JP2010004455A - 圧電デバイスとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電振動子の振動周波数にバラツキを生じることなく、長期安定性を得られる圧電振動子を提供する。
【解決手段】圧電デバイス（１００）は、励振電極（３５）が形成された振動片（３０）と、振動片を囲み励振電極と接続される接続電極（３３，３４）が形成された外枠部（２１）とを有する圧電フレーム（２０）と、外枠部の片面に接合し接続電極と接続される第１接続端子（４２，４４）と、第１接続端子の反対面に形成された第２接続端子（４５，４６）と、第１接続端子と第２接続端子とを接続するスルーホール配線（４１，４３）とを有する圧電ベース（４０）と、第２接続端子に接続する第３接続端子と、第３接続端子の反対面に形成された外部端子と、第３接続端子と外部端子（５１，５２）とを接続する表面配線とを有し、圧電ベースの片面に接合する平面ベース（５０）と、圧電フレームの他方の面に接合するリッド（１０）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電振動片をパッケージ内に配置した圧電デバイスと、その圧電デバイスの製造方法とに関する。

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。

従来、圧電振動子は、金属、ガラス又はセラミックからなるリッドとパッケージ部材との接合面にロウ材を塗布して重ね合わせ、真空中あるいは不活性ガス中において加熱などによってロウ材を溶融することにより封止を行っている。このような圧電振動子は、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。
特開２００６−０４２０９６号公報

特許文献１に開示された圧電振動子は、パッケージ部材の接合を行う場合に、封止用の貫通孔（スルーホール）を封止材（ハンダ材）などで塞いでいる。封止材などを溶融する過程で生じたガスは、圧電振動片に吸着されることがある。このため、振動周波数にバラツキを生じていた。また、貫通孔の封止を行う場合に、溶解時に封止材から発生するガスがパッケージ内に取り残されることにより、圧電振動子の長期安定性を損なう懸念があった。

さらに、特許文献１ではセラミック基材からなるパッケージ部材に水晶振動子を載置するため、一つ一つの圧電振動子を効率的に生産する作業効率が悪かった。つまり、パッケージのスルーホールを封止する作業において、個々のパッケージに設けられた多数のスルーホールに充填する封止材の投入に要する作業時間が、作業効率向上のネックになっている。

そこで本発明の目的は、貫通孔の封止に封止材を使わず、貫通孔を備えた圧電ベースに外部電極を備えた平面ベースを重ね、シロキサン結合により接合、封止を行うことにより、圧電振動子の振動周波数にバラツキを生じることなく、長期安定性を得られる圧電振動子を提供することである。

第１の観点の圧電デバイスは、励振電極が形成された振動片と、振動片を囲み励振電極と接続される接続電極が形成された外枠部とを有する圧電フレームと、外枠部の片面に接合し接続電極と接続される第１接続端子と、第１接続端子の反対面に形成された第２接続端子と、第１接続端子と第２接続端子とを接続するスルーホール配線とを有する圧電ベースと、第２接続端子に接続する第３接続端子と、第３接続端子の反対面に形成された外部端子と、第３接続端子と外部端子とを接続する表面配線とを有し、圧電ベースの片面に接合する平面ベースと、圧電フレームの他方の面に接合するリッドと、を備える。
この構成により、スルーホール配線を封止材などで塞ぐことがないので、封止材からのガスがパッケージ内に取り残されることはない。

第２の観点の圧電デバイスのスルーホール配線は、金（Au）層が形成された貫通孔である。
第３の観点の圧電デバイスにおいて、接続電極、励振電極、第１接続端子及び第２接続端子は、クロム又はニッケルからなる下地層と下地層の表面に形成された金（Au）層とからなる。
第４の観点の圧電デバイスの平面ベースは、圧電材料である。

第５の観点の圧電デバイスの製造方法は、大気中で、振動片及び振動片を囲む外枠部を有する圧電フレーム用のウエハを、リッド用のウエハとスルーホール配線を有する圧電ベース用のウエハとで挟むように接合する第１接合工程と、真空中又は不活性雰囲気中で圧電ベース用のウエハに平面ベース用のウエハを接合する第２接合工程と、接合した圧電フレーム用のウエハ、圧電ベース用のウエハ、平面ベース用のウエハ及びリッド用のウエハをダイシングするダイシング工程と、を備える。
この構成により、スルーホール配線に封止材など一つ一つ配置することなく、ウエハ単位で一度に数百以上の封止が行え、作業効率が良い。

第６の観点の圧電デバイスの製造方法は、圧電ベース用のウエハ、リッド用のウエハ及び圧電フレーム用のウエハは水晶材料であり、第１接合工程はシロキサン結合である。
シロキサン結合により、振動片の振動周波数にバラツキが小さくなり、高精度の水晶振動子を生産することができる。

第７の観点の圧電デバイスの製造方法は、圧電ベース用のウエハ及びリッド用のウエハはガラス、セラミック又はシリコン材料であり、圧電ウエハの外枠部に金属膜が形成されており、第１接合工程は陽極接合である。
陽極接合により、封止が確実にでき高精度の水晶振動子を生産することができる。

本発明の圧電振動子は、振動周波数にバラツキを生じることなく、長期安定性を得られる圧電振動子を提供することができる。

＜第１実施形態：第１水晶振動子１００の構成＞
以下、本発明の各実施形態にかかる第１水晶振動子１００について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態の第１水晶振動子１００の概略図を示している。
図１（ａ）は、分割した状態の第１水晶振動子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、図１（ａ）のＡ−Ａ断面で第１水晶振動子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１水晶振動子１００は、最上部の第１リッド１０、第１圧電フレーム２０、第１圧電ベース４０及び最下部の第１平面ベース５０から構成される。第１リッド１０、第１圧電フレーム２０、第１圧電ベース４０及び第１平面ベース５０は水晶材料から形成される。第１圧電フレーム２０は、エッチングにより形成された音叉型の水晶振動片３０を有している。

第１水晶振動子１００は、音叉型の水晶振動片３０を備えた第１圧電フレーム２０を中心に挟んで、その第１圧電フレーム２０の上に第１リッド１０が接合され、第１圧電フレーム２０の下に第１圧電ベース４０が接合される。さらに、第１圧電ベース４０の下に第１平面ベース５０が接合されてパッケージ９０が形成されている。つまり、第１リッド１０は第１圧電フレーム２０に、第１圧電ベース４０は第１圧電フレーム２０に、第１平面ベース５０は第１圧電ベース４０にシロキサン接合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）により封止する構成になっている。

第１圧電フレーム２０は、その中央部にいわゆる音叉型の水晶振動片３０と外側に外枠部２１とを有しており、音叉型の水晶振動片３０と外枠部２１との間には空間部２２が形成されている。音叉型の水晶振動片３０の外形を規定する空間部２２は水晶エッチングにより形成されている。音叉型の水晶振動片３０は、外枠部２１とおなじ厚さである。音叉型の水晶振動片３０は、基部３２と基部３２から伸びる一対の振動腕３１とを有している。基部３２と外枠部２１とは一体に形成されている。基部３２及び外枠部２１の第１主面に第１基部電極３３と第２基部電極３４とが形成され、第２主面にも同様に第１基部電極３３と第２基部電極３４とが形成されている。

第１リッド１０は、第１圧電フレーム２０側にリッド用凹部１７を備える。第１圧電ベース４０は、第１圧電フレーム２０側にベース用凹部４７を備える。第１圧電ベース４０は第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３並びに段差部４９を形成する。段差部４９には、第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３と接続する第１接続電極４２及び第２接続電極４４並びに第３接続電極４５及び第４接続電極４６が形成されている。第１平面ベース５０は、第１外部電極５１及び第２外部電極５２を備えている。

第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３は、その内面に金属膜が形成される。内面の金属膜は、第１接続電極４２及び第２接続電極４４並びに第３接続電極４５、第４接続電極４６と同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。金属膜は２層から成り、１５０オングストローム〜７００オングストロームのニッケル（Ｎｉ）層の上に４００オングストローム〜２０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成である。ニッケル（Ｎｉ）層の代わりに、クロム（Ｃｒ）層又はチタン（Ｔｉ）層を使用されることもある。

第１接続電極４２は、第１スルーホール４１を通じて第１圧電ベース４０に設けた第３接続電極４５に電気的に接続する。第２接続電極４４は、第２スルーホール４３を通じて第１圧電ベース４０に設けた第４接続電極４６に電気的に接続する。

第１水晶振動子１００は、第１リッド１０、第１圧電フレーム２０、第１圧電ベース４０及び第１平面ベース５０が接合されてパッケージ９０が形成される。つまり、第１基部電極３３は第１平面ベース５０の第１外部電極５１と電気的に接合し、第２基部電極３４は第１平面ベース５０の第２外部電極５２と電気的に接合する。

図２は、第１水晶振動子１００の概略図を示している。図２（ａ）は、第１リッド１０の上面図であり、（ｂ）は第１圧電フレーム２０の上面図であり、（ｃ）は第１圧電ベース４０の上面図であり、（ｄ）は第１平面ベース５０の上面図であり、（ｅ）は、（ａ）から（ｄ）のＡ−Ａ断面で第１水晶振動子１００を示した概略断面図である。図２では、図１と重複する説明を省く。

図２（ａ）に示されるように、第１リッド１０は、第１圧電フレーム２０側にリッド用凹部１７を備える。図２（ｂ）に示されるように、第１圧電フレーム２０は、音叉型の水晶振動片３０と外枠部２１とを備える。音叉型の水晶振動片３０は、第１主面及び第２主面に第１励振電極３５及び第２励振電極３６が形成されており、第１励振電極３５は、基部３２及び外枠部２１に形成された第１基部電極３３につながっており、第２励振電極３６は、基部３２及び外枠部２１に形成された第２基部電極３４につながっている。また、水晶振動片３０の振動腕３１の先端には、錘部３７及び錘部３８が形成されている。第１基部電極３３及び第２基部電極３４、第１励振電極３５及び第２励振電極３６並びに錘部３７及び錘部３８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水晶振動片３０は所定の周波数で振動する。錘部３７及び錘部３８は水晶振動片３０の振動腕３１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。

図２(ｃ)に示されるように、第１圧電ベース４０は、エッチングにより第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３並びにベース用凹部４７及び段差部４９が形成さる。第１圧電ベース４０は、段差部４９に第１接続電極４２、第２接続電極４４、第３接続電極４５及び第４接続電極４６を備えている。

図２(ｄ)に示されるように、第１平面ベース５０は、第１外部電極５１及び第２外部電極５２を備えている。第１外部電極５１及び第２外部電極５２は、フォトリソグラフィ工程で作成される。

上記のような第１リッド１０、第１圧電ベース４０及び第１圧電フレーム２０は、第１接合工程でシロキサン結合を行い接合する。シロキサン結合は、音叉型の水晶振動片３０を備えた第１圧電フレーム２０を中心として、第１圧電ベース４０及び第１リッド１０の接面を酸素含有雰囲気中で短波長の紫外線を照射し、清浄な状態にする。そしてそれらを重ね合わさせて、３５０°Ｃから４５０°Ｃに保持された不図示の高温槽で圧着することによって結合が行われる。

第１接合工程でシロキサン結合を終了した第１リッド１０、第１圧電フレーム２０及び第１圧電ベース４０は、第２接合工程で第１平面ベース５０とシロキサン結合が行われる。第１接合工程でシロキサン結合を終了した第１圧電ベース４０及び第１平面ベース５０の接面を、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重ね合わせる。そして、シロキサン結合した第１リッド１０、第１圧電フレーム２０及び第１圧電ベース４０は、第１平面ベース５０と重ね合わされた状態で、不図示の真空リフロー炉により一定時間真空中又は不活性雰囲気中に保持して加熱される。このシロキサン結合によりパッケージ９０内が真空になった又は不活性ガスで満たされた第１水晶振動子１００が完成する。パッケージングがシロキサン結合によって行われるため、パッケージングに接合材を使用する必要がない。また、スルーホールに封止材を挿入して封止する必要がないため、スルーホールに封止材を投入する作業時間が短縮され作業効率が向上する。また、接合材及び封止材から生じるガスの発生がない。

さらに、シロキサン結合した第１リッド１０、第１圧電フレーム２０及び第１圧電ベース４０に対して、第１平面ベース５０をシロキサン結合すると、音叉型の水晶振動片３０の振動周波数にバラツキが小さくなり、高精度の第１水晶振動子１００を生産することができる。

図２（ｅ）の概略断面図で示されるように、第１水晶振動子１００は、第１リッド１０と第１圧電フレーム２０と第１圧電ベース４０と第１平面ベース５０とを重ね合わせ、１個の第１水晶振動子１００をシロキサン結合した図を示している。しかし実際の製造においては、１枚の水晶ウエハに数百から数千の第１圧電フレーム２０と、１枚の水晶ウエハに数百から数千の第１リッド１０と、１枚の水晶ウエハに数百から数千の第１圧電ベース４０と１枚の水晶ウエハに数百から数千の第１平面ベース５０とを用意し、それらをウエハ単位で接合して一度に数百から数千の第１水晶振動子１００を製造する。パッケージ９０が完成されたウエハは、ダイシングソー又はレーザーソーで切断して１個の第１水晶振動子１００に形成する。ウエハ単位での第１水晶振動子１００の製造工程については、図3を用いて説明する。

第１リッド１０、第１圧電フレーム２０、第１圧電ベース４０及び第１平面ベース５０は、シロキサン接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必要がある。シロキサン接合は、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２１の裏面に形成した第１基部電極３３及び第２基部電極３４と対向する面はその配線電極の厚み以上の段差部を形成する必要がある。また、第１圧電ベース４０の表面に形成した第１接続電極４２と第２接続電極４４及び第３接続電極４５と第４接続電極４６とはその接続電極の厚み分だけの深さで段差部４９を形成する必要がある。つまり、接合面はシロキサン結合を阻害しないように、各電極の段差部及びその対向する面を形成する。

第１圧電ベース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２１に形成された第１基部電極３３及び第２基部電極３４の厚さも１５００Å〜２０００Åである。また、第１圧電ベース４０に形成された第１接続電極４２及び第２接続電極４４の厚さも１５００Å〜２０００Åである。すなわち、外枠部２１に形成された基部電極の厚さと第１圧電ベース４０に形成された接続電極の厚さが合計で３０００Åから４０００Åになる。

第１圧電ベース４０と外枠部２１とを接触しようとすると、最初に第１基部電極３３及び第２基部電極３４と第１接続電極４２及び第２接続電極４４とが接触する。このときに外枠部２１の底面と第１圧電ベース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１基部電極３３及び第２基部電極３４と第１接続電極４２及び第２接続電極４４との金層が互いに結合する。また、外枠部２１の底面と第１圧電ベース４０の上面とがシロキサン結合で強固に結合する。

同様に第１圧電ベース４０と第１平面ベース５０とを接触しようとすると、最初に第３接続電極４５及び第４接続電極４６と第１外部電極５１及び第２外部電極５２とが接触する。このときに第１圧電ベース４０の底面と第１平面ベース５０の上面との隙間が５００Å〜１０００Åぐらいになる。この状態で水晶のシロキサン結合を行うと、第３接続電極４５及び第２接続電極４６と第１外部電極５１及び第２外部電極５２との金層が互いに結合する。また、第１圧電ベース４０の底面と第１平面ベース５０の上面とがシロキサン結合で強固に結合する。

段差部４９を設けない状態で、外枠部２１の底面と第１圧電ベース４０の上面とを結合しようとすると、外枠部２１に形成された基部電極と第１圧電ベース４０に形成された接続電極との合計厚さが３０００Åから４０００Åになり、外枠部２１の底面と第１圧電ベース４０の上面とが結合しないことが多い。その一方で、基部電極と接続電極との合計厚さ（３０００Åから４０００Å）の段差部４９が設けられると、外枠部２１と第１圧電ベース４０とはシロキサン結合することができるが、第１基部電極３３及び第２基部電極３４と第１接続電極４２及び第２接続電極４４とが結合せず、両者が導通しなくなる場合が多い。このため、第１基部電極３３及び第２基部電極３４と第１接続電極４２及び第２接続電極４４との合計厚さより約１０パーセントから約３０パーセント程度水晶厚さが薄くなるような段差部４９の高さが形成されている。

第１圧電ベース４０の底面と第１平面ベース５０の上面とを結合する場合も、第３接続電極４５及び第４接続電極４６と第１外部電極５１及び第２外部電極５２との合計厚さより約１０パーセントから約３０パーセント程度水晶厚さが薄くなるような段差部４９の高さを形成している。

＜第１水晶振動子１００の製造工程＞
図３は、リッド用凹部１７を備えた圧電リッド用ウエハ１と、音叉型の水晶振動片３０が形成された圧電フレーム用ウエハ６０と、ベース用凹部４７を備えた圧電ベース用ウエハ７０と外部電極５１及び５２が形成された平面ベース用ウエハ８０とを重ね合わせる前の図である。説明の都合上仮想線で、圧電リッド用ウエハ１には第１リッド１０が示され、圧電フレーム用ウエハ６０には第１圧電フレーム２０が示されている。圧電ベース用ウエハ７０には圧電ベース４０が示され、平面ベース用ウエハ８０には平面ベース５０が示されている。なお、説明の都合上圧電リッド用ウエハ１には４２個の第１リッド１０が描かれているが、実際の製造においては、１枚のウエハに数百から数千の第１リッド１０が形成される。

重ね合わせる際には、すでに第１リッド１０のリッド用凹部１７は水晶エッチングで形成されている。また、第１圧電ベース４０のリッド用凹部４７が水晶エッチングで形成されている。さらに第１接続電極４２及び第２接続電極４４並びに第３接続電極４５及び第４接続電極４６が形成されている。また、第１基部電極３３及び第２基部電極３４並びに第１励振電極３５及び第２励振電極３６が形成されている。

音叉型の水晶振動片３０の外形を規定する開口部２２は、水晶エッチングで形成されている。また、水晶ウエハ単位で第１圧電フレーム２０の外枠部２１及び音叉型の水晶振動片３０には、第１基部電極３３及び第２基部電極３４並びに第１励振電極３５及び第２励振電極３６並びに錘部３７及び錘部３８が形成されている。

平面ベース用ウエハ８０は、斜線部の開口領域８２が水晶エッチングされることにより、第１平面ベース５０の長辺が所定の長さに形成されている。第１平面ベース５０の表裏には、第１外部電極５１及び第２外部電極５２が形成される。第１外部電極５１及び第２外部電極５２は、開口領域８２を通じて表裏の第１外部電極５１及び第２外部電極５２が
電気的に接続する。第１外部電極５１及び第２外部電極５２は、フォトリソグラフィ工程で形成される。第１平面ベース５０は、パッケージ９０の完成後仮想線上でダイシングソー又はレーザーソーで切断されるので、第１外部電極５１と第２外部電極５２とが短絡することはない。

圧電リッド用ウエハ１と圧電フレーム用ウエハ６０と圧電ベース用ウエハ７０及び平面ベース用ウエハ８０とから成る４枚の水晶ウエハの直径は、例えば４インチであり軸方向が特定できるように４枚の水晶ウエハの周辺部１ｅ，周辺部６０ｅ，周辺部７０ｅ及び周辺部８０ｅの一部に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１ｃ、６０ｃ，７０ｃ及び８０ｃが形成されている。この４枚の水晶ウエハのオリエンテーションフラットを正確に位置合わせして重ね合わせる。

４枚の水晶ウエハは、第１接合工程及び第２接合工程によりシロキサン結合されてパッケージ９０が形成される。図２で説明したように、ウエハ同士のシロキサン結合の際に、第１基部電極３３及び第２基部電極３４と第１接続電極４２及び第２接続電極４４ともしっかりと結合する。第１接続電極４２は、第１スルーホール４１を通じて第１圧電ベース４０に設けた第３接続電極４５に電気的に接続する。第２接続電極４４は、第２スルーホール４３を通じて第１圧電ベース４０に設けた第４接続電極４６に電気的に接続する。つまり、第１基部電極３３は第１平面ベース５０の第１外部電極５１と電気的に接合し、第２基部電極３４は第１平面ベース５０の第２外部電極５２と電気的に接合する。

パッケージ９０が完成された水晶ウエハは、ダイシングソー又はレーザーソーで切断して第１水晶振動子１００に形成する。いわゆるパッケージングと電極の結合とを同時に行うことができ、また水晶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。

＜パッケージングの工程＞
図４は、ウエハ単位でのパッケージングのフローチャートである。
ステップＳ１１において、音叉型の水晶振動片３０を備えた圧電フレーム用ウエハ６０を中心として、圧電リッド用ウエハ１及び圧電ベース用ウエハ７０の接面を酸素含有雰囲気中で短波長の紫外線を照射し、清浄な状態にする。そしてそれらを重ね合わさせて、３５０°Ｃから４５０°Ｃに保持された不図示の高温槽で圧着することによって結合が行われる。この第１接合工程は、大気中で行われる。

ステップＳ１２では、平面ベース用ウエハ８０と第１接合工程でシロキサン結合を終了した圧電リッド用ウエハ１、圧電フレーム用ウエハ６０及び圧電ベース用ウエハ７０とを接合する第２接合工程で、シロキサン結合を行い接合する。第２接合工程は、平面ベース用ウエハ８０と圧電ベース用ウエハ７０との接面とを酸素含有雰囲気中で短波長の紫外線を照射し、清浄な状態にする。そしてそれらを重ね合わさせて、３５０°Ｃから４５０°Ｃに保持された不図示の真空リフロー炉で一定時間真空中または不活性雰囲気中に保持して加熱、圧着することでシロキサン結合が行われる。これによりパッケージ９０内が真空になった又は不活性ガスで満たされた第１水晶振動子１００が完成する。

ステップＳ１３では、パッケージ９０が完成されたウエハをダイシングソー又はレーザーソーで切断して切り離し、個々の第１水晶振動子１００に形成される。

＜第２実施形態：第２水晶振動子１１０の構成＞
以下、本発明の第２実施形態にかかる第２水晶振動子１１０について、図面を参照して説明する。図５は、本発明の第２実施形態にかかる第２水晶振動子１１０の概略図を示している。
図５（ａ）は第２リッド１０’の上面図であり、（ｂ）は第２圧電フレーム２０’の上面図であり、（ｃ）は第２圧電ベース４０’の上面図であり、（ｄ）は第２平面ベース５０’の上面図であり、（ｅ）は、（ａ）から（ｄ）のＢ−Ｂ断面で第２水晶振動子１１０を示した概略断面図である。第２リッド１０’、第２圧電フレーム２０’、第２圧電ベース４０’及び第２平面ベース５０’は水晶材料から形成される。図５では、第１実施形態と重複する説明を省く。

図５（ａ）に示されるように、第２リッド１０’は、リッド用凹部を備えない平面板である。図５（ｂ）に示されるように、第２圧電フレーム２０’は、音叉型の水晶振動片３０と外枠部２１とを備える。音叉型の水晶振動片３０は、外枠部２１の厚さより薄くなるように、両面より水晶エッチングにより形成され、同時に基部３２に段差部３９が形成されている。音叉型の水晶振動片３０は、第１主面及び第２主面に第１励振電極３５及び第２励振電極３６並びに水晶振動片３０の振動腕３１の先端には、錘部３７及び錘部３８が形成されている。基部３２の段差部３９には第１基部電極３３、第２基部電極３４が形成されている。また、第１基部電極３３及び第２基部電極３４、第１励振電極３５及び第２励振電極３６並びに錘部３７及び錘部３８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水晶振動片３０は所定の周波数で振動する。錘部３７及び錘部３８は水晶振動片３０の振動腕３１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。

図５（ｃ）に示されるように、第２圧電ベース４０’は、ベース用凹部を備えない平面板である。第２圧電ベース４０’は、エッチングにより第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３が形成され、同時に段差部４９が形成される。第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３は、同一の辺に形成される。第２圧電ベース４０’は表面に、第１接続電極４２’及び第２接続電極４４’を備え、裏面に、第３接続電極４５’及び第４接続電極４６’を備えている。この第１接続電極４２’及び第２接続電極４４’は、段差部４９に形成されている。

図５（ｄ）に示されるように、第２平面ベース５０’は、同一の辺に第１外部電極５１’及び第２外部電極５２’を備えている。

図５（ｅ）の概略断面図で示されるように、第２水晶振動子１１０は、第２リッド１０’と第２圧電フレーム２０’と第２圧電ベース４０’とを重ね合わせ、第１接合工程でシロキサン結合を行い、第２接合工程で第２平面ベース５０’と第２圧電ベース４０’とを重ね合わせシロキサン結合を行ってパッケージ９０’が形成される。

なお、第１実施形態及び第２実施形態において、音叉型の水晶振動片を使った圧電フレームが使用された。しかし、この音叉型の水晶振動片でなくＡＴカット振動片であっても良い。また、上記実施形態では、第１接合工程及び第２接合工程はシロキサン結合によりパッケージ９０を形成したが、リッド、ベース及び平面ベースがパイレックス（登録商標）ガラスなどのナトリウムイオンなど陽イオンを含むガラスでパッケージを作成してもよい。この場合には、圧電フレームの外枠部には電気を通す金属膜が形成され、ガラスを陰極に、圧電フレームの外枠に似形成した金属膜を陽極にして電圧をかければよい。所定の加圧力と所定の温度下でガラスと圧電フレームとの陽極接合で、シロキサン結合に負けないパッケージを作成することができる。

（ａ）は第１水晶振動子１００の構成を示す斜視図である。 （ｂ）は、第１水晶振動子１００の断面構成図である。 （ａ）は、第１リッド１０の上面図である。 （ｂ）は、第１圧電フレーム２０の上面図である。 （ｃ）は、第１圧電ベース４０の上面図である。 （ｄ）は、第１平面ベース５０の上面図である。 （ｅ）は、第１水晶振動子１００の断面図である。 圧電リッド用ウエハ1と、音叉型の水晶振動片３０が形成された圧電フレーム用ウエハ６０と、圧電ベース用ウエハ７０と平面ベース用ウエハ８０とを重ね合わせる斜視図である。 ウエハ単位でのパッケージングのフローチャートである。 （ａ）は、第２リッド１０’の上面図である。 （ｂ）は、第２圧電フレーム２０’の上面図である。 （ｃ）は、第２圧電ベース４０’の上面図である。 （ｄ）は、第２平面ベース５０’の上面図である。 （ｅ）は、第２水晶振動子１１０の断面構成図である。

符号の説明

１ …… 圧電リッド用ウエハ
１ｃ，６０ｃ，７０ｃ，８０ｃ …… オリエンテーションフラット
１ｅ，６０ｅ，７０ｅ，８０ｅ …… ウエハ周辺部
１０，１０’ …… リッド
１７ …… リッド用凹部
２０，２０’ …… 圧電フレーム
２１ …… 外枠部
２２ …… 開口部
３０ …… 水晶振動片
３１ …… 振動腕
３２ …… 基部
３３、３４ …… 基部電極
３５，３６ …… 励振電極
３７、３８ …… 錘部
３９、４９ …… 段差部
４０４０’ …… 圧電ベース
４１，４３， …… スルーホール
４２，４２’、４４、４４’ …… 接続電極
４５，４５’、４６、４６’ …… 接続電極
４７ …… ベース用凹部
５０、５０’ …… 平面ベース
５１、５２ …… 外部電極
８２ …… 開口領域
９０，９０’ …… パッケージ

Claims (7)

1. 励振電極が形成された振動片と、前記振動片を囲み前記励振電極に接続される接続電極が形成された外枠部とを有する圧電フレームと、
   前記外枠部の片面に接合し前記接続電極に接続される第１接続端子と、前記第１接続端子の反対面に形成された第２接続端子と、前記第１接続端子と前記第２接続端子とを接続するスルーホール配線とを有する圧電ベースと、
   前記第２接続端子に接続する第３接続端子と、前記第３接続端子の反対面に形成された外部端子と、前記第３接続端子と前記外部端子とを接続する表面配線とを有し、前記圧電ベースの片面に接合する平面ベースと、
   前記圧電フレームの他方の面に接合するリッドと、
   を備えることを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記スルーホール配線は、金（Au）層が形成された貫通孔であることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記接続電極、前記励振電極、前記第１接続端子及び前記第２接続端子は、クロム又はニッケルからなる下地層と下地層の表面に形成された金（Au）層とからなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電デバイス。
4. 前記平面ベースは、圧電材料であることを特徴とする請求項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. 圧電デバイスの製造方法であって、
   大気中で、振動片及びこの振動片を囲む外枠部を有する圧電フレーム用のウエハを、リッド用のウエハとスルーホール配線を有する圧電ベース用のウエハとで挟むように接合する第１接合工程と、
   真空中又は不活性雰囲気中で前記圧電ベース用のウエハに平面ベース用のウエハを接合する第２接合工程と、
   接合した前記圧電フレーム用のウエハ、前記圧電ベース用のウエハ、前記平面ベース用のウエハ及び前記リッド用のウエハをダイシングするダイシング工程と、
   を備えることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
6. 前記圧電ベース用のウエハ、前記リッド用のウエハ及び前記圧電フレーム用のウエハは水晶材料であり、前記第１接合工程はシロキサン結合であることを特徴とする請求項５の圧電デバイスの製造方法。
7. 前記圧電ベース用のウエハ及び前記リッド用のウエハはガラスであり、前記圧電ウエハの外枠部に金属膜が形成されており、前記第１接合工程は陽極接合であることを特徴とする請求項５の圧電デバイスの製造方法。