特許 6874722 圧電振動デバイス

(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】6874722

(24)【登録日】2021年4月26日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】圧電振動デバイス

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/19 20060101AFI20210510BHJP

   H01L 23/08 20060101ALI20210510BHJP

   H01L 23/04 20060101ALI20210510BHJP

【ＦＩ】

   H03H9/19 D

   H01L23/08 Z

   H01L23/04 E

【請求項の数】2

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-45859(P2018-45859)

(22)【出願日】2018年3月13日

(65)【公開番号】特開2019-161459(P2019-161459A)

(43)【公開日】2019年9月19日

【審査請求日】2020年9月18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】藤原 宏樹

【審査官】 橋本 和志

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／１９９６４５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−２３２７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０１６４８７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｈ ９／１９

Ｈ０１Ｌ ２３／０４

Ｈ０１Ｌ ２３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電振動板と、
前記圧電振動板の一主面側を覆う第１封止部材と、
前記圧電振動板の他主面側を覆う第２封止部材と、が設けられ、
前記第１封止部材と前記圧電振動板とが接合され、前記第２封止部材と前記圧電振動板とが接合されて、第１励振電極と第２励振電極とを含む前記圧電振動板の振動部を気密封止した内部空間が形成された圧電振動デバイスにおいて、
前記圧電振動板は、振動部と、前記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おり、
前記第１封止部材は、ＡＴカット型の水晶板から形成されており、
前記第１封止部材には、前記圧電振動板における外枠部の内周縁部の＋Ｚ’方向側にスルーホールが設けられており、
前記スルーホールは、前記圧電振動板との接合面と反対側の主面において、周辺部から中央部の貫通孔に向けての傾斜面を有しており、
前記傾斜面では、少なくとも前記貫通孔から−Ｚ’方向側および＋Ｘ方向側の領域に、前記スルーホールの外周側に段差部が形成されており、前記段差部の深さが、５μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする圧電振動デバイス。

【請求項2】

圧電振動板と、
前記圧電振動板の一主面側を覆う第１封止部材と、
前記圧電振動板の他主面側を覆う第２封止部材と、が設けられ、
前記第１封止部材と前記圧電振動板とが接合され、前記第２封止部材と前記圧電振動板とが接合されて、第１励振電極と第２励振電極とを含む前記圧電振動板の振動部を気密封止した内部空間が形成された圧電振動デバイスにおいて、
前記圧電振動板は、振動部と、前記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おり、
前記第１封止部材は、ＡＴカット型の水晶板から形成されており、
前記第１封止部材には、前記圧電振動板における外枠部の内周縁部の＋Ｚ’方向側にスルーホールが設けられており、
前記スルーホールは、前記圧電振動板との接合面と反対側の主面において、周辺部から中央部の貫通孔に向けての傾斜面を有しており、
前記傾斜面では、少なくとも前記貫通孔から−Ｚ’方向側および＋Ｘ方向側の領域に、前記スルーホールの外周側に段差部が形成されており、前記段差部の内周縁と外周縁との間の最大距離が、５μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする圧電振動デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電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、圧電振動デバイス（例えば水晶振動子、水晶発振器など）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】

この種の圧電振動デバイスでは、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、例えば水晶からなり両主面に励振電極が形成された圧電振動板とから構成され、第１封止部材と第２封止部材とが圧電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）に配された圧電振動板の振動部（励振電極）が気密封止されている（例えば、特許文献１）。以下、このような圧電振動デバイスの積層形態をサンドイッチ構造という。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−２５２０５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおいても、さらなる小面積化が求められている。しかしながら、サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおいて小面積化を図り、かつ、第１封止部材をＡＴカット水晶板にて形成した場合、第１封止部材に形成されるスルーホールに亀裂が生じ易くなるといった課題が本願発明者により発見された。

【0006】

ここで、図１２は、サンドイッチ構造の圧電振動デバイス５００の概略構成を示す断面図である。圧電振動デバイス５００は、水晶振動板５１０、第１封止部材５２０および第２封止部材５３０を備えており、水晶振動板５１０と第１封止部材５２０とが接合され、水晶振動板５１０と第２封止部材５３０とが接合されることによって、略直方体のパッケージが構成される。

【0007】

水晶振動板５１０は、両面に一対の励振電極（図示せず）が形成された振動部５１１と、この振動部５１１の外周を取り囲む外枠部５１２と、振動部５１１と外枠部５１２とを連結することで振動部５１１を保持する保持部５１３とを有している。すなわち、水晶振動板５１０は、振動部５１１、外枠部５１２および保持部５１３が一体的に設けられた構成となっている。

【0008】

また、小型化の図られた圧電振動デバイス５００では、通常、スルーホール５５０によって電極や配線の導通が得られている。第１封止部材５２０にスルーホール５５０が設けられる場合、このスルーホール５５０は水晶振動板５１０の外枠部５１２と重なる領域に形成される。

【0009】

図１３（ａ）に示すように、圧電振動デバイス５００のハンドリング時や圧電振動デバイス５００上へのＩＣチップ搭載時などにおいて、第１封止部材５２０の中央部付近（力点Ｐ１）に上方から外力Ｆ１が作用する場合がある。この時、てこの原理によって、水晶振動板５１０の外枠部５１２の内周縁部が支点Ｐ２となり、スルーホール５５０の内周縁部は作用点Ｐ３となり、この作用点Ｐ３には応力Ｆ３が発生する。

【0010】

圧電振動デバイス５００においてさらなる小面積化を図る場合には、図１３（ｂ）に示すように、外枠部５１２が狭幅化される。このように外枠部５１２が狭幅化された圧電振動デバイス５００では、てこの原理でスルーホール５５０に応力Ｆ３が発生する場合、その応力Ｆ３は図１３（ａ）における応力Ｆ３に比べて大幅に大きな力となり得る。これは、外枠部５１２の狭幅化により、力点Ｐ１と支点Ｐ２との間の距離に対し、支点Ｐ２と作用点Ｐ３との間の距離が小さくなるためである。

【0011】

このように、圧電振動デバイスの小面積化（水晶振動板における外枠部の狭幅化）に伴い、スルーホールの縁部に発生する応力が増大することで、スルーホールに亀裂が生じ易くなると考えられる。

【0012】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、スルーホールにおける応力集中を緩和し、亀裂の発生を抑制できるサンドイッチ構造の圧電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】

【0013】

上記の課題を解決するために、本発明の圧電振動デバイスは、圧電振動板と、前記圧電振動板の一主面側を覆う第１封止部材と、前記圧電振動板の他主面側を覆う第２封止部材と、が設けられ、前記第１封止部材と前記圧電振動板とが接合され、前記第２封止部材と前記圧電振動板とが接合されて、第１励振電極と第２励振電極とを含む前記圧電振動板の振動部を気密封止した内部空間が形成された圧電振動デバイスにおいて、前記圧電振動板は、振動部と、前記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おり、前記第１封止部材は、ＡＴカット型の水晶板から形成されており、前記第１封止部材には、前記圧電振動板における外枠部の内周縁部の＋Ｚ’方向側にスルーホールが設けられており、前記スルーホールは、前記圧電振動板との接合面と反対側の主面において、周辺部から中央部の貫通孔に向けての傾斜面を有しており、前記傾斜面では、少なくとも前記貫通孔から−Ｚ’方向側および＋Ｘ方向側の領域に、前記スルーホールの外周側に段差部が形成されていることを特徴としている。

【0014】

上記の構成によれば、サンドイッチ構造の圧電振動デバイスに形成されるスルーホールにおいて応力集中を緩和し、亀裂の発生を抑制することができる。すなわち、従来のスルーホールでは、スルーホールの内壁面に生じる２本の稜線がＡＴカット型の水晶板の主面に到達し、かつ、スルーホールの外周上で交差することで応力集中点となって亀裂発生の起点となっていた。これに対し、上記の構成のスルーホールでは、スルーホールの外周側に段差部を形成したことにより、上記２本の稜線の交差が段差部によって遮断され、ＡＴカット水晶板の主面に到達することを回避できる。その結果、スルーホールの外周縁部上における応力集中点の発生を防止でき、応力集中点が起点となる亀裂の発生を抑制することができる。

【0015】

また、上記圧電振動デバイスでは、前記段差部の深さが、５μｍ以上２０μｍ以下である構成、あるいは、前記段差部の内周縁と外周縁との間の最大距離が、５μｍ以上２０μｍ以下である構成とすることができる。

【0016】

上記の構成によれば、段差部の大きさを適切なものとすることができ、応力集中による亀裂発生を効果的に抑制できる。すなわち、段差部は小さすぎると、応力集中箇所がスルーホール外周縁に近い箇所に発生するため、亀裂発生の抑制効果が低下する。また、段差部は大きすぎても、段差部の外周側に新たな応力集中箇所が発生し、亀裂発生の抑制効果が低下する。

【発明の効果】

【0017】

本発明の圧電振動デバイスは、スルーホールの外周縁部上に応力集中点が発生することを防止でき、該応力集中点が起点となる亀裂の発生を抑制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】

【0018】

【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】ＡＴカット水晶板に円形マスクを用いたエッチングによりスルーホールを形成した場合のスルーホール形状を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。

【図9】（ａ）は本実施の形態に係るスルーホールの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【図10】本実施の形態に係るスルーホールの形成過程を示す断面図であり、（ａ）は１回目のエッチングが終わった状態、（ｂ）は２回目のエッチングが終わった状態を示す。

【図11】（ａ），（ｂ）はスルーホールの作成に使用されるマスクの形状を示す平面図である。

【図12】サンドイッチ構造の圧電振動デバイスの概略構成を示す断面図である。

【図13】サンドイッチ構造の圧電振動デバイスにおいて、スルーホールでの応力発生原理を示す図であり、（ａ）が通常サイズの圧電振動デバイスの場合、（ｂ）が小面積サイズの圧電振動デバイスの場合を示す。

【発明を実施するための形態】

【0019】

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、本発明を適用する圧電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。

【0020】

−水晶発振器−
先ずは、本実施の形態にかかる水晶発振器１００の基本的な構造を説明する。水晶発振器１００は、図１に示すように、水晶振動板（圧電振動板）１０、第１封止部材２０、第２封止部材３０、およびＩＣチップ４０を備えて構成されている。この水晶発振器１００では、水晶振動板１０と第１封止部材２０とが接合され、水晶振動板１０と第２封止部材３０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が構成される。すなわち、水晶発振器１００においては、水晶振動板１０の両主面のそれぞれに第１封止部材２０および第２封止部材３０が接合されることでパッケージの内部空間が形成され、この内部空間に振動部１１（図４，５参照）が気密封止される。

【0021】

また、第１封止部材２０における水晶振動板１０との接合面と反対側の主面には、ＩＣチップ４０が搭載される。電子部品素子としてのＩＣチップ４０は、水晶振動板１０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。

【0022】

本実施の形態にかかる水晶発振器１００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、パッケージでは、キャスタレーションを形成せずに、後述するスルーホールを用いて電極の導通を図っている。

【0023】

次に、上記した水晶発振器１００における水晶振動板１０、第１封止部材２０および第２封止部材３０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。尚、図２〜７は、水晶振動板１０、第１封止部材２０および第２封止部材３０のそれぞれの一構成例を示しているに過ぎず、これらは本発明を限定するものではない。

【0024】

水晶振動板１０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１０１，第２主面１０２）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１０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１０では、水晶振動板１０の両主面１０１，１０２が、ＸＺ´平面とされている。このＸＺ´平面において、水晶振動板１０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１０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軸からそれぞれ概ね３５°１５′傾いた（この切断角度はＡＴカット水晶振動板の周波数温度特性を調整する範囲で多少変更してもよい）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。

【0025】

水晶振動板１０の両主面１０１，１０２には、一対の励振電極（第１励振電極１１１，第２励振電極１１２）が形成されている。水晶振動板１０は、略矩形に形成された振動部１１と、この振動部１１の外周を取り囲む外枠部１２と、振動部１１と外枠部１２とを連結することで振動部１１を保持する保持部１３とを有している。すなわち、水晶振動板１０は、振動部１１、外枠部１２および保持部１３が一体的に設けられた構成となっている。保持部１３は、振動部１１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１２まで延びている（突出している）。

【0026】

第１励振電極１１１は振動部１１の第１主面１０１側に設けられ、第２励振電極１１２は振動部１１の第２主面１０２側に設けられている。第１励振電極１１１，第２励振電極１１２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１１３，第２引出配線１１４）が接続されている。第１引出配線１１３は、第１励振電極１１１から引き出され、保持部１３を経由して、外枠部１２に形成された接続用接合パターン１４に繋がっている。第２引出配線１１４は、第２励振電極１１２から引き出され、保持部１３を経由して、外枠部１２に形成された接続用接合パターン１５に繋がっている。

【0027】

水晶振動板１０の両主面（第１主面１０１，第２主面１０２）には、水晶振動板１０を第１封止部材２０および第２封止部材３０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１０１の振動側封止部としては振動側第１接合パターン１２１が形成されており、第２主面１０２の振動側封止部としては振動側第２接合パターン１２２が形成されている。振動側第１接合パターン１２１および振動側第２接合パターン１２２は、外枠部１２に設けられており、平面視で環状に形成されている。

【0028】

また、水晶振動板１０には、図４，５に示すように、第１主面１０１と第２主面１０２との間を貫通する５つのスルーホールが形成されている。具体的には、４つの第１スルーホール１６１は、外枠部１２の４隅（角部）の領域にそれぞれ設けられている。第２スルーホール１６２は、外枠部１２であって、振動部１１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スルーホール１６１の周囲には、それぞれ接続用接合パターン１２３が形成されている。また、第２スルーホール１６２の周囲には、第１主面１０１側では接続用接合パターン１２４が、第２主面１０２側では接続用接合パターン１５が形成されている。

【0029】

第１スルーホール１６１および第２スルーホール１６２には、第１主面１０１と第２主面１０２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、スルーホールそれぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第１スルーホール１６１および第２スルーホール１６２それぞれの中央部分は、第１主面１０１と第２主面１０２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。

【0030】

第１封止部材２０は、図２，３に示すように、１枚のＡＴカット水晶板から形成された直方体の基板であり、この第１封止部材２０の第２主面２０２（水晶振動板１０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。尚、第１封止部材２０は振動部を有するものではないが、水晶振動板１０と同様にＡＴカット水晶板を用いることで、水晶振動板１０と第１封止部材２０の熱膨張率を同じにすることができ、水晶発振器１００における熱変形を抑制することができる。また、第１封止部材２０におけるＸ軸、Ｙ軸およびＺ´軸の向きも水晶振動板１０と同じとされている。

【0031】

第１封止部材２０の第１主面２０１（ＩＣチップ４０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４０を搭載する搭載パッドを含む６つの電極パターン２２が形成されている。ＩＣチップ４０は、金属バンプ（例えばＡｕバンプなど）２３（図１参照）を用いて電極パターン２２に、ＦＣＢ（Flip Chip Bonding）法により接合される。

【0032】

第１封止部材２０には、図２，３に示すように、６つの電極パターン２２のそれぞれと接続され、第１主面２０１と第２主面２０２との間を貫通する６つのスルーホールが形成されている。具体的には、４つの第３スルーホール２１１が、第１封止部材２０の４隅（角部）の領域に設けられている。第４，第５スルーホール２１２，２１３は、図２，３の＋Ｚ´方向および−Ｚ´方向にそれぞれ設けられている。

【0033】

第３スルーホール２１１および第４，第５スルーホール２１２，２１３には、第１主面２０１と第２主面２０２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、スルーホールそれぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第３スルーホール２１１および第４，第５スルーホール２１２，２１３それぞれの中央部分は、第１主面２０１と第２主面２０２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。

【0034】

第１封止部材２０の第２主面２０２には、水晶振動板１０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２４が形成されている。封止側第１接合パターン２４は、平面視で環状に形成されている。

【0035】

また、第１封止部材２０の第２主面２０２では、第３スルーホール２１１の周囲に接続用接合パターン２５がそれぞれ形成されている。第４スルーホール２１２の周囲には接続用接合パターン２６１が、第５スルーホール２１３の周囲には接続用接合パターン２６２が形成されている。さらに、接続用接合パターン２６１に対して第１封止部材２０の長軸方向の反対側（Ａ２方向側）には接続用接合パターン２６３が形成されており、接続用接合パターン２６１と接続用接合パターン２６３とは配線パターン２７によって接続されている。

【0036】

第２封止部材３０は、図６，７に示すように、１枚のＡＴカット水晶板から形成された直方体の基板であり、この第２封止部材３０の第１主面３０１（水晶振動板１０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。尚、第２封止部材３０においても、水晶振動板１０と同様にＡＴカット水晶板を用い、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ´軸の向きも水晶振動板１０と同じとすることが望ましい。

【0037】

この第２封止部材３０の第１主面３０１には、水晶振動板１０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３１が形成されている。封止側第２接合パターン３１は、平面視で環状に形成されている。

【0038】

第２封止部材３０の第２主面３０２（水晶振動板１０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３２が設けられている。外部電極端子３２は、第２封止部材３０の４隅（角部）にそれぞれ位置する。

【0039】

第２封止部材３０には、図６，７に示すように、第１主面３０１と第２主面３０２との間を貫通する４つのスルーホールが形成されている。具体的には、４つの第６スルーホール３３は、第２封止部材３０の４隅（角部）の領域に設けられている。第６スルーホール３３には、第１主面３０１と第２主面３０２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、スルーホールそれぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第６スルーホール３３それぞれの中央部分は、第１主面３０１と第２主面３０２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３０の第１主面３０１では、第６スルーホール３３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。

【0040】

上記の水晶振動板１０、第１封止部材２０、および第２封止部材３０を含む水晶発振器１００では、水晶振動板１０と第１封止部材２０とが振動側第１接合パターン１２１および封止側第１接合パターン２４を重ね合わせた状態で拡散接合され、水晶振動板１０と第２封止部材３０とが振動側第２接合パターン１２２および封止側第２接合パターン３１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が製造される。これにより、パッケージの内部空間、つまり、振動部１１の収容空間が気密封止される。

【0041】

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１００では、第１励振電極１１１、第２励振電極１１２、ＩＣチップ４０および外部電極端子３２の電気的導通が得られるようになっている。

【0042】

具体的には、第１励振電極１１１は、第１引出配線１１３、配線パターン２７、第４スルーホール２１２および電極パターン２２を順に経由して、ＩＣチップ４０に接続される。第２励振電極１１２は、第２引出配線１１４、第２スルーホール１６２、第５スルーホール２１３および電極パターン２２を順に経由して、ＩＣチップ４０に接続される。また、ＩＣチップ４０は、電極パターン２２、第３スルーホール２１１、第１スルーホール１６１および第６スルーホール３３を順に経由して、外部電極端子３２に接続される。

【0043】

水晶発振器１００において、各種接合パターンは、複数の層が水晶板上に積層されてなり、その最下層側からＴｉ（チタン）層とＡｕ（金）層とが蒸着形成されているものとすることが好ましい。また、水晶発振器１００に形成される他の配線や電極も、接合パターンと同一の構成とすれば、接合パターンや配線および電極を同時にパターニングでき、好ましい。

【0044】

以上が本実施の形態にかかる水晶発振器１００の基本構造であるが、本発明における特徴点は、亀裂の発生を抑制するように応力集中を緩和することのできるスルーホールの形状にある。これより、この特徴点について詳細に説明する。

【0045】

水晶発振器１００の製造工程においては、水晶振動板１０、第１封止部材２０および第２封止部材３０が接合されてサンドイッチ構造のパッケージが得られたのち、第１封止部材２０の第１主面２０１上の中央付近にＩＣチップ４０が搭載される。そして、ＩＣチップ４０の搭載時などに、第１封止部材２０に上方から外力が作用し、この外力によって第１封止部材２０内に生じる応力がスルーホールにおける亀裂の発生要因となることは、図１３を用いて既に説明した通りである。

【0046】

尚、本発明が適用される圧電振動デバイスは、上記例のような水晶発振器に限定されるものではなく、水晶振動板、第１封止部材および第２封止部材のパッケージのみからなる水晶振動子であってもよい。すなわち、ＩＣチップが搭載されない水晶振動子であっても、第１封止部材の第１主面（水晶振動板に接合されない側の面）に、引き回し用配線やシールド電極が形成されることがあり、これらの配線または電極の導通用に第１封止部材にスルーホールが設けられることがある。また、第１封止部材上にＩＣチップを搭載することは無くても、水晶振動子のハンドリング時において第１封止部材に外力が与えられることはある。したがって、水晶振動子においても、第１封止部材のスルーホールに応力が集中し、亀裂の発生要因となるといった課題は起こり得る。

【0047】

尚、上述した水晶発振器１００において、スルーホールの応力集中は、特に第４スルーホール２１２において発生しやすい。まずは、その理由について説明する。

【0048】

圧電振動デバイスに形成されるスルーホールは、平面視で多角形状に形成すると、多角形の角部が応力集中点となって亀裂発生の起点となる場合があるため、通常は角の無い円形状に形成される。圧電振動デバイスにおけるスルーホールはウェットエッチングによって形成されるが、従来ではエッチングに使用するマスクを円形状としていた。

【0049】

しかしながら、水晶板にスルーホールを形成する場合、円形マスクを用いても、水晶が有する結晶異方性によりスルーホールは完全な円形には形成されない。図８は、ＡＴカット水晶板７０に円形マスクを用いたエッチングによりスルーホールを形成した場合のスルーホール形状を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。

【0050】

図８（ａ）に示すように、スルーホールは、面内方向の中央付近に貫通孔７１を有し、スルーホール周辺部から中央部の貫通孔に向けての傾斜面７２を有している。また、スルーホールをＡＴカット水晶板７０の両主面からエッチング形成することで、傾斜面７２はＡＴカット水晶板７０の両主面において形成される。

【0051】

また、このスルーホールをＡＴカット水晶板７０の主面に垂直な方向から見た場合、図８（ｂ）に示すように、スルーホールは完全な円形となっておらず、また、傾斜面７２も多数の結晶面が組み合わされて構成されている。そして、傾斜面７２には、
・貫通孔７１からスルーホールの周辺部に向かって−Ｚ´方向側および＋Ｘ方向側に延びる第１結晶面Ｓ１と、
・貫通孔７１からスルーホールの周辺部に向かって−Ｚ´方向側および＋Ｘ方向側に延び、かつ第１結晶面Ｓ１に対して＋Ｚ´方向側および＋Ｘ方向側に接触する第２結晶面Ｓ２と、
・第２結晶面Ｓ２に対して＋Ｘ方向側に接触し、かつＡＴカット水晶板７０の主面に接触する（スルーホールの外周縁部に接触する）第３結晶面Ｓ３と、
が存在する。

【0052】

また、このスルーホールにおいて、第１結晶面Ｓ１と第２結晶面Ｓ２との間の第１稜線Ｌ１、および第２結晶面Ｓ２と第３結晶面Ｓ３との間の第２稜線Ｌ２は、スルーホールの外周縁部（すなわち傾斜面７２とＡＴカット水晶板７０の主面との境界線）上の点Ｐｃで交差している。

【0053】

水晶発振器１００の第１封止部材２０において、第３〜第５スルーホール２１１〜２１３を図８のスルーホールのように形成し、かつ、第１封止部材２０に上方から外力が作用した場合、この外力によって第１封止部材２０内に生じる応力が各スルーホールに作用する。この時、スルーホールにおける点Ｐｃが応力集中点となり、上記応力による亀裂の起点となりやすい。中でも、水晶振動板１０における外枠部１２の内周縁部から＋Ｚ’方向側に位置する第４スルーホール２１２は、点Ｐｃをてこの原理の作用点とした場合、点Ｐｃと支点（水晶振動板１０における外枠部１２の内周縁部）との距離が他のスルーホールに比べて短く、特に亀裂が発生しやすい。

【0054】

続いて、このような亀裂の発生を抑制することのできる、本実施の形態に係るスルーホールの形状について図９を参照して説明する。図９（ａ）は本実施の形態に係るスルーホールの平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ断面図である。尚、図９（ｂ）は、スルーホールの厚み方向中間から一方の主面までの断面を示している。

【0055】

図９（ａ），（ｂ）に示すように、本実施の形態に係るスルーホールでは、スルーホールの外周縁部上に応力集中点となる点Ｐｃが生じないように、スルーホールの外周側に段差部７３を形成している。すなわち、本実施の形態に係るスルーホールでは、貫通孔７１の周囲に傾斜面７２が形成され、傾斜面７２では、その外周側に段差部７３が形成されている。

【0056】

本実施の形態に係るスルーホールではスルーホールの外周側に段差部７３を形成したことにより、第１稜線Ｌ１および第２稜線Ｌ２の交差する点Ｐｃは、スルーホールの外周縁（段差部７３とＡＴカット水晶板７０の主面との境界線）上には存在しない。言い換えれば、段差部７３を設けることで第１稜線Ｌ１および第２稜線Ｌ２の交差が段差部７３によって遮断され、ＡＴカット水晶板７０の主面に到達することを回避できる。その結果、スルーホールの外周縁部上における応力集中点の発生を防止でき、応力集中点が起点となる亀裂の発生を抑制することができる。

【0057】

本実施の形態に係るスルーホールは、エッチングによるスルーホール作成時に、２段階のエッチングを行うことで実現できる。具体的には、１回目のエッチングで、図１０（ａ）に示すように、ＡＴカット水晶板７０の両主面側から貫通孔７１が形成される直前までのエッチングを行う。そして、２回目のエッチングで、図１０（ｂ）に示すように、貫通孔７１を貫通させると共に、段差部７３を形成するようにすることが好ましい。

【0058】

この時、１回目のエッチングでは、両主面において同じサイズの円形マスクが用いられる。そして、２回目のエッチングでは段差部７３を形成する主面のマスクを、よりサイズの大きい新たなマスクに交換する。すなわち、１回目のエッチングで用いた円形マスクをＡＴカット水晶板７０から剥がしてから、新たなマスクを形成する。尚、詳しくは後述するが、本実施の形態に係るスルーホールにおいて、基本的に段差部７３をＡＴカット水晶板７０の両主面に設ける必要はない。このため、図１０（ｂ）に示す断面において、段差部７３を設けるのは上主面側のみとしており、下主面側に段差部７３は設けていない。段差部７３を設けない主面では、１回目のエッチングと２回目のエッチングとでマスクを交換する必要はない。

【0059】

段差部７３を形成するための２回目のエッチングにおいては、使用するマスクの形状は円形であってもよく、あるいは円形でなくてもよい。２回目のエッチングにおいて円形マスクを使用する場合、マスクのサイズ（直径）は１回目のエッチングで使用する円形マスクよりも大きなものとされる。また、２回目のエッチングにおけるマスクの配置は、１回目のマスクと同心配置であってもよいが、１回目のエッチングにおけるマスクに対して偏心させて配置してもよい。すなわち、上述した点Ｐｃの発生箇所に対応する位置において段差部７３が確実に形成されるように、２回目のエッチングにおけるマスクは、１回目のエッチングにおけるマスクよりも−Ｚ’方向および／または＋Ｘ方向側に偏心して配置されてもよい。

【0060】

また、２回目のエッチングにおいて円形以外のマスクを使用する場合も、点Ｐｃの発生箇所に対応する位置において段差部７３が確実に形成されるように、その形状が工夫されていることが好ましい。例えば、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、１回目のエッチングで使用される円形マスク８０に対して、２回目のエッチングで使用されるマスク８１は、−Ｚ’方向および／または＋Ｘ方向側に外周縁を拡張した拡張部８１Ａを有する形状とすることが考えられる。

【0061】

尚、マスク８１における拡張部８１Ａの形状や大きさは特に限定されるものではない。すなわち、拡張部８１Ａの形状や大きさにより段差部７３の形状や大きさも変化するが、段差部７３で重要なのは点Ｐｃがスルーホールの外周縁上に形成されることを防止することであるため、拡張部８１Ａの形状や大きさも特に限定されるものではない。尚、段差部７３はスルーホールの全周に形成されている必要は無く、少なくとも貫通孔７１から−Ｚ’方向側および＋Ｘ方向側の領域に形成されていればよい。

【0062】

但し、点Ｐｃの発生箇所付近での段差部７３が小さ過ぎる場合には、応力集中箇所となる点Ｐｃがスルーホール外周縁に近い箇所に発生するため、スルーホールにおける応力集中抑制効果が十分に得られないことも考え得る。逆に、段差部７３が大きすぎる場合には、段差部７３の外周縁（すなわち段差部７３とＡＴカット水晶板７０の主面との境界線）上に新たな応力集中点が発生して亀裂発生の起点となり得る。このため、段差部７３は、適度な大きさで形成されることが好ましい。このような観点から、例えば、段差部７３の深さ（厚み方向の深さ）は、５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。あるいは、段差部７３の内周縁と外周縁との間の最大距離（点Ｐｃの発生箇所付近での距離）が、５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。

【0063】

上述した本実施の形態に係るスルーホール（段差部７３を有するスルーホール）は、圧電振動デバイスが有する全てのスルーホールに適用される必要は無く、基本的には、従来の形状では亀裂が生じる箇所のスルーホールにのみ適用されればよい。例えば、図１〜７に示した水晶発振器１００では、少なくとも、第１封止部材２０に形成され、水晶振動板１０における外枠部１２の内周縁部から＋Ｚ’方向側に位置する第４スルーホール２１２を本実施の形態に係るスルーホールとすればよい。また、第４スルーホール２１２においても、亀裂が発生しやすいのは水晶振動板１０と接合されていない表面である第１主面２０１のみであり、水晶振動板１０と接合される第２主面２０２からは亀裂は発生しにくい。したがって、スルーホールにおいて段差部７３を形成するのは、第１封止部材２０の第１主面２０１側のみであってもよい。

【0064】

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及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

【符号の説明】

【0065】

１００ 水晶発振器（圧電振動デバイス）
１０ 水晶振動板（圧電振動板）
１１ 振動部
１１１ 第１励振電極
１１２ 第２励振電極
１２ 外枠部
１３ 保持部
２０ 第１封止部材
２０１ （第１封止部材の）第１主面
２０２ （第１封止部材の）第２主面
２１１ 第３スルーホール（第１封止部材のスルーホール）
２１２ 第４スルーホール（第１封止部材のスルーホール）
２１３ 第５スルーホール（第１封止部材のスルーホール）
３０ 第２封止部材
４０ ＩＣチップ
７０ ＡＴカット水晶板
７１ 貫通孔
７２ 傾斜面
７３ 段差部
８０ １回目のエッチングで用いるマスク
８１ ２回目のエッチングで用いるマスク
８１Ａ 拡張部
Ｓ１ 第１結晶面
Ｓ２ 第２結晶面
Ｓ３ 第３結晶面
Ｌ１ 第１稜線
Ｌ２ 第２稜線

【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】