JP5139766B2 - 圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動片のパッケージ封止において、パッケージに導通用金属線を設けたガラスウエハを用いた圧電デバイスの製造方法に関する。

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。また、回路基板に表面実装が可能な圧電振動子が要求されている。

従来、圧電振動子はパッケージ内部に圧電振動片を収容し、圧電振動片はパッケージ内の電極部に接合されている。通常パッケージは、ガラスまたはセラミックで形成され、内部に所定の内部空間を備えている。パッケージ底部には、パッケージ内部と底部とに貫通するスルーホールが形成されており、スルーホールは高温ハンダなどで封止されている。

例えば、セラミックパッケージを使った封止技術には特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１では、パッケージの上端面にロウ材などの接着剤が塗布され、加熱可能なチャンバー内で上から荷重をかけながら加熱しロウ材などを溶融し、パッケージを圧着させる。そしてパッケージのスルーホールに、高温ハンダなどの封止材を載せ真空中もしくは不活性ガス中のチャンバー内で、レ−ザー光を照射して高温ハンダが溶融されることでパッケージが封止される。
特開２００３−１５８４３９号公報

特許文献１に開示された封止方法は、パッケージ底部に形成されたスルーホールに、封止材を挿入し、レーザー光を照射して封止材を溶融し、スルーホールを封止している。しかし、封止方法は個別対応と成り量産性に問題があった。

本発明の目的は、電気抵抗の低い金属線を所定の間隙に配置したガラスウエハの金属線を、リード線として用いたガラスベースを形成し、ウエハ単位で圧電デバイスを製造する。この金属線入りガラスウエハを用いた圧電デバイスを提供することにある。

第１の観点の圧電デバイスは、第１電極パターンと第２電極パターンとを有する圧電振動片と、第１面とこの反対面の第２面とを有し、圧電振動片を載置するガラスベースと、記圧電振動片を封止する蓋部と、を備える圧電デバイスである。そして、ガラスベースは第１面及び第２面に端部の側面が露出する第１金属線及び第２金属線を有し、第１面に露出した第１金属線及び第２金属線の端部はそれぞれ第１電極パターン及び第２電極パターンに接続する。
第１金属線及び第２金属線の端部の側面が露出しているので、第１金属線及び第２金属線の端部がそれぞれ第１電極パターン及び第２電極パターンにしっかりと接続することができる。

第２の観点の圧電デバイスは、第１の観点において第１金属線及び第２金属線の表面に金（Ａｕ）層が形成されており、第１金属線及び第２金属線の端部の側面はそれぞれ第１電極パターンと第２電極パターンと接続する。
第１金属線及び第２金属線の表面に金層が形成されていると、加圧及び加熱により第１金属線及び第２金属線が第１電極パターン及び第２電極パターンに接続する。

第３の観点の圧電デバイスは、第１又は第２の観点において第１金属線及び第２金属線の端部の側面の一部は、ガラスベースに覆われている。
細い第１金属線及び第２金属線が完全に露出している場合には、製造途中に第１金属線及び第２金属線が折れ曲がってしまうことがある。しかし、第１金属線及び第２金属線の端部の側面の一部がガラスベースに覆われていると、折れ曲がってしまうことがない。

第４の観点の圧電デバイスは、第１又は第２の観点において第１金属線及び第２金属線の端部の側面は、完全に露出している。
第１金属線及び第２金属線の端部の側面が完全に露出していると、第１電極パターン及び第２電極パターンと接触する面積が大きくなり、しっかりと導通を得ることができる。

第５の観点の圧電デバイスの製造方法は、蓋部ウエハを用意する工程と、第１電極パターンと第２電極パターンを有する複数の圧電振動片が形成された圧電ウエハを用意する工程と、第１面及び第２面に端部が露出する第１金属線及び第２金属線を有するガラスウエハを用意する工程と、圧電ウエハの第１電極パターン及び第２電極パターンに対してガラスウエハの第１面の第１金属線及び第２金属線の端部を重ね合わせるとともに蓋部ウエハを圧電ウエハに重ね合わせて陽極接合する工程と、接合された３枚のウエハを、圧電デバイスの形状にダイシングソー又はレーザソーで切断する工程と、を備える。
この構成により、これまで必要であったスルーホールを封止する作業がなくなり、且つウエハ単位で製造することができるため、圧電デバイスを低コストで量産できる。また、圧電デバイスの形状にダイシングソー又はレーザソーで切断するためエッチングで無駄になる面積を少なくすることができ、接合したウエハから取れる圧電デバイスを多くすることができる。

第６の観点の圧電デバイスの製造方法は、第５の観点において第１金属線及び第２金属線の表面はガラスベースとの親和性を良くするために面粗さが大きくなるように加工されてから、表面に金（Ａｕ）層が形成される。
ガラスベースと第１金属線及び第２金属線との熱膨張率は異なるため双方の親和性が弱いとガラスベースと第１金属線及び第２金属線との境界に隙間ができる虞がある。しかし、第１金属線及び第２金属線の表面の面粗さが大きくなるように加工することで、親和性を高めることができる。

第７の観点の圧電デバイスの製造方法は、第５又は第６の観点において第１電極パターン及び第２電極パターンは下地層と金（Ａｕ）層とからなり、陽極接合の工程において、第１金属線及び第２金属線の金層と第１電極パターン及び第２電極パターンの金層とが導通接続する。
圧電ウエハ、ガラスウエハ及び蓋部ウエハを重ね合わせて陽極接合する工程において、同時に第１金属線及び第２金属線の金層と第１電極パターン及び第２電極パターンの金層とを導通させることができる。

第８の観点の圧電デバイスの製造方法は、第５ないし第７の観点において第１金属線及び第２金属線の端部の側面が露出する。
第１金属線及び第２金属線の端部の側面が露出していると、第１電極パターン及び第２電極パターンと接触する面積が大きくなり、しっかりと導通を得ることができる。

本発明によれば、量産性に優れた圧電デバイスを提供することができる。

＜水晶振動子１００の構成＞
以下、本発明の実施形態にかかる水晶振動子１００について、図面を参照して説明する。図１Ａは、本発明の実施形態にかかる水晶振動子１００の概略図を示している。
図１Ａ（ａ）は、水晶振動子１００の構成を示す（ｃ）のＸ−Ｘ全体断面図であり、（ｂ）は、リッド６５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、ベース４５の上面図である。

図１Ａ（ａ）において、水晶振動子１００は、音叉型水晶振動片２０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の下にベース４５が接合され、水晶フレーム５０の上にリッド６５が接合されている。リッド６５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（以後ガラスウエハ６０と呼ぶ）で形成され、リッド６５は、リッド用凹部６７を水晶フレーム５０側の片面に有している。ベース４５は、金属線入りガラスウエハ４０から形成されている。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２０を有している。

図１Ａ（ｂ）に示すように、リッド６５は、エッチングにより形成されたリッド用凹部６７を備えている。

図１Ａ（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２０と外側に外枠部５１とを有しており、音叉型水晶振動片２０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２０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２０は、基部２２と基部から伸びる一対の振動腕２１とを有している。振動腕２１には、溝部２７が形成される。基部２２と外枠部５１とは一体に形成されている。基部２２及び外枠部５１の第１主面に第１基部電極２３と第２基部電極２４とが形成され、第２主面にも同様に第１基部電極２３と第２基部電極２４とが形成されている。

水晶振動片２０は、第１主面及び第２主面に第１励振電極２５及び第２励振電極２６が形成されており、第１励振電極２５は、基部２２及び外枠部５１に形成された第１基部電極２３につながっており、第２励振電極２６は、基部２２及び外枠部５１に形成された第２基部電極２４につながっている。また、音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の先端には、錘部２８及び錘部２９が形成されている。第１基部電極２３及び第２基部電極２４、第１励振電極２５及び第２励振電極２６並びに錘部２８及び錘部２９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音叉型水晶振動片２０は所定の周波数で振動する。錘部２８及び錘部２９は音叉型水晶振動片２０の振動腕２１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。

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、スパッタリングも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）層より成り、アルミニュウム層の厚みは５００Å〜１５００Å程度とする。

図１Ａ（ｄ）に示すように、ベース４５は、金属線入りガラスウエハ４０からなり、エッチングにより金属線入りガラスウエハ４０に、ベース用凹部４７が形成される。エッチングにより金属線４３及び金属線４４が金属線入りガラスウエハ４０の表面に露出して、水晶振動片２０の外枠部５１の第２主面に形成された第１基部電極２３及び第２基部電極２４と接続する。

ベース４５は、底面にメタライジングされた第１外部電極４８及び第２外部電極４９を備える。ベース４５の底面に設けた第１外部電極４８は、第１金属線４３に接続する。ベース４５の底面に設けた第２外部電極４９は、第２金属線４４に接続する。

図１Ｂ（ａ）は、図１Ａ（ａ）の部分拡大断面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、第１金属線４３と第１基部電極２３との接続状況を示す説明図である。
図１Ｂ（ａ）において、ベース４５の第１金属線４３（及び第２金属線４４）は、例えば、銅（Ｃｕ）の芯線４３−１（及び４４−１）にメッキにより金（Ａｕ）層４３−２（及び４４−２）が形成されている。一方、水晶振動片２０の第１基部電極２３は、下地にクロム（Ｃｒ）層２３−１表面に金層２３−２を備えている。

図１Ｂ（ｂ）に示すように、第１金属線４３の端部の側面は、ガラスエッチングによるベース４５の表面処理及びベース用凹部形成により、ベース４５の表面に露出している。後述するパッケージングの陽極接合では、リッド６５、外枠部５１及びベース４５は２００℃から４００℃に加熱しながら加圧される。この加熱と加圧により表面に露出した第１金属線４３の金層４３−２は第１基部電極２３の金層２３−２と結合する。つまり、パッケージングの陽極接合時に、第１外部電極４８から第１基部電極２３への導通も確実に達成することができる。第１外部電極４８から第１基部電極２３への導通とパッケージングとが同時にできるため、作業効率が上がりコスト低減を図ることができる。

図１Ｂ（ｃ）は、（ｂ）に示した第１金属線４３の端部とは異なり、第１金属線４３の端部の側面の一部がベース４５の表面に露出するようにガラスエッチングしている。図２で説明するように第１金属線４３及び第２金属線４４は細いため製造途中に折れ曲がってしまうことがある。これを防ぐために第１金属線４３の端部の側面の一部がガラスベース４５で覆われている。（ｂ）の第１金属線４３と比べて表面に露出した第１金属線４３の金層４３−２の面積が狭くなるが、第１金属線４３の金層４３−２と第１基部電極２３の金層２３−２との結合を確実に達成することができる。

＜金属線入りガラスウエハ４０の構成＞
図２（ａ）は、本実施形態の金属線入りガラスウエハ４０の概略平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。

図２（ａ）に於いて、金属線入りガラスウエハ４０は、第１金属線４３及び第２金属線４４が所定の間隙に配置され、金属線入りガラスウエハ４０に埋め込まれている。金属線入りガラスウエハ４０は、１００Åから３００Åにエッチングされ表裏面に第１金属線４３及び第２金属線４４が露出している。第１金属線４３及び第２金属線４４は、直径０．１ｍｍから０．５ｍｍの鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、コバール合金（Ｆｅ.Ｎｉ.Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）及びステンレス・スチィール等より成る。

第１金属線４３及び第２金属線４４は、ガラスとの親和性を良くしガラスと密着することために前処理を行う。第１金属線４３及び第２金属線４４の前処理は、第１金属線４３及び第２金属線４４の表面をサンドブラストなどにより粗削りして表面粗さを大きし、ガラスとの親和性を良くする。さらに導電性を良くする前処理として、洗浄後メッキで金層を形成する。金層を設けることにより導電性が改善される。なお、表面粗さが大きい金属線を使用する場合には、サンドブラストなどにより粗削りすることなく金層を設けるだけでよい。

図３（ａ）は、ベース４５を形成した金属線入りガラスウエハ４０を示した部分平面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、ベース４５の第１金属線４３及び第２金属線４４のエッチング後の状態を示す斜視図である。
図３（ａ）に示す状態は、角型の金属線入りガラスウエハ４０からベース用凹部４７をエッチングで形成した状態を示す。ベース用凹部４７の周辺部に仮想線でベース４５の所定の大きさを示している。ウエハ単位で陽極接合後、ダイジングソー又はレーザソーで切断するため、ベース４５の周囲に開口部を設ける必要がないので、大量のベース４５を配置できる状況を示している。

図３（ａ）に示すように、角型の金属線入りガラスウエハ４０の一角には、ベース４５の方向を特定するオリエンテーションフラット４０ｃが形成されている。ベース４５は金属線入りガラスウエハ４０から切り離すことなく、１枚の金属線入りガラスウエハ４０単位で取り扱うことができる。

図３（ｂ），（ｃ）は、金属線入りガラスウエハ４０より切り出された状態のベース４５を示す。
（ｂ）の第１ベース４５−１は、第１金属線４３及び第２金属線４４の端部の側面が大きく表面に出るように第１金属線４３及び第２金属線４４の周囲を広くエッチングしてベース用凹部４７が形成されている。したがって、第１金属線４３の金層４３−２及び第２金属線４４の金層４４−２と、水晶振動片２０の外枠部５１の第２主面に形成された第１基部電極２３の金層２３−２及び第２基部電極２４の金層２４−２との接続面積が大きくなる。具体的には図１Ｂ（ｂ）に示したように第１基部電極２３の金層２３−２と第１金属線４３の金層４３−２とが完全に結合した状態となる。

図３（ｃ）の第２ベース４５−２は、第１金属線４３及び第２金属線４４の端部の側面が一部表面に出るように第１金属線４３及び第２金属線４４の周囲をエッチングしてベース用凹部４７が形成されている。例えば第１金属線４３及び第２金属線４４の端部の半分ぐらいの側面がガラスで覆われた状態となっている。このため第１金属線４３及び第２金属線４４が製造途中で折れ曲がったりすることがない。具体的には図１Ｂ（ｃ）に示したように第１基部電極２３の金層２３−２と第１金属線４３の金層４３−２とが完全に結合した状態となる。

図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、第１ベース４５−１及び第２ベース４５−２は、第１基部電極２３及び第２基部電極２４との接続のための接続電極を備えることなく、第１金属線４３及び第２金属線４４の金層と第１基部電極２３及び第２基部電極２４の金層とが結合するため、ベース４５に接続電極を設けるフォトリソグラフィ工程が省略でき工数低減ができる。

＜水晶フレーム５０及び音叉型水晶振動片２０の製造工程＞
図４（ａ）は、音叉型水晶振動片２０を形成した水晶ウエハ１０を示した概略斜視図である。図４（ａ）に示す状態は、角形の水晶ウエハ１０から音叉型水晶振動片２０をエッチングで形成した状態を示した図である。角形の水晶ウエハ１０から斜線部で示した空間部５２がエッチングされることにより音叉型水晶振動片２０が所定の大きさに形成されている。角形の水晶ウエハ１０は、軸方向が特定できるように、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１０ｃが形成されている。なお、水晶ウエハ１０には斜線部で示した空間部５２の外周部に金属膜５３が形成されている。

水晶フレーム５０は角形の水晶ウエハ１０から切り離すことなく、１枚の水晶ウエハ１０単位で取り扱うことができる。ウエハ単位で陽極接合後、ダイジングソー又はレーザソーで切断するため、水晶フレーム５０の周囲に開口部を設ける必要がないので、大量の水晶フレーム５０を配置できる状況を示している。説明の都合上水晶ウエハ１０には６０個の音叉型水晶振動片２０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２０が形成される。

図４（ｂ）は、音叉型水晶振動片２０及び水晶フレーム５０の１個を拡大した平面図である。水晶フレーム５０は、角形の水晶ウエハ１０に仮想線で所定の大きさを示している。水晶フレームは、金属膜５３を備えている。水晶フレーム５０は水晶ウエハ１０と切り離すことなく、複数の水晶フレーム５０を角形の水晶ウエハ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２０の外形を規定する空間部５２（斜線部）は、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２０には第１基部電極２３及び第２基部電極２４、第１励振電極２５及び第２励振電極２６並びに錘部２８及び錘部２９が形成される。基部２２から突出した一対の振動腕２１には溝部２７が形成されている。この溝部２７にも第１励振電極２５及び第２励振電極２６が形成され、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値が低くなるように形成されている。

音叉型水晶振動片２０の第１基部電極２３及び第２基部電極２４、第１励振電極２５及び第２励振電極２６並びに錘部２８及び錘部２９は、スパッタリングもしくは真空蒸着をして金属膜を形成しフォトリソグラフィ工程を経て作成される。具体的には、基部電極は、下地としてクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）又はチタン（Ｔｉ）などをスパッタリングで形成し、その上に金層（Ａｕ）又は銀層（Ａｇ）を重ねた金属膜を使用する。本実施形態では、第１基部電極２３及び第２基部電極２４並びに第１励振電極２５及び第２励振電極２６は、クロム層の厚みが５００Å〜１０００Å、金層の厚みが５００Å〜１０００Å、全体の厚みが１５００Å〜２０００Å程度になるよう作成される。

＜水晶振動子１００の製造工程＞
図５は、リッド用凹部６７が形成されたガラスウエハ６０と、音叉型水晶振動片２０が形成された水晶ウエハ１０と、ベース用凹部４７が形成された金属線入りガラスウエハ４０とを重ね合わせる前の図である。説明の都合上仮想線で、ガラスウエハ６０にはリッド６５を示し、金属線入りガラスウエハ４０には、ベース４５を示している。水晶ウエハ１０には、水晶フレーム５０を示す。また、パッケージ接合に陽極接合を行う説明用配線図を示す。

重ね合わせる際には、すでにリッド６５のリッド用凹部６７はエッチングで形成されている。また、ベース４５のベース用凹部４７がエッチングで形成されており、さらに第１金属線４３及び第２金属線４４も露出している。水晶ウエハ１０は、水晶振動片２０及び金属膜５３を備えている。また、図１Ａで説明したように、音叉型水晶振動片２０には第１基部電極２３及び第２基部電極２４並びに第１励振電極２５及び第２励振電極２６が形成されている。

３枚のウエハの接合に陽極接合を行う概略配線図を示す。リッド６５及びベース４５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。水晶フレーム５０の外枠部５１は、表面及び裏面に金属膜５３を備え、金属膜はアルミニュウムで形成されている。音叉型水晶振動片２０を備えた水晶フレーム５０を中心として、リッド用凹部６７を備えたリッド６５及びベース用凹部４７を備えたベース４５を重ねる。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。

ガラスウエハ６０及び金属線入りガラスウエハ４０並びに水晶ウエハ１０の大きさは、例えば４インチでありオリエンテーションフラット６０ｃ，４０ｃ及び１０ｃが形成されているため、３枚のウエハ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枚のウエハは、真空中あるいは不活性ガス中で、２００℃から４００℃に加熱しながら加圧し、リッド６５の上面及びベース４５の下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が形成される。陽極接合の際に、第１基部電極２３及び第２基部電極２４と第１金属線４３及び第２金属線４４ともしっかりと結合する。

ガラスウエハ６０及び金属線入りガラスウエハ４０並びに水晶ウエハ１０の３枚が接合された状態で、ダイジングソー又はレーザソーで切断して水晶振動子１００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。

＜音叉型水晶振動デバイスの製造工程＞
図６、図７及び図８は、音叉型水晶振動片２０の外形、溝部及び電極を形成するためのフローチャートである。各図の右側に、音叉型水晶振動片２０の振動腕２１となる付近の単結晶水晶ウエハ１０の断面を示す。

＜＜音叉型水晶振動片の外形及び溝部の形成の工程＞＞
図６のステップＳ１１２では、まず、水晶ウエハ１０を用意する。そして、水晶ウエハ１０の全面に、耐蝕膜をスパッタリングもしくは蒸着などの手法により形成する。圧電材料としての水晶ウエハ１０を使用する場合に、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）等を直接成膜することは困難なため、下地としてクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）又はチタン（Ｔｉ）等を使用する。この実施形態では、耐蝕膜としてクロム層３１の上に金層３２を重ねた金属膜を使用する。たとえば、クロム層３１の厚みは５００オングストローム、金層３２の厚みも１０００オングストローム程度とする。この状態の水晶ウエハ１０を、図６（ａ）に示す。

ステップＳ１１４では、クロム層３１及び金層３２が形成された水晶ウエハ１０に、フォトレジスト層３６を全面にスピンコートなどの手法で均一に塗布する。フォトレジスト層３６としては、たとえば、ノボラック樹脂によるポジフォトレジストを使用できる。この状態の水晶ウエハ１０を、図６（ｂ）に示す。

次に、ステップＳ１１６では、不図示の露光装置を用いて、フォトマスクに描かれた音叉型水晶振動片２０の外形パターンをフォトレジスト層３６が塗布された水晶ウエハ１０に露光する。露光されたフォトレジスト４２を図６（ｃ）に示す。

ステップＳ１１８では、水晶ウエハ１０のフォトレジスト層３６を現像して、感光したフォトレジスト層４２を除去する。さらに、フォトレジスト層３６から露出した金層３２を、たとえばヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液を用いて、エッチングする。次いで、金層３２が除去されて露出したクロム層３１を、たとえば硝酸第二セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。水溶液の濃度、温度及び水溶液に浸している時間を調整して余分な箇所が侵食されないようにする。これで耐蝕膜を除去することができる。こうすることで、図６（ｄ）に示すように、音叉型水晶振動片２０の外形パターンの水晶ウエハ１０が現われる。

ステップＳ１２０では、残ったフォトレジスト３６が除去され、その後新たなフォトレジスト３６’が、スピンコート又はスプレーで塗布される。この状態の水晶ウエハ１０を、図６（ｅ）に示す。

次に、図７のステップＳ１２２では、音叉型水晶振動片２０の振動腕２１に溝部２７を
形成するため、溝部２７のパターンを振動腕２１のフォトレジスト層３６’に露光する。この状態の水晶ウエハ１０を、図７（ｆ）に示す。
ステップＳ１２４では、露光されたフォトレジスト４２’が現像され除去される。ただし、図７（ｇ）に示すように、この時点では溝部２７に関しては露光されたフォトレジスト４２’が除去されるが耐蝕膜が残っている。露光されたフォトレジスト４２’が現像され除去されると、再び、図６（ｄ）で示した音叉型水晶振動片２０の外形パターンの水晶ウエハ１０が現われる。

ステップＳ１２６では、フォトレジスト層３６’及び耐蝕膜から露出した水晶ウエハ１０を、音叉型水晶振動片２０の外形になるようにウェットエッチングを行う。ウェットエッチング液には、たとえばフッ酸（ＨＦ）又は重フッ化アンモン（ＮＨ４Ｆ・ＨＦ）の水溶液が使用される。

ステップＳ１２８では、溝部２７を形成するために耐蝕膜をエッチングで除去する。耐蝕膜の金層３２を、たとえばヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液を用いてエッチングする。次いで、金層３２が除去されて露出したクロム層３１を、たとえば硝酸第二セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。耐蝕膜をエッチングした後の水晶ウエハ１０は、図７（ｉ）に示した状態である。

次いで、ステップＳ１３０では、溝部２７を形成するために水晶のウェットエッチングを行う。すなわち、フッ酸（ＨＦ）又は重フッ化アンモン（ＮＨ４Ｆ・ＨＦ）をエッチング液として、フォトレジスト層３６’及び耐蝕膜から露出した水晶ウエハ１０を、溝部２７の外形になるようにウェットエッチングを行う。図７（ｊ）に示すように、溝部２７が貫通孔にならないように途中でエッチングを終了するハーフエッチングを行う。

続いて、ステップＳ１３２において、音叉型水晶振動片２０に残ったフォトレジスト層３６’
クロム層３１及び金層３２を除去する。これらの工程を経て、図７（ｋ）に示すように、音叉型水晶振動片２０に溝部２７が正確な位置に形成される。

＜＜電極の形成の工程＞＞
ステップＳ１３４では、音叉型水晶振動片２０を純水で洗浄し、音叉型水晶振動片２０の全面に、駆動電極としての励振電極などを形成するため下地としてクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）又はチタン（Ｔｉ）等を第１層の金属層として蒸着又はスパッタリング等の手法により形成する。本実施形態ではクロム層３１を使用する。その第１層の上に金層３２を重ねた金属膜を使用する。たとえば、クロム層３１の厚みは５００オングストローム、金層３２の厚みも１０００オングストローム程度とする。この状態の振動腕２１を、図８（ｌ）に示す。

ステップＳ１３６では、スプレーを使って全面にフォトレジストを塗布する。溝部２７などが形成されているため、溝部２７にも均一にフォトレジスト層３６″を塗布する。フォトレジスト層が形成された状態の振動腕２１を、図８（ｍ）に示す。

ステップＳ１３８では、電極パターンと対応したフォトマスクを用意して、電極パターンをフォトレジスト層が塗布された水晶ウエハ１０を露光する。電極パターンは音叉型水晶振動片２０の両面に形成する必要があるため、音叉型水晶振動片２０の両面を露光する。振動腕２１における露光されたフォトレジスト４２″を図８（ｎ）に示す。

ステップＳ１４０では、フォトレジスト層３６″を現像後、感光したフォトレジスト層４２″を除去する。残るフォトレジスト層３６″は電極パターンと対応する。さらに電極となる金属膜のエッチングを行う。すなわち、電極パターンと対応したフォトレジスト層４２″を除去して露出した金層３２をたとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液でエッチングし、次にクロム層３１をたとえば硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。振動腕２１における電極パターンを図８（ｏ）に示す。

図８（ｏ）に示すように、振動腕２１の溝部２７及び側面は、未露光のフォトレジスト層３６″が形成されたままである。そこでステップＳ１４２で、振動腕２１の残ったフォトレジスト層３６″に対して露光を行う。図８（ｐ）に示すように、振動腕２１の周囲（錘部を除く）はすべて露光されたフォトレジスト層４２″になる。

ステップＳ１４４では、フォトレジスト層４２″を現像後、感光したフォトレジスト層４２″を除去する。そして露出した金層３２をたとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液でエッチングする。すると、錘部を除く振動腕２１は、金層３２が剥離されクロム層３１のみが残った状態となる。これにより、不要な金（Ａｕ）がエッチング液とともに回収できるとともに、熱膨張により周波数が変動することが少ない振動腕２１を形成することができる。

ステップＳ１４６において、基部及び錘部に残っていた未露光のフォトレジスト層３６″を除去する。この除去した状態では、基部２２及び錘部２８，２９に金層３２が残っている。これらの工程を経て、音叉型水晶振動片２０の基部２２及び錘部２８，２９にクロム層３１及び金層３２が形成され、振動腕２１の溝部２７及びその側面にクロム層３１のみが残る電極パターン２３及び２５が形成される。

＜＜周波数調整及びパッケージングの工程＞＞
これまでの工程により、電極パターン２３、電極パターン２５及び溝部２７が形成された音叉型水晶振動片２０が得られた。
図９は、ウエハ単位でのパッケージングのフローチャートを示す。
ステップＳ２０２において、音叉型水晶振動片２０を備えた水晶ウエハ１０に、陽極接合用の金属膜５３を備えるため、水晶ウエハ全面にフォトレジスト膜をスピンコートまたはスプレーで塗布する。

ステップ２０４では、不図示の露光装置を用いて、フォトマスクに描かれた金属膜５３のパターンをフォトレジスト膜が塗布された水晶ウエハ１０に露光する。

ステップ２０６では、水晶ウエハ１０のフォトレジスト膜を現像して、感光したフォトレジスト膜を除去する。次に金属膜５３をスパッタリングもしくは蒸着などの手法により形成する。金属膜５３を水晶ウエハ１０の両面に形成する。

ステップ２０８では、音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の先端の錘部２８，２９にレーザー光を照射して、振動腕２１の錘金属層の一部を蒸散・昇華させ、質量削減方式による周波数調整を行う。

ステップ２１０では、周波数調整を行った音叉型水晶振動片２０を備えた水晶ウエハ１０を中心として、リッド用凹部６７を備えたガラスウエハ６０及びベース用凹部４７を備えた金属線入りガラスウエハ４０を重ねる。３枚のウエハには、オリエンテーションフラット６０ｃ、４０ｃ及び１０ｃが形成されているため、３枚のウエハ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枚のウエハは、真空中あるいは不活性ガス中で陽極接合される。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が形成される。陽極接合の際に、第１基部電極２３及び第２基部電極２４と第１金属線４３及び第２金属線４４ともしっかりと結合する。

ステップ２１０では、水晶振動子１００が形成されたウエハを、ダイジングソーまたはレーザソーで切断し水晶振動子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、本発明の水晶振動子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。
また、上記説明では音叉型水晶振動片２０を説明したが、ＡＴ振動片にもＳＡＷ振動片であっても本発明は適用できる。

本実施形態にかかる水晶振動子１００の概略断面図である。（ａ）は（ｃ）のＸ−Ｘ断面図であり、（ｂ）は、リッド６５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、ベース４５の上面図である。 （ａ）は、図１Ａ（ａ）の部分拡大断面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、第１金属線４３と第１基部電極２３との接続状況を示す説明図である。 （ａ）は、本実施形態の金属線入りガラスウエハ４０の概略平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。 （ａ）は、ベース４５を形成した金属線入りガラスウエハ４０を示した部分平面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、ベース４５の第１金属線４３及び第２金属線４４の状態を示す斜視図である。 （ａ）は、音叉型水晶振動片２０を形成した水晶ウエハ１０を示した概略斜視図である。 （ｂ）は、音叉型水晶振動片２０及び水晶フレーム５０の１個を拡大した平面図である。 リッド６５が形成されたガラスウエハ６０と、音叉型水晶振動片２０が形成された水晶ウエハ１０と、ベース４５が形成されたガラスウエハ４０とを重ね合わせ、陽極接合する斜視図である。 音叉型水晶振動片２０の外形及び溝部を形成するためのフローチャートである。 音叉型水晶振動片２０の外形及び溝部を形成するためのフローチャートである。 音叉型水晶振動片２０の電極パターンを形成するためのフローチャートである。 ウエハ単位での音叉型水晶振動片２０の周波数調整及びパッケージングのフローチャートである。

符号の説明

１０ …… 水晶ウエハ
２０ …… 音叉型水晶振動片
２１ …… 振動腕
２２ …… 基部
２３，２４ …… 第１基部電極、第２基部電極
２５、２６ …… 励振電極
２７ …… 溝部
２８，２９ …… 錘部
３１ …… クロム層
３２、２３−２、２４−２、４３−２、４４−２ …… 金層
３６，３６’、３６″ …… フォトレジスト層
４０ …… 金属線入りガラスウエハ
４２，４２’，４２″ …… 露光されたフォトレジスト層
４３，４４ …… 第１金属線、第２金属線
４５ …… ガラスベース
４７ …… ベース用凹部
４８，４９ …… 外部電極
５０ …… 水晶フレーム
５１ …… 外枠部
５２ …… 開口部
５３ …… 金属膜
６０ …… ガラスウエハ
６５ …… リッド
６７ …… リッド用凹部
８０ …… パッケージ
９０ …… 直流電源
１００ …… 水晶振動子

Claims (8)

1. 第１電極パターンと第２電極パターンとを有する圧電振動片及び前記圧電振動片を囲む外枠部を含む圧電フレームと、第１面とこの反対面の第２面とを有し、前記圧電フレームを載置するガラスベースと、前記圧電振動片を封止する蓋部と、を備える圧電デバイスにおいて、
   前記ガラスベース及び前記外枠部、前記蓋部及び前記外枠部が、それぞれ陽極接合により接合され、
   前記ガラスベースは前記第１面及び前記第２面に端部の側面が露出する第１金属線及び第２金属線を有し、前記第１面に露出した第１金属線及び第２金属線の端部はそれぞれ前記第１電極パターン及び前記第２電極パターンに直接接続することを特徴とする圧電デバイス。
   
2. 前記第１金属線及び第２金属線の表面に金（Ａｕ）層が形成されており、前記第１電極パターン及び第２電極パターンの表面に金（Ａｕ）層が形成されており、前記第１金属線及び第２金属線の前記金層がそれぞれ前記第１電極パターン及び第２電極パターンの前記金層と結合することを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
   
3. 前記第１金属線及び第２金属線の端部の側面の一部は、前記ガラスベースに覆われていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の圧電デバイス。
4. 前記第１金属線及び第２金属線の端部の側面は、完全に露出していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の圧電デバイス。
5. 蓋部ウエハを用意する工程と、
   第１電極パターンと第２電極パターンを有する複数の圧電振動片が形成された圧電ウエハを用意する工程と、
   第１面及び第２面に端部が露出する第１金属線及び第２金属線を有するガラスウエハを用意する工程と、
   前記圧電ウエハの第１電極パターン及び第２電極パターンに対して前記ガラスウエハの第１面の第１金属線及び第２金属線の端部を重ね合わせるとともに前記蓋部ウエハを前記圧電ウエハに重ね合わせて陽極接合する工程と、
   接合された３枚のウエハを、圧電デバイスの形状にダイシングソー又はレーザソーで切断する工程と、
   を備えたことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
6. 前記第１金属線及び第２金属線の表面は前記ガラスベースとの親和性を良くするために面粗さが大きくなるように加工されてから、前記表面に金（Ａｕ）層が形成されることを特徴とする請求項５に記載の圧電デバイスの製造方法。
7. 前記第１電極パターン及び第２電極パターンは、下地層と金（Ａｕ）層とからなり、
   前記陽極接合の工程において、前記第１金属線及び第２金属線の金層と前記第１電極パターン及び第２電極パターンの金層とが導通接続することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の圧電デバイスの製造方法。
8. 前記第１金属線及び第２金属線の端部の側面が露出することを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法。