JP2017225030A - 圧電振動子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電振動素子の接合強度が向上する圧電振動子及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】圧電振動子の製造方法は、（ａ）第１主面１２と第２主面１４を有するセラミック基板１０に貫通孔２０を形成すること、（ｂ）セラミック基板に貫通孔を充填するビア導体３０とビア導体と接続される接続電極下地層３２ａと枠状に設けられた封止枠下地層３４ａとを形成すること、（ｃ）セラミック基板を、ビア導体、接続電極下地層、及び封止枠下地層とともに焼成すること、（ｄ）セラミック基板を第１主面側及び第２主面側から押圧することによって、接続電極下地層の表面と封止枠下地層の表面とを平坦化すること、（ｅ）めっき処理を行い、接続電極下地層を含む接続電極と封止枠下地層を含む封止枠とを形成すること、（ｆ）圧電振動素子６０を導電性保持部材を介して接続電極上に載置すること、（ｇ）蓋部材７０をセラミック基板に接合すること、を含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、圧電振動子及びその製造方法に関する。

電子部品を容器内に気密封止する構造として、平板上のベース基板と当該ベース基板に接合された凹状の蓋体との内部に電子部品を格納する電子デバイス用容器が知られている。例えば、特許文献１には、ベース基板に素子搭載パッドを介して水晶振動素子が載置され、当該ベース基板に形成された環状の封止部に蓋体が接合されることにより、容器の内部空間に水晶振動素子が封止された圧電振動子が開示されている。当該圧電振動子においては、ベース基板の表面に形成された素子搭載パッドと裏面に形成された実装端子とが、貫通ビアによって電気的に導通される。

特開２０１４−６０３１３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるようなベース基板においては、ベース基板と貫通ビアの収縮率の違いにより仮焼成する際に貫通ビアが盛り上がって平面度が保たれず、その上に形成される素子搭載パッドの形状が不安定となる。そのため、水晶振動素子の接合が不安定になり、接合強度の変動幅が大きくなる問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、圧電振動素子の接合強度が向上する圧電振動子及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る圧電振動子の製造方法は、（ａ）第１主面と当該第１主面に対向する第２主面を有するセラミック基板に、第１主面と第２主面を貫通する貫通孔を形成すること、（ｂ）セラミック基板に、貫通孔を充填するビア導体と、第１主面上でビア導体と接続されるように設けられた接続電極下地層と、セラミック基板の第１主面に枠状に設けられた封止枠下地層と、を形成すること、（ｃ）セラミック基板を、ビア導体、接続電極下地層、及び封止枠下地層とともに焼成すること、（ｄ）セラミック基板を第１主面側及び第２主面側から押圧することによって、接続電極下地層の表面と封止枠下地層の表面とを平坦化すること、（ｅ）接続電極下地層及び封止枠下地層にめっき処理を行い、第１主面に設けられた接続電極下地層を含む接続電極と、第１主面に枠状に設けられた封止枠下地層を含む封止枠と、を形成すること、（ｆ）圧電振動素子を、導電性保持部材を介してセラミック基板の第１主面に形成された接続電極上に載置すること、（ｇ）セラミック基板上で圧電振動素子が封止されるように蓋部材をセラミック基板の第１主面に接合すること、を含む。

上記方法によれば、接続電極における突起部の発生を抑制することにより、導電性接着剤の接合面積ばらつきを小さくし、接合強度を安定化させることができる。また、封止枠の平面度が向上することにより、封止枠と蓋部材との接合面積を広く確保し、蓋部材の封止の気密性を向上させることができる。

本発明の一側面に係る圧電振動子は、第１主面と当該第１主面に対向する第２主面を有し、第１主面と第２主面を貫通する貫通孔に充填されたビア導体と、第１主面上でビア導体と接続されるように設けられた接続電極と、第１主面に枠状に設けられた封止枠と、を備えるセラミック基板と、セラミック基板の第１主面に形成された接続電極上に、導電性保持部材を介して載置された圧電振動素子と、セラミック基板上で圧電振動素子が封止されるようにセラミック基板の第１主面に接合された蓋部材と、を備え、接続電極及び封止枠は、それぞれ、最下層及び最上層を含む多層構造であり、セラミック基板の第１主面から接続電極の最下層の上面までの高さの差が１μｍ未満であり、セラミック基板の第１主面から接続電極の最下層の上面までの高さの最大値と、セラミック基板の第１主面から封止枠の最下層の上面までの高さの最大値との差が１μｍ未満であり、かつ、接続電極の最上層及び封止枠の最上層の平面度が５μｍ以下である。

上記構成によれば、接続電極において突起部の発生が抑制されるため、導電性接着剤の接合面積ばらつきが小さくなり、接合強度を安定化させることができる。また、封止枠の平面度が向上することにより、封止枠と蓋部材との接合面積が広く確保され、蓋部材の封止の気密性が向上する。

本発明によれば、圧電振動素子の接合強度が向上する圧電振動子及びその製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の分解斜視図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の製造方法を示すフローチャートである。 図４Ａは、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の製造方法の手順を示す図である。 図４Ｂは、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の製造方法の手順を示す図である。 図４Ｃは、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の製造方法の手順を示す図である。 図４Ｄは、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の製造方法の手順を示す図である。 図４Ｅは、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の製造方法の手順を示す図である。 図４Ｆは、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の製造方法の手順を示す図である。 図４Ｇは、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の製造方法の手順を示す図である。 図４Ｈは、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の製造方法の手順を示す図である。 図４Ｉは、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の製造方法の手順を示す図である。 図４Ｊは、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の製造方法の手順を示す図である。 図４Ｋは、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の製造方法の手順を示す図である。 図４Ｌは、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の製造方法の手順を示す図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の基板の部分断面図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の平面図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。

図１及び図２を参照しつつ、本実施形態に係る圧電振動子１を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の分解斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。なお、図１においては各電極の厚みが省略されている。

図１に示されるように、本実施形態に係る圧電振動子１は、圧電振動素子１００と、蓋部材２００と、基板３００と、を備える。蓋部材２００及び基板３００は、圧電振動素子１００を収容するための保持器（ケース又はパッケージ）の構成の一部である。

圧電振動素子１００は、圧電基板１１０と、圧電基板１１０の表裏面にそれぞれ設けられた励振電極１２０，１３０（以下では、「第１励振電極１２０及び第２励振電極１３０」ともいう。）と、を含む。第１励振電極１２０は、圧電基板１１０の第１主面１１２に設けられ、第２励振電極１３０は、圧電基板１１０の第１主面１１２と対向する主面である第２主面１１４に設けられている。

圧電基板１１０は、所定の圧電材料から形成され、その材料は特に限定されるものではない。図１に示される例では、圧電基板１１０は、圧電セラミックのような立方晶系と異なる三方晶系の結晶構造を有し、所定の結晶方位を有する水晶材料から形成されている。すなわち、圧電振動素子１００は、水晶材料からなる水晶片を有する水晶振動素子であってもよい。圧電基板１１０は、例えば、ＡＴカットされた水晶片である。ＡＴカットされた水晶片は、人工水晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうち、Ｙ軸及びＺ軸をＸ軸の周りにＹ軸からＺ軸の方向に３５度１５分±１分３０秒分回転させた軸をそれぞれＹ´軸及びＺ´軸とした場合、Ｘ軸及びＺ´軸によって特定される面（以下、「ＸＺ´面」と呼ぶ。他の軸によって特定される面についても同様である。）と平行な面を主面として切り出されたものである。図１に示される例では、ＡＴカットされた水晶片である圧電基板１１０は、Ｚ´軸方向に平行な長手方向と、Ｘ軸方向に平行な短手方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さ方向を有しており、ＸＺ´面において略矩形状をなしている。ＡＴカットされた水晶片を用いた圧電振動素子は、広い温度範囲で極めて高い周波数安定性を有し、また、経時変化特性にも優れて製造することが可能である。また、ＡＴカットされた水晶片を用いた圧電振動素子は、主要振動として厚みすべり振動モード（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｓｈｅａｒ Ｍｏｄｅ）を含む。以下、ＡＴカットの軸方向を基準として圧電振動子１の各構成を説明する。

なお、圧電基板は上記構成に限定されるものではなく、例えば、Ｘ軸方向に平行な長手方向と、Ｚ´軸方向に平行な短手方向とを有する矩形状のＡＴカット水晶片を適用してもよい。あるいは、厚みすべり振動モードを含む主要振動であれば、ＡＴカット以外の異なるカット（例えばＢＴカットなど）の水晶片であってもよい。また、圧電基板の材料は水晶に限定されるものではなく、例えば、圧電セラミック（例えばＰＺＴ）や酸化亜鉛などのその他の圧電材料を用いてもよい。また、圧電振動素子は、例えばＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）であってもよく、Ｓｉ−ＭＥＭＳや、ＡｌＮ、ＬＴ、ＰＺＴなどの所定の圧電材料を用いた圧電ＭＥＭＳであってもよい。

第１励振電極１２０は、圧電基板１１０の第１主面１１２に形成され、第２励振電極１３０は、圧電基板１１０の第２主面１１４に形成されている。第１及び第２励振電極１２０，１３０は一対の電極であり、ＸＺ´面を平面視した場合に略全体が重なり合うように配置されている。

圧電基板１１０には、第１励振電極１２０に引出電極１２２を介して電気的に接続された接続電極１２４と、第２励振電極１３０に引出電極１３２を介して電気的に接続された接続電極１３４とが形成される。具体的には、引出電極１２２は、第１主面１１２において第１励振電極１２０からＺ´軸負方向側短辺に向かって引き出され、さらに圧電基板１１０のＸ軸負方向側の側面を通って、第２主面１１４に形成された接続電極１２４に接続される。他方、引出電極１３２は、第２主面１１４において第２励振電極１３０からＺ´軸負方向側短辺に向かって引き出され、第２主面１１４に形成された接続電極１３４に接続されている。接続電極１２４，１３４はＺ´軸負方向側短辺に沿って配置され、導電性保持部材３４０，３４２を介して基板３００に電気的導通を図るとともに機械的に保持される。なお、接続電極１２４，１３４及び引出電極１２２，１３２の配置やパターン形状は限定されるものではなく、他の部材との電気的接続を考慮して適宜変更することができる。

第１及び第２励振電極１２０，１３０を含む上記各電極は、例えば、圧電基板１１０の表面に接合力を高めるためクロム（Ｃｒ）層が形成されており、クロム層の下地の表面上に金（Ａｕ）層が形成されている。なお、その材料は限定されるものではない。

蓋部材２００は、基板３００の第１主面３０２に対向して開口した凹部を有する。図２に示されるように、蓋部材２００は、開口の全周に亘って、凹部の底面から立ち上がるように形成された側壁部２０２が設けられており、側壁部２０２は、基板３００の第１主面３０２に対向する端面２０４を有する。端面２０４は、接合材２５０を介して基板３００の第１主面３０２に形成された封止枠３５０（後述する）と接合される。なお、蓋部材２００は基板３００に接合されたときに圧電振動素子１００を内部空間に収容することができる形状を備えていればよく、その形状は特に限定されるものではない。蓋部材２００の材質は特に限定されるものではないが、例えば金属などの導電性材料で構成されていてもよい。これによれば、蓋部材２００を接地電位に電気的に接続させることによりシールド機能を付加することができる。蓋部材２００が金属によって形成される場合、例えば、鉄（Ｆｅ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む合金（例えば４２アロイ）で形成されていてもよい。あるいは、蓋部材２００の表面にさらに金（Ａｕ）層などの表面層が形成されていてもよい。表面に金層を形成することによって、蓋部材２００の酸化防止を図ることができる。あるいは、蓋部材２００は、絶縁材料又は導電材料及び絶縁材料の複合構造であってもよい。

基板３００は、圧電振動素子１００を励振可能に支持するものである。図１に示される例では、圧電振動素子１００が導電性保持部材３４０，３４２を介して基板３００の第１主面３０２上に励振可能に支持されている。

図１に示される例では、基板３００は、Ｚ´軸方向に平行な長手方向と、Ｘ軸方向に平行な短手方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さ方向を有しており、ＸＺ´面において略矩形状をなしている。基板３００は、例えば単層の絶縁性セラミックで形成されている。別の実施形態として、基板３００は、複数の絶縁性セラミックシートを積層した多層であってもよい。絶縁性セラミックシートは焼成することによって形成される。基板３００は耐熱性材料から構成されることが好ましい。

基板３００には複数の導体から成る導体パターンが形成されている。導体パターンは、接続電極３２０，３２２、ビア導体３３０，３３２、封止枠３５０、及び外部電極３６０，３６２，３６４，３６６を含む。

基板３００の第１主面３０２には、接続電極３２０，３２２及び封止枠３５０が形成されている。接続電極３２０（第１接続電極），３２２（第２接続電極）は円形状を有しており、圧電振動素子１００が基板３００の第１主面３０２の略中央に配置されるように基板３００の外縁よりも内側に配置されている。具体的には、接続電極３２０，３２２は、基板３００の第１主面３０２上においてＺ´軸負方向側の両角部付近に形成されている。接続電極３２０は導電性保持部材３４０を介して、圧電振動素子１００の接続電極１２４と接続され、接続電極３２２は、導電性保持部材３４２を介して、圧電振動素子１００の接続電極１３４と接続される。導電性保持部材３４０，３４２は例えば導電性接着剤が熱硬化されて形成される。

以下に、接続電極３２２を例として、接続電極の構成の詳細について説明する。なお、接続電極３２０については、接続電極３２２と同様であるため詳細な説明は省略する。多層構造の接続電極３２２は、最下層３２２ａ、中間層３２２ｂ及び最上層３２２ｃが、この順に積層されている（図２参照）。最下層３２２ａは、スクリーン印刷などによって導電ペーストを塗布することによって設けられる。また、中間層３２２ｂ及び最上層３２２ｃは、最下層３２２ａを下地として、めっき処理によって設けられる。本実施形態における各層は、例えば、最下層３２２ａがモリブデン（Ｍｏ）（膜厚８μｍ程度）、中間層３２２ｂがニッケル（Ｎｉ）（膜厚５μｍ程度）、最上層３２２ｃが金（Ａｕ）（膜厚０．４μｍ程度）により構成されるが、各層の素材はこれに限られない。本実施形態においては、接続電極３２２は、当該接続電極３２２の最下層３２２ａの上面が突起して形成された突起部３２３ａを有する。当該突起部３２３ａは、例えば、接続電極３２２の最下層３２２ａの中央部付近に形成され、突起部３２３ａの上面は円形状を有している。本実施形態においては、基板３００の第１主面３０２から接続電極３２２の最下層３２２ａの上面までの高さの最大値（すなわち、最下層３２２ａのうち突起部３２３ａが形成される領域の高さ）と最小値（すなわち、最下層３２２ａのうち突起部３２３ａが形成されない領域の高さ）の差が１μｍ未満となっている。すなわち、この最大値と最小値の差は、接続電極３２２の最下層３２２ａの厚みの最大値の約１５パーセント未満、又は、接続電極３２２の全体の厚みの最大値の約８パーセント未満となっている。また、接続電極３２２の最下層３２２ａの突起部にならって、最上層３２２ｃにおいても突起部が形成されていてもよい。接続電極３２２の最上層３２２ｃは、当該突起部が形成された場合においても、平面度（ＪＩＳ Ｂ ０６２１）が所定の水準（例えば、５μｍ程度）以下となるように平坦化されている。平坦化の詳細については後述する。

接続電極３２０，３２２の直下には、基板３００の第１主面３０２と第２主面３０４を貫通する貫通孔があり、当該貫通孔の内部に円柱状のビア導体３３０，３３２が形成されている。貫通孔は、平面視において円形である接続電極３２０，３２２の中心部に配置されている。ビア導体３３０，３３２は、例えば、スクリーン印刷などによって貫通孔に導電ペーストを充填することによって設けられる。導電ペーストの素材は、例えばＭｏを主成分として含む。図１に示される例では、接続電極３２０がＸ軸負方向側及びＺ´軸負方向側の角部付近に形成されたビア導体３３０に接続され、接続電極３２２がＸ軸正方向側及びＺ´軸負方向側の角部付近に形成されたビア導体３３２に接続されている。ビア導体３３０，３３２の上面は円形状を有する。接続電極３２０，３２２が有する突起部の上面の径は、ビア導体３３０，３３２の上面の径より大きくなっている。

封止枠３５０は、基板３００の第１主面３０２の周縁部において、全周に渡って枠状（例えば、四角枠状）に形成されている。すなわち、封止枠３５０は、蓋部材２００の側壁部２０２の端面２０４が接合される領域に形成されている。封止枠３５０は、蓋部材２００と基板３００との間を封止するためのものである。また、蓋部材２００が導電性材料である場合、導体である封止枠３５０を介して蓋部材２００を接地させることができる。封止枠３５０は、最下層３５０ａ、中間層３５０ｂ、及び最上層３５０ｃを含む。なお、各層の詳細については、上述の接続電極３２２における最下層３２２ａ、中間層３２２ｂ、及び最上層３２２ｃと同様であるため、詳細な説明を省略する。封止枠３５０の最上層３５０ｃは、接続電極の最上層３２２ｃと同様に、平面度が所定の水準（例えば、５μｍ程度）以下となるように平坦化されている。平坦化の詳細については後述する。また、基板３００の第１主面３０２から接続電極３２２の最下層３２２ａの上面までの高さの最大値と、基板３００の第１主面３０２から封止枠３５０の最下層３５０ａの上面までの高さの最大値との差が１μｍ未満となっている。すなわち、この最大値と最小値の差は、接続電極３２２の最下層３２２ａの厚みの最大値の約１５パーセント未満、又は、接続電極３２２の全体の厚みの最大値の約８パーセント未満となっている。

基板３００の第２主面３０４には、外部電極３６０，３６２，３６４，３６６が形成されている。外部電極３６０，３６２，３６４，３６６は矩形状を有しており、それぞれ、基板３００の第２主面３０４上の各角部付近に形成されている。具体的には、外部電極３６０はＸ軸負方向及びＺ´軸負方向側の角部に配置され、外部電極３６６はＸ軸正方向及びＺ´軸負方向側の角部に配置され、各々、直上に形成されたビア導体３３０，３３２と電気的に接続されている。これにより、外部電極３６０，３６６は、ビア導体３３０，３３２、接続電極３２０，３２２、及び導電性保持部材３４０，３４２を介して、第１及び第２励振電極１２０，１３０に電気的に接続される。また、本実施形態においては、残りの角部に外部電極３６２，３６４が形成されている。具体的には、外部電極３６２はＸ軸正方向及びＺ´軸正方向側の角部に配置され、外部電極３６４はＸ軸負方向及びＺ´軸正方向側の角部に配置されている。外部電極３６２，３６４は、圧電振動素子１００の第１及び第２励振電極１２０，１３０とは電気的に接続されることがない電極であり、他の電極と同様の導電材料により形成されている。外部電極３６２，３６４を形成することにより、全ての角部に外部電極を形成することができるため、圧電振動子１を他の部材に電気的に接続する処理工程が容易となる。また、外部電極３６２，３６４は、接地電位が供給される接地用電極（ダミー電極又は浮き電極とも呼ばれる。）として機能する。例えば、蓋部材２００が導電性材料からなる場合、蓋部材２００を接地用電極である外部電極３６２，３６４に電気的に接続することにより、蓋部材２００にシールド機能を付与することができる。なお、外部電極３６２，３６４は、圧電振動子１が実装される実装基板（不図示）に設けられた端子（他のいずれの電子素子とも接続されない端子）に接続されてもよい。なお、外部電極３６０，３６２，３６４，３６６もまた、接続電極３２０，３２２及び封止枠３５０と同様に、３層の導電性材料から構成されている。

なお、基板３００に形成される接続電極、ビア導体、封止枠、及び外部電極の各構成は上述の例に限定されるものではなく、様々に変形して適用することができる。例えば、図１に示される例では、圧電振動素子１００は、その一方端（導電性保持部材３４０，３４２が配置される側の端部）が固定端であり、その他方端が自由端となっているが、圧電振動素子１００は長手方向の両端において基板３００に固定されていてもよい。すなわち、接続電極３２０，３２２の一方がＺ´軸正方向側に形成され、他方がＺ´軸負方向側に形成されるなど、基板３００の第１主面３０２上において互いに異なる側に配置されていてもよい。このような構成においては、圧電振動素子１００が、長手方向の一方端及び他方端の両方において基板３００に支持されることになる。また、接続電極は円形に限らず、矩形や多角形等の他の形状であってもよい。

接合材２５０は、蓋部材２００又は基板３００の全周に亘って設けられ、蓋部材２００の側壁部２０２の端面２０４と基板３００の第１主面３０２に形成された封止枠３５０との間に介在している。接合材２５０の材料は限定されるものではないが、本実施形態においては金（Ａｕ）‐錫（Ｓｎ）共晶合金である。蓋部材と基板の接合を金属接合とすることにより、蓋部材が導電性材料で構成されている場合、蓋部材と基板との間の電気的導通を図ることができる。また、封止性を向上させることができる。

上述の蓋部材２００及び基板３００の両者が接合材２５０を介して接合されることによって、圧電振動素子１００が、蓋部材２００の凹部と基板３００とによって囲まれた内部空間（キャビティ）に密封封止される。この場合、内部空間の圧力は大気圧力よりも低圧な真空状態であることが好ましく、これにより第１及び第２励振電極１２０，１３０の酸化による経時変化などが低減される。

上述の構成により、圧電振動子１においては、基板３００の外部電極３６０，３６６を介して、圧電振動素子１００における一対の第１及び第２励振電極１２０，１３０の間に交番電界が印加される。これにより、厚みすべり振動モードを含む振動モードによって圧電基板１１０が振動し、該振動に伴う共振特性が得られる。

圧電振動子１は、基板３００に形成された接続電極３２０，３２２の平面度が高く形状が安定する。このため、圧電振動素子１００と導電性保持部材３４０，３４２、及び、接続電極３２０，３２２と導電性保持部材３４０，３４２との接合面積ばらつきを小さくすることができる。これにより、圧電振動素子１００の接合強度の変動幅が小さくなり、接合強度が安定する。また、本実施形態においては、接続電極の上面の突起部が尖った構成に比べて、熱や衝撃等に起因する突起部への応力集中が回避されるため、圧電振動素子１００と接続電極３２０，３２２の接合部の破損が抑制される。また、封止枠３５０についても平面度が高いため、蓋部材２００と接合材２５０と封止枠３５０との接合面積が広く確保され、封止の気密性が向上する。さらに、外部電極３６０，３６２，３６４，３６６についても、接続電極３２０，３２２と同様に平面度が高いため、圧電振動子１の実装基板への実装の安定度が向上する。

なお、本実施形態においては、基板３００が備える４つの外部電極のうち、Ｚ´軸負方向側の２つの外部電極３６０，３６６が、それぞれビア導体３３０，３３２を介して圧電振動素子１００に形成された第１励振電極１２０又は第２励振電極１３０と電気的に接続され、Ｚ´軸正方向側の２つの外部電極３６２，３６４がダミー電極となる構成が示されている（図１参照）。当該構成によれば、外部電極３６０から第１励振電極１２０までの電気的経路と、外部電極３６６から第２励振電極１３０までの電気的経路との各距離を略等しくして容量を実質的に同一にすることができるため、圧電振動子の励振振動において周波数特性を向上させることができる。

なお、基板３００における接続電極３２０，３２２と外部電極３６０，３６２，３６４，３６６との接続の構成はこれに限られない。例えば、基板３００の一方の対角線に配置された外部電極３６０，３６２が第１又は第２励振電極１２０，１３０と電気的に接続され、他方の対角線に配置された外部電極３６４，３６６がダミー電極となるように構成されていてもよい。具体的には、例えば、第１励振電極１２０の側は、接続電極３２０から外部電極３６０まで貫通するビア導体３３０を形成し、第２励振電極１３０の側は、基板３００の第１主面３０２上において接続電極３２２からＺ´軸正方向側の外部電極３６２上まで引き出し、外部電極３６２上にビア導体を形成することにより外部電極３６２と電気的に導通してもよい。また、複数のセラミックシートの積層により基板３００を構成する場合、当該基板の中間層において第２励振電極１３０側のビア導体３３２をＺ´軸正方向側の外部電極３６２上まで引き出し、外部電極３６２上で開口するように形成してもよい。さらに、当該構成において外部電極３６０，３６２から第１又は第２励振電極１２０，１３０までの電気的経路の距離を略等しくするために、第１励振電極１２０側のビア導体３３０も、基板の中間層において貫通孔を迂回させて外部電極３６０上で開口するように形成してもよい。

次に、図３〜図６を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の製造方法について説明する。ここで、図３は、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の製造方法を示すフローチャートであり、図４Ａ〜図４Ｌは、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の製造方法の手順を示す図であり、図５は、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の基板の部分断面図であり、図６は、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の平面図である。なお、図４Ａ〜図４Ｌは、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図と同方向の断面図を工程ごとに示したものであり、図６は、図１に示される圧電振動子１における蓋部材２００及び接合材２５０を省略した図である。また、圧電振動素子１００及び蓋部材２００の製造方法については、詳細な説明は省略する。

まず、図４Ａに示されるように、第１主面１２と第１主面１２に対向する第２主面１４とを有するセラミック基板１０を用意し、当該セラミック基板１０に、第１主面１２と第２主面１４を貫通する貫通孔２０を形成する（図３のＳ１０）。セラミック基板１０には、例えば、グリーンシートを用いる。

次に、図４Ｂに示されるように、貫通孔２０に導電ペーストを充填し、ビア導体３０を形成する（図３のＳ２０）。セラミック基板１０の第１主面１２から導電ペーストをスクリーン印刷することによって、貫通孔２０に導電ペーストを充填することができる。ビア導体３０は例えば円柱形状であり、導電ペーストの素材は例えばＭｏとする。また、導電ペーストを貫通孔２０に充填した後、セラミック基板１０をビア導体３０とともに仮焼成する（図３のＳ３０）。ここで、導電ペーストとセラミック基板１０との密度、融点、バインダーの含有率などの違いにより、収縮率の違いが発生する。この収縮率の違いにより、導電ペーストがセラミック基板１０の第１主面１２及び第２主面１４の表面から盛り上がる（図４Ｃ参照）。

次に、図４Ｄに示されるように、セラミック基板１０に導電ペーストをスクリーン印刷し、セラミック基板１０の第１主面１２に円形状の接続電極下地層３２ａ及び四角枠状の封止枠下地層３４ａを形成し、セラミック基板１０の第２主面１４に矩形状の外部電極下地層３６ａを形成する（図３のＳ４０）。ここで、仮焼成によりビア導体３０がセラミック基板１０から盛り上がって形成されているため、当該ビア導体３０の端面を覆うように形成される接続電極下地層３２ａ及び外部電極下地層３６ａもまた、ビア導体３０の直上又は直下に対応する領域（例えば、接続電極下地層３２ａ及び外部電極下地層３６ａの中央部）が盛り上がり、突起部３３，３７が形成される（図４Ｄ参照）。

次に、セラミック基板１０を、ビア導体３０、接続電極下地層３２ａ、封止枠下地層３４ａ、外部電極下地層３６ａとともに焼成する（図３のＳ５０）。焼成による焼結においても、セラミック基板１０をビア導体３０との焼結収縮率の違いよって、ビア導体３０がセラミック基板１０から盛り上がって形成される。

次に、図４Ｅ及び図４Ｆに示されるように、第１平板４０及び第２平板４２を用いて、セラミック基板１０を第１主面１２側及び第２主面１４側から挟んで所定の加重をかけて押圧し、接続電極下地層３２ａ及び封止枠下地層３４ａの表面を平坦化する（図３のＳ６０）。具体的には、接続電極下地層３２ａに形成された突起部３３が押圧され、接続電極下地層３２ａの上面が平坦化される。これにより、図５に示されるように、セラミック基板１０の第１主面１２から接続電極下地層３２ａの上面Ｘ１までの高さの最大値ｈ１と最小値ｈ２の差を１μｍ未満とすることができる。また、封止枠下地層３４ａについても、当該押圧により上面Ｙ１が平坦化される。さらに、接続電極下地層３２ａ及び封止枠下地層３４ａは同一の第１平板４０により押圧されるため、セラミック基板１０の第１主面１２から接続電極下地層３２ａの上面までの高さの最大値ｈ１と、セラミック基板１０の第１主面１２から封止枠下地層３４ａの上面Ｙ１までの高さの最大値ｈ３との差を１μｍ未満とすることができる。なお、本実施形態においては、接続電極下地層３２ａがＸＺ´軸平面の平面視において円形状であるため、当該接続電極下地層が矩形状である場合に比べて、突起部３３のつぶれ形状が安定する。なお、外部電極下地層３６ａの平坦化については、接続電極下地層３２ａと同様であるため詳細な説明を省略する。

次に、図４Ｇ及び図４Ｈに示されるように、セラミック基板１０にめっき処理を施し、接続電極下地層３２ａ、封止枠下地層３４ａ、及び外部電極下地層３６ａの上部にめっき層を形成する（図３のＳ７０）。めっき処理は、例えば２回のめっき処理を含む。接続電極３２を例に説明すると、１回目のめっき処理において接続電極下地層３２ａを覆うように第１めっき層３２ｂが形成され、２回目のめっき処理において当該第１めっき層３２ｂを覆うように第２めっき層３２ｃが形成される。第１めっき層３２ｂの素材は例えばＮｉであり、第２めっき層３２ｃの素材は例えばＡｕであるが、めっき層の素材はこれらに限られない。なお、接続電極下地層３２ａの融点（Ｍｏの場合、約２６２２度）は、セラミック基板１０の焼結温度（約１６００度）より高く、接続電極３２の第１めっき層３２ｂの融点（Ｎｉの場合、約１４５５度）と、接続電極３２の第２めっき層３２ｃの融点（Ａｕの場合、約１０６３度）は、セラミック基板１０の焼結温度より低い。めっき処理においては、前工程（図３のＳ６０）において接続電極下地層３２ａの上面Ｘ１が平坦化されているため、当該上面Ｘ１の上に形成される第１及び第２めっき層においても表面が平坦化される。具体的には、例えば、接続電極３２の第２めっき層３２ｃの上面Ｘ２及び封止枠３４の第２めっき層３４ｃの上面Ｙ２の平面度を所定の水準（例えば、５μｍ程度）以下に保つことができる。なお、めっき処理は電解めっき処理又は無電解めっき処理のいずれを用いてもよい。以下の説明において、接続電極下地層３２ａ、第１めっき層３２ｂ、及び第２めっき層３２ｃをまとめて「接続電極３２」と呼ぶこともある。封止枠３４及び外部電極３６についても同様である。

次に、図４Ｉ、図４Ｊ及び図６に示されるように、セラミック基板１０の第１主面１２に形成された接続電極３２の上に導電性接着剤５０を載せ、圧電振動素子６０を載置する（図３のＳ８０）。圧電振動素子６０は、セラミック基板１０の第１主面１２上の中央部付近に載置されることにより、圧電振動素子６０が備える接続電極（図１に示される接続電極１２４，１３４に対応）が、導電性接着剤５０を介して、セラミック基板１０の第１主面１２に形成された接続電極３２の第２めっき層３２ｃに電気的に接続される（図６参照）。本実施形態においては、上述の押圧（図３のＳ６０）によって接続電極３２の上面Ｘ２の平面度が向上する。そのため、上述の押圧をせずに接続電極３２の上面の突起が高く導電性接着剤５０の形状が安定しない構成と比較して、圧電振動素子６０と導電性接着剤５０、及び、接続電極３２の上面Ｘ２と導電性接着剤５０との接合面積の変動幅を小さくすることができる。これにより、圧電振動素子６０の接合強度の変動幅が小さくなり、接合強度が安定する。特に、導電性接着剤は、毛細管現象などの影響のため、より間隔の狭い領域に向かって濡れ拡がる特性を有するところ、接続電極３２の上面Ｘ２を平坦化することにより、圧電振動素子６０と導電性接着剤５０との隙間の変動が小さくなり、導電性接着剤５０の濡れ広がりが安定しやすくなる。このため、圧電振動素子の接合強度が向上する効果が得られる。さらに、接続電極３２は円形状の構成であれば、円の中心付近に配置した導電性接着剤５０の濡れ拡がりが、円の対称性によってさらに安定する。なお、導電性接着剤５０は硬化後に導電性保持部材となる。

最後に、図４Ｋ及び図４Ｌに示されるように、セラミック基板１０の第１主面１２に接合材８０を介して蓋部材７０を接合し、圧電振動素子６０を封止する（図３のＳ９０）。接合材８０は、例えば、蓋部材７０の側壁部の端面に付着された後、セラミック基板１０の第１主面１２に形成された封止枠３４と接合される。本実施形態においては、上述の押圧（図３のＳ６０）によって封止枠３４の上面Ｙ２の平面度が向上しているため、上述の押圧をせずに封止枠に蓋部材を接合する構成と比較して、接合面積が広くなり、蓋部材による封止の気密性が向上する。

上述の製造方法により、図１及び図２に示される圧電振動子１に対応する圧電振動子９０が製造される。圧電振動子９０においては、仮に焼成されたセラミック基板１０の平面度が低い場合であっても、セラミック基板１０に形成された接続電極３２の平面度が高いため、圧電振動素子６０と導電性接着剤５０、及び、接続電極３２と導電性接着剤５０の接合面積ばらつきが小さくなる。これにより、圧電振動素子６０の接合強度の変動幅が小さくなり、接合強度が安定する。また、接続電極３２の上面の突起部３３への応力集中が回避されるため、圧電振動素子６０と接続電極３２の接合部の破損が抑制される。また、封止枠３４についても平面度が高いため、接合材８０と封止枠３４との接合面積が広く確保され、封止の気密性が向上する。さらに、外部電極３６についても接続電極３２と同様に、突起部３７が抑制されて平面度が向上するため、圧電振動子９０の実装基板への実装の安定度が向上する。

なお、本実施形態においては、ビア導体３０を形成した後に接続電極下地層３２ａ及び封止枠下地層３４ａをスクリーン印刷により形成する方法が示されているが、当該方法の代わりに、貫通孔２０が形成されたセラミック基板１０にスクリーン印刷を施し、ビア導体、接続電極下地層、及び封止枠下地層を一工程において形成し、焼成してもよい。

以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。圧電振動子の製造方法は、セラミック基板１０に、貫通孔２０を充填するビア導体３０と、接続電極下地層３２ａと、枠状に設けられた封止枠下地層３４ａと、を形成し、焼成した後、セラミック基板１０を第１主面１２側及び第２主面１４側から押圧する。これにより、接続電極下地層３２ａの表面と封止枠下地層３４ａの表面とが平坦化され、接続電極３２の第２めっき層３２ｃ及び封止枠３４の第２めっき層３４ｃの平面度が向上する。従って、接続電極３２における突起部の発生が抑制され、接続電極３２と導電性保持部材、及び、導電性保持部材と圧電振動素子６０との接合面積ばらつきを小さくし、圧電振動素子６０の接合強度を安定化することができる。また、封止枠３４の平面度が向上することにより、封止枠３４と蓋部材７０との接合面積を広く確保し、蓋部材７０の封止の気密性を向上させることができる。

また、ビア導体３０、接続電極下地層３２ａ、及び封止枠下地層３４ａはスクリーン印刷により形成してもよい。なお、ビア導体３０、接続電極下地層３２ａ、及び封止枠下地層３４ａの形成方法はこれに限られない。

また、ビア導体３０、接続電極下地層３２ａ、及び封止枠下地層３４ａは、Ｍｏを主成分として含んでいてもよい。なお、ビア導体３０、接続電極下地層３２ａ、及び封止枠下地層３４ａの素材はこれに限られない。

また、セラミック基板１０の押圧は、第１及び第２平板４０，４２を用いて、セラミック基板１０を第１主面１２側及び第２主面１４側から挟んで押圧してもよい。なお、押圧の方法はこれに限られない。

また、セラミック基板１０の第１主面１２から接続電極下地層３２ａの上面までの高さの差が１μｍ未満であってもよい。これにより、接続電極３２における突起部の発生が抑制され、圧電振動素子６０の接合強度を向上させることができる。また、セラミック基板１０の第１主面１２から接続電極下地層３２ａの上面までの高さの最大値と、セラミック基板１０の第１主面１２から封止枠下地層３４ａの上面までの高さの最大値との差が１μｍ未満であってもよい。

また、接続電極３２及び封止枠３４の平面度が５μｍ以下であってもよい。これにより、接続電極３２上に載置される圧電振動素子６０に加えて、封止枠３４上に載置される蓋部材７０の接合強度も向上させることができる。

また、圧電振動素子６０は、第１及び第２主面を有する圧電基板と、圧電基板の第１主面に設けられた第１励振電極と、圧電基板の第２主面に設けられた第２励振電極と、を備え、第１及び第２励振電極が、それぞれ、導電性保持部材を介して第１又は第２接続電極に電気的に接続されていてもよい。なお、第１及び第２励振電極と接続電極との接続の構成はこれに限られない。

また、セラミック基板１０の第２主面１４上に外部電極下地層３６ａを形成し、焼成した後、セラミック基板１０を押圧することによって、外部電極下地層３６ａの表面を平坦化してもよい。これにより、外部電極３６の平面度が向上し、圧電振動子９０の実装基板への実装の安定度が向上する。

また、圧電振動子１は、基板３００において貫通孔に充填されたビア導体３３０，３３２と、第１主面３０２上に設けられた接続電極３２０，３２２と、第１主面３０２上に枠状に設けられた封止枠３５０と、を備え、基板３００の第１主面３０２から接続電極３２０，３２２の最下層の上面までの高さの差が１μｍ未満であり、基板３００の第１主面３０２から接続電極３２０，３２２の最下層の上面までの高さの最大値と、基板３００の第１主面３０２から封止枠３５０の最下層の上面までの高さの最大値との差が１μｍ未満であり、かつ、接続電極３２０，３２２の最上層及び封止枠３５０の最上層の平面度が５μｍ以下である。これにより、接続電極３２０，３２２において突起部の発生が抑制されるため、接続電極３２０，３２２の上面と導電性保持部材３４０，３４２、及び、導電性保持部材３４０，３４２と圧電振動素子１００との接合面積のばらつきが小さくなり、圧電振動素子１００の接合強度が安定化する。また、封止枠３５０の平面度が向上することにより、封止枠３５０と蓋部材２００との接合面積が広く確保され、蓋部材２００の封止の気密性が向上する。

また、接続電極３２０，３２２は、当該接続電極の最下層の上面が突起して形成された突起部を有し、当該突起部の上面及びビア導体の上面が円形状を有し、突起部の上面の径がビア導体の上面の径より大きくてもよい。なお、突起部及びビア導体の形状及び大きさはこれに限られない。

また、接続電極３２０，３２２の最下層及び封止枠３５０の最下層の融点は、基板３００の焼結温度より高く、接続電極３２０，３２２の最上層及び封止枠３５０の最上層の融点は、基板３００の焼結温度より低くてもよい。なお、各層の融点はこれに限られない。

なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。すなわち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１，９０ 圧電振動子
１００，６０ 圧電振動素子
１１０ 圧電基板
１２０，１３０ 励振電極
１２２，１３２ 引出電極
１２４，１３４ 接続電極
２００，７０ 蓋部材
２５０，８０ 接合材
３００ 基板
３２０，３２２ 接続電極
３３０，３３２ ビア導体
３４０，３４２ 導電性保持部材
３５０ 封止枠
３６０，３６２，３６４，３６６ 外部電極
１０ セラミック基板
２０ 貫通孔
３０ ビア導体
３２ 接続電極
３４ 封止枠
３６ 外部電極
４０，４２ 平板
５０ 導電性接着剤

Claims (12)

1. （ａ）第１主面と当該第１主面に対向する第２主面を有するセラミック基板に、前記第１主面と前記第２主面を貫通する貫通孔を形成すること、
   （ｂ）前記セラミック基板に、前記貫通孔を充填するビア導体と、前記第１主面上で前記ビア導体と接続されるように設けられた接続電極下地層と、前記セラミック基板の前記第１主面に枠状に設けられた封止枠下地層と、を形成すること、
   （ｃ）前記セラミック基板を、前記ビア導体、前記接続電極下地層、及び前記封止枠下地層とともに焼成すること、
   （ｄ）前記セラミック基板を前記第１主面側及び前記第２主面側から押圧することによって、前記接続電極下地層の表面と前記封止枠下地層の表面とを平坦化すること、
   （ｅ）前記接続電極下地層及び前記封止枠下地層にめっき処理を行い、前記第１主面に設けられた前記接続電極下地層を含む接続電極と、前記第１主面に枠状に設けられた前記封止枠下地層を含む封止枠と、を形成すること、
   （ｆ）圧電振動素子を、導電性保持部材を介して前記セラミック基板の前記第１主面に形成された前記接続電極上に載置すること、
   （ｇ）前記セラミック基板上で前記圧電振動素子が封止されるように蓋部材を前記セラミック基板の前記第１主面に接合すること、
   を含む、圧電振動子の製造方法。
2. 前記（ｂ）において、
   前記ビア導体、前記接続電極下地層、及び前記封止枠下地層をスクリーン印刷により形成する、請求項１記載の圧電振動子の製造方法。
3. 前記（ｂ）において、
   前記ビア導体、前記接続電極下地層、及び前記封止枠下地層は、Ｍｏを主成分として含む、請求項１又は２記載の圧電振動子の製造方法。
4. 前記（ｄ）において、
   第１及び第２平板を用いて、前記セラミック基板を前記第１主面側及び前記第２主面側から挟んで押圧する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電振動子の製造方法。
5. 前記（ｄ）後において、
   前記セラミック基板の前記第１主面から前記接続電極下地層の上面までの高さの差が１μｍ未満であり、前記セラミック基板の前記第１主面から前記接続電極下地層の上面までの高さの最大値と、前記セラミック基板の前記第１主面から前記封止枠下地層の上面までの高さの最大値との差が１μｍ未満である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電振動子の製造方法。
6. 前記（ｅ）後において、
   前記接続電極及び前記封止枠の平面度が５μｍ以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧電振動子の製造方法。
7. 前記圧電振動素子は、第１主面と当該第１主面に対向する第２主面を有する圧電基板と、前記圧電基板の前記第１主面に設けられた第１励振電極と、前記圧電基板の前記第２主面に設けられた第２励振電極と、を備え、
   前記接続電極は、第１及び第２接続電極を含み、
   前記（ｆ）において、
   前記第１及び第２励振電極は、それぞれ、前記導電性保持部材を介して前記第１又は第２接続電極に電気的に接続される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧電振動子の製造方法。
8. 前記（ｂ）において、
   前記セラミック基板の前記第２主面上で前記ビア導体と接続されるように設けられた外部電極下地層を形成すること、を含み、
   前記（ｃ）において、
   前記セラミック基板を、前記外部電極下地層とともに焼成すること、を含み、
   前記（ｄ）において、
   前記セラミック基板を前記第１主面側及び前記第２主面側から押圧することによって、前記外部電極下地層の表面を平坦化すること、を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧電振動子の製造方法。
9. 第１主面と当該第１主面に対向する第２主面を有し、前記第１主面と前記第２主面を貫通する貫通孔に充填されたビア導体と、前記第１主面上で前記ビア導体と接続されるように設けられた接続電極と、前記第１主面に枠状に設けられた封止枠と、を備えるセラミック基板と、
   前記セラミック基板の前記第１主面に形成された前記接続電極上に、導電性保持部材を介して載置された圧電振動素子と、
   前記セラミック基板上で前記圧電振動素子が封止されるように前記セラミック基板の前記第１主面に接合された蓋部材と、
   を備え、
   前記接続電極及び前記封止枠は、それぞれ、最下層及び最上層を含む多層構造であり、
   前記セラミック基板の前記第１主面から前記接続電極の前記最下層の上面までの高さの差が１μｍ未満であり、前記セラミック基板の前記第１主面から前記接続電極の前記最下層の上面までの高さの最大値と、前記セラミック基板の前記第１主面から前記封止枠の前記最下層の上面までの高さの最大値との差が１μｍ未満であり、かつ、前記接続電極の前記最上層及び前記封止枠の前記最上層の平面度が５μｍ以下である、圧電振動子。
10. 前記接続電極は、当該接続電極の前記最下層の上面が突起して形成された突起部を有する、請求項９に記載の圧電振動子。
11. 前記突起部の上面及び前記ビア導体の上面は円形状を有し、
    前記突起部の上面の径は、前記ビア導体の上面の径より大きい、請求項１０に記載の圧電振動子。
12. 前記接続電極の前記最下層及び前記封止枠の前記最下層の融点は、前記セラミック基板の焼結温度より高く、
    前記接続電極の前記最上層及び前記封止枠の前記最上層の融点は、前記セラミック基板の焼結温度より低い、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の圧電振動子。