WO2015162958A1 - 水晶振動装置及びその製造方法 - Google Patents

水晶振動装置及びその製造方法 Download PDF

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池田　功
仁哉 古井
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a crystal vibration device in which a crystal resonator is sealed with a packaging material.
  • Patent Document 1 discloses a crystal vibration device in which a crystal vibration plate is sealed with a packaging material.
  • the crystal diaphragm and the packaging material are connected and fixed via an inner electrode.
  • Patent Document 2 discloses a crystal vibration device including a crystal resonator and a packaging material having an upper frame portion and a lower frame portion.
  • the crystal resonator is held between the upper frame portion and the lower frame portion of the packaging material. That is, in the crystal vibration device of Patent Document 2, the crystal resonator is directly connected to the packaging material.
  • An object of the present invention is to provide a crystal resonator device that can be miniaturized and has a good Q value, and a method for manufacturing the crystal resonator device.
  • the crystal resonator device includes a first packaging material having a crystal resonator mounting surface, a crystal resonator mounted on the crystal resonator mounting surface of the first packaging material, and the first A packaging material provided so as to electrically connect and mechanically join the packaging material and the crystal unit, and the crystal unit is stacked on the first packaging material.
  • the second and third packaging materials, the first packaging material and the second packaging material forming a sealed space together with the first packaging material so as to be sealed.
  • a second sealing provided to join the first sealing frame, the second packaging material, and the third packaging material.
  • the second package The material has a frame shape and is formed so as to surround the outer peripheral edge of the crystal resonator, and the second packaging material and the crystal substrate for forming the crystal resonator are the same crystal substrate. Formed from.
  • the second packaging material is formed so as to surround the outer peripheral edge of the crystal resonator with the sealing space therebetween.
  • the second packaging material further includes a damping material provided to connect the second packaging material and the crystal resonator.
  • a material is formed so as to surround the outer peripheral edge of the crystal resonator with the damping material interposed therebetween.
  • an electronic component is mounted on the surface of the first packaging material opposite to the surface on which the crystal resonator is mounted,
  • the first to third packaging materials, the crystal substrate for forming the crystal resonator, and the electronic component are formed from the same crystal substrate.
  • the second packaging material and the crystal substrate for forming the crystal resonator have the same thickness, and the upper surface of the second packaging material.
  • the lower surface and the crystal substrate for forming the crystal resonator are located in the same plane.
  • a method for manufacturing a crystal resonator device is a method for manufacturing the crystal resonator device, comprising: preparing a crystal substrate; trimming the crystal substrate; A step of forming a frame-shaped second packaging material portion formed so as to surround an outer peripheral edge of the child forming portion, and a first for vibrating the crystal resonator in the crystal resonator forming portion. , A step of attaching the second vibrating electrode, a step of bonding the first and second vibrating electrodes attached to the crystal resonator forming portion and the first packaging material with a bonding material, A step of forming a sealed space by bonding the first and third packaging materials to the packaging material using the first and second sealing frames.
  • the step of trimming the crystal substrate includes trimming a part of the crystal substrate to thereby form the crystal resonator forming portion and the crystal resonator.
  • the method further includes a step of trimming and removing the connection portion with the second packaging material portion.
  • the method for manufacturing a crystal resonator device in the step of trimming the crystal substrate, the outer peripheral edge of the crystal resonator forming portion and the frame-shaped second packaging material portion The method further includes the step of inserting a damping material into the portion from which the quartz substrate has been removed after completely removing the quartz substrate existing between the inner periphery and the inner periphery.
  • the crystal substrate is protected on the first and second main surfaces of the crystal substrate before the step of trimming the crystal substrate.
  • the step of forming the first and second mask layers is further provided.
  • the tension of the first mask layer and the second mask layer are formed.
  • the first and second mask layers are formed so that their tensions coincide with each other.
  • the crystal resonator and the second packaging material are formed from the same crystal substrate. Therefore, it is possible to accurately mount the crystal unit on the downsized packaging material without reducing the size of the crystal unit. Thereby, the size of the vibration part of the crystal resonator is sufficiently ensured, and a good Q value can be stably obtained.
  • the crystal resonator and the first to third packaging materials are not directly connected to the crystal resonator device according to the present invention, stress and vibration from the packaging material are difficult to propagate to the crystal resonator.
  • the crystal vibration device and the method of manufacturing the crystal vibration device according to the present invention it is possible to provide a crystal vibration device that can be downsized and has a good Q value.
  • FIG.1 (a) is a perspective view of the crystal oscillation apparatus which concerns on one Embodiment of this invention
  • FIG.1 (b) is the exploded perspective view.
  • FIGS. 2A and 2B are a schematic plan view showing an electrode shape on the upper surface of a crystal resonator used in a crystal resonator device according to an embodiment of the present invention, and an electrode shape on the lower surface. It is a typical top view.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing a state in which a damping material is provided between the second packaging material and the crystal resonator used in the crystal vibration device according to the embodiment of the present invention. .
  • FIG. 4 is a partial exploded perspective view of the crystal resonator device for explaining the method of manufacturing the crystal resonator device according to the embodiment of the present invention.
  • 5 (a) to 5 (d) are cross-sectional views for explaining an example of a crystal substrate trimming method in the method of manufacturing a crystal resonator device according to the present invention.
  • 6 (a) to 6 (d) are cross-sectional views for explaining an example of a crystal substrate trimming method in the method for manufacturing a crystal resonator device according to the present invention.
  • FIG. 7 (a) to 7 (d) are cross-sectional views for explaining another example of the crystal substrate trimming method in the method of manufacturing a crystal resonator device according to the present invention.
  • FIG. 8A to FIG. 8D are cross-sectional views for explaining another example of the crystal substrate trimming method in the method of manufacturing a crystal resonator device according to the present invention.
  • FIG.1 (a) is a perspective view of the crystal oscillation apparatus which concerns on one Embodiment of this invention
  • FIG.1 (b) is the exploded perspective view.
  • the crystal vibration device 1 includes a first packaging material 2 having a crystal resonator mounting surface 2a.
  • the first packaging material 2 has a rectangular plate shape.
  • the first packaging material 2 is formed of an AT-cut quartz crystal substrate.
  • the 1st packaging material 2 may be formed with appropriate insulating materials, such as insulating ceramics, such as an alumina, or a synthetic resin, and a material is not specifically limited.
  • a crystal resonator 7 is mounted on the crystal resonator mounting surface 2 a of the first packaging material 2.
  • the crystal unit 7 has a crystal substrate 7a.
  • the quartz substrate 7a has a rectangular plate shape.
  • the upper surface of the quartz substrate 7a has a pair of long sides and a pair of short sides.
  • the direction in which the long side extends is the length direction, and the direction in which the short side extends is the width direction.
  • the crystal unit 7 is supported by a cantilever by first and second bonding materials 9 and 10 in the vicinity of one short side. That is, the crystal unit 7 is supported by one of the short side portions, and the opposite short piece is a free end.
  • the first and second bonding materials 9 and 10 can be formed using a conductive adhesive containing an appropriate synthetic resin and an appropriate conductive material. It is desirable to use an epoxy resin and an epoxy resin conductive adhesive in which a conductive material is dispersed in the epoxy resin. In that case, the bonding strength can be further increased sufficiently. Note that solder may be used instead of the conductive adhesive.
  • a first vibrating electrode 15 shown in FIG. 2A is formed on the upper surface of the quartz substrate 7a.
  • a second vibration electrode 16 shown in FIG. 2B is formed on the lower surface of the quartz substrate 7a.
  • the first and second vibrating electrodes 15 and 16 are provided so as to overlap with each other through the quartz substrate 7a.
  • the first and second vibrating electrodes 15 and 16 are partially formed on the upper and lower surfaces of the quartz crystal substrate 7a.
  • the first extraction electrode 17 is connected to the first vibration electrode 15.
  • the first extraction electrode 17 extends from the upper surface of the quartz substrate 7a to the lower surface through one short side surface. That is, the extraction electrode portion 17a shown in FIG. 2A is located on the lower surface of the crystal substrate 7a shown in FIG.
  • a second extraction electrode 18 is connected to the second vibration electrode 16.
  • the second lead electrode 18 has a lead electrode portion 18a on one short side of the quartz crystal substrate 7a.
  • the extraction electrode portion 17a and the extraction electrode portion 18a are located on both sides in the width direction on the lower surface of the crystal substrate 7a.
  • the lead electrode portions 17a and 18a correspond to portions joined by the first and second joining materials 9 and 10, respectively.
  • the first and second vibrating electrodes 15 and 16 and the first and second lead electrodes 17 and 18 are made of an appropriate metal or alloy such as Al or Cu.
  • the crystal unit 7 is mounted on the crystal unit mounting surface 2 a of the first packaging material 2.
  • the first packaging material 2 also has a rectangular planar shape. Then, the crystal unit 7 is mounted on the first packaging material 2 so that the width direction of the crystal substrate 7 a is also the width direction of the first packaging material 2.
  • the length direction of the quartz substrate 7 a is the length direction of the first packaging material 2.
  • the first packaging material 2 is provided with first and second via hole electrodes 12 and 13 penetrating in the thickness direction of the first packaging material 2.
  • the first and second via hole electrodes 12 and 13 are provided on the surface of the first packaging material 2 opposite to the crystal resonator mounting surface 2a of the first and second bonding materials 9 and 10. It is provided to electrically connect the first and second terminal electrodes (not shown).
  • the second via hole electrode 13 and the second bonding material 10 are bonded via the wiring electrode 11.
  • the first and second terminal electrodes (not shown) are connected to external electrodes.
  • the second and third packaging materials 3 and 4 are formed on the first packaging material 2.
  • the second and third packaging materials 3 and 4 form a sealed space together with the first packaging material 2 so that the crystal resonator 7 is sealed.
  • the second packaging material 3 is a frame-like body.
  • the second packaging material 3 is formed so as to surround the outer peripheral edge of the crystal resonator 7.
  • the second packaging material 3 is formed so as to surround the outer peripheral edge of the crystal resonator 7 with a gap 8 therebetween.
  • the second packaging material 3 and the crystal resonator 7 are interposed between the inner periphery of the second packaging material 3 and the outer periphery of the crystal resonator 7.
  • a damping material 14 may be provided so as to be connected. That is, the second packaging material 3 may be formed so as to surround the outer peripheral edge of the crystal resonator 7 with the damping material 14 therebetween.
  • the quartz crystal vibrating device 1 has a good Q value and excellent reliability.
  • the second packaging material 3 is formed of the same crystal substrate as the crystal substrate 7 a for forming the crystal resonator 7.
  • the quartz substrate 7a is an AT-cut quartz substrate.
  • the quartz substrate 7a for forming the quartz resonator 7 and the second packaging material 3 have the same thickness.
  • the upper and lower surfaces of the crystal substrate 7a for forming the crystal resonator 7 and the upper and lower surfaces of the second packaging material 3 are located in the same plane.
  • the quartz substrate 7a and the second packaging material 3 have different thicknesses, and the upper and lower surfaces of the quartz substrate 7a and the upper and lower surfaces of the second packaging material 3 are the same surface. It does not have to be located inside.
  • the third packaging material 4 has a rectangular plate shape.
  • the third packaging material 4 is formed of a quartz substrate.
  • the third packaging material 4 may be formed of other materials.
  • the first sealing frame 5 is provided between the first packaging material 2 and the second packaging material 3.
  • the first packaging material 2 and the second packaging material 3 are joined by the first sealing frame 5.
  • the first sealing frame 5 has the same shape and the same size as the second packaging material 3, and is provided so as to overlap the second packaging material 3.
  • the outer peripheral edges of the first sealing frame 5 and the second packaging material 3 are provided so as to overlap the outer peripheral edges of the first packaging material 2.
  • a second sealing frame 6 is provided between the second packaging material 3 and the third packaging material 4.
  • the second packaging material 3 and the third packaging material 4 are joined by the second sealing frame 6.
  • the second sealing frame 6 has the same shape and the same size as the second packaging material 3.
  • the second sealing frame 6 is provided so as to overlap the second packaging material 3.
  • the outer peripheral edges of the second sealing frame 6 and the second packaging material 3 are provided so as to overlap the outer peripheral edges of the third packaging material 4.
  • first and second sealing frames 5 and 6 may have different shapes and different sizes from the second packaging material 3 as long as the crystal resonator 7 can be sealed. Is not limited.
  • the first and second sealing frames 5 and 6 are formed of a sealing material such as an alloy formed by metal plating.
  • a sealing material such as an alloy formed by metal plating.
  • Au, Sn, or an alloy thereof it is preferable to use Au, Sn, or an alloy thereof.
  • the first and second sealing frames 5 and 6 are formed of metal, the first to third sealing frames 5 and 6 are fused to each other by heating.
  • the packaging materials 2 to 4 are bonded together.
  • the first sealing frame 5 forms a bonding layer between the first packaging material 2 and the second packaging material 3, and the second sealing frame 6 serves as the second packaging material.
  • a bonding layer is formed between the material 3 and the third packaging material 4. Therefore, the first and second sealing frames 5 and 6 form a gap for sealing the crystal unit 7 and preventing the crystal unit 7 from vibrating.
  • the crystal substrate and the second packaging material for forming the crystal resonator are formed from the same crystal substrate. Yes. Therefore, it is possible to accurately mount the crystal unit on the downsized packaging material without reducing the size of the crystal unit. Thereby, a sufficient vibration part of the crystal resonator is secured, and a good Q value can be stably obtained. Further, as described above, since the crystal unit and the first to third packaging materials are not directly connected, stress and vibration from the first to third packaging materials propagate to the crystal unit. Hateful. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a crystal vibration device having a good Q value and excellent reliability.
  • an AT-cut quartz crystal substrate 19 as shown in FIG. 4A is prepared. Thereafter, as shown in FIG. 4B, a part of the crystal substrate 19 is trimmed to form a frame-shaped second packaging material portion 19a and a crystal resonator forming portion 19b.
  • the second packaging material portion 19a and the crystal resonator forming portion 19b are connected via a connection portion 19c.
  • the second packaging material portion 19a is formed so as to surround the outer peripheral edge of the crystal resonator forming portion 19b.
  • first and second metal thin films 20a and 20b are formed on the upper and lower surfaces of the quartz substrate 19 as first and second main surfaces.
  • the material for forming the first and second metal thin films 20a and 20b is not particularly limited as long as it is in close contact with quartz, and, for example, Cr or Ti is used.
  • first and second resist patterns 21a and 21b are formed so as to be stacked on the first and second metal thin films 20a and 20b.
  • the first resist pattern 21a is not formed in a portion where the crystal substrate 19 is trimmed in a later process.
  • the portion of the first metal thin film 20a where the first resist pattern 21a is not formed is removed by etching. Thereafter, as shown in FIG. 6A, the first and second resist patterns 21a and 21b are removed with a resist remover.
  • first and second mask layers for trimming by plating so as to be laminated on the portions where the first and second metal thin films 20a and 20b are provided. 22a and 22b are formed.
  • the material constituting the first and second mask layers 22a and 22b is not particularly limited as long as it is a metal that is difficult to be removed by ion etching in a later step, and for example, Ni or the like is used.
  • a part of the quartz substrate 19, that is, a portion of the quartz substrate 19 where the first mask layer 22a is not provided is trimmed by ion etching.
  • the trimming of the quartz substrate 19 may be performed by other methods and is not particularly limited.
  • the crystal substrate 19 By trimming the crystal substrate 19, the crystal resonator forming portion 19b and the second packaging material portion 19a can be obtained.
  • the first and second metal thin films 20a and 20b and the first and second mask layers 22a and 22b are removed with an etching agent.
  • the first mask is used.
  • the second mask layer 22b may be formed so that the tension of the layer 22a matches the tension of the second mask layer 22b. That is, a structure in which the second mask layer 22b is formed only on the second metal thin film 20b from which a part of the second metal thin film 20b has been previously removed and not removed may be employed. In this case, deformation of the quartz substrate 19 can be prevented.
  • a crystal resonator forming part 19b and a second packaging material part 19a shown in FIG. 4B are formed.
  • the first and second vibrating electrodes 15 and 16 for vibrating the crystal resonator 7 are attached to the crystal resonator forming portion 19b.
  • the first and second vibrating electrodes 15 and 16 and the first via-hole electrode 12 or the wiring electrode 11 in the first packaging material 2 are used by using the first and second bonding materials 9 and 10. And join.
  • the first packaging material 2 and the second packaging material portion 19a are stacked via the first sealing frame 5 described above.
  • the connecting portion 19c is removed by trimming.
  • the third packaging material 4 is laminated on the second packaging material 3 via the second sealing frame 6.
  • the first to third packaging materials 2 to 4 are bonded together by fusing the first and second sealing frames 5 and 6 by heating. Thereby, the above-mentioned crystal vibration device 1 can be obtained.
  • the connection portion 19c is not formed, and the inner periphery of the second packaging material portion 19a and the outer periphery of the crystal resonator formation portion 19b are formed.
  • the quartz crystal substrate 19 existing therebetween may be completely removed by trimming, and the damping material 14 may be inserted into the removed portion.
  • the damping is performed in a state where the crystal resonator forming portion 19b and the second packaging material portion 19a are connected by the second metal thin film 20b. It can be inserted by filling the material 14 and curing the damping material 14.
  • the material for forming the damping material 14 is not particularly limited as long as it is a soft material. For example, silicon or the like is used.
  • the crystal substrate and the second packaging material for forming the crystal resonator are formed by trimming one crystal substrate. Accordingly, since the crystal unit can be mounted on the downsized packaging material without reducing the size of the crystal substrate on which the crystal unit is formed, a sufficient vibration part is secured. Further, since the crystal resonator and the first to third packaging materials are not directly connected, stress and vibration from the packaging material are difficult to propagate to the crystal resonator. Therefore, according to the method for manufacturing a quartz crystal vibrating device according to the present invention, it is possible to provide a quartz crystal vibrating device having a good Q value and excellent reliability.
  • an electronic component may be further mounted on the surface of the first packaging material opposite to the surface on which the crystal resonator is mounted, and the electronic component, the first The crystal substrate for forming the third packaging material and the crystal resonator may be formed from the same crystal substrate.

Landscapes

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Abstract

　小型化を図ることができ、Ｑ値が良好である水晶振動装置を提供する。　第１のパッケージング材２と、前記第１のパッケージング材２に搭載されている水晶振動子７と、前記第１のパッケージング材２と前記水晶振動子７とを接合するように設けられている接合材９，１０と、前記第１のパッケージング材２上に設けられている、第２，第３のパッケージング材３，４と前記第１のパッケージング材２と、前記第２のパッケージング材３とを接合するように設けられている、第１の封止枠５と、前記第２のパッケージング材３と前記第３のパッケージング材４とを接合するように設けられている、第２の封止枠６とを備え、前記第２のパッケージング材３が枠状であって、前記水晶振動子７の外周縁を囲むように形成されており、前記第２のパッケージング材３と、前記水晶振動子７を形成するための水晶基板７ａとが、同一の水晶基板から形成されている、水晶振動装置１。

Description

水晶振動装置及びその製造方法
　本発明は、パッケージング材により水晶振動子が封止されている、水晶振動装置に関する。
　従来、携帯型電子機器に、水晶振動装置が広く用いられている。例えば、下記の特許文献１には、水晶振動板が、パッケージング材により封止された水晶振動装置が開示されている。特許文献１では、上記水晶振動板と上記パッケージング材とが、インナー電極を介して接続され、かつ固定化されている。
　また、下記の特許文献２には、水晶振動子と、上枠部及び下枠部を有するパッケージング材とを備える水晶振動装置が開示されている。特許文献２の水晶振動装置では、水晶振動子が、上記パッケージング材の上枠部及び下枠部に狭持されている。すなわち、特許文献２の水晶振動装置では、水晶振動子がパッケージング材に直接接続されている。
特開２０１１－１９３１７５号公報 特開２００８－１７４０８号公報
　近年、携帯電子機器の小型化に伴い、水晶振動装置にも小型化が求められている。しかしながら、特許文献１の水晶振動装置において、小型化したパッケージング材に水晶振動板を精度よく搭載するためには、水晶振動板そのものも小さくする必要があった。この場合、十分な振動部を確保することができず、水晶振動子のＱ値が劣化することがあった。
　また、特許文献２のように水晶振動子がパッケージング材に直接接続する構成では、パッケージング材からの振動や応力が水晶振動子に伝搬することにより、安定したＱ値を得られない場合があった。
　本発明の目的は、小型化を図ることができ、Ｑ値が良好である水晶振動装置及び該水晶振動装置の製造方法を提供することにある。
　本発明に係る水晶振動装置は、水晶振動子搭載面を有する第１のパッケージング材と、上記第１のパッケージング材の水晶振動子搭載面に搭載されている水晶振動子と、上記第１のパッケージング材と上記水晶振動子とを電気的に接続かつ機械的に接合するように設けられている接合材と、上記第１のパッケージング材上に積層されており、上記水晶振動子が封止されるように、上記第１のパッケージング材と共に封止空間を形成している、第２，第３のパッケージング材と、上記第１のパッケージング材と上記第２のパッケージング材とを接合するように設けられている、第１の封止枠と、上記第２のパッケージング材と上記第３のパッケージング材とを接合するように設けられている、第２の封止枠とを備え、上記第２のパッケージング材が枠状であって、上記水晶振動子の外周縁を囲むように形成されており、上記第２のパッケージング材と上記水晶振動子を形成するための水晶基板とが、同一の水晶基板から形成されている。
　本発明に係る水晶振動装置のある特定の局面では、上記第２のパッケージング材が、上記封止空間を隔てて、上記水晶振動子の外周縁を囲むように形成されている。
　本発明に係る水晶振動装置の他の特定の局面では、上記第２のパッケージング材と上記水晶振動子とを接続するように設けられている、ダンピング材をさらに備え、上記第２のパッケージング材が、上記ダンピング材を隔てて上記水晶振動子の外周縁を囲むように形成されている。
　本発明に係る水晶振動装置の別の特定の局面では、上記第１のパッケージング材の上記水晶振動子が搭載されている面とは反対側の面に、電子部品が搭載されており、上記第１～第３のパッケージング材、上記水晶振動子を形成するための水晶基板及び上記電子部品が、同一の水晶基板から形成されている。
　本発明に係る水晶振動装置のさらに他の特定の局面では、上記第２のパッケージング材及び上記水晶振動子を形成するための水晶基板が同じ厚みであり、上記第２のパッケージング材の上面及び下面と、上記水晶振動子を形成するための水晶基板とが同一の面内に位置している。
　本発明に係る水晶振動装置の製造方法は、上記水晶振動装置の製造方法であって、水晶基板を用意する工程と、上記水晶基板をトリミングすることにより、水晶振動子形成部分と、該水晶振動子形成部分の外周縁を囲むように形成されている、枠状の第２のパッケージング材部分とを形成する工程と、上記水晶振動子形成部分に、水晶振動子を振動させるための第１，第２の振動電極を取り付ける工程と、上記水晶振動子形成部分に取り付けられた第１，第２の振動電極と、第１のパッケージング材とを、接合材により接合する工程と、第２のパッケージング材に、第１，第３のパッケージング材を、第１，第２の封止枠を用いて貼り合わせることにより、封止空間を形成する工程とを備える。
　本発明に係る水晶振動装置の製造方法のある特定の局面では、上記水晶基板をトリミングする工程が、上記水晶基板の一部をトリミングすることにより、上記水晶振動子形成部分と、該水晶振動子形成部分に一部が接続されており、かつ上記水晶振動子形成部分の外周縁を囲むように形成されている、上記枠状の第２のパッケージング材部分とを形成する工程であって、上記水晶振動子形成部分に取り付けられた上記第１，第２の振動電極と、上記第１のパッケージング材とを、上記接合材により接合する工程の後に、上記水晶振動子形成部分と、上記第２のパッケージング材部分との接続部分をトリミングすることにより除去する工程をさらに備える。
　本発明に係る水晶振動装置の製造方法の他の特定の局面では、上記水晶基板をトリミングする工程において、上記水晶振動子形成部分の外周縁と、上記枠状の第２のパッケージング材部分の内周縁との間に存在する水晶基板を完全に除去した後に、上記水晶基板を除去した部分にダンピング材を挿入する工程がさらに備えられる。
　本発明に係る水晶振動装置の製造方法の別の特定の局面では、上記水晶基板をトリミングする工程の前に、上記水晶基板の第１，第２の主面に、上記水晶基板を保護するための第１，第２のマスク層を形成する工程がさらに備えられる。
　本発明に係る水晶振動装置の製造方法のさらに他の特定の局面では、上記第１，第２のマスク層を形成する工程において、上記第１のマスク層の張力と、上記第２のマスク層の張力が一致するように、上記第１，第２のマスク層を形成する。
　本発明に係る水晶振動装置及び該水晶振動装置の製造方法では、同一の水晶基板から、水晶振動子及び第２のパッケージング材を形成する。従って、水晶振動子の大きさを小さくせずとも、小型化したパッケージング材に水晶振動子を精度よく搭載できる。これにより、水晶振動子の振動部の大きさが十分に確保され、良好なＱ値を安定的に得ることができる。また、本発明に係る水晶振動装置は、水晶振動子と第１～第３のパッケージング材とが直接接続されていないため、パッケージング材からの応力や振動が水晶振動子に伝搬しにくい。
　従って、本発明に係る水晶振動装置及び該水晶振動装置の製造方法によれば、小型化を図ることができ、Ｑ値が良好である水晶振動装置を提供することができる。
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る水晶振動装置の斜視図であり、図１（ｂ）は、その分解斜視図である。 図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る水晶振動装置において用いられている水晶振動子の上面の電極形状を示す模式的平面図及び下面の電極形状を示す模式的平面図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る水晶振動装置において用いられている第２のパッケージング材と水晶振動子との間にダンピング材が設けられている状態を示す模式的平面図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る水晶振動装置の製造方法で用いられている水晶振動子の模式的平面図であり、図４（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る水晶振動装置の製造方法を説明するための水晶振動装置の一部の分解斜視図である。 図５（ａ）～図５（ｄ）は、本発明に係る水晶振動装置の製造方法における水晶基板のトリミング方法の一例を説明するための各断面図である。 図６（ａ）～図６（ｄ）は、本発明に係る水晶振動装置の製造方法における水晶基板のトリミング方法の一例を説明するための各断面図である。 図７（ａ）～図７（ｄ）は、本発明に係る水晶振動装置の製造方法における水晶基板のトリミング方法の他の例を説明するための各断面図である。 図８（ａ）～図８（ｄ）は、本発明に係る水晶振動装置の製造方法における水晶基板のトリミング方法の他の例を説明するための各断面図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
　（水晶振動装置）
　図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る水晶振動装置の斜視図であり、図１（ｂ）は、その分解斜視図である。
　水晶振動装置１は、水晶振動子搭載面２ａを有する第１のパッケージング材２を備える。本実施形態において、第１のパッケージング材２は、矩形板状の形状である。本実施形態において、第１のパッケージング材２は、ＡＴカットされた水晶基板により形成されている。もっとも、第１のパッケージング材２は、アルミナなどの絶縁性セラミックスあるいは合成樹脂などの適宜の絶縁性材料により形成されていてもよく、材質は特に限定されない。
　第１のパッケージング材２の水晶振動子搭載面２ａ上には、水晶振動子７が搭載されている。上記水晶振動子７は、水晶基板７ａを有する。水晶基板７ａは、矩形板状の形状を有する。水晶基板７ａの上面は、一対の長辺と一対の短辺とを有する。この長辺の延びる方向を長さ方向、短辺の伸びる方向を幅方向とする。水晶振動子７は、一方の短辺近傍において、第１，第２の接合材９，１０により片持ち梁で支持されている。すなわち、水晶振動子７は、一方の上記短辺側部分で支持されており、反対側の短片が自由端とされている。
　第１，第２の接合材９，１０は、適宜の合成樹脂と適宜の導電性材料とを含む導電性接着剤を用いて形成することができる。エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂に導電性材料が分散されてなるエポキシ樹脂系導電性接着剤を用いることが望ましい。その場合には、接合強度をより一層充分に高めることができる。なお、導電性接着剤の代わりに半田を用いてもよい。
　水晶基板７ａの上面には、図２（ａ）に示す第１の振動電極１５が形成されている。水晶基板７ａの下面には、図２（ｂ）に示す第２の振動電極１６が形成されている。第１，第２の振動電極１５，１６は水晶基板７ａを介して重なり合うように設けられている。また、第１，第２の振動電極１５，１６は、水晶基板７ａの上面及び下面において部分的に形成されている。
　第１の振動電極１５には、第１の引き出し電極１７が連ねられている。第１の引き出し電極１７は、水晶基板７ａの上面から一方の短辺側の側面を経て下面に至っている。すなわち、図２（ａ）に示す引き出し電極部分１７ａが、図２（ｂ）に示す水晶基板７ａの下面に位置している。
　他方、第２の振動電極１６には、第２の引き出し電極１８が連ねられている。第２の引き出し電極１８は、水晶基板７ａの一方の上記短辺側に引き出し電極部分１８ａを有する。引き出し電極部分１７ａと引き出し電極部分１８ａとは、水晶基板７ａの下面において、上記幅方向両側に位置している。この引き出し電極部分１７ａ，１８ａが、第１，第２の接合材９，１０によりそれぞれ接合される部分に相当する。
　上記第１，第２の振動電極１５，１６及び第１，第２の引き出し電極１７，１８は、ＡｌやＣｕなどの適宜の金属もしくは合金により形成されている。
　図１（ｂ）に示すように、水晶振動子７は、第１のパッケージング材２の水晶振動子搭載面２ａ上に実装される。第１のパッケージング材２もまた、矩形の平面形状を有する。そして、水晶基板７ａにおける上記幅方向が、第１のパッケージング材２においても幅方向となるように水晶振動子７が第１のパッケージング材２上に実装される。水晶基板７ａにおける上記長さ方向が、第１のパッケージング材２の長さ方向となる。
　第１のパッケージング材２には、第１のパッケージング材２の厚み方向に貫通する第１，第２のビアホール電極１２，１３が設けられている。この第１，第２のビアホール電極１２，１３は、上記第１，第２の接合材９，１０と、第１のパッケージング材２の水晶振動子搭載面２ａとは反対側の面に設けられている図示しない第１，第２の端子電極とを電気的に接続するために設けられている。なお、本実施形態においては、第２のビアホール電極１３と第２の接合材１０とは、配線電極１１を介して接合されている。また、上記図示しない第１，第２の端子電極は、外部電極と接続されている。
　第１のパッケージング材２上には、第２，第３のパッケージング材３，４が形成されている。第２，第３のパッケージング材３，４は、上記水晶振動子７が封止されるように、前記第１のパッケージング材２と共に封止空間を形成している。
　第２のパッケージング材３は、枠状体である。第２のパッケージング材３は、水晶振動子７の外周縁を囲むように形成されている。本実施形態において、第２のパッケージング材３は、隙間８を隔てて、水晶振動子７の外周縁を囲むように形成されている。
　もっとも、図３に平面図で示すように、第２のパッケージング材３の内周縁と水晶振動子７の外周縁との間には、第２のパッケージング材３と水晶振動子７とを接続するように、ダンピング材１４が設けられていてもよい。すなわち、第２のパッケージング材３は、ダンピング材１４を隔てて、水晶振動子７の外周縁を囲むように形成されていてもよい。ダンピング材１４を設けることにより、ＡＴカットの振動を阻害することなく、水晶振動子７をパッケージ内で安定に固定することができる。
　このように、本実施形態においては、水晶振動子７と上記第１～第３のパッケージング材２～４とが直接接続されておらず、第１～第３のパッケージング材２～４からの応力や振動が水晶振動子７に伝搬しにくい。従って、本実施形態に係る水晶振動装置１は、Ｑ値が良好であり、信頼性に優れている。
　第２のパッケージング材３は、水晶振動子７を形成するための水晶基板７ａと同一の水晶基板により形成されている。上記水晶基板７ａは、ＡＴカットされた水晶基板である。
　また、本実施形態において、水晶振動子７を形成するための水晶基板７ａと、第２のパッケージング材３の厚みは、同じ厚みである。そして、水晶振動子７を形成するための水晶基板７ａの上面及び下面と、上記第２のパッケージング材３の上面及び下面は、同一の面内に位置している。もっとも、水晶基板７ａと、第２のパッケージング材３の厚みは、異なる厚みであって、水晶基板７ａの上面及び下面と、上記第２のパッケージング材３の上面及び下面は、同一の面内に位置していなくともよい。
　第３のパッケージング材４は、矩形板状である。本実施形態において、第３のパッケージング材４は、水晶基板により形成されている。もっとも、第３のパッケージング材４は、他の材料により形成されていてもよい。
　第１のパッケージング材２と第２のパッケージング材３との間には、第１の封止枠５が設けられている。第１の封止枠５により、第１のパッケージング材２と、第２のパッケージング材３とが接合されている。第１の封止枠５は、第２のパッケージング材３と同じ形状かつ同じ大きさであり、第２のパッケージング材３と重なるように設けられている。また、上記第１の封止枠５及び上記第２のパッケージング材３の外周縁は、第１のパッケージング材２の外周縁と重なるように設けられている。
　他方、第２のパッケージング材３と、第３のパッケージング材４との間には、第２の封止枠６が設けられている。第２の封止枠６により、第２のパッケージング材３と、第３のパッケージング材４とが接合されている。第２の封止枠６は、第２のパッケージング材３と同じ形状かつ同じ大きさである。第２の封止枠６は、第２のパッケージング材３と重なるように設けられている。また、第２の封止枠６及び第２のパッケージング材３の外周縁は、第３のパッケージング材４の外周縁と重なるように設けられている。
　もっとも、第１，第２の封止枠５，６は、水晶振動子７を封止し得る限り第２のパッケージング材３と異なる形状かつ異なる大きさであってもよく、設けられる位置についても限定されない。
　上記第１，第２の封止枠５，６は、金属めっきにより形成された合金などの封止材料により形成される。上記封止材料としては、Ａｕ、Ｓｎ又はこれらの合金を用いることが好ましい。上記第１，第２の封止枠５，６が金属により形成されている場合、加熱により、第１，第２の封止枠５，６を融着させることにより、第１～第３のパッケージング材２～４を貼り合わせる。上記第１の封止枠５は、第１のパッケージング材２と第２のパッケージング材３との間に接合層を形成し、上記第２の封止枠６は、第２のパッケージング材３と第３のパッケージング材４との間に接合層を形成する。従って、上記第１，第２の封止枠５，６により、水晶振動子７を封止するとともに、水晶振動子７の振動を妨げないための隙間が形成される。
　本発明においては、上記本発明の一実施形態に係る水晶振動装置１で示したように、水晶振動子を形成するための水晶基板及び第２のパッケージング材が同一の水晶基板から形成されている。従って、水晶振動子の大きさを小さくせずとも、小型化したパッケージング材に水晶振動子を精度よく搭載できる。これにより、水晶振動子の振動部が十分に確保され、良好なＱ値を安定的に得ることができる。また、上述したように、水晶振動子と第１～第３のパッケージング材とが直接接続されていないため、第１～第３のパッケージング材からの応力や振動が水晶振動子に伝搬しにくい。従って、本発明によれば、Ｑ値が良好であり、信頼性に優れた水晶振動装置を提供することができる。
　（水晶振動装置の製造方法）
　上記水晶振動装置１の製造方法は特に限定されないが、製造方法の一例を図４（ａ）～図４（ｃ）を参照して説明する。
　まず、図４（ａ）に示すようなＡＴカットされた水晶基板１９を用意する。しかる後、図４（ｂ）に示すように、上記水晶基板１９の一部を、トリミングすることにより、枠状の第２のパッケージング材部分１９ａ及び水晶振動子形成部分１９ｂを形成する。上記第２のパッケージング材部分１９ａ及び水晶振動子形成部分１９ｂは、接続部分１９ｃを介して接続されている。上記第２のパッケージング材部分１９ａは、水晶振動子形成部分１９ｂの外周縁を囲むように形成されている。
　以下、上記水晶基板１９のトリミング方法の一例について、図５（ａ）～図５（ｄ）及び図６（ａ）～図６（ｄ）を参照して、詳細に説明する。
　まず、図５（ａ）に示すように、ＡＴカットされた水晶基板１９を用意する。次に、図５（ｂ）に示すように、水晶基板１９の第１及び第２の主面としての上面及び下面に第１，第２の金属薄膜２０ａ，２０ｂを形成する。第１，第２の金属薄膜２０ａ，２０ｂを形成する材料としては、水晶と密着のよいものであれば特に限定されず、例えば、ＣｒやＴｉなどが用いられる。
　次に、図５（ｃ）に示すように、上記第１，第２の金属薄膜２０ａ，２０ｂに積層するように、第１，第２のレジストパターン２１ａ，２１ｂを形成する。ここで、第１のレジストパターン２１ａは、後工程で水晶基板１９のトリミングを行う部分については、形成しないものとする。
　次に、図５（ｄ）に示すように、上記第１の金属薄膜２０ａの上記第１のレジストパターン２１ａが形成されていない部分を、エッチングにより除去する。しかる後、図６（ａ）に示すように、レジスト剥離剤により上記第１，第２のレジストパターン２１ａ，２１ｂを除去する。
　次に、図６（ｂ）に示すように、上記第１，第２の金属薄膜２０ａ，２０ｂが設けられている部分に積層するように、メッキでトリミング用の第１，第２のマスク層２２ａ，２２ｂを形成する。第１，第２のマスク層２２ａ，２２ｂを構成する材料としては、後工程におけるイオンエッチングで除去されにくい金属であれば、特に限定されず、例えば、Ｎｉなどが用いられる。
　次に、図６（ｃ）に示すように、イオンエッチングにより、水晶基板１９の一部、すなわち水晶基板１９の第１のマスク層２２ａが設けられていない部分をトリミングする。もっとも、上記水晶基板１９のトリミングは、他の方法により行ってもよく、特に限定されない。上記水晶基板１９のトリミングにより、水晶振動子形成部分１９ｂ及び第２のパッケージング材部分１９ａを得ることができる。しかる後、図６（ｄ）に示すように、上記第１，第２の金属薄膜２０ａ，２０ｂ及び上記第１，第２のマスク層２２ａ，２２ｂを、エッチング剤により除去する。
　なお、上記水晶基板１９のトリミングに際しては、図７（ａ）～図７（ｄ）及び図８（ａ）～図８（ｄ）に示すトリミング方法の他の例のように、第１のマスク層２２ａの張力と第２のマスク層２２ｂの張力が一致するように第２のマスク層２２ｂが形成されていてもよい。すなわち、予め第２の金属薄膜２０ｂの一部が除去され、かつ除去されていない第２の金属薄膜２０ｂ上にのみ、第２のマスク層２２ｂが形成されている構造であってもよい。この場合、水晶基板１９の変形を防止することができる。
　上記のような方法で、水晶基板１９の一部をトリミングすることにより、図４（ｂ）に示す、水晶振動子形成部分１９ｂ及び第２のパッケージング材部分１９ａが形成される。
　水晶振動装置１の製造方法においては、次に、上記水晶振動子形成部分１９ｂに、水晶振動子７を振動させるための第１，第２の振動電極１５，１６を取り付ける。
　しかる後、第１，第２の振動電極１５，１６と、第１のパッケージング材２における第１のビアホール電極１２又は配線電極１１とを、第１，第２の接合材９，１０を用いて接合する。この際、図４（ｃ）に示すように、第１のパッケージング材２と第２のパッケージング材部分１９ａは、上述した第１の封止枠５を介して、積層される。
　次に、接続部分１９ｃをトリミングにより除去する。しかる後、第３のパッケージング材４を、第２の封止枠６を介して第２のパッケージング材３に積層する。積層後、加熱により、第１，第２の封止枠５，６を融着させることにより、第１～第３のパッケージング材２～４を貼り合わせる。これにより、上記水晶振動装置１を得ることができる。
　なお、本発明においては、上記水晶基板１９のトリミング工程において、接続部分１９ｃを形成せずに、第２のパッケージング材部分１９ａの内周縁と、上記水晶振動子形成部分１９ｂの外周縁との間に存在する水晶基板１９をトリミングにより完全に除去し、除去した部分にダンピング材１４を挿入してもよい。具体的には、例えば、図６（ｃ）のイオンエッチングの後、水晶振動子形成部分１９ｂ及び第２のパッケージング材部分１９ａが、第２の金属薄膜２０ｂで接続されている状態で、ダンピング材１４を充填し、該ダンピング材１４を硬化させることにより挿入することができる。
　ダンピング材１４を挿入する場合、レーザー加工のダメージが低減される。上記ダンピング材１４を形成する材料としては、柔らかい材料であれば特に限定されず、例えばシリコンなどが用いられる。
　以上のように、本発明に係る水晶振動装置は、１枚の水晶基板をトリミングすることにより、水晶振動子を形成するための水晶基板及び第２のパッケージング材が形成される。従って、水晶振動子を形成する水晶基板の大きさを小さくせずとも、小型化したパッケージング材に水晶振動子を搭載できるため、十分な振動部が確保される。また、水晶振動子と第１～第３のパッケージング材とが直接接続されていないため、パッケージング材からの応力や振動が水晶振動子に伝搬しにくい。従って、本発明に係る水晶振動装置の製造方法によれば、Ｑ値が良好であり、信頼性に優れた水晶振動装置を提供することができる。
　また、本発明においては、第１のパッケージング材の上記水晶振動子が搭載されている面とは反対側の面に、電子部品がさらに搭載されていてもよく、しかも該電子部品、第１～第３のパッケージング材及び水晶振動子を形成するための水晶基板が、同一の水晶基板から形成されていてもよい。これにより、製造工程を簡略化することができる。
１…水晶振動装置
２…第１のパッケージング材
２ａ…水晶振動子搭載面
３…第２のパッケージング材
４…第３のパッケージング材
５，６…第１，第２の封止枠
７…水晶振動子
７ａ，１９…水晶基板
８…隙間
９，１０…第１，第２の接合材
１１…配線電極
１２，１３…第１，第２のビアホール電極
１４…ダンピング材
１５，１６…第１，第２の振動電極
１７，１８…第１，第２の引き出し電極
１７ａ，１８ａ…第１，第２の引き出し電極部分
１９ａ…第２のパッケージング材部分
１９ｂ…水晶振動子形成部分
１９ｃ…接続部分
２０ａ，２０ｂ…第１，第２の金属薄膜
２１ａ，２１ｂ…第１，第２のレジストパターン
２２ａ，２２ｂ…第１，第２のマスク層

Claims (10)

  1. 　水晶振動子搭載面を有する第１のパッケージング材と、
    　前記第１のパッケージング材の水晶振動子搭載面に搭載されている水晶振動子と、
    　前記第１のパッケージング材と前記水晶振動子とを電気的に接続かつ機械的に接合するように設けられている接合材と、
    　前記第１のパッケージング材上に積層されており、前記水晶振動子が封止されるように、前記第１のパッケージング材と共に封止空間を形成している、第２，第３のパッケージング材と、
    　前記第１のパッケージング材と前記第２のパッケージング材とを接合するように設けられている、第１の封止枠と、
    　前記第２のパッケージング材と前記第３のパッケージング材とを接合するように設けられている、第２の封止枠とを備え、
    　前記第２のパッケージング材が枠状であって、前記水晶振動子の外周縁を囲むように形成されており、
    　前記第２のパッケージング材と、前記水晶振動子を形成するための水晶基板とが、同一の水晶基板から形成されている、水晶振動装置。
  2. 　前記第２のパッケージング材が、前記封止空間を隔てて、前記水晶振動子の外周縁を囲むように形成されている、請求項１に記載の水晶振動装置。
  3. 　前記第２のパッケージング材と前記水晶振動子とを接続するように設けられている、ダンピング材をさらに備え、
    　前記第２のパッケージング材が、前記ダンピング材を隔てて前記水晶振動子の外周縁を囲むように形成されている、請求項１に記載の水晶振動装置。
  4. 　前記第１のパッケージング材の前記水晶振動子が搭載されている面とは反対側の面に、電子部品が搭載されており、
    　前記第１～第３のパッケージング材、前記水晶振動子を形成するための水晶基板及び前記電子部品が、同一の水晶基板から形成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の水晶振動装置。
  5. 　前記第２のパッケージング材及び前記水晶振動子を形成するための水晶基板が同じ厚みであり、前記第２のパッケージング材の上面及び下面と、前記水晶振動子を形成するための水晶基板とが同一の面内に位置している、請求項１～４のいずれか１項に記載の水晶振動装置。
  6. 　請求項１～５に記載の水晶振動装置の製造方法であって、
    　水晶基板を用意する工程と、
    　前記水晶基板をトリミングすることにより、水晶振動子形成部分と、該水晶振動子形成部分の外周縁を囲むように形成されている、枠状の第２のパッケージング材部分とを形成する工程と、
    　前記水晶振動子形成部分に、水晶振動子を振動させるための第１，第２の振動電極を取り付ける工程と、
    　前記水晶振動子形成部分に取り付けられた第１，第２の振動電極と、第１のパッケージング材とを、接合材により接合する工程と、
    　第２のパッケージング材に、第１，第３のパッケージング材を、第１，第２の封止枠を用いて貼り合わせることにより、封止空間を形成する工程とを備える、水晶振動装置の製造方法。
  7. 　前記水晶基板をトリミングする工程が、前記水晶基板の一部をトリミングすることにより、前記水晶振動子形成部分と、該水晶振動子形成部分に一部が接続されており、かつ前記水晶振動子形成部分の外周縁を囲むように形成されている、前記枠状の第２のパッケージング材部分とを形成する工程であって、
    　前記水晶振動子形成部分に取り付けられた前記第１，第２の振動電極と、前記第１のパッケージング材とを、前記接合材により接合する工程の後に、前記水晶振動子形成部分と、前記第２のパッケージング材部分との接続部分をトリミングすることにより除去する工程をさらに備える、請求項６に記載の水晶振動装置の製造方法。
  8. 　前記水晶基板をトリミングする工程において、前記水晶振動子形成部分の外周縁と、前記枠状の第２のパッケージング材部分の内周縁との間に存在する水晶基板を完全に除去した後に、前記水晶基板を除去した部分にダンピング材を挿入する工程をさらに備える、請求項６に記載の水晶振動装置の製造方法。
  9. 　前記水晶基板をトリミングする工程の前に、前記水晶基板の第１，第２の主面に、前記水晶基板を保護するための第１，第２のマスク層を形成する工程をさらに備える、請求項６～８のいずれか１項に記載の水晶振動装置の製造方法。
  10. 　前記第１，第２のマスク層を形成する工程において、前記第１のマスク層の張力と、前記第２のマスク層の張力が一致するように、前記第１，第２のマスク層を形成する、請求項９に記載の水晶振動装置の製造方法。
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