(57)【要約】      （修正有）【課題】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、基板１１０ａと、基板１１０ａの外周縁の上面に設けられた枠体１１０ｂと、基板１１０ａ上であって枠体１１０ｂ内に実装された水晶素子１２０と、枠体１１０ｂの上面に環状に設けられた導体部１１２と、導体部１１２にガラス接合部材１５０を介して接合された封止蓋体１３０と、を備えている。このようにすることで、水晶デバイスは、導体部１１２が水晶素子１２０を囲むよう設けられているため、外部電磁波ノイズが導体部１１２により遮られ、水晶素子１２０に外部電磁波ノイズが重畳することを抑えることができる。【選択図】図２
2015126343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の外周縁の上面に設けられた枠体と、
前記基板上であって前記枠体内に実装された水晶素子と、
前記枠体の上面に環状に設けられた導体部と、
前記導体部にガラス接合部材を介して接合された封止蓋体と、を備え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、
前記基板の下面には、複数の外部端子を備え、
前記複数の外部端子の内の少なくとも一つと前記導体部とが電気的に接続されており、その外部端子がグランド端子として用いられることを特徴とする水晶デバイス。
【請求項３】
請求項１及び請求項２記載の水晶デバイスであって、
前記導体部の上面に少なくとも一つ凹部を有し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、水晶素子の圧電効果を利用して、特定の周波数を発生させるものである。例えば、基板と枠体とで構成されたパッケージと、基板の上面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と、枠体の上面に接合部材を介して接合され、水晶素子を気密封止するための封止蓋体と、を備えた水晶振動子が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。接合部材は、ガラスが用いられ、熱を印加することで、封止蓋体と枠体の上面とを接合することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１４１２３４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、封止蓋体と基板とをガラス接合部材により接合されているため、封止蓋体が基板の下面に設けられた複数の外部端子の内の一つであるグランド端子と接続していない。よって、電子機器の実装基板上に、このような水晶デバイスを実装した際に、外部電磁波ノイズの影響で、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ことを目的とする。
【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、基板と、基板の外周縁の上面に設けられた枠体と、基板上であって前記枠体内に実装された水晶素子と、枠体の上面に環状に設けられた導体部と、導体部にガラス接合部材を介して接合された封止蓋体とを備えていることを特徴とするものである。
【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、枠体の上面に環状に設けられた導体部と、導体部にガラス接合部材を介して接合された封止蓋体とを備えていることにより、導体部が水晶素子を囲むよう設けられているため、封止蓋体がグランド電位になるように外部端子と電気的な接続がされていなくても、外部電磁波ノイズが導体部により遮られ、水晶素子に外部電磁波ノイズが重畳することを抑えることができる。よって、このような水晶デバイスは、水晶素子の発振周波数が変動することを低減することができる。
【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】（ａ）本実施形態における水晶デバイスを蓋体側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基板の下面側から見た平面図である。
【図４】本実施形態の第一変形例における水晶デバイスを示す分解斜視図である。
【図５】図４に示された水晶デバイスのＢ−Ｂにおける断面図である。
【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３に示されているように、パッケージ１１０と、パッケージ１１０の上面に接合された水晶素子１２０と、パッケージ１１０の上面に接合された蓋体１３０とを含んでいる。パッケージ１１０には、基板１１０ａの上面と枠体１１０ｂの内側面によって囲まれた収容空間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、上面で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、電極パッド１１１が設けられている。基板１１０の下面の四隅には、外部端子１１３が設けられている。また、四つの外部端子１１３の内の二つが、水晶素子１２０と電気的に接続されて、水晶素子１２０の入出力端子として用いられ、四つの外部端子１１３の内の一つが、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、導体部１１２がグランド電位となっている外部端子１１３に接続される。
【００１１】
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、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１１３とを電気的に接続するための配線パターン及びビア導体が設けられている。
【００１２】
枠体１１０ｂは、基板１１０ａの上面に配置され、基板１１０ａの上面に収容空間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。また、枠体１１０ｂの上面には、導体部１１２が環状に設けられている。
【００１３】
ここでパッケージ１１０を平面視したときの一辺の寸法が、１．０〜３．０ｍｍであり、パッケージ１１０の上下方向の寸法が、０．７〜１．５ｍｍである場合を例にして、収容空間Ｋの大きさを説明する。収容空間Ｋの長辺の長さは、０．５〜０．７ｍｍであり、短辺の長さは、０．２〜０．４ｍｍとなっている。収容空間Ｋの上下方向の長さは、０．２〜０．５ｍｍとなっている。
【００１４】
また、基板１１０ａの下面の四隅には、外部端子１１３が設けられている。外部端子１１３の内の二つの端子は、基板１１０ａの上面に設けられた電極パッド１１１と電気的に接続されている。また、電極パッド１１１と電気的に接続されている外部端子１１３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。
【００１５】
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、基板１１０ａの一辺に沿うように隣接して設けられている。電極パッド１１１は、基板１１０ａに設けられた配線パターン及びビア導体を介して、基板１１０ａの下面に設けられた外部端子１１３と電気的に接続されている。
【００１６】
導体部１１２は、水晶素子１２０を囲むよう設けられているため、外部電磁波ノイズが導体部１１２により遮られ、水晶素子１２０に外部電磁波ノイズが重畳することを抑えるためのものである。導体部１１２は、図３（ｂ）に示すように、ビア導体１１４を介して、外部端子１１３の内の一つと電気的に接続されている。また、その外部端子１１３の内の一つは、外部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（図示せず）と接続されることにより、導体部１１２は、基準電位となることでさらに安定するため、外部電磁波ノイズが導体部１１２により、さらに遮られることになる。従って、水晶素子１２０に外部電磁波ノイズが重畳することをさらに低減することができる。また、導体部１１２がグランド端子と電気的に接続されていることで、上から金属板等が水晶デバイスに近接しても、基準電位となった導体部１１２により、近接した金属板と水晶素子１２０との間で浮遊容量が発生しにくくなり、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することができる。導体部１１２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。
【００１７】
ここで、パッケージ１１０の作製方法について説明する。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、一対の電極パッド１１１、導体部１１２又は外部端子１１３となる部位にニッケルメッキ又は金メッキ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。
【００１８】
水晶素子１２０は、図２に示されているように、導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１上に接合されている。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。
【００１９】
水晶素子１２０は、図２及び図３に示されているように、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに励振用電極１２２及び引き出し電極１２３を被着させた構造を有している。励振用電極１２２は、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに金属を所定のパターンで被着・形成したものである。励振用電極１２２は、上面に第一励振用電極１２２ａと、下面に第二励振用電極１２２ｂを備えている。引き出し電極１２３は、励振用電極１２２から水晶素板１２１の一辺に向かってそれぞれ延出されている。引き出し電極１２３は、上面に第一引き出し電極１２３ａと、下面に第二引き出し電極１２３ｂとを備えている。第一引き出し電極１２３ａは、第一励振用電極１２２ａから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。第二引き出し電極１２３ｂは、第二励振用電極１２２ｂから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。つまり、引き出し電極１２３は、水晶素板１２１の長辺又は短辺に沿った形状で設けられている。
【００２０】
本実施形態においては、第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂと接続されている水晶素子１２０の一端を基板１１０ａの上面と接続した固定端とし、他端を基板１１０ａの上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造にて水晶素子１２０が基板１１０ａ上に固定されている。ここで、水晶素子１２０の動作について説明する。水晶素子１２０は、外部からの交番電圧が引き出し電極１２３から励振用電極１２２を介して水晶素板１２１に印加されると、水晶素板１２１が所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。
【００２１】
ここで、水晶素子１２０の作製方法について説明する。まず、水晶素子１２０は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し、水晶素板１２１の外周の厚みを薄くし、水晶素板１２１の外周部と比べて水晶素板１２１の中央部が厚くなるように設けるベベル加工を行う。そして、水晶素子１２０は、水晶素板１２１の両主面にフォトリソグラフィー技術、蒸着技術又はスパッタリング技術によって、金属膜を被着させることにより、励振用電極１２２及び引き出し電極１２３を形成することにより作製される。
【００２２】
水晶素子１２０の基板１１０ａへの接合方法について説明する。まず、導電性接着剤１４０は、例えばディスペンサによって電極パッド１１１上に塗布される。水晶素子１２０は、導電性接着剤１４０上に搬送され、導電性接着剤１４０上に載置される。そして導電性接着剤１４０は、加熱硬化させることによって、硬化収縮される。水晶素子１２０は、一対の電極パッド１１１に接合される。
【００２３】
導電性接着剤１４０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。
【００２４】
封止蓋体１３０は、矩形状であり、真空状態にある収容空間Ｋ、あるいは窒素ガスなどが充填された収容空間Ｋを気密的に封止するためのものである。具体的には、封止蓋体１３０は、所定雰囲気で、枠体１１０ｂ上に載置される。封止蓋体１３０の下面と枠体１１０ｂの上面との間に設けられたガラス接合部材１５０に熱が印加されることで、封止蓋体１３０と枠体１１０ｂの上面とが溶融接合される。また、封止蓋体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構成されている。
【００２５】
ガラス接合部材１５０は、枠体１１０ｂ上面から封止蓋体１３０の下面の外周縁に沿って設けられている。ガラス接合部材１５０は、３００℃〜４００℃で溶融するガラスである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フリット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。ガラス接合部材１５０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。また、ガラス接合部材１５０は、枠体１１０ｂの上面に印刷する際に、枠体１１０ｂの四隅にガラス接合部材１５０が重なるようにして印刷される。よって、四隅のガラス接合部材１５０の厚みは、ガラス接合部材１５０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。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。
【００２６】
本実施形態における水晶デバイスは、枠体１１０ｂの上面に環状に設けられた導体部１１２と、導体部１１２にガラス接合部材１５０を介して接合された金属製の封止蓋体とを備えていることにより、上から金属板等が水晶デバイスに近接しても、導体部１１２が水晶素子１２０を囲むよう設けられているため、封止蓋体１３０がグランド電位になるように外部端子１１３と電気的な接続がされていなくても、外部電磁波ノイズが導体部１１２により遮られ、水晶素子１２０に外部電磁波ノイズが重畳することを抑えることができる。よって、このような水晶デバイスは、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することができる。
【００２７】
また、本実施形態における水晶デバイスは、複数の外部端子１１３の内の少なくとも一つと導体部１１２とが電気的に接続されており、その外部端子１１３がグランド端子として用いられることによって、上から金属板等が水晶デバイスに近接しても、基準電位となった導体部１１２により、近接した金属板と水晶素子１２０との間で浮遊容量が発生しにくくなり、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することができる。
【００２８】
（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、本実施形態の第一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４及び図５に示されているように、導体部２１２の上面に凹部２１５を有している点において本実施形態と異なる。
【００２９】
また、凹部２１５は、枠体２１０ｂ上面に設けられた導体部２１２の上面に少なくとも一つ設けられている。よって、封止蓋体１３０と枠体２１０ｂとをガラス接合部材１５０にて接合する際に、溶融したガラス接合部材１５０が、凹部２１５内に入り込むようにして接合されるので、ガラス接合部材１５０と封止蓋体１３０との接合強度を向上させることができる。枠体２１０ｂの長辺方向の長さは、１．２〜３．２ｍｍであり、短辺方向の長さは、１．０〜２．５ｍｍである場合を例にして、凹部２１５の大きさを説明する。凹部２１５は、平面視して、長方形状になるように設けられている。凹部２１５の長辺方向の長さは、０．３〜０．８ｍｍとなり、短辺方向の長さは、０．２〜０．６ｍｍとなっている。
【００３０】
また、本実施形態の第一変形例における水晶デバイスは、凹部２１５は、枠体２１０ｂ上面に設けられた導体部２１２の上面に少なくとも一つ設けられていることにより、封止蓋体１３０と枠体２１０ｂとをガラス接合部材１５０にて接合する際に、溶融したガラス接合部材１５０が、凹部２１５内に入り込むようにして接合されるので、ガラス接合部材１５０と封止蓋体１３０との接合強度を向上させることができる。よって、水晶デバイスは、収容空間Ｋ内の気密封止性を維持することが可能となる。
【００３１】
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。また、水晶素子１２０のベベル加工方法について説明する。所定の粒度のメディアと砥粒とを備えた研磨材と、所定の大きさに形成された水晶素板１２１とを用意する。円筒体に用意した研磨材と水晶素板１２１とを入れ、円筒体の開口した端部をカバーで塞ぐ。研磨材と水晶素板１２１とを入れた円筒体を、円筒体の中心軸線を回転軸として回転させる水晶素板１２１が研磨材で研磨されてベベル加工が行われる。
【００３２】
上記実施形態では、導体部２１２に設けられている凹部２１５が、枠体２１０ｂの中心に設けられていたが、凹部２１５が、導体部２１２の四隅すべてに設けるようにしても構わない。凹部２１５を四隅すべてに設けることによって、四隅に設けられた余剰の接合部材１５０が、凹部２１５内に入り込むため、枠体２１０ｂの内壁面に沿って収容空間Ｋ内に入り込むことを低減し、ガラス接合部材１５０が水晶素子１２０に被着することを低減することができる。また、凹部２１５が四隅に設けられていないパッケージと比較して、四隅に設けられた余剰のガラス接合部材１５０が、凹部２１５内に入り込むため、四隅のガラス接合部材１５０の厚みを薄くし、封止蓋体１３０との接合が、全面に亘ってより均一な状態とすることができる。
【００３３】
また、上記実施形態では、導体部２１２に設けられている凹部２１５が、枠体２１０ｂのそれぞれの辺の中心に１つずつ設けられていたが、凹部が、導体部の上面に一定の間隔を空けてそれぞれの辺に複数設けるようにしても構わない。凹部が、枠体の上面に一定の間隔を空けて複数設けることによって、凹部にガラス接合部材が入り込むため、ガラス接合部材と導体部との接合強度をさらに向上させることができる。
【００３４】
また、上記実施形態では、水晶素子１２０は、ＡＴ用水晶素子を用いた場合を説明したが、水晶基部と、水晶基部の側面より同一の方向に延びる二本の平板形状の水晶振動部とを有する音叉型屈曲水晶素子を用いても構わない。このような音叉型屈曲水晶素子は、水晶片と、その水晶片の表面に設けられた励振電極と、引き出し用電極と、周波数調整用金属膜とにより構成されている。水晶片は、水晶基部と水晶振動部とからなり、水晶振動部が第一水晶振動部及び第二水晶振動部とから成る。水晶基部は、結晶の軸方向として電気軸がＸ軸、機械軸がＹ軸、及び光軸がＺ軸となる直交座標系としたとき、Ｘ軸回りに−５°〜＋５°の範囲内で回転させたＺ′軸の方向が厚み方向となる平面視略四角形の平板である。第一水晶振動部及び第二水晶振動部は、水晶基部の一辺からＹ′軸の方向に平行に延設されている。このような水晶片は、水晶基部と各水晶振動部とが一体となって音叉形状を成しており、フォトリソグラフィー技術と化学エッチング技術により製造される。
【符号の説明】
【００３５】
１１０ａ、２１０ａ・・・基板
１１０ｂ、２１０ｂ・・・枠体
１１０、２１０・・・パッケージ
１１１、２１１・・・電極パッド
１１２、２１２・・・導体部
１１３、２１３・・・外部端子
１１４・・・ビア導体
２１５・・・凹部
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・引き出し電極
１３０・・・封止蓋体
１４０・・・導電性接着剤
１５０・・・ガラス接合部材
Ｋ・・・収容空間
【図１】
2015126343.tif 000003
【図２】
2015126343.tif 000004
【図３】
2015126343.tif 000005
【図４】
2015126343.tif 000006
【図５】
2015126343.tif 000007