(57)【要約】【課題】実装部における応力集中による振動特性劣化、接続強度の低下を抑え、長期的に良好な振動特性を維持した小型水晶振動子を提供すること。【解決手段】本発明に係る水晶振動子は、水晶振動板と、前記水晶振動板の周縁部近傍に具備される２つの実装電極とを有する水晶振動片と、前記水晶振動片を実装する保持器と、前記保持器の上面に形成され、２つの前記実装電極と夫々電気的に接続する２つのベース電極と、からなる水晶振動子において、前記保持器の上面に形成され、前記水晶振動片を支持する支持部を有し、一方の前記ベース電極は、前記保持器の上面と、前記水晶振動片の前記保持器の上面と対向する下面との間に位置し、変形可能に形成される第１の変形部と、前記保持器の上面に固着する第１の固着部と、を有し、前記第１の変形部における前記保持器の上面側と、前記保持器の上面との間に第１の空隙を有することを特徴とする。【選択図】図１
2014158183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶振動板と、前記水晶振動板の周縁部近傍に具備される２つの実装電極とを有する水晶振動片と、前記水晶振動片を実装する保持器と、前記保持器の上面に形成され、２つの前記実装電極と夫々電気的に接続する２つのベース電極と、
からなる水晶振動子において、
前記保持器の上面に形成され、前記水晶振動片を支持する支持部を有し、
一方の前記ベース電極は、前記保持器の上面と、前記水晶振動片の前記保持器の上面と対向する下面との間に位置し、変形可能に形成される第１の変形部と、前記保持器の上面に固着する第１の固着部と、を有し、
前記第１の変形部における前記保持器の上面側と、前記保持器の上面との間に第１の空隙を有することを特徴とする水晶振動子。
【請求項２】
前記第１の変形部が薄膜で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子。
【請求項３】
前記第１の固着部と前記支持部とを結ぶ線上に前記第１の空隙があることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載の水晶振動子。
【請求項４】
前記支持部が、１つの前記実装電極と他方の前記ベース電極とを接続する接続電極であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の水晶振動子
【請求項５】
前記第１の固着部が前記水晶振動片の下面と前記保持器の上面との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子。
【請求項６】
前記支持部が、２つの前記実装電極と電気的に絶縁され、
他方の前記ベース電極は、前記保持器の上面と前記水晶振動片の下面との間に位置し、変形可能に形成される第２の変形部と、前記保持器の上面に固着する第２の固着部と、を有し、
前記第２の変形部の前記保持器の上面側と、前記保持器の上面との間に第２の空隙を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の水晶振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電効果が期待できる材料としては、様々なものが知られているが、精度が良く安定した周波数が得られる水晶が従来から好適に使用されている。そして、この水晶を利用したデバイスの１つとして、水晶振動子が知られている。
【０００３】
この水晶振動子は、所定の形状に加工された水晶振動板に電極膜が形成された水晶振動片と、この水晶振動片を気密状態でパッケージングする保持器と、で主に構成されており、各種電子機器内に内蔵されている。近年、これら電子機器は小型化、コンパクト化が求められており、これに伴って水晶振動子にもさらなる小型化が求められている。
【０００４】
そのため、水晶振動片を保持器に実装する際の実装面積を小さくすることが求められている。そこで振動特性を長期的に良好に維持する水晶片実装手段として、金属を用いた接合手段がある。保持器上のベース電極に金属バンプを超音波固着し、その上に超音波を印加しながら水晶振動片を加圧することにより、水晶振動片上の実装電極と金属バンプとが接合される。金属バンプは水晶片外周部近くの二箇所に配置される。
【０００５】
しかし、これによると以下の問題が指摘されている。金属接合の場合接合強度が高く、接合部材の剛性が高いため、水晶片と保持器本体との膨張係数の差によって金属バンプを配置する外周部二箇所間での応力によって歪を生じる。これが振動領域に伝搬して振動特性、特に、本来ATカット水晶振動子では三次曲線となる周波数温度特性を悪化させる。
【０００６】
この問題に対し、矩形水晶振動片の振動領域中央部に配置した励振電極から水晶片外周部二箇所に引き出し電極を延出してなる水晶振動子の保持構造において、外周部二箇所の内一方は金属結合による電気的機械的に接続して固定端とし、外周部二箇所の内他方はワイヤーボンディングにより電気的に接続して自由端とする構造が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−８０７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した従来の水晶振動子には、以下の課題が残されている。
ワイヤーボンディングによると、水晶上の実装電極とボンディングボールを第１接続した後、ワイヤを上方に引き上げ、次に、所定の曲率でもってワイヤを屈曲させてループ形状を作り、保持器上のベース電極に向けてワイヤを延伸し、ベース電極とワイヤを第２接続し、ワイヤを切断するという工程を踏む。ワイヤは弾性変形及び一部を塑性変形して屈曲させるため、支点となる第１接続した部分と水晶振動片を固定する固定端とに応力が集中し、これら２点における接続強度の低下を招いてしまう。これは長期的な電気接続の低下を招き、信頼性を損ねてしまう。また第1接続した部分と固定端とへの応力集中は振動特性が大きく影響し、不要振動の発生源となる。
【０００９】
またボンディング終了後はワイヤのスプリングバックにより、水晶振動片を持ち上げる方向に応力が残留する。これは周波数の変動を引き起こす。
【００１０】
更に、ワイヤーボンディングによると、水晶振動子の小型化の点で不利となる。それはボンディングワイヤを収めるための面積、高さが必要であるためである。そのサイズは、ワイヤ長さは数１００μｍ以上、ループ高さは７０μｍ以上と言われており、振動子サイズの１／５程度にもなる。このサイズを収めるためには保持器の縦横高さの寸法を大きくして、容積を増やす必要がある。但し増えた容積はワイヤを収めるために使われるのみで、それ以外は無駄な空間となってしまう。
【００１１】
ここで、この無駄な空間を小さくすることが小型化につながるが、そのためにワイヤループの曲率を小さくすると、前述した理由により、信頼性の低下、周波数の変動をより引き起こしてしまう。
【００１２】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、振動特性を有効に維持しつつ小型化した水晶振動子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係る水晶振動子は、水晶振動板と、前記水晶振動板の周縁部近傍に具備される２つの実装電極とを有する水晶振動片と、前記水晶振動片を実装する保持器と、前記保持器の上面に形成され、２つの前記実装電極と夫々電気的に接続する２つのベース電極と、からなる水晶振動子において、前記保持器の上面に形成され、前記水晶振動片を支持する支持部を有し、一方の前記ベース電極は、前記保持器の上面と、前記水晶振動片の前記保持器の上面と対向する下面との間に位置し、変形可能に形成される第１の変形部と、前記保持器の上面に固着する第１の固着部と、を有し、前記第１の変形部における前記保持器の上面側と、前記保持器の上面との間に第１の空隙を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る水晶振動子においては、第１の変形部は一方のベース電極の一部を保持器と固着しないことで形成できる。第１の変形部により保持器の束縛なく一方のベース電極は変形することができる。水晶振動片にかかる応力を低減することが可能となる。
【００１５】
温度変化に対する水晶振動片の変形は、支持部と固着部との間での保持器と水晶振動片の熱膨張率差に基づいて発生する。しかし本発明では第１の変形部が変形するために水晶振動片の変形が抑えられ、水晶振動片への応力を低減可能となる。その結果、温度特性を良好に保つことができる。
さらに、水晶振動片の保持器への実装は、水晶振動片の下面と保持器の上面との間で行われるため、水晶振動子の低背化が図れる。
【００１６】
また、本発明に係る水晶振動子は、前記第１の変形部が薄膜で形成されていることを特徴とする。本発明に係る水晶振動子においては、応力低減方向に変形可能な第１の変形部が薄型化されることにより、実装時のスプリングバックがなくなるため、実装後に水晶振動片にかかる応力は低減される。そのため周波数特性への影響がなくなり、理論値に近い振動特性を得ることが可能となる。  また、本発明に係る水晶振動子は前記第１の固着部と前記支持部とを結ぶ線上に前記第１の空隙があることを特徴とする。本発明に係る水晶振動子においては、前述した通り支持部と第１の固着部との間で応力が発生するため、第１の変形部での変形は変形部の引っ張りもしくは圧縮による変形および空隙形成に伴う厚み方向の遊び分の変形となり、横振れによる変形はなくなる。横振れによる変形の場合、第１の変形部は変形方向長さを小さくすることにより水晶振動片への応力印加を抑える必要があったが、本発明では第１の変形部を幅広く形成可能となるため、電気抵抗や機械強度の観点で有利となる。
【００１７】
また、本発明に係る水晶振動子は、前記支持部が、１つの前記実装電極と他方の前記ベース電極とを接続する接続電極であることを特徴とする。本発明に係る水晶振動子においては、他方のベース電極側には空隙を設けず、実装電極と他方のベース電極との接続を接続電極で行うことにより保持器に水晶振動片を機械的に固定することができる。また、実装電極以外に支持部を設けなくて済むため、水晶振動片を小型化し、その結果保持器の面積を小型化することが可能となる。また、本発明に係る前記第１の固着部が前記水晶振動片の下面と前記保持器の上面との間に配置されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る水晶振動子においては、上面から水晶振動子を見た場合に第１の固着部が水晶振動片の下面に配置される。第１の固着部を水晶振動片の外側に設けなくて済むので、保持器の面積を小型化可能となる。
【００１９】
また、本発明に係る水晶振動子は、前記支持部が、２つの前記実装電極と電気的に絶縁され、他方の前記ベース電極は、前記保持器の上面と前記水晶振動片の下面との間に位置し、変形可能に形成される第２の変形部と、前記保持器の上面に固着する第２の固着部と、を有し、前記第２の変形部の前記保持器の上面側と、前記保持器の上面との間に第２の空隙を有することを特徴とする。支持部を他方のベース電極以外で形成し、一方のベース電極と他方のベース電極とが同様に変形可能となり、ベース電極と実装電極の接続部が水晶振動片の振動に与える影響を抑制することができる。その結果、水晶振動片の形状を単純化できるため、副振動の発生を抑え、振動特性の向上を容易にすることが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る水晶振動子によれば、水晶振動片での応力発生を抑制できる。従って、機械強度や振動に与える影響を低減でき、振動特性の向上化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る実施形態を説明するための図であって、厚み滑り振動片を有する表面実装型の水晶振動子の分解斜視図である。
【図２】図１に示す水晶振動子からリッドを取り外した時の上面図である。
【図３】図２に示すＡ−Ａ’線に沿った水晶振動子の断面図である。
【図４】図１に示す水晶振動子からリッドを取り外した時の上面図であり、図２の変形例である。
【図５】図１に示す水晶振動子からリッドを取り外した時の上面図であり、図２、図４の変形例である。
【図６】図１に示す水晶振動子からリッドを取り外した時の上面図であり、図２、図４、図５の変形例である。
【図７】図２に示すＡ−Ａ’線に沿った水晶振動子の断面図であり、図２の変形例である。
【図８】図２に示すＡ−Ａ’線に沿った水晶振動子の断面図であり、図２、図７の変形例である。
【図９】図１に示す水晶振動子からリッドを取り外した時の上面図であり、図２、図４、図５、図６の変形例である。
【図１０】図９に示すＡ−Ａ’線に沿った水晶振動子の断面図である。
【図１１】図９に示すＢ−Ｂ’線に沿った水晶振動子の断面図である。
【図１２】図９に示すＢ−Ｂ’線に沿った水晶振動子の断面図であり、図１１の変形例である。
【図１３】図１に示す水晶振動子からリッドを取り外した時の上面図であり、図２、図４、図５、図６、図９の変形例である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る実施形態を、図１から図１４を参照して説明する。なお、本実施形態では、厚み滑り振動片（水晶振動片）を有する表面実装型の水晶振動子を例に挙げて説明する。
【００２３】
（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る厚み滑り振動片を有する表面実装型の水晶振動子の分解斜視図である。なお、図１は、水晶振動子の分解斜視図である。
【００２４】
本実施形態の水晶振動子は、図１に示すように、水晶振動板３１と、水晶振動板３１の周縁部近傍に具備される２つの実装電極３３と、水晶振動片３を実装する保持器と、保持器の上面に形成され、２つの実装電極３３と夫々電気的に接続する２つのベース電極１２と、を備える。
【００２５】
また、本実施形態において、保持器の上面に形成され、水晶振動片を支持する支持部を有し、一方のベース電極は、保持器の上面と、水晶振動片の保持器の上面と対向する下面との間に位置し、変形可能に形成される第１の変形部と、保持器の上面に固着する第１の固着部と、を有する。
【００２６】
前記第１の変形部における前記保持器の上面側と、前記保持器の上面との間に第１の空隙を有する。
保持器は、保持容器１とリッド２とが封止部１１で溶接され２層に積層されて箱状に形成されている。また、保持容器１とリッド２とにより内部キャビティが形成される。キャビティ内に水晶振動片３が実装されている。
【００２７】
水晶振動片３は、水晶を薄片化した水晶振動板３１と、この水晶振動板３１の上面及び下面にそれぞれ形成された２つの励振電極３２及び２つの励振電極３２とそれぞれ電気的に接続する２つの実装電極３３を有する電極膜と、で主に構成されている。各実装電極３３は、キャビティ底部に位置する保持容器１の底部上面に配設されたそれぞれ別のベース電極１２と電気的に接続されている。
【００２８】
保持容器１への水晶振動片３の配置位置を図２に示す。図２は図１の水晶振動子からリッド２を取り外し、上面から見た図である。
【００２９】
また、水晶振動片３は、平面視矩形の水晶振動板３１の中央部に配置される励振電極３２と、周縁部に配置される実装電極３４、実装電極３５を具備している。水晶振動片３は保持容器底部１７のほぼ中央部に、実装電極Ａ３４と変形部１５、実装電極Ｂ３５とベース電極Ｂ１６とが重なるように配置されている。
【００３０】
保持容器１は、保持容器底部１７と、保持容器底部１７を囲み、保持容器底部１７の周縁部に立直する保持容器側壁とを有している。また、保持容器側壁の上面に保持容器１とリッド２とを接合する封止部１１を形成されている。保持容器底部１７の上面に一方のベース電極１３（一方のベース電極）、他方のベース電極１６（他方のベース電極）が配設されている。
【００３１】
ベース電極１３は、保持容器底部１７と固着している固着部１４（第１の固着部）と、変形可能に形成される変形部１５（第１の変形部）とを有している。また、変形部１５における保持容器底部１７の上面側と、保持容器底部１７との間に第１の空隙を有する。そのため、変形部１５は、保持容器底部１７の上面から遊離している。固着部１４は、保持容器底部１７の上面に密着して形成されている。また、ベース電極１６は、保持容器底部１７の上面に密着して形成されている。また、本実施形態においては、固着部１４と変形部１５とは、一直線上に形成される。
【００３２】
水晶振動片３と保持容器１の電極との接続関係を図３に示す。図３は図２のＡ−Ａ’を結ぶ線での断面図である。なお、図３において、封止部１１は省略する。
【００３３】
保持容器１は、保持容器底部１７の上面の周縁部に保持容器側壁１８があり、中央に凹部を有する箱状容器になっている。保持容器底部１７の下面には外部電極１９、外部電極２０が配設されており、これらは外部の配線板との接続端子となっている。外部電極１９は保持容器底部１７を貫通する貫通電極２１を介して保持容器底部１７上面に配設した固着部１４と電気的に接続されている。更に、固着部は、保持容器底部１７との間に第１の空隙を有することにより変形可能な変形部１５と接続されている。また外部電極２０は同様に貫通電極（図示しない）を介して保持容器底部１７上面に配設したベース電極１６と電気的に接続されている。
【００３４】
水晶振動片は、水晶振動板３１の左右両端部に側面を介して上面と下面とが電気接続されるように配設された実装電極３４と実装電極３５とを具備している。実装電極３４は変形部１５と接続電極３６を介して電気的に接続している。また、実装電極３５はベース電極１６と接続電極３７を介して電気的に接続して固定されている。本実施形態において、支持部は、実装電極３５とベース電極１６とを接続する接続電極である。
【００３５】
ここで、固着部１４は、接続電極３６と接続電極３７とを結ぶ線上に配置されている。また、変形部１５及び第１の空隙は、固着部１４と支持部である接続電極３７とを結ぶ線上に位置する。この場合、変形部１５での変形は、変形部の引っ張りもしくは圧縮による変形および空隙形成に伴う厚み方向の遊び分の変形となり、横振れによる変形はなくなる。横振れによる変形の場合、変形部は変形方向長さを小さくすることにより水晶振動片への応力印加を抑える必要があったが、本実施形態により、変形部１５を幅広く形成可能となるため、電気抵抗や機械強度の観点で有利となる。
【００３６】
尚、実装電極３４、実装電極３５は、水晶振動板３１への密着層として下地層をＣｒ、Ｎｉ、Ｔｉで形成し、密着層上の上層としてＡｕを形成して積層膜である。各層の厚みは１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の薄膜である。また接続電極３６、接続電極３７は、Ａｕ、Ａｕ−Ｓｎ、はんだなどの金属電極である。接続電極３６、接続電極３７は円筒形をしており、各接続電極の高さは数μｍ〜数１０μｍであり、直径は２０μｍ〜１００μｍ程度である。また固着部１４、ベース電極１６は、Ａｕ単層か、もしくは、保持容器底部１７との密着層として下地層をＣｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどで形成し、密着層上の上層としてＡｕで形成した積層膜である。変形部１５は固着部と同様の下地層を有する積層膜、またはＡｕ単層である。
【００３７】
ここで変形部１５は薄膜で形成され、厚みを１μｍ〜１０μｍとする。変形部１５の厚みが上記の程度であれば、水晶振動片を実装する際の加圧にて変形部１５を容易に塑性変形することができるため、応力を緩和しつつ水晶振動片を実装することが可能となる。従前の金属結合による実装電極と接続電極の固着においては、固着する部分に応力が集中するため振動特性が大きく変化し、不要振動の発生源となっていた。しかし本構造によれば変形部１５の塑性変形により応力が緩和されるため、実装電極３４と接続電極３６との固着する部分、及び実装電極３５と接続電極３７との固着する部分における不要振動の発生がなくなり、振動特性が良好となる。なお、変形部１５における変形量は、熱膨張率差から計算して数１０ｎｍ程度以下であるため、空隙量は微小で良い。製造上の制約から数μｍ程度の空隙を設けたとしても従前のワイヤーボンディングで発生していた厚み方向の無駄空間を抑えて空隙を形成できるため、小型化が可能となる。
接続電極３６、接続電極３７は、金属バンプなどで形成する。
【００３８】
本実施形態における水晶振動子の製造方法を説明する。
まず、水晶振動片３を形成する。水晶振動片３は、水晶振動板３１に電極膜のパターンを形成する。
【００３９】
上記と別工程で、保持容器１を形成する。保持容器１は、例えばガラス、シリコン、セラミックスなどで形成される。保持容器１は、保持容器側壁１８を形成するとともに、保持容器底部１７に貫通電極２１を形成する。
【００４０】
次にベース電極１６及びベース電極１３を形成する。ベース電極１６は、スパッタなどで金属膜をパターニングして形成する。
【００４１】
ベース電極１３は、固着部１４及び変形部１５の形状にあらかじめ金属薄板を成形しておき、加熱圧着、超音波溶着などで保持容器底部１７の上面と固着部１４とを固着することで形成できる。なお、ベース電極１３は他の方法でも形成できる。まず、変形部１５に対応する保持容器底部１７の部位、すなわち第１の空隙が形成される部分にレジストを塗布した後、レジスト上及び保持容器底部１７の固定部１４に対応する部分に湿式めっきを施して金属を厚く析出させる。その後、レジストを剥離する。
【００４２】
上記の形成方法により、固着部１４が保持容器底部１７と固着しつつ、変形部１５が保持容器底部１７と第１の空隙を持って遊離した形状を形成できる。次に水晶振動片３を保持容器１に実装する。水晶振動片３は、金属製の接続電極３６、接続電極３７といった実装部材を利用して保持される。実装方法としては加熱圧着、超音波圧着などが利用できる。この際、実装電極３６や実装電極３７、更には、変形部１５、ベース電極１６の夫々の表層のＡｕが、接続電極３６、接続電極３７と、相互拡散や表面活性化などにより金属結合される。水晶振動片は、接続電極のサイズ及び各電極と接続電極との金属結合により、強固に保持容器に固着される。なお、接続電極３７は、導電樹脂で形成されてもよい。これにより、水晶振動片３の下面に形成された各実装電極とベース電極１６、変形部１５とが、各接続部材を介して接合される。
【００４３】
なお、レジストを用いて変形部１５を形成する場合、水晶振動片３の実装後にレジストを剥離する。これにより、第１の空隙を確実に形成する。
【００４４】
その後、保持容器１とリッド２とを封止部を介して接合する。リッド２は、例えばガラス、シリコン、セラミックスなどで形成される。接合方法は、保持容器１の種類により種々の方法を選択する。また、封止部は、接合方法によって、種々の材料を選択する。例えば、保持容器１及びリッド２がガラスからなる場合、封止部が金属膜で形成され、保持容器１及びリッド２は陽極接合により接合される。
【００４５】
以上により水晶振動子を製造する。なお、製造方法は、本実施形態に限定される必要はない。
【００４６】
次に本実施形態の変形例を説明する。
変形例として、変形部１５は薄膜で形成され、変形部１５の厚みを０．０５μｍ〜１μｍで形成する。なお、その他の構成については、本実施形態と同様である。
【００４７】
変形部１５の厚みが上記の程度であれば、水晶振動片を実装する際の加圧にて変形部１５を容易に塑性変形することができるため、応力を緩和しつつ水晶振動片を実装することが可能となる。実装電極３４と接続電極３６の固着する部分、実装電極３５と接続電極３７の固着する部分における不要振動の発生がなくなり、振動特性が良好となる。更には温度変化による保持容器と水晶振動片との膨張度合の違いに対しても、変形部１５が薄く形成され、容易に塑性変形できるため、応力を緩和することができる。そのため、理論値に近い周波数温度特性を得ることができるようになる。
【００４８】
変形部１５の形成方法を説明する。変形部１５に対応する保持容器底部１７の上面の部位、すなわち第１の空隙が形成される部分にレジストを塗布した後、レジスト上及び保持容器底部１７の固定部１４に対応する部分にスパッタを施して金属を析出させてパターニングする。その後、レジストを剥離することで形成する。固着部１４が保持容器底部１７と固着しつつ、変形部１５が保持容器底部１７と第１の空隙を持って遊離した形状とすることができる。なお、レジストの剥離は、水晶振動片３の実装後に行う。
【００４９】
このように、応力低減方向に変形可能な変形部１５が薄型化されることにより、実装時のスプリングバックがなくなるため、実装後に水晶振動片にかかる応力は低減される。そのため周波数特性への影響がなくなり、理論値に近い振動特性を得ることが可能となる。
【００５０】
また薄型化により変形が容易となるため、ベース電極１３の長さを短縮でき、これにより小型化が可能となる。
【００５１】
（実施形態２）
本実施形態の水晶振動子を、図４に基づいて説明する。図４は、図１の水晶振動子の変形例を示す図であり、図１の水晶振動子からリッド２と水晶振動片３を取り外し、上面から見た図である。但し水晶振動片３の配置を点線で示した。なお、実施形態１と同様の構成については、説明を省略する。
【００５２】
本実施形態では、変形部１５は、接続電極３６と接続電極３７を結ぶ線に対して直角方向に配置されている。そのため変形部１５は、固着部１４と接続する部分を支点として、ひねるか各接続電極を近づけたり離したりする方向に容易に振れるようにして変形することができる。変形部１５の変形の自由度が高いため、高い応力低減効果を発揮できる。なお、本実施形態の場合、固着部１４の変形部１５との接続する部分は、変形部１５に対して直角方向に配置されているが、変形部１５に対して角度を有して形成されていればよい。
【００５３】
（実施形態３）
本実施形態の水晶振動子を、図５に基づいて説明する。図５は、図１の水晶振動子の変形例を示す図であり、図１の水晶振動子からリッド２と水晶振動片３を取り外し、上面から見た図である。但し水晶振動片３の配置を点線で示した。なお、各実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
【００５４】
ベース電１３とベース電極１６とは、保持容器底部１７の上面で対角に配置されている。図示していないが、実装電極３４と実装電極３５はベース電極１３とベース電極１６の配置に合わせて、水晶振動片３の対角に配置されている。また水晶振動片３の実装のために、ベース電極１３には接続電極３６が固着され、ベース電極１６には接続電極３７が固着されている。ベース電極１３は、保持容器底部１７の上面と固着している固着部１４と保持容器底部１７の上面から遊離している変形部１５とから成っている。
【００５５】
本実施形態では、変形部１５は接続電極３６と接続電極３７を結ぶ線上に配置されている。各ベース電極の対角配置では接続電極３６と接続電極３７の距離が長くなるため接続電極間の応力が大きくなるが、変形部１５の伸縮により接続電極間の応力緩和が可能である。尚、各ベース電極の対角配置は実装電極間の距離が長くなる。これにより、各実装電極を配置するための水晶振動片上の面積を確保し易くなる。水晶振動片を小型化した場合、水晶振動片の短手方向の同一端辺に２つの実装電極を離間させつつ配置させることが、難しくなってくる。これに対し、本実施形態では、実装電極を体格配置させているため、実装電極を配置しやすく、振動片の小型化に有利である。なお、本実施形態の場合、固着部１４の変形部１５との接続する部分は、変形部１５に対して直角方向に配置されているが、変形部１５に対して角度を有して形成されていてもよいし、同一線上に配置されてもよい。
【００５６】
（実施形態４）
本実施形態の水晶振動子を、図６に基づいて説明する。図６は、図１の水晶振動子の変形例を示す図であり、図１の水晶振動子からリッド２と水晶振動片３を取り外し、上面から見た図である。但し水晶振動片３の配置を点線で示した。なお、各実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
【００５７】
本実施形態では、変形部１５は接続電極３６と接続電極３７を結ぶ線上に配置されており、変形部１５の伸縮により水晶振動片にかかる応力緩和が可能となっている。ここで、固着部１４の少なくとも一部は水晶振動片の下面と保持器の上面との間に配置されている。そのため、水晶振動子の小型化が可能である。
【００５８】
（実施形態５）
本実施形態の水晶振動子を、図７に基づいて説明する。図７は、図２の水晶振動子の変形例を示す図であり、図２のＡ−Ａ’を結ぶ線での断面図である。なお、各実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
【００５９】
水晶振動片は、水晶振動板３１の短手方向の１辺の両端部に、水晶振動板３１の側面を介して上面と下面とを電気接続するように配設された実装電極３４と実装電極３５とを具備している。実装電極３４は変形部１５と直接接続されている。一方、実装電極３５はベース電極１６と接続電極３７を介して電気的に接続し固定されている。
【００６０】
図７では、固着部１４は接続電極３６と接続電極３７を結ぶ線上に配置されているが、その線上に対して直角方向でも構わない。また、固着部１４が水晶振動片の下面と保持器の上面との間に配置されても良い。いずれの場合でも前記した通り水晶振動片にかかる応力緩和が期待できる。
【００６１】
さて、実装電極３４と変形部１５とを直接接続する方法について説明する。直接接続する方法としては、Ａｕ−Ｓｎの固相拡散を用いる方法、金属同士の表面活性化接合やプラズマ接合などが挙げられる。接続電極３７の高さを低下することにより、保持器の厚みの低下につなげることができる。そのため、水晶振動子の小型化が図れる。
【００６２】
図８に本実施形態の変形例を示す。変形例として、実装電極３４とベース電極１３とが直接接続されるだけでなく、さらに実装電極３５とベース電極１６とが直接接続される。
【００６３】
この場合、固着部１４の下面と保持容器底部１７の上面とは固着している。一方、変形部１５の下面が、保持容器底部１７の上面とは結合しておらず、固着していない構成である。すなわち、この場合も、変形部１５における保持容器底部１７の上面側と、保持容器底部１７の上面との間に第１の空隙を有する。そのため、変形部１５は、保持容器底部１７の上面から遊離し、自由に動ける構造となっている。
【００６４】
ベース電極１３の変形部１５の形成方法は他の例と特に変わるものではない。例えば実施形態１において、レジストを形成する際、レジスト厚みをサブミクロンオーダーにしたりすることで、図８のように変形部１５が形成できる。また、固着部１４を保持容器底部１７の上面との密着層及びＡｕの積層構造とし、変形部１５をＡｕ単層として形成することができる。この場合、変形部１５は、保持容器底部１７の上面との密着層が設けられないため、保持容器底部１７の上面と結合しない。
【００６５】
これにより水晶振動子の低背化が可能となり、水晶振動片の更なる小型化が可能となる。またベース電極１３とベース電極１６とが略同一高さとなること、ベース電極１５と実装電極３５との固着部位が広くなることから、外部からの振動に対して水晶振動片が揺れにくくなり、振動特性が安定する。
【００６６】
（実施形態６）
本実施形態の水晶振動子を、図９に基づいて説明する。図９は、図１の水晶振動子の変形例を示す図であり、図１の水晶振動子からリッド２を取り外し、上面から見た図である。なお、各実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
【００６７】
本実施形態では、支持部が、水晶振動片の２つの実装電極に電気的と絶縁され、他方のベース電極は、保持器の上面と水晶振動片の下面との間に位置し、変形可能に形成される第２の変形部と、保持器の上面に固着する第２の固着部と、を有し、第２の変形部の保持器の上面側と、保持器の上面との間に第２の空隙を有している。
【００６８】
保持容器には封止部１１に囲まれるようにして保持容器底部１７があり、保持容器底部１７に一方のベース電極１３（一方のベース電極）、他方のベース電極１６（他方のベース電極）が配設されている。実施形態１と同様に、ベース電極１３は、保持容器底部１７の上面と固着している固着部２４（第１の固着部）と保持容器底部１７の上面から遊離している変形部２５（第１の変形部）とから成っている。さらに、本実施形態において、ベース電極１６は、ベース電極１３と同様に保持容器底部１７の上面と固着している固着部２６（第２の固着部）と保持容器底部１７から遊離している変形部２７（第２の変形部）とから成っている。
【００６９】
水保持容器底部１７のほぼ中央部には、実装電極３４と変形部２５とが重なって配置され、実装電極３５と変形部２７とが重なって配置されている。
【００７０】
また水晶振動板３１は支持部４０にて保持容器底部１７に固定されている。支持部４０は、実装電極３４と実装電極３５とを結ぶ線分の垂直二等分線上で、水晶振動片の実装電極３４が配置された短辺と対向する短辺の近くに配置している。すなわち、支持部４０が水晶振動片３の中央線上にある。また、支持部４０は、励振電極３２、実装電極３４、実装電極３５からなる電極膜と異なる水晶振動板３１の下面の露出している部分に配置される。また、支持部４０は、電気的に各電極とは分離されている。なお、支持部４０は、両方の実装電極と等距離の位置が好ましい。これにより水晶振動片の対称性が向上するため、主振動と副振動との周波数差を大きくし、主振動の振動強度を増加させることが可能となる。また機械的に均等であるため、長期的な構造変化も同様に発生し、振動への影響に偏りが無くなる。その結果、長期的に良好に振動特性が維持される。
【００７１】
水晶振動片３と保持容器１の各電極との接続関係を図１０に示す。図１０は図９のＡ−Ａ’を結ぶ線での断面図である。
【００７２】
外部電極１９は保持容器底部１７を貫通する貫通電極２１を介して保持容器底部１７の上面に配設した固着部２４と接続されている。更に、固着部２４は、保持容器底部１７との間に第１の空隙を有することにより変形可能な変形部２５と接続されている。
【００７３】
また外部電極２０は保持容器底部１７を貫通する貫通電極（図示しない）を介して保持容器底部１７の上面に配設した固着部２６と接続されている。更に、固着部２６は、保持容器底部１７との間に第２の空隙を有することにより変形可能な変形部２７と接続されている。すなわち、ベース電極１６は、保持容器底部１７の上面と水晶振動片３の下面との間に位置し、変形可能に形成される変形部２７と、保持容器底部１７の上面に固着する固着部２６と、を有し、変形部２７の保持容器底部１７の上面側と、保持容器底部１７の上面との間に第２の空隙を有している。
【００７４】
実装電極３４は変形部２５と接続電極３７を介して電気的に接続し固定されている。また、実装電極３５は変形部２７と、接続電極３７を介して電気的に接続し固定されている。ベース電極１６の製造方法は、ベース電極１３の製造方法と同様である。
【００７５】
水晶振動片３が保持容器１に支持部を介して支持固定されている状態を図１１に示す。図１１は図９のＢ−Ｂ’を結ぶ線での断面図である。
【００７６】
保持容器底部１７と水晶振動板３１との間に支持部４０があり、これにより水晶振動板３１が保持容器底部１７の上面に固定されている。支持部４０の材質は発ガスがないことから、低融点ガラスや水ガラスのような無機物であることが好ましい。なお、支持部４０は、絶縁樹脂で形成してもよい。
【００７７】
本実施形態によれば、保持容器底部１７と変形部２５、変形部２６とが固着されておらず水晶振動片にかかる応力を低減する方向に変形可能である。そのため、それぞれの変形部に接続する実装電極３４、実装電極３５が配置される水晶振動片の周縁部の両端部は自由端になる。これにより、実装部にて振動強度を抑制する悪影響がない。
【００７８】
一方、支持部４０は水晶振動片３を固着しているために、振動強度抑制の影響が出てしまう。しかし、支持部４０が水晶振動片３の中央線上にあることから、水晶振動片の左右のバランスが良くなる。そのため、主振動と副振動との周波数差を大きくし、主振動の振動強度を増加させることが可能となる。また全体が機械的に均等であるため、長期的な構造変化も同様に発生し、振動への影響に偏りが無くなる。その結果、長期的に良好に振動特性が維持されることとなる。
【００７９】
図１２は、支持部の変形例を示す図である。図１２に示すように、水晶振動板３１の下面に支持用パッド４１を具備し、保持容器底部１７の上面に固定用パッド４２を具備している。支持用パッド４１と固定用パッド４２とを支持部４０と固着している。これにより、水晶振動片３を保持容器１に固定する。
【００８０】
支持用パッド４１、固定用パッド４２は、例えば、それぞれ、水晶振動板３１、保持容器底部１７との密着層として下地層をＣｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどで形成し、密着層上に上層をＡｕ、Ａｕ−Ｓｎ、はんだとして形成することができる。また支持部４０は、Ａｕ、Ａｕ−Ｓｎ、はんだで形成することができる。従って支持用パッド４１と支持部４０との接合、及び支持部４０と固定用パッド４２との接合は、超音波接合、又は加熱圧着などにより低温で金属接合が可能である。特に、実装電極とベース電極とを接続電極にて固定する際に、同時に支持部を水晶振動板３１及び保持容器底部１７に固着することが可能となり、従前の構造と同様の熱履歴で製造できる。そのため、支持部を形成するプロセスによる振動劣化は想定しなくても良い。その結果、構造のバランスが良いことから、振動特性、機械強度を良好にすることが可能となる。
【００８１】
（実施形態７）
本実施形態の水晶振動子を、図１３に基づいて説明する。図１３は、図９の水晶振動子の変形例である。なお、各実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
【００８２】
ベース電極１３とベース電極１６とが保持容器底部１７の角部の対角配置されている。図示していないが、実装電極３４と実装電極３５はベース電極１３とベース電極１６の配置に合わせて、水晶振動片３の対角に配置されている。また水晶振動片３の実装のために、ベース電極１３には接続電極３６が、ベース電極１６には接続電極３７が固着されている。
【００８３】
支持部４０は、ベース電極１３、ベース電極１６が配置されていない保持容器底部１７の上面の異なる角部に具備されている。
【００８４】
本実施形態では、接続電極３６と接続電極３７とが機械的に均等であるため、長期的な構造変化も均等に発生し、振動への影響に偏りが無くなる。その結果、長期的に良好に振動特性が維持される。また実装電極の対角配置では接続電極３６と接続電極３７の距離が長くなるが、両電極共、変形部と接続しているため応力緩和が可能である。尚、対角配置は実装電極の距離が長くなるため、実施形態３と同様に振動片の小型化に有利である。
【００８５】
なお、本発明は各実施形態に限定されず、水晶振動板と、水晶振動板の周縁部近傍に具備される２つの実装電極とを有する水晶振動片と、水晶振動片を実装する保持器と、保持器の上面に形成され、２つの実装電極と夫々電気的に接続する２つのベース電極と、からなる水晶振動子において、保持器の上面に形成され、水晶振動片を支持する支持部を有し、一方のベース電極は、保持器の上面と、水晶振動片の保持器の上面と対向する下面との間に位置し、変形可能に形成される第１の変形部と、保持器の上面に固着する第１の固着部と、を有し、第１の変形部における保持器の上面側と、保持器の上面との間に第１の空隙を有していればよい。例えば、変形部は金属で形成され、薄膜で形成されなくてもよい。
【００８６】
また、水晶振動片の保持器への実装においては、支持部を形成せずに変形部のみを機械的接続すると変形部が大きく変形する恐れがあること、ベース電極の一部が、上面から水晶振動子を見た場合に水晶振動片の下面に配置され、ベース電極と実装電極とが接続されることなどの理由から、支持部形成、実装電極とベース電極の接続を同時に行うか、これらの接続を行った後に空隙を形成して変形部を形成するなどの製造プロセスであればよい。上記のプロセスであれば、従来のワイヤーボンディングによる電気的接続方法では、水晶振動片を保持器に固定後にワイヤーボンディングを行っていたため、接続時に固定部に応力が集中して接続強度の低下を招いてしまっていたが、本発明によれば、接続強度を高いままとすることができる。そのため、信頼性を高く維持できる。また、保持容器は保持容器側壁部を有する必要はなく、板状に構成されてもよい。この場合、側壁部を別に形成するか、リッドの一部を側壁部として構成することができる。また、ベース電極は、必ずしも保持容器側壁部と接していなくてもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１  保持容器
２  リッド
３  水晶振動片
１１  封止部
１２  ベース電極
１３  ベース電極
１４  固着部
１５  変形部
１６  ベース電極
１７  保持容器底部
１８  保持容器側壁
１９  外部電極
２０  外部電極
２１  貫通電極
２２  外部電極
２４  固着部
２５  変形部
２６  固着部
２７  変形部
３１  水晶振動板
３２  励振電極
３３  実装電極
３４  実装電極
３５  実装電極
３６  接続電極
３７  接続電極
４０  支持部
４１  支持用パッド
４２  固定用パッド
【図１】
2014158183.tif 000003
【図２】
2014158183.tif 000004
【図３】
2014158183.tif 000005
【図４】
2014158183.tif 000006
【図５】
2014158183.tif 000007
【図６】
2014158183.tif 000008
【図７】
2014158183.tif 000009
【図８】
2014158183.tif 000010
【図９】
2014158183.tif 000011
【図１０】
2014158183.tif 000012
【図１１】
2014158183.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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