WO2020110557A1 - 圧電振動デバイス - Google Patents

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WO2020110557A1
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悟 石野
琢也 古城
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株式会社大真空
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Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric vibration device.
  • piezoelectric vibrating devices eg, crystal oscillators, crystal oscillators, etc.
  • the housing is composed of a substantially rectangular parallelepiped package.
  • This package includes a first sealing member and a second sealing member made of, for example, glass or crystal, and a piezoelectric vibrating plate made of, for example, crystal and having excitation electrodes formed on both main surfaces thereof.
  • the second sealing member and the second sealing member are laminated and bonded to each other via the piezoelectric vibration plate.
  • the vibrating portion (excitation electrode) of the piezoelectric vibrating plate disposed inside the package (internal space) is hermetically sealed (for example, Patent Document 1).
  • a sandwich structure such a laminated form of the piezoelectric vibration device is referred to as a sandwich structure.
  • diffusion bonding can be used for bonding the piezoelectric vibration plate and the first sealing member and bonding the piezoelectric vibration plate and the second sealing member.
  • diffusion bonding first, a bonding pattern corresponding to a bonding region is formed on each quartz plate to be bonded. This bonding pattern is formed by forming a base film (for example, a Ti film) on a quartz plate and further stacking a bonding film (Au film) on the base film. Then, the crystal plates on which the bonding pattern is formed are overlapped with each other, so that the crystal plates are diffusion-bonded. Further, the bonding patterns formed on the respective crystal plates are bonded to each other to form a bonding pattern layer between the crystal plates.
  • a bonding pattern corresponding to a bonding region is formed on each quartz plate to be bonded. This bonding pattern is formed by forming a base film (for example, a Ti film) on a quartz plate and further stacking a bonding film (Au film) on the base film. Then, the crystal plates
  • Piezoelectric vibration devices are, of course, mounted on a board before use. It has been confirmed by the inventor of the present application that, in a piezoelectric vibration device mounted on a substrate, the Ti film as a base film may be corroded when used in a high temperature and high humidity environment. Moreover, such corrosion of the Ti film did not occur only by storing the piezoelectric vibration device before mounting in a high temperature and high humidity environment. Further, the corrosion of the Ti film has a tendency to occur not in the entire Ti film but in a region adjacent to the narrow gap in the bonding pattern layer. Therefore, it is considered that the corrosion of the Ti film is caused by the following actions.
  • FIG. 9 is a diagram exemplifying a bonding pattern on one main surface of a piezoelectric vibration plate before bonding in a conventional piezoelectric vibration device in which corrosion of a Ti film has been confirmed.
  • the joining region where the joining pattern (Ti film and Au film) is formed is shown by hatching.
  • this bonding pattern there are some small gaps S1 to S4. Since a similar bonding pattern is formed on the first sealing member bonded to the piezoelectric vibrating plate, a bonding pattern having the same shape as the bonding pattern shown in FIG. 9 is formed between the piezoelectric vibrating plate and the first sealing member. A pattern layer will be formed.
  • FIG. 10 illustrates the case where stress cracking occurs between the Ti film and the Au film, stress cracking may occur between the quartz plate and the Ti film.
  • the oxygen concentration in the gaps S1 to S4 decreases.
  • the oxygen concentration differs between the moisture in the gaps S1 to S4 and the moisture outside the device, and an oxygen concentration cell is formed.
  • the inside of the gaps S1 to S4 is the anode
  • the outside of the device is the cathode.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric vibration device having a sandwich structure that can prevent corrosion of a Ti film during mounting on a substrate.
  • the present invention provides a first excitation electrode on one main surface of a substrate and a second excitation electrode paired with the first excitation electrode on the other main surface of the substrate.
  • Bonding is performed by a bonding pattern layer made of a laminated film including at least a base film made of Ti and a bonding film made of Au formed on an upper layer of the base film.
  • the bonding pattern layer forms the vibrating portion in plan view.
  • a sealing pattern layer that hermetically seals the internal space by being formed in an annular shape so as to surround, and includes a conductive pattern layer for achieving electrical continuity of the wiring and electrodes, the conductive pattern layer, Is disposed in a closed space surrounded by the sealing pattern layer, and the sealing pattern layer is given a GND potential when the piezoelectric vibrating device operates.
  • the conductive pattern layer included in the bonding pattern layer is arranged in the closed space surrounded by the sealing pattern layer, and the conductive pattern layer and the sealing pattern layer Even if there is a narrow gap between them, the gap does not communicate with the outside. Since this closed space is hermetically sealed, even when placed under high temperature and high humidity, there is no infiltration of moisture, and there is no electrical conduction between the conductive pattern and the sealing pattern, It is possible to prevent the oxygen concentration battery from being formed in the gap between the conductive pattern layer and the sealing pattern layer.
  • the oxygen concentration battery is not formed, so that the bonding pattern layer in the piezoelectric vibration device mounted on the substrate.
  • the corrosion of the Ti film can be prevented, and the reliability of the piezoelectric vibration device can be ensured.
  • the encapsulation pattern layer is cathodically protected and the Ti film can be more reliably prevented from corroding.
  • the sealing pattern layer may be connected to a conductive pattern layer to which a GND potential is applied when the piezoelectric vibrating device operates.
  • the encapsulating pattern layer may also serve as a conductive pattern layer to which a GND potential is applied during operation of the piezoelectric vibrating device.
  • the piezoelectric vibrating device of the present invention prevents the formation of an oxygen concentration cell by not creating a narrow gap communicating with the outside between the conductive pattern layer and the sealing pattern layer, and further, in the sealing pattern layer.
  • a GND potential to prevent cathodic protection, it is possible to prevent corrosion of the Ti film of the bonding pattern layer.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of a crystal diaphragm of a crystal oscillator on a second main surface side. It is a schematic plan view of the 1st main surface side of the 2nd sealing member of a crystal oscillator.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing stress cracking that occurs in a bonding pattern layer between crystal plates in a conventional piezoelectric vibration device.
  • the piezoelectric vibration device to which the present invention is applied is a crystal oscillator
  • the piezoelectric vibrating device of the present invention is not limited to such a crystal oscillator, but a crystal oscillator in which the IC chip is omitted in the crystal oscillator described below (before mounting the IC chip) or a crystal not assuming the mounting of the IC chip. This is a concept that also includes oscillators.
  • the crystal oscillator 101 includes a crystal diaphragm (piezoelectric diaphragm) 2, a first sealing member 3, a second sealing member 4, and an IC chip 5.
  • a crystal diaphragm piezoelectric diaphragm
  • the crystal diaphragm 2 and the first sealing member 3 are joined together, and the crystal diaphragm 2 and the second sealing member 4 are joined together, so that the package 12 having a substantially rectangular parallelepiped sandwich structure is formed.
  • the bonding pattern formed on the crystal diaphragm 2 and the bonding pattern formed on the first sealing member 3 are diffusion-bonded, and are bonded between the crystal diaphragm 2 and the first sealing member 3.
  • the crystal diaphragm 2 and the first sealing member 3 are joined by forming the pattern layer.
  • the bonding pattern formed on the crystal diaphragm 2 and the bonding pattern formed on the second sealing member 4 are diffusion bonded, and the bonding pattern layer is formed between the crystal diaphragm 2 and the second sealing member 4.
  • the crystal diaphragm 2 and the second sealing member 4 are joined by forming the.
  • the IC chip 5 is mounted on the main surface of the first sealing member 3 opposite to the bonding surface with the crystal diaphragm 2.
  • the IC chip 5 as an electronic component element is a one-chip integrated circuit element that constitutes an oscillation circuit together with the crystal diaphragm 2.
  • the first excitation electrode 221 is formed on the first main surface 211, which is one main surface
  • the second excitation electrode 222 is formed on the second main surface 212, which is the other main surface.
  • the first sealing member 3 and the second sealing member 4 are bonded to the first main surface 211 and the second main surface 212 of the crystal diaphragm 2, respectively, so that the package 12 An internal space is formed, and the vibrating portion 22 (see FIGS. 4 and 5) including the first excitation electrode 221 and the second excitation electrode 222 is hermetically sealed in the internal space.
  • the crystal oscillator 101 has a package size of, for example, 1.0 ⁇ 0.8 mm, and is designed to be compact and low profile.
  • the electrode is made conductive by using a through hole described later without forming a castellation.
  • each member of the crystal diaphragm 2, the first sealing member 3, and the second sealing member 4 in the above-described crystal oscillator 101 will be described with reference to FIGS. 1 to 7.
  • each member which is not joined and is configured as a single unit will be described.
  • the crystal diaphragm 2 is a piezoelectric substrate made of crystal, and both main surfaces (first main surface 211, second main surface 212) thereof are flat smooth surfaces (mirror surface processing). Has been formed.
  • an AT-cut crystal plate that performs thickness shear vibration is used as the crystal vibration plate 2.
  • both main surfaces (first main surface 211, second main surface 212) of the crystal diaphragm 2 are XZ′ planes.
  • the direction parallel to the lateral direction (short side direction) of the crystal diaphragm 2 is the X-axis direction
  • the direction parallel to the longitudinal direction (long side direction) of the crystal diaphragm 2 is the Z′ axis. It is considered as a direction.
  • the AT cut is 35° around the X axis with respect to the Z axis among the electric axis (X axis), the mechanical axis (Y axis), and the optical axis (Z axis) that are the three crystal axes of the artificial quartz. This is a processing method for cutting out at an angle inclined by 15'.
  • the X axis coincides with the crystal axis of quartz.
  • the Y′ axis and the Z′ axis correspond to the axes that are inclined by 35° 15′ from the Y axis and the Z axis of the crystal axis of quartz, respectively.
  • the Y′-axis direction and the Z′-axis direction correspond to the cutting directions when cutting the AT-cut crystal plate.
  • a pair of excitation electrodes (first excitation electrode 221 and second excitation electrode 222) are formed on the first main surface 211 and the second main surface 212 of the crystal diaphragm 2.
  • the crystal diaphragm 2 holds the vibrating portion 22 by connecting the vibrating portion 22 formed in a substantially rectangular shape, the outer frame portion 23 surrounding the outer periphery of the vibrating portion 22, and the vibrating portion 22 and the outer frame portion 23. And a holding portion 24 that operates. That is, the crystal diaphragm 2 has a configuration in which the vibrating portion 22, the outer frame portion 23, and the holding portion 24 are integrally provided.
  • the holding portion 24 is provided only at one place between the vibrating portion 22 and the outer frame portion 23.
  • the vibrating portion 22 and the holding portion 24 are formed thinner than the outer frame portion 23. Due to the difference in thickness between the outer frame portion 23 and the holding portion 24, the natural frequency of the piezoelectric vibration of the outer frame portion 23 and the holding portion 24 is different, and the outer frame portion 23 is affected by the piezoelectric vibration of the holding portion 24. Becomes difficult to resonate.
  • the holding portion 24 is not limited to be formed at one place, and the holding portion 24 may be provided at two places between the vibrating portion 22 and the outer frame portion 23.
  • the first excitation electrode 221 is provided on the first main surface 211 side of the vibrating section 22, and the second excitation electrode 222 is provided on the second main surface 212 side of the vibrating section 22.
  • Lead wires (first lead wires 223 and second lead wires 224) are connected to the first excitation electrode 221 and the second excitation electrode 222 to connect these excitation electrodes to external electrode terminals.
  • the first extraction wiring 223 is extracted from the first excitation electrode 221, and is connected to the connection bonding pattern 27 formed on the outer frame portion 23 via the holding portion 24.
  • the second extraction wiring 224 is extracted from the second excitation electrode 222 and is connected to the connection bonding pattern 28 formed on the outer frame portion 23 via the holding portion 24.
  • the first lead wire 223 is formed on the first main surface 211 side of the holding portion 24, and the second lead wire 224 is formed on the second main surface 212 side of the holding portion 24.
  • a bonding pattern for bonding the crystal diaphragm 2 to the first sealing member 3 and the second sealing member 4 is formed on the first main surface 211 and the second main surface 212 of the crystal diaphragm 2.
  • This bonding pattern is a laminated film including a base film having high adhesion to quartz and a bonding film formed on the base film.
  • the base film is made of Ti and the bonding film is made of Au.
  • the structure of the laminated film forming the bonding pattern is not limited to the two-layer structure of the Ti film and the Au film, but another film (for example, a barrier film formed between the Ti film and the Au film). It may be a structure of three or more layers including a).
  • the joining pattern includes a sealing pattern for hermetically sealing the internal space of the package 12 and a conductive pattern for electrically connecting the wiring and electrodes.
  • a sealing pattern for hermetically sealing the internal space of the package 12
  • a conductive pattern for electrically connecting the wiring and electrodes.
  • FIGS. 3 to 6 the joining region where the joining pattern is formed is shown by hatching.
  • the vibrating-side first bonding pattern 251 provided on the first principal surface 211 and the vibrating-side second bonding pattern 252 provided on the second principal surface 212 correspond to the sealing pattern in the crystal diaphragm 2.
  • the vibration-side first bonding pattern 251 and the vibration-side second bonding pattern 252 are provided on the outer frame portion 23 and are formed in an annular shape in a plan view.
  • the regions inside the vibration-side first bonding pattern 251 and the vibration-side second bonding pattern 252 serve as a sealing region (a region that becomes an internal space of the package 12 after bonding).
  • the first excitation electrode 221 and the second excitation electrode 222 are not electrically connected to the vibration-side first bonding pattern 251 and the vibration-side second bonding pattern 252.
  • the conductive pattern in the crystal diaphragm 2 includes a connecting joint pattern 253 provided in regions near the four corners (corners) of the outer frame portion 23 on both sides of the first main surface 211 and the second main surface 212.
  • the connecting joint pattern 254 and the connecting joint pattern 27 provided on the first main surface 211 and the connecting joint pattern 28 provided on the second main surface 212 correspond to this.
  • the connection joint pattern 254, the connection joint pattern 27, and the connection joint pattern 28 are arranged in the sealing region of the vibration-side first joint pattern 251 or the vibration-side second joint pattern 252.
  • the connecting joint pattern 253 is arranged in a region outside the sealing region, but the periphery thereof is completely surrounded by the vibrating-side first joint pattern 251 or the vibrating-side second joint pattern 252.
  • vibration-side first bonding pattern 251 and the vibration-side second bonding pattern 252 are electrically connected to one of the connecting bonding patterns 253.
  • the connection bonding pattern 253 connected to the vibration-side first bonding pattern 251 and the vibration-side second bonding pattern 252 serves as an electrode to which a GND potential is applied when the crystal oscillator 101 operates.
  • First through holes 261 are formed in the respective inner regions of the connecting joint pattern 253, and second through holes 262 are formed in the inner regions of the connecting joint pattern 254 and the connecting joint pattern 28.
  • the second through hole 262 is the outer frame portion 23, and is provided on one side of the vibrating portion 22 in the Z′-axis direction (+Z′ direction side in FIGS. 4 and 5 ).
  • first through hole 261 and the second through hole 262 through electrodes for achieving electrical continuity of the electrodes formed on the first main surface 211 and the second main surface 212 are provided along the inner wall surface of each through hole. Has been formed. Further, the central portion of each of the first through hole 261 and the second through hole 262 is a hollow through portion that penetrates between the first main surface 211 and the second main surface 212.
  • the patterns 253, 254, 27 and 28 can be formed by the same process. Specifically, these are a base film (Ti film) formed by physical vapor deposition on both main surfaces 211 and 212 of the crystal diaphragm 2, and a physical vapor deposition on the base film. It can be formed from a bonding film (Au film) formed by stacking.
  • the first sealing member 3 is a rectangular parallelepiped substrate formed from one glass wafer (or a crystal wafer), and the second main surface 312 of the first sealing member 3 is formed.
  • a surface to be bonded to the crystal diaphragm 2 is formed as a flat smooth surface (mirror surface processing).
  • the first main surface 311 of the first sealing member 3 (the surface on which the IC chip 5 is mounted), six electrode patterns including mounting pads for mounting the IC chip 5 which is an oscillation circuit element are provided. 37 is formed.
  • the IC chip 5 is bonded to the electrode pattern 37 by using the metal bumps (for example, Au bumps or the like) 38 (see FIG. 1) by the FCB (Flip Chip Bonding) method.
  • the first sealing member 3 has six through holes that are connected to each of the six electrode patterns 37 and penetrate between the first main surface 311 and the second main surface 312. Are formed. Specifically, four third through holes 322 are provided in regions of four corners (corners) of the first sealing member 3. The fourth and fifth through holes 323, 324 are provided in the A2 direction and the A1 direction in FIGS.
  • the A1 and A2 directions in FIGS. 2, 3, 6 and 7 correspond to the ⁇ Z′ direction and the +Z′ direction in FIGS. 4 and 5, respectively, and the B1 and B2 directions in FIGS. It corresponds to the ⁇ X direction and the +X direction of FIGS.
  • each of the third through hole 322 and the fourth and fifth through holes 323 and 324 is a hollow through portion that penetrates between the first main surface 311 and the second main surface 312.
  • a bonding pattern for bonding the first sealing member 3 to the crystal diaphragm 2 is formed on the second main surface 312 of the first sealing member 3, and this bonding pattern also has high adhesion to the crystal. It is a laminated film of a base film (Ti film) and a bonding film (Au film) formed on the base film.
  • the sealing-side first bonding pattern 321 corresponds to the sealing pattern of the first sealing member 3.
  • the sealing-side first bonding pattern 321 is formed in a ring shape in a plan view, and an area inside thereof is a sealing area.
  • the conductive pattern in the first sealing member 3 includes a connecting joint pattern 34 formed around each of the third through holes 322, and a connecting joint pattern 351 formed around the fourth through hole 323.
  • the bonding pattern 353 corresponds to this.
  • the connection joint pattern 351 and the connection joint pattern 353 are connected by the wiring pattern 33.
  • the connection joint pattern 351, the connection joint pattern 352, and the connection joint pattern 353 are arranged in the sealing region of the sealing-side first joint pattern 321. Further, the connecting joint pattern 34 is arranged in a region outside the sealing region, but the periphery thereof is completely surrounded by the first sealing-side joint pattern 321.
  • first sealing side bonding pattern 321 is electrically connected to one of the connecting bonding patterns 34.
  • the connection bonding pattern 34 connected to the sealing-side first bonding pattern 321 becomes an electrode to which the GND potential is applied when the crystal oscillator 101 operates.
  • the sealing-side first bonding pattern 321, the connection bonding patterns 34, 351 to 353, and the wiring pattern 33 can be formed in the same process.
  • these are a base film (Ti film) formed by physical vapor deposition on the second main surface 312 of the first sealing member 3, and a physical vapor deposition on the base film. It can be formed from a bonding film (Au film) which is formed by stacking.
  • the second sealing member 4 is a rectangular parallelepiped substrate formed from one glass wafer (or a crystal wafer), and the first main surface 411 of the second sealing member 4 is formed. (A surface to be bonded to the crystal diaphragm 2) is formed as a flat smooth surface (mirror surface processing).
  • the external electrode terminals 43 are located at the four corners (corners) of the second sealing member 4, respectively.
  • the second sealing member 4 has four through holes penetrating between the first main surface 411 and the second main surface 412.
  • the four sixth through holes 44 are provided in regions of four corners (corners) of the second sealing member 4.
  • through electrodes for achieving electrical continuity between the electrodes formed on the first main surface 411 and the second main surface 412 are formed along the inner wall surface of each through hole.
  • the central portion of each of the sixth through holes 44 is a hollow through portion that penetrates between the first main surface 411 and the second main surface 412.
  • a bonding pattern for bonding the second sealing member 4 to the crystal diaphragm 2 is formed on the first main surface 411 of the second sealing member 4, and this bonding pattern also has high adhesion to the crystal. It is a laminated film of a base film (Ti film) and a bonding film (Au film) formed on the base film.
  • the sealing-side second bonding pattern 421 corresponds to the sealing pattern in the second sealing member 4.
  • the sealing-side second bonding pattern 421 is formed in a ring shape in a plan view, and an area inside thereof is a sealing area.
  • connection pattern 45 formed around each of the sixth through holes 44 corresponds to the conductive pattern of the second sealing member 4.
  • connection joint pattern 45 is arranged in a region outside the sealing region, the periphery thereof is completely surrounded by the sealing-side second joint pattern 421.
  • sealing-side second bonding pattern 421 is electrically connected to one of the connecting bonding patterns 45.
  • the connection bonding pattern 45 connected to the sealing-side second bonding pattern 421 becomes an electrode to which a GND potential is applied when the crystal oscillator 101 operates.
  • the sealing-side second joint pattern 421 and the connecting joint pattern 45 can be formed in the same process.
  • these are a base film (Ti film) formed by physical vapor deposition on the first main surface 411 of the second sealing member 4, and physical vapor deposition on the base film. It can be formed from the bonding film (Au film) which is formed by stacking.
  • the crystal diaphragm 2 and the first sealing member 3 are vibration-side first
  • the vibration-side first bonding pattern 251 and the sealing-side first bonding pattern 321 are bonded to each other to form a sealing pattern layer between the crystal diaphragm 2 and the first sealing member 3, and the vibration-side second bonding pattern.
  • 252 and the sealing-side second bonding pattern 421 are bonded to each other to form a sealing pattern layer between the crystal diaphragm 2 and the second sealing member 4.
  • connection bonding patterns are also diffusion-bonded in a state of being overlapped. Then, in the crystal oscillator 101, the electrical continuity of the first excitation electrode 221, the second excitation electrode 222, the IC chip 5, and the external electrode terminal 43 can be obtained by joining the connection joining patterns that are conductive patterns. Is becoming The joined conductive patterns serve as conductive pattern layers between the crystal diaphragm 2 and the first sealing member 3 or between the crystal diaphragm 2 and the second sealing member 4.
  • the first excitation electrode 221 includes the first extraction wiring 223, a conductive pattern layer formed by joining the connecting joint pattern 27 and the connecting joint pattern 353, the wiring pattern 33, the connecting joint pattern 351, and the fourth connecting pattern 351. It is connected to the IC chip 5 through the through electrode in the through hole 323 and the electrode pattern 37 in order.
  • the second excitation electrode 222 includes a second extraction wiring 224, a connection bonding pattern 28, a through electrode in the second through hole 262, a conductive pattern layer formed by bonding the connection bonding pattern 254 and the connection bonding pattern 352, and The through electrode in the fifth through hole 324 and the electrode pattern 37 are sequentially connected to the IC chip 5.
  • the IC chip 5 includes an electrode pattern 37, a through electrode in the third through hole 322, a conductive pattern layer formed by joining the connecting joint pattern 34 and the connecting joint pattern 253, and a through electrode in the first through hole 261.
  • the connection pattern 253 and the connection pattern 45 for connection, and the through electrode in the sixth through hole 44 are sequentially connected to the external electrode terminal 43.
  • the conductive pattern layer (particularly, the conductive pattern layers formed at the four outer corners of the internal space of the package 12) is It is arranged in a closed space surrounded by the sealing pattern layer. Therefore, even if a narrow gap is formed between the conductive pattern layer and the sealing pattern layer, the gap does not communicate with the outside.
  • this closed space is hermetically sealed, even when placed under high temperature and high humidity, there is no infiltration of moisture, and there is no electrical conduction between the conductive pattern and the sealing pattern, It is possible to prevent the oxygen concentration battery from being formed in the gap between the conductive pattern layer and the sealing pattern layer. That is, by mounting the crystal oscillator 101 on the substrate, even if stress sealing as shown in FIG. 10 occurs in the sealing pattern layer or the conductive pattern layer, the oxygen concentration battery is not formed, and therefore the crystal mounted on the substrate is mounted. In the oscillator 101, corrosion of the Ti film of the bonding pattern layer can be prevented, and the reliability of the crystal oscillator 101 can be ensured.
  • the GND potential is applied to the sealing pattern layer.
  • This is a structure for cathodic protection of the sealing pattern layer. That is, by lowering the potential of the Ti film of the sealing pattern layer to the reference value (corrosion preventive potential) or lower, the corrosion of the Ti film can be more reliably prevented. In fact, even in the conventional piezoelectric vibrating device in which the corrosion of the Ti film was confirmed, the corrosion of the Ti film did not occur in the conductive pattern layer to which the GND potential was applied, and the crystal oscillator 101 according to the present embodiment was also sealed. It is considered effective to apply a GND potential to the stop pattern layer for cathodic protection.
  • the sealing pattern is connected to the conductive pattern to which the GND potential is applied when the crystal oscillator 101 operates.
  • the sealing pattern here, the vibration-side first bonding pattern 251
  • the sealing pattern is given a GND potential when the crystal oscillator 101 operates. It may be configured to also serve as a conductive pattern. That is, in the example of FIG. 8, only three of the four first through holes 261 are formed with the connecting joint patterns 253 around them, and one of the first through holes 261 is the vibration side first. It is directly connected to the one junction pattern 251.
  • the first main surface 411 of the member 4 can have the same configuration.

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Abstract

水晶発振器(101)では、水晶振動板(2)と、水晶振動板(2)の第１励振電極を覆う第１封止部材(3)と、水晶振動板(2)の第２励振電極を覆う第２封止部材(4)とが接合パターン層によって接合され、第１励振電極と第２励振電極とを含む水晶振動板(2)の振動部(22)を気密封止した内部空間が形成される。接合パターン層は、平面視で振動部(22)を囲うように環状に形成されることで内部空間を気密封止する封止用パターン層（例えば振動側第１接合パターン(251)）と、配線および電極の導通を図るための導電用パターン層（例えば接続用接合パターン(253)）とを含んでおり、導電用パターン層は、周囲を前記封止用パターン層によって囲まれた閉空間内に配置される。封止用パターン層は、水晶発振器(101)の動作時にＧＮＤ電位が与えられる。

Description

圧電振動デバイス
　本発明は、圧電振動デバイスに関する。
　近年、各種電子機器の動作周波数の高周波化や、パッケージの小型化（特に低背化）が進んでいる。そのため、高周波化やパッケージの小型化にともなって、圧電振動デバイス（例えば水晶振動子、水晶発振器など）も高周波化やパッケージの小型化への対応が求められている。
　この種の圧電振動デバイスでは、その筐体が略直方体のパッケージで構成されている。このパッケージは、例えばガラスや水晶からなる第１封止部材および第２封止部材と、例えば水晶からなり両主面に励振電極が形成された圧電振動板とから構成され、第１封止部材と第２封止部材とが圧電振動板を介して積層して接合される。そして、パッケージの内部（内部空間）に配された圧電振動板の振動部（励振電極）が気密封止されている（例えば、特許文献１）。以下、このような圧電振動デバイスの積層形態をサンドイッチ構造という。
　サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおいて、圧電振動板と第１封止部材との接合、および圧電振動板と第２封止部材との接合には拡散接合を用いることができる。拡散接合では、先ず、接合される各水晶板において、接合領域に対応する接合パターンを形成する。この接合パターンは、水晶板の上に下地膜（例えばＴｉ膜）を形成し、さらに下地膜の上に接合膜（Ａｕ膜）を積層して形成される。そして、接合パターンが形成された水晶板同士を重ね合わせることで水晶板同士が拡散接合される。また、各水晶板に形成されていた接合パターンは、互いに接合して水晶板間で接合パターン層を形成する。
国際公開第２０１８／０５１８００号
　圧電振動デバイスは、当然ながら、基板実装されて使用される。そして、基板実装された圧電振動デバイスにおいて、高温高湿環境で使用されると下地膜であるＴｉ膜の腐食が発生する場合のあることが本願発明者によって確認された。また、このようなＴｉ膜の腐食は、実装前の圧電振動デバイスを高温高湿環境下に保存するだけでは発生しなかった。さらに、Ｔｉ膜の腐食は、Ｔｉ膜の全体で発生するのではなく、接合パターン層内の細い隙間に隣接する領域にて発生する傾向があった。このため、Ｔｉ膜の腐食は、以下のような作用により発生していると考えられる。
　図９は、Ｔｉ膜の腐食が確認された従来の圧電振動デバイスにおいて、接合前の圧電振動板における一主面の接合パターンを例示する図である。尚、図９では、接合パターン（Ｔｉ膜およびＡｕ膜）が形成される接合領域を斜線ハッチングにて示している。この接合パターンには、一部で細い隙間Ｓ１～Ｓ４が生じている。圧電振動板に接合される第１封止部材にも同様の接合パターンが形成されるため、圧電振動板と第１封止部材との間には、図９に示す接合パターンと同形状の接合パターン層が形成されることになる。
　回路基板に実装された圧電振動デバイスでは、回路基板と水晶板との熱膨張率差などにより、圧電振動デバイスに反りを生じさせるような歪みが発生する。さらに、この歪みによって圧電振動デバイスの接合パターン層には剥離応力が発生し、図１０に示すように、応力割れが発生する。尚、図１０では、Ｔｉ膜とＡｕ膜との間に応力割れが生じた場合を例示しているが、水晶板とＴｉ膜との間に応力割れが生じる場合もある。このような応力割れによってＴｉ膜が露出すると、露出したＴｉ膜の表面が酸化して酸化Ｔｉ膜となる。通常は、この表面の酸化Ｔｉ膜がバリアとなってＴｉ膜の腐食の進行が食い止められる。
　しかしながら、このような応力割れが隙間Ｓ１～Ｓ４に隣接する領域で発生した場合、隙間Ｓ１～Ｓ４は水分を含んだ外気（雰囲気）の対流・拡散が生じにくく、Ｔｉ膜の酸化によって水分中の酸素が消費された分、隙間Ｓ１～Ｓ４内の酸素濃度が低下する。その結果、隙間Ｓ１～Ｓ４内の水分とデバイス外部の水分との間で酸素濃度が異なり、酸素濃淡電池が形成される。この場合、隙間Ｓ１～Ｓ４内がアノード、デバイス外部がカソードとなる。
　酸素濃淡電池が形成されることで隙間Ｓ１～Ｓ４内の電位が低下すると、Ｔｉが加水分解し始める。加水分解が進むとＨ＋が増加してｐＨが低下し、脱不動態化ｐＨに達する。この状態でさらに応力割れが発生すると、露出したＴｉ膜の表面に酸化Ｔｉ膜が形成されることなく腐食が加速的に進行する。また、高温高湿環境では水分を含んだ外気中にＣｌ－が存在している場合もあり、隙間Ｓ１～Ｓ４内の電気的中性を保つためにＣｌ－が隙間Ｓ１～Ｓ４内に引き寄せられると、さらに腐食が進行する。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板実装時におけるＴｉ膜の腐食を防止できるサンドイッチ構造の圧電振動デバイスを提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するために、本発明は、基板の一主面に第１励振電極が形成され、前記基板の他主面に前記第１励振電極と対になる第２励振電極が形成された圧電振動板と、前記圧電振動板の前記第１励振電極を覆う第１封止部材と、前記圧電振動板の前記第２励振電極を覆う第２封止部材と、が設けられ、前記第１封止部材と前記圧電振動板とが接合され、前記第２封止部材と前記圧電振動板とが接合されて、前記第１励振電極と前記第２励振電極とを含む前記圧電振動板の振動部を気密封止した内部空間が形成された圧電振動デバイスにおいて、前記第１封止部材と前記圧電振動板との間、および前記第２封止部材と前記圧電振動板との間が、少なくともＴｉからなる下地膜と当該下地膜の上層に形成されるＡｕからなる接合膜とを含む積層膜からなる接合パターン層によって接合されており、前記接合パターン層は、平面視で前記振動部を囲うように環状に形成されることで前記内部空間を気密封止する封止用パターン層と、配線および電極の導通を図るための導電用パターン層とを含んでおり、前記導電用パターン層は、周囲を前記封止用パターン層によって囲まれた閉空間内に配置されており、前記封止用パターン層は、当該圧電振動デバイスの動作時にＧＮＤ電位が与えられることを特徴としている。
　上記の構成によれば、接合パターン層に含まれる導電用パターン層は、その周囲を封止用パターン層によって囲まれた閉空間内に配置され、導電用パターン層と封止用パターン層との間に細い隙間が生じていても、その隙間は外部と連通するものとはならない。この閉空間内は、気密封止されているため高温高湿下に置かれた場合でも水分の浸入がなく、導電用パターンと封止用パターンとの間が電気的に導通することがなく、導電用パターン層と封止用パターン層との間の隙間で酸素濃淡電池が形成されることを防止できる。すなわち、圧電振動デバイスを基板実装したことで、封止用パターン層もしくは導電用パターン層に応力割れが生じたとしても、酸素濃淡電池が形成されないため、基板実装された圧電振動デバイスにおいて接合パターン層のＴｉ膜の腐食を防止でき、圧電振動デバイスの信頼性を確保することができる。
　さらに、基板実装された圧電振動デバイスにおいて、封止用パターン層にＧＮＤ電位が与えられることにより、封止用パターン層がカソード防食され、Ｔｉ膜の腐食をより確実に防止することができる。
　また、上記圧電振動デバイスでは、前記封止用パターン層は、当該圧電振動デバイスの動作時にＧＮＤ電位が与えられる導電用パターン層と接続されている構成とすることができる。
　また、上記圧電振動デバイスでは、前記封止用パターン層は、当該圧電振動デバイスの動作時にＧＮＤ電位が与えられる導電用パターン層を兼用している構成とすることができる。
　本発明の圧電振動デバイスは、導電用パターン層と封止用パターン層との間に外部と連通する細い隙間を生じさせないことで酸素濃淡電池の形成を防止し、さらに、封止用パターン層にＧＮＤ電位を与えてカソード防食することで、接合パターン層のＴｉ膜の腐食を防止できるといった効果を奏する。
本実施の形態にかかる水晶発振器の各構成を模式的に示した概略構成図である。 水晶発振器の第１封止部材の第１主面側の概略平面図である。 水晶発振器の第１封止部材の第２主面側の概略平面図である。 水晶発振器の水晶振動板の第１主面側の概略平面図である。 水晶発振器の水晶振動板の第２主面側の概略平面図である。 水晶発振器の第２封止部材の第１主面側の概略平面図である。 水晶発振器の第２封止部材の第２主面側の概略平面図である。 本実施の形態にかかる水晶発振器の変形例であり、水晶振動板の第１主面側の概略平面図である。 従来の圧電振動デバイスにおける圧電振動板の一主面における概略平面図である。 従来の圧電振動デバイスにおいて、水晶板間の接合パターン層において生じる応力割れを示す模式断面図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。尚、以下の実施の形態では、本発明を適用する圧電振動デバイスが水晶発振器である場合について説明する。但し、本発明の圧電振動デバイスは、このような水晶発振器だけでなく、下記の水晶発振器においてＩＣチップを省略した（ＩＣチップ搭載前の）水晶振動子や、ＩＣチップの搭載を前提としない水晶振動子をも含む概念である。
　本実施の形態にかかる水晶発振器１０１は、図１に示すように、水晶振動板（圧電振動板）２、第１封止部材３、第２封止部材４、およびＩＣチップ５を備えて構成されている。この水晶発振器１０１では、水晶振動板２と第１封止部材３とが接合され、水晶振動板２と第２封止部材４とが接合されることによって、略直方体のサンドイッチ構造のパッケージ１２が構成される。具体的には、水晶振動板２に形成される接合パターンと第１封止部材３に形成される接合パターンとが拡散接合され、水晶振動板２と第１封止部材３との間に接合パターン層が形成されることで、水晶振動板２と第１封止部材３とが接合される。同様に、水晶振動板２に形成される接合パターンと第２封止部材４に形成される接合パターンとが拡散接合され、水晶振動板２と第２封止部材４との間に接合パターン層が形成されることで、水晶振動板２と第２封止部材４とが接合される。
　また、第１封止部材３における水晶振動板２との接合面と反対側の主面に、ＩＣチップ５が搭載される。電子部品素子としてのＩＣチップ５は、水晶振動板２とともに発振回路を構成する１チップ集積回路素子である。
　水晶振動板２では、一方の主面である第１主面２１１に第１励振電極２２１が形成され、他方の主面である第２主面２１２に第２励振電極２２２が形成されている。そして、水晶発振器１０１においては、水晶振動板２の第１主面２１１および第２主面２１２のそれぞれに第１封止部材３および第２封止部材４が接合されることで、パッケージ１２の内部空間が形成され、内部空間に第１励振電極２２１および第２励振電極２２２を含む振動部２２（図４，５参照）が気密封止されている。
　本実施の形態にかかる水晶発振器１０１は、例えば、１．０×０．８ｍｍのパッケージサイズであり、小型化と低背化とを図ったものである。また、小型化に伴い、パッケージ１２では、キャスタレーションを形成せずに、後述する貫通孔を用いて電極の導通を図っている。
　次に、上記した水晶発振器１０１における水晶振動板２、第１封止部材３および第２封止部材４の各部材について、図１～７を用いて説明する。尚、ここでは、接合されていないそれぞれ単体として構成されている各部材について説明を行う。
　水晶振動板２は、図４，５に示すように、水晶からなる圧電基板であって、その両主面（第１主面２１１，第２主面２１２）が平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。本実施の形態では、水晶振動板２として、厚みすべり振動を行うＡＴカット水晶板が用いられている。図４，５に示す水晶振動板２では、水晶振動板２の両主面（第１主面２１１、第２主面２１２）が、ＸＺ´平面とされている。このＸＺ´平面において、水晶振動板２の短手方向（短辺方向）に平行な方向がＸ軸方向とされ、水晶振動板２の長手方向（長辺方向）に平行な方向がＺ´軸方向とされている。尚、ＡＴカットは、人工水晶の３つの結晶軸である電気軸（Ｘ軸）、機械軸（Ｙ軸）、および光学軸（Ｚ軸）のうち、Ｚ軸に対してＸ軸周りに３５°１５′だけ傾いた角度で切り出す加工手法である。ＡＴカット水晶板では、Ｘ軸は水晶の結晶軸に一致する。Ｙ´軸およびＺ´軸は、水晶の結晶軸のＹ軸およびＺ軸からそれぞれ３５°１５′傾いた軸に一致する。Ｙ´軸方向およびＺ´軸方向は、ＡＴカット水晶板を切り出すときの切り出し方向に相当する。
　水晶振動板２の第１主面２１１および第２主面２１２には、一対の励振電極（第１励振電極２２１，第２励振電極２２２）が形成されている。水晶振動板２は、略矩形に形成された振動部２２と、この振動部２２の外周を取り囲む外枠部２３と、振動部２２と外枠部２３とを連結することで振動部２２を保持する保持部２４とを有している。すなわち、水晶振動板２は、振動部２２、外枠部２３および保持部２４が一体的に設けられた構成となっている。
　本実施の形態では、保持部２４は、振動部２２と外枠部２３との間の１箇所のみに設けられている。また、振動部２２および保持部２４は、外枠部２３よりも薄く形成されている。このような外枠部２３と保持部２４との厚みの違いにより、外枠部２３と保持部２４の圧電振動の固有振動数が異なることになり、保持部２４の圧電振動に外枠部２３が共鳴しにくくなる。尚、保持部２４の形成箇所は１か所に限定されるものではなく、保持部２４は、振動部２２と外枠部２３との間の２箇所に設けられていてもよい。
　第１励振電極２２１は振動部２２の第１主面２１１側に設けられ、第２励振電極２２２は振動部２２の第２主面２１２側に設けられている。第１励振電極２２１，第２励振電極２２２には、これらの励振電極を外部電極端子に接続するための引出配線（第１引出配線２２３，第２引出配線２２４）が接続されている。第１引出配線２２３は、第１励振電極２２１から引き出され、保持部２４を経由して、外枠部２３に形成された接続用接合パターン２７に繋がっている。第２引出配線２２４は、第２励振電極２２２から引き出され、保持部２４を経由して、外枠部２３に形成された接続用接合パターン２８に繋がっている。このように、保持部２４の第１主面２１１側に第１引出配線２２３が形成され、保持部２４の第２主面２１２側に第２引出配線２２４が形成されている。
　水晶振動板２の第１主面２１１および第２主面２１２には、水晶振動板２を第１封止部材３および第２封止部材４に接合するための接合パターンが形成されている。この接合パターンは、水晶との密着性の高い下地膜と、下地膜の上層に形成される接合膜とを含む積層膜となっている。ここでは、下地膜はＴｉからなり、接合膜はＡｕからなっている。また、接合パターンを形成する積層膜の構成は、Ｔｉ膜とＡｕ膜との２層構造に限定されるものではなく、他の膜（例えばＴｉ膜とＡｕ膜との間に形成されるバリア膜）を含んだ３層以上の構造であってもよい。
　この接合パターンには、パッケージ１２の内部空間を気密封止するための封止用パターンと、配線や電極を導通させるための導電用パターンとが含まれる。尚、図３～図６では、接合パターンが形成される接合領域を斜線ハッチングにて示している。
　水晶振動板２における封止用パターンは、第１主面２１１に設けられる振動側第１接合パターン２５１と、第２主面２１２に設けられる振動側第２接合パターン２５２とがこれに相当する。振動側第１接合パターン２５１および振動側第２接合パターン２５２は、外枠部２３に設けられており、平面視で環状に形成されている。振動側第１接合パターン２５１および振動側第２接合パターン２５２の内側の領域は、封止領域（接合後にパッケージ１２の内部空間となる領域）となる。第１励振電極２２１，第２励振電極２２２は、振動側第１接合パターン２５１および振動側第２接合パターン２５２とは電気的に接続されていない。
　水晶振動板２における導電用パターンは、第１主面２１１および第２主面２１２の両側で外枠部２３の４隅（角部）付近の領域に設けられた接続用接合パターン２５３と、第１主面２１１に設けられる接続用接合パターン２５４および接続用接合パターン２７と、第２主面２１２に設けられる接続用接合パターン２８とがこれに相当する。接続用接合パターン２５４、接続用接合パターン２７および接続用接合パターン２８は、振動側第１接合パターン２５１または振動側第２接合パターン２５２の封止領域内に配置されている。また、接続用接合パターン２５３は、封止領域よりも外側の領域に配置されているが、その周囲は振動側第１接合パターン２５１または振動側第２接合パターン２５２によって完全に囲まれている。
　さらに、振動側第１接合パターン２５１および振動側第２接合パターン２５２は、接続用接合パターン２５３の一つと電気的に接続されている。振動側第１接合パターン２５１および振動側第２接合パターン２５２と接続される接続用接合パターン２５３は、水晶発振器１０１の動作時にＧＮＤ電位が与えられる電極となる。
　接続用接合パターン２５３のそれぞれの内部領域には第１貫通孔２６１が形成されており、接続用接合パターン２５４および接続用接合パターン２８の内部領域には第２貫通孔２６２が形成されている。第２貫通孔２６２は、外枠部２３であって、振動部２２のＺ´軸方向の一方側（図４，５では、＋Ｚ´方向側）に設けられている。
　第１貫通孔２６１および第２貫通孔２６２には、第１主面２１１と第２主面２１２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、貫通孔それぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第１貫通孔２６１および第２貫通孔２６２それぞれの中央部分は、第１主面２１１と第２主面２１２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。
　水晶振動板２において、第１励振電極２２１、第２励振電極２２２、第１引出配線２２３、第２引出配線２２４、振動側第１接合パターン２５１、振動側第２接合パターン２５２、および接続用接合パターン２５３，２５４，２７，２８は、同一のプロセスで形成することができる。具体的には、これらは、水晶振動板２の両主面２１１，２１２上に物理的気相成長させて形成された下地膜（Ｔｉ膜）と、当該下地膜上に物理的気相成長させて積層形成された接合膜（Ａｕ膜）とから形成することができる。
　第１封止部材３は、図２，３に示すように、１枚のガラスウエハ（または水晶ウエハ）から形成された直方体の基板であり、この第１封止部材３の第２主面３１２（水晶振動板２に接合する面）は平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。
　第１封止部材３の第１主面３１１（ＩＣチップ５を搭載する面）には、図２に示すように、発振回路素子であるＩＣチップ５を搭載する搭載パッドを含む６つの電極パターン３７が形成されている。ＩＣチップ５は、金属バンプ（例えばＡｕバンプ等）３８（図１参照）を用いて電極パターン３７に、ＦＣＢ（Flip Chip Bonding）法により接合される。
　第１封止部材３には、図２，３に示すように、６つの電極パターン３７のそれぞれと接続され、第１主面３１１と第２主面３１２との間を貫通する６つの貫通孔が形成されている。具体的には、４つの第３貫通孔３２２が、第１封止部材３の４隅（角部）の領域に設けられている。第４，第５貫通孔３２３，３２４は、図２，３のＡ２方向およびＡ１方向にそれぞれ設けられている。尚、図２，３，６，７のＡ１およびＡ２方向は、図４，５の－Ｚ´方向および＋Ｚ´方向にそれぞれ一致し、図２，３，６，７のＢ１およびＢ２方向は、図４，５の－Ｘ方向および＋Ｘ方向にそれぞれ一致する。
　第３貫通孔３２２および第４，第５貫通孔３２３，３２４には、第１主面３１１と第２主面３１２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、貫通孔それぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第３貫通孔３２２および第４，第５貫通孔３２３，３２４それぞれの中央部分は、第１主面３１１と第２主面３１２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。
　第１封止部材３の第２主面３１２には、第１封止部材３を水晶振動板２に接合するための接合パターンが形成されており、この接合パターンも水晶との密着性の高い下地膜（Ｔｉ膜）と、下地膜の上に形成される接合膜（Ａｕ膜）との積層膜となっている。
　第１封止部材３における封止用パターンは、封止側第１接合パターン３２１がこれに相当する。封止側第１接合パターン３２１は、平面視で環状に形成されており、その内側の領域が封止領域となる。
　第１封止部材３における導電用パターンは、第３貫通孔３２２のそれぞれの周囲に形成された接続用接合パターン３４と、第４貫通孔３２３の周囲に形成された接続用接合パターン３５１と、第５貫通孔３２４の周囲に形成された接続用接合パターン３５２と、接続用接合パターン３５１に対して第１封止部材３の長軸方向の反対側（Ａ２方向側）に形成された接続用接合パターン３５３とがこれに相当する。尚、接続用接合パターン３５１と接続用接合パターン３５３とは配線パターン３３によって接続されている。接続用接合パターン３５１、接続用接合パターン３５２および接続用接合パターン３５３は、封止側第１接合パターン３２１の封止領域内に配置されている。また、接続用接合パターン３４は、封止領域よりも外側の領域に配置されているが、その周囲は封止側第１接合パターン３２１によって完全に囲まれている。
　さらに、封止側第１接合パターン３２１は、接続用接合パターン３４の一つと電気的に接続されている。封止側第１接合パターン３２１と接続される接続用接合パターン３４は、水晶発振器１０１の動作時にＧＮＤ電位が与えられる電極となる。
　第１封止部材３において、封止側第１接合パターン３２１、接続用接合パターン３４，３５１～３５３、および配線パターン３３は、同一のプロセスで形成することができる。具体的には、これらは、第１封止部材３の第２主面３１２上に物理的気相成長させて形成された下地膜（Ｔｉ膜）と、当該下地膜上に物理的気相成長させて積層形成された接合膜
（Ａｕ膜）とから形成することができる。
　第２封止部材４は、図６，７に示すように、１枚のガラスウエハ（または水晶ウエハ）から形成された直方体の基板であり、この第２封止部材４の第１主面４１１（水晶振動板２に接合する面）は平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。
　第２封止部材４の第２主面４１２（水晶振動板２に面しない外方の主面）には、外部に電気的に接続する４つの外部電極端子４３が設けられている。外部電極端子４３は、第２封止部材４の４隅（角部）にそれぞれ位置する。
　第２封止部材４には、図６，７に示すように、第１主面４１１と第２主面４１２との間を貫通する４つの貫通孔が形成されている。具体的には、４つの第６貫通孔４４は、第２封止部材４の４隅（角部）の領域に設けられている。第６貫通孔４４には、第１主面４１１と第２主面４１２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、貫通孔それぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第６貫通孔４４それぞれの中央部分は、第１主面４１１と第２主面４１２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。
　第２封止部材４の第１主面４１１には、第２封止部材４を水晶振動板２に接合するための接合パターンが形成されており、この接合パターンも水晶との密着性の高い下地膜（Ｔｉ膜）と、下地膜の上に形成される接合膜（Ａｕ膜）との積層膜となっている。
　第２封止部材４における封止用パターンは、封止側第２接合パターン４２１がこれに相当する。封止側第２接合パターン４２１は、平面視で環状に形成されており、その内側の領域が封止領域となる。
　第２封止部材４における導電用パターンは、第６貫通孔４４のそれぞれの周囲に形成された接続用接合パターン４５がこれに相当する。接続用接合パターン４５は、封止領域よりも外側の領域に配置されているが、その周囲は封止側第２接合パターン４２１によって完全に囲まれている。
　さらに、封止側第２接合パターン４２１は、接続用接合パターン４５の一つと電気的に接続されている。封止側第２接合パターン４２１と接続される接続用接合パターン４５は、水晶発振器１０１の動作時にＧＮＤ電位が与えられる電極となる。
　第２封止部材４において、封止側第２接合パターン４２１、および接続用接合パターン４５は、同一のプロセスで形成することができる。具体的には、これらは、第２封止部材４の第１主面４１１上に物理的気相成長させて形成された下地膜（Ｔｉ膜）と、当該下地膜上に物理的気相成長させて積層形成された接合膜（Ａｕ膜）とから形成することができる。
　上記の水晶振動板２、第１封止部材３、および第２封止部材４を含む水晶発振器１０１では、水晶振動板２と第１封止部材３とが封止用パターンである振動側第１接合パターン２５１および封止側第１接合パターン３２１を重ね合わせた状態で拡散接合され、水晶振動板２と第２封止部材４とが封止用パターンである振動側第２接合パターン２５２および封止側第２接合パターン４２１を重ね合わせた状態で拡散接合されて、図１に示すサンドイッチ構造のパッケージ１２が製造される。すなわち、振動側第１接合パターン２５１および封止側第１接合パターン３２１が接合されて水晶振動板２と第１封止部材３との間の封止用パターン層となり、振動側第２接合パターン２５２および封止側第２接合パターン４２１が接合されて水晶振動板２と第２封止部材４との間の封止用パターン層となる。これにより、パッケージ１２の内部空間、つまり、振動部２２の収容空間が気密封止される。
　この際、上述した接続用接合パターン同士も重ね合わせられた状態で拡散接合される。そして、導電用パターンである接続用接合パターン同士の接合により、水晶発振器１０１では、第１励振電極２２１、第２励振電極２２２、ＩＣチップ５および外部電極端子４３の電気的導通が得られるようになっている。接合された導電用パターン同士は、水晶振動板２と第１封止部材３との間または水晶振動板２と第２封止部材４との間で導電用パターン層となる。
　具体的には、第１励振電極２２１は、第１引出配線２２３、接続用接合パターン２７と接続用接合パターン３５３との接合による導電用パターン層、配線パターン３３、接続用接合パターン３５１、第４貫通孔３２３内の貫通電極、および電極パターン３７を順に経由して、ＩＣチップ５に接続される。第２励振電極２２２は、第２引出配線２２４、接続用接合パターン２８、第２貫通孔２６２内の貫通電極、接続用接合パターン２５４と接続用接合パターン３５２との接合による導電用パターン層、第５貫通孔３２４内の貫通電極、および電極パターン３７を順に経由して、ＩＣチップ５に接続される。また、ＩＣチップ５は、電極パターン３７、第３貫通孔３２２内の貫通電極、接続用接合パターン３４と接続用接合パターン２５３との接合による導電用パターン層、第１貫通孔２６１内の貫通電極、接続用接合パターン２５３と接続用接合パターン４５との接合による導電用パターン層、および第６貫通孔４４内の貫通電極を順に経由して、外部電極端子４３に接続される。
　本実施の形態に係る水晶発振器１０１において、図３～図６に示されるように、導電用パターン層（特に、パッケージ１２の内部空間の外側の４隅に形成される導電用パターン層）は、その周囲を封止用パターン層によって囲まれた閉空間内に配置される。したがって、導電用パターン層と封止用パターン層との間に細い隙間が生じていても、その隙間は外部と連通するものとはならない。
　この閉空間内は、気密封止されているため高温高湿下に置かれた場合でも水分の浸入がなく、導電用パターンと封止用パターンとの間が電気的に導通することがなく、導電用パターン層と封止用パターン層との間の隙間で酸素濃淡電池が形成されることを防止できる。すなわち、水晶発振器１０１を基板実装したことで、封止用パターン層もしくは導電用パターン層に図１０に示すような応力割れが生じたとしても、酸素濃淡電池が形成されないため、基板実装された水晶発振器１０１において接合パターン層のＴｉ膜の腐食を防止でき、水晶発振器１０１の信頼性が確保できる。
　さらに、基板実装された水晶発振器１０１において、封止用パターン層にはＧＮＤ電位が与えられるようになっている。これは、封止用パターン層をカソード防食するための構成である。すなわち、封止用パターン層のＴｉ膜における電位を基準値（防食電位）以下に下げることで、Ｔｉ膜の腐食をより確実に防止することができる。実際、Ｔｉ膜の腐食が確認された従来の圧電振動デバイスでも、ＧＮＤ電位が与えられる導電用パターン層ではＴｉ膜の腐食は発生しておらず、本実施の形態に係る水晶発振器１０１においても封止用パターン層にＧＮＤ電位を与えてカソード防食することは有効であると考えられる。
　図３～図６に例示した構成では、封止用パターンは、水晶発振器１０１の動作時にＧＮＤ電位が与えられる導電用パターンと接続されている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図８に示すように、封止用パターン（ここでは、振動側第１接合パターン２５１）は、水晶発振器１０１の動作時にＧＮＤ電位が与えられる導電用パターンを兼用する構成とされていてもよい。すなわち、図８の例では、４つの第１貫通孔２６１のうち、周囲に接続用接合パターン２５３が形成されているのは３つのみであり、第１貫通孔２６１の１つは振動側第１接合パターン２５１と直接接続されている。尚、図８は水晶振動板２の第１主面２１１を例示しているが、水晶振動板２の第２主面２１２、第１封止部材３の第２主面３１２および第２封止部材４の第１主面４１１においても同様の構成とすることができる。
　今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
１０１　　水晶発振器（圧電振動デバイス）
２　　水晶振動板（圧電振動板）
２２　　振動部
２３　　外枠部
２４　　保持部
２１１　　第１主面
２１２　　第２主面
２２１　　第１励振電極
２２２　　第２励振電極
２２３　　第１引出配線
２２４　　第２引出配線
２５１　　振動側第１接合パターン（封止用パターン層の一部）
２５２　　振動側第２接合パターン（封止用パターン層の一部）
２５３　　接続用接合パターン（導電用パターン層の一部）
２５４　　接続用接合パターン（導電用パターン層の一部）
２７　　接続用接合パターン（導電用パターン層の一部）
２８　　接続用接合パターン（導電用パターン層の一部）
３　　第１封止部材
３１１　　第１主面
３１２　　第２主面
３２１　　封止側第１接合パターン（封止用パターン層の一部）
３４　　接続用接合パターン（導電用パターン層の一部）
３５１　　接続用接合パターン（導電用パターン層の一部）
３５２　　接続用接合パターン（導電用パターン層の一部）
３５３　　接続用接合パターン（導電用パターン層の一部）
４　　第２封止部材
４１１　　第１主面
４１２　　第２主面
４２１　　封止側第２接合パターン（封止用パターン層の一部）
４５　　接続用接合パターン（導電用パターン層の一部）
５　　ＩＣチップ
１２　　パッケージ

Claims (3)

  1. 　基板の一主面に第１励振電極が形成され、前記基板の他主面に前記第１励振電極と対になる第２励振電極が形成された圧電振動板と、
    　前記圧電振動板の前記第１励振電極を覆う第１封止部材と、
    　前記圧電振動板の前記第２励振電極を覆う第２封止部材と、が設けられ、
    　前記第１封止部材と前記圧電振動板とが接合され、前記第２封止部材と前記圧電振動板とが接合されて、前記第１励振電極と前記第２励振電極とを含む前記圧電振動板の振動部を気密封止した内部空間が形成された圧電振動デバイスにおいて、
    　前記第１封止部材と前記圧電振動板との間、および前記第２封止部材と前記圧電振動板との間が、少なくともＴｉからなる下地膜と当該下地膜の上層に形成されるＡｕからなる接合膜とを含む積層膜からなる接合パターン層によって接合されており、
    　前記接合パターン層は、平面視で前記振動部を囲うように環状に形成されることで前記内部空間を気密封止する封止用パターン層と、配線および電極の導通を図るための導電用パターン層とを含んでおり、
    　前記導電用パターン層は、周囲を前記封止用パターン層によって囲まれた閉空間内に配置されており、
    　前記封止用パターン層は、当該圧電振動デバイスの動作時にＧＮＤ電位が与えられることを特徴とする圧電振動デバイス。
  2. 　請求項１に記載の圧電振動デバイスであって、
    　前記封止用パターン層は、当該圧電振動デバイスの動作時にＧＮＤ電位が与えられる導電用パターン層と接続されていることを特徴とする圧電振動デバイス。
  3. 　請求項１に記載の圧電振動デバイスであって、
    　前記封止用パターン層は、当該圧電振動デバイスの動作時にＧＮＤ電位が与えられる導電用パターン層を兼用していることを特徴とする圧電振動デバイス。
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