WO2024024741A1 - 圧電振動デバイス - Google Patents

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WO2024024741A1
WO2024024741A1 PCT/JP2023/027051 JP2023027051W WO2024024741A1 WO 2024024741 A1 WO2024024741 A1 WO 2024024741A1 JP 2023027051 W JP2023027051 W JP 2023027051W WO 2024024741 A1 WO2024024741 A1 WO 2024024741A1
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WO
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opening
surface side
sealing
hole
electrode
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Application number
PCT/JP2023/027051
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English (en)
French (fr)
Inventor
宏樹 藤原
Original Assignee
株式会社大真空
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric vibration device.
  • piezoelectric vibrating devices eg, crystal resonators, crystal oscillators, etc.
  • the housing is composed of a substantially rectangular parallelepiped package.
  • This package for example, has a structure in which a crystal diaphragm on which excitation electrodes are formed is sandwiched between crystal sealing plates placed above and below the plate, and the inside of the package (internal (For example, see Patent Document 1).
  • a through hole is formed in the crystal sealing plate, penetrating the outer surface side and the sealing surface side, and an inner wall electrode formed on the inner wall surface of the through hole, and a through hole penetrating the outer surface side and the sealing surface side.
  • a conductive path to the excitation electrode is realized by an electrode around the opening formed around the opening.
  • the electrode surrounding the opening not only serves as a conduction path, but also serves as a seal to maintain airtightness from the external environment by being closely bonded to the electrode formed on the crystal diaphragm.
  • the inner wall electrode of the through hole and the electrode surrounding the opening described above have a structure in which a surface main electrode layer made of Au is laminated on a base electrode layer made of Ti, for example.
  • a surface main electrode layer made of Au is laminated on a base electrode layer made of Ti, for example.
  • the through holes formed in the crystal sealing plate placed above the crystal diaphragm are exposed to the outside, there is a possibility that moisture may enter through the openings of the through holes, and the inner wall electrodes and the openings may enter the through holes.
  • the underlying electrode layer (Ti layer) of the surrounding electrode will corrode.
  • the present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric vibration device capable of suppressing the progress of corrosion of the electrode surrounding the opening of a through hole.
  • the present invention constitutes means for solving the above-mentioned problems as follows. That is, the present invention is a piezoelectric vibrating device in which a crystal vibrating plate on which excitation electrodes are formed is sandwiched between crystal sealing plates disposed above and below the plate, and the piezoelectric vibrating device is hermetically sealed by joining the sealing portions of the plate. , a through hole is formed in the crystal sealing plate passing through the outer surface side and the sealing surface side, and the through hole has an inner wall electrode formed on the inner wall surface and an opening on the outer surface side.
  • An electrode around the opening on the outer surface side formed around the opening on the sealing side and an electrode around the opening on the sealing side formed around the opening on the sealing side are provided, and the through hole is formed in the hollow penetrating part.
  • the opening area of the opening on the outer surface side of the through hole is larger than the opening area of the opening on the sealing surface side, and the width of the electrode surrounding the opening on the sealing surface side is It is characterized by being larger in the Z'-axis direction than the width of the electrode surrounding the opening on the outer surface side.
  • the width of the electrode surrounding the opening on the sealing surface side of the through hole is larger in the Z'-axis direction than the width of the electrode surrounding the opening on the outer surface side. Compared to the case where the width of the electrode around the opening on the sealing side is the same, corrosion of the electrode around the opening on the sealing side can be suppressed from progressing, and the airtightness of the internal space of the package can be ensured as much as possible. .
  • the width of the electrode around the opening on the outer surface side of the through hole is smaller than the width of the electrode around the opening on the sealing side, the width of the electrode around the opening on the outer surface side and the width of the electrode around the opening on the sealing side Compared to the case where the two are the same, the wiring design on the outer surface side of the crystal sealing plate is easier, and this can contribute to the miniaturization of the package.
  • the through hole It is necessary to increase the volume of the entire component including the hole and surrounding electrodes.
  • a size relationship is established in the opening area of the opening of the through hole, and the opening area of the opening on the sealing surface side is made smaller than the opening area of the opening on the outer surface side. An extra space is created around this through hole, making it easier to secure the width of the electrode around the opening on the sealing surface side.
  • the volume of the entire component including the through holes and surrounding electrodes is not unnecessarily expanded, resulting in a configuration that is advantageous for miniaturization.
  • the width of the electrode around the opening on the sealing surface side can be increased, so that the area of the sealing portion formed by the electrode around the opening on the sealing surface side does not become too small and can be stably secured. Thereby, the progress of corrosion can be suppressed compared to the case where the area of the sealing part cannot be ensured.
  • the through-holes are inclined along the Z' axis due to the anisotropy of the crystal, so it may not be possible to secure a sufficient width for the surrounding electrodes due to design misalignment. There is.
  • the electrode around the opening on the sealing surface side to be large in the Z' axis direction, it becomes easier to deal with these problems, contributing to the stability of airtightness and stability of conduction. can.
  • the width of the electrode surrounding the opening on the sealing surface side is larger in the X-axis direction than the width of the electrode surrounding the opening on the outer surface side.
  • the width of the electrode surrounding the opening on the sealing surface side of the through hole is larger than the width of the electrode surrounding the opening on the outer surface side not only in the Z' axis direction but also in the X axis direction.
  • the present invention also provides a piezoelectric vibrating device in which a crystal vibrating plate on which excitation electrodes are formed is sandwiched between crystal sealing plates disposed above and below the plate, and hermetically sealed by joining the sealing portions of the plate.
  • a through hole is formed in the crystal sealing plate passing through the outer surface side and the sealing surface side, and the through hole has an inner wall electrode formed on the inner wall surface and an opening on the outer surface side.
  • An electrode around the opening on the outer surface side formed around the opening on the sealing side, and an electrode around the opening on the sealing side side formed around the opening on the sealing side are provided, and the through hole is formed in the hollow penetrating part.
  • the opening area of the opening on the outer surface side of the through hole is larger than the opening area of the opening on the sealing surface side, and the width of the electrode surrounding the opening on the sealing surface side is It is characterized by being larger in the X-axis direction than the width of the electrode surrounding the opening on the outer surface side.
  • the width of the electrode surrounding the opening on the sealing surface side of the through hole is larger in the X-axis direction than the width of the electrode surrounding the opening on the outer surface side. Compared to the case where the widths of the electrodes around the opening on the sealing surface side are the same, corrosion of the electrode around the opening on the sealing surface side can be suppressed from progressing, and the airtightness of the internal space of the package can be ensured as much as possible.
  • the width of the electrode around the opening on the outer surface side of the through hole is smaller than the width of the electrode around the opening on the sealing side, the width of the electrode around the opening on the outer surface side and the width of the electrode around the opening on the sealing side Compared to the case where the two are the same, the wiring design on the outer surface side of the crystal sealing plate is easier, and this can contribute to the miniaturization of the package.
  • the through hole It is necessary to increase the volume of the entire component including the hole and surrounding electrodes.
  • a size relationship is established in the opening area of the opening of the through hole, and the opening area of the opening on the sealing surface side is made smaller than the opening area of the opening on the outer surface side. An extra space is created around this through hole, making it easier to secure the width of the electrode around the opening on the sealing surface side.
  • the volume of the entire component including the through holes and surrounding electrodes is not unnecessarily expanded, resulting in a configuration that is advantageous for miniaturization.
  • the width of the electrode around the opening on the sealing surface side can be increased, so that the area of the sealing portion formed by the electrode around the opening on the sealing surface side does not become too small and can be stably secured. Thereby, the progress of corrosion can be suppressed compared to the case where the area of the sealing part cannot be ensured.
  • the bonding is a diffusion bonding between Au and that the electrode around the opening on the sealing surface side includes a surface main electrode layer made of Au and a base electrode layer made of Ti.
  • the bonding is a diffusion bonding between Au and that the electrode around the opening on the sealing surface side includes a surface main electrode layer made of Au and a base electrode layer made of Ti.
  • the center of the opening on the outer surface side of the through hole overlaps the vicinity of the opening end on the sealing surface side of the opposing through hole, and the center of the opening on the sealing surface side of the through hole overlaps with the vicinity of the opening end on the sealing surface side of the opposing through hole.
  • a central opening having the smallest opening cross-sectional area is provided in the middle part of the through-hole in the thickness direction of the crystal sealing plate, and the center of the opening on the outer surface side of the through-hole is provided. It is characterized in that the center of the opening on the sealing surface side of the through hole is arranged to overlap with the central opening, and the center of the opening on the sealing surface side of the through hole is arranged to overlap with the central opening.
  • the outer peripheral end of the opening surrounding electrode on the sealing surface side is located outside the opening end on the outer surface side of the through hole.
  • the width of the electrode surrounding the opening on the side of the sealing surface of the through hole is larger than the width of the electrode surrounding the opening on the outer surface side. Compared to the case where the widths of the surrounding electrodes are the same, corrosion of the opening surrounding electrode on the sealing surface side can be suppressed from progressing, and the airtightness of the internal space of the package can be ensured as much as possible.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing each configuration of a crystal oscillator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the first main surface side of the first sealing member of the crystal oscillator.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the second main surface side of the first sealing member of the crystal oscillator.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the first main surface side of the crystal diaphragm of the crystal oscillator.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the second main surface side of the crystal diaphragm of the crystal oscillator.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the first main surface side of the second sealing member of the crystal oscillator.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the second main surface side of the second sealing member of the crystal oscillator. It is a figure which shows an example of the cross-sectional shape of the 4th through-hole formed in the 1st sealing member.
  • 9 is a sectional view taken along the line X1-X1 in FIG. 8.
  • FIG. 9 is a sectional view taken along the line X2-X2 in FIG. 8.
  • FIG. 7 is a schematic plan view of a first main surface side of a tuning fork type crystal diaphragm of a crystal oscillator according to another embodiment 1;
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram schematically showing each configuration of a crystal resonator according to another embodiment 2.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of the cross-sectional shape of a through hole formed in the second sealing member of the crystal resonator of FIG. 14.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of the cross-sectional shape of a through hole formed in the second sealing member of the crystal resonator of FIG. 14.
  • a crystal oscillation device to which the present invention is applied is a crystal oscillator.
  • the crystal oscillation device to which the present invention is applicable is not limited to a crystal oscillator, and the present invention may be applied to a crystal resonator.
  • the crystal oscillator 101 includes a crystal diaphragm 2, a first sealing member 3, a second sealing member 4, and an IC chip 5.
  • the crystal diaphragm 2 and the first sealing member 3 are bonded together, and the crystal diaphragm 2 and the second sealing member 4 are bonded to form a package 12 having a substantially rectangular parallelepiped sandwich structure.
  • an IC chip 5 is mounted on the main surface of the first sealing member 3 on the opposite side 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.
  • a first excitation electrode 221 is formed on a first main surface 211 that is one main surface
  • a second excitation electrode 222 is formed on a second main surface 212 that is the other main surface.
  • the first sealing member 3 and the second sealing member 4 are bonded to both main surfaces (first main surface 211, second main surface 212) of the crystal diaphragm 2, respectively.
  • An internal space of the package 12 is formed, and a vibrating section 22 (see FIGS. 4 and 5) including a first excitation electrode 221 and a 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 smaller and lower in height.
  • conduction between electrodes is achieved using through holes, which will be described later, without forming castellations.
  • castellations since they are formed on the outer surface of the package 12, there are problems in that the external dimensions of the package 12 tend to change and the mechanical strength tends to decrease.
  • castellations since they are exposed to the outside, there is a problem that there is a high possibility that the wire will break due to some kind of contact.
  • the electrodes are electrically connected through the through holes, such problems can be avoided.
  • each member of the crystal diaphragm 2, first sealing member 3, and second sealing member 4 in the crystal oscillator 101 will be explained using FIGS. 1 to 7. Note that each member that is not joined and is configured as a single unit will be explained here.
  • the crystal diaphragm 2 is a piezoelectric substrate made of crystal, and both principal surfaces (first principal surface 211, second principal surface 212) are flat and smooth surfaces (mirror-finished). It is formed as.
  • first principal surface 211, second principal surface 212) are flat and smooth surfaces (mirror-finished). It is formed as.
  • the crystal diaphragm 2 an AT-cut crystal plate that performs thickness shear vibration is used.
  • both main surfaces 211 and 212 of the crystal diaphragm 2 are XZ' planes.
  • the direction parallel to the transverse 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. direction.
  • AT cut is performed at an angle of 35° around the X-axis with respect to the Z-axis among the three crystal axes of artificial quartz: the electrical axis (X-axis), the mechanical axis (Y-axis), and the optical axis (Z-axis).
  • This is a processing method in which the material is cut out at an angle of 15'.
  • the X axis coincides with the crystal axis of the quartz crystal.
  • the Y' axis and the Z' axis coincide with axes inclined by 35° and 15' from the Y axis and Z axis of the crystal axis of the quartz crystal, respectively.
  • the Y'-axis direction and the Z'-axis direction correspond to the cutting direction when cutting out the AT-cut crystal plate.
  • a pair of excitation electrodes (a first excitation electrode 221 and a second excitation electrode 222) are formed on both main surfaces 211 and 212 of the crystal diaphragm 2.
  • the crystal diaphragm 2 holds a vibrating part 22 by connecting a vibrating part 22 formed into a substantially rectangular shape, an outer frame part 23 surrounding the outer periphery of the vibrating part 22, and the vibrating part 22 and the outer frame part 23. It has a holding part 24 that holds. That is, the crystal diaphragm 2 has a structure in which the vibrating part 22, the outer frame part 23, and the holding part 24 are integrally provided, and a penetrating part is formed between the outer frame part 23 and the vibrating part 22. ing.
  • the holding portion 24 is provided only at one location between the vibrating portion 22 and the outer frame portion 23. Further, the vibrating section 22 and the holding section 24 are formed thinner than the outer frame section 23. Due to the difference in thickness between the outer frame part 23 and the holding part 24, the natural frequencies of the piezoelectric vibrations of the outer frame part 23 and the holding part 24 are different. becomes difficult to resonate with. Note that the holding portion 24 is not limited to one location, and the holding portion 24 is formed at two locations between the vibrating portion 22 and the outer frame portion 23 (for example, on both sides in the ⁇ Z′ axis direction). may be provided.
  • the holding part 24 extends (projects) from only one corner of the vibrating part 22 located in the +X direction and the -Z' direction to the outer frame part 23 in the -Z' direction. In this way, the holding part 24 is provided at the corner of the outer peripheral end of the vibrating part 22, where the displacement of piezoelectric vibration is relatively small. Compared to the case where the holding part 24 is provided in the outer frame part 23, leakage of piezoelectric vibration to the outer frame part 23 through the holding part 24 can be suppressed, and the vibrating part 22 can be made to piezoelectrically vibrate more efficiently.
  • the stress acting on the vibrating part 22 can be reduced, and the frequency shift of piezoelectric vibration caused by such stress can be reduced, thereby stabilizing the piezoelectric vibration. can improve sex.
  • 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.
  • the first excitation electrode 221 and the second excitation electrode 222 are connected to lead wires (first lead wire 223 and second lead wire 224) for connecting these excitation electrodes to external electrode terminals.
  • the first lead wiring 223 is drawn out from the first excitation electrode 221 and connected to the connection bonding pattern 27 formed on the outer frame part 23 via the holding part 24 .
  • the second lead wiring 224 is drawn out from the second excitation electrode 222 and connected to the connection bonding pattern 28 formed on the outer frame part 23 via the holding part 24 . In this way, the first lead wiring 223 is formed on the first main surface 211 side of the holding part 24, and the second lead wiring 224 is formed on the second main surface 212 side of the holding part 24.
  • a vibration-side seal for joining the crystal diaphragm 2 to the first sealing member 3 and the second sealing member 4 is provided on both principal surfaces (first principal surface 211, second principal surface 212) of the crystal diaphragm 2.
  • a stop portion is provided respectively.
  • a vibration-side first bonding pattern 251 for bonding to the first sealing member 3 is formed.
  • a vibration-side second bonding pattern 252 for bonding to the second sealing member 4 is formed.
  • the first vibration-side bonding pattern 251 and the second vibration-side bonding pattern 252 are provided on the outer frame portion 23 and are formed in an annular shape when viewed from above.
  • 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.
  • five through holes are formed in the crystal diaphragm 2, passing through between the first main surface 211 and the second main surface 212.
  • the four first through holes 261 are provided in four corner (corner) regions of the outer frame portion 23, respectively.
  • the second through hole 262 is provided in the outer frame portion 23 on one side of the vibrating portion 22 in the Z′ axis direction ( ⁇ Z′ direction side in FIGS. 4 and 5).
  • Connection bonding patterns 253 are formed around the first through holes 261, respectively.
  • a connection bonding pattern 254 is formed on the first main surface 211 side
  • a connection bonding pattern 28 is formed on the second main surface 212 side.
  • first through-hole 261 and the second through-hole 262 through-hole electrodes are provided along the inner wall surfaces of the respective through-holes for electrically connecting the electrodes formed on the first main surface 211 and the second main surface 212. It is formed. Further, the center portions of each of the first through hole 261 and the second through hole 262 are hollow penetrating portions that penetrate between the first main surface 211 and the second main surface 212.
  • Patterns 253, 254, 27, and 28 can be formed by the same process. Specifically, these are a base film formed by physical vapor phase growth on both main surfaces 211 and 212 of the crystal diaphragm 2, and a laminated layer formed by physical vapor phase growth on the base film. It can be formed from a bonding film. Note that in this embodiment, Ti (or Cr) is used for the base film, and Au is used for the bonding film.
  • the first sealing member 3 is a rectangular parallelepiped substrate formed from a single crystal wafer, and the second main surface 312 (a crystal diaphragm 2) is formed as a flat and smooth surface (mirror finish).
  • the first main surface 311 (the surface on which the IC chip 5 is mounted) of the first sealing member 3 has six electrodes including a mounting pad on which the IC chip 5, which is an oscillation circuit element, is mounted.
  • a pattern 37 is formed.
  • the IC chip 5 is bonded to the electrode pattern 37 by FCB (Flip Chip Bonding) using metal bumps (for example, Au bumps) 38 (see FIG. 1).
  • the first sealing member 3 has six through holes connected to each of the six electrode patterns 37 and penetrating between the first main surface 311 and the second main surface 312. A hole is formed. Specifically, four third through holes 322 are provided in four corner (corner) regions of the first sealing member 3. The fourth and fifth through holes 323 and 324 are provided in the A2 direction and the A1 direction in FIGS. 2 and 3, respectively. Note that the A1 and A2 directions in FIGS. 2, 3, 6, and 7 correspond to the -Z' direction and +Z' direction in FIGS. 4 and 5, respectively, and The B1 and B2 directions correspond to the ⁇ X direction and +X direction in FIGS. 4 and 5, respectively.
  • through electrodes inner wall electrodes
  • the central portions of the third through hole 322 and the fourth and fifth through holes 323 and 324 are hollow penetrating portions that penetrate between the first main surface 311 and the second main surface 312.
  • a sealing-side first bonding pattern 321 is formed as a sealing-side first sealing portion for bonding to the crystal diaphragm 2 .
  • the sealing side first bonding pattern 321 is formed in an annular shape when viewed from above.
  • connection bonding patterns 34 are formed around the third through holes 322, respectively.
  • a connection bonding pattern 351 is formed around the fourth through hole 323
  • a connection bonding pattern 352 is formed around the fifth through hole 324 .
  • a connection bonding pattern 353 is formed on the opposite side (A1 direction side) of the first sealing member 3 in the long axis direction with respect to the connection bonding pattern 351. It is connected to the pattern 353 by the wiring pattern 33. Note that the connection bonding pattern 353 is not connected to the connection bonding pattern 352.
  • 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 include a base film formed by physical vapor phase growth on the second main surface 312 of the first sealing member 3, and a laminated layer formed by physical vapor phase growth on the base film. It can be formed from a bonding film made of Note that in this embodiment, Ti (or Cr) is used for the base film, and Au is used for the bonding film.
  • the second sealing member 4 is a rectangular parallelepiped substrate formed from a single crystal wafer, and the first main surface 411 (a crystal diaphragm 2) is formed as a flat and smooth surface (mirror finish).
  • a second sealing-side bonding pattern 421 is formed as a second sealing-side sealing portion for bonding to the crystal diaphragm 2 .
  • the sealing-side second bonding pattern 421 is formed in an annular shape when viewed from above.
  • the second main surface 412 (the outer main surface that does not face the crystal diaphragm 2) of the second sealing member 4, four external electrode terminals 43 that are electrically connected to the outside are provided.
  • the external electrode terminals 43 are located at four corners (corners) of the second sealing member 4, respectively.
  • the second sealing member 4 is formed with four through holes that penetrate between the first main surface 411 and the second main surface 412.
  • the four sixth through holes 44 are provided in four corner (corner) regions of the second sealing member 4 .
  • a through-hole electrode is formed along the inner wall surface of each through-hole for electrically connecting the electrodes formed on the first main surface 411 and the second main surface 412.
  • the center portion of each of the sixth through holes 44 becomes a hollow penetrating portion that penetrates between the first main surface 411 and the second main surface 412.
  • connection bonding patterns 45 are formed around the sixth through holes 44, respectively.
  • the sealing side second bonding pattern 421 and the connection bonding pattern 45 can be formed in the same process.
  • these include a base film formed by physical vapor phase growth on the first main surface 411 of the second sealing member 4, and a laminated layer formed by physical vapor phase growth on the base film. It can be formed from a bonding film made of Note that in this embodiment, Ti (or Cr) is used for the base film, and Au is used for the bonding film.
  • the crystal diaphragm 2 and the first sealing member 3 are connected to the vibration-side first bonding pattern 251 and The crystal diaphragm 2 and the second sealing member 4 are diffusion bonded with the sealing side first bonding pattern 321 superimposed, and the vibration side second bonding pattern 252 and the sealing side second bonding pattern 421 are overlapped.
  • the sandwich structure package 12 shown in FIG. 1 is manufactured by diffusion bonding in this state. Thereby, the internal space of the package 12, that is, the housing space for the vibrating section 22, is hermetically sealed.
  • connection bonding patterns are also overlapped and diffusion bonded. Then, in the crystal oscillator 101, electrical continuity between 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 bonding patterns to each other.
  • the first excitation electrode 221 is connected to the first lead wiring 223, the joint between the connection bonding pattern 27 and the connection bonding pattern 353, the wiring pattern 33, the connection bonding pattern 351, and the inside of the fourth through hole 323. It is connected to the IC chip 5 via the through electrode and the electrode pattern 37 in this order.
  • the second excitation electrode 222 includes the second lead wiring 224, the connection bonding pattern 28, the through electrode in the second through hole 262, the joint between the connection bonding pattern 254 and the connection bonding pattern 352, and the fifth through hole 324. It is connected to the IC chip 5 via the through electrode inside and the electrode pattern 37 in this order.
  • the IC chip 5 also includes an electrode pattern 37, a through electrode in the third through hole 322, a joint between the connection bonding pattern 34 and the connection bonding pattern 253, a through electrode in the first through hole 261, and a connection bond. It is connected to the external electrode terminal 43 via the joint between the pattern 253 and the connection bonding pattern 45 and the through electrode in the sixth through hole 44 in this order.
  • the first sealing member 3 and the crystal diaphragm 2 have a gap of 1.00 ⁇ m or less
  • the second sealing member 4 and the crystal diaphragm have a gap of 1.00 ⁇ m or less. It has a gap of 1.00 ⁇ m or less with the plate 2. That is, the thickness of the bonding material between the first sealing member 3 and the crystal diaphragm 2 is 1.00 ⁇ m or less, and the thickness of the bonding material between the second sealing member 4 and the crystal diaphragm 2 is 1.00 ⁇ m or less. , 1.00 ⁇ m or less (specifically, 0.15 ⁇ m to 1.00 ⁇ m in the Au--Au junction of this embodiment).
  • a conventional metal paste sealing material using Sn has a thickness of 5 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the crystal diaphragm 2 on which the first and second excitation electrodes 221 and 222 are formed is connected to the first and second sealing members ( Hermetic sealing is performed by sandwiching the crystal sealing plates (crystal sealing plates) 3 and 4 and joining their sealing parts.
  • the first sealing member 3 has fourth and fifth through holes (through holes) 323 and 324 that pass through the first main surface 311 side on the outer surface side and the second main surface 312 side on the sealing surface side. are formed in the fourth and fifth through holes 323 and 324, and a through electrode (inner wall electrode) formed on the inner wall surface and an outer surface side opening formed around the outer surface side opening.
  • the fourth and fifth through holes 323 and 324 have a hollow penetrating portion.
  • the opening area of the opening on the outer surface side of the fourth and fifth through holes 323 and 324 is formed larger than the opening area of the opening on the sealing surface side, and the width of the electrode surrounding the opening on the sealing surface side is The width is larger in the Z'-axis direction than the width of the electrode surrounding the opening on the outer surface side.
  • the first sealing member 3 as a crystal sealing plate is formed from an AT-cut crystal plate, and six through holes are formed by performing a wet etching process on the rectangular crystal plate. (See Figures 2 and 3).
  • wet etching is performed on both the first main surface 311 and the second main surface 312 of the first sealing member 3, due to the anisotropy of the crystal, a cross-sectional shape as shown in FIGS. 8 and 12 is formed.
  • a through hole is formed in the first sealing member 3. 8 shows a sectional view of the fourth through hole 323 taken along a plane parallel to the Y'Z' plane
  • FIG. 12 shows a sectional view of the fourth through hole 323 taken along a plane parallel to the XY' plane. It shows.
  • the fourth through hole 323 does not have a simple cylindrical shape, but is formed from both the first main surface 311 and the second main surface 312 of the first sealing member 3. This is the shape when the sealing member 3 is subjected to wet etching processing.
  • the fourth through hole 323 is inclined toward the inner space side of the package 12 (in FIG. 8, the -Z' direction side) as it goes downward (-Y' direction side). It has a shape.
  • the fourth through hole 323 has a shape extending substantially in the vertical direction.
  • the outer surface side opening surrounding electrode 37a formed around the opening 323a on the first main surface 311 side of the fourth through hole 323 is provided at one end of the electrode pattern 37 described above.
  • the sealing surface side opening surrounding electrode 323c formed around the opening 323b on the second main surface 312 side is connected to the above-mentioned connection bonding pattern 351 (see FIG. 3) and the first main surface 211 of the crystal diaphragm 2. It is formed by diffusion bonding (Au--Au bonding) with the connection bonding pattern 255 (see FIG. 4) formed in .
  • the sealing surface side opening surrounding electrode 323c has a structure including a surface main electrode layer made of Au and a base electrode layer made of Ti.
  • the opening area of the opening 323a on the first main surface 311 side of the fourth through hole 323 (the area of the part inward from the hatched part in FIG. 9) is the same as the opening area of the opening 323b on the second main surface 312 side. It is formed larger than the area (the area of the portion inside the hatched portion in FIG. 10).
  • the width W2 (FIG. 10) of the sealing surface side opening surrounding electrode 323c is larger in the Z'-axis direction than the width W1 (FIG. 9) of the outer surface side opening surrounding electrode 37a.
  • the width W2 (FIG. 10) of the sealing surface side opening surrounding electrode 323c is larger than the width W1 (FIG.
  • the width W2 (FIG. 10) of the opening surrounding electrode 323c on the sealing surface side is larger than the width W1 (FIG. 9) of the outer surface side opening surrounding electrode 37a (FIG. 9) over the entire circumference.
  • the width W2 of the sealing surface side opening surrounding electrode 323c of the fourth through hole 323 is larger than the width W1 of the outer surface side opening surrounding electrode 37a.
  • the width W1 of the electrode 37a and the width W2 of the opening surrounding electrode 323c on the sealing surface side are the same, corrosion of the base electrode layer (Ti layer) of the opening surrounding electrode 323c on the sealing surface side progresses and the package is packaged.
  • the airtightness of the internal space of the package 12 can be ensured as much as possible.
  • the width W1 of the outer surface side opening surrounding electrode 37a of the fourth through hole 323 is smaller than the width W2 of the sealing surface side opening surrounding electrode 323c
  • the width W1 of the outer surface side opening surrounding electrode 37a is smaller than the width W2 of the opening surrounding electrode 37a on the outer surface side.
  • the wiring design on the first main surface 311 of the first sealing member 3 is easier, which can contribute to miniaturization of the package 12.
  • the width W1 of the outer surface side opening surrounding electrode 37a and the width W2 of the sealing surface side opening surrounding electrode 323c are preferably 10 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • the width W1 of the outer surface side opening surrounding electrode 37a and the width W2 of the sealing surface side opening surrounding electrode 323c are less than 10 ⁇ m, the stability of sealing may deteriorate.
  • the width W1 of the outer surface side opening surrounding electrode 37a and the width W2 of the sealing surface side opening surrounding electrode 323c are larger than 30 ⁇ m, the first main surface 311 and the second main surface 312 of the first sealing member 3 This makes wiring design difficult, making it difficult to downsize the package 12.
  • the opening area of the opening 323a on the first main surface 311 side of the fourth through hole 323 is the same as the opening area of the opening 323b on the second main surface 312 side, the periphery of the opening on the sealing surface side
  • the volume of the entire component including the fourth through hole 323 and the surrounding electrodes is increased. There is a need.
  • the opening areas of the openings 323a and 323b of the fourth through hole 323 are set to have a size relationship, and the opening area of the opening 323b on the second main surface 312 side is set to the first main surface.
  • the opening area By making the opening area smaller than the opening area of the opening 323a on the surface 311 side, an extra space is created around the fourth through hole 323, making it easier to secure the width W2 of the opening surrounding electrode 323c on the sealing surface side. Can be done. Therefore, the volume of the entire component including the fourth through hole 323 and the surrounding electrodes is not unnecessarily expanded, resulting in a configuration that is advantageous for downsizing.
  • the width W2 of the sealing surface side opening surrounding electrode 323c can be increased, so that the area of the sealing portion by the sealing surface side opening surrounding electrode 323c can be stably secured without becoming too small. Thereby, the progress of corrosion can be suppressed compared to the case where the area of the sealing part cannot be ensured.
  • the fourth through hole 323 is inclined along the Z' axis due to the anisotropy of the crystal, so the width of the surrounding electrode may be changed due to design deviation. It may not be possible to secure enough.
  • the sealing surface side opening surrounding electrode 323c by forming the sealing surface side opening surrounding electrode 323c to be large in the Z′ axis direction, it becomes easier to deal with these problems, and the stability of airtightness and stability of conduction are improved. can contribute to sexuality.
  • the center C1 (FIG. 9) of the opening 323a on the first main surface 311 side of the fourth through hole 323 is located at the second main surface 312 of the fourth through hole 323 opposite to the center C1 (FIG. 9). It overlaps near the opening end of the side opening 323b.
  • the center C2 (FIG. 10) of the opening 323b on the second main surface 312 side of the fourth through hole 323 is the opening end of the opening 323a on the first main surface 311 side of the opposing fourth through hole 323 in plan view. They are superimposed nearby.
  • the center C1 (FIG. 9) of the opening 323a on the first main surface 311 side of the fourth through hole 323 is located at the second main surface 312 of the fourth through hole 323 opposite to the center C1 (FIG. 9). It overlaps near the opening end of the side opening 323b.
  • the center C2 (FIG. 10) of the opening 323b on the second main surface 312 side of the fourth through hole 323 is
  • the center position of the opening 323a on the first main surface 311 side of the fourth through hole 323 is the center position of the opening 323a in the X-axis direction, and the center position of the opening 323a in the Z'-axis direction. This is the position set by the center position of the
  • the vicinity of the opening end of the opening 323a is preferably within 10 ⁇ m from the opening end of the opening 323a.
  • the vicinity of the opening end of the opening 323b is preferably within 10 ⁇ m from the opening end of the opening 323b.
  • the fourth through hole 323 can be reliably formed in the first sealing member 3 by wet etching, and the volume of the fourth through hole 323 does not become unnecessarily large, so that the package 12 can be made smaller. can contribute to
  • a central opening 323d (FIG. 12) having the smallest opening cross-sectional area is provided in the middle part of the fourth through hole 323 in the thickness direction of the first sealing member 3.
  • a central opening 323d is provided approximately at the center of the first sealing member 3 in the thickness direction.
  • the center C1 (FIG. 9) of the opening 323a on the first main surface 311 side of the fourth through hole 323 overlaps the central opening 323d in plan view
  • the center C2 (FIG. 10) of the opening 323b overlaps the central opening 323d in plan view.
  • the fourth through hole 323 can be reliably formed in the first sealing member 3 by wet etching, and the volume of the fourth through hole 323 does not become unnecessarily large, so that the package 12 can be made smaller. can contribute to Furthermore, it is possible to suppress disconnection of the through electrode of the fourth through hole 323, the outer surface side opening surrounding electrode 37a, and the sealing surface side opening surrounding electrode 323c.
  • the outer peripheral end (in this case, the outer peripheral end on the -Z' direction side) of the opening surrounding electrode 323c on the sealing surface side of the fourth through hole 323 is connected to the opening 323a of the fourth through hole 323 on the first main surface 311 side. It is located outside the open end of the As a result, since there is no gap between the sealing objects, pressure is applied perpendicularly from the first main surface 311 to the surface of the opening surrounding electrode 323c on the sealing surface side, so that Au-Au bonding can be more reliably performed. This can stabilize the airtightness of the internal space of the package 12.
  • the size etc. of the fourth through hole 323 are set as follows from the viewpoint of stably forming the fourth through hole 323 in the first sealing member 3 by wet etching.
  • the thickness T1 of the first sealing member 3 is 40 ⁇ m
  • the length (opening diameter) of the opening 323a on the first main surface 311 side of the fourth through hole 323 in the Z' axis direction is
  • D1 is the length (opening diameter) of the opening 323b of the fourth through hole 323 on the second main surface 312 side in the Z' axis direction (opening diameter)
  • D1+D2 is 80 ⁇ m to 120 ⁇ m.
  • the inclination angle ⁇ 1 with respect to the vertical direction of the imaginary line L1 connecting the center C1 of the opening 323a on the first main surface 311 side of the fourth through hole 323 and the center C2 of the opening 323b on the second main surface 312 side is 10 degrees.
  • the angle is between 30° and 30°.
  • the length D3 in the direction is 55 ⁇ m to 75 ⁇ m.
  • the width W2 (FIG. 10) of the opening surrounding electrode 323c on the sealing surface side of the fourth through hole 323 is larger than the width W1 (FIG. 9) of the opening surrounding electrode 37a on the outer surface side over the entire circumference. However, it does not necessarily have to be large around the entire circumference. At least in the X-axis direction or the Z′-axis direction, the width W2 (FIG. 10) of the opening surrounding electrode 323c on the sealing surface side of the fourth through hole 323 is wider than the width W1 (FIG. 9) of the opening surrounding electrode 37a on the outer surface side. It's good if it's bigger.
  • an AT-cut crystal diaphragm that performs thickness-shear vibration is used as the crystal diaphragm, but other crystal diaphragms (for example, an SC-cut crystal diaphragm, a Z-cut crystal diaphragm (crystal Z plate)) etc.) may be used.
  • the present invention can be applied to a piezoelectric vibrating device including a tuning fork type crystal diaphragm made of a Z-cut crystal diaphragm as shown in FIG. 13.
  • the tuning fork type crystal diaphragm 6 shown in FIG. 13 includes a vibrating part 62 formed in a tuning fork shape, an outer frame part 63 surrounding the outer periphery of the vibrating part 62, and connecting the vibrating part 62 and the outer frame part 63. and a holding section 64 that holds the vibrating section 62.
  • the tuning fork type crystal diaphragm 6 has a structure in which a vibrating part 62, an outer frame part 63, and a holding part 64 are integrally provided, and a penetrating part 6a is formed between the outer frame part 63 and the vibrating part 62. has been done.
  • FIG. 13 shows the first main surface 611 side of the tuning fork type crystal diaphragm 6. Further, illustrations of the first and second excitation electrodes formed in the vibrating section 62, the lead wires connected to the first and second excitation electrodes, and the like are omitted.
  • the vibrating section 62 includes two legs 62a and 62b extending along the Y'-axis direction and a base 62c to which the ends of the legs 62a and 62b are connected.
  • the legs 62a, 62b extend in the -Y' direction from the end of the base 62c on the -Y' direction side.
  • Recesses 62d and 62e are formed in the first main surface 611 and second main surface of the legs 62a and 62b, respectively, and the cross-sectional shapes of the legs 62a and 62b are approximately H-shaped.
  • the holding portion 64 is provided only at one location between the vibrating portion 62 and the outer frame portion 63.
  • the holding portion 64 extends from the central portion of the base portion 62c in the X-axis direction to the outer frame portion 63 in the +Y′ direction at the end portion of the base portion 62c of the vibrating portion 62 in the +Y′ direction.
  • first sealing member 3 and the crystal diaphragm 2 and the second sealing member 4 and the crystal diaphragm 2 are bonded by metal-to-metal bonding such as Au-Au bonding.
  • first sealing member 3 and the crystal diaphragm 2 and the second sealing member 4 and the crystal diaphragm 2 may be bonded using a brazing material.
  • the present invention is applied to the fourth and fifth through holes 323 of the first sealing member 3, but the present invention is not limited to this.
  • the present invention may be applied to the third through hole 322.
  • the present invention may be applied to the sixth through hole 44 of the second sealing member 4.
  • the first sealing member 3 and the second sealing member 4 as crystal sealing plates are formed of AT-cut crystal plates, but the present invention is not limited to this.
  • the member 3 and the second sealing member 4 may be formed of other crystal plates (for example, an SC cut crystal plate, a Z cut crystal plate, etc.), or may be formed of glass.
  • the present invention is also applicable to a crystal resonator 102 (piezoelectric vibrating device) having a configuration in which a through hole is formed only in the second sealing member 4.
  • the crystal plate 2 is formed of an AT-cut crystal plate, but the first sealing member 3 and the second sealing member 4 as crystal sealing plates are formed of a Z-cut crystal plate. is formed by.
  • the crystal diaphragm 2 and the first sealing member 3 are bonded together, and the crystal diaphragm 2 and the second sealing member 4 are bonded to form a package having a sandwich structure having a substantially rectangular parallelepiped shape. Then, the vibrating part of the crystal diaphragm 2 is hermetically sealed in the internal space of the package.
  • the crystal diaphragm 2, the first sealing member 3, and the second sealing member 4 have similar configurations to the crystal diaphragm 2, the first sealing member 3, and the second sealing member 4 of the above embodiment. However, this embodiment differs from the above embodiment in that the through hole 46 is formed only in the second sealing member 4 (see FIGS. 2 to 7). In this embodiment, no through holes are formed in the crystal diaphragm 2 and the first sealing member 3, and through holes 46 are formed at the four corners (corners) of the second sealing member 4. .
  • the second sealing member 4 has a through hole 46 that passes through the second main surface 412 side on the outer surface side and the first main surface 411 side on the sealing surface side.
  • the through hole 46 includes a through electrode (not shown) formed on the inner wall surface, an outer surface side opening surrounding electrode 46c formed around the outer surface side opening 46a, and a sealing electrode.
  • a sealing surface-side opening surrounding electrode 46d formed around the surface-side opening 46b is provided, and the through hole 46 has a hollow penetrating portion.
  • the second sealing member 4 as a crystal sealing plate is formed from a Z-cut crystal plate, and the through holes 46 are formed by wet-etching the rectangular crystal plate. be done.
  • wet etching is performed on both the first main surface 411 and the second main surface 412 of the second sealing member 4, a through hole having a cross-sectional shape as shown in FIG. 15 is formed due to the anisotropy of the crystal. 46 is formed on the second sealing member 4.
  • FIG. 15 shows a cross-sectional view of the through hole 46 taken along a plane parallel to the XZ' plane. As shown in FIG. 15, the through hole 46 does not have a simple cylindrical shape, but is formed from both the first main surface 411 and the second main surface 412 of the second sealing member 4.
  • the shape is the same as when wet etching was performed.
  • the formation state of the through hole 46 formed when performing wet etching is different from that of the fourth through hole 323 ( (see Figure 8).
  • the opening area of the opening 46a on the outer surface side of the through hole 46 is formed larger than the opening area of the opening 46b on the sealing surface side, and the width W4 of the opening surrounding electrode 46d on the sealing surface side is It is larger in the X-axis direction than the width W3 of the outer surface side opening surrounding electrode 46c.
  • the present invention is applicable not only to piezoelectric vibrating devices with a three-layer structure as described above, but also to piezoelectric vibrating devices with a structure of four or more layers.

Landscapes

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Abstract

水晶発振器101において、第1、第2励振電極221,222が形成された水晶振動板2をその上下に配置された第1、第2封止部材3,4により挟み込んで、お互いの封止部を接合することで気密封止が行われている。第1封止部材3には、第1主面311側と第2主面312側とを貫通する第4貫通孔323が形成されており、第4貫通孔323の第1主面311側の開口部323aの開口面積が、第2主面312側の開口部323bの開口面積より大きく形成され、封止面側開口周囲電極323cの幅W2が、外表面側開口周囲電極37aの幅W1よりも、Z´軸方向において大きくなっている。

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、水晶発振器等)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、励振電極が形成された水晶振動板をその上下に配置された水晶封止板により挟み込んだ構成になっており、お互いの封止部を接合することでパッケージの内部(内部空間)の気密封止が行われている(例えば、特許文献1参照)。
特開2010-252051号公報
 上述のような圧電振動デバイスでは、水晶封止板に、外表面側と封止面側とを貫通するスルーホールが形成され、このスルーホールの内壁面に形成された内壁電極、およびスルーホールの開口部の周囲に形成された開口周囲電極によって、励振電極への導通経路を実現している。開口周囲電極は、導通経路としての役割だけでなく、水晶振動板に形成された電極と密着して接合されることで外部環境との気密を維持するためのシールの役割も果たしている。
 上述したスルーホールの内壁電極および開口周囲電極は、例えばTiからなる下地電極層の上層にAuからなる表面主電極層が積層された構成になっている。しかし、水晶振動板の上側に配置される水晶封止板に形成されたスルーホールは外部に露出しているため、スルーホールの開口部から水分等が浸入する可能性があり、内壁電極や開口周囲電極の下地電極層(Ti層)が腐食する可能性がある。そして、高温高湿環境下や、長年の経時後においては、内壁電極や開口周囲電極の下地電極層の腐食が進行し、内部空間まで到達すると、パッケージの内部空間の気密性を確保できなくなることが懸念される。
 本発明は上述したような実情を考慮してなされたもので、スルーホールの開口周囲電極の腐食の進行を抑制することが可能な圧電振動デバイスを提供することを目的とする。
 本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、励振電極が形成された水晶振動板をその上下に配置された水晶封止板により挟み込んで、お互いの封止部を接合することで気密封止した圧電振動デバイスであって、前記水晶封止板には、外表面側と封止面側とを貫通するスルーホールが形成されており、前記スルーホールには、内壁面に形成された内壁電極と、外表面側の開口部の周囲に形成された外表面側開口周囲電極と、封止面側の開口部の周囲に形成された封止面側開口周囲電極とが設けられ、且つ当該スルーホールは、中空の貫通部分を有しており、前記スルーホールの外表面側の開口部の開口面積が、前記封止面側の開口部の開口面積より大きく形成され、前記封止面側開口周囲電極の幅が、前記外表面側開口周囲電極の幅よりも、Z´軸方向において大きくなっていることを特徴とする。
 上記構成によれば、スルーホールの封止面側開口周囲電極の幅が、外表面側開口周囲電極の幅よりもZ´軸方向において大きくなっているので、外表面側開口周囲電極の幅と封止面側開口周囲電極の幅とが同じである場合に比べて、封止面側開口周囲電極の腐食が進行することを抑制でき、パッケージの内部空間の気密性をできるだけ確保することができる。また、スルーホールの外表面側開口周囲電極の幅が、封止面側開口周囲電極の幅よりも小さくなっているので、外表面側開口周囲電極の幅と封止面側開口周囲電極の幅とが同じである場合に比べて、水晶封止板の外表面側における配線設計が容易になり、パッケージの小型化に貢献できる。
 ここで、スルーホールの外表面側の開口部の開口面積と、封止面側の開口部の開口面積とが同じである場合、封止面側開口周囲電極の幅を確保しようとすると、スルーホールと周囲電極とを含めた全体の構成部材の体積を拡大させる必要がある。これに対して、上記構成によれば、スルーホールの開口部の開口面積に大小関係を設け、封止面側の開口部の開口面積を外表面側の開口部の開口面積よりも小さくすることで、このスルーホールの周囲には余裕スペースができて、封止面側開口周囲電極の幅を確保しやすくすることができる。したがって、不必要にスルーホールと周囲電極とを含めた全体の構成部材の体積を拡大させることがなく、小型化に有利な構成となる。その結果、封止面側開口周囲電極の幅を大きくできるため、封止面側開口周囲電極による封止部の面積も小さくなりすぎずに安定して面積を確保できるようになる。これにより、封止部の面積を確保できない場合に比べて腐食の進行も抑制できる。
 また、ATカット水晶振動板に対しウェットエッチング加工を行うと、水晶の異方性により、スルーホールがZ´軸に沿って傾斜するので、設計のずれ込みなどにより周囲電極の幅が十分確保できないことがある。これに対して、上記構成によれば、封止面側開口周囲電極をZ´軸方向に大きく形成することによって、これらの不具合に対応しやすくなり、気密の安定性や導通の安定性に貢献できる。
 上記構成において、前記封止面側開口周囲電極の幅が、前記外表面側開口周囲電極の幅よりも、X軸方向において大きくなっていることが好ましい。これにより、スルーホールの封止面側開口周囲電極の幅が、外表面側開口周囲電極の幅よりもZ´軸方向だけでなく、X軸方向においても大きくなっているので、外表面側開口周囲電極の幅と封止面側開口周囲電極の幅とが同じである場合に比べて、封止面側開口周囲電極の腐食が進行することを抑制でき、パッケージの内部空間の気密性をできるだけ確保することができる。
 また、本発明は、励振電極が形成された水晶振動板をその上下に配置された水晶封止板により挟み込んで、お互いの封止部を接合することで気密封止した圧電振動デバイスであって、前記水晶封止板には、外表面側と封止面側とを貫通するスルーホールが形成されており、前記スルーホールには、内壁面に形成された内壁電極と、外表面側の開口部の周囲に形成された外表面側開口周囲電極と、封止面側の開口部の周囲に形成された封止面側開口周囲電極とが設けられ、且つ当該スルーホールは、中空の貫通部分を有しており、前記スルーホールの外表面側の開口部の開口面積が、前記封止面側の開口部の開口面積より大きく形成され、前記封止面側開口周囲電極の幅が、前記外表面側開口周囲電極の幅よりも、X軸方向において大きくなっていることを特徴とする。
 上記構成によれば、スルーホールの封止面側開口周囲電極の幅が、外表面側開口周囲電極の幅よりもX軸方向において大きくなっているので、外表面側開口周囲電極の幅と封止面側開口周囲電極の幅とが同じである場合に比べて、封止面側開口周囲電極の腐食が進行することを抑制でき、パッケージの内部空間の気密性をできるだけ確保することができる。また、スルーホールの外表面側開口周囲電極の幅が、封止面側開口周囲電極の幅よりも小さくなっているので、外表面側開口周囲電極の幅と封止面側開口周囲電極の幅とが同じである場合に比べて、水晶封止板の外表面側における配線設計が容易になり、パッケージの小型化に貢献できる。
 ここで、スルーホールの外表面側の開口部の開口面積と、封止面側の開口部の開口面積とが同じである場合、封止面側開口周囲電極の幅を確保しようとすると、スルーホールと周囲電極とを含めた全体の構成部材の体積を拡大させる必要がある。これに対して、上記構成によれば、スルーホールの開口部の開口面積に大小関係を設け、封止面側の開口部の開口面積を外表面側の開口部の開口面積よりも小さくすることで、このスルーホールの周囲には余裕スペースができて、封止面側開口周囲電極の幅を確保しやすくすることができる。したがって、不必要にスルーホールと周囲電極とを含めた全体の構成部材の体積を拡大させることがなく、小型化に有利な構成となる。その結果、封止面側開口周囲電極の幅を大きくできるため、封止面側開口周囲電極による封止部の面積も小さくなりすぎずに安定して面積を確保できるようになる。これにより、封止部の面積を確保できない場合に比べて腐食の進行も抑制できる。
 上記構成において、前記接合は、Au同士の拡散接合であり、前記封止面側開口周囲電極は、Auからなる表面主電極層と、Tiからなる下地電極層とを含むことが好ましい。これにより、スルーホールの封止面側開口周囲電極の下地電極層の腐食が進行することを抑制でき、パッケージの内部空間の気密性をできるだけ確保することができる。また、Au同士の拡散接合(Au-Au接合)によって、水晶振動板と水晶封止板とのギャップを小さくすることができ、パッケージの低背化に貢献できる。さらに、接合の際に接合部材に起因するガス等が生じないため、パッケージの内部空間の気密を安定させることができ、水晶振動板の電気的特性に悪影響を及ぼしにくくなる。
 上記構成において、前記スルーホールの外表面側の開口部の中心が、対向する前記スルーホールの封止面側の開口端付近に重畳し、前記スルーホールの封止面側の開口部の中心が、対向する前記スルーホールの外表面側の開口端付近に重畳して配置されていることを特徴とする。これにより、ウェットエッチング加工によって水晶封止板にスルーホールを確実に形成することができ、しかも、スルーホールの体積が不必要に大きくならないため、パッケージの小型化に貢献できる。
 上記構成において、前記スルーホールの前記水晶封止板の厚み方向の中間部には、開口断面積が最も小さい中央開口部が設けられており、前記スルーホールの外表面側の開口部の中心が前記中央開口部に重畳し、前記スルーホールの封止面側の開口部の中心が前記中央開口部に重畳して配置されていることを特徴とする。これにより、ウェットエッチング加工によって水晶封止板にスルーホールを確実に形成することができ、しかも、スルーホールの体積が不必要に大きくならないため、パッケージの小型化に貢献できる。また、スルーホールの内壁電極、外表面側開口周囲電極、および封止面側開口周囲電極の断線等を抑制することが可能になる。
 上記構成において、前記封止面側開口周囲電極の外周端は、前記スルーホールの外表面側の開口端よりも外側に位置していることを特徴とする。これにより、封止物の間に隙間がないので、より確実にAu-Au接合を行うことができ、パッケージの内部空間の気密性を安定させることができる。
 本発明によれば、スルーホールの封止面側開口周囲電極の幅が、外表面側開口周囲電極の幅よりも大きくなっているので、外表面側開口周囲電極の幅と封止面側開口周囲電極の幅とが同じである場合に比べて、封止面側開口周囲電極の腐食が進行することを抑制でき、パッケージの内部空間の気密性をできるだけ確保することができる。
本発明の実施の形態にかかる水晶発振器の各構成を模式的に示す概略構成図である。 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。 第1封止部材に形成された第4貫通孔の断面形状の一例を示す図である。 図8のX1-X1線断面図である。 図8のX2-X2線断面図である。 第4貫通孔のサイズ等を説明するための図である。 第4貫通孔の他の断面形状を示す図である。 他の実施の形態1にかかる水晶発振器の音叉型水晶振動板の第1主面側の概略平面図である。 他の実施の形態2にかかる水晶振動子の各構成を模式的に示す概略構成図である。 図14の水晶振動子の第2封止部材に形成された貫通孔の断面形状の一例を示す図である。
 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。以下の実施の形態では、本発明を適用する水晶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。なお、本発明が適用可能な水晶振動デバイスは水晶発振器に限定されるものではなく、水晶振動子に本発明を適用してもよい。
 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。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の両主面(第1主面211、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、図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。キャスタレーションの場合、パッケージ12の外表面に形成されるため、パッケージ12の外形寸法が変化しやすく、機械的な強度が低下しやすいといった問題がある。また、キャスタレーションの場合、外部に露出しているため、何らかの接触により断線する可能性が高いといった問題がある。しかし、本実施の形態では、貫通孔により電極の導通を図っているので、そのような問題の発生を回避することができる。
 次に、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~図7を用いて説明する。なお、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、図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、図5に示す水晶振動板2では、水晶振動板2の両主面211,212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。なお、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の両主面211,212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おり、外枠部23と振動部22との間に貫通部が形成されている。
 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よりも薄肉に形成されている。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。なお、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(例えば、-Z´軸方向の両側)に設けられていてもよい。
 保持部24は、振動部22の+X方向かつ-Z´方向に位置する1つの角部のみから、-Z´方向に向けて外枠部23まで延びている(突出している)。このように、振動部22の外周端部のうち、圧電振動の変位が比較的小さい角部に保持部24が設けられているので、保持部24を角部以外の部分(辺の中央部)に設けた場合に比べて、保持部24を介して圧電振動が外枠部23に漏れることを抑制することができ、より効率的に振動部22を圧電振動させることができる。また、保持部24を2つ以上設けた場合に比べて、振動部22に作用する応力を低減することができ、そのような応力に起因する圧電振動の周波数シフトを低減して圧電振動の安定性を向上させることができる。
 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の両主面(第1主面211,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に接合するための振動側封止部がそれぞれ設けられている。第1主面211の振動側封止部としては、第1封止部材3に接合するための振動側第1接合パターン251が形成されている。また、第2主面212の振動側封止部としては、第2封止部材4に接合するための振動側第2接合パターン252が形成されている。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。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。
 また、水晶振動板2には、図4、図5に示すように、第1主面211と第2主面212との間を貫通する5つの貫通孔が形成されている。具体的には、4つの第1貫通孔261は、外枠部23の4隅(角部)の領域にそれぞれ設けられている。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、図5では、-Z´方向側)に設けられている。第1貫通孔261の周囲には、それぞれ接続用接合パターン253が形成されている。また、第2貫通孔262の周囲には、第1主面211側では接続用接合パターン254が、第2主面212側では接続用接合パターン28が形成されている。
 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とから形成することができる。なお、本実施の形態では、下地膜には、Ti(もしくはCr)が用いられ、接合膜にはAuが用いられている。
 第1封止部材3は、図2、図3に示すように、1枚の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。この第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、図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、図3のA2方向およびA1方向にそれぞれ設けられている。なお、図2、図3、図6、図7のA1およびA2方向は、図4、図5の-Z´方向および+Z´方向にそれぞれ一致し、図2、図3、図6、図7のB1およびB2方向は、図4、図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(内壁電極)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、水晶振動板2に接合するための封止側第1封止部としての封止側第1接合パターン321が形成されている。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いる。
 また、第1封止部材3の第2主面312では、第3貫通孔322の周囲には、それぞれ接続用接合パターン34が形成されている。第4貫通孔323の周囲には接続用接合パターン351が、第5貫通孔324の周囲には接続用接合パターン352が形成されている。さらに、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(A1方向側)には接続用接合パターン353が形成されており、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。なお、接続用接合パターン353は、接続用接合パターン352とは接続されていない。
 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とから形成することができる。なお、本実施の形態では、下地膜には、Ti(もしくはCr)が用いられ、接合膜にはAuが用いられている。
 第2封止部材4は、図6、図7に示すように、1枚の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。この第2封止部材4の第1主面411には、水晶振動板2に接合するための封止側第2封止部としての封止側第2接合パターン421が形成されている。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、図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。また、第2封止部材4の第1主面411では、第6貫通孔44の周囲には、それぞれ接続用接合パターン45が形成されている。
 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とから形成することができる。なお、本実施の形態では、下地膜には、Ti(もしくはCr)が用いられ、接合膜にはAuが用いられている。
 上記構成の水晶振動板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。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、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。
 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との接合部、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との接合部、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との接合部、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との接合部、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。
 そして、上述のようにして製造されたサンドイッチ構造のパッケージ12では、第1封止部材3と水晶振動板2とは、1.00μm以下のギャップを有し、第2封止部材4と水晶振動板2とは、1.00μm以下のギャップを有する。つまり、第1封止部材3と水晶振動板2との間の接合材の厚みが、1.00μm以下であり、第2封止部材4と水晶振動板2との間の接合材の厚みが、1.00μm以下(具体的には、本実施の形態のAu-Au接合では0.15μm~1.00μm)である。なお、比較として、Snを用いた従来の金属ペースト封止材では、5μm~20μmとなる。
 本実施の形態では、上述したように、水晶発振器101において、第1、第2励振電極221,222が形成された水晶振動板2をその上下に配置された第1、第2封止部材(水晶封止板)3,4により挟み込んで、お互いの封止部を接合することで気密封止が行われている。第1封止部材3には、外表面側の第1主面311側と、封止面側の第2主面312側とを貫通する第4,第5貫通孔(スルーホール)323,324が形成されており、第4,第5貫通孔323,324には、内壁面に形成された貫通電極(内壁電極)と、外表面側の開口部の周囲に形成された外表面側開口周囲電極と、封止面側の開口部の周囲に形成された封止面側開口周囲電極とが設けられ、且つ当該第4,第5貫通孔323,324は、中空の貫通部分を有している。そして、第4,第5貫通孔323,324の外表面側の開口部の開口面積が、封止面側の開口部の開口面積より大きく形成され、封止面側開口周囲電極の幅が、外表面側開口周囲電極の幅よりも、Z´軸方向において大きくなっている。この点について、図8~図12を参照して説明する。なお、ここでは、図8~図12に示す第4貫通孔323の構成について説明するが、第5貫通孔324も同様の構成になっている。なお、図11では、第4貫通孔323の断面形状のみを示し、他の部材の図示を省略している。また、図12では、第4貫通孔323の周囲に形成される電極等の図示を省略している。
 ここで、水晶封止板としての第1封止部材3はATカット水晶板から形成されており、矩形状の水晶板に対し、ウェットエッチング加工を行うことによって、6つの貫通孔が形成される(図2、図3参照)。第1封止部材3の第1主面311および第2主面312の両主面に対し、ウェットエッチング加工を行うと、水晶の異方性により図8、図12に示すような断面形状の貫通孔が第1封止部材3に形成される。図8では、第4貫通孔323のY´Z´平面に平行な平面で切断した断面図を示し、図12では、第4貫通孔323のXY´平面に平行な平面で切断した断面図を示している。図8、図12に示すように、第4貫通孔323は、単純な円柱形状ではなく、第1封止部材3の第1主面311および第2主面312の両主面から、第1封止部材3に対するウェットエッチング加工が行われたときの形状になっている。図8に示す断面形状では、第4貫通孔323は、下方(-Y´方向側)に向かうほど、パッケージ12の内部空間側(図8では、-Z´方向側)に向かうように傾斜した形状になっている。一方、図12に示す断面形状では、第4貫通孔323は、略鉛直方向に沿った形状になっている。
 本実施の形態では、第4貫通孔323の第1主面311側の開口部323aの周囲に形成された外表面側開口周囲電極37aは、上述した電極パターン37の一端部に設けられている。第2主面312側の開口部323bの周囲に形成された封止面側開口周囲電極323cは、上述した接続用接合パターン351(図3参照)と、水晶振動板2の第1主面211に形成された接続用接合パターン255(図4参照)とが拡散接合(Au-Au接合)することによって形成される。封止面側開口周囲電極323cは、Auからなる表面主電極層と、Tiからなる下地電極層とを含む構成になっている。
 そして、第4貫通孔323の第1主面311側の開口部323aの開口面積(図9のハッチング部分よりも内方の部分の面積)が、第2主面312側の開口部323bの開口面積(図10のハッチング部分よりも内方の部分の面積)より大きく形成されている。封止面側開口周囲電極323cの幅W2(図10)が、外表面側開口周囲電極37aの幅W1(図9)よりも、Z´軸方向において大きくなっている。また、封止面側開口周囲電極323cの幅W2(図10)が、外表面側開口周囲電極37aの幅W1(図9)よりも、X軸方向においても大きくなっている。本実施の形態では、封止面側開口周囲電極323cの幅W2(図10)が、外表面側開口周囲電極37aの幅W1(図9)よりも、全周において大きくなっている。
 本実施の形態によれば、第4貫通孔323の封止面側開口周囲電極323cの幅W2が、外表面側開口周囲電極37aの幅W1よりも大きくなっているので、外表面側開口周囲電極37aの幅W1と封止面側開口周囲電極323cの幅W2とが同じである場合に比べて、封止面側開口周囲電極323cの下地電極層(Ti層)の腐食が進行してパッケージ12の内部空間に到達することを抑制でき、パッケージ12の内部空間の気密性をできるだけ確保することができる。また、第4貫通孔323の外表面側開口周囲電極37aの幅W1が、封止面側開口周囲電極323cの幅W2よりも小さくなっているので、外表面側開口周囲電極37aの幅W1と封止面側開口周囲電極323cの幅W2とが同じである場合に比べて、第1封止部材3の第1主面311における配線設計が容易になり、パッケージ12の小型化に貢献できる。
 ここで、外表面側開口周囲電極37aの幅W1および封止面側開口周囲電極323cの幅W2は、10μm~30μmであることが好ましい。外表面側開口周囲電極37aの幅W1および封止面側開口周囲電極323cの幅W2が、10μm未満の場合、封止の安定性が悪化する可能性がある。一方、外表面側開口周囲電極37aの幅W1および封止面側開口周囲電極323cの幅W2が、30μmよりも大きい場合、第1封止部材3の第1主面311および第2主面312における配線設計が困難になり、パッケージ12の小型化が困難になる。
 ここで、第4貫通孔323の第1主面311側の開口部323aの開口面積と、第2主面312側の開口部323bの開口面積とが同じである場合、封止面側開口周囲電極323cの幅W2を確保しようとすると、第4貫通孔323と周囲電極(外表面側開口周囲電極37aおよび封止面側開口周囲電極323c)とを含めた全体の構成部材の体積を拡大させる必要がある。これに対して、本実施の形態によれば、第4貫通孔323の開口部323a,323bの開口面積に大小関係を設け、第2主面312側の開口部323bの開口面積を第1主面311側の開口部323aの開口面積よりも小さくすることによって、この第4貫通孔323の周囲には余裕スペースができて、封止面側開口周囲電極323cの幅W2を確保しやすくすることができる。したがって、不必要に第4貫通孔323と周囲電極とを含めた全体の構成部材の体積を拡大させることがなく、小型化に有利な構成となる。その結果、封止面側開口周囲電極323cの幅W2を大きくできるため、封止面側開口周囲電極323cによる封止部の面積も小さくなりすぎずに安定して面積を確保できるようになる。これにより、封止部の面積を確保できない場合に比べて腐食の進行も抑制できる。
 また、ATカット水晶振動板に対し、ウェットエッチング加工を行うと、水晶の異方性により、Z´軸に沿って第4貫通孔323が傾斜するので、設計のずれ込みなどにより周囲電極の幅が十分確保できないことがある。これに対して、本実施の形態によれば、封止面側開口周囲電極323cをZ´軸方向に大きく形成することによって、これらの不具合に対応しやすくなり、気密の安定性や導通の安定性に貢献できる。
 また、本実施の形態では、第4貫通孔323の第1主面311側の開口部323aの中心C1(図9)が、平面視で、対向する第4貫通孔323の第2主面312側の開口部323bの開口端付近に重畳している。第4貫通孔323の第2主面312側の開口部323bの中心C2(図10)が、平面視で、対向する第4貫通孔323の第1主面311側の開口部323aの開口端付近に重畳している。第4貫通孔323の第1主面311側の開口部323aの中心C1(図9)は、開口部323aのX軸方向の長さの中央位置、および開口部323aのZ´軸方向の長さの中央位置によって設定される位置である。開口部323aの開口端付近とは、開口部323aの開口端から10μm以内であることが好ましい。開口部323bの開口端付近とは、開口部323bの開口端から10μm以内であることが好ましい。これにより、ウェットエッチング加工によって第1封止部材3に第4貫通孔323を確実に形成することができ、しかも、第4貫通孔323の体積が不必要に大きくならないため、パッケージ12の小型化に貢献できる。
 また、第4貫通孔323の第1封止部材3の厚み方向の中間部には、開口断面積が最も小さい中央開口部323d(図12)が設けられている。本実施の形態では、第1封止部材3の厚み方向の略中央に中央開口部323dが設けられている。第4貫通孔323の第1主面311側の開口部323aの中心C1(図9)が、平面視で中央開口部323dに重畳しており、第4貫通孔323の第2主面312側の開口部323bの中心C2(図10)が、平面視で中央開口部323dに重畳している。これにより、ウェットエッチング加工によって第1封止部材3に第4貫通孔323を確実に形成することができ、しかも、第4貫通孔323の体積が不必要に大きくならないため、パッケージ12の小型化に貢献できる。また、第4貫通孔323の貫通電極、外表面側開口周囲電極37a、および封止面側開口周囲電極323cの断線等を抑制することが可能になる。
 さらに、第4貫通孔323の封止面側開口周囲電極323cの外周端(この場合、-Z´方向側の外周端)は、第4貫通孔323の第1主面311側の開口部323aの開口端よりも外側に位置している。これにより、封止物の間に隙間がないので、第1主面311から封止面側開口周囲電極323cの面まで加圧時の圧力が垂直に加わるため、より確実にAu-Au接合を行うことができ、パッケージ12の内部空間の気密性を安定させることができる。
 ここで、第4貫通孔323のサイズ等は、ウェットエッチング加工によって第1封止部材3に第4貫通孔323を安定して形成する観点から、次のように設定されている。図11に示すように、第1封止部材3の厚みT1が40μmのとき、第4貫通孔323の第1主面311側の開口部323aのZ´軸方向の長さ(開口径)をD1とし、第4貫通孔323の第2主面312側の開口部323bのZ´軸方向の長さ(開口径)をD2とすると、D1+D2が80μm~120μmであることが好ましい。第4貫通孔323の第1主面311側の開口部323aの中心C1と、第2主面312側の開口部323bの中心C2とを結ぶ仮想線L1の鉛直方向に対する傾斜角度α1が10°~30°であることが好ましい。第4貫通孔323の第1主面311側の開口部323aの+Z´方向側の開口端から、第2主面312側の開口部323bの-Z´方向側の開口端までのZ´軸方向の長さD3が55μm~75μmであることが好ましい。
 本発明は、その精神や主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
 上記実施の形態では、第4貫通孔323の封止面側開口周囲電極323cの幅W2(図10)が、外表面側開口周囲電極37aの幅W1(図9)よりも、全周において大きくなっていたが、必ずしも全周において大きくなっていなくてもよい。少なくともX軸方向あるいはZ´軸方向において、第4貫通孔323の封止面側開口周囲電極323cの幅W2(図10)が、外表面側開口周囲電極37aの幅W1(図9)よりも大きくなっていればよい。
 上記実施の形態では、水晶振動板として、厚みすべり振動を行うATカット水晶振動板を用いたが、それ以外の水晶振動板(例えばSCカット水晶振動板、Zカット水晶振動板(水晶Z板)等)を用いてもよい。例えば、図13に示すようなZカット水晶振動板からなる音叉型水晶振動板を備えた圧電振動デバイスに対しても、本発明を適用可能である。
 図13に示す音叉型水晶振動板6は、音叉形状に形成された振動部62と、この振動部62の外周を取り囲む外枠部63と、振動部62と外枠部63とを連結することで振動部62を保持する保持部64とを備えた構成になっている。音叉型水晶振動板6は、振動部62、外枠部63および保持部64が一体的に設けられた構成となっており、外枠部63と振動部62との間に貫通部6aが形成されている。なお、図13では、音叉型水晶振動板6の第1主面611側を示している。また、振動部62に形成される第1、第2励振電極や、第1、第2励振電極に接続される引出配線等の図示を省略している。
 振動部62は、Y´軸方向に沿って延びる2本の脚部62a,62bと、脚部62a,62bの端部が接続される基部62cとを備えた構成になっている。脚部62a,62bは、基部62cの-Y´方向側の端部から、-Y´方向に向けて延びている。脚部62a,62bの第1主面611および第2主面には、それぞれ凹部62d,62eが形成されており、脚部62a,62bの断面形状が略H字状に形成されている。保持部64は、振動部62と外枠部63との間の1箇所のみに設けられている。保持部64は、振動部62の基部62cの+Y´方向の端部において、基部62cのX軸方向の中央部から、+Y´方向に向けて外枠部63まで延びている。
 上記実施の形態では、例えばAu-Au接合のような金属間接合によって、第1封止部材3と水晶振動板2の接合、および第2封止部材4と水晶振動板2の接合を行ったが、ろう材を用いて、第1封止部材3と水晶振動板2の接合、および第2封止部材4と水晶振動板2の接合を行ってもよい。
 上記実施の形態では、第1封止部材3の第4、第5貫通孔323に本発明を適用した場合について説明したが、これに限らず、第1封止部材3の4隅に設けられた第3貫通孔322に対して本発明を適用してもよい。また、第2封止部材4の第6貫通孔44に対して本発明を適用してもよい。また、上記実施の形態では、水晶封止板としての第1封止部材3および第2封止部材4をATカット水晶板によって形成したが、これに限定されるものではなく、第1封止部材3および第2封止部材4を、それ以外の水晶振動板(例えばSCカット水晶板、Zカット水晶板等)によって形成してもよいし、あるいは、ガラスによって形成してもよい。
 例えば図14、図15に示すように、第2封止部材4のみに貫通孔が形成されている構成の水晶振動子102(圧電振動デバイス)に対しても本発明を適用可能である。この水晶振動子102では、水晶振動板2は、ATカット水晶振動板によって形成されているが、水晶封止板としての第1封止部材3および第2封止部材4は、Zカット水晶板によって形成されている。
 水晶振動子102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が構成され、水晶振動板2の振動部がパッケージの内部空間に気密封止される。水晶振動板2、第1封止部材3および第2封止部材4は、上記実施の形態の水晶振動板2、第1封止部材3および第2封止部材4と類似した構成になっているが(図2~図7参照)、貫通孔46が第2封止部材4のみに形成されている点で、上記実施の形態とは異なっている。本実施の形態では、水晶振動板2および第1封止部材3には貫通孔は形成されておらず、第2封止部材4の4隅(角部)に貫通孔46が形成されている。
 詳細には、図15に示すように、第2封止部材4には、外表面側の第2主面412側と、封止面側の第1主面411側とを貫通する貫通孔46が形成されており、貫通孔46には、内壁面に形成された貫通電極(図示省略)と、外表面側の開口部46aの周囲に形成された外表面側開口周囲電極46cと、封止面側の開口部46bの周囲に形成された封止面側開口周囲電極46dとが設けられ、且つ当該貫通孔46は、中空の貫通部分を有している。
 本実施の形態では、水晶封止板としての第2封止部材4はZカット水晶板から形成されており、矩形状の水晶板に対し、ウェットエッチング加工を行うことによって、貫通孔46が形成される。第2封止部材4の第1主面411および第2主面412の両主面に対し、ウェットエッチング加工を行うと、水晶の異方性により、図15に示すような断面形状の貫通孔46が第2封止部材4に形成される。図15では、貫通孔46のXZ´平面に平行な平面で切断した断面図を示している。図15に示すように、貫通孔46は、単純な円柱形状ではなく、第2封止部材4の第1主面411および第2主面412の両主面から、第2封止部材4に対するウェットエッチング加工が行われたときの形状になっている。Zカット水晶板の場合、ATカット水晶板とは水晶の結晶方位が異なっているため、ウェットエッチングした際に形成される貫通孔46の形成状態が、上記実施の形態の第4貫通孔323(図8参照)とは異なっている。具体的には、貫通孔46の外表面側の開口部46aの開口面積が、封止面側の開口部46bの開口面積より大きく形成され、封止面側開口周囲電極46dの幅W4が、外表面側開口周囲電極46cの幅W3よりも、X軸方向において大きくなっている。なお、上述したような3層構造の圧電振動デバイスに限らず、4層以上の構造の圧電振動デバイスに対しても本発明を適用可能である。
 この出願は、2022年7月29日に日本で出願された特願2022-121680に基づく優先権を請求する。これに言及することにより、その全ての内容は本出願に組み込まれるものである。
 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)
 3  第1封止部材(水晶封止板)
 37a  外表面側開口周囲電極
 221  第1励振電極
 222  第2励振電極
 311  第1主面
 312  第2主面
 323  第4貫通孔(スルーホール)
 323a  第1主面側の開口部
 323b  第2主面側の開口部
 323c  封止面側開口周囲電極
 W1  外表面側開口周囲電極の幅
 W2  封止面側開口周囲電極の幅

Claims (7)

  1.  励振電極が形成された水晶振動板をその上下に配置された水晶封止板により挟み込んで、お互いの封止部を接合することで気密封止した圧電振動デバイスであって、
     前記水晶封止板には、外表面側と封止面側とを貫通するスルーホールが形成されており、
     前記スルーホールには、内壁面に形成された内壁電極と、外表面側の開口部の周囲に形成された外表面側開口周囲電極と、封止面側の開口部の周囲に形成された封止面側開口周囲電極とが設けられ、且つ当該スルーホールは、中空の貫通部分を有しており、
     前記スルーホールの外表面側の開口部の開口面積が、前記封止面側の開口部の開口面積より大きく形成され、
     前記封止面側開口周囲電極の幅が、前記外表面側開口周囲電極の幅よりも、Z´軸方向において大きくなってい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において、
     前記封止面側開口周囲電極の幅が、前記外表面側開口周囲電極の幅よりも、X軸方向において大きくなっていることを特徴とする圧電振動デバイス。
  3.  励振電極が形成された水晶振動板をその上下に配置された水晶封止板により挟み込んで、お互いの封止部を接合することで気密封止した圧電振動デバイスであって、
     前記水晶封止板には、外表面側と封止面側とを貫通するスルーホールが形成されており、
     前記スルーホールには、内壁面に形成された内壁電極と、外表面側の開口部の周囲に形成された外表面側開口周囲電極と、封止面側の開口部の周囲に形成された封止面側開口周囲電極とが設けられ、且つ当該スルーホールは、中空の貫通部分を有しており、
     前記スルーホールの外表面側の開口部の開口面積が、前記封止面側の開口部の開口面積より大きく形成され、
     前記封止面側開口周囲電極の幅が、前記外表面側開口周囲電極の幅よりも、X軸方向において大きくなっていることを特徴とする圧電振動デバイス。
  4.  請求項1~3のいずれか1つに記載の圧電振動デバイスにおいて、
     前記接合は、Au同士の拡散接合であり、
     前記封止面側開口周囲電極は、Auからなる表面主電極層と、Tiからなる下地電極層とを含むことを特徴とする圧電振動デバイス。
  5.  請求項1~3のいずれか1つに記載の圧電振動デバイスにおいて、
     前記スルーホールの外表面側の開口部の中心が、対向する前記スルーホールの封止面側の開口端付近に重畳し、
     前記スルーホールの封止面側の開口部の中心が、対向する前記スルーホールの外表面側の開口端付近に重畳して配置されていることを特徴とする圧電振動デバイス。
  6.  請求項1~3のいずれか1つに記載の圧電振動デバイスにおいて、
     前記スルーホールの前記水晶封止板の厚み方向の中間部には、開口断面積が最も小さい中央開口部が設けられており、
     前記スルーホールの外表面側の開口部の中心が前記中央開口部に重畳し、前記スルーホールの封止面側の開口部の中心が前記中央開口部に重畳して配置されていることを特徴とする圧電振動デバイス。
  7.  請求項1~3のいずれか1つに記載の圧電振動デバイスにおいて、
     前記封止面側開口周囲電極の外周端は、前記スルーホールの外表面側の開口端よりも外側に位置していることを特徴とする圧電振動デバイス。
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