JP4934125B2 - 圧電フレームおよび圧電デバイス - Google Patents

Description

本発明は例えば水晶からなる圧電基板を用いて、音叉型振動子を有する圧電フレーム及び圧電デバイスを製造する技術に関する。

移動体通信機器やＯＡ機器等の小型軽量化及び高周波数化に伴って、それらに用いられる圧電デバイスも、より一層の小型化への対応が求められている。また、回路基板に表面実装（ＳＭＤ：Surface Mount Device）が可能な圧電デバイスが要求されている。小型化するために、圧電デバイスは基部から伸びる音叉型の振動腕を持つ圧電振動素片（以下「音叉型圧電振動片」とする）の形状となり、薄型の表面実装型とするために、枠部を同時に形成した音叉型圧電振動片の形状にすることで、Ｘ方向，Ｙ方向，及びＺ方向で小型化及び量産化が可能となった。

特許文献１は、図８で示されるように音叉型圧電振動片２００と枠部２０１とは一体に形成された圧電振動フレーム２２０を開示している。音叉型圧電振動片２００と枠部２０１との接続は基部２０２の幅方向（Ｘ方向）、及び長さ方向（Ｙ方向）の一部から延びた第１接続部２０３と第２接続部２０４とを形成し、枠部と一体に形成した圧電振動フレーム２２０を提供していた。第１接続部２０３と第２接続部２０４とは基部２０２の上端２１０より下方（−Ｙ方向）で枠部２０１と接続されている。
特開２００４−２０８２３７

しかしながら、小型化するにつれ音叉型圧電振動片の振動を十分に吸収できる接続部を形成するには長さが足りず、振動漏れがおき、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値が上昇する原因となっていた。また、表面実装型となることで、より回路基板の影響を受けやすくなってきている。

本発明の目的は、音叉型圧電振動片の基部から伸びる支持腕と、この支持腕と枠部とを接続する接続部の位置を調整することで、振動漏れが少なくまた外的要因の影響が少ない安定した圧電デバイスを提供する。

第１の観点の圧電フレームは、一端側と他端側とを有する基部と、基部の一端側から所定方向に伸びる少なくとも一対の振動腕を有し、この一対の振動腕に励振電極を有する音叉型圧電振動片と、振動腕の両外側において所定方向に伸びる一対の支持腕と、音叉型圧電振動子を囲む外枠部と、基部の他端側から音叉型圧電振動片の全長の半分以上離れた位置で、一対の支持腕と外枠部とを所定方向と交差する方向に接続する一対の接続部と、を備える。
接続部が、基部の他端側から音叉型圧電振動片の全長の半分以上離れた位置で、支持腕と外枠部とを接続することで、圧電フレームは、振動腕から外枠部への振動漏れを少なくまた外枠部から音叉型圧電振動片への外的要因の影響を少なくすることができる。

第２の観点の圧電フレームに形成された一対の支持腕は、接続部の位置を越えて伸びる突起支持部を有し、突起支持部は振動腕の先端を越えない範囲で伸びている。
接続部が基部の他端側から音叉型圧電振動片の全長の半分以上離れた位置にあると、基部側が重くなり接続部にねじり応力が発生し易い。また、外部からの衝撃に弱くなり易い。このため、突起支持部を設けることで接続部に生じるねじり応力を低減する。

第３の観点の突起支持部は、接続部にかかるねじり応力を低減するように重さ調整がなされている。
突起支持部に金属膜などのバランサを形成して重さ調整することで接続部に生じるねじり応力を低減する。

第４の観点の突起支持部は、第３の観点において、支持腕とは異なる幅に形成されている。
突起支持部が幅広く形成されていれば、それ自体で接続部に生じるねじり応力を低減することができる。

第５の観点の圧電フレームは、第３の観点において振動腕の先端部には錘部が形成されている。

第６の観点の圧電フレームは、支持腕、接続部及び外枠部に形成され、励振電極に導通する接続電極を有する。
接続電極が外枠部に形成されると、ベースなどに形成される外部電極との接続が容易になる。

第７の観点の圧電デバイスは、第１ないし第６のいずれか観点の圧電フレームと、この圧電フレームを覆う蓋部と、圧電フレームを支えるとベースと、を備える。
この構成の圧電デバイスは、実際にプリント基板などに圧電デバイスが実装される前と後とでＣＩ値の変動や周波数の変動が小さくなっている。このため圧電デバイスは正確な周波数で振動することができる。

第８の観点の圧電デバイスは、第７の観点において、蓋部の材質及びベースの材質は金属イオンを含むガラスであり、圧電フレームの外枠部はその周囲に金属膜が形成されており、外枠部の金属膜と蓋部及びベースとは陽極接合される。
この構成の圧電デバイスは、蓋部とベースとの材料をガラスにして一体にして製造することができる。

第９の観点の圧電デバイスは、第７の観点において、蓋部の材質及びベースの材質は圧電材料であり、圧電フレームと蓋部及びベースとはシロキサン結合される。
この構成の圧電デバイスは、蓋部とベースとの材料を圧電材料にして一体にして製造することができる。

本発明の音叉型圧電振動片は支持腕と枠部とを接続する接続部の位置を、基部の他端側から音叉型圧電振動片の全長の半分以上離れた位置にすることで、振動漏れが少なくまた外的要因の影響が少ない安定した圧電フレーム又は圧電デバイスを製造することができる。

本実施形態の圧電デバイス９０は図１に示されるようにリッド１０と、水晶フレーム２０と、ベース３０との３層で形成され、これら３層が水晶基板で形成されている。図１は表面実装（ＳＭＤ）タイプの圧電デバイス９０をベース３０のベース部側からみた図である。水晶フレーム２０の音叉型圧電振動片２１は支持腕２５が接続部２６で水晶枠部２２と一体に形成されている。なお、リッド１０とベース３０とはガラスで形成してもよい。

以下は第１実施形態として、水晶基板である圧電基板を用い、一体に形成した音叉型圧電振動片２１と、その周囲に形成した水晶枠部２２とで構成され、この水晶枠部２２と音叉型圧電振動片２１とを接続する接続部２６が音叉型圧電振動片２１の先端側で支持腕２５と接続した第１水晶フレーム２０の構成を示す。

第２実施形態は第１実施形態で示した音叉型圧電振動片２１の全長の中間付近で接続部２６が水晶枠部２２と接続する第２水晶フレーム５０の構成を示す。

第３実施形態は第１実施形態の第１水晶フレーム２０を用い、リッド１０とベース３０とをガラスで形成した場合を示す。第１圧電デバイス１００は水晶フレーム２０と、ガラス製の第１リッド１０ａ及び第１ベース３０ａと、を接合した圧電デバイスである。

また第４実施形態は第１実施形態の第１水晶フレーム２０を用い、リッド１０とベース３０とを水晶基板で形成した場合を示す。第２圧電デバイス１１０はこの第１水晶フレーム２０と、水晶製の第２リッド１０ｂ及び第２ベース３０ｂと、を接合した圧電デバイスである。
以下順を追って説明する。

＜第１実施形態：第１水晶フレーム２０の構成＞
図２は第１水晶フレーム２０の構成を示す裏面図である。第１水晶フレーム２０は、図２に示されるように基部２３及び振動腕２４からなる音叉型圧電振動片２１と、水晶枠部２２と、支持腕２５と、接続部２６ａとから構成され、同じ厚さで一体に形成されている水晶基板である。接続部２６ａの代わりに点線で示された接続部２６ｂが点線の位置に形成された場合を示し、接続部２６ａの代わりに点線で示された接続部２６ｃが点線の位置に形成された場合を示す。実線で示された接続部２６ａは、音叉型圧電振動片２１の全長ＬＬを１００％とすると、接続部２６ａの位置は基部２３の他端側２３ｂから約７５〜８０パーセントの位置に形成されている。点線で示された接続部２６ｂの位置ＣＬ１は基部２３の他端側２３ｂから約５０パーセントの位置ＣＬ２に形成されている。接続部２６ｃの位置は基部２３の他端側２３ｂから約５パーセントの位置ＣＬ３に形成されている。以下、特に接続部の位置を区別しないときには接続部２６と記載される。

音叉型圧電振動片２１は、たとえば３２．７６８ｋＨｚで信号を発振する。第１水晶フレーム２０のＸ方向の幅は０．７ｍｍから２ｍｍで設計され、Ｙ方向の長さは１．５ｍｍから４ｍｍで設計され極めて小型の振動片となっている。

一対の振動腕２４は基部２３の一端側２３ａからＹ方向に延びており、振動腕２４の表裏両面には溝部２７が形成されている。例えば、一本の振動腕２４の表面には２箇所の溝部２７が形成されており、振動腕２４の裏面側にも同様に２箇所の溝部２７が形成されている。つまり、一本の振動腕２４には４箇所の溝部２７が形成されている。溝部２７の断面は、略Ｈ型に形成され音叉型圧電振動片２１のＣＩ値を低下させる効果がある。なお音叉型圧電振動片２１は一本の振動腕２４に２箇所の溝部２７を形成しているが、１箇所又は複数箇所の溝部２７を形成してもよく、また溝部２７を形成しない場合においても支持腕２５を持つことで、小型でＣＩ値の低い、安定した圧電デバイスを製造することができる。

振動腕２４はその先端に錘部を有している。錘部は振動腕２４が徐々に幅広になるように形成されており、また金属膜も形成されている。錘部は以下に説明する振動腕２４に形成された第１励振電極４３及び第２励振電極４４に電圧をかけた際に振動しやすくさせ、また安定した振動を得るために形成されている。

水晶枠部２２と基部２３と支持腕２５と接続部２６との表面に第１基部電極４１と第２基部電極４２とが形成され、裏面にも同様に第１基部電極４１と第２基部電極４２とが形成されている。

一対の振動腕２４には、表面及び裏面及び側面に第１励振電極４３及び第２励振電極４４が形成されており、第１励振電極４３は第１基部電極４１につながっており、第２励振電極４４は第２基部電極４２につながっている。水晶枠部２２はリッド１０とベース３０とを接合するために形成している。また水晶枠部２２は接続部２６で支持腕２５と接続している。

一対の支持腕２５は基部２３の一端側２３ａから振動腕２４と並行にＹ方向へ伸びている。一対の支持腕２５は振動腕２４の振動を圧電デバイス９０の外部へ振動漏れとして伝えづらくさせ、またパッケージ外部の温度変化、または衝撃の影響を受けづらくさせる効果を持つ。接続部２６と支持腕２５とが接続する領域より、支持腕２５の先端側を突起支持部２８と呼ぶ。この突起支持部２８は振動腕２４の先端を越えない長さで伸びている。

第１水晶フレーム２０の接続部２６ａは音叉型圧電振動片２１の全長ＬＬの半分以上先端側で水晶枠部２２と接続している。そのため基部２３側が重くなり接続部２６にねじり応力が発生し易い。また外部から衝撃を受けると接続部２６ａを支点に音叉型圧電振動片２１が揺れ易い。突起支持部２８は接続部２６のねじり応力を低減するためのバランサの役目を有している。このため接続部２６のねじり応力を低減するため、突起支持部２８は金属膜ＷＴを形成したり、支持腕２５の幅ＷＶよりも広い幅ＷＷを有するように形成したりしてもよい。

第１水晶フレーム２０の接続部２６ａは、基部２３の他端側２３ｂから距離ＣＬ１だけ離れた位置に形成され、その距離ＣＬ１は、音叉型圧電振動片２１の全長ＬＬを１００％とすると、その全長ＬＬに対して約７５〜８０パーセントの長さである。接続部２６ａが他端側２３ｂから遠く離れた位置で形成されると、音叉型圧電振動片２１から水晶枠部２２への振動漏れが減少しＣＩ値を改善することができる。また、音叉型圧電振動片２１は外部からの影響を受けにくくなるため、圧電デバイスとして回路基板に表面実装された場合におけるＣＩ値の変動ΔＣＩ、及び周波数変動率Δｆ／ｆが少ない。

図３及び図４は、不図示の回路基板に、圧電デバイス９０を表面実装した場合におけるＣＩ値変動ΔＣＩ及び周波数変動率Δｆ／ｆを示す。
図３は、横軸に距離ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３を採り、縦軸に距離ＣＬ３の場合のＣＩ値変動ΔＣＩを１００％とした割合を採っている。図２で示される接続部２６ａ、接続部２６ｂ及び接続部２６ｃでそれぞれの第１水晶フレーム２０が形成された圧電デバイス９０が用意された。そして図３はエポキシ基板などの回路基板に表面実装される前の圧電デバイス９０とエポキシ基板などの回路基板に表面実装された場合の圧電デバイス９０とのＣＩ値変動ΔＣＩ（実装前の値−実装後の値、の差分）を計測した結果である。

図３で示されるように、距離ＣＬ１で形成された接続部２６ａ及び距離ＣＬ２で形成された接続部２６ｂは、表面実装前と表面実装後とで大きなＣＩ値変動ΔＣＩがないことがわかる。しかし、支持腕２５の根元部の接続部２６ｃでは表面実装前と表面実装後とでＣＩ値変動ΔＣＩが大きくなり、表面実装することで、外的要因の影響を受けやすくなっていることが理解される。

図４は、横軸に距離ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３を採り、縦軸に周波数変動率Δｆ／ｆを採った図であり、表面実装前の圧電デバイス９０と回路基板に表面実装した場合の圧電デバイス９０の周波数変動率Δｆ／ｆを計測した結果である。

図４で示されるように、図３と同様に距離ＣＬ１で形成された接続部２６ａ及び距離ＣＬ２で形成された接続部２６ｂは、表面実装前と表面実装後とで大きな周波数変動率Δｆ／ｆがないことがわかる。しかし、距離ＣＬ３で形成された接続部２６ｃでは表面実装前と表面実装後とで周波数変動率Δｆ／ｆが大きくなり、表面実装することで発振周波数のズレが発生していることがわかる。

図３及び図４の測定結果により、音叉型圧電振動片２１の全長ＬＬを１００％とすると、基部２３の他端側２３ｂから５０パーセント以上先端側に接続部２６が形成されると、表面実装した場合においても、ＣＩ値の変動を低く抑え且つ周波数の安定した圧電デバイス９０が得られることがわかる。

第１水晶フレーム２０は公知のフォトレジスト・エッチング技術を用い、水晶枠部２２、支持腕２５、音叉型圧電振動片２１の外形、及び溝部２７を形成する。外形と溝部とを形成した第１水晶フレーム２０は次に公知のフォトレジスト・エッチング技術を用いて電極を形成する。これらの処理を経て図２に示す第１水晶フレーム２０が完成する。

＜第２実施形態：第２水晶フレーム５０の構成＞
本実施形態は図３及び図４の計測で有効であった距離ＣＬ２に形成された接続部２６ｂで水晶枠部２２と接続した場合を説明する。また、本実施形態の第２水晶フレーム５０の構成は第１実施形態における第１水晶フレーム２０とほとんど同じ構成であるため、同じ部材には同じ記号を用いて説明する。

図５に示された第２水晶フレーム５０は音叉型圧電振動片２１の全長ＬＬを１００％とすると、基部２３の他端側２３ｂから約５０パーセントの位置ＣＬ２に接続部２６ｂが形成されている。接続部２６ｂと支持腕２５とが接続する領域より支持腕２５の先端側に突起支持部２９が形成される。

突起支持部２９が形成されなくても回路基板に表面実装した際のＣＩ値変動ΔＣＩ、及び周波数変動率Δｆ／ｆにほとんど影響しない。しかし、突起支持部２９が形成されることで音叉型圧電振動片２１を支えられるバランスがよくなる。つまり、音叉型圧電振動片２１の自重による接続部２６ｂに発生するねじり応力を低減する。このため圧電デバイス９０に対して衝撃試験又は落下試験を行った場合、突起支持部２８が形成されていると衝撃性能が向上する。

図５に示された突起支持部２９は、図２に示された突起支持部２８とは異なり、支持腕２５の幅ＷＶと突起支持部２９の幅ＷＷとが同じである。また、突起支持部２９は金属膜ＷＴが形成されていない。突起支持部２９は振動腕２４の先端を越えない範囲で伸びており、接続部２６ｂからの距離も長く確保される。そのため、突起支持部２９の水晶自体の自重だけで接続部２６ｂのねじり応力を低減できる。

なお、図５に示された第２水晶フレーム５０は、接続部２６ｂの位置以外に第１水晶フレーム２０と異なる部分が２箇所ある。第２水晶フレーム５０の異なる１点は、振動腕２４の先端付近の錘部の形状であり、もう１点は支持腕２５の形状である。

第２水晶フレーム５０の振動腕２４は、振動腕２４の先端付近が急激に幅広になるハンマー型の錘部を有している。ハンマー型の幅は振動で互いに衝突しない大きさで形成される。この錘部の形状にすることによって、短い振動腕２４であっても所定の振動数で振動できるようになる。

第２水晶フレーム５０の支持腕２５は、第２水晶フレーム５０の支持腕２５が基部２３からＸ方向に延長され且つ振動腕２４の両外側においてＹ方向に伸びている。つまり第２水晶フレーム５０の支持腕２５の根元は、基部２３の一端側２３ａと他端側２３ｂとの中間位置からＸ方向外側に伸びている。支持腕２５は、基部２３の他端側２３ｂからＸ方向に伸びてからＹ方向に伸びてもよいし、基部２３の一端側２３ａからＸ方向に伸びてからＹ方向に伸びてもよい。

＜第３実施形態：第１圧電デバイス１００の構成＞
リッド１０とベース３０とがガラスで形成された第１圧電デバイス１００について、図面を参照して説明する。図６は、本発明の第３実施形態にかかる第１圧電デバイス１００の概略図を示している。なお、第３実施形態は代表して第１水晶フレーム２０を使用して説明するが、第２水晶フレーム５０を利用しても良い。
図６（ａ）は、第１圧電デバイス１００のリッド１０であるガラス製の第１リッド１１ａの内面図であり、図６（ｂ）は音叉型圧電振動片２１を有する第１水晶フレーム２０の下面図であり、図６（ｃ）はベース３０であるガラス製の第１ベース３１ａの上面図である。図６（ｄ）は、図６（ｂ）のＡ−Ａ断面で第１圧電デバイス１００を示した概略断面図である。

第１圧電デバイス１００は、第１水晶フレーム２０の水晶枠部２２を挟み込むように、その水晶枠部２２の下に第１ベース３１ａが接合され、水晶枠部２２の上に第１リッド１１ａが接合されている。

第１リッド１１ａおよび第１ベース３１ａはガラスで形成され、図６（ａ）に示されるように第１リッド１１ａは、リッド用凹部１２を水晶外枠部側の片面に有している。
図６（ｂ）に示されるように、第１実施形態で示した接続部付きの第１水晶フレーム２０を使用する。本実施形態では水晶枠部２２の表面及び裏面に金属膜４５を備える。金属膜４５は、スパッタリング若しくは真空蒸着などの手法により形成する。金属膜４５はアルミニュウム（Ａｌ）層から構成され、アルミニュウム層の厚みは１０００Å〜１５００Å程度とする。

図６（ｃ）に示されるように、第１ベース３１ａは、ベース用凹部３２を水晶外枠部側の片面に有している。第１ベース３１ａはガラスからなり、エッチングによりベース用凹部３２を設ける際、同時に第１スルーホール３３と第２スルーホール３４とを形成する。第１ベース３１ａの表面には、第１接続電極４６及び第２接続電極４７を備えている。

第１スルーホール３３及び第２スルーホール３４は、その内面に金属膜が形成され、その内面の金属膜は、第１接続電極４６及び第２接続電極４７と同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。内面の金属膜は金（Ａｕ）層又は銀（Ａｇ）層が形成される。第１ベース３１ａは、底面にメタライジングされた第１外部電極４８及び第２外部電極４９を備える。第１接続電極４６は、第１スルーホール３３を通じて第１ベース３１ａの底面に設けた第１外部電極４８に接続する。第２接続電極４７は、第２スルーホール３４を通じて第１ベース３１ａの底面に設けた第２外部電極４９に接続する。

水晶枠部２２の裏面に形成された第１基部電極４１と第２基部電極４２とは、それぞれ第１ベース３１ａの表面の第１接続電極４６及び第２接続電極４７に接続する。つまり、第１基部電極４１は第１外部電極４８と電気的に接続し、第２基部電極４２は第２外部電極４９と電気的に接続している。

図６（ｄ）の概略断面図で示されるように、圧電デバイスは図６（ａ）と図６（ｂ）と図６（ｃ）との部材を重ね合わせ、陽極接合を行う。例えば、第１リッド１１ａ及び第１ベース３１ａは、パイレックス（登録商標）ガラス、ホウ珪酸ガラス及びソーダガラスなどを材料としており、これらはナトリウムイオンなどの金属イオンを含有するガラスである。水晶枠部２２は、表面及び裏面に金属膜４５を備え、金属膜４５はアルミニュウムで形成されている。音叉型圧電振動片２１を有する水晶枠部２２を中心として、リッド用凹部１２を備えた第１リッド１１ａ及びベース用凹部３２を備えた第１ベース３１ａを重ねる。なお、金属膜４５はアルミニュウム以外に、下地のクロム層に金層を重ねた金属膜であってもよい。

本発明の第１圧電デバイス１００は圧電デバイスの製造途中に、周波数調整をする。周波数調整は真空中あるいは不活性ガス中で、第１ベース３１ａと水晶枠部２２とを陽極接合技術により接合し、周波数の調整をする。周波数調整を終了した第１ベース３１ａと第１水晶フレーム２０とは真空中あるいは不活性ガス中で第１リッド１１ａと水晶枠部２２とを陽極接合技術により接合し、第１スルーホール３３と第２スルーホール３４とを金属材料で封止することで第１圧電デバイス１００を完成させる。

陽極接合は、接合界面にある金属が酸化されるという化学反応により成立する。例えば、水晶枠部２２と第１リッド１１ａ及び第１ベース３１ａとの陽極接合では、水晶枠部２２の両面にスパッタなどにより形成した金属膜をガラス部材の接合面に当接させ、陽極接合を行う。

陽極接合させるときには、金属膜を陽極としガラス部材の接合面に対向する面に陰極を配置し、これらの間に電界を印加する。これにより、ガラスに含まれているナトリウムなどの金属イオンが陰極側に移動し、この結果接合界面においてガラス部材に接触している金属膜が酸化され、両者が接続した状態が得られる。なお、本実施形態では、アルミニュウムなどの所定の金属と所定の誘電体を接触させて加熱（２００°Ｃ〜４００°Ｃ程度）し、５００Ｖ〜１ｋＶ程度の電圧を印加することで、金属とガラスとを接合している。

なお、図６では１つの水晶枠部２２と１つの第１リッド１１ａ及び１つの第１ベース３１ａとを接合した図を示している。しかし実際の製造においては、１枚の水晶ウエハに数百から数千の第１水晶フレーム２０と、１枚のガラスウエハに数百から数千の第１リッド１１ａと、１枚のガラスウエハに数百から数千の第１ベース３１ａとを用意し、それらウエハ単位で接合して一度に数百から数千の圧電デバイスを製造する。

＜第４実施形態：第２圧電デバイス１１０の構成＞
リッド１０と第２層とベース３０とが水晶基板で形成された第２圧電デバイス１１０について、図面を参照して説明する。図７は、本発明の第４実施形態にかかる第２圧電デバイス１１０の概略図を示している。なお、第４実施形態も代表して第１水晶フレーム２０を使用して説明するが、第２水晶フレーム５０を利用しても良い。

図７（ａ）は、第２圧電デバイス１１０のリッド１０である水晶基板で形成した第２リッド１１ｂの内面図であり、図７（ｂ）は第１水晶フレーム２０の下面図であり、図７（ｃ）はベース３０である水晶基板で形成した第２ベース３１ｂの上面図である。図７（ｄ）は、図７（ｂ）のＢ−Ｂ断面で第２圧電デバイス１１０を示した概略断面図である。

第２圧電デバイス１１０の構成は３層とも水晶基板で形成されていて、電極及びスルーホール及び形状等は第１圧電デバイス１００と同様なため、以下に相違点のみを説明する。なお同一構造部分は同じ符号を使用している。

図７（ｂ）に示されるように、第１実施形態で示した接続部付きの第１水晶フレーム２０を使用する。本実施形態では第１圧電デバイス１００で形成した金属膜４５が不要となるため金属膜４５を形成しない。金属膜４５を使用しない理由は第２リッド１１ｂ及び水晶枠部２２並びに第２ベース３１ｂはシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）技術により接合するためである。

本発明の第２圧電デバイス１１０も圧電デバイスの製造途中に、周波数調整をする。周波数調整は真空中あるいは不活性ガス中で、第２ベース３１ｂと水晶枠部２２とをシロキサン結合技術により接合し、周波数を調整する。周波数調整を終了した第２ベース３１ｂと接続部付きの第１水晶フレーム２０とは真空中あるいは不活性ガス中で第２リッド１１ｂと水晶枠部２２とにシロキサン結合技術により接合され、第１スルーホール３３と第２スルーホール３４とを金属材料で封止することで第２圧電デバイス１１０を完成させる。

シロキサン結合は、水晶枠部２２と、第２ベース３１ｂ及び第２リッド１１ｂとの接面を清浄な状態にして重ね合わせ、２００°Ｃから２５０°Ｃに保持された高温槽で加圧しながら加熱することにより接合する。

シロキサン結合の接合面は鏡面状態にしておく必要があるため、電極の厚み（３０００Åから４０００Å）でさえ接合不良の原因となる。このため、水晶枠部２２の裏面に形成した第１基部電極４１及び第２基部電極４２と対向する面はその配線電極の厚み以上の深さの窪みを形成する必要がある。また、第２ベース３１ｂは、その表面に形成した第１接続電極４６及び第２接続電極４７の接続電極の厚み分だけの深さの窪みを形成する必要がある。つまり、接合面はシロキサン結合を阻害しないように、各電極の窪み及びその対向する面を形成する。

なお、図７では１つの水晶枠部２２と１つの第２リッド１１ｂ及び１つの第２ベース３１ｂとを接合した図を示している。しかし実際の製造においては、１枚の水晶ウエハに数百から数千の第１水晶フレーム２０と、１枚の水晶ウエハに数百から数千の第２リッド１１ｂと、１枚の水晶ウエハに数百から数千の第２ベース３１ｂとを用意し、それらウエハ単位で接合して一度に数百から数千の圧電デバイスを製造する。

第３実施形態及び第４実施形態における周波数調整は、例えば接続部２６をフェムト秒レーザにて切削することで周波数調整することができる。周波数調整は水晶フレームの接続部を加工するが、音叉型圧電振動片２１の振動腕２４を加工しないので、音叉型圧電振動片２１の特性を変化させることなく周波数調整することができる。また、特に実施例を示さないが、接続部２６を切削加工して周波数調整を行うとともに、音叉型圧電振動片２１の振動腕２４を一部切削加工して周波数振動を調整することも可能である。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。たとえば、本発明の音叉型圧電振動片２１を有する水晶フレームは、水晶以外にニオブ酸リチウム等の様々な圧電単結晶材料を用いることができる。

圧電デバイス９０の構成を示す図である。 接続部２６ａを形成した第１水晶フレーム２０の構成を示す裏面図である。 回路基板に表面実装した場合におけるＣＩ値変動ΔＣＩを示したグラフである。 回路基板に表面実装した場合における周波数変動率Δｆ／ｆを示したグラフである。 接続部２６ｂを形成した第２水晶フレーム５０の構成を示す裏面図である。 （ａ）は、第１圧電デバイス１００の第１リッド１１ａの内面図である。 （ｂ）は、第１圧電デバイス１００の第１水晶フレーム２０の裏面図である。 （ｃ）は、第１圧電デバイス１００の第１ベース３１ａの内面図である。 （ｄ）は、第１圧電デバイス１００の断面構成図である。 （ａ）は、第２圧電デバイス１１０の第２リッド１１ｂの内面図である。 （ｂ）は、第２圧電デバイス１１０の第２水晶フレーム２０の裏面図である。 （ｃ）は、第２圧電デバイス１１０の第２ベース３１ｂの内面図である。 （ｄ）は、第２圧電デバイス１１０の断面構成図である。 従来の枠部と一体に形成した音叉型圧電振動片２２０を示した図である。

符号の説明

１０ … リッド、１１ａ … 第１リッド、１１ｂ … 第２リッド
１２ … リッド用凹部
２０ … 第１水晶フレーム
２１ … 音叉型圧電振動片
２２ … 水晶枠部
２３ … 基部
２４ … 振動腕
２５ … 支持腕
２６ａ … 基部の他端から距離ＣＬ１に形成された接続部
２６ｂ … 基部の他端から距離ＣＬ２に形成された接続部
２６ｃ … 基部の他端から距離ＣＬ３に形成された接続部
２７ … 溝部
２８、２９ … 突起支持部
３０ … ベース、３１ａ … 第１ベース、３１ｂ … 第２ベース
３２ … ベース用凹部
３３ … 第１スルーホール、３４ … 第２スルーホール
４１ … 第１基部電極、４２ … 第２基部電極
４３ … 第１励振電極、４４ … 第２励振電極
４５、ＷＴ … 金属膜
４６ … 第１接続電極、４７ … 第２接続電極
４８ … 第１外部電極、４９ … 第２外部電極
５０ … 第２水晶フレーム
９０ … 圧電デバイス、１００ … 第１圧電デバイス、１１０ … 第２圧電デバイス
ΔＣＩ … ＣＩ値変動
Δｆ／ｆ … 周波数変動率

Claims (7)

1. 一端側と他端側とを有する基部と、前記基部の一端側から所定方向に伸びる少なくとも一対の振動腕を有し、この一対の振動腕に励振電極を有する音叉型圧電振動片と、
   前記振動腕の両外側において前記所定方向に伸びる一対の支持腕と、
   前記音叉型圧電振動片及び前記一対の支持腕を囲む外枠部と、
   前記所定方向に前記音叉型圧電振動片の全長の半分以上前記基部の他端側から離れた位置で、前記一対の支持腕と前記外枠部とを前記所定方向と交差する方向に接続する一対の接続部と、
   前記支持腕、前記接続部及び前記外枠部に形成され、前記励振電極に導通する接続電極と、
   を備え、
   前記接続部にかかるねじり応力を低減するように、前記支持腕は前記接続部の位置を越えて前記所定方向に伸びる突起支持部を有し、前記突起支持部は前記振動腕の先端を前記所定方向に越えない範囲で伸び且つ前記支持腕よりも広い幅の部分を有していることを特徴とする圧電フレーム。
2. 一端側と他端側とを有する基部と、前記基部の一端側から所定方向に伸びる少なくとも一対の振動腕を有し、この一対の振動腕に励振電極を有する音叉型圧電振動片と、
   前記振動腕の両外側において前記所定方向に伸びる一対の支持腕と、
   前記音叉型圧電振動片及び前記一対の支持腕を囲む外枠部と、
   前記所定方向に前記音叉型圧電振動片の全長の半分以上前記基部の他端側から離れた位置で、前記一対の支持腕と前記外枠部とを前記所定方向と交差する方向に接続する一対の接続部と、
   前記支持腕、前記接続部及び前記外枠部に形成され、前記励振電極に導通する接続電極と、
   を備え、
   前記支持腕は前記接続部の位置を越えて前記所定方向に伸びる突起支持部を有し、前記突起支持部は前記振動腕の先端を前記所定方向に越えない範囲で伸びており、
   前記接続部にかかるねじり応力を低減するように、前記接続部から所定距離隔てた位置から前記突起支持部の先端にわたって金属膜が形成されて重さ調整がなされていることを特徴とする圧電フレーム。
3. 前記突起支持部は、前記接続部から所定距離隔てた位置から前記支持腕よりも幅が増加するように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電フレーム。
4. 前記振動腕の先端部には錘部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧電フレーム。
5. 一端側と他端側とを有する基部及び前記基部の一端側から所定方向に伸びる少なくとも一対の振動腕を有しこの一対の振動腕に励振電極を有する音叉型圧電振動片と、前記振動腕の両外側において前記所定方向に伸びる一対の支持腕と、前記音叉型圧電振動片及び前記一対の支持腕を囲む外枠部と、を備える圧電フレームと、
   前記所定方向に前記音叉型圧電振動片の全長の半分以上前記基部の他端側から離れた位置で、前記一対の支持腕と前記外枠部とを前記所定方向と交差する方向に接続する一対の接続部と、
   前記圧電フレームを覆い前記外枠部の一方の面と接合する蓋部と、
   前記圧電フレームを支え前記外枠部の他方の面と接合するベースと、
   前記支持腕、前記接続部及び前記外枠部に形成され、前記励振電極に導通する接続電極と、
   を備え、
   前記接続部にかかるねじり応力を低減するように、前記支持腕は前記接続部の位置を越えて前記所定方向に伸びる突起支持部を有し、前記突起支持部は前記振動腕の先端を前記所定方向に越えない範囲で伸び且つ前記支持腕よりも広い幅の部分を有していることを特徴とする圧電デバイス。
6. 前記蓋部の材質及び前記ベースの材質は金属イオンを含むガラスであり、
   前記圧電フレームの外枠部はその周囲に金属膜が形成されており、
   前記外枠部の金属膜と前記蓋部及び前記ベースとは陽極接合されることを特徴とする請求項５に記載の圧電デバイス。
7. 前記蓋部の材質及び前記ベースの材質は圧電材料であり、
   前記圧電フレームと前記蓋部及び前記ベースとはシロキサン結合されることを特徴とする請求項５に記載の圧電デバイス。