JP2006074568A - 圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製品が小型化されても精度良く容易に製造することができ、特に、圧電振動片の電気的接合と、封止作業を同時に行うことで、大幅に生産性の向上を図ることができる圧電デバイス、とその製造方法を提供すること。
【解決手段】ベース基体を構成するベース基体層１３１と、枠付きの圧電振動片を構成する素子層１３２と、リッドを構成するリッド層１３３とを積層固定し、前記積層後に、前記各製品の大きさに切断するようにした圧電デバイスの製造方法であって、さらに、前記積層固定前において、前記ベース基体層には、個々の製品単位の大きさに対応して、それぞれ周縁部に沿った金属膜および封止材４９と、この周縁部よりも内側で前記金属膜および封止材とほぼ同じ厚みとなるランド部５２とを形成し、かつ、プリフォームされている前記封止材と、前記ランド部に設けられるバンプ５３とを、互いに近い融点である金属を用いて形成する圧電デバイスの製造方法。
【選択図】 図１３

Description

本発明は、パッケージ内に圧電振動片を収容した圧電デバイスの製造方法の改良に関する。

ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
従来の圧電デバイスは、例えば、図１４に示すように作成される（特許文献１参照）。
図１４（ａ）において、圧電デバイス１は、パッケージ２内に、圧電振動片３を収容し、リッド４により気密に封止する構造である。
このため、先ず、パッケージ２と、圧電振動片３と、リッド４とを別々に製造する。
パッケージ２は、セラミックなどの圧電材料を成形して、内部に空間Ｓ１を形成し、貫通孔２ｂを設ける。そして、電極部２ａ，実装端子５，金属被覆部６等を導電パターンにより形成する。電極部２ａは、図面の紙面の奥行き方向に、２つ並ぶように一対が形成される。これら導電パターンは、パッケージ２の成形後に、タングステンメタライズなどの導電ペーストを対応箇所に塗布し、焼成後にメッキを施すことで形成される。
また、パッケージ２の上端部には、リッド４を接合するための封止材７を所定の封止しろを形成するように配置する。

図１４（ｂ）に示すように、成形後に焼成したパッケージ２の電極部２ａ上に、導電性接着剤８を塗布して、圧電振動片３の端部を載置し、導電性接着剤８を乾燥硬化させることにより、パッケージ２の内部空間Ｓ１内に圧電振動片３を片持ち式に接合する。さらに、真空中でリッド４を封止材７にて気密に封止する。
次いで、必要に応じて、パッケージ２を加熱することにより、貫通孔２ｂを介して、内部空間Ｓ１内を脱ガスする。

最後に、貫通孔２ｂに金属封止材９を配置し（例えば、図示のパッケージ２の天地の方向を逆にして、貫通孔２ｂを上方に開口させ、上からボール状の金属封止材９を載置する）、レーザ光などを照射して、溶融させることにより貫通孔２ｂ内に充填して孔封止をし、圧電デバイス１を完成させる。

特開２０００−１０６５１５

ところが、図１４のような製造方法においては、以下のような種々の問題がある。
先ず、図１４の製造方法では、パッケージ２や圧電振動片３，リッド４をそれぞれ用意して、これらを接合する手法であり、圧電デバイス１の小型化が進むと、個々の部品の大きさも小さくなり、接合や、成形、導電パターンの形成などの精密な作業の困難性が大きくなる。
特に、パッケージ２内に形成した電極部２ａの間隔等をきわめて近接させるための加工精度の確保が難しい。また、これらの電極部等について、短絡を生じないように導電性接着剤８を塗布する困難や、圧電振動片３の図示しない電極との位置合わせ、その片持ち構造における水平な姿勢を維持した接合など、多くの点で困難性が増大する。

すなわち、このような製造方法をとるためには、パッケージ２の内部空間Ｓ１は、圧電振動片３の上述した接合作業を実行するため、空間的な余裕が必要で、その分、小型化を阻害し、あるいは敢えて極端に空間を小さくすれば、圧電振動片の接合作業が極端に困難になり、完成度も下がり、不良の発生が増大する。

この点に関しては、パッケージ２の上端の部分を利用して、封止材７を配置する手法においても、同様の問題があり、十分な封止強度や封止性能を得るためには、パッケージ２を小さくするため、封止しろの幅を狭くすることには、限界がある。また、導電性接着剤８は、銀フィラーなどを含んでおり、そのため最低限の塗布面積を必要とし、圧電デバイス１のこれ以上の小型化には作業上の限界に来ている。
さらに、極めて小さな個々の部品を扱って、接合などの作業を、製品単位で行うので、生産性が悪く、大量生産に不向きである。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、製品が小型化されても精度良く容易に製造することができ、特に、圧電振動片の電気的接合と、封止作業を同時に行うことで、大幅に生産性の向上を図ることができる圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

上述の目的は、第１の発明にあっては、 各層ともそれぞれ同じ個数の複数個の製品に相当する大きさとされている、ベース基体を構成するベース基体層と、枠付きの圧電振動片を構成する素子層と、リッドを構成するリッド層とを形成し、前記ベース基体層と前記素子層と前記リッド層とを積層固定し、前記積層後に、前記各製品の大きさに切断するようにした圧電デバイスの製造方法であって、さらに、前記積層固定前において、前記ベース基体層には、個々の製品単位の大きさに対応して、それぞれ周縁部に沿った金属膜および封止材と、この周縁部よりも内側で前記金属膜および封止材とほぼ同じ厚みとなるランド部とを形成し、かつ、プリフォームされている前記封止材と、前記ランド部に設けられるバンプとを、互いに近い融点である金属を用いて形成する圧電デバイスの製造方法により、達成される。

第１の発明の構成によれば、この製造方法では、複数個の製品の大きさに相当する前記ベース基体層と、素子層と、リッド層とを積層固定するようにしているので、ベースに圧電振動片を収容し、これをリッドで気密に封止する工程を、従来のように個々の製品単位で行うのではなく、製品の複数個に関して同時に処理できる。このため、大幅に生産性を向上させることができる。
ここで、ベース基体層と、素子層と、リッド層とを積層固定するためには、固定後に固定状態を維持する必要があり、このため、前記各層の熱膨張係数を一致させるようにしている。
さらに、前記素子層としては、枠付きの圧電振動片を構成するものが使用されるので、枠の部分が圧電振動片を収容する容器ないしパッケージの一部となり、この部分がベース層とリッド層とで挟まれて固定される構造であるから、従来のように、箱状のパッケージの内側に、圧電振動片を片持ち式に固定するために必要とされる種々の作業が不要である。すなわち、パッケージ内の電極部の短絡を避けて、導電性接着剤を微量塗布したり、圧電振動片の姿勢や向きを正しく位置合わせする等の精密で困難な作業を避けることができ、製造がきわめて容易である。しかも、パッケージの内面で圧電振動片の接合作業を行う必要がないことから、圧電振動片の収容スペースも、作業性を考慮してその分大きくしないで済み、小型化に有利である。
加えて、前記金属膜および封止材と、前記ランド部の厚みとが、ほぼ同じとされているので、前記リッド層を前記素子層に接合する際に、隙間を生じることがない。しかも前記封止材と、前記ランド部に設けられるバンプとを、互いに近い融点である金属を用いて形成しているので、素子層の各枠付き振動片が、前記ランド部に対して、同じ加熱条件で接合できる。このように、リッド層の接合と各枠付き振動片の電気的接続を同時に行うことができるので、製造効率がきわめて良好となる。
かくして、製品が小型化されても精度良く容易に製造することができ、特に、圧電振動片の電気的接合と、封止作業を同時に行うことで、大幅に生産性の向上を図ることができる圧電デバイスの製造方法を提供することができる。

第２の発明は、第１の発明の構成において、前記金属膜として、ニッケルおよび／またはクロムの下地層の上に金層を形成して、その上に金錫バンプを設け、前記封止材として金錫合金を用いることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、前記封止材と前記ランド部に設けられるバンプとを、互いに近い融点である金属を用いて形成する上で、好適な構成とすることができる。

第３の発明は、第１または第２の発明のいずれかの構成において、前記ベース基体層と前記素子層と前記リッド層とを積層固定する前に、前記ベース基体層となる材料を加工して、複数のベース基体を形成するベース基体形成工程と、圧電材料を加工して複数の圧電振動片を形成する振動片形成工程と、リッド層となる材料を加工して、複数のリッドを形成するリッド形成工程とを、互いに別々の工程で行う前工程と、前記複数のベース基体でなるベース基体層と、前記複数の圧電振動片でなる前記素子層と、前記複数のリッドでなる前記リッド層とを積層固定する接合工程と、前記接合工程を含み、さらに前記ベース基体層と前記素子層と前記リッド層とを積層して接合した後で、個々の製品の大きさに切断する後工程とを有しており、前記後工程において、前記切断を行う前に、ベース基体層に、個々の製品に対応して形成された貫通孔を介して、脱ガスし、これら貫通孔を孔封止することを特徴とする。

第３の発明の構成によれば、前記ベース基体層と前記素子層と前記リッド層とを積層固定する前に、前記ベース基体層となる材料を加工して、複数のベース基体を形成するベース基体形成工程と、圧電材料を加工して複数の圧電振動片を形成する振動片形成工程と、リッド層となる材料を加工して、複数のリッドを形成するリッド形成工程とを、互いに別々の工程で行う前工程を有しているので、例えば、ベース基体層や圧電振動片に電極部などの導電パターンを形成する工程等を組み立ての途中で行う困難さがなく、しかもこれらは、複数の製品単位に関して一度に処理できるので、生産性が高い。
また、各層の積層固定後に、前記後工程において、個々の製品単位に切断する前に、前記脱ガスおよび孔封止を行うことができるので、これらの作業も複数の製品単位を一度に処理できて有利である。

図１ないし図３は、本発明の圧電デバイスの一実施形態を示しており、図１はその概略斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線概略断面図、図３は図１の圧電デバイスの枠付き振動片の概略平面図である。
これらの図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス３０は、パッケージ３７内に圧電振動片（振動片本体）を収容している。
具体的には、圧電デバイス３０は、ベース基体３１と、このベース基体３１の上に積層固定された枠付き振動片３２と、この枠付き振動片３２の上に積層固定されたリッド３３とを有している。

上記パッケージ３７は、この圧電デバイス３０では、圧電振動片を気密に収容するもので、ベース基体３１と、枠付き振動片３２の枠部分と、リッド３３を含んで構成されている。
ベース基体３１は、パッケージ３７の底部を形成するもので、例えば、第１の基板４１と、第２の基板４２とを積層して形成されており、ほぼ中央付近に貫通孔４３が形成されている。この実施形態では、貫通孔は第１の基板４１に形成された第１の孔４４と、第２の基板４２に形成され第１の孔４４よりも小径の第２の孔４５とを有しており、第１の孔４４と第２の孔４５とは連通されている。そして、貫通孔４３は図示するような段付き孔とされて、段部に導電パターン（金属被覆部）４３ａが形成されており、金属封止材４６を充填することにより塞がれている。

枠付き振動片３２は、図２および図３を参照して理解されるように、振動片本体３９と、この振動片本体の周囲を矩形の枠状に包囲する、振動片本体３９と一体の枠部３６とを有している。
振動片本体３９は、図１および図３を参照して理解されるように、枠部３６の一辺の中央から、内側の空間に向かって突出するように一体に形成した基部３８と、この基部３８から、図において枠部３６の長手方向に沿って平行に延びる一対の振動腕３４，３５とを備えている。図３に示すように、各振動腕３４，３５の表裏面（図３では上下の各面）には、励振電極１３，１４が形成されている。励振電極１３と励振電極１４は対をなし、互いに異極として機能する電極で、振動片本体３９の内部に効率よく電界を形成するものである。このため、図３に示すように、各振動腕３４，３５においては、表裏の主面に一方の電極が、各振動腕３４，３５の側面部には、他方の電極が配置されている。
そして、各励振電極１３，１４は基部３８に引き回されて、引出し電極１３ａ，１４ａが設けられている。励振電極１３，１４、および引出し電極１３ａ，１４ａの構造は、表裏同じである。
尚、各振動腕３４，３５にはその長さ方向に延びる有底の溝を表裏にそれぞれ形成し、各長溝内に励振電極を形成してもよい。

図３に示すように、枠付き振動片３２の枠部３６の表面には、陽極接合のための金属被覆層５１が形成されている。金属被覆層５１としては、例えば、水晶の上に下地としてのニッケルもしくはクロム膜を形成し、その上に金層を形成して設けることができる。また、金層に代えて、タングステン、シリコン、ニッケル、チタン等を被覆して形成してもよい。
枠付き振動片３２の枠部３６の裏面には、図２に符号３６ａで示すように、接合用の金属膜が形成されている。この金属膜３６ｂは上記金属被覆層５１と同じ金属で形成することができる。

図４は、ベース基体３１の平面図であり、表面側（上面側）が示されている。
ベース基体層３１には、図２で説明した実装端子４７，４８とベース基体３１の厚み方向に延びる導電スルーホールなどで接続されたランド部５２，５２が形成されている。ランド部５２，５２は、例えば、バンプ５３やこれに代え、導電性接着剤などを用いて、枠付き振動片３２の引出し電極１３ａ，１４ａと電気的に接続されることにより、振動片本体３９に駆動電圧を供給するようになっている。
ベース基体３１の周縁には、接合しろの幅で封止材４９が配置されている。封止材４９は、水晶の上に、例えば、下地としてのニッケルもしくはクロム膜を形成して、金メッキした金属膜上に、金錫などでなる封止材４９をプリフォームしたものである。

ここで、本実施形態では、上記金属膜と封止材４９とを合わせた厚みと、ランド部５２の金属およびバンプ５３もしくは導電性接着剤とを合わせた厚みとを、ほぼ等しくなるようにしている。そして、バンプ５３は封止材４９と、好ましくは同じ金属である金錫、あるいはきわめて融点が近い金属による金属ボールで形成されている。なお、この場合、接合の際に図２に示されているように、枠付き振動片３２側の金属膜３６ｂも上記厚みと関係するが、僅かな厚みであるから、特別問題とはならない。しかしながら、封止材４９の厚みと同等な大きさに金属膜３６ｂを作ってしまうと、これを含めた厚みについて、内側の接合構造であるランド部５２およびバンプ５３の厚みと一致させるようにしなければならない。

図５は図１のＢ−Ｂ線切断端面図である。図５および図２を参照して理解されるように、封止材４９の厚みと、ランド部５２の金属およびバンプ５３もしくは導電性接着剤との厚みであるギャップＧ２は、接合状態で等しくされていて、しかもバンプ５３と封止材４９の融点はほぼ同じ、もしくは一致しているので、枠付き振動片３２は、ベース基体３１に対する接合工程（後述）では、その接合と同時に、振動片本体３９のランド部５２，５２に対する電気的接続がされるようになっている。
なお、振動片本体３９の少なくとも励振部分は、パッケージ３７の内部空間Ｓ２内で、下側に封止材４９と一致したギャップＧ２、上側に封止材（金属被覆層５１）の厚みと一致したギャップＧ１を有することにより、振動を妨げられることがないようになっている。

本実施形態の圧電デバイス３０は以上のように構成されており、実装端子４７，４８を所定の実装基板（図示せず）等に対して、半田などにより接合することにより、実装基板側から、供給された駆動電圧が振動片本体３９の励振電極１３，１４に印加されて、各振動腕３４，３５が、互いの先端部を接近・離間するように所定の周波数で屈曲振動することができる。

図６ないし図８は、圧電デバイス３０の枠付き振動片の変形例を示している。
図６は枠付き振動片３２−１の概略平面図（概略表面図）、図７は枠付き振動片の概略底面図（概略裏面図）、図８は図６のＣ−Ｃ線切断端面図である。
これらの図において、枠付き振動片３２−１は、上述した枠付き振動片３２と同じ材料で形成され、全体を矩形の振動片として構成した例である。この枠付き振動片３２−１は、枠部３６と、この枠部３６と一体で、枠部３６よりも厚みを薄く形成して設けた振動領域６１とを有している。

振動領域６１の中央付近の比較的広い領域には、励振電極が形成されており、表側に励振電極１３が、裏側に励振電極１４が同じ大きさで矩形に設けられている。各例励振電極１３，１４は、各一辺の中央付近から細幅で延長されて、枠付き振動片の幅方向端部に引き回されて、引出し電極１３ａ，１４ａが設けられている。

表側の引出し電極１３ａには、枠付き振動片３２−１の表裏に貫通する導電スルーホールが設けられ、裏面の引出し電極１３ａ−１と接続されている。すなわち、裏面には、引出し電極１３ａ−１と１４ａとのふたつの引出し電極が設けられている。これら引出し電極１３ａ−１と１４ａは、図２，図５で説明したのと同様の手法でベース基体３１と接続されるようになっている。
枠付き振動片３２−１の表面側において、枠部３６には、金属被覆層５１が設けられている。
かくして、この枠付き振動片３２−１を図１ないし図５で説明したベース基体３１とリッド３３に配置することで、圧電デバイスを形成することができる。
この場合、振動片が矩形の振動片として機能することができ、それ以外の点は圧電デバイス３０と同じ作用効果を発揮することができる。

（圧電デバイスの製造方法）
次に、圧電デバイス３０の製造方法の実施形態を説明する。
図９は圧電デバイス３０の製造方法の一例を示すフローチャートであり、この実施形態では、圧電デバイス３０の製造工程は図９に示すように前工程と、後工程を有している。
（前工程）
圧電デバイス３０の製造方法における前工程は、図９のＳＴ１１ないしＳＴ１４に示す基体ベース層の形成工程と、ＳＴ２１ないしＳＴ２４に示す枠付き振動片を形成するための素子層の形成工程と、リッド層の形成工程とを有している。
これらの基体ベース層の形成工程と、素子層の形成工程と、リッド層の形成工程は、それぞれ別々に行われる工程である。すなわち、前工程は組み立ての準備工程であり、複数の固定が並列的に行われる。

（ベース基体層の形成工程）
図１０にそれぞれ示すものは、ベース基体層を形成するための第２の基板層１４２と第１の基板層１４１である。これらは、図２で説明した第２の基板４２と、第１の基板４１とに相当するもので、それぞれ複数枚の基板を一度に形成できる大きさのウエハーを用いている。この実施形態では、例えば、図１０において、縦４個、横５個の製品に対応した各基板を形成できる大きさとされたウエハーが示されているが、より多くの数を同時に形成すれば、より生産効率は向上する。

ベース基体層を形成するための第２の基板層１４２と第１の基板層１４１は、それぞれ絶縁材料で形成され、セラミックが適している。また、材料としては後述する素子層やリッド層の熱膨張係数と一致もしくは、きわめて近い熱膨張係数を備えたものが必要で、この実施形態では、例えば、ガラスセラミックのグリーンシートが利用されている。グリーンシートは、例えば、所定の溶液中にセラミックパウダを分散させ、バインダを添加して生成される混練物をシート状の長いテープ形状に成形し、これを所定の長さにカットして得られるものである（ＳＴ１１）。
この実施形態では、例えば、ガラス、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ_２）、バインダーをミキシングして得られるグリーンシートを使用している。
図１０に示すように、第２の基板層１４２には、図２で説明した第２の孔４５を穿設する（ＳＴ１２）。

次いで、図１０に示すように、第２の基板層１４２と第１の基板層１４１とを重ねる。
続いて、ベース基体層１３１を焼成し（ＳＴ１４）、焼成後に必要な箇所に導電ペーストを塗布する。例えば、図１ないし図５で説明した実装端子４７，４８の箇所と、貫通孔４３の段部の金属被覆部４３ａに、例えば銅ペースト等の塗布し、乾燥後に、ニッケル、金の順にメッキを施す。また、ランド部５２，５２には、金錫によるバンプ５３，５３を形成する。なお、端子等の導電パターンの形成は、セラミック材料の焼成前に導電ペーストを塗布し、焼成後にメッキするようにしてもよい。
また、この時、先に説明したランド部５２，５２およびバンプ５３，５３と封止材４９もこれらの厚みが（接合状態で）等しくなるように形成される（バンプ５３，５３と封止材４９は図１０では図示を省略している）。

（素子層の形成工程）
図１１に示すように、素子層１３２を用意する。この素子層１３２は、図２ないし図４で説明した枠付き振動片３２を形成するもので、圧電材料として、水晶が使用されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。この実施形態では、具体的には、水晶Ｚ板でなるウエハーが使用されている。

素子層１３２では、図１１に示すように、少なくとも、複数個の製品に対応した数の振動片本体３９の外形をウエットもしくはドライエッチングにより形成する（ＳＴ２１）。この場合、ひとつの素子層１３２は、上述したベース基体層１３１と同じ数だけの製品に対応した数だけ枠付き振動片３２を形成することができるようにされており、その外形寸法は、ベース基体層１３１と一致されている。

さらに、素子層１３２には図３などで説明した電極パターンを形成する。すなわち、励振電極１３，１４および金属被覆層５１に対応した箇所に、枠付き振動片３２の枠部３６の表面には、陽極接合のための金属被覆層５１を形成する。これは水晶ウエハの上に下地としてのニッケルもしくクロム膜をスパッタリングなどで形成し、その上に金層を形成して設けることができる。なお、図１１では、金属被覆層５１は過度に細かい形態を図示することの困難さに鑑み記載していない。

なお、必要により、素子層１３２の励振電極１３，１４の各引出し電極などにプローブをコンタクトさせることによって、駆動電圧を印加し、周波数を見ながら、例えばレーザ光を振動腕の先端付近の電極部に照射して、金属被膜を蒸散させ、質量削減方式による周波数の調整を行うようにしてもよい。

（リッド層の形成工程）
リッド層は、ベース基体層１３１や素子層１３２と同様に、これらと同じ数の複数の製品に対応した数のリッド３３を切断により形成できる大きさを備えており、その外形寸法は、ベース基体層１３１や素子層１３２と一致されたガラスウエハーを用いて形成することができる。
すなわち、リッド層１３３として使用可能なウエハーは、後述する周波数調整において、外部から照射されるレーザ光を透過できる透明な材料であることが必要で、水晶やガラスが使用できる。水晶である場合には、素子層１３２と同じ水晶Ｚ板が使用される。ガラスである場合には、水晶Ｚ板の熱膨張係数である１３．８ｐｐｍ／一度（摂氏）とほぼ一致した透明な材料を選択する。このような材料としては、例えば、通常のソーダガラスや、硼珪酸ガラスではなく、高膨張ガラスが使用される。すなわち、高膨張ガラスの成分比を調整することにより、その熱膨張係数を、上述した１３．８ｐｐｍ／一度（摂氏）に適合させる。

（接合工程）
図１２は、リッド層１３３と、素子層１３２を接合する様子を示す切断端面図である。リッド層１３３と、素子層１３２との接合は、この場合、既に説明したように、陽極接合により行う。
ガラス製であるリッド層１３３には、その軟化点よりも低い温度を加えた状態で、このリッド層１３３と、接合膜である金属被覆層５１との間で、金属被覆層５１側が陽極になるようにして、直流電源６５から直流電圧を印加する。
すなわち、陽極接合は、表面どうしを密着させて固相のまま接合する手法で、平滑な表面をもつ面どうしで、その表面原子の結合を生じさせて接合する方法である。したがって、ガラス製であるリッド層１３３には、印加された直流電圧の作用によって、イオンが移動し、金属被覆層５１とのギャップ及びその近傍に形成された空間電荷層に、継続して印加された電圧がかかるようになる。そうすると、リッド層１３３と金属被覆層５１との間に静電引力が発生し、互いに密着して、強電界によりガラス側から電極側へイオンの移動が進み、界面で電極側の原子と共有結合を生じて、結合が行われると考えられる。
このようにして、リッド層１３３と素子層１３２が精密に接合される（ＳＴ２４）。

（後工程）
次に、図１３に示すように、ベース基体層１３１と素子層１３２を接合する（ＳＴ５１）。
すなわち、ベース基体層１３１と素子層１３２を図示のように重ねると、ベース基体層１３１にプリフォームされた金属膜と封止材４９とを合わせた厚みと、ランド部５２の金属およびバンプ５３もしくは導電性接着剤とを合わせた厚みとが等しいので、封止材４９が素子層１３２と金属膜３６ｂと当接する状態で、バンプ５３も素子層１３２の図３で説明した各振動子本体３９の引出し電極１３ａ，１４ａと当接することができる。
しかも、バンプ５３は封止材４９と同じ金属である金錫で形成されている。このため、図２の状態で、例えば、真空チャンバーなどに収容して、真空雰囲気下で加熱すると、封止材４９とバンプ５３が同時に溶融して、接合することで、ベース基体層１３１と素子層１３２の機械的接合と、上記各振動子本体３９と各ランド部５２との電気的接合が同時に行われる。
また、この接合に続いて、内部空間Ｓ２の脱ガスを行うことができる。すなわち、封止材４９等から生じるガスその他の気体成分を内部から貫通孔４３を介して排出することができる。

続いて、真空雰囲気下において、各貫通孔４３の段部に図示しない金属封止材、例えば球形の金属ボールを載置し、これにレーザ光など照射して溶融することにより図２で示すように封止材４６の充填を行う。この際、金属の封止材４６は、段部の金属被覆部４３ａと濡れることで、適切に充填されて、気密に孔封止される（ＳＴ５２）。

次に、ベース基体層１３１、素子層１３２、リッド層１３３が接合された図１３の複合パッケージ３７−１は、個々の製品に対応した平面方向に関して、縦横の切断線Ｃに沿ってダイシングされる（ＳＴ５３）。
ＳＴ５３によるカット後は、個々の製品に関して、図２のリッド３３を介して、外部からレーザ光を内部の振動片本体３９の先端付近の励振電極に照射し、質量削減方式による周波数調整を行う（ＳＴ５４）。次いで、個々の製品に関して、必要な検査を行い（ＳＴ５５）、圧電デバイス３０が完成する。

このように、本実施形態の製造方法によれば、複数個の製品の大きさに相当するベース基体層１３１と、素子層１３２と、リッド層１３３とを積層固定するようにしているので、ベースに圧電振動片を収容し、これをリッドで気密に封止する工程を、従来のように個々の製品単位で行うのではなく、製品の複数個に関して同時に処理できる。このため、大幅に生産性を向上させることができる。
この場合、ベース基体層１３１と、素子層１３２と、リッド層１３３とを積層固定するためには、固定後に固定状態を維持する必要があり、このため、各層の熱膨張係数を一致させるようにしている。

さらに、素子層３２−１としては、枠付きの圧電振動片を構成するものが使用されるので、図２に示すように、枠の部分が圧電振動片を収容するパッケージ３７の一部となり、この部分がベース基体３１とリッド３３とで挟まれて固定される構造であるから、従来のように、箱状のパッケージの内側に、圧電振動片を片持ち式に固定するために必要とされる種々の作業が不要である。
特に、ベース基体層１３１と素子層１３２とを接合する際に、圧電振動片の電気的接続も同時に、しかも簡単に行うことができるので、パッケージ内の電極部の短絡を避けて、導電性接着剤を微量塗布したり、圧電振動片の姿勢や向きを正しく位置合わせする等の精密で困難な作業を避けることができ、製造がきわめて容易である。しかも、パッケージの内面で圧電振動片の接合作業を行う必要がないことから、圧電振動片の収容スペースも、作業性を考慮してその分大きくしないで済み、小型化に有利である。
かくして、製品が極端に小型化されても精度良く容易に製造することができ、大幅に生産性の向上を図ることができる圧電デバイスの製造方法を提供することができる。

本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、パッケージに被われるようにして、内部に圧電振動片を収容するものであれば、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。

本発明の圧電デバイスの実施形態を示す概略斜視図。 図１のＡ−Ａ線概略断面図。 図１の圧電デバイスの枠付き振動片の概略平面図。 図１の圧電デバイスのベース基体の概略平面図。 図１のＢ−Ｂ線概略断面図。 図１の圧電デバイスの枠付き振動片の変形例に係る概略平面図。 図１の圧電デバイスの枠付き振動片の変形例に係る概略底面図。 図６のＣ−Ｃ線切断端面図。 図１の圧電デバイスの製造方法の実施形態を示すフローチャート。 図１の圧電デバイスの製造方法の実施形態の工程図。 図１の圧電デバイスの製造方法の実施形態の工程図。 図１の圧電デバイスの製造方法の実施形態の工程図。 図１の圧電デバイスの製造方法の実施形態の工程図。 従来の圧電デバイスの一例を示す概略断面図。

符号の説明

３０・・・圧電デバイス、３１・・・ベース基体、３２・・・枠付き振動片、３３・・・リッド、３４，３５・・・振動腕、３６・・・枠部、３７・・・パッケージ、３９・・・振動片本体、１３１・・・ベース基体層、１３２・・・素子層、１３３・・・リッド層

Claims (3)

1. 各層ともそれぞれ同じ個数の複数個の製品に相当する大きさとされている、ベース基体を構成するベース基体層と、枠付きの圧電振動片を構成する素子層と、リッドを構成するリッド層とを形成し、
   前記ベース基体層と前記素子層と前記リッド層とを積層固定し、
   前記積層後に、前記各製品の大きさに切断するようにした圧電デバイスの製造方法であって、
   さらに、前記積層固定前において、前記ベース基体層には、個々の製品単位の大きさに対応して、それぞれ周縁部に沿った金属膜および封止材と、この周縁部よりも内側で前記金属膜および封止材とほぼ同じ厚みとなるランド部とを形成し、
   かつ、プリフォームされている前記封止材と、前記ランド部に設けられるバンプとを、互いに近い融点である金属を用いて形成する
   ことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
2. 前記金属膜として、ニッケルおよび／またはクロムの下地層の上に金層を形成して、その上に金錫バンプを設け、前記封止材として金錫合金を用いることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイスの製造方法。
3. 前記ベース基体層と前記素子層と前記リッド層とを積層固定する前に、前記ベース基体層となる材料を加工して、複数のベース基体を形成するベース基体形成工程と、
   圧電材料を加工して複数の圧電振動片を形成する振動片形成工程と、
   リッド層となる材料を加工して、複数のリッドを形成するリッド形成工程とを、互いに別々の工程で行う前工程と、
   前記複数のベース基体でなるベース基体層と、前記複数の圧電振動片でなる前記素子層と、前記複数のリッドでなる前記リッド層とを積層固定する接合工程と、
   前記接合工程を含み、さらに前記ベース基体層と前記素子層と前記リッド層とを積層して接合した後で、個々の製品の大きさに切断する後工程と
   を有しており、
   前記後工程において、前記切断を行う前に、ベース基体層に、個々の製品に対応して形成された貫通孔を介して、脱ガスし、これら貫通孔を孔封止することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。

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