JP2017011675A - 音叉型水晶素子及びそれを用いた水晶デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、クリスタルインピーダンス値の低い音叉型水晶素子を提供することを目的とする。【解決手段】 矩形状の水晶基部１２１と、水晶基部１２１の側面より延出した水晶基部１２１の一部であり、振動領域Ａ１と周波数調整領域Ａ２とを有する水晶振動部１２３と、水晶基部１２１の同一面より、水晶振動部１２３と同一方向に延出するように設けられ、第一支持領域Ｂ１、第二支持領域Ｂ２及び先端領域Ｂ３を有する水晶支持部１２４と、水晶振動部１２３の振動領域Ａ１の上面及び下面に設けられた励振電極１２５、１２６と、水晶振動部１２３の周波数調整領域Ａ２の上面及び下面に設けられた周波数調整用電極１２８と、第一支持領域Ｂ１及び第二支持領域Ｂ２に設けられ励振電極１２５、１２６と電気的に接続された一対の引き出し電極１２７と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば電子機器等に用いられる音叉型水晶素子及びそれを用いた水晶デバイスに関するものである。

音叉型水晶素子は、水晶基部と、水晶基部の側面より同一の方向に延びる二本の平板形状の水晶振動部とによって構成されている。このような音叉型水晶素子を用いた水晶デバイスは、音叉型水晶素子の圧電効果を利用して、屈曲振動を起こし、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に導電性接着剤を介して実装された音叉型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）。

特開２００８−３０１２９７号公報

上述した音叉型水晶素子は、小型化が顕著であり、水晶振動部の腕の長さが短くなり、クリスタルインピーダンス値が大きくなってしまう虞があった。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、クリスタルインピーダンス値の低い音叉型水晶素子を提供することを目的とする。

本発明の一つの態様による音叉型水晶素子は、矩形状の水晶基部と、水晶基部の側面より延出した前記水晶基部の一部であり、振動領域と周波数調整領域とを有する水晶振動部と、水晶基部の同一面より、水晶振動部と同一方向に延出するように設けられ、第一支持領域、第二支持領域及び先端領域を有する水晶支持部と、水晶振動部の振動領域の上面及び下面に設けられた励振電極と、水晶振動部の周波数調整領域の上面及び下面に設けられた周波数調整用電極と、第一支持領域及び第二支持領域に設けられ励振電極と電気的に接続された一対の引き出し電極と、を備えている。

本発明の一つの態様による音叉型水晶素子は、矩形状の水晶基部と、水晶基部の側面より延出した水晶基部の一部であり、振動領域と周波数調整領域とを有する水晶振動部と、水晶基部の同一面より、水晶振動部と同一方向に延出するように設けられ、第一支持領域及び第二支持領域を有する水晶支持部と、水晶振動部の振動領域の上面及び下面に設けられた励振電極と、水晶振動部の周波数調整領域の上面及び下面に設けられた周波数調整用電極と、第一支持領域及び第二支持領域に設けられ励振電極と電気的に接続された一対の引き出し電極と、を備えている。このような音叉型水晶素子は、水晶基部に設けられた引き出し電極にて電極パッドと接続されている場合と比較して、水晶振動部の長さを確保することができるため、クリスタルインピーダンス値を低減することができる。

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。 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透視図である。 （ａ）本実施形態における水晶デバイスを構成する音叉型水晶素子の上面側を示す平面図であり、（ｂ）本実施形態における水晶デバイスを構成する音叉型水晶素子の下面側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状態を示す平面透視図であり、（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の基板を上面から見た平面透視図である。 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透視図である。 （ａ）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上面から見た平面透視図であり、（ｂ）本実施形態の第一変形例における水晶デバイスを下面から見た平面透視図である。

本実施形態における水晶デバイスは、図１〜図５に示されているように、パッケージ１１０と、パッケージ１１０の上面に実装された音叉型水晶素子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。また、音叉型水晶素子１２０には、水晶基部１２２と、水晶振動部１２３及び水晶支持部１２４が設けられている。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。

（音叉型水晶素子）
音叉型水晶素子１２０は、図３に示すように、水晶基部１２２、水晶振動部１２３及び水晶支持部１２４からなる。水晶片１２１の表面には、励振電極１２５ａ、１２５ｂ、１２６ａ及び１２６ｂと、引き出し電極１２７ａ及び１２７ｂと、周波数調整用金属膜１２８ａ及び１２８ｂとにより構成されている。

水晶基部１２２は、結晶の軸方向として電気軸がＸ軸、機械軸がＹ軸、及び光軸がＺ軸となる直交座標系としたとき、Ｘ軸回りに−５°〜＋５°の範囲内で回転させたＺ′軸の方向が厚み方向となる平面視略四角形の平板である。水晶振動部１２３は、第一水晶振動部１２３ａ及び第二水晶振動部１２３ｂとからなる。第一水晶振動部１２３ａ及び第二水晶振動部１２３ｂは、水晶基部１２２の一辺からＹ′軸の方向に平行に延設されている。水晶振動部１２３には、その水晶基部１２２側に振動領域Ａ１が設けられ、同面上に振動領域Ａ１と隣接するようにして周波数調整領域Ａ２が設けられている。

また、周波数調整領域Ａ２は、例えば、いわゆるハンマ形状とされている。すなわち、振動領域Ａ１よりも幅（ｘ軸方向）が広くなるように設けられている。周波数調整領域Ａ２がハンマ形状とされることにより、水晶振動部１２３は小型化されつつも質量が確保され、これによって、発振周波数を低く抑えられることができ、Ｑ値の低下が抑えることが可能となる。

また、水晶支持部１２４は、水晶基部１２２の水晶振動部１２３が形成されている面と同一面より、水晶振動部１２３と同一方向に延出するように設けられている。つまり、水晶支持部１２４は、水晶基部１２２の一辺からＹ′軸の方向に平行に延設されている。また、水晶支持部１２４は、水晶振動部１２３よりも外側に位置するように設けられている。このような水晶片１２１は、水晶基部１２２、各水晶振動部１２３及び水晶支持部１２４が一体となって音叉形状を成しており、フォトリソグラフィー技術と化学エッチング技術により製造される。水晶支持部１２４により音叉型水晶素子１２０を支持することで、バランス良く支持することができる。従って、音叉型水晶素子１２０の振動漏れを有効に防止して、より一層振動の安定性を図ることができる。

水晶支持部１２４には、第一支持領域Ｂ１、第二支持領域Ｂ２及び保護領域Ｂ３を有し、同面上に隣接するようにしてそれぞれが設けられている。第一支持領域Ｂ１は、水晶支持部１２４の水晶基部１２２と隣接する位置に設けられており、第二支持領域Ｂ２は、水晶支持部１２４の中央付近に設けられている。また、保護領域Ｂ３は、水晶支持部１２４の先端付近に設けられ、水晶支持部１２４上にて第二支持領域Ｂ２と隣接するようにして設けられている。第一支持領域Ｂ１は、水晶基部１２２と隣接する位置に設けることによって、水晶基部１２２と水晶支持部１２４の両方に跨るように導電性接着剤１４０にて基板１１０ａに実装することができるため、水晶基部１２２に導電性接着剤１４０にて基板１１０ａに実装する場合と比較して、水晶振動部１２３の先端が基板１１０ａに接触することを抑えることができる。第二支持領域Ｂ２は、水晶支持部１２４の中央に設けられていることによって、導電性接着剤１４０を介して基板１１０ａに実装させる引き出し電極１２７ａ、１２７ｂを離間させ、水晶支持部１２４をバランス良く保持することができ、水晶支持部１２４を起点にして音叉型水晶素子１２０が傾くことを抑えることができる。

また、保護領域Ｂ３は、周波数調整領域Ａ２と近接した位置に設けられていることで、レーザで削った際に発生する金属屑が付着し易くし、他の箇所に付着することを低減させるためのものである。また、仮に、金属屑が保護領域Ｂ３に付着したとしても、屈曲振動に影響がなく、音叉型水晶素子１２０に付加抵抗が発生することを低減することができる。保護領域Ｂ３は、周波数調整領域Ａ２と短辺方向で向かい合うようにして設けられている。つまり、保護領域Ｂ３と周波数調整領域Ａ２とが隣接すると共に、近傍に位置するようにして設けられている。このように引き出し電極１２７ａと周波数調整用金属膜１２８との距離を離すことで、周波数調整領域Ａ２に形成された周波数調整用金属膜１２８をレーザで削った際に発生する金属屑が第二支持領域Ｂ２に形成された一方の引き出し電極１２７ａに付着することを抑えることができるので、一方の引き出し電極１２７ａと励振用電極１２６ｂとの短絡を低減することができる。

また、水晶振動部１２３の長さは、平面視した際に、水晶支持部１２４の長さと同じ長さとなっている。このようにすることにより、水晶支持部１２４の屈曲振動による周波数が水晶振動部１２３の屈曲振動による周波数よりも低い帯域に設定することができるため、水晶支持部１２４の水晶振動部１２３への影響を緩和することが可能となる。

励振電極１２５ａは、図３に示すように、第一水晶振動部１２３ａの表裏主面に設けられている。また、励振電極１２６ｂは、第一水晶振動部１２３ａの対向する両側面に設けられている。周波数調整用金属膜１２８ａは、第一水晶振動部１２３ａの表主面及び側面の先端部にある周波数調整領域Ａ２に設けられている。他方の引き出し電極１２７ａは、励振電極１２５ａ、１２６ａと電気的に接続されており、水晶支持部１２４の端部である第一支持領域Ｂ１に設けられている。また、一方の引き出し電極１２７ａは、水晶支持部１２４の中央付近に設けられている。

また、励振電極１２５ｂは、図３に示すように、第二水晶振動部１２３ｂの表裏主面に設けられている。また、励振電極１２６ａは、第二水晶振動部１２３ｂの対向する両側面に設けられている。周波数調整用金属膜１２８ｂは、第二水晶振動部１２３ｂの表主面及び両側面の先端部に設けられている。他方の引き出し電極１２７ｂは、励振電極１２５ｂ、１２６ｂと電気的に接続されており、水晶支持部１２４の中央部である第二支持領域Ｂ２に設けられている。また、他方の引き出し電極１２７ｂは、水晶基部１２２から水晶支持部１２４に跨るようにして設けられている。

なお、音叉型水晶素子１２０は、周波数調整用金属膜１２８ａ及び１２８ｂを構成する金属の量を増減させることにより、その周波数値を所望する値に調整することができる。励振電極１２５ｂ及び１２６ｂと、周波数調整用金属膜１２８ａとは、図３に示すように、水晶片１２１表面に設けられた引き出し電極１２７ｂにより電気的に接続している。また、励振電極１２５ａ及び１２６ａと、周波数調整用金属膜１２８ｂとは、水晶片１２１表面に設けられた引き出し電極１２７ａにより電気的に接続している。

この音叉型水晶素子１２０を振動させる場合、引き出し電極１２７ａ及び１２７ｂに交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的にとらえると、第一水晶振動部１２３ａの励振電極１２６ｂは＋（プラス）電位となり、励振電極１２５ａは−（マイナス）電位となり、＋から−に電界が生じる。一方、このときの第二水晶振動部１２３ｂの励振電極１２５ｂ、１２６ａは、第一水晶振動部１２３ａの励振電極１２５ａ、１２６ｂに生じた極性とは反対の極性となる。これらの印加された電界により、第一水晶振動部１２３ａ及び第二水晶振動部１２３ｂに伸縮現象が生じ、各水晶振動部１２３に設定した共振周波数の屈曲振動を得る。

導電性接着剤１４０は、引き出し電極１２７ａ、１２７ｂと対向し、後述する電極パッド１１１上に設けられ、音叉型水晶素子１２０の一端を基板１１０ａの上面と固定するようにして設けられている。また、導電性接着剤１４０は、水晶デバイスに熱が印加された場合に膨張し、冷却された場合に収縮することになる。この導電性接着剤１４０が熱膨張及び収縮することによって、音叉型水晶素子１２０に応力がかかることになる。導電性接着剤１４０の応力は、直進するようにして最も強く伝播する。このように導電性接着剤１４０で固定する箇所である引き出し電極１２７ａ、１２７ｂが形成されている水晶支持部１２４と励振電極１２５、１２６が形成されている水晶振動部１２３との間に空間が設けられているため、導電性接着剤１４０の熱膨張により発生した応力が、直進的に進むことなく、水晶支持部１２４と水晶振動部１２３との間に空間によって遮られることになる。また、仮に、導電性接着剤１４０の応力が伝播したとしても、水晶支持部１２４から水晶基部１２２の縁に沿って伝播することになる。このようにすることで、導電性接着剤１４０の応力が励振電極１２５、１２６に伝播するまでの距離を長くすることができるので、導電性接着剤１４０の応力が励振電極１２５、１２６に伝播する前に十分に緩和することができる。よって、励振電極１２５、１２６への導電性接着剤１４０の応力の影響を低減することができる。

水晶片１２１を平面視したときの長辺寸法が０．８〜１．２ｍｍであり、平面視したときの短辺寸法が０．７〜０．９ｍｍである場合を例にして、水晶基部１２２、水晶振動部１２３及び水晶支持部１２４を説明する。水晶基部１２２を平面視したときの長辺寸法が０．７〜０.９ｍｍであり、平面視したときの短辺寸法が０．１〜０．３ｍｍである。水晶振動部１２３を平面視したときの長辺寸法が０．７〜０．９ｍｍであり、平面視したときの短辺寸法が０．０５〜０．１ｍｍである。水晶支持部１２４を平面視したときの長辺寸法が０．７〜０．９ｍｍであり、平面視したときの短辺寸法が０．０５〜０．２ｍｍである。

ここで、音叉型水晶素子１２０の動作について説明する。音叉型水晶素子１２０は、外部からの交番電圧が引き出し電極１２７から励振電極１２５、１２６を介して水晶片１２１の水晶振動部１２３に印加されると、水晶片１２１が所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。

ここで、音叉型水晶素子１２０の作製方法について説明する。まず、音叉型水晶素子１２０は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し、水晶片１２１の両主面にフォトリソグラフィー技術によって、水晶基部１２２、水晶振動部１２３及び水晶支持部１２４を形成する。その後、フォトリソグラフィー技術、蒸着技術又はスパッタリング技術によって、金属膜を被着させることにより、励振電極１２５、１２６及び引き出し電極１２７を形成することにより作製される。

音叉型水晶素子１２０の基板１１０ａへの接合方法について説明する。まず、導電性接着剤１４０は、例えばディスペンサによって、一対の電極パッド１１１の上面に塗布される。型水晶素子１２０は、導電性接着剤１４０上に搬送され、導電性接着剤１４０上に載置される。そして音叉型水晶素子１２０は、導電性接着剤１４０を加熱硬化させることによって一対の電極パッド１１１に接合される。

（水晶デバイス）
基板１１０ａは、矩形状であり、上面に音叉型水晶素子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は、上面に、音叉型水晶素子１２０を実装するための電極パッド１１１が設けられている。また、基板１１０ａの長辺側の一辺に沿って、音叉型水晶素子１２０を接合するための第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂが設けられている。

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、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１１３及びビア導体１１４が設けられている。

枠体１１０ｂは、基板１１０ａの上面の外周縁に沿って配置され、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。凹部Ｋの開口部は、平面視した際に、矩形状となっている。

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、音叉型水晶素子１２０と電気的に接続されている。また、音叉型水晶素子１２０と電気的に接続されている第一外部端子１１２ａ及び第二外部端子１１２ｂ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。

電極パッド１１１は、音叉型水晶素子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、基板１１０ａの一辺に沿うように隣接して設けられている。電極パッド１１１は、図４及び図５に示されているように基板１１０ａの上面に設けられた配線パターン１１３とビア導体１１４を介して、基板１１０ａの下面に設けられた外部端子１１２と電気的に接続されている。

電極パッド１１１は、図４に示すように、第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂによって構成されている。また、外部端子１１２は、図５に示すように第一外部端子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。ビア導体１１４は、図４及び図５に示すように、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。また、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。第一電極パッド１１１ａは、基板１１０ａに設けられた第一配線パターン１１３ａの一端と電気的に接続されている。また、第一配線パターン１１３ａの他端は、第一ビア導体１１４ａを介して、第一外部端子１１２ａと電気的に接続されている。よって、第一電極パッド１１１ａは、第一外部端子１１２ａと電気的に接続されることになる。第二電極パッド１１１ｂは、基板１１０ａに設けられた第二配線パターン１１３ｂの一端と電気的に接続されている。また、第二配線パターン１１３ｂの他端は、第二ビア導体１１４ｂを介して、第二外部端子１１２ｂと電気的に接続されている。よって、第二電極パッド１１１ｂは、第二外部端子１１２ｂと電気的に接続されることになる。

また、電極パッド１１１の算術平均表面粗さは、０．０２〜０．１０μｍであり、基板１１０ａ表面の算術平均表面粗さは、０．５〜１．５μｍである。よって、導電性接着剤１４０は、電極パッド１１１上の第二凸部１１６が設けられていない箇所である配線パターン１１３の方向に向かって導電性接着剤１４０が広がることになるが、電極パッド１１１から基板１１０ａ上に向かって広がりにくくなる。

外部端子１１２は、電子機器等の実装基板（図示せず）と電気的に接合するために用いられる。外部端子１１２は、基板１１０ａの下面の四隅に設けられている。外部端子１１２の内の二つの端子は、基板１１０ａの上面に設けられた一対の電極パッド１１１とそれぞれ電気的に接続されている。また、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。

配線パターン１１３は、電極パッド１１１及びビア導体１１４と電気的に接続するためのものである。配線パターン１１３の一端は、電極パッド１１１と電気的に接続されており、配線パターン１１３の他端は、ビア導体１１４と電気的に接続されている。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。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と音叉型水晶素子１２０との間で浮遊容量が発生することを抑えるので、音叉型水晶素子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。

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の一部が露出されている。

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で露出するようにして設けられていることにより、音叉型水晶素子１２０を実装した際に、溢れ出そうになった導電性接着剤１４０が、導電性接着剤１４０と濡れ性の良い配線パターン１１３上に沿って流れ出てくれるため、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が水晶振動部１２３の励振用電極１２５、１２６に付着してしまうことを抑えることができる。

ビア導体１１４は、基板１１０ａの内部に設けられ、その両端は、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。ビア導体１１４は、基板１１０ａに設けられた貫通孔の内部に導体を充填することで設けられている。また、ビア導体１１４は、図４及び図５に示すように、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。

第一凸部１１５は、音叉型水晶素子１２０の短辺の上下方向の傾きが抑制され、音叉型水晶素子１２０の長辺側端部が基板１１０ａや蓋体１３０に接触することを抑制するためのものである。第一凸部１１５は、第一電極パッド１１１ａと対向する位置にある基板１１０ａの長辺方向に沿って、基板１１０ａの上面に設けられている。また、第一凸部１１５は、電極パッド１１１と同様に、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の焼結体等上面に金メッキ、ニッケルメッキを施すことにより設けられている。第一凸部１１５は、平面視して、後述する音叉型水晶素子１２０の水晶基部１２２と重なる位置に設けられている。このようにすることで、音叉型水晶素子１２０を実装する際に、水晶基部１２２が基板１１０ａに接触することを抑えることができる。

第二凸部１１６は、音叉型水晶素子１２０の水晶振動部１２３が基板１１０ａに接触することを抑制するためものである。一対の第二凸部１１６は、一方の第二凸部１１６ａ及び他方の第二凸部１１６ｂによって構成されている。一方の第二凸部１１６ａは、第一電極パッド１１１ａの上面に設けられており、他方の第二凸部１１６ｂは、第二電極パッド１１１ｂの上面に設けられている。また、第二凸部１１６は、電極パッド１１１と同様に、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の焼結体等上面に金メッキ、ニッケルメッキを施すことにより設けられている。

また、一対の第二凸部１１６の基板１１０ａの中心側を向く一辺が、図１及び図４に示されているように、同一直線上に並ぶ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、音叉型水晶素子１２０の引き出し電極１２３を一対の第二凸部１１６に接触させながら電極パッド１１１に実装する際に、音叉型水晶素子１２０が傾くことなく安定した状態で実装することができる。

また、第二凸部１１６は、音叉型水晶素子１２０の水晶支持部１２４にある引き出し電極１２７と対向する位置にある電極パッド１１１上に設けられている。このようにすることによって、音叉型水晶素子１２０が導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１に実装する際に、仮に音叉型水晶素子１２０が傾いたとしても、引き出し電極１２７が第二凸部１１６に接触することになり、第二凸部１１６よりも下方向に音叉型水晶素子１２０が傾くことなく安定した状態で実装することができる。また、第二凸部１１６は、平面視して、水晶支持部１２４にある引き出し電極１２７と重なる位置に設けられている。このようにすることにより、音叉型水晶素子１２０の一対の水晶振動部１２２が基板１１０ａの上面に接触することを低減することができる。

ここでパッケージ１１０を平面視したときの一辺の寸法が、１．０〜３．０ｍｍであり、パッケージ１１０の上下方向の寸法が、０．２〜１．５ｍｍである場合を例にして、凹部Ｋ、電極パッド１１１、第一凸部１２５及び第二凸部１２６の大きさを説明する。凹部Ｋの長辺の長さは、０．７〜２．０．ｍｍであり、短辺の長さは、０．５〜１．５ｍｍとなっている。また、凹部Ｋの上下方向の長さは、０．１〜０．５ｍｍとなっている。基板１１０ａの一辺と平行となる電極パッド１１１の辺の長さは、０．２５〜０．４０ｍｍとなる。また、基板１１０ａの一辺と交わる辺と平行となる電極パッド１１１の辺の長さは、０．２５〜０．４０ｍｍとなる。電極パッド１１１の上下方向の厚みの長さは、１０〜５０μｍとなる。基板１１０ａの一辺と平行となる第一凸部１１５の辺の長さは、５０〜１００μｍとなる。また、基板１１０ａの一辺と交わる辺と平行となる第一凸部１１５の辺の長さは、１５０〜３００μｍとなる。第一凸部１１５の上下方向の厚みの長さは、７〜２５μｍとなる。基板１１０ａの一辺と平行となる第二凸部１１６の辺の長さは、５０〜１００μｍとなる。また、基板１１０ａの一辺と交わる辺と平行となる第二凸部１１６の辺の長さは、１５０〜３００μｍとなる。第二凸部１１６の上下方向の厚みの長さは、１７〜３５μｍとなる。

封止用導体パターン１１７は、蓋体１３０と接合部材１３１を介して接合する際に、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、枠体１１０ｂの上面を囲むようにして設けられている。封止用導体パターン１１７は、図１及び図４に示すように、第三ビア導体１１４ｃを介して、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。

ここで、基板１１０ａの作製方法について説明する。基板１１０ａ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、高温で焼成する。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、ビア導体１１４、第一凸部１１５、第二凸部１１６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の焼結体等から構成されている。

導電性接着剤１４０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。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、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。

導電性接着剤１４０の粘度が、３５〜４５Ｐａ・ｓのものを使用することによって、塗布した際に、導電性接着剤１４０は、電極パッド１１１から基板１１０ａ上面に流れ出にくくなることで、電極パッド１１１上に留まり、上下方向の厚みが維持される。導電性接着剤１４０の上下方向の厚みの長さは、１０〜２５μｍである。このように導電性接着剤１４０の厚みを確保できることによって、落下等の試験により加わった衝撃が音叉型水晶素子１２０に対して導電性接着剤１４０を中心にして上下方向へ加わったとしても、その衝撃を導電性接着剤１４０で十分に吸収緩和することができる。

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。このような蓋体１３０は、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、パッケージ１１０の枠体１１０ｂ上に載置される。そして、枠体１１０ｂの封止用導体パターン１１７と蓋体１３０の接合部材１３１とが溶接されるように、蓋体１３０に所定電流を印加してシーム溶接を行うことにより、蓋体１３０を枠体１１０ｂに接合する。

接合部材１３１は、パッケージ１１０の枠体１１０ｂ上面に設けられた封止用導体パターン１１７に相対する蓋体１３０の箇所に設けられている。接合部材１３１は、例えば、金錫又は銀ロウによって設けられている。金錫の場合は、その厚みは、１０〜４０μｍである。例えば、成分比率が、金が７８〜８２％、錫が１８〜２２％のものが使用されている。銀ロウの場合は、その厚みは、１０〜２０μｍである。例えば、成分比率は、銀が７２〜８５％、銅が１５〜２８％のものが使用されている。

接合部材１３１は、例えば、ガラスの場合には、３５０℃〜４００℃で溶融する鉛フリーガラスである例えばバナジウムを含有した低融点ガラスから構成されている。鉛フリーガラスは、バインダーと溶剤とが加えられペースト状であり、溶融された後固化されることで他の部材と接着する。接合部材１３１は、例えば、ガラスフリットペーストが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。

本実施形態における音叉型水晶素子は、矩形状の水晶基部１２２と、水晶基部１２２の側面より延出した水晶基部１２２の一部であり、振動領域Ａ１と周波数調整領域Ａ２とを有する水晶振動部１２３と、水晶基部１２２の同一面より、水晶振動部１２３と同一方向に延出するように設けられ、第一支持領域Ｂ１、第二支持領域Ｂ２を有する水晶支持部と、水晶振動部１２３の振動領域Ａ１の上面、下面及び側面に設けられた励振電極１２５、１２６と、水晶振動部１２３の周波数調整領域Ａ２の上面及び下面に設けられた周波数調整用電極１２８と、第一支持領域Ｂ１及び第二支持領域Ｂ２に設けられ励振電極１２５、１２６と電気的に接続された一対の引き出し電極１２７と、を備えている。このような音叉型水晶素子は、サイズを小型化しても、従来の音叉型水晶素子である水晶基部１２２に設けられた引き出し電極１２７にて電極パッド１１１と接続されている場合と比較して、水晶振動部１２１の長さを確保することができるため、クリスタルインピーダンス値を低減することができる。

本実施形態における音叉型水晶素子は、水晶振動部１２３の長さが、平面視した際に、水晶支持部１２４の長さと同じ長さとなっている。このようにすることにより、水晶支持部１２４の屈曲振動による周波数が水晶振動部１２３の屈曲振動による周波数よりも低い帯域に設定することができるため、水晶支持部１２４の水晶振動部１２３への影響を緩和することが可能となる。

本実施形態における音叉型水晶素子は、水晶支持部１２４の先端には、保護領域Ｂ３が設けられており、保護領域Ｂ３と周波数調整領域Ａ２とが近傍に位置するようにして設けられている。このようにすることで、周波数調整領域Ａ２に形成された周波数調整用金属膜１２８をレーザで削った際に発生する金属屑が第二支持領域Ｂ２に形成された一方の引き出し電極１２７ａに付着することを抑えることができるので、一方の引き出し電極１２７ａと励振用電極１２６ｂとの短絡を低減することができる。

本実施形態における水晶デバイスは、水晶基部１２１が第一凸部１１５と接触されていることにより、音叉型水晶素子１２０の水晶基部１２２が基板１１０ａに接触することを抑えることができる。よって、音叉型水晶素子１２０の水晶振動部１２４が基板１１０ａに接触することを抑えることができるので、音叉型水晶素子１２０の発振周波数が変動してしまうことを低減することができる。

また、本実施形態の水晶デバイスでは、このような音叉型水晶素子１２０を用いることによって、導電性接着剤１４０の応力が導電性接着剤１４０で固定する箇所である引き出し電極１２７ａ、１２７ｂが形成されている水晶支持部１２４と励振電極１２５、１２６が形成されている水晶振動部１２３との間に設けられた空間によって、導電性接着剤１４０の応力の伝播が遮られることになる。また、仮に、導電性接着剤１４０の応力が伝播したとしても、水晶支持部１２４及び水晶基部１２１沿って伝播することになる。このようにすることで、応力が励振電極１２５、１２６に伝播するまでの距離を長くすることができるので、応力が励振電極１２５、１２６に伝播する前に十分に緩和することができる。よって、音叉型水晶素子１２０の屈曲振動が阻害されることを抑制しつつ、音叉型水晶素子１２０のクリスタルインピーダンス値を低減することができる。

また、本実施形態の水晶デバイスでは、第一凸部１１５の上下方向の厚みが、電極パッド１１１の上下方向の厚みよりも大きくなるように設けられている。このようにすることで、音叉型水晶素子１２０の水晶基部１２２が基板１１０ａに接触することをさらに抑えることができる。よって、音叉型水晶素子１２０の水晶振動部１２３が基板１１０ａに接触することをさらに抑えることができるので、音叉型水晶素子１２０の発振周波数が変動してしまうことをさらに低減することができる。

また、本実施形態の水晶デバイスでは、配線パターン１１３が、電極パッド１１１と電気的に接続されており、平面視した際に、枠体１１０ｂと重なる位置に設けられている。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と音叉型水晶素子１２０との間で浮遊容量が発生することを抑えるので、音叉型水晶素子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。また、このようにすることで、周波数調整領域Ａ２に形成された周波数調整用金属膜１２８をレーザで削った際に発生する金属屑が配線パターン１１３に付着することを抑えることができるので、音叉型水晶素子１２０に付加容量が付与されることを低減できるので、発振周波数の変動を抑制することができる。

また、本実施形態の水晶デバイスでは、配線パターン１１３の一部が、電極パッド１１１から枠体１１０ｂに向かって延出し、露出するようにして設けられている。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内で露出するようにして設けられていることにより、音叉型水晶素子１２０を実装した際に、溢れ出そうになった導電性接着剤１４０が、導電性接着剤１４０と濡れ性の良い配線パターン１１３上に沿って流れ出てくれるため、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が水晶振動部１２３の励振用電極１２５、１２６に付着してしまうことを抑えることができる。

また、本実施形態の水晶デバイスでは、電極パッド１１１の上面に設けられた第二凸部１１６を備えている。このようにすることによって、音叉型水晶素子１２０が導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１に実装する際に、仮に音叉型水晶素子１２０が傾いたとしても、引き出し電極１２７が第二凸部１１６に接触することになり、第二凸部１１６よりも下方向に音叉型水晶素子１２０が傾くことなく安定した状態で実装することができる。また、第二凸部１１６は、平面視して、水晶支持部１２４にある引き出し電極１２７と重なる位置に設けられている。このようにすることにより、音叉型水晶素子１２０の一対の水晶振動部１２２が基板１１０ａの上面に接触することを低減することができる。

また、突起部は、図３に示すように、水晶振動部１２３が延出している方向に平行な水晶支持部１２４の側面に設けられている。従って、突起部は、水晶支持部１２４の側面から延出している。このようにすることで、音叉型水晶素子１２０を平面視したとき、水晶支持部１２４が延出している方向に垂直な方向の水晶支持部１２４の長さが、突起部が設けられている部分だけ長くなっている。従って、図３に示すように、水晶支持部１２４の側面に突起部を設けることで、水晶支持部１２４に屈曲振動が生じた場合に突起部が錘の機能を果たすこととなり、水晶支持部１２４での屈曲振動を低減させることが可能となる。このため、このようにすることで、水晶支持部１２４で生じる屈曲振動と水晶振動部１２３で生じる屈曲振動とが互いに影響し、具体的には、結合し、周波数安定度の悪化や等価直列抵抗値の増大といった電気的特性の悪化を低減させることができる。

また、突起部には、図３に示すように、水晶支持部１２４の長辺方向と平行になる向きに切欠き部が形成されている。切欠き部は、水晶振動部１２３及び水晶支持部１２４で生じる屈曲振動の周波数は、水晶の軸線方向に関係しており、この長さが短くなる程、発振周波数が低くなる傾向があるため、突起部を水晶支持部１２４に設けた場合に、水晶支持部１２４で生じる屈曲振動の周波数が水晶振動部１２３で生じる屈曲振動の周波数より低い周波数とならないようにするためのものである。従って、突起部に切欠き部が形成されていない場合には、水晶支持部１２４で屈曲振動が生じた場合、水晶支持部１２４で生じた屈曲振動の周波数が水晶振動部１２３で生じた屈曲振動の周波数より低くなってしまい、所望の周波数特性を得ることができず、電気的特性が悪化する虞がある。このため、音叉型水晶素子１２０では、切欠き部が形成されている突起部を水晶支持部１２４に設けられている。

本実施形態の水晶デバイスは、水晶支持部１２４の側面に突起部を設けることで、水晶支持部１２４に屈曲振動が生じた場合に突起部が錘の機能を果たすこととなり、水晶支持部１２４での屈曲振動を低減させることが可能となる。このため、このようにすることで、水晶支持部１２４で生じる屈曲振動と水晶振動部１２３で生じる屈曲振動とが互いに影響し、具体的には、結合し、周波数安定度の悪化や等価直列抵抗値の増大といった電気的特性の悪化を低減させることができる。

また、本実施形態の水晶デバイスは、水晶支持部１２４の長辺方向と平行になる向きに切欠き部が形成されている。このように突起部に切欠き部が形成されていることによって、水晶支持部１２４で屈曲振動が生じた場合、水晶支持部１２４で生じた屈曲振動の周波数が水晶振動部１２３で生じた屈曲振動の周波数よりも高くすることができ、所望の周波数特性を得ることができる。よって、水晶デバイスは、電気的特性の悪化をさらに低減することができる。

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。

上記実施形態では、基板１１０ａの下面に四つの外部端子１１２が設けられている場合を説明したが、図６に示すように、基板２１０ａの下面に二つの外部端子２１２を設けるようにしても構わない。この場合には、封止用導体パターン２１７は、外部端子２１２とは、電気的に接続されていない。

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
１１５・・・第一凸部
１１６・・・第二凸部
１１７・・・封止用導体パターン
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶片
１２２・・・水晶基部
１２３・・・水晶振動部
１２４・・・水晶支持部
１２５、１２６・・・励振電極
１２７・・・引き出し電極
１２８・・・周波数調整用金属膜
１３０・・・蓋体
１３１・・・接合部材
１４０・・・導電性接着剤
Ａ１・・・振動領域
Ａ２・・・周波数調整領域
Ｂ１・・・第一支持領域
Ｂ２・・・第二支持領域
Ｂ３・・・保護領域
Ｋ・・・凹部

Claims (10)

1. 矩形状の水晶基部と、
   前記水晶基部の側面より延出した前記水晶基部の一部であり、振動領域と周波数調整領域とを有する水晶振動部と、
   前記水晶基部の同一面より、前記水晶振動部と同一方向に延出するように設けられ、第一支持領域及び第二支持領域を有する水晶支持部と、
   前記水晶振動部の振動領域の上面及び下面に設けられた励振電極と、
   前記水晶振動部の周波数調整領域の上面及び下面に設けられた周波数調整用電極と、
   前記第一支持領域及び前記第二支持領域に設けられ前記励振電極と電気的に接続された一対の引き出し電極と、を備えていることを特徴とする音叉型水晶素子。
2. 請求項１記載の音叉型水晶素子であって、
   平面視した際に、前記水晶振動部と前記水晶支持部の長さが同じとなっていることを特徴とする音叉型水晶素子。
3. 請求項１記載の音叉型水晶素子であって、
   前記水晶支持部の先端には、保護領域が設けられており、
   前記保護領域と前記周波数調整領域とが近傍に位置するようにして設けられていることを特徴とする音叉型水晶素子。
4. 矩形状の基板と、
   前記基板の外周縁に沿って設けられた枠体と、
   前記基板上の一辺に沿って設けられた一対の電極パッドと、
   前記基板上の前記一辺と対向する一辺に沿って設けられた第一凸部と、を備え、
   請求項１記載の音叉型水晶素子の水晶基部が前記第一凸部と接触されており、引き出し電極が前記電極パッドと導電性接着剤を介して電気的に接続されていることを特徴とする水晶デバイス。
5. 請求項４記載の水晶デバイスであって、
   前記第一凸部の上下方向の厚みが、前記電極パッドの上下方向の厚みよりも大きくなるように設けられていることを特徴とする水晶デバイス。
6. 請求項４記載の水晶デバイスであって、
   配線パターンは、前記電極パッドと電気的に接続されており、平面視した際に、前記枠体と重なる位置に設けられていることを特徴とする水晶デバイス。
7. 請求項６の水晶デバイスであって、
   前記配線パターンの一部が、前記電極パッドから前記枠体に向かって延出し、露出するようにして設けられていることを特徴とする水晶デバイス。
8. 請求項４記載の水晶デバイスであって、
   前記電極パッドの上面に設けられた第二凸部を備えていることを特徴とする水晶デバイス。
9. 請求項４記載の水晶デバイスであって、
   前記音叉型水晶素子の前記水晶支持部の側面に設けられた突起部を備えていることを特徴とする水晶デバイス。
10. 請求項９記載の水晶デバイスであって、
    前記突起部には、前記水晶支持部の長辺方向と平行になる向きに形成された切欠き部を備えていることを特徴とする水晶デバイス。

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