JP2014175900A - 圧電振動片、圧電振動片の製造方法、及び圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】接合材が振動部に接触するのを抑制することにより、圧電振動片の耐衝撃性を向上させて破損を防止でき、さらに、振動特性の悪化を抑制する。
【解決手段】振動部１３１と、振動部１３１を囲む枠部１３２と、振動部１３１と枠部１３２とを連結する連結部１３３とを備える圧電振動片１３０において、連結部１３３の表面１３３ａ及び裏面１３３ｂの少なくとも一方に、枠部１３２に塗布される接合材１５０が振動部１３１に達するのを規制するための段部１３８が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電振動片、圧電振動片の製造方法、及び圧電デバイスに関する。

携帯端末や携帯電話などの電子機器では、水晶振動子や水晶発振器などの圧電デバイスが搭載されている。このような圧電デバイスは、水晶振動片などの圧電振動片と、リッド部と、ベース部とから構成され、圧電振動片の表面（一方の主面）に接合材を介してリッド部が接合されるとともに、裏面（他方の主面）に同じく接合材を介してベース部が接合されている。この圧電デバイスに用いられる圧電振動片は、所定の振動数で振動する振動部と、振動部を囲むように形成される枠部と、振動部と枠部とを連結させる連結部とを有しており、例えば下記の特許文献１において開示されている。

特開２０１２−１４７２２８号公報

しかしながら、特許文献１の圧電振動片（水晶フレーム）では、圧電振動片の枠部とリッド部またはベース部の接合面との間に接合材が配置されるが、リッド部及びベース部を圧電振動片に接合する工程で接合材が内側にはみ出し、連結部や振動部に達する場合がある。その結果、圧電振動片と接合材との熱膨張率の差異により連結部や振動部の強度を低下させるおそれがある。また、接合材が連結部や振動部に広く固着すると、応力伝搬が設計値から変化してしまい、剛性が低下することで衝撃等により破損する場合がある。さらに、振動部に接合材が固着した状態では振動特性が悪化するといった問題がある。

以上のような事情に鑑み、本発明では、接合材が振動部に接触するのを抑制することにより、圧電振動片の耐衝撃性を向上させて破損を防止するとともに、振動特性の悪化を抑制して、信頼性の高い圧電振動片及び圧電デバイスを提供することを目的とし、さらに不良品の発生を抑制することができる圧電振動片の製造方法を提供することを目的とする。

本発明では、振動部と、振動部を囲む枠部と、振動部と枠部とを連結する連結部とを備える圧電振動片において、連結部の表面及び裏面の少なくとも一方に、枠部に塗布される接合材が振動部に達するのを規制するための段部が形成される。また、段部は、連結部または振動部に形成された溝部の一部であってもよい。また、段部は、連結部の幅方向における中央部分を含んで形成されてもよい。また、段部は、連結部の幅方向いっぱいに形成されてもよい。さらに、段部は、連結部の表面と裏面とを貫通する貫通孔を有してもよい。また、振動部は、中央部分のメサ部と前記メサ部より厚さが薄いメサ周辺部とを有し、メサ周辺部に対するメサ部の高さと、段部の段差高さとが等しくてもよい。また本発明では、上記した圧電振動片を含む圧電デバイスが提供される。

また、本発明では、圧電振動片の製造方法であって、振動部と、振動部を囲む枠部と、振動部と枠部とを連結する連結部とを形成する本体形成工程と、連結部の表面及び裏面の少なくとも一方に、枠部に塗布される接合材が振動部に達するのを規制するための段部を形成する段部形成工程とを有する。また、振動部に、中央部分のメサ部と、メサ部より厚さが薄いメサ周辺部とを形成するメサ形成工程を含み、段部形成工程は、メサ形成工程とともに行われてもよい。

本発明によれば、接合材が振動部に接触するのを抑制することにより、圧電振動片の耐衝撃性を向上させて破損を防止でき、さらに、振動特性の悪化を抑制して、信頼性の高い圧電振動片及び圧電デバイスを提供できる。また、不良品の発生が抑制されるので生産性を向上させることができる。

第１実施形態に係る圧電振動片を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図１に示す圧電振動片の要部を拡大した断面図である。 第２実施形態に係る圧電振動片の要部を拡大した断面図である。 第３実施形態に係る圧電振動片の平面図である。 第４実施形態に係る圧電振動片を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 （ａ）は第５実施形態に係る圧電振動片の断面図、（ｂ）第５実施形態の変形例を示す断面図である。 圧電デバイスの実施形態を示す分解斜視図である。 図７のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

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。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、以下の実施形態では、図面においては実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。また、図面においてハッチングした部分は金属膜及び接合材を表している。以下の各図において、ＸＹＺ座標系を用いて図中の方向を説明する。このＸＹＺ座標系においては、圧電振動片の表面に平行な平面をＸＺ平面とする。このＸＺ平面において圧電振動片の長手方向をＸ方向と表記し、Ｘ方向に直交する方向をＺ方向と表記する。ＸＺ平面に垂直な方向（圧電振動片の厚さ方向）はＺ方向と表記する。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれは、図中の矢印の方向が＋方向であり、矢印の方向とは反対の方向が−方向であるものとして説明する。

＜第１実施形態＞
（圧電振動片１３０の構成）
第１実施形態に係る圧電振動片１３０について図１及び図２を用いて説明する。圧電振動片１３０は、図１（ａ）に示すように、所定の振動数で振動する振動部１３１と、振動部１３１を囲んだ枠部１３２と、振動部１３１と枠部１３２とを連結する連結部１３３とにより構成されている。振動部１３１と枠部１３２との間には、連結部１３３を除いて、Ｙ軸方向に貫通する貫通穴１３４が形成されている。

圧電振動片１３０としては、例えばＡＴカットの水晶振動片が用いられている。ＡＴカットは、水晶振動子や水晶発振器等の圧電デバイスが常温付近で使用されるにあたって良好な周波数特性が得られる等の利点があり、人工水晶の３つの結晶軸である電気軸、機械軸及び光学軸のうち、光学軸に対して結晶軸周りに３５°１５′だけ傾いた角度で切り出す加工手法である。なお、圧電振動片１３０として水晶振動片に限定されるものではなく、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムなどを用いることができる。

振動部１３１は、Ｙ方向から見たときに、Ｘ軸方向に長辺、Ｚ軸方向に短辺を有する矩形状に形成されている。振動部１３１は、Ｙ軸方向の厚さが枠部１３２と比べて薄く形成されている。また、振動部１３１は、中央部分に形成されたメサ部１３５と、メサ部１３５を囲んでこのメサ部１３５よりもＹ軸方向の厚さが薄く形成されたメサ周辺部１３６とを有している。図２に示すように、メサ周辺部１３６に対するメサ部１３５の高さはＨ１となっている。なお、振動部１３１の表面（＋Ｙ側の面）と裏面（−Ｙ側の面）とで、メサ周辺部１３６に対するメサ部１３５の高さＨ１が同一となっているが、異なってもよい。また、振動部１３１の表面（＋Ｙ側の面）と裏面（−Ｙ側の面）との双方にメサ部１３５が形成されることに限定されず、例えば、振動部１３１の表面側にのみメサ部１３５が形成されたものでもよい。

枠部１３２は、全体としてＸ軸方向を長辺とし、Ｚ軸方向を短辺とする矩形状に形成されている。枠部１３２の表面（＋Ｙ側の面）１３２ａ及び裏面（−Ｙ側の面）１３２ｂは、それぞれ、後述するリッド部１１０の接合面１１２及びベース部１２０の接合面１２２と接合される面として形成されている。

連結部１３３は、振動部１３１のメサ周辺部１３６と、枠部１３２とを連結している。この連結部１３３は、メサ部１３５の厚さとほぼ同様の厚さに形成されるが、これに限定されず、例えば、メサ周辺部１３６と同様の厚さや、枠部１３２と同様の厚さであってもよい。なお、枠部１３２の裏面１３２ｂ、連結部１３３の裏面１３３ｂ、及びメサ部１３５の裏面１３５ｂは同一面となっている。また、図１に示すように、連結部１３３の裏面（−Ｙ側の面）１３３ｂには、溝部１３７が形成されており、この溝部１３７の一部（−Ｘ側の部分）に段部１３８が形成されている。すなわち、溝部１３７は、段部１３８を含んで形成されている。

溝部１３７は、図１（ａ）に示すように、連結部１３３の裏面１３５ｂにおいて、Ｚ方向に連結部１３３の幅方向いっぱいに形成されている。溝部１３７の断面は、図１（ｂ）に示すように、Ｖ字形状となっている。ただし、溝部１３７の断面がＶ字状に形成されることに限定されず、矩形状や半円状のものであってもよい。溝部１３７の幅（Ｘ方向の長さ）は、任意に設定できる。また、溝部１３７は、Ｚ方向に向けて形成されることに限定されず、Ｚ方向から傾けた方向に形成されてもよい。また、溝部１３７は、Ｚ方向に直線状に形成されることに限定されず、曲線状に形成されてもよい。なお、溝部１３７が形成されるＸ方向の位置は任意である。

この溝部１３７によって、その−Ｘ側には、連結部１３３の幅方法いっぱいに段部１３８が形成される。段部１３８の高さ（Ｙ方向の高さ）Ｈ２、すなわち溝部１３７の深さは、図２に示すように、メサ周辺部１３６に対するメサ部１３５の高さＨ１と同一となっている。ただし、高さＨ２は、高さＨ１と異ならせてもよく、例えば、高さＨ１より小さくなるようにしてもよい。また、溝部１３７は、連結部１３３の裏面１３３ｂの２か所以上に並列させた状態で形成されてもよい。これにより、段部１３８は、２つ以上が並列した状態で形成される。

この段部１３８によって、図２に示すように、接合材１５０が内側に向けて（振動部１３１に向けて）はみ出すのを規制している。また、段部１３８（溝部１３７）は、連結部１３３の裏面１３３ｂのみに形成されることに限定されず、連結部１３３の表面１３３ａに溝部１３７ａを形成して、その−Ｘ側の部分に段部１３８ａを形成させてもよい。さらに、連結部１３３の表面１３３ａのみに段部１３８を形成させてもよい。

溝部１３７ａ（段部１３８ａ）は、溝部１３７（段部１３８）と同様の形態を有する。なお、溝部１３７ａと溝部１３７とは、同一（Ｘ方向に対して対象）の形状であることに限定されず、異なる形状であってもよい。また、溝部１３７ａと溝部１３７とは、Ｙ方向において対向する位置に形成されることに限定されず、互いにずれた位置に形成されてもよい。この溝部１３７ａの高さＨ３は、高さＨ１や高さＨ２と同一に形成されるが、異なるように形成されてもよい。なお、溝部１３７ａが形成されるＸ方向の位置は任意である。

振動部１３１のメサ部１３５の表面１３５ａには、矩形状の励振電極１３９が形成され、同じくメサ部１３５の裏面１３５ｂには、矩形状の励振電極１４０が形成される。これら励振電極１３９、１４０に所定の交流電圧が印加されることにより、振動部１３１は所定の振動数で振動する。また、これら励振電極１３９、１４０とそれぞれ電気的に接続する引出電極１４１、１４２が形成される。

引出電極１４１は、図１（ａ）に示すように、励振電極１３９の−Ｘ側からメサ部１３５の表面１３５ａ及びメサ周辺部１３６の表面１３６ａ、連結部１３３の表面１３３ａを通って、枠部１３２の−Ｘ側の表面１３２ａまで引き出される。次いで、引出電極１４１は、枠部１３２の表面１３２ａを、＋Ｚ方向に延びた後に＋Ｘ方向に折り曲げられ、枠部１３２の表面１３２ａにおいて＋Ｘ側かつ＋Ｚ側の領域まで引き出される。次いで、引出電極１４１は、枠部１３２の内側の側面１３２ｃを介して、裏面１３２ｂの＋Ｘ側かつ＋Ｚ側の領域まで引き出される（図７の裏面側引出電極１４１ａ参照）。

引出電極１４２は、図１（ａ）に示すように、励振電極１４０の−Ｘ側からメサ部１３５の裏面１３５ｂ及びメサ周辺部１３６の裏面１３６ｂ、連結部１３３の裏面１３３ｂを通って、枠部１３２の−Ｘ側の裏面１３２ｂまで引き出される。次いで、引出電極１４２は、枠部１３２の裏面１３２ｂを、−Ｚ方向に延びた後に裏面１３２ｂにおいて−Ｘ側かつ−Ｚ側の領域まで引き出される。なお、引出電極１４１と引出電極１４２とは電気的な接続がなく、しかも、枠部１３２の裏面１３２ｂにおいて引出電極１４１と引出電極１４２とは対角の位置に形成されている。

励振電極１３９、１４０及び引出電極１４１、１４２は、導電性の金属膜であり、メタルマスクを用いたスパッタリングや真空蒸着、またはメッキ等により形成される。この金属膜としては、ニッケルタングステン（Ｎｉ−Ｗ）の層、金（Ａｕ）の層の順で積層された２層構造を有している。なお、導電性の金属膜は、上記の構成に限定されず、例えば、金属膜の下地膜としてクロム（Ｃｒ）などを成膜して３層構造としてもよい。また、引出電極１４１、１４２は、溝部１３７、１３７ａにも形成されている。

このように、第１実施形態によれば、連結部１３３に段部１３８（１３８ａ）が形成されるため、枠部１３２に塗布された接合材１５０が枠部１３２の内側にはみ出した場合でも段部１３８によって接合材１５０がさらに内側にはみ出るのを規制し、接合材１５０が振動部１３１に接触するのを防止できる。これにより、振動特性の悪化を抑制して、信頼性の高い圧電振動片を提供できる。また、接合材１５０が連結部１３３や振動部１３１に多量に付着するのを抑制するため、応力伝搬の変化を抑制して、衝撃等による圧電振動片の破損を防止できる。

（圧電振動片１３０の製造方法）
次に、圧電振動片１３０の製造方法について説明する。この圧電振動片１３０の製造に際しては、圧電ウェハから個々を切り出す多面取りが行われる。
先ず、圧電ウェハが用意される。圧電ウェハは、水晶結晶体からＡＴカットにより切り出される。次に、圧電ウェハは、複数の圧電振動片１３０に対応する領域のそれぞれに、フォトリソグラフィ法及びエッチングによって、振動部１３１と、振動部１３１を囲む枠部１３２と、振動部１３１と枠部１３２とを連結する連結部１３３とが形成される（本体形成工程）。なお、振動部１３１と枠部１３２との間には貫通穴１３４が形成される。続いて、枠部１３２を除いた振動部１３１及び連結部１３３のＹ方向の厚さが、エッチング等により枠部１３２より薄くなるように形成され、振動部１３１が所望の周波数特性を備えるように調整される。なお、振動部１３１及び連結部１３３のＹ方向の厚さの調整は、切削等の機械的手法で行われてもよい。

続いて、振動部１３１は、フォトリソグラフィ法及びエッチング等により振動部１３１の表面及び裏面における周辺領域がＹ方向に薄くなるように形成され、これによりメサ部１３５と、メサ部１３５を囲むメサ周辺部１３６とが形成される（メサ形成工程）。このとき、振動部１３１の表面及び裏面において、ともにメサ周辺部１３６に対するメサ部１３５の高さＨ１となるようにエッチングされる。なお、メサ形成工程は、切削等の機械的手法で行われてもよい。

また、連結部１３３には、フォトリソグラフィ法及びエッチング等により、溝部１３７が形成され、これにより段部１３８が形成される（段部形成工程）。段部１３８は、溝部１３７の一部（−Ｘ側の部分）に形成される。なお、溝部１３７は、連結部１３３の裏面１３３ｂにおいて幅方向（Ｚ方向）いっぱいにＶ字形状の断面で形成される。なお、この溝部１３７のＶ字形状は、ＡＴカットの水晶材の異方性によりエッチング速度に差異が生じることから形成される。

この段部形成工程は、メサ形成工程と同時にエッチングされることで行われる。従って、段部１３７の高さＨ２は、メサ周辺部１３６に対するメサ部１３５の高さＨ１と同一となっている。ただし、段部形成工程をメサ形成工程と同時に行うことに限定されず、メサ形成工程の後または前に別途段部形成工程を行ってもよい。この場合、段部１３７の高さＨ２を、メサ部１３５の高さＨ１と異なるようにしてもよい。なお、図２に示すような、連結部１３３の表面１３３ａに形成される溝部１３７ａ（１３８ａ）についても、上記した溝部１３７（段部１３８）と同様に形成される。

続いて、振動部１３１のメサ部１３５の表面１３５ａに励振電極１３９が形成され、メサ部１３５の裏面１３５ｂに励振電極１４０が形成される。また、振動部１３１、連結部１３３、及び枠部１３２には、励振電極１３９、１４０とそれぞれ電気的に接続された引出電極１４１、１４２がそれぞれ形成される。これら電極は、フォトリソグラフィ技術及びエッチングによる手法や、メタルマスクを用いたスパッタリングや真空蒸着等により導電性の金属膜がパターニングされることによりほぼ同時に形成される。金属膜としては、例えば、ニッケルタングステン（Ｎｉ−Ｗ）膜の上に金（Ａｕ）の膜が形成された２層構造の金属膜が形成される。なお、これら金属膜の下地膜としてクロム（Ｃｒ）の膜が成膜されてもよい。

これにより、圧電ウェハ上には複数の圧電振動片１３０の本体が形成される。次いで、後述するリッド部やベース部が形成されたウェハが圧電ウェハに接合された後に、スクライブラインに沿ってダイシング（切断加工）されることにより、個々の圧電振動片１３０（圧電デバイス）となる。

このように、圧電振動片１３０の製造方法によれば、連結部１３３に段部１３８を容易かつ確実に形成することができる。また、段部形成工程がメサ形成工程と同時に行われることにより、圧電振動片の製造工程を簡略化して、製造コストが増加するのを抑制できる。なお、上記した製造方法は一例であって、他の方法を用いて製造してもよい。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。
図３は、第２実施形態に係る圧電振動片２３０の要部を拡大して断面を示している。この圧電振動片２３０は、振動部１３１や枠部１３２として、第１実施形態と同様のものが用いられる。また、図３の圧電振動片２３０では、図１に示すような励振電極１３９、１４０や引出電極１４１、１４２を省略した状態で表している。圧電振動片２３０は、溝部２３７の一部（＋Ｘ側の部分）が振動部１３１に入り込んでいる点で第１実施形態とは異なる。

溝部２３７は、図３に示すように、連結部１３３の裏面１３３ｂからメサ周辺部１３６の裏面１３６ｂにわたって形成されている。この溝部２３７は、第１実施形態の溝部１３７と同様に、連結部１３３の幅いっぱいにＺ方向に形成されており、断面がＶ字状に形成されている。この溝部２３７の一部（−Ｘ側の部分）には段部２３８が形成される。段部２３８は、図３に示すように、連結部１３３の裏面１３３ｂに形成されている。このように、溝部２３７が振動部１３１にかかっている場合でも、段部２３８が連結部１３３に形成されるものであればよい。なお、図３では、段部２３８が連結部１３３の裏面１３３ｂに形成されているが、連結部１３３の表面１３３ａに形成される場合も同様である。また、溝部２３７として断面がＶ字形状であることに限定されず、第１実施形態と同様に、矩形状や半円状の断面であってもよい。

このように、第２実施形態によれば、連結部１３３に段部２３８が形成されるため、第１実施形態と同様の効果を有する。また、溝部２３８の一部がメサ周辺部１３６にかかった状態で段部２３８が形成されるため、枠部１３２から段部２３８までの距離を長くすることができ、接合材が多くはみ出した場合でも対応することができる。なお、この圧電振動片２３０の製造方法は、第１実施形態とほぼ同様である。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。
図４は、第３実施形態に係る圧電振動片３３０の平面図を示している。また、図４の圧電振動片３３０では、図１に示すような励振電極１３９、１４０や引出電極１４１、１４２を省略した状態で表している。また、図４では、圧電振動片３３０を裏面側から見た状態を示している。この圧電振動片３３０は、溝部３３７が連結部１３３の幅方向（Ｚ方向）に部分的に形成されている点で第１実施形態とは異なる。

溝部３３７は、図４に示すように、連結部１３３の裏面１３３ｂにおいて、連結部１３３の幅方向（Ｚ方向）における中央部分を含む領域に長さＬ１で形成されている。これにより、溝部３３７の一部（−Ｘ側の部分）には、Ｚ方向に長さＬ１の段部３３８が形成される。なお、この長さＬ１は、連結部１３３の幅いっぱいとならない範囲で任意に設定される。また、連結部１３３のＺ方向の幅に対する長さＬ１の比率も任意に設定される。さらに、溝部３３７が形成されるＸ方向の位置及びＺ方向の位置もそれぞれ任意である。なお、図示しないが、溝部３３７の断面形状は、第１実施形態の溝部１３７と同一のＶ字形状となっている。ただし、溝部３３７の断面がＶ次形状であることに限定されず、第１実施形態と同様に、矩形状や半円状の断面であってもよい。

溝部３３７は、連結部１３３の裏面１３３ｂに形成されることに限定されず、連結部１３３の表面１３３ａに形成されてもよい。また、溝部３３７は、Ｚ方向から見たときに矩形状であることに限定されず、四角形を除いた多角形状や円形状、楕円形状、長円形状であってもよい。また、溝部３３７は一つに限定されず、２つ以上形成されてもよい。この場合、溝部３３７のそれぞれに段部３３８が形成される。また、溝部３３７を２つ以上形成する場合、例えば、Ｘ方向に並べることや、Ｚ方向に並べることなど、その配置は任意である。また、溝部３３７を２つ以上形成する場合、全て同一形状の溝部３３７としてもよく、または、適宜異なる形状としてもよい。

このように、第３実施形態によれば、連結部１３３に段部３３８が形成されるため、第１実施形態と同様の効果を有する。ところで、枠部１３２に塗布された接合材１５０は、図４の一点鎖線で示すように、内側にはみ出す際、主として連結部１３３の中央部分を伝わりやすいことが確認されている。従って、段部３３８が、連結部１３３の中央部分を含む領域に形成されることにより、接合材１５０がはみ出して振動部１３１に向かうのを効率よく防止できる。また、段部３３８（溝部３３７）が連結部１３３の幅方向に部分的に形成されるため、連結部１３３を加工する領域が少なく、連結部１３３の剛性低下を抑制できる。なお、この圧電振動片３３０の製造方法は、第１実施形態とほぼ同様である。

＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について説明する。以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。
図５は、第４実施形態に係る圧電振動片４３０を示している。また、図４の圧電振動片４３０では、図１に示すような励振電極１３９、１４０や引出電極１４１、１４２を省略した状態で表している。この圧電振動片４３０は、溝部ではなく貫通孔４３７が形成されている点で第１実施形態とは異なる。

貫通孔４３７は、図５（ａ）に示すように、連結部１３３の幅方向（Ｚ方向）における中央部分を含む領域に長さＬ２で開口し、連結部１３３の表面１３３ａから裏面１３３ｂを貫通するように形成されている。これにより、図５（ｂ）に示すように、連結部１３３の表面１３３ａ及び裏面１３３ｂの双方には、貫通孔４３７の開口部分の一部（−Ｘ側の部分）として、Ｚ方向に長さＬ２の段部４３８、４３８ａが形成される。なお、この長さＬ２は、連結部１３３の幅いっぱいとならない範囲で任意に設定される。また、連結部１３３のＺ方向の幅に対する長さＬ２の比率も任意に設定される。さらに、貫通孔４３７が形成されるＸ方向の位置及びＺ方向の位置もそれぞれ任意である。

貫通孔４３７は、Ｚ方向から見たときの開口形状が矩形状であることに限定されず、四角形を除いた多角形状や円形状、楕円形状、長円形状であってもよい。また、貫通孔４３７は一つに限定されず、２つ以上形成されてもよい。この場合、貫通孔４３７のそれぞれの開口部に段部４３８、４３８ａが形成される。また、貫通孔４３７を２つ以上形成する場合、例えば、Ｘ方向に並べることや、Ｚ方向に並べることなど、その配置は任意である。また、貫通孔４３７を２つ以上形成する場合、全て同一形状の貫通孔４３７としてもよく、または、適宜異なる形状としてもよい。

このように、第４実施形態によれば、連結部１３３に段部４３８、４３８ａが形成されるため、第１実施形態と同様の効果を有する。また、第３実施形態と同様に、段部４３８、４３８ａが、連結部１３３の中央部分を含む領域に形成されることにより、接合材１５０がはみ出して振動部１３１に向かうのを効率よく防止できる。なお、接合材が段部４３８、４３８ａを越えた場合は、接合材が貫通孔４３７に入り込むことにより、振動部１３１に接触するのを防止している。なお、貫通孔４３７は、溝部と比較して容積が大きいため、接合材を溝部より多く取り込むことができる。

この圧電振動片４３０の製造方法は、貫通孔４３７の形成を除いて第１実施形態とほぼ同様である。貫通孔４３７は、例えば、メサ形成工程の前または後に、フォトリソグラフィ法及びエッチング等により行われる。ただし、この貫通孔４３７の形成は、エッチングに代えて機械的手法により行ってもよい。なお、引出電極１４１、１４２等の金属膜を成膜する場合、貫通孔４３７を介して両者が電気的に接続される可能性もあることから、貫通孔４３７の形成は電極（金属膜）を形成する工程の後であってもよい。

＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態について説明する。以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。
図６（ａ）は、第５実施形態に係る圧電振動片５３０の断面を示している。図６（ａ）圧電振動片５３０では、図１に示すような励振電極１３９、１４０や引出電極１４１、１４２を省略した状態で表している。また、図６（ａ）及び（ｂ）のそれぞれは、図１（ａ）のＡ−Ａ線に相当する断面を表している。この圧電振動片５３０は、溝部ではなく切り欠き部５３７が形成される点で第１実施形態とは異なる。

切り欠き部５３７は、図６（ａ）に示すように、連結部１３３の裏面１３３ｂにおいて、＋Ｘ側の部分に形成されており、この切り欠き部５３７の部分では、連結部１３３のＹ方向の厚さが薄くなっている。この切り欠き部５３７は、第１実施形態の溝部１３７と同様に、連結部１３３の幅いっぱいにＺ方向に形成されるが、これに代えて、連結部１３３の中央部分に部分的に形成されてもよい。切り欠き部５３７の−Ｘ側の部分には、図６（ａ）に示すように、連結部１３３の裏面１３３ｂにおいて段部５３８が形成される。なお、段部５３８が形成されるＸ方向の位置は任意である。また、切り欠き部５３７における切り欠き量（段部５３７のＹ方向の高さ）も任意である。

図６（ｂ）に示す圧電振動片５３０ａは、切り欠き部５３７ａの切り欠き量（段部５３８あの高さ）が、メサ周辺部１３６に対するメサ部１３５の高さＨ１（図２参照）と同一となっている。従って、切り欠き部５３７ａと、メサ周辺部１３６の裏面１３６ｂとは同一面となっている。なお、図６（ｂ）においても、切り欠き部５３７ａの−Ｘ側の部分に段部５３８ａが形成される点は、図６（ａ）に示す切り欠き部５３７と同様である。また、切り欠き部５３７ａにおいても、段部５３８ａが形成されるＸ方向の位置は任意である。

段部５３８、５３８ａは、Ｚ方向に形成されることに限定されず、Ｚ方向から傾いた方向に形成されてもよい。また、段部５３８、５３８ａは、Ｙ方向から見たときに直線状に形成されることに限定されず、例えば曲線状に形成されてもよい。また、切り欠き部５３７、５３７ａは、連結部１３３の裏面１３３ｂに形成されることに限定されず、連結部１３３の表面１３３ａに形成されてもよい。

また、切り欠き部５３７、５３７ａ（段部５３８、５３８ａ）は一つに限定されず、２つ以上形成されてもよい。切り欠き部５３７、５３７ａを２つ以上形成する場合、例えば、Ｘ方向に並べて、段部５３８、５３８ａのＹ方向の高さが＋Ｘ方向に向かって順次低くなるような（厚さが薄くなるような）階段状としてもよい。また、切り欠き部５３７、５３７ａを２つ以上形成する場合、全て同一形状としてもよく、または、適宜異なる形状としてもよい。なお、図６（ｂ）に示す圧電振動片５３０ａでは、２つ以上切り欠き部５３７ａが形成される場合、最もメサ周辺部１３６に近い切り欠き部５３７ａがメサ周辺部１３６の裏面１３６ｂ（または表面１３６ａ）と同一面となる。

このように、第５実施形態によれば、連結部１３３に段部５３８、５３８ａが形成されるため、第１実施形態と同様の効果を有する。また、段部５３８、５３８ａは切り欠き部５３７、５３７ａにより形成されるので、構造が簡単であり、構造設計に際して強度の予測等が容易となる。

また、これら圧電振動片５３０、５３０ａの製造方法は、切り欠き部５３７、５３７ａの形成を除いて第１実施形態とほぼ同様である。切り欠き部５３７、５３７ａは、例えば、メサ形成工程の前または後に、フォトリソグラフィ法及びエッチング等により行われる。ただし、この切り欠き部５３７、５３７ａの形成は、エッチングに代えて機械的手法により行ってもよい。なお、図６（ｂ）の切り欠き部５３７ａは、段差５３８ａの高さがメサ部１３５の高さＨ１と同一であるのでメサ形成工程と同時に行われてもよい。これにより、製造工程を簡略化することができる。

以上、圧電振動片に関する第１〜第５実施形態について説明したが、本発明は、上述した説明に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。第１〜第５実施形態において、連結部１３３の側面（±Ｚ方向の端面）に段部１３８等が形成されてもよい。また、第１〜第５実施形態で説明した内容を適宜組み合わせることも可能である。例えば、第１実施形態の溝部１３７に加えて、この溝部１３７の一部に第４実施形態の貫通孔４３７が形成されたものでもよい。

＜圧電デバイス＞
次に、圧電デバイスの実施形態について説明する。図７及び図８に示すように、圧電デバイス１００は、圧電振動片１３０を挟むように、圧電振動片１３０の＋Ｙ側にリッド部１１０が接合され、また、−Ｙ側にベース部１２０が接合されて構成されている。リッド部１１０及びベース部１２０は、圧電振動片１３０と同様に、例えばＡＴカットの水晶材が用いられている。なお、圧電振動片１３０としては、図１に示す第１実施形態の圧電振動片１３０が用いられている。

リッド部１１０は、図７及び図８に示すように、矩形の板状に形成されており、裏面（−Ｙ側の面）に形成された凹部１１１と、凹部１１１を囲む接合面１１２とを有している。接合面１１２は、圧電振動片１３０の枠部１３２の表面１３２ａと対向する。リッド部１１０は、図８に示すように、接合面１１２と枠部１３２の表面１３２ａとの間に配置された接合材１５０により、圧電振動片１３０の表面側（＋Ｙ側の面側）に接合されている。接合材１５０としては、例えば、非電導性を有する低融点ガラスが用いられるが、これに代えて、ポリイミド等の樹脂を用いることもできる。

ベース部１２０は、図７及び図８に示すように、矩形の板状に形成されており、表面（＋Ｙ側の面）に形成された凹部１２１と、凹部１２１を囲む接合面１２２とを有している。接合面１２２は、圧電振動片１３０の枠部１３２の裏面１３２ｂと対向する。ベース部１２０は、図８に示すように、接合面１２２と枠部１３２の裏面１３２ｂとの間に配置された接合材１５０により、圧電振動片１３０の裏面側（−Ｙ側の面側）に接合されている。接合時において、接合材１５０の塗布量や接合圧力によって接合材１５０が内側（キャビティ内）にはみ出すことがある。このとき、図８に示すように、連結部１３３に形成された段部１３８によって接合材１５０が段部１３８より先に進むことを規制しているため、接合材１５０が振動部１３１（メサ周辺部１３６）に接触することはない。

ベース部１２０の４つの角部のうち、対角となる２つの角部（＋Ｘ側かつ＋Ｚ側の角部、及び−Ｘ側かつ−Ｚ側の角部）には、一部を切り欠いたキャスタレーション１２３、１２３ａが形成されている。また、ベース部１２０の裏面（−Ｙ側の面）には、一対の実装端子としての外部電極１２６、１２６ａがそれぞれ設けられている。キャスタレーション１２３、１２３ａには、それぞれキャスタレーション電極１２４、１２４ａが形成され、さらに、ベース部１２０の表面（＋Ｙ側の面）であってキャスタレーション１２３、１２３ａを囲む領域には、それぞれ接続電極１２５、１２５ａが形成されている。この接続電極１２５、１２５ａと外部電極１２６、１２６ａとは、キャスタレーション電極１２４、１２４ａを介して電気的に接続されている。なお、キャスタレーション１２３、１２３ａは角部に設けられることに限定されず、辺部に設けられてもよい。

キャスタレーション電極１２４、１２４ａ、接続電極１２５、１２５ａ、及び外部電極１２６、１２６ａは、例えばメタルマスク等を用いたスパッタリングや真空蒸着により導電性の金属膜が成膜されることで一体として形成されている。なお、これら電極は別々に形成されたものでもよい。また、これら電極は、例えば、クロム（Ｃｒ）層、ニッケルタングステン（Ｎｉ−Ｗ）層、金（Ａｕ）層の順で積層された３層構造の金属膜が用いられる。クロムが用いられる理由は、水晶材との密着性に優れるとともに、ニッケルタングステン層に拡散してその露出面で酸化被膜（不動態の膜）を形成し、金属膜の耐腐食性を向上させるためである。

なお、金属膜としては、ニッケルタングステン（Ｎｉ−Ｗ）層、金（Ａｕ）層の順で成膜された２層構造でもよい。また、クロムに代えて、例えばアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）、またはそれらの合金などを用いてもよい。また、ニッケルタングステンに代えて、例えば、ニッケル（Ｎｉ）やタングステン（Ｗ）などを用いてもよい。また、金に代えて、例えば、銀（Ａｇ）などを用いてもよい。

ベース部１２０の接続電極１２５は、圧電振動片１３０の裏面側引出電極１４１ａと電気的に接続され、また、接続電極１２５ａは、圧電振動片１３０の引出電極１４２と電気的に接続される。ただし、このような接続電極１２５、１２５ａを用いた接続形態に限定されず、例えば、ベース部１２０を圧電振動片１３０に接合した後、外部電極１２６、１２６ａの形成とともに、この外部電極１２６、１２６ａからキャスタレーション１２３、１２３ａを介して裏面側引出電極１４１ａ、引出電極１４２まで延びる金属膜を用いた接続形態でもよい。

次に、圧電デバイス１００の製造方法について説明する。なお、圧電ウェハに対する各種工程（圧電振動片１３０の製造方法）については上記と同様であり、重複部分については説明を省略または簡略化する。圧電振動片１３０の製造と並行して、リッド部１１０及びベース部１２０が製造される。これらリッド部１１０及びベース部１２０においても、圧電振動片１３０と同様にそれぞれリッドウェハ、ベースウェハから個々を切り出す多面取りが行われる。

先ず、圧電ウェハとともに、リッドウェハ及びベースウェハが用意される。各ウェハは、圧電ウェハと同様に水晶結晶体からＡＴカットされたものが用いられる。これは、圧電デバイス１００の製造工程において、ウェハ同士を接合する工程やウェハの表面に金属膜を成膜する工程で、各ウェハが加熱されて熱膨張するが、熱膨張率の異なる素材のウェハを用いると、熱膨張率の差異によって変形や割れ等が生じる可能性があるからである。

リッドウェハの裏面には、フォトリソグラフィ法及びエッチングによって凹部１１１が形成される。ベースウェハの表面には、フォトリソグラフィ法及びエッチングによって凹部１２１及びキャスタレーション１２３、１２３ａが形成される。なお、リッドウェハ、ベースウェハに対する加工は、エッチング等に代えて機械的手法により行われてもよい。さらに、ベースウェハには、所定箇所にキャスタレーション電極１２４、１２４ａ、接続電極１２５、１２５ａ、及び外部電極１２６、１２６ａ、がメタルマスク等を用いたスパッタリングや真空蒸着によりそれぞれ形成される。

続いて、真空雰囲気下において、圧電ウェハの表面にリッドウェハを接合材１５０を介して接合させ、また、圧電ウェハの裏面にベースウェハを接合材１５０を介して接合させる。低融点ガラス等の接合材１５０は、加熱されることにより溶融状態となって塗布され、固化することによりウェハ同士を接合する。この接合時に、接合材１５０が連結部１３３の裏面等を伝わってキャビティ内（振動部１３１を収容する空間）内にはみ出すが、連結部１３３に形成された段部１３８によりその進行は止められる。その後、接合されたウェハを、予め設定されたスクライブラインに沿って切断することにより、個々の圧電デバイス１００が完成する。

このように、上記実施形態に係る圧電デバイスによれば、圧電振動片１３０の連結部１３３に段部１３８が形成されるため、接合材１５０が枠部１３２の内側にはみ出した場合でも段部１３８によって接合材１５０がさらに先に進むのを抑制し、接合材１５０が振動部１３１に接触するのを防止できる。これにより、振動特性の悪化を抑制して、信頼性の高い圧電デバイスを提供できる。なお、上記実施形態では、第１実施形態で説明した圧電振動片１３０を用いたが、これに代えて第２〜第５実施形態で説明した圧電振動片２３０等が用いられてもよい。

以上、圧電デバイスの実施形態について説明したが、本発明は、上述した説明に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、上記した実施形態では、圧電デバイスとして水晶振動子（圧電振動子）を示しているが、発振器であってもよい。発振器の場合は、ベース部１２０にＩＣ等が搭載され、圧電振動片１３０の引出電極１４１等や、ベース部１２０の外部電極１２６、１２６ａがそれぞれＩＣ等に接続される。また、上記した実施形態では、リッド部１１０及びベース部１２０として、圧電振動片１３０と同様のＡＴカットの水晶材が用いられるが、これに代えて、他のタイプの水晶材や、ガラス、セラミックス等が用いられてもよい。

１００…圧電デバイス
１１０…リッド部
１２０…ベース部
１３０、２３０、３３０、４３０、５３０、５３０ａ…圧電振動片
１３１…振動部
１３２…枠部
１３３…連結部
１３３ａ…表面
１３３ｂ…裏面
１３４…貫通穴
１３５…メサ部
１３６…メサ周辺部
１３７、１３７ａ、２３７、３３７…溝部
１３８、１３８ａ、２３８、３３８、４３８、４３８ａ、５３８、５３８ａ…段部
１３９、１４０…励振電極
１４１、１４２…引出電極
４３７…貫通孔
５３７、５３７ａ…切り欠き部

Claims (9)

1. 振動部と、前記振動部を囲む枠部と、前記振動部と前記枠部とを連結する連結部とを備える圧電振動片において、
   前記連結部の表面及び裏面の少なくとも一方に、前記枠部に塗布される接合材が前記振動部に達するのを規制するための段部が形成される圧電振動片。
2. 前記段部は、前記連結部または前記振動部に形成された溝部の一部である請求項１記載の圧電振動片。
3. 前記段部は、前記連結部の幅方向における中央部分を含んで形成される請求項１または請求項２記載の圧電振動片。
4. 前記段部は、前記連結部の幅方向いっぱいに形成される請求項３記載の圧電振動片。
5. 前記振動部は、中央部分のメサ部と前記メサ部より厚さが薄いメサ周辺部とを有し、
   前記メサ周辺部に対する前記メサ部の高さと、前記段部の段差高さとが等しい請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の圧電振動片。
6. 前記段部は、前記連結部の表面と裏面とを貫通する貫通孔を有する請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の圧電振動片。
7. 振動部と、前記振動部を囲む枠部と、前記振動部と前記枠部とを連結する連結部とを形成する本体形成工程と、
   前記連結部の表面及び裏面の少なくとも一方に、前記枠部に塗布される接合材が前記振動部に達するのを規制するための段部を形成する段部形成工程とを有する圧電振動片の製造方法。
8. 前記振動部に、中央部分のメサ部と、前記メサ部より厚さが薄いメサ周辺部とを形成するメサ形成工程を含み、
   前記段部形成工程は、前記メサ形成工程とともに行われる請求項７記載の圧電振動片の製造方法。
9. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の圧電振動片を含む圧電デバイス。

Images