JP5341685B2 - 圧電デバイス - Google Patents

Description

本発明は、例えば水晶からなる圧電振動片を封止してなる圧電デバイスに関する。特に、共晶合金にてスルーホールを封止する圧電デバイスに関する。

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素子も、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、パッケージに設けられたスルーホールを鉛フリーハンダにて気密封止する際のリフロー工程、もしくは圧電振動片をパッケージに接合する工程で、共晶合金成分が圧電振動片の電極膜への拡散及び電極膜の金（Ａｕ）を吸出が発生してＣＩ値のバラツキ、又は発振周波数のバラツキが生じていた。

特許文献１によれば、上記問題を解決するために、圧電振動片のリード部の側面及び主電極の側面を構成する金属膜の材料をクロムのみとして、金層を必要とするマウントパッド部及び錘部のみに金層を形成している。特許文献２によれば、圧電振動片の接合電極は五層から成り、一層目を下地電極、二層目を導通電極、三層目を拡散電極、四層目を遮蔽電極、五層目に接合電極を形成している。特許文献３によれば、各接合電極表層の金層が鉛フリーハンダ内に拡散する金量を、使用する鉛フリーハンダ量に対して７．５Ｗｔ％以下に抑えるようにしている。

特開２００３−２９８３８６ 特開２００４−２００８３５ 特開２００５−１９７９５８

しかしながら、特許文献１及び特許文献２の方法では、明らかに工程数が増大し、複雑化するため生産性の低下やコストアップを招く。特許文献３の方法では、接合電極表層の金層の厚さ調整や、鉛フリーハンダ量のバラツキを個々に調整することを必要としている。

本発明は、圧電振動片の励振電極と外部電極とを接続する引出電極又は接続電極に、電極安定部を形成し、更にスルーホール配線に接続する接続端子から電極安定部までの引出電極の第二金属層が、スルーホールを封止する封止材と同じ共晶金属で形成される。そして、スルーホールを封止する共晶金属成分が圧電振動片の電極膜へ拡散し、又は電極膜の金（Ａｕ）が吸出される影響を抑制して、安定した周波数を持つ圧電デバイスを提供する。

第一の観点による圧電デバイスは、励振電極を有する振動片と振動片の周囲に形成され且つ励振電極から伸びた引出電極が形成された外枠部とを有する圧電フレームと、封止材が挿入される貫通孔と、引出電極と接続され貫通孔に形成されたスルーホール配線とを有するベースと、を備える。そして引出電極は、圧電フレームに形成される下地層と該下地層とは異なる材料で下地層の上面に形成される第１金属層とを含み、第１金属層はスルーホール配線に接続される位置から所定の位置まで封止材と同じ材料で形成されている。

第二の観点による圧電デバイスにおいて、引出電極は、所定の位置から一定の距離だけ下地層のみで形成され、一定の距離を隔てた位置から励振電極までは、下地層と第１金属層とは異なる材料の第２金属層が形成される。

第三の観点による圧電デバイスは、励振電極を有する振動片と振動片の周囲に形成され且つ励振電極から伸びた引出電極が形成された外枠部とを有する圧電フレームと、封止材が挿入される貫通孔と、引出電極と接続され貫通孔に形成されたスルーホール配線とを有するベースと、を備える。そして引出電極は、圧電フレームに形成される下地層と該下地層とは異なる材料で下地層の上面に形成される第２金属層とを含み、第２金属層はスルーホール配線に接続される位置から所定の位置まで形成され、所定位置から一定の距離だけ下地層のみで形成されている。

第四の観点による圧電デバイスは、下地層と第１金属層との間に、第２金属層が形成される。

第五の観点による圧電デバイスのスルーホール配線は、下地層と第１金属層とを含む。
第六の観点による圧電デバイスにおいて、所定の位置から一定の距離における下地層の幅が、スルーホール配線に接続される位置から所定の位置までの下地層の幅より広く形成されている。
第七の観点による圧電デバイスの封止材は、金と他の金属とを材料とする共晶金属である。

本発明の圧電デバイスは、スルーホールなどに金と他の金属との共晶金属で封止を行っても、共晶金属成分が圧電振動片の電極膜へ拡散することを減少させる。また、圧電デバイスは、励振電極の構成金属が吸収されることも抑制する。このため、安定した周波数を有する圧電デバイスが提供される。

（ａ）は、分割した状態の第一圧電デバイス１００を、リッド１０のリッド部側からみた斜視図である。 （ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面で第一圧電デバイス１００の断面構成図である。 （ａ）は第1圧電フレーム２０の内面図である。 （ｂ）はベース４０の上面図である。 シロキサン結合され且つ封止された後の第一圧電デバイス１００であり、図２（ａ）のＢ−Ｂ断面線に従った断面図である。 図３のＣ部の拡大断面図である。 （ａ）は、第一圧電デバイス１００の第一圧電フレーム２０の内面図である。 （ｂ）は、側面から見た図５（ａ）のＤ部拡大斜視図である。 （ａ）は、第二圧電デバイス１１０の第二圧電フレーム２０ａの内面図である。 （ｂ）は、側面から見た図６（ａ）のＥ部拡大斜視図である。 （ａ）は、第三圧電フレーム２０ｂの内面図である。 （ｂ）は、側面から見た図７（ａ）のＤ部拡大斜視図である。

以下、図面及び実施形態に基づいた本発明について、詳しく説明する。しかし、当該図面及び実施形態は本発明の最良の実施形態を示すことだけで、本発明を限定するものではない。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下記の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。

＜第一実施形態：第一圧電デバイス１００の構成＞
図１は、本実施例の音叉型水晶振動片３０を備えた第一圧電デバイス１００の概略を示す図面である。図１（ａ）は、分割した状態の第一圧電デバイス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、（ａ）のＡ−Ａ断面で第一圧電デバイス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、第一圧電デバイス１００は、最上部のリッド１０、第一圧電フレーム２０及びベース４０から構成される。リッド１０及びベース４０は水晶材料から形成される。第一圧電フレーム２０は、エッチングにより形成された音叉型水晶振動片３０及びその音叉型水晶振動片３０の周囲を囲むように形成された外枠部２９を有している。本実施例で音叉型圧電振動片３０を有する第１圧電フレーム２０は、水晶により形成されたが、水晶以外にも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。

第一圧電デバイス１００は、音叉型水晶振動片３０を備えた第一圧電フレーム２０を中心に、その第一圧電フレーム２０の上にリッド１０が接合され、第一圧電フレーム２０の下にベース４０が接合される。外枠部２９、リッド１０及びベース４０がパッケージ８０を形成する。つまり、リッド１０は第一圧電フレーム２０の上に、ベース４０は第一圧電フレーム２０の下にシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）する。シロキサン結合以外にも、リッド１０と、第一圧電フレーム２０と、ベース４０との形成材料に応じて、陽極接合又は樹脂接合により接合されることもある。

第一圧電フレーム２０は、その中央部に音叉型水晶振動片３０を有しており、音叉型水晶振動片３０と外枠部２９との間には空間部２２が形成されている。音叉型水晶振動片３０の外形を規定する空間部２２はウエットエッチングにより形成されている。音叉型水晶振動片３０は支持腕２６を介して外枠部２９と接続されている。本実施例で音叉型水晶振動片３０は、外枠部２９と同じ厚さで形成されている。音叉型水晶振動片３０は、外枠部２９より少し薄くなるように形成されてもよい。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示されるように、音叉型水晶振動片３０は、基部２３と基部２３から伸びる一対の振動腕２１と支持腕２６とを有している。基部２３と振動腕２１と支持腕２６とは、水晶エッチングにより音叉型水晶振動片３０の外形を規定する空間部２２を形成することで形成される。

第一圧電フレーム２０は、外枠部２９と基部２３と支持腕２６とに第一引出電極３１及び第二引出電極３２を備える。第一引出電極３１は、第一Ａ引出電極３１Ａと第一Ｂ引出電極３１Ｂとから成り、第二引出電極３２は、第二Ａ引出電極３２Ａと第二Ｂ引出電極３２Ｂとからなる。第一圧電フレーム２０は、外枠部２９に第一接続端子３５及び第二接続端子３６を備えている。第一Ａ引出電極３１Ａ，第一Ｂ引出電極３１Ｂ、第二Ａ引出電極３２Ａ，第二Ｂ引出電極３２Ｂ、第一接続端子３５及び第二接続端子３６は、第一圧電フレーム２０の両面に形成される。

リッド１０は、第一圧電フレーム２０側にリッド側凹部１７を備える。ベース４０は、第一圧電フレーム２０側にベース側凹部４７を備える。ベース４０には、それを貫通する第一スルーホール４１及び第二スルーホール４３、並びに段差部４９が形成されている。段差部４９には、第一スルーホール４１及び第二スルーホール４３と接続する第一接続電極４２及び第二接続電極４４が形成されている。ベース４０は、底面にメタライジングされた第一外部電極４５及び第二外部電極４６を備えている。

第一スルーホール４１及び第二スルーホール４３は、その内面にスルーホール配線１５（金属膜）が形成されている。第一接続電極４２は、第一スルーホール４１のスルーホール配線１５を通じてベース４０に設けた第一外部電極４５に電気的に接続する。第二接続電極４４は、第二スルーホール４３のスルーホール配線１５を通じてベース４０に設けた第二外部電極４６に電気的に接続する。

第一圧電デバイス１００において、第一Ｂ引出電極３１Ｂは、第一接続端子３５を介して第一接続電極４２と接続する。第一接続電極４２は、第一スルーホール４１のスルーホール配線１５と接続し、スルーホール配線１５はベース４０の第一外部電極４５と接続する。第二Ｂ引出電極３２Ｂは、第二接続端子３６を介して第二接続電極４４と接続する。第二接続電極４４は第二スルーホール４３のスルーホール配線１５と接続し、スルーホール配線１５はベース４０の第二外部電極４６と接続する。

図１に示されるように、第一接続電極４２と接続する第一接続端子３５は、第一接続電極４２の形成位置と対応するように、外枠部２９の短手辺（Ｘ方向）に形成されている。第一Ｂ引出電極３１Ｂは、長手辺（Ｙ方向）に形成されている。第二接続電極４４と接続する第二接続端子３６は、第二接続電極４４の形成位置と対応するように、外枠部２９の短手辺（Ｘ方向）に形成されている。第二Ｂ引出電極３２Ｂは、長手辺（Ｙ方向）に形成されている。

第一Ａ引出電極３１Ａと第一Ｂ引出電極３１Ｂとの間には、下地層のみからなる下地層領域５０が形成されている。また、第二Ａ引出電極３２Ａと第二Ｂ引出電極３２Ｂとの間にも、下地層のみからなる下地層領域５０が形成されている。下地層領域５０は、以下に説明する共晶金属ボール７０が溶融する際の金属の拡散又は吸収を中断させる。これにより第一圧電デバイス１００は安定した周波数を維持する。この下地層領域５０について後で詳しく説明する。

第一圧電デバイス１００は、シロキサン結合技術によりパッケージ８０を形成後、第一スルーホール４１及び第二スルーホール４３に共晶金属ボール７０を配置し、真空リフロー炉で一定時間加熱されることで共晶金属ボール７０が溶かされ封止が行われる。封止に用いる共晶金属ボール７０は例えば金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金が使われる。共晶合金である金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金は、その溶解温度が３５６°Ｃである。金・ゲルマニューム合金の成分比を例えばＡｕが８５重量パーセント、Ｇｅが１５重量パーセントに変えたＡｕ１５Ｇｅの合金とすることができる。これにより金・ゲルマニューム（Ａｕ１５Ｇｅ）合金は、３５６°Ｃ以上の溶融温度となる。

図２（ａ）は第1圧電フレーム２０の内面図であり、（ｂ）はベース４０の上面図である。図２（ａ）に示されるように、音叉型水晶振動片３０は、第一主面及び第二主面に第一励振電極３３及び第二励振電極３４が形成されている。第一励振電極３３は、基部２３及び支持腕２６に形成された第一Ａ引出電極３１Ａに接続されている。第二励振電極３４は、基部２３及び支持腕２６に形成された第二Ａ引出電極３２Ａに接続されている。

一対の振動腕２１は基部２３の一端からＹ方向に延びており、振動腕２１の表裏両面には溝部２７が形成されている。例えば、一本の振動腕２１の表面には１箇所の溝部２７が形成されており、振動腕２１の裏面側にも同様に１箇所の溝部２７が形成されている。つまり、一対の振動腕２１には４箇所の溝部２７が形成されている。溝部２７の断面は略Ｈ型に形成され、溝部２７は音叉型水晶振動片３０のＣＩ値を低下させる効果がある。なお音叉型水晶振動片３０は一本の振動腕２１に表裏に２箇所の溝部２７を形成しているが、複数箇所の溝部２７を形成しても周波数調整効果を持つことができる。

音叉型水晶振動片３０の振動腕２１の先端には、錘部２８が形成されている。第一引出電極３１及び第二引出電極３２並びに第一励振電極３３及び第二励振電極３４並びに錘部２８は、同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。第一励振電極３３及び第二励振電極３４に電圧が加えられると音叉型水晶振動片３０は所定の周波数で振動する。錘部２８は水晶振動片３０の振動腕２１が振動し易くなるための錘であり、また安定した振動をするために形成されている。

第一Ａ引出電極３１Ａ、第二Ａ引出電極３２Ａ、第一励振電極３３及び第二励振電極３４は、２層の金属層からなる。下地層は１５０オングストローム〜７００オングストロームのクロム（Ｃｒ）層であり、その下地層の上に１０００オングストローム〜２０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成されている。クロム（Ｃｒ）層の代わりに、ニッケル（Ｎｉ）層又はチタン（Ｔｉ）層を使用してもよく、また金（Ａｕ）層の代わりに、銀（Ａｇ）層を使用してもよい。

第一Ｂ引出電極３１Ｂ、第二Ｂ引出電極３２Ｂ、第一接続端子３５、第二接続端子３６、第一接続電極４２及び第二接続電極４４は、２層の金属層からなる。下地層は１５０オングストローム〜７００オングストロームのクロム（Ｃｒ）層であり、その下地層の上に、１０００オングストローム〜２０００オングストロームの封止材と同一成分からなる金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層が形成された構成である。

リッド１０、第一圧電フレーム２０及びベース４０は、シロキサン結合するため接合面を鏡面状態にして酸素含有雰囲気中で短波長の紫外線を照射し、清浄な状態にしておく。この時のシロキサン結合温度は、１００°Ｃから２５０°Ｃである。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２９の裏面に形成した第一接続端子３５及び第二接続端子３６と対向する面はその配線電極の厚み程度の段差部４９を形成する必要がある。

また、第一Ａ引出電極３１Ａと第一Ｂ引出電極３１Ｂとの間には下地層領域５０が形成されている。同様に第二Ａ引出電極３２Ａと第二Ｂ引出電極３２Ｂとの間には下地層領域５０が形成されている。これらの下地層領域５０は、１５０オングストローム〜７００オングストロームのクロム（Ｃｒ）層であり、この下地層領域５０には、金（Ａｕ）層又は金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層などは形成されない。

図２（ｂ）に示されるように、段差部４９はベース４０の表面に形成した第一接続電極４２及び第二接続電極４４はその接続電極の厚み分だけの深さで形成されている。つまり、接合面のシロキサン結合を阻害しないように、第一接続電極４２及び第二接続電極４４は段差部４９に形成される。

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２９に形成された第一接続端子３５及び第二接続端子３６の厚さも１５００Å〜２０００Åである。また、ベース４０に形成された第一接続電極４２及び第二接続電極４４の厚さも１５００Å〜２０００Åである。すなわち、外枠部２９に形成された第一接続電極の厚さとベース４０に形成された第二接続電極の厚さを合計すると３０００Åから４０００Åである。

ベース４０と外枠部２９とを接合しようとすると、最初に第一接続端子３５と第一接続電極４２及び第二接続端子３６と第二接続電極４４とが接触する。このときに外枠部２９の底面とベース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、第一接続端子３５及び第二接続端子３６の金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層と第一接続電極４２及び第二接続電極４４の金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層とが互いに結合する。

リッド１０、第1圧電フレーム２０及びベース４０をシロキサン結合するため接合面を鏡面状態にして清浄な状態にする別の実施例として、例えば、ウエハなどの大面積を処理するのに適したＳＷＰ(Surface Wave Plasma)型ＲＩＥ方式のプラズマ処理装置を用いて行うことができる。このプラズマ処理装置は、誘電体とプラズマとの界面に沿って伝播する表面波を利用したものである。このプラズマ処理装置により、例えば、１３．５６ＭＨｚから２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いてプラズマを生成し処理チャンバー内に導入した反応ガスを励起する。反応ガスとしてＡｒ、Ｏ_２及びＯ_２とＮ_２との混合ガスなどを使用する。励起された反応ガスに暴露されたウエハは、均一に活性化される。リッド１０、第一圧電フレーム２０及びベース４０の接合面が活性化されたウエハを位置合わせして重ね合わせ、常温から１００°Ｃ程度の比較的低温に加熱した状態で加圧することによりシロキサン結合で強固に結合する。

別の実施例では、プラズマ処理に代えてイオンビームを照射することにより、リッド１０、第一圧電フレーム２０及びベース４０の接合面を活性化することができる。このイオンビーム処理は、真空雰囲気中に保たれたリッド１０、第1圧電フレーム２０及びベース４０の接合面にＡｒイオンビームを照射することで接合面が活性化される。イオンビーム処理によって表面活性化されたウエハを位置合わせして重ね合わせ、２００°Ｃ程度の比較的低温に加熱した状態で加圧することによりシロキサン結合で強固に結合する。

第一圧電デバイス１００は、シロキサン結合技術によりパッケージ８０を形成後、第一スルーホール４１及び第二スルーホール４３に共晶金属ボール７０（図１参照）を配置し、真空中又は不活性ガス雰囲気中の真空リフロー炉で一定時間加熱されることで封止が行われる。

＜引出電極、下地層領域について＞
以下、第一引出電極３１、第二引出電極３２及び下地層領域５０の構造及び作用について詳しく説明する。

図３はシロキサン結合され且つ封止された後の第一圧電デバイス１００を、図２のＢ−Ｂ断面に従った断面図である。なお、第一引出電極３１、第二引出電極３２、第一接続電極４２及び第二接続電極４４を強調して描いてあるので、リッド１０、第一圧電フレーム２０及びベース４０の一部がシロキサン結合されていないように描かれる箇所がある。図４は図３の点線枠Ｃを拡大した図である。また、図示されていない第一スルーホール４１付近の構造も同様であるので説明は省略する。

図３に示されるように、第二Ａ引出電極３２Ａは下地層３２Ａ１と第２金属層３２Ａ２との２層からなる。下地層３２Ａ１は、上述したようにクロム（Ｃｒ）層などからなる。第２金属層３２Ａ２は金（Ａｕ）層からなる。第二Ｂ引出電極３２Ｂは下地層３２Ｂ１と第１金属層３２Ｂ２との２層からなる。下地層３２Ｂ１は、クロム（Ｃｒ）層などからなる。第１金属層３２Ｂ２は、金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層などからなる。第二接続端子３６は下地層３６１と第１金属層３６２との２層からなる。第二Ｂ引出電極３２Ｂと同じく、下地層３６１はクロム（Ｃｒ）層などからなり第１金属層３６２は金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層などからなる。

また、第二Ａ引出電極３２Ａと第二Ｂ引出電極３２Ｂとの間には下地層領域５０が形成されている。これらの下地層領域５０はクロム（Ｃｒ）層などである。下地層３２Ａ１、下地層３２Ｂ１、下地層３６１及び下地層領域５０は、スパッタリング又は真空蒸着装置により同時に成膜される。そして、フォトリソグラフィ技術を用いてそれら引出電極などのパターン形状が形成される。

ベース４０に形成される第二接続電極４４は下地層４４１と金属層４４２との２層からなる。金属層４４２は、金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層からなる。第二接続電極４４の下地層４４１と金属層４４２との合計厚さは、略１５００Å〜２０００Åである。

また、スルーホール配線１５も下地層１５１と金属層１５２との２層からなる。下地層１５１は、クロム（Ｃｒ）層であり、金属層１５２は、金・ゲルマニューム合金（Ａｕ１２Ｇｅ）層である。
また、第二外部電極４６も下地層４６１と金属層４６２との２層からなる。下地層４６１として、クロム（Ｃｒ）層であり、金属層４６２は、金・ゲルマニューム合金（Ａｕ１２Ｇｅ）層である。

これら第二接続電極４４、スルーホール配線１５及び第二外部電極４６は、スパッタリング又は真空蒸着装置により同時に成膜される。そして、フォトリソグラフィ技術を用いてそれら引出電極などのパターン形状が形成される。またこれら下地層のクロム（Ｃｒ）層の代わりに、ニッケル（Ｎｉ）層又はチタン（Ｔｉ）層が使用されることもある。金属層して金・ゲルマニューム合金（Ａｕ１２Ｇｅ）の代わりに金（Ａｕ）層が用いられても良い。

ベース４０と第1圧電フレーム２０とが接合されると、第二接続端子３６の第１金属層３６２が、第二接続電極４４の金属層４４２と接続される。つまり、第二接続端子３６の金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層と第二接続電極４４の金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層とが互いに結合する。

第二スルーホール４３は、スルーホールの封止のために共晶金属ボール７０が配置される。共晶金属ボール７０は、真空中又は不活性ガス雰囲気中の真空リフロー炉で一定時間加熱されることで溶融されて、第二スルーホール４３の封止を行う。共晶金属ボール７０は、溶融されてスルーホール配線１５の金属層１５２に及び第二Ｂ引出電極３２Ｂに広がって、第二スルーホール４３が封止される。図示されないが、第一スルーホール４１も同様である。

共晶金属ボール７０の共晶金属として、第二Ｂ引出電極３２Ｂの第１金属層３２Ｂ２を構成する金属を一部として含有している限り、特に限定はない。具体的に例えば、金・ゲルマニューム合金、金・スズ合金、又は金・シリコン合金等の金（Ａｕ）を含有する合金を使用することができる。具体的に金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金（溶融温度３６５°Ｃ）、金・スズ（Ａｕ２０Ｓｎ）合金（溶融温度２７８°Ｃ）、又は金・シリコン（Ａｕ３．１５Ｓｉ）合金（溶融温度３６３°Ｃ）を挙げることができる。
以下、代表的な例として、共晶金属ボール７０が金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金が使用される例について説明する。

図４に示されるように、共晶金属ボール７０が溶融されるとゲルマニュームと金とが溶け出す。その周りの金属層の割合と、ゲルマニュームの割合又は金の割合との関係で、ゲルマニューム又は金が金属層に拡散したり、金属層からゲルマニューム又は金が吸出されたりする。しかし、第二Ｂ引出電極３２Ｂの第１金属層３２Ｂ２は金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層が使用されているため、ゲルマニューム又は金が金属層に拡散したり又は吸い出されたりすることが少ない。

一方、共晶金属ボール７０の合金の割合によって、又は第１金属層３２Ｂ２の合金の割合によって、ゲルマニューム又は金が金属層に拡散したり又は吸い出されたりする可能性がある。また、クロム層からなる下地層に対しての第１金属層３２Ｂ２の合金が拡散する。このため、第１金属層３２Ｂ２は金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層が使用されても、共晶金属ボール７０が溶融されてゲルマニューム又は金が金属層３２Ｂ２に拡散したり又は吸い出されたりする可能性もある。

そこで、ゲルマニューム又は金が第１金属層３２Ｂ２に拡散したり又は吸い出されたりすることを中断させるために、図４に示されるように、下地層領域５０が設けられている。下地層領域５０がクロム（Ｃｒ）層のみからなるため、ゲルマニューム又は金が第１金属層３２Ｂ２に拡散したり又は吸い出されたりことを中断させることができる。下地層領域５０は、第二接続電極４４の金属層４４２と接続する領域でない限り特に限定はない。しかしながら、第二Ｂ引出電極３２Ｂの第１金属層３２Ｂ２が金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層であると、第二Ａ引出電極３２Ａの第２金属層３２Ａ２の金（Ａｕ）層と比べて単位断面積の電気抵抗が大きくなる。このため、電気抵抗が大きいクロム層の距離を短くするため、下地層領域５０は、第二接続端子３６に近い位置に形成されることが望ましい。

図５（ａ）は，下地層領域５０の位置が示された第一圧電デバイス１００の第一圧電フレーム２０の内面図である。図５（ｂ）は、側面から見た図５（ａ）のＤ部の拡大斜視図である。図５（ａ）の符号は、図２（ａ）と同一であるので説明を省略する。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、第一圧電フレーム２０の下地層領域５０は、第一圧電フレーム２０の外枠部２９と支持腕２６との接続部分、即ち、第一Ａ引出電極３１Ａと第一Ｂ引出電極３１Ｂとのほぼ中間位置に形成される。また、下地層領域５０は、第二Ａ引出電極３２Ａと第二Ｂ引出電極３２Ｂとの中間位置にも形成される。

図５（ｂ）に示されるように、下地層領域５０には金（Ａｕ）層又は金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層などは形成されない。共晶金属ボール７０が溶融されてゲルマニューム又は金が金属層に拡散したり又は吸い出されても、第二Ｂ引出電極３２Ｂの金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層を介して第二Ａ引出電極３２Ａに拡散したり吸い出されたりしない。

下地層領域５０の幅及び長さは、第一圧電デバイス１００の周波数に影響を与えない限り、特に限定はない。しかし、第二Ｂ引出電極３２Ｂの幅のよりも幅広く形成することが好ましい。下地層領域５０の長さは短い方が好ましい。下地層領域５０は、クロム（Ｃｒ）層のみなので、その幅を短くすると電気抵抗が大きくなり、その長さを長くすると電気抵抗が大きくなる。そこで下地層領域５０の幅が広く且つ長さが短い方が望ましい。

第二Ａ引出電極３２Ａは、励振電極３４に接続されるため電気抵抗はできるだけ小さいほうが好ましい。そのため第１金属層３２Ａ２は金（Ａｕ）層である。また第二Ａ引出電極３２Ａは、支持腕２６の幅（XY平面）においてできるだけ幅を広くした方が良い。第１金属層３２Ａ２には、下地層領域５０のみが形成されているため、共晶金属ボール７０が溶融された際にゲルマニューム又は金が、第１金属層３２Ａ２に拡散したり又は吸い出されたりすることはない。換言すれば第１金属層３２Ａ２はゲルマニューム又は金の拡散又は吸出しの影響を受けない。これにより励振電極３４に影響を与えないため、第一圧電デバイス１００の周波数に変動を与えない。

＜第二実施形態：第二圧電デバイス１１０の構成＞
図６（ａ）は，下地層領域５０の位置が示された第二圧電デバイス１１０の第二圧電フレーム２０ａの内面図である。図６（ｂ）は、側面から見た図６（ａ）のＥ部の拡大斜視図である。第二圧電デバイス１１０は、第二圧電フレーム２０ａの下地層領域５０の位置を除いて、第一圧電デバイス１００の構造と同じである。図６（ａ）の符号は、図２（ａ）と同一であるので説明を省略する。

第二圧電デバイス１１０は、リッド１０、第二圧電フレーム２０ａ及びベース４０の接合面が活性化されたウエハを位置合わせして重ね合わせ、シロキサン結合技術によりパッケージ８０を形成する。パッケージ８０を形成した後、第一スルーホール４１及び第二スルーホール４３に共晶金属ボール７０として共晶金属の金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金を配置し、真空中又は不活性ガス雰囲気中の真空リフロー炉で一定時間加熱されることで封止が行われる。

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように、第二圧電フレーム２０ａに下地層領域５０が形成されている。本実施例においても、第二圧電フレーム２０ａの下地層領域５０は、第二圧電フレーム２０ａの外枠部２９に形成された第一Ａ引出電極３１Ａと第一Ｂ引出電極３１Ｂとの中間に形成される。また、外枠部２９に形成された第二Ａ引出電極３２Ａと第二Ｂ引出電極３２Ｂとの中間に形成される。第一圧電フレーム２０と第二圧電フレーム２０ａとの違いは、第二圧電フレーム２０ａでは下地層領域５０が外枠部２９に形成され、第一接続端子３５及び第二接続端子３６により近い位置に幅広に形成されている点である。つまり、第二圧電フレーム２０ａは第一Ｂ引出電極３１Ｂ及び第二Ｂ引出電極３２Ｂの長さが短くなる。このことは金層に比べ電気抵抗が大きい金・ゲルマニューム合金層が短くなることになり、第二圧電フレーム２０ａの電気抵抗が小さくなるメリットがある。

図６（ｂ）に示されるように、下地層領域５０のクロム（Ｃｒ）層は、第二Ｂ引出電極３２Ｂの下地層３２Ｂ１の幅よりも拡張されている。クロム層は金層よりも単位断面積当たりの電気抵抗が大きいため、電気抵抗を小さくするためにこの下地層領域５０の幅は金層第二Ｂ引出電極３２Ｂの幅の約２倍にしてある。

＜第三実施形態：第三圧電フレーム２０ｂの構成＞
図７（ａ）は，下地層領域５０が示された第三圧電デバイスの第三圧電フレーム２０ｂの内面図である。図７（ｂ）は、側面から見た図７（ａ）のＦ部の拡大斜視図である。第三圧電フレーム２０ｂと第一圧電フレーム２０との違いは３層と２層構造との違いである。つまり、第一圧電フレーム２０の第一Ｂ引出電極３１Ｂ及び第二Ｂ引出電極３２Ｂは２層の構成であるのに対し、第三圧電フレーム２０ｂの第一Ｃ引出電極３１Ｃ及び第二Ｃ引出電極３２Ｃは３層である。その他符号は、図５（ａ）と同一であるので説明を省略する。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されるように、下地層領域５０は、第一圧電フレーム２０の外枠部２９と支持腕２６との接続部分、即ち、第一Ａ引出電極３１Ａと第一Ｃ引出電極３１Ｃとのほぼ中間位置に形成される。また、下地層領域５０は、第二Ａ引出電極３２Ａと第二Ｃ引出電極３２Ｃとの中間位置にも形成される。

図７（ｂ）に示されるように、第三圧電フレーム２０ｂの第一Ｃ引出電極３１Ｃ及び第二Ｃ引出電極３２Ｃは、下地層３２Ｃ１と第３金属層３２Ｃ２との厚さ方向の中間に第４金属層３２Ｃ３が形成される。図示されないが第一接続端子３５及び第二接続端子３６も３層から構成される。下地層３２Ｃ１はクロム（Ｃｒ）層であり、第３金属層３２Ｃ２は金・ゲルマニューム合金層であり、第４金属層３２Ｃ３は金（Ａｕ）層である。第二Ｃ引出電極３２Ｃは、金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層に加え金（Ａｕ）層も有しているため、電気抵抗が小さくなる。

下地層３２Ａ１、下地層３２Ｃ１及び下地層領域５０はクロム層であり、スパッタリング又は真空蒸着装置により同時に成膜される。そして、フォトリソグラフィ技術を用いてそれら引出電極などのパターン形状が形成される。また、第２金属層３２Ａ２と第４金属層とは金（Ａｕ）層であり、スパッタリング又は真空蒸着装置により同時に成膜される。そして、第二Ｃ引出電極３２Ｃのみに第３金属層３２Ｃ２である金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層が形成される。

図７（ｂ）に示されるように、下地層領域５０は、図５（ｂ）で示した下地層領域５０と同じく、下地層領域５０には金（Ａｕ）層又は金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層などは形成されない。共晶金属ボール７０が溶融されて第二Ｃ引出電極３２Ｃのゲルマニューム又は金が金属層に拡散したり又は吸い出されたりしても、下地層領域５０が第二Ａ引出電極３２Ａへの拡散又は吸い出しを遮断する。

下地層領域５０は、クロム（Ｃｒ）層のみなのでその幅を短くすると電気抵抗が大きくなり、その長さを長くすると電気抵抗が大きくなる。そこで下地層領域５０の幅が広く且つ長さが短い方が望ましい。第三圧電フレーム２０ｂは、第一Ｃ引出電極３１Ｃ及び第二Ｃ引出電極３２Ｃにおける電気抵抗が小さくなるメリットがある。

以上で、本発明の最良の実施形態である圧電デバイスについて説明したが、圧電デバイスの周波数に与える影響を確実に防止することができる。以上の説明で、音叉型の水晶振動子を用いて実施例を述べたが、他の厚み滑り振動を用いたＡＴカット水晶板を用いた水晶振動子でも同様の効果が得られる。

１０ … リッド、１５ スルーホール配線
１７ … リッド側凹部
２０ … 第一圧電フレーム、２０ａ … 第二圧電フレーム
２０ｂ … 第三圧電フレーム
２１ … 励振腕、２２ … 空間部、２３ … 基部
２６ … 支持腕、２８ … 錘部、２９ … 外枠部
３０ … 音叉型水晶振動片
３１ … 第一引出電極（３１Ａ … 第一Ａ引出電極、３１Ｂ … 第一Ｂ引出電極、３１Ｃ … 第一Ｃ引出電極）
３２ … 第二引出電極（３２Ａ … 第二Ａ引出電極、３２Ｂ … 第二Ｂ引出電極、３２Ｃ … 第二Ｃ引出電極）
３３ … 第一励振電極、３４ … 第二励振電極
３５ … 第一接続端子、３６ … 第二接続端子
４０ … ベース
４１ … 第一スルーホール、４３ … 第二スルーホール
４２ … 第一接続電極、 ４４ … 第二接続電極
４５ … 第一外部電極、 ４６ … 第二外部電極
４７ … ベース側凹部
４９ … 段差部
５０ … 下地層領域
７０ … 共晶金属ボール
８０ … パッケージ
１００ … 第一圧電デバイス、１１０ … 第二圧電デバイス

Claims (7)

1. 励振電極を有する振動片と、前記振動片の周囲に形成され且つ前記励振電極から伸びた引出電極が形成された外枠部とを有する圧電フレームと、
   封止材が挿入される貫通孔と、前記引出電極と接続され前記貫通孔に形成されたスルーホール配線とを有するベースと、を備え、
   前記引出電極は、前記圧電フレームに形成される下地層と該下地層とは異なる材料で前記下地層の上面に形成される第１金属層とを含み、前記第１金属層は前記スルーホール配線に接続される位置から所定の位置まで前記封止材と同じ材料で形成され、
   前記所定の位置から一定の距離だけ前記下地層のみで形成され、前記一定の距離を隔てた位置から前記励振電極までは、前記下地層と前記第１金属層とは異なる材料の第２金属層で形成されている圧電デバイス。
2. 前記下地層と前記第１金属層との間に、前記第２金属層が形成される請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記スルーホール配線は、前記下地層と前記第１金属層とを含む請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
4. 前記所定の位置から一定の距離における前記下地層の幅が、前記スルーホール配線に接続される位置から所定の位置までの前記下地層の幅より広く形成されている請求項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. 前記封止材は、金と他の金属とを材料とする共晶金属である請求項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. 前記下地層は、クロム、ニッケル又はチタンからなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
7. 前記第２金属層は、金（Ａｕ）層である請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の圧電デバイス。