JP2011091670A - 圧電デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐衝撃性および電気的な接続信頼性に優れた圧電デバイス、および、その製造方法を提供する。
【解決手段】圧電デバイス１０において、水晶振動片１は、固定端である基部１３の外部接続端子１６ａが形成された主面とは異なる主面側が、パッケージ２０の第３層基板２３に設けられた振動片接続電極２５ａ近傍の第２層基板２２上に弾性接着剤としてのシリコーン系接着剤３９により接着・固定されている。また、水晶振動片１の外部接続端子１６ａと、パッケージ２０の対応する振動片接続電極２５ａとの双方に接触するように塗布してから固化された導電性接着剤４９により、外部接続端子１６ａと振動片接続電極２５ａとが電気的に接続されている。パッケージ２０の振動片接続電極２５ａは、水晶振動片１の外部接続端子１６ａが形成された側の主面よりも下方に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、パッケージ内に圧電振動片が接合された圧電デバイスであって、耐衝撃性および電気的な接続信頼性に優れた圧電デバイス、および、その製造方法に関するものである。

従来より、圧電振動片をパッケージ内に接合して封止した圧電デバイスが、各種電子機器の信号源などとして広く用いられている（例えば、特許文献１を参照）。圧電振動片は、水晶などの圧電基板を所定の角度および厚さに切り出した薄板が固有の共振周波数を有する特性を利用し、その薄板の表面に励振電極などの電極を形成して該電極に電圧を印加し、その電圧による圧電効果によって所定の振動モードで励振させるものである。

圧電デバイスの従来例について、図面を参照しながら具体的に説明する。
図８において、特許文献１に記載の圧電デバイス（水晶発振器）１１０は、パッケージ１２０と、そのパッケージ１２０内に接合された圧電振動片（水晶片）１０１と、を有している。
圧電振動片１０１は、固定端となる基部と、その基部の一端側に延出され自由端となる一対の振動部としての振動腕４，５と、各振動腕に形成された励振電極１１５と、励振電極１１５と接続され基部の主面上に設けられた外部との接続に供する外部接続端子１１６と、を有している。
また、パッケージ１２０は、略矩形平板状の第１層基板（第１セラミック層）１２１上に、略矩形環状の第２層基板（第２セラミック層）１２２および第３層基板（第３セラミック層）１２３がこの順に積層されることにより形成された凹部と、該凹部内の第２層基板１２２上に設けられた振動片接続電極（電極パッド）１２５と、を有している。
そして、パッケージ１２０の振動片接続電極１２５と、圧電振動片１０１の対応する外部接続端子１１６とを位置合わせした状態でパッケージ１２０の凹部内に圧電振動片１０１を載置し、振動片接続電極１２５と対応する外部接続端子１１６との両方に接触するように導電性の接合部材としての導電性接着剤１４９を所定量塗布して固化させることにより、圧電振動片１０１が電気的に接続された状態でパッケージ１２０内に収容されている。このように、凹部内に圧電振動片１０１が接合されたパッケージ１２０上に、シームリング１２８などを介して蓋体１２９が接合され、パッケージ１２０内部に圧電振動片１０１が気密封止されている。

特開２００６−３１４０８３号公報

しかしながら、特許文献１の圧電デバイスでは、パッケージ１２０の凹部内への圧電振動片１０１の接合を、導電性接着剤１４９のみにより行っている。導電性接着剤１４９は、短絡などの電気的な不具合を回避するために塗布量を多くすることが難しく、特に、近年ますます高まる圧電デバイスの小型化への要求のなかでは塗布量がさらに限られてくるので、圧電振動片１０１とパッケージ１２０との機械的な接合強度、および、電気的な接続信頼性の確保ができない虞があるという問題があった。

本発明は、上述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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

〔適用例１〕本適用例にかかる圧電デバイスは、基部と、前記基部の一端側に延出された振動部と、前記振動部に形成された励振電極と、前記励振電極と接続され前記基部の両主面のうちの少なくとも一方の主面に設けられた外部との接続に供する外部接続端子と、を有する圧電振動片と、凹部と、前記凹部内に設けられた振動片接続電極と、を有するパッケージと、を有し、前記振動片接続電極と前記外部接続端子とが電気的に接続された状態で前記凹部内に前記圧電振動片が接合された圧電デバイスであって、前記基部が、前記振動片接続電極近傍に弾性接着剤により接合され、前記外部接続端子と前記振動片接続電極とが導電性を有する接合部材を介して電気的に接続されていることを特徴とする。

上記適用例の圧電デバイスによれば、圧電振動片とパッケージとの接合において、導電性を有する接合部材により電気的な接続を図るとともに、弾性接着剤により機械的な接合を行う構成となっている。ここで、弾性接着剤は一般に、高い接合強度を示すとともに、固化物のゴム弾性が保持されるので、外的な振動や衝撃などが加わった場合の応力を吸収し、接着界面への応力の集中が抑えられる。
これにより、例えば接合部材としての導電性ペーストのみによって電気的な接続および機械的な接合が図られた従来構造の圧電デバイスに比して、パッケージへの圧電振動片の接合強度、および、電気的な接続の信頼性を向上させることができるので、耐衝撃性が高く、且つ、電気的な接続信頼性に優れた圧電デバイスを提供することができる。

〔適用例２〕上記適用例にかかる圧電デバイスにおいて、前記弾性接着剤が、シリコーン系樹脂を主剤もしくは硬化剤として構成された非導電性のシリコーン系接着剤であることを特徴とする。

シリコーン系接着剤は、弾性接着剤として従来より広く用いられているものであり、上記適用例の圧電デバイスにおいて、圧電振動片の機械的な接合強度の向上を図る弾性接着剤として好適である。
しかも、非導電性のシリコーン系接着剤を用いることにより、短絡などの電気的な不具合を防止できるので、接着領域を広くすることが可能となって接合強度をより向上させることができるとともに、製造工程において弾性接着剤塗布領域の細かな管理を必要とせず製造しやすいという効果を奏する。

〔適用例３〕上記適用例にかかる圧電デバイスにおいて、前記導電性を有する接合部材が導電性接着剤であることを特徴とする。

例えば銀ペーストなどの導電性接着剤は、圧電デバイス製造における圧電振動片の接合部材として従来より広く用いられてきたものであり、特に好適である。

〔適用例４〕上記適用例にかかる圧電デバイスにおいて、前記圧電振動片のうち前記凹部の凹底面と対向する主面とは異なる側の主面に前記外部接続端子が設けられ、前記振動片接続電極が、前記外部接続端子よりも前記凹底面側に配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、圧電振動片のうち凹部の凹底面と対向する主面側にて、弾性接着剤による圧電振動片とパッケージとの接合を行った後で、圧電振動片の外部接続端子側に導電性の接合部材を供給することにより、その接合部材が、外部接続端子よりも凹底面側に配置された振動片接続電極に流れるので、接合端子と振動片接続電極とを、比較的容易に接合部材によって電気的に接続することができる。

〔適用例５〕上記適用例にかかる圧電デバイスにおいて、前記基部の前記一端側とは異なる側の他端側の前記両主面を接続する側面に、前記両主面の一方から他方に向かって凹設された溝が形成されていることを特徴とする。

上記適用例のように、圧電振動片のうち凹部の凹底面と対向する主面側にて弾性接着剤による圧電振動片とパッケージとの接合を行った後で、圧電振動片の外部接続端子側に導電性の接合部材を供給する構成において、導電性を有する接合部材として、例えば導電性接着剤などのペースト状の接合部材を用いることにより、外部接続端子側に供給した接合部材が溝を伝ってパッケージの振動片接続電極上に流れる。これにより、導電性を有する接合部材が不要な領域に広がり難くなり、振動片接続電極側に選択的に供給することが可能となるので、短絡などの不具合を生じさせることなくパッケージと圧電振動片との電気的な接続を確実に図ることができる。

〔適用例６〕本適用例にかかる圧電デバイスの製造方法は、基部と、前記基部の一端側に延出された振動部と、前記振動部に形成された励振電極と、前記励振電極と接続され前記基部の両主面のうちの少なくとも一方の主面に設けられた外部との接続に供する外部接続端子と、を有する圧電振動片と、凹部と、前記凹部内に設けられた振動片接続電極と、を有するパッケージと、を有し、前記振動片接続電極と前記外部接続端子とが電気的に接続された状態で前記凹部内に前記圧電振動片が接合された圧電デバイスの製造方法であって、圧電体材料を加工して前記圧電振動片の外形を形成する外形形成ステップと、前記励振電極と前記外部接続端子とを形成する電極パターン形成ステップと、を含む圧電振動片製造工程と、前記基部を前記凹部内に弾性接着剤により接合する圧電振動片載置ステップと、前記外部接続端子と前記振動片接続電極とを導電性を有する接合部材を介して電気的に接続する圧電振動片接続ステップと、を含むパッケージ組立工程と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、圧電振動片載置ステップで、圧電振動片をパッケージの凹部内に弾性接着剤により接合し、圧電振動片接続ステップで、導電性を有する接合部材により圧電振動片とパッケージとの電気的な接続を行う。これにより、導電性を有する接合部材により電気的な接続を図るとともに、高い接合強度を示すとともにゴム弾性が保持される弾性接着剤によって、外的な振動や衝撃などが加わった場合の応力を吸収し、接着界面への応力の集中が抑えられた実装構造が実現する。
したがって、例えば接合部材としての導電性ペーストのみによって電気的な接続および機械的な接合を図る従来構造の圧電デバイスに比して、パッケージへの圧電振動片の接合強度、および、電気的な接続の信頼性を向上させることができるので、耐衝撃性が高く、且つ、電気的な接続信頼性に優れた圧電デバイスを製造することができる。

〔適用例７〕上記適用例にかかる圧電デバイスの製造方法において、前記弾性接着剤として、シリコーン系樹脂を主剤もしくは硬化剤として構成されたシリコーン系接着剤を用いることを特徴とする。

この構成によれば、弾性接着剤として従来より広く用いられている非導電性のシリコーン系接着剤を使用することにより、短絡などの電気的な不具合を防止しながら接着領域を広くすることが可能となって接合強度をより向上させることができるとともに、製造工程において弾性接着剤塗布領域の細かな管理を必要とせず製造しやすいという効果を奏する。

〔適用例８〕上記適用例にかかる圧電デバイスの製造方法において、前記導電性を有する接合部材として導電性接着剤を用いることを特徴とする。

この構成によれば、例えば銀ペーストなどの導電性接着剤は、圧電デバイス製造における圧電振動片の接合部材として従来より広く用いられてきたものであり、圧電振動片とパッケージとの電気的な接続を図る接合部材として特に好適である。

〔適用例９〕上記適用例にかかる圧電デバイスの製造方法において、前記圧電振動片のうち前記凹部の凹底面と対向する主面とは異なる側の主面に前記外部接続端子が配置され、前記振動片接続電極が前記外部接続端子よりも前記凹底面側に配置された前記パッケージが用いられていることを特徴とする。

この構成によれば、圧電振動片載置ステップで、圧電振動片のうち凹部の凹底面と対向する主面側にて、弾性接着剤による圧電振動片とパッケージとの接合を行った後で、圧電振動片接続ステップで、圧電振動片の外部接続端子側に導電性の接合部材を供給することにより、その接合部材が、外部接続端子よりも凹底面側に配置された振動片接続電極に流れるので、接合端子と振動片接続電極とを、比較的容易に接合部材によって電気的に接続することができる。

〔適用例１０〕上記適用例にかかる圧電デバイスの製造方法において、前記外形形成ステップで、前記基部の前記一端側とは異なる側の他端側の前記両主面を接続する側面に、前記両主面の一方から他方に向かって凹設された溝を形成する工程と、前記圧電振動片接続ステップで、前記外部接続端子と前記振動片接続電極との両方に前記導電性接着剤が接触するように前記溝が形成された領域を含む前記外部接続端子上に導電性ペーストを供給する工程と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、圧電振動片載置ステップで、圧電振動片の、パッケージの凹部の凹底面と対向する主面側にて弾性接着剤による圧電振動片とパッケージとの接合を行った後で、圧電振動片接続ステップで、圧電振動片の外部接続端子側に導電性の接合部材を供給する際に、外部接続端子側に供給した接合部材が溝を伝ってパッケージの振動片接続電極上に流れる。これにより、導電性の接合部材が不要な領域に広がり難くなって振動片接続電極側に選択的に供給されるので、短絡などの不具合を生じさせることなくパッケージと圧電振動片との電気的な接続を確実に図ることができる。

（ａ）は、本実施形態の圧電デバイスを上側からみて説明する模式平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面を示す模式断面図。 圧電振動片としての水晶振動片を説明する模式平面図。 圧電デバイスの水晶振動片の接合部を模式的に説明する部分拡大断面図。 圧電デバイスの製造方法を説明するフローチャート。 （ａ）は、水晶振動片の変形例の一つのバリエーションを上側からみて説明する模式平面図、（ｂ）は、模式側面図。 （ａ）は、水晶振動片の変形例の他のバリエーションを上側からみて説明する模式平面図、（ｂ）は、模式側面図。 圧電デバイスの製造方法の変形例を説明するフローチャート。 （ａ）は、圧電デバイスの従来例を上側からみて説明する模式平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面を示す模式断面図。

以下、本発明の圧電デバイス、および、その製造方法の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

（圧電デバイス）
まず、本実施形態の圧電デバイスについて説明する。
図１は、本実施形態の圧電デバイスを説明するものであり、図１（ａ）は上側からみた模式平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面を示す模式断面図である。なお、図１（ａ）において、圧電デバイスの上部に配置されるリッドは、圧電デバイスの内部の構成を説明する便宜上一部を切り取って図示している。また、図２は、本実施形態の圧電デバイスに用いられる圧電振動片としての水晶振動片を説明する模式平面図である。なお、図２において施されたハッチングは、励振電極と外部接続端子の接続関係をわかりやすくするためのものであり、断面を示すものではない。また、図３は、本実施形態の圧電デバイスの水晶振動片の接合部を説明する部分拡大断面図である。

図１に示すように、圧電デバイス１０は、パッケージ２０と、そのパッケージ２０の凹部の凹底部分に接合された水晶振動片１と、を有している。パッケージ２０上には、例えば金属からなる蓋体としてのリッド２９が接合され、パッケージ２０内に接合された水晶振動片１が気密に封止されている。

〔パッケージ〕
パッケージ２０は、略矩形の平板状のベース基板である第１層基板２１と、その第１層基板２１上に順次積層された略矩形フレーム状の第２層基板２２、第３層基板２３、第４層基板２４、および、シールリング２８と、を有している。このような構成により、パッケージ２０には、第１層基板２１の上面側を凹底部分として第２層基板２２〜第４層基板２４側が開口された凹部が形成されている。

パッケージ２０の凹部の凹底部分となる第１層基板２１上に順次積層された矩形環状の第２層基板２２、第３層基板２３、および第４層基板２４は、それらの開口部の大きさが異なることにより、パッケージ２０の凹部内に用途を有する段差を形成している。すなわち、第２層基板２２上には水晶振動片１が支持される棚部が形成されるとともに、支持された水晶振動片１の自由端となる振動腕（１１，１２）と第１層基板２１との間に隙間を形成する段差が形成される。また、第３層基板２３上には、水晶振動片１が接合される振動片接続電極２５ａ，２５ｂが設けられている。また、パッケージ２０の外底面となる第１層基板２１の下面（振動片接続電極２５ａ，２５ｂが設けられた面と異なる側の面）側には、圧電デバイスと外部基板の実装に供する実装端子２６が設けられている。これらの振動片接続電極２５ａ，２５ｂや実装端子２６は、パッケージ２０に一つの回路配線を形成するように、第１層基板２１、第２層基板２２、第３層基板２３に形成された図示しない引き回し配線またはスルーホールなどの層内配線により、それぞれ対応する端子どうしが接続されている。

なお、パッケージ２０の第１層基板２１〜第４層基板２４は、セラミックス絶縁材料などからなる。また、各基板に設けられた振動片接続電極２５ａ，２５ｂや実装端子２６、あるいはそれらを接続する配線パターンまたは層内配線パターンなどは、一般に、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などの金属配線材料をセラミックス絶縁材料上にスクリーン印刷して焼成し、その上にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などのめっきを施すことにより形成される。

〔水晶振動片〕
次に、上記パッケージ２０に接合される水晶振動片１について説明する。
図２に示すように、水晶振動片１は、水晶基板を加工することにより形成された基部１３と、この基部１３の一端側（図２において下端側）から二股に別れて互いに平行に延出する一対の振動部としての振動腕１１，１２とを有する、所謂音叉状の外形を有する水晶薄板からなる。このような水晶基板の音叉状の外形は、後述するように、水晶ウェハをフッ酸溶液などでウエットエッチングしたり、ドライエッチングすることにより精密に形成することができる。

振動腕１１，１２の一方の面には、駆動用の電極である励振電極１５ａ，１５ｂがそれぞれ設けられている。また、基部１３の各振動腕１１，１２が延出された一端側と異なる他端側近傍には、各励振電極１５ａ，１５ｂと引き回し配線によりそれぞれ接続された外部接続端子１６ａ，１６ｂが設けられている。本実施形態では、励振電極１５ａが外部接続端子１６ｂに接続され、励振電極１５ｂが外部接続端子１６ａに接続されている。これと同様に、図示はしないが、振動腕１１，１２の他方の面（裏側の面）には、励振電極１５ａ，１５ｂの対向電極となる励振電極が設けられ、基部１３に設けられた対応する外部接続端子に引き回し配線によりそれぞれ接続されている。
このような電極や配線などの電極パターンは、水晶ウェハをエッチングして水晶振動片１の外形を形成した後で、蒸着またはスパッタリングにより、例えばニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層として、その上に例えば金（Ａｕ）による金属膜を成膜し、その後フォトリソグラフィを用いてパターニングすることにより形成できる。

〔圧電デバイス〕
上記した水晶振動片１は、図１に示すように、パッケージ２０の凹部において、第３層基板２３に設けられた振動片接続電極２５ａ，２５ｂ近傍の第２層基板２２上に、弾性接着剤としてのシリコーン系接着剤３９と、導電性を有する接合部材としての導電性接着剤４９とにより接合されている。

詳細には、図３に示すように、水晶振動片１の固定端である基部１３の一方の外部接続端子１６ａが形成された主面とは異なる主面側が、パッケージ２０の第３層基板２３に設けられた振動片接続電極２５ａ近傍の第２層基板２２上にシリコーン系接着剤３９により接着・固定され、水晶振動片１の自由端である振動腕１１，１２側が第１層基板２１と接触しないように隙間を空けて片持ち支持された状態で接合されている。また、水晶振動片１の外部接続端子１６ａと、パッケージ２０の対応する振動片接続電極２５ａとの双方に接触するように塗布してから固化された導電性接着剤４９により、外部接続端子１６ａと振動片接続電極２５ａとが電気的に接続されている。これと同様に、図１（ａ）に示すように、水晶振動片１の他方の外部接続端子１６ｂと、パッケージ２０の対応する振動片接続電極２５ｂとが、導電性接着剤４９により電気的に接続されている。

図１（ｂ）および図３に示すように、上記のようにパッケージ２０の凹部内に水晶振動片１が接合された圧電デバイス１０において、パッケージ２０の振動片接続電極２５ａ，２５ｂが、水晶振動片１の凹部の凹底面と対向する主面とは異なる側の主面（外部接続端子１６ａ，１６ｂが形成された側の主面）よりも凹底面側に配置されている。これにより、シリコーン系接着剤３９による水晶振動片１とパッケージ２０との接合を行った後で、水晶振動片１の外部接続端子１６ａ，１６ｂ側に導電性接着剤４９を供給（塗布）した際に、導電性接着剤４９が、水晶振動片１の外部接続端子１６ａ，１６ｂよりも下方に配置された振動片接続電極２５ａ，２５ｂに流れるので、良好な電気的接続を図ることができる。

上記構成の圧電デバイス１０において、シリコーン系接着剤３９は、シリコーン系樹脂を主剤もしくは硬化剤として構成され、弾性接着剤として従来より広く用いられているものであり、高い接合強度を示すとともに、固化物のゴム弾性が保持されるので、外的な振動や衝撃などが加わった場合の応力を吸収し、接着界面への応力の集中が抑えられるので、上記構成の圧電デバイス１０において、水晶振動片１の機械的な接合強度の向上を図る弾性接着剤として好適である。
しかも、本実施形態では非導電性のシリコーン系接着剤３９を用いているので、短絡などの電気的な不具合を防止できることから、接着領域を広くすることが可能となって接合強度をより向上させることができるとともに、製造工程においてシリコーン系接着剤３９塗布領域の細かな管理を必要とせず製造しやすい。

また、上記構成の圧電デバイス１０に用いられる導電性を有する接合部材としての導電性接着剤４９には、例えば、ポリイミド、シリコン系、またはエポキシ系などの樹脂に、銀（Ａｇ）フィラメント、またはニッケル（Ｎｉ）粉を混入したものが使用される。また、水晶振動片１を接合する導電性を有する接合部材は導電性接着剤４９に限らず、半田などの他の接合部材を用いてもよい。

図１に示すように、凹部に水晶振動片１が接合されたパッケージ２０の第４層基板２４上には、例えば金属製の蓋体としてのリッド２９が、鉄−ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）合金などをフレーム状に型抜きして形成されたシールリング２８を介してシーム溶接されている。これにより、パッケージ２０の凹部に接合された水晶振動片１が気密に封止されている。

本実施形態の圧電デバイス１０によれば、水晶振動片１のパッケージ２０の凹部への接合において、導電性接着剤４９により電気的な接続を図るとともに、弾性接着剤としてのシリコーン系接着剤３９により機械的な接合を行う構成となっている。シリコーン系接着剤３９は、高い接合強度を示すとともに、固化物のゴム弾性が保持されるので、外的な振動や衝撃などが加わった場合の応力を吸収し、接着界面への応力の集中が抑えられる。
これにより、例えば、導電性接着剤のみによって電気的な接続および機械的な接合を図る従来構造の圧電デバイスに比して、シリコーン系接着剤３９によって水晶振動片１のパッケージ２０への機械的な接合強度を顕著に向上させることができるとともに、導電性接着剤４９を電気的な接続に特化して用いることができるので、耐衝撃性が高く、且つ、電気的な接続信頼性に優れた圧電デバイス１０を提供することができる。

（圧電デバイスの製造方法）
次に、圧電デバイスの製造方法について、図面を参照して説明する。
図４は、圧電デバイスの製造方法を説明するフローチャートである。

〔水晶振動片製造〕
本実施形態の圧電デバイス１０の製造においては、最初に、水晶ウェハから複数の水晶振動片１を製造する（図４のステップＳ１〜ステップＳ５）。
まず、図４のステップＳ１に示すように、水晶振動片１の材料である水晶基板を板状に加工して水晶ウェハを形成する。ここで、水晶基板には、例えば水晶Ｚ板が用いられる。水晶Ｚ板は、水晶の単結晶から切り出す際に、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸からなる直交座標において、Ｘ軸回りに、Ｘ軸とＹ軸とからなるＸＹ平面を反時計方向に１度乃至５度傾けて切り出されたものである。

次に、ステップＳ２に示すように、水晶ウェハの表面および裏面に、水晶振動片１の電極形成用金属からなる電極膜を蒸着またはスパッタリングにより形成する。電極膜としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層として、その上に金（Ａｕ）を積層させたものが適用される。

次に、ステップＳ３に示すように、水晶ウェハ上に、励振電極１５ａ，１５ｂや外部接続端子１６ａ，１６ｂあるいは引き回し配線などの水晶振動片１の電極パターンを、縦横に等間隔にて複数並べて形成する。
これらの電極パターン形成は、フォトリソグラフィを用いて行う。まず、ステップＳ２で形成された電極膜上にスピンコート法などによりフォトレジスト層を形成し、そのフォトレジスト層に電極パターンを露光、現像することにより、電極パターンとして残したい電極上にフォトレジストパターンを残す。そして、フォトレジストパターンをマスクとして電極膜をエッチングしてから、フォトレジストパターンとして残ったフォトレジストを剥離することにより、水晶ウェハ上に複数の水晶振動片１の電極パターンが形成される。

次に、ステップＳ４に示すように、水晶ウェハをエッチングして複数の水晶振動片１の外形を形成する外形形成ステップとしての外形エッチングを行う。まず、電極パターンが形成された水晶ウェハ上にフォトレジスト膜を形成し、そのフォトレジスト層に水晶振動片１の外形パターンを露光、現像することにより、水晶ウェハ上に水晶振動片１の外形パターンであるフォトレジストパターンを残す。そして、フォトレジストパターンをマスクとして水晶ウェハをエッチングする外形エッチングを行う。外形エッチングは、水晶ウェハをフッ酸溶液などでウエットエッチングする方法や、ドライエッチングする方法などにより行なうことができる。
そして、外形エッチング後に、フォトレジストパターンとして残ったフォトレジストを剥離する。

次に、ステップＳ５に示すように、ダイシングなどの方法により、水晶ウェハに形成された複数の水晶振動片１を個片化する。

〔パッケージ組立〕
次に、上記の水晶振動片製造工程を経て製造された個片の水晶振動片１をパッケージ２０の凹部の凹底部分に位置合わせして接合するパッケージ組立を行う（ステップＳ１１〜ステップＳ１７）。
パッケージ組立工程では、まず、ステップＳ１１に示すように、パッケージ２０の凹部内の第３層基板２３上に形成された振動片接続電極２５ａ，２５ｂ近傍の第２層基板２２上に、ディスペンサーなどによりシリコーン系接着剤３９を所定量塗布する。このとき、非導電性のシリコーン系接着剤３９を振動片接続電極２５ａ，２５ｂ上になるべく付着させないように留意する。

次に、ステップＳ１２に示すように、水晶振動片１の基部１３側の外部接続端子１６ａ，１６ｂとパッケージ２０の対応する振動片接続電極２５ａ，２５ｂとを位置合わせしながら、基部１３の外部接続端子１６ａ，１６ｂが形成された主面とは異なる主面側をシリコーン系接着剤３９が塗布された第２層基板２２上に載置し、押圧して仮固定する。
そして、ステップＳ１３に示すように、シリコーン系接着剤３９の硬化タイプに応じた硬化方法で固化させて、パッケージ２０の凹部内に水晶振動片１を固定する。例えば、湿気硬化タイプのシリコーン系であれば、室温で空気中の水分と化学反応して硬化するので、加熱等をする必要がなく、室温中で所定時間放置すればよい。これにより、パッケージ２０の凹部内に、水晶振動片１が片持ち支持された状態で接合される（図１を参照）。

次に、ステップＳ１４に示すように、水晶振動片１の基部１３の外部接続端子１６ａ，１６ｂと、パッケージ２０の対応する振動片接続電極２５ａ，２５ｂとのそれぞれに接触させるように導電性接着剤４９をディスペンサーなどにより適量塗布する。本実施形態の圧電デバイス１０において、パッケージ２０の振動片接続電極２５ａ，２５ｂが、水晶振動片１の外部接続端子１６ａ，１６ｂが形成された側の主面よりも凹底面側に配置されているので、導電性接着剤４９を水晶振動片１の外部接続端子１６ａ，１６ｂから塗布することにより、下方に配置された対応する振動片接続電極２５ａ，２５ｂに導電性接着剤が流れやすくなっている。
そして、ステップＳ１５に示すように、導電性接着剤４９の硬化タイプに応じた硬化方法、例えば、紫外線硬化タイプの導電性接着剤４９であれば紫外線を照射し、また、熱硬化タイプの導電性接着剤であれば所定の温度にて加熱することにより導電接着剤を固化させる。これにより、水晶振動片１とパッケージ２０との電気的な接続が図られる。

次に、ステップＳ１６に示すように、パッケージ２０に接合した状態の水晶振動片１に所定の電圧を印加して励振させ、そのときの周波数が目標周波数からずれていた場合にその補正をする周波数調整を行う。周波数調整は、水晶振動片１の電極の一部をレーザーなどにより除去して質量を減少させることにより周波数を増加させる方法や、水晶振動片１にスパッタや蒸着などにより金属を付着させて質量を増加させることにより周波数を減少させる方法を用いることができる。なお、次のステップである後述するリッド接合・封止ステップ（ステップＳ１７）でパッケージ２０上に接合するリッドとしてガラス等の光透過性部材を用いる場合には、周波数調整をリッド接合・封止ステップの後で行う場合もある。

次に、ステップＳ１７に示すように、水晶振動片１が接合されたパッケージ２０上に、例えば金属製のリッド２９を接合して水晶振動片１を封止し、圧電デバイス１０を得る。金属製のリッド２９の接合は、パッケージ２０の第４層基板２４上に設けられた鉄−ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）合金などからなるシールリング２８を介してシーム溶接されることにより行われる。
以上説明した工程を経て、圧電デバイス１０の一連の製造工程が終了する。

上記実施形態の圧電デバイス１０の製造方法によれば、水晶振動片載置ステップで、水晶振動片１をパッケージ２０の凹部内にシリコーン系接着剤３９により接合し、水晶振動片接続ステップで、導電性接着剤４９により水晶振動片１とパッケージ２０との電気的な接続を行っているので、導電性接着剤４９により電気的な接続を図るとともに、高い接合強度を示すとともにゴム弾性が保持されるシリコーン系接着剤３９によって、外的な振動や衝撃などが加わった場合の応力が吸収され、接着界面への応力の集中が抑えられるので、電気的な接続信頼性および耐衝撃性に優れた圧電デバイス１０を製造することができる。特に、上記実施形態では、非導電性のシリコーン系接着剤３９を用いているので、短絡などの電気的な不具合を防止しながら接着領域を広くすることが可能なので、水晶振動片１の接合強度をより向上させることができるとともに、シリコーン系接着剤塗布ステップにおいてシリコーン系接着剤３９の塗布領域の細かな管理を必要としないので製造しやすいという効果を奏する。

また、上記実施形態の圧電デバイス１０の製造方法によれば、シリコーン系接着剤３９によりパッケージ２０への水晶振動片１の機械的な接合強度を確保できる構成となっており、導電性接着剤４９は、水晶振動片１とパッケージ２０との電気的な接続を図る用途に特化して使用することができるので、比較的高価な導電性接着剤４９の使用量を抑えることができる。

また、上記実施形態の圧電デバイス１０では、水晶振動片載置ステップでパッケージ２０の凹部に水晶振動片１が載置されたときに、パッケージ２０の対応する振動片接続電極２５ａ，２５ｂが、水晶振動片１の外部接続端子１６ａ，１６ｂが形成された側の主面よりも凹底面側の近傍に配置されている。
これにより、導電性接着剤塗布ステップで、水晶振動片１の外部接続端子１６ａ，１６ｂ側に導電性接着剤４９が供給されると、その導電性接着剤４９が外部接続端子１６ａ，１６ｂよりも下方に配置された振動片接続電極２５ａ，２５ｂ側に流れやすいので、外部接続端子１６ａ，１６ｂと、対応する振動片接続電極２５ａ，２５ｂとの良好な電気的接続を図ることができる。

上記実施形態で説明した圧電デバイス、およびその製造方法は、以下の変形例として実施することも可能である。

（変形例）
上記実施形態の圧電デバイス１０の構成において、水晶振動片のパッケージとの電気的接続を図る部分の近傍に溝を設けることによって、より確実な電気的接続を図ることが可能になる。図５は、圧電デバイスに用いられる水晶振動片の変形例のバリエーションの１つを模式的に説明するものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印５９の方向から見た側面図である。また、図６は、水晶振動片の変形例の他のバリエーションを模式的に説明するものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印５９´の方向から見た側面図である。なお、図６（ｂ）および図７（ｂ）におけるドットタイプのハッチングは、溝５５の凹部を判り易く図示する便宜上施しているものであり断面を示すものではない。
また、図７は、本変形例の水晶振動片を搭載した圧電デバイスの製造方法を説明するフローチャートである。
なお、本変形例の水晶振動片、および、それを用いた圧電デバイスの製造方法の構成のうち、上記実施形態と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。

まず、水晶振動片の変形例の一つのバリエーションについて図面に沿って説明する。
図５に示す水晶振動片５０は、水晶基板を加工することにより形成された基部１３と、基部１３の一端側から二股に別れて互いに平行に延出する一対の振動腕１１，１２とを有している。振動腕１１，１２の両主面には励振電極１５ａ，１５ｂがそれぞれ設けられている。また、基部１３の各振動腕１１，１２が延出された一端側と異なる他端側近傍には、各励振電極１５ａ，１５ｂと引き回し配線によりそれぞれ接続された外部接続端子１６ａ，１６ｂが設けられている。

基部１３の振動腕１１，１２が延出されている一端側の反対側の他端側の側面であって、前記基部１３（水晶振動片５０）の両主面を接続する側面には、各外部接続端子１６ａ，１６ｂの一部を含んだ一方の主面側から他方の主面側に向かって各外部接続端子１６ａ，１６ｂごとに凹設された二条の有底の溝５５が設けられている。この二条の溝５５は、水晶振動片５０が図１に示すパッケージ２０の凹部内に載置された状態で、外部接続端子１６ａ，１６ｂ上にディスペンサーなどによりペースト状の導電性接着剤４９を所定量供給した際に、外部接続端子１６ａ，１６ｂのそれぞれから、対応するパッケージ２０の振動片接続電極２５ａ，２５ｂに向かって導電性接着剤４９が流れるガイドになり得る。

この水晶振動片５０によれば、シリコーン系接着剤３９によって水晶振動片５０のパッケージ２０への接合を行った後の導電性接着剤塗布ステップ（図４のステップＳ１４）で、外部接続端子１６ａ，１６ｂを含む基部１３の端部近傍に供給された導電性接着剤４９が、溝５５を伝ってパッケージ２０の振動片接続電極２５ａ，２５ｂ上に流れるので、導電性接着剤４９が望まない部分にはみ出すことによる短絡を防止しながら、外部接続端子１６ａ，１６ｂと、対応する振動片接続電極２５ａ，２５ｂとの電気的な接続を確実に図ることができる。

次に、水晶振動片の変形例の他のバリエーションについて説明する。
図６に示す水晶振動片５０´は、基部１３の振動腕１１，１２が延出されている端部とは反対側の端部において、基部１３の両主面を接続する側面に、各外部接続端子１６ａ，１６ｂの一部を含んだ一方の主面側から他方の主面側に向かって各外部接続端子１６ａ，１６ｂごとに凹設された複数の有底の溝５５´が設けられている。本変形例では、各外部接続端子１６ａ，１６ｂごとに三条ずつの溝５５´が設けられている。

このように、幅狭な複数の溝５５´が設けられた水晶振動片５０´によれば、導電性接着剤４９のはみ出しによる短絡を防止しつつ水晶振動片５０´とパッケージ２０との電気的な接続を確実に図れるとともに、複数の溝５５´による接着面の微細な凹凸に導電性接着剤４９およびシリコーン系接着剤３９が入り込んで硬化することで接着力が高まる所謂アンカー効果により、水晶振動片５０´のパッケージ２０への接合強度を顕著に向上させることができる。また、微細な複数の溝５５´によって、毛細管現象による導電性接着剤４９の更なる供給の安定化を図ることができる。

次に、上記した水晶振動片５０または水晶振動片５０´を用いた圧電デバイスの製造方法の一例について説明する。
図７に示す圧電デバイスの製造方法の変形例において、ステップＳ１〜ステップＳ５に示す水晶振動片製造工程は、上記実施形態の圧電デバイス１０の製造方法と同一である（図４を参照）が、本変形例では、ステップＳ４に示す外形エッチングステップにて、水晶振動片５０，５０´の外形の一部として、基部１３に溝５５，５５´を形成する。

この水晶振動片製造工程にて製造された水晶振動片５０，５０´を用いたパッケージ組立工程についても、上記実施形態の圧電デバイス１０の製造方法と同一の製造工程にて行うことができるが、水晶振動片載置ステップ（ステップＳ１２）の後に、弾性接着剤（シリコーン系接着剤３９）を補填するステップを追加することにより、パッケージ内に水晶振動片５０，５０´をより強固に接合することが可能になる。
すなわち、図７のステップＳ１１に示すシリコーン系接着剤塗布ステップにおいてパッケージ２０の凹部内の第３層基板２３上に形成された振動片接続電極２５ａ，２５ｂ近傍の第２層基板２２上に塗布されたシリコーン系接着剤３９により、パッケージ２０の凹部に水晶振動片５０，５０´を位置決め・載置（ステップＳ１２の水晶振動片載置ステップ）した後で、ステップＳ２１に示すように、シリコーン系接着剤３９の補填を行う。シリコーン系接着剤３９の補填は、ディスペンサーなどを用いて、溝５５，５５´が形成された側面の溝５５，５５´に直接シリコーン系接着剤３９を適量供給することにより行うことができる。このように供給されたシリコーン系接着剤３９は、溝５５，５５´を伝って水晶振動片５０，５０´とパッケージ２０との境界に効率的に供給される。特に、幅狭な複数の溝５５´が設けられた水晶振動片５０´によれば、微細な複数の溝５５´によって、毛細管現象によるシリコーン系接着剤３９の更なる供給の安定化が期待できる。
なお、シリコーン系接着剤３９の補填においては、シリコーン系接着剤３９が水晶振動片５０，５０´の外部接続端子１６ａ，１６ｂ、および、パッケージ２０の振動片接続電極２５ａ，２５ｂに付着しないように留意する。また、シリコーン系接着剤３９の補填量は、振動片接続電極２５ａ，２５ｂなどのシリコーン系接着剤３９の付着を望まない部分に流れ出さない範囲内でなるべく多い方が、水晶振動片５０，５０´の接合強度をより高めることから好ましい。

次に、ステップＳ１３に示すように、シリコーン系接着剤３９の硬化タイプに応じた硬化方法で固化させて、パッケージ２０の凹部内に水晶振動片５０，５０´を固定する。これにより、シリコーン系接着剤補填ステップ（ステップＳ２１）で十分なシリコーン系接着剤３９によって、水晶振動片５０，５０´がパッケージ２０内により強固に固定され、且つ、シリコーン系接着剤３９が有するゴム弾性との相乗効果で圧電デバイスの耐衝撃性の向上に寄与する。

以降、上記実施形態と同様なステップＳ１４〜Ｓ１７のステップを経て、本変形例の水晶振動片５０，５０´を備えた、耐衝撃性や接続信頼性に特に優れた圧電デバイスを製造することができる。なお、ステップＳ１４の導電性接着剤塗布ステップでは、水晶振動片５０，５０´に設けられた溝５５，５５´により、導電性接着剤４９の安定した供給と、それによる良好な電気的接続を図ることができる。

以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態およびその変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態および変形例では、圧電振動片として音叉型の水晶振動片１，５０，５０´を使用する例を説明した。これに限らず、固定端としての基部と自由端としての振動部からなる平板状の所謂ビーム型の振動片、あるいは、３つ以上の振動腕を有する圧電振動片を用いた場合でも、上記実施形態の圧電デバイス１０およびその製造方法において説明した効果と同様な効果を奏する。

また、上記実施形態および変形例では、イオンビームを用いたイオンビームエッチング法により電極パターンの一部を除去する質量減少法による周波数調整方法を適用した例を説明した。これに限らず、蒸着などによる質量付加法によって周波数調整を行う構成としてもよい。

また、上記実施形態および変形例で説明した圧電デバイス１０では、圧電振動片として水晶からなる水晶振動片１,５０，５０´を用いた例について説明した。これに限らず、水晶以外に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ほう酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウム、五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）などの薄膜圧電材料を積層させて構成された圧電材料からなる圧電振動片を用いることもできる。

また、上記実施形態および変形例では、水晶振動片１の励振電極１５ａ，１５ｂ、外部接続端子１６ａ，１６ｂなどの電極形成用の金属材料として、ニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層としてその上に蒸着またはスパッタリングにより、例えば金（Ａｕ）による電極層を成膜したものを用いる例を説明した。これに限定されず、例えば、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属材料を用いることもできる。また、マグネシウム（Ｍｇ）などを用いることも可能である。

また、上記実施形態および変形例では、圧電デバイス１０の用途について特に説明していないが、信号の基準周波数を発振する発振器と時刻の基準信号を発振する発振器の両方に併用できるのは勿論であり、あるいは、基準周波数を発振する発振器として単独に用い、また、時刻の基準信号を発振する発振器として単独に用いることも自在にできる。

１，５０，５０´，１０１…圧電振動片としての水晶振動片、４，５，１１，１２…振動腕、１０，１１０…圧電デバイス、１３…基部、１５ａ，１５ｂ，１１５…励振電極、１６ａ，１６ｂ，１１６…外部接続端子、２０，１２０…パッケージ、２１，１２１…第１層基板、２２，１２２…第２層基板、２３，１２３…第３層基板、２４…第４層基板、２５ａ，２５ｂ，１２５…振動片接続電極、２６…実装端子、２８，１２８…シールリング、２９，１２９…リッド、３９…弾性接着剤としてのシリコーン系接着剤、４９，１４９…導電性を有する接合部材としての導電性接着剤、５５，５５´…溝。

Claims (10)

1. 基部と、前記基部の一端側に延出された振動部と、前記振動部に形成された励振電極と、前記励振電極と接続され前記基部の両主面のうちの少なくとも一方の主面に設けられた外部との接続に供する外部接続端子と、を有する圧電振動片と、
   凹部と、前記凹部内に設けられた振動片接続電極と、を有するパッケージと、を有し、
   前記振動片接続電極と前記外部接続端子とが電気的に接続された状態で前記凹部内に前記圧電振動片が接合された圧電デバイスであって、
   前記基部が、前記振動片接続電極近傍に弾性接着剤により接合され、
   前記外部接続端子と前記振動片接続電極とが導電性を有する接合部材を介して電気的に接続されていることを特徴とする圧電デバイス。
2. 請求項１に記載の圧電デバイスにおいて、
   前記弾性接着剤が、シリコーン系樹脂を主剤もしくは硬化剤として構成された非導電性のシリコーン系接着剤であることを特徴とする圧電デバイス。
3. 請求項１または２に記載の圧電デバイスにおいて、
   前記導電性を有する接合部材が導電性接着剤であることを特徴とする圧電デバイス。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電デバイスにおいて、
   前記圧電振動片のうち前記凹部の凹底面と対向する主面とは異なる側の主面に前記外部接続端子が設けられ、前記振動片接続電極が、前記外部接続端子よりも前記凹底面側に配置されていることを特徴とする圧電デバイス。
5. 請求項４に記載の圧電デバイスにおいて、
   前記基部の前記一端側とは異なる側の他端側の前記両主面を接続する側面に、前記両主面の一方から他方に向かって凹設された溝が形成されていることを特徴とする圧電デバイス。
6. 基部と、前記基部の一端側に延出された振動部と、前記振動部に形成された励振電極と、前記励振電極と接続され前記基部の両主面のうちの少なくとも一方の主面に設けられた外部との接続に供する外部接続端子と、を有する圧電振動片と、
   凹部と、前記凹部内に設けられた振動片接続電極と、を有するパッケージと、を有し、
   前記振動片接続電極と前記外部接続端子とが電気的に接続された状態で前記凹部内に前記圧電振動片が接合された圧電デバイスの製造方法であって、
   圧電体材料を加工して前記圧電振動片の外形を形成する外形形成ステップと、前記励振電極と前記外部接続端子とを形成する電極パターン形成ステップと、を含む圧電振動片製造工程と、
   前記基部を前記凹部内に弾性接着剤により接合する圧電振動片載置ステップと、
   前記外部接続端子と前記振動片接続電極とを導電性を有する接合部材を介して電気的に接続する圧電振動片接続ステップと、を含むパッケージ組立工程と、を有することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
7. 請求項６に記載の圧電デバイスの製造方法において、
   前記弾性接着剤として、シリコーン系樹脂を主剤もしくは硬化剤として構成されたシリコーン系接着剤を用いることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
8. 請求項６または７に記載の圧電デバイスの製造方法において、
   前記導電性を有する接合部材として導電性接着剤を用いることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
9. 請求項６〜８のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法において、
   前記圧電振動片のうち前記凹部の凹底面と対向する主面とは異なる側の主面に前記外部接続端子が配置され、前記振動片接続電極が前記外部接続端子よりも前記凹底面側に配置された前記パッケージが用いられていることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
10. 請求項９に記載の圧電デバイスの製造方法において、
    前記外形形成ステップで、前記基部の前記一端側とは異なる側の他端側の前記両主面を接続する側面に、前記両主面の一方から他方に向かって凹設された溝を形成する工程と、
    前記圧電振動片接続ステップで、前記外部接続端子と前記振動片接続電極との両方に前記導電性接着剤が接触するように前記溝が形成された領域を含む前記外部接続端子上に導電性ペーストを供給する工程と、を含むことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。

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