JP2018006810A - 水晶素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、水晶素子と導電性接着剤との接合強度を向上させると共に、生産性を向上させることが可能な水晶デバイス及びその製造方法を提供する。【解決手段】水晶デバイスは、基板１１０ａと、基板１１０ａの上面に設けられた電極パッド１１１と、電極パッド１１１上に設けられた導電性接着剤１４０と、矩形状の水晶素板１２１と、水晶素板１２１の上下面に設けられた励振用電極１２２と、励振用電極１２２と間を空けて水晶素板１２１の一辺に沿って設けられた矩形状である一対の引き出し電極１２３と、一辺に外周縁に沿って設けられた貫通部１２４と、を有し、導電性接着剤を介して電極パッド１１１上に実装された水晶素子１２０と、水晶素子１２０を気密封止するために設けられた蓋体１３０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水晶デバイスおよびその製造方法に関するものである。

水晶デバイスは、水晶素子の圧電効果を利用して、水晶素板の両面が互いにずれるように厚みすべり振動を起こし、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）。水晶素子は、水晶素板の両主面に励振用電極を有しており、水晶素子の一端を基板の上面と接続した固定端とし、他端を基板の上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造となる。

水晶デバイスの製造方法は、導電性接着剤によって、パッケージに水晶素子を実装する水晶素子実装工程と、水晶素子を気密封止するように、蓋体とパッケージとを接合部材を介して接合するための蓋体接合工程と、を含むものが知られている（例えば、参考文献２参照）。

特開２００２−１１１４３５号公報 特開２００７−１０４２６４号公報

上述した水晶デバイスは、小型化が進んでおり、基板の電極パッド及び水晶素子の引き出し電極の面積も小さくなっているため、水晶素子が導電性接着剤を介して電極パッドに実装する際に、水晶素子が電極パッドから剥がれてしまう虞があった。

また、上述した水晶デバイスの製造方法は、基板の電極パッドに導電性接着剤を介して水晶素子を実装する際に、基板の電極パッド及び水晶素子の引き出し電極の面積も小さくなっているため、水晶素子が導電性接着剤を介して電極パッドに実装する際に、水晶素子が電極パッドから剥がれる可能性があり、水晶デバイスの生産性が低下し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、水晶素子と導電性接着剤との接合強度を向上させると共に、生産性を向上させることが可能な水晶デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一つの態様による水晶デバイスは、基板と、基板の上面に設けられた電極パッドと、電極パッド上に設けられた導電性接着剤と、矩形状の水晶素板と、水晶素板の上下面に設けられた励振用電極と、励振用電極と間を空けて水晶素板の一辺に沿って設けられた矩形状である一対の引き出し電極と、一辺の外周縁に沿って設けられた貫通部と、を有し、導電性接着剤を介して前記電極パッド上に実装された水晶素子と、水晶素子を気密封止するために設けられた蓋体と、を備えていることを特徴とするものである。

本発明の一つの態様による水晶デバイスの製造方法は、互いに直交しているＸ軸とＹ軸とＺ軸とからなる結晶軸を有した平板状の水晶ウエハを形成する水晶ウエハ形成工程と、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、水晶ウエハの所定の位置に、略矩形形状の平板状に形成しつつ主面の所定の一辺で固定している水晶素板となる部分を形成する水晶素板形成工程と、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、水晶ウエハの水晶素板となる部分の所定の一辺に沿って上面から下面にかけて貫通している貫通部を形成する貫通部形成工程と、水晶ウエハの水晶素板となる部分の所定の位置に金属膜を被着させ、励振用電極および引き出し電極を形成する電極形成工程と、水晶ウエハに形成されている水晶素板となる部分の主面の所定の一辺側を折り取り、または、切断し、水晶素子を個片化する水晶素子個片化工程と、励振用電極および引き出し電極が形成されている水晶素子をパッケージに実装する水晶素子実装工程と、パッケージと蓋体とを接合する蓋体接合工程と、を含んでいることを特徴とするものである。

本発明の一つの態様による水晶デバイスは、基板と、基板の上面に設けられた電極パッドと、電極パッド上に設けられた導電性接着剤と、矩形状の水晶素板と、水晶素板の上下面に設けられた励振用電極と、励振用電極と間を空けて水晶素板の一辺に沿って設けられた矩形状である一対の引き出し電極と、一辺の外周縁に沿って設けられた貫通部と、を有し、導電性接着剤を介して電極パッド上に実装された水晶素子と、水晶素子を気密封止するために設けられた蓋体と、を備えている。このようにすることで、水晶素子が導電性接着剤を介して電極パッドに実装する際に、導電性接着剤が貫通部内に入り込むことで、導電性接着剤と引き出し電極の接合面積を大きくし、水晶素子と導電性接着剤との接合強度を向上させ、水晶素子が電極パッドから剥がれてしまうことを抑えることが可能となる。

本発明の一つの態様による水晶デバイスの製造方法は、互いに直交しているＸ軸とＹ軸とＺ軸とからなる結晶軸を有した平板状の水晶ウエハを形成する水晶ウエハ形成工程と、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、水晶ウエハの所定の位置に、略矩形形状の平板状に形成しつつ主面の所定の一辺で固定している水晶素板となる部分を形成する水晶素板形成工程と、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、水晶ウエハの水晶素板となる部分の所定の一辺に沿って上面から下面にかけて貫通している貫通部を形成する貫通部形成工程と、水晶ウエハの水晶素板となる部分の所定の位置に金属膜を被着させ、励振用電極および引き出し電極を形成する電極形成工程と、水晶ウエハに形成されている水晶素板となる部分の主面の所定の一辺側を折り取り、または、切断し、水晶素子を個片化する水晶素子個片化工程と、励振用電極および引き出し電極が形成されている水晶素子をパッケージに実装する水晶素子実装工程と、パッケージと蓋体とを接合する蓋体接合工程と、を含んでいる。このように水晶素子の一辺に貫通部が設けられていることによって、基板の電極パッドに導電性接着剤を介して水晶素子を実装する際に、導電性接着剤が貫通部内に入り込むことで、水晶素子が導電性接着剤から剥がれることを抑えるため水晶デバイスの生産性を向上させることができる。

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。 図１に示された水晶デバイスのＡ−Ａにおける断面図である。 （ａ）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図であり、（ｂ）本実施形態に係る水晶デバイスの水晶素子を外した状態を示す平面図である。 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示す上面図であり、（ｂ）本実施形態における水晶デバイスを構成するパッケージを示す下面図である。 本実施形態における水晶デバイスを構成する水晶素子の平面図である。 本実施形態の変形例における水晶デバイスを構成する水晶素子の平面図である。 本実施形態における水晶デバイスの製造方法である貫通部形成工程を示す平面図である。 本実施形態における水晶デバイスの製造方法である電極形成工程を示す平面図である。 （ａ）本実施形態の水晶デバイスの製造方法である水晶素子実装工程を示す断面図であり、（ｂ）本実施形態の水晶デバイスの製造方法である蓋体接合工程の蓋体載置を示す断面図であり、（ｃ）本実施形態の水晶デバイスの製造方法である蓋体接合工程の蓋体接合を示す断面図である。

（水晶デバイス）
本実施形態における水晶デバイスは、図１及び図２に示されているように、パッケージ１１０と、パッケージ１１０に接合された水晶素子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収容空間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、上面で実装された水晶素子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の上面には、水晶素子１２０を接合するための一対の電極パッド１１１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の上面に配置され、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。

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、収容空間Ｋの大きさを説明する。収容空間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、収容空間Ｋの上下方向の長さは、０．１〜０．５ｍｍとなっている。

また、基板１１０ａの下面の四隅には、外部端子１１２が設けられている。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電極パッド１１１と電気的に接続されている。また、電極パッド１１１と電気的に接続されている外部端子１１２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、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、第一電極パッド１１１ａと第二電極パッド１１１ｂとによって構成されている。電極パッド１１１は、基板１１０ａに設けられた配線パターン１１３及びビア導体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。

外部端子１１２は、電気機器等の外部の実装基板上の実装パッド（図示せず）と接合するために用いられている。外部端子１１２は、図４に示すように、基板１１０ａの下面の四隅に設けられている。外部端子１１２の少なくとも一つは、ビア導体１１４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、外部端子１１２の少なくとも一つは、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッドと接続されている。これにより、封止用導体パターン１１７に接合された蓋体１３０がグランド電位となっている第三外部端子１１２ｃに接続される。よって、蓋体１３０による収容空間Ｋ内のシールド性が向上する。

配線パターン１１３は、電極パッド１１１と、ビア導体１１４とを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、図３に示すように、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。

また、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、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、収容空間Ｋで露出するようにして設けられていることにより、水晶素子１２０を実装した際に、導電性接着剤１４０が仮に電極パッド１１１上から溢れ出たとしても、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が励振用電極１２２に付着してしまうことを抑えることができる。

また、露出された配線パターン１１３の一部が、基板１１０ａの中心点Ｐを通り基板１１０ａの長辺と平行な直線Ｌに対して、線対称となるように設けられている。このように露出された第一配線パターン１１３ａと露出された第二配線パターン１１３ｂとが、基板１１０ａの中心点Ｐを通り基板１１０ａの長辺と平行な直線Ｌに対して、線対称となる位置に設けられていることにより、水晶素子１２０を実装する際に導電性接着剤１４０が仮に電極パッド１１１上から溢れ出たとしても、溢れ出た導電性接着剤１４０の量が均等になり易く、水晶素子１２０が傾いてしまうことを抑えることができる。

ビア導体１１４は、外部端子１１２と、配線パターン１１３又は封止用導体パターン１１７とを電気的に接続するためのものである。また、第三ビア導体１１４ｃの両端は、第三外部端子１１２ｃと、封止用導体パターン１１７と接続されている。このようにすることで、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。

凸部１１５は、水晶素子１２０の自由端が基板１１０ａに接触することを抑制するためのものである。凸部１１５は、一対の電極パッド１１１の上面に一対で設けられており、水晶素子１２０の引き出し電極１２３と対向する位置に設けられている。凸部１１５は、一方の凸部１１５ａと他方の凸部１１５ｂによって構成されている。一方の凸部１１５ａは、図３に示すように、一方の電極パッド１１１ａ上に設けられ、他方の凸部１１５ｂは、他方の電極パッド１１１ｂ上に設けられている。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。

また、一対の凸部１１５は、図３に示されているように、基板１１０ａの一辺と平行となる直線に対して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、水晶素子１２０の引き出し電極１２３が、平面視して、一対の凸部１１５と重なるように電極パッド１１１に実装することで、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。

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、０．７〜１．５ｍｍである場合を例にして、電極パッド１１１及び凸部１１５の大きさを説明する。基板１１０ａの一辺と平行となる電極パッド１１１の辺の長さは、２５０〜４００μｍ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、２５０〜４００μｍとなる。電極パッド１１１の上下方向の厚みの長さは、１０〜６０μｍとなる。基板１１０ａの一辺と平行となる凸部１１５の辺の長さは、１５０〜３００μｍ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、５０〜１００μｍとなる。凸部１１５の上下方向の厚みの長さは、１０〜２５μｍとなる。

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。

封止用導体パターン１１７は、接合部材１３１を介して蓋体１３０と接合する際に、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、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、パッケージ１１０の作製方法について説明する。基板１１０ａ及び枠体１１０ｂ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。

水晶素子１２０は、図１及び図２に示されているように、導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１上に接合されている。水晶素子１２０は、安定した機械振動と圧電効果により、電子装置等の基準信号を発振する役割を果たしている。

また、水晶素子１２０は、図２及び図５に示されているように、水晶からなる水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに励振用電極１２２及び引き出し電極１２３を被着させた構造を有している。励振用電極１２２は、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに金属を所定のパターンで被着・形成したものである。励振用電極１２２は、上面に第一励振用電極１２２ａと、下面に第二励振用電極１２２ｂを備えている。

引き出し電極１２３は、励振用電極１２２から水晶素板１２１の一辺に向かってそれぞれ延出されている。引き出し電極１２３は、上面に第一引き出し電極１２３ａと、下面に第二引き出し電極１２３ｂとを備えている。第一引き出し電極１２３ａは、第一励振用電極１２２ａから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。第二引き出し電極１２３ｂは、第二励振用電極１２２ｂから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。つまり、引き出し電極１２３は、水晶素板１２１の長辺又は短辺に沿った形状で設けられている。第一引き出し電極１２３ａは、水晶素板１２１の上面から水晶素板１２１の側面を介して水晶素板１２１の下面に回り込むようにして設けられている。また、第二引き出し電極１２３ｂは、水晶素板１２１の下面から水晶素板１２１の側面を介して水晶素板１２１の上面に回り込むようにして設けられている。また、本実施形態においては、第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂと接続されている水晶素子１２０の一端を基板１１０ａの上面と接続した固定端とし、他端を基板１１０ａの上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造にて水晶素子１２０が基板１１０ａ上に固定されている。

また、貫通部１２４は、導電性接着剤１４０が入り込むようにして、水晶素子１２０と導電性接着剤１４０との接合強度を向上させるためのものである。貫通部１２４は、図３に示すように、水晶素板１２１における引き出し電極１２３が設けられている一辺に外周縁に沿って上下方向に貫通するようにして設けられている。貫通部１２４は、第一引き出し電極１２３ａに形成された第一貫通部１２４ａ及び第二引き出し電極１２３ｂに形成された第二貫通部１２４ｂによって構成されている。

このように、水晶素板１２１の一対の引き出し電極１２３に設けられた貫通部１２４内に導電性接着剤１４０が入り込むようにして電極パッド１１１上に接着されることになるので、貫通部１２４内から導電性接着剤１４０がはみ出すことを抑えることができ、導電性接着剤１４０が第二励振用電極１２２ｂに付着することを低減することができる。また、貫通部１２４の外周縁により、導電性接着剤１４０と接触する長さが、貫通部１２４がない場合と比較して長くなるので、接合強度を向上させることができる。よって、このような水晶デバイスは、導電性接着剤１４０が第二励振用電極１２２ｂに付着することによって生じる水晶素子１２０の発振周波数の変動を抑えることが可能となる。

残渣部１２５は、貫通部１２４の内部に形成されており、導電性接着剤１４０と接触させることで接合強度を向上させるためのものである。また、残渣部１２５は、貫通部１２４をエッチングにより形成しているため、貫通部１２４内に形成されている。このように貫通部１２４内に残渣部１２５を形成することで、導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１への実装により加わる応力を残渣部１２５で徐々に緩和させることができ、励振用電極１２２への影響を低減させることが可能となる。また、残渣部１２５が形成されることにより、導電性接着剤１４０と接触する面積が、残渣部１２５がない場合と比較して大きくなるので、接合強度をさらに向上させることができる。

ここで、水晶素子１２０の動作について説明する。水晶素子１２０は、外部からの交番電圧が引き出し電極１２３から励振用電極１２２を介して水晶素板１２１に印加されると、水晶素板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。

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ものであり、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の外周縁が、平面視して、引き出し電極１２３内に位置し、一部が貫通部１２４内に入り込むようにして設けられている。また、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、電極パッド１１１上に塗布した際に、導電性接着剤１４０は、電極パッド１１１を超えて基板１１０ａ上に流れ出ることなく、電極パッド１１１上に留まり、導電性接着剤１４０の上下方向の厚みが維持される。また、導電性接着剤１４０は、電極パッド１１１を超えて第二励振用電極１２２ｂへ向かって流れ出ることなく、電極パッド１１１内に留まることができる。

蓋体１３０は、矩形状であり、真空状態にある収容空間Ｋ、あるいは窒素ガスなどが充填された収容空間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、枠体１１０ｂ上に設けられた封止用導体パターン１１７の上面に載置される。蓋体１３０の下面に設けられた接合部材１３１に熱が印加されることで、封止用導体パターン１１７と溶融接合される。また、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。

接合部材１３１は、例えば、金錫の場合には、接合部材１３１の層の厚みは、１０〜４０μｍであり、例えば、成分比率が、金が７０〜８０％、錫が２０〜３０％のものを使用しても良い。また、接合部材１３１は、例えば、銀ロウの場合には、接合部材１３１の層の厚みは、１０〜４０μｍであり、例えば、成分比率が、銀が７０〜８０％、銅が２０〜３０％のものを使用しても良い。

本実施形態における水晶デバイスは、上面に電極パッド１１１が設けられた矩形状の基板１１０ａと、基板１１０ａの上面に設けられた電極パッド１１１と、矩形状の水晶素板１２１と、水晶素板１２１の上下面に設けられた励振用電極１２２と、励振用電極１２２と間を空けて水晶素板１２１の一辺に沿って設けられた矩形状である一対の引き出し電極１２３と、一辺の周縁に沿って設けられた貫通部１２４と、を有し、導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１上に実装された水晶素子１２０と、水晶素子１２０を気密封止するために設けられた蓋体１３０と、を備えている。このようにすることにより、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、導電性接着剤１４０が貫通部１２４内に入り込むことで、導電性接着剤１４０と引き出し電極１２３の接合面積を大きくし、水晶素子１２０と導電性接着剤１４０との接合強度を向上させ、水晶素子１２０が電極パッド１１１から剥がれてしまうことを抑えることが可能となる。

本実施形態の水晶デバイスは、水晶素子１２０の貫通部１２４内に残渣部１２５が設けられている。このようにすることで、導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１への実装により加わる応力を残渣部１２５で徐々に緩和させることができ、励振用電極１２２への影響を低減させることが可能となる。また、残渣部１２５に導電性接着剤１４０が接合することで、導電性接着剤１４０と引き出し電極１２３のさらに接合面積を大きくし、水晶素子１２０と導電性接着剤１４０との接合強度をさらに向上させ、水晶素子１２０が電極パッド１１１から剥がれてしまうことをさらに抑えることが可能となる。

（第一変形例）
以下、本実施形態の第一変形例における水晶デバイスについて説明する。なお、本実施形態の第一変形例における水晶振動子のうち、上述した水晶振動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。本実施形態の第一変形例における水晶振動子は、図６に示されているように、水晶素子２２０の貫通部２２４が複数設けられている点において本実施形態と異なる。

また、複数の貫通部２２４は、導電性接着剤１４０が入り込むようにして、水晶素子２２０と導電性接着剤１４０との接合強度を向上させるためのものである。貫通部２２４は、図３に示すように、水晶素板２２１における引き出し電極２２３が設けられている一辺に外周縁に沿って上下方向に貫通するようにして各引き出し電極２２３に二つずつ計四つ設けられている。貫通部２２４は、第一引き出し電極２２３ａに形成された第一貫通部２２４ａ及び第二貫通部２２４ｂと、第二引き出し電極２２３ｂに形成された第三貫通部２２４ｃ及び第四貫通部２２４ｄによって構成されている。このようにすることにより、水晶素子２２０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、導電性接着剤１４０が複数の貫通部１２４内に入り込むことで、導電性接着剤１４０と引き出し電極２２３のさらに接合面積を大きくし、水晶素子２２０と導電性接着剤１４０との接合強度をさらに向上させ、水晶素子２２０が電極パッド１１１から剥がれてしまうことをさらに抑えることが可能となる。

このように、水晶素板２２１の一対の引き出し電極２２３に設けられた複数の貫通部２２４内に導電性接着剤１４０が入り込むようにして電極パッド１１１上に接着されることになるので、貫通部２２４内から導電性接着剤１４０がはみ出すことをさらに抑えることができ、導電性接着剤１４０が第二励振用電極２２２ｂに付着することを低減することができる。よって、このような水晶デバイスは、導電性接着剤１４０が第二励振用電極２２２ｂに付着することによって生じる水晶素子２２０の発振周波数の変動を抑えることが可能となる。

（水晶デバイスの製造方法）
以下、上述の水晶デバイスの製造方法について説明する。水晶デバイスの製造方法は、図７〜図９に示すように、互いに直交しているＸ軸とＹ軸とＺ軸とからなる結晶軸を有した平板状の水晶ウエハを形成する水晶ウエハ形成工程と、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、水晶ウエハの所定の位置に、略矩形形状の平板状に形成しつつ主面の所定の一辺で固定している水晶素板となる部分を形成する水晶素板形成工程と、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、水晶ウエハの水晶素板となる部分の所定の一辺に沿って上面から下面にかけて貫通している貫通部を形成する貫通部形成工程と、水晶ウエハの水晶素板となる部分の所定の位置に金属膜を被着させ、励振用電極および引き出し電極を形成する電極形成工程と、水晶ウエハに形成されている水晶素板となる部分の主面の所定の一辺側を折り取り、または、切断し、水晶素子を個片化する水晶素子個片化工程と、励振用電極および引き出し電極が形成されている水晶素子をパッケージに実装する水晶素子実装工程と、パッケージと蓋体とを接合する蓋体接合工程と、を含んでいる。

（水晶ウエハ準備工程）
水晶ウエハ準備工程は、互いに直交しているＸ軸とＹ軸とＺ軸とからなる結晶軸を有した平板状の水晶ウエハを形成する工程である。水晶ウエハは、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とからなり互いに直交する結晶軸を有した人工水晶体が用いられる。水晶ウエハの主面は、例えば、Ｘ軸およびＺ軸に平行となっている面を、Ｘ軸を中心に、Ｘ軸の負の方向を見て反時計回りに所定の角度、例えば、約３７°回転させた面と平行となっている。また、水晶ウエハは、人工水晶体から所定のカットアングルで切断された後、両主面が研磨されて、その上下方向の厚みが所定の厚みとなっている。

（水晶素板形成工程）
水晶素板形成工程は、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、前記水晶ウエハの所定の位置に、略矩形形状の平板状に形成しつつ主面の所定の一辺で固定している水晶素板となる部分を形成する工程である。

水晶素板１２１は、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により、水晶ウエハの所定の位置に、水晶素板１２１となる部分の主面の所定の一辺側で固定されつつ、水晶素板１２１となる部分の側面の一部にｍ面が形成されている水晶素板１２１となる部分を形成する。まず、従来周知のフォトリソグラフィー技術を用いて、水晶ウエハの両主面の全面に金属膜を被着し、この金属膜上にレジストを塗布し、所定のパターンに露光、現像する。その後、従来周知のエッチング技術を用いて、水晶ウエハを所定のエッチング溶液に浸漬させて、エッチングを行う。このとき、結晶軸の軸方向によってエッチングのされ方が異なることを利用して、水晶素板１２１となる部分の側面の一部にＺ軸と平行なｍ面を容易に形成することができる。

（貫通部形成工程）
貫通部形成工程は、図７に示すように、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、水晶ウエハの水晶素板１２１となる部分の所定の一辺に沿って上面から下面にかけて貫通している貫通部を形成する工程である。貫通部１２４は、水晶素板１２１における引き出し電極１２３が設けられる一辺に外周縁に沿って上下方向に貫通するようにして設けられている。貫通部１２４は、第一引き出し電極１２３ａに形成される第一貫通部１２４ａ及び第二引き出し電極１２３ｂに形成される第二貫通部１２４ｂによって構成されている。

このように、水晶素板１２１の一対の引き出し電極１２３に貫通部１２４を形成することによって、後述する水晶素子実装工程の際に、貫通部１２４内に導電性接着剤１４０が入り込むようにして電極パッド１１１上に実装されることになるので、接合強度を向上させることができる。また、導電性接着剤１４０の一部が貫通部１２４内に入り込むことによって、電極パッド１１１上から導電性接着剤１４０がはみ出すことを抑えることができ、導電性接着剤１４０が第二励振用電極１２２ｂに付着することを低減することができる。また、貫通部１２４の外周縁により、導電性接着剤１４０と接触する長さが、貫通部１２４がない場合と比較して長くなるので、接合強度を向上させることができる。よって、このような水晶デバイスは、導電性接着剤１４０が第二励振用電極１２２ｂに付着することによって生じる水晶素子１２０の発振周波数の変動を抑えることが可能となる。

貫通部１２４を形成する際に、貫通部１２４の内部に残渣部１２５が形成される。このように貫通部１２４内に残渣部１２５を形成することで、導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１への実装により加わる応力を残渣部１２５で徐々に緩和させることができ、励振用電極１２２への影響を低減させることが可能となる。また、残渣部１２５が形成されることにより、導電性接着剤１４０と接触する面積が、
残渣部１２５がない場合と比較して大きくなるので、接合強度をさらに向上させることができる。

（電極形成工程）
電極形成工程は、図８に示すように、水晶ウエハの水晶素板となる部分の所定の位置に金属膜を被着させ、励振用電極および引き出し電極を形成する工程である。水晶素板１２１の上面及び下面に、金属膜を被着させ、励振用電極１２２および引き出し電極１２３を形成する。励振用電極１２２及び引き出し電極１２３を形成する際には、所定のパターンの貫通孔が形成されている一対のマスクの間に、水晶ウエハを載置した状態で、蒸着技術またはスパッタリング技術によって水晶ウエハ主面と貫通孔の内部を向く面とで形成される空間内であって、水晶ウエハの水晶素板１２１となる部分の所定の位置に金属膜を被着させている。

（水晶素子個片化工程）
水晶素子個片化工程は、水晶ウエハに形成されている水晶素板となる部分の主面の所定の一辺側を折り取り、または、切断し、水晶素子を個片化する工程である。水晶ウエハは、励振用電極１２２および引き出し電極１２３が形成されている水晶素板１２１となる部分が、水晶素板１２１となる部分の主面の所定の一辺側で固定されている。この固定されている部分を折り取り、または、切断することで、水晶素子１２０を形成する。

（水晶素子実装工程）
水晶素子実装工程は、図９（ａ）に示すように、励振用電極１２２および引き出し電極１２３が形成されている水晶素子１２０をパッケージ１１０に実装する工程である。パッケージ１１０に設けられた電極パッド１１１上に導電性接着剤１４０を塗布する。次に、パッケージ１１０の収容空間Ｋ内の電極パッド１１１の位置を塗布手段のカメラにより撮影し、画像データを記憶部に記憶する。電極パッド１１１は、塗布手段のカメラによって撮影すると、パッケージ１１０と電極パッド１１１とは、同一の素材により設けられていないため、電極パッド１１１の位置を判別することができる。電極パッド１１１の位置に合わせて塗布手段のノズルを移動させ、導電性接着剤１４０を塗布する。また、ノズルは、圧力をかけることによって導電性接着剤１４０を噴出させ、導電性接着剤１４０を塗布することができる。

次に、電極パッド１１１に形成された導電性接着剤１４０の位置を実装手段のカメラにより撮影し、画像データを記憶部に記憶する。導電性接着剤１４０は、水晶素子実装装置のカメラによって撮影すると、電極パッド１１１と導電性接着剤１４０とは、同一の素材により設けられていないため、導電性接着剤１４０の位置を判別することができる。この導電性接着剤１４０の位置に合わせて、水晶素子１２０を吸着したノズルを移動させ、電極パッド１１１に塗布された導電性接着剤１４０の外周縁が、水晶素子１２０の引き出し電極１２３及び貫通部１２４内に位置するようにして、導電性接着剤１４０上に水晶素子１２０を載置する。

最後に、導電性接着剤１４０を加熱硬化させ、電極パッド１１１と水晶素子１２０とを導通固着することで実装する。大気雰囲気中または窒素雰囲気中の硬化アニール炉の内部空間にパッケージ１１０を収容した状態で、導電性接着剤１４０を加熱硬化させ、電極パッド１１１と水晶素子１２０とを導通固着する。

硬化アニール炉（図示せず）は、炉本体と、加熱部と、供給部、制御部によって構成されている。炉本体は、内部空間を有し、パッケージ１１０を格納する役割を果たす。加熱部は、内部空間を所定の温度に加熱する役割を果たす。加熱部は、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ等が用いられている。供給部は、内部空間にガスを供給する役割を果たす。ガスは、例えば窒素等が用いられている。制御部は、炉本体の内部空間の温度や酸素濃度、加熱部の昇温速度、供給部のガスの供給量の制御を行うものである。

（蓋体接合工程）
蓋体接合工程は、図９（ｂ）及び図９（ｃ）に示すように、水晶素子１２０を気密封止するようにパッケージ１１０に蓋体１３０を接合する工程である。具体的には、接合部材１３１が金錫の場合には、蓋体１３０は、窒素ガス雰囲気中や真空雰囲気中で、パッケージ１１０の枠体１１０ｂの表面に設けられた封止用導体パターン１１７上に載置され、蓋体１３０の上面からハロゲンランプ等の熱源を照射し、接合部材１３１を溶融させることで、封止用導体パターン１１７を介して枠体１１０ｂに接合される。

また、接合部材１３１が銀ロウの場合には、蓋体１３０は、窒素ガス雰囲気中や真空雰囲気中で、パッケージ１１０の枠体１１０ｂ上に載置され、枠体１１０ｂの表面に設けられた封止用導体パターン１１７の金属と蓋体１３０の接合部材１３１とが溶融されるように、シーム溶接機（図示せず）のローラ電極（図示せず）を蓋体１３０に接触させ、ローラ電極に電源を供給しながら、蓋体１３０の外側縁部に沿って動かすことで、枠部１１０ｂに接合される。

本発明の水晶デバイスの製造方法は、互いに直交しているＸ軸とＹ軸とＺ軸とからなる結晶軸を有した平板状の水晶ウエハを形成する水晶ウエハ形成工程と、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、水晶ウエハの所定の位置に、略矩形形状の平板状に形成しつつ主面の所定の一辺で固定している水晶素板１２１となる部分を形成する水晶素板形成工程と、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、水晶ウエハの水晶素板１２１となる部分の所定の一辺に沿って上面から下面にかけて貫通している貫通部１２４を形成する貫通部形成工程と、水晶ウエハの水晶素板１２１となる部分の所定の位置に金属膜を被着させ、励振用電極１２２および引き出し電極１２３を形成する電極形成工程と、水晶ウエハに形成されている水晶素板１２１となる部分の主面の所定の一辺側を折り取り、または、切断し、水晶素子１２０を個片化する水晶素子個片化工程と、励振用電極１２２および引き出し電極１２３が形成されている水晶素子１２０をパッケージ１１０に実装する水晶素子実装工程と、パッケージ１１０と蓋体１３０とを接合する蓋体接合工程と、を含んでいる。このように水晶素子１２０の一辺に貫通部１２４が設けられていることによって、基板１１０ａの電極パッド１１１に導電性接着剤１４０を介して水晶素子１２０を実装する際に、導電性接着剤１４０が貫通部１２４内に入り込むことで、水晶素子１２０が導電性接着剤１４０から剥がれることを抑えるため水晶デバイスの生産性を向上させることができる。

本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法は、貫通部形成工程の際に、貫通部１２４内に残渣部１２５が形成されている。このようにすることで、水晶素子実装工程の際に、導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１への実装により加わる応力を残渣部１２５で徐々に緩和させることができ、励振用電極１２２への影響を低減させることが可能となる。また、残渣部１２５に導電性接着剤１４０が接合することで、導電性接着剤１４０と引き出し電極１２３のさらに接合面積を大きくし、水晶素子１２０と導電性接着剤１４０との接合強度をさらに向上させ、水晶素子１２０が電極パッド１１１から剥がれてしまうことをさらに抑えることで生産性をさらに向上させることで可能となる。

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。また、本実施形態では、枠体１１０ｂの上面に封止用導体パターン１１７が形成されている場合を説明したが、接合部材１３１が、ガラス又は絶縁性樹脂の場合には、封止用導体パターン１１７を設けることなく、枠体１１０ｂに接合されていても構わない。

上記実施形態では、基板１１０ａの上面に枠体１１０ｂが設けられている場合について説明したが、基板に水晶素子を実装した後に、封止基部の下面に封止枠部が設けられた蓋体を用いて、水晶素子を気密封止する構造であっても構わない。蓋体は、矩形状の封止基部と、封止基部の下面の外周縁に沿って設けられている封止枠部とで構成されており、封止基部の下面と封止枠部の内側側面とで収容空間が形成されている。封止枠部は、封止基部の下面に収容空間を形成するためのものである。封止枠部は、封止基部の下面の外縁に沿って設けられている。

上記実施形態では、水晶素子は、ＡＴ用水晶素子を用いた場合を説明したが、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を有する音叉型屈曲水晶素子を用いても構わない。水晶素子は、水晶素板と、その水晶素板の表面に設けられた励振電極と、引き出し用電極と、周波数調整用金属膜とにより構成されている。水晶素板は、水晶基部と水晶振動部とからなり、水晶振動部が第一水晶振動部及び第二水晶振動部とから成る。水晶基部は、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。第一水晶振動部及び第二水晶振動部は、水晶基部の一辺からＹ′軸の方向に平行に延設されている。このような水晶素板は、水晶基部と各水晶振動部と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。

１１０・・・パッケージ
１１０ａ・・・基板
１１０ｂ・・・枠体
１１１・・・電極パッド
１１２・・・外部端子
１１７・・・封止用導体パターン
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・引き出し電極
１２４・・・貫通部
１２５・・・残渣部
１３０・・・蓋体
１３１・・・接合部材
１４０・・・導電性接着剤
Ｋ・・・収容空間

Claims (5)

1. 上面に電極パッドが設けられた矩形状の基板と、
   前記基板の上面に設けられた電極パッドと、
   矩形状の水晶素板と、前記水晶素板の上下面に設けられた励振用電極と、前記励振用電極と間を空けて前記水晶素板の一辺に沿って設けられた矩形状である一対の引き出し電極と、前記一辺の周縁に沿って設けられた貫通部と、を有し、導電性接着剤を介して前記電極パッド上に実装された水晶素子と、
   前記水晶素子を気密封止するために設けられた蓋体と、を備えていることを特徴とする水晶デバイス
2. 請求項１に記載の水晶デバイスであって、
   前記水晶素子の前記貫通部が複数設けられていることを特徴とする水晶デバイス
3. 請求項１に記載の水晶デバイスであって、
   前記水晶素子の前記貫通部内に残渣部が設けられていることを特徴とする水晶デバイス
4. 互いに直交しているＸ軸とＹ軸とＺ軸とからなる結晶軸を有した平板状の水晶ウエハを形成する水晶ウエハ形成工程と、
   フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、前記水晶ウエハの所定の位置に、略矩形形状の平板状に形成しつつ主面の所定の一辺で固定している水晶素板となる部分を形成する水晶素板形成工程と、
   フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、前記水晶ウエハの水晶素板となる部分の所定の一辺に沿って上面から下面にかけて貫通している貫通部を形成する貫通部形成工程と、
   前記水晶ウエハの前記水晶素板となる部分の所定の位置に金属膜を被着させ、励振用電極および引き出し電極を形成する電極形成工程と、
   前記水晶ウエハに形成されている前記水晶素板となる部分の主面の前記所定の一辺側を折り取り、または、切断し、水晶素子を個片化する水晶素子個片化工程と、
   前記励振用電極および前記引き出し電極が形成されている前記水晶素子をパッケージに実装する水晶素子実装工程と、
   前記パッケージと蓋体とを接合する蓋体接合工程と、を含んでいることを特徴とする水晶デバイスの製造方法
5. 請求項４に記載の水晶デバイスの製造方法であって、
   貫通部形成工程の際に、貫通部内に残渣部が形成されていることを特徴とする水晶デバイスの製造方法

Images