JP5839025B2

JP5839025B2 - 圧電振動デバイス

Info

Publication number: JP5839025B2
Application number: JP2013265924A
Authority: JP
Inventors: 飯塚　実; 実飯塚; 琢也古城
Original assignee: Daishinku Corp
Current assignee: Daishinku Corp
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2033-12-24
Also published as: JP2015122652A

Description

本発明は、圧電振動デバイスに関する。

近年、各種電子機器の動作周波数の高周波化や、パッケージの小型化（特に低背化）が進んでいる。そのため、高周波化やパッケージの小型化にともなって、圧電振動デバイス（例えば水晶振動子等）も高周波化やパッケージの小型化への対応が求められている。

この種の圧電振動デバイスでは、その筐体が直方体のパッケージで構成されている。このパッケージは、ガラスからなる第１封止部材および第２封止部材と、水晶からなり両主面に励振電極が形成された水晶振動板とから構成され、第１封止部材と第２封止部材とが水晶振動板を介して積層して接合され、パッケージの内部に配された水晶振動板の励振電極が気密封止されている（例えば、特許文献１）。以下、このような圧電振動デバイスの積層形態をサンドイッチ構造という。

特開２０１２−２４４５０３号公報

ところで、この特許文献１に示す水晶振動子では、水晶振動板（特許文献１の中間水晶板２）に形成した励振電極を外部に電気的に接続する外部電極端子（特許文献１の実装端子１２４）は、特許文献１の図４に示すように、励振電極（特許文献１の励振電極１３４）に重畳していない。

しかしながら、現在、圧電振動子の小型化にともない、励振電極が外部電極端子に重畳しない構成で対応することは難しい。また一方で励振電極が外部電極端子に重畳した構成とすると、浮遊容量が発生することになる。

そこで、上記課題を解決するために、本発明は、サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおいて励振電極と外部電極端子とが重畳した構成であっても浮遊容量が発生するのを抑制する圧電振動デバイスを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動デバイスは、基板の一主面に第１励振電極が形成され、前記基板の他主面に前記第１励振電極と対になる第２励振電極が形成された圧電振動板と、前記圧電振動板の前記第１励振電極を覆う第１封止部材と、前記圧電振動板の前記第２励振電極を覆う第２封止部材と、が設けられ、前記第２封止部材には、前記第１励振電極に接続され、外部に電気的に接続する一外部電極端子と、前記第２励振電極に接続され、外部に電気的に接続する他外部電極端子と、が設けられ、前記第１封止部材と前記圧電振動板とが接合され、前記第２封止部材と前記圧電振動板とが接合されて、前記第１励振電極と前記第２励振電極とを含む前記圧電振動板の振動部が気密封止された内部空間が形成され、前記圧電振動板の一主面には、前記第１封止部材に封止接合するための振動側第１接合パターンが形成され、前記圧電振動板の他主面には、前記第２封止部材に封止接合するための振動側第２接合パターンが形成された圧電振動デバイスにおいて、前記振動側第１接合パターンは、前記第１励振電極に接続され、前記振動側第２接合パターンは、前記第２励振電極に接続され、前記第２励振電極は、前記他外部電極端子に重畳し、前記一外部電極端子に重畳しないことを特徴とする。

本発明によれば、サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおいて励振電極と外部電極端子とが重畳した構成であっても浮遊容量が発生するのを抑制することが可能となる。

具体的には、前記振動側第１接合パターンは前記第１励振電極に接続され、前記振動側第２接合パターンは前記第２励振電極に接続され、前記第２励振電極は、前記他外部電極端子に重畳し、前記一外部電極端子に重畳しないので、前記第２励振電極と、前記第２励振電極に対して同極となる前記他外部電極端子とは重畳しても浮遊容量が発生することがなく、さらに、前記第２励振電極が、前記第２励振電極に対して異極となる前記一外部電極端子と重畳して浮遊容量が発生するのを抑えながら、サンドイッチ構造の圧電振動デバイスの小型化を図ることが可能となる。

上記の目的を達成するため、本発明にかかる他の圧電振動デバイスは、基板の一主面に第１励振電極が形成され、前記基板の他主面に前記第１励振電極と対になる第２励振電極が形成された圧電振動板と、前記圧電振動板の前記第１励振電極を覆う第１封止部材と、前記圧電振動板の前記第２励振電極を覆う第２封止部材と、が設けられ、前記第２封止部材には、前記第１励振電極に接続され、外部に電気的に接続する一外部電極端子と、前記第２励振電極に接続され、外部に電気的に接続する他外部電極端子と、が設けられ、前記第１封止部材と前記圧電振動板とが接合され、前記第２封止部材と前記圧電振動板とが接合されて、前記第１励振電極と前記第２励振電極とを含む前記圧電振動板の振動部が気密封止された内部空間が形成され、前記圧電振動板の一主面には、前記第１封止部材に封止接合するための振動側第１接合パターンが形成され、前記圧電振動板の他主面には、前記第２封止部材に封止接合するための振動側第２接合パターンが形成された圧電振動デバイスにおいて、前記振動側第１接合パターンは、前記第１励振電極に接続され、前記振動側第２接合パターンは、前記第２励振電極に接続され、前記第２励振電極は、前記一外部電極端子及び前記他外部電極端子に重畳し、前記第２励振電極では、前記他外部電極端子に重畳する部分に比べて前記一外部電極端子に重畳する部分が小さいことを特徴とする。

具体的には、前記振動側第１接合パターンは前記第１励振電極に接続され、前記振動側第２接合パターンは前記第２励振電極に接続され、前記第２励振電極は、前記一外部電極端子及び前記他外部電極端子に重畳し、前記第２励振電極では、前記他外部電極端子に重畳する部分に比べて前記一外部電極端子に重畳する部分が小さいので、前記第２励振電極と、前記第２励振電極に対して同極となる前記他外部電極端子とは重畳しても浮遊容量が発生することがなく、さらに、前記第２励振電極が、前記第２励振電極に対して異極となる前記一外部電極端子と重畳することで発生する浮遊容量の量を抑えたサンドイッチ構造の圧電振動デバイの小型化を図ることが可能となる。

上記の目的を達成するため、本発明にかかる他の圧電振動デバイスは、基板の一主面に第１励振電極が形成され、前記基板の他主面に前記第１励振電極と対になる第２励振電極が形成された圧電振動板と、前記圧電振動板の前記第１励振電極を覆う第１封止部材と、前記圧電振動板の前記第２励振電極を覆う第２封止部材と、が設けられ、前記第２封止部材には、前記第１励振電極に接続され、外部に電気的に接続する一外部電極端子と、前記第２励振電極に接続され、外部に電気的に接続する他外部電極端子と、が設けられ、前記第１封止部材と前記圧電振動板とが接合され、前記第２封止部材と前記圧電振動板とが接合されて、前記第１励振電極と前記第２励振電極とを含む前記圧電振動板の振動部が気密封止された内部空間が形成され、前記圧電振動板の一主面には、前記第１封止部材に封止接合するための振動側第１接合パターンが形成され、前記圧電振動板の他主面には、前記第２封止部材に封止接合するための振動側第２接合パターンが形成された圧電振動デバイスにおいて、前記振動側第１接合パターンは、前記第１励振電極に接続され、前記振動側第２接合パターンは、前記第２励振電極に接続され、前記第２励振電極は、前記一外部電極端子及び前記他外部電極端子に重畳し、前記一外部電極端子において、前記第２励振電極に重畳する部分が小さいことを特徴とする。

具体的には、前記振動側第１接合パターンは前記第１励振電極に接続され、前記振動側第２接合パターンは前記第２励振電極に接続され、前記第２励振電極は、前記一外部電極端子及び前記他外部電極端子に重畳し、前記一外部電極端子において、前記第２励振電極に重畳する部分が小さいので、前記第２励振電極と、前記第２励振電極に対して同極となる前記他外部電極端子とは重畳しても浮遊容量が発生することがなく、さらに、前記第２励振電極と前記一外部電極端子とが重畳することで発生する浮遊容量の量を抑えたサンドイッチ構造の圧電振動デバイスの小型化を図ることが可能となる。

前記構成において、前記第２封止部材には、前記内部空間の外方に配された貫通孔が形成され、前記内部空間の内方には前記貫通孔が形成されなくてもよい。

この場合、前記第２封止部材において前記内部空間の外方に配された前記貫通孔が形成されるので、前記貫通孔の影響が前記内部空間に及ぶことなく、前記貫通孔が前記内部空間の内方に配された構成に比べて、前記貫通孔が原因となる気密不良を避けることが可能となる。

また、本構成と異なり、貫通孔を内部空間内に配置した場合、内部空間の気密を確保する必要があり、内部空間内の貫通孔を金属等により埋める工程が必要となる。これに対して、本構成によれば、貫通孔が前記内部空間の外方に形成されるので、前記振動側第１接合パターンと前記振動側第２接合パターンと前記封止側第１接合パターンと前記封止側第２接合パターンとのパターン形成と同じ工程で配線パターンの引き回しが可能となり、製造コストを抑えることが可能となる。

前記構成において、前記内部空間は、平面視一端側に偏って位置してもよい。

この場合、前記内部空間は、平面視一端側に偏って位置するので、平面視他端側に電極パターン（や貫通孔）を形成し易くなり、その結果、内部空間に配された前記第１励振電極及び前記第２励振電極に影響が及ぶ電極パターンの形成が容易となる。さらに、前記内部空間の気密封止に影響が及ぶ貫通孔の配置も容易となる。

前記構成において、前記第１封止部材には、前記圧電振動板に接合するための封止側第１接合パターンが形成され、前記第２封止部材には、前記圧電振動板に接合するための封止側第２接合パターンが形成され、前記封止側第１接合パターンと前記振動側第１接合パターンとが接合され、前記封止側第２接合パターンと前記振動側第２接合パターンとが接合され、前記第１封止部材と前記圧電振動板とは、１．００μｍ以下のギャップを有し、前記第２封止部材と前記圧電振動板とは、１．００μｍ以下のギャップを有してもよい。

本構成によれば、当該圧電振動デバイスのパッケージの高さにバラつきが生じない。例えば、本構成と異なり、ギャップが１μｍより大きくなるＳｎ接合材のような金属ペースト封止材を用いた場合、金属ペースト封止材をパターン（前記振動側第１接合パターン、前記振動側第２接合パターン、前記封止側第１接合パターン、前記封止側第２接合パターン）上に形成する際の高さにバラつきが生じる。また、接合後においても、形成されたパターン（前記振動側第１接合パターン、前記振動側第２接合パターン、前記封止側第１接合パターン、前記封止側第２接合パターン）の熱容量分布により均一なギャップにならない。そのため、従来の技術では、第１封止部材、第２封止部材、圧電振動板の３枚の部材が積層された構造の場合、これら３枚の部材間での各々ギャップに差が生じる。その結果、積層された３枚の部材は、平行を保てない状態で接合されてしまう。特に、この問題は低背化に伴い顕著になる。これに対して、本構成では、上限が１．００μｍに設定されているため、前記第１封止部材、前記第２封止部材、前記圧電振動板の３枚の部材を、平行を保った状態で積層させて接合することが可能となり、本構成は低背化に対応可能である。

本発明にかかる圧電振動デバイスによれば、サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおいて励振電極と外部電極端子とが重畳した構成であっても浮遊容量が発生するのを抑制することが可能となる。

図１は、本実施の形態にかかる水晶振動子の各構成を示した概略構成図である。図２は、本実施の形態にかかる水晶振動子の第１封止部材の概略平面図である。図３は、本実施の形態にかかる水晶振動子の第１封止部材の概略裏面図である。図４は、本実施の形態にかかる水晶振動子の水晶振動板の概略平面図である。図５は、本実施の形態にかかる水晶振動子の水晶振動板の概略裏面図である。図６は、本実施の形態にかかる水晶振動子の第２封止部材の概略平面図である。図７は、本実施の形態にかかる水晶振動子の第２封止部材の概略裏面図である。図８は、図７に示す第２封止部材の概略裏面図において、第２励振電極と、一外部電極端子及び他外部電極端子との重畳関係を示した図である。図９は、本実施の他の形態にかかる水晶振動子において、第２励振電極と、一外部電極端子及び他外部電極端子との重畳関係を示した第２封止部材の概略裏面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態では、圧電振動を行う圧電振動デバイスとして水晶振動子に本発明を適用した場合を示す。

−水晶振動子−
本実施の形態にかかる水晶振動子１０１では、図１に示すように、水晶振動板２（本発明でいう圧電振動板）と、水晶振動板２の第１励振電極２２１（図４参照）を覆い、水晶振動板２の一主面２１１に形成された第１励振電極２２１を気密封止する第１封止部材３と、この水晶振動板２の他主面２１２に、水晶振動板２の第２励振電極２２２（図５参照）を覆い、第１励振電極２２１と対になって形成された第２励振電極２２２を気密封止する第２封止部材４が設けられている。

この水晶振動子１０１では、水晶振動板２と第１封止部材３とが接合され、水晶振動板２と第２封止部材４とが接合されてサンドイッチ構造のパッケージ１２が構成される。

そして、水晶振動板２を介して第１封止部材３と第２封止部材４とが接合されることで、パッケージ１２の内部空間１３が形成され、このパッケージ１２の内部空間１３に、水晶振動板２の両主面２１１，２１２に形成された第１励振電極２２１及び第２励振電極２２２を含む振動部２３が気密封止されている。なお、内部空間１３は、図１に示すようにパッケージ１２の平面視一端側（平面視左側）に偏って位置する。

本実施の形態にかかる水晶振動子１０１は、１．０×０．８ｍｍのパッケージサイズであり、小型化と低背化とを図ったものである。また、小型化に伴い、本パッケージ１２では、キャスタレーションを形成せずに、貫通孔（第１貫通孔２６１，第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２参照）を用いて電極の導通を図っている。

次に、上記した水晶振動子１０１の各構成について図１〜７を用いて説明する。なお、ここでは、水晶振動板２と第１封止部材３と第２封止部材４が接合されていない夫々単体として構成されている各部材について説明を行う。

水晶振動板２は、図４，５に示すように、圧電材料である水晶からなり、その両主面（一主面２１１，他主面２１２）が平坦平滑面（鏡面加工）として成形されている。

また、水晶振動板２の両主面２１１，２１２（一主面２１１，他主面２１２）に一対の（対となる）励振電極（第１励振電極２２１，第２励振電極２２２）が形成されている。そして、両主面２１１，２１２には、一対の第１励振電極２２１，第２励振電極２２２を囲うように２つの切り欠き部２４（貫通形状）が形成されて振動部２３が構成されている。切り欠き部２４は、平面視凹形状体２４１（１つの平面視長方形の両端から２つの長方形夫々が、長方形の長手方向に対して直角方向に延出して成形された３つの平面視長方形からなる平面視体）と、平面視長方形状体２４２とからなり、平面視凹形状体２４１と平面視長方形状体２４２との間が、第１励振電極２２１及び第２励振電極２２２を外部電極端子（一外部電極端子４３１，他外部電極端子４３２；下記参照）に引き出すための引出電極（第１引出電極２２３，第２引出電極２２４）を配する導通路２１３となっている。電極パターンに関して、一対の第１励振電極２２１，第２励振電極２２２夫々から引き出された第１引出電極２２３，第２引出電極２２４は、振動側第１接合パターン２５１及び振動側第２接合パターン２５２を介して、第２封止部材４に形成された外部電極端子（一外部電極端子４３１，他外部電極端子４３２）に電気的に接続されている。

この水晶振動板２では、両主面２１１，２１２の振動部２３に沿った外方に、振動部２３を囲むように第１封止部材３と第２封止部材４とを接合するための振動側封止部２５がそれぞれ設けられている。振動側封止部２５は、図４，５に示すように両主面２１１，２１２の平面視左側に偏って位置する。

この水晶振動板２の一主面２１１の振動側封止部２５に、第１封止部材３に接合するための振動側第１接合パターン２５１が形成され、第１励振電極２２１は振動側第１接合パターン２５１に繋がる。また、水晶振動板２の他主面２１２の振動側封止部２５に、第２封止部材４に接合するための振動側第２接合パターン２５２が形成され、第２励振電極２２２は振動側第２接合パターン２５２に繋がる。内部空間１３は、振動側第１接合パターン２５１および振動側第２接合パターン２５２の内方（内側）に形成されることになる。

水晶振動板２の一主面２１１には、第１封止部材３に接合するための振動側第１接合パターン２５１が形成され、振動側第１接合パターン２５１は、一主面２１１上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜２５１１と、下地ＰＶＤ膜２５１１上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜２５１２とからなる。また、水晶振動板２の他主面２１２には、第２封止部材４に接合するための振動側第２接合パターン２５２が形成され、振動側第２接合パターン２５２は、他主面２１２上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜２５２１と、下地ＰＶＤ膜２５２１上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜２５２２とからなる。つまり、振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２とは、同一構成からなり、複数の層が両主面２１１，２１２の振動側封止部２５上に積層して構成され、その最下層側からＴｉ層（もしくはＣｒ層）とＡｕ層とが蒸着形成されている。このように、振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２とでは、下地ＰＶＤ膜２５１１，２５２１が単一の材料（Ｔｉ（もしくはＣｒ））からなり、電極ＰＶＤ膜２５１２，２５２２が単一の材料（Ａｕ）からなり、下地ＰＶＤ膜２５１１，２５２１よりも電極ＰＶＤ膜２５１２，２５２２の方が厚い。また、水晶振動板２の一主面２１１に形成された第１励振電極２２１と振動側第１接合パターン２５１とは同一厚みを有し、第１励振電極２２１と振動側第１接合パターン２５１との表面（主面）が同一金属からなり、水晶振動板２の他主面２１２に形成された第２励振電極２２２と振動側第２接合パターン２５２とは同一厚みを有し、第２励振電極２２２と振動側第２接合パターン２５２との表面（主面）が同一金属からなる。また、振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２は、非Ｓｎパターンである。なお、同一主面上において同一金属で同一厚みの構成であって、振動側第１，２接合パターン２５１，２５２と振動側（第１励振電極２２１，第２励振電極２２２）とを比較した場合、最上層（少なくとも露出している面）の金属（電極ＰＶＤ膜２５１２，２５２２等）が同一であれば、その下地金属（下地ＰＶＤ膜２５１１，２５２１）の種類や厚みが異なっても接合を行うことは可能である。また、振動側第１接合パターン２５１及び封止側第２接合パターン４２１では、それぞれ電極ＰＶＤ膜２５１２，２５２２が平面視うろこ状体の表面となる。ここでいううろこ状体とは、活性化されて微視的に個片状体となった金属が畳敷のように重ね合わされて、平面視において隙間が無い（もしくは殆どない）形態のことをいう。

また、水晶振動板２には、図４，５に示すように、第１貫通孔２６１が形成され、第１貫通孔２６１を介して、第１励振電極２２１に繋がった振動側第１接合パターン２５１が他主面２１２側に引き出されている。第１貫通孔２６１は、内部空間１３の外方に配され、図４に示すように両主面２１１，２１２の平面視他端側（平面視右側）に偏って位置し、第１貫通孔２６１は内部空間１３の内方に形成されない。ここでいう内部空間１３の内方とは、接合材１１上を含まずに厳密に接合材１１の内周面の内側のことをいう。

第１封止部材３には、曲げ剛性（断面二次モーメント×ヤング率）が１０００［Ｎ・ｍｍ²］以下の材料が用いられている。具体的には、第１封止部材３は、図２，３に示すように、１枚のガラスウエハから形成された直方体の基板であり、この第１封止部材３の他主面３１２（水晶振動板２に接合する面）は平坦平滑面（鏡面加工）として成形されている。

この第１封止部材３の他主面３１２には、水晶振動板２に接合するための封止側第１封止部３２が設けられている。封止側第１封止部３２は、図３に示すように第１封止部材３の他主面３１２の平面視左側に偏って位置する。

第１封止部材３の封止側第１封止部３２に、水晶振動板２に接合するための封止側第１接合パターン３２１が形成されている。封止側第１接合パターン３２１は、第１封止部材３の封止側第１封止部３２上の全ての位置において同一幅とされる。

この封止側第１接合パターン３２１は、第１封止部材３上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜３２１１と、下地ＰＶＤ膜３２１１上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜３２１２とからなる。なお、本実施の形態では、下地ＰＶＤ膜３２１１には、Ｔｉ（もしくはＣｒ）が用いられ、電極ＰＶＤ膜３２１２にはＡｕが用いられている。また、封止側第１接合パターン３２１は、非Ｓｎパターンである。具体的には、封止側第１接合パターン３２１は、複数の層が他主面３１２の封止側第１封止部３２上に積層して構成され、その最下層側からＴｉ層（もしくはＣｒ層）とＡｕ層とが蒸着形成されている。また、封止側第１接合パターン３２１では、電極ＰＶＤ膜３２１２が平面視うろこ状体の表面となる。

第２封止部材４には、曲げ剛性（断面二次モーメント×ヤング率）が１０００［Ｎ・ｍｍ²］以下の材料が用いられている。具体的には、第２封止部材４は、図６に示すように、１枚のガラスウエハから形成された直方体の基板であり、この第２封止部材４の一主面４１１（水晶振動板２に接合する面）は平坦平滑面（鏡面加工）として成形されている。

この第２封止部材４の一主面４１１には、水晶振動板２に接合するための封止側第２封止部４２が設けられている。封止側第２封止部４２は、図６に示すように第２封止部材４の一主面４１１の平面視左側に偏って位置する。

また、第２封止部材４の他主面４１２（水晶振動板２に面しない外方の主面）には、外部に電気的に接続する一対の外部電極端子（一外部電極端子４３１，他外部電極端子４３２）が設けられている。一外部電極端子４３１は、振動側第１接合パターン２５１を介して第１励振電極２２１に電気的に直接接続され、他外部電極端子４３２は、振動側第２接合パターン２５２を介して第２励振電極２２２に電気的に直接接続される。一外部電極端子４３１，他外部電極端子４３２は、図７に示すように第２封止部材４の他主面４１２の平面視長手方向両端にそれぞれ位置する。これら一対の外部電極端子（一外部電極端子４３１，他外部電極端子４３２）は、他主面４１２上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜４３１１，４３２１と、下地ＰＶＤ膜４３１１，４３２１上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜４３１２，４３２２とからなる。また、上記の振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２と封止側第１接合パターン３２１と封止側第２接合パターン４２１との各下地ＰＶＤ膜２５１１，２５２１，３２１１，４２１１の厚みに対して、外部電極端子（一外部電極端子４３１，他外部電極端子４３２）の下地ＰＶＤ膜４３１１，４３２１の厚みが厚い。また、一外部電極端子４３１及び他外部電極端子４３２は、第２封止部材４の他主面４１２のうち１／３以上の領域をそれぞれ占めている。

また、第２封止部材４の封止側第２封止部４２に、水晶振動板２に接合するための封止側第２接合パターン４２１が形成されている。封止側第２接合パターン４２１は、第２封止部材４の封止側第２封止部４２上の全ての位置において同一幅とされる。

この封止側第２接合パターン４２１は、第２封止部材４上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜４２１１と、下地ＰＶＤ膜４２１１上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜４２１２とからなる。なお、本実施の形態では、下地ＰＶＤ膜４２１１には、Ｔｉ（もしくはＣｒ）が用いられ、電極ＰＶＤ膜４２１２にはＡｕが用いられている。また、封止側第２接合パターン４２１は、非Ｓｎパターンである。具体的には、封止側第２接合パターン４２１は、複数の層が他主面４１２の封止側第２封止部４２上に積層して構成され、その最下層側からＴｉ層（もしくはＣｒ層）とＡｕ層とが蒸着形成されている。また、封止側第２接合パターン４２１では、電極ＰＶＤ膜４２１２が平面視うろこ状体の表面となる。

また、第２封止部材４には、図１，６，７に示すように、２つの貫通孔（第２貫通孔４４１と第３貫通孔４４２）が形成されている。第２貫通孔４４１及び第３貫通孔４４２は、内部空間１３の外方に配され、図６，７に示すように第２貫通孔４４１は両主面（一主面４１１，他主面４１２）の平面視右側に偏って位置し、第３貫通孔４４２は、平面視左上側に位置し、第２貫通孔４４１及び第３貫通孔４４２は、内部空間１３の内方に形成されない。ここでいう内部空間１３の内方とは、接合材１１上を含まずに厳密に接合材１１の内周面の内側のことをいう。そして、水晶振動板２の第１貫通孔２６１と第２貫通孔４４１を介して、水晶振動板２の第１励振電極２２１に繋がった振動側第１接合パターン２５１と他外部電極端子４３２とが導通される。第２貫通孔４４１および封止側第２接合パターン４２１を介して、水晶振動板２の第２励振電極２２２に繋がった振動側第２接合パターン２５２が、他外部電極端子４３２に導通される。

上記構成からなる水晶振動子１０１では、従来の技術のように別途接着剤などの接合専用材を用いずに、水晶振動板２と第１封止部材３とが振動側第１接合パターン２５１及び封止側第１接合パターン３２１を重ね合わせた状態で拡散接合され、水晶振動板２と第２封止部材４とが振動側第２接合パターン２５２及び封止側第２接合パターン４２１を重ね合わせた状態で拡散接合されて、図１に示すサンドイッチ構造のパッケージ１２が製造される。なお、振動側第１接合パターン２５１及び封止側第１接合パターン３２１自身が拡散接合後に生成される接合材１１となり、振動側第２接合パターン２５２及び封止側第２接合パターン４２１自身が拡散接合後に生成される接合材１１となる。本実施の形態では、拡散接合を常温で行っている。ここでいう常温は、５度〜３５度のことをいう。この常温拡散接合により下記する効果（ガスの発生抑制と接合良好）を有するが、これは共晶半田の融点である１８３度よりも低い値であって好適な例である。しかしながら、常温拡散接合だけが下記する効果を有するものではなく、常温以上２３０度未満の温度下で拡散接合されていればよい。特に、２００度以上２３０度未満の温度下において拡散接合することで、Ｐｂフリー半田の融点である２３０度未満であり、さらにＡｕの再結晶温度（２００度）以上となるので、接合部分の不安定領域を安定化できる。また本実施の形態ではＡｕ−Ｓｎといった接合専用材を使用していないため、メッキガス、バインダーガス、金属ガス等のガスの発生がない。よってＡｕの再結晶温度以上にすることができる。

また、ここで製造されたパッケージ１２では、上記の通り、拡散接合により封止側第１接合パターン３２１と振動側第１接合パターン２５１とが接合され、封止側第２接合パターン４２１と振動側第２接合パターン２５２とが接合されているが、この接合以外に、封止側第１接合パターン３２１と振動側第１接合パターン２５１とが加圧拡散接合され、封止側第２接合パターン４２１と振動側第２接合パターン２５２とが加圧拡散接合されてもよい。この場合、加圧することで接合箇所を確保し易くなり（接合面積を実質的に増やすことができ）、高温加熱を用いずに拡散接合のみによる接合をさらに良好に行うことができる。

また、ここで製造されたパッケージ１２では、第１封止部材３と水晶振動板２とは、１．００μｍ以下のギャップを有し、第２封止部材４と水晶振動板２とは、１．００μｍ以下のギャップを有する。つまり、第１封止部材３と水晶振動板２との間の接合材１１の厚みが、１．００μｍ以下であり、第２封止部材４と水晶振動板２との間の接合材１１の厚みが、１．００μｍ以下（具体的には、本実施の形態のＡｕ−Ａｕ接合では０．１５μｍ〜１．００μｍ）である。なお、比較として、Ｓｎを用いた従来の金属ペースト封止材では、５μｍ〜２０μｍとなる。

また、封止側第１接合パターン３２１と振動側第１接合パターン２５１とが拡散接合された接合パターンの厚みは、封止側第２接合パターン４２１と振動側第２接合パターン２５２とが拡散接合された接合パターンの厚みと同じで、外部と電気的に接続した外部電極端子（一外部電極端子４３１，他外部電極端子４３２）の厚みと異なる。

また、ここで製造されたパッケージ１２では、図１〜７に示すように、内部空間１３が平面視左側に偏って位置する。また、第１封止部材３に形成された封止側第１接合パターン３２１と、第２封止部材４に形成された封止側第２接合パターン４２１とは、平面視において重畳しない。具体的には、封止側第１接合パターン３２１内における平面視領域が、封止側第２接合パターン４２１内における平面視領域より広い。なお、本実施の形態では、封止側第１接合パターン３２１内における平面視領域が、封止側第２接合パターン４２１内における平面視領域より広いが、これに限定されるものでなく、封止側第２接合パターン４２１内における平面視領域が、封止側第１接合パターン３２１内における平面視領域より広くてもよい。しかしながら、第２封止部材に、一外部電極端子４３１，他外部電極端子４３２を形成しているため、封止側第１接合パターン３２１内における平面視領域が、封止側第２接合パターン４２１内における平面視領域より広く、配線パターンの引き回し（導通経路の確保）が容易になり、さらに配線パターンの引き回し領域（導通確保領域）を多くとることが可能となる。

また、水晶振動板２に形成された振動側第１接合パターン２５１及び振動側第２接合パターン２５２に比べて、第１封止部材３に形成された封止側第１接合パターン３２１、及び第２封止部材４に形成された封止側第２接合パターン４２１は、幅が広い。

また、ここで製造された水晶振動子１０１では、振動側第１接合パターン２５１は、第１励振電極２２１に接続され、振動側第２接合パターン２５２は、第２励振電極２２２に接続された構成において、図８に示すように、第２励振電極２２２は、他外部電極端子４３２に重畳し、一外部電極端子４３１に重畳しない。また、ここで製造された水晶振動子１０１の内部空間１３は、図１，３〜６に示すように。平面視左側に偏って位置する。

また、第２封止部材４に、内部空間１３の外方に配された貫通孔（第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２）が形成され、内部空間１３の内方には貫通孔（第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２）が形成されていない。

上記したように、本実施の形態によれば、サンドイッチ構造の水晶振動子１０１において励振電極と外部電極端子とが重畳した構成（本実施の形態では、第２励振電極２２２と他外部電極端子４３２）であっても浮遊容量が発生するのを抑制することができる。

具体的には、振動側第１接合パターン２５１は第１励振電極２２１に接続され、振動側第２接合パターン２５２は第２励振電極２２２に接続され、第２励振電極２２２は、他外部電極端子４３２に重畳し、一外部電極端子４３１に重畳しないので、第２励振電極２２２と、第２励振電極２２２に対して同極となる他外部電極端子４３２とは重畳しても浮遊容量が発生することがなく、さらに、第２励振電極２２２が、第２励振電極２２２に対して異極となる一外部電極端子４３１と重畳して浮遊容量が発生するのを抑えながら、サンドイッチ構造の水晶振動子１０１の小型化を図ることができる。

また、第２封止部材４において内部空間１３の外方に配された貫通孔（第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２）が形成されるので、第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２の影響が内部空間１３に及ぶことなく、第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２が内部空間１３の内方に配された構成に比べて、第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２が原因となる気密不良を避けることができる。

また、本実施の形態と異なり、貫通孔を内部空間内に配置した場合、内部空間の気密を確保する必要があり、内部空間内の貫通孔を金属等により埋める工程が必要となる。これに対して、本実施の形態によれば、貫通孔（第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２）が内部空間１３の外方に形成されるので、振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２と封止側第１接合パターン３２１と封止側第２接合パターン４２１とのパターン形成と同じ工程で配線パターンの引き回しができ、製造コストを抑えることができる。

また、内部空間１３は、平面視一端側（本実施の形態では平面視左側）に偏って位置するので、平面視他端側（本実施の形態では平面視右側）に貫通孔（第２貫通孔４４１）や電極パターンを形成し易くなり、内部空間１３に配された第１励振電極２２１及び第２励振電極２２２に影響が及ぶ電極パターンの形成を容易にすることができる。さらに、内部空間１３の気密封止に影響が及ぶ貫通孔（第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２）の配置を容易にすることもできる。

また、第１封止部材３に、全ての位置において同一幅とされた封止側第１接合パターン３２１が形成され、第２封止部材４に、全ての位置において同一幅とされた封止側第２接合パターン４２１が形成され、第２封止部材４に、内部空間１３の外方に配された貫通孔（第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２）が形成されるので、パターンの幅が異なることによってパターンの幅の広い方に接合材１１が流れるのを抑制することができ、その結果、水晶振動板２への第１封止部材３及び第２封止部材４の接合状態を安定させることができる。さらに、第２封止部材４において内部空間１３の外方に配された貫通孔（第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２）が形成されるので、貫通孔（第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２）の影響が内部空間１３に及ぶことなく、貫通孔（第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２）が内部空間１３の内方に配された構成に比べて、貫通孔（第２貫通孔４４１，第３貫通孔４４２）が原因となる気密不良を避けることができる。

なお、本実施の形態では、図８に示すように、第２励振電極２２２は、他外部電極端子４３２に重畳し、一外部電極端子４３１に重畳しない構成としているが、これに限定されるものではなく、図９に示す第２励振電極２２２と、一外部電極端子４３１及び他外部電極端子４３２との重畳関係であってもよい。

具体的には、上記の実施の形態と同様に、振動側第１接合パターン２５１は第１励振電極２２１に直接接続され、振動側第２接合パターン２５２は第２励振電極２２２に直接接続されている。この構成において、図９に示すように、第２励振電極２２２は、一外部電極端子４３１及び他外部電極端子４３２に重畳し、第２励振電極２２２では、他外部電極端子４３２に重畳する部分に比べて一外部電極端子４３１に重畳する部分が小さい。

また、図９に示すように、第２励振電極２２２は、一外部電極端子４３１及び他外部電極端子４３２に重畳し、一外部電極端子４３１において第２励振電極２２２に重畳する部分が小さい。

上記の通り、図９に示す本実施の他の形態にかかる水晶振動子１０１によれば、サンドイッチ構造の水晶振動子１０１において励振電極と外部電極端子とが重畳した構成であっても浮遊容量が発生するのを抑制することができる。

具体的には、図９に示すように、振動側第１接合パターン２５１は第１励振電極２２１に接続され、振動側第２接合パターン２５２は第２励振電極２２２に接続され、第２励振電極２２２は、一外部電極端子４３１及び他外部電極端子４３２に重畳し、第２励振電極２２２では、他外部電極端子４３２に重畳する部分に比べて一外部電極端子４３１に重畳する部分が小さいので、第２励振電極２２２と、第２励振電極２２２に対して同極となる他外部電極端子４３２とは重畳しても浮遊容量が発生することがなく、さらに、第２励振電極２２２が、第２励振電極２２２に対して異極となる一外部電極端子４３１と重畳することで発生する浮遊容量の量を抑えたサンドイッチ構造の水晶振動子１０１の小型化を図ることができる。

また、図９に示すように、振動側第１接合パターン２５１は第１励振電極２２１に接続され、振動側第２接合パターン２５２は第２励振電極２２２に接続され、第２励振電極２２２は、一外部電極端子４３１及び他外部電極端子４３２に重畳し、一外部電極端子４３１において、第２励振電極２２２に重畳する部分が小さいので、第２励振電極２２２に対して同極となる他外部電極端子４３２とは重畳しても浮遊容量が発生することがなく、さらに第２励振電極２２２と一外部電極端子４３１とが重畳することで発生する浮遊容量の量を抑えたサンドイッチ構造の水晶振動子１０１の小型化を図ることができる。

また、本実施の形態によれば、水晶振動子１０１のパッケージの高さにバラつきが生じない。例えば、本実施の形態と異なり、封止部材（本実施の形態でいう第１封止部材３，第２封止部材４）と水晶振動板２とのギャップが１μｍより大きくなるＳｎ接合材のような金属ペースト封止材を用いた場合、金属ペースト封止材をパターン（振動側第１接合パターン２５１、振動側第２接合パターン２５２、封止側第１接合パターン３２１、封止側第２接合パターン４２１）上に形成する際の高さにバラつきが生じる。また、接合後においても、形成されたパターン（振動側第１接合パターン２５１、振動側第２接合パターン２５２、封止側第１接合パターン３２１、封止側第２接合パターン４２１）の熱容量分布により均一なギャップ（本実施の形態でいう第１封止部材３と水晶振動板２とのギャップや、本実施の形態でいう第２封止部材４と水晶振動板２とのギャップ）にならない。そのため、従来の技術では、第１封止部材、第２封止部材、圧電振動板の３枚の部材が積層された構造の場合、これら３枚の部材間での各々ギャップに差が生じる。その結果、積層された３枚の部材は、平行を保てない状態で接合されてしまう。特に、この問題は低背化に伴い顕著になる。そこで、本実施の形態では、ギャップの上限が１．００μｍに設定されているため、第１封止部材３、第２封止部材４、水晶振動板２の３枚の部材を平行を保った状態で積層して接合することができ、本実施の形態は低背化に対応できる。

なお、本実施の形態では、第１封止部材３及び第２封止部材４にガラスを用いているが、これに限定されるものではなく、水晶を用いてもよい。

また、本実施の形態では、圧電振動板に水晶を用いているが、これに限定されるものではなく、圧電材料であれば他の材料であってもよく、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等であってもよい。

また、本実施の形態では、接合材１１として、Ｔｉ（もしくはＣｒ）とＡｕを用いているが、これに限定されるものではなく、接合材１１を例えばＮｉとＡｕとから構成してもよい。

また、本実施の形態では、振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２と封止側第１接合パターン３２１と封止側第２接合パターン４２１に、Ｔｉ（もしくはＣｒ）とＡｕが含まれているが、これに限定されるものではなく、Ｃｕ（Ｃｕ単体かＣｕ合金）が含まれてもよい。この場合、製造時（接合時、加圧などの外力が発生することによる衝撃時など）や使用時（落下などの外力が発生することによる衝撃時、はんだ実装時など）の応力緩和に寄与することができる。つまり、振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２と封止側第１接合パターン３２１と封止側第２接合パターン４２１にＣｕが含まれることにより機械的強度が向上する。

また、下地ＰＶＤ膜２５１１，２５２１，３２１１，４２１１にＣｒを用いた場合、Ｃｒが電極ＰＶＤ膜２５１２，２５２２，３２１２，４２１２に拡散するのを、Ｃｕを下地ＰＶＤ膜２５１１，２５２１，３２１１，４２１１に含むことで抑制することができる。その結果、Ｃｒを用いた層を厚くしても、Ｃｒが電極ＰＶＤ膜２５１２，２５２２，３２１２，４２１２に拡散するのを抑制することができ、Ｃｒを用いた層を厚くすることができて製造ばらつきを抑えることができる。実際に、Ｃｒの層を０．２μｍとしてもＣｒが電極ＰＶＤ膜２５１２，２５２２，３２１２，４２１２に拡散するのを抑制することができる。

また、本実施の形態では、第２封止部材４が１枚のガラスウエハから成形された直方体の基板であるが、これに限定されるものではなく、ガラスウエハから成形された２つの直方体であってもよい。この場合、１つの直方体の基板に、封止側第２接合パターン４２１と第３貫通孔４４２と他外部電極端子４３２とを形成し、この基板により気密封止を行い、もう一方の直方体の基板に、第２貫通孔４４１と一外部電極端子４３１を形成する構成となる。本構成によれば、一対の外部電極端子（一外部電極端子４３１，他外部電極端子４３２）を完全に分離させることができ、短絡を防ぐことができる。また、ガラスウエハではなく、金属材料により２つの直方体の第２封止部材４を成形した場合、さらに第３貫通孔４４２を形成する必要もなく、貫通孔の数を少なくして小型化に寄与できる。

また、本実施の形態では、図１〜７に示すような第１引出電極２２３，第２引出電極２２４を形成しているが、これに限定されるものではなく、第１引出電極２２３，第２引出電極２２４の任意の位置の最上層にＣｒを用い、さらに第１引出電極２２３，第２引出電極２２４と振動側第１接合パターン２５１，振動側第２接合パターン２５２との間に隙間があってもよい。特に、隙間は、振動側封止部２５上に設けられることが好ましい。このような構成とすることで、製造工程において加熱溶融接合を行う前までは、第１引出電極２２３，第２引出電極２２４と、振動側第１接合パターン２５１，振動側第２接合パターン２５２とが電気接続されないことになる。その結果、振動検査を行う検査工程において励振電極（第１励振電極２２１、第２励振電極２２２）のみを対象とした様々な検査を行うことができ、振動検査の自由度が増す。

なお、本発明は、その精神や主旨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。

本発明は、圧電振動板の基板の材料に水晶を用いた水晶振動デバイスに好適である。

１０１水晶振動子
１１接合材
１２パッケージ
１３内部空間
２水晶振動板
２１１一主面
２１２他主面
２１３導通路
２２１第１励振電極
２２２第２励振電極
２２３第１引出電極
２２４第２引出電極
２３振動部
２４切り欠き部
２４１平面視凹形状体
２４２平面視長方形状体
２５振動側封止部
２５１振動側第１接合パターン
２５１１下地ＰＶＤ膜
２５１２電極ＰＶＤ膜
２５２振動側第２接合パターン
２５２１下地ＰＶＤ膜
２５２２電極ＰＶＤ膜
２６１第１貫通孔
３第１封止部材
３１１一主面
３１２他主面
３２封止側第１封止部
３２１封止側第１接合パターン
３２１１下地ＰＶＤ膜
３２１２電極ＰＶＤ膜
３３電極パターン
４第２封止部材
４１１一主面
４１２他主面
４２封止側第２封止部
４２１封止側第２接合パターン
４２１１下地ＰＶＤ膜
４２１２電極ＰＶＤ膜
４３１一外部電極端子
４３１１下地ＰＶＤ膜
４３１２電極ＰＶＤ膜
４３２他外部電極端子
４３２１下地ＰＶＤ膜
４３２２電極ＰＶＤ膜
４４１第２貫通孔
４４２第３貫通孔

Claims

基板の一主面に第１励振電極が形成され、前記基板の他主面に前記第１励振電極と対になる第２励振電極が形成された圧電振動板と、
前記圧電振動板の前記第１励振電極を覆う第１封止部材と、
前記圧電振動板の前記第２励振電極を覆う第２封止部材と、が設けられ、
前記第２封止部材には、前記第１励振電極に接続され、外部に電気的に接続する一外部電極端子と、前記第２励振電極に接続され、外部に電気的に接続する他外部電極端子と、が設けられ、
前記第１封止部材と前記圧電振動板とが接合され、前記第２封止部材と前記圧電振動板とが接合されて、前記第１励振電極と前記第２励振電極とを含む前記圧電振動板の振動部が気密封止された内部空間が形成され、
前記圧電振動板の一主面には、前記第１封止部材に封止接合するための振動側第１接合パターンが形成され、
前記圧電振動板の他主面には、前記第２封止部材に封止接合するための振動側第２接合パターンが形成された圧電振動デバイスにおいて、
前記振動側第１接合パターンは、前記第１励振電極に接続され、前記振動側第２接合パターンは、前記第２励振電極に接続され、
前記第２励振電極は、前記他外部電極端子に重畳し、前記一外部電極端子に重畳しないことを特徴とする圧電振動デバイス。
基板の一主面に第１励振電極が形成され、前記基板の他主面に前記第１励振電極と対になる第２励振電極が形成された圧電振動板と、
前記圧電振動板の前記第１励振電極を覆う第１封止部材と、
前記圧電振動板の前記第２励振電極を覆う第２封止部材と、が設けられ、
前記第２封止部材には、前記第１励振電極に接続され、外部に電気的に接続する一外部電極端子と、前記第２励振電極に接続され、外部に電気的に接続する他外部電極端子と、が設けられ、
前記第１封止部材と前記圧電振動板とが接合され、前記第２封止部材と前記圧電振動板とが接合されて、前記第１励振電極と前記第２励振電極とを含む前記圧電振動板の振動部が気密封止された内部空間が形成され、
前記圧電振動板の一主面には、前記第１封止部材に封止接合するための振動側第１接合パターンが形成され、
前記圧電振動板の他主面には、前記第２封止部材に封止接合するための振動側第２接合パターンが形成された圧電振動デバイスにおいて、
前記振動側第１接合パターンは、前記第１励振電極に接続され、前記振動側第２接合パターンは、前記第２励振電極に接続され、
前記第２励振電極は、前記一外部電極端子及び前記他外部電極端子に重畳し、
前記第２励振電極では、前記他外部電極端子に重畳する部分に比べて前記一外部電極端子に重畳する部分が小さいことを特徴とする圧電振動デバイス。
基板の一主面に第１励振電極が形成され、前記基板の他主面に前記第１励振電極と対になる第２励振電極が形成された圧電振動板と、
前記圧電振動板の前記第１励振電極を覆う第１封止部材と、
前記圧電振動板の前記第２励振電極を覆う第２封止部材と、が設けられ、
前記第２封止部材には、前記第１励振電極に接続され、外部に電気的に接続する一外部電極端子と、前記第２励振電極に接続され、外部に電気的に接続する他外部電極端子と、が設けられ、
前記第１封止部材と前記圧電振動板とが接合され、前記第２封止部材と前記圧電振動板とが接合されて、前記第１励振電極と前記第２励振電極とを含む前記圧電振動板の振動部が気密封止された内部空間が形成され、
前記圧電振動板の一主面には、前記第１封止部材に封止接合するための振動側第１接合パターンが形成され、
前記圧電振動板の他主面には、前記第２封止部材に封止接合するための振動側第２接合パターンが形成された圧電振動デバイスにおいて、
前記振動側第１接合パターンは、前記第１励振電極に接続され、前記振動側第２接合パターンは、前記第２励振電極に接続され、
前記第２励振電極は、前記一外部電極端子及び前記他外部電極端子に重畳し、
前記一外部電極端子において、前記第２励振電極に重畳する部分が小さいことを特徴とする圧電振動デバイス。
請求項１乃至３のうちいずれか１つに記載の圧電振動デバイスにおいて、
前記第２封止部材には、前記内部空間の外方に配された貫通孔が形成され、前記内部空間の内方に前記貫通孔が形成されないことを特徴とする圧電振動デバイス。
請求項１乃至４のうちいずれか１つに記載の圧電振動デバイスにおいて、
前記内部空間は、平面視一端側に偏って位置することを特徴とする圧電振動デバイス。
請求項１乃至５のうちいずれか１つに記載の圧電振動デバイスにおいて、
前記第１封止部材には、前記圧電振動板に接合するための封止側第１接合パターンが形成され、
前記第２封止部材には、前記圧電振動板に接合するための封止側第２接合パターンが形成され、
前記封止側第１接合パターンと前記振動側第１接合パターンとが接合され、前記封止側第２接合パターンと前記振動側第２接合パターンとが接合され、
前記第１封止部材と前記圧電振動板とは、１．００μｍ以下のギャップを有し、前記第２封止部材と前記圧電振動板とは、１．００μｍ以下のギャップを有することを特徴とする圧電振動デバイス。