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技術 水晶デバイス

出願人 京セラ株式会社
発明者 寺村剛
出願日 2018年3月1日 (2年2ヶ月経過) 出願番号 2018-036628
公開日 2019年9月12日 (7ヶ月経過) 公開番号 2019-153878
状態 未査定
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 外部環境要因 保護金属膜 水晶素子 水晶部材 内側側 ガラスフリットペースト 所定雰囲気 等価直列抵抗値
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(2019年9月12日)のものです。
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図面 (8)

課題

水晶素子の厚みすべり振動阻害することなく、水晶素子の発振周波数の変動を低減することができる水晶デバイスを提供する。

解決手段

水晶デバイスは、矩形状の基板110aと、基板110aの一辺に沿って設けられた電極パッド111と、矩形状の水晶素板121と、水晶素板に設けられた励振用電極122と、励振用電極122と間を空けて水晶素板121の一辺に沿って設けられた矩形状である一対の引き出し電極123と、を有し、導電性接着剤141を介して電極パッド111上に実装された水晶素子120と、水晶素子120を気密封止するために設けられた蓋体130と、を備え、水晶素子120の一辺124aに対して向かい合う一辺124bと励振用電極124との間に設けられた溝部125と、平面視した際に、向かい合う一辺124bと溝部125との間に接合材142が設けられている。

概要

背景

水晶デバイスは、水晶素子水晶効果を利用して、水晶素板の両面が互いにずれるように厚みすべり振動を起こし、特定の周波数を発生させるものである。基板上に設けられた電極パッド導電性接着剤を介して実装された水晶素子を備えた水晶デバイスが提案されている(例えば、下記特許文献1参照)。水晶素子は、水晶素板の両主面に励振用電極を有しており、水晶素子の一端を基板の上面と接続した固定端とし、他端を基板の上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造となる。

概要

水晶素子の厚みすべり振動を阻害することなく、水晶素子の発振周波数の変動を低減することができる水晶デバイスを提供する。 水晶デバイスは、矩形状の基板110aと、基板110aの一辺に沿って設けられた電極パッド111と、矩形状の水晶素板121と、水晶素板に設けられた励振用電極122と、励振用電極122と間を空けて水晶素板121の一辺に沿って設けられた矩形状である一対の引き出し電極123と、を有し、導電性接着剤141を介して電極パッド111上に実装された水晶素子120と、水晶素子120を気密封止するために設けられた蓋体130と、を備え、水晶素子120の一辺124aに対して向かい合う一辺124bと励振用電極124との間に設けられた溝部125と、平面視した際に、向かい合う一辺124bと溝部125との間に接合材142が設けられている。

目的

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、水晶素子の厚みすべり振動を阻害することなく、水晶素子の発振周波数の変動を低減することができる水晶デバイスを提供する

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

矩形状の基板と、前記基板の一辺に沿って設けられた電極パッドと、矩形状の水晶素板と、前記水晶素板に設けられた励振用電極と、前記励振用電極と間を空けて前記水晶素板の一辺に沿って設けられた矩形状である一対の引き出し電極と、を有し、導電性接着剤を介して前記電極パッド上に実装された水晶素子と、前記水晶素子を気密封止するために設けられた蓋体と、を備え、前記水晶素子の前記一辺に対して向かい合う一辺と前記励振用電極との間に設けられた溝部と、平面視した際に、前記向かい合う一辺と前記溝部との間に接合材が設けられていることを特徴とする水晶デバイス

請求項2

請求項1記載の水晶デバイスであって、前記接合材が絶縁性であることを特徴とする水晶デバイス。

請求項3

請求項1記載の水晶デバイスであって、前記接合材が前記水晶素板の前記向かい合う一辺に沿って複数設けられていることを特徴とする水晶デバイス。

請求項4

請求項1記載の水晶デバイスであって、前記溝部の深さが前記水晶素子の上下方向の厚みの半分よりも小さいことを特徴とする水晶デバイス。

請求項5

請求項1記載の水晶デバイスであって、前記溝部が複数設けられていることを特徴とする水晶デバイス。

技術分野

0001

本発明は、例えば電子機器等に用いられる水晶デバイスに関するものである。

背景技術

0002

水晶デバイスは、水晶素子水晶効果を利用して、水晶素板の両面が互いにずれるように厚みすべり振動を起こし、特定の周波数を発生させるものである。基板上に設けられた電極パッド導電性接着剤を介して実装された水晶素子を備えた水晶デバイスが提案されている(例えば、下記特許文献1参照)。水晶素子は、水晶素板の両主面に励振用電極を有しており、水晶素子の一端を基板の上面と接続した固定端とし、他端を基板の上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造となる。

先行技術

0003

特開2002−111435号公報

発明が解決しようとする課題

0004

上述した水晶デバイスは、水晶素子の先端部及び励振用電極に異物が付着し、厚みすべり振動が阻害されてしまう虞があった。また、水晶デバイスは、厚みすべり振動が阻害されることで、水晶素子の発振周波数が変動してしまう虞があった。

0005

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、水晶素子の厚みすべり振動を阻害することなく、水晶素子の発振周波数の変動を低減することができる水晶デバイスを提供するものである。

課題を解決するための手段

0006

本発明の一つの態様による水晶デバイスは、矩形状の基板と、基板の一辺に沿って設けられた電極パッドと、矩形状の水晶素板と、水晶素板に設けられた励振用電極と、励振用電極と間を空けて水晶素板の一辺に沿って設けられた矩形状である一対の引き出し電極と、を有し、導電性接着剤を介して電極パッド上に実装された水晶素子と、水晶素子を気密封止するために設けられた蓋体と、を備え、水晶素子の一辺に対して向かい合う一辺と励振用電極との間に設けられた溝部と、平面視した際に、向かい合う一辺と溝部との間に接合材が設けられている。

発明の効果

0007

本発明の一つの態様による水晶デバイスは、矩形状の基板と、基板の一辺に沿って設けられた電極パッドと、矩形状の水晶素板と、水晶素板に設けられた励振用電極と、励振用電極と間を空けて水晶素板の一辺に沿って設けられた矩形状である一対の引き出し電極と、を有し、導電性接着剤を介して電極パッド上に実装された水晶素子と、水晶素子を気密封止するために設けられた蓋体と、を備え、水晶素子の一辺と向かい合う一辺と励振用電極との間に設けられた溝部と、平面視した際に、向かい合う一辺と溝部との間に接合材が設けられている。このような水晶デバイスは、厚みすべり振動が阻害されることを低減することができる。また、このような水晶デバイスは、水晶素子の厚みすべり振動が阻害されることを低減することができるため、水晶素子の発振周波数を安定して出力することが可能となる。

図面の簡単な説明

0008

本実施形態における水晶デバイスを示す分解斜視図である。
図1に示された水晶デバイスのA−Aにおける断面図である。
本実施形態における水晶デバイスの蓋体を外した状態を示す平面図である。
(a)本実施形態における水晶デバイスを構成するパッケージを上面から見た平面図であり、(b)本実施形態における水晶デバイスを構成するパッケージを下面から見た平面図である。
本実施形態の第一変形例における水晶デバイスの蓋体を外した状態を示す平面図である。
本実施形態の第二変形例における水晶デバイスの蓋体を外した状態を示す平面図である。
本実施形態の第三変形例における水晶デバイスの断面図である。

実施例

0009

本実施形態における水晶デバイスは、図1図4に示されているように、パッケージ110と、パッケージ110に接合された水晶素子120とを含んでいる。パッケージ110は、基板110aの上面と枠体110bの内側面によって囲まれた凹部Kが形成されている。このような水晶デバイスは、電子機器等で使用する基準信号を出力するのに用いられる。

0010

基板110aは、矩形状であり、上面に実装された水晶素子120を実装するための実装部材として機能するものである。基板110aの上面には、水晶素子120を実装するための一対の電極パッド111が設けられている。

0011

また、基板110aの下面の四隅には、外部端子112が設けられている。また、四つの外部端子112の内の二つが、水晶素子120と電気的に接続されている。また、水晶素子120と電気的に接続されている一対の外部端子112は、基板110aの下面の対角に位置するように設けられている。

0012

基板110aは、例えばアルミナセラミックス又はガラスセラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなる。基板110aは、絶縁層を一層用いたものであっても、絶縁層を複数層積層したものであってもよい。基板110aの表面及び内部には、枠体110bの上面に設けられた電極パッド111と、基板110aの下面に設けられた外部端子112とを電気的に接続するための配線パターン(図示せず)及びビア導体(図示せず)が設けられている。

0013

枠体110bは、基板110aの上面に配置され、基板110aの上面に凹部Kを形成するためのものである。枠体110bは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料からなり、基板110aと一体的に形成されている。

0014

電極パッド111は、水晶素子120を実装するためのものである。電極パッド111は、基板110aの上面に一対で設けられており、枠体110bの内側にある基板110aの内周縁の一辺に沿うように隣接して設けられている。

0015

外部端子112は、電気機器等の外部の実装基板上の実装パッド(図示せず)と接合するために用いられている。外部端子112は、基板110aの下面の四隅に設けられている。また、外部端子112は、第一外部端子112a、第二外部端子112b、第三外部端子112c及び第四外部端子112dによって構成されている。第三外部端子112cは、第三ビア導体114cを介して、封止用導体パターン117と電気的に接続されている。また、外部端子112の少なくとも一つは、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッドと接続されている。これにより、封止用導体
パターン117に接合された蓋体130がグランド電位となっている第三外部端子112cに接続される。よって、蓋体130による凹部K内のシールド性が向上する。

0016

配線パターン113は、電極パッド111とビア導体114とを電気的に接続するためのものである。配線パターン113は、第一配線パターン113a及び第二配線パターン113bによって構成されている。第一配線パターン113aの一端は、第一電極パッド111aと電気的に接続されており、第一配線パターン113aの他端は、第一ビア導体114aと電気的に接続されている。また、第二配線パターン113bの一端は、第二電極パッド111bと電気的に接続されており、第二配線パターン113bの他端は、第二ビア導体114bと電気的に接続されている。

0017

また、配線パターン113は、平面視して、枠体110bと重なるようにして設けられている。このようにすることによって、水晶デバイスは、配線パターン113と水晶素子120との間で浮遊容量が発生することを抑えるので、水晶素子120にこの浮遊容量が付与されることがないため、発振周波数が変動してしまうことを抑えることができる。また、水晶デバイスに外力が加わり、枠体110bの長辺方向に曲げモーメントが発生しても、基板110aに加えて枠体110bが設けられていることにより、枠体110bが設けられている箇所は、変形しにくくなる。よって、枠体110bと平面視して重なる位置に設けられた配線パターン113は、断線しにくくなり、発振周波数が出力されなくなることを抑制することができる。

0018

また、第一配線パターン113aは、第一電極パッド111a及び第一ビア導体114aと電気的に接続されている。第一配線パターン113aは、第一電極パッド111aから近接された枠体110bの長辺方向に向かって延出されており、第一配線パターン113aの一部がパッケージ110から露出されている。第二配線パターン113bは、第二電極パッド111b及び第二ビア導体114bと電気的に接続されている。第二配線パターン113bは、第二電極パッド111bから近接された枠体110bの長辺方向に向かって延出されており、第二配線パターン113bの一部がパッケージ110から露出されている。

0019

このように、配線パターン113の一部が、電極パッド111から枠体110bの長辺方向に向かって延出し、凹部K内に露出するようにして設けられていることにより、水晶素子120を実装した際に、導電性接着剤140が仮に電極パッド111上から溢れ出たとしても、導電性接着剤140と濡れ性の良い配線パターン113上に沿って流れ易くなっているため、パッケージ110の中心方向に流れ出ることがなく導電性接着剤140が励振用電極122に付着してしまうことを抑えることができる。

0020

ビア導体114は、外部端子112と、配線パターン113又は封止用導体パターン117とを電気的に接続するためのものである。ビア導体114の両端は、外部端子112と、配線パターン113又は封止用導体パターン117と接続されている。ビア導体114は、第一ビア導体114a、第二ビア導体114b及び第三ビア導体114cによって構成されている。このようにすることで、外部端子112は、ビア導体114を介して、配線パターン113又は封止用導体パターン117と電気的に接続されている。

0021

封止用導体パターン117は、接合部材131を介して蓋体130と接合する際に、接合部材131の濡れ性をよくする役割を果たしている。封止用導体パターン117は、第三ビア導体114cを介して、外部端子112の少なくとも一つである第三外部端子112cと電気的に接続されている。封止用導体パターン117は、例えばタングステン又はモリブデン等から成る導体パターンの表面にニッケルメッキ及び金メッキを順次、枠体110bの上面を環状に囲む形態で施すことによって、例えば10〜25μmの厚みに形成
されている。

0022

ここで、パッケージ110の作製方法について説明する。パッケージ110を構成する基板110a及び枠体110bがアルミナセラミックスから成る場合、まず所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面或いはセラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷等によって所定の導体ペーストを塗布する。さらに、これらのグリーンシートを積層してプレス成形したものを、高温焼成する。最後に、導体パターンの所定部位、具体的には、電極パッド111、外部端子112、配線パターン113及び封止用導体パターン117となる部位にニッケルメッキ又、金メッキ、銀パラジウム等を施すことにより作製される。また、導体ペーストは、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀又は銀パラジウム等の金属粉末焼結体等から構成されている。

0023

(水晶素子)
水晶素子120は、図2及び図3に示されているように、導電性接着剤141を介して基板110a上の電極パッド111上に実装されており、後述する水晶素板121の一辺124aに対して対向する一辺124bに接着された接合材142を介して基板110a上に実装されている。水晶素子120は、安定した機械振動圧電効果により、電子装置等の基準信号を発振する役割を果たしている。水晶素子120は、水晶素板121と、水晶素板121の上面及び下面に設けられた励振用電極122と、水晶素板121の一辺124aに沿って設けられた引き出し電極123とから構成されている。また、水晶素子120は、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって、一体的に形成されている。水晶素板121は、平面視して、水晶素板121の一辺124aに対して向かい合う一辺124bと溝部125との間に接合材142が設けられている。

0024

水晶素板121は、安定した機械振動をする圧電材料が用いられ、例えば、互いに直交しているX軸とY軸とZ軸とからなる結晶軸を有している水晶部材が用いられている。このとき、水晶素板121の主面は、X軸およびZ軸に平行となっている面を、X軸を中心に、X軸の負の方向を見て反時計回りに回転させた面と平行となっている。例えば、水晶素板121の主面は、X軸およびZ軸に平行となっている面を、X軸を中心に、X軸の負の方向を見て反時計回りに約37°回転させた面と、平行となっている。

0025

溝部125は、後述する接合材142から励振用電極122への影響を緩和するためのものである。溝部125は、水晶素板121の一辺124aに対して向かい合う一辺124bと励振用電極122との間に設けられている。このように水晶素板121に溝部125が設けられることによって、水晶素子120内に振動が閉じ込められ、容器(図示せず)へ振動が漏れるのを低減することができる。そのため、水晶素子120の等価直列抵抗値が高くなることを抑えることができる。溝部125の断面形状は、例えば、U字型、V字型、傾斜角度異なるように壁面が形成された断面形状などの形に形成しても構わない。

0026

また、溝部125の深さが、水晶素子120の上下方向の厚みの半分よりも小さくなるように設けられている。このようにすることで、水晶素板121の強度を維持し、例えば、パッケージ110に水晶素子120を実装するときに溝部125を起点に破損することを抑えることができる。また、溝部125の深さは、水晶素板121の上下方向の厚みの10%の長さより深く、水晶素板121の厚みの50%の長さより浅くなっている。溝部125の深さが水晶素板121の厚みの10%の長さより浅い場合、接合材142の熱歪みに起因する応力が大幅に減衰されずに励振用電極122に伝播されるため、周波数の変動を起こしてしまう。このため、水晶素子120のクリスタルインピーダンスが大きくなり電気的特性が低下してしまう。また、溝部125の深さが水晶素板121の板厚の50
%の長さより深い場合、水晶素板121の強度が低下してしまい、例えば、パッケージ110に水晶素子120を実装するときに溝部125を起点に破損してしまう恐れがある。このため、溝部125の深さは、水晶素板121の厚みの10%の長さより深く、水晶素板121の厚みの50%の長さより浅くなっている。その結果、水晶デバイスは、衝撃、振動、使用環境変化等の外部環境要因によって応力が解放されて変化することにより変動する周波数の幅が小さくなり、周波数安定性を高めることができる。

0027

ここで、水晶素板121の各寸法の実施例について説明する。水晶素板121は、平面視して、略矩形形状となっており、長辺の寸法が、0.5mm〜3.2mmとなっており、短辺の寸法が、0.2mm〜2.5mmとなっている。

0028

水晶素板121に設けられている励振用電極122及び引き出し電極123は、水晶素板121の外部から電圧印加するためのものである。励振用電極122及び引き出し電極123は、特に図示しないが、例えば、第一金属層と、第一金属層上に積層されている第二金属層と、からなる。第一金属層は、水晶と密着性のよい金属が用いられ、例えば、ニッケルクロムニクロムまたはチタンのいずれか一つが用いられる。水晶と密着性のよい金属を用いることで、水晶に密着しにくい金属材料であっても、第二金属層に用いることができる。第二金属層は、金属材料の中で比較的、電気抵抗率が低く、安定した金属材料が用いられる。第二金属層は、例えば、金、金を含む合金、銀または銀を含む合金のいずれか一つが用いられる。このように、金属材料の中で比較的、電気抵抗率が低い金属材料を用いることで、励振用電極122及び引き出し電極123は、自身の電気抵抗率を低くすることができ、この結果、水晶素子120の等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。また、このように、安定した金属材料を用いることで、周囲の酸素酸化し、その分だけ励振用電極122及び引き出し電極123の重さが変化し、水晶素子120の周波数が変化することを低減させることが可能となる。

0029

励振用電極122(122a,122b)は、水晶素子120に電圧を印加するためのものである。励振用電極122は、一対となっており、水晶素板121の上面に一方の励振用電極122aが設けられ、水晶素板121の下面に他方の励振用電極122bが設けられている。励振用電極122は、水晶素子120を平面視して、略矩形形状となっている。

0030

ここで、励振用電極122及び引き出し電極123を形成する方法について説明する。ここでは、励振用電極122及び引き出し電極123を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、一体的に形成する場合を例に説明する。まず、水晶素板121となる部分が連結されている状態の水晶ウエハを用意し、この水晶ウエハの両主面上に励振用電極122及び引き出し電極123となる金属膜を形成する。

0031

次に、この金属膜上に感光性レジストを塗布し、所定のパターンに露光現像する。このとき、現像後、感光性レジストは、励振用電極122及び引き出し電極123となる部分、具体的には、励振用電極122及び引き出し電極123となる部分に残っている状態となっている。

0032

最後に、残っている感光性レジストを除去することで、水晶ウエハの水晶素板121に励振用電極122及び引き出し電極123が形成される。なお、励振用電極122及び引き出し電極123をそれぞれ別々に形成してもよいし、フォトリグラフィー技術およびエッチング技術でなく、スパッタリング技術または蒸着技術を用いて形成してもよいし、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術とスパッタリング技術または蒸着技術を組み合わせて形成してもよい。

0033

蓋体130は、例えば、Fe−Ni合金(42アロイ)やFe−Ni−Co合金(コバール)などからなる。このような蓋体130は、凹部Kを、窒素雰囲気中や真空雰囲気中などで気密封止される。具体的には、蓋体130は、窒素雰囲気中や真空雰囲気中で、パッケージ110の枠体110b上に載置され、枠体110bの上面に設けられた封止用導体パターン117の表面と蓋体130の接合部材131とが溶融されるように所定電流を印加してシーム溶接を行うことにより、枠体110bに接合される。

0034

導電性接着剤141は、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金パラジウム、銀、チタン、ニッケル又はニッケル鉄のうちのいずれか、或いはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。また、バインダーとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用いられる。

0035

接合材142は、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケル又はニッケル鉄のうちのいずれか、或いはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。また、バインダーとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用いられても構わない。

0036

また、接合材142が絶縁性の場合には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂やエポキシ樹脂を主成分とするコンポジットレジンビスマレイミド樹脂材料から構成されている。このように接合材142を絶縁性樹脂にすることで、励振用電極122に接合材142の一部が付着して配線パターン113と励振用電極122が短絡してしまうことを抑えることができる。

0037

蓋体130は、矩形状であり、真空状態にある凹部K、あるいは窒素ガスなどが充填された凹部Kを気密的に封止するためのものである。具体的には、蓋体130は、所定雰囲気で、枠体110b上に設けられた封止用導体パターン117の上面に載置される。蓋体130の下面に設けられた接合部材131に熱が印加されることで、封止用導体パターン117と溶融接合される。また、蓋体130は、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなる。

0038

接合部材131は、枠体110bの封止用導体パターン117の上面から蓋体130の下面にかけて設けられている。接合部材131は、例えば、ガラスの場合には、300℃〜400℃で溶融するガラスであり、例えばバナジウムを含有した低融点ガラス又は酸化鉛系ガラスから構成されている。ガラスは、バインダーと溶剤とが加えられたペースト状であり、溶融された後固化されることで他の部材と接合する。接合部材131は、例えば、ガラスフリットペーストスクリーン印刷法で塗布され乾燥することで設けられる。

0039

また、接合部材131は、枠体110bの上面に印刷する際に、枠体110bの四隅に接合部材131が重なるようにして、枠体110bの全周に印刷される。よって、四隅の接合部材131の厚みは、接合部材131が設けられている他の箇所の厚みよりも厚くなるように設けられている。また、この酸化鉛系ガラスの組成は、酸化鉛、フッ化鉛、二酸化チタン酸化ニオブ酸化ビスマス酸化ホウ素酸化亜鉛酸化第二鉄酸化銅及び酸化カルシウムとから構成されている。

0040

また、接合部材131は、例えば、絶縁性樹脂の場合には、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂から構成されている。枠体110bと蓋体130との間に設けられた接合部材13
1の厚みは、30〜100μmとなっている。

0041

接合部材131は、例えば、金錫の場合には、接合部材131の層の厚みは、10〜40μmであり、例えば、成分比率が、金が70〜80%、錫が20〜30%のものを使用しても良い。また、接合部材131は、例えば、銀ロウの場合には、接合部材131の層の厚みは、10〜40μmであり、例えば、成分比率が、銀が70〜80%、銅が20〜30%のものを使用しても良い。

0042

本実施形態における水晶デバイスは、矩形状の基板110aと、基板110aの一辺124aに沿って設けられた電極パッド111と、矩形状の水晶素板121と、水晶素板121に設けられた励振用電極122と、励振用電極122と間を空けて水晶素板121の一辺124aに沿って設けられた矩形状である一対の引き出し電極123と、を有し、導電性接着剤141を介して電極パッド111上に実装された水晶素子120と、水晶素子120を気密封止するために設けられた蓋体130と、を備え、水晶素子120の一辺124aに対して向かい合う一辺124bと励振用電極122との間に設けられた溝部125と、平面視した際に、向かい合う一辺124bと溝部125との間に接合材142が設けられている。このような水晶デバイスは、厚みすべり振動が阻害されることを低減することができる。また、このような水晶デバイスは、水晶素子120の厚みすべり振動が阻害されることを低減することができるため、水晶素子120の発振周波数を安定して出力することが可能となる。

0043

また、本実施形態における水晶デバイスは、接合材142が絶縁性である。このように接合材142を絶縁性樹脂にすることで、励振用電極122に接合材142の一部が付着して配線パターン113と励振用電極122が短絡してしまうことを抑えることができる。

0044

また、本実施形態における水晶デバイスは、溝部125の深さが、水晶素子120の上下方向の厚みの半分よりも小さくなるように設けられている。このようにすることで、水晶素板121の強度を維持し、例えば、パッケージ110に水晶素子120を実装する際に、溝部125を起点にして水晶素板121が破損することを抑えることができる。

0045

(第一変形例)
以下、本実施形態の第一変形例における水晶デバイスについて説明する。なお、本実施形態の変形例における水晶デバイスのうち、上述した水晶デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第一変形例における水晶デバイスは、図5に示されているように、接合材142が水晶素板121の向かい合う一辺124bに沿って複数設けられている点において本実施形態と異なる。

0046

水晶素子120は、図5に示されているように、導電性接着剤141を介して基板110a上の電極パッド111上に実装されており、複数の接合材142を介して基板110a上に実装されている。このように複数の接合材142が、水晶素板121の向かい合う一辺124bに沿って設けられていることで、水晶素子120の剥がれをさらに低減することができると共に、溝部125により、接合材142による接合時の厚みすべり振動への影響をさらに緩和することができる。

0047

また、接合材142は、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケル又はニッケル鉄のうちのいずれか、或いはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。また、バインダーとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用い
られても構わない。

0048

また、接合材142が絶縁性の場合には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂やエポキシ樹脂を主成分とするコンポジットレジン、ビスマレイミドの樹脂材料から構成されている。このように接合材142を絶縁性樹脂にすることで、励振用電極122に接合材142の一部が付着して配線パターン113と励振用電極122が短絡してしまうことを抑えることができる。

0049

本実施形態の第一変形例における水晶デバイスは、接合材142が水晶素板121の向かい合う一辺124bに沿って複数設けられている。このような水晶デバイスは、複数の接合材142が水晶素板121の向かい合う一辺124bに沿って設けられていることで、水晶素子120の剥がれをさらに低減することができると共に、溝部125により、接合材142による接合時の厚みすべり振動への影響をさらに緩和することができる。

0050

(第二変形例)
以下、本実施形態の第二変形例における水晶デバイスについて説明する。なお、本実施形態の変形例における水晶デバイスのうち、上述した水晶デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第二変形例における水晶デバイスは、図6に示されているように、水晶素板121の溝部125が複数設けられている点において本実施形態と異なる。

0051

水晶素子120は、図6に示されているように、導電性接着剤141を介して基板110a上の電極パッド111上に実装されており、接合材142を介して基板110a上に実装されている。

0052

また、溝部125は、水晶素板121の一辺と向かい合う一辺に対して励振用電極122との間に複数設けられている。溝部125は、第一溝部125a及び第二溝部125bによって構成されている。このように溝部125が、水晶素板121に複数設けられていることにより、水晶素子120の振動する部分を接合材142が付着する部分よりさらに離れるため、励振用電極122で励振された振動がパッケージ110へ漏れるのを軽減させることができる。そのため、水晶素子120の等価直列抵抗値を低減することが可能となる。

0053

本実施形態の第二変形例における水晶デバイスは、溝部125が水晶素板121の一辺に対して向かい合う一辺と励振用電極122との間に複数設けられている。溝部125は、第一溝部125a及び第二溝部125bによって構成されている。このように溝部125が、水晶素板121に複数設けられていることにより、水晶素子120の振動する部分を接合材141が付着する部分よりさらに離れるため、励振用電極122で励振された振動がパッケージ110へ漏れるのをさらに軽減させることができる。そのため、水晶素子120の等価直列抵抗値を低減することが可能となる。

0054

(第三変形例)
以下、本実施形態の第三変形例における水晶デバイスについて説明する。なお、本実施形態の変形例における水晶デバイスのうち、上述した水晶デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第三変形例における水晶デバイスは、図7に示されているように、水晶素板121の上面及び下面に凸部126が形成されている点において本実施形態と異なる。

0055

水晶素子120は、図7に示したように、水晶素板121と、水晶素板121の上面及び下面に設けられた凸部126と、凸部126の上面及び下面に設けられた励振用電極1
22と、水晶素板121の一辺に沿って設けられた引き出し電極123とから構成されている。また、水晶素子120は、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって、水晶素板121及び凸部126が一体的に形成されている。水晶素板121は、平面視して、略矩形形状となっている。

0056

凸部126は、水晶素板121の上下方向の厚みよりも厚くすることで、凸部126の一部分を逆圧電効果および圧電効果で厚みすべり振動させたときに、厚みすべり振動の振動状態が大きく異なる状態にするためのものである。凸部126は、水晶素板121の上面に設けられた第一凸部126aと水晶素板121の下面に設けられた第二凸部126bによって構成されている。

0057

また、凸部126は、その上下方向の厚みが、30μm〜167μmとなっている。この凸部126の周囲にある水晶素板121は、その上下方向の厚みが、27.30μm〜151.82μmとなっている。凸部126は、平面視して、略矩形形状となっており、水晶素板121の長辺に平行な寸法が、0.3mm〜2.7mmとなっており、水晶素板221の短辺に平行な寸法が、0.2mm〜2.4mmとなっている。

0058

ここで、このような水晶素板121の形成方法について説明する。このような水晶素板121の形成方法は、例えば、水晶ウエハ用意工程、第一エッチング工程、第二エッチング工程から構成される。

0059

水晶ウエハ用意工程では、まず、互いに直交しているX軸とY軸とZ軸とからなる結晶軸を有した水晶ウエハを用意する。このとき、水晶ウエハの上下方向の厚みは、凸部126の上下方向の厚みとなっている。また、水晶ウエハの主面が凸部126の主面と同じカットアングルとなるようになっている。従って、水晶ウエハの主面は、X軸とZ軸とに平行となっている面を、X軸を中心に、X軸の負の方向を見て反時計回りに所定の角度回転させた面と平行となっている。

0060

第一エッチング工程では、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術が用いられる。まず、水晶ウエハの両主面上に保護金属膜が設けられ、この保護金属膜上に感光性レジストが塗付され、所定のパターンに露光・現像される。このとき、水晶ウエハを平面視すると、凸部126となる部分にのみ感光性レジストおよび保護金属膜が残っている。その後、所定のエッチング溶液に浸漬させ、エッチングされた水晶ウエハの上下方向の厚みが凸部126の周囲にある水晶素板121の上下方向の厚みと同じになるまで、水晶ウエハをエッチングする。最後に、水晶ウエハに残っている感光性レジストおよび保護金属膜を剥離させる。

0061

第二エッチング工程では、第一エッチング工程後の水晶ウエハの両主面に保護金属膜を設け、保護金属膜上に感光性レジストを塗布し、所定のパターンに露光・現像する。このとき、水晶ウエハを平面視すると、水晶素板121となる部分には感光性レジストおよび保護金属膜が残っている。その後、所定のエッチング溶液に浸漬させ、水晶ウエハをエッチングする。上述したようにすることで、複数の水晶素板121がその一部が連結された状態で水晶ウエハ内に形成される。

0062

凸部126の両主面には、一対の励振用電極122(122a,122b)が設けられている。凸部126は、この一対の励振用電極122に電圧が印加されると、励振用電極122に挟まれている凸部126の一部分が逆圧電効果および圧電効果により所定の周波数で厚みすべり振動をする。一般的に、厚みすべり振動の周波数は、凸部126の上下方向の厚みによって厚みすべり振動のしやすさが異なるため、凸部126の上下方向の厚みによって決定される。従って、30MHz以下のような低い周波数帯で厚みすべり振動さ
せる場合、厚みすべり振動をさせるためには、30MHzより高い周波数帯で厚みすべり振動させる場合と比較し、振動エネルギーを要することとなる。このため、高い周波数帯で厚みすべり振動させる場合と比較し、励振用電極122で挟まれていない振動部にまで、振動漏れが生じている。

0063

凸部126の周囲にある水晶素板121は、励振用電極122に電圧を印加したときに凸部126へ振動エネルギーを集中させつつ、水晶素子120を基板110aに実装したときに実装による厚みすべり振動への影響を低減させるためのものである。凸部126の周囲にある水晶素板121は、凸部126に沿って設けられており、その上下方向の厚みが凸部126の上下方向の厚みより薄くなっている。凸部126の周囲にある水晶素板121は、凸部126の外縁に沿って設けられている傾斜部と、傾斜部の外縁に沿って設けられている平板部と、から構成されている。

0064

傾斜部は、凸部126の外縁に沿って設けられている。また、傾斜部は、その上下方向の厚みが凸125部から凸部126の周囲にある水晶素板121にかけて徐々に薄くなっている。傾斜部は、結晶軸の位置関係によってエッチングされやすさが異なることを利用し、凸部126の周囲にある凸部126の周囲にある水晶素板121との間に形成されている。このように、凸部126とこの凸部126の周囲にある水晶素板221との間を設けることで、導電性接着剤140を用いて水晶素子120を基板110aに実装する際に、凸部126の周囲にある水晶素板121を導電性接着剤140で接着することによる凸部126への影響を軽減させることができる。なお、ここで、それぞれの結晶軸との位置関係によってエッチングされやすさが異なるため、水晶素子120を平面視したとき、傾斜部の幅全て同じとなっておらず、場所によって異なっている。

0065

このように凸部126と、凸部126の周囲にあり、凸部126より上下方向の厚みが薄い水晶素板121と、からなる水晶素板121を用いることで、凸部126の一部分を逆圧電効果および圧電効果で厚みすべり振動させたときに、凸部126とこの凸部126の周囲にある水晶素板121とは厚みすべり振動の振動状態が大きく異なる状態にすることができる。従って、このような構成にすることで、平板状の水晶素板を用いた場合と比較して、凸部126のみに振動エネルギーをより集中させることが可能となる。この結果、このような水晶素板121を用いた水晶素子120では、振動エネルギーの分散または漏れにより等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。

0066

また、励振用電極122は、図7に示すように、水晶素子120を平面視したとき、凸部126の内縁側に位置するように設けられている。励振用電極122の凸部126の上下方向で挟まれている凸部126の一部分が圧電効果および逆圧電効果により振動している。このような構成にすることで、励振用電極122に挟まれている凸部126の一部分が振動するときに、第一励振用電極122aの外縁から振動部の外縁に向かって振動漏れが生じ、この漏れでた振動が、凸部126の外縁に設けられている傾斜部の傾斜面で反射した場合であっても、励振用電極122aが平面視して振動部の内縁側に位置するように設けられているので、凸部126の縁部に設けられている傾斜部の影響を低減させることが可能となる。この結果、凸部126の縁部に設けられている傾斜部の影響、具体的には、傾斜部による振動阻害による等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。

0067

また、水晶素子120を平面視して、凸部126を挟むように位置している二辺間の長さ、具体的には、水晶素板121の短辺に平行な凸部126の辺と水晶素板221の短辺に平行な励振用電極122aの辺との長さは、5μm以上55μm以下であることが望ましい。励振用電極122に電圧を印加したとき、励振用電極122で凸部126の上下方向で挟まれている部分から挟まれていない部分へ振動漏れが生じ、その漏れた振動が凸部
126の外縁に沿って設けられている傾斜部で反射し、励振用電極122で挟まれている部分の振動を阻害してしまい、等価直列抵抗値が大きくなる虞がある。

0068

また、水晶素子120を平面視して、凸部126の外周縁と水晶素板121のとの間に溝部125が設けられている。このような溝部125が、凸部126の外周縁と水晶素板121のとの間に設けられていることにより、振動する部分を接合材142が付着する部分よりさらに離れるため、励振用電極122で励振された振動がパッケージ110へ漏れるのをさらに軽減させることができる。そのため、水晶素子120の等価直列抵抗値をさらに低減することが可能となる。

0069

尚、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。上記実施形態では、枠体110bが基板110aと同様にセラミック材で一体的に形成した場合を説明したが、枠体110bが金属製であっても構わない。この場合、枠体は、銀−銅等のロウ材を介して基板の導体膜に接合されている。また、本実施形態では、枠体110bの上面に封止用導体パターン117が形成されている場合を説明したが、接合部材131が、ガラス又は絶縁性樹脂の場合には、封止用導体パターン117を設けることなく、枠体110bに接合されていても構わない。

0070

上記実施形態では、基板110aの上面に枠体110bが設けられている場合について説明したが、基板に水晶素子を実装した後に、封止基部の下面に封止枠部が設けられた蓋体を用いて、水晶素子を気密封止する構造であっても構わない。蓋体は、矩形状の封止基部と、封止基部の下面の外周縁に沿って設けられている封止枠部とで構成されており、封止基部の下面と封止枠部の内側側面とで収容空間が形成されている。封止枠部は、封止基部の下面に収容空間を形成するためのものである。封止枠部は、封止基部の下面の外縁に沿って設けられている。

0071

110・・・パッケージ
110a・・・基板
110b・・・枠体
111・・・電極パッド
112・・・外部端子
113・・・配線パターン
114・・・ビア導体
117・・・封止用導体パターン
120・・・水晶素子
121・・・水晶素板
122・・・励振用電極
123・・・引き出し電極
125・・・溝部
126・・・凸部
130・・・蓋体
131・・・接合部材
141・・・導電性接着剤
142・・・接合材
K・・・凹部

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