JP6725208B2

JP6725208B2 - 圧電振動デバイス

Info

Publication number: JP6725208B2
Application number: JP2015062499A
Authority: JP
Inventors: 飯塚　実; 実飯塚; 琢也古城
Original assignee: Daishinku Corp
Current assignee: Daishinku Corp
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2020-07-15
Anticipated expiration: 2035-03-25
Also published as: JP2016181880A

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、ガラスや水晶からなる第１封止部材及び第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（内部空間）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２０１０−２５２０５１号公報

ところで、導電性接着剤を用いて圧電振動板をパッケージの保持部材に保持する構成では、導電性接着剤によって圧電振動板から保持部材へ漏れる振動が吸収されるため、圧電振動板の振動がパッケージへ漏れにくくなっている。しかし、上述したようなサンドイッチ構造の圧電振動デバイスでは、導電性接着剤を用いずに、第１封止部材と圧電振動板と第２封止部材とが積層して接合されるため、圧電振動板の振動がパッケージへ漏れやすくなっている。このため、圧電振動板からパッケージへ漏れる振動に起因して、パッケージが共振することが懸念される。

本発明は上述したような実情を考慮してなされたもので、サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおいて、圧電振動板からパッケージへ漏れる振動に起因するパッケージの共振を抑制することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、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１封止部材に形成された接合パターンのＡｕ層と前記圧電振動板に形成された接合パターンのＡｕ層とが接合され、前記第２封止部材に形成された接合パターンのＡｕ層と前記圧電振動板に形成された接合パターンのＡｕ層とが接合されることによってパッケージが形成され、当該パッケージには、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を気密封止した内部空間が設けられた圧電振動デバイスにおいて、前記第１封止部材の前記圧電振動板に対向する面が平坦面に形成され、前記第２封止部材の前記圧電振動板に対向する面が平坦面に形成され、前記第１封止部材の前記平坦面に形成された部分および前記第２封止部材の前記平坦面に形成された部分のうち少なくとも一方には、前記パッケージの固有振動数を調整する調整部が設けられ、前記調整部により、前記パッケージの固有振動数が、前記圧電振動板から前記パッケージへ漏れる振動の振動数と異ならせるように調整されることを特徴としている。

上記構成によれば、パッケージの固有振動数を調整部によって調整することで、パッケージの固有振動数と、圧電振動板の振動部からパッケージへ漏れる振動の振動数とを容易に異ならせることできる。これにより、圧電振動板の振動部からパッケージへ漏れる振動に起因するパッケージの共振を抑制することができる。

上記構成において、前記圧電振動板は、略矩形に形成された前記振動部と、前記振動部の外周を取り囲む外枠部と、前記振動部と前記外枠部とを連結する連結部とを有しており、前記振動部と前記連結部と前記外枠部とが一体的に設けられていてもよい。

ここで、導電性接着剤を用いて圧電振動板をパッケージの保持部材（ベース等）に保持する構成では、導電性接着剤によって圧電振動板から保持部材へ漏れる振動が吸収されるため、パッケージへ漏れる振動の影響は比較的小さい。しかし、本構成のように、導電性接着剤を用いずに、連結部によって振動部を保持する構成の圧電振動板を用いた場合、圧電振動板の振動部と連結部と外枠部とが一体的に設けられているため、連結部を介して圧電振動板の振動部から外枠部へ振動が漏れやすくなっている。そこで、本構成では、パッケージの固有振動数を調整部によって調整することで、パッケージの固有振動数と、圧電振動板の振動部からパッケージへ漏れる振動の振動数とを異ならせることによって、圧電振動板の振動部から連結部を介して外枠部へ漏れる振動に起因するパッケージの共振を抑制するようにしている。

上記構成において、前記調整部は、前記第１封止部材の前記内部空間に面する部分に設けられていてもよい。また、前記調整部は、前記第２封止部材の前記内部空間に面する部分にも設けられていてもよい。

ここで、調整部が第１封止部材や第２封止部材の内部空間に面しない部分（第１封止部材の一主面側や第２封止部材の他主面側）に設けられている場合には、次の点が懸念される。パッケージが外部と接触することによって、調整部の形状、寸法等が変化する可能性があり、これに伴うパッケージの固有振動数の調整が必要になる。また、第１封止部材の一主面側や、第２封止部材の他主面には、外部要素（回路基板や搭載部品等）との接続のための配線が設けられており、調整部の存在によって、配線の自由度が制約され、配線の面積が縮小される可能性がある。

これに対し、本構成では、第１、第２封止部材の内部空間に面する部分に調整部が設けられているので、パッケージによって調整部が保護される。これにより、パッケージ１２が外部と接触することによる、調整部の形状、寸法等の変化が防止され、調整部の形状、寸法等の変化に伴うパッケージの固有振動数の調整が不要になる。また、第１封止部材の一主面や第２封止部材の他主面において、外部要素との接続のための配線の自由度を高めることができ、配線に必要な面積を容易に確保することができる。

上記構成において、前記調整部は、溝であってもよい。

上記構成によれば、溝の数や、形状、寸法等を調整することによって、パッケージの固有振動数の調整を容易に行うことができ、圧電振動板の振動部からパッケージへ漏れる振動に起因するパッケージの共振を効果的に抑制することができる。

本発明によれば、パッケージの固有振動数を調整部によって調整することで、パッケージの固有振動数と、圧電振動板の振動部からパッケージへ漏れる振動の振動数とを容易に異ならせることできる。これにより、圧電振動板の振動部からパッケージへ漏れる振動に起因するパッケージの共振を抑制することができる。

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。

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、以下の実施の形態では、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について説明する。

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。本実施の形態にかかる水晶振動子１０１は、例えば、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〜第９貫通孔）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とからなる。このように、本実施の形態では、水晶振動板２は、略矩形に形成された振動部２３と、振動部２３の外周を取り囲む外枠部２１４と、振動部２３と外枠部２１４とを連結する連結部２１３とを有しており、振動部２３と連結部２１３と外枠部２１４とが一体的に設けられた構成となっている。

そして、平面視凹形状体２４１と平面視長方形状体２４２との間に設けられた連結部２１３に、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）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）が設けられている。第１励振電極２２１及び第１引出電極２２３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膜と、この下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。第２励振電極２２２及び第２引出電極２２４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膜と、この下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。

外枠部２１４の両主面２１１，２１２には、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が夫々設けられている。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が形成されている。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が形成されている。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は、平面視で環状に形成されている。内部空間１３は、平面視で振動側第１接合パターン２５１及び振動側第２接合パターン２５２の内方（内側）に形成されることになる。ここでいう内部空間１３の内方とは、後述する接合材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。水晶振動板２の一対の第１励振電極２２１，第２励振電極２２２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とは電気的に接続されていない。

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。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。

ここで、第１励振電極２２１、第１引出電極２２３及び振動側第１接合パターン２５１を同一の構成とすることができ、この場合、同一のプロセスで第１励振電極２２１、第１引出電極２２３及び振動側第１接合パターン２５１を一括して形成することができる。同様に、第２励振電極２２２、第２引出電極２２４及び振動側第２接合パターン２５２を同一の構成とすることができ、この場合、同一のプロセスで第２励振電極２２２、第２引出電極２２４及び振動側第２接合パターン２５２を一括して形成することができる。詳細には、真空蒸着やスパッタリング、イオンプレーティング、ＭＢＥ、レーザーアブレーションなどのＰＶＤ法（例えば、フォトリソグラフィ等の加工におけるパターンニング用の膜形成法）により下地ＰＶＤ膜や電極ＰＶＤ膜を形成することで、一括して膜形成を行い、製造工数を減らすことができ、コスト低減に寄与することができる。

また、水晶振動板２には、図４，５に示すように、一主面２１１と他主面２１２との間を貫通する３つの貫通孔（第１〜第３貫通孔２６７〜２６９）が形成されている。第１貫通孔２６７は、第１封止部材３の第４貫通孔３４７及び第２封止部材４の第８貫通孔４４７に繋がるものである。第２貫通孔２６８は、第１封止部材３の第６貫通孔３４９及び第２封止部材４の第９貫通孔４４８に繋がるものである。第３貫通孔２６９は、第２励振電極２２２から引き出された第２引出電極２２４、及び、後述する接合材１４を介して第１封止部材３の第７貫通孔３５０に繋がるものである。第１貫通孔２６７及び第２貫通孔２６８は、水晶振動板２の平面視長手方向両端部に夫々位置する。

第１〜第３貫通孔２６７〜２６９には、図１，４，５に示すように、一主面２１１と他主面２１２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極７１が、第１〜第３貫通孔２６７〜２６９夫々の内壁面に沿って形成されている。そして、第１〜第３貫通孔２６７〜２６９夫々の中央部分は、一主面２１１と他主面２１２との間を貫通した中空状態の貫通部分７２となる。第１〜第３貫通孔２６７〜２６９夫々の外周囲には、接続用接合パターン７３が形成されている。接続用接合パターン７３は、水晶振動板２の両主面（一主面２１１，他主面２１２）に設けられている。接続用接合パターン７３は、振動側第１接合パターン２５１，振動側第２接合パターン２５２と同様の構成であり、振動側第１接合パターン２５１，振動側第２接合パターン２５２と同一のプロセスで形成することができる。具体的には、接続用接合パターン７３は、水晶振動板２の両主面（一主面２１１，他主面２１２）上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、当該下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。水晶振動板２の一主面２１１に形成された第３貫通孔２６９の接続用接合パターン７３は、図４の矢印Ａ１方向に沿って延びており、振動側第１接合パターン２５１と切り欠き部２４との間に設けられている。水晶振動板２の他主面２１２に形成された第３貫通孔２６９の接続用接合パターン７３は、第２励振電極２２２から引き出された第２引出電極２２４と一体的に形成されている。

水晶振動子１０１では、第１貫通孔２６７，第２貫通孔２６８は、平面視で内部空間１３の外方（接合材１１の外周面の外側）に形成されている。一方、第３貫通孔２６９は、平面視で内部空間１３の内方（接合材１１の内周面の内側）に形成されている。第１〜第３貫通孔２６７〜２６９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とは電気的に接続されていない。

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。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、平面視で環状に形成されている。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。

第１封止部材３の一主面３１１（水晶振動板２に面しない外方の主面）には、第１端子３７及び第２端子３８が設けられている。第１端子３７は、第４貫通孔３４７と第５貫通孔３４８とを繋ぐように設けられ、第２端子３８は、第６貫通孔３４９と第７貫通孔３５０とを繋ぐように設けられている。第１端子３７及び第２端子３８は、一主面３１１上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜３７１１，３８１１と、下地ＰＶＤ膜３７１１，３８１１上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜３７１２，３８１２とからなる。本実施の形態では、第１端子３７及び第２端子３８は第１封止部材３の一主面３１１の平面視長手方向両端部に夫々位置する。

第１封止部材３の他主面３１２には、図１、３に示すように、直線状に延びる溝３９が４つ形成されている。４つの溝３９は、所定の間隔を隔てて互いに平行に設けられている。４つの溝３９は、第１封止部材３の短辺方向に平行に延びている。４つの溝３９は、第１封止部材３の内部空間１３に面する部分に設けられている。溝３９は、好ましくは、ウェットエッチングあるいはドライエッチングによって、第１封止部材３の他主面３１２に形成される。なお、レーザー加工等の手段によって、第１封止部材３の他主面３１２に溝３９を形成することも可能である。

第１封止部材３には、図１〜３に示すように、一主面３１１と他主面３１２との間を貫通する４つの貫通孔（第４〜第７貫通孔３４７〜３５０）が形成されている。第４貫通孔３４７は、第１端子３７及び水晶振動板２の第１貫通孔２６７に繋がるものである。第５貫通孔３４８は、第１端子３７及び水晶振動板２の第１励振電極２２１から引き出された第１引出電極２２３に繋がるものである。第６貫通孔３４９は、第２端子３８及び水晶振動板２の第２貫通孔２６８に繋がるものである。第７貫通孔３５０は、第２端子３８及び水晶振動板２の第３貫通孔２６９に繋がるものである。第４貫通孔３４７及び第６貫通孔３４９は、第１封止部材３の平面視長手方向両端部に夫々位置する。

第４〜第７貫通孔３４７〜３５０には、図１〜３に示すように、一主面３１１と他主面３１２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極７１が、第４〜第７貫通孔３４７〜３５０夫々の内壁面に沿って形成されている。そして、第４〜第７貫通孔３４７〜３５０夫々の中央部分は、一主面３１１と他主面３１２との間を貫通した中空状態の貫通部分７２となる。第４〜第７貫通孔３４７〜３５０夫々の外周囲には、接続用接合パターン７３が形成されている。接続用接合パターン７３は、第１封止部材３の他主面３１２に設けられている。接続用接合パターン７３は、封止側第１接合パターン３２１と同様の構成であり、封止側第１接合パターン３２１と同一のプロセスで形成することができる。具体的には、接続用接合パターン７３は、第１封止部材３の他主面３１２上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、当該下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。第７貫通孔３５０の接続用接合パターン７３は、図３の矢印Ａ１方向に沿って延びている。

水晶振動子１０１では、第４貫通孔３４７，第６貫通孔３４９は、平面視で内部空間１３の外方に形成されている。一方、第５貫通孔３４８，第７貫通孔３５０は、平面視で内部空間１３の内方に形成されている。そして、第４〜第７貫通孔３４７〜３５０は、封止側第１接合パターン３２１とは電気的に接続されていない。また、第１端子３７及び第２端子３８も、封止側第１接合パターン３２１とは電気的に接続されていない。第１端子３７及び第２端子３８は、平面視で接合材１１の内方側から外方側にわたって設けられている。つまり、第１端子３７及び第２端子３８は、平面視で接合材１１を跨ぐ（接合材１１と交差する）ように設けられている。

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には、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、平面視で環状に形成されている。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、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，他外部電極端子４３２は、図１，７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夫々位置する。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。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以上の領域を夫々占めている。

第２封止部材４には、図１，６，７に示すように、一主面４１１と他主面４１２との間を貫通する２つの貫通孔（第８貫通孔４４７，第９貫通孔４４８）が形成されている。第８貫通孔４４７は、一外部電極端子４３１及び水晶振動板２の第１貫通孔２６７に繋がるものである。第９貫通孔４４８は、他外部電極端子４３２及び水晶振動板２の第２貫通孔２６８に繋がるものである。第８貫通孔４４７及び第９貫通孔４４８は、第２封止部材４の平面視長手方向両端部に夫々位置する。

第８貫通孔４４７，第９貫通孔４４８には、図１，６，７に示すように、一主面４１１と他主面４１２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極７１が、第８貫通孔４４７，第９貫通孔４４８の内壁面夫々に沿って形成されている。そして、第８貫通孔４４７，第９貫通孔４４８の中央部分は、一主面４１１と他主面４１２との間を貫通した中空状態の貫通部分７２となる。第８貫通孔４４７，第９貫通孔４４８夫々の外周囲には、接続用接合パターン７３が形成されている。また、一主面４１１には、平面視で封止側第２接合パターン４２１の内方に、水晶振動板２の第３貫通孔２６９の外周囲に設けられた接続用接合パターン７３と接合する接続用接合パターン７３が形成されている。接続用接合パターン７３は、第２封止部材４の一主面４１１に設けられている。接続用接合パターン７３は、封止側第２接合パターン４２１と同様の構成であり、封止側第２接合パターン４２１と同一のプロセスで形成することができる。具体的には、接続用接合パターン７３は、第２封止部材４の一主面４１１上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、当該下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。

水晶振動子１０１では、第８貫通孔４４７，第９貫通孔４４８は、平面視で内部空間１３の外方に形成されている。そして、第８貫通孔４４７，第９貫通孔４４８は、封止側第２接合パターン４２１とは電気的に接続されていない。また、一外部電極端子４３１，他外部電極端子４３２も、封止側第２接合パターン４２１とは電気的に接続されていない。

上記の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等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。これにより、パッケージ１２の内部空間１３、つまり、振動部２３の収容空間が気密封止される。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。接合材１１は、平面視で環状に形成される。

この際、第１〜第９貫通孔２６７〜２６９，３４７〜３５０，４４７，４４８夫々の外周囲の接続用接合パターン７３同士も重ね合わせられた状態で拡散接合される。具体的には、第１貫通孔２６７及び第４貫通孔３４７の接続用接合パターン７３同士が拡散接合される。第１貫通孔２６７及び第８貫通孔４４７の接続用接合パターン７３同士が拡散接合される。また、第２貫通孔２６８及び第６貫通孔３４９の接続用接合パターン７３同士が拡散接合される。第２貫通孔２６８及び第９貫通孔４４８の接続用接合パターン７３同士が拡散接合される。また、第３貫通孔２６９及び第７貫通孔３５０の接続用接合パターン７３同士が拡散接合される。第３貫通孔２６９の接続用接合パターン７３は、第２封止部材４の一主面４１１に設けられた接続用接合パターン７３と重ね合わせられた状態で拡散接合される。そして、夫々の接続用接合パターン７３同士が拡散接合後に生成される接合材１４となる。第５貫通孔３４８の接続用接合パターン７３は、水晶振動板２の第１励振電極２２１から引き出された第１引出電極２２３と重ね合わせられた状態で拡散接合される。そして、接続用接合パターン７３及び第１引出電極２２３自身が拡散接合後に生成される接合材１４となる。拡散接合によって形成されたこれらの接合材１４は、貫通孔の貫通電極７１同士を導通させる役割、及び接合箇所を気密封止する役割を果たす。なお、図１では、平面視で封止用の接合材１１よりも外方に設けられた接合材１４を実線で示し、接合材１１よりも内方に設けられた接合材１４を破線で示している。

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℃〜３５℃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℃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℃未満の温度下で拡散接合されていればよい。特に、２００℃以上２３０℃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℃未満であり、さらにＡｕの再結晶温度（２００℃）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。

そして、拡散接合によって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。

本実施の形態では、第１封止部材３の他主面３１２に溝３９が設けられている。溝３９は、水晶振動子１０１において、パッケージ１２の固有振動数を調整する調整部となっている。溝３９の数や、形状、寸法等を調整することによって、パッケージ１２の固有振動数を容易に調整することが可能となっている。

したがって、パッケージ１２の固有振動数を溝３９によって調整することで、パッケージ１２の固有振動数と、水晶振動板２の振動部２３からパッケージ１２へ漏れる振動の振動数とを容易に異ならせることできる。これにより、水晶振動板２の振動部２３からパッケージ１２へ漏れる振動に起因するパッケージ１２の共振を抑制することができる。

ここで、本実施の形態では、導電性接着剤を用いずに、第１封止部材３と水晶振動板２と第２封止部材４とが積層して接合されるため、導電性接着剤を用いる場合に比べて、水晶振動板２の振動部２３の振動がパッケージ１２へ漏れやすくなっている。このため、水晶振動板２の振動部２３からパッケージ１２へ漏れる振動に起因して、パッケージ１２が共振することが懸念される。しかし、本実施の形態では、パッケージ１２の固有振動数を調整部としての溝３９によって調整することで、パッケージ１２の固有振動数と、水晶振動板２の振動部２３からパッケージ１２へ漏れる振動の振動数とを異ならせることによって、水晶振動板２の振動部２３から連結部２１３を介して外枠部２１４へ漏れる振動に起因するパッケージの共振を抑制するようにしている。

ここで、第１封止部材３の内部空間１３に面しない部分、具体的には、第１封止部材３の一主面３１１側に溝が設けられている場合には、次の点が懸念される。パッケージ１２が外部と接触することによって、溝３９の形状、寸法等が変化する可能性があり、これに伴うパッケージ１２の固有振動数の調整が必要になる。また、第１封止部材３の一主面３１１には、外部要素（回路基板や搭載部品等）との接続のための配線が設けられる場合があり、この場合には、溝によって、配線の自由度が制約され、配線の面積が縮小される可能性がある。

これに対し、本実施の形態では、第１封止部材３の他主面３１２の内部空間１３に面する部分に溝３９が設けられているので、パッケージ１２によって溝３９が保護される。これにより、パッケージ１２が外部と接触することによる、溝３９の形状、寸法等の変化が防止され、溝３９の形状、寸法等の変化に伴うパッケージ１２の固有振動数の調整が不要になる。また、第１封止部材３の一主面３１１において、外部要素との接続のための配線の自由度を高めることができ、配線に必要な面積を容易に確保することができる。

なお、本実施の形態において、溝３９の数や、形状、寸法等は適宜変更することが可能である。また、第１封止部材３の他主面３１２に替えて、第２封止部材４の一主面４１１の内部空間１３に面する部分に、溝を設けてもよい。あるいは、第１封止部材３の他主面３１２および第２封止部材４の一主面４１１の両方の内部空間１３に面する部分に溝を設けてもよい。

本実施の形態では、パッケージ１２の固有振動数を調整する調整部として溝３９を採用したが、例えば有底孔などの溝以外のものを採用してもよい。また、このような調整部として、例えば、第１封止部材３および第２封止部材４の少なくとも一方に形成された突起や段差（段部）、第１封止部材３および第２封止部材４の少なくとも一方に固定された錘などを採用することが可能である。あるいは、第１封止部材３および第２封止部材４の少なくとも一方に形成された蒸着膜などの質量負荷によって、パッケージ１２の固有振動数を調整してもよく、また、第１封止部材３および第２封止部材４の少なくとも一方の厚みを変更することによって、パッケージ１２の固有振動数を調整してもよい。

また、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。

上記実施の形態では、圧電振動デバイスを水晶振動子としたが、水晶振動子以外の圧電振動デバイス（例えば水晶発振器）にも本発明を適用することが可能である。

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（水晶振動子や水晶発振器等）に好適である。

１０１水晶振動子
１２パッケージ
１３内部空間
２水晶振動板
２１３連結部
２１４外枠部
２２１第１励振電極
２２２第２励振電極
２３振動部
３第１封止部材
３９溝
４第２封止部材

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１封止部材に形成された接合パターンのＡｕ層と前記圧電振動板に形成された接合パターンのＡｕ層とが接合され、前記第２封止部材に形成された接合パターンのＡｕ層と前記圧電振動板に形成された接合パターンのＡｕ層とが接合されることによってパッケージが形成され、当該パッケージには、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を気密封止した内部空間が設けられた圧電振動デバイスにおいて、
前記第１封止部材の前記圧電振動板に対向する面が平坦面に形成され、前記第２封止部材の前記圧電振動板に対向する面が平坦面に形成され、
前記第１封止部材の前記平坦面に形成された部分および前記第２封止部材の前記平坦面に形成された部分のうち少なくとも一方には、前記パッケージの固有振動数を調整する調整部が設けられ、
前記調整部により、前記パッケージの固有振動数が、前記圧電振動板から前記パッケージへ漏れる振動の振動数と異ならせるように調整されることを特徴とする圧電振動デバイス。
請求項１に記載の圧電振動デバイスにおいて、
前記圧電振動板は、
略矩形に形成された前記振動部と、
前記振動部の外周を取り囲む外枠部と、
前記振動部と前記外枠部とを連結する連結部とを有しており、
前記振動部と前記連結部と前記外枠部とが一体的に設けられていることを特徴とする圧電振動デバイス。
請求項１または２に記載の圧電振動デバイスにおいて、
前記調整部は、前記第１封止部材の前記内部空間に面する部分に設けられていることを特徴とする圧電振動デバイス。
請求項３に記載の圧電振動デバイスにおいて、
前記調整部は、前記第２封止部材の前記内部空間に面する部分にも設けられていることを特徴とする圧電振動デバイス。
請求項１〜４のいずれか１つに記載の圧電振動デバイスにおいて、
前記調整部は、溝であることを特徴とする圧電振動デバイス。