表面実装型の水晶デバイス及び水晶デバイスの製造方法
【課題】 本発明は、熱膨張による影響を低減させた表面実装型の水晶デバイス及び水晶デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】 水晶デバイス（２００）は、電圧の印加により振動する励振部（３２）を有する水晶片（２３０）と、水晶片が載置され、水晶片側の底面（２３）と底面の反対側の下面（２２）とを有しガラス材又は結晶方向を有する水晶材からなるベース（４７）と、ベースに接合されて水晶片を密封し、水晶片側の天井面（１２）と天井面の反対側の上面（１１）とを有しガラス材又は結晶方向を有する水晶材からなるリッド（１０）と、を備え、上面、下面、底面、天井面の少なくとも２面は励振部の表面粗さよりも粗い粗面を有する。
【解決手段】 水晶デバイス（２００）は、電圧の印加により振動する励振部（３２）を有する水晶片（２３０）と、水晶片が載置され、水晶片側の底面（２３）と底面の反対側の下面（２２）とを有しガラス材又は結晶方向を有する水晶材からなるベース（４７）と、ベースに接合されて水晶片を密封し、水晶片側の天井面（１２）と天井面の反対側の上面（１１）とを有しガラス材又は結晶方向を有する水晶材からなるリッド（１０）と、を備え、上面、下面、底面、天井面の少なくとも２面は励振部の表面粗さよりも粗い粗面を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱膨張による影響を低減させた表面実装型(Surface Mount Device: SMD)の水晶デバイス及び水晶デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面実装型の水晶デバイスは一般に水晶振動片を固定するベースとリッドとから構成される。たとえば特許文献１にはコスト低減又は量産性の観点からベースとリッドとに、ガラス材又は水晶材が用いられている。また特許文献１では、水晶振動片をベースとリッドとで挟み込んでいるので、ベースの材料とリッドの材料との熱膨張係数が、水晶振動片の熱膨張係数にできるだけ近づける技術を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１０９８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、水晶材とガラス材とは必ずしも熱膨張係数が同じではない。またベースおよびリッドが水晶材であっても、振動片としての水晶材の結晶方向とベース等の水晶材の結晶方向とが異なると厳密には熱膨張係数が同じではない。したがって、水晶デバイスに与えられる温度差が大きいと水晶デバイスが破損するおそれがある。また、表面実装型の圧電デバイスの小型化に伴い、水晶材料又はガラス材料は薄く形成しなければならず、破損を防ぐためにベースおよびリッドの厚みを厚くすることは好ましくない。
【０００５】
本発明は、熱膨張による影響を低減することができる水晶デバイス及び水晶デバイスの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１観点の水晶デバイスは、電圧の印加により振動する励振部を有する水晶片と、水晶片が載置され水晶片側の底面と底面の反対側の下面とを有しガラス材又は結晶方向を有する水晶材からなるベースと、ベースに接合されて水晶片を密封し水晶片側の天井面と天井面の反対側の上面とを有しガラス材又は結晶方向を有する水晶材からなるリッドと、を備え、上面、下面、底面、天井面の少なくとも２面は励振部の表面粗さよりも粗い粗面を有する。
【０００７】
第２観点の水晶デバイスは、第１観点において、ベースとリッドとが異なる材料又は異なる結晶方向の組合せで接合され、ベースとリッドとが接合される箇所を除いた部分はベースとリッドとが接合される箇所の表面粗さよりも粗い粗面である。
【０００８】
第３観点の水晶デバイスは、電圧の印加により振動する励振部と励振部の周囲を囲む枠体とを有する水晶片と、水晶片側の底面と底面の反対側の下面とを有し枠体の一面に接合されガラス材又は水晶材からなるベースと、水晶片側の天井面と天井面の反対側の上面とを有し枠体の他面に接合されガラス材又は水晶材からなるリッドと、を備え、上面、下面、底面、天井面の少なくとも２面は励振部の表面粗さよりも粗い粗面を有する。
【０００９】
第４観点の水晶デバイスは、第３観点において、リッド及びベースが、異なる材料又は異なる結晶方向の組合せで接合される。
【００１０】
第５観点の水晶デバイスは、第４観点において、リッド及びベースがＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸により規定されるＺカット水晶材を含み、水晶片が、Ｘ軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸により規定されるＡＴカット水晶材を含む。
【００１１】
第６観点の水晶デバイスは、第３観点から第５観点において、水晶片、ベース及びリッドがそれぞれ異なる表面粗さを有する。
【００１２】
第７観点の水晶デバイスは、第１観点から第６観点において、水晶片は、厚みすべりモードで振動する水晶振動片、又は一対の振動腕を有する音叉型水晶振動片を含む。
【００１３】
第８観点の水晶デバイスの製造方法は、人工水晶原石から所定角度且つ所定厚さで、電圧の印加により振動する励振部と励振部の周囲を囲む枠体とを有する複数の水晶片が形成される水晶片用水晶ウエハを切り出す工程と、水晶片用水晶ウエハの表面をラッピング及びポリッシュを行うことにより鏡面状にする工程と、底面と底面の反対側の下面とを有し枠体の一面が底面の一部に接合される複数のベースが形成されるベース用水晶ウエハを切り出す工程と、天井面と天井面の反対側の上面とを有し枠体の他面が天井面の一部に接合される複数のリッドが形成されるリッド用水晶ウエハを切り出す工程と、水晶片用水晶ウエハとベース用水晶ウエハとリッド用水晶ウエハとを接合する工程と、を備え、上面、下面、底面、天井面の少なくとも２面は励振部の表面粗さよりも粗い粗面を有する。
【００１４】
第９観点の水晶デバイスの製造方法は、第８観点において、切り出し工程の後に、ベース及びリッドの少なくとも一方をウエットエッチングする工程を備える。
【００１５】
第１０観点の水晶デバイスの製造方法は、第８観点において、切り出し工程の後に、ベース用水晶ウエハ又はリッド用水晶ウエハの少なくとも一方を３０００メッシュ以下の研磨材でラッピングする工程と、ラッピングする工程の後に、ベース用水晶ウエハ及びリッド用水晶ウエハの少なくとも一方をエッチング量が１０μｍ以下のウエットエッチングを行うウエットエッチングをする工程と、を備える。
【００１６】
第１１観点の水晶デバイスの製造方法は、第１０観点において、切り出し工程でベース用水晶ウエハ及びリッド用水晶ウエハの表面粗さが１０００メッシュの研磨材で切り出され、ラッピングする工程でベース用水晶ウエハが２０００メッシュ以下の研磨材でラッピングされてベース用水晶ウエハの厚さが調節され、ウエットエッチングする工程でベース用水晶ウエハがエッチングされ、エッチング量が５μｍである。
【００１７】
第１２観点の水晶デバイスの製造方法は、第１１観点において、ウエットエッチングする工程では、ベース用水晶ウエハと並行して切り出し工程後のリッド用水晶ウエハもエッチング量が５μｍとなるようにウエットエッチングされる。
【００１８】
第１３観点の水晶デバイスの製造方法は、第８観点から第１２観点において、ベース用水晶ウエハ及びリッド用水晶ウエハがＸ軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸により規定されるＡＴカットで切り出されている。
【００１９】
第１４観点の水晶デバイスの製造方法は、第８観点において、ベース用水晶ウエハ及びリッド用水晶ウエハの表面をラッピング及びポリッシュを行うことにより鏡面状にする工程と、上面、下面、底面、天井面の少なくとも２面にサンドブラスト又はエッチングにより粗面を形成する工程と、を備える。
【００２０】
第１５観点の水晶デバイスの製造方法は、第８観点において、接合する工程で接合されるベース用水晶ウエハ及びリッド用水晶ウエハが、切り出す工程で切り出された直後の表面粗さを有している。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、熱膨張による影響を低減させた水晶デバイス及び水晶デバイスの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）は、表面実装型の水晶デバイスである水晶振動子１００の斜視図である。 （ｂ）は、水晶振動子１００の断面図である。
【図２】（ａ）は、リッド１０の平面図である。 （ｂ）は、水晶片３０の平面図である。 （ｃ）は、ベース２０の平面図である。
【図３】（ａ）は、リッド用水晶ウエハＷ１０の平面図である。 （ｂ）は、図３（ａ）の点線の枠６０を拡大した図である。
【図４】（ａ）は、リッド用水晶ウエハＷ１０の切断工程のフローチャートである。 （ｂ）は、ランバード加工された人工水晶原石５０の斜視図である。
【図５】リッド用水晶ウエハＷ１０上へのリッド１０の形成工程のフローチャート及びその説明のための図である。
【図６】リッド用水晶ウエハＷ１０と、水晶片用水晶ウエハＷ３０と、ベース用水晶ウエハＷ２０とを重ね合わせる前の図である。
【図７】（ａ）は、シロキサン結合を説明するための図である。 （ｂ）は、陽極接合を説明するための図である。
【図８】（ａ）は、水晶振動子１１０の断面図である。 （ｂ）は、水晶振動子１２０の断面図である。
【図９】（ａ）は、リッド１０を取り除いた水晶振動子２００の平面図である。 （ｂ）は、図９（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 （ｃ）は、水晶振動子２１０の断面図である。
【図１０】（ａ）は、水晶発振器３００の断面図である。 （ｂ）は、水晶発振器３１０の断面図である。
【図１１】（ａ）は、水晶振動子４００の断面図である。 （ｂ）は、水晶片５３０の平面図である。 （ｃ）は、リッド４１０及びベース４２０の平面図である。
【図１２】リッド用水晶ウエハＷ１０のラッピング及びエッチング工程が示されたフローチャートである。
【図１３】（ａ）は、ランバード加工された人工水晶原石５０から切断されたウエットエッチング前のリッド用水晶ウエハＷ１０の概略断面図である。 （ｂ）は、ウエットエッチング後のリッド用水晶ウエハＷ１０の断面図である。
【図１４】（ａ）は、ウエットエッチング前のウエハ表面の写真である。 （ｂ）は、ウエットエッチング後のＡＴカットウエハの表面の写真である。 （ｃ）は、ウエットエッチング後のＺカットウエハの表面の写真である。
【図１５】（ａ）は、水晶振動子６００の断面図である。 （ｂ）は、水晶片６３０の平面図である。 （ｃ）は、ベース６２０の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００２４】
（第１実施形態）
＜水晶振動子１００の構成＞
本発明の表面実装型の水晶デバイスの構成を、図１を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、表面実装型の水晶デバイスである水晶振動子１００の斜視図である。水晶振動子１００は、リッド１０と、ベース２０と、水晶材を基材とした水晶片３０とにより構成されている。水晶振動子１００は、上部にリッド１０が配置され、下部にベース２０が配置され、水晶片３０はリッド１０とベース２０とに挟まれた位置に配置されている。また、ベース２０の下面には外部電極２１が形成されている。水晶片３０に用いられる水晶材には例えばＡＴカットの水晶材が用いられる。ＡＴカットの水晶材は、主面（ＹＺ面）が結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に対して、Ｘ軸を中心としてＺ軸からＹ軸方向に３５度１５分傾斜されている。以下の説明では、ＡＴカットの水晶材の軸方向を基準とし、傾斜された新たな軸をＹ’軸及びＺ’軸として用いる。すなわち、水晶振動子１００において水晶振動子１００の長手方向をＸ軸方向、水晶振動子１００の高さ方向をＹ’軸方向、Ｘ及びＹ’軸方向に垂直な方向をＺ’軸方向として説明する。
【００２５】
図１（ｂ）は、水晶振動子１００の断面図である。また、図１（ｂ）は後述される図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。水晶片３０は、励振電極３１が形成されている励振部３２と励振部３２の周囲を取り囲む枠体３３とを有している。リッド１０は、水晶振動子１００の外部に面している上面１１と、水晶片３０に面する天井面１２との２つの主面を有している。リッド１０には、水晶片３０の枠体３３と接合するための接合面４０が形成されている。天井面１２は接合面４０から凹んで形成されている。上面１１と天井面１２とは粗面加工されている。
【００２６】
ベース２０は、水晶振動子１００の外部に面している下面２２と、内部に面している底面２３との２つの主面を有している。ベース２０には、水晶片３０の枠体３３と接合するための接合面４０が形成されている。ベース２０の底面２３は接合面４０から凹んで形成されている。ベース２０の接合面４０には接続電極２４が形成され、下面２２には外部電極２１が形成されている。接続電極２４はベース２０内に形成された導通部（不図示）を通して外部電極２１と電気的に接続されている。また、下面２２と底面２３とには粗面加工がされることにより、表面に凹凸が形成されている。さらに、外部電極２１の表面にも下面２２の凹凸が反映されて凹凸が形成されている。リッド１０の天井面１２とベース２０の底面２３とに挟まれたキャビティ７０に、水晶片３０の励振部３２が配置される。
【００２７】
水晶片３０の励振部３２には励振電極３１が形成されており、枠体３３に引出電極３５が形成されている。励振電極３１と引出電極３５とは電気的に接続されている。引出電極３５は接続電極２４に接続されることで、外部電極２１と電気的に接続されている。水晶片３０に形成されている電極は、水晶上に形成されている第１電極層８０と、第１金属層８０上に形成されている第２金属層８１とにより形成されている。水晶振動子１００では、第１金属層８０はクロム（Ｃｒ）により形成され、第２金属層８１は金（Ａｕ）により形成されている。
【００２８】
図２（ａ）は、リッド１０の平面図である。リッド１０は、Ｘ軸方向に長辺、Ｚ’軸方向に短辺が伸びる長方形の主面を有している。リッド１０の＋Ｙ’軸側の主面である上面１１および−Ｙ’軸側の主面である天井面１２には、粗面加工が施されている。−Ｙ’軸側の面の外周部には水晶片３０と接合する面である接合面４０（図１（ｂ）参照）があり、接合面４０には粗面加工は施されていない。
【００２９】
図２（ｂ）は、水晶片３０の平面図である。励振部３２と枠体３３とは接続部３４によって接続されている。励振電極３１から引き出されている引出電極３５は、接続部３４を通り、枠体３３の−Ｙ’軸側の角まで形成されている。引出電極３５は、枠体３３の角の接続点４１においてベース２０に形成されている接続電極２４と接続される。
【００３０】
図２（ｃ）は、矩形状のベース２０の平面図である。−Ｙ’軸側の主面である下面２２及び＋Ｙ’軸側の主面である底面２３（図２（ｃ）の斜線でハッチングされた領域）に粗面加工が施されている。＋Ｙ’軸側の面の外周部には水晶片３０と接合する面である接合面４０（図１（ｂ）参照）があり、その接合面４０には粗面加工が施されていない。また、ベース２０の＋Ｙ’軸側の面の外周部の一部の角には水晶片３０の引出電極３５の接続点４１と電気的に接続する接続電極２４が形成されている。
【００３１】
＜リッドまたはベースの材料について＞
水晶振動子１００を構成するリッド１０、水晶片３０、ベース２０は、様々な材料により構成される。水晶片３０にＡＴカットウエハが用いられる場合には、熱膨張による水晶振動子１００の破損を考慮すると、リッド１０及びベース２０にも水晶片３０と同じＡＴカットウエハを用いて熱膨張率が等しくされることが望ましい。一方、リッド１０及びベース２０にはなるべく安価な材料を用いたいという要望もあるため、リッド１０及びベース２０にＡＴカット水晶とは異なる材料が用いられることもある。以下に、水晶片３０にＡＴカット水晶が用いられ、リッド１０及びベース２０にＡＴカット水晶以外の材料が用いられた２例について説明する。
【００３２】
＜＜リッド／ベース：Ｚカット水晶、水晶片：ＡＴカット水晶（矩形）＞＞
１例目は、リッド１０及びベース２０にＺカットの水晶材を用い、水晶片３０にＡＴカットの水晶材を用いた矩形水晶振動片の例である。Ｚカットの水晶材は、結晶軸がＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）、Ｚ軸（光軸）により定義される。また、ＡＴカットの水晶材の結晶軸は、Ｘ軸を中心として回転したＸ軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸により定義される。Ｚカットの水晶材とＡＴカットの水晶材とは、カット方向が異なることにより同じ水晶であっても、熱膨張係数が異なる。
【００３３】
＜＜リッド／ベース：ガラス材、水晶片：ＡＴカット水晶（矩形）＞＞
２例目は、リッド１０及びベース２０にガラス材を用い、水晶片３０にＡＴカットの水晶材を用いた矩形水晶振動片の例である。ガラス材には、パイレックス（登録商標）ガラス、ホウ珪酸ガラス、又はソーダガラス等の金属イオンを含有するものを使用すると、後に説明する陽極接合を用いることができるので好ましい。
【００３４】
上記の２つの例では、リッド１０及びベース２０に比較的安価な材料を使用しており、製品の価格を下げることができる。しかし、同じ材料でも異なった結晶方向の材料を接合した場合、材料の熱膨張係数の違いからリッド１０、水晶片３０、ベース２０のいずれかが破損するおそれがある。また異なった材料を接合した場合も同様に、材料の熱膨張係数の違いからリッド１０、水晶片３０、ベース２０のいずれかが破損するおそれがある。
【００３５】
水晶振動子１００は、粗面加工によってリッド１０及びベース２０に粗面を形成することで表面積を大きくし、リッド１０及びベース２０にかかる応力を緩和させている。すなわち、上面１１、下面２２、底面２３、天井面１２の少なくとも２面は励振部３２の表面粗さよりも粗い粗面を有していることが望ましい。また、下面２２の表面が粗面に形成されている場合には、外部電極２１の表面にも凹凸が形成されるため、アンカー効果により半田と外部電極２１との密着性が高まるため望ましい。
【００３６】
＜水晶振動子１００の作製方法＞
水晶振動子１００は、リッド１０及びベース２０の表面を粗面加工する。この粗面加工もリッド１０及びベース２０の外形形成と同時に行うことにより、工程を簡略化することができる。図３から図６を参照してリッド１０及びベース２０にＺカットの水晶材を用い、水晶片３０にＡＴカットの水晶材を用いた場合の水晶振動子１００の製造方法について説明する。また、以下のリッド１０及びベース２０に関する説明では、Ｚカットの水晶材の結晶軸（ＸＹＺ）を用いて説明する。
【００３７】
図３（ａ）は、リッド用水晶ウエハＷ１０の平面図である。リッド用水晶ウエハＷ１０のＹ軸方向の長さは、３インチまたは４インチ等に形成される。リッド用水晶ウエハＷ１０上には複数のリッド１０が形成される。点線の枠６０内には、１つのリッド１０が形成されている。
【００３８】
図３（ｂ）は、図３（ａ）の点線の枠６０を拡大した図である。リッド用水晶ウエハＷ１０にはリッド１０の天井面１２が形成され、また、表裏面の主面である上面１１及び天井面１２に粗面加工がなされる。水晶片３０に関して水晶片用水晶ウエハＷ３０上に水晶片３０の外形が形成され、電極が形成される。ベース２０に関しても同様にベース用水晶ウエハＷ２０上にベース２０の外形が形成され、下面２２及び底面２３に粗面加工がなされる。各ウエハを重ね合わせて接合し、１つ１つの水晶振動子１００の大きさにダイシングすることにより、一度に大量の水晶振動子１００を作製することができる。
【００３９】
図４（ａ）は、リッド用水晶ウエハＷ１０の切断工程のフローチャートである。
ステップＳ００１では、人工水晶原石がランバード加工される。ランバード加工は、人工水晶原石を使いやすい大きさにし、水晶の結晶軸を明確にするために行われる加工である。
【００４０】
ステップＳ００２では、ランバード加工された人工水晶原石５０からリッド用水晶ウエハＷ１０が所定の角度、厚みに切断される。このウエハの切断では、ウエハの表面の粗さは１０００メッシュ以下である。
【００４１】
図４（ｂ）は、ランバード加工された人工水晶原石５０の斜視図である。また、図４（ｂ）には、リッド用水晶ウエハＷ１０及び水晶片用水晶ウエハＷ３０のカット例が示されている。リッド用水晶ウエハＷ１０がＺカットされる場合は、図４（ｂ）に示されるように、リッド用水晶ウエハＷ１０は人工水晶原石５０のＺ軸に垂直な面であるＺ面に平行になるように切断される。また、水晶片用水晶ウエハＷ３０がＡＴカットされる場合は、図４（ｂ）に示されるように、水晶片用水晶ウエハＷ３０は結晶軸のＸ軸を回転軸としてＹ軸からＺ軸方向に３５度１５分回転した方向に切断される。図４（ｂ）では説明のためにリッド用水晶ウエハＷ１０と水晶片用水晶ウエハＷ３０とを同じ人工水晶原石５０に示したが、実際は異なる人工水晶原石５０で切断される。
【００４２】
ステップＳ００３では、リッド用水晶ウエハＷ１０のラッピング及びポリッシュ加工が行われる。ポリッシュはウエハの表面を鏡面状にするための研磨である。また、ラッピングはポリッシュの前に行われる研磨で、ウエハの厚さ調整及びポリッシュ前の表面の粗さ調整等を目的として行われる。水晶振動子１００では、ラッピングに粒度が３０００メッシュ程度の研磨材が用いられウエハの表面粗さが１０００メッシュから３０００メッシュ程度までにされる。ラッピングの後に行われるポリッシュでは、ラッピングで用いられた研磨材よりもさらに粒度の大きさが小さい研磨材等が用いられる。
【００４３】
図５は、リッド用水晶ウエハＷ１０上へのリッド１０の形成工程のフローチャート及びその説明のための図である。図５（ａ）から図５（ｆ）は図３（ｂ）のＢ−Ｂ断面におけるリッド１０の形成過程を示しており、図の上方を−Ｚ軸方向に取っている。
【００４４】
ステップＳ１０１では、リッド用水晶ウエハＷ１０の全面に金属膜が蒸着又はスパッタリングで形成され、金属膜の上からフォトレジストが塗布される。金属膜は、第１金属層８０と、第１金属層８０上に形成されている第２金属層８１とにより構成されており、第１金属層８０はクロム（Ｃｒ）、第２金属層８１は金（Ａｕ）により形成されている。最初に第１金属層８０がリッド用水晶ウエハＷ１０上に形成され、次に第１金属層８０の上に第２金属層８１が形成される。さらに、第２金属層８１上にはスピンコート等によりフォトレジストが塗布され、フォトレジスト膜４５が形成される（図５（ａ）参照）。
【００４５】
ステップＳ１０２では、フォトレジスト膜４５が露光される（図５（ｂ）参照）。露光は、リッド１０の天井面１２のパターンが形成されたフォトマスク（不図示）を用いて行われ、フォトレジスト膜４５に露光部４６が形成される。
【００４６】
ステップＳ１０３では、フォトレジスト膜４５が現像され、露光部４６が除去される。さらに、金属膜（第１金属層８０、第２金属層８１）をエッチングして天井面１２が形成される部分のリッド用水晶ウエハＷ１０を露出させる（図５（ｃ）参照）。Ａｕ膜はたとえばヨウ素とヨウ化カリウムとの水溶液でエッチングされ、Ｃｒ膜はたとえば硝酸第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される。
【００４７】
ステップＳ１０４では、リッド用水晶ウエハＷ１０がエッチングされ天井面１２が形成される。そして、＋Ｚ軸側の面のフォトレジスト膜４５が露光されて露光部４６が形成される（図５（ｄ）参照）。リッド用水晶ウエハＷ１０のエッチングは、５５％フッ酸又はフッ酸にフッ化アンモニウムを混合した液であるバッファードフッ酸等を用いたウエットエッチングにより行うことができる。
【００４８】
ステップＳ１０５では、フォトレジスト膜４５を現像して露光部４６を除去する。さらに、上面１１に形成されている金属膜（第１金属層８０、第２金属層８１）を除去してリッド１０の上面１１を露出させる（図５（ｅ）参照）。
【００４９】
ステップＳ１０６では、リッド１０の天井面１２と上面１１とを粗面エッチングする。そして、フォトレジスト膜４５と金属膜（第１金属層８０、第２金属層８１）とを除去する（図５（ｆ）参照）。粗面エッチングでは、エッチング剤にフッ化カリウムＫＦを用いることにより、鏡面状にポリッシュされているリッド１０の天井面１２と上面１１とを、鏡面よりも表面粗さが粗い粗面にすることができる。
【００５０】
以上に示したリッド１０の形成では、リッド１０の天井面１２の形成工程の流れの中で上面１１と天井面１２とを粗面加工することにより、一度の金属膜の形成で粗面加工することができる。ベース２０も同様にベース２０の外形の形成工程中に粗面加工をすることができる。
【００５１】
ステップＳ１０６のリッド用水晶ウエハＷ１０上に粗面を形成する方法には、フッ化カリウムＫＦを使用したウエットエッチング以外の方法もある。例えば、ウエットエッチングでは、高温（例えば９０℃）高濃度（例えば５０％）のフッ酸を用いても粗面加工を行うことができる。また、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３等を用いたドライエッチングを行ってもリッド用水晶ウエハＷ１０上に粗面加工を行うことができる。さらに細かい粒子をリッド用水晶ウエハＷ１０上に衝突させて凹凸を形成するサンドブラストによる方法、フォトマスクを使用して露光及びエッチングを行うことによりリッド用水晶ウエハＷ１０上に細かい凹凸のパターンを形成する方法等がある。
【００５２】
＜リッド１０、ベース２０、水晶片３０の接合＞
図６は、リッド用水晶ウエハＷ１０と、水晶片用水晶ウエハＷ３０と、ベース用水晶ウエハＷ２０とを重ね合わせる前の図である。説明の都合上、仮想線でリッド用ウエハＷ１０にはリッド１０が示され、水晶片用ウエハＷ３０には水晶片３０が示され、ベース用ウエハＷ２０にはベース２０が示されている。水晶片用ウエハＷ３０はＡＴカットの水晶ウエハであり、リッド用水晶ウエハＷ１０およびベース用水晶ウエハＷ２０は、Ｚカットの水晶ウエハである。なお、説明の都合上、リッド用水晶ウエハＷ１０には１５個のリッド１０が描かれているが、実際の製造においては、１枚のウエハに数百から数千のリッド１０が形成される。
【００５３】
各ウエハを重ね合わせる際には、リッド用水晶ウエハＷ１０には、天井面１２が形成され、天井面１２と上面１１とは粗面エッチングにより粗面加工を施されている。また、水晶片用水晶ウエハＷ３０は、励振部３２が形成され、励振部３２の上に励振電極３１が形成され、励振電極３１から枠体３３までは引出電極３５が形成されている。さらに、ベース用水晶ウエハＷ２０には、底面２３が形成され、外部電極２１及び接続電極２４が形成され、底面２３と下面２２とには粗面加工がなされている。
【００５４】
重ね合わされた３枚の水晶ウエハは、後述するシロキサン結合により互いに接合される。水晶片３０の引出電極３５の接続点４１（図２（ｂ）参照）とベース２０の接続電極２４（図２（ｃ）参照）とはシロキサン結合の際に、しっかりと接合する。
【００５５】
ウエハに固定された状態の水晶振動子１００は、ダイシングソー又はレーザーソーにより切断され、個々の水晶振動子１００に形成される。このように、パッケージングと電極の接合とを同時に行うこと、また水晶ウエハ単位で製造することにより、生産性を向上させることができる。
【００５６】
ウエハの接合にはいくつかの方法がある。以下にその方法について説明する。
【００５７】
＜シロキサン結合＞
図７（ａ）は、シロキサン結合を説明するための図である。水晶片３０にＡＴカットの水晶を用い、リッド１０およびベース２０がＺカット水晶材で構成されている場合を考える。リッド１０、水晶片３０およびベース２０はシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合）により接合される。なお、ＺカットのウエハとＡＴカットのウエハとは、結晶方向が異なる水晶であるがシロキサン結合により接合される。
【００５８】
シロキサン結合では、前処理として、ベース２０と、水晶片３０と、リッド１０との接合面４０を鏡面状態にし、酸素含有雰囲気中で短波長の紫外線を照射して接合面４０を活性化し、清浄な状態にしておく。その後、真空中又は不活性ガス雰囲気中で、接合面４０が活性化した状態のウエハを位置合わせして重ね合わせ、１００℃から２００℃程度の比較的低温に加熱した状態で加圧することによりシロキサン結合で強固に接合する。前処理の方法は、紫外線照射による方法の他に、プラズマ処理による方法、イオンビームを接合面に照射する方法等が知られている。
【００５９】
＜陽極接合＞
図７（ｂ）は、陽極接合を説明するための図である。陽極接合は、リッド１０、ベース２０にガラス材を使用している場合に使用できる方法である。陽極接合は、ガラス材が、パイレックス（登録商標）ガラス、ホウ珪酸ガラス、及びソーダガラス等の金属イオンを含有するガラスで構成されている時に用いられる方法である。
【００６０】
例えば、リッド１０及びベース２０がガラス材で、水晶片３０にＡＴカットの水晶を用いる場合を考える。水晶片３０の表裏面の外枠には金属層４８がスパッタリングまたは真空蒸着などの方法により形成される。金属層４８は例えばアルミニウム（Ａｌ）層より成り、その厚みは１０００Å〜１５００Å程度である。金属層４８は、水晶片上にクロム層を形成し、クロム層の上に金層を形成しても良い。
【００６１】
リッド１０、ベース２０、水晶片３０は重ね合わされ、真空中または不活性ガス中で２００℃から４００℃に加熱されながら加圧される。その際に、ベース２０及びリッド１０の上面１１及び下面２２をマイナス電位にし、金属層４８をプラス電位として５００〜１ｋＶの直流電圧が１０分間印加される。リッド１０、ベース２０、水晶片３０はウエハ上に形成されているため、実際の製造における陽極接合は、リッド用水晶ウエハＷ１０およびベース用水晶ウエハＷ２０をマイナス電位にし、金属層４８をプラス電位にして形成される。
【００６２】
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、金属層４８を陽極としてガラス材の接合面４０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、ガラス材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。
【００６３】
＜封止材による接着＞
リッド１０及びベース２０が、セラミックス、金属イオンを含まないガラス材である場合には、ポリイミド系の接着剤などの封止材によりリッド１０と水晶片３０と、及びベース２０と水晶片３０とを接合する。
【００６４】
＜水晶振動子１１０：変形例１＞
図８（ａ）は、水晶振動子１１０の分解断面図である。水晶振動子１１０は、リッド１０の天井面１２及びベース２０の底面２３が粗面に加工されている。粗面の加工は、天井面１２及び底面２３の加工のみでも応力の緩和ということに関して効果がある。また、上面１１を粗面加工しないことで、図５のステップＳ１０４のフォトレジストの除去及び塗布と、フォトレジスト膜の露光と、ステップＳ１０５の工程を削除することができる。下面２２を粗面加工しないことに関しても、ベース２０の加工工程において同様の工程を削除できる。
【００６５】
＜水晶振動子１２０：変形例２＞
図８（ｂ）は、水晶振動子１２０の分解断面図である。水晶振動子１２０は、リッド１０の上面１１及びベース２０の下面２２が粗面に加工されている。粗面の加工は、上面１１及び下面２２の加工のみでも応力の緩和ということに関して効果がある。また、天井面１２を粗面加工しないことで、図５のステップＳ１０１の前の段階で、リッド用水晶ウエハＷ１０の＋Ｚ軸側の面（図３（ａ）参照）のみを粗面加工しておくことにより、図５のステップＳ１０４のフォトレジストの除去及び塗布と、フォトレジスト膜の露光と、ステップＳ１０５と、ステップＳ１０６の粗面加工とを削除することができる。底面２３を粗面加工しないことに関しても、ベース２０の加工工程において同様の工程を削除できる。
【００６６】
（第２実施形態）
＜水晶振動子２００＞
図９を参照して、枠体を有していない水晶片２３０を用いた水晶振動子２００について説明する。また以下の説明では、ＡＴカット水晶の座標軸を用いて説明する。
【００６７】
図９（ａ）は、リッド１０を取り除いた水晶振動子２００の平面図である。水晶振動子２００は、凹型の箱であるベース４７と、ベース４７により形成されたキャビティ７０内に配置された水晶片２３０と、ベース４７を封止するリッド１０（図９（ｂ）参照）と、を備えている。水晶片２３０は、例えば振動周波数が４ＭＨｚであり、Ｘ軸方向に厚みすべり振動をするＡＴカットの水晶片である。
【００６８】
水晶片２３０は、表裏の主面の中央部付近に励振電極３１が形成される励振部３２を有している。また、水晶片２３０には、水晶片２３０の外周部付近である周囲部４９に励振電極３１から引き出された引出電極３５が形成されている。引出電極３５を通して表裏の主面に形成された励振電極３１に交番電圧が印加されることにより、水晶片２３０は厚みすべり振動する。
【００６９】
ベース４７は内面に接続電極２４が形成されており、接続電極２４はベース４７の外面に形成されている外部電極２１（図９（ｂ）参照）と導通部（不図示）を通して電気的に繋がっている。水晶片２３０は、引出電極３５と接続電極２４とを導電性接着材４３を通して接着することによりキャビティ７０内に固定され、引出電極３５と接続電極２４とが電気的に接続される。すなわち、水晶片２３０の励振電極３１は、引出電極３５と、接続電極２４とを通して外部電極２１と接続される。
【００７０】
図９（ｂ）は、図９（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。キャビティ７０は、ベース４７の一部である底面２３と壁９０とにより構成されており、キャビティ７０内には接続電極２４が形成され、接続電極２４には水晶片２３０の引出電極３５が接続されている。また、ベース４７は壁９０の上部において、リッド１０と接続される。ベース４７の−Ｚ軸側の面である下面２２と、＋Ｙ’軸側の面である底面２３と、リッド１０の−Ｙ’軸側の面である天井面１２と、＋Ｙ’軸側の面である上面１１とには、リッド１０とベース４７との接合面４０以外の領域に粗面加工がなされている。
【００７１】
リッド１０及びベース４７の材質は、例えば、リッド１０がＺカットの水晶材で、ベース４７がガラス材である。ガラス材が、パイレックス（登録商標）ガラス、ホウ珪酸ガラス、及びソーダガラス等の金属イオンを含有するガラスであれば、図７（ｂ）に示した陽極接合によりリッド１０とベース４７とを接合することができる。陽極接合では、まず、水晶材で構成されているリッド１０の−Ｙ’軸側の面の外周部に、アルミニウム膜またはクロム層と金層との金属膜等の金属層４８を蒸着又はスパッタリングにより形成する。そして、金属層４８とベース４７との間に電位差をつくり陽極接合を行う。
【００７２】
図９（ｃ）は、水晶振動子２１０の断面図である。水晶振動子２１０は、リッド１０の上面１１とベース４７の下面２２とに粗面加工を施してある。粗面の加工は、上面１１及び下面２２の加工のみでも応力の緩和ということに関して効果がある。また、ベース４７がセラミックス材で、リッド１０が水晶片である場合等は、リッド１０のみに粗面加工を施しても良い。粗面加工を行う面は、上面１１のみ、または天井面１２のみ、または天井面１２と上面１１との両方等が考えられる。
【００７３】
（第３実施形態）
＜水晶発振器３００＞
図１０を参照して、集積回路を有する水晶デバイスである水晶発振器３００について説明する。また以下の説明では、ＡＴカット水晶の座標軸を用いて説明する。
【００７４】
図１０（ａ）は、水晶発振器３００の断面図である。水晶発振器３００は、発振回路が形成された集積回路９１と、枠体３３付き水晶片３３０と、リッド１０と、ベース４７とを備えている。ベース４７は、水晶発振器３００の側面の一部を構成する壁９０と、２枚のベース１２０及び２２０とにより形成されている。水晶片３３０はリッド１０とベース４７とに挟まれた場所に配置され、集積回路９１はベース４７の底面２３上に配置されている。また、集積回路９１はベース４７の底面２３に配置された接続電極２４とバンプ９２を通して電気的に接続されている。
【００７５】
水晶片３３０は、例えばＡＴカットの水晶材により形成され、リッド１０はＺカットの水晶片、もしくはガラス材により形成されている。ベース４７はセラミックス材等により形成されている。ベース４７の壁９０の上部には、接続電極２４があり、水晶片３３０の枠体３３に形成されている引出電極３５と電気的に接続される。また、枠体３３とベース４７とは封止材４４によって接続されている。リッド１０がガラス材により形成される場合は、リッド１０と枠体３３とは図７（ｂ）に示した陽極接合により接合することができる。
【００７６】
水晶発振器３００は、ベース４７にはベース１２０及び２２０の２枚が積層されており、強度的には強くなっている。しかしリッド１０は水晶片３３０の熱収縮による応力に耐えられない可能性がある。そのため、リッド１０の上面１１及び天井面１２またはそのいずれか一方を粗面加工することによりリッド１０にかかる応力を緩和させることができる。
【００７７】
図１０（ｂ）は、水晶発振器３１０の断面図である。水晶発振器３１０は、水晶片４３０と、リッド１０と、第１ベース１４７と、第２ベース２４７と、集積回路９１とにより構成されている。水晶片４３０は、第１ベース１４７内に配置され、集積回路９１は、第２ベース２４７内に配置されている。
【００７８】
水晶材４３０は、例えばＡＴカットの水晶材である。また、リッド１０は、Ｚカットの水晶片、第１ベース１４７はガラス材により構成されている。また、第２ベース２４７はセラミックス材により構成されている。リッド１０の上面１１及び天井面１２と、第１ベース１４７の底面２３及び下面２２には、粗面加工がなされている。リッド１０と、第１ベース１４７とは陽極接合により接合することができる。接合の方法は図９と同様である。また、第１ベース１４７と、第２ベース２４７との接続は、封止材４４により行われる。
【００７９】
水晶片４３０は、第１ベース１４７内に形成された接続電極２４に導電性接着材４３を通して固定され、電気的にも接続される。接続電極２４は、第２ベース２４７の壁９０上に形成されている第２接続電極２２４に接続される。第２接続電極２２４は、集積回路９１に接続され、水晶片４３０の動作が制御される。また、集積回路９１は、外部電極２１に接続される。
【００８０】
水晶発振器３１０においても水晶発振器３００と同様に水晶又はガラスを基材としたリッド１０及び第１ベース１４７に粗面加工を施すことにより、リッド１０及び第１ベース１４７にかかる応力を緩和させ、製品の不良率を下げることができる。
【００８１】
（第４実施形態）
＜水晶振動子４００＞
図１１を参照して、水晶片５３０を用いた水晶振動子４００について説明する。また以下の説明では、ＡＴカット水晶の座標軸を用いて説明する。
【００８２】
図１１（ａ）は、水晶振動子４００の断面図である。水晶振動子４００は、リッド４１０と、ベース４２０と、水晶片５３０とにより構成されている。また図１１（ａ）は、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）の水晶片５３０、リッド４１０、ベース４２０のＤ−Ｄ及びＥ−Ｅにおける断面を示している。水晶振動子４００は、上部にリッド４１０が配置され、下部にベース４２０が配置され、水晶片５３０はリッド４１０とベース４２０とに挟まれている。リッド４１０及びベース４２０の外周部にある接合面４０が、ポリイミド又は低融点ガラス等の封止材４４によりそれぞれ水晶片５３０の枠体３３に接合する。また、リッド４１０の上面１１、天井面１２及びベース４２０の下面２２、底面２３は、励振部３２の表面よりも粗く形成されている。励振部３２の表裏面には励振電極３１が形成されており、各励振電極３１は枠体３３に形成されている引出電極３５にそれぞれ接続されている。また、リッド４１０及びベース４２０にはそれぞれ一対の外部電極２１が形成されている。さらに水晶片５３０、リッド４１０及びベース４２０の＋Ｘ軸側及び−Ｘ軸側の辺にはキャスタレーション５４０が形成されており、引出電極３５及び外部電極２１はキャスタレーション５４０に形成されるキャスタレーション電極５４１を介して互いに電気的に接続されている。
【００８３】
図１１（ｂ）は、水晶片５３０の平面図である。水晶片５３０は、表裏の主面の中央部付近に励振電極３１が形成される励振部３２と、励振部３２の周囲を取り囲む枠体３３とを有している。また、枠体３３の＋Ｘ軸側の辺及び−Ｘ軸側の辺にはキャスタレーション５４０が形成されている。枠体３３には、励振部３２の＋Ｙ’軸側の面に形成される励振電極３１から＋Ｘ軸側の辺のキャスタレーション５４０までと、励振部３２の−Ｙ’軸側の面に形成される励振電極３１から−Ｘ軸側の辺のキャスタレーション５４０までとに、引出電極３５が形成されている。
【００８４】
図１１（ｃ）は、リッド４１０及びベース４２０の平面図である。リッド４１０及びベース４２０の＋Ｘ軸側の辺及び−Ｘ軸側の辺にはキャスタレーション５４０が形成されている。また、リッド４１０及びベース４２０はランバード加工された人工水晶原石５０から所定の角度、厚みに切断された後、ラッピング加工及びポリッシュ加工がされていない。つまりリッド４１０及びベース４２０は、ランバード加工された人工水晶原石５０から所定の角度、厚みに切断された平面のまま形成されている。また、図１１（ｃ）の点線の枠の外側であるリッド４１０及びベース４２０の外周部は接合面４０となっており、水晶片５３０の枠体３３と封止材４４により接合される。リッド及びベースの両主面は、通常であれば粒度が大きめの研磨材による加工であるラッピング加工、及びラッピング加工よりも表面粗さを小さくするための研磨であり固定砥粒等を用いるポリッシュ加工が行われる。しかし、リッド４１０及びベース４２０は両主面ともラッピング加工及びポリッシュ加工が行われていない。そのため、ラッピング加工及びポリッシュ加工を行って形成された水晶片５３０の励振部３２の表面粗さよりも表面が粗い。また、リッド４１０及びベース４２０に形成される外部電極２１は、マスク（不図示）を介して金属膜を蒸着又はスパッタリングすることにより形成することができる。
【００８５】
水晶振動子４００では、水晶片５３０、リッド４１０及びベース４２０を互いに接合した後に、キャスタレーション５４０に金属膜が形成されてキャスタレーション電極５４１が形成される。リッド４１０及びベース４２０に形成される外部電極２１は、キャスタレーション電極５４１と共に形成されてもよいし、リッド４１０及びベース４２０が水晶片５３０に接合される前にリッド４１０及びベース４２０に形成されていてもよい。
【００８６】
水晶振動子４００では、リッド４１０及びベース４２０の主面にラッピング加工及びポリッシュ加工を行わず粗面の状態のまま使用するため、特別に粗面加工の工程を行う必要が無い。また水晶振動子４００では、リッド４１０とベース４２０とを同形状に形成することができ、リッド４１０とベース４２０との作製工程を共有化できる。これらのことにより、水晶振動子４００の作製工程を簡略化することができる。
【００８７】
水晶振動子４００は、リッド４１０及びベース４２０の両主面が粗面のまま作製されたが、一方の主面のみが粗面で、他方の主面が鏡面加工された状態でもよい。また、主面に対してラッピング加工のみを行い、ポリッシュ加工が行われない状態の粗面でも、応力を緩和することができる。
【００８８】
以上のように、水晶振動子は、複数の部材が使用され、その熱膨張係数の違いにより強い応力のかかる部材、又は強度の弱い部材が破損し不良品が発生することがあるが、これらの部材の表面に粗面加工を施すことにより、その部材にかかる応力を逃がし、破損を防ぐことで製品の不良率を抑えることができる。また、リッド４１０及びベース４２０にはガラス材又はＺカット水晶のみではなく、ＡＴカット水晶が用いられた場合にも粗面加工を施すことは製品の破損を防ぐことに対して有効である。水晶振動子の水晶片、ベース及びリッドの全てにＡＴカット水晶を用いて熱膨張係数を同じくしたとしても、水晶振動子には半田付け等で局所的に熱がかかり、熱がかかった部分と熱がかからなかった部分のとの間で応力が発生する場合もあるためである。
【００８９】
（第５実施形態）
水晶振動子４００は、リッド４１０及びベース４２０にラッピング加工及びポリッシュ加工を行わずに形成された。しかし、ラッピング加工及びポリッシュ加工が行われない場合、電極形成のための露光時にウエハの表面の凹凸で乱反射が起こり、ウエハに電極が形成されにくくなる場合がある。そのため、ウエハの表面の凹凸で乱反射が起こらないようにウエットエッチングが行われてもよい。以下、ウエハがランバード加工された人工水晶原石５０から所定の角度、厚みに切断され、ウエットエッチングが行われることにより作製された水晶振動子５００の作製方法について説明する。
【００９０】
＜水晶振動子５００の作製方法＞
図１２は、リッド用水晶ウエハＷ１０のラッピング及びエッチング工程が示されたフローチャートである。図１２では、リッド用水晶ウエハＷ１０を例として説明するがベース用水晶ウエハＷ２０に関しても同様の工程で作製される。
まず、ステップＳ００１において人工水晶原石５０がランバート加工される。さらにステップＳ００２においてランバード加工された人工水晶原石５０からリッド用水晶ウエハＷ１０が所定の角度、厚みに切断される。ステップＳ００１及びステップＳ００２は図４（ａ）と同様であるのでここでは説明を省略する。図１２では、ステップＳ００２の後にステップＳ００３をスキップしてステップＳ００４が行われる。
【００９１】
ステップＳ００４では、リッド用水晶ウエハＷ１０がＡＴカットウエハであるかどうかが判断される。ＡＴカットウエハである場合にはステップＳ００５に向かい、ＡＴカットウエハではない場合はステップＳ００７に向かう。ステップＳ００４でリッド用水晶ウエハＷ１０がＡＴカットウエハであるかどうかが判断されるのは、カット角度によってエッチング特性が異なるためである。表１を参照して、ＡＴカットウエハ及びＺカットウエハのエッチングのされる傾向について説明する。
【表１】
【００９２】
表１は、ＡＴカットウエハ及びＺカットウエハのエッチング量と表面粗さの平均値Ｒａとが示された表である。表には、人工水晶原石５０から切断した後のＡＴカットウエハと、切断後にラッピング加工が行われたＡＴカットウエハと、切断後のＺカットウエハとがウエットエッチングされた場合のエッチング量（μｍ）とその表面粗さの平均値Ｒａ（μｍ）とが示されている。切断後のＡＴカットウエハでは、エッチングを行わない時のＲａが２．２４μｍであり、５μｍのエッチングを行った時のＲａは４．３１μｍであり、１０μｍのエッチングを行った時のＲａは３．２４μｍであり、３５μｍのエッチングを行った時のＲａは０．４１μｍである。切断後に３０００メッシュの研磨材を用いてラッピング加工が行われたＡＴカットウエハでは、エッチングを行わない時のＲａが１．７４μｍであり、５μｍのエッチングを行った時のＲａは２．６３μｍであり、１０μｍのエッチングを行った時のＲａは１．９８μｍであり、２０μｍのエッチングを行った時のＲａは０．４３μｍである。切断後のＺカットウエハでは、エッチングを行わない時のＲａが１．４９μｍであり、５μｍのエッチングを行った時のＲａは２．８１μｍであり、１０μｍのエッチングを行った時のＲａは２．４２μｍであり、２０μｍのエッチングを行った時のＲａは１．９５μｍである。
【００９３】
表１からは、３つのウエハとも５μｍのエッチングを行った時が最もＲａが高くなり、さらにエッチングを行うとＲａが低くなる傾向がある。Ｚカットウエハでは、５μｍのエッチングでＲａが大きくなった後に更にエッチングを行うと、Ｒａはエッチングを行う前のＲａに近付く。それに比べて、ＡＴカットウエハでは、エッチングを行うほど表面粗さの平均値Ｒａが低くなり、ウエハの表面が平坦化する傾向にある。また、表１からは、ラッピング加工後のＡＴカットウエハでも、１０μｍに近い量又は１０μｍ以下のエッチングを行うことにより切断後のＡＴカットウエハのＲａ以上の表面粗さを得ることが可能であることが分かる。
【００９４】
図１２に戻って、ステップＳ００５では、ＡＴカットウエハの厚さが仕様値よりも厚い（大きい）かどうかが判断される。仕様値よりも厚い場合はステップＳ００６に向かい、仕様値と同等であればステップＳ００７に向かう。仕様値よりも薄い（小さい）場合は、そのウエハは規格外品となるが、ウエハの切断では規格外品を出さないように僅かに仕様値よりも厚く切断する。このため仕様値よりも厚さが薄い場合は殆ど生じないため、図１２のフローチャートでは仕様値よりも厚さが薄い場合に関して記載していない。ステップＳ００５でのＡＴカットウエハの厚さの仕様値は、製品完成時の仕様値より１０μｍほど厚く設定される。これは、例えば、製品完成時のウエハの厚さが５０μｍであった場合、後のステップで片面につき５μｍのウエットエッチングを行うためステップＳ００５でのウエハの厚さの仕様値は６０μｍということになる。
【００９５】
ステップＳ００６では、ＡＴカットウエハが３０００メッシュ以下の研磨材でラッピングされる。このステップでは、ウエハのラッピング加工を行うことによりウエハの厚さをステップＳ００５の仕様値に調整する。ウエハのラッピング加工に使用する研磨材はメッシュの数値が小さいほど粗くなる。したがって、メッシュの数値が小さい研磨材が用いられればラッピング加工後のウエハの表面粗さ（Ｒａ）が大きくなる。ステップＳ００６で３０００メッシュ以下の研磨材が用いられるのは、粒度の粗い研磨材を用いてウエハの表面粗さを大きい状態で保つことが望ましいためである。Ｚカットウエハでもラッピングによる厚さ調整を行ってもよいが、Ｚカットウエハは切断後の表面粗さがＡＴカットウエハよりも小さく（表１参照）、ラッピングにより表面粗さがさらに小さくなるため、ラッピングは行わない方が好ましい。
【００９６】
ステップＳ００７では、ウエハが、フォトリソグラフィ加工が行われるウエハかどうかが判断される。フォトリソグラフィ加工が行われるウエハはステップＳ００８に向かい、ウエハにフォトリソグラフィ加工が行われない場合は、フローチャートの工程が終了し、その状態のウエハがリッド用水晶ウエハＷ１０として使用される。
【００９７】
リッドは、例えば図１１（ａ）に示された水晶振動子４００のリッド４１０の外部電極２１のように、マスクをして金属膜を蒸着又はスパッタリングすることによって電極を形成することによりフォトリソグラフィ加工を行わなくてもよい場合がある。第５実施形態で行われるウエットエッチングは、ウエハに電極形成等のためのフォトリソグラフィ加工を行いやすくする目的で行われる。そのため、ウエハにフォトリソグラフィ加工が行われないウエハにはウエットエッチングは行わなくても良く、次のステップＳ００８を飛ばしても良い。
【００９８】
ステップＳ００８では、リッド用水晶ウエハＷ１０がウエットエッチングされる。水晶は硬いため、人工水晶原石５０からリッド用水晶ウエハＷ１０が切り出された場合には、リッド用水晶ウエハＷ１０は１０００メッシュ以下の粗い表面粗さを有する。この状態でリッド用水晶ウエハＷ１０をウエットエッチングする。ウエットエッチングにより、表面粗さが粗い状態のままリッド用水晶ウエハＷ１０が完成し、このウエハは露光にも適している。
【００９９】
図１２のフローチャートでは、ステップＳ００７において、ウエハにフォトリソグラフィ加工が行われるか行われないかを判断するステップが設けられているが、このステップＳ００７は設けられなくても良い。これは、リッドに電極が形成されずフォトリソグラフィ加工が行われない場合でも、ウエットエッチングを行っても良いためである。ステップＳ００７を設けない場合の利点としては、ベースには電極が形成されるためフォトリソグラフィ加工が行われるため、ベースとリッドとのウエハ作製工程を分ける必要が無いことがある。
【０１００】
図１３（ａ）は、ランバード加工された人工水晶原石５０から切断されたウエットエッチング前のリッド用水晶ウエハＷ１０の概略断面図である。ウエットエッチング前のリッド用水晶ウエハＷ１０の表面は１０００メッシュ以下の粗さで凹凸が形成されている。そのため、ウエットエッチング前のリッド用水晶ウエハＷ１０の表面の凹凸の高さｈ１は例えば２５．４μｍ以上である。また、切断直後のウエハの表面の凹凸は、図１３（ａ）に示すように、全体的に尖った形に形成される。そのため、露光を行う場合、基板表面の凹凸の影響により乱反射が起こり露光パターンの形成が困難になる場合がある。
【０１０１】
図１３（ｂ）は、ウエットエッチング後のリッド用水晶ウエハＷ１０の断面図である。表１に示したように、Ｚカットウエハで２０μｍのエッチングを行った場合は、ウエハのウエットエッチングを行った後の表面の凹凸の高さｈ２は、高さｈ１に近い値になる。ＡＴカットウエハがステップＳ００６でラッピング加工された場合でも、約１０μｍまたはそれ以下のエッチングを行うことにより凹凸の高さｈ２を高さｈ１に近い値に調整することが可能である。また、切断後のＡＴカットウエハでも１０μｍ以下でエッチング量を調整することにより凹凸の高さｈ２を高さｈ１に近い値に調整することが可能である。凹凸の高さｈ２は高さｈ１に近い値又はそれ以上の値で調整される。しかし、ウエハの表面は全体的に凹凸の形状がなだらかになるため、露光のパターン形成を行いやすくなる。実際にＺカットウエハの２０μｍのエッチングを行ったところ、電極形成等のための露光が可能であることが確認できた。
【０１０２】
図１４（ａ）は、ランバード加工された人工水晶原石５０から切断されたウエットエッチング前のウエハ表面の写真である。ウエットエッチング前のウエハの表面の凹凸はウエハのカット方向に依らずに表面の状態は図１３（ａ）のように一様な状態になる。
【０１０３】
図１４（ｂ）は、ウエットエッチング後のＡＴカットウエハの表面の写真である。図１４（ｂ）の写真の縮尺は、図１４（ａ）と同様である。またウエットエッチングは、ウエハ表面が２０μｍエッチングされるように行われた。図１４（ｂ）では、ＡＴカットされたウエハの表面が水晶の結晶構造に従ってエッチングされることにより、ＡＴカットウエハに独自の模様が現れている。
【０１０４】
図１４（ｃ）は、ウエットエッチング後のＺカットウエハの表面の写真である。図１４（ｃ）の写真の縮尺は、図１４（ａ）と同様である。またウエットエッチングは、ウエハ表面が２０μｍエッチングされるように行われた。図１４（ｃ）では、Ｚカットされたウエハの表面が水晶の結晶構造に従ってエッチングされることにより、Ｚカットウエハに独自の模様が現れている。
【０１０５】
図１４（ｂ）及び図１４（ｃ）では同様のウエットエッチングが行われたが、ウエハの表面は水晶の結晶構造に従ってエッチングされ、それぞれ異なる模様が現れている。しかし、ウエハ表面の凹凸の高低差は表１に示されたようにエッチング量によって調整されることができるため、ウエハがどの面に切り出されたとしてもウエットエッチングによって粗面を形成することができる。
【０１０６】
水晶振動子５００では、リッド及びベースにＺカットウエハが用いられる場合は２０μｍエッチングされるようにウエットエッチングが行われることが望ましいが、エッチング量はさらに小さいことが望ましい。エッチング量が少なくなれば、１個の人工水晶原石５０から取れるウエハの量が多くなり、ウエットエッチングを行う時間が短縮され、ウエハの作製時間が短くなるためである。ウエハが露光されやすくなるエッチング量とこれらの事とを考慮した場合、エッチング量は１〜２０μｍの間で調整されることが好ましい。
【０１０７】
水晶振動子５００では、ベースウエハ及びリッドウエハのポリッシュ加工を行わない又はラッピング及びポリッシュ加工の両方を行わないため時間及びコストを大幅に削減することができるとともに、ウエットエッチングによってウエハの表面をエッチングすることにより露光を容易に行えるようになる。また、ウエハの鏡面加工を行わないため、ウエハを安価に作製することができる。さらに水晶振動子５００では外部電極２１の表面にも凹凸が残るため、アンカー効果により半田と外部電極２１との密着性が高まる。ただし水晶振動子５００では、接合面４０が粗面になっているため、シロキサン結合等により水晶材同士を直接接合することが困難となる。水晶振動子５００ではウエハの接合は封止材により行われ、封止材はウエハの表面の凹凸の影響を除去できるだけの厚みを形成できる材料を用いることが望まれる。また、水晶振動子５００はリッド及びベースの水晶材を凹ませて、水晶振動子１００と同様の形状に形成することもできる。
【０１０８】
（第６実施形態）
水晶振動子は、水晶片、リッド及びベースのそれぞれに適切な表面の凹凸を形成することにより水晶振動子の作製工程を簡略化できる場合がある。このとき水晶片、リッド及びベースの表面の表面粗さはそれぞれ異なる。以下、水晶片、リッド及びベースのそれぞれの表面粗さが異なる水晶振動子６００について説明する。
【０１０９】
＜水晶振動子６００＞
図１５（ａ）は、水晶振動子６００の断面図である。図１５（ａ）は、後述する図１５（ｂ）及び図１５（ｃ）のＦ−Ｆ断面図である。水晶振動子６００は、水晶片６３０と、リッド６１０と、ベース６２０とにより構成されており、水晶片６３０、リッド６１０及びベース６２０はそれぞれＡＴカット水晶材により形成されている。また、水晶片６３０、リッド６１０及びベース６２０はそれぞれ封止材４４を介して互いに接合されている。封止材４４には例えば低融点ガラスが用いられる。
【０１１０】
水晶片６３０は主に、励振部６３２と、励振部６３２を囲む枠体６３３とにより構成されている。励振部６３２の表裏面には励振電極６３１が形成されており、枠体６３３の−Ｙ’軸側の面には引出電極６３５が形成されている。励振部６３２の＋Ｙ’軸側の面に形成されている励振電極６３１には枠体６３３の＋Ｘ軸側の端まで形成されている引出電極６３５が電気的に接続され、−Ｙ’軸側の面に形成されている励振電極６３１には枠体６３３の−Ｘ軸側の端まで形成されている引出電極６３５が電気的に接続されている。励振電極６３１が形成される励振部６３２の表面粗さは振動部６３２の振動特性に影響を与える。励振部６３２の表面粗さは小さい方が振動特性が良いため、鏡面状にポリッシュされていることが望ましい。
【０１１１】
リッド６１０は平板状に形成されており、水晶片６３０の＋Ｙ’軸側に配置されている。また、リッド６１０は図４（ａ）のステップＳ００２でリッド６１０用のウエハが切断された後の表面粗さを有した状態のままで水晶片６３０が形成されているウエハに接合される。そのため、リッド６１０の表面粗さは１０００メッシュの研磨材でラッピングしたときの表面粗さと同程度の表面粗さを有している。リッド６１０はＡＴカットの水晶材が用いられており、また切断直後のウエハが用いられている。そのため、リッド６１０の表裏面の凹凸の高低差をｈ３とすると、ｈ３は表１より２．２４μｍである。また、リッド６１０の厚さは例えば１００μｍから１４０μｍの間で形成される。
【０１１２】
ベース６２０は平板状に形成されており、水晶片６３０の−Ｙ’軸側に配置されている。また、ベース６２０の−Ｙ’軸側の面には、一対の外部電極６２１が形成されている。さらに、ベース６２０の＋Ｘ軸側と−Ｘ軸側との側面にはキャスタレーション６４０が形成されている。ベース６２０は水晶片６３０と接合された後にキャスタレーション６４０に金属膜６４１を蒸着又はスパッタリング等により形成することで外部電極６２１と引出電極６３５とが電気的に接続される。また、ベース６２０の厚さは例えば８０μｍから１２０μｍの間で形成される。
【０１１３】
ベース６２０には外部電極６２１が形成されるときに、フォトリソグラフィ加工がなされる。そのため、第５実施形態で述べられたようにベース６２０の表面がウエットエッチングされることが望ましい。またベース６２０は、水晶振動子６００の全体の高さを調節するためにベース６２０をラッピングして厚さが調整される。つまりベース６２０は、例えば図１２のステップＳ００２で１０００メッシュに切り出され、ステップＳ００６で２０００メッシュのラッピングが行われることにより厚さが調整され、その後、ステップＳ００８で５μｍ程度のウエットエッチングが行われることにより形成される。２０００メッシュのラッピング後のＲａは、表１のＡＴカット切断後とＡＴカットラッピング後とのエッチング量０μｍの場合の値の中間値をとると予想されることから約２μｍとなることが予想される。さらに５μｍのエッチングを行った場合を考えると、表１のＡＴカット切断後ではＲａが約２μｍ増加し、ＡＴカットラッピング後ではＲａが約１μｍ増加していることから、２０００メッシュのラッピング後ではＲａが約１．５μｍ増加することが予想される。つまりｈ４は約３．５μｍとなることが予想される。２０００メッシュの研磨材によるラッピングは、ラッピングにかかる時間及びベース６２０の厚さの精度調節の行い易さを考慮した場合に好ましい条件である。
【０１１４】
図１５（ｂ）は、水晶片６３０の平面図である。水晶片６３０は、励振部６３２と励振部６３２を囲む枠体６３３と有し、励振部６３２と枠体６３３とは一対の連結部６３６により接続されている。励振部６３２の＋Ｙ’軸側の面に形成される励振電極６３１は、一方の連結部６３６で＋Ｙ’軸側から−Ｙ’軸側に引き出され、＋Ｘ軸側の端まで形成されている引出電極６３５に接続されている。また、励振部６３２の−Ｙ’軸側の面に形成される励振電極６３１は、他方の連結部６３６を通り、枠体６３３の−Ｘ軸側の端まで形成されている引出電極６３５に接続されている。
【０１１５】
図１５（ｃ）は、ベース６２０の平面図である。ベース６２０の−Ｙ’軸側の面には一対の外部電極６２１が形成されている。また、＋Ｘ軸側の辺と−Ｘ軸側の辺とにはキャスタレーション６４０が形成されている。ベース６２０の＋Ｙ’軸側の面では、図１５（ｃ）の点線で示された枠の外側に示される接合面４０で水晶片６３０の枠体６３３と接合される。
【０１１６】
水晶振動子６００作製過程ではリッド６１０及びベース６２０に対して過剰なラッピング及びポリッシュ等の研磨を行わないことにより全体の工程を簡略化することができ、水晶振動子６００の製造コストを削減することができる。また、水晶片６３０、リッド６１０及びベース６２０をそれぞれ適した表面粗さに加工しているため、水晶片６３０、リッド６１０及びベース６２０の表面粗さはそれぞれ異なっている。
【０１１７】
水晶振動子６００のリッド６１０は、ベース６２０と同様の５μｍ程度のウエットエッチングが行われてもよい。このときｈ３は表１より４．３１μｍとなり、リッド６１０の表面粗さはベース６２０の表面粗さよりも大きくなる。リッド６１０にウエットエッチングを行う場合は、エッチング量をベース６２０と同程度としてベース６２０とリッド６１０とのエッチング工程の共通化を図ることにより製造コストを削減することができる。
【０１１８】
以上、本発明の最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。たとえば、本実施形態では水晶片は、ＡＴカットの水晶材であったが同じように厚みすべりモードで振動するＢＴカットなどであっても同様に適用できる。
【０１１９】
また、厚みすべりモードの水晶片だけでなく、Ｚカットの水晶材から形成される音叉型水晶振動片にも適用できる。音叉型水晶振動片は矩形形状の基部とその基部の一辺から伸びる一対の振動腕とからなる。そして、音叉型水晶振動片の周りを取り囲む枠体を有している。この枠体がガラス材からなるリッド１０とベース２０（図１を参照）に接合される。このように音叉型水晶振動片にも本発明は適用できる。
【符号の説明】
【０１２０】
１０、４１０、６１０ リッド
１１ 上面
１２ 天井面
２０、４７、１２０、１４７、２２０、２４７、４２０、６２０ ベース
２１、６２１ 外部電極
２２ 下面
２３ 底面
２４、２２４ 接続電極
３０、２３０、３３０、４３０、５３０、６３０ 水晶片
３１、６３１ 励振電極
３２、６３２ 励振部
３３、６３３ 枠体
３４ 接続部
３５、６３５ 引出電極
４０ 接合面
４１ 接続点
４３ 導電性接着材
４４ 封止材
４５ フォトレジスト膜
４６ 露光部
４８ 金属層
４９ 周囲部
５０ 人工水晶原石
７０ キャビティ
８０ 第１金属層
８１ 第２金属層
９０ 壁
９１ 集積回路
９２ バンプ
１００、１１０、１２０、２００、２１０、４００、６００ 水晶振動子
３００、３１０ 水晶発振器
５４０、６４０ キャスタレーション
５４１ キャスタレーション電極
６３６ 連結部
Ｗ１０ リッド用水晶ウエハ
Ｗ２０ ベース用水晶ウエハ
Ｗ３０ 水晶片用水晶ウエハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱膨張による影響を低減させた表面実装型(Surface Mount Device: SMD)の水晶デバイス及び水晶デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面実装型の水晶デバイスは一般に水晶振動片を固定するベースとリッドとから構成される。たとえば特許文献１にはコスト低減又は量産性の観点からベースとリッドとに、ガラス材又は水晶材が用いられている。また特許文献１では、水晶振動片をベースとリッドとで挟み込んでいるので、ベースの材料とリッドの材料との熱膨張係数が、水晶振動片の熱膨張係数にできるだけ近づける技術を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１０９８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、水晶材とガラス材とは必ずしも熱膨張係数が同じではない。またベースおよびリッドが水晶材であっても、振動片としての水晶材の結晶方向とベース等の水晶材の結晶方向とが異なると厳密には熱膨張係数が同じではない。したがって、水晶デバイスに与えられる温度差が大きいと水晶デバイスが破損するおそれがある。また、表面実装型の圧電デバイスの小型化に伴い、水晶材料又はガラス材料は薄く形成しなければならず、破損を防ぐためにベースおよびリッドの厚みを厚くすることは好ましくない。
【０００５】
本発明は、熱膨張による影響を低減することができる水晶デバイス及び水晶デバイスの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１観点の水晶デバイスは、電圧の印加により振動する励振部を有する水晶片と、水晶片が載置され水晶片側の底面と底面の反対側の下面とを有しガラス材又は結晶方向を有する水晶材からなるベースと、ベースに接合されて水晶片を密封し水晶片側の天井面と天井面の反対側の上面とを有しガラス材又は結晶方向を有する水晶材からなるリッドと、を備え、上面、下面、底面、天井面の少なくとも２面は励振部の表面粗さよりも粗い粗面を有する。
【０００７】
第２観点の水晶デバイスは、第１観点において、ベースとリッドとが異なる材料又は異なる結晶方向の組合せで接合され、ベースとリッドとが接合される箇所を除いた部分はベースとリッドとが接合される箇所の表面粗さよりも粗い粗面である。
【０００８】
第３観点の水晶デバイスは、電圧の印加により振動する励振部と励振部の周囲を囲む枠体とを有する水晶片と、水晶片側の底面と底面の反対側の下面とを有し枠体の一面に接合されガラス材又は水晶材からなるベースと、水晶片側の天井面と天井面の反対側の上面とを有し枠体の他面に接合されガラス材又は水晶材からなるリッドと、を備え、上面、下面、底面、天井面の少なくとも２面は励振部の表面粗さよりも粗い粗面を有する。
【０００９】
第４観点の水晶デバイスは、第３観点において、リッド及びベースが、異なる材料又は異なる結晶方向の組合せで接合される。
【００１０】
第５観点の水晶デバイスは、第４観点において、リッド及びベースがＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸により規定されるＺカット水晶材を含み、水晶片が、Ｘ軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸により規定されるＡＴカット水晶材を含む。
【００１１】
第６観点の水晶デバイスは、第３観点から第５観点において、水晶片、ベース及びリッドがそれぞれ異なる表面粗さを有する。
【００１２】
第７観点の水晶デバイスは、第１観点から第６観点において、水晶片は、厚みすべりモードで振動する水晶振動片、又は一対の振動腕を有する音叉型水晶振動片を含む。
【００１３】
第８観点の水晶デバイスの製造方法は、人工水晶原石から所定角度且つ所定厚さで、電圧の印加により振動する励振部と励振部の周囲を囲む枠体とを有する複数の水晶片が形成される水晶片用水晶ウエハを切り出す工程と、水晶片用水晶ウエハの表面をラッピング及びポリッシュを行うことにより鏡面状にする工程と、底面と底面の反対側の下面とを有し枠体の一面が底面の一部に接合される複数のベースが形成されるベース用水晶ウエハを切り出す工程と、天井面と天井面の反対側の上面とを有し枠体の他面が天井面の一部に接合される複数のリッドが形成されるリッド用水晶ウエハを切り出す工程と、水晶片用水晶ウエハとベース用水晶ウエハとリッド用水晶ウエハとを接合する工程と、を備え、上面、下面、底面、天井面の少なくとも２面は励振部の表面粗さよりも粗い粗面を有する。
【００１４】
第９観点の水晶デバイスの製造方法は、第８観点において、切り出し工程の後に、ベース及びリッドの少なくとも一方をウエットエッチングする工程を備える。
【００１５】
第１０観点の水晶デバイスの製造方法は、第８観点において、切り出し工程の後に、ベース用水晶ウエハ又はリッド用水晶ウエハの少なくとも一方を３０００メッシュ以下の研磨材でラッピングする工程と、ラッピングする工程の後に、ベース用水晶ウエハ及びリッド用水晶ウエハの少なくとも一方をエッチング量が１０μｍ以下のウエットエッチングを行うウエットエッチングをする工程と、を備える。
【００１６】
第１１観点の水晶デバイスの製造方法は、第１０観点において、切り出し工程でベース用水晶ウエハ及びリッド用水晶ウエハの表面粗さが１０００メッシュの研磨材で切り出され、ラッピングする工程でベース用水晶ウエハが２０００メッシュ以下の研磨材でラッピングされてベース用水晶ウエハの厚さが調節され、ウエットエッチングする工程でベース用水晶ウエハがエッチングされ、エッチング量が５μｍである。
【００１７】
第１２観点の水晶デバイスの製造方法は、第１１観点において、ウエットエッチングする工程では、ベース用水晶ウエハと並行して切り出し工程後のリッド用水晶ウエハもエッチング量が５μｍとなるようにウエットエッチングされる。
【００１８】
第１３観点の水晶デバイスの製造方法は、第８観点から第１２観点において、ベース用水晶ウエハ及びリッド用水晶ウエハがＸ軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸により規定されるＡＴカットで切り出されている。
【００１９】
第１４観点の水晶デバイスの製造方法は、第８観点において、ベース用水晶ウエハ及びリッド用水晶ウエハの表面をラッピング及びポリッシュを行うことにより鏡面状にする工程と、上面、下面、底面、天井面の少なくとも２面にサンドブラスト又はエッチングにより粗面を形成する工程と、を備える。
【００２０】
第１５観点の水晶デバイスの製造方法は、第８観点において、接合する工程で接合されるベース用水晶ウエハ及びリッド用水晶ウエハが、切り出す工程で切り出された直後の表面粗さを有している。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、熱膨張による影響を低減させた水晶デバイス及び水晶デバイスの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）は、表面実装型の水晶デバイスである水晶振動子１００の斜視図である。 （ｂ）は、水晶振動子１００の断面図である。
【図２】（ａ）は、リッド１０の平面図である。 （ｂ）は、水晶片３０の平面図である。 （ｃ）は、ベース２０の平面図である。
【図３】（ａ）は、リッド用水晶ウエハＷ１０の平面図である。 （ｂ）は、図３（ａ）の点線の枠６０を拡大した図である。
【図４】（ａ）は、リッド用水晶ウエハＷ１０の切断工程のフローチャートである。 （ｂ）は、ランバード加工された人工水晶原石５０の斜視図である。
【図５】リッド用水晶ウエハＷ１０上へのリッド１０の形成工程のフローチャート及びその説明のための図である。
【図６】リッド用水晶ウエハＷ１０と、水晶片用水晶ウエハＷ３０と、ベース用水晶ウエハＷ２０とを重ね合わせる前の図である。
【図７】（ａ）は、シロキサン結合を説明するための図である。 （ｂ）は、陽極接合を説明するための図である。
【図８】（ａ）は、水晶振動子１１０の断面図である。 （ｂ）は、水晶振動子１２０の断面図である。
【図９】（ａ）は、リッド１０を取り除いた水晶振動子２００の平面図である。 （ｂ）は、図９（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 （ｃ）は、水晶振動子２１０の断面図である。
【図１０】（ａ）は、水晶発振器３００の断面図である。 （ｂ）は、水晶発振器３１０の断面図である。
【図１１】（ａ）は、水晶振動子４００の断面図である。 （ｂ）は、水晶片５３０の平面図である。 （ｃ）は、リッド４１０及びベース４２０の平面図である。
【図１２】リッド用水晶ウエハＷ１０のラッピング及びエッチング工程が示されたフローチャートである。
【図１３】（ａ）は、ランバード加工された人工水晶原石５０から切断されたウエットエッチング前のリッド用水晶ウエハＷ１０の概略断面図である。 （ｂ）は、ウエットエッチング後のリッド用水晶ウエハＷ１０の断面図である。
【図１４】（ａ）は、ウエットエッチング前のウエハ表面の写真である。 （ｂ）は、ウエットエッチング後のＡＴカットウエハの表面の写真である。 （ｃ）は、ウエットエッチング後のＺカットウエハの表面の写真である。
【図１５】（ａ）は、水晶振動子６００の断面図である。 （ｂ）は、水晶片６３０の平面図である。 （ｃ）は、ベース６２０の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００２４】
（第１実施形態）
＜水晶振動子１００の構成＞
本発明の表面実装型の水晶デバイスの構成を、図１を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、表面実装型の水晶デバイスである水晶振動子１００の斜視図である。水晶振動子１００は、リッド１０と、ベース２０と、水晶材を基材とした水晶片３０とにより構成されている。水晶振動子１００は、上部にリッド１０が配置され、下部にベース２０が配置され、水晶片３０はリッド１０とベース２０とに挟まれた位置に配置されている。また、ベース２０の下面には外部電極２１が形成されている。水晶片３０に用いられる水晶材には例えばＡＴカットの水晶材が用いられる。ＡＴカットの水晶材は、主面（ＹＺ面）が結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に対して、Ｘ軸を中心としてＺ軸からＹ軸方向に３５度１５分傾斜されている。以下の説明では、ＡＴカットの水晶材の軸方向を基準とし、傾斜された新たな軸をＹ’軸及びＺ’軸として用いる。すなわち、水晶振動子１００において水晶振動子１００の長手方向をＸ軸方向、水晶振動子１００の高さ方向をＹ’軸方向、Ｘ及びＹ’軸方向に垂直な方向をＺ’軸方向として説明する。
【００２５】
図１（ｂ）は、水晶振動子１００の断面図である。また、図１（ｂ）は後述される図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。水晶片３０は、励振電極３１が形成されている励振部３２と励振部３２の周囲を取り囲む枠体３３とを有している。リッド１０は、水晶振動子１００の外部に面している上面１１と、水晶片３０に面する天井面１２との２つの主面を有している。リッド１０には、水晶片３０の枠体３３と接合するための接合面４０が形成されている。天井面１２は接合面４０から凹んで形成されている。上面１１と天井面１２とは粗面加工されている。
【００２６】
ベース２０は、水晶振動子１００の外部に面している下面２２と、内部に面している底面２３との２つの主面を有している。ベース２０には、水晶片３０の枠体３３と接合するための接合面４０が形成されている。ベース２０の底面２３は接合面４０から凹んで形成されている。ベース２０の接合面４０には接続電極２４が形成され、下面２２には外部電極２１が形成されている。接続電極２４はベース２０内に形成された導通部（不図示）を通して外部電極２１と電気的に接続されている。また、下面２２と底面２３とには粗面加工がされることにより、表面に凹凸が形成されている。さらに、外部電極２１の表面にも下面２２の凹凸が反映されて凹凸が形成されている。リッド１０の天井面１２とベース２０の底面２３とに挟まれたキャビティ７０に、水晶片３０の励振部３２が配置される。
【００２７】
水晶片３０の励振部３２には励振電極３１が形成されており、枠体３３に引出電極３５が形成されている。励振電極３１と引出電極３５とは電気的に接続されている。引出電極３５は接続電極２４に接続されることで、外部電極２１と電気的に接続されている。水晶片３０に形成されている電極は、水晶上に形成されている第１電極層８０と、第１金属層８０上に形成されている第２金属層８１とにより形成されている。水晶振動子１００では、第１金属層８０はクロム（Ｃｒ）により形成され、第２金属層８１は金（Ａｕ）により形成されている。
【００２８】
図２（ａ）は、リッド１０の平面図である。リッド１０は、Ｘ軸方向に長辺、Ｚ’軸方向に短辺が伸びる長方形の主面を有している。リッド１０の＋Ｙ’軸側の主面である上面１１および−Ｙ’軸側の主面である天井面１２には、粗面加工が施されている。−Ｙ’軸側の面の外周部には水晶片３０と接合する面である接合面４０（図１（ｂ）参照）があり、接合面４０には粗面加工は施されていない。
【００２９】
図２（ｂ）は、水晶片３０の平面図である。励振部３２と枠体３３とは接続部３４によって接続されている。励振電極３１から引き出されている引出電極３５は、接続部３４を通り、枠体３３の−Ｙ’軸側の角まで形成されている。引出電極３５は、枠体３３の角の接続点４１においてベース２０に形成されている接続電極２４と接続される。
【００３０】
図２（ｃ）は、矩形状のベース２０の平面図である。−Ｙ’軸側の主面である下面２２及び＋Ｙ’軸側の主面である底面２３（図２（ｃ）の斜線でハッチングされた領域）に粗面加工が施されている。＋Ｙ’軸側の面の外周部には水晶片３０と接合する面である接合面４０（図１（ｂ）参照）があり、その接合面４０には粗面加工が施されていない。また、ベース２０の＋Ｙ’軸側の面の外周部の一部の角には水晶片３０の引出電極３５の接続点４１と電気的に接続する接続電極２４が形成されている。
【００３１】
＜リッドまたはベースの材料について＞
水晶振動子１００を構成するリッド１０、水晶片３０、ベース２０は、様々な材料により構成される。水晶片３０にＡＴカットウエハが用いられる場合には、熱膨張による水晶振動子１００の破損を考慮すると、リッド１０及びベース２０にも水晶片３０と同じＡＴカットウエハを用いて熱膨張率が等しくされることが望ましい。一方、リッド１０及びベース２０にはなるべく安価な材料を用いたいという要望もあるため、リッド１０及びベース２０にＡＴカット水晶とは異なる材料が用いられることもある。以下に、水晶片３０にＡＴカット水晶が用いられ、リッド１０及びベース２０にＡＴカット水晶以外の材料が用いられた２例について説明する。
【００３２】
＜＜リッド／ベース：Ｚカット水晶、水晶片：ＡＴカット水晶（矩形）＞＞
１例目は、リッド１０及びベース２０にＺカットの水晶材を用い、水晶片３０にＡＴカットの水晶材を用いた矩形水晶振動片の例である。Ｚカットの水晶材は、結晶軸がＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）、Ｚ軸（光軸）により定義される。また、ＡＴカットの水晶材の結晶軸は、Ｘ軸を中心として回転したＸ軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸により定義される。Ｚカットの水晶材とＡＴカットの水晶材とは、カット方向が異なることにより同じ水晶であっても、熱膨張係数が異なる。
【００３３】
＜＜リッド／ベース：ガラス材、水晶片：ＡＴカット水晶（矩形）＞＞
２例目は、リッド１０及びベース２０にガラス材を用い、水晶片３０にＡＴカットの水晶材を用いた矩形水晶振動片の例である。ガラス材には、パイレックス（登録商標）ガラス、ホウ珪酸ガラス、又はソーダガラス等の金属イオンを含有するものを使用すると、後に説明する陽極接合を用いることができるので好ましい。
【００３４】
上記の２つの例では、リッド１０及びベース２０に比較的安価な材料を使用しており、製品の価格を下げることができる。しかし、同じ材料でも異なった結晶方向の材料を接合した場合、材料の熱膨張係数の違いからリッド１０、水晶片３０、ベース２０のいずれかが破損するおそれがある。また異なった材料を接合した場合も同様に、材料の熱膨張係数の違いからリッド１０、水晶片３０、ベース２０のいずれかが破損するおそれがある。
【００３５】
水晶振動子１００は、粗面加工によってリッド１０及びベース２０に粗面を形成することで表面積を大きくし、リッド１０及びベース２０にかかる応力を緩和させている。すなわち、上面１１、下面２２、底面２３、天井面１２の少なくとも２面は励振部３２の表面粗さよりも粗い粗面を有していることが望ましい。また、下面２２の表面が粗面に形成されている場合には、外部電極２１の表面にも凹凸が形成されるため、アンカー効果により半田と外部電極２１との密着性が高まるため望ましい。
【００３６】
＜水晶振動子１００の作製方法＞
水晶振動子１００は、リッド１０及びベース２０の表面を粗面加工する。この粗面加工もリッド１０及びベース２０の外形形成と同時に行うことにより、工程を簡略化することができる。図３から図６を参照してリッド１０及びベース２０にＺカットの水晶材を用い、水晶片３０にＡＴカットの水晶材を用いた場合の水晶振動子１００の製造方法について説明する。また、以下のリッド１０及びベース２０に関する説明では、Ｚカットの水晶材の結晶軸（ＸＹＺ）を用いて説明する。
【００３７】
図３（ａ）は、リッド用水晶ウエハＷ１０の平面図である。リッド用水晶ウエハＷ１０のＹ軸方向の長さは、３インチまたは４インチ等に形成される。リッド用水晶ウエハＷ１０上には複数のリッド１０が形成される。点線の枠６０内には、１つのリッド１０が形成されている。
【００３８】
図３（ｂ）は、図３（ａ）の点線の枠６０を拡大した図である。リッド用水晶ウエハＷ１０にはリッド１０の天井面１２が形成され、また、表裏面の主面である上面１１及び天井面１２に粗面加工がなされる。水晶片３０に関して水晶片用水晶ウエハＷ３０上に水晶片３０の外形が形成され、電極が形成される。ベース２０に関しても同様にベース用水晶ウエハＷ２０上にベース２０の外形が形成され、下面２２及び底面２３に粗面加工がなされる。各ウエハを重ね合わせて接合し、１つ１つの水晶振動子１００の大きさにダイシングすることにより、一度に大量の水晶振動子１００を作製することができる。
【００３９】
図４（ａ）は、リッド用水晶ウエハＷ１０の切断工程のフローチャートである。
ステップＳ００１では、人工水晶原石がランバード加工される。ランバード加工は、人工水晶原石を使いやすい大きさにし、水晶の結晶軸を明確にするために行われる加工である。
【００４０】
ステップＳ００２では、ランバード加工された人工水晶原石５０からリッド用水晶ウエハＷ１０が所定の角度、厚みに切断される。このウエハの切断では、ウエハの表面の粗さは１０００メッシュ以下である。
【００４１】
図４（ｂ）は、ランバード加工された人工水晶原石５０の斜視図である。また、図４（ｂ）には、リッド用水晶ウエハＷ１０及び水晶片用水晶ウエハＷ３０のカット例が示されている。リッド用水晶ウエハＷ１０がＺカットされる場合は、図４（ｂ）に示されるように、リッド用水晶ウエハＷ１０は人工水晶原石５０のＺ軸に垂直な面であるＺ面に平行になるように切断される。また、水晶片用水晶ウエハＷ３０がＡＴカットされる場合は、図４（ｂ）に示されるように、水晶片用水晶ウエハＷ３０は結晶軸のＸ軸を回転軸としてＹ軸からＺ軸方向に３５度１５分回転した方向に切断される。図４（ｂ）では説明のためにリッド用水晶ウエハＷ１０と水晶片用水晶ウエハＷ３０とを同じ人工水晶原石５０に示したが、実際は異なる人工水晶原石５０で切断される。
【００４２】
ステップＳ００３では、リッド用水晶ウエハＷ１０のラッピング及びポリッシュ加工が行われる。ポリッシュはウエハの表面を鏡面状にするための研磨である。また、ラッピングはポリッシュの前に行われる研磨で、ウエハの厚さ調整及びポリッシュ前の表面の粗さ調整等を目的として行われる。水晶振動子１００では、ラッピングに粒度が３０００メッシュ程度の研磨材が用いられウエハの表面粗さが１０００メッシュから３０００メッシュ程度までにされる。ラッピングの後に行われるポリッシュでは、ラッピングで用いられた研磨材よりもさらに粒度の大きさが小さい研磨材等が用いられる。
【００４３】
図５は、リッド用水晶ウエハＷ１０上へのリッド１０の形成工程のフローチャート及びその説明のための図である。図５（ａ）から図５（ｆ）は図３（ｂ）のＢ−Ｂ断面におけるリッド１０の形成過程を示しており、図の上方を−Ｚ軸方向に取っている。
【００４４】
ステップＳ１０１では、リッド用水晶ウエハＷ１０の全面に金属膜が蒸着又はスパッタリングで形成され、金属膜の上からフォトレジストが塗布される。金属膜は、第１金属層８０と、第１金属層８０上に形成されている第２金属層８１とにより構成されており、第１金属層８０はクロム（Ｃｒ）、第２金属層８１は金（Ａｕ）により形成されている。最初に第１金属層８０がリッド用水晶ウエハＷ１０上に形成され、次に第１金属層８０の上に第２金属層８１が形成される。さらに、第２金属層８１上にはスピンコート等によりフォトレジストが塗布され、フォトレジスト膜４５が形成される（図５（ａ）参照）。
【００４５】
ステップＳ１０２では、フォトレジスト膜４５が露光される（図５（ｂ）参照）。露光は、リッド１０の天井面１２のパターンが形成されたフォトマスク（不図示）を用いて行われ、フォトレジスト膜４５に露光部４６が形成される。
【００４６】
ステップＳ１０３では、フォトレジスト膜４５が現像され、露光部４６が除去される。さらに、金属膜（第１金属層８０、第２金属層８１）をエッチングして天井面１２が形成される部分のリッド用水晶ウエハＷ１０を露出させる（図５（ｃ）参照）。Ａｕ膜はたとえばヨウ素とヨウ化カリウムとの水溶液でエッチングされ、Ｃｒ膜はたとえば硝酸第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される。
【００４７】
ステップＳ１０４では、リッド用水晶ウエハＷ１０がエッチングされ天井面１２が形成される。そして、＋Ｚ軸側の面のフォトレジスト膜４５が露光されて露光部４６が形成される（図５（ｄ）参照）。リッド用水晶ウエハＷ１０のエッチングは、５５％フッ酸又はフッ酸にフッ化アンモニウムを混合した液であるバッファードフッ酸等を用いたウエットエッチングにより行うことができる。
【００４８】
ステップＳ１０５では、フォトレジスト膜４５を現像して露光部４６を除去する。さらに、上面１１に形成されている金属膜（第１金属層８０、第２金属層８１）を除去してリッド１０の上面１１を露出させる（図５（ｅ）参照）。
【００４９】
ステップＳ１０６では、リッド１０の天井面１２と上面１１とを粗面エッチングする。そして、フォトレジスト膜４５と金属膜（第１金属層８０、第２金属層８１）とを除去する（図５（ｆ）参照）。粗面エッチングでは、エッチング剤にフッ化カリウムＫＦを用いることにより、鏡面状にポリッシュされているリッド１０の天井面１２と上面１１とを、鏡面よりも表面粗さが粗い粗面にすることができる。
【００５０】
以上に示したリッド１０の形成では、リッド１０の天井面１２の形成工程の流れの中で上面１１と天井面１２とを粗面加工することにより、一度の金属膜の形成で粗面加工することができる。ベース２０も同様にベース２０の外形の形成工程中に粗面加工をすることができる。
【００５１】
ステップＳ１０６のリッド用水晶ウエハＷ１０上に粗面を形成する方法には、フッ化カリウムＫＦを使用したウエットエッチング以外の方法もある。例えば、ウエットエッチングでは、高温（例えば９０℃）高濃度（例えば５０％）のフッ酸を用いても粗面加工を行うことができる。また、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３等を用いたドライエッチングを行ってもリッド用水晶ウエハＷ１０上に粗面加工を行うことができる。さらに細かい粒子をリッド用水晶ウエハＷ１０上に衝突させて凹凸を形成するサンドブラストによる方法、フォトマスクを使用して露光及びエッチングを行うことによりリッド用水晶ウエハＷ１０上に細かい凹凸のパターンを形成する方法等がある。
【００５２】
＜リッド１０、ベース２０、水晶片３０の接合＞
図６は、リッド用水晶ウエハＷ１０と、水晶片用水晶ウエハＷ３０と、ベース用水晶ウエハＷ２０とを重ね合わせる前の図である。説明の都合上、仮想線でリッド用ウエハＷ１０にはリッド１０が示され、水晶片用ウエハＷ３０には水晶片３０が示され、ベース用ウエハＷ２０にはベース２０が示されている。水晶片用ウエハＷ３０はＡＴカットの水晶ウエハであり、リッド用水晶ウエハＷ１０およびベース用水晶ウエハＷ２０は、Ｚカットの水晶ウエハである。なお、説明の都合上、リッド用水晶ウエハＷ１０には１５個のリッド１０が描かれているが、実際の製造においては、１枚のウエハに数百から数千のリッド１０が形成される。
【００５３】
各ウエハを重ね合わせる際には、リッド用水晶ウエハＷ１０には、天井面１２が形成され、天井面１２と上面１１とは粗面エッチングにより粗面加工を施されている。また、水晶片用水晶ウエハＷ３０は、励振部３２が形成され、励振部３２の上に励振電極３１が形成され、励振電極３１から枠体３３までは引出電極３５が形成されている。さらに、ベース用水晶ウエハＷ２０には、底面２３が形成され、外部電極２１及び接続電極２４が形成され、底面２３と下面２２とには粗面加工がなされている。
【００５４】
重ね合わされた３枚の水晶ウエハは、後述するシロキサン結合により互いに接合される。水晶片３０の引出電極３５の接続点４１（図２（ｂ）参照）とベース２０の接続電極２４（図２（ｃ）参照）とはシロキサン結合の際に、しっかりと接合する。
【００５５】
ウエハに固定された状態の水晶振動子１００は、ダイシングソー又はレーザーソーにより切断され、個々の水晶振動子１００に形成される。このように、パッケージングと電極の接合とを同時に行うこと、また水晶ウエハ単位で製造することにより、生産性を向上させることができる。
【００５６】
ウエハの接合にはいくつかの方法がある。以下にその方法について説明する。
【００５７】
＜シロキサン結合＞
図７（ａ）は、シロキサン結合を説明するための図である。水晶片３０にＡＴカットの水晶を用い、リッド１０およびベース２０がＺカット水晶材で構成されている場合を考える。リッド１０、水晶片３０およびベース２０はシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合）により接合される。なお、ＺカットのウエハとＡＴカットのウエハとは、結晶方向が異なる水晶であるがシロキサン結合により接合される。
【００５８】
シロキサン結合では、前処理として、ベース２０と、水晶片３０と、リッド１０との接合面４０を鏡面状態にし、酸素含有雰囲気中で短波長の紫外線を照射して接合面４０を活性化し、清浄な状態にしておく。その後、真空中又は不活性ガス雰囲気中で、接合面４０が活性化した状態のウエハを位置合わせして重ね合わせ、１００℃から２００℃程度の比較的低温に加熱した状態で加圧することによりシロキサン結合で強固に接合する。前処理の方法は、紫外線照射による方法の他に、プラズマ処理による方法、イオンビームを接合面に照射する方法等が知られている。
【００５９】
＜陽極接合＞
図７（ｂ）は、陽極接合を説明するための図である。陽極接合は、リッド１０、ベース２０にガラス材を使用している場合に使用できる方法である。陽極接合は、ガラス材が、パイレックス（登録商標）ガラス、ホウ珪酸ガラス、及びソーダガラス等の金属イオンを含有するガラスで構成されている時に用いられる方法である。
【００６０】
例えば、リッド１０及びベース２０がガラス材で、水晶片３０にＡＴカットの水晶を用いる場合を考える。水晶片３０の表裏面の外枠には金属層４８がスパッタリングまたは真空蒸着などの方法により形成される。金属層４８は例えばアルミニウム（Ａｌ）層より成り、その厚みは１０００Å〜１５００Å程度である。金属層４８は、水晶片上にクロム層を形成し、クロム層の上に金層を形成しても良い。
【００６１】
リッド１０、ベース２０、水晶片３０は重ね合わされ、真空中または不活性ガス中で２００℃から４００℃に加熱されながら加圧される。その際に、ベース２０及びリッド１０の上面１１及び下面２２をマイナス電位にし、金属層４８をプラス電位として５００〜１ｋＶの直流電圧が１０分間印加される。リッド１０、ベース２０、水晶片３０はウエハ上に形成されているため、実際の製造における陽極接合は、リッド用水晶ウエハＷ１０およびベース用水晶ウエハＷ２０をマイナス電位にし、金属層４８をプラス電位にして形成される。
【００６２】
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、金属層４８を陽極としてガラス材の接合面４０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、ガラス材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。
【００６３】
＜封止材による接着＞
リッド１０及びベース２０が、セラミックス、金属イオンを含まないガラス材である場合には、ポリイミド系の接着剤などの封止材によりリッド１０と水晶片３０と、及びベース２０と水晶片３０とを接合する。
【００６４】
＜水晶振動子１１０：変形例１＞
図８（ａ）は、水晶振動子１１０の分解断面図である。水晶振動子１１０は、リッド１０の天井面１２及びベース２０の底面２３が粗面に加工されている。粗面の加工は、天井面１２及び底面２３の加工のみでも応力の緩和ということに関して効果がある。また、上面１１を粗面加工しないことで、図５のステップＳ１０４のフォトレジストの除去及び塗布と、フォトレジスト膜の露光と、ステップＳ１０５の工程を削除することができる。下面２２を粗面加工しないことに関しても、ベース２０の加工工程において同様の工程を削除できる。
【００６５】
＜水晶振動子１２０：変形例２＞
図８（ｂ）は、水晶振動子１２０の分解断面図である。水晶振動子１２０は、リッド１０の上面１１及びベース２０の下面２２が粗面に加工されている。粗面の加工は、上面１１及び下面２２の加工のみでも応力の緩和ということに関して効果がある。また、天井面１２を粗面加工しないことで、図５のステップＳ１０１の前の段階で、リッド用水晶ウエハＷ１０の＋Ｚ軸側の面（図３（ａ）参照）のみを粗面加工しておくことにより、図５のステップＳ１０４のフォトレジストの除去及び塗布と、フォトレジスト膜の露光と、ステップＳ１０５と、ステップＳ１０６の粗面加工とを削除することができる。底面２３を粗面加工しないことに関しても、ベース２０の加工工程において同様の工程を削除できる。
【００６６】
（第２実施形態）
＜水晶振動子２００＞
図９を参照して、枠体を有していない水晶片２３０を用いた水晶振動子２００について説明する。また以下の説明では、ＡＴカット水晶の座標軸を用いて説明する。
【００６７】
図９（ａ）は、リッド１０を取り除いた水晶振動子２００の平面図である。水晶振動子２００は、凹型の箱であるベース４７と、ベース４７により形成されたキャビティ７０内に配置された水晶片２３０と、ベース４７を封止するリッド１０（図９（ｂ）参照）と、を備えている。水晶片２３０は、例えば振動周波数が４ＭＨｚであり、Ｘ軸方向に厚みすべり振動をするＡＴカットの水晶片である。
【００６８】
水晶片２３０は、表裏の主面の中央部付近に励振電極３１が形成される励振部３２を有している。また、水晶片２３０には、水晶片２３０の外周部付近である周囲部４９に励振電極３１から引き出された引出電極３５が形成されている。引出電極３５を通して表裏の主面に形成された励振電極３１に交番電圧が印加されることにより、水晶片２３０は厚みすべり振動する。
【００６９】
ベース４７は内面に接続電極２４が形成されており、接続電極２４はベース４７の外面に形成されている外部電極２１（図９（ｂ）参照）と導通部（不図示）を通して電気的に繋がっている。水晶片２３０は、引出電極３５と接続電極２４とを導電性接着材４３を通して接着することによりキャビティ７０内に固定され、引出電極３５と接続電極２４とが電気的に接続される。すなわち、水晶片２３０の励振電極３１は、引出電極３５と、接続電極２４とを通して外部電極２１と接続される。
【００７０】
図９（ｂ）は、図９（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。キャビティ７０は、ベース４７の一部である底面２３と壁９０とにより構成されており、キャビティ７０内には接続電極２４が形成され、接続電極２４には水晶片２３０の引出電極３５が接続されている。また、ベース４７は壁９０の上部において、リッド１０と接続される。ベース４７の−Ｚ軸側の面である下面２２と、＋Ｙ’軸側の面である底面２３と、リッド１０の−Ｙ’軸側の面である天井面１２と、＋Ｙ’軸側の面である上面１１とには、リッド１０とベース４７との接合面４０以外の領域に粗面加工がなされている。
【００７１】
リッド１０及びベース４７の材質は、例えば、リッド１０がＺカットの水晶材で、ベース４７がガラス材である。ガラス材が、パイレックス（登録商標）ガラス、ホウ珪酸ガラス、及びソーダガラス等の金属イオンを含有するガラスであれば、図７（ｂ）に示した陽極接合によりリッド１０とベース４７とを接合することができる。陽極接合では、まず、水晶材で構成されているリッド１０の−Ｙ’軸側の面の外周部に、アルミニウム膜またはクロム層と金層との金属膜等の金属層４８を蒸着又はスパッタリングにより形成する。そして、金属層４８とベース４７との間に電位差をつくり陽極接合を行う。
【００７２】
図９（ｃ）は、水晶振動子２１０の断面図である。水晶振動子２１０は、リッド１０の上面１１とベース４７の下面２２とに粗面加工を施してある。粗面の加工は、上面１１及び下面２２の加工のみでも応力の緩和ということに関して効果がある。また、ベース４７がセラミックス材で、リッド１０が水晶片である場合等は、リッド１０のみに粗面加工を施しても良い。粗面加工を行う面は、上面１１のみ、または天井面１２のみ、または天井面１２と上面１１との両方等が考えられる。
【００７３】
（第３実施形態）
＜水晶発振器３００＞
図１０を参照して、集積回路を有する水晶デバイスである水晶発振器３００について説明する。また以下の説明では、ＡＴカット水晶の座標軸を用いて説明する。
【００７４】
図１０（ａ）は、水晶発振器３００の断面図である。水晶発振器３００は、発振回路が形成された集積回路９１と、枠体３３付き水晶片３３０と、リッド１０と、ベース４７とを備えている。ベース４７は、水晶発振器３００の側面の一部を構成する壁９０と、２枚のベース１２０及び２２０とにより形成されている。水晶片３３０はリッド１０とベース４７とに挟まれた場所に配置され、集積回路９１はベース４７の底面２３上に配置されている。また、集積回路９１はベース４７の底面２３に配置された接続電極２４とバンプ９２を通して電気的に接続されている。
【００７５】
水晶片３３０は、例えばＡＴカットの水晶材により形成され、リッド１０はＺカットの水晶片、もしくはガラス材により形成されている。ベース４７はセラミックス材等により形成されている。ベース４７の壁９０の上部には、接続電極２４があり、水晶片３３０の枠体３３に形成されている引出電極３５と電気的に接続される。また、枠体３３とベース４７とは封止材４４によって接続されている。リッド１０がガラス材により形成される場合は、リッド１０と枠体３３とは図７（ｂ）に示した陽極接合により接合することができる。
【００７６】
水晶発振器３００は、ベース４７にはベース１２０及び２２０の２枚が積層されており、強度的には強くなっている。しかしリッド１０は水晶片３３０の熱収縮による応力に耐えられない可能性がある。そのため、リッド１０の上面１１及び天井面１２またはそのいずれか一方を粗面加工することによりリッド１０にかかる応力を緩和させることができる。
【００７７】
図１０（ｂ）は、水晶発振器３１０の断面図である。水晶発振器３１０は、水晶片４３０と、リッド１０と、第１ベース１４７と、第２ベース２４７と、集積回路９１とにより構成されている。水晶片４３０は、第１ベース１４７内に配置され、集積回路９１は、第２ベース２４７内に配置されている。
【００７８】
水晶材４３０は、例えばＡＴカットの水晶材である。また、リッド１０は、Ｚカットの水晶片、第１ベース１４７はガラス材により構成されている。また、第２ベース２４７はセラミックス材により構成されている。リッド１０の上面１１及び天井面１２と、第１ベース１４７の底面２３及び下面２２には、粗面加工がなされている。リッド１０と、第１ベース１４７とは陽極接合により接合することができる。接合の方法は図９と同様である。また、第１ベース１４７と、第２ベース２４７との接続は、封止材４４により行われる。
【００７９】
水晶片４３０は、第１ベース１４７内に形成された接続電極２４に導電性接着材４３を通して固定され、電気的にも接続される。接続電極２４は、第２ベース２４７の壁９０上に形成されている第２接続電極２２４に接続される。第２接続電極２２４は、集積回路９１に接続され、水晶片４３０の動作が制御される。また、集積回路９１は、外部電極２１に接続される。
【００８０】
水晶発振器３１０においても水晶発振器３００と同様に水晶又はガラスを基材としたリッド１０及び第１ベース１４７に粗面加工を施すことにより、リッド１０及び第１ベース１４７にかかる応力を緩和させ、製品の不良率を下げることができる。
【００８１】
（第４実施形態）
＜水晶振動子４００＞
図１１を参照して、水晶片５３０を用いた水晶振動子４００について説明する。また以下の説明では、ＡＴカット水晶の座標軸を用いて説明する。
【００８２】
図１１（ａ）は、水晶振動子４００の断面図である。水晶振動子４００は、リッド４１０と、ベース４２０と、水晶片５３０とにより構成されている。また図１１（ａ）は、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）の水晶片５３０、リッド４１０、ベース４２０のＤ−Ｄ及びＥ−Ｅにおける断面を示している。水晶振動子４００は、上部にリッド４１０が配置され、下部にベース４２０が配置され、水晶片５３０はリッド４１０とベース４２０とに挟まれている。リッド４１０及びベース４２０の外周部にある接合面４０が、ポリイミド又は低融点ガラス等の封止材４４によりそれぞれ水晶片５３０の枠体３３に接合する。また、リッド４１０の上面１１、天井面１２及びベース４２０の下面２２、底面２３は、励振部３２の表面よりも粗く形成されている。励振部３２の表裏面には励振電極３１が形成されており、各励振電極３１は枠体３３に形成されている引出電極３５にそれぞれ接続されている。また、リッド４１０及びベース４２０にはそれぞれ一対の外部電極２１が形成されている。さらに水晶片５３０、リッド４１０及びベース４２０の＋Ｘ軸側及び−Ｘ軸側の辺にはキャスタレーション５４０が形成されており、引出電極３５及び外部電極２１はキャスタレーション５４０に形成されるキャスタレーション電極５４１を介して互いに電気的に接続されている。
【００８３】
図１１（ｂ）は、水晶片５３０の平面図である。水晶片５３０は、表裏の主面の中央部付近に励振電極３１が形成される励振部３２と、励振部３２の周囲を取り囲む枠体３３とを有している。また、枠体３３の＋Ｘ軸側の辺及び−Ｘ軸側の辺にはキャスタレーション５４０が形成されている。枠体３３には、励振部３２の＋Ｙ’軸側の面に形成される励振電極３１から＋Ｘ軸側の辺のキャスタレーション５４０までと、励振部３２の−Ｙ’軸側の面に形成される励振電極３１から−Ｘ軸側の辺のキャスタレーション５４０までとに、引出電極３５が形成されている。
【００８４】
図１１（ｃ）は、リッド４１０及びベース４２０の平面図である。リッド４１０及びベース４２０の＋Ｘ軸側の辺及び−Ｘ軸側の辺にはキャスタレーション５４０が形成されている。また、リッド４１０及びベース４２０はランバード加工された人工水晶原石５０から所定の角度、厚みに切断された後、ラッピング加工及びポリッシュ加工がされていない。つまりリッド４１０及びベース４２０は、ランバード加工された人工水晶原石５０から所定の角度、厚みに切断された平面のまま形成されている。また、図１１（ｃ）の点線の枠の外側であるリッド４１０及びベース４２０の外周部は接合面４０となっており、水晶片５３０の枠体３３と封止材４４により接合される。リッド及びベースの両主面は、通常であれば粒度が大きめの研磨材による加工であるラッピング加工、及びラッピング加工よりも表面粗さを小さくするための研磨であり固定砥粒等を用いるポリッシュ加工が行われる。しかし、リッド４１０及びベース４２０は両主面ともラッピング加工及びポリッシュ加工が行われていない。そのため、ラッピング加工及びポリッシュ加工を行って形成された水晶片５３０の励振部３２の表面粗さよりも表面が粗い。また、リッド４１０及びベース４２０に形成される外部電極２１は、マスク（不図示）を介して金属膜を蒸着又はスパッタリングすることにより形成することができる。
【００８５】
水晶振動子４００では、水晶片５３０、リッド４１０及びベース４２０を互いに接合した後に、キャスタレーション５４０に金属膜が形成されてキャスタレーション電極５４１が形成される。リッド４１０及びベース４２０に形成される外部電極２１は、キャスタレーション電極５４１と共に形成されてもよいし、リッド４１０及びベース４２０が水晶片５３０に接合される前にリッド４１０及びベース４２０に形成されていてもよい。
【００８６】
水晶振動子４００では、リッド４１０及びベース４２０の主面にラッピング加工及びポリッシュ加工を行わず粗面の状態のまま使用するため、特別に粗面加工の工程を行う必要が無い。また水晶振動子４００では、リッド４１０とベース４２０とを同形状に形成することができ、リッド４１０とベース４２０との作製工程を共有化できる。これらのことにより、水晶振動子４００の作製工程を簡略化することができる。
【００８７】
水晶振動子４００は、リッド４１０及びベース４２０の両主面が粗面のまま作製されたが、一方の主面のみが粗面で、他方の主面が鏡面加工された状態でもよい。また、主面に対してラッピング加工のみを行い、ポリッシュ加工が行われない状態の粗面でも、応力を緩和することができる。
【００８８】
以上のように、水晶振動子は、複数の部材が使用され、その熱膨張係数の違いにより強い応力のかかる部材、又は強度の弱い部材が破損し不良品が発生することがあるが、これらの部材の表面に粗面加工を施すことにより、その部材にかかる応力を逃がし、破損を防ぐことで製品の不良率を抑えることができる。また、リッド４１０及びベース４２０にはガラス材又はＺカット水晶のみではなく、ＡＴカット水晶が用いられた場合にも粗面加工を施すことは製品の破損を防ぐことに対して有効である。水晶振動子の水晶片、ベース及びリッドの全てにＡＴカット水晶を用いて熱膨張係数を同じくしたとしても、水晶振動子には半田付け等で局所的に熱がかかり、熱がかかった部分と熱がかからなかった部分のとの間で応力が発生する場合もあるためである。
【００８９】
（第５実施形態）
水晶振動子４００は、リッド４１０及びベース４２０にラッピング加工及びポリッシュ加工を行わずに形成された。しかし、ラッピング加工及びポリッシュ加工が行われない場合、電極形成のための露光時にウエハの表面の凹凸で乱反射が起こり、ウエハに電極が形成されにくくなる場合がある。そのため、ウエハの表面の凹凸で乱反射が起こらないようにウエットエッチングが行われてもよい。以下、ウエハがランバード加工された人工水晶原石５０から所定の角度、厚みに切断され、ウエットエッチングが行われることにより作製された水晶振動子５００の作製方法について説明する。
【００９０】
＜水晶振動子５００の作製方法＞
図１２は、リッド用水晶ウエハＷ１０のラッピング及びエッチング工程が示されたフローチャートである。図１２では、リッド用水晶ウエハＷ１０を例として説明するがベース用水晶ウエハＷ２０に関しても同様の工程で作製される。
まず、ステップＳ００１において人工水晶原石５０がランバート加工される。さらにステップＳ００２においてランバード加工された人工水晶原石５０からリッド用水晶ウエハＷ１０が所定の角度、厚みに切断される。ステップＳ００１及びステップＳ００２は図４（ａ）と同様であるのでここでは説明を省略する。図１２では、ステップＳ００２の後にステップＳ００３をスキップしてステップＳ００４が行われる。
【００９１】
ステップＳ００４では、リッド用水晶ウエハＷ１０がＡＴカットウエハであるかどうかが判断される。ＡＴカットウエハである場合にはステップＳ００５に向かい、ＡＴカットウエハではない場合はステップＳ００７に向かう。ステップＳ００４でリッド用水晶ウエハＷ１０がＡＴカットウエハであるかどうかが判断されるのは、カット角度によってエッチング特性が異なるためである。表１を参照して、ＡＴカットウエハ及びＺカットウエハのエッチングのされる傾向について説明する。
【表１】
【００９２】
表１は、ＡＴカットウエハ及びＺカットウエハのエッチング量と表面粗さの平均値Ｒａとが示された表である。表には、人工水晶原石５０から切断した後のＡＴカットウエハと、切断後にラッピング加工が行われたＡＴカットウエハと、切断後のＺカットウエハとがウエットエッチングされた場合のエッチング量（μｍ）とその表面粗さの平均値Ｒａ（μｍ）とが示されている。切断後のＡＴカットウエハでは、エッチングを行わない時のＲａが２．２４μｍであり、５μｍのエッチングを行った時のＲａは４．３１μｍであり、１０μｍのエッチングを行った時のＲａは３．２４μｍであり、３５μｍのエッチングを行った時のＲａは０．４１μｍである。切断後に３０００メッシュの研磨材を用いてラッピング加工が行われたＡＴカットウエハでは、エッチングを行わない時のＲａが１．７４μｍであり、５μｍのエッチングを行った時のＲａは２．６３μｍであり、１０μｍのエッチングを行った時のＲａは１．９８μｍであり、２０μｍのエッチングを行った時のＲａは０．４３μｍである。切断後のＺカットウエハでは、エッチングを行わない時のＲａが１．４９μｍであり、５μｍのエッチングを行った時のＲａは２．８１μｍであり、１０μｍのエッチングを行った時のＲａは２．４２μｍであり、２０μｍのエッチングを行った時のＲａは１．９５μｍである。
【００９３】
表１からは、３つのウエハとも５μｍのエッチングを行った時が最もＲａが高くなり、さらにエッチングを行うとＲａが低くなる傾向がある。Ｚカットウエハでは、５μｍのエッチングでＲａが大きくなった後に更にエッチングを行うと、Ｒａはエッチングを行う前のＲａに近付く。それに比べて、ＡＴカットウエハでは、エッチングを行うほど表面粗さの平均値Ｒａが低くなり、ウエハの表面が平坦化する傾向にある。また、表１からは、ラッピング加工後のＡＴカットウエハでも、１０μｍに近い量又は１０μｍ以下のエッチングを行うことにより切断後のＡＴカットウエハのＲａ以上の表面粗さを得ることが可能であることが分かる。
【００９４】
図１２に戻って、ステップＳ００５では、ＡＴカットウエハの厚さが仕様値よりも厚い（大きい）かどうかが判断される。仕様値よりも厚い場合はステップＳ００６に向かい、仕様値と同等であればステップＳ００７に向かう。仕様値よりも薄い（小さい）場合は、そのウエハは規格外品となるが、ウエハの切断では規格外品を出さないように僅かに仕様値よりも厚く切断する。このため仕様値よりも厚さが薄い場合は殆ど生じないため、図１２のフローチャートでは仕様値よりも厚さが薄い場合に関して記載していない。ステップＳ００５でのＡＴカットウエハの厚さの仕様値は、製品完成時の仕様値より１０μｍほど厚く設定される。これは、例えば、製品完成時のウエハの厚さが５０μｍであった場合、後のステップで片面につき５μｍのウエットエッチングを行うためステップＳ００５でのウエハの厚さの仕様値は６０μｍということになる。
【００９５】
ステップＳ００６では、ＡＴカットウエハが３０００メッシュ以下の研磨材でラッピングされる。このステップでは、ウエハのラッピング加工を行うことによりウエハの厚さをステップＳ００５の仕様値に調整する。ウエハのラッピング加工に使用する研磨材はメッシュの数値が小さいほど粗くなる。したがって、メッシュの数値が小さい研磨材が用いられればラッピング加工後のウエハの表面粗さ（Ｒａ）が大きくなる。ステップＳ００６で３０００メッシュ以下の研磨材が用いられるのは、粒度の粗い研磨材を用いてウエハの表面粗さを大きい状態で保つことが望ましいためである。Ｚカットウエハでもラッピングによる厚さ調整を行ってもよいが、Ｚカットウエハは切断後の表面粗さがＡＴカットウエハよりも小さく（表１参照）、ラッピングにより表面粗さがさらに小さくなるため、ラッピングは行わない方が好ましい。
【００９６】
ステップＳ００７では、ウエハが、フォトリソグラフィ加工が行われるウエハかどうかが判断される。フォトリソグラフィ加工が行われるウエハはステップＳ００８に向かい、ウエハにフォトリソグラフィ加工が行われない場合は、フローチャートの工程が終了し、その状態のウエハがリッド用水晶ウエハＷ１０として使用される。
【００９７】
リッドは、例えば図１１（ａ）に示された水晶振動子４００のリッド４１０の外部電極２１のように、マスクをして金属膜を蒸着又はスパッタリングすることによって電極を形成することによりフォトリソグラフィ加工を行わなくてもよい場合がある。第５実施形態で行われるウエットエッチングは、ウエハに電極形成等のためのフォトリソグラフィ加工を行いやすくする目的で行われる。そのため、ウエハにフォトリソグラフィ加工が行われないウエハにはウエットエッチングは行わなくても良く、次のステップＳ００８を飛ばしても良い。
【００９８】
ステップＳ００８では、リッド用水晶ウエハＷ１０がウエットエッチングされる。水晶は硬いため、人工水晶原石５０からリッド用水晶ウエハＷ１０が切り出された場合には、リッド用水晶ウエハＷ１０は１０００メッシュ以下の粗い表面粗さを有する。この状態でリッド用水晶ウエハＷ１０をウエットエッチングする。ウエットエッチングにより、表面粗さが粗い状態のままリッド用水晶ウエハＷ１０が完成し、このウエハは露光にも適している。
【００９９】
図１２のフローチャートでは、ステップＳ００７において、ウエハにフォトリソグラフィ加工が行われるか行われないかを判断するステップが設けられているが、このステップＳ００７は設けられなくても良い。これは、リッドに電極が形成されずフォトリソグラフィ加工が行われない場合でも、ウエットエッチングを行っても良いためである。ステップＳ００７を設けない場合の利点としては、ベースには電極が形成されるためフォトリソグラフィ加工が行われるため、ベースとリッドとのウエハ作製工程を分ける必要が無いことがある。
【０１００】
図１３（ａ）は、ランバード加工された人工水晶原石５０から切断されたウエットエッチング前のリッド用水晶ウエハＷ１０の概略断面図である。ウエットエッチング前のリッド用水晶ウエハＷ１０の表面は１０００メッシュ以下の粗さで凹凸が形成されている。そのため、ウエットエッチング前のリッド用水晶ウエハＷ１０の表面の凹凸の高さｈ１は例えば２５．４μｍ以上である。また、切断直後のウエハの表面の凹凸は、図１３（ａ）に示すように、全体的に尖った形に形成される。そのため、露光を行う場合、基板表面の凹凸の影響により乱反射が起こり露光パターンの形成が困難になる場合がある。
【０１０１】
図１３（ｂ）は、ウエットエッチング後のリッド用水晶ウエハＷ１０の断面図である。表１に示したように、Ｚカットウエハで２０μｍのエッチングを行った場合は、ウエハのウエットエッチングを行った後の表面の凹凸の高さｈ２は、高さｈ１に近い値になる。ＡＴカットウエハがステップＳ００６でラッピング加工された場合でも、約１０μｍまたはそれ以下のエッチングを行うことにより凹凸の高さｈ２を高さｈ１に近い値に調整することが可能である。また、切断後のＡＴカットウエハでも１０μｍ以下でエッチング量を調整することにより凹凸の高さｈ２を高さｈ１に近い値に調整することが可能である。凹凸の高さｈ２は高さｈ１に近い値又はそれ以上の値で調整される。しかし、ウエハの表面は全体的に凹凸の形状がなだらかになるため、露光のパターン形成を行いやすくなる。実際にＺカットウエハの２０μｍのエッチングを行ったところ、電極形成等のための露光が可能であることが確認できた。
【０１０２】
図１４（ａ）は、ランバード加工された人工水晶原石５０から切断されたウエットエッチング前のウエハ表面の写真である。ウエットエッチング前のウエハの表面の凹凸はウエハのカット方向に依らずに表面の状態は図１３（ａ）のように一様な状態になる。
【０１０３】
図１４（ｂ）は、ウエットエッチング後のＡＴカットウエハの表面の写真である。図１４（ｂ）の写真の縮尺は、図１４（ａ）と同様である。またウエットエッチングは、ウエハ表面が２０μｍエッチングされるように行われた。図１４（ｂ）では、ＡＴカットされたウエハの表面が水晶の結晶構造に従ってエッチングされることにより、ＡＴカットウエハに独自の模様が現れている。
【０１０４】
図１４（ｃ）は、ウエットエッチング後のＺカットウエハの表面の写真である。図１４（ｃ）の写真の縮尺は、図１４（ａ）と同様である。またウエットエッチングは、ウエハ表面が２０μｍエッチングされるように行われた。図１４（ｃ）では、Ｚカットされたウエハの表面が水晶の結晶構造に従ってエッチングされることにより、Ｚカットウエハに独自の模様が現れている。
【０１０５】
図１４（ｂ）及び図１４（ｃ）では同様のウエットエッチングが行われたが、ウエハの表面は水晶の結晶構造に従ってエッチングされ、それぞれ異なる模様が現れている。しかし、ウエハ表面の凹凸の高低差は表１に示されたようにエッチング量によって調整されることができるため、ウエハがどの面に切り出されたとしてもウエットエッチングによって粗面を形成することができる。
【０１０６】
水晶振動子５００では、リッド及びベースにＺカットウエハが用いられる場合は２０μｍエッチングされるようにウエットエッチングが行われることが望ましいが、エッチング量はさらに小さいことが望ましい。エッチング量が少なくなれば、１個の人工水晶原石５０から取れるウエハの量が多くなり、ウエットエッチングを行う時間が短縮され、ウエハの作製時間が短くなるためである。ウエハが露光されやすくなるエッチング量とこれらの事とを考慮した場合、エッチング量は１〜２０μｍの間で調整されることが好ましい。
【０１０７】
水晶振動子５００では、ベースウエハ及びリッドウエハのポリッシュ加工を行わない又はラッピング及びポリッシュ加工の両方を行わないため時間及びコストを大幅に削減することができるとともに、ウエットエッチングによってウエハの表面をエッチングすることにより露光を容易に行えるようになる。また、ウエハの鏡面加工を行わないため、ウエハを安価に作製することができる。さらに水晶振動子５００では外部電極２１の表面にも凹凸が残るため、アンカー効果により半田と外部電極２１との密着性が高まる。ただし水晶振動子５００では、接合面４０が粗面になっているため、シロキサン結合等により水晶材同士を直接接合することが困難となる。水晶振動子５００ではウエハの接合は封止材により行われ、封止材はウエハの表面の凹凸の影響を除去できるだけの厚みを形成できる材料を用いることが望まれる。また、水晶振動子５００はリッド及びベースの水晶材を凹ませて、水晶振動子１００と同様の形状に形成することもできる。
【０１０８】
（第６実施形態）
水晶振動子は、水晶片、リッド及びベースのそれぞれに適切な表面の凹凸を形成することにより水晶振動子の作製工程を簡略化できる場合がある。このとき水晶片、リッド及びベースの表面の表面粗さはそれぞれ異なる。以下、水晶片、リッド及びベースのそれぞれの表面粗さが異なる水晶振動子６００について説明する。
【０１０９】
＜水晶振動子６００＞
図１５（ａ）は、水晶振動子６００の断面図である。図１５（ａ）は、後述する図１５（ｂ）及び図１５（ｃ）のＦ−Ｆ断面図である。水晶振動子６００は、水晶片６３０と、リッド６１０と、ベース６２０とにより構成されており、水晶片６３０、リッド６１０及びベース６２０はそれぞれＡＴカット水晶材により形成されている。また、水晶片６３０、リッド６１０及びベース６２０はそれぞれ封止材４４を介して互いに接合されている。封止材４４には例えば低融点ガラスが用いられる。
【０１１０】
水晶片６３０は主に、励振部６３２と、励振部６３２を囲む枠体６３３とにより構成されている。励振部６３２の表裏面には励振電極６３１が形成されており、枠体６３３の−Ｙ’軸側の面には引出電極６３５が形成されている。励振部６３２の＋Ｙ’軸側の面に形成されている励振電極６３１には枠体６３３の＋Ｘ軸側の端まで形成されている引出電極６３５が電気的に接続され、−Ｙ’軸側の面に形成されている励振電極６３１には枠体６３３の−Ｘ軸側の端まで形成されている引出電極６３５が電気的に接続されている。励振電極６３１が形成される励振部６３２の表面粗さは振動部６３２の振動特性に影響を与える。励振部６３２の表面粗さは小さい方が振動特性が良いため、鏡面状にポリッシュされていることが望ましい。
【０１１１】
リッド６１０は平板状に形成されており、水晶片６３０の＋Ｙ’軸側に配置されている。また、リッド６１０は図４（ａ）のステップＳ００２でリッド６１０用のウエハが切断された後の表面粗さを有した状態のままで水晶片６３０が形成されているウエハに接合される。そのため、リッド６１０の表面粗さは１０００メッシュの研磨材でラッピングしたときの表面粗さと同程度の表面粗さを有している。リッド６１０はＡＴカットの水晶材が用いられており、また切断直後のウエハが用いられている。そのため、リッド６１０の表裏面の凹凸の高低差をｈ３とすると、ｈ３は表１より２．２４μｍである。また、リッド６１０の厚さは例えば１００μｍから１４０μｍの間で形成される。
【０１１２】
ベース６２０は平板状に形成されており、水晶片６３０の−Ｙ’軸側に配置されている。また、ベース６２０の−Ｙ’軸側の面には、一対の外部電極６２１が形成されている。さらに、ベース６２０の＋Ｘ軸側と−Ｘ軸側との側面にはキャスタレーション６４０が形成されている。ベース６２０は水晶片６３０と接合された後にキャスタレーション６４０に金属膜６４１を蒸着又はスパッタリング等により形成することで外部電極６２１と引出電極６３５とが電気的に接続される。また、ベース６２０の厚さは例えば８０μｍから１２０μｍの間で形成される。
【０１１３】
ベース６２０には外部電極６２１が形成されるときに、フォトリソグラフィ加工がなされる。そのため、第５実施形態で述べられたようにベース６２０の表面がウエットエッチングされることが望ましい。またベース６２０は、水晶振動子６００の全体の高さを調節するためにベース６２０をラッピングして厚さが調整される。つまりベース６２０は、例えば図１２のステップＳ００２で１０００メッシュに切り出され、ステップＳ００６で２０００メッシュのラッピングが行われることにより厚さが調整され、その後、ステップＳ００８で５μｍ程度のウエットエッチングが行われることにより形成される。２０００メッシュのラッピング後のＲａは、表１のＡＴカット切断後とＡＴカットラッピング後とのエッチング量０μｍの場合の値の中間値をとると予想されることから約２μｍとなることが予想される。さらに５μｍのエッチングを行った場合を考えると、表１のＡＴカット切断後ではＲａが約２μｍ増加し、ＡＴカットラッピング後ではＲａが約１μｍ増加していることから、２０００メッシュのラッピング後ではＲａが約１．５μｍ増加することが予想される。つまりｈ４は約３．５μｍとなることが予想される。２０００メッシュの研磨材によるラッピングは、ラッピングにかかる時間及びベース６２０の厚さの精度調節の行い易さを考慮した場合に好ましい条件である。
【０１１４】
図１５（ｂ）は、水晶片６３０の平面図である。水晶片６３０は、励振部６３２と励振部６３２を囲む枠体６３３と有し、励振部６３２と枠体６３３とは一対の連結部６３６により接続されている。励振部６３２の＋Ｙ’軸側の面に形成される励振電極６３１は、一方の連結部６３６で＋Ｙ’軸側から−Ｙ’軸側に引き出され、＋Ｘ軸側の端まで形成されている引出電極６３５に接続されている。また、励振部６３２の−Ｙ’軸側の面に形成される励振電極６３１は、他方の連結部６３６を通り、枠体６３３の−Ｘ軸側の端まで形成されている引出電極６３５に接続されている。
【０１１５】
図１５（ｃ）は、ベース６２０の平面図である。ベース６２０の−Ｙ’軸側の面には一対の外部電極６２１が形成されている。また、＋Ｘ軸側の辺と−Ｘ軸側の辺とにはキャスタレーション６４０が形成されている。ベース６２０の＋Ｙ’軸側の面では、図１５（ｃ）の点線で示された枠の外側に示される接合面４０で水晶片６３０の枠体６３３と接合される。
【０１１６】
水晶振動子６００作製過程ではリッド６１０及びベース６２０に対して過剰なラッピング及びポリッシュ等の研磨を行わないことにより全体の工程を簡略化することができ、水晶振動子６００の製造コストを削減することができる。また、水晶片６３０、リッド６１０及びベース６２０をそれぞれ適した表面粗さに加工しているため、水晶片６３０、リッド６１０及びベース６２０の表面粗さはそれぞれ異なっている。
【０１１７】
水晶振動子６００のリッド６１０は、ベース６２０と同様の５μｍ程度のウエットエッチングが行われてもよい。このときｈ３は表１より４．３１μｍとなり、リッド６１０の表面粗さはベース６２０の表面粗さよりも大きくなる。リッド６１０にウエットエッチングを行う場合は、エッチング量をベース６２０と同程度としてベース６２０とリッド６１０とのエッチング工程の共通化を図ることにより製造コストを削減することができる。
【０１１８】
以上、本発明の最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。たとえば、本実施形態では水晶片は、ＡＴカットの水晶材であったが同じように厚みすべりモードで振動するＢＴカットなどであっても同様に適用できる。
【０１１９】
また、厚みすべりモードの水晶片だけでなく、Ｚカットの水晶材から形成される音叉型水晶振動片にも適用できる。音叉型水晶振動片は矩形形状の基部とその基部の一辺から伸びる一対の振動腕とからなる。そして、音叉型水晶振動片の周りを取り囲む枠体を有している。この枠体がガラス材からなるリッド１０とベース２０（図１を参照）に接合される。このように音叉型水晶振動片にも本発明は適用できる。
【符号の説明】
【０１２０】
１０、４１０、６１０ リッド
１１ 上面
１２ 天井面
２０、４７、１２０、１４７、２２０、２４７、４２０、６２０ ベース
２１、６２１ 外部電極
２２ 下面
２３ 底面
２４、２２４ 接続電極
３０、２３０、３３０、４３０、５３０、６３０ 水晶片
３１、６３１ 励振電極
３２、６３２ 励振部
３３、６３３ 枠体
３４ 接続部
３５、６３５ 引出電極
４０ 接合面
４１ 接続点
４３ 導電性接着材
４４ 封止材
４５ フォトレジスト膜
４６ 露光部
４８ 金属層
４９ 周囲部
５０ 人工水晶原石
７０ キャビティ
８０ 第１金属層
８１ 第２金属層
９０ 壁
９１ 集積回路
９２ バンプ
１００、１１０、１２０、２００、２１０、４００、６００ 水晶振動子
３００、３１０ 水晶発振器
５４０、６４０ キャスタレーション
５４１ キャスタレーション電極
６３６ 連結部
Ｗ１０ リッド用水晶ウエハ
Ｗ２０ ベース用水晶ウエハ
Ｗ３０ 水晶片用水晶ウエハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧の印加により振動する励振部を有する水晶片と、
前記水晶片が載置され、前記水晶片側の底面と前記底面の反対側の下面とを有しガラス材又は結晶方向を有する水晶材からなるベースと、
前記ベースに接合されて前記水晶片を密封し、前記水晶片側の天井面と前記天井面の反対側の上面とを有しガラス材又は結晶方向を有する水晶材からなるリッドと、を備え、
前記上面、前記下面、前記底面、前記天井面の少なくとも２面は前記励振部の表面粗さよりも粗い粗面を有する水晶デバイス。
【請求項２】
前記ベースと前記リッドとが異なる材料又は異なる結晶方向の組合せで接合され、前記ベースと前記リッドとが接合される箇所を除いた部分は前記ベースと前記リッドとが接合される箇所の表面粗さよりも粗い粗面である請求項１に記載の水晶デバイス。
【請求項３】
電圧の印加により振動する励振部と前記励振部の周囲を囲む枠体とを有する水晶片と、
前記水晶片側の底面と前記底面の反対側の下面とを有し、前記枠体の一面に接合され、ガラス材又は水晶材からなるベースと、
前記水晶片側の天井面と前記天井面の反対側の上面とを有し、前記枠体の他面に接合され、ガラス材又は水晶材からなるリッドと、を備え、
前記上面、前記下面、前記底面、前記天井面の少なくとも２面は前記励振部の表面粗さよりも粗い粗面を有する水晶デバイス。
【請求項４】
前記リッド及び前記ベースは、異なる材料又は異なる結晶方向の組合せで接合される請求項３に記載の水晶デバイス。
【請求項５】
前記リッド及び前記ベースは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸により規定されるＺカット水晶材を含み、
前記水晶片は、Ｘ軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸により規定されるＡＴカット水晶材を含む請求項４に記載の水晶デバイス。
【請求項６】
前記水晶片、前記ベース及び前記リッドは、それぞれ異なる表面粗さを有する請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の水晶デバイス。
【請求項７】
前記水晶片は、厚みすべりモードで振動する水晶振動片、又は一対の振動腕を有する音叉型水晶振動片を含む請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の水晶デバイス。
【請求項８】
人工水晶原石から所定角度且つ所定厚さで、電圧の印加により振動する励振部と前記励振部の周囲を囲む枠体とを有する複数の水晶片が形成される水晶片用水晶ウエハを切り出す工程と、
前記水晶片用水晶ウエハの表面をラッピング及びポリッシュを行うことにより鏡面状にする工程と、
底面と前記底面の反対側の下面とを有し前記枠体の一面が前記底面の一部に接合される複数のベースが形成されるベース用水晶ウエハを切り出す工程と、
天井面と前記天井面の反対側の上面とを有し前記枠体の他面が前記天井面の一部に接合される複数のリッドが形成されるリッド用水晶ウエハを切り出す工程と、
前記水晶片用水晶ウエハと前記ベース用水晶ウエハと前記リッド用水晶ウエハとを接合する工程と、を備え、
前記上面、前記下面、前記底面、前記天井面の少なくとも２面は前記励振部の表面粗さよりも粗い粗面を有する水晶デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記切り出し工程の後に、前記ベース及び前記リッドの少なくとも一方をウエットエッチングする工程を備える請求項８に記載の水晶デバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記切り出し工程の後に、前記ベース用水晶ウエハ又は前記リッド用水晶ウエハの少なくとも一方を３０００メッシュ以下の研磨材でラッピングする工程と、
前記ラッピングする工程の後に、前記ベース用水晶ウエハ及び前記リッド用水晶ウエハの少なくとも一方をエッチング量が１０μｍ以下のウエットエッチングを行うウエットエッチングをする工程と、を備える請求項８に記載の水晶デバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記切り出し工程では、前記ベース用水晶ウエハ及び前記リッド用水晶ウエハの表面粗さが１０００メッシュの研磨材で切り出され、
前記ラッピングする工程では、前記ベース用水晶ウエハが２０００メッシュ以下の研磨材でラッピングされて前記ベース用水晶ウエハの厚さが調節され、
前記ウエットエッチングする工程では、前記ベース用水晶ウエハがエッチングされ、エッチング量が５μｍである請求項１０に記載の水晶デバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記ウエットエッチングする工程では、前記ベース用水晶ウエハと並行して前記切り出し工程後の前記リッド用水晶ウエハもエッチング量が５μｍとなるようにウエットエッチングされる請求項１１に記載の水晶デバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記ベース用水晶ウエハ及び前記リッド用水晶ウエハがＸ軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸により規定されるＡＴカットで切り出されている請求項８から請求項１２のいずれか一項に記載の水晶デバイスの製造方法。
【請求項１４】
前記ベース用水晶ウエハ及び前記リッド用水晶ウエハの表面をラッピング及びポリッシュを行うことにより鏡面状にする工程と、
前記上面、前記下面、前記底面、前記天井面の少なくとも２面にサンドブラスト又はエッチングにより粗面を形成する工程と、を備える請求項８に記載の水晶デバイスの製造方法。
【請求項１５】
前記接合する工程で接合される前記ベース用水晶ウエハ及び前記リッド用水晶ウエハは、前記切り出す工程で切り出された直後の表面粗さを有している請求項８に記載の水晶デバイスの製造方法。
【請求項１】
電圧の印加により振動する励振部を有する水晶片と、
前記水晶片が載置され、前記水晶片側の底面と前記底面の反対側の下面とを有しガラス材又は結晶方向を有する水晶材からなるベースと、
前記ベースに接合されて前記水晶片を密封し、前記水晶片側の天井面と前記天井面の反対側の上面とを有しガラス材又は結晶方向を有する水晶材からなるリッドと、を備え、
前記上面、前記下面、前記底面、前記天井面の少なくとも２面は前記励振部の表面粗さよりも粗い粗面を有する水晶デバイス。
【請求項２】
前記ベースと前記リッドとが異なる材料又は異なる結晶方向の組合せで接合され、前記ベースと前記リッドとが接合される箇所を除いた部分は前記ベースと前記リッドとが接合される箇所の表面粗さよりも粗い粗面である請求項１に記載の水晶デバイス。
【請求項３】
電圧の印加により振動する励振部と前記励振部の周囲を囲む枠体とを有する水晶片と、
前記水晶片側の底面と前記底面の反対側の下面とを有し、前記枠体の一面に接合され、ガラス材又は水晶材からなるベースと、
前記水晶片側の天井面と前記天井面の反対側の上面とを有し、前記枠体の他面に接合され、ガラス材又は水晶材からなるリッドと、を備え、
前記上面、前記下面、前記底面、前記天井面の少なくとも２面は前記励振部の表面粗さよりも粗い粗面を有する水晶デバイス。
【請求項４】
前記リッド及び前記ベースは、異なる材料又は異なる結晶方向の組合せで接合される請求項３に記載の水晶デバイス。
【請求項５】
前記リッド及び前記ベースは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸により規定されるＺカット水晶材を含み、
前記水晶片は、Ｘ軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸により規定されるＡＴカット水晶材を含む請求項４に記載の水晶デバイス。
【請求項６】
前記水晶片、前記ベース及び前記リッドは、それぞれ異なる表面粗さを有する請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の水晶デバイス。
【請求項７】
前記水晶片は、厚みすべりモードで振動する水晶振動片、又は一対の振動腕を有する音叉型水晶振動片を含む請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の水晶デバイス。
【請求項８】
人工水晶原石から所定角度且つ所定厚さで、電圧の印加により振動する励振部と前記励振部の周囲を囲む枠体とを有する複数の水晶片が形成される水晶片用水晶ウエハを切り出す工程と、
前記水晶片用水晶ウエハの表面をラッピング及びポリッシュを行うことにより鏡面状にする工程と、
底面と前記底面の反対側の下面とを有し前記枠体の一面が前記底面の一部に接合される複数のベースが形成されるベース用水晶ウエハを切り出す工程と、
天井面と前記天井面の反対側の上面とを有し前記枠体の他面が前記天井面の一部に接合される複数のリッドが形成されるリッド用水晶ウエハを切り出す工程と、
前記水晶片用水晶ウエハと前記ベース用水晶ウエハと前記リッド用水晶ウエハとを接合する工程と、を備え、
前記上面、前記下面、前記底面、前記天井面の少なくとも２面は前記励振部の表面粗さよりも粗い粗面を有する水晶デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記切り出し工程の後に、前記ベース及び前記リッドの少なくとも一方をウエットエッチングする工程を備える請求項８に記載の水晶デバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記切り出し工程の後に、前記ベース用水晶ウエハ又は前記リッド用水晶ウエハの少なくとも一方を３０００メッシュ以下の研磨材でラッピングする工程と、
前記ラッピングする工程の後に、前記ベース用水晶ウエハ及び前記リッド用水晶ウエハの少なくとも一方をエッチング量が１０μｍ以下のウエットエッチングを行うウエットエッチングをする工程と、を備える請求項８に記載の水晶デバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記切り出し工程では、前記ベース用水晶ウエハ及び前記リッド用水晶ウエハの表面粗さが１０００メッシュの研磨材で切り出され、
前記ラッピングする工程では、前記ベース用水晶ウエハが２０００メッシュ以下の研磨材でラッピングされて前記ベース用水晶ウエハの厚さが調節され、
前記ウエットエッチングする工程では、前記ベース用水晶ウエハがエッチングされ、エッチング量が５μｍである請求項１０に記載の水晶デバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記ウエットエッチングする工程では、前記ベース用水晶ウエハと並行して前記切り出し工程後の前記リッド用水晶ウエハもエッチング量が５μｍとなるようにウエットエッチングされる請求項１１に記載の水晶デバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記ベース用水晶ウエハ及び前記リッド用水晶ウエハがＸ軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸により規定されるＡＴカットで切り出されている請求項８から請求項１２のいずれか一項に記載の水晶デバイスの製造方法。
【請求項１４】
前記ベース用水晶ウエハ及び前記リッド用水晶ウエハの表面をラッピング及びポリッシュを行うことにより鏡面状にする工程と、
前記上面、前記下面、前記底面、前記天井面の少なくとも２面にサンドブラスト又はエッチングにより粗面を形成する工程と、を備える請求項８に記載の水晶デバイスの製造方法。
【請求項１５】
前記接合する工程で接合される前記ベース用水晶ウエハ及び前記リッド用水晶ウエハは、前記切り出す工程で切り出された直後の表面粗さを有している請求項８に記載の水晶デバイスの製造方法。
【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】
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【図１０】
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【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−８５２５３（Ｐ２０１２−８５２５３Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４１７３（Ｐ２０１１−１４１７３）
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
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