JP2019117990A - 音叉型水晶素子及びその音叉型水晶素子を用いた水晶デバイス - Google Patents

音叉型水晶素子及びその音叉型水晶素子を用いた水晶デバイス Download PDF

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孝男 楠木
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Abstract

【課題】 音叉型水晶素子の振動漏れを抑制し、等価直列抵抗の悪化を低減することが可能な音叉型水晶素子を提供する。【解決手段】 音叉型水晶素子120は、結晶軸におけるXY′Z′直交座標系を有し、Z′軸に沿った方向に厚みを有する矩形状の水晶基部121と、水晶基部121の側面よりY′軸に沿って延出した一対の水晶振動部123と、一対の水晶振動部123の主面及び側面に設けられた励振電極125、126と、一対の水晶振動部123から水晶基部121にかけて設けられ励振電極125、126と電気的に接続された引き出し電極127と、引き出し電極127と電気的に接続され、水晶基部121の下面の中心付近にY′軸方向に並ぶようにして設けられた接続電極128と、平面視した際に、接続電極128と重なる位置に設けられた貫通孔Hと、を備えている。【選択図】図2

Description

本発明は、電子機器等に用いられる音叉型水晶素子及びその音叉型水晶素子を用いた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、特定の周波数を発生させるものである。例えば、基板と、凹部を設けるために基板の上面に枠体とを有しているパッケージと、基板の上面に設けられた電極パッドに実装された音叉型水晶素子と、を備えた水晶デバイスが知られている(例えば、下記特許文献1参照)
特開2012−119920号公報
上述した音叉型水晶素子は、小型化が顕著であるため、水晶基部に設けられた接続電極の面積が小さくなってきているため、音叉型水晶素子の接続電極とパッケージの電極パッドとの接続強度が低下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、音叉型水晶素子の接続電極とパッケージの電極パッドとの接続強度を向上させることが可能な音叉型水晶素子を提供することを課題とする。
本発明の一つの態様による音叉型水晶素子は、結晶軸におけるXY′Z′直交座標系を有し、Z′軸に沿った方向に厚みを有する矩形状の水晶基部と、水晶基部の側面よりY′軸に沿って延出した一対の水晶振動部と、一対の水晶振動部の主面及び側面に設けられた励振電極と、一対の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、引き出し電極と電気的に接続され、水晶基部の下面の中心付近にY′軸方向に並ぶようにして設けられた接続電極と、平面視した際に、接続電極と重なる位置に設けられた貫通孔と、を備えている。
本発明の一つの態様による音叉型水晶素子は、結晶軸におけるXY′Z′直交座標系を有し、Z′軸に沿った方向に厚みを有する矩形状の水晶基部と、水晶基部の側面よりY′軸に沿って延出した一対の水晶振動部と、一対の水晶振動部の主面及び側面に設けられた励振電極と、一対の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、引き出し電極と電気的に接続され、水晶基部の下面の中心付近にY′軸方向に並ぶようにして設けられた接続電極と、平面視した際に、接続電極と重なる位置に設けられた貫通孔と、を備えている。このような音叉型水晶素子は、接続電極とパッケージの電極パッドを電気的に接続するための導電性接着剤が貫通孔内に入り込むようにして設けられるため、音叉型水晶素子の接続電極とパッケージの電極パッドとの接続強度を向上させることができる。
第一実施形態に係る音叉型水晶素子を示す斜視図である。 (a)第一実施形態に係る音叉型水晶素子を示す上面から見た平面図であり、(b)第一実施形態に係る音叉型水晶素子を示す下面から見た平面図である。 図2(a)のA部分拡大図である。 (a)第一実施形態に係る音叉型水晶素子の水晶片を示す平面図であり、(b)図4(a)のX部分拡大図である。 第二実施形態に係る水晶デバイスの分解斜視図である。 図5のB−B断面図である。
(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及び図2に示すように、水晶基部121、平衡部122及び水晶振動部123からなる水晶片により構成されている。音叉型水晶素子120の表面には、図2に示すように、励振電極125a、125b、126a及び126bと、引き出し電極127a及び127bと、接続電極128a及び128bと、錘部129及び周波数調整電極E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123及び平衡部122を支持し、音叉型水晶素子120をパッケージ110上に保持固定するためのものである。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。
平衡部122は、音叉型水晶素子120を形成させる際に発生した水晶振動部123の左右の重さのアンバランスを平衡部122の形成位置によって調整するためのものである。また、平衡部122は、水晶振動部123の間の形成位置によって、水晶振動部123の左右の重さのバランスをさらに調整することができるようになるため、振動漏れをさらに抑えることができる。
また、平衡部122は、図3に示すように、水晶基部121からY′軸方向に延出するようにして設けられている。後述する第一突出部E1と第二突出部E2の間におけるX軸方向の長さの中心点P2は、一対の水晶振動部123のX軸方向の長さの中心点P1を通りY′軸方向に平行な基準直線L1に対して、+X軸方向に位置している。このように平衡部122を基準直線L1に対して+X軸方向に離れるようにして配置されることで、水晶振動部123の左右の重さのアンバランスを調整することができるので、音叉型水晶素子120の等価直列抵抗値を下げることが可能となる。
また、後述する第一突出部E1と第二突出部E2の間の中心点P2を通り、Y′軸方向に平行な基準直線L2は、基準直線L1に対して、+X軸方向に0.5〜1.5μmの離れた位置に設けられている。このようにすることにより、第一突出部E1と第二突出部E2の間の中心点P2を通り、Y′軸方向に平行な基準直線L2が、基準直線L1に対して+X軸方向に0.5〜1.5μm離れるようにして配置されることで、水晶振動部123の左右の重さのアンバランスをさらに調整することができるので、音叉型水晶素子120の等価直列抵抗値を下げることが可能となる。
平衡部122は、少なくとも二つ以上の突出部Eによって構成されている。平衡部122には、図3に示すように、第一突出部E1、第二突出部E2及び第三突出部E3の突出部Eが設けられている。第一突出部E1は、第一水晶振動部123aに隣り合うようにして設けられ、水晶振動部123と同一方向に延出するようにして設けられている。また、第一水晶振動部123aの根本から第一突出部E1にかけて傾斜面が形成されている。第二突出部E2は、第一突出部E1に隣り合うようにして設けられ、水晶振動部123と同一方向に延出するようにして設けられている。第三突出部E3は、第二突出部E2と第二水晶振動部123bに間に位置するようにして設けられ、水晶振動部123と同一方向に延出するようにして設けられている。このように、平衡部122が、少なくとも二つ以上の突出部Eによって構成されていることによって、後述する第一切込み部M1又は第二切込み部M2を確実に形成することができるため、第一水晶振動部123aの側面の励振用電極126bと第二水晶振動部123bの側面に設けられた励振用電極126aとの短絡を低減することが可能となる。
第一切込み部M1は、第一水晶振動部123aと第二水晶振動部123bとからなる水晶振動部123の側面に励振用電極126をスパッタ技術及びフォトリソグラフィー技術にて形成する際に、第一水晶振動部123aの側面の励振用電極126bと第二水晶振動部123bの側面に設けられた励振用電極126aとの短絡を低減するためのものである。第一切込み部M1は、第一突出部E1と第二突出部E2との間に設けられており、この第一切込み部M1は、平衡部122の厚み方向に貫通している。また、第一切込み部M1のY軸方向の長さは、先端側から水晶基部121の境目までの間で形成されれば、どの長さでも良い。
第二切込み部M2は、第二突出部E2と第三突出部E3との間に設けられており、この第二切込み部M2は、平衡部122の厚み方向であるZ´軸方向に貫通している。また、第二切込み部M2のY軸方向の長さは、第一切込み部M1のY軸方向の長さよりも短くなるように設けられている。また、第二切込み部M2のY軸方向の長さは、第三突出部E3の先端側から水晶基部121の境目までの間で形成されれば、どの長さでも良い。
第一残渣部R1は、突出部Eの近傍に設けられており、第一水晶振動部123aと第一突出部E1との間及び第二水晶振動部123bと第三突出部E3との間に設けられている。第一残渣部R1が形成されることで、第一水晶振動部123aと第二水晶振動部123bの左右の重さのアンバランスを調整することができるので、音叉型水晶素子120の等価直列抵抗値を下げることが可能となる。
水晶基部121の水晶振動部123が延出されている形成面に対して、水晶振動部123と同一方向に延出するようにして設けられた凸部Tを備えている。このように
音叉型水晶素子120を励振させる際に発生した水晶振動部123の左右の重さのアンバランスを凸部Tによって調整することで、振動漏れを抑えることができ、等価直列抵抗の悪化を低減することが可能となる。
凸部Tは、図4に示すように、水晶基部121の外側側面とつながる平面S1と、その平面S1と接続され形成面SPに向かって形成された傾斜面S2と、を備えている。傾斜面S2は、水晶基部121の外側側面から延出するようにして設けられた平面S1から形成面SPに向かって傾斜を持つようにして設けられている。このような傾斜面S2を凸部Tに設けることによって、凸部Tによる左右の重さのバランスをさらに調整することができるようになるため、振動漏れをさらに抑えることができる。
また、凸部Tには、図4に示すように、傾斜面S2と、水晶振動部123の外側側面との間に設けられた第二残渣部R2とを備えている。このように傾斜面S2から水晶振動部123の外側側面に向かって厚みが徐々に薄くなるように第二残渣部R2が設けられていることで、水晶振動部123からの振動漏れが、第二残渣部R2で徐々に妨げられることになる。よって、水晶振動部123から水晶基部121への振動漏れが伝わることを抑えることができる。
また、図4(b)に示すように、平面視した際に、傾斜面S2と形成面SPの平面とでなす角度αが、50〜70度である。傾斜面S2の角度αが50度〜70度の範囲内で良好にエッチングされており、特に55度〜65度の範囲内で特に良好である。これに対して、傾斜面Sの角度αが50度未満の場合には、第二残渣部R2の厚みが薄くなりすぎるため、第二残渣部R2に欠けが生じてしまい水晶振動部123の左右の重量バランスを崩してしまうことで、振動漏れが発生してしまうことがあった。また、これに対して、傾斜面S2の角度αが70度よりも大きいの場合には、第二残渣部R2の厚みが厚くなりすぎるため、水晶振動部123の左右の重量バランスを崩してしまうことで、振動漏れが発生してしまうことがあった。このように傾斜面S2の角度αが50度〜70度の範囲内にすることで、第二残渣部R2の結晶軸であるZ軸方向の厚みを薄くすることでできるため、振動漏れによる特性への影響を非常に安定させることができる。
水晶振動部123は、例えば、その表面に所望のパターンの励振電極125、126を形成し、その励振電極125、126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である。水晶振動部123は、振動腕部124と錘部129によって構成されている。振動腕部124の先端部、つまり、水晶基部121と反対側の振動腕部124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。また、水晶振動部123は、第一水晶振動部123a及び第二水晶振動部123bとからなる。第一水晶振動部123a及び第二水晶振動部123b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。また、振動腕部124は、第一振動腕部124a及び第二振動腕部124bによって構成されている。このような音叉型水晶素子120を構成する水晶片は、水晶基部121、平衡部122及び水晶振動部123と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。
励振電極125aは、図2に示すように、第一水晶振動部123aの第一振動腕部124aの表裏主面に設けられている。また、励振電極126bは、第一水晶振動部123aの第一振動腕部124aの対向する両側面に設けられている。一方の引き出し電極127aは、励振電極125a、126a及び第一接続電極128a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125bは、図1及び図2に示すように、第二水晶振動部123bの第二振動腕部124bの表裏主面に設けられている。また、励振電極126aは、第二水晶振動部123bの第二振動腕部124bの対向する両側面に設けられている。他方の引き出し電極127bは、励振電極125b、126b及び第二接続電極128b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。
引き出し電極127は、励振電極125、126と後述する接続電極128とを電気的に接続するためのものである。引き出し電極127は、第一引き出し電極127a及び第二引き出し電極127bによって構成されている。
接続電極128は、励振電極125、126と引き出し電極127を介して電気的に接続されており、音叉型水晶素子120を実装する際に用いるものである。接続電極128は、第一接続電極128a及び第二接続電極128bによって構成されている。接続電極128は、水晶基部121の中心付近にY′軸方向に並ぶようにして設けられている。
貫通孔Hは、導電性接着剤140の接続強度を向上させるためのものである。貫通孔Hは、平面視した際に、接続電極128と重なる位置である水晶基部121に設けられている。貫通孔Hは、第一貫通孔H1及び第二貫通孔H2を構成している。平面視した際に、第一貫通孔H1は、第一接続電極128aと重なる位置に設けられ、第二貫通孔H2は、第二接続電極128bと重なる位置に設けられている。このような音叉型水晶素子120は、水晶基部121に貫通孔Hが設けられていることで、導電性接着剤140が貫通孔H内に入り込むようにして設けられるため、音叉型水晶素子120と導電性接着剤140との接着面積が増えることになり、音叉型水晶素子120の接続電極128とパッケージ110の電極パッド111との接続強度を向上させることができる。
また、貫通孔Hの内部には、接続電極128が形成されている。蒸着やスパッタリング手法を用いることで、貫通孔H内に接続電極128を設けることができる。このような音叉型水晶素子120は、接続電極128と導電性接着剤140との接着面積が増えることになり、水晶素子120の接続電極128と電極パッド111との導通不良を削減することができる。
また、接続電極128は、一対で水晶基部121にY′軸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、水晶基部121の中央にてY′軸方向に並ぶようにして保持されているため、音叉型水晶振動素子120が水晶振動部123の先端方向に傾くことを抑えることができ、水晶振動部123が基板110aに接触することを低減することが可能となる。
錘部129は、水晶基部121と反対側の水晶振動部123の端部に、ハンマーヘッド形状で設けられている。錘部129は、水晶振動部123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123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123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123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、第一水晶振動部123aの先端部に設けられている第一錘部129aと、第二水晶振動部123b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。
第三切込み部M3は、錘部129に設けられ、錘部129の表面積を大きくし、錘部129に形成された後述する周波数調整電極Eの表面積を大きくするためのものである。また、第三切込み部M3は、平面視した際に、錘部129の水晶基部121側に位置する辺から水晶振動部123の延出方向に沿って設けられている。このようにすることにより、振動腕部124と錘部129との境界付近に形成される残渣が、第三切込み部M3によって形成されにくくなるため、音叉型水晶素子120の形状を維持することができる。また、このように錘部129の水晶基部121側に第三切込み部M3を形成することにより、周波数調整電極Eをレーザにより除去する際に、第三切込み部M3がレーザにより削り取られることなく、錘部129の重さをさらに微調整することができる。
周波数調整電極Eは、レーザ等により削ることにより、水晶振動部123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ためのものである。周波数調整電極Eは、第一周波数調整電極E1及び第二周波数調整電極E2によって構成されている。第一周波数調整電極E1は、第一錘部129aの表主面及び側面の先端部に設けられ、第二周波数調整電極E2は、第二錘部129bの表主面及び両側面の先端部に設けられている。
なお、音叉型水晶素子120は、周波数調整電極Eを構成する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ことができる。励振電極125b及び126bと、第一周波数調整電極E1とは、図2に示すように、水晶片表面に設けられた引き出し電極127bにより電気的に接続している。また、励振電極125a及び126aと、第二周波数調整電極E2とは、水晶基部121表面に設けられた接続電極128a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、接続電極128a及び128b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123bの励振電極126bは+(プラス)電位となり、励振電極126a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123aの励振電極126は、第二水晶振動部123bの励振電極126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123a及び第二水晶振動部123bに伸縮現象が生じ、各水晶振動部123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、水晶振動部123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0.2〜0.4mmである。水晶振動部123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0.03〜0.2mmである。
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接続電極128から引き出し電極127及び励振電極125、126を介して水晶振動部123に印加されると、水晶振動部123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、音叉型水晶素子120の作製方法について説明する。まず、音叉型水晶素子120は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し、水晶片の両主面にフォトリソグラフィー技術によって、水晶基部121、水晶振動部123及び水晶支持部124を形成する。その後、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、励振電極125、126、引き出し電極127及び接続電極128を形成することにより作製される。
本実施形態に係る音叉型水晶素子120は、結晶軸におけるXY′Z′直交座標系を有し、Z′軸に沿った方向に厚みを有する矩形状の水晶基部121と、水晶基部121の側面よりY′軸に沿って延出した一対の水晶振動部123と、一対の水晶振動部123の主面及び側面に設けられた励振電極125、126と、一対の水晶振動部123から水晶基部121にかけて設けられ励振電極125,126と電気的に接続された引き出し電極127と、引き出し電極127と電気的に接続され、水晶基部121の下面の中心付近にY′軸方向に並ぶようにして設けられた接続電極128と、平面視した際に、接続電極128と重なる位置に設けられた貫通孔Hと、を備えている。このような音叉型水晶素子120は、接続電極128と後述するパッケージ110に設けられた電極パッド111とを電気的に接続するための導電性接着剤140が貫通孔H内に入り込むようにして設けられるため、音叉型水晶素子120の接続電極128とパッケージ110の電極パッド111との接続強度を向上させることができる。
また、このような音叉型水晶素子120は、水晶基部121の中央にてY′軸方向に並ぶようにして保持されているため、音叉型水晶振動素子120が水晶振動部123の先端方向に傾くことを抑えることができ、水晶振動部123が基板110aに接触することを低減することが可能となる。
また、本実施形態に係る音叉型水晶素子120は、貫通孔Hの内部に接続電極128が形成されている。このような音叉型水晶素子120は、水晶基部121に貫通孔Hが設けられていることで、導電性接着剤140が貫通孔H内に入り込むようにして設けられるため、音叉型水晶素子120と導電性接着剤140との接着面積が増えることになり、音叉型水晶素子120の接続電極128とパッケージ110の電極パッド111との接続強度をさらに向上させることができる。
また、本実施形態に係る音叉型水晶素子120は、一対の水晶振動部123の間に、水晶基部121の側面よりY′軸に沿って延出した平衡部122と、を備え、平衡部122のX軸方向の長さの中心点は、一対の水晶振動部123の間のX軸方向の長さの中心点を通り、Y′軸方向に平行な基準直線L1に対して、平衡部122のX軸方向の長さの中心が+X軸方向に位置している。このように音叉型水晶素子120を励振させる際に発生した水晶振動部123の左右の重さのアンバランスを平衡部122の形成位置によって調整することで、振動漏れを抑えることができ、等価直列抵抗の悪化を低減することが可能となる。
また、本実施形態に係る音叉型水晶素子120は、突出部Eの近傍に第一残渣部R1が設けられている。第一残渣部R1が形成されることで、第一水晶振動部123aと第二水晶振動部123bの左右の重さのアンバランスを調整することができるので、音叉型水晶素子120の等価直列抵抗値を下げることが可能となる。
本実施形態に係る音叉型水晶素子120は、水晶基部121の水晶振動部123が延出されている形成面に対して、水晶振動部123と同一方向に延出するようにして設けられた凸部Tを備えている。このように音叉型水晶素子120を励振させる際に発生した水晶振動部123の左右の重さのアンバランスを凸部Tによって調整することで、振動漏れを抑えることができ、等価直列抵抗の悪化を低減することが可能となる。
本実施形態に係る音叉型水晶素子120は、凸部Tが、水晶基部121の外側側面とつながる平面S1と、平面と接続され形成面SPに向かって形成された傾斜面S2と、を備えている。凸部Tに、このような傾斜面S2を設けることによって、凸部Tによる水晶振動部123の左右の重さのバランスをさらに調整することができるようになるため、振動漏れをさらに抑えることができる。
本実施形態に係る音叉型水晶素子120は、傾斜面S2と、水晶振動部123の外側側面との間に設けられた第二残渣部R2とを備えている。このように傾斜面S2から水晶振動部123の外側側面に向かって厚みが徐々に薄くなるように第二残渣部R2が設けられていることで、水晶振動部123からの振動漏れが、第二残渣部R2で徐々に妨げられることになる。よって、水晶振動部123から水晶基部121への振動漏れが伝わることを抑えることができる。
(第二実施形態) 第二実施形態に係る水晶デバイスは、図5及び図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及び枠体110bによって構成されている。基板110aと枠体110bとで凹部K1が形成されている。また、音叉型水晶素子120には、水晶基部121及び水晶振動部123が設けられている。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及びビア導体が設けられている。
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K1を形成するためのものである。凹部K1の開口部は、平面視した際に、矩形状となっている。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K1は、前述した音叉型水晶素子120を実装するためのものである。
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の下面の対角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の一辺の中心付近から直交する一辺に対して隣接するようにして設けられている。電極パッド111は、基板110aに設けられた配線パターンとビア導体を介して、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5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、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。
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、残りの外部端子の112の内の少なくとも一つは、封止用導体パターン117と電気的に接続されている。
ここでパッケージ110を平面視したときの一辺の寸法が、0.8〜3.2mm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、電極パッド111の大きさを説明する。基板110aの一辺と平行となる電極パッド111の辺の長さは、0.15〜0.40mm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、0.15〜0.40mm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。
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K1又は窒素ガスなどが充填された凹部K1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、枠体110bの封止用導体パターン117と蓋体130の接合部材131とが接合されるように熱を印加させることで接合部材131を溶融し、枠体110bに接合される。また、蓋体130は、封止用導体パターン117を介して基板110aの下面の少なくとも一つの外部端子112に電気的に接続されている。よって、蓋体130は、少なくとも一つの外部端子112と電気的に接続されている。
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、銀ロウ又は金錫によって設けられている。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。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。
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。
また、音叉型水晶素子120は、図6に示されているように、水晶基部121に設けられた第一接続電極128aと第一電極パッド111a、第二接続電極128bと第二電極パッド111bとが導電性接着剤140を介して基板110a上に実装されている。この際、導電性接着剤140は、音叉型水晶素子120の貫通孔H内に入り込むようにして設けられている。
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。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。音叉型水晶素子120は、電極パッド111に接合される。つまり、音叉型水晶素子120の第二接続電極128bは、第二電極パッド111bと接合され、第一接続電極128aは、第一電極パッド111aと接合される。
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。
第二実施形態に係る水晶デバイスは、第一実施形態に記載の音叉型水晶素子120と、音叉型水晶素子120を実装するための電極パッド111を有する基板110aと、基板110aの上面の外周縁に沿って設けられた枠体110bと、枠体110bの上面に接合された蓋体130と、を備えている。このような水晶デバイスは、音叉型水晶素子を実装する際に、接続電極128と電極パッド111とを電気的に接続するための導電性接着剤140が貫通孔H内に入り込むようにして設けられるため、音叉型水晶素子120の接続電極128とパッケージ110の電極パッド111との接続強度を向上させることができる。
尚、本発明は前記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。例えば、前記した本実施形態では、圧電振動素子を構成する圧電素材として水晶を用いた場合を説明したが、他の圧電素材として、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたは、圧電セラミックスを圧電素材として用いた圧電振動素子でも構わない。
110・・・パッケージ
110a・・・基板
110b・・・枠体
111・・・電極パッド
112・・・外部端子
117・・・封止用導体パターン
120・・・音叉型水晶素子
121・・・水晶基部
122・・・平衡部
123・・・水晶振動部
124・・・振動腕部
125、126・・・励振電極
127・・・引き出し電極
128・・・接続電極
129・・・錘部
130・・・蓋体
131・・・接合部材
140・・・導電性接着剤
K1・・・第一凹部
M1・・・第一切込み部
M2・・・第二切込み部
M3・・・第三切込み部
H・・・貫通孔
R1・・・第一残渣部
R2・・・第二残渣部
S1・・・水晶基部の外側側面とつながる平面
S2・・・傾斜面
SP・・・形成面
α・・・傾斜面の角度
E・・・周波数調整電極
T・・・凸部

Claims (10)

  1. 結晶軸におけるXY′Z′直交座標系を有し、Z′軸に沿った方向に厚みを有する矩形状の水晶基部と、
    前記水晶基部の側面よりY′軸に沿って延出した一対の水晶振動部と、
    前記一対の水晶振動部の主面及び側面に設けられた励振電極と、
    前記一対の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、
    前記引き出し電極と電気的に接続され、前記水晶基部の下面の中心付近にY′軸方向に並ぶようにして設けられた接続電極と、
    平面視した際に、前記接続電極と重なる位置に設けられた貫通孔と、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、
    前記貫通孔の内部に前記接続電極が形成さ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、
    前記一対の水晶振動部の間に、前記水晶基部の側面よりY′軸に沿って延出した平衡部と、を備え、
    前記平衡部のX軸方向の長さの中心点は、前記一対の水晶振動部の間のX軸方向の長さの中心点を通り、Y′軸方向に平行な基準直線L1に対して、前記平衡部のX軸方向の長さの中心が+X軸方向に位置している
    ことを特徴とする音叉型水晶素子。
  4. 請求項3記載の音叉型水晶素子であって、
    前記平衡部は、少なくとも二つ以上の突出部によって構成されていることを特徴とする音叉型水晶素子。
  5. 請求項4記載の音叉型水晶素子であって、
    前記突出部の近傍に第一残渣部が設けられていることを特徴とする音叉型水晶素子。
  6. 請求項1記載の音叉型水晶素子であって、
    前記水晶基部の前記水晶振動部が延出されている形成面に対して、前記水晶振動部と同一方向に延出するようにして設けられた凸部を備えていることを特徴とする音叉型水晶素子。
  7. 請求項1記載の音叉型水晶素子であって、
    前記凸部が、前記水晶基部の外側側面とつながる平面と、前記平面と接続され前記形成面に向かって形成された傾斜面と、を備えていることを特徴とする音叉型水晶素子。
  8. 請求項7記載の音叉型水晶素子であって、
    前記傾斜面と、前記水晶振動部の外側側面との間に設けられた第二残渣部とを備えていることを特徴とする音叉型水晶素子。
  9. 請求項1記載の音叉型水晶素子と、
    前記音叉型水晶素子を実装するための電極パッドを有する基板と、
    前記基板の上面の外周縁に沿って設けられた枠体と、
    前記枠体の上面に接合された蓋体と、を備えたことを特徴とする水晶デバイス。
  10. 請求項9記載の水晶デバイスであって、
    前記音叉型水晶素子の前記貫通孔内に設けられた導電性接着剤とを備えていることを特徴とする水晶デバイス。
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