(第一実施形態)
第一実施形態に係る水晶デバイスは、例えば、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。また、第一実施形態に係る水晶デバイスは、図1および図2に示したように、基板部110aおよび枠部110bからなるパッケージ110と、基板部110aの上面に実装されている水晶振動素子120と、枠部110bの上面に接合され水晶振動素子120を気密封止する蓋体130と、から構成されている。
パッケージ110は、水晶振動素子120を実装するためのものである。また、パッケージ110は、図1および図2に示したように、基板部110aと、基板部110aの上面の外縁に沿って設けられている枠部110bと、からなる。このとき、基板部110aと枠部110bとは、一体的に形成されている。パッケージ110には、パッド111、外部端子112、封止用導体パターン113および配線パターン(図示せず)が設けられている。
基板部110aは、水晶振動素子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。また、基板部110aは、平面視して、略矩形形状となっている。また、基板部110aの上面には、基板部110aの一方の短辺に沿ってパッド111が設けられている。基板部110aの下面には、四隅に一つずつ外部端子112が設けられている。また、基板部110aには、内部配線を含む配線パターン(図示せず)が設けられており、所定のパッド111と所定の外部端子112とを電気的に接続している。
ここで、図面に合わせて、水晶振動素子120が実装されている基板部110aの面を基板部110aの上面とする。また、基板部110aの上面と反対側を向く基板部110aの面を基板部110aの下面とする。また、基板部110aの上面および基板部110aの下面を基板部110aの主面とする。
枠部110bは、基板部110aの上面側に水晶振動素子120を収納する空間を形成するためのものである。また、枠部110bは、基板部110aの上面の外縁に沿って枠状に設けられている。また、枠部110bは、基板部110aと一体的に形成されている。また、枠部110bには、封止用導体パターン113が設けられている。また、枠部110bには、封止用導体パターン113と基板部110aの下面に設けられているがグランドと同電位となる外部端子112とを電気的に接続するための内部配線を含む配線パターン(図示せず)が設けられている。
ここで、図面に合わせて、基板部110aに接している枠部110bの面を枠部110bの下面とし、枠部110bの下面と反対側を向く枠部110bの面を枠部110bの上面とする。また、枠部110bの上面および枠部110bの下面を枠部110bの主面とする。
基板部110aおよび枠部110bは、一体的に形成されており、アルミナセラミックス、または、ガラスーセラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなっている。基板部110aおよび枠部110bは、絶縁層を一層で用いたものであってもよいし、絶縁層を複数積層させたものであってもよい。
パッド111は、水晶振動素子120を基板部110aに実装させるためのものである。パッド111は、一対となっており、枠部110b内の基板部110aの上面に設けられている。パッド111は、例えば、基板部110aの上面を平面視して、枠部110b内の基板部110aの上面であって、基板部110aの一方の短辺の縁部に沿って二つ並んで設けられている。一対のパッド111は、基板部110aに設けられている配線パターン(図示せず)によって、所定の二つの外部端子112と電気的に接続されている。
外部端子112は、第一実施形態に係る水晶デバイスを電子機器に内蔵するとき、電子機器のマザー基板の所定の実装パッド(図示せず)に接合されるためのものである。外部端子112は、例えば、基板部110aの下面の四隅に一つずつ形成されている。所定の二つの外部端子112は、基板部110aの上面に設けられている一対のパッド111と電気的に接続されている。所定の他の一つの外部端子112は、図示していない配線パターン、封止用導体パターン113および接合部材142を介して、蓋体130と電気的に接続されている。このとき、所定の他の一つの外部端子112は、電子機器に内蔵するとき、電子機器のマザーボードの所定の実装パッドのうち、基準電位となるグランド電位と同電位となる実装パッドと電気的に接続される。
封止用導体パターン113は、蓋体130を接合部材142によって接合する際に、接合部材142の濡れ性をよくするためのものである。封止用導体パターン113は、枠部110bの上面の縁部に沿って設けられている。また、封止用導体パターン113は、例えば、タングステンまたはモリブデン等からなる導体パターンの表面にニッケルメッキおよび金メッキを順次、枠部110bの上面に環状で囲む形態で施し、形成している。
図示していない配線パターンは、所定の部位と所定の他の部位とを電気的に接続させるためのものである。配線パターンの一つは、基板部110aの上面に設けられている一対パッド111と基板部110aの下面に設けられている所定の二つの外部端子112とを電気的に接続している。配線パターンの他の一つは、基板部110aの下面に設けられている所定の他の一つの外部端子112と枠部110bの上面に設けられている封止用導体パターン113とを電気的に接続している。
ここで、基板部110aおよび枠部110bからなるパッケージ110の大きさについて説明する。パッケージ110は、基板部110aの上面を平面視して、例えば、基板部110aの長辺が、0.6mm〜5.0mmとなっており、基板部110aの短辺が、0.4mm〜3.2mmとなっている。パッケージ110の上下方向の厚み、具体的には、基板部110aの下面から枠部110bの上面までの上下方向の厚みは、例えば、0.2mm〜1.5mmとなっている。
次に、基板部110aおよび枠部110bからなるパッケージ110の形成方法について説明する。基板部110aおよび枠部110bがアルミナセラミックスからなる場合、まず、所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤を添加し混合して得た複数のセラミックグリーンシートに打ち抜き設けておいた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷法を用いて導体パターンとなる所定の位置に所定の導電ペーストを塗布する。基板部110aとなるセラミックグリーンシート上に、枠部110bとなるセラミックグリーンシートを積層させ、プレス加工し、高温で焼成する。焼成後、導体パターンとなる所定の部位に、ニッケルメッキまたは金メッキを施すことにより、基板部110aおよび枠部110bからなるパッケージ110が形成される。また、導電性ペーストには、例えば、タングステン、モリブデン、銅、銀またはパラジウム等の金属粉末の焼結体等が用いられる。
水晶振動素子120は、安定した機械振動を得ることができ、電子機器等の基準信号を発信するためのものである。水晶振動素子120は、図3および図4に示したように、水晶片121と金属パターン126とから主に構成されている。水晶振動素子120は、金属パターン126の一部が基板部110aの上面に設けられているパッド111と導電性接着剤141によって電気的に接着され、基板部110aの上面に実装されている。
ここで、図面に合わせて、基板部110aに水晶振動素子120を実装したときに、基板部110aの上面を向く水晶片121の面を水晶片121の下面とする。また、水晶片121の下面と反対側を向く水晶片121の面を水晶片121の上面とする。また、水晶片121の上面および水晶片121の下面を水晶片121の主面とする。なお、本実施形態では、水晶片121の下面を水晶振動素子120の下面ということもある。また、同様に、水晶片121の上面を水晶振動素子120の上面ということもある。また、同様に、水晶片121の主面を水晶振動素子120の主面ということもある。
水晶片121には、安定した機械振動をする圧電材料が用いられ、例えば、X軸とY軸とZ軸とからなる互いに直交する結晶軸を有している水晶部材が用いられる。水晶片121は、例えば、略矩形形状の平板状となっている。水晶片121の主面は、X軸およびZ軸に平行な面を、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おり、例えば、約30°〜50°回転させた面と平行となっている。また、水晶片121は、図3に示したように、水晶片121の下面を平面視して、水晶片121の一方の短辺の両端部に複数の凹部123が形成されている。
ここで、図3に示しているように、水晶振動素子120の下面を平面視したとき、複数の凹部123が設けられている水晶片121の一部分を凹部形成領域122とする。また、水晶片121の下面を平面視して、水晶片121の一方の短辺の中心M1を通過する水晶片121の長辺に平行な仮想線を水晶片121の中心線CL1とする。また、水晶片121の下面を平面視して、図3に示したように、凹部形成領域122を手前側に位置させたときに水晶片121の中心線CL1に対して右側に位置している凹部形成領域122の一部を右領域124という。また、水晶片121の下面を平面視して、図3に示したように、凹部形成領域122を手前側に位置させたときに水晶片121の中心線CL1に対して左側に位置している凹部形成領域122の一部を左領域125という。
また、右領域124および左領域125において、複数の凹部123が形成されている場合には、水晶片121の下面を平面視して、水晶片121の中心線CL1から近い順に第一、第二、第三というように、順次名称をつけていく。具体的には、図3に示しているように、右領域124に三つの凹部123が形成されている場合には、水晶片121の下面を平面視して、水晶片121の中心線CL1に近い方から、第一右溝124a、第二右溝124b、第三右溝124cとする。同様に、左領域125に三つの凹部123が形成されている場合には、水晶片121の下面を平面視して、水晶片121の中心線CL1から近い方から、第一左溝125a、第二左溝125b、第三左溝125cとする。
凹部形成領域122は、図3に示したように、水晶片121の下面を平面視したとき、水晶片121の一方の短辺の縁部に沿って設けられている。従って、複数の凹部123は、水晶片121の一方の短辺の縁部に沿って形成されている。このとき、凹部123の開口部は、略矩形形状となっており、凹部123の一方の短辺が水晶片121の一方の短辺と重なっている。また、水晶片121の下面を平面視して、凹部123の長辺が水晶片121の長辺と平行となっている。このようにすることで、水晶片121の下面を平面視して、凹部123の長辺が水晶片121の短辺と平行となるように形成した場合(凹部123の長辺が水晶片121の長辺と垂直となるように形成した場合)と比較して、水晶片121の中心線CL1付近での上下方向の厚みを厚くすることができる。このため、水晶片121の一方の短辺の両端部に力が加わる場合、具体的には、水晶片121の一方の短辺の両端部を導電性接着材141で接着する際に導電性接着材141が収縮し硬化する場合、水晶片121の短辺に平行な向きの断面での水晶片121の強度に着目すると、水晶片121の中心線CL1(水晶片121の一方の短辺M1)付近での強度を高めることができる。この結果、水晶片121の下面を平面視して、水晶片121の中心線CL1上に設けられている励振電極部129の歪みの量を抑えることができ、この歪みが原因で生じる電気的特性の変化、具体的には、等価直列抵抗値が大きくなる等を低減させることができる。
また、凹部123は、水晶片121の下面を平面視して、水晶片121の中心線CL1に対して線対称となっている。言い換えると、右領域124と左領域125は、水晶片121の中心線CL1に対して線対称となっている。具体的には、水晶片121の下面を平面視して、第一右溝124aと第一左溝125aとは水晶片121の中心線CL1に対して線対称となっており、第二右溝124bと第二左溝125bとは水晶片121の中心線CL1に対して線対称となっており、第三右溝124cと第三左溝125cとは水晶片121の中心線CL1に対して線対称となっている。従って、水晶片121の下面を平面視したとき、水晶片121の中心線CL1上には凹部123が形成されていないこととなる。つまり、図4に示したように、水晶片121の中心線CL1上の水晶片121の上下方向の厚みを、凹部123が形成されている部分の水晶片121の上下方向の厚みと比較して厚くすることができる。このようにすることで、水晶片121の一方の短辺の両端部に力が加わる場合、具体的には、水晶片121の一方の短辺の両端部を導電性接着材141で接着する際に導電性接着材141が収縮し硬化する場合、水晶片121の短辺に平行な向きの断面での水晶片121の強度に着目すると、水晶片121の中心線CL1付近での強度を高めることができる。この結果、水晶片121の下面を平面視して、水晶片121の中心線CL1上に設けられている励振電極部129の歪みの量を抑えることができ、この歪みが原因で生じる電気的特性の変化、具体的には、等価直列抵抗値が大きくなる等を低減させることができる。
また、凹部123は、図3に示したように、水晶片121の下面を平面視して、水晶片121の長辺に平行な凹部123の辺の長さが、水晶片121の中心線CL1に近付くにつれて短くなっている。具体的には、水晶片121の長辺に平行な凹部123の辺に着目したとき、第一右溝124aの長さが第二右溝124bの長さより短くなっており、第二右溝124bの長さが第三右溝124cの長さより短くなっている。同様に、水晶片121の長辺に平行な凹部123の辺に着目したとき、第一左溝125aの長さが第二左溝125bの長さより短くなっており、第二左溝125bの長さが第三左溝124cの長さより短くなっている。このようにすることで、凹部123が形成されている部分において、水晶片121の長辺付近と比較して水晶片121の中心CL1付近での水晶片121の長辺に平行な向きでの剛性を高めることができる。このため、水晶片121が実装されている水晶デバイスが落下し、水晶片121に力が加わった場合、水晶片121の長辺付近と比較して水晶片121の中心線CL1付近での歪みの量を低減させることができる。この結果、水晶片121の下面を平面視して、水晶片121の中心線CL1上に設けられている励振電極部129の歪みの量を抑えることができ、この歪みが原因で生じる電気的特性の変化、具体的には、等価直列抵抗値が大きくなる等を低減させることができる。
また、このとき、水晶振動素子120の下面を平面視すると、励振電極部129の中心と水晶片121の他方の短辺を向く凹部123の辺との距離が、ほぼ一定となっている。ここで、励振電極部129の中心と水晶片121の他方の短辺を向く凹部123との距離とは、励振電極部129の中心と水晶片121の他方の短辺を向く凹部123の辺の中点との距離のことをいう。このように、励振電極部129の中心と水晶片121の他方の短辺を向く凹部123との距離をほぼ一定とすることで、水晶片121の長辺に平行な凹部123の辺の長さをほぼ一定とした場合と比較して、複数の凹部123を形成したことによる振動阻害を低減させることができる。凹部123を形成することによる振動阻害とは、励振電極部129に挟まれている水晶片121の一部から励振電極部129に挟まれていない水晶片121の一部へ漏れでた振動が凹部123の内壁面で反射し励振電極部129に挟まれている水晶片121の振動と結合してしまい、励振電極部129に挟まれている水晶片121の振動を阻害している状態のことをいう。凹部123の内壁面で反射した振動が励振電極部129に挟まれている水晶片121の振動と結合すると、水晶振動素子120の等価直列抵抗値が大きくなってしまう場合がる。つまり、本実施形態では、水晶片121の下面を平面視して、励振電極部129の中心と水晶片121の他方の短辺側を向く凹部123の辺との距離をほぼ一定にすることで、水晶片121の長辺に平行な凹部123の辺の長さをほぼ一定とした場合と比較して、複数ある凹部123の内壁面で反射した振動の影響を同じくらいにすることができるので、複数の凹部123を形成したことによる振動阻害を低減させることができる。
また、複数形成されている凹部123は、図3に示したように、水晶片121の下面を平面視したとき、水晶片121の短辺に平行な凹部123の長さが、水晶片121の中心線CL1に近付くにつれて短くなっている。ここで、水晶片121の短辺に平行な凹部123の長さを、凹部123の幅とする。従って、図3に示したように、第一右溝124aの幅は第二右溝124bの幅より短くなっており、第二右溝124bの幅は第三右溝124cの幅より短くなっている。同様に、第一左溝125aの幅は第二左溝124bの幅より短くなっており、第二左溝124bの幅は第三左溝124cの幅より短くなっている。このようにすることで、水晶片121の長辺側と比較して水晶片121の中心線CL1側の水晶片121の短辺に平行な向きでの強度を高めることができる。従って、水晶片121の一方の短辺の両端部に力が加わる場合、具体的には、水晶片121の一方の短辺の両端部を導電性接着材141で接着する際に導電性接着材141が収縮し硬化する場合、水晶片121の短辺に平行な向きの断面での水晶片121の強度に着目すると、水晶片121の中心線CL1付近での強度を高めることができる。この結果、水晶片121の下面を平面視して、水晶片121の中心線CL1上に設けられている励振電極部129の歪みの量を抑えることができ、この歪みが原因で生じる電気的特性の変化、具体的には、等価直列抵抗値が大きくなる等を低減させることができる。
一般的に、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水晶片121に凹部123を形成する場合には、ある角度でエッチングが開始され、ある一定の深さまで到達すると別の角度でエッチングが開始される。このとき、ある角度でエッチングされる速度と比較して、別の角度でエッチングされる速度が遅いため、見かけ上ある一定の深さでエッチングが停止したように見える。このため、凹部123の幅を短く(狭く)することで凹部123の深さを浅くすることができ、凹部123の幅を長く(広く)することで凹部123の深さを深くすることができる。つまり、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凹部123を形成する場合には、凹部123の幅により凹部123の深さを容易に変えることが可能となる。従って、凹部123の幅が水晶片121の中心線CL1に近付くほど狭くなっているので、凹部123の上下方向の深さは、図4に示したように、水晶片121の中心線CL1に近付くほど浅くなっている。このようにすることで、凹部123が形成されている部分の水晶片121の上下方向の厚みに着目すると水晶片121の中心線CL1に近付くにつれて厚くすることができる。このため、水晶片121の一方の短辺の両端部に力が加わった場合、具体的には、水晶片121の一方の短辺を導電性接着剤141で接着するときに導電性接着剤141が収縮する場合、水晶片121の短辺に平行に水晶片121を断面視した状態での水晶片121の中心線CL1付近の剛性を高めることができるので、水晶片121の中心線CL1付近での水晶片121の歪みの量を従来と比較して抑えることが可能となる。
金属パターン126は、水晶片121に電圧を印加するためのものである。また、金属パターン126は、水晶片121の主面および側面に設けられている。金属パターン126は、引出部127、配線部128および励振電極部129からなる。
引出部127は、水晶振動素子120を基板部110aの上面に実装するためのものであり、水晶振動素子120の外部から電圧を印加するためのものである。また、引出部127は、水晶片121の下面を平面視して、水晶片121の一方の短辺の縁部に沿って二つ並んで配置されている。このとき、引出部127は、凹部123と重なる位置に設けられている。また、引出部127は、水晶振動素子120を基板部110a上に実装したとき、基板部110aの上面に設けられているパッド111と対向する位置に設けられている。
配線部128は、引出部127と励振電極部129とを電気的に接続するためのものであり、一端が引出部127に接続され他端が励振電極部129に接続されている。配線部128は、水晶片121の表面に沿って設けられている。
励振電極部129は、配線部128の他端に接続されている。従って、励振電極部129は、配線部128を介して引出部127と電気的に接続されている。また、励振電極部129は、一対となっている。一方の励振電極部129は、水晶片121の上面に設けられており、他方の励振電極部129は、水晶片121の下面に水晶片121に一方の励振電極部129と対向する位置に設けられている。
ここで、水晶振動素子120の動作について説明する。水晶振動素子120は、外部から引出部127に電圧が印加されると、引出部127に接続されている配線部128を介して励振電極部129に電圧が印加される。これにより、一対の励振電極部129には、反対の極性の電荷が蓄積されることとなり、逆圧電効果により励振電極部129に挟まれている水晶片121の一部に歪みが生じ、変形する。その結果、水晶片121は、変形前の姿に戻ろうとするため、圧電効果により励振電極部129に最初に蓄積された電荷とは反対の極性の電荷が蓄積されることとなる。つまり、励振電極部129に電圧が印加されると、水晶振動素子120は、圧電効果および逆圧電効果により、励振電極部129に挟まれていた水晶片121の一部が振動する。従って、水晶振動素子120に交番電圧が印加されると、励振電極部129に反対の電荷が交互に蓄積され変形することとなり、励振電極部128に挟まれている水晶片121の一部を振動させることができる。
導電性接着剤141は、水晶振動素子120を基板部110aの上面に実装するためのものである。導電性接着剤141は、水晶振動素子120の引出部126と基板部110aの上面に設けられているパッド111との間に設けられており、引出部127とパッド111とを電気的に接着している。導電性接着剤141は、シリコーン系の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る。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、ニッケルまたはニッケル鉄のいずれか、或いは、これらを組み合わせたものが用いられる。また、バインダーとしては、例えば、シリコーン系の樹脂、エポキシ系の樹脂、ポリイミド系の樹脂またはビスマレイミド系の樹脂が用いられる。
導電性接着剤141を用いて、水晶振動素子120の引出部127と基板部110aのパッド111とを電気的に接着し、水晶振動素子120を基板部110aの上面に実装する方法について説明する。まず、導電性接着剤141が、例えば、ディスペンサによってパッド111上に塗布される。その後、水晶振動素子120が導電性接着剤141上に搬送され、引出部126とパッド111とで導電性接着剤141を挟むように水晶振動素子120が載置され、その状態で加熱硬化される。これにより、引出部127とパッド111とが電気的に接着され、基板部110aの上面に水晶振動素子120が実装される。
蓋体130は、枠部110bの上面と接合部材142により接合されて、基板部110aの上面に実装されている水晶振動素子120を気密封止するためのものである。蓋体130は、例えば、鉄、ニッケルまたはコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなる。このような蓋体130は、真空状態、または、窒素ガスなどが充填している所定の雰囲気中で、枠部110bの上面と蓋体130の下面との間に設けられている接合部材142に熱が加えられることで、接合部材142が溶融され、蓋対130の下面と枠部110bの上面とが溶融接合される。
接合部材142は、蓋体130と枠部110bとを接合するためのものであり、蓋体130の下面と枠部110bの上面との間に設けられている。このとき、枠部110bの上面には、封止用導体パターン113が設けられている。接合部材142は、この封止用導体パターン113と相対する蓋体130の下面の位置、具体的には、蓋体130の下面の外縁に沿って環状に設けられている。接合部材142は、例えば、金錫または銀ロウが用いられる。接合部材142に金錫を用いた場合、例えば、その厚みは、10〜40μmであり、成分比率は、金が78〜82%、鉛が18〜22%のものが使用されている。接合部材142に銀ロウが用いられる場合、例えば、その厚みは、10〜20μmであり、成分比率は、銀が72〜85%、銅が15〜28%のものが使用されている。
第一実施形態に係る水晶デバイスは、平面視して略矩形形状の水晶片121と、水晶片121の一方の短辺に沿って水晶片121の長辺と平行となるように形成されている複数の凹部123と、凹部123と重なるように水晶片121の一方の短辺に設けられている引出部127と、引出部127から延設されている配線部128と、配線部128に接続されており水晶片121の両主面に設けられている一対の励振電極部129と、引出部127が電気的に接着されるパッド111が設けられている基板部110aと、パッド111が設けられている基板部110aの面の縁部に沿って設けられている枠部110bと、枠部110bの上面と接合される蓋体130と、からなり、凹部123の開口部は、略矩形形状となっている。従って、水晶振動素子120の下面を平面視すると、図3に示したように、凹部123の長辺と水晶片121の長辺とが平行となっており、かつ、凹部123と水晶片121の一方の短辺とが重なっている状態となっている。
このようにすることで、水晶片121の下面を平面視して、凹部123の長辺が水晶片121の短辺と平行となるように形成した場合(凹部123の長辺が水晶片121の長辺と垂直となるように形成した場合)と比較して、水晶片121の中心線CL1付近での上下方向の厚みを厚くすることができる。このため、水晶片121の一方の短辺の両端部に力が加わる場合、具体的には、水晶片121の一方の短辺の両端部を導電性接着材141で接着する際に導電性接着材141が収縮し硬化する場合、水晶片121の短辺に平行な向きの断面での水晶片121の強度に着目すると、水晶片121の中心線CL1付近での強度を高めることができる。この結果、水晶片121の下面を平面視して、水晶片121の中心線CL1上に設けられている励振電極部129の歪みの量を抑えることができ、この歪みが原因で生じる電気的特性の変化、具体的には、等価直列抵抗値が大きくなる等を低減させることができる。
また、第一実施形態に係る水晶デバイスは、水晶片121を平面視して、複数形成されている凹部123が、水晶片121の短辺の中点M1を通過しつつ水晶片121の長辺に平行な仮想線(水晶片121の中心線CL1)に対して線対称となっている。また、別の観点では、水晶片121を平面視して、凹部123が水晶片121の中心線CL1上に形成されていないともいえる。従って、図4に示したように、水晶片121の中心線CL1上の水晶片121の上下方向の厚みを、凹部123が形成されている部分の水晶片121の上下方向の厚みと比較して厚くすることができる。このようにすることで、水晶片121の一方の短辺の両端部に力が加わる場合、具体的には、水晶片121の一方の短辺の両端部を導電性接着材141で接着する際に導電性接着材141が収縮し硬化する場合、水晶片121の短辺に平行な向きの断面での水晶片121の強度に着目すると、水晶片121の中心線CL1付近での強度を高めることができる。この結果、水晶片121の下面を平面視して、水晶片121の中心線CL1上に設けられている励振電極部129の歪みの量を抑えることができ、この歪みが原因で生じる電気的特性の変化、具体的には、等価直列抵抗値が大きくなる等を低減させることができる。
また、第一実施形態に係る水晶デバイスでは、水晶片121の下面を平面視して、凹部123の開口部が略矩形形状となっており、水晶片121の長辺に平行な凹部123の辺の長さが、仮想線(水晶片121の中心線CL1)に近付くにつれて短くなっている。このようにすることで、凹部123が形成されている部分において、水晶片121の長辺付近と比較して水晶片121の中心CL1付近での水晶片121の長辺に平行な向きでの剛性を高めることができる。このため、水晶片121が実装されている水晶デバイスが落下し、水晶片121に力が加わった場合、水晶片121の長辺付近と比較して水晶片121の中心線CL1付近での歪みの量を低減させることができる。この結果、水晶片121の下面を平面視して、水晶片121の中心線CL1上に設けられている励振電極部129の歪みの量を抑えることができ、この歪みが原因で生じる電気的特性の変化、具体的には、等価直列抵抗値が大きくなる等を低減させることができる。
また、第一実施形態に係る水晶デバイスは、水晶片121を平面視して、凹部123の開口部が略矩形形状となっており、水晶片121の短辺に平行な凹部123の長さ(凹部123の幅)が、仮想線(水晶片121の中心線CL1)に近付くにつれ短くなっている。このようにすることで、水晶片121の長辺側と比較して水晶片121の中心線CL1側の水晶片121の短辺に平行な向きでの強度を高めることができる。従って、水晶片121の一方の短辺の両端部に力が加わる場合、具体的には、水晶片121の一方の短辺の両端部を導電性接着材141で接着する際に導電性接着材141が収縮し硬化する場合、水晶片121の短辺に平行な向きの断面での水晶片121の強度に着目すると、水晶片121の中心線CL1付近での強度を高めることができる。この結果、水晶片121の下面を平面視して、水晶片121の中心線CL1上に設けられている励振電極部129の歪みの量を抑えることができ、この歪みが原因で生じる電気的特性の変化、具体的には、等価直列抵抗値が大きくなる等を低減させることができる。
また、第一実施形態に係る水晶デバイスは、凹部123の上下方向の深さが、仮想線(水晶片121の中心線CL1)に近付くにつれて浅くなっている。このようにすることで、凹部123が形成されている部分の水晶片121の上下方向の厚みに着目すると水晶片121の中心線CL1に近付くにつれて厚くすることができる。このため、水晶片121の一方の短辺の両端部に力が加わった場合、具体的には、水晶片121の一方の短辺を導電性接着剤141で接着するときに導電性接着剤141が収縮する場合、水晶片121の短辺に平行に水晶片121を断面視した状態での水晶片121の中心線CL1付近の強度を高めることができるので、水晶片121の中心線CL1付近での水晶片121の歪みの量を従来と比較して低減させることが可能となる。
(第二実施形態)
第二実施形態に係る水晶デバイスは、図6〜図8に示したように、水晶片210が振動部221aと振動部221aより上下方向の厚みが薄い周辺部221bとから構成されている点で異なる。
水晶振動素子220は、図5および図6に示したように、基板部210aと枠部210bとからなるパッケージ210に導電性接着剤241により電気的に接着され、基板部210a上に実装されている。また、水晶振動素子220は、枠部210bと蓋体230とが接合部材242により接合されて、パッケージ210と蓋体230とで形成される空間内に気密封止される。
水晶片221は、安定した機械振動をする圧電材料が用いられ、例えば、X軸とY軸とZ軸とからなる互いに直交する結晶軸を有している水晶部材が用いられる。水晶片221は、振動部221aと周辺部221bとからなる。
振動部221aは、水晶片210を平面視して、略矩形形状となっている。また、振動部221aの主面は、X軸およびZ軸に平行な面を、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えた面と平行となっており、例えば、約30°〜50°回転させた面と平行となっている。また、振動部221aの上下方向の厚みは、第二実施形態に係る水晶デバイスの周波数に合わせて適宜設定される。
周辺部221bは、水晶片210を平面して、振動部221aの縁部に沿って設けられている。また、周辺部221bの上下方向の厚みは、振動部221aの上下方向の厚みと比較して薄くなっている。また、周辺部221bには、複数の凹部223が設けられている。なお、このとき、凹部223は、水晶片210の下面を平面視して、振動部222と重ならない位置に形成されている。
ここで、図7に示しているように、水晶振動素子220の下面を平面視したとき、複数の凹部223が設けられている水晶片221の一部分を凹部形成領域222とする。また、水晶片221の下面を平面視して、水晶片221の一方の短辺の中心M2を通過する水晶片221の長辺に平行な仮想線を水晶片221の中心線CL2とする。また、水晶片221の下面を平面視して、図7に示したように、凹部形成領域222を手前側に位置させたときに水晶片221の中心線CL2に対して右側に位置している凹部形成領域222の一部を右領域224とする。また、左溝225は、水晶片221の下面を平面視して、図7に示したように、凹部形成領域222を手前側に位置させたときに水晶片221の中心線CL2に対して左側に位置している凹部形成領域222の一部を左領域225いう。
また、右領域224および左領域225において、複数の凹部223が形成されている場合には、水晶片221の下面を平面視して、水晶片221の中心線CL2から近い順に第一、第二、第三というように、順次名称をつけていく。具体的には、図7に示しているように、右領域224に三つの凹部223が形成されている場合には、水晶片221の下面を平面視して、水晶片221の中心線CL2に近い方から、第一右溝224a、第二右溝224b、第三右溝224cとする。同様に、左領域225に三つの凹部223が形成されている場合には、水晶片221の下面を平面視して、水晶片221の中心線CL2から近い方から、第一左溝225a、第二左溝225b、第三左溝225cとする。
凹部形成領域222は、図7に示したように、水晶片221の下面を平面視したとき、水晶片221の一方の短辺の縁部に沿って設けられている。従って、複数の凹部223は、水晶片221の一方の短辺の縁部に沿って形成されている。このとき、凹部223の開口部は、略矩形形状となっており、凹部223の一方の短辺が水晶片221の一方の短辺と重なっている。また、水晶片221の下面を平面視して、凹部223の長辺が水晶片221の長辺と平行となっている。このようにすることで、水晶片221の下面を平面視して、凹部223の長辺が水晶片221の短辺と平行となるように形成した場合(凹部223の長辺が水晶片221の長辺と垂直となるように形成した場合)と比較して、水晶片221の中心線CL2付近での上下方向の厚みを厚くすることができる。このため、水晶片221の一方の短辺の両端部に力が加わる場合、具体的には、水晶片221の一方の短辺の両端部を導電性接着材241で接着する際に導電性接着材241が収縮し硬化する場合、水晶片221の短辺に平行な向きの断面での水晶片221の強度に着目すると、水晶片221の中心線CL2付近での強度を高めることができる。この結果、水晶片221の下面を平面視して、水晶片221の中心線CL2上に設けられている励振電極部229の歪みの量を抑えることができ、この歪みが原因で生じる電気的特性の変化、具体的には、等価直列抵抗値が大きくなる等を低減させることができる。
また、凹部223は、水晶片221の下面を平面視して、水晶片221の中心線CL2に対して線対称となっている。言い換えると、右領域224と左領域225は、水晶片221の中心線CL2に対して線対称となっている。具体的には、水晶片221の下面を平面視して、第一右溝224aと第一左溝225aとは水晶片222の中心線CL2に対して線対称となっており、第二右溝224bと第二左溝225bとは水晶片221の中心線CL2に対して線対称となっており、第三右溝224cと第三左溝225cとは水晶片221の中心線CL2に対して線対称となっている。従って、水晶片221の下面を平面視したとき、水晶片221の中心線CL2上には凹部223が形成されていないこととなる。つまり、図8に示したように、水晶片221の中心線CL2上の水晶片221の上下方向の厚みを、凹部223が形成されている部分の水晶片221の上下方向の厚みと比較して厚くすることができる。このようにすることで、水晶片221の一方の短辺の両端部に力が加わる場合、具体的には、水晶片221の一方の短辺の両端部を導電性接着材241で接着する際に導電性接着材241が収縮し硬化する場合、水晶片221の短辺に平行な向きの断面での水晶片221の強度に着目すると、水晶片221の中心線CL2付近での強度を高めることができる。この結果、水晶片221の下面を平面視して、水晶片221の中心線CL2上に設けられている励振電極部229の歪みの量を抑えることができ、この歪みが原因で生じる電気的特性の変化、具体的には、等価直列抵抗値が大きくなる等を低減させることができる。
また、凹部223は、図7に示したように、水晶片221の下面を平面視して、水晶片221の長辺に平行な凹部223の辺の長さが、水晶片221の中心線CL2に近付くにつれて短くなっている。具体的には、水晶片221の長辺に平行な凹部223の辺に着目したとき、第一右溝224aの長さが第二右溝224bの長さより短くなっており、第二右溝224bの長さが第三右溝224cの長さより短くなっている。同様に、水晶片221の長辺に平行な凹部223の辺に着目したとき、第一左溝225aの長さが第二左溝225bの長さより短くなっており、第二左溝225bの長さが第三左溝224cの長さより短くなっている。このようにすることで、凹部223が形成されている部分において、水晶片221の長辺付近と比較して水晶片221の中心CL2付近での水晶片221の長辺に平行な向きでの剛性を高めることができる。このため、水晶片221が実装されている水晶デバイスが落下し、水晶片221に力が加わった場合、水晶片221の長辺付近と比較して水晶片221の中心線CL2付近での歪みの量を低減させることができる。この結果、水晶片221の下面を平面視して、水晶片221の中心線CL2上に設けられている励振電極部129の歪みの量を抑えることができ、この歪みが原因で生じる電気的特性の変化、具体的には、等価直列抵抗値が大きくなる等を低減させることができる。
また、このとき、水晶振動素子220の下面を平面視すると、励振電極部229の中心と水晶片221の他方の短辺を向く凹部223の辺との距離が、ほぼ一定となっている。ここで、励振電極部229の中心と水晶片221の他方の短辺を向く凹部223との距離とは、励振電極部229の中心と水晶片221の他方の短辺を向く凹部223の辺の中点との距離のことをいう。このように、励振電極部229の中心と水晶片221の他方の短辺を向く凹部223との距離をほぼ一定とすることで、水晶片221の長辺に平行な凹部223の辺の長さをほぼ一定とした場合と比較して、複数の凹部223を形成したことによる振動阻害を低減させることができる。凹部223を形成することによる振動阻害とは、振動部221aから周辺部221bへ漏れでた振動が凹部223の内壁面で反射し振動部221aの振動と結合し振動を阻害する状態のことをいう。凹部223の内壁面で反射した振動が振動部221aの振動と結合すると、水晶振動素子220の等価直列抵抗値が大きくなってしまう場合がある。つまり、本実施形態では、水晶片221の下面を平面視して、励振電極部229の中心と水晶片221の他方の短辺側を向く凹部223の辺との距離をほぼ一定にすることで、水晶片221の長辺に平行な凹部223の辺の長さをほぼ一定とした場合と比較して、複数ある凹部223の内壁面で反射した振動の影響を同じくらいにすることができるので、複数の凹部223を形成したことによる振動阻害を低減させることができる。
また、複数形成されている凹部223は、図7に示したように、水晶片221の下面を平面視したとき、水晶片221の短辺に平行な凹部223の長さが、水晶片221の中心線CL2に近付くにつれて短くなっている。ここで、水晶片221の短辺に平行な凹部223の長さを、凹部223の幅とする。従って、図7に示したように、第一右溝224aの幅は第二右溝224bの幅より短くなっており、第二右溝224bの幅は第三右溝224cの幅より短くなっている。同様に、第一左溝225aの幅は第二左溝224bの幅より短くなっており、第二左溝225bの幅は第三左溝225cの幅より短くなっている。このようにすることで、水晶片221の長辺側と比較して水晶片221の中心線CL2側の水晶片221の短辺に平行な向きでの強度を高めることができる。従って、水晶片221の一方の短辺の両端部に力が加わる場合、具体的には、水晶片221の一方の短辺の両端部を導電性接着材241で接着する際に導電性接着材241が収縮し硬化する場合、水晶片221の短辺に平行な向きの断面での水晶片221の強度に着目すると、水晶片221の中心線CL2付近での強度を高めることができる。この結果、水晶片221の下面を平面視して、水晶片221の中心線CL2上に設けられている励振電極部229の歪みの量を抑えることができ、この歪みが原因で生じる電気的特性の変化、具体的には、等価直列抵抗値が大きくなる等を低減させることができる。
また、凹部223の上下方向の深さは、図8に示したように、水晶片221の一方の短辺の中心に近付くほど浅くなっている。つまり、凹部223の上下方向の深さは、水晶片221の中心線CL2に近付くほど浅くなっている。このようにすることで、凹部223が形成されている部分の水晶片221の上下方向の厚みに着目すると水晶片221の中心線CL2に近付くにつれて厚くすることができる。このため、水晶片221の一方の短辺の両端部に力が加わった場合、具体的には、水晶片221の一方の短辺を導電性接着剤241で接着するときに導電性接着剤241が収縮する場合、水晶片221の短辺に平行に水晶片221を断面視した状態での水晶片221の中心線CL2付近の強度を高めることができるので、水晶片221の中心線CL2付近での水晶片221の歪みの量を従来と比較して低減させることが可能となる。
金属パターン226は、水晶片221に電圧を印加するためのものである。また、金属パターン226は、水晶片221の主面および側面に設けられている。金属パターン226は、引出部227、配線部228および励振電極部229からなる。
引出部227は、水晶振動素子220を基板部210aの上面に実装するためのものであり、水晶振動素子220の外部から電圧を印加するためのものである。また、引出部227は、水晶片221の下面を平面視して、水晶片221の一方の短辺の縁部に沿って二つ並んで配置されている。このとき、引出部227は、凹部223と重なる位置に設けられており、周辺部221bに設けられている。また、引出部227は、水晶振動素子220を基板部210a上に実装したとき、基板部210aの上面に設けられているパッド211と対向する位置に設けられている。
配線部228は、引出部227と励振電極部229とを電気的に接続するためのものであり、一端が引出部227に接続され他端が励振電極部229に接続されている。配線部228は、水晶片221の表面に沿って設けられている。
励振電極部229は、配線部228の他端に接続されている。従って、励振電極部229は、配線部228を介して引出部227と電気的に接続されている。また、励振電極部229は、一対となっている。一方の励振電極部229は、水晶片221の上面に設けられており、他方の励振電極部229は、水晶片221の下面に水晶片221に一方の励振電極部229と対向する位置に設けられている。
第二実施形態に係る水晶デバイスは、水晶片221が、平面視して略矩形形状の振動部221aと、振動部221aの周辺に沿って設けられており振動部221aより上下方向の厚みが薄い周辺部221bと、からなる。このようにすることで、励振電極部229が設けられている振動部221aの上下方向も厚みを周辺部221bの上下方向の厚みより厚くすることができるので、水晶片221の中心線CL1上の強度を高めることができる。このため、水晶片221の一方の短辺の両端部に力が加わった場合、具体的には、水晶片221の一方の短辺を導電性接着剤241で接着するときに導電性接着剤241が収縮する場合、水晶片221の短辺に平行に水晶片121を断面視した状態での水晶片121の中心線CL2付近の強度を高めることができるので、水晶片221の中心線CL2付近での水晶片221の歪みの量を従来と比較して低減させることが可能となる。