JP2022125097A - 圧電振動デバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】スルーホールに形成された貫通電極内への半田の濡れ広がりを抑制することが可能な圧電振動デバイスを提供する。【解決手段】圧電振動デバイスでは、第２封止部材３０に貫通孔３３が形成され、貫通孔３３の内壁面に、第１主面３０１に形成された電極３４と、第２主面３０２に形成された外部電極端子３２とを導通するための貫通電極３３１が形成され、貫通電極３３１には、半田１２０に対する耐侵食構造が設けられ、貫通電極３３１は、Ａｕ以外の導電性金属によって、第１主面３０１の電極３４と第２主面３０２の外部電極端子３２とが導通される。第１封止部材２０と水晶振動板１０との間、および水晶振動板１０と第２封止部材３０との間には、内部空間を気密封止する環状のシールパス１１５，１１６が形成されており、貫通孔３３は、環状のシールパス１１５，１１６よりも平面視で外周側に設けられている。【選択図】図８

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。
特開２０１０－２５２０５１号公報
上述のような圧電振動デバイスでは、通常、貫通孔（スルーホール）に形成された貫通電極によって、電極や配線の導通が得られている。また、圧電振動デバイスを外部回路基板（実装基板）に搭載する場合、一般的には、半田が用いられ、第２封止部材の外部電極端子と外部回路基板との間に半田が介在される。
しかし、半田は、Ｓｎ（スズ）を含むため、スルーホールの貫通電極が、Ａｕ（金）からなるＡｕ膜を有する場合、このＡｕ膜に沿って貫通電極内に半田が濡れ広がるおそれがある。このため、半田の侵食作用によって、Ａｕ膜を構成するＡｕが凝集し、導通抵抗の増加や、断線等の不具合が発生することが懸念される。
本発明は上述したような実情を考慮してなされたもので、スルーホールに形成された貫通電極内への半田の濡れ広がりを抑制することが可能な圧電振動デバイスを提供することを目的とする。
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、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、かつ前記第２封止部材と前記圧電振動板とが接合されることによって、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設けられた圧電振動デバイスにおいて、前記第２封止部材の他主面には、半田を介して外部回路基板に電気的に接続される外部電極端子が形成され、前記第２封止部材には、貫通孔が形成され、当該貫通孔の内壁面には、一主面に形成された電極と、他主面に形成された前記外部電極端子とを導通するための貫通電極が形成され、当該貫通電極には、前記半田に対する耐侵食構造が設けられ、前記貫通電極は、Ａｕ以外の導電性金属によって、前記一主面の前記電極と、前記他主面の前記外部電極端子とが導通される構成になっており、前記第１封止部材と前記圧電振動板との間、および前記圧電振動板と前記第２封止部材との間には、前記内部空間を気密封止する環状のシールパスが形成されており、前記貫通孔は、前記環状のシールパスよりも平面視で外周側に設けられていることを特徴とする。より詳細には、前記第１封止部材には、第１封止部材用貫通孔が形成され、当該第１封止部材用貫通孔の内壁面には、前記圧電振動板に面しない側の一主面に形成された電極と、他主面に形成された電極とを導通するための貫通電極が形成され、前記圧電振動板には、圧電振動板用貫通孔が形成され、当該圧電振動板用貫通孔の内壁面には、一主面に形成された電極と、他主面に形成された電極とを導通するための貫通電極が形成され、前記第２封止部材の貫通電極は、前記圧電振動板の貫通電極、前記第１封止部材の貫通電極、および前記第１封止部材の前記一主面に形成された前記電極を介して、平面視で前記環状のシールパスの内方に位置する部材に電気的に接続されていることを特徴とする。
上記構成によれば、第２封止部材の貫通孔の貫通電極において、Ａｕ以外の導電性金属によって、第２封止部材の一主面の電極と、他主面の外部電極端子とを導通するようにしている。これにより、貫通電極における半田の侵食経路を遮断することができるので、貫通電極内への半田の濡れ広がりを抑制することができ、導通抵抗の増加や、断線等の不具合の発生を抑制することができる。
上記構成において、前記第２封止部材の貫通電極は、前記貫通孔の内壁面に形成された前記導電性金属からなる金属膜、および当該金属膜の内壁面に形成されたＡｕ膜のうち、前記Ａｕ膜の一部または全部が除去されることによって形成されていることが好ましい。
この構成によれば、第２封止部材の貫通孔の貫通電極において、半田の侵食経路になり得るＡｕ膜を遮断し、Ａｕ以外の導電性金属で形成された金属膜によって、第２封止部材の一主面の電極と、他主面の外部電極端子とを導通するようにしている。これにより、貫通電極における半田の侵食経路を遮断することができるので、貫通電極内への半田の濡れ広がりを抑制することができ、導通抵抗の増加や、断線等の不具合の発生を抑制することができる。
上記構成において、前記第２封止部材の貫通電極の前記外部電極端子側の部分に形成された前記Ａｕ膜が少なくとも除去されていることが好ましい。この場合、前記Ａｕ膜は、前記第２封止部材の貫通電極の前記外部電極端子側の端部から当該貫通電極の深さ方向の中央位置までの部分が少なくとも除去されていることがより好ましい。これにより、外部電極端子には外部回路基板への搭載に用いられる半田が直接的に塗布されるので、第２封止部材の貫通孔の貫通電極のＡｕ膜のうち、外部電極端子側の部分に形成されるＡｕ膜を除去することによって、半田の侵食経路を効果的に遮断することができ、貫通電極内への半田の濡れ広がりを効果的に抑制することができる。
上記構成において、前記外部電極端子は、前記第２封止部材の貫通電極の前記金属膜に接続される外部金属膜および当該外部金属膜上に形成された外部Ａｕ膜を有しており、当該外部Ａｕ膜のうち、前記貫通孔の前記外部電極端子側の周縁部に形成された外部Ａｕ膜が除去される構成になっていることが好ましい。これにより、外部回路基板への搭載の際に半田が直接的に塗布される外部電極端子のうちの貫通孔の周縁部においても、半田の侵食経路を遮断することができ、貫通電極内への半田の濡れ広がりを抑制することができる。
上記構成において、前記第１封止部材には、第１封止部材用貫通孔が形成され、前記第１封止部材と前記圧電振動板との間、および前記圧電振動板と前記第２封止部材との間には、前記内部空間を気密封止する環状のシールパスが形成されており、前記第１封止部材用貫通孔が、樹脂によって塞がれていることが好ましい。この場合、前記第１封止部材が、ＡＴカット水晶振動板であり、前記第１封止部材用貫通孔が、平面視で、Ｚ’軸方向に延びる長孔形状に形成されており、前記樹脂が、平面視で、Ｚ’軸方向に延びる略長円形状、またはＺ’軸方向を長軸方向とする略楕円状に形成されていることが好ましい。
これらの構成によれば、樹脂によって、第１封止部材用貫通孔の貫通部分から、水分が圧電振動デバイスの内部へ侵入することを防止することができる。したがって、圧電振動デバイスの内部へ侵入した水分に起因するシールパスの腐食を抑制することができ、シールパスの気密性を確保することができる。
上記構成において、前記樹脂が、前記第１封止部材の一主面および他主面から突出しない状態で前記第１封止部材用貫通孔内に収容されていることが好ましい。これにより、樹脂を含めた第１封止部材の厚みを容易に制御することができ、シールパスによる気密封止の信頼性を高めることができる。
本発明の圧電振動デバイスによれば、第２封止部材の貫通孔の貫通電極において、Ａｕ以外の導電性金属によって、第２封止部材３０の一主面の電極と、他主面の外部電極端子とを導通するようにしている。これにより、貫通電極における半田の侵食経路を遮断することができるので、貫通電極内への半田の濡れ広がりを抑制することができ、導通抵抗の増加や、断線等の不具合の発生を抑制することができる。
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。 図２は、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。 図３は、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。 図４は、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。 図５は、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。 図６は、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。 図７は、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。 図８は、水晶発振器の第２封止部材の貫通孔の概略断面図である。 図９は、変形例１にかかる水晶発振器を示す図８相当図である。 図１０は、変形例２にかかる水晶発振器を示す図８相当図である。 図１１は、変形例３にかかる水晶発振器を示す図８相当図である。 図１２は、変形例４にかかる水晶発振器の第１封止部材の貫通孔の概略平面図である。
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。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。
まず、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（キャビティ）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。
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。
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。また、水晶発振器１００は、外部に設けられる外部回路基板（実装基板）１１０に半田１２０を介して電気的に接続されるようになっている。
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。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。
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。
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）。
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。
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。
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。
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。
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。なお、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。
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。
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。
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。
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。
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（－Ｚ´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。
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。なお、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。
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。
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、水晶発振器１００の外部に設けられる外部回路基板１１０に半田１２０を介して電気的に接続する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の第２主面３０２の４隅（隅部）にそれぞれ位置する。
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３３１（図８参照）が、第６スルーホール３３それぞれの内壁面に沿って形成されている。このように第６スルーホール３３の内壁面に形成された貫通電極３３１によって、第１主面３０１に形成された電極と、第２主面３０２に形成された外部電極端子３２とが導通されている。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３３３（図８参照）となっている。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。
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。
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。
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。
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。
上述のように構成された水晶発振器１００では、水晶振動板１０の振動部１１を気密封止する封止部（シールパス）１１５，１１６は、平面視で、環状に形成されている。シールパス１１５は、上述した振動側第１接合パターン１２１および封止側第１接合パターン２４の拡散接合によって形成され、シールパス１１５の外縁形状および内縁形状が略八角形に形成されている。同様に、シールパス１１６は、上述した振動側第２接合パターン１２２および封止側第２接合パターン３１の拡散接合によって形成され、シールパス１１６の外縁形状および内縁形状が略八角形に形成されている。
このように拡散接合によってシールパス１１５，１１６が形成された水晶発振器１００において、第１封止部材２０と水晶振動板１０とは、１．００μｍ以下のギャップを有し、第２封止部材３０と水晶振動板１０とは、１．００μｍ以下のギャップを有する。つまり、第１封止部材２０と水晶振動板１０との間のシールパス１１５の厚みが、１．００μｍ以下であり、第２封止部材３０と水晶振動板１０との間のシールパス１１６の厚みが、１．００μｍ以下（具体的には、本実施の形態のＡｕ－Ａｕ接合では０．１５μｍ～１．００μｍ）である。なお、比較例として、Ｓｎを用いた従来の金属ペースト封止材では、５μｍ～２０μｍとなる。
次に、第２封止部材３０の４隅の領域に設けられた第６スルーホール３３の貫通電極３３１の半田１２０に対する耐侵食構造について、図８を参照して説明する。
図８に示すように、第６スルーホール３３は、面内方向の中央付近に貫通部分３３３を有し、第６スルーホール３３周辺部から中央部の貫通部分３３３に向けての傾斜面３３ａを有している。また、第６スルーホール３３をＡＴカット水晶板により形成された第２封止部材３０の両主面３０１，３０２からエッチング形成することで、傾斜面３３ａは第２封止部材３０の両主面３０１，３０２において形成される。
このようにして第２封止部材３０に形成された第６スルーホール３３の内壁面（傾斜面３３ａ）には、貫通電極３３１が形成されている。貫通電極３３１によって、第２封止部材３０の第１主面３０１に形成された電極（接続用接合パターン）３４と、第２主面３０２に形成された外部電極端子３２とが導通されている。
第１主面３０１の電極３４は、第１主面３０１上に、例えば蒸着により成膜された第１の導電性金属からなる第１金属膜３４ａと、この第１金属膜３４ａ上に、例えば蒸着により成膜されたＡｕ（金）からなるＡｕ膜３４ｃとを有する構成になっている。第２主面３０２の外部電極端子３２は、第２主面３０２上に、例えば蒸着により成膜された第１の導電性金属からなる第１金属膜３２ａと、この第１金属膜３２ａ上に、例えば蒸着により成膜された第２の導電性金属からなる第２金属膜３２ｂと、この第２金属膜３２ｂ上に、例えば蒸着により成膜されたＡｕ（金）からなるＡｕ膜３２ｃとを有する構成になっている。第６スルーホール３３の貫通電極３３１は、第６スルーホール３３の傾斜面３３ａ上に、例えば蒸着により成膜された第１の導電性金属からなる第１金属膜３３１ａと、この第１金属膜３３１ａ上に、例えば蒸着により成膜された第２の導電性金属からなる第２金属膜３３１ｂとを有する構成になっている。
本実施の形態では、第１の導電性金属として、Ｔｉ（チタン）が用いられ、第２の導電性金属として、Ｎｉ（ニッケル）が用いられている。なお、上述の第１、第２の導電性金属は一例であって、上記以外の導電性金属を用いてもよい。また、上述した貫通電極３３１、外部電極端子３２、および電極３４の多層構造は一例であって、各電極の層数は特に限定されない。例えば、電極３４を、外部電極端子３２と同様に、第２金属膜を有する３層構造としてもよいし、あるいは、外部電極端子３２を、電極３４と同様に、第２金属膜を有しない２層構造としてもよい。
電極３４の第１金属膜３４ａと、貫通電極３３１の第１金属膜３３１ａと、外部電極端子３２の第１金属膜３２ａとが一体的に形成されている。また、貫通電極３３１の第２金属膜３３１ｂと、外部電極端子３２の第２金属膜３２ｂとが一体的に形成されている。
一方、電極３４のＡｕ膜３４ｃと、外部電極端子３２のＡｕ膜３２ｃとは一体的に形成されておらず、第６スルーホール３３の内部において遮断されている。貫通電極３３１は、Ａｕ以外の導電性金属によって、電極３４と、外部電極端子３２とが導通される構成になっている。この場合、貫通電極３３１は、第６スルーホール３３の傾斜面３３ａに形成されたＡｕ膜が除去されることによって形成することが可能である。つまり、第６スルーホール３３の傾斜面３３ａにもＡｕ膜を予め形成しておき、このＡｕ膜を、電極３４のＡｕ膜３４ｃおよび外部電極端子３２のＡｕ膜３２ｃと一体的に形成する。そして、第６スルーホール３３の傾斜面３３ａのＡｕ膜を、例えばメタルエッチングによって除去することにより、Ａｕ膜を含まない貫通電極３３１が形成される。
なお、図８に示すように、第６スルーホール３３の傾斜面３３ａのＡｕ膜の全部を除去してもよいし、図９の変形例１に示すように、第６スルーホール３３の傾斜面３３ａのＡｕ膜３３１ｃの一部を除去してもよい。図９に示す貫通電極３３１では、貫通電極３３１の上下方向（Ｙ´軸方向）の両端部に部分的にＡｕ膜３３１ｃが形成されているが、貫通電極３３１の上下方向の中間部には、Ａｕ膜３３１ｃが設けられておらず、貫通電極３３１の上下方向の中間部において、Ａｕ膜３３１ｃが遮断されている。
本実施の形態では、第６スルーホール３３の貫通電極３３１からＡｕ膜の一部または全部が除去されており、貫通電極３３１がＡｕ以外の導電性金属によって導通を行う構成になっているので、半田１２０に対する耐侵食性を有する。これにより、第６スルーホール３３に形成された貫通電極３３１内への半田１２０の濡れ広がりを抑制することができる。この点について、以下に説明する。
水晶発振器１００を外部回路基板１１０に搭載する場合、一般的には、半田１２０が用いられ、半田１２０は、第２封止部材３０の外部電極端子３２と外部回路基板１１０との間に介在される。しかし、半田１２０は、Ｓｎ（スズ）を含むため、貫通電極３３１がＡｕ膜を有する場合、このＡｕ膜に沿って貫通電極３３１内に半田１２０が濡れ広がるおそれがある。このため、半田１２０の侵食作用によって、Ａｕ膜を構成するＡｕが凝集し、導通抵抗の増加や、断線等の不具合が発生することが懸念される。このように、貫通電極３３１がＡｕ膜によって導通を行う構成の場合、このＡｕ膜が半田１２０の侵食経路になる可能性がある。
そこで、本実施の形態では、第６スルーホール３３の貫通電極３３１において、半田１２０の侵食経路になり得るＡｕ膜を遮断し、Ａｕ以外の導電性金属で形成された第１金属膜３３１ａによって、第２封止部材３０の第１主面３０１の電極３４と、第２主面３０２の外部電極端子３２とを導通するようにしている。これにより、貫通電極３３１における半田１２０の侵食経路を遮断することができるので、貫通電極３３１内への半田１２０の濡れ広がりを抑制することができ、導通抵抗の増加や、断線等の不具合の発生を抑制することができる。
本実施の形態において、第２封止部材３０の４隅の領域に設けられた第６スルーホール３３の貫通電極３３１の全てに、上述のような半田１２０に対する耐侵食構造が設けられていることが好ましい。なお、第２封止部材３０の第６スルーホール３３の貫通電極３３１に加えて、水晶振動板１０の第１スルーホール１６１の貫通電極、または第１封止部材２０の第３スルーホール２１１の貫通電極にも、上記と同様の半田１２０に対する耐侵食構造を設ける構成としてもよい。あるいは、第２封止部材３０の第６スルーホール３３の貫通電極３３１に加えて、水晶振動板１０の第１スルーホール１６１の貫通電極、および第１封止部材２０の第３スルーホール２１１の貫通電極にも、上記と同様の半田１２０に対する耐侵食構造を設ける構成としてもよい。
今回開示した実施の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、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、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。
上記実施の形態では、本発明を水晶発振器１００に適用した場合について説明した。しかし、これに限定されるものではなく、第１封止部材２０、水晶振動板１０、および第２封止部材３０が積層された構成の水晶振動子に本発明を適用してもよい。
上記実施の形態では、第２封止部材３０の第２主面３０２の外部電極端子３２の数を４つとしたが、これに限定されるものではなく、外部電極端子３２の数を、例えば、２つ、６つ、あるいは８つ等としてもよい。
上記実施の形態では、第２封止部材３０の第６スルーホール３３の貫通電極３３１からＡｕ膜の一部または全部を除去する場合について説明した。しかし、これに限らず、貫通電極３３１からのＡｕ膜の一部または全部の除去に加えて、第２主面３０２の外部電極端子３２のうち、第６スルーホール３３の周囲の部分（周縁部）を除去する構成としてもよい。例えば図１０に示す変形例２では、貫通電極３３１の下側部分（外部電極端子３２側の部分；例えば－Ｙ´方向の部分）、および外部電極端子３２のうちの第６スルーホール３３の周囲の部分から、Ａｕ膜が除去されている。なお、貫通電極３３１からＡｕ膜の一部を除去する場合、貫通電極３３１の上下方向（Ｙ´軸方向）の中央位置よりも下側部分（外部電極端子３２側の部分；例えば－Ｙ´方向の部分）のＡｕ膜を全て除去することが好ましい。
より効果的に半田１２０の侵食経路を遮断する観点から、図１０に示すように、第２封止部材３０の第６スルーホール３３の貫通電極３３１の下側部分に形成されたＡｕ膜が少なくとも除去されていることが好ましい。つまり、貫通電極３３１の外部電極端子３２側の端部から貫通電極３３１の深さ方向の中央位置までの部分が少なくとも除去されていればよい。この場合、第６スルーホール３３は、深さ方向の中央部が狭くなるような略砂時計状の断面形状になっており、開口端側（第１主面３０１側および第２主面３０２側）から深さ方向の中央部にかけて開口面積が徐々に小さくなっている。このような断面形状の第６スルーホール３３に形成された貫通電極３３１において、外部電極端子３２側の端部から貫通電極３３１の深さ方向の中央位置を超えた部分までＡｕ膜が除去されている。
これにより、外部電極端子３２には外部回路基板１１０への搭載に用いられる半田１２０が直接的に塗布されるので、第６スルーホール３３の貫通電極３３１のＡｕ膜のうち、外部電極端子３２側の部分に形成されるＡｕ膜を除去することによって、半田１２０の侵食経路を効果的に遮断することができ、貫通電極３３１内への半田１２０の濡れ広がりを効果的に抑制することができる。なお、外部電極端子３２側の端部から貫通電極３３１の中央位置までの部分のＡｕ膜が全て除去されていればよく、貫通電極３３１の中央位置を超えた部分についてはＡｕ膜を除去する分量（部位）は特に限定されない。
さらに、外部電極端子３２のうちの第６スルーホール３３の周囲の部分（周縁部）においても、Ａｕ膜３２ｃが遮断されている。図１０に示すように、外部電極端子３２の最上層に形成されたＡｕ膜（外部Ａｕ膜）３２ｃのうち、第６スルーホール３３の外部電極端子３２側の周縁部に形成されたＡｕ膜３２ｃが除去されている。これにより、外部回路基板１１０への搭載の際に半田１２０が直接的に塗布される外部電極端子３２のうちの第６スルーホール３３の周囲の部分においても、半田１２０の侵食経路を遮断することができるので、貫通電極３３１内への半田１２０の濡れ広がりを抑制することができ、導通抵抗の増加や、断線等の不具合の発生を抑制することができる。
上記実施の形態では、第２封止部材３０の第６スルーホール３３の貫通電極３３１の最上層に形成されたＡｕ膜の一部または全部を除去する場合について説明した。しかし、これに限らず、第２封止部材３０の第６スルーホール３３の貫通電極３３１の内部にＡｕ膜が形成される構成に対しても、本発明を適用することが可能である。この場合、貫通電極３３１の内部のＡｕ膜とともに、Ａｕ膜よりも表面側に形成された金属膜を除去すればよい。
また、図１１に示す変形例３では、第２封止部材３０の第６スルーホール３３の貫通電極３３１のＡｕ膜３３１ｃを残した状態で、Ａｕ膜３３１ｃ上にＡｕ以外の金属（例えばＴｉ）からなる金属膜３３２が形成された構成になっている。つまり、Ａｕ膜３３１ｃの内壁面が、Ａｕ以外の金属からなる金属膜３３２によって覆われている。この場合、第２封止部材３０の第６スルーホール３３の貫通電極３３１の最上層に形成されたＡｕ膜３３１ｃに沿って半田１２０が濡れ広がることを抑制することができ、導通抵抗の増加や、断線等の不具合の発生を抑制することができる。なお、貫通電極３３１内への半田１２０の濡れ広がりをより確実に抑制する観点からは、上記実施の形態のように、金属膜３３２の下層のＡｕ膜３３１ｃを除去することが好ましい。
上記実施の形態において、図１２の変形例４に示すように、第１封止部材２０の第３スルーホール２１１の貫通部分２１１ａを樹脂２１１ｂによって塞ぐ構成としてもよい。図１２に示す変形例４では、第１封止部材２０の第３スルーホール２１１の第１主面２０１側（＋Ｙ´方向側）の部分が樹脂２１１ｂによって埋められている。これにより、樹脂２１１ｂによって、第３スルーホール２１１の貫通部分２１１ａから、水分が水晶発振器１００の内部へ侵入することを防止することができる。したがって、水晶発振器１００の内部へ侵入した水分に起因するシールパス１１５，１１６の腐食（Ｔｉ腐食）を抑制することができ、シールパス１１５，１１６の気密性を確保することができる。
ここで、第１封止部材２０の第３スルーホール２１１は、図１２に示すように、貫通部分２１１ａが、平面視で、Ｚ’軸方向に延びる長孔形状に形成されている。このため、円形の樹脂２１１ｂを用いた場合、第３スルーホール２１１の貫通部分２１１ａのＺ’軸方向の端部が、樹脂２１１ｂによって塞がれない可能性がある。そこで、本変形例では、樹脂２１１ｂを、平面視で、Ｚ’軸方向に延びる略長円形状、またはＺ’軸方向を長軸方向とする略楕円状に形成している。これにより、第３スルーホール２１１の貫通部分２１１ａのＺ’軸方向の端部が、樹脂２１１ｂによって確実に塞がれるようになっている。このように、樹脂２１１ｂを第３スルーホール２１１の貫通部分２１１ａに応じた形状にすることによって、第３スルーホール２１１の貫通部分２１１ａから、水分が水晶発振器１００の内部へ侵入することをより確実に防止することができる。したがって、水晶発振器１００の内部へ侵入した水分に起因するシールパス１１５，１１６の腐食（Ｔｉ腐食）を抑制することができ、シールパス１１５，１１６の気密性をより確実に確保することができる。なお、第１封止部材２０の第３スルーホール２１１の第１主面２０１側（＋Ｙ´方向側）の部分に加えて、第３スルーホール２１１の第２主面２０２側（－Ｙ´方向側）の部分にも、同様に樹脂２１１ｂを設ける構成としてもよい。また、第２封止部材３０の第６スルーホール３３、水晶振動板１０の第１スルーホール１６１についても、同様に樹脂によって塞ぐ構成としてもよい。
また、樹脂２１１ｂが、第１封止部材２０の第１主面２０１および第２主面２０２から突出しない状態で第３スルーホール２１１内に収容されている。つまり、第３スルーホール２１１内に収容された樹脂２１１ｂの上面が、第１封止部材２０の第１主面２０１よりも低い位置（－Ｙ´方向側の位置）に位置しており、樹脂２１１ｂの下面が、第１封止部材２０の第２主面２０２よりも高い位置（＋Ｙ´方向側の位置）に位置している。このように、樹脂２１１ｂの全部分が第３スルーホール２１１内に収容されることによって、樹脂２１１ｂを含めた第１封止部材２０の厚みを容易に制御することができ、シールパス１１５，１１６による気密封止の信頼性を高めることができる。
上記実施形態では、第１封止部材２０および第２封止部材３０を水晶板によって形成したが、これに限定されるものではなく、第１封止部材２０および第２封止部材３０を、例えば、ガラスによって形成してもよい。
この出願は、２０１８年１２月２７日に日本で出願された特願２０１８－２４４５５９号に基づく優先権を請求する。これに言及することにより、その全ての内容は本出願に組み込まれるものである。
１０ 水晶振動板（圧電振動板）
１１ 振動部
２０ 第１封止部材
３０ 第２封止部材
３２ 外部電極端子
３３ 第６スルーホール（貫通孔）
１００ 水晶発振器（圧電振動デバイス）
１１０ 外部回路基板
１１１ 第１励振電極
１１２ 第２励振電極
１２０ 半田
３０１ 第１主面（一主面）
３０２ 第２主面（他主面）
３３１ 貫通電極

Claims (9)

  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、かつ前記第２封止部材と前記圧電振動板とが接合されることによって、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設けられた圧電振動デバイスにおいて、
    前記第２封止部材の他主面には、半田を介して外部回路基板に電気的に接続される外部電極端子が形成され、
    前記第２封止部材には、貫通孔が形成され、当該貫通孔の内壁面には、一主面に形成された電極と、他主面に形成された前記外部電極端子とを導通するための貫通電極が形成され、当該貫通電極には、前記半田に対する耐侵食構造が設けられ、
    前記貫通電極は、Ａｕ以外の導電性金属によって、前記一主面の前記電極と、前記他主面の前記外部電極端子とが導通される構成になっており、
    前記第１封止部材と前記圧電振動板との間、および前記圧電振動板と前記第２封止部材との間には、前記内部空間を気密封止する環状のシールパスが形成されており、
    前記貫通孔は、前記環状のシールパスよりも平面視で外周側に設けられてい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において、
    前記第１封止部材には、第１封止部材用貫通孔が形成され、当該第１封止部材用貫通孔の内壁面には、前記圧電振動板に面しない側の一主面に形成された電極と、他主面に形成された電極とを導通するための貫通電極が形成され、
    前記圧電振動板には、圧電振動板用貫通孔が形成され、当該圧電振動板用貫通孔の内壁面には、一主面に形成された電極と、他主面に形成された電極とを導通するための貫通電極が形成され、
    前記第２封止部材の貫通電極は、前記圧電振動板の貫通電極、前記第１封止部材の貫通電極、および前記第１封止部材の前記一主面に形成された前記電極を介して、平面視で前記環状のシールパスの内方に位置する部材に電気的に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または２に記載の圧電振動デバイスにおいて、
    前記第２封止部材の貫通電極は、前記貫通孔の内壁面に形成された前記導電性金属からなる金属膜、および当該金属膜の内壁面に形成されたＡｕ膜のうち、前記Ａｕ膜の一部または全部が除去されることによって形成されていることを特徴とする圧電振動デバイス。
  4. 請求項３に記載の圧電振動デバイスにおいて、
    前記第２封止部材の貫通電極の前記外部電極端子側の部分に形成された前記Ａｕ膜が少なくとも除去されていることを特徴とする圧電振動デバイス。
  5. 請求項４に記載の圧電振動デバイスにおいて、
    前記Ａｕ膜は、前記第２封止部材の貫通電極の前記外部電極端子側の端部から当該貫通電極の深さ方向の中央位置までの部分が少なくとも除去されていることを特徴とする圧電振動デバイス。
  6. 請求項４または５に記載の圧電振動デバイスにおいて、
    前記外部電極端子は、前記第２封止部材の貫通電極の前記金属膜に接続される外部金属膜および当該外部金属膜上に形成された外部Ａｕ膜を有しており、当該外部Ａｕ膜のうち、前記貫通孔の前記外部電極端子側の周縁部に形成された外部Ａｕ膜が除去される構成になっていることを特徴とする圧電振動デバイス。
  7. 請求項１～６のいずれか１つに記載の圧電振動デバイスにおいて、
    前記第１封止部材用貫通孔が、樹脂によって塞がれていることを特徴とする圧電振動デバイス。
  8. 請求項７に記載の圧電振動デバイスにおいて、
    前記第１封止部材が、ＡＴカット水晶振動板であり、
    前記第１封止部材用貫通孔が、平面視で、Ｚ’軸方向に延びる長孔形状に形成されており、
    前記樹脂が、平面視で、Ｚ’軸方向に延びる略長円形状、またはＺ’軸方向を長軸方向とする略楕円状に形成されていることを特徴とする圧電振動デバイス。
  9. 請求項７または８に記載の圧電振動デバイスにおいて、
    前記樹脂が、前記第１封止部材の一主面および他主面から突出しない状態で前記第１封止部材用貫通孔内に収容されていることを特徴とする圧電振動デバイス。
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