(57)【要約】【課題】  水晶素子の厚みすべり振動を阻害することなく、水晶素子の発振周波数の変動を低減することができる水晶デバイスを提供する。【解決手段】  水晶デバイスは、矩形状の基板１１０ａと、基板１１０ａの一辺に沿って設けられた電極パッド１１１と、矩形状の水晶素板１２１と、水晶素板に設けられた励振用電極１２２と、励振用電極１２２と間を空けて水晶素板１２１の一辺に沿って設けられた矩形状である一対の引き出し電極１２３と、を有し、導電性接着剤１４１を介して電極パッド１１１上に実装された水晶素子１２０と、水晶素子１２０を気密封止するために設けられた蓋体１３０と、を備え、水晶素子１２０の一辺１２４ａに対して向かい合う一辺１２４ｂと励振用電極１２４との間に設けられた溝部１２５と、平面視した際に、向かい合う一辺１２４ｂと溝部１２５との間に接合材１４２が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状の基板と、
前記基板の一辺に沿って設けられた電極パッドと、
矩形状の水晶素板と、前記水晶素板に設けられた励振用電極と、前記励振用電極と間を空けて前記水晶素板の一辺に沿って設けられた矩形状である一対の引き出し電極と、
を有し、導電性接着剤を介して前記電極パッド上に実装された水晶素子と、
前記水晶素子を気密封止するために設けられた蓋体と、を備え、
前記水晶素子の前記一辺に対して向かい合う一辺と前記励振用電極との間に設けられた溝部と、
平面視した際に、前記向かい合う一辺と前記溝部との間に接合材が設けられていることを特徴とする水晶デバイス。
【請求項２】
請求項１記載の水晶デバイスであって、
前記接合材が絶縁性であることを特徴とする水晶デバイス。
【請求項３】
請求項１記載の水晶デバイスであって、
前記接合材が前記水晶素板の前記向かい合う一辺に沿って複数設けられていることを特徴とする水晶デバイス。
【請求項４】
請求項１記載の水晶デバイスであって、
前記溝部の深さが前記水晶素子の上下方向の厚みの半分よりも小さいことを特徴とする水晶デバイス。
【請求項５】
請求項１記載の水晶デバイスであって、
前記溝部が複数設けられていることを特徴とする水晶デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電子機器等に用いられる水晶デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水晶デバイスは、水晶素子の水晶効果を利用して、水晶素板の両面が互いにずれるように厚みすべり振動を起こし、特定の周波数を発生させるものである。基板上に設けられた電極パッドに導電性接着剤を介して実装された水晶素子を備えた水晶デバイスが提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。水晶素子は、水晶素板の両主面に励振用電極を有しており、水晶素子の一端を基板の上面と接続した固定端とし、他端を基板の上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１１１４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した水晶デバイスは、水晶素子の先端部及び励振用電極に異物が付着し、厚みすべり振動が阻害されてしまう虞があった。また、水晶デバイスは、厚みすべり振動が阻害されることで、水晶素子の発振周波数が変動してしまう虞があった。
【０００５】
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、水晶素子の厚みすべり振動を阻害することなく、水晶素子の発振周波数の変動を低減することができる水晶デバイスを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの態様による水晶デバイスは、矩形状の基板と、基板の一辺に沿って設けられた電極パッドと、矩形状の水晶素板と、水晶素板に設けられた励振用電極と、励振用電極と間を空けて水晶素板の一辺に沿って設けられた矩形状である一対の引き出し電極と、を有し、導電性接着剤を介して電極パッド上に実装された水晶素子と、水晶素子を気密封止するために設けられた蓋体と、を備え、水晶素子の一辺に対して向かい合う一辺と励振用電極との間に設けられた溝部と、平面視した際に、向かい合う一辺と溝部との間に接合材が設けられている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一つの態様による水晶デバイスは、矩形状の基板と、基板の一辺に沿って設けられた電極パッドと、矩形状の水晶素板と、水晶素板に設けられた励振用電極と、励振用電極と間を空けて水晶素板の一辺に沿って設けられた矩形状である一対の引き出し電極と、を有し、導電性接着剤を介して電極パッド上に実装された水晶素子と、水晶素子を気密封止するために設けられた蓋体と、を備え、水晶素子の一辺と向かい合う一辺と励振用電極との間に設けられた溝部と、平面視した際に、向かい合う一辺と溝部との間に接合材が設けられている。このような水晶デバイスは、厚みすべり振動が阻害されることを低減することができる。また、このような水晶デバイスは、水晶素子の厚みすべり振動が阻害されることを低減することができるため、水晶素子の発振周波数を安定して出力することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態における水晶デバイスを示す分解斜視図である。
【図２】図１に示された水晶デバイスのＡ−Ａにおける断面図である。
【図３】本実施形態における水晶デバイスの蓋体を外した状態を示す平面図である。
【図４】（ａ）本実施形態における水晶デバイスを構成するパッケージを上面から見た平面図であり、（ｂ）本実施形態における水晶デバイスを構成するパッケージを下面から見た平面図である。
【図５】本実施形態の第一変形例における水晶デバイスの蓋体を外した状態を示す平面図である。
【図６】本実施形態の第二変形例における水晶デバイスの蓋体を外した状態を示す平面図である。
【図７】本実施形態の第三変形例における水晶デバイスの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施形態における水晶デバイスは、図１〜図４に示されているように、パッケージ１１０と、パッケージ１１０に接合された水晶素子１２０とを含んでいる。パッケージ１１０は、基板１１０ａの上面と枠体１１０ｂの内側面によって囲まれた凹部Ｋが形成されている。このような水晶デバイスは、電子機器等で使用する基準信号を出力するのに用いられる。
【００１０】
基板１１０ａは、矩形状であり、上面に実装された水晶素子１２０を実装するための実装部材として機能するものである。基板１１０ａの上面には、水晶素子１２０を実装するための一対の電極パッド１１１が設けられている。
【００１１】
また、基板１１０ａの下面の四隅には、外部端子１１２が設けられている。また、四つの外部端子１１２の内の二つが、水晶素子１２０と電気的に接続されている。また、水晶素子１２０と電気的に接続されている一対の外部端子１１２は、基板１１０ａの下面の対角に位置するように設けられている。
【００１２】
基板１１０ａは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなる。基板１１０ａは、絶縁層を一層用いたものであっても、絶縁層を複数層積層したものであってもよい。基板１１０ａの表面及び内部には、枠体１１０ｂの上面に設けられた電極パッド１１１と、基板１１０ａの下面に設けられた外部端子１１２とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）及びビア導体（図示せず）が設けられている。
【００１３】
枠体１１０ｂは、基板１１０ａの上面に配置され、基板１１０ａの上面に凹部Ｋを形成するためのものである。枠体１１０ｂは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料からなり、基板１１０ａと一体的に形成されている。
【００１４】
電極パッド１１１は、水晶素子１２０を実装するためのものである。電極パッド１１１は、基板１１０ａの上面に一対で設けられており、枠体１１０ｂの内側にある基板１１０ａの内周縁の一辺に沿うように隣接して設けられている。
【００１５】
外部端子１１２は、電気機器等の外部の実装基板上の実装パッド（図示せず）と接合するために用いられている。外部端子１１２は、基板１１０ａの下面の四隅に設けられている。また、外部端子１１２は、第一外部端子１１２ａ、第二外部端子１１２ｂ、第三外部端子１１２ｃ及び第四外部端子１１２ｄによって構成されている。第三外部端子１１２ｃは、第三ビア導体１１４ｃを介して、封止用導体パターン１１７と電気的に接続されている。また、外部端子１１２の少なくとも一つは、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッドと接続されている。これにより、封止用導体
パターン１１７に接合された蓋体１３０がグランド電位となっている第三外部端子１１２ｃに接続される。よって、蓋体１３０による凹部Ｋ内のシールド性が向上する。
【００１６】
配線パターン１１３は、電極パッド１１１とビア導体１１４とを電気的に接続するためのものである。配線パターン１１３は、第一配線パターン１１３ａ及び第二配線パターン１１３ｂによって構成されている。第一配線パターン１１３ａの一端は、第一電極パッド１１１ａと電気的に接続されており、第一配線パターン１１３ａの他端は、第一ビア導体１１４ａと電気的に接続されている。また、第二配線パターン１１３ｂの一端は、第二電極パッド１１１ｂと電気的に接続されており、第二配線パターン１１３ｂの他端は、第二ビア導体１１４ｂと電気的に接続されている。
【００１７】
また、配線パターン１１３は、平面視して、枠体１１０ｂと重なるようにして設けられている。このようにすることによって、水晶デバイスは、配線パターン１１３と水晶素子１２０との間で浮遊容量が発生することを抑えるので、水晶素子１２０にこの浮遊容量が付与されることがないため、発振周波数が変動してしまうことを抑えることができる。また、水晶デバイスに外力が加わり、枠体１１０ｂの長辺方向に曲げモーメントが発生しても、基板１１０ａに加えて枠体１１０ｂが設けられていることにより、枠体１１０ｂが設けられている箇所は、変形しにくくなる。よって、枠体１１０ｂと平面視して重なる位置に設けられた配線パターン１１３は、断線しにくくなり、発振周波数が出力されなくなることを抑制することができる。
【００１８】
また、第一配線パターン１１３ａは、第一電極パッド１１１ａ及び第一ビア導体１１４ａと電気的に接続されている。第一配線パターン１１３ａは、第一電極パッド１１１ａから近接された枠体１１０ｂの長辺方向に向かって延出されており、第一配線パターン１１３ａの一部がパッケージ１１０から露出されている。第二配線パターン１１３ｂは、第二電極パッド１１１ｂ及び第二ビア導体１１４ｂと電気的に接続されている。第二配線パターン１１３ｂは、第二電極パッド１１１ｂから近接された枠体１１０ｂの長辺方向に向かって延出されており、第二配線パターン１１３ｂの一部がパッケージ１１０から露出されている。
【００１９】
このように、配線パターン１１３の一部が、電極パッド１１１から枠体１１０ｂの長辺方向に向かって延出し、凹部Ｋ内に露出するようにして設けられていることにより、水晶素子１２０を実装した際に、導電性接着剤１４０が仮に電極パッド１１１上から溢れ出たとしても、導電性接着剤１４０と濡れ性の良い配線パターン１１３上に沿って流れ易くなっているため、パッケージ１１０の中心方向に流れ出ることがなく導電性接着剤１４０が励振用電極１２２に付着してしまうことを抑えることができる。
【００２０】
ビア導体１１４は、外部端子１１２と、配線パターン１１３又は封止用導体パターン１１７とを電気的に接続するためのものである。ビア導体１１４の両端は、外部端子１１２と、配線パターン１１３又は封止用導体パターン１１７と接続されている。ビア導体１１４は、第一ビア導体１１４ａ、第二ビア導体１１４ｂ及び第三ビア導体１１４ｃによって構成されている。このようにすることで、外部端子１１２は、ビア導体１１４を介して、配線パターン１１３又は封止用導体パターン１１７と電気的に接続されている。
【００２１】
封止用導体パターン１１７は、接合部材１３１を介して蓋体１３０と接合する際に、接合部材１３１の濡れ性をよくする役割を果たしている。封止用導体パターン１１７は、第三ビア導体１１４ｃを介して、外部端子１１２の少なくとも一つである第三外部端子１１２ｃと電気的に接続されている。封止用導体パターン１１７は、例えばタングステン又はモリブデン等から成る導体パターンの表面にニッケルメッキ及び金メッキを順次、枠体１１０ｂの上面を環状に囲む形態で施すことによって、例えば１０〜２５μｍの厚みに形成
されている。
【００２２】
ここで、パッケージ１１０の作製方法について説明する。パッケージ１１０を構成する基板１１０ａ及び枠体１１０ｂがアルミナセラミックスから成る場合、まず所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面或いはセラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷等によって所定の導体ペーストを塗布する。さらに、これらのグリーンシートを積層してプレス成形したものを、高温で焼成する。最後に、導体パターンの所定部位、具体的には、電極パッド１１１、外部端子１１２、配線パターン１１３及び封止用導体パターン１１７となる部位にニッケルメッキ又、金メッキ、銀パラジウム等を施すことにより作製される。また、導体ペーストは、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀又は銀パラジウム等の金属粉末の焼結体等から構成されている。
【００２３】
（水晶素子）
水晶素子１２０は、図２及び図３に示されているように、導電性接着剤１４１を介して基板１１０ａ上の電極パッド１１１上に実装されており、後述する水晶素板１２１の一辺１２４ａに対して対向する一辺１２４ｂに接着された接合材１４２を介して基板１１０ａ上に実装されている。水晶素子１２０は、安定した機械振動と圧電効果により、電子装置等の基準信号を発振する役割を果たしている。水晶素子１２０は、水晶素板１２１と、水晶素板１２１の上面及び下面に設けられた励振用電極１２２と、水晶素板１２１の一辺１２４ａに沿って設けられた引き出し電極１２３とから構成されている。また、水晶素子１２０は、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって、一体的に形成されている。水晶素板１２１は、平面視して、水晶素板１２１の一辺１２４ａに対して向かい合う一辺１２４ｂと溝部１２５との間に接合材１４２が設けられている。
【００２４】
水晶素板１２１は、安定した機械振動をする圧電材料が用いられ、例えば、互いに直交しているＸ軸とＹ軸とＺ軸とからなる結晶軸を有している水晶部材が用いられている。このとき、水晶素板１２１の主面は、Ｘ軸およびＺ軸に平行となっている面を、Ｘ軸を中心に、Ｘ軸の負の方向を見て反時計回りに回転させた面と平行となっている。例えば、水晶素板１２１の主面は、Ｘ軸およびＺ軸に平行となっている面を、Ｘ軸を中心に、Ｘ軸の負の方向を見て反時計回りに約３７°回転させた面と、平行となっている。
【００２５】
溝部１２５は、後述する接合材１４２から励振用電極１２２への影響を緩和するためのものである。溝部１２５は、水晶素板１２１の一辺１２４ａに対して向かい合う一辺１２４ｂと励振用電極１２２との間に設けられている。このように水晶素板１２１に溝部１２５が設けられることによって、水晶素子１２０内に振動が閉じ込められ、容器（図示せず）へ振動が漏れるのを低減することができる。そのため、水晶素子１２０の等価直列抵抗値が高くなることを抑えることができる。溝部１２５の断面形状は、例えば、Ｕ字型、Ｖ字型、傾斜角度異なるように壁面が形成された断面形状などの形に形成しても構わない。
【００２６】
また、溝部１２５の深さが、水晶素子１２０の上下方向の厚みの半分よりも小さくなるように設けられている。このようにすることで、水晶素板１２１の強度を維持し、例えば、パッケージ１１０に水晶素子１２０を実装するときに溝部１２５を起点に破損することを抑えることができる。また、溝部１２５の深さは、水晶素板１２１の上下方向の厚みの１０％の長さより深く、水晶素板１２１の厚みの５０％の長さより浅くなっている。溝部１２５の深さが水晶素板１２１の厚みの１０％の長さより浅い場合、接合材１４２の熱歪みに起因する応力が大幅に減衰されずに励振用電極１２２に伝播されるため、周波数の変動を起こしてしまう。このため、水晶素子１２０のクリスタルインピーダンスが大きくなり電気的特性が低下してしまう。また、溝部１２５の深さが水晶素板１２１の板厚の５０
％の長さより深い場合、水晶素板１２１の強度が低下してしまい、例えば、パッケージ１１０に水晶素子１２０を実装するときに溝部１２５を起点に破損してしまう恐れがある。このため、溝部１２５の深さは、水晶素板１２１の厚みの１０％の長さより深く、水晶素板１２１の厚みの５０％の長さより浅くなっている。その結果、水晶デバイスは、衝撃、振動、使用環境変化等の外部環境要因によって応力が解放されて変化することにより変動する周波数の幅が小さくなり、周波数安定性を高めることができる。
【００２７】
ここで、水晶素板１２１の各寸法の実施例について説明する。水晶素板１２１は、平面視して、略矩形形状となっており、長辺の寸法が、０．５ｍｍ〜３．２ｍｍとなっており、短辺の寸法が、０．２ｍｍ〜２．５ｍｍとなっている。
【００２８】
水晶素板１２１に設けられている励振用電極１２２及び引き出し電極１２３は、水晶素板１２１の外部から電圧を印加するためのものである。励振用電極１２２及び引き出し電極１２３は、特に図示しないが、例えば、第一金属層と、第一金属層上に積層されている第二金属層と、からなる。第一金属層は、水晶と密着性のよい金属が用いられ、例えば、ニッケル、クロム、ニクロムまたはチタンのいずれか一つが用いられる。水晶と密着性のよい金属を用いることで、水晶に密着しにくい金属材料であっても、第二金属層に用いることができる。第二金属層は、金属材料の中で比較的、電気抵抗率が低く、安定した金属材料が用いられる。第二金属層は、例えば、金、金を含む合金、銀または銀を含む合金のいずれか一つが用いられる。このように、金属材料の中で比較的、電気抵抗率が低い金属材料を用いることで、励振用電極１２２及び引き出し電極１２３は、自身の電気抵抗率を低くすることができ、この結果、水晶素子１２０の等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。また、このように、安定した金属材料を用いることで、周囲の酸素と酸化し、その分だけ励振用電極１２２及び引き出し電極１２３の重さが変化し、水晶素子１２０の周波数が変化することを低減させることが可能となる。
【００２９】
励振用電極１２２（１２２ａ，１２２ｂ）は、水晶素子１２０に電圧を印加するためのものである。励振用電極１２２は、一対となっており、水晶素板１２１の上面に一方の励振用電極１２２ａが設けられ、水晶素板１２１の下面に他方の励振用電極１２２ｂが設けられている。励振用電極１２２は、水晶素子１２０を平面視して、略矩形形状となっている。
【００３０】
ここで、励振用電極１２２及び引き出し電極１２３を形成する方法について説明する。ここでは、励振用電極１２２及び引き出し電極１２３を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、一体的に形成する場合を例に説明する。まず、水晶素板１２１となる部分が連結されている状態の水晶ウエハを用意し、この水晶ウエハの両主面上に励振用電極１２２及び引き出し電極１２３となる金属膜を形成する。
【００３１】
次に、この金属膜上に感光性レジストを塗布し、所定のパターンに露光・現像する。このとき、現像後、感光性レジストは、励振用電極１２２及び引き出し電極１２３となる部分、具体的には、励振用電極１２２及び引き出し電極１２３となる部分に残っている状態となっている。
【００３２】
最後に、残っている感光性レジストを除去することで、水晶ウエハの水晶素板１２１に励振用電極１２２及び引き出し電極１２３が形成される。なお、励振用電極１２２及び引き出し電極１２３をそれぞれ別々に形成してもよいし、フォトリグラフィー技術およびエッチング技術でなく、スパッタリング技術または蒸着技術を用いて形成してもよいし、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術とスパッタリング技術または蒸着技術を組み合わせて形成してもよい。
【００３３】
蓋体１３０は、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ合金（４２アロイ）やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（コバール）などからなる。このような蓋体１３０は、凹部Ｋを、窒素雰囲気中や真空雰囲気中などで気密封止される。具体的には、蓋体１３０は、窒素雰囲気中や真空雰囲気中で、パッケージ１１０の枠体１１０ｂ上に載置され、枠体１１０ｂの上面に設けられた封止用導体パターン１１７の表面と蓋体１３０の接合部材１３１とが溶融されるように所定電流を印加してシーム溶接を行うことにより、枠体１１０ｂに接合される。
【００３４】
導電性接着剤１４１は、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケル又はニッケル鉄のうちのいずれか、或いはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。また、バインダーとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用いられる。
【００３５】
接合材１４２は、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケル又はニッケル鉄のうちのいずれか、或いはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。また、バインダーとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用いられても構わない。
【００３６】
また、接合材１４２が絶縁性の場合には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂やエポキシ樹脂を主成分とするコンポジットレジン、ビスマレイミドの樹脂材料から構成されている。このように接合材１４２を絶縁性樹脂にすることで、励振用電極１２２に接合材１４２の一部が付着して配線パターン１１３と励振用電極１２２が短絡してしまうことを抑えることができる。
【００３７】
蓋体１３０は、矩形状であり、真空状態にある凹部Ｋ、あるいは窒素ガスなどが充填された凹部Ｋを気密的に封止するためのものである。具体的には、蓋体１３０は、所定雰囲気で、枠体１１０ｂ上に設けられた封止用導体パターン１１７の上面に載置される。蓋体１３０の下面に設けられた接合部材１３１に熱が印加されることで、封止用導体パターン１１７と溶融接合される。また、蓋体１３０は、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなる。
【００３８】
接合部材１３１は、枠体１１０ｂの封止用導体パターン１１７の上面から蓋体１３０の下面にかけて設けられている。接合部材１３１は、例えば、ガラスの場合には、３００℃〜４００℃で溶融するガラスであり、例えばバナジウムを含有した低融点ガラス又は酸化鉛系ガラスから構成されている。ガラスは、バインダーと溶剤とが加えられたペースト状であり、溶融された後固化されることで他の部材と接合する。接合部材１３１は、例えば、ガラスフリットペーストがスクリーン印刷法で塗布され乾燥することで設けられる。
【００３９】
また、接合部材１３１は、枠体１１０ｂの上面に印刷する際に、枠体１１０ｂの四隅に接合部材１３１が重なるようにして、枠体１１０ｂの全周に印刷される。よって、四隅の接合部材１３１の厚みは、接合部材１３１が設けられている他の箇所の厚みよりも厚くなるように設けられている。また、この酸化鉛系ガラスの組成は、酸化鉛、フッ化鉛、二酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ビスマス、酸化ホウ素、酸化亜鉛、酸化第二鉄、酸化銅及び酸化カルシウムとから構成されている。
【００４０】
また、接合部材１３１は、例えば、絶縁性樹脂の場合には、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂から構成されている。枠体１１０ｂと蓋体１３０との間に設けられた接合部材１３
１の厚みは、３０〜１００μｍとなっている。
【００４１】
接合部材１３１は、例えば、金錫の場合には、接合部材１３１の層の厚みは、１０〜４０μｍであり、例えば、成分比率が、金が７０〜８０％、錫が２０〜３０％のものを使用しても良い。また、接合部材１３１は、例えば、銀ロウの場合には、接合部材１３１の層の厚みは、１０〜４０μｍであり、例えば、成分比率が、銀が７０〜８０％、銅が２０〜３０％のものを使用しても良い。
【００４２】
本実施形態における水晶デバイスは、矩形状の基板１１０ａと、基板１１０ａの一辺１２４ａに沿って設けられた電極パッド１１１と、矩形状の水晶素板１２１と、水晶素板１２１に設けられた励振用電極１２２と、励振用電極１２２と間を空けて水晶素板１２１の一辺１２４ａに沿って設けられた矩形状である一対の引き出し電極１２３と、を有し、導電性接着剤１４１を介して電極パッド１１１上に実装された水晶素子１２０と、水晶素子１２０を気密封止するために設けられた蓋体１３０と、を備え、水晶素子１２０の一辺１２４ａに対して向かい合う一辺１２４ｂと励振用電極１２２との間に設けられた溝部１２５と、平面視した際に、向かい合う一辺１２４ｂと溝部１２５との間に接合材１４２が設けられている。このような水晶デバイスは、厚みすべり振動が阻害されることを低減することができる。また、このような水晶デバイスは、水晶素子１２０の厚みすべり振動が阻害されることを低減することができるため、水晶素子１２０の発振周波数を安定して出力することが可能となる。
【００４３】
また、本実施形態における水晶デバイスは、接合材１４２が絶縁性である。このように接合材１４２を絶縁性樹脂にすることで、励振用電極１２２に接合材１４２の一部が付着して配線パターン１１３と励振用電極１２２が短絡してしまうことを抑えることができる。
【００４４】
また、本実施形態における水晶デバイスは、溝部１２５の深さが、水晶素子１２０の上下方向の厚みの半分よりも小さくなるように設けられている。このようにすることで、水晶素板１２１の強度を維持し、例えば、パッケージ１１０に水晶素子１２０を実装する際に、溝部１２５を起点にして水晶素板１２１が破損することを抑えることができる。
【００４５】
（第一変形例）
以下、本実施形態の第一変形例における水晶デバイスについて説明する。なお、本実施形態の変形例における水晶デバイスのうち、上述した水晶デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第一変形例における水晶デバイスは、図５に示されているように、接合材１４２が水晶素板１２１の向かい合う一辺１２４ｂに沿って複数設けられている点において本実施形態と異なる。
【００４６】
水晶素子１２０は、図５に示されているように、導電性接着剤１４１を介して基板１１０ａ上の電極パッド１１１上に実装されており、複数の接合材１４２を介して基板１１０ａ上に実装されている。このように複数の接合材１４２が、水晶素板１２１の向かい合う一辺１２４ｂに沿って設けられていることで、水晶素子１２０の剥がれをさらに低減することができると共に、溝部１２５により、接合材１４２による接合時の厚みすべり振動への影響をさらに緩和することができる。
【００４７】
また、接合材１４２は、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケル又はニッケル鉄のうちのいずれか、或いはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。また、バインダーとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用い
られても構わない。
【００４８】
また、接合材１４２が絶縁性の場合には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂やエポキシ樹脂を主成分とするコンポジットレジン、ビスマレイミドの樹脂材料から構成されている。このように接合材１４２を絶縁性樹脂にすることで、励振用電極１２２に接合材１４２の一部が付着して配線パターン１１３と励振用電極１２２が短絡してしまうことを抑えることができる。
【００４９】
本実施形態の第一変形例における水晶デバイスは、接合材１４２が水晶素板１２１の向かい合う一辺１２４ｂに沿って複数設けられている。このような水晶デバイスは、複数の接合材１４２が水晶素板１２１の向かい合う一辺１２４ｂに沿って設けられていることで、水晶素子１２０の剥がれをさらに低減することができると共に、溝部１２５により、接合材１４２による接合時の厚みすべり振動への影響をさらに緩和することができる。
【００５０】
（第二変形例）
以下、本実施形態の第二変形例における水晶デバイスについて説明する。なお、本実施形態の変形例における水晶デバイスのうち、上述した水晶デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第二変形例における水晶デバイスは、図６に示されているように、水晶素板１２１の溝部１２５が複数設けられている点において本実施形態と異なる。
【００５１】
水晶素子１２０は、図６に示されているように、導電性接着剤１４１を介して基板１１０ａ上の電極パッド１１１上に実装されており、接合材１４２を介して基板１１０ａ上に実装されている。
【００５２】
また、溝部１２５は、水晶素板１２１の一辺と向かい合う一辺に対して励振用電極１２２との間に複数設けられている。溝部１２５は、第一溝部１２５ａ及び第二溝部１２５ｂによって構成されている。このように溝部１２５が、水晶素板１２１に複数設けられていることにより、水晶素子１２０の振動する部分を接合材１４２が付着する部分よりさらに離れるため、励振用電極１２２で励振された振動がパッケージ１１０へ漏れるのを軽減させることができる。そのため、水晶素子１２０の等価直列抵抗値を低減することが可能となる。
【００５３】
本実施形態の第二変形例における水晶デバイスは、溝部１２５が水晶素板１２１の一辺に対して向かい合う一辺と励振用電極１２２との間に複数設けられている。溝部１２５は、第一溝部１２５ａ及び第二溝部１２５ｂによって構成されている。このように溝部１２５が、水晶素板１２１に複数設けられていることにより、水晶素子１２０の振動する部分を接合材１４１が付着する部分よりさらに離れるため、励振用電極１２２で励振された振動がパッケージ１１０へ漏れるのをさらに軽減させることができる。そのため、水晶素子１２０の等価直列抵抗値を低減することが可能となる。
【００５４】
（第三変形例）
以下、本実施形態の第三変形例における水晶デバイスについて説明する。なお、本実施形態の変形例における水晶デバイスのうち、上述した水晶デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第三変形例における水晶デバイスは、図７に示されているように、水晶素板１２１の上面及び下面に凸部１２６が形成されている点において本実施形態と異なる。
【００５５】
水晶素子１２０は、図７に示したように、水晶素板１２１と、水晶素板１２１の上面及び下面に設けられた凸部１２６と、凸部１２６の上面及び下面に設けられた励振用電極１
２２と、水晶素板１２１の一辺に沿って設けられた引き出し電極１２３とから構成されている。また、水晶素子１２０は、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって、水晶素板１２１及び凸部１２６が一体的に形成されている。水晶素板１２１は、平面視して、略矩形形状となっている。
【００５６】
凸部１２６は、水晶素板１２１の上下方向の厚みよりも厚くすることで、凸部１２６の一部分を逆圧電効果および圧電効果で厚みすべり振動させたときに、厚みすべり振動の振動状態が大きく異なる状態にするためのものである。凸部１２６は、水晶素板１２１の上面に設けられた第一凸部１２６ａと水晶素板１２１の下面に設けられた第二凸部１２６ｂによって構成されている。
【００５７】
また、凸部１２６は、その上下方向の厚みが、３０μｍ〜１６７μｍとなっている。この凸部１２６の周囲にある水晶素板１２１は、その上下方向の厚みが、２７．３０μｍ〜１５１．８２μｍとなっている。凸部１２６は、平面視して、略矩形形状となっており、水晶素板１２１の長辺に平行な寸法が、０．３ｍｍ〜２．７ｍｍとなっており、水晶素板２２１の短辺に平行な寸法が、０．２ｍｍ〜２．４ｍｍとなっている。
【００５８】
ここで、このような水晶素板１２１の形成方法について説明する。このような水晶素板１２１の形成方法は、例えば、水晶ウエハ用意工程、第一エッチング工程、第二エッチング工程から構成される。
【００５９】
水晶ウエハ用意工程では、まず、互いに直交しているＸ軸とＹ軸とＺ軸とからなる結晶軸を有した水晶ウエハを用意する。このとき、水晶ウエハの上下方向の厚みは、凸部１２６の上下方向の厚みとなっている。また、水晶ウエハの主面が凸部１２６の主面と同じカットアングルとなるようになっている。従って、水晶ウエハの主面は、Ｘ軸とＺ軸とに平行となっている面を、Ｘ軸を中心に、Ｘ軸の負の方向を見て反時計回りに所定の角度回転させた面と平行となっている。
【００６０】
第一エッチング工程では、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術が用いられる。まず、水晶ウエハの両主面上に保護金属膜が設けられ、この保護金属膜上に感光性レジストが塗付され、所定のパターンに露光・現像される。このとき、水晶ウエハを平面視すると、凸部１２６となる部分にのみ感光性レジストおよび保護金属膜が残っている。その後、所定のエッチング溶液に浸漬させ、エッチングされた水晶ウエハの上下方向の厚みが凸部１２６の周囲にある水晶素板１２１の上下方向の厚みと同じになるまで、水晶ウエハをエッチングする。最後に、水晶ウエハに残っている感光性レジストおよび保護金属膜を剥離させる。
【００６１】
第二エッチング工程では、第一エッチング工程後の水晶ウエハの両主面に保護金属膜を設け、保護金属膜上に感光性レジストを塗布し、所定のパターンに露光・現像する。このとき、水晶ウエハを平面視すると、水晶素板１２１となる部分には感光性レジストおよび保護金属膜が残っている。その後、所定のエッチング溶液に浸漬させ、水晶ウエハをエッチングする。上述したようにすることで、複数の水晶素板１２１がその一部が連結された状態で水晶ウエハ内に形成される。
【００６２】
凸部１２６の両主面には、一対の励振用電極１２２（１２２ａ，１２２ｂ）が設けられている。凸部１２６は、この一対の励振用電極１２２に電圧が印加されると、励振用電極１２２に挟まれている凸部１２６の一部分が逆圧電効果および圧電効果により所定の周波数で厚みすべり振動をする。一般的に、厚みすべり振動の周波数は、凸部１２６の上下方向の厚みによって厚みすべり振動のしやすさが異なるため、凸部１２６の上下方向の厚みによって決定される。従って、３０ＭＨｚ以下のような低い周波数帯で厚みすべり振動さ
せる場合、厚みすべり振動をさせるためには、３０ＭＨｚより高い周波数帯で厚みすべり振動させる場合と比較し、振動エネルギーを要することとなる。このため、高い周波数帯で厚みすべり振動させる場合と比較し、励振用電極１２２で挟まれていない振動部にまで、振動漏れが生じている。
【００６３】
凸部１２６の周囲にある水晶素板１２１は、励振用電極１２２に電圧を印加したときに凸部１２６へ振動エネルギーを集中させつつ、水晶素子１２０を基板１１０ａに実装したときに実装による厚みすべり振動への影響を低減させるためのものである。凸部１２６の周囲にある水晶素板１２１は、凸部１２６に沿って設けられており、その上下方向の厚みが凸部１２６の上下方向の厚みより薄くなっている。凸部１２６の周囲にある水晶素板１２１は、凸部１２６の外縁に沿って設けられている傾斜部と、傾斜部の外縁に沿って設けられている平板部と、から構成されている。
【００６４】
傾斜部は、凸部１２６の外縁に沿って設けられている。また、傾斜部は、その上下方向の厚みが凸１２５部から凸部１２６の周囲にある水晶素板１２１にかけて徐々に薄くなっている。傾斜部は、結晶軸の位置関係によってエッチングされやすさが異なることを利用し、凸部１２６の周囲にある凸部１２６の周囲にある水晶素板１２１との間に形成されている。このように、凸部１２６とこの凸部１２６の周囲にある水晶素板２２１との間を設けることで、導電性接着剤１４０を用いて水晶素子１２０を基板１１０ａに実装する際に、凸部１２６の周囲にある水晶素板１２１を導電性接着剤１４０で接着することによる凸部１２６への影響を軽減させることができる。なお、ここで、それぞれの結晶軸との位置関係によってエッチングされやすさが異なるため、水晶素子１２０を平面視したとき、傾斜部の幅全て同じとなっておらず、場所によって異なっている。
【００６５】
このように凸部１２６と、凸部１２６の周囲にあり、凸部１２６より上下方向の厚みが薄い水晶素板１２１と、からなる水晶素板１２１を用いることで、凸部１２６の一部分を逆圧電効果および圧電効果で厚みすべり振動させたときに、凸部１２６とこの凸部１２６の周囲にある水晶素板１２１とは厚みすべり振動の振動状態が大きく異なる状態にすることができる。従って、このような構成にすることで、平板状の水晶素板を用いた場合と比較して、凸部１２６のみに振動エネルギーをより集中させることが可能となる。この結果、このような水晶素板１２１を用いた水晶素子１２０では、振動エネルギーの分散または漏れにより等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。
【００６６】
また、励振用電極１２２は、図７に示すように、水晶素子１２０を平面視したとき、凸部１２６の内縁側に位置するように設けられている。励振用電極１２２の凸部１２６の上下方向で挟まれている凸部１２６の一部分が圧電効果および逆圧電効果により振動している。このような構成にすることで、励振用電極１２２に挟まれている凸部１２６の一部分が振動するときに、第一励振用電極１２２ａの外縁から振動部の外縁に向かって振動漏れが生じ、この漏れでた振動が、凸部１２６の外縁に設けられている傾斜部の傾斜面で反射した場合であっても、励振用電極１２２ａが平面視して振動部の内縁側に位置するように設けられているので、凸部１２６の縁部に設けられている傾斜部の影響を低減させることが可能となる。この結果、凸部１２６の縁部に設けられている傾斜部の影響、具体的には、傾斜部による振動阻害による等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。
【００６７】
また、水晶素子１２０を平面視して、凸部１２６を挟むように位置している二辺間の長さ、具体的には、水晶素板１２１の短辺に平行な凸部１２６の辺と水晶素板２２１の短辺に平行な励振用電極１２２ａの辺との長さは、５μｍ以上５５μｍ以下であることが望ましい。励振用電極１２２に電圧を印加したとき、励振用電極１２２で凸部１２６の上下方向で挟まれている部分から挟まれていない部分へ振動漏れが生じ、その漏れた振動が凸部
１２６の外縁に沿って設けられている傾斜部で反射し、励振用電極１２２で挟まれている部分の振動を阻害してしまい、等価直列抵抗値が大きくなる虞がある。
【００６８】
また、水晶素子１２０を平面視して、凸部１２６の外周縁と水晶素板１２１のとの間に溝部１２５が設けられている。このような溝部１２５が、凸部１２６の外周縁と水晶素板１２１のとの間に設けられていることにより、振動する部分を接合材１４２が付着する部分よりさらに離れるため、励振用電極１２２で励振された振動がパッケージ１１０へ漏れるのをさらに軽減させることができる。そのため、水晶素子１２０の等価直列抵抗値をさらに低減することが可能となる。
【００６９】
尚、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。上記実施形態では、枠体１１０ｂが基板１１０ａと同様にセラミック材で一体的に形成した場合を説明したが、枠体１１０ｂが金属製であっても構わない。この場合、枠体は、銀−銅等のロウ材を介して基板の導体膜に接合されている。また、本実施形態では、枠体１１０ｂの上面に封止用導体パターン１１７が形成されている場合を説明したが、接合部材１３１が、ガラス又は絶縁性樹脂の場合には、封止用導体パターン１１７を設けることなく、枠体１１０ｂに接合されていても構わない。
【００７０】
上記実施形態では、基板１１０ａの上面に枠体１１０ｂが設けられている場合について説明したが、基板に水晶素子を実装した後に、封止基部の下面に封止枠部が設けられた蓋体を用いて、水晶素子を気密封止する構造であっても構わない。蓋体は、矩形状の封止基部と、封止基部の下面の外周縁に沿って設けられている封止枠部とで構成されており、封止基部の下面と封止枠部の内側側面とで収容空間が形成されている。封止枠部は、封止基部の下面に収容空間を形成するためのものである。封止枠部は、封止基部の下面の外縁に沿って設けられている。
【符号の説明】
【００７１】
１１０・・・パッケージ
１１０ａ・・・基板
１１０ｂ・・・枠体
１１１・・・電極パッド
１１２・・・外部端子
１１３・・・配線パターン
１１４・・・ビア導体
１１７・・・封止用導体パターン
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・引き出し電極
１２５・・・溝部
１２６・・・凸部
１３０・・・蓋体
１３１・・・接合部材
１４１・・・導電性接着剤
１４２・・・接合材
Ｋ・・・凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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