(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略直方体形状の平板部と、前記平板部の下面の所定の一辺に沿って設けられている第一柱部と、前記平板部の下面の前記所定の一辺と対向する一辺に沿って設けられている第二柱部と、からなる水晶片と、
前記平板部の上下面に設けられている励振電極部と、
前記第一柱部または前記第二柱部の下面に設けられている引出部と、
一端が前記励振電極部に接続され、他端が前記引出部に接続されている配線部と、
上面に搭載パッドが設けられている基板部と、
前記搭載パッドと前記引出部との間に設けられている導電性接着剤と、
前記基板部の上面と接合されている蓋体と、
から構成され、
前記水晶片の下面を平面視して、前記第一柱部および前記第二柱部が、前記平板部の外周縁より内側に位置している水晶デバイス。
【請求項２】
請求項１記載の水晶デバイスであって、
前記水晶片を平面視して、
一対の貫通穴が、前記第一柱部と前記第二柱部との間に位置する前記平板部に形成されており、
前記一対の貫通穴の間には前記励振電極部が設けられている水晶デバイス。
【請求項３】
請求項２に記載の水晶デバイスであって、
前記水晶片を平面視して、前記貫通穴が、前記柱部の縁部に沿って形成されている水晶デバイス。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の水晶デバイスであって、
前記配線部の一部が、前記貫通穴の内壁面に設けられている水晶デバイス。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４に記載の水晶デバイスであって、
保持用接着剤が、前記水晶片の前記柱部の下面と前記基板部の上面との間に設けられ
ている水晶デバイス。
【請求項６】
請求項５に記載の水晶デバイスであって、
前記第一柱部の下面の両端部には、前記導電性接着剤が設けられており、
前記第二柱部の下面の両端部には、前記保持用接着剤が設けられている水晶デバイス。
【請求項７】
請求項５に記載の水晶デバイスであって、
前記第一柱部の下面の一端部には、前記導電性接着剤が設けられ、前記第一柱部の下面の他端部には、前記保持用接着剤が設けられており、
前記第二柱部の下面の一端部には、前記導電性接着剤が設けられ、前記第二柱部の下面の他端部には、前記保持用接着剤が設けられている水晶デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動通信機器等に用いられる水晶デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
高い周波数帯の水晶デバイスで用いられる水晶素子には、略直方体形状の平板部と、平板部の下面の所定の一辺の縁部に沿って設けられている柱部とからなり、平板部と柱部とが一体となるように形成されている水晶片が用いられる。このような水晶片を用いた水晶素子では、一対の励振電極部が、平板部の上面および平板部の下面に互いに対向するように設けられており、一対の引出部が、柱部の下面、具体的には、平板部に接する柱部の面と反対側を向く柱部の面に、二つ並んで設けられている。また、引出部は、一端が励振電極部に接続しつつ、他端が引出部に接続するように設けられている。従って、このような水晶素子では、水晶片の下面を平面視すると、平板部の所定の一辺に沿って柱部が設けられており、所定の一辺と反対側を向く平板部の辺に沿った縁部には何も設けられていない状態となっている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４４５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の水晶デバイスで用いられる水晶片は、平板部と、平板部の下面の所定の一辺の縁部に沿って設けられている柱部とから構成されており、つまり、平板部が柱部により片持ちされている片持梁と同じ状態となっている。従って、従来の水晶デバイスで用いる水晶片では、従来の水晶デバイスの外部から応力、たとえば、平板部と垂直な向きの応力を受けた場合、水晶片に生じるせん断応力と曲げモーメントを考慮すると、平板部の変位する量が柱部から離れるに従って大きくなる構成となっている。このため、従来の水晶デバイスでは、励振電極部に挟まれている平板部の一部を振動させた状態で、外部から応力を受けた場合、励振電極部に挟まれている平板部が変位することで、振動しにくくなってしまい、周波数特性の変化や電気的特性が変化する虞がある。
【０００５】
本発明では、外部から応力を受けた場合に応力の影響による周波数特性の変化を抑えつつ電気的特性の変化を低減させ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】
前述した課題を解決するために、本発明に係る水晶デバイスは、略直方体形状の平板部と、平板部の下面の所定の一辺に沿って設けられている第一柱部と、平板部の下面の所定の一辺と対向する一辺に沿って設けられている第二柱部と、からなる水晶片と、平板部の上下面に設けられている励振電極部と、第一柱部または第二柱部の下面に設けられている引出部と、一端が前記励振電極部に接続され、他端が引出部に接続されている配線部と、上面に搭載パッドが設けられている基板部と、搭載パッドと引出部との間に設けられている導電性接着剤と、基板部の上面と接合されている蓋体と、から構成され、水晶片の下面を平面視して、第一柱部および第二柱部が、平板部の外周縁より内側に位置している。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る水晶デバイスで用いる水晶片は、平板部と、平板部の下面と対向しあう二辺に沿って設けられている一対の柱部とから構成されており、つまり、平板部が、水晶片の下面を平面視して、平板部の外周縁より内側に位置している一対の柱部によって両持ちされている両持梁と同じ状態となっている。従って、本発明に係る水晶デバイスで用いる水晶片では、本発明に係る水晶デバイスの外部から応力、例えば、平板部と垂直な向きの応力を受けた場合、水晶片に生じるせん断応力および曲げモーメントを考慮すると、従来の水晶デバイスで用いる水晶片と比較し、平板部の変位する量を小さくすることができる。このため、本発明に係る水晶デバイスでは、励振電極部に挟まれている平板部の一部を振動させた状態で、外部から応力を受けた場合、励振電極部に挟まれている平板部が変位する量を従来の水晶デバイスと比較して小さくすることができるので、外部からの応力の影響による振動のしにくさを軽減させることができ、周波数特性の変化や電気的特性が変化することを軽減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第一実施形態に係る水晶デバイスの斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面における断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る水晶デバイスで用いる水晶素子の斜視図である。
【図４】（ａ）は、本発明の第一実施形態に係る水晶デバイスで用いる水晶素子を下面から視た平面図であり、（ｂ）は、本発明の第一実施形態に係る水晶デバイスで用いる水晶素子を上面から視た平面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の第一実施形態に係る水晶デバイスに応力が加わる前の水晶片の概念を示した断面図であり、（ｂ）は、本発明の第一実施形態に係る水晶デバイスに応力が加わったときの水晶片の概念を示した概念図である。
【図６】本発明の第一実施形態の変形例の水晶デバイスで用いる水晶素子の斜視図である。
【図７】（ａ）は、本発明の第一実施形態の変形例の水晶デバイスで用いる水晶素子を下面から視た平面図であり、（ｂ）は、本発明の第一実施形態の変形例の水晶デバイスで用いる水晶素子を上面から視た平面図である。
【図８】本発明の第二実施形態に係る水晶デバイスで用いる水晶素子の斜視図である。
【図９】（ａ）は、本発明の第二実施形態に係る水晶デバイスで用いる水晶素子を下面から視た平面図であり、（ｂ）は、本発明の第二実施形態に係る水晶デバイスで用いる水晶素子を上面から視た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第一実施形態）
本発明の第一実施形態に係る水晶デバイスは、図１および図２に示したように、基板部１１０と、基板部１１０に実装されている水晶素子１２０と、基板部１１０の上面に接合されている蓋体１３０と、基板部１１０に水晶素子１２０を実装するための接着剤１４０と、基板部１１０と蓋体１３０とを接合するための接合部材１５０と、から主に構成されている。
【００１０】
基板部１１０は、水晶素子１２０を実装するためのものである。基板部１１０は、図１および図２に示したように、例えば、矩形形状の平板状に形成されており、一方の主面に搭載パッド１１１が設けられており、他方の主面に実装端子１１２が設けられている。また、基板部１１０には、特に図示しないが、搭載パッド１１１と実装端子１１２とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が設けられている。基板部１１０は、例えば、アルミナセラミックス、または、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っている。基板部１１０は、絶縁層を一層で用いたものであっても、絶縁層を複数積層させたものであってもよい。
【００１１】
ここで、図面に合わせて、搭載パッド１１１が設けられている基板部１１０の面を、基板部１１０の一方の主面、または、基板部１１０の上面とする。また、実装端子１１２が設けられている基板部１１０の面を、基板部１１０の他方の主面、または、基板部１１０の下面とする。
【００１２】
搭載パッド１１１は、水晶素子１２０を基板部１１０に実装するためのものである。搭載パッド１１１は、例えば、二つ設けられており、基板部１１０の上面を平面視して、一方の短辺の縁部に沿って二つ並んで設けられている。
【００１３】
実装端子１１２は、電子機器等のマザーボードに実装するためのものであり、電子機器等のマザーボードに実装する際、マザーボード上にある所定の実装パッド（図示せず）に半田等により、接続固着されている。実装端子１１２は、例えば、四つ設けられており、基板部１１０の下面の四隅に一つずつ設けられている。実装端子１１２のうち所定の二つは、配線パターン（図示せず）によって、基板部１１０の上面に設けられている二つの搭載パッド１１１と電気的に接続されている。
【００１４】
ここで、水晶素子１２０を平面視したときの長辺の寸法が０．８〜４．０ｍｍであり、短辺の寸法が０．６０〜２．８０ｍｍである場合を例にして、基板部１１０の説明をする。基板部１１０の上面を平面視したとき、基板部１１０の長辺の寸法が、０．８５〜５．００ｍｍとなっており、基板部１１０の短辺の寸法が０．６５〜３．２０ｍｍとなっている。
【００１５】
ここで、基板部１１０の作製方法について説明する。基板部１１０がアルミナセラミックスからなる場合、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し混合して得た複数のセラミックグリーンシートの表面、または、セラミックグリーンシートに打ち抜き設けていた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷法を用いて、導体パターンとなる位置に所定の導電ペーストを塗布する。複数の絶縁層が積層されている場合には、次に、セラミックグリーンシートを積層させプレス加工し、高温で焼成する。焼成後、導体パターンの所定の部分、具体的には、搭載パッド１１１、実装端子１１２および配線パターン（図示せず）となる部分に、ニッケルメッキまたは金メッキを施すことにより基板が作成される。また、導電ペーストは、例えば、タングステン、モリブデン、銅、銀または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。
【００１６】
水晶素子１２０は、安定した機械振動を得ることができ、電子機器等の基準信号を発信するためのものである。水晶素子１２０は、図２に示したように、接着剤１４０により基板部１１０の上面に実装されており、接合部材１５０により基板部１１０と蓋体１３０とが接合されて基板部１１０と蓋体１３０とで形成される空間１３３内に気密封止されている。水晶素子１２０は、図３および図４に示したように、水晶片１２１、励振電極部１２５、引出部１２６および配線部１２７から主に構成されている。
【００１７】
水晶片１２１は、図３および図４に示したように、略直方体形状の平板部１２２と、平板部１２２の下面に設けられている一対の柱部１２３（１２３ａ，１２３ｂ）と、から主に構成されている。また、水晶片１２１には、一対の貫通穴１２４が形成されている。
【００１８】
平板部１２２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。平板部１２２は、図３および図４に示したように、略直方体形状に形成されている。このとき、平板部１２２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、平板部１２２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。
【００１９】
ここで、図２に示したように、水晶素子１２０を基板部１１０に実装したとき、基板部１１０の上面を向く平板部１２２の面を平板部１２２の下面とし、この平板部１２２の下面と反対側を向く平板部１２２の面を平板部１２２の上面とする。また、この平板部１２２の上面および平板部１２２の下面を平板部１２２の主面とする。
【００２０】
平板部１２２の両主面には、一対の励振電極部１２５が平板部１２２を挟むようにして設けられている。ここで、一対の励振電極部１２５に電圧が印加されたときの平板部１２２の動作について説明する。一対の励振電極部１２５に電圧が印加されると、一対の励振電極部１２５には異なる電荷が蓄積されることとなり、逆圧電効果によって励振電極部１２５に挟まれている平板部１２２の一部分に歪みが生じ、変形する。その結果、平板部１２２は、変形前の姿に戻ろうとするため、圧電効果により励振電極部１２５に最初に蓄積された電荷と反対の電荷が蓄積される。つまり、励振電極部１２５に電圧が印加されると、圧電効果および逆圧電効果により、励振電極部１２５に挟まれている平板部１２２の一部が振動することとなる。従って、励振電極部１２５に交流電圧を印加すると、励振電極部１２５に異なる電荷が交互に蓄積され交互に変形することとなり、励振電極部１２５に挟まれている平板部１２２の一部を振動させることができる。このとき、平板部１２２は、例えば、所定の周波数で厚みすべり振動する。平板部１２２は、励振電極部１２５に挟まれている平板部１２２の一部が厚みすべり振動するが、励振電極部１２５が設けられていない平板部１２２の一部においても、励振電極部１２５から平板部１２２の外縁に向かう向きに厚みすべり振動が漏れている状態となっている。
【００２１】
また、平板部１２２の厚みすべり振動の周波数は、平板部１２２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、平板部１２２の上下方向の厚みに依存している。従って、平板部１２２の上下方向の厚みは、水晶素子１２０の所望の周波数によって決定される。
【００２２】
平板部１２２は、図３および図４に示したように、略矩形形状の平板状となっており、その大きさは、例えば、長辺の長さが０．８〜４．０ｍｍとなっており、短辺の長さが０．６〜２．８ｍｍとなっている。また、平板部１２２の上下方向の厚みは、５〜８３μｍとなっている。
【００２３】
柱部１２３は、水晶素子１２０を基板部１１０の上面に実装するときに、接着剤１４０によって基板部１１０に接着保持されるためのものである。また、柱部１２３の下面と基板部１１０の上面との間には接着剤１４０が設けられており、接着剤１４０により柱部１２３の下面と基板部１１０とが接着され、水晶素子１２０が基板部１１０の上面に実装されている。柱部１２３は、第一柱部１２３ａと第二柱部１２３ｂとから構成されている。
【００２４】
第一柱部１２３ａは、図３および図４に示すように、略直方体形状となっており、平板部１２２の下面の所定の一辺に沿って設けられている。また、第一柱部１２３ａは、水晶片１２１の下面を平面視したとき、平板部１２２の所定の一辺に平行な第一柱部１２３ａの辺が、平板部１２２の所定の一辺と同じ長さ、または、平板部１２２の所定の一辺以上長さとなっている。また、第一柱部１２３ａの下面には、一対の引出部１２６（１２６ａ，１２６ｂ）が並んで設けられている。第一柱部１２３ａの下面と基板部１１０の上面との間には、接着剤１４０が設けられている。この第一柱部１２３ａの下面と基板部１１０の上面との間に設けられている接着剤１４０には、第一柱部１２３ａの下面と基板部１１０の上面とを接着しつつ、第一柱部１２３ａの下面に設けられている引出部１２６と基板部１１０の上面に設けられている搭載パッド１１１とを電気的に接続するために、導電性接着剤１４１が用いられる。
【００２５】
第二柱部１２３ｂは、図３および図４に示すように、略直方体形状となっており、平板部１２２下面であって、第一柱部１２３ａが設けられている平板部１２２の所定の一辺と対向する辺に沿って設けられている。従って、第二柱部１２３ｂは、水晶片１２１の下面を平面視したとき、第一柱部１２３ａと向かいあうように平板部１２２の下面に設けられている。また、第二柱部１２３ｂは、水晶片１２１の下面を平面視したとき、平板部１２２の所定の一辺に平行な第二柱部１２３ｂの辺が、平板部１２２の所定の一辺と対向する辺と同じ長さ、または、それ以上の長さとなっている。また、第二柱部１２３ｂの下面と基板部１１０の上面との間には、接着剤１４０が設けられている。この第二柱部１２３ｂの下面と基板部１１０の上面との間に設けられている接着剤１４０は、第二柱部１２３ｂの下面と基板部１１０の上面とを接着するために、例えば、保持用接着剤１４２が用いられる。
【００２６】
ここで、水晶素子１２０の平板部１２２の上面を水晶素子１２０の上面とし、水晶素子１２０の第一柱部１２３ａおよび第二柱部１２３ｂの下面を水晶素子１２０の下面とする。なお、第一柱部１２３ａの下面とは、平板部１２２と接している第一柱部１２３ａの面と反対側を向く第一柱部１２３ａの面であり、基板部１１０に水晶素子１２０を実装するときに基板部１１０の上面を向く第一柱部１２３ａの面である。また、第二柱部１２３ｂの下面とは、平板部１２２と接している第二柱部１２３ｂの面と反対側を向く第二柱部１２３ｂの面であり、基板部１１０に水晶素子１２０を実装するときに基板部１１０の上面を向く第二柱部１２３ｂの面である。
【００２７】
柱部１２３は、第一柱部１２３ａと第二柱部１２３ｂとがほぼ同形状となっている。柱部１２３は、水晶片１２１の下面を平面視して、平板部１２２の短辺に平行な辺の長さが０．６〜２．８ｍｍとなっており、平板部１２２の長辺に平行な辺の長さが０．１３〜１．５ｍｍとなっている。また、柱部１２３の上下方向の厚みは、３０〜１００μｍとなっている。
【００２８】
水晶片１２１を断面視すると、図５（ａ）に示したように、平板部１２２が一対の柱部１２３によって梁の端部が柱によって両持ちされている両持梁と同じ形状となっているといえる。ここで、水晶デバイスの外部から応力、例えば、平板部１２２の主面に対して垂直方向に落下した場合の平板部１２２の中央部における撓みの量を計算する。水晶片１２１は、水晶デバイスが平板部１２２の主面に対し垂直な方向に落下すると、図５（ｂ）に示したように、平板部１２２が変形する。このとき、平板部１２２に加わる力は、重力加速度ｇと梁に相当する部分Ｌ１（図４および図５参照）の積となる。また、平板部１２２の中心部における撓みσ１の量は、次のような式となる。なお、（１）式において、Ｗは、梁に加わる力のことであり、Ｌ１は、梁となる部分の長さであり、Ｅは、梁となる部分の弾性係数（水晶部材の弾性係数）でありＩは、断面二次モーメントである。
σ１＝（５／３８４）×（Ｗ×Ｌ１３／Ｅ×Ｉ）・・・（１）式
【００２９】
ここで、従来の水晶デバイスで用いている片持梁と同じ形状となっている水晶片を用いた場合で比較する。平板部の中央部における撓みの量を計算する。なお、ここで、梁となる部分長さは、第一実施形態で用いる水晶素子１２０の水晶片１２１と同じ長さＬ１となるようにする。片持梁と同じ形状となっている水晶片においても、水晶デバイスの外部から応力が加わった場合、平板部が変形することとなる。このとき、平板部に加わる力は、第一実施形態で用いる水晶素子１２０の水晶片１２１と同じ力となっており、重力加速度ｇと梁に相当する部分の積となる。このとき、平板部の中心部における撓みの量σ２は、次のような式となる。なお、（２）式において、Ｗは、梁に加わる力のことであり、Ｌ１は、梁となる部分の長さであり、Ｅは、梁となる部分の弾性係数（水晶部材の弾性係数）であり、Ｉは、断面二次モーメントである。
σ２＝（１／８）×（Ｗ×Ｌ１３／Ｅ×Ｉ）・・・（２）式
（１）式と（２）式を比較すると、（Ｗ×Ｌ１３／Ｅ×Ｉ）は、両持梁の場合の水晶片１２１であっても、片持梁の場合の水晶片であっても同じ数値となる。従って、両持梁の場合の水晶片１２１の撓みの量σ２は、片持梁の場合の水晶片の撓みの量σ２に対し、約４８分の５の大きさとなる。
【００３０】
つまり、平板部１２２が一対の柱部１２３によって両持ちされている両持梁と同じ状態となっている水晶片１２１を用いることで、水晶デイバスが外部から応力を受けた場合、例えば、平板部１２２と垂直な向きの応力を受けた場合、従来の水晶デバイスで用いる水晶片と比較し、平板部１２２の中央部での変位する量を小さくすることができる。このため、このような水晶片１２１を用いることで、平板部１２２の中央部で振動する状態が変化する量を低減することができ、平板部１２２が変形するために生じる周波数変動や等価直列抵抗値の増加といった電気的特性の変化を低減させることが可能となる。
【００３１】
また、水晶片１２１では、水晶片１２１の下面を平面視したとき、第一柱部１２３ａが沿って設けられている平板部１２２の所定の一辺に平行な第一の柱部１２３ａの辺が、平板部１２２の所定の一辺と同じ長さ、または、それ以上の長さとなっており、第二柱部１２３ｂが沿って設けられている平板部１２２の一辺に平行な第二柱部１２３ｂの辺が、第二柱部１２３ｂが沿って設けられている平板部１２２の一辺と同じ長さ、または、その長さ以上となっている。このようにすることで、平板部１２２の所定の一辺に平行な向き（第一柱部１２３ａの辺方向）での平板部１２２の撓み量について着目すると、平板部１２２の所定の一辺に平行な向き（第一柱部１２３ａの辺方向）に曲げモーメントがかかった場合、第一柱部１２３ａおよび第二柱部１２３ｂにより平板部１２２を変形させにくくするので、平板部１２２の中央部での撓みの量を、より減少させることが可能となる。
【００３２】
貫通穴１２４は、一対となっており、図４に示したように、柱部１２３の縁部に沿って形成されている。言い換えると、貫通穴１２４は、図４に示したように、水晶片１２１の下面を平面視して、第一柱部１２３ａと第二柱部１２３ｂとの間に位置するように平板部１２２に形成されている。このとき、水晶片１２１の下面を平面視すると、図４に示したように、一対の貫通穴１２４の間に、励振電極部１２５が設けられている。従って、貫通穴１２４が柱部１２３と励振電極部１２５との間に形成されている。これにより、励振電極部１２５に挟まれている平板部１２２の一部分を平板の四隅で固定され平板部１２２の変形の影響を受けにくくする状態、つまり、振動している部分をより独立した状態に近づけることができ、柱部１２３による影響を低減させ、電気的に特性が変化することを低減させることが可能となる。これは、前述したように、励振電極部１２５に電圧を印加したとき、励振電極部１２５に挟まれていない平板部１２２の一部にも、励振電極部１２５から平板部１２２の外縁に向かう向きで振動が漏れた状態となっている。別の観点では、平板部１２２の外縁の状態により、励振電極部１２５に挟まれている平板部１２２の一部の振動にも影響を及ぼすこととなるといえる。本実施形態に係る水晶片１２１では、上下方向の厚みに着目すると、柱部１２３が設けられている部分の上下方向の厚みは、柱部１２３の上下方向の厚みの分だけ厚くなっている。このため、本実施形態では、貫通穴１２４を励振電極部１２５と柱部１２３との間に形成することで、励振電極部１２５で挟まれている平板部１２２の一部をより平板の四隅で固定されている状態に近付けることが可能となり、柱部１２３による振動への影響を低減させることができ、振動への影響により等価直列抵抗値が増加することを低減させることが可能となる。
【００３３】
また、貫通穴１２４は、水晶素子１２０の上面を平面視して、図３および図４に示したように、その開口部が略矩形形状となっている。このとき、特に図面では図示しないが、貫通穴１２４の開口部の四隅は円弧形状となっている。このように、貫通穴１２４の開口部の四隅を円弧形状にし、貫通穴１２４の開口部に丸みをもたせることで、水晶素子１２０の外部から応力が加わったとき、貫通穴１２４の開口部に向かう向きに加わる応力が貫通穴１２４の四隅に集中することを低減させることが可能となる。この結果、貫通穴１２４の開口部からクラック等の破損が生じることを低減させることができる。
【００３４】
ここで、貫通穴１２４は、水晶素子１２０の上面を平面視して、開口部が略矩形形状となっており、平板部１２２の短辺に平行な辺が０．３〜１．７８ｍｍとなっており、平板部１２２の長辺に平行な辺が０．０１〜０．１２ｍｍとなっている。また、貫通穴１２４の開口部の四隅は、半径０．００５〜０．１２ｍｍのＲ面取りされた円弧形状となっている。
【００３５】
ここで、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、このような水晶片１２１を形成する製造方法について説明する。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、水晶ウエハの主面が、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、例えば、約３７°回転させた面と平行となっている。次に、水晶ウエハの両主面に金属膜をスパッタリング技術または蒸着技術を用いて形成し、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、現像し、所定の部分のみ水晶ウエハが露出するようにする。具体的には、水晶ウエハの上面側を平面視すると、平板部１２２の外縁の縁部および一対の貫通穴１２４となる部分の水晶ウエハが露出しており、水晶ウエハの下面側を平面視すると、柱部１２３となる部分には感光性レジストが残っている状態となっている。このように所定の部分のみ露出している水晶ウエハを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。これにより、複数の水晶片１２１がその一部が接続された状態で水晶ウエハ内に形成される。
【００３６】
このように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水晶片１２１を形成する場合、特に図示しないが、柱部１２３の縁部では、結晶軸との位置関係によってエッチングがされる速度が異なるために、柱部１２３の上下方向の厚みが平板部１２２に向かうにつれて徐々に薄くなっている。従って、本実施形態では、貫通穴１２４を柱部１２３の縁部に沿って形成しているので、貫通穴１２４が柱部１２３の上下方向の厚みが平板部１２２に向かうにつれて徐々に薄くなっている部分に形成されていることとなる。従って、水晶片１２１の下面を平面視して、貫通穴１２４を柱部１２３の縁部に沿って形成することで、貫通穴１２４は、柱部１２３の上下方向の厚みが平板部１２２に向かうにつれて徐々に薄くなっている部分に形成することが可能となる。このようにすることで、貫通穴１２４を形成してもスペースを減少させることなく、励振電極部１２５の大きさが小さくなることを低減させることができる。仮に、励振電極部１２５が小さくなると、蓄積される電荷の量が少なくなってしまい、励振電極部１２５に挟まれている平板部１２２が振動しにくくなる。その結果、等価直列抵抗値が大きくなってしまう虞がある。従って、前述したように、貫通穴１２４を柱部１２３の縁部に形成することで、励振電極部１２５が小さくなることを低減させることができ、この結果、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。
【００３７】
励振電極部１２５は、平板部１２２に電圧を印加するためのものである。励振電極部１２５は、一対となっており、平板部１２２の両主面に互いが対向するように設けられている。また、平板部１２２の上面に設けられている励振電極部１２５は、水晶素子１２０の上面を平面視して、一対の貫通穴１２４の間に位置するように設けられており、平板部１２２の下面に設けられている励振電極部１２５は、水晶素子１２０の下面を平面視して、第一柱部１２３ａと第二柱部１２３ｂとの間に形成されている一対の貫通穴１２４の間に位置するように設けられている。このように貫通穴１２４の間に位置するように励振電極部１２５を形成することで、励振電極部１２５で挟まれている平板部１２２の一部が振動しているとき、励振電極部１２５に挟まれている平板部１２２の一部と柱部１２３を平板の四隅で固定している状態に近づけることにできるので、柱部１２３の影響を低減させることが可能となり、等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることができる。
【００３８】
また、励振電極部１２５は、例えば、水晶素子１２０を平面視して、円型形状または楕円形状となっている。このような構成にすることで、励振電極部１２５に電圧を印加すると、平面視して、励振電極部１２５の中心部から徐々に円形形状または楕円形状に厚みすべり振動が減衰していくので、より効率よく励振電極部１２５に挟まれている平板部１２２の一部を振動させることができる。この結果、効率よく励振電極部１２５に挟まれている平板部１２２の一部を振動させることができ、等価直列抵抗値が大きくなることをより低減させることが可能となる。
【００３９】
引出部１２６は、水晶素子１２０の外部から励振電極部１２５へ電圧を印加するためのものであり、第一柱部１２３の下面に二つ並んで設けられている。また、引出部１２６は、水晶素子１２０を水晶デバイスとして用いるとき、基板部１１０の搭載パッド１１１と向かい合う位置に設けられており、接着剤１４０、特に、導電性接着剤１４１によって電気的に接着されている。
【００４０】
配線部１２７は、一対となっており、励振電極部１２５と引出部１２６とを電気的に接続させるためのものである。配線部１２７は、一端が励振電極部１２５に接続されており、他端が引出部１２６に接続されている。このとき、配線部１２７の一部は、水晶片１２１に形成されている貫通穴１２４の内壁面に形成されている。このように、配線部１２７の一部を、貫通穴１２４の内壁面に設けることで、水晶片１２１の表面に沿って配線部を設ける場合と比較して、励振電極部１２５から引出部１２６までの長さをより短くすることが可能となる。これにより、配線部１２７の長さを短くした分だけ配線部１２７自身が持つ抵抗値を小さくすることができ、配線部１２７の抵抗により水晶素子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。
【００４１】
励振電極部１２５、引出部１２６および配線部１２７は、例えば、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、水晶片１２１の所定の位置に形成される。具体的には、複数の水晶片１２１となる部分が形成されている水晶ウエハに励振電極部１２５、引出部１２６および配線部１２７となる金属膜を形成し、この金属膜上に感光性レジストを塗布する。その後、この感光性レジストの所定のパターン（励振電極部１２５、引出部１２６および配線部１２７となる部分）が残留するように、露光現像する。最後に、露出している金属膜を剥離させ、さらに残留している感光性レジストを剥離させる。このようにして、複数の水晶片１２１となる部分が形成されている水晶ウエハの水晶片１２１となる部分の所定の位置に、励振電極部１２５、引出部１２６および配線部１２７が形成される。なお、ここで、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形成している場合について説明しているが、水晶片１２１の所定の位置に形成することができれば、例えば、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。
【００４２】
接着剤１４０は、図２に示したように、水晶素子１２０を基板部１１０の上面に実装するためのものである。接着剤１４０は、第一柱部１２３ａの下面と基板部１１０の上面との間、および、第二柱部１２３ｂの下面と基板部１１０の上面との間に設けられており、第一柱部１２３ａの下面と基板部１１０の上面とを接着保持しつつ、第二柱部１２３ｂの下面と基板部１１０の上面とを接着させている。このように、第一柱部１２３ａの下面と基板部１１０の上面との間、および、第二柱部１２３ｂの下面と基板部１１０の上面との間に、接着剤１４０を設けることで、従来の水晶デバイス、または、搭載パッド１１１と引出部１２６とを導電性接着剤１４１のみで実装している水晶デバイスと比較して、水晶素子１２０と基板部１１０との接着面積をより大きくすることができる。従って、水晶素子１２０と基板部１１０との接合強度をより高めることが可能となる。この結果、水晶デバイスをマザーボード等の実装基板に半田等で実装する際に、基板部１１０が熱膨張により変形し接着剤１４０に応力が加わった場合、または、水晶デバイスに外部から応力が加わり水晶素子１２０と基板部１１０との間に設けられている接着剤１４０に応力が加わった場合であっても、水晶素子１２０が基板部１１０の上面から外れてしまうことを低減させることができる。
【００４３】
また、第一柱部１２３ａの下面と基板部１１０の上面との間、および、第二柱部１２３ｂの下面と基板部１１０の上面との間に接着剤１４０が設けられていることで、水晶素子１２０を基板部１１０の上面に実装した際に、水晶素子１２０の平板部１２２の主面と基板部１１０の主面とが平行に近い状態で実装することが可能となる。このようにすることで、水晶デバイスの外部から基板部１１０の主面に対し垂直な方向で応力が加わった場合、平板部１２２の中央部で最も平板部１２２が撓むようにすることができる。従って、平板部１２２の中央部に励振電極部１２５を設け平板部１２２の中央部で最も振動するようにした場合、最も撓む部分と最も振動する部分とを同じにすることができる。例えば、加速度センサとして水晶デバイスを用いる場合、周波数の変化量や等価直列抵抗値の変化量を基にその加速度が検出（算出）される構成となっている。このため、水晶デバイスの外部から基板部１１０の主面に対して垂直な方向で応力が加わった場合、平板部１２２の撓による影響が周波数の変化量や等価直列抵抗値の変化量に著すことができるので、より高い精度で検出することが可能となる。
【００４４】
導電性接着剤１４１は、図２に示したように、第一柱部１２３ａの下面と基板部１１０の上面との間であって、第一柱部１２３ａの下面に設けられている引出部１２６と基板部１１０の上面に設けられている搭載パッド１１１との間に設けられている。導電性接着剤１４１は、第一柱部１２３ａの下面と基板部１１０の上面とを接着させつつ、第一柱部１２３ａの下面に設けられている引出部１２６と基板部１１０の上面に設けられている搭載パッド１１１とを電気的に接続させている。また、導電性接着剤１４１は、シリコーン系樹脂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る。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、ニッケルまたはニッケル鉄のいずれか、或いは、これらを組み合わせたものを含むものが用いられる。また、バインダーとしては、例えば、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂またはビスマレイミド系樹脂が用いられる。
【００４５】
導電性接着剤１４１は、基板部１１０の上面に設けられている一対の搭載パッド１１１と水晶素子１２０の第一柱部１２３ａの下面に設けられている一対の引出部１２６との間に設けられており、搭載パッド１１１と引出部１２６とを接着させつつ、搭載パッド１１１と引出部１２６とを電気的に接続させている。導電性接着剤１４１は、例えば、加熱硬化されたとき、樹脂バインダーが収縮し、導電フィラー同士がより近接する特性を有している。従って、導電性接着剤１４１をそれぞれの搭載パッド１１１に塗布し、搭載パッド１１１と引出部１２６とでこの導電性接着剤１４１を挟んだ状態で加熱硬化することで、導電性接着剤１４１により基板部１１０の搭載パッド１１１と水晶素子１２０の引出部１２６とを接着しつつ、電気的に接続させることが可能となる。
【００４６】
保持用接着剤１４２は、第二柱部１２３ｂの下面と基板部１１０の上面との間に設けられており、第二柱部１２３ｂの下面と基板部１１０の上面とを接着させている。保持用接着剤１４２には、樹脂バインダーとして、例えば、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂またはビスマレイミド系樹脂が用いられる。
【００４７】
保持用接着剤１４２は、基板部１１０の上面に設けられている搭載パッド１１１と水晶素子１２０の第二柱部１２３ｂの下面、特に、引出部１２６とが向かいあうように、水晶素子１２０を基板部１１０の上面に載置したときに、第二柱部１２３ｂの下面と向かい合う基板部１１０の上面の位置に塗布され、加熱硬化される。なお、保持用接着剤１４２は、導電性接着剤１４１と同じタイミングで、基板部１１０の上面に塗布され、導電性接着剤１４１と同じタイミングで、加熱硬化される。保持用接着剤１４２は、例えば、加熱硬化されたと樹脂バインダーが収縮し保持用接着剤１４２が接しているもの同士を接着する特性を有している。従って、保持用接着剤１４２を基板部１１０の上面の所定の位置に塗布し、第二柱部１２３ｂの下面と基板部１１０の上面とでこの塗布された保持用接着剤１４２を挟んだ状態で加熱硬化することで、保持用接着剤１４２により基板部１１０の上面と第二柱部１２３ｂの下面とを接着させることが可能となる。
【００４８】
つまり、第一実施形態では、柱部１２３と基板部１１０とを接着しつつ電気的に接続する部分には導電性接着剤１４１を用いて、電気的に接続させることなく柱部１２３と基板部１１０とを接着するためだけの部分には保持用接着剤１４２を用いており、用途に合わせて接着剤１４０を使い分けているので、保持用接着剤１４２の代わりに導電性接着剤１４１を用いても、基板部１１０の上面に水晶素子１２０を実装することが可能である。柱部１２３と基板部１１０とを全て導電性接着剤１４１で接着させた場合には、第二柱部１２３ｂの下面と基板部１１０の上面との間の導電性接着剤１４１が電位的に浮遊した状態となり、水晶デバイスの外部に位置する金属物質と第二柱部１２３ｂの下面と基板部１１０の上面との間に設けられている接着剤１４０との間で電界が生じ、この電界により水晶デバイスから出力される周波数が変動してしまう虞がある。つまり、このように柱部１２３と基板部１１０とを接着するためだけの箇所に導電性粉末を含有していない保持用接着剤１４２を用いることにより、水晶デバイスから出力される周波数をより安定して出力させることができる。
【００４９】
蓋体１３０は、接合部材１５０により基板部１１０の上面と接合されて、基板部１１０の上面に実装されている水晶素子１２０を、蓋体１３０と基板部１１０とで形成される凹部１３３に気密封止するためのものである。蓋体１３０は、封止基部１３１と封止枠部１３２とから構成されている。
【００５０】
封止基部１３１は、略矩形形状の平板状となっており、その主面の大きさが水晶素子１２０の平板部１２２の主面の大きさよりも大きく、基板部１１０の主面の大きさより小さくなっている。また、封止基部１３１の下面には、封止枠部１３２により凹部１３３が形成されている。
【００５１】
封止枠部１３２は、枠部１３２ａと鍔部１３２ｂとから構成されている。枠部１３２ａは、蓋体１３０の下面に凹部１３３（空間）を形成するためのものであり、封止基部１３１の下面の外縁に沿って設けられている。凹部１３３（空間）内には、基板部１１０の上、面に実装されている水晶素子１２０が収容される。鍔部１３２ｂは、蓋体１３０と基板部１１０とを接合する面積を確保し接合強度を上げるためのものである。鍔部１３２ｂは、枠部１３２ａの外周面に沿って環状でかつ、枠部１３２ａの外周側へ延設されている。
【００５２】
封止基部１３１および封止枠部１３２は、例えば、鉄、ニッケル、または、コバルトの少なくともいずれかを含む合金からなり、一体的に形成されている。このような蓋体１３０は、真空状態にある凹部１３３、または、窒素ガスなどが充填された凹部１３３（空間）を気密封止するためのものである。具体的には、枠部１３２ａの下面と基板部１１０の上面との間、および、鍔部１３２ｂの下面と基板部１１０の上面との間に設けられた接合部材１５０に熱が印加されることで、接合部材１５０が溶融され、封止枠部１３２の下面と基板部１１０の上面とが溶融接合される。
【００５３】
ここで、蓋体１３０の作製方法について説明する。蓋体１３０の作製には、例えば、従来周知のプレス加工が用いられる。まず、矩形形状の平板を準備し、蓋体１３０の凹部１３３と同じ形状となっている凹部およびこの凹部と嵌め合う形状となっている凸部を有している一対の金型で、平板を挟み加圧し平板を塑性加工する。このようにすることで、封止基部１３１および封止枠部１３２が設けられ凹部１３３（空間）が形成され、蓋体１３０が形成される。
【００５４】
接合部材１５０は、蓋体１３０の封止枠部１３２の下面と基板部１１０の上面との間に設けられており、蓋体１３０と基板部１１０とを接合するためのものである。接合部材１５０は、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、または、酸化鉛系ガラスから構成されている。酸化鉛系ガラスの組成は、酸化銅、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、酸化銅および酸化カルシウムから構成されている。
【００５５】
接合部材１５０は、例えば、絶縁性樹脂の場合には、エポキシ樹脂またはポリイミド樹脂から構成されている。基板部１１０と蓋体１３０との間に設けられている接合部材１５０の厚みは、例えば、３０〜１００μｍとなっている。
【００５６】
接合部材１５０は、例えば、金錫の場合には、接合部材１５０の層の厚みは、１０〜４０μｍとなっており、成分比率が、例えば、金が７０〜８０％、錫が２０〜３０％のものを使用してもよい。また、接合部材１５０は、例えば、銀錫の場合には、接合部材１５０の層の厚みは、１０〜４０μｍとなっており、成分比率が、例えば、銀７０〜８０％、錫が２０〜３０％のものを使用してもよい。
【００５７】
次に、接合部材１５０を用いて蓋体１３０と基板部１１０とを接合する方法について説明する。接合部材１５０の原料となるガラスは、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着する。接合部材１５０は、例えば、ガラスフリットペーストをスクリーン印刷法で封止枠部１３２の下面に塗布され乾燥することで設けられる。
【００５８】
また、接合部材１５０は、例えば、絶縁性樹脂の場合には、エポキシ樹脂、または、ポリイミド樹脂から構成されている。このとき、絶縁性樹脂は、蓋体１３０の封止枠部１３２の下面に塗布される。絶縁性樹脂が塗付された蓋体１３０は、絶縁性樹脂を封止枠部１３２の下面と基板部１１０の上面とで挟むように載置される。その後、絶縁性樹脂を加熱硬化させて、蓋体１３０と基板部１１０とを接合している。
【００５９】
このように第一実施形態に係る水晶デバイスは、略直方体形状の平板部１２２と、平板部１２２の下面の所定の一辺に沿って設けられている第一柱部１２３ａと、平板部１２２の下面の所定の一辺と対向する一辺に沿って設けられている第二柱部１２３ｂと、からなる水晶片１２１と、平板部１２２の上下面に設けられている励振電極部１２５と、第一柱部１２３ａの下面に設けられている引出部１２６と、一端が励振電極部１２５に接続され、他端が引出部１２６に接続されている配線部１２７と、上面に搭載パッド１１１が設けられている基板部１１０と、搭載パッド１１１と引出部１２６との間に設けられている導電性接着剤１４０と、基板部１１０の上面と接合されている蓋体１３０と、から構成されている。従って、第一実施形態の水晶デバイスでは、平板部１２２が第一柱部１２３ａおよび第二柱部１２３ｂによって両持ちされている両持梁と同じ形状となっている水晶片１２１を用いるといえる。従って、第一実施形態に係る水晶デバイスは、水晶デバイスの外部から応力を受けた場合、例えば、平板部１２２と垂直な向きの応力を受けた場合、従来の水晶デバイスで用いている片持梁と同じ形状の水晶片と比較して、平板部１２２の中央部で変位する量を小さくすることができる。このため、第一実施形態に係る水晶デバイスでは、外部から応力を受けた場合、励振電極部１２５で挟まれている平板部１２２が変化する量を小さくすることができるので、外部からの応力の影響により所望の周波数から周波数が変動するといった周波数特性の変化や等価直列抵抗値が大きくなるといった等価直列抵抗値の変化といような電気的特性が変化を軽減させることが可能となる。
【００６０】
また、第一実施形態に係る水晶デバイスは、水晶片１２１を平面視して、一対の貫通穴１２４が、第一柱部１２３ａと第二柱部１２３ｂとの間に位置する平板部１２２に形成されており、一対の貫通穴１２４の間には励振電極部１２５が設けられている。従って、第一実施形態に係る水晶デバイスでは、水晶片１２１を平面視して、柱部１２３と励振電極部１２５との間に貫通穴１２４を形成しているので、スペースを小さくすることなく、励振電極部１２５で挟まれている平板部１２２の一部をより平板の四隅で固定している状態、つまり、振動している部分をより独立している状態に近付けることが可能となり、柱部１２３による振動への影響を低減させることが可能となる。この結果、第一実施形態では、貫通穴１２４を形成することで、柱部１２３の振動への影響を低減させることができ、周波数変動や等価直列抵抗値の増加といった電気的特性の変化をより低減させることが可能となる。
【００６１】
また、第一実施形態に係る水晶デバイスは、水晶片１２１を平面視して、貫通穴１２４が、柱部１２３の縁部に沿って形成されている。第一実施形態に係る水晶デバイスでは、水晶片１２１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形成した場合、結晶軸との位置関係によってエッチングされる速度が異なるために、水晶片１２１は、柱部１２３の上下方向の厚みが平板部１２２に向かうにつれて徐々に薄くなっている構造となっている。従って、第一実施形態では、柱部１２３の縁部に沿って貫通穴１２４を形成しているので、貫通穴１２４が柱部１２３の上下方向の厚みが平板部１２２に向かうにつれて徐々に薄くなっている部分に形成されていることとなり、貫通穴１２４を形成しても、励振電極部１２５の大きさが小さくなることを低減させることができる。この結果、第一実施形態では、このように貫通穴１２４を柱部１２３の縁部に形成することで、励振電極部１２５の大きさが小さくなり蓄積される電荷の量が少なくなり励振電極部１２５に挟まれている平板部１２２を振動させにくくなり等価直列抵抗値が大きくなることを、低減させることができる。
【００６２】
また、第一実施形態に係る水晶デバイスは、配線部１２７の一部が、貫通穴１２４の内壁面に設けられている。従って、第一実施形態に係る水晶デバイスは、配線部１２６の一部を、貫通穴１２４の内壁面に設けることで、水晶片１２１の表面に沿って配線部を設ける場合と比較して、励振電極部１２５から引出部１２６までの長さをより短くすることが可能となる。このため、第一実施形態に係る水晶デバイスは、配線部１２７の長さを短くした分だけ配線部１２７自身が持つ抵抗値を小さくすることができ、配線部１２７の抵抗により水晶素子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。
【００６３】
また、第一実施形態に係る水晶デバイスは、保持用接着剤１４２が、水晶素子１２０の第二柱部１２３ｂの下面と基板部１１０の上面との間に設けられている。従って、第一実施形態に係る水晶デバイスでは、第一柱部１２３ａの下面と基板部１１０の上面とが導電性接着剤１４１により接着されており、第二柱部１２３ｂの下面と基板部１１０の上面とが保持用接着剤１４２により接着された状態で、水晶素子１２０が基板部１１０の上面に実装されている。このため、第一実施形態に係る水晶デバイスでは、従来の水晶デバイス、または、搭載パッド１１１と引出部１２６とを導電性接着剤１４１のみで実装している水晶デバイスと比較して、水晶素子１２０と基板部１１０との接着面積をより大きくすることができる。この結果、第一実施形態に係る水晶デバイスでは、水晶素子１２０と基板部１１０との接合強度をより高めることが可能となり、水晶デバイスをマザーボード等の実装基板に半田等で実装する際に、基板部１１０が熱膨張により変形し接着剤１４０に応力が加わった場合、または、水晶デバイスに外部から応力が加わりその慣性力により水晶素子１２０と基板部１１０との間に設けられている接着剤１４０に応力が加わった場合であっても、水晶素子１２０が基板部１１０の上面から外れてしまうことを低減させることができる。
【００６４】
また、第一実施形態に係る水晶デバイスは、第一柱部１２３ａの下面の両端部に導電性接着剤１４１が設けられており、第二柱部１２３ｂの下面の両端部に保持用接着剤１４２が設けられている。従って、第一実施形態に係る水晶デバイスでは、第一実施形態では、柱部１２３と基板部１１０とを接着しつつ電気的に接続する箇所には導電性接着剤１４１を用いて、柱部１２３と基板部１１０とを接着するためだけの箇所には保持用接着剤１４２を用いており、用途に合わせて接着剤１４０を使い分けているので、保持用接着剤１４２の代わりに導電性接着剤１４１を用いても、基板部１１０の上面に水晶素子１２０を実装することが可能である。柱部１２３と基板部１１０とを全て導電性接着剤１４１で接着させた場合には、第二柱部１２３ｂの下面と基板部１１０の上面との間の導電性接着剤１４１が電位的に浮遊した状態となり、水晶デバイスの外部に位置する金属物質と第二柱部１２３ｂの下面と基板部１１０の上面との間に設けられている接着剤１４０との間で電界が生じ、この電界により水晶デバイスから出力される周波数が変動してしまう虞がある。つまり、第一実施形態に係る水晶デバイスでは、第二柱部１２３ｂと基板部１１０とを接着するためだけの箇所に導電性粉末を含有していない保持用接着剤１４２を用いることにより、水晶デバイスから出力される周波数をより安定して出力させることができる。
【００６５】
（第一実施形態の変形例）
第一実施形態の変形例は、図６および図７に示したように、一対の引出部２２６のうち、一方の引出部２２６が第一柱部１２３ａの下面に設けられており、他方の引出部２２６が第二柱部１２３ｂの下面に設けられている点で、第一実施形態と異なる。
【００６６】
第一実施形態の変形例に係る水晶デバイスで用いる水晶素子２２０は、第一実施形態に係る水晶デバイスで用いている水晶片１２１と、励振電極部２２５と、引出部２２６と、配線部２２７と、から主に構成されている。
【００６７】
励振電極部２２５は、平板部１２２に電圧を印加するためのものである。励振電極部２２５は、一対となっており、平板部１２２の両主面に互いが対向するように設けられている。また、平板部１２２の上面に設けられている励振電極部２２５は、水晶素子２２０の上面を平面視して、一対の貫通穴１２４の間に位置するように設けられており、平板部１２２の下面に設けられている励振電極部２２５は、水晶素子２２０の下面を平面視して、第一柱部１２３ａと第二柱部１２３ｂとの間に形成されている一対の貫通穴１２４の間に位置するように設けられている。このように貫通穴１２４の間に位置するように励振電極部２２５を形成することで、励振電極部２２５に挟まれている平板部１２２の位置を振動させているとき、励振電極部２２５に挟まれている平板部１２２から柱部１２３に連続している部分を減らすことができるので、柱部１２３による振動阻害を低減させることが可能となり、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できる。
【００６８】
また、励振電極部２２５は、例えば、水晶素子２２０を平面視して、円型形状または楕円形状となっている。このよう構成にすることで、励振電極部２２５に電圧を印加すると、平面視して、励振電極部２２５の中心部から徐々に円形形状または楕円形状に厚みすべり振動が減衰していくので、より効率よく励振電極部２２５に挟まれている平板部１２２の一部を振動させることができる。この結果、効率よく励振電極部２２５に挟まれている平板部１２２の一部を振動させることができ、等価直列抵抗値が大きくなることをより低減させることが可能となる。
【００６９】
引出部２２６は、水晶素子２２０の外部から励振電極部２２５へ電圧を印加するためのものである。引出部２２６は、一対となっており、図５および図７に示したように、一方の引出部２２６が第一柱部１２３ａの下面の一端に設けられており、他方の引出部２２６が第二柱部１２３ｂの下面の一端に設けられている。また、引出部２２６は、水晶素子２２０を水晶デバイスとして用いるとき、基板部の搭載パッドと向かい合う位置に設けられており、接着剤、特に、導電性接着剤によって電気的に接着されている。
【００７０】
配線部２２７は、励振電極部２２５と引出部２２６とを電気的に接続されているためのものであり、一対となっている。配線部２２７は、一端が励振電極部２２５に接続されており、他端が引出部２２６に接続されている。このとき、配線部２２７の一部は、貫通穴２２４の内壁面に形成されている。このように、配線部２２７の一部を、貫通穴１２４の内壁面に設けることで、水晶片１２１の表面に沿って配線部を設ける場合と比較して、励振電極部２２５から引出部２２６までの長さ（配線部２２７の長さ）をより短くすることが可能となる。これにより、配線部２２７の長さを短くした分だけ配線部２２７自身が持つ電気抵抗を小さくすることができ、配線部２２７の電気抵抗により水晶素子２２０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。
【００７１】
第一実施形態の変形例に係る水晶デバイスでは、このような水晶素子２２０、具体的には、一方の引出部２２６が第一柱部１２３ａの下面に設けられ、他方の引出部２２６が第二柱部１２３ｂの下面に設けられている水晶素子２２０を基板部に実装している。従って、第一実施形態の変形例に係る水晶デバイスで用いる基板部は、基板部の上面に設けられている搭載パッドの位置が異なっている。基板部は、上面を平面視すると、略矩形形状となっており、一対の搭載パッドが基板部の対向しあう二隅に設けられている。
【００７２】
また、第一実施形態の変形例に係る水晶デバイスでは、一方の引出部２２６が第一柱部１２３ａの下面の一端に設けられており、他方の引出部２２６が第二柱部１２３ｂの下面の一端に設けられている水晶素子２２０を用いている。従って、第一実施形態の変形例に係る水晶デバイスでは、第一柱部１２３ａの下面の一端には導電性接着剤が設けられ、第一柱部１２３ａの下面の他端には保持用接着剤が設けられており、第二柱部１２３ｂの下面の一端には導電性接着剤が設けられ、第二柱部１２３ｂの下面の他端に保持用接着剤が設けられ、水晶素子２２０が基板部に実装される。つまり、第一実施形態の変形例に係る水晶デバイスでは、導電性接着剤および保持用接着剤により第一柱部１２３ａの下面と基板部の上面とが接着されつつ、導電性接着剤および保持用接着剤により第二柱部１２３ｂの下面と基板部の上面とが接着されている。このようにすることで、水晶素子２２０が小型化しても、導電性接着剤同士が接触し、電気的に短絡することを低減させることができる。
【００７３】
また、第一実施形態の変形例に係る水晶デバイスでは、導電性接着剤および保持用接着剤により第一柱部１２３ａの下面と基板部の上面とが接着されつつ、導電性接着剤および保持用接着剤により第二柱部１２３ｂの下面と基板部の上面とが接着され、水晶素子２２０が基板部に実装されている。このため、導電性接着剤および保持用接着剤を基板部の所定の位置に塗布し加熱硬化した際に接着剤が収縮する量に着目すると、第一柱部１２３ａの下面と基板部の上面との間に設けられている接着剤の収縮量と第二柱部１２３ｂの下面と基板部の上面との間に設けられている接着剤の収縮量とを同じくらいにすることができる。この結果、水晶素子２２０を基板部の上面に実装した際に、水晶素子２２０の平板部１２２の主面と基板部の主面とが平行に近い状態で実装することが可能となる。従って、平板部１２２の中央部に励振電極部２２５を設けた場合、励振電極部２２５に挟まれている平板部１２２の一部の厚みすべり振動の振動変位と外部から応力を受け平板部１２２が変形する変位と同じように変化させることができる。このため、外部から応力を受け平板部１２２が変形しても、励振電極部２２５で挟まれている平板部１２２の一部が振動しているときの周波数が変動する量を、平板部１２２の主面が基板部の上面に対し斜めとなっている場合と比較して、低減させることが可能となる。
【００７４】
（第二実施形態）
第二実施形態に係る水晶デバイスは、図８および図９に示したように、平板部３２２の下面に設けられている柱部３２３（３２３ａ，３２３ｂ）の位置が第一実施形態の変形例と異なる。
【００７５】
第二実施形態に係る水晶デバイスで用いる水晶素子３２０は、水晶片３２１、励振電極部２３５、引出部３２６および配線部３２７から主に構成されている。
【００７６】
水晶片３２１は、図８および図９に示したように、略直方体形状の平板部３２２と、平板部３２２の下面に設けられている一対の柱部３２３（３２３ａ，３２３ｂ）と、から主に構成されている。また、水晶片３２１には、一対の貫通穴３２４が形成されている。
【００７７】
平板部３２２は、安定した機械振動をする圧電材料が用いられ、例えば、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。平板部３２２は、図８および図９に示したように、略直方体形状に形成されている。このとき、平板部３２２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、平板部３２２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。
【００７８】
平板部３２２の両主面には、一対の励振電極部３２５が平板部３２２を挟むようにして設けられている。ここで、一対の励振電極部３２５に電圧が印加されたときの平板部３２２の動作について説明する。一対の励振電極部３２５に電圧が印加されると、一対の励振電極部３２５には異なる電荷が蓄積されることとなり、逆圧電効果によって励振電極部３２５に挟まれている平板部３２２の一部分に歪みが生じ、変形する。その結果、平板部３２２は、変形前の姿に戻ろうとするため、圧電効果により励振電極部３２５に最初に蓄積された電荷と反対の電荷が蓄積される。つまり、励振電極部３２５に電圧が印加されると、圧電効果および逆圧電効果により、励振電極部３２５に挟まれている平板部３２２の一部が振動することとなる。従って、励振電極部３２５に交流電圧を印加すると、励振電極部３２５に異なる電荷が交互に蓄積され交互に変形することとなり、励振電極部３２５に挟まれている平板部３２２の一部を振動させることができる。このとき、平板部３２２は、例えば、所定の周波数で厚みすべり振動する。平板部３２２は、励振電極部３２５に挟まれている平板部３２２の一部が厚みすべり振動するが、励振電極部３２５が設けられていない平板部３２２の一部においても、励振電極部３２５から平板部３２２の外縁に向かう向きに厚みすべり振動が漏れている状態となっている。
【００７９】
また、平板部３２２の厚みすべり振動の周波数は、平板部３２２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、平板部３２２の上下方向の厚みに依存している。従って、平板部３２２の上下方向の厚みは、水晶素子３２０の所望の周波数によって決定される。
【００８０】
平板部３２２は、図８および図９に示したように、略矩形形状の平板状となっており、その大きさは、例えば、長辺の長さが０．８〜４．０ｍｍとなっており、短辺の長さが０．６〜２．８ｍｍとなっている。また、平板部３２２の上下方向の厚みは、５〜８３μｍとなっている。
【００８１】
柱部３２３は、水晶素子３２０を基板部の上面に実装するときに、接着剤によって基板部に接着保持させるためのものである。また、柱部３２３の下面と基板部の上面との間には接着剤が設けられており、接着剤により柱部３２３の下面と基板部とが接着され、水晶素子３２０が基板部の上面に実装されている。柱部３２３は、第一柱部３２３ａと第二柱部３２３ｂとから構成されている。
【００８２】
第一柱部３２３ａは、図８および図９に示すように、略直方体形状となっており、平板部３２２の下面の所定の一辺と平行となるように、平板部３２２の外周縁より内側に位置している。また、第一柱部３２３ａの下面の一端には、一対の引出部３２６のうち一方の引出部３２６が設けられている。また、第一柱部３２３ａの下面と基板部の上面との間には、接着剤が設けられている。
【００８３】
第二柱部３２３ｂは、図８および図９に示すように、略直方体形状となっており、平板部３２２の下面であって、第一柱部３２３ａが設けられている平板部３２２の所定の一辺と対向する辺と平行となるようにもう決れている。従って、第二柱部３２３ｂは、水晶片３２１の下面を平面視したとき、第一柱部３２３ａと向かいあうように平板部３２２の下面に設けられている。また、第二柱部３２３ｂの下面と基板部の上面との間には、接着剤が設けられている。
【００８４】
ここで、水晶素子３２０の平板部３２２の上面を水晶素子３２０の上面とし、水晶素子３２０の第一柱部３２３ａおよび第二柱部３２３ｂの下面を水晶素子３２０の下面とする。なお、第一柱部３２３ａの下面とは、平板部３２２と接している第一柱部３２３ａの面と反対側を向く第一柱部３２３ａの面であり、基板部に水晶素子３２０を実装するときに基板部の上面を向く第一柱部３２３ａの面である。また、第二柱部３２３ｂの下面とは、平板部３２２と接している第二柱部３２３ｂの面と反対側を向く第二柱部３２３ｂの面であり、基板部に水晶素子３２０を実装するときに基板部の上面を向く第二柱部３２３ｂの面である。
【００８５】
柱部３２３は、第一柱部３２３ａと第二柱部３２３ｂとがほぼ同形状となっている。柱部３２３は、水晶片３２１の下面を平面視して、平板部３２２の短辺に平行な辺の長さが０．６〜２．８ｍｍとなっており、平板部３２２の長辺に平行な辺の長さが０．１３〜１．５ｍｍとなっている。また、柱部３２３の上下方向の厚みは、３０〜１００μｍとなっている。
【００８６】
水晶片３２１の下面を平面視すると、第一柱部３２３ａおよび第二柱部３２３ｂが、平板部３２２の外周縁より内側に平板部３２２の互いに平行しあう辺に沿って設けられている。従って、水晶片３２１を断面視すると、平板部３２２が一対の柱部３２３によって支えられており、梁の端部が柱より突出している両持梁と同じ形状となっている。このため、このような水晶片３２１は、第一実施形態で説明した水晶片１２１と同様に、水晶デバイスに用いた場合、水晶デバイスの外部から応力、例えば、平板部３２２の主面に対し垂直な向きの応力を受けた際に、従来の水晶デバイスで用いた水晶片と比較し、平板部３２２の中央部で変位する量を小さくすることができる。この結果、このような水晶片３２１を水晶デバイスに用いることで、外部から応力を受けた場合に、平板部３２２が変形することによる周波数変化や等価直列抵抗値の増加といった電気的特性の変化を軽減させることができる。
【００８７】
また、このような水晶片３２１を用いることで、水晶デバイスに用いて、この水晶デバイスの外部から応力を受けた場合、平板部３２２が変形し平板部３２２と柱部３２３との境界部分に応力が集中することを低減させることが可能となる。従って、このような水晶片３２１を用いることで、水晶デバイスの外部から応力を受け平板部３２２が変形した場合、平板部３２２と柱部３２３との境界部分に応力が集中し水晶片３２１が破損することを低減させることができる。
【００８８】
貫通穴３２４は、一対となっている。貫通穴３２４は、図８および図９に示したように、水晶素子３２０の下面を平面視して、一対の柱部３２３の間であって、柱部３２３の縁部に沿って形成されている。また、一対の貫通穴３２４の間には、励振電極部３２５が設けられている。また、貫通穴３２４は、その開口部が略矩形形状となっており、特に図示していないが、開口部の四隅が円弧形状となっている。また、貫通穴３２４の内壁面には、配線部３２７の一部が設けられている。
【００８９】
水晶片３２１は、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により、形成される。ここで、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水晶片３２１を形成する方法について説明する。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、例えば、約３７°回転させた面と平行となっている。次に、水晶ウエハの両主面に金属膜をスパッタリング技術または蒸着技術を用いて形成し、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、現像し、所定の部分のみ水晶ウエハが露出するようにする。具体的には、水晶ウエハの上面を平面視すると、平板部３２２の外縁の縁部及び一対の貫通穴１２４となる部分の水晶ウエハが露出しており、水晶ウエハの下面を平面視すると、柱部３２３となる部分には感光性レジストが残っている状態となっている。このように所定の部分のみ露出している水晶ウエハを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。このようにすることで、水晶片３２１を形成する。
【００９０】
第二実施形態に係る水晶デバイスは、略直方体形状の平板部３２２と、平板部３２２の下面の所定の一辺に沿って設けられている第一柱部３２３ａと、平板部３２２の下面の所定の一辺と対向する一辺に沿って設けられている第二柱部３２３ｂ、からなる水晶片３２１と、平板部３２２の上下面に設けられている励振電極部３２５と、第一柱部３２３ａまたは第二柱部３２３ｂの下面に設けられている引出部３２６と、一端が励振電極部３２５に接続され、他端が引出部３２６に接続されている配線部３２７と、上面に搭載パッドが設けられている基板部と、搭載パッドと引出部３２６との間に設けられている導電性接着剤と、基板部の上面と接合されている蓋体と、から構成されているので、第一実施形態と同様の効果を奏する。
【００９１】
また、第二実施形態に係る水晶デバイスでは、水晶素子３２０の下面を平面視して、第一柱部３２３ａおよび第二柱部３２３ｂが、平板部３２２の外周縁より内側に位置している水晶片３２１を用いている。従って、第二実施形態に係る水晶デバイスで用いる水晶片３２１は、水晶片３２１を断面視すると、平板部３２２が一対の柱部３２３によって支えられており、梁の端部が柱より突出している両持梁と同じ形状となっている。このため、第二実施形態に係る水晶デバイスでは、水晶デバイスの外部から応力を受けた場合に、平板部３２２が変形し平板部３２２と柱部３２３との境界部分に力が集中することを、第一実施形態に係る水晶デバイスで用いる水晶片１２１と比較して、低減させることが可能となる。この結果、第二実施形態に係る水晶デバイスでは、水晶デバイスの外部から応力を受け平板部３２２が変形した場合に、平板部３２２と柱部３２３との境界部分に力が集中し、水晶片３２１が破損することを低減させることができる。
【符号の説明】
【００９２】
１１０・・・基板部
１１１・・・搭載パッド
１１２・・・実装端子
１２０、２２０、３２０・・・水晶素子
１２１、３２１・・・水晶片
１２２、３２２・・・平板部
１２３，３２３・・・柱部
１２３ａ，３２３ａ・・・第一柱部
１２３ｂ、３２３ｂ・・・第二柱部
１２４，３２４・・・貫通穴
１２５，２２５，３２５・・・励振電極部
１２６，２２６，３２６・・・引出部
１２７，２２７，３２７・・・配線部
１３０・・・蓋体
１３１・・・封止基部
１３２・・・封止枠部
１３３・・・凹部
１４０・・・接着剤
１４１・・・導電性接着剤
１４２・・・保持用接着剤
１５０・・・接合部材
【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】
0006567877.tif 000008
【図８】
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【図９】
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