(57)【要約】【課題】周囲温度の変化に対し周波数特性が劣化の少ない小型振動デバイスを提供する。【解決手段】本発明の振動デバイス１は、基体３と、基体３に接合しキャビティ５を構成する蓋体４と、キャビティ５に収納される振動片６とを備える。振動片６は厚さの厚い中央部７と厚さの薄い外周部８とを備え、中央部７は振動を励起するための励振電極９を備え、外周部８は励振電極９ａ、９ｂに電気的に接続し、励振電極９よりも厚さの厚い第一及び第二端子電極１０ａ、１０ｂを備える。基体３の表面に第一及び第二接続部１２ａ、１２ｂを備え、第一及び第二接続部１２ａ、１２ｂは第一及び第二端子電極１０ａ、１０ｂと接続して振動片６を片持ち状に支持する。これにより、非常に小さな接合面積で振動片６を支持し、温度変化に対する周波数特性の劣化が少ない小型の振動デバイスを実現する。【選択図】図１
2013165404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、前記基体に接合しキャビティを構成する蓋体と、前記キャビティに収納される振動片と、を備え、
前記振動片は厚さの厚い中央部と前記中央部より厚さの薄い外周部とを備え、
前記中央部は振動を励起するための励振電極を備え、
前記外周部は前記励振電極に電気的に接続し、前記励振電極よりも厚さの厚い端子電極を備え、
前記基体は、前記キャビティ側の表面に接続部と前記接続部に電気的に接続する配線とを備え、
前記接続部は、前記端子電極に接続して前記振動片を片持ち状に支持する振動デバイス。
【請求項２】
前記端子電極は厚さが２０００Å以上、４０００Å以下である請求項１に記載の振動デバイス。
【請求項３】
前記振動片はＡＴカット水晶振動片である請求項１又は２に記載の振動デバイス。
【請求項４】
前記接続部は金属バンプからなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の振動デバイス。
【請求項５】
請求項１に記載の振動デバイスと、
前記振動デバイスに駆動信号を供給する駆動回路と、を備える発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの基板間に構成したキャビティに振動片を実装した振動デバイス及び発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子を用いた振動デバイスが普及している。水晶振動子を用いた振動デバイスは小型であり温度変化に対する周波数特性が安定し、携帯電話などの携帯情報端末、その他多くの電子デバイスのタイミング源として広く利用されている。近年は、より一層の小型化、振動周期の安定性が求められている。そのため、水晶振動子をさらに小型化し、表面実装法により基板に実装することが行われている。
【０００３】
図３は、特許文献１に記載される水晶振動子（振動デバイス）の説明図であり（特許文献１の図１）、図３（ａ）が水晶振動子の断面図であり、（ｂ）が金属カバー５３を除いた水晶振動子の平面図である。水晶振動子は、凹部が形成される容器本体５１と、凹部の底面に実装される水晶片５２と、凹部の上端に設置され、凹部を密閉する金属カバー５３とから構成される。水晶片５２は、導電性接着材５８により容器本体５１に片持ち状に支持される。
【０００４】
水晶片５２は扁平な長方形を有し、その表面に、水晶片５２を励振させるための励振電極５６と、励振電極５６に電気的に接続する第１引出部５７ａと、第１引出部５７ａに電気的に接続し、水晶片５２の角部に設置される第２引出部５７ｂとを備える。励振電極５６は水晶片５２を挟むように水晶片５２の両面に形成される。第２引出部５７ｂは水晶片５２の短辺の両角部に形成され、一方の角部の第２引出部５７ｂは一方の表面に形成される励振電極５６と電気的に接続し、他方の角部の第２引出部５７ｂは他方の表面に形成される励振電極５６と電気的に接続する。第２引出部５７ｂは水晶端子５４と導電性接着材５８を介して電気的に接続され、更に外部端子５５に電気的に接続される。従って、水晶片５２は短辺の両角部が導電性接着剤５８により容器本体５１に固定され、片持ち状に支持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１０９５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の実装方法では、水晶片５２の短辺の２か所が容器本体５１に導電性接着剤５８により固定される。水晶片５２と容器本体５１との間に熱膨張係数の差がある場合は周囲温度が変化すると、この２か所の固定部の間に応力が印加される。そのために、温度変化に対して周波数特性が劣化する。特に、水晶片５２が厚み滑り振動するＡＴカット水晶片の場合は、水晶片５２の短辺の２か所を導電性接着剤５８により固定すると、周囲温度の変化に対して周波数特性の劣化が顕著となる。
【０００７】
また、この種の振動デバイスは空気抵抗を減少させるために容器内を真空に保持する。しかしながら、特許文献１のように導電性接着材５８を用いると、この導電性接着剤５８からガスが発生し、発生するガスにより水晶片５２の周波数特性が変動する。導電性接着剤５８を加熱溶融して水晶片５２を容器本体５１に実装するが、溶融する際に導電性接着剤５８が広がってしまい、水晶片５２と容器本体５１との間の接合面積を小さく制御することが困難となる。更に、接合面積が広がることにより水晶片５２の振動特性が劣化する。そのため水晶片５２の小型化に限界がある。加えて、導電性接着剤５８は固化するまでに時間を要するので、水晶片５２を容器本体５１に接着する間に水晶片５２が自重で傾いてしまい、パッケージに接触して振動が阻害されることがある。このような理由から、高精度の周波数特性を得るためには導電性接着剤５８を用いて水晶片５２を容器本体５１に実装する方法を採用することができない。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、周囲温度の変化に対する周波数特性の劣化を抑制し、小型で高精度の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】
【０００９】
本発明の振動デバイスは、基体と、前記基体に接合しキャビティを構成する蓋体と、前記キャビティに収納される振動片と、を備え、前記振動片は厚さの厚い中央部と前記中央部より厚さの薄い外周部とを備え、前記中央部は振動を励起するための励振電極を備え、前記外周部は前記励振電極に電気的に接続し、前記励振電極よりも厚さの厚い端子電極を備え、前記基体は、前記キャビティ側の表面に接続部と前記接続部に電気的に接続する配線とを備え、前記接続部は、前記端子電極に接続して前記振動片を片持ち状に支持することとした。
【００１０】
また、前記端子電極は厚さが２０００Å以上、４０００Å以下であることとした。
【００１１】
また、前記振動辺はＡＴカット水晶振動片であることとした。
【００１２】
また、前記接続部は金属バンプからなることとした。
【００１３】
本発明の発振器は、上記いずれかに記載の振動デバイスと、前記振動デバイスに駆動信号を供給する駆動回路と、を備えることとした。
こととした。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の振動デバイスは、基体と、基体に接合しキャビティを構成する蓋体と、キャビティに収納される振動片と、を備え、振動片は厚さの厚い中央部と中央部より厚さの薄い外周部とを備え、中央部は振動を励起するための励振電極を備え、外周部は励振電極に電気的に接続し、励振電極よりも厚さの厚い端子電極を備え、基体は、キャビティ側の表面に接続部と接続部に電気的に接続する配線とを備え、接続部は、端子電極に接続して振動片を片持ち状に支持する。これにより、周囲温度が変化しても周波数特性の劣化が少なく、小型で高精度の振動デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る振動デバイスの説明図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係る発振器の上面模式図である。
【図３】従来公知の水晶振動子の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第一実施形態）
図１は本発明の第一実施形態に係る振動デバイス１の説明図であり、図１（ａ）は図１（ｂ）の部分ＡＡの縦断面を矢印の方向から見た断面模式図であり、図１（ｂ）が蓋体４を除去した振動デバイス１の上面模式図である。
【００１７】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、振動デバイス１は、基体３と、基体３に接合しキャビティ５を構成する蓋体４と、このキャビティ５に収納される振動片６とを備えている。振動片６は、厚さの厚い中央部７と厚さの薄い外周部８とを備えている。中央部７はその両面に振動を励起するための励振電極９ａ、９ｂを備えている。外周部８は、励振電極９ａ、９ｂにそれぞれ配線１１ａ及び配線１１ｂを介して電気的に接続し、励振電極９ａ、９ｂよりも厚さの厚い第一及び第二端子電極１０ａ、１０ｂを備えている。基体３は、キャビティ５側の表面に第一及び第二接続部１２ａ、１２ｂと、この第一及び第二接続部１２ａ、１２ｂにそれぞれ電気的に接続する第一及び第二配線１４ａ、１４ｂとを備えている。第一及び第二接続部１２ａ、１２ｂは、第一及び第二端子電極１０ａ、１０ｂにそれぞれ接続して振動片６を片持ち状に支持する。
【００１８】
振動片６は中央部７が周囲の外周部８よりも厚さの厚いメサ型の振動片６である。メサ型の振動片６は中央部７と外周部８との間で共振周波数が相違する。そのため、外周部８を支持すれば中央部７の振動に与える支持部の影響を抑制することができ、小型で高精度の振動デバイスを実現することができる。
【００１９】
メサ型の振動片６は、外周部８をエッチングにより薄型化する。しかし、エッチングにより薄型化した外周部８の表面は荒れた表面となる。この外周部８に形成する第一及び第二端子電極１０ａ、１０ｂの厚さが励振電極９ａ、９ｂと同程度とすると、第一及び第二端子電極１０ａ、１０ｂの表面も荒れた表面となる。この状態で第一及び第二端子電極１０ａ、１０ｂをフリップチップボンディングにより第一及び第二接続部１２ａ、１２ｂに接続しようとしても、接続強度が弱く振動片６を実装することができない。そこで、第一及び第二端子電極１０ａ、１０ｂの厚さを励振電極９ａ、９ｂの厚さより厚く形成し、第一及び第二端子電極１０ａ、１０ｂの表面をより平坦化する。例えば、第一及び第二端子電極１０ａ、１０ｂの厚さを２０００Å以上、４０００Å以下とする。これにより、第一及び第二端子電極１０ａ、１０ｂを第一及び第二接続部１２ａ、１２ｂにフリップチップボンディングにより接続することが可能となる。
【００２０】
例えば金属バンプを用いるフリップチップボンディングが可能となることにより、導電性接着剤を使用する場合のように発生するガスによりキャビティ５内の真空度が低下し振動特性が劣化することがない。また、第一及び第二接続部１２ａ、１２ｂとして金属バンプを使用すれば導電接着剤のように接合面積が拡大することがない。更に、フリップチップボンディングでは第一及び第二接続部１２ａ、１２ｂが速やかに固化するので、振動片６が傾いて基体３や蓋体４に接触し、振動が阻害されることがない。
【００２１】
具体的に説明する。図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、振動片６は扁平な長方形を有し、外周部８よりも厚さの厚い中央部７も長方形の形状を有している。中央部７は蓋体４側の表面に励振電極９ｂを基体３側の裏面に励振電極９ａを備える。外周部８は、振動片６の左辺と上辺の角部の基体３側の表面に第一端子電極１０ａを備え、左辺と下辺の角部の基体３側の表面に第二端子電極１０ｂを備える。第一及び第二端子電極１０ａ、１０ｂは中央部７の両面に形成される励振電極９ａ、９ｂとそれぞれ配線１１ａ、１１ｂを介して電気的に接続される。なお、第一及び第二端子電極１０ａ、１０ｂは外周部８の左辺端面を回り込んで蓋体４側の表面にも形成されるが、外周部８の基体３側の表面に形成される第一及び第二端子電極１０ａ、１０ｂの厚さは励振電極９ａ、９ｂの厚さよりも厚く形成されている。
【００２２】
基体３は、その蓋体４側の表面に第一及び第二接続部１２ａ、１２ｂと、第一及び第二接続部１２ａ、１２ｂにそれぞれ電気的に接続する第一及び第二配線１４ａ、１４ｂを備える。第一接続部１２ａは上面視長方形を有するキャビティ５の左辺と上辺との角部近傍に、第二接続部１２ｂはキャビティ５の左辺と下辺の角部近傍にそれぞれ設置され、第一配線１４ａはキャビティ５の左辺と上辺の角部近傍から上辺と右辺の角部近傍まで延設され、第二配線１４ｂはキャビティ５の左辺と下辺の角部近傍に設置される。基体３は、基体３の右辺と上辺の角部近傍に第一配線１４ａと電気的に接続する第一貫通電極１５ａと、左辺と下辺の角部近傍に第二配線１４ｂと電気的に接続する第二貫通電極１５ｂとを備える。基体３は、蓋体４とは反対側の裏面の右辺近傍に第一貫通電極１５ａと電気的に接続する外部端子１６ａを備え、左辺近傍に第二貫通電極１５ｂと電気的に接続する外部端子１６ｂを備える。第一及び第二貫通電極１５ａ、１５ｂとしてＦｅＮｉアロイを使用することができる。ＦｅＮｉアロイを使用すれば高い気密性を得ることができる。外部端子１６ａ、１６ｂとしてＡｕ／Ｎｉをメッキ処理により形成することができる。
【００２３】
その結果、外部端子１６ａは、第一貫通電極１５ａ、第一配線１４ａ、第一接続部１２ａ、第一端子電極１０ａ及び配線１１ａを介して励振電極９ａと電気的に接続し、外部端子１６ｂは、第二貫通電極１５ｂ、第二配線１４ｂ、第二接続部１２ｂ、第二端子電極１０ｂ及び配線１１ｂを介して励振電極９ｂと電気的に接続する。蓋体４は接合材１３、例えばアルミニウムを介して陽極接合により基体３に接合される。蓋体４と基体３に囲まれるキャビティ５は真空が維持される。
【００２４】
ここで、振動片６はＡＴカット水晶片を使用することができる。ＡＴカット水晶片を使用することにより、振動デバイスを小型化することができる。ＡＴカット水晶片はＡＴカット水晶板からフォトリソグラフィ−及びエッチング法により個々に切り出すことができる。基体３や蓋体４としてセラミックス材料、例えばアルミナセラミックスを使用することができる。また、セラミックス材に代えてガラス材料を使用することができる。ガラス材料を使用すれば、熱膨張係数を振動片６と同程度とすることができ、温度変化による周波数特性の劣化を一層低減させることができる。
【００２５】
第一及び第二接続部１２ａ、１２ｂは金属バンプ、例えば金（Ａｕ）バンプを使用することができる。中央部７と外周部８にＡｕとＣｒの積層構造の電極を形成し、これをパターニングして励振電極９ａ、９ｂ、配線１１ａ、１１ｂ及び第一及び第二端子電極１０ａ、１０ｂを形成する。電極堆積の際は、中央部７の励振電極９ａ、９ｂを形成する領域及び外周部８の配線１１ａ、１１ｂを形成する領域に電極を堆積した後に、中央部７（及び配線１１ａ、１１ｂが形成される領域）をマスキングし外周部８に金属膜を追加堆積する。励振電極９ａ、９ｂ及び配線１１ａ、１１ｂとして例えばＡｕ／Ｃｒの２層膜を略１５００Åに形成し、第一及び第二端子電極１０ａ、１０ｂとしてＡｕ／Ｃｒの２層膜を２０００Å以上、４２００Å以下に形成する。そして、振動片６を基体３の第一及び第二接続部１２ａ、１２ｂにフリップチップボンディングにより実装する。
【００２６】
なお、金属膜は、膜厚と表面粗さの関係において、２０００Åまでは表面粗さが増加している。これは、膜形成面の粗さ、すなわち本願における振動片６の外周部８表面の粗さが転写され、膜厚が増加するにつれて表面粗さが増加するためである。外周部８はエッチングで形成されるため、表面粗さが大きい。この状態で第一及び第二端子電極１０ａ、１０ｂをフリップチップボンディングにより第一及び第二接続部１２ａ、１２ｂに接続しようとしても、接続強度が弱く振動片６を実装することができない。このとき、金属膜自体の表面粗さ、例えば金属膜のグレインサイズに起因する表面粗さは増加していくが、外周部８表面の粗さの転写は小さくなっていく。金属膜の膜厚を２０００Å以上形成すると、表面粗さが小さくなっていく。これは、金属膜の膜厚を増加させることで、金属膜形成面が外周部８表面の粗さに依存しなくなり、金属膜形成による平坦化が進むためである。このように２０００Å以上では表面粗さが徐々に小さくなっていく。さらに、膜厚が４０００Åより増加すると、表面粗さが大きくっていく。これは、金属膜の厚さを増加させたことにより平坦度が保てなくなるためである。そのため、より好ましくは、外周部８の金属膜の膜厚は２０００Å以上、４２００Å以下に形成する。ただし、励振電極９ａ、９ｂは第一及び第二端子電極１０ａ、１０ｂの厚さよりも薄く形成する。これにより、第一及び第二端子電極１０ａ、１０ｂの表面が平坦化してフリップチップボンディングが容易となり、励振電極９ａ、９ｂは薄いので中央部７の振動に与える影響が抑制され、周囲温度が変化しても周波数特性の劣化が少なく、小型で高精度の振動デバイスを提供することができる。
【００２７】
第一及び第二接続部１２ａ、１２ｂに金属バンプを使用すれば導電接着剤を使用する場合よりも振動片６を保持する保持部の面積を小さく形成することができる。金属バンプは導電性接着材のように経時的なガスの発生がない。そのため発生ガスにより周波数特性が変動することがない。また、導電性接着材を用いる場合と比較して第一及び第二接続部１２ａ、１２ｂが短時間で固化し、振動片６が自重によって傾き、基体３に接触して振動を阻害することがない。蓋体４と基体３とは接合材１３、例えばアルミニウム膜を介して陽極接合により接合することができる。陽極接合を真空中で行い、キャビティ５内を真空に維持することができる。
【００２８】
本実施形態においては、振動片６を基体３にフリップチップボンディングにより実装するので振動デバイス１の外形を小さく構成することができる。例えば、振動片６の中央部７の厚さを略４０μｍ、外周部８の厚さを略３０μｍ、キャビティ５の厚さを略０．１ｍｍ、基体３の厚さを０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ、蓋体４の厚さを０．１ｍｍ〜０．２ｍｍとし、振動デバイス１の全体の厚さを０．４ｍｍ〜０．５ｍｍとすることができる。また、振動デバイス１の短手方向（ｙ方向）の幅を１．２ｍｍ〜２．５ｍｍ、長手方向（ｘ方向）の幅を１．６ｍｍ〜３．２ｍｍの大きさに形成することができる。
【００２９】
（第二実施形態）
図２は、本発明の第二実施形態に係る発振器２の上面模式図である。本第二実施形態は上記第一実施形態の振動デバイス１を組み込んで発振器２を構成する。図２に示すように、発振器２は、基板４３と、この基板上に設置した振動デバイス１と、集積回路４１及び電子部品４２とを備えている。振動デバイス１は、外部端子に与えられる駆動信号に基づいて一定周波数の信号を生成し、集積回路４１及び電子部品４２は、振動デバイス１から供給される一定周波数の信号を処理して、クロック信号等の基準信号を生成する。本発明による振動デバイス１は、高信頼性でかつ小型に形成することができるので、発振器２の全体を一層コンパクトに構成することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  振動デバイス
２  発振器
３  基体
４  蓋体
５  キャビティ
６  振動片
７  中央部
８  外周部
９ａ、９ｂ  励振電極
１０ａ  第一端子電極、１０ｂ  第二端子電極
１１ａ、１１ｂ  配線
１２ａ  第一接続部、１２ｂ  第二接続部
１３  接合材
１４ａ  第一配線、１４ｂ  第二配線
１５ａ  第一貫通電極、１５ｂ  第二貫通電極
１６ａ、１６ｂ  外部端子
【図１】
2013165404.tif 000003
【図２】
2013165404.tif 000004
【図３】
2013165404.tif 000005