(57)【要約】 【課題】圧電振動片の連結部の表面において大きな微小突起等が形成されることを抑制し、圧電振動片が破損することを防止して信頼性や耐久性を向上させる。【解決手段】振動部１３１と、振動部１３１を囲む枠部１３２と、振動部１３１と枠部１３２とを連結する連結部１３３と、を備える圧電振動片１３０において、連結部１３３の表面１３３ａ及び裏面１３３ｂの少なくとも一方は、枠部１３２に対して５〜１５μｍの深さに形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動部と、前記振動部を囲む枠部と、前記振動部と前記枠部とを連結する連結部とを備える圧電振動片において、
前記連結部の表面及び裏面の少なくとも一方は、前記枠部に対して５〜１５μｍの深さに形成される圧電振動片。
【請求項２】
前記連結部の表面及び裏面の少なくとも一方は、前記枠部に対して１０μｍの深さに形成される請求項１記載の圧電振動片。
【請求項３】
前記連結部は、前記振動部より厚肉に形成される請求項１または請求項２記載の圧電振動片。
【請求項４】
前記振動部のうち前記連結部との接続部分は、前記連結部と同一の厚さに形成される請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の圧電振動片。
【請求項５】
振動部と、前記振動部を囲む枠部と、前記振動部と前記枠部とを連結する連結部とを備える圧電振動片の製造方法において、
前記連結部を含んだ領域を、前記枠部の表面から５〜１５μｍの深さに形成する第１工程と、
前記連結部を除いて前記振動部を含んだ領域を薄肉化する第２工程と、を含む圧電振動片の製造方法。
【請求項６】
前記第２工程は、前記振動部を含んだ領域のうち、前記連結部との接続領域を除いて薄肉化する請求項５記載の圧電振動片の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の圧電振動片を含む圧電デバイス。
【請求項８】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の圧電振動片の前記枠部の表面及び裏面に、リッド及びベースがそれぞれ接合される圧電デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動片、圧電振動片の製造方法、圧電デバイス、及び圧電デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯端末や携帯電話などの電子機器では、水晶振動子や水晶発振器などの圧電デバイスが搭載されている。このような圧電デバイスは、水晶振動片などの圧電振動片と、リッドと、ベースとから構成される。圧電振動片は、所定の振動数で振動する振動部と、振動部を囲むように形成される枠部と、振動部と枠部とを連結させる連結部とを有しており、例えばＡＴカットの水晶材からエッチング加工により形成される。この圧電振動片の枠部の表面に接合材を介してリッドが接合されるとともに、枠部の裏面に同じく接合材を介してベースが接合されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１４７２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、圧電振動片に対するエッチング加工は、一般に表面を鏡面に仕上げるように行っている。しかし、水晶材は、格子欠陥（水晶結晶の原子配列の乱れ）を有している場合がある。このような格子欠陥を持つ水晶材をエッチングすると、エッチングレートの違いから表面に微小突起や微小窪み（以下、微小突起等という）が形成される。この微小突起等には応力が集中しやすく、微小突起等を起点に亀裂などが生じる可能性がある。また、微小突起等は、エッチング量に比例して成長し、大きく形成される。従って、圧電振動片の連結部のように大きな応力が働く部分に大きな微小突起等が形成されると、亀裂や破損が生じ易くなり、圧電振動片の破損を招くといった問題がある。
【０００５】
以上のような事情に鑑み、本発明では、圧電振動片の連結部の表面において大きな微小突起等が形成されるのを抑制し、圧電振動片が破損するのを防止して信頼性や耐久性の高い圧電振動片及び圧電デバイスを提供することを目的とする。また、このような特徴を持つ圧電振動片及び圧電デバイスを容易かつ確実に形成できる圧電振動片及び圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、振動部と、振動部を囲む枠部と、振動部と枠部とを連結する連結部とを備える圧電振動片において、連結部の表面及び裏面の少なくとも一方は、枠部に対して５〜１５μｍの深さに形成される。連結部の表面及び裏面の少なくとも一方は、枠部に対して１０μｍの深さに形成されてもよい。また、連結部は、振動部より厚肉に形成されてもよい。また、振動部のうち連結部との接続部分は、連結部と同一の厚さに形成されてもよい。また、上記した圧電振動片を含む圧電デバイスであってもよい。
【０００７】
また、本発明では、振動部と、振動部を囲む枠部と、振動部と枠部とを連結する連結部とを備える圧電振動片の製造方法において、連結部を含んだ領域を、枠部の表面から５〜１５μｍの深さに形成する第１工程と、連結部を除いて振動部を含んだ領域を薄肉化する第２工程と、を含む。第２工程は、振動部を含んだ領域のうち、連結部との接続領域を除いて薄肉化してもよい。
【０００８】
また、本発明では、上記した圧電振動片を含む圧電デバイスの製造方法であって、圧電振動片の枠部の表面及び裏面に、リッド及びベースがそれぞれ接合される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、連結部の表面や裏面に微小突起等が生じる場合でも微小突起等を小さいままとすることができる。そのため、連結部が応力を受けたときでも微小突起等を起点とした亀裂や破損により圧電振動片が破損するのを抑制し、圧電振動片及び圧電デバイスの耐久性や信頼性を向上させることができる。また、このような特徴を持つ圧電振動片及び圧電デバイスを容易かつ確実に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る圧電振動片を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図２】図１に示す圧電振動片の製造工程を示す図である。
【図３】図１に示す圧電振動片の製造工程を示す図である。
【図４】図１に示す圧電振動片の他の製造工程を示す図である。
【図５】第２実施形態に係る圧電振動片を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図６】圧電デバイスの実施形態を示す分解斜視図である。
【図７】図６の圧電デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図８】圧電ウェハを示す平面図である。
【図９】リッドウェハを示す平面図である。
【図１０】ベースウェハを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、以下の実施形態を説明するため、図面においては一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。また、図面においてハッチングを施した部分は金属膜を表している。以下の各図において、ＸＹＺ座標系を用いて図中の方向を説明する。このＸＹＺ座標系においては、圧電振動片の表面に平行な平面をＸＺ平面とする。このＸＺ平面において長手方向をＸ方向と表記し、Ｘ方向に直交する方向をＺ方向と表記する。ＸＺ平面に垂直な方向（圧電振動片の厚さ方向）はＹ方向と表記する。Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向のそれぞれは、図中の矢印の方向が＋方向であり、矢印の方向とは反対の方向が−方向であるものとして説明する。
【００１２】
＜第１実施形態＞
（圧電振動片の構成）
第１実施形態に係る圧電振動片１３０について図１を用いて説明する。
圧電振動片１３０は、図１（ａ）に示すように、所定の振動数で振動する振動部１３１と、振動部１３１を囲んだ枠部１３２と、振動部１３１と枠部１３２とを連結する連結部１３３と、により構成されている。振動部１３１と枠部１３２との間には、連結部１３３を除いて、Ｙ軸方向に貫通する貫通穴１３４が形成されている。
【００１３】
圧電振動片１３０には、例えば、ＡＴカットの水晶振動片が用いられる。ＡＴカットは、水晶振動子や水晶発振器等の圧電デバイスが常温付近で使用されるにあたって良好な周波数特性が得られる等の利点があり、人工水晶の３つの結晶軸である電気軸、機械軸及び光学軸のうち、光学軸に対して結晶軸周りに３５°１５′だけ傾いた角度で切り出す加工手法である。なお、後述する第２実施形態においても同様である。
【００１４】
振動部１３１は、図１（ａ）に示すように、Ｙ軸方向から見て、Ｘ軸方向に長辺、Ｚ軸方向に短辺を有する矩形状に形成されている。振動部１３１の表面（＋Ｙ側の面）は、図１（ｂ）に示すように、中央部分にメサ１３５ａと、メサ１３５ａを囲んだメサ周辺部１３６ａとを有している。また、振動部１３１の裏面（−Ｙ側の面）は、中央部分にメサ１３５ｂと、メサ１３５ｂを囲んだメサ周辺部１３６ｂとを有している。メサ１３５ａは、メサ周辺部１３６ａに対して＋Ｙ軸方向の高さＨ１を有している。また、メサ１３５ｂは、メサ周辺部１３６ｂに対して−Ｙ軸方向に高さＨ２を有している。
【００１５】
このように振動部１３１にメサ１３５ａ、１３５ｂが設けられることにより、圧電振動片１３０の振動エネルギーが効率よく閉じ込められて、ＣＩ値（クリスタルインピーダンス値）が低減される。高さＨ１、Ｈ２は、後述する連結部１３３の枠部１３２に対する深さＬ１、Ｌ２とそれぞれ同一に形成されている。なお、高さＨ１、Ｈ２は、深さＬ１、Ｌ２とそれぞれ異なってもよい。また、メサ１３５ａ、１３５ｂの一方または双方は設けられなくてもよい。後述する第２実施形態の振動部２３１においても同様である。また、振動部１３１は、Ｙ軸方向に厚さ（メサ１３５ａとメサ１３５ｂとのＹ軸方向の幅）Ｄ１を有している。
【００１６】
枠部１３２は、全体としてＸ軸方向を長辺とし、Ｚ軸方向を短辺とする矩形状に形成されている。枠部１３２の表面（＋Ｙ側の面）１３２ａ及び裏面（−Ｙ側の面）１３２ｂは、それぞれ、後述するリッド１１０の接合面１１２及びベース１２０の接合面１２２と接合される面として形成されている。
【００１７】
連結部１３３は、振動部１３１と枠部１３２とを連結している。連結部１３３は、Ｙ軸方向から見ると、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に幅を有し、例えば矩形状に形成されている。連結部１３３の表面（＋Ｙ側の面）１３３ａは、枠部１３２の表面１３２ａに対して深さ（Ｙ軸方向の距離）Ｌ１に形成されている。また、連結部１３３の裏面（−Ｙ側の面）１３３ｂは、枠部１３２の裏面１３２ｂに対して深さ（Ｙ軸方向の距離）Ｌ２に形成されている。深さＬ１、Ｌ２は、ともに５〜１５μｍに設定される。また、深さＬ１、Ｌ２は、同じ深さに形成されている。なお、深さＬ１、Ｌ２のうち一方は、５〜１５μｍに設定されなくてもよい。例えば、表面１３３ａ及び裏面１３３ｂの一方は、枠部１３２の表面１３２ａまたは裏面１３２ｂと同一面に形成されてもよい。
【００１８】
深さＬ１、Ｌ２が５μｍより浅いと、接合材が内側にはみ出すのを止めにくくなる。また、深さＬ１、Ｌ２が１５μｍより深いと、エッチング加工が多くなるため、大きな微小突起等を形成させる可能が残る。深さＬ１、Ｌ２は、例えば１０μｍに設定される。これにより、接合材がはみ出すのを止める効果と、微小突起等が大きくなるのを抑制する効果とをバランスさせることができる。
【００１９】
また、連結部１３３は、振動部１３１より厚肉に形成されており、連結部１３３の厚さ（Ｙ軸方向の長さ）Ｄ２は、振動部１３１の厚さＤ１よりも厚く形成されている。なお、この厚さＤ２は、厚さＤ１と同じ厚さ、あるいは厚さＤ１よりも薄い厚さに形成されてもよい。
【００２０】
振動部１３１のメサ１３５ａの表面には、図１に示すように、矩形状の励振電極１３７ａが形成され、同じくメサ１３５ｂの表面には、矩形状の励振電極１３７ｂが形成される。これら励振電極１３７ａ、１３７ｂに所定の交流電圧が印加されることにより、振動部１３１は所定の振動数で振動する。また、これら励振電極１３７ａ、１３７ｂとそれぞれ電気的に接続する引出電極１３８ａ、１３８ｂが形成される。
【００２１】
引出電極１３８ａは、励振電極１３７ａの−Ｘ側から、メサ１３５ａの表面、メサ周辺部１３６ａの表面、及び連結部１３３の表面１３３ａを通って、枠部１３２の−Ｘ側の表面１３２ａまで引き出される。次いで、引出電極１３８ａは、枠部１３２の表面１３２ａを、＋Ｚ方向に延びた後に＋Ｘ方向に折り曲げられ、枠部１３２の表面１３２ａにおいて＋Ｘ側かつ＋Ｚ側の領域まで引き出される。次いで、引出電極１３８ａは、枠部１３２の内側の側面１３２ｃを介して、裏面１３２ｂの＋Ｘ側かつ＋Ｚ側の領域まで引き出される。
【００２２】
引出電極１３８ｂは、励振電極１３７ａの−Ｘ側から、メサ１３５ｂの表面、メサ周辺部１３６ｂの表面、及び連結部１３３の裏面１３３ｂを通って、枠部１３２の−Ｘ側の裏面１３２ｂまで引き出される。次いで、引出電極１３８ｂは、枠部１３２の裏面１３２ｂを、−Ｚ方向に延びた後に裏面１３２ｂにおいて−Ｘ側かつ−Ｚ側の領域まで引き出される。なお、引出電極１３８ａと引出電極１３８ｂとは電気的な接続はない。
【００２３】
励振電極１３７ａ、１３７ｂ及び引出電極１３８ａ、１３８ｂは、導電性の金属膜であり、メタルマスクを用いたスパッタリングや真空蒸着、またはメッキ等により形成される。この金属膜としては、水晶材（圧電振動片）との密着性を確保するためにクロム（Ｃｒ）や、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、あるいはニッケルクロム（ＮｉＣｒ）や、ニッケルチタン（ＮｉＴｉ）、ニッケルタングステン（ＮｉＷ）合金などからなる下地層と、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）などからなる主電極層との２層構造が採用される。なお、導電性の金属膜は、上記の構成に限定されず、例えば、下地層としてクロムの上にニッケルタングステンを積層するなど、３層以上の構造としてもよい。
【００２４】
また、図１に示すように、振動部１３１のうち連結部１３３との接続部分１３９は、メサ周辺部１３６ａ、１３６ｂの厚さにと同一の厚さに形成されてもよいが、これに限定されず、連結部１３３の厚さＤ２と同一の厚さに形成されてもよい。この場合、接続部分１３９の表面（＋Ｙ側の面）１３９ａ及び裏面（−Ｙ側の面）１３９ｂは、連結部１３３の深さＬ１、Ｌ２と同じ深さに形成される。接続部分１３９の表面１３９ａは、連結部１３３の表面１３３ａと同一面となる。また、接続部分１３９の裏面１３９ｂは、連結部１３３の裏面１３３ｂと同一面となる。ただし、接続部分１３９は、メサ周辺部１３６ａ、１３６ｂの厚さ及び連結部１３３の厚さと異なる厚さに形成されてもよい。また、接続部分１３９の表面１３９ａ及び裏面１３９ｂの一方が深さＬ１、Ｌ２と同じ深さに形成されてもよい。
【００２５】
接続部分１３９は、図１（ａ）に示すように、Ｚ軸方向の幅が連結部１３３より広く形成される。接続部分１３９のＸ軸方向の幅及びＺ軸方向の幅は任意であり、例えばＺ軸方向の幅が連結部１３３の幅と同一または狭くてもよい。また、接続部分１３９のＹ軸方向から見た形状は、矩形状に限定されず、例えば、半円形状、半楕円形状、または長円形状や、四角形以外の多角形状などに形成されてもよい。
【００２６】
このように、第１実施形態によれば、連結部１３３の深さＬ１、Ｌ２が５〜１５μｍに設定されるので、枠部１３２と連結部１３３との間の段差によって、枠部１３２に配置された接合材が連結部１３３へ流れ込むことが防止される。その結果、振動部１３１における振動特性の変化が防止され、圧電振動片１３０及び後述する圧電デバイス１００の品質を維持することができる。
【００２７】
また、連結部１３３の深さＬ１、Ｌ２が５〜１５μｍに設定されるので、連結部１３３の表面に生じた微小突起等は小さいままとなり、この微小突起等を起点とした亀裂等による圧電振動片１３０の破損を防止できる。また、連結部１３３の外観検査を省略または簡略できるので、圧電振動片１３０等の製造コストを低減できる。また、連結部１３３は、振動部１３１より厚肉に形成されるので、連結部１３３の剛性が確保され、耐久性を向上させることができる。
【００２８】
また、本実施形態において接続部分１３９が連結部１３３の厚さＤ２と同一の厚さに形成される場合、この接続部分１３９においても微小突起等が大きくなるのを抑制し、振動部１３１の破損を防止できる。
【００２９】
（圧電振動片の製造方法）
次に、本実施形態の圧電振動片１３０の製造方法について、図３及び図４を用いて説明する。圧電振動片１３０の製造に際しては、圧電ウェハ（基板）ＡＷから個々を切り出す多面取りが行われる。なお、図３は、圧電ウェハＡＷに形成される圧電振動片１３０の一つについて、時系列に並べて示しており、図３及び図４に示す（ａ）〜（ｉ）の各図は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面に相当する図である。
【００３０】
先ず、図２（ａ）に示すように、ポリッシュ加工等により微小突起等を有しない鏡面状に仕上げられた圧電ウェハＡＷの表面（＋Ｙ側の面）ＡＷａ及び裏面（−Ｙ側の面）ＡＷａにおいて、領域Ｓ１を除く領域に、レジストパターンＲ１が形成される。圧電ウェハＡＷは、水晶結晶体からＡＴカットにより切り出される。圧電ウェハＡＷは、研磨等によって所定の厚さに形成されてもよい。レジストパターンＲ１は、圧電ウェハＡＷの表面ＡＷａ及び裏面ＡＷｂにレジストが塗布された後、マスクパターンを露光して現像するといったフォトリソグラフィ法により形成される。なお、レジストパターンＲ１と圧電ウェハＡＷとの間に、金属膜によるマスクパターンが形成されてもよい。この金属膜によるマスクパターンは、以下に説明するレジストパターンについても同様である。
【００３１】
その後、圧電ウェハＡＷの表面ＡＷａ及び裏面ＡＷｂは、所定のエッチャントによりウェットエッチングされる。これにより、図２（ｂ）に示すように、レジストパターンＲ１で被覆されていない部分（領域Ｓ１）がエッチングされることにより、厚さ（Ｙ軸方向の幅）が薄くなり、表面ＡＷａ及び裏面ＡＷｂには、それぞれ深さＬ１、Ｌ２を有する凹部ＡＷｃが形成される。このように、連結部１３３を含んだ領域Ｓ１は、枠部１３２の表面から５〜１５μｍの深さに形成される（第１工程）。
【００３２】
次に、図２（ｃ）に示すように、領域Ｓ３を除く表面ＡＷａ及び裏面ＡＷｂに、レジストパターンＲ２を形成する。レジストパターンＲ２は、レジストパターンＲ１と同様、圧電ウェハＡＷの全面にレジストが塗布された後、マスクパターンを露光して現像するといったフォトリソグラフィ法により形成される。レジストパターンＲ２は、振動部１３１を形成するためのマスクパターンである。
【００３３】
その後、圧電ウェハＡＷの表面ＡＷａ及び裏面ＡＷｂは、所定のエッチャントによりウェットエッチングされる。これにより、図２（ｄ）に示すように、レジストパターンＲ２で被覆されていない部分（領域Ｓ３）がエッチングされることにより、厚さが薄くなり、領域Ｓ３に凹部ＡＷｄが形成される。その際、凹部ＡＷｃは、振動部１３１を含んだ部分となるため、振動部１３１が所望の周波数特性を備えるように適宜厚さが調整される。このように、連結部１３３を除いて振動部１３１を含んだ領域Ｓ３が薄肉化される（第２工程）。
【００３４】
次に、図３（ｅ）に示すように、領域Ｓ４を除く表面ＡＷａ及び裏面ＡＷｂに、レジストパターンＲ３を形成する。レジストパターンＲ３も、レジストパターンＲ１等と同様のフォトリソグラフィ法により形成される。レジストパターンＲ３は、メサ部１３５ａ、１３５ｂを形成するためのマスクパターンである。
【００３５】
その後、圧電ウェハＡＷの表面ＡＷａ及び裏面ＡＷｂは、所定のエッチャントによりウェットエッチングされる。これにより、図３（ｆ）に示すように、レジストパターンＲ４で被覆されていない部分（領域Ｓ４）がエッチングされることにより、厚さが薄くなり、表面ＡＷａ及び裏面ＡＷｂには、それぞれ高さＨ１、Ｈ２と同じ深さを有する凹部ＡＷｅが形成される。
【００３６】
次に、図３（ｇ）に示すように、領域Ｓ５を除く表面ＡＷａ及び裏面ＡＷｂに、レジストパターンＲ４を形成する。レジストパターンＲ４も、レジストパターンＲ１等と同様、フォトリソグラフィ法により形成される。レジストパターンＲ４は、貫通孔１３４を形成するためのマスクパターンである。
【００３７】
その後、圧電ウェハＡＷの表面ＡＷａ及び裏面ＡＷｂは、所定のエッチャントによりウェットエッチングされる。これにより、図３（ｈ）に示すように、レジストパターンＲ４で被覆されていない部分（領域Ｓ５）がエッチングされることにより、貫通孔１３４が形成される。また、図３（ｈ）に示すように、振動部１３１、枠部１３２、及び連結部１３３の表面１３３ａ及び裏面１３３ｂに励振電極１３７ａ、１３７ｂ及び引出電極１３８ａ、１３８ｂがそれぞれ形成される。これら励振電極１３７ａ、１３７ｂや引出電極１３８ａ、１３８ｂは、メタルマスクを用いたスパッタリングや真空蒸着等により導電性の金属膜が成膜されることによりほぼ同時に形成される。金属膜としては、例えば、下地層であるニッケルタングステンを成膜し、次いで主電極層である金の膜が成膜される。なお、下地層としてクロムの成膜後にニッケルタングステンを成膜してもよい。以上により、圧電振動片１３０が形成される。なお、圧電振動片１３０において、接続部分１３９が連結部１３３の厚さと同一の厚さに形成される場合、接続部分１３９は、連結部１３３とともに形成される。
【００３８】
このように、圧電振動片１３０の製造方法によれば、第１工程及び第２工程を有することにより、連結部１３３を枠部１３２の表面から５〜１５μｍの深さに形成するとともに、振動部１３１を所望の周波数特性を備えるような所定の厚さに形成することができる。また、圧電振動片１３０において、接続部分１３９が設けられる場合、上記の第２工程は、領域Ｓ３うち、連結部１３３との接続領域を除いた領域のみが薄肉化され、所定の厚さを有する接続部分１３９を形成することができる。
【００３９】
また、上記した圧電振動片１３０の製造方法によれば、圧電ウェハＡＷが用意された直後に第１工程が行われることにより、第１工程を容易に行うことができ、連結部１３３を含んだ領域Ｓ２を、より確実に、深さＬ１、Ｌ２を５〜１５μｍに形成できる。
【００４０】
また、上記した圧電振動片１３０の製造方法によれば、第２工程を第１工程の直後に行うことにより、振動部１３１を含んだ領域Ｓ４は、第１工程により薄肉化されている分、第２工程における薄肉化する量が少なくなる。すなわち、第２工程のエッチング量が低減し、エッチング時間が短縮化される。よって、圧電振動片１３０の製造コストを低減できる。
【００４１】
（圧電振動片の他の製造方法）
次に、上記した圧電振動片１３０の製造方法と異なる他の製造方法について、図４を用いて説明する。図４（ａ）〜（ｅ）の各図は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面に相当する図である。
【００４２】
先ず、図４（ａ）に示すように、ポリッシュ加工等により微小突起等を有しない鏡面状に仕上げられた圧電ウェハＡＷの表面ＡＷａ及び裏面ＡＷａにおいて、領域Ｓ３を除く領域に、レジストパターンＲ５が形成される。圧電ウェハＡＷは、水晶結晶体からＡＴカットにより切り出される。圧電ウェハＡＷは、研磨等によって所定の厚さに形成されてもよい。レジストパターンＲ５はフォトリソグラフィ法により形成される。
【００４３】
その後、圧電ウェハＡＷの表面ＡＷａ及び裏面ＡＷｂは、所定のエッチャントによりウェットエッチングされる。これにより、図４（ｂ）に示すように、レジストパターンＲ５で被覆されていない部分（領域Ｓ３）がエッチングされることにより、厚さが薄くなり、領域Ｓ３に凹部ＡＷｄが形成される。その際、凹部ＡＷｃは、振動部１３１を含んだ部分となるため、振動部１３１が所望の周波数特性を備えるように適宜厚さが調整される。このように、連結部１３３を除いて振動部１３１を含んだ領域Ｓ３が薄肉化される（第２工程）。
【００４４】
次に、図４（ｃ）に示すように、領域Ｓ６を除く表面ＡＷａ及び裏面ＡＷｂに、レジストパターンＲ６を形成する。レジストパターンＲ６は、フォトリソグラフィ法により形成される。レジストパターンＲ６は、連結部１３３の深さの調整及びメサ部１３５ａ、１３５ｂを形成するためのマスクパターンである。
【００４５】
その後、圧電ウェハＡＷの表面ＡＷａ及び裏面ＡＷｂは、所定のエッチャントによりウェットエッチングされる。これにより、図４（ｄ）に示すように、レジストパターンＲ１で被覆されていない部分（Ｓ５）がエッチングされることにより、厚さ（Ｙ軸方向の幅）が薄くなり、表面ＡＷａ及び裏面ＡＷｂの連結部１３３の領域は、それぞれ深さＬ１、Ｌ２が設けられ、枠部１３２の表面から５〜１５μｍの深さに形成される（第１工程）。同時に、表面ＡＷａ及び裏面ＡＷｂには、それぞれ高さＨ１、Ｈ２を有するメサ部１３５ａ、１３５ｂが形成される。
【００４６】
この後の工程については、上記した図３（ｇ）、（ｈ）に示す工程と同様であり、圧電ウェハＡＷに貫通孔１３４が形成され（図３（ｇ）参照）、振動部１３１、枠部１３２、及び連結部１３３の表面１３３ａ及び裏面１３３ｂに励振電極１３７ａ、１３７ｂ及び引出電極１３８ａ、１３８ｂがそれぞれ形成される（図３（ｈ）参照）。以上により、圧電振動片１３０が形成される。
【００４７】
このように、上記した圧電振動片１３０の他の製造方法によれば、メサ１３５ａ、１３５ｂの形成工程と第１工程とは同時に行われる。また、圧電振動片１３０の深さＬ１、Ｌ２及び高さＨ１、Ｈ２は、同一である。従って、圧電振動片１３０の製造工程の簡略化及び製造時間の短縮化が図られ、製造コストを低減できる。
【００４８】
上記のように、第１工程及び第２工程は、いずれか一方を先に行うことができる。ただし、圧電振動片１３０の製造方法は、上記の２通りに限定されない。例えば、第１工程と第２工程との一部または全てが並行して行われてもよい。なお、接続部分１３９が、図１に示す厚さＤ２を有する場合、接続部分１３９は、連結部１３３を深さＬ１、Ｌ２に形成する工程と同時に形成することが可能である。
【００４９】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る圧電振動片２３０について、図５を用いて説明する。以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。本実施形態に係る圧電振動片２３０は、第１実施形態の連結部１３３に代えて連結部２３３が設けられている点で、図１に示す圧電振動片１３０とは異なる。
【００５０】
圧電振動片２３０は、図５に示すように、連結部２３３を有している。連結部２３３は、図５（ｂ）に示すように、その表面及び裏面において、Ｚ軸方向の中央部分が凹んだ状態で形成される。凹んだ部分の両側である連結部２３３の＋Ｚ側及び−Ｚ側は、同じ厚さに形成されている。
【００５１】
連結部２３３は、振動部１３１と枠部１３２とを連結している。連結部２３３の表面２３３ａの−Ｚ側端部を含む領域には、＋Ｙ軸方向に突出した突出部２３３ｃが設けられている。連結部２３３の表面２３３ａの＋Ｚ側端部を含む領域には、＋Ｙ軸方向に突出した突出部２３３ｄが設けられている。また、連結部２３３の裏面２３３ｂの−Ｚ側端部を含む領域には、＋Ｙ軸方向に突出した突出部２３３ｅが設けられている。連結部２３３の裏面２３３ｂの＋Ｚ側端部を含む領域には、＋Ｙ軸方向に突出した突出部２３３ｆが設けられている。また、連結部２３３において、引出電極２３８ａは、突出部２３３ｃと突出部２３３ｄとの間を通るように形成されている。また、引出電極２３８ｂは、突出部２３３ｅと突出部２３３ｆとの間を通るように形成されている。
【００５２】
突出部２３３ｃ及び突出部２３３ｄの＋Ｙ側の面（連結部２３３の表面２３３ａ）は、枠部１３２の表面１３２ａに対して深さ（−Ｙ軸方向の距離）Ｌ３を有している。また、突出部２３３ｅ及び突出部２３３ｆの−Ｙ側の面（連結部２３３の裏面２３３ｂ）は、枠部１３２の裏面１３２ｂに対して深さ（−Ｙ軸方向の距離）Ｌ４を有している。深さＬ３、Ｌ４は、５〜１５μｍに設定される。また、深さＬ３及び深さＬ４は、同じ深さに形成されているが、異なる深さであってもよい。また、深さＬ３及び深さＬ４のうち一方の深さは、５μｍ未満であってもよく、あるいは１５μｍを超えてもよい。例えば、突出部２３３ｃ及び突出部２３３ｄの＋Ｙ側の面と、突出部２３３ｅ及び突出部２３３ｆの−Ｙ側の面と、のうち一方の面は、枠部１３２の表面１３２ａとは同一面に形成されてもよい。
【００５３】
連結部２３３の厚さＤ２２は、振動部１３１の厚さＤ１（図１（ｂ）参照）よりも厚くなっている。なお、この厚さＤ２２は、厚さＤ１と同じ厚さ、あるいは厚さＤ１よりも薄い厚さに設定されてもよい。
【００５４】
突出部２３３ｃ〜２３３ｆの表面は、矩形状に形成されている。なお、突出部２３３ｃ〜２３３ｆの一部あるいは全ては、幅及び形状が異なってもよい。また、突出部２３３ｃ〜２３３ｆの一部は設けられなくてもよい。また、突出部２３３ｃと突出部２３３ｃとは、一部が繋がるように形成されてもよい。また、突出部２３３ｅと突出部２３３ｆとは、一部が繋がるように形成されてもよい。
【００５５】
なお、図５に示すように、振動部１３１のうち連結部２３３との接続部分２３９ａ、２３９ｂは、メサ周辺部１３６ａの厚さと同様の厚さに形成されてもよいが、これに限定されず、メサ周辺部１３６ａの厚さよりも厚肉に形成されてもよい。この場合、接続部分２３９ａは、連結部２３３の＋Ｘ側かつ−Ｚ側の端部に接続される。接続部分２３９ｂは、連結部２３３の＋Ｘ側かつ＋Ｚ側の端部に接続される。また、この接続部分２３９ａ、２３９ｂの厚さは、連結部２３３の厚さＤ２２と同一である。接続部分２３９ａ、２３９ｂの表面（＋Ｙ方向の面）は、突出部２３３ｃ、２３３ｄの＋Ｙ側の面と同一面に形成される。接続部分２３９ａ、２３９ｂの裏面（−Ｙ方向の面）は、表面側と同様に形成される。
【００５６】
接続部分２３９ａ、２３９ｂの表面及び裏面は、突出部２３３ｃ〜２３３ｅの表面と同一面に形成されることに限定されない。また、接続部分２３９ａ、２３９ｂの表面及び裏面は、Ｘ軸方向の幅及びＺ軸方向の幅をそれぞれ広げあるいは狭めるように変更して形成されてもよい。また、接続部分２３９ａ、２３９ｂは、一方のみが形成されてもよい。また、接続部分２３９ａ、２３９ｂは一体的に形成されてもよい。
【００５７】
このように、第２実施形態によれば、大きな応力が生じる連結部２３３の＋Ｚ側及び−Ｚ側を厚肉としつつ、その表面の深さを枠部１３２に対して５〜１５μｍとしているため、この部分に大きな微小突起等が形成されることを効率よく抑制し、圧電振動片２３０の耐衝撃性を向上させることができる。なお、圧電振動片２３０の製造方法は、上記した圧電振動片１３０の製造方法とほぼ同様である。
【００５８】
＜圧電デバイス＞
次に、圧電デバイスの実施形態について説明する。図６に示すように、圧電デバイス１００は、圧電振動片１３０を挟むように、圧電振動片１３０の＋Ｙ側にリッド１１０が接合され、また、−Ｙ側にベース１２０が接合されて構成されている。リッド１１０及びベース１２０は、圧電振動片１３０と同様に、例えばＡＴカットの水晶材が用いられている。なお、圧電振動片１３０としては、図１に示す第１実施形態の圧電振動片１３０が用いられている。リッド１１０及びベース１２０は、圧電振動片１３０と同様に、例えばＡＴカットの水晶材が用いられている。リッド１１０及びベース１２０が圧電振動片１３０と同一の材料で形成されることにより、熱膨張率に差が生じるのを回避している。
【００５９】
リッド１１０は、図６に示すように、矩形の板状に形成されており、裏面（−Ｙ側の面）に形成された凹部１１１と、凹部１１１を囲む接合面１１２とを有している。なお、リッド１１０の裏面に凹部１１１を形成するか否かは任意であり、圧電振動片１３０の振動部１３１のように、枠部１３２に対して薄肉化されている場合は、凹部１１１は不要の場合もある。接合面１１２は、圧電振動片１３０の枠部１３２の表面１３２ａと対向する。
【００６０】
リッド１１０は、接合面１１２と枠部１３２の表面１３２ａとの間に配置された不図示の接合材により、圧電振動片１３０の表面側（＋Ｙ側の面側）に接合されている。接合材としては、例えば、非電導性を有する低融点ガラスが用いられるが、これに代えて、ポリイミド等の樹脂を用いることもできる。また、接合面１１２と表面１３２ａとは直接接合されてもよい。
【００６１】
ベース１２０は、図６に示すように、矩形の板状に形成されており、表面（＋Ｙ側の面）に形成された凹部１２１と、凹部１２１を囲む接合面１２２とを有している。接合面１２２は、圧電振動片１３０の枠部１３２の裏面１３２ｂと対向する。ベース１２０は、接合面１２２と枠部１３２の裏面１３２ｂとの間に配置された不図示の接合材により、圧電振動片１３０の裏面側（−Ｙ側の面側）に接合される。また、接合面１２２と裏面１３２ｂとは直接接合されてもよい。
【００６２】
ベース１２０は、図６に示すように、矩形の板状に形成されており、表面（＋Ｙ側の面）に形成された凹部１２１と、凹部１２１を囲む接合面１２２とを有している。接合面１２２は、圧電振動片１３０の枠部１３２の裏面１３２ｂと対向する。ベース１２０は、接合面１２２と枠部１３２の裏面１３２ｂとの間に配置された不図示の接合材により、圧電振動片１３０の裏面側（−Ｙ側の面側）に接合されている。また、接合面１２２と裏面１３２ｂとは直接接合されてもよい。
【００６３】
ベース１２０の４つの角部のうち、対角となる２つの角部（＋Ｘ側かつ＋Ｚ側の角部、及び−Ｘ側かつ−Ｚ側の角部）には、一部を切り欠いたキャスタレーション１２３、１２３ａが形成されている。また、ベース１２０の裏面（−Ｙ側の面）には、一対の実装端子としての外部電極１２６、１２６ａがそれぞれ設けられている。キャスタレーション１２３、１２３ａには、それぞれキャスタレーション電極１２４、１２４ａが形成され、さらに、ベース１２０の表面（＋Ｙ側の面）であってキャスタレーション１２３、１２３ａを囲む領域には、それぞれ接続電極１２５、１２５ａが形成されている。この接続電極１２５、１２５ａと外部電極１２６、１２６ａとは、キャスタレーション電極１２４、１２４ａを介して電気的に接続されている。なお、キャスタレーション１２３、１２３ａは角部に設けられることに限定されず、辺部に設けられてもよい。
【００６４】
キャスタレーション電極１２４、１２４ａ、接続電極１２５、１２５ａ、及び外部電極１２６、１２６ａは、例えばメタルマスク等を用いたスパッタリングや真空蒸着により導電性の金属膜が成膜されることで一体として形成されている。なお、これら電極は別々に形成されたものでもよい。また、これら電極は、例えば、ニッケルタングステン層、金層の順で積層された２層構造の金属膜や、クロム層、ニッケルタングステン層、金層の順で積層された３層構造の金属膜が用いられる。
【００６５】
３層構造の金属膜において、クロムが用いられる理由は、水晶材との密着性に優れるとともに、ニッケルタングステン層に拡散してその露出面で酸化被膜（不動態の膜）を形成し、金属膜の耐腐食性を向上させるためである。
【００６６】
なお、金属膜としては、クロムに代えて、例えばアルミニウム（Ａｌ）やチタン、またはそれらの合金などを用いてもよい。また、ニッケルタングステンに代えて、例えば、ニッケルやタングステン（Ｗ）などを用いてもよい。また、金に代えて、例えば、銀などを用いてもよい。
【００６７】
ベース１２０の接続電極１２５は、圧電振動片１３０の裏面まで引き出された引出電極１３８ｂと電気的に接続され、また、接続電極１２５ａは、圧電振動片１３０の引出電極１３８ａと電気的に接続される。なお、ベース１２０において、接続電極１２５、１２５ａと外部電極１２６、１２６ａとの接続をキャスタレーション１２３、１２３ａにより行うことに限定されず、例えばベース１２０をＹ軸方向に貫通する貫通電極を用いて接続させてもよい。
【００６８】
このように、圧電デバイス１００によれば、耐衝撃性を向上させた圧電振動片１３０が使用されるので、圧電デバイス１００の破損を抑制し、圧電デバイス１００の耐久性や信頼性を向上させることができる。
【００６９】
＜圧電デバイスの製造方法＞
次に、圧電デバイス１００の製造方法について図７〜図１０を用いて説明する。図７は、圧電デバイス１００の製造工程を示すフローチャートである。圧電ウェハＡＷに対する各種工程（圧電振動片１３０の製造方法）については、上記と同様である。
【００７０】
すなわち、図７に示すように、圧電ウェハＡＷを用意し（ステップＳ０１）、圧電ウェハＡＷの連結部１３３を含んだ領域を、第１工程により薄肉化し（ステップＳ０２、図２（ｂ）参照）、続いて、圧電ウェハＡＷの振動部１３３を含んだ領域を、第２工程により薄肉化し（ステップＳ０３、図２（ｃ）参照）、振動部１３３にメサ１３５ａ等を形成し（ステップＳ０４、図３（ｅ）及び（ｆ）参照）、その後、圧電ウェハＡＷに貫通穴１３４を形成し（ステップＳ０５、図３（ｇ）及び（ｈ）参照）、振動部１３１等に電極を形成する（ステップＳ０６、図３（ｈ）参照）。これにより、図８に示すように、圧電振動片１３０の構成要素がマトリクス状に配置された圧電ウェハＡＷが形成される。なお、図８では、メサ部１３５ａは省略している。
【００７１】
また、圧電ウェハＡＷの加工と並行して、リッド１１０及びベース１２０が製造される。これらリッド１１０及びベース１２０においても、圧電振動片１３０と同様にリッドウェハＬＷ、ベースウェハＢＷから個々を切り出す多面取りが行われる。
【００７２】
先ず、圧電ウェハＡＷとともに、リッドウェハＬＷ及びベースウェハＢＷが用意される（ステップＳ１１、ステップＳ２１）。各ウェハは、圧電ウェハＡＷと同様に水晶結晶体からＡＴカットされたものが用いられる。これは、圧電デバイス１００の製造工程において、ウェハ同士を接合する工程やウェハの表面に金属膜を成膜する工程で、各ウェハが加熱されて熱膨張するが、熱膨張率の異なる素材のウェハを用いると、熱膨張率の差異によって変形や割れ等が生じる可能性があるからである。各ウェハＬＷ、ＢＷの表面は、ポリッシュ加工により研磨された後、洗浄される。
【００７３】
リッドウェハＬＷは、フォトリソグラフィ法及びエッチングによって裏面に凹部１１１が形成される（ステップＳ１２）。これにより、図９に示すように、凹部１１１がマトリクス状に配置されたリッドウェハＬＷが形成される。また、ベースウェハＢＷについては、表面には、フォトリソグラフィ法及びエッチングによって表面に凹部１２１が形成される（ステップＳ２２）。続いて、ベースウェハＢＷには、キャスタレーション１２３、１２３ａに相当する貫通穴１５０が形成される（ステップＳ２３）。
【００７４】
さらに、ベースウェハＢＷは、貫通穴の側面にキャスタレーション電極が形成されるとともに、ベースウェハＢＷの表面側に接続電極が形成され、ベースウェハＢＷの裏面（−Ｙ側の面）側に外部電極が形成される（ステップＳ２４）。これらキャスタレーション電極、接続電極、及び外部電極は、メタルマスク等を用いたスパッタリングや真空蒸着によりそれぞれ形成される。これにより、図１０に示すように、各構成要素がマトリクス状に配置されたベースウェハＢＷが形成される。なお、図１０では、電極は省略して表している。また、リッドウェハＬＷ、ベースウェハＢＷに対する凹部１１１、１２１等の加工は、エッチング等に代えて機械的手法により行われてもよい。
【００７５】
続いて、真空雰囲気下において、図８に示す圧電ウェハＡＷの表面に、図９に示すリッドウェハＬＷを、接合材を介して接合させ、また、圧電ウェハＡＷの裏面に、図１０に示すベースウェハＢＷを、接合材を介して接合させる（ステップＳ０７）。低融点ガラス等の接合材は、加熱されることにより溶融状態となって塗布され、固化することによりウェハ同士を接合する。なお、圧電ウェハＡＷに対するリッドウェハＬＷ及びベースウェハＢＷの接合は、接合材を用いることに代えて直接接合されてもよい。
【００７６】
その後、接合されたウェハを、予め設定されたスクライブラインＳＬ１、ＳＬ２に沿って、例えばダイシングソー等により切断する（ステップＳ０８）。これにより、個々の圧電デバイス１００が完成する。
【００７７】
このように、圧電デバイス１００の製造方法によれば、圧電デバイス１００について大量かつ容易に製造が可能であり、上記したように耐久性や信頼性に優れた圧電デバイス１００を低コストで提供することができる。なお、上記実施形態では、第１実施形態で説明した圧電振動片１３０を用いたが、これに代えて第２実施形態で説明した圧電振動片２３０が用いられてもよい。
【００７８】
以上、本発明の圧電振動片、圧電デバイス、及び圧電デバイスの製造方法について説明したが、本発明は、上記した説明に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【００７９】
例えば、上記した実施形態では圧電デバイス１００として水晶振動子（圧電振動子）を示しているが、発振器であってもよい。発振器の場合は、ベース１２０にＩＣ等が搭載され、圧電振動片１３０の引出電極１３８ａ等や、ベース１２０の外部電極１２６、１２６ａがそれぞれＩＣ等に接続される。また、上記した実施形態では、リッド１１０及びベース１２０として、圧電振動片１３０と同様のＡＴカットの水晶材が用いられるが、これに代えて、他のタイプの水晶材や、ガラス、セラミックス等が用いられてもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１００…圧電デバイス
１１０…リッド
１２０…ベース
１３０、２３０…圧電振動片  
１３１…振動部
１３２…枠部
１３２ａ…表面
１３２ｂ…裏面
１３３、２３３…連結部
１３３ａ、２３３ａ…表面
１３３ｂ、２３３ｂ…裏面
１３９、２３９…接続部分
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４…深さ
Ｓ１、Ｓ２…領域
【図１】
2015033035.tif 000003
【図２】
2015033035.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015033035.tif 000008
【図７】
2015033035.tif 000009
【図８】
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【図９】
2015033035.tif 000011
【図１０】
2015033035.tif 000012