WO2016190090A1 - 圧電振動素子搭載用基板並びに圧電振動子及びその製造方法 - Google Patents

圧電振動素子搭載用基板並びに圧電振動子及びその製造方法 Download PDF

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WO2016190090A1
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bonding
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博之 新家
吉宏 池田
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric vibration element mounting substrate, a piezoelectric vibrator, and a manufacturing method thereof.
  • the lead-out terminal is formed across the bonding region between the substrate and the metal cover from the crystal holding terminal in the center of the substrate to which the crystal piece is connected toward the outer edge thereof.
  • a step due to the lead terminal is generated, and a relatively large gap is generated between the substrate and the metal cover due to the step. Since the sealing material is difficult to enter the gap formed in this way, a gap (bubble) is generated in the sealing material in the bonding area between the substrate and the metal cover, and electrical connection such as a leak failure occurs. Reliability may be impaired.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to suppress the occurrence of a leak failure and to improve the electrical connection reliability.
  • a piezoelectric vibrator has a piezoelectric vibration element, a mounting surface on which the piezoelectric vibration element is mounted, a substrate having an electrode pattern formed on the mounting surface, and the piezoelectric vibration element. And a cap bonded to the mounting surface of the substrate via a bonding material, and the electrode pattern includes a connection electrode to which the piezoelectric vibration element is connected, and an extraction electrode that is drawn from the connection electrode toward the outer edge of the mounting surface And a bonding region with the cap on the mounting surface of the substrate is provided over the entire circumference surrounding the connection electrode, so that at least a part of the electrode pattern is exposed in the bonding region with the cap on the mounting surface of the substrate. An insulating material is formed on the surface.
  • the insulating material is formed on the bonding region, the height difference between the electrode pattern portion and the substrate portion on the bonding region can be filled, and voids are generated in the bonding material. Can be suppressed. Accordingly, leakage defects can be reduced and electrical connection reliability can be improved.
  • the insulating material may be formed in contact with the electrode pattern.
  • the insulating material may be formed on the entire portion where the substrate is exposed in the bonding region of the mounting surface.
  • the thickness of the insulating material may be the same as the thickness of the electrode pattern.
  • the insulating material may be glass.
  • the bonding material may be a resin adhesive.
  • the electrode pattern may further include a dummy pattern that is not electrically connected to the piezoelectric vibration element.
  • the cap has a concave portion that opens to face the mounting surface of the substrate, and the inner wall of the opening edge rising from the bottom surface of the concave portion is located on the inner side of the substrate than the insulating material. May be interposed between the cap and the substrate inside the substrate rather than the insulating material.
  • the bonding strength between the cap and the substrate can be improved.
  • the bonding strength can be improved without spreading the bonding material from the outer edge of the cap to the outside.
  • the cap may have a flange portion protruding from the opening edge from the opening center of the recess toward the opening edge.
  • the bonding area between the cap and the substrate can be increased, the bonding strength between the cap and the substrate can be improved, and the sealing performance can be improved.
  • a method of manufacturing a piezoelectric vibrator includes: (a) forming a piezoelectric vibrating element; (b) forming an electrode pattern on a mounting surface of the substrate; and (c) piezoelectric on the mounting surface of the substrate.
  • the insulating material is formed on the bonding region, the height difference between the electrode pattern portion and the substrate portion on the bonding region can be filled, and voids are generated in the bonding material. Can be suppressed. Accordingly, leakage defects can be reduced and electrical connection reliability can be improved.
  • (d) may include providing a bonding material on the cap before bonding the cap to the substrate.
  • a piezoelectric vibration element mounting substrate is a piezoelectric vibration element mounting substrate having a mounting surface on which a piezoelectric vibration element is mounted and an electrode pattern formed on the mounting surface. Includes a connection electrode to which the piezoelectric vibration element is connected when the piezoelectric vibration element is mounted, and an extraction electrode drawn from the connection electrode toward the outer edge of the mounting surface. An insulating material is provided so as to expose at least a part of the electrode pattern in the bonding area between the cap and the cap on the mounting surface of the substrate. Formed.
  • the insulating material is formed on the bonding region, the electrode pattern portion and the substrate portion on the bonding region when the cap is bonded to the piezoelectric vibration element mounting substrate via the bonding material. It is possible to fill the difference in height between the bonding material and the generation of voids in the bonding material. Accordingly, leakage defects can be reduced and electrical connection reliability can be improved.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of the piezoelectric vibrator according to the present embodiment.
  • 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view of the piezoelectric vibration element mounting substrate according to the present embodiment.
  • 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a method for manufacturing a piezoelectric vibrator according to this embodiment.
  • FIG. 6 is a plan view of a piezoelectric vibration element mounting substrate according to a modification of the present embodiment.
  • 7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII in FIG.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a piezoelectric vibration element mounting substrate according to a modification of the present embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a piezoelectric vibrator according to a modification of the present embodiment.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of the piezoelectric vibrator
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 3 is a plan view of the piezoelectric vibration element mounting substrate
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • illustration of the insulating material and the bonding material shown in FIG. 2 is omitted.
  • the piezoelectric vibrator 1 includes a piezoelectric vibration element 100, a cap 200, and a substrate 300.
  • the cap 200 and the substrate 300 are a case or a package for housing the piezoelectric vibration element 100.
  • the piezoelectric vibration element 100 includes a piezoelectric substrate 110 and first and second excitation electrodes 120 and 130 formed on the piezoelectric substrate 110.
  • the first excitation electrode 120 is formed on the first surface 112 of the piezoelectric substrate 110
  • the second excitation electrode 130 is formed on the second surface 114 opposite to the first surface 112 of the piezoelectric substrate 110.
  • the piezoelectric substrate 110 is formed from a given piezoelectric material, and the material is not particularly limited.
  • the piezoelectric substrate 110 may be a quartz substrate, for example.
  • the piezoelectric vibration element 100 is a crystal vibration element having a piezoelectric substrate 110 that is an AT-cut crystal substrate.
  • the AT-cut quartz substrate has an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis which are crystal axes of the artificial quartz, and the Y-axis and the Z-axis are 35 degrees 15 minutes ⁇ 1 in the direction from the Y-axis to the Z-axis around the X-axis.
  • the piezoelectric substrate 110 that is an AT-cut quartz substrate has a longitudinal direction parallel to the Z′-axis direction, a short direction parallel to the X-axis direction, and a thickness direction parallel to the Y′-axis direction. And has a substantially rectangular shape on the XZ ′ plane.
  • a crystal resonator element using an AT-cut quartz substrate has extremely high frequency stability over a wide temperature range, and can be manufactured with excellent aging characteristics.
  • the AT-cut crystal resonator element often uses a thickness shear vibration mode as a main vibration.
  • the piezoelectric substrate according to the present embodiment is not limited to the above.
  • an AT-cut quartz substrate having a longitudinal direction parallel to the X-axis direction and a short direction parallel to the Z′-axis direction is applied.
  • a quartz substrate with a different cut other than the AT cut may be used, or other piezoelectric materials such as ceramics other than quartz may be applied.
  • the first excitation electrode 120 is formed on the first surface 112 (XZ ′ surface on the Y′-axis positive direction side) of the piezoelectric substrate 110, and the second excitation electrode 130 is different from the first surface 112 of the piezoelectric substrate 110. It is formed on the opposite second surface 114 (that is, the XZ ′ surface on the Y′-axis negative direction side).
  • the first and second excitation electrodes 120 and 130 are a pair of electrodes, and are arranged so as to substantially overlap each other on the XZ ′ plane.
  • the piezoelectric substrate 110 has a connection electrode 124 electrically connected to the first excitation electrode 120 via the extraction electrode 122, and a connection electrode 134 electrically connected to the second excitation electrode 130 via the extraction electrode 132. And are formed. Specifically, the extraction electrode 122 is extracted from the first excitation electrode 120 toward the short side on the Z′-axis negative direction side on the first surface 112 and further passes through the side surface of the piezoelectric substrate 110 on the Z′-axis negative direction side. The connection electrode 124 formed on the second surface 114 is connected.
  • the extraction electrode 132 is extracted from the second excitation electrode 130 toward the short side of the Z′-axis negative direction on the second surface 114, and is connected to the connection electrode 134 formed on the second surface 114.
  • the connection electrodes 124 and 134 are disposed along the short side on the Z′-axis negative direction side, and the connection electrodes 124 and 134 are electrically connected to the substrate 300 via conductive holding members 340 and 342 described later. And mechanically held together.
  • the configurations of the connection electrodes 124 and 134 and the extraction electrodes 122 and 132 are not limited, and can be appropriately changed in consideration of electrical connection with other members.
  • Each of the electrodes including the first and second excitation electrodes 120 and 130 may be formed, for example, by forming a base with a chromium (Cr) layer and forming a gold (Au) layer on the surface of the chromium layer. It is not limited.
  • the cap 200 has a recess 204 that is opened to face the first surface 302 of the substrate 300.
  • the cap 200 has an opening edge 202 of the recess 204.
  • the opening edge 202 may be formed to rise vertically from the bottom surface of the recess 204.
  • the material of the cap 200 is not limited, and may be a metal material, an insulating material, or a composite material thereof.
  • the substrate 300 is a piezoelectric vibration element mounting substrate having a mounting surface (first surface 302) on which the piezoelectric vibration element 100 is mounted.
  • the substrate 300 has a substantially rectangular shape on the XZ ′ plane.
  • the substrate 300 may be formed of, for example, an insulating ceramic.
  • the substrate 300 is made of a glass material (for example, silicate glass or a material mainly composed of materials other than silicate and having a glass transition phenomenon due to a temperature rise), a crystal material (for example, an AT-cut crystal) or You may form with a glass epoxy material.
  • the substrate 300 is preferably made of a heat resistant material.
  • the substrate 300 may be a single layer or a plurality of layers, and may have a main body portion and an insulating film formed thereon.
  • the piezoelectric vibration element 100 is hermetically sealed in an internal space (cavity) 206 surrounded by the concave portion 204 of the cap 200 and the substrate 300. Is done.
  • the piezoelectric vibrating element 100 has one end (end on the conductive holding member 340, 342 side) as a fixed end and the other end as a free end.
  • an electrode pattern 310 is formed on the first surface 302 of the substrate 300.
  • the electrode pattern 310 includes connection electrodes 320 and 322 to which the piezoelectric vibration element 100 is connected, and lead electrodes 320 a and 322 a that are drawn from the connection electrodes 320 and 322 toward the outer edge of the first surface 302.
  • connection electrodes 320 and 322 are arranged on the inner side of the outer edge of the substrate 300 so that the piezoelectric vibration element 100 can be arranged in the approximate center of the substrate 300.
  • the connection electrode 124 is connected to the connection electrode 124 of the piezoelectric vibration element 100 via the conductive holding member 340, while the connection electrode 322 is connected to the connection electrode 134 of the piezoelectric vibration element 100 via the conductive holding member 342. Is connected.
  • the extraction electrode 320a is extracted from the connection electrode 320 toward any one corner portion of the substrate 300, while the extraction electrode 322a is extracted from the connection electrode 322 toward another corner portion of the substrate 300. Yes.
  • a plurality of external electrodes 330, 332, 334, and 336 are formed at each corner of the substrate 300.
  • the extraction electrode 320a is on the X axis negative direction side and the Z ′ axis negative direction side.
  • the lead electrode 322a is connected to the external electrode 332 formed at the corners on the X-axis positive direction side and the Z′-axis positive direction side.
  • the electrode pattern 310 further includes a dummy pattern 310a.
  • the dummy pattern 310a is a pattern that is not electrically connected to the first and second excitation electrodes 120 and 130 of the piezoelectric vibration element 100, and is formed of the same conductive material as the other electrodes.
  • the dummy pattern 310a is formed in the vicinity of the remaining corner portion (a corner portion other than the corner portion where the external electrodes 330 and 332 electrically connected to the piezoelectric vibration element 100 are disposed), and the other external electrodes 334 and 336 It is connected.
  • the dummy pattern 310a may be electrically connected to a terminal (terminal not connected to any other electronic element) provided on a mounting substrate (not shown) on which the piezoelectric vibrator 1 is mounted.
  • a terminal terminal not connected to any other electronic element
  • a mounting substrate not shown
  • the piezoelectric vibrator 1 is mounted.
  • the corner portion of the substrate 300 has a cut-out side surface formed by cutting a part of the corner portion into a cylindrical curved surface shape (also called a castellation shape), and the external electrodes 330 and 332. , 334, 336 are formed continuously over such a cut-out side surface and the second surface 304.
  • the shape of the corner portion of the substrate 300 is not limited to this, and the shape of the cutout may be planar, or the corner of the corner portion may remain without being cutout.
  • the electrode pattern 310 and the external electrode are not limited to the above configuration, and can be applied with various modifications.
  • the connection electrodes 320 and 322 of the electrode pattern 310 may be arranged on different sides such that one is formed on the Z′-axis positive direction side and the other is formed on the Z′-axis negative direction side.
  • the piezoelectric vibration element 100 is supported by the substrate 300 at both one end and the other end in the longitudinal direction.
  • the number of external electrodes is not limited to four, and may be two arranged on a diagonal, for example.
  • the external electrode is not limited to the one disposed at the corner portion, and may be formed on any side surface of the substrate 300 excluding the corner portion.
  • a cut-out side surface obtained by cutting a part of the side surface into a cylindrical curved surface may be formed, and the external electrode may be formed on the side surface excluding the corner portion. Furthermore, the formation of the dummy pattern 310a and other external electrodes 334 and 336 connected thereto may be omitted.
  • the piezoelectric vibrator 1 by applying an AC voltage between the pair of first and second excitation electrodes 120 and 130 in the piezoelectric vibration element 100 via the external electrodes 330 and 332,
  • the piezoelectric substrate 110 vibrates in a predetermined vibration mode such as a thickness shear vibration mode, and resonance characteristics associated with the vibration are obtained.
  • insulating materials 360 and 362 are formed so that at least a part of the electrode pattern 310 is exposed in the bonding region 352 with the cap 200 on the first surface 302 of the substrate 300. ing.
  • the insulating materials 360 and 362 at least partially increase or decrease the level difference generated on the first surface 302 by the formation of the electrode pattern 310, that is, the portion of the electrode pattern 310 and the portion of the substrate 300 on the first surface 302. It is something to fill.
  • the bonding region 352 has an entire circumference that surrounds the connection electrodes 320 and 322 of the electrode pattern 310. Are provided.
  • the external electrodes 330, 332, 334, and 336 of the piezoelectric vibration element 100 are formed on the outer edge of the substrate 300, the extraction electrodes 320 a and 322 a of the electrode pattern 310 on the first surface 302 are formed across the bonding region 352. Therefore, at least a step due to the extraction electrodes 320a and 322a occurs in the bonding region 352.
  • a part of the dummy pattern 310a may be disposed in the bonding region 352, and a step due to the dummy pattern 310a is also generated. Due to these steps, a relatively large gap (space) is formed between the bonding region 352 and the cap 200 on the exposed portion of the substrate 300, but the bonding material 350 is unlikely to enter the gap.
  • the cap 200 is bonded to the substrate 300 via the bonding material 350, there is a possibility that the material of the bonding material 350 cannot be completely filled on the bonding region 352 and a gap (bubble) remains.
  • the insulating materials 360 and 362 are formed so that at least a part of the electrode pattern 310 is exposed in the bonding region 352.
  • a relatively large gap between the first surface 302 of the substrate 300 and the cap 200 is at least partially filled, so that the material of the bonding material 350 uniformly enters the bonding region 352 and the voids are formed in the bonding material 350. Can be prevented from occurring. Accordingly, leakage defects can be reduced and electrical connection reliability can be improved.
  • an insulating material 360 is integrally formed on the exposed portion of the bonding region 352 on the Z′-axis negative direction and the X-axis positive direction side, and the Z′-axis positive direction and the X-axis negative direction are formed.
  • the insulating material 362 is integrally formed on the exposed portion on the side, whereby the insulating materials 360 and 362 are formed on the entire portion of the bonding region 352 where the substrate 300 is exposed. According to such a configuration, since the insulating materials 360 and 362 are formed on the entire portion exposed from the electrode pattern 310, the material of the bonding material 350 enters the bonding region 352 uniformly, and the voids of the bonding material 350 are generated. Can be effectively suppressed.
  • the insulating materials 360 and 362 may be formed in contact with the electrode pattern 310.
  • the insulating materials 360 and 362 may be formed so as to cover the upper surfaces near the end portions of the extraction electrodes 320a and 322a and the dummy pattern 310a.
  • the thickness of the insulating materials 360 and 362 may be substantially the same as the thickness of the electrode pattern 310 (for example, about 20 ⁇ m).
  • the electrode pattern 310 includes a plurality of layers 312, 314, and 316 (for example, Ag layer, Ni layer, and Au layer from the substrate side), and the thickness from the substrate 300 to the upper surface of the electrode pattern 310, The thickness from the substrate 300 to the upper surface of the insulating material 362 is the same. According to such a configuration, since the upper surface of the electrode pattern 310 and the upper surface of the insulating material 362 are flush with each other, the material of the bonding material 350 enters the bonding region 352 more uniformly.
  • the insulating material 362 covers the upper surface near the end of the electrode pattern 310, the portion of the insulating material 362 on the electrode pattern 310 is thinned by the thickness of the lower electrode pattern 310.
  • the upper surface of the electrode pattern 310 and the upper surface of the insulating material 362 can be flush with each other.
  • the insulating materials 360 and 362 can be formed of, for example, a glass material (for example, low melting point glass such as lead borate or tin phosphate). By using the insulating materials 360 and 362 made of a glass material, the adhesion strength with the substrate 300 such as ceramic can be improved. Alternatively, the insulating materials 360 and 362 are not limited to glass materials, and other inorganic materials and organic materials such as resins may be used.
  • the bonding material 350 for example, a resin adhesive can be used.
  • the resin adhesive as the bonding material 350 may be a thermosetting resin, for example, an epoxy adhesive mainly composed of an epoxy resin.
  • the bonding material 350 may be an inorganic material such as a glass material. In the case where both the bonding material 350 and the insulating materials 360 and 362 are made of glass, if they are separately fired, an interface is formed between the bonding material 350 and the insulating materials 360 and 362, and they are separated from each other. It will be provided as a body glass layer.
  • the insulating materials 360 and 362 are formed on the bonding region 352. Generation of voids in the bonding material 350 by uniformly entering the bonding region 352 can be suppressed. Accordingly, leakage defects can be reduced and electrical connection reliability can be improved.
  • the structure of the insulating material is not limited to the above contents, and various modifications can be applied.
  • the insulating materials 360 and 362 are formed on the entire portion of the bonding region 352 where the substrate 300 is exposed.
  • the insulating material is the substrate 300 of the bonding region 352. May be formed in a part of the exposed portion (see a modification example described later).
  • region 352 which has a width direction and a length direction
  • the insulating material and the electrode pattern 310 may be partially separated from each other.
  • a part of the insulating material may extend to the outside of the bonding region 352.
  • the example in which the insulating materials 360 and 362 are formed so that a part of the electrode pattern 310 is exposed in the bonding region 352 is shown, but as a modification, the electrode pattern 310 is formed in the bonding region 352.
  • An insulating material may be formed so that all of the above is exposed (see a modification described later).
  • the thickness of the insulating material is not limited to the above, and may be slightly thinner or thicker than the thickness of the electrode pattern 310, for example.
  • the bonding material 350 has a mode in which the region of the bonding material 350 and the region of the insulating material 360 coincide with each other as a mode provided on the upper surface of the insulating material 360.
  • the bonding material 350 may be provided in a part of the region of the insulating material 360, and the other part of the insulating material 360 may be exposed from the bonding material 350.
  • the bonding material 350 may be provided so as to cover the entire upper surface of the insulating material 360 and further to the outside of the insulating material 360 so as to have a portion in contact with the first surface 302 of the substrate 300.
  • the piezoelectric vibration element 100 is formed (S10).
  • a crystal resonator element as the piezoelectric resonator element 100
  • crystal material is cut into a wafer shape at a predetermined cut angle from an artificial quartz or natural quartz ore, and formed into a predetermined rectangular outer shape by dicing or etching.
  • various electrodes including the first and second excitation electrodes 120 and 130 are formed by sputtering or vacuum deposition (see FIG. 1).
  • the electrode pattern 310 is formed on the first surface 302 of the substrate 300 (S11). Specifically, for example, a paste-like conductive material is applied to a predetermined region of the first surface 302 of the substrate 300, and the applied conductive material is applied.
  • the electrode pattern 310 is formed by baking the material.
  • the electrode pattern 310 includes the dummy pattern 310a
  • the dummy pattern 310a is also formed in the same manner as the connection electrodes 320 and 322 and the extraction electrodes 320a and 322a.
  • the electrode pattern 310 can also be formed by sputtering or vacuum deposition. More specifically, the electrode pattern 310 is formed on the substrate 300 by forming the layer 312 by applying a paste-like conductive material and baking it, and then forming the layers 314 and 316 by plating.
  • insulating materials 360 and 362 are formed in the bonding region 352 with the cap 200 on the first surface 302 of the substrate 300 (S12).
  • the insulating materials 360 and 362 are made of a glass material
  • the glass material is applied to a portion exposed from the electrode pattern 310 in the bonding region 352 by a printing method such as a screen printing method, and the applied glass material is baked.
  • the insulating materials 360 and 362 are formed. According to this, since the glass material can be provided uniformly on the first surface 302 of the substrate 300, the thickness of the insulating materials 360 and 362 can be easily adjusted to a desired thickness.
  • the glass material may be fired before joining the cap 200, which will be described later, or temporarily fired as needed before joining the cap 200, and then fired after joining the cap 200. May be. Further, the insulating materials 360 and 362 may cover the upper surface near the end of the electrode pattern 310.
  • the piezoelectric vibration element 100 is mounted on the first surface 302 of the substrate 300 (S13). Specifically, among the electrode patterns 310 on the first surface 302 of the substrate 300, conductive holding members 340 and 342 are applied to the connection electrodes 320 and 322, respectively, and the connection electrodes 124 and 134 of the piezoelectric vibration element 100 are electrically conductive. The conductive holding members 340 and 342 are cured by electrically connecting to the connection electrodes 320 and 322 of the substrate 300 via the holding members 340 and 342.
  • the cap 200 is bonded to the bonding region 352 of the first surface 302 of the substrate 300 via the bonding material 350 (S14).
  • a paste-like bonding material 350 can be provided on the opening edge 202 (see FIG. 2) of the cap 200 by dipping or the like, and then the cap 200 can be bonded to the substrate 300 via the bonding material 350.
  • a resin adhesive may be used for the bonding material 350.
  • the resin adhesive can be bonded at a relatively lower temperature than glass, and the thermal stress applied to the bonding surface of the substrate 300, the bonding material 350 and the cap 200 is small, and the deformation of the cap 200 is small. Further, when the cap 200 is a metal material, the resin adhesive is easily wetted and has good sealing properties. Further, a glass material may be used for the bonding material 350, and firing is performed after the cap is mounted. In this case, the melting point of the bonding material 350 is preferably lower than that of the insulating materials 360 and 362, and the low melting point glass having a temperature of about 300 ° C. to 360 ° C. can be used for simple and accurate bonding. In addition, the glass material can suppress moisture from entering the internal space 206 and can improve reliability.
  • the insulating material 360 and 362 are formed on the bonding region 352, so that the material of the bonding material 350 is uniformly introduced into the bonding region 352. It is possible to suppress the generation of voids in the bonding material 350. Accordingly, leakage defects can be reduced and electrical connection reliability can be improved.
  • FIG. 6 is a plan view of a piezoelectric vibration element mounting substrate according to a modification of the present embodiment
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII in FIG.
  • the piezoelectric vibrator according to this modification includes a piezoelectric vibration element mounting substrate 370, and the structure of the insulating material of the substrate 370 is different from the above.
  • insulating materials 380, 382, 384, and 386 are formed so that the entire electrode pattern 310 is exposed in the bonding region 352 on the first surface 302 of the substrate 370.
  • an insulating material 380 is formed on a substrate exposed portion on the X axis negative direction side
  • an insulating material 382 is formed on a substrate exposed portion on the Z ′ negative direction side.
  • An insulating material 384 is formed on the exposed portion of the substrate, and an insulating material 386 is formed on the exposed portion of the substrate on the Z′-axis positive direction side. As shown in FIG.
  • each of the insulating materials 380, 382, 384, 386 may not be in contact with the electrode pattern 310 and may be formed at a position away from the electrode pattern 310. That is, as shown in the cross-sectional view of FIG. 7, the first surface 302 of the substrate 370 may be exposed between the insulating material 380 and the electrode pattern 310.
  • the relatively large gap between the first surface 302 of the substrate 370 and the cap is partially filled, so that the material of the bonding material uniformly enters the bonding region 352, and bonding It is possible to suppress the generation of voids in the material. Therefore, also in this modification, it is possible to reduce leakage defects and improve electrical connection reliability.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a piezoelectric vibration element mounting substrate according to another modification.
  • the relationship between the electrode pattern on the substrate 390 and the insulating material 392 is different from that described above. That is, as shown in FIG. 8, the insulating material 392 covers the upper surface near the end of the lower layer 312 of the electrode pattern 310, and the layers 314 and 316 of the electrode pattern 310 cover the end of the insulating material 392. Good.
  • a method for forming such an insulating material 392 first, the lower layer 312 of the electrode pattern 310 is formed, and then the insulating material 392 is formed so as to cover the vicinity of the end of the lower layer 312, and then the layer of the electrode pattern 310 is formed.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a piezoelectric vibrator according to a modification of the present embodiment.
  • the configuration of the cap and the relative positional relationship between the cap and the insulating material are different from those in the above embodiment.
  • the cap 210 has a recess 214 that opens to face the first surface 302 of the substrate 300, and the cap 210 has a flange portion 218 that protrudes from the opening edge toward the opening edge from the opening center of the recess 214. May be. According to this, since the size of the surface of the flange portion 218 facing the first surface 302 of the substrate 300 is large, the bonding area between the cap 210 and the substrate 300 can be increased, and the bonding strength between the two is improved. be able to. In addition, since the joint area between the two is large, it is possible to improve the sealing performance of the internal space 216 in which the piezoelectric vibration element 100 is accommodated.
  • the inner wall 217 of the opening edge rising from the bottom surface of the recess 214 is located on the inner side (substrate center side) of the substrate 300 than the insulating materials 360 and 362.
  • the bonding material 354 may be interposed between the cap 210 and the substrate 300 on the inner side of the substrate 300 (the substrate center side) than the insulating materials 360 and 362. According to this, for example, when the bonding material 354 has a higher bonding strength to the substrate 300 than the insulating materials 360 and 362, the bonding strength between the cap 210 and the substrate 300 can be improved.
  • the bonding material 354 is a resin adhesive
  • the resin adhesive has a higher bonding strength in the substrate 300 made of ceramic than the insulating materials 360 and 362 made of glass
  • the bonding material 354 is a substrate. A region in direct contact with 300 is secured, and the bonding strength can be improved.
  • the bonding material 354 is interposed inside the substrate 300 (on the substrate center side), the bonding strength can be improved without spreading the bonding material 354 from the outer edge of the cap 210 to the outside.
  • the configuration of the relative positional relationship between the cap and the insulating material can also be applied to the cap 200 shown in FIG. 2 that does not have a flange portion, for example.
  • each embodiment described above is for facilitating understanding of the present invention, and is not intended to limit the present invention.
  • the present invention can be changed / improved without departing from the spirit thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
  • those obtained by appropriately modifying the design of each embodiment by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.
  • each element included in each embodiment and its arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those illustrated, and can be changed as appropriate.
  • each element included in each embodiment can be combined as much as technically possible, and combinations thereof are included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.
  • Piezoelectric vibrator 100 Piezoelectric vibration element 200 Cap 300 Substrate (Piezoelectric vibration element mounting substrate) 302 1st surface (mounting surface) 310 Electrode pattern 310a Dummy pattern 350 Bonding material 360 Insulating material 362 Insulating material

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Abstract

圧電振動子（１）は、圧電振動素子（１００）と、搭載面（３０２）を有するとともに、搭載面（３０２）に電極パターン（３１０）が形成された基板（３００）と、圧電振動素子（１００）を密封封止するように、基板（３００）の搭載面（３０２）に接合材（３５０）を介して接合されたキャップ（２００）とを備え、電極パターン（３１０）は、圧電振動素子（１００）が接続される接続電極（３２０，３２２）と、接続電極（３２０，３２２）から搭載面（３０２）の外縁に向かって引き出される引出電極（３２０ａ，３２２ａ）とを含み、基板（３００）の搭載面（３０２）におけるキャップ（２００）との接合領域（３５２）は、接続電極（３２０，３２２）を囲む全周に亘って設けられ、接合領域（３５２）において、電極パターン（３１０）の少なくとも一部が露出するように絶縁材（３６０，３６２）が形成されている。

Description

圧電振動素子搭載用基板並びに圧電振動子及びその製造方法
　本発明は、圧電振動素子搭載用基板並びに圧電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圧電振動子の一態様として、水晶片と、水晶片が表面に搭載された基板と、封止材を介して基板に接合された金属カバーとを備える構成が知られている（例えば特許文献１参照）。
　このような構成においては、引出端子が、水晶片が接続される基板中央の水晶保持端子からその外縁に向かって、基板と金属カバーとの接合領域をまたいで形成されるため、当該接合領域に引出端子による段差が発生し、かかる段差によって基板と金属カバーとの間に比較的大きなギャップが発生する。こうして形成されたギャップには、封止材が入り込みにくいため、基板と金属カバーとの接合領域において封止材内に空隙（気泡）が発生してしまい、リーク不良が発生するなど電気的な接続信頼性が損なわれることがあった。
特開２０１２－１９１６４８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、リーク不良の発生を抑制し、電気的な接続信頼性の向上を図ることを目的とする。
　本発明の一側面に係る圧電振動子は、圧電振動素子と、圧電振動素子が搭載された搭載面を有するとともに、搭載面に電極パターンが形成された基板と、圧電振動素子を密封封止するように、基板の搭載面に接合材を介して接合されたキャップとを備え、電極パターンは、圧電振動素子が接続される接続電極と、接続電極から搭載面の外縁に向かって引き出される引出電極とを含み、基板の搭載面におけるキャップとの接合領域は、接続電極を囲む全周に亘って設けられ、基板の搭載面におけるキャップとの接合領域において、電極パターンの少なくとも一部が露出するように絶縁材が形成されている。
　上記構成によれば、接合領域上に絶縁材が形成されるため、接合領域上における、電極パターンの部分と基板の部分との高低差を埋めることができ、接合材内に空隙が発生することを抑制することができる。したがって、リーク不良を低減することができ、電気的な接続信頼性の向上を図ることができる。
　上記圧電振動子において、絶縁材は電極パターンに接して形成されていてもよい。
　上記圧電振動子において、絶縁材は、搭載面の接合領域のうち、基板が露出した部分全体に形成されていてもよい。
　上記圧電振動子において、絶縁材の厚さは、電極パターンの厚さと同じであってもよい。
　上記圧電振動子において、絶縁材はガラスであってもよい。
　上記圧電振動子において、接合材は樹脂接着剤であってもよい。
　上記圧電振動子において、電極パターンは、圧電振動素子に電気的に接続されないダミーパターンをさらに含んでもよい。
　上記圧電振動子において、キャップは、基板の搭載面に対向して開口した凹部を有し、凹部の底面から立ち上がる開口縁の内壁が、絶縁材よりも基板の内側に位置しており、接合材は、絶縁材よりも基板の内側においてキャップと基板との間に介在してもよい。
　これによれば、例えば、接合材が絶縁材よりも基板に対する接合強度のほうが高い場合においてキャップと基板との接合強度を向上させることができる。また、接合材を基板の内側に介在させるため、接合材をキャップの外縁から外側に拡げることなく接合強度の向上を図ることができる。
　上記圧電振動子において、キャップは、凹部の開口中心から開口縁に向かって、開口縁から突出するフランジ部を有してもよい。
　これによれば、キャップと基板との接合面積を大きくすることができるため、キャップと基板との接合強度を向上させることができ、また封止性の向上も図ることができる。
　本発明の一側面に係る圧電振動子の製造方法は、（ａ）圧電振動素子を形成すること、（ｂ）基板の搭載面に電極パターンを形成すること、（ｃ）基板の搭載面に圧電振動素子を搭載すること、（ｄ）圧電振動素子を密封封止するように、基板の搭載面に接合材を介してキャップを接合することを含み、電極パターンは、圧電振動素子が接続される接続電極と、接続電極から搭載面の外縁に向かって引き出される引出電極とを含み、基板の搭載面におけるキャップとの接合領域は、接続電極を囲む全周に亘って設けられ、（ｂ）後であって（ｃ）前において、基板の搭載面におけるキャップとの接合領域において、電極パターンの少なくとも一部が露出するように絶縁材を形成することをさらに含む。
　上記構成によれば、接合領域上に絶縁材を形成するため、接合領域上における、電極パターンの部分と基板の部分との高低差を埋めることができ、接合材内に空隙が発生することを抑制することができる。したがって、リーク不良を低減することができ、電気的な接続信頼性の向上を図ることができる。
　上記圧電振動子の製造方法において、（ｄ）は、キャップを基板に接合する前に、キャップに接合材を設けることを含んでもよい。
　本発明の一側面に係る圧電振動素子搭載用基板は、圧電振動素子が搭載される搭載面を有するとともに、搭載面に電極パターンが形成された、圧電振動素子搭載用基板であって、電極パターンは、圧電振動素子が搭載されたときに圧電振動素子が接続される接続電極と、接続電極から搭載面の外縁に向かって引き出される引出電極とを含み、基板の搭載面には、接続電極を囲む全周に亘って、キャップと接合材を介して接合される接合領域が設けられており、基板の搭載面におけるキャップとの接合領域において、電極パターンの少なくとも一部が露出するように絶縁材が形成された。
　上記構成によれば、接合領域上に絶縁材が形成されるため、キャップを接合材を介して圧電振動素子搭載用基板に接合するときに、接合領域上における、電極パターンの部分と基板の部分との高低差を埋めることができ、接合材内に空隙が発生することを抑制することができる。したがって、リーク不良を低減することができ、電気的な接続信頼性の向上を図ることができる。
　本発明によれば、リーク不良の発生を抑制し、電気的な接続信頼性の向上を図ることができる。
図１は、本実施形態に係る圧電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３は、本実施形態に係る圧電振動素子搭載用基板の平面図である。 図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線断面図である。 図５は、本実施形態に係る圧電振動子の製造方法を示すフローチャートである。 図６は、本実施形態の変形例に係る圧電振動素子搭載用基板の平面図である。 図７は、図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線断面図である。 図８は、本実施形態の変形例に係る圧電振動素子搭載用基板の断面図である、 図９は、本実施形態の変形例に係る圧電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～図４を参照しつつ、本実施形態に係る圧電振動子を説明する。ここで、図１は、圧電振動子の分解斜視図であり、図２は図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。また、図３は圧電振動素子搭載用基板の平面図であり、図４は図３のＩＶ－ＩＶ線断面図である。なお、図１においては、図２に示される絶縁材及び接合材の図示を省略している。
　図１に示すように、本実施形態に係る圧電振動子１は、圧電振動素子１００と、キャップ２００と、基板３００とを備える。キャップ２００及び基板３００は、圧電振動素子１００を収容するためのケース又はパッケージである。
　圧電振動素子１００は、圧電基板１１０と、圧電基板１１０に形成された第１及び第２励振電極１２０，１３０とを含む。第１励振電極１２０は、圧電基板１１０の第１面１１２に形成され、また、第２励振電極１３０は、圧電基板１１０の第１面１１２とは反対の第２面１１４に形成されている。
　圧電基板１１０は、所与の圧電材料から形成され、その材料は特に限定されるものではない。圧電基板１１０は、例えば水晶基板であってもよい。図１に示す例では、圧電振動素子１００は、ＡＴカット水晶基板である圧電基板１１０を有する水晶振動素子である。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±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（以下、「ＸＺ´面」と呼ぶ。他の軸によって特定される面についても同様である。）と平行な面を主面として切り出されたものである。図１に示す例では、ＡＴカット水晶基板である圧電基板１１０は、Ｚ´軸方向に平行な長手方向と、Ｘ軸方向に平行な短手方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さ方向を有しており、ＸＺ´面において略矩形形状をなしている。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。
　なお、本実施形態に係る圧電基板は上記に限定されるものではなく、例えば、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を有するＡＴカット水晶基板を適用してもよいし、ＡＴカット以外の異なるカットの水晶基板であってもよいし、又は、水晶以外のセラミックなどのその他の圧電材料を適用してもよい。
　第１励振電極１２０は、圧電基板１１０の第１面１１２（Ｙ´軸正方向側のＸＺ´面）に形成され、また、第２励振電極１３０は、圧電基板１１０の第１面１１２とは反対の第２面１１４（すなわち、Ｙ´軸負方向側のＸＺ´面）に形成されている。第１及び第２励振電極１２０，１３０は一対の電極であり、ＸＺ´面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。
　圧電基板１１０には、第１励振電極１２０に引出電極１２２を介して電気的に接続された接続電極１２４と、第２励振電極１３０に引出電極１３２を介して電気的に接続された接続電極１３４とが形成されている。具体的には、引出電極１２２は、第１面１１２において第１励振電極１２０からＺ´軸負方向側短辺に向かって引き出され、さらに圧電基板１１０のＺ´軸負方向側の側面を通って、第２面１１４に形成された接続電極１２４に接続されている。他方、引出電極１３２は、第２面１１４において第２励振電極１３０からＺ´軸負方向側短辺に向かって引き出され、第２面１１４に形成された接続電極１３４に接続されている。接続電極１２４，１３４は、Ｚ´軸負方向側の短辺に沿って配置され、これらの接続電極１２４，１３４は、後述する導電保持部材３４０，３４２を介して基板３００に電気的導通を図るとともに機械的に保持される。なお、本実施形態において、接続電極１２４，１３４及び引出電極１２２，１３２の構成は限定されるものではなく、他の部材との電気的接続を考慮して適宜変更することができる。
　第１及び第２励振電極１２０，１３０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。
　キャップ２００は、基板３００の第１面３０２に対向するように開口された凹部２０４を有する。また、キャップ２００は、凹部２０４の開口縁部２０２を有する。開口縁部２０２は、凹部２０４の底面から垂直に立ち上がるように形成されてもよい。キャップ２００の材料は限定されるものではなく、金属材料、絶縁材料又はこれらの複合材料のいずれであってもよい。
　基板３００は、圧電振動素子１００が搭載される搭載面（第１面３０２）を有する圧電振動素子搭載用基板である。基板３００は、ＸＺ´面において略矩形形状をなしている。基板３００は、例えば絶縁性セラミックで形成されてもよい。あるいは、基板３００は、ガラス材料（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）、水晶材料（例えばＡＴカット水晶）又はガラスエポキシ材料などで形成してもよい。基板３００は耐熱性材料から構成されることが好ましい。基板３００は、単層であっても複数層であってもよく、また、本体部分とその上に形成された絶縁膜とを有していてもよい。図２に示すように、キャップ２００及び基板３００の両者が接合されることによって、圧電振動素子１００が、キャップ２００の凹部２０４と基板３００とによって囲まれた内部空間（キャビティ）２０６に密封封止される。図２に示す例では、圧電振動素子１００は、その一方端（導電保持部材３４０，３４２側の端部）が固定端であり、その他方端が自由端となっている。
　図１に示すように、基板３００の第１面３０２には、電極パターン３１０が形成されている。電極パターン３１０は、圧電振動素子１００が接続される接続電極３２０，３２２と、接続電極３２０，３２２から第１面３０２の外縁に向かって引き出される引出電極３２０ａ，３２２ａとを含む。
　接続電極３２０，３２２は、圧電振動素子１００を基板３００の略中央に配置することができるように、基板３００の外縁よりも内側に配置されている。接続電極３２０には、導電保持部材３４０を介して、圧電振動素子１００の接続電極１２４が接続され、他方、接続電極３２２には、導電保持部材３４２を介して、圧電振動素子１００の接続電極１３４が接続される。
　引出電極３２０ａは、接続電極３２０から基板３００のいずれか１つのコーナー部に向かって引き出され、他方、引出電極３２２ａは、接続電極３２２から基板３００の他の１つのコーナー部に向かって引き出されている。また、基板３００の各コーナー部には、複数の外部電極３３０，３３２，３３４，３３６が形成されており、図１に示す例では、引出電極３２０ａがＸ軸負方向及びＺ´軸負方向側のコーナー部に形成された外部電極３３０に接続され、他方、引出電極３２２ａがＸ軸正方向及びＺ´軸正方向側のコーナー部に形成された外部電極３３２に接続されている。
　本実施形態では、電極パターン３１０は、ダミーパターン３１０ａをさらに含む。ダミーパターン３１０ａは、圧電振動素子１００の第１及び第２励振電極１２０，１３０とは電気的に接続されることがないパターンであり、他の電極と同じ導電材料によって形成されている。ダミーパターン３１０ａは、残りのコーナー部（圧電振動素子１００と電気的に接続された外部電極３３０，３３２が配置されたコーナー部以外のコーナー部）付近に形成され、他の外部電極３３４，３３６と接続されている。ダミーパターン３１０ａは、圧電振動子１が実装される実装基板（図示しない）に設けられた端子（他のいずれの電子素子とも接続されない端子）に電気的に接続されてもよい。このようなダミーパターン３１０ａを形成することにより、外部電極を形成するための導電材料の付与が容易になる。また、全てのコーナー部に外部電極を形成することによって、圧電振動子を他の部材に電気的に接続する処理工程も容易となる。
　図１に示す例では、基板３００のコーナー部は、その一部が円筒曲面状（キャスタレーション形状とも呼ばれる。）に切断して形成された切り欠き側面を有しており、外部電極３３０，３３２，３３４，３３６は、このような切り欠き側面及び第２面３０４にかけて連続的に形成されている。なお、基板３００のコーナー部の形状はこれに限定されるものではなく、切り欠きの形状は平面状であってもよいし、切り欠きがなく、コーナー部の角が残っていてもよい。
　なお、電極パターン３１０及び外部電極は、上記構成に限定されるものではなく、様々に変形して適用することができる。例えば、電極パターン３１０の接続電極３２０，３２２は、一方がＺ´軸正方向側に形成され、他方がＺ´軸負方向側に形成されるなど、互いに異なる側に配置されていてもよい。このような構成においては、圧電振動素子１００は、長手方向の一方端及び他方端の両方において基板３００に支持されることになる。また、外部電極の個数は４つに限るものではなく、例えば対角上に配置された２つであてもよい。また、外部電極はコーナー部に配置されたものに限らず、コーナー部を除く基板３００のいずれかの側面に形成されてもよい。この場合、既に説明したとおり、側面の一部を円筒曲面状に切断した切り欠き側面を形成し、コーナー部を除く当該側面に外部電極を形成してもよい。さらに、ダミーパターン３１０ａ及びそれに接続される他の外部電極３３４，３３６の形成を省略してもよい。
　図１に示すような圧電振動子１においては、外部電極３３０，３３２を介して、圧電振動素子１００における一対の第１及び第２励振電極１２０，１３０の間に交流電圧を印加することにより、厚みすべり振動モードなどの所定の振動モードで圧電基板１１０が振動し、該振動に伴う共振特性が得られる。
　図３に示すように、本実施形態においては、基板３００の第１面３０２におけるキャップ２００との接合領域３５２において、電極パターン３１０の少なくとも一部が露出するように絶縁材３６０，３６２が形成されている。絶縁材３６０，３６２は、電極パターン３１０の形成によって第１面３０２上に生じた段差、すなわち、第１面３０２上における、電極パターン３１０の部分と、基板３００の部分との高低差を少なくとも部分的に埋めるものである。
　詳述すると、キャップ２００は、圧電振動素子１００を密封封止するように基板３００の第１面３０２に接合されるため、接合領域３５２は、電極パターン３１０の接続電極３２０，３２２を囲む全周に亘って設けられる。圧電振動素子１００の外部電極３３０，３３２，３３４，３３６が基板３００の外縁に形成される場合、第１面３０２上の電極パターン３１０の引出電極３２０ａ，３２２ａは、接合領域３５２を横断して形成されることから、接合領域３５２には少なくとも引出電極３２０ａ，３２２ａによる段差が発生する。また、第１面３０２上にダミーパターン３１０ａも形成した場合には、ダミーパターン３１０ａの一部が接合領域３５２に配置される場合もあり、併せてダミーパターン３１０ａによる段差も発生する。これらの段差により、接合領域３５２における基板３００が露出した部分上は、キャップ２００との間に比較的大きなギャップ（空間）が発生することになるが、かかるギャップには接合材３５０が入り込みにくい場合があり、キャップ２００が接合材３５０を介して基板３００に接合されるときに、接合領域３５２上に接合材３５０の材料が充填しきれず空隙（気泡）が残る可能性がある。
　そこで、本実施形態では、接合領域３５２において、電極パターン３１０の少なくとも一部が露出するように絶縁材３６０，３６２を形成する。これにより、基板３００の第１面３０２とキャップ２００との間の比較的大きなギャップが少なくとも部分的に埋められるため、接合材３５０の材料が接合領域３５２に均一に入り込み、接合材３５０内に空隙が発生することを抑制することができる。したがって、リーク不良を低減することができ、電気的な接続信頼性の向上を図ることができる。
　図３に示す例では、接合領域３５２のうち、Ｚ´軸負方向及びＸ軸正方向の側の露出部分に絶縁材３６０が一体的に形成され、Ｚ´軸正方向及びＸ軸負方向の側の露出部分に絶縁材３６２が一体的に形成され、これにより、絶縁材３６０，３６２が、接合領域３５２のうち基板３００が露出した部分全体に形成されている。このような構成によれば、電極パターン３１０から露出した部分全体に絶縁材３６０，３６２が形成されることから、接合材３５０の材料が接合領域３５２により均一に入り込み、接合材３５０の空隙の発生を効果的に抑制することができる。
　図３に示すように、絶縁材３６０，３６２は、電極パターン３１０に接して形成されていてもよい。例えば、絶縁材３６０，３６２が、引出電極３２０ａ，３２２ａ及びダミーパターン３１０ａの端部付近の上面を覆って形成されていてもよい。
　また、絶縁材３６０，３６２の厚さ（基板３００の第１面３０２からの高さ）は、電極パターン３１０の厚さ（例えば２０μｍ程度）と実質的に同じであってもよい。図４に示す例では、電極パターン３１０は、複数層３１２，３１４，３１６（例えば基板側からＡｇ層，Ｎｉ層及びＡｕ層）から構成され、基板３００から電極パターン３１０の上面までの厚みと、基板３００から絶縁材３６２の上面までの厚みが同じとなっている。このような構成によれば、電極パターン３１０の上面と絶縁材３６２の上面とが面一となるため、接合材３５０の材料が接合領域３５２にさらに均一に入り込むことから、接合材３５０内の空隙の発生をさらに効果的に抑制することができる。なお、図４に示すように、絶縁材３６２が電極パターン３１０の端部付近の上面を覆う場合、絶縁材３６２のうち電極パターン３１０上の部分を、下層の電極パターン３１０の厚さ分だけ薄く形成することによって、電極パターン３１０の上面と絶縁材３６２の上面とを面一とすることができる。
　絶縁材３６０，３６２は、例えばガラス材料（例えば鉛ホウ酸系や錫リン酸系等の低融点ガラス）によって形成することができる。ガラス材料からなる絶縁材３６０，３６２を用いることによって、セラミックなどの基板３００との密着強度を向上させることができる。あるいは、絶縁材３６０，３６２は、ガラス材料に限らず、その他の無機系の材料や樹脂などの有機系の材料を用いてもよい。
　接合材３５０は、例えば樹脂接着剤を用いることができる。接合材３５０としての樹脂接着剤は、熱硬化性樹脂であってもよく、例えばエポキシ樹脂を主成分とするエポキシ系接着剤であってもよい。あるいは、接合材３５０は、ガラス材料などの無機系の材料を用いてもよい。接合材３５０及び絶縁材３６０，３６２をいずれもガラス材料とした場合、それらを別々に焼成して形成すると、接合材３５０と絶縁材３６０，３６２との間に界面が形成され、両者は互いに別体のガラス層として設けられることになる。
　以上のとおり、本実施形態に係る圧電振動子１又は圧電振動素子搭載用基板（基板３００）によれば、接合領域３５２上に絶縁材３６０，３６２が形成されるため、接合材３５０の材料が接合領域３５２に均一に入り込み、接合材３５０内に空隙が発生することを抑制することができる。したがって、リーク不良を低減することができ、電気的な接続信頼性の向上を図ることができる。
　なお、絶縁材の構成は上記内容に限定されるものではなく様々に変形して適用することが可能である。
　例えば、上記態様においては、絶縁材３６０，３６２が、接合領域３５２のうち基板３００が露出した部分全体に形成された例を示したが、変形例として、絶縁材が接合領域３５２のうち基板３００が露出した部分の一部に形成されていてもよい（後述の変形例参照）。また、上記態様においては、幅方向と長さ方向を有する枠状の接合領域３５２において、その長さ方向に沿って、絶縁材３６０，３６２と電極パターン３１０とが連続的に設けられる例を示したが、変形例として、絶縁材と電極パターン３１０とが一部において互いに離れて位置していてもよい。また、変形例として、絶縁材の一部が接合領域３５２の外側に延出していてもよい。また、上記態様においては、接合領域３５２において、電極パターン３１０の一部が露出するように絶縁材３６０，３６２が形成された例を示したが、変形例として、接合領域３５２において、電極パターン３１０の全部が露出するように絶縁材が形成されていてもよい（後述の変形例参照）。さらに、絶縁材の厚さは上記に限定されるものではなく、例えば電極パターン３１０の厚さよりも若干薄くても厚くても構わない。
　また、図２に示す例では、接合材３５０は、絶縁材３６０の上面に設けられた態様として、接合材３５０の領域と絶縁材３６０の領域とが一致している態様を示したが、変形例として、接合材３５０は絶縁材３６０の領域の一部に設けられ、これにより絶縁材３６０の他の一部が接合材３５０から露出していてもよい。あるいは、接合材３５０は、絶縁材３６０の上面の全体を覆い、さらに、基板３００の第１面３０２に接する部分を有するように絶縁材３６０の外側に至るように設けられていてもよい。
　次に、図５のフローチャートに基づいて本実施形態に係る圧電振動子の製造方法を説明する。
　まず、圧電振動素子１００を形成する（Ｓ１０）。圧電振動素子１００として水晶振動素子を形成する場合、まず、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、ダイシング又はエッチングすることによって所定の矩形の外形形状に形成し、その後、スパッタ法又は真空蒸着法等によって第１及び第２励振電極１２０，１３０をはじめとする各種電極を形成する（図１参照）。
　次に、基板３００の第１面３０２に電極パターン３１０を形成する（Ｓ１１）具体的には、例えば、ペースト状の導電材料を基板３００の第１面３０２の所定領域に塗布し、塗布した導電材料を焼成することによって電極パターン３１０を形成する。電極パターン３１０がダミーパターン３１０ａを含む場合は、接続電極３２０，３２２及び引出電極３２０ａ，３２２ａと同様に、ダミーパターン３１０ａも形成する。また、電極パターン３１０は、スパッタ法又は真空蒸着法等によっても形成することができる。より具体的には、電極パターン３１０の基板３００への形成は、層３１２をペースト状の導電材料を塗布後焼成して形成し、その後、層３１４、３１６をめっきで形成する。
　次に、基板３００の第１面３０２におけるキャップ２００との接合領域３５２に、絶縁材３６０，３６２を形成する（Ｓ１２）。例えば、絶縁材３６０，３６２がガラス材料からなる場合、スクリーン印刷法などの印刷法によって、接合領域３５２のうち電極パターン３１０から露出する部分にガラス材料を塗布し、塗布したガラス材料を焼成することによって絶縁材３６０，３６２を形成する。これによれば、ガラス材料を基板３００の第１面３０２上に均一に設けることができるため、絶縁材３６０，３６２の厚さを所望の厚さに容易に調整することができる。なお、ガラス材料は、後述のキャップ２００の接合前に焼成してもよいし、あるいは、キャップ２００の接合する前に必要に応じて仮焼成をしておき、キャップ２００を接合した後に本焼成をしてもよい。また、絶縁材３６０，３６２は、電極パターン３１０の端部付近の上面を覆っていてもよい。
　そして、基板３００の第１面３０２に圧電振動素子１００を搭載する（Ｓ１３）。具体的には、基板３００の第１面３０２上の電極パターン３１０のうち、接続電極３２０，３２２にそれぞれ導電保持部材３４０，３４２を塗布し、圧電振動素子１００の接続電極１２４，１３４を、導電保持部材３４０，３４２を介して基板３００の接続電極３２０，３２２に電気的に接続させ、導電保持部材３４０，３４２を硬化させる。
　その後、基板３００の第１面３０２の接合領域３５２に接合材３５０を介してキャップ２００を接合する（Ｓ１４）。例えば、ディッピング法などによってペースト状の接合材３５０をキャップ２００の開口縁部２０２（図２参照）に設け、その後、キャップ２００を、接合材３５０を介して基板３００に接合することができる。接合材３５０には、樹脂接着剤を用いてもよく、キャップ搭載後、１５０℃から１８０℃程度で加熱し硬化させることによって、キャップ２００と基板３００とを接合する。樹脂接着剤はガラスよりも比較的低温で接合でき、基板３００の接合面、接合材３５０及びキャップ２００にかかる熱応力が小さく、キャップ２００の変形が小さい。また、キャップ２００が金属材料である場合は樹脂接着剤が濡れ易く封止性がよい。また、接合材３５０には、ガラス材料を用いてもよく、キャップ搭載後、焼成する。この場合、接合材３５０の融点は絶縁材３６０，３６２よりも低いことが好ましく、３００℃から３６０℃程度である低融点ガラスを用いることで、簡便に精度よく接合することができる。また、ガラス材料は湿気の内部空間２０６への侵入を抑制でき、信頼性の向上を図ることができる。
　本実施形態に係る圧電振動子の製造方法によれば、既に詳述したとおり、接合領域３５２上に絶縁材３６０，３６２を形成するため、接合材３５０の材料を接合領域３５２に均一に入り込ませることが可能となり、接合材３５０内に空隙が発生することを抑制することができる。したがって、リーク不良を低減することができ、電気的な接続信頼性の向上を図ることができる。
　本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。図６は本実施形態の変形例に係る圧電振動素子搭載用基板の平面図であり、図７は図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線断面図である。なお、以下の説明においては上記内容と異なる点を説明することとし、上記内容と同じ構成については図中において同一の符号を付している。
　本変形例に係る圧電振動子は、圧電振動素子搭載用基板３７０を備え、この基板３７０は絶縁材の構成が上記内容と異なっている。
　本変形例においては、基板３７０の第１面３０２における接合領域３５２において、電極パターン３１０の全部が露出するように、絶縁材３８０，３８２，３８４，３８６が形成されている。具体的には、接合領域３５２のうち、Ｘ軸負方向側の基板露出部分に絶縁材３８０が形成され、Ｚ´負方向側の基板露出部分に絶縁材３８２が形成され、Ｘ軸正方向側の基板露出部分に絶縁材３８４が形成され、さらにＺ´軸正方向側の基板露出部分に絶縁材３８６が形成されている。図６に示すように、それぞれの絶縁材３８０，３８２，３８４，３８６は、いずれも電極パターン３１０に接しておらず、電極パターン３１０から離れた位置に形成されていてもよい。すなわち、図７の断面図に示されるように、絶縁材３８０と電極パターン３１０との間に基板３７０の第１面３０２が露出していてもよい。
　本変形例によれば、基板３７０の第１面３０２とキャップとの間の比較的大きなギャップが、部分的に埋められることになるため、接合材の材料が接合領域３５２に均一に入り込み、接合材内に空隙が発生することを抑制することができる。したがって、本件変形例においても、リーク不良を低減することができ、電気的な接続信頼性の向上を図ることができる。
　図８は、他の変形例に係る圧電振動素子搭載用基板の断面図である。この例においては、基板３９０上の電極パターンと絶縁材３９２との関係が上記態様と異なっている。すなわち、図８に示すように、絶縁材３９２は、電極パターン３１０の下層３１２の端部付近の上面を覆い、電極パターン３１０の層３１４、３１６が絶縁材３９２の端部を覆うようにしてもよい。このような絶縁材３９２の形成方法としては、まず、電極パターン３１０の下層３１２を形成し、次いで、絶縁材３９２を下層３１２の端部付近を覆うように形成し、その後、電極パターン３１０の層３１４，３１６を絶縁材３９２の端部を覆うように形成すればよい。かかる態様によれば、電極パターン３１０の各層と絶縁材３９２とを交互に形成するため、絶縁材３９２と電極パターン３１０の接続部分における窪み発生をより確実に抑制することができる。
　図９は、本実施形態の変形例に係る圧電振動子の断面図である。図９に示す例では、キャップの構成、及び、キャップと絶縁材との相対的な位置関係が上記態様と異なっている。
　キャップ２１０は、基板３００の第１面３０２に対向して開口した凹部２１４を有しており、キャップ２１０は、凹部２１４の開口中心から開口縁に向かって開口縁から突出するフランジ部２１８を有してもよい。これによれば、フランジ部２１８は、基板３００の第１面３０２に対向する面のサイズが大きいため、キャップ２１０と基板３００との接合面積を大きくすることができ、両者の接合強度を向上させることができる。また、両者の接合面積が大きいことから、圧電振動素子１００が収容される内部空間２１６の封止性の向上も図ることができる。
　図９に示す例では、キャップ２１０は、凹部２１４の底面から立ち上がる開口縁の内壁２１７が、絶縁材３６０，３６２よりも基板３００の内側（基板中心側）に位置している。そして、接合材３５４は、絶縁材３６０，３６２よりも基板３００の内側（基板中心側）においてキャップ２１０と基板３００との間に介在してもよい。これによれば、例えば、接合材３５４が絶縁材３６０，３６２よりも基板３００に対する接合強度のほうが高い場合において、キャップ２１０と基板３００との接合強度を向上させることができる。例えば、接合材３５４が樹脂接着剤の場合、樹脂接着剤はガラスからなる絶縁材３６０，３６２よりもセラミックからなる基板３００のほうが接合強度が高いため、かかる態様によれば、接合材３５４が基板３００と直接接触する領域が確保され、接合強度の向上を図ることができる。また、接合材３５４を基板３００の内側（基板中心側）に介在させるため、接合材３５４をキャップ２１０の外縁から外側に拡げることなく接合強度の向上を図ることができる。なお、かかるキャップと絶縁材との相対的な位置関係の構成は、例えばフランジ部を有していない図２に示されるキャップ２００に適用することも可能である。
　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　圧電振動子
　１００　圧電振動素子
　２００　キャップ
　３００　基板（圧電振動素子搭載用基板）
　３０２　第１面（搭載面）
　３１０　電極パターン
　３１０ａ　ダミーパターン
　３５０　接合材
　３６０　絶縁材
　３６２　絶縁材

Claims (12)

  1. 　圧電振動素子と、
    　前記圧電振動素子が搭載された搭載面を有するとともに、前記搭載面に電極パターンが形成された基板と、
    　前記圧電振動素子を密封封止するように、前記基板の前記搭載面に接合材を介して接合されたキャップと
    を備え、
    　前記電極パターンは、前記圧電振動素子が接続される接続電極と、当該接続電極から前記搭載面の外縁に向かって引き出される引出電極とを含み、
    　前記基板の前記搭載面における前記キャップとの接合領域は、前記接続電極を囲む全周に亘って設けられ、
    　前記基板の前記搭載面における前記キャップとの接合領域において、前記電極パターンの少なくとも一部が露出するように絶縁材が形成された、圧電振動子。
  2. 　前記絶縁材は前記電極パターンに接して形成された、請求項１記載の圧電振動子。
  3. 　前記絶縁材は、前記搭載面の前記接合領域のうち、前記基板が露出した部分全体に形成された、請求項１又は２に記載の圧電振動子。
  4. 　前記絶縁材の厚さは、前記電極パターンの厚さと同じである、請求項１から３のいずれか一項に記載の圧電振動子。
  5. 　前記絶縁材はガラスである、請求項１から４のいずれか一項に記載の圧電振動子。
  6. 　前記接合材は樹脂接着剤である、請求項１から５のいずれか一項に記載の圧電振動子。
  7. 　前記電極パターンは、前記圧電振動素子に電気的に接続されないダミーパターンをさらに含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の圧電振動子。
  8. 　前記キャップは、前記基板の前記搭載面に対向して開口した凹部を有し、
    　前記凹部の底面から立ち上がる開口縁の内壁が、前記絶縁材よりも前記基板の内側に位置しており、
    　前記接合材は、前記絶縁材よりも前記基板の内側において前記キャップと前記基板との間に介在する、請求項１から７のいずれか一項に記載の圧電振動子。
  9. 　前記キャップは、前記凹部の開口中心から前記開口縁に向かって、前記開口縁から突出するフランジ部を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の圧電振動子。
  10. 　（ａ）圧電振動素子を形成すること、
    　（ｂ）基板の搭載面に電極パターンを形成すること、
    　（ｃ）前記基板の前記搭載面に圧電振動素子を搭載すること、
    　（ｄ）前記圧電振動素子を密封封止するように、前記基板の前記搭載面に接合材を介してキャップを接合すること
    を含み、
    　前記電極パターンは、前記圧電振動素子が接続される接続電極と、当該接続電極から前記搭載面の外縁に向かって引き出される引出電極とを含み、
    　前記基板の前記搭載面における前記キャップとの接合領域は、前記接続電極を囲む全周に亘って設けられ、
    　前記（ｂ）後であって前記（ｃ）前において、前記基板の前記搭載面における前記キャップとの接合領域において、前記電極パターンの少なくとも一部が露出するように絶縁材を形成することをさらに含む、圧電振動子の製造方法。
  11. 　前記（ｄ）は、前記キャップを前記基板に接合する前に、前記キャップに前記接合材を設けることを含む、請求項１０記載の圧電振動子の製造方法。
  12. 　圧電振動素子が搭載される搭載面を有するとともに、前記搭載面に電極パターンが形成された、圧電振動素子搭載用基板であって、
    　前記電極パターンは、前記圧電振動素子が搭載されたときに当該圧電振動素子が接続される接続電極と、当該接続電極から前記搭載面の外縁に向かって引き出される引出電極とを含み、
    　前記基板の前記搭載面には、前記接続電極を囲む全周に亘って、キャップと接合材を介して接合される接合領域が設けられており、
    　前記基板の前記搭載面における前記キャップとの接合領域において、前記電極パターンの少なくとも一部が露出するように絶縁材が形成された、圧電振動素子搭載用基板。
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