(57)【要約】【課題】  本発明は、音叉型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可能な水晶デバイス及びその製造方法を提供する。【解決手段】水晶デバイスは、矩形状の基板１１０ａを有するパッケージ１１０と、基板１１０ａ上に基板１１０ａの一辺に沿って隣接するように設けられた電極パッド１１１と、水晶基部１２２と、水晶基部１２２の側面より同一の方向に延出された一対の水晶振動部１２３と、一対の水晶振動部１２３に設けられた励振用電極１２４と、水晶基部１２２に励振用電極１２４と間をあけて設けられた引き出し電極１２６と、励振用電極１２４と引き出し電極１２６とを接続するための配線電極１２５とを有し、電極パッド１１１上に実装された音叉型水晶素子１２０と、励振用電極１２４を被覆するようにして設けられた保護膜１５０と、音叉型水晶素子１２０を気密封止するための蓋体１３０と、を備えている【選択図】図１
2016139899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状の基板を有するパッケージと、
前記基板上に前記基板の一辺に沿って隣接するように設けられた電極パッドと、
水晶基部と、前記水晶基部の側面より同一の方向に延出された一対の水晶振動部と、前記一対の水晶振動部に設けられた励振用電極と、前記水晶基部に前記励振用電極と間をあけて設けられた引き出し電極と、前記励振用電極と前記引き出し電極とを接続するための配線電極とを有し、前記電極パッド上に実装された音叉型水晶素子と、
前記励振用電極を被覆するようにして設けられた保護膜と、
前記音叉型水晶素子を気密封止するための蓋体と、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、
前記励振用電極は、前記水晶振動部の上面及び下面に設けられた第一励振用電極及び第三励振用電極と、前記水晶振動部の側面に設けられた第二励振用電極及び第四励振用電極とによって構成され、
前記保護膜が、前記第一励振用電極及び前記第三励振用電極を被覆するようにして設けられていることを特徴とする水晶デバイス。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の水晶デバイスであって、
前記保護膜が、前記配線電極を被覆するように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乃至請求項３記載の水晶デバイスであって、
前記保護膜が、二酸化チタン又は二酸化ケイ素によって形成されていることを特徴とする水晶デバイス。
【請求項５】
水晶ウエハに、水晶基部と、前記水晶基部の側面より同一の方向に延出された一対の水晶振動部と、前記一対の水晶振動部に設けられた励振用電極と、前記水晶基部に前記励振用電極と間をあけて設けられた引き出し電極と、前記励振用電極と前記引き出し電極とを接続するための配線電極と、水晶振動部の先端に設けられた周波数調整用電極と、を有した音叉型水晶素子を形成する音叉型水晶素子形成工程と、
前記励振用電極に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記音叉型水晶素子を水晶ウエハから折り取ることで分離する音叉型水晶素子分離工程と、
パッケージに設けられた電極パッドに前記音叉型水晶素子を実装するための音叉型水晶素子実装工程と、
前記音叉型水晶素子を気密封止するように、前記パッケージに蓋体を接合するための蓋体接合工程と、を含むことを特徴とする水晶デバイスの製造方法。
【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及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水晶デバイスは、基板と、基板の上面に設けられた電極パッド上に実装され、水晶基部と、水晶基部の側面より同一の方向に延出された一対の水晶振動部と、一対の水晶振動部に設けられた励振用電極と、水晶基部に励振用電極と間をあけて設けられた引き出し電極と、励振用電極と引き出し電極とを接続するための配線電極と、水晶振動部の先端に設けられた周波数調整用電極と、を有した音叉型水晶素子と、音叉型水晶素子を気密封止するための蓋体と、で構成されている構造が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００３】
水晶デバイスの製造方法は、水晶基部と、水晶基部の側面より同一の方向に延出された一対の水晶振動部と、一対の水晶振動部に設けられた励振用電極と、水晶基部に励振用電極と間をあけて設けられた引き出し電極と、励振用電極と引き出し電極とを接続するための配線電極と、水晶振動部の先端に設けられた周波数調整用電極と、を有した音叉型水晶素子を形成する音叉型水晶素子形成工程と、周波数調整用電極を削ることにより周波数を調整する周波数調整工程と、パッケージに設けられた電極パッドに音叉型水晶素子を実装するための音叉型水晶素子実装工程と、音叉型水晶素子を気密封止するように、パッケージに蓋体を接合するための蓋体接合工程と、を含むものが提案されている（例えば、下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１７８１１４号公報
【特許文献２】特開２０１２−１５６９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した水晶デバイスは、音叉型水晶素子の水晶振動部に設けられた励振用電極に異物が付着すると、屈曲振動が阻害され、発振周波数が変動してしまう虞があった。
【０００６】
上述した水晶デバイスの製造方法は、周波数調整工程において、水晶振動部の先端に設けられた周波数調整用電極を削って調整しているが、周波数調整電極を削った際に発生する電極屑が、水晶振動部に設けられた隣接する励振用電極間に付着することで励振用電極間が短絡してしまい、安定して発振周波数が出力することができない虞があった。また、音叉型水晶素子が安定して発振周波数を出力することができないため、水晶デバイスの生産性が低下してしまう虞があった。
【０００７】
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、音叉型水晶素子の発振周波数を安定して出力することが可能な水晶デバイス及びその製造方法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】
【０００８】
本発明の一つの態様による水晶デバイスは、矩形状の基板を有するパッケージと、基板上に基板の一辺に沿って隣接するように設けられた電極パッドと、水晶基部と、水晶基部の側面より同一の方向に延出された一対の水晶振動部と、一対の水晶振動部に設けられた励振用電極と、水晶基部に励振用電極と間をあけて設けられた引き出し電極と、励振用電極と引き出し電極とを接続するための配線電極とを有し、電極パッド上に実装された音叉型水晶素子と、励振用電極を被覆するようにして設けられた保護膜と、音叉型水晶素子を気密封止するための蓋体と、を備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の一つの態様による水晶デバイスの製造方法は、水晶基部と、水晶基部の側面より同一の方向に延出された一対の水晶振動部と、一対の水晶振動部に設けられた励振用電極と、水晶基部に励振用電極と間をあけて設けられた引き出し電極と、励振用電極と引き出し電極とを接続するための配線電極と、水晶振動部の先端に設けられた周波数調整用電極と、を有した音叉型水晶素子を形成する音叉型水晶素子形成工程と、励振用電極に保護膜を形成する保護膜形成工程と、パッケージに設けられた電極パッドに音叉型水晶素子を実装するための音叉型水晶素子実装工程と、周波数調整用電極を削ることにより周波数を調整する周波数調整工程と、音叉型水晶素子を気密封止するように、パッケージに蓋体を接合するための蓋体接合工程と、を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一つの態様による水晶デバイスは、矩形状の基板を有するパッケージと、基板上に基板の一辺に沿って隣接するように設けられた電極パッドと、水晶基部と、水晶基部の側面より同一の方向に延出された一対の水晶振動部と、一対の水晶振動部に設けられた励振用電極と、水晶基部に励振用電極と間をあけて設けられた引き出し電極と、励振用電極と引き出し電極とを接続するための配線電極とを有し、電極パッド上に実装された音叉型水晶素子と、励振用電極を被覆するようにして設けられた保護膜と、音叉型水晶素子を気密封止するための蓋体と、を備えている。このような水晶デバイスは、励振用電極を被覆するように保護膜が形成されていることにより、金属屑などの異物が保護膜によって遮られるので、励振用電極に異物が付着することを低減することができる。また、水晶デバイスは、励振用電極に金属屑などの異物が付着することを抑えるので、屈曲振動を阻害することなく、安定した発振周波数を出力することができる。
【００１１】
本発明の一つの態様による水晶デバイスの製造方法は、水晶基部と、水晶基部の側面より同一の方向に延出された一対の水晶振動部と、一対の水晶振動部に設けられた励振用電極と、水晶基部に励振用電極と間をあけて設けられた引き出し電極と、励振用電極と引き出し電極とを接続するための配線電極と、水晶振動部の先端に設けられた周波数調整用電極と、を有した音叉型水晶素子を形成する音叉型水晶素子形成工程と、励振用電極に保護膜を形成する保護膜形成工程と、音叉型水晶素子を水晶ウエハから折り取ることで分離する音叉型水晶素子分離工程と、パッケージに設けられた電極パッドに音叉型水晶素子を実装するための音叉型水晶素子実装工程と、音叉型水晶素子を気密封止するように、パッケージに蓋体を接合するための蓋体接合工程と、を含んでいる。このような水晶デバイスの製造方法では、周波数調整電極を削った際に発生する電極屑などの異物が、励振用電極を被覆するように設けられた保護膜によって、隣接する励振用電極間に付着することを低減することができる。また、水晶デバイス製造方法では、励振用電極間に電極屑などの異物が付着することを低減するため、隣接する励振用電極間が短絡することを抑えつつ、安定して発振周波数を出力することができる。また、音叉型水晶素子が安定して発振周波数を出力することができるため、水晶デバイスの生産性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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】（ａ）本実施形態における水晶デバイスを構成する水晶素子を上面から見た斜視図であり、（ｂ）本実施形態における水晶デバイスを構成する水晶素子を下面から見た斜視図である
【図３】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４】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５】（ａ）本実施形態における水晶デバイスの製造方法の音叉型水晶素子形成工程で用いられる水晶ウエハを示す斜視図であり、（ｂ）本実施形態における水晶デバイスの製造方法の音叉型水晶素子形成工程を示す斜視図である。
【図６】（ａ）本実施形態における水晶デバイスの製造方法の保護膜形成工程を示す斜視図であり、（ｂ）本実施形態における水晶デバイスの製造方法の音叉型水晶素子分離工程を示す斜視図である。
【図７】（ａ）本実施形態における水晶デバイスの製造方法の音叉型水晶素子実装工程における音叉型水晶素子を載置している状態を示す断面図であり、（ｂ）本実施形態における水晶デバイスの製造方法の音叉型水晶素子実装工程における音叉型水晶素子を固着している状態を示す断面図であり、（ｃ）本実施形態における水晶デバイスの製造方法の蓋体接合工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本実施形態における水晶デバイスは、図１、図３及び図４に示されているように、パッケージ１１０と、パッケージ１１０の上面に接合された音叉型水晶素子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。
【００１４】
基板１１０ａは、矩形状であり、上面で実装された音叉型水晶素子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、音叉型水晶素子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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、凹部Ｋの大きさを説明する。凹部Ｋの長辺の長さは、０．７〜２．０．ｍｍであり、短辺の長さは、０．５〜１．５ｍｍとなっている。また、凹部Ｋの上下方向の長さは、０．２〜０．５ｍｍとなっている。
【００１８】
また、基板１１０ａの下面には、外部端子１１２が設けられている。外部端子１１２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。
【００１９】
電極パッド１１１は、音叉型水晶素子１２０を実装するためのものである。電極パッド１１１は、図１に示すように、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、第一電極パッド１１１ａと第二電極パッド１１１ｂとによって構成されている。電極パッド１１１は、基板１１０ａに設けられた配線パターン（図示せず）及びビア導体（図示せず）を介して、基板１１０ａの下面に設けられた外部端子１１２と電気的に接続されている。
【００２０】
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、第一外部端子１１２ａ及び第二外部端子１１２ｂによって構成されている。また、外部端子１１２は、基板１１０ａの一辺に沿って第一外部端子１１２ａが設けられており、基板１１０ａの一辺と対向する一辺に沿って第二外部端子１１２ｂが設けられている。
【００２１】
封止用導体パターン１１３は、蓋体１３０と接合部材１３１を介して接合する際に、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１１３は、枠体１１０ｂの上面を囲むようにして設けられている。封止用導体パターン１１３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、電極パッド１１１の大きさを説明する。基板１１０ａの一辺と平行となる電極パッド１１１の辺の長さは、２５０〜４００μｍとなる。また、基板１１０ａの一辺と交わる辺と平行となる電極パッド１１１の辺の長さは、２５０〜４００μｍとなる。電極パッド１１１の上下方向の厚みの長さは、１０〜６０μｍとなる。
【００２３】
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、外部端子１１２又は封止用導体パターン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。
【００２４】
音叉型水晶素子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上に拡がるようにして塗布される。音叉型水晶素子１２０は、導電性接着剤１４０上に搬送され、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。よって、音叉型水晶素子１２０は、電極パッド１１１上に実装される。
【００２５】
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。
【００２６】
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上の封止用導体パターン１１３に接合部材１３１を介して載置される。枠体１１０ｂの上面に設けられた接合部材１３１に熱が印加されることで、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。
【００２７】
接合部材１３１は、パッケージ１１０と蓋体１３０とを接合するためのものである。接合部材１３１は、枠体１１０ｂ上面又は枠体１１０ｂの上面に設けられた封止用導体パターン１１３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。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。
【００２８】
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１３１の厚みは、３０〜１００μｍとなっている。
【００２９】
接合部材１３１は、例えば、金錫の場合には、接合部材１５０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１５０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。
【００３０】
音叉型水晶素子１２０は、図２に示すように、水晶片１２１と、その水晶片１２１の表面に設けられた励振用電極１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ及び１２４ｄと、配線電極１２５ａ及び１２５ｂと、引き出し用電極１２６ａ及び１２６ｂと、周波数調整用金属膜１２７ａ及び１２７ｂとにより構成されている。水晶片１２１は、図２に示すように、水晶基部１２２と水晶振動部１２３とからなり、水晶振動部１２３が第一水晶振動部１２３ａ及び第二水晶振動部１２３ｂとから成る。水晶基部１２２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１２３ａ及び第二水晶振動部１２３ｂは、水晶基部１２２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１２１は、水晶基部１２２と各水晶振動部１２３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。
【００３１】
励振用電極１２４は、第一励振用電極１２４ａ、第二励振用電極１２４ｂ、第三励振用電極１２４ｃ及び第四励振用電極１２４ｄによって構成されている。配線電極１２５は、第一配線電極１２５ａ及び第二配線電極１２５ｂによって構成されている。引き出し電極１２６は、第一引き出し電極１２６ａ及び第二引き出し電極１２６ｂによって構成されている。また、周波数調整用電極１２７は、第一周波数調整用電極１２７ａ及び第二周波数調整用電極１２７ｂによって構成されている。
【００３２】
第一励振用電極１２４ａは、図２に示ように、第一水晶振動部１２３ａの表裏主面に設けられている。また、第二励振用電極１２４ｂは、第一水晶振動部１２３ａの対向する両側面に設けられている。第一周波数調整用電極１２７ａは、第一水晶振動部１２３ａの表主面及び側面の先端部に設けられている。また、第一引き出し電極１２６ａは、水晶基部１２２の第一水晶振動部１２３ａ側であって、水晶基部１２２の表裏主面に設けられている。
【００３３】
また、第三励振用電極１２４ｃは、図２に示すように、第二水晶振動部１２３ｂの表裏主面に設けられている。また、第四励振用電極１２４ｄは、第二水晶振動部１２３ｂの対向する両側面に設けられている。第二周波数調整用電極１２７ｂは、第二水晶振動部１２３ｂの表主面及び両側面の先端部に設けられている。第二引き出し電極１２６ｂは、水晶基部１２２の第二水晶振動部１２３ｂ側であって、水晶基部１２２の表裏主面に設けられている。
【００３４】
第一励振用電極１２４ａは、図２（ａ）に示すように、第一配線電極１２５ａを介して第二引き出し電極１２６ｂと接続されている。第三励振用電極１２４ｃは、図２（ｂ）に示すように、第二配線電極１２５ｂを介して第一引き出し電極１２６ａと接続されている。
【００３５】
配線電極１２５は、異なる水晶振動部１２３にそれぞれ設けられた励振用電極１２４を電気的に接続すると共に、励振用電極１２４と引き出し電極１２６とを電気的に接続するためのものである。配線電極１２５は、第一配線電極１２５ａ及び第二配線電極１２５ｂによって構成されている。第一配線電極１２５ａは、第一励振用電極１２４ａ及び第二引き出し電極１２６ｂと電気的に接続されている。
【００３６】
なお、音叉型水晶素子１２０は、第一周波数調整用電極１２７ａ及び第二周波数調整用電極１２７ｂを構成する金属の量を増減させることにより、その周波数値を所望する値に調整することができる。第一周波数調整用電極１２７ａは、第一配線電極１２５ａを介して、第三励振用電極１２４ｃと電気的に接続されている。また、第二周波数調整用電極１２７ｂは、第二配線電極１２５ｂを介して、第一励振用電極１２４ａと電気的に接続されている。
【００３７】
この音叉型水晶素子１２０を振動させる場合、第一引き出し電極１２６ａ及び第二引き出し電極１２６ｂに交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的にとらえると、第二水晶振動部１２３ｂの第四励振用電極１２４ｄは＋（プラス）電位となり、第三励振用電極１２４ｃは−（マイナス）電位となり、＋から−に電界が生じる。一方、このときの第一水晶振動部１２３ａの第一励振用電極１２４ａは、第二水晶振動部１２３ｂの第三励振用電極１２４ｃに生じた極性とは反対の極性となり、第一水晶振動部１２３ａの第二励振用電極１２４ｂは、第二水晶振動部１２３ｂの第四励振用電極１２４ｄに生じた極性とは反対の極性となる。これらの印加された電界により、第一水晶振動部１２３ａ及び第二水晶振動部１２３ｂに伸縮現象が生じ、各水晶振動部１２３に設定した共振周波数の屈曲振動を得る。
【００３８】
保護膜１５０は、水晶振動部１２３の励振用電極１２４を被覆するようにして設けられている。このように保護膜１５０が励振用電極１２５を被覆するように設けられていることにより、金属屑などの異物が保護膜１５０によって遮られるため、励振用電極１２４に付着することを抑えることができる。よって、水晶デバイスは、音叉型水晶素子１２０が異物により屈曲振動が阻害されることがないため、安定した発振周波数を出力することができる。
【００３９】
また、保護膜１５０は、図２に示すように、水晶振動部１２３の上面及び下面に設けられた第一励振用電極１２４ａ及び第三励振用電極１２４ｃを被覆するようにして設けられている。このように保護膜１５０が、第一励振用電極１２４ａ及び第三励振用電極１２４ｃのみを被覆するように設けられていることにより、金属屑などの異物が、第一励振用電極１２４ａと第二励振用電極１２４ｂとの間又は第三励振用電極１２４ｃと第四励振用電極１２４ｄとの間に付着することで生じる短絡を抑えることができる。
【００４０】
また、保護膜１５０は、配線電極１２５を被覆するように設けられている。このようにすることにより、金属屑などの異物が、第一配線電極１２５ａと第二配線電極１２５ｂとの間に付着することにより生じる短絡を抑えることができる。よって、音叉型水晶素子１２０が発振周波数をさらに安定して出力することができる。
【００４１】
また、保護膜１５０は、二酸化チタン又は二酸化ケイ素によって形成されている。このようにすることにより、高温で焼成できると共に、硬度と摩耗性に優れているため、励振用電極１２４から保護膜１５０が剥がれることがなく、実装する際に励振用電極１２４に傷がつくことを抑えることができる。また、保護膜１５０の上下方向の厚みは、５００〜２０００Åとなっている。
【００４２】
本施形態における水晶デバイスは、矩形状の基板１１０ａを有するパッケージ１１０と、基板１１０ａ上に基板１１０ａの一辺に沿って隣接するように設けられた電極パッド１１１と、水晶基部１２２と、水晶基部１２０の側面より同一の方向に延出された一対の水晶振動部１２３と、一対の水晶振動部１２３に設けられた励振用電極１２２と、水晶基部１２１に励振用電極１２４と間をあけて設けられた引き出し電極１２６と、励振用電極１２４と引き出し電極１２６とを接続するための配線電極１２５とを有し、電極パッド１１１上に実装された音叉型水晶素子１２０と、励振用電極１２２を被覆するようにして設けられた保護膜１５０と、音叉型水晶素子１２０を気密封止するための蓋体１３０と、を備えている。このような水晶デバイスは、励振用電極１２４に保護膜１５０が形成されているため、異物が保護膜１５０によって遮られるため、励振用電極１２４に異物が付着することを抑えることができる。よって、水晶デバイスは、音叉型水晶素子１２０の屈曲振動を阻害することなく、安定した発振周波数を出力することができる。
【００４３】
また、本実施形態における水晶デバイスは、保護膜１５０が、水晶振動部１２３の上面及び下面に設けられた第一励振用電極１２４ａ及び第三励振用電極１２４ｃを被覆するようにして設けられている。このように保護膜１５０が、第一励振用電極１２４ａ及び第三励振用電極１２４ｃのみを被覆するように設けられていることにより、金属屑などの異物が、第一励振用電極１２４ａと第二励振用電極１２４ｂとの間又は第三励振用電極１２４ｃと第四励振用電極１２４ｄとの間に付着することで生じる短絡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、保護膜１５０が、配線電極１２５を被覆するように設けられている。このようにすることにより、金属屑などの異物が、第一配線電極１２５ａと第二配線電極１２５ｂとの間に付着することにより生じる短絡を抑えることができる。よって、音叉型水晶素子１２０が発振周波数をさらに安定して出力することができる。
【００４５】
次に本発明の実施形態に係る水晶デバイスの製造方法について説明する。本実施形態の水晶デバイスの製造方法は、水晶基部１２２と、水晶基部１２２の側面より同一の方向に延出された一対の水晶振動部１２３と、一対の水晶振動部１２３に設けられた励振用電極１２４と、水晶基部１２２に励振用電極１２４と間をあけて設けられた引き出し電極と、励振用電極１２４と引き出し電極１２６とを接続するための配線電極１２５と、水晶振動部１２３の先端に設けられた周波数調整用電極１２７と、を有した音叉型水晶素子１２０を形成する音叉型水晶素子形成工程と、パッケージ１１０に設けられた電極パッド１１１に音叉型水晶素子を実装するための音叉型水晶素子実装工程と、励振用電極１２４に保護膜１５０を形成する保護膜形成工程と、音叉型水晶素子１２０を気密封止するように、パッケージ１１０に蓋体１３０を接合するための蓋体接合工程と、を含んでいる。
【００４６】
（音叉水晶素子形成工程）
音叉型水晶素子形成工程は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、水晶基部１２２の側面より同一の方向に延出された一対の水晶振動部１２３と、一対の水晶振動部１２３に設けられた励振用電極１２４と、水晶基部１２２に励振用電極１２４と間をあけて設けられた引き出し電極１２６と、励振用電極１２４と引き出し電極１２６とを接続するための配線電極１２５と、水晶振動部１２３の先端に設けられた周波数調整用電極１２７と、を有した音叉型水晶素子を形成する工程である。水晶基部１２２と、その水晶基部１２２の側面より同一の方向に延出された一対の水晶振動部１２３と、を備えた水晶片１２１と、水晶片１１０ａを囲むようにして設けられているフレーム部２０と、水晶片１２１の水晶基部１２２とフレーム部２０が連結されている連結部３０と、を備えるように水晶ウエハ１０を加工して音叉水晶素子１２０を形成する工程である。
【００４７】
まず、平板の水晶ウエハ１０をフォトリソグラフィー技術とエッチング技術により加工することで、水晶基部１２２と、水晶基部１２２から同一方向に延設した一対の水晶振動部１２３と、を備えた水晶片１２１と、音叉型水晶素子ウエハ１０ａのフレーム部２０と、水晶片１２１の水晶基部１２１とフレーム部２０が連結されている連結部３０とを備えた音叉型水晶素子ウエハ１０ａを形成するように加工する。
【００４８】
次に、音叉型水晶素子ウエハ１０ａの複数の水晶片１２１に励振用電極１２４、接続電極１２５、引き出し電極１２６及び周波数調整用電極１２７を形成する。また、励振用電極１２４、接続電極１２５、引き出し電極１２６及び周波数調整用電極１２７は、フォトリソグラフィー技術、蒸着技術やスパッタリング技術によって、所定のパターン形状にパターン形成される。
【００４９】
（保護膜形成工程）
保護膜形成工程は、図６（ａ）に示すように、音叉型水晶素子１２０の励振用電極１２４に保護膜１５０を形成する工程である。複数設けられた音叉型水晶素子１２０の励振用電極１２４を露出するようにして、水晶ウエハ１０にマスク（図示せず）を配置する。次に、励振用電極１２４に二酸化ケイ素又は二酸化チタンをＣＶＤ装置（図示せず）に成膜することよって保護膜１５０を形成する。二酸化ケイ素又は二酸化チタンは熱膨張係数が小さいため水晶片１２１の伸縮がおさえられ、音叉型水晶素子１２０の温度特性を改善することができる。保護膜１５０の上下方向の厚みは、５００〜２０００Åとなるように形成されている。その理由は、５００Åより薄いと保護膜１５０の絶縁効果がなくなり、２０００Åより厚いと水晶振動部１２３の屈曲振動が阻害され、発振周波数が変動してしまうからである。
【００５０】
（音叉型水晶素子分離工程）
音叉型水晶素子分離工程は、図６（ｂ）に示すように、音叉型水晶素子１２０を水晶ウエハ１０から折り取ることで分離する工程である。連結部３０に沿って、音叉型水晶素子１２０を連結部３０から分離する水晶素子ウエハ１０の各水晶片１２１に分離ピン（図示せず）を押し当てることによって、音叉型水晶素子１２０を連結部３０から分離する。つまり、分離ピンを各水晶片１２１に押し当てることによってせん断応力が発生し、水晶基部１２２と連結部３０の断面積の一番小さい部分に沿って分離される。
【００５１】
（音叉型水晶素子実装工程）
音叉型水晶素子実装工程は、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、電極パッド１１１上の導電性接着剤１４０の位置に合わせて、音叉型水晶素子１２０を載置し、導電性接着剤１４０を硬化することで実装する音叉型水晶素子実装工程である。音叉型水晶素子実装工程は、音叉型水晶素子１２０の引き出し電極１２６とパッケージ１１０の電極パッド１１１上に塗布された導電性接着剤１４０とを相対するようにして、音叉型水晶素子１２０を導電性接着剤１４０上に載置する。次に、大気雰囲気中または窒素雰囲気中の硬化アニール炉の内部空間にパッケージ１１０を収容した状態で、導電性接着剤１４０を加熱硬化させ、電極パッド１１１と音叉型水晶素子１２０とを導通固着する。
【００５２】
硬化アニール炉（図示せず）は、炉本体と、加熱部と、供給部、制御部によって構成されている。炉本体は、内部空間を有し、パッケージ１１０を格納する役割を果たす。加熱部は、内部空間を所定の温度に加熱する役割を果たす。加熱部は、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ等が用いられている。供給部は、内部空間にガスを供給する役割を果たす。ガスは、例えば窒素等が用いられている。制御部は、炉本体の内部空間の温度や酸素濃度、加熱部の昇温速度、供給部のガスの供給量の制御を行うものである。
【００５３】
（周波数調整工程）
周波数調整工程は、音叉型水晶素子１２０の周波数調整電極１２７の電極を削ることによって音叉型水晶素子の周波数を調整する工程である。周波数調整用電極１２７にイオンガン等で表面を削ることによって、音叉型水晶素子１２０の発振周波数を調整することができる。
【００５４】
イオンガンの動作としては、ガス導入口からアルゴン等の放電ガスが本体の内部に導入される。カソードに負電圧、アノードに正電圧がそれぞれ印加され、その電位差によって放電が行なわれてプラズマが生成される。グリッド３０に電圧が印加されると、複数のイオンビーム引出し孔によってプラズマからイオンが引き出され加速され、イオンビームが形成される。このイオンビームを周波数調整用電極１２７に照射し削ることによって、音叉型水晶素子１２０の発振周波数を調整する。
【００５５】
（蓋体接合工程）
蓋体接合工程は、図７（ｃ）に示すように、音叉型水晶素子１２０を気密封止するようにパッケージ１１０に蓋体１３０を接合する工程である。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）が用いられ、音叉型水晶素子１２０を窒素ガス雰囲気中や真空雰囲気中などで気密封止する際に用いられる。
【００５６】
具体的には、接合部材１３１がガラス、絶縁性樹脂又は金錫の場合、蓋体１３０は、窒素ガス雰囲気中や真空雰囲気中で、パッケージ１１０の枠体１１０ｂの表面に設けられた封止用導体パターン１１３上に載置され、蓋体１３０の上面からハロゲンランプ等の熱源を照射し、接合部材１３１を溶融させることで、封止用導体パターン１１３を介して枠部１１０ｂに接合される。
【００５７】
また、接合部材１３１が銀ロウの場合には、蓋体１３０は、窒素ガス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の表面に設けられた封止用導体パターン１１３の金属と蓋体１３０の接合部材１３１とが溶融されるように、シーム溶接機（図示せず）のローラ電極（図示せず）を蓋体１３０に接触させ、ローラ電極に電源を供給しながら、蓋体１３０の外側縁部に沿って動かすことで、枠部１１０ｂに接合される。
【００５８】
本実施形態における水晶デバイスの製造方法は、水晶ウエハ１０に水晶基部１２２と、水晶基部１２２の側面より同一の方向に延出された一対の水晶振動部１２３と、一対の水晶振動部１２３に設けられた励振用電極１２４と、水晶基部１２１に励振用電極１２４と間をあけて設けられた引き出し電極１２６と、励振用電極１２４と引き出し電極１２６とを接続するための配線電極１２５と、水晶振動部１２３の先端に設けられた周波数調整用電極１２７と、を有した音叉型水晶素子１２０を形成する音叉型水晶素子形成工程と、励振用電極１２４に保護膜１５０を形成する保護膜形成工程と、音叉型水晶素子１２０を水晶ウエハから折り取る音叉型水晶素子折り取り工程と、パッケージ１１０に設けられた電極パッド１１１に音叉型水晶素子１２０を実装するための音叉型水晶素子実装工程と、音叉型水晶素子１２０を気密封止するように、パッケージ１１０に蓋体１３０を接合するための蓋体接合工程と、を含んでいる。このような水晶デバイスの製造方法では、周波数調整電極１２７を削った際に発生する電極屑などの異物が、励振用電極１２２を被覆するように設けられた保護膜１５０によって、隣接する励振用電極１２２間に付着することを低減することができる。また、水晶デバイス製造方法では、励振用電極１２２間に電極屑などの異物が付着することを低減するため、隣接する励振用電極１２２間が短絡することを抑えつつ、安定して発振周波数を出力することができる。また、音叉型水晶素子１２０が安定して発振周波数を出力することができるため、水晶デバイスの生産性を向上させることが可能となる。
【００５９】
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。
【００６０】
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、基板に音叉型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封止蓋体を用いて、音叉型水晶素子を気密封止する構造であっても構わない。封止蓋体は、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】
【００６１】
１１０・・・パッケージ
１１０ａ・・・基板
１１０ｂ・・・枠体
１１１・・・電極パッド
１１２・・・外部端子
１１３・・・封止用導体パターン
１２０・・・音叉型水晶素子
１２１・・・水晶片
１２２・・・水晶基部
１２３・・・水晶振動部
１２４・・・励振用電極
１２５・・・配線電極
１２６・・・引き出し電極
１２７・・・周波数調整用金属膜
１３０・・・蓋体
１３１・・・接合部材
１４０・・・導電性接着剤
１５０・・・保護膜
Ｋ・・・凹部
【図１】
2016139899.tif 000003
【図２】
2016139899.tif 000004
【図３】
2016139899.tif 000005
【図４】
2016139899.tif 000006
【図５】
2016139899.tif 000007
【図６】
2016139899.tif 000008
【図７】
2016139899.tif 000009