JP2012044495A - 圧電デバイスの製造方法及び圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】スルーホールを有しないベースで且つウエハ単位で製造できる圧電デバイス及びその製造方法を提供する。
【解決手段】圧電デバイス１００は、一対の外部電極１２５ａ、１２５ｂが形成される第１面とその第１面の反対側で第１凹み部１２１及び第１接合面Ｍ１が形成される第２面と第１接合面から第１面と第２面とを結ぶ側面を介して外部電極と接続する一対の接続電極１２４ａ、１２４ｂとを有するベース１２と、接続電極と接続する一対の励振電極１０２ａ、１０２ｂを有しベースに保持される圧電振動片１０と、第１凹み部より大きな第２凹み部１１１及びその第２凹み部の周囲の第２接合面Ｍ２が形成されたリッド１１と、第２接合面の幅で第１接合面と第２接合面との間に環状に配置されベースとリッドとを封止する環状の封止材ＬＧと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、リッドウエハ又はベースウエハで形成されたパッケージに圧電振動片が個々に載置される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、特許文献１に示されるように、一般にアルミナセラミックの絶縁性ベースとそのセラミックベースの開口部にガラス又はコバール合金のリッドが固着されている。セラミックベースとリッドとがキャビティを形成し、そのキャビティ内に圧電振動片が収納されている。

また、特許文献２に示されるように、ベースがセラミックではなくコスト低減のためガラスを使用している表面実装用の圧電デバイスもある。そしてガラスベースとリッドとが低融点ガラスで固着されている。

特開２００５−３３３０３７号公報 特開２００５−０５７５２０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、セラミックベースであり個々に製造する必要があるためコスト低減の観点からは好ましくない。特許文献２に開示された圧電デバイスは、ガラスベースを使用しているが個々に製造する必要があり量産に適していない。また、特許文献２に開示された圧電デバイスは、ガラスベースにスルーホールを形成する必要があった。さらに特許文献２に開示された圧電デバイスは、圧電振動片とガラスベースとが接触しないように、ガラスベースの主面に接続電極を３０μｍ以上に厚く形成する必要があった。このため特許文献２の圧電デバイスはガラスベースを使用しても製造コストが高くなっていた。

そこで、本発明は、スルーホールを有しないベースで且つウエハ単位で製造できる圧電デバイス及びその製造方法を提供する。また、接続電極はスパッタ又は真空蒸着で形成される厚さ（数百ｎｍ）の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、一対の外部電極が形成される第１面とその第１面の反対側で第１凹み部及びその第１凹み部の周囲の第１接合面が形成される第２面と第１接合面から第１面と第２面とを結ぶ側面を介して外部電極と接続する一対の接続電極とを有する矩形状のベースと、接続電極と接続する一対の励振電極を有しベースに保持される圧電振動片と、圧電振動片を覆い第１凹み部より大きな第２凹み部及びその第２凹み部の周囲の第２接合面が形成されたリッドと、第２接合面の幅で第１接合面と第２接合面との間に環状に配置されベースとリッドとを封止する環状の封止材と、を備える。

第２観点の圧電デバイスは、ベースからリッドへの方向から見ると、ベースの外周は矩形状でありこの矩形状の辺にこの辺の長さの半分以上に渡ってキャスタレーションが形成され、接続電極はキャスタレーションの半分以上の長さで形成される。

第３観点の圧電デバイスの製造方法は、一対の外部電極が形成される第１面とその第１面の反対側で第１凹み部及びその第１凹み部の周囲の第１接合面が形成される第２面とを有する矩形状のベースを複数含み、隣り合う矩形状のベースの間の一辺に第１面から第２面まで貫通する少なくとも一対の貫通孔と第１接合面から一対の貫通孔を介して一対の外部電極と接続する一対の接続電極とが形成されたベースウエハを用意する工程と、一対の励振電極を有する圧電振動片を複数のベースの接続電極にそれぞれ配置する配置工程と、第１凹み部より大きな第２凹み部及びその第２凹み部の周囲の第２接合面が形成されたリッドを複数含むリッドウエハを用意する工程と、第２接合面の幅で環状に配置される封止材をベースウエハ又はリッドウエハに形成する封止材形成工程と、封止材形成工程後にベースウエハとリッドウエハとを加熱及び加圧して接合する接合工程と、を備える。

第４観点の圧電デバイスの製造方法において、配置工程は圧電振動片を導電性接着剤を介して接続電極に配置する。

第５観点の圧電デバイスの製造方法において、貫通孔は一辺の長さの１／３から１／２を占める長孔である。

第６観点の圧電デバイスの製造方法において、接続電極は長孔の長さの半分以上の幅で形成される。

第７観点の圧電デバイスの製造方法は、接合工程後に圧電デバイスをスクライブラインに沿って個々に切断する切断工程を備え、貫通孔の一部はスクライブラインに重なる。

第８観点の圧電デバイスの製造方法は、接合工程前に接続電極又は外部電極にプローブを当接させて圧電振動片の振動周波数を測定する測定工程を備える。

第９観点の圧電デバイスの製造方法において、封止材は３５０℃〜４１０℃で溶融するガラスの接着剤を含む。

本発明の製造方法によれば、ウエハ単位でコストを低減させて圧電デバイスを製造できる。また、圧電デバイス内に有害ガスや水分が含まれなく、大量生産が可能である。また本発明の圧電デバイスは有害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実施形態の第１水晶振動子１００の分解斜視図である。 水晶振動片１０をベース部１２に載置した後、且つリッド部１１をベース部１２に接合する前の第１実施形態の第１水晶振動子１００の斜視図である。水晶振動片１０の振動周波数を測定している状態が示されている。 （ａ）は、図１のＡ−Ａ断面図である。 （ｂ）は、第１実施形態の第１水晶振動子１００の底面図である。 第１実施形態の第１水晶振動子１００の製造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。 リッドウエハ１１Ｗの平面図である。 ベースウエハ１２Ｗの平面図である。 （ａ）は、水晶振動片１０をベース部１２’に載置した後、且つリッド部１１をベース部１２’に接合する前の第１水晶振動子１００’の斜視図である。 （ｂ）は、第１水晶振動子１００’の底面図である。 ベースウエハ１２Ｗ’の底面図である。 第２実施形態の第２水晶振動子２００の分解斜視図である。 圧電振動片２０をベース部２２に載置した後、且つリッド部２１をベース部２２に接合する前の第２実施形態の第２水晶振動子２００の斜視図で、圧電振動片２０の振動周波数測定を示した斜視図である。 （ａ）は、図１０のＢ−Ｂ断面図である。 （ｂ）は、第２実施形態の第２水晶振動子２００の底面図である。 水晶ウエハ２０Ｗの平面図である。 ベースウエハ２２Ｗの平面図である。

（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の全体構成について、図１〜図３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２は、水晶振動片１０をベース部１２に載置した後、且つリッド部１１をベース部１２に接合する前の第１実施形態の第１水晶振動子１００の斜視図である。図３（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図で、（ｂ）は第１水晶振動子１００の底面図である。

ここで、圧電振動片としてＡＴカットの水晶振動片１０が使われている。つまり、ＡＴカットの水晶振動片は、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、第１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Ｙ’軸及びＺ’軸として用いる。すなわち、第１実施形態において第１水晶振動子１００の長手方向をＸ軸方向、第１水晶振動子１００の高さ方向をＹ’軸方向、Ｘ及びＹ’軸方向に垂直な方向をＺ’として説明する。

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、ベース部１２に載置される水晶振動片１０とを備える。

水晶振動片１０は、ＡＴカットされた水晶片１０１により構成され、その水晶片１０１の中央付近の両主面に一対の励振電極１０２ａ、１０２ｂが対向して配置されている。また、励振電極１０２ａには水晶片１０１の底面（−Ｙ’側）の−Ｘ側まで伸びた引出電極１０３ａが接続され、励振電極１０２ｂには水晶片１０１の底面（−Ｙ’側）の＋Ｘ側まで伸びた引出電極１０３ｂが接続されている。

ここで、水晶振動片１０はＸ軸方向の長さＬ６が２４００μｍ程度で、Ｚ’軸方向の幅Ｗ６が１５００μｍ程度で、Ｙ’軸方向の高さＨ６は１００μｍ程度である。また、励振電極及び引出電極は例えば下地としてのクロム層が用いられ、クロム層の上面に金層が用いられる。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は、表面（＋Ｙ’側の面）にベース凹部１２１の周囲に形成された第１端面Ｍ１を有している。また、ベース部１２はＸ軸方向の両側にベース貫通孔ＢＨ１（図７を参照）を形成した際のＺ’軸方向伸びたベースキャスタレーション１２２ａ、１２２ｂが形成されている。ベース側面電極１２３ａ、１２３ｂ（図３（ａ）を参照）がベースキャスタレーション１２２ａ、１２２ｂにそれぞれ形成されている。また、ベース側面電極１２３ａと電気的に接続された接続電極１２４ａがベース部１２の第１端面Ｍ１の−Ｘ側に形成されている。同様に、ベース側面電極１２３ｂと電気的に接続された接続電極１２４ｂがベース部１２の第１端面Ｍ１の＋Ｘ側に形成されている。さらに、ベース部１２は実装面（水晶振動子の実装面）にベース側面電極１２３ａ、１２３ｂとそれぞれ電気的に接続された一対の実装端子１２５ａ、１２５ｂを有している（図３（ｂ）を参照）。

図２に示されたように、ベース部１２はＸ軸方向の長さＬ１が３２００μｍ程度で、Ｚ’軸方向の幅Ｗ１が２５００μｍ程度で、Ｙ’軸方向の高さＨ３は３００μｍ程度である。ベースキャスタレーション１２２ａ、１２２ｂのＺ’方向の長さＷ２はベース部１２の幅Ｗ１の１／３〜１／２程度、すなわち約８００〜１３００μｍである。接続電極１２４ａ、１２４ｂのＺ’方向の長さＷ３はベースキャスタレーション１２２ａ、１２２ｂの長さＷ２と同程度から１／２程度、すなわち約７００〜１３００μｍである。

図３に示されたように、ベース凹部１２１のＸ軸方向の長さＬ５は水晶振動片１０のＸ軸方向の長さＬ６より短く形成され、２２１０μｍ程度である。ベース凹部１２１の深さは、４０μｍ程度である。さらに、ベース側面電極、接続電極及び実装端子は励振電極及び引出電極と同じ構成である。

つまり、第１水晶振動子１００において水晶振動片１０の長さＬ６（２４００μｍ）がベース凹部１２１の長さＬ５（２２１０μｍ）より大きい。このため、水晶振動片１０を導電性接着剤１３でベース部１２に載置すると、水晶振動片１０のＸ軸方向の両端がベース部１２の第１端面Ｍ１に載置される。このとき、図３（ａ）に示されたように水晶振動片１０の引出電極１０３ａ、１０３ｂがベース部１２の接続電極１２４ａ、１２４ｂにそれぞれ電気的に接続される。これにより、実装端子１２５ａ、１２５ｂがベース側面電極１２３ａ、１２３ｂ、接続電極１２４ａ、１２４ｂ、導電性接着剤１３及び引出電極１０３ａ、１０３ｂを介して励振電極１０２ａ、１０２ｂにそれぞれ電気的に接続される。つまり、実装端子１２５ａ、１２５ｂに交番電圧（正負を交番する電位）を印加したときに、水晶振動片１０は厚みすべり振動する。

また、ベース部１２の接続電極１２４ａ、１２４ｂがより幅広く（Ｗ３：７００μｍ以上）形成されているので、水晶振動片１０をベース部１２に接着したとき引出電極１０３ａ、１０３ｂと接続電極１２４ａ、１２４ｂとがより広い領域で接続できる。このため、引出電極１０３ａ、１０３ｂと接続電極１２４ａ、１２４ｂとがより確実に電気的に接続され配線抵抗も小さい。また、図２に示されたように一対の周波数測定用のプローブＰＢ１、ＰＢ２を接続電極１２４ａ、１２４ｂにそれぞれ当接することで、水晶振動片１０の振動周波数が測定できる。ここで、接続電極１２４ａ、１２４ｂの面積が大きいので、より簡単かつ精確に水晶振動片１０の振動周波数を測定することができる。

さらに、図３（ｂ）に示されたようにベース部１２の実装面の四隅には４つの実装端子１２５がそれぞれ形成されている。その中、実装端子１２５ａ、１２５ｂはベース側面電極１２３ａ、１２３ｂにそれぞれ電気的に接続され、別の２つの実装端子１２５はアースに使われる。

図１〜図３に示されたように、第１水晶振動子１００はリッド部１１のリッド凹部１１１とベース部１２のベース凹部１２１によって水晶振動片１０を収納するキャビティＣＴを形成する。キャビティＣＴは、不活性ガスで満たされたり又は真空状態に気密されたりする。

リッド部１１はその−Ｙ’側にリッド凹部１１１の周囲に形成された第２端面Ｍ２を有している。また、リッド部１１の第２端面Ｍ２は例えば非導電性接着剤である低融点ガラスＬＧによりベース部１２の第１端面Ｍ１に接続される。

低融点ガラスＬＧは、３５０℃〜４００℃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。バナジウム系ガラスの融点は水晶材又はガラスなどで形成されたリッド部１１及びベース部１２の融点より低く、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。バナジウム系ガラスは空気中の水分がキャビティＣＴ内に進入したりキャビティＣＴ内の真空度を低下させたりすることを防止する。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。

リッド部１１は、ベース部１２と同様にＸ軸方向の長さＬ１が３２００μｍ程度で、Ｚ’軸方向の幅Ｗ１が２５００μｍ程度であるが、そのＹ’軸方向の高さＨ２は４５０μｍ程度である。また、リッド凹部１１１のＸ軸方向の長さＬ４は水晶振動片１０のＸ軸方向の長さＬ６より長く形成され、２６００μｍ程度である。リッド凹部１１１の深さは、２５０μｍ程度である。

つまり、リッド凹部１１１の長さＬ４（２６００μｍ）が水晶振動片１０の長さＬ６（２４００μｍ）及びベース凹部１２１の長さＬ５（２２１０μｍ）より大きい。このため、低融点ガラスＬＧは図１及び図３（ａ）に示されたように、ベース部１２の第１端面Ｍ１の外側（幅は３００μｍ程度）でリッド部１１とベース部１２とを接合する。

＜第１水晶振動子１００の製造方法＞
図４は、第１水晶振動子１００の製造を示したフローチャートである。図４において、水晶振動片１０の製造ステップＳ１０と、リッド部１１の製造ステップＳ１１と、ベース部１２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。また、図５は水晶ウエハ１０Ｗの平面図で、図６はリッドウエハ１１Ｗの平面図で、図７はベースウエハ１２Ｗの平面図である。

ステップＳ１０では、水晶振動片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、図５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振動片１０の外形が形成される。ここで、各水晶振動片１０は連結部１０４により水晶ウエハ１０Ｗに連接されている。

ステップＳ１０２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の両面及び側面にクロム層及び金層が順に形成される。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（図示しない）を用いて、フォトマスクに描かれた励振電極、引出電極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５に示されたように水晶ウエハ１０Ｗ両面及び側面には励振電極１０２ａ、１０２ｂ及び引出電極１０３ａ、１０３ｂが形成される（図１を参照）。

ステップＳ１０３において、水晶振動片１０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５に示された一点鎖線のカットラインＣＬに沿って切断する。

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及びＳ１１２を含んでいる。

ステップＳ１１１において、図６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の周囲には第１端面Ｍ１が形成される。

ステップＳ１１２において、図６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２端面Ｍ２に低融点ガラスＬＧが印刷される。その後、低融点ガラスＬＧを仮硬化することで、低融点ガラス膜がリッドウエハ１１Ｗの第２端面Ｍ２に形成される。

ステップＳ１２では、ベース部１２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７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の周囲には第１端面Ｍ１が形成される。同時に、各ベース部１２のＸ軸方向の両辺にはベースウエハ１２Ｗを貫通するように角丸長方形のベース貫通孔ＢＨ１が形成される。ベース貫通孔ＢＨ１が半分割されると１つのベースキャスタレーション１２２ａ、１２２ｂ（図１を参照）になる。

ステップＳ１２２では、ステップＳ１０２で説明されたスパッタ及びエッチング方法によって図７に示されたようにベース部１２の実装面（水晶振動子の実装面）の四隅に実装端子１２５が形成される。同時に、ベース貫通孔ＢＨ１にはベース側面電極１２３ａ、１２３ｂが形成され、第２端面Ｍ２には接続電極１２４ａ、１２４ｂが形成される（図１を参照）。

ステップＳ１３では、ステップＳ１０で製造された水晶振動片１０が導電性接着剤１３でベース部１２の第１端面Ｍ１に載置される。このとき、水晶振動片１０の引出電極１０３ａ、１０３ｂとベース部１２の第１端面Ｍ１に形成された接続電極１２４ａ、１２４ｂとの位置が合うように水晶振動片１０がベース部１２の第１端面Ｍ１に載置される。このとき、引出電極１０３ａ、１０３ｂと接続電極１２４ａ、１２４ｂとの接続面積が大きいのでより確実に電気的に接続することができる（図２を参照）。

ステップＳ１４では、一対の周波数測定用のプローブＰＢ１、ＰＢ２を接続電極１２４ａ、１２４ｂにそれぞれ当接され、１つ１つの水晶振動片１０の振動周波数が測定される。ここで、接続電極１２４ａ、１２４ｂの面積が大きいので、より簡単かつ精確に水晶振動片１０の振動周波数を測定することができる。ステップＳ１４では周波数測定用のプローブＰＢ１、ＰＢ２を接続電極１２４ａ、１２４ｂに当接するが、実装端子１２５ａ、１２５ｂに当接して振動周波数を測定してもよい。

ステップＳ１５では、水晶振動片１０の励振電極１０２ａの厚みを調整する。励振電極１０２ａに金属をスパッタリングして質量を増加させて周波数を下げたり、逆スパッタリングして励振電極１０２ａから金属を昇華させて質量を低減させて周波数を上げる。周波数調整の詳細は本出願人による特開２００９−１４１８２５に開示されている。なお、振動周波数の測定結果が所定範囲内であれば必ずしも振動周波数を調整する必要はない。

ベースウエハ１２Ｗには数百から数千個の水晶振動片１０が載置されている。ステップＳ１４で１つの水晶振動片１０の振動周波数を測定した後、ステップＳ１５で１つの水晶振動片１０の振動周波数を調整してもよい。このステップの繰り返しをベースウエハ１２Ｗ上のすべての水晶振動片１０に対して行う。また、ステップＳ１４でベースウエハ１２Ｗ上のすべての水晶振動片１０の振動周波数を測定した後、ステップＳ１５で１つずつ水晶振動片１０の振動周波数を調整してもよい。

ステップＳ１６では、低融点ガラスＬＧを加熱させリッドウエハ１１Ｗとベースウエハ１２Ｗとが加圧される。これによりリッドウエハ１１Ｗとベースウエハ１２Ｗとが低融点ガラスＬＧにより接合される。

ステップＳ１７では、接合されたリッドウエハ１１Ｗ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６及び図７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１実施形態の変形例）
第１実施形態の変形例である第１圧電振動子１００’について、図８及び図９を参照しながら説明する。図８（ａ）は水晶振動片１０をベース部１２’に載置した後、且つリッド部１１をベース部１２’に接合する前の第１水晶振動子１００’の斜視図で、（ｂ）は第１水晶振動子１００’の底面図である。図９は、ベースウエハ１２Ｗ’の底面図である。

図８（ａ）に示された第１圧電振動子１００’は、ベース側面電極１２３ａ’（及び１２３ｂ’）がベース部１２’のキャスタレーション１２２ａ（及び１２２ｂ）全面に形成せず、接続電極１２４ａ（及び１２４ｂ）とＺ’軸方向でほぼ同じ幅のみに形成されている。したがって、図８（ｂ）に示された実装端子１２５ａ’、１２５ｂ’及び１２５’は、Ｘ軸方向の両側にベース部１２’の縁部と間隔１２７を有するように形成されている。同様に、実装端子１２５ａ’、１２５ｂ’及び１２５’はＺ’軸方向の両側にもベース部１２’の縁部と間隔１２８を有するように形成されている。

このような構成よれば、図９に示されたように、ベースウエハ１２Ｗ’の実装面に形成された各ベース部１２’に付属される実装端子同士がそれぞれに離れて形成されている。つまり、隣り合うベース部１２’に形成された各実装端子が電気的に接続されていない。これにより、ウエハ状態でプローブＰＢ１、ＰＢ２（図２を参照）により水晶振動片１０の振動周波数が測定とき、隣り合うベース部１２’に載置された水晶振動片１０による影響がない。このため、より精確に水晶振動片１０の振動周波数を測定することができる。

（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１０〜図１２を参照しながら説明する。なお、第２水晶振動子２００は音叉型水晶振動片２０を有しているので、その座標系は第１実施形態のＡＴカットで回転された座標系ではない。つまり、第２実施形態に関する図１０〜図１４では第１実施形態と同じＸ軸が用いられ、振動腕２０５が伸びる方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に垂直な高さ方向をＺ軸方向とする。

図１０に示されたように、リッド凹部２１１を有するリッド部２１と、ベース凹部２２１を有するベース部２２と、ベース部２２に載置され一対の振動腕２０５を有する音叉型水晶振動片２０とを備える。

音叉型水晶振動片２０は−Ｙ側に形成されＺ軸方向から見てほぼ矩形形状の基部２０４と、基部２０４の一辺から＋Ｙ軸方向に沿って伸びた一対の振動腕２０５とを備えている。一対の振動腕２０５の断面はほぼ矩形形状であり、表面、裏面及び両側面には励振電極２０２ａ、２０２ｂが形成されている。一対の振動腕２０５の表面および裏面には、Ｙ軸方向に伸びる溝部２０７が形成されていてもよい。その溝部２０７に励振電極が形成されると、振動腕２０５に発生する電界が大きくなりＣＩ（クリスタルインピーダンス）値の上昇が抑えられる。さらに、振動腕２０５の＋Ｙ側の先端には錘部２０８がそれぞれ形成されてもよい。錘部２０８は音叉型水晶振動片２０の一対の振動腕２０５が振動しやすくなるための錘であり、且つ周波数調整のために設けられている。音叉型水晶振動片２０は、たとえば３２．７６８ｋＨｚで振動する振動片で、極めて小型の振動片となっている。

音叉型水晶振動片２０は、基部２０４から一対の振動腕２０５のＸ軸方向の外側でＹ軸方向に音叉型水晶振動片２０のほぼ中央部まで伸びた一対の支持腕２０６ａ、２０６ｂを有している。また、一対の支持腕２０６ａ、２０６ｂはその先端部がＸ軸方向の両側に折り曲げて形成される。ここで、一対の支持腕２０６ａ、２０６ｂは一対の振動腕２０５の振動が第２水晶振動子２００の外部へ漏れる振動漏れを小さくする効果を有する。また一対の支持腕２０６ａ、２０６ｂは、キャビティＣＴ（図１２（ａ）を参照）の温度変化、または衝撃の影響を受けづらくさせる効果を有する。なお、基部２０４、振動腕２０５及び支持腕２０６ａ、２０６ｂは同じ厚さで形成され、ウェットエッチングにより同時に形成される。

また、音叉型水晶振動片２０は両面に一対の振動腕２０５から一対の支持腕２０６ａ、２０６ｂの先端までそれぞれ伸びた引出電極２０３ａ、２０３ｂが形成されている。また、引出電極２０３ａ、２０３ｂは一対の振動腕２０５に形成された励振電極２０２ａ、２０２ｂにそれぞれ接続されている。

なお、音叉型水晶振動片２０はＹ軸方向の長さＬ７が２０００μｍ程度で、Ｘ軸方向の幅Ｗ７が１８００μｍ程度で、Ｚ軸方向の高さＨ７は１００μｍ程度である。ここで、長さＬ７は振動腕２０５の＋Ｙ側の端部から基部２０４の−Ｙ側の端部までの距離で、幅Ｗ７は、支持腕２０６ａの＋Ｘ側の端部から支持腕２０６ｂの−Ｘ側の端部までの距離である。

ベース部２２は、表面（＋Ｚ側の面）にベース凹部２２１の周囲に形成された第１端面Ｍ１を有している。また、ベース部２２はＸ軸方向の両側にベース貫通孔ＢＨ２（図１４を参照）を形成した際のＹ軸方向伸びたベースキャスタレーション２２２ａ、２２２ｂが形成されている。ベースキャスタレーション２２２ａ、２２２ｂにはベース側面電極２２３ａ、２２３ｂ（図１２（ａ）を参照）がそれぞれ形成されている。また、ベース部２２の第１端面Ｍ１の＋Ｘ側にはベース側面電極２２３ａと電気的に接続された接続電極２２４ａが形成されている。同様に、ベース部２２の第１端面Ｍ１の−Ｘ側にはベース側面電極２２３ｂと電気的に接続された接続電極２２４ｂが形成されている。さらに、ベース部２２は実装面（水晶振動子の実装面）にベース側面電極２２３ａ、２２３ｂとそれぞれ電気的に接続された一対の実装端子２２５ａ、２２５ｂが形成されている（図１２（ｂ）を参照）。

図１１に示されたように、ベース部２２の外形寸法は第１実施形態で説明されたベース部１２と同じである。ベースキャスタレーション２２２ａ、２２２ｂのＹ方向の長さＬ２はベース部２２の長さＬ１の１／３〜１／２程度、すなわち約１０００〜１６００μｍである。接続電極２２４ａ、２２４ｂのＹ方向の長さＬ３はベースキャスタレーション２２２ａ、２２２ｂの長さＬ２と同程度から１／２程度、すなわち約８００〜１６００μｍである。

図１２に示されたように、また、ベース凹部２２１のＸ軸方向の幅Ｗ５は音叉型水晶振動片２０のＸ軸方向の幅Ｗ７（１８００μｍ程度）より短く形成され、１５００μｍ程度である。ベース凹部１２１の深さは、４０μｍ程度である。さらに、ベース側面電極、接続電極及び実装端子は励振電極及び引出電極と同じ構成である。

つまり、図１２（ａ）に示されたように第２水晶振動子２００において音叉型水晶振動片２０の幅Ｗ７（１８００μｍ）がベース凹部２２１の幅Ｗ５（１５００μｍ）より大きい。このため、音叉型水晶振動片２０を導電性接着剤１３でベース部２２に載置すると、音叉型水晶振動片２０の一対の支持腕２０６ａ、２０６ｂの両端がベース部２２の第１端面Ｍ１に載置される。このとき、音叉型水晶振動片２０の引出電極２０３ａ、２０３ｂがベース部２２の接続電極２２４ａ、２２４ｂにそれぞれ電気的に接続される。これにより、実装端子２２５ａ、２２５ｂがベース側面電極２２３ａ、２２３ｂ、接続電極２２４ａ、２２４ｂ、導電性接着剤１３及び引出電極２０３ａ、２０３ｂを介して励振電極２０２ａ、２０２ｂにそれぞれ電気的に接続される。つまり、実装端子２２５ａ、２２５ｂに交番電圧（正負を交番する電位）を印加したときに、音叉型水晶振動片２０の振動腕２０５は振動する。

また、ベース部２２の接続電極２２４ａ、２２４ｂがより幅広く（Ｌ３：８００μｍ）形成されているので、音叉型水晶振動片２０をベース部２２に接着したとき引出電極２０３ａ、２０３ｂと接続電極２２４ａ、２２４ｂとがより広い領域で接続できる。このため、引出電極２０３ａ、２０３ｂと接続電極２２４ａ、２２４ｂとがより確実に電気的に接続されている。また、図１１に示されたように一対の周波数測定用のプローブＰＢ１、ＰＢ２を接続電極２２４ａ、２２４ｂにそれぞれ当接することで、音叉型水晶振動片２０の振動周波数が測定できる。ここで、接続電極２２４ａ、２２４ｂの面積が大きいので、より簡単かつ精確に音叉型水晶振動片２０の振動周波数を測定することができる。

さらに、図１２（ｂ）に示されたようにベース部２２の実装面には４つの実装端子２２５が形成されている。その中、実装端子２２５ａ、２２５ｂはベース側面電極２２３ａ、２２３ｂにそれぞれ電気的に接続され、別の２つの実装端子２２５はアースに使われる。

図１０〜図１２に示されたように、第２水晶振動子２００はキャビティＣＴを形成したリッド部２１を有している。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気密されたりする。

なお、リッド部２１はその−Ｚ側にリッド凹部２１１の周囲に形成された第２端面Ｍ２を有している。また、リッド部２１の第２端面Ｍ２は例えば非導電性接着剤である低融点ガラスＬＧによりベース部２２の第１端面Ｍ１に接続される。

リッド部２１の外形寸法は、第１実施形態で説明されたリッド部１１と同じである。また、リッド凹部２１１のＸ軸方向の幅Ｗ４は音叉型水晶振動片２０のＸ軸方向の幅Ｗ７（１８００μｍ程度）より長く形成され、２０００μｍ程度である。リッド凹部２１１の深さは、２５０μｍ程度である。

つまり、リッド凹部２１１の幅Ｗ４（２０００μｍ）が音叉型水晶振動片２０の幅Ｗ７（１８００μｍ）及びベース凹部２２１の幅Ｗ５（１５００μｍ）より大きい。このため、低融点ガラスＬＧは図１０及び図１２（ａ）に示されたように、ベース部２２の第１端面Ｍ１の外側（幅は２５０μｍ程度）でリッド部２１とベース部２２とを接合する。

また、第２実施形態においても、第１実施形態の変形例で説明されたように、ベース側面電極がベース部のキャスタレーションの全面に形成せず、接続電極とＹ軸方向でほぼ同じ幅のみに形成されてもよい。

＜第２水晶振動子２００の製造方法＞
第２水晶振動子２００の製造方法について、第１実施形態で説明された図４を参照しながら説明する。また、図１３は水晶ウエハ２０Ｗの平面図で、図１４はベースウエハ２２Ｗの平面図である。

ステップＳ１０では、音叉型水晶振動片２０が製造される。まず、図１３に示されたように均一の水晶ウエハ２０Ｗにエッチングにより複数の音叉型水晶振動片２０の外形が形成される。ここで、各音叉型水晶振動片２０は連結部２０９により水晶ウエハ２０Ｗに連接されている。そして、図４のステップＳ１０２で説明されたように励振電極２０２ａ、２０２ｂ及び引出電極２０３ａ、２０３ｂが形成される。その後、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１３に示された一点鎖線のカットラインＣＬに沿って音叉型水晶振動片２０が個々に切断される。

ステップＳ１１では、リッド部２１が製造される。第２実施形態のリッド部２１は第１実施形態のリッド部１１と同じ形状で寸法のみが異なるので、第１実施形態と同じ製造方法で製造できる。

ステップＳ１２では、ベース部２２が製造される。まず、図１４に示されたように均一厚さの水晶平板のベースウエハ２２Ｗにベース凹部２２１が数百から数千個形成される。同時に、各ベース部２２のＸ軸方向の両辺にはベースウエハ２２Ｗを貫通するように角丸長方形のベース貫通孔ＢＨ２が形成される。ベース貫通孔ＢＨ２が半分割されると１つのベースキャスタレーション２２２ａ、２２２ｂ（図１０を参照）になる。その後、図４のステップＳ１０２で説明されたようにベース貫通孔ＢＨ２にベース側面電極２２３ａ、２２３ｂが形成され、第２端面Ｍ２に接続電極２２４ａ、２２４ｂが形成される（図１０を参照）。

ステップＳ１３では、ステップＳ１０で製造された音叉型水晶振動片２０が導電性接着剤１３でベース部２２の第１端面Ｍ１に載置される（図１１を参照）。
ステップＳ１４では、一対の周波数測定用のプローブＰＢ１、ＰＢ２を接続電極２２４ａ、２２４ｂにそれぞれ当接することで、音叉型水晶振動片２０の振動周波数が測定される。

ステップＳ１５では、音叉型水晶振動片２０の振動腕２０５の錘部２０８にレーザーが照射されて錘部２０８から金属が昇華され、振動周波数が調整される。ベースウエハ２２Ｗに載置された音叉型水晶振動片２０のすべて振動周波数が測定されてから、個々の音叉型水晶振動片２０の振動周波数が調整されてもよいし、１つ１つの振動周波数の測定後に振動周波数が調整されてもよい。

ステップＳ１６では、低融点ガラスＬＧが加熱されリッドウエハ（図６を参照）とベースウエハ２２Ｗとが加圧される。これにより、リッドウエハ（図６を参照）とベースウエハ２２Ｗとが低融点ガラスＬＧにより接合される。

ステップＳ１７では、接合されたリッドウエハ（図６を参照）と、ベースウエハ２２Ｗとが個々に切断される。これにより、数百から数千の第２水晶振動子２００が製造される。

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。

第１実施形態及び第２実施形態において、リッド部とベース部とは非導電性接着剤である低融点ガラスＬＧにより接合されているが、低融点ガラスＬＧ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。
また、実装端子はベース部の底面の四隅に形成されているが、Ｘ軸方向の両側に形成された一対の実装端子でもよい。このとき、アース用の実装端子が形成されていない。
また、例えば、実施形態では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。
さらに、本発明では１枚のウエハに複数の水晶振動片が同時に形成されているが、個々の水晶片に対して研磨、エッチング及び電極形成が行われてもよい。

１０、２０ … 水晶振動片
１１、２１ … リッド部、 １１Ｗ … リッドウエハ
１２、１２’、２２ … ベース部、 １２Ｗ、１２Ｗ’、２２Ｗ … ベースウエハ
１３ … 導電性接着剤
１００、１００’、２００ 水晶振動子
１０１ … 水晶片
１０２ａ、１０２ｂ、２０２ａ、２０２ｂ … 励振電極
１０３ａ、１０３ｂ、２０３ａ、２０３ｂ … 引出電極
１０４、２０９ … 連結部
１１１、２１１ … リッド凹部
１２１、２２１ … ベース凹部
１２２ａ、１２２ｂ、２２２ａ、２２２ｂ … キャスタレーション
１２３ａ、１２３ｂ、２２３ａ、２２３ｂ、１２３ａ’、１２３ｂ’ … 側面電極
１２４ａ、１２４ｂ、２２４ａ、２２４ｂ … 接続電極
１２５、１２５ａ、１２５ｂ、２２５、２２５ａ、２２５ｂ、１２５’、１２５ａ’、１２５ｂ’ … 実装端子
２０４ … 基部
２０５ … 振動腕
２０６ａ、２０６ｂ … 支持腕
２０７ … 溝部
２０８ … 錘部
ＣＴ … キャビティ
ＬＧ … 低融点ガラス
ＰＢ１、ＰＢ２ … プローブ

Claims (9)

1. 一対の外部電極が形成される第１面とその第１面の反対側で第１凹み部及びその第１凹み部の周囲の第１接合面が形成される第２面と、前記第１接合面から前記第１面と第２面とを結ぶ側面を介して前記外部電極と接続する一対の接続電極と、を有する矩形状のベースと、
   前記接続電極と接続する一対の励振電極を有し、前記ベースに保持される圧電振動片と、
   前記圧電振動片を覆い、前記第１凹み部より大きな第２凹み部及びその第２凹み部の周囲の第２接合面が形成されたリッドと、
   前記第２接合面の幅で、前記第１接合面と前記第２接合面との間に環状に配置され、前記ベースと前記リッドとを封止する環状の封止材と、
   を備える圧電デバイス。
2. 前記ベースから前記リッドへの方向から見ると、前記ベースの外周は矩形状でありこの矩形状の辺にこの辺の長さの半分以上に渡ってキャスタレーションが形成され、
   前記接続電極は前記キャスタレーションの半分以上の長さで形成される請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 一対の外部電極が形成される第１面とその第１面の反対側で第１凹み部及びその第１凹み部の周囲の第１接合面が形成される第２面とを有する矩形状のベースを複数含み、隣り合う前記矩形状のベースの間の一辺に前記第１面から前記第２面まで貫通する少なくとも一対の貫通孔と、前記第１接合面から前記一対の貫通孔を介して前記一対の外部電極と接続する一対の接続電極とが形成されたベースウエハを用意する工程と、
   一対の励振電極を有する圧電振動片を前記複数のベースの前記接続電極にそれぞれ配置する配置工程と、
   前記第１凹み部より大きな第２凹み部及びその第２凹み部の周囲の第２接合面が形成されたリッドを複数含むリッドウエハを用意する工程と、
   前記第２接合面の幅で環状に配置される封止材を、前記ベースウエハ又はリッドウエハに形成する封止材形成工程と、
   前記封止材形成工程後に、前記ベースウエハと前記リッドウエハとを加熱及び加圧して接合する接合工程と、
   を備える圧電デバイスの製造方法。
4. 前記配置工程は、前記圧電振動片を導電性接着剤を介して前記接続電極に配置する請求項３に記載の圧電デバイスの製造方法。
5. 前記貫通孔は前記一辺の長さの１／３から１／２を占める長孔である請求項３又は請求項４に記載の圧電デバイスの製造方法。
6. 前記接続電極は前記長孔の長さの半分以上の幅で形成される請求項５に記載の圧電デバイスの製造方法。
7. 前記接合工程後に、前記圧電デバイスをスクライブラインに沿って個々に切断する切断工程を備え、
   前記貫通孔の一部は前記スクライブラインに重なる請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法。
8. 前記接合工程前に、前記接続電極又は前記外部電極にプローブを当接させて前記圧電振動片の振動周波数を測定する測定工程を備える請求項３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。
9. 前記封止材は３５０℃〜４１０℃で溶融するガラスの接着剤を含む請求項３から請求項８のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法。