JP2019153879A - 水晶デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、パッケージに正常な姿勢で実装することができ、発振周波数の変動を抑えることが可能な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、第一枠体１１０ｂと、第二枠体１１０ｃと、一対の電極パッド１１１と、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振動部１２３と、水晶基部１２１の同一面より、水晶振動部１２３と同一方向に延出するように設けられた第一水晶支持部１２４ａと、水晶基部１２１の側面と直交する面より、水晶振動部１２３と直交する方向に延出するようにして設けられた第二水晶支持部１２４ｂと、励振電極１２５、１２６と、引き出し電極１２７と、を備え、第一水晶支持部１２４ａに設けられた引き出し電極１２７が第一導電性接着剤１４１を介して電気的に接続され、第二水晶支持部１２４ｂが第二導電性接着剤１４２を介して基板１１０ａに接合されている。【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

上述した水晶デバイスは、音叉型水晶素子が片持ち保持の状態でパッケージに実装されるため、音叉型水晶素子に衝撃が加わると、それぞれの水晶振動部の先端がパッケージの基板に接触することで、屈曲振動が阻害され、発振周波数が変動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、パッケージに正常な姿勢で実装することができ、発振周波数の変動を抑えることが可能な水晶デバイス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水晶デバイスは、矩形状の基板と、基板の外周縁に沿って設けられた第一枠体と、第一枠体の外周縁に沿って設けられた第二枠体と、第一枠体１１０ｂ上の一辺に沿って設けられた一対の電極パッドと、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、水晶基部の同一面より、水晶振動部と同一方向に延出するように設けられた第一水晶支持部と、水晶基部の側面と直交する面より、水晶振動部と直交する方向に延出するようにして設けられた第二水晶支持部と、水晶振動部の上面及び下面に設けられた励振電極と、水晶振動部から水晶基部及び第一水晶支持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、第一水晶支持部に設けられた引き出し電極が第一導電性接着剤を介して電気的に接続され、第二水晶支持部が第二導電性接着剤を介して基板に接合されている。

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、基板の外周縁に沿って設けられた第一枠体と、第一枠体の外周縁に沿って設けられた第二枠体と、第一枠体上の一辺に沿って設けられた一対の電極パッドと、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、水晶基部の同一面より、水晶振動部と同一方向に延出するように設けられた第一水晶支持部と、水晶基部の側面と直交する面より、水晶振動部と直交する方向に延出するようにして設けられた第二水晶支持部と、水晶振動部の上面及び下面に設けられた励振電極と、水晶振動部から水晶基部及び第一水晶支持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、第一水晶支持部に設けられた引き出し電極が第一導電性接着剤を介して電気的に接続され、第二水晶支持部が第二導電性接着剤を介して基板に接合されている。このような音叉型水晶素子は、従
来の水晶デバイスを構成する音叉型水晶素子のように、水晶基部に設けられた引き出し電極のみで電極パッドと接続されている場合と比較して、第一水晶支持部が第一導電性接着剤を介して実装され、第二水晶支持部が第二導電性接着剤を介して実装されるため、音叉型水晶素子の水晶振動部が基板に接触することを抑えることができ、所望する周波数の発振信号を安定して出力することが可能となる。

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。 本実施形態における水晶デバイスの蓋体を外した状態を示す平面透視図である。 （ａ）本実施形態における水晶デバイスを構成する音叉型水晶素子の上面側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音叉型水晶素子の下面側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の第二枠体の上面から見た状態を示す平面透視図であり、（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の第一枠体を上面から見た平面透視図である。 （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の基板を上面から見た平面透視図であり、（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の基板の下面を上面から見た平面透視図である。 （ａ）本実施形態の第一変形例における水晶デバイスを構成する音叉型水晶素子の上面側を示す平面図であり、（ｂ）本実施形態の第一変形例における水晶デバイスを構成する音叉型水晶素子の下面側を示す平面図である。 （ａ）本実施形態の第二変形例における水晶デバイスを構成する音叉型水晶素子の上面側を示す平面図であり、（ｂ）本実施形態の第二変形例における水晶デバイスを構成する音叉型水晶素子の下面側を示す平面図である。

本実施形態における水晶デバイスは、図１〜図５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の上面と第一枠体１１０ｂの内側面によって囲まれた第一凹部Ｋ１が形成され、第一枠体１１０の上面と第二枠体１１０ｃの内側面によって囲まれた第二凹部Ｋ２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と、水晶振動部１２３及び水晶支持部１２４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１１３及びビア導体１１４が設けられている。

第一枠体１１０ｂは、基板１１０ａの上面に配置され、基板１１０ａの上面に第一凹部Ｋ１を形成するためのものである。第二枠体１１０ｃは、第一枠体１１０ｂの上面の外周縁に沿って配置され、第一枠体１１０ｂの上面に第二凹部Ｋ２を形成するためのものであ
る。第一凹部Ｋ１は、後述する音叉型水晶素子１２０の水晶振動部１２３と対向する位置に形成されている。第一凹部Ｋ１と第二凹部Ｋ２内は、上下方向に繋がるようにして形成されている。第一枠体１１０ｂ及び第二枠体１１０ｃ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。第一凹部Ｋ１及び第二凹部Ｋ２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４及び図５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４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４に示すように、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。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。また、配線パターン１１３は、第一配線パターン１１３ａ、第二配線パターン１１３ｂ及び第三配線パターン１１３ｃによって構成されている。

第一電極パッド１１１ａは、第一枠体１１０ｂ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、第一枠体１１０ｂに設けられた第二ビア導体１１４ｂと電気的に接続されている。また、第二ビア導体１１４ｂは、第二配線パターン１１３ｂを介して、第五ビア導体１１４ｅと接続されている。第五ビア導体１１４ｅは、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、第一導電性接着剤１４１は、配線パターン１１３の方向に向かって第一導電性接着剤１４１が広がることになるが、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、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。

配線パターン１１３は、電極パッド１１１またはビア導体１１４と電気的に接続するためのものである。配線パターン１１３の一端は、電極パッド１１１またはビア導体１１４と電気的に接続されており、配線パターン１１３の他端は、ビア導体１１４と電気的に接
続されている。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。配線パターン１１３は、平面視して、第一枠体１１０ｂまたは第二枠体１１０ｃ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、第一枠体１１０ｂまたは第二枠体１１０ｃの長辺方向に曲げモーメントが発生しても、基板１１０ａに加えて第一枠体１１０ｂまたは第二枠体１１０ｃが設けられていることにより、第一枠体１１０ｂまたは第二枠体１１０ｃが設けられている箇所は、変形しにくくなる。よって、第一枠体１１０ｂまたは第二枠体１１０ｃ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から近接された第二枠体１１０ｃ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の一部がパッケージ１１０から露出されている。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、基板１１０ａの短辺方向に向かって延出されており、基板１１０ａに内層されている。第三配線パターン１１３ｃは、基板１１０ａの長辺方向に向かって延出されており、基板１１０ａに内層されている。

このように、配線パターン１１３の一部が、電極パッド１１１から第一枠体１１０ｂ又は第二枠体１１０ｃの長辺方向に向かって延出し、第二凹部Ｋ２でパッケージ１１０から露出するようにして設けられていることにより、音叉型水晶素子１２０を実装した際に、溢れ出そうになった第一導電性接着剤１４１が、第一導電性接着剤１４１と濡れ性の良い配線パターン１１３上に沿って流れ出てくれるため、パッケージ１１０の中心方向に流れ出ることがなく第一導電性接着剤１４１が水晶振動部１２３の励振用電極１２５、１２６に付着してしまうことを抑えることができる。

ビア導体１１４は、基板１１０ａ、第一枠体１１０ｂ及び第二枠体１１０ｃの内部に設けられ、その両端は、電極パッド１１１、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、第一枠体１１０ｂ及び第二枠体１１０ｃ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４及び図５に示すように、第一ビア導体１１４ａ、第二ビア導体１１４ｂ、第三ビア導体１１４ｃ、第四ビア導体１１４ｄ及び第五ビア導体１１４ｅ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、１．０〜３．２ｍｍ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、第一凹部Ｋ１、第二凹部Ｋ２及び電極パッド１１１の大きさを説明する。第一凹部Ｋ１の長辺の長さは、０．４〜１．２ｍｍであり、短辺の長さは、０．３〜０．９ｍｍとなっている。第二凹部Ｋ２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、第一凹部Ｋ１及び第二凹部Ｋ２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、図１、図３及び図４に示すように、第三ビア導体１１４ｃを介して、第三外部端子１１２ｃと電気的に接続されている。また、第三ビア導体１１４ｃは、第三配線パターン１１３ｃを介して、第四ビア導体１１４ｄと接続されている。第四ビア導体１１４ｄは、第四外部端子１１２ｄと接続されている。よって、封止用導体パターン１１７は、第四外部端子１１２ｄとも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、第二枠体１１０ｃ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、パッケージ１１０の作製方法について説明する。パッケージ１１０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は、図１〜図３に示すように、水晶基部１２１、水晶振動部１２３及び水晶支持部１２４からなる。音叉型水晶素子１２０の表面には、励振電極１２５ａ、１２５ｂ、１２６ａ及び１２６ｂと、引き出し電極１２７ａ及び１２７ｂと、錘部１２８及び周波数調整電極１２９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。

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１２２と錘部１２８によって構成されている。振動腕部１２２の先端部、つまり、水晶基部１２１と反対側の振動腕部１２２の端部に、ハンマーヘッド形状の錘部１２８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１２２は、第一振動腕部１２２ａ及び第二振動腕部１２２ｂによって構成されている。

水晶支持部１２４は、前述した水晶基部１２１と共に音叉型水晶素子１２０をパッケージ１１０上に保持固定するためのものである。水晶支持部１２４は、第一水晶支持部１２４ａ及び第二水晶支持部１２４ｂによって構成されている。第一水晶支持部１２４ａは、水晶基部１２１の水晶振動部１２３が形成されている面と同一方向の面より、水晶振動部１２３と同一方向に延出するように設けられている。つまり、第一水晶支持部１２４ａ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、第一水晶支持
部１２４ａは、水晶振動部１２３よりも外側に位置するように設けられている。

第二水晶支持部１２４ｂは、水晶基部１２１の水晶振動部１２３が形成されている側面と直交する面より、水晶振動部１２３と直交する方向に延出する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、各水晶振動部１２３及び水晶支持部１２４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。

また、第二水晶支持部１２４ｂは、水晶振動部１２３の延出する方向と平行な第二水晶支持部１２４ｂの幅が、水晶基部１２１の幅よりも小さくなるように設けられている。このようにすることで、第二導電性接着剤１４２が不用意に広がって水晶基部１２１に接触することを抑えることができ、水晶振動部１２３の振動が阻害されることが低減できるため、音叉型水晶素子１２０のクリスタルインピーダンス値を低減することが可能となる。

なお、本実施形態では、第二水晶支持部１２４ｂが矩形形状の場合で説明しているが、第二水晶支持部１２４ｂに切込み部、または、凹部を形成してもよい。このように、第二水晶支持部１２４ｂの形状を複雑にし、第二導電性接着剤１４２の表面張力にて不用意に広がらないように、例えば第二水晶支持部１２４ｂに切込み部、または、凹部を形成することで、第二水晶支持部１２４ｂの水晶振動部１２３への影響を低減させることが可能となっている。

励振電極１２５ａは、図１〜図３に示すように、第一水晶振動部１２３ａの第一振動腕部１２２ａ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１２２ａの対向する両側面に設けられている。また、一方の引き出し電極１２７ａは、平面視して、水晶支持部１２４の中心付近及び水晶基部１２１側付近に設けられており、励振電極１２５ａ、１２６ａと電気的に接続されている。他方の引き出し電極１２７ｂは、励振電極１２５ｂ、１２６ｂと電気的に接続されており、水晶支持部１２４と水晶基部１２１の境界付近の表裏主面に設けられている。

また、励振電極１２５ｂは、図１〜図３に示すように、第二水晶振動部１２３ｂの第二振動腕部１２２ｂ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１２２ｂ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と電気的に接続されており、水晶基部１２１及び水晶支持部１２４の表裏主面に設けられている。また、他方の引き出し電極１２７ｂは、水晶基部１２１から水晶支持部１２４に跨るようにして設けられている。

錘部１２８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１２８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１２８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１２８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１２８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１２８ａ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１２８ｂとで構成されている。

切込み部Ｍは、錘部１２８に設けられ、錘部１２８の表面積を大きくし、錘部１２８に形成された後述する周波数調整電極１２９の表面積を大きくするためのものである。また、切込み部Ｍは、平面視した際に、錘部１２８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
１２２と錘部１２８との境界付近に形成される残渣が、切込み部Ｍ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１２８の水晶基部１２１側に切込み部Ｍを形成することにより、周波数調整電極１２９をレーザにより除去する際に、切込み部Ｍがレーザにより削り取られることなく、錘部１２８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１２９は、レーザ等で削ることにより、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１２９は、第一周波数調整電極１２９ａ及び第二周波数調整電極１２９ｂによって構成されている。第一周波数調整電極１２９ａは、第一錘部１２８ａ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１２９ｂは、第二錘部１２８ｂ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１２９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１２９ａとは、図２及び図６に示すように、第一水晶支持部１２４ａ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１２９ｂとは、第一水晶支持部１２４ａの表面に設けられた引き出し電極１２７ａ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１２７ａ及び１２７ｂ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、第一水晶支持部１２４ａ及び第二水晶支持部１２４ｂを説明する。水晶基部１２１を平面視したときの長辺寸法が０．１５〜０.４０ｍｍ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０．０４〜０．２ｍｍである。第一水晶支持部１２４ａ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０．０４〜０．２ｍｍである。第二水晶支持部１２４ｂを平面視したときの短辺寸法が０．０３〜０．１５ｍｍであり、０．２〜０．４ｍｍ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引き出し電極１２７から励振電極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及び引き出し電極１２７を形成することにより作製される。

第一導電性接着剤１４１は、第一水晶支持部１２４ａの引き出し電極１２７と第一枠体１１０ｂ上の電極パッド１１１とを電気的・機械的に接続するために用いられている。第二導電性接着剤１４２は、第二水晶支持部１２４ｂと第一枠体１１０ｂとを機械的に接続するために用いられている。また、第一導電性接着剤１４１の上下方向の厚みは、第二導電性接着剤１４２の上下方向の厚みと同じになるように設けられている。このようにすることにより、音叉型水晶素子１２０が傾かず、水晶振動部１２３が基板１１０ａに接触して発振周波数が変動することをさらに低減することができる。

第一導電性接着剤１４１及び第二導電性接着剤１４２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。

第一導電性接着剤１４１及び第二導電性接着剤１４２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、第一導電性接着剤１４１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。また、第二導電性接着剤１４２は、第一枠体１１０ｂの上面の塗布された位置から流れ出たとしても、第一導電性接着剤１４１の上下方向の厚みと同じになるように設けられている。第一導電性接着剤１４１及び第二導電性接着剤１４２の上下方向の厚みの長さは、１０〜２５μｍである。このように第一導電性接着剤１４１及び第二導電性接着剤１４２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に対して第一導電性接着剤１４１及び第二導電性接着剤１４２を中心にして上下方向へ加わったとしても、その衝撃を第一導電性接着剤１４１及び第二導電性接着剤１４２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、真空状態にある第一凹部Ｋ及び第二凹部Ｋ２、あるいは窒素ガスなどが充填された第一凹部Ｋ１及び第二凹部Ｋ２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の第二枠体１１０ｃ上に載置される。そして、熱を印加することで第二枠体１１０ｃ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。

接合部材１３１は、パッケージ１１０の第二枠体１１０ｃ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。

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の外周縁に沿って設けられた第一枠体１１０ｂと、第一枠体１１０ｂの外周縁に沿って設けられた第二枠体１１０ｃと、第一枠体１１０ｂ上の一辺に沿って設けられた一対の電極パッド１
１１と、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１２３と、水晶基部１２１の同一面より、水晶振動部１２３と同一方向に延出するように設けられた第一水晶支持部１２４ａと、水晶基部１２１の側面と直交する面より、水晶振動部１２３と直交する方向に延出するようにして設けられた第二水晶支持部１２４ｂと、水晶振動部１２３の上面及び下面に設けられた励振電極１２５、１２６と、水晶振動部１２３から水晶基部１２１及び第一水晶支持部１２４ａ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、を備え、第一水晶支持部１２４ａに設けられた引き出し電極が１２７第一導電性接着剤１４１を介して電気的に接続され、第二水晶支持部１２４ｂが第二導電性接着剤１４２を介して基板に接合されている。このような水晶デバイスは、従来の水晶デバイスのように、水晶基部に設けられた引き出し電極のみで電極パッドと接続されている場合と比較して、第一水晶支持部１２４ａが第一導電性接着剤１４１を介して実装され、第二水晶支持部１２４ｂが第二導電性接着剤１４２を介して実装されるため、音叉型水晶素子１２０の水晶振動部１２３が基板１１０ａ又は第一枠体１１０ｂに接触することを抑えることができ、所望する周波数の発振信号を安定して出力することが可能となる。

また、本実施形態の水晶デバイスでは、水晶振動部１２３の延出する方向と平行な第二水晶支持部１２４ｂの幅が、水晶基部１２１の幅よりも小さくなるように設けられている。このようにすることで、第二導電性接着剤１４２が水晶基部１２１に接触することを抑えることができ、水晶振動部１２３の振動が阻害されることが低減できるため、音叉型水晶素子１２０のクリスタルインピーダンス値を低減することが可能となる。

また、本実施形態の水晶デバイスでは、第一導電性接着剤１４１の上下方向の厚みは、第二導電性接着剤１４２の上下方向の厚みと同じになるように設けられている。このようにすることにより、音叉型水晶素子１２０が傾かず、水晶振動部１２３が基板１１０ａに接触することで音叉型水晶素子の発振周波数が変動することをさらに低減することができる。

また、本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、第一枠体１１０ｂ又は第二枠体１１０ｃ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、第一枠体１１０ｂ又は第二枠体１１０ｃの長辺方向に曲げモーメントが発生しても、基板１１０ａに加えて第一枠体１１０ｂ又は第二枠体１１０ｃが設けられていることにより、第一枠体１１０ｂ又は第二枠体１１０ｃが設けられている箇所は、変形しにくくなる。よって、第一枠体１１０ｂ又は第二枠体１１０ｃ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、本実施形態の水晶デバイスでは、配線パターン１１３の一部が、電極パッド１１１から第二枠体１１０ｃに向かって延出し、パッケージ１１０から露出するようにして設けられている。このように、配線パターン１１３の一部が、電極パッド１１１から第二枠体１１０ｃの長辺方向に向かって延出し、第二凹部Ｋ２内で露出するようにして設けられていることにより、音叉型水晶素子１２０を実装した際に、溢れ出そうになった第一導電性接着剤１４１が、第一導電性接着剤１４１と濡れ性の良い配線パターン１１３上に沿って流れ出てくれるため、パッケージ１１０の中心方向に流れ出ることがなく第一導電性接着剤１４１が水晶振動部１２３の励振用電極１２５、１２６に付着してしまうことを抑えることができる。

（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６に示すように、水晶振動部１２３に設けられた溝部Ｄを備え、溝部Ｄ内に励振電極１２５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１２５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、第一溝部Ｄ１及び第二溝部Ｄ２により構成されている。第一溝部Ｄ１は、第一水晶振動部１２３ａの表裏主面に各一本ずつ、第一水晶振動部１２３ａの長さ方向に平行して、第一水晶振動部１２３ａの表裏両主面で対向するように設けられている。第一溝部Ｄ１の一方の端部は、第一水晶振動部１２３ａと基部１２１との境界部分に設けられており、第一溝部Ｄ１の他方の端部は、第一水晶振動部１２３ａの先端側に位置するように設けられている。また、第二溝部Ｄ２は、第二水晶振動部１２３ｂの表裏主面に各一本ずつ、第二水晶振動部１２３ｂの長さ方向に平行して、第二水晶振動部１２３ｂの表裏両主面で対向するように設けられている。第二溝部Ｄ２の一方の端部は、第二水晶振動部１２３ｂと水晶基部１２１との境界部分に設けられており、第二溝部Ｄ２の他方の端部は、第二水晶振動部１２３ｂ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１２３ａ及び第二水晶振動部１２３ｂ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、第一溝部Ｄ１内に設けられている複数の第一突起部Ｐ１と、第二溝部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、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１２３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。

また、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。

（第二変形例）
以下、本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、本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。本実施形態の第二変形例に係る音叉型水晶素子１２０は、図７に示すように、一つの水晶振動部１２３に対して、溝部Ｄの本数が二本になっている点で異なっている。

また、溝部Ｄは、一つの水晶振動部１２３に対して二本ずつ、計四本により構成されている。溝部Ｄは、第一溝部Ｄ１、第二溝部Ｄ２、第三溝部Ｄ３及び第四溝部Ｄ４によって構成されている。第一溝部Ｄ１及び第二溝部Ｄ２は、第一水晶振動部１２３ａの表裏主面に各一本ずつ、第一水晶振動部１２３ａの長さ方向に平行して、第一水晶振動部１２３ａの表裏両主面で対向するように設けられている。第一溝部Ｄ１及び第二溝部Ｄ２の一方の端部は、第一水晶振動部１２３ａと基部１２１との境界部分に設けられており、第一溝部Ｄ１及び第二溝部Ｄ２の他方の端部は、第一水晶振動部１２３ａの先端側に位置するように設けられている。また、第三溝部Ｄ３及び第四溝部Ｄ４は、第二水晶振動部１２３ｂの表裏主面に各一本ずつ、第二水晶振動部１２３ｂの長さ方向に平行して、第二水晶振動部１２３ｂの表裏両主面で対向するように設けられている。第三溝部Ｄ３及び第四溝部Ｄ４の一方の端部は、第二水晶振動部１２３ｂと基部１２１との境界部分に設けられており、第三溝部Ｄ３及び第四溝部Ｄ４の他方の端部は、第二水晶振動部１２３ｂの先端側に位置するように設けられている。また、溝部Ｄが複数設けられていることにより、溝部Ｄ内に設けられた励振電極１２５、１２６に電位を印加することで、溝部Ｄが一つの場合に比べてより水晶振動部１２３の上面、下面及び側面に設けられた励振電極１２５、１２６の距離を短くすることができ、クリスタルインピーダンスを小さくすることができる。また、その際に、水晶振動部１２３を大きくエッチングすることで水晶振動部１２３の強度が小さくなり耐衝撃性が小さくなってしまうが、水晶延出部１２２及び水晶支持部１２４により保持する構成と相まって、その衝撃を吸収することができ、音叉型水晶素子１２０としての耐衝撃性を向上させることが可能となる。

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。

上記実施形態では、基板１１０ａの下面に四つの外部端子１１２が設けられている場合を説明したが、図６に示すように、基板２１０ａの下面に二つの外部端子２１２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２１７は、外部端子２１２とは、電気的に接続されていない。

１１０・・・パッケージ
１１０ａ・・・基板
１１０ｂ・・・第一枠体
１１０ｃ・・・第二枠体
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・・・水晶基部
１２２・・・振動腕部
１２３・・・水晶振動部
１２４ａ・・・第一水晶支持部
１２４ｂ・・・第二水晶支持部
１２５、１２６・・・励振電極
１２７・・・引き出し電極
１２８・・・錘部
１２９・・・周波数調整用金属膜
１３０・・・蓋体
１３１・・・接合部材
１４１・・・第一導電性接着剤
１４２・・・第二導電性接着剤
Ｋ１・・・第一凹部
Ｋ２・・・第二凹部

Claims (5)

1. 矩形状の基板と、
   前記基板の外周縁に沿って設けられた第一枠体と、
   前記第一枠体の外周縁に沿って設けられた第二枠体と、
   前記第一枠体１１０ｂ上の一辺に沿って設けられた一対の電極パッドと、
   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、前記水晶基部の同一面より、前記水晶振動部と同一方向に延出するように設けられた第一水晶支持部と、前記水晶基部の前記側面と直交する面より、前記水晶振動部と直交する方向に延出するようにして設けられた第二水晶支持部と、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、前記水晶振動部から前記水晶基部及び前記第一水晶支持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、
   前記第一水晶支持部に設けられた前記引き出し電極が第一導電性接着剤を介して電気的に接続され、
   前記第二水晶支持部が第二導電性接着剤を介して前記基板に接合さ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、
   前記水晶振動部の延出する方向と平行な前記第二水晶支持部の幅が、前記水晶基部の幅よりも小さくな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１記載の水晶デバイスであって、
   前記第一導電性接着剤の上下方向の厚みは、前記第二導電性接着剤の上下方向の厚みと同じにな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１記載の水晶デバイスであって、
   配線パターンは、前記電極パッドと電気的に接続されており、平面視した際に、前記第一枠体又は前記第二枠体と重なる位置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４記載の水晶デバイスであって、
   前記配線パターンの一部が、前記電極パッドから前記第二枠体に向かって延出し、パッケージから露出するようにして設けられていることを特徴とする水晶デバイス。

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