JPH06314947A - 水晶振動子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型高安定の水晶振動子を得る。 【構成】 振動用水晶板１を、水晶と基板２の材料の中
間の大きさの熱膨張率である緩衝板３を介して基板２と
直接接合により固定した水晶振動子の構成とする。また
その製造方法は、振動用水晶板１と、緩衝板３と、基板
２の表面を、親水処理を施して接触させ、そのまま熱処
理後においても水晶が圧電性を示す温度範囲内において
熱処理することにより、前記振動用水晶板１と緩衝板３
と基板２を直接接合させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は小型高安定な水晶振動子
およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】水晶振動子は、その高い安定性により、
情報通信に欠かせない重要なデバイスとして用いられて
いる。近年衛星通信や携帯電話などの発達にともない、
各デバイスの小型化、高性能化が一つの大きな目標とさ
れているが、水晶振動子も例外ではない。

【０００３】水晶振動子には、厳しい周波数安定性が要
求される。水晶振動子の周波数は、振動用水晶板に応力
が加わることによって変化するので、前記振動用水晶板
に加わる応力を軽減する工夫が様々なされている。

【０００４】従来の水晶振動子としては、ＡＴカット水
晶板を金属性の支持架により支持したものがある。図６
にこれらの水晶振動子の一例を示す。図６において、１
５はＡＴカットした水晶板であり、この水晶板１の両面
には電極４を蒸着して形成している。前記水晶板１は保
持部１６でを保持されており、保持部１６と水晶板１５
は導電性接着剤１７で接着されている。そして前記電極
４は導電性接着剤１７を介してそれぞれ別の保持部に電
気的に接続されている。

【０００５】このように従来の水晶振動子においては、
水晶板１５を保持するために、通常、金属の保持部１６
と導電性接着剤１７を用いる。図７にこの水晶振動子の
製造工程例を示す。この製造工程においては、水晶板の
切断を行ない、この後、個別に切り離された水晶板の研
磨を行なう。次に切断された水晶板に電極を蒸着し、保
持部と結合する。さらに導電性接着剤を添付し、周波数
調整を行ない、金属パッケージにて気密封止する。

【０００６】図８には保持部の熱応力の問題を解決する
ものか示されている（特開平２−２６１２１０号公
報）。このものは振動用水晶片１８の両面に励磁電極１
９を蒸着し、振動用水晶片１８を熱膨張のほぼ同じ水晶
片２０で保持している。前記水晶片２０は基台２１上に
配置され、振動用水晶片１８と保持用水晶片２０は導電
性接着剤２２で固着され、保持用水晶片２０と基台２１
は接着剤２３で接着されている。そして振動用水晶片１
８と保持用水晶片２０の固着方向（Ｘ−Ｘ方向）と、保
持用水晶片２０と基台２１の固着方向（Ｚ−Ｚ）とを直
交する方向にしている。

【０００７】また、水晶振動子の応用製品として、水晶
発振器や温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）、電圧制御水
晶発振器（ＶＣＸＯ）などがある。図９に一般的なＴＣ
ＸＯの外観図を示す。ここでは理解しやすいように、ケ
ースの一部を取り除いた様子を示している。図に示すよ
うに、ケース２６内には水晶振動子２４と、発振回路や
電圧制御回路、温度センサーなどを含む制御回路２５が
組み合わされて収められた構成となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６で
示すもののように金属の保持部１６を用いた場合、熱膨
張率が水晶板１５の熱膨張率と異なるため、水晶振動子
の温度が変化すると、保持部１６と水晶板１５との間に
熱応力が発生する。水晶板１５の発振周波数は水晶中の
応力に大きく依存するために、このような保持方法では
温度変化に対し不安定な水晶振動子となる。そのため、
水晶板１５における振動部分に応力がかからないよう
に、電極４と保持部１６との間を大きくあけなければな
らない。また、導電性接着剤１７を用いるために、接着
時の導電性接着剤１７の伸縮による応力が水晶板１５に
かかる問題、導電性接着剤１７と水晶板１５との熱膨張
率の差により熱応力が発生する問題、また接着強度が十
分でなく大きな接着面積が必要であること、導電性接着
剤１７の耐熱性に問題があるために半田付けにおいて低
温での処理しかできないこと、導電性接着剤１７の硬化
に伴うガスの放出、機械的振動に対して十分安定でない
こと、さらには導電性接着剤１７の劣化の問題などによ
り、水晶振動子の安定性は悪化することになる。また導
電性接着剤でなく他の種々の接着剤を用いる方法もある
が、接着剤を用いる限り基本的にこの問題は解決されな
い。

【０００９】また図７に示す製造法においては小型の水
晶振動子を作成するために水晶板を小さく切断すると研
磨工程において非常に小さな水晶板を扱うことになる。
このような微小な水晶板を研磨するには高度な研磨装置
を使用しなければならない。そのため、さらに小さな水
晶振動子を精度良く作成するためにこの製法を用いるこ
とは困難である。また切断された水晶板を個別に取り扱
う必要性があり、さらに導電性接着剤を塗付するため
に、水晶板はある程度以上の大きさが必要とされる。上
記の切断、研磨に関する理由、導電性接着剤に関する理
由により、通常このような構造の水晶振動子では、水晶
板は幅２ミリ以上、長さ５ミリ以上の大きさがないと、
高安定な水晶振動子を作成することが困難であった。ま
た、水晶板そのものが大きいこと、気密封止のため別途
容器に実装しなければならないことから、水晶振動子全
体ではかなりの大きさが必要とされる。

【００１０】つぎに図８に示すものにおいては保持用水
晶片２０の長手方向は自由端となり、熱に対して伸縮自
在でストレスは生じない。また振動用水晶片１８は長手
方向を水晶片２０の同方向に一致してその両端側を固着
する。したがって振動用水晶片１８の長手方向の伸縮は
保持用水晶片２０の影響を受けるが同一材料で熱膨張係
数が等しく熱によるストレスは発生しない。こうするこ
とにより、熱膨張による周波数変化を防止して良好な温
度特性が得られる。しかし、振動用水晶片１８と保持用
水晶片２０との固定を導電性接着剤を用いて行なってい
るので、この導電性接着剤に起因する各種の様々な問
題、接着時の接着剤の伸縮による応力が振動用水晶片１
８にかかる問題、接着剤と振動用水晶片１８との熱膨張
率の差により熱応力が発生する問題、また接着強度が十
分でなく大きな接着面積が必要であること、導電性接着
剤の耐熱性に問題があるために半田付けにおいて低温で
の処理しかできないこと、導電性接着剤の硬化に伴うガ
スの放出、機械的振動に対して十分安定でないこと、さ
らには接着剤の劣化の問題は解決されない。そのため、
この水晶振動子においても温度特性および劣化の点で十
分な安定性を持つことができない。

【００１１】また、図９と示すＴＣＸＯ等においては前
記水晶振動子２４と、前記制御回路部２５とは、各々別
々に作られたものが、組み合わされ、ケース２６に納め
られるため、全体としての大きさを小型化するのは非常
に困難であった。

【００１２】このように従来の水晶振動子においては、
水晶板と保持部を接着するための導電性接着剤に起因す
る、接着時の接着剤の伸縮による応力が水晶にかかる問
題、振動などに対する接着強度低下の問題、半田付けの
際の加熱に対する信頼性の問題、気体放出の問題さらに
は接着剤の劣化の問題等が存在し、経時変化および機械
的振動に対して特性が不安定であった。さらに水晶振動
子やそれを応用した製品の小型化には、その構造に起因
した基本的な問題が存在する。

【００１３】本発明は、水晶振動子の上記欠点を克服す
るものであり、小型、高安定の水晶振動子およびその製
造法を提供する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は振動用水晶板を水晶と基板材料の中間の熱
膨張率を有する緩衝板を介して基板と直接接合によりて
固定した水晶振動子の構成とする。またその製造方法
は、振動用水晶板と、緩衝板と、基板の表面を、親水処
理を施して接触させ、そのまま熱処理後においても水晶
が圧電性を示す温度範囲内において熱処理することによ
り、前記振動用水晶板と緩衝板と基板を直接接合させる
方法とする。

【００１５】

【作用】上記のような構成ならびに製造方法としたこと
により、すなわち振動用水晶板は接着剤を用いず直接接
合によって固定されるので、その接着強度は強固で、振
動などに対する安定性が向上し、半田付けなどによる熱
に対しても安定で劣化が生じず、気体の発生もないので
振動特性の劣化もない。しかも、前記振動用水晶板は、
前記緩衝板と共に前記基板に正確な位置に固定されるの
で、封止の際の空間を小さくでき、水晶振動子全体とし
ての小型化が容易である。なお緩衝板としてガラスを用
いると、安価で、なおかつエッチングなどによる加工が
容易である。さらに前記振動用水晶板と前記緩衝板とは
前記基板に固定されており、前記基板としてシリコンを
用いることにより制御回路などを組み込み、一体化する
ことができるので、ワンチップ化された水晶発振器、Ｔ
ＣＸＯやＶＣＸＯの作製が可能になるため、これらの製
品を容易に小型化できる。

【００１６】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。 （実施例１）図１は本実施例における水晶振動子の斜視
図である。この図において、１は振動用水晶板、２はシ
リコン基板であり、両者間には前記振動用水晶板１ほど
大きくなく前記シリコン基板２より大きな熱膨張率を有
する緩衝用ガラス板３を介在している。前記振動用水晶
板１には励起電極４が設けられこの励起電極４よりシリ
コン電極２上の端子６まで電極引出し部５が設けられて
いる。

【００１７】本実施例において、前記振動用水晶板１の
周辺近傍の一部は、前記緩衝用ガラス板３に直接接合に
よって固定され、前記緩衝用ガラス板３の前記振動用水
晶板１の一部は、前記シリコン基板２に直接接合によっ
て固着されている。

【００１８】ここで、直接接合について説明する。直接
接合とは、シリコン基板どうし、シリコン基板とガラス
板、ガラス板と水晶板などを接着剤を介在させずに基板
の非固着面上の結晶表面構成原子と他方の基板の結晶表
面構成原子との間の共有結合を用いて直接的に固着させ
るという技術で、研磨、洗浄、親水基形成処理を行なっ
たシリコン基板やガラス板、水晶板などを清浄雰囲気中
で接触させ、加熱処理を行い、強固な固着を得るという
ものである。この固着強度は親水基形成処理後接触させ
られただけの初期段階においても数十ｋｇｗ／ｃｍ² 程
度の値を示すが、加熱処理を施すことによってその値は
数百ｋｇｗ／ｃｍ² 以上に上昇する。

【００１９】具体的にこのような結合は以下のようにし
て形成される。親水基形成処理後、接触させられただけ
の初期段階において、非接着基板どうしは、その表面に
形成される親水基と、非接着面間に存在する水分子との
水素結合を介して結合されている。この状態から加熱処
理を行なうことによって、界面に存在する水分子は界面
から除去され、水分子を介しての結合は、次第に結晶構
成原子間の強固な共有結合に変化する。このため、直接
接合を用いた固定においては、固着強度が高く、接着剤
を一切用いていないので、熱処理、振動などに強く、不
要な気体が放出されることもない。しかしながら、直接
接合は熱処理を行なう必要性があるために、熱膨張率の
大きくことなるものを直接接合することはできない。Ａ
Ｔカット水晶板の熱膨張率は最も大きい方向でおよそ９
×１０−６であるのに対し、シリコン基板の熱膨張率は
およそ６×１０−６である。このため熱処理時にシリコ
ン基板に対して大きな張力が加わり、シリコン基板が張
力に絶えられず破壊される現象が起こる。

【００２０】しかしながら、ガラスは、それを構成する
成分や割合によって熱膨張率を様々に変化させることが
できる。たとえば硼珪酸ガラスと呼ばれるある種のガラ
ス板の熱膨張率は、６〜８×１０−６であり、水晶の熱
膨張率とシリコンの熱膨張率のほぼ中間の値を示す。こ
のガラスとシリコン、ガラスと水晶とを直接接合する場
合は、ガラスの熱膨張率がシリコンと水晶の中間である
ために、シリコンと水晶を直接接合した場合より小さな
応力しかかからない。

【００２１】このように熱膨張率を選ぶことにより、前
記振動用水晶板１と前記緩衝用ガラス板３の直接接合、
前記緩衝用ガラス板３と前記シリコン基板２の直接接合
が、それぞれの基板を破壊することなく可能となる。ま
た、前記緩衝用ガラス板３はその材料がガラスであるた
めに安価であり、しかもエッチングなどの加工が容易で
ある。

【００２２】水晶振動子を作成した後、基板上に半田付
けするために二百数十℃でリフローする必要性がある。
しかしながら、導電性接着剤を用いた場合には、半田リ
フローに対する信頼性が乏しく、半田リフローの前後で
一般的に共振周波数が２〜３ｐｐｍ変動する。これに対
し、本実施例の構造の水晶振動子では導電性接着剤を用
いないために水晶振動子の特性は大きく向上する。たと
えば、具体的な例として、前記振動用水晶板として１ｍ
ｍ×３ｍｍの大きさのＡＴカット水晶板、前記保持用ガ
ラス板として１ｍｍ×１ｍｍの大きさの硼珪酸ガラス
板、前記シリコン基板として３ｍｍ×４．５ｍｍの大き
さのＰ型単結晶板とした本実施例記載の構造の水晶振動
子を作製した。比較のために１ｍｍ×３ｍｍの大きさの
前記振動用水晶板を従来の金属保持部に導電性接着剤に
よって接着した構造の比較用水晶振動子も作製して、前
記水晶振動子と前記比較用水晶振動子の周波数の半田リ
フロー特性を測定した。この結果、半田リフローにより
２ｐｐｍ以上変動したものは、前記比較用水晶振動子の
ものと比べて半分以下になった。

【００２３】さらに前記シリコン基板には前記振動用水
晶板を駆動、制御するための回路を組み込むことができ
るので、ワンチップ化された水晶発振器、ＴＣＸＯやＶ
ＣＸＯの作製が可能になる。図２に、ワンチップ化され
たＴＣＸＯの斜視図を示す。この図において、１は振動
用水晶板、２はシリコン基板、３は緩衝用ガラス板、４
は励起電極、５は電極引出し部、７は制御回路である。 （実施例２）図３は本実施例における水晶振動子の斜視
図である。この図において、１は振動用水晶板、８はＺ
カットＬｉＴａＯ３基板、３は前記振動用水晶板１ほど
大きくなく前記ＬｉＴａＯ３基板より大きな熱膨張率を
有する緩衝用ガラス板、４は励起電極、５は電極引出し
部、６は端子である。

【００２４】本実施例において、前記振動用水晶板１の
周辺近傍の一部は、前記緩衝用ガラス板３に直接接合に
よって固定され、前記緩衝用ガラス板３の前記振動用水
晶板１の一部は、前記ＬｉＴａＯ３基板８に直接接合に
よって固着されている。ＡＴカット水晶板とＺカットＬ
ｉＴａＯ３基板を直接接合することは、ＡＴカット水晶
板の熱膨張率は最も大きい方向でおよそ９×１０−６で
あるのに対し、ＺカットＬｉＴａＯ３基板の熱膨張率は
最も小さい方向で４×１０−６であるために熱処理時に
ＬｉＴａＯ３基板に対して大きな張力が加わり、ＬｉＴ
ａＯ３基板が張力に絶えられず破壊される現象が起こ
る。

【００２５】しかしながら、ガラスは、それを構成する
成分や割合によって熱膨張率を様々に変化させることが
できる。たとえば硼珪酸ガラスと呼ばれるある種のガラ
ス板の熱膨張率は、６〜８×１０−６であり水晶の熱膨
張率とＬｉＴａＯ３の熱膨張率のほぼ中間の値を示す。
このガラスとＬｉＴａＯ３、ガラスと水晶とを直接接合
する場合は、ガラスの熱膨張率がＬｉＴａＯ３と水晶の
中間であるために、ＬｉＴａＯ３と水晶を直接接合した
場合より小さな応力しかかからない。

【００２６】このように熱膨張率を選ぶことにより、前
記振動用水晶板１と前記緩衝用ガラス板３の直接接合、
前記緩衝用ガラス板３と前記ＬｉＴａＯ３基板８の直接
接合が、それぞれの基板を破壊することなく可能とな
る。また、前記緩衝用ガラス板はその材料がガラスであ
るために安価であり、しかもエッチングなどの加工が容
易である。

【００２７】水晶振動子を作成した後、基板上に半田付
けするために二百数十℃でリフローする必要性がある。
しかしながら、導電性接着剤を用いた場合には、半田リ
フローに対する信頼性が乏しく、半田リフローの前後で
一般的に共振周波数が２〜３ｐｐｍ変動する。これに対
し、本実施例の構造の水晶振動子では導電性接着剤を用
いないために水晶振動子の特性は大きく向上する。たと
えば、具体的な例として、前記振動用水晶板として１ｍ
ｍ×３ｍｍの大きさのＡＴカット水晶板、前記保持用ガ
ラス板として１ｍｍ×１ｍｍの大きさの硼珪酸ガラス
板、前記ＬｉＴａＯ３基板として３ｍｍ×４．５ｍｍの
大きさのＺカット板とした本実施例記載の構造の水晶振
動子を作製した。比較のために１ｍｍ×３ｍｍの大きさ
の前記振動用水晶板を従来の金属保持部に導電性接着剤
によって接着した構造の比較用水晶振動子も作製して、
前記水晶振動子と前記比較用水晶振動子の周波数の半田
リフロー特性を測定した。この結果、半田リフローによ
り２ｐｐｍ以上変動したものは、前記比較用水晶振動子
のものと比べて半分以下になった。

【００２８】さらに、本実施例では基板としてシリコン
基板、緩衝板としてガラス板を用いたが、これらの材料
としてはＧａＡｓ基板やＬｉＴａＯ３基板を用いても熱
膨張率が振動用水晶板と基板材料の中間の値を持つ緩衝
板を１層以上使用することにより同様に接着することが
可能であり、同様の効果が得られることは明らかであ
る。 （実施例３）以下、本発明の第３の実施例について、図
面を用いて詳しく説明する。図４−（ａ）、図４−
（ｂ）、図４−（ｃ）、図４−（ｄ）、図４−（ｅ）、
および図４−（ｆ）は、本発明の水晶振動子の製造方法
を示す図である。これらの図において、１は振動用水晶
板、２はシリコン基板、３は前記振動用水晶板程大きく
なくシリコンより大きい熱膨張率を有する緩衝用ガラス
板、４は励起電極、５は電極引出し部、９は水晶素板、
１０はガラス基板、１１はシリコン素板である。

【００２９】本実施例では、前記水晶素板９には厚さ３
５０μｍ、大きさ３インチのＡＴカット水晶素板、前記
ガラス基板１０には厚さ３５０μｍ、大きさ３インチの
硼珪酸ガラス基板、前記シリコン素板１１には面方位
（１００）、厚さ４５０μｍ、大きさ３インチのＰ型単
結晶シリコン基板を用いた。

【００３０】前記水晶素板９は、前記振動用水晶板１の
形状を多数残して深さ８０μｍまでエッチングによって
削り、前記ガラス基板１０は、前記緩衝用ガラス板３の
形状を多数残して深さ５０μｍまでエッチングによって
削った。このとき、前記水晶素板９上に残っている全て
の前記振動用水晶板１と前記ガラス基板１０上に残って
いる全ての緩衝用ガラス板３とが、互いに希望の位置で
接触できるように各々の位置を決定した。前記水晶素板
９と前記ガラス基板１０との表面を鏡面に研磨し、アン
モニア水と過酸化水素水と水の混合液を６０℃に加熱し
た溶液を用いて表面を親水化処理し、水洗いした。その
後注意深く洗浄して前記振動用水晶板１と前記緩衝用ガ
ラス板３とが接触する部分にはゴミが存在しないように
した。次に、前記水晶素板９と前記ガラス基板１０と
を、表面を清浄に保ったまま接触させた。このままでも
かなりの接着強度があるが、後に行なう研磨ができるま
での強度以上にするために、加熱処理を施した。この状
態を図４−（ａ）に示す。なお、８７０℃に水晶の結晶
転移温度があるので、水晶をこの温度以上に加熱処理す
ると室温に戻したとき圧電性を示さなくなる。このため
前記加熱処理温度は８７０℃以上にすることはできな
い。このため本実施例では、前記加熱処理温度をたとえ
ば５００℃とした。

【００３１】前記緩衝用ガラス板３を一つ一つ分離する
ために、前記水晶素板９に直接接合された前記ガラス基
板１０を、前記水晶素板９を保持して研磨した。この状
態を図４−（ｂ）に示す。

【００３２】前記シリコン素板１１と前記水晶素板９上
に形成された前記緩衝用ガラス板３とを直接接合させる
ために、これらの表面を鏡面に研磨し、さらにアンモニ
ア水と過酸化水素水と水の混合液を６０℃に加熱した溶
液を用いて表面を親水化処理し、水洗いした。その後、
注意深く洗浄して前記水晶素板９上に形成された前記緩
衝用ガラス板３と前記シリコン素板１１の表面にはゴミ
が存在しないようにした。次に前記シリコン素板１１と
前記水晶素板９上に形成された前記緩衝用ガラス板３と
を、表面を清浄に保ったまま接触させた。このままでも
かなりの接着強度があるが、後に行なう研磨ができるま
での強度以上にするために、加熱処理を施した。この状
態を図４−（ｃ）に示す。なお、上記と同様の理由か
ら、前記加熱処理温度は８７０℃以上に加熱することは
できないが、ガラスの熱膨張率がシリコンと水晶の中間
にあるために比較的高温まで加熱可能である。このため
本実施例では、前記加熱処理温度をたとえば５００℃と
した。

【００３３】前記水晶素板９に直接接合された前記緩衝
用ガラス板３によって固定された前記シリコン素板１１
を前記水晶素板９を保持することによって研磨し、さら
に前記シリコン素板１１の前記緩衝用ガラス板３が直接
接合されていない側からエッチングをおこなって開口部
を設けてシリコン基板２を形成した。その様子を図４−
（ｄ）に示す。

【００３４】その後、前記シリコン基板２に直接接合さ
れた前記緩衝用ガラス板３によって固定された前記水晶
素板９を、前記シリコン基板２を保持することによって
研磨し、前記振動用水晶板１を個々に分離した。その様
子を図４−（ｅ）に示す。

【００３５】前記水晶素板９の前記振動用水晶板１のほ
ぼ中央付近に対向するように一対の前記励起電極４を形
成した。このとき、同時に前記電極引出し部５も形成し
た。本実施例の場合、これらはクロムを厚さ２００オン
グストローム、金を厚さ５００オングストロームに真空
蒸着して形成した。その様子を図４−（ｆ）に示す。

【００３６】最後に、前記シリコン基板２を一つ一つ切
り離して水晶振動子を得た。前記振動用水晶板１、前記
緩衝用ガラス板３および前記シリコン基板２は、フォト
リソグラフィーやエッチングなどの半導体加工技術を応
用することによってその寸法を非常に精密に加工してい
るために、非常に小型で精度がよく、高性能な水晶振動
子が得られる。また、前記緩衝用ガラス板３はその材料
がガラスであるために安価であり、しかもエッチングな
どの加工が容易である。

【００３７】さらに、本実施例では基板としてシリコン
基板、緩衝板としてガラス板を用いたが、これらの材料
としてはＧａＡｓ基板やＬｉＮｂＯ３基板を用いても熱
膨張率が振動用水晶板と基板材料の中間の値を持つ緩衝
板を１層以上使用することにより同様に接着することが
可能であり、同様の効果が得られることは明らかであ
る。 （実施例４）以下、本発明の第４の実施例について、図
面を用いて詳しく説明する。図５は、本発明の製造方法
によって得られた水晶振動子の断面図である。この図に
おいて、１は振動用水晶板、２はシリコン基板、３は前
記振動用水晶板１ほど大きくなくシリコンより大きい熱
膨張率を有する緩衝用ガラス板、４は励起電極、５は電
極引出し部、６は端子、１２は蓋用シリコン基板、１３
は基台用シリコン基板、１４は低融点ガラスである。

【００３８】本実施例において、前記振動用水晶板１、
前記シリコン基板２、前記緩衝用ガラス板３および前記
励起電極４は、前記実施例１の水晶振動子と同じ構成で
ある。また、前記振動用水晶板１は、前記蓋用シリコン
基板１２と前記基台用シリコン基板１３とによって前記
シリコン基板２を挟み込むようにして真空、あるいは不
活性気体による封止がなされている。封止の方法として
は、本実施例では、たとえば前記電極引出し部５の周辺
部分のみを前記低融点ガラス１４で、それ以外は直接接
合によって封止した前記蓋用シリコン基板１２と前記基
台用シリコン基板１３とによって窒素ガスによる封止が
なされている。

【００３９】このように、蓋部および基台部もシリコン
基板に直接接合する構成にすることにより、前記振動用
水晶板１と前記蓋用シリコン基板１２および前記基台用
シリコン基板１３との位置関係を絶対的に決定すること
ができ、前記振動用水晶板１の振動を妨げることなく、
なおかつ封止に必要な空間を非常に小さくできるので、
水晶振動子全体の大きさを非常に小さくすることができ
るという効果が得られる。たとえば、具体的な例とし
て、前記振動用水晶板の大きさとして１ｍｍ×３ｍｍと
したとき、従来の方法で作製した水晶振動子の大きさ
は、空間として３ｍｍ×６ｍｍ、更にケースの厚みが１
ｍｍ必要であるので全体として４ｍｍ×７ｍｍの大きさ
になってしまう。これに対して、本実施例の構造の水晶
振動子の場合、前記振動用水晶板の大きさとして同じく
１ｍｍ×３ｍｍ、前記緩衝用ガラス板の大きさとして１
ｍｍ×１ｍｍ、前記シリコン基板の大きさとして２ｍｍ
×５ｍｍとした場合、空間の大きさはほとんど前記振動
用水晶板の大きさでよく、前記蓋用シリコン基板１２お
よび前記基台用シリコン基板１３の大きさは２ｍｍ×
４．５ｍｍでよいので、小型化に非常に有効である。

【００４０】また、半導体であるシリコンを基板とし、
またそれを用いて封止するため、集積回路との整合性が
良く、発振器との一体化などに応用することが容易であ
ることは、前記実施例１に記載した通りである。

【００４１】さらに、本実施例では基板としてシリコン
基板、緩衝板としてガラス板を用いたが、これらの材料
としてはＧａＡｓ基板やＬｉＴａＯ３基板を用いても熱
膨張率が振動用水晶板と基板材料の中間の値を持つ緩衝
板を１層以上使用することにより同様に接着することが
可能であり、同様の効果が得られることは明らかであ
る。

【００４２】なお実施例においては、直接接合における
加熱処理温度として５００℃とした例に付いて述べてい
るが、これに限るものではない。１００℃〜３５０℃、
３５０℃〜５００℃、５００℃〜５７０℃、５７０℃〜
８６０℃においても水晶やシリコンの接着強度を調べた
が、高温になればなるほど接着強度は大きくなるので、
熱処理後においても水晶が圧電性を示し、緩衝用ガラス
板の性質が著しく変化しないような温度範囲内において
実施しやすい加熱処理温度を選べばよい。

【００４３】また実施例においては、緩衝用水晶板を１
層とした例について述べているが、これに限るものでは
ない。緩衝用水晶板を２層、３層さらにはより多層にし
た場合においても、ガラスの熱膨張率をシリコンと水晶
の間に選ぶことにより、熱応力を減少することが可能で
あり、直接接合を行なうことが可能になる。

【００４４】さらに、実施例では緩衝板としてガラス板
を、基板としてシリコン基板及びＬｉＴａＯ３を用いた
が、基板としては、ＧａＡｓ基板でもＬｉＮｉＯ３など
の各種基板が使用でき、緩衝板としてそれらの基板と水
晶の間に熱膨張率の持つ材料を選ぶことにより同様の効
果が得られることは明らかである。

【００４５】

【発明の効果】以上の実施例の説明から明らかなよう
に、本発明は振動用水晶板と緩衝板、緩衝板と基板とは
その熱膨張率がさほど異ならないために、直接接合が可
能であり、固定は接着剤などを用いないために、接着時
の接着剤の伸縮による応力が水晶にかかる問題、また十
分な接着強度が十分でなく大きな接着面積が必要である
こと、導電性接着剤の耐熱性に問題があるために半田付
けにおいて低温での処理しかできないこと、導電性接着
剤の硬化に伴うガスの放出、機械的振動に対して十分安
定でないこと、さらには接着剤の劣化の問題、温度およ
び機械的振動に対して特性が不安定になるなどの問題が
存在しなく、その上、小型化に適した高安定な水晶振動
子の製造が可能となるものである。

【００４６】さらに前記基板としてシリコン基板を用い
ることにより前記シリコン基板上に前記振動用水晶板を
駆動、制御するための回路を組み込むことができるの
で、ワンチップ化された水晶発振器、ＴＣＸＯやＶＣＸ
Ｏの作製が可能になる。また振動用水晶板、緩衝用ガラ
ス板およびシリコン基板は、半導体加工技術を応用する
ことによってその寸法を精密に加工できるために、非常
に小型で精度がよく、高性能な水晶振動子が得られる。

【００４７】また前記緩衝板としてガラスを用いること
により、安価でエッチングなどの加工も容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における水晶振動子の斜
視図

【図２】ワンチップ化されたＴＣＸＯの斜視図

【図３】本発明の第２の実施例における水晶振動子の斜
視図

【図４】本発明の第３の実施例における水晶振動子の製
造方法を示す工程図

【図５】本発明の第４の実施例における水晶振動子の断
面図

【図６】従来の水晶振動子を示す斜視図

【図７】従来の水晶振動子の製造工程図

【図８】従来の水晶振動子を示す斜視図

【図９】ＴＣＸＯの外観図

【符号の説明】

１ 振動用水晶板 ２ シリコン基板 ３ 緩衝用ガラス板 ４ 励起電極 ５ 電極引出し部 ６ 端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江田 和生 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動用水晶板と基板と１層以上の緩衝板
   とからなり、前記緩衝板の熱膨張率が前記振動用水晶板
   と前記基板の間の値を持ち、前記振動用水晶板と前記緩
   衝板が直接接合により固定され、前記緩衝板と前記基板
   が直接接合により固定されていることを特徴とする水晶
   振動子。
2. 【請求項２】 基板としてシリコン基板を用いた請求項
   １記載の水晶振動子。
3. 【請求項３】 振動用水晶板と基板と１層以上の緩衝板
   とからなり、前記緩衝板の熱膨張率が前記振動用水晶板
   と前記基板の間の値を持ち、前記振動用水晶板と前記緩
   衝板と前記基板の表面を、親水処理を施して接触させ、
   そのまま熱処理後においても水晶が圧電性を示す温度範
   囲内において熱処理することにより、前記振動用水晶板
   と前記緩衝板と前記基板を直接接合させたことを特徴と
   する水晶振動子の製造方法。
4. 【請求項４】 基板としてシリコン基板を用いた請求項
   ３記載の水晶振動子の製造方法。
5. 【請求項５】 振動用水晶板と基板と１層以上の緩衝板
   とからなり、前記緩衝板の熱膨張率が前記振動用水晶板
   と前記基板の間の値を持ち、前記振動用水晶板が前記緩
   衝板により保持され、前記緩衝板が前記基板に直接接合
   によって固定され、前記基板によって前記振動用水晶板
   と前記緩衝板とが密閉されたことを特徴とする水晶振動
   子。
6. 【請求項６】 基板としてシリコン基板を用いた請求項
   ５記載の水晶振動子。