JP2009055394A - 圧電デバイス、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導電接着剤を使わずパッケージの一部と圧電振動片とを一体形成するとともに高温ハンダを塗布したリッドで密封封止を行う圧電デバイスを提供する。
【解決手段】圧電デバイス（１００）は、片面に高温ハンダ層（２１）が形成された蓋部（２０）と、第１面に形成された第１電極パターン（３１）と第２面に形成された第２電極パターン（３３）とを有し、第１電極パターンから第２面に高温ハンダ層の高温ハンダが流れる第１導通路（９１）が形成された圧電振動片（６０）と、第１導通路から流れ出た高温ハンダがさらに下に流れ且つ第１外部電極と導通する第２導通路（７１）を有するベース（７０）と、を備える。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、圧電振動片を使った圧電デバイス、及びこの圧電デバイスを製造するための製造方法に関する。

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。

従来、圧電振動子は、リード電極と回路基板上のコンタクト部とをハンダ付けして導通していたが、パッケージ部材の下面に外部端子を形成することにより、表面実装を可能とした表面実装型の圧電振動子が多く用いられるようになってきている。このような圧電振動子は、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。
特開平６−３４３０１７号公報

特許文献１に開示された圧電振動子は、ガラス又はセラミックスからなるパッケージ部材内の引き出し電極上に水晶振動片を、導電性接着剤や共晶材料からなる接合剤を用いて、固定している。また、蓋もガラス又はセラミックスを使用している。金属材料の蓋を使用する場合には、蓋に絶縁層として液状ガラスを塗布後酸化させてガラス層を設ける工程を必要としている。

特許文献１に示す工程では、水晶振動片をパッケージ部に導電接着剤で接着する工程や、パッケージ部を何回にも分けて組み立てる工程がある。このため、大量生産するためにはより簡便な方法で大量生産する方法が望まれている。

本発明の目的は、導電接着剤を使わずパッケージの一部と圧電振動片とを一体形成するとともに高温ハンダを塗布したリッドで密封封止を行う圧電デバイスを提供することを目的とする。また簡略化によるコスト低減が可能な、圧電デバイスを製造する製造方法を提供することである。

第１の観点による圧電デバイスは、第１外部電極及び第２外部電極を有しプリント基板にハンダペーストにより固定される圧電デバイスである。そして圧電デバイスは、片面に高温ハンダ層が形成された蓋部と、第１面に形成された第１電極パターンと第２面に形成された第２電極パターンとを有し、第１電極パターンから第２面に高温ハンダ層の高温ハンダが流れる第１導通路が形成された圧電振動片と、第１導通路から流れ出た高温ハンダがさらに下に流れ且つ第１外部電極と導通する第２導通路を有するベースと、を備える。
このような構成により、蓋部に形成された高温ハンダが溶け出して第２導通路を封止することができる。このため簡易な方法で大量に生産することができる。

第２の観点による圧電デバイスは、第１導通路と第２導通路の壁面には金属膜が形成されている。
この構成により、高温ハンダが第１導通路と第２導通路との壁を伝わって下に流れることができる。

第３の観点による圧電デバイスにおいて、第１電極パターンは第１励振電極とこの第１励振電極に導通する第１接続電極とを有し、第１接続端子は高温ハンダ層と接触し、第１励振電極と高温ハンダ層との間には隙間が形成される。
第１接続端子が高温ハンダ層と接触しているため、蓋部に形成された高温ハンダが第１接続端子に流れる。その一方で、第１励振電極と高温ハンダ層とが接触していないため第１励振電極に高温ハンダが流れ落ちることはない。

第４の観点による圧電デバイスにおいて、第２電極パターンが第２励振電極とこの第２励振電極に導通する第２接続電極とを有し、ベースが第２外部端子と導通するスルーホール部が形成され、第２接続端子がスルーホール部と接触し、第２励振電極とベースとの間には隙間が形成される。
第２接続端子は直接スルーホール部に接触して駆動信号を得ることができるとともに、圧電振動片とベースとの間には隙間が形成されるため圧電振動片の振動に影響を与えない。

第５の観点による圧電デバイスの高温ハンダの溶融温度は、ハンダペーストの溶融温度よりも高い２７０度以上であることを特徴とする請求項１又は請求項４のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
一般にプリント基板に圧電デバイスを実装する際に使用される鉛を含まないＳｎ−Ａｇ−Ｃｕハンダがハンダペーストとして使用される。そのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕハンダ融点は約２１８°Ｃであるので、圧電デバイスを実装する炉内温度も最高で２６０°Ｃ程度である。このため圧電デバイスの製造に使用された高温ハンダが圧電デバイスの表面実装時に溶け出すことはない。

第６の観点による圧電デバイスにおいて、第１電極パターンは第１励振電極とこの第１励振電極に導通する第１接続電極とを有し、第２電極パターンは第２励振電極とこの第２励振電極に導通する第２接続電極とを有し、圧電振動片は第１接続電極と第２接続電極との間に空隙が形成されている。
流れた高温ハンダが第１導通路を通らないで流れたり大量の高温ハンダが流れ出したりした場合であっても、第１接続電極と第２接続電極との間に空隙が形成されているので、高温ハンダが第２接続電極に流れ出して短絡することがない。

第７の観点による圧電デバイスの蓋部は、その周囲にのみ高温ハンダ層が形成されている。
高温ハンダ層が蓋部の周囲にのみ形成されているので、溶け出した高温ハンダが誤って第１励振電極に付着することもない。

第８の観点による圧電デバイスの製造方法は、第１面に形成された第１電極パターン、第２面に形成された第２電極パターン、及び第１電極パターンから第２面に形成される第１導通路が形成された圧電振動片と、第２導通路が形成されたベースとを、第１導通路と第２導通路とを合わせて配置する第１配置工程と、片面に高温ハンダ層が形成された蓋部を、この高温ハンダ層が第１導通路に接するように圧電振動片に配置する第２配置工程と、第２配置工程後に、蓋部、圧電振動片及びベースを重ね合わせた状態で真空又は不活性ガスの高温槽で加熱する加熱工程と、を備える。そして、この加熱工程により、高温ハンダ層からの高温ハンダが溶けて流れ出し第１導通路と第２導通路に流れ出て、この第２導通路を高温ハンダが封止する。
この製造方法によれば、蓋部、圧電振動片及びベースを重ねて配置し高温槽で加熱することで、高温ハンダ層からの高温ハンダが溶けて流れ出し第１導通路と第２導通路に流れ出て、この第２導通路を高温ハンダが封止することができる。このため簡易に圧電デバイスを製造することができる。

第９の観点による圧電デバイスは、加熱工程により高温ハンダ層と圧電振動片とが接合される。
この構成によ、第２導通路を高温ハンダが封止するだけでなく、高温ハンダ層と圧電振動片との接合が完了する。

第１０の観点による圧電デバイスは、第１配置工程は、第２配置工程の前に圧電振動片とベースとを接合する。
蓋部、圧電振動片及びベースの材質が異なっている場合には接合温度が異なる場合があるため圧電振動片とベースとの接合を、蓋部との接合とは別の工程で行ってもよい。

本発明の圧電デバイスは、簡易な方法で製造することができるため、大量に製造することができるとともにコストダウンを図ることができる。

＜第１水晶振動子１００の構成＞
以下、本発明の各実施形態にかかる第１水晶振動子１００について、図面を参照して説明する。図１Ａは、本発明の第１実施形態にかかる第１水晶振動子１００の概略図を示している。
図１Ａ（ａ）は全体斜視図であり、（ｂ）は（ｃ）のＢＢ断面図である。図１Ａ（ｃ）は第１水晶外枠５０の上面図であり、（ｄ）は第１ベース７０の上面図である。

図１Ａ(ａ)及び（ｂ）から理解されるように、第１水晶振動子１００は第１水晶振動片６０を備えた第１水晶外枠５０を中心として、その第１水晶外枠５０の下に第１ベース７０が接合され、第１水晶外枠５０の上に第１リッド２０が接合されている。つまり、ベース７０が接合された水晶外枠５０に第１リッド２０を溶融接合技術により封止した構成になっている。

第１水晶振動子１００の最上部の第１リッド２０は、例えばコバール合金[鉄（Ｆｅ/ニッケル（Ｎｉ）/コバルト（Ｃｏ）合金]製で構成される。第１リッド２０の材質には、コバール合金以外にアルミニューム（Ａｌ）、ステンレススチールなどの金属、又はパイレックス（登録商標）ガラスや、ホウ珪酸ガラス、及びアルミナからなるセラミックスが用いられる。第１リッド２０の片面には、例えば融点が２７０°Ｃ以上３００°Ｃ以下の高温ハンダ２１が塗布されている。第１実施形態では第１リッド２０は一定厚さに形成されている。高温ハンダ２１の組成は金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）との合金である。

第１リッド２０に塗布される高温ハンダ２１は、（ｃ）に示す金属層３０と同じように第１リッド２０の周囲にのみ形成されればよい。またコバール合金の片面全面に高温ハンダ２１が形成されている金属板が市販されているので、第１リッド２０の片面全面が高温ハンダ２１であってもよい。

図１Ａ(ｂ)に示すように、第１水晶外枠５０部分の上面に第１金属膜３０及び裏面に第２金属膜４０を備える。第１金属膜３０及び第２金属膜４０は、第１水晶外枠５０の周囲に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、第１金属膜３０及び第２金属膜４０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（Ａｇ）を重ねた金属膜を使用する。本実施形態では、第１金属膜３０及び第２金属膜４０は、ニッケル層の厚みが５００Å〜１０００Å、金層の厚みが５００Å〜１０００Å程度に作成される。

また、図１Ａ(ｃ)に示すように、第１水晶外枠５０はその中央部いわゆるＡＴカットの第１水晶振動片６０を有しており、第１水晶外枠５０は第１連結部９０及び第２連結部９５で第１水晶振動片６０を保持する。第１水晶振動片６０は、第１水晶外枠５０、第１連結部９０及び第２連結部９５と比べて両面とも若干薄くなっている。また第１連結部９０は第１スルーホール９１を備えている。第１水晶振動片６０は、第１主面に第１励振電極３１及び第２主面に第２第２励振電極３３を形成しており、第１励振電極３１は第１連結部９０に形成されている第１接続電極３５とつながっており、第２励振電極３３は第２連結部９５の第２主面側に形成された第２接続電極（不図示）につながっている。これらに電圧が加えられると第１水晶振動片６０は所定の周波数で振動する。

第１励振電極３１及び第２励振電極３３並びに第１接続電極３５及び第２接続電極は、第１金属膜３０及び第２金属膜４０と同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。そして、第１接続電極３５は第１金属膜３０と接続している。また第１水晶振動片６０の外形を規定する開口６２は水晶エッチングにより形成されている。第１スルーホール９１は開口６２を形成する際に同時に作成される。

図１Ａ(ｂ)及び（ｃ）に示すように、第１スルーホール９１はその内面に金属膜が形成された貫通穴（導通路）であり、第１金属膜３０及び第２金属膜４０と同時に下地のクロム層の上に金層が形成される。

図１Ａ(ｄ)に示す第１ベース７０は、パイレックス（登録商標）ガラスもしくはホウ珪酸ガラス、アルミナからなるセラミックス又は水晶のいずれかで構成され、一定の厚さである。第１ベース７０は、底面にメタライジングされた外部電極７２及び外部電極７４を備えており、上面から底面まで貫通する第２スルーホール７１及び第３スルーホール７３を備えている。また第１ベース７０の上面の周囲には金層を含む金属膜４５が形成されている。この第１ベース７０の金属膜４５は第１水晶外枠５０の第２金属膜４０と密着固定するために用いられるため、第２スルーホール７１及び第３スルーホール７３とは接続されていない。

第２スルーホール７１は、その内面に金属膜が形成された貫通穴（導通路）であり、第１ベース７０の上面から第１ベース７０の底面に設けられた外部電極７２に接続する。第３スルーホール７３は金属が充填され封止された状態で外部電極７４に接続する。

仮にパイレックス（登録商標）ガラスもしくはホウ珪酸ガラスで構成されたガラスベースであれば、図１Ａ（ｄ）に示すように、ガラスベース７０は、第１水晶外枠５０の裏面に形成した第２金属膜４０と同様な形状の金属膜４５(例えば下地はクロム層、表面は金層)を、ガラスベース７０の表面に形成する。そして第１水晶外枠５０の裏面に形成した第２金属膜４０の金層とガラスベース７０の表面に形成した金属膜４５の金層とが合わされ、３５０°Ｃ前後の温度の中で加圧される。そうすれば、金層同士が接着し強固な結合が行われ第１パッケージ８０が形成される。

仮にセラミックスで構成されたセラミックベース７０であれば、図１Ａ（ｄ）に示すように、セラミックスベース７０は、第１水晶外枠５０の裏面に形成した第２金属膜４０と同様な形状の金属膜４５（例えば下地はタングステン（Ｗ）、表面は金層）を印刷技術でセラミックスベース７０の表面に形成する。そして第１水晶外枠５０の裏面に形成した第２金属膜４０の金層とセラミックベース７０の表面に形成した金属膜４５の金層とが合わされ、３５０°Ｃ前後の温度の中で加圧される。そうすれば、金層同士が接着し強固に結合が行われ第１パッケージ８０が形成される。

仮に水晶で構成された水晶ベース７０であれば、水晶ベース７０と第１水晶外枠５０とは互いに水晶であるためシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）によって結合される。このため、（ｂ）に示す金属層４０及び（ｄ）に示すような金属膜４５は不要となる。シロキサン結合は、水晶ベース７０と第１水晶外枠５０との両方の接面を清浄な状態にして、その接合面を貼り合わせ、その後３５０°Ｃ前後のアニールを行うことによって結合が行われる。

なお、第１ベース７０がガラス、セラミックス又は水晶のいずれであっても、第１スルーホール９１及び第２スルーホール７１の貫通穴は合致していなかればならない。この理由は第１水晶振動子１００の製造方法で説明する。

＜第１水晶振動子１００の製造方法＞
図１Ｂは、図１Ａ（ｂ）の点線で囲った部分の拡大断面図である。図１Ｂは、第１水晶外枠５０と第１ベース７０とが接合された第１パッケージ８０に第１リッド２０がかぶせられている状態である。第１リッド２０がかぶせられた第１パッケージ８０は不図示のテーブルに載置されて不図示の真空中もしくは不活性ガス中の高温槽に送られる。真空もしくは不活性ガス中の高温槽は３２０°Ｃ以上例えば３３０°Ｃに設定されている。

上述したように第１リッド２０の片面の全面に高温ハンダ２１が塗布されている。この第１リッド２０の高温ハンダ２１は第１水晶外枠５０の第１金属膜３０と接触している。前述したように高温ハンダ２１の融点は２７０°Ｃから３００°Ｃに設定されている。このため、約３２０°Ｃの高温槽の中で高温ハンダ２１は溶け出して、高温ハンダ２１と第１金属膜３０とが密着する。真空もしくは不活性ガス中の高温槽であるから第１パッケージ８０内部も真空もしくは不活性ガスで満たされる。また、高温槽の温度が３２０°Ｃであり、第１水晶外枠５０と第１ベース７０との接合が取れてしまうこともない。

第１リッド２０の高温ハンダ２１は第１水晶振動片６０の第１接続電極３５とも接触している。このため、溶け出した高温ハンダ２１は毛細管現象により第１接続電極３５に伝わる。第１接続電極３５は第１スルーホール９１とつながっており、溶け出した高温ハンダ２１は毛細管現象で第１スルーホール９１に流れていく。さらに第１スルーホール９１を通過した高温ハンダ２１は第１スルーホール７１に流れていく。第１パッケージ８０は不図示のテーブルの載置されているため、第１スルーホール７１まで流れた高温ハンダ２１は底面に溜まる。したがって高温ハンダ２１が第１スルーホール７１の貫通孔を塞ぐことになり、第１パッケージ８０の真空封止もしくは不活性ガス封止ができることになる。

第１水晶外枠５０は、第１水晶振動片６０の第１連結部９０と第２連結部９５との間に開口（空隙）６２を有している。このため、溶けた高温ハンダ２１が誤って第１水晶振動片６０の裏面に流れて第２励振電極３３と短絡することがない。

＜第２水晶振動子１１０の構成＞
図２（ａ）は、第２の実施形態にかかる第２水晶振動子１１０の断面図であり、（ｂ）は、第２リッド２６の内面部を示す平面図であり、（ｃ）は第２水晶外枠５６の上面図であり、（ｄ）は第２ベース７６の上面図である。なお、第２実施形態において第１の実施形態にかかる第１水晶振動子１００と同じ部材に対しては同じ符号を用いる。

第２の実施形態では、第２リッド２６にはリッド用凹部２７が設けられ、第２ベース７６にベース用凹部７７が設けられる。そして第２水晶振動子１１０は、第２水晶振動片６６を備えた第２水晶外枠５６を中心として、その第２水晶外枠５６の下にベース用凹部７７を設けた第２ベース７６が接合され、第２水晶外枠５６の上にリッド用凹部２７を設けた第２リッド２６が接合されている。

図２（ｂ）の第２リッド２６は、第１の実施形態と同様に例えばコバール合金が設けられる。第２リッド２６のリッド用凹部２７を除く全面に、融点が２７０°Ｃ以上３００°Ｃ以下の高温ハンダ２１が塗布されている。リッド用凹部２７は切削加工などにより形成する。第２リッド２６の片面全面に高温ハンダ２１を塗布した後に切削加工を行えば、周囲にのみ高温ハンダ２１が設けられた第２リッド２６を得ることができる。

図２（ｃ）の第２水晶外枠５６は第２水晶振動片６６を備えている。第１の実施形態の第１水晶外枠５０とは、第２水晶外枠５６と第２水晶振動片６６との厚さが一定である点で異なっている。このため水晶振動片を薄くエッチングする工程が不要な点で有利であり、また、エッチングする必要がないため第２水晶振動片６６及び第２水晶外枠５６の厚さは薄くてよく、ランバード人工水晶から多くの水晶ウエハを切り出すことができコストダウンが図れる。

図２（ｄ）の第２ベース７６にも、ベース用凹部７７が設けられている。仮にパイレックス（登録商標）ガラスもしくはホウ珪酸ガラスで構成されたガラスベースであれば、切削加工によりベース用凹部７７を形成することができる。セラミックスで構成されたセラミックベース７０であれば、くり貫いたグリーンシートと底面になるグリーンシートとを重ね合わせてから焼結すればベース用凹部７７を形成することができる。また、水晶からなる水晶ベースであればエッチングによりベース用凹部７７を形成することができる。

そして第１の実施形態と同様に、第２水晶外枠５６の裏面に形成した第２金属膜４０の金層とガラス又はセラミックベース７６の表面に形成した金属膜４５の金層とが合わされ、３５０°Ｃ前後の温度の中で加圧される。そうすれば、金層同士が接着し強固な結合が行われ第２パッケージ８６が形成される。また、第１の実施形態と同様に、水晶ベース７６であれば第２金属膜４０又は金属膜４５は不要となり、シロキサン結合で結合される。

真空もしくは不活性ガス封止を行う際には、第２パッケージ８６に凹部を設けた第２リッド２６を載せて、３２０°Ｃ以上の真空中あるいは不活性ガス中の高温槽に入れる。高温槽内で高温ハンダ２１が溶け出し、溶けた高温ハンダ２１は、第２パッケージ８６を接合し封止すると同時に、毛細管現象で第２水晶振動片６６の第１スルーホール９１及び第２ベース７６の第２スルーホール７１に流れて、第２スルーホール７１の貫通孔が塞がれる。

＜第１水晶振動子１００及び第２水晶振動子１１０の使われ方＞
第１実施形態では、第１リッド２０及び第１ベース７０は平面のままで第１水晶振動片６０を薄くすることで、第１水晶振動片６０は支障なくＡＴ振動することができる。一方で第２実施形態では、第２リッド２６及び第２ベース７６に凹部を形成し第２水晶振動片６０は水晶外枠５６と同じ厚さのままで。第２水晶振動片６６は支障なくＡＴ振動することができた。実施形態で説明したＡＴ振動子以外にも音叉型水晶振動子などに対しても同様に本実施形態を適用することができる。

第１水晶振動子１００及び第２水晶振動子１１０が携帯電話その他の電子機器のプリント基板に載置される際には、チップマウンターでプリント基板に塗布されたリフローハンダ上に第１水晶振動子１００及び第２水晶振動子１１０が載置される。そしてプリント基板がリフロー炉に送り込まれ、第１水晶振動子１００及び第２水晶振動子１１０がプリント基板にハンダ付けされる。

一般に、表面実装に用いられるリフローハンダは、鉛を含まないＳｎ−Ａｇ−Ｃｕハンダが使用されそのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕハンダ融点は約２１８°Ｃである。このためリフロー炉内の温度は２５０°Ｃ前後であり最大温度でも２６０°程度である。これに対して、高温ハンダ２１の融点は例えば２７０°Ｃ以上である。従って、第１水晶振動子１００及び第２水晶振動子１１０のプリント基板への実装時に、第１水晶振動子１００及び第２水晶振動子１１０から高温ハンダ２１が溶け出す虞はない。

＜水晶外枠５０及び水晶振動片６０の製造工程＞
図３は、本実施形態の水晶ウエハ１０を示した概略平面図である。図３に示す状態は、水晶ウエハ１０から第１水晶振動片６０及び、第１水晶外枠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。水晶ウエハ１０に第１水晶外枠５０が形成され、第１水晶外枠５０は、例えば８×６行列のマトリックス状に配置されている。水晶ウエハ１０に配置する第１水晶外枠５０の数は、水晶ウエハ１０の大きさに従いマトリックス状で、行列を増減してもよい。

図４は、水晶ウエハ１０における第１水晶外枠５０及び第１水晶振動片６０の一部を拡大した概略平面図である。第１水晶外枠５０は、水晶ウエハ１０から開口領域５２がエッチングされることにより所定の大きさに形成されている。第１水晶外枠５０の外周の一部分には連結部５１が形成されている。連結部５１は、水晶ウエハ１０と第１水晶外枠５０とを連結して、複数の第１水晶外枠５０を水晶ウエハ１０単位で同時に扱うことができるようにしている。第１水晶振動片６０は、第１水晶外枠５０から開口領域６２がエッチングされることにより所定の大きさに形成されている。第１水晶振動片６０の外周の一部分には第１連結部９０及び９５が形成されている。第１連結部９０及び９５は、第１水晶外枠５０と圧電振動片６０とを連結している。第１水晶外枠５０の上面に第１金属膜３０が形成されている。不図示の裏面にも第２金属膜４０が同様に形成されている。第１連結部９０にはスルーホール９１が形成されている。以下の説明では、説明の便宜上、１つの第１水晶振動片６０を備えた第１水晶外枠５０のみに対して処理を行う。

図５ないし図９は、水晶外枠及び水晶振動片を形成するためのフローチャートである。各図フローチャートの右側に、第１水晶外枠５０及び第１水晶振動片６０の断面を示す。図５は、第１水晶外枠５０及び第１水晶振動片６０の外形パターン形成するためのフローチャートである。

図５のステップ１０２では、水晶ウエハ１０の全面に耐蝕膜として、第１金属膜３０及び第２金属膜４０をスパッタリングもしくは蒸着などの手法により形成する。水晶ウエハ１０を使用する場合に、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）等を直接成膜することは困難なため、下地としてクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）又はチタン（Ｔｉ）等を使用する。第１金属膜３０の厚みはクロム層と金層とを合わせて１０００Å〜２０００Åである。図５（ａ）は、この状態の水晶ウエハ１０を示した断面図である。第１金属膜３０及び第２金属膜４０は同時に形成することができまた同じ構成であるが、図１Ａ及び図２で説明したように便宜上区別した符号を付ける。

ステップＳ１０４では、第１金属膜３０が形成された水晶ウエハ１０に、フォトレジスト層３６を全面にスピンコートなどの手法で均一に塗布する。フォトレジスト層３６としては、例えば、ノボラック樹脂によるポジフォトレジストを使用できる。図５（ｂ）はこの状態の水晶ウエハ１０を示した断面図である。

ステップＳ１０６では、不図示の露光装置を用いて、フォトマスクに描かれた第１水晶振動片６０及び第１水晶外枠５０の外形パターンをフォトレジスト層３６が塗布された水晶ウエハ１０に露光する。図５（ｃ）は露光されたフォトレジスト４２を有する単結晶水晶ウエハ１０を示した断面図である。

ステップＳ１０８では、水晶ウエハ１０のフォトレジスト層３６を現像して、感光したフォトレジスト層４２を除去する。さらに、露出した第１金属膜３０を、例えば金層に対してヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液を用いて、クロム層に対して硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。水溶液の濃度、温度及び水溶液に浸している時間を調整して余分な箇所が侵食されないようにする。これで第１金属膜３０を除去することができる。こうすることで、図５（ｄ）に示すように、第１水晶外枠５０の外形パターン及び第１水晶振動片６０の外形パターンの水晶ウエハ１０が現われる。

ステップＳ１１０では、第１水晶外枠５０の外形パターン及び第１水晶振動片６０の外形パターンを形成するために水晶のウェットエッチングを行う。すなわち、フッ酸（ＨＦ）又は重フッ化アンモン（ＮＨ４Ｆ・ＨＦ）をエッチング液として、フォトレジスト層３６及び第１金属膜３０から露出した水晶ウエハ１０を、第１水晶外枠５０の外形及び第１水晶振動片６０の外形になるようにウェットエッチングを行う。図５（ｅ）はエッチングされた水晶ウエハ１０であり、図４で示したように開口領域５２、開口領域６２及びスルーホール９１が形成された状態である。

ステップＳ１１２では、第１水晶振動片６０の厚さを薄く調整するため、残ったフォトレジスト３６が除去され、その後新たにフォトレジスト層３６’が、スピンコート又はスプレーで塗布される。図５（ｆ）に示すように、第１水晶外枠５０に新たにフォトレジスト層３６’が形成される。

図６は、第１水晶振動片６０の厚さを薄く調整するためのフローチャートである。
次に、図６のステップＳ１１４では、図６（ｇ）に示すように、露光装置を用いて、フォトマスクに描かれた圧電振動片６０の外形パターンをフォトレジスト層３６が塗布された第１水晶外枠５０に露光する。図６（ｇ）は露光されたフォトレジスト４２’を有する第１水晶外枠５０を示した断面図である。

ステップＳ１１６では、露光されたフォトレジスト４２’が現像され除去される。次いで露出した第１金属膜３０を、例えば金層に対してヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液、クロム層に対して硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。水溶液の濃度、温度及び水溶液に浸している時間を調整して余分な箇所が侵食されないようにする。図６（ｈ）は、この状態の第１水晶外枠５０を示す。

ステップＳ１１８では、第１水晶振動片６０の厚さを薄く調整するために第１水晶振動片６０のウェットエッチングを行う。すなわち、フッ酸（ＨＦ）又は重フッ化アンモン（ＮＨ４Ｆ・ＨＦ）をエッチング液として、フォトレジスト層４２’及び第１金属膜３０から露出した水晶振動片の水晶を目的の厚さになるようにウェットエッチングを行う。図６（ｉ）は、いわゆるハーフエッチングを行った状態の第１水晶外枠５０を示す。

ステップＳ１２０では、残ったフォトレジスト層３６’を除去する。次いで露出した第１金属膜３０を、例えば金層に対してヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液、クロム層に対して硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。水溶液の濃度、温度及び水溶液に浸している時間を調整して余分な箇所が侵食されないようにする。次いで、第１水晶外枠５０及び第１水晶振動片６０に、第１金属膜３０及び第２金属膜４０をスパッタリングもしくは蒸着などの手法により形成する。この際に、第１スルーホール９１となる領域にも金属膜を蒸着する。

ステップＳ１２２では、第１金属膜３０が形成された第１水晶外枠５０及び第１水晶振動片６０に、フォトレジスト層３６”を全面にスピンコートなどの手法で均一に塗布する。図６（ｋ）はこの状態の第１水晶外枠５０及び第１水晶振動片６０を示した断面図である。

図７は、第１水晶外枠５０に金属膜及び第１水晶振動片６０に励振電極などの電極パターンを形成するためのフローチャートである。

図７のステップＳ１２４では、フォトマスクに描かれた第１水晶振動片６０の上面の第１励振電極３１及び第１水晶外枠５０の上面の第１金属膜３０のパターンをフォトレジスト層３６”が塗布された第１水晶外枠５０及び第１水晶振動片６０に露光する。なお、第１スルーホール９１には金層及びクロム層を形成するため、第１スルーホール９１に相当するフォトレジスト層３６”を感光させない。図７（ｌ）は露光されたフォトレジスト４２”を有する第１水晶外枠５０及び第１水晶振動片６０を示した断面図である。

ステップＳ１２６では、露光されたフォトレジスト４２”が現像され除去される。次いで露出した第１金属膜３０をエッチングする。図７（ｍ）は、この状態の第１水晶外枠５０及び第１水晶振動片６０を示した断面図である。

ステップＳ１２８では、残ったフォトレジスト層３６”を除去する。第１水晶外枠５０及び第１水晶振動片６０を純水で洗浄して、第１励振電極３１及び第２励振電極３３が形成された第１水晶外枠５０及び第１水晶振動片６０が得られる。また第１スルーホール９１には金属膜が形成されている。図７（ｎ）は、この状態の第１水晶外枠５０及び第１水晶振動片６０を示した断面図である。
これまでの工程により、第１水晶振動片６０に第１励振電極３１、第２励振電極３３及び第１スルーホール９１内の金属膜、並びに第１水晶外枠５０に第１金属膜３０及び第２金属膜４０のパターンが形成された第１水晶外枠５０が得られた。

なお、第２水晶外枠５６及び第２水晶振動片６６を製造する際には、上述したステップＳ１１２からテップＳ１１８を省く工程となる。

次に、第１パッケージ８０を形成する工程について説明する。第２パッケージ８６について説明しないが同じ工程である。
図８は、第１ベース７０に第１水晶外枠５０及び第１水晶振動片６０を接合し第１パッケージ８０を形成するためのフローチャートである。

図８のステップＳ２０２では、第２スルーホール７１及び第３スルーホール７３を形成させた第１ベース７０を用意する。本フローチャートではホウ珪酸ガラスを使用した第１ベース７０で説明する。

ステップＳ２０４では、第２スルーホール７１及び第３スルーホール７３内面に金属膜を蒸着あるいは、スパッタリング装置を用いて形成させる。第１ベース７０の裏面には外部電極７２及び外部電極７４を形成させる。さらにガラス第１ベース７０の場合は、金属層４５を形成させる。

ステップＳ２０６では、第１ベース７０にステップＳ１３０で形成された第１水晶外枠５０を重ね、第１水晶外枠５０の裏面に形成した第２金属膜４０の金層とガラスベース７０の表面に形成した金属膜４５の金層とが合わされ、３５０°Ｃ前後の温度の中で加圧し、第１パッケージ８０を形成する。

図９は、第１パッケージ８０に第１リッド２０を載置し、高温ハンダ２１を溶解させて第１パッケージ８０に接合・封止し、第１水晶振動子１００を形成するためのフローチャートである。第２水晶振動子１１０についても同様な工程である。

ステップＳ３０２では、第１リッド２０をステップＳ２０６で形成された第１パッケージ８０に載置する。
ステップＳ３０４では、第１リッド２０が載置された第１パッケージ８０を、３２０°Ｃ以上の真空又は不活性ガス中の高温槽に保持する。高温槽で高温ハンダ２１が溶けた高温ハンダは、第１パッケージ８０を接合し封止すると同時に、毛細管現象で第１水晶振動片６０の第１スルーホール９１及び第１ベース７０の第２スルーホール７１に流れて、第２スルーホール７１も封止する。以上の工程で、生産効率のよい経済的に優れた第１水晶振動子１００が得られる。

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。例えば、本発明の水晶振動片１０は、水晶以外にニオブ酸リチウム等の様々な圧電単結晶材料を用いることができる。

なお、高温ハンダ２１が溶解して溶けた高温ハンダ２１は、毛細管現象で第１水晶振動片６０の第１スルーホール９１を通ったが、スルーホールを形成することなく第１連結部９０の側壁に金属膜（導通路）を形成して、溶けた高温ハンダ２１が流れるようにしてもよい。

さらに、図８で示したようにいったん第１パッケージ８０を組み立てることなく、第１リッド２０、第１水晶外枠５０及び第１ベース７０を直接重ね合わせて３５０°Ｃ前後の温度の中で加圧し、第１リッド２０と第１水晶外枠５０及び第１水晶外枠５０と第１ベース７０との接合と第２スルーホール７１の封止とを同時に行ってもよい。

（ａ）は、第１の実施形態にかかる第１水晶振動子１００の全体斜視図である。（ｂ）は（ｃ）のＢＢ断面図である。（ｃ）は第１水晶外枠５０の上面図である。（ｄ）は、第１ベース７０の上面図である。 図１Ａ（ｂ）の部分拡大断面図である。 （ａ）は、第２の実施形態にかかる第２水晶振動子１１０の全体斜視図である。（ｂ）は第２リッド２６の内側の平面図である。（ｃ）は第２水晶外枠５６の上面図である。（ｄ）は第２ベース７６の上面図である。 水晶ウエハ１０に第１水晶外枠５０を示す概略平面図である。 水晶ウエハ１０における第１水晶外枠５０の一部を拡大した概略平面図である。 第１水晶外枠５０及び第１水晶振動片６０の外形を形成するためのフローチャートである。 第１水晶振動片６０の厚みを調整するためのフローチャートである。 第１水晶外枠５０に第１金属膜３０及び４０並びに第１水晶振動片６０に第１励振電極３１及び３３を形成するためのフローチャートである。 第１ベース７０に第１水晶外枠５０を接合し第１パッケージ８０を形成するためのフローチャートである。 第１リッド２０で第１パッケージ８０を封止するフローチャートである。

符号の説明

１０ …… 水晶ウエハ
２０ …… リッド
２１ …… 高温ハンダ
３０、 …… 金属膜
３１、３３ …… 第１励振電極
３６，３６’，３６” …… フォトレジスト層
４０，４５ …… 金属膜
４２，４２’，４２” …… 露光されたフォトレジスト層
５０ …… 水晶外枠
５１ …… 連結部
５２ …… 開口部
６０ …… 水晶振動片
６２ …… 開口部
７０，７６ …… 第１ベース、第２ベース
７１，７３ …… 第２スルーホール、第３スルーホール
７２，７４ …… 外部電極
８０，８６ …… 第１パッケージ、第２パッケージ
９０，９５ …… 第１連結部、第２連結部
９１ …… 第１スルーホール
１００ …… 第１水晶振動子
１１０ …… 第２水晶振動子

Claims (10)

1. 第１外部電極及び第２外部電極を有し、プリント基板にハンダペーストにより固定される圧電デバイスであって、
   片面に高温ハンダ層が形成された蓋部と、
   第１面に形成された第１電極パターンと第２面に形成された第２電極パターンとを有し、前記第１電極パターンから前記第２面に前記高温ハンダ層の高温ハンダが流れる第１導通路が形成された圧電振動片と、
   前記第１導通路から流れ出た高温ハンダがさらに下に流れ且つ前記第１外部電極と導通する第２導通路を有するベースと、
   を備えることを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記第１導通路と前記第２導通路の壁面には金属膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記第１電極パターンは第１励振電極とこの第１励振電極に導通する第１接続電極とを有し、
   前記第１接続端子は前記高温ハンダ層と接触し、前記第１励振電極と前記高温ハンダ層との間には隙間が形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電デバイス。
4. 前記第２電極パターンは第２励振電極とこの第２励振電極に導通する第２接続電極とを有し、
   前記ベースは前記第２外部端子と導通するスルーホール部が形成され、前記第２接続端子は前記スルーホール部と接触し、前記第２励振電極と前記ベースとの間には隙間が形成されることを特徴とする請求項１又は請求項３のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
5. 前記高温ハンダの溶融温度は、前記ハンダペーストの溶融温度よりも高い２７０度以上であることを特徴とする請求項１又は請求項４のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
6. 前記第１電極パターンは第１励振電極とこの第１励振電極に導通する第１接続電極とを有し、
   前記第２電極パターンは第２励振電極とこの第２励振電極に導通する第２接続電極とを有し、
   前記圧電振動片は第１接続電極と前記第２接続電極との間に空隙が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電デバイス。
7. 前記蓋部は、その周囲にのみ前記高温ハンダ層が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
8. 圧電デバイスの製造方法において、
   第１面に形成された第１電極パターン、第２面に形成された第２電極パターン、及び前記第１電極パターンから前記第２面に形成される第１導通路が形成された圧電振動片と、第２導通路が形成されたベースとを、前記第１導通路と前記第２導通路とを合わせて配置する第１配置工程と、
   片面に高温ハンダ層が形成された蓋部を、この高温ハンダ層が前記第１導通路に接するように前記圧電振動片に配置する第２配置工程と、
   前記第２配置工程後に、前記蓋部、前記圧電振動片及び前記ベースを重ね合わせた状態で真空又は不活性ガスの高温槽で加熱する加熱工程と、を備え、
   この加熱工程により、前記高温ハンダ層からの高温ハンダが溶けて流れ出し、前記第１導通路と前記第２導通路に流れ出て、この第２導通路を高温ハンダが封止することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
9. 前記加熱工程により、前記高温ハンダ層と前記圧電振動片とが接合されることを特徴とする請求項８に記載の圧電デバイスの製造方法。
10. 前記第１配置工程は、前記第２配置工程の前に、前記圧電振動片と前記ベースとを接合することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の圧電デバイスの製造方法。