JP2020141358A - 圧電振動板及び圧電振動デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】振動部及び連結部の脱落を抑制でき、発振周波数をより高周波化することのできる圧電振動板、及びこれを用いた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】サンドイッチ構造の圧電振動デバイスに使用される水晶振動板２は、一主面に形成された第１励振電極と、他主面に形成された第２励振電極とが備えられた略矩形状の振動部２２と、振動部２２の角部から突出され、振動部２２を保持する連結部２４と、振動部２２の外周を取り囲むと共に、連結部２４を保持する外枠部２３とを有している。振動部２２は、中央部２２ｃの厚みが周辺部２２ｄの厚みよりも小さく、振動部２２における中央部２２ｃの厚みをｔ１、周辺部２２ｄの厚みをｔ２、連結部２４の厚みをｔ３、外枠部２３の厚みをｔ４とする場合、ｔ１＜ｔ２≦ｔ３＜ｔ４である。【選択図】図９

Description

本発明は、圧電振動板及び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封止部材及び第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。

特開２０１０−２５２０５１号公報

サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおける圧電振動板は、略矩形に形成された振動部と、この振動部の外周を取り囲む外枠部と、振動部と外枠部とを連結する連結部とを有している。すなわち、圧電振動板は、水晶などからなる圧電基板により、振動部と連結部と外枠部とが一体的に設けられた構成となっている。また、振動部及び連結部の厚みは、外枠部の厚みよりも薄くされている。

サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおいて、その発振周波数をより高周波数（例えば数百ＭＨｚ）とする場合、振動部及び連結部の質量を小さくするために、振動部及び連結部の厚みをより薄くする必要がある。

しかしながら、振動部及び連結部の厚みを薄くすることで、製造工程中における振動部及び連結部の脱落の問題が生じ易くなる。この脱落は、特に連結部の折れによって生じ易い。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、振動部及び連結部の脱落を抑制でき、発振周波数をより高周波化することのできる圧電振動板、及びこれを用いた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、本発明の第１の態様である圧電振動板は、一主面に形成された第１励振電極と、他主面に形成された第２励振電極とが備えられた略矩形状の振動部と、前記振動部の角部から突出され、当該振動部を保持する連結部と、前記振動部の外周を取り囲むと共に、前記連結部を保持する外枠部とを有してなる圧電振動板であって、前記振動部は、中央部の厚みが周辺部の厚みよりも小さく、前記振動部における中央部の厚みをｔ１、前記振動部における周辺部の厚みをｔ２、前記連結部の厚みをｔ３、前記外枠部の厚みをｔ４とする場合、ｔ１＜ｔ２≦ｔ３＜ｔ４であることを特徴としている。

上記の構成によれば、この圧電振動板を用いたサンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおいて、高周波発振に対応しながらも保持部が薄くなりすぎることを防止でき、振動部及び保持部の脱落（保持部の折れ）を抑制することができる。

また、上記圧電振動板は、ｔ２＝ｔ３である構成とすることができる。

上記の構成によれば、振動部の周辺部の厚みｔ２と連結部の厚みｔ３とが同じであることから、製造工程の簡略化（エッチング工程の回数減）を図ることができる。

また、上記圧電振動板では、前記連結部は、前記振動部の１つの角部から突出された１本のみである構成とすることができる。

上記の構成によれば、特に振動部及び連結部の脱落が生じ易いクラブ型の圧電振動板に対し、本発明が好適に適用できる。

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、前記記載された圧電振動板と、前記圧電振動板の前記一主面を覆う第１封止部材と、前記圧電振動板の前記他主面を覆う第２封止部材とが備えられたことを特徴としている。

本発明の圧電振動板及び圧電振動デバイスは、サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおいて、高周波発振に対応しながらも保持部が薄くなりすぎることを防止でき、振動部及び保持部の脱落（保持部の折れ）を抑制することができるといった効果を奏する。

本実施の形態に係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封止部材の概略平面図である。 水晶発振器の第１封止部材の概略裏面図である。 水晶発振器の水晶振動板の概略平面図である。 水晶発振器の水晶振動板の概略裏面図である。 水晶発振器の第２封止部材の概略平面図である。 水晶発振器の第２封止部材の概略裏面図である。 水晶振動板の外観を示す斜視図である。 図８の水晶振動板のＡ−Ａ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。

〔圧電振動デバイスの基本構造〕
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。まずは、本実施の形態に係る圧電振動デバイスの基本構造について説明する。

図１は水晶発振器１０１の構成を模式的に示した概略構成図である。また、図１に示す水晶発振器１０１は、水晶振動子の上面にＩＣチップ５を搭載したものである。電子部品素子としてのＩＣチップ５は、水晶振動子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。本発明の圧電振動デバイスは、水晶振動子及び水晶発振器の両方を含む概念である。

本実施の形態に係る水晶発振器１０１では、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、及び第２封止部材４が設けられている。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とが接合されてサンドイッチ構造のパッケージ１２が構成される。第１封止部材３は、水晶振動板２の一主面２１１に形成された第１励振電極２２１（図４参照）を覆うように水晶振動板２に接合される。第２封止部材４は、水晶振動板２の他主面２１２に形成された第２励振電極２２２（図５参照）を覆うように水晶振動板２に接合される。

水晶発振器１０１においては、水晶振動板２の両主面（一主面２１１，他主面２１２）に第１封止部材３及び第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１３が形成され、内部空間１３に第１励振電極２２１及び第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。本実施の形態に係る水晶発振器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。

次に、上記した水晶発振器１０１の各構成について図１〜７を用いて説明する。ここでは、水晶振動板２、第１封止部材３及び第２封止部材４のそれぞれについて、部材単体の構成を説明する。

水晶振動板２は、水晶からなる圧電基板であって、図４，５に示すように、その両主面２１１，２１２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２１１，２１２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）がＸ軸方向とされ、水晶振動板２の長手方向（長辺方向）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）、及び光学軸（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’軸及びＺ’軸は、水晶の結晶軸のＹ軸及びＺ軸からそれぞれ３５°１５′傾いた軸に一致する。Ｙ’軸方向及び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の両主面２１１，２１２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とを連結する連結部２４とを有しており、振動部２２と連結部２４と外枠部２３と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、連結部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おり、連結部２４が設けられていない箇所は空間（隙間）２２ｂになっている。また、振動部２２及び連結部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と連結部２４との厚みの違いにより、外枠部２３と連結部２４の圧電振動の固有振動数が異なる。これにより、連結部２４の圧電振動に外枠部２３が共鳴しにくくなる。尚、図４，５での図示は省略しているが、振動部２２は、中央部の厚みが周辺部の厚みよりも薄い逆メサ構造とされている。振動部２２の逆メサ構造については、後に詳細に説明する。

連結部２４は、振動部２２の＋Ｘ方向かつ−Ｚ’方向に位置する１つの角部２２ａのみから、−Ｚ’方向に向けて外枠部２３まで延びている（突出している）。このように、振動部２２の外周端部のうち、圧電振動の変位が比較的小さい角部２２ａに連結部２４が設けられているので、連結部２４を角部２２ａ以外の部分（辺の中央部）に設けた場合に比べて、連結部２４を介して圧電振動が外枠部２３に漏れることを抑制することができ、より効率的に振動部２２を圧電振動させることができる。

第１励振電極２２１は振動部２２の一主面側に設けられ、第２励振電極２２２は振動部２２の他主面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、引出電極（第１引出電極２２３，第２引出電極２２４）が接続されている。第１引出電極２２３は、第１励振電極２２１から引き出され、連結部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１３１に繋がっている。第２引出電極２２４は、第２励振電極２２２から引き出され、連結部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１１５ｃに繋がっている。第１励振電極２２１及び第１引出電極２２３は、一主面２１１上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、この下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。第２励振電極２２２及び第２引出電極２２４は、他主面２１２上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、この下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。

水晶振動板２の両主面２１１，２１２には、水晶振動板２を第１封止部材３及び第２封止部材４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。振動側封止部は、水晶振動板２の一主面２１１に形成された振動側第１接合パターン２５１と、他主面２１２に形成された振動側第２接合パターン２５２とからなる。振動側第１接合パターン２５１及び振動側第２接合パターン２５２は、上述した外枠部２３に設けられており、平面視で環状に形成されている。第１励振電極２２１及び第２励振電極２２２は、振動側第１接合パターン２５１及び振動側第２接合パターン２５２とは電気的に接続されていない。

振動側第１接合パターン２５１は、一主面２１１上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。振動側第２接合パターン２５２は、他主面２１２上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。つまり、振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２とは、同一構成からなり、複数の層が両主面２１１，２１２上に積層して構成され、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。また、水晶振動板２の一主面２１１に形成された第１励振電極２２１と振動側第１接合パターン２５１とは同一厚みを有し、第１励振電極２２１と振動側第１接合パターン２５１との表面が同一金属からなる。同様に、水晶振動板２の他主面２１２に形成された第２励振電極２２２と振動側第２接合パターン２５２とは同一厚みを有し、第２励振電極２２２と振動側第２接合パターン２５２との表面が同一金属からなる。また、振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２は、非Ｓｎパターンである。

ここで、第１励振電極２２１、第１引出電極２２３及び振動側第１接合パターン２５１を同一の構成とすることで、同一のプロセスでこれらを一括して形成することができる。同様に、第２励振電極２２２、第２引出電極２２４及び振動側第２接合パターン２５２を同一の構成とすることで、同一のプロセスでこれらを一括して形成することができる。詳細には、真空蒸着やスパッタリング、イオンプレーティング、ＭＢＥ、レーザーアブレーションなどのＰＶＤ法（例えば、フォトリソグラフィなどの加工におけるパターニング用の膜形成法）により下地ＰＶＤ膜や電極ＰＶＤ膜を形成することで、一括して膜形成を行い、製造工数を減らしてコスト低減に寄与することができる。

また、水晶振動板２には、図４，５に示すように、一主面２１１と他主面２１２との間を貫通する５つの貫通孔（第１〜第５貫通孔１１１〜１１５）が形成されている。第１〜第４貫通孔１１１〜１１４は、水晶振動板２の外枠部２３であって、水晶振動板２の４隅（角部）の領域に設けられている。第５貫通孔１１５は、水晶振動板２の外枠部２３であって、水晶振動板２の振動部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１１１は、第１封止部材３の第６貫通孔１１６及び第２封止部材４の第１２貫通孔１２２に繋がるものである。第２貫通孔１１２は、第１封止部材３の第７貫通孔１１７及び第２封止部材４の第１３貫通孔１２３に繋がるものである。第３貫通孔１１３は、第１封止部材３の第８貫通孔１１８及び第２封止部材４の第１４貫通孔１２４に繋がるものである。第４貫通孔１１４は、第１封止部材３の第９貫通孔１１９及び第２封止部材４の第１５貫通孔１２５に繋がるものである。第５貫通孔１１５は、第２励振電極２２２から引き出された第２引出電極２２４と、配線パターン３３を介して第１封止部材３の第１０貫通孔１２０とに繋がるものである。

第１〜第５貫通孔１１１〜１１５には、一主面２１１と他主面２１２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極１１１ａ〜１１５ａが、第１〜第５貫通孔１１１〜１１５それぞれの内壁面に沿って形成されている。そして、第１〜第５貫通孔１１１〜１１５それぞれの中央部分は、一主面２１１と他主面２１２との間を貫通した中空状態の貫通部分１１１ｂ〜１１５ｂとなる。第１〜第５貫通孔１１１〜１１５それぞれの外周囲には、接続用接合パターン１１１ｃ〜１１５ｃが形成されている。接続用接合パターン１１１ｃ〜１１５ｃは、水晶振動板２の両主面２１１，２１２に設けられている。

接続用接合パターン１１１ｃ〜１１５ｃは、振動側第１接合パターン２５１，振動側第２接合パターン２５２と同様の構成であり、振動側第１接合パターン２５１，振動側第２接合パターン２５２と同一のプロセスで形成することができる。具体的には、接続用接合パターン１１１ｃ〜１１５ｃ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ＰＶＤ膜と、当該下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。

水晶振動板２の一主面２１１及び他主面２１２に形成された接続用接合パターン１１１ｃ〜１１４ｃは、水晶振動板２の４隅（角部）の領域に設けられており、振動側第１接合パターン２５１及び振動側第２接合パターン２５２とは所定の間隔を隔てて設けられている。水晶振動板２の他主面２１２に形成された接続用接合パターン１１５ｃは、水晶振動板２の外枠部２３において、Ｘ軸方向に沿って延びており、第２励振電極２２２から引き出された第２引出電極２２４と一体的に形成されている。

また、水晶振動板２の一主面２１１には、第１励振電極２２１から引き出された第１引出電極２２３と一体的に形成された接続用接合パターン１３１が設けられている。接続用接合パターン１３１は、水晶振動板２の外枠部２３であって、水晶振動板２の振動部２２の−Ｚ’方向側に設けられている。また、水晶振動板２の一主面２１１には、接続用接合パターン１３１とは水晶振動板２の振動部２２を挟んでＺ’軸方向の反対側の位置に、接続用接合パターン１３２が設けられている。つまり、振動部２２のＺ’軸方向の両側に、接続用接合パターン１３１，１３２が設けられている。接続用接合パターン１３２は、水晶振動板２の外枠部２３において、Ｘ軸方向に沿って延びている。

また、水晶振動板２の一主面２１１には、水晶振動板２の外枠部２３であって、振動部２２のＸ軸方向の両側に、接続用接合パターン１３３，１３４が設けられている。接続用接合パターン１３３，１３４は、水晶振動板２の長辺に沿った長辺近傍領域に設けられており、Ｚ’軸方向に沿って延びている。接続用接合パターン１３３は、水晶振動板２の一主面２１１に形成された接続用接合パターン１１１ｃと接続用接合パターン１１３ｃとの間に設けられている。接続用接合パターン１３４は、接続用接合パターン１１２ｃと接続用接合パターン１１４ｃとの間に設けられている。

水晶振動板２の他主面２１２には、接続用接合パターン１１５ｃとは水晶振動板２の振動部２２を挟んでＺ’軸方向の反対側の位置に、接続用接合パターン１３５が設けられている。つまり、振動部２２のＺ’軸方向の両側に、接続用接合パターン１１５ｃ，１３５が設けられている。また、水晶振動板２の他主面２１２には、水晶振動板２の外枠部２３であって、振動部２２のＸ軸方向の両側に、接続用接合パターン１３６，１３７が設けられている。接続用接合パターン１３６，１３７は、水晶振動板２の長辺に沿った長辺近傍領域に設けられており、Ｚ’軸方向に沿って延びている。接続用接合パターン１３６は、水晶振動板２の他主面２１２に形成された接続用接合パターン１１１ｃと接続用接合パターン１１３ｃとの間に設けられている。接続用接合パターン１３７は、接続用接合パターン１１２ｃと接続用接合パターン１１４ｃとの間に設けられている。

水晶発振器１０１では、第１〜第４貫通孔１１１〜１１４及び接続用接合パターン１１１ｃ〜１１４ｃ，１３３，１３４，１３６，１３７は、振動側第１接合パターン２５１及び振動側第２接合パターン２５２よりも外周側に設けられる。第５貫通孔１１５及び接続用接合パターン１１５ｃ，１３１，１３２，１３５は、振動側第１接合パターン２５１及び振動側第２接合パターン２５２よりも内周側に設けられる。接続用接合パターン１１１ｃ〜１１５ｃ，１３１〜１３７は、振動側第１接合パターン２５１及び振動側第２接合パターン２５２とは電気的に接続されていない。

第１封止部材３には、曲げ剛性（断面二次モーメント×ヤング率）が１０００［Ｎ・ｍｍ２］以下の材料が用いられている。具体的には、第１封止部材３は、図２，３に示すように、１枚の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の他主面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。

この第１封止部材３の他主面３１２には、水晶振動板２に接合するための封止側第１封止部として、封止側第１接合パターン３２１が形成されている。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いる。

この封止側第１接合パターン３２１は、第１封止部材３上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。尚、本実施の形態では、下地ＰＶＤ膜には、Ｔｉが用いられ、電極ＰＶＤ膜にはＡｕが用いられている。また、封止側第１接合パターン３２１は、非Ｓｎパターンである。

第１封止部材３の一主面３１１（ＩＣチップ５を搭載する面）には、図２，３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。尚、図２では、ＩＣチップ５の搭載領域を仮想的に破線で示している。６つの電極パターン３７は、それぞれ個別に第６〜第１１貫通孔１１６〜１２１に接続されている。

第１封止部材３には、一主面３１１と他主面３１２との間を貫通する６つの貫通孔（第６〜第１１貫通孔１１６〜１２１）が形成されている。第６〜第９貫通孔１１６〜１１９は、第１封止部材３の４隅（角部）の領域に設けられている。第１０，第１１貫通孔１２０，１２１は、図３のＡ２方向の両側に設けられている。

第６貫通孔１１６は、水晶振動板２の第１貫通孔１１１に繋がるものである。第７貫通孔１１７は、水晶振動板２の第２貫通孔１１２に繋がるものである。第８貫通孔１１８は、水晶振動板２の第３貫通孔１１３に繋がるものである。第９貫通孔１１９は、水晶振動板２の第４貫通孔１１４に繋がるものである。第１０貫通孔１２０は、配線パターン３３を介して水晶振動板２の第５貫通孔１１５に繋がるものである。第１１貫通孔１２１は、第１励振電極２２１から引き出された第１引出電極２２３に繋がるものである。

第６〜第１１貫通孔１１６〜１２１には、一主面３１１と他主面３１２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極１１６ａ〜１２１ａが、第６〜第１１貫通孔１１６〜１２１それぞれの内壁面に沿って形成されている。そして、第６〜第１１貫通孔１１６〜１２１それぞれの中央部分は、一主面３１１と他主面３１２との間を貫通した中空状態の貫通部分１１６ｂ〜１２１ｂとなる。第６〜第１１貫通孔１１６〜１２１それぞれの外周囲には、接続用接合パターン１１６ｃ〜１２１ｃが形成されている。接続用接合パターン１１６ｃ〜１２１ｃは、第１封止部材３の他主面３１２に設けられている。

接続用接合パターン１１６ｃ〜１２１ｃ及び配線パターン３３は、封止側第１接合パターン３２１と同様の構成であり、封止側第１接合パターン３２１と同一のプロセスで形成することができる。具体的には、接続用接合パターン１１６ｃ〜１２１ｃ及び配線パターン３３は、第１封止部材３の他主面３１２上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、当該下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。

第６〜第９貫通孔１１６〜１１９の接続用接合パターン１１６ｃ〜１１９ｃは、第１封止部材３の他主面３１２の４隅（角部）の領域に設けられており、封止側第１接合パターン３２１とは所定の間隔を隔てて設けられている。第１０貫通孔１２０の接続用接合パターン１２０ｃは、図３の矢印Ａ１方向に沿って延びており、配線パターン３３と一体的に形成されている。また、第１封止部材３の他主面３１２には、接続用接合パターン１２０ｃとは配線パターン３３を挟んで、矢印Ａ２方向の反対側の位置に、接続用接合パターン１３８が設けられている。つまり、配線パターン３３の矢印Ａ２方向の一端側に接続用接合パターン１２０ｃが接続され、他端側に接続用接合パターン１３８が接続されている。尚、図３のＡ１方向及びＡ２方向は、図４のＸ軸方向及びＺ’軸方向にそれぞれ一致する。

また、第１封止部材３の他主面３１２には、第１封止部材３の長辺に沿った長辺近傍領域に接続用接合パターン１３９，１４０が設けられている。接続用接合パターン１３９，１４０は、図３の矢印Ａ２方向に沿って延びている。接続用接合パターン１３９は、第１封止部材３の他主面３１２に形成された接続用接合パターン１１６ｃと接続用接合パターン１１８ｃとの間に設けられている。接続用接合パターン１４０は、接続用接合パターン１１７ｃと接続用接合パターン１１９ｃとの間に設けられている。

水晶発振器１０１では、第６〜第９貫通孔１１６〜１１９及び接続用接合パターン１１６ｃ〜１１９ｃ，１３９，１４０は、封止側第１接合パターン３２１よりも外周側に設けられる。第１０，第１１貫通孔１２０，１２１及び接続用接合パターン１２０ｃ，１２１ｃ，１３８は、封止側第１接合パターン３２１よりも内周側に設けられる。接続用接合パターン１１６ｃ〜１２１ｃ，１３８〜１４０は、接続用接合パターン１１７ｃを除いて、封止側第１接合パターン３２１とは電気的に接続されていない。また、配線パターン３３も、封止側第１接合パターン３２１とは電気的に接続されていない。

第２封止部材４には、曲げ剛性（断面二次モーメント×ヤング率）が１０００［Ｎ・ｍｍ２］以下の材料が用いられている。具体的には、第２封止部材４は、図６，７に示すように、１枚の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の一主面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。

この第２封止部材４の一主面４１１には、水晶振動板２に接合するための封止側第２封止部として、封止側第２接合パターン４２１が形成されている。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いる。

この封止側第２接合パターン４２１は、第２封止部材４上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。尚、本実施の形態では、下地ＰＶＤ膜には、Ｔｉが用いられ、電極ＰＶＤ膜にはＡｕが用いられている。また、封止側第２接合パターン４２１は、非Ｓｎパターンである。

第２封止部材４の他主面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（第１〜第４外部電極端子４３３〜４３６）が設けられている。第１〜第４外部電極端子４３３〜４３６は、第２封止部材４の４隅（角部）にそれぞれ位置する。これら外部電極端子（第１〜第４外部電極端子４３３〜４３６）は、他主面４１２上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。

第２封止部材４には、図６，７に示すように、一主面４１１と他主面４１２との間を貫通する４つの貫通孔（第１２〜第１５貫通孔１２２〜１２５）が形成されている。第１２〜第１５貫通孔１２２〜１２５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１２貫通孔１２２は、第１外部電極端子４３３及び水晶振動板２の第１貫通孔１１１に繋がるものである。第１３貫通孔１２３は、第２外部電極端子４３４及び水晶振動板２の第２貫通孔１１２に繋がるものである。第１４貫通孔１２４は、第３外部電極端子４３５及び水晶振動板２の第３貫通孔１１３に繋がるものである。第１５貫通孔１２５は、第４外部電極端子４３６及び水晶振動板２の第４貫通孔１１４に繋がるものである。

第１２〜第１５貫通孔１２２〜１２５には、一主面４１１と他主面４１２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極１２２ａ〜１２５ａが、第１２〜第１５貫通孔１２２〜１２５それぞれの内壁面に沿って形成されている。そして、第１２〜第１５貫通孔１２２〜１２５それぞれの中央部分は、一主面４１１と他主面４１２との間を貫通した中空状態の貫通部分１２２ｂ〜１２５ｂとなる。第１２〜第１５貫通孔１２２〜１２５それぞれの外周囲には、接続用接合パターン１２２ｃ〜１２５ｃが形成されている。接続用接合パターン１２２ｃ〜１２５ｃは、第２封止部材４の一主面４１１に設けられている。

接続用接合パターン１２２ｃ〜１２５ｃは、封止側第２接合パターン４２１と同様の構成であり、封止側第２接合パターン４２１と同一のプロセスで形成することができる。具体的には、接続用接合パターン１２２ｃ〜１２５ｃは、第２封止部材４の一主面４１１上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、当該下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。

第１２〜第１５貫通孔１２２〜１２５の接続用接合パターン１２２ｃ〜１２５ｃは、第２封止部材４の一主面４１１の４隅（角部）の領域に設けられており、封止側第２接合パターン４２１とは所定の間隔を隔てて設けられている。また、第２封止部材４の一主面４１１には、第２封止部材４の長辺に沿った長辺近傍領域に接続用接合パターン１４１，１４２が設けられている。接続用接合パターン１４１，１４２は、図６の矢印Ｂ２方向に沿って延びている。接続用接合パターン１４１は、第２封止部材４の一主面４１１に形成された接続用接合パターン１２２ｃと接続用接合パターン１２４ｃとの間に設けられている。接続用接合パターン１４２は、接続用接合パターン１２３ｃと接続用接合パターン１２５ｃとの間に設けられている。

また、第２封止部材４の一主面４１１には、図６の矢印Ｂ１方向に延びる接続用接合パターン１４３，１４４が設けられている。接続用接合パターン１４３，１４４は、図６の矢印Ｂ２方向の両端側の領域に設けられている。接続用接合パターン１４３は、第２封止部材４の一主面４１１に形成された接続用接合パターン１２２ｃと接続用接合パターン１２３ｃとの間に設けられている。接続用接合パターン１４４は、接続用接合パターン１２４ｃと接続用接合パターン１２５ｃとの間に設けられている。尚、図６のＢ１方向及びＢ２方向は、図４のＸ軸方向及びＺ’軸方向にそれぞれ一致する。

水晶発振器１０１では、第１２〜第１５貫通孔１２２〜１２５及び接続用接合パターン１２２ｃ〜１２５ｃ，１４１，１４２は、封止側第２接合パターン４２１よりも外周側に設けられる。接続用接合パターン１４３，１４４は、封止側第２接合パターン４２１よりも内周側に設けられる。接続用接合パターン１２２ｃ〜１２５ｃ，１４１〜１４４は、接続用接合パターン１２３ｃを除いて、封止側第２接合パターン４２１とは電気的に接続されていない。

水晶振動板２、第１封止部材３、及び第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とが振動側第１接合パターン２５１及び封止側第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とが振動側第２接合パターン２５２及び封止側第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、サンドイッチ構造のパッケージ１２が製造される。これにより、別途接着剤などの接合専用材を用いずに、パッケージ１２の内部空間１３、つまり、振動部２２の収容空間が気密封止される。

そして、図１に示すように、振動側第１接合パターン２５１及び封止側第１接合パターン３２１自身が拡散接合後に生成される接合材１５ａとなり、振動側第２接合パターン２５２及び封止側第２接合パターン４２１自身が拡散接合後に生成される接合材１５ｂとなる。

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。具体的には、水晶振動板２の４隅の接続用接合パターン１１１ｃ〜１１４ｃ及び第１封止部材３の４隅の接続用接合パターン１１６ｃ〜１１９ｃが拡散接合される。水晶振動板２の長辺近傍領域の接続用接合パターン１３３，１３４及び第１封止部材３の長辺近傍領域の接続用接合パターン１３９，１４０が拡散接合される。水晶振動板２の接続用接合パターン１１５ｃ及び第１封止部材３の接続用接合パターン１３８が拡散接合される。水晶振動板２の接続用接合パターン１３１及び第１封止部材３の接続用接合パターン１２１ｃが拡散接合される。水晶振動板２の接続用接合パターン１３２及び第１封止部材３の接続用接合パターン１２０ｃが拡散接合される。これらの接続用接合パターン自身が拡散接合後に生成される接合材は、貫通孔の貫通電極を導通させる役割、及び接合箇所を気密封止する役割を果たす。

同様に、水晶振動板２の４隅の接続用接合パターン１１１ｃ〜１１４ｃ及び第２封止部材４の４隅の接続用接合パターン１２２ｃ〜１２５ｃが拡散接合される。水晶振動板２の長辺近傍領域の接続用接合パターン１３６，１３７及び第２封止部材４の長辺近傍領域の接続用接合パターン１４１，１４２が拡散接合される。水晶振動板２の接続用接合パターン１１５ｃ及び第２封止部材４の接続用接合パターン１４４が拡散接合される。水晶振動板２の接続用接合パターン１３５及び第２封止部材４の接続用接合パターン１４３が拡散接合される。

〔水晶振動板２の逆メサ構造〕
続いて、本発明の特徴である水晶振動板２の逆メサ構造について説明する。本実施の形態に係る水晶振動板２は、その発振周波数が非常に高い周波数（例えば２００ＭＨｚ以上）とされる場合に好適に適用されるものである。水晶発振器１０１における発振周波数が高い周波数とされる場合、水晶振動板２においては、振動部２２及び連結部２４の質量を小さくする必要がある。しかしながら、振動部２２及び連結部２４の厚みを薄くすると、製造工程中に振動部２２及び連結部２４の脱落が生じ易くなる。

水晶振動板２は、振動部２２及び連結部２４の脱落を抑制するため、図８及び図９に示すように、振動部２２の中央部２２ｃを周辺部２２ｄよりも薄肉化した逆メサ構造を有している。このような逆メサ構造により、水晶振動板２は、振動部２２の質量を小さくして高周波化に対応しながらも、連結部２４の厚みが薄くなりすぎることを抑制できる。その結果、逆メサ構造の水晶振動板２を用いることで、振動部２２及び連結部２４の脱落を抑制しながら、発振周波数をより高周波化することのできるサンドイッチ構造の水晶発振器１０１を提供することができる。

具体的には、振動部２２の中央部２２ｃの厚みをｔ１、周辺部２２ｄの厚みをｔ２、連結部２４の厚みをｔ３、外枠部２３の厚みをｔ４とする場合、水晶振動板２は、
ｔ１＜ｔ２≦ｔ３＜ｔ４
となるように形成される。尚、図８では、振動部２２の周辺部２２ｄの厚みｔ２と連結部２４の厚みｔ３とが同じとされている場合（ｔ２＝ｔ３）を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、振動部２２の周辺部２２ｄの厚みｔ２が連結部２４の厚みｔ３よりも薄くされていてもよい（ｔ２＜ｔ３）。すなわち、中央部２２ｃの厚みｔ１を薄くするのみでは所望の発振周波数が得られない場合、さらに周辺部２２ｄの厚みｔ２を薄くして所望の発振周波数を得るようにしてもよい。但し、所望の発振周波数が得られるのであれば、製造工程の簡略化（エッチング工程の回数減）の観点などからｔ２＝ｔ３とすることが好ましい。

図４，５及び８で示した水晶振動板２では、連結部２４は、振動部２２の１つの角部２２ａから突出された１本のみとされている（以下、クラブ型と称する）。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、水晶振動板２における連結部２４の本数及び配置箇所は特に限定されるものではない。但し、クラブ型の水晶振動板２は振動部２２及び連結部２４の脱落が特に生じ易くなるため、クラブ型の水晶振動板２に対しては、本発明の適用が特に好適である。

また、本実施の形態に係る水晶振動板２において、連結部２４の厚みｔ３と外枠部２３の厚みｔ４とはｔ３／ｔ４≦０．８７の関係を満たすことが好ましい。さらに、本実施の形態に係る水晶振動板２において、中央部２２ｃの厚みｔ１と外枠部２３の厚みｔ４とはｔ１／ｔ４≦０．２７の関係を満たすことが好ましい。この数値関係を満たすことで、水晶振動板２において、振動部２２及び連結部２４の脱落抑制効果が高くなる。

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及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）
３ 第１封止部材
４ 第２封止部材
５ ＩＣチップ
１２ パッケージ
１３ 内部空間
１１１〜１２５ 第１〜第１５貫通孔
２２ 振動部
２２ｃ 中央部
２２ｄ 周辺部
２３ 外枠部
２４ 連結部
２２１ 第１励振電極
２２２ 第２励振電極
３７ 電極パターン
４３３〜４３６ 第１〜第４外部電極端子

Claims (4)

1. 一主面に形成された第１励振電極と、他主面に形成された第２励振電極とが備えられた略矩形状の振動部と、
   前記振動部の角部から突出され、当該振動部を保持する連結部と、
   前記振動部の外周を取り囲むと共に、前記連結部を保持する外枠部とを有してなる圧電振動板であって、
   前記振動部は、中央部の厚みが周辺部の厚みよりも小さく、
   前記振動部における中央部の厚みをｔ１、前記振動部における周辺部の厚みをｔ２、前記連結部の厚みをｔ３、前記外枠部の厚みをｔ４とする場合、
   ｔ１＜ｔ２≦ｔ３＜ｔ４
   であることを特徴とする圧電振動板。
2. 請求項１に記載された圧電振動板であって、
   ｔ２＝ｔ３であることを特徴とする圧電振動板。
3. 請求項１に記載された圧電振動板であって、
   前記連結部は、前記振動部の１つの角部から突出された１本のみであることを特徴とする圧電振動板。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載された圧電振動板と、
   前記圧電振動板の前記一主面を覆う第１封止部材と、
   前記圧電振動板の前記他主面を覆う第２封止部材とが備えられたことを特徴とする圧電振動デバイス。

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