貫通孔形成方法及び電子デバイス

【課題】少ない製造工程で電子デバイスの内部空間を気密封止するための孔封止部を形成することができる孔封止部形成方法及び電子デバイスを提供する。
【解決手段】孔封止部形成方法は、ベース層３０の内部空間Ｓ側の主面に第１の凹部３０１を形成し、他方の主面に第２の凹部３０２を形成する凹部形成工程と、第１の凹部３０１と第２の凹部３０２とが連通するように貫通孔３０８を形成する貫通孔形成工程とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイスの内部空間を気密封止するための孔封止部形成方法及び電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種情報・通信機器、電子機器等には、圧電振動子を利用した圧力センサーや圧電デバイス等の電子デバイスが広く利用されている。
このような電子デバイスは、一般的に、２つの基板で挟まれて形成されたキャビティ内に圧電振動子が収容される。圧電振動子は、真空雰囲気で発振させることによって振動特性が安定することから、振動特性の劣化を防ぐために、キャビティの内部空間を真空にすることが行われている。
【０００３】
従来においては、電子デバイスの内部空間を真空にするために、１つの基板に貫通孔を形成しておき、大気中で基板同士を貼り合わせて電子デバイスを形成した後、電子デバイスの内部空間から前記貫通孔を介して空気を排出して真空とする。そして、貫通孔に配置した封止材を熱溶融させて当該貫通孔を塞ぐことにより、内部空間が真空を保った状態で気密に封止している。
【０００４】
電子デバイスの内部空間を真空引きして封止するための孔封止部の形成方法として、引用文献１には、内部空間側のベース用凹部をエッチングにより形成した後、ベース用凹部の形成されていない外側の面からサンドブラスト加工により第１のスルーホールを形成し、さらにベース用凹部の形成されている内側の面からウェットエッチングにより第２のスルーホールを形成することにより第１のスルーホールと貫通することが記載されている。
【０００５】
引用文献２、３には、外部側内壁部を形成した後に内側内壁部を形成することが記載されており、外部側内壁部はサンドブラストで形成することが好ましく、内側内壁部はサンドブラストで形成しても、ウェットエッチングやドライエッチングで形成してもよいことが記載されている。
【０００６】
引用文献４、５には、サンドブラストにより、外部側の面から基板の厚さ方向に該基板を掘削して外部側凹部を形成した後、内部空間側の面から該基板の厚さ方向に該基板を掘削して内部空間側凹部を形成し、外部側凹部と内部空間側凹部４２とが連通することにより、封止孔を形成することが記載されている。
【０００７】
引用文献６には、サンドブラストで貫通孔を形成した後に、残留応力を低減するため及び金属膜の形成を容易にするために、貫通孔の内壁のライトエッチングを行うことが記載されている。
引用文献７には、サンドブラストを２回行うことで孔を貫通させ、さらにライトエッチングを行い、貫通孔の内壁面の加工変質層が除去され、なめらかな状態になることが記載されている。
【０００８】
引用文献８には、エッチングで貫通孔を形成することが記載されている。
引用文献９には、ウェットエッチングで基板の凹部及び貫通孔を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１８７０５４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５３９７６号公報
【特許文献３】特開２０１０−１５３９７７号公報
【特許文献４】特開２０１０−１２４４４８号公報
【特許文献５】特開２０１０−１２４４７６号公報
【特許文献６】特開２０１０−２６３５３０号公報
【特許文献７】特開平８−３１６７６３号公報
【特許文献８】特開２０１０−１１４５８２号公報
【特許文献９】特開２０１０−１５４４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、例えば、特許文献１では、内部空間側のベース用凹部と、第１のスルーホールと、第２のスルーホールとを異なる手法（機械加工（サンドブラスト）とウェットエッチング）にて別々の工程で形成しているため、製造工程が多くなるという問題点がある。他の特許文献においても、内側面の加工工程と、外側面の加工工程等が別々に行われており、製造工程が多くなるという問題がある。
【００１１】
また、封止材で封止される孔部の表面には、封止材の濡れ性を良くするために金属膜が形成されるが、サンドブラストで当該孔部を形成した場合には、孔部の表面が粗くなって金属膜の形成が容易ではないことと前記表面に加工歪み等の内部応力が残留しているために、さらに孔部の表面に対してライトエッチングを行う必要があり、製造工程が多くなるという問題点があった。
【００１２】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、少ない製造工程で電子デバイスの内部空間を気密封止するための孔封止部を形成することができる孔封止部形成方法及び電子デバイス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】
【００１３】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１４】
［適用例１］少なくとも２つの基板を有する電子デバイスの内部空間を封止するための孔封止部の形成方法において、少なくとも１つの前記基板の前記内部空間側となる一方の主面に第１の凹部を形成し、他方の主面に第２の凹部を形成する凹部形成工程と、前記第１の凹部と前記第２の凹部とが連通するように貫通孔を形成する貫通孔形成工程とを備えたことを特徴とする孔封止部形成方法。
本発明によれば、第１の凹部と第２の凹部とを別の工程で形成せずに同じ工程で形成し、その後に貫通孔を形成するため、少ない工程で孔封止部を形成することができる。
【００１５】
［適用例２］前記凹部形成工程において、前記第１の凹部と前記第２の凹部とをウェットエッチングにより形成することを特徴とする適用例１に記載の孔封止部形成方法。
本発明によれば、第１の凹部と第２の凹部とを同じ工程で形成することができるとともに、第２の凹部の表面はサンドブラストで加工した場合のように粗くならないため、第２の凹部をライトエッチングする必要がなくなり、ライトエッチングの工程を削減することができる。
【００１６】
［適用例３］前記貫通孔形成工程において、前記貫通孔をサンドブラストにより形成することを特徴とする適用例１又は２に記載の孔封止部形成方法。
本発明によれば、貫通孔を短時間で所望の形状に形成することができる。
【００１７】
［適用例４］前記貫通孔形成工程において、前記貫通孔をケミカルエッチングにより形成することを特徴とする。
本発明によれば、貫通孔の表面の粗さを小さくすることができ、残留応力を低減することができる。
【００１８】
［適用例５］前記貫通孔形成工程において、前記貫通孔を前記内部空間側から外側に向けて形成することを特徴とする適用例１乃至４のうち何れか１例に記載の孔封止部形成方法。
本発明によれば、前記貫通孔を前記内部空間側から形成するため、サンドブラスト加工を行ったとしても、第２の凹部の表面に凹凸が形成されるのを防ぐことができる。
【００１９】
［適用例６］少なくとも２つの基板に挟まれた内部空間を有する電子デバイスであって、少なくとも１つの前記基板は、前記内部空間と外部とを連通する貫通孔を有し、前記貫通孔の内部空間側の端部には第１の凹部が配置され、前記貫通孔の外部側の端部には第２の凹部が配置され、前記貫通孔の内径は、前記内部空間側から外部側に向かうに従って小さくなることを特徴とする電子デバイス。
【００２０】
本発明によれば、貫通孔と第２の凹部との連通部の内径を小さくすることができるため、貫通孔を介して内部空間からの空気の排出を容易にし、また、第２の凹部に封止材を満遍なく充填することができ、内部空間を気密に封止することができる。また、第１の凹部と第２の凹部とを同時にエッチングで形成することができるため、少ない工程で、電子デバイスの内部空間の真空引きを行い気密封止するための孔封止部を形成することができる。
【００２１】
［適用例７］前記貫通孔の内径の中心と、前記第２の凹部の開口の中心とがずれていることを特徴とする適用例６に記載の電子デバイス。
本発明によれば、第２の凹部に固形の封止材を配置した場合、第２の凹部と貫通孔との連通部が封止材の真下からずれて配置されるため、第２の凹部の内壁と封止材との間に隙間を確保することができ、封止材が貫通孔から排出される空気の圧力によって第２の凹部から落下することがなくなり、また、真空引き時間を短縮することできる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る圧力センサーの断面図である。
【図２】同実施形態に係る圧力センサーの斜視展開図である。
【図３】同実施形態に係る感圧素子層の平面図である。
【図４】同実施形態に係る圧力センサーの製造方法の工程図である。
【図５】（ａ）はステップＳ２０１におけるベース層の模式的断面図、（ｂ）はステップＳ２０２におけるベース層の模式的断面図、（ｃ）はステップＳ２０３におけるベース層の模式的断面図、（ｄ）はステップＳ４０２におけるベース層の模式的断面図である。
【図６】変形例に係る貫通孔の内径の中心と第２の凹部の開口の中心との位置関係を説明するためのベース層の模式的断面図である。
【図７】変形例に係る圧力センサーの斜視図である。
【図８】圧力センサーの振動部として１つの柱状ビームを用いた場合の感圧素子層の平面図である。
【図９】圧力センサーの振動部としてＡＴカット振動子を用いた場合の、感圧素子層、各マザーウェーハ、及び圧力センサーの斜視図である。
【図１０】本発明に係る圧電デバイスの圧電振動基板の振動部が音叉振動子である場合の圧電デバイスの分解斜視図及び圧電振動基板の裏面図である。
【図１１】本発明に係る圧電デバイスの圧電振動基板の振動部がＡＴカット水晶振動子である場合の圧電デバイスの分解斜視図及び圧電振動基板の裏面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る電子デバイスを圧力センサーに適用した場合の実施形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。
図１は本実施形態に係る圧力センサー１の断面図であり、図２は圧力センサー１の分解斜視図である。これらの図に示すように、圧力センサー１は、感圧素子層１０と、感圧素子１０の一方の主面側及び他方の主面側それぞれを気密封止するように覆うダイアフラム層２０及びベース層３０と、を備えている。各層１０、２０、３０は、それぞれ水晶板で形成されている。
【００２４】
図３は感圧素子層１０の平面図である。図２及び図３に示すように、感圧素子層１０は、中央に感圧素子としての双音叉素子１０６と、その周囲を囲む枠型の枠部１０８とを有している。双音叉素子１０６は、振動部としての一対の平行な柱状ビーム１６ａ，１６ｂと、両柱状ビーム１６ａ，１６ｂの両端に接続される一対の基部１６ｃとを有している。双音叉素子１０６は屈曲振動をする振動素子であるとともに、柱状ビーム１６ａ，１６ｂに引張応力又は圧縮応力が印加されると、その共振周波数が変化する周波数変化型の感圧素子であり、所謂、双音叉型の圧電振動子である。
枠部１０８は、各基部１６ｃから柱状ビーム１６ａ，１６ｂと直交する方向に延びる一対の梁部１１０ａ，１１０ｂを介して双音叉素子１０６と連結されている。
【００２５】
双音叉素子１０６の各柱状ビーム１６ａ，１６ａには、各々の表、裏面と両側面に、図３に示すように励振電極１１２が設けられ、双音叉素子１０６の基部１６ｃには当該励振電極１１２と電気的に接続された第１の入出力電極１１４ａ、第２の入出力電極１１４ｂが設けられている。前記第１、第２の入出力電極１１４ａ，１１４ｂには夫々、引出電極１１６ａ，１１６ｂが接続されており、当該引出電極１１６ａ，１１６ｂは梁部１１０ａ，１１０ｂを介して枠部１０８に各々引き出されている。
【００２６】
ダイアフラム層２０は、図１、２に示すように、一方の主面側に被測定圧力を受圧する受圧面２０４を有している。受圧面２０４は可撓性を有する可撓部であり、外部からの被測定圧力を受圧すると撓み変形する。受圧面２０４の周縁には環状の枠部２０６が形成されており、当該枠部２０６は感圧素子層１０の枠部１０８と対向するように配置されている。
【００２７】
ダイアフラム層２０の他方の主面側であって受圧面２０４の裏側となる密閉側の主面には、双音叉素子１０６の一対の基部１６ｃを固定し、受圧面２０４の撓み変形により受圧面２０４で受圧した被測定圧力を力に変換して双音叉素子１０６に伝達するための一対の支持部２１０が設けられている。
【００２８】
ダイアフラム層２０の一対の支持部２１０と双音叉素子１０６の一対の基部１６ｃ、及びダイアフラム層２０における他方の主面側の枠部２０６と感圧素子層１０における一方の主面側の枠部１０８とは、接合材４０を介して接合される。
接合材４０としては、例えば、低融点ガラス、金属材料、接着剤等を用いることができるが、本実施形態では一実施形態として低融点ガラスを用いている。
【００２９】
ベース層３０は、双音叉素子１０６を収容する内部空間Ｓを密封するための基板である。ベース層３０は、感圧素子層１０における他方の主面側を覆うように配置されている。ベース層３０の一方の主面側の主面中央には、内部空間Ｓを形成するための第１の凹部３０１が設けられている。第１の凹部３０１を囲んで枠部３０４が設けられている。当該枠部３０４は感圧素子層１０の枠部１０８と対向するように配置されている。ベース層３０における一方の主面側の枠部３０４は、感圧素子層１０における他方の主面側の枠部１０８と接合材４０を介して接合される。
【００３０】
ベース層３０の中央部には、内部空間Ｓを真空状態にして気密封止するための孔封止部が設けられている。孔封止部は、ベース層３０の厚さ方向に貫通する貫通孔３０８と、貫通孔３０８の外部側の端部と連通する第２の凹部３０２と、を有している。すなわち、貫通孔３０８の内部空間Ｓ側の端部には第１の凹部３０１が配置され、貫通孔３０８の外部側の端部には第２の凹部３０２が配置される構成となっている。
【００３１】
貫通孔３０８は、円錐台形状を有し、貫通孔３０８の内径は、内部空間Ｓ側から外部側に向かうに従って小さくなっている。このような形状とすることにより、貫通孔３０８の第２の凹部３０２と連通する連通部の内径を、後述する固形及び球形の封止材３０３Ａの径よりも小さくすることができ、封止材３０３Ａを第２の凹部３０２に載置したときに、封止材３０３Ａが貫通孔３０８から落下するのを防止することができる。また、内部空間Ｓからの貫通孔３０８を介しての空気の排出が容易になるとともに、第２の凹部３０２に封止材３０３を満遍なく充填することができ、内部空間Ｓを気密に封止することができる。この貫通孔３０８は例えばサンドブラストにより形成することができる。
【００３２】
第２の凹部３０２は略円錐台形状を有しているが、封止材３０３Ａが載置されたときに封止材３０３Ａの表面が第２の凹部３０２の表面に接近するように、第２の凹部３０２の貫通孔３０８に近い側が曲面となるように形成するのが好ましい。第２の凹部３０２は、第１の凹部３０１と同時にウェットエッチングにより形成することができる。
本実施形態では、貫通孔３０８の内径の中心と、第２の凹部３０２の開口の中心とが、平面視して略同一の位置に配置されるように形成されている。
【００３３】
第２の凹部３０２には、封止材３０３が充填されている。封止材３０３は、固形の封止材３０３Ａが溶融することにより、第２の凹部３０２に充填されたものである。封止材３０３は、完成した圧力センサー１を実装基板に実装する際のリフロー温度よりも融点が高い方が望ましく、例えば、金と錫（Ｓｎ）との合金、あるいは、金とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金などが用いられる。
【００３４】
第２の凹部３０２の内壁には金属膜３０５が設けられている。当該金属膜３０５は、第２の凹部３０２に配置された固形の封止材３０３Ａを溶融させた際に、当該封止材３０３Ａを第２の凹部３０２に濡れ広がらせ、第２の凹部３０２を確実に封止するために設けられるものである。金属膜３０５は、スパッタリングや蒸着などにより積層されたクロム、金と、その上に無電解メッキにより順次積層されたニッケル、パラジウム、金により形成される。
なお、図示されていないが、ベース層３０の外部に露出した面には電極端子が設けられており、この電極端子は図示しない導電パターンを介して双音叉素子１０６との間で信号の入出力を行う。
【００３５】
以上のように構成された圧力センサー１は、内部が気密に封止され、真空状態に保持されており、絶対圧を検出するセンサーとなっている。双音叉素子１０６は、図示せぬ発振回路と電気的に接続され、当該発振回路から交流電圧（電気信号）を双音叉素子１０６の励振電極１１２に供給すると、２つの柱状ビーム１６ａ，１６ｂが互いに近づいたり離れたりする屈曲振動が励振され、固有の共振周波数で振動する。前記発振回路は双音叉素子１０６の共振周波数を示す電気信号を出力し、図示せぬ演算手段が当該信号で示される共振周波数から圧力値に変換して当該圧力値を検出値として出力する。
【００３６】
次に、図４及び図５を参照して、上記構成における圧力センサー１の製造方法について説明する。まず、感圧素子層１０、ダイアフラム層２０、ベース層３０形成用の３枚のマザーウェーハ（水晶素板）を用意する。
【００３７】
ダイアフラム層２０については、ダイアフラム層２０形成用のマザーウェーハ上に複数のダイアフラム層２０の形状を、フォトリソグラフィー技術を用いたウェットエッチングやサンドブラスト法により形成する（ステップＳ１０１）。具体的には、上記マザーウェーハの両主面全体に、例えばクロム及び金からなる耐蝕膜をスパッタ等により形成した後、フォトレジストを塗布する。そのフォトレジスト上に、凹部２０２を形成する部分が開口し且つ枠部２０６及び支持部２１０を形成する部分を覆う外形パターニング用のマスクを配置して外形パターンを露光する。次に、現像を行って当該露光により感光したフォトレジストを除去した後、エッチング液に浸して、フォトレジストを除去した部分の耐蝕膜をエッチングし、上記マザーウェーハ上に耐蝕膜からなるマスクを形成する。そして、当該マスクが形成されたマザーウェーハを、例えばフッ化水素溶液およびフッ化アンモニウム溶液からなるエッチング液に浸漬して、このマスクの開口部分をウェットエッチングする。開口部分が所定の深さまでエッチングされたらエッチングを終了し、当該マザーウェーハ上のマスクを除去する。
これにより複数のダイアフラム層２０の形状が形成されたマザーウェーハが出来上がる。
【００３８】
また、ベース層３０については、ベース層３０形成用のマザーウェーハ上に複数のベース層３０の形状を、フォトリソグラフィー技術を用いたウェットエッチングにより形成する（ステップＳ２０１）。具体的には、第１の凹部３０１を形成する部分が開口しているマスクを上記マザーウェーハの一方の主面に形成するとともに、第２の凹部３０２を形成する部分が開口しているマスクを上記マザーウェーハの他方の主面に形成する。そして、このマザーウェーハをエッチング液に浸漬して、この両主面のマスクの開口部分から露出しているウェーハを同時にウェットエッチングする。ウェットエッチングが終了した後、当該マザーウェーハ上のマスクを除去する。これにより、第１の凹部３０１と第２の凹部３０２とを同時に形成することができる（凹部形成工程、図５（ａ）参照）。
【００３９】
次に、サンドブラストを用いてベース層３０の内側（すなわち、第１の凹部３０１側）から厚さ方向に掘削を行うことにより、貫通孔３０８を形成する（ステップＳ２０２）。具体的には、第１の凹部３０１の表面に感光性のマスキングフィルムを貼り、そのマスキングフィルムに貫通孔３０８の開口形状のパターニング用マスクを位置合わせして開口形状パターンを露光した後、現像を行ってマスキングフィルムの感光した部分を除去することで、サンドブラスト加工用のマスクを形成する。次に、サンドブラスト加工装置の噴射ノズルから砥粒を噴射させ、マスクされていない部分から厚さ方向に掘削する。このとき、噴射ノズルから噴射される砥粒の位置を移動させながら、砥粒の吐出圧力、吐出時間などを調整することにより、第２の凹部３０２側に向かうに従って内径が小さくなる円錐台形状の貫通孔３０８を形成する（貫通孔形成工程、図５（ｂ）参照）。
【００４０】
サンドブラストは、ケミカルエッチング（ウェットエッチング、反応性の気体やイオン、レーザーによるドライエッチング）に比較して被掘削部の形状の制御性に優れている。したがって、サンドブラストを用いることにより、所望の位置に所望の形状の貫通孔３０８を容易に形成することができる。
【００４１】
次に、ベース層３０の第２の凹部３０２に金属膜３０５を形成するとともに、必要な電極端子等を形成する（ステップＳ２０３）。金属膜３０５の形成には、例えば、スパッタリングや蒸着などの気相堆積法と、無電解メッキとを併用して形成することができる。具体的には、スパッタリングや蒸着などにより、クロム、金の順に、第２の凹部３０２に積層させる。次に、この積層されたクロム、金をフォトリソグラフィーによりパターニングする。そして、そのパターン上に、無電解メッキにより、ニッケル、パラジウム、金の順に積層させることで、金属膜３０５が形成される（図５（ｃ）参照）。
【００４２】
感圧素子層１０については、まず、感圧素子層１０形成用のマザーウェーハ上に複数の感圧素子層１０の外形を、フォトリソグラフィー技術を用いたウェットエッチングにより形成する（ステップＳ３０１）。具体的には、感圧素子層１０の双音叉素子１０６、梁部１１０ａ，１１０ｂ、枠部１０８を形成する部分を覆うマスクをマザーウェーハの一方又は両方の主面上に形成し、このマスクの開口部分を厚さ方向に貫通するまでエッチングする。エッチングが終了した後、マザーウェーハ上のマスクを除去する。これにより複数の感圧素子層１０の形状が形成されたマザーウェーハが出来上がる。
【００４３】
次に、感圧素子層１０の柱状ビーム１６ａ，１６ｂ、基部１６ｃ、梁部１１０ａ，１１０ｂ、枠部１０８上に、励振電極１１２、第１の入出力電極１１４ａ、第２の入出力電極１１４ｂ、引出電極１１６ａ，１１６ｂをスパッタリングなどで形成する（ステップＳ３０２）。
【００４４】
次に、各マザーウェーハの感圧素子層１０とダイアフラム層２０、及び感圧素子層１０とベース層３０とをそれぞれ重ね合わせて接合面を接合材４０で接合し、３層積層体を形成する（ステップＳ３０４）。具体的には、まず、接合面となる一対の支持部２１０と枠部２０６の部分が開口するマスクをダイアフラム層２０形成用のマザーウェーハに被せて、一対の支持部２１０と枠部２０６の表面に接合材４０を塗布する。このとき、接合材が低融点ガラスを用いる場合は、接合材を仮焼成する。
【００４５】
次に、ダイアフラム層２０の他方の主面と感圧素子層１０の一方の主面とを重ね合わせ、ダイアフラム層２０の一対の支持部２１０と感圧素子層１０の一対の基部１６ｃ、及びダイアフラム層２０の枠部２０６と感圧素子層１０の枠部１０８を、それぞれ接触させる。
【００４６】
次に、加熱により接合材４０を溶融させた後、加熱を停止し接合材４０を硬化させる。これにより、感圧素子層１０とダイアフラム層２０とは接合材４０で接合され、２層構造となる。
【００４７】
感圧素子層１０とベース層３０についても、感圧素子層１０における他の主面側の枠部１０８と、ベース層３０における一方の主面側の枠部３０４とを接合面として、上述した感圧素子層１０とダイアフラム層２０との接合手順と同様の手順で接合することで、３枚のマザーウェーハが積層した３層積層体とすることができる。
尚、感圧素子層１０の表裏の接合面に、ダイアフラム層２０とベース層３０とを夫々、同時に接合しても良い。
【００４８】
次に、３層積層体の第２の凹部３０２が形成された主面を上方に向け、固形で球状の封止材３０３Ａを配置する（ステップＳ４０２、図５（ｄ）参照）。
次に、当該３層積層体を真空チャンバー内に入れて所定の真空度まで減圧し、３層積層体が有する内部空間内の空気を貫通孔３０８から外部に排出する（ステップＳ４０３）。
【００４９】
次に、固形の封止材３０３Ａに電子ビーム或いはレーザーを照射することにより、封止材３０３Ａを溶融させる（ステップＳ４０４）。
溶解した封止材３０３Ａは、第２の凹部３０２の内壁に形成された金属膜３０５の表面に広がり、第２の凹部３０２に充填される。
【００５０】
そして、真空チャンバー内にて、温度を下降させて封止材３０３Ａを硬化させる（ステップＳ４０５）。また、封止材３０３Ａの種類によっては、融解とほぼ同時に硬化する封止材もある。
次に、孔封止された３層積層体を真空チャンバーから取り出し、ダイシングを行って複数の圧力センサー１に個片化する（ステップＳ４０６）。これにより複数の圧力センサー１が形成されることとなる。
【００５１】
以上説明したように、第１の凹部３０１と第２の凹部３０２とを別の工程で形成せずに同一工程で形成し、その後に貫通孔３０８を形成するため、少ない工程で、孔封止部を形成し、内部空間Ｓを気密封止して、圧力センサー１を製造することができる。
【００５２】
また、第２の凹部３０２をウェットエッチングで形成したため、第２の凹部３０２をサンドブラストで形成しさらにライトエッチングを行う場合に比較して、製造工程を削減することができる。
【００５３】
また、２つの凹部３０１、３０２を形成した後に、貫通孔３０８をサンドブラストで形成することとしたため、ベース層３０の異方性に依存することなく、所望の形状に制御して掘削加工を行うことができる。
【００５４】
また、貫通孔３０８を内部空間Ｓ側から形成したため、第２の凹部３０２側から形成する場合に比較して、第２の凹部３０２の表面に凹凸が形成されるのを防ぐことができる。
【００５５】
また、貫通孔３０８の横断面積を、内部空間Ｓ側から外部側に向かうに従って小さくなるようにしたため、内部空間Ｓからの貫通孔３０８を介しての空気の排出が容易になり、また、第２の凹部３０２に封止材３０３を満遍なく充填することができ、内部空間Ｓを気密に封止することができる。
【００５６】
なお、上記実施形態では、貫通孔３０８の横断面（内径）の中心（軸）と、第２の凹部３０２の開口の中心（軸）とは、平面視して同一の位置にあるとして説明したが、これに限らず、図６に示すように、貫通孔３０８の横断面（内径）の中心（軸）と、第２の凹部３０２の開口の中心（軸）とが、ずれた位置にあってもよい。
【００５７】
このようにずれた構成とすることで、第２の凹部３０２に固形の封止材３０３Ａを配置した際に、第２の凹部３０２と貫通孔３０８との連通位置が封止材３０３の真下からずれて配置され、第２の凹部３０２の内壁と封止材３０３Ａとの間に比較的大きな隙間が確保される。これにより、真空引き時に貫通孔３０８から排出される空気の圧力によって封止材３０３Ａが吹き上げられ第２の凹部３０２から落下することがなくなり、また、真空引き時間が短縮でき、真空引きの効率化を図ることができる。
【００５８】
なお、第２の凹部３０２を、形状がベース層３０の異方性に依存するウェットエッチングにより形成し、次に、貫通孔３０８を、所望の形状に制御が容易なサンドブラストにより形成するため、貫通孔３０８の横断面の中心と、第２の凹部３０２の開口の中心とをずらして形成することは容易である。
【００５９】
また、上述した実施形態では、サンドブラストにより貫通孔３０８を形成するとして説明したが、これに限定されることはなく、ケミカルエッチング（ウェットエッチング）を用いて貫通孔３０８を形成してもよい。この場合には、貫通孔３０８の表面の粗さを小さくすることができるため、残留応力を低減することができる。
【００６０】
このような圧力センサー１は、実装基板に実装して圧電モジュールとすることができる。この場合、ベース層３０の第１の凹部３０１に、双音叉素子１０６と電気的に接続され、双音叉素子１０６を駆動するための発振回路を内蔵したＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）等の回路を搭載することができる。
【００６１】
なお、上述した実施形態では、電子デバイスとして、気体や液体の圧力を検出する圧力センサーを例にとって説明したが、電子デバイスは圧力センサーに限定されることはない。例えば、指等により直接押圧した場合の前記指の押圧による外力を検出する力センサーであってもよいし、圧電振動子や半導体等の電子素子を密閉して収容するパッケージであってもよい。
【００６２】
また、圧力センサーの積層体としては、図７に示すような積層体であってもよい。図７に示す圧力センサー１Ａが上述した圧力センサー１と異なる点は、感圧素子層１０Ａ及びベース層３０Ａの長辺がダイアフラム層２０Ａより長く、張出部３２が形成されている点である。そして、感圧素子層１０Ａの一方の主面側の張出部３２は外部に露出しており、当該露出した部分には、引出電極１１６ａ，１１６ｂから延びる、接続端子としてのパッド電極４２ａ，４２ｂが設けられている。
【００６３】
感圧素子層１０Ａの２つの長辺の側面と２つの短辺の側面、ダイアフラム層２０Ａの２つの長辺の側面と１つの短辺の側面、ベース層３０Ａの２つの長辺の側面と２つの短辺の側面には、それぞれ１つの凸部５８が設けられている。これらの凸部５８は、感圧素子層１０Ａ、ダイアフラム層２０Ａ、ベース層３０Ａの各個片を製造する際に、感圧素子層１０Ａ用のマザーウェーハに形成された複数の感圧素子層１０Ａ同士を連結する各梁部、ダイアフラム層２０Ａ用のマザーウェーハに形成された複数のダイアフラム層２０Ａ同士を連結する各梁部、ベース層３０Ａ用のマザーウェーハに形成された複数のダイアフラム層２０Ａ同士を連結する各梁部を、それぞれ切断することにより形成されたものである。これらの凸部５８は、感圧素子層１０Ａ、ダイアフラム層２０Ａ、ベース層３０Ａを積層する際の位置合わせに用いることができる。その他の点は、圧力センサー１と同様の構成である。
【００６４】
また、上述した実施形態では、圧力センサー１の振動部として一対の柱状ビーム１６ａ，１６ｂを用いたが、例えば、図８に示すように１つの柱状ビームのみを用いてもよいし、図９に示すように、厚みすべり振動をする、ＡＴカット水晶を用いた厚みすべり振動子（いわゆるＡＴカット振動子）を用いてもよい。
【００６５】
また、上述した実施形態では、接合材４０として低融点ガラスを用いた接合方法を示したが、各基板の接合方法はこれに限定されることはなく、例えば、アルコキシド、オルガノシノキシ基などを含む接合材を用い、当該接合材にプラズマや紫外線等のエネルギー線を照射することにより活性化させて接合する方法や、半田付けによる接合、金錫合金等の共晶金属材料を加圧密着し加熱溶融した後に冷却固化する共晶接合方法、エポキシ系、ポリイミド系等の接着剤を用いた接合方法、熱硬化性樹脂による接合方法等を用いてもよい。
【００６６】
また、上述した実施形態では、各層１０、２０、３０の材料として水晶を用いたが、水晶以外にタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、セラミック等、各種の材料を用いることができる。また、上述した実施形態では３層の積層構造について説明したが、２層であっても、４層以上であってもよい。また、孔封止部を複数の基板に設けてもよいし、１つの基板に複数の孔封止部を設けてもよい。
【００６７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、本発明は、少なくとも２層以上の構造を有しているのにも好適である。また、圧力センサーに限定されることなく、加速度センサー、ジャイロセンサー、等の物理量検出素子、全般に適用できる。更に、温度センサー、圧電振動子等の圧電デバイスに適用することができる。圧電振動基板の振動部としては、音叉振動子（図１０参照）、ＡＴカット水晶振動子（図１１参照）、水晶のＸ軸（電気軸）を中心にして所定の角度だけ回転して得られる回転Ｙ板を用いた水晶振動子、その他のカットで切断された水晶振動子、水晶以外の圧電材料を用いた圧電振動子、等を広く適用できる。
【００６８】
また、本発明の圧電デバイスは、上述した圧電モジュール以外に、例えば携帯電話機、ハードディスク、パーソナルコンピューター、ＢＳ及びＣＳ放送用の受信チューナー、同軸ケーブルや光ケーブル中を伝搬する高周波信号や光信号用の各種処理装置、広い温度範囲で高周波・高精度クロック（低ジッタ、低位相雑音）を必要とするサーバー・ネットワーク機器、無線通信用機器等の様々な電子機器、加速度センサー、回転速度センサー等の各種センサー装置にも広く適用することができる。
【００６９】
このような各種センサー装置及び電子機器としては、例えば一般工業用計測機器、電子血圧計、高度・気圧・水深計測機能付き電子機器、携帯機器、自動車などが挙げられる。
そして、上述のように外力によるダイアフラムの機械的な変形を電気的信号として計測するものとして、携帯電話機やパソコン等の小型の携帯機器での高度計測に前記圧力センサーを応用してマイクロホンとして利用可能である。
【００７０】
更に、近年注目をされるようになった水素やメタノール等の燃料電池は、軽量化や利便性等に起因して、例えば、ビデオカメラ、ノート型パーソナルコンピューター、携帯用電話機、携帯情報端末機（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔｓ：ＰＤＡ）、オーディオプレーヤ、プロジェクタ載置台、カプセル型医療機器の通信機能を具備した電子機器といった各種情報処理装置の燃料費電池としての用途が考えられる。即ち、水素を燃料として電力を発生させる燃料電池セルと、該燃料電池セルに水素を供給する水素吸蔵合金容器筐体と、該水素吸蔵合金容器筐体と上記燃料電池セルとの間に配設された検出用圧力センサーと、圧力調整弁と安全弁とを備えた燃料電池システムに於いて、本発明に係る電子デバイスとしての圧力センサーを使用することができる。
【００７１】
更に、事故等のイベント発生時前後の必要な時間のみについて、デジタルタコグラフとドライブレコーダの双方が生成するデータを関連付けて記録し、その後の解析等に有用なデータを提供することが可能な車両用情報記録装置において、前記デジタルタコグラフは、前記車両の走行状況を検出する走行状況検知手段と、前記ドライブレコーダとの間で情報を送受信するデジタルタコグラフ通信手段と、情報を記録するデジタルタコグラフ記録手段と、前記走行状況検知手段から入力した走行状況および前記デジタルタコグラフ通信手段から受信した情報を受けて、前記デジタルタコグラフ記録手段に情報を記録するデジタルタコグラフ制御部と、を有しているが、前記走行状況検知手段として、高精度な圧力検出が可能な本発明に係る電子デバイスとしての圧力センサーを適用できる。
【００７２】
更に、被測定者にかかる負荷を検出する活動量計測システムにおいて、前記負荷を圧力として検出する場合においては、検出器として、本発明に係る電子デバイスとしての圧力センサーを適用できる。
また、外部からの侵入または異常を検知する異常検知センサーと、前記異常検知センサーが異常を検知したときに警報を発する警報手段とを含むセキュリティシステムにおいて、警戒モード設定手段は、警戒モードに応じて、前記異常検知センサーと前記警報手段とによる警戒動作を作動させる場合に、前記異常検知センサーとして、本発明に係る電子デバイスとしての圧力センサーを適用できる。
【００７３】
更に、本発明に係る電子デバイスの一例として腕時計型電子機器の本体が存在し、当該本体には、本発明に係る圧力センサーが備えられており、当該圧力センサーはダイナミックレンジやリニアリティなどの特性に優れたものとすることができる。
【００７４】
更に、特に自動車においては、例えばインテークマニホールド圧若しくはチャージ圧、ブレーキ圧、エアサスペンション圧、タイヤ圧、ハイドロリック貯蔵圧、ショックアブソーバ圧、冷却媒体圧、自動変速機における変調圧、ブレーキ圧、タンク圧のような圧力検出に本発明に係る電子デバイスとしての圧力センサーを適用できる。
【００７５】
また、自動車のサイドドアの内部の圧力変化により側面衝突を検出する装置においては、衝突時に圧力センサーのダイアフラムが衝撃力を受けた場合に、これを圧力変化として検出する度合いを少なくして、圧力の変化をより高精度に検出するという要求がある。この場合、車両のサイドドアの内部に配設された圧力センサーにより、車両の側面に加わる衝撃を検出する側面衝突検出装置が利用されるが、前記側面衝突検出装置の前記圧力センサーが、圧力を検出するダイアフラムを持ち、そのダイアフラムの受圧面が前記サイドドアの内部の圧力変動により歪むことを検出することによって車両の側面に加わる衝撃を検出する構成を有する場合に、前記圧力センサーに本発明に係る電子デバイスとしての圧力センサーを適用できる。
【符号の説明】
【００７６】
１………圧力センサー、１０………感圧素子層、１６ａ、１６ｂ………柱状ビーム、１６ｃ………基部、２０………ダイアフラム層、３０………ベース層、４０………接合材、１０２ａ、１０２ｂ………溝部、１０６………双音叉素子、１０８………枠部、１１０ａ，１１０ｂ………梁部、１１２………励振電極、１１４ａ………第１の入出力電極、１１４ｂ………第２の入出力電極、１１６ａ，１１６ｂ………引出電極、２０２………凹部、２０４………受圧面、２０６………枠部、２０８………溝部、２１０………支持部、３０１………第１の凹部、３０２………第２の凹部、３０３、３０３Ａ………封止材、３０４………枠部、３０５………金属膜、３０６………溝部、３０８………貫通孔。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの基板を有する電子デバイスの内部空間を封止するための孔封止部の形成方法において、
少なくとも１つの前記基板の前記内部空間側となる一方の主面に第１の凹部を形成し、他方の主面に第２の凹部を形成する凹部形成工程と、
前記第１の凹部と前記第２の凹部とが連通するように貫通孔を形成する貫通孔形成工程と
を備えたことを特徴とする孔封止部形成方法。
【請求項２】
前記凹部形成工程において、
前記第１の凹部と前記第２の凹部とをウェットエッチングにより形成することを特徴とする請求項１に記載の孔封止部形成方法。
【請求項３】
前記貫通孔形成工程において、
前記貫通孔をサンドブラストにより形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の孔封止部形成方法。
【請求項４】
前記貫通孔形成工程において、
前記貫通孔をケミカルエッチングにより形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の孔封止部形成方法。
【請求項５】
前記貫通孔形成工程において、
前記貫通孔を前記内部空間側から外側に向けて形成することを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の孔封止部形成方法。
【請求項６】
少なくとも２つの基板に挟まれた内部空間を有する電子デバイスであって、
少なくとも１つの前記基板は、
前記内部空間と外部とを連通する貫通孔を有し、
前記貫通孔の内部空間側の端部には第１の凹部が配置され、前記貫通孔の外部側の端部には第２の凹部が配置され、
前記貫通孔の内径は、前記内部空間側から外部側に向かうに従って小さくなることを特徴とする電子デバイス。
【請求項７】
前記貫通孔の内径の中心と、前記第２の凹部の開口の中心とがずれていることを特徴とする請求項６に記載の電子デバイス。

【図１】