JP2017085386A - 水晶デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、励振用電極で凸部の上下方向で挟まれている部分から挟まれていない部分へ振動漏れが生じにくく、励振用電極で挟まれている部分の振動を阻害せずに、等価直列抵抗値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、矩形状の基板１１０ａと、基板１１０ａに設けられた電極パッド１１１と、水晶素板１２１と、水晶素板１２１の上下面に設けられた凸部１２４と、凸部１２４に設けられた励振用電極１２２と、励振用電極１２２と間を空けて水晶素板１２１の一辺に沿って設けられた一対の引き出し電極１２３と、を有し、導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１上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設けられた蓋体１３０と、を備え、水晶素板１２１の第一中心点Ｐ１は、平面視して、基板１１０ａの第二中心点Ｐ２に対して、一辺と対向する一辺側に位置するように設けられている。
【選択図】図４

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、水晶素子の水晶効果を利用して、水晶素板の両面が互いにずれるように厚みすべり振動を起こし、特定の周波数を発生させるものである。基板上に設けられた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を備えた水晶デバイスが提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。水晶素子は、水晶素板の両主面に励振用電極を有しており、水晶素子の一端を基板の上面と接続した固定端とし、他端を基板の上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造となる。

特開２００２−１１１４３５号公報

上述した水晶デバイスは、励振用電極で凸部の上下方向で挟まれている部分から挟まれていない部分へ振動漏れが生じ、その漏れた振動が凸部１２４の外縁に沿って設けられている傾斜部で反射し、励振用電極１２２で挟まれている部分の振動を阻害してしまい、等価直列抵抗値が大きくなる虞がある。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、励振用電極で凸部の上下方向で挟まれている部分から挟まれていない部分へ振動漏れが生じにくく、励振用電極１２２で挟まれている部分の振動を阻害せずに、等価直列抵抗値を低減することができる水晶デバイスを提供するものである。

本発明の一つの態様による水晶デバイスは、矩形状の基板と、基板の一辺に沿って設けられた電極パッドと、矩形状の水晶素板と、水晶素板の上下面に設けられた矩形状の凸部と、凸部に設けられた励振用電極と、励振用電極と間を空けて水晶素板の一辺に沿って設けられた矩形状である一対の引き出し電極と、を有し、導電性接着剤を介して電極パッド上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設けられた蓋体と、を備え、水晶素板の第一中心点は、平面視して、基板の第二中心点に対して、一辺と対向する一辺側に位置するように設けられている。

本発明の一つの態様による水晶デバイスは、矩形状の基板と、基板の一辺に沿って設けられた電極パッドと、矩形状の水晶素板と、水晶素板の上下面に設けられた矩形状の凸部と、凸部に設けられた励振用電極と、励振用電極と間を空けて水晶素板の一辺に沿って設けられた矩形状である一対の引き出し電極と、を有し、導電性接着剤を介して電極パッド上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設けられた蓋体と、を備え、水晶素板の第一中心点は、平面視して、基板の第二中心点に対して、一辺と対向する一辺側に位置するように設けられている。このようにすることにより、水晶素子が傾きにくくなり、水晶素子の外周縁が基板又は枠体に接触することを抑えることができる。水晶デバイスは、水晶素子の発振周波数が変動してしまう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。 （ａ）本実施形態における水晶デバイスを構成する水晶素子を上面から見て、第一中心点Ｐ１と第三中心点Ｐ３との位置関係を示す平面図であり、（ｂ）本実施形態における水晶デバイスを構成する水晶素子を上面から見て、第一中心点Ｐ１と第四中心点Ｐ４との位置関係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上面から見て、第一中心点Ｐ１、第二中心点Ｐ２及び第三中心点Ｐ３との位置関係を示す平面図であり、（ｂ）本実施形態における水晶デバイスを上面から見て、第三中心点Ｐ３と第四中心点Ｐ４との位置関係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パッケージ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パッケージを下面から見た平面図である。

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、パッケージ１１０と、パッケージ１１０に接合された水晶素子１２０とを含んでいる。パッケージ１１０は、基板１１０ａの上面と枠体１１０ｂの内側面によって囲まれた凹部Ｋが形成されている。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１１０ａは、矩形状であり、上面に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１１０ａの上面には、水晶素子１２０を実装するための一対の電極パッド１１１が設けられている。

また、基板１１０ａ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いる。また、水晶素子１２０と電気的に接続されている一対の外部端子１１２は、基板１１０ａの下面の対角に位置するように設けられている。

基板１１０ａ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１１０ａ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１１０ａの表面及び内部には、枠体１１０ｂの上面に設けられた電極パッド１１１と、基板１１０ａの下面に設けられた外部端子１１２とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）及びビア導体（図示せず）が設けられている。

枠体１１０ｂは、基板１１０ａの上面に配置され、基板１１０ａの上面に凹部Ｋを形成するためのものである。枠体１１０ｂ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１１０ａと一体的に形成されている。

電極パッド１１１は、水晶素子１２０を実装するためのものである。電極パッド１１１は、基板１１０ａの上面に一対で設けられており、枠体１１０ｂの内側にある基板１１０ａの内周縁の一辺に沿うように隣接して設けられている。

外部端子１１２は、電気機器等の外部の実装基板上の実装パッド（図示せず）と接合するために用いられている。外部端子１１２は、基板１１０ａの下面の四隅に設けられている。また、外部端子１１２は、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。第三外部端子１１２ｃは、第三ビア導体１１４ｃを介して、封止用導体パターン１１７と電気的に接続されている。また、外部端子１１２の少なくとも一つは、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、封止用導体パターン１１７に接合された蓋体１３０がグランド電位となっている第三外部端子１１２ｃに接続される。よって、蓋体１３０による凹部Ｋ内のシールド性が向上する。

配線パターン１１３は、電極パッド１１１とビア導体１１４とを電気的に接続するためのものである。配線パターン１１３は、第一配線パターン１１３ａ及び第二配線パターン１１３ｂによって構成されている。第一配線パターン１１３ａの一端は、第一電極パッド１１１ａと電気的に接続されており、第一配線パターン１１３ａの他端は、第一ビア導体１１４ａと電気的に接続されている。また、第二配線パターン１１３ｂの一端は、第二電極パッド１１１ｂと電気的に接続されており、第二配線パターン１１３ｂの他端は、第二ビア導体１１４ｂと電気的に接続されている。

また、配線パターン１１３は、平面視して、枠体１１０ｂと重なるようにして設けられている。このようにすることによって、水晶デバイスは、配線パターン１１３と水晶素子１２０との間で浮遊容量が発生することを抑えるので、水晶素子１２０にこの浮遊容量が付与されることがないため、発振周波数が変動してしまうことを抑えることができる。また、水晶デバイスに外力が加わり、枠体１１０ｂの長辺方向に曲げモーメントが発生しても、基板１１０ａに加えて枠体１１０ｂが設けられていることにより、枠体１１０ｂが設けられている箇所は、変形しにくくなる。よって、枠体１１０ｂと平面視して重なる位置に設けられた配線パターン１１３は、断線しにくくなり、発振周波数が出力されなくなることを抑制することができる。

また、第一配線パターン１１３ａは、第一電極パッド１１１ａ及び第一ビア導体１１４ａと電気的に接続されている。第一配線パターン１１３ａは、第一電極パッド１１１ａから近接された枠体１１０ｂの長辺方向に向かって延出されており、第一配線パターン１１３ａの一部が露出されている。第二配線パターン１１３ｂは、第二電極パッド１１１ｂ及び第二ビア導体１１４ｂと電気的に接続されている。第二配線パターン１１３ｂは、第二電極パッド１１１ｂから近接された枠体１１０ｂの長辺方向に向かって延出されており、第二配線パターン１１３ｂの一部が露出されている。

このように、配線パターン１１３の一部が、電極パッド１１１から枠体１１０ｂの長辺方向に向かって延出し、凹部Ｋで露出するようにして設けられていることにより、水晶素子１２０を実装した際に、導電性接着剤１４０が仮に電極パッド１１１上から溢れ出たとしても、導電性接着剤１４０と濡れ性の良い配線パターン１１３上に沿って流れ易くなっているため、パッケージ１１０の中心方向に流れ出ることがなく導電性接着剤１４０が励振用電極１２２に付着してしまうことを抑えることができる。

また、露出された配線パターン１１３の一部が、基板１１０ａの第二中心点Ｐ２を通り基板１１０ａの長辺と平行な直線ＣＬに対して、線対称となるように設けられている。このように露出された第一配線パターン１１３ａと露出された第二配線パターン１１３ｂとが、基板１１０ａの第二中心点Ｐ２を通り基板１１０ａの長辺と平行な直線ＣＬ１に対して、線対称となる位置に設けられていることにより、水晶素子１２０を実装する際に導電性接着剤１４０が仮に電極パッド１１１上から溢れ出たとしても、溢れ出た導電性接着剤１４０の量が均等になり易く、水晶素子１２０が傾いてしまうことを抑えることができる。

ビア導体１１４は、外部端子１１２と、配線パターン１１３又は封止用導体パターン１１７とを電気的に接続するためのものである。ビア導体１１４の両端は、外部端子１１２と、配線パターン１１３又は封止用導体パターン１１７と接続されている。ビア導体１１４は、第一ビア導体１１４ａ、第二ビア導体１１４ｂ及び第三ビア導体１１４ｃによって構成されている。このようにすることで、外部端子１１２は、ビア導体１１４を介して、配線パターン１１３又は封止用導体パターン１１７と電気的に接続されている。

封止用導体パターン１１７は、接合部材１３１を介して蓋体１３０と接合する際に、接合部材１３１の濡れ性をよくする役割を果たしている。封止用導体パターン１１７は、第３ビア導体１１４ｃを介して、外部端子１１２の少なくとも一つである第三外部端子１１２ｃと電気的に接続されている。封止用導体パターン１１７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１１０ｂ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１１０ａ及び枠体１１０ｂの作製方法について説明する。基板１１０ａ及び枠体１１０ｂ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及び封止用導体パターン１１７となる部位にニッケルメッキ又、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）
水晶素子１２０は、図１及び図２に示されているように、導電性接着剤１４０を介して基板１１０ａ上の電極パッド１１１上に実装されている。水晶素子１２０は、安定した機械振動と水晶効果により、電子装置等の基準信号を発振する役割を果たしている。水晶素子１２０は、図３に示したように、水晶素板１２１と、水晶素板１２１の上下面に設けられた凸部１２４と、凸部１２４の上面及び下面に設けられた励振用電極１２２と、水晶素板１２１の一辺に沿って設けられた引き出し電極１２３とから構成されている。また、水晶素子１２０は、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって、水晶素板１２１及び凸部１２４が一体的に形成されている。水晶素板１２１は、平面視して、略矩形形状となっている。

ここで、図１および図４に示すように、水晶素板１２１の上面を平面視して、水晶素板１２１の第一中心点Ｐ１を通る直線ＣＬとする。水晶素板１２１は、図３に示したように、水晶素板１２１の上面を平面視して、この直線ＣＬに対し線対称となっている。水晶素板１２１の第一中心点Ｐ１は、平面視して、基板１１０ａの第二中心点Ｐ２に対して、水晶素板１２１の一辺と対向する一辺側に位置するように設けられている。また、水晶素板１２１の第一中心点Ｐ１は、平面視して、基板１１０ａの第二中心点Ｐ２と凸部１２４の第三中心点Ｐ３との間に位置するように設けられている。

水晶素板１２１は、安定した機械振動をする圧電材料が用いられ、例えば、互いに直交しているＸ軸とＹ軸とＺ軸とからなる結晶軸を有している水晶部材が用いられている。凸部１２４は、略直方体形状に形成されている。このとき、水晶素板１２１の主面は、Ｘ軸およびＺ軸に平行となっている面を、Ｘ軸を中心に、Ｘ軸の負の方向を見て反時計回りに回転させた面と平行となっている。例えば、水晶素板１２１の主面は、Ｘ軸およびＺ軸に平行となっている面を、Ｘ軸を中心に、Ｘ軸の負の方向を見て反時計回りに約３７°回転させた面と、平行となっている。

凸部１２４は、水晶素板１２１の上下方向の厚みよりも厚くすることで、凸部１２４の一部分を逆圧電効果および圧電効果で厚みすべり振動させたときに、厚みすべり振動の振動状態が大きく異なる状態にするためのものである。凸部１２４は、水晶素板１２１の上面に設けられた第一凸部１２４ａと水晶素板１２１の下面に設けられた第二凸部１２４ｂによって構成されている。

凸部１２４は、平面視して、水晶素板の第一中心点Ｐ１を通る直線ＣＬに対して、線対称となっている。また、凸部１２４の第三中心点Ｐ３は、水晶素板１２１を平面視して、直線ＣＬ上に位置している。このとき、凸部１２４の第三中心点Ｐ３は、水晶素板１２１の第一中心点Ｐ１と重なっておらず、水晶素板１２１の第一中心点Ｐ１が凸部１２４の第三中心点Ｐ３と比較して、水晶素板１２１の一方の短辺側に位置している。つまり、水晶素板１２１の上面を平面視して、凸部１２４の第三中心点Ｐ３から水晶素板１２１の一方の短辺までの距離は、水晶素板１２１の第一中心点Ｐ１から水晶素板１２１の一方の短辺までの距離よりも長くなっている。このような構成にすることで、図３に示したように、水晶素子１２０を水晶デバイスとして用いる場合、導電性接着剤１４０で水晶素子１２０を接着する箇所を水晶素板１２１の一方の短辺の両端部にすることで、導電性接着剤１４０により接着される部分から凸部１２４の第三中心点Ｐ３までの距離を長くすることができ、導電性接着剤１４０による影響、具体的には、導電性接着剤１４０が接着することによる凸部１２４の振動阻害をより低減させることが可能となる。よって、水晶デバイスは、導電性接着剤１４０で接着することにより等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。

凸部１２４の両主面には、一対の励振用電極１２２（１２２ａ，１２２ｂ）が設けられている。凸部１２４は、この一対の励振用電極１２２に電圧が印加されると、励振用電極１２２に挟まれている凸部１２４の一部分が逆圧電効果および圧電効果により所定の周波数で厚みすべり振動をする。一般的に、厚みすべり振動の周波数は、凸部１２４の上下方向の厚みによって厚みすべり振動のしやすさが異なるため、凸部１２４の上下方向の厚みによって決定される。従って、３０ＭＨｚ以下のような低い周波数帯で厚みすべり振動させる場合、厚みすべり振動をさせるためには、３０ＭＨｚより高い周波数帯で厚みすべり振動させる場合と比較し、振動エネルギーを要することとなる。このため、高い周波数帯で厚みすべり振動させる場合と比較し、励振用電極１２２で挟まれていない振動部にまで、振動漏れが生じている。

凸部１２４の周囲にある水晶素板１２１は、励振用電極１２２に電圧を印加したときに凸部１２４へ振動エネルギーを集中させつつ、水晶素子１２０を基板１１０に実装したときに実装による厚みすべり振動への影響を低減させるためのものである。凸部１２４の周囲にある水晶素板１２１は、凸部１２４に沿って設けられており、その上下方向の厚みが凸部１２４の上下方向の厚みより薄くなっている。凸部１２４の周囲にある水晶素板１２１は、凸部１２４の外縁に沿って設けられている傾斜部と、傾斜部の外縁に沿って設けられている平板部と、から構成されている。

傾斜部は、凸部１２４の外縁に沿って設けられている。また、傾斜部は、その上下方向の厚みが凸１２４部から凸部１２４の周囲にある水晶素板１２１にかけて徐々に薄くなっている。傾斜部は、結晶軸の位置関係によってエッチングされやすさが異なることを利用し、凸部１２４の周囲にある凸部１２４の周囲にある水晶素板１２１との間に形成されている。このように、凸部１２４とこの凸部１２４の周囲にある水晶素板１２１との間を設けることで、導電性接着剤１４０を用いて水晶素子１２０を基板１１０ａに実装する際に、凸部１２４の周囲にある水晶素板１２１を導電性接着剤１４０で接着することによる凸部１２４への影響を軽減させることができる。なお、ここで、それぞれの結晶軸との位置関係によってエッチングされやすさが異なるため、水晶素子１２０を平面視したとき、傾斜部の幅全て同じとなっておらず、場所によって異なっている。

このように凸部１２４と、凸部１２４の周囲にあり、凸部１２４より上下方向の厚みが薄い水晶素板１２１と、からなる水晶素板１２１を用いることで、凸部１２４の一部分を逆圧電効果および圧電効果で厚みすべり振動させたときに、凸部１２４とこの凸部１２４の周囲にある水晶素板１２１とで厚みすべり振動の振動状態が大きく異なる状態にすることができる。従って、このような構成にすることで、平板状の水晶素板を用いた場合と比較して、凸部１２２のみに振動エネルギーをより集中させることが可能となる。この結果、このような水晶素板１２１を用いた水晶素子１２０では、振動エネルギーの分散または漏れにより等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。

ここで、水晶素板１２１の各寸法の実施例について説明する。水晶素板１２１は、平面視して、略矩形形状となっており、長辺の寸法が、０．５ｍｍ〜３．２ｍｍとなっており、短辺の寸法が、０．２ｍｍ〜２．５ｍｍとなっている。凸部１２４は、平面視して、略矩形形状となっており、水晶素板１２１の長辺に平行な寸法が、０．３ｍｍ〜２．７ｍｍとなっており、水晶素板１２１の短辺に平行な寸法が、０．２ｍｍ〜２．４ｍｍとなっている。また、凸部１２４は、その上下方向の厚みが、３０μｍ〜１６７μｍとなっている。この凸部１２４の周囲にある水晶素板１２１は、その上下方向の厚みが、２７．３０μｍ〜１５１．８２μｍとなっている。

ここで、このような水晶素板１２１の形成方法について説明する。このような水晶素板１２１の形成方法は、例えば、水晶ウエハ用意工程、第一エッチング工程、第二エッチング工程から構成される。水晶ウエハ用意工程では、まず、互いに直交しているＸ軸とＹ軸とＺ軸とからなる結晶軸を有した水晶ウエハを用意する。このとき、水晶ウエハの上下方向の厚みは、凸部１２４の上下方向の厚みとなっている。また、水晶ウエハの主面が凸部１２４の主面と同じカットアングルとなるようになっている。従って、水晶ウエハの主面は、Ｘ軸とＺ軸とに平行となっている面を、Ｘ軸を中心に、Ｘ軸の負の方向を見て反時計回りに所定の角度回転させた面と平行となっている。第一エッチング工程では、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術が用いられる。まず、水晶ウエハの両主面上に保護金属膜が設けられ、この保護金属膜上に感光性レジストが塗付され、所定のパターンに露光・現像される。このとき、水晶ウエハを平面視すると、凸部１２４となる部分にのみ感光性レジストおよび保護金属膜が残っている。その後、所定のエッチング溶液に浸漬させ、エッチングされた水晶ウエハの上下方向の厚みが凸部１２４の周囲にある水晶素板１２１の上下方向の厚みと同じになるまで、水晶ウエハをエッチングする。最後に、水晶ウエハに残っている感光性レジストおよび保護金属膜を剥離させる。第二エッチング工程では、第一エッチング工程後の水晶ウエハの両主面に保護金属膜を設け、保護金属膜上に感光性レジストを塗布し、所定のパターンに露光・現像する。このとき、水晶ウエハを平面視すると、水晶素板１２１となる部分には感光性レジストおよび保護金属膜が残っている。その後、所定のエッチング溶液に浸漬させ、水晶ウエハをエッチングする。上述したようにすることで、複数の水晶素板１２１がその一部が連結された状態で水晶ウエハ内に形成される。

水晶素板１２１に設けられている励振用電極１２２及び引き出し電極１２３は、水晶素板１２１の外部から電圧を印加するためのものである。励振用電極１２２及び引き出し電極１２３は、特に図示しないが、例えば、第一金属層と、第一金属層上に積層されている第二金属層と、からなる。第一金属層は、水晶と密着性のよい金属が用いられ、例えば、ニッケル、クロム、ニクロムまたはチタンのいずれか一つが用いられる。水晶と密着性のよい金属を用いることで、水晶に密着しにくい金属材料であっても、第二金属層に用いることができる。第二金属層は、金属材料の中で比較的、電気抵抗率が低く、安定した金属材料が用いられる。第二金属層は、例えば、金、金を含む合金、銀または銀を含む合金のいずれか一つが用いられる。このように、金属材料の中で比較的、電気抵抗率が低い金属材料を用いることで、励振用電極１２２及び引き出し電極１２３は、自身の電気抵抗率を低くすることができ、この結果、水晶素子１２０の等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。また、このように、安定した金属材料を用いることで、周囲の酸素と酸化し、その分だけ励振用電極１２２及び引き出し電極１２３の重さが変化し、水晶素子１２０の周波数が変化することを低減させることが可能となる。

励振用電極１２２（１２２ａ，１２２ｂ）は、水晶素子１２０に電圧を印加するためのものである。励振用電極１２２は、一対となっており、第一凸部１２４ａの上面に一方の励振用電極１２２ａが設けられ、第二凸部１２４ｂの下面に他方の励振用電極１２２ｂが設けられている。励振用電極１２２は、水晶素子１２０を平面視して、略矩形形状となっている。

励振用電極１２２の第四中心点Ｐ４は、平面視して、凸部１２３の第三中心点Ｐ３よりも、一辺と対向する一辺側に位置するように設けられている。このようにすることにより、水晶素子１２０を実装する際に、導電性接着剤１４０で水晶素子１２０を接着する箇所を水晶素板１２１の一方の短辺の両端部にすることで、導電性接着剤１４０により接着される部分から凸部１２４の第三中心点Ｐ３までの距離をさらに長くすることができ、導電性接着剤１４０による影響、具体的には、導電性接着剤１４０が接着することによる凸部１２４の振動阻害をより低減させることが可能となる。よって、水晶デバイスは、導電性接着剤１４０で接着することにより等価直列抵抗値が大きくなることをさらに低減させることが可能となる。

図１および図３に示したように、励振用電極１２２は、水晶素子１２０を平面視して、水晶素板１２１の中心点Ｐ１を通過する仮想直線ＣＬに対し、線対称となっている。このような構成にすることで、励振用電極１２２に電圧を印加したとき、励振用電極１２２に蓄えられる電荷が仮想直線ＣＬに対し線対称となり、励振用電極１２２に挟まれている水晶素板１２１の一部を厚みすべり振動させるための振動エネルギーを、仮想直線ＣＬに対して線対称に分布させることができる。従って、本実施形態では、振動エネルギーを直線ＣＬに対し線対称に分布させることができるため、仮想直線ＣＬに対し左右の振動バランスを向上させることができる。このため、仮想直線ＣＬに対し左右の振動バランスの低下により等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。

また、励振用電極１２２ａは、水晶素子１２０を平面視して、その励振用電極１２２の第四中心点Ｐ４が仮想直線ＣＬ上に位置しつつ、凸部１２４の第三中心点Ｐ３と重ならない位置に設けられている。また、励振用電極１２２の第四中心点Ｃ４は、水晶素板１２１の第一中心点Ｐ１と異なる位置にあり、水晶素板１２１の一方の短辺より離れた位置に位置している。このような構成にすることで、図３に示したように、水晶素板１２１の一方の短辺の両端部を導電性接着剤１４０で接着し、水晶素子１２０を水晶デバイスとして用いる場合、励振用電極１２２で挟まれている凸部１２４の一部分を、水晶素板１２１の一方の短辺より離れた位置にすることができる。励振用電極１２２に電圧が印加されたときに励振用電極１２２に挟まれている凸部１２４の一部分が最も振動する構成となっているので、この励振用電極１２２に挟まれている凸部１２４の一部分をより導電性接着剤１４０で接着される部分より、遠くすることができる。この結果、導電性接着剤１４０による影響、具体的には、導電性接着剤１４０の接着による振動阻害を低減させることができ、導電性接着剤１４０で接着することによる等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。

励振用電極１２２ａは、図１および図３に示したように、水晶素子１２０を平面視したとき、水晶素板１２１の長辺に平行な励振用電極１２２の長さが、水晶素板１２１の長辺に平行な凸部１２４の長さより短くなっている。従って、水晶素子１２０を平面視したとき、近接している水晶素板１２１の短辺に平行な励振用電極１２２ａの辺と水晶素板１２１の短辺に平行な凸部１２４の辺との間には、凸部１２４の一部分が露出した状態となっている。

また、励振用電極１２２は、図３に示すように、水晶素子１２０を平面視したとき、凸部１２４の内縁側に位置するように設けられている。励振用電極１２２の凸部１２４の上下方向で挟まれている凸部１２４の一部分が圧電効果および逆圧電効果により振動している。このような構成にすることで、励振用電極１２２に挟まれている凸部１２４の一部分が振動するときに、第一励振用電極１２２ａの外縁から振動部１２２の外縁に向かって振動漏れが生じ、この漏れでた振動が、凸部１２４の外縁に設けられている傾斜部の傾斜面で反射した場合であっても、励振用電極１２２ａが平面視して振動部１２２の内縁側に位置するように設けられているので、凸部１２４の縁部に設けられている傾斜部の影響を低減させることが可能となる。この結果、凸部１２４の縁部に設けられている傾斜部の影響、具体的には、傾斜部による振動阻害による等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。

また、水晶素子１２０を平面視して、凸部１２４を挟むように位置している二辺間の長さ、具体的には、水晶素板１２１の短辺に平行な凸部１２４の辺と水晶素板１２１の短辺に平行な励振用電極１２２ａの辺との長さは、５μｍ以上５５μｍ以下であることが望ましい。励振用電極１２２に電圧を印加したとき、励振用電極１２２で凸部１２４の上下方向で挟まれている部分から挟まれていない部分へ振動漏れが生じ、その漏れた振動が凸部１２４の外縁に沿って設けられている傾斜部で反射し、励振用電極１２２で挟まれている部分の振動を阻害してしまい、等価直列抵抗値が大きくなる虞がある。

ここで、励振用電極１２２及び引き出し電極１２３を形成する方法について説明する。ここでは、励振用電極１２２及び引き出し電極１２３を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、一体的に形成する場合を例に説明する。まず、水晶素板１２１となる部分が連結されている状態の水晶ウエハを用意し、この水晶ウエハの両主面上に励振用電極１２２及び引き出し電極１２３となる金属膜を形成する。次に、この金属膜上に感光性レジストを塗布し、所定のパターンに露光・現像する。このとき、現像後、感光性レジストは、励振用電極１２２及び引き出し電極１２３となる部分、具体的には、励振用電極１２２及び引き出し電極１２３となる部分に残っている状態となっている。最後に、残っている感光性レジストを除去することで、水晶ウエハの水晶素板１２１に励振用電極１２２及び引き出し電極１２３が形成される。なお、励振用電極１２２及び引き出し電極１２３をそれぞれ別々に形成してもよいし、フォトリグラフィー技術およびエッチング技術でなく、スパッタリング技術または蒸着技術を用いて形成してもよいし、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術とスパッタリング技術または蒸着技術を組み合わせて形成してもよい。

蓋体１３０は、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ合金（４２アロイ）やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（コバール）などからなる。このような蓋体１３０は、凹部Ｋを、窒素雰囲気中や真空雰囲気中などで気密封止される。具体的には、蓋体１３０は、窒素雰囲気中や真空雰囲気中で、パッケージ１１０の枠体１１０ｂ上に載置され、枠体１１０ｂの上面に設けられた封止用導体パターン１１７の表面と蓋体１３０の接合部材１３１とが溶融されるように所定電流を印加してシーム溶接を行うことにより、枠体１１０ｂに接合される。

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。

蓋体１３０は、矩形状であり、真空状態にある凹部Ｋ、あるいは窒素ガスなどが充填された凹部Ｋを気密的に封止するためのものである。具体的には、蓋体１３０は、所定雰囲気で、枠体１１０ｂ上に設けられた封止用導体パターン１１７の上面に載置される。蓋体１３０の下面に設けられた接合部材１３１に熱が印加されることで、封止用導体パターン１１７と溶融接合される。また、蓋体１３０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る。

接合部材１３１は、枠体１１０ｂの封止用導体パターン１１７の上面から蓋体１３０の下面にかけて設けられている。接合部材１３１は、例えば、ガラスの場合には、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たペースト状であり、溶融された後固化されることで他の部材と接合する。接合部材１３１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塗布され乾燥することで設けられる。また、接合部材１３１は、枠体１１０ｂの上面に印刷する際に、枠体１１０ｂの四隅に接合部材１３１が重なるようにして、枠体１１０ｂの全周に印刷される。よって、四隅の接合部材１３１の厚みは、接合部材１３１が設けられている他の箇所の厚みよりも厚くなるように設けられている。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。

接合部材１３１は、例えば、絶縁性樹脂の場合には、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂から構成されている。枠体１１０ｂと蓋体１３０との間に設けられた接合部材１３１の厚みは、３０〜１００μｍとなっている。

接合部材１３１は、例えば、金錫の場合には、接合部材１３１の層の厚みは、１０〜４０μｍであり、例えば、成分比率が、金が７０〜８０％、錫が２０〜３０％のものを使用しても良い。また、接合部材１３１は、例えば、銀ロウの場合には、接合部材１３１の層の厚みは、１０〜４０μｍであり、例えば、成分比率が、銀が７０〜８０％、銅が２０〜３０％のものを使用しても良い。

本実施形態における水晶デバイスは、矩形状の基板１１０ａと、基板１１０ａの一辺に沿って設けられた電極パッド１１１と、矩形状の水晶素板１２１と、水晶素板１２１の上下面に設けられた矩形状の凸部１２４と、凸部１２４に設けられた励振用電極１２２と、励振用電極１２２と間を空けて水晶素板１２１の一辺に沿って設けられた矩形状である一対の引き出し電極１２３と、を有し、導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１上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設けられた蓋体１３０と、を備え、水晶素板１２１の第一中心点Ｐ１は、平面視して、基板１１０ａの第二中心点Ｐ２に対して、一辺と対向する一辺側に位置するように設けられている。このようにすることにより、水晶素子１２０が傾きにくくなり、水晶素子１２０の外周縁が基板１１０ａ又は枠体１１０ｂに接触することを抑えることができる。水晶デバイスは、水晶素子１２０の発振周波数が変動してしまうことを低減することが可能となる。

また、本実施形態における水晶デバイスは、水晶素板１２１の第一中心点Ｐ１が、平面視して、基板１１０ａの第二中心点Ｐ２と凸部１２４の第三中心点Ｐ３との間に位置するように設けられている。このようにすることにより、導電性接着剤１４０で水晶素子１２０を接着する箇所を水晶素板１２１の一方の短辺の両端部にすることで、導電性接着剤１４０により接着される部分から凸部１２４の第三中心点Ｐ３までの距離を長くすることができ、導電性接着剤１４０による影響、具体的には、導電性接着剤１４０が接着することによる凸部１２４の振動阻害をより低減させることが可能となる。よって、水晶デバイスは、導電性接着剤１４０で接着することにより等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。

また、本実施形態における水晶デバイスは、励振用電極１２２の第四中心点Ｐ４が、平面視して、凸部１２４の第三中心点Ｐ３よりも、一辺と対向する一辺側に位置するように設けられている。このようにすることにより、導電性接着剤１４０で水晶素子１２０を接着する箇所を水晶素板１２１の一方の短辺の両端部にすることで、導電性接着剤１４０により接着される部分から凸部１２４の第三中心点Ｐ３までの距離をさらに長くすることができ、導電性接着剤１４０による影響、具体的には、導電性接着剤１４０が接着することによる凸部１２４の振動阻害をさらに低減させることが可能となる。よって、水晶デバイスは、導電性接着剤１４０で接着することにより等価直列抵抗値が大きくなることをさらに低減させることが可能となる。

また、本実施形態における水晶デバイスは、第一中心点Ｐ１、第二中心点Ｐ２、第三中心点Ｐ３及び第四中心点Ｐ４が、仮想直線ＣＬにおいて、同一直線状に位置するように設けられている。このようにすることで、水晶素子１２０を導電性接着剤１４０で固着し、励振用電極１２２に電圧を印加したとき、励振用電極１２２に蓄えられる電荷が仮想直線ＣＬに対し線対称となり、励振用電極１２２に挟まれている水晶素板１２１の一部を厚みすべり振動させるための振動エネルギーを、仮想直線ＣＬに対して線対称に分布させることができる。従って、本実施形態では、振動エネルギーを直線ＣＬに対し線対称に分布させることができるため、仮想直線ＣＬに対し左右の振動バランスを向上させることができる。このため、仮想直線ＣＬに対し左右の振動バランスの低下により等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。

また、本実施形態における水晶デバイスは、水晶素子を平面視して、励振用電極１２２が矩形状であり、凸部１２４を挟むように位置している水晶素板１２１の一辺に平行な凸部１２２の一辺と水晶素板１２１の一辺に平行な励振用電極１２２の一辺との距離が、５μｍ以上５５μｍ以下となっている。このようにすることで、励振用電極１２２に電圧を印加したとき、励振用電極１２２で凸部１２４の上下方向で挟まれている部分から挟まれていない部分へ振動漏れが生じにくく、励振用電極１２２で挟まれている部分の振動を阻害することを抑えるため、等価直列抵抗値が大きく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。上記実施形態では、枠体１１０ｂが基板１１０ａと同様にセラミック材で一体的に形成した場合を説明したが、枠体１１０ｂが金属製であっても構わない。この場合、枠体は、銀−銅等のロウ材を介して基板の導体膜に接合されている。また、本実施形態では、枠体１１０ｂの上面に封止用導体パターン１１７が形成されている場合を説明したが、接合部材１３１が、ガラス又は絶縁性樹脂の場合には、封止用導体パターン１１７を設けることなく、枠体１１０ｂに接合されていても構わない。

上記実施形態では、基板１１０ａの上面に枠体１１０ｂが設けられている場合について説明したが、基板に水晶素子を実装した後に、封止基部の下面に封止枠部が設けられた蓋体を用いて、水晶素子を気密封止する構造であっても構わない。蓋体は、矩形状の封止基部と、封止基部の下面の外周縁に沿って設けられている封止枠部とで構成されており、封止基部の下面と封止枠部の内側側面とで収容空間が形成されている。封止枠部は、封止基部の下面に収容空間を形成するためのものである。封止枠部は、封止基部の下面の外縁に沿って設けられている。

上記実施形態では、水晶素子は、ＡＴ用水晶素子を用いた場合を説明したが、水晶基部と、水晶基部の側面より同一の方向に延びる二本の平板形状の水晶振動部とを有する音叉型屈曲水晶素子を用いても構わない。水晶素子は、水晶素板と、その水晶素板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。水晶素板は、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。このような水晶素板は、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・・・パッケージ
１１０ａ・・・基板
１１０ｂ・・・枠体
１１１・・・電極パッド
１１２・・・外部端子
１１３・・・配線パターン
１１４・・・ビア導体
１１７・・・封止用導体パターン
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・引き出し電極
１２４・・・凸部
１３０・・・蓋体
１３１・・・接合部材
１４０・・・導電性接着剤
Ｋ・・・凹部
Ｐ１・・・第一中心点
Ｐ２・・・第二中心点
Ｐ３・・・第三中心点
Ｐ４・・・第四中心点
ＣＬ・・・仮想線

Claims (5)

1. 矩形状の基板と、
   前記基板の一辺に沿って設けられた電極パッドと、
   矩形状の水晶素板と、前記水晶素板の上下面に設けられた矩形状の凸部と、前記凸部に設けられた励振用電極と、前記励振用電極と間を空けて前記水晶素板の一辺に沿って設けられた矩形状である一対の引き出し電極と、を有し、導電性接着剤を介して前記電極パッド上に実装された水晶素子と、
   前記水晶素子を気密封止するために設けられた蓋体と、を備え、
   前記水晶素板の第一中心点は、平面視して、前記基板の第二中心点に対して、前記一辺と対向する一辺側に位置するように設けられていることを特徴とする水晶デバイス。
2. 請求項１記載の水晶デバイスであって、
   前記水晶素板の第一中心点は、平面視して、前記基板の第二中心点と前記凸部の第三中心点との間に位置するように設けられていることを特徴とする水晶デバイス。
3. 請求項２記載の水晶デバイスであって、
   前記励振用電極の第四中心点は、平面視して、前記第三中心点よりも、前記一辺と対向する一辺側に位置するように設けられていることを特徴とする水晶デバイス。
4. 請求項３記載の水晶デバイスであって、
   前記第一中心点、前記第二中心点、前記第三中心点及び前記第四中心点が同一直線状に位置するように設けられていることを特徴とする水晶デバイス。
5. 請求項３に記載の水晶素子であって、
   前記水晶素子を平面視して、
   前記励振用電極が矩形状であり、
   前記凸部を挟むように位置している前記水晶素板の一辺に平行な前記凸部の一辺と前記水晶素板の一辺に平行な前記励振用電極の一辺との距離が、５μｍ以上５５μｍ以下となっていることを特徴とする水晶デバイス。

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