貫通孔h3は、内部空間13の外方に配され、図7に示すように、第2貫通孔h2は、両主面(一主面4a,他主面4b)の平面視右側に位置し、第3貫通孔h3は、平面視左上側に位置する。すなわち、第2貫通孔h2及び第3貫通孔h3は、内部空間13の内方に形成されていない。
Further, as shown in FIGS. 1, 7, and 8, the
ここでいう内部空間13の内方とは、接合材11(封止側第2接合パターン41)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。
Here, the inside of the
−第1実施形態の水晶振動デバイスの製造方法−
次に、上述した水晶振動板2、第1封止部材3、第2封止部材4を用いて水晶振動デバイス1を製造する方法について説明する。
-Manufacturing Method of Crystal Vibration Device of First Embodiment-
Next, a method for manufacturing the crystal vibrating device 1 using the above-described
第1封止部材3と水晶振動板2との接合は、水晶振動板2の振動側第1接合パターン216と第1封止部材3の封止側第1接合パターン31とを重ね合わせた状態で行う。
The first sealing member 3 and the
第2封止部材4と水晶振動板2との接合も同様に、水晶振動板2の振動側第2接合パターン217と第2封止部材4の封止側第2接合パターン41とを重ね合わせた状態で行う。
Similarly, the bonding of the
第1封止部材3と水晶振動板2との接合及び第1封止部材3と水晶振動板2との接合は、各接合パターンを重ね合わせることにより拡散接合されて接合される。接合方法に拡散接合を用いることによって、接着剤等を用いて接合する際に生じるガスの発生等を防止することができるが、接着剤などの公知の接合専用材を用いてもよい。
The bonding between the first sealing member 3 and the
このようにして製造された製造されたパッケージ12では、第1封止部材3と水晶振動板2とは、1.00μm以下のギャップを有し、第2封止部材4と水晶振動板2とは、1.00μm以下のギャップを有する。つまり、第1封止部材3と水晶振動板2との間の接合材11の厚みが、1.00μm以下であり、第2封止部材4と水晶振動板2との間の接合材11の厚みが、1.00μm以下(具体的には、本実施形態のAu−Au接合では0.15μm〜1.00μm)である。なお、比較として、Snを用いた従来の金属ペースト封止材では、5μm〜20μmとなる。
In the manufactured
−第1実施形態の水晶振動デバイスの作用効果−
以上、説明したとおり、本実施形態に係る水晶振動板2は、連結部22が振動部21の角部21aからATカットのZ´軸方向に突出し、外枠部23で保持されているので、従来の水晶振動板と異なり、圧電振動の変位が大きいX軸方向に沿った振動部21の中央位置で振動部21が保持されていない。従って、水晶振動板2を圧電振動させた場合、振動効率が高くて効率的に圧電振動させることができる。
-Functional effects of the crystal resonator device of the first embodiment-
As described above, in the
また、水晶振動板2の振動部21が、振動減衰領域であるZ´軸上に有する2つの角部21aからそれぞれ連結部22を介して外枠部23に保持されているので、連結部22から外枠部23に向けての振動漏れが少なくなる。振動部21の振動変位方向であるX軸方向と直交するZ´軸方向に連結部22が延出しているため、振動部21における振動漏れの影響が生じにくい。以上によりより効率的に圧電振動させることができる。
Further, since the
また、ウェットエッチング手法により、Z´軸方向に沿った連結部22を形成することで、X軸方向などに沿ったものと比較して、連結部22の幅(X軸方向)方向にエッチングレート差の影響が生じにくいので、連結部22の幅をコントロールして形成しやすい。他方で、連結部22の長さ方向(Z´方向)については、エッチングレート差の影響が強いため、連結部22の幅(X軸方向)方向と比較して切り抜き部24が幅広に形成されることから、連結部22の長さを長く形成しやすく、振動漏れの影響を低減しやすい構造とできる。
In addition, by forming the connecting
さらに、ウェットエッチング手法により、Z´軸方向に沿った連結部22を形成することで、連結部22の断面形状を水晶振動板2の厚み方向の中心線に対して線対称形状とすることができ、振動部21に対して不要な応力が加わりにくい構成とできる。
Further, by forming the connecting
また、本実施形態では、連結部22を振動部21の2つの角部のうち+X軸側の角部に形成しているため、エッチングレート差によって生じる振動部21の角部の欠けを抑制することができる。
In the present embodiment, the connecting
さらに、水晶振動板2の各主面に形成された第1励振電極211と、第2励振電極212の配線パターンを、2つの角部21aから突出された連結部22によってそれぞれ独立して配置できるため、配線パターン間の寄生容量を抑えることができ、周波数可変量低減を防ぐことができる。
Furthermore, the wiring patterns of the
また、水晶振動板2の長辺L1,L2(Z´軸方向)に対して振動部21は短辺W3,W4(Z´軸方向)が配置されることで、水晶振動板2の長辺L1,L2の両端部には振動部21以外に水晶振動板として機能するための、連結部22や外枠部23などの有効領域の面積が確保できる。このため、水晶振動板2の外枠部23における配線部(第1貫通孔h1、及び第2封止部材の第2貫通孔h2、第3貫通孔h3と接続するための配線領域等)を形成するための必要な面積を確保することができ、かつ連結部22を形成する領域も必要な面積も確保することできる。結果として、水晶振動板2における振動部21の有効面積を狭めることがないので、振動特性や気密性を妨げることがなく、水晶振動デバイス1としての小型化を実現しながら性能を劣化させることもない。
In addition, the
また、水晶振動板2をウェットエッチングなどの手法により、振動部21と切り抜き部24と外枠部23と連結部22などを形成した場合、エッチングレート差の影響でX軸方向に比較してZ´軸方向の方が切り抜き部24を形成するのに幅広の領域が必要となる。
つまり、水晶振動板の振動部21の周囲に沿って細長い切り抜き部24(図4、図5では、平面視逆凹形状体k1のうちX軸に沿った部分k12とk13、平面視逆凹形状体k1のうちZ´軸に沿った部分k11、平面視長方形状体k2のうちZ´軸に沿った部分k21)を形成する場合には、X軸に沿った切り抜き部(図4、図5では、k12とk13)の方が、これと直交する幅方向であるZ´軸方向にエッチングレート差が生じるために、Z´軸に沿った切り抜き部24(図4、図5では、k11とk21)よりも幅の太い切り抜き部24となり、水晶振動板2における有効面積が確保しにくくなる。
Further, when the
That is, an elongated cutout 24 along the periphery of the
本発明では、水晶振動板の長辺L1,L2(Z´軸方向)の両端部には振動部21以外に水晶振動板として機能するための有効領域の面積が確保されているとともに、水晶振動板2の長辺L1,L2と振動部21の短辺W3,W4をZ´軸とし、水晶振動板2の短辺W1,W2と振動部21の長辺L3,L4をX軸として設定している。このため、エッチングレート差が生じるために幅が太く形成されるX軸に沿った切り抜き部24(図4、図5では、k12とk13)を水晶振動板2の短辺W1,W2とし、エッチングレート差が生じにくく幅が太くなりにくいZ´軸に沿った切り抜き部24(図4、図5では、k11とk21)を水晶振動板2の長辺L1,L2とすることができる。結果として、エッチングレート差が生じにくく幅が太くなりにくいZ´軸に沿った切り抜き部24(図4、図5では、k11とk21)によって水晶振動板の振動部21などの有効面積が削減されるのが抑制できる。
In the present invention, an area of an effective region for functioning as a crystal diaphragm is secured in addition to the
また、本形態の構成によると、水晶振動板2を第1封止部材3と第2封止部材4とで挟まれた構造であるので、比較的に小型の水晶振動デバイス1とすることができる。上述した水晶振動板2が備えられているので、水晶振動板2の振動部21以外に外枠部における配線部(配線パターンや上下に配置される各封止部材との接続用のスルーホールなど)を形成するための必要な面積を確保することができ、かつ連結部22を形成する領域も必要な面積も確保することできる。結果として、水電振動板2における振動部21や各封止部材3,4との接合部の有効面積を狭めることがないので、振動特性や気密性を妨げることがなく、水電振動デバイス1としての小型化を実現しながら性能を劣化させることもない。
In addition, according to the configuration of the present embodiment, the quartz
−第2実施形態の水晶振動デバイスの構成−
次に、第2実施形態の水晶振動デバイスの構成について、図9を参照しながら説明する。なお、本実施形態は、水晶振動板2における連結部22の位置及び数が異なるだけであるので、以下、その相違点についてのみ説明し、同一の構成要素については、同一符号を付してその説明の一部を省略する。
-Configuration of the crystal oscillating device of the second embodiment-
Next, the configuration of the crystal resonator device of the second embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, only the position and the number of the connecting
・水晶振動板
第2実施形態では、上記実施形態と同様に、水晶振動板2のZ´軸方向に長辺L1,L2がありX軸方向に短辺W1,W2がある略矩形状に形成されており、かつ振動部21のZ´軸方向に短辺W3,W4がありX軸方向に長辺L3,L4がある略矩形状に形成されている。
-Quartz diaphragm In the second embodiment, as in the above embodiment, the
第2実施形態の水晶振動板2の連結部22は、振動部21における1つの角部21aのみからATカットのZ´軸方向に突出し外枠部23に向けて突出されている。この場合、水晶振動板の振動部21が、1つの角部21aのみから外枠部23に向けて突出された連結部22を介して外枠部23に保持されているので、連結部22の数を少なくして効率的に振動部21を保持することができる。
The connecting
また、第2実施形態の切り抜き部24は、一角部のみが接続されていない平面視略ロ字状体k3から構成されている。この平面視略ロ字状体k3は、図9に示すように、振動部21の外周に沿って形成されており、X軸に沿った部分k32とk33、Z´軸に沿った部分k31とk34とを有している。
Moreover, the cutout part 24 of 2nd Embodiment is comprised from the planar view substantially square-shaped body k3 to which only one corner | angular part is not connected. As shown in FIG. 9, the substantially rectangular body k <b> 3 in plan view is formed along the outer periphery of the
本実施形態では、水晶振動板2の長辺L1,L2に対して振動部21は短辺W3,W4が配置されることで、水晶振動板2の長辺L1,L2の両端部には振動部21以外に水晶振動板2として機能するための有効領域が確保できる。そこで、第2実施形態の水晶振動板2の別の例として、図10に、有効領域の一例として、外枠部23の面積を拡大し、外枠部21における必要な配線部を確保したものを示している。より具体的には、外枠部23に形成される各封止部材と接合する接合パターン(図10では振動側第1接合パターン216のみ開示)の内外の有効領域には、必要な配線部(図10では第1配線パターンp1、第2配線パターンp2、接続用の第4貫通孔h4、第5貫通孔h5)が形成されており、これらの配線部を経由して、第1励振電極211から一外部電極端子42aへ、第2励振電極212から他外部電極端子42bへと引き出されている。
In this embodiment, the
−第2実施形態の水晶振動デバイスの作用効果−
上述の実施形態における作用効果に加え、上記構成によると、振動部21がX軸方向に沿う辺の中央位置で保持されず、水晶振動板2を圧電振動させた場合、効率的に圧電振動させることができる。また、水晶振動板2の振動部21が、1つの角部21aのみから外枠部23に向けて突出された連結部22を介して外枠部23に保持されているので、連結部22の数を少なくしてより一層、外枠部23への振動漏れを防ぐことができる。また、連結部22を2つとした場合と比較して、応力のかかり具合を低減できるので、応力による周波数シフトを低減して安定して水晶振動板2を圧電振動させることができる。
-Functional effects of the crystal resonator device of the second embodiment-
In addition to the function and effect of the above-described embodiment, according to the above configuration, when the
また、Z´軸方向に沿った連結部22は、X軸方向などに沿ったものと比較して、弾性定数も高い(硬い)構成とできるため、外部から衝撃が加わったとしても、撓みにくくなり、振動部21が第1封止部材3や第2封止部材4に接触しないように、振動部21を確実に保持することができる。
In addition, since the connecting
なお、上記に示した本発明の実施形態及び実施例はいずれも本発明を具体化した例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。上記各実施形態では、水晶振動デバイスを水晶振動子としたが、水晶振動子以外の水晶振動デバイス(例えば、水晶発振器)にも本発明を適用することが可能である。 The above-described embodiments and examples of the present invention are all examples of the present invention, and are not of a nature that limits the technical scope of the present invention. In each of the above embodiments, the crystal resonator device is a crystal resonator, but the present invention can also be applied to a crystal resonator device (for example, a crystal oscillator) other than the crystal resonator.
1 水晶振動デバイス
11 接合材
12 パッケージ
13 内部空間
2 水晶振動板
2a 一主面
2b 他主面
21 振動部
21a 角部
22 連結部
23 外枠部
24 切り抜き部
211 第1励振電極
212 第2励振電極
213 メサ構造
214 第1引出電極
215 第2引出電極
216 振動側第1接合パターン
217 振動側第2接合パターン
k1 視逆凹形状体
k2 平面視長方形状体
k3 平面視略ロ字状体
3 第1封止部材
3a 第1封止部材の一主面
3b 第1封止部材の他主面
31 封止側第1接合パターン
4 第2封止部材
41 封止側第2接合パターン
42a 一外部電極端子
42b 他外部電極端子
h1 第1貫通孔
h2 第2貫通孔
h3 第3貫通孔
h4 第4貫通孔
h5 第5貫通孔
p1 第1配線パターン
p2 第2配線パターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
上記水晶振動板の中央部分に形成され、Z´軸方向に短辺がありX軸方向に長辺がある矩形状に形成され、一主面に形成された第1励振電極と他主面に形成された第2励振電極とが備えられた振動部と、
上記振動部の外周に形成された切り抜き部と、
上記切り抜き部の外周に形成された外枠部と、
上記振動部と外枠部を接続する連結部と、
を有すること
を特徴とする水晶振動板。 Formed in a rectangular shape with a long side in the Z′-axis direction and a short side in the X-axis direction, there is an AT-cut crystal diaphragm,
Formed in the central part of the quartz crystal plate, formed in a rectangular shape having a short side in the Z′-axis direction and a long side in the X-axis direction, the first excitation electrode formed on one main surface and the other main surface A vibrating portion provided with the formed second excitation electrode;
A cutout portion formed on the outer periphery of the vibrating portion;
An outer frame portion formed on the outer periphery of the cutout portion;
A connecting portion connecting the vibrating portion and the outer frame portion;
A quartz crystal diaphragm characterized by comprising:
上記連結部は、上記振動部における1つの角部のみから上記外枠部に向けて突出されていること
を特徴とする水晶振動板。 A crystal diaphragm according to claim 1, wherein
The crystal oscillating plate according to claim 1, wherein the connecting portion protrudes from only one corner portion of the vibrating portion toward the outer frame portion.
上記水晶振動板の前記一主面を覆う第1封止部材と、
上記水晶振動板の前記他主面を覆う第2封止部材と、
が備えられた水晶振動デバイス。 A crystal diaphragm according to claim 1 or claim 2,
A first sealing member that covers the one main surface of the crystal diaphragm;
A second sealing member that covers the other main surface of the crystal diaphragm;
Quartz vibration device equipped with.
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