JP2023025994A - 圧電振動子、圧電発振器及び圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐湿性の向上を図ることができる圧電振動子、圧電発振器及び圧電振動子の製造方法を提供する。【解決手段】圧電振動素子（１０２）と、第１ベース部材（１５１）と第１蓋部材（１４０）との間の第１内部空間（１０１）に圧電振動素子（１０２）が収容された第１パッケージ部材（１００）と、第２ベース部材（２２０）と第２蓋部材（２１０）との間の第２内部空間（２０１）に第１パッケージ部材（１００）が収容された第２パッケージ部材（２００）と、を備え、第２内部空間（２０１）における第２蓋部材（２１０）と第１蓋部材（１４０）との間には、不活性ガスが設けられ、不活性ガスの分子量は、水の分子量よりも大きい。【選択図】図２

Description

本発明は、圧電振動子、圧電発振器及び圧電振動子の製造方法に関する。

発振装置や帯域フィルタなどに用いられる圧電振動子が知られている。この圧電振動子は、ベース部材と、ベース部材に搭載された圧電振動素子と、ベース部材に接合されて圧電振動素子を内部空間に封止する蓋部材とを備えている。一般に、圧電振動素子が封止された内部空間に水蒸気が侵入すると、圧電振動素子が劣化することから、圧電振動子には耐湿性が求められる。

例えば、引用文献１には、狭い封止幅でも十分な耐湿気密性を有する樹脂接着剤の組成が開示されている。

特開平９－２６３７４６号公報

しかしながら、引用文献１に記載の構成では、蓋部材、ベース部材、樹脂接着剤、等が制限され、これらの材質の選択によっては充分な耐湿性が得られない場合があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、耐湿性の向上を図ることができる圧電振動子、圧電発振器及び圧電振動子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る圧電振動子は、圧電片と、圧電片における互いに対向する主面に設けられた励振電極とを有する圧電振動素子と、第１ベース部材と、第１ベース部材に第１接合材を介在して接合された第１蓋部材とを有し、第１ベース部材と第１蓋部材との間の第１内部空間に、圧電振動素子が収容された第１パッケージ部材と、第２ベース部材と、第２ベース部材に第２接合材を介在して接合された第２蓋部材とを有し、第２ベース部材と第２蓋部材との間の第２内部空間に、第１パッケージ部材が収容された第２パッケージ部材と、を備え、第２内部空間における第２蓋部材と第１蓋部材との間には、不活性ガスが設けられ、不活性ガスの分子量は、水の分子量よりも大きい。

本発明の他の一態様に係る圧電振動子の製造方法は、圧電片と、圧電片における互いに対向する主面に設けられた励振電極とを有する圧電振動素子を用意することと、圧電振動素子を第１ベース部材に搭載することと、第１ベース部材に樹脂接合材を介在して第１蓋部材を接合して、第１ベース部材と第１蓋部材との間の第１内部空間に圧電振動素子が収容された第１パッケージ部材を形成することと、第２ベース部材に樹脂接合材を介在して第２蓋部材を接合して、第２ベース部材と第２蓋部材との間の第２内部空間に第１パッケージ部材が収容された第２パッケージ部材を形成することと、を含み、第２内部空間における第２蓋部材と第１蓋部材との間には、不活性ガスが設けられ、不活性ガスの分子量は、水の分子量よりも大きい。

本発明によれば、耐湿性の向上を図ることができる圧電振動子、圧電発振器及び圧電振動子の製造方法を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る圧電振動子の分解斜視図である。 図１に示した圧電振動子のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。 第１パッケージ部材の分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る圧電振動子の製造方法を示すフローチャートである。 変形例に係る圧電振動子の断面図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。

図１、図２及び図３を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る圧電振動子を説明する。この圧電振動子は、後述の本発明の一実施形態に係る圧電振動子の製造方法を適用して製造されたものである。ここで、図１は、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の分解斜視図であり、図２は図１に示した圧電振動子のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図であり、図３は第１パッケージ部材の分解斜視図である。

図１に示すように、本実施形態に係る圧電振動子１において、圧電振動素子１０２は、第１ベース部材１５１及び第１蓋部材１４０を含む第１パッケージ部材１００に収容される。さらに、圧電振動子１において、第１パッケージ部材１００は、第２蓋部材２１０及び第２ベース部材２２０を含む第２パッケージ部材２００に収容される。すなわち、圧電振動子１は、圧電振動素子１０２を２つのパッケージで封止する二重封止構造となっている。

図２に示すように、第１パッケージ部材１００は、第１蓋部材１４０と第１ベース部材１５１との間の第１内部空間１０１に、圧電振動素子１０２を収容する。図１及び図２に示した例では、第１ベース部材１５１が平板状を成しており、第１蓋部材１４０の凹部に圧電振動素子１０２が収容されている。但し、圧電振動素子１０２のうち少なくとも励振される部分が第１パッケージ部材１００に収容されれば、第１ベース部材１５１及び第１蓋部材１４０の形状は上記に限定されるものではない。例えば、第１ベース部材１５１は、第１蓋部材１４０の側に、圧電振動素子１０２の少なくとも一部を収容する凹部を有してもよい。

圧電振動素子１０２は、圧電効果により電気エネルギーと機械エネルギーとを変換可能な電気機械エネルギー変換素子である。圧電振動素子１０２は、圧電片１１０と、圧電片１１０に形成された第１励振電極１２０及び第２励振電極１３０とを含む。

圧電振動素子１０２の材料は特に限定されるものではない。例えば、圧電振動素子１０２は、ＡＴカットの水晶基板（水晶片）である圧電片１１０を有する水晶振動素子である。ＡＴカットの水晶基板は、水晶結晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうち、Ｙ軸及びＺ軸をＸ軸の周りにＹ軸からＺ軸の方向に３５度１５分±１分３０秒回転させた軸をそれぞれＹ’軸及びＺ’軸とした場合、Ｘ軸及びＺ’軸によって特定される面（以下、「ＸＺ’面」と呼ぶ。他の軸によって特定される面についても同様である。）と平行な面を主面として切り出されたものである。図３に示す例では、ＡＴカットの水晶基板である圧電片１１０は、Ｘ軸方向に平行な長手方向と、Ｚ’軸方向に平行な短手方向と、Ｙ’軸方向に平行な厚さ方向とを有しており、ＸＺ’面において略矩形形状をなしている。ＡＴカットの水晶基板を用いた水晶振動素子は、広い温度範囲で高い周波数安定性を有する。また、ＡＴカットの水晶基板を用いた水晶振動素子の主要振動は、厚みすべり振動モード（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｓｈｅａｒ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ）である。

なお、本実施形態に係る圧電片１１０はＸ軸方向に平行な長手方向を有するＡＴカット水晶基板に限定されるものではない。圧電片１１０は、例えば、Ｘ軸方向に平行な短手方向と、Ｚ’軸方向に平行な長手方向とを有するＡＴカット水晶基板を適用してもよいし、ＡＴカット以外の異なるカットの水晶基板であってもよいし、水晶以外のセラミックなどの圧電材料であってもよい。

第１励振電極１２０は、圧電片１１０の第１面１１２（Ｙ’軸正方向側のＸＺ’面）に形成され、第２励振電極１３０は、圧電片１１０の第１面１１２とは反対の第２面１１４（すなわち、Ｙ’軸負方向側のＸＺ’面）に形成されている。第１面１１２及び第２面１１４は、圧電片１１０のＹ’軸方向において互いに対向する主面に相当する。第１励振電極１２０及び第２励振電極１３０は一対の電極であり、Ｙ’軸方向において互いに重なっている。

圧電片１１０には、第１励振電極１２０に引出電極１２２を介して電気的に接続された接続電極１２４と、第２励振電極１３０に引出電極１３２を介して電気的に接続された接続電極１３４とが形成されている。具体的には、引出電極１２２は、圧電片１１０の第１面１１２において第１励振電極１２０から、圧電片１１０のＺ’軸負方向側端部に向かって引き出され、圧電片１１０のＺ’軸負方向側の側面上を引き回されて、圧電片１１０の第２面１１４に形成された接続電極１２４に接続されている。他方、引出電極１３２は、圧電片１１０の第２面１１４において第２励振電極１３０から、圧電片１１０のＺ’軸負方向側端部に向かって引き出され、圧電片１１０の第２面１１４に形成された接続電極１３４に接続されている。接続電極１２４，１３４は、圧電片１１０のＺ’軸負方向側の端部に沿って配置される。なお、本実施形態において、接続電極１２４，１３４及び引出電極１２２，１３２の配置やパターン形状は限定されるものではなく、他の部材との干渉を考慮して適宜変更することができる。

第１及び第２励振電極１２０，１３０を含む上記各電極の材料は限定されるものではない。例えば、上記各電極は、下地層としてクロム（Ｃｒ）層を有し、表面層として金（Ａｕ）層を有してもよい。

第１ベース部材１５１は、Ｙ’軸方向において互いに対向する第１面１５２及び第２面１５４を有する板状の絶縁体である。第１ベース部材１５１は、例えば絶縁性セラミック（アルミナなど）の焼結材である。リフロー等の熱履歴によって第１ベース部材１５１から圧電振動素子１０２に作用する熱応力を抑制する観点から、第１ベース部材１５１は耐熱性材料によって構成されることが好ましい。第１ベース部材１５１は、圧電片１１０に近い熱膨張率を有する材料によって設けられてもよい。第１ベース部材１５１の第１面１５２には、圧電振動素子１０２が搭載される。図３に示す例では、第１ベース部材１５１は、Ｘ軸方向に平行な長手方向と、Ｚ’軸方向に平行な短手方向と、Ｙ’軸方向に平行な厚さ方向を有しており、ＸＺ’面において略矩形形状をなしている。第１ベース部材１５１は、例えば単層の絶縁性セラミックグリーンシートを焼成することによって形成されてもよく、例えば複数の絶縁性セラミックグリーンシートを積層して焼成することによって形成されてもよい。あるいは、第１ベース部材１５１は、ガラス材料又は水晶材料で形成されてもよい。第１ベース部材１５１は、単層であっても複数層であってもよく、複数層である場合、第１ベース部材１５１の第１面１５２側の最表層には、絶縁層が形成される。また、第１ベース部材１５１は、平板な板状をなしてもよく、第１蓋部材１４０に対向する向きに開口した凹状をなしてもよい。第１ベース部材１５１の第１面１５２及び第２面１５４は、本発明に係る「圧電片における互いに対向する主面」の一例に相当する。

第１蓋部材１４０は、天壁部１４１と、天壁部１４１の外縁部から第１ベース部材１５１に向かって延出する側壁部１４２とを有している。天壁部１４１は圧電振動素子１０２を挟んで第１ベース部材１５１と対向し、側壁部１４２はＸＺ’面において圧電振動素子１０２を囲んでいる。第１蓋部材１４０の材質は、望ましくは導電材料であり、さらに望ましくは気密性の高い金属材料である。第１蓋部材１４０が導電材料で構成されることによって、第１内部空間１０１への電磁波の出入りを低減する電磁シールド機能が第１蓋部材１４０に付与される。熱応力の発生を抑制する観点から、第１蓋部材１４０の材質は、第１ベース部材１５１に近い熱膨張率を有する材料であることが望ましく、例えば常温付近での熱膨張率がガラスやセラミックと広い温度範囲で一致するＦｅ－Ｎｉ－Ｃｏ系合金である。

樹脂接合材１９０は、第１ベース部材１５１と第１蓋部材１４０とを接合し、第１内部空間１０１を封止する。樹脂接合材１９０は、第１ベース部材１５１の外縁部の全周に亘って枠状に設けられており、第１蓋部材１４０の側壁部１４２の先端部と第１ベース部材１５１の第１面１５２との間に介在している。樹脂接合材１９０は、例えば、エポキシ系、ビニル系、アクリル系、ウレタン系又はシリコーン系の有機系接着剤によって設けられる。樹脂接合材１９０は、本発明に係る「第１接合材」の一例に相当する。第１接合材は、有機系接着剤によって設けられた樹脂接合材に限定されるものではなく、水ガラスなどを含むケイ素系接着剤や、セメントなどを含むカルシウム系接着剤などの無機系接着剤によって設けられてもよい。第１接合材は、低融点ガラス（例えば鉛ホウ酸系や錫リン酸系等）であってもよい。

図２に示す例では、圧電振動素子１０２は、その長手方向における一方端（導電性保持部材１８０，１８２側の端部）が固定端であり、その長手方向における他方端が自由端となっている。なお、変形例として、圧電振動素子１０２は、長手方向の両端において第１ベース部材１５１に固定されていてもよい。導電性保持部材１８０，１８２は、第１ベース部材１５１と圧電振動素子１０２とを電気的に接続するとともに、圧電振動素子１０２を機械的に保持している。

導電性保持部材１８０，１８２は、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂等を含む導電性接着剤の硬化物である。導電性保持部材１８０，１８２の主成分は、例えばシリコーン樹脂である。導電性保持部材１８０，１８２は導電性粒子を含んでおり、当該導電性粒子としては例えば銀（Ａｇ）を含む金属粒子が用いられる。

導電性保持部材１８０，１８２の主成分は、硬化性樹脂であればシリコーン樹脂に限定されるものではなく、例えばエポキシ樹脂やアクリル樹脂などであってもよい。また、導電性保持部材１８０，１８２の導電性は、銀粒子による付与に限定されるものではなく、その他の金属、導電性セラミック、導電性有機材料などによって付与されてもよい。導電性保持部材１８０，１８２の主成分が導電性高分子であってもよい。

図３に示すように、第１ベース部材１５１は、第１面１５２に形成された接続電極１６０，１６２と、接続電極１６０，１６２から第１面１５２の外縁に向かって引き出される引出電極１６４，１６６とを含む。接続電極１６０，１６２は、圧電振動素子１０２が第１ベース部材１５１の第１面１５２の略中央に配置することができるように、第１ベース部材１５１の外縁よりも内側に配置されている。

接続電極１６０には、導電性保持部材１８０を介して、圧電振動素子１０２の接続電極１２４が電気的に接続される。接続電極１６２には、導電性保持部材１８２を介して、圧電振動素子１０２の接続電極１３４が電気的に接続される。

引出電極１６４は、接続電極１６０から第１ベース部材１５１のいずれか１つのコーナー部に向かって引き出され、引出電極１６６は、接続電極１６２から第１ベース部材１５１の他の１つのコーナー部に向かって引き出されている。第１ベース部材１５１の各コーナー部には、複数の外部電極１７０，１７２，１７４，１７６が形成されている。図３に示す例において、引出電極１６４は、第１ベース部材１５１のＸ軸負方向側且つＺ’軸正方向側のコーナー部に形成された外部電極１７０に接続されている。引出電極１６６は、第１ベース部材１５１のＸ軸正方向側且つＺ’軸負方向側のコーナー部に形成された外部電極１７２に接続されている。第１ベース部材１５１の残りのコーナー部に形成された外部電極１７４，１７６は、圧電振動素子１０２とは電気的に接続されないダミー電極又は第１蓋部材１４０を接地する接地電極であってもよい。

図３に示す例では、第１ベース部材１５１のコーナー部は、その一部が円筒曲面状（キャスタレーション形状とも呼ばれる。）に切断して形成された切り欠き側面を有しており、外部電極１７０，１７２，１７４，１７６は、このような切り欠き側面から第２面１５４にかけて連続的に形成されている。なお、第１ベース部材１５１のコーナー部の形状はこれに限定されるものではなく、切り欠きの形状は平面状であってもよいし、切り欠きがなく、略直角のコーナー部が残っていてもよい。

なお、第１ベース部材１５１の接続電極、引出電極及び外部電極の各構成は上述の例に限定されるものではなく、様々に変形して適用することができる。例えば、接続電極１６０，１６２は、一方が第１ベース部材１５１のＺ’軸正方向側に形成され、他方が第１ベース部材１５１のＺ’軸負方向側に形成されるなど、第１ベース部材１５１の第１面１５２上において互いに異なる側に配置されていてもよい。このような構成においては、圧電振動素子１０２が、長手方向の一方端及び他方端の両方において第１ベース部材１５１に支持されることになる。また、外部電極の個数は４つに限るものではなく、例えば対角上に配置された２つであってもよい。また、外部電極はコーナー部に配置されたものに限らず、コーナー部を除く第１ベース部材１５１のいずれかの側面に形成されてもよい。この場合、既に説明したとおり、側面の一部を円筒曲面状に切断した切り欠き側面を形成し、コーナー部を除く当該側面に外部電極を形成してもよい。さらに、外部電極１７４，１７６は省略されてもよい。また、第１ベース部材１５１の第１面１５２から第２面１５４へ貫通するスルーホールによって、第１ベース部材１５１の第１面１５２側に形成された接続電極は、第１ベース部材１５１の第２面１５４側に形成された電極と電気的に接続されてもよい。

図３に示すような圧電振動子１においては、外部電極１７０，１７２を介して、圧電振動素子１０２において対を成す第１励振電極１２０と第２励振電極１３０との間に交流電圧が印加される。これにより、圧電片１１０が励振される。

図２に示すように、第２パッケージ部材２００は、第２ベース部材２２０と第２蓋部材２１０との間の第２内部空間２０１に、第１パッケージ部材１００を収容する。図１及び図２に示した例では、第２ベース部材２２０が平板状を成しており、第２蓋部材２１０の凹部に圧電振動素子１０２が収容されている。但し、第１パッケージ部材１００が第２パッケージ部材２００に収容されれば、第２ベース部材２２０及び第２蓋部材２１０の形状は上記に限定されるものではない。例えば、第２ベース部材２２０は、第２蓋部材２１０の側に、第１パッケージ部材１００の少なくとも一部を収容する凹部を有してもよい。

第２ベース部材２２０は、Ｙ’軸方向において互いに対向する主面に相当する第１面２２２及び第２面２２４を有する板状の絶縁体である。図１に示す例では、第２ベース部材２２０は、Ｘ軸方向に平行な長手方向と、Ｚ’軸方向に平行な短手方向と、Ｙ’軸方向に平行な厚さ方向を有しており、ＸＺ’面において略矩形形状をなしている。第２ベース部材２２０は、例えば単層の絶縁性セラミックグリーンシートを焼成することによって形成されてもよく、例えば複数の絶縁性セラミックグリーンシートを積層して焼成することによって形成されてもよい。あるいは、第２ベース部材２２０は、ガラス材料又は水晶材料で形成してもよい。第２ベース部材２２０は、単層であっても複数層であってもよく、複数層である場合、第２ベース部材２２０の第１面２２２の最表層に形成された絶縁層を含んでもよい。また、第２ベース部材２２０は、平板な板状をなしてもよいし、あるいは、第２蓋部材２１０に対向する向きに開口した凹状をなしてもよい。

第２蓋部材２１０は、天壁部２１１と、天壁部２１１の外縁部から第２ベース部材２２０に向かって延出する側壁部２１２とを有している。天壁部２１１は第１パッケージ部材１００を挟んで第２ベース部材２２０と対向し、側壁部２１２はＸＺ’面において第１パッケージ部材１００を囲んでいる。第２蓋部材２１０の材質は、望ましくは導電材料であり、さらに望ましくは気密性の高い金属材料である。第２蓋部材２１０が導電材料で構成されることによって、第２内部空間２０１への電磁波の出入りを低減する電磁シールド機能が第２蓋部材２１０に付与される。熱応力の発生を抑制する観点から、第２蓋部材２１０の材質は、第２ベース部材２２０に近い熱膨張率を有する材料であることが望ましく、例えば常温付近での熱膨張率がガラスやセラミックと広い温度範囲で一致するＦｅ－Ｎｉ－Ｃｏ系合金である。

樹脂接合材２４０は、第２ベース部材２２０と第２蓋部材２１０とを接合し、第２内部空間２０１を封止する。樹脂接合材２４０は、第２ベース部材２２０の外縁部の全周に亘って枠状に設けられており、第２蓋部材２１０の側壁部２１２の先端部と第２ベース部材２２０の第１面２２２との間に介在している。樹脂接合材２４０は、例えば、エポキシ系、ビニル系、アクリル系、ウレタン系又はシリコーン系の有機系接着剤によって設けられる。樹脂接合材２４０は、本発明に係る「第２接合材」の一例に相当する。第２接合材は、有機系接着剤によって設けられた樹脂接合材に限定されるものではなく、水ガラスなどを含むケイ素系接着剤や、セメントなどを含むカルシウム系接着剤などの無機系接着剤によって設けられてもよい。第２接合材は、低融点ガラス（例えば鉛ホウ酸系や錫リン酸系等）であってもよい。平面視したとき、樹脂接合材２４０は、所定の間隔を空けて樹脂接合材１９０から離間しており、第１パッケージ部材１００を囲んでいる。

第２パッケージ部材２００の第２内部空間２０１には、電子部品２３０も収容されている。電子部品２３０は、第２内部空間２０１の第２蓋部材２１０と第１蓋部材１４０との間の空間（以下、「緩衝空間」とする。）に収容され、例えば、第２ベース部材２２０の上に搭載されている。電子部品２３０は、第１蓋部材１４０又は第２蓋部材２１０の上に搭載されてもよい。電子部品２３０は、例えば、温度センサ、ヒータ、補償回路、発振回路、等の周辺回路又はその一部であってもよい。この場合、図１に示した二重封止構造は、圧電発振器の構造に相当する。

第１内部空間１０１には不活性ガスが設けられている。このため、製造時に第１内部空間１０１に在留する水蒸気が低減し、圧電振動素子１０２の劣化が抑制できる。第２内部空間２０１のうち緩衝空間にも不活性ガスが設けられている。緩衝空間に設けられた不活性ガスは、緩衝空間を経由した外部空間から第１内部空間１０１への水蒸気の侵入を抑制することができるため、圧電振動素子１０２の劣化が抑制できる。

緩衝空間に設けられた不活性ガスについて、その分子量は水の分子量よりも大きく、その比重は水蒸気の比重よりも大きい。これによれば、緩衝空間に水蒸気が侵入したとしても、不活性ガスが緩衝空間における水蒸気の占める位置や流動を制限し、第１内部空間１０１への水蒸気の侵入を制限する。例えば、第２パッケージ部材２００の第２ベース部材２２０が第２蓋部材２１０の下方に位置するように圧電振動子１を配置した場合、緩衝空間において不活性ガスは樹脂接合材１９０，２４０の雰囲気ガスとなり、水蒸気は第２蓋部材２１０の天壁部２１１側に滞留する。つまり、樹脂接合材１９０を通した緩衝空間から第１内部空間１０１への水蒸気の侵入は制限される。第１内部空間１０１に設けられた不活性ガスについても同様に、その分子量は水の分子量よりも大きく、その比重は水蒸気の比重よりも大きいことが望ましい。

不活性ガスは、例えば窒素である。窒素は他の不活性ガスに比べて調達が容易で安価なため、圧電振動子１の製造コストを低減することができる。なお、不活性ガスは窒素に限定されるものではなく、例えば、アルゴン、キセノン、クリプトン等の希ガスであってもよく、フルオロカーボン、フルオロオレフィン等のフッ素化合物であってもよく、一酸化炭素、二酸化炭素等のその他の気体であってもよい。第１内部空間１０１には、不活性ガスではなく大気と同様の組成のガス（空気）が設けられてもよい。この場合、第１内部空間１０１に設けられるガスは、充分に乾燥した空気であることが望ましい。

次に、図４のフローチャートに基づいて本発明の一実施形態に係る圧電振動子１の製造方法を説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の製造方法を示すフローチャートである。ここでは、一例として、図１～図３に示した圧電振動子１を製造する方法を説明する。

まず、圧電振動素子１０２を用意する（Ｓ１０）。

圧電振動素子１０２が水晶振動素子である場合、水晶材料を人工水晶又は天然水晶の原石から所定のカット角でウエハ状に切り出し、ダイシング又はエッチングすることによって所定の矩形の外形形状に形成し、その後、スパッタ法又は真空蒸着法等によって第１励振電極１２０及び第２励振電極１３０をはじめとする各種電極を形成する。

次に、圧電振動素子１０２を第１ベース部材１５１に搭載する（Ｓ１１）。

第１ベース部材１５１の所定領域にペースト状の導電材料を塗布し、塗布した導電材料を焼成することによって、第１ベース部材１５１の接続電極、引出電極及び外部電極を含む電極パターンを形成する。これらの電極パターンは、スパッタ法、真空蒸着法又はメッキ法を用いて形成してもよい。

なお、圧電振動素子１０２は、複数のベース部材となる領域を有する集合基板を個片化し、個片化されたそれぞれの第１ベース部材１５１に搭載されてもよいし、あるいは、複数のベース部材となる領域を有する集合基板のそれぞれのベース部材となる領域に搭載されてもよい。ベース部材の集合基板に圧電振動素子１０２を搭載する場合は、その搭載工程の後に、集合基板を個片化する。

次に、第１ベース部材１５１に搭載された圧電振動素子１０２を高温及び高湿の環境に静置する。

具体的には、第１ベース部材１５１に搭載された圧電振動素子１０２を恒温恒湿器などの処理装置の密閉空間に収容する。この密閉空間は、圧電振動子の標準的な製造環境や使用環境とは異なる温度条件及び湿度条件を設定可能となっている。

この密閉空間で、第１ベース部材１５１に搭載された圧電振動素子１０２を、標準的な製造環境よりも高温且つ高湿の環境に所定時間静置することによって、導電性保持部材１８０，１８２を構成する導電性接着剤の湿度による物性変化を敢えて引き起こし、封止した後における導電性接着剤の湿度による物性変化を抑制することができる。また導電性保持部材１８０，１８２に残存する熱応力を緩和することができる。

次に、所望の周波数特性を得るための圧電振動素子１０２の周波数調整を行う。

具体的には、真空下においてプラズマを形成し、プラズマ中のＡｒイオンに高電圧を印加することによってＡｒイオンによるイオンビームを形成し、このイオンビームを、圧電振動素子１０２の第１励振電極１２０（すなわち第１ベース部材１５１を向く側とは反対側の励振電極）に照射する。圧電振動素子１０２の第１励振電極１２０は、イオンビームによるエッチングによってトリミングされ、その厚さが徐々に薄くなり、圧電振動素子１０２の周波数は、所望の目標値に向かって徐々に高くなる方向に調整される。イオンビームの照射量は、イオンビームの照射源と圧電振動子１との間に設けたシャッタ（図示しない）を開閉動作させることによって制御することができる。このようなイオンビームによる照射工程は、例えば、周波数調整前の測定値と目標値との差分に応じて１回又は複数回行うことができ、複数回行う場合は照射ごとに周波数を測定し、かかる測定値と目標値に基づいて繰り返し行ってもよい。

その後、第１ベース部材１５１に第１接合材（樹脂接合材１９０）を介して第１蓋部材１４０を接合する（Ｓ１２）。

まず、第１蓋部材１４０を準備する。第１蓋部材１４０は、例えば、金属板のプレス加工によって形成される。一例として、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｏ系合金からなる金属板を用意する。次に、金属板をパンチで押し込んで凹状に変形させ、形状を形成する。

第１蓋部材１４０は、セラミック基板や水晶基板等にエッチング加工によって凹部を設けることで形成されてもよい。

例えば、樹脂接合材１９０が樹脂接着剤である場合、ディッピング法などによってペースト状の樹脂接着剤を第１蓋部材１４０の側壁部１４２の先端部に設け、その後、第１蓋部材１４０と第１ベース部材１５１とで樹脂接着剤を挟み込む。樹脂接着剤を例えば１５０℃以上１８０℃以下の温度範囲で加熱し硬化させることによって、第１蓋部材１４０と第１ベース部材１５１とを接合する。あるいは、樹脂接合材１９０の代わりに低融点ガラスを用いてもよく、この場合、低融点ガラスを例えば３００℃以上３６０℃以下の温度範囲で加熱し焼成させることによって、第１蓋部材１４０と第１ベース部材１５１とを接合する。樹脂接着剤は、ガラス材料よりも湿気を第１内部空間１０１に取り込みやすいが、本実施形態によればこのような樹脂接着剤による湿気の影響を抑制することができるため、樹脂接合材１９０として樹脂接着剤を用いた場合にも十分な耐湿性が得られる。

その後、第１内部空間１０１を減圧するように第１内部空間１０１を加熱する（Ｓ１３）。

例えば、第１パッケージ部材１００を真空環境下で加熱することにより、樹脂接合材１９０を通して第１内部空間１０１の空気が排出され、第１内部空間１０１を減圧することができる。なお、真空環境下で第１ベース部材１５１と第１蓋部材１４０とを接合することで、第１内部空間１０１を減圧してもよい。

その後、減圧した第１内部空間１０１に不活性ガスを加圧注入する。具体的には、第１パッケージ部材１００を不活性ガス雰囲気で加圧することで、樹脂接合材１９０を通して第１内部空間１０１に不活性ガスを注入する。なお、不活性ガス雰囲気で第１ベース部材１５１と第１蓋部材１４０とを接合してもよい。これによれば、工程Ｓ１３、及び、第１内部空間１０１に不活性ガスを加圧注入する工程が省略できる。また、第１内部空間１０１に空気を設ける場合、工程Ｓ１３、及び、第１内部空間１０１に不活性ガスを加圧注入する工程が省略できる。但し、第１内部空間１０１に設ける空気は、充分に乾燥した空気であることが望ましい。

その後、第１パッケージ部材１００を第２ベース部材２２０に搭載する。

その後、第２ベース部材２２０に樹脂接合材２４０を介在して第２蓋部材２１０を接合する（Ｓ１４）。

その後、第２内部空間に不活性ガスを加圧注入する（Ｓ１５）。

例えば、第２パッケージ部材２００を真空環境下で加熱することにより、樹脂接合材２４０を通して第２内部空間２０１のうち緩衝空間の空気を排出する。その後に、第２パッケージ部材２００を水よりも分子量の大きい不活性ガスの雰囲気で加圧することで、緩衝空間に不活性ガスを注入する。なお、不活性ガス雰囲気で第２ベース部材２２０と第２蓋部材２１０とを接合することで、緩衝空間に不活性ガスを設けてもよい。

本実施形態に係る圧電振動子の製造方法によれば、緩衝空間に水よりも分子量の大きい不活性ガスが設けられる。これにより、緩衝空間から第１内部空間１０１への水分侵入を防ぎ、耐湿性の向上を図ることができる。したがって、高い耐湿性を備えた圧電振動子を製造することができる。

次に、図５を参照しつつ、本実施形態の変形例に係る圧電振動子２の構成について説明する。図５は、変形例に係る圧電振動子の断面図である。

図５に示すように、第２パッケージ部材４００の第２蓋部材４１０は平板状である。第２パッケージ部材４００の第２ベース部材４２０は、第２蓋部材４１０に対向する向きに開口した凹状をなしている。つまり、第２ベース部材４２０は、平板状の底壁部４２１と、底壁部４２１の外縁部から第２蓋部材４１０に向かって延出する側壁部４２２とを有している。第１パッケージ部材１００は底壁部４２１に搭載され、ＸＺ’面において側壁部４２２に囲まれている。樹脂接合材２４０は、側壁部４２２の先端と第２蓋部材４１０とを接合している。これによれば、樹脂接合材２４０を通して外部空間３０１から緩衝空間へと水蒸気が侵入したとしても、樹脂接合材２４０と樹脂接合材１９０とが離れており、不活性ガスによって水蒸気の樹脂接合材１９０への接近が阻害されるため、第１内部空間１０１への水蒸気の侵入がより効果的に抑制される。

以下に、本発明の実施形態の一部又は全部を付記する。なお、本発明は以下の付記に限定されるものではない。

本発明の一態様によれば、圧電片と、圧電片における互いに対向する主面に設けられた励振電極とを有する圧電振動素子と、第１ベース部材と、第１ベース部材に第１接合材を介在して接合された第１蓋部材とを有し、第１ベース部材と第１蓋部材との間の第１内部空間に、圧電振動素子が収容された第１パッケージ部材と、第２ベース部材と、第２ベース部材に第２接合材を介在して接合された第２蓋部材とを有し、第２ベース部材と第２蓋部材との間の第２内部空間に、第１パッケージ部材が収容された第２パッケージ部材と、を備え、第２内部空間における第２蓋部材と第１蓋部材との間には、不活性ガスが設けられ、不活性ガスの分子量は、水の分子量よりも大きい、水晶振動子が提供される。

一態様として、第１ベース部材は平板状であり、第１蓋部材は、第１ベース部材の側に開口する凹状であり、第１ベース部材は、第２ベース部材に搭載されている。

一態様として、第２ベース部材は平板状であり、第２蓋部材は、第２ベース部材の側に開口する凹状である。

一態様として、第２ベース部材は、開口部に第１パッケージ部材を収容する凹状であり、第２蓋部材は平板状である。

一態様として、不活性ガスには窒素が用いられる。

一態様として、第２内部空間において、第２ベース部材の上に電子部品が搭載されている。

一態様として、圧電片は、水晶片であり、圧電振動素子は、水晶振動素子である。

一態様として、第１接合材及び第２接合材は、いずれも樹脂接合材である。

上記のいずれかの態様の圧電振動子と、第２内部空間における第２蓋部材と第１蓋部材との間に収容された周辺回路とを備える、圧電発振器が提供される。

本発明の他の一態様によれば、圧電片と、前記圧電片における互いに対向する主面に設けられた励振電極とを有する圧電振動素子を用意することと、圧電振動素子を第１ベース部材に搭載することと、第１ベース部材に第１接合材を介在して第１蓋部材を接合して、第１ベース部材と第１蓋部材との間の第１内部空間に圧電振動素子が収容された第１パッケージ部材を形成することと、第２ベース部材に第２接合材を介在して第２蓋部材を接合して、第２ベース部材と第２蓋部材との間の第２内部空間に第１パッケージ部材が収容された第２パッケージ部材を形成することと、を含み、第２内部空間における第２蓋部材と第１蓋部材との間には、不活性ガスが設けられ、不活性ガスの分子量は、水の分子量よりも大きい、圧電振動子の製造方法が提供される。

一態様として、第２パッケージ部材を形成することは、前記第２蓋部材を前記第２ベース部材に接合することと、第２内部空間における前記第２蓋部材と第１蓋部材との間に不活性ガスを加圧注入することとを含む。

第２パッケージ部材を形成することは、不活性ガスの雰囲気で第２蓋部材を第２ベース部材に接合することを含む。

なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１…圧電振動子、
１００…第１パッケージ部材、
１０１…第１内部空間、
１０２…圧電振動素子、
１１０…圧電片、
１１２…第１面、
１１４…第２面、
１２０…第１励振電極、
１２２…引出電極、
１２４…接続電極、
１３０…第２励振電極、
１３２…引出電極、
１３４…接続電極、
１４０…第１蓋部材、
１５１…第１ベース部材、
１５２…第１面、
１５４…第２面、
１６０，１６２…接続電極、
１６４，１６６…引出電極、
１７０，１７２，１７４，１７６…外部電極、
１８０，１８２…導電性保持部材、
１９０，２４０…樹脂接合材、
２００…第２パッケージ部材、
２０１…第２内部空間、
２１０…第２蓋部材、
２２０…第２ベース部材、
２２２…第１面、
２２４…第２面、
２３０…電子部品、
２４０…樹脂接合材、
３０１…外部空間。

Claims (12)

1. 圧電片と、前記圧電片における互いに対向する主面に設けられた励振電極とを有する圧電振動素子と、
   第１ベース部材と、前記第１ベース部材に第１接合材を介在して接合された第１蓋部材とを有し、前記第１ベース部材と前記第１蓋部材との間の第１内部空間に、前記圧電振動素子が収容された第１パッケージ部材と、
   第２ベース部材と、前記第２ベース部材に第２接合材を介在して接合された第２蓋部材とを有し、前記第２ベース部材と前記第２蓋部材との間の第２内部空間に、前記第１パッケージ部材が収容された第２パッケージ部材と、
   を備え、
   前記第２内部空間における前記第２蓋部材と前記第１蓋部材との間には、不活性ガスが設けられ、
   前記不活性ガスの分子量は、水の分子量よりも大きい、
   圧電振動子。
2. 前記第１ベース部材は平板状であり、
   前記第１蓋部材は、前記第１ベース部材の側に開口する凹状であり、
   前記第１ベース部材は、前記第２ベース部材に搭載されている、
   請求項１に記載の圧電振動子。
3. 前記第２ベース部材は平板状であり、
   前記第２蓋部材は、前記第２ベース部材の側に開口する凹状である、
   請求項１又は２に記載の圧電振動子。
4. 前記第２ベース部材は、開口部に前記第１パッケージ部材を収容する凹状であり、
   前記第２蓋部材は平板状である、
   請求項１又は２に記載の圧電振動子。
5. 前記不活性ガスは窒素である、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の圧電振動子。
6. 前記第２内部空間において、前記第２ベース部材の上に電子部品が搭載されている、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の圧電振動子。
7. 前記圧電片は、水晶片であり、
   前記圧電振動素子は、水晶振動素子である、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の圧電振動子。
8. 前記第１接合材及び前記第２接合材は、いずれも樹脂接合材である、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の圧電振動子。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の圧電振動子と、
   前記第２内部空間における前記第２蓋部材と前記第１蓋部材との間に収容された周辺回路と
   を備える、圧電発振器。
10. 圧電片と、前記圧電片における互いに対向する主面に設けられた励振電極とを有する圧電振動素子を用意することと、
    前記圧電振動素子を第１ベース部材に搭載することと、
    前記第１ベース部材に第１接合材を介在して第１蓋部材を接合して、前記第１ベース部材と前記第１蓋部材との間の第１内部空間に前記圧電振動素子が収容された第１パッケージ部材を形成することと、
    第２ベース部材に第２接合材を介在して第２蓋部材を接合して、前記第２ベース部材と前記第２蓋部材との間の第２内部空間に前記第１パッケージ部材が収容された第２パッケージ部材を形成することと、
    を含み、
    前記第２内部空間における前記第２蓋部材と前記第１蓋部材との間には、不活性ガスが設けられ、
    前記不活性ガスの分子量は、水の分子量よりも大きい、
    圧電振動子の製造方法。
11. 前記第２パッケージ部材を形成することは、
    前記第２蓋部材を前記第２ベース部材に接合することと、
    前記第２内部空間における前記第２蓋部材と前記第１蓋部材との間に前記不活性ガスを加圧注入することと
    を含む、
    請求項１０に記載の圧電振動子の製造方法。
12. 前記第２パッケージ部材を形成することは、
    前記不活性ガスの雰囲気で前記第２蓋部材を前記第２ベース部材に接合することを含む、
    請求項１０に記載の圧電振動子の製造方法。

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