WO2016136010A1 - 水晶振動デバイス - Google Patents

Abstract

　水晶振動デバイス（１）は、主面に励振電極（１３０，１４０）が形成された水晶振動片（１１０）と、水晶振動片（１１０）の連結部（１１１ａ，１１１ｂ）に接続されるとともに水晶振動片（１１０）の外周を囲む枠体（１２０）と、を含む水晶振動子（１００）と、枠体（１２０）の第１面（１２２）の全周に第１封止部材（１７０）を介して接合されたリッド部材（２００）と、枠体（１２０）の第２面（１２４）の全周に第２封止部材（１７２）を介して接合されたベース部材（３００）と、を備え、枠体（１２０）は略矩形の外形形状を有し、枠体（１２０）の各辺のうち水晶振動片（１１０）の連結部（１１１ａ，１１１ｂ）が配置された側において、第１封止部材（１７０）の外側端面から枠体（１２０）における第１面（１２２）の外縁の一辺までの距離Ｄ１と、第２封止部材（１７２）の外側端面から枠体（１２０）における第２面（１２４）の外縁の一辺までの距離Ｄ２が異なる。

Description

水晶振動デバイス

　本発明は、水晶振動デバイスに関する。

　発振装置や帯域フィルタなどに用いられる水晶振動デバイスとして、厚みすべり振動を主振動とする水晶振動デバイスが広く用いられている。また、水晶振動デバイスの一態様として、水晶振動板の表裏主面に接合材によって第１及び第２の蓋部材が接合されており、当該接合材は水晶振動板を挟んで対向している構成が知られている（特許文献１参照）。

　しかしながら、かかる構成によれば、水晶振動板から第１及び第２蓋部材に漏れた振動が、各蓋部材の端部で反射し、かかる反射波の影響により水晶振動子の特性が悪化する場合があった。すなわち従来の構成では不要振動の発生によって水晶振動デバイスの品質が損なわれることがあった。

特開２０１０－１３０４００号公報

　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、不要振動を低減することによって水晶振動デバイスの品質の向上を図ることを目的とする。

　本発明の一側面に係る水晶振動デバイスは、主面に励振電極が形成された水晶振動片と、水晶振動片の連結部に接続されるとともに水晶振動片の外周を囲む枠体と、を含む水晶振動子と、枠体の第１面の全周に第１封止部材を介して接合されたリッド部材と、枠体の第１面とは反対の第２面の全周に第２封止部材を介して接合されたベース部材と、を備え、枠体は略矩形の外形形状を有し、枠体の各辺のうち水晶振動片の連結部が配置された側において、第１封止部材の外側端面から枠体における第１面の外縁の一辺までの距離と、第２封止部材の外側端面から枠体における第２面の外縁の一辺までの距離が異なる。

　上記構成によれば、反射波の影響を緩和又は分散させることができ、不要振動を低減することによって水晶振動デバイスの品質の向上を図ることができる。

　上記水晶振動デバイスにおいて、第１封止部材及び第２封止部材は、枠体を介して対向する部分の幅が異なっていてもよい。

　上記水晶振動デバイスにおいて、記水晶振動片のうち少なくとも励振電極が形成された励振部分の厚さが、枠体の厚さと同一であってもよい。

　上記水晶振動デバイスにおいて、記リッド部材及びベース部材は、同一外形形状を有していてもよい。

　上記水晶振動デバイスにおいて、リッド部材及びベース部材は、同一材料からなるものであってもよい。

　上記水晶振動デバイスにおいて、第１封止部材及び第２封止部材は、同一材料からなるものであってもよい。

　本発明によれば、不要振動を低減することによって水晶振動デバイスの品質の向上を図ることができる。

図１は、本実施形態に係る水晶振動デバイスを説明するための分解斜視図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。

　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している。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及び図２を参照しつつ、本実施形態に係る水晶振動デバイスを説明する。ここで、図１は本実施形態に係る水晶振動デバイスの分解斜視図であり、図２は図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。

　図１に示すように、本実施形態に係る水晶振動デバイス１は、水晶振動子１００と、リッド部材２００と、ベース部材３００とを備える。

　水晶振動子１００は、例えばＡＴカットの水晶基板から構成されている。ＡＴカットの水晶基板は、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子は、広い温度範囲で極めて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デバイスの各構成を説明する。なお、水晶振動子１００は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、水晶振動子１００の一部（水晶振動片）を収容するためのケース又はパッケージである。水晶振動子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外形形状（例えば略矩形の外形形状）を有している。

　水晶振動子１００は、水晶振動片１１０と、水晶振動片１１０の外周を囲む枠体１２０とを備える。水晶振動片１１０及び枠体１２０はいずれもＡＴカットの水晶基板から形成されたものであってもよい。水晶振動片１１０及び枠体１２０は、それぞれ、Ｘ軸方向に平行な長手方向と、Ｚ´軸方向に平行な短手方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さ方向とを有している。水晶振動片１１０は、枠体１２０との連結部１１１ａ，１１１ｂを有しており、連結部１１１ａ，１１１ｂは、水晶振動片１１０の長手方向の一方端（Ｘ軸負方向側）に配置されている。すなわち、水晶振動片１１０は、連結部１１１ａ，１１１ｂを除いて、枠体１２０から離間して設けられている。なお、連結部の個数やその配置等は特に限定されるものではない。

　水晶振動子１００は、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１０２，１０４，１０６，１０８を有する。また、同様に、リッド部材２００においても切り欠き側面２０２，２０４，２０６，２０８が形成され、ベース部材３００においても切り欠き側面３０２，３０４，３０６，３０８が形成されている。水晶振動子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（例えば切り欠き側面１０２，２０２，３０２）はそれぞれＹ´軸方向に一致して配置されている。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たものである。なお、切り欠き側面の形状は円筒曲面状に限定されるものではない。

　水晶振動片１１０の主面には第１及び第２励振電極１３０，１４０が形成されている。水晶振動片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となる。水晶振動片１１０（励振部分及び連結部１１１ａ，１１１ｂ）の厚さは特に限定されるものではないが、図２に示すように、水晶振動片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く、また連結部１１１ａ，１１１ｂの厚さは、水晶振動片１１０の励振部分の厚さよりも薄くてもよい。これによって、水晶振動片１１０をメサ構造に類似した構成とすることができるため、枠体１２０の厚さによって水晶振動子１００の機械的強度を保ちつつ、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。なお、水晶振動子１００の厚さは上記に限定されることなく、例えば、水晶振動片１１０（励振部分及び連結部１１１ａ，１１１ｂ）及び枠体１２０がいずれも実質的に同一の厚さを有していてもよい。

　第１励振電極１３０は、水晶振動片１１０の第１面１１２（Ｙ´軸正方向側の面）に形成され、他方、第２励振電極１４０は、水晶振動片１１０の第２面１１４（Ｙ´軸負方向側の面）に形成されている。第１及び第２励振電極１３０，１４０は、一対の電極として略全体が重なり合うように配置されている。また、枠体１２０の第１面１２２には、第１励振電極１３０に電気的に接続された延出電極１３２が形成されている。延出電極１３２は、第１励振電極１３０から一方の連結部１１１ａを通って延出された後、枠体１２０の第１面１２２上を通って、コーナーにおける切り欠き側面１０８に向かって延出され、枠体１２０の第２面１２４に形成された接続電極１３４に電気的に接続されている。他方、枠体１２０の第２面１２４には、第２励振電極１４０に電気的に接続された延出電極１４２が形成されている。延出電極１４２は、第２励振電極１４０から他方の連結部１１１ｂを通って延出された後、枠体１２０の第２面１２４を通って、コーナーにおける切り欠き側面１０４に向かって延出され、枠体１２０の第２面１２４に形成された接続電極１４４に電気的に接続されている。このように、図１に示す例では、第１及び第２励振電極１３０，１４０に電気的に接続された接続電極１３４，１４４が、枠体１２０の対向するコーナーに配置されている。

　なお、第１及び第２励振電極１３０，１４０に電気的に接続される接続電極１３４，１４４の配置は特に限定されるものではなく、例えば、枠体１２０のＸ軸負方向側の２つのコーナー（すなわち切り欠き側面１０２，１０４）に配置されてもよい。

　第１及び第２励振電極１３０，１４０を含む上記各電極は、例えば、下地をクロム（Ｃｒ）層で形成し、クロム層の表面に金（Ａｕ）層を形成してもよく、その材料は限定されるものではない。

　ベース部材３００の各コーナーには、外部電極３２２，３２４，３２６，３２８が形成されている。一例として、外部電極３２２は、ベース部材３００のコーナーにおいて、水晶振動子１００の搭載面側（Ｙ´軸正方向側）から切り欠き側面３０２を通ってベース部材３００の実装面（Ｙ´負方向側の面）に至るように一体的に形成されている。また外部電極３２４，３２６，３２８についても、図１に示すようにそれぞれ対応するコーナーにおいて同様に形成されている。ベース部材３００の外部電極３２４，３２８（すなわちベース部材３００の対向するコーナーに配置される外部電極）は、第１及び第２励振電極１３０，１４０に電気的に接続される。具体的には、水晶振動子１００を後述する封止部材１７２を介してベース部材３００に搭載し、接続電極１３４と外部電極３２８、及び、接続電極１４４と外部電極３２４をそれぞれ図示しない導電部材によって電気的に接続する。この導電部材は、例えば、導電性接着剤を塗布するとともに熱硬化させることによって形成してもよいし、あるいは、スパッタ法等によって導電材料を成膜することによって形成してもよい。導電部材は、リッド部材２００、水晶振動子１００及びベース部材３００のそれぞれの対応する切り欠き側面に一体的に形成してもよい。なお、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３２４，３２８をいずれのコーナーに配置するかは特に限定されるものではない。

　リッド部材２００は、枠体１２０の第１面１２２の側に配置され、ベース部材３００は、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。

　図１及び図２に示すように、リッド部材２００は枠体１２０の第１面１２２の全周に第１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の全周に第２封止部材１７２を介して接合される。第１及び第２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、水晶振動片１１０が内部空間（キャビティ）に密封封止される。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。

　本実施形態においては、図２に示されるように、枠体１２０を介して対向する第１及び第２封止部材１７０，１７２について、第１封止部材１７０の外側端面から枠体１２０における第１面１２２の外縁の一辺までの距離Ｄ１と、第２封止部材１７２の外側端面から枠体１２０における第２面１２４の外縁の一辺までの距離Ｄ２とが異なっている。これにより、水晶振動子１００から漏れ出た振動のうち、水晶振動片１１０を収容したケース（すなわちリッド部材２００及びベース部材３００）の端部から反射した反射波の位相タイミングが、枠体１２０の上下面においてずれることになるため、反射波の影響を緩和又は分散させることができ、水晶振動子１００の特性が悪化することを抑制することができる。特に、水晶振動子１００の振動漏れは、水晶振動片１１０の連結部１１１ａ，１１１ｂを介して枠体１２０、リッド部材２００及びベース部材３００へ伝搬することから、少なくとも、枠体１２０の連結部１１１ａ，１１１ｂが配置された側の枠体１２０の一辺に対して、第１及び第２封止部材１７０，１７２による距離Ｄ１，Ｄ２が異なっていればよい。また、第１及び第２封止部材１７０，１７２による距離Ｄ１，Ｄ２は、枠体１２０の長手方向の少なくとも一方端側の一辺に対して異なっていてもよいし、あるいは、枠体１２０の短手方向の少なくとも一方端側の一辺に対して異なっていてもよい。

　図２に示す例では、リッド部材２００側の第１封止部材１７０による距離Ｄ１が、ベース部材３００側の第２封止部材１７２による距離Ｄ２よりも大きくなっている。あるいは、これとは反対に、リッド部材２００側の第１封止部材１７０による距離Ｄ１が、ベース部材３００側の第２封止部材１７２による距離Ｄ２よりも小さくてもよい。

　また、図２に示すように、枠体１２０を介して対向する第１及び第２封止部材１７０，１７２について、第１封止部材１７０の幅Ｗ１と、第２封止部材１７２の幅Ｗ２が異なっていてもよい。あるいは、第１封止部材１７０の幅Ｗ１と、第２封止部材１７２の幅Ｗ２は実質的に同一であってもよく、この場合は、第１及び第２封止部材１７０，１７２の各外側端面のＸ方向の位置が互いに異なるように、第１及び第２封止部材１７０，１７２を配置すればよい。

　リッド部材２００及びベース部材３００は実質的に同一外形形状を有している。ウエハ状態のまま水晶振動片のパッケージングまでを行う製法を採用した場合は、３層構造を一括してダイシングして個々の水晶振動デバイス１を製造するため、水晶振動子１００、リッド部材２００及びベース部材３００は実質的に同一外形形状を有する。また、リッド部材２００及びベース部材３００は実質的に同一の厚さを有することが好ましい。また、リッド部材２００及びベース部材３００は同一材料から構成されることが好ましく、例えばガラス材料や水晶（例えばＡＴカット水晶）から構成されてもよい。また、第１及び第２封止部材１７０，１７２は同一材料から構成されることが好ましく、例えばガラス材料（低融点ガラスなど）や金属材料又は樹脂接着剤などを用いることができる。封止部材１７０，１７２として金属材料を用いる場合には、適宜接合面に金属薄膜を形成しておき、この金属薄膜を延出電極又は接続電極と接続してもよいし、又はこれらの電極と兼用していてもよい。このように、枠体１２０の上下面において同一条件とすることで、第１及び第２封止部材１７０，１７２による距離Ｄ１，Ｄ２に基づく反射波の影響の緩和又は分散をより効果的に達成することができる。

　なお、第１及び第２封止部材１７０，１７２は異なる材料から構成されていてもよい。

　本実施形態に係る水晶振動デバイス１によれば、反射波の影響を緩和又は分散させることができ、不要振動を低減することによって水晶振動デバイスの品質の向上を図ることができる。

　なお、以上説明した実施形態においては、ＡＴカット水晶振動子の一例として、Ｘ軸方向に平行な長手方向、及び、Ｚ´軸方向に平行な短手方向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´軸方向に平行な長手方向、及び、Ｘ軸方向に平行な短手方向を有するＡＴカット水晶振動子に本発明を適用してもよい。

　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　水晶振動デバイス
　　１００　水晶振動子
　　１１０　水晶振動片
　　１１１ａ，１１１ｂ　連結部
　　１２０　枠体
　　１２２　第１面
　　１２４　第２面
　　１３０　第１励振電極
　　１４０　第２励振電極
　　１７０　第１封止部材
　　１７２　第２封止部材
　　２００　リッド部材
　　３００　ベース部材

Claims (6)

1. 　主面に励振電極が形成された水晶振動片と、当該水晶振動片の連結部に接続されるとともに当該水晶振動片の外周を囲む枠体と、を含む水晶振動子と、
   　前記枠体の第１面の全周に第１封止部材を介して接合されたリッド部材と、
   　前記枠体の前記第１面とは反対の第２面の全周に第２封止部材を介して接合されたベース部材と、
   を備え、
   　前記枠体は略矩形の外形形状を有し、
   　前記枠体の各辺のうち前記水晶振動片の前記連結部が配置された側において、前記第１封止部材の外側端面から前記枠体における前記第１面の外縁の一辺までの距離と、前記第２封止部材の外側端面から前記枠体における前記第２面の外縁の一辺までの距離が異なる、水晶振動デバイス。
2. 　前記第１封止部材及び前記第２封止部材は、前記枠体を介して対向する部分の幅が異なる、請求項１記載の水晶振動デバイス。
3. 　前記水晶振動片のうち少なくとも前記励振電極が形成された励振部分の厚さが、前記枠体の厚さと同一である、請求項１又は２記載の水晶振動デバイス。
4. 　前記リッド部材及び前記ベース部材は、同一外形形状を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の水晶振動デバイス。
5. 　前記リッド部材及び前記ベース部材は、同一材料からなる、請求項１から４のいずれか一項に記載の水晶振動デバイス。
6. 　前記第１封止部材及び前記第２封止部材は、同一材料からなる、請求項１から５のいずれか一項に記載の水晶振動デバイス。

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