(57)【要約】【課題】  本発明は、機械加工とウェットエッチングとを併用した両面設置可能な圧電デバイスを提供する。【解決手段】  本発明に係る圧電デバイス（１００）は、一対の振動腕（４６）を有する音叉型圧電振動片（４０）が形成された圧電フレーム（２０）と、圧電フレーム側からその反対側に貫通する周波数調整孔（１８）を有するとともに圧電フレームの一方の面にシロキサン結合されるリッド（１０）と、圧電フレーム側からその反対側に貫通して音叉型圧電振動片に導通するスルーホール電極（３８、３９）を有し、圧電フレームの他方の面にシロキサン結合されるベース（３０）とを備える。スルーホール電極及び封止された周波数調整孔を覆うように導電材でリッドとベースとに形成された外部電極（３５、３６）を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の振動腕を有する音叉型圧電振動片が形成された圧電フレームと、
前記圧電フレーム側からその反対側に貫通する周波数調整孔を有するとともに前記圧電フレームの一方の面にシロキサン結合されるリッドと、
前記圧電フレーム側からその反対側に貫通して前記音叉型圧電振動片に導通するスルーホール電極を有し、前記圧電フレームの他方の面にシロキサン結合されるベースと、を備え、
前記スルーホール電極及び封止された前記周波数調整孔を覆うように導電材で前記リッドと前記ベースとに形成された外部電極を備えることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記周波数調整孔が、前記振動腕の先端領域と対応する位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記周波数調整孔が前記一対の振動腕に対応して一対設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記周波数調整孔及び前記スルーホール電極用のスルーホールは、機械加工とウェットエッチングとを併用して形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記機械加工とは、サンドブラスト加工、レーザー加工、超音波加工、又はドリル加工であることを特徴とする請求項４に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
前記圧電フレームの反対側から前記機械加工で前記周波数調整孔の一部を形成し、前記圧電フレーム側からウェットエッチングで前記周波数調整孔の他の一部を形成して、前記機械加工により形成された孔と貫通されて前記周波数調整孔を構成し、
前記圧電フレームの反対側から前記機械加工で前記スルーホール電極用のスルーホールの一部を形成し、前記圧電フレーム側からウェットエッチングで前記スルーホール電極用のスルーホールの他の一部を形成して、前記機械加工により形成されたスルーホールと貫通されて前記スルーホール電極用のスルーホールを構成することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の圧電デバイス。
【請求項７】
前記周波数調整孔は、前記圧電フレームの反対側から前記圧電フレーム側に向かって、その断面積が小さくなることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項８】
前記スルーホール電極用のスルーホールは、前記機械加工で形成された一部が、前記圧電フレームの反対側から前記圧電フレーム側に向かって、その断面積が小さくなり、
前記ウェットエッチングで形成された他の一部が、前記圧電フレーム側から前記圧電フレームの反対側に向かって、その断面積が小さくなる、ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項９】
前記周波数調整孔からレーザーを照射して、圧電振動片の周波数を調整した後、前記周波数調整孔から真空引きした後、封止されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項１０】
前記周波数調整孔から真空引きながら、前記周波数調整孔からレーザーを照射して、圧電振動片の周波数を調整した後、封止されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音叉型圧電振動片を封止した圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）、モバイルコンピュータ、又はＩＣカード等の通信機器やＯＡ機器等には、圧電振動片とＩＣチップとを同一パッケージ内に封止した圧電発振子やリアルタイムクロックモジュール等の圧電デバイスが広く使用されている。
【０００３】
従来の圧電デバイスは、圧電振動片が形成された振動片と、この圧電振動片を挟むようにして、其々圧電振動片に固定されたベースとリッドとを備える。圧電振動片は、ベース及びリッドの内部空間に収容されている。圧電振動片には、リッドとベースとの各接合面に接合用電極が其々設けられて、これらの接合用電極により、圧電振動片はリッドとベースと其々陽極接合されている。
【０００４】
これらの圧電デバイスを製造する場合、まず、ガラス等をエッチングしてリッドとベースとの外形を形成する。その後、水晶ウエハを用いて、圧電振動片の外形をエッチングした後、各電極を形成する。続いて、圧電振動片をリッド及びベースに陽極接合し密閉されて、ダイシングすることにより、圧電デバイスになる。
【０００５】
ところが、リッドとベースとの空間に、水蒸気又はその他のガスが残存すると、水蒸気又はその他のガスが圧電振動片に付着し、電極部が錆びたり、ガス成分が付着することで振動性能に悪影響を与える。このようなガス成分を排出するために、脱ガスに必要となる温度まで真空チャンバーを昇温させた後、再び陽極接合に適する温度まで下げさせたりする。しかしながら、これによりかかる時間が長くなり、製造効率が悪くなる問題がある。なお、高い温度で陽極接合を行うと、水晶で構成された圧電振動片と、リッドとベースを構成するガラスとの熱膨張率の相違が、圧電デバイスの破損の原因になる。
【０００６】
上記のような問題点を解決する圧電デバイスとして、特許文献１は短時間で品質良く陽極接合により封止できる圧電デバイスを提供した。特許文献１に係る圧電デバイスは、圧電振動片が形成された振動片基板と、この振動片基板を挟むようにして、其々振動片基板に固定されたベースとリッドとを備える。
【０００７】
ベース又はリッドの何れか一つの略中央部にハーフエッチングにより貫通孔が形成されている。圧電デバイスを形成する場合、大気中でリッドと、振動片基板と、ベースとを陽極接合させる。その後、リフロー温度よりも高い温度まで加熱することでアニール処理を行う。
【０００８】
その後、ベース及びリッドの内部空間のガスなどを貫通孔から排出して真空にする。真空雰囲気において、この貫通孔に封止材料を配置させ、外部からレーザー光を照射してこの封止材料を溶融することにより、貫通孔が封止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４―２５４２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の圧電デバイスは、ベースの下面に外部電極が形成されている。このような圧電デバイスをプリント基板等に設置する場合、ベースの外部電極が、プリント基板の半田に設置される。このために、作業者は圧電デバイスのベースが半田に向くように、設置方向を判断する必要がある。
【００１１】
また、特許文献１に係る圧電デバイスは、貫通孔を封止したが、封止材料の不完全な溶融により、圧電デバイスが完璧に封止されない可能性がある。貫通孔がリッドの中心に形成されているので、金属周波数調整部にレーザーを照射して、周波数を調整するために、リッドはレーザーが透過するガラスからなる必要がある。又は、リッドにレーザーを照射するための孔を更に設ける必要がある。
【００１２】
従って、本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、両面設置が可能であり、完璧に封止することができ、周波数調整孔やスルーホール等の形成の工数を減少し、これらの加工径寸法のばらつきを減少させ、真空封止のタクトを改善した圧電デバイスを提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第一観点に係る圧電デバイスは、一対の振動腕を有する音叉型圧電振動片が形成された圧電フレームと、圧電フレーム側からその反対側に貫通する周波数調整孔を有するとともに圧電フレームの一方の面にシロキサン結合されるリッドと、圧電フレーム側からその反対側に貫通して音叉型圧電振動片に導通するスルーホール電極を有し、圧電フレームの他方の面にシロキサン結合されるベースとを備える。スルーホール電極及び封止された周波数調整孔を覆うように導電材でリッドとベースとに形成された外部電極を備える。
【００１４】
本発明の第一観点によれば、周波数調整孔とスルーホール電極を更に外部電極で覆うので、圧電デバイスを確実に真空封止することができ、真空封止のタクトを改善することができる。更に、第一観点の外部電極により、出来上がった圧電デバイスは、その設置方向がなくなり、上下両面で設置することができる。即ち、作業者により本発明の圧電デバイスを設置する場合、設置方向を考慮することなく、上面で設置することもでき、下面で設置することもでき、作業者の作業効率を向上することができる。
【００１５】
本発明の第二観点に係る圧電デバイスは、周波数調整孔が振動腕の先端領域と対応する位置に形成されている。振動腕の先端領域に周波数調整部が配置され、この周波数調整部に金属膜が形成されている。この周波数調整部に形成されている金属膜にレーザーを照射して、金属を蒸散させることにより、圧電デバイスの周波数を調整する。周波数調整孔が振動腕の先端領域に形成されているので、この周波数調整孔を経て周波数調整部にレーザーを照射して、金属を蒸散させて周波数を調整することができる。これにより、リッドを形成する材料として、ガラスに限られるわけではなく、他の材料を使用することができる。更に、当該周波数調整孔から真空引きすることができ、真空にするための孔を更に設ける必要はない。
【００１６】
本発明の第三観点に係る圧電デバイスは、周波数調整孔が一対の振動腕に対応して一対設けられている。音叉型圧電振動片は、通常一対の振動腕を備え、一対の振動腕の先端に其々周波数調整部が形成されている。従って、一対の周波数調整部に対応して一対の周波数調整孔を形成するので、各周波数調整孔を経て各周波数調整部に其々レーザーを照射して、金属を蒸散させて周波数を調整することができる。
【００１７】
本発明の第四観点に係る圧電デバイスにおいて、周波数調整孔及びスルーホール電極用のスルーホールは、機械加工とウェットエッチングとで形成される。
第四観点に係る圧電デバイスによれば、機械加工とウェットエッチングとを併用して周波数調整孔とスルーホールとを形成したので、それらを形成する工数を減少し、それらの加工径寸法のばらつきを減少した。
【００１８】
本発明の第五観点に係る圧電デバイスにおいて、機械加工とはサンドブラスト加工、レーザー加工、超音波加工、又はドリル加工である。このような機械加工により周波数調整孔及びスルーホールを形成する場合、水晶のエッチング異方性の影響を受けないので、意図する形状及び寸法の周波数調整孔及びスルーホールを簡単に形成することができる。それに機械加工は、ウェットエッチングよりかかる時間も短くなり、周波数調整孔及びスルーホールを形成する工数を減少することができる。
【００１９】
本発明の第六観点に係る圧電デバイスは、圧電フレームの反対側から機械加工で周波数調整孔の一部を形成し、圧電フレーム側からウェットエッチングで周波数調整孔の他の一部を形成して、機械加工により形成された孔と貫通されて周波数調整孔を構成する。
【００２０】
周波数調整孔に封止材料（共晶金属）を埋め込んで、それを加熱溶融することにより圧電デバイスが封止されるので、加熱溶融された封止材料が圧電デバイスの内部に流れ込むことを防止するために、圧電フレームの反対側で周波数調整孔の径が大きく、圧電フレーム側で周波数調整孔の径が小さいことが好ましい。機械加工はエッチングに比べて、大きい孔を簡単に形成することができる。従って、圧電フレームの反対側から機械加工により希望する径及び形状の周波数調整孔を簡単に形成することができる。圧電フレーム側の寸法の加工は難しいから、ウェットエッチングで周波数調整孔を簡単に形成することができる。また、機械加工はウェットエッチングに比べ、きれいな形状を成形することができ、且つばらつきが少ないため、封止材料（共晶金属）による封止を確実にすることができる。
【００２１】
また、第六観点に係る圧電デバイスは、圧電フレームの反対側から機械加工でスルーホール電極用のスルーホールの一部を形成し、圧電フレーム側からウェットエッチングでスルーホール電極用のスルーホールの他の一部を形成して、機械加工により形成されたスルーホールと貫通される。
【００２２】
スルーホールに封止材料を埋め込んで封止するので、スルーホールはその圧電フレームの反対側（即ち、実装面側）の径が大きく、圧電フレーム側が小さいことが好ましい。前と同じように、圧電フレームの反対側から機械加工で希望する径及び形状のスルーホールを簡単に形成することができる。それに圧電フレーム側の寸法の加工は難しいので、ウェットエッチングでスルーホールを簡単に形成することができる。また、機械加工はウェットエッチングに比べ、きれいな形状を成形することができ、且つ形成されたスルーホールの加工径のばらつきが少ないため、封止材料（共晶金属）による封止を確実にすることができる。
【００２３】
本発明の第七観点に係る圧電デバイスにおいて、周波数調整孔は圧電フレームの反対側から圧電フレーム側に向かって、その断面積が小さくなる。これにより周波数調整孔に埋め込まれた封止材料（共晶金属）を加熱溶融する場合、封止材料が圧電デバイスの内部に流れ込むことを防止し、圧電デバイスを確実且つ安全に封止することができる。
【００２４】
本発明の第八観点に係る圧電デバイスにおいて、スルーホール電極用のスルーホールは、機械加工で形成された一部が、圧電フレームの反対側から圧電フレーム側に向かって、その断面積が小さくなり、ウェットエッチングで形成された他の一部が、圧電フレーム側から圧電フレーム側の反対側に向かって、その断面積が小さくなる。これにより、加熱溶融された封止材料（共晶金属）が圧電デバイスの内部に流れ込むことを防止し、確実、且つ安全に封止することができる。
【００２５】
本発明の第九観点に係る圧電デバイスは、周波数調整孔からレーザーを照射して、圧電振動片の周波数を調整した後、周波数調整孔から真空引きした後に封止してなる。これにより、一定の開口直径を有する周波数調整孔からレーザーを照射して周波数を調整し、且つこの周波数調整孔から圧電デバイスの内部のガスなどを確実に排出するので、短い時間内で、圧電デバイスの内部を確実に真空にすることができる。なお、レーザーの照射により蒸散された金属等も、一定の開口直径を有する周波数調整孔から確実に排出することができる。これにより、金属や、水蒸気や、ガスなどの残留により、圧電デバイスに与える悪影響を避けることができる。
【００２６】
本発明の第十観点に係る圧電デバイスは、周波数調整孔から真空引きながら、周波数調整孔からレーザーを照射して、圧電振動片の周波数を調整した後に封止してなる。一定の開口直径を有する周波数調整孔から真空引きしながら、レーザー照射するので、蒸散された金属が振動片に付着する前に、蒸散された金属等を確実に排出し、圧電デバイスの内部を確実に真空にすることができる。これにより、金属や、水蒸気や、ガスなどの残留により、圧電デバイスに与える悪影響を避けることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る圧電デバイスによれば、機械加工とウェットエッチングとを併用して、周波数調整孔やスルーホール等の形成の工数を減少させ、これらの加工径寸法のばらつきを減少させ、真空封止のタクトを改善することができる。それに、本発明の圧電デバイスはその設置の方向性がなくなり、両面設置することが可能である。さらに、圧電デバイスを確実に真空にすることができ、封止材料（共晶金属）を加熱溶融して、確実且つ安全に圧電デバイスを封止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（ａ）は、第一圧電デバイス１００を構成するリッド１０の内面図であり、（ｂ）は圧電振動片４０を有する圧電フレーム２０の上面図であり、（ｃ）はベース３０の上面図であり、（ｄ）は（ａ）から（ｃ）のＡ−Ａ断面で第一圧電デバイス１００を示した断面構成図である。
【図２】リッド１０と、圧電フレーム２０と、ベース３０とをシロキサン結合した第一圧電デバイス１００の図１（ｂ）のＤ−Ｄ断面図である。
【図３】本発明に係る第一圧電デバイス１００の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る第二圧電デバイス２００の概略断面図である。
【図５】本発明に係る周波数調整孔１８の変形例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面に基づいて本発明を説明するが、これに限定されるわけではない。
＜第一圧電デバイス１００の構造＞
図１（ａ）は、第一圧電デバイス１００を構成するリッド１０の内面図であり、図１（ｂ）は圧電振動片４０を有する圧電フレーム２０の上面図であり、図１（ｃ）はベース３０の上面図であり、図１（ｄ）は（ａ）から（ｃ）のＡ−Ａ断面で第一圧電デバイス１００を示した断面構成図である。なお、理解を助けるため、図１では第一外部電極３５と第二外部電極３６と（図２参照）が描かれていない。
【００３０】
図１（ａ）に示されるようにリッド１０は、圧電フレーム２０側の片面に、エッチングにより形成されたリッド側凹部１７を有している。また、図１（ｄ）に示されたように、リッド１０は、図１（ｂ）の圧電振動片４０の一対の周波数調整部４９と対応する位置において、機械加工により、リッド１０を貫通する一対の周波数調整孔１８が形成されている。ここで、機械加工として、サンドブラスト加工、レーザー加工、超音波加工、又はドリル加工を挙げることができる。周波数調整孔１８の断面形状は円形が好ましい。
【００３１】
図１（ｂ）に示したように、圧電フレーム２０には、その中央に圧電振動片４０が形成され、且つ、当該圧電振動片４０を囲むように外枠部２９が形成されている。本実施例において、当該圧電振動片４０は、例えば、３２．７６８ｋＨｚで信号を発振する極めて小型の音叉型水晶振動片である。
【００３２】
圧電振動片４０は、基部４５と、基部４５から所定方向に伸びた一対の振動腕４６と、振動腕４６の外側に形成された一対の支持腕４７とを有する。一対の振動腕４６の先端に、其々一対の周波数調整部４９が形成されている。一対の振動腕４６の表面、裏面及び側面には、夫々に蒸着法又はスパッタリング法により第一励振電極４３と第二励振電極４４とが形成されている。周波数調整部４９にも蒸着法又はスパッタリング法により金属膜が形成されて、金属膜は其々振動腕４６の側面に形成されている第一励振電極４３と第二励振電極４４とに接続されている。
【００３３】
基部４５と支持腕４７とに、蒸着法又はスパッタリング法により第一基部電極４１と第二基部電極４２とが形成されており、第一基部電極４１は第一励振電極４３に接続され、第二基部電極４２は第二励振電極４４に接続されている。
【００３４】
第一基部電極４１及び第二基部電極４２並びに第一励振電極４３及び第二励振電極４４は、ともに、１５０オングストローム〜７００オングストロームのクロム（Ｃｒ）層又はニッケル（Ｎｉ）層の上に４００オングストローム〜２０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成である。クロム（Ｃｒ）層又はニッケル（Ｎｉ）層の代わりに、チタン（Ｔｉ）層を使用してもよく、また金（Ａｕ）層の代わりに、銀（Ａｇ）層を使用してもよい。このような二層構造の代わりに、良好な密着性、耐食性、電気伝導性、耐熱性等を得るように、銅を主成分としてアルミニウム等との合金を使用して電極を形成しても良い。
【００３５】
一対の支持腕４７は、基部４５の一端から振動腕４６が伸びる方向（Ｙ方向）に伸びて接続部４８と外枠部２９とに接続している。一対の支持腕４７は、振動腕４６の振動を第一圧電デバイス１００の外部へ振動漏れとして伝えづらくさせ、また外部の温度変化、又は衝撃の影響を受けづらくさせる効果を持つ。
【００３６】
図１（ｃ）に示されるように、ベース３０は、圧電フレーム２０側の面に、エッチングにより形成されたベース側凹部３７を有している。それと同時に、ベース３０の角部において、圧電振動片４０の第一基部電極４１と第二基部電極４２と対応する位置にへこみ部が形成されて、当該へこみ部に第一接続電極３１と第二接続電極３２とが夫々に形成されている。
【００３７】
なお、当該第一接続電極３１と第二接続電極３２に、機械加工とウェットエッチングとを併用することにより其々第一スルーホール３８と第二スルーホール３９とが形成されている。第一スルーホール３８及び第二スルーホール３９は、その内面に金属膜が形成され、その内面の金属膜は、第一接続電極３１及び第二接続電極３２と同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。
【００３８】
第一スルーホール３８と第二スルーホール３９との内面の金属膜はクロム（Ｃｒ）層又はニッケル（Ｎｉ）層の上に金（Ａｕ）層又は銀（Ａｇ）層が形成される。第一接続電極３１は、第一スルーホール３８を通じて第一外部電極３５（図２）に接続される。同じように、第二接続電極３２は、第二スルーホール３９を通じて第二外部電極３６（図２）に接続される。
【００３９】
図１（ｄ）の概略断面構成図で示されるように、リッド側凹部１７が圧電フレーム２０に向け、ベース側凹部３７が圧電フレーム２０を向けた状態で、基部電極、接続電極、スルーホール電極、及び外部電極が電気的に接続する位置で、リッド１０と圧電フレーム２０とベース３０とをシロキサン結合する。
【００４０】
図２は、リッド１０と、圧電フレーム２０と、ベース３０とをシロキサン結合した第一圧電デバイス１００の図１（ｂ）のＤ−Ｄ断面図である。図２において、図１で省略された第一外部電極３５と第二外部電極３６とが示されている。図２に示したようにＺ方向において周波数調整部４９と対応する位置で、リッド１０に周波数調整孔１８が形成されている。周波数調整孔１８のＹ方向における径は、圧電フレーム２０側の径Ｗ１が、圧電フレーム２０の反対側の径Ｗ２より小さい。この周波数調整孔１８に共晶金属の封止材料１９を埋め込んで、この封止材料１９を加熱溶融して第一圧電デバイス１００を封止する。径Ｗ１が小さいため、加熱溶融された封止材料１９が第一圧電デバイス１００の内部に流れ込むことを防止することができる。
【００４１】
第一スルーホール３８のＹ方向における径は、圧電フレーム２０から接続点Ｓまでは、その径がだんだん小さくなり、接続点Ｓから圧電フレーム２０の反対側までの径がだんだん大きくなる。図２では省略されているが、第二スルーホール３９も同じような断面形状を有する。このような構造により、封止材料１９を第一スルーホール３８と第二スルーホール３９とに埋め込んで、封止材料１９を加熱溶融して第一圧電デバイス１００を封止する場合、加熱溶融された封止材料１９が第一圧電デバイス１００の内部に流れ込むことを確実に防止することができる。
【００４２】
この第一スルーホール３８と第二スルーホール３９とは、機械加工とウェットエッチングとを併用することにより、上記のような断面形状を簡単に形成することができる。ここで機械加工として、サンドブラスト加工、レーザー加工、超音波加工、又はドリル加工を挙げることができる。従来、ウェットエッチングで孔を形成すると、水晶の異方性により加工開始面の加工径と加工終了面の加工径とはその寸法が大きく異なってしまうため、一方の加工径が必要以上に大きくなってしまう。更に、水晶をウェットエッチングする場合、エッチングが進むことに従って、その断面積が小さくなり且つ深くなるため、ウェットエッチング液が循環されにくくなる。従って、エッチングレートが遅くなったり、エッチングレートのばらつきが大きくなったりして、孔径のばらつきが大きくなる。機械加工とウェットエッチングとを併用することにより、上記のような問題点を避けることができる。
【００４３】
リッド１０と、圧電フレーム２０と、ベース３０とがシロキサン結合された後、リッド側凹部１７とベース側凹部３７との内部を真空状態にする。図２に示したように、第一スルーホール３８、第二スルーホール３９（図１ｃ）、及び封止された周波数調整孔１８を覆うように、導電材で形成された第一外部電極３５と第二外部電極３６とが、リッド１０と、圧電フレーム２０と、ベース３０とに形成されている。
【００４４】
リッド１０と、圧電フレーム２０と、ベース３０とに渡って第一外部電極３５と第二外部電極３６とが形成されているので、この第一圧電デバイス１００を回路基板に設置する場合、上向きに設置することもでき、下向きに設置することもできる。これにより、作業者により第一圧電デバイス１００を設置する場合、上向き下向き方向を考慮することなく、作業者は第一圧電デバイス１００を設置することができるため、作業効率を向上することができる。また、第一外部電極３５と第二外部電極３６とが、第一スルーホール３８、第二スルーホール３９（図１ｃ）、及び周波数調整孔１８を覆うように形成されているので、第一圧電デバイス１００の封止不良を更に防止することができる。
【００４５】
＜第一圧電デバイス１００の製造方法＞
図３は、第一圧電デバイス１００の製造方法を示すフローチャートである。図１及び図２では、一つだけの圧電デバイスを説明したが、実際の製造においては、１枚のリッド用ウエハＬＷに数百から数千のリッド１０が形成され、１枚のチップ用ウエハＶＷに数百から数千の圧電フレーム２０が成形され、１枚のベース用ウエハＢＷに数百から数千のベース３０が形成されている。それらを接合して一度に数百から数千の圧電デバイスを製造する。その後、ダイシング等で個片化することにより、以上に説明した第一圧電デバイス１００になる。
【００４６】
本発明に係る第一圧電デバイス１００の製造方法には、図３に示したように下記のステップが含まれる。
ステップＳ１０：Ｚカット水晶基板において、エッチングにより複数のリッド側凹部１７を形成して、複数のリッド１０が形成されているリッド用ウエハを用意する。
ステップＳ１１：圧電振動片４０の一対の周波数調整部４９と対応する位置において、リッド用ウエハのリッド側凹部１７の形成されていない面から、加工径が小さくなるように、サンドブラスト加工でリッド１０を貫通する周波数調整孔１８を形成する。サンドブラスト加工の他に、レーザー加工、超音波加工、又はドリル加工の何れを用いることができる。
【００４７】
ステップＳ１２：Ｚカット水晶基板において、複数の圧電振動片４０と外枠部２９とを形成して、複数の圧電振動片４０を有する圧電フレーム２０が形成されたチップ用ウエハを用意する。チップ用ウエハに複数の圧電振動片４０を形成する方法として、通常の圧電デバイスの製造方法を利用して、基部４５と、振動腕４６と、支持腕４７と、第一基部電極４１と、第二基部電極４２と、第一励振電極４３と、第二励振電極４４とを形成すればよい。
ステップＳ１３：Ｚカット水晶基板において、エッチングにより複数のベース側凹部３７を形成して、複数のベース３０が形成されているベース用ウエハを用意する。
【００４８】
ステップＳ１４：ベース用ウエハのベース側凹部３７の形成されていない面から、サンドブラスト加工によりリッドを貫通しないように、図２の接続点Ｓまで孔を形成する。その後、反対方向であるベース側凹部３７の形成面からウェットエッチングにより、接続点Ｓまで孔を形成して、サンドブラスト加工により形成された孔と貫通する。これにより、ベース３０の第一スルーホール３８と第二スルーホール３９とを形成する。サンドブラスト加工の他に、レーザー加工、超音波加工、又はドリル加工を用いることができる。これにより、図２に示されたように、第一スルーホール３８の端面形状が接続点Ｓを変更点として、その加工径の変化率が変更する。このように機械加工とウェットエッチングとを併用することにより、水晶の異方性による問題点を避けることができる。
【００４９】
ステップＳ１５：ベース用ウエハに第一接続電極３１及び第二接続電極３２、並びに第一スルーホール３８及び第二スルーホール３９内の電極になる金属膜を形成する。
【００５０】
ステップＳ１６：リッド用ウエハと、チップ用ウエハと、ベース用ウエハとをシロキサン結合して、ウエハ積層体を得る。リッド用ウエハ、チップ用ウエハ及びベース用ウエハは、結合面を鏡面状態にしてプラズマ処理又はイオンビームを照射することにより、リッド用ウエハ、チップ用ウエハ及びベース用ウエハの結合面を活性化する。結合面が活性化された夫々のウエハの大きさは例えば４インチ角である。また夫々のウエハにはオリエンテーションフラットが形成されているため、３枚のウエハを正確に位置合わせして重ね合わせる。リッド用ウエハ、チップ用ウエハ及びベース用ウエハの結合面は、位置合わせして重ね合わされた後、大気中で１００°Ｃから２００°Ｃ程度に加熱した状態で加圧する。これによりシロキサン結合で強固に接合される。
【００５１】
ステップＳ１７：周波数調整孔１８を経て、圧電振動片４０の周波数調整部４９にレーザーを照射して、周波数調整部４９に形成された金属膜を蒸散させることにより、圧電デバイスの周波数を調整する。
【００５２】
ステップＳ１８：シロキサン結合されたウエハ積層体を上下逆に配置する。そして、上を向いた第一スルーホール３８と第二スルーホール３９とに、金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金の共晶金属である封止材料１９が配置される。封止材料１９が３５０度前後の炉内で加熱され、又は封止材料１９がレーザーで照射されると、封止材料１９が溶け始める。それをプレート冶具等で封止材料１９が押圧する。第一スルーホール３８と第二スルーホール３９とに金属膜が形成されているので、溶けた封止材料１９は金属膜に沿って流れ出す。この場合、封止材料１９の溶融体積が、第一スルーホール３８又は第二スルーホール３９の体積より小さいことが好ましい。
【００５３】
ステップＳ１９：上下逆に配置されたウエハ積層体を元に戻して、リッド用ウエハ側を上にして、真空リフロー炉に配置する。そうすると、周波数調整孔１８から、ウエハ積層体の内部のガスなどが排出されて、ウエハ積層体の内部を真空状態にする。この場合、周波数調整孔１８は真空引き孔として役割する。従来、結合された後の圧電フレーム２０と第一スルーホール３８及び第二スルーホール３９との隙間から圧電振動片４０の収容空間を真空状態にした。しかし、結合された後の第一スルーホール３８及び第二スルーホール３９の隙間から真空を引くために、時間がかかる。また、真空不良のおそれもある。本実施例のように、周波数を調整するための孔と真空を引くための孔として役割する周波数調整孔１８により、圧電振動片４０の収容空間を簡単に真空を引くことができ、真空引きにかかる時間が短くなり、真空引きが不完全になるおそれがない。その後、真空リフロー炉で、周波数調整孔１８に金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金の共晶金属である封止材料１９が配置される。真空リフロー炉を３５０度前後に加熱し、又は封止材料１９にレーザーを照射する。すると、封止材料１９が溶け始め、プレート冶具等で封止材料１９を押圧することにより、周波数調整孔１８を封止する。この場合、封止材料１９の溶融体積が、周波数調整孔１８の体積より小さいことが好ましい。封止材料１９として、ガラス系樹脂などの低融点の封止材料であれば特に限定はない。
【００５４】
ステップＳ２０：得られたウエハ積層体をダイシングでカットして個片化する。
ステップＳ２１：封止された周波数調整孔１８と第一スルーホール３８と第二スルーホール３９とを覆うように、リッド１０と、圧電フレーム２０と、ベース３０とに渡って、導電材で形成された第一外部電極３５と第二外部電極３６とを形成する。
【００５５】
リッド１０の周波数調整孔１８の開口直径は、５μｍΦ〜１００μｍΦである。本実施例において、開口されていないリッドを機械加工で開口させることにより周波数調整孔１８を形成した。しかし、既に開口されているリッドをそのまま使用することもできる。
【００５６】
本実施例において、周波数を調整した後にスルーホールを封止し、その後、真空環境で周波数調整孔１８を封止して、圧電デバイスを封止した。しかし、スルーホールを封止した後、周波数を調整することもできる。更に、周波数を調整した後に、真空環境でスルーホールと周波数調整孔１８を封止して、圧電デバイスを封止することもできる。
【００５７】
＜第二圧電デバイス２００の構造＞
図４は、第二圧電デバイス２００の構造を示す概略断面図である。以下で、第一圧電デバイス１００と異なる部分だけを説明し、同じ部分の説明を省略する。
【００５８】
図４に示したように、第二圧電デバイス２００は、その周波数調整孔１８ｂの構造の他に第一圧電デバイス１００と略同じである。周波数調整孔１８ｂの断面形状は、第一スルーホール３８の断面形状と同じように、接続点Ｈを変更点として、その開口径の変化率が変更する。
【００５９】
この周波数調整孔１８ｂを形成する時、サンドブラスト加工のような機械加工によりリッドを貫通しないように、接続点Ｈまで孔を形成する。その後、反対方向であるリッド側凹部１７の形成面からウェットエッチングで、機械加工により形成された孔と貫通するまで孔を形成する。これにより、リッド１０を貫通する周波数調整孔１８ｂを形成する。
【００６０】
上記のように機械加工とウェットエッチングとを併用したので、周波数調整孔１８ｂの断面開口径の径は、圧電フレーム２０の反対側から、圧電フレーム２０側に向かって、接続点Ｈまでだんだん小さくなる。この接続点Ｈから圧電フレーム２０側に向かって、周波数調整孔１８ｂの断面開口径の径はだんだん大きくなる。従って、封止材料１９を周波数調整孔１８ｂに埋め込んで、封止材料１９を加熱溶融して封止する時、溶融された封止材料１９が第二圧電デバイス２００の内部に流れ込むことを確実に防止することができる。
【００６１】
第二圧電デバイス２００を製造する場合、図３のステップＳ１７、１８、１９が異なるのみで、第一圧電デバイス１００の製造方法と略同じである。第二圧電デバイス２００の製造方法は、図３のステップＳ１６の後に、シロキサン結合されたウエハ積層体を、真空リフロー炉に配置する。すると、周波数調整孔１８ｂと第一スルーホール３８と第二スルーホール３９とから、第二圧電デバイス２００の内部のガス等が排出されて、真空リフロー炉と同じ真空状態になる。この場合、周波数調整孔１８ｂと第一スルーホール３８と第二スルーホール３９とは、圧電デバイスの真空引き孔として役割をもつ。
【００６２】
その後、周波数調整孔１８ｂを経て、圧電振動片４０の周波数調整部４９にレーザーを照射して、金属を蒸散させて、第二圧電デバイス２００の周波数を調整する。この場合、真空リフロー炉に配置される状態で、周波数調整部４９の金属を蒸散させるので、蒸散された金属や水蒸気等が圧電振動片４０に付着する前に、周波数調整孔１８ｂから排出される。従って、蒸散された金属や水蒸気やガスなどが圧電デバイスに与える悪影響を確実に防止することができる。
【００６３】
その後、第一スルーホール３８と第二スルーホール３９とに封止材料１９を載せ、封止材料１９を加熱溶融し又はレーザーを照射することにより、第一スルーホール３８と第二スルーホール３９とを封止する。その後、周波数調整孔１８ｂに封止材料１９を載せ、封止材料１９を加熱溶融し又はレーザーを照射することにより、第二圧電デバイスを封止する。
【００６４】
図５は、周波数調整孔１８の変更例を示している。図５に示したように、周波数調整孔１８ｃは、封止材料１９（図４）が、圧電デバイスの内部に流れ込まないように、更に段差１８１ｃが設けられている。周波数調整孔１８ｃを形成する場合、周波数調整孔１８ｂの形成方法と同じように、圧電フレーム２０の反対側から機械加工により孔を形成し、圧電フレーム２０側からウェットエッチングにより孔を形成して、二つの孔がお互いに貫通して周波数調整孔１８ｃを形成することができる。
【００６５】
なお、説明した各周波数調整孔とスルーホールとは、Ｚ方向に直線形状又は斜線により形成されたが、曲線により形成することもできる。以上で説明したのは、本発明の具体的な実施例であり、当業者は、本発明で公開された技術に基づいて様々な変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０  …  リッド
２０  …  圧電フレーム
１７  …  リッド側凹部
１８  …  周波数調整孔
２９  …  外枠部
３０  …  ベース
３１  …  第一接続電極
３２  …  第二接続電極
３５  …  第一外部電極
３６  …  第二外部電極
３７  …  ベース側凹部
３８  …  第一スルーホール
３９  …  第二スルーホール
４０  …  圧電振動片
４１  …  第一基部電極
４２  …  第二基部電極
４３  …  第一励振電極
４４  …  第二励振電極
４５  …  基部
４６  …  振動腕
４７  …  支持腕
１００  …  第一圧電デバイス
２００  …  第二圧電デバイス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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