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技術 圧電振動デバイス

出願人 株式会社大真空
発明者 飯塚実古城琢也
出願日 2015年3月25日 (5年6ヶ月経過) 出願番号 2015-062499
公開日 2016年10月13日 (4年0ヶ月経過) 公開番号 2016-181880
状態 特許登録済
技術分野 圧電・機械振動子,遅延・フィルタ回路
主要キーワード 平面視凹形 貫通形状 外部要素 PVD膜 拡散接合後 本パッケージ 質量負荷 接合パターン
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年10月13日)のものです。
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図面 (8)

課題

サンドイッチ構造圧電振動デバイスにおいて、圧電振動板からパッケージ漏れ振動に起因するパッケージの共振を抑制する。

解決手段

水晶振動子101には、水晶振動板2と、水晶振動板2の第1励振電極221を覆う第1封止部材3と、水晶振動板2の第2励振電極222を覆う第2封止部材4とが設けられている。第1封止部材3と水晶振動板2とが接合され、且つ第2封止部材4と水晶振動板2とが接合されることによってパッケージ12が形成され、当該パッケージ12には、第1励振電極221と第2励振電極222とを含む水晶振動板2の振動部23を気密封止した内部空間13が設けられており、第1封止部材3の他主面312には、パッケージ12の固有振動数を調整する溝39が設けられている。

概要

背景

近年、各種電子機器動作周波数高周波化や、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、ガラス水晶からなる第1封止部材及び第2封止部材と、水晶からなり両主面に励振電極が形成された水晶振動板とから構成され、第1封止部材と第2封止部材とが水晶振動板を介して積層して接合され、パッケージの内部(内部空間)に配された水晶振動板の励振電極が気密封止されている(例えば、特許文献1)。以下、このような圧電振動デバイスの積層形態サンドイッチ構造という。

概要

サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおいて、圧電振動板からパッケージへ漏れ振動に起因するパッケージの共振を抑制する。水晶振動子101には、水晶振動板2と、水晶振動板2の第1励振電極221を覆う第1封止部材3と、水晶振動板2の第2励振電極222を覆う第2封止部材4とが設けられている。第1封止部材3と水晶振動板2とが接合され、且つ第2封止部材4と水晶振動板2とが接合されることによってパッケージ12が形成され、当該パッケージ12には、第1励振電極221と第2励振電極222とを含む水晶振動板2の振動部23を気密封止した内部空間13が設けられており、第1封止部材3の他主面312には、パッケージ12の固有振動数を調整する溝39が設けられている。

目的

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、サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおいて、圧電振動板からパッケージへ漏れる振動に起因するパッケージの共振を抑制することを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

基板の一主面に第1励振電極が形成され、前記基板の他主面に前記第1励振電極と対になる第2励振電極が形成された圧電振動板と、前記圧電振動板の前記第1励振電極を覆う第1封止部材と、前記圧電振動板の前記第2励振電極を覆う第2封止部材と、が設けられ、前記第1封止部材と前記圧電振動板とが接合され、且つ前記第2封止部材と前記圧電振動板とが接合されることによってパッケージが形成され、当該パッケージには、前記第1励振電極と前記第2励振電極とを含む前記圧電振動板の振動部を気密封止した内部空間が設けられた圧電振動デバイスにおいて、前記パッケージには、当該パッケージの固有振動数を調整する調整部が設けられていることを特徴とする圧電振動デバイス。

請求項2

請求項1に記載の圧電振動デバイスにおいて、前記圧電振動板は、略矩形に形成された前記振動部と、前記振動部の外周を取り囲む外枠部と、前記振動部と前記外枠部とを連結する連結部とを有しており、前記振動部と前記連結部と前記外枠部とが一体的に設けられていることを特徴とする圧電振動デバイス。

請求項3

請求項1または2に記載の圧電振動デバイスにおいて、前記調整部は、前記第1封止部材の前記内部空間に面する部分に設けられていることを特徴とする圧電振動デバイス。

請求項4

請求項3に記載の圧電振動デバイスにおいて、前記調整部は、前記第2封止部材の前記内部空間に面する部分にも設けられていることを特徴とする圧電振動デバイス。

請求項5

請求項1〜4のいずれか1つに記載の圧電振動デバイスにおいて、前記調整部は、溝であることを特徴とする圧電振動デバイス。

技術分野

0001

本発明は、圧電振動デバイスに関する。

背景技術

0002

近年、各種電子機器動作周波数高周波化や、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。

0003

この種の圧電振動デバイスでは、その筐体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、ガラス水晶からなる第1封止部材及び第2封止部材と、水晶からなり両主面に励振電極が形成された水晶振動板とから構成され、第1封止部材と第2封止部材とが水晶振動板を介して積層して接合され、パッケージの内部(内部空間)に配された水晶振動板の励振電極が気密封止されている(例えば、特許文献1)。以下、このような圧電振動デバイスの積層形態サンドイッチ構造という。

先行技術

0004

特開2010−252051号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、導電性接着剤を用いて圧電振動板をパッケージの保持部材に保持する構成では、導電性接着剤によって圧電振動板から保持部材へ漏れ振動が吸収されるため、圧電振動板の振動がパッケージへ漏れにくくなっている。しかし、上述したようなサンドイッチ構造の圧電振動デバイスでは、導電性接着剤を用いずに、第1封止部材と圧電振動板と第2封止部材とが積層して接合されるため、圧電振動板の振動がパッケージへ漏れやすくなっている。このため、圧電振動板からパッケージへ漏れる振動に起因して、パッケージが共振することが懸念される。

0006

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、サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおいて、圧電振動板からパッケージへ漏れる振動に起因するパッケージの共振を抑制することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

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、基板の一主面に第1励振電極が形成され、前記基板の他主面に前記第1励振電極と対になる第2励振電極が形成された圧電振動板と、前記圧電振動板の前記第1励振電極を覆う第1封止部材と、前記圧電振動板の前記第2励振電極を覆う第2封止部材と、が設けられ、前記第1封止部材と前記圧電振動板とが接合され、且つ前記第2封止部材と前記圧電振動板とが接合されることによってパッケージが形成され、当該パッケージには、前記第1励振電極と前記第2励振電極とを含む前記圧電振動板の振動部を気密封止した内部空間が設けられた圧電振動デバイスにおいて、前記パッケージには、当該パッケージの固有振動数を調整する調整部が設けられていることを特徴としている。

0008

上記構成によれば、パッケージの固有振動数を調整部によって調整することで、パッケージの固有振動数と、圧電振動板の振動部からパッケージへ漏れる振動の振動数とを容易に異ならせることできる。これにより、圧電振動板の振動部からパッケージへ漏れる振動に起因するパッケージの共振を抑制することができる。

0009

上記構成において、前記圧電振動板は、略矩形に形成された前記振動部と、前記振動部の外周を取り囲む外枠部と、前記振動部と前記外枠部とを連結する連結部とを有しており、前記振動部と前記連結部と前記外枠部とが一体的に設けられていてもよい。

0010

ここで、導電性接着剤を用いて圧電振動板をパッケージの保持部材(ベース等)に保持する構成では、導電性接着剤によって圧電振動板から保持部材へ漏れる振動が吸収されるため、パッケージへ漏れる振動の影響は比較的小さい。しかし、本構成のように、導電性接着剤を用いずに、連結部によって振動部を保持する構成の圧電振動板を用いた場合、圧電振動板の振動部と連結部と外枠部とが一体的に設けられているため、連結部を介して圧電振動板の振動部から外枠部へ振動が漏れやすくなっている。そこで、本構成では、パッケージの固有振動数を調整部によって調整することで、パッケージの固有振動数と、圧電振動板の振動部からパッケージへ漏れる振動の振動数とを異ならせることによって、圧電振動板の振動部から連結部を介して外枠部へ漏れる振動に起因するパッケージの共振を抑制するようにしている。

0011

上記構成において、前記調整部は、前記第1封止部材の前記内部空間に面する部分に設けられていてもよい。また、前記調整部は、前記第2封止部材の前記内部空間に面する部分にも設けられていてもよい。

0012

ここで、調整部が第1封止部材や第2封止部材の内部空間に面しない部分(第1封止部材の一主面側や第2封止部材の他主面側)に設けられている場合には、次の点が懸念される。パッケージが外部と接触することによって、調整部の形状、寸法等が変化する可能性があり、これに伴うパッケージの固有振動数の調整が必要になる。また、第1封止部材の一主面側や、第2封止部材の他主面には、外部要素回路基板搭載部品等)との接続のための配線が設けられており、調整部の存在によって、配線の自由度が制約され、配線の面積縮小される可能性がある。

0013

これに対し、本構成では、第1、第2封止部材の内部空間に面する部分に調整部が設けられているので、パッケージによって調整部が保護される。これにより、パッケージ12が外部と接触することによる、調整部の形状、寸法等の変化が防止され、調整部の形状、寸法等の変化に伴うパッケージの固有振動数の調整が不要になる。また、第1封止部材の一主面や第2封止部材の他主面において、外部要素との接続のための配線の自由度を高めることができ、配線に必要な面積を容易に確保することができる。

0014

上記構成において、前記調整部は、溝であってもよい。

0015

上記構成によれば、溝の数や、形状、寸法等を調整することによって、パッケージの固有振動数の調整を容易に行うことができ、圧電振動板の振動部からパッケージへ漏れる振動に起因するパッケージの共振を効果的に抑制することができる。

発明の効果

0016

本発明によれば、パッケージの固有振動数を調整部によって調整することで、パッケージの固有振動数と、圧電振動板の振動部からパッケージへ漏れる振動の振動数とを容易に異ならせることできる。これにより、圧電振動板の振動部からパッケージへ漏れる振動に起因するパッケージの共振を抑制することができる。

図面の簡単な説明

0017

図1は、本実施の形態にかかる水晶振動子の各構成を示した概略構成図である。
図2は、本実施の形態にかかる水晶振動子の第1封止部材の概略平面図である。
図3は、本実施の形態にかかる水晶振動子の第1封止部材の概略裏面図である。
図4は、本実施の形態にかかる水晶振動子の水晶振動板の概略平面図である。
図5は、本実施の形態にかかる水晶振動子の水晶振動板の概略裏面図である。
図6は、本実施の形態にかかる水晶振動子の第2封止部材の概略平面図である。
図7は、本実施の形態にかかる水晶振動子の第2封止部材の概略裏面図である。

実施例

0018

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では、圧電振動を行う圧電振動デバイスとして水晶振動子に本発明を適用した場合について説明する。

0019

本実施の形態にかかる水晶振動子101では、図1に示すように、水晶振動板2(本発明でいう圧電振動板)と、水晶振動板2の第1励振電極221(図4参照)を覆い、水晶振動板2の一主面211に形成された第1励振電極221を気密封止する第1封止部材3と、この水晶振動板2の他主面212に、水晶振動板2の第2励振電極222(図5参照)を覆い、第1励振電極221と対になって形成された第2励振電極222を気密封止する第2封止部材4が設けられている。この水晶振動子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とが接合されてサンドイッチ構造のパッケージ12が構成される。

0020

そして、水晶振動板2を介して第1封止部材3と第2封止部材4とが接合されることで、パッケージ12の内部空間13が形成され、このパッケージ12の内部空間13に、水晶振動板2の両主面211,212に形成された第1励振電極221及び第2励振電極222を含む振動部23が気密封止されている。本実施の形態にかかる水晶振動子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、本パッケージ12では、キャスタレーションを形成せずに、貫通孔(第1〜第9貫通孔)を用いて電極導通を図っている。

0021

次に、上記した水晶振動子101の各構成について図1〜7を用いて説明する。なお、ここでは、水晶振動板2と第1封止部材3と第2封止部材4が接合されていない夫々単体として構成されている各部材について説明を行う。

0022

水晶振動板2は、図4,5に示すように、圧電材料である水晶からなり、その両主面(一主面211,他主面212)が平坦平滑面(鏡面加工)として成形されている。

0023

また、水晶振動板2の両主面211,212(一主面211,他主面212)に一対の(対となる)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。そして、両主面211,212には、一対の第1励振電極221,第2励振電極222を囲うように2つの切り欠き部24(貫通形状)が形成されて振動部23が構成されている。切り欠き部24は、平面視凹形状体241(1つの平面視長方形の両端から2つの長方形夫々が、長方形の長手方向に対して直角方向に延出して成形された3つの平面視長方形からなる平面視体)と、平面視長方形状体242とからなる。このように、本実施の形態では、水晶振動板2は、略矩形に形成された振動部23と、振動部23の外周を取り囲む外枠部214と、振動部23と外枠部214とを連結する連結部213とを有しており、振動部23と連結部213と外枠部214とが一体的に設けられた構成となっている。

0024

そして、平面視凹形状体241と平面視長方形状体242との間に設けられた連結部213に、第1励振電極221及び第2励振電極222を外部電極端子(一外部電極端子431,他外部電極端子432)に引き出すための引出電極(第1引出電極223,第2引出電極224)が設けられている。第1励振電極221及び第1引出電極223は、一主面211上に物理的気相成長させて形成された下地PVD膜と、この下地PVD膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極PVD膜とからなる。第2励振電極222及び第2引出電極224は、他主面212上に物理的気相成長させて形成された下地PVD膜と、この下地PVD膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極PVD膜とからなる。

0025

外枠部214の両主面211,212には、振動部23を囲むように第1封止部材3と第2封止部材4とを接合するための振動側封止部25が夫々設けられている。水晶振動板2の一主面211の振動側封止部25に、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、水晶振動板2の他主面212の振動側封止部25に、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及び振動側第2接合パターン252は、平面視で環状に形成されている。内部空間13は、平面視で振動側第1接合パターン251及び振動側第2接合パターン252の内方(内側)に形成されることになる。ここでいう内部空間13の内方とは、後述する接合材11上を含まずに厳密に接合材11の内周面の内側のことをいう。水晶振動板2の一対の第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及び振動側第2接合パターン252とは電気的に接続されていない。

0026

振動側第1接合パターン251は、一主面211上に物理的気相成長させて形成された下地PVD膜2511と、下地PVD膜2511上に物理的気相成長させて積層形成された電極PVD膜2512とからなる。振動側第2接合パターン252は、他主面212上に物理的気相成長させて形成された下地PVD膜2521と、下地PVD膜2521上に物理的気相成長させて積層形成された電極PVD膜2522とからなる。つまり、振動側第1接合パターン251と振動側第2接合パターン252とは、同一構成からなり、複数の層が両主面211,212の振動側封止部25上に積層して構成され、その最下層側からTi層(もしくはCr層)とAu層とが蒸着形成されている。このように、振動側第1接合パターン251と振動側第2接合パターン252とでは、下地PVD膜2511,2521が単一の材料(Ti(もしくはCr))からなり、電極PVD膜2512,2522が単一の材料(Au)からなり、下地PVD膜2511,2521よりも電極PVD膜2512,2522の方が厚い。また、水晶振動板2の一主面211に形成された第1励振電極221と振動側第1接合パターン251とは同一厚みを有し、第1励振電極221と振動側第1接合パターン251との表面(主面)が同一金属からなり、水晶振動板2の他主面212に形成された第2励振電極222と振動側第2接合パターン252とは同一厚みを有し、第2励振電極222と振動側第2接合パターン252との表面(主面)が同一金属からなる。また、振動側第1接合パターン251と振動側第2接合パターン252は、非Snパターンである。

0027

ここで、第1励振電極221、第1引出電極223及び振動側第1接合パターン251を同一の構成とすることができ、この場合、同一のプロセスで第1励振電極221、第1引出電極223及び振動側第1接合パターン251を一括して形成することができる。同様に、第2励振電極222、第2引出電極224及び振動側第2接合パターン252を同一の構成とすることができ、この場合、同一のプロセスで第2励振電極222、第2引出電極224及び振動側第2接合パターン252を一括して形成することができる。詳細には、真空蒸着スパッタリングイオンプレーティング、MBE、レーザーアブレーションなどのPVD法(例えば、フォトリソグラフィ等の加工におけるパターンニング用の膜形成法)により下地PVD膜や電極PVD膜を形成することで、一括して膜形成を行い、製造工数を減らすことができ、コスト低減に寄与することができる。

0028

また、水晶振動板2には、図4,5に示すように、一主面211と他主面212との間を貫通する3つの貫通孔(第1〜第3貫通孔267〜269)が形成されている。第1貫通孔267は、第1封止部材3の第4貫通孔347及び第2封止部材4の第8貫通孔447に繋がるものである。第2貫通孔268は、第1封止部材3の第6貫通孔349及び第2封止部材4の第9貫通孔448に繋がるものである。第3貫通孔269は、第2励振電極222から引き出された第2引出電極224、及び、後述する接合材14を介して第1封止部材3の第7貫通孔350に繋がるものである。第1貫通孔267及び第2貫通孔268は、水晶振動板2の平面視長手方向両端部に夫々位置する。

0029

第1〜第3貫通孔267〜269には、図1,4,5に示すように、一主面211と他主面212とに形成された電極の導通を図るための貫通電極71が、第1〜第3貫通孔267〜269夫々の内壁面に沿って形成されている。そして、第1〜第3貫通孔267〜269夫々の中央部分は、一主面211と他主面212との間を貫通した中空状態の貫通部分72となる。第1〜第3貫通孔267〜269夫々の外周囲には、接続用接合パターン73が形成されている。接続用接合パターン73は、水晶振動板2の両主面(一主面211,他主面212)に設けられている。接続用接合パターン73は、振動側第1接合パターン251,振動側第2接合パターン252と同様の構成であり、振動側第1接合パターン251,振動側第2接合パターン252と同一のプロセスで形成することができる。具体的には、接続用接合パターン73は、水晶振動板2の両主面(一主面211,他主面212)上に物理的気相成長させて形成された下地PVD膜と、当該下地PVD膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極PVD膜とからなる。水晶振動板2の一主面211に形成された第3貫通孔269の接続用接合パターン73は、図4の矢印A1方向に沿って延びており、振動側第1接合パターン251と切り欠き部24との間に設けられている。水晶振動板2の他主面212に形成された第3貫通孔269の接続用接合パターン73は、第2励振電極222から引き出された第2引出電極224と一体的に形成されている。

0030

水晶振動子101では、第1貫通孔267,第2貫通孔268は、平面視で内部空間13の外方(接合材11の外周面の外側)に形成されている。一方、第3貫通孔269は、平面視で内部空間13の内方(接合材11の内周面の内側)に形成されている。第1〜第3貫通孔267〜269は、振動側第1接合パターン251及び振動側第2接合パターン252とは電気的に接続されていない。

0031

第1封止部材3には、曲げ剛性断面二次モーメント×ヤング率)が1000[N・mm2]以下の材料が用いられている。具体的には、第1封止部材3は、図2,3に示すように、1枚のガラスウエハ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の他主面312(水晶振動板2に接合する面)は平坦平滑面(鏡面加工)として成形されている。

0032

この第1封止部材3の他主面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32が設けられている。第1封止部材3の封止側第1封止部32に、水晶振動板2に接合するための封止側第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。封止側第1接合パターン321は、第1封止部材3の封止側第1封止部32上の全ての位置において同一幅とされる。

0033

この封止側第1接合パターン321は、第1封止部材3上に物理的気相成長させて形成された下地PVD膜3211と、下地PVD膜3211上に物理的気相成長させて積層形成された電極PVD膜3212とからなる。なお、本実施の形態では、下地PVD膜3211には、Ti(もしくはCr)が用いられ、電極PVD膜3212にはAuが用いられている。また、封止側第1接合パターン321は、非Snパターンである。具体的には、封止側第1接合パターン321は、複数の層が他主面312の封止側第1封止部32上に積層して構成され、その最下層側からTi層(もしくはCr層)とAu層とが蒸着形成されている。

0034

第1封止部材3の一主面311(水晶振動板2に面しない外方の主面)には、第1端子37及び第2端子38が設けられている。第1端子37は、第4貫通孔347と第5貫通孔348とを繋ぐように設けられ、第2端子38は、第6貫通孔349と第7貫通孔350とを繋ぐように設けられている。第1端子37及び第2端子38は、一主面311上に物理的気相成長させて形成された下地PVD膜3711,3811と、下地PVD膜3711,3811上に物理的気相成長させて積層形成された電極PVD膜3712,3812とからなる。本実施の形態では、第1端子37及び第2端子38は第1封止部材3の一主面311の平面視長手方向両端部に夫々位置する。

0035

第1封止部材3の他主面312には、図1、3に示すように、直線状に延びる溝39が4つ形成されている。4つの溝39は、所定の間隔を隔てて互いに平行に設けられている。4つの溝39は、第1封止部材3の短辺方向に平行に延びている。4つの溝39は、第1封止部材3の内部空間13に面する部分に設けられている。溝39は、好ましくは、ウェットエッチングあるいはドライエッチングによって、第1封止部材3の他主面312に形成される。なお、レーザー加工等の手段によって、第1封止部材3の他主面312に溝39を形成することも可能である。

0036

第1封止部材3には、図1〜3に示すように、一主面311と他主面312との間を貫通する4つの貫通孔(第4〜第7貫通孔347〜350)が形成されている。第4貫通孔347は、第1端子37及び水晶振動板2の第1貫通孔267に繋がるものである。第5貫通孔348は、第1端子37及び水晶振動板2の第1励振電極221から引き出された第1引出電極223に繋がるものである。第6貫通孔349は、第2端子38及び水晶振動板2の第2貫通孔268に繋がるものである。第7貫通孔350は、第2端子38及び水晶振動板2の第3貫通孔269に繋がるものである。第4貫通孔347及び第6貫通孔349は、第1封止部材3の平面視長手方向両端部に夫々位置する。

0037

第4〜第7貫通孔347〜350には、図1〜3に示すように、一主面311と他主面312とに形成された電極の導通を図るための貫通電極71が、第4〜第7貫通孔347〜350夫々の内壁面に沿って形成されている。そして、第4〜第7貫通孔347〜350夫々の中央部分は、一主面311と他主面312との間を貫通した中空状態の貫通部分72となる。第4〜第7貫通孔347〜350夫々の外周囲には、接続用接合パターン73が形成されている。接続用接合パターン73は、第1封止部材3の他主面312に設けられている。接続用接合パターン73は、封止側第1接合パターン321と同様の構成であり、封止側第1接合パターン321と同一のプロセスで形成することができる。具体的には、接続用接合パターン73は、第1封止部材3の他主面312上に物理的気相成長させて形成された下地PVD膜と、当該下地PVD膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極PVD膜とからなる。第7貫通孔350の接続用接合パターン73は、図3の矢印A1方向に沿って延びている。

0038

水晶振動子101では、第4貫通孔347,第6貫通孔349は、平面視で内部空間13の外方に形成されている。一方、第5貫通孔348,第7貫通孔350は、平面視で内部空間13の内方に形成されている。そして、第4〜第7貫通孔347〜350は、封止側第1接合パターン321とは電気的に接続されていない。また、第1端子37及び第2端子38も、封止側第1接合パターン321とは電気的に接続されていない。第1端子37及び第2端子38は、平面視で接合材11の内方側から外方側にわたって設けられている。つまり、第1端子37及び第2端子38は、平面視で接合材11を跨ぐ(接合材11と交差する)ように設けられている。

0039

第2封止部材4には、曲げ剛性(断面二次モーメント×ヤング率)が1000[N・mm2]以下の材料が用いられている。具体的には、第2封止部材4は、図6に示すように、1枚のガラス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の一主面411(水晶振動板2に接合する面)は平坦平滑面(鏡面加工)として成形されている。

0040

この第2封止部材4の一主面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42が設けられている。封止側第2封止部42には、水晶振動板2に接合するための封止側第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。封止側第2接合パターン421は、第2封止部材4の封止側第2封止部42上の全ての位置において同一幅とされる。

0041

この封止側第2接合パターン421は、第2封止部材4上に物理的気相成長させて形成された下地PVD膜4211と、下地PVD膜4211上に物理的気相成長させて積層形成された電極PVD膜4212とからなる。なお、本実施の形態では、下地PVD膜4211には、Ti(もしくはCr)が用いられ、電極PVD膜4212にはAuが用いられている。また、封止側第2接合パターン421は、非Snパターンである。具体的には、封止側第2接合パターン421は、複数の層が他主面412の封止側第2封止部42上に積層して構成され、その最下層側からTi層(もしくはCr層)とAu層とが蒸着形成されている。

0042

また、第2封止部材4の他主面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一対の外部電極端子(一外部電極端子431,他外部電極端子432)が設けられている。一外部電極端子431,他外部電極端子432は、図1,7に示すように第2封止部材4の他主面412の平面視長手方向両端に夫々位置する。これら一対の外部電極端子(一外部電極端子431,他外部電極端子432)は、他主面412上に物理的気相成長させて形成された下地PVD膜4311,4321と、下地PVD膜4311,4321上に物理的気相成長させて積層形成された電極PVD膜4312,4322とからなる。一外部電極端子431及び他外部電極端子432は、第2封止部材4の他主面412のうち1/3以上の領域を夫々占めている。

0043

第2封止部材4には、図1,6,7に示すように、一主面411と他主面412との間を貫通する2つの貫通孔(第8貫通孔447,第9貫通孔448)が形成されている。第8貫通孔447は、一外部電極端子431及び水晶振動板2の第1貫通孔267に繋がるものである。第9貫通孔448は、他外部電極端子432及び水晶振動板2の第2貫通孔268に繋がるものである。第8貫通孔447及び第9貫通孔448は、第2封止部材4の平面視長手方向両端部に夫々位置する。

0044

第8貫通孔447,第9貫通孔448には、図1,6,7に示すように、一主面411と他主面412とに形成された電極の導通を図るための貫通電極71が、第8貫通孔447,第9貫通孔448の内壁面夫々に沿って形成されている。そして、第8貫通孔447,第9貫通孔448の中央部分は、一主面411と他主面412との間を貫通した中空状態の貫通部分72となる。第8貫通孔447,第9貫通孔448夫々の外周囲には、接続用接合パターン73が形成されている。また、一主面411には、平面視で封止側第2接合パターン421の内方に、水晶振動板2の第3貫通孔269の外周囲に設けられた接続用接合パターン73と接合する接続用接合パターン73が形成されている。接続用接合パターン73は、第2封止部材4の一主面411に設けられている。接続用接合パターン73は、封止側第2接合パターン421と同様の構成であり、封止側第2接合パターン421と同一のプロセスで形成することができる。具体的には、接続用接合パターン73は、第2封止部材4の一主面411上に物理的気相成長させて形成された下地PVD膜と、当該下地PVD膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極PVD膜とからなる。

0045

水晶振動子101では、第8貫通孔447,第9貫通孔448は、平面視で内部空間13の外方に形成されている。そして、第8貫通孔447,第9貫通孔448は、封止側第2接合パターン421とは電気的に接続されていない。また、一外部電極端子431,他外部電極端子432も、封止側第2接合パターン421とは電気的に接続されていない。

0046

上記の構成からなる水晶振動子101では、従来の技術のように別途接着剤等の接合専用材を用いずに、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及び封止側第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及び封止側第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13、つまり、振動部23の収容空間が気密封止される。なお、振動側第1接合パターン251及び封止側第1接合パターン321自身が拡散接合後に生成される接合材11となり、振動側第2接合パターン252及び封止側第2接合パターン421自身が拡散接合後に生成される接合材11となる。接合材11は、平面視で環状に形成される。

0047

この際、第1〜第9貫通孔267〜269,347〜350,447,448夫々の外周囲の接続用接合パターン73同士も重ね合わせられた状態で拡散接合される。具体的には、第1貫通孔267及び第4貫通孔347の接続用接合パターン73同士が拡散接合される。第1貫通孔267及び第8貫通孔447の接続用接合パターン73同士が拡散接合される。また、第2貫通孔268及び第6貫通孔349の接続用接合パターン73同士が拡散接合される。第2貫通孔268及び第9貫通孔448の接続用接合パターン73同士が拡散接合される。また、第3貫通孔269及び第7貫通孔350の接続用接合パターン73同士が拡散接合される。第3貫通孔269の接続用接合パターン73は、第2封止部材4の一主面411に設けられた接続用接合パターン73と重ね合わせられた状態で拡散接合される。そして、夫々の接続用接合パターン73同士が拡散接合後に生成される接合材14となる。第5貫通孔348の接続用接合パターン73は、水晶振動板2の第1励振電極221から引き出された第1引出電極223と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73及び第1引出電極223自身が拡散接合後に生成される接合材14となる。拡散接合によって形成されたこれらの接合材14は、貫通孔の貫通電極71同士を導通させる役割、及び接合箇所を気密封止する役割を果たす。なお、図1では、平面視で封止用の接合材11よりも外方に設けられた接合材14を実線で示し、接合材11よりも内方に設けられた接合材14を破線で示している。

0048

本実施の形態では、拡散接合を常温で行っている。ここでいう常温は、5℃〜35℃のことをいう。この常温拡散接合により下記する効果(ガスの発生抑制と接合良好)を有するが、これは共晶半田融点である183℃よりも低い値であって好適な例である。しかしながら、常温拡散接合だけが下記する効果を有するものではなく、常温以上230℃未満の温度下で拡散接合されていればよい。特に、200℃以上230℃未満の温度下において拡散接合することで、Pbフリー半田の融点である230℃未満であり、さらにAuの再結晶温度(200℃)以上となるので、接合部分の不安定領域を安定化できる。また本実施の形態ではAu−Snといった接合専用材を使用していないため、メッキガス、バインダーガス金属ガス等のガスの発生がない。よってAuの再結晶温度以上にすることができる。

0049

そして、拡散接合によって製造されたパッケージ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11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11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。

0050

また、封止側第1接合パターン321と振動側第1接合パターン251とが拡散接合された接合パターンの厚みは、封止側第2接合パターン421と振動側第2接合パターン252とが拡散接合された接合パターンの厚みと同じで、外部と電気的に接続した外部電極端子(一外部電極端子431,他外部電極端子432)の厚みと異なる。

0051

本実施の形態では、第1封止部材3の他主面312に溝39が設けられている。溝39は、水晶振動子101において、パッケージ12の固有振動数を調整する調整部となっている。溝39の数や、形状、寸法等を調整することによって、パッケージ12の固有振動数を容易に調整することが可能となっている。

0052

したがって、パッケージ12の固有振動数を溝39によって調整することで、パッケージ12の固有振動数と、水晶振動板2の振動部23からパッケージ12へ漏れる振動の振動数とを容易に異ならせることできる。これにより、水晶振動板2の振動部23からパッケージ12へ漏れる振動に起因するパッケージ12の共振を抑制することができる。

0053

ここで、本実施の形態では、導電性接着剤を用いずに、第1封止部材3と水晶振動板2と第2封止部材4とが積層して接合されるため、導電性接着剤を用いる場合に比べて、水晶振動板2の振動部23の振動がパッケージ12へ漏れやすくなっている。このため、水晶振動板2の振動部23からパッケージ12へ漏れる振動に起因して、パッケージ12が共振することが懸念される。しかし、本実施の形態では、パッケージ12の固有振動数を調整部としての溝39によって調整することで、パッケージ12の固有振動数と、水晶振動板2の振動部23からパッケージ12へ漏れる振動の振動数とを異ならせることによって、水晶振動板2の振動部23から連結部213を介して外枠部214へ漏れる振動に起因するパッケージの共振を抑制するようにしている。

0054

ここで、第1封止部材3の内部空間13に面しない部分、具体的には、第1封止部材3の一主面311側に溝が設けられている場合には、次の点が懸念される。パッケージ12が外部と接触することによって、溝39の形状、寸法等が変化する可能性があり、これに伴うパッケージ12の固有振動数の調整が必要になる。また、第1封止部材3の一主面311には、外部要素(回路基板や搭載部品等)との接続のための配線が設けられる場合があり、この場合には、溝によって、配線の自由度が制約され、配線の面積が縮小される可能性がある。

0055

これに対し、本実施の形態では、第1封止部材3の他主面312の内部空間13に面する部分に溝39が設けられているので、パッケージ12によって溝39が保護される。これにより、パッケージ12が外部と接触することによる、溝39の形状、寸法等の変化が防止され、溝39の形状、寸法等の変化に伴うパッケージ12の固有振動数の調整が不要になる。また、第1封止部材3の一主面311において、外部要素との接続のための配線の自由度を高めることができ、配線に必要な面積を容易に確保することができる。

0056

なお、本実施の形態において、溝39の数や、形状、寸法等は適宜変更することが可能である。また、第1封止部材3の他主面312に替えて、第2封止部材4の一主面411の内部空間13に面する部分に、溝を設けてもよい。あるいは、第1封止部材3の他主面312および第2封止部材4の一主面411の両方の内部空間13に面する部分に溝を設けてもよい。

0057

本実施の形態では、パッケージ12の固有振動数を調整する調整部として溝39を採用したが、例えば有底孔などの溝以外のものを採用してもよい。また、このような調整部として、例えば、第1封止部材3および第2封止部材4の少なくとも一方に形成された突起段差(段部)、第1封止部材3および第2封止部材4の少なくとも一方に固定されたなどを採用することが可能である。あるいは、第1封止部材3および第2封止部材4の少なくとも一方に形成された蒸着膜などの質量負荷によって、パッケージ12の固有振動数を調整してもよく、また、第1封止部材3および第2封止部材4の少なくとも一方の厚みを変更することによって、パッケージ12の固有振動数を調整してもよい。

0058

また、本実施の形態では、第1封止部材3及び第2封止部材4にガラスを用いているが、これに限定されるものではなく、水晶を用いてもよい。

0059

また、本実施の形態では、圧電振動板に水晶を用いているが、これに限定されるものではなく、圧電材料であれば他の材料であってもよく、ニオブ酸リチウムタンタル酸リチウム等であってもよい。

0060

また、本実施の形態では、接合材11として、Ti(もしくはCr)とAuを用いているが、これに限定されるものではなく、接合材11を例えばNiとAuとから構成してもよい。

0061

上記実施の形態では、圧電振動デバイスを水晶振動子としたが、水晶振動子以外の圧電振動デバイス(例えば水晶発振器)にも本発明を適用することが可能である。

0062

本発明は、圧電振動板の基板の材料に水晶を用いた水晶振動デバイス(水晶振動子や水晶発振器等)に好適である。

0063

101水晶振動子
12パッケージ
13 内部空間
2水晶振動板
213 連結部
214外枠部
221 第1励振電極
222 第2励振電極
23振動部
3 第1封止部材
39 溝
4 第2封止部材

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