(57)【要約】【課題】  本発明は、等価直列抵抗値を低下させることが可能な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の上面の外周縁に沿って設けられた枠体１１０ｂと、基板１１０ａの上面に設けられた平面視して三角形状の電極パッド１１１と、電極パッド１１１に導電性接着剤１４０を介して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の蓋体１３０と、を備え、電極パッド１１１が枠体１１０ｂの内周縁に沿って二辺が設けられ、残りの一辺が基板１１０の中心方向に向いて設けられている。【選択図】図３
2017085385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状の基板と、
前記基板の上面の外周縁に沿って設けられた枠体と、
前記基板の上面に設けられた平面視して三角形状の電極パッドと、
前記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、
前記水晶素子を気密封止するための蓋体と、を備え、
前記電極パッドが前記枠体の内周縁に沿って二辺が設けられ、残りの一辺が前記基板の中心方向に向い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２】
請求項１記載の水晶デバイスであって、
前記電極パッドの前記残りの一辺に沿って、凸部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３】
請求項１乃至請求項２記載の水晶デバイスであって、
前記基板の一辺と向かい合う辺に沿って設けられた突起部を備え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、
前記配線パターンが、平面視して、前記枠体と重な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５】
請求項１又は請求項４記載の水晶デバイスであって、
前記配線パターンの一部が、前記電極パッドから前記枠体の長辺方向に向かって延出し、露出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６】
請求項４記載の水晶デバイスであって、
前記配線パターンの一部が、前記基板の中心点を通り前記基板の長辺と平行な直線に対して、線対称となっ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、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）。このような水晶デバイスでは、基板の上面に設けられた電極パッドと電気的に接続された配線パターンが、基板の上面に設けられている。
【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、小型化が顕著であるが、基板に実装する水晶素子も小型化になっている。このような水晶デバイスは、電極パッドの面積も小さくなっており、塗布された導電性接着剤が電極パッド上に広がってしまう虞があった。また、導電性接着剤が電極パッド上に広がり励振用電極に近接してしまうことで、厚みすべり振動が阻害され、等価直列抵抗値が大きくなっ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、等価直列抵抗値を小さくすることが可能な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、
矩形状の基板と、基板の上面の外周縁に沿って設けられた枠体と、基板の上面に設けられた平面視して三角形状の電極パッドと、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、水晶素子を気密封止するための蓋体と、を備え、電極パッドが枠体の内周縁に沿って二辺が設けられ、残りの一辺が基板の中心方向に向いて設けられている。
【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、基板の上面の外周縁に沿って設けられた枠体と、基板の上面に設けられた平面視して三角形状の電極パッドと、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、水晶素子を気密封止するための蓋体と、を備え、電極パッドが枠体の内周縁に沿って二辺が設けられ、残りの一辺が基板の中心方向に向いて設けられている。このような水晶デバイスは、基板の上面には導電性接着剤が漏れ拡がりにくいため、導電性接着剤が励振用電極に近接することを抑えつつ、厚みすべり振動を阻害することを低減することができる。よって、水晶デバイスは、導電性接着剤と励振用電極とが間を空けて配置されていることにより、厚みすべり振動の阻害を低減することができるので、水晶素子の等価直列抵抗値を小さく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】（ａ）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に導電性接着剤を塗布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から見た平面図である。
【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、水晶素子１２０を接合するための一対の電極パッド１１１が設けられている。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、図４に示されているように、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１１３及びビア導体１１４が設けられている。
【００１１】
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。
【００１２】
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、０．２〜１．５ｍｍ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、０．１〜０．５ｍｍとなっている。
【００１３】
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。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。外部端子１１２の内の二つの端子である第一外部端子１１２ａ及び第二外部端子１１２ｂ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、第一外部端子１１２ａ及び第二外部端子１１２ｂ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。
【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、基板１１０ａの一辺に沿うように隣接して設けられている。また、電極パッド１１１は、平面視して、三角形状であり、枠体１１０ｂ内周縁に沿って二辺が設けられ、残りの一辺である斜辺が基板１１０ａの中心方向に向いて設けられている。つまり、後述する水晶素子１２０の励振用電極１２２が配置されている方向に斜辺が形成されるようにして、電極パッド１１１は、基板１１０ａ上に形成されている。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１１３及びビア導体１１４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。
【００１５】
電極パッド１１１の算術平均表面粗さは、０．０２〜０．１μｍであり、基板１１０ａ表面の算術平均表面粗さは、０．５〜１．５μｍである。よって、後述する導電性接着剤１４０は、電極パッド１１１の外縁側から基板１１０ａに向かって広がりにくくなる。
【００１６】
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。第三外部端子１１２ｃは、ビア導体１１４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。
【００１７】
配線パターン１１３は、電極パッド１１１及びビア導体１１４と電気的に接続するためのものである。配線パターン１１３の一端は、電極パッド１１１と電気的に接続されており、配線パターン１１３の他端は、ビア導体１１４と電気的に接続されている。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。
【００１８】
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。
【００１９】
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の一部が露出されている。
【００２０】
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で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上に沿って流れ出てくれるため、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。
【００２１】
また、露出された配線パターン１１３の一部が、基板１１０ａの中心点Ｐを通り基板１１０ａの長辺と平行な直線Ｌに対して、線対称となるように設けられている。このように露出された第一配線パターン１１３ａと露出された第二配線パターン１１３ｂとが、基板１１０ａの中心点Ｐを通り基板１１０ａの長辺と平行な直線Ｌに対して、線対称となる位置に設けられていることにより、水晶素子１２０を実装する際に導電性接着剤１４０が仮に電極パッド１１１上から溢れ出たとしても、溢れ出た導電性接着剤１４０の量が均等になり易く、水晶素子１２０が傾いてしまうことを抑えることができる。
【００２２】
ビア導体１１４は、配線パターン１１３及び外部端子１１２と電気的に接続するためのものである。導体部１１４は、基板１１０ａの角部に設けられた切れ込みの内部に設けられている。導体部１１４の両端は、配線パターン１１３及び外部端子１１２と接続されている。このようにすることで、電極パッド１１１は、配線パターン１１３及びビア導体１１４を介して外部端子１１２と電気的に接続されている。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。また、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。第三ビア導体１１４ｃの両端は、第三外部端子１１２ｃと、封止用導体パターン１１７と接続されている。このようにすることで、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。
【００２３】
凸部１１５は、水晶素子１２０の短辺の上下方向の傾きが抑制され、水晶素子１２０の長辺側端部が基板１１０ａや蓋体１３０に接触することを抑制するためのものである。また、凸部１１５は、水晶素子１２０の自由端が基板１１０ａに接触することを抑制するためものである。一対の凸部１１５は、第一凸部１１５ａ及び第二凸部１１５ｂによって構成されている。第一凸部１１５ａは、第一電極パッド１１１ａ上面の斜辺に沿って設けられており、第二凸部１１５ｂは、第二電極パッド１１１ｂの上面に斜辺に沿って設けられている。また、凸部１１５は、電極パッド１１１と同様に、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上面に金メッキ、ニッケルメッキを施すことにより設けられている。
【００２４】
また、凸部１１５は、平面視して、矩形状となっている。電極パッド１１１の斜辺に沿って形成されている凸部１１５の辺の長辺方向の長さは、１５０〜２００μｍとなり、凸部１１５の短辺方向の辺の長さは、５０〜７５μｍである。凸部１１５の上下方向の厚みの長さは、２０〜７５μｍとなる。凸部１１５の長辺方向の長さは、１５０〜３００μｍとなり、凸部１１５の短辺方向の辺の長さは、５０〜７５μｍである。凸部１１５の上下方向の厚みの長さは、２０〜７５μｍとなる。
【００２５】
また、凸部１１５は、水晶素子１２０の外周縁にある引き出し電極１２３と対向する位置に設けられている。このようにすることによって、水晶素子１２０が導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１に実装する際に、仮に水晶素子１２０が傾いたとしても、引き出し電極１２３が凸部１１５に接触することになり、凸部１１５よりも下方向に水晶素子１２０が傾くことなく安定した状態で実装することができる。また、凸部１１５は、平面視して、水晶素板１２１の固定端側の外周縁にある引き出し電極１２３と重なる位置に設けられている。このようにすることにより、水晶素子１２０の固定端が基板１１０ａの上面に接触することを低減することができる。
【００２６】
突起部１１６は、平面視して、矩形状であり、水晶素子１２０の自由端側の対向する位置に設けられており、水晶素子１２０の自由端側が基板１１０ａに接触することを防ぐためのものである。突起部１１６は、凹部Ｋ内の基板１１０ａ上で、突起部１１６の長辺と基板１１０ａの長辺が略平行になるように設けられている。このようにすることにより、水晶デバイスに落下等の衝撃が加わった際に、水晶素子１２０の自由端側が基板１１０ａに接触することによる欠けなどを抑えることができる。
【００２７】
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、突起部１１６の大きさを説明する。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、１０〜５０μｍとなる。また、基板１１０ａの長辺方向と平行となる突起部１１６の長さは、５００〜８００μｍであり、基板１１０ａの短辺方向と平行となる突起部１１６の長さは、１５０〜３００μｍである。また、突起部１１６の上下方向の長さは、約３０〜１００μｍである。た、配線パターン１１３の上下方向の厚みの長さは、５〜２５μｍとなる。
【００２８】
また、電極パッド１１１の算術平均表面粗さは、０．０２〜０．１０μｍであり、基板１１０ａ表面の算術平均表面粗さは、０．５〜１．５μｍである。よって、導電性接着剤１４０は、電極パッド１１１から基板１１０ａ上に向かって広がりにくくなる。
【００２９】
封止用導体パターン１１７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。
【００３０】
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又は外部端子１１２及び突起部１１６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。
【００３１】
導電性接着剤１４０は、平面視して、電極パッド１１１上に広がって形成され、電極パッド１１１の斜辺から基板１１０の中心方向に向かって漏れ出ず、励振用電極１２２と間をあけて形成されている。水晶デバイスは、導電性接着剤１４０と励振用電極１２２とが間を空けて配置されていることにより、導電性接着剤１４０が励振用電極１２２に付着することで生じる短絡を低減することができる。また、水晶デバイスは、導電性接着剤１４０と励振用電極１２２とが間を空けて配置されていることにより、厚みすべり振動の阻害を低減することができるので、水晶素子１２０の等価直列抵抗値を小さくすることが可能となる。
【００３２】
また、導電性接着剤１４０は、基板１１０ａの中心方向に向かって拡がりにくくなっている。これは、電極パッド１１１の外周縁部では、導電性接着剤１４０が表面張力により盛り上がり、電極パッド１１１の斜辺を伝って、外側へ流れにくい状況となるので、導電性接着剤１４０の基板１１０ａ上への拡がりを抑えることができる。よって、水晶デバイスは、導電性接着剤１４０が電極パッド１１１から漏れ拡がりにくいため、導電性接着剤１４０を介して、安定して水晶素子１２０を電極パッド１１１に実装することが可能となる。また、安定して水晶素子１２０が実装することができるので、安定して水晶素子１２０の発振周波数を出力することが可能となる。また、導電性接着剤１４０の粘度が、３５〜４５Ｐａ・ｓのものを使用することによって、塗布した際に、導電性接着剤１４０は、電極パッド１１１から基板１１０ａ上面に流れ出ることなく、電極パッド１１１上に留まり、上下方向の厚みが維持される。また、導電性接着剤１４０は、電極パッド１１１に塗布されている。このようにすることで、水晶デバイスは、導電性接着剤１４０の塗布量及び塗布位置を視覚的によりわかりやすくすることができるので、電極パッド１１１間が短絡しないようにすることができる。
【００３３】
また、導電性接着剤１４０が電極パッド１１１から漏れ拡がりにくいため、導電性接着剤１４０の上下方向の厚みも確保することができる。導電性接着剤１４０の上下方向の厚みの長さは、１０〜２５μｍである。このように導電性接着剤１４０の厚みを確保できることによって、落下等の試験により加わった衝撃が水晶素子１２０に対して導電性接着剤１４０を中心にして上下方向へ加わったとしても、その衝撃を導電性接着剤１４０で十分に吸収緩和することができる。また、導電性接着剤１４０が電極パッド１１１に拡がって形成されるため、導電性接着剤１４０と電極パッド１１１との接着面積も確保することができる。
【００３４】
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。
【００３５】
水晶素子１２０は、図２及び図３（ａ）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。水晶素子１２０は、図２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。
【００３６】
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。
【００３７】
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の長辺または短辺に沿った形状で設けられている。また、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。
【００３８】
また、水晶デバイスは、水晶素子１２０の励振用電極１２２の表面を例えばイオンガンにより削ることにより、水晶素子１２０の発振周波数の調整を行っている。また、従来の水晶デバイスでは、基板の上面に設けられた配線パターンが水晶素子の励振用電極の近傍でも露出しているため、イオンガンにより励振用電極を削る際に、配線パターンを削ってしまうことがある。また、従来の水晶デバイスは、この配線パターンの削り屑が、水晶素子の励振用電極に付着し、発振周波数が変動してしまうこと虞がある。しかし、本実施形態の水晶デバイスでは、図４に示すように、配線パターン１１３が水晶素子１２０の励振用電極１２２の近傍では凹部Ｋに露出しておらず、平面視して、枠体１１０ｂと重なる位置に設けられているため、イオンガンにより励振用電極１２２を削る際に、配線パターン１１３を削ってしまうことを防ぐことができる。また、このような水晶デバイスは、配線パターン１１３の削り屑が発生しないため、水晶素子１２０の励振用電極１２２に削り屑が付着することがなく、安定して発振周波数を出力することが可能となる。
【００３９】
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。
【００４０】
ここで、水晶素子１２０の製造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製造される。
【００４１】
また、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、このような水晶素子１２０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。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、複数の水晶素子１２０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。
【００４２】
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。水晶素子１２０は、導電性接着剤１４０上に搬送される。さらに、水晶素子１２０は、水晶素子１２０の固定端側の外周縁にある引き出し電極１２３が、平面視して、導電性接着剤１４０の中心付近と重なるようにして導電性接着剤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。
【００４３】
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上に設けられた接合部材１３１の上面に載置される。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。
【００４４】
接合部材１３１は、パッケージ１１０の枠体１１０ｂ上面に設けられた封止用導体パターン１１７に相対する蓋体１３０の箇所に設けられている。接合部材１３１は、例えば、銀ロウ又は金錫によって設けられている。銀ロウの場合は、その厚みは、１０〜２０μｍである。例えば、成分比率は、銀が７２〜８５％、銅が１５〜２８％のものが使用されている。金錫の場合は、その厚みは、１０〜４０μｍである。例えば、成分比率が、金が７８〜８２％、錫が１８〜２２％のものが使用されている。
【００４５】
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。
【００４６】
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の上面の外周縁に沿って設けられた枠体１１０ｂと、基板１１０ａの上面に設けられた平面視して三角形状の電極パッド１１１と、電極パッド１１１に導電性接着剤１４０を介して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の蓋体１３０と、を備え、電極パッド１１１が枠体１１０ｂの内周縁に沿って二辺が設けられ、残りの一辺が基板１１０の中心方向に向いて設けられている。このような水晶デバイスは、基板１１０ａの上面には導電性接着剤１４０が漏れ拡がりにくく、仮に基板１１０ａ上面に溢れ出たとしても、従来の圧電デバイスよりも、導電性接着剤１４０が励振用電極１２２に近接することを抑えることができるので、厚みすべり振動を阻害することを低減することができる。よって、水晶デバイスは、導電性接着剤１４０と励振用電極１２２とが間を空けて配置されていることにより、厚みすべり振動の阻害を低減することができるので、水晶素子１２０の等価直列抵抗値を小さくすることが可能となる。
【００４７】
また、本実施形態における水晶デバイスは、電極パッド１１１が、基板１１０ａの一辺に沿って設けられており、電極パッド１１１の上面に設けられた凸部１１５を備えている。水晶素子１２０が導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１に実装する際に、仮に水晶素子１２０が傾いたとしても、引き出し電極１２３が凸部１１５に接触することになり、凸部１１５よりも下方向に水晶素子１２０が傾くことなく安定した状態で実装することができる。また、凸部１１５は、平面視して、水晶素板１２１の固定端側の外周縁にある引き出し電極１２３と重なる位置に設けられている。このようにすることにより、水晶素子１２０の固定端が基板１１０ａの上面に接触することを低減することができる。また、本実施形態における水晶デバイスは、電極パッド１１１に形成された凸部１１５により、導電性接着剤１４０が基板１１０ａ上に溢れ出ることを遮ることができる。
【００４８】
本実施形態における水晶デバイスは、配線パターン１１３が、平面視した際に、枠体１１０ｂと重なる位置に設けられている。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低減することができる。また、本実施形態における水晶デバイスは、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、水晶デバイスの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。
【００４９】
また、本実施形態における水晶デバイスは、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、露出するようにして設けられている。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上に沿って流れ出てくれるため、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。
【００５０】
また、本実施形態における水晶デバイスは、配線パターン１１３の一部が、基板１１０ａの中心点Ｐを通り基板１１０ａの長辺と平行な直線Ｌに対して、線対称となっている。このように露出された第一配線パターン１１３ａと露出された第二配線パターン１１３ｂとが、基板１１０ａの中心点Ｐを通り基板１１０ａの長辺と平行な直線Ｌに対して、線対称となる位置に設けられていることにより、水晶素子１２０を実装する際に導電性接着剤１４０が仮に電極パッド１１１上から溢れ出たとしても、溢れ出た導電性接着剤１４０の量が均等になり易く、水晶素子１２０が傾いてしまうことを抑えることができる。
【００５１】
また、本実施形態における水晶デバイスは、基板１１０ａの一辺と向かい合う辺に沿って設けられた突起部１１６を備えている。このようにすることにより、水晶デバイスに落下等の衝撃が加わった際に、水晶素子１２０の自由端側が突起部１１６に接触するため、基板１１０ａに直接接触することによる欠けなどを抑えることができる。突起部１１６の厚み分の距離を確保できるので、水晶素子１２０の自由端が浮きすぎることがなく、水晶素子１２０の自由端が蓋体１３０に接触することを抑制することができる。
【００５２】
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、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。
【００５３】
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、下面に壁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。
【００５４】
上記実施形態では、水晶素子は、ＡＴ用水晶素子を用いた場合を説明したが、基部と、基部の側面より同一の方向に延びる二本の平板形状の振動腕部とを有する音叉型屈曲水晶素子を用いても構わない。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用電極と、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】
【００５５】
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
１１５・・・凸部
１１６・・・突起部
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
１３０・・・蓋体
１３１・・・接合部材
１４０・・・導電性接着剤
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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