JPWO2017208866A1 - 水晶振動子及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

対向する主面を有する水晶片(110)と主面に設けられた第1励振電極(130)と第2励振電極(140)と水晶片の外周を囲む枠体(120)と連結部材(111)とを含む水晶振動素子(100)と、リッド部材(200)と、外部電極を有するベース部材(300)と、を備え、枠体(120)はベース部材が配置された側に設けられた第1領域及び第1領域よりも窪んでいる第2領域を有しており、水晶振動素子(100)は第1励振電極(130)と電気的に接続された第1電極(133)と、第2励振電極(140)と電気的に接続された第2電極(143)とを有し、第1及び第2電極の各々は第1領域上に設けられた第1パッド部分(136,146)と、第2領域上に設けられた第2パッド部分(134,144)とを有し、第1及び第2励振電極は第1及び第2電極の各第1パッド部分を介してベース部材の外部電極と電気的に接続される。

Description

本発明は、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、厚みすべり振動を主振動とする水晶振動子が広く用いられている。例えば、水晶振動子の一態様として、ATカットされた水晶材からなり1対の励振電極を有する振動子本体と、当該振動子本体の表裏主面に接合されるリッド及びベースとを有する構造が知られている(特許文献1参照)。当該水晶振動子は、ベースに設けられた外部電極と電気的に接続される接続用パッドを振動子本体のベース側に有し、振動子本体の検査のために用いられる調整用パッドを振動子本体のリッド側に有している。
特開2015−192279号公報
しかしながら、かかる構成によれば、接続用パッドと調整用パッドの各々について、水晶振動素子の表裏に引き回す配線が1本ずつ必要となり、少なくとも合計2本の配線が必要となる。そのため、水晶振動子の小型化に伴って配線に起因する短絡及び断線等が発生する場合があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、配線に起因する不良を抑制し、水晶振動子の品質の向上を図ることを目的とする。
本発明に係る水晶振動子は、対向する第1及び第2主面を有する水晶片と、当該水晶片の当該第1主面に設けられた第1励振電極と、当該水晶片の当該第2主面に設けられ、当該第1励振電極に対向する第2励振電極と、当該水晶片の外周を囲む枠体と、当該枠体と水晶片を連結する連結部材と、を含む水晶振動素子と、水晶振動素子の第1励振電極側に対向して配置され、水晶片を励振可能なように枠体に接合されたリッド部材と、水晶振動素子の第2励振電極側に対向して配置され、水晶片を励振可能なように枠体に接合され、かつ外部と電気的に接続可能である外部電極を有する、ベース部材と、を備え、枠体は、ベース部材が配置された側に設けられた第1領域及び当該第1領域よりも窪んでいる第2領域を有しており、水晶振動素子は、第1励振電極と電気的に接続された第1電極と、第2励振電極と電気的に接続された第2電極とを有し、第1及び第2電極の各々は、第1領域上に設けられた第1パッド部分と、第2領域上に設けられた第2パッド部分とを有し、第1及び第2励振電極は、第1及び第2電極の各第1パッド部分を介してベース部材の外部電極と電気的に接続される。
上記構成によれば、枠体におけるベース部材が配置された側の面において、ベース部材との接合面から所定程度窪んだ領域に、第1及び第2励振電極と電気的に接続された第1及び第2電極の各第2パッド部分が形成される。これにより、例えば、水晶振動素子の電気的検査時に必要な測定用パッドを形成しつつも、水晶振動素子の表裏に引き回す配線の数を減らすことができる。従って、配線の短絡及び断線などの不良を抑制し、水晶振動子の品質の向上を図ることができる。
本発明に係る水晶振動子の製造方法は、(a)複数の水晶振動素子を有する第1基板を用意することであって、水晶振動素子が、対向する第1及び第2主面を有する水晶片と、当該水晶片の当該第1主面に設けられた第1励振電極と、当該水晶片の当該第2主面に設けられ、当該第1励振電極に対向する第2励振電極と、当該水晶片の外周を囲む枠体と、当該枠体と水晶片を連結する連結部材と、を備える、第1基板を用意すること、(b)水晶振動素子の第1励振電極側に対向して配置される複数のリッド部材を有する第2基板を用意すること、(c)水晶振動素子の第2励振電極側に対向して配置され、かつ外部と電気的に接続可能である外部電極を有する複数のベース部材を有する第3基板を用意すること、(d)水晶片が励振可能なように、水晶振動素子の枠体がリッド部材及びベース部材に接合するように、第1、第2及び第3基板を接合すること、及び、(e)接合された第1、第2及び第3基板を切断して、個片化された複数の水晶振動子を得ること、を含み、枠体は、ベース部材が配置された側に設けられた第1領域及び当該第1領域よりも窪んでいる第2領域を有しており、水晶振動素子は、第1励振電極と電気的に接続された第1電極と、第2励振電極と電気的に接続された第2電極とを有し、第1及び第2電極の各々は、第1領域上に設けられた第1パッド部分と、第2領域上に設けられた第2パッド部分とを有し、(a)は、第1及び第2電極の各第2パッド部分を介して水晶振動素子を電気的に検査することを含み、(d)は、第1及び第2励振電極を、第1及び第2電極の各第1パッド部分を介してベース部材の外部電極と電気的に接続することを含む。
上記方法によれば、枠体におけるベース部材が配置された側の面において、ベース部材との接合面から所定程度窪んだ領域に、第1及び第2励振電極と電気的に接続された第1及び第2電極の各第2パッド部分を形成することができる。これにより、例えば、水晶振子の電気的検査時に必要な測定用パッドを形成しつつも、水晶振動素子の表裏に引き回す配線の数を減らすことができる。従って、配線の短絡及び断線などの不良を抑制し、水晶振動子の品質の向上を図ることができる。
本発明によれば、配線に起因する不良を抑制し、水晶振動子の品質の向上を図ることができる。
図1は、本発明の一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3Aは、本発明の一実施形態に係る水晶振動素子の平面図である。 図3Bは、本発明の一実施形態に係る水晶振動素子の平面図である。 図4は、本発明の一実施形態に係る水晶振動素子の部分拡大斜視図である。 図5は、本発明の一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6Aは、本発明の一実施形態に係る水晶振動素子の製造方法の手順を示す図である。 図6Bは、本発明の一実施形態に係る水晶振動素子の製造方法の手順を示す図である。 図6Cは、本発明の一実施形態に係る水晶振動素子の製造方法の手順を示す図である。 図6Dは、本発明の一実施形態に係る水晶振動素子の製造方法の手順を示す図である。 図7は、本発明の一実施形態の変形例に係る水晶振動子の断面図である。 図8は、本発明の一実施形態の他の変形例に係る水晶振動子の断面図である。
以下に本発明の実施の形態を説明する。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されている。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の形態に限定して解するべきではない。
図1〜図4を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る水晶振動子(Quartz Crystal Resonator Unit)を説明する。ここで、図1は本実施形態に係る水晶振動子の分解斜視図であり、図2は図1のII−II線断面図であり、図3Aは水晶振動素子のリッド部材側から見た平面図であり、図3Bは水晶振動素子のベース部材側から見た平面図である。また、図4は水晶振動素子の部分拡大斜視図である。
図1に示されるように、本実施形態に係る水晶振動子1は、水晶振動素子100(Quartz Crystal Resonator)と、リッド部材200と、ベース部材300とを備える。
水晶振動素子100は、例えばATカットされた水晶基板から構成される。ATカットされた水晶基板は、人工水晶の結晶軸である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を主面として切り出されたものである。ATカット水晶基板を用いた水晶振動素子は、広い温度範囲で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 Mode)を主振動として用いられることが多い。以下、ATカットの軸方向を基準として水晶振動子の各構成を説明する。なお、水晶振動素子100として、ATカット以外の他のカットによる水晶基板から構成されたものを用いてもよい。
リッド部材200及びベース部材300は、水晶振動素子100の一部(水晶片)を収容するためのケース又はパッケージの構成の一部である。水晶振動素子100、リッド部材200及びベース部材300は、それぞれ略同一の寸法及び平面視した場合の外形形状(例えば略矩形の外形形状)を有している。ウエハ状態のまま水晶片のパッケージングまでを行う製法(ウエハレベルCSP:Chip Size Packageとも呼ばれる。)を採用した場合は、リッド部材に相当するウエハ、水晶振動素子に相当するウエハ及びベース部材に相当するウエハからなる3層構造を一括してダイシングして個々の水晶振動子1を製造するため、水晶振動素子100、リッド部材200及びベース部材300は実質的に同一の寸法及び外形形状を有する。
水晶振動素子100は、略矩形の水晶片110(Quartz Crystal Blank)と、水晶片110の主面を平面視して水晶片110の外周を所定の隙間で離れて囲む枠体120と、所定の隙間に配置され、水晶片110と枠体120を連結する連結部材111a,111bとを備える。水晶片110、枠体120及び連結部材111a,111bはいずれもATカットされた水晶基板から形成される。水晶振動素子100は、全体として、X軸に平行な長辺と、Z´軸に平行な短辺と、Y´軸に平行な厚みとを有している。図1に示される例においては、連結部材111a,111bは、いずれも、水晶片110のX軸方向の一方端(X軸負方向側)に配置されている。すなわち、水晶片110は、枠体120から離れて設けられており、両者は連結部材111a,111bによって連結されている。なお、図1ではX軸方向の一方端側に配置された2個の連結部材が示されているが、連結部材の個数やその配置等は特に限定されるものではない。
水晶振動素子100の各コーナー102,104,106,108の形状は特に限定されるものではなく、図1に示されるように切欠きがなく、平面視して四隅が直角な矩形状であってもよい。あるいは、図1に示される例とは別に、各コーナーは、当該コーナーの一部が円筒曲面状(又はキャスタレーション形状)に切断して形成された切り欠き側面をもって形成されていてもよい。この場合、リッド部材200及びベース部材300においても、各コーナーが上記切り欠き側面をもって形成されてもよい。このような切り欠き側面は、ウエハレベルCSPと呼ばれるウエハ状態のままパッケージングまでを行う製法を採用したことに伴って形成されることが多く、この場合、水晶振動素子100、リッド部材200及びベース部材300のうち、対応するコーナーにおける各切り欠き側面はそれぞれY´軸方向に一致して配置されている。なお、切り欠き側面が形成される場合のその形状は円筒曲面状以外の形状であってもよい。
水晶片110の対向する主面の表裏には第1及び第2励振電極130,140が形成されている。水晶片110のうち、第1及び第2励振電極130,140が対向する部分は励振部分(第1及び第2励振電極130,140を除く部分)となる。水晶片110の厚さは特に限定されるものではないが、水晶片110の励振部分の厚さは、図2に示されるように枠体120(後述する凹部126を除く部分)の厚さよりも薄くてもよい。あるいは、図2に示される例とは異なり、水晶片110の励振部分の厚さは、枠体120の厚さと実質的に同一であってもよい。ここで、「実質的に同一」とは、水晶片110及び枠体120の厚みが厳密に同一である場合に限られるものではなく、例えば、対向する上面及び下面を有する平板状の水晶基板を除去加工して形成する場合に発生し得る加工ばらつき等に起因する寸法差を含む意味である。このことは、以下の説明においても同様である。また、水晶片110の主面の法線方向に沿った厚みにおいて、連結部材111a,111bの厚さは、図2に示されるように水晶片110の励振部分となる水晶部分の厚さと実質的に同一であってもよく、又は当該水晶部分の厚さよりも薄くてもよい。連結部材111a,111bの厚さを水晶部分の厚さよりも薄くすることにより、水晶片110をメサ構造に類似した構成とすることができる。従って、枠体120の厚さによって水晶振動素子100の機械的強度を保ちつつ、連結部材111a,111bによる振動エネルギーの閉じ込め性の向上を図ることができる。
第1励振電極130は、水晶片110のY´軸正方向側の面である第1面112(第1主面)に形成され、他方、第2励振電極140は、水晶片110のY´軸負方向側の面である第2面114(第2主面)に形成されている。第1及び第2励振電極130,140は、一対の電極としてXZ´面の平面視において互いに略全体が重なり合うように配置されている。
水晶片110と枠体120との間(例えば、水晶片110、枠体120、及び連結部材111a,111bによって囲まれた領域)には貫通孔150が形成されている。そして、第1励振電極130が当該貫通孔150のY´軸正方向側の開口部のX軸正方向側の外縁に接するように形成されている(図3A参照)。また、貫通孔150の内壁には引出電極132が形成されており、当該引出電極132は当該開口部において第1励振電極130と電気的に接続される(図3A、図4参照)。これにより、第1励振電極130は、引出電極132を介して枠体120の第2面124に形成された第1電極133と電気的に接続される(図3B、図4参照)。
なお、後述するように、本実施形態においては貫通孔150の内壁に第2励振電極140の引出電極を形成する必要がない。従って、当該内壁に絶縁部を設けるためのレジスト形成工程等が不要となり、製造工程が削減され短絡及び断線の発生が抑制される。また、第1励振電極130から第1電極133へ引き出される引出電極132は、図3Aに示されるように貫通孔150の内壁の全面に形成されている。引出電極132が当該内壁の全面に形成されることにより、貫通孔150の内部の配線の品質検査を省略することができる。従って、作業工程が削減され、製造時間が短縮される。なお、引出電極は貫通孔の内壁の一部に形成されていてもよい。
第2励振電極140と電気的に接続された引出電極142は、連結部材111b上を通り、枠体120側に引き出されている(図3B、図4参照)。連結部材111b上において、引出電極142は、貫通孔150のY´軸負方向側の開口部のZ´軸正方向側の外縁から所定間隔をあけて設けられている(図3B、図4参照)。すなわち、引出電極142は、引出電極132に電気的に導通しないように形成されている。これにより、第2励振電極140は、枠体120の第2面124側に形成された第2電極143と電気的に接続される(図3B、図4参照)。なお、引出電極142については、第2励振電極140と同一面側(ベース部材300が配置された側)に第2電極143が形成されているため、貫通孔を介して反対側の面に引き出す必要がない。
枠体120の第2面124側には、第1及び第2電極133,143が形成されている。第1電極133は測定用パッド134,134a(第2パッド部分)及び接続用パッド136(第1パッド部分)を含み、第2電極143は測定用パッド144,144a(第2パッド部分)及び接続用パッド146(第1パッド部分)を含む。ここで、第1及び第2電極133,143について説明する前に、凹部126について説明する。なお、以後の説明においては、測定用パッド134,134a又は測定用パッド144,144aを区別せずに「測定用パッド134」又は「測定用パッド144」ということがある。
枠体120の第2面124側には凹部126が形成されている。凹部126とは、枠体120の第2面124側(ベース部材300が配置された側)において、ベース部材300との接合領域(第1領域)よりもY´軸正方向側に窪んだ領域(第2領域)である(図4参照)。本実施形態においては、接合領域は枠体120の外縁を含む外縁部に形成され、凹部126は枠体120のX軸負方向側であって、連結部材111a,111bに隣接する領域に形成されている(図3B、図4参照)。凹部126の形状は特に限定されないが、例えば、略矩形の外形形状であってもよい。凹部126のY´軸正方向側の深さは特に限定されないが、本実施形態においては、凹部126の底面(ベース部材300と対向する側の面)が水晶片110の第2面114と同じ高さに位置する程度の深さである。具体的には、凹部126、連結部材111a,111b、及び水晶片110は、ベース部材300が配置された側の各々の面について面一となっている。枠体120に凹部126を形成することにより、連結部材111a,111bのY´軸方向の厚さ(すなわち、貫通孔150の厚さ)が枠体120(凹部126を除く部分)の厚さに比べて薄くなるため、貫通孔150の内壁に設ける引出電極132の距離が短くなる。これにより、電極の欠損による断線の発生を抑制することができる。
測定用パッド134,144は、凹部126の底面に形成されている。具体的には、測定用パッド134は、当該凹部126の底面において、少なくとも一部が貫通孔150のY´軸負方向側の開口部のX軸負方向側の外縁に接するように形成されている。これにより、測定用パッド134は、貫通孔150の内壁に形成された引出電極132と電気的に接続される。一方、測定用パッド144は、当該凹部126の底面において、引出電極142と電気的に接続され、貫通孔150の開口部の外縁に接しないように(すなわち、引出電極132に電気的に導通しないように)形成されている。また、測定用パッド134は、凹部126のZ´軸負方向側の側面に形成された測定用パッド134aと電気的に接続され、測定用パッド144は、凹部126のZ´軸正方向側の側面に形成された測定用パッド144aと電気的に接続される(図4参照)。
測定用パッド134,144は、水晶振動素子100の電気的検査時に第1及び第2励振電極130,140に電圧を印加するために用いられるパッドである。電気的検査は、例えば、1対のプローブ等を測定用パッド134,144に当接させ、第1及び第2励振電極に電圧を印加することによりなされる。電気的検査の方法の詳細については後述する。
なお、測定用パッド134,144は、部分的に連結部材111a,111bの延長線上(すなわち、励振振動の振動伝搬経路上)から外れた領域に延出されて形成されている(図4参照)。これにより、プローブを測定用パッドに当接させることに起因する発振周波数への影響が抑制され、測定精度が向上する。なお、連結部材111a,111bの延長線上から外れた領域は、当該延長線よりもZ´軸方向について外側でもよく、内側でもよい。
接続用パッド136,146は、枠体120の第2面124上(ベース部材300との接合領域)に形成されている。具体的には、接続用パッド136は、枠体120の第2面124上において、枠体120のコーナー102の付近に凹部126のZ´軸負方向側の外縁と少なくとも一部が接するように形成され、接続用パッド146は、枠体120の第2面124上において、枠体120のコーナー104の付近に凹部126のZ´軸正方向側の外縁と少なくとも一部が接するように形成されている(図4参照)。これにより、接続用パッド136は測定用パッド134a(測定用パッド134と電気的に接続)に接し、接続用パッド146は測定用パッド144a(測定用パッド144と電気的に接続)に接する。従って、接続用パッド136は、測定用パッド134a,134及び引出電極132を介して第1励振電極130に電気的に接続され、接続用パッド146は、測定用パッド144a,144及び引出電極142を介して第2励振電極140に電気的に接続される。
接続用パッド136,146は、水晶振動素子100とベース部材300の接合時に、第1及び第2励振電極130,140と、ベース部材の第1面302(水晶振動素子100が配置された側の面)に形成された外部電極とを電気的に接続するために用いられるパッドである。第1及び第2励振電極130,140は、それぞれ、接続用パッド136,146を介して、ベース部材300に形成された外部電極322,326と電気的に接続される(図1参照)。
第1及び第2励振電極130,140を含む上記各電極及びパッドにおいては、例えば、下地がクロム(Cr)層で形成され、クロム層の表面に金(Au)層が形成される。なお、各電極は、上記の材料にのみ限定されるものではない。
リッド部材200は、水晶片110の第1面112に形成された第1励振電極130に対向して枠体120の第1面122の側に配置され、ベース部材300は、水晶片110の第2面114に形成された第2励振電極140に対向して枠体120の第2面124の側に配置され、リッド部材200、水晶振動素子100及びベース部材300はこの積層の順番で3層構造をなしている。リッド部材200は、第1面202と、第1面202と反対であって水晶振動素子100に対向する第2面204とを有する。また、ベース部材300は、水晶振動素子100に対向する第1面302と、第1面302と反対の第2面304とを有する。本実施形態においては、ベース部材300の第2面304は、外部と電気的に接続される実装面である。
ベース部材300の第2面304には、各コーナーにおいて、外部電極322,324,326,328が形成されている。具体的には、X軸負方向側の2つのコーナーには外部電極322,324が形成され、X軸正方向側の2つのコーナーには外部電極326,328が形成されている。外部電極322,324,326,328は、ベース部材300の端面に形成された電極により第1面302側に引き出されている。また、ベース部材300の第1面302上において、外部電極322はX軸負方向Z´軸負方向側のコーナーにおいて一定程度延在して設けられ、外部電極326はX軸負方向側に向かって延出された後、X軸負方向Z´軸正方向側のコーナーにおいて一定程度延在して設けられる(図1参照)。
水晶振動素子100がベース部材300に搭載されると、外部電極322が接続用パッド136、測定用パッド134、及び引出電極132を介して第1励振電極130に電気的に接続され、外部電極326が接続用パッド146、測定用パッド144、及び引出電極142を介して第2励振電極140に電気的に接続される(図1参照)。残りの外部電極324,328は、第1及び第2励振電極130,140のいずれとも電気的に接続されていないダミー電極(又は浮き電極とも呼ばれる。)である。当該ダミー電極は、水晶振動子1が実装される基板(図示しない)に設けられた端子であって他のいずれの電子素子とも接続されない端子に接続されてもよい。なお、図1に示される例では、第1及び第2励振電極130,140に電気的に接続される外部電極322,326は、ベース部材300の対向するコーナーに配置されているが、これに限定されるものではなく他のコーナーに配置されていてもよい。また、ベース部材300の各コーナーにキャスタレーション形状などの切り欠き側面が形成される場合、各外部電極は対応する各コーナーにおいて、ベース部材300の第2面304から切り欠き側面に至るように延出されていてもよい。
外部電極322,324,326,328は、例えば、クロム(Cr)や金(Au)などで形成される。具体的には例えば、外部電極はスパッタ法によって導電材料が成膜され、その後めっき法によって導電材料が追加的に成膜されることにより形成される。なお、外部電極322,324,326,328は上記の材料に特に限定されるものではなく公知の導電材料を用いることができる。また、上記の形成方法以外の公知の形成方法を用いることができる。また、本実施形態においては4つの外部電極からなる4端子構造が示されるが、外部電極の数は特に限定されるものではなく、例えば2つの外部電極からなる2端子構造が適用されてもよい。
本実施形態においてはリッド部材200及びベース部材300は平板な基板であるが、リッド部材200及びベース部材300は水晶振動素子100に対向する向きに開口した凹状をなしていてもよい。また、リッド部材200及びベース部材300の材質は、ガラス(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)から構成されていてもよいし、あるいは水晶振動素子100と同一材質である水晶(例えばATカット水晶)又はガラス繊維にエポキシ系樹脂を含浸させたガラスエポキシ樹脂から構成されていてもよい。
図1及び図2に示されるように、リッド部材200は枠体120の第1面122の全周に封止部材170を介して接合され、他方、ベース部材300は、枠体120の第2面124の全周に封止部材172を介して接合される。封止部材170,172が枠体120の各面の全周に設けられることにより、水晶片110が内部空間(キャビティ)に密封封止される。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、第1励振電極130、第2励振電極140の酸化による経時変化などが低減できるため好ましい。封止部材170,172は、各部材の接合面同士を接合するとともに内部空間を密封封止できればその材料は限定されるものではなく、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であってもよいし、あるいは、樹脂接着剤を用いてもよい。ガラス接着材料に比べ機械的品質係数Qmが小さな樹脂材料を含む接着材料を用いて、枠体120がリッド部材200及びベース部材300に接合された場合、枠体120から封止部材170,172を介して伝搬する振動が接着材料でより大きく消費されるため望ましい。
次に、凹部126の内部に測定用パッド134,144を設ける理由について説明する。仮に接続用パッド136,146にプローブ等を当接させて電気的検査を行うと、接続用パッド136,146(すなわち、ベース部材300との接合面)が損傷又は汚染され、水晶振動素子100とベース部材300との接合時に接続用パッド136,146と外部電極322,326との接合の信頼性が低下するおそれがある。一方、本実施形態においては、枠体120の第2面124から第1面122側に窪んだ凹部126の内部底面に形成された測定用パッド134,144にプローブ等を当接させることができる。これにより、水晶振動素子100の電気的検査において測定用パッド134,144(すなわち、ベース部材300と接合されない面)が損傷又は汚染された場合においても、当該損傷又は汚損により接合力を低減させることなく、水晶振動素子100とベース部材300とを接合することができる。従って、水晶振動素子100の電気的検査に起因する接合の信頼性の低下を抑制することができる。
上述の通り、本実施形態に係る水晶振動子1によれば、第1励振電極130と電気的に接続された接続用パッド(第1電極の第1パッド部分)及び測定用パッド(第1電極の第2パッド部分)と、第2励振電極140と電気的に接続された接続用パッド(第2電極の第1パッド部分)及び測定用パッド(第2電極の第2パッド部分)とが、いずれも枠体120の第2面124側に形成されている。これにより、特許文献1に開示される水晶振動子と比べて、水晶振動素子の電気的検査時に必要な測定用パッド、及び第1及び第2励振電極と外部電極との接合時に必要な接続用パッドを形成しつつも、配線の剥離及び切断の発生確率が高い水晶振動素子の表裏に引き回す配線の総数を減らすことができる。従って、水晶振動子を小型化しつつも、配線の短絡及び断線などの不良を抑制し、水晶振動子の品質の向上を図ることができる。また、配線の製造工程を簡素化することができる。さらに、水晶振動素子100の同一面側に測定用パッド及び接続用パッドの双方が形成されるため、画像撮影等を用いたパッドの品質(例えば、形状、位置ずれ等)の検査が簡素化される。
また、本実施形態においては、測定用パッドが凹部126の底面のみならず側面にも形成されることによって、プローブが当接可能な面積が拡張され、検査における操作が容易となる。
なお、凹部126が形成される領域は特に限定されず、枠体の第2面側であって、引出電極と電気的に接続されるように測定用パッドが設けられる領域であればよい。なお、枠体の外縁を含まない領域に当該凹部を形成することにより、測定用パッドを水晶片とともに水晶振動子の内部空間(キャビティ)に密封封止することができる。
また、第1及び第2励振電極130,140に電気的に接続される第1及び第2電極133,143(測定用パッド134,144及び接続用パッド136,146を含む)の配置は特に限定されるものではない。本実施形態に示されるように、各測定用パッド134,144は接続用パッド136と接続用パッド146との間に配置されていてもよく、又は反対に、接続用パッドが各測定用パッドの間に配置されていてもよい。また、第1及び第2電極は、枠体120のX軸正方向側の2つのコーナー106,108側に配置されてもよい。
次に、図5のフローチャートに基づいて、図6A〜図6Dを参照しつつ、本発明の一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。本実施形態では、一例として、図1〜図4に示される水晶振動子1を製造する方法を説明する。本実施形態における水晶振動子の製造方法は、ウエハ状態でパッケージングを行うウエハレベルパッケージング技術を適用して製造することを含む。なお、以下においては、水晶振動子1に個片化する前の状態における構成要素のうち、個片化した後の状態と同一の構成要素は、説明の便宜上、同一の用語及び符号を用いて説明する。
まず、図6Aに示されるように、第1基板10を用意する(図5のS10)。第1基板10は、複数の水晶振動素子100を形成するための基板である。第1基板10の材料は上述の水晶振動素子100について説明した内容を適用することができ、例えば、水晶材料を人工水晶又は天然水晶の原石から所定のカット角でウエハ状に切り出した水晶基板を用いることができる。
第1基板10について、所定の領域ごとにフォトリソグラフィー、エッチング及び成膜などの各プロセスによって、上述した水晶振動素子100の水晶片110と、水晶片110の外周を囲む枠体120と、水晶片110と枠体120を連結する連結部材111a,111bと、第1及び第2励振電極130,140と、引出電極132,142と、測定用パッド134,144及び接続用パッド136,146を含む第1及び第2電極133,143とを形成する。なお、測定用パッド134,144及び接続用パッド136,146は、例えば、第1基板10の枠体120にフォトリソグラフィー及びエッチングによって凹部126を形成し、当該凹部126にスパッタリングなどによって導電材料を成膜して形成することができる。
次に、図6Bに示されるように、第1基板10に形成された各水晶振動素子100に対し、電気的検査を行う(図5のS20)。電気的検査においては、例えば、1対のプローブ等を測定用パッド134,144に当接させ、第1及び第2励振電極130,140に電圧を印加する。これにより、水晶振動素子100の発振周波数やクリスタルインピーダンス値(CI値)を測定し、水晶振動素子100の周波数を調整する。周波数の調整は、例えば、レーザー光の照射によって第1又は第2励振電極130,140の一部を除去するか、又は、蒸着によって水晶片110に金属を付着させることにより、第1又は第2励振電極130,140の質量を調整することによって行われる。
次に、第2基板20及び第3基板30を用意する(図5のS30)。第2基板20及び第3基板30は、各々、リッド部材200及びベース部材300を形成するための基板である。第2基板20は、複数のリッド部材200に対応する領域を有し、第3基板30は、複数のベース部材300に対応する領域を有する。第2基板20及び第3基板30の各材料は上述のリッド部材200及びベース部材300について説明した内容を適用することができ、例えば、第2基板20及び第3基板30は水晶とすることができる。その場合、第1基板10、第2基板20及び第3基板30は、同一カット角(例えばATカット)を有する水晶基板であってもよい。第1基板10、第2基板20及び第3基板30は厚み方向に見た平面視において略同じ外形を有している。第3基板30については、所定の領域ごとにフォトリソグラフィー、エッチング及び成膜などの各プロセスによって、上述した外部電極を形成する。
次に、図6Cに示されるように、第1基板10の上面(水晶片110に第1励振電極130が形成された側)に第2基板20を接合し、第1基板10の下面(水晶片110に第2励振電極140が形成された側)に第3基板30を接合し、積層部材40を得る(図5のS40)。
第2基板20、第1基板10、第3基板30を、この順番で積層し、接合する。この際、第1基板10の枠体120の各々の面における全周に、第1基板10の各々の水晶片110が励振可能なように、封止部材170,172(不図示)を介して第2基板20及び第3基板30が接合される。このように、第2基板20及び第3基板30を接合することにより、第1基板10における複数の水晶片110が密封封止される。なお、いずれの基板も水晶基板とした場合、各々の基板について封止部材を用いることなく水晶の分子間力により接合してもよい。
次に、図6Dに示されるように、積層部材40を切り出して、複数の個片を得る(図5のS50)。積層部材40は、ダイシング又はワイヤーカットなどの工法によって切り出され、水晶振動子ごとに個片化される。
その後、各水晶振動子に外部電極を形成する(図5のS60)。水晶振動子の底面(ベース部材300における水晶振動素子100とは反対側の面)に、例えば、スパッタ法、真空蒸着法又はめっき法を適宜組み合わせて外部電極を形成する。外部電極を形成することにより、水晶振動子の実装性が確保される。
なお、図5のS10において、第1領域を枠体120の外縁を含む領域に形成し、第2領域(すなわち、凹部126)を連結部材111a,111bに隣接した領域に形成し、測定用パッド134,144を接続用パッド136と接続用パッド146との間であって連結部材111a,111bの延長線上から外れた領域に形成してもよい。
また、図5のS10において、水晶片110と枠体120との間の貫通孔150の内壁を介して第1励振電極130と電気的に接続されるように、引出電極132を貫通孔150の内壁に形成してもよい。なお、引出電極132は貫通孔150の内壁の全面に形成してもよい。
また、図5に示されるステップS10〜S30はこの順に限られず、それぞれ順序を入れ替えてもよい。
本実施形態に係る水晶振動素子の態様は様々に変形して適用することが可能である。以下、図7及び図8を参照しつつ、本実施形態に係る水晶振動子の変形例を説明する。なお、以下の説明においては上記実施形態で説明した内容と異なる点を説明する。
図7は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子2の断面図である。当該断面図は、図2に示される図1のII−II線断面図と同方向の断面図を水晶振動子2について示したものである。この水晶振動子2は水晶振動素子103を含む。水晶振動素子103は、図2に示される水晶振動素子100における水晶片110及び連結部材111bの代わりに、水晶片113及び連結部材115bを含む。なお、Z´軸負方向側の連結部材については、連結部材115bと同様であるため、詳細な説明は省略する。
本変形例においては、水晶片113の第2面114は、枠体120に形成された凹部126の底面(ベース部材300が配置された側の面)よりも、ベース部材300の第1面302から離れた位置にあり、この点で図2に示される構成と異なっている。言い換えると、水晶片113の主面の法線方向に沿った厚みにおいて、枠体120(凹部126を除く部分)の厚さと、枠体120の凹部126が形成された領域の厚さと、水晶片113及び連結部材115bの厚さが、この順に薄くなっている。従って、枠体120の凹部126と連結部材115bとの間に段差が形成さる。測定用パッド134,144は、連結部材の延長線上(すなわち、励振振動の振動伝搬経路上)であって、連結部材から当該段差を介して形成されている(図7参照)。
これにより、測定用パッド134,144が振動伝搬経路上に形成されていても、上述の段差によって振動の伝搬が反射又は拡散されるため、プローブの当接に起因する発振周波数への影響が抑制され、測定精度が向上する。また、振動伝搬経路の延長線上にも測定用パッドを配置できるため、測定用パッドの配置及び接合領域の幅等の設計の自由度が高くなる。従って、水晶振動素子とベース部材との接合力の向上や、水晶振動子の小型化が容易となる。さらに、図1に示される水晶振動素子100に比べて連結部材の厚さ(すなわち、貫通孔の厚さ)が薄くなることにより、貫通孔の内壁に設ける引出電極の距離がさらに短くなるため、電極の欠損による断線の発生を抑制することができる。
図8は、本実施形態の他の変形例に係る水晶振動子3の断面図である。当該断面図は、図2に示される図1のII−II線断面図と同方向の断面図を水晶振動子3について示したものである。この水晶振動子3は水晶振動素子105を含む。水晶振動素子105は、図2に示される水晶振動素子100における水晶片110及び連結部材111bの代わりに、水晶片117及び連結部材119bを含む。なお、Z´軸負方向側の連結部材については、連結部材119bと同様であるため、詳細な説明は省略する。
本変形例においては、水晶片117が中央部よりも外縁部が薄く形成された順メサ形状であり、この点で図2に示される構成と異なっている。また、水晶片117の中央部の第2面114は、ベース部材300の第1面302に対して、枠体120に形成された凹部126の底面(ベース部材300が配置された側の面)と略同一の位置にある。なお、本変形例においては、水晶片117は平面視において略矩形の外形形状を有しているが、水晶片117の形状はこれに限られない。
このような構成においても、水晶振動子2と同様に、枠体120の凹部126と連結部材との間に形成された段差により、振動の伝搬が反射又は拡散され、プローブの当接に起因する発振周波数への影響を抑制することができる。
上記各変形例で説明したいずれの構成においても、既に説明した通り、第1及び第2励振電極130,140と電気的に接続された第1及び第2電極が、いずれも枠体120の第2面124側に形成されることにより、水晶振動素子の表裏に引き回す配線の総数を減らすことができる。従って、水晶振動子を小型化しつつも、配線の短絡及び断線などの不良を抑制し、水晶振動子の品質の向上を図ることができる。また、配線の製造工程を簡素化することができる。
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。水晶振動子1〜3は、枠体120におけるベース部材300が配置された側の面において、ベース部材300との接合面から所定程度窪んだ領域に、第1及び第2励振電極130,140と電気的に接続された第1及び第2電極133,143の各第2パッド部分が形成される。これにより、例えば、水晶振動素子の電気的検査時に必要な測定用パッド134,144を形成しつつも、水晶振動素子100の表裏に引き回す配線の数を減らすことができる。従って、配線の短絡及び断線などの不良を抑制し、水晶振動子の品質の向上を図ることができる。
また、水晶振動子1〜3は、第1及び第2電極133,143の各第2パッド部分が、第1電極133の第1パッド部分と第2電極143の第2パッド部分との間に配置されていてもよい。
また、水晶振動子1〜3は、枠体120の外縁を含む領域に枠体120の接合領域が形成され、連結部材111a,111bに隣接した領域に凹部126が形成されている。これにより、測定用パッド134,144を水晶片110とともに水晶振動子の内部空間(キャビティ)に密封封止することができる。
また、水晶振動子1〜3は、第1及び第2電極133,143の各第2パッド部分が、少なくとも部分的に連結部材111a,111bの延長線上から外れた領域に配置されている。これにより、プローブを測定用パッド134,144に当接させることに起因する発振周波数への影響が抑制され、測定精度が向上する。
また、水晶振動子1〜3は、水晶片110と枠体120との間の貫通孔150の内壁に設けられた引出電極132を介して、第1電極133が第1励振電極130と電気的に接続されている。また、貫通孔150の内壁に第2励振電極140の引出電極を形成する必要がない。従って、当該内壁に絶縁部を設けるためのレジスト形成工程等が不要となり、製造工程が削減され短絡及び断線の発生が抑制される。
また、水晶振動子1〜3は、貫通孔150の内壁の全面に引出電極132が形成されている。これにより、貫通孔150の内部の配線の品質検査を省略することができる。従って、作業工程が削減され、製造時間が短縮される。
また、水晶振動子1〜3は、第1電極133が引出電極132と貫通孔150の開口外縁の少なくとも一部で接して設けられ、第2電極143は、当該開口外縁から離れて設けられている。なお、引出電極の構成はこれに限られない。
また、水晶振動子1は、水晶片110のベース部材300が配置された側の面が、枠体120における凹部126のベース部材300が配置された側の面と同じ高さに位置している。なお、凹部126のY´軸方向の深さはこれに限られない。
また、水晶振動子2は、水晶片113のベース部材300が配置された側の面が枠体120における凹部126のベース部材300が配置された側の面よりもベース部材300から離れた位置に形成されている。これにより、枠体120の凹部126と連結部材との間に段差が形成さる。従って、測定用パッド134,144が振動伝搬経路上に形成されていても、上述の段差によって振動の伝搬が反射又は拡散され、プローブの当接に起因する発振周波数への影響が抑制され、測定精度が向上する。
また、水晶振動子3は、水晶片117が平面視において略矩形の外形形状を有し、中央部よりも外縁部が薄く形成された順メサ形状である。このような構成においても、水晶振動子2と同様に、枠体120の凹部126と連結部材との間に形成された段差により、振動の伝搬が反射又は拡散され、プローブの当接に起因する発振周波数への影響を抑制され、測定精度が向上する。
また、水晶振動子の製造方法は、枠体120におけるベース部材300が配置された側の面において、ベース部材300との接合面から所定程度窪んだ領域に、第1及び第2励振電極130,140と電気的に接続された第1及び第2電極133,143の各第2パッド部分を形成することを含む。これにより、例えば、水晶振動素子の電気的検査時に必要な測定用パッド134,144を形成しつつも、水晶振動素子100の表裏に引き回す配線の数を減らすことができる。従って、配線の短絡及び断線などの不良を抑制し、水晶振動子の品質の向上を図ることができる。
また、水晶振動子の製造方法は、枠体120の外縁を含む領域に枠体120の接合領域を形成し、連結部材111a,111bに隣接した領域に凹部126を形成し、第1電極133の第1パッド部分と第2電極143の第1パッド部分との間であって、連結部材111a,111bの延長線上から外れた領域に、少なくとも部分的に、第1及び第2電極133,143の各第2パッド部分を形成することを含む。これにより、プローブを測定用パッド134,144に当接させることに起因する発振周波数への影響が抑制され、測定精度が向上する。
また、水晶振動子の製造方法は、水晶片110と枠体120との間の貫通孔150の内壁を介して、第1電極133が第1励振電極130と電気的に接続されるように、引出電極132を貫通孔150の内壁に形成することを含む。これにより、貫通孔150の内壁に絶縁部を設けるためのレジスト形成工程等が不要となり、製造工程が削減され短絡及び断線の発生が抑制される。
また、水晶振動子の製造方法は、貫通孔150の内壁の全面に引出電極132を形成することを含む。これにより、貫通孔150の内部の配線の品質検査を省略することができる。従って、作業工程が削減され、製造時間が短縮される。
なお、以上説明した実施形態(変形例を含む。)においては、ATカット水晶振動素子の一例として、X軸に平行な長辺、及びZ´軸に平行な短辺を有する態様を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、Z´軸に平行な長辺、及びX軸に平行な短辺を有するATカット水晶振動素子に本発明を適用してもよい。また、以上の説明においては2つの連結部材を有する態様を説明したが、連結部材の個数は限定されるものではなく、例えば水晶片と枠体とが1つの連結部材によって連結されていてもよい。
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およびその配置、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。
1〜3 水晶振動子
100,103,105 水晶振動素子
110,113,117 水晶片
111a,111b,115b,119b 連結部材
120 枠体
130 第1励振電極
132,142 引出電極
133 第1電極
134,134a,144,144a 測定用パッド
136,146 接続用パッド
140 第2励振電極
143 第2電極
150 貫通孔
170,172 封止部材
200 リッド部材
300 ベース部材
322,324,326,328 外部電極

Claims (15)

  1. 対向する第1及び第2主面を有する水晶片と、当該水晶片の当該第1主面に設けられた第1励振電極と、当該水晶片の当該第2主面に設けられ、当該第1励振電極に対向する第2励振電極と、当該水晶片の外周を囲む枠体と、当該枠体と前記水晶片を連結する連結部材と、を含む水晶振動素子と、
    前記水晶振動素子の前記第1励振電極側に対向して配置され、前記水晶片を励振可能なように前記枠体に接合されたリッド部材と、
    前記水晶振動素子の前記第2励振電極側に対向して配置され、前記水晶片を励振可能なように前記枠体に接合され、かつ外部と電気的に接続可能である外部電極を有する、ベース部材と、
    を備え、
    前記枠体は、前記ベース部材が配置された側に設けられた第1領域及び当該第1領域よりも窪んでいる第2領域を有しており、
    前記水晶振動素子は、前記第1励振電極と電気的に接続された第1電極と、前記第2励振電極と電気的に接続された第2電極とを有し、
    前記第1及び第2電極の各々は、前記第1領域上に設けられた第1パッド部分と、前記第2領域上に設けられた第2パッド部分とを有し、
    前記第1及び第2励振電極は、前記第1及び第2電極の前記各第1パッド部分を介して前記ベース部材の前記外部電極と電気的に接続された、水晶振動子。
  2. 前記第1及び第2電極の前記各第2パッド部分は、電気的検査のための測定用パッドである、請求項1に記載の水晶振動子。
  3. 前記第1及び第2電極の前記各第2パッド部分は、前記第1電極の前記第1パッド部分と前記第2電極の前記第1パッド部分との間に配置された、請求項1又は2に記載の水晶振動子。
  4. 前記枠体の前記第1領域は、前記枠体の外縁を含む領域であり、
    前記枠体の前記第2領域は、前記連結部材に隣接した領域である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の水晶振動子。
  5. 前記第1及び第2電極の前記各第2パッド部分は、少なくとも部分的に、前記連結部材の延長線上から外れた領域に配置された、請求項1〜4のいずれか一項に記載の水晶振動子。
  6. 前記第1電極は、前記水晶片と前記枠体との間の貫通孔の内壁に設けられた引出電極を介して、前記第1励振電極と電気的に接続された、請求項1〜5のいずれか一項に記載の水晶振動子。
  7. 前記貫通孔の内壁の全面に前記引出電極が形成された、請求項6に記載の水晶振動子。
  8. 前記第1電極は、前記引出電極と前記貫通孔の開口外縁の少なくとも一部で接して設けられ、前記第2電極は、前記貫通孔の開口外縁から離れて設けられた、請求項6又は7に記載の水晶振動子。
  9. 前記水晶片の前記ベース部材が配置された側の面は、前記枠体における前記第2領域の前記ベース部材が配置された側の面と同じ高さに位置する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の水晶振動子。
  10. 前記水晶片の前記ベース部材が配置された側の面は、前記枠体における前記第2領域の前記ベース部材が配置された側の面よりも前記ベース部材から離れた位置である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の水晶振動子。
  11. 前記水晶片は、平面視において略矩形の外形形状を有し、中央部よりも外縁部が薄く形成された順メサ形状である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の水晶振動子。
  12. (a)複数の水晶振動素子を有する第1基板を用意することであって、前記水晶振動素子が、対向する第1及び第2主面を有する水晶片と、当該水晶片の当該第1主面に設けられた第1励振電極と、当該水晶片の当該第2主面に設けられ、当該第1励振電極に対向する第2励振電極と、当該水晶片の外周を囲む枠体と、当該枠体と前記水晶片を連結する連結部材と、を備える、第1基板を用意すること、
    (b)前記水晶振動素子の前記第1励振電極側に対向して配置される複数のリッド部材を有する第2基板を用意すること、
    (c)前記水晶振動素子の前記第2励振電極側に対向して配置され、かつ外部と電気的に接続可能である外部電極を有する複数のベース部材を有する第3基板を用意すること、
    (d)前記水晶片が励振可能なように、前記水晶振動素子の前記枠体が前記リッド部材及び前記ベース部材に接合するように、前記第1、第2及び第3基板を接合すること、及び、
    (e)接合された前記第1、第2及び第3基板を切断して、個片化された複数の水晶振動子を得ること、
    を含み、
    前記枠体は、前記ベース部材が配置された側に設けられた第1領域及び当該第1領域よりも窪んでいる第2領域を有しており、
    前記水晶振動素子は、前記第1励振電極と電気的に接続された第1電極と、前記第2励振電極と電気的に接続された第2電極とを有し、
    前記第1及び第2電極の各々は、前記第1領域上に設けられた第1パッド部分と、前記第2領域上に設けられた第2パッド部分とを有し、
    前記(a)は、前記第1及び第2電極の前記各第2パッド部分を介して前記水晶振動素子を電気的に検査することを含み、
    前記(d)は、前記第1及び第2励振電極を、前記第1及び第2電極の前記各第1パッド部分を介して前記ベース部材の前記外部電極と電気的に接続することを含む、水晶振動子の製造方法。
  13. 前記(a)において、
    前記第1領域を前記枠体の外縁を含む領域に形成し、前記第2領域を前記連結部材に隣接した領域に形成し、
    前記第1電極の前記第1パッド部分と前記第2電極の前記第1パッド部分との間であって、前記連結部材の延長線上から外れた領域に、少なくとも部分的に、前記第1及び第2電極の前記各第2パッド部分を形成する、請求項12に記載の水晶振動子の製造方法。
  14. 前記(a)において、
    前記第1電極が前記水晶片と前記枠体との間の貫通孔の内壁を介して前記第1励振電極と電気的に接続されるように、引出電極を前記貫通孔の内壁に形成する、請求項12又は13に記載の水晶振動子の製造方法。
  15. 前記(a)において、
    前記貫通孔の内壁の全面に前記引出電極を形成する、請求項14に記載の水晶振動子の製造方法。
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