特許 6794938 水晶振動板および水晶振動デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6794938

(24)【登録日】2020年11月16日

(45)【発行日】2020年12月2日

(54)【発明の名称】水晶振動板および水晶振動デバイス

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/19 20060101AFI20201119BHJP

【ＦＩ】

   H03H9/19 F

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-122550(P2017-122550)

(22)【出願日】2017年6月22日

(65)【公開番号】特開2019-9565(P2019-9565A)

(43)【公開日】2019年1月17日

【審査請求日】2019年12月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000149734

【氏名又は名称】株式会社大真空

(74)【代理人】

【識別番号】110000947

【氏名又は名称】特許業務法人あーく特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉岡 宏樹

【審査官】 角張 亜希子

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／１２１１８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−０６８０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１９２２７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｈ３／００７−３／０６

９／００−９／１３５

９／１５−９／２４

９／３０−９／４０

９／４６−９／６２

９／６６

９／７０

９／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一主面に形成された第１励振電極と、他主面に形成された第２励振電極とが備えられた略矩形状の振動部と、
前記振動部の角部から、ＡＴカットのＺ´軸方向に突出され、当該振動部を保持する保持部と、
前記振動部の外周を取り囲むと共に、前記保持部を保持する外枠部とを有してなるＡＴカット型の水晶振動板であって、
前記保持部と前記外枠部との境界が、前記外枠部の内周辺のうち、Ｘ軸と平行な辺上にあるとした場合、
前記振動部と前記保持部との少なくとも一部は、前記外枠部よりも厚みを薄くされたエッチング領域とされており、当該エッチング領域によって前記保持部と前記外枠部との境界付近には段差が形成されており、
前記第１励振電極および前記第２励振電極の引出配線が、前記段差と重畳するように前記保持部から前記外枠部に渡って形成されており、
前記一主面および前記他主面の少なくとも一方では、前記引出配線と重畳する部分の前記段差の少なくとも一部が、平面視でＸ軸と平行とならないように形成されており、
前記引出配線と重畳する部分の前記段差の少なくとも一部が、平面視でＸ軸と平行とならない直線部分として形成されており、
前記直線部分の長さは、前記引出配線の線幅以上であることを特徴とする水晶振動板。

【請求項2】

請求項１に記載の水晶振動板であって、
前記直線部分は、平面視でＸ軸と直交することを特徴とする水晶振動板。

【請求項3】

請求項１または２に記載の水晶振動板であって、
前記段差は、前記保持部と前記外枠部との境界よりも外枠部側に形成されていることを特徴とする水晶振動板。

【請求項4】

請求項１から３の何れか１項に記載の水晶振動板であって、
前記一主面および前記他主面の少なくとも一方では、前記エッチング領域は前記保持部から前記外枠部の一部に入り込んで形成される入り込み部を有しており、当該入り込み部における前記エッチング領域の境界線が前記段差となるものであり、
前記段差の−Ｘ側の始点は、前記保持部と前記外枠部との接続域の内側に形成されていることを特徴とする水晶振動板。

【請求項5】

一主面に形成された第１励振電極と、他主面に形成された第２励振電極とが備えられた略矩形状の振動部と、
前記振動部の角部から、ＡＴカットのＺ´軸方向に突出され、当該振動部を保持する保持部と、
前記振動部の外周を取り囲むと共に、前記保持部を保持する外枠部とを有してなるＡＴカット型の水晶振動板であって、
前記保持部と前記外枠部との境界が、前記外枠部の内周辺のうち、Ｘ軸と平行な辺上にあるとした場合、
前記振動部と前記保持部との少なくとも一部は、前記外枠部よりも厚みを薄くされたエッチング領域とされており、当該エッチング領域によって前記保持部と前記外枠部との境界付近には段差が形成されており、
前記第１励振電極および前記第２励振電極の引出配線が、前記段差と重畳するように前記保持部から前記外枠部に渡って形成されており、
前記一主面および前記他主面の少なくとも一方では、前記引出配線と重畳する部分の前記段差の少なくとも一部が、平面視でＸ軸と平行とならないように形成されており、
前記引出配線と重畳する部分の前記段差の少なくとも一部が、平面視でＸ軸と平行とならない直線部分として形成されており、
前記引出配線が、複数の前記直線部分に跨って形成されていることを特徴とする水晶振動板。

【請求項6】

請求項１から５の何れか１項に記載された水晶振動板と、
前記水晶振動板の前記一主面を覆う第１封止部材と、
前記水晶振動板の前記他主面を覆う第２封止部材とが備えられたことを特徴とする水晶振動デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、励振電極の形成された振動部と、振動部の周囲に配置された外枠部と、振動部を外枠部に連結して保持する保持部とが、ＡＴカット型の水晶板で一体形成されてなる水晶振動板およびこの水晶振動板が備えられた水晶振動デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、各種電子機器の動作周波数の高周波化や、パッケージの小型化（特に低背化）が進んでいる。そのため、高周波化やパッケージの小型化にともなって、水晶振動デバイス（例えば水晶振動子、水晶発振器等）も高周波化やパッケージの小型化への対応が求められている。

【0003】

小型化および低背化に適した水晶振動デバイスとして、いわゆるサンドイッチ構造の水晶振動デバイスが知られている。サンドイッチ構造の水晶振動デバイスは、その筐体が略直方体のパッケージで構成されている。このパッケージは、例えばガラスや水晶からなる第１封止部材および第２封止部材と、両主面に励振電極が形成された水晶振動板とから構成され、第１封止部材と第２封止部材とが水晶振動板を介して積層して接合される。そして、パッケージの内部（内部空間）に配された水晶振動板の振動部が第１封止部材および第２封止部材によって気密封止されている。

【0004】

サンドイッチ構造の水晶振動デバイスにて使用される水晶振動板は、励振電極の形成された振動部と、振動部の周囲に配置された外枠部と、振動部を外枠部に連結して保持する保持部とが、水晶板において一体形成されている。この水晶振動板には、加工が容易であり、且つ周波数温度特性が優れたＡＴカット型の水晶板が最も広く用いられている。

【0005】

振動部と外枠部と保持部とが一体形成された水晶振動板では、振動部で生じた圧電振動が保持部を介して外枠部へ漏れやすいといった振動漏れの問題が生じる。これに対し、特許文献１には、そのような振動漏れを抑制する水晶振動板が開示されている。

【0006】

具体的には、特許文献１には、保持部を振動部からＡＴカットのＺ´軸方向に突出させて形成する構成が開示されている。ここでは、人工水晶の結晶軸を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とし、Ｘ軸の周りに３５°１５´回転させたＡＴカット型の水晶のＹ軸およびＺ軸をそれぞれ、Ｙ´軸、Ｚ´軸とする。

【0007】

ＡＴカット型の水晶振動板では、振動部において、Ｘ軸方向に沿った圧電振動の変位がＺ´軸方向に沿った圧電振動の変位よりも大きくなることが知られている。特許文献１の構成では、保持部は、圧電振動の変位が小さいＺ´軸方向に沿って振動部を保持している。このため、水晶振動板を圧電振動させた場合、この圧電振動は保持部を通って漏れにくくなり、振動部を効率的に圧電振動させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】国際公開第２０１６／１２１１８２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上記特許文献１に開示された水晶振動板は、振動部からの振動漏れを抑制するのに適した構成である一方、励振電極の引き出し電極において断線等の不具合が生じ易いといった課題が発生する。この課題について以下に説明する。

【0010】

上記水晶振動板は、エッチング工程によって水晶板の外形形状を形成した後、水晶板の両主面に電極および配線を形成することで製造される。上記エッチング工程では、矩形状の水晶板に対し、少なくとも外形形成エッチングおよび周波数調整エッチングの２回のエッチング処理が行われる。また、振動部の中央にメサ構造を形成する場合には、加えてメサ形成エッチングを行ってもよい。

【0011】

外形形成エッチングでは、矩形状の水晶板に切り抜き部を形成し、振動部、保持部および外枠部の外形形状を形成する。周波数調整エッチングでは、水晶振動デバイスの発振振動数を所定の値とするために、振動部および保持部の厚みを調整する。周波数調整エッチングでは、基本的に振動部および保持部の領域がエッチングされる。

【0012】

周波数調整エッチングを振動部および保持部の領域に施した場合、保持部と外枠部との境界には水晶板の厚み差による段差が形成される。振動部からＡＴカットのＺ´軸方向に突出させて保持部を形成する場合、保持部と外枠部との境界はＸ軸に平行な境界となる。したがって、上記段差もＸ軸に平行な線に沿って形成される。

【0013】

上記段差の断面形状は、水晶板の結晶異方性の影響を受けるものであり、Ｘ軸に平行な境界の場合には、少なくとも一方の主面では、主面に対して垂直な断面を有する段差となる。また、上記段差が保持部側にずれて形成された場合には、段差の一部にえぐれ形状の断面が生じる場合もある。尚、ここでのえぐれ形状とは、段差の側面が垂直からさらに傾斜し、段差の側面と主面（保持部の主面または外枠部の主面）とのなす角が鋭角となるような形状を指す。

【0014】

水晶振動板では、振動部に形成される励振電極に接続される引出配線は、保持部を介して外枠部まで形成されるため、該引出配線は、保持部と外枠部との境界における段差部分を越える必要がある。また、引出配線は、スパッタリングによって金属膜を成膜した後、この金属膜をパターニングして形成される。

【0015】

このようにして形成される引出配線は、保持部と外枠部との境界に垂直段差が形成された場合、スパッタリングによる金属膜厚が確保されにくく、引出配線における断線が生じやすいといった問題がある。あるいは、断線とまではいかなくとも、配線の薄膜化により引出配線が高抵抗化する恐れもある。励振電極における引出配線の高抵抗化は、水晶振動デバイスの振動特性に悪影響を与える。また、上記段差にえぐれ形状の断面が生じた場合には、上記問題はより顕著となる。

【0016】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、振動部からの振動漏れを低減できると同時に、引出配線における断線等を抑制する水晶振動板および水晶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】

【0017】

上記の課題を解決するために、本発明の水晶振動板は、一主面に形成された第１励振電極と、他主面に形成された第２励振電極とが備えられた略矩形状の振動部と、前記振動部の角部から、ＡＴカットのＺ´軸方向に突出され、当該振動部を保持する保持部と、前記振動部の外周を取り囲むと共に、前記保持部を保持する外枠部とを有してなるＡＴカット型の水晶振動板であって、前記保持部と前記外枠部との境界が、前記外枠部の内周辺のうち、Ｘ軸と平行な辺上にあるとした場合、前記振動部と前記保持部との少なくとも一部は、前記外枠部よりも厚みを薄くされたエッチング領域とされており、当該エッチング領域によって前記保持部と前記外枠部との境界付近には段差が形成されており、前記第１励振電極および前記第２励振電極の引出配線が、前記段差と重畳するように前記保持部から前記外枠部に渡って形成されており、前記一主面および前記他主面の少なくとも一方では、前記引出配線と重畳する部分の前記段差の少なくとも一部が、平面視でＸ軸と平行とならないように形成されていることを特徴としている。

【0018】

保持部の厚みを外枠部よりも薄くするためのエッチング領域では、該エッチング領域の境界に水晶板の厚み差による段差が形成される。この段差には、エッチング領域の境界がＸ軸と平行となる部分で一主面および他主面の少なくとも一方で垂直断面（場合によってはえぐれ形状の断面）となる。これに対し、上記の構成によれば、引出配線と重畳する部分の段差の少なくとも一部において、平面視でＸ軸と平行とならない部分が形成される。この部分では、緩やかな段差を形成することができるため、段差上での引出配線の断線等を抑制できる。

【0019】

また、上記水晶振動板では、前記引出配線と重畳する部分の前記段差の少なくとも一部が、平面視でＸ軸と平行とならない直線部分として形成されている構成とすることができる。

【0020】

上記の構成によれば、引出配線と重畳する段差の少なくとも一部を直線部分とすることで、緩やかな段差部分を長く形成することができ、段差上での引出配線の断線等をより効果的に抑制できる。

【0021】

また、上記水晶振動板では、前記直線部分は、平面視でＸ軸と直交する構成とすることができる。

【0022】

上記の構成によれば、段差は平面視でＸ軸と直交する角度に近くなるほど緩やかとなり、段差は平面視でＸ軸と直交するように形成されている箇所で最も緩やかとなるため、段差上での引出配線の断線等をより効果的に抑制できる。

【0023】

また、上記水晶振動板では、前記直線部分の長さは、前記引出配線の線幅の半分以上である構成とすることができる。あるいは、上記水晶振動板では、前記直線部分の長さは、前記引出配線の線幅以上である構成とすることができる。

【0024】

上記の構成によれば、引出配線の線幅に対して直線部分のより長くすることで、引出配線の断線等をより効果的に抑制することができる。

【0025】

また、上記水晶振動板では、前記段差は、前記保持部と前記外枠部との境界よりも外枠部側に形成されている構成とすることができる。

【0026】

上記の構成によれば、保持部の強度を向上させることができると共に、段差においてえぐれ形状の断面が生じることも防止できる。

【0027】

また、上記水晶振動板では、前記一主面および前記他主面の少なくとも一方では、前記エッチング領域は前記保持部から前記外枠部の一部に入り込んで形成される入り込み部を有しており、当該入り込み部における前記エッチング領域の境界線が前記段差となるものであり、前記段差の−Ｘ側の始点は、前記保持部と前記外枠部との接続域の内側に形成されている構成とすることができる。

【0028】

上記の構成によれば、入り込み部の面積が抑制されることで、外枠部における封止部材との接合面積を確保できる。これにより、水晶振動デバイスにおいての接合強度および封止性の低下を抑制できる。

【0029】

また、本発明の水晶振動デバイスは、上記の課題を解決するために、上記記載の水晶振動板と、前記水晶振動板の前記一主面を覆う第１封止部材と、前記水晶振動板の前記他主面を覆う第２封止部材とが備えられたことを特徴としている。

【発明の効果】

【0030】

本発明の水晶振動板および水晶振動デバイスは、外枠部と保持部との接続部付近でのエッチング領域の境界に緩やかな段差部分を形成し、その緩やかな段差部分を越えるように励振電極の引出配線を形成することで、エッチング領域の境界に生じる段差上での配線の断線や高抵抗化を防止することができるといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本実施の形態にかかる水晶発振器の各構成を模式的に示した概略構成図である。

【図2】図２は、水晶発振器の第１封止部材の第１主面側の概略平面図である。

【図3】図３は、水晶発振器の第１封止部材の第２主面側の概略平面図である。

【図4】図４は、水晶発振器の水晶振動板の第１主面側の概略平面図である。

【図5】図５は、水晶発振器の水晶振動板の第２主面側の概略平面図である。

【図6】図６は、水晶発振器の第２封止部材の第１主面側の概略平面図である。

【図7】図７は、水晶発振器の第２封止部材の第２主面側の概略平面図である。

【図8】水晶振動板において水晶板へのエッチング工程が施された直後の状態を示す図であり、（ａ）は第１主面側の概略平面図、（ｂ）は第２主面側の概略平面図である。

【図9】水晶振動板における保持部と外枠部との接続箇所付近を示す拡大図であり、（ａ）は第１主面側の概略平面図、（ｂ），（ｃ）は第１主面側の概略断面図、（ｄ）は第２主面側の概略断面図である。

【図10】水晶振動板における保持部と外枠部との接続箇所付近を示す拡大図であり、エッチング領域および引出配線の形状を示す概略平面図である。

【図11】水晶振動板における保持部と外枠部との接続箇所付近を示す拡大図であり、（ａ），（ｂ）はエッチング領域および引出配線の形状の変形例を示す概略平面図である。

【図12】水晶振動板における保持部と外枠部との接続箇所付近を示す拡大図であり、（ａ），（ｂ）はエッチング領域および引出配線の形状の変形例を示す概略平面図である。

【図13】水晶振動板における保持部と外枠部との接続箇所付近を示す拡大図であり、エッチング領域および引出配線の形状の変形例を示す概略平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施の形態では、本発明を適用する水晶振動デバイスが水晶発振器である場合について説明する。但し、本発明が適用可能な水晶振動デバイスは水晶発振器に限定されるものではなく、水晶振動子に本発明を適用してもよい。

【0033】

−水晶発振器−
本実施の形態にかかる水晶発振器１０１は、図１に示すように、水晶振動板２、第１封止部材３、第２封止部材４、およびＩＣチップ５を備えて構成されている。この水晶発振器１０１では、水晶振動板２と第１封止部材３とが接合され、水晶振動板２と第２封止部材４とが接合されることによって、略直方体のサンドイッチ構造のパッケージ１２が構成される。また、第１封止部材３における水晶振動板２との接合面と反対側の主面に、ＩＣチップ５が搭載される。電子部品素子としてのＩＣチップ５は、水晶振動板２とともに発振回路を構成する１チップ集積回路素子である。

【0034】

水晶振動板２では、一方の主面である第１主面２１１に第１励振電極２２１が形成され、他方の主面である第２主面２１２に第２励振電極２２２が形成されている。そして、水晶発振器１０１においては、水晶振動板２の両主面（第１主面２１１、第２主面２１２）のそれぞれに第１封止部材３および第２封止部材４が接合されることで、パッケージ１２の内部空間が形成され、内部空間に第１励振電極２２１および第２励振電極２２２を含む振動部２２（図４，５参照）が気密封止されている。

【0035】

本実施の形態にかかる水晶発振器１０１は、例えば、１．０×０．８ｍｍのパッケージサイズであり、小型化と低背化とを図ったものである。また、小型化に伴い、パッケージ１２では、キャスタレーションを形成せずに、後述する貫通孔を用いて電極の導通を図っている。

【0036】

次に、上記した水晶発振器１０１における水晶振動板２、第１封止部材３および第２封止部材４の各部材について、図１〜７を用いて説明する。なお、ここでは、接合されていないそれぞれ単体として構成されている各部材について説明を行う。

【0037】

水晶振動板２は、図４，５に示すように、水晶からなる圧電基板であって、その両主面（第１主面２１１，第２主面２１２）が平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。本実施の形態では、水晶振動板２として、厚みすべり振動を行うＡＴカット水晶板が用いられている。図４，５に示す水晶振動板２では、水晶振動板２の両主面２１１，２１２が、ＸＺ´平面とされている。このＸＺ´平面において、水晶振動板２の短手方向（短辺方向）に平行な方向がＸ軸方向とされ、水晶振動板２の長手方向（長辺方向）に平行な方向がＺ´軸方向とされている。なお、ＡＴカットは、人工水晶の３つの結晶軸である電気軸（Ｘ軸）、機械軸（Ｙ軸）、および光学軸（Ｚ軸）のうち、Ｚ軸に対してＸ軸周りに３５°１５′だけ傾いた角度で切り出す加工手法である。ＡＴカット水晶板では、Ｘ軸は水晶の結晶軸に一致する。Ｙ´軸およびＺ´軸は、水晶の結晶軸のＹ軸およびＺ軸からそれぞれ３５°１５′傾いた軸に一致する。Ｙ´軸方向およびＺ´軸方向は、ＡＴカット水晶板を切り出すときの切り出し方向に相当する。

【0038】

水晶振動板２の両主面２１１，２１２には、一対の励振電極（第１励振電極２２１，第２励振電極２２２）が形成されている。水晶振動板２は、略矩形に形成された振動部２２と、この振動部２２の外周を取り囲む外枠部２３と、振動部２２と外枠部２３とを連結することで振動部２２を保持する保持部２４とを有している。すなわち、水晶振動板２は、振動部２２、外枠部２３および保持部２４が一体的に設けられた構成となっている。

【0039】

本実施の形態では、保持部２４は、振動部２２と外枠部２３との間の１箇所のみに設けられている。また、詳しくは後述するが、振動部２２および保持部２４は、基本的には外枠部２３よりも薄く形成されている。このような外枠部２３と保持部２４との厚みの違いにより、外枠部２３と保持部２４の圧電振動の固有振動数が異なることになり、保持部２４の圧電振動に外枠部２３が共鳴しにくくなる。尚、保持部２４の形成箇所は１か所に限定されるものではなく、保持部２４は、振動部２２と外枠部２３との間の２箇所（例えば、−Ｚ´軸方向の両側）に設けられていてもよい。

【0040】

保持部２４は、振動部２２の＋Ｘ方向かつ−Ｚ´方向に位置する１つの角部のみから、−Ｚ´方向に向けて外枠部２３まで延びている（突出している）。このように、振動部２２の外周端部のうち、圧電振動の変位が比較的小さい角部に保持部２４が設けられているので、保持部２４を角部以外の部分（辺の中央部）に設けた場合に比べて、保持部２４を介して圧電振動が外枠部２３に漏れることを抑制することができ、より効率的に振動部２２を圧電振動させることができる。また、保持部２４を２つ以上設けた場合に比べて、振動部２２に作用する応力を低減することができ、そのような応力に起因する圧電振動の周波数シフトを低減して圧電振動の安定性を向上させることができる。

【0041】

第１励振電極２２１は振動部２２の第１主面２１１側に設けられ、第２励振電極２２２は振動部２２の第２主面２１２側に設けられている。第１励振電極２２１，第２励振電極２２２には、これらの励振電極を外部電極端子に接続するための引出配線（第１引出配線２２３，第２引出配線２２４）が接続されている。第１引出配線２２３は、第１励振電極２２１から引き出され、保持部２４を経由して、外枠部２３に形成された接続用接合パターン２７に繋がっている。第２引出配線２２４は、第２励振電極２２２から引き出され、保持部２４を経由して、外枠部２３に形成された接続用接合パターン２８に繋がっている。このように、保持部２４の第１主面２１１側に第１引出配線２２３が形成され、保持部２４の第２主面２１２側に第２引出配線２２４が形成されている。

【0042】

水晶振動板２の両主面（第１主面２１１，第２主面２１２）には、水晶振動板２を第１封止部材３および第２封止部材４に接合するための振動側封止部がそれぞれ設けられている。第１主面２１１の振動側封止部としては、第１封止部材３に接合するための振動側第１接合パターン２５１が形成されている。また、第２主面２１２の振動側封止部としては、第２封止部材４に接合するための振動側第２接合パターン２５２が形成されている。振動側第１接合パターン２５１および振動側第２接合パターン２５２は、外枠部２３に設けられており、平面視で環状に形成されている。第１励振電極２２１，第２励振電極２２２は、振動側第１接合パターン２５１および振動側第２接合パターン２５２とは電気的に接続されていない。

【0043】

また、水晶振動板２には、図４，５に示すように、第１主面２１１と第２主面２１２との間を貫通する５つの貫通孔が形成されている。具体的には、４つの第１貫通孔２６１は、外枠部２３の４隅（角部）の領域にそれぞれ設けられている。第２貫通孔２６２は、外枠部２３であって、振動部２２のＺ´軸方向の一方側（図４，５では、＋Ｚ´方向側）に設けられている。第１貫通孔２６１の周囲には、それぞれ接続用接合パターン２５３が形成されている。また、第２貫通孔２６２の周囲には、第1主面２１１側では接続用接合パターン２５４が、第２主面２１２側では接続用接合パターン２８が形成されている。

【0044】

第１貫通孔２６１および第２貫通孔２６２には、第１主面２１１と第２主面２１２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、貫通孔それぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第１貫通孔２６１および第２貫通孔２６２それぞれの中央部分は、第１主面２１１と第２主面２１２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。

【0045】

水晶振動板２において、第１励振電極２２１、第２励振電極２２２、第１引出配線２２３，第２引出配線２２４、第１接合パターン２５１、振動側第２接合パターン２５２、および接続用接合パターン２５３，２５４，２７，２８は、同一のプロセスで形成することができる。具体的には、これらは、水晶振動板２の両主面２１１，２１２上に物理的気相成長させて形成された下地膜と、当該下地膜上に物理的気相成長させて積層形成された接合膜とから形成することができる。なお、本実施の形態では、下地膜には、Ｔｉ（もしくはＣｒ）が用いられ、接合膜にはＡｕが用いられている。

【0046】

第１封止部材３は、図２，３に示すように、１枚のガラスウエハから形成された直方体の基板であり、この第１封止部材３の第２主面３１２（水晶振動板２に接合する面）は平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。

【0047】

第１封止部材３の第１主面３１１（ＩＣチップ５を搭載する面）には、図２に示すように、発振回路素子であるＩＣチップ５を搭載する搭載パッドを含む６つの電極パターン３７が形成されている。ＩＣチップ５は、金属バンプ（例えばＡｕバンプ等）３８（図１参照）を用いて電極パターン３７に、ＦＣＢ（Flip Chip Bonding）法により接合される。

【0048】

第１封止部材３には、図２，３に示すように、６つの電極パターン３７のそれぞれと接続され、第１主面３１１と第２主面３１２との間を貫通する６つの貫通孔が形成されている。具体的には、４つの第３貫通孔３２２が、第１封止部材３の４隅（角部）の領域に設けられている。第４，第５貫通孔３２３，３２４は、図２，３のＡ２方向およびＡ１方向にそれぞれ設けられている。なお、図２，３，６，７のＡ１およびＡ２方向は、図４，５の−Ｚ´方向および＋Ｚ´方向にそれぞれ一致し、図２，３，６，７のＢ１およびＢ２方向は、図４，５の−Ｘ方向および＋Ｘ方向にそれぞれ一致する。

【0049】

第３貫通孔３２２および第４，第５貫通孔３２３，３２４には、第１主面３１１と第２主面３１２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、貫通孔それぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第３貫通孔３２２および第４，第５貫通孔３２３，３２４それぞれの中央部分は、第１主面３１１と第２主面３１２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。

【0050】

第１封止部材３の第２主面３１２には、水晶振動板２に接合するための封止側第１封止部としての封止側第１接合パターン３２１が形成されている。封止側第１接合パターン３２１は、平面視で環状に形成されている。

【0051】

また、第１封止部材３の第２主面３１２では、第３貫通孔３２２の周囲には、それぞれ接続用接合パターン３４が形成されている。第４貫通孔３２３の周囲には接続用接合パターン３５１が、第５貫通孔３２４の周囲には接続用接合パターン３５２が形成されている。さらに、接続用接合パターン３５１に対して第１封止部材３の長軸方向の反対側（Ａ２方向側）には接続用接合パターン３５３が形成されており、接続用接合パターン３５１と接続用接合パターン３５３とは配線パターン３３によって接続されている。尚、接続用接合パターン３５３は、接続用接合パターン３５２とは接続されていない。

【0052】

第１封止部材３において、封止側第１接合パターン３２１、接続用接合パターン３４，３５１〜３５３、および配線パターン３３は、同一のプロセスで形成することができる。具体的には、これらは、第１封止部材３の第２主面３１２上に物理的気相成長させて形成された下地膜と、当該下地膜上に物理的気相成長させて積層形成された接合膜とから形成することができる。なお、本実施の形態では、下地膜には、Ｔｉ（もしくはＣｒ）が用いられ、接合膜にはＡｕが用いられている。

【0053】

第２封止部材４は、図６，７に示すように、１枚のガラスウエハから形成された直方体の基板であり、この第２封止部材４の第１主面４１１（水晶振動板２に接合する面）は平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。

【0054】

この第２封止部材４の第１主面４１１には、水晶振動板２に接合するための封止側第２封止部としての封止側第２接合パターン４２１が形成されている。封止側第２接合パターン４２１は、平面視で環状に形成されている。

【0055】

第２封止部材４の第２主面４１２（水晶振動板２に面しない外方の主面）には、外部に電気的に接続する４つの外部電極端子４３が設けられている。外部電極端子４３は、第２封止部材４の４隅（角部）にそれぞれ位置する。

【0056】

第２封止部材４には、図６，７に示すように、第１主面４１１と第２主面４１２との間を貫通する４つの貫通孔が形成されている。具体的には、４つの第６貫通孔４４は、第２封止部材４の４隅（角部）の領域に設けられている。第６貫通孔４４には、第１主面４１１と第２主面４１２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、貫通孔それぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第６貫通孔４４それぞれの中央部分は、第１主面４１１と第２主面４１２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。また、第２封止部材４の第１主面４１１では、第６貫通孔４４の周囲には、それぞれ接続用接合パターン４５が形成されている。

【0057】

第２封止部材４において、封止側第２接合パターン４２１、および接続用接合パターン４５は、同一のプロセスで形成することができる。具体的には、これらは、第２封止部材４の第１主面４１１上に物理的気相成長させて形成された下地膜と、当該下地膜上に物理的気相成長させて積層形成された接合膜とから形成することができる。なお、本実施の形態では、下地膜には、Ｔｉ（もしくはＣｒ）が用いられ、接合膜にはＡｕが用いられている。

【0058】

上記の水晶振動板２、第１封止部材３、および第２封止部材４を含む水晶発振器１０１では、水晶振動板２と第１封止部材３とが振動側第１接合パターン２５１および封止側第１接合パターン３２１を重ね合わせた状態で拡散接合され、水晶振動板２と第２封止部材４とが振動側第２接合パターン２５２および封止側第２接合パターン４２１を重ね合わせた状態で拡散接合されて、図１に示すサンドイッチ構造のパッケージ１２が製造される。これにより、パッケージ１２の内部空間、つまり、振動部２２の収容空間が気密封止される。

【0059】

この際、上述した接続用接合パターン同士も重ね合わせられた状態で拡散接合される。そして、接続用接合パターン同士の接合により、水晶発振器１０１では、第１励振電極２２１、第２励振電極２２２、ＩＣチップ５および外部電極端子４３の電気的導通が得られるようになっている。

【0060】

具体的には、第１励振電極２２１は、第１引出配線２２３、接続用接合パターン２７と接続用接合パターン３５３との接合部、配線パターン３３、接続用接合パターン３５１、第４貫通孔３２３内の貫通電極、および電極パターン３７を順に経由して、ＩＣチップ５に接続される。第２励振電極２２２は、第２引出配線２２４、接続用接合パターン２８、第２貫通孔２６２内の貫通電極、接続用接合パターン２５４と接続用接合パターン３５２との接合部、第５貫通孔３２４内の貫通電極、および電極パターン３７を順に経由して、ＩＣチップ５に接続される。また、ＩＣチップ５は、電極パターン３７、第３貫通孔３２２内の貫通電極、接続用接合パターン３４と接続用接合パターン２５３との接合部、第１貫通孔２６１内の貫通電極、接続用接合パターン２５３と接続用接合パターン４５との接合部、および第６貫通孔４４内の貫通電極を順に経由して、外部電極端子４３に接続される。

【0061】

以上が本実施の形態にかかる水晶発振器１０１の基本構造であるが、本発明における特徴点は、水晶振動板２において、外枠部２３と保持部２４との厚みの違いにより生じる段差部の形状と、該段差部に形成される引出配線の位置関係とにある。これより、この特徴点について詳細に説明する。

【0062】

図８は、水晶振動板２において、水晶板へのエッチング工程が施された直後（電極や配線が形成される前）の状態を示す図であり、（ａ）は第１主面２１１側の平面図、（ｂ）は第２主面２１２側の平面図である。尚、図８に示す例では、振動部の中央にメサ構造を形成しない場合を例示しており、矩形状の水晶板に対し、外形形成エッチングおよび周波数調整エッチングの２回のエッチング処理が行われるものとする。

【0063】

外形形成エッチングでは、矩形状の水晶板に切り抜き部を形成し、振動部２２、外枠部２３および保持部２４の外形形状を形成する。また、水晶振動板２における貫通孔も外形形成エッチングにおいて形成される。

【0064】

周波数調整エッチングは、水晶振動デバイスの発振振動数を所定の値とするために、振動部２２および保持部２４の厚みを調整するエッチング工程である。図８では、周波数調整エッチングによるエッチング領域Ｅｇを斜線ハッチングにて示している。エッチング領域Ｅｇは、振動部２２と保持部２４の少なくとも一部とを含み、外枠部２３よりも厚みが薄くなっている。

【0065】

エッチング領域Ｅｇの境界には、水晶板の厚み差による段差が形成される。この時、段差となる境界線がＸ軸に平行であれば、この段差が水晶板の主面に対して垂直な断面を有する段差となったり、場合によっては、段差の側面が垂直からさらに傾斜し、段差の側面と主面（保持部の主面または外枠部の主面）とのなす角が鋭角となるようなえぐれ形状となることは上述した通りである。また、このような垂直断面の段差やえぐれ形状を有する段差を越えるようにして励振電極からの引出配線を形成すると、この引出配線において断線が生じやすくなることも上述した通りである。

【0066】

そして、本実施の形態では、保持部２４は、振動部２２の＋Ｘ方向かつ−Ｚ´方向に位置する１つの角部のみから、−Ｚ´方向に向けて外枠部２３まで延びている（突出している）。この場合、保持部２４と外枠部２３との境界は、外枠部の内周辺のうちＸ軸と平行な辺上に存在する。したがって、エッチング領域Ｅｇの境界を保持部２４と外枠部２３との境界に合わせると（図９（ａ）参照）、上述したように、エッチング領域Ｅｇの境界に垂直断面の段差が生じたり（図９（ｂ）参照）、えぐれ形状を有する段差が生じたりする（図９（ｃ）参照）。但し、このような垂直断面の段差は、水晶板の結晶異方性により、両主面に生じるのではなく、基本的には一方の主面にしか生じない。すなわち、第１主面２１１側におけるエッチング領域Ｅｇの境界が垂直断面の段差になるとすれば、第２主面２１２側におけるエッチング領域Ｅｇの境界は緩やかな段差になる（図９（ｄ）参照）。尚、ここでの緩やかな段差とは、段差の側面が傾斜し、段差の側面と主面（保持部の主面または外枠部の主面）とのなす角が鈍角となるような形状を指す。

【0067】

本実施の形態に係る水晶振動板２では、励振電極からの引出配線における断線等を抑制するため、エッチング領域Ｅｇの境界形状を工夫した点に特徴がある。しかしながら、このような工夫が必要となるのは、水晶板の一方の主面（ここでは第１主面２１１）のみであるため、他方の主面（ここでは第２主面２１２）は、従来のように、エッチング領域Ｅｇの境界を保持部２４と外枠部２３との境界に合わせてもよい（図８（ｂ）参照）。

【0068】

本発明の特徴である断線抑制対策が施される水晶振動板２の第１主面２１１では、図１０に示すように、エッチング領域Ｅｇの境界を保持部２４と外枠部２３との境界に合わせることはせず、エッチング領域Ｅｇの境界の少なくとも一部を、Ｘ軸に平行とならない境界線Ｌ１とする。この場合、境界線Ｌ１において生じる段差は、垂直断面やえぐれ形状を有する段差とはならず、緩やかな段差になる。そして、第１主面２１１に形成される第１引出配線２２３は、境界線Ｌ１の少なくとも一部を越えるようにして形成される。

【0069】

これにより、第１引出配線２２３と重畳する部分の段差の少なくとも一部が、平面視でＸ軸と平行とならないように形成される。第１引出配線２２３と重畳する段差のうち、Ｘ軸と平行とならない部分では、緩やかな段差の上に第１引出配線２２３が形成されることになるため、この部分では配線膜厚を十分に確保することができ、第１引出配線２２３の断線や高抵抗化を抑制することができる。

【0070】

尚、エッチング領域Ｅｇの境界の形状は、図１０に示す例に限定されるものではなく、他に様々な形状例が考えられる。エッチング領域Ｅｇの境界形状のいくつかの変形例を図１１（ａ），（ｂ）、図１２（ａ），（ｂ）および図１３に示す。

【0071】

図１０に示す例では、エッチング領域Ｅｇの境界は、その全てがＸ軸に平行とならない境界線Ｌ１ではなく、一部にＸ軸に平行となる境界線Ｌ２を含んでいる。しかしながら、図１１（ａ），（ｂ）および図１３に示すように、エッチング領域Ｅｇの境界の全てがＸ軸に平行とならない境界線Ｌ１であってもよい。

【0072】

また、Ｘ軸に平行とならない境界線Ｌ１は、図１１（ａ）に示すように平面視で曲線（例えば円弧）であってもよく、図１１（ｂ）、図１２（ａ），（ｂ）および図１３に示すように平面視で直線であってもよい。但し、境界線Ｌ１は直線とした方が、緩やかな段差部分を長く形成することができるため、第１引出配線２２３と重畳する段差の少なくとも一部は、段差上での第１引出配線２２３の断線等をより効果的に抑制するために直線部分として形成されていることが好ましい。

【0073】

また、直線として形成される境界線Ｌ１は、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、平面視でＸ軸と直交するように形成されていることが好ましい。これは、上記段差は平面視でＸ軸と直交する角度に近くなるほど段差が緩やかとなり、Ｘ軸と直交するように形成されている箇所で最も緩やかとなるためである。すなわち、第１引出配線２２３と重畳する段差の少なくとも一部をＸ軸と直交する直線とすることで、第１引出配線２２３の断線等をより効果的に抑制することができる。

【0074】

尚、第１引出配線２２３と重畳する段差に直線部分を設ける場合、この直線部分の長さＷ１は第１引出配線２２３の線幅Ｗ２の半分以上とすることが好ましい（図１２（ｂ）参照）。さらには、第１引出配線２２３と重畳する段差に直線部分を設ける場合、この直線部分の長さは第１引出配線２２３の線幅以上とすることが好ましい（図１１（ｂ）、図１２（ａ）参照）。すなわち、第１引出配線２２３の線幅に対して、上記直線部分の長さを長くするほど、第１引出配線２２３の断線等をより効果的に抑制することができる。

【0075】

また、図１０、図１１（ａ），（ｂ）および図１２（ａ），（ｂ）の例では、エッチング領域Ｅｇの境界（すなわち段差）は、保持部２４と外枠部２３との境界よりも外枠部２３側に形成されている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図１３に示すように、エッチング領域Ｅｇの境界は、保持部２４と外枠部２３との境界よりも保持部２４側に形成されていてもよい。但し、段差が保持部２４側に形成される場合には、該段差において＋Ｘ側の境界に上述したえぐれ形状の断面が生じやすくなるため、これを防止するためには、エッチング領域Ｅｇの境界は外枠部２３側に形成されることが好ましい。

【0076】

また、エッチング領域Ｅｇの境界（すなわち段差）を、保持部２４と外枠部２３との境界よりも外枠部２３側に形成する場合、エッチング領域Ｅｇは外枠部２３の一部に入り込んで形成される入り込み部を有する。そして、この入り込み部における−Ｘ側の始点Ｐは、図１０に示すように、保持部２４と外枠部２３との接続域Ｒの内側に形成される構成とすることができる。この構成では、入り込み部の面積が抑制されることで、外枠部２３における封止部材（第１封止部材３、第２封止部材４）との接合面積を確保できる。これにより、水晶振動デバイス（例えば、水晶発振器１０１）においての接合強度および封止性の低下を抑制できる。

【0077】

また、外枠部２３に上記入り込み部が形成される場合、始点Ｐが、保持部２４の−Ｘ側の辺の延長線上に形成されていると、周波数調整エッチングの際に保持部２４と外枠部２３との接続部に窪みが発生することが本願発明者によって見出された。このような窪みが発生すると、保持部２４と外枠部２３との接続部において該窪みが応力集中点となり、水晶振動デバイスの耐衝撃性が低下する。図１０に示すように、始点Ｐを保持部２４と外枠部２３との接続域Ｒの内側に形成する構成では、上記窪みの発生が回避でき、その結果、水晶振動デバイスにおける耐衝撃性の低下を防止できる。

【0078】

今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

【符号の説明】

【0079】

２ 水晶振動板
３ 第１封止部材
４ 第２封止部材
５ ＩＣチップ
１２ パッケージ
２２ 振動部
２３ 外枠部
２４ 保持部
１０１ 水晶発振器（水晶発振デバイス）
２１１ 第１主面
２１２ 第２主面
２２１ 第１励振電極
２２２ 第２励振電極
２２３ 第１引出配線
２２４ 第２引出配線
Ｅｇ エッチング領域
Ｌ１ Ｘ軸に平行とならない境界線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】