JP2017069606A - 音叉型水晶素子及びその音叉型水晶素子が実装された水晶デバイス。 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気的特性を改善することができる音叉型水晶素子を提供する。
【解決手段】 音叉型水晶素子１２０は、矩形状の水晶基部１２１と、水晶基部１２１の側面より延出するように設けられた水晶振動部１２３と、水晶基部１２１の側面と直交する位置にある側面より延出するようにして水晶保持部１２２と、水晶保持部１２２の側面より水晶振動部１２３と同一方向に延出するように設けられた一つの水晶支持部１２４と、平面視して、水晶保持部１２２と水晶振動部１２３の間に位置し、水晶支持部１２４と近接する位置にある水晶基部１２１の一辺と対向する位置にある一辺に設けられた切欠き部１２９と、水晶振動部１２３に設けられた励振電極１２５、１２６と、水晶振動部１２３から水晶基部１２１、水晶保持部１２２及び水晶支持部１２４にかけて設けられ励振電極１２５、１２６と電気的に接続された引き出し電極１２７と、を備えている。
【選択図】図２

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この音叉型水晶素子が実装され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。また、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

上述した従来の水音叉型水晶素子は、水晶デバイスの小型化に伴い、音叉型水晶素子も小型化が要求されている。音叉素子が小型化されたことにより、音叉型水晶素子の振動腕と導電性接着剤で保持されている箇所との距離が短くなり、振動腕の振動が阻害され、電気的特性が低下してしまう虞がある。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、電気的特性を改善することができる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するように設けられた水晶振動部と、水晶基部の側面と直交する位置にある側面より延出するようにして水晶保持部と、水晶保持部の側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た一つの水晶支持部と、平面視して、水晶保持部と水晶振動部の間に位置し、水晶支持部と近接する位置にある水晶基部の一辺と対向する位置にある一辺に設けられた切欠き部と、水晶振動部の上面及び下面に設けられた励振電極と、水晶振動部から水晶基部、水晶支持部にかけて設けられ励振電極と電気的に接続された引き出し電極と、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するように設けられた水晶振動部と、水晶基部の側面と直交する位置にある側面より延出するようにして水晶保持部と、水晶保持部の側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た一つの水晶支持部と、平面視して、水晶保持部と水晶振動部の間に位置し、水晶支持部と近接する位置にある水晶基部の一辺と対向する位置にある一辺に設けられた切欠き部と、水晶振動部の上面及び下面に設けられた励振電極と、水晶振動部から水晶基部、水晶支持部にかけて設けられ励振電極と電気的に接続された引き出し電極と、を備えている。このような音叉型水晶素子は、平面視して、水晶保持部と水晶振動部の間に位置し、水晶支持部と近接する位置にある水晶基部の一辺と対向する位置にある一辺に設けられた切欠き部を備えていることで、この間の振動の状態を急激に減衰させることができ、水晶振動部から水晶保持部への振動漏れを低減するとともに、接触している部分から水晶振動部への振動阻害を低減することが可能となる。よって、音叉型水晶素子は、電気的特性を向上させることができる。

第一実施形態に係る音叉型水晶素子を示す外観斜視図である。 （ａ）第一実施形態に係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）第一本実施形態に係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）第一実施形態の第一変形例に係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）第一実施形態の第一変形例に係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底面図である。 （ａ）第一実施形態の第二変形例に係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）第一実施形態の第二変形例に係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底面図である。 （ａ）第一実施形態の第三変形例に係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）第一実施形態の第三変形例に係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底面図である。 第二実施形態に係る水晶デバイスを示す分解斜視図である。 第二実施形態に係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る。 （ａ）第二実施形態に係る水晶デバイスを構成するパッケージを上面から見た平面図であり、（ｂ）第二実施形態に係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図である。 （ａ）第二実施形態に係る水晶デバイスを構成するパッケージを下面から見た底面図である。 第三実施形態に係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る。

（第一実施形態）
第一実施形態における音叉型水晶素子１２０は、図１及び図２に示すように、水晶基部１２１、水晶保持部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、切欠き部１２９とにより構成されている。

水晶基部１２１は、後述する水晶振動部１２３及び水晶保持部を支持するために用いられる。水晶基部１２１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。

水晶保持部１２２は、後述する水晶支持部１２４と共に音叉型水晶素子１２０をパッケージ上に保持固定するためのものである。水晶保持部１２２は、水晶基部１２１の水晶振動部１２３が形成されている側面と対向する面に設けられている。水晶保持部１２２は、平面視した際に、水晶基部１２１よりもＸ軸方向に幅が広くなるようにして設けられている。

水晶振動部１２３は、例えば、その表面に所望のパターンの励振電極１２５、１２６を形成し、その励振電極１２５、１２６に電位を印加することにより、所望の周波数の振動を励起するためのものある。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１２１の一辺からＹ′軸の方向に平行に延設されている。

水晶支持部１２４は、前述した水晶保持部１２２と共に音叉型水晶素子１２０をパッケージ１１０上に保持固定するためのものである。水晶支持部１２４は、水晶保持部１２２の水晶振動部１２３が形成されている面と同一方向の面より、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１２３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。このような音叉型水晶素子１２０は、水晶基部１２１、水晶保持部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。

水晶保持部１２２及び水晶支持部１２４により音叉型水晶素子１２０を保持又は支持することで、バランス良く基板１１０ａ上に固定することができる。従って、音叉型水晶素子１２０の振動漏れを有効に低減して、より一層振動の安定性を図ることができる。また、この水晶支持部１２４を設けることにより、音叉型水晶素子１２０を実装した後述するパッケージ１１０に外部より落下などにより衝撃が加わった場合でも、水晶保持部１２２及び水晶支持部１２４においてその衝撃を吸収することができ、音叉型水晶素子１２０としての耐衝撃性を向上させることが可能となる。

励振電極１２５ａは、図１及び図２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設けられている。また、一方の引き出し電極１２７ａは、平面視して、水晶支持部１２４の中心付近及び水晶保持部１２２に設けられている。他方の引き出し電極１２７ｂ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と水晶保持部１２２の境界付近の表裏主面に設けられている。

また、励振電極１２５ｂは、図１及び図２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、１２５ｂと電気的に接続されており、水晶保持部１２２及び水晶支持部１２４の表裏主面に設けられている。また、他方の引き出し電極１２７ｂは、水晶基部１２１及び水晶保持部１２２から水晶支持部１２４に跨るようにして設けられている。

切欠き部１２９は、水晶振動部１２３と、水晶保持部１２２との間の振動の状態を減衰させることができ、水晶振動部１２３から水晶保持部１２２及び水晶支持部１２４への振動漏れを低減するためのものである。切欠き部１２９は、図１及び図２に示すように、平面視して、水晶保持部１２２と水晶振動部１２３の間に位置し、水晶支持部１２４と近接する位置にある水晶基部１２１の一辺と対向する位置にある一辺に設けられている。つまり、切欠き部１２９は、水晶支持部１２４が設けられていない方の水晶基部１２１に設けられている。このように切欠き部１２９を設けることによって、水晶振動部１２３と、水晶保持部１２２との間の振動の状態を急激に減衰させることができ、水晶振動部１２３から水晶保持部１２２及び水晶支持部１２４への振動漏れを低減するとともに、接触している部分から水晶振動部１２３への振動阻害を低減することが可能となる。よって、このような音叉型水晶素子１２０は、電気的特性を向上させることができる。また、切欠き部１２９は、水晶支持部１２４が設けられていない方の水晶基部１２１に設けられているため、音叉型水晶素子１２０の短辺側である水晶保持部１２１で保持されている場合には、後述する導電性接着剤１４０が水晶振動部１２３に付着することを低減することができる。また、水晶支持部１２４が設けられている（＋Ｘ軸）方に比較して、水晶支持部１２４が設けられていない（−Ｘ軸）方向に切欠き部１２９を形成することで、切欠き部１２９に発生する残渣が大きくなるので、外部からの衝撃に対して強度を向上させた構造とすることが可能となる。

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。また、励振電極１２５ａ及び１２６ａと、周波数調整用金属膜１２８ｂとは、水晶保持部１２２及び水晶支持部１２５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。

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、第二水晶振動部１２３ｂの励振電極１２６ｂは＋（プラス）電位となり、励振電極１２６ａは−（マイナス）電位となり、＋から−に電界が生じる。一方、このときの第一水晶振動部１２３ａの励振電極１２６は、第二水晶振動部１２３ｂの励振電極１２６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。

水晶片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０．２〜０．７ｍｍである場合を例にして、水晶基部１２１、水晶保持部１２２、水晶振動部１２３及び水晶支持部１２４を説明する。水晶基部１２１を平面視したときの長辺寸法が０．２〜０.４ｍｍであり、平面視したときの短辺寸法が０．１〜０．３ｍｍである。水晶保持部１２２を平面視したときの長辺寸法が０．２〜０．７ｍｍであり、平面視したときの短辺寸法が０．０３〜０.１２ｍｍである。水晶振動部１２３を平面視したときの長辺寸法が０．６〜０．９ｍｍであり、平面視したときの短辺寸法が０．０５〜０．２ｍｍである。水晶支持部１２４を平面視したときの長辺寸法が０．６〜０．９ｍｍ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を介して水晶振動部１２３に印加されると、水晶振動部１２３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１２１、水晶保持部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。

第一実施形態に係る音叉型水晶素子１２０は、矩形状の水晶基部１２１と、水晶基部１２１の側面より延出するように設けられた水晶振動部１２３と、水晶基部１２１の側面と直交する位置にある側面より延出するようにして水晶保持部１２２と、水晶保持部１２２の側面より水晶振動部１２３と同一方向に延出するように設けられた一つの水晶支持部１２４と、平面視して、水晶保持部１２２と水晶振動部１２３の間に位置し、水晶支持部１２４と近接する位置にある水晶基部１２１の一辺と対向する位置にある一辺に設けられた切欠き部１２９と、水晶振動部１２３に設けられた励振電極１２５、１２６と、水晶振動部１２３から水晶基部１２１、水晶保持部１２２及び水晶支持部１２４にかけて設けられ励振電極１２５、１２６と電気的に接続された引き出し電極１２７と、を備えている。

このような音叉型水晶素子１２０は、平面視して、水晶保持部１２２と水晶振動部１２３の間に位置し、水晶支持部１２４と近接する位置にある水晶基部１２１の一辺と対向する位置にある一辺に設けられた切欠き部１２９を備えていることで、この間の振動の状態を急激に減衰させることができ、水晶振動部１２３から水晶保持部１２２への振動漏れを低減するとともに、接触している部分から水晶振動部１２３への振動阻害を低減することが可能となる。よって、音叉型水晶素子１２０は、電気的特性を向上させることができる。また、水晶支持部１２４が設けられている（＋Ｘ軸）方に比較して、水晶支持部１２４が設けられていない（−Ｘ軸）方向に切欠き部１２９を形成することで、切欠き部１２９に発生する残渣が大きくなるので、外部からの衝撃に対して強度を向上させた構造とすることが可能となる。

（第一変形例）
以下、第一実施形態の第一変形例における音叉型水晶素子１２０について説明する。なお、第一実施形態の第一変形例における音叉型水晶素子のうち、上述した音叉型水晶素子と同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。第一実施形態の第一変形に係る音叉型水晶素子１２０は、図３に示すように、水晶振動部１２３に設けられた溝部Ｄを備え、溝部Ｄ内に励振電極１２５が設けられており、溝部Ｄ内に設けられた突起部Ｐと、を備えている点で異なっている。

溝部Ｄは、例えば、その溝部Ｄ内の表面に所望のパターンの励振電極１２５を形成し、その電極に電位を印加することにより、溝部Ｄを設けていない場合に比べてより大きな電界強度を得るために用いるものである。溝部Ｄは、第一溝部Ｄ１及び第二溝部Ｄ２により構成されている。第一溝部Ｄ１は、第一水晶振動部１２３ａの表裏主面に各一本ずつ、第一水晶振動部１２３ａの長さ方向に平行して、第一水晶振動部１２３ａの表裏両主面で対向するように設けられている。第一溝部Ｄ１の一方の端部は、第一水晶振動部１２３ａと基部１２１との境界部分に設けられており、第一溝部Ｄ１の他方の端部は、第一水晶振動部１２３ａの先端側に位置するように設けられている。また、第二溝部Ｄ２は、第二水晶振動部１２３ｂの表裏主面に各一本ずつ、第二水晶振動部１２３ｂの長さ方向に平行して、第二水晶振動部１２３ｂの表裏両主面で対向するように設けられている。第二溝部Ｄ２の一方の端部は、第二水晶振動部１２３ｂと基部１２１との境界部分に設けられており、第二溝部Ｄ２の他方の端部は、第二水晶振動部１２３ｂの先端側に位置するように設けられている。第一溝部Ｄ１及び第二溝部Ｄ２の長さは、例えば、第一水晶振動部１２３ａ及び第二水晶振動部１２３ｂの長さの５０〜８０％となっている。

突起部Ｐは、溝部Ｄをエッチングにより形成する際に、水晶結晶のエッチング異方性よる結晶方位によるエッチングレートの違いによって、音叉型水晶素子１２０の外形と溝部Ｄとを同時に形成するためのものである。突起部Ｐは、第一溝部Ｄ１内に設けられている複数の第一突起部Ｐ１と、第二溝部Ｄ２内に設けられている複数の第二突起部Ｐ２とで構成されている。突起部Ｐは、溝部Ｄ内の＋Ｘ軸側の長さ方向側面から−Ｘ軸側の長さ方向側面に向かって、Ｘ′軸方向に延びるように、等間隔で複数個設けられている。突起部Ｐの突出寸法は、溝部Ｄの幅寸法により変わるものであり、−Ｘ´方向の長さで見ると０．００５〜０．０１５ｍｍ程度となっている。

また、上記した各実施形態において、突起部Ｐは各溝部Ｄ内に等間隔で設けられているが、音叉型水晶素子１２０の大きさによっては、それぞれの突起部Ｐ同士の間隔を異なるようにしている。このように突起部Ｐ同士の間隔を異ならせることで、水晶振動部１２３の表裏に形成された溝部Ｄ内に設けられた突起部Ｐが、平面透視した際に、突起部Ｐが重ならない位置に配置することができる。よって、エッチングにより溝部Ｄを形成する際に、溝部Ｄが貫通してしまうことを低減することができる。

また、突起部Ｐを設けることによって、第一溝部Ｄ１及び第二溝部Ｄ２をエッチングにより形成する際に、水晶結晶のエッチング異方性よる結晶方位によるエッチングレートの違いによって、音叉型水晶素子１２０の外形と、溝部Ｄとを同時にエッチングにより形成することができる。よって、音叉型水晶素子１２０の生産性を向上させることができる。

（第二変形例）
以下、第一実施形態の第二変形例における音叉型水晶素子１２０について説明する。なお、第一実施形態の第二変形例における音叉型水晶素子のうち、上述した音叉型水晶素子と同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。第一実施形態の第二変形例に係る音叉型水晶素子１２０は、図４に示すように、切欠き部１２９の幅が外周に近付くにつれて狭くなるように形成されている点で異なっている。

また、切欠き部１２９は、励振電極１２５、１２６が形成されている面を平面視した際に、切欠き部１２９の幅が外周に近づくにつれて狭くなるように形成されている。つまり、切欠き部１２９は、水晶基部１２１の中心側に向かう程、開口部の長さ方向に平行な距離が長くなっている。このようにすることで、水晶振動部１２３と水晶基部１２１との間の振動の状態を急激に減衰させることができ、水晶振動部１２３から導電性接着剤１４０で固着している箇所の振動漏れをさらに低減するとともに、導電性接着剤１４０で固着している箇所から水晶振動部１２３への振動阻害をさらに低減することできる。

また、切欠き部１２９は、円弧状になるように形成することで、水晶保持部１２２を導電性接着剤１４０で固着した際に、水晶保持部１２２から切欠き部１２９に伝わる応力が分散されることになる円弧上の縁に沿って分散されるので、切欠き部１２９を起点して水晶基部１２１が欠けてしまうことを抑えることができる。

（第三変形例）
以下、第一実施形態の第三変形例における音叉型水晶素子１２０について説明する。なお、第一実施形態の第三変形例における音叉型水晶素子のうち、上述した音叉型水晶素子と同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。第一実施形態の第三変形例に係る音叉型水晶素子１２０は、図５に示すように、一つの水晶振動部１２３に対して、溝部Ｄの本数が二本になっている点で異なっている。

また、溝部Ｄは、第一溝部Ｄ１、第二溝部Ｄ２、第三溝部Ｄ３及び第四溝部Ｄ４により構成されている。第一溝部Ｄ１及び第二溝部Ｄ２は、第一水晶振動部１２３ａの表裏主面に各一本ずつ、第一水晶振動部１２３ａの長さ方向に平行して、第一水晶振動部１２３ａの表裏両主面で対向するように設けられている。第一溝部Ｄ１及び第二溝部Ｄ２の一方の端部は、第一水晶振動部１２３ａと基部１２１との境界部分に設けられており、第一溝部Ｄ１及び第二溝部Ｄ２の他方の端部は、第一水晶振動部１２３ａの先端側に位置するように設けられている。また、第三溝部Ｄ３及び第四溝部Ｄ４は、第二水晶振動部１２３ｂの表裏主面に各一本ずつ、第二水晶振動部１２３ｂの長さ方向に平行して、第二水晶振動部１２３ｂの表裏両主面で対向するように設けられている。第三溝部Ｄ３及び第四溝部Ｄ４の一方の端部は、第二水晶振動部１２３ｂと基部１２１との境界部分に設けられており、第三溝部Ｄ３及び第四溝部Ｄ４の他方の端部は、第二水晶振動部１２３ｂの先端側に位置するように設けられている。また、溝部Ｄが複数設けられていることにより、溝部Ｄ内に設けられた励振電極１２５、１２６に電位を印加することで、溝部Ｄが一つの場合に比べてより発振周波数を高くすることができ、周波数調整用電極１２８による発振周波数の調整が容易になっている。

（第二実施形態）
第二実施形態の水晶デバイスは、図６〜図９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第一実施形態の音叉型水晶素子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。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。

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８及び図９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６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９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８及び図９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。

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から引き出されており、基板１１０ａの上面に第一配線パターン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の短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。

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８及び図９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。

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。凸部１１５は、第二電極パッド１１１ｂが近接する位置にある基板１１０ａの一辺と対向する位置にある基板１１０ａの一辺に沿って、基板１１０ａの上面に設けられている。また、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。凸部１１５は、平面視して、後述する音叉型水晶素子１２０の水晶保持部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１２１が基板１１０ａに接触することを抑えることができる。

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及び凸部１１５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凸部１１５の辺の長さは、０．２０〜０．３５ｍｍとなる。また、基板１１０ａの一辺と交わる辺と平行となる凸部１１５の辺の長さは、０．２０〜０．３５ｍｍとなる。凸部１１５の上下方向の厚みの長さは、１７〜６５μｍ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２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、凸部１１５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。

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。音叉型水晶素子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。

導電性接着剤１４０は、引き出し電極１２７ａ、１２７ｂと対向する電極パッド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、等方性に同心円になるように分布する。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保持部１２２と、励振電極１２５、１２６が形成されている水晶振動部１２３との間に切欠き部１２９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、同心円状に広がることなく、水晶支持部１２４と水晶振動部１２３との間に空間及び水晶基部１２１に設けられた切欠き部１２９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１２１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。また、切欠き部１２９は、水晶支持部１２４が設けられていない方の水晶基部１２１に設けられているため、音叉型水晶素子１２０の短辺側である水晶保持部１２２で保持されている場合には、後述する導電性接着剤１４０が水晶振動部１２３に付着することを低減することができる。また、水晶支持部１２４が設けられている（＋Ｘ軸）方に比較して、水晶支持部１２４が設けられていない（−Ｘ軸）方向に切欠き部１２９を形成することで、切欠き部１２９に発生する残渣が大きくなるので、外部からの衝撃に対して強度を向上させた構造とすることが可能となる。

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、例えばシリコーン樹脂、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。

また、第二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保持部１２２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及び水晶基部１２１に設けられた切欠き部１２９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、第二実施形態の水晶デバイスは、水晶基部１２１が凸部１１５と接触されていることにより、音叉型水晶素子１２０の水晶振動部１２３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１２３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、第二実施形態の水晶デバイスでは、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、第二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。

（第三実施形態）
第三実施形態の水晶デバイスは、図１０に示されているように、音叉型水晶素子１２０が、水晶支持部１２４に設けられた引き出し電極１２７とパッケージ１１０に形成された電極パッド１１１とを導電性接着剤１４０を介して固着されている点において、第二実施形態と異なっている。なお、第三実施形態の水晶デバイスを構成するパッケージ及び音叉型水晶素子のうち、上述した音叉型水晶素子と同様な部分については、例えば図２に示す同一の符号を付し、上述したパッケージと同様な部分については、例えば図８に示す同一の符号を付して適宜説明を省略する。

導電性接着剤１４０は、引き出し電極１２７ａ、１２７ｂと対向する電極パッド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、等方性に同心円になるように分布する。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における伝播が、同心円状に広がることなく、水晶支持部１２４と水晶振動部１２３との間の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。また、水晶デバイスに熱が印加された際に、水晶支持部１２４が形成されていない側の水晶保持部１２２と電極パッド１１１ａとの接触している箇所から、熱による基板１１０ａの反りにより生じた応力が電極パッド１１１ａから水晶保持部１２２に伝播したとしても、水晶基部１２１に設けられた切欠き部１２９により、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、基板１１０ａからの応力が励振電極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への基板１１０ａからの応力の影響を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。

第二実施形態では、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、基板の下面に二つの外部端子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は、外部端子とは、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・・・凸部
１１７・・・封止用導体パターン
１２０・・・音叉型水晶素子
１２１・・・水晶基部
１２２・・・水晶保持部
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
１２９・・・切欠き部
１３０・・・蓋体
１３１・・・接合部材
１４０・・・導電性接着剤
Ｋ・・・凹部
Ｄ・・・溝部
Ｐ・・・突起部

Claims (6)

1. 略矩形状の水晶基部と、
   前記水晶基部の側面より延出するように設けられた水晶振動部と、
   前記水晶基部の前記側面と対向する位置にある側面より延出するようにして設けられた略矩形形状の水晶保持部と、
   前記水晶保持部の側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た一つの水晶支持部と、
   平面視して、前記水晶保持部と前記水晶振動部の間に位置し、前記水晶支持部と近接する位置にある前記水晶基部の一辺と対向する位置にある一辺に設けられた切欠き部と、
   前記水晶振動部の上面及び下面に設けられた励振電極と、
   前記水晶振動部から前記水晶基部、前記水晶支持部にかけて設けられ前記励振電極と電気的に接続された引き出し電極と、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、
   前記水晶振動部に設けられた溝部を備え、
   前記溝部内に前記励振電極が設けられていることを特徴とする音叉型水晶素子。
3. 請求項２記載の音叉型水晶素子であって、
   前記溝部内に設けられた突起部を備えていることを特徴とする音叉型水晶素子。
4. 請求項１乃至請求項３記載の音叉型水晶素子であって、
   前記励振電極が形成されている面を平面視した際に、前記切欠き部の幅が前記外周に近付くにつれて狭くなるように形成されていることを特徴とする音叉型水晶素子。
5. 請求項１記載の音叉型水晶素子と、
   前記基板と前記枠体とで構成され、前記基板上に設けられた電極パッドを有するパッケージと、
   前記音叉型水晶素子を気密封止するための蓋体と、を備えた水晶デバイス。
6. 請求項５記載の水晶デバイスであって、
   前記基板の上面に、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凸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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