WO2022130668A1 - 圧電振動子 - Google Patents

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WO2022130668A1
WO2022130668A1 PCT/JP2021/025459 JP2021025459W WO2022130668A1 WO 2022130668 A1 WO2022130668 A1 WO 2022130668A1 JP 2021025459 W JP2021025459 W JP 2021025459W WO 2022130668 A1 WO2022130668 A1 WO 2022130668A1
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WO
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crystal
electrode
base member
vibrating element
piezoelectric
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/025459
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English (en)
French (fr)
Inventor
裕之 山本
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/05—Holders; Supports
    • H03H9/10—Mounting in enclosures

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric vibrator.
  • a crystal oscillator is known as one of the piezoelectric oscillators.
  • the crystal oscillator includes, for example, a crystal vibrating element, a lid member and a base member constituting a housing in which the crystal vibrating element is housed, and a joining member for joining the lid member and the base member.
  • the joining member seals the internal space of the lid member and the base member that house the crystal vibrating element.
  • Reference 1 includes a rectangular base having a pair of electrode pads, a piezoelectric vibrating element in which one end is cantilevered and held on the electrode pads via a conductive bonding material, and a lid for airtightly sealing the base. It is a vibration device, and the electrode pad has a rectangular shape and has a flat surface portion, a first step portion along the long side of the base, and a second step portion along the short side of the base. A first step portion is formed along the entire facing side, a second step portion and a gap portion are formed along the other end side on the other end side of the base, and the conductive bonding material is a flat portion of the electrode pad.
  • the plan-viewing area of the thick-walled joint portion formed over the first step portion, the second step portion, and the upper part of the gap portion is the thin-walled joint interposed between the first step portion and the second step portion. Those larger than the plan view area of the portion are disclosed.
  • This piezoelectric vibration device stabilizes the holding state of the piezoelectric vibration element by the conductive bonding material to the electrode pad.
  • the tip of the piezoelectric vibration element held cantilever may come into contact with a base such as a substrate and be damaged. Therefore, it is desired to lift and hold the tip side of the piezoelectric vibrating element within the range of the product height.
  • line contact or point contact may occur between the electrode pad and the piezoelectric vibrating element, and an external force such as vibration or impact is applied to the line contact or point contact portion. Then, the stress generated in the portion becomes large, and there is a possibility that the damage to the piezoelectric vibrating element becomes large.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrator capable of lifting and holding the tip of a piezoelectric vibrating element while suppressing stress generated in the piezoelectric vibrating element. Let it be one of.
  • the piezoelectric vibrator has a base member, an electrode pad provided on the base member, a holding member having conductivity and formed on one surface of the electrode pad, and one end by the holding member.
  • a piezoelectric vibrating element whose portion is held on one surface, and one surface is an inclined surface that is inclined at a constant angle.
  • the tip of the piezoelectric vibrating element can be lifted and held while suppressing the stress generated in the piezoelectric vibrating element.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of a crystal oscillator according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing the configuration of the base member shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a cross section of the crystal oscillator shown in FIG. 1 along the lines III-III.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the cross section of the crystal oscillator in the second embodiment.
  • Each drawing should be provided with a Cartesian coordinate system consisting of X-axis, Y'axis and Z'axis for convenience to clarify the mutual relationship of each drawing and to help understand the positional relationship of each member.
  • the X-axis, Y'axis and Z'axis correspond to each other in the drawings.
  • the X-axis, Y'axis, and Z'axis correspond to the crystallographic axes of the crystal piece 11 described later, respectively.
  • the X-axis corresponds to the electric axis (polar axis) of the crystal
  • the Y-axis corresponds to the mechanical axis of the crystal
  • the Z-axis corresponds to the optical axis of the crystal.
  • the Y'axis and the Z'axis are axes obtained by rotating the Y axis and the Z axis around the X axis in the direction of the Y axis to the Z axis by 35 degrees 15 minutes ⁇ 1 minute 30 seconds, respectively.
  • the direction parallel to the X-axis is referred to as "X-axis direction”
  • the direction parallel to the Y'axis is referred to as “Y'axis direction”
  • the direction parallel to the Z'axis is referred to as "Z'axis direction”.
  • the direction of the tip of the arrow on the X-axis, Y'axis and Z'axis is called “positive” or “+ (plus)”
  • the direction opposite to the arrow is called “negative” or "-(minus)”.
  • the + Y'axis direction will be described as an upward direction
  • the ⁇ Y'axis direction will be described as a downward direction, but the vertical orientation of the crystal vibrating element 10 and the crystal oscillator 1 is not limited.
  • the plane specified by the X-axis and the Z'axis is referred to as the Z'X plane, and the same applies to the plane specified by the other axes.
  • the piezoelectric vibrator a crystal oscillator (Quartz Crystal Responator Unit) equipped with a crystal vibrating element (Quartz Crystal Responator) will be described as an example.
  • the piezoelectric vibration element a crystal vibration element provided with a crystal piece (Quartz Crystal Blank) will be described as an example.
  • Quartz piece is a kind of piezoelectric body (piezoelectric piece) that vibrates according to applied voltage.
  • the piezoelectric vibrator is not limited to the crystal oscillator, and other piezoelectric materials such as ceramics may be used.
  • the piezoelectric vibration element is not limited to the crystal vibration element, and other piezoelectric materials such as ceramics may be used.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of the crystal oscillator 1 in the first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing the configuration of the base member 30 shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a cross section of the crystal oscillator 1 shown in FIG. 1 along lines III-III.
  • the crystal oscillator 1 includes a crystal vibrating element 10, a lid member 20, a base member 30, and a bonding material 40.
  • the lid member 20 and the base member 30 are a part of the structure of the cage for accommodating the crystal vibrating element 10.
  • the crystal vibrating element 10 is an element that vibrates a crystal by a piezoelectric effect and converts electrical energy and mechanical energy.
  • the crystal vibrating element 10 includes, for example, an AT-cut type crystal piece 11.
  • the AT-cut type crystal piece 11 has the Y-axis and the Z-axis in the direction from the Y-axis to the Z-axis around the X-axis among the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis which are the crystal axes of the artificial crystal (Synthetic Quartz Crystal).
  • the rotation angles of the Y'axis and the Z'axis in the AT-cut type crystal piece 11 may be tilted in the range of -5 degrees or more and +15 degrees or less from 35 degrees 15 minutes. Further, as the cut angle of the crystal piece 11, a different cut other than the AT cut, for example, a BT cut, a GT cut, an SC cut, or the like may be applied.
  • a crystal vibrating element using an AT-cut crystal piece has high frequency stability in a wide temperature range.
  • the AT-cut quartz vibration element is excellent in the aging characteristics and can be manufactured at low cost.
  • the AT-cut crystal vibration element uses a thickness slip vibration mode (Thickness Shear Vibration Mode) as the main vibration.
  • the crystal vibrating element 10 further includes a set of excitation electrodes. An alternating electric field is applied between this set of excitation electrodes. As a result, the vibrating portion of the crystal piece 11 vibrates at a predetermined oscillation frequency in the thickness slip vibration mode, and the resonance characteristic associated with the vibration can be obtained.
  • the crystal oscillator 1 that performs the thickness slip vibration at the vibration frequency in the MHz band can be easily obtained. Can be realized.
  • the crystal piece 11 has a first main surface 12a and a second main surface 12b that are XZ'planes and face each other.
  • the crystal piece 11 has a flat plate shape. Therefore, the first main surface 12a and the second main surface 12b of the crystal piece 11 are flat surfaces, respectively.
  • the crystal piece 11 is not limited to a flat plate shape, and may have a convex or concave shape at the center, for example.
  • the AT-cut type crystal piece 11 is parallel to the long side direction in which the long side parallel to the X-axis direction extends, the short side direction in which the short side parallel to the Z'axis direction extends, and the Y'axis direction. Has a thickness direction in which the thickness is extended.
  • the crystal piece 11 has a rectangular shape when the first main surface 12a of the crystal piece 11 is viewed in a plan view (hereinafter, simply referred to as “planar view”).
  • the planar shape of the crystal piece 11 is not limited to a rectangular shape.
  • the planar shape of the crystal piece 11 may be a polygonal shape, a circular shape, an elliptical shape, or a combination thereof.
  • the crystal vibration element 10 includes a first excitation electrode 14a and a second excitation electrode 14b constituting a set of electrodes.
  • the first excitation electrode 14a is provided on the first main surface 12a.
  • the second excitation electrode 14b is provided on the second main surface 12b.
  • the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b are provided so as to face each other with the crystal piece 11 interposed therebetween in the region including the center of each main surface.
  • the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b are arranged so that substantially the entire surface of the XZ'is overlapped with each other.
  • the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b each have a long side parallel to the X-axis direction, a short side parallel to the Z'axis direction, and a thickness parallel to the Y'axis direction. ..
  • the long sides of the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b are parallel to the long sides of the crystal piece 11 on the XZ'plane.
  • the short sides of the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b are parallel to the short sides of the crystal piece 11, respectively.
  • the long sides of the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b are separated from the long sides of the crystal piece 11, respectively.
  • the short sides of the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b are separated from the short sides of the quartz piece 11.
  • the crystal vibrating element 10 includes extraction electrodes 15a and 15b and connection electrodes 16a and 16b.
  • the connection electrode 16a is electrically connected to the first excitation electrode 14a via the extraction electrode 15a.
  • the connection electrode 16b is electrically connected to the second excitation electrode 14b via the extraction electrode 15b.
  • the connection electrode 16a and the connection electrode 16b are terminals for electrically connecting to the base member 30, respectively.
  • the connection electrode 16a and the connection electrode 16b are provided on the second main surface 12b of the crystal piece 11, respectively.
  • the connection electrode 16a and the connection electrode 16b are respectively arranged along the short side of the crystal piece 11 in the vicinity of the short side on the negative side of the Z'axis.
  • the extraction electrode 15a electrically connects the first excitation electrode 14a and the connection electrode 16a. Specifically, the extraction electrode 15a extends from the first excitation electrode 14a toward the Z'axis negative direction and the X-axis negative direction on the first main surface 12a, and extends from the first main surface 12a to the crystal piece 11. It extends through each side surface to reach the second main surface 12b and is electrically connected to the connection electrode 16a on the second main surface 12b. Further, the extraction electrode 15b electrically connects the second excitation electrode 14b and the connection electrode 16b.
  • the extraction electrode 15b extends from the second excitation electrode 14b in the negative direction of the X-axis on the second main surface 12b and is electrically connected to the connection electrode 16b on the second main surface 12b. ing.
  • the extraction electrodes 15a and 15b By extending the extraction electrodes 15a and 15b in this way, the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b provided on both main surfaces of the first main surface 12a and the second main surface 12b are electrically connected.
  • the connected connection electrodes 16a and 16b can be arranged on one of the second main surfaces 12b.
  • connection electrodes 16a and 16b are electrically connected to the electrodes described later of the base member 30 via the conductive holding members 36a and 36b.
  • the materials of the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b, the extraction electrodes 15a and 15b, and the connection electrodes 16a and 16b are not particularly limited, but for example, a chromium (Cr) layer is used as a base. And may further have a gold (Au) layer on the surface of the chromium layer.
  • a chromium (Cr) layer is used as a base.
  • Au gold
  • the configuration of the crystal vibrating element 10 including the flat plate-shaped crystal piece 11 has been described, but the present invention is not limited to this.
  • the crystal piece may adopt a mesa-shaped structure in which the vibrating portion including the center of the main surface is thicker than the peripheral portion, or may adopt an inverted mesa structure in which the vibrating portion is thinner than the peripheral portion.
  • the crystal piece may have a convex shape or a bevel shape in which the change in thickness (step) between the vibrating portion and the peripheral portion continuously changes.
  • a different cut other than the AT cut for example, a BT cut or the like may be applied.
  • the crystal vibrating element has a base and at least extending from the base, using a quartz plate cut out at a predetermined angle with respect to the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis orthogonal to each other as the crystal axis of the crystal as a base material.
  • It may be a sound fork type crystal vibrating element including a crystal piece having one vibrating arm and an excitation electrode provided on the vibrating arm so as to cause bending vibration.
  • the crystal vibrating element 10 includes the crystal piece 11 and a set of the first excitation electrode 14a and the second excitation electrode 14b arranged in the vibrating portion of the crystal piece 11, so that the vibrating portion has a predetermined vibration mode. It is possible to easily realize the crystal vibrating element 10 that vibrates in.
  • the lid member 20 and the base member 30 form an internal space 26 for accommodating the crystal vibrating element 10.
  • the lid member 20 and the base member 30 are joined by a joining material 40 described later.
  • the lid member 20 has a concave shape, specifically a box shape including an opening, and has an inner surface 24 and an outer surface 25.
  • the lid member 20 is connected to the top surface portion 21 facing the first main surface 32a of the base member 30 and the outer edge of the top surface portion 21, and extends in the normal direction with respect to the main surface of the top surface portion 21.
  • the lid member 20 has, for example, a long side direction in which a long side parallel to the X-axis direction extends, a short side direction in which a short side parallel to the Z'axis direction extends, and a height parallel to the Y'axis direction. Has a parallel direction.
  • the lid member 20 has a facing surface 23 facing the first main surface 32a of the base member 30 at the concave opening edge.
  • the facing surface 23 has a frame shape and extends so as to surround the periphery of the crystal vibrating element 10.
  • the lid member 20 is, for example, a metal member.
  • the lid member 20 is made of 42 alloy, which is an alloy containing iron (Fe) and nickel (Ni), or Kovar, which is an alloy containing iron (Fe), nickel (Ni), and cobalt (Co). It is composed. 42 Alloy and Kovar are both known as metals with a low coefficient of thermal expansion.
  • a nickel (Ni) layer or the like formed by plating may be provided on the innermost surface (the surface including the inner surface 24) of the lid member 20.
  • a gold (Au) layer or the like may be provided on the outermost surface (the surface including the outer surface 25) of the lid member 20 for the purpose of preventing oxidation or the like.
  • a nickel (Ni) layer, a gold (Au) layer, or the like formed by plating may be provided on the facing surface 23 of the lid member 20.
  • the material of the lid member 20 is not particularly limited.
  • the lid member 20 for accommodating the crystal vibrating element 10 in the internal space 26 formed between the base member 30 and the base member 30, the crystal vibrating element 10 can be protected from the external environment.
  • the base member 30 supports the crystal vibrating element 10 in an excitable manner. Specifically, the crystal vibrating element 10 is oscillatedly held on the first main surface 32a of the base member 30 via the conductive holding members 36a and 36b.
  • the base member 30 has a flat plate shape.
  • the base member 30 has a thickness parallel to the long side direction in which the long side parallel to the X-axis direction extends, the short side direction in which the short side parallel to the Z'axis direction extends, and the thickness parallel to the Y'axis direction. It has an extending thickness direction.
  • the base member 30 includes the base 31.
  • the substrate 31 has a first main surface 32a and a second main surface 32b which are XZ'planes facing each other.
  • the substrate 31 is a sintered material such as an insulating ceramic (alumina).
  • the substrate 31 may be sintered by laminating a plurality of insulating ceramic sheets.
  • the substrate 31 may be a glass material (for example, silicate glass or a material containing a main component other than silicate and having a glass transition phenomenon due to temperature rise), a crystal material (for example, AT-cut quartz) or It may be formed of glass epoxy resin or the like.
  • the substrate 31 is preferably made of a heat resistant material.
  • the substrate 31 may be a single layer or a plurality of layers, and when the substrate 31 is a plurality of layers, the substrate 31 includes an insulating layer formed on the outermost layer of the first main surface 32a.
  • the base member 30 includes electrode pads 33a and 33b provided on the first main surface 32a and external electrodes 35a, 35b, 35c and 35d provided on the second main surface 32b.
  • the electrode pads 33a and 33b are terminals for electrically connecting to the crystal vibrating element 10.
  • the external electrodes 35a, 35b, 35c, and 35d are terminals for electrically connecting to a circuit board (not shown).
  • the electrode pad 33a is electrically connected to the external electrode 35a via a via electrode 34a extending in the Y'axis direction
  • the electrode pad 33b is an external electrode via a via electrode 34b extending in the Y'axis direction. It is electrically connected to 35b.
  • the via electrodes 34a and 34b are formed in via holes (not shown) penetrating the substrate 31 in the Y'axis direction.
  • the electrode pads 33a and 33b are provided on the first main surface 32a near the short side of the base member 30 on the negative direction side of the X axis. In the example shown in FIG. 1, the electrode pads 33a and 33b are arranged apart from the short side of the base member 30 and along the short side direction.
  • the electrode pad 33a is connected to the connection electrode 16a of the crystal vibrating element 10 via the conductive holding member 36a. Further, the electrode pad 33b is connected to the connection electrode 16b of the crystal vibrating element 10 via the conductive holding member 36b.
  • the plurality of external electrodes 35a, 35b, 35c, 35d are provided near the respective corners of the second main surface 32b.
  • the external electrodes 35a and 35b are arranged directly below the electrode pads 33a and 33b.
  • the external electrodes 35a and 35b can be electrically connected to the electrode pads 33a and 33b by the via electrodes 34a and 34b extending in the Y'axis direction.
  • the external electrodes 35a, 35b, 35c, and 35d are the crystal vibrating elements 10.
  • the external electrodes 35c and 35d arranged near the short side of the base member 30 on the positive direction side of the X axis are dummy electrodes to which the input / output signals of the crystal vibration element 10 are not supplied.
  • the arrangement of the electrode pads 33a, 33b and the external electrodes 35a, 35b, 35c, 35d is not limited to the above-mentioned example.
  • two external electrodes which are input / output electrodes, may be provided diagonally on the second main surface 32b.
  • the four external electrodes may be arranged near the center of each side instead of the corners of the second main surface 32b.
  • the number of external electrodes is not limited to four, and may be, for example, only two external electrodes which are input / output electrodes.
  • the mode of electrical connection between the electrode pad and the external electrode is not limited to the via electrode.
  • the electrical connection between the electrode pad or the internal electrode and the external electrode may be achieved by pulling out the extraction electrode on the first main surface 32a or the second main surface 32b.
  • the substrate 31 of the base member 30 is formed of a plurality of layers, the via electrode is extended to the intermediate layer, and the extraction electrode is pulled out in the intermediate layer, whereby the electrode pad or the internal electrode and the external electrode are electrically connected. You may make a connection.
  • a sealing frame 37 is provided on the first main surface 32a of the substrate 31.
  • the sealing frame 37 has a frame shape when the first main surface 32a of the base member 30 is viewed in a plan view.
  • Electrode pads 33a and 33b are arranged inside the sealing frame 37, respectively, and are provided so as to surround the crystal vibrating element 10.
  • the electrode pads 33a, 33b, the external electrodes 35a, 35b, 35c, 35d, and the sealing frame 37 of the base member 30 are all made of a metal film.
  • the electrode pads 33a, 33b, the external electrodes 35a, 35b, 35c, 35d, and the sealing frame 37 each have a molybdenum (Mo) layer, a nickel (Ni) layer, and a gold (Au) layer from the lower layer to the upper layer, respectively. It is configured by stacking.
  • the via electrodes 34a and 34b can be formed by filling the via holes of the substrate 31 with a metal material such as molybdenum (Mo).
  • the crystal vibrating element 10 is sealed in the internal space 26 surrounded by the lid member 20 and the base member 30.
  • the pressure in the internal space 26 is preferably in a vacuum state lower than the atmospheric pressure.
  • the joining material 40 is provided over the entire circumference of each of the lid member 20 and the base member 30. Specifically, the joining material 40 is provided on the sealing frame 37. The sealing frame 37 and the joining material 40 are interposed between the facing surface 23 of the side wall portion 22 of the lid member 20 and the first main surface 32a of the base member 30, so that the crystal vibrating element 10 is placed on the lid member 20 and the lid member 20. It is sealed in the base member 30.
  • the joining material 40 is made of a metal material.
  • the bonding material 40 is composed of an alloy composed of a plurality of metals, for example, a gold (Au) -tin (Sn) eutectic alloy.
  • the crystal vibrating element 10 can be sealed in the internal space 26 between the base member 30 and the lid member 20. ..
  • an alternating electric field is applied between a set of first excitation electrodes 14a and second excitation electrodes 14b in the quartz vibration element 10 via the external electrodes 35a and 35b of the base member 30. Will be done.
  • the vibrating portion of the crystal piece 11 vibrates in a predetermined vibration mode such as the thickness slip vibration mode, and the resonance characteristic associated with the vibration can be obtained.
  • one end (the end on the side where the electrode pads 33a and 33b are arranged) in the long side direction of the crystal piece 11 is a fixed end, and the other ends. It is held so that the one end is the free end.
  • the conductive holding members 36a and 36b are formed on one surface of the electrode pads 33a and 33b (the surface on the positive direction side of the Y'axis in FIGS. 2 and 3), and the conductive holding members 36a, The 36b holds one end of the crystal vibrating element 10 on the surfaces of the electrode pads 33a and 33b. Then, the other end of the crystal vibrating element 10 including the tip which is a free end is lifted.
  • This structure can be obtained, for example, by applying a conductive adhesive on one surface of the electrode pads 33a and 33b and heating and solidifying the conductive adhesive with the quartz vibrating element 10 mounted. Can be done.
  • the solidified conductive holding members 36a and 36b electrically connect the connection electrodes 16a and 16b of the crystal vibrating element 10 and the electrode pads 33a and 33b of the base member 30. Further, the crystal vibration element 10 is mounted so that the second excitation electrode 14b faces the first main surface 32a of the base member 30.
  • the material of the conductive holding members 36a and 36b is preferably an adhesive having conductivity. As a result, it is possible to easily realize a structure (configuration) in which one end of the crystal vibrating element 10 is held on one surface of the electrode pads 33a, 33b while conducting the electrode pads 33a, 33b and the crystal vibrating element 10. can.
  • One surface of the electrode pads 33a, 33b on which the conductive holding members 36a, 36b are formed is an inclined surface that is inclined at a constant angle. More specifically, the one surface is a continuous surface without dents, holes, irregularities, or the like.
  • the method of forming the inclined surface is, for example, a method of inclining the base member 30 with respect to the mask for patterning, a method of inclining the mask with respect to the base member 30 for patterning, or a method of continuously increasing the size of the mesh. Examples include a method using a changing mask.
  • one surface of the electrode pads 33a and 33b is an inclined surface inclined at a constant angle
  • point contact is made between one end of the crystal vibrating element 10 and one surface of the electrode pads 33a and 33b.
  • the other end including the tip can be lifted at a constant angle without causing line contact. Therefore, it is possible to avoid point contact and line contact that may occur between the crystal vibrating element 10 and the electrode pads 33a and 33b, and it is generated in the crystal vibrating element 10 even when a force such as vibration or impact is applied from the outside. It is possible to suppress the stress to be generated.
  • one surface of the electrode pads 33a and 33b has a predetermined angle ⁇ with respect to the first main surface 32a of the base member 30.
  • the value of this angle ⁇ is calculated from the dimensions of the crystal vibrating element 10, particularly the length in the longitudinal direction, the dimensions of the crystal oscillator 1, the length in the height direction, and the like.
  • the angle ⁇ is, for example, in the range of 2 ° or more and 9 ° or less.
  • one surface of the electrode pads 33a and 33b has a predetermined angle ⁇ with respect to the first main surface 32a of the base member 30, so that the other end portion including the tip of the crystal vibrating element 10 is lifted. Configuration) can be easily realized.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the cross section of the crystal oscillator 201 in the second embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3 in the first embodiment.
  • the configuration example of the second embodiment shown in FIG. 4 is the configuration example of the first embodiment shown in FIG. 3 in that the lid member 220 is a flat plate-shaped member and the base member 230 has a box shape including an opening. It differs from the configuration example.
  • the base member 230 has an inner bottom surface 238a, an facing surface 238b, and an inner side surface 238c on the lid member 220 side.
  • the inner bottom surface 238a and the facing surface 238b face the first main surface 222a of the lid member 220.
  • the inner bottom surface 238a is located at the center of the lid member 220 side.
  • An electrode pad 233a is provided on the inner bottom surface 238a.
  • the inner side surface 238c is a surface connecting the inner bottom surface 238a and the facing surface 238b.
  • the facing surface 238b is located outside the inner bottom surface 238a when the inner bottom surface 238a is viewed in a plan view, and has a frame shape.
  • a sealing frame 237 is provided on the facing surface 238b over the entire circumference.
  • the lid member 220 has a first main surface 222a and a second main surface 222b that face each other.
  • a joining material 240 is provided on the outer peripheral portion of the second main surface 222b over the entire circumference.
  • the base member 230 and the lid member 220 are joined by the joining material 240, and the internal space 226 is sealed.
  • the crystal vibrating element 210 is housed in the internal space 226.
  • a conductive holding member 236a is formed on one surface of the electrode pad 233a (the surface on the positive direction side of the Y'axis in FIG. 4), and one end of the crystal vibrating element 210 is an electrode formed by the conductive holding member 236a. It is held on the surface of the pad 233a. Then, as in the first embodiment, the other end of the crystal vibrating element 210 including the tip which is a free end is lifted.
  • one surface of the electrode pad is an inclined surface inclined at a constant angle. This makes it possible to lift the other end including the tip at a constant angle without causing point contact or line contact between one end of the crystal vibrating element and one surface of the electrode pad. Therefore, it is possible to avoid point contact and line contact that may occur between the crystal vibrating element and the electrode pad, and suppress the stress generated in the crystal vibrating element even when a force such as vibration or impact is applied from the outside. be able to.
  • one surface of the electrode pad has a predetermined angle ⁇ with respect to the first main surface of the base member.
  • the material of the conductivity holding member is an adhesive having conductivity. This makes it possible to easily realize a structure (configuration) in which one end of the crystal vibrating element is held on one surface of the electrode pad while conducting the electrode pad and the crystal vibrating element.
  • a lid member for accommodating the crystal vibration element is further provided in the internal space formed between the crystal oscillator and the base member. This makes it possible to protect the crystal vibrating element from the external environment.
  • a joining material for joining the base member and the lid member is further provided.
  • the crystal vibrating element can be sealed in the internal space between the base member and the lid member.
  • the crystal vibrating element includes a set of a first excitation electrode and a second excitation electrode arranged in a crystal piece and a vibrating portion of the crystal piece. This makes it possible to easily realize a crystal vibrating element in which the vibrating portion vibrates in a predetermined vibration mode.
  • the material of the piezoelectric piece is quartz. This makes it possible to easily realize a crystal oscillator that can obtain, for example, a frequency temperature characteristic on the order of ppm.
  • each of the embodiments described above is for facilitating the understanding of the present invention, and is not for limiting the interpretation of the present invention.
  • the present invention can be modified / improved without departing from the spirit thereof, and the present invention also includes an equivalent thereof. That is, an embodiment and / or a modification to which a person skilled in the art has appropriately modified the design is also included in the scope of the present invention as long as it has the features of the present invention.
  • each element and its arrangement, material, condition, shape, size, etc. included in each embodiment and / or each modification are not limited to those exemplified, and can be appropriately changed.
  • the embodiments and modifications are examples, and it goes without saying that partial substitutions or combinations of the configurations shown in different embodiments and / or modifications are possible, and these also include the features of the present invention. It is included in the scope of the invention.

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Abstract

圧電振動素子に発生する応力を抑制しつつ、圧電振動素子の先端を持ち上げて保持することのできる圧電振動子を提供する。　水晶振動子１は、ベース部材３０と、ベース部材３０に設けられた電極パッド３３ａ、３３ｂと、導電性を有し、電極パッド３３ａ、３３ｂの一方の面に形成される導電性保持部材３６ａ、３６ｂと、導電性保持部材３６ａ、３６ｂによって一端部が一方の面に保持される水晶振動素子１０と、を備え、一方の面は、一定の角度で傾斜する傾斜面である。

Description

圧電振動子
　本発明は、圧電振動子に関する。
　一般に、圧電振動子の１つとして水晶振動子が知られている。水晶振動子は、例えば、水晶振動素子と、水晶振動素子が収容される筐体を構成する蓋部材及びベース部材と、蓋部材及びベース部材を接合する接合部材とを備える。接合部材は、水晶振動素子を収納する蓋部材及びベース部材の内部空間を封止する。
　引用文献１には、一対の電極パッドを有する矩形状のベース、電極パッド上に導電性接合材を介して一端部が片持ち保持される圧電振動素子、ベースを気密封止する蓋を備える圧電振動デバイスであって、電極パッドは矩形状で、平面部とベースの長辺に沿う第１段差部と、ベースの短辺に沿う第２段差部とを有し、電極パッドのうち、互いの対向辺の全体に沿って第１段差部が形成され、ベースの他端部側の他端辺に沿って第２段差部と隙間部が形成され、導電性接合材は、電極パッドの平面部と第１段差部、第２段差部、隙間部の上部に亘って形成され、平面部に介在する厚肉接合部分の平面視面積が、第１段差部と第２段差部に介在する薄肉接合部分の平面視面積より大きいものが開示されている。この圧電振動デバイスは、電極パッドへの導電性接合材による圧電振動素子の保持状態を安定化させている。
特開２０２０－１００７８号公報
　引用文献１に記載の圧電振動デバイスでは、片持ち保持される圧電振動素子の先端部が、基板等のベースと接触して破損することがある。そのため、製品高さの範囲内で、圧電振動素子の先端側を持ち上げて保持することが望まれる。
　ここで、電極パッド上に保持される圧電振動素子の一端部の位置がずれると、圧電振動素子の先端側を持ち上げる効果を得られなかったり、逆に持ち上げすぎて蓋等に接触したりする可能性がある。そのため、電極パッドに形成された段差、溝、孔等に基づいて圧電振動素子の一端部を位置決めして保持する方法が提案されている。
　しかしながら、このような方法では、電極パッドと圧電振動素子との間に線接触又は点接触が発生することがあり、当該線接触又は点接触する部分に振動、衝撃等の外部からの力が加わると、当該部分に発生する応力が大きくなり、圧電振動素子へのダメージが大きくなるおそれがあった。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、圧電振動素子に発生する応力を抑制しつつ、圧電振動素子の先端を持ち上げて保持することのできる圧電振動子を提供することを目的の１つとする。
　本発明の一側面に係る圧電振動子は、ベース部材と、ベース部材に設けられた電極パッドと、導電性を有し、電極パッドの一方の面に形成される保持部材と、保持部材によって一端部が一方の面に保持される圧電振動素子と、を備え、一方の面は、一定の角度で傾斜する傾斜面である。
　本発明によれば、圧電振動素子に発生する応力を抑制しつつ、圧電振動素子の先端を持ち上げて保持することができる。
図１は、第１実施形態における水晶振動子の構成を概略的に示す分解斜視図である。 図２は、図１に示すベース部材の構成を概略的に示す平面図である。 図３は、図１に示す水晶振動子のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面の構成を概略的に示す断面図である。 図４は、第２実施形態における水晶振動子の断面の構成を概略的に示す断面図である。
　以下に本発明の実施形態を説明する。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、本発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。
　各図面には、各図面の相互の関係を明確にし、各部材の位置関係を理解する助けとするために、便宜的にＸ軸、Ｙ’軸及びＺ’軸からなる直交座標系を付すことがある。Ｘ軸、Ｙ’軸及びＺ’軸は各図面において互いに対応している。Ｘ軸、Ｙ’軸及びＺ’軸は、それぞれ、後述する水晶片１１の結晶軸（Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ　Ａｘｅｓ）に対応している。Ｘ軸は水晶の電気軸（極性軸）、Ｙ軸は水晶の機械軸、Ｚ軸は水晶の光学軸に、それぞれ相当する。Ｙ’軸及びＺ’軸は、それぞれ、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秒回転させた軸である。
　以下の説明において、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ’軸に平行な方向を「Ｙ’軸方向」、Ｚ’軸に平行な方向を「Ｚ’軸方向」という。また、Ｘ軸、Ｙ’軸及びＺ’軸の矢印の先端方向を「正」又は「＋（プラス）」、矢印とは反対の方向を「負」又は「－（マイナス）」という。なお、便宜的に、＋Ｙ’軸方向を上方向、－Ｙ’軸方向を下方向として説明するが、水晶振動素子１０及び水晶振動子１の上下の向きは限定されるものではない。また、Ｘ軸及びＺ’軸によって特定される面をＺ’Ｘ面とし、他の軸によって特定される面についても同様とする。
　また、以下の説明において、圧電振動子として、水晶振動素子（Ｑｕａｒｔｚ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を備えた水晶振動子（Ｑｕａｒｔｚ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ　Ｕｎｉｔ）を例に挙げて説明する。また、圧電振動素子として、水晶片（Ｑｕａｒｔｚ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｂｌａｎｋ）を備えた水晶振動素子を例に挙げて説明する。水晶片は、印加電圧に応じて振動する圧電体（圧電片）の一種である。なお、圧電振動子は、水晶振動子に限定されるものではなく、セラミック等の他の圧電体を利用するものであってもよい。同様に、圧電振動素子は、水晶振動素子に限定されるものではなく、セラミック等の他の圧電体を利用するものであってもよい。
　＜第１実施形態＞
　図１から図３を参照しつつ、第１実施形態に従う水晶振動子について説明する。図１は、第１実施形態における水晶振動子１の構成を概略的に示す分解斜視図である。図２は、図１に示すベース部材３０の構成を概略的に示す平面図である。図３は、図１に示す水晶振動子１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面の構成を概略的に示す断面図である。
　図１に示すように、水晶振動子１は、水晶振動素子１０と、蓋部材２０と、ベース部材３０と、接合材４０と、を備える。蓋部材２０及びベース部材３０は、水晶振動素子１０を収容するための保持器の構成の一部である。
　水晶振動素子１０は、圧電効果により水晶を振動させ、電気エネルギーと機械エネルギーとを変換する素子である。水晶振動素子１０は、例えばＡＴカット型の水晶片１１を含む。ＡＴカット型の水晶片１１は、人工水晶（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　Ｑｕａｒｔｚ　Ｃｒｙｓｔａｌ）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ＸＺ’面を主面として切り出されたものである。
　なお、ＡＴカット型の水晶片１１におけるＹ’軸及びＺ’軸の回転角度は、３５度１５分から－５度以上＋１５度以下の範囲で傾いてもよい。また、水晶片１１のカット角度は、ＡＴカット以外の異なるカット、例えばＢＴカット、ＧＴカット、ＳＣカット等を適用してもよい。
　ＡＴカット水晶片を用いた水晶振動素子は、広い温度範囲で高い周波数安定性を有する。また、ＡＴカット水晶振動素子は、経時変化特性にも優れている上、低コストで製造することが可能である。さらに、ＡＴカット水晶振動素子は、厚みすべり振動モード（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　Ｓｈｅａｒ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　Ｍｏｄｅ）を主振動として用いる。
　水晶振動素子１０は、一組の励振電極をさらに含む。この一組の励振電極の間に交番電界が印加される。これにより、厚みすべり振動モードによって水晶片１１の振動部が所定の発振周波数で振動し、該振動に伴う共振特性が得られる。
　このように、水晶振動素子１０の主振動が厚みすべり振動モードであることにより、例えばＡＴカットの水晶片１１を用いることで、ＭＨｚ帯の振動周波数で厚みすべり振動を行う水晶振動子１を容易に実現することができる。
　水晶片１１は、ＸＺ’面であって互いに対向する第１主面１２ａ及び第２主面１２ｂを有する。水晶片１１は、平坦な板形状を有する。そのため、水晶片１１の第１主面１２ａ及び第２主面１２ｂは、それぞれ、平坦面である。なお、水晶片１１は、平坦な板状に限定されるものではなく、例えば、中央部が凸状や凹状であってもよい。
　ＡＴカット型の水晶片１１は、Ｘ軸方向に平行な長辺が延在する長辺方向と、Ｚ’軸方向に平行な短辺が延在する短辺方向と、Ｙ’軸方向に平行な厚さが延在する厚さ方向とを有する。水晶片１１は、水晶片１１の第１主面１２ａを平面視（以下、単に「平面視」という）したときに、矩形状を有する。
　なお、水晶片１１の平面形状は矩形状に限定されるものではない。水晶片１１の平面形状は、多角形状、円形状、楕円形状、又はこれらの組合せであってもよい。
　水晶振動素子１０は、一組の電極を構成する第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂを含む。第１励振電極１４ａは、第１主面１２ａに設けられている。また、第２励振電極１４ｂは、第２主面１２ｂに設けられている。第１励振電極１４ａと第２励振電極１４ｂとは、各主面の中央を含む領域で水晶片１１を挟んで互いに対向して設けられている。第１励振電極１４ａと第２励振電極１４ｂは、ＸＺ’面において略全体が重なり合うように配置されている。
　第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂは、それぞれ、Ｘ軸方向に平行な長辺と、Ｚ’軸方向に平行な短辺と、Ｙ’軸方向に平行な厚さとを有している。図１に示す例では、ＸＺ’面において、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの長辺は、それぞれ水晶片１１の長辺と平行である。同様に、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの短辺は、それぞれ水晶片１１の短辺と平行である。また、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの長辺は、それぞれ水晶片１１の長辺から離れている。同様に、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの短辺は、それぞれ水晶片１１の短辺から離れている。
　水晶振動素子１０は、引出電極１５ａ、１５ｂと、接続電極１６ａ、１６ｂと、を含む。接続電極１６ａは、引出電極１５ａを介して第１励振電極１４ａと電気的に接続されている。また、接続電極１６ｂは、引出電極１５ｂを介して第２励振電極１４ｂと電気的に接続されている。接続電極１６ａ及び接続電極１６ｂは、それぞれ、ベース部材３０に電気的に接続するための端子である。接続電極１６ａ及び接続電極１６ｂは、それぞれ、水晶片１１の第２主面１２ｂに設けられている。接続電極１６ａ及び接続電極１６ｂは、それぞれ、水晶片１１のＺ’軸負方向側の短辺付近において、当該短辺方向に沿って配列されている。
　引出電極１５ａは、第１励振電極１４ａと接続電極１６ａとを電気的に接続している。具体的には、引出電極１５ａは、第１主面１２ａ上において第１励振電極１４ａからＺ’軸負方向及びＸ軸負方向に向かって延在し、第１主面１２ａから水晶片１１の各側面を通って第２主面１２ｂに至るように延在し、第２主面１２ｂ上の接続電極１６ａと電気的に接続されている。また、引出電極１５ｂは、第２励振電極１４ｂと接続電極１６ｂとを電気的に接続する。具体的には、引出電極１５ｂは、第２主面１２ｂ上において第２励振電極１４ｂからＸ軸負方向に向かって延在し、第２主面１２ｂ上の接続電極１６ｂと電気的に接続されている。このように、引出電極１５ａ、１５ｂを延在させることによって、第１主面１２ａ及び第２主面１２ｂの両主面に設けられた第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂと電気的に接続された接続電極１６ａ、１６ｂを、片方の第２主面１２ｂ上に配置させることができる。
　接続電極１６ａ、１６ｂは、導電性保持部材３６ａ、３６ｂを介して、ベース部材３０の後述する電極に電気的に接続される。
　第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂ、引出電極１５ａ、１５ｂ、並びに、接続電極１６ａ、１６ｂの各電極の材料は、特に限定されるものではないが、例えば、下地としてクロム（Ｃｒ）層を有し、クロム層の表面にさらに金（Ａｕ）層を有していてもよい。
　本実施形態では、水晶振動素子１０は、平坦な板形状の水晶片１１を含む構成を説明したが、これに限定されるものではない。水晶片は、主面の中央を含む振動部が周縁部よりも厚いメサ型構造を採用してもよいし、振動部が周縁部よりも薄い逆メサ構造を採用してもよい。あるいは、水晶片は、振動部と周縁部の厚みの変化（段差）が連続的に変化するコンベックス形状又はべベル形状を適用してもよい。また、水晶片のカット角度は、ＡＴカット以外の異なるカット、例えばＢＴカット等を適用してもよい。さらに、水晶振動素子は、水晶の結晶軸として互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に対して所定の角度で切り出された水晶板を基材として、基部と、 基部から延びている少なくとも１本の振動腕とを有する水晶片と、屈曲振動させるように振動腕に設けられた励振電極とを備える音叉型水晶振動素子であってもよい。
　このように、水晶振動素子１０が水晶片１１と水晶片１１の振動部に配置された一組の第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂとを含むことにより、振動部が所定の振動モードで振動する水晶振動素子１０を容易に実現することができる。
　蓋部材２０及びベース部材３０は、水晶振動素子１０を収容する内部空間２６を形成する。蓋部材２０及びベース部材３０は、後述する接合材４０によって接合される。
　蓋部材２０は、凹形状、具体的には開口を含む箱形状を有し、内面２４及び外面２５を有する。蓋部材２０は、ベース部材３０の第１主面３２ａに対向する天面部２１と、天面部２１の外縁に接続されており、かつ天面部２１の主面に対して法線方向に延在する側壁部２２と、を含む。蓋部材２０は、例えば、Ｘ軸方向に平行な長辺が延在する長辺方向と、Ｚ’軸方向に平行な短辺が延在する短辺方向と、Ｙ’軸方向に平行な高さ方向と、を有する。また、蓋部材２０は、凹形状の開口縁においてベース部材３０の第１主面３２ａに対向する対向面２３を有する。対向面２３は、枠形状を有しており、水晶振動素子１０の周囲を囲むように延在している。
　蓋部材２０は、例えば金属製の部材である。具体的には、蓋部材２０は、鉄（Ｆｅ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む合金である４２アロイ、又は、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）を含む合金であるコバールから構成される。４２アロイ及びコバールは、ともに熱膨張率の低い金属として知られている。蓋部材２０の最内面（内面２４を含む面）にめっきにより形成されたニッケル（Ｎｉ）層等が設けられてもよい。また、蓋部材２０の最外面（外面２５を含む面）に酸化防止等を目的とした金（Ａｕ）層等が設けられてもよい。さらに、蓋部材２０の対向面２３に、めっきにより形成されたニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層等が設けられてもよい。但し、蓋部材２０の材料は、特に限定されるものではない。
　このように、ベース部材３０との間に形成された内部空間２６に水晶振動素子１０を収容する蓋部材２０を備えることにより、外部の環境から水晶振動素子１０を保護することができる。
　ベース部材３０は、水晶振動素子１０を励振可能に支持するものである。具体的には、水晶振動素子１０は、導電性保持部材３６ａ、３６ｂを介してベース部材３０の第１主面３２ａに励振可能に保持されている。
　ベース部材３０は、平坦な板形状を有している。ベース部材３０は、Ｘ軸方向に平行な長辺が延在する長辺方向と、Ｚ’軸方向に平行な短辺が延在する短辺方向と、Ｙ’軸方向に平行な厚さが延在する厚さ方向とを有する。
　ベース部材３０は、基体３１を含んでいる。基体３１は、互いに対向するＸＺ’面である第１主面３２ａ及び第２主面３２ｂを有する。基体３１は、例えば絶縁性セラミック（アルミナ）等の焼結材である。この場合、基体３１は、複数の絶縁性セラミックシートを積層して焼結してもよい。あるいは、基体３１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樹脂等で形成されてもよい。基体３１は、耐熱性材料から構成されることが好ましい。基体３１は、単層であっても複数層であってもよく、複数層である場合、第１主面３２ａの最表層に形成される絶縁層を含む。
　ベース部材３０は、第１主面３２ａに設けられた電極パッド３３ａ、３３ｂと、第２主面３２ｂに設けられた外部電極３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄと、を含む。電極パッド３３ａ、３３ｂは、水晶振動素子１０と電気的に接続するための端子である。また、外部電極３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄは、図示しない回路基板と電気的に接続するための端子である。電極パッド３３ａは、Ｙ’軸方向に延在するビア電極３４ａを介して外部電極３５ａに電気的に接続され、電極パッド３３ｂは、Ｙ’軸方向に延在するビア電極３４ｂを介して外部電極３５ｂに電気的に接続されている。ビア電極３４ａ、３４ｂは基体３１をＹ’軸方向に貫通する図示しないビアホール内に形成される。
　電極パッド３３ａ、３３ｂは、第１主面３２ａ上においてベース部材３０のＸ軸負方向側の短辺付近に設けられている。図１に示す例では、電極パッド３３ａ、３３ｂは、ベース部材３０の短辺から離れてかつ当該短辺方向に沿って配列されている。電極パッド３３ａは、導電性保持部材３６ａを介して水晶振動素子１０の接続電極１６ａが接続されている。また、電極パッド３３ｂは、導電性保持部材３６ｂを介して水晶振動素子１０の接続電極１６ｂが接続されている。
　複数の外部電極３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄは、第２主面３２ｂのそれぞれの角付近に設けられている。図１に示す例では、外部電極３５ａ、３５ｂは、電極パッド３３ａ、３３ｂの直下に配置されている。これにより、Ｙ’軸方向に延在するビア電極３４ａ，３４ｂによって、外部電極３５ａ、３５ｂを電極パッド３３ａ、３３ｂに電気的に接続することができる。
　図１に示す例では、４つの外部電極３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄのうち、ベース部材３０のＸ軸負方向側の短辺付近に配置された外部電極３５ａ、３５ｂは、水晶振動素子１０の入出力信号が供給される入出力電極である。また、ベース部材３０のＸ軸正方向側の短辺付近に配置された外部電極３５ｃ、３５ｄは、水晶振動素子１０の入出力信号が供給されないダミー電極である。
　なお、電極パッド３３ａ、３３ｂ及び外部電極３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄの配置関係は、前述した例に限定されるものではない。
　例えば、入出力電極である２つの外部電極が、第２主面３２ｂの対角上に設けられていてもよい。あるいは、４つの外部電極は、第２主面３２ｂの角ではなく各辺の中央付近に配置されていてもよい。また、外部電極の個数は４つに限るものではなく、例えば入出力電極である２つの外部電極のみであってもよい。
　また、電極パッドと外部電極との電気的な接続の態様は、ビア電極によるものに限定されない。例えば、第１主面３２ａ又は第２主面３２ｂ上に引出電極を引き出すことによって、電極パッド又は内部電極と外部電極との電気的な接続を達成してもよい。あるいは、ベース部材３０の基体３１を複数層で形成し、ビア電極を中間層に至るまで延在させ、中間層において引出電極を引き出すことによって、電極パッド又は内部電極と外部電極との電気的な接続を図ってもよい。
　基体３１の第１主面３２ａには、封止枠３７が設けられている。封止枠３７は、ベース部材３０の第１主面３２ａを平面視したときに、枠形状を有している。封止枠３７の内側には電極パッド３３ａ，３３ｂがそれぞれ配置されており、水晶振動素子１０を囲むように設けられている。
　ベース部材３０の電極パッド３３ａ，３３ｂ、外部電極３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、及び封止枠３７は、いずれも金属膜から構成されている。例えば、電極パッド３３ａ，３３ｂ、外部電極３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、及び封止枠３７は、それぞれ、下層から上層にかけて、モリブデン（Ｍｏ）層、ニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層が積層されて構成されている。また、ビア電極３４ａ、３４ｂは、基体３１のビアホール内にモリブデン（Ｍｏ）等の金属材料を充填して形成することができる。
　蓋部材２０及びベース部材３０の両者が接合材４０を介して接合されることによって、水晶振動素子１０は、蓋部材２０とベース部材３０とによって囲まれた内部空間２６に封止される。この場合、内部空間２６の圧力は、大気圧よりも低圧な真空状態であることが好ましい。これにより、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの酸化による経時変化等を低減できる。
　接合材４０は、蓋部材２０及びベース部材３０の各全周に亘って設けられている。具体的には、接合材４０は、封止枠３７の上に設けられている。封止枠３７及び接合材４０が、蓋部材２０の側壁部２２の対向面２３と、ベース部材３０の第１主面３２ａとの間に介在することによって、水晶振動素子１０が蓋部材２０及びベース部材３０に封止される。
　接合材４０は、金属材料から構成されている。接合材４０は、複数の金属によって構成される合金、例えば、金（Ａｕ）－錫（Ｓｎ）共晶合金から構成されている。
　このように、ベース部材３０と蓋部材２０とを接合する接合材４０を備えることにより、ベース部材３０と蓋部材２０との間の内部空間２６に、水晶振動素子１０を封止することができる。
　本構成例の水晶振動子１においては、ベース部材３０の外部電極３５ａ、３５ｂを介して、水晶振動素子１０における一組の第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの間に交番電界が印加される。これにより、厚みすべり振動モード等の所定の振動モードによって水晶片１１の振動部が振動し、該振動に伴う共振特性が得られる。
　図２及び図３に示すように、水晶振動素子１０は、水晶片１１の長辺方向の一方の端部（電極パッド３３ａ，３３ｂが配置される側の端部）が固定端であり、その他方端が自由端となるように、保持されている。
　より詳細には、導電性保持部材３６ａ，３６ｂは、電極パッド３３ａ，３３ｂの一方の面（図２及び図３においてＹ’軸正方向側の面）に形成され、当該導電性保持部材３６ａ，３６ｂによって、水晶振動素子１０の一端部が電極パッド３３ａ，３３ｂの面上に保持される。そして、自由端である先端を含む水晶振動素子１０の他端部が持ち上げられる。
　この構造は、例えば、電極パッド３３ａ，３３ｂの一方の面の上に導電性接着剤を塗布し、水晶振動素子１０を搭載した状態で導電性接着剤を加熱して固化させることにより、得ることができる。固化させた導電性保持部材３６ａ，３６ｂによって、水晶振動素子１０の接続電極１６ａ，１６ｂとベース部材３０の電極パッド３３ａ，３３ｂとが電気的に接続される。また、水晶振動素子１０は、第２励振電極１４ｂがベース部材３０の第１主面３２ａに対向するように、搭載される。
　このように、導電性保持部材３６ａ，３６ｂの材料は、導電性を有する接着剤であることが好ましい。これにより、電極パッド３３ａ，３３ｂと水晶振動素子１０とを導通させつつ、水晶振動素子１０の一端部を電極パッド３３ａ，３３ｂの一方の面に保持する構造（構成）を容易に実現することができる。
　導電性保持部材３６ａ，３６ｂが形成される電極パッド３３ａ，３３ｂの一方の面は、一定の角度で傾斜する傾斜面である。より詳細には、当該一方の面は、窪み、孔、凹凸等のない連続した面である。この傾斜面の形成方法は、例えばマスクに対してベース部材３０を傾斜させてパターニングする方法、逆にベース部材３０に対してマスクを傾斜させてパターニングする方法、あるいはメッシュの大きさが連続的に変化するマスクを用いる方法等が挙げられる。
　このように、電極パッド３３ａ，３３ｂの一方の面が一定の角度で傾斜する傾斜面であることにより、水晶振動素子１０の一端部と電極パッド３３ａ，３３ｂの一方の面との間に点接触及び線接触が生じることなく、先端を含む他端部を一定の角度で持ち上げることが可能となる。従って、水晶振動素子１０と電極パッド３３ａ，３３ｂとの間に発生し得る点接触及び線接触を回避することができ、外部から振動や衝撃等の力が加わるときでも、水晶振動素子１０に発生する応力を抑制することができる。また、段差、溝、孔等に基づいて圧電振動素子の一端部の位置決めを行っていた従来と比較して、持ち上がり寸法のばらつき要素を減らすことができ、水晶振動素子１０の先端を含む他端部を容易に持ち上げて保持することができる。
　また、電極パッド３３ａ，３３ｂの一方の面は、ベース部材３０の第１主面３２ａに対して所定の角度θを有している。この角度θの値は、水晶振動素子１０の寸法、特に長手方向の長さ、水晶振動子１の寸法、特に高さ方向の長さ等から算出される。角度θは、例えば２°以上９°以下の範囲内である。
　このように、電極パッド３３ａ，３３ｂの一方の面がベース部材３０の第１主面３２ａに対して所定の角度θを有することにより、水晶振動素子１０の先端を含む他端部を持ち上げる構造（構成）を容易に実現することができる。
　＜第２実施形態＞
　次に、図４を参照しつつ、本発明の第２実施形態に従う共振子及び共振装置について説明する。なお、以下の実施形態において、第１実施形態と同一又は類似の構成について同一又は類似の符号を付し、第１実施形態と異なる点について説明する。また、同様の構成による同様の作用効果については、逐次言及しない。
　図４は、第２実施形態における水晶振動子２０１の断面の構成を概略的に示す断面図である。図４は、第１実施形態における図３に対応する断面図である。図４に示す第２実施形態の構成例は、蓋部材２２０が平坦な板状の部材であり、ベース部材２３０が開口を含む箱形状を有する点で、図３に示した第１実施形態の構成例と相違する。
　ベース部材２３０は、蓋部材２２０側に、内底面２３８ａ、対向面２３８ｂ、及び内側面２３８ｃを有する。内底面２３８ａ及び対向面２３８ｂは、蓋部材２２０の第１主面２２２ａに対向している。内底面２３８ａは、蓋部材２２０側の中央部に位置する。内底面２３８ａには、電極パッド２３３ａが設けられている。内側面２３８ｃは、内底面２３８ａ及び対向面２３８ｂを繋ぐ面である。対向面２３８ｂは、内底面２３８ａを平面視したときに内底面２３８ａの外側に位置し、枠形状を有している。対向面２３８ｂの上には、全周に亘って封止枠２３７が設けられている。
　蓋部材２２０は、互いに対向する第１主面２２２ａ及び第２主面２２２ｂを有する。第２主面２２２ｂの外周部に、全周に亘って接合材２４０が設けられている。接合材２４０によって、ベース部材２３０及び蓋部材２２０が接合され、内部空間２２６が封止される。内部空間２２６には、水晶振動素子２１０が収容される。
　電極パッド２３３ａの一方の面（図４においてＹ’軸正方向側の面）には、導電性保持部材２３６ａが形成されており、水晶振動素子２１０の一端部は、導電性保持部材２３６ａによって電極パッド２３３ａの面上に保持される。そして、第１実施形態と同様に、自由端である先端を含む水晶振動素子２１０の他端部が持ち上げられる。
　以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。第１実施形態及び第２実施形態に従う水晶振動子において、電極パッドの一方の面は一定の角度で傾斜する傾斜面である。これにより、水晶振動素子の一端部と電極パッドの一方の面との間に点接触及び線接触が生じることなく、先端を含む他端部を一定の角度で持ち上げることが可能となる。従って、水晶振動素子と電極パッドとの間に発生し得る点接触及び線接触を回避することができ、外部から振動や衝撃等の力が加わるときでも、水晶振動素子に発生する応力を抑制することができる。また、段差、溝、孔等に基づいて圧電振動素子の一端部の位置決めを行っていた従来と比較して、持ち上がり寸法のばらつき要素を減らすことができ、水晶振動素子の先端を含む他端部を容易に持ち上げて保持することができる。
　また、前述した水晶振動子において、電極パッドの一方の面は、ベース部材の第１主面に対して所定の角度θを有する。これにより、水晶振動素子の先端を含む他端部を持ち上げる構造（構成）を容易に実現することができる。
　また、前述した水晶振動子において、導電性保持部材の材料は、導電性を有する接着剤である。これにより、電極パッドと水晶振動素子とを導通させつつ、水晶振動素子の一端部を電極パッドの一方の面に保持する構造（構成）を容易に実現することができる。
　また、前述した水晶振動子において、ベース部材との間に形成された内部空間に水晶振動素子を収容する蓋部材をさらに備える。これにより、外部の環境から水晶振動素子を保護することができる。
　また、前述した水晶振動子において、ベース部材と蓋部材とを接合する接合材をさらに備える。これにより、ベース部材と蓋部材との間の内部空間に、水晶振動素子を封止することができる。
　また、前述した水晶振動子において、水晶振動素子は、水晶片と水晶片の振動部に配置された一組の第１励振電極及び第２励振電極とを含む。これにより、振動部が所定の振動モードで振動する水晶振動素子を容易に実現することができる。
　また、前述した水晶振動子において、圧電片の材料は、水晶である。これにより、例えばｐｐｍオーダーの周波数温度特性が得られる水晶振動子を容易に実現することができる。
　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／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。すなわち、実施形態及び／又は変形例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、各実施形態及び／又は各変形例が備える各要素及びその配置、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、実施形態及び変形例は例示であり、異なる実施形態及び／又は変形例で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
　１…水晶振動子、１０…水晶振動素子、１１…水晶片、１２ａ…第１主面、１２ｂ…第２主面、１４ａ…第１励振電極、１４ｂ…第２励振電極、１５ａ…引出電極、１５ｂ…引出電極、１６ａ…接続電極、１６ｂ…接続電極、２０…蓋部材、２１…天面部、２２…側壁部、２３…対向面、２４…内面、２５…外面、２６…内部空間、３０…ベース部材、３１…基体、３２ａ…第１主面、３２ｂ…第２主面、３３ａ…電極パッド、３３ｂ…電極パッド、３４ａ…ビア電極、３４ｂ…ビア電極、３５ａ…外部電極、３５ｂ…外部電極、３５ｃ…外部電極、３５ｄ…外部電極、３６ａ…導電性保持部材、３６ｂ…導電性保持部材、３７…封止枠、４０…接合材、２０１…水晶振動子、２１０…水晶振動素子、２２０…蓋部材、２２２ａ…第１主面、２２２ｂ…第２主面、２２６…内部空間、２３０…ベース部材、２３３ａ…電極パッド、２３６ａ…導電性保持部材、２３７…封止枠、２３８ａ…内底面、２３８ｂ…対向面、２３８ｃ…内側面、２４０…接合材、θ…角度。
 

Claims (7)

  1. 　ベース部材と、
    　前記ベース部材に設けられた電極パッドと、
    　導電性を有し、前記電極パッドの一方の面に形成される保持部材と、
    　前記保持部材によって一端部が前記一方の面に保持される圧電振動素子と、を備え、
    　前記一方の面は、一定の角度で傾斜する傾斜面である、
    　圧電振動子。
  2. 　前記一方の面は、前記ベース部材に対して所定の角度を有する、
    　請求項１に記載の圧電振動子。
  3. 　前記保持部材の材料は、導電性接着剤である、
    　請求項１又は２に記載の圧電振動子。
  4. 　前記ベース部材との間に形成された空間に、前記圧電振動素子を収容する蓋部材をさらに備える、
    　請求項１から３のいずれか一項に記載の圧電振動子。
  5. 　前記ベース部材と蓋部材とを接合する接合材をさらに備える、
    　請求項４に記載の圧電振動子。
  6. 　前記圧電振動素子は、圧電片と前記圧電片の振動部に配置された一組の励振電極とを含む、
    　請求項１から５のいずれか一項に記載の圧電振動子。
  7. 　前記圧電片の材料は、水晶である、
    　請求項６に記載の圧電振動子。
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JP2009130543A (ja) * 2007-11-21 2009-06-11 Epson Toyocom Corp メサ型振動片、メサ型振動デバイスおよびメサ型振動デバイスの製造方法
JP2016103753A (ja) * 2014-11-28 2016-06-02 京セラクリスタルデバイス株式会社 水晶デバイス

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