JP2018117243A - 圧電振動子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を維持しつつ接合強度の向上を図る。【解決手段】 主面３２ａを有するベース部材３０と、主面３２ａの上に搭載された圧電振動素子１０と、主面３２ａの上に設けられ、主面３２ａの法線方向から平面視したときに圧電振動素子１０を囲むように配置された接合部材４０と、接合部材４０を挟んでベース部材３０に接合され、圧電振動素子１０を収容する内部空間２６をベース部材３０と共に形成する蓋部材２０と、を備え、蓋部材２０は、圧電振動素子１０を挟んでベース部材３０と対向する天面部２１と、天面部２１に接続された側壁部２２と、を有し、側壁部２２は、内部空間２６の側の内面２４と、内部空間２６とは反対側の外面２５と、内面２４及び外面２５を繋ぎベース部材３０と対向する対向面２３と、を有し、接合部材４０は、外面２５の少なくとも一部を覆い、外面２５の側での高さＴ１が内面２４の側での高さＴ２よりも大きい、圧電振動子。【選択図】 図３

Description

本発明は、圧電振動子及びその製造方法に関する。

発振装置や帯域フィルタなどに用いられる基準信号の信号源に、例えば人工水晶からなる水晶振動子が広く用いられている。近年、小型化、高性能化する携帯用通信機器等への利用を目的として、水晶振動子は、小型化、軽量化、及び耐久性向上が求められている。水晶振動子は、一般的には、小型化すると接合部材の接触面積が減少し、ベース部材と蓋部材との接合強度が低下する。例えば、特許文献１には、接合強度及び気密性を安定的に確保することを目的として、ベースと、ベースの主面にマウント接続された圧電振動片と、フランジを有し圧電振動片を収納するようにフランジとベースとが封止される蓋と、を備えた圧電デバイスが開示されている。

特開２０１２−７４９３７号公報

蓋部材がフランジ部を有することで、蓋部材の接合部材との接触面積を確保し、ベース部材及び蓋部材の接合強度を向上させることができる。しかし、このような構成では、ベース部材の主面の法線方向からみたときに、フランジ部が水晶振動素子を収容する内部空間の外側に広がるため、内部空間を確保した上での水晶振動子の小型化が困難となる可能性がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、小型化を維持しつつ接合強度の向上を図ることができる圧電振動子及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る圧電振動子は、主面を有するベース部材と、主面の上に搭載された圧電振動素子と、主面の上に設けられ、主面の法線方向から平面視したときに圧電振動素子を囲むように配置された接合部材と、接合部材を挟んで前記ベース部材に接合され、圧電振動素子を収容する内部空間をベース部材と共に形成する蓋部材と、を備え、蓋部材は、圧電振動素子を挟んでベース部材と対向する天面部と、天面部に接続された側壁部と、を有し、側壁部は、内部空間の側の内面と、内部空間とは反対側の外面と、内面及び前記外面を繋ぎベース部材と対向する対向面と、を有し、接合部材は、外面の少なくとも一部を覆い、外面の側での高さが内面の側での高さよりも高い。

上記態様によれば、接合部材が蓋部材の外面の一部及び対向面と接触するため、圧電振動子が小型化したとしても、接合部材と蓋部材との接触面積を確保し、ベース部材と蓋部材とを充分な接合強度で接合することができる。また、接合部材の外面の側での高さが内面の側での高さよりも高いため、接合部材と蓋部材を接合する際に、接合部材から内部空間へ放出されるガスの量を低減することができる。このため、圧電振動子が小型化して内部空間の体積が減少したとしても、放出ガスによる内部空間の気圧変動や、放出ガスが圧電振動素子に付着することによる周波数特性の変動を抑制することができる。つまり、圧電振動子を小型化することができる。

本発明の他の一側面に係る圧電振動子の製造方法は、複数のベース部材を有する集合ベース部材を準備する工程と、集合ベース部材の主面において、搭載する複数の圧電振動素子のそれぞれの間の領域に、複数の圧電振動素子に近い端部が薄く複数の圧電振動素子から離れた中央部が厚くなるように接合部材を設ける工程と、複数のベース部材のそれぞれに対向するように複数の圧電振動素子を集合ベース部材の主面に搭載する工程と、複数のベース部材のそれぞれに対応するように複数の蓋部材を接合部材を挟んで集合ベース部材に接合し、複数のベース部材及び複数の蓋部材によって形成される複数の内部空間に複数の圧電振動素子を収容する工程と、複数の圧電振動素子のそれぞれの間の領域における接合部材の中央部に沿って集合ベース部材及び接合部材を切断する工程と、を含む。

上記態様によれば、接合部材が蓋部材の外面の一部及び対向面と接触するため、圧電振動子が小型化したとしても、接合部材と蓋部材との接触面積を確保し、ベース部材と蓋部材とを充分な接合強度で接合することができる。また、接合部材の外面の側での高さが内面の側での高さよりも高いため、接合部材と蓋部材を接合する際に、接合部材から内部空間へ放出されるガスの量を低減することができる。このため、圧電振動子が小型化して内部空間の体積が減少したとしても、放出ガスによる内部空間の気圧変動や、放出ガスが圧電振動素子に付着することによる周波数特性の変動を抑制することができる。つまり、圧電振動子を小型化することができる。

本発明によれば、小型化を維持しつつ接合強度の向上を図ることができる圧電振動子及びその製造方法を提供することが可能となる。

図１は、水晶振動子の一例を示す分解斜視図である。 図２は、図１に示した水晶振動子のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図３は、図２に示した水晶振動子の接合部材近傍の拡大図である。 図４は、集合ベース部材を準備する工程を示す図である。 図５は、接合部材を設ける工程を示す図である。 図６は、水晶振動素子を搭載する工程を示す図である。 図７は、蓋部材を接合する工程を示す図である。 図８は、集合ベース部材及び接合部材を切断し、カバー部材を設ける工程を示す図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。

また、以下の説明において、圧電振動子の一例として、水晶振動素子（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を備えた水晶振動子（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｕｎｉｔ）を例に挙げて説明する。水晶振動素子は、印加電圧に応じて振動する圧電体として水晶片（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｂｌａｎｋ）を利用するものである。ただし、本発明の実施形態に係る圧電振動子は水晶振動子に限定されるものではなく、セラミック等の他の圧電体を利用するものであってもよい。

＜第１実施形態＞
図１〜図３を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る水晶振動子について説明する。ここで、図１は、水晶振動子の一例を示す分解斜視図である。図２は、図１に示した水晶振動子のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図３は、図２に示した水晶振動子の接合部材近傍の拡大図である。

図１に示すように、本実施形態に係る水晶振動子１は、水晶振動素子１０と、蓋部材２０と、ベース部材３０と、接合部材４０と、カバー部材５０と、を備える。ベース部材３０及び蓋部材２０は、水晶振動素子１０を収容するための保持器である。ここで図示した例では、蓋部材２０は凹状、具体的には開口部を有する箱状、をなしており、ベース部材３０は平板状をなしている。蓋部材２０及びベース部材３０の形状は、上記に限定されるものではなく、例えばベース部材が凹状をなしていてもよい。

水晶振動素子１０は、薄片状の水晶片１１を有する。水晶片１１は、互いに対向する第１主面１２ａ及び第２主面１２ｂを有する。水晶片１１は、例えば、ＡＴカット型の水晶片（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｂｌａｎｋ）である。ＡＴカット型の水晶片は、人工水晶をＸ軸及びＺ´軸によって特定される面と平行な面（以下、「ＸＺ´面」と呼ぶ。他の軸によって特定される面についても同様である。）を主面として切り出されたものである。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、人工水晶の結晶軸であり、Ｙ´軸及びＺ´軸は、それぞれ、Ｙ軸及びＺ軸をＸ軸の周りにＹ軸からＺ軸の方向に３５度１５分±１分３０秒回転させた軸である。つまり、ＡＴカット型の水晶片１１において、第１主面１２ａ及び第２主面１２ｂは、それぞれＸＺ´面に相当する。なお、水晶片のカット角度は、ＡＴカット以外の異なるカット（例えばＢＴカットなど）を適用してもよい。

ＡＴカット型の水晶片１１は、Ｘ軸方向に平行な長辺が延在する長辺方向と、Ｚ´軸方向に平行な短辺が延在する短辺方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さが延在する厚さ方向を有する。水晶片１１は、第１主面１２ａの法線方向から平面視したときに矩形状をなしており、中央に位置し励振に寄与する励振部１７と、Ｘ軸の負方向側で励振部１７と隣り合う周縁部１８と、Ｘ軸の正方向側で励振部１７と隣り合う周縁部１９と、を有している。励振部１７と周縁部１９との間には段差１３が設けられている。水晶片１１は、励振部１７が周縁部１８，１９よりも厚いメサ型構造である。但し、水晶片１１の形状はこれに限定されるものではなく、例えば、第１主面１２ａの法線方向から平面視したときに、一対の平行な両腕部と、両腕部を連結する連結部と、を有する櫛歯型であってもよい。また、水晶片１１は、Ｘ軸方向及びＺ´軸方向の厚みが略均一な平板構造であってもよく、励振部１７が周縁部１８，１９よりも薄い逆メサ型構造であってもよい。また、励振部１７と周縁部１８，１９との厚みの変化が連続的に変化するコンベックス形状又はベヘル形状であってもよい。

ＡＴカット水晶片を用いた水晶振動素子は、広い温度範囲で高い周波数安定性を有し、また、経時変化特性にも優れている上、低コストで製造することが可能である。また、ＡＴカット水晶振動素子は、厚みすべり振動モード（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｓｈｅａｒ Ｍｏｄｅ）を主振動として用いられる。

水晶振動素子１０は、一対の電極を構成する第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂを有する。第１励振電極１４ａは、励振部１７の第１主面１２ａに設けられている。また、第２励振電極１４ｂは、励振部１７の第２主面１２ｂに設けられている。第１励振電極１４ａと第２励振電極１４ｂは、水晶片１１を挟んで互いに対向して設けられている。第１励振電極１４ａと第２励振電極１４ｂとは、ＸＺ´面において略全体が重なり合うように配置されている。

第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂは、それぞれ、Ｘ軸方向に平行な長辺と、Ｚ´軸方向に平行な短辺と、Ｙ´軸方向に平行な厚さとを有している。図１に示す例では、ＸＺ´面において、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの長辺は水晶片１１の長辺と平行であり、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの短辺は水晶片１１の短辺と平行である。また、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの長辺は水晶片１１の長辺から離れており、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの短辺は水晶片１１の短辺から離れている。

水晶振動素子１０は、一対の引出電極１５ａ，１５ｂと、一対の接続電極１６ａ，１６ｂと、を有する。接続電極１６ａは、引出電極１５ａを介して第１励振電極１４ａと電気的に接続されている。また、接続電極１６ｂは、引出電極１５ｂを介して第２励振電極１４ｂと電気的に接続されている。接続電極１６ａ及び１６ｂは、それぞれ、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂをベース部材３０に電気的に接続するための端子である。水晶振動素子１０は、ベース部材３０に保持されている。第１主面１２ａは、ベース部材３０と対向する側とは反対側に位置し、第２主面１２ｂは、ベース部材３０と対向する側に位置している。

引出電極１５ａは第１主面１２ａに設けられ、引出電極１５ｂは第２主面１２ｂに設けられている。接続電極１６ａは、周縁部１８の第１主面１２ａから第２主面１２ｂに亘って設けられ、接続電極１６ｂは、周縁部１８の第２主面１２ｂから第１主面１２ａに亘って設けられている。第１励振電極１４ａ、引出電極１５ａ、及び接続電極１６ａは、連続しており、第２励振電極１４ｂ、引出電極１５ｂ、及び接続電極１６ｂは、連続している。図１に示した構成例は、接続電極１６ａ及び接続電極１６ｂが水晶片１１の短辺方向（Ｚ´軸方向）に沿って並んでおり、水晶振動素子１０が一方の短辺で保持される、いわゆる片持ち構造である。水晶振動素子１０は両方の短辺で保持される、いわゆる両持ち構造であってもよく、両持ち構造では例えば、接続電極１６ａ及び接続電極１６ｂの一方が周縁部１８に設けられ、他方が周縁部１９に設けられる。

第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの材料は、特に限定されるものではないが、例えば、下地層として水晶片１１に接する側にクロム（Ｃｒ）層を有し、表層として下地層よりも水晶片１１から遠い側に金（Ａｕ）層を有している。下地層に酸素との反応性が高い金属層を設けることで水晶片と励振電極との密着力が向上し、表層に酸素との反応性が低い金属層を設けることで励振電極の劣化が抑制され電気的信頼性が向上する。

蓋部材２０は、凹状をなしており、ベース部材３０の第１主面３２ａに向かって開口した箱状である。蓋部材２０は、ベース部材３０に接合され、これによって水晶振動素子１０を内部空間２６に収容する。蓋部材２０は、水晶振動素子１０を収容することができればその形状は限定されるものではなく、例えば、天面部２１の主面の法線方向から平面視したときに矩形状をなしている。蓋部材２０は、例えば、Ｘ軸方向に平行な長辺が延在する長辺方向と、Ｚ´軸方向に平行な短辺が延在する短辺方向と、Ｙ´軸方向に平行な高さ方向とを有する。

図２に示すように、蓋部材２０は、内面２４及び外面２５を有している。内面２４は、内部空間２６側の面であり、外面２５は、内面２４とは反対側の面である。蓋部材２０は、ベース部材３０の第１主面３２ａに対向する天面部２１と、天面部２１の外縁に接続されており且つ天面部２１の主面に対して交差する方向に延在する側壁部２２と、を有する。また、蓋部材２０は、凹状の開口端部（側壁部２２のベース部材３０に近い側の端部）においてベース部材３０の第１主面３２ａに対向する対向面２３を有する。この対向面２３は、水晶振動素子１０の周囲を囲むように枠状に延在している。

蓋部材２０の材質は特に限定されるものではないが、例えば金属などの導電材料で構成される。これによれば、蓋部材２０を接地電位に電気的に接続させることによりシールド機能を付加することができる。例えば、蓋部材２０は、鉄（Ｆｅ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む合金（例えば４２アロイ）からなる。また、蓋部材２０の最表面に酸化防止等を目的とした金（Ａｕ）層などが設けられてもよい。あるいは、蓋部材２０は、絶縁材料で構成されてもよく、導電材料と絶縁材料との複合構造であってもよい。

ベース部材３０は、水晶振動素子１０を励振可能に保持するものである。ベース部材３０は平板状をなしている。ベース部材３０は、Ｘ軸方向に平行な長辺が延在する長辺方向と、Ｚ´軸方向に平行な短辺が延在する短辺方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さが延在する厚さ方向とを有する。

ベース部材３０は基体３１を有する。基体３１は、互いに対向する第１主面３２ａ（表面）及び第２主面３２ｂ（裏面）を有する。また、基体３１は、第１主面３２ａ及び第２主面３２ｂを繋ぐ端面３２ｃを有している。端面３２ｃは、第１主面３２ａと交差する方向に延在する面であり、第１主面３２ａの外縁に沿って枠状に形成されている。基体３１は、例えば絶縁性セラミック（アルミナ）などの焼結材である。この場合、基体３１は、複数の絶縁性セラミックシートを積層して焼結してもよい。あるいは、基体３１は、無機ガラス材料（例えばケイ酸塩ガラス、又はケイ酸塩以外を主成分とする材料であって、昇温によりガラス転移現象を有する材料）、水晶材料（例えばＡＴカット水晶）、耐熱性を有するエンジニアリングプラスチック（例えばポリイミドや液晶ポリマー）、又は有機無機ハイブリッド材料（例えばガラスエポキシ樹脂などの繊維強化プラスチック）などで形成してもよい。基体３１は耐熱性材料から構成されることが好ましい。基体３１は、単層であっても複数層であってもよく、複数層である場合、第１主面３２ａの最表層に形成された絶縁層を含む。

ベース部材３０は、第１主面３２ａに設けられた電極パッド３３ａ，３３ｂと、第２主面３２ｂに設けられた外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄと、を有する。電極パッド３３ａ，３３ｂは、ベース部材３０と水晶振動素子１０とを電気的に接続するための端子である。また、外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄは、図示しない回路基板と水晶振動子１とを電気的に接続するための端子である。電極パッド３３ａは、Ｙ´軸方向に延在するビア電極３４ａを介して外部電極３５ａに電気的に接続され、電極パッド３３ｂは、Ｙ´軸方向に延在するビア電極３４ｂを介して外部電極３５ｂに電気的に接続されている。ビア電極３４ａ，３４ｂは基体３１をＹ´軸方向に貫通するビアホール内に形成される。

導電性保持部材３６ａ，３６ｂは、ベース部材３０の一対の電極パッド３３ａ，３３ｂに、水晶振動素子１０の一対の接続電極１６ａ及び１６ｂをそれぞれ電気的に接続している。また、導電性保持部材３６ａ，３６ｂは、ベース部材３０の第１主面３２ａに水晶振動素子１０を励振可能に保持している。導電性保持部材３６ａ，３６ｂは、例えば、熱硬化樹脂や紫外線硬化樹脂等を含む導電性接着剤によって形成されており、ベース部材と水晶振動素子との間隔を保つためのフィラー、導電性保持部材に導電性を与えるための導電性粒子、等の添加剤を含んでいる。

図１に示した構成例において、ベース部材３０の電極パッド３３ａ，３３ｂは、第１主面３２ａ上においてベース部材３０のＸ軸負方向側の短辺付近に設けられ、当該短辺方向に沿って配列されている。電極パッド３３ａは、導電性保持部材３６ａを介して水晶振動素子１０の接続電極１６ａに接続され、他方、電極パッド３３ｂは、導電性保持部材３６ｂを介して水晶振動素子１０の接続電極１６ｂに接続される。

複数の外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄは、第２主面３２ｂのそれぞれの角付近に設けられている。図１に示す例では、外部電極３５ａ，３５ｂが、それぞれ、電極パッド３３ａ，３３ｂの直下に配置されている。これによってＹ´軸方向に延在するビア電極３４ａ，３４ｂによって、外部電極３５ａ，３５ｂを電極パッド３３ａ，３３ｂに電気的に接続することができる。図１に示す例では、４つの外部電極３５ａ〜３５ｄのうち、ベース部材３０のＸ軸負方向側の短辺付近に配置された外部電極３５ａ，３５ｂは、水晶振動素子１０の入出力信号が供給される入出力電極である。また、ベース部材３０のＸ軸正方向側の短辺付近に配置された外部電極３５ｃ，３５ｄは、水晶振動素子１０の入出力信号が供給されないダミー電極となっている。このようなダミー電極には、水晶振動子１が実装される図示しない回路基板上の他の電子素子の入出力信号も供給されない。あるいは、外部電極３５ｃ，３５ｄは、接地電位が供給される接地用電極であってもよい。蓋部材２０が導電性材料からなる場合、蓋部材２０を接地用電極である外部電極３５ｃ，３５ｄに接続することによって、蓋部材２０により遮蔽性能の高い電磁シールド機能を付加することができる。

本構成例において、ベース部材３０の電極パッド３３ａ，３３ｂ、外部電極３５ａ〜ｄはいずれも金属膜から構成されている。例えば、電極パッド３３ａ，３３ｂ、外部電極３５ａ〜ｄ及び封止枠３７は、基体３１に近い側（下層）から遠い側（上層）にかけて、モリブデン（Ｍｏ）層、ニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層がこの順に積層されて構成されている。また、ビア電極３４ａ，３４ｂは、基体３１のビアホールにモリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属からなる導電ペーストを充填して形成することができる。

なお、電極パッド３３ａ，３３ｂや外部電極３５ａ〜３５ｄの配置関係は上記例に限定されるものではない。例えば、電極パッド３３ａがベース部材３０の一方の短辺付近に配置され、電極パッド３３ｂがベース部材３０の他方の短辺付近に配置されてもよい。このような構成においては、水晶振動素子１０が、水晶片１１の長手方向の両端部においてベース部材３０に保持されることになる。

また、外部電極の配置は上記例に限るものではなく、例えば、入出力電極である２つが第２主面３２ｂの対角上に設けられていてもよい。あるいは、４つの外部電極は、第２主面３２ｂの角ではなく各辺の中央付近に配置されていてもよい。また、外部電極の個数は４つに限るものではなく、例えば入出力電極である２つのみであってもよい。また、接続電極と外部電極との電気的な接続の態様はビア電極によるものに限らず、第１主面３２ａ又は第２主面３２ｂ上に引出電極を引き出すことによってそれらの電気的な導通を達成してもよい。あるいは、ベース部材３０の基体３１を複数層で形成し、ビア電極を中間層に至るまで延在させ、中間層において引出電極を引き出すことによって接続電極と外部電極との電気的な接続を図ってもよい。

蓋部材２０及びベース部材３０の両者が接合部材４０を挟んで接合されることによって、水晶振動素子１０が、蓋部材２０とベース部材３０とによって囲まれた内部空間（キャビティ）２６に封止される。この場合、内部空間２６の気圧は大気圧力よりも低圧な真空状態であることが好ましく、これによれば、第１励振電極１４ａ，第２励振電極１４ｂの酸化による水晶振動子１の周波数特性の経時変化などが低減できる。

接合部材４０は、蓋部材２０及びベース部材３０の各全周に亘って設けられている。具体的には、接合部材４０は、蓋部材２０の側壁部２２の対向面２３と、ベース部材３０の第１主面３２ａと、の間に設けられ、第１主面３２ａの法線方向から平面視したときに枠状に配置されている。

図３に示すように、接合部材４０は、第１主面３２ａの法線方向から平面視したとき、蓋部材２０の内側（側壁部２２に対して内部空間２６側）、及び蓋部材２０の外側（側壁部２２に対して内部空間２６とは反対側）にも設けられている。つまり、接合部材４０は、ベース部材３０の第１主面３２ａと接触する第１接合面４２と、蓋部材２０の側壁部２２の対向面２３と接触する第２接合面４３と、第２接合面４３よりも内部空間２６側に位置し内面２４と第１主面３２ａとを繋ぐ内周面４４と、内部空間２６とは反対側に位置し外面２５と第１主面３２ａとを繋ぐ外周面４５と、を有する。図３に示した例では、外周面４５は、ベース部材３０の端面３２ｃと連続する接合端面４５ｃを有する。接合端面４５ｃは、端面３２ｃと略面一に形成されている。なお、外周面４５は、接合端面４５ｃを有していなくてもよく、すなわち端面３２ｃから離れていてもよい。

接合部材４０は、外面２５の一部を覆っている。また、接合部材４０は、内面２４の一部も覆っていている。つまり、蓋部材２０は、対向面２３の全面、及び外面２５の一部で接合部材４０と接触し、内面２４の一部とも接触している。外面２５における接合部材４０との接触面積は、内面２４における接触面積よりも大きい。また、外周面４５の面積は、内周面４４の面積よりも大きい。なお、内面２４は、接合部材４０と接触していなくてもよく、対向面２３の一部が接合部材４０と接触していなくてもよい。

ベース部材３０の第１主面３２ａの法線方向と平行な高さ（以下、単に高さと呼称する。）に注目し、接合部材４０の外面２５の側での高さをＴ１、接合部材４０の内面２４の側での高さをＴ２、接合部材４０の第２接合面４３に対向する領域での高さをＴ３としたとき、高さＴ１は高さＴ２よりも大きく（Ｔ１＞Ｔ２）、高さＴ３よりも大きい（Ｔ１＞Ｔ３）。また、高さＴ２は、高さＴ３よりも大きい（Ｔ２＞Ｔ３）。但し、高さＴ２は、高さＴ３と同等か、小さくてもよい（Ｔ２≦Ｔ３）。なお、高さＴ１は、第１主面３２ａの法線方向における、第１接合面４２と外周面４５との間の距離の最大値である。また、高さＴ２は、第１主面３２ａの法線方向における、第１接合面４２と内周面４４との間の距離の最大値である。また、高さＴ３は、第１主面３２ａの法線方向における、第１接合面４２と第２接合面４３との間の距離の最大値である。

接合部材４０は、例えば、加熱処理により溶融・固化して接着作用を示す低融点ガラス接着剤（例えば、鉛ホウ酸系、錫リン酸系、等）である。ガラス接着剤は、固化の際に放出される放出ガスが有機物系の接着剤に比べて少ないため、放出ガスに起因した内部空間２６の気圧の上昇や、放出ガスが圧電振動素子１０に吸着することによる周波数特性の変動を抑制することができる。低融点ガラスの粉末にバインダーと溶剤を加えペースト状とした後、印刷やディスペンスなどの方法で塗布後、熱処理を施すことでバインダー・溶剤を取り除き、ガラス接着層を得る。低融点ガラス接着剤は、３００℃以上４１０℃以下の温度で溶融する鉛フリーのバナジウム系ガラスを含んでもよい。このバナジウム系ガラスは、接着時の気密性と耐水性・耐湿性などの信頼性が高い。さらに、バナジウム系ガラスは、ガラス構造を制御することにより熱膨張係数も柔軟に制御できる。接合部材４０は、上記に限定されるものではなく、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂を含む有機物系接着剤であってもよい。このような接着剤として、例えば、エポキシ樹脂を主成分とするエポキシ系接着剤を用いることができる。エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂などの二官能エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂やクレゾールノボラック型エポキシ樹脂などのノボラック型エポキシ樹脂などを使用することができる。また、多官能エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、複素環含有エポキシ樹脂または脂環式エポキシ樹脂など、一般に知られているものも適用することができる。また、接合部材４０は、金（Ａｕ）‐錫（Ｓｎ）共晶合金及びフラックスを含むはんだ部材であってもよい。はんだ部材を用いた金属接合によれば、封止性を向上させることができる。

カバー部材５０は、図３に示すように、接合部材４０の外側（外周面４５）を覆っている。言い換えると、カバー部材５０は、ベース部材３０の第１主面３２ａの法線方向から平面視したときに蓋部材２０の外側において少なくとも接合部材４０を覆っている。カバー部材５０は、例えば、接合部材４０よりも耐水性が高く、接合部材４０への水分の接触を抑制している。カバー部材５０は、接合部材４０よりも気密性が高く、封止性を向上させるものであってもよい。カバー部材５０は、さらに、蓋部材２０の外面２５、及びベース部材３０の端面３２ｃに接触して設けられている。つまり、カバー部材５０は、蓋部材２０とベース部材３０とを繋いでおり、水晶振動子１の機械的強度を向上させている。カバー部材５０は、例えば、接合部材４０の材料の例として挙げた、ガラス接着剤、有機物系接着剤、及びはんだ部材のいずれかによって形成される。

本実施形態に係る水晶振動素子１０は、水晶片１１の長辺方向の一方端（導電性保持部材３６ａ，３６ｂが配置される側の端部）が固定端であり、その他方端が自由端となっている。また、水晶振動素子１０、蓋部材２０、及びベース部材３０は、ＸＺ´面において、それぞれ矩形状をなしており、互いに長辺方向及び短辺方向が同一である。

但し、水晶振動素子１０の固定端の位置は特に限定されるものではなく、水晶振動素子１０は、水晶片１１の長辺方向の両端においてベース部材３０に固定されていてもよい。この場合、水晶振動素子１０を水晶片１１の長辺方向の両端において固定する態様で、水晶振動素子１０及びベース部材３０の各電極を形成すればよい。

本実施形態に係る水晶振動子１においては、ベース部材３０の外部電極３５ａ，３５ｂを介して、水晶振動素子１０を構成する第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの間に交番電界を印加する。これにより、厚みすべり振動モードなどの所定の振動モードによって水晶片１１が振動し、該振動に伴う共振特性が得られる。

＜第２実施形態＞
次に、図４〜図８を参照しつつ、本発明の第２実施形態に係る水晶振動子１００の製造方法について説明する。以下の説明では、上記と共通の事柄についての記述を省略する。特に、同様の構成による同様の作用効果については逐次言及しない。

図４は、集合ベース部材を準備する工程を示す図である。図５は、接合部材を設ける工程を示す図である。図６は、水晶振動素子を搭載する工程を示す図である。図７は、蓋部材を接合する工程を示す図である。図８は、集合ベース部材及び接合部材を切断し、カバー部材を設ける工程を示す図である。

まず、複数のベース部材１３０を有する集合ベース部材２３０を準備する（図４）。本工程では、複数の基体１３１を含む平板状の集合基体２３１を準備する。集合基体２３１は、複数の基体１３１に個片化される前の大判の基体であり、マザー基体とも呼ばれる。集合基体２３１の形成にあたって、アルミナを主原料とするセラミック粉末を用いたグリーンシートを作成する。次に、当該グリーンシートの、各々の基体１３１に対応する領域に、ビアホールを形成し、当該ビアホールの内部に金属ペーストを注入する。次に、当該グリーンシートの互いに対向する第１主面２３２ａ及び第２主面２３２ｂに複数の金属層を設ける。当該金属層には、モリブデン（Ｍｏ）層、ニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層がこの順で設けられる。当該金属層は、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、電気メッキ、及び塗布プロセスのいずれかによって設ける。次に、当該グリーンシートを水素雰囲気化において約１６００℃で焼成することで、セラミック製の集合基体２３１を得る。集合基体２３１の焼成と共に、当該金属ペーストが固化してビア電極１３４ａとなり、当該金属層がアニールされて電極パッド１３３ａ、及び外部電極１３５ａ、１３５ｃとなる。これにより、複数のベース部材１３０を有する集合（マザー）ベース部材２３０が完成する。

次に、集合ベース部３０の第１主面２３２ａの法線方向から平面視したときに複数の水晶振動素子１１０の搭載位置１１１の間に位置するように接合部材１４０を設ける（図５）。搭載位置１１１とは、第１主面２３２ａの法線方向から平面視したときに、後の工程で水晶振動素子１１０が搭載される予定の領域のことである。つまり、搭載位置１１１は、ベース部材１３０の中央部に位置し、電極パッド１３３ａと重なり、ベース部材１３０を挟んで外部電極１３５ａ，１３５ｃと対向する領域である。接合部材１４０は、未固化のガラス接着剤であり、ペースト状である。このような接合部材１４０を、電極パッド１３３ａから離れるように、集合ベース部材２３０の第１主面２３２ａに印刷またはディスペンスなどの方法で塗工する。この後、熱処理を行うことでペースト状のガラス接着剤から溶剤とバインダーを除去し、接合部剤１４０を得る。接合部材１４０は、各々のベース部材１３０の間に、山形に設けられる。具体的には、接合部材１４０は、搭載位置１１１（水晶振動素子１１０）に近い端部で薄く、搭載位置１１１（水晶振動素子１１０）から離れる中央部で厚くなるように設けられる。なお、接合部材１４０は、その中央部が隣り合うベース部材１３０同士の境界と重なるように設けられる。従って、接合部材１４０の形状は、言い換えると、ベース部材１３０の境界に近づくに従って厚くなり、境界から離れるに従って薄くなるように形成されている。

次に、複数のベース部材１３０のそれぞれに対向するように、複数の水晶振動素子１１０を集合ベース部材２３０の第１主面２３２ａに搭載する（図６）。本工程では、最初に、複数の電極パッド１３３ａの上に熱硬化性樹脂と導電性粒子を含む導電ペーストを塗工する。次に、当該導電ペーストの上に、水晶振動素子１１０を載せる。このとき、当該導電ペーストを加熱して、適度な固さとなるように仮固化させてもよい。次に、水晶振動素子１１０が集合ベース部材２３０の第１主面２３２ａと対向し且つ第１主面２３２ａから離れた状態を維持しつつ、加熱により当該導電ペーストを固化させて導電性保持部材１３６ａとし、水晶振動素子１１０を集合ベース部材２３０のベース部材１３０に固定して保持させる。このとき、導電性保持部材１３６ａは、接合部材１４０から離れるように設けられ、水晶振動素子１１０は、接合部材１４０から離れるように搭載される。なお、接合部材１４０を設ける工程と水晶振動素子１１０を設ける工程との順番は、上記に限定されるものではなく、水晶振動素子１１０を設ける工程の後に接合部材１４０を設けてもよく、接合部材１４０を設ける工程及び水晶振動素子１１０を搭載する工程が同時であってもよい。

次に、接合部材１４０を固化させ、複数のベース部材１３０のそれぞれに対応するように複数の蓋部材１２０を集合ベース部材２３０に接合し、複数のベース部材１３０及び複数の蓋部材１２０によって形成される複数の内部空間１２６に複数の圧電振動素子１１０を収容する（図７）。本工程では、最初に、減圧環境下で、天面部１２１の内面１２４が水晶振動素子１１０を挟んで第１主面２３２ａと対向し、且つ側壁部１２２の対向面１２３が第１主面２３２ａと対向するように、蓋部材１２０を接合部材１４０に載せる。すなわち、内部空間１２６に水晶振動素子１１０を収容する。このとき、側壁部１２２の対向面１２３側の端部は、ペースト状の接合部材１４０の中に埋まっている。次に、減圧環境下で、接合部材１４０を固化させ、複数の蓋部材１２０を集合ベース部材２３０に接合する。つまり、内部空間１２６の気圧が大気圧よりも低くなるように封止する。なお、接合部材１４０は、図示しない領域で繋がっている。

図７に示す断面において、別々の蓋部材１２０に属し且つ隣り合う側壁部１２２が埋まった接合部材１４０は、隣り合うベース部材１３０の両方に亘って連続するように設けられている。接合部材１４０は、端部がそれぞれの蓋部材１２０の内部空間１２６側に位置し、中央部が蓋部材１２０の外側に位置する。従って、接合部材１４０は山形に設けられていることから、接合部材１４０の外面１２５側での高さが内面１２４側での高さよりも高くなる。具体的には、第１接合面１４２が、隣り合うベース部材１３０の両方に亘って、集合ベース部材２３０の第１主面２３２ａと接触している。また、このような第１接合面１４２は、それぞれ異なる蓋部材１２０の対向面１２３と接触する２つの第２接合面１４３と対向している。また、第１接合面１４２は、それぞれ異なる蓋部材１２０の内側に位置する２つの内周面１４４と対向している。また、第１接合面１４２は、隣り合う２つの側壁部１２２の間に位置する外周面１４５と対向している。このような外周面１４５は、隣り合う２つの側壁部１２２のそれぞれの外面１２５を繋ぐような、連続した１つの曲面である。そして、第１接合面１４２と外周面１４５との間の距離が、第１接合面１４２と内周面１４４との間の距離よりも大きい。

次に、集合ベース部材２３０及び接合部材１４０を、図７に示した破断線ＢＲに沿って切断する。この切断工程は、ダイシング工程、又は個片化工程とも呼ばれる。破断線ＢＲは、集合ベース部材２３０の第１主面２３２ａの法線方向と平行な方向に延在する。また、破断線ＢＲは、平面視したときに蓋部材１２０の間に位置し、複数の圧電振動素子１１０のそれぞれの間の領域における接合部材１４０の中央部に沿っており、接合部材１４０及び集合ベース部材２３０において連続する直線である。なお、切断方法は、特に限定されず、例えば、ブレードダイシング加工、又はレーザダイシング加工を実施する。

次に、カバー部材１５０によって接合部材１４０の外周面１４５を覆う（図８）。上記の切断工程によって、集合ベース部材２３０は、ベース部材１３０に個片化されている。また、切断により露出した切断面として、ベース部材１３０の端面１３２ｃ及び接合部材１４０の接合端面１４５ｃが形成されている。最初に、有機物系の接着剤を、外周面１４５を覆うように塗工する。このとき、当該接着剤は、蓋部材１２０の外面１２５及びベース部材１３０の端面１３２ｃも接触するように配置する。次に、当該接着剤を固化させて、カバー部材１５０とする。

以上のとおり、第１実施形態によれば、主面３２ａを有するベース部材３０と、主面３２ａの上に搭載された圧電振動素子１０と、主面３２ａの上に設けられ、主面３２ａの法線方向から平面視したときに圧電振動素子１０を囲むように配置された接合部材４０と、接合部材４０を挟んでベース部材３０に接合され、圧電振動素子１０を収容する内部空間２６をベース部材３０と共に形成する蓋部材２０と、を備え、蓋部材２０は、圧電振動素子１０を挟んでベース部材３０と対向する天面部２１と、天面部２１に接続された側壁部２２と、を有し、側壁部２２は、内部空間２６の側の内面２４と、内部空間２６とは反対側の外面２５と、内面２４及び外面２５を繋ぎベース部材３０と対向する対向面２３と、を有し、接合部材４０は、外面２５の少なくとも一部を覆い、外面２５の側での高さＴ１が内面２４の側での高さＴ２よりも大きい、圧電振動子、が提供される。

上記の第１実施形態によれば、接合部材が蓋部材の外面の一部及び対向面と接触するため、圧電振動子が小型化したとしても、接合部材と蓋部材との接触面積を確保し、ベース部材と蓋部材とを充分な接合強度で接合することができる。また、接合部材の外面の側での高さが内面の側での高さよりも高いため、接合部材と蓋部材を接合する際に、接合部材から内部空間へ放出されるガスの量を低減することができる。このため、圧電振動子が小型化して内部空間の体積が減少したとしても、放出ガスによる内部空間の気圧変動や、放出ガスが圧電振動素子に付着することによる周波数特性の変動を抑制することができる。つまり、圧電振動子を小型化することができる。

さらに、ベース部材３０の主面３２ａの法線方向から平面視したときに蓋部材２０の外側において少なくとも接合部材４０を覆うカバー部材５０を備え、カバー部材５０は接合部材４０よりも耐水性が高くてもよい。これによれば、接合部材への水分の接触を低減することができ、圧電振動子の信頼性を向上させることができる。

カバー部材５０は、側壁部２２及びベース部材３０に接触して設けられていてもよい。これによれば、蓋部材及びベース部材の接合を補強することができ、圧電振動子の機械的強度を向上させることができる。

ベース部材３０は、主面３２ａと交差する端面３２ｃを有し、接合部材４０は、端面３２ｃと連続した面（接合端面４５ｃ）を有してもよい。言い換えれば、接合端面４５ｃは、端面３２ｃと略面一となっている。これによれば、複数のベース部材を有する集合ベース部材に複数の蓋部材を接合し、圧電振動子を形成した後にベース部材を個片化することができる。ベース部材を個片化した後に蓋部材を接合し圧電振動子を形成する製造方法に比べて、圧電振動子の製造工程を簡略化し製造コストを抑制することができる。

上記のとおり、第２実施形態によれば、複数のベース部材１３０を有する集合ベース部材２３０を準備する工程と、集合ベース部材２３０の主面２３２ａにおいて、搭載する複数の圧電振動素子１１０のそれぞれの間の領域に、複数の圧電振動素子１１０に近い端部が薄く複数の圧電振動素子１１０から離れた中央部が厚くなるように接合部材１４０を設ける工程と、複数のベース部材１３０のそれぞれに対向するように複数の圧電振動素子１１０を集合ベース部材２３０の主面２３２ａに搭載する工程と、複数のベース部材１３０のそれぞれに対応するように複数の蓋部材１２０を接合部材１４０を挟んで集合ベース部材２３０に接合し、複数のベース部材１３０及び複数の蓋部材１２０によって形成される複数の内部空間１２６に複数の圧電振動素子１１０を収容する工程と、複数の圧電振動素子１１０のそれぞれの間の領域における接合部材１４０の中央部に沿って集合ベース部材２３０及び接合部材１４０を切断して複数の圧電振動子１００を形成する工程と、を含む、圧電振動子の製造方法、が提供される。

上記の第２実施形態によれば、接合部材が蓋部材の外面の一部及び対向面と接触するため、圧電振動子が小型化したとしても、接合部材と蓋部材との接触面積を確保し、ベース部材と蓋部材とを充分な接合強度で接合することができる。また、接合部材の外面の側での高さが内面の側での高さよりも高いため、接合部材と蓋部材を接合する際に、接合部材から内部空間へ放出されるガスの量を低減することができる。このため、圧電振動子が小型化して内部空間の体積が減少したとしても、放出ガスによる内部空間の気圧変動や、放出ガスが圧電振動素子に付着することによる周波数特性の変動を抑制することができる。つまり、圧電振動子を小型化することができる。

複数の圧電振動子１００を形成する工程は、集合ベース部材２３０及び接合部材１４０を切断した後に、さらに、少なくとも接合部材４０を覆うカバー部材５０を設けることを含み、カバー部材１５０は接合部材１４０よりも耐水性が高くてもよい。これによれば、接合部材への水分の接触を低減することができ、圧電振動子の信頼性を向上させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、小型化を維持しつつ接合強度の向上を図ることができる圧電振動子及びその製造方法を提供することが可能となる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１，１００…水晶振動子（圧電振動子）
１０，１１０…水晶振動素子（圧電振動素子）
２０，１２０…蓋部材 ２１，１２１…天面部 ２２，１２２…側壁部
２３，１２３…対向面 ２４，１２４…内面 ２５，１２５…外面
３０，１３０…ベース部材 ３１，１３１…基体
３２ａ…第１主面（表面） ３２ｂ…第２主面（裏面） ３２ｃ、１３２ｃ…端面
２３０…集合ベース部材 ２３１…集合基体
２３２ａ…集合ベース部材の第１主面 １３２ｂ…集合ベース部材の第２主面
４０，１４０…接合部材 ４２，１４２…第１接合面
４３，１４３…第２接合面 ４４，１４４…内周面
４５，１４５…外周面 ４５ｃ、１４５ｃ…接合端面
５０，１５０…カバー部材

Claims (6)

1. 主面を有するベース部材と、
   前記主面の上に搭載された圧電振動素子と、
   前記主面の上に設けられ、前記主面の法線方向から平面視したときに前記圧電振動素子を囲むように配置された接合部材と、
   前記接合部材を挟んで前記ベース部材に接合され、前記圧電振動素子を収容する内部空間を前記ベース部材と共に形成する蓋部材と、を備え、
   前記蓋部材は、前記圧電振動素子を挟んで前記ベース部材と対向する天面部と、前記天面部に接続された側壁部と、を有し、
   前記側壁部は、前記内部空間の側の内面と、前記内部空間とは反対側の外面と、前記内面及び前記外面を繋ぎ前記ベース部材と対向する対向面と、を有し、
   前記接合部材は、前記外面の少なくとも一部を覆い、前記外面の側での高さが前記内面の側での高さよりも大きい、圧電振動子。
2. さらに、前記ベース部材の前記主面の法線方向から平面視したときに前記蓋部材の外側において少なくとも前記接合部材を覆うカバー部材を備え、前記カバー部材は前記接合部材よりも耐水性が高い、請求項１に記載の圧電振動子。
3. 前記カバー部材は、前記側壁部及び前記ベース部材に接触して設けられている、請求項２に記載の圧電振動子。
4. 前記ベース部材は、前記主面と交差する端面を有し、
   前記接合部材は、前記端面と連続した面を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電振動子。
5. 複数のベース部材を有する集合ベース部材を準備する工程と、
   前記集合ベース部材の主面において、搭載する複数の圧電振動素子のそれぞれの間の領域に、前記複数の圧電振動素子に近い端部が薄く前記複数の圧電振動素子から離れた中央部が厚くなるように接合部材を設ける工程と、
   前記複数のベース部材のそれぞれに対向するように前記複数の圧電振動素子を前記集合ベース部材の主面に搭載する工程と、
   前記複数のベース部材のそれぞれに対応するように複数の蓋部材を前記接合部材を挟んで前記集合ベース部材に接合し、前記複数のベース部材及び前記複数の蓋部材によって形成される複数の内部空間に複数の圧電振動素子を収容する工程と、
   前記複数の圧電振動素子のそれぞれの間の領域における前記接合部材の中央部に沿って前記集合ベース部材及び前記接合部材を切断して複数の圧電振動子を形成する工程と、を含む、圧電振動子の製造方法。
6. 前記複数の圧電振動子を形成する工程は、前記集合ベース部材及び前記接合部材を切断した後に、さらに、少なくとも前記接合部材を覆うカバー部材を設けることを含み、前記カバー部材は前記接合部材よりも耐水性が高い、請求項５に記載の圧電振動子の製造方法。