(57)【要約】【課題】サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおいて、簡易でシールド効果の高いシールド構造を提供する。【解決手段】水晶発振器１０１は、第１封止部材３と圧電振動板２と第２封止部材４とが接合されてなる。圧電振動板２と第２封止部材４とは、下地膜の上にＡｕ膜を積層してなる接合パターンを有しており、圧電振動板２と第２封止部材４とのそれぞれの接合パターンが有するＡｕ膜同士のＡｕ−Ａｕの拡散接合にて接合される。圧電振動板２の第２励振電極２２２は、接合パターンと同じ積層構造となるように、下地膜の上にＡｕ膜を積層して形成されている。第２封止部材の内面側には、第１励振電極２２１及び第２励振電極２２２とは電気的に接合されておらず、固定電位に接続されたシールド電極４４が形成されている。シールド電極４４は、少なくとも接合パターンと同じ下地膜を含み、且つ、その表面においてＡｕが露出していない。【選択図】図８
2020120345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一主面に第１励振電極が形成され、前記基板の他主面に前記第１励振電極と対になる第２励振電極が形成された圧電振動板と、
前記圧電振動板の前記第１励振電極を覆う第１封止部材と、
前記圧電振動板の前記第２励振電極を覆う第２封止部材と、が設けられ、
前記第１封止部材と前記圧電振動板とが接合され、前記第２封止部材と前記圧電振動板とが接合されて、前記第１励振電極と前記第２励振電極とを含む前記圧電振動板の振動部を気密封止した内部空間が形成された圧電振動デバイスにおいて、
前記圧電振動板と前記第２封止部材とは、下地膜の上にＡｕ膜を積層してなる接合パターンを有しており、前記圧電振動板と前記第２封止部材とのそれぞれの接合パターンが有するＡｕ膜同士のＡｕ−Ａｕの拡散接合にて接合されており、
前記圧電振動板の前記第２励振電極は、前記接合パターンと同じ積層構造となるように、下地膜の上にＡｕ膜を積層して形成されており、
前記第２封止部材における前記内部空間の内面側には、前記第１励振電極及び前記第２励振電極とは電気的に接合されておらず、固定電位に接続されたシールド電極が形成されており、
前記シールド電極は、少なくとも前記接合パターンと同じ下地膜を含み、且つ、その表面においてＡｕが露出していない構成であることを特徴とする圧電振動デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動デバイスであって、
前記シールド電極は、前記下地膜を含み、前記Ａｕ膜を含まない構成とされていることを特徴とする圧電振動デバイス。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧電振動デバイスであって、
前記シールド電極は、前記第１励振電極及び前記第２励振電極の全体と平面視で重畳するように形成されていることを特徴とする圧電振動デバイス。
【請求項４】
請求項１に記載の圧電振動デバイスの製造方法であって、
前記第２封止部材における前記接合パターン及び前記シールド電極を以下の（１）〜（３）の手順を含む工程にて形成することを特徴とする圧電振動デバイスの製造方法。
（１）前記第２封止部材の表面全体に、前記下地膜を成膜する。
（２）前記下地膜の表面全体に前記Ａｕ膜を成膜する。
（３）前記接合パターンの形成領域では前記Ａｕ膜を残し、前記シールド電極の形成領域では前記Ａｕ膜をエッチングにて除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動デバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電子機器の動作周波数の高周波化や、パッケージの小型化（特に低背化）が進んでいる。そのため、高周波化やパッケージの小型化にともなって、圧電振動デバイス（例えば水晶振動子、水晶発振器等）も高周波化やパッケージの小型化への対応が求められている。
【０００３】
この種の圧電振動デバイスでは、その筐体が略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、例えばガラスや水晶からなる第１封止部材及び第２封止部材と、例えば水晶からなり両主面に励振電極が形成された圧電振動板とから構成され、第１封止部材と第２封止部材とが圧電振動板を介して積層して接合される。そして、パッケージの内部（内部空間）に配された圧電振動板の振動部（励振電極）が気密封止されている。以下、このような圧電振動デバイスの積層形態をサンドイッチ構造という。
【０００４】
また、圧電振動デバイスにおいては、パッケージ内部の励振電極や内部配線がパッケージ外側にある他の配線や電極などと容量結合すると、電位変化の影響を受け、周波数やその他の特性変動を起こす。サンドイッチ構造の圧電振動デバイスでは、パッケージの厚みが薄いために、圧電振動デバイスが回路基板に実装されたときに、励振電極と該回路基板に形成されている配線との容量結合が生じる虞がある。このため、シールド対策を施さないと回路基板への実装前後で圧電振動デバイスの周波数特性が変化するといった不具合が起こり得る。
【０００５】
例えば、特許文献１には、サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおけるシールド対策の開示がある。この特許文献１における圧電振動デバイスでは、圧電振動板、第１封止部材及び第２封止部材の各部材において、他の部材との接合面にそれぞれ接合パターンが形成されており、圧電振動板と第１封止部材との接合及び圧電振動板と第２封止部材との接合がこれらの接合パターンによって行われている。すなわち、接合パターンは下地膜（例えばＴｉ膜）の上にＡｕ膜を積層してなり、各部材は接合パターンが有するＡｕ膜同士のＡｕ−Ａｕの拡散接合にて接合される。
【０００６】
そして、特許文献１における圧電振動デバイスは、ベース側部材である第２封止部材のパッケージ内面に、接合パターンと同じ膜構成のシールド電極を形成する構成とされている。すなわち、このシールド電極は接合パターンと同一工程で形成することができ、工程の増加を招くことなく、シールド対策の施された圧電振動デバイスを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１８／０９２７７６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示された圧電振動デバイスでは、シールド電極は接合パターンと同じ膜構成とされるため、その最上層はＡｕ膜とされている。また、この圧電振動デバイスでは、圧電振動板の振動部に形成される励振電極も接合パターンと同一工程で形成され、接合パターンと同じ膜構成とされている。したがって、励振電極の最上層もＡｕ膜とされている。
【０００９】
しかしながら、励振電極及びシールド電極の最上層が共にＡｕ膜である場合、これらのＡｕ膜同士のＡｕ−Ａｕの拡散接合によって励振電極がシールド電極に固着するといった虞がある。圧電振動デバイスのパッケージ内部は高い真空度で気密保持されているためＡｕ膜の表面は活性状態にあり、例えば落下などの衝撃で圧電振動デバイスの振動部が大きく変位して励振電極がシールド電極に接触すると、このような固着は容易に起こり得る。
【００１０】
尚、特許文献１には、上記課題の対策として、シールド電極の一部（励振電極との接触の可能性がある領域）に開口部を設けることが記載されている。しかしながら、このような対策は、開口部によってシールド電極の面積が減少し、そのシールド効果が低下するため、最善の方法と言えるものではない。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおいて、簡易でシールド効果の高いシールド構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明の圧電振動デバイスは、基板の一主面に第１励振電極が形成され、前記基板の他主面に前記第１励振電極と対になる第２励振電極が形成された圧電振動板と、前記圧電振動板の前記第１励振電極を覆う第１封止部材と、前記圧電振動板の前記第２励振電極を覆う第２封止部材と、が設けられ、前記第１封止部材と前記圧電振動板とが接合され、前記第２封止部材と前記圧電振動板とが接合されて、前記第１励振電極と前記第２励振電極とを含む前記圧電振動板の振動部を気密封止した内部空間が形成された圧電振動デバイスにおいて、前記圧電振動板と前記第２封止部材とは、下地膜の上にＡｕ膜を積層してなる接合パターンを有しており、前記圧電振動板と前記第２封止部材とのそれぞれの接合パターンが有するＡｕ膜同士のＡｕ−Ａｕの拡散接合にて接合されており、前記圧電振動板の前記第２励振電極は、前記接合パターンと同じ積層構造となるように、下地膜の上にＡｕ膜を積層して形成されており、前記第２封止部材における前記内部空間の内面側には、前記第１励振電極及び前記第２励振電極とは電気的に接合されておらず、固定電位に接続されたシールド電極が形成されており、前記シールド電極は、少なくとも前記接合パターンと同じ下地膜を含み、且つ、その表面においてＡｕが露出していない構成であることを特徴としている。
【００１３】
上記の構成によれば、第２封止部材の内面に形成するシールド電極により、励振電極と実装基板の端子や配線との容量結合を防止することで、基板実装前後の周波数変動を抑制することができる。また、シールド電極は、接合パターンの形成工程を利用して形成することができる。さらに、シールド電極の表面においてＡｕを露出させないことで、シールド電極と励振電極とのＡｕ−Ａｕ結合も確実に防止でき、シールド電極の面積を広く取ることも容易となるため、効果の高いシールド電極を得ることができる。
【００１４】
また、上記圧電振動デバイスでは、前記シールド電極は、前記下地膜を含み、前記Ａｕ膜を含まない構成とすることができる。
【００１５】
上記の構成によれば、接合パターンの形成工程を利用してシールド電極を形成するに当たり、シールド電極層の形成領域では、Ａｕ膜をエッチングで除去し、下地膜のみを残してシールド電極とすることができる。これにより、製造工程を増やすことなく、すなわちコストを上げることなく、シールド電極を形成することができる。尚、ここでの下地膜とは、表面が酸化されている金属膜（例えば、表面が酸化ＴｉとなっているＴｉ膜）の概念を含む。
【００１６】
また、上記圧電振動デバイスでは、前記シールド電極は、前記第１励振電極及び前記第２励振電極の全体と平面視で重畳するように形成されている構成とすることができる。
【００１７】
上記の構成によれば、励振電極と実装基板の端子や配線との容量結合を完全に防止することができ、より効果の高いシールド電極を得ることができる。
【００１８】
また、上記の課題を解決するために、本発明の圧電振動デバイスの製造方法は、上記記載の圧電振動デバイスの製造方法であって、前記第２封止部材における前記接合パターン及び前記シールド電極を以下の（１）〜（３）の手順を含む工程にて形成することを特徴としている。
（１）前記第２封止部材の表面全体に、前記下地膜を成膜する。
（２）前記下地膜の表面全体に前記Ａｕ膜を成膜する。
（３）前記接合パターンの形成領域では前記Ａｕ膜を残し、前記シールド電極の形成領域では前記Ａｕ膜をエッチングにて除去する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の圧電振動デバイス及びその製造方法は、接合パターンの形成工程を利用してされる形成シールド電極において、シールド電極の表面においてＡｕを露出させないことでシールド電極と励振電極とのＡｕ−Ａｕ結合を確実に防止でき、効果の高いシールド電極を得ることができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施の形態に係る水晶発振器の各構成を模式的に示した概略構成図である。
【図２】水晶発振器の第１封止部材の概略平面図である。
【図３】水晶発振器の第１封止部材の概略裏面図である。
【図４】水晶発振器の水晶振動板の概略平面図である。
【図５】水晶発振器の水晶振動板の概略裏面図である。
【図６】水晶発振器の第２封止部材の概略平面図である。
【図７】水晶発振器の第２封止部材の概略裏面図である。
【図８】水晶発振器に本発明のシールド構造を適用した場合の例を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
〔圧電振動デバイスの基本構造〕
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態に係る圧電振動デバイスは、シールド構造に特徴を有するものであるが、まずは、シールド構造以外の基本構造について説明する。
【００２２】
図１は水晶発振器１０１の構成を模式的に示した概略構成図である。また、図１に示す水晶発振器１０１は、水晶振動子の上面にＩＣチップ５を搭載したものである。電子部品素子としてのＩＣチップ５は、水晶振動子とともに発振回路を構成する１チップ集積回路素子である。本発明の圧電振動デバイスは、水晶振動子及び水晶発振器の両方を含む概念である。
【００２３】
本実施の形態に係る水晶発振器１０１では、図１に示すように、水晶振動板（圧電振動板）２、第１封止部材３、及び第２封止部材４が設けられている。水晶発振器１０１では、水晶振動板２と第１封止部材３とが接合され、水晶振動板２と第２封止部材４とが接合されてサンドイッチ構造のパッケージ１２が構成される。第１封止部材３は、水晶振動板２の一主面２１１に形成された第１励振電極２２１（図４参照）を覆うように水晶振動板２に接合される。第２封止部材４は、水晶振動板２の他主面２１２に形成された第２励振電極２２２（図５参照）を覆うように水晶振動板２に接合される。
【００２４】
水晶発振器１０１においては、水晶振動板２の両主面（一主面２１１，他主面２１２）に第１封止部材３及び第２封止部材４が接合されることで、パッケージ１２の内部空間１３が形成され、内部空間１３に第１励振電極２２１及び第２励振電極２２２を含む振動部２２（図４，５参照）が気密封止されている。本実施の形態に係る水晶発振器１０１は、例えば、１．０×０．８ｍｍのパッケージサイズであり、小型化と低背化とを図ったものである。
【００２５】
次に、上記した水晶発振器１０１の各構成について図１〜７を用いて説明する。ここでは、水晶振動板２、第１封止部材３及び第２封止部材４のそれぞれについて、部材単体の構成を説明する。
【００２６】
水晶振動板２は、水晶からなる圧電基板であって、図４，５に示すように、その両主面２１１，２１２が平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。本実施の形態では、水晶振動板２として、厚みすべり振動を行うＡＴカット水晶板が用いられている。図４，５に示す水晶振動板２では、水晶振動板２の両主面２１１，２１２が、ＸＺ’平面とされている。このＸＺ’平面において、水晶振動板２の短手方向（短辺方向）がＸ軸方向とされ、水晶振動板２の長手方向（長辺方向）がＺ’軸方向とされている。尚、ＡＴカットは、人工水晶の３つの結晶軸である電気軸（Ｘ軸）、機械軸（Ｙ軸）、及び光学軸（Ｚ軸）のうち、Ｚ軸に対してＸ軸周りに３５°１５′だけ傾いた角度で切り出す加工手法である。ＡＴカット水晶板では、Ｘ軸は水晶の結晶軸に一致する。Ｙ’軸及びＺ’軸は、水晶の結晶軸のＹ軸及びＺ軸からそれぞれ３５°１５′傾いた軸に一致する。Ｙ’軸方向及びＺ’軸方向は、ＡＴカット水晶板を切り出すときの切り出し方向に相当する。
【００２７】
水晶振動板２の両主面２１１，２１２には、一対の励振電極（第１励振電極２２１，第２励振電極２２２）が形成されている。水晶振動板２は、略矩形に形成された振動部２２と、この振動部２２の外周を取り囲む外枠部２３と、振動部２２と外枠部２３とを連結する連結部２４とを有しており、振動部２２と連結部２４と外枠部２３とが一体的に設けられた構成となっている。本実施の形態では、連結部２４は、振動部２２と外枠部２３との間の１箇所のみに設けられており、連結部２４が設けられていない箇所は空間（隙間）２２ｂになっている。また、振動部２２及び連結部２４は、外枠部２３よりも薄く形成されている。このような外枠部２３と連結部２４との厚みの違いにより、外枠部２３と連結部２４の圧電振動の固有振動数が異なる。これにより、連結部２４の圧電振動に外枠部２３が共鳴しにくくなる。
【００２８】
連結部２４は、振動部２２の＋Ｘ方向かつ−Ｚ’方向に位置する１つの角部２２ａのみから、−Ｚ’方向に向けて外枠部２３まで延びている（突出している）。このように、振動部２２の外周端部のうち、圧電振動の変位が比較的小さい角部２２ａに連結部２４が設けられているので、連結部２４を角部２２ａ以外の部分（辺の中央部）に設けた場合に比べて、連結部２４を介して圧電振動が外枠部２３に漏れることを抑制することができ、より効率的に振動部２２を圧電振動させることができる。
【００２９】
第１励振電極２２１は振動部２２の一主面側に設けられ、第２励振電極２２２は振動部２２の他主面側に設けられている。第１励振電極２２１，第２励振電極２２２には、引出電極（第１引出電極２２３，第２引出電極２２４）が接続されている。第１引出電極２２３は、第１励振電極２２１から引き出され、連結部２４を経由して、外枠部２３に形成された接続用接合パターン１３１に繋がっている。第２引出電極２２４は、第２励振電極２２２から引き出され、連結部２４を経由して、外枠部２３に形成された接続用接合パターン１１５ｃに繋がっている。第１励振電極２２１及び第１引出電極２２３は、一主面２１１上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、この下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。第２励振電極２２２及び第２引出電極２２４は、他主面２１２上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、この下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。
【００３０】
水晶振動板２の両主面２１１，２１２には、水晶振動板２を第１封止部材３及び第２封止部材４に接合するための振動側封止部がそれぞれ設けられている。振動側封止部は、水晶振動板２の一主面２１１に形成された振動側第１接合パターン２５１と、他主面２１２に形成された振動側第２接合パターン２５２とからなる。振動側第１接合パターン２５１及び振動側第２接合パターン２５２は、上述した外枠部２３に設けられており、平面視で環状に形成されている。第１励振電極２２１及び第２励振電極２２２は、振動側第１接合パターン２５１及び振動側第２接合パターン２５２とは電気的に接続されていない。
【００３１】
振動側第１接合パターン２５１は、一主面２１１上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。振動側第２接合パターン２５２は、他主面２１２上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。つまり、振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２とは、同一構成からなり、複数の層が両主面２１１，２１２上に積層して構成され、その最下層側からＴｉ（チタン）層とＡｕ（金）層とが蒸着形成されている。また、水晶振動板２の一主面２１１に形成された第１励振電極２２１と振動側第１接合パターン２５１とは同一厚みを有し、第１励振電極２２１と振動側第１接合パターン２５１との表面が同一金属からなる。同様に、水晶振動板２の他主面２１２に形成された第２励振電極２２２と振動側第２接合パターン２５２とは同一厚みを有し、第２励振電極２２２と振動側第２接合パターン２５２との表面が同一金属からなる。また、振動側第１接合パターン２５１と振動側第２接合パターン２５２は、非Ｓｎパターンである。
【００３２】
ここで、第１励振電極２２１、第１引出電極２２３及び振動側第１接合パターン２５１を同一の構成とすることで、同一のプロセスでこれらを一括して形成することができる。同様に、第２励振電極２２２、第２引出電極２２４及び振動側第２接合パターン２５２を同一の構成とすることで、同一のプロセスでこれらを一括して形成することができる。詳細には、真空蒸着やスパッタリング、イオンプレーティング、ＭＢＥ、レーザーアブレーションなどのＰＶＤ法（例えば、フォトリソグラフィ等の加工におけるパターニング用の膜形成法）により下地ＰＶＤ膜や電極ＰＶＤ膜を形成することで、一括して膜形成を行い、製造工数を減らしてコスト低減に寄与することができる。
【００３３】
また、水晶振動板２には、図４，５に示すように、一主面２１１と他主面２１２との間を貫通する５つの貫通孔（第１〜第５貫通孔１１１〜１１５）が形成されている。第１〜第４貫通孔１１１〜１１４は、水晶振動板２の外枠部２３であって、水晶振動板２の４隅（角部）の領域に設けられている。第５貫通孔１１５は、水晶振動板２の外枠部２３であって、水晶振動板２の振動部２２のＺ’軸方向の一方側（図４，５では、−Ｚ’方向側）に設けられている。
【００３４】
第１貫通孔１１１は、第１封止部材３の第６貫通孔１１６及び第２封止部材４の第１２貫通孔１２２に繋がるものである。第２貫通孔１１２は、第１封止部材３の第７貫通孔１１７及び第２封止部材４の第１３貫通孔１２３に繋がるものである。第３貫通孔１１３は、第１封止部材３の第８貫通孔１１８及び第２封止部材４の第１４貫通孔１２４に繋がるものである。第４貫通孔１１４は、第１封止部材３の第９貫通孔１１９及び第２封止部材４の第１５貫通孔１２５に繋がるものである。第５貫通孔１１５は、第２励振電極２２２から引き出された第２引出電極２２４と、配線パターン３３を介して第１封止部材３の第１０貫通孔１２０とに繋がるものである。
【００３５】
第１〜第５貫通孔１１１〜１１５には、一主面２１１と他主面２１２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極１１１ａ〜１１５ａが、第１〜第５貫通孔１１１〜１１５それぞれの内壁面に沿って形成されている。そして、第１〜第５貫通孔１１１〜１１５それぞれの中央部分は、一主面２１１と他主面２１２との間を貫通した中空状態の貫通部分１１１ｂ〜１１５ｂとなる。第１〜第５貫通孔１１１〜１１５それぞれの外周囲には、接続用接合パターン１１１ｃ〜１１５ｃが形成されている。接続用接合パターン１１１ｃ〜１１５ｃは、水晶振動板２の両主面２１１，２１２に設けられている。
【００３６】
接続用接合パターン１１１ｃ〜１１５ｃは、振動側第１接合パターン２５１，振動側第２接合パターン２５２と同様の構成であり、振動側第１接合パターン２５１，振動側第２接合パターン２５２と同一のプロセスで形成することができる。具体的には、接続用接合パターン１１１ｃ〜１１５ｃは、水晶振動板２の両主面２１１，２１２上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、当該下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。
【００３７】
水晶振動板２の一主面２１１及び他主面２１２に形成された接続用接合パターン１１１ｃ〜１１４ｃは、水晶振動板２の４隅（角部）の領域に設けられており、振動側第１接合パターン２５１及び振動側第２接合パターン２５２とは所定の間隔を隔てて設けられている。水晶振動板２の他主面２１２に形成された接続用接合パターン１１５ｃは、水晶振動板２の外枠部２３において、Ｘ軸方向に沿って延びており、第２励振電極２２２から引き出された第２引出電極２２４と一体的に形成されている。
【００３８】
また、水晶振動板２の一主面２１１には、第１励振電極２２１から引き出された第１引出電極２２３と一体的に形成された接続用接合パターン１３１が設けられている。接続用接合パターン１３１は、水晶振動板２の外枠部２３であって、水晶振動板２の振動部２２の−Ｚ’方向側に設けられている。また、水晶振動板２の一主面２１１には、接続用接合パターン１３１とは水晶振動板２の振動部２２を挟んでＺ’軸方向の反対側の位置に、接続用接合パターン１３２が設けられている。つまり、振動部２２のＺ’軸方向の両側に、接続用接合パターン１３１，１３２が設けられている。接続用接合パターン１３２は、水晶振動板２の外枠部２３において、Ｘ軸方向に沿って延びている。
【００３９】
また、水晶振動板２の一主面２１１には、水晶振動板２の外枠部２３であって、振動部２２のＸ軸方向の両側に、接続用接合パターン１３３，１３４が設けられている。接続用接合パターン１３３，１３４は、水晶振動板２の長辺に沿った長辺近傍領域に設けられており、Ｚ’軸方向に沿って延びている。接続用接合パターン１３３は、水晶振動板２の一主面２１１に形成された接続用接合パターン１１１ｃと接続用接合パターン１１３ｃとの間に設けられている。接続用接合パターン１３４は、接続用接合パターン１１２ｃと接続用接合パターン１１４ｃとの間に設けられている。
【００４０】
水晶振動板２の他主面２１２には、接続用接合パターン１１５ｃとは水晶振動板２の振動部２２を挟んでＺ’軸方向の反対側の位置に、接続用接合パターン１３５が設けられている。つまり、振動部２２のＺ’軸方向の両側に、接続用接合パターン１１５ｃ，１３５が設けられている。また、水晶振動板２の他主面２１２には、水晶振動板２の外枠部２３であって、振動部２２のＸ軸方向の両側に、接続用接合パターン１３６，１３７が設けられている。接続用接合パターン１３６，１３７は、水晶振動板２の長辺に沿った長辺近傍領域に設けられており、Ｚ’軸方向に沿って延びている。接続用接合パターン１３６は、水晶振動板２の他主面２１２に形成された接続用接合パターン１１１ｃと接続用接合パターン１１３ｃとの間に設けられている。接続用接合パターン１３７は、接続用接合パターン１１２ｃと接続用接合パターン１１４ｃとの間に設けられている。
【００４１】
水晶発振器１０１では、第１〜第４貫通孔１１１〜１１４及び接続用接合パターン１１１ｃ〜１１４ｃ，１３３，１３４，１３６，１３７は、振動側第１接合パターン２５１及び振動側第２接合パターン２５２よりも外周側に設けられる。第５貫通孔１１５及び接続用接合パターン１１５ｃ，１３１，１３２，１３５は、振動側第１接合パターン２５１及び振動側第２接合パターン２５２よりも内周側に設けられる。接続用接合パターン１１１ｃ〜１１５ｃ，１３１〜１３７は、振動側第１接合パターン２５１及び振動側第２接合パターン２５２とは電気的に接続されていない。
【００４２】
第１封止部材３には、曲げ剛性（断面二次モーメント×ヤング率）が１０００［Ｎ・ｍｍ２］以下の材料が用いられている。具体的には、第１封止部材３は、図２，３に示すように、１枚の水晶ウエハから形成された直方体の基板であり、この第１封止部材３の他主面３１２（水晶振動板２に接合する面）は平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。
【００４３】
この第１封止部材３の他主面３１２には、水晶振動板２に接合するための封止側第１封止部として、封止側第１接合パターン３２１が形成されている。封止側第１接合パターン３２１は、平面視で環状に形成されている。
【００４４】
この封止側第１接合パターン３２１は、第１封止部材３上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。尚、本実施の形態では、下地ＰＶＤ膜には、Ｔｉが用いられ、電極ＰＶＤ膜にはＡｕが用いられている。また、封止側第１接合パターン３２１は、非Ｓｎパターンである。
【００４５】
第１封止部材３の一主面３１１（ＩＣチップ５を搭載する面）には、図２，３に示すように、発振回路素子であるＩＣチップ５を搭載する搭載パッドを含む６つの電極パターン３７が形成されている。尚、図２では、ＩＣチップ５の搭載領域を仮想的に破線で示している。６つの電極パターン３７は、それぞれ個別に第６〜第１１貫通孔１１６〜１２１に接続されている。
【００４６】
第１封止部材３には、一主面３１１と他主面３１２との間を貫通する６つの貫通孔（第６〜第１１貫通孔１１６〜１２１）が形成されている。第６〜第９貫通孔１１６〜１１９は、第１封止部材３の４隅（角部）の領域に設けられている。第１０，第１１貫通孔１２０，１２１は、図３のＡ２方向の両側に設けられている。
【００４７】
第６貫通孔１１６は、水晶振動板２の第１貫通孔１１１に繋がるものである。第７貫通孔１１７は、水晶振動板２の第２貫通孔１１２に繋がるものである。第８貫通孔１１８は、水晶振動板２の第３貫通孔１１３に繋がるものである。第９貫通孔１１９は、水晶振動板２の第４貫通孔１１４に繋がるものである。第１０貫通孔１２０は、配線パターン３３を介して水晶振動板２の第５貫通孔１１５に繋がるものである。第１１貫通孔１２１は、第１励振電極２２１から引き出された第１引出電極２２３に繋がるものである。
【００４８】
第６〜第１１貫通孔１１６〜１２１には、一主面３１１と他主面３１２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極１１６ａ〜１２１ａが、第６〜第１１貫通孔１１６〜１２１それぞれの内壁面に沿って形成されている。そして、第６〜第１１貫通孔１１６〜１２１それぞれの中央部分は、一主面３１１と他主面３１２との間を貫通した中空状態の貫通部分１１６ｂ〜１２１ｂとなる。第６〜第１１貫通孔１１６〜１２１それぞれの外周囲には、接続用接合パターン１１６ｃ〜１２１ｃが形成されている。接続用接合パターン１１６ｃ〜１２１ｃは、第１封止部材３の他主面３１２に設けられている。
【００４９】
接続用接合パターン１１６ｃ〜１２１ｃ及び配線パターン３３は、封止側第１接合パターン３２１と同様の構成であり、封止側第１接合パターン３２１と同一のプロセスで形成することができる。具体的には、接続用接合パターン１１６ｃ〜１２１ｃ及び配線パターン３３は、第１封止部材３の他主面３１２上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、当該下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。
【００５０】
第６〜第９貫通孔１１６〜１１９の接続用接合パターン１１６ｃ〜１１９ｃは、第１封止部材３の他主面３１２の４隅（角部）の領域に設けられており、封止側第１接合パターン３２１とは所定の間隔を隔てて設けられている。第１０貫通孔１２０の接続用接合パターン１２０ｃは、図３の矢印Ａ１方向に沿って延びており、配線パターン３３と一体的に形成されている。また、第１封止部材３の他主面３１２には、接続用接合パターン１２０ｃとは配線パターン３３を挟んで、矢印Ａ２方向の反対側の位置に、接続用接合パターン１３８が設けられている。つまり、配線パターン３３の矢印Ａ２方向の一端側に接続用接合パターン１２０ｃが接続され、他端側に接続用接合パターン１３８が接続されている。尚、図３のＡ１方向及びＡ２方向は、図４のＸ軸方向及びＺ’軸方向にそれぞれ一致する。
【００５１】
また、第１封止部材３の他主面３１２には、第１封止部材３の長辺に沿った長辺近傍領域に接続用接合パターン１３９，１４０が設けられている。接続用接合パターン１３９，１４０は、図３の矢印Ａ２方向に沿って延びている。接続用接合パターン１３９は、第１封止部材３の他主面３１２に形成された接続用接合パターン１１６ｃと接続用接合パターン１１８ｃとの間に設けられている。接続用接合パターン１４０は、接続用接合パターン１１７ｃと接続用接合パターン１１９ｃとの間に設けられている。
【００５２】
水晶発振器１０１では、第６〜第９貫通孔１１６〜１１９及び接続用接合パターン１１６ｃ〜１１９ｃ，１３９，１４０は、封止側第１接合パターン３２１よりも外周側に設けられる。第１０，第１１貫通孔１２０，１２１及び接続用接合パターン１２０ｃ，１２１ｃ，１３８は、封止側第１接合パターン３２１よりも内周側に設けられる。接続用接合パターン１１６ｃ〜１２１ｃ，１３８〜１４０は、接続用接合パターン１１７ｃを除いて、封止側第１接合パターン３２１とは電気的に接続されていない。また、配線パターン３３も、封止側第１接合パターン３２１とは電気的に接続されていない。
【００５３】
第２封止部材４には、曲げ剛性（断面二次モーメント×ヤング率）が１０００［Ｎ・ｍｍ２］以下の材料が用いられている。具体的には、第２封止部材４は、図６，７に示すように、１枚の水晶ウエハから形成された直方体の基板であり、この第２封止部材４の一主面４１１（水晶振動板２に接合する面）は平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。
【００５４】
この第２封止部材４の一主面４１１には、水晶振動板２に接合するための封止側第２封止部として、封止側第２接合パターン４２１が形成されている。封止側第２接合パターン４２１は、平面視で環状に形成されている。
【００５５】
この封止側第２接合パターン４２１は、第２封止部材４上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。尚、本実施の形態では、下地ＰＶＤ膜には、Ｔｉが用いられ、電極ＰＶＤ膜にはＡｕが用いられている。また、封止側第２接合パターン４２１は、非Ｓｎパターンである。
【００５６】
第２封止部材４の他主面４１２（水晶振動板２に面しない外方の主面）には、外部に電気的に接続する４つの外部電極端子（第１〜第４外部電極端子４３３〜４３６）が設けられている。第１〜第４外部電極端子４３３〜４３６は、第２封止部材４の４隅（角部）にそれぞれ位置する。これら外部電極端子（第１〜第４外部電極端子４３３〜４３６）は、他主面４１２上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。
【００５７】
第２封止部材４には、図６，７に示すように、一主面４１１と他主面４１２との間を貫通する４つの貫通孔（第１２〜第１５貫通孔１２２〜１２５）が形成されている。第１２〜第１５貫通孔１２２〜１２５は、第２封止部材４の４隅（角部）の領域に設けられている。第１２貫通孔１２２は、第１外部電極端子４３３及び水晶振動板２の第１貫通孔１１１に繋がるものである。第１３貫通孔１２３は、第２外部電極端子４３４及び水晶振動板２の第２貫通孔１１２に繋がるものである。第１４貫通孔１２４は、第３外部電極端子４３５及び水晶振動板２の第３貫通孔１１３に繋がるものである。第１５貫通孔１２５は、第４外部電極端子４３６及び水晶振動板２の第４貫通孔１１４に繋がるものである。
【００５８】
第１２〜第１５貫通孔１２２〜１２５には、一主面４１１と他主面４１２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極１２２ａ〜１２５ａが、第１２〜第１５貫通孔１２２〜１２５それぞれの内壁面に沿って形成されている。そして、第１２〜第１５貫通孔１２２〜１２５それぞれの中央部分は、一主面４１１と他主面４１２との間を貫通した中空状態の貫通部分１２２ｂ〜１２５ｂとなる。第１２〜第１５貫通孔１２２〜１２５それぞれの外周囲には、接続用接合パターン１２２ｃ〜１２５ｃが形成されている。接続用接合パターン１２２ｃ〜１２５ｃは、第２封止部材４の一主面４１１に設けられている。
【００５９】
接続用接合パターン１２２ｃ〜１２５ｃは、封止側第２接合パターン４２１と同様の構成であり、封止側第２接合パターン４２１と同一のプロセスで形成することができる。具体的には、接続用接合パターン１２２ｃ〜１２５ｃは、第２封止部材４の一主面４１１上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、当該下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。
【００６０】
第１２〜第１５貫通孔１２２〜１２５の接続用接合パターン１２２ｃ〜１２５ｃは、第２封止部材４の一主面４１１の４隅（角部）の領域に設けられており、封止側第２接合パターン４２１とは所定の間隔を隔てて設けられている。また、第２封止部材４の一主面４１１には、第２封止部材４の長辺に沿った長辺近傍領域に接続用接合パターン１４１，１４２が設けられている。接続用接合パターン１４１，１４２は、図６の矢印Ｂ２方向に沿って延びている。接続用接合パターン１４１は、第２封止部材４の一主面４１１に形成された接続用接合パターン１２２ｃと接続用接合パターン１２４ｃとの間に設けられている。接続用接合パターン１４２は、接続用接合パターン１２３ｃと接続用接合パターン１２５ｃとの間に設けられている。
【００６１】
また、第２封止部材４の一主面４１１には、図６の矢印Ｂ１方向に延びる接続用接合パターン１４３，１４４が設けられている。接続用接合パターン１４３，１４４は、図６の矢印Ｂ２方向の両端側の領域に設けられている。接続用接合パターン１４３は、第２封止部材４の一主面４１１に形成された接続用接合パターン１２２ｃと接続用接合パターン１２３ｃとの間に設けられている。接続用接合パターン１４４は、接続用接合パターン１２４ｃと接続用接合パターン１２５ｃとの間に設けられている。尚、図６のＢ１方向及びＢ２方向は、図４のＸ軸方向及びＺ’軸方向にそれぞれ一致する。
【００６２】
水晶発振器１０１では、第１２〜第１５貫通孔１２２〜１２５及び接続用接合パターン１２２ｃ〜１２５ｃ，１４１，１４２は、封止側第２接合パターン４２１よりも外周側に設けられる。接続用接合パターン１４３，１４４は、封止側第２接合パターン４２１よりも内周側に設けられる。接続用接合パターン１２２ｃ〜１２５ｃ，１４１〜１４４は、接続用接合パターン１２３ｃを除いて、封止側第２接合パターン４２１とは電気的に接続されていない。
【００６３】
水晶振動板２、第１封止部材３、及び第２封止部材４を含む水晶発振器１０１では、水晶振動板２と第１封止部材３とが振動側第１接合パターン２５１及び封止側第１接合パターン３２１を重ね合わせた状態で拡散接合され、水晶振動板２と第２封止部材４とが振動側第２接合パターン２５２及び封止側第２接合パターン４２１を重ね合わせた状態で拡散接合されて、サンドイッチ構造のパッケージ１２が製造される。これにより、別途接着剤等の接合専用材を用いずに、パッケージ１２の内部空間１３、つまり、振動部２２の収容空間が気密封止される。
【００６４】
そして、図１に示すように、振動側第１接合パターン２５１及び封止側第１接合パターン３２１自身が拡散接合後に生成される接合材１５ａとなり、振動側第２接合パターン２５２及び封止側第２接合パターン４２１自身が拡散接合後に生成される接合材１５ｂとなる。
【００６５】
この際、上述した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る。具体的には、水晶振動板２の４隅の接続用接合パターン１１１ｃ〜１１４ｃ及び第１封止部材３の４隅の接続用接合パターン１１６ｃ〜１１９ｃが拡散接合される。水晶振動板２の長辺近傍領域の接続用接合パターン１３３，１３４及び第１封止部材３の長辺近傍領域の接続用接合パターン１３９，１４０が拡散接合される。水晶振動板２の接続用接合パターン１１５ｃ及び第１封止部材３の接続用接合パターン１３８が拡散接合される。水晶振動板２の接続用接合パターン１３１及び第１封止部材３の接続用接合パターン１２１ｃが拡散接合される。水晶振動板２の接続用接合パターン１３２及び第１封止部材３の接続用接合パターン１２０ｃが拡散接合される。これらの接続用接合パターン自身が拡散接合後に生成される接合材は、貫通孔の貫通電極を導通させる役割、及び接合箇所を気密封止する役割を果たす。
【００６６】
同様に、水晶振動板２の４隅の接続用接合パターン１１１ｃ〜１１４ｃ及び第２封止部材４の４隅の接続用接合パターン１２２ｃ〜１２５ｃが拡散接合される。水晶振動板２の長辺近傍領域の接続用接合パターン１３６，１３７及び第２封止部材４の長辺近傍領域の接続用接合パターン１４１，１４２が拡散接合される。水晶振動板２の接続用接合パターン１１５ｃ及び第２封止部材４の接続用接合パターン１４４が拡散接合される。水晶振動板２の接続用接合パターン１３５及び第２封止部材４の接続用接合パターン１４３が拡散接合される。
【００６７】
〔圧電振動デバイスのシールド構造〕
続いて、本発明の特徴であるシールド構造について説明する。本発明におけるシールド構造は、複数種類のシールド電極によって構成される。図８は、水晶発振器１０１に本発明のシールド構造を適用した場合の例を示す模式断面図である。
【００６８】
図８に示すように、本実施の形態に係るシールド構造は、第２封止部材４の一主面４１１に形成されるシールド電極４４により構成される。また、シールド電極４４は、封止側第２接合パターン４２１の内側に形成されるものであり、すなわち、水晶発振器１０１においてはパッケージ１２の内部空間１３の内面側に形成される。この時、シールド電極４４は、封止側第２接合パターン４２１の内側の略全面に形成され、封止側第２接合パターン４２１とは電気的に接続されているが、接続用接合パターン１４３，１４４とは電気的に分離されている。
【００６９】
シールド電極４４は、端子や配線等の電位変動による影響を防止するために、水晶発振器１０１の動作中に変動のない固定電位が与えられている必要がある。そのような固定電位としてはＧＮＤ（接地）電位を用いることが好適である。このため、封止側第２接合パターン４２１は接続用接合パターン１２３ｃと電気的に接続されており、シールド電極４４は封止側第２接合パターン４２１及び接続用接合パターン１２３ｃを介してＧＮＤ電位が与えられるようになっている。
【００７０】
本実施の形態に係るシールド電極４４は、封止側第２接合パターン４２１と同一工程で形成されるものであり、これにより水晶発振器１０１の製造工程を増やすことなくシールド構造が得られるといったメリットを有する。すなわち、封止側第２接合パターン４２１は、第２封止部材４の一主面４１１の全体に、下地ＰＶＤ膜及び電極ＰＶＤ膜を順次成膜し、これらをエッチングによりパターニングすることで形成される。シールド電極４４は、この時のエッチングマスクを工夫することで、封止側第２接合パターン４２１と同一工程で形成することが可能である。すなわち、電極ＰＶＤ膜のエッチング工程では、封止側第２接合パターン４２１の形成領域では電極ＰＶＤ膜を残し、シールド電極４４の形成領域では電極ＰＶＤ膜をエッチングにて除去する。
【００７１】
また、封止側第２接合パターン４２１は、上述したように下地ＰＶＤ膜及び電極ＰＶＤ膜の積層構造とされており、最上層の電極ＰＶＤ膜はＡｕ膜である。一方で、シールド電極４４では、電極ＰＶＤ膜はエッチングにて除去され、下地ＰＶＤ膜はエッチングされずに残される。このため、シールド電極４４は、その表面においてＡｕが露出しない構成とされる。尚、シールド電極４４においては、電極ＰＶＤ膜をエッチング除去した後、下地ＰＶＤ膜の表面に酸化金属膜を形成してもよい。例えば、下地ＰＶＤ膜がＴｉ膜である場合、該Ｔｉ膜を空気に触れさせることでその表面に酸化Ｔｉ膜を容易に形成することができる。尚、下地ＰＶＤ膜をＴｉ膜とし、その表面に酸化Ｔｉ膜を形成した場合、Ｔｉよりも酸化Ｔｉの方がＡｕと固着しにくくリスク低減のメリットがある。すなわち、振動によって第２励振電極２２２がシールド電極４４に接触した場合、シールド電極４４の表面が酸化Ｔｉ膜であることで、第２励振電極２２２とシールド電極４４との固着がより確実に防止できる。また、酸素に触れることなくウエハを製造することは困難であるため、シールド電極４４の表面を酸化Ｔｉ膜とすることで、製造設備も簡素化できる。
【００７２】
このように、シールド電極４４の表面にＡｕを露出させないことにより、例えば落下などの衝撃で水晶振動板２の振動部２２が大きく変位して第２励振電極２２２がシールド電極４４に接触したとしても、Ａｕ−Ａｕの拡散接合によって第２励振電極２２２がシールド電極４４に固着することを防止できる。
【００７３】
そして、シールド電極４４は、その表面にＡｕを露出させないことで第２励振電極２２２との固着が防止できるため、第１励振電極２２１及び第２励振電極２２２の全体と平面視で重畳するように形成することができる。これにより、シールド電極４４は、励振電極と実装基板の端子や配線との容量結合を完全に防止することができ、より高いシールド効果を得ることができる。
【００７４】
また、上記説明におけるシールド電極の形状は一例にすぎず、本発明はこれに限定されるものではない。以下にシールド電極のいくつかの変形例について説明する。
【００７５】
上述したシールド電極４４は、Ａｕ膜で電極ＰＶＤ膜をエッチング除去することで表面にＡｕが露出しない構成とされている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、電極ＰＶＤ膜をエッチング除去する代わりに、電極ＰＶＤ膜の上に他の金属酸化膜（絶縁膜）などを積層し、表面にＡｕが露出しない構成としてもよい。このような構成でも、第２励振電極２２２がシールド電極４４に接触した場合に、Ａｕ−Ａｕの拡散接合によって第２励振電極２２２がシールド電極４４に固着することを防止できる。
【００７６】
また、上記説明の水晶発振器１０１では、第１封止部材３の他主面３１２に配線パターン３３が形成されており、配線パターン３３は封止側第１接合パターン３２１と同一のプロセスで形成することができるため、その最表層はＡｕ膜である電極ＰＶＤ膜となっている。図３及び図４に示す構成例（レイアウト）では、配線パターン３３は第１励振電極２２１と平面視で重畳しておらず、配線パターン３３と第１励振電極２２１とがＡｕ−Ａｕの拡散接合によって固着が生じることはない。しかしながら、配線パターン３３の少なくとも一部が第１励振電極２２１と平面視で重畳するようなレイアウトとなっている場合には、配線パターン３３における電極ＰＶＤ膜をエッチング除去し、表面にＡｕが露出しない構成としてもよい。
【００７７】
上記形態では、第１封止部材３及び第２封止部材４に水晶を用いているが、これに限定されるものではなく、ガラスを用いてもよい。また、圧電振動板にＡＴカット水晶板を用いているが、これに限定されるものではなく、ＡＴカット水晶以外の水晶を用いてもよい。圧電振動板は、圧電材料であれば他の材料であってもよく、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等であってもよい。
【００７８】
尚、第１封止部材３及び第２封止部材４を水晶で構成することによって、水晶振動板２、第１封止部材３、及び第２封止部材４の熱膨張率が同一となり、水晶振動板２、第１封止部材３、及び第２封止部材４の熱膨張差に起因するパッケージ１２の変形を抑制できるので、水晶振動板２の振動部２２を気密封止した内部空間１３の気密性を向上させることが可能になる。また、パッケージ１２の変形による歪は、連結部２４を介して第１励振電極２２１及び第２励振電極２２２に伝達され、周波数変動の要因となる可能性があるが、水晶振動板２、第１封止部材３、及び第２封止部材４をすべて水晶で構成することによって、そのような周波数変動を抑制することができる。
【００７９】
今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。例えば、水晶発振器に限らず水晶振動子に適用することもできる。また、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００８０】
１０１    水晶発振器（圧電振動デバイス）
２    水晶振動板（圧電振動板）
３    第１封止部材
４    第２封止部材
５    ＩＣチップ
１２    パッケージ
１３    内部空間
１１１〜１２５    第１〜第１５貫通孔
２２    振動部
２３    外枠部
２４    連結部
２２１    第１励振電極
２２２    第２励振電極
３７    電極パターン
４３３〜４３６    第１〜第４外部電極端子
４４    シールド電極（シールド電極）
【図１】
2020120345.tif 000003
【図２】
2020120345.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020120345.tif 000008
【図７】
2020120345.tif 000009
【図８】
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