JP4893296B2 - 圧電振動デバイス - Google Patents

Description

本発明は、電子機器に用いられる水晶振動子等の圧電振動デバイスに関するものである。

現在汎用されている表面実装型水晶振動子等の圧電振動デバイスは、水晶振動素子を収納する領域を有するセラミックパッケージを用い、当該セラミックパッケージに水晶振動素子を搭載後、リッドにて気密封止する構成が多く採用されている。例えば、特開２０００−２３６０３５号（特許文献１）はその一例を示す先行技術である。

このようなセラミックパッケージを用いた構成は、圧電振動デバイスのさらなる小型化が進んだ場合、セラミックパッケージが小型化に対応できない可能性が出てきた。例えば、焼成によるセラミック積層技術を用いて構成するセラミック体はどうしてもその寸法精度にバラツキが生じ、超小型化した場合はこのバラツキにより所望の寸法精度を確保することが困難になる。また低背化が要求される場合はセラミック積層による十分なパッケージ強度が確保できない場合があり、このような場合、電子部品として要求される気密性等の耐環境性能を満たさないことがあった。

さらには水晶振動素子をパッケージに搭載するにあたり、搭載用の装置および治工具が必要になるが、当該治工具がパッケージに干渉する等により、水晶振動子の搭載自体が困難になるという問題もあった。

このように圧電振動デバイスの超小型化がより進んだ場合、現在普及しているセラミックパッケージを用いた構成では対応できない可能性があり、超小型化に適した圧電振動デバイス構成が求められていた。

特開２０００−２３６０３５号

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、超小型化し、高周波数化した場合でも、圧電振動素子の保持並びに気密封止を確実に行うことのできる新規なチップ型の圧電振動デバイスを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明者は、圧電振動デバイスの超小型化、高周波数化が進んだ場合でも、圧電振動板の保持やパッケージのチップ化が容易な構成を目指して、中央部分に薄肉部を有する逆メサ構成の圧電振動板を用い、薄肉部を封止する構成を発案したもので、また圧電振動板の側面に端子部を設けることにより、従来必要としていたパッケージを用いることなくチップ型の圧電振動デバイス得るものであり、次のような構成により実現したものである。

すなわち、中央部分に薄肉部を有し、当該薄肉部の周囲に厚肉部を有するとともに、前記薄肉部の表裏に対向して励振電極が形成され、かつ当該励振電極は引出電極により厚肉部に引き出された圧電振動板と、前記厚肉部に接合され薄肉部を気密封止する蓋体と、前記圧電振動板の側面に接合され、前記引出電極と導電接合される端子部とからなり、前記蓋体は複数枚構成であることを特徴とする圧電振動デバイスである。前記蓋体は複数枚構成のうち一部または全部を緩衝性に優れた材料や構成を採用してもよい。圧電振動板の厚肉部に応力がかかった場合、その一部が薄肉部にも伝わり、圧電振動板の特性に悪影響を与えることがある。この場合、蓋体と厚肉部と接合することにより薄肉部への応力の伝搬を抑制することができ、さらにこれを複数枚構成とすることにより、圧電振動板全体の変形を抑制することができ、この応力伝搬抑制作用をさらに得ることができる。また蓋体に緩衝性に優れた材料や例えば複数の屈曲部を有する緩衝構成を用いることにより、振動領域である薄肉部への応力伝搬を抑制することができ、特性向上に寄与する。

上記構成によれば、逆メサタイプの圧電振動板を用いることにより、圧電振動板の高周波数化に対応することができ、薄肉部によって形成される凹部を被覆するように蓋体により厚肉部の表裏面各面を気密接合することによって、励振領域となる薄肉部を気密封止することができる。前記端子部は例えば金属製のブロック体からなり、少なくともその表面を導体で構成することにより、圧電振動板周囲の厚肉部に形成された引出電極を端子部を介して外部に導出することができる。なお、端子部は蓋体にて気密接合された圧電振動板の一体構成品の厚さよりも厚くする必要があり、このような端子部を圧電振動板の厚肉部の側面に導電接合することにより、実装基板に搭載した際、蓋体や圧電振動板が実装基板に接することなく、端子部が実装基板と接合する構成とすることができる。よって、従来必要としていたセラミックパッケージ等を用いることなく、超小型化されたチップ型の圧電振動デバイスを得ることができる。

なお、圧電振動板は中央部分に薄肉部を有し、当該薄肉部の周囲に厚肉部を有するいわゆる逆メサタイプの圧電振動板であるが、薄肉部と厚肉部間に中間の厚さを有する中肉部を１つまたは複数を階段状に設けてもよい。この場合、中肉部に蓋体を嵌め合う構成を採用してもよく、このような構成により蓋体が中肉部の形成領域に規制された状態で配置されるため、蓋体の位置決め精度が向上し、蓋体への圧電振動板への接合性も向上する。

また薄肉部と厚肉部間にテーパー状の傾斜面を有する構成であってもよい。この場合、薄肉部と厚肉部間の強度が向上し、圧電振動板の強度が向上するとともに、厚肉部に生じた歪み応力が薄肉部へ緩衝されて伝わり、薄肉部の歪みを抑制でき特性の安定化を図ることができる。

なお、励振電極や引出電極は単層または多層の金属膜から構成されるが、本発明によれば、引出電極は直接外部に露出する構成となるので、少なくとも引出電極の外気に触れる最上層は金等の耐腐食性に優れた材料を用いることが好ましい。

前記厚肉部と蓋体との接合は、例えば封止用ガラス材を用いてもよい。封止用ガラス材を用いる場合は厚肉部の上面に予め当該封止用ガラス材を形成したり、あるいは蓋体側に予め封止用ガラス材を形成したり、あるいは両者に予め封止用ガラス材を形成しておけばよい。なお、封止用ガラス材として、例えばホウケイ酸ガラスやスズリン酸系ガラス、ビスマス系ガラス、酸化バナジウム系ガラス等をあげることができる。

また、中央部分に薄肉部を有し、当該薄肉部の周囲に厚肉部を有するとともに、前記薄肉部の表裏に対向して励振電極が形成され、かつ当該励振電極は引出電極により厚肉部に引き出された圧電振動板と、前記厚肉部に接合され薄肉部を気密封止する蓋体と、前記圧電振動板の側面に接合され、前記引出電極と導電接合される端子部とからなり、前記蓋体と前記端子部は一体構成であることを特徴とする圧電振動デバイスであってもよい。

さらに、中央部分に薄肉部を有し、当該薄肉部の周囲に厚肉部を有するとともに、前記薄肉部の表裏に対向して励振電極が形成され、かつ当該励振電極は引出電極により厚肉部に引き出された圧電振動板と、前記厚肉部に接合され薄肉部を気密封止する蓋体と、前記圧電振動板の側面に配置される端子部とからなり、前記蓋体と前記端子部は一体構成であるとともに、少なくとも端子部の外形サイズを圧電振動板の外形サイズより大きくしたことを特徴とする圧電振動デバイスであってもよい。前記蓋体と前記端子部は一体構成であり、例えば断面がＬ字形状の一体構成物を圧電振動板に接合する構成を採用してもよい。このような構成により、蓋体による薄肉部の気密封止と外部導出端子の圧電振動板への接合を同時に行うことができる。当該接合は一体構成物は圧電振動板との接合箇所が多くかつ複数の面で行うことができるので、接合強度が強くなる。また少なくとも端子部の外形サイズを圧電振動板の外形サイズより大きくすることにより、圧電振動板がプリント配線基板等の実装基板に直接接触することなく、導電接合することできる。

また、上記各構成において、前記厚肉部と蓋体との接合は金属ろう材を用いてもよい。例えば前記厚肉部に前記薄肉部を囲む周状の金属膜が形成され、当該金属膜と蓋体とが金属ろう材により接合されている構成をあげることができる。この場合、前記周状の金属膜は薄肉部や厚肉部に形成される励振電極や引出電極の形成と同時に行ってもよい。また、周状の金属膜には金属ろう材の接合に適した金属層を形成してもよい。なお、金属膜の形成は金属膜形成部分のみ開口したマスキング手段を用いた真空蒸着法やスパッタリング法等により形成したり、あるいはフォトリソグラフィー技術を用いた電極膜形成により行ってもよい。

また金属ろう材を予め蓋体に形成しておき、金属ろう材付きの蓋体を、薄肉部により形成される凹部を被覆するように圧電振動板に接合してもよい。当該予め蓋体に形成された金属ろう材は蓋体の一面全体に形成してもよいし、前記周状の金属膜に対応して形成してもよい。

上記構成によれば、金属ろう材による接合により、励振領域となる薄肉部が蓋体により気密封止されるので、気密性に優れ、特性の安定した圧電振動デバイスを得ることができる。

また、上記各構成において、前記圧電振動板の側面に前記引出電極が延出され、当該側面と前記端子部とが金属ろう材により接合されている構成としてもよい。圧電振動板の側面は厚肉部であるので、厚肉部の側面に引出電極を延出して形成することにより、比較的広い接合領域を得ることができる。当該接合領域を用いて端子部と金属ろう材で接合することにより、強固な導電接合を行うことができる。なお、金属ろう材は例えば、金錫合金や金ゲルマニウム合金や鉛フリーの半田等をあげることができるが、実装基板への接合温度環境や、前記蓋体による気密封止時の接合温度環境を考慮して金属ろう材を決定する必要があり、例えば、後工程の接合温度に耐熱性のある金属ろう材を適用する必要がある。

以上のように、本発明によれば、特別なパッケージを用いることなく超小型化あるいは高周波数化に対応した表面実装型の圧電振動デバイスを得ることができる。

以下、本発明による第１の実施形態について図面に基づいて説明する。本実施の形態では、圧電振動板として厚みすべり振動にて動作するＡＴカットの水晶振動板を例にとり説明する。

図１は第１の実施形態による圧電振動デバイスの分解斜視図であり、図２は図１を組み立てた状態のＡ−Ａ断面図である。

水晶振動板１はＡＴカット水晶振動素子からなり、全体として長辺（Ｘ軸）と短辺（Ｚ軸）と厚み（Ｙ軸）を有する長方形の板体である。当該水晶振動板１には中央部分に薄肉部１ａが形成され、その周囲に厚肉部１ｂが形成されており、全体として逆メサ（両凹形）構成を有している。当該薄肉部１ａは各表裏面から厚さ方向に堀込まれ、水晶振動板１が表裏から薄肉化された構成である。薄肉部１ａの表裏には励振電極１１，１２が対向して形成され、これら励振電極は各々引出電極１１ａ，１２ａにより厚肉部１ｂに引き出されている。当該引出電極１１ａ，１２ａは厚肉部側面１ｃにまで引き出されている。

厚肉部１ｂは薄肉部１ａの周囲に枠状に形成された構成であり、その枠状の厚肉部１ｂの表裏面には薄肉部１ａを取り囲むように周状の金属膜１３，１４が形成されている。本実施の形態においては、当該金属膜１３，１４と励振電極、引出電極は同じ材料、同じプロセスで形成されている。具体的には水晶振動板に接して、クロム層が形成され、当該クロム層上に金層が形成された多層膜構成となっている。なお、上記多層膜構成において金属膜１３，１４にのみ別途金属膜を形成してもよい。例えば、前記クロム−金の多層膜の上部にさらに銀やあるいはニッケル−錫の層を形成してもよいし、金属膜１３，１４は励振電極や引出電極と材料を異ならせてもよい。

前記金属膜（電極膜）の形成は金属膜形成部分のみ開口したマスキング手段を用いた真空蒸着法やスパッタリング法等により形成したり、あるいはフォトリソグラフィー技術を用いた電極膜形成により行ってもよい。

なお、電極構成は上記例に限定されるものではなく、例えば水晶振動板に接して、クロム層またはニッケル層の下地層が形成され、当該下地層上に銀層を形成してもよいし、銀層の上部にさらに金層を形成してもよい。なお、気密封止されない凹部外の電極部分は耐腐食性に優れた金層等が最上層にあることが好ましい。

水晶振動板１の薄肉部は蓋体２１，２２により気密封止されている。蓋体２１，２２はコア材としてコバール材を用い、その表面にニッケル層が形成されている（詳細図示せず）。さらに水晶振動板１と接合する面には金属ろう材２１ａ，２２ａとして金ゲルマニウム(ＡｕＧｅ)層が前記周状の金属膜１３，１４に対応して各々周状に形成されている。本実施の形態では、蓋体裏面（水晶振動板との接合面）の外周近傍に周状に金属ろう材２２ａが形成されている。

前記ニッケル層はメッキや真空蒸着あるいは圧延等の手法により形成され、また金ゲルマニウム層（金属ろう材）は枠状にプリフォームされたシート状の金属膜を圧着することにより形成する等の手法を用いればよいが、他の方法で層形成を行ってもよい。なお、後述する端子体３１，３２を接合する関係で、蓋体２１，２２の外形寸法は当該端子体に接触しないような寸法設計が必要となる。

前記蓋体２１，２２は各々金属ろう材２１ａ，２２ａにより水晶振動板の前記周状の金属膜１３，１４に接合される。前述のとおり本実施の形態においては金属ろう材として金ゲルマニウム層を用いている。当該金属ろう材を加熱炉により圧電振動デバイス全体を加熱することにより溶融させたり、あるいは金属ろう材直接や金属ろう材形成領域に相当する蓋体の外周部分をレーザービームや電子ビーム等のエネルギービームにより局所的に加熱し溶融させることにより、水晶振動板と蓋体をろう接することができる。

なお、蓋体２１，２２はセラミックやガラスあるいは水晶等の材料を用いてもよい。

なお、本実施の形態では水晶振動板に形成された凹部を蓋体で気密封止する構成であるが、凹部内の気密雰囲気は真空や不活性ガス雰囲気を用いている。それぞれの気密雰囲気は気密封止時の雰囲気により決定することができる。なお、凹部の気密封止は上下同時に行う必要はなく、例えば、一方の凹部を窒素ガス雰囲気で接合し、その後他方の凹部の励振電極に対して周波数調整等の特性調整を施した後、窒素ガス雰囲気で気密封止を行ってもよい。

水晶振動板１の短辺の側面（端面）１ｃには前述のとおり引出電極１１ａ，１２ａが延出され、この両側面１ｃに端子部３１，３２がそれぞれ接合されている。端子部３１，３２は例えば金属からなるブロック状あるいは厚板片状で、全体として直方体形状であり、端子部３１，３２の各一側面が水晶振動板の側面と接合されている。端子部が金属からなる場合、例えばコア材にコバールや４２アロイ等の合金を用い、その表面にニッケルメッキ等が形成されている。水晶振動板と端子部の接合には金属ろう材３１ａ，３２ａが用いられており、当該金属ろう材は例えば予め端子部の接合領域に金属ろう層として形成されている。当該金属ろう材部分と前記水晶振動板の側面にある引出電極１１ａ，１２ａとを接触させ、前述のような加熱炉による全体加熱やエネルギービームによる局所加熱により溶融接合を行う。ここで用いる金属ろう材は金錫ろう材であり、前述の蓋体の接合に用いた金ゲルマニウムよりも低い融点の金属ろう材を用いている。

本実施の形態による圧電振動デバイスは上述のような構成であるが、図２に示すように、前記端子部３１，３２の高さは、水晶振動板１と蓋体２１，２２の一体形成物の厚さより大となるように設定され、上下の蓋体が端子部３１，３２の高さ方向の上下端より内側に位置するように配置されている。このような配置により、実装基板に配置された際、圧電振動デバイスの表裏いずれの面で配置しても、端子部が実装基板と接触し、蓋体や水晶振動板が直接接触することはなく、端子間の短絡の問題等が生じず、特性を安定させることができる。

なお、本実施の形態ではアッセンブリ時の加熱環境を考慮して２種類の融点の金属ろう材を用いたが、水晶振動板に対して蓋体の接合と端子部の接合を同時に行うことにより、一種類の金属ろう材のみでもよい。この場合、例えば上下の蓋体と左右の端子部を水晶振動板の所定位置に密着させるような治工具を用いることにより、一括接合処理が可能になる。

また、水晶振動板の薄肉部と厚肉部の構成は、複数の水晶板を接合して構成してもよい。例えば上下方向において中央部を形成する水晶振動板に対し、厚肉部を形成する枠状の水晶振動板を密着接合し、薄肉部と厚肉部を構成するとともに、その表面に励振電極や引出電極を形成してもよい。

また水晶振動板としてＡＴカット水晶振動板を用いたが、例えば、Ｘ軸が短辺、Ｚ軸が長辺となる水晶振動板を用いてもよいし、また枠体付きの音叉型水晶振動板でもよい。音叉型水晶振動板は周知のとおり振動腕部に屈曲振動を行わしめるように電極形成する必要があるが、最終的に表裏面にそれぞれの極の電極を引き出すとよい。そして枠体により端子部と接合を行う。また、水晶振動板に代えて他の圧電振動板を用いてもよいし、あるいはＳＡＷ（弾性表面波）等の圧電振動デバイスに適用してもよい。

また端子部は金属からなるブロック状あるいは厚板片状の直方体構成を例示したが、中空構成の直方体形状の金属でもよいし、断面がコ字形状の金属でもよい。またセラミック等の絶縁体の表面に導体が形成された構成でもよい。

ところで、蓋体と水晶振動板を金属ろう材やあるいは封止用ガラス材等の接合材により接合する際、溶融した封止材が薄肉部に流出し、圧電振動デバイスの励振動作を阻害する可能性がある。このような不具合を抑制するために、例えば図１において厚肉部１ｂに形成された引出電極１１ａの薄肉部側（周状の金属膜１３と交差する内側領域）に酸化ケイ素等の絶縁膜を形成したりあるいは金属膜を形成することにより堤部を形成してもよい。当該堤部により溶融した封止材が薄肉部に流出することを防止することができる。

上記構成により、従来のようにセラミックパッケージを用いることなく、シンプルな構成とすることができ、実装基板に端子部が接触するチップ型の圧電振動デバイスを得ることができる。

本発明による第２の実施形態について図３に基づいて説明する。図３は圧電振動デバイスの内部構造を示す断面図である。本実施の形態では、第１の実施形態に較べて、厚肉部の構成と、接合に用いる金属ろう材と、水晶振動板と端子体との機械的接合構成が異なっている。なお、第１の実施形態と同じ構成部分については同番号を付して説明するとともに、一部説明を割愛している。

水晶振動板１はＡＴカット水晶振動素子からなり、全体として長辺と短辺と厚みを有する長方形の板体である。当該水晶振動板１には中央部分に薄肉部１ａが形成され、その周囲に厚肉部１ｂが形成されており、全体として逆メサ（両凹形）構成を有している。当該薄肉部１ａは各表裏面から厚さ方向に堀込まれ、水晶振動板１が表裏から薄肉化された構成である。薄肉部１ａの表裏には励振電極１１，１２が対向して形成され、これら励振電極は各々引出電極１１ａ，１２ａにより厚肉部１ｂに引き出されている。当該引出電極１１ａ，１２ａは厚肉部１ｂの側面にまで引き出されている。

厚肉部１ｂは薄肉部１ａの周囲に枠状に形成された構成であり、その枠状の厚肉部１ｂの表裏面には薄肉部１ａを取り囲むように周状の金属膜１３，１４が形成されている。本実施の形態においては、当該金属膜１３，１４と励振電極、引出電極は同じ材料、同じプロセスで形成されている。具体的には水晶振動板に接して、クロム層が形成され、当該クロム層上に金層が形成された多層膜構成となっており、当該金属膜（電極膜）の形成は金属膜形成部分のみ開口したマスキング手段を用いた真空蒸着法やスパッタリング法等により形成したり、あるいはフォトリソグラフィー技術を用いた電極膜形成により行ってもよい。

なお、前記厚肉部１ｂにおいて、上面側は後述する端子体が接合される短辺の一方において上面に段部１ｄが形成されている。また下面側は後述する端子体が接合される短辺の他方において下面に段部１ｅが形成されている。当該各段部１ｄ、１ｅは短辺の一部に一箇所形成してもよいし、複数箇所であってもよい。また全体に渡って形成してもよい。

水晶振動板１の薄肉部は蓋体２１，２２により気密封止されている。蓋体２１，２２はコア材としてコバール材を用い、その表面にニッケル層が形成されている（詳細図示せず）。さらに水晶振動板１と接合する面には金属ろう材２１ａ、２２ａとして金錫（ＡｕＳｎ）層が金属膜１３，１４に対応して各々周状に形成されている。本実施の形態では、蓋体裏面（水晶振動板との接合面）の外周近傍に周状に金属ろう材２２ａが形成されている。

前記ニッケル層はメッキや真空蒸着あるいは圧延等の手法により形成され、また金ゲルマニウム層（金属ろう材）は枠状にプリフォームされたシート状の金属膜を圧着することにより形成する等の手法を用いればよいが、他の方法で層形成を行ってもよい。なお、後述する端子体３１，３２を接合する関係で、蓋体２１，２２の外形寸法は当該端子体に接触しないような寸法設計が必要となる。

前記蓋体２１，２２は各々金属ろう材２１ａ，２２ａにより水晶振動板の前記周状の金属膜１３，１４に接合される。当該金属ろう材を加熱炉により圧電振動デバイス全体を加熱することにより溶融させたり、あるいは金属ろう材形成領域に相当する蓋体の外周部分をレーザービームや電子ビーム等のエネルギービームにより局所的に加熱し溶融させることにより、水晶振動板と蓋体をろう接することができる。

なお、本実施の形態では水晶振動板に形成された凹部を蓋体で気密封止する構成であり、凹部内の気密雰囲気は不活性ガス雰囲気を用いているが、真空雰囲気であってもよい。なお、それぞれの気密雰囲気は気密封止時の雰囲気により決定することができる。また、凹部の気密封止は上下同時に行う必要はなく、例えば、一方の凹部を真空雰囲気で接合し、その後他方の凹部の励振電極に対して周波数調整等の特性調整を施した後、真空雰囲気で気密封止を行ってもよい。

水晶振動板１の短辺の側面（端面）１ｃには前述のとおり引出電極１１ａ，１２ａが延出され、この両側面１ｃに端子部３１，３２がそれぞれ接合されている。端子部３１，３２は少なくともその表面は導電性を有する構成であり、ブロック状あるいは厚板片状で、全体として直方体形状である。このような端子部３１，３２の各一側面が水晶振動板の側面と接合されている。接合には金属ろう材３１ａ，３２ａが用いられており、当該金属ろう材は例えば予め端子部の接合領域に金属ろう層として形成されている。当該金属ろう材部分と前記水晶振動板の側面にある引出電極１１ａ，１２ａとを接触させ、前述のような加熱炉による全体加熱やエネルギービームによる局所加熱により溶融接合を行う。ここで用いる金属ろう材は金錫ろう材であり、気密封止時の金属ろう材と同じものを用いている。

なお、端子部には水晶振動板との接合面に厚肉部に形成された前記段差部に対応した凹部３１ａ，３２ａが形成されている。当該凹部により前記厚肉部の一部が嵌め合う構成となり、両者の接合強度が格段に向上する。

さらに本実施の形態においては、水晶振動板１と蓋体との一体物と端子部３１，３２とが絶縁性の接合材Ｓにより付加的に接合されている。当該絶縁性の接合材Ｓは図３に示すように水晶振動板１と端子体と蓋体に及ぶように形成してもよいし、水晶振動板１と端子部３１，３２のみに及ぶように形成してもよい。水晶振動板１と端子体と蓋体に及ぶように形成することにより、これら各構成体の一体化状態での機械的強度が向上し、チップ型の部品としての取り扱いが簡便になる。なお、絶縁性接合材の例として、エポキシ系樹脂接合材やシリコーン系樹脂接合材を例示することができるが、例えばシリコーン系樹脂接合材は柔軟であるので、薄肉部への応力伝搬を緩和することができ好ましい。

本実施の形態によれば、厚肉部の段差部と端子部の凹部との嵌め合い構成、並びに樹脂接合材による付加的接合により、機械的強度が大幅に向上し、取り扱い性向上並びに特性の安定したチップ型圧電振動デバイスを得ることができる。なお、上記嵌め合い構成あるいは樹脂接合材による付加的接合のいずれかのみを適用した構成でも、機械的強度向上が実現できる。

本発明による第３の実施形態について図４に基づいて説明する。図４は圧電振動デバイスの内部構造を示す断面図である。本実施の形態では、第１の実施形態に較べて、水晶振動板の凹部の構成と、蓋体の構成と、水晶振動板と蓋体との接合構成が異なっている。なお、第１の実施形態と同じ構成部分については同番号を付して説明するとともに、一部説明を割愛している。

水晶振動板１はＡＴカット水晶振動素子からなり、全体として長辺と短辺と厚みを有する長方形の板体である。当該水晶振動板１には中央部分に薄肉部１ａが形成され、その周囲に厚肉部１ｂが形成されており、全体として逆メサ（両凹形）構成を有している。当該薄肉部１ａは各表裏面から厚さ方向に堀込まれ、水晶振動板１が表裏から薄肉化された構成である。薄肉部１ａの表裏には励振電極１１，１２が対向して形成され、これら励振電極は各々引出電極１１ａ，１２ａにより厚肉部１ｂに引き出されている。当該引出電極１１ａ，１２ａは厚肉部１ｂの側面にまで引き出されている。

なお、薄肉部１ａと厚肉部１ｂとの境界部分はテーパー状の傾斜面１ｆが形成されている。当該傾斜面１ｆは例えば短辺の厚肉部と薄肉部間に形成してもよいし、短辺と長辺の全体に渡って形成してもよい。これら傾斜面により水晶振動板の機械的強度が向上するとともに、厚肉部に生じ歪み応力が薄肉部へ緩衝されて伝わり、薄肉部の歪みを抑制でき特性の安定化を図ることができる。また傾斜面を引出電極の形成される辺に形成することにより、引出電極の電極切れ問題を解消することができる。引出電極は、単層または多層金属膜により形成されるが、薄肉部と厚肉部間に傾斜面を設けることにより、これら金属膜を確実に形成することができ、境界部分による電極切れの問題を解消する。

厚肉部１ｂは薄肉部１ａの周囲に枠状に形成された構成であるが、上記２つの実施形態と異なり、周状の金属膜は有しておらず、引出電極が前記傾斜部および厚肉部の主面をとおり側面（端面）に引き出されているのみである。

本実施の形態においては、励振電極と引出電極は同じ材料、同じプロセスで形成されている。具体的には水晶振動板に接して、クロム層が形成され、当該クロム層上に金層が形成された多層膜構成となっており、当該金属膜（電極膜）の形成は金属膜形成部分のみ開口したマスキング手段を用いた真空蒸着法やスパッタリング法等により形成したり、あるいはフォトリソグラフィー技術を用いた電極膜形成により行ってもよい。

水晶振動板１の薄肉部は蓋体２１，２２により気密封止されている。蓋体２１は水晶振動板に接する下蓋体２１１と当該下蓋体の上部に接合される上蓋体２１２とから形成されており、蓋体２２も同様に下蓋体２２１と上蓋体２２２とから形成されている。各下蓋板２１１，２２１は緩衝性に優れた材料を用いた緩衝板の機能を有しており、例えば銅を主とした材料を用いて水晶振動板との接合時に生じる歪み応力を緩和する機能を有している。

また下蓋板の上面にある上蓋板２１２，２２２は、下蓋板と類似するような温度係数を有する材料が好ましく、金属材あるいはセラミック材を用いることができる。これら上下蓋板は例えば両者が金属の場合、圧延によるクラッド材構成であってもよいし、両者を接合材で接合した構成でもよい。接合材は例えば樹脂接合材をあげることができるが、接合材が上下蓋板間に介在することにより、緩衝機能が向上する。

第３の実施の形態においては、前記蓋体２１，２２は封止用ガラス材により水晶振動板の厚肉部に接合され、凹部を気密封止している。封止用ガラス材は例えば予め水晶振動板側あるいは蓋板側あるいは両者に形成しておき、加熱により溶融接合を行う。封止用ガラスとして例えば気密性に優れたホウケイ酸ガラス等をあげることができるが、この材料に限定されるものではない。

なお、本実施の形態では水晶振動板に形成された凹部を蓋体で気密封止する構成であるが、凹部内の気密雰囲気は真空や不活性ガス雰囲気を用いている。それぞれの気密雰囲気は気密封止時の雰囲気により決定することができる。なお、凹部の気密封止は上下同時に行う必要はなく、例えば、一方の凹部を窒素ガス雰囲気で接合し、その後他方の凹部の励振電極に対して周波数調整等の特性調整を施した後、窒素ガス雰囲気で気密封止を行ってもよい。

水晶振動板１の短辺の側面（端面）１ｃには前述のとおり引出電極１１ａ，１２ａが延出され、この両側面に端子部３１，３２がそれぞれ接合されている。端子部３１，３２はブロック状あるいは厚板片状であり、全体として直方体形状であり、端子部３１，３２の各一側面が水晶振動板の側面と接合されている。接合には金属ろう材３１ａ，３２ａが用いられており、当該金属ろう材は例えば予め端子部の接合領域に金属ろう層として形成されている。当該金属ろう材部分と前記水晶振動板の側面にある引出電極１１ａ，１２ａとを接触させ、前述のような加熱炉による全体加熱やエネルギービームによる局所加熱により溶融接合を行う。

なお、本実施の形態においては端子部に比較的深い凹部３３ａ，３４ａが形成されている。当該凹部は厚肉部１ｂの一部が嵌合するためのものであり、引出電極が形成された厚肉部の厚さ寸法に対応したサイズの凹部が形成されている。このような嵌め合い構成により接合強度を向上させることができる。

本実施の形態によれば、蓋体が複数層の構成であるため、水晶振動子に作用する応力を緩和して、薄肉部に形成される振動領域の変形を抑制することができる。また、水晶振動板の薄肉部と厚肉部間に傾斜部を設けることにより、電極切れの問題を解消する。さらには封止用ガラス材により蓋体を水晶振動板に接合する構成であるので、比較的安価で実用的な気密封止を行うことができ、実用的な圧電振動デバイスを得ることができる。

なお、端子部は図１に示した直方体形状のみならず、一部が長辺にまで延びる平面視Ｌ字状構成や、コ字状構成であってもよい。図５は第４の実施形態として開示した端子部の変形例を示している。第４の実施形態における基本構成は第１の実施形態と同じであるが、端子部の構成が異なっている。蓋体２１，２２により気密封止された水晶振動板１の短辺にはコ字状の端子部５１、５２が導電接合されている。当該端子部５１，５２はそれぞれ屈曲部５１ａ，５２ａが形成されており、全体として平面視コ字状の構成である。前記屈曲部においても水晶振動板の長辺の端面と接合することにより、水晶振動板と端子部の接合強度が向上する。

本発明による第５の実施形態について図面とともに説明する。図６は圧電振動デバイスを実装基板Ｐ上に搭載した状態を示す斜視図であり、図７は図６のＢ−Ｂ断面図である。本実施の形態では、第１の実施形態に較べて、蓋体の構成と、水晶振動板と蓋体との接合構成、そして実装基板への実装構成が異なっている。なお、第１の実施形態と同じ構成部分については同番号を付して説明するとともに、一部説明を割愛している。

水晶振動板１はＡＴカット水晶振動素子からなり、全体として長辺と短辺と厚みを有する長方形の板体である。当該水晶振動板１には中央部分に薄肉部１ａが形成され、その周囲に厚肉部１ｂが形成されており、全体として逆メサ（凹部）構成を有している。当該薄肉部１ａは各表裏面から厚さ方向に堀込まれ、水晶振動板１が表裏から薄肉化された構成である。薄肉部１ａの表裏には励振電極１１，１２が対向して形成され、これら励振電極は各々引出電極１１ａ，１２ａにより厚肉部１ｂに引き出されている。当該引出電極１１ａ，１２ａは厚肉部１ｂの側面にまで引き出されている。

厚肉部１ｂは薄肉部１ａの周囲に枠状に形成された構成であるが、周状の金属膜は有しておらず、厚肉部には引出電極が主面をとおり側面（端面）に引き出されているのみである。

本実施の形態においては、励振電極と引出電極は同じ材料、同じプロセスで形成されている。具体的には水晶振動板に接して、クロム層が形成され、当該クロム層上に金層が形成された多層膜構成となっており、当該金属膜（電極膜）の形成は金属膜形成部分のみ開口したマスキング手段を用いた真空蒸着法やスパッタリング法等により形成したり、あるいはフォトリソグラフィー技術を用いた電極膜形成により行ってもよい。

水晶振動板１の薄肉部は蓋体６１，６２により気密封止されている。蓋体６１、６２は水晶振動板の短辺に接合される端子部を一体化した構成であり、図６に示すように平面視Ｌ字状を有している。当該Ｌ字状の蓋体は、前記薄肉部と厚肉部により形成される凹部を気密封止する封止部６１ｂ，６２ｂと、封止部の一端が屈曲した端子部６１ｃ、６２ｃとを有している。端子部６１ｃ、６２ｃは水晶振動板の短辺の端面に接合される。当該Ｌ字状の構成は１枚の金属板をプレス成形により封止部と端子部を有するＬ字状に形成してもよいし、あるいは金属板に金属ブロックを取着し封止部と端子部を有するＬ字状に形成してもよい。さらにはエッチング技術により薄肉部と厚肉部を形成し、それぞれ封止部と端子部として用いてもよい。

また蓋体の母材にセラミックを用いてもよい。この場合、端子部は電極を引き出す機能が必要であるので、セラミックの表面に電極パターンを形成し、当該電極パターンにより実装基板との導電接合を行う。第５の実施の形態においては、図６に示すように水晶振動板を実装基板に対して立設した構成となっている。従って、蓋体の母材にセラミック等の絶縁体を用いた場合、水晶振動板側面に引き出された引出電極を実装基板にまで引き出すような電極パターンを蓋体に形成することが必要となる。なお、図６に示すような構成においては、蓋体の縦方向寸法を大きくすることにより、水晶振動板が実装基板に接触しない構成とすることが好ましい。

第５の実施の形態においては、前記蓋体６１，６２は樹脂接合材により接合されている。封止部と水晶振動板との接合は電極間の短絡を回避するために絶縁性の樹脂接合材を用いる必要がある。また端子部と水晶振動板との接合は、前述のとおり引出電極を外部に導出するため、導電フィラーを含有したような導電性樹脂接合材を用いる必要がある。また封止部と水晶振動板との接合は封止用ガラス材により接合して気密性を向上させ、端子部と水晶振動板との接合には導電性樹脂接合材を用いる構成でもよく、あるいは封止用ガラス材により、封止部と水晶振動板および端子部と水晶振動板との接合を行ってもよい。

なお、本実施の形態では水晶振動板に形成された凹部を蓋体で気密封止する構成であるが、凹部内の気密雰囲気は真空や不活性ガス雰囲気を用いている。それぞれの気密雰囲気は気密封止時の雰囲気により決定することができる。なお、凹部の気密封止は上下同時に行う必要はなく、例えば、一方の凹部を窒素ガス雰囲気で接合し、その後他方の凹部の励振電極に対して周波数調整等の特性調整を施した後、窒素ガス雰囲気で気密封止を行ってもよい。

本実施の形態によれば、蓋体が封止部と接合部とを一体化した構成であるので、蓋体を水晶振動板に接合するだけで、逆メサ領域（凹部）の気密封止と電極導出が可能になる。また、例えば封止部と接合部により長辺からみてＬ字状の構成とすることにより、図６に示すように実装基板に対してほぼ垂直に搭載された立設構成とすることもでき、ぞれぞれの蓋体を端子として用いることができるので、投影面積の小さな圧電振動デバイスを得ることができる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば水晶振動素子や励振電極が円形や長円形等であってもよく、様々な変形例を適用することができる。本発明は、その精神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。本発明の範囲は特許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、特許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。

水晶振動子の量産に適用できる。

本発明による第１の実施形態を示す分解斜視図である。 図１を組み立てた際のＡ−Ａ断面図である。 本発明による第２の実施形態を示す内部断面図である。 本発明による第３の実施形態を示す内部断面図である。 本発明による第４の実施形態を示す斜視図である。 本発明による第５の実施形態を示す斜視図である。 図６のＢ−Ｂ断面図である。

１ 水晶振動板
１ａ 薄肉部
１ｂ 厚肉部
１１，１２ 励振電極
１１ａ，１２ａ 引出電極
２１，２２，６１，６２ 蓋体
３１，３２，３３，３４ 端子部

Claims (5)

1. 中央部分に薄肉部を有し、当該薄肉部の周囲に厚肉部を有するとともに、前記薄肉部の表裏に対向して励振電極が形成され、かつ当該励振電極は引出電極により厚肉部に引き出された圧電振動板と、前記厚肉部に接合され薄肉部を気密封止する蓋体と、前記圧電振動板の側面に接合され、前記引出電極と導電接合される端子部とからなり、前記蓋体は複数枚構成であることを特徴とする圧電振動デバイス。
2. 中央部分に薄肉部を有し、当該薄肉部の周囲に厚肉部を有するとともに、前記薄肉部の表裏に対向して励振電極が形成され、かつ当該励振電極は引出電極により厚肉部に引き出された圧電振動板と、前記厚肉部に接合され薄肉部を気密封止する蓋体と、前記圧電振動板の側面に接合され、前記引出電極と導電接合される端子部とからなり、前記蓋体と前記端子部は一体構成であることを特徴とする圧電振動デバイス。
3. 中央部分に薄肉部を有し、当該薄肉部の周囲に厚肉部を有するとともに、前記薄肉部の表裏に対向して励振電極が形成され、かつ当該励振電極は引出電極により厚肉部に引き出された圧電振動板と、前記厚肉部に接合され薄肉部を気密封止する蓋体と、前記圧電振動板の側面に配置される端子部とからなり、前記蓋体と前記端子部は一体構成であるとともに、少なくとも端子部の外形サイズを圧電振動板の外形サイズより大きくしたことを特徴とする圧電振動デバイス。
4. 前記厚肉部に前記薄肉部を囲む周状の金属膜が形成され、当該金属膜と蓋体とが金属ろう材により接合されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電振動デバイス。
5. 前記圧電振動板の側面に前記引出電極が延出され、当該側面と前記端子部とが金属ろう材により接合されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電振動デバイス。

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