(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極パターンと第２電極パターンとを有する圧電振動片と、第１面とこの反対面の第２面とを有し、前記圧電振動片を載置するガラスベースと、前記圧電振動片を封止する蓋部と、を備える圧電デバイスにおいて、
前記ガラスベースは前記第１面及び前記第２面に端部が露出する第１金属線及び第２金属線を有し、前記第１面に露出した第１金属線及び第２金属線の端部はそれぞれ前記第１電極パターン及び前記第２電極パターンに接続し、
前記第１金属線及び第２金属線の表面は前記ガラスベースとの親和性を良くするために面粗さが大きくなるように加工されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記ガラスベースは、前記第１金属線及び第２金属線の端部に、それぞれ接続電極を有することを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記第１金属線及び第２金属線の主材料は鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ステンレス（ＳＵＳ）又はコバール合金を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記第１金属線及び第２金属線の表面に金（Ａｕ）層が形成されていることを特徴とする請求項３記載の圧電デバイス。
【請求項５】
蓋部ウエハを用意する工程と、
第１電極パターンと第２電極パターンを有する複数の圧電振動片が形成された圧電ウエハを用意する工程と、
第１面及び第２面に端部が露出する第１金属線及び第２金属線を有するガラスウエハを用意する工程と、
前記圧電ウエハの第１電極パターン及び第２電極パターンに対して前記ガラスウエハの第１面の第１金属線及び第２金属線の端部を重ね合わせるとともに前記蓋部ウエハを前記圧電ウエハに重ね合わせて接合する工程と、
接合された３枚のウエハを圧電デバイスの形状に切断する工程と、
を備え、
前記ガラスウエハを用意する工程では、前記第１金属線及び第２金属線の表面が前記ガラスウエハとの親和性を良くするために面粗さが大きくなるように加工されてから前記ガラスウエハに配置されることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【請求項６】
蓋部ウエハを用意する工程と、
第１電極パターンと第２電極パターンを有する複数の圧電振動片が形成された圧電ウエハを用意する工程と、
第１面及び第２面に端部が露出する第１金属線及び第２金属線を有するガラスウエハを用意する工程と、
前記圧電ウエハの第１電極パターン及び第２電極パターンに対して前記ガラスウエハの第１面の第１金属線及び第２金属線の端部を重ね合わせるとともに前記蓋部ウエハを前記圧電ウエハに重ね合わせて接合する工程と、
接合された３枚のウエハを圧電デバイスの形状に切断する工程と、
を備え、
前記ガラスウエハを用意する工程が、
型内に前記第１金属線及び第２金属線を前記型内に略平行に所定の間隔で配置する工程と、
ガラス粉末を９００°Ｃ以下で溶融させる工程と、
溶融したガラスを前記型内に流し込んでから凝固させることにより前記第１金属線及び第２金属線を含んだガラスブロックを形成する工程と、
次に前記金属線に略直交するように前記ガラスブロックをスライスする工程と、を有することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【請求項７】
蓋部ウエハを用意する工程と、
第１電極パターンと第２電極パターンを有する複数の圧電振動片が形成された圧電ウエハを用意する工程と、
第１面及び第２面に端部が露出する第１金属線及び第２金属線を有するガラスウエハを用意する工程と、
前記圧電ウエハの第１電極パターン及び第２電極パターンに対して前記ガラスウエハの第１面の第１金属線及び第２金属線の端部を重ね合わせるとともに前記蓋部ウエハを前記圧電ウエハに重ね合わせて接合する工程と、
接合された３枚のウエハを圧電デバイスの形状に切断する工程と、
を備え、
前記ガラスウエハを用意する工程が、
型内に前記第１金属線及び第２金属線を前記型内に略平行に所定の間隔で配置するとともにガラス粉末を入れる工程と、
次にこのガラス粉末を９００°Ｃ以下で溶融させて凝固させることにより前記第１金属線及び第２金属線を含んだガラスブロックを形成する工程と、
次に前記金属線に略直交するように前記ガラスブロックをスライスする工程と、を有することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記第１金属線及び第２金属線の表面には、前記ガラスウエハとの親和性を良くするためにガラス皮膜が形成されてから、前記型内に所定の間隔に配置されることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記第１金属線及び第２金属線の表面は前記ガラスウエハとの親和性を良くするために面粗さが大きくなるように加工されてから、前記型内に所定の間隔に配置されることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の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、圧電振動片のパッケージ封止において、パッケージに導通用金属線を設けたガラスウエハを用いた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】
従来、移動体通信機器やＯＡ機器等の小型軽量化及び高周波数化に伴って、それらに用いられる圧電振動子も、より一層の小型化及び高周波数化への対応が求められている。また、回路基板に表面実装が可能な圧電振動子が要求されている。
【０００３】
従来、圧電振動子はパッケージ内部に圧電振動片を収容し、圧電振動片はパッケージ内の電極部に接合されている。通常パッケージはセラミックで形成され、内部に所定の内部空間を備えている。パッケージ底部には、パッケージ内部と底部とに貫通するスルーホールが形成されており、スルーホールは高温ハンダなどで封止されている。
【０００４】
例えば、セラミックパッケージを使った封止技術には特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１では、パッケージの上端面にロウ材などの接着剤が塗布され、加熱可能なチャンバー内で上から荷重をかけながら加熱しロウ材などを溶融し、パッケージを圧着させる。そしてパッケージのスルーホールに、高温ハンダなどの封止材を載せ真空中もしくは不活性ガス中のチャンバー内で、レ−ザー光を照射して高温ハンダが溶融されることでパッケージが封止される。
【特許文献１】特開２００３−１５８４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された封止方法は、パッケージ底部に形成されたスルーホールに封止材を挿入し、レーザー光を照射して封止材を溶融しスルーホールを封止している。しかし、封止方法は１個１個の圧電振動子に対して行わなければならず量産性に問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、電気抵抗の低い金属線を所定の間隙に配置した型に、低融点ガラスを鋳込み除冷した後スライスしてガラスウエハを形成させる。このガラスウエハの金属線を、リード線として用いたガラスベースを形成し、圧電デバイスを製造する。この金属線入りガラスウエハの製造方法並びに圧電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の観点における圧電デバイスは、第１電極パターンと第２電極パターンとを有する圧電振動片と、第１面とこの反対面の第２面とを有し、圧電振動片を載置するガラスベースと、圧電振動片を封止する蓋部とを有する。そして、ガラスベースは第１面及び第２面に端部が露出する第１金属線及び第２金属線を有し、第１面に露出した第１金属線及び第２金属線の端部はそれぞれ第１電極パターン及び第２電極パターンに接続する。
ガラスベースが第１金属線及び第２金属線を有しているため、圧電振動片とガラスベースとを接続するのみで圧電デバイスが完成する。つまりスルーホールを封止する作業がなくなり、圧電デバイスが低コストで量産できる。
【０００８】
第２の観点における圧電デバイスのガラスベースは、第１金属線及び第２金属線の端部にそれぞれ接続電極を有する。
この構成により、それぞれの接続電極は第１電極パターンと第２電極パターンと接触不良など無く確実に接続できる。
【０００９】
第３の観点における圧電デバイスの第１金属線及び第２金属線の主材料は、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ステンレス（ＳＵＳ）又はコバール合金を含む。
これらの金属は比較的安価でありまた導電性もよい。
【００１０】
第４の観点における圧電デバイスにおいて、第３の観点において第１金属線及び第２金属線の表面に金（Ａｕ）層が形成されている。
これら金属線に金層が形成されることで、ガラスベースと金属線との親和性が向上するとともに導電性も向上する。さらに接続電極との接続も向上する。
【００１１】
第５の観点における圧電デバイスにおいて、第１金属線及び第２金属線の表面はガラスベースとの親和性を良くするために面粗さが大きくなるように加工されている。
金属線の表面が粗くなることにより、ガラスベースとの親和性が向上する。
【００１２】
第６の観点における圧電デバイスの製造方法は、蓋部ウエハを用意する工程と、第１電極パターンと第２電極パターンを有する複数の圧電振動片が形成された圧電ウエハを用意する工程と、第１面及び第２面に端部が露出する第１金属線及び第２金属線を有するガラスウエハを用意する工程と、圧電ウエハの第１電極パターン及び第２電極パターンに対してガラスウエハの第１面の第１金属線及び第２金属線の端部を重ね合わせるとともに蓋部ウエハを圧電ウエハに重ね合わせて接合する工程と、接合された３枚のウエハを圧電デバイスの形状に切断する工程と、を備える。
この構成によれば、これまで必要であったスルーホールを封止する作業がなくなり、且つウエハ単位で製造することができるため、圧電デバイスを低コストで量産できる。
【００１３】
第７の観点におけるガラスウエハを用意する工程は、第６の観点において、型内に第１金属線及び第２金属線を型内に略平行に所定の間隔で配置する工程と、ガラス粉末を溶融させる工程と、溶融したガラスを型内に流し込んでから凝固させることにより第１金属線及び第２金属線を含んだガラスブロックを形成する工程と、次に金属線に略直交するようにガラスブロックをスライスする工程と、を備える。
第１金属線及び第２金属線を含んだガラスブロックをスライスすることでガラスウエハが形成されるため量産性に優れている。また、ガラス粉末を溶融させてから溶融したガラスを型内に流し込む作業により、ガラスブロック内に気泡を少なくすることができる。
【００１４】
第８の観点におけるガラスウエハを用意する工程は、第６の観点において、型内に第１金属線及び第２金属線を型内に略平行に所定の間隔で配置するとともにガラス粉末を入れる工程と、次にこのガラス粉末を溶融させて凝固させることにより第１金属線及び第２金属線を含んだガラスブロックを形成する工程と、次に金属線に略直交するようにガラスブロックをスライスする工程と、を備える。
この構成では、型にガラス粉末を入れて溶融することで第１金属線及び第２金属線を含んだガラスブロックが形成される。それをスライスすることでガラスウエハが形成されるため量産性に優れている。
【００１５】
第９の観点における圧電デバイスの製造方法は、第６又は第７の観点において、第１金属線及び第２金属線の表面はガラスベースとの親和性を良くするためにガラス皮膜が形成されてから、型内に所定の間隔に配置される。
この構成により第１金属線及び第２金属線がガラスベースに強固に固定され、第１金属線及び第２金属線とガラスベースとの間に隙間ができることなく真空封止なども十分にできる。
【００１６】
第１０の観点における圧電デバイスの製造方法は、第６又は第７の観点において、  第１金属線及び第２金属線の表面はガラスベースとの親和性を良くするために面粗さが大きくなるように加工されてから、型内に所定の間隔に配置される。
この構成により第１金属線及び第２金属線がガラスベースに強固に固定され、第１金属線及び第２金属線とガラスベースとの間に隙間ができることなく真空封止なども十分にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
＜第１水晶振動子１００、第２水晶振動子１１０の概観＞
図１は、本発明の実施形態にかかる第１水晶振動子１００の概略斜視図である。
【００１８】
第１水晶振動子１００は、プリント基板などに表面実装される表面実装型の振動デバイスである。第１水晶振動子１００は、大別して、絶縁性のガラスベース４０、水晶フレーム５０及びガラスリッド６５とから構成される。水晶フレーム５０、絶縁性のガラスベース４０及びガラスリッド６５は、生産性を上げるためウエハ単位で製造される。まず、ガラスベース４０用のベース用ガラスウエハ２０について説明する。
【００１９】
＜ベース用ガラスウエハ２０の構成＞
ベース用ガラスウエハ２０について、図面を参照して説明する。
図２Ａ（ａ）は、本発明のベース用ガラスウエハ２０の概略平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図であり、（ｃ），（ｄ）及び（ｅ）は、ベース４０の金属線２３の位置を示す概略平面図である。
【００２０】
図２Ａ（ａ）において、ベース用ガラスウエハ２０には、金属線２３が所定の間隙で配置されベース用ガラスウエハ２０に埋め込まれている。金属線２３は、直径０．０５ｍｍから０．５ｍｍのニッケル（Ｎｉ）、ステンレス（ＳＵＳ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）又はコバール合金（Ｆｅ・Ｎｉ・Ｃｏ）より構成される。ベース用ガラスウエハ２０は、図３Ｂで説明するガラスブロック２５をブレードでダイシングされたものである。ベース用ガラスウエハ２０の製造方法については図３Ａ及び図３Ｂを使って後述する。
【００２１】
図２Ａ（ｂ）に示すように、ベース用ガラスウエハ２０の表面から裏面までを貫通するように金属線２３が配置されている。金属線２３は表裏面に対して直交しているが、表裏面を貫通すれば金属線２３は斜めになっていても良い。ベース用ガラスウエハ２０の厚さＤは０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ程度にダイシングソーでスライスされている。
【００２２】
図２Ａ（ｃ），（ｄ）及び（ｅ）は、１個１個に切り出されたベース４０において金属線２３がどの位置にあるかを示している。図２Ａ（ｃ）のＡ型ベース４０−１は２つの金属線をＡ型ベース４０−１の一辺に間隔を空けて配置している。（ｄ）のＢ型ベース４０−２は２つの金属線をＢ型ベース４０−２の対向する二辺に間隔を空けて配置している。（ｅ）のＣ型ベース４０−３は４つの金属線をＣ型ベース４０−３の角部に間隔を空けて配置している。これらベース４０の金属線２３は、水晶フレーム５０に形成される水晶振動片の接続電極の位置に応じて決められる。
【００２３】
図２Ｂは、複数のＡ型ベース４０−１を形成したベース用ガラスウエハ２０を示した部分平面図である。図２Ｂに示す状態は、角型のベース用ガラスウエハ２０から複数のＡ型ベース４０−１がエッチングで形成された状態を示した図である。角型のベース用ガラスウエハ２０から斜線部で示した開口領域２２が、エッチングされることによりベース４０が所定の大きさに形成されている。またＡ型ベース４０−１の中央領域にベース用凹部４７がエッチングにより形成されている。Ａ型ベース４０−１は３個１ブロックとして配置した状況を示している。なお開口領域２２を設けることなく、ダイシングソーでベース４０１個１個を切り取るようにしてもよい。
【００２４】
図２Ｂに示すように、角型のベース用ガラスウエハ２０の一角には、ベース４０の方向を特定するオリエンテーションフラット２０ｃが形成されている。ベース４０はベース用ガラスウエハ２０から切り離されず、ベース４０の一部が接続部１１でベース用ガラスウエハ２０と接続されている。このためベース４０は、１枚のベース用ガラスウエハ２０単位で取り扱うことができる。
【００２５】
＜ベース用ガラスウエハ２０の製造方法＞
次に、図２Ａ及び図２Ｂで説明したベース用ガラスウエハ２０の製造方法について説明する。
図３Ａは、ベース用ガラスウエハ２０を形成するための型７０の構成を示した図である。
図３Ａ（ａ）は、ガラスブロック２５を形成する型７０の斜視図である。
【００２６】
図３Ａ（ａ）に示す型７０は黒鉛（グラファイト）から構成され、機械加工され組み立てられる。型７０は、その一端にガラス注入口７２を備え、型７０の側面には金属線２３を通す孔７３が所定の間隙で設けられている。そして、型７０の孔７３には金属線２３が通されている。型７０の側面に形成された孔７３はＸＹ平面で同じ位置に形成されている。型７０の内寸法は、深さ１００ｍｍから１５０ｍｍ、幅２０ｍｍから５０ｍｍ、長さ１００ｍｍから１５０ｍｍである。金属線２３は、ガラスとの親和性を良くし、金属線２３とガラスが密着するよう前処理を行う。
【００２７】
金属線２３に銅線を用いる場合の前処理は、銅線を８００°Ｃ程度で焼きなましを行いヒズミの除去を行った後、ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７・１０Ｈ２Ｏ）の飽和水溶液に浸漬する。再び、９００°Ｃ前後に加熱して、銅線の表面にホウ砂ガラス（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）の被膜を形成する。
【００２８】
金属線２３にニッケル、ステンレス、鉄又はコバール合金を用いる場合の前処理は、ニッケル線、ステンレス線、鉄線又はコバール合金線の表面をサンドブラストなどにより粗削りして、表面粗さを大きくし洗浄後、ニッケル線、ステンレス線、鉄線又はコバール合金線にメッキで金層を形成する。金層を設けることによりガラスとの親和性を良くするだけでなく導電性が改善される。
【００２９】
図３Ａ（ｂ）は、前処理を行った金属線２３を、型７０の孔７３に通した（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。金属線２３を孔７３に通し終わった後、型枠外面７４に黒鉛ペーストを塗布する。金属線２３を取り付けた型７０を不図示の第１電気炉内に固定する。
【００３０】
図３Ａ（ｃ）は、（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。型７０に注入ガイド７５を取り付けた状態を示す。型７０には、溶融ガラスの注入口７２が備えられている。注入ガイド７５は、注入口７２に固定されておらず容易に取り外しができる。型７０は、第１電気炉に固定され、炉内で６５０°Ｃに予熱される。
【００３１】
本発明に使われる溶融ガラスは、ソーダホウ珪酸ガラスより成るカレットを１００％用いている。カレットとは、ガラスを溶解し、冷却後粉砕して得られたガラスクズをいう。従来、カレットは、ガラスの溶解を助けるために用いられ、溶かそうとするガラスと同一成分のカレットを、ガラスの調合物に対して２０％から５０％混合して溶解する。本発明では、ガラスの調合物を用いずソーダホウ珪酸ガラスのみからなるカレットを用いる。
【００３２】
本発明に使われるカレットの軟化温度は、６５０°Ｃ程度である。カレットの粒度は、１ｍｍから２ｍｍの大きさである。カレットに微粉が含まれると溶解時には泡を大量に巻き込みアワ切れが悪くなり、ガラスブロック２５がアワ入りガラスが形成されるおそれがあり必ずしも好結果が得られない。カレットは９００°Ｃでは完全に溶融する。カレットが９００°Ｃ以上の温度で溶融すると、銅、ニッケル、ステンレス、鉄又はコバール合金が溶融したり金属線２３が切れたりするからである。
【００３３】
カレットをルツボに入れ、不図示の第２電気炉で８００°Ｃから９００°Ｃに加熱して溶解させ、溶解後泡がなくなるのを待ち溶融ガラスを得る。溶融ガラスの入ったルツボを予熱した型７０まで運び、注入ガイド７５を介して溶融ガラスを注入口７２から静かに型７０に注ぎ込む。溶融ガラスは、図３Ａ（ｃ）の矢印方向に従い、型７０の底部から上面に向かい満たされて行く。ルツボには、磁器ルツボ及び黒鉛ルツボ並びに白金ルツボが用いられる。
【００３４】
図３Ｂは、ベース用ガラスウエハ２０を形成する概略図を示す。図３Ｂ（ａ）は、ガラスブロック２５の部分側面図であり、（ｂ）は、（ａ）をスライスしたベース用ガラスウエハ２０の側面図である。
図３Ｂ（ａ）に示したガラスブロック２５は、型７０に溶融ガラスを鋳込んだ後第１電気炉内で除冷し、完全に常温程度に冷却した後に型７０から取り出される。一点差線で描かれた線ＣＵＴに沿ってガラスブロック２５は不図示のダイシングソーでスライスされる。
【００３５】
図３Ｂ（ｂ）は、スライスした状態のベース用ガラスウエハ２０を示す。ダイシングソーでスライスされた状態のベース用ガラスウエハ２０の表裏面には切断歪及び凹凸が発生している。このため、切断歪及び凹凸の除去並びに金属線２３をベース用ガラスウエハ２０の表面に露出させるため、ベース用ガラスウエハ２０の表裏面に１００オングストロームから３００オングストローム程度のエッチングを行う。このエッチング工程でベース用ガラスウエハ２０の表面に金属線２３がきれいに露出する。
【００３６】
なお、第２電気炉でカレットを溶解させて溶融ガラスを得て、その溶融ガラスを型７０に注ぎ込んでガラスブロック２５を製作したが、型７０にカレットを入れて第１電気炉で９００°Ｃまで温度を上げてカレットを溶解させてもよい。この場合には気泡がガラスブロック２５内に残らないように留意する必要がある。またカレットの材質は、図４Ｂに示すような陽極接合を行う場合には金属イオンを混ぜる必要がある。金属線２３が溶けたり切れたりしない温度範囲でガラス溶融できるのであればガラス材質は特に問わない。
【００３７】
＜第１実施形態：水晶振動子１００の構成＞
以下、本発明の各実施形態にかかる水晶振動子１００について、図面を参照して説明する。図４Ａは、本発明の第１実施形態にかかる水晶振動子１００の概略図を示している。
図４Ａ（ａ）は、第１水晶振動子１００の構成を示す（ｃ）のＸ−Ｘ全体断面図であり、（ｂ）は第１リッド６５の内面図であり、（ｃ）は水晶フレーム５０の上面図であり、（ｄ）は第１ベース４０の上面図である。
【００３８】
図４Ａ（ａ）において、水晶振動子１００は、音叉型水晶振動片３０を備えた水晶フレーム５０を中心として、その水晶フレーム５０の下に第１ベース４０が接合され、水晶フレーム５０の上に第１リッド６５が接合されている。水晶フレーム５０は、水晶ウエハ１０から形成されエッチングにより形成された音叉型水晶振動片３０を有している。
【００３９】
図４Ａ（ｂ）に示すように、第１リッド６５は、エッチングにより形成されたリッド用凹部６７を水晶フレーム５０側の片面に備えている。また第１リッド６５は、パイレックス（登録商標）ガラス、ホウ珪酸ガラス、又はソーダガラス（以後リッド用ガラスウエハ６０と呼ぶ）で形成される。
【００４０】
図４Ａ（ｃ）に示すように、水晶フレーム５０はその中央部にいわゆる音叉型水晶振動片３０と外側に外枠部５１とを有しており、音叉型水晶振動片３０と外枠部５１との間には空間部５２が形成されている。音叉型水晶振動片３０の外形を規定する空間部５２は水晶エッチングにより形成されている。音叉型水晶振動片３０は、基部３２と基部から伸びる一対の振動腕３１とを有している。基部３２と外枠部５１とは一体に形成されている。基部３２及び外枠部５１の第１主面に第１基部電極３３と第２基部電極３４とが形成され、第２主面にも同様に第１基部電極３３と第２基部電極３４とが形成されている。
【００４１】
水晶振動片３０は、第１主面及び第２主面に第１励振電極３５及び第２励振電極３６が形成されており、第１励振電極３５は、基部３２及び外枠部５１に形成された第１基部電極３３につながっており、第２励振電極３６は、基部３２及び外枠部５１に形成された第２基部電極３４につながっている。また、音叉型水晶振動片３０の振動腕３１の先端には、錘部３７及び錘部３８が形成されている。第１基部電極３３及び第２基部電極３４、第１励振電極３５及び第２励振電極３６並びに錘部３７及び錘部３８は、同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。これらに電圧が加えられると音叉型水晶振動片３０は所定の周波数で振動する。錘部３７及び錘部３８は音叉型水晶振動片３０の振動腕３１が振動し易くなるため錘であり且つ周波数調整のために設けられる。
【００４２】
外枠部５１の表面及び裏面に金属膜５３を備える。金属膜５３は、スパッタリングもしくは真空蒸着などの手法により形成する。金属膜５３はアルミニュウム（Ａｌ）層より成り、アルミニュウム層の厚みは１０００オングストローム〜１５００オングストローム程度とする。
【００４３】
図４Ａ（ｄ）に示すように、第１ベース４０はエッチングによりベース用ガラスウエハ２０に第１ベース４０を形成すると同時に、ベース用凹部４７及び段差部４９が形成される。エッチングにより２本の金属線２３がベース用ガラスウエハ２０の表面に突き出ている。突き出た２本の金属線２３の箇所には、第１接続電極４２及び第２接続電極４４が形成されている。２本の金属線２３が突き出ているため第１接続電極４２及び第２接続電極４４との接続が容易になる。
【００４４】
第１接続電極４２は水晶振動片３０の第１基部電極３３に、第２接続電極４４は水晶振動片３０の第２基部電極３４にそれぞれ重なり合うように当接する。第１接続電極４２及び第２接続電極４４と第１基部電極３３及び第２基部電極３４とが重なり合うため、外枠部５１の水晶部分とガラスベース４０の表面とには、それら電極の厚み分だけ隙間ができる。隙間を小さくするために、第１接続電極４２及び第２接続電極４４は、ガラスベース４０の表面よりも数百オングストロ−ム低い段差部４９に形成されている。
【００４５】
第１ベース４０の第１接続電極４２及び第２接続電極４４は、フォトリソグラフィ工程で作成される。第１ベース４０は、その底面にメタライジングされた第１外部電極４５及び第２外部電極４６を備える。第１接続電極４２は金属線２３を通じて第１ベース４０の底面に設けた第１外部電極４５に接続する。第２接続電極４４は金属線２３を通じてベース４０の底面に設けた第２外部電極４６に接続する。
【００４６】
図４Ｂは、パッケージ接合に陽極接合を行う概略断面図を示す。第１リッド６５及び第１ベース４０は、パイレックス（登録商標）ガラス、ホウ珪酸ガラス又はソーダガラスなどを材料としており、これらはナトリウムイオンなどの金属イオンを含有するガラスである。水晶フレーム５０の外枠部５１は、表面及び裏面に金属膜５３を備え、金属膜はアルミニュウムで形成されている。音叉型水晶振動片３０を備えた水晶フレーム５０を中心として、リッド用凹部６７を備えた第１リッド６５及びベース用凹部４７を備えた第１ベース４０を重ねる。なお、金属膜５３はアルミニュウム以外に、下地のクロム層に金層を重ねた金属膜であってもよい。
【００４７】
そして、真空中あるいは不活性ガス中で、２００°Ｃから４００°Ｃに加熱しながら加圧し、第１リッド６５の上面及び第１ベース４０の下面をマイナス電位に、外枠部５１の表面及び裏面の金属膜５３をプラス電位にして、直流電源９０を用いて４００Ｖの直流電圧を１０分間印加して陽極接合技術により接合し、パッケージ８０内が真空になった又は不活性ガスで満たされた水晶振動子１００が形成される。陽極接合の際に、第１基部電極３３及び第２基部電極３４と第１接続電極４２及び第２接続電極４４ともしっかりと結合する。
【００４８】
ところで、陽極接合は、接合界面にある金属が酸化されるという化学反応により成立する。陽極接合させるときには、金属膜を陽極としガラス部材の接合面に対向する面に陰極を配置し、これらの間に電界を印加する。このことにより、ガラスに含まれているナトリウムなどの金属イオンが陰極側に移動し、この結果接合界面においてガラス部材に接触している金属膜が酸化され、両者が接続した状態が得られる。なお、本実施形態では、Ａｌなどの所定の金属と所定の誘電体を接触させて加熱（２００°Ｃ〜４００°Ｃ程度）し、５００Ｖ〜１ｋＶ程度の電圧を印加して、金属とガラスとを界面で化学結合させている。
【００４９】
＜第２実施形態：水晶振動子１１０の構成＞
以下、本発明の各実施形態にかかる水晶振動子１１０について、図面を参照して説明する。図５は、本発明の第２実施形態にかかる水晶振動子１１０の概略図を示している。
図５（ａ）は、第２水晶振動子１１０の構成を示す（ｃ）のＸ−Ｘ全体断面図であり、（ｂ）は、第２リッド６５’の内面図であり、（ｃ）は、水晶フレーム５０の上面図であり、（ｄ）は、第２ベース４０’の上面図である。
【００５０】
図５（ａ）において、水晶振動子１１０は、音叉型水晶振動片３０を備えた水晶フレーム５０を中心として、その水晶フレーム５０の下に第２ベース４０’が接合され、水晶フレーム５０の上に第２リッド６５’が接合されている。
【００５１】
図５（ｂ）に示すように、第２リッド６５’は、水晶フレーム５０側の片面にエッチングにより形成されたリッド用凹部６７’を備えている。また第２リッド６５’は、水晶フレーム５０の外枠部５１に形成した金属膜５３（例えば下地はクロム層、表面は金層）と同様な形状の金属膜６８を第２リッド６５’の内面に形成する。なお、第２リッド６５’もパイレックス（登録商標）ガラス、ホウ珪酸ガラス又はソーダガラスなどのリッド用ガラスウエハ６０から形成される。
【００５２】
図５（ｃ）に示すように、水晶フレーム５０はその中央部にいわゆる音叉型水晶振動片３０と外側に外枠部５１とを有しており、音叉型水晶振動片３０と外枠部５１との間には空間部５２が形成されている。図４Ａ（ｃ）で説明した構造と電極を備え、名称符号も同一であるので以下説明を省略する。
【００５３】
外枠部５１の表面及び裏面に金属膜５３を備える。金属膜５３は、スパッタリングもしくは真空蒸着などの手法により形成する。金属膜５３は、下地としてクロム(Ｃｒ)、ニッケル(Ｎｉ)、又はチタン(Ｔｉ)などを使用する。この実施形態では、クロム層の上に金層(Ａｕ)を重ねた金属膜を使用する。クロム層の厚みは５００オングストローム〜１５００オングストローム、金層の厚みは５００オングストローム〜１５００オングストローム程度とする。
【００５４】
図５（ｄ）に示すように、第２ベース４０’は、ベース用ガラスウエハ２０から形成され、エッチングにより形成されたベース用凹部４７’を水晶フレーム５０側の片面に有している。エッチングにより２本の金属線２３’がベース用ガラスウエハ２０の表面に突き出ている。突き出た２本の金属線２３’の箇所には、第１接続電極４２’及び第２接続電極４４’が形成されている。２本の金属線２３’が突き出ているため第１接続電極４２’及び第２接続電極４４’との接続が容易になる。
【００５５】
また、第２ベース４０’には、水晶フレーム５０の外枠部５１の裏面に形成した金属膜５３と同様な形状の金属膜４８が形成されている。
【００５６】
第１接続電極４２’は水晶振動片３０の第１基部電極３３に、第２接続電極４４’は水晶振動片３０の第２基部電極３４にそれぞれ重なり合うように当接する。第１接続電極４２’及び第２接続電極４４’と第１基部電極３３及び第２基部電極３４とが重なり合うため、外枠部５１の水晶部分と第２ベース４０’の表面とには、それら電極の厚み分だけ隙間ができる。隙間を小さくするために、第１接続電極４２’及び第２接続電極４４’は、ガラスベース４０の表面よりも数百オングストロ−ム低い段差部４９に形成されている。
【００５７】
第２リッド６５’の金層と水晶フレーム５０の外枠部５１の表面に形成した金属膜５３の金層とを重ね、第２ベース４０’の金層と水晶フレーム５０の外枠部５１の裏面に形成した金属膜５３の金層とを重ね合わせる。そして、真空中又は不活性ガス中の高温槽で３５０°Ｃ前後の温度の中で加圧すれば、金層同士が接着し強固に結合が行われる。これにより、パッケージ８０内が真空になった又は不活性ガスで満たされた水晶振動子１１０が形成される。
【００５８】
第２ベース４０’と水晶フレーム５０とが接合すると同時に、外枠部５１の第２主面に形成された第１基部電極３３及び第２基部電極３４は、第２ベース４０’の表面の第１接続電極４２’及び第２接続電極４４’に接続する。
【００５９】
＜水晶フレーム５０及び音叉型水晶振動片３０の製造工程＞
図６Ａは、音叉型水晶振動片３０を形成した水晶ウエハ１０を示した概略斜視図である。図６Ａに示す状態は、角形の水晶ウエハ１０から音叉型水晶振動片３０及び水晶フレーム５０をエッチングで同時に形成した状態を示した図である。角形の水晶ウエハ１０から斜線部で示した開口領域１２及び空間部５２がエッチングされることにより音叉型水晶振動片３０及び水晶フレーム５０が所定の大きさに形成されている。音叉型水晶振動片３０及び水晶フレーム５０を３個１ブロックとして、１５ブロック配置した状況を示している。角形の水晶ウエハ１０は、軸方向が特定できるように、水晶ウエハ１０の周辺部１０ｅの一部には、水晶の結晶方向を特定するオリエンテーションフラット１０ｃが形成されている。なお、説明の都合上水晶ウエハ１０には４５個の音叉型水晶振動片３０が描かれているが、実際には水晶ウエハ１０に数百数千もの音叉型水晶振動片３０が形成される。
【００６０】
図６Ａにおいて、音叉型水晶振動片３０及び、水晶フレーム５０は、完全に水晶ウエハ１０から切り離されず、水晶フレーム５０の一部が角形の水晶ウエハ１０と接続されている。このため、一つ一つの水晶フレーム５０を処理することなく、１枚の水晶ウエハ１０単位で取り扱うことができる。
【００６１】
図６Ｂは、音叉型水晶振動片３０及び水晶フレーム５０の１ブロックを拡大した平面図である。角形の水晶ウエハ１０から斜線部の開口領域１２がエッチングされることにより水晶フレーム５０が所定の大きさに形成されている。水晶フレーム５０の外周の一部分には連結部１１が形成されている。連結部１１は、角形の水晶ウエハ１０と水晶フレーム５０とを連結して、複数の水晶フレーム５０を角形の水晶ウエハ１０単位で同時に扱うことができるようにしている。水晶振動片３０の外形を規定する空間部５２（斜線部）は、開口領域１２と同時にエッチングにより形成されている。
【００６２】
また、水晶ウエハ１０単位で、水晶振動片３０には第１基部電極３３及び第２基部電極３４、第１励振電極３５及び第２励振電極３６並びに錘部３７及び錘部３８が形成される。基部３２から突出した一対の振動腕３１には溝部３９が形成されている。この溝部３９にも第１励振電極３５及び第２励振電極３６が形成され、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値が低くなるように形成されている。
【００６３】
音叉型水晶振動片３０の第１基部電極３３及び第２基部電極３４、第１励振電極３５及び第２励振電極３６並びに錘部３７及び錘部３８は、スパッタリングもしくは真空蒸着をして金属膜を形成しフォトリソグラフィ工程を経て作成される。具体的には、基部電極は、下地としてクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）又はチタン（Ｔｉ）などをスパッタリングで形成し、その上に金層（Ａｕ）又は銀層（Ａｇ）を重ねた金属膜を使用する。本実施形態では、第１基部電極３３及び第２基部電極３４並びに第１励振電極３５及び第２励振電極３６は、クロム層の厚みが５００オングストローム〜１０００オングストローム、金層の厚みが５００オングストローム〜１０００オングストローム、全体の厚みが１５００オングストローム〜２０００オングストローム程度になるよう作成される。
【００６４】
＜水晶振動子１００の製造工程＞
図７は、第１リッド６５が形成されたリッド用ガラスウエハ６０と、音叉型水晶振動片３０及び水晶フレーム５０が形成された水晶ウエハ１０と、第１ベース４０が形成されたベース用ガラスウエハ２０とを重ね合わせる前の図である。第１リッド６５も第１ベース４０も連結部１１でリッド用ガラスウエハ６０およびベース用ガラスウエハ２０に接続された状態である。
【００６５】
重ね合わせる際には、すでに第１リッド６５のリッド用凹部６７はエッチングで形成されている。また、第１ベース４０のリッド用凹部４７がエッチングで形成されており、さらに第１接続電極４２及び第２接続電極４４も形成されている。また、図６Ａ及び図６Ｂで説明したように、音叉型水晶振動片３０には第１基部電極３３及び第２基部電極３４並びに第１励振電極３５及び第２励振電極３６が形成されている。
【００６６】
リッド用ガラスウエハ６０及びベース用ガラスウエハ２０並びに水晶ウエハ１０の大きさは、例えば一辺が４インチでありオリエンテーションフラット６０ｃ，２０ｃ（図２Ｂ参照）及び１０ｃ（図６Ａ）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。重ね合わされた３枚のウエハは、真空中あるいは不活性ガス中で陽極接合される。陽極接合の際に、第１基部電極３３及び第２基部電極３４と第１接続電極４２及び第２接続電極４４ともしっかりと結合する。
【００６７】
リッド用ガラスウエハ６０及びベース用ガラスウエハ２０並びに水晶ウエハ１０の３枚が重ね合わされた状態で、共通する連結部１１を折ることで水晶振動子１００が完成する。いわゆるパッケージングと電極の結合とが同時に行うことができ、またウエハ単位で製造できるため、生産性を向上させることができる。
なお、第２実施形態の水晶振動子１１０についてもウエハ単位で製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上、本発明の好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上記各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。
また、上記説明では音叉型水晶振動片３０を説明したが、ＡＴ振動片にもＳＡＷ素子であっても本発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】第１実施形態の第１水晶振動子１００又は第２実施形態の第２水晶振動子１１０の外観斜視図である。
【図２Ａ】（ａ）は、ベース用ガラスウエハ２０の概略平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図であり、（ｃ），（ｄ）及び（ｅ）は、ベース４０の金属線２３の位置を示す概略平面図である。
【図２Ｂ】ベース４０を形成したベース用ガラスウエハ２０を示した部分平面図である。
【図３Ａ】ベース用ガラスウエハ２０を形成する型７０の構成を示す概略図である。（ａ）は、ガラスブロック２５を形成する型７０の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図３Ｂ】ベース用ガラスウエハ２０を形成する概略図を示す。（ａ）は、ガラスブロック２５の部分側面図であり、（ｂ）は、（ａ）をスライスしたベース用ガラスウエハ２０の側面図である。
【図４Ａ】第１実施形態にかかる第１水晶振動子１００の概略断面図である。
【図４Ｂ】陽極接合を行う概略断面図である。
【図５】第２実施形態にかかる水晶振動子１１０の概略断面図である。
【図６Ａ】音叉型水晶振動片３０を備える水晶フレーム５０を形成した水晶ウエハ１０を示す概略斜視図である。
【図６Ｂ】水晶ウエハ１０における水晶フレーム５０の一部を拡大した概略平面図である。
【図７】第１リッド６５が形成されたリッド用ガラスウエハ６０と、音叉型水晶振動片３０及び水晶フレーム５０が形成された水晶ウエハ１０と、第１ベース４０が形成されたベース用ガラスウエハ２０とを重ね合わせる斜視図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０  ……  水晶ウエハ
１１  ……  連結部
１２，２２，６２  ……  開口部
２０  ……  ベース用ガラスウエハ
２３、２３’  ……  金属線
２５  ……  ガラスブロック
３０  ……  音叉型水晶振動片
３１  ……  振動腕
３２  ……  基部
３３，３４  ……  基部電極
３５，３６  ……   励振電極
３７，３８  ……  錘部
４０，４０’  ……  ベース
４２，４４，４２’，４４’  ……  接続電極
４５，４６，４５’，４６’  ……  外部電極
４７，４７’  ……  ベース用凹部
４８，５３，６８  ……  金属膜
４９，４９’  ……  段差部
５０  ……  水晶フレーム
５１  ……  外枠部
５２  ……  開口部
６０  ……  リッド用ガラスウエハ
６５，６５’  ……  リッド
６７，６７’  ……  リッド用凹部
７０  ……  型
７２  ……  注入口
７３  ……  孔
７４  ……  型側面
７５  ……  注入ガイド
８０，８０’  ……  パッケージ
９０  ……  直流電源
１００，１１０  ……  第１水晶振動子、第２水晶振動子
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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