JP4529894B2 - 圧電振動片、及び圧電振動デバイス - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動片、及び圧電振動デバイスに関する。

現在、圧電振動デバイスとして、例えば、水晶発振器や水晶振動子などが挙げられる。この種の圧電振動デバイスでは、その筐体が直方体のパッケージで構成されている。このパッケージはベースとキャップとから構成され、このパッケージ内部には圧電振動片が導電性接着剤によりベースに保持接合されている。そして、ベースとキャップとが接合されることで、パッケージの内部の圧電振動片が気密封止されている（例えば、下記する特許文献１ご参照。）。
特開２００５−１９１７０９号公報

ところで、上記した特許文献１では、ベース上に圧電振動片を保持する際、圧電振動片は導電性接着剤によりベースに接合される。また、ベース上には、異極となる電極が配されており、それぞれの電極上に導電性接着剤が塗布される。

そのため、上記した特許文献１に開示の圧電振動デバイスの場合、異極となる電極間のショートを避けるために、パッケージ内部のベース上における導電性接着剤の塗布領域（接合領域）を確保し、かつ、この塗布領域に応じて導電性接着剤の塗布量（使用量）を設定する必要があり、この特許文献１に開示の圧電振動デバイスは、小型化に適していない。

そこで、上記課題を解決するために、本発明は、小型化に適した圧電振動片、及び圧電振動デバイスを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動片は、基板の両主面それぞれに少なくとも１つの励振電極が形成され、かつ、これらの前記励振電極を外部電極と電気機械的に接合させるために前記励振電極からそれぞれ引き出された複数の引き出し電極が形成された圧電振動片において、前記複数の引き出し電極の引き出し先端部が前記一主面の少なくとも一側部近傍に引き出され、前記引き出し先端部に外部電極が電気機械的に接合され、前記引き出し電極の引き出し先端部の高さが他の部分の高さより厚く成形され、前記引き出し先端部の他の部分より高く成形された高地部分に外部電極が超音波接合により電気機械的に接続され、前記圧電振動片の他主面の、前記一主面に形成された前記引き出し先端部に対向する対向位置に絶縁材料が形成されることを特徴とする。

この場合、前記複数の引き出し電極の引き出し先端部が前記一主面の少なくとも一側部近傍に引き出され、前記引き出し先端部に外部電極が超音波接合により電気機械的に接続され、前記引き出し電極の引き出し先端部の高さが他の部分の高さより厚く成形され、前記引き出し先端部の他の部分より高く成形された前記高地部分に外部電極が電気機械的に接合されるので、別途接合材を用いずに前記引き出し電極と外部電極との接合を行なうことが可能となる。その結果、接合材（特に、導電性接着剤）を用いることによる電極間のショートを防ぐことが可能となる。この効果は、特に当該圧電振動片が小型化するにつれて顕著になり、当該圧電振動片の小型化に適している。また、本発明によれば、前記圧電振動片の他主面の、前記一主面に形成された前記引き出し先端部に対向する対向位置に前記絶縁材料が形成されるので、ＦＣＢ法により前記一主面に形成された前記引き出し先端部に対向する前記他主面の対向位置にＦＣＢ装置の超音波を発する部材を直接接触させた場合であっても、前記他主面の対向位置に形成された前記絶縁材料が前記他主面の対向位置にＦＣＢ装置の超音波を発する部材に固着するのを防ぐことが可能となる。

また、上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動片は、基板の両主面それぞれに少なくとも１つの励振電極が形成され、かつ、これらの前記励振電極を外部電極と電気機械的に接合させるために前記励振電極からそれぞれ引き出された複数の引き出し電極が形成された圧電振動片において、前記複数の引き出し電極の引き出し先端部が前記一主面の少なくとも一側部近傍に引き出され、前記引き出し先端部に外部電極が電気機械的に接合され、前記引き出し電極の引き出し先端部の高さが他の部分の高さより厚く成形され、前記引き出し先端部の他の部分より高く成形された高地部分に外部電極が超音波接合により電気機械的に接続され、前記圧電振動片の他主面の、前記一主面に形成された前記引き出し先端部に対向する対向位置にクロム単層からなる材料が形成されることを特徴とする。

この場合、前記複数の引き出し電極の引き出し先端部が前記一主面の少なくとも一側部近傍に引き出され、前記引き出し先端部に外部電極が超音波接合により電気機械的に接続され、前記引き出し電極の引き出し先端部の高さが他の部分の高さより厚く成形され、前記引き出し先端部の他の部分より高く成形された前記高地部分に外部電極が電気機械的に接合されるので、別途接合材を用いずに前記引き出し電極と外部電極との接合を行なうことが可能となる。その結果、接合材（特に、導電性接着剤）を用いることによる電極間のショートを防ぐことが可能となる。この効果は、特に当該圧電振動片が小型化するにつれて顕著になり、当該圧電振動片の小型化に適している。また、本発明によれば、前記圧電振動片の他主面の、前記一主面に形成された前記引き出し先端部に対向する対向位置に前記クロム単層からなる材料が形成されるので、ＦＣＢ法により前記一主面に形成された前記引き出し先端部に対向する前記他主面の対向位置にＦＣＢ装置の超音波を発する部材を直接接触させた場合であっても、前記他主面の対向位置に形成された前記クロム単層からなる材料は、金と比較して硬い材質からなるとともに当該圧電振動片の基板と接合し易いため、金からなる材料と比較してＦＣＢ装置の超音波を発する部材に固着することはない。

前記構成において、前記高地部分を含む前記引き出し電極はフォトリソグラフィ法により形成されてもよい。

この場合、前記高地部分を含む前記引き出し電極はフォトリソグラフィ法により形成されるので、前記引き出し電極の形成時において前記高地部分も併せて形成することが可能となる。そのため、前記引き出し電極と外部電極とを接合させるために新たに接合材を用いたり、前記引き出し電極の形成工程とは別の新たな工程により前記高地部分を形成することがなく、製造コストを抑制することが可能となる。

前記構成において、前記高地部分は、メッキ形成されてもよい。

前記高地部分がメッキ形成される場合、当該圧電振動片に前記高地部分をメッキ形成することによる機械的な応力負荷を生じさせることがなく、前記高地部分の形成をバッチ処理により行なうことが可能となり、前記高地部分の表面面積や形状や厚みの設計自由度が極めて高くなる。また、前記高地部分がメッキ形成された場合、設備コストを低く抑えることが可能となる。なお、ここでは、前記高地部分のメッキ形成を挙げているが、これに限定されるものではなく、蒸着法やスパッタリング法により前記高地部分を形成することも可能である。

前記構成において、前記高地部分は、クロムと金とを含む構成であってもよい。

この場合、前記高地部分が、クロムと金とを含む構成であるので、外部電極との接合がし易くなる。

また、上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動デバイスは、ベースとキャップとが接合されてパッケージが構成され、前記パッケージの内部の前記ベース上に、上記した圧電振動片が保持されるとともに、前記パッケージの内部が気密封止され、前記圧電振動片は、脆性材からなるサポート材を介して前記ベース上に保持されたことを特徴とする。

本発明によれば、前記ベースと前記キャップとが接合されて前記パッケージが構成され、前記パッケージの内部の前記ベース上に、上記した圧電振動片が保持されるとともに、前記パッケージの内部が気密封止され、前記圧電振動片は、脆性材からなる前記サポート材を介して前記ベース上に保持されるので、前記圧電振動片を前記ベースに保持する際や前記ベースに前記キャップを接合する際に前記パッケージに応力がかかった場合であってもその応力が前記圧電振動片にかかるのを抑制することが可能となる。特に、本発明の作用効果は、従来技術のようにベースに圧電振動片を直接導電性接着剤を介して接合した圧電振動デバイスと比較して顕著にあらわれる。

また、上記した本発明にかかる圧電振動片を設けているので、上記した本発明にかかる圧電振動片による作用効果も有する。

本発明によれば、小型化に適した圧電振動片、及び圧電振動デバイスを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施例では、圧電振動デバイスとして水晶振動子に本発明を適用した場合を示す。

本実施例にかかる水晶振動子１では、図１に示すように、厚みすべり振動系の水晶振動片２（本発明でいう圧電振動片）と、この水晶振動片２を保持するベース３と、ベース３に保持した水晶振動片２を気密封止するためのキャップ４と、水晶振動片２への外的な応力を軽減させるサポート材５とが設けられている。

この水晶振動子１では、ベース３とキャップ４とからパッケージ６が構成され、ベース３とキャップ４とが接合されてパッケージ６の内部空間が形成され、このパッケージ６の内部空間内のベース３上にサポート材５を介して水晶振動片２が保持されるとともに、パッケージ６の内部空間が気密封止される。この際、図１に示すように、ベース３と水晶振動片２とサポート材５とは、それぞれ接合材（ベース用接合材７１および水晶振動片用接合材７２）を用いてＦＣＢ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ｂｏｎｄｉｎｇ）法により超音波接合されるとともに電気機械的に接合されている。なお、本実施例で用いるベース用接合材７１及び水晶振動片用接合材７２は、金属材料からなる接続バンプである。次に、この水晶振動子１の各構成について説明する。

ベース３は、図１に示すように、底部３１と、この底部３１から上方に延出した壁部３２とから構成される箱状体に形成されている。このベース３は、セラミック材料からなる平面視矩形状の一枚板上に、セラミック材料の直方体が積層して凹状に一体的に焼成されている。また、壁部３２は、底部３１の表面外周に沿って成形されている。この壁部３２の上面は、キャップ４との接合領域であり、この接合領域には、キャップ４と接合するためのメタライズ層３３（例えば、タングステンメタライズ層上にニッケル，金の順でメッキした構成、または錫と金、錫と銀とからなる構成）が設けられている。なお、メタライズ層３３の代わりにガラス層を設けてもよく、ガラス層を形成することによりベース３とキャップ４との接合強度を向上させることができる。このベース３には、水晶振動片２の励振電極２３１，２３２それぞれと電気機械的に接合する複数の電極パッド（図示省略）が形成されている。これら電極パッドは、ベース３の外周裏面に形成される端子電極（図示省略）にそれぞれ電気機械的に接合されている。これら端子電極から外部部品や外部機器と接続される。なお、これらの端子電極および電極パッドは、タングステン、モリブデン等のメタライズ材料を印刷した後にベース３と一体的に焼成して形成される。そして、これらの端子電極および電極パッドのうち一部のものについては、メタライズ上部にニッケルメッキが形成され、その上部に金メッキが形成されて構成される。

キャップ４は、金属材料からなり、図１（ｂ）に示すように、平面視矩形状の一枚板に成形されている。このキャップ４は、下面にろう材（図示省略）が形成されており、シーム溶接やビーム溶接等の手法によりベース３に接合されて、キャップ４とベース３とによる水晶振動子１のパッケージ６が構成される。なお、キャップ４は、例えば、４層の熱膨張係数の異なる金属材料から形成されている。具体的に、ベース３との接続面となるキャップ４の下面から、ろう材である銀銅層、銅層、コバール層及びニッケル層が順に積層されてなる。キャップの下面側が銀銅層及び銅層であるため、他の層に比べてセラミックからなるベース３との熱接合がし易い。また、これら銀銅層及び銅層上にコバール層が積層されているので、セラミックからなるベース３との熱膨張率を略同じにしてベース３とキャップ４との熱変形を同等にすることが可能となる。また、最上面にニッケル層が形成されているので、ベース３とキャップ４とのシーム溶接を行い易くする。なお、熱変形を同等レベルにすることからコバール層の厚みはできるだけ厚く設計されている。

水晶振動片２は、図１，２に示すように、ＡＴカット水晶片の基板２１からなり、平面視矩形状の一枚板の直方体に成形されている。すなわち、基板２１の外周形は、直方体形状からなる。この基板２１の両主面２２１，２２２には、水晶振動片２の小型化により劣化する特性を改善させるために溝２０が形成され、これら溝２０内部にはそれぞれ励振電極２３１，２３２が形成され、これらの励振電極２３１，２３２を外部電極（本実施例では、ベース３の電極パッド）と電気機械的に接合するために励振電極２３１，２３２から引き出された引き出し電極２４１，２４２が形成されている。また、水晶振動片２は、その基板２１の一領域２６においてサポート材５と水晶振動片用接合材７２により接合されている。なお、本実施例でいう基板２１の一領域２６は、基板２１の一側部２７近傍である。具体的に、図２に示すように、これらの引き出し電極２４１，２４２の引き出し先端部２５１，２５２が一主面２２１の一側部２７近傍に引き出され、励振電極２３１，２３２が引き出し先端部２５１，２５２にてサポート材５を介して水晶振動片用接合材７２及びベース用接合材７１によりベース３の電極パッドに電気機械的に接合されている。また、図１，２に示すように、この水晶振動片２では、基板２１の他主面２２２の、その一主面２２１に形成された引き出し先端部２５１，２５２に対向する対向位置（以下、この位置を対向位置２８とする）は、基板２１が露出された状態となっている。なお、これらの励振電極２３１，２３２及び引き出し電極２４１，２４２は、フォトリソグラフィ法により形成され、例えば、基板２１側からクロム、金（Ｃｒ−Ａｕ）の順に、あるいはクロム、金、クロム（Ｃｒ−Ａｕ−Ｃｒ）の順に、あるいはクロム、金、ニッケル（Ｃｒ−Ａｕ−Ｎｉ）の順に、あるいはクロム、銀、クロム（Ｃｒ−Ａｇ−Ｃｒ）の順に、あるいはクロム、ニッケル（Ｃｒ−Ｎｉ）の順に、あるいはニッケル、クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）の順に積層して形成されている。

サポート材５は、脆性材である水晶片からなるＺ板である。このサポート材５の外形は、図１に示すように、水晶振動片２の外形と略同等もしくは小さくなるように設定され、サポート材５は平面視矩形状の一枚板の直方体に成形されている。

また、このサポート材５には、図１に示すように、その一主面（図１では表側）に水晶振動片２と接合するための水晶振動片用接合領域５１が設定され、その他主面（図１では裏側）にベース３と接合するためのベース用接合領域５２１，５２２が設定されている。これら水晶振動片用接合領域５１とベース用接合領域５２１，５２２との間を、図示しない引回し電極が引回されている。ここでいう水晶振動片用接合領域５１は、具体的に図１に示すようにサポート材５の長手方向一側部近傍であって、その短手方向の中間部近傍に設定されている。また、ここでいうベース用接合領域５２１，５２２は、サポート材５の対向する両側面近傍領域であり、具体的に図１に示すように、サポート材５の短手方向両側部近傍であって、その長手方向の中間部近傍に設定されている。

また、図１に示すように、ベース３とサポート材５とはベース用接合材７１により２つのベース用接合領域５２１，５２２において２点で超音波接合され、水晶振動片２とサポート材５は水晶振動片用接合材７２により１つの水晶振動片用接合領域５１において２点で超音波接合されるとともに電気機械的に接合される。これらの接合により、水晶振動片２の励振電極２３１，２３２が、それぞれ引き出し電極２４１，２４２、水晶振動片用接合材７２、サポート材５の引回し電極およびベース用接合材７１を介してベース３の電極パッドに電気機械的に接合される。なお、水晶振動片２の励振電極２３１，２３２とベース３の電極パッドが電気機械的に接合された状態のパッケージ６において、ベース用接合材７１の２点の間の線分を第１線分とし、かつ、水晶振動片用接合材７２の２点の間の線分を第２線分とする。そして、本実施例の第１線分と第２線分との関係は、パッケージ６の平面視上において第１線分と第２線分とが交わらず、かつ、第１線分の線分方向と第２線分の線分方向とが直交するように設定されている。

ところで、ベース３へのサポート材５の接合、およびサポート材５への水晶振動片２の熱接合の際に各部材において外形変形もしくは歪みが生じる。この外形変形もしくは歪みによってパッケージ６に熱応力などの応力が生じ、この応力がサポート材５を介して水晶振動片２にかかる。

しかしながら、上記した本実施例にかかる水晶振動子１によれば、水晶振動片２が、脆性材からなるサポート材５を介してベース３上に保持されるので、水晶振動片２をベース３に保持する際やベース３にキャップ４を接合する際にパッケージ６に応力がかかった場合であってもその応力が水晶振動片２にかかるのを抑制することができる。特に、この本実施例にかかる水晶振動子１の作用効果は、従来技術のようにベースに水晶振動片を直接導電性接着剤を介して接合した水晶振動子と比較して顕著にあらわれる。

具体的に、水晶振動片２は、脆性材からなるサポート材５を介してベース３上に保持され、ベース３とサポート材５とはベース用接合材７１を介してサポート材５の複数領域（本実施例ではベース用接合領域５２１，５２２）上で超音波接合され、かつ、水晶振動片２とサポート材５とは水晶振動片用接合材７２を介して水晶振動片２の一領域２６（本実施例ではサポート材５の水晶振動片用接合領域５１）上で超音波接合により電気機械的に接合され、ベース用接合材７１及び水晶振動片用接合材７２は、接続バンプであるので、水晶振動片２をベース３に保持する際やベース３にキャップ４を接合する際にパッケージ６に応力がかかった場合であってもその応力が水晶振動片２にかかるのを抑制することができ、また、パッケージ６への水晶振動片２の搭載位置のバラツキを抑えることができ、また、接合点が近接することによるショートの問題や接合点の縮小化により導電性が低下することがないので、パッケージ６の小型化を図るのに好適である。

また、図１に示すように、サポート材５が、水晶振動片２と接合するための水晶振動片用接合領域５１と、ベース３と接合するためのベース用接合領域５２１，５２２を有する。すなわち、本発明でいうサポート材の複数領域は、サポート材５の対向する両側面近傍領域（ベース用接合領域５２１，５２２）であり、本発明でいう水晶振動片の一領域は、水晶振動片２の一側部２７近傍領域（サポート材５の水晶振動片用接合領域５１）であるので、ベース３へのサポート材５のベース用接合材７１を用いた超音波接合やサポート材５への水晶振動片２の水晶振動片用接合材７２を用いた超音波接合によって生じるベース３やサポート材５の変形による水晶振動片２の特性変化を抑制するのに好ましい。具体的に、サポート材５により水晶振動片２の製造の際、各部材の接合にかかる支持系（例えば、接合材など）からの外的圧力を軽減させることができ、水晶振動片２の特性に悪影響を及ぼす応力を緩衝させることができる。その結果、水晶振動子１に与えるベース３や接合材などの支持系の応力を軽減することができ、等価定数（直列共振抵抗値）特性,スプリアス特性，温度特性，エージング特性などの水晶振動子１の特性の改善を図ることができる。なお、ここでは、支持系をベース３とサポート材５との接合に用いる接合材に関連つけているが、外的な応力には、ベース３とキャップ４との接合において生じる応力などの他の支持系の応力も含まれる。

次に、本実施例にかかる水晶振動子１と、従来技術であるベースに水晶振動片を直接接続バンプを介して接合した水晶振動子とについて、約２００時間のエージング特性を測定した。その結果を図３に示す。なお、図３では、本実施例にかかる水晶振動子のエージング特性を符号１で示し、従来技術の水晶振動子のエージング特性を符号２で示す。この図３に示すように、本実施例にかかる水晶振動子１のエージング特性では、約２００時間の間周波数偏差を１ｐｐｍ以内に抑えていることがわかり、これに対して従来技術では、周波数偏差を１ｐｐｍを越えてしまう。すなわち、従来技術では時間経過とともに周波数のバラツキが生じる。このことから本実施例にかかる水晶振動子１のエージング特性が良好であることは明らかである。

また、本実施例にかかる水晶振動子１と、第１の従来技術であるベースに水晶振動片を直接接続バンプを介して接合した水晶振動子と、第２の従来技術であるベースに水晶振動片を直接導電性接着剤を介して接合した水晶振動子と、について、１５５ＭＨｚ帯の温度特性を測定した。その結果を図４に示す。なお、図４では、第１の従来技術の水晶振動子の温度特性を符号１で示し、本実施例にかかる水晶振動子の温度特性を符号２で示し、第２の従来技術の水晶振動子の温度特性を符号３で示す。この図４に示すように、ベースに水晶振動片を直接接続バンプを介して接合した第１の従来技術では、水晶振動子の温度特性が良好である（周波数偏差が約±２０ｐｐｍとなる）。しかしながら、この第１の従来技術では、上記したような外的な応力が水晶振動片に伝わり、水晶振動子の直列共振抵抗値特性,スプリアス特性，エージング特性などを悪化させる。これに対して、水晶振動子の直列共振抵抗値特性,スプリアス特性などの悪化を抑制するために、ベースに水晶振動片を直接導電性接着剤を介して接合した第２の従来技術では、図４に示すように、温度特性が悪化する（周波数偏差が約±４０ｐｐｍとなる）。これらの第１，２の従来技術に対して、本実施例にかかる水晶振動子１では、図４に示すように、温度特性を悪化させずに、さらに水晶振動子１の他の特性（直列共振抵抗値特性,スプリアス特性，エージング特性（図３）など）を悪化させることもない。このことから本実施例にかかる水晶振動子１の温度特性が良好であることは明らかである。

また、水晶振動片２の対向位置２８では基板２１が露出されるので、ＦＣＢ法により対向位置２８にＦＣＢ装置の超音波を発する部材を直接接触させた場合であっても、対向位置２８の基板２１がＦＣＢ装置の超音波を発する部材に固着することがない。

また、サポート材５が、脆性材からなっているので、サポート材５の膨張係数が水晶振動片２の膨張係数に近似する。そのため、ベース３と水晶振動片２との間にサポート材５を設けることによる水晶振動片２の特性の悪化はなく、外的な応力を緩衝させることができる。

また、サポート材５の外形は、図１に示すように、水晶振動片２の外形と略同等もしくは小さくなるように設定されるので、サポート材５の設置により水晶振動子１の小型化を妨げることはなく、水晶振動子１の小型化を図ることができる。

また、水晶振動片２は水晶片であり、サポート材５は水晶片からなるＺ板であり、異方性の影響を受けにくい材料であるので、サポート材５を成形する際のエッチング時、異方性の影響を受けにくく、サポート材５の形状を任意の形状に容易に成形することができる。なお、サポート材５に水晶振動片と同様のＡＴカット板を用いた場合、Ｚ板と比較してサポート材５を成形する際のエッチングの影響を受け易く、予め設定した軸に対して垂直方向にエッチングしたい場合であっても斜め方向にエッチングするため、サポート材５の形状を任意の形状に成形することが難しい。そのため、サポート材５にＺ板を用いることが好ましい。また、サポート材５が異方性の影響を受けにくい材料であるので、水晶振動片２の振動の影響を受けることがなく、サポート材５の設置により水晶振動片２の特性を悪化させることを防止することができる。また、水晶振動片２とサポート材５が同一の水晶片であるので、膨張係数が同じとなり、ベース３と水晶振動片２との間にサポート材５を設けることによる外的な応力の緩衝に好ましい。

また、パッケージ６の平面視上において第１線分と第２線分とが交わらず、さらに、第１線分の線分方向と第２線分の線分方向とが直交するように設定されているので、ベース３へのサポート材５のベース用接合材７１を用いた接合や、サポート材５への水晶振動片２の水晶振動片用接合材７２を用いた接合により生じるベース３の変形による水晶振動片２の特性変化を抑制することができる。例えば、比較例として、第１線分の方向と第２線分の方向とがパッケージの平面視上において並行方向の関係からなっている水晶振動子の場合、水晶片をベースに接合する際に熱応力がかかりサポート材が湾曲したまま接合される。そして、湾曲したサポート材上に水晶振動片を接合する際に熱応力がかかり、湾曲したサポート材を基準にしてこのサポート材に対して水晶振動片が湾曲したまま接合される。従って、この水晶振動子では、水晶振動片に外的な応力がかかり易く、サポート材をベースと水晶振動片との間に介在させた場合であっても、上記した外的な応力を抑制する効果は顕著には表れない。すなわち、水晶振動片への外的な応力は緩衝しきれずに水晶振動片の特性に影響が及ぶ。これに対して、本実施例にかかる水晶振動子１によれば、パッケージ６の平面視上において第１線分と第２線分とが交わらず、さらに、第１線分の線分方向と第２線分の線分方向とが直交するように設定されているので、このような問題が生じることはなく、水晶振動片２の特性に悪影響を及ぼす外的な応力を回避させることができる。なお、本実施例にかかる水晶振動子１に示す第１線分と第２線分との関係は水晶振動片への外的な応力を抑制するのに好適な例であり、比較例はあくまでも第１線分と第２線分との関係を述べるための単なる例である。

なお、本実施例では、サポート材５として水晶片を適用しているが、これに限定されるものではなく、脆性材であれば他の形態であってもよく、例えば、異方性材料ではないガラス材からなってもよい。

また、本実施例では、図１に示すように、平面視矩形上の一枚板の直方体に成形されたキャップ４と、凹状に成形されたベース３とを用いているが、これに限定されるものではない。ベース３とキャップ４とにより水晶振動片２を気密封止できれば、ベースとキャップの形状は任意に設定してもよい。

また、本実施例では、水晶振動片２の両主面２２１，２２２それぞれに１つの励振電極２３１，２３２を形成しているが、これに限定されるものではなく、使用用途に合わせて両主面２２１，２２２それぞれに形成される励振電極の数を任意に設定してもよい。例えば、両主面それぞれに２つの励振電極が形成されてもよく、または、一主面に１つの励振電極が形成されるとともに他主面に２つの励振電極が形成されたフィルタ素子構成としてもよい。

また、本実施例にかかる水晶振動片２では、図１，２に示すように、引き出し電極２４１，２４２の引き出し先端部２５１，２５２とサポート材５との接合にそれぞれ１つの水晶振動片用接合材７２を用いているが、これに限定されるものではなく、１つの引き出し電極につき複数の水晶振動片用接合材が用いられてもよい。具体的に、図５に示すように、引き出し先端部２５１，２５２それぞれにつき２つの水晶振動片用接合材７２が、水晶振動片２の短手方向に沿って引き出し先端部２５１，２５２それぞれに接合されてもよい。

この場合、１つの引き出し電極２４１（２４２）につき複数の水晶振動片用接合材７２が用いられているので、水晶振動片２の基板２１上における外部電極（本実施例ではサポート材５）との接続位置をその一主面２２１の一側部２７近傍、すなわち一領域２６にまとめることができ水晶振動片２の小型化を図るのに好適であり、水晶振動片２と外部電極（本実施例ではサポート材５）との接合強度を高めることができる。特に、図５に示すように水晶振動片用接合材７２として接続バンプを用いた場合に当該水晶振動片２の小型化を図るのに好適である。また、１つの引き出し電極２４１（２４２）につき複数の水晶振動片用接合材７２が基板の短手方向に沿って引き出し先端部２５１（２５２）に接合されるので、例えば、広域な接合領域を有する導電性接着剤を用いることによる電極間のショートを防ぐことができる。この効果は、特に水晶振動片２が小型化するにつれて顕著になる。

また、本実施例では、図１に示すように、サポート材５、水晶振動片用接合材７２およびベース用接合材７１を介して水晶振動片２の引き出し電極２４１，２４２の引き出し先端部２５１，２５２とベース３の電極パッドとの接合を行っているが、これに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、水晶振動片２の引き出し電極２４１，２４２の引き出し先端部２５１，２５２の高さが他の部分の高さより厚く成形され、引き出し先端部２５１，２５２の他の部分より高く成形された高地部分２９１，２９２にベース３の電極パッドが電気機械的に接合されてもよい。この高地部分２９１，２９２は、クロムと金が順に積層した構成からなり、引き出し電極２４１，２４２と同時にフォトリソグラフィ法により形成される。また、図６に示す高地部分２９１，２９２は、メッキ形成されている。なお、ここでいうメッキ形成の工法として、電解メッキ法や無電解メッキ法が用いられる。また、電解メッキ法を用いる場合、メッキバンプ形成領域を全て共通接続するための引き出し電極が必要となる。また、メッキ材料として、具体的に、金、金錫、ハンダなどが挙げられる。また、フォトリソグラフィ法で用いるレジストの厚みを一般的な厚み約２５μｍとした場合、その８割程度にメッキの厚さを設定することが好適である。この場合、メッキの厚さを約２０μｍとすることが好ましい。

この場合、水晶振動片２の２つの引き出し電極２４１，２４２の引き出し先端部２５１，２５２が一主面２２１の一側部２７近傍に引き出され、引き出し先端部２５１，２５２にベース３の電極パッドが電気機械的に接合され、引き出し電極２４１，２４２の引き出し先端部２５１，２５２の高さが他の部分の高さより厚く成形され、引き出し先端部の他の部分より高く成形された高地部分２９１，２９２にベース３の電極パッドが電気機械的に接合されるので、別途上記したような接続バンプや導電性接着剤などの接合材を用いずに引き出し電極２４１，２４２とベース３の電極パッドとの接合を行なうことができる。その結果、接合材（特に、導電性接着剤）を用いることによる電極間のショートを防ぐことができる。この効果は、特に水晶振動片２が小型化するにつれて顕著になる。また、高地部分２９１，２９２を含む引き出し電極２４１，２４２がフォトリソグラフィ法により形成されるので、引き出し電極２４１，２４２の形成時において高地部分２９１，２９２も併せて形成することができる。そのため、水晶振動片２の引き出し電極２４１，２４２とベース３の電極パッドとを接合させるために新たに接合材を用いたり、引き出し電極２４１，２４２の形成工程とは別の新たな工程により高地部分２９１，２９２を形成することがなく、製造コストを抑制することができる。さらに、高地部分２９１，２９２が、クロムと金を含む構成である場合、外部電極（図１，６のサポート材５を参照）との接合がし易くなる。また、高地部分２９１，２９２がメッキ形成された場合、水晶振動片２に高地部分２９１，２９２をメッキ形成することによる機械的な応力負荷を生じさせることがなく、高地部分２９１，２９２の形成をバッチ処理により行なうことが可能となり、高地部分２９１，２９２の表面面積や形状や厚みの設計自由度が極めて高くなる。また、高地部分２９１，２９２がメッキ形成された場合、設備コストを低く抑えることが可能となる。なお、ここでは、高地部分２９１，２９２のメッキ形成を挙げているが、これに限定されるものではなく、蒸着法やスパッタリング法により高地部分２９１，２９２を形成することも可能である。

また、本実施例では、ＦＣＢ法によって水晶振動片２の対向位置２８にＦＣＢ装置の超音波を発する部材を直接接触させて水晶振動片２をサポート材５に水晶振動片用接合材７２を介して接合している。ところで、本実施例とは異なる形態となるが、ＦＣＢ装置の超音波を発する部材を直接接触させた水晶振動片２の対向位置２８に金からなる電極が形成されている場合、ＦＣＢ装置の超音波を発する部材に金からなる電極がひっつく、すなわち水晶振動片２から金からなる電極が剥がれてＦＣＢ装置の超音波を発する部材に固着する。そのため、ＦＣＢ装置の超音波を発する部材に金からなる電極が固着した状態で、他の水晶振動片２のサポート材５への接合を行う場合、ＦＣＢ法による接合強度が弱くなる。従って、ＦＣＢ装置の超音波を発する部材に金からなる電極が固着した場合、固着した金からなる電極を取り除く必要がある。この問題を解決するために、本実施例によれば、図１，２に示すように、水晶振動片２の対向位置２８では基板２１が露出されており、上記したような問題が生じることはない。なお、本実施例にかかる水晶振動片２によれば、図１，２に示すように、水晶振動片２の対向位置２８では基板２１が露出されているが、上記したような問題を解決する構成はこれに限定されるものではなく、水晶振動片２の対向位置２８に絶縁材料が形成されていてもよい。ここでいう絶縁材料とは、材料全体が絶縁材料であってもよく材料表面のみが絶縁化された材料であってもよく、フッ化マグネシウム、酸化珪素、二酸化珪素などの絶縁材料や、酸化クロムなどの酸化金属化合物であってもよい。例えば、クロムからなる材料の表面を酸化させた絶縁材料であってもよい。さらに、上記したような問題を解決する構成は、水晶振動片２の対向位置２８に絶縁材料を形成するだけではなく、この水晶振動片２の対向位置２８にクロム単層からなる材料により引き出し電極を形成してもよい。ここでクロム単層を挙げた理由として、クロムは、金と比較して硬い材質からなるとともに水晶振動片２の基板２１との接合強度が高いため、上記したような金からなる材料と比較してＦＣＢ装置の超音波を発する部材に固着することはないことに関係している。また、クロム単層以外に、例えば、励振電極２３１，２３２と引き出し電極２４１，２４２のうち少なくとも引き出し先端部２５１，２５２の対向位置２８が、クロム、ニッケルを順に積層して（その逆でも可能）構成された引き出し電極であってもよい。また、クロム、金を順に積層し、その後に表面の金のみを除去してクロム単層とした構成であってもよい。すなわち、クロムが表面に配されている構成であればその組み合わせを任意に設定してもよい。

上記したように、水晶振動片２の対向位置２８に絶縁材料もしくはクロム単層の引き出し電極が形成されるので、ＦＣＢ法により水晶振動片２の対向位置２８にＦＣＢ装置の超音波を発する部材を直接接触させた場合であっても、水晶振動片２の対向位置２８に形成された絶縁材料もしくはクロム単層からなる材料がＦＣＢ装置の超音波を発する部材に固着するのを防ぐことができる。

また、本実施例では、図１に示すような平面視矩形状の一枚板の直方体に成形されたサポート材５を用いているが、サポート材の形状はこれに限定されるものではなく、熱応力が水晶振動片２に伝わるのを抑制するために凹部を設けてもよく、また、水晶振動片２の一領域においてサポート材５に接合することで水晶振動片２がサポート材５に対して撓むのを抑制する水晶振動片用枕部を設けてもよい。特に、水晶振動片用枕部をサポート材に設けることで、水晶振動片用接合材７２を用いたサポート材５への水晶振動片２の接合の際に、サポート材５上の水晶振動片２の搭載位置に対して傾くことなく安定して水晶振動片２を配することができる。具体的に、水晶振動片用枕部は、サポート材５の水晶振動片２と面する主面に形成された突起部であり、図１に示すサポート材に水晶振動片用枕部を設ける場合、水晶振動片用枕部の設置位置は、水晶振動片用接合領域５１を考慮してサポート材５の長手方向他側部近傍であって、その短手方向の中間部近傍とすることが望ましい。

また、上記した本実施例では、引き出し電極２４１，２４２の引き出し先端部２５１，２５２が一主面２２１の一側部２７近傍に引き出されているが、これに限定されるものではなく、一主面２２１に引き出されていればよい。例えば、引き出し電極２４１，２４２の引き出し先端部２５１，２５２が一主面２２１の一側部２７近傍と、一側部２７の対向側部近傍とに引き出されてもよい。しかしながら、本実施例に示すように、引き出し電極２４１，２４２の引き出し先端部２５１，２５２が一主面２２１の一側部２７近傍に引き出されている構成、すなわち、一領域２６にまとめるほうがパッケージ６の小型を図るのに好適である。

また、上記した本実施例では、図２に示すようにＡＴカット水晶片からなる水晶振動片２を用いているが、これに限定されるものではなく、他の圧電振動片であってもよい。具体的に、図７，８に示すような音叉型水晶振動片（以下、水晶振動片８とする）であってもよい。

この図７，８に示す水晶振動片８は、異方性材料の水晶片からエッチング形成される。水晶振動片８の基板８１は、２本の脚部８２１，８２２と基部８３とから構成されてその外周形が略直方体形状からなり、２本の脚部８２１，８２２が基部８３から突出して形成されている。また、２本の脚部８２１，８２２の両主面８４１，８４２には、水晶振動片８の小型化により劣化する直列共振抵抗値を改善させるために、溝８５が形成されている。

この水晶振動片８の両主面８４１，８４２には、異電位で構成された２つの励振電極８６１，８６２と、これらの励振電極８６１，８６２をベース３の電極パッド（図示省略）に電気機械的に接合させるための引き出し電極８７１，８７２が形成され、引き出し電極８７１，８７２は励振電極８６１，８６２から基部８３に引き出されている。そして、基部８３に形成された引き出し電極８７１，８７２の引き出し先端部８８１，８８２とベース３の電極パッドがサポート材５を介して水晶振動片用接合材７２により接合されて、励振電極８６１，８６２とベース３の電極パッドとが電気機械的に接合される。

上記した励振電極８６１，８６２、および引き出し電極８７１，８７２は、例えば、クロムの下地電極層と、金の上部電極層とから構成された積層薄膜である。この薄膜は、真空蒸着法やスパッタリング法等の手法により全面に形成された後、フォトリソグラフィ法によりメタルエッチングして所望の形状に形成される。また、上記した引き出し電極８７１，８７２の引き出し先端部８８１，８８２とこれに近接する引き出し電極８７１，８７２の一部は、例えば、クロムの下地電極層と、金の中間電極層と、クロムの上部電極層と、から構成された積層薄膜である。この薄膜は、真空蒸着法やスパッタリング法等の手法により全面に形成された後、フォトリソグラフィ法によりメタルエッチングして所望の形状に形成され、クロムの上部電極層のみが部分的にマスクして真空蒸着法等の手法により形成される。さらに、引き出し電極８７１，８７２の引き出し先端部８８１，８８２のうち、水晶振動片８の他主面８４１の、一主面８４２に形成された引き出し先端部８７１，８７２に対向する対向位置８９に形成された引き出し先端部８８１，８８２（図７，図８（ａ）に示す引き出し先端部８８１，８８２）は、その表面のクロムの表面が酸化されて、絶縁材料となっている。または、引き出し先端部８８１，８８２は、その表面の一部のクロムの表面が酸化されて、絶縁材料となっている。ここでいう酸化クロムは、クロムと比べて表面高度が高まったものである。

なお、この図８に示す水晶振動片８では、引き出し電極８７１，８７２の引き出し先端部８８１，８８２の材料は、クロム、金、クロム（Ｃｒ−Ａｕ−Ｃｕ）の順に積層し、表面のクロムが酸化されているが、これに限定されるものではなく、図２に示す水晶振動片と同様に、例えば、クロム、金、ニッケル（Ｃｒ−Ａｕ−Ｃｕ）の順に積層し、表面のニッケルが酸化されてもよい。また、クロム、ニッケル（Ｃｒ−Ｎｉ）の順に積層し、表面のニッケルが酸化されてもよく、ニッケル、クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）の順に積層し、表面のクロムが酸化されてもよい。

また、図８に示すように、水晶振動片８の対向位置８９に形成された引き出し先端部８８１，８８２は、その表面のクロムの表面が酸化されて絶縁材料となっているが、これに限定されることはなく、ＦＣＢ法によるサポート材５への水晶振動片８の超音波接合の際に表面が金からなる電極が剥がれてＦＣＢ装置の超音波を発する部材に固着するのを防止することができれば、例えば、図９に示すように、水晶振動片８の対向位置８９では基板８１が露出されてもよい。しかしながら、図９に示すように、水晶振動片８の対向位置８９において基板８１を露出させると、水晶振動子１の製造工程において水晶振動片８の配置について画像認識を行なうことができない場合が生じる。これは、水晶振動片８の露出している部分の下面側のパターンを認識してしまう可能性があるためである。そのため、音叉型水晶振動片では、上記した対向位置８９において基板８１を露出することより図８（ａ）に示すような絶縁材料などにより基板８１の対向位置８９を被覆するほうが好ましい。また、上記したように、対向地位８９の引き出し先端部８８１，８８２は、絶縁材料の代わりに表面がクロムからなる材料であってもよい。

また、上記した本実施例にかかる水晶振動子１では、金属材料からなる接続バンプのみを用いているが、接続バンプはこれに限定されるものではなく、非導通性材料の接続バンプからなってもよい。しかしながら、非導通性材料の接続バンプを用いた場合であっても、水晶振動片１の励振電極２３１，２３２とパッケージ６の電極パッドとを導通させるための導通材料（本実施例では金属材料）からなる接続バンプも用いることはいうまでもない。

また、本実施例では、サポート材５と水晶振動片２との接合は、水晶振動片２の一領域２６内の２つの引き出し先端部２５１，２５２において行なっているが、これに限定されるものではない。例えば、図１０（ａ）に示すように、サポート材５と水晶振動片２との接合は、水晶振動片２の一領域２６内において１つの接合バンプ９により行ってもよい。この１つの接合バンプ９は、２つの導電性材料からなる導電部９１と、１つの非導電性材料からなる非導電部９２とからなり、導電部９１が非導電部９２により覆われてなる。また、図１０（ａ）に示す厚みすべり振動系の水晶振動片２だけではなく、図１０（ｂ）に示すように音叉型水晶振動片８にも接合バンプ９は適用可能である。この場合、上記したような２点接合による水晶振動片１，８への外的な応力の発生を抑制するのに好ましい。

上記接続バンプは、水晶振動片側に予め形成するものと、基板（あるいはサポート材）側に予め形成するものとのどちらを用いてもよい。なお、基板（あるいはサポート材）側に予め接続バンプを形成する場合、水晶振動板への機械的な応力負荷を軽減できる。

なお、本発明は、その精神や主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、水晶振動子などの圧電振動子に適用できる

図１は、本実施例にかかる水晶振動子の概略構成図である。図１（ａ）は、その水晶振動子の内部を公開した概略平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 図２は、本実施例にかかる水晶振動片の概略構成図である。図２（ａ）は、その水晶振動片の概略平面図である。図２（ｂ）は、その水晶振動片の概略裏面図である。 図３は、本実施例にかかる水晶振動子と、従来技術にかかる水晶振動子と、のエージング特性を測定した結果のグラフ図である。 図４は、本実施例にかかる水晶振動子と、従来技術１にかかる水晶振動子と、従来技術２にかかる水晶振動子と、の温度特性を測定した結果のグラフ図である。 図５は、本実施の他の例にかかる水晶振動片の概略平面図である。 図６は、本実施の他の例にかかる水晶振動片の概略構成図である。図６（ａ）は、その水晶振動片の概略平面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 図７は、本実施の他の例にかかる水晶振動子の内部を公開した概略平面図である。 図８は、図７に示す水晶振動子に保持された水晶振動片の概略構成図である。図８（ａ）は、その水晶振動片の概略平面図である。図８（ｂ）は、その水晶振動片の概略裏面図である。 図９は、本実施の他の例にかかる水晶振動片の概略構成図である。図９（ａ）は、その水晶振動片の概略平面図である。図９（ｂ）は、その水晶振動片の概略裏面図である。 図１０（ａ）は、図２（ｂ）に示す水晶振動片の変形例を示した概略裏面図である。図１０（ｂ）は、図８（ｂ）に示す水晶振動片の変形例を示した概略裏面図である。

符号の説明

１ 水晶振動子（圧電振動デバイス）
２ 水晶振動片（圧電振動片）
２１ 基板
２２１，２２２ 両主面
２３１，２３２ 励振電極
２４１，２４２ 引き出し電極
２５１，２５２ 引き出し先端部
２６ 基板の一領域
２７ 基板の一側部
２８ 対向位置
２９１，２９２ 高地部分
３ ベース
４ キャップ
５ サポート材
５１ 水晶振動片用接合領域
５２１，５２２ ベース用接合領域
６ パッケージ
７１ ベース用接合材
７２ 水晶振動片用接合材
８ 音叉型水晶振動片（圧電振動片）
８１ 基板
８４１，８４２ 両主面
８６１，８６２ 励振電極
８７１，８７２ 引き出し電極
８８１，８８２ 引き出し先端部
８９ 対向位置

Claims (6)

1. 基板の両主面それぞれに少なくとも１つの励振電極が形成され、かつ、これらの前記励振電極を外部電極と電気機械的に接合させるために前記励振電極からそれぞれ引き出された複数の引き出し電極が形成された圧電振動片において、
   前記複数の引き出し電極の引き出し先端部が前記一主面の少なくとも一側部近傍に引き出され、前記引き出し先端部に外部電極が電気機械的に接合され、
   前記引き出し電極の引き出し先端部の高さが他の部分の高さより厚く成形され、
   前記引き出し先端部の他の部分より高く成形された高地部分に外部電極が超音波接合により電気機械的に接合され、
   前記圧電振動片の他主面の、前記一主面に形成された前記引き出し先端部に対向する対向位置に絶縁材料が形成されたことを特徴とする圧電振動片。
2. 基板の両主面それぞれに少なくとも１つの励振電極が形成され、かつ、これらの前記励振電極を外部電極と電気機械的に接合させるために前記励振電極からそれぞれ引き出された複数の引き出し電極が形成された圧電振動片において、
   前記複数の引き出し電極の引き出し先端部が前記一主面の少なくとも一側部近傍に引き出され、前記引き出し先端部に外部電極が電気機械的に接合され、
   前記引き出し電極の引き出し先端部の高さが他の部分の高さより厚く成形され、
   前記引き出し先端部の他の部分より高く成形された高地部分に外部電極が超音波接合により電気機械的に接合され、
   前記圧電振動片の他主面の、前記一主面に形成された前記引き出し先端部に対向する対向位置にクロム単層からなる材料が形成されたことを特徴とする圧電振動片。
3. 前記高地部分を含む前記引き出し電極はフォトリソグラフィ法により形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の圧電振動片。
4. 前記高地部分は、メッキ形成されたことを特徴とする請求項３に記載の圧電振動片。
5. 前記高地部分は、クロムと金を含む構成であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１つに記載の圧電振動片。
6. ベースとキャップとが接合されてパッケージが構成され、
   前記パッケージの内部の前記ベース上に、請求項１乃至５のうちいずれか１つに記載の圧電振動片が保持されるとともに、前記パッケージの内部が気密封止され、
   前記圧電振動片は、脆性材からなるサポート材を介して前記ベース上に保持されたことを特徴とする圧電振動デバイス。

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