圧電振動片、圧電振動デバイス、および圧電振動片の製造方法
【課題】特性を悪化させずに基板の振動領域の厚さを薄くして高周波化に対応させる。
【解決手段】水晶振動片２では、ＡＴカット水晶片からなる基板２０と、基板２０に積層した堤部２１と、基板２０と堤部２１との間に介在させて基板２０と堤部２１との接合補強を行う、軟質の金属材料からなる接合部２２と、が設けられている。堤部２１と接合部２２とが当該水晶振動片２の壁面２３として構成されるとともに、基板２０が当該水晶振動片２の台部として構成され、かつ、壁面２３および台部により当該水晶振動片２の一主面２０１に凹部２７が形成されている。また、凹部２７の内底面を含む基板２０の両主面２０１，２０２に一対の励振電極３６が対向して形成されている。
【解決手段】水晶振動片２では、ＡＴカット水晶片からなる基板２０と、基板２０に積層した堤部２１と、基板２０と堤部２１との間に介在させて基板２０と堤部２１との接合補強を行う、軟質の金属材料からなる接合部２２と、が設けられている。堤部２１と接合部２２とが当該水晶振動片２の壁面２３として構成されるとともに、基板２０が当該水晶振動片２の台部として構成され、かつ、壁面２３および台部により当該水晶振動片２の一主面２０１に凹部２７が形成されている。また、凹部２７の内底面を含む基板２０の両主面２０１，２０２に一対の励振電極３６が対向して形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動片、圧電振動デバイス、および圧電振動片の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電子機器の動作周波数の高周波化がすすんでおり、この高周波化にともなって、圧電振動デバイス（例えば水晶振動子等）も高周波化への対応が求められている。
【０００３】
この種の圧電振動デバイスでは、その筐体が直方体のパッケージで構成されている。このパッケージはベースと蓋とから構成され、このパッケージ内部には圧電振動片が接着剤を介してベースに接合されて、圧電振動片が保持されている。そして、ベースと蓋とが接合されることで、パッケージの内部の圧電振動片が気密封止されている。
【０００４】
また、パッケージに搭載した圧電振動片には、その両主面に一対の励振電極が形成されている。そして、圧電振動片の両主面に形成した一対の励振電極間の基板の厚みを薄くすることで高周波化を図ることができる。
【０００５】
そのため、従前から圧電振動片の高周波化を図るために、その主面の励振電極を形成した振動領域を逆メサ構造に形成している（例えば、下記する特許文献１ご参照）。
【特許文献１】特開２００２−２４６８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、圧電振動片の基板に逆メサ構造を形成するためには基板をエッチングする必要があり、このエッチングの際に基板の面荒れが発生し、その結果、圧電振動片の特性に悪影響を及ぼす。このことは、特にエッチング量の増加に比例して顕れる。
【０００７】
また、現在の高周波化（約２００ＭＨｚ以上）に対応するためには、基板に水晶を用いた場合を例にすると、その基板の最薄肉部の厚さを約８μｍまで（もしくはそれ以下まで）エッチングする必要がある。そのため、基板の割れや反りなどの物理的な悪影響も受けることになり、圧電振動片（水晶振動片）の製造が難しい。
【０００８】
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、特性を悪化させずに基板の振動領域の厚さを薄くして高周波化に対応した圧電振動片、圧電振動デバイス、及び圧電振動片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】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動片は、圧電振動を行う圧電振動片において、圧電材料からなる基板と、前記基板に積層した堤部と、前記基板と前記堤部との間に介在させて前記基板と前記堤部との接合補強を行う、軟質の金属材料からなる接合部と、が設けられ、前記堤部と前記接合部とが当該圧電振動片の壁部として構成されるとともに、前記基板が当該圧電振動片の台部として構成され、かつ、前記壁部および前記台部により当該圧電振動片の一主面に凹部が形成され、前記凹部の内底面を含む前記基板の両主面に一対の励振電極が対向して形成されたことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、特性を悪化させずに基板の振動領域の厚さを薄くして高周波化に対応させることが可能となる。具体的に、高周波化を図るために前記基板の厚さを薄くした場合であっても、前記接合部と前記堤部を設けることで前記基板の強度を間接的に高めることでき、その結果、前記基板の割れや反りなどの物理的な悪影響も受けることはない。
【００１１】
前記構成において、前記基板の前記接合部と接する面が、鏡面加工されてもよい。
【００１２】
この場合、前記基板の前記接合部と接する面にボイドが発生するのを抑えることが可能となる。
【００１３】
前記構成において、前記接合部と、前記基板の前記接合部と接する面に形成された励振電極とは、同一材料からなってもよい。
【００１４】
この場合、前記接合部の金属材料を、前記基板の前記接合部と接する面に形成された励振電極に用いるので、電極のエッチング成形のみで前記励振電極の形成を行うことが可能となる。そのため、前記圧電振動片の凹部に前記励振電極を形成する時に、前記凹部の不必要な位置に間違って電極を形成して電極ショートを起こすことなどの不具合を防止することが可能となり、前記凹部を形成した前記基板の前記接合部と接する面の前記励振電極の形成が容易となる。
【００１５】
前記構成において、前記堤部の壁面が、前記基板に対して垂直方向に形成されてもよい。
【００１６】
この場合、前記基板上の振動領域（前記励振電極の形成位置）を確保する上で好適である。
【００１７】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動デバイスは、上記した本発明にかかる圧電振動片と、前記圧電振動片に形成した前記励振電極を気密封止する蓋とが設けられたことを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、上記した前記圧電振動片が設けられているので、前記圧電振動片の作用効果と同様の作用効果を有することが可能となる。
【００１９】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動片の製造方法は、圧電振動を行う圧電振動片の製造方法において、圧電材料からなる基板と、前記基板に積層する堤部と、前記基板と前記堤部との間に介在させて前記基板と前記堤部との接合補強を行う、軟質の金属材料からなる接合部と、を用いて、前記基板に前記接合部と前記堤部とを順に積層し、前記基板に前記接合部および前記堤部を積層した後に、前記基板の厚さ調整を行うために前記基板の薄肉化を行い、前記基板に前記接合部および前記堤部を積層した後に、前記接合部と前記堤部とをエッチングして当該圧電振動片の一主面に振動領域を内底面とする凹部を形成し、前記凹部の内底面であって前記基板の前記接合部と接する面に励振電極を形成することを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、特性を悪化させずに基板の振動領域の厚さを薄くして高周波化（本実施例では６００ＭＨｚ以上）に対応させることが可能となる。具体的に、高周波化を図るために前記基板の厚さを薄くした場合であっても、前記接合部と前記堤部を設けることで前記基板の強度を間接的に高めることでき、その結果、前記基板の割れや反りなどの物理的な悪影響も受けることはない。また、本発明によれば、前記基板の他に前記接合部と前記堤部とを用いているので、前記基板の割れや反りなどを考慮して前記基板を厚く設定する必要はなく、最初から前記基板を薄くすることが可能となる。その結果、前記基板に対して薄肉化を行なった除去量を減らすことが可能となり、前記基板の両主面の面荒れ（平均面粗さ）を抑えることが可能となる。
【００２１】
前記方法において、前記基板の前記接合部と接する面を鏡面加工し、鏡面加工した前記に前記接合部と前記堤部とを順に積層してもよい。
【００２２】
この場合、前記基板の前記接合部と接する面を鏡面加工するので、前記基板の前記接合部と接する面にボイドが発生するのを抑えることが可能となり、前記基板と前記接合部との接合強度を高めることが可能となる。また、前記基板に前記接合部と前記堤部とを順に積層する前に、前記基板の前記接合部と接する面を鏡面加工するので、励振電極を形成する前に前記凹部を形成した状態の前記基板の鏡面加工を必要とせず、容易に励振電極を基板の前記接合部と接する面に形成することが可能となる。
【００２３】
前記構成において、前記接合部と、前記基板の前記接合部と接する面に形成された励振電極とは、同一材料からなってもよい。
【００２４】
この場合、前記接合部の金属材料を、前記基板の前記接合部と接する面に形成された励振電極に用いるので、電極のエッチング成形のみで前記励振電極の形成を行うことが可能となる。そのため、前記圧電振動片の凹部に前記励振電極を形成する時に、前記凹部の不必要な位置に間違って電極を形成して電極ショートを起こすことなどの不具合を防止することが可能となり、前記凹部を形成した前記基板の前記接合部と接する面の前記励振電極の形成が容易となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、特性を悪化させずに基板の振動領域の厚さを薄くして高周波化に対応させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施例では、圧電振動デバイスとして水晶振動子に本発明を適用した場合を示す。
【００２７】
本実施例にかかる水晶振動子１では、図１に示すように、水晶振動片２（本発明でいう圧電振動片）と、この水晶振動片２を保持するベース４と、ベース４に保持した水晶振動片２を気密封止するための蓋５が設けられている。
【００２８】
この水晶振動子１では、ベース４と蓋５とからパッケージ６が構成され、ベース４と蓋５とが接合されてパッケージ６の内部空間７が形成され、このパッケージ６の内部空間７のベース４上に水晶振動片２が保持されるとともに、パッケージ６の内部空間７が気密封止される。この際、図１に示すように、水晶振動片２は、ベース４に、金属材料からなるバンプ８を用いてＦＣＢ法により電気機械的に超音波接合されている。
【００２９】
次に、この水晶振動子１の各構成について図１〜３を用いて説明する。
【００３０】
ベース４は、図１に示すように、底部４１と、この底部４１から上方に延出した壁部４２とから構成される箱状体に形成されている。このベース４は、セラミック材料からなる平面視矩形状の一枚板上に、セラミック材料の直方体が積層して凹状に一体的に焼成されている。なお、本実施例にかかるベース４の平面視の寸法は、３．２ｍｍ×２．５ｍｍ以下に設定されている。
【００３１】
また、ベース４の壁部４２は、底部４１の表面外周に沿って成形されている。壁部４２の上面は、蓋５との接合領域であり、この接合領域には、蓋５と接合するためのメタライズ層４３（例えば、タングステンメタライズ層上にニッケル，金の順でメッキした構成）が設けられている。
【００３２】
また、内部空間７におけるベース４の底部４１には、水晶振動片２の励振電極２６それぞれと電気機械的に接合する２つの電極パッド４４が形成されている。これら電極パッド４４は、ベース４の外周裏面に形成される端子電極（図示省略）にそれぞれ電気機械的に接合されている。これら端子電極から外部部品や外部機器と接続される。なお、これらの端子電極および電極パッド４４は、タングステン、モリブデン等のメタライズ材料を印刷した後にベース４と一体的に焼成して形成される。そして、端子電極および電極パッド４４のうち一部のものについては、メタライズ上部にニッケルメッキが形成され、その上部に金メッキが形成されて構成される。なお、ここでいうメッキ形成の工法として、電解メッキ法や無電解メッキ法が挙げられる。
【００３３】
蓋５は、例えば金属材料からなり、図１に示すように、平面視矩形状の一枚板に成形されている。この蓋５は、下面にろう材（図示省略）が形成されており、ビーム溶接等の手法によりベース４に接合されて、蓋５とベース４とによる水晶振動子１のパッケージ６が構成される。なお、本実施例にかかる蓋５の平面視の寸法は、３．２ｍｍ×２．５ｍｍ以下に設定されている。
【００３４】
また、蓋５は、例えば、４層の熱膨張係数の異なる金属材料から形成されている。具体的に、ベース４との接続面となる蓋５の下面から、ろう材である銀ろう層、銅層、コバール層及びニッケル層が順に積層されている。
【００３５】
水晶振動片２には、図１〜３に示すように、ＡＴカット水晶片の基板２０と、基板２０に積層した堤部２１と、基板２０と堤部２１との間に介在させて基板２０と堤部２１との接合補強を行う接合部２２と、が設けられている。そして、堤部２１と接合部２２とが当該水晶振動片２の壁面２３として構成されるとともに、基板２０が当該水晶振動片２の台部として構成されている。
【００３６】
水晶振動片２の基板２０は、平面視矩形状の一枚板の直方体に成形され、基板２０の外周形は直方体形状からなる。また、基板２０の接合部２２と接する面（基板２０の一主面２０１）の全面が、鏡面加工されている。なお、本実施例にかかる基板２０の主面寸法は、３．２ｍｍ×２．５ｍｍ以下に設定され、基板２０の厚さ寸法は３μｍ以下に設定されている。
【００３７】
また、この基板２０の両主面２０１，２０２には一対の励振電極２６が対向して形成されている。そして、励振電極２６を外部電極（本実施例では、ベース４の電極パッド４４）と電気機械的に接合するために励振電極２６から引出電極（図示省略）が引き出し形成されている。そして、励振電極２６が、引出電極からバンプ８を介してベース４の電極パッド４４と電気機械的に接合されている。なお、励振電極２６及び引出電極は、フォトリソグラフィ法により形成され、例えば、基板２０側からクロム、金（Ｃｒ−Ａｕ）の順に積層して形成されている。なお、本実施例にかかる励振電極２６の厚さ寸法は、０．２μｍ〜０．８μｍの範囲に設定されている。
【００３８】
水晶振動片２の接合部２２は、軟質の金属材料からなり、基板２０の一主面２０１の外周に沿って環状に設けられている。具体的に、本実施例では、クロム、金、クロム（Ｃｒ−Ａｕ−Ｃｒ）が順に積層されてなり、クロムを設けることで接合部２２の金と基板２０および堤部２１との接合を良好にし、金を設けることで基板２０や堤部２１に生じるボイドに接合部２２を充填させることが可能となる。なお、本実施例にかかる接合部２２の厚さ寸法は、０．０５μｍ〜２．００μｍの範囲に設定されている。
【００３９】
また、水晶振動片２の堤部２１は、水晶（ＡＴカット水晶基板やＺ板など）からなり、基板２０の一主面２０１の外周に沿って接合部２２上に環状に設けられている。
【００４０】
この水晶振動片２では、基板２０上に壁面２３を設けることにより当該水晶振動片２の一主面２４に凹部２７が形成され、この凹部２７の内底面が当該水晶振動片２の振動領域２８に設定される。また、凹部２７の内底面には、上記した励振電極２６が形成されている。
【００４１】
次に、上記した水晶振動片２の製造方法について図１〜１２を用いて説明する。
【００４２】
まず、図４に示す基板２０となるＡＴカット水晶片を水晶インゴット（図示省略）から成形する。そして、水晶インゴットから成形した基板２０の両主面２０１，２０２を、ポリッシュ研磨して基板２０の両主面２０１，２０２を鏡面加工する。なお、基板２０の両主面２０１，２０２をポリッシュ研磨することで、基板２０の両主面２０１にボイドが発生するのを抑えることができる。
【００４３】
両主面２０１，２０２を鏡面加工した基板２０の一主面２０１の全面にクロム、金の順に真空蒸着（抵抗加熱蒸着）を行ない、図５に示すように、基板２０の一主面２０１上に接合部２２の一部２２１を形成する。なお、この接合部２２の一部２２１の厚さは、励振電極２６の厚さと同一に設定する。
【００４４】
また、堤部２１を構成する水晶を、基板２０と同様にして水晶インゴット（図示省略）から成形する。そして、水晶インゴットから成形した堤部２１の両主面２１１，２１２を、ポリッシュ研磨して堤部２１の両主面２１１，２１２を鏡面加工する。なお、堤部２１の両主面２１１，２１２をポリッシュ研磨することで、堤部２１の両主面２１１，２１２にボイドが発生するのを抑えることができる。
【００４５】
両主面２０１，２０２を鏡面加工した堤部２１の両主面２１１，２１２の全面に、基板２０と同様にしてクロム、金の順に真空蒸着（抵抗加熱蒸着）を行ない、図６に示すように、堤部２１の一主面２１１上に保護メタル部３を形成するとともに、他主面２１２上に接合部２２の他部２２２を形成する。
【００４６】
そして、基板２０の一主面２０１上に接合部２２の一部２２１を形成するとともに、堤部２１の他主面２１２上に接合部２２の他部２２２を形成した後に、図７に示すように、接合部２２の金同士の常温接合により接合部２２を介して基板２０上に堤部２１を形成する。このように、接合部２２の一部２２１と、接合部２２の他部２２２との接合に常温接合を用いることで、基板２０の一主面２０１と、堤部２１の他主面２１２との接合部２２を介した接合強度を高めることができる。具体的に、真空雰囲気下でイオンビームによる常温接合を用いることで、図５に示す接合部２２の一部２２１と、図６に示す接合部２２の他部２２２との金の表面を活性化させ、活性化させた接合部２２の一部２２１の金と他部２２２の金とを共有結合させて接合部２２を構成する。この接合部２２の一部２２１の金と他部２２２の金との共有結合の結果、接合部２２を介した基板２０と堤部２１との接合を良好にする。なお、ここでいう常温接合とは、温度２００℃以下、圧力１０-4Ｐａ以下に設定された接合のことをいい、高圧や高温で転移し易い水晶からなる基板２０に対して好適な接合である。また、ここでいう常温とは、４００〜１０００℃ぐらいの温度に対して、これより低温であることをいい、さらに本実施例に示すように２００℃以下に設定されることが好適である。
【００４７】
保護メタル部３を形成した後に、堤部２１を所定の形状（基板２０の一主面２０１の外周に沿った環状）にするために、図８に示すように、フォトリソグラフィ法により保護メタル部３のパターンニングを行う。
【００４８】
保護メタル部３のパターンニングを行なった後に、図９に示すように基板２０の他主面２０２を所望の厚さ（本実施例では３μｍ）になるまで研磨する。なお、この際、基板２０の一主面２０１側に接合部２２および堤部２１を形成しているので、例えば基板２０の厚さを３μｍ以下にした場合であっても、従来技術とは異なり基板２０の反りや割れなどは生じない。
【００４９】
基板２０を所望の厚さまで研磨した後、図１０に示すように、堤部２１をフッ化アンモニウムによりウエットエッチングする。この際、基板２０や堤部２１のエッチングを行わない箇所をレジストによりエッチング保護して堤部２１のウエットエッチングを行う。
【００５０】
堤部２１のウエットエッチングを行った後に露出した接合部２２に対して、メタルエッチングを行い、図１１に示すように基板２０の一主面２０１の振動領域２８を露出する。
【００５１】
基板２０の一主面２０１を露出した後に、図１２に示すように保護メタル部３をメタルエッチングを行って除去し、水晶振動片２の外形を成形する。
【００５２】
そして、水晶振動片２の外形を形成した後に、図２，３に示すように基板２０の両主面２０１，２０２に、フォトリソグラフィ法により、一対の励振電極２６を対向して形成するとともに、引出電極を形成して、水晶振動片２を製造する。
【００５３】
上記したように、本実施例にかかる水晶振動片２によれば、基板２０と堤部２１と接合部２２とが設けられ、堤部２１と接合部２２とが水晶振動片２の壁面２３として構成されるとともに、基板２０が水晶振動片２の台部として構成され、かつ、壁面２３および台部により水晶振動片２の一主面２４に凹部２７が形成され、凹部２７の内底面を含む基板２０の両主面２０１，２０２に一対の励振電極２６が対向して形成されるので、特性を悪化させずに基板２０の振動領域２８の厚さを薄くして高周波化（本実施例では６００ＭＨｚ以上）に対応させることができる。具体的に、高周波化を図るために基板２０の厚さを薄くした場合であっても、接合部２２と堤部２１を設けることで基板２０の強度を間接的に高めることでき、その結果、基板２０の割れや反りなどの物理的な悪影響も受けることはない。
【００５４】
また、基板２０の接合部２２と接する面（一主面２０１）が鏡面加工されるので、基板２０の一主面２０１にボイドが発生するのを抑えることができる。
【００５５】
また、接合部２２の金属材料を、基板２０の一主面２０１に形成された励振電極２６に用いるので、電極のエッチング成形のみで励振電極２６の形成を行うことができる。そのため、水晶振動片２の凹部２７に励振電極２６を形成する時に、凹部２７の不必要な位置に間違って電極を形成して電極ショートを起こすことなどの不具合を防止することができ、凹部２７を形成した基板２０の一主面２０１の励振電極２６の形成が容易となる。
【００５６】
また、本実施例にかかる水晶振動子１の製造方法によれば、水晶振動片２が設けられるので、上記した水晶振動片２の作用効果と同様の作用効果を有する。
【００５７】
また、本実施例にかかる水晶振動片２の製造方法によれば、基板２０と堤部２１と接合部２２とを用いて基板２０に接合部２２と堤部２１とを順に積層し、基板２０に接合部２２および堤部２１を積層した後に、基板２０の厚さ調整を行うために基板２０の薄肉化を行い（本実施例では、ポリッシュ研磨とウエットエッチングを実施）、基板２０に接合部２２および堤部２１を積層した後に、接合部２２と堤部２１とをエッチングして水晶振動片２の一主面２４に振動領域２８を内底面とする凹部２７を形成し、凹部２７の内底面であって基板２０の一主面２０１に励振電極２６を形成するので、特性を悪化させずに基板２０の振動領域２８の厚さを薄くして高周波化（本実施例では６００ＭＨｚ以上）に対応させることができる。具体的に、高周波化を図るために基板２０の厚さを薄くした場合であっても、接合部２２と堤部２１を設けることで基板２０の強度を間接的に高めることでき、その結果、基板２０の割れや反りなどの物理的な悪影響も受けることはない。また、本実施例によれば、基板２０の他に接合部２２と堤部２１とを用いているので、基板２０の割れや反りなどを考慮して基板２０を厚く設定する必要はなく、最初から基板２０を薄くすることができる。その結果、基板２０に対するエッチング量を減らすことができ、基板２０の両主面２０１，２０２の面荒れ（平均面粗さ）を抑えることができる。
【００５８】
また、本実施例にかかる水晶振動子１の製造方法によれば、基板２０の少なくとも一主面２０１を鏡面加工するので、基板２０の一主面２０１にボイドが発生するのを抑えることができ、基板２０と接合部２２との接合強度を高めることができる。また、基板２０に接合部２２と堤部２１とを順に積層する前に、基板２０の一主面２０１を鏡面加工するので、励振電極２６を形成する前に凹部２７を形成した状態の基板２０の鏡面加工を必要とせず、容易に励振電極２６を基板２０の一主面２０１に形成することができる。
【００５９】
なお、本実施例では、図１に示すように、平面視矩形上の一枚板の直方体に成形された蓋５と、凹状に成形されたベース４とを用いているが、これに限定されるものではなく、ベース４と蓋５とにより水晶振動片２を気密封止できれば、ベースと蓋の形状は任意に設定してもよい。例えば、平面視矩形上の一枚板の直方体に成形されたベースと、凹状に成形された蓋とを用いてもよい。
【００６０】
また、本実施例では、水晶振動片２の外形を形成した後に基板２０の両主面２０１，２０２にフォトリソグラフィ法により一対の励振電極２６と引出電極を形成しているが、これに限定されずに、例えば、図１３に示すように、接合部２２を基板２０の一主面２０１に形成する励振電極２６および引出電極として用いてもよい。具体的に、接合部２２の厚さと基板２０の一主面２０１に形成する励振電極２６の厚さとを図１３に示すように同一にすることが好適であり、この場合、接合部２２と基板２０の一主面２０１に形成する励振電極２６を同一工程で一括的に形成（成膜）することができ、その結果、励振電極２６の形成工程に関する生産効率の向上を図ることができる。もしくは、基板２０の一主面２０１に励振電極２６を形成した後にその励振電極２６を所望の厚さまでメタルエッチングを行ってもよい。
【００６１】
ところで、凹部２７を水晶振動片２の一主面２４に設けた状態でその一主面２４に電極（励振電極２６や引出電極）を形成することは、水晶振動片２の一主面２４が平坦面である場合と比較して難しい。しかしながら、図１３に示すように接合部２２と基板２０の一主面２０１に形成する励振電極２６とを同一材料にする構成によれば、接合部２２の金属材料を水晶振動片２の一主面２４側の励振電極２６（および引出電極）に用いるので、電極のエッチング成形のみで励振電極２６（および引出電極）の形成を行うことができる。そのため、水晶振動片２の凹部２７に励振電極２６と引出電極とを形成する時に、凹部２７の壁面２３などに間違って電極を形成して電極ショートを起こすことなどの不具合を防止することができ、凹部２７を形成した水晶振動片２の一主面２４側の励振電極２６（および引出電極）の形成が容易となる。
【００６２】
また、本実施例では、ベース４と蓋５とからなるパッケージ６を用いて水晶振動片２に形成した励振電極２６の気密封止を行なっているが、励振電極２６の気密封止はこれに限定されるものではなく、例えば、水晶振動片２の両主面２４，２５それぞれに蓋を接合して励振電極２６を気密封止してもよく、この場合、水晶振動子の小型化を図ることが可能となる。具体的に、図２に示す水晶振動片２の場合、図１４に示すように、その堤部２１の上端面に平面視矩形状の一枚板に成形された蓋５１を接合して基板２０の一主面２０１に形成した励振電極２６を気密封止し、箱状体の凹状に成形された蓋５２を基板２０の他主面２０２に接合して基板２０の他主面２０２に形成した励振電極２６を気密封止してもよい。
【００６３】
また、本実施例では、ベース５上に水晶振動片２を、その基板２０を接合部位として接合しているが、これに限定されるものではなく、ベース５上に水晶振動片２を図１に示す形態に対して上下面逆に配してもよい。具体的に、この構成によれば、図１５に示すように、ベース５上に水晶振動片２を、その堤部２１の上面を接合部位として接合することになる。この場合、堤部２１の厚み（高さ）の分だけ、ベース２０と、基板２０の一主面２０１に形成された励振電極２６との間隙をつくることができ、その結果、別途ベース２０と基板２０に形成された励振電極２６との間隙を考慮した水晶振動子１の設計を行わなくてもよく、水晶振動子１の低背化に有効である。
【００６４】
また、本実施例では、基板２０の薄肉化を行なうために、ポリッシュ研磨とウエットエッチングを実施するが、これは好適な例でありこれに限定されるものではなく、単一の薄肉化処理であってもよく、他の薄肉化処理との組合せであってもよい。例えば、ポリッシュ研磨だけでもよく、またはドライエッチングとウエットエッチングとを併用してもよい。
【００６５】
また、本実施例では、水晶振動片２の両主面２４，２５それぞれに１つの励振電極２６を形成しているが、これに限定されるものではなく、使用用途に合わせて両主面２４，２５それぞれに形成される励振電極の数を任意に設定してもよい。例えば、両主面それぞれに２つの励振電極が形成されてもよく、または、一主面に１つの励振電極が形成されるとともに他主面に２つの励振電極が形成されたフィルタ素子構成としてもよい。
【００６６】
また、水晶振動片２の引き出し電極は、上記した実施例に限定されるものではなく、さらにメッキ形成されてもよい。なお、ここでいうメッキ形成の工法として、電解メッキ法や無電解メッキ法が用いられる。
【００６７】
また、本実施例では、ＡＴカット水晶片を基板２０に用いているが、これは好適な例でありこれに限定されるものではなく、圧電材料であれば他の材料であってもよい。
【００６８】
また、本実施例では、接合部２２と励振電極２６とを別構成としているが、これに限定されるものでなく、接合部２２と基板２０の一主面２０１に形成した励振電極２６とが同一材料からなってもよい。
【００６９】
また、本実施例では、堤部２１に水晶を用いているが、これに限定されるものではなく、ガラスやシリコンなどを用いてもよい。特にシリコンを用いてドライエッチングにより堤部２１の壁面２３を成形した場合、結晶方向ではなく、基板２０に対して任意の方向（特に基板２０に対して垂直方向）をエッチング方向とすることができるので、基板２０上の振動領域（励振電極２６の形成位置）を確保する上で好適である。また、このことは堤部２１にガラスを用いた場合も同様であり、ガラスの場合、任意のエッチング方法により、基板２０に対して垂直方向をエッチング方向とすることができるので、好適である。
【００７０】
また、実施例では、基板２０の両主面２０１，２０２と、堤部２１の両主面２１１，２１２とをポリッシュ研磨して鏡面加工しているが、これはボイドの発生を抑制するのに好適な例であり、これに限定されるものではなく、基板２０の両主面２０１，２０２のみをポリッシュ研磨して鏡面加工してもよい。この場合、堤部２１を形成した際にボイドが発生する場合もあるが、接合部２２に軟質の金属材料を用いているので、ボイドに接合部２２の金属材料が配される（充填される）。その結果、堤部２１と接合部２２との接合の際に、堤部２１と接合部２２との間で空間が生じるのを抑制することができ、堤部２１と接合部２２との接合強度を高めることができる。また、この効果は、基板２０と接合部２２の接合においても生じるが、基板２０の一主面２０１は鏡面加工されているので、堤部２１と比べてボイドの発生などは少ない。
【００７１】
また、本実施例では、接合部２２は、クロム、金、クロムの順に積層して構成しているが、これに限定されるものではなく、軟質の金属材料であればよく例えば金の代わりにプラチナを用いてもよい。
【００７２】
なお、本発明は、その精神や主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、水晶振動片などの基板の材料に水晶を用いた圧電振動片、圧電振動デバイス、および圧電振動片の製造方法に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、本実施例にかかる水晶振動子の概略構成図である。
【図２】図２は、本実施例にかかる水晶振動片の概略側面図である。
【図３】図３は、本実施例にかかる水晶振動片の概略平面図である。
【図４】図４は、本実施例にかかる水晶振動片の製造方法を示した概略図である。
【図５】図５は、本実施例にかかる水晶振動片の製造方法を示した概略図である。
【図６】図６は、本実施例にかかる水晶振動片の製造方法を示した概略図である。
【図７】図７は、本実施例にかかる水晶振動片の製造方法を示した概略図である。
【図８】図８は、本実施例にかかる水晶振動片の製造方法を示した概略図である。
【図９】図９は、本実施例にかかる水晶振動片の製造方法を示した概略図である。
【図１０】図１０は、本実施例にかかる水晶振動片の製造方法を示した概略図である。
【図１１】図１１は、本実施例にかかる水晶振動片の製造方法を示した概略図である。
【図１２】図１２は、本実施例にかかる水晶振動片の製造方法を示した概略図である。
【図１３】図１３は、本実施例の他の例にかかる水晶振動片の概略側面図である。
【図１４】図１４は、本実施例の他の例にかかる水晶振動子の概略構成図である。
【図１５】図１５は、本実施例の他の例にかかる水晶振動子の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７５】
１ 水晶振動子
２ 水晶振動片
２０ 基板
２０１，２０２ 基板の両主面
２１ 堤部
２２ 接合部
２３ 壁部
２６ 励振電極
２７ 凹部
５，５１，５２ 蓋
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動片、圧電振動デバイス、および圧電振動片の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電子機器の動作周波数の高周波化がすすんでおり、この高周波化にともなって、圧電振動デバイス（例えば水晶振動子等）も高周波化への対応が求められている。
【０００３】
この種の圧電振動デバイスでは、その筐体が直方体のパッケージで構成されている。このパッケージはベースと蓋とから構成され、このパッケージ内部には圧電振動片が接着剤を介してベースに接合されて、圧電振動片が保持されている。そして、ベースと蓋とが接合されることで、パッケージの内部の圧電振動片が気密封止されている。
【０００４】
また、パッケージに搭載した圧電振動片には、その両主面に一対の励振電極が形成されている。そして、圧電振動片の両主面に形成した一対の励振電極間の基板の厚みを薄くすることで高周波化を図ることができる。
【０００５】
そのため、従前から圧電振動片の高周波化を図るために、その主面の励振電極を形成した振動領域を逆メサ構造に形成している（例えば、下記する特許文献１ご参照）。
【特許文献１】特開２００２−２４６８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、圧電振動片の基板に逆メサ構造を形成するためには基板をエッチングする必要があり、このエッチングの際に基板の面荒れが発生し、その結果、圧電振動片の特性に悪影響を及ぼす。このことは、特にエッチング量の増加に比例して顕れる。
【０００７】
また、現在の高周波化（約２００ＭＨｚ以上）に対応するためには、基板に水晶を用いた場合を例にすると、その基板の最薄肉部の厚さを約８μｍまで（もしくはそれ以下まで）エッチングする必要がある。そのため、基板の割れや反りなどの物理的な悪影響も受けることになり、圧電振動片（水晶振動片）の製造が難しい。
【０００８】
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、特性を悪化させずに基板の振動領域の厚さを薄くして高周波化に対応した圧電振動片、圧電振動デバイス、及び圧電振動片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】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動片は、圧電振動を行う圧電振動片において、圧電材料からなる基板と、前記基板に積層した堤部と、前記基板と前記堤部との間に介在させて前記基板と前記堤部との接合補強を行う、軟質の金属材料からなる接合部と、が設けられ、前記堤部と前記接合部とが当該圧電振動片の壁部として構成されるとともに、前記基板が当該圧電振動片の台部として構成され、かつ、前記壁部および前記台部により当該圧電振動片の一主面に凹部が形成され、前記凹部の内底面を含む前記基板の両主面に一対の励振電極が対向して形成されたことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、特性を悪化させずに基板の振動領域の厚さを薄くして高周波化に対応させることが可能となる。具体的に、高周波化を図るために前記基板の厚さを薄くした場合であっても、前記接合部と前記堤部を設けることで前記基板の強度を間接的に高めることでき、その結果、前記基板の割れや反りなどの物理的な悪影響も受けることはない。
【００１１】
前記構成において、前記基板の前記接合部と接する面が、鏡面加工されてもよい。
【００１２】
この場合、前記基板の前記接合部と接する面にボイドが発生するのを抑えることが可能となる。
【００１３】
前記構成において、前記接合部と、前記基板の前記接合部と接する面に形成された励振電極とは、同一材料からなってもよい。
【００１４】
この場合、前記接合部の金属材料を、前記基板の前記接合部と接する面に形成された励振電極に用いるので、電極のエッチング成形のみで前記励振電極の形成を行うことが可能となる。そのため、前記圧電振動片の凹部に前記励振電極を形成する時に、前記凹部の不必要な位置に間違って電極を形成して電極ショートを起こすことなどの不具合を防止することが可能となり、前記凹部を形成した前記基板の前記接合部と接する面の前記励振電極の形成が容易となる。
【００１５】
前記構成において、前記堤部の壁面が、前記基板に対して垂直方向に形成されてもよい。
【００１６】
この場合、前記基板上の振動領域（前記励振電極の形成位置）を確保する上で好適である。
【００１７】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動デバイスは、上記した本発明にかかる圧電振動片と、前記圧電振動片に形成した前記励振電極を気密封止する蓋とが設けられたことを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、上記した前記圧電振動片が設けられているので、前記圧電振動片の作用効果と同様の作用効果を有することが可能となる。
【００１９】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動片の製造方法は、圧電振動を行う圧電振動片の製造方法において、圧電材料からなる基板と、前記基板に積層する堤部と、前記基板と前記堤部との間に介在させて前記基板と前記堤部との接合補強を行う、軟質の金属材料からなる接合部と、を用いて、前記基板に前記接合部と前記堤部とを順に積層し、前記基板に前記接合部および前記堤部を積層した後に、前記基板の厚さ調整を行うために前記基板の薄肉化を行い、前記基板に前記接合部および前記堤部を積層した後に、前記接合部と前記堤部とをエッチングして当該圧電振動片の一主面に振動領域を内底面とする凹部を形成し、前記凹部の内底面であって前記基板の前記接合部と接する面に励振電極を形成することを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、特性を悪化させずに基板の振動領域の厚さを薄くして高周波化（本実施例では６００ＭＨｚ以上）に対応させることが可能となる。具体的に、高周波化を図るために前記基板の厚さを薄くした場合であっても、前記接合部と前記堤部を設けることで前記基板の強度を間接的に高めることでき、その結果、前記基板の割れや反りなどの物理的な悪影響も受けることはない。また、本発明によれば、前記基板の他に前記接合部と前記堤部とを用いているので、前記基板の割れや反りなどを考慮して前記基板を厚く設定する必要はなく、最初から前記基板を薄くすることが可能となる。その結果、前記基板に対して薄肉化を行なった除去量を減らすことが可能となり、前記基板の両主面の面荒れ（平均面粗さ）を抑えることが可能となる。
【００２１】
前記方法において、前記基板の前記接合部と接する面を鏡面加工し、鏡面加工した前記に前記接合部と前記堤部とを順に積層してもよい。
【００２２】
この場合、前記基板の前記接合部と接する面を鏡面加工するので、前記基板の前記接合部と接する面にボイドが発生するのを抑えることが可能となり、前記基板と前記接合部との接合強度を高めることが可能となる。また、前記基板に前記接合部と前記堤部とを順に積層する前に、前記基板の前記接合部と接する面を鏡面加工するので、励振電極を形成する前に前記凹部を形成した状態の前記基板の鏡面加工を必要とせず、容易に励振電極を基板の前記接合部と接する面に形成することが可能となる。
【００２３】
前記構成において、前記接合部と、前記基板の前記接合部と接する面に形成された励振電極とは、同一材料からなってもよい。
【００２４】
この場合、前記接合部の金属材料を、前記基板の前記接合部と接する面に形成された励振電極に用いるので、電極のエッチング成形のみで前記励振電極の形成を行うことが可能となる。そのため、前記圧電振動片の凹部に前記励振電極を形成する時に、前記凹部の不必要な位置に間違って電極を形成して電極ショートを起こすことなどの不具合を防止することが可能となり、前記凹部を形成した前記基板の前記接合部と接する面の前記励振電極の形成が容易となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、特性を悪化させずに基板の振動領域の厚さを薄くして高周波化に対応させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施例では、圧電振動デバイスとして水晶振動子に本発明を適用した場合を示す。
【００２７】
本実施例にかかる水晶振動子１では、図１に示すように、水晶振動片２（本発明でいう圧電振動片）と、この水晶振動片２を保持するベース４と、ベース４に保持した水晶振動片２を気密封止するための蓋５が設けられている。
【００２８】
この水晶振動子１では、ベース４と蓋５とからパッケージ６が構成され、ベース４と蓋５とが接合されてパッケージ６の内部空間７が形成され、このパッケージ６の内部空間７のベース４上に水晶振動片２が保持されるとともに、パッケージ６の内部空間７が気密封止される。この際、図１に示すように、水晶振動片２は、ベース４に、金属材料からなるバンプ８を用いてＦＣＢ法により電気機械的に超音波接合されている。
【００２９】
次に、この水晶振動子１の各構成について図１〜３を用いて説明する。
【００３０】
ベース４は、図１に示すように、底部４１と、この底部４１から上方に延出した壁部４２とから構成される箱状体に形成されている。このベース４は、セラミック材料からなる平面視矩形状の一枚板上に、セラミック材料の直方体が積層して凹状に一体的に焼成されている。なお、本実施例にかかるベース４の平面視の寸法は、３．２ｍｍ×２．５ｍｍ以下に設定されている。
【００３１】
また、ベース４の壁部４２は、底部４１の表面外周に沿って成形されている。壁部４２の上面は、蓋５との接合領域であり、この接合領域には、蓋５と接合するためのメタライズ層４３（例えば、タングステンメタライズ層上にニッケル，金の順でメッキした構成）が設けられている。
【００３２】
また、内部空間７におけるベース４の底部４１には、水晶振動片２の励振電極２６それぞれと電気機械的に接合する２つの電極パッド４４が形成されている。これら電極パッド４４は、ベース４の外周裏面に形成される端子電極（図示省略）にそれぞれ電気機械的に接合されている。これら端子電極から外部部品や外部機器と接続される。なお、これらの端子電極および電極パッド４４は、タングステン、モリブデン等のメタライズ材料を印刷した後にベース４と一体的に焼成して形成される。そして、端子電極および電極パッド４４のうち一部のものについては、メタライズ上部にニッケルメッキが形成され、その上部に金メッキが形成されて構成される。なお、ここでいうメッキ形成の工法として、電解メッキ法や無電解メッキ法が挙げられる。
【００３３】
蓋５は、例えば金属材料からなり、図１に示すように、平面視矩形状の一枚板に成形されている。この蓋５は、下面にろう材（図示省略）が形成されており、ビーム溶接等の手法によりベース４に接合されて、蓋５とベース４とによる水晶振動子１のパッケージ６が構成される。なお、本実施例にかかる蓋５の平面視の寸法は、３．２ｍｍ×２．５ｍｍ以下に設定されている。
【００３４】
また、蓋５は、例えば、４層の熱膨張係数の異なる金属材料から形成されている。具体的に、ベース４との接続面となる蓋５の下面から、ろう材である銀ろう層、銅層、コバール層及びニッケル層が順に積層されている。
【００３５】
水晶振動片２には、図１〜３に示すように、ＡＴカット水晶片の基板２０と、基板２０に積層した堤部２１と、基板２０と堤部２１との間に介在させて基板２０と堤部２１との接合補強を行う接合部２２と、が設けられている。そして、堤部２１と接合部２２とが当該水晶振動片２の壁面２３として構成されるとともに、基板２０が当該水晶振動片２の台部として構成されている。
【００３６】
水晶振動片２の基板２０は、平面視矩形状の一枚板の直方体に成形され、基板２０の外周形は直方体形状からなる。また、基板２０の接合部２２と接する面（基板２０の一主面２０１）の全面が、鏡面加工されている。なお、本実施例にかかる基板２０の主面寸法は、３．２ｍｍ×２．５ｍｍ以下に設定され、基板２０の厚さ寸法は３μｍ以下に設定されている。
【００３７】
また、この基板２０の両主面２０１，２０２には一対の励振電極２６が対向して形成されている。そして、励振電極２６を外部電極（本実施例では、ベース４の電極パッド４４）と電気機械的に接合するために励振電極２６から引出電極（図示省略）が引き出し形成されている。そして、励振電極２６が、引出電極からバンプ８を介してベース４の電極パッド４４と電気機械的に接合されている。なお、励振電極２６及び引出電極は、フォトリソグラフィ法により形成され、例えば、基板２０側からクロム、金（Ｃｒ−Ａｕ）の順に積層して形成されている。なお、本実施例にかかる励振電極２６の厚さ寸法は、０．２μｍ〜０．８μｍの範囲に設定されている。
【００３８】
水晶振動片２の接合部２２は、軟質の金属材料からなり、基板２０の一主面２０１の外周に沿って環状に設けられている。具体的に、本実施例では、クロム、金、クロム（Ｃｒ−Ａｕ−Ｃｒ）が順に積層されてなり、クロムを設けることで接合部２２の金と基板２０および堤部２１との接合を良好にし、金を設けることで基板２０や堤部２１に生じるボイドに接合部２２を充填させることが可能となる。なお、本実施例にかかる接合部２２の厚さ寸法は、０．０５μｍ〜２．００μｍの範囲に設定されている。
【００３９】
また、水晶振動片２の堤部２１は、水晶（ＡＴカット水晶基板やＺ板など）からなり、基板２０の一主面２０１の外周に沿って接合部２２上に環状に設けられている。
【００４０】
この水晶振動片２では、基板２０上に壁面２３を設けることにより当該水晶振動片２の一主面２４に凹部２７が形成され、この凹部２７の内底面が当該水晶振動片２の振動領域２８に設定される。また、凹部２７の内底面には、上記した励振電極２６が形成されている。
【００４１】
次に、上記した水晶振動片２の製造方法について図１〜１２を用いて説明する。
【００４２】
まず、図４に示す基板２０となるＡＴカット水晶片を水晶インゴット（図示省略）から成形する。そして、水晶インゴットから成形した基板２０の両主面２０１，２０２を、ポリッシュ研磨して基板２０の両主面２０１，２０２を鏡面加工する。なお、基板２０の両主面２０１，２０２をポリッシュ研磨することで、基板２０の両主面２０１にボイドが発生するのを抑えることができる。
【００４３】
両主面２０１，２０２を鏡面加工した基板２０の一主面２０１の全面にクロム、金の順に真空蒸着（抵抗加熱蒸着）を行ない、図５に示すように、基板２０の一主面２０１上に接合部２２の一部２２１を形成する。なお、この接合部２２の一部２２１の厚さは、励振電極２６の厚さと同一に設定する。
【００４４】
また、堤部２１を構成する水晶を、基板２０と同様にして水晶インゴット（図示省略）から成形する。そして、水晶インゴットから成形した堤部２１の両主面２１１，２１２を、ポリッシュ研磨して堤部２１の両主面２１１，２１２を鏡面加工する。なお、堤部２１の両主面２１１，２１２をポリッシュ研磨することで、堤部２１の両主面２１１，２１２にボイドが発生するのを抑えることができる。
【００４５】
両主面２０１，２０２を鏡面加工した堤部２１の両主面２１１，２１２の全面に、基板２０と同様にしてクロム、金の順に真空蒸着（抵抗加熱蒸着）を行ない、図６に示すように、堤部２１の一主面２１１上に保護メタル部３を形成するとともに、他主面２１２上に接合部２２の他部２２２を形成する。
【００４６】
そして、基板２０の一主面２０１上に接合部２２の一部２２１を形成するとともに、堤部２１の他主面２１２上に接合部２２の他部２２２を形成した後に、図７に示すように、接合部２２の金同士の常温接合により接合部２２を介して基板２０上に堤部２１を形成する。このように、接合部２２の一部２２１と、接合部２２の他部２２２との接合に常温接合を用いることで、基板２０の一主面２０１と、堤部２１の他主面２１２との接合部２２を介した接合強度を高めることができる。具体的に、真空雰囲気下でイオンビームによる常温接合を用いることで、図５に示す接合部２２の一部２２１と、図６に示す接合部２２の他部２２２との金の表面を活性化させ、活性化させた接合部２２の一部２２１の金と他部２２２の金とを共有結合させて接合部２２を構成する。この接合部２２の一部２２１の金と他部２２２の金との共有結合の結果、接合部２２を介した基板２０と堤部２１との接合を良好にする。なお、ここでいう常温接合とは、温度２００℃以下、圧力１０-4Ｐａ以下に設定された接合のことをいい、高圧や高温で転移し易い水晶からなる基板２０に対して好適な接合である。また、ここでいう常温とは、４００〜１０００℃ぐらいの温度に対して、これより低温であることをいい、さらに本実施例に示すように２００℃以下に設定されることが好適である。
【００４７】
保護メタル部３を形成した後に、堤部２１を所定の形状（基板２０の一主面２０１の外周に沿った環状）にするために、図８に示すように、フォトリソグラフィ法により保護メタル部３のパターンニングを行う。
【００４８】
保護メタル部３のパターンニングを行なった後に、図９に示すように基板２０の他主面２０２を所望の厚さ（本実施例では３μｍ）になるまで研磨する。なお、この際、基板２０の一主面２０１側に接合部２２および堤部２１を形成しているので、例えば基板２０の厚さを３μｍ以下にした場合であっても、従来技術とは異なり基板２０の反りや割れなどは生じない。
【００４９】
基板２０を所望の厚さまで研磨した後、図１０に示すように、堤部２１をフッ化アンモニウムによりウエットエッチングする。この際、基板２０や堤部２１のエッチングを行わない箇所をレジストによりエッチング保護して堤部２１のウエットエッチングを行う。
【００５０】
堤部２１のウエットエッチングを行った後に露出した接合部２２に対して、メタルエッチングを行い、図１１に示すように基板２０の一主面２０１の振動領域２８を露出する。
【００５１】
基板２０の一主面２０１を露出した後に、図１２に示すように保護メタル部３をメタルエッチングを行って除去し、水晶振動片２の外形を成形する。
【００５２】
そして、水晶振動片２の外形を形成した後に、図２，３に示すように基板２０の両主面２０１，２０２に、フォトリソグラフィ法により、一対の励振電極２６を対向して形成するとともに、引出電極を形成して、水晶振動片２を製造する。
【００５３】
上記したように、本実施例にかかる水晶振動片２によれば、基板２０と堤部２１と接合部２２とが設けられ、堤部２１と接合部２２とが水晶振動片２の壁面２３として構成されるとともに、基板２０が水晶振動片２の台部として構成され、かつ、壁面２３および台部により水晶振動片２の一主面２４に凹部２７が形成され、凹部２７の内底面を含む基板２０の両主面２０１，２０２に一対の励振電極２６が対向して形成されるので、特性を悪化させずに基板２０の振動領域２８の厚さを薄くして高周波化（本実施例では６００ＭＨｚ以上）に対応させることができる。具体的に、高周波化を図るために基板２０の厚さを薄くした場合であっても、接合部２２と堤部２１を設けることで基板２０の強度を間接的に高めることでき、その結果、基板２０の割れや反りなどの物理的な悪影響も受けることはない。
【００５４】
また、基板２０の接合部２２と接する面（一主面２０１）が鏡面加工されるので、基板２０の一主面２０１にボイドが発生するのを抑えることができる。
【００５５】
また、接合部２２の金属材料を、基板２０の一主面２０１に形成された励振電極２６に用いるので、電極のエッチング成形のみで励振電極２６の形成を行うことができる。そのため、水晶振動片２の凹部２７に励振電極２６を形成する時に、凹部２７の不必要な位置に間違って電極を形成して電極ショートを起こすことなどの不具合を防止することができ、凹部２７を形成した基板２０の一主面２０１の励振電極２６の形成が容易となる。
【００５６】
また、本実施例にかかる水晶振動子１の製造方法によれば、水晶振動片２が設けられるので、上記した水晶振動片２の作用効果と同様の作用効果を有する。
【００５７】
また、本実施例にかかる水晶振動片２の製造方法によれば、基板２０と堤部２１と接合部２２とを用いて基板２０に接合部２２と堤部２１とを順に積層し、基板２０に接合部２２および堤部２１を積層した後に、基板２０の厚さ調整を行うために基板２０の薄肉化を行い（本実施例では、ポリッシュ研磨とウエットエッチングを実施）、基板２０に接合部２２および堤部２１を積層した後に、接合部２２と堤部２１とをエッチングして水晶振動片２の一主面２４に振動領域２８を内底面とする凹部２７を形成し、凹部２７の内底面であって基板２０の一主面２０１に励振電極２６を形成するので、特性を悪化させずに基板２０の振動領域２８の厚さを薄くして高周波化（本実施例では６００ＭＨｚ以上）に対応させることができる。具体的に、高周波化を図るために基板２０の厚さを薄くした場合であっても、接合部２２と堤部２１を設けることで基板２０の強度を間接的に高めることでき、その結果、基板２０の割れや反りなどの物理的な悪影響も受けることはない。また、本実施例によれば、基板２０の他に接合部２２と堤部２１とを用いているので、基板２０の割れや反りなどを考慮して基板２０を厚く設定する必要はなく、最初から基板２０を薄くすることができる。その結果、基板２０に対するエッチング量を減らすことができ、基板２０の両主面２０１，２０２の面荒れ（平均面粗さ）を抑えることができる。
【００５８】
また、本実施例にかかる水晶振動子１の製造方法によれば、基板２０の少なくとも一主面２０１を鏡面加工するので、基板２０の一主面２０１にボイドが発生するのを抑えることができ、基板２０と接合部２２との接合強度を高めることができる。また、基板２０に接合部２２と堤部２１とを順に積層する前に、基板２０の一主面２０１を鏡面加工するので、励振電極２６を形成する前に凹部２７を形成した状態の基板２０の鏡面加工を必要とせず、容易に励振電極２６を基板２０の一主面２０１に形成することができる。
【００５９】
なお、本実施例では、図１に示すように、平面視矩形上の一枚板の直方体に成形された蓋５と、凹状に成形されたベース４とを用いているが、これに限定されるものではなく、ベース４と蓋５とにより水晶振動片２を気密封止できれば、ベースと蓋の形状は任意に設定してもよい。例えば、平面視矩形上の一枚板の直方体に成形されたベースと、凹状に成形された蓋とを用いてもよい。
【００６０】
また、本実施例では、水晶振動片２の外形を形成した後に基板２０の両主面２０１，２０２にフォトリソグラフィ法により一対の励振電極２６と引出電極を形成しているが、これに限定されずに、例えば、図１３に示すように、接合部２２を基板２０の一主面２０１に形成する励振電極２６および引出電極として用いてもよい。具体的に、接合部２２の厚さと基板２０の一主面２０１に形成する励振電極２６の厚さとを図１３に示すように同一にすることが好適であり、この場合、接合部２２と基板２０の一主面２０１に形成する励振電極２６を同一工程で一括的に形成（成膜）することができ、その結果、励振電極２６の形成工程に関する生産効率の向上を図ることができる。もしくは、基板２０の一主面２０１に励振電極２６を形成した後にその励振電極２６を所望の厚さまでメタルエッチングを行ってもよい。
【００６１】
ところで、凹部２７を水晶振動片２の一主面２４に設けた状態でその一主面２４に電極（励振電極２６や引出電極）を形成することは、水晶振動片２の一主面２４が平坦面である場合と比較して難しい。しかしながら、図１３に示すように接合部２２と基板２０の一主面２０１に形成する励振電極２６とを同一材料にする構成によれば、接合部２２の金属材料を水晶振動片２の一主面２４側の励振電極２６（および引出電極）に用いるので、電極のエッチング成形のみで励振電極２６（および引出電極）の形成を行うことができる。そのため、水晶振動片２の凹部２７に励振電極２６と引出電極とを形成する時に、凹部２７の壁面２３などに間違って電極を形成して電極ショートを起こすことなどの不具合を防止することができ、凹部２７を形成した水晶振動片２の一主面２４側の励振電極２６（および引出電極）の形成が容易となる。
【００６２】
また、本実施例では、ベース４と蓋５とからなるパッケージ６を用いて水晶振動片２に形成した励振電極２６の気密封止を行なっているが、励振電極２６の気密封止はこれに限定されるものではなく、例えば、水晶振動片２の両主面２４，２５それぞれに蓋を接合して励振電極２６を気密封止してもよく、この場合、水晶振動子の小型化を図ることが可能となる。具体的に、図２に示す水晶振動片２の場合、図１４に示すように、その堤部２１の上端面に平面視矩形状の一枚板に成形された蓋５１を接合して基板２０の一主面２０１に形成した励振電極２６を気密封止し、箱状体の凹状に成形された蓋５２を基板２０の他主面２０２に接合して基板２０の他主面２０２に形成した励振電極２６を気密封止してもよい。
【００６３】
また、本実施例では、ベース５上に水晶振動片２を、その基板２０を接合部位として接合しているが、これに限定されるものではなく、ベース５上に水晶振動片２を図１に示す形態に対して上下面逆に配してもよい。具体的に、この構成によれば、図１５に示すように、ベース５上に水晶振動片２を、その堤部２１の上面を接合部位として接合することになる。この場合、堤部２１の厚み（高さ）の分だけ、ベース２０と、基板２０の一主面２０１に形成された励振電極２６との間隙をつくることができ、その結果、別途ベース２０と基板２０に形成された励振電極２６との間隙を考慮した水晶振動子１の設計を行わなくてもよく、水晶振動子１の低背化に有効である。
【００６４】
また、本実施例では、基板２０の薄肉化を行なうために、ポリッシュ研磨とウエットエッチングを実施するが、これは好適な例でありこれに限定されるものではなく、単一の薄肉化処理であってもよく、他の薄肉化処理との組合せであってもよい。例えば、ポリッシュ研磨だけでもよく、またはドライエッチングとウエットエッチングとを併用してもよい。
【００６５】
また、本実施例では、水晶振動片２の両主面２４，２５それぞれに１つの励振電極２６を形成しているが、これに限定されるものではなく、使用用途に合わせて両主面２４，２５それぞれに形成される励振電極の数を任意に設定してもよい。例えば、両主面それぞれに２つの励振電極が形成されてもよく、または、一主面に１つの励振電極が形成されるとともに他主面に２つの励振電極が形成されたフィルタ素子構成としてもよい。
【００６６】
また、水晶振動片２の引き出し電極は、上記した実施例に限定されるものではなく、さらにメッキ形成されてもよい。なお、ここでいうメッキ形成の工法として、電解メッキ法や無電解メッキ法が用いられる。
【００６７】
また、本実施例では、ＡＴカット水晶片を基板２０に用いているが、これは好適な例でありこれに限定されるものではなく、圧電材料であれば他の材料であってもよい。
【００６８】
また、本実施例では、接合部２２と励振電極２６とを別構成としているが、これに限定されるものでなく、接合部２２と基板２０の一主面２０１に形成した励振電極２６とが同一材料からなってもよい。
【００６９】
また、本実施例では、堤部２１に水晶を用いているが、これに限定されるものではなく、ガラスやシリコンなどを用いてもよい。特にシリコンを用いてドライエッチングにより堤部２１の壁面２３を成形した場合、結晶方向ではなく、基板２０に対して任意の方向（特に基板２０に対して垂直方向）をエッチング方向とすることができるので、基板２０上の振動領域（励振電極２６の形成位置）を確保する上で好適である。また、このことは堤部２１にガラスを用いた場合も同様であり、ガラスの場合、任意のエッチング方法により、基板２０に対して垂直方向をエッチング方向とすることができるので、好適である。
【００７０】
また、実施例では、基板２０の両主面２０１，２０２と、堤部２１の両主面２１１，２１２とをポリッシュ研磨して鏡面加工しているが、これはボイドの発生を抑制するのに好適な例であり、これに限定されるものではなく、基板２０の両主面２０１，２０２のみをポリッシュ研磨して鏡面加工してもよい。この場合、堤部２１を形成した際にボイドが発生する場合もあるが、接合部２２に軟質の金属材料を用いているので、ボイドに接合部２２の金属材料が配される（充填される）。その結果、堤部２１と接合部２２との接合の際に、堤部２１と接合部２２との間で空間が生じるのを抑制することができ、堤部２１と接合部２２との接合強度を高めることができる。また、この効果は、基板２０と接合部２２の接合においても生じるが、基板２０の一主面２０１は鏡面加工されているので、堤部２１と比べてボイドの発生などは少ない。
【００７１】
また、本実施例では、接合部２２は、クロム、金、クロムの順に積層して構成しているが、これに限定されるものではなく、軟質の金属材料であればよく例えば金の代わりにプラチナを用いてもよい。
【００７２】
なお、本発明は、その精神や主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、水晶振動片などの基板の材料に水晶を用いた圧電振動片、圧電振動デバイス、および圧電振動片の製造方法に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、本実施例にかかる水晶振動子の概略構成図である。
【図２】図２は、本実施例にかかる水晶振動片の概略側面図である。
【図３】図３は、本実施例にかかる水晶振動片の概略平面図である。
【図４】図４は、本実施例にかかる水晶振動片の製造方法を示した概略図である。
【図５】図５は、本実施例にかかる水晶振動片の製造方法を示した概略図である。
【図６】図６は、本実施例にかかる水晶振動片の製造方法を示した概略図である。
【図７】図７は、本実施例にかかる水晶振動片の製造方法を示した概略図である。
【図８】図８は、本実施例にかかる水晶振動片の製造方法を示した概略図である。
【図９】図９は、本実施例にかかる水晶振動片の製造方法を示した概略図である。
【図１０】図１０は、本実施例にかかる水晶振動片の製造方法を示した概略図である。
【図１１】図１１は、本実施例にかかる水晶振動片の製造方法を示した概略図である。
【図１２】図１２は、本実施例にかかる水晶振動片の製造方法を示した概略図である。
【図１３】図１３は、本実施例の他の例にかかる水晶振動片の概略側面図である。
【図１４】図１４は、本実施例の他の例にかかる水晶振動子の概略構成図である。
【図１５】図１５は、本実施例の他の例にかかる水晶振動子の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７５】
１ 水晶振動子
２ 水晶振動片
２０ 基板
２０１，２０２ 基板の両主面
２１ 堤部
２２ 接合部
２３ 壁部
２６ 励振電極
２７ 凹部
５，５１，５２ 蓋
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動を行う圧電振動片において、
圧電材料からなる基板と、
前記基板に積層した堤部と、
前記基板と前記堤部との間に介在させて前記基板と前記堤部との接合補強を行う、軟質の金属材料からなる接合部と、が設けられ、
前記堤部と前記接合部とが当該圧電振動片の壁面として構成されるとともに、前記基板が当該圧電振動片の台部として構成され、かつ、前記壁面および前記台部により当該圧電振動片の一主面に凹部が形成され、
前記凹部の内底面を含む前記基板の両主面に一対の励振電極が対向して形成されたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動片において、
前記基板の前記接合部と接する面が、鏡面加工されたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧電振動片において、
前記接合部と、前記基板の前記接合部と接する面に形成された励振電極とは、同一材料からなることを特徴とする圧電振動片。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか１つに記載の圧電振動片において、
前記堤部の壁面が、前記基板に対して垂直方向に形成されたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項５】
圧電振動デバイスにおいて、
請求項１乃至４のうちいずれか１つに記載の圧電振動片と、前記圧電振動片に形成した前記励振電極を気密封止する蓋とが設けられたことを特徴とする圧電振動デバイス。
【請求項６】
圧電振動を行う圧電振動片の製造方法において、
圧電材料からなる基板と、前記基板に積層する堤部と、前記基板と前記堤部との間に介在させて前記基板と前記堤部との接合補強を行う、軟質の金属材料からなる接合部と、を用いて、前記基板に前記接合部と前記堤部とを順に積層し、
前記基板に前記接合部および前記堤部を積層した後に、前記基板の厚さ調整を行うために前記基板の薄肉化を行い、
前記基板に前記接合部および前記堤部を積層した後に、前記接合部と前記堤部とをエッチングして当該圧電振動片の一主面に振動領域を内底面とする凹部を形成し、
前記凹部の内底面であって前記基板の前記接合部と接する面に励振電極を形成することを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記基板の前記接合部と接する面を鏡面加工し、鏡面加工した前記基板に前記接合部と前記堤部とを順に積層することを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記接合部と、前記基板の前記接合部と接する面に形成された励振電極とは、同一材料からなることを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項１】
圧電振動を行う圧電振動片において、
圧電材料からなる基板と、
前記基板に積層した堤部と、
前記基板と前記堤部との間に介在させて前記基板と前記堤部との接合補強を行う、軟質の金属材料からなる接合部と、が設けられ、
前記堤部と前記接合部とが当該圧電振動片の壁面として構成されるとともに、前記基板が当該圧電振動片の台部として構成され、かつ、前記壁面および前記台部により当該圧電振動片の一主面に凹部が形成され、
前記凹部の内底面を含む前記基板の両主面に一対の励振電極が対向して形成されたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動片において、
前記基板の前記接合部と接する面が、鏡面加工されたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧電振動片において、
前記接合部と、前記基板の前記接合部と接する面に形成された励振電極とは、同一材料からなることを特徴とする圧電振動片。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか１つに記載の圧電振動片において、
前記堤部の壁面が、前記基板に対して垂直方向に形成されたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項５】
圧電振動デバイスにおいて、
請求項１乃至４のうちいずれか１つに記載の圧電振動片と、前記圧電振動片に形成した前記励振電極を気密封止する蓋とが設けられたことを特徴とする圧電振動デバイス。
【請求項６】
圧電振動を行う圧電振動片の製造方法において、
圧電材料からなる基板と、前記基板に積層する堤部と、前記基板と前記堤部との間に介在させて前記基板と前記堤部との接合補強を行う、軟質の金属材料からなる接合部と、を用いて、前記基板に前記接合部と前記堤部とを順に積層し、
前記基板に前記接合部および前記堤部を積層した後に、前記基板の厚さ調整を行うために前記基板の薄肉化を行い、
前記基板に前記接合部および前記堤部を積層した後に、前記接合部と前記堤部とをエッチングして当該圧電振動片の一主面に振動領域を内底面とする凹部を形成し、
前記凹部の内底面であって前記基板の前記接合部と接する面に励振電極を形成することを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記基板の前記接合部と接する面を鏡面加工し、鏡面加工した前記基板に前記接合部と前記堤部とを順に積層することを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記接合部と、前記基板の前記接合部と接する面に形成された励振電極とは、同一材料からなることを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−１２４５８７（Ｐ２００９−１２４５８７Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９８３４８（Ｐ２００７−２９８３４８）
【出願日】平成１９年１１月１６日（２００７．１１．１６）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１６日（２００７．１１．１６）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
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