JP2020088589A - 圧電振動デバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】基板実装時におけるTi膜の腐食を防止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。【解決手段】水晶発振器101では、水晶振動板2と、水晶振動板2の第1励振電極を覆う第1封止部材3と、水晶振動板2の第2励振電極を覆う第2封止部材4とが接合パターン層によって接合され、第1励振電極と第2励振電極とを含む水晶振動板2の振動部22を気密封止した内部空間が形成される。接合パターン層は、平面視で振動部22を囲うように環状に形成されることで内部空間を気密封止する封止用パターン層(例えば振動側第1接合パターン251)と、配線および電極の導通を図るための導電用パターン層(例えば接続用接合パターン253)とを含んでおり、導電用パターン層は、周囲を前記封止用パターン層によって囲まれた閉空間内に配置される。封止用パターン層は、水晶発振器101の動作時にGND電位が与えられる。【選択図】図4

Description

本発明は、圧電振動デバイスに関する。
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。
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。
サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおいて、圧電振動板と第1封止部材との接合、および圧電振動板と第2封止部材との接合には拡散接合を用いることができる。拡散接合では、先ず、接合される各水晶板において、接合領域に対応する接合パターンを形成する。この接合パターンは、水晶板の上に下地膜(例えばTi膜)を形成し、さらに下地膜の上に接合膜(Au膜)を積層して形成される。そして、接合パターンが形成された水晶板同士を重ね合わせることで水晶板同士が拡散接合される。また、各水晶板に形成されていた接合パターンは、互いに接合して水晶板間で接合パターン層を形成する。
国際公開第2018/051800号
圧電振動デバイスは、当然ながら、基板実装されて使用される。そして、基板実装された圧電振動デバイスにおいて、高温高湿環境で使用されると下地膜であるTi膜の腐食が発生する場合のあることが本願発明者によって確認された。また、このようなTi膜の腐食は、実装前の圧電振動デバイスを高温高湿環境下に保存するだけでは発生しなかった。さらに、Ti膜の腐食は、Ti膜の全体で発生するのではなく、接合パターン層内の細い隙間に隣接する領域にて発生する傾向があった。このため、Ti膜の腐食は、以下のような作用により発生していると考えられる。
図9は、Ti膜の腐食が確認された従来の圧電振動デバイスにおいて、接合前の圧電振動板における一主面の接合パターンを例示する図である。尚、図9では、接合パターン(Ti膜およびAu膜)が形成される接合領域を斜線ハッチングにて示している。この接合パターンには、一部で細い隙間S1〜S4が生じている。圧電振動板に接合される第1封止部材にも同様の接合パターンが形成されるため、圧電振動板と第1封止部材との間には、図9に示す接合パターンと同形状の接合パターン層が形成されることになる。
回路基板に実装された圧電振動デバイスでは、回路基板と水晶板との熱膨張率差などにより、圧電振動デバイスに反りを生じさせるような歪みが発生する。さらに、この歪みによって圧電振動デバイスの接合パターン層には剥離応力が発生し、図10に示すように、応力割れが発生する。尚、図10では、Ti膜とAu膜との間に応力割れが生じた場合を例示しているが、水晶板とTi膜との間に応力割れが生じる場合もある。このような応力割れによってTi膜が露出すると、露出したTi膜の表面が酸化して酸化Ti膜となる。通常は、この表面の酸化Ti膜がバリアとなってTi膜の腐食の進行が食い止められる。
しかしながら、このような応力割れが隙間S1〜S4に隣接する領域で発生した場合、隙間S1〜S4は水分を含んだ外気(雰囲気)の対流・拡散が生じにくく、Ti膜の酸化によって水分中の酸素が消費された分、隙間S1〜S4内の酸素濃度が低下する。その結果、隙間S1〜S4内の水分とデバイス外部の水分との間で酸素濃度が異なり、酸素濃淡電池が形成される。この場合、隙間S1〜S4内がアノード、デバイス外部がカソードとなる。
酸素濃淡電池が形成されることで隙間S1〜S4内の電位が低下すると、Tiが加水分解し始める。加水分解が進むとHが増加してpHが低下し、脱不動態化pHに達する。この状態でさらに応力割れが発生すると、露出したTi膜の表面に酸化Ti膜が形成されることなく腐食が加速的に進行する。また、高温高湿環境では水分を含んだ外気中にClが存在している場合もあり、隙間S1〜S4内の電気的中性を保つためにClが隙間S1〜S4内に引き寄せられると、さらに腐食が進行する。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板実装時におけるTi膜の腐食を防止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。
上記の課題を解決するために、本発明は、基板の一主面に第1励振電極が形成され、前記基板の他主面に前記第1励振電極と対になる第2励振電極が形成された圧電振動板と、前記圧電振動板の前記第1励振電極を覆う第1封止部材と、前記圧電振動板の前記第2励振電極を覆う第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、前記第1励振電極と前記第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、前記第1封止部材と前記圧電振動板との間、および前記第2封止部材と前記圧電振動板との間が、少なくともTiからなる下地膜と当該下地膜の上層に形成されるAuからなる接合膜とを含む積層膜からなる接合パターン層によって接合されており、前記接合パターン層は、平面視で前記振動部を囲うように環状に形成されることで前記内部空間を気密封止する封止用パターン層と、配線および電極の導通を図るための導電用パターン層とを含んでおり、前記導電用パターン層は、周囲を前記封止用パターン層によって囲まれた閉空間内に配置されており、前記封止用パターン層は、当該圧電振動デバイスの動作時にGND電位が与えられることを特徴としている。
上記の構成によれば、接合パターン層に含まれる導電用パターン層は、その周囲を封止用パターン層によって囲まれた閉空間内に配置され、導電用パターン層と封止用パターン層との間に細い隙間が生じていても、その隙間は外部と連通するものとはならない。この閉空間内は、気密封止されているため高温高湿下に置かれた場合でも水分の浸入がなく、導電用パターンと封止用パターンとの間が電気的に導通することがなく、導電用パターン層と封止用パターン層との間の隙間で酸素濃淡電池が形成されることを防止できる。すなわち、圧電振動デバイスを基板実装したことで、封止用パターン層もしくは導電用パターン層に応力割れが生じたとしても、酸素濃淡電池が形成されないため、基板実装された圧電振動デバイスにおいて接合パターン層のTi膜の腐食を防止でき、圧電振動デバイスの信頼性を確保することができる。
さらに、基板実装された圧電振動デバイスにおいて、封止用パターン層にGND電位が与えられることにより、封止用パターン層がカソード防食され、Ti膜の腐食をより確実に防止することができる。
また、上記圧電振動デバイスでは、前記封止用パターン層は、当該圧電振動デバイスの動作時にGND電位が与えられる導電用パターン層と接続されている構成とすることができる。
また、上記圧電振動デバイスでは、前記封止用パターン層は、当該圧電振動デバイスの動作時にGND電位が与えられる導電用パターン層を兼用している構成とすることができる。
本発明の圧電振動デバイスは、導電用パターン層と封止用パターン層との間に外部と連通する細い隙間を生じさせないことで酸素濃淡電池の形成を防止し、さらに、封止用パターン層にGND電位を与えてカソード防食することで、接合パターン層のTi膜の腐食を防止できるといった効果を奏する。
本実施の形態にかかる水晶発振器の各構成を模式的に示した概略構成図である。 水晶発振器の第1封止部材の第1主面側の概略平面図である。 水晶発振器の第1封止部材の第2主面側の概略平面図である。 水晶発振器の水晶振動板の第1主面側の概略平面図である。 水晶発振器の水晶振動板の第2主面側の概略平面図である。 水晶発振器の第2封止部材の第1主面側の概略平面図である。 水晶発振器の第2封止部材の第2主面側の概略平面図である。 本実施の形態にかかる水晶発振器の変形例であり、水晶振動板の第1主面側の概略平面図である。 従来の圧電振動デバイスにおける圧電振動板の一主面における概略平面図である。 従来の圧電振動デバイスにおいて、水晶板間の接合パターン層において生じる応力割れを示す模式断面図である。
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。尚、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。但し、本発明の圧電振動デバイスは、このような水晶発振器だけでなく、下記の水晶発振器においてICチップを省略した(ICチップ搭載前の)水晶振動子や、ICチップの搭載を前提としない水晶振動子をも含む概念である。
本実施の形態にかかる水晶発振器101は、図1に示すように、水晶振動板(圧電振動板)2、第1封止部材3、第2封止部材4、およびICチップ5を備えて構成されている。この水晶発振器101では、水晶振動板2と第1封止部材3とが接合され、水晶振動板2と第2封止部材4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12が構成される。具体的には、水晶振動板2に形成される接合パターンと第1封止部材3に形成される接合パターンとが拡散接合され、水晶振動板2と第1封止部材3との間に接合パターン層が形成されることで、水晶振動板2と第1封止部材3とが接合される。同様に、水晶振動板2に形成される接合パターンと第2封止部材4に形成される接合パターンとが拡散接合され、水晶振動板2と第2封止部材4との間に接合パターン層が形成されることで、水晶振動板2と第2封止部材4とが接合される。
また、第1封止部材3における水晶振動板2との接合面と反対側の主面に、ICチップ5が搭載される。電子部品素子としてのICチップ5は、水晶振動板2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。
水晶振動板2では、一方の主面である第1主面211に第1励振電極221が形成され、他方の主面である第2主面212に第2励振電極222が形成されている。そして、水晶発振器101においては、水晶振動板2の第1主面211および第2主面212のそれぞれに第1封止部材3および第2封止部材4が接合されることで、パッケージ12の内部空間が形成され、内部空間に第1励振電極221および第2励振電極222を含む振動部22(図4,5参照)が気密封止されている。
本実施の形態にかかる水晶発振器101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12では、キャスタレーションを形成せずに、後述する貫通孔を用いて電極の導通を図っている。
次に、上記した水晶発振器101における水晶振動板2、第1封止部材3および第2封止部材4の各部材について、図1〜7を用いて説明する。尚、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。
水晶振動板2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211,第2主面212)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2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2では、水晶振動板2の両主面(第1主面211、第2主面212)が、XZ´平面とされている。このXZ´平面において、水晶振動板2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2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。尚、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35°15′傾いた軸に一致する。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。
水晶振動板2の第1主面211および第2主面212には、一対の励振電極(第1励振電極221,第2励振電極222)が形成されている。水晶振動板2は、略矩形に形成された振動部22と、この振動部22の外周を取り囲む外枠部23と、振動部22と外枠部23とを連結することで振動部22を保持する保持部24とを有している。すなわち、水晶振動板2は、振動部22、外枠部23および保持部24が一体的に設けられた構成となっている。
本実施の形態では、保持部24は、振動部22と外枠部23との間の1箇所のみに設けられている。また、振動部22および保持部24は、外枠部23よりも薄く形成されている。このような外枠部23と保持部24との厚みの違いにより、外枠部23と保持部24の圧電振動の固有振動数が異なることになり、保持部24の圧電振動に外枠部23が共鳴しにくくなる。尚、保持部24の形成箇所は1か所に限定されるものではなく、保持部24は、振動部22と外枠部23との間の2箇所に設けられていてもよい。
第1励振電極221は振動部22の第1主面211側に設けられ、第2励振電極222は振動部22の第2主面212側に設けられている。第1励振電極221,第2励振電極222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223,第2引出配線224)が接続されている。第1引出配線223は、第1励振電極221から引き出され、保持部24を経由して、外枠部23に形成された接続用接合パターン27に繋がっている。第2引出配線224は、第2励振電極222から引き出され、保持部24を経由して、外枠部23に形成された接続用接合パターン28に繋がっている。このように、保持部24の第1主面211側に第1引出配線223が形成され、保持部24の第2主面212側に第2引出配線224が形成されている。
水晶振動板2の第1主面211および第2主面212には、水晶振動板2を第1封止部材3および第2封止部材4に接合するための接合パターンが形成されている。この接合パターンは、水晶との密着性の高い下地膜と、下地膜の上層に形成される接合膜とを含む積層膜となっている。ここでは、下地膜はTiからなり、接合膜はAuからなっている。また、接合パターンを形成する積層膜の構成は、Ti膜とAu膜との2層構造に限定されるものではなく、他の膜(例えばTi膜とAu膜との間に形成されるバリア膜)を含んだ3層以上の構造であってもよい。
この接合パターンには、パッケージ12の内部空間を気密封止するための封止用パターンと、配線や電極を導通させるための導電用パターンとが含まれる。尚、図3〜図6では、接合パターンが形成される接合領域を斜線ハッチングにて示している。
水晶振動板2における封止用パターンは、第1主面211に設けられる振動側第1接合パターン251と、第2主面212に設けられる振動側第2接合パターン252とがこれに相当する。振動側第1接合パターン251および振動側第2接合パターン252は、外枠部23に設けられており、平面視で環状に形成されている。振動側第1接合パターン251および振動側第2接合パターン252の内側の領域は、封止領域(接合後にパッケージ12の内部空間となる領域)となる。第1励振電極221,第2励振電極222は、振動側第1接合パターン251および振動側第2接合パターン252とは電気的に接続されていない。
水晶振動板2における導電用パターンは、第1主面211および第2主面212の両側で外枠部23の4隅(角部)付近の領域に設けられた接続用接合パターン253と、第1主面211に設けられる接続用接合パターン254および接続用接合パターン27と、第2主面212に設けられる接続用接合パターン28とがこれに相当する。接続用接合パターン254、接続用接合パターン27および接続用接合パターン28は、振動側第1接合パターン251または振動側第2接合パターン252の封止領域内に配置されている。また、接続用接合パターン253は、封止領域よりも外側の領域に配置されているが、その周囲は振動側第1接合パターン251または振動側第2接合パターン252によって完全に囲まれている。
さらに、振動側第1接合パターン251および振動側第2接合パターン252は、接続用接合パターン253の一つと電気的に接続されている。振動側第1接合パターン251および振動側第2接合パターン252と接続される接続用接合パターン253は、水晶発振器101の動作時にGND電位が与えられる電極となる。
接続用接合パターン253のそれぞれの内部領域には第1貫通孔261が形成されており、接続用接合パターン254および接続用接合パターン28の内部領域には第2貫通孔262が形成されている。第2貫通孔262は、外枠部23であって、振動部22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貫通孔261および第2貫通孔262には、第1主面211と第2主面212とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、貫通孔それぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第1貫通孔261および第2貫通孔262それぞれの中央部分は、第1主面211と第2主面212との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。
水晶振動板2において、第1励振電極221、第2励振電極222、第1引出配線223、第2引出配線224、振動側第1接合パターン251、振動側第2接合パターン252、および接続用接合パターン253,254,27,28は、同一のプロセスで形成することができる。具体的には、これらは、水晶振動板2の両主面211,212上に物理的気相成長させて形成された下地膜(Ti膜)と、当該下地膜上に物理的気相成長させて積層形成された接合膜(Au膜)とから形成することができる。
第1封止部材3は、図2,3に示すように、1枚のガラスウエハ(または水晶ウエハ)から形成された直方体の基板であり、この第1封止部材3の第2主面312(水晶振動板2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。
第1封止部材3の第1主面311(ICチップ5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5を搭載する搭載パッドを含む6つの電極パターン37が形成されている。ICチップ5は、金属バンプ(例えばAuバンプ等)38(図1参照)を用いて電極パターン37に、FCB(Flip Chip Bonding)法により接合される。
第1封止部材3には、図2,3に示すように、6つの電極パターン37のそれぞれと接続され、第1主面311と第2主面312との間を貫通する6つの貫通孔が形成されている。具体的には、4つの第3貫通孔322が、第1封止部材3の4隅(角部)の領域に設けられている。第4,第5貫通孔323,324は、図2,3のA2方向およびA1方向にそれぞれ設けられている。尚、図2,3,6,7のA1およびA2方向は、図4,5の−Z´方向および+Z´方向にそれぞれ一致し、図2,3,6,7のB1およびB2方向は、図4,5の−X方向および+X方向にそれぞれ一致する。
第3貫通孔322および第4,第5貫通孔323,324には、第1主面311と第2主面312とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、貫通孔それぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第3貫通孔322および第4,第5貫通孔323,324それぞれの中央部分は、第1主面311と第2主面312との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。
第1封止部材3の第2主面312には、第1封止部材3を水晶振動板2に接合するための接合パターンが形成されており、この接合パターンも水晶との密着性の高い下地膜(Ti膜)と、下地膜の上に形成される接合膜(Au膜)との積層膜となっている。
第1封止部材3における封止用パターンは、封止側第1接合パターン321がこれに相当する。封止側第1接合パターン321は、平面視で環状に形成されており、その内側の領域が封止領域となる。
第1封止部材3における導電用パターンは、第3貫通孔322のそれぞれの周囲に形成された接続用接合パターン34と、第4貫通孔323の周囲に形成された接続用接合パターン351と、第5貫通孔324の周囲に形成された接続用接合パターン352と、接続用接合パターン351に対して第1封止部材3の長軸方向の反対側(A2方向側)に形成された接続用接合パターン353とがこれに相当する。尚、接続用接合パターン351と接続用接合パターン353とは配線パターン33によって接続されている。接続用接合パターン351、接続用接合パターン352および接続用接合パターン353は、封止側第1接合パターン321の封止領域内に配置されている。また、接続用接合パターン34は、封止領域よりも外側の領域に配置されているが、その周囲は封止側第1接合パターン321によって完全に囲まれている。
さらに、封止側第1接合パターン321は、接続用接合パターン34の一つと電気的に接続されている。封止側第1接合パターン321と接続される接続用接合パターン34は、水晶発振器101の動作時にGND電位が与えられる電極となる。
第1封止部材3において、封止側第1接合パターン321、接続用接合パターン34,351〜353、および配線パターン33は、同一のプロセスで形成することができる。具体的には、これらは、第1封止部材3の第2主面312上に物理的気相成長させて形成された下地膜(Ti膜)と、当該下地膜上に物理的気相成長させて積層形成された接合膜(Au膜)とから形成することができる。
第2封止部材4は、図6,7に示すように、1枚のガラスウエハ(または水晶ウエハ)から形成された直方体の基板であり、この第2封止部材4の第1主面411(水晶振動板2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。
第2封止部材4の第2主面412(水晶振動板2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43が設けられている。外部電極端子43は、第2封止部材4の4隅(角部)にそれぞれ位置する。
第2封止部材4には、図6,7に示すように、第1主面411と第2主面412との間を貫通する4つの貫通孔が形成されている。具体的には、4つの第6貫通孔44は、第2封止部材4の4隅(角部)の領域に設けられている。第6貫通孔44には、第1主面411と第2主面412とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、貫通孔それぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第6貫通孔44それぞれの中央部分は、第1主面411と第2主面412との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。
第2封止部材4の第1主面411には、第2封止部材4を水晶振動板2に接合するための接合パターンが形成されており、この接合パターンも水晶との密着性の高い下地膜(Ti膜)と、下地膜の上に形成される接合膜(Au膜)との積層膜となっている。
第2封止部材4における封止用パターンは、封止側第2接合パターン421がこれに相当する。封止側第2接合パターン421は、平面視で環状に形成されており、その内側の領域が封止領域となる。
第2封止部材4における導電用パターンは、第6貫通孔44のそれぞれの周囲に形成された接続用接合パターン45がこれに相当する。接続用接合パターン45は、封止領域よりも外側の領域に配置されているが、その周囲は封止側第2接合パターン421によって完全に囲まれている。
さらに、封止側第2接合パターン421は、接続用接合パターン45の一つと電気的に接続されている。封止側第2接合パターン421と接続される接続用接合パターン45は、水晶発振器101の動作時にGND電位が与えられる電極となる。
第2封止部材4において、封止側第2接合パターン421、および接続用接合パターン45は、同一のプロセスで形成することができる。具体的には、これらは、第2封止部材4の第1主面411上に物理的気相成長させて形成された下地膜(Ti膜)と、当該下地膜上に物理的気相成長させて積層形成された接合膜(Au膜)とから形成することができる。
上記の水晶振動板2、第1封止部材3、および第2封止部材4を含む水晶発振器101では、水晶振動板2と第1封止部材3とが封止用パターンである振動側第1接合パターン251および封止側第1接合パターン321を重ね合わせた状態で拡散接合され、水晶振動板2と第2封止部材4とが封止用パターンである振動側第2接合パターン252および封止側第2接合パターン421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12が製造される。すなわち、振動側第1接合パターン251および封止側第1接合パターン321が接合されて水晶振動板2と第1封止部材3との間の封止用パターン層となり、振動側第2接合パターン252および封止側第2接合パターン421が接合されて水晶振動板2と第2封止部材4との間の封止用パターン層となる。これにより、パッケージ12の内部空間、つまり、振動部22の収容空間が気密封止される。
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、導電用パターンである接続用接合パターン同士の接合により、水晶発振器101では、第1励振電極221、第2励振電極222、ICチップ5および外部電極端子43の電気的導通が得られるようになっている。接合された導電用パターン同士は、水晶振動板2と第1封止部材3との間または水晶振動板2と第2封止部材4との間で導電用パターン層となる。
具体的には、第1励振電極221は、第1引出配線223、接続用接合パターン27と接続用接合パターン353との接合による導電用パターン層、配線パターン33、接続用接合パターン351、第4貫通孔323内の貫通電極、および電極パターン37を順に経由して、ICチップ5に接続される。第2励振電極222は、第2引出配線224、接続用接合パターン28、第2貫通孔262内の貫通電極、接続用接合パターン254と接続用接合パターン352との接合による導電用パターン層、第5貫通孔324内の貫通電極、および電極パターン37を順に経由して、ICチップ5に接続される。また、ICチップ5は、電極パターン37、第3貫通孔322内の貫通電極、接続用接合パターン34と接続用接合パターン253との接合による導電用パターン層、第1貫通孔261内の貫通電極、接続用接合パターン253と接続用接合パターン45との接合による導電用パターン層、および第6貫通孔44内の貫通電極を順に経由して、外部電極端子43に接続される。
本実施の形態に係る水晶発振器101において、図3〜図6に示されるように、導電用パターン層(特に、パッケージ12の内部空間の外側の4隅に形成される導電用パターン層)は、その周囲を封止用パターン層によって囲まれた閉空間内に配置される。したがって、導電用パターン層と封止用パターン層との間に細い隙間が生じていても、その隙間は外部と連通するものとはならない。
この閉空間内は、気密封止されているため高温高湿下に置かれた場合でも水分の浸入がなく、導電用パターンと封止用パターンとの間が電気的に導通することがなく、導電用パターン層と封止用パターン層との間の隙間で酸素濃淡電池が形成されることを防止できる。すなわち、水晶発振器101を基板実装したことで、封止用パターン層もしくは導電用パターン層に図10に示すような応力割れが生じたとしても、酸素濃淡電池が形成されないため、基板実装された水晶発振器101において接合パターン層のTi膜の腐食を防止でき、水晶発振器101の信頼性が確保できる。
さらに、基板実装された水晶発振器101において、封止用パターン層にはGND電位が与えられるようになっている。これは、封止用パターン層をカソード防食するための構成である。すなわち、封止用パターン層のTi膜における電位を基準値(防食電位)以下に下げることで、Ti膜の腐食をより確実に防止することができる。実際、Ti膜の腐食が確認された従来の圧電振動デバイスでも、GND電位が与えられる導電用パターン層ではTi膜の腐食は発生しておらず、本実施の形態に係る水晶発振器101においても封止用パターン層にGND電位を与えてカソード防食することは有効であると考えられる。
図3〜図6に例示した構成では、封止用パターンは、水晶発振器101の動作時にGND電位が与えられる導電用パターンと接続されている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図8に示すように、封止用パターン(ここでは、振動側第1接合パターン251)は、水晶発振器101の動作時にGND電位が与えられる導電用パターンを兼用する構成とされていてもよい。すなわち、図8の例では、4つの第1貫通孔261のうち、周囲に接続用接合パターン253が形成されているのは3つのみであり、第1貫通孔261の1つは振動側第1接合パターン251と直接接続されている。尚、図8は水晶振動板2の第1主面211を例示しているが、水晶振動板2の第2主面212、第1封止部材3の第2主面312および第2封止部材4の第1主面411においても同様の構成とすることができる。
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。したがって、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および範囲内でのすべての変更が含まれる。
101 水晶発振器(圧電振動デバイス)
2 水晶振動板(圧電振動板)
22 振動部
23 外枠部
24 保持部
211 第1主面
212 第2主面
221 第1励振電極
222 第2励振電極
223 第1引出配線
224 第2引出配線
251 振動側第1接合パターン(封止用パターン層の一部)
252 振動側第2接合パターン(封止用パターン層の一部)
253 接続用接合パターン(導電用パターン層の一部)
254 接続用接合パターン(導電用パターン層の一部)
27 接続用接合パターン(導電用パターン層の一部)
28 接続用接合パターン(導電用パターン層の一部)
3 第1封止部材
311 第1主面
312 第2主面
321 封止側第1接合パターン(封止用パターン層の一部)
34 接続用接合パターン(導電用パターン層の一部)
351 接続用接合パターン(導電用パターン層の一部)
352 接続用接合パターン(導電用パターン層の一部)
353 接続用接合パターン(導電用パターン層の一部)
4 第2封止部材
411 第1主面
412 第2主面
421 封止側第2接合パターン(封止用パターン層の一部)
45 接続用接合パターン(導電用パターン層の一部)
5 ICチップ
12 パッケージ

Claims (3)

  1. 基板の一主面に第1励振電極が形成され、前記基板の他主面に前記第1励振電極と対になる第2励振電極が形成された圧電振動板と、
    前記圧電振動板の前記第1励振電極を覆う第1封止部材と、
    前記圧電振動板の前記第2励振電極を覆う第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、前記第1励振電極と前記第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、
    前記第1封止部材と前記圧電振動板との間、および前記第2封止部材と前記圧電振動板との間が、少なくともTiからなる下地膜と当該下地膜の上層に形成されるAuからなる接合膜とを含む積層膜からなる接合パターン層によって接合されており、
    前記接合パターン層は、平面視で前記振動部を囲うように環状に形成されることで前記内部空間を気密封止する封止用パターン層と、配線および電極の導通を図るための導電用パターン層とを含んでおり、
    前記導電用パターン層は、周囲を前記封止用パターン層によって囲まれた閉空間内に配置されており、
    前記封止用パターン層は、当該圧電振動デバイスの動作時にGND電位が与えられることを特徴とする圧電振動デバイス。
  2. 請求項1に記載の圧電振動デバイスであって、
    前記封止用パターン層は、当該圧電振動デバイスの動作時にGND電位が与えられる導電用パターン層と接続されていることを特徴とする圧電振動デバイス。
  3. 請求項1に記載の圧電振動デバイスであって、
    前記封止用パターン層は、当該圧電振動デバイスの動作時にGND電位が与えられる導電用パターン層を兼用していることを特徴とする圧電振動デバイス。
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