JP2009164775A - 圧電フレーム及び圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 一対の振動腕（３１）の根元（３２１）に段差または溝を生じさせない音叉型の圧電振動片を有する圧電フレーム（５０）を提供する。
【解決手段】 圧電フレーム（５０）は、基部（３９）から第１方向に延びる少なくとも一対の振動腕（３１）を有しこの一対の振動腕（３１）に第１励振電極（３５）及び第２励振電極（３６）を有する音叉型圧電振動片（３０）と、この一対の振動腕（３１）の間から第１方向に延びる第１支持部（２３）と、この第１支持部と接続し音叉型圧電振動片を囲む外枠部（５１）と、第１励振電極（３５）及び第２励振電極（３６）にそれぞれ導通し、外枠部（５１）に形成された第１接続電極（３３）及び第２接続電極（３４）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、音叉型の圧電振動子などを備える圧電フレーム及び圧電デバイスに関するものである。

圧電体は、電圧を印可すると圧電効果により伸縮する性質を有しており、これを共振回路のフィードバック回路に組み込むと極めて正確で安定した発振を行う。この性質を利用して、圧電振動子は時計での時間計測、電子制御回路の基準信号の発生など、あらゆる電子製品で利用される。圧電振動子には、リード線が配設されたリードタイプのものや、チップコンデンサーのようにパッケージをプリント基板に実装する表面実装タイプのものなどがある。この表面実装型の圧電振動子はプリント基板への実装の容易さから広く使われており、時間計測などには音叉型の圧電振動子が多く用いられる。

特許文献１は、これら音叉型の圧電振動片に枠体を備えた圧電デバイスを開示している。そして、特許文献１の圧電デバイスは、ガラスでできたリッドやベースと枠体とを接合して圧電デバイスを製造している。音叉型の圧電振動片に枠体は、フォトレジストの塗布、フォトリソグラフィ（露光）技術及びウェットエッチングによって、一枚の圧電ウエハからの外形形状が製造される。その後、再びフォトレジストの塗布、フォトリソグラフィ（露光）技術及びウェットエッチングによって電極パターンが音叉型の圧電振動片に形成される。
特開２００６−２２９４４６号公報

しかし、圧電ウエハは異方性を有しており、ウェットエッチングによりきれいに音叉型の圧電振動片の外形形状を形成することは困難であり、またきれいに外形形状が形成されていない圧電振動片に電極パターンを形成することは困難である。

たとえば、図９は、従来の音叉型の圧電振動片２００の説明図である。図９（ａ）は、音叉型の圧電振動片２００の全体構成を示した平面図であり、図９（ｂ）は、一対の振動腕２１０と基部２９０とをＸＺ平面で見た基部２９０の拡大図であり、図９（ｃ）は、一対の振動腕２１０と基部２９０とをＸＹ平面で見た図である。近年の音叉型の圧電振動片２００は、振動腕の幅が０．１ｍｍないし０．２ｍｍ程度であり、一対の振動腕２１０の間隔も０．１ｍｍないし０．２ｍｍ程度である。音叉型の圧電振動片２００は、音叉型の圧電振動片２００を枠体（不図示）に接続しておくため、接続部２８１で接続している。

例えば、水晶単結晶ウエハは、Ｙ棒Ｚ板人工水晶原石の結晶軸に対して所定の方向性をもって切り出されている。この方向性は、音叉型の圧電振動片２００の外形を形成するウェットエッチングの際に、水晶単結晶ウエハがエッチングされやすい方向とエッチングされにくい方向とに影響を与える。このため、一対の振動腕２１０の根元２６１において、水晶単結晶ウエハの両面からウェットエッチングが進むと、図９（ｂ）または（ｃ）に示すような段差および小さな溝などが形成されてしまう。この状態で、音叉型の圧電振動片２００の電極パターンを形成するために、フォトレジストの塗布を行うと、一対の振動腕２１の根元２６１の溝においてフォトレジストがたまりやすい。また、電極パターンのフォトリソグラフィ（露光）を行う際には、段差の影響で露光が不十分な場合が生じやすい。したがって、音叉型の圧電振動片２００に電極パターンを形成すると一対の振動腕２１０の根元２６１において電極パターンがショートしていることが多く発生していた。これでは、音叉型の圧電振動片２００の生産性の向上および品質の向上を図ることができない。

そこで、本発明の目的は、一対の振動腕の根元に段差または溝を生じさせない音叉型の圧電振動片を有する圧電フレーム及び圧電デバイスを提供する。

第１の観点の圧電フレームは、基部から第１方向に延びる少なくとも一対の振動腕を有し、この一対の振動腕に第１励振電極及び第２励振電極を有する音叉型圧電振動片と、この一対の振動腕の間から第１方向に延びる第１支持部と、この第１支持部と接続し音叉型圧電振動片を囲む外枠部と、第１励振電極及び第２励振電極にそれぞれ導通し、外枠部に形成された第１接続電極及び第２接続電極と、を備える。
上記構成によれば、一対の振動腕の間から延びる第１支持部を有しているため、第１励振電極及び第２励振電極が互いにショートすることがない。また、第１支持部と接続し音叉型圧電振動片を囲む外枠部に第１接続電極及び第２接続電極が形成されているため、圧電デバイスを量産するのに適している。

第２の観点の圧電フレームは、基部から第１方向とは逆の第２方向に延びる第２支持部を備え、この第２支持部は外枠部と接続する。
上記構成によれば、音叉型圧電振動片と外枠部とが第１支持部の他に第２支持部で支持されるため、音叉型圧電振動片を支える強度が強くなる。

第３の観点の圧電フレームは、第２の観点において第１励振電極は第１支持部を介して第１接続電極に導通し、第２励振電極は第２支持部を介して第２接続電極に導通する。
上記構成によれば、第１励振電極及び第２励振電極が、それぞれ第１支持部及び第２支持部を介して第１接続電極及び第２接続電極に導通するため、第１支持部及び第２支持部が細い幅であっても互いにショートするおそれが少ない。

第４の観点の圧電フレームは、外枠部から基部に向けて第１方向に延びる第１突起部と、基部から第１方向とは逆の第２方向に延びる第２突起部と、を備える。
上記構成によれば、音叉型圧電振動片又は外枠部の側面に形成される第１励振電極及び第２励振電極を第１突起部又は第２突起部で除去することができ、互いにショートするおそれを少なくすることができる。

第５の観点の圧電フレームは、第４の観点において、第１励振電極及び第２励振電極は第１支持部を介して第１接続電極及び第２接続電極に導通する。
上記構成によれば、一箇所の第１支持部で、音叉型圧電振動片を外枠部に支持することができ且つ導通を取ることができる。

第６の観点の圧電デバイスは、第１ないし第５のいずれかの観点の圧電フレームと、この圧電フレームを覆う蓋部と、圧電フレームを支えるとともに、第１接続電極と導通する第１接続端子及び第２接続電極に導通する第２接続端子を有するベースと、を備える。
上記構成によれば、一対の振動腕の間から延びる第１支持部を有する圧電フレームを使う圧電デバイスであるため、第１励振電極及び第２励振電極が互いにショートするおそれがない。

第７の観点の圧電デバイスは、蓋部の材質及びベースの材質は金属イオンを含むガラスであり、圧電フレームの外枠部はその周囲に金属膜が形成されており、外枠部の金属膜と蓋部及びベースとは陽極接合される。
蓋部とベース部とがガラスで構成され且つ量産し易い圧電デバイスを提供できる。

第８の観点の圧電デバイスは、蓋部の材質及びベースの材質は圧電材料であり、圧電フレームと蓋部及びベースとはシロキサン結合される。
上記構成によれば、蓋部とベース部とが圧電材料で構成され且つ量産し易い圧電デバイスを提供できる。

本発明によれば、第一振動腕と第二振動腕との根元で電極パターンがショートすることのない音叉型の圧電振動片を有する圧電フレームを形成できる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

＜音叉型水晶振動片３０の構成＞
図１（ａ）は、第１実施形態の音叉型水晶振動片３０を備えた水晶フレーム５０の全体構成を示した平面図であり、(ｂ)は、音叉型水晶振動片３０の一本の振動腕３１のＢ−Ｂ断面図である。

水晶フレーム５０はその中央部にいわゆる音叉型水晶振動片３０と外側に外枠部５１とを有しており、音叉型水晶振動片３０と外枠部５１との間には空間部５２が形成されている。水晶振動片３０の外形を規定する空間部５２は水晶エッチングにより形成されている。音叉型水晶振動片３０は、基部３９と基部３９から伸びる一対の振動腕３１とを有している。基部３９と外枠部５１とは一体に形成され、外枠５１の第１主面に第１接続電極３３と第２接続電極３４とが形成されている。

水晶振動片３０は、第１主面及び第２主面に第１励振電極３５及び第２励振電極３６が形成されており、第１励振電極３５は、外枠部５１に形成された第１接続電極３３につながっており、第２励振電極３６は、外枠部５１に形成された第２接続電極３４につながっている。また、水晶振動片３０の振動腕３１の先端には、錘部３７及び錘部３８が形成されている。第１接続電極３３及び第２接続電極３４、第１励振電極３５及び第２励振電極３６並びに錘部３７及び錘部３８は、同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。これらに電圧が加えられると水晶振動片３０は所定の周波数で振動する。錘部３７及び錘部３８は水晶振動片３０振動腕３１が振動し易くなるため錘であり且つ周波数調整のために設けられる。

音叉型水晶振動片３０を備えた水晶フレーム５０の母材は、Ｚ板に加工された水晶単結晶ウエハ１０で形成されている。小型で必要な性能を得るために、図１（ａ）に示すように、音叉型水晶振動片３０は、基部３９から図１の上方に向けて伸びた第１支持部２３と、この第１支持部２３の一端部から上方に向けて二股に別れて平行に延びる一対の振動腕３１とを備えている。第１支持部２３は、一対の振動腕３１の中央部から振動腕３１と同方向に向かって伸び、基部３９の対面側の外枠部５１に繋がっている。一対の振動腕３１の根元３２１は、テーパー部を設けることによって、周囲温度の変化に起因する共振周波数の変動やバラツキを抑えている。根元３２１のテーパー部の形状はＵ字形状でもよい。

また、基部３９から図１の下方に向けて伸びた第２支持部２６が設けられている。第２支持部２６は、第１支持部２３とともに音叉型水晶振動片３０を外枠部５１から支持している。

音叉型水晶振動片３０は、たとえば３２．７６８ｋＨｚで信号を発信する振動片で、極めて小型の振動片となっており、全体の長さが１．７ｍｍ程度、幅０．５ｍｍ程度である。音叉型水晶振動片３０の振動腕３１の表裏両面には、溝部３１ａが形成されている。一本の振動腕３１の表面に２つの溝部３１ａが形成されており、振動腕３１の裏面側にも同様に２つの溝部３１ａが形成されている。つまり、一対の振動腕３１には４箇所の溝部３１ａが形成される。溝部３１ａの深さは、水晶単結晶ウエハ１０の厚さの約３５〜４５％であり、表裏両面に溝部３１ａがあるため、図１（ｂ）に示すように、溝部３１ａの断面は、略Ｈ型に形成されている。溝部３１ａは、ＣＩ値の上昇を抑えるために設けられている。

音叉型水晶振動片３０の振動腕３１および外枠部５１には、第１接続電極３３及び第２接続電極３４、第１励振電極３５及び第２励振電極３６並びに錘部３７及び錘部３８が形成されている。図１（ｂ）に示すように、（ａ）の左側の腕部３１の両側面には、第２励振電極３６が形成されている。溝部３１ａには、第１励振電極３５が形成されている。これら電極は、１５０オングストローム〜５０００オングストロームのクロム（Ｃｒ）層の上に１００オングストローム〜５０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成になっている。すなわち、第一層と第二層とを合わせると、２５０オングストローム〜１００００オングストロームの電極パターンの厚さになる。また、クロム（Ｃｒ）層の代わりに、タングステン（Ｗ）層、ニッケル（Ｎｉ）層、ニッケルタングステン層またはチタン（Ｔｉ）層を使用してもよく、また金（Ａｕ）層の代わりに、銀（Ａｇ）層を使用してもよい。また、一層からなる場合もあり、このときは、たとえばアルミ（Ａｌ）層、銅（Ｃｕ）層またはケイ素（Ｓｉ）層が用いられる。

フォトレジストの塗布を行う際に振動腕３１の根元３２１の溝においてフォトレジストが残り、また、電極パターンのフォトリソグラフィ（露光）を行う際に段差の影響で露光が不十分な場合が生じる可能性がある。このような場合に、一対の振動腕３１の根元３２１から上方に向かって伸びた第１支持部２３が存在することで、未感光のため残った金属膜が一対の振動腕３１を連結することはない。したがって、音叉型水晶振動片３０に電極パターンを形成しても、一対の振動腕３１の根元３２１において電極パターンがショートすることはない。また、第２支持部２６は、音叉型水晶振動片３０の側面の第１励振電極３５と第２励振電極３６とがショートしないようにしている。

第１励振電極３５は第１支持部２３を通って第１接続電極３３に接続し、第２励振電極３６は第２支持部２６を通って第２接続電極３４に接続する。第１支持部２３及び第２支持部２６が細くても、第１励振電極３５と第２励振電極３６とがそれぞれ別方向に伸びる第１支持部２３と第２支持部２６とに伸びるため、互いにショートするおそれがない。

図２は、第２実施形態の音叉型水晶振動片３０’を備えた水晶フレーム５０’の全体構成を示した平面図である。図１で説明した機能には同一記号を付し、重複する説明は省略する。水晶フレーム５０’はその中央部にいわゆる音叉型の水晶振動片３０’と外側に外枠部５１とを有しており、基部３９の両端から一対の振動腕３１が図２の上方に向かって形成されている。基部３９と外枠部５１との間には空間部５２が設けられている。また、音叉型の水晶振動片３０’と外枠部５１との間には空間部５２が形成されている。水晶振動片３０’の外形を規定する空間部５２は水晶エッチングにより形成されている。音叉型水晶振動片３０’は、基部３９から外枠部５１に向かって伸びる第１支持部２３に支えられ、第１実施例の音叉型水晶振動片３０’と異なり、第２支持部２６を有していない。

第１実施形態で説明したとおり、第１支持部２３が存在することで、未感光のため残った金属膜が一対の振動腕３１を連結することはない。したがって、音叉型水晶振動片３０に電極パターンを形成しても、一対の振動腕３１の根元３２１において電極パターンがショートすることはない。また逆Ｔ基部３９の側面３０１に、１又は複数個の突起部２５が形成される。基部３９側の外枠部５１の側面５１１にも１又は複数個の突起部２５が形成される。

音叉型水晶振動片３０’の側面３０１及び外枠部５１の側面５１１は、感光され難くフォトレジスト残渣が残り易い。このため、側面３０１又は側面５１１に金属膜が連続して残りショート不良となる。側面３０１及び側面５１１に突起部２５を設けることで、突起箇所が感光され易くなりフォトレジストが感光し、感光フォトレジスト除去及び金属膜除去が行えるので、ショート不良が発生しない。

第１励振電極３５及び第２励振電極３６は第１支持部２３を通って第１接続電極３３及び第２接続電極３４に接続する。第１支持部２３に第１励振電極３５及び第２励振電極３６が通るため、第２実施形態では第１支持部２３の幅は第１実施形態と比べて幅広い方が好ましい。また、第１支持部２３で音叉型水晶振動片３０’の自重を支える観点からも第１支持部２３は幅広の方が良い。

＜第１水晶振動子１００の構成＞
以下、実施形態にかかる第１水晶振動子１００について、図面を参照して説明する。図３Ａは、第１水晶振動子１００の概略図を示している。
図３Ａ（ａ）は、第１水晶振動子１００の構成を示す（ｃ）のＡ−Ａ全体断面図であり、（ｂ）は、第１リッド２０の内面図であり、（ｃ）は、水晶フレーム５０の上面図であり、（ｄ）は、第１ベース４０の上面図である。

図３Ａ（ａ）において、第１水晶振動子１００は、音叉型水晶振動片３０を備えた水晶フレーム５０を中心として、その水晶フレーム５０の下に第１ベース４０が接合され、水晶フレーム５０の上に第１リッド２０が接合されている。第１リッド２０および第１ベース４０はガラスで形成され、第１リッド２０は、リッド用凹部２７を水晶フレーム５０側の片面に有している。第１ベース４０は、ベース用凹部４７を水晶フレーム５０側の片面に有している。水晶フレーム５０は、水晶ウエハ１０から形成されエッチングにより形成された音叉型水晶振動片３０を有している。

図３Ａ（ｂ）に示すように、第１リッド２０は、エッチングにより形成されたリッド用凹部２７を備えている。
図３Ａ（ｃ）に示すように、水晶フレーム５０はその中央部にいわゆる音叉型水晶振動片３０と外側に外枠部５１とを有しており、音叉型水晶振動片３０と外枠部５１との間には空間部５２が形成されている。音叉型水晶振動片３０の外形を規定する空間部５２は水晶エッチングにより形成されている。音叉型水晶振動片３０は、第１実施形態で説明したとおりである。

外枠部５１の表面及び裏面に金属膜５３を備える。金属膜５３は、スパッタリング若しくは真空蒸着などの手法により形成する。金属膜５３はアルミニュウム（Ａｌ）層から形成され、アルミニュウム層の厚みは１０００Å〜１５００Å程度とする。なお、金属膜５３はアルミニュウム以外に、下地のクロム層に金層を重ねた金属膜であってもよい。

図３（ｄ）に示す第１ベース４０はガラスからなり、エッチングによりベース用凹部４７を設ける際、同時に第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３が形成され、また段差部４９が形成される。第１ベース４０の表面には、第１接続端子４２並びに第２接続端子４４を備えている。この第１接続端子４２及び第２接続端子４４は、段差部４９に形成されている。

第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３は、その内面に金属膜が形成され、その内面の金属膜は、第１接続端子４２及び第２接続端子４４と同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。内面の金属膜は金（Ａｕ）層又は銀（Ａｇ）層が形成される。第１ベース４０は、底面にメタライジングされた第１外部電極４５及び第２外部電極４６を備える。第１接続端子４２は、第１スルーホール４１を通じて第１ベース４０の底面に設けた第１外部電極４５に接続する。第２接続端子４４は、第２スルーホール４３を通じて第１ベース４０の底面に設けた第２外部電極４６に接続する。
外枠部５１の第２主面に形成された第１接続電極３３と第２接続電極３４とは、それぞれ第１ベース４０の表面の第１接続端子４２及び第２接続端子４４に接続する。

図３Ｂは、パッケージ接合に陽極接合を行う概略断面図を示す。第１リッド２０及び第１ベース４０は、パイレックス（登録商標）ガラス、ホウ珪酸ガラス及びソーダガラスなどを材料としており、これらはナトリウムイオンなどの金属イオンを含有するガラスである。音叉型水晶振動片３０を備えた水晶フレーム５０を中心として、リッド用凹部２７を備えた第１リッド２０及びベース用凹部４７を備えた第１ベース４０を重ねる。

そして、真空中あるいは不活性ガス中で、２００°Ｃから４００°Ｃに加熱しながら加圧し、第１リッド２０の上面をマイナス電位に、外枠部５１の表面及び裏面の金属膜５３をプラス電位にして、直流電源９０を用いて４００Ｖの直流電圧を１０分間印加して陽極接合技術により接合し、パッケージ８０が形成される。

ところで、陽極接合は、接合界面にある金属が酸化されるという化学反応により成立する。例えば、水晶フレーム５０と第１リッド２０及び第１ベース４０との陽極接合では、水晶フレーム５０の接合面にアルミニュウムなどの金属膜５３をスパッタなどにより形成し、形成した金属膜の表面にガラス部材の接合面を当接させ、陽極接合を行っている。

陽極接合させるときには、金属膜を陽極としガラス部材の接合面に対向する面に陰極を配置し、これらの間に電界を印加する。このことにより、ガラスに含まれているナトリウムなどの金属イオンが陰極側に移動し、この結果接合界面においてガラス部材に接触している金属膜が酸化され、両者が接続した状態が得られる。なお、本実施形態では、アルミニュウムなどの所定の金属と所定の誘電体を接触させて加熱（２００°Ｃ〜４００°Ｃ程度）し、５００Ｖ〜１ｋＶ程度の電圧を印加すると、金属とガラスが界面で化学結合する性質を利用した接合方法である。

＜第２水晶振動子１１０の構成＞
以下、第２水晶振動子１１０について、図面を参照して説明する。図４は、本発明の第２水晶振動子１１０の概略図を示している。
図４（ａ）は第２水晶振動子１１０の構成を示す（ｂ）の“Ａ−Ａ”全体断面図であり、この全体断面図は、理解を助けるため接合を行う前の各部材の断面図を示している。図４（ｂ）は水晶フレーム５０の上面図であり、（ｃ）は第２ベース４０’の上面図である。

図４（ａ）において、第２水晶振動子１１０は、上部の第２リッド２０’、下部の第２ベース４０’及び中央の水晶フレーム５０から構成される。水晶フレーム５０は第１実施形態で説明したとおりである。第２リッド２０’、第２ベース４０’及びは水晶材料から形成される。第２リッド２０’はエッチングにより形成されたリッド用凹部２７’を水晶フレーム５０側の片面に有している。第２ベース４０’は、エッチングにより形成されたベース用凹部４７’を水晶フレーム５０側の片面に有している。

第２水晶振動子１１０は、音叉型水晶振動片３０を備えた水晶フレーム５０を中心として、その水晶フレーム５０の下に第２ベース４０’が接合され、水晶フレーム５０の上に第２リッド２０’が接合されている。つまり、第２リッド２０’は水晶フレーム５０に、第２ベース４０’は水晶フレーム５０にシロキサン接合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）技術により接合した構成になっている。水晶フレーム５０はシロキサン接合技術により接合するため、接合のための金属膜は不要である。

図４（ｂ）に示すように、水晶フレーム５０は、その中央部に音叉型水晶振動片３０と外側に外枠部５１とを有しており、音叉型水晶振動片３０と外枠部５１との間には空間部５２が形成されている。水晶フレーム５０は、第１実施形態と同一機能には同一符号を付し、同一符号に対する説明は省略する。

図４（ｃ）に示すように、第２ベース４０’は、エッチングによりベース用凹部４７’を設ける際、同時に第１スルーホール４１’及び第２スルーホール４３’が形成され、また段差部４９’が形成される。第２ベース４０’は、第１接続端子４２’及び第２接続端子４４’を備えている。この第１接続端子４２’及び第２接続端子４４’は、段差部４９’に形成されている。

第１スルーホール４１’及び第２スルーホール４３’は、その内面に金属膜が形成され、その内面の金属膜は、第１接続端子４２’及び第２接続端子４４’と同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。内面の金属膜は下地にニッケル又はクロム層が形成されその上に金（Ａｕ）層又は銀（Ａｇ）層が形成されている。ベース４０’は、底面にメタライジングされた第１外部電極４５’及び第２外部電極４６’を備える。第１接続端子４２’は、第１スルーホール４１’を通じてベース４０’の底面に設けた第１外部電極４５’に接続する。第２接続端子４４’は、第２スルーホール４３’を介してベース４０’の底面に設けた第２外部電極４６’に接続する。

上記のような第２リッド２０’、第２ベース４０’及び水晶フレーム５０がシロキサン結合によって結合する。シロキサン結合は、水晶振動片３０を備えた水晶フレーム５０を中心として、ベース用凹部４７’が設けられた第２ベース４０’及びリッド用凹部２７’を設けた第２リッド２０’の接面を清浄な状態にして重ね合わせ、４００°Ｃから４５０°Ｃに保持された高温槽で加圧しながら加熱されることによって結合が行われ圧電振動子パッケージングが終了する。

段差部４９’を設けない状態で、水晶フレーム５０の底面とベース４０’の上面とを結合しようとすると、水晶フレーム５０に形成された基部電極とベース４０’に形成された接続電極との合計厚さが３０００Åから４０００Åもあり、水晶フレーム５０の底面とベース４０’の上面とが結合しないことが多い。その一方で、基部電極と接続電極との合計厚さ（３０００Åから４０００Å）と同等深さの段差部４９’を設けると、水晶フレーム５０と水晶ベース４０’とはシロキサン結合することができるが、第１接続電極３３及び第２接続電極３４と第１接続端子４２’及び第２接続端子４４’とが結合せず、両者が導通していない場合があるので、ベース４０’の上面に適切な段差部４９’を設けている。

＜封止工程＞
図５（ａ）は、第１実施形態の第１水晶振動子１００を上下逆にして設置した部分拡大断面図を示す。パッケージング終了後、第１ベース４０の第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３を封止する。
この封止材６０として、共晶合金の金シリコン（Ａｕ３．１５Ｓｉ）合金、金ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金、又は金スズ（Ａｕ２０Ｓｎ）合金の１つを充填し、真空中若しくは不活性ガス中の高温槽に保持して封止する。金シリコン合金の融点が３６３°Ｃであり、金ゲルマニューム合金の融点が３５６°Ｃであり、金スズ（Ａｕ２０Ｓｎ）合金の融点が２８０°Ｃである。

封止材６０として金シリコン合金又は金ゲルマニューム合金を使用する場合には、高温槽の温度は約３８０〜４２０°Ｃとする。封止材６０として金スズ合金を使用する場合には、高温槽の温度は約３００〜３２０°Ｃとする。これにより、パッケージ８０内が真空になった又は不活性ガスで満たされた水晶振動子１００が完成する。また、第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３に、銀ロウワイヤー又は金ロウワイヤーをバーナー等で熱して溶融滴下して封止材６０としてもよい。銀ロウワイヤー又は金ロウワイヤーの溶融温度は約６００°Ｃ以上又は８００°Ｃ以上である。

回路基板の実装工程において水晶デバイスその他の表面実装デバイスをハンダペーストでハンダ付けするリフロー炉内の温度が２６０°Ｃ以上になる場合があっても、封止材６０が溶融し気密を損なうことは起こらない。

図５（ｂ）は、第２水晶振動子１１０を上下逆にして設置した部分拡大断面図を示す。第２リッド２０’、水晶フレーム５０及び最下部の第２ベース４０’のシロキサン結合終了後、第２ベース４０’の第１スルーホール４１’及び第２スルーホール４３’に封止材６０として上述した金シリコン（Ａｕ３．１５Ｓｉ）合金、金ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金、又は金スズ（Ａｕ２０Ｓｎ）合金のいずれか１つを充填する。そして、４００°Ｃ前後の温度の真空中若しくは不活性ガス中の高温槽にて封止する。これにより、パッケージ８０内が真空になった又は不活性ガスで満たされた第２水晶振動子１１０が完成する。銀ロウワイヤー又は金ロウワイヤーをバーナー等で熱して溶融滴下して封止してもよい。

図５（ｂ）に於いて、第２リッド２０’、水晶フレーム５０及び最下部の第２ベース４０’のシロキサン結合終了後に封止工程を行う工程を説明したが、金シリコン（Ａｕ３．１５Ｓｉ）合金又は金ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金を封止材６０として使用するときは、シロキサン結合を行うときに接合と封止とを同時に行うことができる。

＜水晶フレーム５０及び音叉型水晶振動片３０の製造工程＞
図６Ａは、水晶フレーム５０を形成した水晶ウエハ１０を示した概略斜視図である。図６Ａに示す状態は、円形の水晶ウエハ１０から音叉型水晶振動片３０を有する水晶フレーム５０をエッチングで形成した状態を示した図である。円形の水晶ウエハ１０から斜線部で示した開口領域１２及び空間部５２がエッチングされることにより音叉型水晶振動片３０を有する水晶フレーム５０が形成される。音叉型水晶振動片３０を有する水晶フレーム５０は、例えば３個１ブロックとして複数ブロック形成される。水晶ウエハ１０の周辺部１０ｅの一部には、水晶の結晶方向を特定するオリエンテーションフラットと１０ｃが形成されている。なお、説明の都合上水晶ウエハ１０には３３個の音叉型水晶振動片３０が描かれているが、実際には水晶ウエハ１０に数百数千もの音叉型水晶振動片３０が形成される。

図６Ａにおいて、水晶フレーム５０は水晶ウエハ１０から切り離されず、水晶フレーム５０の一部が連結部１１により円形の水晶ウエハ１０と接続されている。このため、一つ一つの水晶フレーム５０を処理することなく、１枚の水晶ウエハ１０単位で取り扱うことができる。

図６Ｂは、音叉型水晶振動片３０及び水晶フレーム５０の１ブロックを拡大した平面図である。円形の水晶ウエハ１０から斜線部の開口領域１２がエッチングされることにより水晶フレーム５０が所定の大きさに形成されている。水晶フレーム５０の外周の一部分には連結部１１が形成されている。連結部１１は、円形の水晶ウエハ１０と水晶フレーム５０とを連結して、複数の水晶フレーム５０を円形の水晶ウエハ１０単位で同時に扱うことができるようにしている。水晶振動片３０の外形を規定する空間部５２（斜線部）は、開口領域１２と同時にエッチングにより形成されている。
また、水晶ウエハ１０単位で、水晶振動片３０には第１接続電極３３及び第２接続電極３４、第１励振電極３５及び第２励振電極３６並びに錘部３７及び錘部３８が形成される。

＜第２実施形態の水晶振動子１１０の製造工程＞
図７は、第２リッド２０’が形成された水晶ウエハ１０と、音叉型水晶振動片３０及び水晶フレーム５０が形成された水晶ウエハ１０と、第２ベース４０’が形成された水晶ウエハ１０とを重ね合わせる前の図である。第２リッド２０’も第２ベース４０’も連結部１１で水晶ウエハ１０に接続された状態である。

重ね合わせる際には、すでに第２リッド２０’のリッド用凹部２７’は水晶エッチングで形成されている。また、第２ベース４０’のリッド用凹部４７’が水晶エッチングで形成されており、さらに第１接続端子４２’及び第２接続端子４４’も形成されている。また、図６Ａ及び図６Ｂで説明したように、音叉型水晶振動片３０には第１接続電極３３及び第２接続電極３４並びに第１励振電極３５及び第２励振電極３６が形成されている。

それぞれの水晶ウエハ１０の直径は例えば４インチでありオリエンテーションフラット１０ｃが形成されているため、３枚の水晶ウエハ１０を正確に位置合わせして重ね合わせる。重ね合わされた３枚の水晶ウエハ１０はシロキサン結合される。図４で説明したように、水晶ウエハ１０同士のシロキサン結合の際に、第１接続電極３３及び第２接続電極３４と第１接続端子４２’及び第２接続端子４４’ともしっかりと結合する。

３枚の水晶ウエハ１０が重ね合わされた状態で、共通する連結部１１を折ることで水晶振動子１１０が完成する。いわゆるパッケージングと電極の結合とが同時に行うことができ、また水晶ウエハ単位で製造できるため、生産性を向上させることができる。また、図５（ｂ）で説明したように、第２ベース４０’の第１スルーホール４１’及び第２スルーホール４３’に金シリコン合金、又は金ゲルマニューム合金を充填し、真空中若しくは不活性ガス中の高温槽に保持することにより、シロキサン結合によるパッケージの接合とパッケージの封止とを同時に行うことができる。これにより更に工数が少なくなりコストの削減が可能である。

水晶ウエハ単位で第２水晶振動子１１０ができあがったので、ダイシングにより１個１個を切り出すことで、第２水晶振動子１１０が製品として完成する。
なお、第１実施形態の第１水晶振動子１００については詳述しないが、第１水晶振動子１００も水晶ウエハ及びガラスウエハ単位で製造することができる。

＜第１水晶振動子１００及び第２水晶振動子１１０製造方法を示すフローチャート＞
図８Ａないし図８Ｂは、本発明の第１水晶振動子１００及び第２水晶振動子１１０にかかる製造方法を示すフローチャートである。なお、図８Ａ及び図８Ｂで説明するフローチャートは、第１水晶振動子１００の第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３に対して金シリコン合金又は金ゲルマニューム合金で封止する場合と、第２水晶振動子１１０の第１スルーホール４１’及び第２スルーホール４３’に対して金シリコン合金又は金ゲルマニューム合金で封止する場合とについて説明している。

図８Ａは、各種材料から部品を作成するパターンを示すフローチャートである。
ステップＰ１では、本実施形態に使用する材料を示している。使用材料は水晶ウエハ及びガラスから成る。詳細説明はすでになされているので要点のみ説明する。
ステップＰ２では、材料から作成される部品名を示している。水晶ウエハからは、第２リッド２０’、第２ベース４０’及び水晶フレーム５０が形成される。パイレックス（登録商標）ガラス、ホウ珪酸ガラス及びソーダガラスなどのガラス類からは、第１リッド２０と第１ベース４０が形成される。水晶フレーム５０は、第１水晶振動子１００及び第２水晶振動子１１０の両方に用いられる。なお第１水晶振動子１００に用いる際には、ステップＰ４において水晶フレーム５０の外枠部５１に接合用の金属膜５３を形成する。

ステップＰ３では、各部材を作成するエッチング工程で行う作業内容を示す。エッチングで第１リッド２０に第１リッド用凹部２７及び第２リッド２０’に第２リッド用凹部２７’を形成し、第１ベース４０に第１ベース用凹部４７及びスルーホール４１，４３並びに段差部４９を形成する。第２ベース４０’に第２ベース用凹部４７’を形成し、第２ベース４０’に第２ベース用凹部４７’及びスルーホール４１’，４３’並びに段差部４９’を形成する。

ステップＰ４では、フォトリソグラフィ工程で、真空蒸着あるいはスパッタリングなどで各電極部を形成する作業内容を示す。フォトリソグラフィ工程により、第１ベース４０のスルーホール４１，４３の内面に金属膜を形成する。第１ベース４０の底面にメタライジングで外部電極４５，４６を形成する。フォトリソグラフィ工程により、第２ベース４０’のスルーホール４１’，４３’の内面に金属膜を形成する。第２ベース４０’の底面にメタライジングで外部電極４５’，外部電極４６’を形成する。

水晶振動片３０には、第１接続電極３３及び第２接続電極３４、第１励振電極３５及び第２励振電極３６並びに錘部３７及び錘部３８が、同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。第１実施形態に用いる水晶フレーム５０は、外枠部５１にスパッタリングで接合用の金属膜５３が形成される。

ステップＰ５では、第２リッド２０’及び第２ベース４０’並びに水晶フレーム５０の接合面の洗浄、浄化作業を示している。浄化作業が不十分の場合は、シロキサン結合温度が高くなり５００°Ｃ以上を必要とする。通常のシロキサン結合温度は、３５０°Ｃから４５０°Ｃである。

図８Ｂは、パッケージングとスルーホールの封止パターンを示すフローチャートである。
ステップＰ６（ａ）では、パッケージングとスルーホールの封止をステップＰ７で同時に行うので該当する作業はない。（ｂ）では、水晶フレーム５０を中心として、第２ベース４０’及び第２リッド２０’を重ね４００°Ｃから４５０°Ｃのチャンバー内で加熱しながら加圧しシロキサン結合を行うことでパッケージ８０’が形成される。

ステップＰ６（ｃ）では、Ａｌの金属膜５３を備えた水晶フレーム５０を中心として、第１ベース４０及び第１リッド２０を重ね、２５０°Ｃから４００°Ｃのチャンバー内で加熱しながら加圧し陽極接合を行うことで、パッケージ８０が形成される。

ステップＰ７（ａ）は、パッケージ８０’の接合と同時に、スルーホールの封止を行う工程を示す。真空中あるいは不活性ガス中の高温槽に、まず、水晶フレームを中心として、第２ベース４０’及び第２リッド２０’の接面を重ね合わせ、次に、上下逆にして、第２リッド２０’を最下位になるように設置する。第２ベース４０’のスルーホール４１’，４３’に封止材６０を充填し、４００°Ｃに加熱しながら加圧することによりシロキサン結合が行われ、接合と同時に封止材６０が溶融し封止する。これによりステップＰ８でパッケージ８０’内が真空になった又は不活性ガスで満たされた第２水晶振動子１１０が完成する。

ステップＰ７（ｂ）では、シロキサン結合で形成されたパッケージ８０’を上下逆に設置して、第２ベース４０’のスルーホール４１’，４３’に封止材６０を充填し、４００°Ｃに加熱しながら加圧することにより封止材６０が溶融し封止する。これによりステップＰ８でパッケージ８０’内が真空になった又は不活性ガスで満たされた第１水晶振動子１１０が完成する。

ステップＰ７（ｃ）では、ステップＰ６（ｃ）で陽極接合により形成したパッケージ８０を、ステップＰ７（ｂ）と同一工程で封止材６０を溶融しパッケージ内が、真空になった又は不活性ガスで満たされた第１水晶振動子１００を完成する。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、本発明の水晶振動片１０は、水晶以外にニオブ酸リチウム等の様々な圧電単結晶材料を用いることができる。

（ａ）は、第１実施形態の音叉型水晶振動片３０を備えた水晶フレーム５０の全体構成を示した平面図である。(ｂ)は、音叉型水晶振動片３０の振動腕３１のＢ−Ｂ断面図である。 第２実施形態の音叉型水晶振動片３０’を備えた水晶フレーム５０’の全体構成を示した平面図である。 （ａ）は、第１水晶振動子１００の構成を示す（ｃ）のＡ−Ａ全体断面図である。（ｂ）は、第１リッド２０の内面図である。（ｃ）は、水晶フレーム５０の上面図である。（ｄ）は、第１ベース４０の上面図である。 パッケージ接合に陽極接合を行う概略断面図を示す。 （ａ）は、第２水晶振動子１１０の概略断面図である。（ｂ）は、水晶フレーム５０の上面図である。（ｄ）は、ベース４０’の上面図である。 （ａ）は、第１水晶振動子１００のスルーホールを封止材で封止する部分拡大断面図である。 （ｂ）は、第２水晶振動子１１０のスルーホールを封止材で封止する部分拡大断面図である。 音叉型水晶振動片３０を備える水晶フレーム５０を形成した水晶ウエハ１０を示す概略斜視図である。 水晶ウエハ１０における水晶フレーム５０の一部を拡大した概略平面図である。 第２リッド２０’の水晶ウエハ１０と、音叉型水晶振動片３０及び水晶フレーム５０の水晶ウエハ１０と、第２ベース４０’の水晶ウエハ１０とを重ね合わせる斜視図である。 水晶振動子の部品を作成するパターンを示すフローチャートである。 水晶振動子のパッケージングと封止パターンを示すフローチャートである。 （ａ）は、音叉型水晶振動片２００の全体構成を示した平面図である。（ｂ）は、一対の振動腕２１０と基部２９０とをＸＺ平面で見た基部２９０の拡大図である。（ｃ）は、一対の振動腕２１０と基部２９０とをＸＹ平面で見た図である。

符号の説明

１０ …… 水晶ウエハ
１１ …… 連結部
１２ …… 開口部
２０，２０’ …… リッド（第１リッド、第２リッド）
２３，２６ …… 第１支持部，第２支持部
２５ …… 突起部
２７，２７’ …… リッド凹部
３０，２００ …… 音叉型水晶振動片
３１，２１０ …… 振動腕
３１ａ …… 溝部
３３，３４ …… 第１基部電極，第２基部電極
３５，３６ …… 第１励振電極，第２励振電極
３７，３８ …… 錘部
３９，２９０ …… 基部
４０，４０’ …… ベース（第１ベース、第２ベース）
４１，４３ …… スルーホール
４２，４２’，４４、４４’ …… 接続端子
４５，４５’、４６、４６’ …… 外部電極
４７，４７’ …… ベース用凹部
４９，４９’ …… 段差部
５０ …… 水晶フレーム
５１ …… 外枠部
５２ …… 開口部
５３ …… 金属膜
６０ …… 封止材
８０、８０’ …… パッケージ
９０ …… 直流電源
１００，１１０ …… 第１水晶振動子，第２水晶振動子
３０１ …… 水晶振動片の側面
２６１ …… 振動腕２１０の根元
２８１ …… 接続部
３２１ …… 振動腕３１の根元
５１１ …… 外枠部５１の側面

Claims (8)

1. 基部から第１方向に延びる少なくとも一対の振動腕を有し、この一対の振動腕に第１励振電極及び第２励振電極を有する音叉型圧電振動片と、
   この一対の振動腕の間から前記第１方向に延びる第１支持部と、
   この第１支持部と接続し、前記音叉型圧電振動片を囲む外枠部と、
   前記第１励振電極及び第２励振電極にそれぞれ導通し、前記外枠部に形成された第１接続電極及び第２接続電極と、
   を備えることを特徴とする圧電フレーム。
2. 基部から第１方向とは逆の第２方向に延びる第２支持部を備え、
   この第２支持部は前記外枠部と接続することを特徴とする請求項１に記載の圧電フレーム。
3. 前記第１励振電極は前記第１支持部を介して前記第１接続電極に導通し、前記第２励振電極は前記第２支持部を介して前記第２接続電極に導通することを特徴とする請求項２に記載の圧電フレーム。
4. 前記外枠部から前記基部に向けて前記第１方向に延びる第１突起部と、
   前記基部から第１方向とは逆の第２方向に延びる第２突起部と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の圧電フレーム。
5. 前記第１励振電極及び前記第２励振電極は前記第１支持部を介して前記第１接続電極及び前記第２接続電極に導通することを特徴とする請求項４に記載の圧電フレーム。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の圧電フレームと、
   この圧電フレームを覆う蓋部と、
   前記圧電フレームを支えるとともに、前記第１接続電極と導通する第１接続端子及び前記第２接続電極に導通する第２接続端子を有するベースと、
   を備えることを特徴とする圧電デバイス。
7. 前記蓋部の材質及び前記ベースの材質は金属イオンを含むガラスであり、
   前記圧電フレームの外枠部はその周囲に金属膜が形成されており、
   前記外枠部の金属膜と前記蓋部及び前記ベースとは陽極接合されることを特徴とする請求項６に記載の圧電デバイス。
8. 前記蓋部の材質及び前記ベースの材質は圧電材料であり、
   前記圧電フレームと前記蓋部及び前記ベースとはシロキサン結合されることを特徴とする請求項６に記載の圧電デバイス。