JP2012142875A - 圧電デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】側面電極の断線が発生しない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１００は、一主面Ｍｉ及び他主面Ｍｅに励振電極１０２ａ、１０２ｂが形成される圧電振動片１０１と貫通開口１０４を隔てて引出電極１０３ａ、１０３ｂを有する枠体１０６とを有する圧電フレーム１０と、接合面Ｍ２と外部電極１２２ａ、１２２ｂが形成された実装面Ｍ３と接合面から実装面まで形成されたキャスタレーション１２４ａ、１２４ｂとキャスタレーションに形成され引出電極と外部電極とを接続する側面電極１２３ａ、１２３ｂとを有するベース部１２と、を備える。また、キャスタレーションと接合面とが交わる周長Ｌ１がキャスタレーションと実装面とが交わる周長Ｌ２よりも長い。
【選択図】図１

Description

本発明は、厚みすべり振動モードを有するＡＴカット型の圧電振動片又は一対の振動腕を有する音叉型の圧電振動片をキャビティ内に有する圧電デバイス及びその製造方法に関する。

圧電振動子やＳＡＷフィルタなどの圧電デバイスは、表面実装型（ＳＭＤ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）タイプのパッケージが主に用いられている。パッケージには、エッチングにより形成された水晶などの圧電材料を用いた水晶パッケージまたはガラスを用いたガラスパッケージが提案されている。

例えば、特許文献１に開示された圧電デバイスは、複数の振動子基板と複数のベース基板とがそれぞれウエハ上に形成され、互いに接合材を介して接合されることによりパッケージが形成される。さらに、各ベース基板の四隅には切り欠き（キャスタレーション）が形成され、切り欠きに外部電極（側面電極）としての金属膜が形成されている。これにより、切り欠きに形成された外部電極を介してベース基板の底面に形成された外部電極と振動子基板の励振電極とが電気的に接続される。

特開２００７−３２５２５０号公報

しかし、特許文献１に開示された圧電デバイスにおいて、ベース基板のキャスタレーションは、振動子基板側が狭く振動子基板の反対側が広く形成されている。したがって、ウエハ状態で振動子基板とベース基板とを接合するとき、振動子基板に形成された電極が接合材により覆われてしまう場合がある。このような場合には、振動子基板に形成される電極と側面電極とは接合材に阻まれて電気的に接続されない。そのため、振動子基板の励振電極とベース基板の底面に形成された外部電極との電気的接続が得られず、圧電デバイスに断線が発生してしまう。

また、特許文献１に開示されたベース基板のキャスタレーションは振動子基板側が狭く振動子基板の反対側が広く形成されている。そのため、ベース基板を振動子基板の下側に配置して振動子基板とベース基板とを接合材で接合するとき、接合材はキャスタレーションの内壁を伝わらずにキャスタレーション内で自重により垂れてしまい、垂れた接合材とキャスタレーションの内壁との間に隙間が形成される。このような隙間は、振動子基板とベース基板とを接合した後にキャスタレーションに形成される側面電極に断線を発生させる原因となる。

そこで本発明は、電極の断線が発生しない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観点の圧電デバイスは、一主面及び他主面に励振電極が形成される圧電振動片と圧電振動片から貫通開口を隔てて圧電振動片を囲み励振電極から引き出された引出電極を有する枠体とを有する圧電フレームと、一主面の枠体に接合される接合面と接合面の反対側にあって外部電極が形成された実装面と接合面から実装面まで形成されたキャスタレーションとキャスタレーションに形成され引出電極と外部電極とを接続する側面電極とを有するベース部と、を備える。また、キャスタレーションと接合面とが交わる周長がキャスタレーションと実装面とが交わる周長よりも長い。

第２観点の圧電デバイスは、圧電フレームとベース部とを接合する接合材を備え、側面電極が接合材の一部を覆っている。

第３観点の圧電デバイスにおいて、圧電振動片の他主面に形成された引出電極は、貫通開口の側面を介して一主面に伸びて側面電極に接続されている。

第４観点の圧電デバイスは、圧電フレームの一主面に形成された引出電極がベース部のキャスタレーションの領域まで伸びて形成されている。

第５観点の圧電デバイスは、圧電フレームの他主面に接合されてベース部及び枠体と圧電振動片を密封するリッド部を備える。

第６観点の圧電デバイスの製造方法は、一主面及び他主面に励振電極が形成される圧電振動片と圧電振動片から貫通開口を隔てて配置され励振電極から引き出された引出電極を有し圧電振動片を囲む枠体とが形成される圧電フレームを複数含む圧電ウエハを用意する工程と、圧電フレームの一主面に接合される接合面と接合面の反対側にある実装面と接合面から実装面まで貫通し接合面での面積が実装面での面積より大きい貫通孔とが形成されるベース部を複数含むベースウエハを用意する工程と、圧電ウエハとベースウエハとを接合材で接合する接合工程と、接合工程後にベースウエハの実装面に外部電極を形成するとともに貫通孔に引出電極と外部電極とを接続する側面電極を形成する工程と、を備える。

本発明によれば、電極の断線が発生しない圧電デバイス及びその製造方法が得られる。

第１水晶振動子１００の分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 第１水晶振動子１００の製造方法を示したフローチャートである。 リッドウエハ１１Ｗの平面図である。 水晶ウエハ１０Ｗの平面図である。 ベースウエハ１２Ｗの平面図である。 第２水晶振動子２００の分解斜視図である。 図７のＣ−Ｃ断面図である。 水晶ウエハ２０Ｗの平面図である。 ベースウエハ２２Ｗの平面図である。 第３水晶振動子３００の分解斜視図である。

（第１実施形態）
＜第１水晶振動子１００の全体構成＞
第１水晶振動子１００は、水晶フレームとしてＡＴカットの水晶フレーム１０を有している。ＡＴカットの水晶フレーム１０は、主面（ＹＺ面）が結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に対して、Ｘ軸を中心としてＺ軸からＹ軸方向に３５度１５分傾斜されている。そのため、第１実施形態ではＡＴカットの水晶フレーム１０の軸方向を基準とし、傾斜された新たな軸をＹ’軸及びＺ’軸として用いる。つまり、第１実施形態において第１水晶振動子１００の長手方向をＸ軸方向、第１水晶振動子１００の高さ方向をＹ’軸方向、Ｘ及びＹ’軸方向に垂直な方向をＺ’軸方向として説明する。また、以降の第２実施形態でも第１実施形態と同じ座標系が用いられる。

第１実施形態の第１水晶振動子１００の全体構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は第１水晶振動子１００の分解斜視図で、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。

図１及び図２に示されたように、第１水晶振動子１００は、リッド凹部１１１を有するリッド部１１と、ベース凹部１２１を有するベース部１２と、リッド部１１及びベース部１２に挟まれる水晶フレーム１０とを備える。

水晶フレーム１０はＡＴカットされた水晶材料で形成され、リッド部１１に接合される＋Ｙ’側の表面Ｍｅとベース部１２に接合される−Ｙ’側の裏面Ｍｉとを有している。水晶フレーム１０は水晶振動片１０１と水晶振動片１０１を囲む枠体１０６とで構成されている。また、水晶振動片１０１と枠体１０６との間には、表面Ｍｅから裏面Ｍｉまで貫通する「Ｕ」字型の貫通開口１０４と、水晶振動片１０１と枠体１０６とを連結する連結部１０５とが形成されている。

水晶振動片１０１の表面Ｍｅ及び裏面Ｍｉには励振電極１０２ａ、１０２ｂがそれぞれ形成されている。また、連結部１０５及び枠体１０６の両面には励振電極１０２ａ、１０２ｂとそれぞれ接続された引出電極１０３ａ、１０３ｂが形成されている。ここで、表面Ｍｅの励振電極１０２ａから引き出された引出電極１０３ａは、貫通開口１０４を介して水晶フレーム１０の裏面Ｍｉにおける＋Ｘ側の両隅まで形成されている。また、裏面Ｍｉの励振電極１０２ｂから引き出された引出電極１０３ｂは水晶フレーム１０の裏面Ｍｉにおける−Ｘ側の両隅まで形成されている。

ベース部１２はガラス又は水晶材料で形成され、その＋Ｙ’側の面には該面から凹んだベース凹部１２１が形成されている。また、ベース凹部１２１の周囲には第２接合面Ｍ２が形成されている。さらに、ベース部１２の四隅には＋Ｘ側の２つの隅にキャスタレーション１２４ａが形成され、−Ｘ側の２つの隅にキャスタレーション１２４ｂが形成されている。ここで、キャスタレーション１２４ａ、１２４ｂは、複数のベース部１２が形成されるベースウエハ１２Ｗに円錐台形状の貫通孔ＢＨ１（図６を参照）を形成し、貫通溝ＢＨ１をＸＺ’平面で１／４に分割したものである。ベースウエハ１２Ｗ及び貫通溝ＢＨ１の詳細については後述する。

ベース部１２の−Ｙ’側の面は第１水晶振動子１００が実装される実装面Ｍ３であり、実装面Ｍ３の＋Ｘ側及び−Ｘ側には一対の外部電極１２２ａ、１２２ｂが形成されている。また、キャスタレーション１２４ａ及び１２４ｂにはそれぞれ側面電極１２３ａ及び１２３ｂが形成されており、側面電極１２３ａは外部電極１２２ａに接続され、側面電極１２３ｂは外部電極１２２ｂに接続される。そのため、励振電極１０２ａと外部電極１２２ａとが電気的に接続され、励振電極１０２ｂと外部電極１２２ｂとが電気的に接続される。

キャスタレーション１２４ａ、１２４ｂは、第２接合面Ｍ２と円弧Ｌ１で交わり、実装面Ｍ３と円弧Ｌ２で交わる。ここで、キャスタレーション１２４ａ、１２４ｂは、＋Ｙ’側の面積が広く−Ｙ’側の面積が狭い円錐台形状の貫通孔ＢＨ１（図６を参照）が分割されて形成されているため、円弧Ｌ１の周長は円弧Ｌ２の周長より長い。すなわち、図２の断面図に示されるように、キャスタレーション１２４ａ及び１２４ｂは実装面Ｍ３側から第２接合面Ｍ２側に向かって広くなるように形成されている。

第１水晶振動子１００は、水晶フレーム１０の表面Ｍｅに接合されるガラス又は水晶材料からなるリッド部１１をさらに備えている。リッド部１１の−Ｙ’側の面にはリッド凹部１１１が形成され、リッド凹部１１１の周囲には第１接合面Ｍ１が形成されている。

図２に示されるように、水晶フレーム１０の枠部１６の＋Ｙ’側の面とリッド部１１の第１接合面Ｍ１、及び水晶フレーム１０の枠部１６の−Ｙ’側の面とベース部１２の第２接合面Ｍ２とが接合材Ｂｄにより接合される。これによりパッケージＰＫＧが形成され、パッケージＰＫＧ内には水晶振動片１０１を収納するキャビティＣＴが形成される。キャビティＣＴ内は、真空状態が保持されるか又は窒素ガス等の不活性ガスで満たされる。

接合材Ｂｄには、例えば非導電性の低融点ガラスが用いられる。また低融点ガラスには、例えば３５０℃〜４００℃で溶融する鉛フリーのバナジウム系ガラスが用いられる。バナジウム系ガラスはバインダーと溶剤とが加えられてペースト状になっており、加温されて溶融された後に冷却されて固化されることで他の部材と接着する。バナジウム系ガラスの融点はリッド部１１、水晶フレーム１０及びベース部１２の融点より低く、また、このバナジウム系ガラスは接着時の気密性と耐水性・耐湿性などの信頼性が高い。そのため、バナジウム系ガラスは空気中の水分がキャビティＣＴ内に進入したりキャビティＣＴ内の真空度を低下させたりすることを防止する。さらに、バナジウム系ガラスはガラス構造を制御することにより熱膨張係数も柔軟に制御できるので、リッド部１１、水晶フレーム１０及びベース部１２の熱膨張係数に合わせることができる。接合材Ｂｄには低融点ガラスの代わりにポリイミド樹脂などが用いられてもよい。

第１水晶振動子１００は、図２に示されるように、ベース部１２に実装面Ｍ３側から第２接合面Ｍ２側に向かって広くなるキャスタレーション１２４ａ、１２４ｂが形成されることにより、水晶フレーム１０の引出電極１０３ａ、１０３ｂの露出面積が広くなっている。そのため、水晶フレーム１０とベース部１２とを接合する際に引出電極１０３ａ、１０３ｂの表面が接合材Ｂｄにより完全に覆われにくくなり、引出電極１０３ａ、１０３ｂと側面電極１２３ａ、１２３ｂとが確実に電気的に接続される。

また、水晶フレーム１０とベース部１２とが接合材Ｂｄで接合されるとき、図２の点線Ｂに示されたように接合材Ｂｄは自重によりキャスタレーション１２４ａ、１２４ｂに沿って流れる。そのため、キャスタレーション１２４ａ、１２４ｂと接合材Ｂｄとは密着しており、両者の間には隙間が生じない。したがって、側面電極１２３ａ、１２３ｂを断線させることなく形成することができる。

第１実施形態ではリッド部１１にリッド凹部１１１が形成されベース部１２にベース凹部１２１が形成されるが、リッド部及びベース部が平板状に形成されてもよい。この場合、リッド部とベース部とを接合する接合材Ｂｄの厚さによりキャビティＣＴが形成されて水晶振動片１０１がリッド部及びベース部に当たることを防ぐ。

＜第１水晶振動子１００の製造方法＞
図３は、第１水晶振動子１００の製造方法を示したフローチャートである。図３において、リッド部１１の製造ステップＳ１１と、水晶フレーム１０の製造ステップＳ１２と、ベース部１２の製造ステップＳ１３とは別々に並行して行うことができる。また、図４は第１実施形態のリッドウエハ１１Ｗの平面図で、図５は第１実施形態の水晶ウエハ１０Ｗの平面図で、図６は第１実施形態のベースウエハ１２Ｗの平面図である。

ステップＳ１１では、リッド部１１が製造される。ステップＳ１１はステップＳ１１１及びＳ１１２を含んでいる。
ステップＳ１１１において、図４に示されたように、均一厚さの水晶平板のリッドウエハ１１Ｗにリッド凹部１１１が数百から数千個形成される。リッド凹部１１１は、エッチング又は機械加工により形成され、リッド凹部１１１の周囲には第１接合面Ｍ１が形成される。

ステップＳ１１２において、図４に示されたように、スクリーン印刷でリッドウエハ１１Ｗの第１接合面Ｍ１に接合材Ｂｄとして低融点ガラスが形成される。その後、低融点ガラスを仮硬化することで、低融点ガラス膜がリッドウエハ１１Ｗの第１接合面Ｍ１に形成される。

ステップＳ１２では、水晶フレーム１０が製造される。ステップＳ１２はステップＳ１２１及びＳ１２２を含んでいる。
ステップＳ１２１において、図５に示されたように、均一の水晶ウエハ１０Ｗにエッチングにより複数の水晶フレーム１０の外形が形成される。すなわち、エッチングにより水晶ウエハ１０Ｗを貫通した「Ｕ」字型の貫通開口１０４を形成することで、水晶フレーム１０に水晶振動片１０１と枠体１０６とが形成される。

ステップＳ１２２において、スパッタリングまたは真空蒸着によって水晶ウエハ１０Ｗの両面にクロム（Ｃｒ）層及び金（Ａｕ）層からなる金属層が形成される。そして、金属層の全面にフォトレジストが均一に塗布される。その後、露光装置（不図示）を用いて、フォトマスク（不図示）に描かれた励振電極１０２ａ、１０２ｂ及び引出電極１０３ａ、１０３ｂのパターンが水晶ウエハ１０Ｗに露光される。次に、フォトレジストから露出した金属層がエッチングされる。これにより、水晶ウエハ１０Ｗの両面には励振電極１０２ａ、１０２ｂ及び引出出極１０３ａ、１０３ｂが形成される。ここで、表面Ｍｅの励振電極１０２ａから引き出された引出電極１０３ａは貫通開口１０４を介して水晶フレーム１０の裏面Ｍｉに形成されている（図１及び図２を参照）。

ステップＳ１３では、ベース部１２が製造される。ステップＳ１３はステップＳ１３１及びＳ１３２を含んでいる。
ステップＳ１３１において、図６に示されたように、均一厚さの水晶平板のベースウエハ１２Ｗにベース凹部１２１が数百から数千個形成される。ベースウエハ１２Ｗには、ウェットエッチング又はブラスト加工等の機械加工によりベース凹部１２１が形成され、ベース凹部１２１の周囲には第２接合面Ｍ２が形成される。同時に、各ベース部１２の四隅にはベースウエハ１２Ｗを貫通した−Ｙ’側に向かって狭くなる円錐台形状の貫通孔ＢＨ１が形成される。ここで、サンドブラスト加工により貫通孔ＢＨ１を形成する際、貫通孔ＢＨ１以外の部分が切削されないようにマスキングされる。また貫通孔ＢＨ１が４分に分割されると１つのキャスタレーション１２４ａ、１２４ｂ（図１を参照）になる。なお、貫通孔ＢＨ１が円錐台形状であるので、貫通孔ＢＨ１と第２接合面Ｍ２とが交わって形成された円形Ｒ１の周長は貫通孔ＢＨ１と実装面Ｍ３（図１を参照）とが交わって形成された円形Ｒ２の周長より長く形成されている。

ステップＳ１３２において、スクリーン印刷でベースウエハ１２Ｗの第２接合面Ｍ２に接合材Ｂｄとして低融点ガラスが形成される。その後、低融点ガラスを仮硬化することで、低融点ガラスがベースウエハ１２Ｗの第２接合面Ｍ２に形成される。

ステップＳ１４では、接合材Ｂｄが加熱され水晶ウエハ１０Ｗとベースウエハ１２Ｗとが互いに押圧される。そして水晶ウエハ１０Ｗとベースウエハ１２Ｗとが接合材Ｂｄにより接合される。

ステップＳ１５では、ステップＳ１２２で説明されたスパッタ及びエッチング方法によって図１及び図２に示されたようにベース部１２の実装面Ｍ３に一対の外部電極１２２ａ、１２２ｂが形成される。同時に、貫通孔ＢＨ１には側面電極１２３ａ、１２３ｂが形成される。ここで、貫通孔ＢＨ１は−Ｙ’側に向かって狭くなる円錐台形状であるので、水晶ウエハ１０Ｗに形成された引出電極１０３ａ、１０３ｂがベースウエハ１２Ｗの貫通孔ＢＨ１に露出される面積が広くなっている。そのため、スパッタで貫通孔ＢＨ１に側面電極１２３ａ、１２３ｂを形成する際、側面電極１２３ａ、１２３ｂが引出電極１０３ａ、１０３ｂに確実に電気的に接続することができる。また、貫通孔ＢＨ１は−Ｙ’側に向かって狭くなる円錐台形状であるので、接合ステップＳ１４で貫通孔ＢＨ１内に流れ込む接合材Ｂｄは貫通孔ＢＨ１に沿って流れる。そのため、貫通孔ＢＨ１の側面に側面電極１２３ａ、１２３ｂを形成する場合でも側面電極１２３ａ、１２３ｂが断線せずに水晶ウエハ１０Ｗの引出電極１０３ａ、１０３ｂと外部電極１２２ａ、１２２ｂとをそれぞれに確実に電気的に接続することができる（図２の点線Ｂに囲まれた部分を参照）。

ステップＳ１６では、接合材Ｂｄが加熱されリッドウエハ１１Ｗと水晶ウエハ１０Ｗとが加圧される。そしてリッドウエハ１１Ｗの第１接合面Ｍ１が接合材Ｂｄにより水晶ウエハ１０Ｗの表面Ｍｅに接合される。ここで、ステップＳ１５で各電極を形成した後にステップＳ１６でリッドウエハ１１Ｗと水晶ウエハ１０Ｗとが接合されるが、逆にリッドウエハ１１Ｗと水晶ウエハ１０Ｗとを接合した後に各電極が形成されてもよい。

ステップＳ１７では、接合されたリッドウエハ１１Ｗと、水晶ウエハ１０Ｗと、ベースウエハ１２Ｗとが個々に切断される。切断工程では、レーザーを用いたダイシング装置、または切断用ブレードを用いたダイシング装置などを用いて図４〜図６に示された一点鎖線のスクライブラインＳＬに沿って第１水晶振動子１００を単位として個片化する。これにより、数百から数千の第１水晶振動子１００が製造される。

図３で説明された第１水晶振動子１００の製造方法では、接合する前に接合材Ｂｄがリッドウエハ１１Ｗ及びベースウエハ１２Ｗに形成されているが、水晶ウエハ１０Ｗの両面に形成されてもよい。また、例えば接合材Ｂｄとしてポリイミド樹脂が用いられる場合においてはスクリーン印刷でもよいし、感光性のポリイミド樹脂であれば露光して接合面Ｍに接合材Ｂｄを形成することもできる。

（第２実施形態）
＜第２水晶振動子２００の全体構成＞
第２実施形態の第２水晶振動子２００の全体構成について、図７及び図８を参照しながら説明する。図７は第２水晶振動子２００の分解斜視図で、図８は図７のＣ−Ｃ断面図である。

図７及び図８に示されたように、第２水晶振動子２００は、第１実施形態のリッド部１１と同じ構成でリッド凹部２１１を有するリッド部２１と、ベース凹部２２１を有するベース部２２と、リッド部２１及びベース部２２に挟まれる水晶フレーム２０とを備える。

水晶フレーム２０は、表面Ｍｅ及び裏面Ｍｉに励振電極２０２ａ、２０２ｂがそれぞれ形成された水晶振動片２０１と、水晶振動片２０１を囲む枠体２０６とで構成されている。また、水晶振動片２０１と枠体２０６との間には、水晶振動片２０１からＸ軸方向の両側に沿ってそれぞれ伸びるように枠体２０６と連結した一対の連結部２０５ａ、２０５ｂを有している。そのため、水晶振動片２０１と枠体２０６との間に２つの「Ｌ」字型の貫通開口２０４ａ、２０４ｂが形成される。

連結部２０５ａ、２０５ｂ及び枠体２０６の両面には励振電極２０２ａ、２０２ｂとそれぞれ接続された引出電極２０３ａ、２０３ｂが形成されている。ここで、図２に示されたように表面Ｍｅの励振電極２０２ａから引き出された引出電極２０３ａは貫通開口２０４を介して水晶フレーム２０の裏面Ｍｉにおける＋Ｘ側の両隅まで形成されている。また、裏面Ｍｉの励振電極２０２ｂから引き出された引出電極２０３ｂは連結部２０５ｂを介して水晶フレーム２０の裏面Ｍｉにおける−Ｘ側の両隅まで形成されている。

ベース部２２はガラス又は水晶材料で形成され、その＋Ｙ’側の面には該面から凹んだベース凹部２２１とベース凹部２２１の周囲に形成された第２接合面Ｍ２とを有している。ベース部２２のＸ軸方向の両辺には、キャスタレーション２２４ａ、２２４ｂが形成されており、キャスタレーション２２４ａ、２２４ｂには一対の側面電極２２３ａ、２２３ｂがそれぞれ形成されている。また、ベース部２２には、実装面Ｍ３のＸ軸方向の両側に一対の外部電極２２２ａ、２２２ｂがそれぞれ形成されている。ここで、側面電極２２３ａは外部電極２２２ａに接続され、側面電極２２３ｂは外部電極２２２ｂに接続されている。

キャスタレーション２２４ａ、２２４ｂは、第２接合面Ｍ２と半分に分割された角丸長方形Ｌ３で交わり、実装面Ｍ３と半分に分割された角丸長方形Ｌ４で交わる。ここで、キャスタレーション２２４ａ、２２４ｂは断面形状が角丸長方形であり第２接合面Ｍ２での面積が実装面Ｍ３での面積より広く形成された貫通孔ＢＨ２（図１０を参照）からなるものである。そのため、第２接合面Ｍ２に形成され半分に分割された角丸長方形Ｌ３の周長は実装面Ｍ３に形成され半分に分割された角丸長方形Ｌ４の周長より長く形成されている。

すなわち、図８に示された断面図から見ると、水晶フレーム２０にはキャスタレーションが形成されていないので、水晶フレーム２０の引出電極２０３ａ、２０３ｂがベース部２２のキャスタレーション２２４ａ、２２４ｂに露出する面積が広くなっている。そのため、図８の点線Ｂに示されたように、接合材Ｂｄがキャスタレーション２２４ａ、２２４ｂに流れ込んでも引出電極２０３ａ、２０３ｂと側面電極２２３ａ、２２３ｂとを確実に電気的に接続することができる。

一方、ベース部２２を下向きで水晶フレーム２０とベース部２２とが封止材Ｂｄで接合されるとき、図８の点線Ｂに示されたように封止材Ｂｄが自重によりキャスタレーション２２４ａ、２２４ｂに沿って流れる。そのため、キャスタレーション２２４ａ、２２４ｂに流れ込んだ封止材Ｂｄがベース部２２と隙間を生じなく密着することができる。したがって、側面電極２２３ａ、２２３ｂが断線せずに、水晶フレーム２０の引出電極２０３ａ、２０３ｂとベース部２２の外部電極２２２ａ、２２２ｂとを確実に接続することができる。

＜第２水晶振動子２００の製造方法＞
第２水晶振動子２００の製造方法は、第１実施形態の図３で説明されたフローチャートと同じである。但し、水晶フレーム２０の製造ステップＳ１２及びベース部２２の製造ステップＳ１３に係る水晶ウエハ２０Ｗ及びベースウエハ２２Ｗの形状が異なる。図９は水晶ウエハ２０Ｗの平面図で、図１０はベースウエハ２２Ｗの平面図である。

図９に示されたように、均一の水晶ウエハ２０Ｗにエッチングにより複数の水晶フレーム２０の外形が形成される。すなわち、エッチングにより水晶ウエハ２０Ｗを貫通した一対の「Ｌ」字型の貫通開口２０４ａ、２０４ｂを形成することで、水晶フレーム２０に水晶振動片２０１と枠体２０６とが形成される。その後、スパッタ及びエッチングによって水晶ウエハ２０Ｗの両面にクロム（Ｃｒ）層及び金層（Ａｕ）からなる励振電極２０２ａ，２０２ｂ及び引出電極２０３ａ、２０３ｂが形成される。ここで、表面Ｍｅの励振電極２０２ａから引き出された引出電極２０３ａは貫通開口２０４ａを介して水晶フレーム２０の裏面Ｍｉに形成されている（図８を参照）。

図１０に示されたように、均一厚さの水晶平板のベースウエハ２２Ｗにベース凹部２２１が数百から数千個形成される。同時に、各ベース部２２のＸ軸方向の両側にはベースウエハ２２Ｗを貫通し−Ｙ’側に向かって狭くなり断面が角丸長方形である貫通孔ＢＨ２が形成される。貫通孔ＢＨ２が半分に分割されると１つのキャスタレーション２２４ａ、２２４ｂ（図７を参照）になる。なお、貫通孔ＢＨ２が−Ｙ’側に向かって狭くなるので、貫通孔ＢＨ２と第２接合面Ｍ２とが交わって形成された角丸長方形Ｒ３の周長は貫通孔ＢＨ２と実装面Ｍ３（図７を参照）とが交わって形成された角丸長方形Ｒ４の周長より長く形成されている。

ここで、図８を参照しながら説明すると、貫通孔ＢＨ２が−Ｙ’側に向かって狭くなるので、水晶ウエハ２０Ｗに形成された引出電極２０３ａ、２０３ｂがベースウエハ２２Ｗの貫通孔ＢＨ２に大幅に露出されている。そのため、スパッタで貫通孔ＢＨ２に側面電極２２３ａ、２２３ｂを形成する際、側面電極２２３ａ、２２３ｂが引出電極２０３ａ、２０３ｂに確実に電気的に接続することができる。また、貫通孔ＢＨ２は−Ｙ’側に向かって狭くなるので、貫通孔ＢＨ２内に流れ込む接合材Ｂｄは貫通孔ＢＨ２に沿って流れる。そのため、貫通孔ＢＨ２の側面に側面電極２２３ａ、２２３ｂを形成する場合でも側面電極２２３ａ、２２３ｂが断線せずに水晶ウエハ２０Ｗの引出電極２０３ａ、２０３ｂと外部電極２２２ａ、２２２ｂとをそれぞれに確実に電気的に接続することができる。

（第３実施形態）
＜第３水晶振動子３００の全体構成＞
第３実施形態の第３水晶振動子３００の全体構成について、図１１を参照しながら説明する。図１１は、第３水晶振動子３００の分解斜視図である。図１１に示された第３水晶振動子３００は音叉型の水晶振動片３０１を有しているので、その座標系は第１及び第２実施形態のＡＴカットで示された座標系と異なる。つまり、第３実施形態では第１及び第２実施形態と同じＸ軸が用いられ、振動腕３０８が伸びる方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に垂直な高さ方向をＺ軸方向とする。

図１１に示されたように、第３水晶振動子３００は、第１実施形態のリッド部１１と同じ構成でリッド凹部３１１を有するリッド部３１と、ベース凹部３２１を有するベース部３２と、リッド部３１及びベース部３２に挟まれる水晶フレーム３０とを備える。

水晶フレーム３０は、その中央領域に形成された音叉型の水晶振動片３０１と、その外側に形成された枠体３０６と、音叉型の水晶振動片３０１と枠体３０６とを連結する一対の支持腕３０５ａ、３０５ｂと有している。音叉型の水晶振動片３０１と枠体３０６と一対の支持腕３０５ａ、３０５ｂとの間には貫通開口３０４が形成されている。音叉型の水晶振動片３０１の外形を規定する貫通開口３０４はウェットエッチングにより形成されている。音叉型の水晶振動片３０１は、枠体３０６及び一対の支持腕３０５ａ、３０５ｂと同じ厚さで形成されている。

また、音叉型の水晶振動片３０１は−Ｙ側に形成されＺ軸方向から見てほぼ矩形形状の基部３０７と、基部３０７の一辺から＋Ｙ軸方向に沿って伸びた一対の振動腕３０８とを備えている。一対の振動腕３０８の断面はほぼ矩形形状であり、表面Ｍｅ、裏面Ｍｉ及び両側面には励振電極３０２ａ、３０２ｂが形成されている。但し、図１１には音叉型の水晶振動片３０１の表面Ｍｅと＋Ｘ軸方向の片側の側面としか描かれていない。

一対の振動腕３０８の表面Ｍｅおよび裏面Ｍｉには、Ｙ軸方向に伸びる溝部３０９が形成されていてもよい。その溝部３０９に励振電極３０２ａ、３０２ｂが形成されると、振動腕３０８に発生する電界が大きくなりＣＩ（クリスタルインピーダンス）値の上昇が抑えられる。さらに、振動腕３０８の＋Ｙ側の先端には錘部３０８Ａがそれぞれ形成されてもよい。錘部３０８Ａは音叉型の水晶振動片３０１の一対の振動腕３０８Ａが振動しやすくなるための錘であり、且つ周波数調整のために設けられている。音叉型の水晶振動片３０１は、たとえば３２．７６８ｋＨｚで振動する振動片で、極めて小型の振動片となっている。

また、一対の支持腕３０５ａ、３０５ｂから枠体３０６に渡って水晶フレーム３０の表面Ｍｅ及び裏面Ｍｉには引出電極３０３ａ、３０３ｂが形成されている。引出電極３０３ａは支持腕３０５ａを介して＋Ｘ側から枠体３０６に引き出され、引出電極３０３ｂは支持腕３０５ｂを介して−Ｘ側から枠体３０６に引き出される。さらに、引出電極３０３ａ、３０３ｂはそれぞれに一対の振動腕３０８に形成された励振電極３０２ａ、３０２ｂに電気的に接続されている。

ベース部３２はガラス又は水晶材料で形成され、その＋Ｙ’側の面には該面から凹んだベース凹部３２１が形成されている。ベース部３２の四隅にはキャスタレーション３２４ａ、３２４ｂがそれぞれ形成されている。ここで、キャスタレーション３２４ａ、３２４ｂは、円錐台形状の貫通孔（図６を参照）がＸＺ’平面で１／４に分割して形成されたものである。

ベース部３２は、実装面Ｍ３に一対の外部電極３２２ａ、３２２ｂが形成されている。また、キャスタレーション３２４ａ及び３２４ｂにはそれぞれに側面電極３２３ａ及び３２３ｂが形成されており、側面電極３２３ａは外部電極３２２ａに接続され、側面電極３２３ｂは外部電極３２２ｂに接続されている。

キャスタレーション３２４ａ、３２４ｂは、第２接合面Ｍ２と円弧Ｌ１で交わり、実装面Ｍ３と円弧Ｌ２で交わる。ここで、円弧Ｌ１の周長は円弧Ｌ２の周長より長く形成されている。すなわち、キャスタレーション３２４ａ及び３２４ｂは実装面Ｍ３側から第２接合面Ｍ２側に向かって広くなるよう形成されている（図２を参照）。

このような構成によれば、水晶フレーム３０にはキャスタレーションが形成されていないので、水晶フレーム３０の引出電極３０３ａ、３０３ｂがベース部３２のキャスタレーション３２４ａ、３２４ｂに大幅に露出することができる。そのため、接合材Ｂｄがキャスタレーション３２４ａ、３２４ｂに流れ込んでも引出電極３０３ａ、３０３ｂと側面電極３２３ａ、３２３ｂとが確実に電気的に接続することができる。

一方、ベース部３２を下向きで水晶フレーム３０とベース部３２とが接合材Ｂｄで接合されるとき、接合材Ｂｄが自重によりキャスタレーション３２４ａ、３２４ｂに沿って流れる。そのため、キャスタレーション３２４ａ、３２４ｂに流れ込んだ接合材Ｂｄは、キャスタレーション３２４ａ、３２４ｂとの間に隙間を生じることなく密着して形成される。したがって、側面電極３２３ａ、３２３ｂが断線せずに、水晶フレーム３０の引出電極３０３ａ、３０３ｂとベース部３２の外部電極３２２ａ、３２２ｂとを確実に接続することができる。

＜第３水晶振動子３００の製造方法＞
第３水晶振動子３００の製造方法は、第１実施形態の図３で説明されたフローチャートと同じである。但し、水晶フレームを製造するステップＳ１２では音叉型の水晶振動片が形成される。

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、本発明は、水晶振動子以外にも、発振回路を組み込んだＩＣなどをキャビティ内に収容した水晶発振器にも適用できる。また、水晶以外にタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料を利用することができる。

１０、２０、３０ … 水晶フレーム、 １０Ｗ、２０Ｗ … 水晶ウエハ
１１、２１、３１ … リッド部、 １１Ｗ … リッドウエハ
１２、２２、３２ … ベース部、 １２Ｗ、２２Ｗ … ベースウエハ
１００、２００、３００ … 水晶振動子
１０１、２０１、３０１ … 水晶振動片
１０２ａ、１０２ｂ、２０２ａ、２０２ｂ、３０２ａ、３０２ｂ … 励振電極
１０３ａ、１０３ｂ、２０３ａ、２０３ｂ、３０３ａ、３０３ｂ … 引出電極
１０４、２０４ａ、２０４ｂ、３０４ … 貫通開口
１０５、２０５ａ、２０５ｂ … 連結部、 ３０５ａ、３０５ｂ … 支持腕
１０６、２０６、３０６ … 枠体
１１１、２１１、３１１ … リッド凹部
１２１、２２１、３２１ … ベース凹部
１２２ａ、１２２ｂ、２２２ａ、２２２ｂ、３２２ａ、３２２ｂ … 外部電極
１２３ａ、１２３ｂ、２２３ａ、２２３ｂ、３２３ａ、３２３ｂ … 側面電極
１２４ａ、１２４ｂ、２２４ａ、２２４ｂ、３２４ａ〜３２４ｂ … キャスタレーション
３０７ … 基部
３０８ … 振動腕、 ３０８Ａ … 錘部
３０９ … 溝部
Ｂｄ … 接合材
ＣＴ … キャビティ
Ｌ１、Ｌ３ … キャスタレーションと第２接合面との交わり
Ｌ２、Ｌ４ … キャスタレーションと実装面との交わり
Ｒ１、Ｒ３ … 貫通孔と第２接合面との交わり
Ｒ２、Ｒ４ … 貫通孔と実装面との交わり
ＰＫＧ … パッケージ
ＳＬ … スクライブライン

Claims (6)

1. 一主面及び他主面に励振電極が形成される圧電振動片と、前記圧電振動片から貫通開口を隔てて前記圧電振動片を囲み前記励振電極から引き出された引出電極を有する枠体とを有する圧電フレームと、
   前記一主面の前記枠体に接合される接合面と、前記接合面の反対側にあって外部電極が形成された実装面と、前記接合面から前記実装面まで形成されたキャスタレーションと、前記キャスタレーションに形成され前記引出電極と前記外部電極とを接続する側面電極とを有するベース部と、を備え、
   前記キャスタレーションと前記接合面とが交わる周長が、前記キャスタレーションと前記実装面とが交わる周長よりも長い圧電デバイス。
2. 前記圧電フレームと前記ベース部とを接合する接合材を備え、
   前記側面電極が前記接合材の一部を覆っている請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記圧電振動片の他主面に形成された引出電極は、前記貫通開口の側面を介して前記一主面に伸びて前記側面電極に接続されている請求項１又は請求項２に記載の圧電デバイス。
4. 前記圧電フレームの前記一主面に形成された前記引出電極が前記ベース部の前記キャスタレーションの領域まで伸びて形成されている請求項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. 前記圧電フレームの前記他主面に接合されて前記ベース部及び前記枠体と前記圧電振動片を密封するリッド部を備える請求項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. 一主面及び他主面に励振電極が形成される圧電振動片と、前記圧電振動片から貫通開口を隔てて配置され前記励振電極から引き出された引出電極を有し前記圧電振動片を囲む枠体とが形成される圧電フレームを複数含む圧電ウエハを用意する工程と、
   前記圧電フレームの前記一主面に接合される接合面と、前記接合面の反対側にある実装面と、前記接合面から前記実装面まで貫通し前記接合面での面積が前記実装面での面積より大きい貫通孔とが形成されるベース部を複数含むベースウエハを用意する工程と、
   前記圧電ウエハと前記ベースウエハとを接合材で接合する接合工程と、
   前記接合工程後に、前記ベースウエハの前記実装面に外部電極を形成するとともに前記貫通孔に前記引出電極と前記外部電極とを接続する側面電極を形成する工程と、
   を備える圧電デバイスの製造方法。