JP5181938B2 - 音叉型水晶振動子 - Google Patents

Description

本発明は圧電振動デバイスの一種である音叉型水晶振動子に関する。

移動体通信機等の各種電子機器に使用される圧電振動デバイスの一つとして、音叉型水晶振動子がある。従来の音叉型水晶振動子は、基部と、当該基部の一端側から一方向に突出形成された一対の振動腕とからなる音叉型水晶振動片が、上部に開口部を有する容器体の内部に前記基部側で接合され、前記開口部を蓋体で気密封止した形態となっている。

ところで電子機器の軽薄化や小型化の進行に伴い、音叉型水晶振動子においても、さらなる小型化が必要となっている。音叉型水晶振動子の小型化が進行すると、振動腕の振動エネルギーが基部を介して前記容器体の内部に漏れる振動漏れ（所謂、音響リーク）の影響が大きくなり、音叉型水晶振動子の特性劣化が懸念される。このような問題を回避するために、前記基部の他端側から突出形成した接続部と、当該接続部と繋がり、前記基部または前記一対の振動腕の外側に、振動腕の伸長方向と共通の方向に伸長する一対の支持腕を備えた形状がある。前記形状において、接続部の横幅は基部の横幅よりも狭く形成され、前記支持腕と繋がった形状となっているため、基部と接続部とで「括れ」が形成されることになる。そして、前記一対の支持腕の先端に近い領域を、導電性接着材などの接合材を介して容器体の内部に接合することで振動エネルギーの伝搬経路の延長を図っている。前記伝搬経路を延長することによって振動エネルギーを減衰させ、振動漏れの影響を低減させることができる。このような一対の支持腕を備えた構造の音叉型水晶振動子は例えば特許文献１に開示されている。

特開２００５−１０２１３８号

しかしながら、音叉型水晶振動片が超小型になってくると、特許文献１のような構造（図１７参照）では前記振動漏れの影響を抑制することが困難になってくる。また、前記括れの形成により、音叉型水晶振動片自体の強度が低下し、例えば音叉型水晶振動子が外部衝撃を受けた際に、音叉型水晶振動片の撓みの増大や折れといった不具合が懸念される。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、超小型となっても振動漏れの影響を低減するとともに、耐衝撃性にも優れた音叉型水晶振動子を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、基部と、当該基部の一端側から一方向に突出形成された一対の振動腕と、前記基部の他端側から突出した接続部と、当該接続部と繋がった支持体とを備えた音叉型水晶振動片が、上部に開口部を有する容器体の内部に、前記支持体の一部領域で接合され、前記開口部が蓋体で気密封止された音叉型水晶振動子であって、前記一対の振動腕および前記基部は、音叉型水晶振動片の厚さ方向において前記支持体よりも上方に位置し、前記接続部が、前記基部の他端側から当該接続部の端面側に向かって漸次薄肉化されている。

上記構成によると、前記接続部が、前記基部の他端側から当該接続部の端面側に向かって漸次薄肉化されている。例えば、前記接続部の端面が面取り加工されていてもよい。このような構造にすることで、前記接続部は当該接続部の端面側に向かって漸次薄肉化された領域が形成され、前記接続部に伝搬する振動エネルギーを当該接続部の端部に近づくにつれて減衰させることができる。これによって、より効果的に振動漏れの影響を低減することができ、音叉型水晶振動子の特性を向上させることができる。

また、他の例として、前記接続部を前記基部の他端側から当該接続部の端面側に向かって階段状に薄肉化してもよい。このような構造にすれば、前記接続部に伝搬する振動エネルギーを当該接続部の端部に近づくにつれて段階的に減衰させることができる。なお、前記接続部における前記階段状の段部間隔を狭めて、さらに多段の階段状に薄肉化することによって、擬似的な曲面加工（ベベル加工）に近づけることができる。これによって、より連続的に振動エネルギーを減衰させて振動漏れの影響を低減することができるため、音叉型水晶振動子の特性向上に効果的である。

上記構成によると、前記振動腕および前記基部は、音叉型水晶振動片の厚さ方向において前記支持体よりも上方に位置しているため、前記接続部の幅を幅広に設定することができ、これにより前述の「括れ」部分の機械的強度の低下を抑制することができる。

さらに本発明の構成によれば、前記支持腕と前記振動腕および前記基部とが、同一平面に位置して一体形成されている従来の音叉型水晶振動片に比べて、振動エネルギーの伝搬経路を当該水晶振動片の厚さ方向に延長することができる。つまり、前記伝搬経路が延長されるため、振動エネルギーをより減衰させ、振動漏れの影響を低減させることができる。これにより、超小型化に伴う音叉型水晶振動子の特性劣化を防止することができる。

また、上記目的を達成するために、請求項２の発明に示すように、前記一対の振動腕および前記基部の一部分が、音叉型水晶振動片の厚さ方向において前記支持体よりも上方に位置していてもよい。つまり、前記振動腕の上面と下面の間に、前記支持体の上面が位置するようにしてもよい。このような構造の場合、振動エネルギーの伝搬経路を当該水晶振動片の厚さ方向に延長しながら、前記接続部の形成による音叉型水晶振動片の厚肉化を抑制することができるため、低背化に効果的である。

また、上記目的を達成するために、請求項３の発明に示すように、前記接続部と前記支持体とは、一体成形されていてもよい。このような構造の場合、前記支持体と前記振動腕および前記基部とが一体的に成形され、かつ前記振動腕および前記基部は、音叉型水晶振動片の厚さ方向において前記支持体よりも上方に位置しているので、振動エネルギーの伝搬経路を当該水晶振動片の厚さ方向に延長することになるため、振動エネルギーを減衰させて振動漏れの影響を低減させることができる。

また、上記目的を達成するために、請求項４の発明に示すように、前記接続部と前記支持体とが別々に成形され、金属バンプを用いたＦＣＢ法によって前記接続部と前記支持体とが接合されていてもよい。金属バンプを用いたＦＣＢ法を用いることにより、例えば導電性接着剤を用いて前記接続部と前記支持体とを接合する場合に比べて、より高精度な接合を実現することができる。なお、前記金属バンプとしてスタッドバンプ（ワイヤバンプ）やメッキバンプを用いることが可能である。

また、上記目的を達成するために、請求項５の発明に示すように、前記接続部および前記支持体には、互いに嵌合する凹部または凸部が各々形成されており、前記凹部と前記凸部の嵌合によって前記接続部と前記支持体とが接合されていてもよい。このような構造であれば、振動腕および基部と、支持体の２つの部材を別々に形成しておき、後から振動片本体と支持体とを嵌合して一体化するため、超小型の音叉型水晶振動片を精度良く成形することができる。

また、上記目的を達成するために、請求項６の発明に示すように、前記支持体の前記容器体との接合面側に金属バンプを形成し、ＦＣＢ法によって前記支持体が前記金属バンプを介して前記容器体の内部に接合されていてもよい。本構成によれば、金属バンプを容器体の内部側に形成してから、当該金属バンプを介して支持体の一部領域と接合する場合に比べて、音叉型水晶振動片の容器体内部への接合ずれを抑制することができる。つまり、予め前記支持体側に金属バンプを形成しておくことによって、金属バンプを用いた接合の場合に比べて、音叉型水晶振動片とバンプとの接合位置ずれを防止することができる。なお、前記金属バンプとしてスタッドバンプ（ワイヤバンプ）やメッキバンプを用いることが可能である。

以上のように、本発明によれば、超小型となっても振動漏れの影響を低減するとともに、耐衝撃性にも優れた音叉型水晶振動子を提供することができる。

−第１の実施形態−
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態を示す音叉型水晶振動子の断面図で、図２は本発明の第１の実施形態を示す音叉型水晶振動子の平面図であり、図３は本発明の第１の実施形態を示す水晶振動片の斜視図を表している。なお、図１乃至３において、音叉型水晶振動片に形成される各種電極等の金属膜および容器体（ベース）の底面に形成される外部接続端子の記載は省略している。

本実施形態において、音叉型水晶振動子１（以下、水晶振動子と略記）は図１に示すように音叉型水晶振動片３（以下、水晶片と略記）が、上部に開口部５を有する容器体２（以下、ベースと略記）の内部に、金属バンプ７を介して接合され、前記開口部を蓋体４で気密封止した構造となっている。

まず、水晶振動子１の構成要素について説明した後、水晶振動子１の製造方法について説明する。

本実施形態において、水晶片３は異方性材料である水晶素板（図示省略）から、ウェットエッチングによって成形されたＺ板水晶である。この水晶片３は図２乃至３に示すように振動片本体３０と、接続部３４と支持体３５とから構成されている。

振動片本体３０は、基部３３と、当該基部の一端側３３１から一方向に突出形成された一対の振動腕３１，３２とからなる。接続部３４は、基部３３の他端側３３２から振動腕と反対の方向に突出形成されている。支持体３５は、接続部３４と繋がり、基部３３と略平行で双方向に伸びる連結部３５３，３５４と、当該連結部から略直角方向に向きを変え、振動腕３１，３２の外側で、振動腕の伸長方向と略平行に伸びる支持腕３５１，３５２とから構成されている。なお、支持体３５の形成長は本実施形態に限定されるものではない。例えば図４に示すように、支持体３５は接続部３４と繋がり基部３３と略平行に片方向にだけ伸びた連結部を有し、当該連結部の終点を端部とする，平面視でアルファベット大文字の「Ｌ」字状の形状であってもよい。あるいはまた、支持体３５が接続部３４と繋がり、基部３３と略平行に両方向に伸びた連結部を有し、平面視でアルファベット大文字の逆「Ｔ」字形状であっても本発明は適用可能である。

本実施形態においては、接続部３４によって基部に「括れ」が形成されていることに加え、振動腕３１，３２および基部３３が水晶片３の厚さ方向において、支持体３５よりも上方に位置した“段差”構造となっているため、支持体の先端領域（支持腕３５１，３５２の先端付近）と振動腕との距離を長く設定することができる。そして、振動腕の振動エネルギーを減衰させることができる。つまり、支持腕３５１，３５２の端面における振動腕の振動エネルギーの影響を受け難い設定とすることができる。したがって、支持腕３５１，３５２の端面近傍において、ベースの内底面に設けられた接合電極６，６との接合を行うことが好ましい。なお、前記“段差”構造によって振動腕の振動エネルギーを減衰させることができるため、支持腕３５１，３５２の前記端面以外の領域で接合電極６，６と接合を行ってもよい。例えば支持腕３５１，３５２の連結部（３５３，３５４）との境界近傍の領域で接合電極６，６との接合を行ってもよい。

２つの振動腕３１，３２の両主面には、水晶片３の小型化によって劣化する直列共振抵抗値（本実施形態ではＣＩ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）値、以下同様）を改善させるために、溝（図示省略）が形成されている。この水晶片２の表面（両主面および側面）には、異電位で構成された２つの励振電極（図示省略）と、これらの励振電極を接合電極６に電気的に接続させるために励振電極から引き出された引出電極（図示省略）とが設けられている。なお、本実施形態でいう引出電極は、２つの励振電極から引き出された電極パターンのことをいい、支持腕３５１，３５２の端面まで引回されている。また、２つの励振電極の一部は、振動腕の溝の内部に形成されている。このため、水晶片３を小型化しても振動腕の振動損失が抑制され、ＣＩ値を低く抑えることができる。

上記した水晶片３の励振電極と引出電極とは、例えば、クロムの下地電極層と、金の上部電極層とから構成された積層薄膜である。これらの薄膜は、真空蒸着法等の手法により、全面に形成された後、フォトリソグラフィ法によりメタルエッチングして所望の形状に形成される。なお、本実施形態では励振電極及び引出電極はクロム，金の順に形成されているが、例えば、クロム，銀の順や，クロム，金，クロムの順や，クロム，銀，クロムの順等であってもよい。

図１乃至３では図示していないが、振動腕３１，３２の表裏主面および内外側面にも前記励振電極が周状に形成されている。また、基部３３の表裏主面にも同材料の電極が形成されており、接続部３４を経由して支持腕３５１，３５２の先端領域にある一対の搭載電極（図示省略）まで延設されている。なお、詳細は後述するが、水晶片３は前記一対の搭載電極が金属バンプ７を介して、ベース内底面２００に形成された接合電極６，６と接合される。

振動腕３１，３２の先端領域の励振電極のさらに上層には、金からなる調整用金属膜（図示省略）が電解メッキ法によって形成されている。なお、前記調整用金属膜の材料は、金に限定されるものでなく、例えば銀（Ａｇ）を用いてもよい。また、前記調整用金属膜の成膜には電解メッキ法以外に無電解メッキ法や真空蒸着法等を用いてもよい。水晶振動子１の周波数の微調整は前記調整用金属膜の質量を削減することによって行われる。

図３に示すように、接続部３４と支持体３５とは同一平面にはなく、段差状になっている。このような構造により、前記接続部の幅を幅広に設定することができ、これにより基部の「括れ」となる接続部の機械的強度の低下を抑制することができる。つまり、接続部の幅が幅広に設定しても、前記段差が存在するので、水晶片（接続部）の厚さ方向に振動エネルギーを減衰させることができるからである。

本発明の実施形態の変形例を図５に示す。図５において、接続部３４の長さは図３のように連結部の幅一杯まで形成せず、平面視で連結部３５３，３５４と重ならない長さとなっている。この場合、接続部３４の厚さは図３と比較して増大されている。つまり、接続部３４は支持体（具体的に連結部）の内側面で繋がった状態となっており、これによって括れ部分の機械的強度を補強している。このような構造であれば、基部３３に伝搬した振動腕の振動は、接続部３４へ水平方向（Ｙ軸方向）および垂直方向（Ｚ軸方向）および斜め方向（ＸＺ面方向）の３方向に伝搬するが、最も振動エネルギーが大きい水平方向（Ｙ軸方向）では端面で反射して減衰するとともに、垂直方向および斜め方向（ＸＺ面方向）へ伝搬して支持腕の先端まで伝搬することにより、振動エネルギーの減衰効果を高めている。

また、本発明の実施形態の変形例を図６に示す。図６に示すように接続部３４の形成数を２つにしてもよい。接続部３４，３４は基部３３の幅方向（Ｘ軸方向）の中心線を対称軸として、両側に均等に離間した位置（他端部３３２から）の２箇所から突出形成されている。前記２箇所で基部３３と支持体３５とが接合されているため、水晶片全体の機械的強度が向上し、耐衝撃性能の向上が期待できる。そして、２箇所の接続部の突出形成位置および形成幅を適切に設定することによって、振動エネルギーの伝搬を効果的に抑制することができる。

振動片本体と支持体とが同一平面で一体形成されている従来の音叉型水晶振動片では、一対の振動腕の機械振動が、基部から接続部を経由して支持体へと伝搬するが、上記構造によれば、接続部が段差状で厚肉になっているため、振動エネルギーの伝搬経路を当該水晶片３の厚さ方向に長くとることができる。このような立体構造により、振動エネルギーをより減衰させることができ、振動漏れの影響を低減させることができる。したがって、水晶振動子１の特性劣化を防止することができる。

次にベースについて説明する。ベース２は内部に水晶片３を収容する平面視矩形状の容器体であり、上部に開口部５を有し、断面視では凹形状となっている。ベース２は２枚のセラミックグリーンシートの積層体であり、焼成よって一体成形されている。具体的に底板となる第１層２１上に、第２層２２が積層された構造となっており、第２層は枠状体となっている。本実施形態ではベース２の全高は約０．４ｍｍとなっている。なお、第２層２２の上面（端面）は平坦面であり、蓋体４との接合領域となっている。第２層２２の上面には複数層からなる金属膜（図示省略）が周状に形成されている。前記金属膜は３層から構成されており、下からタングステン、ニッケル、金の順で積層されている。タングステンはメタライズ技術により、セラミック焼成時に一体的に形成され、ニッケル、金の各層はメッキ技術により形成される。なお、前記タングステンの層にモリブデンを使用してもよい。

従来の音叉型水晶振動子ではベース側で水晶片を支持するための段差を形成しておく必要があった。すなわち、セラミック材料で前記段差を形成しておく必要があるため、セラミックベースの積層数を減少させることが困難であった。しかしながら本実施形態では、
水晶片を構成する振動片本体と支持体とが段差構造となっているため、振動片本体は支持体によって支持され、セラミック材料で前記段差を形成しておく必要がない。これにより、セラミックベースの積層数を減少させることができる。これに伴い、従来はセラミックベースの焼成時にセラミックグリーンシートの積層ずれが発生することがあったが、本実施形態のベースでは積層ずれの影響を低減させることができる。

ベース２の内底面２００で、ベース２の対向する２長辺の中央寄りの位置には、一対の接合電極６，６が対向して形成されている。接合電極１３はメタライズ材料の印刷によって形成されており、３種類の金属膜が積層された構成となっている。具体的に接合電極１３の膜構成は下から順に、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）となっている。本実施形態では前記３層の金属膜の厚さはタングステンが１５μｍ、ニッケルが８μｍ、金が１μｍとなっている。

ベース２の底面側（第１層２１の内底面２００と対向する面）には外部接続端子（図示省略）が形成されており、第１層２１を厚さ方向に縦貫するベース内部貫通導体（図示省略）を介して接合電極６と前記外部接続端子とが電気的に接続された状態となっている。

蓋体４は、金属材料（具体的に、複数の金属層の積層体であるコバール基体）からなり、平面視矩形状の一枚板に成形される。また、この蓋体４の平面視の外形寸法は、同一方向視のベース２の外形寸法と略同一か、若干小さく（ひとまわり小さく）なるように設計されている。本実施例に示すように蓋体４に金属材料を用いることで、ベース２と同一材料であるセラミックを蓋体４に用いた場合と比較して、その厚さを薄くすることができ、水晶振動子１の低背化を図ることができる。

本実施形態において蓋体４はコバールを基体とし、ベース２との接合面側にはコバールの上に銅または銅合金が、さらにその上層に銀ろうがクラッド処理されている。一方、ベース２と接合されない面には、コバールの上にニッケルが積層されている。しかしながら、これに限定されるものではなく、ベース２と蓋体４との熱膨張係数を近似もしくは同一の値であれば任意の材料から蓋体４を構成してもよい。例えば、蓋体４を、ニッケル−コバールの順で積層されたものや、ニッケル−コバール−ニッケルの順で積層されたものや、４２アロイ等から構成してもよい。

以上が主要構成部材に関する説明である。ここからは水晶振動子１の製造方法について説明する。
まず、１枚の水晶ウエハからウェットエッチングによって所定形状の水晶片に多数個一括成形するとともに、所定位置に前記電極を一括形成する。そして、水晶片３の振動腕３１，３２の先端領域に周波数調整用金属膜を電解メッキ法によって形成する。

次に、周波数調整用金属膜が形成された多数個の水晶片３，３，・・・，３に対して、レーザービームを照射して周波数の調整を行う。具体的にレーザービームを振動腕の先端領域に照射し、周波数調整用金属膜の質量を削減することによって水晶３の周波数調整を行う。なお、前記周波数調整の方法は、予め周波数調整前に測定して取得しておいた周波数データを基にレーザービームによる周波数調整を行ってもよい。あるいはまた、周波数測定を行いながらレーザービームを照射して周波数調整を行う方法であってもよい。

次に水晶片３の支持腕３５１，３５２の先端領域に形成された搭載電極の表面（接合電極６，６との接合面側）にメッキバンプ７，７を形成しておく。そして、ベース２の内底面２００に形成された接合電極６，６上に、画像認識手段によって水晶片３を位置決め載置する。なお、前記メッキバンプ以外にスタッドバンプを使用することも可能である。位置決め載置後に、水晶片３に対して超音波ホーンを当接させ、所定方向に加圧させながら超音波を印加する。これにより、前記接合電極６とバンプ７との間に金属拡散を生じさせて水晶片３とベース２とをＦＣＢ接合（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ｂｏｎｄｉｎｇ）する。なお、図１は水晶片３と接合電極６と接合完了後の状態を表している。

水晶片３とベース２とをＦＣＢ接合した後、所定の工程を経て蓋体４を用いてベース２の開口部５を気密封止する。蓋体４とベース２との接合には、金属材料からなる接合材９が用いられている。なお、接合材９は蓋体４の表面に、圧延等の手段により全面に形成する。この接合材９を介して、シーム溶接やビーム溶接、加熱溶融接合等の手法により、蓋体４をベース２に接合する。接合材９には例えば銀ろう等が使用される。また、本実施形態では、圧延等の手段により蓋体４に接合材９を形成しているが、これに限定されるものではなく、ベース２の接合領域と蓋体４の接合領域との両方に接合材９を形成してもよく、またはベース２のみに接合材９を形成してもよい。以上が第１の実施形態における水晶振動子１の製造方法である。

−第２の実施形態−
本発明の第２の実施形態を、第１の実施形態との相違点を中心に図面を用いて説明する。図７は本発明の第２の実施形態を示す音叉型水晶振動子の断面図である。なお、図７において音叉型水晶振動片に形成される各種電極の記載は省略している。また、第１の実施形態と同様の構成については、同番号を付して説明を割愛するとともに、前述の実施形態と同様の効果を有する。

本発明の実施形態は、第１の実施形態と水晶片３の構造が異なっている。具体的に、第２の実施形態では、水晶片３は振動片本体３０の一部分が、水晶片３の厚さ方向において支持体３５よりも上方に位置している。つまり、図７に示すように断面視で振動片本体３０の一部分が、支持体３５に潜り込んでいる状態（オーバーラップ）となっている。これは第１の実施形態に比べて接続部３４が薄肉で形成されているためである。

このような構造とすることにより、水晶片３全体の厚さ（高さ）を薄く（低く）することができる。その結果、蓋体と水晶片との距離を多く確保することができ、外部衝撃を受けた際に水晶片の一部が蓋体に接触することによる水晶片の破損等の不具合を抑制することができる。また、水晶片の低背化により、ベース自体も低背化を図ることが可能となり、水晶振動子１全体の低背化に繋がる。

さらにまた、上記構成によって水晶片の低背化を図ることができるため、例えば支持体の厚さ（高さ）を、振動片本体３０の厚さ（高さ）よりも高く（厚く）し、振動エネルギーの減衰効果をより高めることができる。また支持体部分の厚さ増大によって、耐衝撃性能の向上が期待できる。

−第３の実施形態−
次に本発明の第３の実施形態を第１の実施形態との相違点を中心に図８乃至１０を用いて説明する。図８乃至１０は本発明の第３の実施形態を示す音叉型水晶振動片の斜視図である。なお、図８乃至１０においても音叉型水晶振動片に形成される各種電極の記載は省略している。また、第１の実施形態と同様の構成については、同番号を付して説明を割愛するとともに、前述の実施形態と同様の効果を有する。

本発明の実施形態は、接続部３４が、前記基部の他端側から当該接続部の端面側に向かって漸次薄肉化されている。具体的に図８乃至１０では接続部の一部分が薄肉となっている領域が存在している。まず、図８では接続部３４は端面が面取り加工されている。具体的に接続部３４は基部３３との接続部分に近接する部位から遠ざかる方向に面取り加工された形状になっており、端面３４０の厚さは連結部３５３および３５４よりも僅かに厚肉となっている。なお、面取り加工は前記形状に限定されるものではなく、接続部の端面が面取り加工されている形態であればよい。また、端面３４０の厚さは連結部３５３および３５４と同等であってもよい。

前記構造によると、接続部３４の端面が面取り加工されているので接続部３４に伝搬する振動エネルギーを当該接続部の端部に近づくにつれて減衰させることができる。これによって、より効果的に振動漏れの影響を低減することができ、水晶振動子１の特性を向上させることができる。

次に図９では、接続部３４は端面が面取り加工されているとともに、接続部３４の端面３４０は連結部３５３，３５４からさらに基部から遠ざかる方向に延伸形成されている。つまり、平面視で接続部のＹ軸方向の長さは連結部のＹ軸方向の長さ（幅）よりも長く形成され、接続部が連結部からはみ出したような構造となっている。このような構造の場合、接続部に伝搬する振動エネルギーを当該接続部の端部に近づくにつれて減衰させるとともに、振動エネルギーの伝搬経路をさらに延長することができる。したがって振動エネルギーをより減衰させて、振動漏れの影響を低減させることができるため、水晶振動子の特性を向上させることが可能となる。

次に図１０では、図８において面取り加工されていた斜面部分を階段状に加工したものとなっている。つまり、接続部３４が基部３３の他端側３３２から、当該接続部の端面側（３４０）に向かって階段状に薄肉化されている。このような構造によれば、接続部３４に伝搬する振動エネルギーを当該接続部の端部に近づくにつれて段階的に減衰させることができる。なお、接続部における前記階段状の段部間隔を狭めて、さらに多段の階段状に薄肉化することによって曲面加工に近づけることができ、実質的には擬似的な曲面加工（ベベル加工）に近づけることができる。これにより、より連続的に振動エネルギーを減衰させて振動漏れの影響を低減することができる。

−第４の実施形態−
本発明の第４の実施形態を、第１の実施形態との相違点を中心に図面を用いて説明する。図１１は本発明の第４の実施形態を示す音叉型水晶振動子の断面図である。なお、図１１において音叉型水晶振動片に形成される各種電極の記載は省略している。また、第１の実施形態と同様の構成については、同番号を付して説明を割愛するとともに、前述の実施形態と同様の効果を有する。

本発明の実施形態は、第１の実施形態と水晶片３の構造が異なっており、水晶片３は振動片本体３０および接続部３４と、支持体３５とが一体形成されていない構造になっている。つまり、接続部３４と支持体３５とが別々に成形されており、メッキバンプ８を用いたＦＣＢ法によってこれらが電気機械的に接合されている。なお、メッキバンプ以外にスタッドバンプを用いることも可能である。

本実施形態では振動片本体３０と接続部３４とは同一厚さで形成されている。このような構成により、水晶ウエハからのエッチングによる水晶片外形の成形を容易に行うことができ、工程管理が行いやすくなる。なお、本実施形態では振動片本体３０と接続部３４とは同一厚さで形成されているが、必ずしも同一でなくてもよい。

また、接続部３４と支持体３５とをメッキバンプ８を用いて接合するため、バンプの形成位置、配置数を任意に設定することができる。例えば、接続部３４の振動腕の伸長方向と直交する方向で接続部の略中央の位置に１点だけバンプを配置してもよいし、当該位置に前記１点のバンプの大きさと、その総面積が略同一となるように多点の小バンプ群を配置してもよい。

本実施形態では、予め接続部３４側にメッキバンプ８を形成しておく。このようにするこれは、支持体３５側へ予めメッキバンプを形成して、接続部３４を当該メッキバンプに当接させてＦＣＢ接合する方法に比べ、振動片本体つまり接続部３４へのメッキバンプの接合位置のずれを防止することができるためである。

−第５の実施形態−
本発明の第５の実施形態を図１２乃至１４に基づいて説明する。図１２は本発明の第５の実施形態を示す水晶振動片の斜視図を、図１３は図１２における接続部と支持体の分解断面図であり、図１４は本発明の第５の実施形態の変形例を示す水晶振動片の斜視図である。なお、図１２乃至１４において音叉型水晶振動片に形成される各種電極の記載を省略するとともに、第１の実施形態と同様の構成については、同番号を付して説明を割愛するとともに、前述の実施形態と同様の効果を有する。本実施形態では接続部３４と支持体３５に、互いに嵌合する凹部と凸部が各々形成されており、前記凹部と前記凸部の嵌合によって接続部３４と支持体３５とが接合された状態となっている。

図１２に示すように連結部３５３，３５４の上側主面の、接続部３４の下方に位置する領域には突起３６が形成されている。そして、図１３に示すように接続部３４の，突起３６と対向する面には凹部３６１が形成されている。凹部３６１は突起３６の平面視外形寸法よりも僅かに大きな開口寸法で形成されており、突起３６と嵌合するように形成されている。なお、突起３６の表面には支持腕３５１，３５２の先端領域に形成された搭載電極と電気的に繋がった金属導体が形成され、凹部３６１の内周面にも基部３４の表裏面に形成された各種電極と電気的に繋がった金属導体が形成されている。

突起３６と凹部３６１とが導電性接合材を介して接合されることで、振動片本体と支持体とが電気的に接続された状態となる。なお、図１２に示すように本実施形態では接続部３４の振動腕の伸長方向と同方向の長さは連結部３５３，３５４の幅よりも長く設定され、連結部から僅かに、はみ出した状態となっている。振動腕からの振動は、接続部３４の端面３４０で反射されるが、接続部と支持体との接合位置は前記端部から離間した位置となっており、端面で反射した振動が垂直方向および斜め方向に伝搬しにくいことから、振動エネルギーが振動片本体３０内で閉じ込められ、支持体３５への振動漏れの影響を低減することができる。これより、水晶振動子の直列共振抵抗値の向上が期待できる。

上記構造であれば、振動片本体（振動腕および基部）と、支持体の部材を別々に形成しておき、後から振動片本体と支持体とを嵌合して一体化するため、超小型の音叉型水晶振動片を精度良く成形することができる。さらに上記構造であれば、振動片本体と支持体との接合部分の境界において伝搬定数が異なることから、振動漏れの大幅な低減が期待できる。

また、このような構造によれば接続部３４は段差形状となっているため、振動エネルギーの伝搬経路を当該水晶振動片の厚さ方向に延長することができる。したがって振動エネルギーの減衰効果を高めて、振動漏れの影響を低減させることが可能となる。

また、第５の実施形態の変形例として図１４乃至１５に示すように、支持体３５に基部３３と嵌合する大きさの凹部３９を形成しておき、振動片本体３０と支持体３５とを接合する構造としてもよい。なお本例では、連結部の幅を第１の実施形態における連結部の幅よりも大きく設定している。これは、支持体への凹部形成による接続部との接合面積の減少を防止するためである。本嵌合構造によって、結果的に接続部の高さ（厚み）が低く（薄く）なるため、水晶片の低背化を図ることができるとともに、嵌合箇所において振動漏れを抑制することができる。

さらには、図１６に示すように、接続部側を部分的に薄肉化（凹部４０を形成）し、フラットな支持体（連結部）と嵌合する形態としてもよい。接続部と支持体との接合は導電性接合材を介して行うが、導電性接合材以外にも、接続部と支持体の各接合面に金属薄膜（例えば金など）を形成しておき、当該金属膜同士を当接させ、押圧した状態で超音波を印加して金属間の拡散接合（ＦＣＢ法：Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ｂｏｎｄｉｎｇ）を行うことも可能である。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

圧電振動デバイスの量産に適用できる。

本発明の第１の実施形態を示す音叉型水晶振動子の断面図。 本発明の第１の実施形態を示す音叉型水晶振動子の平面図。 本発明の第１の実施形態を示す水晶振動片の斜視図。 本発明の第１の実施形態の変形例を示す水晶振動片の斜視図。 本発明の第１の実施形態の変形例を示す水晶振動片の斜視図。 本発明の第１の実施形態の変形例を示す水晶振動片の斜視図。 本発明の第２の実施形態を示す音叉型水晶振動子の断面図。 本発明の第３の実施形態を示す水晶振動片の斜視図。 本発明の第３の実施形態を示す水晶振動片の斜視図。 本発明の第３の実施形態を示す水晶振動片の斜視図。 本発明の第４の実施形態を示す水晶振動片の断面図。 本発明の第５の実施形態を示す水晶振動片の斜視図。 図１２における水晶振動片の分解断面図。 本発明の第５の実施形態の変形例を示す水晶振動片の斜視図。 図１４における水晶振動片の分解断面図。 本発明の第５の実施形態の変形例を示す水晶振動片の分解断面図。 従来の一例を示す音叉型水晶振動子の断面図。

１ 水晶振動子
２ ベース
３ 水晶振動片
４ 蓋体
５ 開口部
６ 接合電極
７、８ バンプ
２１ ベース第１層
２２ ベース第２層
２００ 内底面
３０ 振動片本体
３１、３２ 振動腕
３３ 基部
３４ 接続部
３５ 支持体
３６ 突起
３７ 面取り部
３８ 階段部
３９、４０ 凹部
３３１ 一端側
３３２ 他端側
３４０ 端面
３５１、３５２ 支持腕
３５３、３５４ 連結部

Claims (6)

1. 基部と、当該基部の一端側から一方向に突出形成された一対の振動腕と、前記基部の他端側から突出した接続部と、当該接続部と繋がった支持体とを備えた音叉型水晶振動片が、上部に開口部を有する容器体の内部に、前記支持体の一部領域で接合され、前記開口部が蓋体で気密封止された音叉型水晶振動子であって、
   前記一対の振動腕および前記基部は、音叉型水晶振動片の厚さ方向において前記支持体よりも上方に位置し、前記接続部が、前記基部の他端側から当該接続部の端面側に向かって漸次薄肉化されていることを特徴とする音叉型水晶振動子。
2. 前記一対の振動腕および前記基部の一部分が、音叉型水晶振動片の厚さ方向において前記支持体よりも上方に位置していることを特徴とする請求項１に記載の音叉型水晶振動子。
3. 前記接続部と前記支持体とは、一体成形されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音叉型水晶振動子。
4. 前記接続部と前記支持体とが別々に成形され、金属バンプを用いたＦＣＢ法によって前記接続部と前記支持体とが接合されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の音叉型水晶振動子。
5. 前記接続部および前記支持体には、互いに嵌合する凹部または凸部が各々形成されており、前記凹部と前記凸部の嵌合によって前記接続部と前記支持体とが接合されていることを特徴とする請求項４に記載の音叉型水晶振動子。
6. 前記支持体の前記容器体との接合面側に金属バンプを形成し、ＦＣＢ法によって前記支持体が前記金属バンプを介して前記容器体の内部に接合されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の音叉型水晶振動子。

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