JP2018186383A

JP2018186383A - 音叉型水晶素子及びその音叉型水晶素子を用いた水晶デバイス

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Publication number: JP2018186383A
Application number: JP2017086797A
Authority: JP
Inventors: 孝宏尾賀; Takahiro Oga
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2018-11-22
Anticipated expiration: 2037-04-26
Also published as: JP6892315B2

Abstract

【課題】音叉型水晶素子の振動漏れを抑制し、等価直列抵抗の悪化を低減することが可能な音叉型水晶素子を提供する。【解決手段】音叉型水晶素子は、水晶基部１２１と、水晶基部１２１の側面より延出した中間部１２２と、中間部１２２の側面より延出した水晶振動部１２３と、水晶振動部１２３の先端に設けられた錘部１２８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から中間部１２２及び水晶基部１２１にかけて設けられた引き出し電極１２７と、を備え、中間部１２２が、一方の水晶振動部１２３の外側側面と他方の水晶振動部１２３の外側側面との間の間隔よりも幅広とされ、基部１２１が、中間部１２２よりも幅広とされ、基部１２１と中間部１２２とによって形成された段差面ＳＰより、水晶振動部１２３と同一方向に延出するようにして設けられた凸部Ｔを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器等に用いられる水晶デバイス及びその水晶デバイスに実装された音叉型水晶素子に関するものである。

水晶デバイスは、音叉型水晶素子の圧電効果を利用して、特定の周波数を発生させるものである。例えば、基板と、凹部を設けるために基板の上面に枠体とを有しているパッケージと、基板の上面に設けられた電極パッドに実装され、水晶基部と、水晶基部から延出されている水晶振動部とを有する音叉型水晶素子と、を備えた水晶デバイスが知られている（例えば、下記特許文献１参照）

特開２０１２−１１９９２０号公報

上述した音叉型水晶素子は、小型化が顕著であるため、水晶振動部と、水晶基部に設けられた引き出し電極との距離も短くなるため、振動漏れが発生し、等価直列抵抗が悪化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、音叉型水晶素子の振動漏れを抑制し、等価直列抵抗の悪化を低減することが可能な音叉型水晶素子を提供することを課題とする。

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水晶基部の一部である中間部と、中間部の側面より延出した中間部の一部である水晶振動部と、水晶振動部の先端に設けられた錘部と、水晶振動部の上面及び下面に設けられた励振電極と、水晶振動部から中間部及び水晶基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、中間部が、一方の水晶振動部の外側側面と他方の水晶振動部の外側側面との間の間隔よりも幅広とされ、水晶基部が、中間部よりも幅広とされ、水晶基部と中間部とによって形成された段差面より、水晶振動部と同一方向に延出するようにして設けられた凸部を備えている。

本発明の一つの態様による水晶デバイスは、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る中間部と、中間部の側面より延出した中間部の一部である水晶振動部と、水晶振動部の先端に設けられた錘部と、水晶振動部の上面及び下面に設けられた励振電極と、水晶振動部から中間部及び水晶基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、中間部が、一方の水晶振動部の外側側面と他方の水晶振動部の外側側面との間の間隔よりも幅広とされ、水晶基部が、中間部よりも幅広とされ、水晶基部と中間部とによって形成された段差面より、水晶振動部と同一方向に延出するようにして設けられた凸部を備えている。このように音叉型水晶素子を励振させる際に発生した水晶振動部の左右の重さのアンバランスを凸部によって調整することで、振動漏れを抑えることができ、等価直列抵抗の悪化を低減することが可能となる。

（ａ）第一実施形態に係る音叉型水晶素子の水晶片を示す平面図であり、（ｂ）図１（ａ）のＸ部分拡大図である。（ａ）第一実施形態に係る音叉型水晶素子を示す上面から見た平面図であり、（ｂ）第一実施形態に係る音叉型水晶素子を示す下面から見た平面図である。第二実施形態に係る水晶デバイスの分解斜視図である。（ａ）図３のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）図３のＢ−Ｂ断面図である。（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の上面からみた平面透視図であり、（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の下面からみた外部端子形成面側の平面透視図である。

（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に示すように、水晶基部１２１、中間部１２２及び水晶振動部１２３からなる水晶片により構成されている。音叉型水晶素子１２０の表面には、図２に示すように、励振電極１２５ａ、１２５ｂ、１２６ａ及び１２６ｂと、引き出し電極１２７ａ及び１２７ｂと、錘部１２８及び周波数調整電極１２９とにより構成されている。

水晶基部１２１は、後述する中間部１２２を支持し、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。

中間部１２２は、後述する水晶振動部１２３を支持するためのものである。中間部１２２は、一方の水晶振動部１２３の外側側面と他方の水晶振動部１２３の外側側面との間の間隔よりも幅広とされ、水晶基部１２１は、中間部１２２よりも幅広とされている。水晶基部１２１と中間部１２２とによって形成された段差面ＳＰには、水晶振動部１２３と同一方向に延出するようにして設けられた凸部Ｔを備えている。

凸部Ｔは、水晶基部１２１の外側側面とつながる平面Ｓ１と、その平面Ｓ１と接続され段差面ＳＰに向かって形成された傾斜面Ｓ２と、を備えている。傾斜面Ｓ２は、水晶基部１２１の外側側面から延出するようにして設けられた平面Ｓ１から段差面ＳＰに向かって傾斜を持つようにして設けられている。このような傾斜面Ｓ２を凸部Ｔに設けることによって、凸部Ｔによる左右の重さのバランスをさらに調整することができるようになるため、振動漏れをさらに抑えることができる。

また、凸部Ｔには、傾斜面Ｓ２と、水晶振動部１２３の外側側面との間に設けられた残渣部Ｒとを備えている。このように傾斜面Ｓ２から水晶振動部１２３の外側側面に向かって厚みが徐々に薄くなるように残渣部Ｒが設けられていることで、水晶振動部１２３からの振動漏れが、残渣部Ｒで徐々に妨げられることになる。よって、水晶振動部１２３から中間部１２２を介して水晶基部１２１への振動漏れが伝わることを抑えることができる。

また、図１（ｂ）に示すように、平面視した際に、傾斜面Ｓと段差面ＳＰの平面とでなす角度αが、５０〜７０度である。傾斜面Ｓ２の角度αが５０度〜７０度の範囲内で良好にエッチングされており、特に５５度〜６５度の範囲内で特に良好である。これに対して、傾斜面Ｓの角度αが５０度未満の場合には、残渣部Ｒの厚みが薄くなりすぎるため、残渣部Ｒに欠けが生じてしまい水晶振動部１２３の左右の重量バランスを崩してしまうことで、振動漏れが発生してしまうことがあった。また、これに対して、傾斜面Ｓ２の角度αが７０度よりも大きいの場合には、残渣部Ｒの厚みが厚くなりすぎるため、水晶振動部１２３の左右の重量バランスを崩してしまうことで、振動漏れが発生してしまうことがあった。このように傾斜面Ｓ２の角度αが５０度〜７０度の範囲内にすることで、残渣部Ｒの結晶軸であるＺ軸方向の厚みを薄くすることでできるため、振動漏れによる特性への影響を非常に安定させることができる。

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である。水晶振動部１２３は、振動腕部１２４と錘部１２８によって構成されている。振動腕部１２４の先端部、つまり、水晶基部１２１と反対側の振動腕部１２４の端部に、ハンマーヘッド形状の錘部１２８が設けられている。また、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。また、振動腕部１２４は、第一振動腕部１２４ａ及び第二振動腕部１２４ｂによって構成されている。このような音叉型水晶素子１２０を構成する水晶片は、水晶基部１２１、中間部１２２及び水晶振動部１２３と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。

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の第一振動腕部１２４ａ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の第一振動腕部１２４ａの対向する両側面に設けられている。また、一方の引き出し電極１２７ａは、平面視して、水晶基部１２１の中心付近及び水晶基部１２１側付近に設けられている。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、水晶基部１２１及び中間部１２２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の第二振動腕部１２４ｂ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の第二振動腕部１２４ｂの対向する両側面に設けられている。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、水晶基部１２１及び中間部１２２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、中間部１２２から水晶基部１２１に跨るようにして設けられている。

引き出し電極１２７は、励振電極１２５、１２６と電気的に接続されており、音叉型水晶素子１２０を実装する際に用いるものである。引き出し電極１２７には、溝部Ｇが設けられている。このようにすることによって、水晶振動部１２３から引き出し電極１２７までに伝わる漏れ振動を溝部Ｇで妨げることによって、音叉型水晶素子１２０を後述するパッケージ１１０に実装する際に、等価直列抵抗が悪化することを抑えることができる。

錘部１２８は、水晶基部１２１と反対側の水晶振動部１２３の端部に、ハンマーヘッド形状で設けられている。錘部１２８は、水晶振動部１２３で生じる屈曲振動の周波数を調整するためのものである。具体的には、錘部１２８を設けることで、水晶振動部１２３の先端側へ錘を設けた状態に近づけることができるため、水晶振動部１２３で生じる屈曲振動の周波数を、錘部１２８がない場合と比較して低くなるようにすることができ、水晶振動部１２３で生じる屈曲振動の周波数を所望の周波数となるように調整している。また、錘部１２８は、第一水晶振動部１２３ａの先端部に設けられている第一錘部１２８ａと、第二水晶振動部１２３ｂの先端部に設けられている第二錘部１２８ｂとで構成されている。

切込み部Ｍは、錘部１２８に設けられ、錘部１２８の表面積を大きくし、錘部１２８に形成された後述する周波数調整電極１２９の表面積を大きくするためのものである。また、切込み部Ｍは、平面視した際に、錘部１２８の水晶基部１２１側に位置する辺から水晶振動部１２３の延出方向に沿って設けられている。このようにすることにより、振動腕部１２４と錘部１２８との境界付近に形成される残渣が、切込み部Ｍによって形成されにくくなるため、音叉型水晶素子１２０の形状を維持することができる。また、このように錘部１２８の水晶基部１２１側に切込み部Ｍを形成することにより、周波数調整電極１２９をレーザにより除去する際に、切込み部Ｍがレーザにより削り取られることなく、錘部１２８の重さをさらに微調整することができる。

周波数調整電極１２９は、レーザ等により削ることにより、水晶振動部１２３で生じる屈曲振動の周波数を所望の周波数となるように調整するためのものである。周波数調整電極１２９は、第一周波数調整電極１２９ａ及び第二周波数調整電極１２９ｂによって構成されている。第一周波数調整電極１２９ａは、第一錘部１２８ａの表主面及び側面の先端部に設けられ、第二周波数調整電極１２９ｂは、第二錘部１２８ｂの表主面及び両側面の先端部に設けられている。

なお、音叉型水晶素子１２０は、周波数調整電極１２９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、第一周波数調整電極１２９ａとは、図２に示すように、水晶片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、第二周波数調整電極１２９ｂとは、水晶基部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、水晶振動部１２３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。

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の側面より延出した水晶基部１２１の一部である中間部１２２と、中間部１２２の側面より延出した中間部１２２の一部である水晶振動部１２３と、水晶振動部１２３の先端に設けられた錘部１２８と、水晶振動部１２３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から中間部１２２及び水晶基部１２１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、中間部１２２が、一方の水晶振動部１２３の外側側面と他方の水晶振動部１２３の外側側面との間の間隔よりも幅広とされ、水晶基部１２１が、中間部１２２よりも幅広とされ、水晶基部１２１と中間部１２２とによって形成された段差面ＳＰより、水晶振動部１２３と同一方向に延出するようにして設けられた凸部Ｔを備えている。このように音叉型水晶素子１２０を励振させる際に発生した水晶振動部１２３の左右の重さのアンバランスを凸部Ｔによって調整することで、振動漏れを抑えることができ、等価直列抵抗の悪化を低減することが可能となる。

また、第一実施形態に係る音叉型水晶素子１２０は、凸部Ｔが、水晶基部１２１の外側側面とつながる平面と、その平面と接続され段差面ＳＰに向かって形成された傾斜面Ｓと、を備えている。凸部Ｔに、このような傾斜面Ｓを設けることによって、凸部Ｔによる水晶振動部１２３の左右の重さのバランスをさらに調整することができるようになるため、振動漏れをさらに抑えることができる。

また、第一実施形態に係る音叉型水晶素子１２０は、傾斜面Ｓと、水晶振動部１２３の外側側面との間に設けられた残渣部Ｒとを備えている。このように傾斜面Ｓから水晶振動部１２３の外側側面に向かって厚みが徐々に薄くなるように残渣部Ｒが設けられていることで、水晶振動部１２３からの振動漏れが、残渣部Ｒで徐々に妨げられることになる。よって、水晶振動部１２３から中間部１２２を介して水晶基部１２１への振動漏れが伝わることを抑えることができる。

また、第一実施形態に係る音叉型水晶素子１２０は、平面視した際に、傾斜面Ｓと段差面の平面とでなす角度が、５０〜７０度である。このようにすることで、残渣部Ｒの結晶軸であるＺ軸方向の厚みを薄くすることでできるため、振動漏れによる特性への影響を非常に安定させることができる。

また、第一実施形態に係る音叉型水晶素子１２０は、引き出し電極１２７に設けられた溝部Ｇを備えている。このようにすることによって、水晶振動部１２３から引き出し電極１２７までに伝わる漏れ振動を溝部Ｇで妨げることによって、音叉型水晶素子１２０をパッケージ１１０に実装する際に、等価直列抵抗が悪化することを抑えることができる。

（第二実施形態）第二実施形態に係る水晶デバイスは、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と、第一枠体１１０ｂ及び第二枠体１１０ｃによって構成されている。基板１１０ａと第一枠体１１０ｂとで第一凹部Ｋ１、第二凹部Ｋ２及び第三凹部Ｋ３が形成され、第一枠体１１０ｂと第二枠体１１０ｃとで、第四凹部Ｋ４が形成されている。また、音叉型水晶素子１２０には、水晶基部１２１及び水晶振動部１２３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。

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。

第一枠体１１０ｂは、基板１１０ａの上面の外周縁に沿って配置され、基板１１０ａの上面に第一凹部Ｋ１、第二凹部Ｋ２及び第三凹部Ｋ３を形成するためのものである。また、第二枠体１１０ｃは、第一枠体１１０ｂの上面の外周縁に沿って配置され、第一枠体１１０ｂの上面に第四凹部Ｋ４を形成するためのものである。第四凹部Ｋ４の開口部は、平面視した際に、矩形状となっている。第一枠体１１０ｂ及び第二枠体１１０ｃ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。

第一凹部Ｋ１は、一対の電極パッド１１１の間に設けられており、後述する音叉型水晶素子１２０を実装する際に、隣り合う一対の電極パッド１１１に設けられた導電性接着剤１４０の接触を抑えるためのものである。第一凹部Ｋ１は、基板１１０ａの上面と第一枠体１１０ｂとによって形成されている。このようにすることにより、仮に隣り合う一対の電極パッド１１１に設けられた導電性接着剤１４０が、音叉型水晶素子１２０を実装する際に電極パッド１１１から溢れ出たとしても、第一凹部Ｋ１内に入り込むことで、隣り合う電極パッド１１１が短絡してしまうことをさらに抑えることができる。

第二凹部Ｋ２は、後述する音叉型水晶素子１２０の振動腕部１２４と対向する位置に設けられ、振動腕部１２４が基板１１０ａの上面に接触することを抑えるためのものである。第二凹部Ｋ２は、基板１１０ａの上面と第一枠体１１０ｂとによって形成され、音叉型水晶素子１２０の振動腕部１２４と対向す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を電極パッド１１１上に実装した際に、仮に音叉型水晶素子１２０が傾いたとしても、振動腕部１２４が基板１１０ａの上面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の発振周波数の変動及び停止を抑えることが可能となる。

第三凹部Ｋ３は、後述する音叉型水晶素子１２０の錘部１２８と対向する位置に設けられ、錘部１２８が基板１１０ａの上面に接触することを抑えるためのものである。第三凹部Ｋ３は、基板１１０ａの上面と第一枠体１１０ｂとによって形成されており、音叉型水晶素子１２０の錘部１２８と対向す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を電極パッド１１１上に実装した際に、仮に音叉型水晶素子１２０が傾いたとしても、錘部１２８が基板１１０ａの上面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の発振周波数の変動及び停止を低減させることが可能となる。

第四凹部Ｋ４は、後述する音叉型水晶素子１２０を実装するためのものである。第四凹部Ｋ４は、第一枠体１１０ｂの上面と第二枠体１１０ｃとによって形成されている。

また、第一凹部Ｋ１は、第二凹部Ｋ２及び第三凹部Ｋ３と空間がつながるようにして設けられている。このようにすることにより、仮に隣り合う一対の電極パッド１１１に設けられた導電性接着剤１４０が、音叉型水晶素子１２０を実装する際に電極パッド１１１から溢れ出たとしても、第一凹部Ｋ１内に入り込み、第一凹部Ｋ１から第二凹部Ｋ２を通して第三凹部Ｋ３まで流れ出てしまうことで、隣り合う電極パッド１１１が短絡してしまうことをさらに抑えることができる。

また、平面視した際に、第一凹部Ｋ１の結晶軸方向であるＸ軸と平行な長さが、第二凹部Ｋ２の結晶軸方向であるＸ軸と平行な長さよりも小さくなるように設けられ、第二凹部Ｋ２の結晶軸方向であるＸ軸と平行な長さが、第三凹部Ｋ３の結晶軸方向であるＸ軸と平行な長さよりも小さくなるように設けられている。このようにすることにより、第一枠体１１０ｂの専有面積が、第一凹部Ｋ１から第三凹部Ｋ３に向かうにつれて小さくなるため、水晶デバイスを実装する際に、第三凹部Ｋ３の箇所に位置する基板１１０ａに応力が発生しやすくなるため、第一凹部Ｋ１の近傍にある第一枠体１１０ｂの上面に設けられた電極パッド１１１にかかる応力を小さくすることができ、音叉型水晶素子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できる。

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、第一枠体１１０ｂの上面に一対で設けられており、第一枠体１１０ｂ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第一枠体１１０ｂ及び基板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３（ａ）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３（ｂ）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、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、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、第二枠体１１０ｃ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、第二枠体１１０ｃの長辺方向に曲げモーメントが発生しても、基板１１０ａに加えて第一枠体１１０ｂ及び第二枠体１１０ｃが設けられていることにより、第二枠体１１０ｃが設けられている箇所は、変形しにくくなる。よって、第二枠体１１０ｃ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から近接された第二枠体１１０ｃ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から近接された第二枠体１１０ｃ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から第二枠体１１０ｃの長辺方向に向かって延出し、第四凹部Ｋ４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。

ここでパッケージ１１０を平面視したときの一辺の寸法が、０．８〜３．２ｍｍ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、電極パッド１１１、支持パッド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、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。

また、第一凹部Ｋ１、第二凹部Ｋ２及び第三凹部Ｋ３の大きさを説明する。基板１１０ａの一辺と平行となる第一凹部Ｋ１の長さは、０．０５〜０．３０ｍｍとなり、基板１１０ａの一辺と交わる辺と平行となる第一凹部Ｋ１の辺の長さは、０．１０〜０．６７ｍｍとなる。また、基板１１０ａの一辺と平行となる第二凹部Ｋ２の長さは、０．２０〜１．２６ｍｍとなり、基板１１０ａの一辺と交わる辺と平行となる第二凹部Ｋ２の辺の長さは、０．１０〜０．５４ｍｍとなる。また、基板１１０ａの一辺と平行となる第三凹部Ｋ３の長さは、０．３０〜１．５６ｍｍとなり、基板１１０ａの一辺と交わる辺と平行となる第三凹部Ｋ３の辺の長さは、０．５０〜１．８ｍｍ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、第二枠体１１０ｃ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３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、第二枠体１１０ｃ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。

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、真空状態にある第四凹部Ｋ４又は窒素ガスなどが充填された第四凹部Ｋ４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の第二枠体１１０ｃ上に載置され、第二枠体１１０ｃの封止用導体パターン１１７と蓋体１３０の接合部材１３１とが接合されるように熱を印加させることで接合部材１３１を溶融し、第二枠体１１０ｃに接合される。また、蓋体１３０は、封止用導体パターン１１７、第三ビア導体１１４ｃを介して基板１１０ａの下面の第三外部端子１１２ｃに電気的に接続されている。よって、蓋体１３０は、第三外部端子１１２ｃと電気的に接続されている。

接合部材１３１は、パッケージ１１０の第二枠体１１０ｃ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、銀ロウ又は金錫によって設けられている。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。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。

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。

第二実施形態に係る水晶デバイスは、音叉型水晶素子１２０を実装するための電極パッド１１１を有する基板１１０ａと、基板１１０ａの上面の外周縁に沿って設けられた枠体１１０ｂと、枠体１１０ｂの上面に接合された蓋体と、を備えている。このような水晶デバイスは、水晶基部１２１に設けられた引き出し電極１２７と、基板１１０ａ上の電極パッド１１１とが導電性接着剤１４０を介して接続されているが、隣接する引き出し電極１２７間が、従来の音叉型水晶素子と比較して離れているため、引き出し電極１２７間の短絡を低減することができる。

また、第二実施形態に係る水晶デバイスは、基板１１０ａと、基板１１０ａの外周縁に沿って設けられた第一枠体１１０ｂと、第一枠体１１０ｂの外周縁に沿って設けられた第二枠体１１０ｃと、基板１１０ａ上の短辺方向に沿って設けられた一対の電極パッド１１１と、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の一部である水晶振動部１２３と、水晶振動部１２３の先端に設けられた錘部１２８と、水晶振動部１２３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から水晶基部１２１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、を有する音叉型水晶素子１２０と、基板１１０ａと第一枠体１１０ｂとで形成され、電極パッド１１１間に設けられた第一凹部Ｋ１と、基板１１０ａと第一枠体１１０ｂとで形成され、水晶振動部１２３と対向する位置に設けられた第二凹部Ｋ２と、基板１１０ａと第一枠体１１０ｂとで形成され、錘部１２８と対向する位置に設けられた第三凹部Ｋ３と、を備えている。

このようにすることで、音叉型水晶素子１２０を電極パッド２１１上に実装した際に、仮に音叉型水晶素子１２０が傾いたとしても、第二凹部Ｋ２及び第三凹部Ｋ３によって、振動腕部１２４及び錘部１２８が基板２１０ａの上面に接触することを抑えることができるので、水晶デバイスは、音叉型水晶素子１２０の発振周波数の変動及び停止を抑えることが可能となる。また、水晶デバイスは、第一凹部Ｋ１によって、仮に隣り合う一対の電極パッド１１１に設けられた導電性接着剤１４０が、音叉型水晶素子１２０を実装する際に電極パッド１１１から溢れ出たとしても、第一凹部Ｋ１内に入り込むことで、隣り合う電極パッド１１１が短絡してしまうことをさらに抑えることができる。

また、第二実施形態に係る水晶デバイスは、第一凹部Ｋ１と第二凹部Ｋ２と第三凹部Ｋ３とがつながるようにして設けられている。このようにすることで、仮に隣り合う一対の電極パッド１１１に設けられた導電性接着剤１４０が、音叉型水晶素子１２０を実装する際に電極パッド１１１から溢れ出たとしても、第一凹部Ｋ１内に入り込み、第一凹部Ｋ１から第二凹部Ｋ２を通して第三凹部Ｋ３まで流れ出てしまうことで、隣り合う電極パッド１１１が短絡してしまうことをさらに抑えることができる。

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、第二枠体１１０ｃが基板１１０ａ及び第一枠体１１０ｂ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、第二枠体１１０ｃ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。

１１０・・・パッケージ
１１０ａ・・・基板
１１０ｂ・・・第一枠体
１１０ｃ・・・第二枠体
１１１・・・電極パッド
１１２・・・外部端子
１１３・・・配線パターン
１１４・・・ビア導体
１１５・・・接続パッド
１１７・・・封止用導体パターン
１２０・・・音叉型水晶素子
１２１・・・水晶基部
１２２・・・中間部
１２３・・・水晶振動部
１２４・・・振動腕部
１２５、１２６・・・励振電極
１２７・・・引き出し電極
１２８・・・錘部
１２９・・・周波数調整電極
１３０・・・蓋体
１３１・・・接合部材
１４０・・・導電性接着剤
Ｋ１・・・第一凹部
Ｋ２・・・第二凹部
Ｋ３・・・第三凹部
Ｍ・・・切込み部
Ｇ・・・溝部
Ｒ・・・残渣部
Ｓ１・・・水晶基部の外側側面とつながる平面
Ｓ２・・・傾斜面
ＳＰ・・・段差面
α・・・傾斜面の角度
Ｔ・・・凸部

Claims

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る中間部と、
前記中間部の側面より延出した前記中間部の一部である水晶振動部と、
前記水晶振動部の先端に設けられた錘部と、
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中間部及び前記水晶基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、
前記中間部が、一方の前記水晶振動部の外側側面と他方の前記水晶振動部の外側側面との間の間隔よりも幅広とされ、
前記水晶基部が、前記中間部よりも幅広とされ、
前記水晶基部と前記中間部とによって形成された段差面より、前記水晶振動部と同一方向に延出するようにして設けられた凸部を備えていることを特徴とする音叉型水晶素子
請求項１記載の音叉型水晶素子であって、
前記凸部が、前記水晶基部の外側側面とつながる平面と、前記平面と接続され前記段差面に向かって形成された傾斜面と、を備えていることを特徴とする音叉型水晶素子
請求項２記載の音叉型水晶素子であって、
前記傾斜面と、前記水晶振動部の外側側面との間に設けられた残渣部とを備えていることを特徴とする音叉型水晶素子
請求項２記載の音叉型水晶素子であって、
平面視した際に、前記傾斜面と前記段差面の平面とでなす角度が、５０〜７０度であることを特徴とする音叉型水晶素子
請求項１記載の音叉型水晶素子であって、
前記引き出し電極に設けられた溝部を備えていることを特徴とする音叉型水晶素子
請求項１記載の音叉型水晶素子と、
前記音叉型水晶素子を実装するための電極パッドを有する基板と、
前記基板の上面の外周縁に沿って設けられた枠体と、
前記枠体の上面に接合された蓋体と、を備えたことを特徴とする水晶デバイス