JP2022127791A - 振動素子、振動子および電子デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】発振特性にバラツキが生じ難い振動素子を提供する。【解決手段】振動素子１は、振動片２の第１面２ａに配置された第１励振電極３、第１パッド電極７及び第１引出配線５と、振動片２の第２面２ｂに配置された第２励振電極８、第２パッド電極９及び第２引出配線１１と、振動片２の第１面２ａに配置された螺旋状の第１電極パターン６と、を備え、第１励振電極３及び第２励振電極８は振動片２を挟んで対向配置され、第１電極パターン６の第１中心側端部６ｂは、振動片２に設けられた貫通電極１５を介して、第２引出配線１１と電気的に接続し、第１電極パターン６の第１外周側端部６ａは第１引出配線５と電気的に接続され、第１引出配線５は第１励振電極３及び第１パッド電極７の少なくとも一方と電気的に接続され、第２引出配線１１は第２励振電極８及び第２パッド電極９の少なくとも一方と電気的に接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、振動素子、振動子および電子デバイスに関するものである。

水晶からなる振動片の両面に励振電極が設けられた振動素子が広く用いられている。例えば、特許文献１には、励振電極及びパッド電極に加えて、螺旋状の電極パターンが設けられた振動素子が開示されている。螺旋状の電極パターンはインダクタであり、中心にパッド電極が設けられている。インダクタの外周端は、配線により励振電極と電気的に接続される。

当該文献の振動素子では、図７に示すように、ボンディングワイヤーの一端をインダクタの中心にあるパッド電極に接続しており、平面視でボンディングワイヤーがインダクタに交差した状態で、電気的な接続を行っている。

特開２０１４－２３０１５号公報

しかしながら、特許文献１の振動素子では、振動素子の発振特性にバラツキが生じ兼ねないという課題があった。詳しくは、インダクタに発生する磁束は、近くに配置されたボンディングワイヤーと磁気結合するため、インダクタンスの値にバラツキが生じてしまう。

振動素子は、振動片の一方の面に配置された第１励振電極、第１パッド電極及び第１引出配線と、前記振動片の他方の面に配置された第２励振電極、第２パッド電極及び第２引出配線と、前記振動片の前記一方の面に配置された螺旋状の第１電極パターンと、を備え、前記第１励振電極及び前記第２励振電極は前記振動片を挟んで対向配置され、前記第１電極パターンの中心側の端部は、前記振動片に設けられた貫通電極を介して、前記第２引出配線と電気的に接続し、前記第１電極パターンの外周側の端部は前記第１引出配線と電気的に接続され、前記第１引出配線は前記第１励振電極及び前記第１パッド電極の少なくとも一方と電気的に接続され、前記第２引出配線は前記第２励振電極及び前記第２パッド電極の少なくとも一方と電気的に接続される。

振動子は、上記に記載の振動素子と、前記振動素子が搭載されているパッケージと、を備える。

電子デバイスは、上記に記載の振動素子と、前記振動素子が搭載されているパッケージと、前記第１励振電極と前記第２励振電極とに駆動電圧を供給する駆動回路基板と、を備える。

第１実施形態にかかわる振動素子の構成を示す模式平面図。 振動素子の構成を示す模式側断面図。 振動素子の構成を示す模式平面図。 発振器の回路の一例を示す回路図。 圧電振動部の等価回路の一例を説明する回路図。 第２実施形態にかかわる振動素子の構成を示す模式平面図。 振動素子の構成を示す模式側断面図。 振動素子の構成を示す模式平面図。 第３実施形態にかかわる振動素子の構成を示す模式平面図。 振動素子の構成を示す模式側断面図。 振動素子の構成を示す模式平面図。 第４実施形態にかかわる振動素子の構成を示す模式平面図。 振動素子の構成を示す模式平面図。 第５実施形態にかかわる振動素子の構成を示す模式平面図。 第６実施形態にかかわる振動素子の構成を示す模式平面図。 振動素子の構成を示す模式側断面図。 第７実施形態にかかる振動子の構成を示す模式側断面図。 第８実施形態にかかる電子デバイスの構成を示す模式側断面図。

第１実施形態
本実施形態では、振動素子の特徴的な例について図に従って説明する。図２は図１のＡＡ線に沿う断面を示す。図３は図１の振動素子を反対側から見た図である。

図１～図３に示すように、振動素子１は振動片２を備える。振動片２の材質は圧電効果を有する部材であり、本実施形態では振動片２の材質は水晶である。振動片２は結晶軸を明確にした人工水晶原石の一部をブロック状に形成した水晶ランバートから所定の切断角度で切り出された単結晶基板としての水晶ウェハを用いて形成される。所定の切断角度とは、水晶の結晶軸に対して狙った角度だけ傾けたカット角を指す。振動素子１は、結晶軸から３５°１５′傾けた切断角度で切り出された所謂ＡＴカット水晶を用いて形成された厚み滑り振動モードを呈する。

振動片２は平面視で長方形の１つの角が切り取られた５角形となっている。振動片２は平面視で１方向が長い。長い方向を長手方向５６及びＸ方向とする。振動片２の短い方向を幅方向５７及びＹ方向とする。振動片２の厚み方向をＺ方向とする。振動片２における長方形の１つの角が切り取られた場所はＸ正方向且つＹ負方向の場所である。

振動片２は一方の面としての第１面２ａ及び他方の面としての第２面２ｂを備える。第２面２ｂから第１面２ａに向かう方向をＺ正方向とする。

振動片２の第１面２ａには第１励振電極３、第１パッド電極４及び第１引出配線５が配置される。第１引出配線５は第１励振電極３及び第１パッド電極４の両方と電気的に接続される。さらに、振動片２の第１面２ａには螺旋状の第１電極パターン６が配置される。第１電極パターン６の外周側の端部としての第１外周側端部６ａは第１引出配線５と電気的に接続される。

第１パッド電極４はＸ負方向且つＹ負方向の角に位置する。第１励振電極３はＸ正方向且つＹ正方向の角に位置する。他にも、第１面２ａには第３パッド電極７が配置される。第３パッド電極７はＸ負方向且つＹ正方向の角に位置する。

振動片２の第２面２ｂには第２励振電極８、第２パッド電極９及び第２引出配線１１が配置される。第１励振電極３及び第２励振電極８は振動片２を挟んで対向配置される。第２引出配線１１は第２励振電極８及び第２パッド電極９の両方と電気的に接続される。

第２パッド電極９は第３パッド電極７と振動片２を挟んで対向配置される。第２パッド電極９と第３パッド電極７とは第２側面配線１２により電気的に接続される。他にも、第２面２ｂには第４パッド電極１３が配置される。第４パッド電極１３は第１パッド電極４と振動片２を挟んで対向配置される。第４パッド電極１３と第１パッド電極４とは第１側面配線１４により電気的に接続される。第２側面配線１２及び第１側面配線１４は振動片２の側面に設置される。

第１電極パターン６の中心側の端部としての第１中心側端部６ｂは、正方形のパッドになっている。第２面２ｂでは第２引出配線１１が第１中心側端部６ｂと振動片２を挟んで対向する場所に接続パッド１１ａを備える。振動片２には接続パッド１１ａと第１中心側端部６ｂとの間に貫通電極１５が設けられる。第１中心側端部６ｂは振動片２に設けられた貫通電極１５を介して、第２引出配線１１と電気的に接続する。

この構成によれば、振動片２は第１面２ａに螺旋状の第１電極パターン６を備える。第１電極パターン６はインダクタとして機能する。第１電極パターン６の中心側の第１中心側端部６ｂは貫通電極１５を介して第２引出配線１１と電気的に接続する。第２引出配線１１は第２励振電極８及び第２パッド電極９の両方と電気的に接続される。従って、第１電極パターン６は第２励振電極８及び第２パッド電極９の両方と電気的に接続される。第１電極パターン６の外周側の第１外周側端部６ａは第１面２ａにあり、第１引出配線５と導通する。第１引出配線５は、第１励振電極３及び第１パッド電極４の両方と電気的に接続される。従って、第１電極パターン６は第１面２ａにある第１励振電極３及び第１パッド電極４の両方と導通する。

振動素子１では従来技術のようにパッド電極が第１電極パターン６の第１中心側端部６ｂには無く、第１電極パターン６の第１中心側端部６ｂはボンディングワイヤーにて配線されていない。従って、第１電極パターン６のインダクタンスの値のバラツキを抑制することができる。第２引出配線１１と第１電極パターン６との間の距離を少なくとも振動片２の板厚分だけ離間させることができる。従って、第１電極パターン６に発生した磁束が第２引出配線１１に磁気結合することを低減することができる。その結果、発振特性にバラツキが生じ難く、優れた振動素子１を得ることができる。

貫通電極１５は第１電極パターン６の中心側に配置される。第２引出配線１１は、Ｚ方向から見る平面視で第１電極パターン６と交差し、貫通電極１５から第１電極パターン６の外側まで配置される。

この構成によれば、第２引出配線１１と第１電極パターン６との間の距離を少なくとも振動片２の板厚分だけ離間させることができる。従って、第１電極パターン６で発生した磁束が第２引出配線１１に磁気結合することを低減することができる。

振動素子１では振動片２の長手方向５６において、第１パッド電極４、第１電極パターン６及び第１励振電極３が第１パッド電極４、第１電極パターン６、第１励振電極３の順に配置されている。振動素子１は第１励振電極３及び第２励振電極８が設置されている場所にて振動片２が振動する振動部としての圧電振動部１６になっている。振動素子１は第１パッド電極４及び第３パッド電極７が固定され、圧電振動部１６が振動する。

この構成によれば、第１電極パターン６が無いときに比べて、第１パッド電極４と第１励振電極３との距離を長くすることができる。従って、第１パッド電極４側の振動片２に応力が加わるときにも、応力が圧電振動部１６に影響を及ぼすことを抑制できる。

第１励振電極３及び第２励振電極８が設けられた第１領域１７の振動片２の厚さは、第１パッド電極４及び第２パッド電極９が設けられた第２領域１８の振動片２の厚さよりも薄い。即ち、振動素子１は所謂逆メサ構造になっている。第１領域１７には振動片２に凹部２ｃが形成される。

この構成によれば、第１励振電極３及び第２励振電極８が設けられた第１領域１７では振動片２の厚さが薄いので、圧電振動部１６が振動する周波数を高くすることができる。従って、高周波に対応可能な振動素子１にすることができる。尚、高周波に対応する必要が無いときには、第２領域１８の厚みは第１領域１７と同じでも良く、第１領域１７より厚くても良い。

振動片２はＸ正方向側がＸ負方向側より幅が狭くなっている。従って、振動片２はＸ正方向側の質量がＸ負方向側より小さい。振動素子１はＸ負方向側が固定されて片持ち梁の形態で用いられる。振動素子１に衝撃が加わるとき、振動素子１はＸ正方向側が振動する。振動素子１はＸ正方向側がＸ負方向側より質量が小さいので、振動を抑制できる。

振動素子１は公知の方法で製造することができる。水晶ウェハがエッチングされ、貫通電極１５の貫通孔、第１領域１７、振動片２の外形形状が形成される。次に、蒸着またはスパッタリングにより、ニッケルまたはクロムを下地層として、下地層の上に金等による金属膜を成膜する。次に、フォトリソグラフィー法を用いて金属膜をパターニングし、金属膜をエッチングすることにより第１励振電極３、第２励振電極８、第１パッド電極４、第２パッド電極９、第３パッド電極７、第４パッド電極１３、第１電極パターン６、第１引出配線５、第２引出配線１１、貫通電極１５等が形成される。

図４に示すように、電子デバイス２１は振動素子１及び駆動回路基板２２を備える。なお、図４は、回路の一部を抜粋して図示したものであり、発振させるための回路は省略してある。駆動回路基板２２は第１端子２３及び第２端子２４を備える。第１端子２３と第２端子２４との端子間に振動素子１が接続される。図４及び図５の説明における接続は電気的な接続を示す。

駆動回路基板２２は制御電圧入力端子２５を備える。制御電圧入力端子２５は制御電圧印加用抵抗２６の一端と接続される。制御電圧印加用抵抗２６の他端は可変容量ダイオード２７及び第１端子２３と接続される。可変容量ダイオード２７はカソードが制御電圧印加用抵抗２６と接続され、アノードがアース２８と接続される。

第２端子２４は増幅器２９の入力部と接続される。増幅器２９の出力部は周波数出力端子３１と接続される。第２端子２４とアース２８との間には第１コンデンサー３２及び第２コンデンサー３３が直列接続される。第１コンデンサー３２の一端が第２端子２４と接続される。第１コンデンサー３２の他端が第２コンデンサー３３の一端及び周波数出力端子３１と接続される。第２コンデンサー３３の他端はアース２８と接続される。

振動素子１では第１励振電極３及び第２励振電極８が振動片２を挟む圧電振動部１６に対して第１電極パターン６は電気的に並列に接続する。

この構成によれば、第１電極パターン６と圧電振動部１６とが並列になっている。従って、第１電極パターン６がインダクタとして機能し浮遊容量をキャンセルすることができる。浮遊容量にはパッケージの配線により生ずる容量も含まれる。第１励振電極３を囲んで第１電極パターン６を形成していないので、第１励振電極３に生ずる渦電流を小さくすることができる。そのため、第１電極パターン６はＱ値の高いインダクタンスを実現できる。

図５に示すように、圧電振動部１６の一般的な等価回路は等価直列インダクタンス３４、等価直列容量３５、等価直列抵抗３６が直列接続され、等価並列容量３７が等価直列インダクタンス３４、等価直列容量３５及び等価直列抵抗３６と並列接続された回路で示される。第１電極パターン６は等価並列容量３７を含む浮遊容量をキャンセルすることができる。尚、等価並列容量３７をＣ０、等価直列容量３５をＣ１とするときＣ０／Ｃ１が小さい方が好ましい。周波数レンジを広くすることができる。

圧電振動部１６の振動周波数をω、第１電極パターン６のインダクタンスをＬとするとき、ωＣ０＞１／（ωＬ）の範囲にＬを設定するのが好ましい。Ｃ０の影響をキャンセルすることができる。また、大きなＬ値を得るために、振動素子１と、インダクタを形成した他の振動素子と、を重ねて配置しても良い。

第１電極パターン６の厚みは第１励振電極３及び第２励振電極８の厚みより厚いのが好ましい。そして、第１電極パターン６のＱ値と圧電振動部１６のＣＩ値を最適化するのが好ましい。

第２実施形態
図６は振動素子４０を第１面２ａ側から見た図である。図７は図６のＢＢ線に沿う断面側から振動素子４０を見た図である。図８は振動素子４０を第２面２ｂ側から見た図である。図６～図８に示すように、振動素子４０は第２面２ｂに第２電極パターン４１を備えても良い。

振動素子４０の第２面２ｂでは第２励振電極８と第２パッド電極９とが第２引出配線４２により電気的に接続される。第２面２ｂに螺旋状の第２電極パターン４１が設けられる。第２電極パターン４１の中心側の端部としての第２中心側端部４１ｂは第１電極パターン６と貫通電極１５とを介して電気的に接続する。第２電極パターン４１の外周側の端部としての第２外周側端部４１ａは第２引出配線４２と電気的に接続する。

この構成によれば、第１電極パターン６と第２電極パターン４１とが電気的に接続される。第１電極パターン６及び第２電極パターン４１は共に螺旋状である為、第１電極パターン６だけのときに比べて巻き数の多いインダクタにすることができる。

第３実施形態
図９は振動素子４３を第１面２ａ側から見た図である。図１０は図９のＣＣ線に沿う断面側から見た図である。図１１は振動素子４３を第２面２ｂ側から見た図である。図９～図１１に示すように、振動素子４３では第１励振電極３及び第２励振電極８が振動片２を挟む圧電振動部１６に対して第１電極パターン６は電気的に直列に接続されている。

第１面２ａはＸ負方向且つＹ正方向の角に第１パッド電極４４を備える。第２面２ｂは振動片２を挟んで第１パッド電極４４と対向する場所に第４パッド電極４５を備える。第１パッド電極４４と第４パッド電極４５とは第２側面配線１２により電気的に接続される。第１面２ａは第１引出配線４６を備える。第１引出配線４６は第１配線４６ａ及び第２配線４６ｂを備える。第１励振電極３と第１パッド電極４４とは第１引出配線としての第１配線４６ａにより電気的に接続される。

第１面２ａはＸ負方向且つＹ負方向の角に第３パッド電極４７を備える。第２面２ｂは振動片２を挟んで第３パッド電極４７と対向する場所に第２パッド電極４８を備える。第３パッド電極４７と第２パッド電極４８とは第１側面配線１４により電気的に接続される。第１外周側端部６ａと第３パッド電極４７とは第２配線４６ｂにより電気的に接続される。

第２面２ｂは第２引出配線４９を備える。第２引出配線４９は貫通電極１５と電気的に接続される。さらに、第２引出配線４９は第２励振電極８と電気的に接続される。

この構成によれば、第１電極パターン６と圧電振動部１６とが直列になっている。従って、第１電極パターン６がインダクタとして機能し振動素子４３を電圧制御水晶発振器に使用したときに周波数可変幅を広げることができる。

第４実施形態
図１２は振動素子５１を第１面２ａ側から見た図である。図１３は振動素子５１を第２面２ｂ側から見た図である。図１２及び図１３に示すように、振動素子５１では第１励振電極３及び第２励振電極８が振動片２を挟む圧電振動部１６に対して第１電極パターン６は電気的に直列に接続されている。

第１面２ａは第１引出配線５２を備える。第１電極パターン６の第１外周側端部６ａは第１引出配線５２と電気的に接続される。第１引出配線５２は第１励振電極３と電気的に接続される。

第１面２ａはＸ負方向且つＹ正方向の角に第１パッド電極４４を備える。第２面２ｂは振動片２を挟んで第１パッド電極４４と対向する場所に第４パッド電極４５を備える。第１パッド電極４４と第４パッド電極４５とは第２側面配線１２により電気的に接続される。

第２面２ｂは第２引出配線５３を備える。第２引出配線５３は第３配線５３ａ及び第４配線５３ｂを備える。第３配線５３ａは第２励振電極８と第４パッド電極４５とを電気的に接続する。第３配線５３ａは第４パッド電極４５及び第２側面配線１２を介して第１パッド電極４４と電気的に接続される。

第１面２ａはＸ負方向且つＹ負方向の角に第３パッド電極４７を備える。第２面２ｂは振動片２を挟んで第３パッド電極４７と対向する場所に第２パッド電極４８を備える。第３パッド電極４７と第２パッド電極４８とは第１側面配線１４により電気的に接続される。

第２引出配線としての第４配線５３ｂは貫通電極１５及び第２パッド電極４８と電気的に接続される。第３パッド電極４７、第１側面配線１４、第２パッド電極４８、第４配線５３ｂ、貫通電極１５、第１電極パターン６、第１引出配線５２、第１励振電極３がこの順に直列接続される。

この構成によれば、第１電極パターン６と圧電振動部１６とが直列になっている。従って、第１電極パターン６がインダクタとして機能し電圧制御水晶発振器に使用したときに周波数可変幅を広げることができる。

第５実施形態
図１４は振動素子５５を第１面２ａ側から見た図である。図１４に示すように、振動素子５５は振動片２を備える。Ｘ正方向及びＸ負方向が長手方向５６である。Ｙ正方向及びＹ負方向が幅方向５７である。振動片２は幅方向５７の長さが長手方向５６の長さより短い。

振動片２の幅方向５７の中心を通り、長手方向５６に沿った中心線を第１中心線５８とする。第１中心線５８に対して、Ｙ正方向側に第１励振電極３が配置され、Ｙ負方向側に第１電極パターン６の中心６ｃが配置される。従って、第１中心線５８に対して、一方側に第１励振電極３が配置され、他方側に第１電極パターン６の中心６ｃが配置される。一方側はＹ正方向側である。他方側はＹ負方向側である。

この構成によれば、長手方向５６に沿った第１中心線５８に対して、一方側に第１励振電極３及び第１電極パターン６の中心６ｃがあるときに比べて、第１励振電極３と第１電極パターン６との距離を長くすることができる。その結果、第１電極パターン６で発生する磁束が第１励振電極３と磁気結合し、第１励振電極３が第１電極パターン６のインダクタンスの値に影響を及ぼすことを低減できる。

振動片２の長手方向５６の中心を通り、幅方向５７に沿った中心線を第２中心線５９とする。第２中心線５９に対して、Ｘ正方向側に第１励振電極３が配置され、Ｘ負方向側に第１電極パターン６の中心６ｃが配置される。従って、第２中心線５９に対して、一方側に第１励振電極３が配置され、他方側に第１電極パターン６の中心６ｃが配置される。一方側はＸ正方向側である。他方側はＸ負方向側である。

この構成によれば、幅方向５７に沿った第２中心線５９に対して、一方側に第１励振電極３及び第１電極パターン６の中心６ｃがあるときに比べて、第１励振電極３と第１電極パターン６との距離を長くすることができる。その結果、第１電極パターン６で発生する磁束が第１励振電極３と磁気結合し、第１励振電極３が第１電極パターン６のインダクタンスの値に影響を及ぼすことを低減できる。

振動素子５５では第１中心線５８及び第２中心線５９に対して、一方側に第１励振電極３が配置され、他方側に第１電極パターン６の中心６ｃが配置される。従って、第１励振電極３が第１電極パターン６のインダクタンスの値に影響を及ぼすことを低減できる。一方側はＸ正方向側且つＹ正方向側である。他方側はＸ負方向側且つＹ負方向側である。

第６実施形態
図１５は振動素子６１を第１面２ａ側から見た図である。図１６は図１５のＤＤ線に沿う断面側から振動素子６１を見た図である。図１５及び図１６に示すように、振動素子６１は第１面２ａに第１電極パターン６を備える。振動素子６１は第１電極パターン６の内側に金属ビア６２を備える。金属ビア６２は第１電極パターン６と絶縁されており、電気的に浮いている。金属ビア６２には透磁率の高い材質が用いられる。本実施形態では、例えば、金属ビア６２の材質に純鉄が用いられる。

この構成によれば、インダクタの磁束の内側に磁気抵抗の少ない金属ビア６２を設けることにより、第１電極パターン６のインダクタンスの値を高めることができる。尚、金属ビア６２は１つに限らず複数配置されても良い。

第７実施形態
図１７に示すように、振動子６４は振動素子６５と振動素子６５が搭載されているパッケージ６６とを備える。振動素子６５には振動素子１、振動素子４０、振動素子４３、振動素子５１、振動素子５５、振動素子６１のいずれかが用いられる。

詳しくは、パッケージ６６は振動素子６５を収容するために矩形の箱状に形成されているパッケージ本体６７と、金属、セラミック、ガラス等からなる蓋部材６８と、で構成されている。

パッケージ本体６７は第１基板６９、第２基板７１及びシールリング７２を積層して形成されている。第１基板６９の外部底面には実装端子７３が複数形成されている。第２基板７１は中央部が除去された環状体である。第２基板７１の上部周縁にはコバール等のシールリング７２が形成されている。第２基板７１により、振動素子６５を収容するキャビティー７４が形成される。第１基板６９の上面の所定の位置には、第１基板６９の内部に形成された図示しない配線により実装端子７３と電気的に導通する複数の素子搭載パッド７５が設けられる。素子搭載パッド７５は振動素子６５を載置した際に第１パッド電極４、第３パッド電極７または第１パッド電極４４、第３パッド電極４７に対応するように配置される。

パッケージ本体６７の第１基板６９と第２基板７１はセラミック絶縁材料等からなる。パッケージ本体６７に設けられた各電極、端子、あるいはそれらを電気的に接続する配線パターンや層内配線パターン等は、一般的に、タングステン、モリブデン等の金属配線材料をセラミック絶縁材料上にスクリーン印刷して焼成し、その上にニッケル、金等のめっきを施すことにより形成される。

振動素子６５を支持固定する際には、まず、振動素子６５の第１パッド電極４、第３パッド電極７または第１パッド電極４４、第３パッド電極４７と素子搭載パッド７５とに導電性接着剤７６を塗布し、その上に、第１パッド電極４、第３パッド電極７または第１パッド電極４４、第３パッド電極４７を載置して荷重をかける。導電性接着剤７６は、例えば、ポリイミド、シリコン系、またはエポキシ系等の樹脂に、銀フィラメント、または、ニッケル粉等を混入した導電性接着剤を用いることができる。

次に、導電性接着剤７６を硬化させるために、導電性接着剤７６が所定の温度の高温炉にて所定の時間の間加熱される。導電性接着剤７６が硬化された後、アニール処理が施される。次に、第２励振電極８に質量を付加するか、または質量を減じる周波数調整が行われる。第２励振電極８の質量を減ずるとき、発生する金属粉が第１電極パターン６に付着させないために、第１電極パターン６を第１基板６９と対向させるのが好ましい。

その後、第２基板７１の上面にシールリング７２が形成される。シールリング７２上に蓋部材６８が載置される。真空中、または、窒素ガスの雰囲気中で蓋部材６８がシーム溶接される。キャビティー７４が密封され、振動子６４が完成する。

この構成によれば、振動子６４はパッケージ６６の内部に上記の振動素子１、振動素子４０、振動素子４３、振動素子５１、振動素子５５、振動素子６１のいずれかを備える。上記の振動素子１、振動素子４０、振動素子４３、振動素子５１、振動素子５５、振動素子６１は発振特性に優れた振動素子である。従って、振動子６４は発振特性に優れた振動素子を備えた振動子とすることができる。

第８実施形態
図１８に示すように、電子デバイス８１は振動素子６５と、振動素子６５が搭載されているパッケージ８３と、第１励振電極３と第２励振電極８とに駆動電圧を供給する駆動回路基板８４と、を備える。振動素子６５には振動素子１、振動素子４０、振動素子４３、振動素子５１、振動素子５５、振動素子６１のいずれかが用いられる。

詳しくは、パッケージ８３はパッケージ本体８２及び蓋部材６８を備える。発振回路を搭載した駆動回路基板８４は振動素子６５を励振する。駆動回路基板８４はＩＣチップの形態になっている。

電子デバイス８１は、振動素子６５と発振回路を含む駆動回路基板８４とがパッケージ本体８２の内部のキャビティー７４に接合されて封止される。電子デバイス８１は表面実装が可能な所謂ＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）タイプの１チップの水晶発振器である。

パッケージ本体８２は第１基板６９、第２基板７１、第３基板８５、シールリング７２を積層して形成されている。第１基板６９の外部底面には、実装端子７３が複数形成されている。第２基板７１と第３基板８５とは中央部が除去された環状体であり、第２基板７１の上部周縁にコバール等のシールリング７２が形成される。

第２基板７１と第３基板８５とにより振動素子６５を収容するキャビティー７４が形成される。振動素子６５を励振する発振回路を搭載した駆動回路基板８４を収容する凹部８６が第３基板８５に形成される。凹部８６の底面となる第１基板６９の上面には、駆動回路基板８４が接続される複数のＩＣ接合端子８７が設けられる。第３基板８５の上面の所定の位置には、第１基板６９と第３基板８５との内部に形成された図示しない配線により実装端子７３と電気的に導通する複数の素子搭載パッド７５が設けられている。素子搭載パッド７５は振動素子６５を載置した際に第１パッド電極４、第３パッド電極７または第１パッド電極４４、第３パッド電極４７に対応するように配置される。

パッケージ本体８２の、第１基板６９～第３基板８５は、セラミック絶縁材料等からなる。また、パッケージ本体８２に設けられた各電極、端子、あるいはそれらを電気的に接続する配線パターンや層内配線パターン等は、一般的に、タングステン、モリブデン等の金属配線材料をセラミック絶縁材料上にスクリーン印刷して焼成し、その上にニッケル、金等のめっきを施すことにより形成される。

パッケージ本体８２の凹部８６の底面に設けられたＩＣ接合端子８７に駆動回路基板８４がろう材あるいは接着剤によって接合される。本実施形態では、駆動回路基板８４の図示しない電極パットに予め設けられた金属あるいは半田等からなるバンプ８８により、ＩＣ接合端子８７上に駆動回路基板８４がフェースダウン接合されている。

第１パッド電極４、第３パッド電極７または第１パッド電極４４、第３パッド電極４７と素子搭載パッド７５とを位置合わせした状態で振動素子６５は導電性接着剤７６により接合される。

パッケージ本体８２の第２基板７１上には蓋部材６８が接合される。蓋部材６８の材質には、例えば、鉄にニッケルが４２％含有された４２アロイや鉄、ニッケル及びコバルトの合金であるコバール等が用いられる。フレーム状に型抜きして形成されたシールリング７２を介して蓋部材６８が第２基板７１にシーム溶接される。シールリング７２の材質は、鉄－ニッケル合金等である。

パッケージ本体８２及び蓋部材６８によって形成されるキャビティー７４は、振動素子６５が動作するための空間となる。このキャビティー７４は減圧空間または不活性ガス雰囲気に密閉封止される。

この構成によれば、電子デバイス８１はパッケージ８３の内部に振動素子１、振動素子４０、振動素子４３、振動素子５１、振動素子５５、振動素子６１のいずれかを備える。上記の振動素子１、振動素子４０、振動素子４３、振動素子５１、振動素子５５、振動素子６１は発振特性に優れた振動素子である。従って、電子デバイス８１は発振特性に優れた振動素子６５を備えた電子デバイスとすることができる。

１，４０，４３，５１，５５，６１，６５…振動素子、２…振動片、２ａ…一方の面としての第１面、２ｂ…他方の面としての第２面、３…第１励振電極、４…第１パッド電極、５，４６，５２…第１引出配線、６…第１電極パターン、６ａ…外周側の端部としての第１外周側端部、６ｂ…中心側の端部としての第１中心側端部、８…第２励振電極、９…第２パッド電極、１１，４９，５３…第２引出配線、１５…貫通電極、１６…振動部としての圧電振動部、１７…第１領域、１８…第２領域、２１，８１…電子デバイス、４１ａ…外周側の端部としての第２外周側端部、４１ｂ…中心側の端部としての第２中心側端部、４１…第２電極パターン、４６ａ…第１引出配線としての第１配線、５３ｂ…第２引出配線としての第４配線、６４…振動子、６６，８３…パッケージ、８４…駆動回路基板。

Claims (11)

1. 振動片の一方の面に配置された第１励振電極、第１パッド電極及び第１引出配線と、
   前記振動片の他方の面に配置された第２励振電極、第２パッド電極及び第２引出配線と、
   前記振動片の前記一方の面に配置された螺旋状の第１電極パターンと、を備え、
   前記第１励振電極及び前記第２励振電極は前記振動片を挟んで対向配置され、
   前記第１電極パターンの中心側の端部は、前記振動片に設けられた貫通電極を介して、前記第２引出配線と電気的に接続し、
   前記第１電極パターンの外周側の端部は前記第１引出配線と電気的に接続され、
   前記第１引出配線は前記第１励振電極及び前記第１パッド電極の少なくとも一方と電気的に接続され、
   前記第２引出配線は前記第２励振電極及び前記第２パッド電極の少なくとも一方と電気的に接続されることを特徴とする振動素子。
2. 請求項１に記載の振動素子であって、
   前記貫通電極は前記第１電極パターンの中心側に配置され、
   前記第２引出配線は、平面視で前記第１電極パターンと交差し、前記貫通電極から前記第１電極パターンの外側まで配置されることを特徴とする振動素子。
3. 請求項１に記載の振動素子であって、
   前記他方の面に螺旋状の第２電極パターンが設けられ、
   前記第２電極パターンの中心側の端部は前記第１電極パターンと前記貫通電極とを介して電気的に接続し、
   前記第２電極パターンの外周側の端部は前記第２引出配線と電気的に接続することを特徴とする振動素子。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の振動素子であって、
   前記第１励振電極及び前記第２励振電極が前記振動片を挟む振動部に対して前記第１電極パターンは電気的に並列に接続することを特徴とする振動素子。
5. 請求項１～３のいずれか一項に記載の振動素子であって、
   前記第１励振電極及び前記第２励振電極が前記振動片を挟む振動部に対して前記第１電極パターンは電気的に直列に接続することを特徴とする振動素子。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の振動素子であって、
   前記振動片の長手方向において、前記第１パッド電極、前記第１電極パターン及び前記第１励振電極が前記第１パッド電極、前記第１電極パターン、前記第１励振電極の順に配置されていることを特徴とする振動素子。
7. 請求項６に記載の振動素子であって、
   前記振動片の幅方向の中心を通り、長手方向に沿った中心線に対して、
   一方側に前記第１励振電極が配置され、他方側に前記第１電極パターンの中心が配置されることを特徴とする振動素子。
8. 請求項６または７に記載の振動素子であって、
   前記振動片の長手方向の中心を通り、幅方向に沿った中心線に対して、
   一方側に前記第１励振電極が配置され、他方側に前記第１電極パターンの中心が配置されることを特徴とする振動素子。
9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の振動素子であって、
   前記第１励振電極及び前記第２励振電極が設けられた第１領域の前記振動片の厚さは、前記第１パッド電極及び前記第２パッド電極が設けられた第２領域の前記振動片の厚さよりも薄いことを特徴とする振動素子。
10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の振動素子と、
    前記振動素子が搭載されているパッケージと、を備えることを特徴とする振動子。
11. 請求項１～９のいずれか一項に記載の振動素子と、
    前記振動素子が搭載されているパッケージと、
    前記第１励振電極と前記第２励振電極とに駆動電圧を供給する駆動回路基板と、を備えることを特徴とする電子デバイス。

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