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WO2016194562A1 - 圧電振動子及びその製造方法 - Google Patents

圧電振動子及びその製造方法 Download PDF

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WO2016194562A1
WO2016194562A1 PCT/JP2016/063927 JP2016063927W WO2016194562A1 WO 2016194562 A1 WO2016194562 A1 WO 2016194562A1 JP 2016063927 W JP2016063927 W JP 2016063927W WO 2016194562 A1 WO2016194562 A1 WO 2016194562A1
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WO
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substrate
cap
width
vibration element
convex portion
Prior art date
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PCT/JP2016/063927
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English (en)
French (fr)
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開田　弘明
和幸 能登
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric vibrator and a manufacturing method thereof.
  • a piezoelectric vibrator which is an example of a piezoelectric resonator, includes a crystal resonator element and a holder that holds the crystal resonator element.
  • the cage includes a substrate having a quartz resonator element mounted on the surface and a cap (metal cover) bonded to the substrate via a sealing material.
  • Such a crystal resonator is known as one of the configurations of a piezoelectric device used for an oscillation device, a bandpass filter, and the like (see, for example, Patent Document 1).
  • the cap is opened in a direction facing the substrate, and the piezoelectric vibration element can be hermetically sealed inside the cage by bonding such a cap to the substrate via a sealing material.
  • the mounting position of the piezoelectric vibration element may vary.
  • the bonding position of the cap may vary.
  • the cap may be bonded in a state where the cap is in contact with the piezoelectric vibration element on the substrate.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to easily mount a piezoelectric vibration element at a predetermined position of a substrate and to easily improve the detection accuracy of a bonding position of the cap with respect to the substrate. It is an object of the present invention to provide a piezoelectric vibrator that can be used and a manufacturing method thereof.
  • a piezoelectric vibrator is a piezoelectric vibration element and a substantially rectangular substrate having a longitudinal direction and a short direction in plan view, and has an upper surface on which the piezoelectric vibration element is mounted.
  • the substrate having a convex portion whose height from the upper surface of the substrate is lower than the upper surface of the piezoelectric vibration element formed over the entire circumference of the upper surface so as to surround the periphery of the piezoelectric vibration element, and opposed to the upper surface of the substrate And an edge projecting toward the upper surface of the substrate so as to have an opening from the flat plate part, and the edge part is interposed through a bonding material so as to hermetically seal the piezoelectric vibration element.
  • W1 the relationship is W1 + T1 ⁇ w1 ⁇ W1 + 2T1
  • W2 the width of the upper surface between the convex portions of the substrate
  • W2 + T2 ⁇ w2 ⁇ W2 + 2T2 is satisfied.
  • the widths w1 and w2 in the opening of the cap have the above relational expression, so that when the cap is joined to the convex portion of the substrate, the end surface on one side of the cap protrudes inside the convex portion.
  • the end surface on the other side protrudes outside the convex portion.
  • the piezoelectric vibration element is not hermetically sealed.
  • the conditions under which the cap can be joined in a state in which the end surface of the cap protrudes inward from the convex portion (for example, a state in which the joining material joined to the inner wall or the edge portion of the cap interferes with the piezoelectric vibration element) Since it can be determined by inspection of hermetic sealing with the substrate, defective products can be detected by methods other than electrical characteristics. Therefore, it is possible to easily improve the detection accuracy of the position where the cap is bonded to the substrate. Further, it is possible to improve reliability such as a change with time in frequency characteristics due to hermetic sealing.
  • the widths w1 and w2 in the opening of the cap have the above relational expression, the end surface of the cap can be further prevented from protruding outside the convex portion, and the piezoelectric vibrator can be downsized. Can also be planned. Therefore, it is possible to reduce the size and improve the reliability.
  • the substrate includes a connection electrode formed on the first surface, and an extraction electrode drawn from the connection electrode toward the convex portion toward the outer edge of the substrate.
  • the piezoelectric vibration element includes a conductive holding member. And may be electrically connected to the connection electrode of the substrate.
  • the piezoelectric vibration element may be a crystal vibration element.
  • the substrate may have a base portion that supports the convex portion, and the base portion and the convex portion may be integrally formed.
  • the convex portion of the substrate may be formed over the entire circumference of the outermost peripheral edge on the upper surface of the substrate in plan view.
  • the height of the convex portion of the substrate from the upper surface of the substrate may be higher than the lower surface of the piezoelectric vibration element.
  • a method for manufacturing a piezoelectric vibrator includes forming a piezoelectric vibration element, a substantially rectangular substrate having a longitudinal direction and a short direction in plan view, and a mounting region of the piezoelectric vibration element.
  • a substrate having a convex portion whose height from the upper surface of the substrate is lower than the upper surface of the piezoelectric vibration element formed over the entire circumference of the upper surface so as to surround the periphery of the piezoelectric vibration element in plan view Forming a piezoelectric vibration element in a mounting region on the upper surface of the substrate, and a flat plate portion opposed to the upper surface of the substrate, and protruding toward the upper surface of the substrate so as to have an opening from the flat plate portion Including a cap having an edge portion, joining the edge portion of the cap to the convex portion of the substrate via a bonding material, and sealingly sealing the piezoelectric vibration element, in a cross-sectional view in the longitudinal direction of the substrate, The width w1 in the opening of the cap and the width T of the convex portion of the substrate , And the width W1 of the upper surface between the convex portions of the substrate, there is a relationship of W1 + T1 ⁇ w1 ⁇ W1 + 2T1,
  • the widths w1 and w2 in the opening of the cap have the above relational expression, so that when the cap is joined to the convex portion of the substrate, the end surface on one side of the cap protrudes inside the convex portion.
  • the end surface on the other side protrudes outside the convex portion.
  • the piezoelectric vibration element is not hermetically sealed.
  • the conditions under which the cap can be joined in a state in which the end surface of the cap protrudes inward from the convex portion (for example, a state in which the joining material joined to the inner wall or the edge portion of the cap interferes with the piezoelectric vibration element) Since it can be determined by inspection of hermetic sealing with the substrate, defective products can be detected by methods other than electrical characteristics. Therefore, it is possible to easily improve the detection accuracy of the position where the cap is bonded to the substrate. Further, it is possible to improve reliability such as a change with time in frequency characteristics due to hermetic sealing.
  • the width t1 (0 ⁇ T1-2t1) of the end surface of the cap facing the substrate in the longitudinal sectional view of the substrate is set, the relationship of w1 ⁇ W1 + 2T1-2t1 is further satisfied.
  • the width t2 (0 ⁇ T2-2t2) of the end surface of the cap facing the substrate in a cross-sectional view in the short side direction of the substrate further has a relationship of w2 ⁇ W2 + 2T2-2t2. Also good.
  • the widths w1 and w2 in the opening of the cap have the above relational expression, the end surface of the cap can be further prevented from protruding outside the convex portion, and the piezoelectric vibrator can be downsized. Can also be planned. Therefore, it is possible to reduce the size and improve the reliability.
  • the piezoelectric vibration element can be easily mounted at a predetermined position of the substrate, and the detection accuracy of the bonding position of the cap with respect to the substrate can be easily improved.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of the piezoelectric vibrator according to the present embodiment.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1, and shows a case where the edge of the cap according to the present embodiment is joined to the convex portion.
  • 2B is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 1, and shows a case where the edge of the cap according to the present embodiment protrudes from the upper surface of the convex portion.
  • FIG. 3A is a diagram for explaining each configuration of a cap and a substrate in the piezoelectric vibrator according to the present embodiment.
  • FIG. 3B is a diagram for explaining each configuration of the cap and the substrate in the piezoelectric vibrator according to the present embodiment.
  • FIG. 3C is a diagram for explaining each configuration of the cap and the substrate in the piezoelectric vibrator according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the method for manufacturing the piezoelectric vibrator according to this embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a piezoelectric vibrator according to a modification of the present embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a piezoelectric vibrator according to another modification of the present embodiment.
  • FIG. 7 is a view for explaining a piezoelectric vibrator according to another modification of the present embodiment.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of the piezoelectric vibrator.
  • 2A and 2B are sectional views taken along the line II-II in FIG. 3A to 3C are diagrams for explaining the configurations of the cap and the substrate in the piezoelectric vibrator according to this embodiment.
  • illustration of the bonding material shown in FIGS. 2A and 2B is omitted.
  • the piezoelectric vibrator 1 includes a piezoelectric vibration element 100, a cap 200, and a substrate 300.
  • the cap 200 and the substrate 300 are holders that hold the piezoelectric vibration element 100.
  • a case or package having a sealed space for accommodating the piezoelectric vibration element 100 is formed.
  • the piezoelectric vibration element 100 includes a piezoelectric substrate 110 and first and second excitation electrodes 120 and 130 formed on the piezoelectric substrate 110.
  • the first excitation electrode 120 is formed on the first surface 112 of the piezoelectric substrate 110
  • the second excitation electrode 130 is formed on the second surface 114 opposite to the first surface 112 of the piezoelectric substrate 110.
  • the piezoelectric substrate 110 is formed from a given piezoelectric material, and the material is not particularly limited.
  • the piezoelectric substrate 110 is an AT-cut crystal piece.
  • the AT-cut crystal piece is 35 degrees 15 minutes ⁇ 1 in the direction from the Y-axis to the Z-axis around the X-axis among the X-axis, Y-axis, and Z-axis which are crystal axes of the artificial quartz.
  • the axes rotated for 30 minutes are defined as the Y ′ axis and the Z ′ axis, respectively, the surfaces specified by the X and Z ′ axes (hereinafter referred to as “XZ ′ surfaces”.
  • the piezoelectric substrate 110 that is an AT-cut crystal piece includes a longitudinal direction parallel to the Z′-axis direction, a short direction parallel to the X-axis direction, and a thickness direction parallel to the Y′-axis direction. And has a substantially rectangular shape when the XZ ′ plane is viewed in plan.
  • a quartz resonator element using an AT-cut quartz piece has extremely high frequency stability over a wide temperature range, is excellent in aging characteristics, and can be manufactured at low cost.
  • the AT-cut crystal resonator element often uses a thickness shear vibration mode as a main vibration.
  • the piezoelectric substrate according to the present embodiment is not limited to the above configuration.
  • an AT-cut crystal piece having a longitudinal direction parallel to the X-axis direction and a short direction parallel to the Z′-axis direction is used. It may be applied, may be a crystal piece with a different cut other than AT cut, or other piezoelectric material such as ceramic other than quartz may be applied.
  • the first excitation electrode 120 is formed on the first surface 112 (XZ ′ surface on the Y′-axis positive direction side) of the piezoelectric substrate 110, and the second excitation electrode 130 is different from the first surface 112 of the piezoelectric substrate 110. It is formed on the opposite second surface 114 (that is, the XZ ′ surface on the Y′-axis negative direction side).
  • the first and second excitation electrodes 120 and 130 are a pair of electrodes and have overlapping portions on the XZ ′ plane.
  • the piezoelectric substrate 110 has a connection electrode 124 electrically connected to the first excitation electrode 120 via the extraction electrode 122, and a connection electrode 134 electrically connected to the second excitation electrode 130 via the extraction electrode 132. And are formed. Specifically, the extraction electrode 122 is extracted from the first excitation electrode 120 toward the short side on the Z′-axis negative direction side on the first surface 112 and further passes through the side surface of the piezoelectric substrate 110 on the Z′-axis negative direction side. The connection electrode 124 formed on the second surface 114 is connected.
  • the extraction electrode 132 is extracted from the second excitation electrode 130 toward the short side of the Z′-axis negative direction on the second surface 114, and is connected to the connection electrode 134 formed on the second surface 114.
  • the connection electrodes 124 and 134 are disposed along the short side on the Z′-axis negative direction side, and the connection electrodes 124 and 134 are electrically connected to the substrate 300 via conductive holding members 340 and 342 described later. And mechanically held together.
  • the arrangement and pattern shape of the connection electrodes 124 and 134 and the extraction electrodes 122 and 132 are not limited, and can be appropriately changed in consideration of electrical connection with other members.
  • Each of the electrodes including the first and second excitation electrodes 120 and 130 may be formed, for example, by forming a base with a chromium (Cr) layer and forming a gold (Au) layer on the surface of the chromium layer. It is not limited.
  • the cap 200 includes a flat plate portion 201 that faces the first surface (upper surface) 302 of the substrate 300 and an edge portion 202 that is positioned around the flat plate portion 201 and protrudes from the flat plate portion 201 so as to have an opening.
  • the cap 200 has a recess 204 that opens to face the first surface (upper surface) 302 of the substrate 300.
  • the concave portion 204 is provided with an edge portion 202 formed so as to rise from the bottom surface of the concave portion 204 over the entire circumference of the opening of the flat plate portion 201, and the edge portion 202 is formed on the first surface 302 of the substrate 300.
  • Opposing end faces 205 are provided. As shown in FIG.
  • the end surface 205 may be a tip surface of the edge portion 202 protruding so as to rise substantially vertically from the bottom surface of the recess 204.
  • the material of the cap 200 may be a metal, for example. According to this, the shield function can be added by electrically connecting the cap 200 to the ground potential.
  • the cap 200 may be an insulating material or a composite structure of metal and insulating material.
  • the substrate 300 In the mounting region of the first surface 302 of the substrate 300, the piezoelectric vibration element 100 is mounted.
  • the substrate 300 has a longitudinal direction parallel to the Z′-axis direction, a short direction parallel to the X-axis direction, and a thickness direction parallel to the Y′-axis direction. It has a substantially rectangular shape on the ′ surface.
  • the substrate 300 may be formed of an insulating ceramic, for example, or may be formed of a glass material or a quartz material.
  • the substrate 300 may be a single layer or a plurality of layers. In the case of a plurality of layers, the substrate 300 may include an insulating layer formed on the outermost layer of the first surface 302. As shown in FIG.
  • the cap 200 and the substrate 300 are bonded together via a bonding material 350, so that the piezoelectric vibration element 100 is surrounded by the recess 204 of the cap 200 and the substrate 300 (cavity). ) 206 is hermetically sealed.
  • the piezoelectric vibration element 100 has one end (end on the conductive holding member 340, 342 side) as a fixed end and the other end as a free end.
  • the substrate 300 includes a base portion 310 and a convex portion 312 that is supported by the base portion 310 and formed over the entire circumference of the first surface 302 so as to surround the periphery of the piezoelectric vibration element 100.
  • the base portion 310 and the convex portion 312 are integrally formed.
  • both can be integrally formed by laminating and firing plate-like insulating ceramic sheets.
  • the piezoelectric vibration element 100 has a dimension L1 in the longitudinal direction and a dimension L2 in the lateral direction. In the present embodiment, L1 is 0.8 mm and L2 is 0.6 mm.
  • the convex portion 312 is formed to protrude upward from the first surface 302 of the substrate 300 on which the piezoelectric vibration element 100 is mounted, and the convex portion 312 is formed from the first surface 302 of the substrate 300.
  • a height H1 to the upper surface 313 is lower than a height H2 from the first surface 302 to the upper surface of the piezoelectric vibration element 100 mounted on the substrate 300 (the first surface 112 on which the first excitation electrode 120 is formed).
  • Such a convex portion 312 functions as a positioning guide when the piezoelectric vibration element 100 is mounted. Further, as shown in FIG.
  • the height H1 from the first surface 302 of the substrate 300 to the upper surface 313 of the convex portion 312 is higher than the height H3 from the first surface 302 of the substrate 300 to the lower surface of the piezoelectric vibration element 100.
  • the piezoelectric vibration element 100 is mounted on the substrate 300, the piezoelectric vibration element 100 is in contact with the upper surface of the convex portion 312 so that a defective mounting position can be detected.
  • the convex portion 312 when the height H 1 from the first surface 302 of the substrate 300 to the upper surface 313 of the convex portion 312 is lower than the height H 3 from the first surface 302 of the substrate 300 to the lower surface of the piezoelectric vibration element 100, the convex portion 312.
  • the convex portion 312 is formed over the entire circumference of the outermost peripheral edge of the upper surface 302 of the substrate 300.
  • An end surface 205 of the edge portion 202 of the cap 200 is bonded to the convex portion 312 of the substrate 300 via a bonding material 350.
  • the second surface 304 opposite to the first surface 302 of the substrate 300 is a flat surface.
  • the substrate 300 includes connection electrodes 320 and 322 formed on the first surface 302, and extraction electrodes 320 a and 322 a that are extracted from the connection electrodes 320 and 322 toward the convex portion 312 toward the outer edge of the substrate 300.
  • the connection electrode 124 is connected to the connection electrode 124 of the piezoelectric vibration element 100 via the conductive holding member 340, while the connection electrode 322 is connected to the connection electrode 134 of the piezoelectric vibration element 100 via the conductive holding member 342. Is connected.
  • the extraction electrode 320a is extracted from the connection electrode 320 toward any one corner portion of the substrate 300, while the extraction electrode 322a is extracted from the connection electrode 322 toward another corner portion of the substrate 300. Yes.
  • a plurality of external electrodes 330, 332, 334, and 336 are formed at each corner of the substrate 300.
  • the extraction electrode 320a is on the X axis negative direction side and the Z ′ axis negative direction side.
  • the lead electrode 322a is connected to the external electrode 332 formed at the corners on the X-axis positive direction side and the Z′-axis positive direction side.
  • external electrodes 334 and 336 may be formed in the remaining corner portions, and these external electrodes may be dummy patterns that are not electrically connected to the piezoelectric vibration element 100. Good. By forming such a dummy pattern, it becomes easy to apply a conductive material for forming the external electrode, and the external electrode can be formed at all corners. A processing step of electrically connecting to the member is also facilitated.
  • the corner portion of the substrate 300 has a cut-out side surface formed by cutting a part of the corner portion into a cylindrical curved surface shape (also called a castellation shape), and the external electrodes 330 and 332. , 334, 336 are formed continuously over such a cut-out side surface and the second surface 304.
  • the shape of the corner portion of the substrate 300 is not limited to this, and the shape of the cutout may be planar, or the corner of the corner portion may remain without being cutout.
  • substrate 300, an extraction electrode, and an external electrode is not limited to the above-mentioned example, It can apply in various deformation
  • the connection electrodes 320 and 322 are arranged on different sides on the first surface 302 of the substrate 300 such that one is formed on the Z′-axis positive direction side and the other is formed on the Z′-axis negative direction side. It may be.
  • the piezoelectric vibration element 100 is supported by the substrate 300 at both one end and the other end in the longitudinal direction.
  • the number of external electrodes is not limited to four, and may be two arranged on a diagonal, for example.
  • the external electrode is not limited to the one disposed at the corner portion, and may be formed on any side surface of the substrate 300 excluding the corner portion.
  • a cut-out side surface obtained by cutting a part of the side surface into a cylindrical curved surface may be formed, and the external electrode may be formed on the side surface excluding the corner portion.
  • the other external electrodes 334 and 336 which are dummy patterns may not be formed.
  • a through hole penetrating from the first surface 302 to the second surface 304 may be formed in the substrate 300, and electrical conduction from the connection electrode formed on the first surface 302 to the second surface 304 may be achieved by the through hole. . In this case, since it is not necessary to form an electrode so as to reach the convex portion 312 of the substrate 300, the electrode can be easily formed.
  • the thickness is obtained by applying an AC voltage between the pair of first and second excitation electrodes 120 and 130 in the piezoelectric vibration element 100 via the external electrodes 330 and 332.
  • the piezoelectric substrate 110 vibrates in a predetermined vibration mode such as a sliding vibration mode, and resonance characteristics associated with the vibration are obtained.
  • FIGS. 3A to 3C in the piezoelectric vibrator according to this embodiment, the sizes of the cap and the substrate have a predetermined relationship.
  • FIG. 3A is a plan view of the cap and the substrate
  • FIG. 3B is a cross-sectional view along the longitudinal direction passing through the center in the short direction of the substrate
  • FIG. 3C is a short view passing through the center in the longitudinal direction of the substrate. It is sectional drawing of the position along a direction.
  • the width w1 of the inner wall facing the central portion in the opening of the cap 200 the width T1 of the convex portion 312 of the substrate 300, and When the width W1 of the upper surface between the convex portions 312 of the substrate 300 is set, W1 + T1 ⁇ w1 ⁇ W1 + 2T1 And in the cross-sectional view of the substrate 300 in the short direction (see FIG. 3B), the width w1 of the inner wall facing the central portion in the opening of the cap 200, the width T1 of the convex portion 312 of the substrate 300, and When the width W1 of the upper surface between the convex portions 312 of the substrate 300 is set, W1 + T1 ⁇ w1 ⁇ W1 + 2T1 And in the cross-sectional view of the substrate 300 in the short direction (see FIG.
  • the widths w1 and w2 in the opening of the cap 200 have the above relational expression, when the cap 200 is joined to the convex portion 312 of the substrate 300, the end surface 205 on one side of the cap 200 is convex as shown in FIG. 2B. When protruding from the inside of the portion 312 and the inner wall of the cap 200 can be interfered with the crystal piece, the end face 205 on the other side protrudes outside the convex portion 312. In this case, since a gap is generated between the end surface of the cap 200 and the substrate 300, the piezoelectric vibration element 100 is not hermetically sealed.
  • the cap 200 is bonded in a state in which the end surface 205 protrudes inward from the convex portion 312 (for example, a state in which the bonding material 350 bonded to the inner wall or the edge of the cap 200 interferes with the piezoelectric vibration element 100). Since the condition to obtain can be determined by inspection of sealing and sealing between the cap 200 and the substrate 300, defective products can be detected by methods other than inspection of electrical characteristics. Further, when the device is viewed in plan, the gap can be image-identified by the boundary between the inner surface of the convex portion 312 of the substrate 300 and the boundary between the outer surface of the cap 200. Therefore, it is possible to easily improve the detection accuracy of the bonding position of the cap 200 with respect to the substrate 300 by inspection of sealing and image identification.
  • the mounting area of the piezoelectric vibrator is 1.2 mm ⁇ 1.0 mm or less, when the piezoelectric vibration element 100 is mounted at a predetermined position on the substrate 300, the piezoelectric vibration element 100 and the convexity are viewed in plan view.
  • the distance D from the inside of the portion 312 can ensure only 2.0 times or less of t1.
  • the present invention is effective in such a small design. Further, it is more effective when the distance D can be secured only 1.5 times or less of t1. On the other hand, the present invention is also effective when the distance D is designed to ensure only 15 ⁇ m or less.
  • the width t1 (0 ⁇ T1-2t1) of the end surface 205 of the cap 200 facing the substrate 300 in the longitudinal sectional view of the substrate 300 (see FIG. 3B). ) W1 + T1 ⁇ w1 ⁇ W1 + 2T1-2t1 And the width t2 (0 ⁇ T2-2t2) of the end surface 205 of the cap 200 facing the substrate 300 in a cross-sectional view of the substrate 300 in the short direction (see FIG. 3C), W2 + T2 ⁇ w2 ⁇ W2 + 2T2-2t2 It is preferable to have the following relationship.
  • the end surface 205 of the cap 200 can be further prevented from protruding outside the convex portion 312 and the piezoelectric vibrator can be downsized. be able to. Therefore, it is possible to provide a piezoelectric vibrator that can be reduced in size and improved in reliability.
  • the width of the end face 205 of the cap 200 in each cross-sectional view is the same on the left and right, but the present invention is not limited to this and may be different from each other. In this case, it is only necessary to have the above relational expressions with the average value of the widths of the left and right end faces 205 as t1 (or t2). Note that the width t1 of the end surface 205 in the cross-sectional view in the longitudinal direction (see FIG. 3B) and the width t2 of the end surface 205 in the cross-sectional view in the short direction (see FIG. 3C) may be the same or different. May be.
  • FIGS. 3A to 3C shows an aspect in which the width of the convex portion 312 of the substrate 300 is the same in the right and left in each cross-sectional view.
  • the widths may be different from each other.
  • T1 or T2
  • T1 of the convex portion 312 in the cross-sectional view in the longitudinal direction see FIG. 3B
  • T2 of the convex portion 312 in the cross-sectional view in the short direction see FIG. 3C
  • the piezoelectric resonator element 100 can be easily mounted at the mounting position of the substrate 300 and the accuracy of the bonding position of the cap 200 to the substrate 300 is improved. be able to.
  • the piezoelectric vibration element 100 is formed (S10).
  • a crystal resonator element as the piezoelectric resonator element 100
  • crystal material is cut into a wafer shape at a predetermined cut angle from an artificial quartz or natural quartz ore, and formed into a predetermined rectangular outer shape by dicing or etching.
  • various electrodes including the first and second excitation electrodes 120 and 130 are formed by sputtering or vacuum deposition (see FIG. 1).
  • the convex portion 312 is formed on the substrate 300 (S11).
  • the material of the substrate 300 may be ceramic, for example.
  • the base portion 310 that supports the convex portions 312 and the convex portions 312 is integrally formed by laminating and firing plate-like insulating ceramic sheets. May be.
  • connection electrodes 320 and 322 and extraction electrodes 320 a and 322 a are formed on the first surface 302 of the substrate 300.
  • a paste-like conductive material is applied to a predetermined region of the first surface 302 of the substrate 300, and the applied conductive material is baked.
  • the conductive material can also be formed by sputtering or vacuum deposition.
  • the piezoelectric vibration element 100 is mounted on the first surface 302 of the substrate 300 (S12). Specifically, the conductive holding members 340 and 342 are applied on the connection electrodes 320 and 322, and the connection electrodes 124 and 134 of the piezoelectric vibration element 100 are connected to the connection electrodes 320 and 320 of the substrate 300 via the conductive holding members 340 and 342. The conductive holding members 340 and 342 are cured by connecting to 322. Thus, the piezoelectric vibration element 100 can be electrically connected to the various electrodes of the substrate 300.
  • the cap 200 is bonded to the convex portion 312 of the substrate 300 via the bonding material 350 (S13).
  • the bonding material 350 is a resin adhesive
  • a paste-like resin adhesive is provided on the end surface 205 (see FIG. 2A) of the cap 200 by a dipping method or the like, and then the cap 200 is placed on the substrate via the bonding material 350. 300 can be bonded.
  • the cap and the substrate have a predetermined size, the accuracy of the bonding position of the cap 200 to the substrate 300 is improved. As a result, reliability can be improved.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a piezoelectric vibrator according to this modification, and specifically, the configuration of the cap is different from the above.
  • the cap 210 may have a flange portion that protrudes from the opening edge toward the opening edge from the recessed opening center, and this flange portion has an end surface 215 that faces the first surface of the substrate. You may have.
  • the configuration described above can be applied except that the cap 210 has the end face 215 of the flange portion. According to this, since the size of the end surface 215 can be increased, the bonding strength between the cap 210 and the substrate can be improved.
  • FIGS. 6 and 7 are diagrams for explaining the piezoelectric vibrator according to the present modification, and specifically, the configuration of the substrate is different from the above contents.
  • the substrate 360 may have a base portion 362 and a convex portion 364 formed separately from the base portion 362.
  • the convex portion 364 may be joined to the base portion 362 via a joining material (not shown).
  • the convex portion 364 is formed to project upward from the first surface 366 of the substrate 360 on which the piezoelectric vibration element is mounted.
  • the convex portion 364 may be formed of the same material as the base portion 362 (for example, the same insulating ceramic), or a different material (for example, the base portion is an insulating ceramic, and the convex portion is different from the base portion, organic or inorganic). Of the insulating film).
  • the configuration described above can be applied except that the base portion and the convex portion are formed separately. According to this, since the convex portion is formed separately from the base portion, a substrate having the convex portion can be easily formed.
  • the substrate 370 may have a convex portion 374 formed over the entire circumference of the first surface 376 inside the outermost peripheral edge 378 of the substrate 370.
  • the base portion 372 of the substrate 370 may be formed integrally with the convex portion 374 or may be formed separately.
  • the configuration described above can be applied except that the convex portion 374 is formed inside the outermost peripheral edge 378.
  • each size of the cap and the substrate has a predetermined relationship, so that the accuracy of the bonding position of the cap to the substrate is improved. As a result, reliability can be improved.
  • each embodiment described above is for facilitating understanding of the present invention, and is not intended to limit the present invention.
  • the present invention can be changed / improved without departing from the spirit thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
  • those obtained by appropriately modifying the design of each embodiment by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.
  • each element included in each embodiment and its arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those illustrated, and can be changed as appropriate.
  • each element included in each embodiment can be combined as much as technically possible, and combinations thereof are included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.

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Abstract

圧電振動子１は、圧電振動素子１００と、圧電振動素子１００の上面よりも高さが低い凸部３１２を有する基板３００と、接合材３５０を介して基板３００の凸部３１２に接合されたキャップ２００とを備え、基板３００の長手方向の断面視において、キャップ２００の開口内の幅ｗ１、基板３００の凸部３１２の幅Ｔ１、及び、基板３００の凸部３１２の間の上面の幅Ｗ１とした場合、Ｗ１＋Ｔ１≦ｗ１＜Ｗ１＋２Ｔ１の関係を有し、かつ、基板３００の短手方向の断面視において、キャップ２００の開口内の幅ｗ２、基板３００の凸部３１２の幅Ｔ２、及び、基板３００の凸部３１２の間の上面の幅Ｗ２とした場合、Ｗ２＋Ｔ２≦ｗ２＜Ｗ２＋２Ｔ２の関係を有する。

Description

圧電振動子及びその製造方法
　本発明は、圧電振動子及びその製造方法に関する。
　発振装置や帯域フィルタなどに用いられる圧電デバイスの構成の１つとして、圧電振動子がある。圧電振動子の一例である水晶振動子は、水晶振動素子と、水晶振動素子が保持される保持器とを備えている。保持器は、表面に水晶振動素子が搭載された基板と、封止材を介して基板に接合されたキャップ（金属カバー）とを備えている。このような水晶振動子が、発振装置や帯域フィルタなどに用いられる圧電デバイスの構成の１つとして知られている（例えば特許文献１参照）。なお、キャップは基板に対向する向きに開口しており、このようなキャップを封止材を介して基板に接合することによって圧電振動素子を保持器内部に密封封止することができる。
　しかしながら、このような構成においては、基板の上面（圧電振動素子を搭載する側の面）は平坦であり位置決めのためのガイドがないため、圧電振動素子の搭載位置がばらつく場合があった。さらに、キャップを基板に接合する際においても、キャップの接合位置がばらつく場合があり、これにより例えばキャップが基板上の圧電振動素子と接触した状態で接合される場合があった。
特開２０１２－１９１６４８号公報
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、圧電振動素子を基板の所定位置に簡単に搭載することができるとともに、キャップの基板に対する接合位置の検出精度の向上を容易に図ることができる圧電振動子及びその製造方法を提供することを目的とする。
　本発明の一側面に係る圧電振動子は、圧電振動素子と、平面視して長手方向及び短手方向を有する略矩形の基板であって、圧電振動素子が搭載された上面を有し、平面視して圧電振動素子の周囲を囲むように上面の全周に亘って形成された圧電振動素子の上面よりも基板の上面からの高さが低い凸部を有する基板と、基板の上面に対向している平板部と平板部から開口を持つように基板の上面に向かって突出している縁部とを有しており、圧電振動素子を密封封止するように縁部が接合材を介して基板の凸部に接合されたキャップとを備え、基板の長手方向の断面視において、キャップの開口内の幅ｗ１、基板の凸部の幅Ｔ１、及び、基板の凸部の間の上面の幅Ｗ１とした場合、Ｗ１＋Ｔ１≦ｗ１＜Ｗ１＋２Ｔ１の関係を有し、かつ、基板の短手方向の断面視において、キャップの開口内の幅ｗ２、基板の凸部の幅Ｔ２、及び、基板の凸部の間の上面の幅Ｗ２とした場合、Ｗ２＋Ｔ２≦ｗ２＜Ｗ２＋２Ｔ２の関係を有する。
　上記構成によれば、キャップの開口内の幅ｗ１及びｗ２が上記関係式を有することにより、キャップが基板の凸部に接合される場合、キャップの一方側の端面が凸部よりも内側にはみ出て、キャップの内壁が圧電振動素子に干渉され得る状態になると、他方側の端面が凸部の外側にはみ出ることになる。この場合、キャップの端面と基板との間に隙間が発生するため、圧電振動素子が密封封止されることもない。したがって、キャップの端面が凸部よりも内側にはみ出た状態（例えばキャップの縁部の内壁または縁部に接合された接合材が圧電振動素子と干渉した状態）で接合され得る条件が、キャップと基板との密封封止の検査で判別できるため、電気特性の以外の方法で不良品を検出できる。したがって、キャップの基板に対する接合位置の検出精度の向上を容易に図ることができる。さらに、密閉封止に起因する周波数特性の経時変化などの信頼性の向上を図ることができる。
　上記圧電振動子において、基板の長手方向の断面視において、キャップにおける基板に対向する端面の幅ｔ１（０≦Ｔ１－２ｔ１）とした場合、ｗ１≦Ｗ１＋２Ｔ１－２ｔ１の関係をさらに有し、かつ、基板の短手方向の断面視において、キャップにおける基板に対向する端面の幅ｔ２（０≦Ｔ２－２ｔ２）とした場合、ｗ２≦Ｗ２＋２Ｔ２－２ｔ２の関係をさらに有してもよい。
　上記構成によれば、キャップの開口内の幅ｗ１及びｗ２が上記関係式を有することにより、さらに、キャップの端面が凸部の外側にはみ出ることを防止することができ、圧電振動子の小型化も図ることができる。したがって、小型化かつ信頼性の向上を図ることができる。
　上記圧電振動子において、基板は、第１面に形成された接続電極と、接続電極から凸部に向かって基板の外縁に引き出された引出電極とを含み、圧電振動素子は、導電保持部材を介して基板の接続電極に電気的に接続されてもよい。
　上記圧電振動子において、圧電振動素子は、水晶振動素子であってもよい。
　上記圧電振動子において、基板は、凸部を支持するベース部を有し、ベース部と凸部とが一体的に形成されてもよい。
　上記圧電振動子において、基板の凸部は、平面視して基板の上面における最外周の縁の全周に亘って形成されてもよい。
　上記圧電振動子において、基板の凸部は、基板の上面からの高さが圧電振動素子の下面より高くてもよい。
　本発明の一側面に係る圧電振動子の製造方法は、圧電振動素子を形成すること、平面視して長手方向及び短手方向を有する略矩形の基板であって、圧電振動素子の搭載領域を含む上面を有し、平面視して圧電振動素子の周囲を囲むように上面の全周に亘って形成された圧電振動素子の上面よりも基板の上面からの高さが低い凸部を有する基板を形成すること、圧電振動素子を基板の上面の搭載領域に搭載すること、及び、基板の上面に対向している平板部と平板部から開口を持つように基板の上面に向かって突出している縁部とを有するキャップを用意し、キャップの縁部を接合材を介して基板の凸部に接合して、圧電振動素子を密封封止することを含み、基板の長手方向の断面視において、キャップの開口内の幅ｗ１、基板の凸部の幅Ｔ１、及び、基板の凸部の間の上面の幅Ｗ１とした場合、Ｗ１＋Ｔ１≦ｗ１＜Ｗ１＋２Ｔ１の関係を有し、かつ、基板の短手方向の断面視において、キャップの開口内の幅ｗ２、基板の凸部の幅Ｔ２、基板の凸部の間の上面の幅Ｗ２とした場合、Ｗ２＋Ｔ２≦ｗ２＜Ｗ２＋２Ｔ２の関係を有する。
　上記構成によれば、キャップの開口内の幅ｗ１及びｗ２が上記関係式を有することにより、キャップが基板の凸部に接合される場合、キャップの一方側の端面が凸部よりも内側にはみ出て、キャップの内壁が圧電振動素子に干渉され得る状態になると、他方側の端面が凸部の外側にはみ出ることになる。この場合、キャップの端面と基板との間に隙間が発生するため、圧電振動素子が密封封止されることもない。したがって、キャップの端面が凸部よりも内側にはみ出た状態（例えばキャップの縁部の内壁または縁部に接合された接合材が圧電振動素子と干渉した状態）で接合され得る条件が、キャップと基板との密封封止の検査で判別できるため、電気特性の以外の方法で不良品を検出できる。したがって、キャップの基板に対する接合位置の検出精度の向上を容易に図ることができる。さらに、密閉封止に起因する周波数特性の経時変化などの信頼性の向上を図ることができる。
　上記圧電振動子の製造方法において、基板の長手方向の断面視において、キャップにおける基板に対向する端面の幅ｔ１（０≦Ｔ１－２ｔ１）とした場合、さらに、ｗ１≦Ｗ１＋２Ｔ１－２ｔ１の関係をさらに有し、かつ、基板の短手方向の断面視において、キャップにおける基板に対向する端面の幅ｔ２（０≦Ｔ２－２ｔ２）とした場合、さらに、ｗ２≦Ｗ２＋２Ｔ２－２ｔ２の関係をさらに有してもよい。
　上記構成によれば、キャップの開口内の幅ｗ１及びｗ２が上記関係式を有することにより、さらに、キャップの端面が凸部の外側にはみ出ることを防止することができ、圧電振動子の小型化も図ることができる。したがって、小型化かつ信頼性の向上を図ることができる。
　本発明によれば、圧電振動素子を基板の所定位置に簡単に搭載することができるとともに、キャップの基板に対する接合位置の検出精度の向上を容易に図ることができる。
図１は、本実施形態に係る圧電振動子の分解斜視図である。 図２Ａは、図１のＩＩ－ＩＩ線断面図であり、本実施形態に係るキャップの縁部が凸部に接合された場合を示したものである。 図２Ｂは、図１のＩＩ－ＩＩ線断面図であり、本実施形態に係るキャップの縁部が凸部の上面から飛び出した場合を示したものである。 図３Ａは、本実施形態に係る圧電振動子のうちキャップ及び基板の各構成を説明するための図である。 図３Ｂは、本実施形態に係る圧電振動子のうちキャップ及び基板の各構成を説明するための図である。 図３Ｃは、本実施形態に係る圧電振動子のうちキャップ及び基板の各構成を説明するための図である。 図４は、本実施形態に係る圧電振動子の製造方法を示すフローチャートである。 図５は、本実施形態の変形例に係る圧電振動子を説明するための図である。 図６は、本実施形態の他の変形例に係る圧電振動子を説明するための図である。 図７は、本実施形態の他の変形例に係る圧電振動子を説明するための図である。
　以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。
　図１～図３Ｃを参照しつつ、本実施形態に係る圧電振動子を説明する。ここで、図１は圧電振動子の分解斜視図である。また、図２Ａ及び図２Ｂは図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。また、図３Ａ～図３Ｃは本実施形態に係る圧電振動子のうちキャップ及び基板の各構成を説明するための図である。なお、図１においては、図２Ａ及び図２Ｂに示される接合材の図示を省略している。
　図１に示すように、本実施形態に係る圧電振動子１は、圧電振動素子１００と、キャップ２００と、基板３００とを備える。キャップ２００及び基板３００は圧電振動素子１００を保持する保持器である。キャップ２００及び基板３００が接合材を介して接合されることにより、圧電振動素子１００を収容するため封止空間を有するケース又はパッケージが形成される。
　圧電振動素子１００は、圧電基板１１０と、圧電基板１１０に形成された第１及び第２励振電極１２０，１３０とを含む。第１励振電極１２０は、圧電基板１１０の第１面１１２に形成され、第２励振電極１３０は、圧電基板１１０の第１面１１２とは反対の第２面１１４に形成されている。
　圧電基板１１０は、所与の圧電材料から形成され、その材料は特に限定されるものではない。図１に示す例では、圧電基板１１０は、ＡＴカットされた水晶片である。ＡＴカットの水晶片は、人工水晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうち、Ｙ軸及びＺ軸をＸ軸の周りにＹ軸からＺ軸の方向に３５度１５分±１分３０秒回転させた軸をそれぞれＹ´軸及びＺ´軸とした場合、Ｘ軸及びＺ´軸によって特定される面（以下、「ＸＺ´面」と呼ぶ。他の軸によって特定される面についても同様である。）と平行な面を主面として切り出されたものである。図１に示す例では、ＡＴカット水晶片である圧電基板１１０は、Ｚ´軸方向に平行な長手方向と、Ｘ軸方向に平行な短手方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さ方向を有しており、ＸＺ´面を平面視したときにおいて略矩形形状をなしている。ＡＴカット水晶片を用いた水晶振動素子は、広い温度範囲で極めて高い周波数安定性を有し、また、経時変化特性にも優れている上、低コストで製造することが可能である。また、ＡＴカット水晶振動素子は、厚みすべり振動モード（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　Ｓｈｅａｒ　Ｍｏｄｅ）を主振動として用いられることが多い。
　なお、本実施形態に係る圧電基板は上記構成に限定されるものではなく、例えば、Ｘ軸方向に平行な長手方向と、Ｚ´軸方向に平行な短手方向とを有するＡＴカット水晶片を適用してもよいし、ＡＴカット以外の異なるカットの水晶片であってもよいし、又は、水晶以外のセラミックなどのその他の圧電材料を適用してもよい。
　第１励振電極１２０は、圧電基板１１０の第１面１１２（Ｙ´軸正方向側のＸＺ´面）に形成され、また、第２励振電極１３０は、圧電基板１１０の第１面１１２とは反対の第２面１１４（すなわち、Ｙ´軸負方向側のＸＺ´面）に形成されている。第１及び第２励振電極１２０，１３０は一対の電極であり、ＸＺ´面において互いに重なり部分を有している。
　圧電基板１１０には、第１励振電極１２０に引出電極１２２を介して電気的に接続された接続電極１２４と、第２励振電極１３０に引出電極１３２を介して電気的に接続された接続電極１３４とが形成されている。具体的には、引出電極１２２は、第１面１１２において第１励振電極１２０からＺ´軸負方向側短辺に向かって引き出され、さらに圧電基板１１０のＺ´軸負方向側の側面を通って、第２面１１４に形成された接続電極１２４に接続されている。他方、引出電極１３２は、第２面１１４において第２励振電極１３０からＺ´軸負方向側短辺に向かって引き出され、第２面１１４に形成された接続電極１３４に接続されている。接続電極１２４，１３４は、Ｚ´軸負方向側の短辺に沿って配置され、これらの接続電極１２４，１３４は、後述する導電保持部材３４０，３４２を介して基板３００に電気的導通を図るとともに機械的に保持される。なお、本実施形態において、接続電極１２４，１３４及び引出電極１２２，１３２の配置やパターン形状は限定されるものではなく、他の部材との電気的接続を考慮して適宜変更することができる。
　第１及び第２励振電極１２０，１３０を含む上記各電極は、例えば、下地をクロム（Ｃｒ）層で形成し、クロム層の表面に金（Ａｕ）層を形成してもよく、その材料は限定されるものではない。
　キャップ２００は、基板３００の第１面（上面）３０２に対向する平板部２０１と、平板部２０１の周囲に位置し、平板部２０１から開口を有するように突出する縁部２０２とを備える。キャップ２００は、基板３００の第１面（上面）３０２に対向して開口した凹部２０４を有する。凹部２０４には、平板部２０１の開口の全周に亘って、凹部２０４の底面から立ち上がるように形成された縁部２０２が設けられており、縁部２０２は、基板３００の第１面３０２に対向する端面２０５を有する。図２Ａに示すように、この端面２０５は、凹部２０４の底面から略垂直に立ち上がるように突出する縁部２０２の先端面であってもよい。キャップ２００の材料は、例えば金属であってもよい。これによればキャップ２００を接地電位に電気的に接続させることによりシールド機能を付加することができる。あるいは、キャップ２００は、絶縁材料又は金属・絶縁材料の複合構造であってもよい。
　基板３００の第１面３０２の搭載領域には、圧電振動素子１００が搭載される。図１に示す例では、基板３００は、Ｚ´軸方向に平行な長手方向と、Ｘ軸方向に平行な短手方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さ方向を有しており、ＸＺ´面において略矩形形状をなしている。基板３００は、例えば絶縁性セラミックで形成されてもよく、あるいは、ガラス材料又は水晶材料で形成してもよい。基板３００は、単層であっても複数層であってもよく、複数層である場合、第１面３０２の最表層に形成された絶縁層を含んでもよい。図２Ａに示すように、キャップ２００及び基板３００の両者が接合材３５０を介して接合されることによって、圧電振動素子１００が、キャップ２００の凹部２０４と基板３００とによって囲まれた内部空間（キャビティ）２０６に密封封止される。図２Ａに示す例では、圧電振動素子１００は、その一方端（導電保持部材３４０，３４２側の端部）が固定端であり、その他方端が自由端となっている。
　基板３００は、ベース部３１０と、ベース部３１０に支持されるとともに、圧電振動素子１００の周囲を囲むように第１面３０２の全周に亘って形成された凸部３１２とを有する。図２Ａに示すように、ベース部３１０と凸部３１２とは一体的に形成されている。例えば、板状の絶縁性セラミックシートを積層し焼成することによって両者を一体的に形成することができる。なお、図１に示すように、圧電振動素子１００は、長手方向の寸法Ｌ１を有し、短手方向に寸法Ｌ２を有する。本実施形態では、Ｌ１を０．８ｍｍ、Ｌ２を０．６ｍｍとした。
　図２Ａに示すように、凸部３１２は、圧電振動素子１００が搭載される基板３００の第１面３０２よりも上方に突出して形成されており、基板３００の第１面３０２から凸部３１２の上面３１３までの高さＨ１は、第１面３０２から基板３００に搭載された圧電振動素子１００の上面（第１励振電極１２０が形成された第１面１１２）までの高さＨ２よりも低い。このような凸部３１２は、圧電振動素子１００を搭載する際において位置決めのガイドとして機能する。さらに、図２Ｂに示すように、基板３００の第１面３０２から凸部３１２の上面３１３までの高さＨ１が、基板３００の第１面３０２から圧電振動素子１００の下面までの高さＨ３よりも高い場合、圧電振動素子１００の基板３００への搭載位置にずれが生じた場合に、圧電振動素子１００が凸部３１２の上面に接触することで搭載位置の不良が検出をできる点で好ましい。一方、基板３００の第１面３０２から凸部３１２の上面３１３までの高さＨ１が、基板３００の第１面３０２から圧電振動素子１００の下面までの高さＨ３よりも低い場合、凸部３１２の高さを小さくできるため、凸部の形成が容易である点で好ましい。図２Ａに示すように、凸部３１２は、基板３００の上面３０２における最外周の縁の全周に亘って形成されている。キャップ２００の縁部２０２の端面２０５は、接合材３５０を介して基板３００の凸部３１２に接合されている。なお、基板３００の第１面３０２と反対の第２面３０４は平坦な面である。
　図１に示すように、基板３００は、第１面３０２に形成された接続電極３２０，３２２と、接続電極３２０，３２２から凸部３１２に向かって基板３００の外縁に引き出される引出電極３２０ａ，３２２ａとを含む。接続電極３２０には、導電保持部材３４０を介して、圧電振動素子１００の接続電極１２４が接続され、他方、接続電極３２２には、導電保持部材３４２を介して、圧電振動素子１００の接続電極１３４が接続される。引出電極３２０ａは、接続電極３２０から基板３００のいずれか１つのコーナー部に向かって引き出され、他方、引出電極３２２ａは、接続電極３２２から基板３００の他の１つのコーナー部に向かって引き出されている。また、基板３００の各コーナー部には、複数の外部電極３３０，３３２，３３４，３３６が形成されており、図１に示す例では、引出電極３２０ａがＸ軸負方向及びＺ´軸負方向側のコーナー部に形成された外部電極３３０に接続され、他方、引出電極３２２ａがＸ軸正方向及びＺ´軸正方向側のコーナー部に形成された外部電極３３２に接続されている。また図１に示すように、残りのコーナー部には、外部電極３３４，３３６が形成されていてもよく、これらの外部電極は圧電振動素子１００とは電気的に接続されないダミーパターンであってもよい。このようなダミーパターンを形成することにより、外部電極を形成するための導電材料の付与が容易になり、また、全てのコーナー部に外部電極を形成することができるため、圧電振動子を他の部材に電気的に接続する処理工程も容易となる。
　図１に示す例では、基板３００のコーナー部は、その一部が円筒曲面状（キャスタレーション形状とも呼ばれる。）に切断して形成された切り欠き側面を有しており、外部電極３３０，３３２，３３４，３３６は、このような切り欠き側面及び第２面３０４にかけて連続的に形成されている。なお、基板３００のコーナー部の形状はこれに限定されるものではなく、切り欠きの形状は平面状であってもよいし、切り欠きがなく、コーナー部の角が残っていてもよい。
　なお、基板３００の接続電極、引出電極及び外部電極の各構成は上述の例に限定されるものではなく、様々に変形して適用することができる。例えば、接続電極３２０，３２２は、一方がＺ´軸正方向側に形成され、他方がＺ´軸負方向側に形成されるなど、基板３００の第１面３０２上において互いに異なる側に配置されていてもよい。このような構成においては、圧電振動素子１００が、長手方向の一方端及び他方端の両方において基板３００に支持されることになる。また、外部電極の個数は４つに限るものではなく、例えば対角上に配置された２つであってもよい。また、外部電極はコーナー部に配置されたものに限らず、コーナー部を除く基板３００のいずれかの側面に形成されてもよい。この場合、既に説明したとおり、側面の一部を円筒曲面状に切断した切り欠き側面を形成し、コーナー部を除く当該側面に外部電極を形成してもよい。さらに、ダミーパターンである他の外部電極３３４，３３６は形成しなくてもよい。また、基板３００に第１面３０２から第２面３０４へ貫通するスルーホールを形成し、このスルーホールによって第１面３０２に形成した接続電極から第２面３０４へ電気的導通を図ってもよい。この場合、基板３００の凸部３１２に至るように電極を形成する必要がないため、容易に電極を形成することができる。
　本実施形態に係る圧電振動子１においては、外部電極３３０，３３２を介して、圧電振動素子１００における一対の第１及び第２励振電極１２０，１３０の間に交流電圧を印加することにより、厚みすべり振動モードなどの所定の振動モードで圧電基板１１０が振動し、該振動に伴う共振特性が得られる。
　図３Ａ～図３Ｃに示すように、本実施形態に係る圧電振動子においては、キャップ及び基板の各サイズが所定の関係を有している。ここで、図３Ａはキャップ及び基板の平面図であり、図３Ｂは基板の短手方向の中央を通り長手方向に沿った断面図であり、図３Ｃは基板の長手方向の中央を通り短手方向に沿った位置の断面図である。
　具体的には、基板３００の長手方向の断面視（図３Ｂ参照）において、キャップ２００の開口内の中央部にあって対向する内壁の幅ｗ１、基板３００の凸部３１２の幅Ｔ１、及び、基板３００の凸部３１２の間の上面の幅Ｗ１とした場合、
　Ｗ１＋Ｔ１≦ｗ１＜Ｗ１＋２Ｔ１
の関係を有し、かつ、基板３００の短手方向の断面視（図３Ｃ参照）において、キャップ２００の開口内の中央部にあって対向する内壁の幅ｗ２、基板３００の凸部３１２の幅Ｔ２、及び、基板３００の凸部３１２の間の上面の幅Ｗ２とした場合、
　Ｗ２＋Ｔ２≦ｗ２＜Ｗ２＋２Ｔ２
の関係を有している。
　キャップ２００の開口内の幅ｗ１及びｗ２が上記関係式を有することにより、キャップ２００が基板３００の凸部３１２に接合される場合、図２Ｂに示すようにキャップ２００の一方側の端面２０５が凸部３１２よりも内側にはみ出て、キャップ２００の内壁が水晶片に干渉され得る状態になると、他方側の端面２０５が凸部３１２の外側にはみ出ることになる。この場合、キャップ２００の端面と基板３００とに隙間が発生するため、圧電振動素子１００が密封封止されることもない。したがって、キャップ２００の端面２０５が凸部３１２よりも内側にはみ出た状態（例えばキャップ２００の縁部の内壁または縁部に接合された接合材３５０が圧電振動素子１００と干渉した状態）で接合され得る条件が、キャップ２００と基板３００との密封封止の検査で判別できるため、電気特性の検査以外の方法で不良品を検出できる。また、デバイスを平面視して基板３００の凸部３１２の内面の境界とキャップ２００の外面の境界により隙間を画像識別できるため、キャップ２００の基板３００に対する接合位置の不良品が検出できる。したがって、密封封止の検査、また画像識別などにより、キャップ２００の基板３００に対する接合位置の検出精度の向上を容易に図ることができる。さらに、密閉封止に起因する周波数特性の経時変化などの信頼性の向上を図ることができる。圧電振動子の実装面積が１．２ｍｍｘ１．０ｍｍ以下となるような小型化が進むと、圧電振動素子１００が基板３００の所定の位置に搭載された場合、平面視して圧電振動素子１００と凸部３１２の内側との距離Ｄが、ｔ１の２．０倍以下しか確保できない設計が発生する。このような小型の設計において、本発明は有効である。さらに、距離Ｄがｔ１の１．５倍以下しか確保できないときにさらに有効である。一方で、距離Ｄが１５μｍ以下しか確保できない設計のときも、本発明は有効である。
　また、本実施形態に係る圧電振動子のさらに好ましい態様として、基板３００の長手方向の断面視（図３Ｂ参照）において、キャップ２００における基板３００に対向する端面２０５の幅ｔ１（０≦Ｔ１－２ｔ１）とした場合、
　Ｗ１＋Ｔ１≦ｗ１≦Ｗ１＋２Ｔ１－２ｔ１
の関係を有し、かつ、基板３００の短手方向の断面視（図３Ｃ参照）において、キャップ２００における基板３００に対向する端面２０５の幅ｔ２（０≦Ｔ２－２ｔ２）とした場合、
　Ｗ２＋Ｔ２≦ｗ２≦Ｗ２＋２Ｔ２－２ｔ２
の関係を有することが好ましい。
　キャップ２００の開口内の幅ｗ１及びｗ２が上記関係式を有することにより、さらに、キャップ２００の端面２０５が凸部３１２の外側にはみ出ることを防止することができ、圧電振動子の小型化も図ることができる。したがって、小型化かつ信頼性の向上を図ることができる圧電振動子を提供することができる。
　なお、図３Ａ～図３Ｃの例では、各断面視におけるキャップ２００の端面２０５の幅が左右において同一である態様を示しているが、これに限らず互いに異なる幅であってもよい。この場合、左右の各端面２０５の幅の平均値をｔ１（又はｔ２）として上記各関係式を有していればよい。なお、長手方向の断面視（図３Ｂ参照）における端面２０５の幅ｔ１と、短手方向の断面視（図３Ｃ参照）における端面２０５の幅ｔ２は、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよい。
　また、基板３００の凸部３１２の幅についても、図３Ａ～図３Ｃの例では、各断面視における基板３００の凸部３１２の幅が左右において同一である態様を示しているが、これに限らず互いに異なる幅であってもよい。この場合、左右の各凸部３１２の幅の平均値をＴ１（又はＴ２）として上記各関係式を有していればよい。なお、長手方向の断面視（図３Ｂ参照）における凸部３１２の幅Ｔ１と、短手方向の断面視（図３Ｃ参照）における凸部３１２の幅Ｔ２は、説明の便宜上異なる表記を用いているが、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよい。
　以上のとおり、本実施形態に係る圧電振動子によれば、圧電振動素子１００を基板３００の搭載位置に容易に搭載することができるとともに、キャップ２００の基板３００に対する接合位置の精度の向上を図ることができる。
　次に、図４に基づいて本実施形態に係る圧電振動子の製造方法を説明する。
　まず、圧電振動素子１００を形成する（Ｓ１０）。圧電振動素子１００として水晶振動素子を形成する場合、まず、水晶材料を人工水晶又は天然水晶の原石から所定のカット角でウエハ状に切り出し、ダイシング又はエッチングすることによって所定の矩形の外形形状に形成し、その後、スパッタ法又は真空蒸着法等によって第１及び第２励振電極１２０，１３０をはじめとする各種電極を形成する（図１参照）。
　次に、基板３００に凸部３１２を形成する（Ｓ１１）。基板３００の材料は例えばセラミックであってもよく、この場合、板状の絶縁性セラミックシートを積層し焼成することによって、凸部３１２及び凸部３１２を支持するベース部３１０を一体的に形成してもよい。また、基板３００の第１面３０２に接続電極３２０，３２２及び引出電極３２０ａ，３２２ａを形成する。例えば、ペースト状の導電材料を基板３００の第１面３０２の所定領域に塗布し、塗布した導電材料を焼成する。導電材料はスパッタ法又は真空蒸着法等によっても形成することができる。
　次に、基板３００の第１面３０２に圧電振動素子１００を搭載する（Ｓ１２）。具体的には、接続電極３２０，３２２上に導電保持部材３４０，３４２を塗布し、圧電振動素子１００の接続電極１２４，１３４を、導電保持部材３４０，３４２を介して基板３００の接続電極３２０，３２２に接続して導電保持部材３４０，３４２を硬化させる。こうして、圧電振動素子１００を基板３００の各種電極に対して電気的に接続することができる。
　その後、キャップ２００を接合材３５０を介して基板３００の凸部３１２に接合する（Ｓ１３）。例えば、接合材３５０が樹脂接着剤である場合、ディッピング法などによってペースト状の樹脂接着剤をキャップ２００の端面２０５（図２Ａ参照）に設け、その後、キャップ２００を、接合材３５０を介して基板３００に接合することができる。
　本実施形態に係る圧電振動子の製造方法によれば、既に詳述したとおり、キャップ及び基板の各サイズが所定の関係を有しているため、キャップ２００の基板３００に対する接合位置の精度の向上を図ることができ、ひいては信頼性の向上を図ることができる。
　本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。なお、以下の説明においては上記内容と異なる点を説明することとし、上記内容と同じ構成については図中において同一の符号を付している。
　図５は、本変形例に係る圧電振動子を説明するための図であり、具体的にはキャップの構成が上記内容と異なっている。
　図５に示すように、キャップ２１０は、凹部開口中心から開口縁に向かって開口縁から突出するフランジ部を有してもよく、このフランジ部が、基板の第１面に対向する端面２１５を有してもよい。なお、本変形例に係る圧電振動子においては、キャップ２１０がフランジ部の端面２１５を有すること以外は既に説明した構成を適用することができる。これによれば、端面２１５のサイズを大きくすることができるため、キャップ２１０と基板との接合強度を向上させることができる。
　図６及び図７は、本変形例に係る圧電振動子を説明するための図であり、具体的には基板の構成が上記内容と異なっている。
　図６に示すように、基板３６０は、ベース部３６２と、ベース部３６２と別体で形成された凸部３６４とを有してもよい。凸部３６４は図示しない接合材を介してベース部３６２と接合してもよい。凸部３６４は、圧電振動素子が搭載される基板３６０の第１面３６６よりも上方に突出して形成されている。凸部３６４は、ベース部３６２と同一材料（例えば同一絶縁性セラミック）で形成してもよいし、異なる材料（例えばベース部が絶縁性セラミック、凸部がベース部とは異なる有機系又は無機系の絶縁膜）で形成してもよい。本変形例に係る圧電振動子においては、ベース部及び凸部が別体で形成されること以外は既に説明した構成を適用することができる。これによれば、凸部をベース部とは別体で形成するため、凸部を有する基板を容易に形成することができる。
　また、図７に示すように、基板３７０は、基板３７０の最外周の縁３７８よりも内側において第１面３７６の全周に亘って形成された凸部３７４を有してもよい。基板３７０のベース部３７２は、凸部３７４と一体的に形成してもよいし、あるいは別体で形成してもよい。本変形例に係る圧電振動子においては、凸部３７４が最外周の縁３７８よりも内側に形成されること以外は既に説明した構成を適用することができる。
　これらの各変形例に係る圧電振動子及びその製造方法においても、既に詳述したとおり、キャップ及び基板の各サイズが所定の関係を有しているため、キャップの基板に対する接合位置の精度の向上を図ることができ、ひいては信頼性の向上を図ることができる。
　なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
　１　　　圧電振動子
　１００　圧電振動素子
　２００　キャップ
　２０５　端面
　３００　基板
　３１０　ベース部
　３１２　凸部
　３２０，３２２　接続電極
　３２０ａ，３２２ａ　引出電極
　３５０　接合材

Claims (9)

  1. 　圧電振動素子と、
    　平面視して長手方向及び短手方向を有する略矩形の基板であって、前記圧電振動素子が搭載された上面を有し、平面視して前記圧電振動素子の周囲を囲むように前記上面の全周に亘って形成された前記圧電振動素子の上面よりも前記基板の前記上面からの高さが低い凸部を有する基板と、
    　前記基板の前記上面に対向している平板部と当該平板部から開口を持つように前記基板の前記上面に向かって突出している縁部とを有しており、前記圧電振動素子を密封封止するように前記縁部が接合材を介して前記基板の前記凸部に接合されたキャップと
    を備え、
    　前記基板の前記長手方向の断面視において、前記キャップの開口内の幅ｗ１、前記基板の前記凸部の幅Ｔ１、及び、前記基板の前記凸部の間の上面の幅Ｗ１とした場合、
    　Ｗ１＋Ｔ１≦ｗ１＜Ｗ１＋２Ｔ１
    の関係を有し、かつ、
    　前記基板の前記短手方向の断面視において、前記キャップの開口内の幅ｗ２、前記基板の前記凸部の幅Ｔ２、及び、前記基板の前記凸部の間の上面の幅Ｗ２とした場合、
    　Ｗ２＋Ｔ２≦ｗ２＜Ｗ２＋２Ｔ２
    の関係を有する、圧電振動子。
  2. 　前記基板の前記長手方向の断面視において、前記キャップにおける前記基板に対向する端面の幅ｔ１（０≦Ｔ１－２ｔ１）とした場合、
    　ｗ１≦Ｗ１＋２Ｔ１－２ｔ１
    の関係をさらに有し、かつ、
    　前記基板の前記短手方向の断面視において、前記キャップにおける前記基板に対向する端面の幅ｔ２（０≦Ｔ２－２ｔ２）とした場合、
    　ｗ２≦Ｗ２＋２Ｔ２－２ｔ２
    の関係をさらに有する、請求項１記載の圧電振動子。
  3. 　前記基板は、前記第１面に形成された接続電極と、当該接続電極から前記凸部に向かって前記基板の外縁に引き出された引出電極とを含み、
    　前記圧電振動素子は、導電保持部材を介して前記基板の前記接続電極に電気的に接続された、請求項１又は２に記載の圧電振動子。
  4. 　前記圧電振動素子は、水晶振動素子である、請求項１から３のいずれか一項に記載の圧電振動子。
  5. 　前記基板は、前記凸部を支持するベース部を有し、
    　前記ベース部と前記凸部とが一体的に形成された、請求項１から４のいずれか一項に記載の圧電振動子。
  6. 　前記基板の前記凸部は、平面視して前記基板の前記上面における最外周の縁の全周に亘って形成された、請求項１から５のいずれか一項に記載の圧電振動子。
  7. 　前記基板の前記凸部は、前記基板の前記上面からの高さが前記圧電振動素子の下面より高い、請求項１から６のいずれか一項に記載の圧電振動子。
  8. 　圧電振動素子を形成すること、
    　平面視して長手方向及び短手方向を有する略矩形の基板であって、圧電振動素子の搭載領域を含む上面を有し、平面視して前記圧電振動素子の周囲を囲むように前記上面の全周に亘って形成された前記圧電振動素子の上面よりも前記基板の前記上面からの高さが低い凸部を有する基板を形成すること、
    　前記圧電振動素子を前記基板の前記上面の前記搭載領域に搭載すること、及び、
    　前記基板の前記上面に対向している平板部と当該平板部から開口を持つように前記基板の前記上面に向かって突出している縁部とを有するキャップを用意し、前記キャップの前記縁部を接合材を介して前記基板の前記凸部に接合して、前記圧電振動素子を密封封止すること
    を含み、
    　前記基板の前記長手方向の断面視において、前記キャップの開口内の幅ｗ１、前記基板の前記凸部の幅Ｔ１、及び、前記基板の前記凸部の間の上面の幅Ｗ１とした場合、
    　Ｗ１＋Ｔ１≦ｗ１＜Ｗ１＋２Ｔ１
    の関係を有し、かつ、
    　前記基板の前記短手方向の断面視において、前記キャップの開口内の幅ｗ２、前記基板の前記凸部の幅Ｔ２、前記基板の前記凸部の間の上面の幅Ｗ２とした場合、
    　Ｗ２＋Ｔ２≦ｗ２＜Ｗ２＋２Ｔ２
    の関係を有する、圧電振動子の製造方法。
  9. 　前記基板の前記長手方向の断面視において、前記キャップにおける前記基板に対向する端面の幅ｔ１（０≦Ｔ１－２ｔ１）とした場合、さらに、
    　ｗ１≦Ｗ１＋２Ｔ１－２ｔ１
    の関係をさらに有し、かつ、
    　前記基板の前記短手方向の断面視において、前記キャップにおける前記基板に対向する端面の幅ｔ２（０≦Ｔ２－２ｔ２）とした場合、さらに、
    　ｗ２≦Ｗ２＋２Ｔ２－２ｔ２
    の関係をさらに有する、請求項８記載の圧電振動子の製造方法。
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