TWI679844B - 壓電振動器件 - Google Patents

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Hiroki Fujiwara
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日商大真空股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種壓電振動器件。該器件中，AT切石英晶體片上的貫穿孔具有傾斜面，傾斜面上有：從通孔朝貫穿孔周邊向-Z’方向及+X方向延伸的第一結晶面；從通孔朝貫穿孔的周邊向-Z’方向及+X方向延伸，且在第一結晶面的+Z’方向及+X方向與第一結晶面接觸的第二結晶面；及在第二結晶面的+X方向與第二結晶面接觸，並與AT切石英晶體片的主面接觸的第三結晶面，三個結晶面與AT切石英晶體片的主面間形成有補償面以阻礙第一及第二稜線到達AT切石英晶體片的主面。基於該結構，能緩和貫穿孔應力集中，防止貫穿孔產生裂縫。

Description

壓電振動器件
本發明關於壓電振動器件。
近年，各種電子設備朝著工作頻率高頻化、封裝體小型化(特別是低矮化)方向發展。因此，隨著高頻化、封裝體小型化，要求壓電振動器件(例如晶體諧振器、晶體振盪器等)也能應對高頻化及封裝體小型化。
這種壓電振動器件的殼體由近似長方體的封裝體構成。該封裝體包括例如由玻璃或石英晶體構成的第一密封構件和第二密封構件、及例如由石英晶體構成並在兩個主面上形成有激勵電極的壓電振動片，第一密封構件與第二密封構件間通過晶體振動片而層疊接合。並且，配置在封裝體內部(內部空間)的壓電振動片的振動部(激勵電極)被氣密密封(例如，專利文獻1)。以下，將這種壓電振動器件的層疊形態稱為三明治結構。
近年，對於三明治結構的壓電振動器件也要求進一步小面積化。然而，本發明的發明人發現，在實現三明治結構的壓電振動器件的小面積化、並以AT切石英晶體片構成第一密封構件的情況下，第一密封構件上形成的貫穿孔上容易產生裂縫。
在此，圖15是表示三明治結構的壓電振動器件500的概要結構的截面圖。壓電振動器件500具備晶體振動片510、第一密封構件52 0及第二密封構件530，晶體振動片510與第一密封構件520相接合；晶體振動片510與第二密封構件530相接合，從而構成大致長方體的封裝體。
晶體振動片510具有在兩個面上形成有一對激勵電極(未圖示)的振動部511、包圍著該振動部511的外周的外框部512、通過將振動部511與外框部512連結而保持著振動部511的保持部513。即，晶體振動片510是通過將振動部511、外框部512及保持部513形成為一體而構成的。
另外，實現了小型化的壓電振動器件500中，通常利用貫穿孔550來實現電極、佈線的導通。在第一密封構件520上設有貫穿孔550的情況下，該貫穿孔550形成在與晶體振動片510的外框部512重疊的區域。
如圖16(a)所示，對壓電振動器件500進行操作時或在壓電振動器件500上安裝IC晶片等時，外力F1有可能從上方作用於第一密封構件520的中心部附近(力點P1)。此時，基於槓桿原理，晶體振動片510的外框部512的內周緣部成為支點P2，貫穿孔550的內周緣部成為作用點P3，且在該作用點P3上會產生應力F3。
在壓電振動器件500進一步小面積化的情況下，如圖16(b)所示，外框部512的寬度變窄。這種外框部512的寬度變窄後的壓電振動器件500中，基於槓桿原理而在貫穿孔550上產生應力F3的情況下，該應力F3可能成為遠遠大於圖16(a)中的應力F3的應力。其理由是，外 框部512的寬度變窄後，相對於力點P1與支點P2之間的距離，支點P2與作用點P3之間的距離變小了。
如此可見，隨著壓電振動器件的小面積化(晶體振動片中的外框部的寬度變窄)，貫穿孔的緣部產生的應力增大，從而貫穿孔上容易產生裂縫。
[專利文獻1]日本特開2010-252051號公報
鑒於上述情況，本發明的目的在於，提供一種能緩和貫穿孔中的應力集中、從而抑制裂縫產生的三明治結構的壓電振動器件。
為了解決上述技術問題，作為本發明的第一種形態的壓電振動器件中設置有，壓電振動片、覆蓋所述壓電振動片的一個主面側的第一密封構件、及覆蓋所述壓電振動片的另一個主面側的第二密封構件，所述第一密封構件與所述壓電振動片相接合；所述第二密封構件與所述壓電振動片相接合，從而形成將包含第一激勵電極和第二激勵電極的所述壓電振動片的振動部氣密密封的內部空間，該壓電振動器件的特徵在於：所述壓電振動片具有振動部、保持所述振動部的保持部、及包圍著所述振動部的外周並保持著所述保持部的外框部，所述第一密封構件由AT切型的石英晶體片構成，所述第一密封構件上設有貫穿孔，該貫穿孔在所述壓電振動片的外框部的內周緣部的+Z’方向側，在與所述壓電振動片接合的接合面的相反側的主面側，所述貫穿孔具有從周邊部朝著中心部的通孔傾斜的傾斜面，所述傾斜面上存在，從所述通孔朝著所述貫穿孔的周邊部向-Z’方向側及+X方向側延伸的第一結晶面；從所述通孔朝著所述貫穿孔的周邊部向-Z’方向側及+X方向側延伸，並在所述第一結晶面的+Z’方向側及+X方向側與該第一結晶面接觸的第二結晶面；及在所 述第二結晶面的+X方向側與該第二結晶面接觸，並與所述第一密封構件的主面接觸的第三結晶面，在所述三個結晶面與所述第一密封構件的主面之間形成有補償面，所述補償面阻礙所述第一結晶面與所述第二結晶面之間的稜線及所述第二結晶面與所述第三結晶面之間的稜線到達第一密封構件的主面。
基於上述結構，能緩和三明治結構的壓電振動器件中形成的貫穿孔上的應力集中，從而能抑制裂縫產生。即，以往的貫穿孔中，貫穿孔的內壁面上出現的兩條稜線會到達AT切型的石英晶體片的主面，並在貫穿孔的外周上相交而成為應力集中點，進而成為裂縫產生的起點。對此，具有上述結構的貫穿孔中，由於在該應力集中部位形成有補償面，所以上述兩條稜線無法在貫穿孔的外周緣部相交。其結果，能防止應力集中點產生，從而能抑制以該應力集中點為起點的裂縫產生。
另外，上述壓電振動器件中，較佳為，所述補償面在所述傾斜面內只與所述三個結晶面接觸，不與其它的結晶面接觸。
基於上述結構，補償面被形成在所需的最小限度內，從而能防止貫穿孔中形成其它不需要的結晶面。若貫穿孔中不需要的結晶面增加，則會引起導通電阻增大等，因而，通過限制不需要的結晶面的形成，能避免上述情況發生。
另外，上述壓電振動器件中，較佳為，所述補償面與第一密封構件的主面之間的交界線的兩端的兩點間距離在所述貫穿孔的最大直徑的5%以上且30%以下。
基於上述結構，能使貫穿孔中的補償面具有適當的大小。若上述兩點間距離的值在貫穿孔的最大直徑的5%以下，則補償面太小，無法獲得充分的緩和應力集中的效果。相反，若上述兩點間距離的值在貫穿孔的最大直徑 的30%以上，則補償面太大，不需要的結晶面會增加從而引起導通電阻增大等。
另外，為了解決上述技術問題，作為本發明的第二種形態的壓電振動器件中設置有，壓電振動片、覆蓋所述壓電振動片的一個主面側的第一密封構件、及覆蓋所述壓電振動片的另一個主面側的第二密封構件，所述第一密封構件與所述壓電振動片相接合；所述第二密封構件與所述壓電振動片相接合，從而形成將包含第一激勵電極和第二激勵電極的所述壓電振動片的振動部氣密密封的內部空間，該壓電振動器件的特徵在於：所述壓電振動片具有振動部、保持所述振動部的保持部、及包圍著所述振動部的外周並保持著所述保持部的外框部，所述第一密封構件由AT切型的石英晶體片構成，所述第一密封構件上設有貫穿孔，該貫穿孔在所述壓電振動片的外框部的內周緣部的+Z’方向側，在與所述壓電振動片接合的接合面的相反側的主面側，所述貫穿孔具有從周邊部朝著中心部的通孔傾斜的傾斜面，所述傾斜面內存在的結晶面之間的任何稜線均不在所述貫穿孔的外周上相交。
基於上述結構，在三明治結構的壓電振動器件中形成的貫穿孔中，結晶面之間的任何稜線都不在貫穿孔的外周上相交。其結果，能防止應力集中點產生，從而能抑制以該應力集中點為起點的裂縫產生。
發明效果：
本發明的壓電振動器件能獲得可防止貫穿孔中產生應力集中點，從而能抑制以該應力集中點為起點的裂縫產生這一效果。
100‧‧‧晶體振盪器(壓電振動器件)
10‧‧‧晶體振動片(壓電振動片)
101‧‧‧第一主面
102‧‧‧第二主面
11‧‧‧振動部
111‧‧‧第一激勵電極
112‧‧‧第二激勵電極
113‧‧‧第一引出佈線
114‧‧‧第二引出佈線
12‧‧‧外框部
121‧‧‧振動側第一接合圖案
122‧‧‧振動側第二接合圖案
123‧‧‧連接用接合圖案
124‧‧‧連接用接合圖案
13‧‧‧保持部
14‧‧‧連接用接合圖案
15‧‧‧連接用接合圖案
161‧‧‧第一貫穿孔
162‧‧‧第二貫穿孔
20‧‧‧第一密封構件
201‧‧‧(第一密封構件的)第一主面
202‧‧‧(第一密封構件的)第二主面
211‧‧‧第三貫穿孔(第一密封構件的貫穿孔)
212‧‧‧第四貫穿孔(第一密封構件的貫穿孔)
213‧‧‧第五貫穿孔(第一密封構件的貫穿孔)
22‧‧‧電極圖案
23‧‧‧金屬凸點
24‧‧‧密封側第一接合圖案
25‧‧‧連接用接合圖案
261‧‧‧連接用接合圖案
262‧‧‧連接用接合圖案
263‧‧‧連接用接合圖案
27‧‧‧佈線圖案
30‧‧‧第二密封構件
301‧‧‧第一主面
302‧‧‧第二主面
31‧‧‧密封側第二接合圖案
32‧‧‧外部電極端子
33‧‧‧第六貫穿孔
34‧‧‧連接用接合圖案
40‧‧‧IC晶片
500‧‧‧壓電振動器件
510‧‧‧晶體振動片
511‧‧‧振動部
512‧‧‧外框部
513‧‧‧保持部
520‧‧‧第一密封構件
530‧‧‧第二密封構件
550‧‧‧貫穿孔
70‧‧‧AT切石英晶體片
71‧‧‧通孔
72‧‧‧傾斜面
73‧‧‧臺階部
80‧‧‧光罩
81‧‧‧膨出部
82‧‧‧第一次蝕刻中使用的圓形光罩
83‧‧‧第二次蝕刻中使用的光罩
83A‧‧‧擴張部
D1‧‧‧最大直徑
F1‧‧‧外力
F3‧‧‧應力
P1‧‧‧力點
P2‧‧‧支點
P3‧‧‧作用點
Pc‧‧‧點
Pc1‧‧‧端點
Pc2‧‧‧端點
S1‧‧‧第一結晶面
S2‧‧‧第二結晶面
S3‧‧‧第三結晶面
Sc‧‧‧補償面
L1‧‧‧第一稜線
L2‧‧‧第二稜線
W1‧‧‧兩點間距離
圖1是表示本發明的實施方式的圖，即，示意性地表示晶體振盪器的各結構部分的概要結構圖。
圖2是晶體振盪器的第一密封構件的第一主面側的概要俯視圖。
圖3是晶體振盪器的第一密封構件的第二主面側的概要俯視圖。
圖4是晶體振盪器的晶體振動片的第一主面側的概要俯視圖。
圖5是晶體振盪器的晶體振動片的第二主面側的概要俯視圖。
圖6是晶體振盪器的第二密封構件的第一主面側的概要俯視圖。
圖7是晶體振盪器的第二密封構件的第二主面側的概要俯視圖。
圖8(a)是表示在AT切石英晶體片上通過使用了圓形光罩的蝕刻而形成了貫穿孔的情況下的貫穿孔形狀的截面圖。
圖8(b)是表示在AT切石英晶體片上通過使用了圓形光罩的蝕刻而形成了貫穿孔的情況下的貫穿孔形狀的俯視圖。
圖9(a)是表示實施方式一所關於的貫穿孔的形狀的圖，即，形成在貫穿孔上的補償面附近的放大俯視圖。
圖9(b)是表示實施方式一所關於的貫穿孔的形狀的圖，即，從斜上方看到的形成在貫穿孔上的補償面附近的放大立體圖。
圖10是表示圖9的貫穿孔的製作中使用的光罩的形狀的俯視圖。
圖11是用於說明圖9的貫穿孔上的補償面的適當尺寸的圖。
圖12(a)是實施方式二所關於的貫穿孔的俯視圖。
圖12(b)是實施方式二所關於的貫穿孔的A-A截面圖。
圖13(a)是表示圖12的貫穿孔的形成過程的截面圖，即，第一次蝕刻結束後的狀態的截面圖。
圖13(b)是表示圖12的貫穿孔的形成過程的截面圖，即，第二次蝕刻結束後的狀態的截面圖。
圖14(a)是表示圖12的貫穿孔的製作中使用的光罩的形狀的俯視圖。
圖14(b)是表示圖12的貫穿孔的製作中使用的光罩的形狀的俯視圖。
圖15是表示三明治結構的壓電振動器件的概要結構的截面圖。
圖16(a)是說明三明治結構的壓電振動器件中壓電振動器件具有通常尺寸的情況下貫穿孔上產生應力的原理的圖。
圖16(b)是表示三明治結構的壓電振動器件中壓電振動器件具有小面積尺寸的情況下貫穿孔上產生應力的原理的圖。
<實施方式一>
以下，參照附圖對本發明的實施方式一進行詳細說明。另外，在下述實施方式一中，對於採用了本發明的壓電振動器件是晶體振盪器的情況進行說明。
-晶體振盪器-
首先，對本實施方式一所關於的晶體振盪器100的基本結構進行說明。如圖1所示，晶體振盪器100被構成為，具備晶體振動片(壓電振動片)10、第一密封構件20、第二密封構件30、及IC晶片40。該晶體振盪器100中，晶體振動片10與第一密封構件20相接合；晶體振動片10與第二密封構件30相接合，從而構成大致長方體形狀的三明治結構的封 裝體。即，晶體振盪器100中，晶體振動片10的兩個主面分別與第一密封構件20及第二密封構件30接合而形成封裝體的內部空間，在該內部空間內振動部11(參照圖4、圖5)被氣密密封。
另外，在第一密封構件20的與晶體振動片10接合的接合面的相反側的主面上，安裝有IC晶片40。作為電子部件元件的IC晶片40是與晶體振動片10一起構成振盪電路的單晶片積體電路元件。
本實施方式一所關於的晶體振盪器100例如具有1．0×0．8mm的封裝體尺寸，實現了小型化和低矮化。另外，隨著小型化，封裝體中未形成雉堞牆而是利用後述的貫穿孔實現電極的導通。
下面，參照圖1~圖7，對上述晶體振盪器100中的晶體振動片10、第一密封構件20、及第二密封構件30的各構件進行說明。另外，在此，對尚未接合的、分別作為單體而構成的各構件進行說明。另外，圖2~圖7示出的僅僅是晶體振動片10、第一密封構件20、及第二密封構件30各自的一種結構例而已，不能用它們對本發明進行限定。
如圖4、圖5所示，晶體振動片10是由石英水晶構成的壓電基板，其兩個主面(第一主面101、第二主面102)被加工(鏡面加工)成平坦平滑面。本實施方式一中，作為晶體振動片10，使用進行厚度剪切振動的AT切石英晶體片。圖4、圖5所示的晶體振動片10中，晶體振動片10的兩個主面101、102在XZ′平面上。該XZ′平面中，與晶體振動片10的短邊方向平行的方向為X軸方向；與晶體振動片10的長邊方向平行的方向為Z′軸方向。另外，AT切是指，作為人工石英晶體的三個晶軸的電軸(X軸)、機械軸(Y軸)、及光學軸(Z軸)中，在相對Z軸繞X軸旋轉35°15′後的角度進行切割的加工手法。AT切石英晶體片中，X軸與石英晶體的晶軸一致。Y′軸及Z′軸為相對石英晶體的晶軸的Y軸及Z軸分別大致傾斜了35°1 5′(該切割角度也可以根據對AT切晶體振動片的頻率溫度特性進行調整的範圍而有若干變化)的軸一致。Y′軸方向及Z′軸方向與將AT切石英晶體片切割出來時的切割方向相當。
在晶體振動片10的兩個主面101、102上形成有一對激勵電極(第一激勵電極111、第二激勵電極112)。晶體振動片10具有，被構成為大致矩形的振動部11、將該振動部11的外周包圍的外框部12、及通過將振動部11與外框部12連結而保持著振動部11的保持部13。即，晶體振動片10採用將振動部11、外框部12及保持部13構成為一體的結構。保持部13只從位於振動部11的+X方向及-Z′方向的一個角部朝著-Z′方向延伸(突出)到外框部12。
第一激勵電極111設置在振動部11的第一主面101側，第二激勵電極112設置在振動部11的第二主面102側。第一激勵電極111、第二激勵電極112上連接著用於將這些激勵電極連接到外部電極端子上的引出佈線(第一引出佈線113、第二引出佈線114)。第一引出佈線113從第一激勵電極111被引出，並經由保持部13，與外框部12上形成的連接用接合圖案14相連。第二引出佈線114從第二激勵電極112被引出，並經由保持部13，與外框部12上形成的連接用接合圖案15相連。
在晶體振動片10的兩個主面(第一主面101、第二主面102)上，分別設置有用於將晶體振動片10與第一密封構件20及第二密封構件30接合的振動側密封部。作為第一主面101的振動側密封部，形成有振動側第一接合圖案121；作為第二主面102的振動側密封部，形成有振動側第二接合圖案122。振動側第一接合圖案121及振動側第二接合圖案122被設置在外框部12上，並被形成為俯視為環狀。
另外，如圖4、圖5所示，在晶體振動片10上形成有將第一主面101與第二主面102之間貫通的五個貫穿孔。具體而言，四個第一貫穿孔161分別被設置在外框部12的四個角落(角部)上的區域。第二貫穿孔162被設置在外框部12上的振動部11的Z′軸方向的一側(圖4、圖5中是-Z′方向側)。在第一貫穿孔161的周圍分別形成有連接用接合圖案123。另外，在第二貫穿孔162的周圍，第一主面101側形成有連接用接合圖案124；第二主面102側形成有連接用接合圖案15。
第一貫穿孔161及第二貫穿孔162中，沿著貫穿孔各自的內壁面形成有用於實現第一主面101上形成的電極與第二主面102上形成的電極之間的導通的貫通電極。另外，第一貫穿孔161及第二貫穿孔162各自的中心部分成為將第一主面101與第二主面102之間貫通的中空狀態的貫通部分。
如圖2、圖3所示，第一密封構件20是由1枚AT切石英晶體片構成的長方體基板，該第一密封構件20的第二主面202(與晶體振動片10接合的面)被加工(鏡面加工)成平坦平滑面。另外，第一密封構件20不是具有振動部的構件，但通過與晶體振動片10一樣採用AT切石英晶體片，能使晶體振動片10與第一密封構件20具有相同的熱膨脹係數，從而能抑制晶體振盪器100的熱變形。另外，第一密封構件20的X軸、Y軸、及Z′軸的朝向也與晶體振動片10的相同。
如圖2所示，在第一密封構件20的第一主面201(安裝IC晶片40的面)上，形成有包含安裝作為振盪電路元件的IC晶片40用的安裝墊在內的六個電極圖案22。1C晶片40通過金屬凸點(例如Au凸點等)23(參照圖1)利用FCB(Flip Chip Bonding，倒裝晶片黏接)法與電極圖案22接合。
如圖2、3所示，第一密封構件20上形成有，分別與六個電極圖案22連接、並將第一主面201與第二主面202之間貫通的六個貫穿孔。具體而言，四個第三貫穿孔211被設置在第一密封構件20的四個角落(角部)上的區域。第四貫穿孔212、第五貫穿孔213分別被設置在圖2的+Z′方向、圖3的-Z′方向。
第三貫穿孔211、第四貫穿孔212、及第五貫穿孔213中，沿著各自的內壁面分別形成有用於將第一主面201上形成的電極與第二主面202上形成的電極的導通的貫通電極。另外，第三貫穿孔211、第四貫穿孔212、及第五貫穿孔213各自的中心部分成為將第一主面201與第二主面202之間貫通的中空狀態的貫通部分。
在第一密封構件20的第二主面202上，形成有用於與晶體振動片10接合的、作為密封側第一密封部的密封側第一接合圖案24。密封側第一接合圖案24被形成為俯視為環狀。
另外，第一密封構件20的第二主面202上，在第三貫穿孔211的周圍分別形成有連接用接合圖案25，在第四貫穿孔212的周圍形成有連接用接合圖案261，在第五貫穿孔213的周圍形成有連接用接合圖案262。進一步，在相對於連接用接合圖案261為第一密封構件20的長軸方向的相反側(A2方向側)形成有連接用接合圖案263，連接用接合圖案261與連接用接合圖案263之間通過佈線圖案27而連接。
如圖6、7所示，第二密封構件30是由一枚AT切石英晶體片構成的長方體基板，該第二密封構件30的第一主面301(與晶體振動片10接合的面)被加工(鏡面加工)成平坦平滑面。另外，較佳為，第二密封構件30也與晶體振動片10一樣採用AT切石英晶體片，且X軸、Y軸及Z′軸的朝向也與晶體振動片10的相同。
在該第二密封構件30的第一主面301上，形成有用於與晶體振動片10接合的、作為密封側第二密封部的密封側第二接合圖案31。密封側第二接合圖案31被形成為俯視為環狀。
在第二密封構件30的第二主面302(不面對晶體振動片10的、外側的主面)上，設置有與外部電連接的四個外部電極端子32。外部電極端子32分別位於第二密封構件30的四個角落(角部)。
如圖6、7所示，在第二密封構件30上，形成有將第一主面301與第二主面302之間貫通的四個貫穿孔。具體而言，四個第六貫穿孔33被設置在第二密封構件30的四個角落(角部)上的區域。在第六貫穿孔33中，沿著各自的內壁面形成有用於將第一主面301上形成的電極與第二主面302上形成的電極的導通的貫通電極。另外，第六貫穿孔33各自的中心部分成為將第一主面301與第二主面302之間貫通的中空狀態的貫通部分。另外，第二密封構件30的第一主面301中，在第六貫穿孔33的周圍分別形成有連接用接合圖案34。
包括上述晶體振動片10、第一密封構件20、及第二密封構件30的晶體振盪器100中，晶體振動片10與第一密封構件20在振動側第一接合圖案121和密封側第一接合圖案24相重合的狀態下擴散接合；晶體振動片10與第二密封構件30在振動側第二接合圖案122和密封側第二接合圖案31相重合的狀態下擴散接合，從而製成圖1所示的三明治結構的封裝體。由此，封裝體的內部空間，即，振動部11的容置空間被氣密密封。
此時，上述連接用接合圖案彼此也在相重合的狀態下擴散接合。並且，由於連接用接合圖案彼此間的接合，晶體振盪器100中，第一激勵電極111、第二激勵電極112、IC晶片40及外部電極端子32實現了電導通。
具體而言，第一激勵電極111依次經由第一引出佈線113、佈線圖案27、第四貫穿孔212及電極圖案22，與IC晶片40連接。第二激勵電極112依次經由第二引出佈線114、第二貫穿孔162、第五貫穿孔213及電極圖案22，與IC晶片40連接。另外，IC晶片40依次經由電極圖案22、第三貫穿孔211、第一貫穿孔161及第六貫穿孔33，與外部電極端子32連接。
晶體振盪器100中，較佳為，各種接合圖案是通過將多個層疊層在石英晶體片上而構成的，從其最下層側起蒸鍍形成有Ti(鈦)層和Au(金)層。另外，較佳為，在晶體振盪器100上形成的其它佈線、電極也採用與接合圖案相同的結構，如此便可同時將接合圖案、佈線及電極圖案化。
以上是本實施方式一所關於的晶體振盪器100的基本結構，但本發明的特徵之處在於，能夠通過緩和應力集中而抑制裂縫產生的貫穿孔的形狀。因此，對該特徵之處進行詳細說明。
在晶體振盪器100的製造工程中，將晶體振動片10、第一密封構件20及第二密封構件30接合而獲得三明治結構的封裝體之後，在第一密封構件20的第一主面201的中心附近安裝IC晶片40。並且，如已用圖13進行過說明那樣，在安裝IC晶片40時等，會從上方對第一密封構件20施加外力，由於該外力，第一密封構件20內產生的應力會成為貫穿孔上產生裂縫的主要原因。
另外，適用本發明的壓電振動器件不局限於上述例中那樣的晶體振盪器，也可以是只由晶體振動片、第一密封構件及第二密封構件的封裝體構成的晶體諧振器。即，即便是未安裝IC晶片的晶體諧振器，也有在第一密封構件的第一主面(未與晶體振動片接合的一側的面)上形成迂迴用佈線、遮罩電極的情況，且有在第一密封構件上設置用於將這些佈線或電極的導通的貫穿 孔的情況。另外，即便是未在第一密封構件上安裝IC晶片，也會有在晶體諧振器的操作處理中對第一密封構件施加外力的情況。因而，晶體諧振器中也有可能出現第一密封構件的貫穿孔上的應力集中成為裂縫產生的主要原因這樣的技術問題。
另外，上述晶體振盪器100中，貫穿孔的應力集中尤其容易發生在第四貫穿孔212上。下面，首先對其理由進行說明。
壓電振動器件上形成的貫穿孔若被形成為俯視為多角形，則多角形的角部會成為應力集中點，並有可能成為裂縫產生的起點，因而通常將貫穿孔形成為無角的圓形。壓電振動器件中的貫穿孔是通過濕式刻蝕形成的，而以往的蝕刻中使用的光罩為圓形。
然而，在石英晶體片上形成貫穿孔的情況下，即便是使用圓形光罩，由於石英晶體所具有的晶體各向異性而無法將貫穿孔形成為完全的圓形。圖8(a)是表示在AT切石英晶體片上通過使用了圓形光罩的蝕刻而形成了貫穿孔的情況下的貫穿孔形狀的截面圖，圖8(b)是表示在AT切石英晶體片上通過使用了圓形光罩的蝕刻而形成了貫穿孔的情況下的貫穿孔形狀的俯視圖。
如圖8(a)所示，貫穿孔在面內方向的中心附近具有通孔71，並有從貫穿孔周邊部朝著中心部的通孔71傾斜的傾斜面72。另外，由於貫穿孔是從AT切石英晶體片70的兩個主面蝕刻形成的，所以傾斜面72被形成在AT切石英晶體片70的兩個主面中。
另外，從與AT切石英晶體片70的主面垂直的方向看該貫穿孔時，如圖8(b)所示，貫穿孔不是完全的圓形，而且，傾斜面72也是由多個結晶面組合而成的。並且，傾斜面72上存在第一結晶面S1、第二結晶面S2、及第三結晶面S3，其中，第一結晶面S1從通孔71朝著貫穿孔的周 邊部向-Z′方向側及+X方向側延伸；第二結晶面S2從通孔71朝著貫穿孔的周邊部向-Z′方向側及+X方向側延伸，並在第一結晶面S1的+Z′方向側及+X方向側與該第一結晶面S1接觸；第三結晶面S3在第二結晶面S2的+X方向側與該第二結晶面S2接觸，並與AT切石英晶體片70的主面接觸(與貫穿孔的外周緣部接觸)。
另外，該貫穿孔中，第一結晶面S1與第二結晶面S2之間的第一稜線L1和第二結晶面S2與第三結晶面S3之間的第二稜線L2在貫穿孔的外周緣部(即，傾斜面72與AT切石英晶體片70的主面之間的交界線)上的點Pc相交。
晶體振盪器100的第一密封構件20中，第三貫穿孔211~第五貫穿孔213被構成為圖8(a)和圖8(b)所示的貫穿孔，並且，在從上方對第一密封構件20施加外力的情況下，因該外力而在第一密封構件20內產生的應力會作用于各貫穿孔。此時，貫穿孔中的點Pc會成為應力集中點，並容易成為因上述應力而產生裂縫的起點。其中，相對晶體振動片10的外框部12的內周緣部位於+Z’方向側的第四貫穿孔212將點Pc作為槓桿原理的作用點的情況下，點Pc與支點(晶體振動片10的外框部12的內周緣部)之間的距離比其它貫穿孔的短，尤其容易產生裂縫。
下面，參照圖9，對能夠抑制這樣的裂縫產生的本實施方式一所關於的貫穿孔的形狀進行說明。本實施方式一所關於的貫穿孔的特徵在於，在貫穿孔的外周緣部(傾斜面72與AT切石英晶體片70的主面之間的交界線)上形成有補償面Sc，以使上述貫穿孔的外周緣部上不出現成為應力集中點的點Pc。圖9(a)是貫穿孔的補償面Sc附近的放大俯視圖，圖9(b)是從斜上方看到的貫穿孔的補償面Sc附近的放大立體圖。
如圖9(a)、圖9(b)所示，本實施方式一所關於的貫穿孔中形成有與貫穿孔的外周緣部接觸的補償面Sc。另外，補償面Sc被形成在貫穿孔的-Z’方向及+X方向的外周緣部附近，因而，該補償面Sc能阻礙第一稜線L1及第二稜線L2到達AT切石英晶體片70的主面。
如此，本實施方式一所關於的貫穿孔中，由於形成有補償面Sc，所以第一稜線L1和第二稜線L2無法在貫穿孔的外周緣部(傾斜面72與AT切石英晶體片70的主面之間的交界線)上相交。其結果，能防止圖8(b)所示的點Pc(即，應力集中點)的產生，從而能抑制以點Pc為起點的裂縫的產生。
本實施方式一所關於的貫穿孔可通過用蝕刻進行貫穿孔製作時對光罩的形狀進行處理而實現。如上所述，在使用圓形光罩的情況下，貫穿孔上會產生如圖8(b)所示的成為應力集中點的點Pc。對此，在製作本實施方式一所關於的貫穿孔時，使用圖10所示的光罩80。光罩80是在圓形光罩的一部分設有向內周側膨出的膨出部81的光罩。膨出部81的形成位置是與點Pc的產生部位相對應的位置，即，是與貫穿孔中的-Z’方向及+X方向的外周緣部相對應的位置。使用這樣的光罩80進行蝕刻而形成了貫穿孔的情況下，所形成的貫穿孔中，與膨出部81對應的部位上形成有補償面Sc。
在此，對光罩80的膨出部81的形狀、大小無特別的限定。即，雖然補償面Sc的形狀、大小會因膨出部81的形狀、大小而變化，但補償面Sc最重要的是其形成部位(能阻礙第一稜線L1及第二稜線L2到達AT切石英晶體片70的主面的部位)，因而，對補償面Sc的形狀、大小無特別限定。
但是，可以認為補償面Sc太小的情況下其補償效果較小，無法獲得充分的抑制貫穿孔中的應力集中的效果。相反，也可以認為補償面Sc太 大的情況下會因補償面Sc而使貫穿孔的傾斜面72的形狀複雜化，從而使貫穿孔內形成的貫通電極的導通電阻增大。因此，較佳為，將補償面Sc形成為具有適當的大小，具體而言，如圖9(b)所示那樣將補償面Sc構成為只與第一結晶面S1~第三結晶面S3接觸，不與其它的結晶面接觸。
另外，如圖11所示，將補償面Sc與AT切石英晶體片70的主面之間的交界線的兩個端點作為Pc1和Pc2時，較佳為，Pc1和Pc2的兩點間距離W1在貫穿孔的最大直徑D1的5%以上且30%以下的範圍內。另外，貫穿孔的最大直徑D1是指，貫穿孔的外周上存在的任意兩點的兩點間距離中的最大距離。
上述本實施方式一所關於的貫穿孔(具有補償面Sc的貫穿孔)的結構沒有必要應用於壓電振動器件所具有的所有貫穿孔，基本上只需要應用於採用以往的形狀時會產生裂縫之處的貫穿孔即可。例如，圖1~圖7所示的晶體振盪器100中，至少對形成在第一密封構件20上且相對於晶體振動片10的外框部12的內周緣部位於+Z’方向側的第四貫穿孔212採用本實施方式一所關於的貫穿孔的結構即可。另外，在第四貫穿孔212中，容易產生裂縫的只是未與晶體振動片10接合的表面，即，第一主面201，與晶體振動片10接合的第二主面202不容易產生裂縫。因而，該貫穿孔中，只在第一密封構件20的第一主面201側形成補償面Sc即可。
<實施方式二>
以下，參照附圖對本發明的實施方式二進行詳細說明。另外，本實施方式二所關於的壓電振動器件的基本結構與用圖1~圖7說明過的晶體振盪器100相同。本實施方式二中，對於能抑制裂縫產生的貫穿孔的形狀，使用與實施方式一不同的例子進行說明。
首先，參照圖12，對本實施方式二所關於的貫穿孔的形狀進行說明。圖12(a)是本實施方式二所關於的貫穿孔的俯視圖，圖12(b)是圖12(a)的A-A截面圖。其中，圖12(b)示出貫穿孔的厚度方向的中間部至一側的主面為止的截面。
如圖12(a)和圖12(b)所示，本實施方式二所關於的貫穿孔中，為了使貫穿孔的外周緣部上不產生成為應力集中點的點Pc，而在貫穿孔的外周側形成有臺階部73。即，本實施方式二所關於的貫穿孔中，通孔71的周圍形成有傾斜面72，且在傾斜面72的外周側形成有臺階部73。
本實施方式二所關於的貫穿孔中，由於在貫穿孔的外周側形成有臺階部73，所以第一稜線L1和第二稜線L2相交的點Pc不存在於貫穿孔的外周緣(臺階部73與AT切石英晶體片70的主面之間的交界線)上。換言之，通過設置臺階部73，能用臺階部73阻斷第一稜線L1和第二稜線L2相交，從而能避免其到達AT切石英晶體片70的主面。其結果，能防止貫穿孔的外周緣部上產生應力集中點，從而能抑制以應力集中點為起點的裂縫產生。
本實施方式二所關於的貫穿孔可在用蝕刻進行貫穿孔製作時，通過進行兩階段的蝕刻而實現。具體而言，第一次蝕刻中，如圖13(a)所示那樣，從AT切石英晶體片70的兩個主面側進行蝕刻直至快要形成通孔71為止。然後，在第二次蝕刻中，較佳為，如圖13(b)所示那樣，使通孔71穿通，並形成臺階部73。
在此，第一次蝕刻中，對兩個主面使用相同尺寸的圓形光罩。而在第二次蝕刻中，將形成臺階部73的主面的光罩換成尺寸更大的新的光罩。即，將第一次蝕刻中使用過的圓形光罩從AT切石英晶體片70上剝離後，形成新的光罩。另外，詳細情況將於後述，本實施方式二所關於的貫穿孔中，基 本上沒有必要在AT切石英晶體片70的兩個主面上均設置臺階部73。因此，圖13(b)所示的截面中，臺階部73只設在上主面側，而在下主面側未設臺階部73。在未設臺階部73的主面中，第一次蝕刻和第二次蝕刻中不需要換光罩。
在形成臺階部73用的第二次蝕刻中，使用的光罩的形狀可以是圓形，或者也可以不是圓形。在第二次蝕刻中使用圓形光罩的情況下，光罩的尺寸(直徑)比第一次蝕刻中使用的圓形光罩更大。另外，第二次蝕刻中可將光罩配置為與第一次蝕刻中的光罩同心，也可以相對第一次蝕刻中的光罩偏心。即，只要將第二次蝕刻中的光罩配置為比第一次蝕刻中的光罩更向-Z’方向及/或+X方向側偏心，以確保臺階部73被形成在與上述點Pc的產生部位相對應的位置上即可。
另外，在第二次蝕刻中使用圓形以外的光罩的情況下也較佳為對其形狀進行處理，以確保臺階部73被形成在與點Pc的產生部位相對應的位置上。例如，如圖14(a)、圖14(b)所示那樣，相對於第一次蝕刻中使用的圓形光罩82，第二次蝕刻中使用的光罩83可為具有外周緣向-Z’方向及/或+X方向側擴張的擴張部83A的形狀。
在此，對光罩83的擴張部83A的形狀、大小無特別限定。即，雖然臺階部73的形狀、大小會因擴張部83A的形狀、大小而變化，但臺階部73最重要的是防止點Pc形成在貫穿孔的外周緣上，因而對擴張部83A的形狀、大小無特別限定。另外，臺階部73不需要形成在貫穿孔的整個一周上，至少形成在從通孔71至-Z’方向側及+X方向側的區域內即可。
然而，可以認為在點Pc的產生部位附近的臺階部73太小的情況下，由於成為應力集中部位的點Pc會產生在接近貫穿孔外周緣的部位，因而不能獲得充分的抑制貫穿孔中的應力集中的效果。相反，也可以認為在臺階 部73太大的情況下，臺階部73的外周緣(即，臺階部73與AT切石英晶體片70的主面之間的交界線)上有可能產生新的應力集中點而成為裂縫產生的起點。因此，較佳為，將臺階部73形成為具有適當的大小。出於此觀點，例如，較佳為，將臺階部73的深度(厚度方向的深度)設定為5μm以上20μm以下。或者，較佳為，使臺階部73的內周緣與外周緣之間的最大距離(在點Pc的產生部位附近的距離)為5μm以上20μm以下。
上述本實施方式二所關於的貫穿孔(具有臺階部73的貫穿孔)沒有必要應用於壓電振動器件所具有的所有貫穿孔，基本上只要應用於採用以往的形狀時會產生裂縫之處的貫穿孔即可。例如，圖1~圖7所示的晶體振盪器100中，至少將形成在第一密封構件20上且相對於晶體振動片10的外框部12的內周緣部位於+Z’方向側的第四貫穿孔212形成為本實施方式二所關於的貫穿孔即可。另外，第四貫穿孔212中也是容易產生裂縫的只是未與晶體振動片10接合的表面，即，第一主面201，而不容易從與晶體振動片10接合的第二主面202產生裂縫。因而，該貫穿孔中，可以只在第一密封構件20的第一主面201側形成臺階部73。
以上公開的實施方式對本發明的各個方面進行了例示，但不構成限定性解釋的依據。即，本發明的技術範圍根據申請專利範圍的記載界定，而非只用上述實施方式來解釋。另外，本發明包含與申請專利範圍同等意義和範圍內的所有變更。

Claims (4)

  1. 一種壓電振動器件，設置有一壓電振動片、覆蓋該壓電振動片的一個主面側的一第一密封構件、及覆蓋該壓電振動片的另一個主面側的一第二密封構件，該第一密封構件與該壓電振動片相接合；該第二密封構件與該壓電振動片相接合，從而形成將包含一第一激勵電極和一第二激勵電極的該壓電振動片的振動部氣密密封的內部空間，其特徵在於：該壓電振動片具有一振動部、保持該振動部的一保持部、及包圍著該振動部的外周並保持著該保持部的一外框部，該第一密封構件由AT切型的一石英晶體片構成，該第一密封構件上設有一貫穿孔，該貫穿孔在該壓電振動片的該外框部的內周緣部的+Z’方向側，在與該壓電振動片接合的一接合面的一相反側的一主面側，該貫穿孔具有從一周邊部朝著一中心部的一通孔傾斜的一傾斜面，該傾斜面上存在，從該通孔朝著該貫穿孔的該周邊部向-Z’方向側及+X方向側延伸的一第一結晶面；從該通孔朝著該貫穿孔的該周邊部向-Z’方向側及+X方向側延伸，並在該第一結晶面的+Z’方向側及+X方向側與該第一結晶面接觸的一第二結晶面；及在該第二結晶面的+X方向側與該第二結晶面接觸，並與該第一密封構件的一主面接觸的一第三結晶面，在該些三個結晶面與該第一密封構件的該主面之間形成有一補償面，該補償面阻礙該第一結晶面與該第二結晶面之間的一稜線及該第二結晶面與該第三結晶面之間的一稜線到達該第一密封構件的該主面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的壓電振動器件，其中：該補償面在該傾斜面內只與該些三個結晶面接觸，不與其它的結晶面接觸。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的壓電振動器件，其中：該補償面與該第一密封構件的該主面之間的一交界線的兩端的兩點間距離在該貫穿孔的最大直徑的5%以上且30%以下。
  4. 一種壓電振動器件，設置有一壓電振動片、覆蓋該壓電振動片的一個主面側的一第一密封構件、及覆蓋該壓電振動片的另一個主面側的一第二密封構件，該第一密封構件與該壓電振動片相接合；該第二密封構件與該壓電振動片相接合，從而形成將包含一第一激勵電極和一第二激勵電極的該壓電振動片的振動部氣密密封的內部空間，其特徵在於：該壓電振動片具有一振動部、保持該振動部的一保持部、及包圍著該振動部的外周並保持著該保持部的一外框部，該第一密封構件由AT切型的一石英晶體片構成，該第一密封構件上設有一貫穿孔，該貫穿孔在該壓電振動片的該外框部的內周緣部的+Z’方向側，在與該壓電振動片接合的一接合面的一相反側的一主面側，該貫穿孔具有從一周邊部朝著一中心部的該貫穿孔傾斜的一傾斜面，該傾斜面內存在的結晶面之間的任何稜線均不在該貫穿孔的外周上相交。
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