JP2022145456A - 圧電デバイス用のベースおよび圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】圧電デバイス用の新規な構造を有したベースを提供する。【解決手段】ベース１０は、ガラス又は水晶から成る第１基板１１と、第１基板の第１面１１ａに設けた圧電素子用の搭載パッド１１ｂと、第１基板に設けられ、搭載パッドから第１面とは反対面である第２面１１ｃに通じているコンタクトホール１１ｄ及びコンタクトホール配線１１ｅと、第２面の前記コンタクトホールの周囲領域を含む領域に設けた第１金属膜１１ｆと、前記第１基板と同じ材料から成る第２基板１３と、第２基板の第１基板側の面に設けられ第１金属膜と共に金属間接合を構成している第２金属膜１３ｂと、引き回し配線１３ｅと、キャスタレーション１３ｆと、外部実装端子１３ｇと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、圧電デバイス用のベースと、このベースを用いた圧電デバイスに関する。

圧電デバイスでは、圧電素子を内包するための容器が必須である。そのため、圧電デバイスの一種である水晶デバイスでは、金属製容器、セラミック製容器、ガラスや水晶を用いた容器等の種々の容器が、使用又は研究されている。特に量産タイプの水晶デバイスでは、表面実装型のものの要求が高いため、表面実装型の容器が多用されている。

表面実装型かつ量産に適する容器の代表格は、セラミック製の容器である。具体的には、セラミック製のベースと、金属製又はセラミック製の蓋とを接合した容器である。セラミック製のベースは、典型的には、セラミック材料からなる平面視矩形状の底板と、この底板上に積層したセラミック材料からなる堤部とが、一体的に焼成されたものである（特許文献１の例えば段落２６、図１等）。

また、水晶及びガラスを用いた容器の一例として、例えば特許文献２に開示されているように、水晶振動片及び外枠が一体形成された水晶構造体と、ガラス製の上板と、ガラス製の下板とが、陽極接合によって接合された構造の容器がある（特許文献２の要約、図１、図３等）

また、ガラス製の容器の他の例として、例えば特許文献３に開示されているように、ホウケイ酸ガラスで構成したリッド及びベースを直接接合した構造の容器がある（特許文献３の段落１８、３２、図１（ｂ）等）

また、水晶製の容器の一例として、例えば特許文献４に開示されているように、水晶ウエハで構成したリッドウエハと圧電ウエハとベースウエハとを、接合材によって、又は、直接接合によって接合し、これを個々の圧電デバイスに個片化して形成された構造の容器がある（特許文献４の段落７２，７５，７６、図８、図９等）。

特開２００７－２７４０７１号公報 特開２０００－６８７８０号公報 特開２０１４－１９２６４４号公報 特開２０１５－３３０３５号公報

上記の各種容器の中で、現在のところ最も優れているものは、セラミック製のベースを用いたものである。しかし、圧電デバイスの薄型化、小型化が進むに従い、セラミック製のベースは、構造、精度、コスト面で限界があるといえる。従って、セラミック製のベースに代わることができ、かつ、上記のガラス及び又は水晶を用いた従来の容器を超えることができる、新規な構造のベースが望まれる。
この発明は上記の点に鑑みなされたものであり、従って、この出願の目的は、圧電デバイス用の新規な構造を有したベース及びこれを用いた圧電デバイスを提供することにある。

この目的の達成を図るため、この発明の圧電デバイス用のベースによれば、ガラス又は水晶から成る第１基板と、前記第１基板の第１面に設けた圧電素子用の搭載パッドと、前記第１基板に設けられ、前記搭載パッドから前記第１面とは反対面である第２面に通じているコンタクトホール及びコンタクトホール配線と、前記第２面の前記コンタクトホールの周囲領域を含む領域に設けた第１金属膜と、前記第１基板と同じ材料から成り前記第１基板に金属間接合によって接合されている第２基板と、前記第２基板の前記第１基板側の面である第３面に設けられ前記第１金属膜と共に当該金属間接合を構成している第２金属膜と、前記コンタクトホール配線から前記第３面及び前記第２基板の側面を経由して前記第２基板の前記第３面と反対面である第４面に至っている引き回し配線と、前記引き回し配線用として前記側面に設けたキャスタレーションと、前記第４面に設けられ前記引き回し配線に接続されている外部実装端子と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明の圧電デバイスによれば、ガラス又は水晶から成る第１基板と、前記第１基板の第１面に設けた圧電素子用の搭載パッドと、前記第１基板に設けられ、前記搭載パッドから前記第１面とは反対面である第２面に通じているコンタクトホール及びコンタクトホール配線と、前記第２面の前記コンタクトホールの周囲領域を含む領域に設けた第１金属膜と、前記第１基板と同じ材料から成り前記第１基板に金属間接合によって接合されている第２基板と、前記第２基板の前記第１基板側の面である第３面に設けられ前記第１金属膜と共に当該金属間接合を構成している第２金属膜と、前記コンタクトホール配線から前記第３面及び前記第２基板の側面を経由して前記第２基板の前記第３面と反対面である第４面に至っている引き回し配線と、前記引き回し配線用として前記側面に設けたキャスタレーションと、前記第４面に設けられ前記引き回し配線に接続されている外部実装端子と、を備えたベース、
前記搭載パッドに導電性部材によって接続固定されている当該圧電素子、および、
前記ベースに接合され前記圧電素子を封止している蓋部材と、を備えたことを特徴とする。

この発明のベースによれば、ガラス又は水晶から成る第１基板及び第２基板が金属間接合によって積層された構造を持った圧電デバイス用のベースが構成される。しかも、圧電素子用の搭載パッドが、第１基板に設けたコンタクトホール配線と、第２基板に設けられキャスタレーションを使用した引き回し配線とによって、外部実装端子に接続された構造のベースが実現される。しかも、コンタクトホールの周囲は、第１金属膜及び第２金属膜による金属間接合によって囲まれた構造になっているので、気密性低下のネックとなり易いコンタクトホール領域が、金属間接合によって密封される。しかも、第１基板及び第２基板は同じ材料で構成してあるので、熱膨張係数等の物理的性質が同じである。
従って、ガラス又は水晶から成る第１基板及び第２基板の積層構造であっても、気密性が確保されたベースを実現できる。
さらに、ガラス及び水晶各々は、フォトリソグラフィ技術によって加工が可能なため、比較的高い精度で加工ができ、かつ、いずれも材料費として比較的安価である。従って、高精度かつ安価なベースを実現できる。
また、この発明の圧電デバイスによれば、上記の新規構造を有したベースを用いた新規な圧電デバイスを実現できる。

第１の実施形態のベース１０を説明するための図である。 この発明のベースの製造方法の一例を説明するための図である。 第１の実施形態の圧電デバイス４０を説明するための図である。 第２の実施形態のベース１０ｘおよび圧電デバイス７０を説明するための図である。 特にキャスタレーションおよび外部実装端子を説明するための図である。 特にコンタクトホールを説明するための図である。 特に第１金属膜及び第２金属膜の平面形状の変形例を説明するための図である。 第１基板上に配線を引き回す場合の好ましい構造例を説明するための図である。 第２の実施形態のベースの変形例を説明するための図である。 第１金属膜及び第２金属膜の具体的な構成例を説明するための図である。 シールパタンを設ける場合の好ましい構造例を説明するための図である。 金属間接合をする際の接合圧力低減に好ましい構造例を説明するための図である。 金属間接合をする際の接合圧力低減に好ましい構造例を説明するための図１２に続く図である。 第１基板の圧電素子を搭載する面の好ましい構造例を説明するための図である。

以下、図面を参照してこの発明のベースおよび圧電デバイスの実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の実施例中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。

１．第１の実施形態のベース
図１（Ａ）、（Ｂ）は、第１の実施形態のベース１０を説明するための図である。特に図１（Ａ）は、ベース１０の斜視図、図１（Ｂ）は、ベース１０を、第１基板１１及び第２基板１３に分けて示した分解斜視図である。
実施形態のベース１０は、ガラス又は水晶から成る第１基板１１と、第１基板１１の第１面１１ａに設けた圧電素子用の搭載パッド１１ｂと、第１基板１１に設けられ、搭載パッド１１ｂから第１面１１ａとは反対面である第２面１１ｃに通じているコンタクトホール１１ｄ及びコンタクトホール配線１１ｅと、第２面１１ｃのコンタクトホール１１ｄの周囲領域を含む領域に設けた第１金属膜１１ｆと、絶縁領域１１ｇと、シールパタン１１ｈと、を備えている。
さらに、ベース１０は、第１基板と同じ材料から成り第１基板１１に金属間接合によって接合されている第２基板１３と、第２基板１３の第１基板１１側の面である第３面１３ａに設けられ第１金属膜１１ｆと共に、すなわち第１金属膜１１ｆに接合して、当該金属間接合を構成している第２金属膜１３ｂと、前記コンタクトホール配線１１ｅから第３面１３ａ及び第２基板１３の側面１３ｃを経由して第２基板１３の第３面１３ａと反対面である第４面１３ｄに至っている引き回し配線１３ｅと、引き回し配線１３ｅ用として側面１３ｃに設けられたキャスタレーション１３ｆと、第４面１３ｄに設けられ引き回し配線に接続されている外部実装端子１３ｇ（図３参照）と、を備えている。以下、上記した各構成成分の具体例について説明する。

第１基板１１は、この例の場合、平面形状が四角形状のものとしてある。第１基板１１の具体的材料は、水晶の場合は、Ｚカット板又はＡＴカット板が好ましい。水晶のＺカット板及びＡＴカット板それぞれは、水晶振動子用として大量生産されている基板であるため、コスト的にも有利である。また、第１基板１１の具体的材料がガラスの場合は、ソーダガラス等、任意好適なガラスで良い。

搭載パッド１１ｂは、圧電素子５０（図３参照）が導電性接着剤等によって接続固定されるものである。搭載パッド１１ｂは、圧電素子の実装構造に応じた形状のものを、第１基板１１の第１面１１ａ上の、任意の箇所に設ける。この例の場合は、圧電素子を片持ち保持する構造を例示しているので、搭載パッド１１ｂは、第１基板１１の１つの辺の近傍であって、この１つの辺に沿う方向で互いに離間した２か所に設けてある。より具体的には、後に図３を用いて説明するが、第１基板に搭載される圧電素子５０（図３参照）は、平面視で矩形状のものであり、搭載パッド１１ｂは、前記矩形状の圧電素子５０の１つの辺側のかつ当該１つの辺に沿う両端と対応する第１基板の２か所に設けてある。搭載パッド１１ｂの平面的な形状は、四角形状、丸形状、楕円形状等、任意の形状にできる。搭載パッド１１ｂは、任意好適な金属膜、例えば、クロム膜と金膜との積層膜等で構成できる。

コンタクトホール１１ｄおよびコンタクトホール配線１１ｅは、第１基板１１の第１面１１ａから第２面１１ｃに通じているもので、第１基板１１に例えばフォトリソグラフィ技術、エッチング技術及び成膜技術を用いて形成できる。コンタクトホール配線１１ｅの構成材料は、例えば、搭載パッド１１ｂと同様の材料で構成できる。

第１金属膜１１ｆは、第１基板１１と第２基板１３とを、金属間接合によって接合するための一方の部材であると共に、コンタクトホール１１ｄの気密を確保するための封止部材の一方としての役割を持つ。そのため、第１金属膜１１ｆは、この例の場合、２つのコンタクトホール１１ｄの一方の周囲を囲うような平面形状を持つ第１部分１１ｆ１と、２つのコンタクトホール１１ｄの他方の周囲を囲うような平面形状を持つ第２部分１１ｆ２と、それ以外の領域を担当する第３部分１１ｆ３との、３つの部分で構成してある。なお、第１金属膜１１ｆの上記の３つの部分１１ｆ１，１１ｆ２，１１ｆ３それぞれは、電気的に分離する必要があるため、金属膜を除去した絶縁領域１１ｇによって分離してある。ただし、後述する第２金属膜１３ｂとの金属間接合面積を広くするため、絶縁領域１１ｇの面積は、必要最小限にすることが好ましい。
また、第２基板１３側に設けた第２金属膜１３ｂは、第１基板１１と第２基板１３とを、金属間接合によって接合するための他方の部材であると共に、コンタクトホール１１ｄの気密を確保するための封止部材の他方としての役割を持つ。従って、第２金属膜１３ｂは、第１金属膜１１ｆの３つの部分１１ｆ１，１１ｆ２及び１１ｆ３に対応する３つの部分で構成してあり、それら３つの部分は、絶縁領域１３ｈによって分離してある。この絶縁領域１３ｈの面積は、上記の絶縁領域１１ｇと同様に、必要最小限にすることが好ましい。

ここで、第１金属膜１１ｆ及び第２金属膜１３ｂ各々の材質について、図１０（Ａ）～（Ｃ）を参照して説明する。なお、これらの図は、第１基板１１（又は第２基板１３）と、第１金属膜１１ｆ（又は第２金属膜１３ｂ）との構造体の断面図である。
第１金属膜１１ｆ及び第２金属膜１３ｂ各々は、金属間接合が行える任意好適な金属膜で構成できる。例えば、第１基板側から順に積層した、クロム膜８０ａと金膜８０ｂとの積層膜で構成できる（図１０（Ａ））。こうすれば、第１金属膜１１ｆ及び第２金属膜１３ｂが協働して金膜同士の金属間接合を生じさせて、第１基板１１と第２基板１３とを金属間接合できる。
より好ましくは、図１０（Ｂ）に示したように、第１金属膜１１ｆ及び第２金属膜１３ｂ各々は、下地膜としてのクロム膜８０ａと、中間膜としてのニッケル膜又はニッケル・タングステン合金膜８０ｃと、上層膜としての金膜８０ｂとの３層構造の積層膜で構成するのが良い。中間膜として、ニッケル膜又はニッケル・タングステン合金膜を備えた構成であると、下地膜であるクロム膜が上層膜である金膜に拡散することを防止できるため、第１金属膜及び第２金属膜による金属間接合をより良好に行えるからである。また、この３層構造の積層膜であると、経時的にもクロムの金膜への拡散を防止できると考えられる。
さらに好ましくは、図１０（Ｃ）に示したように、第１金属膜１１ｆ及び第２金属膜１３ｂ各々は、上記の３層構造の金属膜の上層膜である金膜８０ｂの上に、チタン膜８０ｄと、このチタン膜８０ｄ上に積層した金膜８０ｅとからなる積層膜を備えた、５層構成の金属膜とするのが良い。ニッケル又はニッケル・タングステン合金を設けていてもクロムが金膜に拡散する場合があるので、チタン膜によってクロムの最上層の金膜への拡散を防止でき、金属間接合をさらに良好に行えるからである。なお、この５層構造の積層膜の場合も、経時的にもクロムの金への拡散をより防止できると考えられる。

シールパタン１１ｈ（図１）は、後述する蓋部材６０（図３参照）をベース１０に接合するためのものである。この実施形態のベース１０は、蓋部材をロー材例えば金錫合金によってベースに接合する例を示している。従って、シールパタン１１ｈは、金錫との接合が容易な任意好適な材料で構成する。シールパタン１１ｈは、第１基板１１の縁に沿って所定の幅で設けてある。
なお、第１基板１１の第１面１１ａにシールパタン１１ｈを設けるに当たり、好ましくは、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示したように、第１基板１１の第１面１１ａの、シールパタン１１ｈを設ける領域に、シールパタン１１ｈの厚みと同等の深さｄ（図１１（Ｂ）参照）を有した凹部１１ｈａを設け、この凹部１１ｈａ内にシールパタン１１ｈを設けることが良い。低背型の圧電デバイスを実現したい場合、シールパタン１１ｈの厚さ自体も低背化の弊害になることがあるが、この好適例のようにシールパタン１１ｈを凹部１１ｈａに埋め込む構造とすれば、シールパタン１１ｈの厚さ起因で圧電デバイスの厚みが増加することを防止できるからである。なお、図１１（Ｂ）は、ベース１０の、図１１（Ａ）中のＰ－Ｐ線に沿った概略的な断面図である。

第２基板１３は、第１基板に、上記第１金属膜および第２金属膜との金属間接合によって接合されるものである。第２基板１３は、第１基板１１と同じ材料かつほぼ同一の平面形状の基板としてある。ただし、第１基板１１に対し、第２基板１３は、キャスタレーション１３ｆを設けた点で、平面形状が若干異なる。キャスタレーション１３ｆについては、後述する。

引き回し配線１３ｅは、コンタクトホール配線１１ｅから第３面１３ａ及び第２基板１３の側面１３ｃを経由して第４面１３ｄに至っている配線である。ただし、引き回し配線１３ｅは、第１金属膜１１ｆ及び第２金属膜１３ｂの一部を利用して構成してある。具体的には、第１基板１１及び第２基板１３の間の引き回し配は、第１金属膜の第１部分１１ｆ１、第２部分１１ｆ２及びこれらに対向している第２金属膜１３ｂ（１３ｅ）で、構成してある。なお、引き回し配線１３ｅの、第２基板１３の側面１３ｃから外部実装端子１３ｇに至る部分は、第２金属膜１３ｂと連続している金属膜で構成してある。

キャスタレーション１３ｆは、引き回し配線１３ｅを外部実装端子１３ｇに引き回すためのものである。キャスタレーション１３ｆは、第３基板の対向する２つの辺のそれぞれの一部に、第２基板の縁から中央にやや窪んだ切欠き状になっている。詳細は図２を用いて後に説明するが、キャスタレーション１３ｆは、第２基板１３を形成するためのウエハに対し平面視で長孔状の孔を設け、そのウエハをダイシングソー等で第２基板に分割することで、形成できる。なお、キャスタレーションの個数を、図示例では２つとしているが、３個以上の場合があっても良い。

外部実装端子１３ｇは、第４面１３ｄに設けられ、上記の引き回し配線１３ｅに接続されているものである。外部実装端子１３ｇは、本発明のベース１０を用いて製造される圧電デバイス（図３参照）を種々の電子機器に搭載する際に用いる端子である。この例では、外部実装端子１３ｇとして、４つの端子を示しているが、端子数はこれに限られない。また、この場合、４つの端子のうちの２つの端子は、非接続（ＮＣ）の例である。圧電デバイスがアース構造を有する場合等では、これら非接続の端子はアース端子として用いることもできる。

２．ベース１０の製法例
次に、本発明のベースの理解を深めるために、第１の実施形態のベース１０の製法例について説明する。図２（Ａ）～（Ｄ）は、この製法例を説明するための図である。
第１基板１１を形成するために、水晶製のウエハ２０ｘを用意し、このウエハ２０ｘ上に、公知のフォトリソグラフィ技術、成膜技術およびエッチング技術によって、マトリクス状に第１基板１１、すなわち、搭載パッド１１ｂ、コンタクトホール１１ｄ、コンタクトホール配線１１ｅ及び第１金属膜１１ｆを形成する（図２（Ａ））。
また、第２基板１３を形成するために、水晶製のウエハ２０ｙを用意し、このウエハ２０ｙ上に、公知のフォトリソグラフィ技術、成膜技術およびエッチング技術によって、第２金属膜１３ｂやキャスタレーション用の孔２０ｚ等を形成する（図２（Ｂ））。

次に、ウエハ２０ｘ及びウエハ２０ｙを所定の位置関係で重ね、そして、真空チャンバ内にて低圧雰囲気で加熱かつ所定の力で加圧する（図２（Ｃ））。この処理によって、第１金属膜１１ｆ及び第２金属膜１３ｂが金属間接合するので、ウエハ２０ｘ及びウエハ２０ｙは接合し、従って、第１基板１１及び第２基板１３は接合する（図２（Ｄ））。
次に、上記接合したウエハを所定のラインに沿って例えばダイシングソーによってダイシングをして、第１の実施形態のベース１０が得られる。

なお、第１基板１１及び第２基板１３は、第１金属膜１１ｆと第２金属膜１３ｂとの金属間接合によって接合させるが、その際は、第１基板１１及び第２基板１３に対し、接合面とは反対面から所定の圧力で加圧をする。この加圧力をなるべく低くできると、接合装置の装置コスト低減や製造スループットの低減が図れる。そのため、図１２及び図１３を参照して以下に説明するように、第１基板１１の第２面１１ｃ及び又は第２基板１３の第３面１３ａに、金属間接合実施時に第１基板１１及び第２基板１３に外部から印加する接合力を集中させるための、凸状領域９０を複数備えるようにしても良い。図１２（Ａ）～（Ｃ）にその一例を示す。

先ず、図１２（Ａ）は、第１基板１１の絶縁領域１１ｇ及び第２基板１３の絶縁領域１３ｈに当たる領域をそれぞれ凹状にし、第１基板１１及び第２基板１３の、これら絶縁領域１１ｇ、１３ｈ以外の部分を結果的に凸状にすることで、凸状領域９０を構成した例である。図１２（Ｂ）、（Ｃ）それぞれは、図１２（Ａ）のＰ－Ｐ線、Ｑ－Ｑ線に沿った断面図であり、これら断面図において凸状領域９０を明確に示してある。
また、図１３（Ａ）は、第１基板１１の絶縁領域１１ｇ及び第２基板１３の絶縁領域１３ｈに当たる領域をそれぞれ凹状にし、かつ、それ以外の一部の領域も凹状にし、第１基板１１及び第２基板１３の、これら凹状にした領域以外の部分を、結果的に凸にすることで、凸状領域９０を構成した例である。図１３（Ａ）に示した斜視図において、絶縁領域１１ｇ、１３ｈの近傍以外に設けた凸状領域９０ａを明確に示してある。また、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）のＲ－Ｒ線に沿った断面図であり、この断面図において、凸状領域９０，９０ａを明確に示してある。
なお、上記の例では、凸状領域９０，９０ａを、第１基板１１及び第２基板１３双方の互いが対向する面に設けたが、凸状領域９０，９０ａを、第１基板１１及び第２基板１３対向面の一方の側にのみ設けても良い。また、第１基板１１や第２基板１３の基板の面積に対し凸状領域９０，９０ａの面積の割合をどの程度にするかは、金属間接合の信頼性と加圧力の低減性とを考慮して決める。これに限られないが、第１基板１１や第２基板１３の基板の面積に対し凸状領域９０，９０ａの面積の割合は、２０～５０％の範囲から選ぶのが良い。

３．第１の実施形態の圧電デバイス
次に、第１の実施形態の圧電デバイス４０について説明する。図３（Ａ）は第１の実施形態の圧電デバイス４０を説明するための分解斜視図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＰ－Ｐ線に沿った蓋部材６０の断面図である。
第１の実施形態の圧電デバイス４０は、上記した第１の実施形態のベース１０と、圧電素子としての水晶振動片５０と、蓋部材６０と、を備えている。
水晶振動片５０は、特に限定されないが、典型的には、ＡＴカット振動片である。その場合は、圧電素子としての水晶振動片５０は、ＡＴカット水晶片５０ａと、その表裏に設けた励振用電極５０ｂとを備えている。
蓋部材６０は、この場合、水晶振動片５０を内包できる凹部６０ａと、凹部６０ａの周囲に設けた土手部６０ｂとを備えた、キャップ状の構造のものとしてある。
水晶振動片５０は、励振用電極５０ｂから引き出された引出配線の位置で、搭載パッド１１ｂに、図示しない導電性接着剤によって、接続固定してある。
搭載パッド１１ｂに水晶振動片５０の搭載が済んだベース１０に、蓋部材６０が、この例の場合は、金錫によって接合されて、水晶振動片５０は、封止される。封止に当たり、封止空間は、減圧雰囲気又は窒素雰囲気若しくは不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。
蓋部材６０は、コスト及び製造の容易さから、金属製とすることが好ましい。蓋部材６０を構成する金属材料は任意好適なもので良いが、第１基板及び第２基板の線膨張率を考慮して、以下のものが好ましい。

第１基板１１及び第２基板１３各々を水晶で構成する場合は、水晶の線膨張率（ｐｐｍ／℃）は、温度５００Ｋ（ケルビン）付近において、光軸に平行な場合が１１．４、光軸に垂直な場合が１９．５である（平成２７年１１月２７日発行の理科年表）。ここで、温度が５００Ｋ付近の線膨張率を挙げた理由は、蓋部材６０を第１基板１１に封止する温度が、凡そ４００Ｋ～６００Ｋの範囲の温度から選ばれる場合が多いため、このような温度において線膨張率を検討することが良いためである。すると、蓋部材６０を構成する金属材料は、水晶の線膨張率に近い線膨張率を示す材料が好ましいので、例えば、銅（上記温度付近の線膨張率が１８．３。上記の理科年表による）、又は、ニッケル（上記温度付近の線膨張率が１５．３。上記の理科年表による）が好ましい。なお、蓋部材６０を銅で構成する場合は、耐食性を向上させるために、表面にニッケルメッキを施すことが好ましい。
また、第１基板１１及び第２基板１３各々をガラスで構成する場合は、ガラスと線膨張係数が近いことで知られているコバール（線膨張率が６程度）によって、蓋部材６０を構成することが好ましい。

４．第２の実施形態のベース及び圧電デバイス
次に、図４を参照して、第２の実施形態のベース１０ｘ及び圧電デバイス７０について説明する。図４（Ａ）は第２の実施形態のベース１０ｘ及び圧電デバイス７０を説明するための分解斜視図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＱ－Ｑ線に沿った圧電デバイス７０の断面図である。
第２の実施形態のベース１０ｘの、第１の実施形態のベース１０との相違点は、第１基板１１に圧電素子を内包する凹部１０ｙを設けた点である。また、第２の実施形態の圧電デバイス７０の第１の実施形態の圧電デバイス４０との相違点は、ベース１０ｘを用いたことに起因して蓋部材６０ｘが平板状のものとなった点である。この例の場合も、例えば、第１基板１１の凹部１１ｙの周囲の土手部上にシールパタン１１ｈを設けてあり、平板状の蓋部材６０ｘは、例えば金錫合金よって、第１基板１１に接合できる。
また、この場合の蓋部材６０ｘについても、上記の蓋部材６０と同様に金属製が好ましく、然も、第１基板及び第２基板が有する線膨張率を考慮した金属製の蓋部材が好ましい。すなわち、例えば、上記した理由から、銅、ニッケル又はコバール製の蓋部材が良い。

５．他の実施形態
５－１．キャスタレーション構造
図５は、キャスタレーション１３ｆの好ましい例を説明する図である。特に図５（Ａ）及び（Ｂ）は、第１基板１１と第２基板１３の平面図、図５（Ｃ）から（Ｅ）は、好ましいキャスタレーションの例を示した拡大図である。
先ず、図５（Ａ）に示したように、第１基板１１の、第２基板１３に設けたキャスタレーション１３ｆに対応する部分に、キャスタレーション１３ｆを上方から見るための切欠き部１１ｉを設けることが好ましい。圧電デバイスを電子機器の基板に実装する際、実装用ハンダのハンダ付け良否を、ハンダがキャスタレーション１３ｆまで及んでいるか否かで確認することが多い。切欠き部１１ｉは、上記確認を容易にできる。
また、図５（Ｃ）～（Ｅ）は、キャスタレーション１３ｆの形状に起因する圧電デバイスの損傷を軽減するための構造例である
図５（Ｃ）に示した例は、キャスタレーション１３ｆの、第２基板１３の中央側を、Ｒ状にしたＲ状部分１３ｘを設けた例である。Ｒ状部分１３ｘを設けると、キャスタレーション１３ｆの第２基板１３の中央側の部分での破損を低減し易い。
図５（Ｄ）に示した例は、キャスタレーション１３ｆの第２基板１３の角部側に、第２基板１３の一部を凸状に残存させた凸状部１３ｙを設けた例である。凸状部１３ｙを設けると、凸状部１３ｙでも第１金属膜及び第２金属膜による金属間接合が生じるため、圧電デバイスの角部での圧電デバイスの強度を高めることができる。
図５（Ｅ）に示した例は、上記のＲ状部分１３ｘ及び凸状部１３ｙの双方を設けて、双方の利点を発揮させる構造例である。

５－２．コンタクトホール構造
図６は、コンタクトホール１１ｄの好ましい例を説明する図である。特に、図６（Ａ）は、コンタクトホール１１ｄと第１基板１１との関係を示した平面図、図６（Ｂ）～（Ｄ）は、図６（Ａ）中のコンタクトホール１１ｄの、好ましい平面形状や配置方向を示した拡大図、図６（Ｅ）は、コンタクトホール１１ｄの、第１基板１１の表裏での位置関係の好ましい例を示した平面図及びＲ－Ｒ線での断面図である。
第１基板１１を水晶基板で構成した場合、水晶が結晶体であるため、コンタクトホールを形成する際に水晶の結晶軸に起因するエッチング液に対する異方性が生じてコンタクトホールの開口具合が所望通りにならないことがある。そのような場合、所望のコンタクトホール配線を形成できず、配線抵抗の悪化等を招く場合がある。それを回避するため、エッチングがされにくい方向については、コンタクトホールの形状等を工夫することが良い場合がある。
図６（Ｂ）の例は、エッチングされにくい方向に長孔形状にしたコンタクトホールの例である。図６（Ｃ）の例は、エッチングされにくい方向に長三角形状にしたコンタクトホールの例である。図６（Ｄ）の例は、エッチングされにくい方向に平面的に見て長孔形状のコンタクトホールとした例である。なお、長孔や長三核状の長手方向は、エッチングの方向を考量した任意の方向にできる（図６（Ｄ））。
また、上記した水晶のエッチング異方性に起因して、エッチングが優位に進む方向が、第１基板１１の厚み方向ではなく、厚み方向に対しある角度を持って斜め方向になる場合がある。図６（Ｅ）はその対策例である。コンタクトホール１１ｄを形成するためのエッチング耐性マスクの開口を、第１基板１１の表裏で、寸法Ｌだけずらし、エッチングをする例である。こうすると、コンタクトホール１１ｄでの内面の傾斜面を利用してコンタクトホール配線を形成できるので、配線抵抗改善が期待できる。なお、ずらす寸法Ｄは、これに限られないが、例えば、コンタクトホール１１ｄの直径の３分の１～２分の１の範囲から選ばれる寸法にすることが好ましい。

５－３．第１金属膜及び第２金属膜の平面形状
本発明のベース１０を形成する際、第１基板及び第２基板を接触させた状態で、減圧下で加熱・加圧することで、第１金属膜１１ｆ及び第２金属膜１３ｂは金属間接合を構成する。従って、第１基板及び第２基板の間の空気は極力排除することが好ましい。図７はそのための構造例を説明する図である。すなわち、両基板を接触させた際に、なるべく空気が抜け易いように、第１基板の絶縁領域１１ｇと、第２基板の絶縁領域１３ｈ各々の平面形状が、曲線及び又は直線部が多くなるようにした例である。こうすれば、こうしない場合に比べ、両基板を接触させて真空引きをする際に、基板間の空気が抜け易いので好ましい。

５－４．第１基板上に配線を設ける場合
図８（Ａ）、（Ｂ）は、第１基板１１の搭載パッド１１ｂから、第１基板１１上の他の箇所に向かう配線１１ｊを設ける場合の好ましい例を示した平面図およびＭ－Ｍ線に沿う断面図である。
圧電デバイスに対する低背型の要望も高く、その場合は、配線１１ｊの高さも問題になると考えられる。そこで、図８の例では、第１基板１１の、配線１１ｊを設ける領域に、配線１１ｊを埋め込む凹部１１ｋを設けた例である。凹部１１ｋの深さは、配線１１ｊを埋めることが出来、かつ、第１基板１１の強度は確保できる値にする。具体的には、凹部１１ｋ深さは、１０μｍ～第１基板１１の厚さの４分の１程度の範囲から選ばれる値にするのが良い。

５－５．第１基板に圧電素子用の凹部を設ける場合
図４を参照して既に説明したように、第２の実施形態のベース１０ｘ及び圧電デバイス７０では、第１基板１１の第１面側に、圧電素子５０用の凹部１０ｙを備えていた。従って、凹部１０ｙの周囲すなわち第１基板１１の縁部に土手部１０ｚ（図４参照）が生じる。一方、圧電デバイス７０の場合、他の電子部品と共に樹脂モールドされてモジュール化される場合があり、圧電デバイス７０がモールド時の圧力で損傷する場合がある。そこで、それを回避する１つの手段として、土手部１０ｚを、図９（Ａ）に示したように、第１基板１１の中心側に庇状に張り出す等、土手部の剛性を高めた構造にする場合があっても良い。
また、別の観点から見た場合、圧電素子２０用の凹部１０ｙを有した圧電デバイスに対して、低背化の要求が益々進んで、第１基板及び又は第２基板の厚さをより薄くすることが求められる場合がある。例えば、図９（Ｂ）に示したように第１基板１１の厚さを薄くしたい要求が出た場合、凹部１０ｙを設けた状態でも、第２基板１３との接合強度を確保する必要が生じる。その場合の好ましい構造例として、図９（Ｂ）に示したように、凹部１０ｙと土手部１０ｚとの入隅に、テーパー部１０ｔを具えた構造とすることが好ましい。テーパー部１０ｔを設けた分、第１基板と第２基板との接合構造において、第１基板の厚い部分の面積が増加するので、テーパー部を設けない場合に比べて、両者の接合強度の向上が図れるからである。

５－６．第１基板に圧電素子を実装する際の枕部について
典型的な圧電デバイスでは、図３を用いて説明したように、圧電素子としての水晶振動片５０は、平面視で矩形状である。そして、搭載パッド１１ｂは、圧電素子５０の１つの辺側のかつ当該１つの辺に沿う両端と対応する第１基板の２か所に設けてあることが多い。すなわち、圧電素子５０を片持ち支持で実装する構造が多い。
片持ち支持の場合、圧電素子５０を第１基板に実装する際に、圧電素子の先端側がおじぎをしてしまい、圧電素子の先端が第１基板に接触してしまって、圧電デバイスの特性劣化を招く場合がある。
それを回避するために、例えば、図１４を用いて説明するように、第１基板１１の第１面１１ａの搭載パッド１１ｂを設けた２か所の領域の、圧電素子５０（図１４（Ｂ））の中心側の脇に、第１基板１１と一体形成されている第１凸部１１ｍを備え、かつ、第１基板１１の第１面１１ａの圧電素子５０の先端側と対向する領域に、第１基板と一体形成されている第２凸部１１ｎを備える構成にすること好ましい。
第１凸部１１ｍの高さｈ１及び第２凸部１１ｎの高さｈ２は、圧電素子５０の先端がおじぎすることを防止できるような高さに設定する。これに限られないが、第１凸部１１ｍの高さｈ１は、搭載パッド１１ｂの高さに対し、０．８倍から１．２倍程度、好ましくは程同程度が良く、第２凸部１１ｎの高さｈ２は、搭載パッド１１ｂの高さに対し、０．８倍から１．５倍程度、好ましくは同程度かそれより高いことが良い。
この構成によれば、第１凸部及び第２凸部によって、圧電素子の先端がおじぎすることを防止できる。
なお、第１凸部及び第２凸部は、フォトリソグラフィ技術及びウエットエッチング技術によって第１基板１１を加工することによって、第１基板と一体になってものが容易に形成できる。また、このような工法で製造された第１凸部及び第２凸部の天面部は鋭利になりにくいので、圧電素子５０が接しても、圧電素子を損傷する危険は少ない。

１０:第１の実施形態のベース １０ｘ：第２の実施形態のベース
１０ｙ：凹部（圧電素子実装用の凹部） １０ｚ：土手部
１１：第１基板 １１ａ：第１面
１１ｂ：搭載パッド １１ｃ：第２面
１１ｄ：コンタクトホール １１ｅ：コンタクトホール配線
１１ｆ、１１ｆ１，１１ｆ２，１１ｆ３：第１金属膜
１１ｇ：絶縁領域 １１ｈ：シールパタン
１１ｈａ：シールパタン用の凹部 １１ｉ：切欠き部
１１ｊ：配線 １１ｋ：凹部（配線埋め込み用の凹部）
１１ｍ：第１凸部 １１ｎ：第２凸部
１３：第２基板 １３ａ：第３面
１３ｂ：第２金属膜 １３ｃ：側面
１３ｄ：第４面 １３ｅ：引き回し配線
１３ｆ：キャスタレーション １３ｇ：外部実装端子
１３ｈ：絶縁領域
４０：第１の実施形態の圧電デバイス ５０：圧電素子(水晶振動片)
６０，６０ｘ：蓋部材
７０：第２の実施形態の圧電デバイス
８０ａ：クロム膜 ８０ｂ：金膜
８０ｃ：ニッケル膜又はニッケル・ダンブステン合金膜
８０ｄ：チタン膜 ８０ｅ：金膜

Claims (15)

1. 圧電デバイス用のベースであって、
   ガラス又は水晶から成る第１基板と、
   前記第１基板の第１面に設けた圧電素子用の搭載パッドと、
   前記第１基板に設けられ、前記搭載パッドから前記第１面とは反対面である第２面に通じているコンタクトホール及びコンタクトホール配線と、
   前記第２面の前記コンタクトホールの周囲領域を含む領域に設けた第１金属膜と、
   前記第１基板と同じ材料から成り前記第１基板に金属間接合によって接合されている第２基板と、
   前記第２基板の前記第１基板側の面である第３面に設けられ前記第１金属膜と共に当該金属間接合を構成している第２金属膜と、
   前記コンタクトホール配線から前記第３面及び前記第２基板の側面を経由して前記第２基板の前記第３面と反対面である第４面に至っている引き回し配線と、
   前記引き回し配線用として前記側面に設けたキャスタレーションと、
   前記第４面に設けられ前記引き回し配線に接続されている外部実装端子と、
   を備えたことを特徴とするベース。
2. 前記第１基板は、平板であって、当該第１基板の縁に沿って封止用のシールパタンを備えることを特徴とする請求項１に記載のベース。
3. 前記第１基板の前記シールパタンを設ける領域に、前記シールパタンの厚みと同等の深さの凹部を備え、該凹部内に前記シールパタンを備えることを特徴とする請求項２に記載のベース。
4. 前記第１基板は、前記圧電素子を収容する凹部及び該凹部の周囲に土手部を具えることを特徴とする請求項１に記載のベース。
5. 前記凹部と前記土手部との入隅に、テーパー部を具えることを特徴とする請求項４に記載のベース。
6. 前記搭載される圧電素子は平面視で矩形状のものであり、
   前記搭載パッドは、前記圧電素子の１つの辺側のかつ当該１つの辺に沿う両端と対応する第１基板の２か所に設けてあり、
   前記第１基板の前記２か所の領域の、前記圧電素子の中心側の脇に、前記第１基板と一体形成されている第１凸部を備え、かつ、前記第１基板の前記圧電素子の先端側と対向する領域に、前記第１基板と一体形成されている第２凸部を備えることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のベース。
7. 前記第１金属膜及び前記第２金属膜各々は、下地膜としてのクロム膜と、中間膜としてのニッケル膜又はニッケル・タングステン合金膜と、上層膜としての金膜との積層膜であることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載のベース。
8. 前記第１金属膜及び第２金属膜各々は、前記上層膜の上に、チタン膜と、このチタン膜上に積層した金膜とからなる積層膜を備えることを特徴とする請求項７に記載のベース。
9. 前記第１基板の前記第２面及び又は前記第２基板の前記第３面に、前記金属間接合実施時に前記第１基板及び前記第２基板に外部から印加する接合力を集中させるための、凸状領域を複数備えることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載のベース。
10. 前記コンタクトホールは、第１及び第２の２個のコンタクトホールであり、
    前記第１金属膜及び前記第２金属膜各々は、前記第１のコンタクトホールの周囲を平面的に囲う第１部分と、前記第２のコンタクトホールの周囲を平面的に囲う第２部分と、それ以外の領域を担当する第３部分と、で構成してあり、かつ、
    当該ベースは、前記第１部分、前記第２部分および前記第３部分間を絶縁する絶縁領域を備えることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載のベース。
11. 前記凸状領域の間の凹部領域が、請求項１０に記載の前記絶縁領域を兼ねていることを特徴とする請求項９に記載のベース。
12. 前記第１基板及び第２基板各々が、水晶のＡＴ板又は水晶のＺ板から成ることを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載のベース。
13. 請求項１～１２のいずれか１項に記載のベースと、前記搭載パッドに導電性部材によって接続固定されている圧電素子と、前記ベースに接合され前記圧電素子を封止している蓋部材と、を備えたことを特徴とする圧電デバイス。
14. 前記第１基板及び第２基板各々が、水晶のＡＴ板又は水晶のＺ板から成り、
    前記蓋部材は、銅製又はニッケル製の蓋部材であることを特徴とする請求項１３に記載の圧電デバイス。
15. 前記銅製の蓋部材は、表面にニッケルメッキ層を備えるものであることを特徴とする請求項１４に記載の圧電デバイス。

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