(57)【要約】【課題】基板実装時におけるＴｉ膜の腐食を防止できるサンドイッチ構造の圧電振動デバイスを提供する。【解決手段】水晶発振器１０１では、水晶振動板２と、水晶振動板２の第１励振電極を覆う第１封止部材３と、水晶振動板２の第２励振電極を覆う第２封止部材４とが接合パターン層によって接合され、第１励振電極と第２励振電極とを含む水晶振動板２の振動部２２を気密封止した内部空間が形成される。接合パターン層は、平面視で振動部２２を囲うように環状に形成されることで内部空間を気密封止する封止用パターン層（例えば振動側第１接合パターン２５１）と、配線および電極の導通を図るための導電用パターン層（例えば接続用接合パターン２５３）とを含んでおり、導電用パターン層は、周囲を前記封止用パターン層によって囲まれた閉空間内に配置される。封止用パターン層は、水晶発振器１０１の動作時にＧＮＤ電位が与えられる。【選択図】図４
2020088589.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、
前記第１封止部材と前記圧電振動板との間、および前記第２封止部材と前記圧電振動板との間が、少なくともＴｉからなる下地膜と当該下地膜の上層に形成されるＡｕからなる接合膜とを含む積層膜からなる接合パターン層によって接合されており、
前記接合パターン層は、平面視で前記振動部を囲うように環状に形成されることで前記内部空間を気密封止する封止用パターン層と、配線および電極の導通を図るための導電用パターン層とを含んでおり、
前記導電用パターン層は、周囲を前記封止用パターン層によって囲まれた閉空間内に配置されており、
前記封止用パターン層は、当該圧電振動デバイスの動作時にＧＮＤ電位が与えられ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、
前記封止用パターン層は、当該圧電振動デバイスの動作時にＧＮＤ電位が与えられる導電用パターン層と接続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に記載の圧電振動デバイスであって、
前記封止用パターン層は、当該圧電振動デバイスの動作時にＧＮＤ電位が与えられる導電用パターン層を兼用していることを特徴とする圧電振動デバイス。
【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、水晶発振器など）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封止部材および第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（例えば、特許文献１）。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】
サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおいて、圧電振動板と第１封止部材との接合、および圧電振動板と第２封止部材との接合には拡散接合を用いることができる。拡散接合では、先ず、接合される各水晶板において、接合領域に対応する接合パターンを形成する。この接合パターンは、水晶板の上に下地膜（例えばＴｉ膜）を形成し、さらに下地膜の上に接合膜（Ａｕ膜）を積層して形成される。そして、接合パターンが形成された水晶板同士を重ね合わせることで水晶板同士が拡散接合される。また、各水晶板に形成されていた接合パターンは、互いに接合して水晶板間で接合パターン層を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１８／０５１８００号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
圧電振動デバイスは、当然ながら、基板実装されて使用される。そして、基板実装された圧電振動デバイスにおいて、高温高湿環境で使用されると下地膜であるＴｉ膜の腐食が発生する場合のあることが本願発明者によって確認された。また、このようなＴｉ膜の腐食は、実装前の圧電振動デバイスを高温高湿環境下に保存するだけでは発生しなかった。さらに、Ｔｉ膜の腐食は、Ｔｉ膜の全体で発生するのではなく、接合パターン層内の細い隙間に隣接する領域にて発生する傾向があった。このため、Ｔｉ膜の腐食は、以下のような作用により発生していると考えられる。
【０００７】
図９は、Ｔｉ膜の腐食が確認された従来の圧電振動デバイスにおいて、接合前の圧電振動板における一主面の接合パターンを例示する図である。尚、図９では、接合パターン（Ｔｉ膜およびＡｕ膜）が形成される接合領域を斜線ハッチングにて示している。この接合パターンには、一部で細い隙間Ｓ１〜Ｓ４が生じている。圧電振動板に接合される第１封止部材にも同様の接合パターンが形成されるため、圧電振動板と第１封止部材との間には、図９に示す接合パターンと同形状の接合パターン層が形成されることになる。
【０００８】
回路基板に実装された圧電振動デバイスでは、回路基板と水晶板との熱膨張率差などにより、圧電振動デバイスに反りを生じさせるような歪みが発生する。さらに、この歪みによって圧電振動デバイスの接合パターン層には剥離応力が発生し、図１０に示すように、応力割れが発生する。尚、図１０では、Ｔｉ膜とＡｕ膜との間に応力割れが生じた場合を例示しているが、水晶板とＴｉ膜との間に応力割れが生じる場合もある。このような応力割れによってＴｉ膜が露出すると、露出したＴｉ膜の表面が酸化して酸化Ｔｉ膜となる。通常は、この表面の酸化Ｔｉ膜がバリアとなってＴｉ膜の腐食の進行が食い止められる。
【０００９】
しかしながら、このような応力割れが隙間Ｓ１〜Ｓ４に隣接する領域で発生した場合、隙間Ｓ１〜Ｓ４は水分を含んだ外気（雰囲気）の対流・拡散が生じにくく、Ｔｉ膜の酸化によって水分中の酸素が消費された分、隙間Ｓ１〜Ｓ４内の酸素濃度が低下する。その結果、隙間Ｓ１〜Ｓ４内の水分とデバイス外部の水分との間で酸素濃度が異なり、酸素濃淡電池が形成される。この場合、隙間Ｓ１〜Ｓ４内がアノード、デバイス外部がカソードとなる。
【００１０】
酸素濃淡電池が形成されることで隙間Ｓ１〜Ｓ４内の電位が低下すると、Ｔｉが加水分解し始める。加水分解が進むとＨ＋が増加してｐＨが低下し、脱不動態化ｐＨに達する。この状態でさらに応力割れが発生すると、露出したＴｉ膜の表面に酸化Ｔｉ膜が形成されることなく腐食が加速的に進行する。また、高温高湿環境では水分を含んだ外気中にＣｌ−が存在している場合もあり、隙間Ｓ１〜Ｓ４内の電気的中性を保つためにＣｌ−が隙間Ｓ１〜Ｓ４内に引き寄せられると、さらに腐食が進行する。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板実装時におけるＴｉ膜の腐食を防止できるサンドイッチ構造の圧電振動デバイス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、前記第１封止部材と前記圧電振動板との間、および前記第２封止部材と前記圧電振動板との間が、少なくともＴｉからなる下地膜と当該下地膜の上層に形成されるＡｕからなる接合膜とを含む積層膜からなる接合パターン層によって接合されており、前記接合パターン層は、平面視で前記振動部を囲うように環状に形成されることで前記内部空間を気密封止する封止用パターン層と、配線および電極の導通を図るための導電用パターン層とを含んでおり、前記導電用パターン層は、周囲を前記封止用パターン層によって囲まれた閉空間内に配置されており、前記封止用パターン層は、当該圧電振動デバイスの動作時にＧＮＤ電位が与えられることを特徴としている。
【００１３】
上記の構成によれば、接合パターン層に含まれる導電用パターン層は、その周囲を封止用パターン層によって囲まれた閉空間内に配置され、導電用パターン層と封止用パターン層との間に細い隙間が生じていても、その隙間は外部と連通するものとはならない。この閉空間内は、気密封止されているため高温高湿下に置かれた場合でも水分の浸入がなく、導電用パターンと封止用パターンとの間が電気的に導通することがなく、導電用パターン層と封止用パターン層との間の隙間で酸素濃淡電池が形成されることを防止できる。すなわち、圧電振動デバイスを基板実装したことで、封止用パターン層もしくは導電用パターン層に応力割れが生じたとしても、酸素濃淡電池が形成されないため、基板実装された圧電振動デバイスにおいて接合パターン層のＴｉ膜の腐食を防止でき、圧電振動デバイスの信頼性を確保することができる。
【００１４】
さらに、基板実装された圧電振動デバイスにおいて、封止用パターン層にＧＮＤ電位が与えられることにより、封止用パターン層がカソード防食され、Ｔｉ膜の腐食をより確実に防止することができる。
【００１５】
また、上記圧電振動デバイスでは、前記封止用パターン層は、当該圧電振動デバイスの動作時にＧＮＤ電位が与えられる導電用パターン層と接続されている構成とすることができる。
【００１６】
また、上記圧電振動デバイスでは、前記封止用パターン層は、当該圧電振動デバイスの動作時にＧＮＤ電位が与えられる導電用パターン層を兼用している構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の圧電振動デバイスは、導電用パターン層と封止用パターン層との間に外部と連通する細い隙間を生じさせないことで酸素濃淡電池の形成を防止し、さらに、封止用パターン層にＧＮＤ電位を与えてカソード防食することで、接合パターン層のＴｉ膜の腐食を防止できるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態にかか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封止部材の第１主面側の概略平面図である。
【図３】水晶発振器の第１封止部材の第２主面側の概略平面図である。
【図４】水晶発振器の水晶振動板の第１主面側の概略平面図である。
【図５】水晶発振器の水晶振動板の第２主面側の概略平面図である。
【図６】水晶発振器の第２封止部材の第１主面側の概略平面図である。
【図７】水晶発振器の第２封止部材の第２主面側の概略平面図である。
【図８】本実施の形態にかかる水晶発振器の変形例であり、水晶振動板の第１主面側の概略平面図である。
【図９】従来の圧電振動デバイスにおける圧電振動板の一主面における概略平面図である。
【図１０】従来の圧電振動デバイスにおいて、水晶板間の接合パターン層において生じる応力割れを示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。尚、以下の実施の形態では、本発明を適用する圧電振動デバイスが水晶発振器である場合について説明する。但し、本発明の圧電振動デバイスは、このような水晶発振器だけでなく、下記の水晶発振器においてＩＣチップを省略した（ＩＣチップ搭載前の）水晶振動子や、ＩＣチップの搭載を前提としない水晶振動子をも含む概念である。
【００２０】
本実施の形態にかかる水晶発振器１０１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、第２封止部材４、およびＩＣチップ５を備えて構成されている。この水晶発振器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とが接合されることによって、略直方体のサンドイッチ構造のパッケージ１２が構成される。具体的には、水晶振動板２に形成される接合パターンと第１封止部材３に形成される接合パターンとが拡散接合され、水晶振動板２と第１封止部材３との間に接合パターン層が形成されることで、水晶振動板２と第１封止部材３とが接合される。同様に、水晶振動板２に形成される接合パターンと第２封止部材４に形成される接合パターンとが拡散接合され、水晶振動板２と第２封止部材４との間に接合パターン層が形成されることで、水晶振動板２と第２封止部材４とが接合される。
【００２１】
また、第１封止部材３における水晶振動板２との接合面と反対側の主面に、ＩＣチップ５が搭載される。電子部品素子としてのＩＣチップ５は、水晶振動板２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。
【００２２】
水晶振動板２では、一方の主面である第１主面２１１に第１励振電極２２１が形成され、他方の主面である第２主面２１２に第２励振電極２２２が形成されている。そして、水晶発振器１０１においては、水晶振動板２の第１主面２１１および第２主面２１２のそれぞれに第１封止部材３および第２封止部材４が接合されることで、パッケージ１２の内部空間が形成され、内部空間に第１励振電極２２１および第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。
【００２３】
本実施の形態にかかる水晶発振器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。また、小型化に伴い、パッケージ１２では、キャスタレーションを形成せずに、後述する貫通孔を用いて電極の導通を図っている。
【００２４】
次に、上記した水晶発振器１０１における水晶振動板２、第１封止部材３および第２封止部材４の各部材について、図１〜７を用いて説明する。尚、ここでは、接合されていないそれぞれ単体として構成されている各部材について説明を行う。
【００２５】
水晶振動板２は、図４，５に示すように、水晶からなる圧電基板であって、その両主面（第１主面２１１，第２主面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（第１主面２１１、第２主面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）に平行な方向がＸ軸方向とされ、水晶振動板２の長手方向（長辺方向）に平行な方向が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）、および光学軸（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´軸およびＺ´軸は、水晶の結晶軸のＹ軸およびＺ軸からそれぞれ３５°１５′傾いた軸に一致する。Ｙ´軸方向および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。
【００２６】
水晶振動板２の第１主面２１１および第２主面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とを連結することで振動部２２を保持する保持部２４とを有している。すなわち、水晶振動板２は、振動部２２、外枠部２３および保持部２４が一体的に設けられた構成となっている。
【００２７】
本実施の形態では、保持部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いる。また、振動部２２および保持部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と保持部２４との厚みの違いにより、外枠部２３と保持部２４の圧電振動の固有振動数が異なることになり、保持部２４の圧電振動に外枠部２３が共鳴しにくくなる。尚、保持部２４の形成箇所は１か所に限定されるものではなく、保持部２４は、振動部２２と外枠部２３との間の２箇所に設けられていてもよい。
【００２８】
第１励振電極２２１は振動部２２の第１主面２１１側に設けられ、第２励振電極２２２は振動部２２の第２主面２１２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、これらの励振電極を外部電極端子に接続するための引出配線（第１引出配線２２３，第２引出配線２２４）が接続されている。第１引出配線２２３は、第１励振電極２２１から引き出され、保持部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２７に繋がっている。第２引出配線２２４は、第２励振電極２２２から引き出され、保持部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２８に繋がっている。このように、保持部２４の第１主面２１１側に第１引出配線２２３が形成され、保持部２４の第２主面２１２側に第２引出配線２２４が形成されている。
【００２９】
水晶振動板２の第１主面２１１および第２主面２１２には、水晶振動板２を第１封止部材３および第２封止部材４に接合するための接合パターンが形成されている。この接合パターンは、水晶との密着性の高い下地膜と、下地膜の上層に形成される接合膜とを含む積層膜となっている。ここでは、下地膜はＴｉからなり、接合膜はＡｕからなっている。また、接合パターンを形成する積層膜の構成は、Ｔｉ膜とＡｕ膜との２層構造に限定されるものではなく、他の膜（例えばＴｉ膜とＡｕ膜との間に形成されるバリア膜）を含んだ３層以上の構造であってもよい。
【００３０】
この接合パターンには、パッケージ１２の内部空間を気密封止するための封止用パターンと、配線や電極を導通させるための導電用パターンとが含まれる。尚、図３〜図６では、接合パターンが形成される接合領域を斜線ハッチングにて示している。
【００３１】
水晶振動板２における封止用パターンは、第１主面２１１に設けられる振動側第１接合パターン２５１と、第２主面２１２に設けられる振動側第２接合パターン２５２とがこれに相当する。振動側第１接合パターン２５１および振動側第２接合パターン２５２は、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。振動側第１接合パターン２５１および振動側第２接合パターン２５２の内側の領域は、封止領域（接合後にパッケージ１２の内部空間となる領域）となる。第１励振電極２２１，第２励振電極２２２は、振動側第１接合パターン２５１および振動側第２接合パターン２５２とは電気的に接続されていない。
【００３２】
水晶振動板２における導電用パターンは、第１主面２１１および第２主面２１２の両側で外枠部２３の４隅（角部）付近の領域に設けられた接続用接合パターン２５３と、第１主面２１１に設けられる接続用接合パターン２５４および接続用接合パターン２７と、第２主面２１２に設けられる接続用接合パターン２８とがこれに相当する。接続用接合パターン２５４、接続用接合パターン２７および接続用接合パターン２８は、振動側第１接合パターン２５１または振動側第２接合パターン２５２の封止領域内に配置されている。また、接続用接合パターン２５３は、封止領域よりも外側の領域に配置されているが、その周囲は振動側第１接合パターン２５１または振動側第２接合パターン２５２によって完全に囲まれている。
【００３３】
さらに、振動側第１接合パターン２５１および振動側第２接合パターン２５２は、接続用接合パターン２５３の一つと電気的に接続されている。振動側第１接合パターン２５１および振動側第２接合パターン２５２と接続される接続用接合パターン２５３は、水晶発振器１０１の動作時にＧＮＤ電位が与えられる電極となる。
【００３４】
接続用接合パターン２５３のそれぞれの内部領域には第１貫通孔２６１が形成されており、接続用接合パターン２５４および接続用接合パターン２８の内部領域には第２貫通孔２６２が形成されている。第２貫通孔２６２は、外枠部２３であって、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。
【００３５】
第１貫通孔２６１および第２貫通孔２６２には、第１主面２１１と第２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が、貫通孔それぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第１貫通孔２６１および第２貫通孔２６２それぞれの中央部分は、第１主面２１１と第２主面２１２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。
【００３６】
水晶振動板２において、第１励振電極２２１、第２励振電極２２２、第１引出配線２２３、第２引出配線２２４、振動側第１接合パターン２５１、振動側第２接合パターン２５２、および接続用接合パターン２５３，２５４，２７，２８は、同一のプロセスで形成することができる。具体的には、これらは、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膜（Ｔｉ膜）と、当該下地膜上に物理的気相成長させて積層形成された接合膜（Ａｕ膜）とから形成することができる。
【００３７】
第１封止部材３は、図２，３に示すように、１枚のガラスウエハ（または水晶ウエハ）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の第２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。
【００３８】
第１封止部材３の第１主面３１１（ＩＣチップ５を搭載する面）には、図２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。ＩＣチップ５は、金属バンプ（例えばＡｕバンプ等）３８（図１参照）を用いて電極パターン３７に、ＦＣＢ（Flip Chip Bonding）法により接合される。
【００３９】
第１封止部材３には、図２，３に示すように、６つの電極パターン３７のそれぞれと接続され、第１主面３１１と第２主面３１２との間を貫通する６つの貫通孔が形成されている。具体的には、４つの第３貫通孔３２２が、第１封止部材３の４隅（角部）の領域に設けられている。第４，第５貫通孔３２３，３２４は、図２，３のＡ２方向およびＡ１方向にそれぞれ設けられている。尚、図２，３，６，７のＡ１およびＡ２方向は、図４，５の−Ｚ´方向および＋Ｚ´方向にそれぞれ一致し、図２，３，６，７のＢ１およびＢ２方向は、図４，５の−Ｘ方向および＋Ｘ方向にそれぞれ一致する。
【００４０】
第３貫通孔３２２および第４，第５貫通孔３２３，３２４には、第１主面３１１と第２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が、貫通孔それぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第３貫通孔３２２および第４，第５貫通孔３２３，３２４それぞれの中央部分は、第１主面３１１と第２主面３１２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。
【００４１】
第１封止部材３の第２主面３１２には、第１封止部材３を水晶振動板２に接合するための接合パターンが形成されており、この接合パターンも水晶との密着性の高い下地膜（Ｔｉ膜）と、下地膜の上に形成される接合膜（Ａｕ膜）との積層膜となっている。
【００４２】
第１封止部材３における封止用パターンは、封止側第１接合パターン３２１がこれに相当する。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おり、その内側の領域が封止領域となる。
【００４３】
第１封止部材３における導電用パターンは、第３貫通孔３２２のそれぞれの周囲に形成された接続用接合パターン３４と、第４貫通孔３２３の周囲に形成された接続用接合パターン３５１と、第５貫通孔３２４の周囲に形成された接続用接合パターン３５２と、接続用接合パターン３５１に対して第１封止部材３の長軸方向の反対側（Ａ２方向側）に形成された接続用接合パターン３５３とがこれに相当する。尚、接続用接合パターン３５１と接続用接合パターン３５３とは配線パターン３３によって接続されている。接続用接合パターン３５１、接続用接合パターン３５２および接続用接合パターン３５３は、封止側第１接合パターン３２１の封止領域内に配置されている。また、接続用接合パターン３４は、封止領域よりも外側の領域に配置されているが、その周囲は封止側第１接合パターン３２１によって完全に囲まれている。
【００４４】
さらに、封止側第１接合パターン３２１は、接続用接合パターン３４の一つと電気的に接続されている。封止側第１接合パターン３２１と接続される接続用接合パターン３４は、水晶発振器１０１の動作時にＧＮＤ電位が与えられる電極となる。
【００４５】
第１封止部材３において、封止側第１接合パターン３２１、接続用接合パターン３４，３５１〜３５３、および配線パターン３３は、同一のプロセスで形成することができる。具体的には、これらは、第１封止部材３の第２主面３１２上に物理的気相成長させて形成された下地膜（Ｔｉ膜）と、当該下地膜上に物理的気相成長させて積層形成された接合膜（Ａｕ膜）とから形成することができる。
【００４６】
第２封止部材４は、図６，７に示すように、１枚のガラスウエハ（または水晶ウエハ）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の第１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。
【００４７】
第２封止部材４の第２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４３が設けられている。外部電極端子４３は、第２封止部材４の４隅（角部）にそれぞれ位置する。
【００４８】
第２封止部材４には、図６，７に示すように、第１主面４１１と第２主面４１２との間を貫通する４つの貫通孔が形成されている。具体的には、４つの第６貫通孔４４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６貫通孔４４には、第１主面４１１と第２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が、貫通孔それぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第６貫通孔４４それぞれの中央部分は、第１主面４１１と第２主面４１２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。
【００４９】
第２封止部材４の第１主面４１１には、第２封止部材４を水晶振動板２に接合するための接合パターンが形成されており、この接合パターンも水晶との密着性の高い下地膜（Ｔｉ膜）と、下地膜の上に形成される接合膜（Ａｕ膜）との積層膜となっている。
【００５０】
第２封止部材４における封止用パターンは、封止側第２接合パターン４２１がこれに相当する。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おり、その内側の領域が封止領域となる。
【００５１】
第２封止部材４における導電用パターンは、第６貫通孔４４のそれぞれの周囲に形成された接続用接合パターン４５がこれに相当する。接続用接合パターン４５は、封止領域よりも外側の領域に配置されているが、その周囲は封止側第２接合パターン４２１によって完全に囲まれている。
【００５２】
さらに、封止側第２接合パターン４２１は、接続用接合パターン４５の一つと電気的に接続されている。封止側第２接合パターン４２１と接続される接続用接合パターン４５は、水晶発振器１０１の動作時にＧＮＤ電位が与えられる電極となる。
【００５３】
第２封止部材４において、封止側第２接合パターン４２１、および接続用接合パターン４５は、同一のプロセスで形成することができる。具体的には、これらは、第２封止部材４の第１主面４１１上に物理的気相成長させて形成された下地膜（Ｔｉ膜）と、当該下地膜上に物理的気相成長させて積層形成された接合膜（Ａｕ膜）とから形成することができる。
【００５４】
上記の水晶振動板２、第１封止部材３、および第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とが封止用パターンである振動側第１接合パターン２５１および封止側第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とが封止用パターンである振動側第２接合パターン２５２および封止側第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、図１に示すサンドイッチ構造のパッケージ１２が製造される。すなわち、振動側第１接合パターン２５１および封止側第１接合パターン３２１が接合されて水晶振動板２と第１封止部材３との間の封止用パターン層となり、振動側第２接合パターン２５２および封止側第２接合パターン４２１が接合されて水晶振動板２と第２封止部材４との間の封止用パターン層となる。これにより、パッケージ１２の内部空間、つまり、振動部２２の収容空間が気密封止される。
【００５５】
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。そして、導電用パターンである接続用接合パターン同士の接合により、水晶発振器１０１では、第１励振電極２２１、第２励振電極２２２、ＩＣチップ５および外部電極端子４３の電気的導通が得られるようになっている。接合された導電用パターン同士は、水晶振動板２と第１封止部材３との間または水晶振動板２と第２封止部材４との間で導電用パターン層となる。
【００５６】
具体的には、第１励振電極２２１は、第１引出配線２２３、接続用接合パターン２７と接続用接合パターン３５３との接合による導電用パターン層、配線パターン３３、接続用接合パターン３５１、第４貫通孔３２３内の貫通電極、および電極パターン３７を順に経由して、ＩＣチップ５に接続される。第２励振電極２２２は、第２引出配線２２４、接続用接合パターン２８、第２貫通孔２６２内の貫通電極、接続用接合パターン２５４と接続用接合パターン３５２との接合による導電用パターン層、第５貫通孔３２４内の貫通電極、および電極パターン３７を順に経由して、ＩＣチップ５に接続される。また、ＩＣチップ５は、電極パターン３７、第３貫通孔３２２内の貫通電極、接続用接合パターン３４と接続用接合パターン２５３との接合による導電用パターン層、第１貫通孔２６１内の貫通電極、接続用接合パターン２５３と接続用接合パターン４５との接合による導電用パターン層、および第６貫通孔４４内の貫通電極を順に経由して、外部電極端子４３に接続される。
【００５７】
本実施の形態に係る水晶発振器１０１において、図３〜図６に示されるように、導電用パターン層（特に、パッケージ１２の内部空間の外側の４隅に形成される導電用パターン層）は、その周囲を封止用パターン層によって囲まれた閉空間内に配置される。したがって、導電用パターン層と封止用パターン層との間に細い隙間が生じていても、その隙間は外部と連通するものとはならない。
【００５８】
この閉空間内は、気密封止されているため高温高湿下に置かれた場合でも水分の浸入がなく、導電用パターンと封止用パターンとの間が電気的に導通することがなく、導電用パターン層と封止用パターン層との間の隙間で酸素濃淡電池が形成されることを防止できる。すなわち、水晶発振器１０１を基板実装したことで、封止用パターン層もしくは導電用パターン層に図１０に示すような応力割れが生じたとしても、酸素濃淡電池が形成されないため、基板実装された水晶発振器１０１において接合パターン層のＴｉ膜の腐食を防止でき、水晶発振器１０１の信頼性が確保できる。
【００５９】
さらに、基板実装された水晶発振器１０１において、封止用パターン層にはＧＮＤ電位が与えられるようになっている。これは、封止用パターン層をカソード防食するための構成である。すなわち、封止用パターン層のＴｉ膜における電位を基準値（防食電位）以下に下げることで、Ｔｉ膜の腐食をより確実に防止することができる。実際、Ｔｉ膜の腐食が確認された従来の圧電振動デバイスでも、ＧＮＤ電位が与えられる導電用パターン層ではＴｉ膜の腐食は発生しておらず、本実施の形態に係る水晶発振器１０１においても封止用パターン層にＧＮＤ電位を与えてカソード防食することは有効であると考えられる。
【００６０】
図３〜図６に例示した構成では、封止用パターンは、水晶発振器１０１の動作時にＧＮＤ電位が与えられる導電用パターンと接続されている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図８に示すように、封止用パターン（ここでは、振動側第１接合パターン２５１）は、水晶発振器１０１の動作時にＧＮＤ電位が与えられる導電用パターンを兼用する構成とされていてもよい。すなわち、図８の例では、４つの第１貫通孔２６１のうち、周囲に接続用接合パターン２５３が形成されているのは３つのみであり、第１貫通孔２６１の１つは振動側第１接合パターン２５１と直接接続されている。尚、図８は水晶振動板２の第１主面２１１を例示しているが、水晶振動板２の第２主面２１２、第１封止部材３の第２主面３１２および第２封止部材４の第１主面４１１においても同様の構成とすることができる。
【００６１】
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。したがって、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。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００６２】
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）
２２    振動部
２３    外枠部
２４    保持部
２１１    第１主面
２１２    第２主面
２２１    第１励振電極
２２２    第２励振電極
２２３    第１引出配線
２２４    第２引出配線
２５１    振動側第１接合パターン（封止用パターン層の一部）
２５２    振動側第２接合パターン（封止用パターン層の一部）
２５３    接続用接合パターン（導電用パターン層の一部）
２５４    接続用接合パターン（導電用パターン層の一部）
２７    接続用接合パターン（導電用パターン層の一部）
２８    接続用接合パターン（導電用パターン層の一部）
３    第１封止部材
３１１    第１主面
３１２    第２主面
３２１    封止側第１接合パターン（封止用パターン層の一部）
３４    接続用接合パターン（導電用パターン層の一部）
３５１    接続用接合パターン（導電用パターン層の一部）
３５２    接続用接合パターン（導電用パターン層の一部）
３５３    接続用接合パターン（導電用パターン層の一部）
４    第２封止部材
４１１    第１主面
４１２    第２主面
４２１    封止側第２接合パターン（封止用パターン層の一部）
４５    接続用接合パターン（導電用パターン層の一部）
５    ＩＣチップ
１２    パッケージ
【図１】
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【図２】
2020088589.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2020088589.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年1月29日(2020.1.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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ており、
前記第２封止部材における前記圧電振動板との接合面と反対側の主面に外部に電気的に接続するための外部電極端子が設けられ、前記第１封止部材における前記圧電振動板との接合面と反対側の主面にＩＣチップが搭載された圧電振動デバイスにおいて、
前記第１封止部材と前記圧電振動板との間、および前記第２封止部材と前記圧電振動板との間が、少なくともＴｉからなる下地膜と当該下地膜の上層に形成されるＡｕからなる接合膜とを含む積層膜からなる接合パターン層によって接合されており、
前記接合パターン層は、平面視で前記振動部を囲うように環状に形成されることで前記内部空間を気密封止する封止用パターン層と、配線および電極の導通を図るための導電用パターン層とを含んでおり、
前記導電用パターン層の少なくとも一部は、前記封止用パターン層によって形成される前記内部空間の外に配置されており、
前記導電用パターン層のうち、当該圧電振動デバイスの動作時に変動する電位が与えられる全ての前記導電用パターン層は、周囲を前記封止用パターン層によって囲まれた閉空間内に配置されており、
全ての前記封止用パターン層は、当該圧電振動デバイスの動作時にＧＮＤ電位が与えられ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、
前記封止用パターン層は、当該圧電振動デバイスの動作時にＧＮＤ電位が与えられる導電用パターン層を兼用していることを特徴とする圧電振動デバイス。