JP6537029B2 - 水晶振動子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、水晶振動子及びその製造方法に関する。本発明は特に、水晶振動素子と、ベース部材と、蓋部材とを備える水晶振動子及びそ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基準信号の信号源に水晶振動子が広く用いられている。水晶振動子は、例えば、水晶振動素子と、水晶振動素子が搭載されたベース部材と、水晶振動素子を内部空間に収容するようにベース部材に接合される蓋部材とを備える。この場合、蓋部材の接合位置の精度が悪いと気密性が損なわれ、水晶振動子の所望の周波数が得られなくなる場合がある。そこで、例えば特許文献１では、凹状カバーに突起を形成し、これを平板ベースに形成した穴に位置合わせする構成が開示されている。また、特許文献２では、金属カバー体の内壁に当たる位置にセラミックベース板に突起部を形成する構成が開示されている。

特開２０１１−９８０８号公報 特開２０１３−１４５９６４号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、穴と突起の位置精度が良くないと気密性を損なう可能性がある。また、特許文献２の構成においても、セラミックベース板の表面の法線方向から平面視したときに、突起部が凹状カバーの内壁に直接的に当たることによって位置合わせするため、突起部の形成位置の精度が良くないと気密性を損なう可能性がある。また、特許文献２では、突起部を金属カバー体の封止部を避けて設ける必要があるため、突起部の加工精度が要求される場合がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、水晶振動素子の気密性を向上させるとともに蓋部材とベース部材との間の接合強度の向上が図れる水晶振動子及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る水晶振動子は、水晶片と、水晶片を挟んで対向するように水晶片の両主面に設けられた一対の励振電極と、一対の励振電極のそれぞれに電気的に接続された一対の接続電極とを有する水晶振動素子と、水晶振動素子が表面に搭載されたベース部材と、ベース部材の表面に接合部材を介して接合され、水晶振動素子をベース部材の表面上で内部空間に収容する蓋部材とを備え、ベース部材は、表面上に２つ以上の突起部を有し、接合部材は、少なくとも突起部を覆うようにベース部材の表面上に設けられ、蓋部材は、ベース部材の表面に向かって延在する側壁部を有し、接合部材における突起部を覆う部分が、ベース部材の表面の法線方向から平面視したときに、蓋部材の動きを拘束するように蓋部材の側壁部に当接されている。

上記構成によれば、突起部を覆う接合部材が蓋部材の側壁部に当接するため、接合強度の向上を図ることができる。さらに、蓋部材の位置ずれが発生することを抑制することができるため、水晶振動素子の気密性の向上を図ることができる。

本発明の他の一側面に係る水晶振動子の製造方法は、水晶片と、水晶片を挟んで対向するように水晶片の両主面に設けられた一対の励振電極と、励振電極に電気的に接続された一対の接続電極とを有する水晶振動素子を準備する工程と、ベース部材を準備する工程と、水晶振動素子をベース部材の表面に搭載する工程と、水晶振動素子をベース部材の表面上で内部空間に収容するように、蓋部材を接合部材を介してベース部材の表面に接合する工程とを含み、ベース部材は、表面上に２つ以上の突起部を有し、接合部材は、少なくとも突起部を覆うようにベース部材の表面上に設けられ、蓋部材は、ベース部材の表面に向かって延在する側壁部を有し、蓋部材を接合する工程において、接合部材における突起部を覆う部分を、ベース部材の表面の法線方向から平面視したときに、蓋部材の動きを拘束するように蓋部材の側壁部に当接させる。

上記構成によれば、突起部を覆う接合部材を蓋部材の側壁部に当接させるため、接合強度の向上を図ることができる。さらに、蓋部材の位置ずれが発生することを抑制することができるため、水晶振動素子の気密性の向上を図ることができる。

本発明によれば、水晶振動素子の気密性を向上させるとともに蓋部材とベース部材との間の接合強度の向上が図れる水晶振動子及びその製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る水晶振動子の分解斜視図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図３は、図１のベース部材の平面図である。 図４は、本発明の第１実施形態に係る水晶振動子の製造方法を示すフローチャートである。 図５は、図４のステップＳ１１の詳細を示すフローチャートである。 図６は、本発明の第２実施形態に係る水晶振動子の断面図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。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形態に限定して解するべきではない。

＜第１実施形態＞
図１〜図３を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る水晶振動子（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｕｎｉｔ）について説明する。ここで、図１は、本発明の第１実施形態に係る水晶振動子の分解斜視図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３は、図１のベース部材の平面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る水晶振動子１は、水晶振動素子（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）１０と、蓋部材２０と、ベース部材３０とを備える。蓋部材２０及びベース部材３０は、水晶振動素子１０を収容するための保持器である。図１に示す例では、蓋部材２０は凹状をなしており、ベース部材３０は平板状をなしている。

水晶振動素子１０は、ＡＴカット型の水晶片（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｂｌａｎｋ）１１を有する。ＡＴカット型の水晶片１１は、人工水晶（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ）の結晶軸（Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ａｘｅｓ）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と平行な面（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。）を主面として切り出されたものである。水晶片１１は、互いに対向するＸＺ´面である第１主面１２ａ及び第２主面１２ｂを有する。

ＡＴカット水晶片である水晶片１１は、Ｘ軸方向に平行な長辺と、Ｚ´軸方向に平行な短辺と、Ｙ´軸方向に平行な厚さ方向の辺とを有する。また、水晶片１１は、ＸＺ´面において矩形状をなしている。

ＡＴカット水晶片を用いた水晶振動素子は、広い温度範囲で極めて高い周波数安定性を有し、また、経時変化特性にも優れている上、低コストで製造することが可能である。また、ＡＴカット水晶振動素子は、厚みすべり振動モード（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｓｈｅａｒ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ）を主振動として用いられる。

本実施形態では、水晶片１１は平板な板状をなしている。第１主面１２ａ及び第２主面１２ｂはそれぞれ平坦面を有する。

水晶振動素子１０は、一対の電極を構成する第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂを有する。第１励振電極１４ａは、第１主面１２ａに設けられている。また、第２励振電極１４ｂは、第２主面１２ｂに設けられている。第１励振電極１４ａと第２励振電極１４ｂは、各主面の中央を含む領域で水晶片１１を挟んで互いに対向して設けられている。第１励振電極１４ａと第２励振電極１４ｂは、ＸＺ´面において略全体が重なり合うように配置されている。

第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂは、それぞれ、Ｘ軸方向に平行な長辺と、Ｚ´軸方向に平行な短辺と、Ｙ´軸方向に平行な厚さとを有している。図１に示す例では、ＸＺ´面において、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの長辺は、水晶片１１の長辺と平行であり、同様に、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの短辺は、水晶片１１の短辺と平行である。また、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの長辺は振動部１７の長辺から離れており、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの短辺は振動部１７の短辺から離れている。

水晶振動素子１０は、引出電極１５ａ，１５ｂと、接続電極１６ａ，１６ｂとを有する。接続電極１６ａは、引出電極１５ａを介して第１励振電極１４ａと電気的に接続されている。また、接続電極１６ｂは、引出電極１５ｂを介して第２励振電極１４ｂと電気的に接続されている。接続電極１６ａ及び接続電極１６ｂは、ベース部材３０に電気的に接続するための端子である。接続電極１６ａ及び接続電極１６ｂは、水晶片１１の第２主面１２ｂに設けられ、水晶片１１のＺ´軸負方向側の短辺付近において当該短辺方向に沿って配列されている。

引出電極１５ａは、第１励振電極１４ａと接続電極１６ａとを電気的に接続している。具体的には、引出電極１５ａは、第１主面１２ａ上において第１励振電極１４ａからＺ´軸負方向及びＸ軸負方向に向かって延在し、第１主面１２ａから水晶片１１の各側面を通って第２主面１２ｂに至るように延在し、第２主面１２ｂ上の接続電極１６ａと電気的に接続されている。また、引出電極１５ｂは、第２励振電極１４ｂと電極パッド１６ｂとを電気的に接続する。具体的には、引出電極１５ｂは、第２主面１２ｂ上において第２励振電極１４ｂからＺ´軸負方向及びＸ軸正方向に向かって延在し、第２主面１２ｂ上の接続電極１６ｂと電気的に接続されている。このように引出電極１５ａ，１５ｂを延在させることによって、両主面に設けられた第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂと電気的に接続された接続電極１６ａ，１６ｂを片方の第２主面１２ｂ上に配置させることができる。

接続電極１６ａ，１６ｂは、導電性保持部材３６ａ，３６ｂを介してベース部材３０の電極に電気的に接続される。導電性保持部材３６ａ，３６ｂは、導電性接着剤が熱硬化して形成されたものである。

第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂ、引出電極１５ａ，１５ｂ、並びに、接続電極１６ａ，１６ｂの各電極の材料は特に限定されるものではないが、例えば、下地としてクロム（Ｃｒ）層を有し、クロム層の表面にさらに金（Ａｕ）層を有していてもよい。

蓋部材２０は、ベース部材３０に接合され、これによって水晶振動素子１０を内部空間２６に収容する。蓋部材２０は、内面２４及び外面２５を有し、ベース部材３０の第１主面３２ａに向かって開口した凹状をなしている。

蓋部材２０は、ベース部材３０の第１主面３２ａに対向する天面部２１と、天面部２１の外縁に接続されておりかつ天面部２１の主面に対して法線方向に延在する側壁部２２とを有する。蓋部材２０は、天面部２１の主面の法線方向から平面視したときに矩形状をなしている。蓋部材２０は、例えば、Ｘ軸方向に平行な長辺が延在する長辺方向と、Ｚ´軸方向に平行な短辺が延在する短辺方向と、Ｙ´軸方向に平行な高さ方向とを有する。また、蓋部材２０は、凹状の開口縁においてベース部材３０の第１主面３２ａに対向する対向面２３を有し、この対向面２３は、水晶振動素子１０の周囲を囲むように枠状に延在している。

蓋部材２０の材質は特に限定されるものではないが、例えば金属などの導電材料で構成される。これによれば、蓋部材２０を接地電位に電気的に接続させることによりシールド機能を付加することができる。例えば、蓋部材２０は、鉄（Ｆｅ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む合金（例えば４２アロイ）からなる。また、蓋部材２０の最表面に酸化防止等を目的とした金（Ａｕ）層などが設けられてもよい。あるいは、蓋部材２０は、絶縁材料又は導電材料・絶縁材料の複合構造であってもよい。

ベース部材３０は水晶振動素子１０を励振可能に支持するものである。具体的には、水晶振動素子１０は導電性保持部材３６ａ，３６ｂを介してベース部材３０の第１主面３２ａに励振可能に保持されている。

ベース部材３０は平板な板状をなしている。ベース部材３０は、Ｘ軸方向に平行な長辺が延在する長辺方向と、Ｚ´軸方向に平行な短辺が延在する短辺方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さが延在する厚さ方向とを有する。

ベース部材３０は基体３１を有する。基体３１は、互いに対向するＸＺ´面である第１主面３２ａ及び第２主面３２ｂを有する。基体３１は、例えば絶縁性セラミック（アルミナ）などの第１焼結材である。この場合、複数の絶縁性セラミックシートを積層して焼結してもよい。あるいは、基体３１は、ガラス材料（例えばケイ酸塩ガラス、又はケイ酸塩以外を主成分とする材料であって、昇温によりガラス転移現象を有する材料）、水晶材料（例えばＡＴカット水晶）又はガラスエポキシ樹脂などで形成してもよい。基体３１は耐熱性材料から構成されることが好ましい。基体３１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主面３２ａの最表層に形成された絶縁層を含む。

ベース部材３０は、第１主面３２ａに設けられた電極パッド３３ａ，３３ｂと、第２主面に設けられた外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄとを有する。電極パッド３３ａ，３３ｂは、水晶振動素子１０と電気的に接続するための端子である。また、外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄは、図示しない実装基板と電気的に接続するための端子である。電極パッド３３ａは、Ｙ´軸方向に延在するビア電極３４ａを介して外部電極３５ａに電気的に接続され、電極パッド３３ｂは、Ｙ´軸方向に延在するビア電極３４ｂを介して外部電極３５ｂに電気的に接続されている。ビア電極３４ａ，３４ｂは基体３１をＹ´軸方向に貫通するビアホール内に形成される。

電極パッド３３ａ，３３ｂは、第１主面３２ａ上においてベース部材３０のＸ軸負方向側の短辺付近に設けられ、ベース部材３０の短辺から離れてかつ当該短辺方向に沿って配列されている。電極パッド３３ａは、導電性保持部材３６ａを介して水晶振動素子１０の接続電極１６ａが接続され、他方、電極パッド３３ｂは、導電性保持部材３６ｂを介して水晶振動素子１０の接続電極１６ｂが接続される。

複数の外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄは、第２主面３２ｂのそれぞれの角付近に設けられている。図１に示す例では、外部電極３５ａ，３５ｂが、電極パッド３３ａ，３３ｂの直下に配置されている。これによってＹ´軸方向に延在するビア電極３４ａ，３４ｂによって、外部電極３５ａ，３５ｂを電極パッド３３ａ，３３ｂに電気的に接続することができる。図１に示す例では、４つの外部電極３５ａ〜ｄのうち、ベース部材３０のＸ軸負方向側の短辺付近に配置された外部電極３５ａ，３５ｂは、水晶振動素子１０の入出力信号が供給される入出力電極である。また、ベース部材３０のＸ軸正方向側の短辺付近に配置された外部電極３５ｃ，３５ｄは、水晶振動素子１０の入出力信号が供給されないダミー電極となっている。このようなダミー電極には、水晶振動子１が実装される図示しない実装基板上の他の電子素子の入出力信号も供給されない。あるいは、外部電極３５ｃ，３５ｄは、接地電位が供給される接地用電極であってもよい。図２で示すように、蓋部材２０が導電性材料からなる場合、蓋部材２０が接地電気となる外部電極３５ｃに接続されることによって、蓋部材２０にシールド機能の向上を図ることができる。

基体３１の第１主面３２ａには、封止枠３７が設けられている。封止枠３７は、第１主面３２ａの法線方向から平面視したときに矩形の枠状をなしている。電極パッド３３ａ，３３ｂは、封止枠３７の内側に配置されている。封止枠３７は、導電材料により構成されている。封止枠３７上には後述する接合部材４０が設けられ、これによって蓋部材２０が接合部材４０及び封止枠３７を介してベース部材３０に接合される。

本実施形態に係るベース部材３０は、基体３１の第１主面３２ａ上に設けられた突起部３８，３９を有する。突起部３８，３９は、基体３１の第１主面３２ａの法線方向に延在する柱状に形成されている。例えば、突起部３８，３９は、先端が基端よりも径が小さいテーパ面を有している。あるいは、突起部３８，３９は、先端と基端が同じ径を有していてもよい。突起部３８，３９は、第１主面１２ａの法線方向からベース部材３０を平面視したときに蓋部材２０の動きを拘束するものである。

突起部３８，３９は、第１主面３２ａ上において、封止枠３７に接触して設けられている。突起部３８，３９は導電材料により構成され、封止枠３７と電気的に接続されている。図３に示す例では、突起部３８，３９は、第１主面３２ａ上の封止枠３７における対向する２つの角付近に設けられている。また、第１主面３２ａの法線方向から平面視したときに、突起部３８，３９はそれらの外縁が矩形の枠状をなす封止枠３７の内周縁よりも内側にはみ出るように設けられている。突起部３８，３９を封止枠３７の対向する２つの角付近に設けることによって、突起部３８，３９によって蓋部材２０の対向する２つの角を支持することができる。

突起部３８および突起部３９は外部電極３５ｃに電気的に接続されている。図３に示す例では、突起部３８は、ビア電極４３、封止枠３７、接合部材４０及びビア電極４４を通して、外部電極３５ｃに電気的に接続されている。あるいは、図３に示すように、突起部３８は、Ｙ´軸方向に延在するビア電極４３に電気的に接続され、ビア電極４３は、基体３１の中間層において、第１主面３２ａと平行な方向に延在する内部配線４５に電気的に接続することもできる。ビア電極４３は、第１主面３２ａに開口する凹部４１に導電材料を充填することによって形成される。また、突起部３９は、Ｙ´軸方向に延在するビア電極４４を介在させて外部電極３５ｃに電気的に接続されている。ビア電極４４は、基体３１を第１主面３２ａから第２主面３２ｂに貫通する孔４２に導電材料を充填することによって形成される。外部電極３５ｄは、ダミー電極である。

ベース部材３０の電極パッド３３ａ，３３ｂ、外部電極３５ａ〜ｄ、封止枠３７及び突起部３８，３９はいずれも金属膜から構成されている。例えば、電極パッド３３ａ，３３ｂ、外部電極３５ａ〜ｄは、下層から上層にかけて、モリブデン（Ｍｏ）層、ニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層が積層されて構成されている。また、封止枠３７及び突起部３８，３９は、モリブデン（Ｍｏ）層によって構成されている。あるいは、封止枠３７及び突起部３８，３９は、モリブデン（Ｍｏ）層の上に金（Ａｕ）層を積層することによって形成してもよい。この場合、モリブデン（Ｍｏ）層をスクリーン印刷で形成し、金（Ａｕ）層をめっき法によって形成してもよい。金（Ａｕ）層を設けることによって後述の実施例で説明するように気密性及び接合強度のさらなる向上を図ることができる。なお、モリブデン（Ｍｏ）層と金（Ａｕ）層の間にニッケル（Ｎｉ）層を介在させてもよい。また、ビア電極３４ａ，３４ｂ及びビア電極４３，４４は、基体３１のビアホール又は凹部にモリブデンなどの金属材料を充填して形成することができる。

突起部３８はビア電極４３上に設けられ、突起部３９はビア電極４４上に設けられている。突起部３８，３９及びビア電極４３，４４は、例えばモリブデンなどの同一導電材料により構成されている。例えば、突起部３８，３９及びビア電極４３，４４を、基体３１の第１焼結材よりも焼結収縮率が小さい第２焼結材から構成されている。これによれば、ベース部材３０を焼結することにより、両者の焼結収縮率の違いに起因して、少なくともビア電極４３，４４の上面が隆起して第１主面３２ａから突起する突起部３８，３９を容易に形成することができる。

なお、電極パッド３３ａ，３３ｂや外部電極３５ａ〜３５ｄの配置関係は上記例に限定されるものではない。例えば、電極パッド３３ａがベース部材３０の一方の短辺付近に配置され、電極パッド３３ｂがベース部材３０の他方の短辺付近に配置されてもよい。このような構成においては、水晶振動素子１０が、水晶片１１のそれぞれの短辺側の端部においてベース部材３０に保持されることになる。

また、外部電極の配置は上記例に限るものではなく、例えば、入出力電極である２つが第２主面３２ｂの対角上に設けられていてもよい。あるいは、４つの外部電極は、第２主面３２ｂの角ではなく各辺の中央付近に配置されていてもよい。また、外部電極の個数は４つに限るものではなく、例えば入出力電極である２つのみであってもよい。また、電極パッドと外部電極との電気的な接続の態様はビア電極によるものに限らず、第１主面３２ａ又は第２主面３２ｂ上に表面配線を配置することによってそれらの電気的な導通を達成してもよい。あるいは、ベース部材３０の基体３１を複数層で形成し、ビア電極を中間層に至るまで延在させ、中間層において内部配線を配置することによって電極パッドと外部電極との電気的な接続を図ってもよい。

図２に示すように、蓋部材２０及びベース部材３０の両者が封止枠３７及び接合部材４０を介して接合されることによって、水晶振動素子１０が、蓋部材２０とベース部材３０とによって囲まれた内部空間（キャビティ）２６に封止される。この場合、内部空間の圧力は大気圧力よりも低圧な真空状態であることが好ましく、これにより第１励振電極１４ａ，第２励振電極１４ｂの酸化による経時変化などが低減できるため好ましい。

接合部材４０は、蓋部材２０及びベース部材３０の各全周に亘って設けられている。具体的には、接合部材４０は、封止枠３７及び突起部３８，３９上に設けられている。接合部材４０は、突起部３８，３９を覆って設けられている。

封止枠３７及び接合部材４０が、蓋部材２０の側壁部２２の対向面２３とベース部材３０の第１主面３２ａとの間に介在することによって、水晶振動素子１０が蓋部材２０及びベース部材３０によって封止される。このとき、接合部材４０における突起部３８，３９を覆う部分は、蓋部材２０の側壁部２２に当接する。こうして、突起部３８，３９によって蓋部材２０における動きを拘束することができる。

接合部材４０は、例えばろう部材である。具体的には、接合部材４０は、金（Ａｕ）‐錫（Ｓｎ）共晶合金からなる。こうして、蓋部材２０とベース部材３０とを金属接合とする。金属接合によれば封止性を向上させることができる。

また、接合部材４０は、ろう部材（例えば金（Ａｕ）‐錫（Ｓｎ）共晶合金）などの１つの材料層によって形成されていてもよいが、２以上の材料層によって形成されていてもよい。

なお、接合部材４０は、導電材料に限らず、例えば低融点ガラス（例えば鉛ホウ酸系や錫リン酸系等）などのガラス接着材料又は樹脂接着剤などの絶縁性材料であってもよい。これによれば、金属接合に比べて低コストであり、また加熱温度を抑えることができ、製造プロセスの簡易化を図ることができる。

図２に示す例では、接合部材４０における突起部３８，３９を覆う部分は、蓋部材２０の内面２４側において側壁部２２に当接されている。これによって、突起部３８，３９によって容易かつ効果的に蓋部材２０の動きを拘束することができる。

本実施形態に係る水晶振動素子１０は、水晶片１１の長辺方向の一方端（導電性保持部材３６ａ，３６ｂが配置される側の端部）が固定端であり、その他方端が自由端となっている。また、水晶振動素子１０、蓋部材２０及びベース部材３０は、ＸＺ´面において、それぞれ矩形状をなしており、互いに長辺方向及び短辺方向が同一である。

なお、水晶振動素子１０の固定端の位置は特に限定されるものではなく、変形例として、水晶振動素子１０は、水晶片１１の長辺方向の両端においてベース部材３０に固定されていてもよい。この場合、水晶振動素子１０を水晶片１１の長辺方向の両端において固定する態様で、水晶振動素子１０及びベース部材３０の各電極を形成すればよい。

本実施形態に係る水晶振動子１においては、ベース部材３０の外部電極３５ａ，３５ｂを介して、水晶振動素子１０における一対の第１及び第２励振電極１４ａ，１４ｂの間に交番電界を印加する。これにより、厚みすべり振動モードなどの所定の振動モードによって水晶片１１の振動部１７が振動し、該振動に伴う共振特性が得られる。

本実施形態によれば、接合部材４０における突起部３８，３９を覆う部分が、ベース部材３０の第１主面３２ａの法線方向から平面視したときに、蓋部材２０の動きを拘束するように蓋部材２０の側壁部２２に当接されている。これによれば、突起部３８，３９を覆う接合部材４０が蓋部材２０の側壁部２２に当接するため、接合強度の向上を図ることができる。さらに、蓋部材２０の位置ずれが発生することを抑制することができるため、水晶振動素子１０の気密性の向上を図ることができる。

次に、図４及び図５を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る水晶振動子の製造方法について説明する。ここで、図４は、上記水晶振動子１の製造方法を示すフローチャートであり、図５は、図４におけるベース部材３０を準備する工程（Ｓ１１）の詳細を説明するためのフローチャートである。

本実施形態では、図４に示すように、まず、水晶振動素子１０を準備する（Ｓ１０）。水晶片の加工工程及び各種電極の形成工程は一般的であるためその説明を省略する。水晶振動素子１０の構成は既に説明したとおりである。

次に、ベース部材３０を準備する（Ｓ１１）。具体的には、図５に示すように、第１焼結材からなる基体３１を準備する（Ｓ１１０）。第１焼結材は例えばアルミナなどの絶縁性セラミックである。

次に、基体３１に凹部４１及び孔４２をエッチングなどによって形成し（Ｓ１１１）、凹部４１及び孔４２に第２焼結材を設ける（Ｓ１１２）。第２焼結材は、例えばモリブデン材料をスクリーン印刷法によって設けることができる。例えば、基体３１上に第２焼結材を塗布し、これをスキージで平坦に均すことによって第２焼結材を凹部４１及び孔４２に充填することができる。

その後、ベース部材３０を焼結して突起部３８，３９を形成する（Ｓ１１３）。本実施形態では、基体３１である第１焼結材は、凹部４１及び孔４２に設けられる第２焼結材よりも焼結収縮率が小さいため、焼結処理を行うことによって第２焼結材が凹部４１及び孔４２の開口内部から外側へ隆起する。これによって、凹部４１に設けた第２焼結材によって、ビア電極４３の上面が隆起し、当該ビア電極４３上で突起する突起部３８が形成される。また、同様に、孔４２に設けた第２焼結材によって、ビア電極４４の上面が隆起し、当該ビア電極４４上で突起する突起部３９が形成される。

なお、上記ステップＳ１１１〜Ｓ１１３において、併せて、電極パッド３３ａ，３３ｂ、ビア電極３４ａ，３４ｂ、外部電極３５ａ〜ｄ及び封止枠３７などを含む各種の電極を形成することができる。こうして図１に示すベース部材３０を準備することができる。

次に、図４に戻り、水晶振動素子１０をベース部材３０における基体３１の第１主面３２ａに搭載する（Ｓ１２）。具体的には、基体３１の第１主面３２ａ上の電極パッド３３ａ，３３ｂ上に導電性接着剤を塗布し、水晶振動素子１０を搭載した状態で導電性接着剤を熱硬化させる。こうして導電性接着剤が熱硬化した導電性保持部材３６ａ，３６ｂによって、水晶振動素子１０の接続電極１６ａ，１６ｂと、ベース部材３０の接続電極３３ａ，３３ｂを電気的に接続する。また、導電性保持部材３６ａ，３６ｂによって水晶振動素子７０を励振可能に保持することができる。なお、水晶振動素子１０は、第２励振電極１４ｂがベース部材３０の側を向くように第１主面３２ａに搭載される。

最後に、蓋部材２０を接合部材４０を介してベース部材３０に接合する（Ｓ１３）。このとき、接合部材４０における突起部３８，３９を覆う部分を蓋部材２０の側壁部２２に当接させる。ステップＳ１３では、例えば、接合部材４０を封止枠３７及び突起部３８，３９を覆うようにそれらの上に設けて、その後、蓋部材２０をベース部材３０に接合してもよい。

次に、本実施形態に係る水晶振動子１について作成したサンプルの実験結果について説明する。

＜実施例１＞
以下の製造条件による水晶振動子において、本実施形態に係る突起ありのサンプルＡと、比較例に係る突起なしのサンプルＢとについて接合強度を測定したところ、以下のとおり、突起ありのサンプルＡが接合強度に優れていることがわかった。

（製造条件）
サンプルＡ及びＢに共通の条件は次のとおりである。すなわち、外形寸法（長辺方向×短辺方向）１．２ｍｍ×１．０ｍｍの気密封止型水晶振動子であって、水晶片と、水晶片を載置する厚み０．１２５ｍｍのアルミナ製のベース部材と、凹状の金属キャップである蓋部材とを備えるものとした。接合部材はＡｕＳｎ合金であり、四角形状の封止枠は、気密封止構造を得るため幅０．１ｍｍで形成した。また、凹状の金属キャップの外形寸法（長辺方向×短辺方向×高さ）は、１．２ｍｍ×１．０ｍｍ×０．１６ｍｍで形成し、また、天面部２１及び側壁部２２の厚みは０．０６ｍｍで形成した。封止枠及び突起部は、接合部材とともに３２０℃の加熱処理を行い、これにより蓋部材をベース部材に融着させた。

ただし、突起ありのサンプルＡにおいては、封止枠の対角２箇所にベース部材中に形成したφ０．０６ｍｍのビア電極（モリブデン）を隆起させることによって形成した突起部を形成した。突起部の高さは、封止枠の高さ０．０２ｍｍよりも０．０１ｍｍだけ高い。また、突起部は、封止枠及びビア電極と同じ材質であるモリブデン（Ｍｏ）で形成した。

（試験方法）
「ＪＩＳ Ｃ ６００６８−２−２１ （２００９）」により規定される「試験Ｕｅ３：固着性（せん断強さ）試験」により測定した。

（試験結果）
以下に示すとおり、サンプルＡ（突起あり）がサンプルＢ（突起なし）よりも接合強度が優れていることがわかる。

＜実施例２＞
以下の製造条件による水晶振動子において、本実施形態に係る一例のサンプルＣと、本実施形態に係る他の例のサンプルＤについて接合強度及びリーク試験を行ったところ、以下のとおり、サンプルＣの方が接合強度及びリーク試験に優れていることがわかった。

（製造条件）
サンプルＣ及びＤに共通の条件は次のとおりである。すなわち、外形寸法（長辺方向×短辺方向）１．２ｍｍ×１．０ｍｍの気密封止型水晶振動子であって、水晶片と、水晶片を載置する厚み０．１２５ｍｍのアルミナ製のベース部材と、凹状の金属キャップである蓋部材とを備えるものとした。四角形状の封止枠は、気密封止構造を得るため幅０．１ｍｍで形成した。また、凹状の金属キャップの外形寸法（長辺方向×短辺方向×高さ）は、１．２ｍｍ×１．０ｍｍ×０．１６ｍｍで形成し、また、凹状の金属キャップの天面部及び側壁部の厚みは０．０６ｍｍで形成した。封止枠及び突起部は、ＡｕＳｎ合金である接合部材とともに３２０℃の加熱処理を行い、これにより蓋部材をベース部材に融着させた。

ここで、サンプルＣでは、封止枠の対角２箇所にベース部材中に形成したφ０．０６ｍｍのビア電極（Ｍｏ）を隆起させることによって形成した突起部を形成した。また、サンプルＣでは、突起部の先端（頭頂）を避けてモリブデンからなる封止枠を形成し、突起部の先端を含む領域にＡｕめっき層０．２μｍを形成した。Ａｕめっき層は、突起部の先端及び封止枠上に一体的に形成した。また、サンプルＣでは、突起部及び封止枠の上にＡｕＳｎ合金を形成した。

他方、サンプルＤでは、ベース部材と同じ材料であるアルミナ片をベース部材の表面に積層して突起部として形成した。また、サンプルＤでは、突起部の先端（頭頂）を避けてモリブデンからなる封止枠を形成した。また、サンプルＤでは、突起部及び封止枠の上にＡｕＳｎ合金（接合部材）を形成した。
（試験方法）
「ＪＩＳ Ｃ ６００６８−２−２１ （２００９）」により規定される「試験Ｕｅ３：固着性（せん断強さ）試験」により測定した。

（試験結果）
以下に示すとおり、サンプルＣ（Ｍｏ）が、サンプルＤ（アルミナ）よりも接合強度が優れていることがわかる。すなわち、突起部の先端にＡｕめっき層を設けたサンプルＣのほうが平均にして３Ｎ程度、接合強度が高く、ばらつきについても偏差が１Ｎ程度低いことがわかる。

また、サンプルＣ（Ｍｏ）及びサンプルＤ（アルミナ）についてリーク試験を実施したところ、以下のとおり、サンプルＣはサンプルＤよりも気密不良品の発生を抑制できることがわかる。これは、サンプルＣでは、封止枠から露出した突起部の先端がＡｕめっき層によって覆われており、これが封止枠上のＡｕめっき層と一体となって連続しているため、気密封止不良品の発生を抑制することができると考えられる。

＜第２実施形態＞
次に、図６を参照しつつ、本発明の第２実施形態に係る水晶振動子について説明する。図６は、本実施形態に係る水晶振動子２の断面図である。図６は、図２と同一断面視の図面である。なお、第１実施形態と同一の構成について同一の符号を付している。以下、第１実施形態と異なる点について説明する。

本実施形態に係る水晶振動子２はベース部材１３０を含み、このベース部材１３０の構成が第１実施形態と異なっている。具体的には、図６に示すとおり、ベース部材１３０は突起部１３８，１３９及び接合部材１４０を有し、接合部材１４０における突起部１３８，１３９を覆う部分が、蓋部材２０の外面２５側において側壁部２２に当接されている。この場合、第１主面３２ａの法線方向から平面視したときに、突起部１３８，１３９はそれらの外縁が矩形の枠状をなす封止枠１３７の外周縁よりも外側にはみ出るように設けられている。

なお、第１実施形態と同様に、突起部１３８は、基体１３１の凹部１４１に形成されたビア電極４３上に設けられ、突起部１３９は基体１３１の孔１４２に形成されたビア電極１４４上に設けられている。

本実施形態においても、接合部材１４０における突起部１３８，１３９を覆う部分によって、蓋部材２０の外面２５側から蓋部材２０の動きを拘束することができる。したがって、本実施形態においても、位置決め精度、接合強度及び気密性の向上を図ることができる。

＜変形例＞
本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。

第１実施形態では突起部が２つの例を説明したが、本発明では突起部は２つ以上あればよい。例えば、矩形状の蓋部材の４つの角の３つの角を支持するように３つの突起部が設けられてもよく、矩形状の蓋部材の４つの角を支持するように４つの突起部が設けられていてもよい。また、突起部はビア電極上に形成されるものに限らず、突起部の直下にはビア電極が形成されていなくてもよい。また、突起部の形成方法は、焼結収縮率の違いによる形成方法に限るものではなく、突起部は例えばベース部材上に材料片を積層することによって形成してもよい。

また、第１実施形態では、平板な水晶片を有する構成を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、主面の中央を含む振動部が周縁部よりも厚いメサ型構造を採用してもよいし、あるいは、振動部が周縁部よりも薄い逆メサ構造を採用してもよい。あるいは。振動部と周縁部の厚みの変化（段差）が連続的に変化するコンベックス形状又はべベル形状に本発明を適用してもよい。またさらに、水晶振動素子が、水晶の結晶軸として互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に対して所定の角度で切り出された水晶板を基材として、基部と、基部から延びている少なくとも１本の振動腕とを有する水晶片と、屈曲振動させるように振動腕に設けられた励振電極とを備える音叉型水晶振動素子であってもよい。

また、水晶片のカット角度は、ＡＴカット以外の異なるカット（例えばＢＴカットなど）を適用してもよい。

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、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたもの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 水晶振動子
２ 水晶振動子
１０ 水晶振動素子
１１ 水晶片
１２ａ，１２ｂ 主面
１４ａ，１４ｂ 励振電極
１５ａ，１５ｂ 引出電極
１６ａ，１６ｂ 接続電極
２０ 蓋部材
２２ 側壁部
２４ 内面
２５ 外面
３０ ベース部材
３３ａ，３３ｂ 電極バッド
３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ 外部電極
４１ 凹部
４２ 孔
４０ 接合部材
４３，４４ ビア電極

Claims (7)

1. 水晶片と、前記水晶片を挟んで対向するように前記水晶片の両主面に設けられた一対の励振電極と、前記一対の励振電極のそれぞれに電気的に接続され、前記水晶片に設けられた一対の接続電極とを有する水晶振動素子と、
   前記水晶振動素子が表面に搭載されたベース部材と、
   前記ベース部材の前記表面に接合部材を介して接合され、前記ベース部材とで形成される内部空間に前記水晶振動素子を収容する蓋部材と
   を備え、
   前記ベース部材は、前記表面上に２つ以上の突起部を有し、
   前記接合部材は、少なくとも前記突起部を覆うように前記ベース部材の前記表面上に設けられ、
   前記蓋部材は、前記ベース部材の前記表面に向かって延在する側壁部を有し、
   前記接合部材における前記突起部を覆う部分が、前記ベース部材の前記表面の法線方向から平面視したときに、前記蓋部材の動きを拘束するように前記蓋部材の前記側壁部に当接され、
   前記ベース部材は、第１焼結材である基体を有し、
   前記突起部は、前記基体よりも焼結収縮率が小さい第２焼結材からなる、水晶振動子。
2. 前記接合部材における前記突起部を覆う部分が、前記蓋部材の内面側において前記側壁部に当接された、請求項１記載の水晶振動子。
3. 前記接合部材における前記突起部を覆う部分が、前記蓋部材の外面側において前記側壁部に当接された、請求項１記載の水晶振動子。
4. 前記蓋部材は、前記ベース部材の前記表面の法線方向から平面視したときに矩形状をなしており、
   前記突起部は、前記矩形状の前記蓋部材の対向する２つの角に対応して設けられた、請求項１から３のいずれか１項に記載の水晶振動子。
5. 前記突起部は、前記ベース部材のビア電極上に設けられた、請求項１から４のいずれか１項に記載の水晶振動子。
6. 前記ベース部材は、外部電極を有しており、
   前記突起部は、導電材料からなり、前記外部電極と電気的に接続された、請求項１から５のいずれか１項に記載の水晶振動子。
7. 水晶片と、前記水晶片を挟んで対向するように前記水晶片の両主面に設けられた一対の励振電極と、前記一対の励振電極のそれぞれに電気的に接続され、前記水晶片に設けられた一対の接続電極とを有する水晶振動素子を準備する工程と、
   ベース部材を準備する工程と、
   前記水晶振動素子をベース部材の表面に搭載する工程と、
   前記水晶振動素子を前記ベース部材の前記表面上で内部空間に収容するように、蓋部材が接合部材を介して前記ベース部材の前記表面に接合する工程と
   を含み、
   前記ベース部材は、前記表面上に２つ以上の突起部を有し、
   前記接合部材は、少なくとも前記突起部を覆うように前記ベース部材の前記表面上に設けられ、
   前記蓋部材は、前記ベース部材の前記表面に向かって延在する側壁部を有し、
   前記蓋部材を接合する工程において、前記接合部材における前記突起部を覆う部分を、
   前記ベース部材の前記表面の法線方向から平面視したときに、前記蓋部材の動きを拘束するように前記蓋部材の前記側壁部に当接させ、
   前記ベース部材を準備する工程は、
   第１焼結材である基体を準備すること、
   前記基体に孔又は凹部を形成すること、
   前記基体よりも焼結収縮率が小さい第２焼結材を前記孔又は前記凹部に設けること、及び、
   前記ベース部材を焼結して前記第２焼結材によって前記突起部を形成すること
   を含む、水晶振動子の製造方法。

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