JP2010252051A - 圧電デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子素子層の接続電極と保持部材の外部電極とを貫通電極を介しての電気的接続において接続信頼性を向上させた圧電デバイスを提供する。
【解決手段】圧電デバイスは、励振電極２６Ｂを備えた電子素子層と、外部電極４４Ａ、４４Ｂを備えた被接合部材との接合面に金属ロウ材を施し接合してなる圧電デバイスであって、前記電子素子層は、前記励振電極２６Ｂと電気的に接続する接続電極２５Ａ、２５Ｂ上に凹部２８Ａ、２８Ｂを形成し、前記被接合部材は、前記外部電極４４Ａ、４４Ｂと電気的に接続させると共に、前記接合面に突出させて前記凹部２８Ａ、２８Ｂに嵌合して前記接続電極と電気的に接続する貫通電極を形成している。
【選択図】図２

Description

本発明は、特に半田リフローによる外部応力やヒートサイクル等の熱衝撃に対して高い信頼性を有すると共に、中間層の端子電極を保持部材の外部端子との貫通電極を介しての電気的接続において接続信頼性を向上させる圧電デバイス及びその製造方法に関する。

電子機器、通信機器等の小型化に伴い、小型化に対応するため複数の基板を積層させた特許文献１〜４に開示のような圧電デバイスがある。
特許文献１に開示された圧電発振子は、図１３に示すように一対の振動電極８１ａ，８１ｂを備えた圧電振動子８０と、圧電振動子８０の両主面に接合する絶縁性支持板８２と、保護板８３を備え、絶縁性接着剤８５を介した三層接合時に、絶縁性支持板８２の底面にそれぞれ設けられた２つのリード端子８４ａ，８４ｂと、絶縁性支持板８２の厚み方向に形成された接続用孔８６ａ，８６ｂ内の導電部材８７ａ，８７ｂにより、リード端子８４ａ，８４ｂの突出部８８ａ，８８ｂと引出電極８９ａ，８９ｂとが接続する。これによりリード端子８４ａ，８４ｂと振動電極８１ａ，８１ｂが電気的に接続される。

特許文献２に開示された薄型水晶振動子は、図１４に示すようにシロキサン結合による直接接合により積層された３層Ａｌｌ Ｑｕａｒｔｚ Ｐａｃｋａｇｅにおいて、貫通孔９０ａ，９０ｂに半田等の導電性接着材９１ａ，９１ｂを埋設し、水晶片９２の引出電極９３ａ，９３ｂに接続すると同時に貫通孔９０ａ，９０ｂを封止し、例えば蒸着等により、導電性接着材９１ａ，９１ｂに接続する実装電極９４ａ，９４ｂを両端側の側面及び両主面に形成することが開示されている。

特許文献３に開示の水晶振動子は、図１５（ａ）に示すように直接接合により積層された３層Ａｌｌ Ｑｕａｒｔｚ Ｐａｃｋａｇｅである。（ｂ）に示すようにウェハ状に形成された水晶振動子１００のベース用シート状ウェハ１０１に予め形成された貫通孔１０２に金属粉１０３を吹き付けて、その内部に金属粉１０３を貫通孔１０２の内部に堆積させながら、水晶振動素子１０４の表面と貫通孔１０２との隙間を埋めると共に、金属粉１０３を貫通孔１０２の内部に堆積させて、水晶振動子１００の内部の水晶振動素子１０４から貫通孔１０２内部を経てベース用シート状ウェハ１０１の表面に至るまで詰め込み密着させて電気的導通路１０５を形成することが開示されている。金属粉１０３は貫通孔１０２に吹き付けられる際に、貫通孔１０２の内壁との摩擦で発生する摩擦熱により金属粉１０３が溶け、水晶振動素子１０４の表面と、貫通孔１０２との隙間を埋めて、金属粉１０３を貫通孔１０２の内部に密着、堆積させて水晶振動子１００の内部の水晶振動素子１０４から貫通孔１０２内部を経てベース用シート状ウェハ１０２の表面に至るまで詰め込まれ密着される。

金属粉１０３は粒径が１０マイクロメートル程度の粉状のアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などを使用することができ、貫通孔１０２の大きさは、直径が約２０〜２００マイクロメートル程度の微細なものであり、外部端子形状も略矩形でなく、（ａ）に示されるような貫通孔１０２をベース用シート状ウェハ１０３からみた円形状でも全く構わないことが開示されている。

同様に特許文献４にも、直接接合により積層された３層Ａｌｌ Ｑｕａｒｔｚ Ｐａｃｋａｇｅにおいて、図１５（ｃ）に示すように金属箔微粒子をウェハ状に形成された水晶振動子１００のベース用シート状ウェハ１０１に予め形成された貫通孔１０２にレーザー照射装置１０８とベース用シート状ウェハ１０１の貫通孔１０２の間に配置された金属箔１０９にレーザー照射装置１０８から射出されたレーザー光１１０を照射して溶解し、先の貫通孔１０２に飛散させて、貫通孔１０２内部に金属箔微粒子１１１を堆積させ水晶振動素子１０４の表面と、貫通孔１０２との隙間を金属箔微粒子１１１で埋めて、更に金属箔微粒子を貫通孔１０２の内部に堆積させて、水晶振動子１００の内部の水晶振動素子１０４から貫通孔１０２内部を経てベース用シート状ウェハ１０１の表面に至るまで金属箔微粒子１１１を堆積させて電気的導通路１０７を形成する電気的導通路の形成方法が開示されている。

特開２００１−１０２９００号公報 特開２０００−２６９７７５号公報 特開２００８−１１３３７８号公報 特開２００８−１６７３０２号公報

しかしながら特許文献１は、圧電振動子８０の両主面に絶縁性接着剤８５を介して絶縁性支持板８２と保護板８３を接着させた積層構造であり、導電部材８７が引出電極８９ａ，８９ｂと当接することにより振動電極８１とリード端子８４を電気的に接続させているため、外部応力や熱衝撃の影響に対し接続信頼性が悪いという問題があった。

また特許文献２〜４には、もともと貫通孔や引回し電極との間に隙間（空隙）が存在しており、表面張力によってロウ材（金属微粒子）が接触面積の大きい貫通孔の内壁面の方へ引っ張られるので、ロウ材が引回し電極まで至らず、結果的に貫通孔内のロウ材と引回し電極との電気的接続が確保できなくなる虞があるという問題があった。

そこで本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであり、半田リフローによる外部応力やヒートサイクル等の熱衝撃に対して高い信頼性を有すると共に、中間層の端子電極と保持部材の外部端子とを貫通電極を介しての電気的接続において接続信頼性を向上させた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している。

本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
〔適用例１〕励振電極を備えた電子素子層と、外部電極を備えた被接合部材との接合面に金属ロウ材を施し接合してなる圧電デバイスであって、前記電子素子層は、前記励振電極と電気的に接続する接続電極上に凹部を形成し、前記被接合部材は、前記外部電極と電気的に接続させると共に、前記接合面側に突出させて前記凹部に嵌合して前記接続電極と電気的に接続する貫通電極を形成したことを特徴とする圧電デバイス。

これによれば、電子素子層と被接合部材の接合の際、凹部と貫通電極の先端が嵌め合うことにより、接続電極と外部電極を電気的に接続させることができるため、半田リフローによる外部応力やヒートサイクル等の熱衝撃に対して高い信頼性を有し、電気的接続の信頼性を向上させることができる。

〔適用例２〕前記貫通電極は、金属ボールを溶融して形成したことを特徴とする適用例１に記載の圧電デバイス。
これによれば、金属ボールを封止孔に落とし込んだときに封止孔の底面に位置する凹部で金属ボールを固定することができる。従って、封止孔の内部で金属ボールが転がることがなく、レーザー照射による金属ボールの照射位置決めを容易に行なうことができる。

〔適用例３〕前記貫通電極は、前記凹部と対向する前記被接合部材を貫通させて凸状に形成した電極であることを特徴とする適用例１に記載の圧電デバイス。
電子素子層と被接合部材の接合の際、凹部に貫通電極の先端が嵌め合うことにより、接続電極と外部電極を電気的に接続させることができる。これにより電気的接続の信頼性を向上させることができる。

〔適用例４〕前記貫通電極は、前記外部電極と電気的に接続した配線パターン上に形成したバンプであることを特徴とする適用例１に記載の圧電デバイス。
電子素子層と被接合部材の接合の際、凹部にバンプの先端が嵌め合うことにより、接続電極と外部電極を電気的に接続させることができる。またバンプと凹部の嵌め合いの際に、貫通電極が被接合部材から脱落することを防止できる。

〔適用例５〕前記貫通電極は、前記電子素子層との前記接合面から前記被接合部材の裏面に向けて異径となるテーパ状に形成されたことを特徴とする適用例１乃至４の何れか１項に記載の圧電デバイス。
これによれば、貫通電極と凹部の嵌め合いの際に、貫通電極が被接合部材から脱落することを防止できる。

〔適用例６〕前記凹部は、開口から底面に向けて径小となるテーパ状に形成されたことを特徴とする適用例３乃至５の何れか１項に記載の圧電デバイス。
これによれば、凹部と貫通電極の接触面積を広くすることができるため、電気抵抗率が低下する。従ってＣＩ値の向上を図ることができる。

〔適用例７〕励振電極を備えた電子素子層と、外部電極を備えた被接合部材とを接合してなる圧電デバイスの製造方法であって、前記電子素子層の接合面側の前記励振電極と電気的に接続する接続電極上に形成した凹部と、前記被接合部材の接合面側に突出形成した貫通電極とを嵌め合わせて、前記電子素子層と前記被接合部材が積層体を形成する工程を有することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。

これによれば、電子素子層と被接合部材の接合の際、凹部に貫通電極の先端が嵌め合うことにより、接続電極と外部電極を電気的に接続させることができるため、電気的接続の信頼性を向上させた圧電デバイスを製造することができる。

本発明に係る圧電デバイスの一実施例である実施例１の圧電振動子を第１基板の斜め上方から見た分解斜視図である。 本発明に係る圧電デバイスの一実施例である実施例１の圧電振動子の第２基板の斜め下方から見た分解斜視図である。 実施例１の圧電振動子の断面図である。 第１基板の製造工程図である。 第２基板の製造工程図である。 振動体基板の製造工程図である。 実施例１の圧電振動子の貫通電極の製造工程図である。 実施例２の圧電振動子の断面図である。 実施例２の第２基板の製造工程図である。 貫通電極と凹部の接合工程の部分拡大図である。 実施例３の圧電振動子の断面図である。 実施例３の第２基板の製造工程図である。 従来の圧電発振子の説明図である。 従来の薄型水晶振動子の説明図である。 従来の水晶振動子の説明図である。

本発明の圧電デバイス及びその製造方法の実施形態を添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。
図１は本発明に係る圧電デバイスの一実施例である実施例１の圧電振動子を第１基板の斜め上方から見た分解斜視図である。図２は前記圧電振動子の第２基板の斜め下方から見た分解斜視図である。図３は実施例１の圧電振動子の断面図である。なお図１〜３はいずれも貫通電極を除いた圧電振動子を示している。

本発明に係る圧電振動子１０は、振動体基板２０と、第１基板３０と、第２基板４０とから構成されている。
電子素子層となる振動体基板２０は、振動体２１と、この振動体２１の外周と所定の間隔を隔てて振動体２１を囲む枠体２２とから構成されている。振動体２１と枠体２２とは連結部２３Ａ，２３Ｂを介して一体形成されている。なお本実施形態の振動体２１は、枠体２２よりも薄肉に形成されており、連結部２３Ａ，２３Ｂはテーパ状に形成している。連結部２３Ａと対角線上に位置する枠体には突出部２４を形成している。連結部２３Ａと突出部２４の裏面（第２基板４０側）には、一対の接続電極２５Ａ，２５Ｂが形成されている。

接続電極２５Ａ，２５Ｂは、中心に凹部２８Ａ，２８Ｂを形成している。凹部２８Ａ，２８Ｂは、接続電極２５Ａ，２５Ｂの表面から凹状に窪んでおり、開口から底面に向かって径小となるテーパ状（円形）に形成されている。凹部２８は、後述する接続電極２５の形成時に内壁面に下地としてＣｒ層を用い、その上にＡｕ層を積層させた多層構造の金属層が形成される。これにより凹部２８の内壁面は、接続電極２５Ａ，２５Ｂと電気的に接続している。

また振動体２１の表裏面には、一対の励振電極２６Ａ，２６Ｂが対向するように形成されている。励振電極２６Ａ，２６Ｂは夫々引き回し電極２７Ａ，２７Ｂを介して振動体基板２０の裏面に対角線上に形成した接続電極２５Ａ，２５Ｂと電気的に接続している。

なお実施形態に係る振動体基板２０は、一例として平板状のＡＴカット水晶基板を用いて説明するが、振動体基板２０は水晶以外にもタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電材料、シリコン半導体などの半導体材料、またはその他絶縁体材料などを適用することが可能である。

被接合部材となる第１及び第２基板３０，４０は、材質に水晶、ガラス或いはセラミック基板を用いることができる。第１及び第２基板３０，４０は、熱膨張係数差による熱歪みや内部応力を回避するために振動体基板２０と同質の材料を用いることが好ましい。

第１基板３０は、前記振動体基板２０の上面を覆う平板基板である。第２基板４０は、前記振動体基板２０の下面を支持する平板基板である。第２基板４０は、振動体基板２０の下面に形成した接続電極２５Ａ，２５と対向する位置に封止孔４２Ａ，４２Ｂが形成されている。封止孔４２Ａ，４２Ｂは内壁面には下地としてＣｒ層を用い、その上にＡｕ層を積層させた多層構造の金属層が形成されている。第２基板４０の下面には、外部電極４４Ａ，４４Ｂが形成されている。外部電極４４Ａ，４４Ｂは、圧電振動子１０を外部の機器と電気的に接続するために用いられる電極である。封止孔４２Ａ，４２Ｂは、振動体基板２０との接合面から外部電極４４側に向けて、径大となるテーパ状（円形）に形成されている。封止孔４２Ａ，４２Ｂは、共晶金属ボール７０を落とし込み、溶融させて接続電極２５Ａ，２５Ｂと電気的に接続させている。

第１接合部５０は、振動体基板２０と第１基板３０の間に形成される共晶合金の層である。第２接合部６０は、振動体基板２０と第２基板４０の間に形成される第１接合部５０と同質の共晶合金の層である。

第１接合部５０及び第２接合部６０は、液相拡散接合法（以下、ＴＬＰ（Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ）接合と称す）を用いてＡｕ−Ｉｎ共晶合金を形成するために、接合用金属層として金属メタライズを構成するＡｕ層とし、少なくとも何れか一方の接合部にはＡｕ層の表面にロウ材となるＩｎ層を積層した積層構造となっている。Ａｕ−Ｉｎ共晶合金は、Ｉｎの融点である約１５６度以上でＩｎを加熱することによりＩｎを溶融させて、当該ＩｎをＡｕ中へ拡散させることにより共晶反応を引き起こさせて形成することができる。このとき形成されたＡｕ−Ｉｎ共晶合金の共晶点は約２８０度となる。
尚、前記ＴＬＰ接合により接合された前記第１接合部５０及び第２接合部６０において、Ａｕ−Ｉｎ接合のみならず水晶α−β転移温度５７３度以下で行われる接合であれば良く、インサート金属にＳｎやＳｎＩｎ、接合金属層をＣｕとしても良い。また、接合用金属層を共晶金属であるＡｕ−２０Ｓｎ（融点：２８０度）、Ａｕ−１２Ｇｅ（融点：３７５度）、Ａｕ−６Ｓｉ（融点：３７０度）などを直接形成されても良い。

次に上記構成による圧電振動子の製造方法について以下説明する。図４は第１基板の製造工程図である。図５は第２基板の製造工程図である。図６は振動体基板の製造工程図である。図７は実施例１の圧電振動子の貫通電極の製造工程図である。

図４（ａ）に示す第１基板３０は、水晶基板上の振動体基板２０との接合面にＡｕ−Ｉｎ共晶合金による枠状の第１接合部５０を形成させる。まずＡｕ層３２の密着性を向上させるため、図４（ｂ）に示すように水晶基板との密着性が高いＣｒやＴｉ膜からなる密着層３１を基板３０上に形成し、その後接合用金属層のＡｕ層３２を蒸着法またはスパッタ法、めっき法等により形成している。ここで、密着層３１と接合用金属層との拡散を防止するため、拡散防止層としてＰｔやＰｄ膜を密着層３１と接合用金属層との中間に形成することにより接合信頼性を改善することができる。最後に、第２基板３０上に形成したＡｕ層３２の表面上に低融点金属のＩｎ層３３を形成している。

図５（ａ）に示す第２基板４０は、封止孔４２Ａ，４２Ｂをフォトリソグラフィ技術とエッチング技法或いはサンドブラスト法とを用いて形成している（図５（ｂ））。また形成した封止孔４２Ａ，４２Ｂの内壁面に下地のＣｒ層及びその上層にＡｕ層４３を蒸着法又はスパッタ法等により形成している（図５（ｃ））。さらに図５（ｄ）に示すように振動体基板２０との接合面にＡｕ−Ｉｎ共晶合金による第２接合部６０を形成させる。まずＡｕ層４２の密着性を向上させるため、水晶基板と密着性の高いＣｒやＴｉ膜からなる密着層４６を第２基板４０上に形成し、その後、Ａｕとの密着性が高いＣｒやＴｉ膜からなる密着層４６の上にＡｕ層４７を蒸着法又はスパッタ法等により形成している。ここで、密着層４６と接合用金属層との拡散を防止するため、拡散防止層としてＰｔやＰｄ膜を密着層４６と接合用金属層との中間に形成することにより接合信頼性を改善することができる。最後に低融点金属のＩｎ層４８を基板上に形成したＡｕ層４７の表面上に形成している。

図６（ａ）に示す振動体基板２０は、逆メサ構造の振動体と凹部２８Ａ、２８Ｂをフォトリソグラフィ技術とエッチング技法或いはサンドブラスト法とを用いて形成している（図６（ｂ））。また振動体２１の外形はフォトリソグラフィ技術とエッチング技法或いはサンドブラスト法とを用いて形成している（図６（ｃ））。なお振動体２１の外形形成と同時に凹部２８を形成するようにしてもよい。次に振動体基板２０の励振電極２６、引き回し電極２７、接続電極２５、Ａｕ−Ｉｎ共晶合金のＡｕ層２９を蒸着法又はスパッタ法等により一体形成している（図６（ｄ））。そして形成された励振電極２６Ａに対し、イオンエッチングによる金属層の低減又は蒸着による質量付加によってモニタリングしながら周波数調整を行なっている（図６（ｅ））。

次に振動体基板２０と第１及び第２基板３０，４０の接合は、ＴＬＰ接合により接合する。具体的には基板の接合面を重ね合わせて積層体を形成する。そしてＩｎ層の融点（約１５６度）以上、例えば約２００度の温度で加熱加圧することにより、Ａｕ層間のＩｎ層を溶融して、ＩｎをＡｕ層中へ拡散させることにより共晶反応を引き起こし、共晶合金であるＡｕ−Ｉｎを形成させる。

そして圧電振動子１０の貫通孔を封止する。具体的には図７(ａ)に示すように例えば真空封止又は不活性ガス雰囲気で、第２基板４０の封止孔４２Ａ，４２ＢにＡｕ−Ｇｅ等からなる共晶金属ボール７０を落とし込む。このとき共晶金属ボール７０は凹部２８上に固定されて、封止孔４２Ａ，４２Ｂ内で転がることがない。次に封止孔４２Ａ，４２Ｂ内の共晶金属ボール７０へレーザーを照射して局所加熱を行い溶融する。図７（ｂ）に示すように溶融した共晶機金属ボール７０は凹部２８及び封止孔４２内で貫通電極を形成し、接続電極２５と電気的に接続させている。なお共晶金属ボール７０は瞬時に溶融するため、Ａｕ−Ｉｎ共晶合金が引き回し電極２７及び励振電極２６へ濡れ広がることがなく、発振周波数に影響を及ぼすことはない。
さらに第２基板４０の外面には、封止孔４２Ａ、４２Ｂを夫々含むように（封止孔４２と電気的に接続するように）外部電極４４Ａ、４４Ｂを蒸着法又はスパッタ法等により形成している。

このような実施例１の圧電振動子によれば、共晶金属ボールが溶融して貫通電極となり、凹部と貫通電極の先端が嵌め合うことにより、接続電極と外部電極を電気的に接続させることができるため、半田リフローによる外部応力やヒートサイクル等の熱衝撃に対して高い信頼性を有し、電気的接続の信頼性を向上させることができる。

次に実施例２の圧電振動子の実施形態について以下説明する。図８は実施例２の圧電振動子１０ａの説明図である。図８（ａ）に示すように、実施例２の圧電振動子１０ａと実施例１の圧電振動子１０との構成上の相違は、第２基板４００の貫通電極４９である。第１基板１０及び電子素子層２０は実施例１の構成と同一であり、その詳細な説明を省略する。図８（ｂ）に示すように、第２基板４００は導電性材料を貫通させた貫通電極４９が形成されている。

実施例２の第２基板４００の製造方法について以下説明する。図９は実施例２の第２基板の製造工程の説明図である。図９（ａ）に示す第２基板４００は、図９（ｂ）に示すように貫通孔４５Ａ，４５Ｂをフォトリソグラフィ技術とエッチング技法或いはサンドブラスト法とを用いて形成している。貫通孔４５は、接合面から裏面に向かって径小とするテーパ状（円形）に形成している。

そして形成した貫通孔４５Ａ，４５Ｂの内壁面に下地のＣｒ層及びその上層にＡｕ層を蒸着法又はスパッタ法等により形成している（図９（ｃ））。貫通孔４５Ａ，４５Ｂに貫通電極４９となる導電性材料４１を圧入して埋め込む。導電性材料４１を埋め込んで形成した貫通電極４９の接合面は僅かながら凸状に形成されるため、接合面を平坦状に研磨する。その後、外部電極４４Ａ，４４Ｂを蒸着法又はスパッタ法等により形成している（図９（ｅ））。次に第２基板４００の接合面側の片面のみエッチング技法により基板全体を薄肉に形成し、貫通電極４９の接合面を第２基板４００の表面から突出させる（図９（ｆ））。次に図９（ｇ）に示すように貫通電極４９の上面及び第２基板４００の接合面に下地の密着層４６及びその上層にＡｕ層４７を蒸着法又はスパッタ法等により形成している。さらに接合面には低融点金属のＩｎ層４８を基板上に形成したＡｕ層４７の表面上に形成している（図９（ｈ））。

振動体基板２０と第１及び第２基板３０，４００の接合は、まず振動体基板２０と第１及び第２基板３０，４００の接合面を重ね合わせて積層体を形成する。図１０は貫通電極４９と凹部２８の接合工程の部分拡大図である。図１０（ａ）に示すように凹部２８の底面面積は貫通電極４９の先端面積よりも小さく（若しくは略同一）形成しているため、位置決め（アライメント作業）が容易となる。第２基板４００と振動体基板２０を積層させると、貫通電極４９の先端が凹部２８の底面に当接し、さらに押し続けると貫通電極４９の先端が凹部２８の底面に押し潰されて貫通電極４９の先端がツバ状となり嵌め合わされる。

積層した後、Ｉｎ層の融点（約１５６度）以上の温度、例えば約２００度で加熱加圧する。これにより、第１又は第２基板３０，４００及び振動体基板２０のＡｕ層間のＩｎ層が溶融して、ＩｎをＡｕ層中へ拡散させることにより共晶反応を引き起こし、共晶合金であるＡｕ−Ｉｎが形成される。

このような実施例２の圧電振動子によれば、電子素子層と被接合部材の接合の際、凹部に貫通電極の先端が嵌め合うことにより、接続電極と外部電極を電気的に接続させることができる。これにより電気的接続の信頼性を向上させることができる。また凹部と貫通電極の接触面積を広くすることができるため、電気抵抗率が低下する。従ってＣＩ値の向上を図ることができる。

次に実施例３の圧電振動子の実施形態について以下説明する。図１１は実施例３の圧電振動子１０ｂの断面図である。図１１（ａ）に示すように、実施例３の圧電振動子１０ｂと実施例１の圧電振動子１０との構成上の相違は、第２基板４１０の貫通電極である。第１基板３０及び電子素子層２０は実施例１の構成と同一であり、その詳細な説明を省略する。図１１（ｂ）に示すように、第２基板４１０は、接合面の配線パターン上に形成したバンプ５４Ａ，５４ｂを貫通電極としている。

実施例３の第２基板４１０の製造方法について以下説明する。図１２は実施例３の第２基板の製造工程の説明図である。図１２（ａ）に示す第２基板４１０は、図１２（ｂ）に示すように貫通孔４５Ａ，４５Ｂをフォトリソグラフィ技術とエッチング技法或いはサンドブラスト法とを用いて形成している。貫通孔４５Ａ，４５Ｂは、接合面から外部電極側に向かって径小とするテーパ状（円形）に形成している。

そして形成した貫通孔４５Ａ，４５Ｂの内壁面に下地のＣｒ層及びその上層にＡｕ層を蒸着法又はスパッタ法等により形成している（図１２（ｃ））。貫通孔４５Ａ，４５Ｂに導電性材料４１を圧入して埋め込む。その後、裏面に外部電極４４Ａ，４４Ｂを蒸着法又はスパッタ法等により形成している（図１２（ｅ））。接合面に配線パターン５２を形成する。配線パターン５２は一端を導電材料４１の上面を覆うように形成し、他端は凹部と対向するように蒸着法又はスパッタ法等により形成している。そして配線パターン５２Ａ，５２Ｂ上であって、凹部と対向する位置にＡｕ等からなるバンプ５４Ａ，５４Ｂを形成している（図１２（ｆ））。次に図１２（ｇ）に示すようにバンプ５４Ａ，５４Ｂの先端（接合面）及び第２基板の接合面に下地のＣｒやＴｉ膜からなる密着層４６及びその上層にＡｕ層４７を蒸着法又はスパッタ法等により形成している。そして接合面には低融点金属のＩｎ層４８を基板上に形成したＡｕ層４７の表面上に形成している（図１２（ｈ））。

振動体基板２０と第１及び第２基板３０，４１０の接合は、まず振動体基板２０と第１及び第２基板３０，４１０の接合面を重ね合わせて積層体を形成する。凹部２８の底面面積は貫通電極となるバンプ５４の先端面積よりも小さく（若しくは略同一）に形成しているため、位置決めが容易となる。第２基板４１０と振動体基板２０を積層させると、バンプ５４の先端が凹部２８の底面に当接し、さらに押し続けると図１０に示す貫通電極４９と同様に、バンプ５４の先端が凹部２８の底面に押し潰されてバンプ５４の先端がツバ状となり嵌め合わされる。

積層した後、Ｉｎ層の融点（約１５６度）以上の温度、例えば約２００度で加熱加圧する。これにより、第１又は第２基板及び振動板のＡｕ層間のＩｎ層が溶融して、ＩｎをＡｕ層中へ拡散させることにより共晶反応を引き起こし、共晶合金であるＡｕ−Ｉｎが形成される。

このような実施例３の圧電振動子によれば、電子素子層と被接合部材の接合の際、凹部に貫通電極の先端が嵌め合うことにより、接続電極と外部電極を電気的に接続させることができる。これにより電気的接続の信頼性を向上させることができる。またバンプと凹部の嵌め合いの際に、貫通電極が被接合部材から脱落することを防止できる。

以上、本願発明に係る電子デバイスは、振動体基板２０の上下面を第１基板３０と第２基板４０とで夫々サンドイッチしてなる三層構造の圧電振動子を用いて説明したが、この他にもＳＡＷ振動子、圧力センサー等に適用することもできる。

１０、１０ａ、１０ｂ………圧電振動子、２０、２００………振動体基板、２１………振動体、２２………枠体、２３………連結部、２４………突出部、２５………接続電極、２６………励振電極、２７………引き回し電極、２８………凹部、２９………Ａｕ層、３０………第１基板、３１………密着層、３２………Ａｕ層、３３………Ｉｎ層、４０、４００、４１０………第２基板、４１………導電性材料、４２………封止孔、４４………外部電極、４５………貫通孔、４６………密着層、４７………Ａｕ層、４８………Ｉｎ層、４９………貫通電極、５０………第１接合部、５２………配線パターン、５４………バンプ、６０………第２接合部、７０………共晶金属ボール、８０………圧電振動子、８１………振動電極、８２………絶縁性支持板、８３………保護板、８４………リード端子、８５………絶縁性接着剤、８６………接続用孔、８７………導電部材、８８………突出部、８９………引出電極、９０………貫通孔、９１………導電性接着剤、９２………水晶片、９３………引出電極、９４………実装電極、１００………水晶振動子、１０１………ベース用シート状ウェハ、１０２………貫通孔、１０３………金属粉、１０４………水晶振動素子、１０５………電気的導通路、１０７………電気的導通路、１０８………レーザ照射装置、１０９………金属箔、１１１………金属箔粒子。

Claims (7)

1. 励振電極を備えた電子素子層と、外部電極を備えた被接合部材との接合面に金属ロウ材を施し接合してなる圧電デバイスであって、
   前記電子素子層は、前記励振電極と電気的に接続する接続電極上に凹部を形成し、
   前記被接合部材は、前記外部電極と電気的に接続させると共に、前記接合面側に突出させて前記凹部に嵌合して前記接続電極と電気的に接続する貫通電極を形成したことを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記貫通電極は、金属ボールを溶融して形成したことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記貫通電極は、前記凹部と対向する前記被接合部材を貫通させて凸状に形成した電極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。
4. 前記貫通電極は、前記外部電極と電気的に接続した配線パターン上に形成したバンプ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。
5. 前記貫通電極は、前記電子素子層との前記接合面から前記被接合部材の裏面に向けて異径となるテーパ状に形成されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の圧電デバイス。
6. 前記凹部は、開口から底面に向けて径小となるテーパ状に形成されたことを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項に記載の圧電デバイス。
7. 励振電極を備えた電子素子層と、外部電極を備えた被接合部材とを接合してなる圧電デバイスの製造方法であって、
   前記電子素子層の接合面側の前記励振電極と電気的に接続する接続電極上に形成した凹部と、前記被接合部材の接合面側に突出形成した貫通電極とを嵌め合わせて、前記電子素子層と前記被接合部材が積層体を形成する工程を有することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。