JP2022181349A - 圧電振動デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】高周波化に対応する共に、振動部と励振電極との間隔を一定に制御するのが容易な圧電振動デバイスを提供する。
【解決手段】圧電振動板２と、圧電振動板２の一方の主面に接合される第１封止部材３と、圧電振動板２の他方の主面に接合される第２封止部材４とを備え、
圧電振動板２は、一方の主面の中央部を、平坦な他方の主面側へ窪ませて他方の主面との間の肉厚を、外周部の肉厚よりも薄くした振動部２１を有しており、この振動部２１の平坦に他方の主面に対して、一定間隔となるように、第２励振電極４２を形成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電振動子等の圧電振動デバイスに関する。

近年、各種電子機器の動作周波数の高周波化が進んでおり、それに伴って圧電振動デバイス、例えば圧電振動子も高周波化が求められている。

高周波化を図った圧電振動子として、励振電極を形成する振動部における圧電振動片の厚さを薄くして高周波での共振を可能とする一方で、振動部の周囲の圧電振動片の厚さを厚くして剛性を確保した、いわゆる逆メサ型の圧電振動子がある。

このような逆メサ型の圧電振動子では、振動部における圧電振動片の厚さを薄くしていくと、相対的に振動部の励振電極の質量が大きくなって、振動部が、励振電極による拘束を受けて特性が悪化する。

このため、振動部に励振電極を形成するのではなく、振動部の励振面から一定間隔をおいて励振電極を配置した圧電振動子、いわゆる、空間電界方式の圧電振動子が提案されている(例えば、特許文献１参照)。

特開２００３－１７４３５２号公報

上記特許文献１の圧電振動子では、圧電振動片の振動部の励振面と、圧電振動片に対向する電極支持部材に形成した励振電極との間隔（空間ギャップ）を一定間隔としている。

圧電振動板の振動部の励振面は、周波数調整のために圧電振動片をハーフエッチングして薄肉化するものであるために、圧電振動片の振動部の厚みのばらつきにより掘り込み深さのばらつきが生じ易く、微小に設定する必要がある振動部の励振面と励振電極との間隔を一定に制御するのが容易でないという課題がある。

本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであって、高周波化に対応する共に、振動部と励振電極との間隔を一定に制御するのが容易な圧電振動デバイスを提供することを目的とする。

本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。

（１）本発明に係る圧電振動デバイスは、圧電振動板と、該圧電振動板の両主面の一方の主面に接合される第１封止部材と、前記圧電振動板の前記両主面の他方の主面に接合される第２封止部材とを備える圧電振動デバイスであって、
前記圧電振動板は、前記一方の主面の中央部を、平坦な前記他方の主面側へ窪ませて前記他方の主面との間の肉厚を、外周部の肉厚よりも薄くした振動部を有する。

本発明に係る圧電振動デバイスによると、圧電振動板の一方の主面の中央部を、平坦な他方の主面側へ窪ませて肉厚を薄くした振動部としているので、振動部の他方の主面は、圧電振動板の、例えば鏡面加工等によって平滑面とされた平坦な他方の主面である。

したがって、空間電界方式によって振動部を励振させるために、励振電極を形成する場合には、振動部の平坦な他方の主面に対して、一定間隔となるように、励振電極を形成すればよい。これによって、ハーフエッチングによって形成される振動部の励振面に対して、一定間隔となるように励振電極を形成する上記特許文献１のように、掘り込み深さのばらつきの影響を受けることがなく、一定間隔に制御するのが容易である。

（２）本発明の好ましい実施態様では、前記圧電振動板は、前記一方の主面の前記中央部が前記他方の主面側へ窪んだ第１凹部を有し、前記第２封止部材は、前記圧電振動板に接合される側の主面が窪んだ第２凹部を有し、前記第１封止部材が前記圧電振動板の前記一方の主面に接合されて、前記第１凹部が封止されてなる第１内部空間が形成され、前記第２封止部材が前記圧電振動板の前記他方の主面に、前記第２凹部が前記振動部に対向するように接合されて、前記第２凹部が封止されてなる第２内部空間が形成され、前記圧電振動板の前記振動部の前記第１封止部材に対向する対向面、又は、前記第１封止部材の前記振動部に対向する対向面に、第１励振電極が形成され、前記圧電振動板の前記振動部の前記第２封止部材に対向する対向面、又は、前記第２封止部材の前記振動部に対向する対向面に、第２励振電極が形成されている。

この実施態様によると、第１励振電極は、第１内部空間の圧電振動板の振動部の第１封止部材に対向する対向面、又は、前記第１封止部材の前記振動部に対向する対向面に形成され、第２励振電極は、第２内部空間の前記圧電振動板の前記振動部の前記第２封止部材に対向する対向面、又は、前記第２封止部材の前記振動部に対向する対向面に形成されている。

（３）本発明の一実施態様では、前記圧電振動板の前記振動部の周囲には、該振動部と前記外周部とを連結する連結部を除いて貫通部が形成され、前記第１内部空間と前記第２内部空間とが、前記貫通部を介して連通している。

この実施態様によると、振動部の周囲には、貫通部が形成されているので、振動部に作用する応力を低減することができる。

（４）本発明の他の実施態様では、前記第２励振電極が、前記第２封止部材の前記対向面に形成されている。

この実施態様によると、第２励振電極は、圧電振動板の平坦な他方の主面に接合される第２封止部材の、圧電振動板の振動部に対向する対向面に形成されている。この対向面は、振動部の平坦な他方の主面に対向するものであるので、この対向面に形成される第２励振電極は、振動部の平坦な他方の主面に対して一定間隔となるように形成すればよく、ハーフエッチングによって形成される振動部の励振面に対して、一定間隔となるように励振電極を形成する場合のように、掘り込み深さのばらつきの影響を受けることがなく、一定間隔に制御するのが容易である。

また、第２励振電極は、圧電振動板の振動部ではなく、第２封止部材に形成されているので、その分、圧電振動板の振動部の質量負荷を削減することができ、振動特性が良好となる。

（５）本発明の更に他の実施態様では、前記第１励振電極が、前記圧電振動板の前記振動部の前記対向面に形成されている。

この実施態様によると、第１励振電極は、圧電振動板の振動部に形成されているので、第１励振電極と振動部との間隔を考慮する必要がない。

（６）本発明の一実施態様では、前記第１封止部材は、前記圧電振動板の前記第１凹部に対応する凸部を備え、前記凸部の突出した端面は、前記圧電振動板の前記振動部に対向する前記対向面であって、該対向面に、前記第１励振電極が形成されている。

この実施態様によると、第１封止部材の凸部の突出した端面に第１励振電極が形成されるので、この凸部の突出量を制御して、第１励振電極と振動部との間隔を一定にすることができる。

また、第１励振電極は、圧電振動板の振動部ではなく、第１封止部材に形成されているので、その分、圧電振動板の振動部の質量負荷を削減することができる。

（７）本発明の他の実施態様では、前記第１励振電極及び前記第２励振電極は、下地金属膜に、金（Ａｕ）膜が積層されてなる積層金属膜を含んでいる。

(８)本発明の更に他の実施態様では、前記第１励振電極及び前記第２励振電極は、アルミニウム(Ａｌ)からなる金属膜を含んでいる。

この実施態様によると、第１，第２励振電極の金属膜として、比重の小さなアルミニウム(Ａｌ)を用いることによって、第１および／または第２励振電極を振動部に形成した場合に、振動部の質量負荷を軽減することができ、振動特性が良好となる。

(９)本発明の一実施態様では、前記第２封止部材の外面に、当該圧電振動デバイスを外部基板に実装するための複数の外部接続端子が設けられている。

この実施態様によると、第２封止部材は、実装用の外部接続端子を有しているので、当該圧電振動デバイスを、外部基板に表面実装することができる。

(１０)本発明の他の実施態様では、前記第１封止部材の外面に、発振回路を含む集積回路素子または感温素子を実装するための複数の実装端子が設けられている。

この実施態様によると、第１封止部材の外面に、発振回路を含む集積回路素子や感温素子を実装して圧電発振器等を構成することができる。

本発明によれば、圧電振動板の一方の主面の中央部を、平坦な他方の主面側へ窪ませて肉厚を薄くした振動部としているので、振動部の他方の主面は、圧電振動板の、例えば鏡面加工等によって平滑面とされた平坦な他方の主面である。

したがって、空間電界方式によって振動部を励振させるために、励振電極を形成する場合には、振動部の平坦な他方の主面に対して、一定間隔となるように、励振電極を形成すればよいので、ハーフエッチングによって形成される振動部の励振面に対して、一定間隔となるように励振電極を形成する場合のように、掘り込み深さのばらつきの影響を受けることがなく、一定間隔に制御するのが容易である。

図１は本発明の一実施形態に係る水晶振動子の概略側面図である。 図２は図１の水晶振動板の一方の主面側を示す概略平面図である。 図３は図１の水晶振動板の一方の主面側から透視した他方の主面側を示す概略平面図である。 図４は図２の水晶振動板のＡ－Ａ線に沿う概略断面図である。 図５は図１の第１封止部材の一方の主面側を示す概略平面図である。 図６は図１の第１封止部材の一方の主面側から透視した他方の主面側を示す概略平面図である。 図７は図１の第２封止部材の一方の主面側を示す概略平面図である。 図８は図１の第２封止部材の一方の主面側から透視した他方の主面側を示す概略平面図である。 図９は図７の第２封止部材のＢ－Ｂ線に沿う概略断面図である。 図１０は接合前の状態を示す第１封止部材、水晶振動板及び第２封止部材の概略断面図である。 図１１は本発明の他の実施形態に係る水晶振動子の概略断面図である。 図１２は本発明の更に他の実施形態の水晶振動板の概略断面図である。 図１３は本発明の他の実施形態の水晶発振器の概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。この実施形態では、圧電振動デバイスとして水晶振動子に適用して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る水晶振動子の概略側面図である。

この実施形態の水晶振動子１は、圧電振動板である水晶振動板２と、水晶振動板２の一方の主面側を覆って気密に封止する第１封止部材３と、水晶振動板２の他方の主面側を覆って気密に封止する第２封止部材４とを備えている。

この水晶振動子１では、水晶振動板２と第１封止部材３とが接合されると共に、水晶振動板２と第２封止部材４とが接合されて、略直方体のサンドイッチ構造のパッケージが構成される。

この実施形態の水晶振動子１のパッケージサイズは、平面視矩形であって、例えば、１．０ｍｍ×０．８ｍｍであり、小型化及び低背化を図っている。なお、パッケージサイズは、上記に限定されるものではなく、異なるサイズであってもよい。

この実施形態の水晶振動子１は、その発振周波数が高く、例えば３００ＭＨｚ以上である。このような高周波に対応するために、水晶振動子１では、図１の仮想線で示すように水晶振動板２の振動部２１には、第１励振電極２５のみを形成して質量を低減し、第２封止部材４に、水晶振動板２の振動部２１に対向する第２励振電極４２を形成している。ここで、振動部とは、交流電界の印加によって振動する部分であり、振動部２１は、後述の励振電極２５，４２で交流電界を印加することによって振動する。

以下、水晶振動子１を構成する水晶振動板２及び第１，第２封止部材３，４の各構成について個別に説明する。

以下では、説明の便宜上、水晶振動板２及び第１，第２封止部材３，４のそれぞれの両主面の内、図１において上側に位置する一方の主面を表面、図１において下側に位置する他方の主面を裏面として説明する。

図２は、水晶振動板２の一方の主面である表面側を示す概略平面図であり、図３は、水晶振動板２の表面側から透視した他方の主面である裏面側を示す概略平面図であり、図４は、図２のＡ－Ａ線に沿う概略断面図である。

この実施形態の水晶振動板２は、厚みすべり振動を行うＡＴカットの水晶板であり、水晶板を水晶の結晶軸であるＸ軸の周りに３５°１５´回転させて加工した水晶板であり、その表裏の両主面が、ＸＺ´平面である。なお、水晶振動板２は、ＡＴカットの水晶板に限らず、ＳＣカットの水晶板を用いてもよい。

この表裏の両主面は、鏡面加工されて平坦な平滑面とされている。この水晶振動板２は、一方の主面である表面の中央部が、平坦な他方の主面である裏面側へ窪んだ平面視略矩形の振動部２１と、この振動部２１の周囲を、貫通部２２を挟んで取り囲む厚肉の枠部２３と、振動部２１と枠部２３とを連結する連結部２４とを備えている。振動部２１と連結部２４とは、外周部としての枠部２３に比べて薄肉である。

水晶振動板２の振動部２１、その周囲の貫通部２２及び連結部２４は、ＡＴカットの水晶板を一方の主面側である表面側からウェットエッチングすることで形成することができる。

図２及び図４に示すように、水晶振動板２の振動部２１の表面には、第１励振電極２５が形成されている。この振動部２１の裏面には、図３に示すように、第２励振電極は形成されていない。振動部２１の裏面は、エッチングされておらず、鏡面加工された平坦な平滑面のままである。

振動部２の表面の第１励振電極２５からは、図２に示すように、平面視矩形の水晶振動板２の一方の短辺側（図２の右側）へ第１引出し電極２６が引出され、この第１引出し電極２６によって、連結部２４を経て枠部２３に形成された接続用接合パターン２００に接続されている。

水晶振動板２の枠部２３の表裏の各主面には、図２，図３に示すように、水晶振動板２を、第１，第２封止部材３，４にそれぞれ接合するための第１，第２封止用接合パターン２０１，２０２が、振動部２１を囲む枠部２３の全周に亘って、平面視矩形の水晶振動板２の外周に沿うように環状にそれぞれ形成されている。

水晶振動板２には、枠部２３の表裏の両主面間を貫通する５つの第１～第５貫通電極２１１～２１５が形成されている。各貫通電極２１１～２１５は、貫通孔の内壁面に金属膜が被着されて構成されている。第１～第４貫通電極２１１～２１４は、平面視矩形の水晶振動板２の４つの角部付近に形成されている。第５貫通電極２１５は、第３貫通電極２１３の近傍に形成されている。

図２に示すように、水晶振動板２の枠部２３の表面の第１～第３貫通電極２１１～２１３の周囲には、第１～第３接続用接合パターン２２１～２２３がそれぞれ形成されている。第１～第３貫通電極２１１～２１３は、第１～第３接続用接合パターン２２１～２２３にそれぞれ電気的に接続されている。第１～第３接続用接パターン２２１～２２３は、水晶振動板２の３つの各角部付近において、第１封止用接合パターン２０１が形成されていない領域に形成されている。すなわち、第１～第３接続用接パターン２２１～２２３及び第１～第３貫通電極２１１～２１３は、水晶振動板２の外周に沿うように環状に形成されている第１封止用接合パターン２０１に接続されておらず、第１封止用接合パターン２０１とは分離されている。これに対して、第４貫通電極２１４は、第１封止用接合パターン２０１の形成領域に形成されており、第４貫通電極２１４は、第１封止用接合パターン２０１に電気的に接続されている。

水晶振動板２の枠部２３の表面の第５貫通電極２１５の周囲には、第５接続用接合パターン２２５が形成されている。第５貫通電極２１５は、第５接続用接合パターン２２５に電気的に接続されている。平面視矩形の水晶振動板２の一方の短辺側（図２の右側）の第５貫通電極２１５とは、振動部２１を挟んだ他方の短辺側（図２の左側）には、接続用接合パターン２２６が形成されている。

図３に示すように、水晶振動板２の枠部２３の裏面の第１～第３貫通電極２１１～２１３の周囲には、第１～第３接続用接合パターン２３１～２３３がそれぞれ形成されている。第１～第３貫通電極２１１～２１３は、第１～第３接続用接合パターン２３１～２３３にそれぞれ電気的に接続されている。第１～第３接続用接パターン２３１～２３３は、水晶振動板２の３つの各角部付近において、第２封止用接合パターン２０２が形成されていない領域に形成されている。すなわち、第１～第３接続用接合パターン２３１～２３３及び第１～第３貫通電極２１１～２１３は、水晶振動板２の外周に沿うように環状に形成されている第２封止用接合パターン２０２に接続されておらず、第２封止用接合パターン２０２とは分離されている。これに対して、第４貫通電極２１４は、第２封止用接合パターン２０２の形成領域に形成されており、第４貫通電極２１４は、第２封止用接合パターン２０２に電気的に接続されている。

水晶振動板２の枠部２３の裏面の第５貫通電極２１５の周囲には、第５接続用接合パターン２３５が形成されている。第５貫通電極２１５は、第５接続用接合パターン２３５に電気的に接続されている。第５接続用接合パターン２３５は、第４貫通電極２１４の近傍の第６接続用接合パターン２３６に接続されている。水晶振動板２の一方の短辺側（図３の右側）の第５貫通電極２１５とは、振動部２１を挟んだ他方の短辺側（図３の左側）には、第７接続用接合パターン２３７が形成されている。

この実施形態の水晶振動板２の第１励振電極２５、第１引出し電極２６、第１，第２封止用接合パターン２０１，２０２、及び、各接続用接合パターン２００，２２１～２２３，２３１～２３３，２３５～２３７は、例えば、チタン(Ｔｉ)からなる下地金属膜上に、金(Ａｕ)膜が積層された積層金属膜によって構成されている。この積層金属膜は、例えば、アルミニウム(Ａｌ)の単層金属膜で構成してもよい。

図５は、第１封止部材３の一方の主面である表面側を示す概略平面図であり、図６は、第１封止部材３の表面側から透視した他方の主面である裏面側を示す概略平面図である。

第１封止部材３は、水晶振動板２と同様のＡＴカット水晶板からなる直方体の基板であり、水晶振動板２に接合される裏面は、鏡面加工された平坦な平滑面とされている。この第１封止部材３の裏面には、図６に示すように水晶振動板２の表面の第１封止用接合パターン２０１に接合して封止するための第１封止用接合パターン３０１が、平面視矩形の第１封止部材３の全周に亘って、その外周に沿うように環状に形成されている。

第１封止部材３には、その表裏の両主面間を貫通する６つの第１～第６貫通電極３１１～３１６が形成されている。各貫通電極３１１～３１６は、貫通孔の内壁面に金属膜が被着されて構成されている。第１～第４貫通電極３１１～３１４は、平面視矩形の第１封止部材３の４つの角部付近に形成されている。第５貫通電極３１５は、図２に示される水晶振動板２の表面の第１励振電極２５から引き出された接続用接合パターン２００に対応するように、環状の第１封止用接合パターン３０１の内側であって、平面視矩形の第１封止部材３の一方の短辺側（図６の右側）に形成されている。

第１封止部材３の裏面の第１～第３貫通電極３１１～３１３の周囲には、図６に示すように、第１～第３接続用接合パターン３２１～３２３がそれぞれ形成されている。第１～第３貫通電極３１１～３１３は、第１～第３接続用接合パターン３２１～３２３にそれぞれ電気的に接続されている。第１～第３接続用接合パターン３２１～３２３は、第１封止部材３の３つの各角部付近において、第１封止用接合パターン３０１が形成されていない領域に形成されている。すなわち、第１～第３接続用接合パターン３２１～３２３及び第１～第３貫通電極３１１～３１３は、環状に形成されている第１封止用接合パターン３０１に接続されておらず、第１封止用接合パターン３０１とは分離されている。これに対して、第４貫通電極３１４は、第１封止用接合パターン３０１の形成領域に形成されており、第４貫通電極３１４は、第１封止用接合パターン３０１に電気的に接続されている。

第１封止部材３の裏面の第５貫通電極３１５の周囲には、第５接続用接合パターン３２５が形成されており、第５貫通電極３１５は、この接続用接合パターン３２５に電気的に接続されている。

第１封止部材３の裏面の第６貫通電極３１６の周囲には、第６接続用接合パターン３２６が形成されており、第６貫通電極３１６は、第６接続用接合パターン３２６に電気的に接続されている。この第６接続用接合パターン３２６が、平面視矩形の第１封止部材３の他方の短辺側（図６の左側）に形成されているのに対して、第１封止部材３の一方の短辺側（図６の右側）には、第７接続用接合パターン３２７が形成されている。この第７接続用接合パターン３２７は、図２に示される水晶振動板２の表面の第５接続用接合パターン２２５に対応するように形成されている。第７接続用接合パターン３２７と、第６貫通電極３１６の周囲の第６接続用接合パターン３２６とは、接続用配線パターン３３０によって電気的に接続されている。したがって、第１封止部材３の裏面の第７接続用接合パターン３２７は、第１封止部材３の第６貫通電極３１６に電気的に接続されている。

第１封止部材３の表面には、図５に示すように、配線用の第１、第２金属膜３１，３２と、シールド用の第３金属膜３３とが形成されている。

第１封止部材３の第２貫通電極３１２と第６貫通電極３１６とが、配線用の第１金属膜３１によって電気的に接続されている。この第１金属膜３１は、後述のように、第２封止部材４の表面の第２励振電極４２を、第２封止部材４の裏面の第２外部接続端子４３２に電気的に接続する。

第１封止部材３の第３貫通電極３１３と第５貫通電極３１５とが、配線用の第２金属膜３２によって電気的に接続されている。この第２金属膜３２は、後述のように、水晶振動板２の表面の第１励振電極２５を、第２封止部材４の裏面の第３外部接続端子４３３に電気的に接続する。

シールド用の第３金属膜３３は、第１金属膜３１と第２金属膜３２との間の広い領域に形成されている。第１封止部材３の第１貫通電極３１１と第４貫通電極３１４とが、第３金属膜３３によって電気的に接続されている。この第３金属膜３３は、後述のように、第２封止部材４の裏面の第１外部接続端子４３１と第４外部接続端子４３４とを電気的に接続する。

第１封止部材３の第１～第３金属膜３１～３３、第１封止用接合パターン３０１、各接続用接合パターン３２１～３２３，３２５～３２７、及び、接続用配線パターン３３０は、水晶振動板２の第１，第２封止用接合パターン２０１，２０２等と同様に、例えば、チタン(Ｔｉ)からなる下地金属膜上に、金(Ａｕ)膜が積層された積層金属膜によって構成されている。この積層金属膜は、例えば、アルミニウム(Ａｌ)の単層金属膜で構成してもよい。

図７は、第２封止部材４の一方の主面である表面側を示す概略平面図であり、図８は、第２封止部材４の表面側から透視した他方の主面である裏面側を示す概略平面図であり、図９は、図７のＢ－Ｂ線に沿う概略断面図である。

第２封止部材４は、水晶振動板２や第１封止部材３と同様のＡＴカット水晶板からなる直方体の基板であり、水晶振動板２に接合される表面は、鏡面加工された平坦な平滑面とされている。

第２封止部材４の表面には、図７に示すように、水晶振動板２の裏面の第２封止用接合パターン２０２に接合して封止するための第２封止用接合パターン４０２が、平面視矩形の第２封止部材４の全周に亘って、その外周に沿うように環状に形成されている。

第２封止部材４の表面は、図９に示すように、水晶振動板２の振動部２１に対向する領域が、窪んだ凹部４１となっており、この凹部４１に、第２励振電極４２が形成されている。第２封止部材４の表面の凹部４１は、ＡＴカット水晶板を一方の主面である表面側からウェットエッチングすることで形成することができる。

このように第２励振電極４２は、水晶振動板２の振動部２１の裏面に対向する凹部４１が形成されているので、水晶振動板２の図１の仮想線で示される振動部２１の裏面と、第２封止部材４の凹部４１に形成された第２励振電極４２との間隔Ｇを一定にする場合に、振動部２１の平坦な裏面に対して、凹部４１を形成すると共に、第２励振電極４２を形成すればよい。

これによって、ハーフエッチングによって形成される振動部の励振面に対して、一定間隔となるように励振電極を形成する上記特許文献１のように、掘り込み深さのばらつきの影響を受けることがなく、一定間隔に制御するのが容易である。

第２封止部材４の表面の第２励振電極４２からは、図７に示すように、平面視矩形の第２封止部材４の一方の短辺側（図７の右側）へ第２引出し電極４３が引出され、第４接続用接合パターン４２４に接続され、更に、短辺方向に延びて第５接続用接合パターン４２５に接続されている。

第２封止部材４には、その表裏の両主面間を貫通する４つの第１～第４貫通電極４１１～４１４が形成されている。各貫通電極４１１～４１４は、貫通孔の内壁面に金属膜が被着されて構成されている。第１～第４貫通電極４１１～４１４は、平面視矩形の第２封止部材４の４つの角部付近に形成されている。

第２封止部材４の表面の第１～第３貫通電極４１１～４１３の周囲には、図７に示すように、第１～第３接続用接合パターン４２１～４２３がそれぞれ形成されている。第１～第３貫通電極４１１～４１３は、第１～第３接続用接合パターン４２１～４２３にそれぞれ電気的に接続されている。第１～第３接続用接パターン４２１～４２３は、第２封止部材４の３つの各角部付近において、第２封止用接合パターン４０２が形成されていない領域に形成されている。すなわち、第１～第３接続用接パターン４２１～４２３及び第１～第３貫通電極４１１～４１３は、環状に形成されている第２封止用接合パターン４０２に接続されておらず、分離されている。これに対して、第４貫通電極４１４は、第２封止用接合パターン４０２の形成領域に形成されており、第４貫通電極４１４は、第２封止用接合パターン４０２に電気的に接続されている。第２封止部材４の他方の短辺側（図７の左側）には、第６接続用接合パターン４２６が形成されている。

第２封止部材４の裏面には、図８に示すように、当該水晶振動子１を、外部の回路基板に実装するための４つの第１～第４外部接続端子４３１～４３４が設けられている。第１～第４外部接続端子４３１～４３４は、第１～第４貫通電極４１１～４１４にそれぞれ電気的に接続されている。

第２封止部材４の表面の第２励振電極４２、第２引出し電極４３、第２封止用接合パターン４０２、及び、各接続用接合パターン４２１～４２６は、水晶振動板２の第１，第２封止用接合パターン２０１，２０２等と同様に、例えば、チタン(Ｔｉ)からなる下地金属膜上に、金(Ａｕ)膜が積層された積層金属膜によって構成されている。この積層金属膜は、例えば、アルミニウム(Ａｌ)の単層金属膜で構成してもよい。

第２封止部材４の裏面の第１～第４外部接続端子４３１～４３４は、例えば、チタン(Ｔｉ)からなる下地金属膜上に、耐半田用のＮｉ－Ｔｉ合金層が形成され、このＮｉ－Ｔｉ合金層上に、金(Ａｕ)膜が形成された積層金属膜によって構成されている。

この実施形態では、図１０に示すように、第１封止部材３、水晶振動板２、及び、第２封止部材４の位置を合せて、水晶振動板２と第１封止部材３とを、その第１封止用接合パターン２０１，３０１を重ね合わせた状態で拡散接合すると共に、水晶振動板２と第２封止部材４とを、その第２封止用接合パターン２０２，４０２を重ね合わせた状態で拡散接合して、図１に示すサンドイッチ構造のパッケージを得る。これによって、水晶振動板２の振動部２１の第１励振電極２５及び第２封止部材４の内底面の第２励振電極４２が収容された内部空間が気密に封止される。

この場合、水晶振動板２の第１封止用接合パターン２０１と、第１封止部材３の第１封止用接合３０１との拡散接合によって、接合材が生成されて接合され、また、水晶振動板２の第２封止用接合パターン２０２と、第２封止部材４の第２封止用接合パターン４０２との拡散接合によって、接合材が生成されて接合される。

この拡散接合を、加圧した状態で行うことによって、接合材の接合強度を向上させることが可能である。

また、この拡散接合の際に、上記の各接続用接合パターン同士も重ね合わせられた状態で拡散接合され、この拡散接合によって生成された接合材によって接合される。

この拡散接合によって、水晶振動板２の表面の第１励振電極２５は、第１引出し電極２６、接続用接合パターン２００、第２封止部材３の裏面の第５接続用接合パターン３２５及び第５貫通電極３１５、第２封止部材３の表面の第２金属膜３２及び第３貫通電極３１３、第２封止部材３の裏面の第３接続用接合パターン３２３、水晶振動板２の表面の第３接続用接合パターン２２３及び第３貫通電極２１３、水晶振動板２の裏面の第３接続用接合パターン２３３、第２封止部材４の表面の第３接続用接合パターン４２３及び第３貫通電極４１３を順に経由して第２封止部材４の裏面の第３外部接続端子４３３に電気的に接続される。

また、第２封止部材４の表面の第２励振電極４２は、第２引出し電極４３、第４，第５接続用接合パターン４２４，４２５、水晶振動板２の裏面の第５，第６接続用接合パターン２３５，２３６及び第５貫通電極２１５、水晶振動板２の表面の第５接続用接合パターン２２５、第１封止部材３の裏面の第７接続用接合パターン３２７、接続用配線パターン３３０、第６接続用接合パターン３２６及び第６貫通電極３１６、第２封止部材３の表面の第１金属膜３１及び第２貫通電極３１２、第２封止部材３の裏面の第２接続用接合パターン３２２、水晶振動板２の表面の第２接続用接合パターン２２２及び第２貫通電極２１２、水晶振動板２の裏面の第２接続用接合パターン２３２、第２封止部材４の表面の第２接続用接合パターン４２２及び第２貫通電極４１２を順に経由して第２封止部材４の裏面の第２外部接続端子４３２に電気的に接続される。

本実施形態では、水晶振動板２と第２封止部材４の接合を拡散接合によって行っているので、水晶振動板２の振動部２１の平坦な裏面と、第２封止部材４の凹部４１に形成された第２励振電極との間隔Ｇ（後述）を、高精度に維持することができる。

第２封止部材３の表面のシールド用の第３金属膜３３は、第１貫通電極３１１、第２封止部材３の裏面の第１接続用接合パターン３２１、水晶振動板２の表面の第２接続用接合パターン２２１及び第１貫通電極２１１、水晶振動板２の裏面の第１接続用接合パターン２３１、第２封止部材４の表面の第１接続用接合パターン４２１及び第１貫通電極４１１を順に経由して第２封止部材４の裏面の第１外部接続端子４３１に電気的に接続される。

また、第２封止部材３の表面のシールド用の第３金属膜３３は、第４貫通電極３１４、第２封止部材３の裏面の第１封止用接合パターン３０１及び第４貫通電極３１４、水晶振動板２の表面の第１封止用接合パターン２０１及び第４貫通電極２１４、水晶振動板２の裏面の第２封止用接合パターン２０２、第２封止部材４の表面の第２封止用接合パターン４０２及び第４貫通電極４１４を順に経由して第２封止部材４の裏面の第４外部接続端子４３４に電気的に接続される。

上記のような構成を有する図１の水晶振動子１では、その裏面側である第２封止部材４の第１～第４外部接続端子４３１～４３４が、半田等の接合材によって、図示しない外部の回路基板に接合されて実装される。このとき、シールド用の第３金属膜３３に電気的に接続された第１，第４外部接続端子４３１，４３４は、グランド端子としてアース接続される。

上記の拡散接合によって構成された水晶振動子１では、第１封止部材２と水晶振動板２との間隔、及び、水晶振動板２と第２封止部材４との間隔を、１．００μｍ以下（具体的には、本実施の形態のＡｕ－Ａｕ接合では、０．１５μｍ～１．００μｍ）にすることができる。この間隔は、金属ペースト封止材（例えば、５μｍ～２０μｍ）を用いた接合に比べて非常に薄肉となっている。これにより、水晶振動板２の振動部２１の平坦な裏面と、第２封止部材４に形成された第２励振電極との間隔Ｇを、非常に小さくすることができる。その結果、高周波化に対応しつつ、抵抗値の低い水晶振動子を得ることができる。

また、この実施形態では、図１の仮想線で示される水晶振動板２の振動部２１の平坦な裏面と、第２封止部材４の凹部４１に形成された第２励振電極４２との間隔Ｇは、０．０５μｍ～１．０５μｍであるのが好ましい。この間隔Ｇは、狭い方が好ましいので、上記のＡｕ－Ａｕ接合の間隔が、例えば、下限値の０．１５μｍである場合には、第２励振電極４２の厚みを、第２封止部材４の凹部４１の深さよりも０．１μｍ厚くすることによって、間隔Ｇを、前記０．０５μｍとするのが好ましい。なお、第２封止部材４に凹部４１を形成することなく、第２封止部材４の表面に、第２励振電極４２を形成してもよい。

前記間隔Ｇが、０．０５μｍ未満になると、水晶振動板２の振動部２１と第２封止部材４の第２励振電極４２との間隔が狭くなり過ぎて、両者が接触する虞がある。

逆に、前記間隔Ｇが、１．０５μｍを超えると、水晶振動板２の振動部２１と第２封止部材４の第２励振電極４２との間隔が広くなり過ぎて、良好な特性、例えば良好なクリスタルインピーダンス値（ＣＩ値）を得ることができない。

本実施形態によれば、水晶振動板２の表面の中央部を、平坦な裏面側へ窪ませて振動部２１としているので、振動部２１の裏面は、鏡面加工によって平滑化された平坦な面である。したがって、第２封止部材４に形成される第２励振電極４２は、水晶振動板２の振動部２の平滑な裏面に対して一定間隔となるように形成すればよい。

これによって、ハーフエッチングによって形成される振動部の励振面に対して、一定間隔となるように励振電極を形成する上記特許文献１のように、掘り込み深さのばらつきの影響を受けることがないので、振動部２１の裏面と第２励振電極４２との間隔を一定に制御するのが容易である。

また、水晶振動板２の振動部２１には、第２励振電極４２を形成しないので、水晶振動板２の振動部２１の質量負荷を削減することができ、振動特性を良好にすることができる。

上記実施形態では、水晶振動板２の振動部２１の表面に第１励振電極２５を形成したが、本発明の他の実施形態として、図１１に示すように、第１封止部材３ａに第１励振電極２５ａを形成してもよい。

この水晶振動子１ａでは、第１封止部材３ａは、水晶振動板２ａの窪んだ振動部２１ａに近接するように突出した凸部３５を有している。この凸部３５は、その突出した端面が、水晶振動板２ａの振動部２１ａに対向しており、この対向面に、第１励振電極２５ａが形成されている。

第２封止部材４ａには、上記実施形態と同様に、水晶振動板２ａの振動部２１ａの平坦な裏面に対向するように第２励振電極４２ａが形成されている。

この実施形態によれば、第１励振電極２５ａを、水晶振動板２ａの振動部２１ａではなく、第１封止部材３ａに形成しているので、その分、水晶振動板２ａの振動部２１ａの質量負荷を削減することができる。

上記各実施形態では、水晶振動板２の振動部２は、一箇所の連結部２４によって外周部の枠部２３に連結したが、複数個所に連結部を形成して、複数個所で枠部２３に連結してもよい。このように振動部２を複数個所で枠部２３に連結する場合、水晶振動子が外部衝撃等を受けた場合の振動部の厚み方向の変位量が抑制されるため、励振電極間の間隔をより一定に維持することができる。

また、図４に対応する図１２の水晶振動板の概略断面図に示すように、水晶振動板２の貫通部２２を省略し、薄肉の振動部２１ｂの全周を枠部２３に連結してもよい。

この図１２の水晶振動板２ｂでは、貫通部が形成されていないので、この水晶振動板２ｂと第１封止部材３との拡散接合によって、第１封止部材３と水晶振動板２ｂとの間に、気密に封止された第１内部空間が形成される。同様に、水晶振動板２ｂと第２封止部材４との拡散接合によって、水晶振動板２ｂと第２封止部材４との間に、気密に封止された第２空間が形成される。第１内部空間は、第１封止部材３と水晶振動板２ｂの中央部の窪んだ第１凹部とによって区画され、第２内部空間は、水晶振動板２ｂと第２封止部材４の中央部の窪んだ第２凹部としての凹部４１とによって区画される。

その他の構成は、上記図１の実施形態と同様である。

上記の各実施形態では、水晶振動子に適用して説明したが、感温素子（温度センサ）を備えた水晶振動子に適用してもよく、あるいは、発振回路等を内蔵したＩＣ（集積回路素子）を備える水晶発振器に適用してもよい。

図１３は、水晶振動子とＩＣとを備える水晶発振器の概略構成図である。

この実施形態の水晶発振器５は、水晶振動子１ｃと、この水晶振動子１ｃの第１封止部材３ｃ上に搭載されたＩＣ６とを備えている。ＩＣ６は、水晶振動子１ｃと共に発振回路を構成する集積回路素子である。

第１封止部材３ｃの表面は、ＩＣ６の複数の実装端子がそれぞれ接続される複数の搭載パッドを含む電極パターンが形成されている。

ＩＣ６は、複数の実装端子の内の２つの実装端子が、第１封止部材３ｃの表面の電極パターンを介して、水晶振動子１ｃの第１，第２励振電極に接続されると共に、ＩＣ６の残余の実装端子が、第１封止部材３ｃの表面の電極パターン及び水晶振動子１ｃの貫通電極等を介して第２封止部材４ｃの底面の外部接続端子に接続される。水晶振動子１ｃの第１励振電極は、上記のいずれかの実施形態と同様に、第１封止部材３ｃ又は水晶振動板２ｃに形成され、水晶振動板１ｃの第２励振電極は、上記実施形態と同様に、第２封止部材４に形成される。

１，１ａ，１ｃ 水晶振動子
２，２ａ，２ｂ，２ｃ 水晶振動板
３，３ａ，３ｃ 第１封止部材
４，４ａ，４ｃ 第２封止部材
５ 水晶発振器
６ ＩＣ
２１，２１ａ，２１ｂ 振動部
２２ 貫通部
２３，２３ｂ 枠部
２４ 連結部
２５，２５ａ 第１励振電極
３５ 凸部
４１ 凹部
４２，４２ａ 第２励振電極

Claims (10)

1. 圧電振動板と、該圧電振動板の両主面の一方の主面に接合される第１封止部材と、前記圧電振動板の前記両主面の他方の主面に接合される第２封止部材とを備える圧電振動デバイスであって、
   前記圧電振動板は、前記一方の主面の中央部を、平坦な前記他方の主面側へ窪ませて前記他方の主面との間の肉厚を、外周部の肉厚よりも薄くした振動部を有する、
   ことを特徴とする圧電振動デバイス。
2. 前記圧電振動板は、前記一方の主面の前記中央部が前記他方の主面側へ窪んだ第１凹部を有し、
   前記第２封止部材は、前記圧電振動板に接合される側の主面が窪んだ第２凹部を有し、
   前記第１封止部材が前記圧電振動板の前記一方の主面に接合されて、前記第１凹部が封止されてなる第１内部空間が形成され、
   前記第２封止部材が前記圧電振動板の前記他方の主面に、前記第２凹部が前記振動部に対向するように接合されて、前記第２凹部が封止されてなる第２内部空間が形成され、
   前記圧電振動板の前記振動部の前記第１封止部材に対向する対向面、又は、前記第１封止部材の前記振動部に対向する対向面に、第１励振電極が形成され、
   前記圧電振動板の前記振動部の前記第２封止部材に対向する対向面、又は、前記第２封止部材の前記振動部に対向する対向面に、第２励振電極が形成されている、
   請求項１に記載の圧電振動デバイス。
3. 前記圧電振動板の前記振動部の周囲には、該振動部と前記外周部とを連結する連結部を除いて貫通部が形成され、
   前記第１内部空間と前記第２内部空間とが、前記貫通部を介して連通している、
   請求項２に記載の圧電振動デバイス。
4. 前記第２励振電極が、前記第２封止部材の前記対向面に形成されている、
   請求項２または３に記載の圧電振動デバイス。
5. 前記第１励振電極が、前記圧電振動板の前記振動部の前記対向面に形成されている、
   請求項２ないし４のいずれか一項に記載の圧電振動デバイス。
6. 前記第１封止部材は、前記圧電振動板の前記第１凹部に対応する凸部を備え、前記凸部の突出した端面は、前記圧電振動板の前記振動部に対向する前記対向面であって、該対向面に、前記第１励振電極が形成されている、
   請求項２ないし４のいずれか一項に記載の圧電振動デバイス。
7. 前記第１励振電極及び前記第２励振電極は、下地金属膜に、金（Ａｕ）膜が積層されてなる積層金属膜を含む、
   請求項２ないし６のいずれか一項に記載の圧電振動デバイス。
8. 前記第１励振電極及び前記第２励振電極は、アルミニウム(Ａｌ)からなる金属膜を含む、
   請求項２ないし６のいずれか一項に記載の圧電振動デバイス。
9. 前記第２封止部材の外面に、当該圧電振動デバイスを外部基板に実装するための複数の外部接続端子が設けられている、
   請求項１ないし８のいずれか一項に記載の圧電振動デバイス。
10. 前記第１封止部材の外面に、発振回路を含む集積回路素子または感温素子を実装するための複数の実装端子が設けられている、
    請求項１ないし９のいずれか一項に記載の圧電振動デバイス。

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