(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動片とその基端部に一体的に接続されて当該圧電振動片の周囲を囲む枠状部とを有する圧電振動板と、
当該圧電振動板の両側表面に設けられて前記圧電振動板を振動させる一対の励振電極と、
前記圧電振動板に接合されて前記圧電振動片を気密封止する一対の蓋体とを具備する圧電振動子であって、
前記圧電振動板は、圧電ウエハに複数形成された前記圧電振動片同士の間に形成された複数の第１の貫通孔と共に前記圧電体ウェハに複数形成され、
前記一対の蓋体は、前記第１の貫通孔と当接する位置に形成された複数の第２の貫通孔と共に一対の蓋体形成部材に複数形成され、
前記圧電体ウェハに複数形成された前記圧電振動板の前記一対の励振電極は、一方の電極が前記圧電振動板の一方の表面の長手方向一端部まで延設されて前記枠状部と前記蓋体の一方に挟持され、且つ前記第１の貫通孔の内面を介して前記圧電振動板の反対側の表面まで延設されて前記枠状部と前記蓋体の他方に挟持されると共に、他方の電極が前記圧電振動板の他方の表面の長手方向他端部まで延設されて前記枠状部と前記蓋体の他方に挟持され、且つ前記第１の貫通孔の内面を介して前記圧電振動板の反対側の表面まで延設されて前記枠状部と前記蓋体の一方に挟持され、
前記圧電体ウェハの両面は、前記一対の蓋体形成部材により挟まれるように接合され、前記第１の貫通孔及び前記第２の貫通孔を切断されてなることを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
前記一対の励振電極の長手方向両端部には、前記一対の蓋体のうち一方の蓋体に、該蓋体の非接合面上まで前記第２の貫通孔の内面を介して延びるリード電極が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
【請求項３】
前記一対の励振電極は、クロムまたはアルミニウムから成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電振動子。
【請求項４】
圧電体ウェハに、圧電振動片とその基端部に一体的に接続され該圧電振動片の周囲を囲む枠状部とを有する複数の圧電振動板と、複数の第１の貫通孔とを形成する工程と、
前記圧電体ウェハの全表面に第１の金属膜を形成する工程と、
前記第１の金属膜をパターニングし、前記圧電振動片の両面に、前記圧電振動板の端部まで延設され、且つ前記第１の貫通孔の内面を介して前記圧電振動板の反対側の表面まで延設された、励振電極膜を形成すると共に、前記枠状部の両面に接合膜を形成する工程と、
蓋体形成部材に、前記圧電体ウェハの前記圧電振動片に対応した複数の凹部と、複数の第２の貫通孔とを形成する工程と、
前記圧電体ウェハの両面それぞれに前記接合膜を介して前記蓋体形成部材を接合し、前記凹部の内側に前記圧電振動片を気密封止する工程と、
前記圧電体ウェハの両面のうちの一方の前記蓋体形成部材の表面から前記第２の貫通孔の内面と、前記圧電体ウェハの前記第１の貫通孔の内面の前記第１の金属膜の表面まで延設された、第２の金属膜を形成する工程と、
前記第２の金属膜をパターニングし、複数のリード電極を形成する工程と、
前記第１の貫通孔及び前記第２の貫通孔を分割するように、前記圧電体ウェハ及び前記蓋体形成部材を切断する工程と、
を有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項５】
前記圧電体ウェハと前記蓋体形成部材との接合を陽極接合により行うことを特徴とする請求項４に記載の圧電振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片と枠とが一体的に形成された圧電振動子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧電振動子としては、例えば、図８に示すように、圧電振動片と枠とが一体的に形成された圧電振動板６１の上下面に、一端がリード電極６２に接続されて圧電振動片を振動させるための励振電極膜６３を有し、この励振電極膜６３上に接合材６４を介して接合され、圧電振動片の振動を妨げない程度の空間を画成する凹部６５を有する一対の蓋体６６を具備する構造のものが知られている。
【０００３】
このような圧電振動子では、一般的に、励振電極膜６３は、それぞれ、圧電振動板６１の異なる長手方向の端部から側面上まで延設されてリード電極６２と接続され、このリード電極６２は一方の蓋体６６の表面まで延設されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の構造では、圧電振動板６１の励振電極膜６３が延設されている側とは反対側の面の長手方向端部近傍では、圧電振動板６１と蓋体６６との間に隙間が生じてしまう。そのため、リード電極６２の内側には、空間Ａが画成されてしまい、この部分では、リード電極６２の強度が低く断線の可能性が非常に高いという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑み、リード電極の断線を防止し、信頼性を向上した圧電振動子の電極構造を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、圧電振動片とその基端部に一体的に接続されて当該圧電振動片の周囲を囲む枠状部とを有する圧電振動板と、当該圧電振動板の両側表面に設けられて前記圧電振動板を振動させる一対の励振電極と、前記圧電振動板に接合されて前記圧電振動片を気密封止する一対の蓋体とを具備する圧電振動子であって、前記圧電振動板は、予め複数の第１の貫通孔と共に圧電体ウェハに複数形成され、前記一対の蓋体は、予めそれぞれ複数の第２の貫通孔と共に一対の蓋体形成部材に複数形成され、前記圧電体ウェハに複数形成された前記圧電振動板の前記一対の励振電極は、一方の電極が前記圧電振動板の一方の表面の長手方向一端部まで延設されると共に他方の電極が他方の表面の長手方向他端部まで延設され、且つ少なくとも片方の電極が前記第１の貫通孔の内面を介して前記圧電振動板の反対側の表面まで延設され、前記圧電体ウェハの両面は、前記一対の蓋体形成部材により挟まれるように接合され、切断されてなることを特徴とする圧電振動子にある。
【０００７】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記一対の励振電極は、両方の電極がそれぞれ延設側の前記第１の貫通孔の内面を介して反対側の表面まで延設されていることを特徴とする圧電振動子にある。
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記一対の励振電極の長手方向両端部には、片方の電極が前記圧電振動板の反対側の表面まで延設されている場合に、少なくとも当該電極が延設されている側の前記蓋体表面上まで前記第２の貫通孔の内面を介して延びるリード電極が接続され、両方の電極が前記圧電振動板の反対側の表面まで延設されている場合に、前記一対の蓋体のうち一方の蓋体に、該蓋体の非接合面上まで前記第２の貫通孔の内面を介して延びるリード電極が接続されていることを特徴とする圧電振動子にある。
【０００８】
かかる本発明では、リード電極の断線を防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の分解斜視図であり、図２は、その断面図である。
本実施形態の圧電振動子は、例えば、水晶（ＳｉＯ2）からなる音叉型の水晶振動片１１を有する水晶振動子１０であり、図示するように、水晶振動片１１を有する水晶振動板１２と、この水晶振動板１２の両面に接合されて水晶振振動片１１を振動可能な状態で気密封止する一対の蓋体１４とを具備する。
【００１０】
本実施形態の水晶振動板１２は、音叉型の水晶振動片１１と、その基端部と一体的に接続され水晶振動片１１の周囲を囲む枠状部１５とを有する。
一対の蓋体１４は、例えば、ソーダライムガラス等で形成され、それぞれ、水晶振動片１１に対応する領域に水晶振動片１１の振動を妨げない程度の空間を画成する凹部１３を有する。
【００１１】
また、このような蓋体１４が接合される水晶振動板１２には、図２に示すように、その表裏両面及び側面に水晶振動片１１を振動させるための励振電極膜１６が形成されると共に、枠状部１５に対応する領域に励振電極膜１６と同一材料からなり、蓋体１４との実際の接合部となる接合膜１７，１８が設けられている。そして、この接合膜１７，１８と蓋体１４とを、詳しくは後述するが、いわゆる陽極接合によって接合することにより、水晶振動板１２と蓋体１４とが接合される。
【００１２】
また、水晶振動板１２の表裏両面に形成された各励振電極膜１６は、各面の長手方向反対側の端部まで延設されており、本実施形態では、さらに、水晶振動板１２の長手方向のそれぞれの端部側面を介して反対側の表面の蓋体１４に対向する領域まで延設されている。すなわち、本実施形態では、励振電極膜１６の一方の極である電極１６ａが、図中右端の端部まで延設されて同じ面の端子接続用接合膜１７ａとなり、さらに端部側面上の連結部１７ｂを介して反対側の面の回り込み部１７ｃまで連続して設けられている。一方、他方の極となる電極１６ｂは、図中左端の端部まで延設されて、端子接続用接合膜１８ａとなり、端部側面上の連結部１８ｂを介して反対側の面の回り込み部１８ｃまで連続して設けられている。このようにすることにより、通常、蓋体１４より突出している水晶振動板１２の端部に、各電極１６ａ，１６ｂに連結する接合膜１７ａ〜１７ｃ，１８ａ〜１８ｃが蓋体１４との間に隙間なく設けられる。したがって、外部接続が容易となる。本実施形態では、これらの接合膜１７ｂ，１７ｃに接触してリード電極１９を、また接合膜１８ｂ，１８ｃに接触してリード電極２０を設け、図中上部に接点部１９ａ，２０ａを設けている。
【００１３】
なお、水晶振動板１２の両面に形成される端子接続用接合膜１７ａ及び１８ａの少なくとも一部は、両面においてそれぞれ凹部１３を取り囲むように形成されており、接合後は凹部１３が気密に封止されるようになっている。
このように、本実施形態では、水晶振動板１２の各面に形成された接合膜１７を水晶振動板１２の長手方向端部から側面を介して反対側の表面の蓋体１４に対向する領域まで延設するようにした。これにより、リード電極１９，２０を設けてもその内側に空間が形成されず、リード電極１９，２０は、接合膜１７ｂ、１７ｃ及び１８ｂ，１８ｃと蓋体１４とに確実に密着される。したがって、リード電極１９，２０の断線の可能性が著しく低下し、信頼性を向上した水晶振動子を形成することができる。
【００１４】
以下、このような水晶振動子の製造工程について説明する。なお、図３は、本実施形態に係る水晶ウェハの概略を示す平面図であり、図４は、本実施形態に係る蓋体形成部材の概略を示す平面図である。
まず、図３に示すように、例えば、厚さが０．１〜０．２ｍｍの水晶ウェハ２０をエッチングすることにより、一枚の水晶ウェハ２１上に複数の水晶振動片１１を形成する。すなわち、水晶ウェハ２１に複数の水晶振動板１２を一体的に形成する。また同時に、水晶振動片１１の長手方向における各水晶振動片１１の間に第１の貫通孔２１ａが形成され、この第１の貫通孔２１ａの内面は、水晶ウェハ２１を切断後、水晶振動板１２の側面の一部となる。
【００１５】
また、図４に示すように、例えば、ソーダライムガラスからなる蓋体形成部材２２をエッチングすることにより、水晶ウェハ２１の各水晶振動片１１に対応して凹部１３を形成する。すなわち、蓋体形成部材２２に複数の蓋体１４を一体的に形成する。また同時に、水晶ウェハ２１の貫通孔２１ａに対応する部分には、貫通孔２１ａよりも大きい第２の貫通孔２２ａが形成され、この第２の貫通孔２２ａの内面は、蓋体１４の側面の一部となる。
【００１６】
次に、図５（ａ）に示すように、このように形成された水晶ウェハ２１の全表面に亘って第１の金属膜２３をスパッタリング等によって成膜する。この第１の金属膜２３は、水晶振動片１１を振動させるための励振電極膜１６及び蓋体形成部材２２との実際の接合部となる接合膜１７，１８を構成する膜であり、その材質は特に限定されないが、例えば、クロム、アルミニウム等を用いることが好ましく、本実施形態では、クロムを用いた。
【００１７】
次に、図５（ｂ）に示すように、第１の金属膜２３をパターニングして、励振電極膜１６及びその周囲の枠状部１５となる部分に対応して接合膜１７を形成する。
次いで、図５（ｃ）に示すように、不活性ガス中、又は真空中で水晶ウェハ２１の両面側に一対の蓋体形成部材２２を陽極接合によって接合し、各凹部１３内に水晶振動片１１を気密封止する。この陽極接合の際、特にソーダライムガラスを用いた場合には、各部材をガラスの軟化点よりも低い、例えば、１００℃〜１５０℃に加熱すると共に、水晶ウェハ２１のそれぞれの面の第１の金属膜２３による接合膜１７，１８と蓋体形成部材２２とに蓋体形成部材２２側が陽極となるように、直流電源３０によってそれぞれ３〜５ｋＶの直流電圧を印加する必要がある。例えば、本実施形態では、各部材を１２０℃に加熱すると共に約３．５ｋＶの直流電圧を印加して陽極接合した。
【００１８】
このように、上述のような条件で接合膜１７，１８を介して水晶振動板１２と蓋体１４とを陽極接合することにより、接合膜１７，１８と蓋体１４とが良好に接合される。すなわち、水晶振動板１２と蓋体１４とが、第１の金属膜２３による接合膜１７，１８を介して良好に接合され、割れ等が発生することがない。
ここで、水晶振動板１２の材質である水晶の熱膨張率は、１３．７ｐｐｍ／℃であり、蓋体１４として使用したソーダライムガラスの熱膨張率は、８．５ｐｐｍ／℃である。すなわち、これらの熱膨張率の差は、５．２ｐｐｍ／℃と比較的大きいものであり、これらを従来から知られている条件で陽極接合するのは難しい。しかしながら、本実施形態のように、接合温度を約１００〜１５０℃と低温として且つ約３〜５ｋＶと比較的高い直流電圧を印加して陽極接合することにより、熱膨張率の影響を極めて少なく抑えられ、熱膨張率の差が比較的大きい部材同士であっても良好に接合することができる。
【００１９】
このように、陽極接合によって水晶ウェハ２１及び蓋体形成部材２２を接合すると、次いで、図５（ｄ）に示すように、第１の金属膜２３による接合膜１７，１８及び一方の蓋体１４の表面上に、例えば、クロム（Ｃｒ）及び金（Ａｕ）等からなる第２の金属膜をスパッタリング等により成膜して、さらにこの第２の金属膜をパターニングすることによりリード電極１９，２０を形成する。
【００２０】
なお、本実施形態のように、第１の金属膜２３による接合膜１７，１８をクロムで形成する場合には、その表面にリード電極１９，２０をスパッタリングで容易に形成することができる。しかし、接合膜１７，１８をアルミニウムで形成する場合には、接合膜１７，１８のパターニングの際にアルミニウムが酸化されてしまうためリード電極１９，２０をスパッタリングで成膜するのは難しく、例えば、逆スパッタリング等により形成するのが好ましい。
【００２１】
その後、図５（ｅ）に示すように、水晶ウェハ２１及び蓋体形成部材２２を第１の貫通孔２１ａ及び第２の貫通孔２２ａを分割するように、所定の位置でダイシング等の技術を用いて機械的に切断して、個別の水晶振動子１０とする。
なお、本実施形態では、水晶振動板１２の両面の第１の金属膜２３による励振電極膜１６が接続された接合膜１７，１８を、それぞれ水晶振動板１２の反対側の表面まで延設するようにしたが、これに限定されず、例えば、図６に示すように、水晶振動板１２の一方面側の接合膜１７のみを反対側の面まで延設するようにし、他方面側の接合膜１８は、水晶振動板１２の側面上まで延設するようにしてもよい。この場合、リード電極１９，２０を接合膜１７，１８上から接合膜１７が延設された側の蓋体１４表面に延設するようにすれば、上述と同様の効果が得られる。
【００２２】
また、本実施形態では、陽極接合によって水晶振動板１２と蓋体１４とを接合するようにしたが、これに限定されず、例えば、図７に示すように、勿論、水晶振動板１２と蓋体１４とを、例えば、低融点ガラス等の接合部材２５を介して接合するようにしても良い。このような構成であっても、水晶振動板１２の少なくとも一方面の接合膜を水晶振動板の反対側の面まで延設することにより、上述と同様の効果を得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、圧電振動板の両面に設けられた励振電極膜を、それぞれ、圧電振動板の長手方向一端部の側面を介して圧電振動板の反対側の表面まで延設するようにした。これにより、リード電極をその内側に空間を画成することなく形成することができる。したがって、リード電極の断線の可能性が著しく低下し、信頼性を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る水晶振動子の分解斜視図である。
【図２】  本発明の一実施形態に係る水晶振動子の断面図である。
【図３】  本発明の一実施形態に係る水晶ウェハの概略を示す平面図である。
【図４】  本発明の一実施形態に係る蓋体形成部材の概略を示す平面図である。
【図５】  本発明に係る圧電振動子の製造工程を示す断面図である。
【図６】  本発明の他の実施形態に係る水晶振動子の断面図である。
【図７】  本発明の他の実施形態に係る水晶振動子の断面図である。
【図８】  従来技術に係る圧電振動子の例を示す断面図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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