(57)【要約】      （修正有）【課題】振動エネルギーの閉じ込め効果の高い水晶デバイス、および、生産性が向上された水晶デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】平板状で、かつ、側面に、ｍ面が形成されている水晶片１２１と、水晶片１２１の両主面に互いが対向するように設けられている一対の励振電極１２２と、一端が励振電極１２２に接続されつつ他端が水晶片１２１の主面の端部に位置するように設けられている一対の引出電極１２３と、水晶片１２１が実装されているパッケージ１１０と、パッケージ１１０と接合されて水晶片１２１を気密封止している蓋体１４０と、を少なくとも備えている。励振電極１２２の上下方向の厚みは、励振電極１２２の縁部において励振電極１２２の外縁側に向かうにつれて薄くなっている。【選択図】図２
2015211362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状で、かつ、側面にｍ面が形成されている水晶片と、
前記水晶片の両主面に互いが対向するように設けられている一対の励振電極と、
一端が前記励振電極に接続されつつ他端が前記水晶片の主面の端部に位置するように設けられている一対の引出電極と、
前記水晶片が実装されているパッケージと、
前記パッケージと接合されて、前記水晶片を気密封止している蓋体と、
を少なくとも備えている水晶デバイスであって、
前記励振電極の上下方向の厚みが、前記励振電極の縁部において前記励振電極の外縁側に向かうにつれて薄くなっている
ことを特徴とする水晶デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の水晶デバイスであって、
前記引出電極の上下方向の厚みが、前記引出電極の縁部において前記引出電極の外縁側に向かうにつれて薄くなっている
ことを特徴とする水晶デバイス。
【請求項３】
請求項１および請求項２に記載の水晶デバイスであって、
前記励振電極および引出電極は、複数の金属層が積層されて形成されており、
互いに接している前記金属層の境界において、接し合う前記金属層の面の大きさが同じとなっている
ことを特徴とする水晶デバイス。
【請求項４】
Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とからなり互いに直交している結晶軸を有した平板状の水晶ウエハを形成する水晶ウエハ形成工程と、
フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により、前記水晶ウエハの所定の位置に、主面の所定の一辺側で固定されつつ、側面にｍ面が形成されている水晶片となる部分を形成する水晶片形成工程と、
前記水晶片となる部分の励振電極となる部分および引出電極となる部分に、前記励振電極となる部分の上下方向の厚みが、前記励振電極の縁部において前記励振電極の外縁側に向かうにつれて薄くなるように金属膜を被着させ、前記励振電極および前記引出電極を形成する電極形成工程と、
前記水晶片となる部分の主面の所定の一辺側を折り取り、または、切断し、水晶片となる部分を個片化させる個片化工程と、
前記励振電極および前記引出電極が形成されている前記水晶片をパッケージに実装する実装工程と、
前記パッケージと蓋体とを接合し、前記励振電極および前記引出電極が形成された前記水晶片を気密封止する封止工程と、
を備えていることを特徴とする水晶デバイスの製造方法。
【請求項５】
Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とからなり互いに直交している結晶軸を有した平板状の水晶ウエハを形成する水晶ウエハ形成工程と、
フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により、前記水晶ウエハの所定の位置に、主面の所定の一辺側で固定されつつ、側面にｍ面が形成されている水晶片となる部分を形成する水晶片形成工程と、
前記水晶片となる部分の主面の所定の一辺側を折り取り、または、切断し、水晶片となる部分を個片化させる個片化工程と、
前記水晶片の励振電極となる部分および引出電極となる部分に、前記励振電極となる部分の上下方向の厚みが、前記励振電極の縁部において前記励振電極の外縁側に向かうにつれて薄くなるように金属膜を被着させ、前記励振電極および前記引出電極を形成する電極形成工程と、
前記励振電極および前記引出電極が形成されている前記水晶片をパッケージに実装する実装工程と、
前記パッケージと蓋体とを接合し、前記励振電極および前記引出電極が形成された前記水晶片を気密封止する封止工程と、
を備えていることを特徴とする水晶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、移動通信機器等の電子機器で用いられる水晶デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶デバイスは、例えば、パッケージと蓋体とが接合され、パッケージと蓋体とで形成される空間内に、振動素子が気密封止された構造となっている。振動素子は、水晶片、励振電極および引出電極から構成されている。水晶片は、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とからなり互いに直交している結晶軸を有している。また、水晶片は、例えば、平板状となっており、側面の一部には、Ｚ軸と平行となっているｍ面が形成されている。励振電極は、一対となっており、水晶片の両主面に互いに対向するように形成されている。引出電極は、一対となっており、一端が励振電極に接続され、他端が水晶片の主面の端部に位置するように形成されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このような水晶デバイスで用いられる水晶片は、まず、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって、水晶ウエハ内に水晶片となる部分が形成される。その後、水晶片となる部分が形成されている水晶ウエハの全面に金属膜が成膜され、この金属膜上に感光性レジストが塗付され、露光、現像されて、水晶片となる部分に励振電極および引出電極が設けられる。その後、水晶ウエハから水晶片となる部分が個片化されて形成されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１１６４７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１９２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の水晶デバイスでは、感光性レジストを塗布、露光、現像することによって、側面にｍ面が形成されている水晶片となる部分に励振電極および引出電極が形成されている。従って、従来の水晶デバイスでは、励振電極の縁部において、水晶片の主面と励振電極の側面とのなす角度がほぼ直角となっており、急峻となっている。このため、従来の水晶デバイスでは、引出電極から交流電圧を印加し励振電極に挟まれている水晶片の一部を振動させるとき、水晶片の縁部においてはｍ面を形成することで水晶片の振動変位の減衰量を小さくすることができるが、励振電極の縁部においては、水晶片の振動変位の減衰量を小さくすることができず、さらなる振動エネルギーの閉じ込め効果が望まれていた。
【０００６】
従来の水晶デバイスの製造方法では、感光性レジストを塗布、露光、現像することによって、側面にｍ面が形成されている水晶片となる部分に励振電極および引出電極が形成されている。従って、従来の水晶デバイスの製造方法では、励振電極および引出電極上に直接、感光性レジストが塗布されたり、現像するために現像液に励振電極および引出電極となる金属膜が設けられている状態で浸漬されたりする。このため、従来の水晶デバイスの製造方法では、引出電極から交流電圧を印加し励振電極に挟まれている水晶片の一部を振動させるとき、感光性レジストや現像液の影響により、励振電極に挟まれている水晶片の一部の振動状態が変化し、クリスタインピーダンス値が悪化、および、周波数温度特性が悪化し、生産性が低下する虞がある。
【０００７】
本発明では、振動エネルギーの閉じ込め効果の高い水晶デバイスおよび、生産性が向上された水晶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】
【０００８】
前述した課題を解決するために、本発明に係る水晶デバイスは、平板状で、かつ、側面にｍ面が形成されている水晶片と、水晶片の両主面に互いが対向するように設けられている一対の励振電極と、一端が励振電極に接続されつつ他端が水晶片の主面の端部に位置するように設けられている一対の引出電極と、水晶片が実装されているパッケージと、パッケージと接合されて、水晶片を気密封止している蓋体と、を少なくとも備えている水晶デバイスであって、励振電極の上下方向の厚みが、励振電極の縁部において励振電極の外縁側に向かうにつれて薄くなっていることを特徴とする。
【０００９】
前述した課題を解決するために、本発明に係る水晶デバイスの製造方法は、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とからなり互いに直交している結晶軸を有した平板状の水晶ウエハを形成する水晶ウエハ形成工程と、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により、水晶ウエハの所定の位置に、主面の所定の一辺側で固定されつつ、側面にｍ面が形成されている水晶片となる部分を形成する水晶片形成工程と、水晶片となる部分の励振電極となる部分および引出電極となる部分に、励振電極となる部分の上下方向の厚みが、励振電極の縁部において励振電極の外縁側に向かうにつれて薄くなるように金属膜を被着させ、励振電極および引出電極を形成する電極形成工程と、水晶片となる部分の主面の所定の一辺側を折り取り、または、切断し、水晶片となる部分を個片化させる個片化工程と、励振電極および引出電極が形成されている水晶片をパッケージに実装する実装工程と、パッケージと蓋体とを接合し、励振電極および引出電極が形成された前記水晶片を気密封止する封止工程と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る水晶デバイスでは、平板状でかつ側面にｍ面が形成されている水晶片に励振電極および引出電極が設けられており、励振電極の上下方向の厚みが励振電極の縁部において外側に向かうにつれて薄くなっている。従って、本発明に係る水晶デバイスでは、水晶片の側面にｍ面を形成することで、水晶片の主面の端部において水晶片の振動変位の減衰量を大きくすることができ、かつ、励振電極の上下方向の厚みが励振電極の縁部において外縁側に向かうにつれて薄くすることで、励振電極の縁部において水晶片の振動変位の減衰量を大きくすることが可能となる。このため、本発明に係る水晶デバイスでは、引出電極から電圧を印加し励振電極に挟まれている水晶片の一部を振動させるとき、励振電極の縁部および水晶片の縁部の二段階で、水晶片の振動変位の減衰量を大きくすることができ、結果、励振電極の中央部付近で、振動エネルギーの閉じ込め効果を高めることができる。
【００１１】
また、本発明に係る水晶デバイスの製造方法では、励振電極および引出電極を、水晶ウエハのうち水晶片となる部分の所定の位置に金属膜を被着させて形成しているので、従来の水晶デバイスの製造方法のように感光性レジストを使うことなく形成することができる。従って、本発明に係る水晶デバイスの製造方法では、感光性レジストを塗布する工程や現像するために現像液に浸漬させる工程がないため、引出電極から電圧を印加し励振電極に挟まれている水晶片の一部を振動させるとき、感光性レジストや現像液の影響を低減させることができ、生産性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第一実施形態における水晶デバイスの斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面における断面図である。
【図３】（ａ）は、励振電極および引出電極が形成されている水晶片の平面図であり、（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ断面における断面図である。
【図４】第一実施形態における水晶デバイスの製造方法の水晶ウエハ形成工程後の水晶ウエハの斜視図である。
【図５】第一実施形態における水晶デバイスの製造方法の水晶片形成工程後の水晶ウエハの斜視図である。
【図６】（ａ）は、第一実施形態における水晶デバイスの製造方法の電極形成工程前の状態を示す断面図であり、（ｂ）は、第一実施形態における水晶デバイスの製造方法の電極工程後の状態を示す断面図である。
【図７】（ａ）は、第一実施形態における水晶デバイスの製造方法の個片化工程前の状態の水晶ウエハの平面図であり、（ｂ）は、第一実施形態における水晶デバイスの製造方法の個片化工程後の水晶片の平面図である。
【図８】第一実施形態における水晶デバイスの製造方法の実装工程後の状態を示す断面図である。
【図９】第一実施形態における水晶デバイスの製造方法の封止工程後の状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第一実施形態）
第一実施形態における水晶デバイスは、図１、図２および図３に示したように、励振電極１２２および引出電極１２３が形成されている水晶片１２１と、この水晶片１２１が実装されているパッケージ１１０と、パッケージ１１０と接合されて水晶片１２１を気密封止する蓋体１４０と、から構成されている。
【００１４】
パッケージ１１０は、励振電極１２２および引出電極１２３が形成された水晶片１２１、つまり、振動素子１２０を実装するためのものである。パッケージ１１０は、例えば、平板部１１０ａと平板部１１０ａの上面の縁部に沿って設けられている枠部１１０ｂとから構成されており、パッケージ１１０の上面に凹部１１１が形成されている。また、パッケージ１１０は、凹部１１１の底面に一対の搭載パッド１１２が設けられており、搭載パッド１１２が設けられている面と反対側を向く面に外部端子１１３が設けられている。また、パッケージ１１０には、搭載パッド１１２と外部端子１１３とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が設けられている。
【００１５】
ここで、図面に合わせて、凹部１１１が形成されているパッケージ１１０の面をパッケージ１１０の上面とし、外部端子１１３が設けられているパッケージ１１０の面をパッケージ１１０の下面とする。また、枠部１１０ｂが設けられている平板部１１０ａの面を平板部１１０ａの上面とし、この平板部１１０ａの上面と反対側を向く平板部１１０ａの面を平板部１１０ａの下面とする。
【００１６】
平板部１１０aは、例えば、矩形形状の平板状となっており、平板部１１０ａの上面には、縁部に沿って枠部１１０ｂが設けられている。また、平板部１１０ａは、上面に一対の搭載パッド１１２が設けられており、下面に複数の外部端子１１３が設けられている。また、平板部１１０ａには、一対の搭載パッド１１２と所定の二つの外部端子１１３とを電気的に接続する配線パターン（図示せず）が設けられている。この配線パターンは、平板部１１０ａの内部に設けられていてもよいし、平板部１１０ａの表面に設けられていてもよい。平板部１１０ａは、例えば、アルミナセラミックス、または。ガラスーセラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなる。平板部１１０ａは絶縁層を一層で用いたものであっても、絶縁層を複数積層させたものであってもよい。
【００１７】
枠部１１０ｂは、平板部１１０ａの上面の縁部に沿って設けられており、凹部１１１を形成するためのものである。また、枠部１１０ｂの上面には、縁部に沿って封止用導体パターン１１４が設けられている。また、枠部１１０ｂには、封止用導体パターン１１４と平板部１１０ａに設けられている外部端子１１３とを電気的に接続するための、配線パターン（図示せず）が設けられている。また、枠部１１０ｂは、平板部１１０ａと一体となっており、例えば、アルミナセラミックス、または、ガラスーセラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなっている。枠部１１０ｂは、絶縁層を一層で用いたものであっても、絶縁層を複数積層させたものであってもよい。
【００１８】
凹部１１１は、励振電極１２２と引出電極１２３が形成された水晶片１２１、つまり、振動素子１２０を収納するための空間である。従って、凹部１１１は、水晶片１２１を収容することができる大きさとなっている。
【００１９】
ここで、パッケージ１１０は、パッケージ１１０の上面を平面視したときの長辺の寸法が、１．０〜５．０ｍｍであり、短辺の寸法が、０．６〜３．２ｍｍである場合を例にして、凹部１１１の大きさを説明する。凹部１１１は、長辺の寸法が０．８〜４．６ｍｍであり、短辺の寸法が０．４〜２．８ｍｍとなっており、上下方向の深さ寸法が０．２〜０．５ｍｍとなっている。
【００２０】
搭載パッド１１２は、振動素子１２０と後述する導電性接着剤１３０を介して電気的に接着されるものである。搭載パッド１１２は、平板部１１０ａの上面であって枠部１１０ｂ内に設けられている。搭載パッド１１２は、一対となっており、例えば、パッケージ１１０の上面を平面視して、枠部１１０ｂの内周側の短辺に沿って二つ並んで設けられている。
【００２１】
外部端子１１３は、電子機器のマザーボードに実装するためのものであり、電子機器のマザーボードに実装する際、マザーボードの所定の実装パッド（図示せず）に接続固着される。外部端子１１３は、例えば、四つ設けられており、平板部１１０ａの下面の四隅に一つずつ設けられている。外部端子１１３のうち二つは、平板部１１０ａの上面に設けられている一対の搭載パッド１１２と配線パターンを介して電気的に接続されているその他の二つの外部端子１１３は、配線パターン、封止用導体パターン１１４および接合部材１５０を介して蓋体１４０と電気的に接続されている。従って、マザーボードに実装する際、蓋体１４０と電気的に接続される外部端子１１３を電子機器等のマザーボード上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッドと接続固着させることで、蓋体１４０をグランド電位と同電位とすることが可能となる。
【００２２】
封止用導体パターン１１４は、蓋体１４０を接合部材１５０によって接合する際に、接合部材１５０の濡れ性をよくするためのものである。封止用導体パターン１１４は、枠部１１０ｂの上面の縁部に沿って設けられている。また、封止用導体パターン１１４は、例えば、タングステンまたはモリブデン等からなる導体パターンの表面にニッケルメッキおよび金メッキを順次、枠部１１０ｂの上面に環状で囲む形態で施し、形成している。
【００２３】
ここで、パッケージ１１０の作製方法について説明する。パッケージ１１０を構成する平板部１１０ａおよび枠部１１０ｂがアルミナセラミックスからなる場合、まず、所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤を添加し混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面、または、セラミックグリーンシートに打ち抜き等を施し予め設けておいた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷等を用いて導体パターンとなる位置に所定の導電ペーストを塗布する。次に、平板部１１０ａとなるセラミックグリーンシートの上面に枠部１１０ｂとなるセラミックグリーンシートを積層し、プレス加工した後、高温で焼成する。焼成後、導体パターンの所定の部位、具体的には、搭載パッド１１２、外部端子１１３、封止用導体パターン１１４および配線パターンとなる部分に、ニッケルメッキ、または、金メッキ等を施すことにより、パッケージ１１０が作製される。また、導電性ペーストは、例えば、タングステン、モリブデン、銅、銀またはパラジウム等の金属粉末の焼結体等から構成されている。
【００２４】
ここで、励振電極１２２が形成されている水晶片１２１の面を水晶片１２１の主面とし、図面に合わせて、水晶片１２１の主面のうちパッケージ１１０側を向く水晶片１２１の主面を水晶片１２１の下面とし、この水晶片１２１の下面と反対側を向く水晶片１２１の主面を水晶片１２１の上面とする。
【００２５】
振動素子１２０は、安定した機械振動を得ることができ、電子機器等の基準信号を発信するためのものである。振動素子１２０は、水晶片１２１と、水晶片１２１の両主面に互いが対向するように設けられている一対の励振電極１２２と、一端が励振電極１２２に接続され他端が水晶片１２１の端部に位置するように形成されている引出電極１２３と、から構成されている。振動素子１２０は、導電性接着剤１３０によってパッケージ１１０の搭載パッド１１１と振動素子１２０の引出電極１２３とが接続、固着され、パッケージ１１０に実装されている。
【００２６】
水晶片１２１には、安定した機械振動をする圧電材料が用いられ、例えば、水晶が用いられる。水晶片１２１は、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とからなり互いに直交する結晶軸を有しており、例えば、略矩形形状の平板状となっている。水晶片１２１の主面は、Ｘ軸およびＺ軸に平行となっている面を、Ｘ軸を中心に、Ｘ軸の負の方向を見て反時計回りに回転させた面と平行となっており、例えば、約３７°回転させた面と平行となっている。水晶片１２１の側面の一部には、Ｚ軸と平行なｍ面１２１ａが形成されている。ｍ面１２１ａは、主面との角度が９０°と回転角度とを合わせた角度をなしており、例えば、約１２３°となっている。従って、水晶片１２１は、水晶片１２１の両主面に電圧を印加し厚みすべり振動により振動させたとき、ｍ面１２１ａが形成されている水晶片１２１の端部で厚み滑り振動を生じにくくさせることができ、水晶片１２１の端部で振動変位の減衰量を大きくすることが可能となる。
【００２７】
ここで、水晶片１２１の形成方法について説明する。まず、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とからなり互いに直交する結晶軸を有した人工水晶体を用意し、主面が結晶軸と所定の角度をなすように、切断し、所定の厚みとなるまで研磨し、水晶ウエハ１６０（図４〜図６参照）を形成する。このとき、水晶ウエハ１６０の主面は、Ｘ軸およびＺ軸に平行となっている面を、Ｘ軸を中心に、Ｘ軸の負の方向を見て反時計回りに回転させた面と平行となるように、所定の角度、例えば、約３７°回転させた面と平行になっている。次に、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により、この水晶ウエハ１６０に、所定の一辺側で固定されている水晶片１２１を形成する。このとき、水晶ウエハ１６０は結晶軸によりエッチングのされ方が異なるため、水晶片１２１となる部分の側面の一部にｍ面１２１ａが形成される。最後に、固定されている所定の一辺側を折り取り、水晶片１２１を作製している。
【００２８】
励振電極１２２は、水晶片１２１に電圧を印加するためのものである。励振電極１２２は、一対となっており、水晶片１２１の両主面に互いが対向するように設けられている。また、励振電極１２２は、上下方向の厚みが外縁側に向かうにつれて薄くなっている。励振電極１２２に電圧が印加されると、励振電極１２２には、電荷が蓄えらえる。このとき、電荷は、励振電極１２２の中央付近で最も密な状態となり、励振電極１２２の縁部に向かうにつれて減少し、励振電極１２２の縁部で最も疎の状態となっている。励振電極１２２の上下方向の厚みを、外縁側に向かうにつれて薄くすることにより、電圧が印加され励振電極１２２に電荷が蓄積されるとき、励振電極１２２の縁部での電荷をより疎の状態にすることができる。このため、励振電極１２２の縁部において水晶片１２１の振動変位の減衰量を大きくすることが可能となる。結果、励振電極１２２に電圧を印加させ水晶片１２１の一部を振動させたときに、振動エネルギーの閉じ込め効果を高めることができる。
【００２９】
また、励振電極１２２は、水晶片１２１の主面上に順次、金属層が積層され形成されている。この金属層を平面視した際に、互いに接している金属層の境界面に着目すると、接し合う金属層の境界面の面積の大きさが同じとなっている。ここで、励振電極１２２が、第一金属層および第二金属層からなる場合を例に説明する。このとき、水晶片１２１の主面上に第一金属層が設けられ、この第一金属層上に第二金属層が積層されている。
【００３０】
第一金属層は、水晶片１２１の主面上に設けられおり、第二金属層と水晶片１２１の主面との密着強度を上げるためのものである。また、第一金属層は、例えば、クロム、チタン、ニクロムのいずれか一つが選択されて用いられる。第二金属層は、この第一金属層の上面に設けられており、例えば、金、銀、不純物を添加した金、または、不純物を添加した銀などが用いられる。
【００３１】
第一金属層と第二金属層とは、平面視した際に、互いに接している境界面において、第一金属層の境界面の面積の大きさと第二金属層の境界面の面積の大きさとが同じとなっている。互いに接している境界面において、第一金属層の境界面の面積の大きさが第二金属層の境界面の面積の大きさよりも大きい場合、第一金属層の露出される面積が大きくなる。このため、第一金属層が酸化されやすい材質からなる場合、第一金属層が酸化され変質し、水晶デバイスの周波数温度特性が悪化する虞がある。また、第一金属層が酸化することで、水晶片１２１との密着強度が低下し、水晶片１２１から励振電極１２２が剥離してしまう虞もある。また、第一金属層の境界面の面積の大きさが第二金属層の境界面の面積の大きさよりも小さい場合、第二金属層と水晶片１２１の主面との間に空気層が存在することとなる。このため、励振電極１２２に電圧を印加したとき、第二金属層と水晶片１２１との間に不安定な静電容量が生じることとなり、水晶デイバスのクリスタルインピーダンス値が高くなったり、水晶デバイスの周波数温度特性が悪化する虞がある。従って、励振電極１２２が複数の金属層からなる場合には、互いに接している金属層の境界面において、互いに接している金属層の境界面の面積の大きさは、同じとなっていることが望ましい。
【００３２】
引出電極１２３は、一端が励振電極１２２に接続され、他端が水晶片１２１の主面の端部に位置するように、設けられており、振動素子１２０の外部から励振電極１２２に電圧を印加するためのものである。引出電極１２３は、上下方向の厚みが引出電極１２３の縁部において引出電極１２３の外縁側に向かうにつれて薄くなっている。このため、電圧が印加されるときに、引出電極１２３が原因で生じるスプリアス振動を抑制させることが可能となる。引出電極１２３に電圧が印加されると、電荷の分布は、励振電極１２２に電圧を印加した場合と同様に、引出電極１２３の中央部で最も密な状態となり、引出電極１２３の縁部で最も疎な状態となる。引出電極１２３の上下方向の厚みが引出電極１２３の縁部において引出電極１２３の外縁側に向かうにつれて薄くすることで、従来の引出電極１２３の上下方向の厚みが一定の場合と比較して引出電極１２３の縁部での電荷密度を疎の状態にすることができる。このため、それぞれの引出電極１２３において水晶片１２１の中心側に位置する引出電極１２３の縁部に蓄えられる電荷により、一対の引出電極１２３間で生じる電界強度を小さくすることが可能となる。この結果、一対の引出電極１２３間で生じる電界強度を小さくすることができるので、引出電極１２３の縁部に蓄積されている電荷により生じるスプリアスを低減させることが可能となる。従って、引出電極１２３の上下方向の厚みは、引出電極１２３の縁部において引出電極１２３の外縁側に向かうにつれて薄くなっていることが望ましい。
【００３３】
ここで、励振電極１２２および引出電極１２３の形成方法について説明する。まず、水晶片１２１と、平面視して、励振電極１２２および引出電極１２３と同じ形状となっている貫通孔１７１（図６参照）を有する一対のマスク１７０（図６参照）を用意する。次に、この一対のマスク１７０の間に水晶片１２１となる部分を載置した状態で、蒸着技術およびスパッタリング技術を用いて、水晶片１２１に金属膜を被着させる。このとき、主面と貫通孔１７１内であって水晶片１２１となる部分の主面に金属膜が被着されることとなる。この被着された金属膜が励振電極１２２および引出電極１２３となる。励振電極１２２および引出電極１２３は、このようにして形成されている。
【００３４】
また、ここで、振動素子１２０の動作について説明する。振動素子１２０は、外部から引出電極１２３に電圧が印加されると、引出電極１２３に接続されている励振電極１２２に電圧が印加される。これにより、励振電極１２２には、異なる電荷が蓄積されることとなり、逆圧電効果によって励振電極１２２に挟まれている水晶片１２１の一部に歪みが生じ、変形する。その結果、水晶片１２１は、変形前の姿に戻ろうとするため、圧電効果により励振電極１２２に最初に蓄積された電荷と反対の電荷が蓄積される。つまり、励振電極１２２に電圧が印加されると、振動素子１２０は、圧電効果および逆圧電効果により励振電極１２２に挟まれた水晶片１２１の一部が振動する。従って、振動素子１２０に交流電圧を印加すると、励振電極１２２に異なる電荷が交互に蓄積され変形することとなり、励振電極１２２に挟まれている水晶片１２１の一部を振動させることができる。
【００３５】
導電性接着剤１３０は、振動素子１２０の引出電極１２３とパッケージ１１０の搭載パッド１１２とを電気的に接着、保持し、振動素子１２０をパッケージ１１０に実装するためのものである。導電性接着剤１３０は、引出電極１２３と搭載パッド１１２との間に設けられている。導電性接着剤１３０は、シリコーン系の樹脂バインダーの中に導電フィラーとしての導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケルまたはニッケル鉄のいずれか、或いはこれら組み合わせたものを含むものが用いられる。また、バインダーとしては、例えば、シリコーン系の樹脂、エポキシ系の樹脂、ポリイミド系の樹脂、または、ビスマレイミドの樹脂が用いられる。
【００３６】
導電性接着剤１３０を用いて、引出電極１２３と搭載パッド１１２とを電気的に接着する方法について説明する。まず、導電性接着剤１３０が、例えば、ディスペンサによって、搭載パッド１１２上に塗布される。その後、振動素子１２０が導電性接着剤１３０上に搬送され、引出電極１２３と搭載パッド１１２とで導電性接着剤１３０を挟むように振動素子１２０が載置され、その状態で加熱硬化される。これにより、引出電極１２３と搭載パッド１１２とが電気的に接着される。
【００３７】
蓋体１４０は、パッケージ１１０の上面に設けられた封止用導体パターン１１３と接合部材１５０により、パッケージ１１０の上面と接合されて、真空状態または窒素ガスが充填された凹部１１１内に、実装されている振動素子１２０を気密封止するためのものである。具体的には、蓋体１４０は、所定の雰囲気中で蓋体１４０の下面とパッケージ１１０の上面に設けられている封止用導体パターン１１４の上面との間に接合部材１５０を設けて、熱を加え接合部材１５０を溶融させた後、固化させることで、蓋体１４０の下面とパッケージ１１０の上面に設けられた封止用導体パターン１１４とが溶融接合される。
【００３８】
接合部材１５０は、蓋体１４０の下面とパッケージ１１０の上面に設けられた封止用導体パターン１１４とを接合するためのものである。また、接合部材１５０は、蓋体１４０の下面とパッケージ１１０の上面に設けられた封止用導体パターン１１４の上面との間であって、封止用導体パターン１１４に相対する蓋体１４０の場所に設けられている。また、接合部材１５０は、例えば、銀ロウまたは金錫からなる。
【００３９】
第一実施形態に係る水晶デバイスは、励振電極１２２の上下方向の厚みが励振電極１２２の縁部において、励振電極１２２の外縁側に向かうにつれて薄くなっている。従って、第一実施形態に係る水晶デバイスでは、励振電極１２２に電圧が印加されたときに励振電極１２２に蓄えらえる電荷の密度分布に着目すると、励振電極１２２の上下方向の厚みが一定となっているような従来の水晶デバイスと比較し、励振電極１２２の縁部の電荷密度をより疎の状態にすることができる。このため、第一実施形態に係る水晶デバイスでは、励振電極１２２の縁部において水晶片１２１の振動変位の減衰量を大きくすることが可能となり、励振電極１２２に電圧を印加させ水晶片１２１の一部を振動させたときに、振動エネルギーの閉じ込め効果を高めることができる。
【００４０】
また、第一実施形態に係る水晶デバイスは、引出電極１２３の上下方向の厚みが引出電極１２３の縁部において、引出電極１２３の外縁側に向かうにつれて薄くなっている。従って、第一実施形態に係る水晶デバイスでは、引出電極１２３の他端から電圧が印加されたときに引出電極１２３に蓄えられる電荷の密度分布に着目すると、引出電極１２３の上下方向の厚みが一定となっているような従来の水晶デバイスと比較し、引出電極１２３の縁部に蓄積する電荷の量を抑えることが可能となる。このため、第一実施形態に係る水晶デバイスでは、引出電極１２３に蓄積する電荷により生じるスプリアス振動を低減させることができる。結果、第一実施形態に係る水晶デバイスは、励振電極１２２の中央付近で振動エネルギーの閉じ込め効果を高めることが可能となる。
【００４１】
また、第一実施形態に係る水晶デバイスは、励振電極１２２および引出電極１２３が複数の金属層が積層されており、平面視した際に、互いに接している金属層の境界面において、接し合う金属層の境界面の面積の大きさが同じとなっている。従って、第一実施形態に係る水晶デバイスは、水晶片１２１により近い側の金属層が酸化等により変質する量を抑えつつ、水晶片１２１より遠い側の金属層と水晶片１２１の主面との間で不要な静電容量が生じることを低減させている。結果、第一実施形態に係る水晶デバイスは、励振電極１２２の中央付近で振動エネルギーの閉じ込め効果を高めることが可能となる。
【００４２】
次に、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法について説明する。第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法は、図４〜図９に示したように、水晶ウエハ形成工程、水晶片形成工程、電極形成工程、個片化工程、実装工程、封止工程、から構成されている。
【００４３】
水晶ウエハ形成工程は、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とからなり互いに直交している結晶軸を有した平板状の水晶ウエハ１６０を形成する工程である。水晶ウエハ形成工程では、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とからなり互いに直交する結晶軸を有した人工水晶体が用いられる。水晶ウエハ形成工程で形成される水晶ウエハ１６０の主面は、例えば、Ｘ軸およびＺ軸に平行となっている面を、Ｘ軸を中心に、Ｘ軸の負の方向を見て反時計回りに所定の角度、例えば、約３７°回転させた面と平行となっている。また、水晶ウエハ形成工程で形成される水晶ウエハ１６０は、人工水晶体から所定のカットアングルで機械加工により切断された後、両主面が研磨されて、その上下方向の厚みが所定の厚みとなっている。
【００４４】
ここで、水晶ウエハ１６０は、例えば、略矩形形状の平板状となっており、平面視したときの寸法が、所定の一辺の寸法が、１０．０〜１０１．６ｍｍであり、所定の一辺に接続している一辺の寸法が、１０．０〜１０１．６ｍｍとなっている。このとき、水晶ウエハ１６０の上下方向の厚みは、０．０２０〜０．０７０ｍｍとなっている。なお、水晶ウエハ１６０が略矩形形状の平板状となっている場合について説明しているが、円形形状または楕円形状の平板状となっていてもよく、平面視したときの大きさは、直径が１０．０〜１０１．６ｍｍとなっている。
【００４５】
水晶片形成工程は、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により、水晶ウエハ１６０の所定の位置に、水晶片１２１となる部分の主面の所定の一辺側で固定されつつ、水晶片１２１となる部分の側面の一部にｍ面１２１ａが形成されている水晶片１２１となる部分を形成する工程である。水晶片形成工程では、まず、従来周知のフォトリソグラフィー技術を用いて、水晶ウエハ形成工程後の水晶ウエハ１６０の両主面の全面に金属膜を被着し、この金属膜上にレジストを塗布し、所定のパターンに露光、現像する。その後、従来周知のエッチング技術を用いて、水晶ウエハ１６０を所定のエッチング溶液に浸漬させて、エッチングを行い、水晶片形成用貫通部１６１を形成し、水晶ウエハ１６０に水晶片１２１となる部分を形成する。このとき、結晶軸の軸方向によってエッチングのされ方が異なることを利用して、水晶片１２１となる部分の側面の一部にＺ軸と平行なｍ面１２１ａを容易に形成することができる。
【００４６】
電極形成工程は、水晶片１２１となる部分の励振電極１２２となる部分および引出電極１２３となる部分に、励振電極１２２となる部分の上下方向の厚みが、励振電極１２２の縁部において励振電極１２２の外縁側に向かうにつれて薄くなるように金属膜を被着させ、励振電極１２２および引出電極１２３を形成する工程である。電極形成工程では、所定のパターンの貫通孔１７１が形成されている一対のマスク１７０の間に、水晶ウエハ１６０を載置した状態で、蒸着技術またはスパッタリング技術によって水晶ウエハ１６０の主面と貫通孔１７１の内部を向く面とで形成される空間内であって、水晶ウエハ１６０の水晶片１２１となる部分の所定の位置に金属膜を被着させている。このとき、蒸着源またはスパッタ源から金属分子が飛翔されるときに飛翔方向に高い指向性があるため、水晶片１２１となる部分と接しているマスク１７０の面と反対側を向くマスク１７０の面の開口部が障害となり、水晶ウエハ１６０の水晶片１２１となる部分に被着される金属膜の上下方向の厚みがマスク１７０の貫通孔１７１の内周面に近い縁部において薄くなる。このため、電極形成工程では、金属膜の上下方向の厚みを貫通孔１７１の内周面の縁部において薄くすることが容易にできるので、励振電極１２２および引出電極１２３の上下方向の高さが励振電極１２２の縁部および引出電極１２３の縁部において上下方向の厚みを容易に薄くすることが可能となる。
【００４７】
また、電極形成工程では、水晶片１２１となる部分の所定の位置に金属膜を被着させて形成しているので、従来の水晶デバイスの製造方法のように感光性レジストや現像液を使うことなく形成することができる。従って、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の電極形成工程においては、従来のフォトリソグラフィー技術を用いて電極を形成している電極形成工程と比較して、電極形成工程で形成される励振電極１２２および引出電極１２３に感光性レジストや現像液が残留することをなくすことができ、引出電極１２３から電圧が印加され励振電極１２２に挟まれている水晶片１２１の一部を振動させるときに、感光性レジストによる影響を低減させることができる。この結果、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の電極形成工程では、クリスタルインピーダンス値の悪化や周波数温度特性の水晶ウエハ内のばらつきを抑えることができ、生産性を向上させることが可能となる。
【００４８】
また、電極形成工程では、水晶片１２１となる部分の所定の位置に金属膜を被着させて形成しているので、従来の水晶デバイスの製造方法のように、フォトリソグラフィー技術を用いた場合と比較して、工数を減らすことが可能となり、生産性を向上させることが可能となる。
【００４９】
個片化工程は、水晶片１２１となる部分の主面の所定の一辺側を折り取り、または、切断し、水晶片１２１となる部分を個片化させる工程である。個片化工程前の水晶ウエハ１６０は、励振電極１２２および引出電極１２３が形成されている水晶片１２１となる部分が、水晶片１２１となる部分の主面の所定の一辺側で固定されている。個片化工程では、水晶片１２１となる部分ごとに個片化され、励振電極１２２および引出電極１２３が形成されている水晶片１２１が形成される。
【００５０】
実装工程は、励振電極１２２および引出電極１２３が形成されている水晶片１２１をパッケージ１１０に実装する工程である。実装工程では、まず、導電性接着剤１３０が、例えば、ディスペンサによって、搭載パッド１１２上に塗布される。その後、励振電極１２２および引出電極１２３が形成されている水晶片１２１が導電性接着剤１３０上に搬送され、引出電極１２３と搭載パッド１１２とで導電性接着剤１３０を挟むように水晶片１２１が載置され、その状態で加熱硬化される。これにより、引出電極１２３と搭載パッド１１２とが電気的に接着され、励振電極１２２および引出電極１２３が形成されている水晶片１２１がパッケージ１１０に実装される。
【００５１】
封止工程は、パッケージ１１０と蓋体１４０とを接合し、励振電極１２２および引出電極１２３が形成された水晶片１２１を気密封止する工程である。封止工程では、例えば、真空雰囲気または窒素雰囲気中で、蓋体１４０の下面とパッケージ１１０の上面に設けられている封止用導体パターン１１４の上面との間に接合部材１５０を設けて、熱を加え接合部材１５０を溶融させた後、固化させる。従って、封止工程では、蓋体１４０の下面とパッケージ１１０の上面に設けられた封止用導体パターン１１４とが接合部材１５０により、溶融接合されている。
【００５２】
第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、励振電極１２２および引出電極１２３を、水晶片１２１となる部分の所定の位置に金属膜を被着させて形成しているので、従来の水晶デバイスの製造方法のように感光性レジストが励振電極１２２に残留することがないため、引出電極１２３から電圧を印加し励振電極１２２に挟まれている水晶片１２１の一部を振動させるとき、感光性レジストによる影響を低減させることができ、生産性を向上させることが可能となる。
【００５３】
また、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、所定のパターンの貫通孔１７１が形成されている一対のマスク１７０を利用し、一対のマスク１７０の間に水晶ウエハ１６０を設けた状態で、蒸着技術、または、スパッタリング技術により所定の位置に金属膜を被着させて、励振電極１２２および引出電極１２３を形成している。従って、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、蒸着技術、または、スパッタリング技術によって被着するときに、蒸着源またはスパッタ源から金属分子が飛翔されるときに飛翔方向に高い指向性があることを利用し、水晶ウエハ１６０の水晶片１２１となる部分に被着される金属膜の上下方向の厚みがマスク１７０の貫通孔１７１の内周面に近い縁部において薄くすることが容易にできる。このため、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、金属膜の上下方向の厚みを貫通孔１７１の内周面の縁部において薄くすることが容易にできるので、励振電極１２２および引出電極１２３の上下方向の高さが励振電極１２２の縁部および引出電極１２３の縁部において上下方向の厚みを容易に薄くすることが可能となる。結果、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、生産性を向上させることができる。
【００５４】
（第二実施形態）
以下、第二実施形態における水晶デバイスについて説明する。なお、第二実施形態における水晶デバイスのうち上述した水晶デバイスの同様の部分について、同一の符号を付して適宜説明を省略する。第二実施形態における水晶デバイスは、水晶ウエハ１６０の水晶片１２１となる部分を励振電極１２２および引出電極１２３を形成する前に折り取り、または、切断し、個片化している点で、第一実施形態と異なる。
【００５５】
個片化工程は、水晶片１２１となる部分の主面の所定の一辺側を折り取り、または、切断し、水晶片１２１となる部分を個片化させる工程である。個片化工程前の水晶ウエハ１６０は、水晶片１２１となる部分が、水晶片１２１となる部分の主面の所定の一辺側で固定されている。個片化工程では、水晶片１２１となる部分ごとに個片化され、励振電極１２２および引出電極１２３が形成されていない水晶片１２１が形成される。
【００５６】
電極形成工程は、水晶片１２１の励振電極１２２となる部分および引出電極１２３となる部分に、励振電極１２２となる部分の上下方向の厚みが、励振電極１２２の縁部において励振電極１２２の外縁側に向かうにつれて薄くなるように金属膜を被着させ、励振電極１２２および引出電極１２３を形成する工程である。電極形成工程では、所定のパターンの貫通孔１７１が形成されている一対のマスク１７０の間に、水晶ウエハ１６０から個片化された水晶片１２１を間に設けた状態で、蒸着技術またはスパッタリング技術によって水晶片１２１の主面と貫通孔１７１の内部を向く面とで形成される空間内であって、水晶片１２１の所定の位置に金属膜を被着させている。このとき、蒸着源またはスパッタ源から金属分子が飛翔されるときに飛翔方向に高い指向性があるため、水晶片１２１に被着される金属膜の上下方向の厚みがマスク１７０の面の開口部により、マスク１７０の貫通孔１７１の内周面に近い縁部において薄くなる。このため、電極形成工程では、金属膜の上下方向の厚みを貫通孔１７１の内周面の縁部において薄くすることが容易にできるので、励振電極１２２および引出電極１２３の上下方向の高さが励振電極１２２の縁部および引出電極１２３の縁部において上下方向の厚みを容易に薄くすることが可能となる。
【００５７】
第二実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、電極形成工程において、個片化された水晶片１２１の所定の位置に、一対のマスク１７０の所定のパターンの貫通孔１７１が位置するように設けて蒸着技術またはスパッタリング技術によって、金属膜を被着させている。従って、第二実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法と比較して、水晶片１２１の一つずつ位置合わせをすることが可能となるため、水晶片１２１の所定の位置に励振電極１２２および引出電極１２３を設けることができ、生産性を向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【００５８】
１１０  パッケージ
１１０ａ  平板部
１１０ｂ  枠部
１１１  凹部
１１２  搭載パッド
１１３  外部端子
１１４  封止用導体パターン
１２０  振動素子
１２１  水晶片
１２１ａ  ｍ面
１２２  励振電極
１２３  引出電極
１３０  導電性接着剤
１４０  蓋体
１５０  接合部材
１６０  水晶ウエハ
１７０  マスク
１７１  貫通孔
【図１】
2015211362.tif 000003
【図２】
2015211362.tif 000004
【図３】
2015211362.tif 000005
【図４】
2015211362.tif 000006
【図５】
2015211362.tif 000007
【図６】
2015211362.tif 000008
【図７】
2015211362.tif 000009
【図８】
2015211362.tif 000010
【図９】
2015211362.tif 000011