(57)【要約】【課題】複数の基板を重ね合わせて接合してなる積層構造において、接合材の接合面からのはみ出しを防止す積層体、これを備えた電子デバイス、圧電デバイス、これを備えた圧電モジュール、電子機器及び積層体の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】圧力センサー１は、積層して接合材４０で接合される感圧素子層１０、ダイアフラム層２０、ベース層３０を備え、感圧素子層１０の枠部１０８には溝部１０２ａ，１０２ｂが形成され、ダイアフラム層２０の他方の主面側の枠部２０６には溝部２０８が形成され、ベース層３０の一方の主面側の枠部３０４には溝部３０６が形成されている。溝部２０８は溝部１０２ａと互いに対向しないように位置をずらして配置され、溝部３０６は溝部１０２ｂと互いに対向しないように位置をずらして配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの基板を接合材により接合して積層され、
前記２つの基板の各接合面には接合材が流入するための少なくとも１つの溝部が配置され、
前記２つの基板のうち一方の基板の接合面に設けられた溝部と、他方の基板の接合面に設けられた溝部とが、互いに対向しないように位置をずらして配置されていることを特徴とする積層体。
【請求項２】
前記接合面の少なくとも一部は他の面よりも表面の粗さが粗いことを特徴とする請求項１に記載の積層体。
【請求項３】
前記溝部の内壁の表面の少なくとも一部は他の面よりも表面の粗さが粗いことを特徴とする請求項１又は２に記載の積層体。
【請求項４】
請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の積層体を備えた電子デバイス。
【請求項５】
振動部と、当該振動部の外周に配置された枠部と、を連結してなる圧電振動基板と、
前記圧電振動基板の前記枠部の一方の主面と接合材により接合される第１基板と、
前記圧電振動基板の前記枠部の他方の主面と前記接合材により接合される第２基板と、を備えた圧電デバイスであって、
前記枠部の前記一方の主面には、当該枠部に沿って第１の溝部が設けられ、
前記第１基板の前記枠部と対向する第１の領域には、当該第１の領域に沿って第２の溝部が設けられ、
前記第１の溝部と、前記第２の溝部とは、互いに対向しないようにずらして配置され、
前記枠部の前記他方の主面には、当該枠部に沿って第３の溝部が設けられ、
前記第２基板の前記枠部と対向する第２の領域には、当該第２の領域に沿って第４の溝部が設けられ、
前記第３の溝部と、前記第４の溝部とは、互いに対向しないようにずらして配置されている、
ことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項６】
前記振動部が、屈曲振動若しくは厚みすべり振動をす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７】
前記第１基板は、可撓性を有する可撓部を備えたダイアフラムであり、
前記圧電振動基板の振動部は、少なくとも一以上の柱状ビームからなる振動素子であり、
前記ダイアフラムの可撓部には、前記振動素子の両端に位置する一対の基部を夫々支持する支持部が設けられている
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の圧電デバイス。
【請求項８】
請求項５乃至７のうち何れか一項に記載の圧電デバイスが実装基板に実装されていることを特徴とする圧電モジュール。
【請求項９】
前記振動部に電気的に接続された回路を備えることを特徴とする請求項８に記載の圧電モジュール。
【請求項１０】
請求項５乃至７のうちいずれか一項に記載の圧電デバイスを備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１１】
少なくとも２つの基板を接合して積層される積層体の製造方法であって、
前記２つの基板が接合されるそれぞれの接合面に、互いに対向しないようにずらして、第１の溝部及び第２の溝部をそれぞれ形成する溝部形成工程と、
前記２つの基板の前記接合面を接合材で接合する接合工程と
を備えたことを特徴とする積層体の製造方法。
【請求項１２】
前記溝部形成工程の後に、前記接合面の少なくとも一部にブラスト加工を施す工程を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の積層体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の基板を接合材を用いて接合してなる積層体、これを備えた電子デバイス、圧電デバイス、これを備えた圧電モジュール、電子機器及び積層構造の製造方法に関し、特に、接合部からの前記接合材のはみ出しや溢れ出しを防止すると共に、接合強度を大きくした積層体、これを備えた電子デバイス、圧電デバイス、これを備えた圧電モジュール、電子機器及び積層体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力センサーや、半導体等を搭載したパッケージ等の電子デバイスは、２つ以上の部材を積層した積層構造を有している（特許文献１、２参照）。各部材は接合材で接合されるが、接合材は接合時に流動性を有しているため、接合材が２つの部材の接合部からはみ出したり溢れ出したりすることにより、ショートが発生したり感度劣化や特性のばらつきが生じて、性能が低下することが問題となっていた。
【０００３】
このような問題を解決するための技術として、従来においては次のようなものが存在する。特許文献３には、中間層である水晶振動子の枠部を上下のケースで狭持し、接合材で接合してなる３層構造型水晶振動子において、前記接合材が中間層の前記枠部からのはみ出しにより、中間層の枠部の上下でショートしてしまうという問題を解決するために、中間層の枠部の外形を、外側、内側ともに、前記上下のケースの外形よりも張り出すことにより、前記ショートを防止することを可能とする構造が開示されている。
【０００４】
また、特許文献４には、チップを搭載する凹部を有するセラミック製容器とセラミック製蓋の少なくともどちらか一方の接合面に溝を設け、溝の外側の双方の接合面に半田メタライズを形成することにより、溶融半田を溝に留めおいて前記凹部内への半田の流出（はみ出し）を防止したセラミックパッケージが開示されている。
【０００５】
また、特許文献５には、圧力センサーに関し、ダイアフラム及びケースそれぞれの接合面の対向する位置に余剰の接合材が流入する溝部を設けることが開示されている。これにより、圧力センサーのダイアフラムとケースとをエポキシ系等の接着剤や低融点ガラス等の接合材を用いて互いに接合する場合、これらの接合箇所から接合材が流れ出し、凹部の底面に流れ込んでしまい、測定対象となる圧力を受けて湾曲可能となっている受圧部の可動条件が変化し、圧力センサーの感度劣化や特性のばらつきが生じてしまうという問題を解消するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３２７９２２号
【特許文献２】特開２００８−２４１２８７号
【特許文献３】特開昭５６−０６１８２号
【特許文献４】特開昭５３−７１７２号
【特許文献５】特開２００８−２６７８９６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献４においてセラミック製容器とセラミック製蓋の双方の部材に溝を設ける際にこれらの溝を対向する位置に設けた場合、又は特許文献５に記載されているように溝をダイアフラム及びケースのそれぞれの接合面の対向する位置に設けた場合には、次のような問題点がある。すなわち、２つの部材の接合時に２つの部材を重ね合わせて、流動性を有する接合材を２つの部材の間に挟み込んだ場合、上下に対向するように夫々の部材に配置された２つの溝においては、当該２つの溝の付近に存在する接合材は双方の溝に流れ込もうとするため、各溝に対して接合材を押し込む力が分散されることによって前記押し込む力が不足するという問題が生じる。さらに、前記２つの溝の中を完全に充填するだけの接合材が前記２つの溝の付近に存在しない場合には、前記溝の中に前記接合材が十分に充填されないので、２つの部材を接合する接合強度を十分に確保できないといった問題が生じる。これらの要因によって、各溝に接合材が十分に流入することができず、接合面に溝を複数設けたにもかかわらず、接合材の接合面からのはみ出しを完全には防げないという問題や、接合強度を確保できないという問題があった。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、複数の基板を重ね合わせて接合してなる積層体において、接合材の接合面からのはみ出しを防止する積層体、これを備えた電子デバイス、圧電デバイス、これを備えた圧電モジュール、電子機器及び積層体の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
また、複数の基板を重ね合わせて接合してなる積層体において、接合強度を大きくした積層体、これを備えた電子デバイス、圧電デバイス、これを備えた圧電モジュール、電子機器及び積層体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】
【００１０】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］少なくとも２つの基板を接合材により接合して積層され、前記２つの基板の各接合面には接合材が流入するための少なくとも１つの溝部が配置され、前記２つの基板のうち一方の基板の接合面に設けられた溝部と、他方の基板の接合面に設けられた溝部とが、互いに対向しないように位置をずらして配置されていることを特徴とする積層体。
本発明によれば、２つの基板のうち一方の基板の接合面に設けられた溝部と、他方の基板の接合面に設けられた溝部とが、互いに対向しないように位置をずらして配置されているため、接合材を各溝部に十分充填することができ、接合材の接合面からのはみ出しを防止することができる。
【００１１】
［適用例２］前記接合面の少なくとも一部は他の面よりも表面の粗さが粗いことを特徴とする適用例１に記載の積層体。
本発明によれば、接合面の表面積を大きくすることができるため、接合強度を大きくすることができる。
【００１２】
［適用例３］前記溝部の内壁の表面の少なくとも一部は他の面よりも表面の粗さが粗いことを特徴とする適用例１又は２に記載の積層構造。
本発明によれば、溝部の内壁の表面に細かな凹凸ができるので、当該凹凸の表面の面積分だけ表面積を大きくすることができるため、接合強度を大きくすることができる。
【００１３】
［適用例４］適用例１乃至３の何れか一例に記載の積層体を備えた電子デバイス。
本発明によれば、接合面からの接合材のはみ出しを防止することができるため、接合材のはみ出しによる特性劣化が生じなくなり、特性のよい電子デバイスを提供することができる。
【００１４】
［適用例５］振動部と、当該振動部の外周に配置された枠部と、を連結してなる圧電振動基板と、前記圧電振動基板の前記枠部の一方の主面と接合材により接合される第１基板と、前記圧電振動基板の前記枠部の他方の主面と前記接合材により接合される第２基板と、を備えた圧電デバイスであって、前記枠部の前記一方の主面には、当該枠部に沿って第１の溝部が設けられ、前記第１基板の前記枠部と対向する第１の領域には、当該第１の領域に沿って第２の溝部が設けられ、前記第１の溝部と、前記第２の溝部とは、互いに対向しないようにずらして配置され、前記枠部の前記他方の主面には、当該枠部に沿って第３の溝部が設けられ、前記第２基板の前記枠部と対向する第２の領域には、当該第２の領域に沿って第４の溝部が設けられ、前記第３の溝部と、前記第４の溝部とは、互いに対向しないようにずらして配置されている、ことを特徴とする圧電デバイス。
本発明によれば、前記第１の溝部と前記第２の溝部とは、互いに対向しないようにずらして配置され、前記第３の溝部と前記第４の溝部とは、互いに対向しないようにずらして配置されているため、接合材を各溝部に十分充填することができ、接合材の接合面からのはみ出しを防止することができる。
【００１５】
［適用例６］前記振動部が、屈曲振動若しくは厚みすべり振動をすることを特徴とする適用例１に記載の圧電デバイス。
本発明によれば、振動部は屈曲振動若しくは厚みすべり振動をすることにより、所定の共振周波数を出力することができる。
【００１６】
［適用例７］前記第１基板は、可撓性を有する可撓部を備えたダイアフラムであり、前記圧電振動基板の振動部は、少なくとも一以上の柱状ビームからなる振動素子であり、前記ダイアフラムの可撓部には、前記振動素子の両端に位置する一対の基部を夫々支持する支持部が設けられていることを特徴とする適用例５又は６に記載の圧電デバイス。
本発明によれば、振動部が１本の柱状ビームからなる場合は高い感度を有する振動部とすることができ、振動部が２本以上の柱状ビームからなる場合は振動漏れを抑制したＱ値の高い振動部とすることができる。
【００１７】
［適用例８］適用例５乃至７のうち何れか一例に記載の圧電デバイスが実装基板に実装されていることを特徴とする圧電モジュール。
［適用例９］前記振動部に電気的に接続された回路を備えることを特徴とする適用例８に記載の圧電モジュール。
［請求項１０］適用例５乃至７のうちいずれか一例に記載の圧電デバイスを備えることを特徴とする電子機器。
【００１８】
［適用例１１］少なくとも２つの基板を接合して積層される積層体の製造方法であって、前記２つの基板が接合されるそれぞれの接合面に、互いに対向しないようにずらして、第１の溝部及び第２の溝部をそれぞれ形成する溝部形成工程と、前記２つの基板の前記接合面を接合材で接合する接合工程とを備えたことを特徴とする積層体の製造方法。
本発明によれば、２つの基板が接合されるそれぞれの接合面に、互いに対向しないようにずらして、第１の溝部及び第２の溝部をそれぞれ形成し、前記２つの基板の前記接合面を接合材で接合するため、接合材を各溝部に十分充填することができ、接合材のはみ出しを防止することができる。
【００１９】
［適用例１２］前記溝部形成工程の後に、前記接合面の少なくとも一部にブラスト加工を施す工程を備えたことを特徴とする適用例１１に記載の積層体の製造方法。
本発明によれば、接合面の表面積を大きくすることができるため、接合強度を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る圧力センサーの断面図である。
【図２】同実施形態に係る圧力センサーの斜視展開図である。
【図３】同実施形態に係る感圧素子層の平面図である。
【図４】同実施形態に係る圧力センサーの製造方法の工程図である。
【図５】変形例に係る感圧素子層とダイアフラム層との接合面に形成された溝部の断面形状を示す図である。
【図６】変形例に係る感圧素子層とダイアフラム層との接合面に形成された溝部の断面形状を示す図である。
【図７】変形例に係る感圧素子層とダイアフラム層との接合面に形成された溝部の断面形状を示す図である。
【図８】変形例に係る圧力センサーの斜視図である。
【図９】本発明の圧力センサーの振動部として１つの柱状ビームを用いた場合の感圧素子層の平面図である。
【図１０】本発明の圧力センサーの振動部としてＡＴカット振動子を用いた場合の、感圧素子層、各マザーウェーハ、及び圧力センサーの斜視図である。
【図１１】本発明に係る圧電デバイスの圧電振動基板の振動部が音叉振動子である場合の圧電デバイスの分解斜視図及び圧電振動基板の裏面図である。
【図１２】本発明に係る圧電デバイスの圧電振動基板の振動部がＡＴカット水晶振動子である場合の圧電デバイスの分解斜視図及び圧電振動基板の裏面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る電子デバイスを圧力センサーに適用した場合の実施形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。図１は本実施形態に係る圧力センサー１の断面図であり、図２は圧力センサー１の分解斜視図である。これらの図に示すように、圧力センサー１は、感圧素子層（「圧電振動基板」に対応）１０と、感圧素子１０の一方の主面側及び他方の主面側それぞれを気密封止するように覆うダイアフラム層（「第１基板」に対応）２０及びベース層（「第２基板」に対応）３０と、を備えている。各層１０、２０、３０は、それぞれ水晶板で形成されている。また、各層１０、２０、３０は、平面形状が矩形で、同一サイズであり、平面視において矩形の輪郭が互いに一致するように積層されている。
【００２２】
図３は感圧素子層１０の平面図である。図２及び図３に示すように、感圧素子層１０は、中央に感圧素子としての双音叉素子１０６と、その周囲を囲む枠型の枠部１０８とを有している。双音叉素子１０６は、振動部としての一対の平行な柱状ビーム１６ａ，１６ｂと、両柱状ビーム１６ａ，１６ｂの両端に接続される一対の基部１６ｃとを有している。双音叉素子１０６は屈曲振動をする振動素子であるとともに、柱状ビーム１６ａ，１６ｂに引張応力又は圧縮応力が印加されると、その共振周波数が変化する周波数変化型の感圧素子であり、所謂、双音叉型の圧電振動子である。
【００２３】
枠部１０８は、各基部１６ｃから柱状ビーム１６ａ，１６ｂと直交する方向に延びる一対の梁状の梁部１１０ａ，１１０ｂを介して双音叉素子１０６と連結されている。
枠部１０８の一方の主面と他方の主面それぞれには枠に沿って溝部１０２ａ，１０２ｂ（「第１の溝部」，「第３の溝部」に対応）が形成されている。但し、溝部１０２ａ，１０２ｂは、後述する引出電極（リード電極）１１６ａ，１１６ｂが設けられている領域と重ならないように形成されている。この溝部１０２ａ，１０２ｂは、感圧素子層１０をダイアフラム層２０と接合するときに、余剰の接合材４０を流入させるためのものである。
【００２４】
双音叉素子１０６の各柱状ビーム１６ａ，１６ａには、各々の表、裏面と両側面に、図３に示すように励振電極１１２が設けられ、双音叉素子１０６の基部１６ｃには当該励振電極１１２と電気的に接続された第１の入出力電極１１４ａ、第２の入出力電極１１４ｂが設けられている。前記第１、第２の入出力電極１１４ａ，１１４ｂには夫々、引出電極１１６ａ，１１６ｂが接続されており、当該引出電極１１６ａ，１１６ｂは梁部１１０ａ，１１０ｂを介して枠部１０８に各々引き出されている。
【００２５】
ダイアフラム層２０は、図１、２に示すように、一方の主面側に被測定圧力を受圧する受圧面２０４を有している。受圧面２０４は可撓性を有する可撓部であり、外部からの被測定圧力を受圧すると撓み変形する。受圧面２０４の周縁には環状の枠部２０６が形成されており、当該枠部２０６は感圧素子層１０の枠部１０８と対向するように配置されている。
【００２６】
ダイアフラム層２０の他方の主面側であって受圧面２０４の裏側となる密閉側の主面には、双音叉素子１０６の一対の基部１６ｃを固定し、受圧面２０４の撓み変形により受圧面２０４で受圧した被測定圧力を力に変換して双音叉素子１０６に伝達するための一対の支持部２１０が設けられている。
【００２７】
ダイアフラム層２０の一対の支持部２１０と双音叉素子１０６の一対の基部１６ｃ、及びダイアフラム層２０における他方の主面側の枠部（「第１の領域」に対応）２０６と感圧素子層１０における一方の主面側の枠部１０８とは、接合材４０を介して接合される。接合材４０としては、例えば、低融点ガラス、金属材料、接着剤等を用いることができるが、本実施形態では一実施形態として低融点ガラスを用いている。
【００２８】
ダイアフラム層２０における他方の主面側の枠部２０６には、当該枠部２０６に沿って溝部（「第２の溝部」に対応）２０８が形成されている。この溝部２０８は、ダイアフラム層２０を感圧素子層１０と接合するときに余剰の接合材４０を溝部２０８の内部に流入させるためのものである。
【００２９】
ベース層３０は、双音叉素子１０６を収容する内部空間Ｓを密封するための基板である。ベース層３０は、感圧素子層１０における他方の主面側を覆うように配置されている。ベース層３０の一方の主面側の主面中央には、内部空間Ｓを形成するための凹部３０２が形成されている。凹部３０２を囲んで環状の枠部３０４が設けられている。当該枠部３０４は感圧素子層１０の枠部１０８と対向するように配置されている。
【００３０】
ベース層３０における一方の主面側の枠部（「第２の領域」に対応）３０４は、感圧素子層１０における他方の主面側の枠部１０８と接合材４０を介して接合される。ベース層３０における一方の主面側の枠部３０４には、当該枠に沿って溝部（「第４の溝部」に対応）３０６が形成されている。この溝部３０６は、ベース層３０を感圧素子層１０と接合するときに、余剰の接合材４０を溝部３０６の内部に流入させるためのものである。
【００３１】
ベース層３０の中央部には、厚さ方向に貫通する封止孔３０８が設けられている。この封止孔３０８は、内部空間Ｓを真空にするために用いられる。
なお、図示されていないが、ベース層３０の外部に露出した面には電極端子が設けられており、この電極端子は図示しない導電パターンを介して双音叉素子１０６との間で信号の入出力を行う。
【００３２】
ここで、本実施形態においては、感圧素子層１０の一方の主面側とダイアフラム層２０の他方の主面側とを平面視において各層１０、２０の矩形の輪郭が重なり合うように重ね合わせた場合に、当該溝部２０８は、感圧素子層１０における一方の主面側の枠部１０８に設けられた溝部１０２ａと対向する位置に対して、オフセットするようにずらして配置されている。言い換えれば、溝部２０８と溝部１０２ａとが平面視して完全に重なり合わないように、或いは重ね合わせた面（接合面）方向にずらして配置される。
【００３３】
同様に、感圧素子層１０における他方の主面側とベース層３０における一方の主面側とを平面視において各層１０、３０の矩形の輪郭が互いに重なり合うように重ね合わせた場合に、当該溝部３０６は、感圧素子層１０における他方の主面側の枠部１０８に設けられた溝部１０２ｂと対向する位置に対してオフセットするようにずらして配置される。言い換えれば、溝部３０６と溝部１０２ｂとが平面視して完全に重なり合わないように、或いは接合面方向にずらして配置される。
【００３４】
このように、接合材吸収用の溝部２０８と溝部１０２ａ、及び溝部３０４と溝部１０２ｂそれぞれを対向する位置に設けずに、ずらして配置することにより、接合面を接合材４０で接合する際に、各溝部２０８、１０２ａ、３０４、１０２ｂの内部への接合材４０の押圧力や流入量が大きくなり、各溝部２０８、１０２ａ、３０４、１０２ｂの内部に接合材４０を十分に充填することができるため、接合面からの接合材４０のはみ出しを防止することができる。
【００３５】
以上のように構成された圧力センサー１は、内部が気密に封止され、真空状態に保持されており、絶対圧を検出するセンサーとなっている。双音叉素子１０６は、図示せぬ発振回路と電気的に接続され、当該発振回路から交流電圧（電気信号）を双音叉素子１０６の励振電極１１２に供給すると、２つの柱状ビーム１６ａ，１６ｂが互いに近づいたり離れたりする屈曲振動が励振され、固有の共振周波数で振動する。前記発振回路は双音叉素子１０６の共振周波数を示す電気信号を出力し、図示せぬ演算手段が当該信号で示される共振周波数から圧力値に変換して当該圧力値を検出値として出力する。
【００３６】
次に、図４を参照して、上記構成における圧力センサー１の製造方法について説明する。まず、感圧素子層１０、ダイアフラム層２０、ベース層３０形成用の３枚のマザーウェーハ（水晶素板）を用意する。
【００３７】
ダイアフラム層２０については、ダイアフラム層２０形成用のマザーウェーハ上に複数のダイアフラム層２０の形状を、フォトリソグラフィー技術を用いたウエットエッチングにより形成する（ステップＳ１０１）。具体的には、凹部２０２及び溝部２０８を形成する部分が開口し、且つ、枠部２０６及び支持部２１０を形成する部分を覆うマスクを、水晶素板の一方の主面に被せて、このマスクの開口部分をウエットエッチングする。開口部分が所望の深さまでエッチングされたらエッチングを終了し、マザーウェーハ上のマスクを除去する。そして、支持部２１０の表面に電極（不図示）をスパッタリングなどで形成する。これにより複数のダイアフラム層２０の形状が形成されたマザーウェーハが出来上がる。
【００３８】
このような形成方法によれば、凹部２０２と溝部２０８とを同じ深さで形成する場合には、同じ工程でエッチングを行うことができる。なお、凹部２０２と溝部２０８とを異なる深さで形成する場合には、異なるマスクを用いて異なる工程で行えばよい。
【００３９】
また、ベース層３０については、ベース層３０形成用のマザーウェーハ上に複数のベース層３０の形状を、フォトリソグラフィー技術を用いたウエットエッチングにより形成する（ステップＳ２０１）。具体的には、凹部３０２及び溝部３０６を形成する部分が開口しているマスクをマザーウェーハの一方の主面に被せて、このマスクの開口部分をエッチングする。エッチングが終了した後、マザーウェーハ上のマスクを除去する。そして、ベース層３０の必要な箇所に電極（不図示）をスパッタリングなどで形成する。これにより複数のベース層３０の形状を有するマザーウェーハが形成される。
【００４０】
また、感圧素子層１０については、まず、感圧素子層１０形成用のマザーウェーハ上に複数の感圧素子層１０の外形を、フォトリソグラフィー技術を用いたウエットエッチングにより形成する（ステップＳ３０１）。具体的には、感圧素子層１０の双音叉素子１０６、梁部１１０ａ，１１０ｂ、枠部１０８を形成する部分を覆うマスクをマザーウェーハの一方又は両方の主面上に被せて、このマスクの開口部分を厚さ方向に貫通するまでエッチングする。エッチングが終了した後、マザーウェーハ上のマスクを除去する。
【００４１】
次に、フォトリソグラフィー技術を用いたウエットエッチングにより、溝部１０２ａ、１０２ｂを形成する（ステップＳ３０２）。具体的には、溝部１０２ａを形成する部分が開口しているマスクをマザーウェーハの一方の主面に被せて、このマスクの開口部分を所望の深さまでエッチングする。また、溝部１０２ｂを形成する部分が開口しているマスクをマザーウェーハの他方の主面に被せて、このマスクの開口部分を所望の深さまでエッチングする。エッチングが終了した後、マザーウェーハ上のマスクを除去する。これにより複数の感圧素子層１０の形状が形成されたマザーウェーハが出来上がる。
【００４２】
次に、感圧素子層１０の柱状ビーム１６ａ，１６ｂ、基部１６ｃ、梁部１１０ａ，１１０ｂ、枠部１０８上に、励振電極１１２、第１の入出力電極１１４ａ、第２の入出力電極１１４ｂ、引出電極１１６ａ，１１６ｂをスパッタリングなどで形成する（ステップＳ３０３）。
【００４３】
次に、各マザーウェーハの感圧素子層１０とダイアフラム層２０、及び感圧素子層１０とベース層３０とを重ね合わせて接合面を接合材４０で接合し、３層の積層体を形成する（ステップＳ３０４）。
【００４４】
具体的には、まず、接合面となる一対の支持部２１０と枠部２０６の部分が開口するマスクをダイアフラム層２０形成用のマザーウェーハに被せて、一対の支持部２１０と枠部２０６の表面に接合材４０を塗布し、仮焼成する。
【００４５】
次に、ダイアフラム層２０の他方の主面と感圧素子層１０の一方の主面とを、平面視において各層１０、２０の矩形の輪郭が互いに重なり合うように重ね、ダイアフラム層２０の一対の支持部２１０と感圧素子層１０の一対の基部１６ｃ、及びダイアフラム層２０の枠部２０６と感圧素子層１０の枠部１０８（接合面）を、それぞれ接触させる。
このように接触させた状態では、ダイアフラム層２０の溝部２０８と感圧素子層１０の溝部１０２ａとは、互いに対向しないように位置をずらして配置される。
【００４６】
次に、加熱により接合材４０を溶融させる。このとき接合材４０は、流動性が高まり接合面方向に広がって接合面から外に流れ出そうとするが、ずらして配置された溝部２０８、１０２ａそれぞれに接合材４０が十分に流れ込んで充填され、接合面からはみ出すことがない。
【００４７】
すなわち、従来のように溝部２０８、１０２ａが対向する位置に配置されている場合には、溝部２０８、１０２ａ付近に存在する接合材４０は、上側の溝部２０８と下側の溝部１０２ａの両方の方向に移動しようとするため、各溝部２０８、１０２ａに対して接合材４０を押し込む力が小さくなり、各溝部２０８、１０２ａに接合材４０が十分に充填されない恐れがある。これに対して、上述した実施形態のように各溝部２０８、１０２ａが対向しないようにずらして配置されている場合には、溝部２０８付近に存在する接合材４０は溝部２０８に対して、溝部１０２ａ付近に存在する接合材４０は溝部１０２ａに対してそれぞれ流れ込もうとするため、各溝部２０８、１０２ａへの接合材４０の押圧力や流入量が大きくなり、各溝部２０８、１０２ａに接合材４０を十分に充填することが可能となる。これにより、接合面からの接合材４０のはみ出しを防止することができる。
その後、加熱を停止し接合材４０を硬化させることで、感圧素子層１０とダイアフラム層２０とは接合材４０で接合され、２層構造となる。
【００４８】
感圧素子層１０とベース層３０についても、感圧素子層１０における他の主面側の枠部１０８と、ベース層３０における一方の主面側の枠部３０４とを接合面として、上述した感圧素子層１０とダイアフラム層２０との接合手順と同様の手順で接合し、３層構造とすることができる。
次に、３層に重ね合わせて接合されたマザーウェーハのダイシングを行い、複数の圧力センサー１に個片化する（ステップＳ３０５）。
【００４９】
以上説明したように、感圧素子層１０の接合面に溝部１０２ａ、１０２ｂを形成し、ダイアフラム層２０の接合面に溝部２０８を形成し、ベース層３０の接合面に溝部３０６を形成し、感圧素子層１０とダイアフラム層２０、感圧素子層１０層とベース層３０をそれぞれ接合材４０により接合面で接合する際に、溝部２０８を溝部１０２ａと対向する位置に対してずらして配置され、溝部３０６を溝部１０２ｂと対向する位置に対してずらして配置されるようにした。
【００５０】
したがって、溝部同士を対向した位置に配置する場合に比較して、接合時に各溝部１０２ａ、１０２ｂ、２０８、３０６に対して大きな押圧力で十分な量の接合材４０を当該各溝部の内部に流入させて充填することができるため、接合面から接合材４０が溢れ出すのを防ぐことができる。
【００５１】
また、各圧力センサー１の接合面に塗布した接合材４０の量にバラツキがあったとしても、溝部１０２ａ、１０２ｂ、２０８、３０６がそのバラツキ量を吸収するとともに接合材４０のはみ出しを防止して品質の劣化を防ぐため、圧力センサー１の品質のバラツキが発生し難くなる。また、はみ出しがなくなるため、枠部１０８や枠部２０６、３０４の幅を狭くすることができ、圧力センサー１の平面サイズを小型化することができる。
【００５２】
さらに、溝部１０２ａ、１０２ｂ、２０８、３０６を設けることで接合面（溝部の内壁の表面を含む）に対する接合材４０の接触面積を大きくすることができ、強度を大きくすることができる。
なお、各接合面に設ける溝部の数は１つに限らず、例えば、図５に示すように溝部１０２ａ、２０８それぞれを２つ以上設けてもよい。
【００５３】
また、溝部の形状は直方体形状に限らず、図６に示すような断面が階段状の溝部１０２ａ、２０８であっても、図７に示すような断面が半円状の溝部１０２ａ、１０８であってもよい。溝部の断面形状を半円状とした場合、当該溝部には角部が存在しないため、溝部に流入した接合材４０が溝部全体に充填し易くなり、溝部内に気泡が発生し難い。したがって溝部の容積を無駄にすることがなく、溝部の容積分の接合材４０を確実に充填することができる。
【００５４】
なお、溝部同士をずらす量は、平面視して溝部同士が全く重なり合わない量であっても、溝部同士の一部が重なり合う量であってもよい。ただし、溝部同士が全く重なり合わない量である方が、接合時に各溝部への接合材４０からの押圧力をより大きくすることができ、より多くの接合材４０を充填することができるため、より好ましいといえる。
【００５５】
また、接合面（溝部１０２ａ、１０２ｂ、２０８、３０６の内壁の表面を含む）の全部又は一部を粗く形成してもよい。この場合には、図４に示すステップＳ１０１、Ｓ２０１、Ｓ３０２においてウエットエッチング加工により溝部を形成した後に、接合面に対してサンドブラスト加工を施す工程を加えればよい。
【００５６】
サンドブラスト加工は、ノズルから高圧で噴出させる気体に微小な砥粒を混合し、これを部材に衝突させて行う加工法である。サンドブラスト加工前（ウエットエッチング加工後）の接合面の表面粗さは０．５ｎｍ程度であるが、サンドブラスト加工後の表面粗さは２００〜１０００ｎｍ程度となる。このサンドブラスト加工後の表面粗さは、研磨加工後の表面粗さと同程度である。これにより、接合面の表面積がより大きくなるので、接合強度を大きくすることができる。
【００５７】
このような圧力センサー１は、実装基板に実装して圧電モジュールとすることができる。この場合、ベース層３０の凹部３０２に、双音叉素子１０６と電気的に接続され、双音叉素子１０６を駆動するための発振回路を内蔵したＩＣ（Integrated Circuit）等の回路を搭載することができる。
【００５８】
なお、上述した実施形態では、積層体を備えた電子デバイスとして、気体や液体の圧力を検出する圧力センサーを例にとって説明したが、積層体を備えた電子デバイスは圧力センサーに限定されることはない。例えば、指等により直接押圧した場合の前記指の押圧による外力を検出する力センサーであってもよいし、圧電振動子や半導体等の電子素子を密閉して収容するパッケージであってもよい。
【００５９】
また、圧力センサーの積層体としては、図８に示すような積層体であってもよい。図８に示す圧力センサー１Ａが上述した圧力センサー１と異なる点は、感圧素子層１０Ａ及びベース層３０Ａの長辺がダイアフラム層２０Ａより長く、張出部３２が形成されている点である。そして、感圧素子層１０Ａの一方の主面側の張出部３２は外部に露出しており、当該露出した部分には、引出電極１１６ａ，１１６ｂから延びる、接続端子としてのパッド電極４２ａ，４２ｂが設けられている。また、張出部３２には溝部１０２ａが設けられていない。
【００６０】
感圧素子層１０Ａの２つの長辺の側面と２つの短辺の側面、ダイアフラム層２０Ａの２つの長辺の側面と１つの短辺の側面、ベース層３０Ａの２つの長辺の側面と２つの短辺の側面には、それぞれ１つの凸部５８が設けられている。これらの凸部５８は、感圧素子層１０Ａ、ダイアフラム層２０Ａ、ベース層３０Ａの各個片を製造する際に、感圧素子層１０Ａ用のマザーウェーハに形成された複数の感圧素子層１０Ａ同士を連結する各梁部、ダイアフラム層２０Ａ用のマザーウェーハに形成された複数のダイアフラム層２０Ａ同士を連結する各梁部、ベース層３０Ａ用のマザーウェーハに形成された複数のダイアフラム層２０Ａ同士を連結する各梁部を、それぞれ切断することにより形成されたものである。これらの凸部５８は、感圧素子層１０Ａ、ダイアフラム層２０Ａ、ベース層３０Ａを積層する際の位置合わせに用いることができる。その他の点は、圧力センサー１と同様の構成である。
【００６１】
また、上述した実施形態では、圧力センサー１の振動部として一対の柱状ビーム１６ａ，１６ｂを用いたが、例えば、図９に示すように１つの柱状ビームのみを用いてもよいし、図１０に示すように、厚みすべり振動をする、ＡＴカット水晶を用いた厚みすべり振動子（いわゆるＡＴカット振動子）を用いてもよい。
【００６２】
また、上述した実施形態では、接合材４０として低融点ガラスを用いた接合方法を示したが、各基板の接合方法はこれに限定されることはなく、例えば、アルコキシド、オルガノシノキシ基などを含む接合材を用い、当該接合材にプラズマや紫外線等のエネルギー線を照射することにより活性化させて接合する方法や、半田付けによる接合、金錫合金等の共晶金属材料を加圧密着し加熱溶融した後に冷却固化する共晶接合方法、エポキシ系、ポリイミド系等の接着剤を用いた接合方法、熱硬化性樹脂による接合方法等を用いてもよい。
【００６３】
接合材として接着剤を用いた場合にも、各基板の接合面を接着剤を介して重ねると、その重ねたときの押圧力によって接着剤が接合面に沿って広がり、各溝部内に入り込んで各溝部を充填するため、接合面からの接着剤のはみ出しを防ぐことができる。
【００６４】
また、上述した実施形態では、各層１０、２０、３０の材料として水晶を用いたが、水晶以外にタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、セラミック等、各種の材料を用いることができる。また、各層１０、２０、３０の形状やサイズは上述した実施形態に限定されることはなく、接合のために２つの層を重ね合わせた際に対向する位置に対してずれるように溝部が設けられていれば、各層は同一サイズでなくてもよいしどのような形状であってもよい。また、上述した実施形態では３層の積層構造について説明したが、２層であっても、４層以上であってもよい。
【００６５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、本発明は、３層以上の構造を有し且つ中間層として圧電振動基板が含まれる温度センサー、圧電振動子等の圧電デバイスに適用することができる。圧電振動基板の振動部としては、音叉振動子（図１１参照）、ＡＴカット水晶振動子（図１２参照）、水晶のＸ軸（電気軸）を中心にして所定の角度だけ回転して得られる回転Ｙ板を用いた水晶振動子、その他のカットで切断された水晶振動子、水晶以外の圧電材料を用いた圧電振動子、等を広く適用できる。
【００６６】
また、本発明の圧電デバイスは、上述した圧電モジュール以外に、例えば携帯電話、ハードディスク、パーソナルコンピューター、ＢＳ及びＣＳ放送用の受信チューナー、同軸ケーブルや光ケーブル中を伝搬する高周波信号や光信号用の各種処理装置、広い温度範囲で高周波・高精度クロック（低ジッタ、低位相雑音）を必要とするサーバー・ネットワーク機器、無線通信用機器等の様々な電子機器、加速度センサー、回転速度センサー等の各種センサー装置にも広く適用することができる。
このような各種センサー装置及び電子機器としては、例えば一般工業用計測機器、電子血圧計、高度・気圧・水深計測機能付き電子機器、携帯機器、自動車などが挙げられる。
【００６７】
そして、上述のように外力によるダイアフラムの機械的な変形を電気的信号として計測するものとして、携帯電話機やパソコン等の小型の携帯機器での高度計測に前記圧力センサーを応用してマイクロホンとして利用可能である。
【００６８】
更に、近年注目をされるようになった水素やメタノール等の燃料電池は、軽量化や利便性等に起因して、例えば、ビデオカメラ、ノート型パーソナルコンピューター、携帯用電話機、携帯情報端末機（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ：ＰＤＡ）、オーディオプレーヤ、プロジェクタ載置台、カプセル型医療機器の通信機能を具備した電子機器といった各種情報処理装置の燃料費電池としての用途が考えられる。即ち、水素を燃料として電力を発生させる燃料電池セルと、該燃料電池セルに水素を供給する水素吸蔵合金容器筐体と、該水素吸蔵合金容器筐体と上記燃料電池セルとの間に配設された検出用圧力センサーと、圧力調整弁と安全弁とを備えた燃料電池システムに於いて、本発明に係る圧電デバイスとしての圧力センサーを使用することができる。
【００６９】
更に、事故等のイベント発生時前後の必要な時間のみについて、デジタルタコグラフとドライブレコーダの双方が生成するデータを関連付けて記録し、その後の解析等に有用なデータを提供することが可能な車両用情報記録装置において、前記デジタルタコグラフは、前記車両の走行状況を検出する走行状況検知手段と、前記ドライブレコーダとの間で情報を送受信するデジタルタコグラフ通信手段と、情報を記録するデジタルタコグラフ記録手段と、前記走行状況検知手段から入力した走行状況および前記デジタルタコグラフ通信手段から受信した情報を受けて、前記デジタルタコグラフ記録手段に情報を記録するデジタルタコグラフ制御部と、を有しているが、前記走行状況検知手段として、高精度な圧力検出が可能な本発明に係る圧力センサーを適用できる。
【００７０】
更に、被測定者にかかる負荷を検出する活動量計測システムにおいて、前記負荷を圧力として検出する場合においては、検出器として、本発明に係る圧力センサーを適用できる。
また、外部からの侵入または異常を検知する異常検知センサーと、前記異常検知センサーが異常を検知したときに警報を発する警報手段とを含むセキュリティシステムにおいて、警戒モード設定手段は、警戒モードに応じて、前記異常検知センサーと前記警報手段とによる警戒動作を作動させる場合に、前記異常検知センサーとして、本発明に係る圧力センサーを適用できる。
【００７１】
更に、本発明の電子機器の一例として腕時計型電子機器の本体が存在し、当該本体には、本発明に係る圧力センサーが備えられており、当該圧力センサーはダイナミックレンジやリニアリティなどの特性に優れたものとすることができる。
【００７２】
更に、特に自動車においては、例えばインテークマニホールド圧若しくはチャージ圧、ブレーキ圧、エアサスペンション圧、タイヤ圧、ハイドロリック貯蔵圧、ショックアブソーバ圧、冷却媒体圧、自動変速機における変調圧、ブレーキ圧、タンク圧のような圧力検出に本発明に係る圧力センサーを適用できる。
【００７３】
また、自動車のサイドドアの内部の圧力変化により側面衝突を検出する装置においては、衝突時に圧力センサーのダイアフラムが衝撃力を受けた場合に、これを圧力変化として検出する度合いを少なくして、圧力の変化をより高精度に検出するという要求がある。この場合、車両のサイドドアの内部に配設された圧力センサーにより、車両の側面に加わる衝撃を検出する側面衝突検出装置が利用されるが、前記側面衝突検出装置の前記圧力センサーが、圧力を検出するダイアフラムを持ち、そのダイアフラムの受圧面が前記サイドドアの内部の圧力変動により歪むことを検出することによって車両の側面に加わる衝撃を検出する構成を有する場合に、前記圧力センサーに本発明に係る圧力センサーを適用できる。
【符号の説明】
【００７４】
１………圧力センサー、１０………感圧素子層、１０２ａ、１０２ｂ………溝部、１０６………双音叉素子、１６ａ、１６ｂ………柱状ビーム、１６ｃ………基部、１０８………枠部、１１０ａ，１１０ｂ………梁部、１１２………励振電極、１１４ａ………第１の入出力電極、１１４ｂ………第２の入出力電極、１１６ａ，１１６ｂ………引出電極、２０………ダイアフラム層、２０２………凹部、２０４………受圧面、２０６………枠部、２０８………溝部、２１０………支持部、３０………ベース層、３０２………凹部、３０４………枠部、３０６………溝部、３０８………封止孔、４０………接合材。
【図１】
2012247288.tif 000003
【図２】
2012247288.tif 000004
【図３】
2012247288.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2012247288.tif 000010
【図９】
2012247288.tif 000011
【図１０】
2012247288.tif 000012
【図１１】
2012247288.tif 000013
【図１２】
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