JP2018056665A - 水晶デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、発振周波数を安定して出力することができる音叉型水晶素子を提供することを目的とする。【解決手段】 音叉型水晶素子は、矩形状の水晶基部１２１と、水晶基部１２１の側面より延出した水晶基部１２１の一部である水晶振動部１２２と、水晶振動部１２２の上面及び下面に設けられた励振電極１２３、１２４と、水晶振動部１２２の先端の上面に設けられた複数の周波数調整電極１２６と、水晶振動部１２２から水晶基部１２１にかけて設けられ、励振電極１２３、１２４と電気的に接続された引き出し電極１２５と、を備えている。【選択図】図１

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、音叉型水晶素子の圧電効果を利用して、屈曲振動を起こし、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音叉型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）。音叉型水晶素子は、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によって構成されている。

特開２００８−３０１２９７号公報

上述した音叉型水晶素子は、水晶振動部の先端に周波数調整電極が形成されている。このような音叉型水晶素子は、周波数調整電極の一部を除去することによって、周波数の調整を行っている。周波数調整電極を除去した境界にバリが発生し、このバリが、音叉型水晶素子より脱落し、音叉型水晶素子の周波数特性を変化させてしまう虞がある。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、発振周波数を安定して出力することができる音叉型水晶素子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音叉型水晶素子は、矩形状の水晶基部と、水晶基部の側面より延出した水晶基部の一部である水晶振動部と、水晶振動部の上面及び下面に設けられた励振電極と、水晶振動部の先端の上面に設けられた複数の周波数調整電極と、水晶振動部から水晶基部にかけて設けられ、励振電極と電気的に接続された引き出し電極と、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音叉型水晶素子は、矩形状の水晶基部と、水晶基部の側面より延出した水晶基部の一部である水晶振動部と、水晶振動部の上面及び下面に設けられた励振電極と、水晶振動部の先端の上面に設けられた複数の周波数調整電極と、水晶振動部から水晶基部にかけて設けられ、励振電極と電気的に接続された引き出し電極と、を備えている。このような音叉型水晶素子は、水晶振動部の先端の上面に設けられた複数の周波数調整電極を備えていることによって、周波数調整時に複数の周波数調整電極の一つずつを除去するため、バリが発生することを抑え、音叉型水晶素子の周波数特性の変化を低減させることが可能となる。

第一実施形態における音叉型水晶素子を示す平面図である。 第一実施形態の第一変形例における音叉型水晶素子を示す平面図である。 第一実施形態の第二変形例における音叉型水晶素子を示す平面図である。 第二実施形態における音叉型水晶素子を示す平面図である。 第二実施形態における水晶デバイスの蓋体を外した状態を上面から見た平面透視図である。 （ａ）第二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状態を示す平面透視図であり、（ｂ）第二実施形態における水晶デバイスを構成するパッケージの基板を上面から見た平面透視図である。

（第一実施形態）
第一実施形態における音叉型水晶素子１２０は、図１に示すように、水晶基部１２１及び水晶振動部１２２からなる。音叉型水晶素子１２０の表面には、励振電極１２３ａ、１２３ｂ、１２４ａ及び１２４ｂと、引き出し電極１２５ａ及び１２５ｂと、周波数調整電極１２６ａ及び１２６ｂとにより構成されている。

水晶基部１２１は、後述する水晶振動部１２２を支持するために用いられる。水晶基部１２１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。

水晶振動部１２２は、例えば、その表面に所望のパターンの励振電極１２３、１２４を形成し、その励振電極１２３、１２４に電位を印加することにより、所望の周波数の振動を励起するためのものある。水晶振動部１２２は、第一水晶振動部１２２ａ及び第二水晶振動部１２２ｂとから構成されている。第一水晶振動部１２２ａ及び第二水晶振動部１２２ｂは、水晶基部１２１の一辺からＹ′軸の方向に平行に延設されている。

励振電極１２３ａは、図１に示すように、第一水晶振動部１２２ａの表裏主面に設けられている。また、励振電極１２４ｂは、第一水晶振動部１２２ａの対向する両側面に設けられている。周波数調整電極１２６ａは、第一水晶振動部１２２ａの表主面及び側面の先端部に設けられている。また、一方の引き出し電極１２５ａは、平面視して、水晶基部１２１に設けられている。他方の引き出し電極１２５ｂは、励振電極１２３ｂ、１２４ａと電気的に接続されており、水晶基部１２１の表裏主面に設けられている。

また、励振電極１２３ｂは、図１に示すように、第二水晶振動部１２２ｂの表裏主面に設けられている。また、励振電極１２４ａは、第二水晶振動部１２２ｂの対向する両側面に設けられている。周波数調整電極１２６ｂは、第二水晶振動部１２２ｂの表主面及び両側面の先端部に設けられている。他方の引き出し電極１２５ｂは、励振電極１２３ａ、１２４ｂと電気的に接続されており、水晶基部１２１に設けられている。

なお、周波数調整電極１２６は、金属の量を増減させることにより、その周波数値を所望する値に調整するためのものである。周波数調整電極１２６は、水晶振動部１２２の先端に複数設けられている。複数の周波数調整電極１２６は、平面視して、それぞれが間隔を空けて、水晶振動部１２２が延出されている方向に並ぶようにして設けられている。また、周波数調整電極１２６は、水晶振動部１２２の長辺の一辺から対向する長辺の一辺に向かって設けられている。

周波数調整電極１２６は、第一周波数調整電極１２６ａ、第二周波数調整電極１２６ｂ、第三周波数調整電極１２６ｃ、第四周波数調整電極１２６ｄ、第五周波数調整電極１２６ｅ、第六周波数調整電極１２６ｆ、第七周波数調整電極１２６ｇ、第八周波数調整電極１２６ｈ、第九周波数調整電極１２６ｉ及び第十周波数調整電極１２６ｊによって構成されている。つまり、第一水晶振動部１２２ａの先端から順に、間隔を空けて、第一周波数調整電極１２６ａ、第二周波数調整電極１２６ｂ、第三周波数調整電極１２６ｃ、第四周波数調整電極１２６ｄ及び第五周波数調整電極１２６ｅが設けられている。また、第二水晶振動部１２２ｂの先端から順に、間隔を空けて、第六周波数調整電極１２６ｆ、第七周波数調整電極１２６ｇ、第八周波数調整電極１２６ｈ、第九周波数調整電極１２６ｉ及び第十周波数調整電極１２６ｊが設けられている。

このような周波数調整電極１２６は、水晶振動部１２２に複数設けられていることで、周波波数調整時に水晶振動部１２２の先端に設けられた複数の周波数調整電極１２６の第一周波数調整電極１２６ａ及び第六周波数調整電極１２６ｆを除去し、次に第二周波数調整電極１２６ｂ及び第七周波数調整電極１２６ｇを除去するように、先端側から順に周波数調整電極１２６を除去することで、一つずつ周波数整用電極１２６を除去していくため、周波数調整電極１２６の境界にバリが発生することを抑え、音叉型水晶素子１２０の周波数特性を変化させてしまうことを低減することができる。

励振電極１２３ｂ及び１２４ｂと、周波数調整電極１２６とは、図１に示すように、水晶振動部１２２の表面に設けられた引き出し電極１２５により電気的に接続している。また、励振電極１２３ａ及び１２４ａと、周波数調整電極１２６ｂとは、水晶基部１２１表面に設けられた引き出し電極１２５ｂにより電気的に接続している。

この音叉型水晶素子１２０を振動させる場合、引き出し電極１２５ａ及び１２５ｂに交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的にとらえると、第二水晶振動部１２２ｂの励振電極１２４ｂは＋（プラス）電位となり、励振電極１２４ａは−（マイナス）電位となり、＋から−に電界が生じる。一方、このときの第一水晶振動部１２２ａの励振電極１２４は、第二水晶振動部１２２ｂの励振電極１２４に生じた極性とは反対の極性となる。これらの印加された電界により、第一水晶振動部１２２ａ及び第二水晶振動部１２２ｂに伸縮現象が生じ、各水晶振動部１２２に設定した共振周波数の屈曲振動を得る。

水晶片を平面視したときの長辺寸法が０．８〜１．２ｍｍであり、平面視したときの短辺寸法が０．２〜０．７ｍｍである場合を例にして、水晶基部１２１及び水晶振動部１２２を説明する。水晶基部１２１を平面視したときの長辺寸法が０．２〜０.４ｍｍであり、平面視したときの短辺寸法が０．１〜０．３ｍｍである。水晶振動部１２２を平面視したときの長辺寸法が０．６〜０．９ｍｍであり、平面視したときの短辺寸法が０．０５〜０．２ｍｍである。周波数調整電極１２６を平面視した時の長辺寸法は、０．０５〜０．２ｍｍであり、短辺寸法は、０．０２〜０．１ｍｍである。水晶振動部１２２の延伸方向における周波数調整電極１２６間の寸法は、０．０２〜０．１ｍｍとなっている。

ここで、音叉型水晶素子１２０の動作について説明する。音叉型水晶素子１２０は、外部からの交番電圧が引き出し電極１２５から励振電極１２３、１２４を介して水晶振動部１２２に印加されると、水晶振動部１２２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。

第一実施形態に係る音叉型水晶素子１２０は、矩形状の水晶基部１２１と、水晶基部１２１の側面より延出した水晶基部１２１の一部である水晶振動部１２２と、水晶振動部１２２の上面及び下面に設けられた励振電極１２３、１２４と、水晶振動部１２２の先端の上面に設けられた複数の周波数調整電極１２６と、水晶振動部１２２から水晶基部１２１にかけて設けられ、励振電極１２３、１２４と電気的に接続された引き出し電極１２５と、を備えている。このような音叉型水晶素子１２０は、水晶振動部１２２の先端の上面に設けられた複数の周波数調整電極１２６を備えていることによって、一つずつ周波数整用電極１２６を除去していくことができるため、周波数調整電極１２６の境界にバリが発生することを抑え、音叉型水晶素子１２０の周波数特性を変化させてしまうことを低減することができる。

第一実施形態に係る音叉型水晶素子１２０は、複数の周波数調整電極１２６が、平面視して、それぞれが間隔を空けて、水晶振動部１２３が延出されている方向に並ぶようにして設けられている。このような音叉型水晶素子１２０は、水晶振動部１２２の先端の上面に設けられた複数の周波数調整電極１２６を備えていることによって、このような周波数調整電極１２６は、平面視して、それぞれが間隔を空けて、水晶振動部１２３が延出されている方向に並ぶようにして設けられていることで、周波数調整時に水晶振動部１２２の先端に設けられた複数の周波数調整電極１２６の第一周波数調整電極１２６ａ及び第六周波数調整電極１２６ｆを除去し、次に第二周波数調整電極１２６ｂ及び第七周波数調整電極１２６ｇを除去するように、先端側から順に周波数調整電極１２６を除去することで、一つずつ周波数整用電極１２６を除去していくため、周波数調整電極１２６の境界にバリが発生することをさらに抑え、音叉型水晶素子１２０の周波数特性を変化させてしまうことをさらに低減することができる。

（第一変形例）
以下、第一実施形態の第一変形例における音叉型水晶素子１２０について説明する。なお、第一実施形態の第一変形例における音叉型水晶素子のうち、上述した音叉型水晶素子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。第一実施形態の第一変形に係る音叉型水晶素子１２０は、図２に示すように、水晶振動部１２２は、振動腕部１２８と、振動腕部１２８の先端に設けられた錘部１２９を備え、錘部１２９に、複数の周波数調整電極１２６が設けられている点で異なっている。

また、水晶振動部１２２は、振動腕部１２８と錘部１２９によって構成されている。振動腕部１２８の先端部、つまり、水晶基部１２１と反対側の振動腕部１２８の端部に、ハンマーヘッド形状の錘部１２９が設けられている。錘部１２９は、水晶振動部１２２で生じる屈曲振動の周波数を調整するためのものである。具体的には、錘部１２９を設けることで、水晶振動部１２２の先端側へ錘を設けた状態に近づけることができるため、水晶振動部１２２で生じる屈曲振動の周波数を、錘部１２９がない場合と比較して低くなるようにすることができ、水晶振動部１２２で生じる屈曲振動の周波数を所望の周波数となるように調整している。また、錘部１２９は、第一振動腕部１２８ａの先端部に設けられている第一錘部１２９ａと、第二振動腕部１２８ｂの先端部に設けられている第二錘部１２９ｂとで構成されている。

なお、周波数調整電極１２６は、金属の量を増減させることにより、その周波数値を所望する値に調整するためのものである。周波数調整電極１２６は、錘部１２９の先端に複数設けられている。複数の周波数調整電極１２６は、平面視して、それぞれが間隔を空けて、水晶振動部１２２が延出されている方向と直交する方向に伸びるようにして設けられている。

このように周波数調整電極１２６は、水晶振動部１２２の錘部１２９に複数設けられていることで、周波波数調整時に錘部１２９の先端に設けられた複数の周波数調整電極１２６の第一周波数調整電極１２６ａ及び第六周波数調整電極１２６ｆを除去し、次に第二周波数調整電極１２６ｂ及び第七周波数調整電極１２６ｇを除去するように、先端側から順に周波数調整電極１２６を除去することで、一つずつ周波数整電極１２６を除去していくため、周波数調整電極１２６の境界にバリが発生することを抑え、音叉型水晶素子１２０の周波数特性を変化させてしまうことを低減することができる。

第一実施形態の第一変形例に係る音叉型水晶素子１２０は、水晶振動部１２２は、振動腕部１２８と、振動腕部１２８の先端に設けられた錘部１２９を備え、錘部１２９に、複数の周波数調整電極１２６が設けられている。このようにすることによって、錘部１２９を設けることで、水晶振動部１２２の先端側へ錘を設けた状態に近づけることができるため、水晶振動部１２２で生じる屈曲振動の周波数を、錘部１２９がない場合と比較して周波数調整電極１２６の一つの質量が大きくなることで、低くなるようにすることができ、水晶振動部１２２で生じる屈曲振動の周波数を所望の周波数となるように調整することができると共に、周波数調整電極１２６を削ることで、さらに細かく周波数を調整することが可能となる。

（第二変形例）
以下、第一実施形態の第二変形例における音叉型水晶素子１２０について説明する。なお、第一実施形態の第二変形例における音叉型水晶素子のうち、上述した音叉型水晶素子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。第一実施形態の第二変形に係る音叉型水晶素子１２０は、図３に示すように、水晶振動部１２２に設けられた溝部Ｄを備え、溝部Ｄ内に励振電極１２３、１２４が設けられており、溝部Ｄ内に設けられた突起部Ｐと、を備えている点で異なっている。

溝部Ｄは、例えば、その溝部Ｄ内の表面に所望のパターンの励振電極１２３、１２４を形成し、その電極に電位を印加することにより、溝部Ｄを設けていない場合に比べてより大きな電界強度を得るために用いるものである。溝部Ｄは、一方の溝部Ｄ１及び他方の溝部Ｄ２により構成されている。一方の溝部Ｄ１は、第一水晶振動部１２２ａの表裏主面に各一本ずつ、第一水晶振動部１２２ａの長さ方向に平行して、第一水晶振動部１２２ａの表裏両主面で対向するように設けられている。一方の溝部Ｄ１の一方の端部は、第一水晶振動部１２２ａと基部１２１との境界部分に設けられており、一方の溝部Ｄ１の他方の端部は、第一水晶振動部１２２ａの先端側に位置するように設けられている。また、他方の溝部Ｄ２は、第二水晶振動部１２２ｂの表裏主面に各一本ずつ、第二水晶振動部１２２ｂの長さ方向に平行して、第二水晶振動部１２２ｂの表裏両主面で対向するように設けられている。他方の溝部Ｄ２の一方の端部は、第二水晶振動部１２２ｂと水晶基部１２１との境界部分に設けられており、他方の溝部Ｄ２の他方の端部は、第二水晶振動部１２２ｂの先端側に位置するように設けられている。溝部Ｄの長さは、例えば、第一水晶振動部１２２ａ及び第二水晶振動部１２２ｂの長さの５０〜８０％となっている。

突起部Ｐは、溝部Ｄをエッチングにより形成する際に、水晶の結晶方位に依存したエッチングレートの違いによって、音叉型水晶素子１２０の外形と溝部Ｄとを同時に形成するためのものである。突起部Ｐは、一方の溝部Ｄ１内に設けられている複数の第一突起部Ｐ１と、他方の溝部Ｄ２内に設けられている複数の第二突起部Ｐ２とで構成されている。突起部Ｐは、溝部Ｄ内の＋Ｘ軸側の長さ方向側面から−Ｘ軸側の長さ方向側面に向かって、Ｘ′軸方向に延びるように、等間隔で複数個設けられている。突起部Ｐの突出寸法は、溝部Ｄの幅寸法により変わるものであり、−Ｘ´方向の長さで見ると０．００５〜０．０１５ｍｍ程度となっている。

また、第一実施形態の第二変形例における音叉型水晶素子１２０は、水晶振動部１２２に設けられた溝部Ｄと、溝部Ｄ内に設けられた突起部Ｐと、を備えている。このように溝部Ｄ内に突起部Ｐを設けることによって、溝部Ｄをエッチングにより形成する際に、水晶結晶のエッチング異方性よる結晶方位によるエッチングレートの違いによって、音叉型水晶素子１２０の外形と、溝部Ｄとを同時にエッチングにより形成することができる。よって、音叉型水晶素子１２０の生産性を向上させることができる。

また、上記した各実施形態において、突起部Ｐは各溝部Ｄ内に等間隔で設けられているが、音叉型水晶素子１２０の大きさによっては、それぞれの突起部Ｐ同士の間隔を異なるようにしている。このように突起部Ｐ同士の間隔を異ならせることで、水晶振動部１２２の表裏に形成された溝部Ｄ内に設けられた突起部Ｐが、平面透視した際に、突起部Ｐが重ならない位置に配置することができる。よって、エッチングにより溝部Ｄを形成する際に、溝部Ｄが貫通してしまうことを低減することができる。

（第二実施形態）
第二実施形態の水晶デバイスは、図４〜図６に示されているように、パッケージ１１０と、パッケージ１１０の上面に実装された第一実施形態の音叉型水晶素子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、上面に音叉型水晶素子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は、上面に、音叉型水晶素子１２０を実装するための電極パッド１１１が設けられている。また、基板１１０ａの長辺側の一辺に沿って、音叉型水晶素子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、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１１３及びビア導体１１４が設けられている。

枠体１１０ｂは、基板１１０ａの上面の外周縁に沿って配置され、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。凹部Ｋの開口部は、平面視した際に、矩形状となっている。

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、音叉型水晶素子１２０と電気的に接続されている。また、音叉型水晶素子１２０と電気的に接続されている第一外部端子１１２ａ及び第二外部端子１１２ｂは、基板１１０ａの下面の両端に位置するように設けられている。

電極パッド１１１は、音叉型水晶素子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、基板１１０ａ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１１１は、図６に示されているように基板１１０ａの上面に設けられた配線パターン１１３とビア導体１１４を介して、基板１１０ａの下面に設けられた外部端子１１２と電気的に接続されている。

電極パッド１１１は、図６に示すように、第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂによって構成されている。また、外部端子１１２は、図６に示すように第一外部端子１１２ａ及び第二外部端子１１２ｂによって構成されている。ビア導体１１４は、図６に示すように、第一ビア導体１１４ａ及び第二ビア導体１１４ｂによって構成されている。また、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。第一電極パッド１１１ａは、基板１１０ａに設けられた第一配線パターン１１３ａの一端と電気的に接続されている。また、第一配線パターン１１３ａの他端は、第一ビア導体１１４ａを介して、第一外部端子１１２ａと電気的に接続されている。よって、第一電極パッド１１１ａは、第一外部端子１１２ａと電気的に接続されることになる。第二電極パッド１１１ｂは、基板１１０ａに設けられた第二配線パターン１１３ｂの一端と電気的に接続されている。また、第二配線パターン１１３ｂの他端は、第二ビア導体１１４ｂを介して、第二外部端子１１２ｂと電気的に接続されている。よって、第二電極パッド１１１ｂは、第二外部端子１１２ｂと電気的に接続されることになる。

また、電極パッド１１１の算術平均表面粗さは、０．０２〜０．１０μｍであり、基板１１０ａ表面の算術平均表面粗さは、０．５〜１．５μｍである。よって、導電性接着剤１４０は、電極パッド１１１から基板１１０ａ上に向かって広がりにくくなる。

外部端子１１２は、電子機器等の実装基板（図示せず）と電気的に接合するために用いられる。外部端子１１２は、基板１１０ａの下面に設けられている。外部端子１１２の二つの端子は、基板１１０ａ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、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から引き出されており、基板１１０ａの上面に第一配線パターン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の短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。

ビア導体１１４は、基板１１０ａの内部に設けられ、その両端は、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。ビア導体１１４は、基板１１０ａに設けられた貫通孔の内部に導体を充填することで設けられている。また、ビア導体１１４は、図６に示すように、第一ビア導体１１４ａ及び第二ビア導体１１４ｂによって構成されている。

ここでパッケージ１１０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１１０の上下方向の寸法が、０．２〜１．５ｍｍである場合を例にして、凹部Ｋ、電極パッド１１１の大きさを説明する。凹部Ｋの長辺の長さは、０．７〜２．０．ｍｍであり、短辺の長さは、０．５〜１．５ｍｍとなっている。また、凹部Ｋの上下方向の長さは、０．１〜０．５ｍｍとなっている。基板１１０ａの一辺と平行となる電極パッド１１１の辺の長さは、０．２５〜０．４０ｍｍとなる。また、基板１１０ａの一辺と交わる辺と平行となる電極パッド１１１の辺の長さは、０．２５〜０．４０ｍｍとなる。電極パッド１１１の上下方向の厚みの長さは、１０〜５０μｍとなる。

封止用導体パターン１１７は、蓋体１３０と接合部材１３１を介して接合する際に、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、枠体１１０ｂの上面を囲むようにして設けられている。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の作製方法について説明する。基板１１０ａ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、ビア導体１１４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。

音叉型水晶素子１２０の基板１１０ａ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、一対の電極パッド１１１の上面に塗布される。音叉型水晶素子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。そして音叉型水晶素子１２０は、導電性接着剤１４０を加熱硬化させることによって一対の電極パッド１１１に接合される。

導電性接着剤１４０は、引き出し電極１２５ａ、１２５ｂと対向する電極パッド１１１上に設けられ、音叉型水晶素子１２０の一端を基板１１０ａの上面と固定するようにして設けられている。また、導電性接着剤１４０は、水晶デバイスに熱が印加された場合に膨張し、冷却された場合に収縮することになる。

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。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。

導電性接着剤１４０の粘度が、３５〜４５Ｐａ・ｓのものを使用することによって、塗布した際に、導電性接着剤１４０は、電極パッド１１１から基板１１０ａ上面に流れ出にくくなることで、電極パッド１１１上に留まり、上下方向の厚みが維持される。導電性接着剤１４０の上下方向の厚みの長さは、１０〜２５μｍである。このように導電性接着剤１４０の厚みを確保できることによって、落下等の試験により加わった衝撃が音叉型水晶素子１２０に対して導電性接着剤１４０を中心にして上下方向へ加わったとしても、その衝撃を導電性接着剤１４０で十分に吸収緩和することができる。

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。このような蓋体１３０は、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、パッケージ１１０の枠体１１０ｂ上に載置される。そして、枠体１１０ｂの封止用導体パターン１１７と蓋体１３０の接合部材１３１とが溶接されるように、蓋体１３０に所定電流を印加してシーム溶接を行うことにより、蓋体１３０を枠体１１０ｂに接合する。

接合部材１３１は、パッケージ１１０の枠体１１０ｂ上面に設けられた封止用導体パターン１１７に相対する蓋体１３０の箇所に設けられている。接合部材１３１は、例えば、金錫又は銀ロウによって設けられている。金錫の場合は、その厚みは、１０〜４０μｍである。例えば、成分比率が、金が７８〜８２％、錫が１８〜２２％のものが使用されている。銀ロウの場合は、その厚みは、１０〜２０μｍである。例えば、成分比率は、銀が７２〜８５％、銅が１５〜２８％のものが使用されている。

接合部材１３１は、例えば、ガラスの場合には、３５０℃〜４００℃で溶融する鉛フリーガラスである例えばバナジウムを含有した低融点ガラスから構成されている。鉛フリーガラスは、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、第二実施形態の水晶デバイスでは、このような音叉型水晶素子１２０が、周波数調整電極１２６が水晶振動部１２２に複数設けられていることで、一つずつ周波数調整電極１２６を除去していくため、周波数調整電極１２６の境界にバリが発生することを抑えるため、バリが剥がれて音叉型水晶素子１２０に付着することを低減することができる。また、バリが音叉型水晶素子１２０に付着することを抑えるため、音叉型水晶素子の屈曲振動を阻害されることなく、音叉型水晶素子１２０の周波数特性を安定させることができる。

また、第二実施形態の水晶デバイスでは、配線パターン１１３が、電極パッド１１１と電気的に接続されており、平面視した際に、枠体１１０ｂと重なる位置に設けられている。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と音叉型水晶素子１２０との間で浮遊容量が発生することを抑えるので、音叉型水晶素子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。

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。

第二実施形態では、基板１１０ａの下面に二つの外部端子１１２が設けられている場合を説明したが、基板の下面に四つの外部端子を設けるようにしても構わない。この場合には、封止用導体パターンは、一つの外部端子とは、電気的に接続されている。

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
１１５・・・凸部
１１７・・・封止用導体パターン
１２０・・・音叉型水晶素子
１２１・・・水晶基部
１２２・・・水晶振動部
１２３、１２４・・・励振電極
１２５・・・引き出し電極
１２６・・・周波数調整電極
１２８・・・振動腕部
１２９・・・錘部
１３０・・・蓋体
１３１・・・接合部材
１４０・・・導電性接着剤
Ｄ・・・溝部
Ｋ・・・凹部
Ｐ・・・突起部

Claims (5)

1. 矩形状の水晶基部と、
   前記水晶基部の側面より延出した前記水晶基部の一部である水晶振動部と、
   前記水晶振動部の上面及び下面に設けられた励振電極と、
   前記水晶振動部の先端の上面に設けられた複数の周波数調整電極と、
   前記水晶振動部から前記水晶基部にかけて設けられ、前記励振電極と電気的に接続された引き出し電極と、を備えていることを特徴とする音叉型水晶素子。
2. 請求項１記載の音叉型水晶素子であって、
   前記複数の周波数調整電極が、平面視して、それぞれが間隔を空けて、前記水晶振動部が延出されている方向に並ぶようにして設けられていることを特徴とする音叉型水晶素子。
3. 請求項１記載の音叉型水晶素子であって、
   前記水晶振動部は、振動腕部と、前記振動腕部の先端に設けられた錘部を備え、
   前記錘部に、前記複数の周波数調整電極が設けられていることを特徴とする音叉型水晶素子
4. 請求項１記載の音叉型水晶素子であって、
   前記水晶振動部に設けられた溝部と、
   前記溝部内に設けられた突起部と、を備えていることを特徴とする音叉型水晶素子。
5. 請求項１記載の音叉型水晶素子と、
   前記基板と前記枠体とで構成され、前記基板上に設けられた電極パッドを有するパッケージと、
   前記音叉型水晶素子を気密封止するための蓋体と、を備えた水晶デバイス。

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