JP2018032944A

JP2018032944A - 水晶振動板、及び水晶振動デバイス

Info

Publication number: JP2018032944A
Application number: JP2016162996A
Authority: JP
Inventors: 賢周森本; Kenshu Morimoto
Original assignee: Daishinku Corp
Current assignee: Daishinku Corp
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2016-08-23
Publication date: 2018-03-01

Abstract

【課題】耐衝撃性を高めつつ電気的特性の劣化を抑制したより信頼性の高い水晶振動板、及び水晶振動デバイスを提供する。【解決手段】ＡＴカットの水晶振動板２であって、中央部分で表裏主面に励振電極が形成された平面視矩形状の振動部２２と、振動部の外周に形成された平面視矩形状の切り抜き部２１と、上記切り抜き部の外周に形成されるとともに平面視矩形状の外枠部２３と、上記振動部と外枠部を接続するとともに、上記振動部のＸ軸方向に沿った辺の一端部から、上記振動部のＺ´軸方向に沿って延出された１つの連結部２４とを有している。上記連結部が接続された振動部の角部に対して対角の振動部の角部に近接する上記外枠部のＺ´軸方向の内周端には、凸部２３ｂ，２３ｃを形成している。【選択図】図４

Description

本発明は、一主面に形成された第１励振電極と、他主面に形成された第２励振電極とが備えられたＡＴカットの水晶振動板及びこの水晶振動板が備えられた水晶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、水晶振動デバイス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。

特に、水晶振動デバイスのうち小型化に対応したものとしては、その筐体が直方体のパッケージで構成され、ガラスや水晶など脆性材料からなる第１封止部材及び第２封止部材と、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、下記する特許文献１ご参照）ものがある。このような積層形態の水晶振動デバイスでは一般的にサンドイッチ構造と称している。

特開２０１５−１２２６５２号公報

ところで、上述のようなサンドイッチ構造の水晶振動デバイスでは、水晶振動板の機能領域に、水晶振動子として励振するための振動部としての領域と、水晶振動板と封止部材とを接合して振動部を気密封止するための外枠部としての領域と、外枠部によって上記振動部の励振が妨げられないように、外枠部と振動部とを隔離するための切り抜き部としての領域と、振動部と外枠部とを接続するため連結部としての領域と、水晶振動板の配線と封止部材の配線とを電気的に接続するための配線部（配線パターンや配線用のスルーホール等）としての領域とがある。

このような水晶振動デバイスでは、連結部の構成によって、振動部から外枠部へと振動変位の伝わりが大きくなると振動漏れが生じて圧電振動効率が悪くなることがあったり、落下などの外的衝撃に対して振動部が大きく撓むことで連結部の破損を招いたりするなどの問題点があった。特に、サンドイッチ構造の水晶振動デバイスでは、連結部の設計だけで振動漏れの悪影響をなくすとともに耐衝撃性能を高めることを同時に実現することは困難であるのが現状であった。

そこで、上記課題を解決するために、本発明は、耐衝撃性を高めつつ電気的特性の劣化を抑制したより信頼性の高い水晶振動板、及び水晶振動デバイスを提供することを目的とする。

本発明では、上記目的を達成するために、一主面と他主面とを有する平面視矩形状のＡＴカットの水晶振動板であって、上記水晶振動板の中央部分で、一主面に第１励振電極が形成され、他主面に第２励振電極が形成された平面視矩形状の振動部と、上記振動部の外周に形成された切り抜き部と、上記切り抜き部の外周に形成されるとともに内周端が平面視矩形状の外枠部と、上記振動部と外枠部を接続するとともに、上記振動部のＸ軸方向に沿った辺の一端部から、上記振動部のＺ´軸方向に沿って延出された１つの連結部とを有しており、上記連結部が接続された振動部の角部に対して対角の振動部の角部に近接する上記外枠部のＺ´軸方向の内周端には、凸部を形成している。

上記構成により、振動部と外枠部との接続を、振動部のＸ軸方向に沿った辺の一端部から振動部のＺ´軸方向に沿って延出された１つの連結部のみで実現することで、ＡＴカットの振動部のうち振動変位分布のより高い軸方向であるＸ軸に沿って延出された連結部が構成されることはない。加えて、平面視矩形状の振動部では角部（Ｘ軸方向の辺の端部）における振動変位が最も低い領域となる。このため、振動部から外枠部への振動漏れの影響が少なくなり、より効率的に水晶振動板の振動部を圧電振動させることができる。また、１つの連結部のみで振動部と外枠部を接続することで、複数の連結部により振動部と外枠部を接続した場合と比較して、振動部への応力のかかり具合を低減できる。このため、外枠部から加わる応力によって、振動部に応力が加わることで周波数シフトすることが抑制されるので、より安定して水晶振動板の振動部を圧電振動させることができる。

また、落下や加工工程における外的な衝撃が水晶振動板に加わった場合に、水晶振動板の振動部うち最も変位しやすいのは、連結部が接続された振動部の角部に対して対角位置の振動部の角部である振動部の自由端となる。そして、連結部はＺ´軸方向に沿って延出されているので、上記振動部の自由端は、特に板面方向（Ｘ軸とＺ´軸）のうちＸ軸方向に過度な変位が生じやすい。そこで、上記連結部が接続された振動部の角部に対して対角の振動部の角部に近接する上記外枠部のＺ´軸方向の内周端には、凸部を形成しているため、振動部の自由端がＸ軸方向に過度な変位が起こる前に、外枠部のＺ´軸方向の内周端の凸部に振動部の自由端近傍の端部が当接し支持される。このため、水晶振動板の振動部が板面方向に大きく撓むことがなくなり、連結部の破損などを防止することができる。また、振動部に凸部を形成しないで外枠部に凸部を形成しているので、振動部に凸部を形成することによる振動変位領域の変化やスプリアスの発生などの圧電振動特性への悪影響を及ぼすリスクがなくなり、外枠部の剛性を高めることによる耐衝撃性能の向上にも貢献できる。

また、外枠部のＺ´軸方向の内周端の一部にのみ凸部を設けることで、振動部の有効面積を狭めることもなくなり、水晶振動板の小型化による振動領域の縮小による電気的特性の低下をなくすこともできる。

また、上記連結部が接続されていない振動部の他の角に近接する外枠部のＺ´軸方向の内周端にも、上記切り抜き部の幅を狭くする凸部を形成することで、２点以上のより多点で構成することができ、振動部の板面方向（Ｘ軸とＺ´軸）に変位することがより一層抑えることができる。

以上により、本発明では、耐衝撃性を高めつつ電気的特性の劣化を抑制したより信頼性の高い水晶振動板を提供することができる。

本発明では、上記水晶振動板の一主面を覆う第１封止部材と、上記水晶振動板の他主面を覆う第２封止部材とが備えられた積層形態であるサンドイッチ構造の水晶振動デバイスに適用するのに望ましい。

このような構成によると、水晶振動板を第１封止部材と第２封止部材とで挟まれた構造であるので、比較的に小型の水晶振動デバイスとすることができる。また、上述した水晶振動板が備えられているので、水電振動デバイスとしての小型化を実現しながら耐衝撃性を高めつつ電気的特性の劣化を抑制することができる。

図１は、本発明の実施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、水晶振動子の第１封止部材の概略平面図である。図３は、水晶振動子の第１封止部材の概略裏面図である。図４は、水晶振動子の水晶振動板の概略平面図である。図５は、水晶振動子の水晶振動板の概略裏面図である。図６は、水晶振動子の第２封止部材の概略平面図である。図７は、水晶振動子の第２封止部材の概略裏面図である。図８は、本発明の他の実施形態に関する平面図である。図９は、図８のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図１０は、本発明の他の実施形態に関する平面図である。

以下、本発明の実施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、水晶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。

本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。

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２２が気密封止されている。本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、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３貫通孔）を用いて電極の導通を図っている。

次に、上記した水晶振動子１０１の各構成について、図１〜図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。

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）として形成されている。これらの一主面２１１と他主面２１２とは平行面である。本形態では、水晶振動板２として、平面視矩形状の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４，５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）、及び光学軸（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´軸及びＺ´軸は、水晶の結晶軸のＹ軸及びＺ軸からそれぞれ３５°１５′傾いた軸に一致する。Ｙ´軸方向及び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の中央部分には平面視矩形状に形成された振動部２２を有しており、その両主面（一主面２１１，他主面２１２）に一対の励振電極（第１励振電極２２１，第２励振電極２２２）が形成されている。第１励振電極２２１，第２励振電極２２２には、後述する外部電極端子（一外部電極端子４３１，他外部電極端子４３２）に接続するための引出電極（第１引出電極２２３，第２引出電極２２４）が接続されている。

つまり、振動部２２の一主面側に第１励振電極２２１が形成され、当該第１励振電極２２１に対向するとともに振動部２２の他主面側に第２励振電極２２２が形成されている。
また、第１励振電極２２１には、後述する連結部２４を経由して外枠部２３へと延出され、最終的に一外部電極端子４３１に接続される第１引出電極２２３が形成され、第２励振電極２２２には、後述する連結部２４を経由して外枠部２３へと延出され、最終的に他外部電極端子４３２に接続される第２引出電極２２４が形成されている。

また、水晶振動板２の振動部２２の外周に形成され水晶振動板２の厚み方向に貫通（一主面２１１と他主面２１２との間を貫通）する外周端と内周端とが平面視矩形状の切り抜き部２１と、振動部２２と切り抜き部２１との外周を取り囲んだ状態で形成された外周端と内周端とが平面視矩形状の外枠部２３と、振動部２２と外枠部２３を接続するとともに水晶振動板２のＺ´軸方向に延出された１つの連結部（保持部）２４とを有しており、水晶振動板２は振動部２２と連結部２４と外枠部２３とが一体的に設けられた構成となっている。これら振動部２２と連結部２４と外枠部２３の両主面（一主面，他主面）は、お互いに同じ面もしくは厚みが異なる平行面として形成されている。本形態では、振動部２２と連結部２４の厚みが同じ厚みで、これらの厚みより外枠部２３の厚みが厚く形成されているため、振動部２２と連結部２４との両主面（一主面，他主面）がそれぞれ同じ面となり、振動部２２と連結部２４との両主面（一主面，他主面）に対して外枠部２３の両主面（一主面，他主面）は平行な面となる。

なお、本形態に限らず、振動部２２と連結部２４の厚みを変更してもよく、例えば、外枠部２３が最も厚く形成し、振動部２２が次に厚くなるように形成し、連結部２４が最も薄くなるように形成してもよい。また、振動部２２の一部に厚みの異なる領域を形成しメサ形状あるいは逆メサ形状としてもよい。このような外枠部２３と連結部２４との厚みの違いにより、外枠部２３と連結部２４、あるいは連結部２４と振動部２２との圧電振動の固有振動数が異なることになり、お互いに共鳴しにくくなる。

また、図８，図９に示すように、連結部２４と外枠部２３とが同じ厚みで、振動部２２のみが薄く形成してもよい。このような構成では、振動部２２と連結部２４の圧電振動の固有振動数が異なることになり、振動部２２の圧電振動に連結部２４が共鳴しにくくなることに加えて、連結部２４の外枠部２３との接続部分の剛性を高めるとともに、外部衝撃により振動部２２が変位することで連結部２４に加わる歪応力の集中を緩和させることができる。

つまり、本形態では、連結部２４は、振動部２２と外枠部２３との間のＺ´軸方向に１箇所のみに設けられており、振動部２２の＋Ｘ方向かつ−Ｚ´方向に位置する１つの角部２２ａのみ（振動部２２のＸ軸方向に沿った辺の一端部）から、−Ｚ´方向に向けて外枠部２３まで延びている（Ｚ´軸方向に沿って延出されている）。連結部２４が設けられていない箇所が切り抜き部２１としての空間（隙間）になっている。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２２ａの１カ所にのみ（振動部２２のＸ軸方向に沿った辺の一端部）にＺ´軸方向に延出された１つの連結部２４が設けられている。

このため、ＡＴカットの振動部２２のうち振動変位分布のより高い軸方向であるＸ軸に沿って延出された連結部２４が構成されることはない。加えて、平面視矩形状の振動部２２では角部（Ｘ軸方向の辺の端部）における振動変位が最も低い領域となる。このため、連結部２４を介して振動部２２から外枠部２３への圧電振動の漏れの影響が少なくなり、より効率的に水晶振動板２の振動部２２を圧電振動させることができる。また、連結部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。また、小型化に有利な外枠部付きの水晶振動板２とすることができる。

本発明では、上述のように、振動部２２のＸ軸方向の端部からＺ´軸方向に沿って延出する１つだけの連結部２４を有することに特徴があり、この特徴に加えて、外枠部２３のＺ´軸方向の内周端には、少なくとも連結部が接続された振動部２２の角部に対して対角（振動部の自由端）の角部に近接する凸部を形成していることにも特徴がある。以下、図４，図５に示すように、本実施形態による追加の特徴点の詳細について説明する。

外枠部２３のＺ´軸方向の内周端２３１には、連結部２４が接続された振動部２２の角部２２ａの対角位置の角部２２ｃに近接する半円形状の凸部２３ｃを形成しており、外枠部２３の内周端２３１にＸ軸方向に対向する内周端２３２で、振動部２２の角部２２ｂに近接するとともに凸部２３ｃに対向する位置にも、同じ形状の凸部２３ｂが形成されている。つまり、外枠部２３のＺ´軸方向の２つの内周端２３１と内周端２３２には、振動部２２の角部２２ｃと角部２２ｂとに近接する半円形状の２つの凸部２３ｂと凸部２３ｃとが、外枠部２３のＸ軸方向の中心を通るとともにＺ´軸に沿った中心線に線対称に形成されている。

このため、振動部２２の自由端である角部２２ｃがＸ軸方向に過度な変位が起こる前に、外枠部２３のＺ´軸方向の内周端２３１の凸部２３ｃに振動部２２の角部２２ｃ近傍の端部が当接し支持されるとともに、外枠部２３のＺ´軸方向の内周端２３２の凸部２３ｄに振動部２２の角部２２ｄ近傍の端部が当接し支持される。このため、水晶振動板２の振動部２２が板面方向に大きく撓むことがなくなり、連結部２４の破損などを防止することができる。また、これらの凸部２３ｃ，２３ｄは、外枠部２３のＺ´軸方向の内周端の一部にのみ設けられていることで、振動部２２の有効面積を狭めることもなくなり、水晶振動板２の小型化による振動領域の縮小による電気的特性の低下をなくすこともできる。

なお、凸部の数は本形態に限らず、図１０（ａ）に示すように、連結部２４が接続された振動部２２の角部２２ａの対角位置となる角部２２ｃに近接する外枠部２３のＺ´軸方向の内周端２３１の１カ所のみに半円形状の凸部２３ｃを形成したものであってもよい。さらに、図１０（ｂ）に示すように、連結部２４が接続された振動部２２の角部２２ａ以外である全ての角部２２ｂ，２２ｃ，２２ｄに近接する外枠部２３のＺ´軸方向の内周端２３１および内周端２３２の３カ所に半円形状の凸部２３ｂと凸部２３ｃと凸部２３ｄとを形成したものであってもよい。

なお、上記凸部は、平面視形状は半円形状のもの限るものでなく、楕円形状などの曲率形状のものであってもよいし、三角形や矩形などの多角形状のものであってもよい。加えて、各凸部の厚みは、加工工程に合わせて形成する場合、外枠部２３や振動部２２等の厚みと同じにすることが望ましいが、特に制限されるものではない。

また、本発明では、上述の特徴でのうち、特に、振動部２２のＸ軸方向の端部からＺ´軸方向に沿って延出する１つだけの連結部２４を有することに加えて、連結部２４は、外枠部２３に向かって次第に幅が広くなる幅広部が形成されていることにも特徴がある。以下、図４，図５に示すように、本実施形態による追加の特徴点の詳細について説明する。

本形態の連結部２４には、連結部の−Ｘ軸側の側面と＋Ｘ軸側の側面の両方に、幅広部２４ａと幅広部２４ｂを形成している。各幅広部は振動部２２に接する端部２４１から外枠部２３に接する端部２４２の全体にわたり、１方向のみに直線的に幅広になる平面視略ハの字形状として形成されている。

このため、連結部２４の固定端側の外枠部２３との接続部分の剛性を高めるとともに、外的な衝撃により水晶振動板２の振動部２２が変位することで連結部２４に加わる歪応力を外枠部に広がるように分散させることができる。しかも、連結部２４全体を幅広に構成する場合に比べて、上述したように振動部２２から外枠部２３への振動漏れの影響も抑制することができる。

なお、これらの幅広部の形状は本形態に限らず、図１０（ａ）に示すように、幅広部２４ａ１は連結部２４の中央から振動部２２に接する端部２４１との接続点と外枠２３に接する端部２４２との接続点の２方向に曲率状に幅広になるように形成したものであってもよい。さらに、図１０（ｂ）に示すように、幅広部２４ａ２は連結部２４の中央から振動部２２に接する端部２４１との接続点と外枠２３に接する端部２４２との接続点の２方向に直線に幅広になるように形成したものであってもよい。このように本形態の幅広部は、連結部２４の全体（振動部２２との接続点２４１から外枠部２３との接続点２４２全体）に形成されてもよく、その一部だけに形成されてもよい。また幅広部は、外枠部側だけ形成するのではなく、外枠部側と振動部側の両方に形成されていてもよい。また、その形状も曲率状でもよく、直線状でもよくこれらを組み合わせたものでもよい。

そして、第１引出電極２２３は、第１励振電極２２１から引き出され、連結部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引出電極２２４は、第２励振電極２２２から引き出され、連結部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。

第１励振電極２２１は、振動部２２の一主面２２０１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１引出電極２２３は、連結部２４の一主面２４０１の一部と一側面の一部の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は、振動部２２の他主面２２０２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引出電極２２４は、連結部２４の他主面２４０２の一部と他側面の一部の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。

水晶振動板２の両主面２１１，２１２には、水晶振動板２を第１封止部材３及び第２封止部材４に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、上述した外枠部２３に設けられており、平面視で環状に形成されている。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、水晶振動板２の両主面２１１，２１２の外周縁に近接するように設けられている。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。

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。

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、真空蒸着やスパッタリング、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。

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１つの貫通孔（第１貫通孔２６）が形成されている。第１貫通孔２６は、水晶振動板２の外枠部２３に設けられている。第１貫通孔２６は、後述する第２封止部材４の接続用接合パターン４５３に繋がるものである。

第１貫通孔２６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２６１が、第１貫通孔２６の内壁面に沿って形成されている。そして、第１貫通孔２６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２６２となる。第１貫通孔２６の外周囲には、接続用接合パターン２６４，２６５が形成されている。接続用接合パターン２６４，２６５は、水晶振動板２の両主面２１１，２１２に設けられている。

水晶振動板２の一主面２１１に形成された第１貫通孔２６の接続用接合パターン２６４は、外枠部２３において、Ｘ軸方向に沿って延びている。また、水晶振動板２の一主面２１１には、第１引出電極２２３に繋がる接続用接合パターン２７が形成されており、この接続用接合パターン２７も、外枠部２３において、Ｘ軸方向に沿って延びている。接続用接合パターン２７は、振動部２２（第１励振電極２２１）を挟んで、接続用接合パターン２６４とはＺ´軸方向の反対側に設けられている。つまり、振動部２２のＺ´軸方向の両側に、接続用接合パターン２７，２６４が設けられている。

同様に、水晶振動板２の他主面２１２に形成された第１貫通孔２６の接続用接合パターン２６５は、外枠部２３において、Ｘ軸方向に沿って延びている。また、水晶振動板２の他主面２１２には、第２引出電極２２４に繋がる接続用接合パターン２８が形成されており、この接続用接合パターン２８も、外枠部２３において、Ｘ軸方向に沿って延びている。接続用接合パターン２８は、振動部２２（第２励振電極２２２）を挟んで、接続用接合パターン２６５とはＺ´方向の反対側に設けられている。つまり、振動部２２のＺ´方向の両側に、接続用接合パターン２８，２６５が設けられている。

接続用接合パターン２７，２８，２６４，２６５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２７，２８，２６４，２６５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。

水晶振動子１０１では、第１貫通孔２６及び接続用接合パターン２７，２８，２６４，２６５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。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。第１貫通孔２６及び接続用接合パターン２７，２８，２６４，２６５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。

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）として形成されている。

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。封止側第１封止部３２には、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の他主面３１２の外周縁に近接するように設けられている。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。

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。

第１封止部材３の他主面３１２、つまり、水晶振動板２との対向面には、水晶振動板２の接続用接合パターン２６４，２７と接合される接続用接合パターン３５，３６が形成されている。接続用接合パターン３５，３６は、第１封止部材３の短辺方向（図３のＡ１方向）に方向に沿って延びている。接続用接合パターン３５，３６は、第１封止部材３の長辺方向（図３のＡ２方向）に所定の間隔を隔てて設けられており、接続用接合パターン３５，３６のＡ２方向の間隔は、水晶振動板２の接続用接合パターン２６４，２７のＺ´軸方向の間隔（図４参照）と略同じになっている。接続用接合パターン３５，３６は、配線パターン３３を介して互いに接続されている。配線パターン３３は、接続用接合パターン３５，３６の間に設けられている。配線パターン３３は、Ａ２方向に沿って延びている。配線パターン３３は、水晶振動板２の接続用接合パターン２６４，２７とは接合されないようになっている。

接続用接合パターン３５，３６及び配線パターン３３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３５，３６及び配線パターン３３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。

水晶振動子１０１では、接続用接合パターン３５，３６及び配線パターン３３は、平面視で内部空間１３の内方（接合材１１の内周面の内側）に形成される。接続用接合パターン３５，３６及び配線パターン３３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。なお、水晶振動子１０１では、図３のＡ１方向は、図４のＸ軸方向に一致し、図３のＡ２方向は、図４のＺ´軸方向に一致する。

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６，７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）として形成されている。

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の一主面４１１の外周縁に近接するように設けられている。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。

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。

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。

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２貫通孔４５，第３貫通孔４６）が形成されている。第２貫通孔４５は、一外部電極端子４３１及び水晶振動板２の接続用接合パターン２６５に繋がるものである。第３貫通孔４６は、他外部電極端子４３２及び水晶振動板２の接続用接合パターン２８に繋がるものである。

第２貫通孔４５，第３貫通孔４６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４５１，４６１が、第２貫通孔４５，第３貫通孔４６の内壁面夫々に沿って形成されている。そして、第２貫通孔４５，第３貫通孔４６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４５２，４６２となる。第２貫通孔４５，第３貫通孔４６夫々の外周囲には、接続用接合パターン４５３，４６３が形成されている。

接続用接合パターン４５３，４６３は、第２封止部材４の一主面４１１に設けられており、水晶振動板２の接続用接合パターン２６５，２８と接合される。接続用接合パターン４５３，４６３は、第２封止部材４の短辺方向（図６のＢ１方向）に方向に沿って延びている。接続用接合パターン４５３，４６３は、第２封止部材４の長辺方向（図６のＢ２方向）に所定の間隔を隔てて設けられており、接続用接合パターン４５３，４６３のＢ２方向の間隔は、水晶振動板２の接続用接合パターン２６５，２８のＺ´軸方向の間隔（図５参照）と略同じになっている。

接続用接合パターン４５３，４６３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４５３，４６３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。

水晶振動子１０１では、第２貫通孔４５，第３貫通孔４６及び接続用接合パターン４５３，４６３は、平面視で内部空間１３の内方に形成されている。第２貫通孔４５，第３貫通孔４６及び接続用接合パターン４５３，４６３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。なお、水晶振動子１０１では、図６のＢ１方向は、図５のＸ軸方向に一致し、図６のＢ２方向は、図５のＺ´軸方向に一致する。

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２２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。本形態では、水晶振動板２の第１、第２励振電極２２１，２２２から一外部電極端子４３１，他外部電極端子４３２までの配線がいずれも、平面視で接合材１１の内方に設けられている。接合材１１は、平面視で、パッケージ１２の外周縁に近接するように形成されている。これにより、水晶振動板２の振動部２２のサイズを大きくすることが可能になっている。

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。具体的には、水晶振動板２の接続用接合パターン２６４及び第１封止部材３の接続用接合パターン３５が拡散接合される。水晶振動板２の接続用接合パターン２７及び第１封止部材３の接続用接合パターン３６が拡散接合される。また、水晶振動板２の接続用接合パターン２６５及び第２封止部材４の接続用接合パターン４５３が拡散接合される。水晶振動板２の接続用接合パターン２８及び第２封止部材４の接続用接合パターン４６３が拡散接合される。そして、夫々の接続用接合パターン同士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、貫通孔の貫通電極と接合材１４とを導通させる役割、及び接合箇所を気密封止する役割を果たす。なお、接合材１４は、平面視で封止用の接合材１１よりも内方に設けられるため、図１では破線で示している。

ここで、第１貫通孔２６と第２貫通孔４５とが平面視で重畳しないように配置されている。具体的には、図６に示すように、正面視では（図６のＢ１方向から見ると）、第１貫通孔２６と第２貫通孔４５とは上下に一直線上に並んで配置されている。図６では、便宜上、第２封止部材４の上方に設けられる水晶振動板２に形成された第１貫通孔２６を２点鎖線で示している。一方、側面視では（図６のＢ２方向から見ると）、第１貫通孔２６と第２貫通孔４５とは上下に一直線上に並ばないようにオフセットされて配置されている。より詳細には、接合材１４（接続用接合パターン２６５，４５３）の長手方向（Ｂ１方向）の一端部に第１貫通孔２６が接続され、接合材１４の長手方向の他端部に第２貫通孔４５が接続されている。そして、第１貫通孔２６の貫通電極２６１と第２貫通孔４５の貫通電極４５１とが接合材１４を介して電気的に接続されている。このように、第１貫通孔２６と第２貫通孔４５とを平面視で重畳しないように配置することによって、水晶振動板２の振動部２２を気密封止した内部空間１３の気密性を確保するうえでより好ましい構造となる。

そして、上述のようにし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、本形態のＡｕ−Ａｕ接合では０．０１μｍ〜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。

なお、本形態では、サンドイッチ構造の水晶振動子１０１において、第１封止部材３の他主面３１２、つまり、水晶振動板２との対向面に、水晶振動板２の第１励振電極２２１に接続される配線パターン３３が設けられており、この配線パターン３３の少なくとも一部が、平面視で、振動部２２と外枠部２３との間の空間と重畳する位置に設けられており、配線パターン３３は、平面視で、第１励振電極２２１，第２励振電極２２２とは重畳しない位置に設けられていることがより好ましい。

このように構成することで、第１封止部材３の他主面３１２を配線パターン３３の配置領域として有効活用することができ、振動部２２のサイズを確保しつつ、水晶振動子１０１の小型化を図ることができる。つまり、水晶振動板２に配線パターン３３の配置領域を別途確保する必要がなくなり、その分だけ振動部２２のサイズを大きくすることが可能になる。したがって、水晶振動子１０１の小型化の要請を満たすために、振動部２２のサイズを必要以上に小さくしなくてもよくなる。

また、第１封止部材３の他主面３１２が平坦面に形成されているので、第１封止部材３の厚さを抑えることができ、その分、水晶振動子１０１の低背化に寄与することができる。つまり、第１封止部材３の他主面３１２に凹部が設けられている場合、凹部の深さに相当する分だけ第１封止部材３の厚さが増加することが懸念される。しかし、第１封止部材３の他主面３１２を平坦面に形成することによって、第１封止部材３の厚さが増加することを抑制することができ、水晶振動子１０１の低背化に寄与することができる。この場合、水晶振動板２の振動部２２及び連結部２４が、外枠部２３よりも薄く形成されているので、水晶振動子１０１の低背化を図りながら、振動部２２と第１封止部材３及び第２封止部材４との接触を抑制する点で有効である。

また、本形態では、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。

なお、上記に示した本発明の実施形態及び実施例はいずれも本発明を具体化した例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。上記各実施形態では、水晶振動デバイスを水晶振動子としたが、水晶振動子以外の水晶振動デバイス（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。

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。

１０１水晶振動子
１２パッケージ
１３内部空間
２水晶振動板
２１切り抜き部
２２振動部
２２１第１励振電極
２２２第２励振電極
２２３第１引出電極
２２４第２引出電極
２３外枠部
２４連結部
３第１封止部材
４第２封止部材

Claims

一主面と他主面とを有する平面視矩形状のＡＴカットの水晶振動板であって、
上記水晶振動板の中央部分で、一主面に第１励振電極が形成され、他主面に第２励振電極が形成された平面視矩形状の振動部と、
上記振動部の外周に形成された切り抜き部と、
上記切り抜き部の外周に形成されるとともに内周端が平面視矩形状の外枠部と、
上記振動部と外枠部を接続するとともに、上記振動部のＸ軸方向に沿った辺の一端部から、上記振動部のＺ´軸方向に沿って延出された１つの連結部とを有しており、
上記連結部が接続された振動部の角部に対して対角の振動部の角部に近接する上記外枠部のＺ´軸方向の内周端には、凸部を形成している
ことを特徴とする水晶振動板。
請求項１に記載された水晶振動板と、
上記水晶振動板の一主面を覆う第１封止部材と、
上記水晶振動板の他主面を覆う第２封止部材とが備えられた
ことを特徴とする水晶振動デバイス。