JP6275526B2 - 圧電振動子、圧電デバイス及び圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動子、圧電デバイス及び圧電振動子の製造方法に関する。

いわゆるウェハレベルパッケージ型の圧電振動子として、外部端子を有するベースと、ベース上に重ねられた振動子本体と、振動子本体上に重ねられたリッドとを有するものが知られている（特許文献１）。振動子本体は、圧電体と、圧電体に設けられた１対の励振電極と、１対の励振電極に接続された１対の引出電極とを有している。圧電体は、ブランクと、そのブランクの外周に位置し、ブランクを支持する枠体とを有している。ブランクの両主面には１対の励振電極が形成され、これにより振動素子（素子部）が構成される。枠体は、素子部よりも厚くされている。そして、枠体がベース及びリッドに対してその対向面において接合されることにより、素子部は、ベース、枠体及びリッドにより構成される空間に封止される。接合は、例えば、直接接合や拡散接合によりなされる。１対の引出電極は、ベースの外部端子に接続される。

特許文献１では、振動子本体とベースとを接合した後、且つ、リッドを振動子本体に接合する前において、素子部の周波数を測定し、周波数の調整を行っている。周波数の調整は、励振電極を部分的に削除し、又は、逆に、素子部に導電材料を付着させることにより行われる。その後、特許文献１では、リッドが振動子本体に接合される。

なお、特許文献１において振動子本体とベースとを接合した後に素子部の周波数の調整を行っているのは、特許文献１に明記されていないが、周波数を測定するための電気特性試験装置をベースの外部端子を介して振動子本体の励振電極に接続するためと考えられる。また、リッドの接合前に素子部の周波数の調整を行っているのは、素子部に対して励振電極の質量を変化させる加工を行うためである。

特開２００８−１７８０７１号公報

特許文献１の技術では、リッドと振動子本体との接合前に、振動子本体とベースとを接合している。しかし、振動子本体とベースとの接合の際には、これらを上下から加圧しなければならない。その際、振動子本体のリッド側の面が汚損する。その結果、リッドと振動子本体との接合の信頼性が低下する。

従って、振動子本体と、ベース及びリッドとの接合の信頼性を向上できる圧電振動子、圧電デバイス及び圧電振動子の製造方法が提供されることが望まれる。

本発明の圧電振動子は、外部に露出する少なくとも１対の外部端子を有しているベースと、前記ベース上に重ねられた振動子本体と、前記振動子本体上に重ねられたリッドと、を有し、前記振動子本体は、前記ベース及び前記リッドに挟まれてこれらとその対向面において接合された枠体と、前記枠体と一体的に形成されており、前記ベース、前記枠体及び前記リッドにより囲まれた空間に収容されたブランクと、を有している圧電体と、前記ブランクの表面に位置する１対の励振電極と、前記圧電体の前記ベース側の面に位置し、電気的に前記１対の励振電極と前記１対の外部端子との間に介在する１対の接続用パッドと、前記圧電体の前記リッド側の面に位置し、前記１対の励振電極に電気的に接続された１対の調整用パッドと、を有している。

好適には、前記調整用パッドは、前記圧電体のうち前記枠体の前記リッドと接合される面よりも前記ベース側へ低くなった面に位置している。

好適には、前記ブランクは、前記ベース及び前記リッドに対向する矩形の板状部分を有し、矩形の１辺の両端側にて前記枠体に支持され、前記１辺と前記枠体との間には開口が形成されており、前記１対の励振電極は、前記矩形の板状部分の両主面に位置し、前記１対の調整用パッドは、少なくとも一部が前記開口よりも前記矩形の板状部分とは反対側に位置している。

好適には、前記ブランクは、前記ベース及び前記リッドに対向する矩形の板状部分を有し、矩形の１辺側にて前記枠体に支持されており、前記１対の励振電極は、前記矩形の板状部分の両主面に位置し、前記１対の調整用パッドは、前記１辺の延びる方向において少なくとも一部が前記矩形の板状部分よりも外側に位置している。

好適には、前記ベースは、前記枠体と接合される絶縁基板と、前記絶縁基板の前記振動子本体とは反対側の面に露出する前記外部端子と、前記絶縁基板を前記振動子本体側へ貫通するスルーホールに充填され、前記外部端子に接続された貫通導体と、を有し、前記接続用パッドは、前記枠体の前記ベース側の、前記絶縁基板と接合される面に位置し、前記スルーホールは、前記接続用パッド及び前記接合される面に重なる位置にある。

好適には、前記ベースは、前記枠体と接合される絶縁基板と、前記絶縁基板の前記振動子本体とは反対側の面に露出する前記外部端子と、前記絶縁基板を前記振動子本体側へ貫通するスルーホールに充填され、前記外部端子に接続された貫通導体と、を有し、前記スルーホールは、前記ブランクと重なる位置にある。

本発明の圧電デバイスは、少なくとも１対の内部パッドを有しているベースと、前記ベース上に重ねられた振動子本体と、前記振動子本体上に重ねられたリッドと、を有し、前記振動子本体は、前記ベース及び前記リッドに挟まれてこれらとその対向面において接合された枠体と、前記枠体と一体的に形成されており、前記ベース、前記枠体及び前記リッドにより囲まれた空間に収容されたブランクと、を有している圧電体と、前記ブランクの表面に位置する１対の励振電極と、前記圧電体の前記ベース側の面に位置し、電気的に前記１対の励振電極と接続され、前記１対の内部パッドに密着される１対の接続用パッドと、前記圧電体の前記リッド側の面に位置し、前記１対の励振電極に電気的に接続された１対の調整用パッドと、を有している。

本発明の圧電振動子の製造方法は、少なくとも１対の外部端子を有しているベースと、前記ベース上に重ねられた振動子本体と、前記振動子本体上に重ねられたリッドと、を有し、前記振動子本体が、前記ベース及び前記リッドに挟まれてこれらとその対向面において接合された枠体と、前記枠体と一体的に形成され、前記ベース、前記枠体及び前記リッドにより囲まれた空間に収容されたブランクと、を有している圧電体と、前記ブランクの表面に位置する１対の励振電極と、前記圧電体の前記ベース側の面に位置し、電気的に前記１対の励振電極と前記１対の外部端子との間に介在する１対の接続用パッドと、を有している、圧電振動子の製造方法であって、前記振動子本体が多数個取りされる本体ウェハであって、各振動子本体において、前記圧電体の前記リッド側の面に位置し、前記１対の励振電極に電気的に接続された１対の調整用パッドを有する本体ウェハを準備するウェハ準備工程と、前記本体ウェハの各振動子本体において、１対のプローブを前記１対の調整用パッドに当接させて、前記１対の励振電極に電圧を印加して各振動子本体を検査する検査工程と、前記検査工程の後、前記本体ウェハを、前記ベースが多数個取りされるベースウェハ及び前記リッドが多数個取りされるリッドウェハで挟み、これらをその積層方向において加圧することによって、前記ベースウェハと前記本体ウェハとのその対向面における接合、及び、前記本体ウェハと前記リッドウェハとのその対向面における接合を共に行う接合工程と、接合された前記ベースウェハ、前記本体ウェハ及び前記リッドウェハをダイシングして、前記圧電振動子を個片化するダイシング工程と、を有している。

上記の構成又は手順によれば、ベース及びリッドとの接合の信頼性を向上できる。

本発明の実施形態に係る水晶振動子の概略構成を示す分解斜視図。 図１の水晶振動子を図１とは異なる視点から見た分解斜視図。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は図１のIIIａ−IIIａ線及びIIIｂ−IIIｂ線における断面図。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は図１の水晶振動子の振動子本体の上面図及び底面図。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は図３（ａ）の領域Ｖａ及び図３（ｂ）の領域Ｖｂの拡大図。 図６（ａ）〜図６（ｄ）は図１の水晶振動子の製造方法の手順を模式的に示す図。 変形例に係る振動子本体の平面図。 図８（ａ）は変形例に係る水晶振動子を示す断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の水晶振動子のベースの上面図。

以下、本発明の実施形態に係る発振器について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。

圧電振動子は、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜的に、直交座標系ｘｙｚを定義するとともにｚ方向の正側を上方として、上面、下面などの用語を用いるものとする。

図１は、本発明の実施形態に係る水晶振動子１の概略構成を示す分解斜視図である。図２は、水晶振動子１を図１とは異なる視点から見た分解斜視図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、図１のIIIａ−IIIａ線及びIIIｂ−IIIｂ線における断面図である。

水晶振動子１は、例えば、図１に示すように、概略して３つの部材からなる。すなわち、水晶振動子１は、ベース３と、ベース３の上に重ねられる振動子本体５と、振動子本体５の上に重ねられるリッド７とを有している。

水晶振動子１は、例えば、上記の３部材が積層された状態で、概ね直方体状である。その寸法は適宜に設定されてよい。例えば、比較的小さいものでは、ｘ方向又はｙ方向においては１辺の長さが１〜２ｍｍであり、ｚ方向においては１辺の長さが０．２〜０．４ｍｍである。

ベース３及びリッド７は、例えば、概ね平板状に形成されている。これに対して、振動子本体５は、例えば、枠状に形成された枠部９を有している。従って、これら３部材が積層されると、図３に示すように、ベース３、リッド７及び枠部９により水晶振動子１の内部に空間が形成される。この空間内には、枠部９に支持された素子部１１が封止される。素子部１１は、電圧が印加されて振動する部分であり、圧電振動素子として機能する。

ベース３の下面には、複数の外部端子１５が設けられている。水晶振動子１は、例えば、外部端子１５と不図示の回路基板のパッドとが半田等により接合されることにより回路基板に実装される。そして、水晶振動子１は、外部端子１５を介して電圧が印加され、また、外部端子１５を介して発振信号を出力する。

ベース３、振動子本体５及びリッド７の具体的構成は、例えば、以下のとおりである。

ベース３は、例えば、絶縁基板１３と、絶縁基板１３に設けられた各種の導電体乃至は金属体とを有している。各種の導電体乃至は金属体は、例えば、上述の複数の外部端子１５（図２、図３（ａ））、ベース３と振動子本体５とを電気的に接続するための１対の内部パッド１７（図１、図３（ａ））、２つの外部端子１５と１対の内部パッド１７とを電気的に接続する１対の貫通導体１９（図１、図２及び図３（ａ））、及び、ベース３と振動子本体５とを接合するためのベース接合膜２１（図１及び図３）を含む。

絶縁基板１３は、例えば、セラミック又は樹脂からなる。絶縁基板１３は、例えば、概ね、全体として一定の厚さの平板状に形成されており、その平面形状は例えば矩形（長方形）である。

なお、本実施形態において矩形は、その角部が全体の形状を損なわない程度に面取りされたものを含むものとする。例えば、短辺がその長さの１／１０以下の長さでカットされたものを含むものとする。当該面取りは、エッチング等の精度によって意図せずに生じるものであってもよいし、意図的になされたものであってもよい。その他、矩形は、エッチング等の精度によって辺が微小に湾曲したものも含むものとする。

複数の外部端子１５は、例えば、絶縁基板１３の下面に設けられた層状（板状含む。以下同じ。）の導電性材料（例えば金属）からなる。複数の外部端子１５の位置及び形状等は適宜に設定されてよい。本実施形態では、複数の外部端子１５は、絶縁基板１３の下面の４隅に位置し、各外部端子１５は、矩形に形成されている。外部端子１５は、２種以上の金属層が積層されて構成されていてもよい。なお、他の層状の導体も、外部端子１５と同様に、２種以上の金属層から構成されてよい。

１対の内部パッド１７は、例えば、絶縁基板１３の上面に設けられた層状の導電性材料（例えば金属）からなる。１対の内部パッド１７の位置及び形状等は適宜に設定されてよい。本実施形態では、１対の内部パッド１７は、絶縁基板１３の上面の１辺（例えば短辺）側において、当該短辺の両側寄り（互いに隣接する角部）に位置し、各内部パッド１７は、円形に形成されている。

貫通導体１９は、絶縁基板１３を下面から上面へ貫通するスルーホール１３ｈに充填された導電性材料（例えば金属）からなる。絶縁基板１３の平面透視（ｚ方向における透視）において、複数の外部端子１５のうち２つと、１対の内部パッド１７とは、互いに（少なくとも一部が）重なっており、貫通導体１９（スルーホール１３ｈ）は、その重複部分に位置し、両者を接続している。

ベース接合膜２１は、例えば、絶縁基板１３の上面に設けられた層状の金属からなる。ベース接合膜２１の平面形状は、例えば、枠状であり、具体的には、絶縁基板１３の上面の外周側に位置する概略矩形の枠状である。枠の４辺の幅は、互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。各辺において、その幅は、例えば、概ね一定である。ただし、内部パッド１７の配置位置においては、内部パッド１７を絶縁基板１３の上面の角部寄りに位置させることができるように、ベース接合膜２１の幅は、外側へ細くされている（内縁に凹部が形成されている。）。

ベース接合膜２１と内部パッド１７とは、例えば、絶縁基板１３の上面において一定の幅の隙間を介して離れており、互いに接続されていない。ベース接合膜２１及び内部パッド１７は、例えば、同一の厚みとされている。これらは、同一平面（絶縁基板１３の上面）に形成されているから、これら金属膜の上面の高さは同一である。なお、ベース接合膜２１及び内部パッド１７は、同一の材料で形成されていることが好ましい。また、貫通導体１９は、内部パッド１７と同一の材料で形成されていることが好ましい。

リッド７は、例えば、リッド基材３５と、リッド基材３５の下面に設けられたリッド接合膜３７（図２及び図３）とを有している。

リッド基材３５は、導電性材料から構成されていてもよいし、絶縁性材料から構成されていてもよい。好適には、リッド基材３５は、絶縁性材料から構成されている。絶縁性材料は、例えば、水晶、セラミック又は樹脂である。リッド基材３５は、例えば、概ね、全体として一定の厚さの平板状に形成されており、その平面形状は例えば矩形（長方形）である。

リッド接合膜３７は、例えば、リッド基材３５の下面（振動子本体５側の面）に設けられた層状の金属からなる。リッド接合膜３７の平面形状は、例えば、枠状であり、具体的には、リッド基材３５の下面の外周側に位置する概略矩形の枠状である。枠の４辺の幅は、互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。各辺において、その幅は、例えば、概ね一定である。

図４（ａ）は、リッド７側から見た振動子本体５の平面図である。図４（ｂ）は、ベース３側から見た振動子本体５の平面図である。

図１〜図４に示すように、振動子本体５は、上述した枠部９及び素子部１１を有している。別の観点では、振動子本体５は、圧電体２３と、圧電体２３に設けられた各種の導電体乃至は金属体とを有している。

振動子本体５において各種の導電体乃至は金属体は、例えば、圧電体２３を励振するための第１励振電極２５Ａ（図１、図３及び図４（ａ））及び第２励振電極２５Ｂ（図２、図３及び図４（ｂ））含む。なお、以下において、両者を区別せずに単に「励振電極２５」ということがある。

また、例えば、振動子本体５において各種の導電体乃至は金属体は、１対の励振電極２５とベース３とを電気的に接続するための１対の接続用パッド２７（図２、図３（ａ）、図４（ｂ））、製造工程において振動子本体５の検査に利用される１対の調整用パッド２９（図１、図３（ｂ）及び図４（ａ））、振動子本体５とベース３とを接合するための下面接合膜３１（図２、図３及び図４（ｂ））、及び、振動子本体５とリッド７とを接合するための上面接合膜３３（図１、図３及び図４（ａ））を含む。

圧電体２３は、例えば、水晶からなり、その全体が一体的に形成されている。圧電体２３は、枠部９を構成する枠体２３ａと、素子部１１を構成するブランク２３ｂとを有している。

枠体２３ａは、例えば、平面視において、概略矩形の枠状であり、その外縁はベース３の絶縁基板１３の外縁及びリッド７のリッド基材３５の外縁に一致する。枠の４辺の幅は、互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。各辺において、その幅は、例えば、概ね一定である。また、枠体２３ａの下面及び上面は平面状とされている。

ブランク２３ｂは、例えば、概ね、全体として一定の厚さの平板状に形成されており、その平面形状は、例えば、概略矩形（長方形）である。平面視において、ブランク２３ｂ（矩形部分）の外縁は枠体２３ａの内縁よりも小さく、ブランク２３ｂは、枠体２３ａの内周面と隙間を空けた状態で枠体２３ａの内部に収まっている。また、ブランク２３ｂの厚みは、枠体２３ａの厚みよりも小さく、また、ブランク２３ｂは、枠体２３ａの厚みの中央側に位置している。

ブランク２３ｂは、１辺（例えば短辺）の両端側（互いに隣接する角部）において枠体２３ａに支持されている。より具体的には、例えば、枠体２３ａは、前記１辺の両側の角部において、内側へ膨らむ支持部２３ｃ（図１、図２、図３（ａ）及び図４）を有している。また、ブランク２３ｂは、矩形部分の前記１辺の両端側から外側へ突出する被支持部２３ｅ（図１、図２及び図４）を有している。被支持部２３ｅは、より具体的には、前記１辺に直交する方向（ｘ方向）及び／又は前記１辺の延びる方向（ｙ方向）に突出してよく、本実施形態では、ｘ方向に突出している。そして、支持部２３ｃと被支持部２３ｅとは互いに固定されている。なお、被支持部２３ｅを除く矩形部分のみをブランク２３ｂとして捉えてもよい。

ブランク２３ｂは、１辺の両端側において枠体２３ａに支持されていることから、当該１辺において、ブランク２３ｂと枠体２３ａとの間には、上下方向に貫通する開口２３ｈ（図１、図２、図３（ｂ）及び図４）が形成されている。開口２３ｈの形状及び大きさは適宜に設定されてよい。

１対の励振電極２５は、ブランク２３ｂの両主面に設けられた層状の導電性材料（例えば金属）からなる。その形状等は公知のものとされてよい。例えば、１対の励振電極は、ブランク２３ｂの中央側に少なくとも一部（本実施形態では全体）が位置し、ブランク２３ｂを挟んで互いに対向している。１対の励振電極２５は、例えば、互いに同一の形状及び大きさであり、平面視において全体同士が重なっている。各励振電極２５の形状は、例えば、ブランク２３ｂ（の矩形部分）の４辺と平行な４辺を有する矩形である。

１対の接続用パッド２７は、例えば、枠体２３ａの下面（ベース３側の面）に設けられた層状の導電性材料（例えば金属）からなる。１対の接続用パッド２７の位置及び形状は、少なくとも一部がベース３の内部パッド１７の少なくとも一部と重なる限り、適宜に設定されてよい。本実施形態では、１対の接続用パッド２７は、１対の内部パッド１７と同一の形状及び大きさとされ、その全体が１対の内部パッド１７に重なる。１対の接続用パッド２７は、例えば、枠体２３ａの互いに隣接する角部に位置しており、少なくとも一部は上記の支持部２３ｃに位置している。

１対の励振電極２５と１対の接続用パッド２７とは、第１配線３９Ａ（図１及び図４（ａ））及び第２配線３９Ｂ（図２及び図４（ｂ））によって接続されている。なお、以下では、両者を区別せずに単に「配線３９」ということがある。これら配線３９は、例えば、圧電体２３の表面に設けられた層状の導電性材料（例えば金属）からなる。

配線３９は、適宜な経路とされてよい。例えば、ブランク２３ｂの上面に位置する第１励振電極２５Ａと一の接続用パッド２７とを接続する第１配線３９Ａは、第１励振電極２５Ａから開口２３ｈ側へブランク２３ｂの上面において延び、次に、開口２３ｈの内周面（例えばｙ方向に直交する面）をブランク２３ｂの下面側へ延び、その後、枠体２３ａ（支持部２３ｃ）の内側面を枠体２３ａの下面へ延びて接続用パッド２７に至る。また、ブランク２３ｂの下面に位置する第２励振電極２５Ｂと他の接続用パッド２７とを接続する第２配線３９Ｂは、第２励振電極２５Ｂから開口２３ｈ側へブランク２３ｂの下面において延び、その後、枠体２３ａ（支持部２３ｃ）の内側面を枠体２３ａの下面へ延びて接続用パッド２７に至る。

１対の調整用パッド２９は、製造工程において振動子本体５の検査のために、１対の励振電極２５に電気信号を入力し、また、１対の励振電極から電気信号を出力するためのものである。１対の調整用パッド２９は、例えば、圧電体２３の上面（リッド７側の面）に設けられた層状の導電性材料（例えば金属）からなる。

１対の接続用パッド２７の平面視における位置及び形状は任意である。例えば、調整用パッド２９は、少なくとも一部（本実施形態では全体）が枠体２３ａに設けられている。別の観点では、調整用パッド２９は、平面視において、少なくとも一部（本実施形態では全体）が開口２３ｈよりもブランク２３ｂとは反対側に位置している。また、更に別の観点では、平面透視において、調整用パッド２９と接続用パッド２７とは重なっていない。調整用パッド２９の最小径（矩形の場合は短辺）は、例えば、配線３９の幅（例えばブランク２３ｂの矩形部分の主面における幅）よりも大きい。

１対の接続用パッド２７は、圧電体２３（枠体２３ａ）のうち、リッド７に接合される面よりもベース３側に低くなった面に設けられている。例えば、枠体２３ａには凹部２３ｆ（図１、図３（ｂ）及び図４（ａ））が形成されており、１対の接続用パッド２７は、凹部２３ｆの底面に設けられている。凹部２３ｆの底面は、例えば、ブランク２３ｂのリッド７側の面と面一である。

１対の励振電極２５と１対の調整用パッド２９とは、既述の１対の配線３９によって接続されている。すなわち、１対の励振電極２５と１対の接続用パッド２７とを接続する１対の配線３９は、１対の励振電極２５と１対の調整用パッド２９との接続に兼用されている。

具体的には、第１配線３９Ａは、第１励振電極２５Ａから開口２３ｈ側へブランク２３ｂのリッド７側の面を延びた後、開口２３ｈ付近で分岐し、一部は上述のように開口２３ｈを介して接続用パッド２７に至り、他部は、被支持部２３ｅを経由して一の調整用パッド２９に至る。また、第２配線３９Ｂは、第２励振電極２５Ｂから開口２３ｈ側へブランク２３ｂのベース３側の面を延びた後、開口２３ｈ付近で分岐し、一部は上述のように枠体２３ａ（支持部２３ｃ）の内側面を経由して接続用パッド２７へ延び、他部は、開口２３ｈの内側面をベース３側からリッド７側へ延び、他の調整用パッド２９に至る。

下面接合膜３１は、例えば、枠体２３ａの下面に設けられた層状の金属からなる。下面接合膜３１の平面形状は、枠状であり、より具体的には、例えば、接続用パッド２７の配置位置を除いて、枠体２３ａの下面全体に形成されている。

下面接合膜３１及びベース接合膜２１は、平面透視において、これら接合膜の重複部分によって素子部１１を囲む枠形状が構成されれば、適宜な形状とされてよい。本実施形態では、これら接合膜は、互いに同一の形状及び大きさとされており、全体同士が互いに重なる。

下面接合膜３１と接続用パッド２７とは、例えば、枠体２３ａの下面において一定の幅の隙間を介して離れており、互いに接続されていない。下面接合膜３１及び接続用パッド２７は、例えば、同一の厚みとされている。これらは、同一平面（枠体２３ａの下面）に形成されているから、これら金属膜のベース３側の表面の高さは同一である。

上面接合膜３３は、例えば、枠体２３ａの上面に設けられた層状の金属からなる。上面接合膜３３の平面形状は、枠状であり、より具体的には、例えば、調整用パッド２９の配置位置を除いて、枠体２３ａの上面全体に形成されている。

上面接合膜３３及びリッド接合膜３７は、平面透視において、これら接合膜の重複部分によって素子部１１を囲む枠形状が構成されれば、適宜な形状とされてよい。本実施形態では、これら接合膜は、調整用パッド２９の位置と、支持部２３ｃの位置とを除いて、互いに同一の形状及び大きさとされており、概ね全体が互いに重なる。

振動子本体５の各種の導電層（２５、２７、２９、３１、３３及び３９）は、例えば、互いに同一の材料により構成されている。例えば、これら導電体は、圧電体２３の表面に重ねられた、水晶との密着性が高いクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）又はニクロム（ＮｉＣｒ）からなる下地層と、この下地層に重ねられた、導電性が高い金（Ａｕ）又は銀（Ａｇ）からなる層とを有している。なお、導電層は、水晶との密着性及び導電性の双方が高い適宜な合金からなる単層であってもよい。

図５（ａ）は、図３（ａ）の領域Ｖａの拡大図であり、図５（ｂ）は、図３（ｂ）の領域Ｖｂの拡大図である。

ベース３のベース接合膜２１と振動子本体５の下面接合膜３１とは互いに対向されて接合される。また、振動子本体５の上面接合膜３３とリッド７のリッド接合膜３７とは互いに対向されて接合される。これらの接合により、ベース３、枠部９（枠体２３ａ）及びリッド７により囲まれる密閉空間が構成される。接合は、例えば、原子拡散接合である。

既に述べたように、また、図５（ａ）に示すように、ベース３において、ベース接合膜２１及び内部パッド１７は、同一平面（絶縁基板１３の上面）に設けられるとともに、その厚みが同等であり、ひいては、その表面の高さは同等である。また、振動子本体５において、下面接合膜３１及び接続用パッド２７は、同一平面（枠体２３ａの下面）に設けられるとともに、その厚みが同等であり、ひいては、その表面の高さは同等である。

そして、ベース接合膜２１と下面接合膜３１との接合とともに、内部パッド１７と接続用パッド２７との接合もされている。これにより、１対の励振電極２５と複数の外部端子１５のうちの２つとが電気的に接続される。別の観点では、ベース３と振動子本体５とは、内部パッド１７と接続用パッド２７とによっても接合される。この接合は、例えば、ベース接合膜２１と下面接合膜３１との接合と同様（例えば原子拡散接合）である。

また、既に述べたように、貫通導体１９（スルーホール１３ｈ）は、内部パッド１７と外部端子１５との間に位置している。従って、スルーホール１３ｈ上には、接続用パッド２７及び枠体２３ａが位置する。すなわち、スルーホール１３ｈは、内部パッド１７及び接続用パッド２７によって枠体２３ａの下面がベース３の絶縁基板１３の上面に接合されることによって塞がれる。

既に述べたように、また、図５（ｂ）に示すように、調整用パッド２９は、枠体２３ａのリッド７に対する接合面よりもベース３側に低い面に設けられている。従って、リッド７と枠体２３ａとが接合されても、調整用パッド２９はリッド７から離れている。

図６（ａ）〜図６（ｄ）は、水晶振動子１の製造方法の手順を模式的に示す図である。

まず、図６（ａ）に示すように、振動子本体５が多数個取りされる本体ウェハ５１を作製する（ウェハ準備工程）。本体ウェハ５１の作製方法は、圧電体２３の具体的形状やその表面に形成される導電層の具体的形状等に係る部分を除いては、公知の方法と概略同様とされてよい。

例えば、まず、ウェハの表面にフォトリソグラフィーによりレジストからなるマスクを形成し、そのマスクを介してエッチングを行い、ブランク２３ｂ及び枠体２３ａを形成する。その後、マスクを除去する。

次に、エッチングされたウェハの表面にフォトリソグラフィーによりレジストからなるマスクを形成し、そのマスクを介して金属材料を成膜し、励振電極２５、接続用パッド２７、調整用パッド２９、下面接合膜３１、上面接合膜３３及び配線３９を形成する。なお、ウェハの表面に金属材料を成膜したあと、フォトリソグラフィーによりマスクを形成し、マスクを介して金属材料のエッチングを行ってもよい。

金属膜の形成方法には、めっき法（無電解めっき、電解めっき）や蒸着法（真空蒸着やスパッタリング）等の公知の方法又はその組み合わせが適宜に選択されてよい。なお、比較的高い真空度の雰囲気下において、スパッタリング等によって導体層を形成すれば、導体層の形成に引き続いて、同一の真空雰囲気下にて、後述する原子拡散接合による接合を行うことができ、好適である。

次に、図６（ｂ）に示すように、電気特性試験装置の１対のプローブ５７を１対の調整用パッド２９に当接させ、振動子本体５の検査を行う（検査工程）。具体的には、１対の調整用パッド２９を介して１対の励振電極２５に電圧を印加し、振動子本体５の発振周波数やクリスタルインピーダンス値（ＣＩ値）を測定する。

特に図示しないが、この検査工程の結果に応じて、例えば、振動子本体５の周波数の調整がなされる。例えば、レーザー光の照射によって励振電極２５の一部が除去されることにより、又は、逆に、蒸着によってブランク２３ｂに金属が付着されることにより、励振電極２５の質量が調整される。

次に、図６（ｃ）に示すように、本体ウェハ５１を、ベース３が多数個取りされるベースウェハ５３と、リッド７が多数個取りされるリッドウェハ５５とで挟み込む。

ベース３及びリッド７の作製方法も、基体（１３、３５）の具体的形状や、その表面に形成される各種の導体（１７、２１等）の具体的形状等に係る部分を除いては、公知の方法と概略同様とされてよい。例えば、基体がセラミックからなる場合を例に挙げると、セラミックグリーンシートに導電ペーストを配置してこれらを同時焼成したり、及び／又は、焼成されたセラミック基板に導体を配置したりしてよい。

なお、焼成されたセラミック基板における導体の形成方法には、導電ペーストを用いる方法の他、本体ウェハ５１における導体形成と同様に、めっき法や蒸着法等の公知の方法又はその組み合わせが選択されてよく、好ましくは、比較的高い真空度の雰囲気下におけるスパッタリング等が選択される。

スルーホール１３ｈは、焼成後のセラミックに対してレーザー加工を行うことにより形成されることが好ましい。この場合、スルーホール１３ｈを小径にすることができ、また、その位置を高精度に規定できる。

ベースウェハ５３、本体ウェハ５１及びリッドウェハ５５が積層されると、ベース３のベース接合膜２１と下面接合膜３１とが接触し、内部パッド１７と接続用パッド２７とが接触し、上面接合膜３３とリッド接合膜３７とが接触する。この接触時の条件を適宜に設定することにより、これらの互いに接触した金属層は原子拡散接合により接合される。

例えば、既に述べたように、比較的高い真空度の雰囲気下においてスパッタリング等により各金属層を形成し、その真空雰囲気下で引き続き金属層同士を接触させる。この際、図６（ｃ）において矢印で示すように、適宜な圧力で３枚のウェハをその積層方向に加圧することが好ましい。また、原子拡散接合は、室温でも可能であるが、３枚のウェハが適宜な温度になるように加熱が行われてもよい。

その後、図６（ｄ）に示すように、互いに接合されたベースウェハ５３、本体ウェハ５１及びリッドウェハ５５は、ダイシングラインに沿ってダイシングされる（ダイシング工程）。すなわち、複数の水晶振動子１は個片化される。なお、ダイシングは、公知の適宜な方法により行われてよい。

以上のとおり、本実施形態では、水晶振動子１は、外部に露出する少なくとも１対の外部端子１５を有しているベース３と、ベース３上に重ねられた振動子本体５と、振動子本体上に重ねられたリッド７と、を有している。振動子本体５は、枠体２３ａ及びブランク２３ｂを有する圧電体２３と、ブランク２３ｂの表面に位置する１対の励振電極２５と、圧電体２３のベース３側の面に位置し、電気的に１対の励振電極２５と１対の外部端子１５との間に介在する１対の接続用パッド２７と、圧電体２３のリッド７側の面に位置し、１対の励振電極２５に電気的に接続された１対の調整用パッド２９と、を有している。

従って、１対の調整用パッド２９にプローブ５７を当接させて振動子本体５の検査をすることができる。すなわち、振動子本体５とベース３とを接合させた状態で、外部端子１５を用いて振動子本体５の検査を行わなくてもよく、ひいては、リッド７と振動子本体５との接合に先だって、振動子本体５とベース３とを接合する必要もない。その結果、例えば、振動子本体５とベース３との接合の際に振動子本体５の上面（リッド７との接合面）が汚損されるおそれが低減される。すなわち、本実施形態の圧電振動子の製造方法における接合工程のように、ベース３、振動子本体５及びリッド７を共に（同時に）接合することによって、接合性の信頼性を向上させることができる。なお、調整用パッド２９を設けずに、接続用パッド２７に対してプローブ５７を当接させて検査を行うと、接続用パッド２７が汚損され、内部パッド１７と接続用パッド２７との接合の信頼性が低下するおそれがある。

また、本実施形態では、調整用パッド２９は、圧電体２３のうち枠体２３ａのリッド７と接合される面よりもベース３側へ低くなった面（凹部２３ｆの底面）に位置している。

従って、例えば、プローブ５７を調整用パッド２９に当接させた際の調整用パッド２９の汚損が、振動子本体５とリッド７との接合に及ぼす影響が低減され、接合の信頼性が向上する。より具体的には、例えば、調整用パッド２９はリッド７に当接しないから、調整用パッド２９における疵、汚れ又は塵はリッド７に当接しない。また、例えば、調整用パッド２９において生じた塵が枠体２３ａの接合面に移動することが低減される。

また、本実施形態では、ブランク２３ｂは、ベース３及びリッド７に対向する矩形の板状部分を有し、矩形の１辺の両端側にて枠体２３ａに支持され、前記１辺と枠体２３ａとの間には開口２３ｈが形成されている。１対の励振電極２５は、ブランク２３ｂの矩形の板状部分の両主面に位置している。１対の調整用パッド２９は、少なくとも一部が開口２３ｈよりもブランク２３ｂの矩形の板状部分とは反対側に位置している。

従って、１対の調整用パッド２９は、１対の励振電極２５から比較的離されることになる。その結果、一の励振電極２５に接続された調整用パッド２９と他の励振電極２５との間の電界の強度は低くされ、当該電界が素子部１１の振動に及ぼす影響が低減される。その結果、水晶振動子１の特性が向上する。

また、本実施形態では、ベース３は、枠体２３ａと接合される絶縁基板１３と、絶縁基板１３の振動子本体５とは反対側の面に露出する外部端子１５と、絶縁基板１３を振動子本体５側へ貫通するスルーホール１３ｈに充填され、外部端子１５に接続された貫通導体１９と、を有している。接続用パッド２７は、枠体２３ａのベース３側の、絶縁基板１３と接合される面に位置している。スルーホール１３ｈは、接続用パッド２７及び前記接合される面に重なる位置にある。

従って、スルーホール１３ｈは、枠体２３ａが接続用パッド２７によって絶縁基板１３に接合されることによって気密に塞がれることになる。その結果、水晶振動子１の内部の空間の気密性が向上する。ひいては、水晶振動子１の特性が長期に亘って安定する。調整用パッド２９によって検査が行われ、接続用パッド２７はプローブ５７等によって汚損されないことによって、接続用パッド２７による密閉の信頼性が向上する。

なお、以上の実施形態において、水晶振動子１は、圧電振動子及び圧電デバイスの一例である。

以下では、水晶振動子の変形例について説明する。なお、説明の便宜上、変形例において、実施形態の振動子本体５の各部と概略同様の機能を有する部分については、具体的形状等が異なっても、振動子本体５と同一の符号を付すことがある。

図７は、変形例に係る振動子本体１０５の平面図（図４（ａ）に相当）である。

振動子本体１０５は、１対の調整用パッド２９の位置のみが実施形態の振動子本体５と相違する。具体的には、振動子本体１０５においては、１対の調整用パッド２９（凹部２３ｆ）は、ブランク２３ｂの枠体２３ａに支持されている側の１辺の延びる方向（ｙ方向）において少なくとも一部（本変形例では全体）がブランク２３ｂよりも外側に位置している。別の観点では、１対の調整用パッド２９は、少なくとも一部（本変形例では全体）開口２３ｈよりもｙ方向の外側に位置している。さらに別の観点では、１対の調整用パッド２９は、平面透視において、１対の接続用パッド２７（図４（ｂ）参照）と（少なくとも一部同士が）重なる位置にある（好ましくは１対の接続用パッド２７に収まる。）。

この変形例においても、実施形態と同様に、１対の調整用パッド２９が設けられていることによって、接合の信頼性が向上する等の効果が奏される。また、この変形例では、実施形態と同様に、１対の調整用パッド２９は、少なくとも一部がブランク２３ｂの外側に位置する配置とされていることから、１対の調整用パッド２９と１対の励振電極２５との間の電界が素子部１１の振動に及ぼす影響が低減される。

また、この変形例では、１対の調整用パッド２９と１対の接続用パッド２７との位置が重なっていることから、例えば、１対の調整用パッド２９にプローブ５７を当接させて検査を行うことによって、１対の接続用パッド２７にプローブ５７を当接させて検査を行った場合の検査結果に近い検査結果が得られると期待される。なお、実施形態においては、例えば、１対の接続用パッド２７の背面に凹部２３ｆが位置していないことから、リッド７からの圧力が１対の接続用パッド２７及び内部パッド１７に確実に伝えられることが期待される。

図８（ａ）は、変形例に係る水晶振動子２０１を示す断面図（図５（ａ）に相当）である。図８（ｂ）は、水晶振動子２０１のベース２０３の上面（振動子本体５側の面）を示す平面図である。

変形例に係る水晶振動子２０１は、ベースの構成のみが実施形態の水晶振動子１と相違する。より具体的には、変形例に係るベース２０３は、実施形態のベース３と、基本的に、貫通導体１９（スルーホール１３ｈ）の位置のみが相違する。また、この相違に付随して、貫通導体１９の寸法や製造方法も相違してよい。

変形例において、貫通導体１９は、内部パッド１７の直下ではなく、内部パッド１７から延びたベース配線１８の直下に位置しており、ベース配線１８と外部端子１５とを接続している。また、ベース配線１８は、枠体２３ａとベース２０３との接合面（その範囲はベース接合膜２１及び内部パッド１７の範囲を参照）よりも内側（ブランク２３ｂと重なる位置）に延び、貫通導体１９は、ブランク２３ｂと重なる位置にある。

なお、１対の貫通導体１９は、１対の内部パッド１７の直下に位置する２つの外部端子１５と接続されてもよいし、図８（ｂ）に示すように、１対の貫通導体１９のうち少なくとも一方は、１対の内部パッド１７の直下に位置しない外部端子１５と接続されてもよい。

このように貫通導体１９がブランク２３ｂと重なる位置にある場合においては、貫通導体１９がベース２０３と枠体２３ａとの接合に及ぼす影響が低減される。従って、貫通導体１９において段差が生じてしまうことが許容され、ベース２０３の製造方法として、安価な方法を選択することが容易化される。

例えば、セラミックグリーンシートに打ち抜きによってスルーホール１３ｈを形成し、スルーホール１３ｈに導電ペーストを充填し、これらを同時焼成することによってベース２０３が製造されてよい。この製造方法は安価である。一方で、スルーホール１３ｈの位置乃至は形状に係る加工精度は低い。また、原子拡散接合の容易化のためにスパッタリング等によって内部パッド１７を形成すると、貫通導体１９と内部パッド１７とは異種材料となりやすい。これらの理由から、貫通導体１９においては段差が生じる。しかし、上述のように、この変形例では、このような段差が許容される。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

圧電デバイスは、圧電振動子に限定されない。例えば、発振回路を有する圧電発振器であってもよい。この場合、例えば、ベースの下面又は上面に凹部を形成して、その凹部に発振回路を含むＩＣが配置されてもよいし、素子部に対して枠部を比較的大きくし、ベースの上面に発振回路を含むＩＣが配置され、素子部とともに封止されてもよい。また、このように発振回路が設けられる場合、接続用パッド（２７）は、１対の励振電極と１対の外部端子との間に電気的に介在するのではなく、１対の励振電極と発振回路との間に電気的に介在すればよい。別の観点では、接続用パッドは、内部パッド（１７）に密着すればよい。

また、圧電振動子は、サーミスタ等の適宜な電気素子を含んでいてもよい。この場合、電気素子は、例えば、上述したＩＣと同様に、ベースの下面又は上面に配置されてよい。

素子部は、板状の両主面に１対の励振電極が設けられるものに限定されず、例えば、いわゆる音叉型のものであってもよい。

ベースと振動子本体との接合、及び、振動子本体とリッドとの接合は、金属膜を用いた原子拡散接合によるものに限定されない。例えば、金属膜を介さずに、振動子本体の圧電体と、ベースの絶縁基板又はリッドのリッド基材とが直接接合又は陽極接合によって接合されてもよい。また、金属膜同士を接合する場合においても、接合方法は、スパッタリング等で形成した金属膜を引き続き同一真空中で接触させる方法に限定されず、例えば、金属膜にイオン照射を行って金属膜表面を清浄化及び活性化し、室温で接合する方法が採用されてもよい。金属膜は、基準電位が付与されていてもよい。

枠体によるブランクの支持位置は、ブランクの短辺両側に限定されない。例えば、支持位置は、ブランクの短辺中央とされてもよいし、ブランクの一の対角線の両端とされてもよい。１対の接続用パッドの位置は、ブランクの短辺側に限定されず、例えば、ブランクの一の対角線の両側とされてもよい。１対の調整用パッドも同様である。調整用パッドは、圧電体のうち枠体のリッドと接合される接合面に位置していてもよい。

１…水晶振動子（圧電振動子）、３…ベース、５…振動子本体、７…リッド、１５…外部端子、２３…圧電体、２３ａ…枠体、２３ｂ…ブランク、２５Ａ…第１励振電極、２５Ｂ…第２励振電極、２７…接続用パッド、２９…調整用パッド。

Claims (7)

1. 外部に露出する少なくとも１対の外部端子を有しているベースと、
   前記ベース上に重ねられた振動子本体と、
   前記振動子本体上に重ねられたリッドと、
   を有し、
   前記振動子本体は、
   前記ベース及び前記リッドに挟まれてこれらとその対向面において接合された枠体と、前記枠体と一体的に形成されており、前記ベース、前記枠体及び前記リッドにより囲まれた空間に収容されたブランクと、を有している圧電体と、
   前記ブランクの表面に位置する１対の励振電極と、
   前記圧電体の前記ベース側の面に位置し、電気的に前記１対の励振電極と前記１対の外部端子との間に介在する１対の接続用パッドと、
   前記圧電体の前記リッド側の面に位置し、前記１対の励振電極に電気的に接続された１対の調整用パッドと、を有しており、
   前記調整用パッドは、前記圧電体のうち前記枠体の前記リッドと接合される面よりも前記ベース側へ低くなった面に位置している
   圧電振動子。
2. 前記ブランクは、前記ベース及び前記リッドに対向する矩形の板状部分を有し、矩形の１辺の両端側にて前記枠体に支持され、前記１辺と前記枠体との間には開口が形成されており、
   前記１対の励振電極は、前記矩形の板状部分の両主面に位置し、
   前記１対の調整用パッドは、少なくとも一部が前記開口よりも前記矩形の板状部分とは反対側に位置している
   請求項１に記載の圧電振動子。
3. 前記ブランクは、前記ベース及び前記リッドに対向する矩形の板状部分を有し、矩形の１辺側にて前記枠体に支持されており、
   前記１対の励振電極は、前記矩形の板状部分の両主面に位置し、
   前記１対の調整用パッドは、前記１辺の延びる方向において少なくとも一部が前記矩形の板状部分よりも外側に位置している
   請求項１又は２に記載の圧電振動子。
4. 前記ベースは、
   前記枠体と接合される絶縁基板と、
   前記絶縁基板の前記振動子本体とは反対側の面に露出する前記外部端子と、
   前記絶縁基板を前記振動子本体側へ貫通するスルーホールに充填され、前記外部端子に接続された貫通導体と、を有し、
   前記接続用パッドは、前記枠体の前記ベース側の、前記絶縁基板と接合される面に位置し、
   前記スルーホールは、前記接続用パッド及び前記接合される面に重なる位置にある
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電振動子。
5. 前記ベースは、
   前記枠体と接合される絶縁基板と、
   前記絶縁基板の前記振動子本体とは反対側の面に露出する前記外部端子と、
   前記絶縁基板を前記振動子本体側へ貫通するスルーホールに充填され、前記外部端子に接続された貫通導体と、を有し、
   前記スルーホールは、前記ブランクと重なる位置にある
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電振動子。
6. 少なくとも１対の内部パッドを有しているベースと、
   前記ベース上に重ねられた振動子本体と、
   前記振動子本体上に重ねられたリッドと、
   を有し、
   前記振動子本体は、
   前記ベース及び前記リッドに挟まれてこれらとその対向面において接合された枠体と、前記枠体と一体的に形成されており、前記ベース、前記枠体及び前記リッドにより囲まれた空間に収容されたブランクと、を有している圧電体と、
   前記ブランクの表面に位置する１対の励振電極と、
   前記圧電体の前記ベース側の面に位置し、電気的に前記１対の励振電極と接続され、前記１対の内部パッドに密着される１対の接続用パッドと、
   前記圧電体の前記リッド側の面に位置し、前記１対の励振電極に電気的に接続された１対の調整用パッドと、を有しており、
   前記調整用パッドは、前記圧電体のうち前記枠体の前記リッドと接合される面よりも前記ベース側へ低くなった面に位置している
   圧電デバイス。
7. 少なくとも１対の外部端子を有しているベースと、
   前記ベース上に重ねられた振動子本体と、
   前記振動子本体上に重ねられたリッドと、
   を有し、
   前記振動子本体が、
   前記ベース及び前記リッドに挟まれてこれらとその対向面において接合された枠体と、前記枠体と一体的に形成され、前記ベース、前記枠体及び前記リッドにより囲まれた空間に収容されたブランクと、を有している圧電体と、
   前記ブランクの表面に位置する１対の励振電極と、
   前記圧電体の前記ベース側の面に位置し、電気的に前記１対の励振電極と前記１対の外部端子との間に介在する１対の接続用パッドと、を有している、
   圧電振動子の製造方法であって、
   前記振動子本体が多数個取りされる本体ウェハであって、各振動子本体において、前記圧電体の前記リッド側の面に位置し、前記１対の励振電極に電気的に接続された１対の調整用パッドを有する本体ウェハを準備するウェハ準備工程と、
   前記本体ウェハの各振動子本体において、１対のプローブを前記１対の調整用パッドに当接させて、前記１対の励振電極に電圧を印加して各振動子本体を検査する検査工程と、
   前記検査工程の後、前記本体ウェハを、前記ベースが多数個取りされるベースウェハ及び前記リッドが多数個取りされるリッドウェハで挟み、これらをその積層方向において加圧することによって、前記ベースウェハと前記本体ウェハとのその対向面における接合、及び、前記本体ウェハと前記リッドウェハとのその対向面における接合を共に行う接合工程と、
   接合された前記ベースウェハ、前記本体ウェハ及び前記リッドウェハをダイシングして、前記圧電振動子を個片化するダイシング工程と、
   を有しており、
   前記調整用パッドは、前記圧電体のうち前記枠体の前記リッドと接合される面よりも前記ベース側へ低くなった面に位置している
   圧電振動子の製造方法。

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