JP6574647B2

JP6574647B2 - 水晶デバイス

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Publication number: JP6574647B2
Application number: JP2015169907A
Authority: JP
Inventors: 俊博齋藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2019-09-11
Anticipated expiration: 2035-08-31
Also published as: JP2017050578A

Description

本発明は、例えば電子機器等に用いられる水晶デバイスに関するものである。

水晶デバイスは、水晶素子の圧電効果を利用して、水晶素板の両面が互いにずれるように厚みすべり振動を起こし、特定の周波数を発生させるものである。基板上に設けられた電極パッドに導電性接着剤を介して実装された水晶素子を備えた水晶デバイスが提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。水晶素子は、水晶素板の両主面に励振用電極を有しており、水晶素子の一端を基板の上面と接続した固定端とし、他端を基板の上面と間を空けた自由端とした片保持構造となる。

特開２００２−１１１４３５号公報

上述した水晶デバイスは、小型化が顕著であるが、基板に実装する水晶素子も小型化になっている。従来の電極パッド上に導電性接着剤を塗布し、水晶素子を導電性接着剤の上面に載置すると、水晶素子の自由端又は励振用電極が基板に接触し、振動が阻害されて、水晶素子の発振周波数が変動してしまう虞があった。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、水晶素子の発振周波数が変動することを低減することが可能な水晶デバイスを提供することを目的とする。

本発明の一つの態様による水晶デバイスは、矩形状の基板と、平面視矩形状であり、基板上に基板の一辺に沿って設けられた一対の第一電極パッドと、平面視矩形状であり、第一電極パッドの基板の中心方向を向く一辺に沿って設けられ、第一電極パッドよりも基板の一辺と平行な長さが短くなっている一対の第二電極パッドと、第一電極パッドの一辺に沿って設けられた一対の第一バンプと、第二電極パッドの一辺に沿って設けられ、第一バンプよりも基板の一辺と平行な長さが短くなっている一対の第二バンプと、基板上に設けられ、水晶素板と、水晶素板の上下面に設けられた励振用電極と、水晶素板の下面に励振用電極と間を空けて設けられた一対の引き出し電極と、を有した水晶素子と、を備え、引き出し電極は、平面視して、第一バンプ及び第二バンプと重なる位置に配置され、導電性接着剤を介して電極パッドと接続されている。

本発明の一つの態様による水晶デバイスは、矩形状の基板と、平面視矩形状であり、基板上に基板の一辺に沿って設けられた一対の第一電極パッドと、平面視矩形状であり、第一電極パッドの基板の中心方向を向く一辺に沿って設けられ、第一電極パッドよりも基板の一辺と平行な長さが短くなっている一対の第二電極パッドと、第一電極パッドの一辺に沿って設けられた一対の第一バンプと、第二電極パッドの一辺に沿って設けられ、第一バンプよりも基板の一辺と平行な長さが短くなっている一対の第二バンプと、基板上に設けられ、水晶素板と、水晶素板の上下面に設けられた励振用電極と、水晶素板の下面に励振用電極と間を空けて設けられた一対の引き出し電極と、を有した水晶素子と、を備え、引き出し電極は、平面視して、第一バンプ及び第二バンプと重なる位置に配置され、導電性接着剤を介して電極パッドと接続されている。このようにすることによって、水晶デバイスは、水晶素子の先端部及び励振用電極が基板に接触することを低減し、水晶素子の厚みすべり振動が阻害されることがないため、安定して発振周波数を出力することができる。

本実施形態における水晶デバイスを示す分解斜視図である。（ａ）図１に示された水晶デバイスのＡ−Ａにおける断面図である。（ｂ）図２（ａ）に示された水晶デバイスのＸ部分拡大図である。（ａ）本実施形態における水晶デバイスの蓋体を外した状態を示す平面図であり、（ｂ）本実施形態における水晶デバイスの蓋体及び水晶素子を外した状態を示す平面図である。（ａ）本実施形態における水晶デバイスを構成するパッケージを上から見た平面図であり、（ｂ）本実施形態における水晶デバイスを構成するパッケージの底面図である。（ａ）本実施形態の第一変形例における水晶デバイスの蓋体を外した状態を示す平面図である。（ｂ）本実施形態の第一変形例における水晶デバイスの蓋体及び水晶素子を外した状態を示す平面図である。

本実施形態における水晶デバイスは、図１〜図３に示されているように、パッケージ１１０と、パッケージ１１０の基板１１０ａに実装された水晶素子１２０と、水晶素子１２０を気密封止するようにパッケージ１１０に接合された蓋体１３０とを含んでいる。パッケージ１１０は、基板１１０ａの上面と枠体１１０ｂの内側面によって囲まれた凹部Ｋが形成されている。

基板１１０ａは、矩形状であり、上面で実装された水晶素子１２０を実装するための実装部材として機能するものである。基板１１０ａの上面には、水晶素子１２０を接合するための一対の電極パッド１１１が設けられている。基板１１０ａは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなる。基板１１０ａは、絶縁層を一層用いたものであっても、絶縁層を複数層積層したものであってもよい。基板１１０ａの表面及び内部には、上面に設けられた第一電極パッド１１１及び第二電極パッド１１２と、基板１１０ａの下面に設けられた外部端子１１３とを電気的に接続するための配線パターン１１４及ビア導体１１５が設けられている。

枠体１１０ｂは、基板１１０ａの上面に配置され、基板１１０ａの上面に凹部Ｋを形成するためのものである。枠体１１０ｂは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料からなり、基板１１０ａと一体的に形成されている。

ここでパッケージ１１０を平面視したときの一辺の寸法が、１．０〜３．０ｍｍであり、パッケージ１１０の上下方向の寸法が、０．２〜１．５ｍｍである場合を例にして、凹部Ｋの大きさを説明する。凹部Ｋの長辺の長さは、０．７〜２．０．ｍｍであり、短辺の長さは、０．５〜１．５ｍｍとなっている。また、凹部Ｋの上下方向の長さは、０．１〜０．５ｍｍとなっている。

また、基板１１０ａの下面の四隅には、外部端子１１３が設けられている。外部端子１１３の内の二つの端子は、基板１１０ａの上面に設けられた第一電極パッド１１１及び第二電極パッド１１２と電気的に接続されている。また、第一電極パッド１１１及び第二電極パッド１１２と電気的に接続されている外部端子１１３は、基板１１０ａの下面の対角に位置するように設けられている。

第一電極パッド１１１は、水晶素子１２０を実装するためのものである。第一電極パッド１１１は、基板１１０ａの上面に一対で設けられており、基板１１０ａの一辺に沿うように隣接して設けられている。第一電極パッド１１１は、一方の第一電極パッド１１１ａと他方の第一電極パッド１１１ｂとによって構成されている。第一電極パッド１１１は、基板１１０ａに設けられた配線パターン１１４及びビア導体１１５を介して、基板１１０ａの下面に設けられた外部端子１１３と電気的に接続されている。

第二電極パッド１１２は、水晶素子１２０を実装するためのものである。第二電極パッド１１１は、基板１１０ａの上面に一対で設けられており、第一電極パッド１１１の一辺に沿って隣接して設けられている。第二電極パッド１１２は、一方の第二電極パッド１１２ａと他方の第二電極パッド１１２ｂとによって構成されている。第一電極パッド１１１は、基板１１０ａに設けられた配線パターン１１４及びビア導体１１５を介して、基板１１０ａの下面に設けられた外部端子１１３と電気的に接続されている。

外部端子１１３は、電気機器等の外部の実装基板上の実装パッド（図示せず）と接合するために用いられている。外部端子１１３は、基板１１０ａの下面の四隅に設けられている。外部端子１１３の少なくとも一つは、第三ビア導体１１５ｃを介して、封止用導体パターン１１８と電気的に接続されている。また、外部端子１１３の少なくとも一つは、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッドと接続されている。これにより、封止用導体パターン１１８に接合された蓋体１３０がグランド電位となっている第三外部端子１１３ｃに接続される。よって、蓋体１３０による凹部Ｋ内のシールド性が向上する。

配線パターン１１４は、第一電極パッド１１１及び第二電極パッド１１２と、ビア導体１１５とを電気的に接続するためのものである。配線パターン１１４の一端は、第一電極パッド１１１及び第二電極パッド１１２と電気的に接続されており、配線パターン１１４の他端は、ビア導体１１５と電気的に接続されている。配線パターン１１４は、第一配線パターン１１４ａ及び第二配線パターン１１４ｂによって構成されている。

また、配線パターン１１４は、平面視して、枠体１１０ｂと重なるようにして設けられている。このようにすることによって、水晶デバイスは、仮に大きさの異なる水晶素子１２０を実装したとしても、配線パターン１１４と水晶素子１２０との間で浮遊容量が発生することを抑えるので、水晶素子１２０にこの浮遊容量が付与されることがないため、発振周波数が変動してしまうことを抑えることができる。また、水晶デバイスに外力が加わり、枠体１１０ｂの長辺方向に曲げモーメントが発生しても、基板１１０ａに加えて枠体１１０ｂが設けられていることにより、枠体１１０ｂが設けられている箇所は、変形しにくくなる。よって、枠体１１０ｂと平面視して重なる位置に設けられた配線パターン１１３は、断線しにくくなり、発振周波数が出力されなくなることを抑制することができる。

また、第一配線パターン１１４ａは、一方の第一電極パッド１１１ａ、一方の第二電極パッド１１２ａ及び第一ビア導体１１５ａと電気的に接続されている。第一ビア導体１１５ａは、第一外部端子１１３ａと電気的に接続されている。よって、一方の第一電極パッド１１１ａ及び一方の第二電極パッド１１２ａは、第一外部端子１１３ａと電気的に接続されている。第一配線パターン１１４ａは、一方の第一電極パッド１１１ａから近接された枠体１１０ｂの長辺方向に向かって延出されており、第一配線パターン１１４ａの一部が露出されている。第二配線パターン１１４ｂは、他方の第一電極パッド１１１ｂ、他方の第二電極パッド１１２ｂ及び第二ビア導体１１５ｂと電気的に接続されている。第二ビア導体１１５ｂは、第二外部端子１１３ｂと電気的に接続されている。よって、他方の第一電極パッド１１１ｂ及び他方の第二電極パッド１１２ｂは、第二外部端子１１３ｂと電気的に接続されている。第二配線パターン１１４ｂは、他方の第一電極パッド１１１ｂから近接された枠体１１０ｂの長辺方向に向かって延出されており、第二配線パターン１１４ｂの一部が露出されている。

このように、配線パターン１１４の一部が、第一電極パッド１１１から枠体１１０ｂの長辺方向に向かって延出し、凹部Ｋで露出するようにして設けられていることにより、水晶素子１２０を実装した際に、導電性接着剤１４０が仮に第一電極パッド１１１上から溢れ出たとしても、導電性接着剤１４０と濡れ性の良い配線パターン１１４上に沿って流れ出てくれるため、パッケージ１１０の中心方向に流れ出ることがなく導電性接着剤１４０が励振用電極１２２に付着してしまうことを抑えることができる。

また、露出された配線パターン１１４の一部が、基板１１０ａの中心点Ｐを通り基板１１０ａの長辺と平行な直線Ｌに対して、線対称となるように設けられている。このように露出された第一配線パターン１１４ａと露出された第二配線パターン１１４ｂとが、基板１１０ａの中心点Ｐを通り基板１１０ａの長辺と平行な直線Ｌに対して、線対称となる位置に設けられていることにより、水晶素子１２０を実装する際に導電性接着剤１４０が仮に第一電極パッド１１１上から溢れ出たとしても、溢れ出た導電性接着剤１４０の量が均等になり易く、水晶素子１２０が傾いてしまうことを抑えることができる。

ビア導体１１５は、外部端子１１３と、配線パターン１１４又は封止用導体パターン１１８とを電気的に接続するためのものである。ビア導体１１５の両端は、外部端子１１３と、配線パターン１１４又は封止用導体パターン１１８と接続されている。このようにすることで、外部端子１１３は、ビア導体１１５を介して、配線パターン１１４又は封止用導体パターン１１８と電気的に接続されている。ビア導体１１５は、第一ビア導体１１５ａ、第二ビア導体１１５ｂ及び第三ビア導体１１５ｃによって構成されている。第一ビア導体１１５ａは、第一外部端子１１３ａと電気的に接続されており、第二ビア導体１１５ｂは、第二外部端子１１３ｂと電気的に接続されている。また、第三ビア導体１１５ｃは、第三外部端子１１３ｃと電気的に接続されている。

第一バンプ１１６は、基板１１０ａの一辺と平行となる直線に対して同一直線上に並ぶようにして、第一電極パッド１１１の上に一対で設けられている。このようにすることによって、水晶素子１２０の引き出し電極１２３を一対の第一バンプ１１６に接触させながら第一電極パッド１１１に実装する際に、水晶素子１２０が傾くことなく安定した状態で実装することができる。

第二バンプ１１７は、基板１１０ａの中心側を向く第二電極パッド１１２の一辺と平行となる直線に対して同一直線上に並ぶようにして、第二電極パッド１１２の上に一対で設けられている。このようにすることによって、水晶素子１２０の引き出し電極１２３を一対の第二バンプ１１７に接触させながら第一電極パッド１１１及び第二電極パッド１１２上に実装する際に、第一バンプ１１６と同様に、水晶素子１２０が傾くことなく安定した状態で実装することができる。

ここでパッケージ１１０を平面視したときの一辺の寸法が、１．０〜２．５ｍｍである場合を例にして、第一電極パッド１１１、第二電極パッド１１２、第一バンプ１１６及び第二バンプ１１７の大きさを説明する。基板１１０ａの一辺と平行となる第一電極パッド１１１の辺の長さは、０．２５〜０．４０ｍｍとなる。また、基板１１０ａの一辺と交わる辺と平行となる第一電極パッド１１１の辺の長さは、０．２５〜０．４０ｍｍとなる。第一電極パッド１１１の上下方向の厚みの長さは、１０〜５０μｍとなる。基板１１０ａの一辺と平行となる第二電極パッド１１２の辺の長さは、０．１０〜０．２０ｍｍとなる。また、基板１１０ａの一辺と交わる辺と平行となる第一電極パッド１１１の辺の長さは、０．１０〜０．２０ｍｍとなる。第一電極パッド１１１の上下方向の厚みの長さは、１０〜５０μｍとなる。基板１１０ａの一辺と平行となる第一バンプ１１６の辺の長さは、０．１５〜０．３ｍｍとなる。また、基板１１０ａの一辺と交わる辺と平行となる第一バンプ１１６の辺の長さは、５０〜１００μｍとなる。第一バンプ１１６の上下方向の厚みの長さは、７〜２５μｍとなる。基板１１０ａの一辺と平行となる第二バンプ１１７の辺の長さは、０．８〜０．１５ｍｍとなる。また、基板１１０ａの一辺と交わる辺と平行となる第二バンプ１１７の辺の長さは、５０〜１００μｍとなる。第二バンプ１１７の上下方向の厚みの長さは、７〜２５μｍとなる。また、第一バンプ１１６と第二バンプ１１７の間の長さは、８０〜１００μｍである。

また、電極パッド１１１の算術平均表面粗さは、０．０２〜０．１０μｍであり、基板１１０ａ表面の算術平均表面粗さは、０．５〜１．５μｍである。よって、導電性接着剤１４０は、第一電極パッド１１１及び第二電極パッド１１２から基板１１０ａ上に向かって広がりにくくなる。

封止用導体パターン１１８は、蓋体１３０と接合部材１３１を介して接合する際に、接合部材１３１の濡れ性をよくする役割を果たしている。封止用導体パターン１１８は、例えばタングステン又はモリブデン等から成る導体パターンの表面にニッケルメッキ及び金メッキを順次、枠体１１０ｂの上面を環状に囲む形態で施すことによって、例えば１０〜２５μｍの厚みに形成されている。

導電性接着剤１４０は、平面視して第一バンプ１１６上から第二バンプ１１７上に広がって形成され、水晶素子１２０の励振用電極１２２と間をあけて配置されている。水晶デバイスは、導電性接着剤１４０と励振用電極１２２とが間を空けて配置されていることにより、導電性接着剤１４０が励振用電極１２２に付着することで生じる短絡を低減することができる。

導電性接着剤１４０は、図３に示されているように、第一バンプ１１６と第二バンプ１１７とで挟まれている箇所から第二バンプ１１７を超えて水晶素子１２０の励振用電極１２２に近接する方向にある第一電極パッド１１１及び第二電極パッド１１２上への拡がりを第二バンプ１１７の壁面の濡れ性効果及び第一バンプ１１６と第二バンプ１１７との間の毛細管現象効果により抑えることができる。よって、水晶デバイスは、導電性接着剤１４０が第一バンプ１１６と第二バンプ１１７とで挟まれている箇所から水晶素子１２０の励振用電極１２２に近接する方向には漏れ拡がりにくいため、導電性接着剤１４０を介して、安定して水晶素子１２０を第一電極パッド１１１及び第二電極パッド１１２に実装することが可能となる。また、安定して水晶素子１２０が実装することができるので、安定して水晶素子１２０の発振周波数を出力することが可能となる。

また、導電性接着剤１４０の粘度が、３５〜４５Ｐａ・ｓのものを使用することによって、第一バンプ１１６と第二バンプ１１７とで挟まれている箇所に塗布した際に、導電性接着剤１４０は、第一バンプ１１６及び第二バンプ１１７を超えて電極パッド１１１上へ流れ出ることなく、第一バンプ１１６と第二バンプ１１７とで挟まれた第一電極パッド１１１及び第二電極パッド１１２上に留まり、上下方向の厚みが維持される。

また、導電性接着剤１４０は、第一バンプ１１６と第二バンプ１１７とで挟まれている箇所に塗布されている。このようにすることで、水晶デバイスは、導電性接着剤１４０の塗布量及び塗布位置を視覚的によりわかりやすくすることができる。

また、導電性接着剤１４０は、第一電極パッド１１１及び第二電極パッド１１２から漏れ拡がりにくいため、導電性接着剤１４０の上下方向の厚みも確保することができる。導電性接着剤１４０の上下方向の厚みの長さは、１５〜３０μｍである。このように導電性接着剤１４０の厚みを確保できることによって、落下試験により加わった衝撃が水晶素子１２０に対して導電性接着剤１４０を中心にして上下方向へ加わったとしても、その衝撃を導電性接着剤１４０で十分に吸収緩和することができる。また、導電性接着剤１４０が第一バンプ１１６上から第二バンプ１１７上に拡がって形成されるため、導電性接着剤１４０と電極パッド１１１、第一バンプ１１６及び第二バンプ１１７との接着面積も確保しつつ、水晶デバイス間の個体バラツキを減らし、品質を安定させることができる。

また、導電性接着剤１４０は、図４に示されているように、第一バンプ１１６と第二バンプ１１７との間の解放されている箇所から、水晶素子１２０を第一バンプ１１６に接触させる際に、溢れ出るようにして第一電極パッド１１１及び第二電極パッド１１２上に拡がる。よって、水晶素子１２０に余分な導電性接着剤１４０が付着することを低減することができる。また、溢れ出た導電性接着剤１４０が第一電極パッド１１１及び第二電極パッド１１２上に拡がるため、導電性接着剤１４０と第一電極パッド１１１及び第二電極パッド１１２との接触面積が大きくなり、接合強度も向上させることができる。

ここで、パッケージ１１０の作製方法について説明する。基板１１０ａ及び枠体１１０ｂがアルミナセラミックスから成る場合、まず所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面或いはセラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷等によって所定の導体ペーストを塗布する。さらに、これらのグリーンシートを積層してプレス成形したものを、高温で焼成する。最後に、導体パターンの所定部位、具体的には、第一電極パッド１１１、第二電極パッド１１２及び外部端子１１３となる部位にニッケルメッキ又は金メッキ等を施すことにより作製される。また、導体ペーストは、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀又は銀パラジウム等の金属粉末の焼結体等から構成されている。

水晶素子１２０は、図２及び図３（ａ）に示されているように、導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１上に接合されている。水晶素子１２０は、安定した機械振動と圧電効果により、電子装置等の基準信号を発振する役割を果たしている。

水晶素子１２０は、図２に示されているように、図１及び図２に示されているように、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに励振用電極１２２及び引き出し電極１２３を被着させた構造を有している。励振用電極１２２は、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに金属を所定のパターンで被着・形成したものである。励振用電極１２２は、上面に第一励振用電極１２２ａと、下面に第二励振用電極１２２ｂを備えている。引き出し電極１２３は、励振用電極１２２から水晶素板１２１の一辺に向かってそれぞれ延出されている。引き出し電極１２３は、上面に第一引き出し電極１２３ａと、下面に第二引き出し電極１２３ｂとを備えている。第一引き出し電極１２３ａは、第一励振用電極１２２ａから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。第二引き出し電極１２３ｂは、第二励振用電極１２２ｂから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。つまり、引き出し電極１２３は、水晶素板１２１の長辺または短辺に沿った形状で設けられている。また、本実施形態においては、一方の第一電極パッド１１１ａ及び他方の第一電極パッド１１１ｂと接続されている水晶素子１２０の一端を基板１１０ａの上面と接続した固定端とし、他端を基板１１０ａの上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造にて水晶素子１２０が基板１１０ａ上に固定されている。

また、水晶デバイスは、水晶素子１２０の励振用電極１２２の表面を例えばイオンガンにより削ることにより、水晶素子１２０の発振周波数の調整を行っている。また、従来の水晶デバイスでは、基板の上面に設けられた配線パターンが水晶素子の励振用電極の近傍でも露出しているため、イオンガンにより励振用電極を削る際に、配線パターンを削ってしまうことがある。また、従来の水晶デバイスは、この配線パターンの削り屑が、水晶素子の励振用電極に付着し、発振周波数が変動してしまうこと虞がある。しかし、本実施形態の水晶デバイスでは、図４に示すように、配線パターン１１４が水晶素子１２０の励振用電極１２２の近傍では凹部Ｋに露出しておらず、平面視して、枠体１１０ｂと重なる位置に設けられているため、イオンガンにより励振用電極１２２を削る際に、配線パターン１１４を削ってしまうことを防ぐことができる。また、このような水晶デバイスは、配線パターン１１４の削り屑が発生しないため、水晶素子１２０の励振用電極１２２に削り屑が付着することがなく、安定して発振周波数を出力することが可能となる。

ここで、水晶素子１２０の動作について説明する。水晶素子１２０は、外部からの交番電圧が引き出し電極１２３から励振用電極１２２を介して水晶素板１２１に印加されると、水晶素板１２１が所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。

ここで、水晶素子１２０の製造方法について説明する。まず、水晶素子１２０は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し、水晶素板１２１の外周の厚みを薄くし、水晶素板１２１の外周部と比べて水晶素板１２１の中央部が厚くなるように設けるベベル加工を行う。そして、水晶素子１２０は、水晶素板１２１の両主面にフォトリソグラフィー技術、蒸着技術又はスパッタリング技術によって、金属膜を被着させることにより、励振用電極１２２及び引き出し電極１２３を形成することにより製造される。

また、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、このような水晶素子１２０を形成する製造方法について説明する。まず、互いに直交しているＸ軸とＹ軸とＺ軸とからなる結晶軸を有した水晶ウエハを用意する。このとき、水晶ウエハの主面が、Ｘ軸およびＺ軸に平行となっている面を、Ｘ軸を中心に、Ｘ軸の負の方向を見て反時計回りに回転させた面、例えば、約３７°回転させた面と平行となっている。次に、水晶ウエハの両主面に金属膜をスパッタリング技術または蒸着技術を用いて形成し、この金属膜上に感光性レジストを塗布し、所定のパターンに露光、現像し、所定の部分のみ水晶ウエハが露出するようにする。このように所定の部分のみ露出している水晶ウエハを所定のエッチング溶液に浸漬させ、水晶ウエハをエッチングする。これにより、複数の水晶素子１２０がその一部が接続された状態で水晶ウエハ内に形成される。

水晶素子１２０の基板１１０ａへの接合方法について説明する。まず、導電性接着剤１４０は、例えばディスペンサによって、第一バンプ１１６上から第二バンプ１１７上に拡がるようにして塗布される。水晶素子１２０は、導電性接着剤１４０上に搬送される。さらに、水晶素子１２０は、水晶素板１２１の固定端側の外周縁が、平面視して、基板１１０ａの一辺と平行であり、第一バンプ１１７よりも基板１１０ａの外周縁に近付くようにして導電性接着剤１４０上に載置される。そして導電性接着剤１４０は、加熱硬化させることによって、硬化収縮される。水晶素子１２０は、導電性接着剤１４０が硬化収縮する際に、水晶素子１２０の固定端側が下方向に引っ張られ、第二バンプ１１７を支点とした梃子の原理が働くことになり、水晶素子１２０の先端部が浮くようにして、第一電極パッド１１１及び第二電極パッド１１２に接合される。

導電性接着剤１４０は、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケル又はニッケル鉄のうちのいずれか、或いはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。また、バインダーとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用いられる。

蓋体１３０は、矩形状であり、真空状態にある凹部Ｋ、あるいは窒素ガスなどが充填された凹部Ｋを気密的に封止するためのものである。具体的には、蓋体１３０は、所定雰囲気で、枠体１１０ｂ上に設けられた接合部材１３１の上面に載置される。枠体１１０ｂの上面に設けられた接合部材１３１に熱が印加されることで、溶融接合される。また、蓋体１３０は、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなる。

接合部材１３１は、パッケージ１１０の枠体１１０ｂ上面に設けられた封止用導体パターン１１８に相対する蓋体１３０の箇所に設けられている。接合部材１３１は、例えば、銀ロウ又は金錫によって設けられている。銀ロウの場合は、その厚みは、１０〜２０μｍである。例えば、成分比率は、銀が７２〜８５％、銅が１５〜２８％のものが使用されている。金錫の場合は、その厚みは、１０〜４０μｍである。例えば、成分比率が、金が７８〜８２％３３、錫が１８〜２２％のものが使用されている。

接合部材１３１は、例えば、金錫の場合には、接合部材１３１の層の厚みは、１０〜４０μｍであり、例えば、成分比率が、金が７０〜８０％、錫が２０〜３０％のものを使用しても良い。また、接合部材１３１は、例えば、銀ロウの場合には、接合部材１３１の層の厚みは、１０〜４０μｍであり、例えば、成分比率が、銀が７０〜８０％、銅が２０〜３０％のものを使用しても良い。

本実施形態における水晶デバイスは、矩形状の基板１１０ａと、平面視矩形状であり、基板１１０ａ上に基板１１０ａの一辺に沿って設けられた一対の第一電極パッド１１１と、平面視矩形状であり、第一電極パッド１１１の基板１１０ａの中心方向を向く一辺に沿って設けられた一対の第二電極パッド１１２と、第一電極パッド１１１の一辺に沿って設けられた一対の第一バンプ１１６と、第二電極パッド１１２の一辺に沿って設けられた一対の第二バンプ１１７と、基板１１０ａ上に設けられ、水晶素板１２１と、水晶素板１２１の上下面に設けられた励振用電極１２２と、水晶素板１２１の下面に励振用電極１２２と間を空けて設けられた一対の引き出し電極１２３と、を有した水晶素子１２０と、を備え、引き出し電極１２３は、平面視して、第一バンプ１１６及び第二バンプ１１７と重なる位置に配置され、導電性接着剤１４０を介して電極パッドと接続されている。

このように引き出し電極１２３が第一バンプ１１６と第二バンプ１１７の間に位置する電極パッド１１１と導電性接着剤１４０を介して接続されたことにより、導電性接着剤１４０の硬化収縮時に水晶素子１２０の固定端側が下方向に引っ張られ、第二バンプ１１７を支点とした梃子の原理により、水晶素子１２０の先端部が浮き上がる。よって、水晶デバイスは、水晶素子１２０の先端部及び励振用電極１２２が基板１１０ａに接触することを低減することができる。また、水晶デバイスは、水晶素子１２０の厚みすべり振動が阻害されることがないため、安定して発振周波数を出力することができる。

また、本実施形態における水晶デバイスは、導電性接着剤１４０が、平面視して、第一バンプ１１６と第二バンプ１１７との間に設けられている。このようにすることで、水晶デバイスは、導電性接着剤１４０の塗布量及び塗布位置を視覚的によりわかりやすくすることができる。また、導電性接着剤１４０が、第一電極パッド１１１及び第二電極パッド１１２から漏れ拡がりにくいため、導電性接着剤１４０の上下方向の厚みも確保することができる。このように導電性接着剤１４０の厚みを確保できることによって、落下試験により加わった衝撃が水晶素子１２０に対して導電性接着剤１４０を中心にして上下方向へ加わったとしても、その衝撃を導電性接着剤１４０で十分に吸収緩和することができる。また、導電性接着剤１４０が第一バンプ１１６上から第二バンプ１１７上に拡がって形成されるため、導電性接着剤１４０と第一電極パッド１１１、第一バンプ１１６及び第二バンプ１１７との接着面積も確保することができる。

また、本実施形態における水晶デバイスは、一対の第二バンプ１１７が、同一直線上に並ぶようにして設けられている。このようにすることによって、水晶素子１２０の引き出し電極１２３を一対の第二バンプ１１７に接触させながら第一電極パッド１１１及び第二電極パッド１１２に実装する際に、水晶素子１２０の先端部及び励振用電極１２２が基板１１０ａに接触することを低減することができることに加え、水晶素子１２０が傾くことなく安定した状態で実装することができる。

（第一変形例）
以下、本実施形態の第一変形例における水晶デバイスについて説明する。なお、本実施形態の第一変形例における水晶デバイスのうち、上述した水晶デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第一変形例における水晶デバイスは、図５に示されているように、導電性接着剤１４０が第一電極パッド１１１の基板１１０ａ側に近接する一辺と第一バンプ１１６との間に設けられている点で本実施形態と異なる。

本実施形態の第一変形例における水晶デバイスは、導電性接着剤１４０が、平面視して、第一電極パッド１１１の基板１１０ａ側の辺と第一バンプ１１６との間に設けられている。このように、引き出し電極１２３が第一バンプ１１６と第二バンプ１１７の間に位置する電極パッド１１１と導電性接着剤１４０を介して接続されたことにより、導電性接着剤１４０の硬化収縮時に水晶素子１２０の固定端側が下方向に引っ張られ、第一バンプ１１６を支点とした梃子の原理により、水晶素子１２０の先端部が浮き上がる。よって、水晶デバイスは、水晶素子１２０の先端部及び励振用電極１２２が基板１１０ａに接触することを低減することができる。また、水晶デバイスは、水晶素子１２０の厚みすべり振動が阻害されることがないため、安定して発振周波数を出力することができる。

また、本実施形態の第一変形例の水晶デバイスのように、実施形態とは大きさの異なる水晶素子１２０を実装することができるので、水晶デバイスの水晶素子の形状に対応させて多くの種類のパッケージを準備する必要がなく、形状の異なる水晶素子１２０を実装させることができるため、生産性を向上させることができる。

また、本実施形態の第一変形例における水晶デバイスは、一対の第一バンプ１１６が、同一直線上に並ぶようにして設けられている。このようにすることによって、水晶素子１１１の引き出し電極１２３を一対の第一バンプ１１６に接触させながら第一電極パッド１１１に実装する際に、水晶素子１２０の先端部及び励振用電極１２２が基板１１０ａに接触することを低減することができることに加え、水晶素子１２０が傾くことなく安定した状態で実装することができる。

尚、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。上記実施形態では、枠体１１０ｂが基板１１０ａと同様にセラミック材で一体的に形成した場合を説明したが、枠体１１０ｂが金属製であっても構わない。この場合、枠体は、銀−銅等のロウ材を介して基板の導体膜に接合されている。

上記実施形態では、基板の上面に枠体が設けられている場合について説明したが、基板に水晶素子を実装した後に、下面に壁部が設けられた蓋体を用いて、水晶素子を気密封止する構造であっても構わない。

上記実施形態では、水晶素子は、ＡＴ用水晶素子を用いた場合を説明したが、基部と、基部の側面より同一の方向に延びる二本の平板形状の振動腕部とを有する音叉型屈曲水晶素子を用いても構わない。

また、水晶素子１２０は、
水晶素板１２１の外周の厚みを薄くし、水晶素板１２１の外周部と比べて水晶素板１２１の中央部が厚くなるように設けるベベル加工を用いても構わない。また水晶素子１２０のベベル加工方法について説明する。所定の粒度のメディアと砥粒とを備えた研磨材と、所定の大きさに形成された水晶素板１２１とを用意する。円筒体に用意した研磨材と水晶素板１２１とを入れ、円筒体の開口した端部をカバーで塞ぐ。研磨材と水晶素板１２１とを入れた円筒体を、円筒体の中心軸線を回転軸として回転させる水晶素板１２１が研磨材で研磨されてベベル加工が行われる。

１１０・・・パッケージ
１１０ａ・・・基板
１１０ｂ・・・枠体
１１１・・・第一電極パッド
１１２・・・第二電極パッド
１１３・・・外部端子
１１４・・・配線パターン
１１５・・・ビア導体
１１６・・・第一バンプ
１１７・・・第二バンプ
１１８・・・封止用導体パターン
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・引き出し電極
１３０・・・蓋体
１３１・・・接合部材
１４０・・・導電性接着剤
Ｋ・・・凹部

Claims

矩形状の基板と、
平面視矩形状であり、前記基板上に前記基板の一辺に沿って設けられた一対の第一電極パッドと、
平面視矩形状であり、前記第一電極パッドの前記基板の中心方向を向く一辺に沿って設けられ、前記第一電極パッドよりも前記基板の前記一辺と平行な長さが短くなっている一対の第二電極パッドと、
前記第一電極パッドの一辺に沿って設けられた一対の第一バンプと、
前記第二電極パッドの一辺に沿って設けられ、前記第一バンプよりも前記基板の前記一辺と平行な長さが短くなっている一対の第二バンプと、
前記基板上に設けられ、水晶素板と、前記水晶素板の上下面に設けられた励振用電極と、前記水晶素板の下面に前記励振用電極と間を空けて設けられた一対の引き出し電極と、を有した水晶素子と、を備え、
前記引き出し電極は、平面視して、前記第一バンプ及び前記第二バンプと重なる位置に配置され、導電性接着剤を介して前記電極パッドと接続されていることを特徴とする水晶デバイス。
請求項１記載の水晶デバイスであって、
前記導電性接着剤が、平面視して、前記第一バンプと前記第二バンプとの間に設けられていることを特徴とする水晶デバイス。
請求項１記載の水晶デバイスであって、
前記導電性接着剤が、平面視して、前記第一電極パッドの前記基板の前記一辺と平行で近接する位置にある一辺と前記第一バンプとの間に設けられていることを特徴とする水晶デバイス。
請求項１乃至請求項３記載の水晶デバイスであって、
一対の前記第一バンプは、同一直線上に並ぶようにして設けられていることを特徴とする水晶デバイス。
請求項１乃至請求項４記載の水晶デバイスであって、
一対の前記第二バンプは、同一直線上に並ぶようにして設けられていることを特徴とする水晶デバイス。