JP2016195345A - 圧電デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電デバイスとして剛性を向上させつつ、外部からの異物の侵入付着を防止し、外部出力信号の不安定化を生じない圧電デバイス及びその製造方法を提供する。
【解決手段】貫通孔１１５を有する第一基板１１１と第一基板１１１の上面の外周縁に沿って設けられた第一枠部１１２とで形成された第一凹部１１６を有する基体１１０と、少なくとも第二基板１２１を備えた素子搭載部材１２９と、第二基板１２１の上面に実装された圧電素子１２３と、素子搭載部材１２９に接合することで圧電素子を気密封止する蓋体１２４とを有し、第一凹部１１６内であって第一基板１１１の上面に実装された振動子部１２０と、貫通孔１１５内であって、第二基板１２１の下面に実装された電子部品素子１３０とを備えた圧電デバイス及びその製造方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器等に用いられる電子部品の一つである圧電デバイス及びその製造方法に関するものである。

圧電素子を内部に搭載した圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスは、電子部品の一つとして、コンピュータ，携帯電話又は小型情報機器などの電子機器内部に、基準信号源やクロック信号源として搭載され使用されている。この圧電デバイスについては小型化、特に薄型化の要求が強いものがある。以下に従来の圧電デバイスの一例として、圧電材料として水晶を用い、平面視形状が矩形の圧電素子と集積回路素子を内部に搭載した圧電発振器について説明する。

圧電発振器は、水晶等の圧電素子の圧電効果を利用して、特定の周波数の信号を発振させるものである。例えば、基板部と枠部によって基板部の上面に凹部空間が設けられた容器体と、凹部空間内に露出した基板部の上面に設けられた一対の圧電素子搭載パッドに搭載され、励振用電極が設けられている圧電素子と、基板部の下面に設けられた集積回路素子搭載パッドに搭載されている集積回路素子と、凹部空間を気密封止する蓋体と、基板部の下面に設けられた枠部接続用電極端子に接続されている枠部と、を備えた圧電発振器が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２０１０−２００１０２号公報

前述した従来の圧電発振器は、平板状の枠部の上面に圧電素子を内部に搭載した容器体を接合導通した形態となっている。このような圧電発振器では、枠部が平板状のために、圧電発振器を搭載する電子機器の実装基板に曲げ等の応力が加わった場合、圧電発振器の枠部をも変形させてしまい、容器体と枠部との接合部分に接合導通不良が生じ、圧電発振器の出力信号が不安定となるおそれがある。又、前述した従来の圧電発振器では、容器体と枠部との接合導通部分が圧電発振器外部に露出した形態となっている。そのため、容器体と枠部との間に塵やホコリ等の異物が入り込み付着してしまい、圧電発振器の出力信号が不安定となるおそれがある。

又、前述した圧電発振器では、その製造方法において、平板状の枠部がマトリクス状に集合した枠部ウエハに圧電素子を内部に搭載した複数の容器体を接合導通した形態となっている。このような製造方法では、一つの容器体の搭載位置がズレた場合、枠部ウエハ全体で容器体の搭載位置のズレが生じてしまうおそれがある。又、前述した圧電発振器では、その製造方法において、各容器体と枠部ウエハとの接合導通部分が外部に露出した形態となっている。そのため、各容器体と枠部ウエハとの間に、枠部ウエハの切断加工の際に発生する金属を含む加工屑等の異物が入り込み付着してしまい、圧電発振器の出力信号が不安定となるおそれがある。

本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、圧電デバイスとして剛性を向上させつつ、外部からの異物の侵入付着を防止し、外部出力信号の不安定化を生じない圧電デバイス及びその製造方法を提供することを課題とする。

本発明の圧電デバイスは、貫通孔を有する第一基板と第一基板の上面の外周縁に沿って設けられた第一枠部とで形成された第一凹部を有する基体と、少なくとも第二基板を備えた素子搭載部材と、第二基板の上面に実装された圧電素子と、素子搭載部材に接合することで圧電素子を気密封止する蓋体とを有し、第一凹部内であって第一基板の上面に実装された振動子部と、貫通孔内であって、第二基板の下面に実装された電子部品素子と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明の圧電デバイスの製造方法は、貫通孔を有する第一基板を複数マトリクス状に集合した第一基板ウエハと、第一基板の上面の外周縁に沿って設けられる第一枠部を複数マトリクス状に集合した第一枠部ウエハとを接合し、第一凹部を有する基体を複数マトリクス状に集合した基体集合ウエハを形成する基体集合ウエハ形成工程と、第二基板を備えた素子搭載部材の第二基板の上面に圧電素子を実装し、蓋体を素子搭載部材に接合して圧電素子を気密封止して振動子部を形成する振動子部形成工程と、振動子部の第二基板の下面に電子部品素子を搭載する電子部品素子搭載工程と、電子部品素子を搭載した振動子部を、貫通孔内に電子部品素子を挿入しつつ基体集合ウエハの各第一凹部内にはめ込み、基体集合ウエハに複数の振動子部を搭載する振動子部搭載工程と、基体ごとに切断し個片化する個片化工程と、備えたことを特徴とするものである。

本発明の圧電デバイスは、前記した手段を備えたことにより、外部からの曲げ等の応力に対する基体の剛性を、従来の圧電デバイスの枠部に比べて高くすることができる。よって、応力による圧電デバイスの基体の変形も著しく小さくなり、振動子部と基体との接合部分の接合導通不良の発生を防止でき、圧電デバイスの出力信号が安定する。又、前記した手段を備えたことにより、振動子部と基体との接合導通部分が圧電デバイス外部に露出していない形態となっている。そのため、振動子部と基体との間に塵やホコリ等の異物が入り込み電極等に付着して、例えば隣り合う電極間で短絡を起こすことを防止し、圧電デバイスの出力信号が安定する。

本発明の圧電デバイスの製造方法は、前記した手段を備えたことにより、基体集合ウエハの各第一凹部にそれぞれ振動子部をはめ込む形態となっており、隣り合う他の振動子部の搭載に影響をおよぼすような搭載位置ズレが発生しない。又、前記した手段を備えたことにより、各振動子部と基体集合ウエハとの接合導通部分が外部に露出していない形態となっている。そのため、各振動子部と基体集合ウエハとの間に、基体集合ウエハの切断加工の際に発生する金属を含む加工屑等の異物が入り込み電極等に付着して、例えば隣り合う電極間で短絡を起こすことを防止でき、圧電発振器の出力信号が安定する。

よって、本発明は、圧電デバイスとして剛性を向上させつつ、外部からの異物の侵入付着を防止し、外部出力信号の不安定化を生じない圧電デバイス及びその製造方法を提供できる効果を奏する。

本発明の第一の実施形態に係る一圧電デバイスを示した分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第一の実施形態に係る他の圧電デバイスにおける、図１に示したＡ−Ａと同位置における断面図である。 本発明の第一の実施形態に係る他の圧電デバイスにおける、図１に示したＡ−Ａと同位置における断面図である。 本発明の第二の実施形態に係る圧電デバイスにおける、図１に示したＡ−Ａと同位置における断面図である。 本発明の第一の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法の各工程を示す断面図である。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
尚、各図では、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。又、各図では、説明を平易とするため、図面が記載されている用紙上方を圧電デバイスの上方として記述する。

（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスを示した分解斜視図である。図２は図１記載の仮想切断線Ａ−Ａで切断した場合の概略断面図である。以下の説明については、圧電デバイスの一つである圧電発振器について説明する。圧電発振器１００は、図１及び図２に示すように、基体１１０と、振動子部１２０と、集積回路素子１３０とから主に構成されている。このような圧電発振器１００は、電子機器等で使用する基準信号を生成出力するために用いられる。

基体１１０は、後述する振動子部１２０を接合するためのものであると共に、後述する集積回路素子１３０を収容するためのものである。基体１１０は、第一基板１１１と第一枠部１１２と第一電極パッド１１３と外部端子１１４から構成されている。

第一基板１１１は、平面視外形が矩形である平板状であり、振動子部１２０を実装するためのものである。第一基板１１０の上面には、第一電極パッド１１３が設けられており、下面には、外部端子１１４が設けられている。第一基板１１１の表面及び内部には、上面に設けられた第一電極パッド１１３と、第一基板１１１の下面に設けられた外部端子１１４とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が設けられている。又、第一基板１１１の平面視中央には、後述する集積回路素子１３０を収めることが可能な大きさの貫通孔１１５が形成されている。第一基板１１１は、例えば、アルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料、又はガラス−エポキシである絶縁体から構成されている。

第一枠部１１２は、第一基板１１１の上面の外周縁に沿って設けられており、第一基板１１１の上面に第一凹部１１６を形成するためのものである。第一枠部１１２は、例えば、アルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料、又はガラス−エポキシである絶縁体から構成されている。尚、この第一枠部１１２の内周の大きさ、つまり第一凹部１１６の開口部の大きさは、後述する振動子部１２０を構成する第二基板１２１の平面視外形とほぼ同じとなっている。又、第一基板１１１と第一枠部１１２は、一体として形成されていても良い。

また、第一枠部１１２の上面の位置は、第一基板１１１の上面に振動子部１２０を配置したときの第二基板１２１の下面の位置よりも高くなるように形成されている。このような形態により、第一電極パッド１１３に後述する振動子部１２０を接合導通した場合に、その接合部分が圧電発振器１００の外部に直接露出することが無い。よって、圧電発振器１００の製造時に発生する加工屑などの異物が外部から侵入し、第一電極パッド１１３等に付着することにより、第一電極パッド１１３を導通する各信号に悪影響を与えることを防止することができる。尚、圧電発振器１００における第一枠部１１２の上面の位置は、第一基板１１１の上面に振動子部１２０を配置したときの第二基板１２１の下面の位置よりも高くあって、且つ、図３に示すように、蓋体１２４の外側主面の位置と同じ又は低くなる範囲内の所定の位置で形成されていても良い。

第一電極パッド１１３は、後述する振動子部１２０を接合導通するためのものである。第一電極パッド１１３は、第一凹部１１６内に露出した第一基板１１１の上面に設けられており、振動子部１２０の第二基板１２１の下面に設けられた第二電極パッド１２７に対応する個数及び位置に設けられている。例えば、振動子部１２０の第二基板１２１の下面四隅に第二電極パッド１２７が設けられていた場合、第一電極パッド１１３は、凹部１１６内に露出した第一基板１１１の上面の四隅に設けられることとなる。第一電極パッド１１３は、第一基板１１１に設けられた配線パターン（図示せず）を介して、第一基板１１０の下面に設けられた外部端子１１４と電気的に接続されている。

外部端子１１４は、圧電発振器１００を電子機器等の実装基板に実装するためのものである。外部端子１１４は、第一基板１１１の下面に複数個設けられており、第一電極パッド１１３と個々に電気的に接続されている。外部端子１１４には、例えば、グランド電位と接続されている実装基板のパッドと接続される端子の他に、出力端子として用いられる端子、電源電圧端子として用いられる端子、後述する集積回路素子１３０へのデータ書込読込端子及び周波数制御端子として用いられる端子を備えている。

（振動子部）
振動子部１２０は、素子搭載部材１２９と、素子搭載部材１２９の上面に接合された水晶素子１２３と、素子搭載部材１２９の上面に接合された蓋体１２４とを含んでいる。素子搭載部材１２９には、第二基板１２１の上面と第二枠部１２２の内側面によって囲まれた第二凹部１２８が形成されている。振動子部１２０は、基体１１０の第一凹部１１６内にはめ込まれており、振動子部１２０の第二電極パッド１２７と基体１１０の第一電極パッド１１３とを、導電性接着剤等の導電性接合剤により接合導通されている。

第二基板１２１は、平面視外形が矩形である平板状であり、水晶素子１２３を搭載するためのものである。第二基板１２１の上面には、水晶素子パッド１２５が設けられており、第二基板１２１の下面には、集積回路素子パッド１２６及び第二電極パッド１２７が設けられている。第二基板１２１の表面及び内部には、上面に設けられた水晶素子パッド１２５と、第二基板１２１の下面に設けられた集積回路素子パッド１２６及び第二電極パッド１２７と電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が設けられている。また、第二基板１２１は、例えば、アルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料、又はガラス−エポキシである絶縁体から構成されている。

第二枠部１２２は、第二基板１２１の上面の外周縁に沿って設けられており、第二基板１２１の上面に第二凹部１２８を形成するためのものである。第二枠部１２２は、例えば、アルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料、又はガラス−エポキシである絶縁体から構成されている。尚、この第二枠部１２２の内周の大きさ、つまり第二凹部１２８の開口部の大きさは、後述する水晶素子１２３が横方向で搭載できる大きさとなっている。又、第二基板１２１と第二枠部１２２は、一体として形成されていても良い。

水晶パッド１２５は、水晶素子１２３を第二基板１２１の上面上に導電性接着剤などにより固定保持しつつ、水晶素子１２３に設けられた励振用電極に信号を入出力するためのものである。水晶パッド１２５は、第二凹部１２８に露出した第二基板１２１の上面の一方の短辺縁に沿って二個並んで設けられている。この水晶パッド１２５は、第二基板１２１内に設けられた配線パターン（図示せず）により所定の集積回路素子パッド１２６と電気的に接続されている。

集積回路素子パッド１２６は、後述する集積回路素子１３０を接合導通するものであり、第二基板１２１の下面の中央部分に、集積回路素子１３０に設けられた複数個の接続パッド１３１に対応する個数及び位置に設けられている。例えば、集積回路素子１３０に接続パッド１３１が二列状に計六個設けられていた場合、集積回路素子パッド１２６は、第二基板１２１の下面の中央部に二列状に計六個設けられることとなる。集積回路素子パッド１２６のうち所定のパッドは、水晶素子パッド１２５と電気的に接続されている。また、残りの集積回路素子パッド１２６のうちの所定のパッドは、それぞれ第二電極パッド１２７と電気的に接続されている。

第二電極パッド１２７は、基体１１０に設けられた第一電極パッド１１３と接合し振動子部１２０を基体１１０の第一凹部１１６内に固定保持しつつ、振動子部１２０に搭載された集積回路素子１３０に信号を入出力するためのものである。第二電極パッド１２７は、第二基板１２１の下面に複数設けられている。例えば、図１及び２に示すように、第二電極パッド１２７が第二基板１２１の下面の四隅にそれぞれ一つずつ設けられており、所定の集積回路素子パッド１２６と電気的に接続されている。

水晶素子１２３は、図２に示されているように、導電性接着剤を介して水晶素子パッド１２５上に接合されている。水晶素子１２３は、安定した機械振動と圧電効果により、電子装置等の基準信号を発振する役割を果たしている。

水晶素子１２３は、水晶素板の上面及び下面のそれぞれに励振用電極及び引き出し電極を被着させたものである。励振用電極は、水晶素板の上面及び下面のそれぞれに金属を所定のパターンで被着形成したものである。引き出し電極は、励振用電極から水晶素板の一辺に向かってそれぞれ延出されている。水晶素子１２３は、第二凹部１２８内に露出した第二基板１２１の上面に設けられた水晶素子パッド１２５と接続されており、水晶素子１２３の一端を第二基板１２１の上面と接続した固定端とし、他端を第二基板１２１の上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造にて水晶素子１２３が第二基板１２１上に導電性接着剤などにて固定されている。

蓋体１２４は、水晶素子１２３が搭載され真空状態にある第二凹部１２８又は窒素ガスなどが充填された第二凹部１２８を気密的に封止するためのものである。蓋体１２４は、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなる。

尚、振動子部１２０の構成は前記したものに限定されず、例えば、第二枠部を除き、第二基板の上面に水晶素子を搭載し、その水晶素子を覆うように箱状の蓋体を被せ、蓋体と第二基板とを接合することで蓋体内の水晶素子を気密封止した形態の振動子部でも良い。

集積回路素子１３０は、例えば、複数個の接続パッド１３１を有した平面視矩形のフリップチップ型集積回路素子が用いられ、その回路形成面（上面）には、例えば、水晶素子１２３の温度特性を補償する温度補償データを格納するための記憶素子部、温度補償データに基づいて水晶素子１２３の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路部、その温度補償回路部に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路部が設けられている。

本実施形態における圧電発振器１００は、振動子部１２０が、基体１１０の第一凹部１１６内にはめ込まれており、基体１１０の第一電極パッド１１３と振動子部１２０の第二電極パッド１２７とを、導電性接着剤等の導電性接合剤により接合導通されている。又、圧電発振器１００は、基体１１０に搭載された振動子部１２０の第二基板１２１の下面には、集積回路素子１３０が、基体１１０の貫通孔１１５内に収納されつつ、振動子部１２０の集積回路素子パッド１２６と接合パッド１３１とを導電性接着剤又は半田等の導電性接合剤により接合導通することで搭載されている。

このような構成の圧電発振器１００では、振動子部１２０に搭載された水晶素子１２３と集積回路素子１３０内に設けられている発振回路とが電気的に接続されており、この集積回路素子１３０内で生成された所定の周波数の出力信号が、所定の第二電極パッド１２７とその第二電極パッド１２７に導通接合している第一電極パッド１１３とを通り、その第一電極パッド１１３と電気的に接続している外部端子１１４から、圧電発振器１００の外部へ出力される。

第一実施形態における圧電発振器１００は、貫通孔１１５を有する第一基板１１１と第一基板１１１の上面の外周縁に沿って設けられた第一枠部１１２とで形成された第一凹部１１６を有する基体１１０と、少なくとも第二基板１２１を備えた素子搭載部材１２９と、第二基板１２１の上面に実装された水晶素子１２３と、素子搭載部材１２９に接合することで水晶素子１２３を気密封止する蓋体１２４とを有し、第一凹部１１６内であって第一基板１１１の上面に実装された振動子部１２０と、貫通孔１１５内であって、第二基板１２１の下面に実装された集積回路素子１３０を備えている。これにより、第一基板１１１の上面の外周縁に沿って設けた第一枠部１１２の厚みによる第一基板１１１の変形を抑える作用により、外部からの曲げやねじれ等の応力に対する基体１１０の剛性を、従来の圧電デバイスの枠部部分に比べて高くすることができる。よって、応力による圧電発振器１００の基体１１０の変形も著しく小さくなり、振動子部１２０と基体１１０との接合部分の接合導通不良の発生を防止でき、圧電発振器１００の出力信号が安定する。又、振動子部１２０と基体１１０との接合導通部分が圧電発振器１００の外に露出していない形態となっているため、振動子部１２０と基体１１０との間に塵やホコリ等の異物が入り込みにくく、入り込んだ異物が第一電極パッドや第二電極パッドに付着して隣り合う電極間で短絡等を起こし正常な信号を阻害することを抑えつつ、圧電発振器１００の出力信号が不安定となることを低減することができる。

（変形例）
図４は、第一実施形態の変形例に係る圧電デバイスを示した概略断面図である。また、第一実施形態の変形例に係る圧電デバイスは、絶縁性樹脂１４０が貫通孔１１５内又は第一凹部１１６内に設けられている点において第一実施形態と異なる。

絶縁性樹脂１４０は、振動子部１２０と基体１１０との間に異物が入り込むことを更に低減するためのものである。絶縁性樹脂１４０は、貫通孔１１５内又は第一凹部１１６内に充填後、固化されるようにして設けられている。絶縁性樹脂１４０は、貫通孔１１５内に集積回路素子１３０を収納したとき、少なくとも集積回路素子１３０の回路形成面を覆う高さ以上となるまで設けられている。絶縁性樹脂１４０は、第一凹部１１６に振動子部１２０を収納したとき、少なくとも振動子部１２０の第二基板１２１の下面を覆う高さ以上となるまで設けられている。絶縁性樹脂１４０は、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂によって構成されている。

第一実施形態の変形例に係る圧電デバイスは、この絶縁性樹脂１４０を備えることにより、基体１１０と振動子部１２０とがより強固に接合されるので、更に圧電発振器１００全体としての剛性を高くすることができる。又、絶縁性樹脂１４０により振動子部１２０と基体１１０との間や振動子部１２０と集積回路素子１３０との間を覆うので、振動子部１２０と基体１１０との間や振動子部１２０と集積回路素子１３０との間に塵やホコリ等の異物が更に入り込みにくくなり、圧電発振器１００の出力信号がより安定する効果を奏する。

（第二実施形態）
図５は、本発明の第二実施形態に係る圧電デバイスを示した、図１記載の仮想切断線Ａ−Ａと同じ位置で切断した場合の概略断面図である。以下の説明については、圧電デバイスの一つである圧電振動子について説明する。圧電振動子２００は、図５に示すように、基体２１０と、振動子部２２０と、サーミスタ素子２３０とから構成されている。尚、第一の実施形態との相違点は、振動子部２２０の下部に搭載されている電子部品素子がサーミスタ素子２３０であることである。また、振動子部２２０内に搭載された水晶素子２２３とサーミスタ素子２３０とはそれぞれ異なる外部端子２１４とのみ電気的に導通しており、水晶素子２２３とサーミスタ素子２３０とは電気的に導通していないことで、第一実施形態とは異なっている。

基体２１０は、後述する振動子部２２０を接合するためのものであると共に、後述するサーミスタ素子２３０を収容するためのものである。基体２１０は、第一基板２１１と第一枠部２１２と第一電極パッド２１３と外部端子２１４から構成されている。第一基板２１１は、第一基板２１０の上面には、第一電極パッド２１３が設けられており、下面には、外部端子２１４が設けられている。第一基板２１１の表面及び内部には、上面に設けられた第一電極パッド２１３と、第一基板２１１の下面に設けられた外部端子２１４とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が設けられている。又、平面視外形が矩形であり平板状である。第一基板２１１の平面視中央には、後述するサーミスタ素子２３０を収めることが可能な大きさの貫通孔２１５が形成されている。第一基板２１１は、例えば、アルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料、又はガラス−エポキシである絶縁体から構成されている。

第一枠部２１２は、第一基板２１１の上面の外周縁に沿って設けられており、第一基板２１１の上面に第一凹部２１６を形成するためのものである。第一枠部２１２は、例えば、アルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料、又はガラス−エポキシである絶縁体から構成されている。尚、この第一枠部２１２の内周の大きさ、つまり第一凹部２１６の開口部の大きさは、後述する振動子部２２０を構成する第二基板２２１の平面視外形とほぼ同じとなっている。又、第一基板２１１と第一枠部２１２は、一体として形成されていても良い。

また、第一枠部２１２の上面の位置は、第一基板２１１の上面に振動子部２２０を配置したときの第二基板２２１の下面の位置よりも高くなるように形成されている。このような形態により、第一電極パッド２１３に後述する振動子部２２０を接合導通した場合に、その接合部分が圧電振動子２００の外部に直接露出することが無い。よって、圧電振動子２００の製造時に発生する加工屑などの異物が外部から侵入し、第一電極パッド２１３等に付着することにより、第一電極パッド２１３を導通する各信号に悪影響を与えることを防止することができる。尚、圧電振動子２００における第一枠部２１３の上面の位置は、第一基板２１１の上面に振動子部２２０を配置したときの第二基板２２１の下面の位置よりも高くあって、且つ、蓋体２２４の外側主面の位置と同じ又は低くなる範囲内の所定の位置で形成されていても良い。

第一電極パッド２１３は、後述する振動子部２２０を接合導通するためのものである。第一電極パッドは、第一凹部２１６内に露出した第一基板２１１の上面に設けられており、振動子部２２０の第二基板２２１の下面に設けられた第二電極パッド２２７に対応する個数及び位置に設けられている。例えば、振動子部２２０の第二基板１２１の下面四隅に第二電極パッド２２７が設けられていた場合、第一電極パッド２１３は、凹部２１６内に露出した第一基板２１１の上面の四隅に設けられることとなる。第一電極パッド２１３は、第一基板２１１に設けられた配線パターン（図示せず）を介して、第一基板２１１の下面に設けられた外部端子２１４と電気的に接続されている。

外部端子２１４は、圧電振動子２００を電子機器等の実装基板に実装するためのものである。外部端子２１４は、第一基板２１１の下面に複数個設けられており、第一電極パッド２１３と個々に電気的に接続されている。外部端子２１４には、例えば、後述する水晶素子２２３の入力端子と出力端子、及び後述するサーミスタ素子２３０の入力端子と出力端子として用いられる端子を備えている。

（振動子部）
振動子部２２０は、素子搭載部材２２９と、素子搭載部材２２９の上面に接合された水晶素子２２３と、素子搭載部材２２９の上面に接合された蓋体２２４とを含んでいる。素子搭載部材２２９には、第二基板２２１の上面と第二枠部２２２の内側面によって囲まれた第二凹部２２８が形成されている。振動子部２２０は、基体２１０の第一凹部２１６内にはめ込まれており、振動子部２２０の第二電極パッド２２７と基体２１０の第一電極パッド２１３とを、導電性接着剤や半田等の導電性接合剤により接合導通されている。

第二基板２２１は、平面視外形が矩形である平板状であり、水晶素子２２３を搭載するためのものである。第二基板２２１の上面には、水晶素子パッド２２５が設けられており、第二基板１２１の下面には、サーミスタ素子パッド２２６及び第二電極パッド２２７が設けられている。第二基板２２１の表面及び内部には、上面に設けられた水晶素子パッド２２５と、第二基板２２１の下面に設けられたサーミスタ素子パッド２２６及び第二電極パッド２２７と電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が設けられている。また、第二基板２２１は、例えば、アルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料、又はガラス−エポキシからなる絶縁材料から構成されている。

第二枠部２２２は、第二基板２２１の上面の外周縁に沿って設けられており、第二基板２２１の上面に第二凹部２２８を形成するためのものである。第二枠部２２２は、例えば、アルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料、又はガラス−エポキシからなる絶縁材料から構成されている。尚、この第二枠部２２２の内周の大きさ、つまり第二凹部２２８の開口部の大きさは、後述する水晶素子２２３が横方向で搭載できる大きさとなっている。又、第二基板２２１と第二枠部２２２は、一体として形成されていても良い。

水晶パッド２２５は、水晶素子２２３を第二基板２２１の上面上に導電性接着剤などにより固定保持しつつ、水晶素子２２３に設けられた励振用電極に信号を入出力するためのものである。水晶パッド２２５は、第二凹部２２８に露出した第二基板２２１の上面の一方の短辺縁に沿って二個並んで設けられている。この水晶パッド２２５は、第二基板２２１内に設けられた配線パターン（図示せず）により所定の第二電極パッド２２７とのみ電気的に接続されている。

サーミスタ素子パッド２２６は、後述するサーミスタ素子２３０を接合導通するものであり、第二基板２２１の下面の中央部分に、サーミスタ素子２３０の接続端子２３１に対応する個数及び位置に設けられている。例えば、サーミスタ素子２３０の接続端子２３１が二箇所の場合、サーミスタ素子パッド２２６は、第二基板２２１の下面の中央部に２箇所設けられることとなる。サーミスタ素子パッド２２６は、水晶素子２２３が電気的に接続されていない所定の第二電極パッド２２７と電気的に接続されている。

第二電極パッド２２７は、基体２１０に設けられた第一電極パッド２１３と接合し振動子部２２０を基体２１０の第一凹部２１６内に固定保持しつつ、振動子部１２０に搭載された水晶素子２２３及びサーミスタ素子２３０に信号を入出力するためのものである。第二電極パッド２２７は、第二基板２２１の下面に複数設けられている。例えば、図１及び２に示すように、第二電極パッド２２７が第二基板２２１の下面の四隅にそれぞれ一つずつ設けられている。この第二電極パッドは、水晶素子２２３が所定の第二電極パッド２２７とが電気的に接続されており、サーミスタ素子２３０が、水晶素子２２３と電気的に接続していない第二電極パッド２２７と電気的に接続されている。

水晶素子２２３は、図５に示すように、導電性接着剤を介して水晶素子パッド２２５上に接合されている。水晶素子２２３は、安定した機械振動と圧電効果により、電子装置等の基準信号を発振する役割を果たしている。

水晶素子２２３は、水晶素板の上面及び下面のそれぞれに励振用電極及び引き出し電極を被着させたものである。励振用電極は、水晶素板の上面及び下面のそれぞれに金属を所定のパターンで被着形成したものである。引き出し電極は、励振用電極から水晶素板の一辺に向かってそれぞれ延出されている。水晶素子２２３は、第二凹部２２８内に露出した第二基板２２１の上面に設けられた水晶素子パッド２２５と接続されており、水晶素子２２３の一端を第二基板２２１の上面と接続した固定端とし、他端を第二基板２２１の上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造にて水晶素子２２３が第二基板２２１上に導電性接着剤などにて固定されている。尚、水晶素子パッド２２５は、それぞれ所定の第二電極パッド２２７と電気的に接続されている。

蓋体２２４は、水晶素子２２３が搭載され真空状態にある第二凹部２２８又は窒素ガスなどが充填された第二凹部２２８を気密的に封止するためのものである。蓋体２２４は、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなる。

尚、振動子部２２０の構成は前記したものに限定されず、例えば、第二枠部を除き、第二基板の上面に水晶素子を搭載し、その水晶素子を覆うように箱状の蓋体を被せ、蓋体と第二基板とを接合することで蓋体内の水晶素子を気密封止した形態の振動子部でも良い。

サーミスタ素子２３０は、直方体形状であり、両端に接続端子２３１が設けられている。サーミスタ素子２３０は、素子周囲の温度変化によって電気抵抗が顕著な変化を示すものであり、この抵抗値の変化から電圧が変化するため、抵抗値と電圧との関係及び電圧と温度との関係により、出力された電圧から温度情報を得ることができる。尚、サーミスタ素子２３０に代えて、例えば、白金側温抵抗体又はダイオード等の温度情報を発生させる電子部品素子を用いても良い。

第二実施形態における圧電振動子２００は、振動子部２２０が基体２１０の第一凹部２１６内にはめ込まれており、基体２１０の第一電極パッド２１３と振動子部２２０の第二電極パッド２２７とを、導電性接着剤等の導電性接合剤により接合導通されている。又、圧電振動子２００は、基体２１０に搭載された振動子部２２０の第二基板１２１の下面に、サーミスタ素子２３０が、基体２１０の貫通孔２１５内に収納されつつ、振動子部２２０のサーミスタ素子パッド２２６と接合端子２３１とを導電性接着剤又は半田等の導電性接合剤により接合導通することで搭載されている。

このような構成の圧電振動子２００では、振動子部２２０に搭載された水晶素子２２３とサーミスタ素子２３０とは電気的に接続されていない。つまり、サーミスタ素子２３０の接続端子２３１は、水晶素子２２３が電気的に接続されていない第二電極パッド２２７及び第一電極パッド２１３を介し、水晶素子２２３が電気的に接続されていない外部端子２１４に接続されている。又、水晶素子２２３が接続された水晶素子パッド２２５は、サーミスタ素子２３０が電気的に接続されていない第二電極パッド２２７及び第一電極パッド２１３を介し、サーミスタ素子２３０が電気的に接続されていない外部端子２１４に接続されている。これにより、サーミスタ素子２３０は、接続端子２３１間の電圧が、水晶素子２２３が電気的に接続されていない外部端子２１４を介して圧電振動子２００の外へ出力されることにより、例えば、電子機器等のメインＩＣ（図示せず）で出力された電圧を温度に換算することで温度情報を得ることができる。このようにサーミスタ素子２３０を水晶素子２２３の近くに配置して、これによって得られた水晶素子２２３の温度情報に応じて、メインＩＣにより水晶素子２２３を駆動する電圧を制御し、いわゆる温度補償をすることができる。

第二実施形態における圧電振動子２００は、貫通孔２１５を有する第一基板２１１と第一基板２１１の上面の外周縁に沿って設けられた第一枠部２１２とで形成された第一凹部２１６を有する基体２１０と、少なくとも第二基板２２１を備えた素子搭載部材２２９と、第二基板２２１の上面に実装された水晶素子２２３と、素子搭載部材２２９に接合することで水晶素子２２３を気密封止する蓋体２２４とを有し、第一凹部２１６内であって第一基板２１１の上面に実装された振動子部２２０と、貫通孔２１５内であって、第二基板２２１の下面に実装されたサーミスタ素子２３０とを備えている。これにより、第一基板２１１の上面の外周縁に沿って設けた第一枠部２１２の厚みによる第一基板２１１の変形を抑える作用により、外部からの曲げ等の応力に対する基体２１０の剛性を、従来の圧電デバイスの枠部部分に比べて高くすることができる。よって、応力による圧電振動子２００の基体２１０の変形も著しく小さくなり、振動子部２２０と基体２１０との接合部分の接合導通不良の発生を防止でき、圧電振動子２００の出力信号が安定する。振動子部２２０と基体２１０との接合導通部分が圧電振動子２００の外に露出していない形態となっているため、振動子部２２０と基体２１０との間に塵やホコリ等の異物が入り込みにくく、入り込んだ異物が第一電極パッド２１３や第二電極パッド２２３に付着して隣り合う電極間で短絡等を起こし正常な信号を阻害することを抑えつつ、圧電振動子２００の出力が不安定となることを低減することができる。

又、圧電振動子２００においても、第一の実施形態における圧電発振器１００と同じように、貫通孔２１５内又は第一凹部２１６内の少なくとも一方には、絶縁性樹脂２４０が充填固化されていても良い。この絶縁性樹脂２４０を備えることにより、更に圧電振動子２００全体としての剛性を高くすることができ、又、振動子部２２０と基体２１０との間に塵やホコリ等の異物が更に入り込みにくくなり、圧電振動子２００の出力がより安定する効果を奏する。

本発明の圧電デバイスの製造方法における各工程を、図６に示すように、本発明の第一実施形態である図１に開示の圧電発振器を用いて説明する。
本発明の圧電デバイスの製造方法は、基体集合ウエハ形成工程と、振動子部形成工程と、電子部品素子搭載工程と、振動子部搭載工程と、個片化工程と、備えている。

（基体集合ウエハ形成工程）
基体集合ウエハ形成工程は、図６（ａ）に示すように、マトリクス状に配列集合された複数個の基体形成領域Ｂからなる基体集合ウエハ３０１を形成する工程である。図示するように、基体集合ウエハ３０１は、圧電発振器３００の基体を構成する第一基板（図１では第一基板１１１）をマトリクス状に集合配列してなる第一基板ウエハ３０２の上面に、基体形成領域Ｂに合わせた形態の第一枠部（図１では第一枠部１１２）の形成領域を配列集合した第一枠部ウエハ３０３を結合し、各基体形成領域Ｂ内に第一凹部３０４を形成する。又、第一基板ウエハ３０２の各基体形成領域内の平面視中央に、後述する集積回路素子３２０等の電子部品素子を収めることが可能な大きさの貫通孔３０７が形成されている。尚、第一枠部ウエハ３０３の上面の位置は、第一基板ウエハ３０２の上面に後述する振動子部３２０を配置したときの第二基板３１１の下面の位置よりも高く、後述する蓋体３１６の外側主面の位置と同じ又は低くなる範囲内の所定の位置で形成されている。

又、各第一凹部３０４内に露出した第一基板ウエハ３０２の上面には、個々に複数個の第一電極パッド３０５がそれぞれ形成され、第一基板ウエハ３０２の下面の各基体形成領域Ｂの四隅角部に外部端子３０６が形成されている。

このような第一基板ウエハ３０２及び第一枠部ウエハ３０３等からなる基体集合ウエハ３０１は、例えば、アルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料、又はガラス−エポキシからなる絶縁材料で形成されている。アルミナセラミックスの場合は、アルミナセラミックス等から成るセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加し更に混合して得たセラミックグリーンシートの表面等に、第一電極パッド３０５や外部端子３０６等となる導体ペーストを所定のパターンに印刷して塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することによって製作される。

（振動子部形成工程）
振動子部形成工程は、図６（ｂ）に示すように、素子搭載部材である第二基板３１１の上面に第二枠部３１２を設けることにより第二凹部３１３を形成し、第二凹部３１３内に露出した第二基板３１１の上面に設けられた水晶素子パッド３１４に水晶素子３１５を実装する工程である。水晶素子３１５を実装した後、第二凹部３１３の開口部を覆うように蓋体３１６を第二枠部３１２上面に接合して、水晶素子３１５を内蔵し真空又は窒素が充填された第二凹部３１３を気密封止して振動子部３１０を形成する。この振動子部３１０を、基体集合ウエハ３０１に形成された第一凹部３０４の個数に対応する数で用意する。尚、この振動子部３１０を構成する第二基板３１１の下面には、第二電極パッド３１７と、集積回路素子パッド３１８が形成されている。

（電子部品素子搭載工程）
電子部品素子搭載工程は、図６（ｃ）に示すように、前工程で形成した各振動子部３１０の第二基板３１１の下面に、電子部品素子の一つである集積回路素子３２０を搭載する工程である。集積回路素子３２０は、振動子部３１０を構成する第二基板３１１の下面に形成した集積回路素子パッド３１８と、集積回路素子３２０に形成された接合パッド３２１とを導電性接着剤又は半田等の導電性接合剤により接合導通することで搭載される。尚、本発明の第二実施形態である圧電振動子の製造方法の場合は、前工程で形成した各振動子部３１０の第二基板３１１の下面に、電子部品素子の一つであるサーミスタ素子が搭載される。

（振動子部搭載工程）
振動子部搭載工程は、図６（ｄ）に示すように、前工程で集積回路素子３２０を搭載した振動子部３１０を、基体集合ウエハ３０１の上方から、貫通孔３０７内に集積回路素子３２０を挿入しつつ基体集合ウエハ３０１の各第一凹部３０４内にはめ込み、基体集合ウエハ３０１に集積回路素子３２０を搭載した振動子部３１０を各第一凹部３０４及び貫通孔３０７内に配置し搭載する工程である。集積回路素子３２０を搭載した振動子部３１０は、各第一凹部３０４内に設けられた第一電極パッド３０５と振動子部３１０の第二電極パッド３１７とを、導電性接着剤等の導電性接合剤により接合導通することにより、基体集合ウエハ３０１に搭載されている。

（個片化工程）
個片化工程は、前工程で集積回路素子３２０を搭載した複数の振動子部３１０を搭載した基体集合ウエハ３０１を、基体形成領域Ｂごとにダイシングやレーザなどにより切断し、個片化した圧電発振器３００を複数個形成する工程である。

本発明の圧電デバイスの製造方法は、貫通孔を有する第一基板を複数マトリクス状に集合した第一基板ウエハと、第一基板の上面の外周縁に沿って設けられる第一枠部を複数マトリクス状に集合した第一枠部ウエハとを接合し、第一凹部を有する基体を複数マトリクス状に集合した基体集合ウエハを形成する基体集合ウエハ形成工程と、第二基板３１１を備えた素子搭載部材の第二基板３１１の上面に水晶素子３１５を実装し、蓋体３１６を素子搭載部材に接合して水晶素子３１５を気密封止して振動子部３１０を形成する振動子部形成工程と、振動子部３１０の第二基板３１１の下面に集積回路素子３２０等の電子部品素子を搭載する電子部品素子搭載工程と、集積回路素子３２０等の電子部品素子を搭載した振動子部３１０を、貫通孔３０７内に集積回路素子３２０等の電子部品素子を挿入しつつ基体集合ウエハ３０１の各第一凹部３０４内にはめ込み、基体集合ウエハ３０１に複数の振動子部３１０を搭載する振動子部搭載工程と、基体形成領域Ｂごとに切断し圧電発振器３００を個片化する個片化工程と、を備えている。このような構成を備えることにより、基体集合ウエハ３０１の各第一凹部３０４にそれぞれ振動子部３１０をはめ込む形態となっており、隣り合う他の振動子部３１０の搭載に影響をおよぼすような搭載位置ズレが発生しない。又、各振動子部３１０と基体集合ウエハ３０１との接合導通部分が外部に露出していない形態となっている。そのため、各振動子部３１０と基体集合ウエハ３０１との間に、基体集合ウエハ３０１の切断加工の際に発生する金属を含む加工屑等の異物が入り込むことを抑えつつ、圧電デバイスの出力信号を安定して出力することができる。

尚、前述した振動子部搭載工程と個片化工程との間に絶縁性樹脂充填工程を備えていても良い。絶縁性樹脂充填工程は、基体集合ウエハ３０１の各第一凹部３０４内又は各貫通孔３０７内の少なくともどちらか一方に絶縁性樹脂を充填固化する工程である。又、基体集合ウエハ３０１の各第一凹部３０４内に絶縁性樹脂を充填固化する絶縁性樹脂充填工程と、基体集合ウエハ３０１の各貫通孔３０７内に絶縁性樹脂を充填固化する絶縁性樹脂充填工程とを、別々の工程として前述した振動子部搭載工程と個片化工程との間に備えていても良い。この絶縁性樹脂工程により充填される絶縁性樹脂を備えることにより、振動子部３１０と基体集合ウエハ３０１との間に、基体集合ウエハ３０１の切断加工の際に発生する金属を含む加工屑等の異物が入り込むことを抑えることができる。よって、入り込んだ異物が第一電極パッドや第二電極パッドに付着して隣り合う電極間で短絡等を起こし正常な信号を阻害することがなく、圧電発振器の出力信号を安定して出力することができる。

又、本発明は上述の各実施形態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、改良等が可能である。例えば、前述した実施形態においては、圧電素子の材料として水晶を用いた水晶素子を例示したが、圧電効果を奏するものであれば、水晶の他に、タンタル酸リチウム、ニオウブ酸リチウムや圧電セラミックを使用しても構わない。

１００、３００・・・圧電発振器（圧電デバイス）
１１０、２１０・・・基体
１１１、２１１・・・第一基板
１１２、２１２・・・第一枠部
１１５、２１５、３０７・・・貫通孔
１１６、２１６、３０４・・・第一凹部
１２０、２２０、３１０・・・振動子部
１２１、２２１、３１１・・・第二基板
１２３、２２３、３１５・・・水晶素子（圧電素子）
１２４、２２４、３１６・・・蓋体
１２９、２２９・・・素子搭載部材
１３０、３２０・・・集積回路素子（電子部品素子）
１４０、２４０・・・絶縁性樹脂
２００・・・圧電振動子（圧電デバイス）
２３０・・・サーミスタ素子（電子部品素子）
３０１・・・基体集合ウエハ

Claims (6)

1. 貫通孔を有する第一基板と前記第一基板の上面の外周縁に沿って設けられた第一枠部とで形成された第一凹部を有する基体と、
   少なくとも第二基板を備えた素子搭載部材と、第二基板の上面に実装された圧電素子と、前記素子搭載部材に接合することで前記圧電素子を気密封止する蓋体とを有し、前記第一凹部内であって前記第一基板の上面に実装された振動子部と
   前記貫通孔内であって、前記第二基板の下面に実装された電子部品素子を備えた
   ことを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記第一枠部の上面の位置は、前記第一基板の上面に前記振動子部を配置したときの前記第二基板の下面の位置よりも高く、前記蓋体の外側主面の位置と同じ又は低くなる範囲内の所定の位置で形成されていることを特徴とする、請求項１に記載された圧電デバイス。
3. 前記貫通孔内と前記第一凹部内とのうち、少なくともどちらか一方に設けられた絶縁性樹脂を備えていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載された圧電デバイス。
4. 貫通孔を有する第一基板を複数マトリクス状に集合した第一基板ウエハと、前記第一基板の上面の外周縁に沿って設けられる第一枠部を複数マトリクス状に集合した第一枠部ウエハとを接合し、第一凹部を有する基体を複数マトリクス状に集合した基体集合ウエハを形成する基体集合ウエハ形成工程と、
   第二基板を備えた素子搭載部材の前記第二基板の上面に圧電素子を実装し、蓋体を前記素子搭載部材に接合して前記圧電素子を気密封止して振動子部を形成する振動子部形成工程と、
   前記振動子部の第一基板の下面に電子部品素子を搭載する電子部品素子搭載工程と、
   前記電子部品素子を搭載した前記振動子部を、前記貫通孔内に前記電子部品素子を挿入しつつ前記基体集合ウエハの各第一凹部内にはめ込み、前記基体集合ウエハに複数の前記振動子部を搭載する振動子部搭載工程と、
   前記基体となる部分ごとに前記基体集合ウエハを切断し、個片化した圧電デバイスを複数形成する個片化工程と、
   を備えたことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
5. 前記振動子部搭載工程と個片化工程との間に、前記基体集合ウエハの各貫通孔内に絶縁性樹脂を充填する絶縁性樹脂充填工程を備えたことを特徴とする請求項４に記載された圧電デバイスの製造方法。
6. 前記振動子部搭載工程と前記個片化工程との間に、前記基体集合ウエハの各第一凹部内に第二絶縁性樹脂を充填する第二絶縁性樹脂充填工程を備えたことを特徴とする請求項４又は５に記載された圧電デバイスの製造方法。

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