JP5492697B2 - Ａｔカット水晶デバイス及びａｔカット水晶デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＡＴカットの水晶振動片がリッドとベースとに挟まれたＡＴカット水晶デバイス及びその製造方法に関する。

ＡＴカットの水晶片を量産するため、ＡＴカットの水晶ウエハと、ベースウエハと、リッドウエハとを３枚接合してから個々のＡＴカット水晶デバイスにダイシングする技術がある。例えば、特許文献１では、ＡＴカットの水晶ウエハ、ベースウエハ及びリッドウエハ間を接合する接着剤等の収縮硬化によってＡＴカット水晶片の固着箇所に発生する内部応力を消散させるために、熱膨張率がほぼ一致するベースウエハとリッドウエハとに水晶材を使用することが望ましいと提案している。

また特許文献１は、ＡＴカット水晶片の周りに溝部を形成することで熱膨張率の影響を小さくさせたＡＴカット水晶デバイスを開示している。

特開２００４−３２８０２８号公報

しかしながら、特許文献１では、ベースウエハとリッドウエハとに使用される水晶材がどのようなカットの水晶材であるか開示・示唆されていない。

本発明は、水晶ベースウエハと水晶リッドウエハとが１つの人工水晶原石から切り出される枚数が多くなるとともに、ＡＴカットの水晶ウエハとの熱膨張率の差異も小さい。

第１観点の水晶デバイスの製造方法は、一主面と他主面とを有するＡＴカット振動片とＡＴカット振動片の周囲を囲み且つ前記ＡＴカット振動片を支持する外枠とを有するフレームを複数含むＡＴカット水晶ウエハを用意する工程と、外枠の一主面に接合される第１面を有するリッドを複数含む水晶リッドウエハを用意する工程と、外枠の他主面に接合される第２面を有するベースを複数含み水晶ベースウエハを用意する工程と、ＡＴカット水晶ウエハ、水晶ベースウエハ及び水晶リッドウエハを接合する接合工程と、を備え、ＡＴカット水晶ウエハ、水晶ベースウエハ及び水晶リッドウエハは、３〜４インチサイズであり、水晶ベースウエハ及び水晶リッドウエハは、水晶の結晶軸であるＺ軸から２４度００分以上３２度２８分以下の範囲で切り出されている。

第２観点の水晶デバイスの製造方法は、第１観点において、接合工程は、外枠の一主面と第１面との間及び外枠の他主面と第２面との間に封止材を塗布する封止材接合、又は外枠の一主面、他主面、第１面及び第２面を活性化させて接合するシロキサン結合を含む。

第３観点の水晶デバイスの製造方法は、第２観点において、封止材はガラス、エポキシ樹脂、共晶金属又はポリイミド樹脂の接着剤を含む。

第４観点の水晶デバイスは、一主面と他主面とにそれぞれ形成された一対の励振電極を有するＡＴカット振動片と、ＡＴカット振動片の周囲を囲む外枠と、を有するＡＴカットフレームと、外枠の一主面に接合される第１面を有する水晶リッドと、外枠の他主面に接合される第２面を有する水晶ベースと、を備え、水晶ベース及び水晶リッドは、水晶の結晶軸であるＺ軸から２４度００分以上３２度２８分以下の範囲で切り出されている。

第５観点の水晶デバイスは、第４観点において、外枠の一主面と第１面との間及び外枠の他主面と第２面との間に封止材が配置されている。

第６観点の水晶デバイスは、第４観点において、外枠の一主面と第１面との間及び外枠の他主面と第２面との間が活性化されてシロキサン結合されている。

第７観点の水晶デバイスは、第４観点から第６観点において、一主面から他主面への方向から見ると、外枠の外周にキャスタレーションが形成されている。

本発明によれば、リッド及びベースをＡＴカットの水晶ウエハとの熱膨張率の差異が小さく、さらに１つの人工水晶原石から切り出されるリッド及びベースの枚数を多く取ることにより作られた水晶デバイス及び水晶デバイスの製造方法を提供できる。

（ａ）は、水晶デバイス１００の斜視図である。 （ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は、水晶リッド１０の平面図である。 （ｂ）は、ＡＴカットフレーム２０の平面図である。 （ｃ）は、水晶ベース３０の平面図である。 （ａ）は、人工水晶原石５０の斜視図である。 （ｂ）は、人工水晶原石５０を＋Ｘ軸方向から見た平面図である。 水晶デバイス１００の製造方法を示したフローチャートである。 接合する直前のＡＴカット水晶ウエハ７０、水晶ベースウエハ８０及び水晶リッドウエハ６０を示した図である。 （ａ）は、水晶デバイス２００の概略分解斜視図である。 （ｂ）は、図６（ａ）のＧ−Ｇ断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

（第１実施例）
＜水晶デバイス１００の構成＞
本発明の水晶デバイスの構成を、図１を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、水晶デバイス１００の斜視図である。水晶デバイス１００は、水晶リッド１０と、水晶ベース３０と、ＡＴカットフレーム２０とにより構成されている。水晶デバイス１００は、上部に水晶リッド１０が配置され、下部に水晶ベース３０が配置され、ＡＴカットフレーム２０は水晶リッド１０と水晶ベース３０とに挟まれた位置に配置されている。また、水晶ベース３０の下面には外部電極３１が形成されている。

ＡＴカットフレーム２０、すなわちＡＴカットの水晶振動片は、主面が人工水晶の結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に対して、Ｘ軸を中心としてＺ軸からＹ軸方向に３５度１５分傾斜している。このため、以降の各実施形態ではＡＴカットの水晶振動片の軸方向を基準とし、傾斜された新たな軸をｘ軸、ｙ’軸及びｚ’軸として用いる。また本明細書の説明としてｙ’軸方向の高低を、＋方向を高く−方向を低いと表現する。

また、水晶リッド１０及び水晶ベース３０は、後述するようにＺ軸から２４度００分以上３２度２８分以下の範囲で切り出されている。ＡＴカットの水晶振動片の軸方向が異なるが、便宜上、水晶リッド１０及び水晶ベース３０の軸方向もｘ軸、ｙ’軸及びｚ’軸とする。

図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。ＡＴカットフレーム２０は、一主面と他主面とにそれぞれ励振電極２１が形成されているＡＴカット振動片２２と、ＡＴカット振動片２２の周囲を取り囲む外枠２３とを有している。ＡＴカット振動片２２は、一対の励振電極２１により電圧がかけられることにより所定の振動数で振動する。一主面を＋ｙ’軸側の面、他主面を−ｙ’側の面とすると、水晶リッド１０は外枠２３の一主面と接合し、水晶ベース３０は外枠２３の他主面と接合する。水晶リッド１０は、水晶リッド１０の−ｙ’軸側の面に形成されている第１面１１において外枠２３と接合され、水晶リッド３０は、水晶リッド１０の＋ｙ’軸側の面に形成されている第２面３３において外枠２３と接合されている。

水晶リッド１０は、−ｙ’軸側の面の中央部に凹部１２が形成されている。また、水晶ベース３０は、＋ｙ’軸側の面の中央部に凹部３４が形成されている。ＡＴカットフレーム２０のＡＴカット振動片２２は、水晶リッド１０の凹部１２と水晶ベース３０の凹部３４とにより形成されたキャビティ２４に配置される。

水晶ベース３０の第２面３３には接続電極３２が形成され、水晶ベース３０の下面には外部電極３１が形成されている。接続電極３２は水晶ベース３０内に形成された導通部３５を通して外部電極３１と電気的に接続されている。

ＡＴカットフレーム２０のＡＴカット振動片２２には励振電極２１が形成されており、外枠２３には引出電極２５が形成されている。励振電極２１と引出電極２５とは電気的に接続されている。引出電極２５は接続電極３２に接続されることで、外部電極３１と電気的に接続されている。ＡＴカットフレーム２０に形成されている電極は、水晶材上に形成されているクロム層Ｃｒと、クロム層Ｃｒ上に形成されている金層Ａｕとにより構成されている。

図２（ａ）は、水晶リッド１０の平面図である。水晶リッド１０は、ｘ軸方向に長軸、ｚ’軸方向に短軸がある長方形の主面を有している。また、−ｙ’軸側の面の外周部にはＡＴカットフレーム２０の外枠２３に接続されている第１面１１が形成されており、中央部には第１面１１に囲まれるように凹部１２が形成されている。

図２（ｂ）は、ＡＴカットフレーム２０の平面図である。ＡＴカット振動片２２と外枠２３とは接続腕２６により接続されている。励振電極２１から引き出されている引出電極２５は、接続腕２６を通り、外枠２３の角まで形成されている。引出電極２５は、外枠２３の角の接続点２７において水晶ベース３０に形成されている接続電極３２と接続される。接続点２７は、図２（ｂ）で点線の楕円で示している位置の−ｙ’軸側の面に形成されている。また、図２（ｂ）では、＋ｙ’軸側の面に形成されている励振電極２１及びこの励振電極２１と接続されている引出電極２５を濃く、−ｙ’軸側の面に形成されている励振電極２１と接続されている引出電極２５を薄く塗ってある。−ｙ’軸側の面に形成されている励振電極２１と接続されている引出電極２５も＋ｙ’軸側に引き出されて外枠２３上の一部に形成されている。

図２（ｃ）は水晶ベース３０の平面図である。水晶ベース３０の＋ｙ’軸側の面の外周部にはＡＴカットフレーム２０の外枠２３と接合する面である第２面３３が形成されており、第２面３３の内側には凹部３４が形成されている。水晶ベース３０の＋ｙ’軸側の面の第２面３３の一部にはＡＴカットフレーム２０の引出電極２５の接続点２７に電気的に接続する接続電極３２が形成されている。

水晶リッド１０、ＡＴカットフレーム２０及び水晶ベース３０は、それぞれ人工水晶原石５０より切り出される水晶リッドウエハ６０、ＡＴカット水晶ウエハ７０及び水晶ベースウエハ８０を基材として形成される。以下に、水晶リッドウエハ６０、ＡＴカット水晶ウエハ７０及び水晶ベースウエハ８０の人工水晶原石５０からの切り出し角度について説明する。

図３（ａ）は、人工水晶原石５０の斜視図である。本明細書では、ランバード加工（研削加工）された人工水晶を人工水晶原石５０と呼ぶ。人工水晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、水晶デバイス１００を説明するために付けた方向であるｘ軸、ｙ’軸、ｚ’軸方向とは異なる。ＡＴカットフレーム２０が形成されるＡＴカット水晶ウエハ７０は人工水晶原石５０のＸ軸に平行かつＺ軸から角度θ１で切り出され、水晶リッドウエハ６０及び水晶ベースウエハ８０は人工水晶原石５０のＸ軸に平行かつＺ軸から角度θ２で切り出される。角度θ１は３５度１５分±数分である。また水晶デバイス１００では、角度θ２は２４度００分以上３２度２８分以下の範囲である。図３（ａ）では便宜上、ＡＴカット水晶ウエハ７０と水晶リッドウエハ６０及び水晶ベースウエハ８０とを同じ人工水晶原石５０に示している。しかし実際は、一つの人工水晶原石５０からはＡＴカット水晶ウエハ７０のみ、または水晶リッドウエハ６０及び水晶ベースウエハ８０のみが切り出される。水晶リッドウエハ６０と水晶ベースウエハ８０とは同一の人工水晶原石５０から切り出されても良い。

図３（ｂ）は、人工水晶原石５０を＋Ｘ軸方向から見た平面図である。ＡＴカット水晶ウエハ７０を人工水晶原石５０から角度θ１で切り出した場合、ＡＴカット水晶ウエハ７０のＸ軸に垂直な辺の長さＷ１は４インチ以上となっている。また、水晶リッドウエハ６０及び水晶ベースウエハ８０を人工水晶原石５０から角度θ２で切り出した場合、水晶リッドウエハ６０及び水晶ベースウエハ８０のＸ軸に垂直な辺の長さＷ２も４インチ以上となっている。

＜水晶リッドウエハ６０及び水晶ベースウエハ８０の切断角度について＞
水晶リッドウエハ６０及び水晶ベースウエハ８０を人工水晶原石５０から切断する角度θ２の決定には、ＡＴカット水晶ウエハ７０との線膨張係数（熱膨張係数）の違い及び人工水晶原石５０からどれだけ多くのウエハを取ることができるかの２つが考慮される。以下に、角度θ２がどのように求められたかについて説明する。

水晶デバイス１００は、自動車または電化製品等の内部で例えば−３０℃から８０℃の範囲で使用される。水晶リッド１０と水晶ベース３０とＡＴカットフレーム２０との線膨張係数が異なると、温度変化によってそれらの接合面がはがれたり、水晶デバイス１００が割れたりするおそれがある。また、本実施形態は水晶デバイス１００をウエハ単位で製造する（図４を参照）。このため、水晶リッドウエハ、水晶ベースウエハ及びＡＴカット水晶ウエハの線膨張係数の差が大きい場合、各ウエハを接合した時にウエハに反りが発生し、反りによる水晶デバイスの破損及び反り応力による水晶デバイスの特性劣化が発生するおそれもある。そのため、水晶リッドウエハ６０、水晶ベースウエハ８０及びＡＴカット水晶ウエハ７０は、互いに線膨張係数が近い値を取っていることが望ましい。

仮に、水晶リッドウエハ６０及び水晶ベースウエハ８０がＡＴカットで切り出されていれば、ＡＴカット水晶ウエハ７０と同じ線膨張係数になり、温度変化による破損等の問題がない。しかし、人工水晶原石５０から切り出されるＡＴカットウエハは枚数が少なくなり、製造原価が高くなってしまう問題がある。そのため、リッド又はベースに水晶が使用される場合には、枚数が多く取れるＺカット（角度θ２を９０度とするカット）の水晶ウエハが主流であった。ところが、水晶リッドウエハ６０及び水晶ベースウエハ８０にＺカットの水晶ウエハを用いると、ＡＴカット水晶ウエハ７０との線膨張係数の違いにより、上述の水晶デバイス１００の特性劣化等が問題になる。

そこで本実施形態では、水晶リッドウエハ６０及び水晶ベースウエハ８０の線膨張係数が、ＡＴカット水晶ウエハ７０の線膨張係数が近い値を取っており、そしてできるだけウエハ枚数が取れる角度を規定する。

線膨張係数は、温度の上昇に対して長さが変化する割合を示す値である。つまり、以下の式のように書くことができる。
ΔＬ＝α・Ｌ・ΔＴ ・・・・・・（１）
ここで、Ｌは長さ、ΔＬは長さの変化、ΔＴは温度の上昇、αは線膨張係数である。

水晶デバイス１００では、ＡＴカット水晶ウエハ７０、水晶リッドウエハ６０及び水晶ベースウエハ８０はｘ軸方向に平行に人工水晶原石５０から切り出されており線膨張係数は同一である。そのため、ｚ’軸方向の線膨張係数の違いのみが問題となる。

ＡＴカット水晶ウエハ７０の線膨張係数は、ｚ’軸方向に８．６ｐｐｍ／℃である。リッド及びベースに要求される線膨張係数の仕様としては、ＡＴカット水晶ウエハ７０の線膨張係数との差が±１．０ｐｐｍ／℃以内であることが望ましい。つまり、リッド及びベースの線膨張係数は、ｚ’軸方向に７．６ｐｐｍ／℃から９．６ｐｐｍ／℃であることが望ましい。

この±１．０ｐｐｍ／℃以内という値は水晶デバイスを熱衝撃試験して得られた結果である。つまり、ＡＴカットフレーム２０とは線膨張係数の異なるリッド及びベースを接合して完成した水晶デバイスに、−３０℃から８０度の温度変化を繰り返し与え、どれだけの数の水晶デバイスが破損したかを実験して得られた結果である。

ｚ’軸方向の線膨張係数は下記の式により求めることができる。
α_ｚ’＝Ａｙ×ｓiｎ^２θ＋Aｚ×ｃoｓ^２θ ・・・・・（２）
ここで、α_ｚ’はｚ’軸方向の線膨張係数、ＡｙはＹ軸方向の線膨張係数（１２．２ｐｐｍ／℃）、ＡｚはＺ軸方向の線膨張係数（６．８ｐｐｍ／℃）、θはＺ軸とｚ’軸との成す角度である。

式（２）により、ｚ’軸方向の線膨張係数が７．６ｐｐｍ／℃のとき、角度θは２３度００分である。また、ウエハの枚数を多く取るためには角度θ２は３５度１５分以下が望ましい。そのため、角度θが３５度１５分以上になるｚ’軸方向の線膨張係数が８．６ｐｐｍ／℃以上の値は望ましくはない。以上により線膨張係数から考えられる角度θ２の範囲は２３度００分以上３５度１５分以下が望ましい。

他方、人工水晶原石５０からできる限り多くの水晶リッドウエハ６０及び水晶ベースウエハ８０を取得するためには、図３（ｂ）において角度θ２を０度とすることが望ましい。しかし、ＡＴカット水晶ウエハ７０の４インチの大きさに合わせるために、水晶リッドウエハ６０及び水晶ベースウエハ８０の長さＷ２は、少なくとも４インチ以上である必要がある。水晶リッドウエハ６０及び水晶ベースウエハ８０の長さＷ２を４インチ以上にして人工水晶原石５０から最大数のウエハを取得するためには角度θ２が２４度００分以上であることが望ましい。

なお、人工水晶はオートクレーブと呼ばれる高温高圧容器を用い、水熱合成法により製造される。オートクレーブで製造される４インチウエハ用の人工水晶は、結晶方向の成長速度との関係から、人工水晶原石５０の大きさが決まっている。

以上により、ｚ’軸方向の線膨張係数及びウエハの長さＷ２が４インチ以上になることを考慮すると、角度θ２は２４度００分以上３５度１５分以下の範囲が望ましいことになる。また、角度θ２の値を小さくした場合のウエハ取得枚数の増加率と、角度θ２は３５度１５分に近いほどＡＴカット水晶ウエハ７０の線膨張係数との差が小さくなり水晶デバイスの耐久性が高いことの両方をさらに考慮した場合、角度θ２は３１度５８分±３０分であることが更に望ましい。角度θ２が３１度５８分＋３０分、つまり３２度２８分であるとき、線膨張係数はｚ’軸方向に８．３６ｐｐｍ／℃である。また、角度θ２が３１度５８分−３０分、つまり３１度２８分であるとき、線膨張係数はｚ’軸方向に８．２７ｐｐｍ／℃である。これはＡＴカット水晶ウエハ７０の線膨張係数８．６ｐｐｍ／℃から−０．２４ｐｐｍ／℃から−０．３３ｐｐｍ／℃であり、ＡＴカット水晶ウエハ７０の線膨張係数との差が小さく抑えられている。望ましい角度θ２の範囲としては３１度５８分±３０分であるが、角度θ２はこの値よりも小さくても十分使用することができ、また、ウエハの取得枚数の増加という利点も大きい。そのため、角度θ２の範囲としては、２４度００分以上３２度２８分以下の範囲が好ましいと言える。また、これらの結果は、４インチ以上のウエハのみではなく、３インチ以上のウエハに適用しても良い。

＜水晶デバイス１００の作製方法＞
図４は、水晶デバイス１００の製造方法を示したフローチャートである。
ステップＳ１０１では、水晶原石がランバード加工される。ランバード加工は、水晶原石の結晶軸を出し、水晶原石の表面の凹凸をなくすように研削し、棒状の使いやすい状態にする工程である。図３（ａ）に示した人工水晶原石５０はランバード加工された後の状態を示している。

ステップＳ１１１からステップＳ１１３はＡＴカット水晶ウエハを用意する工程である。
ステップＳ１１１では、Ｘ軸を中心として人工水晶原石５０のＺ軸から３５度１５分にＡＴカット水晶ウエハ７０が切り出される。これによりＡＴカット水晶ウエハ７０が用意される。ＡＴカット水晶ウエハ７０の人工水晶原石５０からの切り出され方は、図３に示された通りである。

ステップＳ１１２では、ＡＴカット水晶ウエハ７０がエッチングされ、ＡＴカットフレーム２０の外形が形成される。ステップＳ１１２では、エッチングにより外枠２３とＡＴカット振動片２２との外形が規定される。

ステップＳ１１３では、ＡＴカットフレーム２０に電極が形成される。ＡＴカットフレーム２０にクロムＣｒ及び金Ａｕが蒸着されることにより、励振電極２１と引出電極２５とが形成される。

ステップＳ１２１からステップＳ１２３は水晶ベースウエハ８０を用意する工程である。
ステップＳ１２１では、Ｘ軸を中心として人工水晶原石５０のＺ軸から３１度５８分±３０分に水晶ベースウエハ８０が切り出される。これにより水晶ベースウエハ８０が用意される。水晶ベースウエハ８０の人工水晶原石５０からの切り出され方は、図３に示された通りである。

ステップＳ１２２では、水晶ベースウエハ８０がエッチングされ、水晶ベース３０の外形が形成される。ステップＳ１２２では、水晶ベースウエハ８０にエッチングにより凹部３４及び第２面３３等が形成される。

ステップＳ１２３では、水晶ベースウエハ８０に電極が形成される。水晶ベースウエハ８０にクロムＣｒ及び金Ａｕが蒸着され、外部電極３１、接続電極３２及び導通部３５等が形成される。

ステップＳ１３１からステップＳ１３２は水晶リッドウエハ６０を用意する工程である。
ステップＳ１３１で、Ｘ軸を中心として人工水晶原石５０のＺ軸から２４度００分以上３２度２８分以下の範囲に切り出される。水晶リッドウエハ６０は水晶ベースウエハ８０と同じであるため、ステップＳ１２１とステップＳ１３１とは同じ工程であってもよい。

ステップＳ１３２では、水晶リッドウエハ６０がエッチングされ、水晶リッド１０の外形が形成される。水晶リッドウエハ６０がエッチングされて凹部１２が形成される。
なお、ＡＴカット水晶ウエハを用意する工程と、水晶ベースウエハを用意する工程と、水晶リッドウエハを用意する工程とは順不同で行われる。

ステップＳ１４１で、ＡＴカット水晶ウエハ７０、水晶ベースウエハ８０及び水晶リッドウエハ６０が接合される。図５を参照してウエハの接合について説明する。

図５は、接合する直前のＡＴカット水晶ウエハ７０、水晶ベースウエハ８０及び水晶リッドウエハ６０を示した図である。ＡＴカット水晶ウエハ７０、水晶ベースウエハ８０及び水晶リッドウエハ６０にはそれぞれ多数のＡＴカットフレーム２０、水晶ベース３０及び水晶リッド１０が形成されている。各ウエハは＋ｙ’方向から水晶リッドウエハ６０、ＡＴカット水晶ウエハ７０、水晶ベースウエハ８０の順に並べられる。この時、水晶リッド１０、ＡＴカットフレーム２０、水晶ベース３０が重なるように各ウエハが調整され、その後に重ねられる。

水晶デバイス１００の水晶リッド１０、ＡＴカットフレーム２０および水晶ベース３０は水晶を基材としているためシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合）により接合されることができる。シロキサン結合では前処理として、ウエハ同士が接合される面である外枠２３の一主面及び他主面、第１面１１及び第２面３３を鏡面状態にし、酸素含有雰囲気中で短波長の紫外線を照射して活性化し、清浄な状態にしておく。その後、真空中又は不活性ガス雰囲気中で、接合される面が活性化した状態のウエハが位置合わせして重ね合わされ、１００℃から２００℃程度の比較的低温に加熱した状態で加圧することによりウエハがシロキサン結合で強固に接合する。前処理の方法は、紫外線照射による方法の他に、プラズマ処理による方法、イオンビームを接合面に照射する方法等が知られている。

図４に戻って、ステップＳ１４２ではダイシングソーなどにより分割工程が行われる。分割工程では、ウエハに形成された水晶デバイス１００が個々の大きさに切断して分割される。

（第２実施例）
＜水晶デバイス２００の構成＞
水晶デバイス１００は、図４のステップＳ１４１においてシロキサン結合を用いて各ウエハを接合して形成したが、封止材により各ウエハを接合しても良い。以下に、封止材によって各ウエハを接合することにより形成される水晶デバイス２００について説明する。

図６（ａ）は、水晶デバイス２００の概略分解斜視図である。水晶デバイス２００は、水晶リッド２１０と、水晶ベース２３０と、ＡＴカット振動片２２２とＡＴカット振動片２２２を囲むようにして形成される外枠２２３を備えるＡＴカットフレーム２２０とにより構成されている。水晶リッド２１０は水晶デバイス２００の＋ｙ’軸側に配置され、水晶ベース２３０は水晶デバイス２００の−ｙ’軸側に配置される。ＡＴカットフレーム２２０は水晶リッド２１０と水晶ベース２３０とに挟まれるようにして配置されている。水晶デバイス２００は、水晶リッド２１０とＡＴカットフレーム２２０との間及びＡＴカットフレーム２２０と水晶ベース２３０との間に配置された封止材９０で互いに接合される。封止材９０は、金錫又は金ゲルマニウム等からなる共晶金属である。

水晶リッド２１０は、水晶リッド２１０の−ｚ軸側の面に形成される第１面２１１においてＡＴカットフレーム２２０の外枠２２３と接合される。また、第１面２１１には金属環２１３が形成される。水晶リッド２１０の外周の四隅にはキャスタレーションが形成されている。その中の１つである第１キャスタレーション２１４には金属膜が形成されており、この金属膜は金属環２１３と電気的に接続される。また、第６キャスタレーション２１５にも金属膜が形成されるが、この金属膜は金属環２１３と電気的に接続されない。

ＡＴカットフレーム２２０はＡＴカット振動片２２２と外枠２２３とにより構成されている。ＡＴカット振動片２２２の一主面である＋ｙ’軸側の面と、他主面である−ｙ’軸側の面とにそれぞれ一対の励振電極２２１が形成されている。また、外枠２２３の一主面と他主面とにはそれぞれ金属環２２５及び金属環２２６が形成されており、引出電極２２４により励振電極２２１と電気的に接続されている。また、外枠２２３の外周の四隅にはキャスタレーションが形成されている。その中の第２キャスタレーション２２７および第３キャスタレーション２２８には金属膜が形成されている。第２キャスタレーション２２７に形成されている金属膜は一主面に形成されている金属環２２５と電気的に接続されており他主面に形成されている金属環２２６とは電気的に接続されていない。第３キャスタレーション２２８に形成されている金属膜は他主面に形成されている金属環２２６と電気的に接続されており一主面に形成されている金属環２２５とは電気的に接続されていない。

水晶ベース２３０は、水晶ベース２３０の＋ｙ’軸側の面に形成される第２面２３３においてＡＴカットフレーム２２０の外枠２２３と接合される。また、第２面２３３の内側には凹部２３４が形成されている。水晶ベース２３０の−ｙ’軸側の面には外部電極２３１ａ及び外部電極２３１ｂが形成されており、第２面２３３には金属環２３２が形成されている。また、水晶ベース２３０の外周の四隅にはキャスタレーションが形成されている。その中の第４キャスタレーション２３５および第５キャスタレーション２３６には金属膜が形成されている。第４キャスタレーション２３５に形成されている金属膜は外部電極２３１ａと電気的に接続され、金属環２３２とは電気的に接続されていない。第５キャスタレーション２３６に形成されている金属膜は外部電極２３１ｂおよび金属環２３２と電気的に接続されている。

図６（ｂ）は、図６（ａ）のＧ−Ｇ断面図である。水晶デバイス２００は、水晶リッド２１０とＡＴカットフレーム２２０との間及びＡＴカットフレーム２２０と水晶ベース２３０との間に封止材９０が形成されている。また、水晶デバイス２００は、水晶リッド２１０の第１キャスタレーション２１４と、ＡＴカットフレーム２２０の外枠２２３の第２キャスタレーション２２７と、水晶ベース２３０の第４キャスタレーション２３５とが重なるように配置されている。また、水晶リッド２１０の第６キャスタレーション２１５と、ＡＴカットフレーム２２０の外枠２２３の第３キャスタレーション２２８と、水晶ベース２３０の第５キャスタレーション２３６とが重なるように配置されている。

第１キャスタレーション２１４、第２キャスタレーション２２７及び第４キャスタレーション２３５に形成されている金属膜は互いに電気的に接続されている。また、第６キャスタレーション２１５、第３キャスタレーション２２８及び第５キャスタレーション２３６に形成されている金属膜は互いに電気的に接続されている。そのため、ＡＴカット振動片２２２の一主面に形成されている励振電極２２１と外部電極２３１ａとが互いに電気的に接続され、ＡＴカット振動片２２２の他主面に形成されている励振電極２２１と外部電極２３１ｂとが互いに電気的に接続される。第６キャスタレーション２１５の金属膜は作製の都合上形成されるものであり電極としては使用されない。

水晶デバイス２００の作製方法は、基本的には水晶デバイス１００の作製方法と同じである。つまり、図４に示されたフローチャートとほぼ同じであり数工程で異なるのみである。

水晶デバイス１００では、水晶リッド１０に金属膜が形成されなかったが、水晶デバイス２００では金属膜が形成されるため金属環を形成する工程が必要である。また、水晶デバイス２００は図４のステップＳ１４１で説明したシロキサン結合に代えて共晶金属による封止材９０により各ウエハが接合される。

なお水晶デバイス２００では、図４のステップＳ１３２の後に水晶リッドウエハに電極が形成される。

以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、水晶デバイス２００の水晶リッド２１０に金属環２１３を形成する必要はない。この場合には、共晶金属の封止材９０の代わりに、低融点ガラス、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂の接着剤（封止材）が使用される。

１０、２１０ 水晶リッド
１１ 第１面
１２ 凹部
２０、２２０ ＡＴカットフレーム
２１、２２１ 励振電極
２２、２２２ ＡＴカット振動片
２３、２２３ 外枠
２４ キャビティ
２５、２２４ 引出電極
２６ 接続腕
２７ 接続点
３０、２３０ 水晶ベース
３１、２３１ａ、２３１ｂ 外部電極
３２ 接続電極
３３、２３３ 第２面
３４、２３４ 凹部
３５ 導通部
５０ 水晶原石
６０ 水晶リッドウエハ
７０ ＡＴカット水晶ウエハ
８０ 水晶ベースウエハ
９０ 封止材
１００、２００ 水晶デバイス
２１３、２２５、２２６、２３２ 金属環
２１４ 第１キャスタレーション
２１５ 第６キャスタレーション
２２７ 第２キャスタレーション
２２８ 第３キャスタレーション
２３５ 第４キャスタレーション
２３６ 第５キャスタレーション

Claims (8)

1. 一主面と他主面とを有するＡＴカット振動片と前記ＡＴカット振動片の周囲を囲み且つ前記ＡＴカット振動片を支持する外枠とを有するフレームを複数含むＡＴカット水晶ウエハを用意する工程と、
   前記外枠の一主面に接合される第１面を有するリッドを複数含む水晶リッドウエハを用意する工程と、
   前記外枠の他主面に接合される第２面を有するベースを複数含む水晶ベースウエハを用意する工程と、
   前記ＡＴカット水晶ウエハ、前記水晶ベースウエハ及び水晶リッドウエハを接合する接合工程と、を備え、
   前記ＡＴカット水晶ウエハ、前記水晶ベースウエハ及び水晶リッドウエハは、３〜４インチサイズであり、
   前記水晶ベースウエハ及び水晶リッドウエハは、水晶の結晶軸であるＺ軸から２４度００分以上３２度２８分以下の範囲で切り出されている水晶デバイスの製造方法。
2. 前記接合工程は、前記外枠の一主面と前記第１面との間及び前記外枠の他主面と前記第２面との間に封止材を塗布する封止材接合、又は前記外枠の一主面、他主面、前記第１面及び前記第２面を活性化させて接合するシロキサン結合を含む請求項１に記載の水晶デバイスの製造方法。
3. 前記封止材はガラス、エポキシ樹脂、共晶金属又はポリイミド樹脂の接着剤を含む請求項２に記載の水晶デバイスの製造方法。
4. 一主面と他主面とにそれぞれ形成された一対の励振電極を有するＡＴカット振動片と、前記ＡＴカット振動片の周囲を囲む外枠と、を有するＡＴカットフレームと、
   前記外枠の一主面に接合される第１面を有する水晶リッドと、
   前記外枠の他主面に接合される第２面を有する水晶ベースと、
   を備え、
   前記水晶ベース及び水晶リッドは、水晶の結晶軸であるＺ軸から２４度００分以上３２度２８分以下の範囲で切り出されている水晶デバイス。
5. 水晶リッド、水晶ベース及びＡＴカットフレームのＸ軸方向が一致する請求項４に記載の水晶デバイス。
6. 前記外枠の一主面と前記第１面との間及び前記外枠の他主面と前記第２面との間に封止材が配置されている請求項４又は請求項５に記載の水晶デバイス。
7. 前記外枠の一主面と前記第１面との間及び前記外枠の他主面と前記第２面との間が活性化されてシロキサン結合されている請求項４又は請求項５に記載の水晶デバイス。
8. 前記一主面から前記他主面への方向から見ると、前記外枠の外周にキャスタレーションが形成されている請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の水晶デバイス。