JP2015080007A - 水晶デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、大きさを大きくすることなく耐圧性が向上された水晶デバイスを提供する。
【解決手段】水晶デバイス（１００）は、所定の周波数で振動する振動部（１１１）、振動部を空間を挟んで囲み振動部よりも厚く形成される枠部（１１２）、及び振動部と枠部とを連結する連結部（１１３）を含む水晶振動片（１１０）と、枠部の一主面に接合され第１厚さ（Ｃ１）に形成される第１接合部（１３２）を有するリッド板（１３０）と、枠部の他主面に接合されるベース板（１２０）と、を有している。また、水晶デバイスの振動部は、枠部、ベース板、及びリッド板により囲まれるキャビティ（１０１）に密封され、リッド板のキャビティに面する部分の厚さ（Ｃ２）が第１厚さよりも厚い。
【選択図】図２

Description

本発明は、耐圧性が向上された水晶デバイスに関する。

所定の周波数で振動する水晶振動片がベース板及びリッド板に挟まれて形成される水晶デバイスが知られている。例えば、特許文献１には、ベース板及びリッド板が水晶材料又はガラスにより形成されている水晶デバイスが示されている。このような水晶デバイスでは、水晶デバイスを保護する為にさらに樹脂でモールドされる場合がある。

特開２０１２−１９５９１８号公報

しかし、特許文献１に示されるような水晶デバイスでは、リッド板及びベース板が水晶材料又はガラス等の脆性材料で形成されること、及び樹脂モールドでは高温下で樹脂を金型に圧力をかけて注入するために水晶デバイスにも圧力がかることにより、水晶デバイスが破損等する場合があった。一方、リッド板及びベース板を十分に厚くすることにより水晶デバイスの破損を防ぐことができるが、製品の大きさが大きくなり、市場要求の仕様に合わなくなるという問題がある。

その為、本発明では、大きさを大きくすることなく耐圧性を向上させた水晶デバイスを提供することを目的とする。

第１観点の水晶デバイスは、所定の周波数で振動する振動部、振動部を空間を挟んで囲み振動部よりも厚く形成される枠部、及び振動部と枠部とを連結する連結部を含む水晶振動片と、枠部の一主面に接合され第１厚さに形成される第１接合部を有するリッド板と、枠部の他主面に接合されるベース板と、を有している。また、水晶デバイスの振動部は、枠部、ベース板、及びリッド板により囲まれるキャビティに密封され、リッド板のキャビティに面する部分の厚さが第１厚さよりも厚い。

第２観点の水晶デバイスは、所定の周波数で振動する振動部、振動部を空間を挟んで囲む枠部、及び振動部と枠部とを連結する連結部を含む水晶振動片と、枠部の一主面に接合され第１厚さに形成される第１接合部を有するリッド板と、枠部の他主面に接合され第２厚さに形成される第２接合部を有するベース板と、を有している。また、水晶デバイスの振動部は、枠部、ベース板、及びリッド板により囲まれるキャビティに密封され、枠部がキャビティの内側に突き出た突起を有し、リッド板及びベース板が、突起と厚さ方向に重なる位置に、第１厚さ及び第２厚さと同じ厚さの支持部を有する。

第３観点の水晶デバイスは、第２観点において、突起が連結部の空間を挟んだ両側に形成される。

第４観点の水晶デバイスは、第２観点及び第３観点において、突起の表裏面及び支持部の突起に向かい合う面には、金属膜が形成される。

第５観点の水晶デバイスは、第１観点から第４観点において、ベース板が平板状に形成される。

本発明の水晶デバイスによれば、大きさを大きくすることなく耐圧性を向上させることができる。

水晶デバイス１００の分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 水晶デバイス２００の分解斜視図である。 （ａ）は、リッド板２３０の平面図である。 （ｂ）は、水晶振動片２１０の平面図である。 （ｃ）は、ベース板２２０の平面図である。 水晶デバイス２００の断面図である。 水晶デバイス３００の分解斜視図である。 図６のＣ−Ｃ断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

（第１実施形態）
＜水晶デバイス１００の構成＞
図１は、水晶デバイス１００の分解斜視図である。水晶デバイス１００は主に、水晶振動片１１０と、ベース板１２０と、リッド板１３０と、により形成されている。水晶振動片１１０には、例えばＡＴカットの水晶振動片が用いられる。ＡＴカットの水晶振動片は、主面（ＹＺ面）が結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に対して、Ｘ軸を中心としてＺ軸からＹ軸方向に３５度１５分傾斜されている。以下の説明では、ＡＴカットの水晶振動片の軸方向を基準とし、傾斜された新たな軸をＹ’軸及びＺ’軸として用いる。すなわち、水晶デバイス１００において水晶デバイス１００の長手方向をＸ軸方向、水晶デバイス１００の高さ方向をＹ’軸方向、Ｘ軸方向及びＹ’軸方向に垂直な方向をＺ’軸方向として説明する。

水晶振動片１１０は主に、所定の周波数で振動する振動部１１１と、振動部１１１を空間を挟んで囲む枠部１１２と、振動部１１１及び枠部１１２を互いに連結する連結部１１３と、により構成されている。振動部１１１は矩形形状に形成されており、振動部１１１の−Ｘ軸側の辺の両端からはそれぞれ連結部１１３が−Ｘ軸方向に伸びて枠部１１２に連結されている。振動部１１１の＋Ｙ’軸側の面及び−Ｙ’軸側の面には励振電極１１４が形成されており、各励振電極１１４からはそれぞれ引出電極１１５が連結部１１３を介して枠部１１２に引き出されている。振動部１１１の−Ｙ’軸側の面に形成されている励振電極１１４からは、−Ｚ’軸側の連結部１１３を介して枠部１１２の−Ｙ’軸側の面の−Ｘ軸側の−Ｚ’軸側の角に引出電極１１５が引き出されている。また、振動部１１１の＋Ｙ’軸側の面に形成されている励振電極１１４からは、＋Ｚ’軸側の連結部１１３を介して枠部１１２の−Ｙ’軸側の面の＋Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側の角に引出電極１１５が引き出されている。励振電極１１４及び引出電極１１５は、例えば、水晶振動片１１０を構成する水晶材料の表面にクロム（Ｃｒ）層が形成され、さらにその表面に金（Ａｕ）層が形成されることにより形成される。

ベース板１２０は平板状に形成されており、四隅の側面にはベース板１２０の内側に凹んだキャスタレーション１２１が形成されている。また、ベース板１２０の＋Ｙ’軸側の面の各キャスタレーション１２１の周囲には接続電極１２２が形成されており、ベース板１２０の−Ｙ’軸側の面には一対の外部電極１２３が形成されている。接続電極１２２と外部電極１２３とは互いにキャスタレーション１２１を介して電気的に接続されている。ベース板１２０は枠部１１２の−Ｙ’軸側の面に封止材１５１（図２参照）を介して接合されるが、その際に接続電極１２２と引出電極１１５とが電気的に接続される。

リッド板１３０には、−Ｙ’軸側の面の中央領域に−Ｙ’軸方向に突き出た凸部１３１が形成されている。また、リッド板１３０は、凸部１３１の周りの第１接合部１３２が枠部１１２の＋Ｙ’軸側の面に封止材１５１（図２参照）を介して接合される。

図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。水晶デバイス１００は、枠部１１２の＋Ｙ’軸側の面とリッド部１３０の第１接合部１３２とが低融点ガラス等により構成される封止材１５１を介して接合され、さらに枠部１１２の−Ｙ’軸側の面とベース部１２０の＋Ｙ’軸側の面の周囲とが封止材１５１を介して接合される。これにより、水晶振動片１１０の振動部１１１は、リッド板１３０、ベース板１２０、及び枠部１１２により囲まれて形成されるキャビティ１０１に配置される。リッド板１３０では、凸部１３１がキャビティ１０１に面しており、凸部１３１の厚さＣ２が枠部１１２に接合される第１接合部１３２の厚さである第１厚さＣ１よりも厚く形成されている。また、水晶振動片１１０では、枠部１１２のＹ’軸方向への厚さＡ１が振動部１１１及び連結部１１３の厚さＡ２よりも厚く形成されており、枠部１１２の＋Ｙ’軸側の面の高さが振動部１１１及び連結部１１３の＋Ｙ’軸側の面の高さより高くなるように形成されている。すなわち、水晶デバイス１００では、水晶振動片１１０の＋Ｙ’軸側の面では励振電極１１１の＋Ｙ’軸側の面が枠部１１２の＋Ｙ’軸側の面よりも凹むように形成されており、この凹んだ空間に凸部１３１が嵌るように形成されている。また、水晶デバイス１００では、第１接合部１３２の−Ｙ’軸側の面と枠部１１２の＋Ｙ’軸側の面とが接合されるのみならず、凸部１３１の−Ｙ’軸側の側面及び枠部１１２の＋Ｙ’軸側の内側側面の間（矢印１３１ａ）も封止材１５１により接合されている。

水晶デバイスでは、水晶デバイスの保護のために表面を樹脂でモールドする場合がある。この樹脂モールドは、金型に水晶デバイスを嵌めて樹脂を圧力をかけて注入することにより行われる。この場合、樹脂にかける圧力と同等の圧力が水晶デバイスにもかかる。このとき、圧力によりリッド板等が歪むこと水晶デバイスが圧力に耐え切れずに破損する場合がある。また、リッド板等に歪みが生じた場合には、枠部とリッド部等との接合箇所にリークが生じる場合がある。

水晶デバイス１００ではリッド板１３０の凸部１３１の厚さＣ２が厚く形成されることによりリッド板１３０が歪みにくくされており、リッド板１３０の耐圧性が向上されている。これにより、水晶デバイス１００が樹脂モールドされる場合のリッド板１３０の破損が防がれている。また、リッド板１３０の凸部１３１の−Ｙ’軸側側面と枠部１１２の＋Ｙ’軸側側面との間（図２の矢印１３１ａ）にも接合材１５１が形成されることにより、リッド板１３０と枠部１１２との接合面積が増えており、これによって枠部１１２とリッド部１３０との接合箇所にリークが生じることが防がれている。

水晶デバイス１００は、キャビティ１０１の大きさを従来の水晶デバイスよりも狭くして最小限に抑えることでリッド板１３０に凸部１３１を形成している。そのため、水晶デバイス１００の外形の大きさは従来の水晶デバイスの大きさよりも大きくすることなく水晶デバイスの耐圧性を向上させている。

水晶デバイス１００ではリッド板１３０にのみ凸部が形成されたが、振動部１１１の−Ｙ’軸側の面を枠部１１２の−Ｙ’軸側の面よりも＋Ｙ’軸方向に高く形成して、ベース板１２０にもリッド板１３０と同様の凸部を形成しても良い。

（第２実施形態）
水晶デバイスでは、リッド板及びベース板の耐圧性を向上させるために、リッド板及びベース板に、リッド板及びベース板を支える支持部を形成しても良い。以下に支持部を有する水晶デバイスについて説明する。また、以下の説明では、第１実施形態と同じ部分に関しては第１実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。

＜水晶デバイス２００の構成＞
図３は、水晶デバイス２００の分解斜視図である。水晶デバイス２００は主に、リッド板２３０と、ベース板２２０と、水晶振動片２１０と、により形成されている。水晶振動片２１０は、枠部２１２と、振動部１１１と、連結部２１３と、を含んで形成されている。枠部２１２は振動部１１１を囲むように形成されており、枠部２１２と振動部１１１とは振動部１１１の−Ｘ軸側の辺の中央から−Ｘ軸方向に伸びて枠部２１２に連結する連結部２１３により連結されている。また、枠部２１２と振動部１１１との間には水晶振動片２１０をＹ’軸方向に貫通する貫通溝２１７が形成されており、枠部２１２の内側側面には貫通溝２１７側に突き出た突起２１６が形成されている。

リッド板２３０は−Ｙ’軸側の面の中央領域に＋Ｙ’軸方向に凹んだ凹部２３１が形成されている。凹部２３１の周囲には、枠部２１２の＋Ｙ’軸側の面に封止材１５１（図５参照）を介して接合される第１接合部２３２が形成されている。また、第１接合部２３２から凹部２３１側に突き出た一対の支持部２３３が形成されている。

ベース板２２０は、＋Ｙ’軸側の面の中央領域に−Ｙ’軸方向に凹んだ凹部２２４が形成されている。凹部２２４の周囲には、枠部２１２の−Ｙ’軸側の面に封止材１５１（図５参照）を介して接合される第２接合部２２６が形成されている。また、ベース板２２０の＋Ｙ’軸側の面には第２接合部２２６から凹部２２４側に突き出た支持部２２５が形成されている。

図４（ａ）は、リッド板２３０の平面図である。リッド板２３０は矩形形状に形成されており、第１接合部２３２がリッド板２３０の周囲を取り囲み、枠部２１２にＹ’軸方向に重なるように形成されている。また支持部２３３は、第１接合部２３２の凹部２３１側の＋Ｚ’軸側及び−Ｚ’軸側の各側面からＺ’軸方向に平行に伸びるように形成されている。支持部２３３は、突起２１６及び支持部２２５にＹ’軸方向に重なるように形成されている。

図４（ｂ）は、水晶振動片２１０の平面図である。水晶振動片２１０では、振動部１１１の−Ｘ軸側の辺の中央と枠部２１２とが１本の連結部２１３により連結されている。また、水晶振動片２１０では、振動部１１１の＋Ｙ’軸側及び−Ｙ’軸側の面に励振電極１１４が形成されている。振動部１１１の＋Ｙ’軸側の面から引き出される引出電極１１５は、連結部２１３の＋Ｙ’軸側の面を通って枠部２１２の＋Ｙ’軸側の面の＋Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側の角まで引き出され、さらに貫通溝２１７に面する枠部２１２の側面を介して枠部２１２の−Ｙ’軸側の面に引き出されている。また、振動部１１１の−Ｙ’軸側の面から引き出される引出電極１１５は、連結部２１３の−Ｙ’軸側の面を介して枠部２１２に引き出され、さらに枠部２１２の−Ｙ’軸側の面の−Ｘ軸側の−Ｚ’軸側の角にまで引き出されている。

水晶振動片２１０では、枠部２１２の内側の＋Ｚ’軸側及び−Ｚ’軸側の各側面からＺ’軸方向に平行に連結部２１３に向かって伸びるように突起２１６が突き出ている。すなわち、突起２１６は連結部２１３の＋Ｚ’軸側及び−Ｚ’軸側の両隣に形成されている。水晶振動片２１０では、振動部１１１で生じた振動エネルギーを振動部１１１に閉じ込めるために、連結部２１３が長めに形成されている。突起２１６は、これにより生じた貫通溝２１７の空間を埋めるように形成されている。

図４（ｃ）は、ベース板２２０の平面図である。ベース板２２０は矩形形状に形成されており、第２接合部２２６はベース板２２０の周囲を取り囲み、枠部２１２にＹ’軸方向に重なるように形成されている。また支持部２２５は、第２接合部２２６の凹部２３１側の＋Ｚ’軸側及び−Ｚ’軸側の各側面からＺ’軸方向に平行に伸びるように形成されている。ベース板２２０の＋Ｙ’軸側の面の四隅には接続電極１２２が形成されており、接続電極１２２はベース板２２０の−Ｙ’軸側の面に形成される外部電極１２３（図３参照）にキャスタレーション１２１を介して電気的に接続されている。

図５は、水晶デバイス２００の断面図である。図５は、図４（ａ）から図４（ｃ）のＢ−Ｂ断面を含んでいる。水晶デバイス２００の振動部１１１は、ベース板２３０、リッド板２２０、及び枠部２１２により囲まれるキャビティ２０１に配置される。リッド板２３０では、支持部２３３のＹ’軸方向への厚さが第１接合部２３２の厚さである第１厚さＣ２１と同じ厚さに形成されている。また、凹部２３１における厚さＣ２２は、第１厚さＣ２１よりも薄く形成されている。ベース板２２０では、支持部２２５のＹ’軸方向の厚さが第２接合部２２６の厚さである第２厚さＢ２１と同じであり、凹部２２４の厚さＢ２２よりも厚く形成されている。また、水晶振動片２１０では、枠部２１２、振動部１１１、及び突起２１６の厚さは全て同じ厚さＡ２１に形成されている。また、支持部２３３、突起２１６、及び支持部２２５は、Ｙ’軸方向に重なるように形成されている。

水晶デバイス２００では、水晶デバイス２００が樹脂モールドされるために水晶デバイス２００に圧力が加わる場合、リッド板２３０及びベース板２２０に歪みが生じる。この歪みは、封止材１５１で固定されないリッド板２３０及びベース板２２０の中央領域で最も大きくなると考えられる。水晶デバイス２００では、リッド板２３０及びベース板２２０の中央領域がキャビティ２０１側に凹むように歪みが生じた場合に、支持部２３３及び支持部２２５が突起２１６に接触することによりリッド板２３０及びベース板２２０の歪みを抑え、水晶デバイス２００の破損を防ぐように形成されている。すなわち、水晶デバイス２００では、耐圧性が向上されている。また、リッド板２３０及びベース板２２０の歪みが抑えられることにより、封止材１５１が剥がれる方向に応力がかかりにくくなるため、キャビティ２０１のリークが防がれる。

また、水晶デバイス２００では、突起２１６が連結部２１３の形成により生じた貫通溝２１７の空間を利用して形成されているため、水晶デバイス２００の外形の大きさは従来の水晶デバイスの大きさよりも大きくすることなく水晶デバイスの耐圧性を向上させている。

水晶デバイス２００では突起２１６と支持部２３３及び支持部２２５との間に封止材１５１を形成していないが、封止材１５１を形成しても良い。また、水晶デバイス２００では、連結部２１３の両隣に突起２１６が形成されたが、貫通溝２１７に他の空いた空間が存在すれば、その空間に突起を形成しても良い。

＜水晶デバイス３００の構成＞
図６は、水晶デバイス３００の分解斜視図である。水晶デバイス３００は主に、リッド板３３０と、ベース板３２０と、水晶振動片３１０と、により形成されている。水晶振動片３１０は、枠部３１２と、振動部１１１と、連結部２１３と、を含んでいる。枠部３１２は連結部２１３を囲むように形成されており、また、連結部２１３は振動部１１１の−Ｘ軸側の辺の中央から−Ｘ軸方向に伸びて枠部３１２に連結している。枠部３１２と振動部１１１との間には水晶振動片３１０をＹ’軸方向に貫通する貫通溝３１７が形成されている。また、枠部３１２には、Ｚ’軸方向に平行に連結部２１３に向かって突き出た突起３１６が形成されている。突起３１６の＋Ｙ’軸側の面及び−Ｙ’軸側の面である表裏面には、金属膜３１８が形成されている。金属膜３１８は、例えば励振電極１１４及び引出電極１１５と同じ材料により形成される。

リッド板３３０は平板状に形成されている。また、リッド板３３０の−Ｙ’軸側の面には、水晶振動片３１０の突起３１６にＹ’軸方向に重なる位置に金属膜３３４が形成されている。金属膜３３４は、例えば励振電極１１４及び引出電極１１５と同じ材料により形成される。

ベース板３２０は、＋Ｙ’軸側の面の中央領域に−Ｙ’軸方向に凹んだ凹部２２４が形成されている。凹部２２４の周囲には、枠部３１２の−Ｙ’軸側の面に封止材１５１（図７参照）を介して接合される第２接合部２２６が形成されている。また、第２接合部２２６から凹部２２４側に突き出すように支持部２２５が形成されている。支持部２２５の＋Ｙ’軸側の面には、金属膜３２７が形成されている。金属膜３２７は、例えば励振電極１１４及び引出電極１１５と同じ材料により形成される。

図７は、図６のＣ−Ｃ断面図である。水晶デバイス３００の振動部１１１は、ベース板３３０、リッド板３２０、及び枠部３１２により囲まれるキャビティ３０１に配置される。また、枠部３１２及び突起３１６の厚さＡ１は振動部１１１の厚さＡ２よりも厚く形成されている。水晶振動片３１０に形成されている金属膜３１８は、リッド板３３０に形成されている金属膜３３４及びベース板３２０に形成されている金属膜３２７にＹ’軸方向に重なるように配置される。金属膜３１８及び金属膜３３４と、金属膜３１８及び金属膜３２７とは接触しても良いし接触していなくても良い。また、各金属膜同士の間に封止材１５１が形成されていても良い。

突起及び支持部が形成された水晶デバイスに樹脂モールドを行う場合であり、突起及び支持部が互いに水晶材料又はガラス等の脆性材料で形成されている場合には、突起及び支持部が互いに接触することにより破損することが考えられる。これに対して水晶デバイス３００では、突起３１６、支持部２２５、及びリッド板３３０に金属膜が形成されることにより、突起３１６と支持部２２５及びリッド板３３０とが直接接触することがないため、突起３１６及び支持部２２５の破損を回避することができる。

以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。

１００、２００、３００ … 水晶デバイス
１０１、２０１、３０１ … キャビティ
１１０、２１０、３１０ … 水晶振動片
１１１ … 振動部
１１２、２１２、３１２ … 枠部
１１３、２１３ … 連結部
１１４ … 励振電極
１１５ … 引出電極
１２０、２２０、３２０ … ベース板
１２１ … キャスタレーション
１２２ … 接続電極
１２３ … 外部電極
１３０、２３０、３３０ … リッド板
１３１ … 凸部
１３２ … 第１接合部
１５１ … 低融点ガラス
２１６、３１６ … 突起
２１７、３１７ … 貫通溝
２２４、２３１ … 凹部
２２５、２３３ … 支持部
２２６ … 第２接合部
２３２ … 第１接合部
３１８、３２７、３３４ … 金属膜

Claims (5)

1. 所定の周波数で振動する振動部、前記振動部を空間を挟んで囲み前記振動部よりも厚く形成される枠部、及び前記振動部と前記枠部とを連結する連結部を含む水晶振動片と、
   前記枠部の一主面に接合され第１厚さに形成される第１接合部を有するリッド板と、
   前記枠部の他主面に接合されるベース板と、を有し、
   前記振動部は、前記枠部、前記ベース板、及び前記リッド板により囲まれるキャビティに密封され、
   前記リッド板の前記キャビティに面する部分の厚さが前記第１厚さよりも厚い水晶デバイス。
2. 所定の周波数で振動する振動部、前記振動部を空間を挟んで囲む枠部、及び前記振動部と前記枠部とを連結する連結部を含む水晶振動片と、
   前記枠部の一主面に接合され第１厚さに形成される第１接合部を有するリッド板と、
   前記枠部の他主面に接合され第２厚さに形成される第２接合部を有するベース板と、を含み、
   前記振動部は、前記枠部、前記ベース板、及び前記リッド板により囲まれるキャビティに密封され、
   前記枠部は前記キャビティの内側に突き出た突起を有し、
   前記リッド板及び前記ベース板は、前記突起と厚さ方向に重なる位置に、前記第１厚さ及び前記第２厚さと同じ厚さの支持部を有する水晶デバイス。
3. 前記突起は、前記連結部の前記空間を挟んだ両側に形成される請求項２に記載の水晶デバイス。
4. 前記突起の表裏面及び前記支持部の前記突起に向かい合う面には、金属膜が形成される請求項２又は請求項３に記載の水晶デバイス。
5. 前記ベース板は、平板状に形成される請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水晶デバイス。