JP6892315B2 - Tuning fork type crystal element and crystal device using the tuning fork type crystal element - Google Patents
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Description
本発明は、電子機器等に用いられる水晶デバイス及びその水晶デバイスに実装された音叉型水晶素子に関するものである。 The present invention relates to a crystal device used in an electronic device or the like and a tuning fork type crystal element mounted on the crystal device.
水晶デバイスは、音叉型水晶素子の圧電効果を利用して、特定の周波数を発生させるものである。例えば、基板と、凹部を設けるために基板の上面に枠体とを有しているパッケージと、基板の上面に設けられた電極パッドに実装され、水晶基部と、水晶基部から延出されている水晶振動部とを有する音叉型水晶素子と、を備えた水晶デバイスが知られている(例えば、下記特許文献1参照)
The crystal device uses the piezoelectric effect of the tuning fork type crystal element to generate a specific frequency. For example, it is mounted on a substrate, a package having a frame on the upper surface of the substrate for providing a recess, and an electrode pad provided on the upper surface of the substrate, and extends from a crystal base and a crystal base. A crystal device including a sound-forked crystal element having a crystal vibrating portion and a crystal device is known (see, for example,
上述した音叉型水晶素子は、小型化が顕著であるため、水晶振動部と、水晶基部に設けられた引き出し電極との距離も短くなるため、振動漏れが発生し、等価直列抵抗が悪化してしまう虞があった。 Since the tuning fork type crystal element described above is remarkably miniaturized, the distance between the crystal vibrating part and the extraction electrode provided at the crystal base is also shortened, so that vibration leakage occurs and the equivalent series resistance deteriorates. There was a risk that it would end up.
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、音叉型水晶素子の振動漏れを抑制し、等価直列抵抗の悪化を低減することが可能な音叉型水晶素子を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a tuning fork type crystal element capable of suppressing vibration leakage of the tuning fork type crystal element and reducing deterioration of equivalent series resistance.
本発明の一つの態様による音叉型水晶素子は、矩形状の水晶基部と、水晶基部の側面より延出した水晶基部の一部である中間部と、中間部の側面より延出した中間部の一部である水晶振動部と、水晶振動部の先端に設けられた錘部と、水晶振動部の上面及び下面に設けられた励振電極と、水晶振動部から中間部及び水晶基部にかけて設けられ励振電極と電気的に接続された引き出し電極と、を備え、中間部が、一方の水晶振動部の外側側面と他方の水晶振動部の外側側面との間の間隔よりも幅広とされ、水晶基部が、中間部よりも幅広とされ、水晶基部と中間部とによって形成された段差面より、水晶振動部と同一方向に延出するようにして設けられた凸部を備えている。 The sound-forked crystal element according to one aspect of the present invention includes a rectangular crystal base, an intermediate portion that is a part of a crystal base extending from the side surface of the crystal base, and an intermediate portion extending from the side surface of the intermediate portion. A part of the crystal vibrating part, a weight part provided at the tip of the crystal vibrating part, an excitation electrode provided on the upper surface and the lower surface of the crystal vibrating part, and an excitation provided from the crystal vibrating part to the intermediate part and the crystal base part. It comprises a lead-out electrode that is electrically connected to the electrode, the middle part being wider than the distance between the outer side of one crystal vibrating part and the outer side of the other crystal vibrating part, and the crystal base. , It is wider than the intermediate portion, and has a convex portion provided so as to extend in the same direction as the crystal vibrating portion from the stepped surface formed by the crystal base portion and the intermediate portion.
本発明の一つの態様による水晶デバイスは、矩形状の水晶基部と、水晶基部の側面より延出した水晶基部の一部である中間部と、中間部の側面より延出した中間部の一部である水晶振動部と、水晶振動部の先端に設けられた錘部と、水晶振動部の上面及び下面に設けられた励振電極と、水晶振動部から中間部及び水晶基部にかけて設けられ励振電極と電気的に接続された引き出し電極と、を備え、中間部が、一方の水晶振動部の外側側面と他方の水晶振動部の外側側面との間の間隔よりも幅広とされ、水晶基部が、中間部よりも幅広とされ、水晶基部と中間部とによって形成された段差面より、水晶振動部と同一方向に延出するようにして設けられた凸部を備えている。このように音叉型水晶素子を励振させる際に発生した水晶振動部の左右の重さのアンバランスを凸部によって調整することで、振動漏れを抑えることができ、等価直列抵抗の悪化を低減することが可能となる。 The crystal device according to one aspect of the present invention includes a rectangular crystal base, an intermediate portion that is a part of a crystal base extending from the side surface of the crystal base, and a part of an intermediate portion extending from the side surface of the intermediate portion. The crystal vibrating portion, the weight portion provided at the tip of the crystal vibrating portion, the excitation electrodes provided on the upper and lower surfaces of the crystal vibrating portion, and the exciting electrodes provided from the crystal vibrating portion to the intermediate portion and the crystal base portion. With an electrically connected lead electrode, the middle part is wider than the distance between the outer side of one crystal vibrating part and the outer side of the other crystal vibrating part, and the crystal base is in the middle. It is wider than the portion and includes a convex portion provided so as to extend in the same direction as the crystal vibrating portion from the stepped surface formed by the crystal base portion and the intermediate portion. By adjusting the imbalance of the left and right weights of the crystal vibrating part generated when the tuning fork type crystal element is excited by the convex part, vibration leakage can be suppressed and the deterioration of the equivalent series resistance is reduced. It becomes possible.
(第一実施形態) 第一実施形態における音叉型水晶素子120は、図1に示すように、水晶基部121、中間部122及び水晶振動部123からなる水晶片により構成されている。音叉型水晶素子120の表面には、図2に示すように、励振電極125a、125b、126a及び126bと、引き出し電極127a及び127bと、錘部128及び周波数調整電極129とにより構成されている。
(First Embodiment) As shown in FIG. 1, the tuning fork
水晶基部121は、後述する中間部122を支持し、音叉型水晶素子120をパッケージ110上に保持固定するためのものである。水晶基部121は、結晶の軸方向として電気軸がX軸、機械軸がY軸、及び光軸がZ軸となる直交座標系としたとき、X軸回りに−5°〜+5°の範囲内で回転させたZ′軸の方向が厚み方向となる平面視略四角形の平板である。
The
中間部122は、後述する水晶振動部123を支持するためのものである。中間部122は、一方の水晶振動部123の外側側面と他方の水晶振動部123の外側側面との間の間隔よりも幅広とされ、水晶基部121は、中間部122よりも幅広とされている。水晶基部121と中間部122とによって形成された段差面SPには、水晶振動部123と同一方向に延出するようにして設けられた凸部Tを備えている。
The
凸部Tは、水晶基部121の外側側面とつながる平面S1と、その平面S1と接続され段差面SPに向かって形成された傾斜面S2と、を備えている。傾斜面S2は、水晶基部121の外側側面から延出するようにして設けられた平面S1から段差面SPに向かって傾斜を持つようにして設けられている。このような傾斜面S2を凸部Tに設けることによって、凸部Tによる左右の重さのバランスをさらに調整することができるようになるため、振動漏れをさらに抑えることができる。
The convex portion T includes a flat surface S1 connected to the outer side surface of the
また、凸部Tには、傾斜面S2と、水晶振動部123の外側側面との間に設けられた残渣部Rとを備えている。このように傾斜面S2から水晶振動部123の外側側面に向かって厚みが徐々に薄くなるように残渣部Rが設けられていることで、水晶振動部123からの振動漏れが、残渣部Rで徐々に妨げられることになる。よって、水晶振動部123から中間部122を介して水晶基部121への振動漏れが伝わることを抑えることができる。
Further, the convex portion T includes a residual portion R provided between the inclined surface S2 and the outer side surface of the
また、図1(b)に示すように、平面視した際に、傾斜面Sと段差面SPの平面とでなす角度αが、50〜70度である。傾斜面S2の角度αが50度〜70度の範囲内で良好にエッチングされており、特に55度〜65度の範囲内で特に良好である。これに対して、傾斜面Sの角度αが50度未満の場合には、残渣部Rの厚みが薄くなりすぎるため、残渣部Rに欠けが生じてしまい水晶振動部123の左右の重量バランスを崩してしまうことで、振動漏れが発生してしまうことがあった。また、これに対して、傾斜面S2の角度αが70度よりも大きいの場合には、残渣部Rの厚みが厚くなりすぎるため、水晶振動部123の左右の重量バランスを崩してしまうことで、振動漏れが発生してしまうことがあった。このように傾斜面S2の角度αが50度〜70度の範囲内にすることで、残渣部Rの結晶軸であるZ軸方向の厚みを薄くすることでできるため、振動漏れによる特性への影響を非常に安定させることができる。
Further, as shown in FIG. 1B, the angle α formed by the plane of the inclined surface S and the plane of the stepped surface SP is 50 to 70 degrees when viewed in a plan view. The angle α of the inclined surface S2 is well etched in the range of 50 degrees to 70 degrees, and particularly good in the range of 55 degrees to 65 degrees. On the other hand, when the angle α of the inclined surface S is less than 50 degrees, the thickness of the residual portion R becomes too thin, so that the residual portion R is chipped and the left and right weight balance of the
水晶振動部123は、例えば、その表面に所望のパターンの励振電極125、126を形成し、その励振電極125、126に電位を印加することにより、所望の周波数の振動を励起するためのものである。水晶振動部123は、振動腕部124と錘部128によって構成されている。振動腕部124の先端部、つまり、水晶基部121と反対側の振動腕部124の端部に、ハンマーヘッド形状の錘部128が設けられている。また、水晶振動部123は、第一水晶振動部123a及び第二水晶振動部123bとからなる。第一水晶振動部123a及び第二水晶振動部123bは、水晶基部121の一辺からY′軸の方向に平行に延設されている。また、振動腕部124は、第一振動腕部124a及び第二振動腕部124bによって構成されている。このような音叉型水晶素子120を構成する水晶片は、水晶基部121、中間部122及び水晶振動部123と一体となって音叉形状を成しており、フォトリソグラフィー技術と化学エッチング技術により製造される。
The
励振電極125aは、図1及び図2に示すように、第一水晶振動部123aの第一振動腕部124aの表裏主面に設けられている。また、励振電極126bは、第一水晶振動部123aの第一振動腕部124aの対向する両側面に設けられている。また、一方の引き出し電極127aは、平面視して、水晶基部121の中心付近及び水晶基部121側付近に設けられている。他方の引き出し電極127bは、励振電極125a、126aと電気的に接続されており、水晶基部121及び中間部122の表裏主面に設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、励振電極125bは、図1及び図2に示すように、第二水晶振動部123bの第二振動腕部124bの表裏主面に設けられている。また、励振電極126aは、第二水晶振動部123bの第二振動腕部124bの対向する両側面に設けられている。他方の引き出し電極127bは、励振電極125b、126bと電気的に接続されており、水晶基部121及び中間部122の表裏主面に設けられている。また、他方の引き出し電極127bは、中間部122から水晶基部121に跨るようにして設けられている。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the
引き出し電極127は、励振電極125、126と電気的に接続されており、音叉型水晶素子120を実装する際に用いるものである。引き出し電極127には、溝部Gが設けられている。このようにすることによって、水晶振動部123から引き出し電極127までに伝わる漏れ振動を溝部Gで妨げることによって、音叉型水晶素子120を後述するパッケージ110に実装する際に、等価直列抵抗が悪化することを抑えることができる。
The
錘部128は、水晶基部121と反対側の水晶振動部123の端部に、ハンマーヘッド形状で設けられている。錘部128は、水晶振動部123で生じる屈曲振動の周波数を調整するためのものである。具体的には、錘部128を設けることで、水晶振動部123の先端側へ錘を設けた状態に近づけることができるため、水晶振動部123で生じる屈曲振動の周波数を、錘部128がない場合と比較して低くなるようにすることができ、水晶振動部123で生じる屈曲振動の周波数を所望の周波数となるように調整している。また、錘部128は、第一水晶振動部123aの先端部に設けられている第一錘部128aと、第二水晶振動部123bの先端部に設けられている第二錘部128bとで構成されている。
The
切込み部Mは、錘部128に設けられ、錘部128の表面積を大きくし、錘部128に形成された後述する周波数調整電極129の表面積を大きくするためのものである。また、切込み部Mは、平面視した際に、錘部128の水晶基部121側に位置する辺から水晶振動部123の延出方向に沿って設けられている。このようにすることにより、振動腕部124と錘部128との境界付近に形成される残渣が、切込み部Mによって形成されにくくなるため、音叉型水晶素子120の形状を維持することができる。また、このように錘部128の水晶基部121側に切込み部Mを形成することにより、周波数調整電極129をレーザにより除去する際に、切込み部Mがレーザにより削り取られることなく、錘部128の重さをさらに微調整することができる。
The cut portion M is provided in the
周波数調整電極129は、レーザ等により削ることにより、水晶振動部123で生じる屈曲振動の周波数を所望の周波数となるように調整するためのものである。周波数調整電極129は、第一周波数調整電極129a及び第二周波数調整電極129bによって構成されている。第一周波数調整電極129aは、第一錘部128aの表主面及び側面の先端部に設けられ、第二周波数調整電極129bは、第二錘部128bの表主面及び両側面の先端部に設けられている。
The
なお、音叉型水晶素子120は、周波数調整電極129を構成する金属の量を増減させることにより、その周波数値を所望する値に調整することができる。励振電極125b及び126bと、第一周波数調整電極129aとは、図2に示すように、水晶片表面に設けられた引き出し電極127bにより電気的に接続している。また、励振電極125a及び126aと、第二周波数調整電極129bとは、水晶基部121表面に設けられた引き出し電極127aにより電気的に接続している。
The tuning fork
この音叉型水晶素子120を振動させる場合、引き出し電極127a及び127bに交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的にとらえると、第二水晶振動部123bの励振電極126bは+(プラス)電位となり、励振電極126aは−(マイナス)電位となり、+から−に電界が生じる。一方、このときの第一水晶振動部123aの励振電極126は、第二水晶振動部123bの励振電極126に生じた極性とは反対の極性となる。これらの印加された電界により、第一水晶振動部123a及び第二水晶振動部123bに伸縮現象が生じ、各水晶振動部123に設定した共振周波数の屈曲振動を得る。
When the tuning fork
水晶片を平面視したときの長辺寸法が0.8〜1.2mmであり、平面視したときの短辺寸法が0.2〜0.7mmである場合を例にして、水晶基部121、水晶振動部123を説明する。水晶基部121を平面視したときの長辺寸法が0.2〜0.4mmであり、平面視したときの短辺寸法が0.1〜0.3mmである。水晶振動部123を平面視したときの長辺寸法が0.6〜0.9mmであり、平面視したときの短辺寸法が0.05〜0.2mmである。
Taking the case where the long side dimension when the crystal piece is viewed in a plan view is 0.8 to 1.2 mm and the short side dimension when the crystal piece is viewed in a plan view is 0.2 to 0.7 mm as an example, the
ここで、音叉型水晶素子120の動作について説明する。音叉型水晶素子120は、外部からの交番電圧が引き出し電極127から励振電極125、126を介して水晶振動部123に印加されると、水晶振動部123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。
Here, the operation of the tuning fork
ここで、音叉型水晶素子120の作製方法について説明する。まず、音叉型水晶素子120は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し、水晶片の両主面にフォトリソグラフィー技術によって、水晶基部121、水晶振動部123及び水晶支持部124を形成する。その後、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、励振電極125、126及び引き出し電極127を形成することにより作製される。
Here, a method of manufacturing the tuning fork
第一実施形態に係る音叉型水晶素子120は、矩形状の水晶基部121と、水晶基部121の側面より延出した水晶基部121の一部である中間部122と、中間部122の側面より延出した中間部122の一部である水晶振動部123と、水晶振動部123の先端に設けられた錘部128と、水晶振動部123の上面及び下面に設けられた励振電極125、126と、水晶振動部123から中間部122及び水晶基部121にかけて設けられ励振電極125、126と電気的に接続された引き出し電極127と、を備え、中間部122が、一方の水晶振動部123の外側側面と他方の水晶振動部123の外側側面との間の間隔よりも幅広とされ、水晶基部121が、中間部122よりも幅広とされ、水晶基部121と中間部122とによって形成された段差面SPより、水晶振動部123と同一方向に延出するようにして設けられた凸部Tを備えている。このように音叉型水晶素子120を励振させる際に発生した水晶振動部123の左右の重さのアンバランスを凸部Tによって調整することで、振動漏れを抑えることができ、等価直列抵抗の悪化を低減することが可能となる。
The sound-forked
また、第一実施形態に係る音叉型水晶素子120は、凸部Tが、水晶基部121の外側側面とつながる平面と、その平面と接続され段差面SPに向かって形成された傾斜面Sと、を備えている。凸部Tに、このような傾斜面Sを設けることによって、凸部Tによる水晶振動部123の左右の重さのバランスをさらに調整することができるようになるため、振動漏れをさらに抑えることができる。
Further, in the tuning fork
また、第一実施形態に係る音叉型水晶素子120は、傾斜面Sと、水晶振動部123の外側側面との間に設けられた残渣部Rとを備えている。このように傾斜面Sから水晶振動部123の外側側面に向かって厚みが徐々に薄くなるように残渣部Rが設けられていることで、水晶振動部123からの振動漏れが、残渣部Rで徐々に妨げられることになる。よって、水晶振動部123から中間部122を介して水晶基部121への振動漏れが伝わることを抑えることができる。
Further, the tuning fork
また、第一実施形態に係る音叉型水晶素子120は、平面視した際に、傾斜面Sと段差面の平面とでなす角度が、50〜70度である。このようにすることで、残渣部Rの結晶軸であるZ軸方向の厚みを薄くすることでできるため、振動漏れによる特性への影響を非常に安定させることができる。
Further, in the tuning fork
また、第一実施形態に係る音叉型水晶素子120は、引き出し電極127に設けられた溝部Gを備えている。このようにすることによって、水晶振動部123から引き出し電極127までに伝わる漏れ振動を溝部Gで妨げることによって、音叉型水晶素子120をパッケージ110に実装する際に、等価直列抵抗が悪化することを抑えることができる。
Further, the tuning fork
(第二実施形態) 第二実施形態に係る水晶デバイスは、図1及び図2に示されているように、パッケージ110と、パッケージ110の上面に実装された音叉型水晶素子120とを含んでいる。パッケージ110は、基板110aと、第一枠体110b及び第二枠体110cによって構成されている。基板110aと第一枠体110bとで第一凹部K1、第二凹部K2及び第三凹部K3が形成され、第一枠体110bと第二枠体110cとで、第四凹部K4が形成されている。また、音叉型水晶素子120には、水晶基部121及び水晶振動部123が設けられている。このような水晶デバイスは、電子機器等で使用する基準信号を出力するのに用いられる。
(Second Embodiment) As shown in FIGS. 1 and 2, the crystal device according to the second embodiment includes a
基板110aは、矩形状であり、上面に音叉型水晶素子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は、上面に、音叉型水晶素子120を実装するための電極パッド111が設けられている。また、基板110aの長辺側の一辺に沿って、音叉型水晶素子120を接合するための第一電極パッド111a及び第二電極パッド111bが設けられている。
The substrate 110a has a rectangular shape and functions as a mounting member for mounting the tuning fork
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、上面に設けられた電極パッド111と、基板110aの下面に設けられた外部端子112とを電気的に接続するための配線パターン113及びビア導体114が設けられている。
The substrate 110a is made of an insulating layer which is a ceramic material such as alumina ceramics or glass-ceramics. The substrate 110a may be one in which one layer of insulating layers is used, or one in which a plurality of layers of insulating layers are laminated.
第一枠体110bは、基板110aの上面の外周縁に沿って配置され、基板110aの上面に第一凹部K1、第二凹部K2及び第三凹部K3を形成するためのものである。また、第二枠体110cは、第一枠体110bの上面の外周縁に沿って配置され、第一枠体110bの上面に第四凹部K4を形成するためのものである。第四凹部K4の開口部は、平面視した際に、矩形状となっている。第一枠体110b及び第二枠体110c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。
The
第一凹部K1は、一対の電極パッド111の間に設けられており、後述する音叉型水晶素子120を実装する際に、隣り合う一対の電極パッド111に設けられた導電性接着剤140の接触を抑えるためのものである。第一凹部K1は、基板110aの上面と第一枠体110bとによって形成されている。このようにすることにより、仮に隣り合う一対の電極パッド111に設けられた導電性接着剤140が、音叉型水晶素子120を実装する際に電極パッド111から溢れ出たとしても、第一凹部K1内に入り込むことで、隣り合う電極パッド111が短絡してしまうことをさらに抑えることができる。
The first recess K1 is provided between the pair of
第二凹部K2は、後述する音叉型水晶素子120の振動腕部124と対向する位置に設けられ、振動腕部124が基板110aの上面に接触することを抑えるためのものである。第二凹部K2は、基板110aの上面と第一枠体110bとによって形成され、音叉型水晶素子120の振動腕部124と対向する位置に設けられている。このようにすることにより、音叉型水晶素子120を電極パッド111上に実装した際に、仮に音叉型水晶素子120が傾いたとしても、振動腕部124が基板110aの上面に接触することを抑えることができるので、音叉型水晶素子120の発振周波数の変動及び停止を抑えることが可能となる。
The second recess K2 is provided at a position facing the vibrating
第三凹部K3は、後述する音叉型水晶素子120の錘部128と対向する位置に設けられ、錘部128が基板110aの上面に接触することを抑えるためのものである。第三凹部K3は、基板110aの上面と第一枠体110bとによって形成されており、音叉型水晶素子120の錘部128と対向する位置に設けられている。このようにすることで、音叉型水晶素子120を電極パッド111上に実装した際に、仮に音叉型水晶素子120が傾いたとしても、錘部128が基板110aの上面に接触することを抑えることができるので、音叉型水晶素子120の発振周波数の変動及び停止を低減させることが可能となる。
The third recess K3 is provided at a position facing the
第四凹部K4は、後述する音叉型水晶素子120を実装するためのものである。第四凹部K4は、第一枠体110bの上面と第二枠体110cとによって形成されている。
The fourth recess K4 is for mounting the tuning fork
また、第一凹部K1は、第二凹部K2及び第三凹部K3と空間がつながるようにして設けられている。このようにすることにより、仮に隣り合う一対の電極パッド111に設けられた導電性接着剤140が、音叉型水晶素子120を実装する際に電極パッド111から溢れ出たとしても、第一凹部K1内に入り込み、第一凹部K1から第二凹部K2を通して第三凹部K3まで流れ出てしまうことで、隣り合う電極パッド111が短絡してしまうことをさらに抑えることができる。
Further, the first recess K1 is provided so as to connect the space with the second recess K2 and the third recess K3. By doing so, even if the
また、平面視した際に、第一凹部K1の結晶軸方向であるX軸と平行な長さが、第二凹部K2の結晶軸方向であるX軸と平行な長さよりも小さくなるように設けられ、第二凹部K2の結晶軸方向であるX軸と平行な長さが、第三凹部K3の結晶軸方向であるX軸と平行な長さよりも小さくなるように設けられている。このようにすることにより、第一枠体110bの専有面積が、第一凹部K1から第三凹部K3に向かうにつれて小さくなるため、水晶デバイスを実装する際に、第三凹部K3の箇所に位置する基板110aに応力が発生しやすくなるため、第一凹部K1の近傍にある第一枠体110bの上面に設けられた電極パッド111にかかる応力を小さくすることができ、音叉型水晶素子120が電極パッド111から剥がれてしまうことを抑えることができる。
Further, when viewed in a plan view, the length parallel to the X-axis in the crystal axis direction of the first recess K1 is set to be smaller than the length parallel to the X-axis in the crystal axis direction of the second recess K2. The length parallel to the X-axis in the crystal axis direction of the second recess K2 is set to be smaller than the length parallel to the X-axis in the crystal axis direction of the third recess K3. By doing so, the occupied area of the
基板110aの下面の四隅には、外部端子112が設けられている。また、四つの外部端子112の内の二つが、音叉型水晶素子120と電気的に接続されている。また、音叉型水晶素子120と電気的に接続されている第一外部端子112a及び第二外部端子112b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。
電極パッド111は、音叉型水晶素子120を実装するためのものである。電極パッド111は、第一枠体110bの上面に一対で設けられており、第一枠体110bの一辺に沿うように隣接して設けられている。電極パッド111は、図4及び図5に示されているように第一枠体110b及び基板110aの上面に設けられた配線パターン113とビア導体114を介して、基板110aの下面に設けられた外部端子112と電気的に接続されている。
The
電極パッド111は、図3(a)に示すように、第一電極パッド111a及び第二電極パッド111bによって構成されている。また、外部端子112は、図3(b)に示すように、第一外部端子112a、第二外部端子112b、第三外部端子112c及び第四外部端子112dによって構成されている。ビア導体114は、第一ビア導体114a、第二ビア導体114b及び第三ビア導体114cによって構成されている。また、配線パターン113は、第一配線パターン113a及び第二配線パターン113bによって構成されている。第一電極パッド111aは、基板110aに設けられた第一配線パターン113aの一端と電気的に接続されている。また、第一配線パターン113aの他端は、第一ビア導体114aを介して、第一外部端子112aと電気的に接続されている。よって、第一電極パッド111aは、第一外部端子112aと電気的に接続されることになる。第二電極パッド111bは、基板110aに設けられた第二配線パターン113bの一端と電気的に接続されている。また、第二配線パターン113bの他端は、第二ビア導体114bを介して、第二外部端子112bと電気的に接続されている。よって、第二電極パッド111bは、第二外部端子112bと電気的に接続されることになる。
As shown in FIG. 3A, the
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、配線パターン113の方向に向かって導電性接着剤140が広がることになるが、電極パッド111から基板110a上に向かって広がりにくくなる。
The arithmetic average surface roughness of the
外部端子112は、電子機器等の実装基板(図示せず)と電気的に接合するために用いられる。外部端子112は、基板110aの下面の四隅に設けられている。外部端子112の内の二つの端子は、基板110aの上面に設けられた一対の電極パッド111とそれぞれ電気的に接続されている。また、第三外部端子112cは、第三ビア導体114cを介して、封止用導体パターン117と電気的に接続されている。
The
配線パターン113は、電極パッド111及びビア導体114と電気的に接続するためのものである。配線パターン113の一端は、電極パッド111と電気的に接続されており、配線パターン113の他端は、ビア導体114と電気的に接続されている。配線パターン113は、第一配線パターン113a及び第二配線パターン113bによって構成されている。配線パターン113は、平面視して、第二枠体110c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、配線パターン113と音叉型水晶素子120との間で浮遊容量が発生することを抑えるので、音叉型水晶素子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、第二枠体110cの長辺方向に曲げモーメントが発生しても、基板110aに加えて第一枠体110b及び第二枠体110cが設けられていることにより、第二枠体110cが設けられている箇所は、変形しにくくなる。よって、第二枠体110c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。
The
また、第一配線パターン113aは、第一電極パッド111a及び第一ビア導体114aと電気的に接続されている。第一配線パターン113aは、第一電極パッド111aから近接された第二枠体110c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113aの一部が露出されている。第二配線パターン113bは、第二電極パッド111b及び第二ビア導体114bと電気的に接続されている。第二配線パターン113bは、第二電極パッド111bから近接された第二枠体110c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113bの一部が露出されている。
Further, the
このように、配線パターン113の一部が、電極パッド111から第二枠体110cの長辺方向に向かって延出し、第四凹部K4で露出するようにして設けられていることにより、音叉型水晶素子120を実装した際に、溢れ出そうになった導電性接着剤140が、導電性接着剤140と濡れ性の良い配線パターン113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が水晶振動部123の励振用電極125、126に付着してしまうことを抑えることができる。
As described above, a part of the
ビア導体114は、基板110aの内部に設けられ、その両端は、配線パターン113又は封止用導体パターン117と電気的に接続されている。ビア導体114は、基板110aに設けられた貫通孔の内部に導体を充填することで設けられている。また、ビア導体114は、図4及び図5に示すように、第一ビア導体114a、第二ビア導体114b及び第三ビア導体114cによって構成されている。
The via
ここでパッケージ110を平面視したときの一辺の寸法が、0.8〜3.2mm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、電極パッド111、支持パッド115の大きさを説明する。基板110aの一辺と平行となる電極パッド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電極パッド111の辺の長さは、0.25〜0.40mmとなる。電極パッド111の上下方向の厚みの長さは、10〜50μmとなる。
Here, taking the case where the dimension of one side when the
また、第一凹部K1、第二凹部K2及び第三凹部K3の大きさを説明する。基板110aの一辺と平行となる第一凹部K1の長さは、0.05〜0.30mmとなり、基板110aの一辺と交わる辺と平行となる第一凹部K1の辺の長さは、0.10〜0.67mmとなる。また、基板110aの一辺と平行となる第二凹部K2の長さは、0.20〜1.26mmとなり、基板110aの一辺と交わる辺と平行となる第二凹部K2の辺の長さは、0.10〜0.54mmとなる。また、基板110aの一辺と平行となる第三凹部K3の長さは、0.30〜1.56mmとなり、基板110aの一辺と交わる辺と平行となる第三凹部K3の辺の長さは、0.50〜1.8mmとなる。 Further, the sizes of the first recess K1, the second recess K2, and the third recess K3 will be described. The length of the first recess K1 parallel to one side of the substrate 110a is 0.05 to 0.30 mm, and the length of the side of the first recess K1 parallel to the side intersecting one side of the substrate 110a is 0. It becomes 10 to 0.67 mm. The length of the second recess K2 parallel to one side of the substrate 110a is 0.20 to 1.26 mm, and the length of the side of the second recess K2 parallel to the side intersecting one side of the substrate 110a is It will be 0.10 to 0.54 mm. The length of the third recess K3 parallel to one side of the substrate 110a is 0.30 to 1.56 mm, and the length of the side of the third recess K3 parallel to the side intersecting one side of the substrate 110a is It will be 0.50 to 1.8 mm.
封止用導体パターン117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117は、第二枠体110cの上面を囲むようにして設けられている。封止用導体パターン117は、図1及び図3に示すように、第三ビア導体114cを介して、第三外部端子112cと電気的に接続されている。封止用導体パターン117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、第二枠体110c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。
The sealing
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。このような蓋体130は、真空状態にある第四凹部K4又は窒素ガスなどが充填された第四凹部K4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、パッケージ110の第二枠体110c上に載置され、第二枠体110cの封止用導体パターン117と蓋体130の接合部材131とが接合されるように熱を印加させることで接合部材131を溶融し、第二枠体110cに接合される。また、蓋体130は、封止用導体パターン117、第三ビア導体114cを介して基板110aの下面の第三外部端子112cに電気的に接続されている。よって、蓋体130は、第三外部端子112cと電気的に接続されている。
The
接合部材131は、パッケージ110の第二枠体110c上面に設けられた封止用導体パターン117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%、錫が18〜22%のものが使用されている。
The joining
ここで、基板110aの作製方法について説明する。基板110a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、電極パッド111、外部端子112、配線パターン113、ビア導体114及び封止用導体パターン117となる部位にニッケルメッキ又、金メッキ、銀パラジウム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。
Here, a method of manufacturing the substrate 110a will be described. When the substrate 110a is made of alumina ceramics, first, a plurality of ceramic green sheets obtained by adding and mixing an appropriate organic solvent or the like to a predetermined ceramic material powder are prepared. Further, a predetermined conductor paste is applied to the surface of the ceramic green sheet or the through hole which has been punched or the like in advance by punching or the like to the ceramic green sheet by a conventionally known screen printing or the like. Further, these green sheets are laminated and press-molded, and then fired at a high temperature. Finally, nickel-plated, gold-plated, silver-palladium, or the like is applied to a predetermined portion of the conductor pattern, specifically, an
第二実施形態に係る水晶デバイスは、音叉型水晶素子120を実装するための電極パッド111を有する基板110aと、基板110aの上面の外周縁に沿って設けられた枠体110bと、枠体110bの上面に接合された蓋体と、を備えている。このような水晶デバイスは、水晶基部121に設けられた引き出し電極127と、基板110a上の電極パッド111とが導電性接着剤140を介して接続されているが、隣接する引き出し電極127間が、従来の音叉型水晶素子と比較して離れているため、引き出し電極127間の短絡を低減することができる。
The crystal device according to the second embodiment includes a substrate 110a having an
また、第二実施形態に係る水晶デバイスは、基板110aと、基板110aの外周縁に沿って設けられた第一枠体110bと、第一枠体110bの外周縁に沿って設けられた第二枠体110cと、基板110a上の短辺方向に沿って設けられた一対の電極パッド111と、矩形状の水晶基部121と、水晶基部121の側面より延出した水晶基部121の一部である水晶振動部123と、水晶振動部123の先端に設けられた錘部128と、水晶振動部123の上面及び下面に設けられた励振電極125、126と、水晶振動部123から水晶基部121にかけて設けられ励振電極125、126と電気的に接続された引き出し電極127と、を有する音叉型水晶素子120と、基板110aと第一枠体110bとで形成され、電極パッド111間に設けられた第一凹部K1と、基板110aと第一枠体110bとで形成され、水晶振動部123と対向する位置に設けられた第二凹部K2と、基板110aと第一枠体110bとで形成され、錘部128と対向する位置に設けられた第三凹部K3と、を備えている。
Further, the crystal device according to the second embodiment includes a substrate 110a, a
このようにすることで、音叉型水晶素子120を電極パッド211上に実装した際に、仮に音叉型水晶素子120が傾いたとしても、第二凹部K2及び第三凹部K3によって、振動腕部124及び錘部128が基板210aの上面に接触することを抑えることができるので、水晶デバイスは、音叉型水晶素子120の発振周波数の変動及び停止を抑えることが可能となる。また、水晶デバイスは、第一凹部K1によって、仮に隣り合う一対の電極パッド111に設けられた導電性接着剤140が、音叉型水晶素子120を実装する際に電極パッド111から溢れ出たとしても、第一凹部K1内に入り込むことで、隣り合う電極パッド111が短絡してしまうことをさらに抑えることができる。
By doing so, when the tuning fork
また、第二実施形態に係る水晶デバイスは、第一凹部K1と第二凹部K2と第三凹部K3とがつながるようにして設けられている。このようにすることで、仮に隣り合う一対の電極パッド111に設けられた導電性接着剤140が、音叉型水晶素子120を実装する際に電極パッド111から溢れ出たとしても、第一凹部K1内に入り込み、第一凹部K1から第二凹部K2を通して第三凹部K3まで流れ出てしまうことで、隣り合う電極パッド111が短絡してしまうことをさらに抑えることができる。
Further, the crystal device according to the second embodiment is provided so that the first recess K1, the second recess K2, and the third recess K3 are connected to each other. By doing so, even if the
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、第二枠体110cが基板110a及び第一枠体110b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、第二枠体110c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。
It should be noted that the present invention is not limited to this embodiment, and various changes and improvements can be made without departing from the gist of the present invention. In the above embodiment, the case where the second frame body 110c is integrally formed of the ceramic material like the substrate 110a and the
110・・・パッケージ
110a・・・基板
110b・・・第一枠体
110c・・・第二枠体
111・・・電極パッド
112・・・外部端子
113・・・配線パターン
114・・・ビア導体
115・・・接続パッド
117・・・封止用導体パターン
120・・・音叉型水晶素子
121・・・水晶基部
122・・・中間部
123・・・水晶振動部
124・・・振動腕部
125、126・・・励振電極
127・・・引き出し電極
128・・・錘部
129・・・周波数調整電極
130・・・蓋体
131・・・接合部材
140・・・導電性接着剤
K1・・・第一凹部
K2・・・第二凹部
K3・・・第三凹部
M・・・切込み部
G・・・溝部
R・・・残渣部
S1・・・水晶基部の外側側面とつながる平面
S2・・・傾斜面
SP・・・段差面
α・・・傾斜面の角度
T・・・凸部
110 ・ ・ ・ Package 110a ・ ・ ・
Claims (5)
前記水晶基部の側面より延出した前記水晶基部と一体である矩形状の中間部と、
前記中間部の前記基部と対向する側面より延出した前記中間部と一体である水晶振動部と、
前記水晶振動部の先端に設けられた錘部と、
前記水晶振動部の上面及び下面に設けられた励振電極と、前記水晶振動部から前記中間部及び前記水晶基部にかけて設けられ前記励振電極と電気的に接続された引き出し電極と、を備え、
前記中間部が、一方の前記水晶振動部の外側側面と他方の前記水晶振動部の外側側面との間の間隔よりも幅広とされ、
前記水晶基部が、前記中間部よりも幅広とされ、
前記水晶基部の前記中間部を延出する側面である段差面より、前記水晶振動部と同一方向に延出するようにして設けられた前記水晶基部と同一の厚みの凸部を備えており、
前記凸部が、前記水晶基部の外側側面と連続する同一面である平面と、前記平面と接続され前記段差面に向かって形成された傾斜面より構成されていることを特徴とする音叉型水晶素子 With a rectangular crystal base,
A rectangular intermediate portion integrated with the crystal base extending from the side surface of the crystal base, and
A crystal vibrating portion integrated with the intermediate portion extending from the side surface of the intermediate portion facing the base portion,
A weight portion provided at the tip of the crystal vibrating portion and a weight portion
Excitation electrodes provided on the upper and lower surfaces of the crystal vibrating portion and extraction electrodes provided from the crystal vibrating portion to the intermediate portion and the crystal base portion and electrically connected to the exciting electrode are provided.
The intermediate portion is wider than the distance between the outer side surface of one of the crystal vibrating portions and the outer side surface of the other crystal vibrating portion.
The crystal base is wider than the middle part,
It is provided with a convex portion having the same thickness as the crystal base portion, which is provided so as to extend in the same direction as the crystal vibrating portion from a stepped surface which is a side surface extending the intermediate portion of the crystal base portion.
A tuning fork-shaped crystal characterized in that the convex portion is composed of a flat surface that is continuous with the outer side surface of the crystal base portion and an inclined surface that is connected to the flat surface and formed toward the stepped surface. element
前記傾斜面と、前記水晶振動部の外側側面との間に設けられた残渣部とを備えていることを特徴とする音叉型水晶素子 The tuning fork type crystal element according to claim 1.
A sound fork-type crystal element including a residue portion provided between the inclined surface and the outer side surface of the crystal vibrating portion.
平面視した際に、前記傾斜面と前記段差面の平面とでなす角度が、50〜70度であることを特徴とする音叉型水晶素子 The tuning fork type crystal element according to claim 1.
A sound-forked crystal element characterized in that the angle formed by the inclined surface and the flat surface of the stepped surface is 50 to 70 degrees when viewed in a plan view.
前記引き出し電極に設けられた溝部を備えていることを特徴とする音叉型水晶素子 The sound fork type crystal element according to claim 1.
A tuning fork type crystal element characterized by having a groove provided in the lead-out electrode.
前記音叉型水晶素子を実装するための電極パッドを有する基板と、
前記基板の上面の外周縁に沿って設けられた枠体と、
前記枠体の上面に接合された蓋体と、を備えたことを特徴とする水晶デバイス The tuning fork type crystal element according to claim 1 and
A substrate having an electrode pad for mounting the tuning fork type crystal element, and
A frame provided along the outer peripheral edge of the upper surface of the substrate and
A crystal device including a lid joined to the upper surface of the frame.
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