JP5742620B2 - 水晶振動子および水晶振動子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、水晶振動子および当該水晶振動子の製造方法に関する。

ＯＣＸＯと称される恒温槽型水晶発振器は、外部の温度変化に影響されることなく、水晶振動子を恒温槽内で温度制御することにより周波数の高安定化を行った発振器である。周波数安定度として、±１×１０-7〜１×１０-10程度の水晶振動子で得られる最高水準の周波数安定度を得ることができるため、無線基地局や伝送ラインなどの基準周波数として利用されている。

前記ＯＣＸＯに用いられる高安定な特性を有する水晶振動子（以下、高安定水晶振動子と表記）では、リードタイプと呼ばれる金属リード端子を有する高安定水晶振動子が用いられているのが現状である。具体的には次のような構成となっている。

従来の高安定水晶振動子は、金属からなるベースと呼ばれる台座に、ガラスなどの絶縁材を介して一対の金属リード端子が前記ベースを貫通するように植設されており、水晶振動片が搭載される側の金属リード端子には、一対の金属板からなるサポート部材が対向して取り付けられている。前記水晶振動片は、例えばいわゆるＡＴカットと呼ばれる厚みすべり振動を行う水晶振動板であり、その表裏主面には励振電極と、各励振電極から導出された引出電極が形成されている。そして、前記サポート部材の上に水晶振動片が搭載され、導電性の接合材によって電気的機械的に接続されるとともに、前記ベースに金属製の蓋を被せて前記励振電極を気密封止する構成となっている。このような構造の水晶振動子は例えば特許文献１に開示されている。

前述の水晶振動片は小型になるほど直列共振抵抗値が増大する傾向にあるが、その解決手段の一つとして水晶振動片の一主面にコンベックス加工を施した高安定水晶振動子が例えば特許文献２に開示されている。なお前述のコンベックス加工とは凸レンズ形状への加工のことである。

しかしながら前述の特許文献１および特許文献２は次のような問題を有する。すなわち、特許文献１における高安定水晶振動子はリードタイプの水晶振動子であり、小型化および低背化の対応が困難という問題が存在する。

一方、特許文献２における高安定水晶振動子では、一方の主面に凸レンズ形状を有する水晶振動片に保護膜を形成し、保護膜を除いた領域を加工することによって、例えば前記凸レンズ形状を有する主面と反対側の主面に枠部を形成することが可能である。このような水晶振動片を容器内に横置きで搭載することによって水晶振動子の低背化を図ることができる。前記枠部は形成数および形成位置については言及されているが枠部の形状について言及されておらず、このような形状の水晶振動片を容器内に接合した場合、接合に係る応力を効果的に抑制できないことにより高安定水晶振動子の特性が劣化してしまう可能性がある。

特開２００６−１８６８３９号 特開２００３−０６０４８１号

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、小型化に対応するとともに良好な特性を得ることができる水晶振動子および当該水晶振動子の製造方法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にかかる発明によると、一主面にコンベックス加工またはベベル加工された平面視略円形の凸部を有し、表裏主面に励振電極が形成された水晶振動片を容器に収容し、当該容器に蓋を接合することにより前記励振電極を気密封止した水晶振動子であって、前記水晶振動片と一体成形された脚部が、少なくとも２箇所、当該水晶振動片の他主面から突出して同一の円周上に形成されているとともに、前記脚部が支持部材として前記容器に接合され、前記脚部を構成する側面のうち、外縁側面が平面視で前記凸部と略同心円状の円弧で形成されている。

上記発明によると、水晶振動片の主振動と高次の副振動との結合による周波数ジャンプを防止しつつ、水晶振動子の低背化を図ることができる。具体的に、本発明における水晶振動片は一主面にコンベックス加工またはベベル加工された平面視略円形の凸部を有するため、水晶振動片の主振動と高次の副振動との結合を防止することができる。これにより温度変動に対する主振動と高次の副振動との結合によって周波数が温度変化に対して不連続に変化する周波数ジャンプと呼ばれる現象を防止し、安定した特性の水晶振動子を得ることができる。また、水晶振動片と一体成形された脚部が少なくとも２箇所、前記他主面から突出して形成されているので、前記脚部を支持部材として水晶振動片を横置きにして容器に搭載することができる。これにより水晶振動子の低背化を図ることができる。なお前述のベベル加工とは水晶振動片の周縁端部の面取り加工のことをいう。

さらに上記発明によると、前記脚部は脚部を構成する側面のうち、外縁側面が前記凸部と略同心円状の円弧で形成されているため、水晶振動片を容器に接合した際に発生する応力を分散することができる。これにより良好な特性の水晶振動子を得ることができる。具体的に前記脚部の外縁側面は、前記凸部と略同心円状の円弧で形成されているため、凸部の輪郭に沿った外縁形状となる。このような構造により、輪郭系等の不要振動モードの影響を抑制することができる。つまり凸部の輪郭に沿っていない外縁形状の脚部の場合、例えば平面視長方形の脚部の場合は境界となる角部の影響が無視できなくなり、不要振動モードが顕在化しやすくなる。これに対して本発明の脚部は外縁側面が前記凸部と略同心円状の円弧で形成されているため、水晶振動片の前記不要振動モードを抑制することができる。

さらに上記発明によると、水晶振動片の容器への搭載精度が向上する。これは本発明における前記脚部が水晶振動片と一体で成形され、当該脚部が従来構造における支持部材の役割を果たすためである。つまり外形サイズの大きい平面視円形の水晶振動片を横置きにして容器内に搭載した，従来の表面実装型水晶振動子の場合、容器の内底面上に一対の金属製の支持部材を接合し、当該支持部材上に導電性接着材を用いて、前記脚部が形成されていない水晶振動片を接合する構造であった。このような支持部材を用いる場合、各支持部材の容器内底面上への接合位置ばらつきや、支持部材自体の形状ばらつき等が、水晶振動片の搭載精度に影響を及ぼしていた。これに対して本発明における水晶振動片は、水晶振動片と一体で成形された脚部が前記支持部材の役割を果たすため、前述の搭載精度の問題を解消することができる。

また、前記脚部は水晶振動片と同材料で成形されているため、従来の異種材料使用による熱膨張係数差に起因する応力の発生を防止することができる。これによって支持部材に係る応力に起因する水晶振動子の特性劣化を防止することができる。さらには脚部を水晶振動片と一体で成形することによって従来の支持部材が不要となるので低コスト化を図ることができる。

さらに上記目的を達成するために、前記脚部を構成する側面が傾斜面であってもよい。このような脚部であれば、水晶振動片の主面と、当該主面から突出した脚部とのなす角が緩やかになるため、脚部の機械的強度を向上させることができる。具体的に前記水晶振動片として不純物の少ない人工水晶が一般的に用いられており、このような水晶を湿式エッチング法を用いて溶解させることによって容易に前記傾斜面を形成することができる。これは水晶の結晶方位固有の角度で前記溶解が進行するためである。具体例としてＡＴカット水晶振動板を用い、水晶振動板の一主面の，脚部を形成する領域等に保護膜を形成し、前記一主面を湿式エッチングによって選択的に溶解させることにより、保護膜によって溶解せずに残存した領域を脚部として成形することができる。このとき水晶は異方性結晶材料であるため、湿式エッチングによって前記一主面に対して約２０度から７０度傾斜して水晶振動板の溶解が進行する。これにより水晶振動片の一主面と、当該一主面から突出した脚部とのなす角が緩やかになるため、前記一主面に対して垂直な側面を有する脚部よりも、前記一主面と脚部との境界領域の機械的強度を向上させることができる。

さらに上記目的を達成するために、前記脚部を構成する側面のうち、内縁側面が平坦面であってもよい。このような構成によれば、前記脚部の内縁側面が周縁方向に窪んだ曲面で形成されている場合に比べて幅広となるため、脚部の機械的強度を向上させることができる。一般に、コンベックス加工やベベル加工が施された水晶振動板の表裏主面に一対の励振電極を形成した水晶振動素子は、水晶振動素子の中央部分が振動エネルギーの変位が最大となり、水晶振動板の周縁に向かうにつれて振動エネルギーの変位が連続的に減衰していくエネルギー分布となるため、可能な限り水晶振動片の周縁付近で水晶振動片を支持する方が振動阻害防止の点から望ましい。このため本発明において支持部材の役割を果たす前記脚部の形成領域も小さくすることが望ましいが、脚部の機械的強度確保の点からある程度脚部の形成領域を確保する必要がある。上記構成は水晶振動板の厚みが非常に薄くなる高周波帯において好適である。これは前記脚部の内縁側面を平坦面で形成して内縁側面が曲面の脚部よりも幅広にすることによって脚部の機械的強度を向上させ、薄肉部分となる水晶振動板（脚部以外の領域）をより確実に支持することができることによる。

さらに上記目的を達成するために、前記脚部が前記他主面の、平面視で前記凸部の周縁に対応する位置に形成されていてもよい。例えばコンベックス加工またはベベル加工された平面視略円形の凸部を水晶振動片の一主面全体に形成し、前記脚部を他主面の平面視で前記凸部の周縁に対応する位置，つまり他主面の周縁に形成することにより、振動エネルギーが最も減衰する位置で水晶振動片を支持することができる。また、このような平面視円形のみからなる構成の水晶振動片の場合、水晶振動片の外周に「つば」状の平面部分を設けた構成の水晶振動片よりも小型化を図ることができる。これにより水晶振動片を収容する容器の外形寸法も小型化できるため、水晶振動子の小型化を図ることが可能となる。上記例のような平面視円形のみからなる構成の水晶振動片の場合、脚部の形成数は３個または４個が好ましい。この場合、脚部の形成位置は、中心角が１２０度で３等分した他主面周縁の３箇所または、中心角が９０度で４等分した他主面周縁の４箇所に均等に離間配置することが水晶振動片の安定支持の点から好ましい。なお、本発明における脚部の形成数および形成位置は前記例に限定されるものではなく、前記例以外で２以上の形成数および前記例以外の形成位置に脚部を形成してもよい。

さらに上記目的を達成するために本発明は、前述した水晶振動子のうち、いずれか一つの水晶振動子の製造方法であって、水晶振動片の一主面にコンベックス加工またはベベル加工された平面視略円形の凸部を形成する凸部形成工程と、前記水晶振動片の他主面から突出し、当該水晶振動片と一体成形されるとともに、外縁側面が平面視で前記凸部と略同心円状の円弧である脚部を、少なくとも２箇所、同一の円周上に形成する脚部形成工程と、
前記脚部を前記容器に接合材を介して接合する接合工程と、前記容器に蓋を接合して前記励振電極を気密封止する封止工程とを有する水晶振動子の製造方法となっている。

上記製造方法によれば、水晶振動片の主振動と高次の副振動との結合による周波数ジャンプを防止しつつ、低背化を図った水晶振動子を製造することができる。具体的に、本発明における水晶振動片は一主面にコンベックス加工またはベベル加工された平面視略円形の凸部を有するため、水晶振動片の主振動と高次の副振動との結合を防止することができる。これにより、温度変動に対する主振動と高次の副振動との結合による周波数ジャンプを防止し、安定した特性の水晶振動子を得ることができる。また、水晶振動片と一体成形された脚部が少なくとも２箇所、前記他主面から突出して形成されているので、前記脚部を支持部材として水晶振動片を横置きにして容器に搭載することができる。これにより低背化を図った水晶振動子を製造することができる。

さらに上記製造方法によると、前記脚部は脚部を構成する側面のうち、外縁側面が前記凸部と略同心円状の円弧で形成されているため、前記接合工程の際に発生する応力を分散することができる。これにより良好な特性の水晶振動子を製造することができる。具体的に前記脚部の外縁側面が前記凸部と略同心円状の円弧で形成されているので、凸部の輪郭に沿った外縁形状となっている。このような構造により、輪郭系等の不要振動モードの影響を抑制することができる。

さらに上記製造方法によると、前記接合工程の際の、水晶振動片の容器への搭載精度が向上する。これは本発明における前記脚部が水晶振動片と一体で成形され、当該脚部が従来構造における支持部材の役割を果たすためである。また、前記脚部は水晶振動片と同材料で成形されているため、従来の異種材料使用による熱膨張係数差に起因する応力の発生を防止することができる。これによって支持部材に係る応力に起因する水晶振動子の特性劣化を防止することができる。さらには脚部を水晶振動片と一体で成形することによって従来の支持部材が不要となるので低コスト化を図ることができる。

以上のように、本発明によれば小型化に対応するとともに良好な特性を得ることができる水晶振動子および当該水晶振動子の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態における水晶振動子の封止前の状態を示す平面模式図。 図１のＡ−Ａ線における断面模式図。 図１のＢ部拡大図。 本発明の実施形態の変形例を示す脚部拡大模式図。 本発明の実施形態の変形例を示す水晶振動子の封止前の平面模式図。 本発明の実施形態における水晶振動片の製造工程を表す断面模式図。 本発明の実施形態における水晶振動片の製造工程を表す断面模式図。 本発明の実施形態における水晶振動片の製造工程を表す断面模式図。 本発明の実施形態における水晶振動片の製造工程を表す断面模式図。 本発明の実施形態における水晶振動片の製造工程を表す断面模式図。 本発明の実施形態における水晶振動片の製造工程を表す断面模式図。 本発明の実施形態の変形例を示す水晶振動片の断面模式図。 本発明の実施形態の変形例を示す水晶振動片の断面模式図。 本発明の実施形態の変形例を示す水晶振動片の断面模式図。 本発明の実施形態の変形例を示す水晶振動片の平面模式図。 本発明の実施形態の変形例を示す水晶振動片の平面模式図。

以下、本発明による実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態で適用される高安定水晶振動子（以下、水晶振動子と略記）は平面視矩形の表面実装型水晶振動子である。本実施形態における水晶振動子は平面視の外形寸法が縦１０ｍｍ×横１０ｍｍとなっている。まず本発明の水晶振動子について説明した後、本発明の水晶振動子の製造方法について説明する。
図１乃至２に示すように本発明における水晶振動子１は、水晶振動片を収容する凹部３１を備えた容器３と、厚みすべり振動を行う水晶振動片２と、容器と接合材を介して接合され、水晶振動片の表裏主面に形成された励振電極を気密に封止する蓋８が主要構成部材となっている。なお、本実施形態において水晶振動子の共振周波数は基本波振動モードで１００ＭＨｚとなっている。以下、前記各構成部材について説明する。

本実施形態で使用される水晶振動片２は、所定角度で切断された平面視略円形のＡＴカット水晶片であり、その直径は約６ｍｍとなっている。水晶振動片２の一主面２００および他主面２１０には、当該水晶振動片を駆動させるための一対の励振電極２２，２４が対向形成されている（図２参照）。図２に示すように励振電極２２，２４はそれぞれ引出電極２３，２５を経由して、４つの脚部２１のうち、引出電極の延出方向に形成された２つの脚部の端部に形成された搭載電極２６，２６と各々接続されている。

図１に示すように水晶振動片２の一主面２００には平面視略円形の凸部２０が形成されている。凸部２０は凸レンズ形状になるようにフォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いて形成されている。なお凸部２０の形成方法の詳細については後述する本発明の水晶振動子の製造方法において説明する。凸部２０を形成することによって、水晶振動片の稜部は面取り加工されるとともに、水晶振動片の厚みは端部に近づくにつれて連続的に薄肉となり、断面視では片凸レンズ形状となっている。

水晶振動片２の他主面２１０には、他主面２１０から突出し、水晶振動片２と一体で成形された脚部２１が、水晶振動片の周縁２７の近傍に環状に４箇所、離間形成されている（図１参照）。本実施形態において脚部２１の形成位置は、図１に示すように平面視略円形の水晶振動片の直交する２つの直径の端部にそれぞれ形成されている。なお、４つの脚部２１，２１，２１，２１の各端部には搭載電極２６，２６，２６，２６がそれぞれ形成されており、これら４つの脚部のうち、引出電極２３および２５の延出方向と同方向に形成された２つの脚部は平面視で引出電極２３および２５とそれぞれ重なるように形成されているとともに、引出電極２３，２５が搭載電極２６，２６に電気的に接続されている。なお最終的には励振電極２２，２４は、容器３の底面３１０に形成された外部接続端子６，６と電気的に接続されることになる。

脚部２１は水晶振動片の支持部材として機能し、４つの脚部２１，２１，２１，２１の各端部に形成された搭載電極２６，２６，２６，２６が、容器３の内底面３００に形成された４つのパッド電極４，４，４，４の上に接合材７によって接合されることになる。なお本実施形態において脚部２１の高さ（厚み）は約１ｍｍとなっている。しかしながら本発明の脚部の高さ（厚み）は前記数値に限定されるものはなく、支持部材としての機能を発揮できる高さ（厚み）で他主面から突出形成されていればよい。

次に脚部２１の詳細について図３を参照して説明する。脚部２１は略直方体状に形成されている。そして平面視では、脚部２１を構成する側面のうち、外縁側面２１ａ（水晶振動片の周縁２７側の側面）は、凸部２０と略同心円状の円弧で形成されている。つまり凸部２０の輪郭に沿った外縁形状となっている。一方、脚部を構成する側面のうち、内縁側面２１ｂ（２１ａの対向面）もまた平面視では凸部２０と略同心円状の円弧で形成されている。なお図３では内縁側面２１ｂが曲面で形成されていることを明示するために、補助線として内縁側面２１ｂに沿った点線を表示している。図３において脚部２１は、外縁側面２１ａおよび内縁側面２１ｂともに凸部２０と略同心円状の円弧で形成され、巨視的にみれば平面視で矩形に近い形状となっている。そして脚部２１の長手方向の寸法（外縁側面２１ａおよび内縁側面２１ｂの辺長）は引出電極２３の幅と略同一となっている。しかしながら本発明における脚部２１の長手方向の辺の寸法は引出電極の幅と略同一に限られるものではなく、例えば引出電極の幅よりも幅広（大きく）に形成されていてもよい。脚部２１の長手方向の辺の寸法が、引出電極の幅よりも大きいほど、水晶振動片の厚みに係る厚み系の振動モードに起因する不要振動モードの抑制に効果が期待できる。

上記脚部の構造によると、脚部２１は脚部を構成する側面のうち、外縁側面２１ａが凸部２０と略同心円状の円弧で形成されているため、水晶振動片２を容器３に接合した際に発生する分散を抑制することができる。これにより良好な特性の水晶振動子１を得ることができる。具体的に脚部２１の外縁側面２１ａは、凸部２０と略同心円状の円弧で形成されているため、凸部２０の輪郭に沿った外縁形状となる。このような構造により、輪郭系等の不要振動モードの影響を抑制することができる。つまり凸部２０の輪郭に沿っていない外縁形状の脚部の場合、例えば平面視長方形の脚部の場合は境界となる角部の影響が無視できなくなり、不要振動モードが顕在化しやすくなる。これに対して本発明の脚部２１は外縁側面２１ａが凸部２０と略同心円状の円弧で形成されているため、水晶振動片２の前記不要振動モードを抑制することができる。

なお、本発明における脚部の変形例として、図４に示すような形状の脚部であってもよい。図４では脚部２１’を構成する側面のうち、内縁側面２１’ｂは曲面ではなく平坦面となっている。このような構成によれば、脚部の内縁側面が周縁方向に窪んだ曲面で形成されている場合、つまり図３における脚部２１に比べて短手方向に幅広となるため、脚部の機械的強度を向上させることができる。上記構成は水晶振動片の厚みが非常に薄くなる高周波帯（例えば１００ＭＨｚ帯）において好適である。これは脚部２１’の内縁側面２１’ａを平坦面で形成して内縁側面が曲面の脚部よりも幅広にすることによって脚部の機械的強度を向上させ、薄肉部分となる水晶振動片（脚部以外の領域）をより確実に支持することができることによる。

また前述の水晶振動子１によると、水晶振動片の主振動と高次の副振動との結合による周波数ジャンプを防止しつつ、水晶振動子の低背化を図ることができる。具体的に、本発明における水晶振動片２は一主面にコンベックス加工された平面視略円形の凸部２０を有するため、水晶振動片２の主振動と高次の副振動との結合を防止することができる。これにより、温度変動に対する主振動と高次の副振動との結合による周波数ジャンプを防止し、安定した特性の水晶振動子を得ることができる。また、水晶振動片と一体成形された脚部２１が４箇所、他主面２１０から突出して形成されているので、脚部２１を支持部材として水晶振動片２を横置きにして容器３に搭載することができる。これにより水晶振動子の低背化を図ることができる。

さらに上記水晶振動片２によると、水晶振動片２の容器３への搭載精度が向上する。これは本ｋｄしｐ発明における脚部２１が水晶振動片２と一体で成形され、脚部２１が従来構造における支持部材の役割を果たすためである。つまり、外形サイズの大きい平面視円形の水晶振動片を横置きにして容器内に搭載した，従来の表面実装型水晶振動子の場合、容器の内底面上に一対の金属製の支持部材を接合し、当該支持部材上に導電性接着材を用いて水晶振動片（前記脚部が形成されていない）を接合する構造であった。このような支持部材を用いる場合、各支持部材の容器内底面上への接合位置ばらつきや、支持部材自体の形状ばらつき等が、水晶振動片の搭載精度に影響を及ぼしていた。これに対して本発明における水晶振動片２は、水晶振動片２と一体で成形された脚部２１が前記支持部材の役割を果たすため、前述の搭載精度の問題を解消することができる。

また、脚部２１は水晶振動片２と同材料で成形されているため、従来の異種材料使用による熱膨張係数差に起因する応力の発生を防止することができる。これによって支持部材に係る応力に起因する水晶振動子の特性劣化を防止することができる。さらには脚部を水晶振動片と一体で成形することによって従来の支持部材が不要となるので低コスト化を図ることができる。

次に本実施形態で使用される容器３について図１乃至２を用いて説明する。容器３は水晶振動片を収容するための凹部３１を有し、上部が開口した平面視略正方形の箱状体である。容器３は複数のセラミックグリーンシートの積層体であり、これら複数の層は所定位置に内部配線導体の印刷処理を施した後に位置決め積層され、焼成によって一体成形されている。凹部３１の周囲には堤部３０が環状に形成されており、堤部３０の上面３２は平坦な状態となっている。そして堤部の上面３２には下から順にタングステンメタライズ層、ニッケルメッキ層、金メッキ層の３層から成る金属膜（図示省略）が周状に形成されている。なお、本実施形態では容器３の基材としてセラミックを用いているが、本発明における容器基材はセラミックに限定されるものではなく、ガラスや水晶等の結晶性材料を用いてもよい。

図２において凹部３０の内底面３００は平坦面となっており、金属膜からなるパッド電極４が４箇所形成されている。具体的に内底面３００は平面視略正方形となっており、４つのパッド電極４，４，４，４は、内底面３００の対向する２組の辺の略中央の位置に各々形成されている。なお図５に示すように、４つのパッド電極のうち、一部のパッド電極（４１，４３）を、引出電極２３，２５と平面視で重ならないよう一部を切り欠いた形状としてもよい（図５で点線で示す脚部４１，４３の一部領域）。このような形状のパッド電極とすることにより、引出電極とパッド電極間の容量の増加を防止することができる。これにより発振周波数のずれの少ない、より安定した水晶振動子を得ることができる。

パッド電極４は平面視で略矩形となっており、内底面３００上にタングステンメタライズを施し、その上部にニッケルメッキが、さらにその上部に金メッキが施された層構成となっている。そして、パッド電極４は容器内部に形成された貫通電極５を介して、容器の底面３１０に形成された外部接続端子６と電気的に接続されている。なお、パッド電極４と外部接続端子６との電気的接続は、容器外周の角部の上下方向に導体（いわゆるキャスタレーション）を形成することによって行ってもよい。

搭載電極２６は前述のパッド電極４の上に接着材４を介して接合される。前記接着材４として、例えばシリコーン系の導電性樹脂接着材が使用される。なお、前記接着材はシリコーン系の導電性樹脂接着材に限定されるものではなく、シリコーン系以外にもエポキシ系などの導電性樹脂接着材も使用可能であり、また樹脂系接着材以外に金属バンプ（メッキバンプやスタッドバンプ等）や金錫合金等の合金を使用してもよい。

次に本実施形態で使用される蓋８について図２を参照して説明する。蓋８はコバールを基体とする平面視略円形で金属性の蓋体であり、蓋８の表裏面にはニッケルメッキ層（図示省略）が形成されている。また蓋８の容器３との接合面側には前記ニッケルメッキ層の上に金属から成るロウ材（図示省略）が全面に亘って形成されている。なお前記蓋の基材としてコバール等の金属材料以外にセラミックを使用してもよい。この場合、封止材として低融点ガラスが好ましい。あるいは前記蓋の基材としてガラスや水晶等の結晶性材料を用いてもよい。
以上が水晶振動子１の主要構成部材についての説明である。以下、本発明の水晶振動子製造方法について図面を参照しながら説明する。

本発明の水晶振動子製造方法について水晶振動片の製造方法を中心に説明する。図６乃至１２は本発明の実施形態における水晶振動片の製造工程を表す断面模式図である。
＜凸部形成工程＞
まず図６に示すように、表裏主面（一主面２００，他主面２１０）が鏡面加工された円盤状の水晶ウエハＷ（以下、単にウエハＷと表記する）を用意する。本実施形態においてウエハＷはＡＴカット水晶振動板となっている。

次にウエハＷの表裏主面（一主面２００，他主面２１０）にレジストＲを形成する（図７）。ここで一主面２００には、平面視略円形の凸部２０の形状に対応した窪みを備えた金型に感光性樹脂を充填し、主面２００に転写して硬化させる。

次に図７において矢印で示すように一主面２００の上方からドライエッチング法によってレジストＲを除去していく。図８はドライエッチング法による加工後の状態であり、レジストＲを除去した状態を表している。図８に示すように、図７で形成された一主面２００上の凸レンズ状のレジストの形状がそのままウエハＷに転写されて薄肉化されている。このようにして一主面２００にコンベックス形状で平面視略円形の凸部２０が形成される。なお凸部２０の形成は前述の方法以外の手段によって形成してもよい。例えば従来より行われている機械的研磨によって凸部を形成してもよい。

＜脚部形成工程＞
次に、ウエハＷの一主面２００および他主面２１０上に下地金属膜と、その上に金からなる金属膜を形成する（図９乃至１１において図示省略）。そして前記金属膜の上にレジストＲを再形成する（一主面２００，他主面２１０ともに）。その後、フォトリソグラフィ技術を用いて所定の開口部分を有するパターンを形成する。この状態を表したものが図９である。

次に図９に示すように、他主面２１０の所定位置が開口したウエハＷをドライエッチング法によって加工していく。つまりレジストＲが形成されていない他主面２１０の領域はドライエッチング法によって削られ、最終的に図１０に示すような凹部が他主面側に形成される。前記凹部の周囲にはレジストＲで保護されることによって残存した領域が脚部２１となって一括で形成される。本実施形態では一つの水晶振動片の他主面側に４つの脚部が、他主面２１０の各水晶振動片形成領域の，直交する２つの直径の端部（周縁近傍）にそれぞれ形成されている。

本実施形態では脚部２１をドライエッチング法を用いることによって形成しているが、ドライエッチング法以外にブラスト法や湿式エッチング法を用いてもよい。例えばブラスト法の場合、ショットブラスト等の機械式ブラストやサンドブラスト等の空気式ブラストあるいは、研磨剤溶液をノズルから高圧で噴射させて加工を行う湿式ブラストが適用可能である。脚部２１をブラストによる水晶主面の切削によって形成することにより、高精度で微細な加工を行うことができる。湿式エッチング法は側面に傾斜面を有する脚部を形成する場合に好適である。

＜個片化工程＞
その後、多数個の水晶振動片２，２，・・・，２が一体形成されたウエハＷの各水晶振動片の形成領域のうち、励振電極（２２，２４）および引出電極（２３，２５）と搭載電極２６（以下、励振電極等と表記）を形成する領域のみが開口するようにして、蒸着マスクと呼ばれるカバーをウエハＷ全体に被せる（図示省略）。そしてスパッタリングによって一括で多数の励振電極等を各水晶振動片の表裏に形成する（図示省略。励振電極等が形成された水晶振動片を以下、水晶振動素子と表記する）。その後所定の周波数調整等の工程を経て、図１０に示す仮想線Ｌを基準としてダシイングまたは湿式エッチング法によってウエハＷを分割する。これにより、複数の水晶振動素子を一括同時に得ることができる。

＜接合工程＞（図示省略）
次に、容器３の内底面３００に４箇所形成されたパッド電極上の各々に予め接着材７を塗布しておく。本実施形態では接着材７としてシリコーン系の導電性樹脂接合材が使用されている。その後、接着材７が塗布された容器３の４つのパッド電極４上に、４つの脚部２１の各端部に形成された４つの搭載電極２６が一対一で対応するように、水晶振動素子の他主面側が容器３に正対するようにして、水晶振動素子が容器３の凹部３１内に位置決め載置される。そして、接着材７を所定条件の加熱雰囲気下で硬化させることにより、水晶振動素子が容器３に接合される。

＜封止工程＞（図示省略）
次に平面視円形の蓋８を、搭載ツールを使用して、容器３の堤部上面３２に形成された金属膜の上に位置決め載置する。このとき、前記金属膜の上に、蓋８の容器３との接合面側に形成されたロウ材が略一致するようにして蓋８が載置される。そして一対のシームローラー、封止等を蓋８に当接させ、蓋８と前記金属膜とに大電流を印加させながら転接させることによって蓋８と容器３とが気密に接合される。なお本実施形態におけるシーム溶接は、真空雰囲気中あるいは不活性ガス雰囲気中にて行われる。

上記製造方法によれば、水晶振動片の主振動と高次の副振動との結合による周波数ジャンプを防止しつつ、低背化を図った水晶振動子を製造することができる。具体的に、本発明における水晶振動片２は一主面２００にコンベックス加工された平面視略円形の凸部２０を有するため、水晶振動片の主振動と高次の副振動との結合を防止することができる。これにより、温度変動に対する主振動と高次の副振動との結合による周波数ジャンプを防止し、安定した特性の水晶振動子を得ることができる。また、水晶振動片２と一体成形された脚部２１が、他主面２１０から突出して形成されているので、脚部２１を支持部材として水晶振動片２を横置きにして容器３に搭載することができる。これにより低背化を図った水晶振動子を製造することができる。

さらに上記製造方法によると、脚部２１は脚部を構成する側面のうち、外縁側面２１ａが凸部２０と略同心円状の円弧で形成されているため、前記接合工程の際に発生する応力を分散することができる。これにより良好な特性の水晶振動子を製造することができる。具体的に脚部２１の外縁側面２１ａが凸部２０と略同心円状の円弧で形成されているので、凸部２０の輪郭に沿った外縁形状となっている。このような構造により、輪郭系等の不要振動モードの影響を抑制することができる。

さらに上記製造方法によると、前記接合工程の際の、水晶振動片２の容器３への搭載精度が向上する。これは本発明における脚部２１が水晶振動片２と一体で成形され、脚部２１が従来構造における支持部材の役割を果たすためである。

また、脚部２１は水晶振動片２と同材料で成形されているため、従来の異種材料使用による熱膨張係数差に起因する応力の発生を防止することができる。これによって支持部材に係る応力に起因する水晶振動子の特性劣化を防止することができる。さらには脚部２１を水晶振動片２と一体で成形することによって従来の支持部材が不要となるので低コスト化を図ることができる。

本発明の実施形態では脚部２１の断面視形状は長方形状になっている。これは前述の脚部形成工程においてドライエッチング法を用いていることに起因するものであるが、本発明は上記構造の脚部に限定されるものではない。例えば図１２乃至１４に示すように脚部を構成する側面が傾斜面であってもよい。傾斜面を有する脚部は例えば水晶ウエハを湿式エッチング法によって溶解させることによって、水晶の結晶方位固有の角度で成形することができる。なお基材の一主面に対する側面の傾斜角は、異方性結晶材料である水晶の場合、結晶方位によって異なるが約２０〜７０度となる。

前記脚部を構成する側面が傾斜面であれば、水晶振動片の主面と、当該主面から突出した脚部とのなす角が緩やかになるため、脚部の機械的強度を向上させることができる。これにより水晶振動片の一主面と、当該一主面から突出した脚部とのなす角が緩やかになるため、前記一主面に対して垂直な側面を有する脚部よりも、前記一主面と脚部との境界領域の機械的強度を向上させることができる。

本発明の実施形態では、脚部２１が他主面２１０の、平面視で凸部２０の周縁に対応する位置に形成されている。つまり他主面の周縁に脚部２１を形成することにより、振動エネルギーが最も減衰する位置で水晶振動片２を支持することができる。本実施形態のように平面視円形の水晶振動片の場合、脚部２１の形成数は３個または４個が安定支持の点から好ましい。例えば脚部２１を３個形成する場合は、図１５に示すように中心角が１２０度で３等分した他主面周縁の各位置に形成することが好ましい。つまり３つの脚部で水晶振動片を支持する場合は、４つの脚部を形成する場合に比べ、より広い平坦領域を他主面側に確保できるため設計余裕度が増すことになる。あるいは図１６に示すように一直径の両端部分に２つの脚部を形成してもよい。

また、本発明の実施形態では一主面２００側にコンベックス形状の凸部が形成されているが、本発明はコンベックス形状の凸部に限定されるものではなく、図１３に示すように周縁端部が面取り加工された、いわゆるベベル加工された凸部であってもよい。さらに本発明の実施形態では一主面２００側の全面がコンベックス形状の凸部であり、前記凸部の下方の位置に脚部２１が形成された構成となっているが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、例えば図１４に示すように、一主面２００側の中央部分のみがコンベックス形状の凸部で、その周囲に平坦面の領域を有するとともに、当該平坦面の領域の下方に脚部２１が形成された構成であってもよい。

本発明の実施形態では、封止材としてガラス材を例にしているが、セラミック容器と金属製の蓋体を用い、封止材に銀ロウ材等のロウ材を用いたレーザー封止、電子ビーム封止による封止等でも適用できる。さらに本発明の実施形態では表面実装型水晶振動子を例にしているが、水晶フィルタ、水晶発振器など電子機器等に用いられる他の表面実装型の圧電振動デバイスにも適用可能である。

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。

１ 水晶振動子
２ 水晶振動片
２０ 凸部
２１ 脚部
２１ａ 脚部外縁側面
２１ｂ 脚部内縁側面
２２、２４ 励振電極
２３、２５ 引出電極
２６ 搭載電極
２７ 水晶振動片周縁
２００ 水晶振動片の一主面
２１０ 水晶振動片の他主面
３ 容器
４、４１、４２、４３、４４ パッド電極
８ 蓋
９ 接合材

Claims (5)

1. 一主面にコンベックス加工またはベベル加工された平面視略円形の凸部を有し、
   表裏主面に励振電極が形成された水晶振動片を容器に収容し、当該容器に蓋を接合することにより前記励振電極を気密封止した水晶振動子であって、
   前記水晶振動片と一体成形された脚部が、少なくとも２箇所、当該水晶振動片の他主面から突出して同一の円周上に形成されているとともに、前記脚部が支持部材として前記容器に接合され、
   前記脚部を構成する側面のうち、外縁側面が平面視で前記凸部と略同心円状の円弧で形成されていることを特徴とする水晶振動子。
2. 前記脚部を構成する側面が傾斜面であることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子。
3. 前記脚部を構成する側面のうち、内縁側面が平坦面であることを特徴とする請求項２に記載の水晶振動子。
4. 前記脚部が前記他主面の、平面視で前記凸部の周縁に対応する位置に形成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項に記載の水晶振動子。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つに記載の水晶振動子の製造方法であって、
   水晶振動片の一主面にコンベックス加工またはベベル加工された平面視略円形の凸部を形成する凸部形成工程と、
   前記水晶振動片の他主面から突出し、当該水晶振動片と一体成形されるとともに、外縁側面が平面視で前記凸部と略同心円状の円弧である脚部を、少なくとも２箇所、同一の円周上に形成する脚部形成工程と、
   前記脚部を前記容器に接合材を介して接合する接合工程と、
   前記容器に蓋を接合して前記励振電極を気密封止する封止工程と、
   を有することを特徴とする水晶振動子の製造方法。

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