JP2019161458A - Piezoelectric vibration device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電振動デバイスに関する。 The present invention relates to a piezoelectric vibration device.
近年、各種電子機器の動作周波数の高周波化や、パッケージの小型化(特に低背化)が進んでいる。そのため、高周波化やパッケージの小型化にともなって、圧電振動デバイス(例えば水晶振動子、水晶発振器など)も高周波化やパッケージの小型化への対応が求められている。 In recent years, the operating frequency of various electronic devices has been increased, and the size of packages has been reduced (especially low profile). For this reason, piezoelectric vibration devices (eg, crystal resonators, crystal oscillators, etc.) are also required to respond to higher frequencies and smaller packages with higher frequencies and smaller packages.
この種の圧電振動デバイスでは、その筐体が略直方体のパッケージで構成されている。このパッケージは、例えばガラスや水晶からなる第1封止部材および第2封止部材と、例えば水晶からなり両主面に励振電極が形成された圧電振動板とから構成され、第1封止部材と第2封止部材とが圧電振動板を介して積層して接合される。そして、パッケージの内部(内部空間)に配された圧電振動板の振動部(励振電極)が気密封止されている(例えば、特許文献1)。以下、このような圧電振動デバイスの積層形態をサンドイッチ構造という。 In this type of piezoelectric vibration device, the casing is formed of a substantially rectangular parallelepiped package. This package is composed of a first sealing member and a second sealing member made of, for example, glass or quartz, and a piezoelectric vibration plate made of, for example, quartz and having excitation electrodes formed on both main surfaces thereof. And the second sealing member are laminated and bonded via the piezoelectric diaphragm. And the vibration part (excitation electrode) of the piezoelectric diaphragm arrange | positioned inside the package (internal space) is airtightly sealed (for example, patent document 1). Hereinafter, such a laminated form of piezoelectric vibration devices is referred to as a sandwich structure.
近年、サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおいても、さらなる小面積化が求められている。しかしながら、サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおいて小面積化を図り、かつ、第1封止部材をATカット水晶板にて形成した場合、第1封止部材に形成されるスルーホールに亀裂が生じ易くなるといった課題が本願発明者により発見された。 In recent years, a further reduction in area has also been demanded for piezoelectric vibration devices having a sandwich structure. However, when the sandwiched piezoelectric vibration device is reduced in area and the first sealing member is formed of an AT-cut quartz plate, cracks are likely to occur in the through hole formed in the first sealing member. Such a problem has been discovered by the present inventors.
ここで、図12は、サンドイッチ構造の圧電振動デバイス500の概略構成を示す断面図である。圧電振動デバイス500は、水晶振動板510、第1封止部材520および第2封止部材530を備えており、水晶振動板510と第1封止部材520とが接合され、水晶振動板510と第2封止部材530とが接合されることによって、略直方体のパッケージが構成される。
Here, FIG. 12 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a
水晶振動板510は、両面に一対の励振電極(図示せず)が形成された振動部511と、この振動部511の外周を取り囲む外枠部512と、振動部511と外枠部512とを連結することで振動部511を保持する保持部513とを有している。すなわち、水晶振動板510は、振動部511、外枠部512および保持部513が一体的に設けられた構成となっている。
The
また、小型化の図られた圧電振動デバイス500では、通常、スルーホール550によって電極や配線の導通が得られている。第1封止部材520にスルーホール550が設けられる場合、このスルーホール550は水晶振動板510の外枠部512と重なる領域に形成される。
Further, in the
図13(a)に示すように、圧電振動デバイス500のハンドリング時や圧電振動デバイス500上へのICチップ搭載時などにおいて、第1封止部材520の中央部付近(力点P1)に上方から外力F1が作用する場合がある。この時、てこの原理によって、水晶振動板510の外枠部512の内周縁部が支点P2となり、スルーホール550の内周縁部は作用点P3となり、この作用点P3には応力F3が発生する。
As shown in FIG. 13A, when the
圧電振動デバイス500においてさらなる小面積化を図る場合には、図13(b)に示すように、外枠部512が狭幅化される。このように外枠部512が狭幅化された圧電振動デバイス500では、てこの原理でスルーホール550に応力F3が発生する場合、その応力F3は図13(a)における応力F3に比べて大幅に大きな力となり得る。これは、外枠部512の狭幅化により、力点P1と支点P2との間の距離に対し、支点P2と作用点P3との間の距離が小さくなるためである。
When the area is further reduced in the
このように、圧電振動デバイスの小面積化(水晶振動板における外枠部の狭幅化)に伴い、スルーホールの縁部に発生する応力が増大することで、スルーホールに亀裂が生じ易くなると考えられる。 As described above, when the piezoelectric vibrating device is reduced in area (the width of the outer frame portion of the quartz diaphragm is reduced), the stress generated at the edge of the through hole increases, and the through hole is likely to crack. Conceivable.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、スルーホールにおける応力集中を緩和し、亀裂の発生を抑制できるサンドイッチ構造の圧電振動デバイスを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a sandwich-structure piezoelectric vibration device that can alleviate stress concentration in a through hole and suppress the occurrence of cracks.
上記の課題を解決するために、本発明の第1の態様である圧電振動デバイスは、圧電振動板と、前記圧電振動板の一主面側を覆う第1封止部材と、前記圧電振動板の他主面側を覆う第2封止部材と、が設けられ、前記第1封止部材と前記圧電振動板とが接合され、前記第2封止部材と前記圧電振動板とが接合されて、第1励振電極と第2励振電極とを含む前記圧電振動板の振動部を気密封止した内部空間が形成された圧電振動デバイスにおいて、前記圧電振動板は、振動部と、前記振動部を保持する保持部と、前記振動部の外周を取り囲むと共に前記保持部を保持する外枠部とを有しており、前記第1封止部材は、ATカット型の水晶板から形成されており、前記第1封止部材には、前記圧電振動板における外枠部の内周縁部の+Z’方向側にスルーホールが設けられており、前記スルーホールは、前記圧電振動板との接合面と反対側の主面において、周辺部から中央部の貫通孔に向けての傾斜面を有しており、前記傾斜面には、前記貫通孔から前記スルーホールの周辺部に向かって−Z’方向側および+X方向側に延びる第1結晶面と、前記貫通孔から前記スルーホールの周辺部に向かって−Z’方向側および+X方向側に延び、かつ前記第1結晶面に対して+Z’方向側および+X方向側に接触する第2結晶面と、前記第2結晶面に対して+X方向側に接触し、かつ前記第1封止部材の主面に接触する第3結晶面と、が存在しており、前記3つの結晶面と前記第1封止部材の主面との間には補償面が形成されており、前記補償面により前記第1結晶面と前記第2結晶面との間の稜線およびより前記第2結晶面と前記第3結晶面との間の稜線が第1封止部材の主面に到達することが阻害されていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a piezoelectric vibration device according to a first aspect of the present invention includes a piezoelectric vibration plate, a first sealing member that covers one principal surface side of the piezoelectric vibration plate, and the piezoelectric vibration plate. A second sealing member that covers the other main surface side, the first sealing member and the piezoelectric diaphragm are joined, and the second sealing member and the piezoelectric diaphragm are joined. The piezoelectric vibration device having an internal space hermetically sealed with the vibration part of the piezoelectric vibration plate including the first excitation electrode and the second excitation electrode, wherein the piezoelectric vibration plate includes the vibration part and the vibration part. A holding portion to hold, and an outer frame portion that surrounds the outer periphery of the vibrating portion and holds the holding portion, and the first sealing member is formed of an AT-cut crystal plate, The first sealing member includes the + Z ′ direction side of the inner peripheral edge portion of the outer frame portion of the piezoelectric diaphragm. A through hole is provided, and the through hole has an inclined surface from a peripheral part toward a through hole in a central part on a main surface opposite to a joint surface with the piezoelectric diaphragm, The inclined surface includes a first crystal plane extending in the −Z ′ direction side and the + X direction side from the through hole toward the periphery of the through hole, and −Z from the through hole toward the periphery of the through hole. A second crystal plane extending in the 'direction side and the + X direction side, and in contact with the + Z ′ direction side and the + X direction side with respect to the first crystal plane; and in contact with the + X direction side with respect to the second crystal plane. And a third crystal face that contacts the main surface of the first sealing member, and a compensation surface is formed between the three crystal faces and the main surface of the first sealing member. Between the first crystal plane and the second crystal plane by the compensation plane. Ridgeline between the lines and than the second crystal surface and the third crystal face is characterized in that to reach the main surface of the first sealing member is inhibited.
上記の構成によれば、サンドイッチ構造の圧電振動デバイスに形成されるスルーホールにおいて応力集中を緩和し、亀裂の発生を抑制することができる。すなわち、従来のスルーホールでは、スルーホールの内壁面に生じる2本の稜線がATカット型の水晶板の主面に到達し、かつ、スルーホールの外周上で交差することで応力集中点となって亀裂発生の起点となっていた。これに対し、上記の構成のスルーホールでは、この応力集中箇所に補償面を形成することで、上記2本の稜線がスルーホールの外周縁部上で交差しなくなる。その結果、応力集中点の発生を防止でき、該応力集中点が起点となる亀裂の発生を抑制することができる。 According to said structure, stress concentration can be relieve | moderated in the through hole formed in the piezoelectric vibration device of a sandwich structure, and generation | occurrence | production of a crack can be suppressed. That is, in the conventional through hole, the two ridge lines generated on the inner wall surface of the through hole reach the main surface of the AT-cut type quartz plate and intersect on the outer periphery of the through hole to become a stress concentration point. This was the starting point for cracks. On the other hand, in the through hole having the above-described configuration, the two ridge lines do not intersect on the outer peripheral edge portion of the through hole by forming a compensation surface at the stress concentration portion. As a result, the occurrence of stress concentration points can be prevented, and the generation of cracks starting from the stress concentration points can be suppressed.
また、上記圧電振動デバイスでは、前記補償面は、前記傾斜面内で前記3つの結晶面にのみ接触し、他の結晶面には接触しない構成とすることができる。 In the piezoelectric vibration device, the compensation surface may be in contact with only the three crystal planes and not in contact with other crystal planes in the inclined plane.
上記の構成によれば、補償面の形成を必要最小限とし、スルーホールにおける他の不要な結晶面の形成を抑制することができる。スルーホールにおいて不要な結晶面が増えると、導通抵抗の増大などに繋がるが、不要な結晶面の形成を抑制することでこれを回避できる。 According to said structure, formation of a compensation surface can be made into the minimum required, and formation of the other unnecessary crystal plane in a through hole can be suppressed. An increase in the number of unnecessary crystal planes in the through hole leads to an increase in conduction resistance, but this can be avoided by suppressing the formation of unnecessary crystal planes.
また、上記圧電振動デバイスでは、前記補償面と第1封止部材の主面との境界線における両端の2点間距離は、前記スルーホールの最大径の5%以上かつ30%以下である構成とすることができる。 In the piezoelectric vibration device, a distance between two points on both ends of a boundary line between the compensation surface and the main surface of the first sealing member is 5% or more and 30% or less of the maximum diameter of the through hole. It can be.
上記の構成によれば、スルーホールにおける補償面を適切な大きさとすることができる。上記2点間距離の値がスルーホールの最大径に対して5%以下だと補償面が小さすぎて応力集中の緩和効果が十分に得られない。一方、30%以上だと補償面が大きすぎて不要な結晶面が増え、導通抵抗の増大などに繋がる。 According to said structure, the compensation surface in a through hole can be made into an appropriate magnitude | size. If the value of the distance between the two points is 5% or less with respect to the maximum diameter of the through hole, the compensation surface is too small to sufficiently obtain a stress concentration relaxation effect. On the other hand, if it is 30% or more, the compensation plane is too large, and unnecessary crystal planes increase, leading to an increase in conduction resistance.
また、上記の課題を解決するために、本発明の第2の態様である圧電振動デバイスは、圧電振動板と、前記圧電振動板の一主面側を覆う第1封止部材と、前記圧電振動板の他主面側を覆う第2封止部材と、が設けられ、前記第1封止部材と前記圧電振動板とが接合され、前記第2封止部材と前記圧電振動板とが接合されて、第1励振電極と第2励振電極とを含む前記圧電振動板の振動部を気密封止した内部空間が形成された圧電振動デバイスにおいて、前記圧電振動板は、振動部と、前記振動部を保持する保持部と、前記振動部の外周を取り囲むと共に前記保持部を保持する外枠部とを有しており、前記第1封止部材は、ATカット型の水晶板から形成されており、前記第1封止部材には、前記圧電振動板における外枠部の内周縁部の+Z’方向側にスルーホールが設けられており、前記スルーホールは、前記圧電振動板との接合面と反対側の主面において、周辺部から中央部の貫通孔に向けての傾斜面を有しており、前記スルーホールの外周上では、前記傾斜面内に存在する結晶面間の何れの稜線も交差しない構成とされていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a piezoelectric vibrating device according to a second aspect of the present invention includes a piezoelectric vibrating plate, a first sealing member that covers one main surface side of the piezoelectric vibrating plate, and the piezoelectric device. A second sealing member that covers the other main surface side of the diaphragm, the first sealing member and the piezoelectric diaphragm are joined, and the second sealing member and the piezoelectric diaphragm are joined. In addition, in the piezoelectric vibration device in which an internal space in which the vibration portion of the piezoelectric vibration plate including the first excitation electrode and the second excitation electrode is hermetically sealed is formed, the piezoelectric vibration plate includes the vibration portion and the vibration A first holding member is formed from an AT-cut type quartz plate, and has a holding portion that holds the holding portion and an outer frame portion that surrounds the outer periphery of the vibrating portion and holds the holding portion. And the first sealing member includes + Z ′ of the inner peripheral edge portion of the outer frame portion of the piezoelectric diaphragm. A through hole is provided on the opposite side, and the through hole has an inclined surface from the peripheral portion toward the central through hole on the main surface opposite to the bonding surface with the piezoelectric diaphragm. In addition, on the outer periphery of the through hole, any ridge line between crystal planes existing in the inclined plane is configured not to intersect.
上記の構成によれば、サンドイッチ構造の圧電振動デバイスに形成されるスルーホールにおいて、スルーホールの外周上では、結晶面間の何れの稜線も交差しない。その結果、応力集中点の発生を防止でき、該応力集中点が起点となる亀裂の発生を抑制することができる。 According to the above configuration, in the through hole formed in the piezoelectric vibration device having the sandwich structure, no ridge line between crystal planes intersects on the outer periphery of the through hole. As a result, the occurrence of stress concentration points can be prevented, and the generation of cracks starting from the stress concentration points can be suppressed.
本発明の圧電振動デバイスは、スルーホールにおける応力集中点の発生を防止でき、該応力集中点が起点となる亀裂の発生を抑制することができるといった効果を奏する。 The piezoelectric vibration device of the present invention can prevent the occurrence of stress concentration points in the through hole, and can suppress the generation of cracks starting from the stress concentration points.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施の形態では、本発明を適用する圧電振動デバイスが水晶発振器である場合について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, a case where the piezoelectric vibration device to which the present invention is applied is a crystal oscillator will be described.
−水晶発振器−
先ずは、本実施の形態にかかる水晶発振器100の基本的な構造を説明する。水晶発振器100は、図1に示すように、水晶振動板(圧電振動板)10、第1封止部材20、第2封止部材30、およびICチップ40を備えて構成されている。この水晶発振器100では、水晶振動板10と第1封止部材20とが接合され、水晶振動板10と第2封止部材30とが接合されることによって、略直方体のサンドイッチ構造のパッケージが構成される。すなわち、水晶発振器100においては、水晶振動板10の両主面のそれぞれに第1封止部材20および第2封止部材30が接合されることでパッケージの内部空間が形成され、この内部空間に振動部11(図4,5参照)が気密封止される。
-Crystal oscillator-
First, the basic structure of the
また、第1封止部材20における水晶振動板10との接合面と反対側の主面には、ICチップ40が搭載される。電子部品素子としてのICチップ40は、水晶振動板10とともに発振回路を構成する1チップ集積回路素子である。
An
本実施の形態にかかる水晶発振器100は、例えば、1.0×0.8mmのパッケージサイズであり、小型化と低背化とを図ったものである。また、小型化に伴い、パッケージでは、キャスタレーションを形成せずに、後述するスルーホールを用いて電極の導通を図っている。
The
次に、上記した水晶発振器100における水晶振動板10、第1封止部材20および第2封止部材30の各部材について、図1〜7を用いて説明する。なお、ここでは、接合されていないそれぞれ単体として構成されている各部材について説明を行う。尚、図2〜7は、水晶振動板10、第1封止部材20および第2封止部材30のそれぞれの一構成例を示しているに過ぎず、これらは本発明を限定するものではない。
Next, each member of the
水晶振動板10は、図4,5に示すように、水晶からなる圧電基板であって、その両主面(第1主面101,第2主面102)が平坦平滑面(鏡面加工)として形成されている。本実施の形態では、水晶振動板10として、厚みすべり振動を行うATカット水晶板が用いられている。図4,5に示す水晶振動板10では、水晶振動板10の両主面101,102が、XZ´平面とされている。このXZ´平面において、水晶振動板10の短手方向(短辺方向)に平行な方向がX軸方向とされ、水晶振動板10の長手方向(長辺方向)に平行な方向がZ´軸方向とされている。なお、ATカットは、人工水晶の3つの結晶軸である電気軸(X軸)、機械軸(Y軸)、および光学軸(Z軸)のうち、Z軸に対してX軸周りに35°15′だけ傾いた角度で切り出す加工手法である。ATカット水晶板では、X軸は水晶の結晶軸に一致する。Y´軸およびZ´軸は、水晶の結晶軸のY軸およびZ軸からそれぞれ概ね35°15′傾いた(この切断角度はATカット水晶振動板の周波数温度特性を調整する範囲で多少変更してもよい)軸に一致する。Y´軸方向およびZ´軸方向は、ATカット水晶板を切り出すときの切り出し方向に相当する。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
水晶振動板10の両主面101,102には、一対の励振電極(第1励振電極111,第2励振電極112)が形成されている。水晶振動板10は、略矩形に形成された振動部11と、この振動部11の外周を取り囲む外枠部12と、振動部11と外枠部12とを連結することで振動部11を保持する保持部13とを有している。すなわち、水晶振動板10は、振動部11、外枠部12および保持部13が一体的に設けられた構成となっている。保持部13は、振動部11の+X方向かつ−Z´方向に位置する1つの角部のみから、−Z´方向に向けて外枠部12まで延びている(突出している)。
A pair of excitation electrodes (a
第1励振電極111は振動部11の第1主面101側に設けられ、第2励振電極112は振動部11の第2主面102側に設けられている。第1励振電極111,第2励振電極112には、これらの励振電極を外部電極端子に接続するための引出配線(第1引出配線113,第2引出配線114)が接続されている。第1引出配線113は、第1励振電極111から引き出され、保持部13を経由して、外枠部12に形成された接続用接合パターン14に繋がっている。第2引出配線114は、第2励振電極112から引き出され、保持部13を経由して、外枠部12に形成された接続用接合パターン15に繋がっている。
The
水晶振動板10の両主面(第1主面101,第2主面102)には、水晶振動板10を第1封止部材20および第2封止部材30に接合するための振動側封止部がそれぞれ設けられている。第1主面101の振動側封止部としては振動側第1接合パターン121が形成されており、第2主面102の振動側封止部としては振動側第2接合パターン122が形成されている。振動側第1接合パターン121および振動側第2接合パターン122は、外枠部12に設けられており、平面視で環状に形成されている。
On both main surfaces (the first
また、水晶振動板10には、図4,5に示すように、第1主面101と第2主面102との間を貫通する5つのスルーホールが形成されている。具体的には、4つの第1スルーホール161は、外枠部12の4隅(角部)の領域にそれぞれ設けられている。第2スルーホール162は、外枠部12であって、振動部11のZ´軸方向の一方側(図4,5では、+Z´方向側)に設けられている。第1スルーホール161の周囲には、それぞれ接続用接合パターン123が形成されている。また、第2スルーホール162の周囲には、第1主面101側では接続用接合パターン124が、第2主面102側では接続用接合パターン15が形成されている。
Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the
第1スルーホール161および第2スルーホール162には、第1主面101と第2主面102とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、スルーホールそれぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第1スルーホール161および第2スルーホール162それぞれの中央部分は、第1主面101と第2主面102との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。
In the first through
第1封止部材20は、図2,3に示すように、1枚のATカット水晶板から形成された直方体の基板であり、この第1封止部材20の第2主面202(水晶振動板10に接合する面)は平坦平滑面(鏡面加工)として形成されている。尚、第1封止部材20は振動部を有するものではないが、水晶振動板10と同様にATカット水晶板を用いることで、水晶振動板10と第1封止部材20の熱膨張率を同じにすることができ、水晶発振器100における熱変形を抑制することができる。また、第1封止部材20におけるX軸、Y軸およびZ´軸の向きも水晶振動板10と同じとされている。
The
第1封止部材20の第1主面201(ICチップ40を搭載する面)には、図2に示すように、発振回路素子であるICチップ40を搭載する搭載パッドを含む6つの電極パターン22が形成されている。ICチップ40は、金属バンプ(例えばAuバンプなど)23(図1参照)を用いて電極パターン22に、FCB(Flip Chip Bonding)法により接合される。
On the first main surface 201 (surface on which the
第1封止部材20には、図2,3に示すように、6つの電極パターン22のそれぞれと接続され、第1主面201と第2主面202との間を貫通する6つのスルーホールが形成されている。具体的には、4つの第3スルーホール211が、第1封止部材20の4隅(角部)の領域に設けられている。第4,第5スルーホール212,213は、図2,3の+Z´方向および−Z´方向にそれぞれ設けられている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the first sealing
第3スルーホール211および第4,第5スルーホール212,213には、第1主面201と第2主面202とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、スルーホールそれぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第3スルーホール211および第4,第5スルーホール212,213それぞれの中央部分は、第1主面201と第2主面202との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。
In the third through
第1封止部材20の第2主面202には、水晶振動板10に接合するための封止側第1封止部としての封止側第1接合パターン24が形成されている。封止側第1接合パターン24は、平面視で環状に形成されている。
On the second
また、第1封止部材20の第2主面202では、第3スルーホール211の周囲に接続用接合パターン25がそれぞれ形成されている。第4スルーホール212の周囲には接続用接合パターン261が、第5スルーホール213の周囲には接続用接合パターン262が形成されている。さらに、接続用接合パターン261に対して第1封止部材20の長軸方向の反対側(A2方向側)には接続用接合パターン263が形成されており、接続用接合パターン261と接続用接合パターン263とは配線パターン27によって接続されている。
Further, on the second
第2封止部材30は、図6,7に示すように、1枚のATカット水晶板から形成された直方体の基板であり、この第2封止部材30の第1主面301(水晶振動板10に接合する面)は平坦平滑面(鏡面加工)として形成されている。尚、第2封止部材30においても、水晶振動板10と同様にATカット水晶板を用い、X軸、Y軸およびZ´軸の向きも水晶振動板10と同じとすることが望ましい。
As shown in FIGS. 6 and 7, the second sealing
この第2封止部材30の第1主面301には、水晶振動板10に接合するための封止側第2封止部としての封止側第2接合パターン31が形成されている。封止側第2接合パターン31は、平面視で環状に形成されている。
On the first
第2封止部材30の第2主面302(水晶振動板10に面しない外方の主面)には、外部に電気的に接続する4つの外部電極端子32が設けられている。外部電極端子32は、第2封止部材30の4隅(角部)にそれぞれ位置する。
Four
第2封止部材30には、図6,7に示すように、第1主面301と第2主面302との間を貫通する4つのスルーホールが形成されている。具体的には、4つの第6スルーホール33は、第2封止部材30の4隅(角部)の領域に設けられている。第6スルーホール33には、第1主面301と第2主面302とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、スルーホールそれぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第6スルーホール33それぞれの中央部分は、第1主面301と第2主面302との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。また、第2封止部材30の第1主面301では、第6スルーホール33の周囲には、それぞれ接続用接合パターン34が形成されている。
As shown in FIGS. 6 and 7, the second sealing
上記の水晶振動板10、第1封止部材20、および第2封止部材30を含む水晶発振器100では、水晶振動板10と第1封止部材20とが振動側第1接合パターン121および封止側第1接合パターン24を重ね合わせた状態で拡散接合され、水晶振動板10と第2封止部材30とが振動側第2接合パターン122および封止側第2接合パターン31を重ね合わせた状態で拡散接合されて、図1に示すサンドイッチ構造のパッケージが製造される。これにより、パッケージの内部空間、つまり、振動部11の収容空間が気密封止される。
In the
この際、上述した接続用接合パターン同士も重ね合わせられた状態で拡散接合される。そして、接続用接合パターン同士の接合により、水晶発振器100では、第1励振電極111、第2励振電極112、ICチップ40および外部電極端子32の電気的導通が得られるようになっている。
At this time, diffusion bonding is performed in a state where the above-described bonding patterns for connection are also overlapped. In the
具体的には、第1励振電極111は、第1引出配線113、配線パターン27、第4スルーホール212および電極パターン22を順に経由して、ICチップ40に接続される。第2励振電極112は、第2引出配線114、第2スルーホール162、第5スルーホール213および電極パターン22を順に経由して、ICチップ40に接続される。また、ICチップ40は、電極パターン22、第3スルーホール211、第1スルーホール161および第6スルーホール33を順に経由して、外部電極端子32に接続される。
Specifically, the
水晶発振器100において、各種接合パターンは、複数の層が水晶板上に積層されてなり、その最下層側からTi(チタン)層とAu(金)層とが蒸着形成されているものとすることが好ましい。また、水晶発振器100に形成される他の配線や電極も、接合パターンと同一の構成とすれば、接合パターンや配線および電極を同時にパターニングでき、好ましい。
In the
以上が本実施の形態にかかる水晶発振器100の基本構造であるが、本発明における特徴点は、亀裂の発生を抑制するように応力集中を緩和することのできるスルーホールの形状にある。これより、この特徴点について詳細に説明する。
The above is the basic structure of the
水晶発振器100の製造工程においては、水晶振動板10、第1封止部材20および第2封止部材30が接合されてサンドイッチ構造のパッケージが得られたのち、第1封止部材20の第1主面201上の中央付近にICチップ40が搭載される。そして、ICチップ40の搭載時などに、第1封止部材20に上方から外力が作用し、この外力によって第1封止部材20内に生じる応力がスルーホールにおける亀裂の発生要因となることは、図13を用いて既に説明した通りである。
In the manufacturing process of the
尚、本発明が適用される圧電振動デバイスは、上記例のような水晶発振器に限定されるものではなく、水晶振動板、第1封止部材および第2封止部材のパッケージのみからなる水晶振動子であってもよい。すなわち、ICチップが搭載されない水晶振動子であっても、第1封止部材の第1主面(水晶振動板に接合されない側の面)に、引き回し用配線やシールド電極が形成されることがあり、これらの配線または電極の導通用に第1封止部材にスルーホールが設けられることがある。また、第1封止部材上にICチップを搭載することは無くても、水晶振動子のハンドリング時において第1封止部材に外力が与えられることはある。したがって、水晶振動子においても、第1封止部材のスルーホールに応力が集中し、亀裂の発生要因となるといった課題は起こり得る。 The piezoelectric vibration device to which the present invention is applied is not limited to the crystal oscillator as in the above example, but the crystal vibration including only the crystal vibration plate, the first sealing member, and the second sealing member package. It may be a child. That is, even if the crystal resonator is not mounted with an IC chip, a wiring for routing and a shield electrode may be formed on the first main surface (the surface not joined to the crystal diaphragm) of the first sealing member. In some cases, a through hole is provided in the first sealing member for conduction of these wirings or electrodes. Even if the IC chip is not mounted on the first sealing member, an external force may be applied to the first sealing member when the crystal resonator is handled. Therefore, even in the crystal resonator, there is a problem that stress concentrates in the through hole of the first sealing member and causes cracking.
尚、上述した水晶発振器100において、スルーホールの応力集中は、特に第4スルーホール212において発生しやすい。まずは、その理由について説明する。
In the
圧電振動デバイスに形成されるスルーホールは、平面視で多角形状に形成すると、多角形の角部が応力集中点となって亀裂発生の起点となる場合があるため、通常は角の無い円形状に形成される。圧電振動デバイスにおけるスルーホールはウェットエッチングによって形成されるが、従来ではエッチングに使用するマスクを円形状としていた。 When the through-hole formed in the piezoelectric vibration device is formed in a polygonal shape in plan view, the corner of the polygon may become a stress concentration point and become the starting point of cracking. Formed. A through hole in a piezoelectric vibration device is formed by wet etching, but conventionally, a mask used for etching has a circular shape.
しかしながら、水晶板にスルーホールを形成する場合、円形マスクを用いても、水晶が有する結晶異方性によりスルーホールは完全な円形には形成されない。図8は、ATカット水晶板70に円形マスクを用いたエッチングによりスルーホールを形成した場合のスルーホール形状を示す図であり、(a)は断面図、(b)は平面図である。
However, when forming a through hole in a quartz plate, even if a circular mask is used, the through hole is not formed into a perfect circle due to the crystal anisotropy of the crystal. FIGS. 8A and 8B are views showing the shape of the through-hole when the AT-cut
図8(a)に示すように、スルーホールは、面内方向の中央付近に貫通孔71を有し、スルーホール周辺部から中央部の貫通孔に向けての傾斜面72を有している。また、スルーホールをATカット水晶板70の両主面からエッチング形成することで、傾斜面72はATカット水晶板70の両主面において形成される。
As shown in FIG. 8A, the through hole has a through
また、このスルーホールをATカット水晶板70の主面に垂直な方向から見た場合、図8(b)に示すように、スルーホールは完全な円形となっておらず、また、傾斜面72も多数の結晶面が組み合わされて構成されている。そして、傾斜面72には、
・貫通孔71からスルーホールの周辺部に向かって−Z´方向側および+X方向側に延びる第1結晶面S1と、
・貫通孔71からスルーホールの周辺部に向かって−Z´方向側および+X方向側に延び、かつ第1結晶面S1に対して+Z´方向側および+X方向側に接触する第2結晶面S2と、
・第2結晶面S2に対して+X方向側に接触し、かつATカット水晶板70の主面に接触する(スルーホールの外周縁部に接触する)第3結晶面S3と、
が存在する。
Further, when this through hole is viewed from the direction perpendicular to the main surface of the AT-cut
A first crystal plane S1 extending from the through
A second crystal plane S2 extending from the through
A third crystal plane S3 that is in contact with the second crystal plane S2 on the + X direction side and that is in contact with the main surface of the AT-cut quartz plate 70 (contacts with the outer peripheral edge of the through hole);
Exists.
また、このスルーホールにおいて、第1結晶面S1と第2結晶面S2との間の第1稜線L1、および第2結晶面S2と第3結晶面S3との間の第2稜線L2は、スルーホールの外周縁部(すなわち傾斜面72とATカット水晶板70の主面との境界線)上の点Pcで交差している。
In this through hole, the first ridge line L1 between the first crystal plane S1 and the second crystal plane S2 and the second ridge line L2 between the second crystal plane S2 and the third crystal plane S3 are It intersects at a point Pc on the outer periphery of the hole (that is, the boundary line between the
水晶発振器100の第1封止部材20において、第3〜第5スルーホール211〜213を図8のスルーホールのように形成し、かつ、第1封止部材20に上方から外力が作用した場合、この外力によって第1封止部材20内に生じる応力が各スルーホールに作用する。この時、スルーホールにおける点Pcが応力集中点となり、上記応力による亀裂の起点となりやすい。中でも、水晶振動板10における外枠部12の内周縁部から+Z’方向側に位置する第4スルーホール212は、点Pcをてこの原理の作用点とした場合、点Pcと支点(水晶振動板10における外枠部12の内周縁部)との距離が他のスルーホールに比べて短く、特に亀裂が発生しやすい。
In the first sealing
続いて、このような亀裂の発生を抑制することのできる、本実施の形態に係るスルーホールの形状について図9を参照して説明する。本実施の形態に係るスルーホールは、スルーホールの外周縁部(傾斜面72とATカット水晶板70の主面との境界線)上に、応力集中点となる点Pcが生じないように補償面Scを形成することを特徴としている。図9(a)はスルーホールの補償面Sc付近の拡大平面図であり、図9(b)はスルーホールの補償面Sc付近を斜め上方から見た拡大斜視図である。
Next, the shape of the through hole according to the present embodiment capable of suppressing the occurrence of such cracks will be described with reference to FIG. In the through hole according to the present embodiment, compensation is made so that a point Pc serving as a stress concentration point does not occur on the outer peripheral edge of the through hole (boundary line between the
図9(a),(b)に示すように、本実施の形態に係るスルーホールでは、スルーホールの外周縁部と接触するように補償面Scが形成される。また、補償面Scは、スルーホールにおける−Z’方向および+X方向の外周縁部付近に形成されるため、補償面Scによって第1稜線L1および第2稜線L2がATカット水晶板70の主面に到達することが阻害されている。
As shown in FIGS. 9A and 9B, in the through hole according to the present embodiment, the compensation surface Sc is formed so as to be in contact with the outer peripheral edge portion of the through hole. Further, since the compensation surface Sc is formed in the vicinity of the outer peripheral edge of the through hole in the −Z ′ direction and the + X direction, the first ridge line L1 and the second ridge line L2 are principal surfaces of the AT-cut
このように、本実施の形態に係るスルーホールでは、補償面Scが形成されることにより、第1稜線L1および第2稜線L2がスルーホールの外周縁部(傾斜面72とATカット水晶板70の主面との境界線)上で交差しなくなる。その結果、図8(b)に示した点Pc(すなわち応力集中点)の発生を防止でき、点Pcが起点となる亀裂の発生を抑制することができる。
As described above, in the through hole according to the present embodiment, the compensation surface Sc is formed, whereby the first ridge line L1 and the second ridge line L2 are formed on the outer peripheral edge portion of the through hole (the
本実施の形態に係るスルーホールは、エッチングによるスルーホール作成時に、マスクの形状を工夫することで実現できる。上述したように、円形マスクを用いた場合には、図8(b)に示すような応力集中点となる点Pcがスルーホールに発生する。これに対して、本実施の形態に係るスルーホールを作成するには、図10に示すようなマスク80が用いられる。マスク80は、円形マスクの一部に内周側に張り出した張出し部81を設けたものである。張出し部81の形成位置は、点Pcの発生箇所に対応する位置、すなわちスルーホールにおける−Z’方向および+X方向の外周縁部に対応する位置とされる。このようなマスク80を用いたエッチングによりスルーホールを形成した場合、形成されたスルーホールには、張出し部81と対応する箇所に補償面Scが形成される。
The through hole according to the present embodiment can be realized by devising the shape of the mask when creating a through hole by etching. As described above, when a circular mask is used, a point Pc as a stress concentration point as shown in FIG. 8B is generated in the through hole. In contrast, a
尚、マスク80における張出し部81の形状や大きさは特に限定されるものではない。すなわち、張出し部81の形状や大きさにより補償面Scの形状や大きさも変化するが、補償面Scで重要なのはその形成箇所(第1稜線L1および第2稜線L2がATカット水晶板70の主面に到達することを阻害できる箇所)であるため、補償面Scの形状や大きさも特に限定されるものではない。
The shape and size of the overhanging
但し、補償面Scが小さ過ぎる場合には、その補償効果も小さく、スルーホールにおける応力集中抑制効果が十分に得られないことも考え得る。逆に、補償面Scが大きすぎる場合には、補償面Scによってスルーホールの傾斜面72の形状が複雑化し、スルーホール内に形成される貫通電極の導通抵抗が増大することも考えられる。このため、補償面Scは、適度な大きさで形成されることが好ましく、図9(b)に示すように、第1〜第3結晶面S1〜S3にのみ接触し、他の結晶面には接触しない構成とされることが好ましい。
However, when the compensation surface Sc is too small, the compensation effect is also small, and it may be considered that the stress concentration suppressing effect in the through hole cannot be sufficiently obtained. Conversely, when the compensation surface Sc is too large, the shape of the
また、図11に示すように、補償面ScとATカット水晶板70の主面との境界線における両端点をPc1およびPc2とするとき、Pc1およびPc2の2点間距離W1は、スルーホールの最大径D1の5%以上かつ30%以下の範囲とされることが好ましい。尚、スルーホールの最大径D1とは、スルーホールの外周上に存在する任意の2点の2点間距離のうち、最大の距離となるものを指す。
As shown in FIG. 11, when the two end points on the boundary line between the compensation surface Sc and the main surface of the AT-cut
上述した本実施の形態に係るスルーホール(補償面Scを有するスルーホール)は、圧電振動デバイスが有する全てのスルーホールに適用される必要は無く、基本的には、従来の形状では亀裂が生じる箇所のスルーホールにのみ適用されればよい。例えば、図1−7に示した水晶発振器100では、少なくとも、第1封止部材20に形成され、水晶振動板10における外枠部12の内周縁部から+Z’方向側に位置する第4スルーホール212を本実施の形態に係るスルーホールとすればよい。また、第4スルーホール212においても、亀裂が発生しやすいのは水晶振動板10と接合されていない表面である第1主面201のみであり、水晶振動板10と接合される第2主面202からは亀裂は発生しにくい。したがって、スルーホールにおいて補償面Scを形成するのは、第1封止部材20の第1主面201側のみであってもよい。
The above-described through hole according to the present embodiment (the through hole having the compensation surface Sc) is not necessarily applied to all the through holes included in the piezoelectric vibration device, and basically, a crack occurs in the conventional shape. It only has to be applied to the through-holes at the locations. For example, in the
今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and do not serve as a basis for limited interpretation. Therefore, the technical scope of the present invention is not interpreted only by the above-described embodiments, but is defined based on the description of the scope of claims. Moreover, all the changes within the meaning and range equivalent to a claim are included.
100 水晶発振器(圧電振動デバイス)
10 水晶振動板(圧電振動板)
11 振動部
111 第1励振電極
112 第2励振電極
12 外枠部
13 保持部
20 第1封止部材
201 (第1封止部材の)第1主面
202 (第1封止部材の)第2主面
211 第3スルーホール(第1封止部材のスルーホール)
212 第4スルーホール(第1封止部材のスルーホール)
213 第5スルーホール(第1封止部材のスルーホール)
30 第2封止部材
40 ICチップ
70 ATカット水晶板
71 貫通孔
72 傾斜面
80 マスク
81 張出し部
S1 第1結晶面
S2 第2結晶面
S3 第3結晶面
L1 第1稜線
L2 第2稜線
100 Crystal oscillator (piezoelectric vibration device)
10 Quartz diaphragm (piezoelectric diaphragm)
11
212 4th through hole (through hole of 1st sealing member)
213 Fifth through hole (through hole of first sealing member)
30
Claims (4)
前記圧電振動板の一主面側を覆う第1封止部材と、
前記圧電振動板の他主面側を覆う第2封止部材と、が設けられ、
前記第1封止部材と前記圧電振動板とが接合され、前記第2封止部材と前記圧電振動板とが接合されて、第1励振電極と第2励振電極とを含む前記圧電振動板の振動部を気密封止した内部空間が形成された圧電振動デバイスにおいて、
前記圧電振動板は、振動部と、前記振動部を保持する保持部と、前記振動部の外周を取り囲むと共に前記保持部を保持する外枠部とを有しており、
前記第1封止部材は、ATカット型の水晶板から形成されており、
前記第1封止部材には、前記圧電振動板における外枠部の内周縁部の+Z’方向側にスルーホールが設けられており、
前記スルーホールは、前記圧電振動板との接合面と反対側の主面において、周辺部から中央部の貫通孔に向けての傾斜面を有しており、
前記傾斜面には、
前記貫通孔から前記スルーホールの周辺部に向かって−Z’方向側および+X方向側に延びる第1結晶面と、
前記貫通孔から前記スルーホールの周辺部に向かって−Z’方向側および+X方向側に延び、かつ前記第1結晶面に対して+Z’方向側および+X方向側に接触する第2結晶面と、
前記第2結晶面に対して+X方向側に接触し、かつ前記第1封止部材の主面に接触する第3結晶面と、が存在しており、
前記3つの結晶面と前記第1封止部材の主面との間には補償面が形成されており、前記補償面により前記第1結晶面と前記第2結晶面との間の稜線およびより前記第2結晶面と前記第3結晶面との間の稜線が第1封止部材の主面に到達することが阻害されていることを特徴とする圧電振動デバイス。 A piezoelectric diaphragm;
A first sealing member covering one principal surface side of the piezoelectric diaphragm;
A second sealing member that covers the other principal surface side of the piezoelectric diaphragm, and is provided.
The piezoelectric diaphragm including the first excitation electrode and the second excitation electrode, wherein the first sealing member and the piezoelectric diaphragm are joined, and the second sealing member and the piezoelectric diaphragm are joined. In the piezoelectric vibration device in which the internal space in which the vibration part is hermetically sealed is formed,
The piezoelectric diaphragm has a vibrating part, a holding part that holds the vibrating part, and an outer frame part that surrounds the outer periphery of the vibrating part and holds the holding part,
The first sealing member is formed of an AT cut type quartz plate,
In the first sealing member, a through hole is provided on the + Z ′ direction side of the inner peripheral edge portion of the outer frame portion of the piezoelectric diaphragm,
The through hole has an inclined surface from the peripheral part toward the through hole in the central part on the main surface opposite to the joint surface with the piezoelectric diaphragm,
In the inclined surface,
A first crystal plane extending from the through hole toward the periphery of the through hole in the −Z ′ direction side and the + X direction side;
A second crystal plane extending from the through hole toward the periphery of the through hole toward the −Z ′ direction side and the + X direction side, and in contact with the first crystal plane on the + Z ′ direction side and the + X direction side; ,
A third crystal plane that is in contact with the second crystal plane on the + X direction side and that is in contact with the main surface of the first sealing member; and
A compensation surface is formed between the three crystal planes and the main surface of the first sealing member, and a ridge line between the first crystal plane and the second crystal plane is formed by the compensation plane and The piezoelectric vibration device, wherein an edge line between the second crystal plane and the third crystal plane is prevented from reaching the main surface of the first sealing member.
前記補償面は、前記傾斜面内で前記3つの結晶面にのみ接触し、他の結晶面には接触しない構成とされていることを特徴とする圧電振動デバイス。 The piezoelectric vibration device according to claim 1,
The piezoelectric vibration device according to claim 1, wherein the compensation surface is configured to contact only the three crystal planes and not to contact other crystal planes in the inclined plane.
前記補償面と第1封止部材の主面との境界線における両端の2点間距離は、前記スルーホールの最大径の5%以上かつ30%以下であることを特徴とする圧電振動デバイス。 The piezoelectric vibration device according to claim 1 or 2,
The piezoelectric vibration device according to claim 1, wherein a distance between two points on both ends of a boundary line between the compensation surface and the main surface of the first sealing member is 5% or more and 30% or less of the maximum diameter of the through hole.
前記圧電振動板の一主面側を覆う第1封止部材と、
前記圧電振動板の他主面側を覆う第2封止部材と、が設けられ、
前記第1封止部材と前記圧電振動板とが接合され、前記第2封止部材と前記圧電振動板とが接合されて、第1励振電極と第2励振電極とを含む前記圧電振動板の振動部を気密封止した内部空間が形成された圧電振動デバイスにおいて、
前記圧電振動板は、振動部と、前記振動部を保持する保持部と、前記振動部の外周を取り囲むと共に前記保持部を保持する外枠部とを有しており、
前記第1封止部材は、ATカット型の水晶板から形成されており、
前記第1封止部材には、前記圧電振動板における外枠部の内周縁部の+Z’方向側にスルーホールが設けられており、
前記スルーホールは、前記圧電振動板との接合面と反対側の主面において、周辺部から中央部の貫通孔に向けての傾斜面を有しており、
前記スルーホールの外周上では、前記傾斜面内に存在する結晶面間の何れの稜線も交差しない構成とされていることを特徴とする圧電振動デバイス。 A piezoelectric diaphragm;
A first sealing member covering one principal surface side of the piezoelectric diaphragm;
A second sealing member that covers the other principal surface side of the piezoelectric diaphragm, and is provided.
The piezoelectric diaphragm including the first excitation electrode and the second excitation electrode, wherein the first sealing member and the piezoelectric diaphragm are joined, and the second sealing member and the piezoelectric diaphragm are joined. In the piezoelectric vibration device in which the internal space in which the vibration part is hermetically sealed is formed,
The piezoelectric diaphragm has a vibrating part, a holding part that holds the vibrating part, and an outer frame part that surrounds the outer periphery of the vibrating part and holds the holding part,
The first sealing member is formed of an AT cut type quartz plate,
In the first sealing member, a through hole is provided on the + Z ′ direction side of the inner peripheral edge portion of the outer frame portion of the piezoelectric diaphragm,
The through hole has an inclined surface from the peripheral part toward the through hole in the central part on the main surface opposite to the joint surface with the piezoelectric diaphragm,
On the outer periphery of the through hole, the piezoelectric vibration device is characterized in that any ridge line between crystal faces existing in the inclined plane does not intersect.
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