JP2011061674A - 圧電デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バンプにより水晶振動片とパッケージとを接合し、レーザー光で効率よくバンプを照射して接合できる圧電デバイス及びその製造方法の提供。
【解決手段】圧電デバイス１００Ａは、励振電極２０を有し、基部１８から伸びた一対の振動腕１３と励振電極２０と導通する接続電極１２ａ、１２ｂ有し、振動腕１３の両外側で基部１８から伸びた一対の支持腕１５とを有する圧電材料からなる音叉型圧電振動片１００Ａと、一対のバンプが形成された片面に有するベース部２２とを備え、一対の支持腕１５の接続電極１２ａ、１２ｂが一対のバンプに載置された状態でレーザーがバンプを照射されることによりバンプが溶融し、その後バンプが硬化することで支持腕がベースに固定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、水晶片などからなる圧電振動片を備える圧電デバイス及びその製造方法に関する。

従来、時計や家電製品、各種情報・通信機器やＯＡ機器等の民生・産業用電子機器には、その電子回路のクロック源として圧電振動子、圧電振動片とＩＣチップとを同一パッケージ内に封止した発振器やリアルタイムクロックモジュール等の圧電デバイスが広く使用されている。特に最近、これら圧電デバイスは、それを搭載する電子機器の小型化・薄型化に伴い、より一層の小型化・薄型化が要求されている。

特許文献１に開示された音叉型の圧電デバイスは、表面実装型のパッケージに固定部が設けられている。また、圧電振動片はパッケージに設けられた固定部に導電性接着剤や半田によって固定される。

また、特許文献２に開示された音叉型の圧電デバイスは、内部空間が形成され、その内部空間のパッケージ上には圧電振動片が保持されているとともに、筐体の内部空間が気密封止されている。この内部空間内において、圧電振動片が導電性バンプを用いてＦＣＢ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ｂｏｎｄｉｎｇ）法、すなわち超音波振動によりパッケージに電気機械的に接合されている。圧電振動片とパッケージとは導電性バンプを用いて超音波接合されて電気的に接続されている。

特開２００７−２０２２１１号公報 特開２００９−０５５３５４号公報

現在、電子部品の小型化が進んでおり、これに伴って圧電デバイスの小型化が図られている。そのため、音叉型水晶振動片を収容するためのパッケージの空間が狭くなり、水晶振動片をパッケージに搭載する位置が制約される。

したがって、特許文献１に記載された導電性接着剤を用いた圧電デバイスの場合において、圧電デバイスの小型化にともなって、更に電極パッドの水晶振動片を接合するための接合位置が小さくなり、さらに水晶振動片のパッケージとの接合位置も制約される。また、導電性接着剤を硬化する際に加熱する必要があるが、水晶振動片と金属膜との熱膨張の違いによって水晶振動片に応力が加わり、周波数特性が変動してしまうおそれがある。

また、特許文献２に記載されたＦＣＢ法により水晶振動片をパッケージに電気機械的に接合する圧電デバイスの場合において、水晶振動片を保持してＦＣＰ法で超音波振動させるためには水晶振動片を保持する保持冶具がパッケージ内に入り込まなければならない。パッケージが小型化するとこの保持治具が入り込む領域をパッケージに確保できないという問題が生じる。また、ＦＣＢ法を行うときは、水晶振動片及びパッケージの全体を加熱する必要がある。

本発明は、バンプにより圧電振動片とパッケージとをレーザー光で接合できる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する。

第１の観点の圧電デバイスは、励振電極を有し基部から伸びた一対の振動腕と励振電極と導通する接続電極を有し振動腕の両外側で基部から伸びた一対の支持腕とを有する圧電材料からなる音叉型圧電振動片と、一対のバンプが形成された片面に有するベース部とを備える。そして、圧電デバイスは、一対の支持腕の接続電極が一対のバンプに載置された状態でレーザーがバンプを照射されることによりバンプが溶融し、その後バンプが硬化することで支持腕がベースに固定される。

第２の観点の圧電デバイスにおいて、支持腕の接続電極がバンプと接する反対面には、圧電材料の表面が現れて露出領域が形成されている。

第３の観点の圧電デバイスにおいて、支持腕の接続電極がバンプと接する反対面には、レーザーの照射位置を確認するための基準マークが形成されている。

第４の観点の圧電デバイスの基準マークは、露出領域の周囲を金属膜で囲むことで形成される。
第５の観点の圧電デバイスにおいて、バンプが形成されたベース部の片面は、音叉型圧電振動片を片面に平行になるように音叉型圧電振動片を支持する支持バンプを有する。

第６の観点の圧電デバイスの製造方法は、一対のバンプが形成された片面に有するベース部を用意する工程と、励振電極を有し基部から伸びた一対の振動腕と励振電極と導通する接続電極を有し振動腕の両外側で基部から伸びた一対の支持腕とを有する圧電材料からなる音叉型圧電振動片を用意する工程と、一対の支持腕を一対のバンプ上に載置する載置工程と、一対のバンプをレーザーで照射する照射工程と、ベース部にリッド部を接合するリッド接合工程とを備える。

第７の観点の圧電デバイスの製造方法において、支持腕の接続電極がバンプと接する反対面にレーザーの照射位置を確認するための基準マークが形成されており、基準マークを撮像し処理する画像処理工程を備え、画像処理の結果に基づいて、照射工程はレーザーを照射する。

本発明は、バンプにより水晶振動片とパッケージとを接合し、レーザー光で効率よくバンプを照射して接合できる圧電デバイス及びその製造方法である。

第１実施形態の第１水晶振動子１０Ａの側面図である。 第１実施形態の第１水晶振動子１０Ａの平面図である。 図２のＢ−Ｂで示された部分の拡大断面図である。 第１水晶振動子１０Ａの製造方法を説明するためのフローチャートである。 第２実施形態の第２水晶振動子１０Ｂの平面図である。 第３実施形態の第３水晶振動子１０Ｃの平面図である。 第４実施形態の第４水晶振動子１０Ｄの平面図である。 図７のＣ−Ｃで示された部分の拡大断面図である。 第５実施形態の第５水晶振動子１０Ｅの平面図である。 第５水晶振動子１０Ｅの製造方法を説明するためのフローチャートである。 第６実施形態の第６水晶振動子１０Ｆの平面図である。 第７実施形態の第７水晶振動子１０Ｇの平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
なお、以下の実施形態においては、圧電デバイスとして音叉型水晶振動片を備えた水晶振動子を一例として説明する。

（第１実施形態）
＜第１水晶振動子１０Ａ＞
第１実施形態の第１水晶振動子１０Ａについて、図１および図２を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態の第１水晶振動子１０Ａの側面図である。図２は、第１実施形態の第１水晶振動子１０Ａの平面図で、説明し易くするために蓋体２１が省略されている。
なお、水晶片１１からなる第１音叉型圧電振動片１００Ａが載置された面をＸＹ平面とし、第１音叉型圧電振動片１００Ａの一対の振動腕１３が延伸された方向をＹ軸方向とし、ＸＹ平面に垂直の方向をＺ軸方向とする。

第１水晶振動子１０Ａは、ベース部２２及び蓋体２１よりパッケージが構成される。このパッケージ内に、水晶片１１よりなる第１音叉型水晶振動片１００Ａが収納される。その第１水晶振動子１０Ａのパッケージ外形は、Ｙ軸方向の長さＬ１が２．０ｍｍに設定され、Ｘ軸方向の幅Ｌ２が１．２ｍｍに設定され、Ｚ軸方向の高さＨ１が０．３８ｍｍに設定されている。また、パッケージにおける内部空間において、Ｙ軸方向の長さＬ３が１．６ｍｍに設定され、Ｘ軸方向の幅Ｌ４が０．８ｍｍに設定され、Ｚ軸方向の高さＨ２が０．２６ｍｍに設定されている。

ベース部２２は例えば圧電体、セラミック又はガラスなどで形成されている。ベース部２２は、内部側に導電路２７ａ、２７ｂが形成されており、ベース部２２の底面に外部電極２３ａ、２３ｂが形成されている。蓋体２１は、硼珪酸ガラス又は平板状の金属、例えばＦｅ−Ｎｉ合金（４２アロイ）やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（コバール）などにより構成される。その蓋体２１は、ＡｕＳｉ、ＡｕＳ、ＡｕＧｅ等の接合材２４によりベース部２２に接合され、パッケージ内を窒素ガスや真空などでシーム溶接などの手法により気密的に封止する。これは、第１音叉型水晶振動片１００Ａの電極などが酸化しにくいようにするためである。

また、蓋体２１とベース部２２との接合には、金属材料からなる接合材２４が用いられている。なお、接合材２４は厚さ１５μｍからなり、蓋体２１の表面に接合材２４を圧延等の手段により全面に形成する。この接合材２４を介して、シーム溶接やビーム溶接、加熱溶融接合等の手法により、蓋体２１をベース部２２に接合して、蓋体２１とベース部２２とによる第１水晶振動子１０Ａのパッケージが構成される。なお、接合材２４は、例えばタングステンメタライズ層、あるいはモリブデンメタライズ層上にニッケル、金の順でメッキした構成とからなる。

第１音叉型水晶振動片１００Ａの外形はエッチングにより形成される。具体的に説明すると、丸型又は角型の水晶ウエハより同時に多数の第１音叉型水晶振動片１００Ａの外形を形成する。第１音叉型水晶振動片１００Ａの外形は図示しない耐蝕膜などのマスクを用いて、マスクから露出した水晶ウエハに対して、例えば、フッ酸溶液をエッチング液として、第１音叉型水晶振動片１００Ａの外形のウエットエッチングを行う。耐蝕膜としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）を下地として金（Ａｕ）が蒸着された金属被膜などを用いることができる。このエッチング工程にかかる時間は、フッ酸溶液の濃度や種類、温度等により変化する。

ウエットエッチングにより、基部１８からほぼ平行に伸びた第１幅がＷ１である振動腕１３が形成され、その表裏両面には溝部１４が形成されている。詳しく説明すると、基部１８の長さＬＫは０．１５ｍｍ程度で、一対の振動腕１３の長さＫＨは１．３ｍｍ程度の長さである。また、溝部１４のＸ軸方向の幅は振動腕１３のＸ軸方向の第１幅Ｗ１の約８０パーセントである。また、一本の振動腕１３の表面には１つの溝部１４が形成されており、振動腕１３の裏面側にも同様に１つの溝部１４が形成されている。つまり、一対の振動腕１３には４箇所の溝部１４が形成される。このため、溝部１４の断面は略Ｈ型に形成され第１音叉型水晶振動片１００ＡのＣＩ値を低下させる効果がある。なお、第１実施形態では一本の振動腕の表裏に２箇所の溝部１４を形成しているが、２箇所の溝部を形成しても同様な効果がある。また、一対の振動腕１３のＸ軸方向の距離である第２幅Ｗ２は振動腕１３の第１幅Ｗ１と同じであることが好ましい。

また、第１音叉型水晶振動片１００Ａの基部１８は両端部に支持腕１５をそれぞれ備え、支持腕１５の長さは振動腕１３の長さより短く形成されている。支持腕１５は急激に幅広になりハンマー型の先端部１７を備えている。ハンマー型の先端部１７は後述する接合バンプ２６ａを介してベース部２２に固定されている。支持腕１５の幅は振動腕１３の第１幅Ｗ１とほぼ同じで、ハンマー型の先端部１７の幅は第１幅Ｗ１の１．５倍〜２倍にすることが好ましい。

また、基部１８及び振動腕１３には基部電極１９と励振電極２０とが形成される。また、支持腕１５のＺ側の両面には接続電極１２ａ、１２ｂがそれぞれ設けられている。基部電極１９、励振電極２０および接続電極１２ａ、１２ｂは例えばＮｉ膜からなる下地にＡｕ膜を設けた２層構造で形成されている。また、電極の形成は蒸着もしくはスパッタリングなどによって、電極となる金属を全面に被覆し、次にフォトリソグラフィの手法により、電極を形成する。励振電極２０は、基部電極１９を介して接続電極１２ａ、１２ｂに導通する。接続電極１２ａ、１２ｂは、接合バンプ２６ａを介して導電路２７ａ、２７ｂに導通し、外部電極２３ａ、２３ｂにそれぞれ接続される。

図１に示されるように、第１音叉型水晶振動片１００Ａがベース部２２の内部面に離れて固定されるように、ベース部２２の内部面のＸ軸方向の両側には２つのバンプ支持部２５が形成されている。そのバンプ支持部２５上には導電路２７ａ、２７ｂが形成される。

図２に示されるように、ベース部２２には、２つの接合バンプ２６ａと、２つの支持バンプ２６ｂとがベース部２２の内部面に形成される。接合バンプ２６ａ、支持バンプ２６ｂはたとえば金（Ａｕ）又はＡｕＳｉ、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｎなどにより構成され、その直径は８０〜１２０μｍである。２つの接合バンプ２６ａは導電路２７ａ、２７ｂ上にそれぞれ形成される。２つの支持バンプ２６ｂは支持腕１５に接する位置にそれぞれ形成される。ここで、２つの支持バンプ２６ｂは第１音叉型圧電振動片１００Ａに接合しない状態で、第１音叉型圧電振動片１００Ａを保持する役割をしている。このため、２つの支持バンプ２６ｂは第１音叉型水晶振動片１００Ａを支えて傾かないように、Ｙ軸方向で第１音叉型水晶振動片１００Ａの重心よりも基部１８側に配置する必要がある。

後述するように、−Ｘ側の２つの接合バンプ２６ａはレーザー光ＬＬが照射されることで、第１音叉型圧電振動片１００Ａの支持腕１５の先端部１７と接合バンプ２６ａとが接合される。

図３は、図２のＢ−Ｂで示された部分の拡大断面図である。図３は、レーザー光源装置ＬＸからのレーザー光ＬＬが接合バンプ２６ａに照射される状態を示した図である。図３に示されたように、レーザー光源装置ＬＸは、１または複数のレーザー光源ＬＭ（又はレーザー光源ＬＭから光ファイバで導いた先端部）及び楕円鏡ＥＭにより構成されている。

楕円鏡ＥＭは第１焦点Ｆ１及び第２焦点Ｆ２を有している。複数のレーザー光源ＬＭからのレーザー光ＬＬは楕円鏡ＥＭの＋Ｚ側の第１焦点Ｆ１から照射され、楕円鏡ＥＭにより−Ｚ側に反射される。また、楕円鏡ＥＭの他の−Ｚ側の第２焦点Ｆ２に接合バンプ２６ａが配置される。したがって、楕円鏡ＥＭの第１焦点Ｆ１に照射されたレーザー光ＬＬは、楕円鏡ＥＭの内面に反射され再び楕円鏡ＥＭの第２焦点Ｆ２に設けられた接合バンプ２６ａで集光する。これにより、水晶片１１には熱があまり集中せず、接合バンプ２６ａのみに熱が集中し、接合バンプ２６ａが良く溶融する。このとき、レーザー光ＬＬの照射によって支持腕１５の上面側（すなわち、接合バンプ２６ａと接する面の反対面）に形成された接続電極１２の一部が蒸散されてなくなってしまう。その後、レーザー光源ＬＭの照射が止まると、接合バンプ２６ａが硬化し、第１音叉型水晶振動片１００Ａがベース部２２の内部面に固定される。また、接続電極１２ａ、１２ｂは、接合バンプ２６ａを介して導電路２７ａ、２７ｂに導通する。

ここで、レーザー光ＬＬとしては、ＹＡＧレーザーの２倍高調波が用いられる。ＹＡＧレーザーは、ＹＡＧ結晶をランプ励起させ発振させる波長１０６４ｎｍの赤外線レーザー光であり、その２倍高調波はグリーンレーザー（波長５３２ｎｍ）である。レーザー光源装置ＬＸは、微小エリアに極めて高いエネルギー密度を照射することができる。

また、ＹＡＧレーザーはさらに照射時間を３／１０００秒〜２０／１０００秒程度にすることができるため、水晶片１１又は接続電極１２ａ、１２ｂもしくは導電路２７ａ、２７ｂに熱影響による変形、歪みなどをほとんど生じさせない、また、接合バンプ２６ａの接合加工後にパンプ２６ａ内に巣（ホール）がほとんどなく、接合範囲をφ０．１ｍｍ以下に抑えることができる。

第１実施形態において、第１音叉型圧電振動片１００Ａとベース部２２とは、バンプ支持部２５上に形成された接合バンプ２６ａ及びバンプ支持部２５により支持されている。しかし、バンプ支持部２５を省略し、接合バンプ２６ａをベース部２２の内部面に設けられて第１音叉型圧電振動片１００Ａとベース部２２とを接合してもよい。

また、第１実施形態において、２つの支持バンプ２６ｂは第１音叉型圧電振動片１００Ａに接合しない状態で第１音叉型圧電振動片１００Ａを保持している。しかし２つの支持バンプ２６ｂは、接合バンプ２６ａと同じように、接合バンプとして第１音叉型圧電振動片１００Ａに接合されてもよい。すなわち、４つの接合バンプ２６ａが第１音叉型圧電振動片１００Ａを保持するようにしてもよい。

＜第１水晶振動子１０Ａの製造方法＞
図４は、第１水晶振動子１０Ａの製造方法を説明するためのフローチャートである。
ステップＳ１１１において、内部面に一対のバンプ支持部２５を有するベース部２２が用意される。バンプ支持部２５上には、外部電極２３ａ、２３ｂと導通する導電路２７ａ、２７ｂが形成されている。導電路２７ａ、２７ｂには接合バンプ２６ａ、支持バンプ２６ｂがそれぞれ設けられている。

ステップＳ１１２において、一対の振動腕１３と一対の支持腕１５とを有する水晶片１１からなる第１音叉型水晶振動片１００Ａが用意される。第１音叉型水晶振動片１００Ａは、溝部１４が形成された一対の振動腕１３を有しており、振動腕１３の両外側に幅広い先端部１７を有する支持腕１５をそれぞれ有している。また支持腕１５には接続電極１２ａ、１２ｂが形成されている。

ステップＳ１１３において、第１音叉型水晶振動片１００Ａが接合バンプ２６ａ、支持バンプ２６ｂに載置される。一対の支持腕１５が接合バンプ２６ａ、支持バンプ２６ｂで支持されて、ベース部２２の内部面に平行に、第１音叉型水晶振動片１００Ａが支持される。
ステップＳ１１４において、レーザー光源装置ＬＸがレーザー光ＬＬを照射する。レーザー光ＬＬは、支持腕１５の先端部１７が載置された接合バンプ２６ａに集光する。楕円鏡ＥＭの第２焦点Ｆ２に接合バンプ２６ａが配置される。そのため、特に接合バンプ２６ａに熱が集中し接合バンプ２６ａが溶融する。レーザー光源装置ＬＸがレーザー光ＬＬの照射を停止すると、接合バンプ２６ａが硬化し、第１音叉型水晶振動片１００Ａがベース部２２の内部面に固定される。

ステップＳ１１５において、第１音叉型水晶振動片１００Ａの周波数が調整される。例えば、第１音叉型水晶振動片１００Ａの振動腕１３の先端にレーザー光が照射されることで、金属被膜の一部が蒸散・昇華させられ質量が削減することにより振動周波数が調整される。

ステップＳ１１６において、蓋体２１がベース部２２に接合される。その蓋体２１は、ＡｕＳｉ、ＡｕＳ、ＡｕＧｅ等の半田２４によりベース部２２に接合され、パッケージ内を窒素ガスや真空などでシーム溶接などの手法により気密的に封止する。

なお、上記フローチャートでは、レーザー光源装置ＬＸがレーザー光ＬＬを照射して、第１音叉型水晶振動片１００Ａがベース部２２に接合された後（ステップＳ１１４）、蓋体２１がベース部２２に接合された（ステップＳ１１６）。しかし、蓋体２１がガラス材料など透明材料であればレーザー光ＬＬを透過させる。そのため、蓋体２１がベース部２２に接合された後に、レーザー光ＬＬが照射され第１音叉型水晶振動片１００Ａがベース部２２に接合されてもよい。さらに、第１音叉型水晶振動片１００Ａがベース部２２に接合された後、第１音叉型水晶振動片１００Ａの振動周波数が調整されてもよい。

（第２実施形態）
＜第２水晶振動子１０Ｂ＞
図５は、第２実施形態の第２水晶振動子１０Ｂの平面図で、説明し易くするために蓋体２１が省略されている。第２実施形態の第２水晶振動子１０Ｂにおいて、第１実施形態と同じ構成要件には同じ符号を付けて説明する。

図５に示されたように、第１水晶振動子１０Ａと比べると、第２水晶振動子１０Ｂは、バンプ支持部３５ａ、３５ｂの形状および支持バンプ３６ｂの配置位置が異なっている。このため、第１音叉型水晶振動片１００Ａなどについては説明を省略する。

第１実施形態に示された構成である場合、支持バンプ２６ｂの＋Ｙ側部分の基部１８に−Ｚ軸方向の衝撃が生じると、支持バンプ２６ｂを支点にして接合バンプ２６ａに＋Ｚ軸方向の負荷がかかるおそれがある。また、第１実施形態では支持バンプ２６ｂと支持腕１５との接触部分が支持腕１５の水晶の幅が狭い箇所であるため、強度にも影響を与えるおそれがある。

第２実施形態において、第１音叉型水晶振動片１００Ａを支持する支持バンプ３６ｂは、接合バンプ２６ａから＋Ｙ側に一番遠く離れて配置されている。第１音叉型水晶振動片１００Ａを支持する支持バンプ３６ｂが接合バンプ２６ａから離れて基部１８の＋Ｙ側に配置されることで、上述の接合バンプ２６ａへの＋Ｚ軸方向の負荷が軽減できる。また、支持バンプ３６ｂは幅の広い基部１８と接触するため、支持バンプ３６ｂが支持腕１５と接触する位置に形成される場合と比べて、第１音叉型水晶振動片１００Ａにおける支持バンプ３６ｂとの接触部の強度を確保できる。

また、接合バンプ２６ａ及び支持バンプ３６ｂの配置位置の変化に伴って、それらを支持するバンプ支持部３５ａ、３５ｂの形状及び配置位置もそれぞれに変化している。詳しく説明すると、第１音叉型水晶振動片１００Ａと接合される一対の接合バンプ２６ａのＺ側の直下にはそれらを支持する２つのバンプ支持部３５ａがそれぞれ設けられている。また、第１音叉型水晶振動片１００Ａと接合されない一対の支持バンプ３６ｂのＺ側の直下にはそれらを支持する１つの支持部３５ｂが設けられている。ここで、一対の支持バンプ３６ｂのＺ側の直下にはそれらを支持する２つの支持部３５ｂが設けられてもよい。

第２水晶振動子１０Ｂの製造方法については、第１実施形態と同じであるため、説明を省略する。

（第３実施形態）
＜第３水晶振動子１０Ｃ＞
図６は、第３実施形態の第３水晶振動子１０Ｃの平面図で、説明し易くするために蓋体２１が省略されている。第３実施形態の第３水晶振動子１０Ｃにおいて、第１実施形態と同じ構成要件には同じ符号を付けて説明する。

図６に示されたように、第１水晶振動子１０Ａと比べると、第３水晶振動子１０Ｃはバンプ支持部３５ｂの形状および支持バンプ４６ｂの配置位置が異なっている。

第３実施形態において、第１音叉型水晶振動片１００Ａを支持する支持バンプ４６ｂは、基部１８の＋Ｘ側の端部中央に配置されている。したがって、接合バンプ２６ａ及び支持バンプ４６ｂにより第１音叉型水晶振動片１００Ａがベース部２２の内部面に平行に固定される。

また、接合バンプ２６ａ及び支持バンプ４６ｂの配置位置の変化に伴って、それらを支持するバンプ支持部３５ａ、３５ｂの形状及び配置位置もそれぞれに変化される。詳しく説明すると、第１音叉型水晶振動片１００Ａと接合される一対の接合バンプ２６ａのＺ側の直下にはそれらを支持する２つのバンプ支持部３５ａがそれぞれ設けられている。また、第１音叉型水晶振動片１００Ａと接合されない支持バンプ４６ｂのＺ側の直下にはそれを支持する１つの支持部３５ｂが設けられている。

ここで、支持バンプ４６ｂのサイズが大きすぎると、２つの基部電極１９がショートしてしまい第１音叉型水晶振動片１００Ａが発振できなくなるため、支持バンプ４６ｂのサイズと２つの基部電極１９の形状とを考慮する必要がある。支持バンプ４６ｂが一つで済むため第３水晶振動子１０Ｃの製造コストが低減される。

第３水晶振動子１０Ｃの製造方法については、第１実施形態と同じであるため、説明を省略する。

（第４実施形態）
＜第４水晶振動子１０Ｄ＞
図７は、第４実施形態の第４水晶振動子１０Ｄの平面図で、説明し易くするために蓋体２１が省略されている。図８は、図７のＣ−Ｃで示された部分の拡大断面図である。第４実施形態の第４水晶振動子１０Ｄにおいて、第１実施形態と同じ構成要件には同じ符号を付けて説明する。

図７に示されたように、第１水晶振動子１０Ａと比べると、第４水晶振動子１０Ｄは第４音叉型水晶振動片１００Ｄが異なっている。このため、その他のパッケージなどについては説明を省略する。

第４実施形態の第４音叉型水晶振動片１００Ｄは、支持腕１５の先端部１７の接続電極の形状が異なっている。詳しく説明すると、支持腕１５の先端部１７はそのＺ軸方向の両面に接続電極を備えていない。図８に示されるように、支持腕１５の先端部１７の接合バンプ２６ａに接する面側には接続電極４２ａ、４２ｂが設けられている。先端部１７の上面側（接合バンプ２６ａと接する面の反対面）の先端部１７には、接続電極が形成されていない。先端部１７だけでなく支持腕１５の全体にも接続電極が形成されていなくてもよい。

図８に示されたようにすれば、レーザー光源装置ＬＸでレーザー光ＬＬが照射されるとき、先端部１７の水晶片１１のみが現れており接続電極がないため、接続電極によるレーザー光ＬＬの反射が無い。このため、レーザー光ＬＬの大部分のエネルギーが接合バンプ２６ａに集中される。

第４水晶振動子１０Ｄの製造方法については、第１実施形態と同じであるため、説明を省略する。接続電極４２ａ、４２ｂも、フォトリソグラフィの手法により形成することができる。

（第５実施形態）
＜第５水晶振動子１０Ｅ＞
図９は、第５実施形態の第５水晶振動子１０Ｅの平面図で、説明し易くするために蓋体２１が省略されている。第５実施形態の第５水晶振動子１０Ｅにおいて、第１実施形態と同じ構成要件には同じ符号を付けて説明する。

図９に示されたように、第５水晶振動子１０Ｅは第１水晶振動子１０Ａと比べると、第５音叉型水晶振動片１００Ｅのみが異なっている。このため、その他のパッケージなどについては説明を省略する。

第１音叉型水晶振動片１００Ａと比べると、第５音叉型水晶振動片１００Ｅは、支持腕１５の先端部１７の接続電極の形状が異なっている。支持腕１５の先端部１７の接合バンプ２６ａと接する反対面にはレーザー光ＬＬの照射位置を確認するために基準マーク２８が設けられている。

第５音叉型水晶振動片１００Ｅにおいて、基準マーク２８は丸形の基準マークが用いられている。この基準マーク２８は支持腕１５の先端部１７の上面に設けられた接続電極５２ａ、５２ｂの一部に丸形の孔で形成されている。別言すると、基準マーク２８の周囲には接続電極５２ａ、５２ｂが形成され、丸形の基準マーク２８は水晶片の表面が現れて形成される。

レーザー光源装置ＬＸ（図８を参照）の隣には、基準マーク２８を撮像する撮像装置（図示しない）が配置されている。撮像装置はＣＣＤカメラとＣＣＤカメラで撮像した撮像画面を処理する画像処理装置とを有している。その画像処理装置の画像処理結果に基づいて、基準マーク２８のＸＹ平面の位置を確認することができる。それによって、レーザー光源装置ＬＸ又は第５水晶振動子１０Ｅを移動させることによってレーザー光ＬＬが基準マーク２８を通過するように調整できる。このため、接合バンプ２６ａが小さくても正確にレーザー光ＬＬを接合バンプ２６ａに照射できる。また基準マーク２８は水晶片の表面でありレーザー光ＬＬが反射されない。そのため、レーザー光源装置ＬＸでレーザー光ＬＬが照射されるとき、レーザー光ＬＬの大部分のエネルギーが接合バンプ２６ａに集中される。

＜第５水晶振動子１０Ｅの製造方法＞
図１０は、第５水晶振動子１０Ｅの製造方法を説明するためのフローチャートである。
ステップＳ２１１において、内部面に一対のバンプ支持部２５を有するベース部２２が用意される。内部面に一対のバンプ支持部２５を有するベース部２２が用意される。バンプ支持部２５上には、導電路２７ａ、２７ｂが形成されている。導電路２７ａ、２７ｂには接合バンプ２６ａ、支持バンプ２６ｂがそれぞれ設けられている。

ステップＳ２１２において、一対の振動腕１３と一対の支持腕１５とを有する圧電材料からなる第５音叉型水晶振動片１００Ｅが用意される。第１音叉型水晶振動片１００Ａは、溝部１４が形成された一対の振動腕１３を有しており、振動腕１３の両外側に幅広い先端部１７を有する支持腕１５をそれぞれ有している。また支持腕１５には接続電極５２ａ、５２ｂが形成されている。一対の接続電極５２ａ、５２ｂの先端部１７には、丸形の基準マーク２８がそれぞれ形成される。

ステップＳ２１３において、レーザー光源装置ＬＸの隣に配置されたに撮像装置（不図示）が接合バンプ２６ａを撮像し、その撮像画像に基づいて画像処理装置（不図示）が接合バンプ２６ａのＸＹ平面の位置を計算する。

ステップＳ２１４において、接合バンプ２６ａの位置に基づいて、第５音叉型水晶振動片１００Ｅが接合バンプ２６ａ、支持バンプ２６ｂに載置される。

ステップＳ２１５において、撮像装置が支持腕１５に設けられた基準マーク２８を撮像し、画像処理装置が基準マーク２８のＸＹ平面の位置を計算する。

ステップＳ２１６において、画像処理装置による基準マーク２８の位置に基づいてレーザー光ＬＬの照射位置が確認される。その後、レーザー光源装置ＬＸがレーザー光ＬＬを照射する。レーザー光ＬＬは、支持腕１５の先端部１７が載置された接合バンプ２６ａに集光する。楕円鏡ＥＭの第２焦点Ｆ２に接合バンプ２６ａが配置される。そのため、特に接合バンプ２６ａに熱が集中し接合バンプ２６ａが溶融する。レーザー光源装置ＬＸがレーザー光ＬＬの照射を停止すると、接合バンプ２６ａが硬化し、第５音叉型水晶振動片１００Ｅがベース部２２の内部面に固定される。

ステップＳ２１７において、第５音叉型水晶振動片１００Ｅの周波数が調整される。第５音叉型水晶振動片１００Ｅの振動腕１３の先端にレーザー光が照射されることで、金属被膜の一部が蒸散・昇華させられ質量が削減することにより振動周波数が調整される。
ステップＳ２１８において、蓋体２１がベース部２２に接合される。

（第６実施形態）
＜第６水晶振動子１０Ｆ＞
図１１は、第６実施形態の第６水晶振動子１０Ｆの平面図で、説明し易くするために蓋体２１が省略されている。第６実施形態の第６水晶振動子１０Ｆにおいて、第５実施形態と同じ構成要件には同じ符号を付けて説明する。

第５音叉型水晶振動片１００Ｅと比べると、第６音叉型水晶振動片１００Ｆは、支持腕１５の先端部１７の接続電極が異なっている。詳しく説明すると、円形の基準マーク２８に代えて「＋」型の基準マーク３８が設けられている。
第６音叉型水晶振動片１００Ｆにおいて、この基準マーク３８は支持腕１５の先端部１７の上面に設けられた接続電極５２ａ、５２ｂの一部に「十」の孔で形成されている。別言すると、基準マーク３８の周囲には接続電極５２ａ、５２ｂが形成され、「十」型の基準マーク３８は水晶片の表面が現れて形成される。

その他の構成及び水晶振動子の製造方法については、第５実施形態と同じであるため、説明を省略する。

（第７実施形態）
＜第７水晶振動子１０Ｇ＞
図１２は、第７実施形態の第７水晶振動子１０Ｇの平面図で、説明し易くするために蓋体２１が省略されている。第７実施形態の第７水晶振動子１０Ｇにおいて、第１実施形態と同じ構成要件には同じ符号を付けて説明する。

図１２に示されたように、第７水晶振動子１０Ｇは第１水晶振動子１０Ａと比べると、第７音叉型水晶振動片１００Ｇのみが異なっている。このため、その他のパッケージなどについては説明を省略する。

第７実施形態の第７音叉型水晶振動片１００Ｇは、基部１８に音叉型の一対の振動腕３３を持ち、基部１８の長さＬＫは０．１５ｍｍ程度で、一対の振動腕３３の長さは１．３ｍｍ程度の長さである。

振動腕３３は基部１８よりほぼ平行にＸ方向に伸び、振動腕３３の表裏両面には溝部３４が形成されている。例えば、一本の振動腕３３の表面には２つの溝部３４ａ、３４ｂが形成されており、振動腕３３の裏面側にも同様に２つの溝部３４ａ、３４ｂが形成されている。また振動腕３３の表裏面および側面に励振電極が形成される。つまり、溝部３４の断面は、略Ｈ型に形成され第７音叉型水晶振動片１００ＧのＣＩ値を低下させる効果がある。

基部１８から延びる振動腕３３は根元部分から徐々に幅狭になり、第１くびれ部７１を形成している（幅Ｗ１’が幅Ｗ１より大きい）。これは振動腕３３の振動が根元部分に集中していた応力を第１くびれ部７１の方に移動させ、基部１８への振動漏れを減少させることができる。さらに、振動腕３３は第１くびれ部７１から徐々に幅狭になり振動腕３３の先端付近で第２くびれ部７２を形成している。振動腕３３は第２くびれ部７２で急激に幅広になり、振動腕同士が互いに衝突しない幅でハンマー型の形状をしている。

振動腕３３の幅広な根元部分から第１くびれ部７１、又は第２くびれ部７２にかけて２段階で狭くなるため、根元部分に集中していた応力が振動腕３３の先端方向に移動することで、基部１８への振動漏れが減少する。また、ハンマー型の幅であるハンマー幅Ｗ５及びハンマー型の長さであるハンマー長ＨＬ、及び基部からハンマー型までの長さである基部ハンマー長ＨＳを調整することでＣＩ値の増加を抑制しつつ、２次の高調波における発振の防止をすることができる。

第７音叉型水晶振動片１００Ｇの基部１８は両端部に支持腕７５を備える。支持腕７５の根元部分は幅広に形成されている（幅Ｗ１’が幅Ｗ１より大きい）。支持腕７５の振動腕３３側の側面は、Ｙ方向側に傾いており、支持腕７５の幅（Ｙ方向）は根元部分から幅狭になり第３くびれ部７３を形成している。さらに、支持腕７５の幅は第３くびれ部７３から徐々に幅狭になり、支持腕７５の先端付近で第４くびれ部７４を形成している。支持腕７５は第４くびれ部７４で急激に幅広になりハンマー型の形状をしている。この支持腕７５は、接続電極７２ａ、７２ｂが形成される。ハンマー型の形状部は振動腕３３の方に突起している。なお、支持腕７５は第３くびれ部７３から徐々に幅狭になることで振動漏れを緩和する機能を有する。

第１幅Ｗ１と、第２幅Ｗ２と、第３幅Ｗ３とは第１実施形態で説明された寸法と同一であるため、左右でバランスがとれた第７音叉型水晶振動片１００Ｇを形成することができる。

支持腕７５の長さは振動腕３３の長さより短く形成し、振動腕３３の先端には励振電極と同時に金属被膜を形成する。振動腕３３の先端の金属被膜は錘の役目をして振動腕を安定して振動しやすくさせる。また、安定して振動することでＱ値が向上する。また、振動腕３３の先端の金属被膜は圧電デバイスとして搭載した第７音叉型水晶振動片１００Ｇの周波数調整をしやすくするために形成される。

また、第７実施形態においても−Ｙ側の接合バンプ２６ａは導電路２７ａにより、外部電極２３ａ（図１を参照）に接続され、＋Ｙ側の接合バンプ２６ａは導電路２７ｂにより、外部電極２３ｂ（図１を参照）に接続されている。

さらに、第７実施形態では振動腕３３の先端にハンマー型が形成されているが、振動腕は第２くびれ部７２から振動腕の先端にかけて、振動腕同士が互いに衝突しない幅で徐々に幅広に形成されてもよい。また、第５及び第６実施形態のように、支持腕の先端部に基準マークが形成されてもよい。

以上、本発明の最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。たとえば、水晶振動子は、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。また本発明は、圧電振動子以外にも、発振回路を組み込んだＩＣなどをベース部上に配置させた圧電発振器にも適用できる。

１０Ａ〜１０Ｇ … 第１〜第７水晶振動子
１１ … 水晶片
１２ａ、１２ｂ、４２ａ、４２ｂ、５２ａ、５２ｂ、６２ａ、６２ｂ、７２ａ、７２ｂ … 接続電極
１３、３３ … 振動腕
１４、３４ａ、３４ｂ … 溝部
１５、７５ … 支持腕
１７、７７ … 先端部
１８ … 基部
１９ … 基部電極
２０ … 励振電極
２１ … 蓋体
２２ … ベース部
２３ａ、２３ｂ … 外部電極
２４ … 接合材
２５ … バンプ支持部
２６ａ … 接合バンプ
２６ｂ、３６ｂ、４６ｂ、 … 支持バンプ
２７ａ、２７ｂ … 導電路
２８、３８ … 丸形の基準マーク、「十」型の基準マーク
７１ … 第１くびれ部、 ７２ … 第２くびれ部、 ７３ … 第３くびれ部、 ７４ … 第４くびれ部
１００Ａ〜１００Ｇ … 第１〜第７音叉型水晶振動片１００Ｇ
ＥＭ … 楕円鏡
Ｆ１、Ｆ２ … 楕円鏡の焦点
Ｈ１ … ベース部の外高、 Ｈ２ … ベース部の内高
ＨＬ … ハンマー型の長さ、 ＨＳ … 基部ハンマー長ＨＳ
Ｌ１ … ベース部の外長、 Ｌ２ … ベース部の外幅
Ｌ３ … ベース部の内長、 Ｌ４ … ベース部の内幅
ＬＫ … 基部の長さ
ＬＬ … レーザー光
ＬＭ … レーザー光源
ＬＸ … レーザー光源装置
Ｗ１ … 振動腕の幅、 Ｗ２ … 振動腕間の距離、 Ｗ３ … 支持腕の先端部の幅、 Ｗ４ … 振動腕と支持腕との距離、 Ｗ５ … 第７実施形態の振動腕のハンマー型の幅

Claims (7)

1. 励振電極を有し基部から伸びた一対の振動腕と前記励振電極と導通する接続電極を有し前記振動腕の両外側で前記基部から伸びた一対の支持腕とを有する圧電材料からなる音叉型圧電振動片と、
   片面に一対のバンプを有するベース部と、を備え、
   前記一対の支持腕の接続電極が前記一対のバンプに載置された状態でレーザーが前記バンプを照射されることにより前記バンプが溶融し、その後前記バンプが硬化することで前記支持腕が前記ベースに固定される圧電デバイス。
2. 前記支持腕の接続電極が前記バンプと接する反対面には、前記圧電材料の表面が現れて露出領域が形成されている請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記支持腕の接続電極が前記バンプと接する反対面には、前記レーザーの照射位置を確認するための基準マークが形成されている請求項２に記載の圧電デバイス。
4. 前記基準マークは、前記露出領域の周囲を金属膜で囲むことで形成される請求項３に記載の圧電デバイス。
5. 前記バンプが形成された前記ベース部の片面は、前記音叉型圧電振動片を前記片面に平行になるように前記音叉型圧電振動片を支持する支持バンプを有する請求項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. 片面に一対のバンプが形成されたベース部を用意する工程と、
   励振電極を有し基部から伸びた一対の振動腕と前記励振電極と導通する接続電極を有し前記振動腕の両外側で前記基部から伸びた一対の支持腕とを有する圧電材料からなる音叉型圧電振動片を用意する工程と、
   前記一対の支持腕を前記一対のバンプ上に載置する載置工程と、
   前記一対のバンプをレーザーで照射する照射工程と、
   前記ベース部にリッド部を接合するリッド接合工程と、
   を備える圧電デバイスの製造方法。
7. 前記支持腕の接続電極が前記バンプと接する反対面に、前記レーザーの照射位置を確認するための基準マークが形成されており、
   前記基準マークを撮像し処理する画像処理工程を備え、
   前記画像処理の結果に基づいて、前記照射工程は前記レーザーを照射する請求項６に記載の圧電デバイスの製造方法。