JP2010041550A - 圧電デバイスとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 溶解時に封止材から発生するガスが圧電デバイスのパッケージ内に取り残されないようにする製造方法を提供する。
【解決手段】 圧電デバイスの製造方法は、大気中で振動片及びこの振動片を囲む外枠部を有する圧電フレーム用のウエハとスルーホールを有するベース用のウエハと接合する第１接合工程（Ｓ１１）と、大気中でスルーホールを充填材で封止する封止工程（Ｓ１２）と、真空中又は不活性雰囲気中で圧電フレームにリッド用のウエハを接合する第２接合工程（Ｓ１３）と、接合した圧電フレーム用のウエハ、ベース用のウエハ及びリッド用のウエハをダイシングするダイシング工程（Ｓ１４）と、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、圧電振動片をパッケージ内に配置した圧電デバイスと、その圧電デバイスの製造方法とに関する。

従来、移動体通信機器やＯＡ機器等の小型軽量化及び高周波数化に伴って、それらに用いられる圧電振動子も、より一層の小型化及び高周波数化への対応が求められている。

従来、圧電振動子は、金属、ガラス又はセラミックからなるリッドとパッケージ部材との接合面にロウ材を塗布して重ね合わせ、真空中あるいは不活性ガス中において加熱などによってロウ材を溶融することにより封止を行っている。このような圧電振動子は、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。
特開２００６−０４２０９６号公報

特許文献１に開示された圧電振動子は、パッケージ部材の接合を行う場合に、封止用の貫通孔（スルーホール）を封止材（ハンダ材）などで塞いでいる。封止材などを溶融する過程で生じたガスは、圧電振動片に吸着されることがある。このため、振動周波数にバラツキを生じていた。また、貫通孔の封止を行う場合に、溶融時に封止材から発生するガスがパッケージ内に取り残されることにより、圧電振動子の長期安定性を損なう懸念があった。

さらに、特許文献１ではセラミック基材からなるパッケージ部材に水晶振動子を載置するため、一つ一つの圧電振動子を効率的に生産する作業効率が悪かった。つまり、パッケージのスルーホールを封止する作業において、個々のパッケージに設けられた多数のスルーホールに充填する封止材の投入に要する作業時間が、作業効率向上のネックになっている。

そこで本発明の目的は、溶融時に封止材から発生するガスがパッケージ内に取り残されないようにすることにより、振動片の振動周波数にバラツキを生じることなく、長期安定性を得られる圧電デバイスを提供することである。

第１の観点の圧電デバイスは、励振電極が形成された振動片と、振動片を囲み励振電極に接続した接続電極が形成される外枠部とを有する圧電フレームと、圧電フレームの外枠部に対応した形状で外枠部の一方の面に接合する外枠フレームと、外枠フレームの面に接合するリッドと、外枠部の他方の面に接合し接続電極に接続される接続端子と、接続端子の反対面に形成された外部端子と、接続端子と外部端子とを接続するスルーホール配線とを有するベースと、を備える。
外枠フレームを有しているため、最後に外枠フレームの面にリッドを接合することができる。

第２の観点の圧電デバイスは、励振電極が形成された振動片と、振動片を囲み励振電極に接続した接続電極が形成され且つ振動片よりも厚い外枠部とを有する圧電フレームと、圧電フレームの外枠部の一方の面に接合するリッドと、外枠部の他方の面に接合し接続電極に接続される接続端子と、接続端子の反対面に形成された外部端子と、接続端子と外部端子とを接続するスルーホール配線とを有するベースと、を備える。
圧電フレームが厚い外枠部を有しているため、最後に圧電フレームの外枠部の一方の面にリッドを接合することができる。

第３の観点の圧電デバイスのスルーホール配線は、金（Au）層が形成されたスルーホールに金（Au）と他の金属との充填材で封止されて形成されている。
第４の観点の圧電デバイスの接続電極及び励振電極は、クロム又はニッケルからなる下地層と下地層の表面に形成された金（Au）層とからなる。

第５の観点の圧電デバイスの製造方法は、大気中で振動片及びこの振動片を囲む外枠部を有する圧電フレーム用のウエハとスルーホールを有するベース用のウエハと接合する第１接合工程と、大気中でスルーホールを充填材で封止する封止工程と、真空中又は不活性雰囲気中で圧電フレームにリッド用のウエハを接合する第２接合工程と、接合した圧電フレーム用のウエハ、ベース用のウエハ及びリッド用のウエハをダイシングするダイシング工程と、を備える。
封止材などを溶融する過程で生じるガスは大気中に開放され、パッケージングの最終工程が真空中又は不活性雰囲気中で行われるため、振動片に封止材などから生じるガスが吸着されることがない。

第６の観点の圧電デバイスの製造方法であって、大気中で振動片及びこの振動片を囲む外枠部を有する圧電フレーム用のウエハを挟むようにスルーホールを有するベース用のウエハと外枠部に対応した外枠フレームとで接合する第１接合工程と、大気中でスルーホールを充填材で封止する封止工程と、真空中又は不活性雰囲気中で外枠フレームに平板状のリッド用のウエハを接合する第２接合工程と、を備える。
封止材などを溶融する過程で生じるガスは大気中に開放され、パッケージングの最終工程が真空中又は不活性雰囲気中で行われる。また、リッド用のウエハは平板状であるため、真空中又は不活性雰囲気中でも簡易に扱うことができる。

第７の観点の圧電デバイスの製造方法は、ベース用のウエハと圧電フレーム用のウエハとは水晶材料であり、第１接合工程はシロキサン結合である。
第８の観点の圧電デバイスの製造方法は、リッド用のウエハは水晶材料又はガラス材料であり、第２接合はシロキサン結合又は陽極接合である。

本発明の圧電デバイスの製造方法は、振動周波数にバラツキを生じることなく長期安定性を得られる圧電デバイスを製造することができ、また作業効率もよい。

＜第１実施形態：第１水晶振動子１００の構成＞
以下、本発明の各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１は、本発明の第１実施形態の第１水晶振動子１００の概略図を示している。
図１（ａ）は、分割した状態の第１水晶振動子１００を、リッド１０のリッド部側からみた斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面で第１水晶振動子１００の断面構成図である。

図１(ａ)及び図１(ｂ)に示されるように、第１水晶振動子１００は、最上部の第１リッド１０、第１外枠フレーム２０、第１圧電フレーム５０及び最下部の第１ベース４０から構成される。第１リッド１０、第１外枠フレーム２０、第１圧電フレーム５０及び第１ベース４０は水晶材料から形成される。第１圧電フレーム５０は、エッチングにより形成された音叉型の水晶振動片３０を有している。

第１水晶振動子１００は、音叉型の水晶振動片３０を備えた第１圧電フレーム５０を中心に挟んで、その第１圧電フレーム５０の上に第１外枠フレーム２０が接合され、第１圧電フレーム５０の下に第１ベース４０が接合される。さらに、第１外枠フレーム２０の上に第１リッド１０が接合されてパッケージ９０が形成されている。つまり、第１リッド１０は第１外枠フレーム２０に、第１圧電フレーム５０は第１外枠フレーム２０に、第１ベース４０は第１圧電フレーム５０にシロキサン接合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）により封止する構成になっている。

第１リッド１０は平板状である。第１外枠フレーム２０は、外枠部２１を有しており、空間部２２が形成されている。内形を規定する空間部２２は水晶エッチングにより形成されている。

第１圧電フレーム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、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。音叉型の水晶振動片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。音叉型の水晶振動片３０は外枠部５１と同じ厚さである。音叉型の水晶振動片３０は、基部３２と基部３２から伸びる一対の振動腕３１とを有している。基部３２と外枠部５１とは一体に形成されている。基部３２及び外枠部５１の第１主面に第１基部電極３３と第２基部電極３４とが形成され、第２主面にも同様に第１基部電極３３と第２基部電極３４とが形成されている。

第１ベース４０は、第１圧電フレーム５０側にベース用凹部４７を備える。第１ベース４０は第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３並びに段差部４９を形成する。段差部４９には、第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３に接続する第１接続電極４２及び第２接続電極４４が形成されている。第１ベース４０は、底面に第１外部電極４５及び第２外部電極４６を備えている。

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る。内面の金属膜は、第１接続電極４２及び第２接続電極４４並びに第１外部電極４５及び第２外部電極４６と同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。金属膜は２層から成り、１５０オングストローム〜７００オングストロームのニッケル（Ｎｉ）層の上に４００オングストローム〜２０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成である。ニッケル（Ｎｉ）層の代わりに、クロム（Ｃｒ）層又はチタン（Ｔｉ）層が使用されることもある。

第１接続電極４２は、第１スルーホール４１を通じて第１ベース４０に設けた第１外部電極４５に電気的に接続する。第２接続電極４４は、第２スルーホール４３を通じて第１ベース４０に設けた第２外部電極４６に電気的に接続する。

第１水晶振動子１００は、第１リッド１０、第１外枠フレーム２０、第１圧電フレーム５０及び第１ベース４０が接合されてパッケージ９０が形成される。つまり、第１基部電極３３は第１ベース４０の第１外部電極４５と電気的に接合し、第２基部電極３４は第１ベース４０の第２外部電極４６と電気的に接合する。

図２は、第１水晶振動子１００の概略図を示している。図２（ａ）は、第１リッド１０の上面図であり、（ｂ）は第１外枠フレーム２０の上面図であり、（ｃ）は第１圧電フレーム５０の上面図であり、（ｄ）は第１ベース４０の上面図であり、（ｅ）は、（ａ）から（ｄ）のＡ−Ａ断面で第１水晶振動子１００を示した概略断面図である。図２では、図１と重複する説明を省く。

図２（ａ）に示されるように、第１リッド１０は、平板状である。図２（ｂ）に示されるように、第１外枠フレーム２０は、外枠部２１を有しており、内形を規定する空間部２２が形成されている。

図２（ｃ）に示されるように、第１圧電フレーム５０は、音叉型の水晶振動片３０と外枠部５１とを備える。音叉型の水晶振動片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、基部３２及び外枠部５１に形成された第１基部電極３３につながっており、第２励振電極３６は、基部３２及び外枠部５１に形成された第２基部電極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基部電極３３及び第２基部電極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の振動腕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。

図２（ｄ）に示されるように、第１ベース４０は、エッチングにより第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３並びにベース用凹部４７及び段差部４９が形成される。第１ベース４０は、段差部４９に第１接続電極４２及び第２接続電極４４を備え、裏面に第１外部電極４５及び第２外部電極４６を備えている。第１接続電極４２、第２接続電極４４、第１外部電極４５及び第２外部電極４６は、フォトリソグラフィ工程で作成される。

第１外枠フレーム２０、第１圧電フレーム５０及び第１ベース４０は、第１接合工程でシロキサン結合を行い接合する。シロキサン結合は、音叉型の水晶振動片３０を備えた第１圧電フレーム５０を中心として、第１ベース４０及び第１外枠フレーム２０の接面を酸素含有雰囲気中で短波長の紫外線を照射し、清浄な状態にする。そしてそれらを重ね合わさせて、３５０°Ｃから４５０°Ｃに保持された不図示の高温槽で圧着することによって結合が行われる。

第１接合工程でシロキサン結合を終了した第１外枠フレーム２０、第１圧電フレーム５０及び第１ベース４０は、第１ベース４０の底面を上になるように載置して、第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３に球形に形成された封止材４８を充填し、加熱などによって封止材４８を溶融して第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３の封止を行う。

封止材４８の共晶合金には、融点２８０℃の金スズ（Ａｕ20Ｓｎ）合金、融点３５６℃の金ゲルマニュウム（Ａｕ12Ｇｅ）合金又は融点３６３℃の金シリコン（Ａｕ3.15Ｓｉ）合金のいずれか一つが用いられる。

第２接合工程において、第１接合工程でシロキサン結合を終了した第１外枠フレーム２０の接面と第１リッド１０の接面とを、酸素含有雰囲気中で短波長の紫外線を照射し清浄な状態にして重ね合わせる。そして、シロキサン結合した第１外枠フレーム２０、第１圧電フレーム５０及びスルーホールが封止された第１ベース４０は、第１リッド１０と重ね合わされた状態で、不図示の真空リフロー炉により一定時間真空中又は不活性雰囲気中に保持して加熱されシロキサン結合が行われる。このシロキサン結合によりパッケージ９０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が完成する。パッケージングがシロキサン結合によって行われるため、パッケージングに接合材を使用する必要がない。また、第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３は封止材４８で既に封止されているため、接合材及び封止材４８から生じるガスの発生がない。

さらに、シロキサン結合した第１外枠フレーム２０、第１圧電フレーム５０及び第１ベース４０に対して、第１リッド１０をシロキサン結合すると、接合材及び封止材４８から生じるガスの発生の影響がなく音叉型の水晶振動片３０の振動周波数にバラツキが小さくなり、高精度の第１水晶振動子１００を生産することができる。

図２（ｅ）の概略断面図で示されるように、第１水晶振動子１００は、第１リッド１０と第１外枠フレーム２０と第１圧電フレーム５０と第１ベース４０とを重ね合わせ、１個の第１水晶振動子１００をシロキサン結合した図を示している。

シロキサン結合は、電極の厚み（３０００Åから４０００Å）でさえ接合不良の原因となる。このため、外枠部５１の裏面に形成した第１基部電極３３及び第２基部電極３４と対向する面はその配線電極の厚み以上の段差部を形成する必要がある。また、第１ベース４０の表面に形成した第１接続電極４２及び第２接続電極４４はその接続電極の厚み分だけの深さで段差部４９を形成する必要がある。つまり、接合面はシロキサン結合を阻害しないように、各電極の段差部及びその対向する面を形成する。

第１ベース４０に設けられた段差部４９の高さは、ウエットエッチングなどによって２５００Å〜３０００Åに形成されている。外枠部５１に形成された第１基部電極３３及び第２基部電極３４の厚さも１５００Å〜２０００Åである。また、第１ベース４０に形成された第１接続電極４２及び第２接続電極４４の厚さも１５００Å〜２０００Åである。すなわち、外枠部５１に形成された基部電極の厚さと第１ベース４０に形成された接続電極の厚さを合計すると３０００Åから４０００Åである。

第１ベース４０と外枠部５１とを接触しようとすると、最初に第１基部電極３３及び第２基部電極３４と第１接続電極４２及び第２接続電極４４とが接触する。このときに外枠部５１の底面と第１ベース４０の上面との隙間は５００Å〜１０００Åぐらいとなる。この状態で水晶のシロキサン結合を行うと、第１基部電極３３及び第２基部電極３４と第１接続電極４２及び第２接続電極４４との金層が互いに結合する。また、外枠部５１の底面と第１ベース４０の上面とがシロキサン結合で強固に結合する。

段差部４９を設けない状態で、外枠部５１の底面と第１ベース４０の上面とを結合しようとすると、外枠部５１に形成された基部電極と第１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、外枠部５１の底面と第１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）の段差部４９を設けると、外枠部５１と第１ベース４０とはシロキサン結合することができるが、第１基部電極３３及び第２基部電極３４と第１接続電極４２及び第２接続電極４４とが結合せず、両者が導通していない場合が多い。このため、第１基部電極３３及び第２基部電極３４と第１接続電極４２及び第２接続電極４４との合計厚さより約１０パーセントから約３０パーセント程度水晶厚さが薄くなるような段差部４９の高さを形成している。

＜第１水晶振動子１００の製造工程＞
図３は、リッド用ウエハ１と、外枠フレーム用ウエハ６０と、音叉型の水晶振動片３０が形成された圧電フレーム用ウエハ７０と、ベース用凹部４７を備えたベース用ウエハ８０とを重ね合わせる前の図である。説明の都合上仮想線で、リッド用ウエハ１には第１リッド１０が示され、外枠フレーム用ウエハ６０には第１外枠フレーム２０が示され、圧電フレーム用ウエハ７０には第１圧電フレーム５０が示され、ベース用ウエハ８０にはベース４０が示されている。なお、説明の都合上リッド用ウエハ１には４２個の第１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第１リッド１０、第１圧電フレーム５０などが形成される。

重ね合わせる前に、斜線部で内形を規定する空間部２２が水晶エッチングにより外枠フレーム用ウエハ６０に形成されている。

圧電フレーム用ウエハ７０には、斜線部で音叉型の水晶振動片３０の外形を規定する開口部５２が示されている。開口部５２は水晶エッチングで形成されている。また、水晶ウエハ単位で第１圧電フレーム５０の外枠部５１及び音叉型の水晶振動片３０には、第１基部電極３３及び第２基部電極３４並びに第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。

ベース用ウエハ８０には、第１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いる。さらに第１接続電極４２及び第２接続電極４４並びに第１外部電極４５及び第２外部電極４６が形成されている。

リッド用ウエハ１、外枠フレーム用ウエハ６０、圧電フレーム用ウエハ７０及びベース用ウエハ８０から成る４枚の水晶ウエハの直径は、例えば４インチであり軸方向が特定できるように４枚の水晶ウエハの周辺部１ｅ，周辺部６０ｅ，周辺部７０ｅ及び周辺部８０ｅの一部に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１ｃ、６０ｃ，７０ｃ及び８０ｃが形成されている。この４枚の水晶ウエハのオリエンテーションフラットを正確に位置合わせして重ね合わせる。

＜第２実施形態：第２水晶振動子１１０の構成＞
図４は、第２水晶振動子１１０の概略図を示している。図４（ａ）は、第２リッド１０’の上面図であり、（ｂ）は第２外枠フレーム２０’の上面図であり、（ｃ）は第１圧電フレーム５０の上面図であり、（ｄ）は第１ベース４０の上面図であり、（ｅ）は、（ａ）から（ｄ）のＡ−Ａ断面で第２水晶振動子１１０を陽極接合する概略断面図である。

第２水晶振動子１１０と第１水晶振動子１００との違いは、第２リッド１０’がガラス材料から成るリッド用ウエハ１’を用いている点である。このため、第２接合工程において、第２リッド１０’と第２外枠フレーム２０’とを陽極接合によって接合を行っている。以下の説明では第１水晶振動子１００との主な相違点について説明する。なお同一構造部分は同一符号を使用している。

図４（ａ）に示されるように、第２リッド１０’は、パイレックス（登録商標）ガラス、ホウ珪酸ガラス又はソーダガラスなどのナトリウムイオンなどの金属イオンを含有するガラスからなる。
図４（ｂ）に示されるように、第２外枠フレーム２０’は外枠部２１’を有しており、空間部２２が形成されている。外枠部２１’の表面に金属膜２５を備える。金属膜２５は、スパッタリングもしくは真空蒸着などの手法により形成する。金属膜２５は例えばアルミニュウム（Ａｌ）層より成り、アルミニュウム層の厚みは１０００Å〜１５００Å程度とする。なお、金属膜２５はアルミニュウム層以外に、下地のクロム層に金層を重ねた金属膜であってもよい。

第２水晶振動子１１０は、第２外枠フレーム２０’と第１圧電フレーム５０と第１ベース４０とを重ね合わせ、第１接合工程でシロキサン結合を行う。次に、第１ベース４０の底面を上になるように載置して、第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３に球形に形成された封止材４８を充填し、加熱などによって封止材４８を溶融してスルーホールを封止する。

図４（ｅ）は、第２接合工程における陽極接合を行う概略断面図である。上述したように第２外枠フレーム２０’は、表面に金属膜２５を備え、その金属膜２５の上に第２リッド１０’が重ねられる。

第２リッド１０’が重ねられた第２外枠フレーム２０’は、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される。その際に、第２リッド１０’の上面をマイナス電位に、第２外枠フレーム２０’の表面の金属膜２５をプラス電位にして、直流電源９５を用いて５００Ｖ〜１ｋＶの直流電圧が１０分間印加される。第２リッド１０’と第２外枠フレーム２０’とは陽極接合技術により接合し、パッケージ９０’が形成される。説明の都合上第２リッド１０’の上面をマイナス電位に、第２外枠フレーム２０’の表面の金属膜２５をプラス電位にして説明されているが、実際の製造においては、ウエハ単位でリッド用ウエハ１’の上面をマイナス電位に、外枠フレーム用ウエハ６０’の第２外枠フレーム２０’の金属膜２５をプラス電位にして陽極接合が行われる。

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。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、第１ベースがガラス材料であってもよく、この場合にも第１ベースが陽極接合される。

＜パッケージングの工程＞
図５は、ウエハ単位でのパッケージングのフローチャートである。
ステップＳ１１において、音叉型の水晶振動片３０を備えた圧電フレーム用ウエハ７０を中心として、外枠フレーム用ウエハ６０及びベース用ウエハ８０の接面を酸素含有雰囲気中で短波長の紫外線を照射し、清浄な状態にする。そしてそれらを重ね合わさせて、３５０°Ｃから４５０°Ｃに保持された不図示の高温槽で圧着することによってシロキサン結合が行われる。この第１接合工程は大気中で行われる。

ステップＳ１２では、第１接合工程でシロキサン結合が終了した第１ベース４０の底面を上になるように載置して、第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３に球形に形成された封止材４８を充填し、加熱などによって封止材４８を溶融してこれらスルーホールを封止する。この工程も大気中で行われる。例えば、封止材４８の共晶合金には融点３５６℃の金ゲルマニュウム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金が用いられる。

ステップＳ１３では、第２接合工程において、第１接合工程でシロキサン結合を終了した外枠フレーム用ウエハ６０及びリッド用ウエハ１の接面を、酸素含有雰囲気中で短波長の紫外線を照射し清浄な状態にして重ね合わせる。そして、シロキサン結合した外枠フレーム用ウエハ６０、圧電フレーム用ウエハ７０及びスルーホールが封止されたベース用ウエハ８０は、リッド用ウエハ１と重ね合わされた状態で、不図示の真空リフロー炉により一定時間真空中又は不活性雰囲気中に保持して加熱される。このシロキサン結合によりパッケージ９０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が完成する。

ガラス材料からなるリッド用ウエハ１’には、外枠フレーム用ウエハ６０’の外枠部２１’は、表面に金属膜２５を備えている。第２接合工程において、第１接合工程でシロキサン結合を終了した外枠フレーム用ウエハ６０’をリッド用ウエハ１’を重ね合わせて陽極接合する。この陽極接合は真空中あるいは不活性ガス中で行われ、パッケージ９０’
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Ｓ１４では、パッケージ９０及びパッケージ９０’が完成されたウエハをダイシングソー又はレーザーソーで切断して切り離し、個々の第１水晶振動子１００及び第２水晶振動子１１０に形成される。いわゆるパッケージングと電極の結合とを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。

＜第３実施形態：第３水晶振動子１２０の構成＞
図６は、第３水晶振動子１２０の概略図を示している。図６（ａ）は第１リッド１０の上面図であり、（ｂ）は第２圧電フレーム５０’の上面図であり、（ｃ）は第２ベース４０’の上面図であり、（ｄ）は、（ａ）から（ｃ）のＢ−Ｂ断面で第３水晶振動子１２０を示した断面構成図である。第１リッド１０、第２圧電フレーム５０’
及び第２ベース４０’は水晶材料から形成される。第３水晶振動子１２０は、第１水晶振動子１００に用いられた外枠フレーム２０を用いていない。また、第２ベース４０’はベース用凹部４７を備えない平面板である。第３実施形態では、第１実施形態と重複する説明を省く。

図６（ａ）に示されるように、第１リッド１０は、平面板である。
図６（ｂ）に示されるように、第２圧電フレーム５０’は、音叉型の水晶振動片３０と外枠部５１’とを備える。音叉型の水晶振動片３０は、外枠部５１’の厚さより薄くなるように、両面より水晶エッチングにより形成され、同時に基部３２に段差部３９が形成されている。音叉型の水晶振動片３０の構成は、第１実施形態と同じである。

図６（ｃ）に示されるように、第２ベース４０’はベース用凹部４７を備えない平面板である。第２ベース４０’は、エッチングにより第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３が形成される。その他の構成は第１実施形態と同じである。

図６（ｄ）に示されるように、第３水晶振動子１２０は、第２圧電フレーム５０’と第２ベース４０’との接面を清浄にして重ね合わせ、第１接合工程でシロキサン結合を行う。次に、第２ベース４０’の底面を上になるように載置して、第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３に球形に形成された封止材４８を充填し、加熱などによって封止材４８を溶融してスルーホールを封止する。

第２接合工程で第２圧電フレーム５０’と第１リッド１０との接面を清浄にして重ね合わせシロキサン結合を行ってパッケージ９０”が形成される。
なお、ガラス材料からなるリッド１０’のウエハと第２圧電フレーム５０’の外枠部５１’に金属膜を備えたウエハとを使用して陽極接合を行ってもよい。第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３は封止材４８で封止されてから、第２接合工程において接合されるため、封止材４８から生じるガスの発生の影響がなく、音叉型の水晶振動片３０の振動周波数にバラツキが小さくなり、高精度の水晶振動子を生産することができる。

（ａ）は第１水晶振動子１００の構成を示す斜視図である。 （ｂ）は、第１水晶振動子１００の断面構成図である。 （ａ）は、第１リッド１０の上面図である。（ｂ）は、第１外枠フレーム２０の上面図である。（ｃ）は、第１圧電フレーム５０の上面図である。（ｄ）は、第１ベース４０の上面図である。（ｅ）は、第１水晶振動子１００の断面図である。 リッド用ウエハ1と、外枠フレーム用ウエハ６０と、音叉型の水晶振動片３０が形成された圧電フレーム用ウエハ７０と、ベース用ウエハ８０とを重ね合わせる前の斜視図である。 （ａ）は、第２リッド１０’の上面図である。（ｂ）は第２外枠フレーム２０’の上面図である。（ｃ）は第１圧電フレーム５０の上面図である。（ｄ）は第１ベース４０の上面図である。（ｅ）は、第２水晶振動子１１０を陽極接合する略断面図である。 ウエハ単位でのパッケージングのフローチャートである。 （ａ）は、第１リッド１０の上面図である。（ｂ）は、第２圧電フレーム５０’の上面図である。（ｃ）は、第２ベース４０’の上面図である。（ｄ）は、第３水晶振動子１２０の断面構成図である。

符号の説明

１ …… リッド用ウエハ
１ｃ，６０ｃ，７０ｃ，８０ｃ …… オリエンテーションフラット
１ｅ，６０ｅ，７０ｅ，８０ｅ …… ウエハ周辺部
１０，１０’ …… リッド
１７ …… リッド用凹部
２０，２０’ …… 外枠フレーム
２１、２１’ …… 外枠部
２２ …… 開口部
２５ …… 金属膜
３０ …… 水晶振動片
３１ …… 振動腕
３２ …… 基部
３３、３４ …… 基部電極
３５，３６ …… 励振電極
３７、３８ …… 錘部
３９、４９ …… 段差部
４０、４０’ …… ベース
４１，４３， …… スルーホール
４２，４２’、４４、４４’ …… 接続電極
４５，４５’、４６、４６’ …… 外部電極
４７ …… ベース用凹部
４８ …… 封止材
５０、５０’ …… 圧電フレーム
５１、５１’ …… 外枠部
５２ …… 開口部
６０ …… 外枠フレーム用ウエハ
７０ …… 圧電フレーム用ウエハ
８０ …… ベース用ウエハ
９０，９０’、９０” …… パッケージ
９５ …… 直流電源

Claims (8)

1. 励振電極が形成された振動片と、前記振動片を囲み前記励振電極に接続した接続電極が形成される外枠部とを有する圧電フレームと、
   前記圧電フレームの外枠部に対応した形状で、前記外枠部の一方の面に接合する外枠フレームと、
   前記外枠フレームの面に接合するリッドと、
   前記外枠部の他方の面に接合し前記接続電極に接続される接続端子と、前記接続端子の反対面に形成された外部端子と、前記接続端子と前記外部端子とを接続するスルーホール配線とを有するベースと、
   を備えることを特徴とする圧電デバイス。
2. 励振電極が形成された振動片と、前記振動片を囲み前記励振電極に接続した接続電極が形成され且つ前記振動片よりも厚い外枠部とを有する圧電フレームと、
   前記圧電フレームの外枠部の一方の面に接合するリッドと、
   前記外枠部の他方の面に接合し前記接続電極に接続される接続端子と、前記接続端子の反対面に形成された外部端子と、前記接続端子と前記外部端子とを接続するスルーホール配線とを有するベースと、
   を備えることを特徴とする圧電デバイス。
3. 前記スルーホール配線は、金（Au）層が形成されたスルーホールに金（Au）と他の金属との充填材で封止されて形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電デバイス。
4. 前記接続電極及び励振電極は、クロム又はニッケルからなる下地層と下地層の表面に形成された金（Au）層とからなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
5. 圧電デバイスの製造方法であって、
   大気中で、振動片及びこの振動片を囲む外枠部を有する圧電フレーム用のウエハとスルーホールを有するベース用のウエハと接合する第１接合工程と、
   大気中で、前記スルーホールを充填材で封止する封止工程と、
   真空中又は不活性雰囲気中で前記圧電フレームにリッド用のウエハを接合する第２接合工程と、
   接合した前記圧電フレーム用のウエハ、前記ベース用のウエハ及び前記リッド用のウエハをダイシングするダイシング工程と、
   を備えることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
6. 圧電デバイスの製造方法であって、
   大気中で、振動片及びこの振動片を囲む外枠部を有する圧電フレーム用のウエハを挟むようにスルーホールを有するベース用のウエハと前記外枠部に対応した外枠フレームとで接合する第１接合工程と、
   大気中で、前記スルーホールを充填材で封止する封止工程と、
   真空中又は不活性雰囲気中で前記外枠フレームに平板状のリッド用のウエハを接合する第２接合工程と、
   を備えることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
7. 前記ベース用のウエハと前記圧電フレーム用のウエハとは水晶材料であり、前記第１接合工程はシロキサン結合であることを特徴とする請求項５又は請求項６の圧電デバイスの製造方法。
8. 前記リッド用のウエハは前記水晶材料又はガラス材料であり、前記第２接合はシロキサン結合又は陽極接合であることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法。