JP2016009985A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】圧電振動素子を強固に固定できる圧電デバイスを提供する。
【解決手段】本発明の圧電デバイス１００は、圧電振動素子１３０と、圧電振動素子１３０が搭載された面である搭載面を有するベース１１０と、圧電振動素子１３０を搭載面に接合する金属の接合部材１４０と、を有し、接合部材１４０は、圧電振動素子１３０の搭載面に対向する面である第１面とは反対側の面である第２面に接合する領域を有する第１接合部材１４２と、第１接合部材１４２及び搭載面に接合する領域を有する第２接合部材１４４と、を有し、圧電振動素子１３０の第１面は、搭載面又は第２接合部材１４４に接する。
【選択図】図１

Description

本発明は圧電デバイスに関する。特に圧電振動素子を強固に固定できる圧電デバイスに関する。

携帯電話やパーソナルコンピュータなどの様々な電子機器には、主に周波数の選択や制御のために圧電振動素子を有する圧電デバイスが広く使われている。圧電デバイスは機能によって圧電振動子及び圧電発振器などに分類できる。そして、圧電振動素子に水晶が用いられた水晶振動子や水晶発振器などが広く知られており一般的に使われている。

ここで圧電デバイスとして、例えば特許文献１では次のようなものが開示されている。まず、凹部を有するベースがある。凹部には圧電振動素子が収容される。圧電振動素子には貫通孔が設けられ、貫通孔を通る金属バンプによって、ベースの凹部の底面に固定される。金属バンプは、ベースの底面及び圧電振動素子の下面に接する領域である底部と、底部の上部から上方に伸びて、底部より幅が狭く、圧電振動素子の貫通孔を通る胴部と、胴部の上部に位置して、胴部より幅が広く、圧電振動素子の上面に接する領域を持つ頭部とを有する。

特許文献１に記載の圧電デバイスでは、圧電振動素子が次のようにベースの凹部の底面に固定される。まず、ボンディングツールを用いて、ベースの底面に、底部及び胴部のみの金属バンプが形成される。次に、貫通孔が設けられた圧電振動素子が、金属バンプの底部の上側に配置される。このとき、圧電振動素子の貫通孔に金属バンプの胴部が通される。次に、圧電振動素子の上側にはみ出た金属バンプの胴部が、ボンディングツールによって、超音波印加をしながら押し潰されて、金属バンプの頭部が形成される。こうして圧電振動素子がベースの凹部の底面に固定される。

特開２００８−１６６８８４号公報

しかし、特許文献１で開示された圧電デバイスは、製造が困難であったり、圧電振動素子を固定する強度の確保が困難であったりする。このことを次に説明する。まず、圧電振動素子を強固にベースに固定するためには、金属バンプの頭部を所定の大きさにする必要がある。このためには、金属バンプをベースの底面に形成するときに、金属バンプの胴部を長くする必要がある。金属バンプの胴部を長くすることで、この胴部を圧電振動素子の貫通孔に通したとき、圧電振動素子の上側にはみ出た金属バンプの胴部の体積を大きくできる。したがって、金属バンプの頭部を所定の大きさにできると考えられる。しかし、金属バンプをベースの底面に形成するときに金属バンプの胴部を長くすると、金属バンプ自体の重さなどによって金属バンプの胴部が曲がってしまい、胴部を圧電振動素子の貫通孔に通すことができなくなることがある。したがって、圧電デバイスの製造が困難になる。

また、金属バンプをベースの底面に形成するときに、金属バンプの胴部が曲がらないように金属バンプの胴部を短くすると、金属バンプの頭部の大きさを確保できない。したがって、圧電振動素子を固定する強度の確保が困難になる。

このような事情に鑑みて、本発明は圧電振動素子を強固に固定できる圧電デバイスの提供を目的とする。

本発明の第１観点の圧電デバイスは、
圧電振動素子と、
前記圧電振動素子が搭載された面である搭載面を有するパッケージと、
前記圧電振動素子を前記搭載面に接合する金属の接合部材と、を有し、
前記接合部材は、前記圧電振動素子の前記搭載面に対向する面である第１面とは反対側の面である第２面に接合する領域を有する第１接合部材と、前記第１接合部材及び前記搭載面に接合する領域を有する第２接合部材と、を有し、
前記圧電振動素子の前記第１面は、前記搭載面又は前記第２接合部材に接することを特徴とする。

本発明の第２観点の圧電デバイスは、第１観点の圧電デバイスにおいて、
前記圧電振動素子には貫通孔が設けられ、
第１接合部材は前記貫通孔を塞ぐように前記第２面に接合され、
前記第２接合部材は、前記貫通孔を通って前記第１接合部材に接合する第２接合部材胴部と、前記第２接合部材胴部の前記第１面側の端部に設けられて前記貫通孔を塞ぐように前記第１面に接合された第２接合部材底部と、を有する。

本発明の第３観点の圧電デバイスは、第２観点の圧電デバイスにおいて、
前記第２面には凹部が設けられ、前記凹部の底部に前記貫通孔が設けられ、前記第１接合部材は前記凹部に収容される。

本発明の第４観点の圧電デバイスは、第１観点ないし第３観点のいずれか一つの圧電デバイスにおいて、
前記圧電振動素子は振動領域を有し、前記圧電振動素子における前記接合部材が接合する領域は前記振動領域より厚い。

本発明の第５観点の圧電デバイスは、第１観点ないし第４観点のいずれか一つの圧電デバイスにおいて、
前記第１接合部材及び前記第２接合部材はバンプである。

本発明の第６観点の圧電デバイスは、第１観点ないし第４観点のいずれか一つの圧電デバイスにおいて、
前記第１接合部材はハンダであり、前記第２接合部材はバンプである。

本発明の圧電デバイスによれば、圧電振動素子を強固にパッケージに固定できる。

（ａ）は圧電デバイス１００の断面図である。（ｂ）は圧電振動素子１３０の平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は製造過程における圧電デバイス１００の断面図である。 （ａ）は圧電デバイス２００の断面図である。（ｂ）は圧電振動素子２３０の平面図である。 （ａ）は圧電デバイス３００の断面図である。（ｂ）は圧電振動素子３３０の平面図である。 （ａ）は圧電デバイス４００の断面図である。（ｂ）は圧電振動素子４３０の平面図である。 （ａ）は圧電デバイス５００の断面図である。（ｂ）は圧電振動素子５３０の平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は製造過程における圧電デバイス５００の断面図である。 圧電デバイス６００の断面図である。

＜圧電デバイス１００の構成＞
本発明の実施の形態である圧電デバイス１００について、図１を参照して説明する。図１（ａ）は圧電デバイス１００の断面図である。図１（ｂ）は、圧電デバイス１００に収容された圧電振動素子１３０の平面図である。なお、図１（ａ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ線を通るように切断した場合の断面図である。

圧電デバイス１００は、内部に例えば水晶で形成された圧電振動素子１３０を持つ圧電振動子である。圧電デバイス１００は、図１（ａ）に示される通り、凹部を有するベース１１０と、ベース１１０の凹部を塞ぐようにベース１１０に接合された蓋体１２０とを有する。ここで、ベース１１０の底面に垂直な方向をＺ方向とする。また、ベース１１０から見て蓋体１２０のある方向を＋Ｚ方向とする。Ｚ方向に垂直な方向の一つをＸ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向に垂直な方向をＹ方向とする。＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向は、図１に示される通りである。なお、図１以外の図に示されたＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向は、図１に示されたものと同じ方向である。

ベース１１０は、平板状であってＺ方向から見たときに矩形である基部１１２、基部１１２の＋Ｚ側に設けられた壁部１１４及び基部１１２に設けられた電極とからなる。壁部１１４は、基部１１２を＋Ｚ側から見たとき、基部１１２の外縁に設けられ、基部１１２と壁部１１４とに囲まれた領域がベース１１０の凹部となる。凹部の底面となる基部１１２の＋Ｚ側の面には一対の搭載電極１５０が形成される。搭載電極１５０は、図示しない導電路を経由して、基部１１２の−Ｚ側の面に形成された外部端子１５２に導通する。基部１１２及び壁部１１４は例えばセラミックで形成される。

壁部１１４の＋Ｚ側の面には、ベース１１０の凹部を塞ぐように蓋体１２０が接合される。こうして、ベース１１０と蓋体１２０とによって、ベース１１０の凹部が密閉空間となったパッケージが構成される。蓋体１２０は平板状に形成される。そして、蓋体１２０は、例えば平板状のコバールの表面をＮｉ（ニッケル）の金属膜で覆われた構成とする。蓋体１２０は、例えば壁部１１４の＋Ｚ側の全面に形成された不図示の金属膜に銀ロウなどの接合材で接合され、壁部１１４の＋Ｚ側に固定される。

ベース１１０の凹部には、図１（ａ）に示される通り、圧電振動素子１３０が収容される。圧電振動素子１３０は、例えば水晶からなる平板状の圧電振動片１３１を有する。圧電振動片１３１の＋Ｚ側の主面及び−Ｚ側の主面には、図１（ａ）、（ｂ）に示される通り、互いに対向する領域に一対の励振電極１３４が設けられる。それぞれの励振電極１３４からは＋Ｙ方向に導電路１３３が伸びる。それぞれの導電路１３３の＋Ｙ側の端部には接続電極１３２が設けられる。

接続電極１３２は、図１（ｂ）に示される通り、圧電振動片１３１を＋Ｚ側から見たとき、＋Ｙ側かつ＋Ｘ側の角部に１つ設けられ、さらに、＋Ｙ側かつ−Ｘ側の角部に１つ設けられる。それぞれの接続電極１３２は、圧電振動片１３１の＋Ｚ側の面から、圧電振動片１３１の側面を通って、圧電振動片１３１の−Ｚ側の面まで伸びる。圧電振動素子１３０には、接続電極１３２が設けられた領域に、Ｚ方向に貫通した貫通孔１３５が設けられる。貫通孔１３５は、それぞれの接続電極１３２に１つ設けられる。

圧電振動素子１３０は、図１（ａ）に示される通り、接続電極１３２の領域に設けられた接合部材１４０によって、ベース１１０の凹部の底面にある搭載電極１５０に接合されて、ベース１１０に搭載される。したがって、圧電振動素子１３０が搭載される搭載面は、ベース１１０の凹部の底面となる基部１１２の＋Ｚ側の面となる。また、上述の通り、搭載電極１５０は外部端子１５２に導通する。したがって、一対の励振電極１３４の一方は外部端子１５２の一方に導通し、励振電極１３４の他方は外部端子１５２の他方に導通する。

次に接合部材１４０について説明する。接合部材１４０は、図１（ａ）に示される通り、搭載電極１５０の＋Ｚ側から＋Ｚ方向に伸びて圧電振動素子１３０の−Ｚ側の面まで達し、さらに、圧電振動素子１３０の貫通孔１３５を通って、圧電振動素子１３０の＋Ｚ側の面まで到達する。そして、圧電振動素子１３０は、＋Ｚ側の面及び−Ｚ側の面の一部が接合部材１４０に接する。

接合部材１４０は、圧電振動素子１３０の＋Ｚ側の面に位置する第１接合部材１４２と、圧電振動素子１３０の−Ｚ側の面及び圧電振動素子１３０の貫通孔１３５の内部に位置する第２接合部材１４４と、からなる。第１接合部材１４２及び第２接合部材１４４はそれぞれ金属のバンプであり、例えばＡｕ（金）のバンプである。

第１接合部材１４２は、Ｚ方向から見たとき貫通孔１３５より大きく、貫通孔１３５を塞ぐように圧電振動素子１３０の＋Ｚ側の面に配置される。したがって、第１接合部材１４２は、圧電振動素子１３０の＋Ｚ側の面に接合する領域を持つ。圧電振動素子１３０の＋Ｚ側の面における第１接合部材１４２が接合する領域には接続電極１３２が含まれており、第１接合部材１４２は接続電極１３２に接合することになる。なお、第１接合部材１４２の一部は、貫通孔１３５に入り込んでいてもよい。

第２接合部材１４４は、搭載電極１５０と圧電振動素子１３０とに挟まれた領域である第２接合部材底部１４６と、第２接合部材底部１４６の＋Ｚ側であって貫通孔１３５の内部を通る第２接合部材胴部１４５とを有する。第２接合部材底部１４６と第２接合部材胴部１４５とは一体的に形成される。第２接合部材底部１４６の−Ｚ側は搭載電極１５０に接合する。また、第２接合部材底部１４６は、Ｚ方向から見たとき貫通孔１３５より大きく、貫通孔１３５を塞ぐように圧電振動素子１３０の−Ｚ側の面に配置される。そして、第２接合部材底部１４６の＋Ｚ側には、圧電振動素子１３０の−Ｚ側の面であって貫通孔１３５の周囲に接合する領域がある。圧電振動素子１３０の−Ｚ側の面における第２接合部材底部１４６が接合する領域には接続電極１３２が含まれており、第２接合部材底部１４６は接続電極１３２に接合することになる。

第２接合部材底部１４６の＋Ｚ側からは＋Ｚ方向に第２接合部材胴部１４５が伸びる。第２接合部材胴部１４５は、圧電振動素子１３０の貫通孔１３５を通り、第１接合部材１４２の−Ｚ側に接合する。こうして、圧電振動素子１３０は、貫通孔１３５の近傍において、＋Ｚ側が第１接合部材１４２に接合し、−Ｚ側が第２接合部材底部１４６に接合することで、両方の主面が固定される。

＜圧電デバイス１００の製造方法＞
次に圧電デバイス１００の製造方法を説明する。まず、ベース１１０の製造方法の一例を説明する。はじめに、基部１１２となる領域を複数含んだ基部用のセラミックグリーンシートを用意する。そして、基部用のセラミックグリーンシートの基部１１２となる領域のそれぞれに、印刷などによって、搭載電極１５０、外部端子１５２、その他電極が形成される。

また、壁部１１４となる領域を複数含んだ壁部用のセラミックグリーンシートを用意する。この壁部用のセラミックグリーンシートには、壁部１１４となる領域のそれぞれに、打ち抜き加工などにより、貫通孔が形成される。この貫通孔はベース１１０の凹部となる領域である。次に、基部用のセラミックグリーンシートと壁部用のセラミックグリーンシートとが積層されて、焼成される。そして、この積層されたセラミックグリーンシートは隣接する壁部１１４の境界で分割されて、複数のベース１１０が形成される。

次に、圧電振動素子１３０の製造方法の一例を説明する。まず、水晶ウエハが例えばウエットエッチングされることで、複数の圧電振動片１３１、及び、それぞれの圧電振動片１３１を取り囲む枠部が形成される。それぞれの圧電振動片１３１は、圧電振動片１３１の一部から伸びる支持部によって枠部に支持された状態になる。このウエットエッチングの時、貫通孔１３５も同時に形成される。次に、スパッタなどによって、圧電振動片１３１に励振電極１３４、導電路１３３、及び、接続電極１３２が形成されて、圧電振動素子１３０が支持部によって枠部に支持された状態になる。次に、支持部を切断することで、圧電振動片１３１が枠部から分離されて、個片になった圧電振動素子１３０が形成される。

次に、圧電振動素子１３０をベース１１０に搭載する方法について、図２を参照して説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は製造過程における圧電デバイス１００の断面図である。

まず、キャピラリ１９０に、例えばＡｕのワイヤが通される。次に、ワイヤの先端が加熱され、図２（ａ）に示される通り、ワイヤの先端に第２接合部材底部１４６が形成される。次に、キャピラリ１９０が図２（ａ）の矢印の方向に下され、第２接合部材底部１４６が搭載電極１５０に接触させられて、押圧される。次に、第２接合部材底部１４６が押圧された状態で、キャピラリ１９０に超音波の振動を発生させて、第２接合部材底部１４６が搭載電極１５０に接合される。次に、キャピラリ１９０を引き上げて、第２接合部材底部１４６の＋Ｚ側のワイヤを所定の位置で切断する。この第２接合部材底部１４６の＋Ｚ側のワイヤが第２接合部材胴部１４５となる。第２接合部材胴部１４５の長さは、圧電振動素子１３０の貫通孔１３５の長さと同程度にする。

次に、図２（ｂ）に示される通り、第２接合部材１４４に圧電振動素子１３０を嵌め込む。すなわち、第２接合部材胴部１４５が圧電振動素子１３０の貫通孔１３５に通されて、圧電振動素子１３０がベース１１０の凹部の底面に置かれる。第２接合部材底部１４６はＺ方向から見たときに貫通孔１３５より大きいため、圧電振動素子１３０の−Ｚ側の面の一部は第２接合部材底部１４６と接触する。

次に、キャピラリ１９０に、例えばＡｕのワイヤが通される。次に、ワイヤの先端が加熱され、図２（ｂ）に示される通り、ワイヤの先端に第１接合部材１４２が形成される。次に、キャピラリ１９０が図２（ｂ）の矢印の方向に下され、第１接合部材１４２が、圧電振動素子１３０の＋Ｚ側の面に接触させられて、押圧される。このとき、第１接合部材１４２は圧電振動素子１３０の貫通孔１３５を塞ぐように接触させられる。次に、第１接合部材１４２が押圧された状態で、キャピラリ１９０に超音波の振動を発生させて、第１接合部材１４２が圧電振動素子１３０に接合される。このとき、同時に第１接合部材１４２の−Ｚ側の領域であって貫通孔１３５を覆う領域が、第２接合部材胴部１４５の＋Ｚ側の面に接合する。さらに、第２接合部材底部１４６の接続電極１３２に接した領域が、接続電極１３２に接合する。次に、第２接合部材底部１４６の＋Ｚ側の端部でワイヤが切断される。こうして、図２（ｃ）に示される通り、圧電振動素子１３０がベース１１０の凹部に搭載される。

最後に、蓋体１２０が、ロウ材などによって壁部１１４の＋Ｚ側の面に接合されて、圧電振動素子１３０がベース１１０と蓋体１２０とによって形成される空間に密閉される。このようにして図１（ａ）に記載の圧電デバイス１００が製造される。

このように、圧電振動素子１３０は、＋Ｚ側の面及び−Ｚ側の面における貫通孔１３５の周囲が接合部材１４０に接合する。すなわち、圧電振動素子１３０は両主面で接合部材１４０に固定される。よって、圧電振動素子１３０は強固にベース１１０に固定される。したがって、圧電デバイス１００に例えば外部から衝撃が加わった場合でも、圧電振動素子１３０が傾いて基部１１２に接触する、という問題などを回避できる。

また、図２（ｂ）に示される通り、第２接合部材胴部１４５の長さは、圧電振動素子１３０の貫通孔１３５の長さ程度あれば十分である。よって、圧電デバイス１００を製造する過程で、第２接合部材胴部１４５が曲がることで第２接合部材胴部１４５を貫通孔１３５に挿入することが困難になる、という問題を回避できる。したがって、圧電デバイス１００の製造時の歩留まりの悪化を回避できる。

また、接合部材１４０は金属で形成される。よって、圧電振動素子１３０をベース１１０と蓋体１２０とで形成される空間に密閉した後に、接合部材１４０からガスが放出されるおそれ小さい。したがって、ガスによって圧電デバイス１００の振動特性が変化する、という問題などを回避できる。

＜第１の変形例＞
圧電デバイス１００に収容される圧電振動素子１３０の形状は、上述した形状に限定されるものではない。この例として、圧電デバイス２００について、図３を参照して説明する。図３（ａ）は圧電デバイス２００の断面図である。図３（ｂ）は、圧電デバイス２００に収容された圧電振動素子２３０の平面図である。なお、図３（ａ）は、図３（ｂ）のＢ−Ｂ線を通るように切断した場合の断面図である。また、以下の説明では、圧電デバイス１００と同じ部分に関しては圧電デバイス１００と同じ符号を付してその説明を簡略又は省略する。

圧電振動素子２３０は、図１（ａ）及び（ｂ）に示された圧電振動素子１３０と同様に、例えば水晶からなる圧電振動片２３１を有する。しかし、圧電振動片２３１は、厚みが一定ではなく、励振電極１３４が形成された領域である振動領域２３９の＋Ｙ側に厚肉部２３６を有する。厚肉部２３６の厚さは振動領域２３９の厚さより厚く形成される。厚肉部２３６は、圧電振動片２３１の＋Ｚ側の面及び−Ｚ側の面の両方で、振動領域２３９の表面から隆起する形状になっている。なお、厚肉部２３６は、圧電振動片２３１の＋Ｚ側の面又は−Ｚ側の面の一方の面でのみ振動領域２３９の表面から隆起する形状になっていてもよい。

図３（ｂ）に示される通り、厚肉部２３６の＋Ｘ側及び−Ｘ側のそれぞれには接続電極１３２が設けられ、接続電極１３２は、導電路１３３を経由して励振電極１３４に導通する。そして、圧電振動素子２３０には、接続電極１３２が設けられた領域に、Ｚ方向に貫通した貫通孔１３５が設けられる。貫通孔１３５は、それぞれの接続電極１３２に１つ設けられる。

そして、圧電振動素子２３０は、厚肉部２３６に設けた接合部材１４０によってベース１１０に接合される。接合部材１４０の第１接合部材１４２は、振動領域２３９の＋Ｚ側の面に配置され、貫通孔１３５の周囲に接合する。また接合部材１４０の第２接合部材底部１４６は、振動領域２３９の−Ｚ側の面に配置され、貫通孔１３５の周囲に接合する。さらに第２接合部材底部１４６は搭載電極１５０に接合する。そして、第２接合部材底部１４６の＋Ｚ側からは＋Ｚ方向に第２接合部材胴部１４５が伸びて貫通孔１３５の内部を通り、第２接合部材胴部１４５の＋Ｚ側の端部は第１接合部材１４２に接合する。

圧電デバイス２００は、圧電デバイス１００と同様の方法で製造される。なお、圧電振動片２３１の厚肉部２３６及び振動領域２３９は、例えば次のように形成される。すなわち、水晶ウエハで圧電デバイス２００を形成する際に、フォトリソ技術を用いて厚肉部２３６となる領域にレジストでマスクを形成する。そして、露出した振動領域２３９をエッチングすることで、振動領域２３９を厚肉部２３６より薄くする。

このような圧電デバイス２００は、圧電振動素子２３０が厚肉部２３６に設けた接合部材１４０によってベース１１０に接合される。よって、第１接合部材１４２が押圧された状態で、キャピラリ１９０に超音波の振動を発生させて、第１接合部材１４２が圧電振動素子２３０に接合される場合でも、押圧や振動による応力は厚肉部２３６に加わる。したがって、圧電振動素子２３０が破損するおそれが低減する。

また、圧電デバイス１００と同様に、圧電振動素子２３０は両主面で接合部材１４０に固定される。よって、圧電振動素子２３０は強固にベース１１０に固定される。また、圧電デバイス２００を製造する過程で、第２接合部材胴部１４５が曲がることで第２接合部材胴部１４５を貫通孔１３５に挿入することが困難になる、という問題を回避できる。また、接合部材１４０は金属で形成される。よって、圧電振動素子２３０をベース１１０と蓋体１２０とで形成される空間に密閉した後に、接合部材１４０からガスが放出されるおそれ小さい。

＜第２の変形例＞
次に圧電振動素子１３０の他の例が用いられた圧電デバイス３００について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は圧電デバイス３００の断面図である。図４（ｂ）は、圧電デバイス３００に収容された圧電振動素子３３０の平面図である。なお、図４（ａ）は、図４（ｂ）のＣ−Ｃ線を通るように切断した場合の断面図である。

圧電振動素子３３０は、図３（ａ）及び（ｂ）に示された圧電振動素子２３０と同様に、例えば水晶からなる圧電振動片２３１を有する。そして、圧電振動片２３１は、振動領域２３９と、振動領域２３９より厚肉の厚肉部２３６とからなる。厚肉部２３６には、凹部３３７が設けられる。

凹部３３７は、図４（ｂ）に示される通り、厚肉部２３６の＋Ｚ側の面における＋Ｘ側と−Ｘ側の２箇所に形成される。さらに、凹部３３７は、厚肉部２３６の−Ｚ側の面における＋Ｘ側と−Ｘ側の２箇所に形成される。厚肉部２３６の＋Ｚ側の面に形成された凹部３３７と、厚肉部２３６の−Ｚ側の面に形成された凹部３３７とは、Ｚ方向から見たとき重なる位置になるように形成される。また、凹部３３７の底部の周囲は全て厚肉部２３６に囲まれる。凹部３３７の底部には貫通孔１３５が設けられる。貫通孔１３５は、Ｚ方向から見たときに互いに重なる一対の凹部３３７を繋ぐように設けられる。

図４（ｂ）に示される通り、厚肉部２３６の＋Ｚ側の凹部３３７が設けられた領域には接続電極１３２が形成される。この接続電極１３２は、接続電極１３２の側面を通って、厚肉部２３６の−Ｚ側の凹部３３７が設けられた領域まで伸びる。このような接続電極１３２が、厚肉部２３６の＋Ｘ側及び−Ｘ側に形成される。なお、接続電極１３２が設けられる領域には凹部３３７の側部及び底部が含まれる。そして、接続電極１３２は導電路１３３を経由して励振電極１３４に導通する。

圧電振動素子３３０は、厚肉部２３６に設けた接合部材１４０によってベース１１０に接合される。接合部材１４０の第１接合部材１４２は、図４（ａ）に示される通り、＋Ｚ側の凹部３３７に収容される。そして、第１接合部材１４２は、凹部３３７の底部に接合する。なお、第１接合部材１４２の＋Ｚ側の端部は、厚肉部２３６の＋Ｚ側の面より＋Ｚ側又は−Ｚ側のどちらにあってもよい。また、第１接合部材１４２が接合する凹部３３７の底部は、圧電振動素子３３０の＋Ｚ側の面ということができる。

接合部材１４０の第２接合部材底部１４６は、図４（ａ）に示される通り、−Ｚ側の凹部３３７に収容される。そして、第２接合部材底部１４６は、凹部３３７の底部に接合される。さらに第２接合部材底部１４６は搭載電極１５０に接合する。そして、第２接合部材底部１４６の＋Ｚ側からは＋Ｚ方向に第２接合部材胴部１４５が伸びて貫通孔１３５の内部に配置される。第２接合部材胴部１４５の＋Ｚ側は第１接合部材１４２に接合する。なお、第２接合部材底部１４６が接合する凹部３３７の底部は、圧電デバイス３００の−Ｚ側の面ということができる。

圧電デバイス３００は、圧電デバイス１００及び圧電デバイス２００と同様の方法で製造される。なお、厚肉部２３６の凹部３３７は、例えば次のように形成される。すなわち、水晶ウエハで圧電デバイス２００を形成する際に、フォトリソ技術を用いて、凹部３３７となる領域を除いた厚肉部２３６となる領域及び振動領域２３９となる領域にレジストでマスクが形成される。そして、露出した領域がエッチングされることで、凹部３３７が形成される。

このような圧電デバイス３００は、第１接合部材１４２及び第２接合部材底部１４６は凹部３３７に収容される。よって、Ｚ方向について、第１接合部材１４２及び第２接合部材底部１４６が厚肉部２３６からはみ出す大きさが小さくなる。したがって、圧電デバイス３００の低背化が可能となる。

また、圧電デバイス２００と同様に、圧電振動素子３３０が厚肉部２３６に設けた接合部材１４０によってベース１１０に接合される。したがって、接合時の応力は厚肉部２３６に加わるため、圧電振動素子３３０が破損するおそれが低減する。また、上記実施形態と同様に、圧電振動素子３３０は強固にベース１１０に固定される。また、圧電デバイス３００を製造する過程で、第２接合部材胴部１４５が曲がることで第２接合部材胴部１４５を貫通孔１３５に挿入することが困難になる、という問題を回避できる。また、接合部材１４０は金属で形成される。よって、圧電振動素子３３０をベース１１０と蓋体１２０とで形成される空間に密閉した後に、接合部材１４０からガスが放出されるおそれ小さい。

なお、凹部３３７は、厚肉部２３６の＋Ｚ側又は−Ｚ側のいずれか一方にのみ形成されてもよい。これにより、凹部３３７を形成する製造工程が簡素化され、生産性の向上が実現される。

＜第３の変形例＞
次に圧電振動素子１３０の他の例が用いられた圧電デバイス４００について、図５を参照して説明する。図５（ａ）は圧電デバイス４００の断面図である。図５（ｂ）は、圧電デバイス４００に収容された圧電振動素子４３０の平面図である。なお、図５（ａ）は、図５（ｂ）のＤ−Ｄ線を通るように切断した場合の断面図である。

圧電振動素子４３０は、図４（ａ）及び（ｂ）に示された圧電振動素子３３０と同様に、例えば水晶からなる圧電振動片２３１を有する。そして、圧電振動片２３１は、振動領域２３９と、振動領域２３９より厚肉の厚肉部２３６とからなる。厚肉部２３６には、凹部４３７が設けられる。

凹部４３７は、図５（ｂ）に示される通り、厚肉部２３６の＋Ｚ側の面における＋Ｘ側と−Ｘ側の２箇所に形成される。さらに、凹部４３７は、厚肉部２３６の−Ｚ側の面における＋Ｘ側と−Ｘ側の２箇所にも形成される。厚肉部２３６の＋Ｚ側の面に形成された凹部４３７と、厚肉部２３６の−Ｚ側の面に形成された凹部４３７とは、Ｚ方向から見たとき重なる位置に形成される。また、凹部４３７は、凹部４３７の底部の＋Ｙ側の端部と、凹部４３７の底部の＋Ｘ側の端部又は−Ｘ側の端部とが、圧電振動片２３１の外周まで伸びる。すなわち、凹部４３７は、凹部４３７の＋Ｙ側の端部と、凹部４３７の底部の＋Ｘ側の端部又は−Ｘ側の端部とが圧電振動片２３１の外側に開放されている。凹部４３７の底部には貫通孔１３５が設けられる。貫通孔１３５は、Ｚ方向から見たときに互いに重なる一対の凹部４３７を繋ぐように設けられる。なお、凹部４３７は、図５（ｂ）とは異なる部分が圧電振動片２３１の外側に開放されていてもよい。例えば、凹部４３７は、凹部４３７の＋Ｙ側の端部のみ、又は、凹部４３７の＋Ｘ側の端部若しくは−Ｘ側の端部のみが、圧電振動片２３１の外側に開放されていてもよい。

そして、圧電振動素子４３０は、厚肉部２３６に設けた接合部材１４０によってベース１１０に接合される。接合部材１４０の第１接合部材１４２は、図５（ａ）に示される通り、＋Ｚ側の凹部４３７に収容される。そして、第１接合部材１４２は、凹部４３７の底部に接合する。なお、第１接合部材１４２の＋Ｚ側の端部は、厚肉部２３６の＋Ｚ側の面より＋Ｚ側又は−Ｚ側のどちらにあってもよい。また、第１接合部材１４２が接合する凹部４３７の底部は、圧電振動素子４３０の＋Ｚ側の面ということができる。

また、接合部材１４０の第２接合部材底部１４６は、図５（ａ）に示される通り、−Ｚ側の凹部４３７に収容される。そして、第２接合部材底部１４６は、凹部３３７の底部に接合される。さらに第２接合部材底部１４６は搭載電極１５０に接合する。そして、第２接合部材底部１４６の＋Ｚ側からは＋Ｚ方向に第２接合部材胴部１４５が伸びて貫通孔１３５の内部を通り、第２接合部材胴部１４５の＋Ｚ側は第１接合部材１４２に接合する。なお、第２接合部材底部１４６が接合する凹部４３７の底部は、圧電デバイス３００の−Ｚ側の面ということができる。また、圧電デバイス４００は圧電デバイス３００と同様の方法で製造される。

このような圧電デバイス４００は、圧電振動片２３１の凹部４３７の一部が振動領域２３９の外側に開放されている。よって、Ｚ方向から見たときに、圧電振動素子４３０を小型化できる。したがって、圧電デバイス４００の小型化が可能となる。また、圧電デバイス４００は、圧電デバイス３００と同様に低背化が可能となる。

また、圧電デバイス２００と同様に、圧電振動素子４３０が厚肉部２３６に設けた接合部材１４０によってベース１１０に接合される。したがって、接合時の応力は厚肉部２３６に加わるため、圧電振動素子４３０が破損するおそれが低減する。また、上記実施形態と同様に、圧電振動素子４３０は強固にベース１１０に固定される。また、圧電デバイス４００を製造する過程で、第２接合部材胴部１４５が曲がることで第２接合部材胴部１４５を貫通孔１３５に挿入することが困難になる、という問題を回避できる。また、接合部材１４０は金属で形成される。よって、圧電振動素子４３０をベース１１０と蓋体１２０とで形成される空間に密閉した後に、接合部材１４０からガスが放出されるおそれ小さい。

＜第４の変形例＞
上記の実施の形態では、例えば図１（ａ）に示す圧電デバイス１００のように、圧電振動素子１３０には貫通孔１３５が設けられた。しかし、貫通孔１３５は設けられなくてもよい。この例として圧電デバイス５００について図６を参照して説明する。図６（ａ）は圧電デバイス５００の断面図である。図６（ｂ）は、圧電デバイス５００に収容された圧電振動素子５３０の平面図である。なお、図６（ａ）は、図６（ｂ）のＥ−Ｅ線を通るように切断した場合の断面図である。

図６（ａ）に示される通り、ベース５１０の凹部の底面における＋Ｙ側及び−Ｙ側には突起である枕部５１６が設けられる。枕部５１６の＋Ｚ側の面には搭載電極１５０が設けられる。搭載電極１５０は不図示の導電路によって外部端子１５２に導通する。

ベース５１０は、平板状の基部１１２の＋Ｚ側の外縁に壁部５１４を有し、基部１１２と壁部５１４とに囲まれた領域がベース５１０の凹部となる。壁部５１４は、例えば、−Ｚ側の第１壁部５１４Ａ及び＋Ｚ側の第２壁部５１４Ｂの２層からなる。第１壁部５１４Ａは、Ｚ方向から見たとき、第２壁部５１４Ｂの内側まで伸びる。そして、第１壁部５１４Ａの一部が枕部５１６となる。第１壁部５１４Ａ及び第２壁部５１４Ｂは、それぞれ、例えばセラミックで形成される。

枕部５１６には圧電振動素子５３０が搭載される。圧電振動素子５３０は、例えば水晶からなる圧電振動片５３１を有する。圧電振動片５３１は、図６（ｂ）に示される通り、Ｚ方向から見たときに矩形状である。圧電振動片５３１は中央に振動領域５３９を有し、振動領域５３９の周囲に、振動領域５３９より厚い厚肉部５３６を有する。したがって、圧電振動片５３１は逆メサの形状となる。厚肉部５３６の＋Ｚ側における＋Ｙ側及び−Ｙ側の端部には凹部５３７が設けられる。凹部５３７の一部は圧電振動片５３１の外側に開放されている。具体的には、＋Ｙ側の凹部５３７は、凹部５３７の＋Ｙ側及び＋Ｘ側が圧電振動片５３１の外側に開放され、−Ｙ側の凹部５３７は、凹部５３７の−Ｙ側及び−Ｘ側が圧電振動片５３１の外側に開放される。したがって、厚肉部５３６の＋Ｚ側おける＋Ｙ側及び−Ｙ側の端部には、厚肉部５３６の＋Ｚ側の面から凹む段差が設けられることになる。

振動領域５３９の＋Ｚ側の主面及び−Ｚ側の主面には、図６（ａ）、（ｂ）に示される通り、互いに対向する領域に一対の励振電極１３４が設けられる。＋Ｚ側の主面の励振電極１３４からは＋Ｙ方向に導電路１３３が伸びる。この導電路１３３の＋Ｙ側の端部となる厚肉部５３６には接続電極１３２が設けられる。この＋Ｙ側の接続電極１３２は、凹部５３７の表面を含む領域に形成される。＋Ｙ側の接続電極１３２は、厚肉部５３６の側面を通って、圧電振動片５３１の−Ｚ側の主面まで伸びる。

また、−Ｚ側の主面の励振電極１３４からは−Ｙ方向に導電路１３３が伸びる。この導電路１３３の−Ｙ側の端部となる厚肉部５３６には接続電極１３２が設けられる。この−Ｙ側の接続電極１３２は、厚肉部５３６の側面を通って、厚肉部５３６の＋Ｚ側の主面まで伸びる。そして、−Ｙ側の接続電極１３２は、凹部５３７の表面を含む領域に形成される。

圧電振動素子５３０は、厚肉部５３６が枕部５１６に置かれることで、ベース５１０の凹部に搭載される。したがって、圧電振動素子５３０が搭載される搭載面は、枕部５１６の＋Ｚ側の面を含んだベース５１０の底面となる。このとき、厚肉部５３６の−Ｚ面側の接続電極１３２は搭載電極１５０と接する。したがって、励振電極１３４は外部端子１５２と導通する。そして、圧電振動素子５３０は、厚肉部５３６が、第１接合部材５４２及び第２接合部材５４４からなる接合部材５４０でベース５１０に接合される。第１接合部材５４２及び第２接合部材５４４は、それぞれ金属のバンプであり、例えばＡｕ（金）のバンプである。次のこの接合について説明する。

圧電振動素子５３０の側面には、第２接合部材５４４が配置される。第２接合部材５４４の−Ｚ側は搭載電極１５０に接合する。第２接合部材５４４の側面は、圧電振動素子５３０の側面に接する。なお、第２接合部材５４４の側面は、圧電振動素子５３０の側面から離間してもよい。第２接合部材５４４の＋Ｚ側には、第１接合部材５４２が接合される。第１接合部材５４２は凹部５３７まで伸びており、第１接合部材５４２の−Ｚ側は、第２接合部材５４４のみではなく、凹部５３７の底部にも接合する。

次に圧電デバイス５００の製造方法について図７を参照して説明する。図７（ａ）〜（ｃ）は製造過程における圧電デバイス５００の断面図である。まずベース５１０及び圧電振動素子５３０を用意する。ベース５１０は、上記実施形態の例えばベース１１０と同様に形成できる。なお、ベース５１０は、壁部５１４は第１壁部５１４Ａ及び第２壁部５１４Ｂが２層になっている。したがって、ベース５１０は、基部用のセラミックグリーンシートと、第１壁部用のセラミックグリーンシートと、第２壁部用のセラミックグリーンシートとを積層して形成される。また、圧電振動素子５３０は、例えば図２（ａ）に示された圧電振動素子２３０と同様の方法で製造される。

次に、図７（ａ）に示される通り、圧電振動素子５３０がベース５１０の底面に載置される。このとき、厚肉部２３６が枕部５１６に置かれ、厚肉部２３６の接続電極１３２が搭載電極１５０と接する。

次に、図７（ｂ）に示される通り、例えばＡｕのワイヤの先端に第２接合部材５４４が形成されたキャピラリ１９０を図７（ｂ）の矢印の方向に下され、第２接合部材５４４が搭載電極１５０に接触させられ、押圧される。このとき、第２接合部材５４４は、圧電振動素子５３０の側面であって、凹部５３７の外側となる側面に接するように、搭載電極１５０に接触させられる。次に、第２接合部材５４４が押圧された状態でキャピラリ１９０に超音波の振動を発生させて、第２接合部材５４４が搭載電極１５０に接合される。次に、第２接合部材５４４の＋Ｚ側が、キャピラリ１９０のワイヤから切断される。

次に、図７（ｃ）に示される通り、例えばＡｕのワイヤの先端に第１接合部材５４２が形成されたキャピラリ１９０を図７（ｃ）の矢印の方向に下され、第１接合部材５４２が、第２接合部材５４４の＋Ｚ側及び凹部５３７の底部に接触させられ、押圧される。次に、第１接合部材５４２が押圧された状態でキャピラリ１９０に超音波の振動を発生させて、第１接合部材５４２が第２接合部材５４４の＋Ｚ側及び凹部５３７の底部に接合される。次に、第１接合部材５４２の＋Ｚ側が、キャピラリ１９０のワイヤから切断される。こうして圧電振動素子５３０がベース５１０に搭載される。

最後に、蓋体１２０が、ロウ材などによって壁部５１４の＋Ｚ側の面に接合されて、圧電振動素子５３０がベース１１０と蓋体１２０とによって形成される空間に密閉される。このようにして図６（ａ）に記載の圧電デバイス５００が製造される。

このように、圧電振動素子５３０は、＋Ｚ側の面が凹部５３７の底部の接合された第１接合部材５４２で固定され、−Ｚ側の面が枕部５１６に接して固定される。すなわち、圧電振動素子５３０は両主面で接合部材５４０に固定される。よって、圧電振動素子５３０は強固にベース１１０に固定される。

また、第２接合部材５４４は圧電振動素子５３０に重なる位置には配置されず、圧電振動素子５３０の側面に配置される。したがって、圧電デバイス５００の低背化が可能となる。また、接合部材５４０は金属で形成される。よって、圧電振動素子５３０をベース５１０と蓋体１２０とで形成される空間に密閉した後に、接合部材５４０からガスが放出されるおそれ小さい。

なお、本変形例では、図７に示される通り、圧電振動素子５３０がベース５１０の底面に載置された後に、第２接合部材５４４及び第１接合部材５４２がベース５１０の底面に接合された。しかし、この順序を変えて、ベース５１０の底面に第２接合部材５４４が接合された後に、ベース５１０の底面に圧電振動素子５３０が載置されて、その後、第１接合部材５４２が接合されてもよい。この場合は、先に接合された第２接合部材５４４を基準にして圧電振動素子５３０をベース５１０の底面に載置できるため、圧電振動素子５３０の位置決めが容易である。また、圧電振動素子５３０をベース５１０の底面に載置したとき、圧電振動素子５３０の側面に第２接合部材５４４が位置する。よって、このとき、圧電振動素子５３０は、第２接合部材５４４とは接合はしていないものの、第２接合部材５４４に挟まれて固定される。したがって、第１接合部材５４２が接合される前であっても、圧電振動素子５３０が所定の位置から移動して不良品になる、というおそれが低減する。

＜第５の変形例＞
上記の実施の形態では、例えば図１（ａ）に示す圧電デバイス１００のように、第１接合部材１４２にはＡｕなどの金属のバンプが用いられた。しかし、第１接合部材１４２は金属のバンプではなくてもよい。この例として圧電デバイス６００について図８を参照して説明する。図８は圧電デバイス６００の断面図である。

圧電デバイス６００の接合部材６４０は、図１（ａ）に示される圧電デバイス１００と同様に、第１接合部材６４２及び第２接合部材１４４からなる。そして、第２接合部材１４４は、圧電デバイス１００と同様に、Ａｕなどの金属のバンプである。しかし、第１接合部材６４２は、圧電デバイス１００と異なり、金属のバンプではなくハンダである。そして、ハンダの第１接合部材６４２は、圧電振動素子１３０の＋Ｚ側面に、貫通孔１３５を塞ぐように配置され、貫通孔１３５の周囲に接合される。さらに、第１接合部材６４２は第２接合部材胴部１４５の＋Ｚ側にも接合する。

次に圧電デバイス６００の製造方法を説明する。まず、図２（ｂ）に示されたように、ベース１１０の底面に形成された第２接合部材胴部１４５を圧電振動素子１３０の貫通孔１３５に通して、圧電振動素子１３０がベース１１０の底面に載置される。ただし、図２（ｂ）のような、第１接合部材１４２を形成したキャピラリ１９０は使われず、代わりに、貫通孔１３５の＋Ｚ側を覆うように、ハンダの第１接合部材６４２が圧電振動素子１３０の＋Ｚ側の面に載置される。次に、第１接合部材６４２が加熱されて溶融される。次に第１接合部材６４２が冷却されて、第１接合部材６４２が圧電振動素子１３０の＋Ｚ側の面に固定される。

このような圧電デバイス６００は、圧電振動素子１３０の＋Ｚ側の面の貫通孔１３５の周囲に、ハンダである第１接合部材６４２が接合される。また、第１接合部材６４２の接合は、ハンダを溶融させた後に冷却することで行われる。よって、この接合時に圧電振動素子１３０に、例えば金属のバンプを接合する際に加わるような応力は生じない。したがって、圧電振動素子１３０の破損のおそれが低減する。

また、上記実施形態と同様に、貫通孔１３５の周辺において、圧電振動素子１３０の＋Ｚ側の主面は第１接合部材６４２に接合し、−Ｚ側の主面は第２接合部材底部１４６で支えられる。よって、圧電振動素子１３０は両方の主面で接合部材６４０に固定される。したがって、圧電振動素子１３０は強固にベース１１０に固定される。

また、上記実施形態と同様に、圧電デバイス６００を製造する過程で、第２接合部材胴部１４５が曲がることで第２接合部材胴部１４５を貫通孔１３５に挿入することが困難になる、という問題を回避できる。また、接合部材６４０のうち、第２接合部材１４４は金属のバンプであり、第１接合部材６４２はハンダである。よって、圧電振動素子１３０をベース１１０と蓋体１２０とで形成される空間に密閉した後に、接合部材６４０からガスが放出されるおそれ小さい。

なお、圧電デバイス６００には、上記の各実施の形態の圧電振動素子及びベースを用いてもよい。例えば、図４に示された圧電振動素子３３０を用いた場合、図４の第１接合部材１４２の代わりに、ハンダの第１接合部材６４２が用いられる。ハンダである第１接合部材６４２は、＋Ｚ側の凹部３３７に収容される。したがって、圧電デバイス６００の製造過程で第１接合部材６４２を溶融させても、第１接合部材６４２が凹部３３７から溢れだして例えば励振電極１３４に流れる、といったおそれが低減する。

＜その他の変形例＞
上記の実施形態では圧電振動片が矩形であったが、例えば音叉型など、他の形状でもよい。また、上記の実施形態では圧電振動片が水晶であったが、その他の圧電材料、例えばタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム又は圧電セラミックを用いてもよい。また、上記の実施形態では圧電振動子を示したが、発振回路を備えたＩＣを搭載した圧電発振器であっても同様に適用できる。

１００、２００、３００、４００、５００、６００ ... 圧電デバイス
１１０、５１０ ... ベース
１１２ ... 基部
１１４、５１４ ... 壁部
１２０ ... 蓋体
１３０、２３０、３３０、４３０、５３０ ... 圧電振動素子
１３１、２３１、５３１ ... 圧電振動片
１３２ ... 接続電極
１３３ ... 導電路
１３４ ... 励振電極
１３５ ... 貫通孔
１４０、５４０、６４０ ... 接合部材
１４２、５４２、６４２ ... 第１接合部材
１４４、５４４ ... 第２接合部材
１４５ ... 第２接合部材胴部
１４６ ... 第２接合部材底部
１５０ ... 搭載電極
１５２ ... 外部端子
１９０ ... キャピラリ
２３６、５３６ ... 厚肉部
２３９、５３９ ... 振動領域
３３７、４３７、５３７ ... 凹部
５１４Ａ ... 第１壁部
５１４Ｂ ... 第２壁部
５１６ ... 枕部

Claims (6)

1. 圧電振動素子と、
   前記圧電振動素子が搭載された面である搭載面を有するパッケージと、
   前記圧電振動素子を前記搭載面に接合する金属の接合部材と、を有し、
   前記接合部材は、前記圧電振動素子の前記搭載面に対向する面である第１面とは反対側の面である第２面に接合する領域を有する第１接合部材と、前記第１接合部材及び前記搭載面に接合する領域を有する第２接合部材と、を有し、
   前記圧電振動素子の前記第１面は、前記搭載面又は前記第２接合部材に接することを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記圧電振動素子には貫通孔が設けられ、
   第１接合部材は前記貫通孔を塞ぐように前記第２面に接合され、
   前記第２接合部材は、前記貫通孔を通って前記第１接合部材に接合する第２接合部材胴部と、前記第２接合部材胴部の前記第１面側の端部に設けられて前記貫通孔を塞ぐように前記第１面に接合された第２接合部材底部と、を有する請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記第２面には凹部が設けられ、前記凹部の底部に前記貫通孔が設けられ、前記第１接合部材は前記凹部に収容された請求項２に記載の圧電デバイス。
4. 前記圧電振動素子は振動領域を有し、前記圧電振動素子における前記接合部材が接合する領域は前記振動領域より厚い請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
5. 前記第１接合部材及び前記第２接合部材はバンプである請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
6. 前記第１接合部材はハンダであり、前記第２接合部材はバンプである請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧電デバイス。