JP2012034086A - 圧電デバイスの製造方法及び圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電デバイス内に不要ガスや水分が含まれず、且つ大量生産が可能な圧電デバイスの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、圧電フレームを複数含み一対の第１貫通孔が形成された圧電ウエハを用意する工程（Ｓ１０）と、第１面とその第１面の反対側の第２面とを有するベースを複数含み一対の第２貫通孔が形成されたベースウエハを用意する工程（Ｓ１１）と、リッドを複数含むリッドウエハを用意する工程（Ｓ１２）と、外枠の一主面とベースウエハの第２面との間に及び外枠の他主面とリッドウエハとの間に封止材（ＳＬ）を配置する封止材配置工程（Ｓ１３１）と、圧電ウエハとベースウエハとリッドウエハとを接合する接合工程（Ｓ１４１）と、を備える。そして、接合工程の際に、第１貫通孔もしくは第２貫通孔と連通する連通溝（１２０）から通気し、その後連通溝が封止材（ＳＬ）で封止される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、パッケージ内に不要な不要ガスが残らないようにした圧電デバイスの製造方法及び圧電デバイスに関する。

表面実装用の圧電デバイスは、圧電振動片がアルミナセラミック等の絶縁性ベースに収納され、その絶縁性ベースの開口部にリッドを固着封止してある。圧電デバイスを製造する場合には、絶縁性ベース又はリッドのいずれか一方の封止面に、予め樹脂、低融点ガラス等の封止材層を形成しておき、絶縁性ベースおよびリッドを重ね合わせて封止している。封止材層を樹脂で形成した場合は、封止材層から放出される不要ガスに起因する圧電振動片の特性変動が生じるという問題があった。封止材層が低融点ガラスで形成した場合であっても、低融点ガラス粒子間の気泡から多少の不要ガスが放出され、圧電振動片の特性変動が生じることがある。

特許文献１では、パッケージ内の不要ガス抜きを行うために、絶縁性ベースの端面全体に、第１の低融点ガラスを塗布しその第１の低融点ガラスを仮硬化させ、硬化した低融点ガラスの上部に、第２の低融点ガラスを塗布しその第２の低融点ガラスを仮硬化させている。その第２の低融点ガラスは、一部がパッケージ内と連通するように塗布されない領域を形成して塗布されている。

特開２００５−２６９７４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された圧電デバイスの製造方法では、少なくとも２度の低融点ガラスの塗布と２度の仮硬化が必要であった。また第２の低融点ガラスが低粘性であると仮硬化までの時間内に、第２の低融点ガラスが塗布されない領域まで広がってしまい実質的に塗布されない領域が形成されないことが多い。また第２の低融点ガラスが高粘性であると第２の低融点ガラスの塗布作業が困難となっていた。また特許文献１に開示された圧電デバイスの製造方法では、個々の圧電デバイスに低融点ガラスを塗布しなければならないため、大量生産には不向きであった。

そこで、本発明は、圧電デバイス内に不要ガスや水分が含まれない圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。本発明はまた、不要ガスや水分が含まれない圧電デバイスを提供することを目的とする。

第１観点の圧電デバイスの製造方法は、一主面と他主面とを有する圧電振動片と圧電振動片の周囲を囲み且つ圧電振動片を支持する外枠とを有する圧電フレームを複数含み、隣り合う外枠間に一主面から他主面まで貫通する少なくとも一対の第１貫通孔が形成された圧電ウエハを用意する工程と、外部電極が形成される第１面とその第１面の反対側の第２面とを有するベースを複数含み、隣り合うベース間に第１面から第２面まで貫通する少なくとも一対の第２貫通孔が形成されたベースウエハを用意する工程と、リッドを複数含むリッドウエハを用意する工程と、外枠の一主面とベースウエハの第２面との間に、及び外枠の他主面とリッドウエハとの間に、封止材を外枠に対応するように環状に配置する封止材配置工程と、圧電ウエハの一主面とベースウエハの第２面とを接合し、外枠の他主面とリッドウエハとを接合する接合工程と、を備える。そして、接合工程の際に、圧電ウエハの一主面とベースウエハの第２面との間に第１貫通孔もしくは第２貫通孔と連通する連通溝から通気し、又は圧電ウエハの他主面とリッドウエハとの間に第１貫通孔と連通する連通溝から通気し、その後連通溝が封止材で封止される。

第２観点の圧電デバイスの製造方法は、第１貫通孔及び第２貫通孔に金属膜を形成する工程を備える。金属膜は圧電振動片に形成される励振電極と外部電極とを接続する。

第３観点の圧電デバイスの製造方法において、一主面から他主面への方向から見ると、外枠の外周、ベースの外周及びリッドの外周は四角形であり、第１貫通孔及び第２貫通孔は四角形の角部に形成される。
第４観点の圧電デバイスの製造方法において、一主面から他主面への方向から見ると、外枠の外周、ベースの外周及びリッドの外周は四角形であり、第１貫通孔及び第２貫通孔は四角形の辺に形成される。

第５観点の圧電デバイスは、一主面と他主面とにそれぞれ形成された一対の励振電極を有する圧電振動片と圧電振動片の周囲を囲む外枠とを有する圧電フレームと、外部電極が形成される第１面とその第１面の反対側の第２面とを有し、一主面と接合するベースと、他主面と接合するリッドと、外枠の一主面及び他主面を周回するように環状に配置される封止材と、を備える。そして、圧電フレーム、ベース及びリッドが封止材によって封止された際に、圧電振動片を覆うキャビティが形成され、キャビティと連通する連通溝が外枠の一主面もしくは他主面、ベースの第２面、又はリッドに形成されており、連通溝は封止材で封止されている。

第６観点の圧電デバイスは、外部電極が形成される第１面とその第１面の反対側の第２面とこの第２面に形成されたキャビティとを有するベースと、キャビティ内配置され、一主面と他主面とにそれぞれ形成された一対の励振電極を有する圧電振動片と、ベースに接合されるリッドと、ベースの周囲とリッドの周囲との間に環状に配置される封止材と、を備える。そして、キャビティと連通する連通溝がベースの第２面又はリッドに形成されており、連通溝は封止材で封止されている。

本発明の製造方法によれば、圧電デバイス内に不要ガスや水分が含まれず、且つ大量生産が可能である。また本発明の圧電デバイスは不要ガスや水分が含まれないため安定して振動又は発振する。

第１圧電デバイス１００Ａの分解斜視図である。 （ａ）は水晶フレーム１０とベース１１とリッド１２とが接合された後の断面図であり、図１のＡ−Ａ’断面図である。 （ｂ）は水晶フレーム１０とベース１１とリッド１２とが接合された後の断面図であり、図１のＢ−Ｂ’断面図である。 第１圧電デバイス１００Ａの製造方法を示したフローチャートである。 水晶ウエハ１０Ｗの平面図である。 ベースウエハ１１Ｗの平面図である。 リッドウエハ１２Ｗの平面図である。 第２圧電デバイス１００Ｂの分解斜視図である。 図７のＣ−Ｃ’断面図で、水晶フレーム２０とベース２１とリッド２２とが接合された後の状態である。 水晶ウエハ２０Ｗの平面図である。 ベースウエハ２１Ｗの平面図である。 リッドウエハ２２Ｗの平面図である。 （ａ）は第３圧電デバイス１１０のリッド５０を取り外したセラミックパッケージ４０の平面図である。 （ｂ）は第３圧電デバイス１１０のＥ−Ｅ’断面図である。 第３圧電デバイス１１０の製造を示したフローチャートである。

以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
以下の各実施形態において、圧電振動片として厚みすべり振動モードを有するＡＴカットの水晶振動片が使われている。ここで、ＡＴカットの水晶振動片は、主面（ＸＺ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。このため、以降の各実施形態ではＡＴカットの水晶振動片の軸方向を基準とし、傾斜された新たな軸をＸ’軸、Ｙ’軸及びＺ’軸として用いる。また本明細書の説明としＹ’軸方向の高低を、＋方向を高く−方向を低いと表現する。

（第１実施形態）
＜第１圧電デバイス１００Ａの全体構成＞
第１圧電デバイス１００Ａの全体構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。
図１は、第１圧電デバイス１００Ａのベース１１側から見た分割した状態の斜視図で、接続電極１１８ａ、１１８ｂ（図２（ａ）を参照）が省略されている。図２は水晶フレーム１０とベース１１とリッド１２とが接合された後の状態を示した断面図である。図２（ａ）は図１のＡ−Ａ’断面図で、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’断面図である。

図１及び図２で示されたように、第１圧電デバイス１００Ａは水晶フレーム１０と、ベース１１とリッド１２とから構成される。ベース１１とリッド１２とはガラス材料又は水晶材料からなる。また水晶フレーム１０とベース１１とは封止材ＳＬで接合され、水晶フレーム１０とリッド１２とは封止材ＳＬで接合される。水晶フレーム１０にベース１１とリッド１２とが接合されキャビティＣＴ（図２（ａ）を参照）が形成され、キャビティＣＴ内は真空状態か又は不活性ガスで満たされた状態となる。

水晶フレーム１０はＡＴカットされた水晶材料で形成され、＋Ｙ’側の水晶接合面Ｍ３と−Ｙ’側の水晶接合面Ｍ４とを有している。水晶フレーム１０は水晶振動部１０１と水晶振動部１０１を囲む外枠１０２とで構成されている。また、水晶振動部１０１と外枠１０２との間には、上下を貫通するＵ字型の間隙部１０３と間隙部１０３ａとが形成され、間隙部１０３と間隙部１０３ａとが形成されていない部分が水晶振動部１０１と外枠１０２との連結部１０９となっている。水晶振動部１０１の水晶接合面Ｍ３と水晶接合面Ｍ４とには励振電極１０４ａ、１０４ｂ（図２（ａ）を参照）がそれぞれ形成されている。外枠１０２の両面には励振電極１０４ａ、１０４ｂ（図２（ａ）を参照）と導電された引出電極１０５ａ、１０５ｂ（図２（ａ）を参照）がそれぞれ形成されている。

さらに、水晶フレーム１０の角部には、水晶キャスタレーション１０６ａ、１０６ｂが形成されている。また、一対の水晶キャスタレーション１０６ａには水晶側面電極１０７ａがそれぞれ形成される。水晶側面電極１０７ａは引出電極１０５ａと側面電極１１７ａとに接続される。同様に、一対の水晶キャスタレーション１０６ｂには水晶側面電極１０７ｂがそれぞれ形成される。水晶側面電極１０７ｂは引出電極１０５ｂ及び側面電極１１７ｂにそれぞれ接続されている。水晶キャスタレーション１０６ａ、１０６ｂは第１円形貫通孔ＣＨ１（図４を参照）をダイシングされた際に形成される。

ベース１１は、実装面Ｍ１及び接合面Ｍ２を有している。ベース１１の実装面Ｍ１には二対の外部電極１１５ａ、１１５ｂがそれぞれ形成され、四端子の外部電極が形成されている。また、ベース１１の角部には二対の側面キャスタレーション１１６ａ、１１６ｂが形成されている。また、一対の側面キャスタレーション１１６ａには外部電極１１５ａと接続された側面電極１１７ａがそれぞれ形成され、一対の側面キャスタレーション１１６ｂには外部電極１１５ｂと接続された側面電極１１７ｂがそれぞれ形成されている。一対の側面キャスタレーション１１６ａの片方には側面電極１１７ａが形成されずアースの外部端子とすることができる。また、一対の側面キャスタレーション１１６ｂにおいても同様に１１６ｂの片方に側面電極１１７ｂが形成されずアースの外部端子とすることができる。なお側面キャスタレーション１１６ａ、１１６ｂは第２円形貫通孔ＢＨ１（図５を参照）をダイシングされた際に形成される。

リッド１２は接合面Ｍ５を有している。リッド１２の角部には、側面キャスタレーション１２６ａ、１２６ｂが形成されている。リッド１２の接合面Ｍ５には、一対の側面キャスタレーション１２６ａ、１２６ｂに連通する連通溝１２０が形成されている。側面キャスタレーション１１６ａ、１１６ｂは第３円形貫通孔ＤＨ１（図６を参照）をダイシングされた際に形成される。

封止材ＳＬは、バナジウムなどを有する低融点ガラス、ポリイミド樹脂又はエポキシ樹脂である。封止材ＳＬは、便宜上シート状に形成された状態で描かれているが（図1を参照）、本実施形態では後述のように、水晶接合面Ｍ３にスクリーン印刷することで形成してもよい。また、封止材ＳＬはシート状に形成してもよい。

封止材ＳＬとなる低融点ガラス、ポリイミド樹脂又はエポキシ樹脂では、耐水性・耐湿性に優れるので、空気中の水分がキャビティ内に進入したりキャビティ内の真空度を悪化させたりすることが防止できる。また、低融点ガラスは３５０℃から４００℃で溶融する鉛フリーのバナジウム系ガラスである。バナジウム系ガラスはバインダーと溶剤とが加えられたペースト状であり、焼成され冷却されることで他の部材と接着する。また、このバナジウム系ガラスは接着時の気密性と耐水性・耐湿性などの信頼性が高い。さらに、バナジウム系ガラスはガラス構造を制御することにより熱膨張係数も柔軟に制御できる。

図２（ｂ）に示されるように、ベース１１の接合面Ｍ２と水晶フレーム１０の外枠１０２の水晶接合面Ｍ３との間に塗布された封止材ＳＬは、水晶フレーム１０とベース１１とを接合する。リッド１２の接合面Ｍ５と水晶フレーム１０の水晶接合面Ｍ４との間に塗布された封止材ＳＬは、水晶フレーム１０とリッド１２とを接合する。このようにして水晶フレーム１０とベース１１とリッド１２とが接合される。

図２（ａ），（ｂ）に示されるように、リッド１２の接合面Ｍ５に形成された連通溝１２０は水晶フレーム１０との接合によって封止材ＳＬが流れ込んでいる。このため、水晶フレーム１０とベース１１とリッド１２とで形成されるキャビティＣＴは外部と通気性がない。

図２（ａ）に示されるように、第１圧電デバイス１００Ａは、最も外側に接続電極１１８ａおよび接続電極１１８ｂを有する。接続電極１１８ａは外部電極１１５ａの全部又は一部と側面電極１１７ａ及び水晶側面電極１０７ａとを覆う。また接続電極１１８ｂは外部電極１１５ｂの全部又は一部と側面電極１１７ｂ及び水晶側面電極１０７ｂとを覆う。これにより、外部電極１１５ａ、１１５ｂ、側面電極１１７ａ、１１７ｂ及び水晶側面電極１０７ａ、１０７ｂが確実に電気的に接続される。

また、水晶振動部１０１は、第１圧電デバイス１００Ａのベース１１の実装面Ｍ１に形成された一対の外部電極１１５ａ、１１５ｂ及び接続電極１１８ａ、１１８ｂに交番電圧（正負を交番する電位）が印加されると、外部電極１１５ａ、側面電極１１７ａ、接続電極１１８ａ、水晶側面電極１０７ａ、引出電極１０５ａ及び励振電極１０４ａが同じ極性となり、外部電極１１５ｂ、側面電極１１７ｂ、接続電極１１８ｂ、水晶側面電極１０７ｂ、引出電極１０５ｂ及び励振電極１０４ｂが同じ極性となる。

＜第１圧電デバイス１００Ａの製造方法＞
図３は、第１圧電デバイス１００Ａの製造方法を示したフローチャートである。また、図４は水晶ウエハ１０Ｗの平面図で、図５はベースウエハ１１Ｗの平面図で、図６はリッドウエハ１２Ｗの平面図である。

ステップＳ１０では、水晶フレーム１０が製造される。ステップＳ１０はステップＳ１０１〜Ｓ１０３を含んでいる。
ステップＳ１０１において、水晶ウエハ１０Ｗ（図４を参照）に、エッチングにより複数の水晶フレーム１０の外形が形成される。すなわち、水晶振動部１０１と、外枠１０２と、間隙部１０３，１０３ａとが形成され、各水晶フレーム１０の四隅に図４に示されたように水晶ウエハ１０Ｗを貫通するように第１円形貫通孔ＣＨ１が形成される。第１円形貫通孔ＣＨ１が４分割されると１つのキャスタレーション１０６ａ又は１０６ｂ（図１を参照）になる。

ステップＳ１０２において、スパッタリングまたは真空蒸着によって水晶ウエハ１０Ｗの両面及び第１円形貫通孔ＣＨ１にクロム層及び金層が順に形成される。ここで、下地としてのクロム層の厚さは例えば０．０５μｍ〜０．１μｍであり、金層の厚さは例えば０．２μｍ〜２μｍである。

ステップＳ１０３において、金属層の全面にフォトレジストが均一に塗布される。そして露光装置（不図示）を用いて、フォトマスクに描かれた励振電極１０４ａ、１０４ｂ、引出電極１０５ａ、１０５ｂ及び水晶側面電極１０７ａ、１０７ｂのパターンが水晶ウエハ１０Ｗに露光される。次に、フォトレジストから露出した金属層がエッチングされる。これにより、図１及び図２に示されたように水晶ウエハ１０Ｗ両面に励振電極１０４ａ、１０４ｂ及び引出電極１０５ａ、１０５ｂが形成され、第１円形貫通孔ＣＨ１に水晶側面電極１０７ａ、１０７ｂが形成される。

ステップＳ１１では、ベース１１が製造される。ステップＳ１１はステップＳ１１１〜Ｓ１１３を含んでいる。
ステップＳ１１１において、水晶ウエハ１１Ｗを用意する。そして、エッチングによりベース１１の四隅に対応する箇所にベースウエハ１１Ｗを貫通するように第２円形貫通孔ＢＨ１（図５を参照）が形成される。第２円形貫通孔ＢＨ１が４分割されると１つのキャスタレーション１１６ａ又は１１６ｂ（図１を参照）になる。

ステップＳ１１２において、スパッタリングまたは真空蒸着によってベースウエハ１１Ｗの実装面Ｍ１及び第２円形貫通孔ＢＨ１にクロム層及び金層が順に形成される。ここで、下地としてのクロム層の厚さは例えば０．０５μｍ〜０．１μｍであり、金層の厚さは例えば０．２μｍ〜２μｍである。

ステップＳ１１３において、金属層にフォトレジストが均一に塗布される。そして露光装置（不図示）を用いて、フォトマスクに描かれた外部電極１１５ａ、１１５ｂ及び側面電極１１７ａ、１１７ｂのパターンがベースウエハ１１Ｗに露光される。次に、フォトレジストから露出した金属層がエッチングされる。これにより、図１及び図２に示されたようにベースウエハ１１Ｗの実装面Ｍ１に外部電極１１５ａ、１１５ｂが形成され、第２円形貫通孔ＢＨ１に側面電極１１７ａ、１１７ｂが形成される。

ステップＳ１２では、リッド１２が製造される。ステップＳ１２はステップＳ１２１〜Ｓ１２２を含んでいる。
ステップＳ１２１において、水晶ウエハ１２Ｗを用意する。そして、エッチングによりリッドウエハ１２Ｗの四隅に対応する箇所にリッドウエハ１２Ｗを貫通するように第３円形貫通孔ＤＨ１（図６を参照）が形成される。またリッドウエハ１２Ｗの接合面Ｍ５に第３円形貫通孔ＤＨ１と連通する連通溝１２０が形成される。連通溝１２０は第３円形貫通孔ＤＨ１から４５度方向、１３５度方向、２２５度方向及び３１５度方向に伸びている。連通溝１２０の溝幅は例えば０．１μｍ〜１０μｍであり、溝深さは例えば０．１μｍ〜１０μｍである。第３円形貫通孔ＤＨ１が４分割されると１つのキャスタレーション１２６ａ又は１２６ｂ（図１を参照）になり、連通溝１２０は各キャスタレーション１２６につながっている。

ステップＳ１２２において、スパッタリングまたは真空蒸着によってリッドウエハ１２Ｗの両面にクロム層及び金層が順に形成される。ここで、下地としてのクロム層の厚さは例えば０．０５μｍ〜０．１μｍであり、金層の厚さは例えば０．２μｍ〜２μｍである。

図３において、水晶フレーム１０の製造ステップＳ１０と、ベース１１の製造ステップＳ１１とリッド１２との製造ステップＳ１２とは別々に並行して行うことができる。

ステップＳ１３１では、水晶ウエハ１０Ｗの外枠１０２のＭ３面（図１を参照）に封止材ＳＬが均一に形成される。例えば封止材ＳＬが低融点ガラスである場合、スクリーン印刷で水晶ウエハ１０Ｗの外枠１０２のＭ３面に低融点ガラスが形成され仮焼成される。また、封止材ＳＬがポリイミド樹脂である場合、ポリイミド樹脂を外枠１０２のＭ３面に塗布した後、仮硬化されることでポリイミド樹脂が外枠１０２のＭ３面に形成される。封止材ＳＬは、ベースウエハ１１ＷのＭ２面（図１を参照）に形成してもよい。

ステップＳ１３２では、水晶ウエハ１０Ｗとベースウエハ１１Ｗとが精密に重ね合わせされる。接合時の位置合わせは、水晶ウエハ１０Ｗに形成された水晶フレームの外形及び四隅の第１円形貫通孔ＣＨ１（図４を参照）とベースウエハ１１Ｗに形成された第２円形貫通孔ＢＨ１（図５を参照）とを顕微鏡を使って重ね合わせされる。そして封止材ＳＬが３５０℃から４００℃程度に加熱され水晶ウエハ１０Ｗとベースウエハ１１Ｗとが押圧される。この工程により、水晶ウエハ１０Ｗと、ベースウエハ１１Ｗとが接合される。

ステップＳ１４１では、水晶ウエハ１０Ｗにおける外枠１０２のＭ４面（図１を参照）に封止材ＳＬが均一に形成される。封止材ＳＬが仮硬化された後、水晶ウエハ１０Ｗとリッドウエハ１２Ｗとが精密に重ね合わせされる。

水晶ウエハ１０Ｗとリッドウエハ１２Ｗとが重ね合わされた状態では、連通溝１２０には封止材ＳＬが流れ込んでいない。このため連通溝１２０及び第３円形貫通孔ＤＨ１を介して、キャビティＣＴ内と外側とが連通している。このため、不活性ガスで満たされたチャンバー（不図示）又は真空のチャンバー（不図示）に配置され重ね合わされたウエハは、キャビティＣＴ内も不活性ガスで満たされ又は真空状態となる。

そして封止材ＳＬが３５０℃から４００℃程度に加熱され水晶ウエハ１０Ｗとリッドウエハ１２Ｗとが押圧される。その加熱途中に、封止材ＳＬから発生した不要ガスは、キャビティＣＴに残らずリッドウエハ１２Ｗに設けられた連通溝１２０及び第３円形貫通孔ＤＨ１を通して排出される。徐々に封止材ＳＬの温度が上がり封止材ＳＬが溶融し始めた状態で水晶ウエハ１０Ｗとリッドウエハ１２Ｗとが押圧されると、封止材ＳＬが連通溝１２０に流れ込む。これにより連通溝１２０も封止材ＳＬで封止される。その後封止材ＳＬが室温まで冷却されると、水晶ウエハ１０Ｗとリッドウエハ１２Ｗとが接合される。

ステップＳ１４２では、最も外側に接続電極１１８ａおよび接続電極１１８ｂが形成される。

ステップＳ１４３において、接合された水晶ウエハ１０Ｗとベースウエハ１１Ｗとリッドウエハ１２Ｗとを第１圧電デバイス１００Ａを単位として切断される。切断工程は、レーザーを用いたダイシング装置、またはブレードを用いたダイシング装置などを用いて図４、図５及び図６に示された一点鎖線のスクライブラインＣＬに沿って第１圧電デバイス１００Ａを単位として個片化する。これにより、数百から数千の正確な周波数に調整された第１圧電デバイス１００Ａが製造される。

（第２実施形態）
＜第２圧電デバイス１００Ｂの全体構成＞
第２圧電デバイス１００Ｂの全体構成について、図７及び図８を参照しながら説明する。
図７は、第２圧電デバイス１００Ｂのベース２１側から見た分割した状態の斜視図である。図８は、図７のＣ−Ｃ’断面図で、水晶フレーム２０とベース２１とリッド２２とが接合された後の断面図である。なお、図７，図８においては接続電極（図２を参照）が省略されている。

第２圧電デバイス１００Ｂと第１圧電デバイス１００Ａとはキャスタレーションの形状及びリッド２２に形成された連通溝１２０の位置が異なっている。また、水晶フレーム２０の水晶振動部２０１の形状が異なり、水晶振動部２０１の厚さと外枠２０２の厚さは同じ厚さであり、ベース２１及びリッド２２に凹部が設けられキャビティＣＴが形成されている点が異なっている。第１実施形態と同じ構成要件には同じ符号を付して説明する。

第２圧電デバイス１００Ｂは水晶フレーム２０と、ベース２１とリッド２２とから構成される。ベース２１とリッド２２とはガラス材料又は水晶材料からなる。また水晶フレーム２０とベース２１とは封止材ＳＬで接合され、水晶フレーム２０とリッド２２とは封止材ＳＬで接合される。キャビティＣＴ（図８を参照）内は真空状態か又は不活性ガスで満たされた状態となる。

水晶フレーム２０は水晶接合面Ｍ３と水晶接合面Ｍ４とを有している。水晶フレーム２０は水晶振動部２０１を囲む外枠２０２を有している。また、外枠２０２の両面には励振電極１０４ａ、１０４ｂと導電された引出電極２０５ａ、２０５ｂがそれぞれ形成されている。さらに、水晶フレーム２０のＺ’軸方向の両辺には、水晶キャスタレーション２０６ａ、２０６ｂが形成されている。また、一対の水晶キャスタレーション２０６ａ、２０６ｂには、引出電極２０５ａ、２０５ｂにそれぞれ接続され、同時にベース２１に形成された側面電極２１７ａ、２１７ｂとそれぞれ接続された水晶側面電極２０７ａ、２０７ｂが形成されている。水晶キャスタレーション２０６は第１角丸長方形貫通孔ＣＨ２（図９を参照）をダイシングされた際に形成される。

ベース２１は、実装面Ｍ１及び接合面Ｍ２を有している。また、ベース２１の実装面Ｍ１には一対の外部電極２１５ａ、２１５ｂがそれぞれ形成され、ベース２１のＺ’軸方向の両辺には一対のキャスタレーション２１６ａ、２１６ｂが形成されている。また、キャスタレーション２１６ａには外部電極２１５ａに接続された側面電極２１７ａが形成され、キャスタレーション２１６ｂには外部電極２１５ｂと接続された側面電極２１７ｂが形成されている。ベース２１の接合面Ｍ２には凹部２１９（図８、図１０を参照）が形成される。キャスタレーション２１６は第２角丸長方形貫通孔ＢＨ２（図１０を参照）をダイシングされた際に形成される。

リッド１２は接合面Ｍ５を有している。リッド２２のＺ’軸方向の両辺には一対のキャスタレーション２１６ａ、２１６ｂが形成されている。リッド２２の接合面Ｍ５には凹部２２９（図８、図１１を参照）が形成される。またリッド１２の接合面Ｍ５には、一対のキャスタレーション２１６ａ、２１６ｂと凹部２２９とを連結する連通溝１２０が形成されている。第３角丸長方形貫通孔ＤＨ２（図１１を参照）をダイシングされた際に形成される。

＜第２圧電デバイス１００Ｂの製造方法＞
図７に示された第２圧電デバイス１００Ｂの製造方法は第１実施形態で説明された図３のフローチャートと実質的に同じである。図９は水晶ウエハ２０Ｗの平面図であり、図１０はベースウエハ２１Ｗの平面図であり、図１１はリッドウエハ２２Ｗの平面図である。

図３のフローチャートのステップを使って第２圧電デバイス１００Ｂの製造方法を説明する。水晶フレーム２０の製造ステップＳ１０１、ベース２１の製造ステップＳ１１１及びリッド２２の製造ステップＳ１２１では、第１角丸長方形貫通孔ＣＨ２及び第２角丸長方形貫通孔ＢＨ２並びに第３角丸長方形貫通孔ＤＨ２を形成する。また、ベース２１には接合面に凹部２１９が設けられ、リッド２２には接合面に凹部２２９が設けられている。

ステップＳ１０１では、エッチングにより複数の水晶フレーム２０の外形が形成される際に、各水晶フレーム２０のＺ’軸方向の両辺に図９に示されたように水晶ウエハ２０Ｗを貫通するように第１角丸長方形貫通孔ＣＨ２が形成される。ここで、第１角丸長方形貫通孔ＣＨ２の半分が１つのキャスタレーション２０６ａ又は２０６ｂ（図７を参照）になる。

ステップＳ１１１では、ベース２１のＺ’軸方向の両辺に図１０に示されたようにベースウエハ２１Ｗを貫通するように第２角丸長方形貫通孔ＢＨ２が形成される。ここで、第１角丸長方形貫通孔ＢＨ２の半分がそれぞれのキャスタレーション２１６ａ又は２１６ｂ（図７を参照）になる。また、ベース２１の接合面Ｍ２に凹部２１９が形成される。

ステップＳ１２１では、リッド２２のＺ’軸方向の両辺に図１１に示されたようにリッドウエハ２２Ｗを貫通するように楕円形の第３角丸長方形貫通孔ＤＨ２が形成される。ここで、第３角丸長方形貫通孔ＤＨ２の半分がそれぞれのキャスタレーション２２６ａ又は２２６ｂ（図７を参照）になる。また、リッド２２に凹部２２９が形成される。さらに、一対のキャスタレーション２２６ａ、２２６ｂと凹部２２９とを連結する連通溝１２０が形成される。

第１実施形態及び第２実施形態では、リッド（１２、２２）の接合面Ｍ５に貫通溝１２０が形成されたが、水晶ウエハの水晶接合面Ｍ４に貫通溝１２０が形成されてもよい。また、図３のフローチャートでは、ベースウエハと水晶ウエハとを接合した後に、リッドウエハを水晶ウエハに接合したが、リッドウエハと水晶ウエハとを接合した後に、ベースウエハを水晶ウエハに接合してもよい。このような工程では、ベース（１１、２１）の接合面Ｍ２に貫通溝１２０が形成されてもよく、水晶ウエハの水晶接合面Ｍ３に貫通溝１２０が形成されてもよい。

図３のフローチャートとは異なり、ベースウエハと水晶ウエハとリッドウエハとを同時に接合してもよい。このような工程では、ベース（１１、２１）の接合面Ｍ２、リッド（１２、２２）の接合面Ｍ５、又は水晶ウエハの水晶接合面Ｍ３のいずれかに貫通溝１２０が形成されればよい。

（第３実施形態）
＜第３圧電デバイス１１０の構成＞
図１２（ａ）は、リッド５０が取り外された第３圧電デバイス１１０の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した第３圧電デバイス１１０のＥ−Ｅ’断面図である。表面実装型の第３圧電振動デバイス１１０は、絶縁性のセラミックパッケージ４０と第３圧電デバイス１１０のパッケージを覆うリッド５０とからなる。リッド５０は、コバール（鉄ＦｅとニッケルＮｉとコバルトＣｏとの合金）製又はガラス製である。

セラミックパッケージ４０は、アルミナを主原料とするセラミック粉末およびバインダー等を含むグリーンシートよりプレス抜きされた底面用セラミック層４１ａ、壁用セラミック層４１ｂおよび台座底面用セラミック層４２からなる。これら複数のセラミック層４１ａ，４１ｂ及び４２より構成されたセラミックパッケージ４０は、キャビティＣＴを形成し、このキャビティＣＴ内にＡＴカット水晶振動片３０を実装する。壁用セラミック層４１ｂの上面４１ｃにキャビティＣＴと連通する連通溝１２０が形成されている。セラミックパッケージ４０はこれらの複数のセラミック層を積層し、焼結して形成されている。セラミックパッケージ４０は、外側底面ＢＴに表面実装型の外部電極１１５ａ，１１５ｂを有する。

ＡＴカット水晶振動片３０は、第１面及び第２面に励振電極３２ａ，３２ｂ及び接続電極３３を備える。ＡＴカット水晶振動片３０は、キャビティＣＴに形成された台座４２に導電性接着剤３１を介して接続電極４３及び４４と接合している。

＜第３圧電デバイス１１０の製造方法＞
図１３は、第３圧電デバイス１１０の製造を示したフローチャートである。図１３において、ＡＴカット水晶振動片３０の製造ステップＳ３０と、セラミックパッケージ４０の製造ステップＳ４０とリッド５０との製造ステップＳ５０とは別々に並行して行うことができる。

ステップＳ３０では、ＡＴカット水晶振動片３０が製造される。ステップＳ３０はステップＳ３０１〜Ｓ１０３を含んでいる。
ステップＳ３０１において、水晶ウエハ３０Ｗ（不図示）に、エッチングにより複数のＡＴカット水晶振動片３０の外形が形成される。

ステップＳ３０２において、スパッタリングまたは真空蒸着によって水晶ウエハ３０Ｗの両面にクロム層及び金層が順に形成される。ここで、下地としてのクロム層の厚さは例えば０．０５μｍ〜０．１μｍであり、金層の厚さは例えば０．２μｍ〜２μｍである。

ステップＳ３０３において、金属層の全面にフォトレジストが均一に塗布される。そして露光装置（不図示）を用いて、フォトマスクに描かれた励振電極３２ａ、３２ｂ及び接続電極３３のパターンが水晶ウエハ３０Ｗに露光される。次に、フォトレジストから露出した金属層がエッチングされる。これにより、図１２（ａ），（ｂ）に示されたように水晶ウエハ３０Ｗ両面に励振電極３２ａ、３２ｂ及び接続電極３３が形成される。ＡＴカット水晶振動片３０は、水晶ウエハ３０Ｗから切り取られる。

ステップＳ４０では、セラミックパッケージ４０が製造される。ステップＳ４０はステップＳ４０１〜Ｓ４０３を含んでいる。
ステップＳ４０１において、セラミックグリーンシートよりなる底面セラミック層４１ａ、壁部セラミック層４１ｂ及び台座セラミック層４２（図１２を参照）を用意する。壁部セラミック層４１ｂの上面４１ｃにキャビティＣＴと連通する連通溝１２０が形成される。台座４２を備えた底面セラミック層４１ａのセラミックグリーンシートは、外部電極１１５ａ、１１５ｂ、引出電極４３，４４を形成するためのタングステンメタライズ印刷処理が行われる。

ステップＳ４０２において、セラミックパッケージ４０は、底面セラミック層４１ａに壁部セラミック層４１ｂを積層し１３００°Ｃ以上で焼結させて形成される。次いで、セラミックパッケージ４０は、所定の寸法に切断される。

ステップＳ４０３において、セラミックパッケージ４０は、タングステンメタライズした上にニッケルメッキ及び金メッキが施され、セラミックパッケージ４０の底部ＢＴ及び台座４２に引出電極４３，４４が形成される。また、セラミックパッケージ４０の外側に外部電極１１５ａ、１１５ｂが形成される。引出電極４３，４４は、外部電極１１５ａ、１１５ｂに接続する。

ステップＳ５０では、リッド５０が製造される。ステップＳ５０はステップＳ５０１〜Ｓ５０２を含んでいる。
ステップＳ５０１において、ガラス製又はコバール等の金属のリッド５０が形成される。
ステップＳ５０２において、リッド５０の外周に封止材ＳＬが均一に形成される。例えば封止材ＳＬが低融点ガラスである場合、スクリーン印刷でリッド５０の外周に低融点ガラスが形成され仮焼成される。また、封止材ＳＬがポリイミド樹脂である場合、ポリイミド樹脂をリッド５０の外周に塗布した後、仮硬化されることでポリイミド樹脂がリッド５０の外周に形成される。

ステップＳ１５１において、ＡＴカット水晶振動片３０は、セラミックパッケージ４０の台座４２の引出電極４３に搭載され、導電性接着剤３１を介して接合される。

ステップＳ１５２において、ＡＴカット水晶振動片３０を収容したセラミックパッケージ４０にリッド５０を搭載し、不活性ガスで満たされたチャンバー（不図示）又は真空のチャンバー（不図示）に配置される。セラミックパッケージ４０とリッド５０とは、真空中又は不活性ガス中で３５０°Ｃから４００°Ｃに加熱、押圧して接合される。

セラミックパッケージ４０とリッド５０とが重ね合わされた状態では、連通溝１２０には封止材ＳＬが流れ込んでいない。このため連通溝１２０を介して、キャビティＣＴ内と外側とが連通している。このため、不活性ガスで満たされたチャンバー（不図示）又は真空のチャンバー（不図示）に配置された重ね合わされたウエハは、キャビティＣＴ内も不活性ガスで満たされ又は真空状態となる。

そして封止材ＳＬが３５０℃から４００℃程度に加熱されセラミックパッケージ４０とリッド５０とが押圧される。その加熱途中に、封止材ＳＬから発生した不要ガスは、キャビティＣＴに残らずセラミックパッケージ４０に設けられた連通溝１２０を通して排出される。徐々に封止材ＳＬの温度が上がり封止材ＳＬが溶融し始めた状態でセラミックパッケージ４０とリッド５０とが押圧されると、封止材ＳＬが連通溝１２０に流れ込む。これにより連通溝１２０も封止材ＳＬで封止される。その後封止材ＳＬが室温まで冷却されると、セラミックパッケージ４０とリッド５０とが接合される。

以上、本発明の最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。たとえば、本実施形態ではＡＴ振動片を用いているが、一対の振動片を有する音叉型の振動片にも適用できる。また、実施形態ではＡＴ水晶振動片が使用されたが、水晶以外にタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料を利用することができる。さらに圧電デバイスとして、発振回路を組み込んだＩＣなどをパッケージ内に配置させた圧電発振器にも本発明は適用できる。

１０、２０ … 水晶フレーム
１０Ｗ、２０Ｗ … 水晶ウエハ
１１、２１ … ベース
１１Ｗ、２１Ｗ … ベースウエハ
１２，２２，５０ … リッド
１２Ｗ、２２Ｗ … ベースウエハ
３０ … ＡＴカット水晶振動片、３１ … 導電性接着剤
３２ａ、３２ｂ … 励振電極、３３ … 接続電極
４０ … セラミックパッケージ
４１ａ … 底面セラミック層，４１ｂ … 壁部セラミック層
４１ｃ … 壁部上面
４２ … 台座
４３，４４ … 引出電極
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１１０ … 圧電デバイス
１０１、２０１ … 水晶振動部
１０２、２０２ … 外枠
１０３、１０３ａ、２０３ … 間隙部
１０４ａ、１０４ｂ … 励振電極
１０５ａ、１０５ｂ、２０５ａ、２０５ｂ … 引出電極
１０６ａ、１０６ｂ、１１６ａ、１１６ｂ、２０６ａ、２０６ｂ、２１６ａ、２１６ｂ … キャスタレーション
１０７ａ、１０７ｂ、１１７ａ、１１７ｂ、２０７ａ、２０７ｂ、２１７ａ、２１７ｂ … 側面電極
１０９，２０９ａ、２０９ｂ … 連結部
１１８ａ、１１８ｂ … 接続電極
１２０ … 連通溝
ＢＨ、ＣＨ、ＤＨ … 貫通孔
ＢＴ … 外側底面
ＣＬ … スクライブライン
ＣＴ … キャビティ、 Ｍ１ … 実装面、 Ｍ２ … ベース接合面、 Ｍ３、Ｍ４ … 水晶接合面
Ｍ５ … リッド接合面
ＳＬ … 封止材
ＯＦ … オリエンテーションフラット

Claims (10)

1. 一主面と他主面とを有する圧電振動片と前記圧電振動片の周囲を囲み且つ前記圧電振動片を支持する外枠とを有する圧電フレームを複数含み、隣り合う前記外枠間に前記一主面から前記他主面まで貫通する少なくとも一対の第１貫通孔が形成された圧電ウエハを用意する工程と、
   外部電極が形成される第１面とその第１面の反対側の第２面とを有するベースを複数含み、隣り合う前記ベース間に前記第１面から前記第２面まで貫通する少なくとも一対の第２貫通孔が形成されたベースウエハを用意する工程と、
   リッドを複数含むリッドウエハを用意する工程と、
   前記外枠の前記一主面と前記ベースウエハの前記第２面との間に、及び前記外枠の前記他主面と前記リッドウエハとの間に、封止材を前記外枠に対応するように環状に配置する封止材配置工程と、
   前記圧電ウエハの前記一主面と前記ベースウエハの前記第２面とを接合し、前記外枠の前記他主面と前記リッドウエハとを接合する接合工程と、を備え、
   前記接合工程の際に、前記圧電ウエハの前記一主面と前記ベースウエハの前記第２面との間に前記第１貫通孔もしくは第２貫通孔と連通する連通溝から通気し、又は前記圧電ウエハの前記他主面と前記リッドウエハとの間に前記第１貫通孔と連通する連通溝から通気し、その後前記連通溝が前記封止材で封止される圧電デバイスの製造方法。
2. 前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔に金属膜を形成する工程を備え、
   前記金属膜は前記圧電振動片に形成される励振電極と前記外部電極とを接続する請求項１に記載の圧電デバイスの製造方法。
3. 前記封止材はガラス、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂の接着剤を含む請求項１又は請求項２に記載の圧電デバイスの製造方法。
4. 前記一主面から前記他主面への方向から見ると、前記外枠の外周、前記ベースの外周及び前記リッドの外周は四角形であり、前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔は前記四角形の角部に形成される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法。
5. 前記一主面から前記他主面への方向から見ると、前記外枠の外周、前記ベースの外周及び前記リッドの外周は四角形であり、前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔は前記四角形の辺に形成される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法。
6. 一主面と他主面とにそれぞれ形成された一対の励振電極を有する圧電振動片と、前記圧電振動片の周囲を囲む外枠と、を有する圧電フレームと、
   外部電極が形成される第１面とその第１面の反対側の第２面とを有し、前記一主面と接合するベースと、
   前記他主面と接合するリッドと、
   前記外枠の前記一主面及び前記他主面を周回するように環状に配置される封止材と、を備え、
   前記圧電フレーム、前記ベース及び前記リッドが前記封止材によって封止された際に、前記圧電振動片を覆うキャビティが形成され、前記キャビティと連通する連通溝が前記外枠の前記一主面もしくは前記他主面、前記ベースの第２面、又は前記リッドに形成されており、前記連通溝は前記封止材で封止されている圧電デバイス。
7. 前記一主面から前記他主面への方向から見ると、前記外枠の外周及び前記平板の外周は四角形でありこの四角形の角部に窪んだキャスタレーションが形成され、
   前記キャスタレーションに、前記外枠の一主面と前記他主面と結ぶ第１側面に前記励振電極と接続するように形成された第１側面電極と前記ベースの前記第１面と第２面とを結ぶ第２側面に前記外部電極と接続する第２側面電極とが形成される請求項６に記載の圧電デバイス。
8. 前記一主面から前記他主面への方向から見ると、前記外枠の外周及び前記平板の外周は四角形でありこの四角形の辺に窪んだキャスタレーションが形成され、
   前記キャスタレーションに、前記外枠の一主面と前記他主面と結ぶ第１側面に前記励振電極と接続するように形成された第１側面電極と前記ベースの前記第１面と第２面とを結ぶ第２側面に前記外部電極と接続する第２側面電極とが形成される請求項６に記載の圧電デバイス。
9. 外部電極が形成される第１面とその第１面の反対側の第２面とこの第２面に形成されたキャビティとを有するベースと、
   前記キャビティ内配置され、一主面と他主面とにそれぞれ形成された一対の励振電極を有する圧電振動片と、
   前記ベースに接合されるリッドと、
   前記ベースの周囲と前記リッドの周囲との間に環状に配置される封止材と、を備え、
   前記キャビティと連通する連通溝が前記ベースの第２面又は前記リッドに形成されており、前記連通溝は前記封止材で封止されている圧電デバイス。
10. 前記封止材はガラス、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂の接着剤を含む請求項６から請求項９のいずれか一項に記載の圧電デバイス。