JP2012217111A - 圧電デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】不要な封止材の流れだしによる接合、気密の不十分を防止することができる圧電デバイス及びその製造方法の提供。
【解決手段】圧電デバイス１００は、圧電振動片１０１圧電振動片を囲む枠体１０４と枠体に形成され互いに第１隙間ＳＰ１で離れる一対の引出電極と枠体における第１隙間に対応する位置に形成され外周から凹んだ第１キャスタレーション１０６ａ、１０６ｂとを有する圧電振動フレーム１０と、第１端面Ｍ１と実装面Ｍ３と第２キャスタレーション１２２ａ、１２２ｂと、実装面及び第２キャスタレーションに形成される実装端子１２５ａ、１２５ｂと、第１端面に形成され互いに第２隙間ＳＰ２離れる一対の接続電極１２６ａ、１２６ｂとを有する第１板１２と、を備える。圧電振動フレームの引出電極と第１板の接続電極とが接合され、第１キャスタレーションに封止材が配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、枠体を有する圧電振動フレームを備える表面実装型の圧電デバイス及びその製造方法に関する。

圧電振動子などの圧電デバイスは、表面実装型（ＳＭＤ：Surface Mounted Device）タイプのパッケージが主に用いられている。圧電デバイスは振動の安定のためにパッケージ内に気密封止されている。

例えば、特許文献１に開示された圧電デバイスでは、封止ガラスを使ってセラミックのベース部とセラミックのリッド部とを封止している。封止ガラスを少なくすると封止できない場合があるため、特許文献１は多少多く封止ガラスを塗布し余分な封止ガラスがパッケージの外に流れ出るような構造を開示している。

特開２００１−０２４０７９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は１つのセラミックのベースに対して１つのセラミックのリッドを封止ガラスで封止しているため、量産性が低い。ウエハ単位で量産する際にも、封止ガラスが印刷されたリッドウエハを重ねた状態で加熱しガラスを溶融させるが、十分気密ができるように封止ガラスのボリュームを多く印刷しておく。しかし、封止ガラスが流れ出すと励振電極への引出電極などが導通できなくなる問題が生じる等の問題が生じる。

本発明は、不要な封止材の流れだしによる気密の不十分を防止することができる圧電デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。

第１観点の圧電デバイスは、電圧の印加により振動する圧電振動片と圧電振動片を囲むように形成された枠体と枠体に形成され互いに第１隙間で離れる一対の引出電極と枠体における第１隙間に対応する位置に形成され外周から凹んだ第１キャスタレーションとを有する圧電振動フレームと、枠体の一主面に接合される第１端面と第１端面の反対側の実装面と圧電振動フレームの第１キャスタレーションに対応する位置に形成され外周から凹んだ第２キャスタレーションと実装面及び第２キャスタレーションに形成される一対の実装端子と第１端面に形成され互いに第２隙間離れ一対の実装端子にそれぞれ導電される一対の接続電極とを有する第１板と、を備える。また、圧電振動フレームの引出電極と第１板の接続電極とが接合され、第１キャスタレーションに封止材が配置される。

第２観点の圧電デバイスにおいて、第１キャスタレーションの体積は第２キャスタレーションの体積より大きい。

第３観点の圧電デバイスにおいて、封止材は第１隙間及び第２隙間の一部又は全部を埋めるように配置される。

第４観点の圧電デバイスにおいて、封止材は第２キャスタレーションに配置される。

第５観点の圧電デバイスにおいて、圧電振動フレームの引出電極と第１板の接続電極との間には導電性のある共晶金属が配置される。

第６観点の圧電デバイスにおいて、圧電振動フレームは圧電振動片と枠体とを連結する連結部と圧電振動片と枠体との間の貫通開口部とをさらに有し、圧電振動片の他主面に形成された励振電極から引き出された引出電極は連結部及び貫通開口部を介して枠体の一主面まで伸びて形成される。

第７観点の圧電デバイスにおいて、第１板には外周から凹んだ第３キャスタレーションを有し、実装端子は第３キャスタレーションを介して実装面から第１端面まで伸びて形成される。

第８観点の圧電デバイスは、圧電振動フレームの枠体の他主面に接合される第２端面を有する第２板を備える。

第９観点の圧電デバイスにおいて、第２板の第２端面には互いに第３隙間で離れる一対の金属膜が形成され、第３隙間には封止材が配置されている。

第１０観点の圧電デバイスにおいて、圧電振動片の他主面に形成された励振電極から引き出された引出電極が枠体の他主面に形成され、第２板の金属膜と圧電振動フレームの他主面に形成された引出電極との間には共晶金属の層が配置される。
第１１観点の圧電デバイスにおいて、封止材は低融点ガラス又はポリイミド樹脂である。
第１２観点の圧電デバイスにおいて、枠体が圧電振動片の厚さより厚く形成される。

第１３観点の圧電デバイスの製造方法は、電圧の印加により振動する圧電振動片と圧電振動片を囲むように形成された枠体と枠体に形成され互いに第１隙間で離れる一対の引出電極と枠体における第１隙間に対応する位置に形成される第１貫通孔とを有する複数の圧電振動フレームを含む圧電ウエハを用意する工程と、第１端面と第１端面の反対側の実装面と圧電振動フレームの第１貫通孔に対応する位置に形成される第２貫通孔と実装面及び第２貫通孔に形成される実装端子と第１端面に形成され互いに第２隙間離れ実装端子に導電される接続端子とを有する複数の第１板を含む第１ウエハを用意する工程と、第２端面と第２端面に配置された封止材とを有する複数の第２板を含む第２ウエハを用意する工程と、圧電ウエハの引出電極と第１ウエハの接続電極とが接合するように圧電ウエハと第１ウエハと第２ウエハとを接合する接合工程と、を備える。第２ウエハを用意する工程では封止材が圧電ウエハの第１貫通孔に対応する位置に配置され、接合工程では第２ウエハの第２端面に配置された封止材が第１貫通孔に配置される。

第１４観点の圧電デバイスの製造方法は、接合工程で引出電極と接続電極とは導電性のある共晶金属を使った共晶金属接合法又は引出電極と接続電極とを活性化させて接合する直接接合法で接合される。

本発明は、不要な封止材の流れだしによる接合、気密の不十分を防止することができる圧電デバイス及びその製造方法が得られる。

第１水晶振動子１００の分解斜視図である。 （ａ）は、＋Ｙ’軸側から見た水晶フレーム１０の平面図である。 （ｂ）は、＋Ｙ’軸側から見た水晶フレーム１０の透明図である。 （ａ）は、＋Ｙ’軸側から見たベース部１２の平面図である。 （ｂ）は、＋Ｙ’軸側から見たベース部１２の透明図である。 ＋Ｙ’軸側から見たリッド部１１の透明図である。 （ａ）は、図１のＡ−Ａ断面図である。 （ｂ）は、図１のＢ−Ｂ断面図である。 第１水晶振動子１００の製造方法を示したフローチャートである。 ＋Ｙ’軸側から見たリッドウエハ１１Ｗの透明図である。 ＋Ｙ’軸側から見た水晶ウエハ１０Ｗの平面図である。 ＋Ｙ’軸側から見た水晶ウエハ１０Ｗの透明図である。 ＋Ｙ’軸側から見たベースウエハ１２Ｗの平面図である。 （ａ）は、図７〜図１０におけるＣ−Ｃ断面図で、共晶金属ＥＣが共晶金属用溝部に載置された状態を示した図である。 （ｂ）は、図７〜図１０におけるＣ−Ｃ断面図で、リッドウエハ１１Ｗと水晶ウエハ１０Ｗとベースウエハ１２Ｗとが共晶金属ＥＣにより接合された状態を示した図である。 （ａ）は、図７〜図１０におけるＤ−Ｄ断面図で、接合前の低融点ガラスＬＧの状態を示した図である。 （ｂ）は、図７〜図１０におけるＤ−Ｄ断面図で、接合後の低融点ガラスＬＧの状態を示した図である。 第２水晶振動子２００の分解斜視図である。 （ａ）は、＋Ｙ’軸側から見たベース部２２の平面図である。 （ｂ）は、＋Ｙ’軸側から見たベース部２２の透明図である。 第３水晶振動子３００の分解斜視図である。 （ａ）は、＋Ｙ’軸側から見た水晶フレーム３０の平面図である。 （ｂ）は、＋Ｙ’軸側から見た水晶フレーム３０の透明図である。 ＋Ｙ’軸側から見たリッド部３１の透明図である。 図１５のＡ−Ａ断面図である。 ＋Ｙ’軸側から見たリッドウエハ３１Ｗの透明図である。 （ａ）は、図１９におけるＤ−Ｄ断面図で、接合前の低融点ガラスＬＧの状態を示した図である。 （ｂ）は、図１９におけるＤ−Ｄ断面図で、接合後の低融点ガラスＬＧの状態を示した図である。

本明細書では、圧電デバイスとして水晶振動子が使われ、圧電振動フレームとしてＡＴカットの水晶フレームが使われている。つまり、ＡＴカットの水晶フレームは、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分傾斜されている。このため、ＡＴカットの水晶フレームのＸ軸方向を基準とし、傾斜された新たな軸をＹ’軸及びＺ’軸として用いる。すなわち、本実施形態では水晶振動子の長手方向をＸ軸方向、水晶振動子の高さ方向をＹ’軸方向、Ｘ軸方向及びＹ’軸方向に垂直な方向をＺ’軸方向として説明する。

（第１実施形態）
＜第１水晶振動子１００の全体構成＞
第１水晶振動子１００は、表面実装型でありプリント基板等に実装されて使用される。第１水晶振動子１００の全体構成について、図１〜図５を参照しながら説明する。図１は、第１水晶振動子１００の分解斜視図である。

図１に示されたように、第１水晶振動子１００はリッド凹部１１１を有するリッド部１１と、ベース凹部１２１を有するベース部１２と、リッド部１１及びベース部１２に挟まれた水晶フレーム１０とを備える。

＜＜水晶フレーム１０の構成＞＞
まず、水晶フレーム１０の構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。図２（ａ）は＋Ｙ’軸側から見た水晶フレーム１０の平面図で、図２（ｂ）は＋Ｙ’軸側から見た水晶フレーム１０の透明図である。なお、本明細書の透視図とは一方の面の電極を描かず、他方の面の電極のみを描いた図をいう。図１に示されたように、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’側の表面Ｍｅと−Ｙ’側の裏面Ｍｉ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を囲む枠体１０４とで構成されている。水晶振動部１０１と枠体１０４との間には、表面Ｍｅから裏面Ｍｉまで貫通する貫通開口部１０８が形成される。貫通開口部１０８が形成されていない部分が水晶振動部１０１と枠体１０４とを連結する連結部１０５ａ、１０５ｂとなっている。ここで、連結部１０５ａ水晶振動部１０１の−Ｚ’軸側に接続され、連結部１０５ｂは水晶振動部１０１の＋Ｚ’軸側に接続されている。

また、水晶フレーム１０のＸ軸方向の両辺には、貫通孔ＣＨ（図８及び図９を参照）を形成した際のキャスタレーション１０６ａ、１０６ｂがそれぞれ形成されている。具体的には、水晶フレーム１０の−Ｘ軸側にキャスタレーション１０６ａが形成され、水晶フレーム１０の＋Ｘ軸側にキャスタレーション１０６ｂが形成されている。キャスタレーション１０６ａ、１０６ｂには封止材として低融点ガラスＬＧが配置され、第１水晶振動子１００を封止している。

なお、低融点ガラスＬＧとは３５０℃〜４１０℃で溶融する鉛フリーのバナジウム系ガラスを含む。バナジウム系ガラスはバインダーと溶剤とが加えられペースト状であり、溶融された後固化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（ａ）に示されたように、水晶フレーム１０は水晶振動部１０１の表面Ｍｅに第１励振電極１０２ａが形成されている。また、水晶フレーム１０の表面Ｍｅには第１励振電極１０２ａから引き出された第１引出電極１０３ａが形成されている。なお、第１引出電極１０３ａは水晶振動部１０１から連結部１０５ａを介して枠体１０４の−Ｚ’軸側のほぼ半分に形成されている。さらに、水晶フレーム１０の表面Ｍｅに形成された第１引出電極１０３ａは貫通開口部１０８を介して水晶フレーム１０の裏面Ｍｉまで引き出される（図２（ｂ）を参照）。

図２（ｂ）に示されたように、水晶フレーム１０は水晶振動部１０１の裏面Ｍｉに第２励振電極１０２ｂが形成されている。また、水晶フレーム１０の裏面Ｍｉには第２励振電極１０２ｂから引き出された第２引出電極１０３ｂが形成されている。なお、第２引出電極１０３ｂは水晶振動部１０１から連結部１０５ｂを介して枠体１０４の＋Ｚ’軸側のほぼ半分に形成されている。さらに、水晶フレーム１０の裏面Ｍｉに形成された第２引出電極１０３ｂは貫通開口部１０８を介して水晶フレーム１０の表面Ｍｅまで引き出される（図２（ａ）を参照）。

図２に示されたように、水晶フレーム１０の表面Ｍｅ及び裏面Ｍｉにおいて、第１引出電極１０３ａと第２引出電極１０３ｂとがＺ’軸方向で所定幅の第１隙間ＳＰ１を形成するように配置されている。これにより、第１引出電極１０３ａと第２引出電極１０３ｂとがショートしないように確保することができる。さらに、第１隙間ＳＰ１には封止材として低融点ガラスＬＧが配置されている。これにより、第１水晶振動子１００のキャビティＣＴ（図５を参照）を気密することができる。

ここで、第１励振電極１０２ａ、第２励振電極１０２ｂ、第１引出電極１０３ａ及び第２引出電極１０３ｂは例えば下地としてのクロム（Ｃｒ）層が用いられ、クロム層の上面に金（Ａｕ）層が用いられる。なお、クロム層の厚さは例えば０．０５μｍ〜０．１μｍで、金層の厚さは例えば０．２μｍ〜２μｍである。

＜＜ベース部１２の構成＞＞
次に、ベース部１２の構成について、図１及び図３を参照しながら説明する。図３（ａ）は＋Ｙ’軸側から見たベース部１２の平面図で、図３（ｂ）は＋Ｙ’軸側から見たベース部１２の透明図である。図１に示されたように、ベース部１２はガラス又は水晶材料で形成され、その＋Ｙ’側の面の外周に第１端面Ｍ１を有している。ベース部１２のＸ軸方向の両辺には、貫通孔ＢＨ（図１０を参照）を形成した際のキャスタレーション１２２ａ、１２２ｂが形成されている。具体的には、ベース部１２の−Ｘ軸側にキャスタレーション１２２ａが形成され、ベース部１２の＋Ｘ軸側にキャスタレーション１２２ｂが形成されている。

図３に示されたように、実装面Ｍ３の−Ｘ軸側及びキャスタレーション１２２ａには実装端子１２５ａが形成され、実装面Ｍ３の＋Ｘ軸側及びキャスタレーション１２２ｂには実装端子１２５ｂが形成されている。また、実装端子１２５ａに導電される接続電極１２６ａが第１端面Ｍ１に形成され、実装端子１２５ｂに導電される接続電極１２６ｂが第１端面Ｍ１に形成されている。ここで、接続電極１２６ａは第１端面Ｍ１の−Ｚ軸側のほぼ半分に形成され、接続電極１２６ｂは第１端面Ｍ１の＋Ｚ軸側のほぼ半分に形成されている。

また、第１端面Ｍ１において、接続電極１２６ａと接続電極１２６ｂとがＺ’軸方向で所定幅の第２隙間ＳＰ２を形成するように配置されている。これにより、実装端子１２５ａと実装端子１２５ｂとがショートしないように確保することができる。さらに、第２隙間ＳＰ２には封止材として低融点ガラスＬＧが配置されている。これにより、第１水晶振動子１００のキャビティＣＴ（図５を参照）を気密することができる。

＜＜リッド部１１の構成＞＞
次に、リッド部１１の構成について、図１及び図４を参照しながら説明する。図４は、＋Ｙ’軸側から見たリッド部１１の透明図である。図１に示されたように、リッド部１１はガラス又は水晶材料で形成され、その−Ｙ’側の面の外周に第２端面Ｍ２を有している。

図４に示されたように、第２端面Ｍ２の全周の内側にはＹ’軸方向で第２端面Ｍ２から凹んだリッド凹部１１１が形成されている。また、第２端面Ｍ２のほぼ全面には金属膜１１２ａ、１１２ｂが形成されている。具体的には、第２端面Ｍ２の−Ｚ軸側のほぼ半分に金属膜１１２ａが形成され、第２端面Ｍ２の＋Ｚ軸側のほぼ半分に金属膜１１２ｂが形成されている。

また、第２端面Ｍ２において、金属膜１１２ａと金属膜１１２ｂとがＺ’軸方向で所定幅の第３隙間ＳＰ３を形成するように配置されている。これにより、金属膜１１２ａと金属膜１１２ｂとがショートしないように確保することができる。さらに、第３隙間ＳＰ３には封止材として低融点ガラスＬＧが配置されている。これにより、第１水晶振動子１００のキャビティＣＴ（図５を参照）を気密することができる。

＜＜第１水晶振動子１００の組み立て＞＞
最後に、第１水晶振動子１００の組み立てについて、図１及び図５を参照しながら説明する。図５（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図で、図５（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図である。図１及び図５に示されたように、リッド部１１が水晶フレーム１０の＋Ｙ’軸側に接合され、ベース部１２が水晶フレーム１０の−Ｙ’軸側に接合される。

すなわち、リッド部１１の第２合面Ｍ２の金属膜１１２ａと水晶フレーム１０の表面Ｍｅの第１引出電極１０３ａとが接合され、リッド部１１の第２合面Ｍ２の金属膜１１２ｂと水晶フレーム１０の表面Ｍｅの第２引出電極１０３ｂとが接合される。同様に、ベース部１２の第１端面Ｍ１の接続電極１２６ａと水晶フレーム１０の裏面Ｍｉの第１引出電極１０３ａとが接合され、ベース部１２の第１端面Ｍ１の接続電極１２６ｂと水晶フレーム１０の裏面Ｍｉの第２引出電極１０３ｂとが接合される。なお、金属膜１１２ａ、１１２ｂと、第１引出電極１０３ａ及び第２引出電極１０３ｂと、接続電極１２６ａ、１２６ｂとは共晶金属により接合される。共晶金属としては、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）合金が使用される。なお、図５（ａ）及び（ｂ）では共晶金属の層が描かれていない。共晶金属による接合については、図１１で詳しく説明する。

ここで、ベース部１２の第１端面Ｍ１に形成された接続電極１２６ａと水晶フレーム１０の枠体１０４の裏面Ｍｉに形成された第１引出電極１０３ａとが導電される。同様に、ベース部１２の第１端面Ｍ１に形成された接続電極１２６ｂと水晶フレーム１０の枠体１０４の裏面Ｍｉに形成された第２引出電極１０３ｂとが導電される。つまり、ベース部１２の実装面Ｍ３に形成された実装端子１２５ａと水晶フレーム１０の第１励振電極１０２ａとが導電され、実装端子１２５ｂと水晶フレーム１０の第２励振電極１０２ｂとが導電される。これにより、実装端子１２５ａ、１２５ｂに交番電圧（正負を交番する電位）が印加されると、水晶振動部１０１が厚みすべり振動することができる。

図５（ｂ）に示されたように、水晶フレーム１０のキャスタレーション１０６ａには低融点ガラスＬＧが形成されている。つまり、第１隙間ＳＰ１及び第２隙間ＳＰが低融点ガラスＬＧにより埋められる。これにより、リッド部１１の金属膜１１２ａと金属膜１１２ｂとが絶縁され、水晶フレーム１０の第１引出電極１０３ａと第２引出電極１０３ｂとが絶縁され、ベース部１２の接続電極１２６ａと接続電極１２６ｂとが絶縁される。また、図５（ａ）に示されたように水晶フレーム１０の水晶振動部１０１を密封したキャビティＣＴが形成される。キャビティＣＴは、窒素ガスで満たされたり又は真空状態にされたりする。

さらに、後述の第１水晶振動子１００の製造方法で説明されるように、低融点ガラスＬＧが形成されているリッド部１１を水晶フレーム１０に押圧することで、低融点ガラスＬＧがキャスタレーション１０６ａ、１０６ｂに形成される。このため、余分の低融点ガラスＬＧがキャビティＣＴに流れ出さずベース部１２のキャスタレーション１２２ａ、１２２ｂ内に流れ出す。余分な低融点ガラスＬＧはキャスタレーション１２２ａ、１２２ｂを完全に埋めてもよいが、図５（ａ）では低融点ガラスＬＧがキャスタレーション１２２ａ、１２２ｂの一部を埋めている状態を示している。また図５（ａ）及び（ｂ）から理解されるように、各キャスタレーション１０６ａ、１０６ｂの体積は、キャスタレーション１２２ａ、１２２ｂの体積より大きい。

第１実施形態では、リッド部１１と水晶フレーム１０とが共晶金属で接合されているが、そのほかに直接接合法でもよい。直接接合法とは、第１引出電極１０３ａ及び第２引出電極１０３ｂの表面をプラズマ処理等で活性化させ、また接続電極１２６ａ及び１２６ｂの表面をプラズマ処理等で活性化させ、それぞれが活性化させた状態で接合する方法である。

＜第１水晶振動子１００の製造方法＞
図６は、第１水晶振動子１００の製造方法を示したフローチャートである。図６において、リッド部１１の製造ステップＳ１１と、水晶フレーム１０の製造ステップＳ１２と、ベース部１２の製造ステップＳ１３とは別々に並行して行うことができる。図７は、＋Ｙ’軸側から見たリッドウエハ１１Ｗの透明図である。図８は＋Ｙ’軸側から見た水晶ウエハ１０Ｗの平面図で、図９は＋Ｙ’軸側から見た水晶ウエハ１０Ｗの透明図である。図１０は、＋Ｙ’軸側から見たベースウエハ１２Ｗの平面図である。なお、図８〜図１０では低融点ガラスＬＧが描かれているが、リッドウエハ１１Ｗ、水晶ウエハ１０Ｗ及びベースウエハ１２Ｗが接合された後、図７のリッドウエハ１１Ｗに配置された低融点ガラスＬＧが貫通孔ＣＨに形成されることを示している。

ステップＳ１１では、リッド部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、図７に示されたように、均一厚さの水晶平板のリッドウエハ１１Ｗにリッド凹部１１１が数百から数千個形成される。リッドウエハ１１Ｗには、エッチング又は機械加工によりリッド凹部１１１が形成され、リッド凹部１１１の外周には第２端面Ｍ２が形成される。同時に、リッド部１１の四隅には後述するステップＳ１４で球形の共晶金属ＥＣの位置決めをする共晶金属用溝部１１５がそれぞれ形成される。すなわち、互いに隣り合った４つのリッド部１１の真ん中に共晶金属用溝部１１５が形成される。

ステップＳ１１２において、図７に示されたように、スパッタリングまたは真空蒸着によりリッドウエハ１１Ｗの第２端面Ｍ２に金属膜１１２ａ、１１２ｂが形成される。ここで、金属膜１１２ａ、１１２ｂは後述するステップＳ１２２で形成される第１引出電極１０３ａ及び第２引出電極１０３ｂの形状に対応するように、リッド部１１のＺ’軸方向の両側に形成される。また、金属膜１１２ａと金属膜１１２ｂとは第３隙間ＳＰ３を形成するように離れて形成される。

ステップＳ１１３において、図７に示されたように、スクリーン印刷でリッドウエハ１１Ｗの第３隙間ＳＰ３に低融点ガラスＬＧが形成される。その後、低融点ガラスＬＧを仮硬化することで、低融点ガラスＬＧがリッドウエハ１１Ｗの第３隙間ＳＰ３に配置される。

ステップＳ１２では、水晶フレーム１０が製造される。ステップＳ１２はステップＳ１２１及びＳ１２２を含んでいる。
ステップＳ１２１において、図８及び図９に示されたように、均一の水晶ウエハ１０Ｗ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、枠体１０４と、貫通開口部１０８とが形成される。同時に、各水晶フレーム１０のＸ軸方向の両側には水晶ウエハ１０Ｗを貫通するように長方形の貫通孔ＣＨが形成される。貫通孔ＣＨが半分に分割されると１つのキャスタレーション１０６ａ、１０６ｂ（図２を参照）になる。同時に、水晶フレーム１０の四隅には後述するステップＳ１４で球形の共晶金属ＥＣの位置決めをする共晶金属用溝部１０９がそれぞれ形成される。すなわち、互いに隣り合った４つの水晶フレーム１０の真ん中に共晶金属用溝部１０９が形成される。

ステップＳ１２２において、まずスパッタリングまたは真空蒸着によって水晶ウエハ１０Ｗの両面に金属層が形成される。そして、金属層の全面にフォトレジストが均一に塗布される。その後、露光装置（不図示）を用いて、フォトマスクに描かれた第１励振電極１０２ａ、第２励振電極１０２ｂ、第１引出電極１０３ａ及び第２引出電極１０３ｂ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８及び図９に示されたように水晶ウエハ１０Ｗ両面には第１励振電極１０２ａ、第２励振電極１０２ｂ、第１引出電極１０３ａ及び第２引出電極１０３ｂが形成される。なお、第１引出電極１０３ａと第２引出電極１０３ｂとは水晶ウエハ１０Ｗの表面Ｍｅ及び裏面Ｍｉにおいて第１隙間ＳＰ１を形成するように離れて形成される。これにより、第１引出電極１０３ａと第２引出電極１０３ｂとがショートしないように確保することができる。

ステップＳ１３では、ベース部１２が製造される。ステップＳ１３はステップＳ１３１及びＳ１３２を含んでいる。
ステップＳ１３１において、図１０に示されたように、均一厚さの水晶平板のベースウエハ１２Ｗにベース凹部１２１が数百から数千個形成される。ベースウエハ１２Ｗには、エッチング又は機械加工によりベース凹部１２１が形成され、ベース凹部１２１の外周には第１端面Ｍ１が形成される。同時に、各ベース部１２のＸ軸方向の両側にはベースウエハ１２Ｗを貫通するように長方形の貫通孔ＢＨが形成される。貫通孔ＢＨが半分に分割されると１つのキャスタレーション１２２ａ、１２２ｂ（図１を参照）になる。同時に、ベース部１２の四隅には後述するステップＳ１４で球形の共晶金属ＥＣの位置決めをする共晶金属用溝部１２８がそれぞれ形成される。すなわち、互いに隣り合った４つのベース部１２の真ん中に共晶金属用溝部１２８が形成される。なお、貫通孔ＢＨはステップＳ１２１で形成された貫通孔ＣＨより小さく形成される。

ステップＳ１３２において、スパッタ及びエッチング方法によってベース部１２の第１端面Ｍ１及び実装面Ｍ３に一対の実装端子１２５ａ、１２５ｂ及び一対の接続電極１２６ａ、１２６ｂが形成される（図１を参照）。ここで、接続電極１２６ａ、１２６ｂはステップＳ１２２で形成された水晶ウエハ１０Ｗの裏面Ｍｉの第１引出電極１０３ａ及び第２引出電極１０３ｂと対応するように形成される。また、接続電極１２６ａと接続電極１２６ｂとはベースウエハ１２Ｗの第１端面Ｍ１において第２隙間ＳＰ２を形成するように離れて形成される。これにより、実装端子１２５ａと実装端子１２５ｂとがショートしないように確保することができる。

ステップＳ１４では、複数の球形の共晶金属ＥＣが図１１（ａ）に示されたように共晶金属用溝部に載置される。図１１（ａ）は、図７〜図１０におけるＢ−Ｂ断面図で、共晶金属ＥＣが共晶金属用溝部に載置された状態を示した図である。図１１（ａ）に示されたように、ベースウエハ１２Ｗをテーブル（図示しない）に置き、ベースウエハ１２Ｗの共晶金属用溝部１２８及び水晶ウエハ１０Ｗの表面Ｍｅにおける共晶金属用溝部１０９に球形の共晶金属ＥＣが載置される。

ステップＳ１５では、リッドウエハ１１Ｗと水晶ウエハ１０Ｗとベースウエハ１２Ｗとが共晶金属ＥＣにより接合され、低融点ガラスＬＧにより封止される。図１１（ｂ）は、図７〜図１０におけるＢ−Ｂ断面図で、リッドウエハ１１Ｗと水晶ウエハ１０Ｗとベースウエハ１２Ｗとが共晶金属ＥＣにより接合された状態を示した図である。ここで、真空中又は不活性雰囲気中で共晶金属ＥＣが溶かされる。溶けられた共晶金属ＥＣは毛細管現象によりリッドウエハ１１Ｗの金属膜１１２ａ、１１２ｂと、水晶ウエハ１０Ｗの表面Ｍｅ及び裏面Ｍｉの第１引出電極１０３ａ及び第２引出電極１０３ｂと、ベースウエハ１２Ｗの接続電極１２６ａ、１２６ｂとの間を流れる。これにより、金属膜１１２ａ、１１２ｂと、第１引出電極１０３ａ及び第２引出電極１０３ｂと、接続電極１２６ａ、１２６ｂとの表面が濡れる。また、隣り合う共晶金属用溝部までの距離はほぼ均等であるため、金属膜１１２ａ、１１２ｂと、第１引出電極１０３ａ及び第２引出電極１０３ｂと、接続電極１２６ａ、１２６ｂとの表面を十分に濡らすことができる。そして共晶金属ＥＣが融点以下に冷やされると、第１引出電極１０３ａ及び第２引出電極１０３ｂと、接続電極１２６ａ、１２６ｂとは導通し且つ接合する。

さらに、図１２に示されたように、リッドウエハ１１Ｗと水晶ウエハ１０Ｗとベースウエハ１２Ｗとは低融点ガラスＬＧでより封止される。図１２（ａ）は図７〜図１０におけるＤ−Ｄ断面図で、接合前の低融点ガラスＬＧの状態を示した図で、図１２（ｂ）は図７〜図１０におけるＤ−Ｄ断面図で、接合後の低融点ガラスＬＧの状態を示した図である。

図１２（ａ）に示されたように、低融点ガラスＬＧはリッドウエハ１１Ｗと水晶ウエハ１０Ｗとベースウエハ１２Ｗとが接合する前にリッドウエハ１１Ｗの第２端面Ｍ２に所定の厚さで多めに配置される。

そして、図１２（ｂ）に示されたようにリッドウエハ１１Ｗと水晶ウエハ１０Ｗとベースウエハ１２Ｗとを押圧しながら接合するとき、リッドウエハ１１Ｗの第２端面Ｍ２に配置された低融点ガラスＬＧが水晶ウエハ１０Ｗの貫通孔ＣＨ及びベースウエハ１２Ｗの貫通孔ＢＨに流れ込む。図示しないが、低融点ガラスＬＧは同時に水晶ウエハ１０Ｗの第１隙間ＳＰ１（図８及び図９を参照）及びベースウエハ１２Ｗの第２隙間ＳＰ２（図１０を参照）を埋めるようにリッドウエハ１１Ｗと水晶ウエハ１０Ｗとベースウエハ１２Ｗとの間に流れ込む。これにより、余分な低融点ガラスＬＧがキャビティＣＴ内に流れ込まず、キャビティＣＴが密封される。

ステップＳ１６では、接合されたリッドウエハ１１Ｗと、水晶ウエハ１０Ｗと、ベースウエハ１２Ｗとが個々に切断される。切断工程では、レーザーを用いたダイシング装置、または切断用ブレードを用いたダイシング装置などを用いて図７〜図１０に示された一点鎖線のスクライブラインＳＬに沿って第１水晶振動子１００を単位として個片化する。これにより、数百から数千の第１水晶振動子１００が製造される。

（第２実施形態）
＜第２水晶振動子２００の全体構成＞
第２水晶振動子２００の全体構成について、図１３及び図１４を参照しながら説明する。図１３は第２水晶振動子２００の分解斜視図である。第２実施形態では第１実施形態と同じ構成要件については、同じ符号を付して説明する。

図１３に示されたように、第２水晶振動子２００はリッド部１１と、ベース部２２と、リッド部１１及びベース部２２に挟まれた水晶フレーム１０とを備える。

＜＜ベース部２２の構成＞＞
図１３に示されたように、ベース部２２はガラス又は水晶材料で形成され、ベース凹部１２１の外周に形成された第１端面Ｍ１を有している。ベース部２２のＸ軸方向の両辺には、貫通孔ＢＨ（図１０を参照）を形成した際のキャスタレーション１２２ａ、１２２ｂが形成されている。また、ベース部２２の四隅には外周から凹んだキャスタレーション２２３ａ、２２３ｂが形成される。具体的には、−Ｚ’軸側の両隅に一対のキャスタレーション２２３ａが形成され、＋Ｚ’軸側の両隅に一対のキャスタレーション２２３ｂが形成されている。

図１４（ｂ）に示されたようにベース部２２の実装面Ｍ３のＺ’軸の両側及びキャスタレーション２２３ａ、２２３ｂには実装端子２２５ａ、２２５ｂが形成されている。なお、図１４（ａ）に示されたように実装端子２２５ａに導電される接続電極２２６ａが第１端面Ｍ１の−Ｚ’軸側のほぼ半分を覆うように形成され、実装端子２２５ｂに導電される接続電極２２６ｂが第１端面Ｍ１の＋Ｚ’軸側のほぼ半分を覆うように形成されている。

なお、ベース部２２の第１端面Ｍ１において、接続電極２２６ａと接続電極２２６ｂとは、第２隙間ＳＰ２を形成するように離れて形成される。これにより、実装端子２２５ａと実装端子２２５ｂとがショートしないように確保することができる。さらに、ベース部２２における第１端面Ｍ１の第２隙間ＳＰ２には封止材としての低融点ガラスＬＧが配置されている。

＜第２水晶振動子２００の製造方法＞
第２水晶振動子２００の製造方法は図６に示されたフローチャートと同じである。但し、ステップＳ１２１でベース部２２の外形を形成する際にベース部２２の四隅に円形の貫通孔が形成される（図１０を参照）。

上述の構成に対応して、リッドウエハ、水晶ウエハ及びベースウエハの共晶金属用溝部は貫通孔が形成されていないＺ’軸方向の両側に形成されることが望ましい。

（第３実施形態）
＜第３水晶振動子３００の全体構成＞
第３水晶振動子３００の全体構成について、図１５〜図１８を参照しながら説明する。図１５は、第３水晶振動子３００の分解斜視図である。図１５に示されたように、第３水晶振動子３００はリッド部３１と、ベース部１２と、リッド部３１及びベース部１２に挟まれた水晶フレーム３０とを備える。

＜＜水晶フレーム３０の構成＞＞
図１６（ａ）は＋Ｙ’軸側から見た水晶フレーム３０の平面図で、図１６（ｂ）は＋Ｙ’軸側から見た水晶フレーム３０の透明図である。図１６に示されたように、キャスタレーション１０６ａ、１０６ｂには封止材として低融点ガラスＬＧが配置されて第３水晶振動子３００を封止している。これにより、第３水晶振動子３００のキャビティＣＴ（図１８を参照）を気密することができる。ここで、低融点ガラスＬＧはキャスタレーション１０６ａ、１０６ｂのみに配置され、第１引出電極１０３ａと第２引出電極１０３ｂとの間には第１隙間ＳＰ１が形成されている。

＜＜リッド部３１の構成＞＞
図１７は、＋Ｙ’軸側から見たリッド部３１の透明図である。図１７に示されたように、リッド部３１は第２端面Ｍ２における水晶フレーム３０のキャスタレーション１０６ａ、１０６ｂに対応する位置のみに低融点ガラスＬＧが配置されている。これにより、リッド部３１と水晶フレーム３０とが接合するとき第３水晶振動子３００のキャビティＣＴ（図１８を参照）を気密することができる。また、金属膜１１２ａと金属膜１１２ｂとの間には第３隙間ＳＰ３が形成されている。

＜＜第３水晶振動子３００の組み立て＞＞
図１８は図１５のＡ−Ａ断面図である。図１８に示されたように、水晶フレーム３０のキャスタレーション１０６ａには低融点ガラスＬＧが形成されている。また、第１隙間ＳＰ１及び第２隙間ＳＰには低融点ガラスＬＧが形成されていない状態である。これにより、キャビティＣＴが密封され、リッド部３１の金属膜１１２ａと金属膜１１２ｂとが絶縁され、水晶フレーム１０の第１引出電極１０３ａと第２引出電極１０３ｂとが絶縁され、ベース部１２の接続電極１２６ａと接続電極１２６ｂとが絶縁される。

＜第３水晶振動子３００の製造方法＞
第３水晶振動子３００の製造方法について、図１９及び図２０を参照しながら説明する。図１９は、＋Ｙ’軸側から見たリッドウエハ３１Ｗの透明図である。図２０（ａ）は図１９におけるＤ−Ｄ断面図で接合前の低融点ガラスＬＧの状態を示した図であり、図２０（ｂ）は図１９におけるＤ−Ｄ断面図で接合後の低融点ガラスＬＧの状態を示した図である。

ステップＳ１１では、リッド部３１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、エッチングによりリッド部３１の外形が形成される。ステップＳ１１２において、図１９に示されたようにスパッタリングまたは真空蒸着によりリッドウエハ３１Ｗの第２端面Ｍ２に金属膜１１２ａ、１１２ｂが形成される。

ステップＳ１１３において、図１９に示されたように、スクリーン印刷でリッドウエハ３１Ｗに低融点ガラスＬＧが形成される。ここで、低融点ガラスＬＧはステップＳ１２１で形成される貫通孔ＣＨに対応する箇所のみに形成され（図２０（ａ）を参照）、金属膜１１２ａと金属膜１１２ｂとの間には第３隙間ＳＰ３が形成される。

ステップＳ１２では水晶フレーム３０が製造され、ステップＳ１３ではベース部１２が製造される。

ステップＳ１４では、複数の球形の共晶金属ＥＣが共晶金属用溝部に載置される（図１１（ａ）を参照）。

ステップＳ１５では、リッドウエハ３１Ｗと水晶ウエハ１０Ｗとベースウエハ１２Ｗとが共晶金属ＥＣにより接合され、低融点ガラスＬＧにより封止される。図２０（ａ）に示されたようにリッドウエハ３１Ｗと水晶ウエハ１０Ｗとベースウエハ１２Ｗとが接合する前に、低融点ガラスＬＧはリッドウエハ３１Ｗの第２端面Ｍ２における水晶ウエハ１０Ｗの貫通孔ＣＨに対応する箇所に所定の厚さで多めに配置される。

そして、図２０（ｂ）に示されたようにリッドウエハ３１Ｗと水晶ウエハ１０Ｗとベースウエハ１２Ｗとを押圧しながら接合するとき、リッドウエハ３１Ｗの第２端面Ｍ２に配置された低融点ガラスＬＧが水晶ウエハ１０Ｗの貫通孔ＣＨに流れ込む。これにより、余分な低融点ガラスＬＧがキャビティＣＴ内に流れ込まず、キャビティＣＴが密封される。

ステップＳ１６では、接合されたリッドウエハ３１Ｗと、水晶ウエハ１０Ｗと、ベースウエハ１２Ｗとが個々に切断される。これにより、数百から数千の第３水晶振動子３００が製造される。

以上、本明細書では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。

また、本明細書では低融点ガラスによりベースウエハと、水晶ウエハと、リッドウエハとなどが接合されているが、低融点ガラスの代わりにポリイミド樹脂を用いられてもよい。ポリイミド樹脂が用いられる場合においては、スクリーン印刷でもよいし、感光性のポリイミド樹脂を全面に塗布した後に露光することもできる。

例えば、本明細書ではＡＴカットされた水晶フレームを一例として説明したが、一対の振動腕を有する音叉型水晶フレームにも適用される。

また、本発明は、水晶振動部が枠体より薄く形成される逆メサ型の水晶フレームにも適用される。

さらに、本発明は水晶振動子以外にも、発振回路を組み込んだＩＣなどをキャビティ内に収容した圧電発振器にも適用できる。

１０、３０ … 水晶フレーム、 １０Ｗ … 水晶ウエハ
１１、３１ … リッド部、 １１Ｗ、３１Ｗ … リッドウエハ
１２、２２ … ベース部、 １２Ｗ … ベースウエハ
１００、２００、３００ … 水晶振動子
１０１ … 水晶振動部
１０２ａ … 第１励振電極、 １０２ｂ … 第２励振電極
１０３ａ、２０３ａ … 第１引出電極、 １０３ｂ、２０３ｂ … 第２引出電極
１０４、２０４ … 枠体
１０５ａ、１０５ｂ … 連結部
１０６ａ、１０６ｂ、１２２ａ、１２２ｂ、２２３ａ、２２３ｂ … キャスタレーション
１０８ … 貫通開口部
１０９、１２８ … 共晶金属用溝部
１１１ … リッド凹部、 １２１ … ベース凹部
１１２ａ、１１２ｂ … 金属膜
１２５ａ、１２５ｂ、２２５ａ、２２５ｂ … 実装端子
１２６ａ、１２６ｂ、２２６ａ、２２６ｂ … 接続電極
ＣＴ … キャビティ
ＥＣ … 共晶金属
ＬＧ … 低融点ガラス
Ｍ１ … 第１端面、 Ｍ２ … 第２端面
Ｍｅ … 表面、 Ｍｉ … 裏面
ＳＬ … スクライブライン
ＳＰ … 隙間

Claims (14)

1. 電圧の印加により振動する圧電振動片と、前記圧電振動片を囲むように形成された枠体と、前記枠体に形成され互いに第１隙間で離れる一対の引出電極と、前記枠体における前記第１隙間に対応する位置に形成され外周から凹んだ第１キャスタレーションとを有する圧電振動フレームと、
   前記枠体の一主面に接合される第１端面と、前記第１端面の反対側の実装面と、前記圧電振動フレームの前記第１キャスタレーションに対応する位置に形成され外周から凹んだ第２キャスタレーションと、前記実装面及び第２キャスタレーションに形成される一対の実装端子と、前記第１端面に形成され互いに第２隙間離れ前記一対の実装端子にそれぞれ導電される一対の接続電極とを有する第１板と、を備え、
   前記圧電振動フレームの前記引出電極と前記第１板の前記接続電極とが接合され、
   前記第１キャスタレーションに封止材が配置される圧電デバイス。
2. 前記第１キャスタレーションの体積は前記第２キャスタレーションの体積より大きい請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記封止材は、前記第１隙間及び前記第２隙間の一部又は全部を埋めるように配置される請求項１又は請求項２に記載の圧電デバイス。
4. 前記封止材は、前記第２キャスタレーションに配置される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
5. 前記圧電振動フレームの前記引出電極と前記第１板の前記接続電極との間には導電性のある共晶金属が配置される請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
6. 前記圧電振動フレームは、前記圧電振動片と前記枠体とを連結する連結部と、前記圧電振動片と前記枠体との間の貫通開口部とをさらに有し、
   前記圧電振動片の他主面に形成される前記引出電極は前記連結部及び前記貫通開口部を介して前記枠体の前記一主面まで伸びて形成される請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
7. 前記第１板には外周から凹んだ第３キャスタレーションを有し、
   前記接続電極は前記第３キャスタレーションを介して前記第１端面まで伸びて形成される請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
8. 前記圧電振動フレームの前記枠体の他主面に接合される第２端面を有する第２板を備える請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
9. 前記第２板の前記第２端面には互いに第３隙間で離れる一対の金属膜が形成され、
   前記第３隙間には前記封止材が配置されている請求項８に記載の圧電デバイス。
10. 前記第２板の前記金属膜と前記圧電振動フレームの他主面に形成された前記引出電極との間には共晶金属の層が配置される請求項８又は請求項９に記載の圧電デバイス。
11. 前記封止材は、低融点ガラス又はポリイミド樹脂である請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
12. 前記枠体が前記圧電振動片の厚さより厚く形成される請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
13. 電圧の印加により振動する圧電振動片と、前記圧電振動片を囲むように形成された枠体と、前記枠体に形成され互いに第１隙間で離れる一対の引出電極と、前記枠体における前記第１隙間に対応する位置に形成される第１貫通孔とを有する複数の圧電振動フレームを含む圧電ウエハを用意する工程と、
    第１端面と、前記第１端面の反対側の実装面と、前記圧電振動フレームの前記第１貫通孔に対応する位置に形成される第２貫通孔と、前記実装面及び前記第２貫通孔に形成される実装端子と、前記第１端面に形成され互いに第２隙間離れ前記実装端子に導電される接続端子と、を有する複数の第１板を含む第１ウエハを用意する工程と、
    第２端面と、前記第２端面に配置された封止材とを有する複数の第２板を含む第２ウエハを用意する工程と、
    前記圧電ウエハの前記引出電極と前記第１ウエハの前記接続電極とが接合するように前記圧電ウエハと前記第１ウエハと前記第２ウエハとを接合する接合工程と、を備え、
    前記第２ウエハを用意する工程では、前記封止材が前記圧電ウエハの前記第１貫通孔に対応する位置に配置され、
    前記接合工程では、前記第２ウエハの前記第２端面に配置された前記封止材が前記第１貫通孔に配置される圧電デバイスの製造方法。
14. 前記接合工程で、前記引出電極と前記接続電極とは導電性のある共晶金属を使った共晶金属接合法又は前記引出電極と前記接続電極とを活性化させて接合する直接接合法で接合される請求項１１に記載の圧電デバイスの製造方法。