水晶デバイス
【課題】 温度変化によって破損又は周波数変動が少ない表面実装型の水晶デバイスを提供する。
【解決手段】 水晶デバイス（１００）は、励振部と励振部の周囲を囲む枠部（２５）とを有し枠部（２５）が第１方向と該第１方向と交差する第２方向の辺を有する矩形形状の水晶素子（２０）と、枠部の一主面に接合され、第１方向と第２方向の辺を有する矩形形状のベース（３０）と、枠部の他主面に接合され、第１方向と第２方向の辺を有する矩形形状のリッド（１０）と、を備える。水晶材の枠部、ベース及びリッドのそれぞれの第１方向には、水晶素子の第１方向の熱膨張率に対応した第１接合材（５１）が塗布され、水晶材の枠部、ベース及びリッドのそれぞれの第２方向には、水晶素子の第２方向の熱膨張率に対応し、第１接合材とは異なる第２接合材（５２）が塗布される。
【解決手段】 水晶デバイス（１００）は、励振部と励振部の周囲を囲む枠部（２５）とを有し枠部（２５）が第１方向と該第１方向と交差する第２方向の辺を有する矩形形状の水晶素子（２０）と、枠部の一主面に接合され、第１方向と第２方向の辺を有する矩形形状のベース（３０）と、枠部の他主面に接合され、第１方向と第２方向の辺を有する矩形形状のリッド（１０）と、を備える。水晶材の枠部、ベース及びリッドのそれぞれの第１方向には、水晶素子の第１方向の熱膨張率に対応した第１接合材（５１）が塗布され、水晶材の枠部、ベース及びリッドのそれぞれの第２方向には、水晶素子の第２方向の熱膨張率に対応し、第１接合材とは異なる第２接合材（５２）が塗布される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面実装型の水晶デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種電子機器、例えば携帯電話などの１台の電子機器には複数個の表面実装型の水晶デバイスが使用されている。これらの電子機器が小型化、さらには安価に製造する要求に応えるため、水晶デバイスも小型化と製造コストの低下とが求められている。このため様々な表面実装型の水晶デバイス及びその製造方法が提案されている。水晶デバイスが小型化するに従い、電子基板に占める面積だけでなく、厚みも薄くさせることが望まれている。表面実装型の多くの水晶デバイスは水晶発振する水晶素子をベースとリッド（蓋）とで接合されている。これら、水晶発振する水晶素子、ベース、及びリッドを薄くするに従い、それらの素材の熱膨張係数の違いが接合部の剥がれ、破損または歪みによる周波数変動の原因となっている。
【０００３】
特許文献１においては、接合剤に緩衝層を形成し、緩衝層の熱膨張係数を、水晶発振する水晶素子の熱膨張係数と、封止板（リッド）との熱膨張係数との中間値にすることで、接合部の剥がれ、破損を防いでいる。また、特許文献２においては、接合剤の熱膨張係数がベースまたは蓋（リッド）の熱膨張係数の中間値もしくは同一の値にすることで、接合部の剥がれ、破損を防いでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平２−１５０８２９号公報
【特許文献２】特開２００８−２７１０９３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された水晶デバイスは、水晶発振する水晶素子とベース、水晶素子とリッドとの接合に、例えば水晶素子に第１接着剤を塗布し、ベースに第２接着剤を塗布し、この第１接着剤と第２接着剤との間に緩衝層を形成させている。このため、作業工程が増えることで製造コストが高くつく課題がある。
【０００６】
また、特許文献２に開示された水晶デバイスは、ベースまたはリッドの熱膨張係数の中間値もしくは同一の値の接合剤が使用されているが、水晶発振する水晶素子との接合が考慮されていない課題がある。
【０００７】
また、特許文献１及び特許文献２に開示された水晶デバイスは、水晶素子とベース、水晶素子とリッドとを接合する際に、水晶素子の長辺方向または短辺方向において、結晶軸の違いからそれぞれの方向で熱膨張係数が異なることが考慮されていない課題がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑み水晶発振する水晶素子を励振部として使用し、コストを低減し、且つ温度変化によって破損又は周波数変動が少ない表面実装型の水晶デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１観点の水晶デバイスは、電圧の印加により振動する励振部と励振部の周囲を囲む枠部とを有する水晶材により形成され、枠部が第１方向と該第１方向と交差する第２方向の辺を有する矩形形状の水晶素子と、枠部の一主面に接合され、第１方向と第２方向の辺を有する矩形形状のベースと、枠部の他主面に接合され、第１方向と第２方向の辺を有する矩形形状のリッドと、を備え、水晶材の枠部、ベース及びリッドのそれぞれの第１方向には、水晶素子の第１方向の熱膨張率に対応した第１接合材が塗布され、水晶材の枠部、ベース及びリッドのそれぞれの第２方向には、水晶素子の第２方向の熱膨張率に対応し、第１接合材とは異なる第２接合材が塗布される。
【００１０】
第２観点の水晶デバイスは、第１の観点に記載の水晶デバイスにおいて、第１接合材が、水晶素子の第１方向の熱膨張率に同等、又は水晶素子の第１方向の熱膨張率とベース及びリッドの第１方向の熱膨張率との中間値に同等の熱膨張率を有し、第２接合材が、水晶素子の第２方向の熱膨張率に同等、又は水晶素子の第２方向の熱膨張率とベース及びリッドの第２方向の熱膨張率との中間値に同等の熱膨張率を有する。
【００１１】
第３観点の水晶デバイスは、第１の観点または第２の観点に記載の水晶デバイスにおいて、水晶素子はＡＴカット水晶材であり、ベース及びリッドはＡＴカット水晶材、Ｚカット水晶材又はガラス材である。
【００１２】
第４観点の水晶デバイスは、第１の観点または第２の観点に記載の水晶デバイスにおいて、水晶素子はＺカット水晶材であり、ベース及びリッドはＡＴカット水晶材、Ｚカット水晶材又はガラス材である。
【００１３】
第５観点の水晶デバイスは、第１の観点から第４の観点のいずれか一項に記載の水晶デバイスにおいて、第１接合材及び第２接合材が、ポリイミド樹脂又は融点が５００度以下のガラスである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の水晶デバイスは、水晶発振する水晶素子の第１方向の熱膨張率に最適な第１接合材と第２方向の熱膨張率に最適な第２接合材を用いることで、温度変化によって破損又は周波数変動が少ない小型化及び薄型化した表面実装型の水晶デバイスを提供し、且つコストの低減が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１水晶デバイス１００の分解構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】（ａ）は、リッド１０の平面図である。 （ｂ）は、第１水晶素子２０の平面図である。 （ｃ）は、ベース３０の平面図である。
【図４】（ａ）は、第１接合材５１及び第２接合材５２の第１塗布方法を示した図である。 （ｂ）は、第１接合材５１及び第２接合材５２の第２塗布方法を示した図である。 （ｃ）は、第１接合材５１及び第２接合材５２の第３塗布方法を示した図である。
【図５】第１水晶デバイス１００製造のフローチャートである。
【図６】ＡＴカット水晶基板の水晶ウエハ２０Ｗの概略平面図である。
【図７】Ｚカット水晶基板のベースウエハ３０Ｗの概略平面図である。
【図８】Ｚカット水晶基板のリッドウエハ１０Ｗの概略平面図である。
【図９】第２水晶デバイス１１０の分解構成図を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
（第１実施形態）
＜第１水晶デバイス１００の構成＞
【００１７】
本実施形態の第１水晶デバイス１００は、プリント基板の表面に導電材で接合して実装される表面実装型の第１水晶デバイス１００である。本実施形態の第１水晶デバイス１００は水晶発振する第１水晶素子２０としてＡＴカット水晶基板を用い、リッド１０及びベース３０にＺカット水晶基板を用いた場合について説明する。以下に、第１水晶デバイス１００の構成を、図１、図２及び図３を参照しながら説明する。図１は、第１水晶デバイス１００の分解構成図であり。図２は図１のＡ−Ａ断面図である。また、図３（ａ）は、リッド１０の平面図であり、図３（ｂ）は、第１水晶素子２０の平面図であり、図３（ｃ）は、ベース３０の平面図である。
【００１８】
ここで、ＡＴカット水晶基板は、主面（ＹＺ面）が結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に対して、Ｘ軸を中心としてＺ軸からＹ軸方向に３５度１５分傾斜している。しかし、本明細書では第１水晶デバイス１００の長方向をｙ軸方向、短辺方向をｘ軸方向、上下方向をｚ軸方向として説明する。
【００１９】
図１に示されるように、第１水晶デバイス１００は、リッド１０と、ベース３０と、第１水晶素子２０とにより構成されている。第１水晶デバイス１００は、上側（＋ｚ軸側）にリッド１０が配置され、下側（−ｚ軸側）にベース３０が配置され、リッド１０とベース３０とに挟まれた位置に第１水晶素子２０が配置されている。また、ベース３０の下面には外部電極３１が形成されている。以下、第１水晶デバイス１００の長辺方向をｙ軸方向、第１水晶デバイス１００の短辺方向をｘ軸方向、第１水晶デバイス１００の上下方向をｚ軸方向として説明する。
【００２０】
本実施形態の第１水晶デバイス１００は第１水晶素子２０の上側に第１接合材５１及び第２接合材５２が塗布されている。また、ベース３０の上側に第１接合材５１及び第２接合材５２が塗布されている。
【００２１】
図２で示されるようにリッド１０と第１水晶素子２０及び第１水晶素子２０とベース３０とは第２接合材５２で接合される。また図示されていないが第１接合材５１も同様にリッド１０と第１水晶素子２０及び第１水晶素子２０とベース３０とを接合している。なお、リッド１０と第１水晶素子２０及び第１水晶素子２０とベース３０との接合方法は後述する。
【００２２】
図３（ａ）に示されるように、リッド１０は、ｙ軸方向と長辺方向が平行であり、ｘ軸方向と短辺方向が平行である長方形の主面を有している。図２に示されるように、リッド１０の主面には＋ｚ軸側の主面である上面と、−ｚ軸側の主面である天井面１１とが形成されている。−ｚ軸側の面の外周部には第１水晶素子２０と接合する面である接合面１５が形成されている。天井面１１には接合面１５から凹形状（図２参照）が形成されている。また、リッド１０はＺカット水晶基板を母材として形成されている。
【００２３】
図３（ｂ）に示されるように、第１水晶素子２０は、励振電極２７が形成されている励振部２１と、励振部２１の周囲を取り囲むように形成されている枠部２５とを有している。また、励振部２１と枠部２５とは接続部２４によって接続されている。引出電極２８は、開口部２２及び枠部２５の一部を通り、第１水晶素子２０の下側の枠部２５の角まで引き出されている。引出電極２８は、枠部２５の角の電極パッド２３とベース３０に形成されている接続電極３２（図１及び図３（ｃ）参照）とを接続する。第１水晶素子２０に形成されている電極は、水晶上に形成されているクロム層Ｃｒと、クロム層Ｃｒ上に形成されている金層Ａｕとにより構成されている。また、第１水晶素子２０はＡＴカット水晶基板を母材として形成されている。また、第１水晶素子２０は枠部２５の外周部の上側に第１接合材５１及び第２接合材５２が塗布されている。
【００２４】
図３（ｃ）に示されるように、ベース３０は、ｙ軸方向と長辺方向が平行であり、ｘ軸方向と短辺方向が平行である長方形の主面を有している。図１及び図２に示されるように、この主面は、第１水晶デバイス１００の一部として組み立てられたときに第１水晶デバイス１００の外部に面している下面（−ｚ軸側）と、第１水晶デバイス１００の内部に面している底面３３（＋ｚ軸側）との２つが形成されている。ベース３０の＋ｚ軸側の面の外周部には、第１水晶素子２０の枠部２５と接合するための枠部３５が形成されている。底面３３には枠部３５から凹形状（図１及び図２参照）が形成されている。ベース３０の枠部３５には接続電極３２が形成され、下面には外部電極３１（図１及び図２参照）が形成されている。また、ベース３０はＺカット水晶基板を母材として形成されている。また、ベース３０は枠部３５の外周部の上側（＋ｚ軸側）に第１接合材５１及び第２接合材５２が塗布されている。
【００２５】
上述されたように第１水晶デバイス１００は、リッド１０及びベース３０にＺカット水晶基板を用い、第１水晶素子２０にＡＴカット水晶基板を用いている。これはＺカット水晶基板がＡＴカット水晶基板よりも安価であるため、第１水晶デバイス１００の製造コストを下げることができる。
【００２６】
また、リッド１０、第１水晶素子２０及びベース３０に同じ水晶材を用いることで第１水晶デバイス１００はリッド１０及びベース３０と第１水晶素子２０との接合時、または表面実装時等に４００℃近くまで加熱される際の熱による応力から周波数変動や破損の原因を減少することができる。しかし、熱による周波数変動や破損は皆無になるわけでなく、Ｚカット水晶基板とＡＴカット水晶基板との熱膨張係数の違いからリッド１０及びベース３０と第１水晶素子２０との間に応力がかかり、熱は周波数変動や破損の原因となる。さらに、周波数変動や破損の原因として、ＡＴカット水晶基板の第１水晶素子２０の長辺方向（ｙ軸方向）と短辺方向（ｘ軸方向）とではそれぞれ熱膨張係数が異なる点や、Ｚカット水晶基板のリッド１０及びベース３０においても、その長辺方向と短辺方向とではそれぞれ熱膨張係数が異なる点がある。
【００２７】
熱膨張係数の違いの原因として水晶基板の結晶軸の違いがある。水晶基板は人工水晶から形成されるが、人工水晶はオートクレーブによって水晶の結晶をＺ軸方向に大きく成長させて形成させる。Ｚカット水晶基板は、人工水晶からＺ軸に沿ってカットされて形成される。このためＺカット水晶基板は結晶軸がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸により定義される（第１水晶デバイス１００の長辺方向、短辺方向、上下方向は、それぞれｙ軸方向、ｘ軸方向、ｚ軸方向と定義している）。また、ＡＴカット水晶基板は、人工水晶からＸ軸を回転軸としてＹ軸からＺ軸方向に３５度１５分回転した方向に沿ってカットされて形成される。Ｚカット水晶基板とＡＴカット水晶基板とはカット方向が異なることにより、同じ人工水晶であっても各軸方向への熱膨張係数が異なる。
＜接合方法及び塗布方法＞
【００２８】
第１水晶デバイス１００は、第１水晶素子２０、リッド１０及びベース３０に水晶材を用いることにより、水晶材同士の接合時または表面実装時等の熱膨張の影響が少なくなっているが、それでもなお、大きな温度変化が伴う場合には、第１水晶デバイス１００が破損又は周波数変動することがある。第１水晶素子２０、リッド１０及びベース３０の長辺方向の熱膨張係数、または短辺方向の熱膨張係数を考慮した接合材を用いることで、大きな温度変化においても熱膨張の影響が少ない第１水晶デバイス１００を製造することができる。
【００２９】
図４は第１水晶素子２０とリッド１０とを接合するために第１水晶素子２０の上側（＋ｚ側）に第１接合材５１及び第２接合材５２の塗布領域を示した図である。なお、図４の第１水晶素子２０は説明しやすいように電極を図示していない。
【００３０】
図４に示されるように、第１水晶素子２０の枠部２５の長辺方向（第１方向）には、ＡＴカット水晶基板の長辺方向の熱膨張係数と同等な第１接合材５１を帯状に塗布してあり、第１水晶素子２０の枠部２５の短辺方向（第２方向）には、ＡＴカット水晶基板の短辺方向の熱膨張係数と同等な第２接合材５２を帯状に塗布してある。
【００３１】
塗布方法は３個の塗布方法がある。図４（ａ）は、第１塗布方法を示した図であり、図４（ｂ）は、第２塗布方法を示した図であり、図４（ｃ）は、第３塗布方法を示した図である。
【００３２】
図４（ａ）に示されるように、第１塗布方法は第１水晶素子２０の枠部２５において、第１接合材５１を塗布する第１塗布領域６１が第１水晶素子２０の長辺方向の全長を占め、その間の短辺方向を第２塗布領域６２として第２接合材５２を塗布する方法である。
【００３３】
図４（ｂ）に示されるように、第２塗布方法は第１水晶素子２０の枠部２５において、第２接合材５２を塗布する第２塗布領域６２が第１水晶素子２０の短辺方向の全長を占め、その間の長辺方向を第１塗布領域６１として第１接合材５１を塗布する方法である。
【００３４】
図４（ｃ）に示されるように、第３塗布方法は第１水晶素子２０の枠部２５において、枠部２５の角部を第１接合材５１と第２接合材５２とで等分する方法であり、第１塗布領域６１と第２塗布領域６２との合流部が４５度の角度で分割されて形成されている。
【００３５】
第１接合材５１及び第２接合材５２はスクリーン印刷等の手法で形成される。また、第１接合材５１及び第２接合材５２の材料はポリイミド樹脂、または融点が５００度以下のガラスペースト（バナジウムを主原料とする低融点ガラス）を用いる。ポリイミド樹脂はその分子構造により熱膨張係数が異なることから、ＡＴカット水晶基板の長辺方向及び短辺方向の熱膨張係数と同等のポリイミド樹脂の接合材を選択する。また、ガラスペーストは添加するフィラーの含有量の違いから熱膨張係数を変化させることで、ＡＴカット水晶基板の長辺方向及び短辺方向の熱膨張係数と同等のガラスペーストの接合材を選択する。
【００３６】
また、第１接合材５１はＡＴカット水晶基板の長辺方向の熱膨張係数とＺカット水晶基板の長辺方向の熱膨張係数との中間値を用い、第２接合材５２はＡＴカット水晶基板の短辺方向の熱膨張係数とＺカット水晶基板の短辺方向の熱膨張係数との中間値を用いてもよい。
【００３７】
上述したように、本実施形態では第１水晶素子２０とリッド１０との接合方法と、第１水晶素子２０の枠部２５の上側における塗布方法とを示したが、第１水晶素子２０とベース３０との接合方法についても同様であり、ベース３０の枠部３５の上側における塗布方法も同様である。また、本実施形態では第１水晶素子２０の上側に第１接合材５１又は第２接合材５２を塗布しているが、第１水晶素子２０の枠部２５の上側に塗布せずに、リッド１０側の接合面１５に塗布して第１水晶素子２０とリッド１０とを接合してもよい。また、ベース３０の枠部３５の上側に第１接合材５１又は第２接合材５２を塗布せずに、第１水晶素子２０の枠部２５の下側に塗布して第１水晶素子２０とベース３０とを接合してもよい。
＜第１水晶デバイス１００の製造方法＞
【００３８】
図５から図８を参照して、リッド１０及びベース３０にＺカット水晶基板が用いられ、第１水晶素子２０にＡＴカット水晶基板が用いられた第１水晶デバイス１００の製造方法について説明する。
【００３９】
図５は、第１水晶デバイス１００製造のフローチャートである。
【００４０】
ステップＳ０１で、ＡＴカット水晶基板の水晶ウエハ２０Ｗを用意する工程が行われる。この工程では、ＡＴカット水晶基板の水晶ウエハ２０Ｗに第１水晶素子２０が形成される。
【００４１】
図６は、ＡＴカット水晶基板の水晶ウエハ２０Ｗの概略平面図である。第１水晶素子２０がＡＴ振動子であるため、水晶ウエハ２０ＷにはＡＴカット水晶基板が用いられる。水晶ウエハ２０Ｗの周縁部の一部には結晶方向を特定するためのオリエンテーションフラットＯＦが形成されている。オリエンテーションフラットＯＦの代わりに、ノッチが水晶ウエハ２０Ｗに形成されていても良い。水晶ウエハ２０Ｗは、直径は例えば３インチまたは４インチである。水晶ウエハ２０Ｗには、図３（ｂ）で示された第１水晶素子２０が複数形成される。なお、説明の都合上、図６の水晶ウエハ２０Ｗには３４個の第１水晶素子２０が描かれているが、実際の製造においては、１枚のウエハに数百から数千の第１水晶素子２０が形成される。また、水晶ウエハ２０Ｗは図示されるように励振電極２７及び引出電極２８の形成と第１接合材５１及び第２接合材５２の塗布とが行われる。なお、本実施形態のＡＴカット水晶基板の結晶軸は第１水晶素子２０の長辺方向をＸ軸、短辺方向をＺ’軸として形成し、Ｘ軸とＺ’軸が直交する方向をＹ’軸として形成してある。
【００４２】
図５のステップＳ０２では、Ｚカット水晶基板のベースウエハ３０Ｗを用意する工程が行われる。この工程では、Ｚカット水晶基板のベースウエハ３０Ｗが用意される。
【００４３】
図７は、Ｚカット水晶基板のベースウエハ３０Ｗの概略平面図である。ベースウエハ３０Ｗは、母材としてＺカット水晶基板が用いられており、周縁部の一部に結晶方向を特定するためのオリエンテーションフラットＯＦが形成されている。ベースウエハ３０Ｗも、直径が例えば３インチまたは４インチである。ベースウエハ３０Ｗには、図３（ｃ）で示されたベース３０が複数形成される。なお、水晶ウエハ２０Ｗと同様にベースウエハ３０Ｗには３４個のベース３０が描かれているが、実際の製造においては、１枚のウエハに数百から数千のベース３０が形成される。また、ベースウエハ３０Ｗは、図示されるように、水晶ウエハ２０Ｗと向かい合う面に凹みが形成され、その周囲に枠部３５が形成されている。さらに、接続電極３２、外部電極３１（図１及び図２参照）の形成と、第１接合材５１及び第２接合材５２の塗布とが行われている。
【００４４】
図５のステップＳ０３では、Ｚカット水晶基板のリッドウエハ１０Ｗを用意する工程が行われる。この工程では、Ｚカット水晶基板のリッドウエハ１０Ｗが用意される。
【００４５】
図８は、Ｚカット水晶基板のリッドウエハ１０Ｗの概略平面図である。リッドウエハ１０Ｗは、母材としてＺカット水晶基板が用いられており、周縁部の一部に結晶方向を特定するためのオリエンテーションフラットＯＦが形成されている。リッドウエハ１０Ｗも、直径が例えば３インチまたは４インチである。リッドウエハ１０Ｗには、図３（ａ）で示されたリッド１０が複数形成される。なお、水晶ウエハ２０Ｗと同様にリッドウエハ１０Ｗには３４個のリッド１０が描かれているが、実際の製造においては、１枚のウエハに数百から数千のリッド１０が形成される。また、リッドウエハ１０Ｗは、図示されるように、水晶ウエハ２０Ｗと向かい合う面に凹み（破線で表示）が形成され、その周囲に接合面１５が形成されている。
以上のステップＳ０１からステップＳ０３の工程は順不同で行われる。
【００４６】
図５のステップＳ０４では、接合工程が行われる。接合工程はベースウエハ３０Ｗ及びリッドウエハ１０Ｗと水晶ウエハ２０Ｗとを接合する工程である。ベースウエハ３０Ｗ、リッドウエハ１０Ｗ及び水晶ウエハ２０Ｗは、オリエンテーションフラットＯＦを目印としてベースウエハ３０Ｗの上に水晶ウエハ２０Ｗ、さらにその上にリッドウエハ１０Ｗを正確に載置し、加圧加熱処理することによって接合される。同時に、第１水晶素子２０に形成された引出電極２８の電極パッド２３とベース３０の接続電極３２とも電気的に接合される。なお、接合工程は、所定の気圧より低い真空状態または不活性ガスで満たされた状態で行われる。励振部２１の周囲が真空状態または不活性ガスで満たされた状態になることで、第１水晶デバイス１００の周波数の安定が図られる。なお、本実施形態の接合工程はベースウエハ３０Ｗ、水晶ウエハ２０Ｗ及びリッドウエハ１０Ｗが同時に接合されているが、この限りでなく、複数の接合工程を経てもよい。例えば、ベースウエハ３０Ｗと水晶ウエハ２０Ｗとを接合した後、リッドウエハ１０Ｗと水晶ウエハ２０Ｗとを接合する方法等がある。
【００４７】
図５のステップＳ０５は、分割工程である。分割工程では、ウエハに固定された状態の第１水晶デバイス１００を図６から図８で示されたスライスラインＳＬの位置でダイシングソー又はレーザーソーにより切断され、数百から数千の第１水晶デバイス１００に分割される。
【００４８】
上記に示された第１水晶デバイス１００の製造方法は、第１接合材５１及び第２接合材５２が水晶ウエハ２０Ｗの上側及びベースウエハ３０Ｗの上側に塗布した場合を説明したが、第１接合材５１及び第２接合材５２を塗布する場所は、水晶ウエハ２０Ｗの上側と下側との両側に塗布してもよい。または、ベースウエハ３０Ｗの上側及びリッドウエハ１０Ｗの下側に塗布してもよい。
【００４９】
本実施形態ではリッドウエハ１０Ｗ、及びベースウエハ３０Ｗの母材にＺカット水晶基板を用いた説明をしているが、ＡＴカット水晶基板を用いてもよい。リッドウエハ１０Ｗ、及びベースウエハ３０Ｗの母材にＡＴカット水晶基板を用いる場合は、水晶ウエハ２０Ｗの結晶軸のＸ軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸と同様な方向でリッド１０、及びベース３０を形成する。第１水晶素子２０の結晶軸と同じ結晶軸でリッド１０、及びベース３０を形成することでリッド１０と第１水晶素子２０との長辺方向、ベース３０と第１水晶素子２０との長辺方向、さらに、リッド１０と第１水晶素子２０との短辺方向、ベース３０と第１水晶素子２０との短辺方向で同じ膨張係数になる。この場合に使用する第１接合材５１は第１水晶素子２０の長辺方向の熱膨張係数と同等にし、第２接合材５２は第１水晶素子２０の短辺方向の熱膨張係数と同等とする。この組み合わせで形成する第１水晶デバイス１００は温度変化によって破損又は周波数変動が少なくなる。
【００５０】
また、リッドウエハ１０Ｗ及びベースウエハ３０Ｗの母材にガラス基板を用いて形成してもよい。リッドウエハ１０Ｗ及びベースウエハ３０Ｗの母材にガラス基板を使用する場合は第１水晶素子２０の枠部２５の長辺方向の熱膨張係数と同等な第１接合材５１を塗布し、第１水晶素子２０の枠部２５の短辺方向の熱膨張係数と同等な第２接合材５２を塗布する方法がある。また、第１接合材５１は第１水晶素子２０の長辺方向の熱膨張係数とガラス基板の長辺方向の熱膨張係数との中間値を用い、第２接合材５２は第１水晶素子２０の短辺方向の熱膨張係数とガラス基板の短辺方向の熱膨張係数との中間値を用いてもよい。
（第２実施形態）
＜第２水晶デバイス１１０の構成＞
【００５１】
第１実施形態は第１水晶素子２０にＡＴカット水晶基板を用いていたが、本実施形態では第２水晶素子４０にＺカット水晶基板を用いる。Ｚカット水晶基板を母材とした第２水晶素子４０として音叉型の第２水晶素子４０がある。図９は音叉型の第２水晶素子４０を用いた第２水晶デバイス１１０の分解構成図を示した図である。図示されるように第２水晶デバイス１１０は音叉型の第２水晶素子４０、リッド１０、ベース３０で構成されている。なお、第２水晶素子４０以外の構成は第１実施形態と同様であり、その説明を省く。また第１実施形態と同じ構成要件については同様の符号を用いる。なお、本実施形態の第２水晶デバイス１１０の第２水晶素子４０とベース３０にキャスタレーション７０を形成している。キャスタレーション７０はベース３０の外部電極３１と第２水晶素子４０の励振電極４７とを電気的に接続するための貫通孔であり、第２水晶素子４０とベース３０の四隅に形成されている。
【００５２】
第２水晶素子４０はＺカット水晶基板を母材としている。第２水晶素子４０は音叉型水晶振動部４１と、音叉型水晶振動部４１を囲む枠部４２とで構成されている。
【００５３】
音叉型水晶振動部４１は、一対の振動腕４３が備わり、振動腕４３の表裏両面には溝部４４が形成されている。音叉型水晶振動部４１は枠部４２と接続部４５とで接続されている。
【００５４】
振動腕４３の先端付近は幅広に形成されており、ハンマー型の形状をしている。また、振動腕４３のハンマー型の部分では錘金属膜４６も形成して錘の役目と周波数調整の役目とをさせている。錘の役目としては振動腕４３に電圧をかけた際に振動しやすくさせ、また安定した振動をすることができる。
【００５５】
第２水晶素子４０は公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術などを用い外形、及び溝部４４を形成する。
【００５６】
外形と溝部４４とを形成した第２水晶素子４０は次に錘金属膜４６、励振電極４７、及び引出電極４８を形成する。励振電極４７は音叉型水晶振動部４１の振動腕４３及び溝部４４に形成され、励振電極４７を形成する際に、錘金属膜４６及び接続部の引出電極４８の金属膜を同時に形成する。
【００５７】
音叉型の第２水晶素子４０の枠部４２には、第１実施形態と同様にその長辺方向に第１接合材５１が塗布され、短辺方向に第２接合材５２が塗布される。また、第１接合材５１及び第２接合材５２の塗布方法も第１実施形態と同様に形成できる。
【００５８】
リッド１０又はベース３０の母材は第１実施形態と同様にＺカット水晶基板、ＡＴカット水晶基板、ガラス基板を用いることが可能である。
【００５９】
リッド１０又はベース３０の母材にＺカット水晶基板を用いる際には、Ｚカット水晶基板を母材とした音叉型の第２水晶素子４０の結晶軸に合致させて形成し、第１接合材５１に音叉型の第２水晶素子４０の長辺方向の膨張係数と同等の接合材を選択し、第２接合材５２に第２水晶素子４０の短辺方向の膨張係数と同等の接合材を選択するのが好適である。
【００６０】
リッド１０又はベース３０の母材にＡＴカット水晶基板、またはガラス基板用いる際には、第１接合材５１に音叉型の第２水晶素子４０の枠部４２の長辺方向の熱膨張係数と同等な接合材５１を選択し、第２接合材５２に第２水晶素子４０の枠部４２の短辺方向の熱膨張係数と同等な接合材を選択する方法がある。また、第１接合材５１は音叉型の第２水晶素子４０の長辺方向の熱膨張係数とＡＴカット水晶基板またはガラス基板の長辺方向の熱膨張係数との中間値の接合材を選択し、第２接合材５２は音叉型の第２水晶素子４０の短辺方向の熱膨張係数とＡＴカット水晶基板またはガラス基板の短辺方向の熱膨張係数との中間値の接合材を選択する方法でもよい。
【００６１】
以上、本実施形態の最適な実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本実施形態はその技術的範囲内において実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０ … リッド １０Ｗ … リッドウエハ
１１ … 天井面
１５ … 接合面
２０ … 第１水晶素子、 ２０Ｗ … 水晶ウエハ
２１ … 励振部
２２ … 開口部
２４ … 接続部
２５ … 枠部
２７ … 励振電極、 ２８ … 引出電極
３０ … ベース ３０Ｗ … ベースウエハ
３１ … 外部電極、 ３２ … 接続電極
３３ … 底面
３５ … 枠部
３６ … 接合面
４０ … 第２水晶素子
４１ … 音叉型水晶振動部
４２ … 枠部
４３ … 振動腕
４４ … 溝部
４５ … 接続部
４６ … 錘金属膜
４７ … 励振電極
４８ … 引出電極
５１ … 第１接合材
５２ … 第２接合材
６１ … 第１塗布領域
６２ … 第２塗布領域
７０ … キャスタレーション
１００ … 第１水晶デバイス
１１０ … 第２水晶デバイス
Ａｕ … 金層
Ｃｒ … クロム層
ＳＬ … スライスライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面実装型の水晶デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種電子機器、例えば携帯電話などの１台の電子機器には複数個の表面実装型の水晶デバイスが使用されている。これらの電子機器が小型化、さらには安価に製造する要求に応えるため、水晶デバイスも小型化と製造コストの低下とが求められている。このため様々な表面実装型の水晶デバイス及びその製造方法が提案されている。水晶デバイスが小型化するに従い、電子基板に占める面積だけでなく、厚みも薄くさせることが望まれている。表面実装型の多くの水晶デバイスは水晶発振する水晶素子をベースとリッド（蓋）とで接合されている。これら、水晶発振する水晶素子、ベース、及びリッドを薄くするに従い、それらの素材の熱膨張係数の違いが接合部の剥がれ、破損または歪みによる周波数変動の原因となっている。
【０００３】
特許文献１においては、接合剤に緩衝層を形成し、緩衝層の熱膨張係数を、水晶発振する水晶素子の熱膨張係数と、封止板（リッド）との熱膨張係数との中間値にすることで、接合部の剥がれ、破損を防いでいる。また、特許文献２においては、接合剤の熱膨張係数がベースまたは蓋（リッド）の熱膨張係数の中間値もしくは同一の値にすることで、接合部の剥がれ、破損を防いでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平２−１５０８２９号公報
【特許文献２】特開２００８−２７１０９３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された水晶デバイスは、水晶発振する水晶素子とベース、水晶素子とリッドとの接合に、例えば水晶素子に第１接着剤を塗布し、ベースに第２接着剤を塗布し、この第１接着剤と第２接着剤との間に緩衝層を形成させている。このため、作業工程が増えることで製造コストが高くつく課題がある。
【０００６】
また、特許文献２に開示された水晶デバイスは、ベースまたはリッドの熱膨張係数の中間値もしくは同一の値の接合剤が使用されているが、水晶発振する水晶素子との接合が考慮されていない課題がある。
【０００７】
また、特許文献１及び特許文献２に開示された水晶デバイスは、水晶素子とベース、水晶素子とリッドとを接合する際に、水晶素子の長辺方向または短辺方向において、結晶軸の違いからそれぞれの方向で熱膨張係数が異なることが考慮されていない課題がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑み水晶発振する水晶素子を励振部として使用し、コストを低減し、且つ温度変化によって破損又は周波数変動が少ない表面実装型の水晶デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１観点の水晶デバイスは、電圧の印加により振動する励振部と励振部の周囲を囲む枠部とを有する水晶材により形成され、枠部が第１方向と該第１方向と交差する第２方向の辺を有する矩形形状の水晶素子と、枠部の一主面に接合され、第１方向と第２方向の辺を有する矩形形状のベースと、枠部の他主面に接合され、第１方向と第２方向の辺を有する矩形形状のリッドと、を備え、水晶材の枠部、ベース及びリッドのそれぞれの第１方向には、水晶素子の第１方向の熱膨張率に対応した第１接合材が塗布され、水晶材の枠部、ベース及びリッドのそれぞれの第２方向には、水晶素子の第２方向の熱膨張率に対応し、第１接合材とは異なる第２接合材が塗布される。
【００１０】
第２観点の水晶デバイスは、第１の観点に記載の水晶デバイスにおいて、第１接合材が、水晶素子の第１方向の熱膨張率に同等、又は水晶素子の第１方向の熱膨張率とベース及びリッドの第１方向の熱膨張率との中間値に同等の熱膨張率を有し、第２接合材が、水晶素子の第２方向の熱膨張率に同等、又は水晶素子の第２方向の熱膨張率とベース及びリッドの第２方向の熱膨張率との中間値に同等の熱膨張率を有する。
【００１１】
第３観点の水晶デバイスは、第１の観点または第２の観点に記載の水晶デバイスにおいて、水晶素子はＡＴカット水晶材であり、ベース及びリッドはＡＴカット水晶材、Ｚカット水晶材又はガラス材である。
【００１２】
第４観点の水晶デバイスは、第１の観点または第２の観点に記載の水晶デバイスにおいて、水晶素子はＺカット水晶材であり、ベース及びリッドはＡＴカット水晶材、Ｚカット水晶材又はガラス材である。
【００１３】
第５観点の水晶デバイスは、第１の観点から第４の観点のいずれか一項に記載の水晶デバイスにおいて、第１接合材及び第２接合材が、ポリイミド樹脂又は融点が５００度以下のガラスである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の水晶デバイスは、水晶発振する水晶素子の第１方向の熱膨張率に最適な第１接合材と第２方向の熱膨張率に最適な第２接合材を用いることで、温度変化によって破損又は周波数変動が少ない小型化及び薄型化した表面実装型の水晶デバイスを提供し、且つコストの低減が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１水晶デバイス１００の分解構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】（ａ）は、リッド１０の平面図である。 （ｂ）は、第１水晶素子２０の平面図である。 （ｃ）は、ベース３０の平面図である。
【図４】（ａ）は、第１接合材５１及び第２接合材５２の第１塗布方法を示した図である。 （ｂ）は、第１接合材５１及び第２接合材５２の第２塗布方法を示した図である。 （ｃ）は、第１接合材５１及び第２接合材５２の第３塗布方法を示した図である。
【図５】第１水晶デバイス１００製造のフローチャートである。
【図６】ＡＴカット水晶基板の水晶ウエハ２０Ｗの概略平面図である。
【図７】Ｚカット水晶基板のベースウエハ３０Ｗの概略平面図である。
【図８】Ｚカット水晶基板のリッドウエハ１０Ｗの概略平面図である。
【図９】第２水晶デバイス１１０の分解構成図を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
（第１実施形態）
＜第１水晶デバイス１００の構成＞
【００１７】
本実施形態の第１水晶デバイス１００は、プリント基板の表面に導電材で接合して実装される表面実装型の第１水晶デバイス１００である。本実施形態の第１水晶デバイス１００は水晶発振する第１水晶素子２０としてＡＴカット水晶基板を用い、リッド１０及びベース３０にＺカット水晶基板を用いた場合について説明する。以下に、第１水晶デバイス１００の構成を、図１、図２及び図３を参照しながら説明する。図１は、第１水晶デバイス１００の分解構成図であり。図２は図１のＡ−Ａ断面図である。また、図３（ａ）は、リッド１０の平面図であり、図３（ｂ）は、第１水晶素子２０の平面図であり、図３（ｃ）は、ベース３０の平面図である。
【００１８】
ここで、ＡＴカット水晶基板は、主面（ＹＺ面）が結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に対して、Ｘ軸を中心としてＺ軸からＹ軸方向に３５度１５分傾斜している。しかし、本明細書では第１水晶デバイス１００の長方向をｙ軸方向、短辺方向をｘ軸方向、上下方向をｚ軸方向として説明する。
【００１９】
図１に示されるように、第１水晶デバイス１００は、リッド１０と、ベース３０と、第１水晶素子２０とにより構成されている。第１水晶デバイス１００は、上側（＋ｚ軸側）にリッド１０が配置され、下側（−ｚ軸側）にベース３０が配置され、リッド１０とベース３０とに挟まれた位置に第１水晶素子２０が配置されている。また、ベース３０の下面には外部電極３１が形成されている。以下、第１水晶デバイス１００の長辺方向をｙ軸方向、第１水晶デバイス１００の短辺方向をｘ軸方向、第１水晶デバイス１００の上下方向をｚ軸方向として説明する。
【００２０】
本実施形態の第１水晶デバイス１００は第１水晶素子２０の上側に第１接合材５１及び第２接合材５２が塗布されている。また、ベース３０の上側に第１接合材５１及び第２接合材５２が塗布されている。
【００２１】
図２で示されるようにリッド１０と第１水晶素子２０及び第１水晶素子２０とベース３０とは第２接合材５２で接合される。また図示されていないが第１接合材５１も同様にリッド１０と第１水晶素子２０及び第１水晶素子２０とベース３０とを接合している。なお、リッド１０と第１水晶素子２０及び第１水晶素子２０とベース３０との接合方法は後述する。
【００２２】
図３（ａ）に示されるように、リッド１０は、ｙ軸方向と長辺方向が平行であり、ｘ軸方向と短辺方向が平行である長方形の主面を有している。図２に示されるように、リッド１０の主面には＋ｚ軸側の主面である上面と、−ｚ軸側の主面である天井面１１とが形成されている。−ｚ軸側の面の外周部には第１水晶素子２０と接合する面である接合面１５が形成されている。天井面１１には接合面１５から凹形状（図２参照）が形成されている。また、リッド１０はＺカット水晶基板を母材として形成されている。
【００２３】
図３（ｂ）に示されるように、第１水晶素子２０は、励振電極２７が形成されている励振部２１と、励振部２１の周囲を取り囲むように形成されている枠部２５とを有している。また、励振部２１と枠部２５とは接続部２４によって接続されている。引出電極２８は、開口部２２及び枠部２５の一部を通り、第１水晶素子２０の下側の枠部２５の角まで引き出されている。引出電極２８は、枠部２５の角の電極パッド２３とベース３０に形成されている接続電極３２（図１及び図３（ｃ）参照）とを接続する。第１水晶素子２０に形成されている電極は、水晶上に形成されているクロム層Ｃｒと、クロム層Ｃｒ上に形成されている金層Ａｕとにより構成されている。また、第１水晶素子２０はＡＴカット水晶基板を母材として形成されている。また、第１水晶素子２０は枠部２５の外周部の上側に第１接合材５１及び第２接合材５２が塗布されている。
【００２４】
図３（ｃ）に示されるように、ベース３０は、ｙ軸方向と長辺方向が平行であり、ｘ軸方向と短辺方向が平行である長方形の主面を有している。図１及び図２に示されるように、この主面は、第１水晶デバイス１００の一部として組み立てられたときに第１水晶デバイス１００の外部に面している下面（−ｚ軸側）と、第１水晶デバイス１００の内部に面している底面３３（＋ｚ軸側）との２つが形成されている。ベース３０の＋ｚ軸側の面の外周部には、第１水晶素子２０の枠部２５と接合するための枠部３５が形成されている。底面３３には枠部３５から凹形状（図１及び図２参照）が形成されている。ベース３０の枠部３５には接続電極３２が形成され、下面には外部電極３１（図１及び図２参照）が形成されている。また、ベース３０はＺカット水晶基板を母材として形成されている。また、ベース３０は枠部３５の外周部の上側（＋ｚ軸側）に第１接合材５１及び第２接合材５２が塗布されている。
【００２５】
上述されたように第１水晶デバイス１００は、リッド１０及びベース３０にＺカット水晶基板を用い、第１水晶素子２０にＡＴカット水晶基板を用いている。これはＺカット水晶基板がＡＴカット水晶基板よりも安価であるため、第１水晶デバイス１００の製造コストを下げることができる。
【００２６】
また、リッド１０、第１水晶素子２０及びベース３０に同じ水晶材を用いることで第１水晶デバイス１００はリッド１０及びベース３０と第１水晶素子２０との接合時、または表面実装時等に４００℃近くまで加熱される際の熱による応力から周波数変動や破損の原因を減少することができる。しかし、熱による周波数変動や破損は皆無になるわけでなく、Ｚカット水晶基板とＡＴカット水晶基板との熱膨張係数の違いからリッド１０及びベース３０と第１水晶素子２０との間に応力がかかり、熱は周波数変動や破損の原因となる。さらに、周波数変動や破損の原因として、ＡＴカット水晶基板の第１水晶素子２０の長辺方向（ｙ軸方向）と短辺方向（ｘ軸方向）とではそれぞれ熱膨張係数が異なる点や、Ｚカット水晶基板のリッド１０及びベース３０においても、その長辺方向と短辺方向とではそれぞれ熱膨張係数が異なる点がある。
【００２７】
熱膨張係数の違いの原因として水晶基板の結晶軸の違いがある。水晶基板は人工水晶から形成されるが、人工水晶はオートクレーブによって水晶の結晶をＺ軸方向に大きく成長させて形成させる。Ｚカット水晶基板は、人工水晶からＺ軸に沿ってカットされて形成される。このためＺカット水晶基板は結晶軸がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸により定義される（第１水晶デバイス１００の長辺方向、短辺方向、上下方向は、それぞれｙ軸方向、ｘ軸方向、ｚ軸方向と定義している）。また、ＡＴカット水晶基板は、人工水晶からＸ軸を回転軸としてＹ軸からＺ軸方向に３５度１５分回転した方向に沿ってカットされて形成される。Ｚカット水晶基板とＡＴカット水晶基板とはカット方向が異なることにより、同じ人工水晶であっても各軸方向への熱膨張係数が異なる。
＜接合方法及び塗布方法＞
【００２８】
第１水晶デバイス１００は、第１水晶素子２０、リッド１０及びベース３０に水晶材を用いることにより、水晶材同士の接合時または表面実装時等の熱膨張の影響が少なくなっているが、それでもなお、大きな温度変化が伴う場合には、第１水晶デバイス１００が破損又は周波数変動することがある。第１水晶素子２０、リッド１０及びベース３０の長辺方向の熱膨張係数、または短辺方向の熱膨張係数を考慮した接合材を用いることで、大きな温度変化においても熱膨張の影響が少ない第１水晶デバイス１００を製造することができる。
【００２９】
図４は第１水晶素子２０とリッド１０とを接合するために第１水晶素子２０の上側（＋ｚ側）に第１接合材５１及び第２接合材５２の塗布領域を示した図である。なお、図４の第１水晶素子２０は説明しやすいように電極を図示していない。
【００３０】
図４に示されるように、第１水晶素子２０の枠部２５の長辺方向（第１方向）には、ＡＴカット水晶基板の長辺方向の熱膨張係数と同等な第１接合材５１を帯状に塗布してあり、第１水晶素子２０の枠部２５の短辺方向（第２方向）には、ＡＴカット水晶基板の短辺方向の熱膨張係数と同等な第２接合材５２を帯状に塗布してある。
【００３１】
塗布方法は３個の塗布方法がある。図４（ａ）は、第１塗布方法を示した図であり、図４（ｂ）は、第２塗布方法を示した図であり、図４（ｃ）は、第３塗布方法を示した図である。
【００３２】
図４（ａ）に示されるように、第１塗布方法は第１水晶素子２０の枠部２５において、第１接合材５１を塗布する第１塗布領域６１が第１水晶素子２０の長辺方向の全長を占め、その間の短辺方向を第２塗布領域６２として第２接合材５２を塗布する方法である。
【００３３】
図４（ｂ）に示されるように、第２塗布方法は第１水晶素子２０の枠部２５において、第２接合材５２を塗布する第２塗布領域６２が第１水晶素子２０の短辺方向の全長を占め、その間の長辺方向を第１塗布領域６１として第１接合材５１を塗布する方法である。
【００３４】
図４（ｃ）に示されるように、第３塗布方法は第１水晶素子２０の枠部２５において、枠部２５の角部を第１接合材５１と第２接合材５２とで等分する方法であり、第１塗布領域６１と第２塗布領域６２との合流部が４５度の角度で分割されて形成されている。
【００３５】
第１接合材５１及び第２接合材５２はスクリーン印刷等の手法で形成される。また、第１接合材５１及び第２接合材５２の材料はポリイミド樹脂、または融点が５００度以下のガラスペースト（バナジウムを主原料とする低融点ガラス）を用いる。ポリイミド樹脂はその分子構造により熱膨張係数が異なることから、ＡＴカット水晶基板の長辺方向及び短辺方向の熱膨張係数と同等のポリイミド樹脂の接合材を選択する。また、ガラスペーストは添加するフィラーの含有量の違いから熱膨張係数を変化させることで、ＡＴカット水晶基板の長辺方向及び短辺方向の熱膨張係数と同等のガラスペーストの接合材を選択する。
【００３６】
また、第１接合材５１はＡＴカット水晶基板の長辺方向の熱膨張係数とＺカット水晶基板の長辺方向の熱膨張係数との中間値を用い、第２接合材５２はＡＴカット水晶基板の短辺方向の熱膨張係数とＺカット水晶基板の短辺方向の熱膨張係数との中間値を用いてもよい。
【００３７】
上述したように、本実施形態では第１水晶素子２０とリッド１０との接合方法と、第１水晶素子２０の枠部２５の上側における塗布方法とを示したが、第１水晶素子２０とベース３０との接合方法についても同様であり、ベース３０の枠部３５の上側における塗布方法も同様である。また、本実施形態では第１水晶素子２０の上側に第１接合材５１又は第２接合材５２を塗布しているが、第１水晶素子２０の枠部２５の上側に塗布せずに、リッド１０側の接合面１５に塗布して第１水晶素子２０とリッド１０とを接合してもよい。また、ベース３０の枠部３５の上側に第１接合材５１又は第２接合材５２を塗布せずに、第１水晶素子２０の枠部２５の下側に塗布して第１水晶素子２０とベース３０とを接合してもよい。
＜第１水晶デバイス１００の製造方法＞
【００３８】
図５から図８を参照して、リッド１０及びベース３０にＺカット水晶基板が用いられ、第１水晶素子２０にＡＴカット水晶基板が用いられた第１水晶デバイス１００の製造方法について説明する。
【００３９】
図５は、第１水晶デバイス１００製造のフローチャートである。
【００４０】
ステップＳ０１で、ＡＴカット水晶基板の水晶ウエハ２０Ｗを用意する工程が行われる。この工程では、ＡＴカット水晶基板の水晶ウエハ２０Ｗに第１水晶素子２０が形成される。
【００４１】
図６は、ＡＴカット水晶基板の水晶ウエハ２０Ｗの概略平面図である。第１水晶素子２０がＡＴ振動子であるため、水晶ウエハ２０ＷにはＡＴカット水晶基板が用いられる。水晶ウエハ２０Ｗの周縁部の一部には結晶方向を特定するためのオリエンテーションフラットＯＦが形成されている。オリエンテーションフラットＯＦの代わりに、ノッチが水晶ウエハ２０Ｗに形成されていても良い。水晶ウエハ２０Ｗは、直径は例えば３インチまたは４インチである。水晶ウエハ２０Ｗには、図３（ｂ）で示された第１水晶素子２０が複数形成される。なお、説明の都合上、図６の水晶ウエハ２０Ｗには３４個の第１水晶素子２０が描かれているが、実際の製造においては、１枚のウエハに数百から数千の第１水晶素子２０が形成される。また、水晶ウエハ２０Ｗは図示されるように励振電極２７及び引出電極２８の形成と第１接合材５１及び第２接合材５２の塗布とが行われる。なお、本実施形態のＡＴカット水晶基板の結晶軸は第１水晶素子２０の長辺方向をＸ軸、短辺方向をＺ’軸として形成し、Ｘ軸とＺ’軸が直交する方向をＹ’軸として形成してある。
【００４２】
図５のステップＳ０２では、Ｚカット水晶基板のベースウエハ３０Ｗを用意する工程が行われる。この工程では、Ｚカット水晶基板のベースウエハ３０Ｗが用意される。
【００４３】
図７は、Ｚカット水晶基板のベースウエハ３０Ｗの概略平面図である。ベースウエハ３０Ｗは、母材としてＺカット水晶基板が用いられており、周縁部の一部に結晶方向を特定するためのオリエンテーションフラットＯＦが形成されている。ベースウエハ３０Ｗも、直径が例えば３インチまたは４インチである。ベースウエハ３０Ｗには、図３（ｃ）で示されたベース３０が複数形成される。なお、水晶ウエハ２０Ｗと同様にベースウエハ３０Ｗには３４個のベース３０が描かれているが、実際の製造においては、１枚のウエハに数百から数千のベース３０が形成される。また、ベースウエハ３０Ｗは、図示されるように、水晶ウエハ２０Ｗと向かい合う面に凹みが形成され、その周囲に枠部３５が形成されている。さらに、接続電極３２、外部電極３１（図１及び図２参照）の形成と、第１接合材５１及び第２接合材５２の塗布とが行われている。
【００４４】
図５のステップＳ０３では、Ｚカット水晶基板のリッドウエハ１０Ｗを用意する工程が行われる。この工程では、Ｚカット水晶基板のリッドウエハ１０Ｗが用意される。
【００４５】
図８は、Ｚカット水晶基板のリッドウエハ１０Ｗの概略平面図である。リッドウエハ１０Ｗは、母材としてＺカット水晶基板が用いられており、周縁部の一部に結晶方向を特定するためのオリエンテーションフラットＯＦが形成されている。リッドウエハ１０Ｗも、直径が例えば３インチまたは４インチである。リッドウエハ１０Ｗには、図３（ａ）で示されたリッド１０が複数形成される。なお、水晶ウエハ２０Ｗと同様にリッドウエハ１０Ｗには３４個のリッド１０が描かれているが、実際の製造においては、１枚のウエハに数百から数千のリッド１０が形成される。また、リッドウエハ１０Ｗは、図示されるように、水晶ウエハ２０Ｗと向かい合う面に凹み（破線で表示）が形成され、その周囲に接合面１５が形成されている。
以上のステップＳ０１からステップＳ０３の工程は順不同で行われる。
【００４６】
図５のステップＳ０４では、接合工程が行われる。接合工程はベースウエハ３０Ｗ及びリッドウエハ１０Ｗと水晶ウエハ２０Ｗとを接合する工程である。ベースウエハ３０Ｗ、リッドウエハ１０Ｗ及び水晶ウエハ２０Ｗは、オリエンテーションフラットＯＦを目印としてベースウエハ３０Ｗの上に水晶ウエハ２０Ｗ、さらにその上にリッドウエハ１０Ｗを正確に載置し、加圧加熱処理することによって接合される。同時に、第１水晶素子２０に形成された引出電極２８の電極パッド２３とベース３０の接続電極３２とも電気的に接合される。なお、接合工程は、所定の気圧より低い真空状態または不活性ガスで満たされた状態で行われる。励振部２１の周囲が真空状態または不活性ガスで満たされた状態になることで、第１水晶デバイス１００の周波数の安定が図られる。なお、本実施形態の接合工程はベースウエハ３０Ｗ、水晶ウエハ２０Ｗ及びリッドウエハ１０Ｗが同時に接合されているが、この限りでなく、複数の接合工程を経てもよい。例えば、ベースウエハ３０Ｗと水晶ウエハ２０Ｗとを接合した後、リッドウエハ１０Ｗと水晶ウエハ２０Ｗとを接合する方法等がある。
【００４７】
図５のステップＳ０５は、分割工程である。分割工程では、ウエハに固定された状態の第１水晶デバイス１００を図６から図８で示されたスライスラインＳＬの位置でダイシングソー又はレーザーソーにより切断され、数百から数千の第１水晶デバイス１００に分割される。
【００４８】
上記に示された第１水晶デバイス１００の製造方法は、第１接合材５１及び第２接合材５２が水晶ウエハ２０Ｗの上側及びベースウエハ３０Ｗの上側に塗布した場合を説明したが、第１接合材５１及び第２接合材５２を塗布する場所は、水晶ウエハ２０Ｗの上側と下側との両側に塗布してもよい。または、ベースウエハ３０Ｗの上側及びリッドウエハ１０Ｗの下側に塗布してもよい。
【００４９】
本実施形態ではリッドウエハ１０Ｗ、及びベースウエハ３０Ｗの母材にＺカット水晶基板を用いた説明をしているが、ＡＴカット水晶基板を用いてもよい。リッドウエハ１０Ｗ、及びベースウエハ３０Ｗの母材にＡＴカット水晶基板を用いる場合は、水晶ウエハ２０Ｗの結晶軸のＸ軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸と同様な方向でリッド１０、及びベース３０を形成する。第１水晶素子２０の結晶軸と同じ結晶軸でリッド１０、及びベース３０を形成することでリッド１０と第１水晶素子２０との長辺方向、ベース３０と第１水晶素子２０との長辺方向、さらに、リッド１０と第１水晶素子２０との短辺方向、ベース３０と第１水晶素子２０との短辺方向で同じ膨張係数になる。この場合に使用する第１接合材５１は第１水晶素子２０の長辺方向の熱膨張係数と同等にし、第２接合材５２は第１水晶素子２０の短辺方向の熱膨張係数と同等とする。この組み合わせで形成する第１水晶デバイス１００は温度変化によって破損又は周波数変動が少なくなる。
【００５０】
また、リッドウエハ１０Ｗ及びベースウエハ３０Ｗの母材にガラス基板を用いて形成してもよい。リッドウエハ１０Ｗ及びベースウエハ３０Ｗの母材にガラス基板を使用する場合は第１水晶素子２０の枠部２５の長辺方向の熱膨張係数と同等な第１接合材５１を塗布し、第１水晶素子２０の枠部２５の短辺方向の熱膨張係数と同等な第２接合材５２を塗布する方法がある。また、第１接合材５１は第１水晶素子２０の長辺方向の熱膨張係数とガラス基板の長辺方向の熱膨張係数との中間値を用い、第２接合材５２は第１水晶素子２０の短辺方向の熱膨張係数とガラス基板の短辺方向の熱膨張係数との中間値を用いてもよい。
（第２実施形態）
＜第２水晶デバイス１１０の構成＞
【００５１】
第１実施形態は第１水晶素子２０にＡＴカット水晶基板を用いていたが、本実施形態では第２水晶素子４０にＺカット水晶基板を用いる。Ｚカット水晶基板を母材とした第２水晶素子４０として音叉型の第２水晶素子４０がある。図９は音叉型の第２水晶素子４０を用いた第２水晶デバイス１１０の分解構成図を示した図である。図示されるように第２水晶デバイス１１０は音叉型の第２水晶素子４０、リッド１０、ベース３０で構成されている。なお、第２水晶素子４０以外の構成は第１実施形態と同様であり、その説明を省く。また第１実施形態と同じ構成要件については同様の符号を用いる。なお、本実施形態の第２水晶デバイス１１０の第２水晶素子４０とベース３０にキャスタレーション７０を形成している。キャスタレーション７０はベース３０の外部電極３１と第２水晶素子４０の励振電極４７とを電気的に接続するための貫通孔であり、第２水晶素子４０とベース３０の四隅に形成されている。
【００５２】
第２水晶素子４０はＺカット水晶基板を母材としている。第２水晶素子４０は音叉型水晶振動部４１と、音叉型水晶振動部４１を囲む枠部４２とで構成されている。
【００５３】
音叉型水晶振動部４１は、一対の振動腕４３が備わり、振動腕４３の表裏両面には溝部４４が形成されている。音叉型水晶振動部４１は枠部４２と接続部４５とで接続されている。
【００５４】
振動腕４３の先端付近は幅広に形成されており、ハンマー型の形状をしている。また、振動腕４３のハンマー型の部分では錘金属膜４６も形成して錘の役目と周波数調整の役目とをさせている。錘の役目としては振動腕４３に電圧をかけた際に振動しやすくさせ、また安定した振動をすることができる。
【００５５】
第２水晶素子４０は公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術などを用い外形、及び溝部４４を形成する。
【００５６】
外形と溝部４４とを形成した第２水晶素子４０は次に錘金属膜４６、励振電極４７、及び引出電極４８を形成する。励振電極４７は音叉型水晶振動部４１の振動腕４３及び溝部４４に形成され、励振電極４７を形成する際に、錘金属膜４６及び接続部の引出電極４８の金属膜を同時に形成する。
【００５７】
音叉型の第２水晶素子４０の枠部４２には、第１実施形態と同様にその長辺方向に第１接合材５１が塗布され、短辺方向に第２接合材５２が塗布される。また、第１接合材５１及び第２接合材５２の塗布方法も第１実施形態と同様に形成できる。
【００５８】
リッド１０又はベース３０の母材は第１実施形態と同様にＺカット水晶基板、ＡＴカット水晶基板、ガラス基板を用いることが可能である。
【００５９】
リッド１０又はベース３０の母材にＺカット水晶基板を用いる際には、Ｚカット水晶基板を母材とした音叉型の第２水晶素子４０の結晶軸に合致させて形成し、第１接合材５１に音叉型の第２水晶素子４０の長辺方向の膨張係数と同等の接合材を選択し、第２接合材５２に第２水晶素子４０の短辺方向の膨張係数と同等の接合材を選択するのが好適である。
【００６０】
リッド１０又はベース３０の母材にＡＴカット水晶基板、またはガラス基板用いる際には、第１接合材５１に音叉型の第２水晶素子４０の枠部４２の長辺方向の熱膨張係数と同等な接合材５１を選択し、第２接合材５２に第２水晶素子４０の枠部４２の短辺方向の熱膨張係数と同等な接合材を選択する方法がある。また、第１接合材５１は音叉型の第２水晶素子４０の長辺方向の熱膨張係数とＡＴカット水晶基板またはガラス基板の長辺方向の熱膨張係数との中間値の接合材を選択し、第２接合材５２は音叉型の第２水晶素子４０の短辺方向の熱膨張係数とＡＴカット水晶基板またはガラス基板の短辺方向の熱膨張係数との中間値の接合材を選択する方法でもよい。
【００６１】
以上、本実施形態の最適な実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本実施形態はその技術的範囲内において実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０ … リッド １０Ｗ … リッドウエハ
１１ … 天井面
１５ … 接合面
２０ … 第１水晶素子、 ２０Ｗ … 水晶ウエハ
２１ … 励振部
２２ … 開口部
２４ … 接続部
２５ … 枠部
２７ … 励振電極、 ２８ … 引出電極
３０ … ベース ３０Ｗ … ベースウエハ
３１ … 外部電極、 ３２ … 接続電極
３３ … 底面
３５ … 枠部
３６ … 接合面
４０ … 第２水晶素子
４１ … 音叉型水晶振動部
４２ … 枠部
４３ … 振動腕
４４ … 溝部
４５ … 接続部
４６ … 錘金属膜
４７ … 励振電極
４８ … 引出電極
５１ … 第１接合材
５２ … 第２接合材
６１ … 第１塗布領域
６２ … 第２塗布領域
７０ … キャスタレーション
１００ … 第１水晶デバイス
１１０ … 第２水晶デバイス
Ａｕ … 金層
Ｃｒ … クロム層
ＳＬ … スライスライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧の印加により振動する励振部と前記励振部の周囲を囲む枠部とを有する水晶材により形成され、前記枠部が第１方向と該第１方向と交差する第２方向の辺を有する矩形形状の水晶素子と、
前記枠部の一主面に接合され、前記第１方向と前記第２方向の辺を有する矩形形状のベースと、
前記枠部の他主面に接合され、前記第１方向と前記第２方向の辺を有する矩形形状のリッドと、を備え、
前記枠部、前記ベース及び前記リッドのそれぞれの前記第１方向には、前記水晶素子の前記第１方向の熱膨張率に対応した第１接合材が塗布され、
前記枠部、前記ベース及び前記リッドのそれぞれの前記第２方向には、前記水晶素子の前記第２方向の熱膨張率に対応し、前記第１接合材とは異なる第２接合材が塗布される水晶デバイス。
【請求項２】
前記第１接合材は、前記水晶素子の前記第１方向の熱膨張率に同等、又は前記水晶素子の前記第１方向の熱膨張率と前記ベース及び前記リッドの前記第１方向の熱膨張率との中間値に同等の熱膨張率を有し、
前記第２接合材は、前記水晶素子の前記第２方向の熱膨張率に同等、又は前記水晶素子の前記第２方向の熱膨張率と前記ベース及び前記リッドの前記第２方向の熱膨張率との中間値に同等の熱膨張率を有する請求項１に記載の水晶デバイス。
【請求項３】
前記水晶素子はＡＴカット水晶材であり、前記ベース及び前記リッドはＡＴカット水晶材、Ｚカット水晶材又はガラス材である請求項１又は請求項２に記載の水晶デバイス。
【請求項４】
前記水晶素子はＺカット水晶材であり、前記ベース及び前記リッドはＡＴカット水晶材、Ｚカット水晶材又はガラス材である請求項１又は請求項２に記載の水晶デバイス。
【請求項５】
前記第１接合材及び前記第２接合材は、ポリイミド樹脂又は融点が５００度以下のガラスである請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水晶デバイス。
【請求項１】
電圧の印加により振動する励振部と前記励振部の周囲を囲む枠部とを有する水晶材により形成され、前記枠部が第１方向と該第１方向と交差する第２方向の辺を有する矩形形状の水晶素子と、
前記枠部の一主面に接合され、前記第１方向と前記第２方向の辺を有する矩形形状のベースと、
前記枠部の他主面に接合され、前記第１方向と前記第２方向の辺を有する矩形形状のリッドと、を備え、
前記枠部、前記ベース及び前記リッドのそれぞれの前記第１方向には、前記水晶素子の前記第１方向の熱膨張率に対応した第１接合材が塗布され、
前記枠部、前記ベース及び前記リッドのそれぞれの前記第２方向には、前記水晶素子の前記第２方向の熱膨張率に対応し、前記第１接合材とは異なる第２接合材が塗布される水晶デバイス。
【請求項２】
前記第１接合材は、前記水晶素子の前記第１方向の熱膨張率に同等、又は前記水晶素子の前記第１方向の熱膨張率と前記ベース及び前記リッドの前記第１方向の熱膨張率との中間値に同等の熱膨張率を有し、
前記第２接合材は、前記水晶素子の前記第２方向の熱膨張率に同等、又は前記水晶素子の前記第２方向の熱膨張率と前記ベース及び前記リッドの前記第２方向の熱膨張率との中間値に同等の熱膨張率を有する請求項１に記載の水晶デバイス。
【請求項３】
前記水晶素子はＡＴカット水晶材であり、前記ベース及び前記リッドはＡＴカット水晶材、Ｚカット水晶材又はガラス材である請求項１又は請求項２に記載の水晶デバイス。
【請求項４】
前記水晶素子はＺカット水晶材であり、前記ベース及び前記リッドはＡＴカット水晶材、Ｚカット水晶材又はガラス材である請求項１又は請求項２に記載の水晶デバイス。
【請求項５】
前記第１接合材及び前記第２接合材は、ポリイミド樹脂又は融点が５００度以下のガラスである請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水晶デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１７８６２０（Ｐ２０１２−１７８６２０Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３９１３０（Ｐ２０１１−３９１３０）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
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