特許 7568099 圧電振動板および圧電振動デバイス

(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】

(24)【登録日】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】圧電振動板および圧電振動デバイス

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/19 20060101AFI20241008BHJP

【ＦＩ】

H03H9/19 D

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023530094

(86)(22)【出願日】2022-06-22

(86)【国際出願番号】 JP2022024902

(87)【国際公開番号】W WO2022270543

(87)【国際公開日】2022-12-29

【審査請求日】2023-11-17

(31)【優先権主張番号】P 2021105678

(32)【優先日】2021-06-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】弁理士法人あーく事務所

(72)【発明者】

【氏名】大西 学

(72)【発明者】

【氏名】藤原 宏樹

【審査官】石田 昌敏

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１９７７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０４３４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１７６６１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１６１４５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－００９７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０４２９９４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｈ ９／００－ ９／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

振動部と、前記振動部の外周を取り囲む外枠部と、前記振動部と前記外枠部とを連結する保持部とを備えた圧電振動板において、
前記外枠部と前記保持部との第１の接続部分につながる前記外枠部の側面および前記保持部の側面には、複数の結晶面が形成され、これらの結晶面によって複数の稜線が形成され、
前記第１の接続部分の第１主面側および第２主面側の少なくとも一方には、当該第１の接続部分における２つ以上の前記稜線の交差を阻止する第１の交差阻止部が設けられていることを特徴とする圧電振動板。

【請求項2】

請求項１に記載の圧電振動板において、
前記振動部と前記保持部との接続部分につながる前記振動部の側面および前記保持部の側面には、複数の結晶面が形成され、これらの結晶面によって複数の稜線が形成され、
前記振動部と前記保持部との接続部分の第１主面側および第２主面側の少なくとも一方には、当該接続部分における２つ以上の前記稜線の交差を阻止する第２の交差阻止部が設けられていることを特徴とする圧電振動板。

【請求項3】

請求項２に記載の圧電振動板において、
前記第１の交差阻止部が、前記第１主面側および前記第２主面側の一方に設けられ、
前記第２の交差阻止部が、前記第１主面側および前記第２主面側の他方に設けられていることを特徴とする圧電振動板。

【請求項4】

請求項１に記載の圧電振動板において、
前記外枠部と前記保持部との第２の接続部分に、第３の交差阻止部が設けられていることを特徴とする圧電振動板。

【請求項5】

請求項２に記載の圧電振動板において、
前記外枠部と前記保持部との第２の接続部分に、第３の交差阻止部が設けられていることを特徴とする圧電振動板。

【請求項6】

振動部と、前記振動部の外周を取り囲む外枠部と、前記振動部と前記外枠部とを連結する保持部とを備えた圧電振動板において、
前記振動部と前記保持部との接続部分につながる前記振動部の側面および前記保持部の側面には、複数の結晶面が形成され、これらの結晶面によって複数の稜線が形成され、
前記振動部と前記保持部との接続部分の第１主面側および第２主面側の少なくとも一方の接続部分には、当該接続部分における２つ以上の前記稜線の交差を阻止する第２の交差阻止部が設けられていることを特徴とする圧電振動板。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか１つに記載の圧電振動板において、
前記各交差阻止部は、新たな結晶面または突起であることを特徴とする圧電振動板。

【請求項8】

請求項１～６のいずれか１つに記載の圧電振動板において、
当該圧電振動板はＡＴカット水晶板であり、
前記第１、第２主面はＡＴカットのＸＺ´平面に平行に設けられ、
前記保持部は、１つのみ設けられ、前記保持部は、前記振動部の＋Ｘ方向側かつ－Ｚ´方向側の角部から、－Ｚ´方向側に向けて延びており、
前記保持部の側面は、前記保持部の－Ｘ方向側の側面であり、当該保持部の側面に前記外枠部の側面が接続されることを特徴とする圧電振動板。

【請求項9】

圧電振動デバイスであって、
請求項１～６のいずれか１つに記載の圧電振動板を備えた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、圧電振動板およびこれを備えた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】

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】

【文献】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】

上述したような圧電振動デバイスでは、圧電振動板は、振動部と、この振動部の外周を取り囲む外枠部と、振動部と外枠部とを連結する保持部（ブリッジ部）とを備えた構造になっている。すなわち、圧電振動板は、水晶等からなる圧電基板により、振動部と保持部と外枠部とが一体的に設けられた構成となっている。しかし、圧電振動板の振動部と保持部との接続部分で折れが発生しやすいという問題があった。その原因は、圧電振動板をウエットエッチングによって加工する際、振動部の側面や保持部の側面に複数の結晶面が形成され、これらの結晶面によって複数の稜線が形成されるが、この場合、特定の稜線の両端に、複数の稜線が集中すると、その稜線に沿って折れやすくなるためであると考えられる。このような問題は、圧電振動板の外枠部と保持部との接続部分においても同様に懸念される。

【0006】

本発明は上述したような実情を考慮してなされたもので、振動部と保持部との接続部分や、外枠部と保持部との接続部分での折れの発生を抑制することが可能な圧電振動板、およびそのような圧電振動板を備えた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】

【0007】

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、振動部と、前記振動部の外周を取り囲む外枠部と、前記振動部と前記外枠部とを連結する保持部とを備えた圧電振動板であって、前記外枠部と前記保持部との第１の接続部分につながる前記外枠部の側面および前記保持部の側面には、複数の結晶面が形成され、これらの結晶面によって複数の稜線が形成され、前記第１の接続部分の第１主面側および第２主面側の少なくとも一方には、当該第１の接続部分における２つ以上の前記稜線の交差を阻止する第１の交差阻止部が設けられていることを特徴とする。なお、前記稜線には、前記第１の交差阻止部の外周縁は含まれないものとする。

【0008】

上記構成によれば、外枠部と保持部との第１の接続部分において、複数の結晶面によって形成された複数の稜線が、１点に集中することが第１の交差阻止部により阻止される。これにより、外枠部と保持部との第１の接続部分において、応力が１点に集中することを回避でき、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、外枠部と保持部との第１の接続部分での折れの発生を抑制することができる。

【0009】

上記構成において、前記振動部と前記保持部との接続部分につながる前記振動部の側面および前記保持部の側面には、複数の結晶面が形成され、これらの結晶面によって複数の稜線が形成され、前記振動部と前記保持部との接続部分の第１主面側および第２主面側の少なくとも一方には、当該接続部分における２つ以上の前記稜線の交差を阻止する第２の交差阻止部が設けられていることが好ましい。これにより、保持部の長手方向の両側にそれぞれ交差阻止部を設けることによって、応力を分散させることができ、接続部分での折れの発生を抑制することができる。

【0010】

上記構成において、前記第１の交差阻止部が、前記第１主面側および前記第２主面側の一方に設けられ、前記第２の交差阻止部が、前記第１主面側および前記第２主面側の他方に設けられていることが好ましい。これにより、第１主面側および第２主面側の両側にそれぞれ交差阻止部を設けることによって、応力を分散させることができ、接続部分での折れの発生を抑制することができる。

【0011】

上記構成において、前記外枠部と前記保持部との第２の接続部分に、第３の交差阻止部が設けられていることが好ましい。これにより、第１、第２の交差阻止部に加えて、第３の交差阻止部を設けることによって、応力を分散させることができ、接続部分での折れの発生を抑制することができる。

【0012】

また、本発明は、振動部と、前記振動部の外周を取り囲む外枠部と、前記振動部と前記外枠部とを連結する保持部とを備えた圧電振動板であって、前記振動部と前記保持部との接続部分につながる前記振動部の側面および前記保持部の側面には、複数の結晶面が形成され、これらの結晶面によって複数の稜線が形成され、前記振動部と前記保持部との接続部分の第１主面側および第２主面側の少なくとも一方の接続部分には、当該接続部分における２つ以上の前記稜線の交差を阻止する第２の交差阻止部が設けられていることを特徴とする。なお、前記稜線には、前記第２の交差阻止部の外周縁は含まれないものとする。

【0013】

上記構成によれば、振動部と保持部との接続部分において、複数の結晶面によって形成された複数の稜線が、１点に集中することが第２の交差阻止部により阻止される。これにより、振動部と保持部との接続部分において、応力が１点に集中することを回避でき、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、振動部と保持部との接続部分での折れの発生を抑制することができる。

【0014】

上記構成において、前記各交差阻止部は、新たな結晶面（例えばＣ面やＲ面）または突起であることが好ましい。これらの形状の交差阻止部は、ウエットエッチングによる圧電振動板の加工時、フォトマスクの形状を工夫することによって容易に形成することができる。

【0015】

また、上記構成において、当該圧電振動板はＡＴカット水晶板であり、前記第１、第２主面はＡＴカットのＸＺ´平面に平行に設けられ、前記第１主面は＋Ｙ方向側に設けられ、前記第２主面は－Ｙ方向側に設けられることが好ましい。この場合、前記保持部は、１つのみ設けられ、前記保持部は、前記振動部の＋Ｘ方向側かつ－Ｚ´方向側の角部から、－Ｚ´方向側に向けて延びており、前記保持部の側面は、前記保持部の－Ｘ方向側の側面であり、当該保持部の側面に前記外枠部の側面が接続されることが好ましい。

【0016】

また、本発明は、上記いずれかの構成の圧電振動板を備えた圧電振動デバイスであってもよく、前記圧電振動板の前記振動部の一主面側を覆う第１封止部材と、前記圧電振動板の前記振動部の他主面側を覆う第２封止部材とが備えられ、前記第１封止部材と前記圧電振動板とが接合され、かつ前記第２封止部材と前記圧電振動板とが接合されることによって、前記圧電振動板の前記振動部が封止されることを特徴とする。上記構成の圧電振動板を備えた圧電振動デバイスによれば、上述した圧電振動板の作用効果と同様の作用効果が得られる。すなわち、振動部と外枠部とが保持部によって連結された枠体付きの圧電振動板を用いた場合、圧電振動デバイスの小型化および低背化を図ることが可能であるが、そのような小型化および薄型化を図った圧電振動デバイスにおいて、振動部と保持部との接続部分や、外枠部と保持部との接続部分での折れの発生を抑制することができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、振動部と保持部との接続部分や、外枠部と保持部との接続部分での折れの発生を抑制することが可能な圧電振動板、およびそのような圧電振動板を備えた圧電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】

【0018】

【図1】本実施形態にかかる水晶振動子の各構成を模式的に示した概略構成図である。

【図2】水晶振動子の第１封止部材の第１主面側の概略平面図である。

【図3】水晶振動子の第１封止部材の第２主面側の概略平面図である。

【図4】本実施形態にかかる水晶振動板の第１主面側の概略平面図である。

【図5】本実施形態にかかる水晶振動板の第２主面側の概略平面図である。

【図6】水晶振動子の第２封止部材の第１主面側の概略平面図である。

【図7】水晶振動子の第２封止部材の第２主面側の概略平面図である。

【図8】振動部と保持部との接続部分の第１主面側の一例を示す概略斜視図である。

【図9】振動部と保持部との接続部分の第２主面側の一例を示す概略斜視図である。

【図10】振動部と保持部との接続部分の第２主面側の一例を示す概略斜視図である。

【図11】交差阻止部の傾斜角度、および傾斜長さを説明するための概略底面図である。

【図12】複数の交差阻止部が設けられた水晶振動板の一例を模式的に示す底面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、本発明を適用する圧電振動デバイスが水晶振動子である場合について説明する。

【0020】

まず、本実施形態にかかる水晶振動子１００の基本的な構造を説明する。水晶振動子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、および第２封止部材３０を備えて構成されている。この水晶振動子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、水晶振動子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（キャビティ）が形成され、この内部空間に振動部１１（図４、図５参照）が気密封止される。

【0021】

本実施形態にかかる水晶振動子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。また、水晶振動子１００は、外部に設けられる外部回路基板（図示省略）に半田を介して電気的に接続されるようになっている。

【0022】

次に、上記した水晶振動子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～図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。図２～図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。

【0023】

本実施形態にかかる水晶振動板１０は、図４、図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、図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。

【0024】

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（ブリッジ部）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）。そして、振動部１１と外枠部１２との間には、水晶振動板１０の厚み方向に貫通する貫通部（スリット）１０ａが設けられている。本実施形態では、水晶振動板１０には、振動部１１と外枠部１２とを連結する保持部１３が１つのみ設けられており、貫通部１０ａが振動部１１の外周囲を囲うように連続して形成されている。保持部１３の詳細については後述する。

【0025】

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入出力用の引出配線（第１引出配線１１３、第２引出配線１１４）が接続されている。入力側の第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につながっている。出力側の第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につながっている。

【0026】

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板側封止部がそれぞれ設けられている。第１主面１０１の振動板側封止部としては振動板側第１接合パターン１２１が形成されており、第２主面１０２の振動板側封止部としては振動板側第２接合パターン１２２が形成されている。振動板側第１接合パターン１２１および振動板側第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。

【0027】

また、水晶振動板１０には、図４、図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、図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。

【0028】

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。振動板側第１接合パターン１２１の外周縁は、水晶振動板１０（外枠部１２）の第１主面１０１の外周縁に近接して設けられている。振動板側第２接合パターン１２２の外周縁は、水晶振動板１０（外枠部１２）の第２主面１０２の外周縁に近接して設けられている。なお、本実施形態では、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例を挙げたが、スルーホールを形成せずに、水晶振動板１０の側面の一部を切り欠き、当該切り欠かれた領域の内壁面に電極が被着したキャスタレーションを形成してもよい（第１封止部材２０、第２封止部材３０についても同様）。

【0029】

第１封止部材２０は、図２、図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。なお、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、水晶振動子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。

【0030】

第１封止部材２０の第１主面２０１（水晶振動板１０に面しない外方の主面）には、図２に示すように、配線用の第１、第２端子２２，２３と、シールド用（アース接続用）の金属膜２８とが形成されている。配線用の第１、第２端子２２，２３は、水晶振動板１０の第１、第２励振電極１１１，１１２と、第２封止部材３０の外部電極端子３２とを電気的に接続するための配線として設けられている。第１、第２端子２２，２３は、Ｚ´軸方向の両端部に設けられており、第１端子２２が、＋Ｚ´方向側に設けられ、第２端子２３が、－Ｚ´方向側に設けられている。第１、第２端子２２，２３は、Ｘ軸方向に延びるように形成されている。第１端子２２および第２端子２３は、略矩形状に形成されている。

【0031】

金属膜２８は、第１、第２端子２２，２３の間に設けられており、第１、第２端子２２，２３とは所定の間隔を隔てて配置されている。金属膜２８は、第１封止部材２０の第１主面２０１の第１、第２端子２２，２３が形成されていない領域のうち、ほとんどすべての領域に設けられている。金属膜２８は、第１封止部材２０の第１主面２０１の＋Ｘ方向の端部から－Ｘ方向の端部にわたって設けられている。

【0032】

第１封止部材２０には、図２、図３に示すように、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、図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。そして、第１封止部材２０の第１主面２０１の対角に位置する２つの第３スルーホール２１１，２１１（図２、図３の＋Ｘ方向かつ＋Ｚ´方向の角部に位置する第３スルーホール２１１と、－Ｘ方向かつ－Ｚ´方向の角部に位置する第３スルーホール２１１）の貫通電極同士が、金属膜２８によって電気的に接続されている。また、－Ｘ方向かつ＋Ｚ´方向の角部に位置する第３スルーホール２１１の貫通電極と、第４スルーホール２１２の貫通電極とが、第１端子２２によって電気的に接続されている。＋Ｘ方向かつ－Ｚ´方向の角部に位置する第３スルーホール２１１の貫通電極と、第５スルーホール２１３の貫通電極とが、第２端子２３によって電気的に接続されている。

【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部材側第１封止部としての封止部材側第１接合パターン２４が形成されている。封止部材側第１接合パターン２４は、平面視で環状に形成されている。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（－Ｚ´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。封止部材側第１接合パターン２４の外周縁は、第１封止部材２０の第２主面２０２の外周縁に近接して設けられている。

【0035】

第２封止部材３０は、図６、図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。なお、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。

【0036】

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部材側第２封止部としての封止部材側第２接合パターン３１が形成されている。封止部材側第２接合パターン３１は、平面視で環状に形成されている。封止部材側第２接合パターン３１の外周縁は、第２封止部材３０の第１主面３０１の外周縁に近接して設けられている。

【0037】

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、水晶振動子１００の外部に設けられる外部回路基板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の第２主面３０２の４隅（隅部）にそれぞれ位置する。

【0038】

第２封止部材３０には、図６、図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、第６スルーホール３３それぞれの内壁面に沿って形成されている。このように第６スルーホール３３の内壁面に形成された貫通電極によって、第１主面３０１に形成された電極と、第２主面３０２に形成された外部電極端子３２とが導通されている。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っている。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。

【0039】

上記構成の水晶振動板１０、第１封止部材２０、および第２封止部材３０を含む水晶振動子１００では、水晶振動板１０と第１封止部材２０とが振動板側第１接合パターン１２１および封止部材側第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とが振動板側第２接合パターン１２２および封止部材側第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。

【0040】

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、水晶振動子１００では、第１励振電極１１１、第２励振電極１１２、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。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、第１端子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。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、第２端子２３、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。また、金属膜２８は、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、アース接続（グランド接続、外部電極端子３２の一部を利用）されている。

【0041】

水晶振動子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）層とが蒸着またはスパッタリングにより形成されているものとすることが好ましい。また、水晶振動子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。

【0042】

上述のように構成された水晶振動子１００では、水晶振動板１０の振動部１１を気密封止する封止部（シールパス）１１５，１１６は、平面視で、環状に形成されている。シールパス１１５は、上述した振動板側第１接合パターン１２１および封止部材側第１接合パターン２４の拡散接合（Ａｕ－Ａｕ接合）によって形成され、シールパス１１５の外縁形状および内縁形状が略八角形に形成されている。同様に、シールパス１１６は、上述した振動板側第２接合パターン１２２および封止部材側第２接合パターン３１の拡散接合（Ａｕ－Ａｕ接合）によって形成され、シールパス１１６の外縁形状および内縁形状が略八角形に形成されている。

【0043】

このように拡散接合によってシールパス１１５，１１６が形成された水晶振動子１００において、第１封止部材２０と水晶振動板１０とは、１．００μｍ以下のギャップを有し、第２封止部材３０と水晶振動板１０とは、１．００μｍ以下のギャップを有する。つまり、第１封止部材２０と水晶振動板１０との間のシールパス１１５の厚みが、１．００μｍ以下であり、第２封止部材３０と水晶振動板１０との間のシールパス１１６の厚みが、１．００μｍ以下（具体的には、本実施形態のＡｕ－Ａｕ接合では０．１５μｍ～１．００μｍ）である。なお、比較例として、Ｓｎを用いた従来の金属ペースト封止材では、５μｍ～２０μｍとなる。

【0044】

次に、本実施形態にかかる水晶振動板１０について、図４、図５、図８、図９を参照して説明する。

【0045】

図４、図５に示すように、水晶振動板１０は、略矩形に形成された振動部１１と、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とを連結する保持部１３とを備えており、振動部１１、外枠部１２、および保持部１３それぞれの側面には、図８、図９に示すようなウエットエッチングによる複数の結晶面が形成されている。

【0046】

図８、図９に示すように、保持部１３の対向する一対の第１、第２主面はＡＴカットのＸＺ´平面に平行に設けられ、第１主面は＋Ｙ方向側に設けられた面であり、第２主面は－Ｙ方向側に設けられた面になっている。保持部１３の第１主面は振動部１１の第１主面と同一平面上に設けられ、保持部１３の第２主面は振動部１１の第２主面と同一平面上に設けられている。保持部１３の幅方向は、Ｘ軸方向に平行な方向になっている。なお、図８、図９では、保持部１３の第１、第２主面部に形成される第１、第２引出配線１１３，１１４の図示を省略している。

【0047】

保持部１３は、振動部１１の－Ｚ´方向側の側面から－Ｚ´方向側へ向けて延びている。保持部１３の－Ｘ方向側の側面と、振動部１１の－Ｚ´方向側の側面とは略垂直に交差している。保持部１３の＋Ｘ方向側の側面と、振動部１１の＋Ｘ方向側の側面とは略直線状に延びている。振動部１１の－Ｚ´方向側の側面および保持部１３の－Ｘ方向側の側面には、ウエットエッチングによる複数の結晶面が形成されており、これらの結晶面によって複数の稜線が形成されている。

【0048】

振動部１１と保持部１３との第２主面側（－Ｙ方向側）の接続部分（境界部分）１３Ｄには、当該接続部分１３Ｄにおける２つ以上の稜線の交差を阻止する交差阻止部が設けられている。本実施形態では、図９に示すようなＣ面１６が交差阻止部として設けられている。

【0049】

具体的には、図８、図９に示すように、振動部１１の－Ｚ´方向側の側面および保持部１３の－Ｘ方向側の側面に、複数の稜線１８ａ～１８ｅが形成されている。そして、Ｃ面１６によって、３つの稜線１８ｃ，１８ｄ，１８ｅが、振動部１１と保持部１３との第２主面側の接続部分１３Ｄにおいて互いに交差することが阻止されている。稜線１８ｃ，１８ｄ，１８ｅは、Ｃ面１６の外周縁１６ａに接続（交差）しており、稜線１８ｃ，１８ｄ，１８ｅが１点に集中することが、Ｃ面１６によって阻止されている。

【0050】

上述のようなＣ面１６は、ウエットエッチングによる水晶振動板１０の加工時に、フォトマスクの形状を工夫することによって容易に実現できる。すなわち、水晶振動板１０に貫通部１０ａを形成するウエットエッチングを行う際、フォトマスクの、振動部１１と保持部１３との第２主面側の接続部分（境界部分）１３Ｄに対応する部分に、Ｃ面１６に対応する形状の突出部を設ければよい。

【0051】

本実施形態によれば、上述したように、振動部１１と保持部１３との第２主面側の接続部分１３Ｄにおいて、振動部１１の－Ｚ´方向側の側面および保持部１３の－Ｘ方向側の側面に形成された複数の稜線１８ｃ，１８ｄ，１８ｅが１点に集中することが、Ｃ面１６によって阻止されている。これにより、振動部１１と保持部１３との第２主面側の接続部分１３Ｄにおいて、応力が１点に集中することを回避でき、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、振動部１１と保持部１３との接続部分での折れの発生を抑制することができる。

【0052】

ここで、振動部１１と保持部１３との第１主面側の接続部分１３Ａでは、３つの稜線１８ａ，１８ｂ，１８ｃが１点に集中しており、その１点に応力が集中する可能性がある。Ｃ面１６を設けなかった場合、稜線１８ｃ，１８ｄ，１８ｅが１点に集中し、その１点にも応力が集中する可能性がある。このように、Ｃ面１６を設けなかった場合、稜線１８ｃの両端が応力集中点となり、稜線１８ｃに沿って折れが発生しやすくなる可能性がある。

【0053】

しかし、本実施形態では、振動部１１と保持部１３との第２主面側の接続部分１３ＤにＣ面１６を設けて、複数の稜線１８ｃ，１８ｄ，１８ｅが１点に集中することを阻止しており、これにより、稜線１８ｃに沿って折れが発生することを抑制するようにしている。したがって、本実施形態によれば、水晶振動板１０の振動部１１と保持部１３との接続部分での折れの発生を抑制することができる。

【0054】

本実施形態では、水晶振動板１０は、振動部１１と、当該振動部１１の外周を取り囲む外枠部１２と、振動部１１と外枠部１２とを連結する保持部（連結部）１３とを備え、振動部１１と外枠部１２との間には、厚み方向に貫通する貫通部１０ａが設けられている構成になっている。このような振動部１１と外枠部１２とが保持部１３によって連結された枠体付きの水晶振動板１０を用いた場合、水晶振動子１００の小型化および低背化を図ることが可能であるが、そのような小型化および薄型化を図った水晶振動子１００において、水晶振動板１０の振動部１１と保持部１３との接続部分での折れの発生を抑制することができる。

【0055】

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。したがって、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、請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、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。

【0056】

上記実施形態では、交差阻止部としてのＣ面１６を振動部１１と保持部１３との第２主面側の接続部分１３Ｄに設けたが、そのようなＣ面を、振動部１１と保持部１３との第１主面側の接続部分１３Ａに設けてもよいし、あるいは、振動部１１と保持部１３との第１主面側の接続部分１３Ａおよび第２主面側の接続部分１３Ｄの両方に設けてもよい。例えば６０ＭＨｚ以上の高周波に対応した水晶振動板１０では、保持部１３の厚さが薄くなるため、ウエットエッチング後にＣ面が残らない場合がある。そこで、第１主面側および第２主面側の両方に対し、Ｃ面に対応する形状のフォトマスクを行うことによって、ウエットエッチング後に、第１主面側および第２主面側の少なくとも一方により安定的にＣ面を形成することが可能になる。

【0057】

上記実施形態において、交差阻止部の形状はＣ面１６以外であってもよく、例えばＲ面や突起部であってもよい。また、交差阻止部の形状を、Ｃ面とＲ面とを組み合わせたような形状としてもよい。なお、折れの発生を確実に抑制する観点からは、交差阻止部の形状をＲ面形状（丸面取り形状）とすることが好ましい。これらの形状の交差阻止部は、ウエットエッチングによる水晶振動板１０の加工時、フォトマスクの形状を工夫することによって容易に形成することができる。また、交差阻止部を、図１０に示すようなウエットエッチングによる新たな結晶面１７としてもよい。図１０の例では、振動部１１と保持部１３との第１主面側の接続部分１３Ａ側から延びる稜線１８ｆが新たな結晶面１７の外周縁１７ａに接続（交差）しており、新たな結晶面１７によって、振動部１１と保持部１３との第２主面側の接続部分１３Ｄに形成された稜線１８ｇ，１８ｈに、稜線１８ｆが交差することが阻止されている。これにより、振動部１１と保持部１３との第１主面側の接続部分１３Ｄにおいて、応力が１点に集中することを回避でき、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、振動部１１と保持部１３との接続部分での折れの発生を抑制することができる。

【0058】

ここで、図１１に示すように、交差阻止部としての新たな結晶面１７の平面視（底面視）で傾斜している部分の傾斜角度α１は、３０°～６０°であることが好ましく、特に、４５°であることがより好ましい。傾斜角度α１は、保持部１３が延びる方向（ここでは、Ｚ’軸方向）に対する、新たな結晶面１７の平面視で傾斜している部分が延びる方向の角度を言う。また、新たな結晶面１７の平面視（底面視）で傾斜している部分の傾斜長さＬ１は、３０μｍ以上であることが好ましい。例えば、１．０×０．８ｍｍサイズの水晶振動板１０では、保持部１３の厚さが２０～４０μｍ、保持部１３の長さが６０～２００μｍのとき、傾斜長さＬ１は、３０～５０μｍであることが好ましく、特に、４０～６０ＭＨｚの周波数に対応した水晶振動板１０で好ましい傾斜長さＬ１になっている。

【0059】

上記実施形態において、複数の稜線１８ｃ，１８ｄ，１８ｅは、振動部１１と保持部１３との第２主面側の接続部分１３Ｄにおいて、Ｃ面１６の外周縁１６ａとのみ交差するようにしてもよい。

【0060】

上記実施形態では、水晶振動板１０に、振動部１１と外枠部１２とを連結する保持部（連結部）１３が１つのみ設けられたが、保持部１３が２つ以上設けられていてもよく、この場合、それぞれの保持部１３と振動部１１との接続部分に上記実施形態の構成を適用すればよい。

【0061】

上記実施形態では、交差阻止部としてのＣ面１６を振動部１１と保持部１３との第２主面側の接続部分１３Ｄに設けたが、そのようなＣ面を、外枠部１２と保持部１３との接続部分に設けてもよいし、あるいは、振動部１１と保持部１３との接続部分、および外枠部１２と保持部１３との接続部分の両方に設けてもよい。交差阻止部を外枠部１２と保持部１３との接続部分に設けることによって、外枠部１２と保持部１３との接続部分において、複数の結晶面によって形成された複数の稜線が、１点に集中することが交差阻止部により阻止される。これにより、外枠部１２と保持部１３との接続部分において、応力が１点に集中することを回避でき、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、外枠部１２と保持部１３との接続部分での折れの発生を抑制することができる。

【0062】

ここで、図１２を参照して、複数の交差阻止部を設けた場合について説明する。図１２の例では、交差阻止部としての新たな結晶面１９（図１２では、１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ）が、２つまたは３つ設けられている。新たな結晶面１９は、例えばＣ面や、Ｒ面、あるいはＣ面とＲ面とを組み合わせた面とすることが可能である。便宜上、図１２では、保持部１３の第２主面側（－Ｙ方向側）に設けられる新たな結晶面１９を実線で示し、図１２では、保持部１３の第１主面側（＋Ｙ方向側）に設けられる新たな結晶面１９を破線で示している。

【0063】

図４、図５に示す構成の水晶振動板１０では、新たな結晶面１９は、最大で６箇所に形成することが可能になっている。具体的には、振動部１１と保持部１３との第１主面側の接続部分１３Ａ（図４参照）、振動部１１と保持部１３との第２主面側の接続部分１３Ｄ（図５参照）、外枠部１２と保持部１３との第１主面側の－Ｘ方向側に位置する接続部分１３Ｂ（第１の接続部分、図４参照）、外枠部１２と保持部１３との第２主面側の－Ｘ方向側に位置する接続部分１３Ｅ（第１の接続部分、図５参照）、外枠部１２と保持部１３との第１主面側の＋Ｘ方向側に位置する接続部分１３Ｃ（第２の接続部分、図４参照）、外枠部１２と保持部１３との第２主面側の＋Ｘ方向側に位置する接続部分１３Ｆ（第２の接続部分、図５参照）に、新たな結晶面１９を形成することが可能になっている。

【0064】

なお、新たな結晶面１９を形成可能な数は、保持部１３の数や位置によって異なる。例えば、保持部１３が振動部１１の角部ではなく、振動部１１のＸ軸方向またはＺ´軸方向の中間位置に接続される場合、新たな結晶面１９を最大で８箇所に形成することが可能である。

【0065】

図１２（ａ）の例では、振動部１１と保持部１３との第２主面側の接続部分１３Ｄに新たな結晶面１９Ｄが設けられ、外枠部１２と保持部１３との第１主面側の－Ｘ方向側に位置する接続部分１３Ｂに新たな結晶面１９Ｂが設けられている。２つの新たな結晶面１９Ｂ，１９Ｄの傾斜角度α１は、同じ角度（例えば４５°）になっており、２つの新たな結晶面１９Ｂ，１９Ｄの傾斜長さＬ１は、同じ長さ（例えば３０μｍ）になっている。

【0066】

図１２（ｂ）、（ｃ）の例では、振動部１１と保持部１３との第２主面側の接続部分１３Ｄに新たな結晶面１９Ｄが設けられ、外枠部１２と保持部１３との第１主面側の－Ｘ方向側に位置する接続部分１３Ｂに新たな結晶面１９Ｂが設けられ、外枠部１２と保持部１３との第１主面側の＋Ｘ方向側に位置する接続部分１３Ｃに新たな結晶面１９Ｃが設けられている。図１２（ｂ）の例では、３つの新たな結晶面１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄの傾斜角度α１は、同じ角度（例えば４５°）になっており、３つの新たな結晶面１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄの傾斜長さＬ１は、同じ長さ（例えば３０μｍ）になっている。一方、図１２（ｃ）の例では、３つの新たな結晶面１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄの傾斜角度α１は、同じ角度（例えば４５°）になっているが、１つの新たな結晶面１９Ｄの傾斜長さＬ１（例えば２５μｍ）が、２つの新たな結晶面１９Ｂ，１９Ｃの傾斜長さＬ１（例えば３０μｍ）よりも小さくなっている。

【0067】

図１２（ｄ）の例では、外枠部１２と保持部１３との第１主面側の－Ｘ方向側に位置する接続部分１３Ｂに新たな結晶面１９Ｂが設けられ、外枠部１２と保持部１３との第１主面側の＋Ｘ方向側に位置する接続部分１３Ｃに新たな結晶面１９Ｃが設けられている。２つの新たな結晶面１９Ｂ，１９Ｃの傾斜角度α１は、同じ角度（例えば４５°）になっており、２つの新たな結晶面１９Ｂ，１９Ｃの傾斜長さＬ１は、同じ長さ（例えば３０μｍ）になっている。

【0068】

図１２（ａ）～（ｄ）の例について、それぞれシェア強度を計測したところ、次の点が分かった。新たな結晶面１９を外枠部１２側のみに設けた場合（例えば図１２（ｄ））に比べて、新たな結晶面１９を振動部１１側および外枠部１２側の両方に設けることが好ましい（例えば図１２（ａ）～（ｃ））。これにより、保持部１３の長手方向の両側にそれぞれ新たな結晶面１９を設けることによって、応力を分散させることができ、接続部分での折れの発生を抑制することができる。

【0069】

新たな結晶面１９を保持部１３の第２主面側（－Ｙ方向側）のみに設けた場合（例えば図１２（ｄ））に比べて、新たな結晶面１９を保持部１３の第１主面側（＋Ｙ方向側）および保持部１３の第２主面側（－Ｙ方向側）の両方に設けることが好ましい（例えば図１２（ａ）～（ｃ））。これにより、保持部１３の第１主面側および第２主面側の両側にそれぞれ新たな結晶面１９を設けることによって、応力を分散させることができ、接続部分での折れの発生を抑制することができる。

【0070】

新たな結晶面１９を保持部１３の－Ｘ方向側のみに設けた場合（例えば図１２（ａ））に比べて、新たな結晶面１９を保持部１３の＋Ｘ方向側および－Ｘ方向側の両方に設けることが好ましい（例えば図１２（ｂ））。これにより、保持部１３の－Ｘ方向側および＋Ｘ方向側の両側にそれぞれ新たな結晶面１９を設けることによって、応力を分散させることができ、接続部分での折れの発生を抑制することができる。

【0071】

また、新たな結晶面１９の一部を異なる傾斜長さＬ１に形成した場合（例えば図１２（ｃ））に比べて、新たな結晶面１９を全て同じ傾斜長さＬ１に形成することが好ましい（例えば図１２（ｂ））。

【0072】

上記実施形態において、水晶振動板１０の振動部１１および保持部１３の厚みが、外枠部１２の厚みよりも薄くなっていてもよい。

【0073】

上記実施形態では、第１封止部材２０および第２封止部材３０を水晶板によって形成したが、これに限定されるものではなく、第１封止部材２０および第２封止部材３０を、例えば、ガラスによって形成してもよい。また、第１封止部材２０および第２封止部材３０を、水晶やガラスなどの脆性材料に限らず、樹脂板や樹脂フィルム等としてもよく、この場合、樹脂板や樹脂フィルム等を水晶振動板１０に貼り付けることによって振動部１１を封止するようにしてもよい。

【0074】

上記実施形態では、水晶振動子１００として、水晶振動板１０が第１封止部材２０および第２封止部材３０の間に挟まれたサンドイッチ構造の水晶振動子を用いたが、これ以外の構造の水晶振動子１００を用いてもよい。例えば、凹部を有する、セラミックやガラスや水晶などの絶縁材料から成るベースの内部に水晶振動板１０を収容し、当該ベースに蓋を接合した構造の水晶振動子を用いてもよい。

【0075】

上記実施形態では、第２封止部材３０の第２主面３０２の外部電極端子３２の数を４つとしたが、これに限定されるものではなく、外部電極端子３２の数を、例えば、２つ、６つ、あるいは８つ等としてもよい。また、本発明を水晶振動子１００に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば水晶発振器等にも本発明を適用してもよい。

【0076】

この出願は、２０２１年６月２５日に日本で出願された特願２０２１－１０５６７８号に基づく優先権を請求する。これに言及することにより、その全ての内容は本出願に組み込まれるものである。

【符号の説明】

【0077】

１０ 水晶振動板（圧電振動板）
１１ 振動部
１２ 外枠部
１３ 保持部
１３Ａ，１３Ｄ 接続部分
１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｅ，１３Ｆ 接続部分（第１、第２の接続部分）
１６ Ｃ面（交差阻止部）
１７，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ 新たな結晶面（交差阻止部）
１８ａ～１８ｈ 稜線
１００ 水晶振動子（圧電振動デバイス）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】