電子部品及び圧電振動子
【課題】引き出し電極と貫通電極との接続を確実に行う電子部品、及び圧電振動子を提供する。
【解決手段】励振電極（第１励振電極２６、第２励振電極２８）を有する圧電振動片１４をベース基板４２上に搭載して形成された圧電振動子１０であって、前記ベース基板４２は、前記圧電振動片１４に対向する位置に形成された貫通孔（第１貫通孔４４、第２貫通孔４６）と、前記貫通孔を封止する貫通電極（第１貫通電極５２、第２貫通電極５４）とを有し、前記圧電振動片１４は、前記圧電振動片１４の前記貫通孔に対向する主面に凸部（第１凸部３６、第２凸部３８）と、前記凸部の表面上に形成されると共に前記励振電極と電気的に接続された導電膜（第１金属膜４８ａ、第２金属膜５０ａ等）と、を有し、前記凸部の表面上に形成された導電膜が前記貫通孔の前記圧電振動片に対向する側の開口面を貫通してなる。
【解決手段】励振電極（第１励振電極２６、第２励振電極２８）を有する圧電振動片１４をベース基板４２上に搭載して形成された圧電振動子１０であって、前記ベース基板４２は、前記圧電振動片１４に対向する位置に形成された貫通孔（第１貫通孔４４、第２貫通孔４６）と、前記貫通孔を封止する貫通電極（第１貫通電極５２、第２貫通電極５４）とを有し、前記圧電振動片１４は、前記圧電振動片１４の前記貫通孔に対向する主面に凸部（第１凸部３６、第２凸部３８）と、前記凸部の表面上に形成されると共に前記励振電極と電気的に接続された導電膜（第１金属膜４８ａ、第２金属膜５０ａ等）と、を有し、前記凸部の表面上に形成された導電膜が前記貫通孔の前記圧電振動片に対向する側の開口面を貫通してなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直接接合を用いて接合される積層構造の圧電振動子や力検出素子等の電子部品に関し、特に中間層の端子電極とベース基板を貫通する貫通電極との電気的接続において接続信頼性を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年に代表される移動体通信機器や携帯電話は個人向け携帯電話の小型軽量化及び高周波化に伴い、それらに用いられる圧電振動子やフィルタ等も、より一層の小型化及び高周波化が求められている。この要求に応えるため、従来の圧電部品は小型化、薄型化のパッケージへの適用が急速に求められてきている。
一方、水晶振動子、水晶フィルタやＳＡＷフィルタなどの圧電素子は、周囲の温度や湿度の変化、あるいは微細な異物に影響されて特性が微妙に変化することや、機械的振動や衝撃によって破損しやすい。このため上述の素子は、パッケージに封止して使用に供されている。
【０００３】
従来のパッケージは、素子個別にパッケージを形成しているが、これに対し、複数の素子が同時に切り出されているウェハレベルで、封止された状態としたのち、個々の素子（チップ）に切り出してパッケージされたチップの状態とする技術も提案されている。この場合ウェハの積層構造によってパッケージを製造することになるが、異なるウェハに存在する電極同士の電気的接続を高い信頼性で行う必要がある。
【０００４】
図１２に第１の従来技術に係る圧電振動子を示す。図１２に示すように、特許文献１には、励振電極２０５（ａｂ）及び励振電極２０５（ａｂ）に接続される引き出し電極２０７（ａｂ）を有する水晶片２０３と、水晶片２０３に対向する面に形成された凹部２０４（ａｂ）及び凹部２０４（ａｂ）を貫通する貫通孔２０６（ａｂ）を有する蓋体２０２（ａｂ）とを有し、水晶片２０３がシロキサン結合による直接接合により蓋体２０２（ａｂ）に挟まれる態様で積層された３層Ａｌｌ Ｑｕａｒｔｚ Ｐａｃｋａｇｅにおいて、貫通孔２０６（ａｂ）を封止し、例えば蒸着により、導電性接合材２０８に接続する実装電極２０９（ａｂ）を両端側の側面及び両主面に形成することが開示されている。
【０００５】
図１３に第２の従来技術に係る圧電振動子を示す。図１３（ａ）は全体図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の外部端子を形成する工程を示す図である。図１３に示すように、特許文献２には、下からベース用シート状ウェハ３０３、水晶ウェハ３０５、蓋体シート状ウェハ３０１の順に直接接合により積層された３層Ａｌｌ Ｑｕａｒｔｚ Ｐａｃｋａｇｅにおいて、ウェハ状に形成された水晶振動子３０６のベース用シート状ウェハ３０３に予め形成された貫通孔３０２に金属粉３０８を吹き付けて、その内部に金属粉３０８を堆積させながら、水晶振動素子３０４の表面と貫通孔３０２との隙間を埋めるとともに、金属粉３０８を貫通孔３０２の内部に堆積させて、水晶振動子３０６の内部の水晶振動素子３０４から貫通孔３０２内部を経てベース用シート状ウェハ３０３の表面に至るまで詰め込み密着させて電気的導通路３０７を形成することが開示されている。金属粉３０８は貫通孔３０２に吹き付けられる際に、貫通孔３０２の内壁との摩擦で発生する摩擦熱により金属粉３０８が溶け、水晶振動素子３０４の表面と、貫通孔３０２との隙間を埋めて、金属粉３０８を貫通孔３０２の内部に密着、堆積させて水晶振動子３０６の内部の水晶振動素子３０４から貫通孔３０２内部を経てベース用シート状ウェハ３０３の表面に至るまで詰め込まれ密着される。
【０００６】
金属粉３０８は粒径がおおよそ１０μｍ程度の粉状のアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などを使用することができ、貫通孔３０２の大きさは、直径がおおよそ２０〜２００μｍ程度の微細なものであり、外部端子形状も略矩形でなく図１３に示されるような貫通孔３０２をベースシート用ウェハ３０３からみた円形状でも全く構わないことが開示されている。
【０００７】
図１４に第３の従来技術に係る圧電振動子を示す。図１４（ａ）は全体図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）の外部端子を形成する工程を示す図である。図１４に示すように、特許文献３にも、下からベース用シート状ウェハ４０３、水晶ウェハ４０５、蓋体シート状ウェハ４０１の順に直接接合により積層された３層Ａｌｌ Ｑｕａｒｔｚ Ｐａｃｋａｇｅにおいて、金属箔微粒子４１１をウェハ状に形成した水晶振動子４０６のベース用シート状ウェハ４０３の貫通孔４０２の間に配置された金属箔４０９にレーザー照射装置４０８から射出されたレーザー光４１０を照射して溶解し、先の貫通孔４０２に飛散させて、貫通孔４０２内部に金属箔微粒子４１１を堆積させ水晶振動素子４０４の表面と、貫通孔４０２との隙間を金属微粒子４１１で埋めて、更に金属箔微粒子４１１を貫通孔４０２の内部に堆積させて、水晶振動子４０６の内部の水晶振動素子４０４から貫通孔４０２内部を経てベース用シート状ウェハ４０３の表面に至るまで金属微粒子４１１を堆積させて電気的導通路４０７を形成する電気的導通路の形成方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２６９７７５号公報
【特許文献２】特開２００８−１１３３７８号公報
【特許文献３】特開２００８−１６７３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、先行文献１〜３には、もともと貫通孔の開口面と引き回し電極との間に隙間（空隙）が存在しており、先行文献１においては表面張力によって蝋材（または溶解した金属微粒子）が接触面積の大きい貫通孔内壁面の方へ引っ張られるので、蝋材が引き回し電極まで至らず結果的に貫通孔内の蝋材と引き回し電極との電気的接続が確保できなくなる虞があるという問題があった。
また、先行文献２、先行文献３においては、金属粉または金属箔微粒子を貫通孔に溶解させながら堆積させているが、先に堆積された金属粉または金属箔微粒子の熱容量と照射されている金属粉または金属箔微粒子の熱容量の差が徐々に拡大し、照射されている金属粉または金属箔微粒子の溶解品質（ヌレ性）が徐々に低下して抵抗分が上昇し、接続信頼性が低下する虞があるという問題があった。
【００１０】
そこで本発明は、上記問題に着目し、中間層の引き出し電極とベース基板に形成された外部電極との貫通電極を介しての電気的接続において接続信頼性を向上させた構造を有する電子部品、及び圧電振動子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】
【００１１】
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、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］電子素子片をベース基板上に搭載して形成される電子部品であって、前記ベース基板は、前記電子素子片に対向する位置に形成された貫通孔と、前記貫通孔を封止する封止部材とを有し、前記電子素子片は、前記電子素子片の前記貫通孔に対向する主面に凸部を有するとともに、前記凸部の表面上に形成された導電膜が前記貫通孔の前記電子素子片に対向する側の開口面を貫通していることを特徴とする電子部品。
【００１２】
上記構成により、凸部に形成された導電膜を貫通孔内に入り込ませることができる。よって貫通孔内に形成する貫通電極と導電膜との電気的接続を容易に行うことができる電子部品となる。
【００１３】
［適用例２］前記凸部が、前記開口面を貫通していることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
これにより、凸部は貫通孔に嵌め込まれることになるので、電子素子片とベース基板との積層時のアライメントが容易になり作業効率を向上させることができる。
【００１４】
［適用例３］励振電極を有する圧電振動片をベース基板上に搭載して形成された圧電振動子であって、前記ベース基板は、前記圧電振動片に対向する位置に形成された貫通孔と、前記貫通孔を封止する貫通電極とを有し、前記圧電振動片は、前記圧電振動片の前記貫通孔に対向する主面に凸部と、前記凸部の表面上に形成されると共に前記励振電極と電気的に接続された導電膜と、を有し、前記凸部の表面上に形成された導電膜が前記貫通孔の前記圧電振動片に対向する側の開口面を貫通していることを特徴とする圧電振動子。
【００１５】
上記構成により、凸部に形成された導電膜を貫通孔内に入り込ませることができる。よって貫通孔内に形成する貫通電極と導電膜との電気的接続を容易に行うことができる圧電振動子となる。
【００１６】
［適用例４］ベース基板上に圧電振動片層を積層して形成される圧電振動子であって、前記ベース基板は、前記凸部に対向する位置に形成された貫通孔と、前記貫通孔を封止する貫通電極と、を有し、前記圧電振動片層は、励振電極を有する圧電振動片と、前記圧電振動片を支持し、前記ベース基板に接合される支持枠と、前記圧電振動片に接続された引き出し部と、前記引き出し部の前記ベース基板に対向する面に形成された凸部と、前記凸部の表面上に形成されると共に前記励振電極と電気的に接続された導電膜と、を有し、前記凸部の表面上に形成された導電膜が前記貫通孔の前記圧電振動片に対向する側の開口面を貫通していることを特徴とする圧電振動子。
【００１７】
積層構造の圧電振動子においても、圧電振動片を包含する圧電振動片層に凸部と、励振電極に接続され凸部の表面を覆うように形成された導電膜を設けることにより、圧電振動片のベース基板への接続が容易になるとともに、凸部に形成され貫通孔内に入り込ませた導電膜と貫通電極との電気的接続を容易に行うことができるため、歩留まりを向上させることができる。
【００１８】
［適用例５］前記支持枠は、前記ベース基板に固相接合により接合されることを特徴とする適用例４に記載の圧電振動子。これにより、支持枠とベース基板とが接着層を形成せずに強固に接合され、凸部と貫通孔との相対位置のばらつきが抑制されるため、導電膜と貫通電極との電気的接続のばらつきを抑制して圧電振動子の特性のばらつきを抑制することができる。
【００１９】
［適用例６］前記凸部は、前記支持枠の前記ベース基板に対向する面より前記基板側に突出して形成され、前記凸部は前記開口面を貫通することを特徴とする適用例４または５に記載の圧電振動子。
これにより、凸部は貫通孔に嵌め込まれることになるので、圧電振動片層と基板との積層時のアライメントが容易になり作業効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る圧電振動子の模式図である。
【図２】第１実施形態に係る圧電振動子の分解斜視図である。
【図３】第１実施形態に係る圧電振動子の製造工程を示す図である。
【図４】第１実施形態に係る圧電振動子の製造工程を示す図である。
【図５】第１実施形態に係る圧電振動子の製造工程を示す図である。
【図６】第２実施形態に係る圧電振動子の模式図である。
【図７】第２実施形態に係る圧電振動片層の製造工程を示す図である。
【図８】第３実施形態に係る力検出素子の模式図である。
【図９】第３実施形態に係る力検出素子の分解斜視図である。
【図１０】第３実施形態に係る力検出素子の分解斜視図である。
【図１１】第３実施形態に係る力検出素子の変形例の模式図である。
【図１２】第１の従来技術に係る圧電振動子の模式図である。
【図１３】第２の従来技術に係る圧電振動子の模式図である。
【図１４】第３の従来技術に係る圧電振動子の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００２２】
図１は本発明に係る電子部品の第１実施形態である圧電振動子であって、図１（ａ）に第１実施形態に係る圧電振動子の側面方向から見た側面断面図（部分拡大図付き）、図１（ｂ）に圧電振動子を構成する圧電振動片層の平面図、図１（ｃ）に圧電振動片層の底面図、図２（ａ）にリッド側からみた分解斜視図、図２（ｂ）にベース基板側からみた分解斜視図を示す。なお、図及び以下の説明においては、直交座標系（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）を用いる。
【００２３】
第１実施形態に係る圧電振動子は、励振電極を有する圧電振動片をベース基板の主面上に搭載して形成された圧電振動子であって、前記ベース基板は、前記圧電振動片に対向する位置に形成された貫通孔と、前記貫通孔を封止する貫通電極とを有し、前記圧電振動片は、前記圧電振動片の前記貫通孔に対向する主面に凸部と、前記凸部の表面上に形成されると共に前記励振電極と電気的に接続された引き出し電極と、を有し、前記凸部の表面上に形成された引き出し電極が前記貫通孔の前記圧電振動片に対向する側の開口面を貫通している構成を有するものである。
【００２４】
より詳細には、ベース基板の主面上に圧電振動片層を積層して形成される圧電振動片であって、前記ベース基板は、前記凸部に対向する位置に形成された貫通孔と、前記貫通孔を封止する貫通電極と、を有し、前記圧電振動片層は、励振電極を有する圧電振動片と、前記圧電振動片を支持し、前記ベース基板に接合される支持枠と、前記圧電振動片に接続された引き出し部と、前記引き出し部の前記ベース基板に対向する面に形成された凸部と、前記凸部の表面上に形成されると共に前記励振電極と電気的に接続された導電膜と、を有し、前記凸部の表面上に形成された導電膜が前記貫通孔の前記圧電振動片に対向する側の開口面を貫通している構成を有するものである。そして圧電振動子１０はベース基板、圧電振動片層、リッドの各ウェハによる積層構造体を個片化して得られたものである。
【００２５】
圧電振動片層１２は、水晶等の圧電基板により形成され、圧電振動片１４、連結部（第１連結部１６、第２連結部１８）、引き出し部（第１引き出し部２０、第２引き出し部２２）、凸部（第１凸部３６、第２凸部３８）、支持枠２４により形成されており、圧電振動片層１２の外形は、後述の製造工程で示すように、フォトリソ技法とエッチング技法を併用して形成することができる。
【００２６】
圧電振動片１４は、音叉型振動片、厚みすべり振動片等として形成されたものであるが、本実施形態においては支持枠２４より薄く形成された逆メサ型の厚みすべり振動片を用いている。圧電振動片１４は、長手方向（±Ｘ方向）の一端の辺の両端において、支持枠２４内の−Ｘ方向側の２つのコーナーのそれぞれに設けた引き出し部２０ａ、２０ｂに連結された第１連結部１６、及び第２連結部１８と接続され、圧電振動片１４は長手方向の一端（−Ｘ方向の一端）を片持ち支持状態で支持枠２４に支持されている。
【００２７】
また圧電振動片１４の両面にはスパッタ等により励振電極（第１励振電極２６、第２励振電極２８）が形成され、リッド４０の主面に対向する第１励振電極２６には同様にスパッタ等により形成された第１引き出し電極３０が接続され、ベース基板４２の主面に対向する第２励振電極２８にもスパッタ等により第２引き出し電極３２が接続されている。
【００２８】
圧電振動片層１２には支持枠２４内の−Ｘ方向側の２つのコーナーに前述のように引き出し部２０ａ、２０ｂが形成され、更に＋Ｘ方向側の２つのコーナーのうち、前記引き出し部２０ａの対角線上に第２引き出し部２２が形成されている。また引き出し部２２と引き出し部２０ａとは支持枠２４に接続した延伸部３４により接続されている。よって引き出し部２２は、延伸部３４、引き出し部２０ｂ及び第２連結部１８を介して圧電振動片１４に接続されている。以下、引き出し部２０ａを第１引き出し部２０とし、引き出し部２０ｂを第２引き出し部２と称する。
【００２９】
またベース基板４２側に面した第１引き出し部２０の面には第１凸部３６が形成され、同様に第２引き出し部２２のベース基板４２の主面側には第２凸部３８が形成されている。
【００３０】
第１励振電極２６に接続された第１引き出し電極３０は、第１連結部１６においてベース基板４２の主面側に延出されて、第１引き出し部２０のベース基板４２の主面に対向する側にまで引き出され、更に第１引き出し部２０に形成された第１凸部３６の表面上を覆うように形成されている。一方、第２励振電極２８に接続された第２引き出し電極３２は、第２連結部１８及び延伸部３４のベース基板４２の主面に対向する側に延出されて、第２引き出し部２２のベース基板４２の主面に対向する側に引き出され、更に第２引き出し部２２に形成された第２凸部３８の表面を覆うように形成されている。
【００３１】
ベース基板４２は水晶等の圧電材料によって形成された矩形の部材であり、その周縁部と圧電振動片層１２の支持枠２４とが接合される。またベース基板４２の一方の主面である第１面４２ａの反対側の他方の主面である第２面４２ｂから前記第１面４２ａに向かって漸次内径を小さくするテーパー状に貫通孔（第１貫通孔４４、第２貫通孔４６）が形成されており、各貫通孔は、ベース基板４２に圧電振動片層１２を積層する際に第１凸部３６、第２凸部３８に対向する位置に形成される。貫通孔は、積層前において、エッチングまたはサンドブラストにより形成することができるが、上述のように貫通孔をテーパー状に形成する場合はサンドブラストを行うことが好適である。サンドブラストは、研削面において研削箇所を残してマスクをし、直径２０μｍ程度のＳｉＣ等の研削粒子を高速のエアーとともに研削箇所に吹き付けることにより行う。また貫通孔をサンドブラストにより形成されたのち、貫通孔の内壁にエッチング処理（ライトエッチング）を行うことが好適である。これにより、貫通孔の内壁の残留応力を低減して圧電振動子１０への悪影響を防止するとともに、貫通孔の内壁を平滑化することにより後述の金属膜（第１金属膜４８、第２金属膜５０）の形成を容易に行うことができる。
【００３２】
第１貫通孔４４の内壁及び第１凸部３６に形成された第１引き出し電極３０には夫々金属膜（第１金属膜４８、４８ａ）が形成され、第２貫通孔４６の内壁及び第２凸部３８に形成された第２引き出し電極３２には夫々金属膜（第２金属膜５０、５０ａ）がスパッタ等により形成される。この金属膜は圧電振動片層１２をベース基板４２上に積層したのち、スパッタ等によりベース基板４２の第２面４２ｂから金属膜を構成する金属粒子を導入し、貫通孔の内壁及び凸部に形成された引き出し電極上に堆積させることにより形成される。この第１金属膜４８、４８ａ、第２金属膜５０、５０ａを形成すると同時にベース基板４２の第２面４２ｂには第１金属膜４８と接続する第１外部電極５６、第２金属膜５０と接続する第２外部電極５８を形成することができる。これら金属膜を形成することにより後述の貫通電極（第１貫通電極５２、第２貫通電極５４）を容易に形成することができる。これにより、第１凸部３６の表面を覆うように形成された第１金属膜４８ａ（及び第１引き出し電極３０）は、第１貫通孔４４に入り込む導電膜を形成し、第２凸部３８の表面を覆うように形成された第２金属膜５０ａ（及び第２引き出し電極３２）は第２貫通孔４６に入り込む導電膜を形成し、それぞれ貫通孔の圧電振動片１４に対向する側の開口面を貫通することになる。
【００３３】
そして貫通孔内部には貫通孔を真空封止する貫通電極（第１貫通電極５２、第２貫通電極５４）が形成される。各貫通電極は後述の製造工程で示すように、例えば半田ボール５１（図２、図５参照）を貫通孔内で溶解・凝固させることにより形成される。第１貫通電極５２は第１貫通孔４４の内壁に形成された第１金属膜４８及び第１引き出し電極３０上に形成された第１金属膜４８ａに接続される。よって第１引き出し電極３０は、第１金属膜４８ａ、第１貫通電極５２、第１金属膜４８を介して第１外部電極５６に電気的に接続される。第２貫通電極５４は、第２貫通孔４６の内壁に形成された第２金属膜５０及び第２引き出し電極３２上に形成された第２金属膜５０ａに接続される。よって、第２引き出し電極３２は、第２金属膜５０ａ、第２貫通電極５４、第２金属膜５０を介して第２外部電極５８に電気的に接続される。
【００３４】
したがって圧電振動片１４を励振する励振電極（第１励振電極２６、第２励振電極２８）を、外部電極（第１外部電極５６、第２外部電極５８）を介して圧電振動片１４を駆動する駆動回路（不図示）に接続することにより、圧電振動片１４を固有の共振周波数で振動させることができる。
【００３５】
ところで、本実施形態においては、図１（ａ）の部分拡大図に示すように第１凸部３６の主面、第２凸部３８の主面、支持枠２４の主面が同一の平面を有するように形成しているが、少なくとも第１凸部３６の主面上に形成された第１金属膜４８ａは前記同一平面を貫通して、即ち第１貫通孔４４の開口面を貫通して第１貫通孔４４の内部に入り込み、同様に第２凸部３８の主面上に形成された第２金属膜５０ａは前記同一平面を貫通して、即ち第２貫通孔４６の開口面を貫通して第２貫通孔４６の内部に入り込む形となっている。一方、第１貫通孔４４の内壁の全面に第１金属膜４８が形成され、第２貫通孔４６の内壁の全面に第２金属膜５０が形成されている。そして第１金属膜４８、４８ａ、第２金属膜５０、５０ａはそれぞれ半田ボール５１（図２（ｂ）及び図５参照）が溶解して形成される溶融金属に対して濡れ性を有するため、第１貫通電極５２は第１金属膜４８、４８ａに接合し、第２貫通電極５４は第２金属膜５０、５０ａに接合しつつ、第１貫通孔４４全体、第２貫通孔４６全体を封止するように形成することができる。したがって貫通電極と引き出し電極（金属膜）との間に隙間が形成されることを防止して引き出し電極と貫通電極との間で安定した電気的接続を図ることができ、これにより励振電極と外部電極との間で安定した電気的接続を図ることができる。
【００３６】
リッド４０は水晶等の圧電ベース基板により形成され、その周縁が圧電振動片層の支持枠の主面と接合される。
【００３７】
ベース基板４２と圧電振動片層１２との接合、及び圧電振動片層１２とリッド４０との接合は固相接合を行うことが好適である。ここで固相接合とは接着剤を用いずに固相同士を接合する方法をいい、直接接合、メタル接合、陽極接合等が挙げられるが、本実施形形態においては直接接合を行うことが好適である。水晶基板に対する直接接合は、平坦性が確保された水晶基板の接合面にプラズマを照射し、接合部を活性化させた後に接合面を当接させて接合させるもの等があり、接合面において直接接合による新たな接合膜は形成されない。直接接合は共晶金属等の蝋材に比べて遥かに少ない接合面積で充分な接合強度が得られ、本実施形態においては接合幅が５０μｍ〜２００μｍ程度でウェハ同士を充分な接合強度で接合できる。
【００３８】
また直接接合を行うことにより、ウェハ同士の相対位置にばらつきが抑制される。より具体的にはベース基板４２と支持枠２４との相対位置にばらつきが抑制されるので、第１凸部３６と第１貫通孔４４、及び第２凸部３８と第２貫通孔４６の±Ｚ方向の相対位置にばらつきが抑制される。よって金属膜の形成にばらつきが生じることはなく、さらにその後形成される第１貫通電極５２、及び第２貫通電極５４の接続状態にばらつきが生じないので圧電振動子１０の特性のばらつきを抑制することができる。
【００３９】
なおベース基板４２、圧電振動片層１２、リッド４０を同一材料（水晶等の圧電材料）として積層することにより、線膨張係数が各層で互いに一致するため、温度変化に伴う圧電振動片１４への応力の発生を抑制して圧電振動片１４の発振周波数の誤差を抑制することができる。
【００４０】
図３、図４、図５に第１実施形態に係る圧電振動子１０の製造工程を示す。まず図３（ａ）に示すように、矩形のベース基板４２を用意し、第１凸部３６及び第２凸部３８に対向する位置にそれぞれ第１貫通孔４４、第２貫通孔４６をエッチングまたはサンドブラストにより形成する（図３（ｂ））。
【００４１】
次に図４（ａ）に示すように、圧電振動片層１２用の水晶素板６０を用意し、水晶素板６０に支持枠２４、第１連結部１６（不図示）、第２連結部１８（不図示）、第１引き出し部２０、第２引き出し部２２、延伸部３４（図４では不図示）、第１凸部３６、第２凸部３８の外形を残して圧電振動片１４の厚みになるまで両面からエッチングを行い（図４（ｂ））、支持枠２４の外形及び圧電振動片１４の厚みまでエッチングされた領域を残し、さらに第１凸部３６及び第２凸部３８の外形を残して、水晶基板６０のベース基板４２に対向する面において、第１引き出し部２０、第２引き出し部２２、延伸部３４を所定の厚みになるまでエッチングを行い（図４（ｃ））、支持枠２４、第１連結部１６、第２連結部１８、第１引き出し部２０、第２引き出し部２２、延伸部３４（図４では不図示）、第１凸部３６、第２凸部３８、圧電振動片１４の外形を残して水晶基板６０を貫通するまでエッチングすることにより、圧電振動片層１２の外形を形成する（図４（ｄ））。そして第１励振電極２６、第２励振電極２８、第１引き出し電極３０、第２引き出し電極３２を所定の位置に形成する（図４（ｅ））。
【００４２】
この状態で圧電振動片１４は固有の発振周波数により発振可能となるので、第１引き出し電極３０及び第２引き出し電極３２に駆動回路（不図示）を接続して圧電振動片１４を駆動させ、図４（ｆ）に示すように第１励振電極２６の一部を蒸着法により厚膜化またはアルゴンプラズマ照射によるドライエッチング法を用いて薄膜化することにより周波数調整を行う。
【００４３】
次に、以下の工程においては真空チャンバー（不図示）内において行う。図５（ａ）に示すように、ベース基板４２、圧電振動片層１２、リッド４０を積層する。
すなわち、ベース基板４２の周縁と圧電振動片層１２の支持枠２４とを固相接合（直接接合）により接合し、同様に支持枠２４とリッド４０とを固相接合（直接接合）により接合する。
【００４４】
次に図５（ｂ）に示すように、スパッタ等により第１貫通孔４４に第１金属膜４８、４８ａを形成し、第２貫通孔４６に第２金属膜５０、５０ａを形成し（部分拡大図参照）、さらにベース基板４２の第２面４２ｂの第１貫通孔４４の周りに第１外部電極５６を形成し、同様に第２貫通孔４６の周りに第２外部電極５８を形成する。
【００４５】
そして図５（ｃ）に示すように、第１貫通孔４４および第２貫通孔４６に半田ボール５１を挿入し、圧電振動片１４の内部空間１０ａ内に発生し滞留するガスを第１貫通孔４４及び第２貫通孔４６から排出した後、半田ボール５１にレーザー光（不図示）を照射して半田ボール５１を溶解・凝固させることにより、図５（ｄ）に示すように第１貫通孔４４を封止する第１貫通電極５２が形成され、第２貫通孔４６を封止する第２貫通電極５４が形成されることにより圧電振動子１０が形成される。これにより圧電振動子１０内部に内部空間１０ａが形成され、圧電振動片１４は内部空間１０ａにおいて真空封止される。
【００４６】
第２実施形態に係る圧電振動子を図６に示す。図６（ａ）は側面方向から見た側面断面図（部分拡大図付き）、図６（ｂ）は圧電振動子を構成する圧電振動片の平面図、図６（ｃ）は圧電振動片層の底面図である。第２実施形態に係る圧電振動子７０は基本的には第１実施形態の圧電振動子１０と構成が類似するが、圧電振動片層７２において、凸部（第１凸部及び第２凸部）が支持枠のベース基板に対向する面よりベース基板側に突出して形成されることにより、積層時に凸部が貫通孔の開口面を貫通する構成となっている。
【００４７】
このように、第１凸部、第２凸部を形成することにより、各凸部が貫通孔（第１貫通孔、第２貫通孔）に入り込み、各凸部と貫通孔が平面的に干渉するため、ベース基板上に圧電振動片層を積層する際のアライメント性が向上し、積層の際のズレを防止することができる。また凸部における貫通電極の接触面積と貫通孔の内壁の面積とが均衡し、半田ボールが溶解して形成された溶融金属の表面張力が均一化されるので、各凸部に対する貫通電極の機械的な接続信頼性が向上する。さらに第１凸部に形成される第１引き出し電極（及び第１金属膜）と第１貫通電極との接合面積、第２凸部に形成された第２引き出し電極（及び第２金属膜）と第２貫通電極との接合面積が増大するので、引き出し電極と貫通電極との電気的接続の信頼性が第１実施形態の場合よりさらに向上する。
【００４８】
図７に第２実施形態の圧電振動子を構成する圧電振動片層の製造工程を示す。
まず、図７（ａ）に示すように、圧電振動片層１２用の水晶素板１００を用意し、水晶素板１００に第１連結部７６（図６参照）、第２連結部７８（図６参照）、第１引き出し部８０、第２引き出し部８２、支持枠８４、延伸部８６の外形を残して圧電振動片７４の厚みになるまで両面からエッチングを行い（図７（ｂ））、第１凸部８８の外形、第２凸部９０の外形、圧電振動片７４の厚みまでエッチングされた領域を残して第１引き出し部８０、第２引き出し部８２、延伸部８４のベース基板４２に対向する面から支持枠８４の厚みになるまで水晶基板１００にエッチングを行い（図７（ｃ））、支持枠８４の外形、第１凸部８８の外形、第２凸部９０の外形、圧電振動片１４の厚みまでエッチングされた領域の外形を残してベース基板４２に対向する面から第１連結部７６、第２連結部７８、第１引き出し部８０、第２引き出し部８２、延伸部８６（図７では不図示の厚みになるまで水晶基板１００にエッチングを行い（図７（ｄ））、支持枠８４、第１凸部８８、第２凸部９０、第１連結部７６、第２連結部７８、第１引き出し部８８、第２引き出し部９０、圧電振動片７４の外形を残して水晶基板１００を貫通するまでエッチングすることにより、圧電振動片層７４の外形を形成する（図７（ｅ））。そして第１励振電極９２、第２励振電極９４、第１引き出し電９６、第２引き出し電極９８を所定の位置に形成する（図７（ｆ））。
【００４９】
この状態で圧電振動片は固有の発振周波数により発振可能となるので、第１引き出し電極９６及び第２引き出し電極９８に駆動回路（不図示）を接続して圧電振動片７４を駆動させ、図４（ｇ）に示すように第１励振電極９２の一部を蒸着法により厚膜化またはアルゴンプラズマ照射によるドライエッチング法を用いて薄膜化することにより周波数調整を行う。ベース基板４２、圧電振動片層７２、リッド４０の積層は第１実施形態と同様なので（図５参照）説明を省略する。
【００５０】
なお、第１金属膜４８、４８ａ及び第２金属膜５０、５０ａは、ベース基板に圧電振動片層を積層したのちに形成する旨説明したが、積層前に第１貫通孔４４、第２貫通孔４６の内壁のみにそれぞれ第１金属膜４８、第２金属膜５０を形成してもよい。
【００５１】
図８、図９、図１０は、本発明に係る電子部品の第３実施形態である力検出素子であって、図８（ａ）に力検出素子の側面方向からみた側面断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の部分詳細図、図８（ｃ）に力検出素子を構成する感圧素子片の底面図、図９はベース基板側からみた分解斜視図、図１０はダイアフラム側からみた分解斜視図を示す。
力を直接受けて撓む、例えば被測定圧力を受圧して撓む可撓部を有するダイアフラムに支持部を介して搭載された圧電振動子は、例えば、板状の圧電基板上に電極パターンが形成され、力の検出方向に検出軸を設定しており、前記検出軸の方向に直交する方向から被測定圧力がダイアフラムの受圧部で受圧すると前記可撓部が撓み、前記支持部を介して前記圧電振動子に力が加わると、前記圧電振動子は検出軸の方向に引張り応力が生じるため前記圧電振動子の共振周波数が変化し、前記共振周波数の変化から前記被測定圧力の圧力値を検出する。圧力センサー、受圧手段としてのダイアフラムと、前記ダイアフラムに形成した支持部に搭載された感圧素子（双音叉振動子）とを有し、これらを容器に収容しつつダイアフラムの受圧面を外面に臨ませるようにして真空封止した構成となっている。
【００５２】
第３実施形態に係る力検出素子７００は、感圧素子としての双音叉振動子７０５の２本の柱状ビームに形成した励振電極７０１と、前記励振電極７０１に接続された引き出し電極（第１引き出し電極７０２、第２引き出し電極７０３）とを有する感圧素子片７７２を、ダイアフラム７０４の受圧面７０４ａとは反対側の内側の主面７０４ｂ上に形成した支持部７０６に搭載された双音叉振動子７０５であって、前記双音叉振動子７０５は、前記ベース基板７４２に対向する主面に形成された凸部（第１凸部７３６、第２凸部７３８）と、前記凸部の表面上に形成された引き出し電極（第１引き出し電極７０２、第２引き出し電極７０３）と、を有し、前記ベース基板７４２は、前記凸部に対向する位置に形成された貫通孔（第１貫通孔７４４、第２貫通孔７４６）と、前記貫通孔を封止する貫通電極（第１貫通電極７５２、第２貫通電極７５４）と、を有するものでありベース基板７４２、感圧素子片層７７２、ダイアフラム７０４により内部空間７００ａを有する３層構造となっている。
【００５３】
ダイアフラム７０４は、可撓部７０４ｃと前記可撓部７０４ｃの外縁を囲む厚肉部７０４ｄとを有する。
感圧素子片７７２は、２本の柱状ビームからなる振動部７０５ａと前記振動部７０５ａの両端に位置する基部７０５ｂとから構成される双音叉振動子７０５と、前記双音叉振動子７０５を囲む矩形の支持枠部７７３と、前記支持枠部７７３と前記基部７０５ｂとを連結する梁７０７とを有する。また支持枠部７７３のベース基板７４２に対向する主面は、外枠７７３ａと前記外枠の内側に形成され、前記外枠より薄肉に形成された内枠７７３ｂを有し、内枠７７３ｂに梁７０７が接続されている。さらに内枠７７３ｂの後述の第１貫通孔７４４に対向する位置に第１凸部７３６が形成され、後述の第２貫通孔７４６に対向する位置に第２凸部７３８が形成されている。また内枠７７３ｂには励振電極７０１に接続された第１引き出し電極７０２及び第２引き出し電極７０３が形成されている。なお図１２において励振電極７０１はベース基板７４２側にのみ形成されたように描かれているが、実際には両面に形成されているものとする。
【００５４】
第１実施形態と同様に、感圧素子層７１２の支持枠７７３の外枠７７３ａの両面にはそれぞれ、前記ダイアフラム７０４の厚肉部７０４ｄとベース基板７４２の外縁部７４２ｃとが、直接接合を用いて接合されている。同様に一対の基部７０５ｂは一対の支持部７０６と直接接合を用いて接合されている（図８（ａ）参照）。
一方、第１実施形態と同様に、ベース基板７４２の第１面７４２ａの反対側の第２面７４２ｂから第１面７４２ａに向かって漸次内径を小さくするテーパー状に貫通孔（第１貫通孔７４４、第２貫通孔７４６）が形成されている。
【００５５】
そして、第１貫通孔７４４の内壁及び第１凸部７３６に形成された第１引き出し電極７３０には夫々金属膜（第１金属膜７４８、７４８ａ）が形成され、第２貫通孔７４６の内壁及び第２凸部７３８に形成された第２引き出し電極７３２には夫々金属膜（第２金属膜７５０、７５０ａ）がスパッタ等により形成される。この第１金属膜７４８、７４８ａ、第２金属膜７５０、７５０ａを形成すると同時にベース基板７４２の第２面７４２ｂには第１金属膜７４８と接続する第１外部電極７５６、第２金属膜７５０と接続する第２外部電極７５８を形成することができる。そして第１実施形態と同様に、貫通孔内部には貫通孔を封止する貫通電極（第１貫通電極７５２、第２貫通電極７５４）が形成される。第１貫通電極７５２は第１貫通孔７４４の内壁に形成された第１金属膜７４８及び第１引き出し電極７３０上に形成された第１金属膜７４８ａに接続される（図８（ｂ）参照）。よって第１引き出し電極７３０は、第１金属膜７４８ａ、第１貫通電極７５２、第１金属膜７４８を介して第１外部電極７５６に電気的に接続される。第２貫通電極７５４は、第２貫通孔７４６の内壁に形成された第２金属膜７５０及び第２引き出し電極７３２上に形成された第２金属膜７５０ａに接続される（図８（ｂ）参照）。よって、第２引き出し電極７３２は、第２金属膜７５０ａ、第２貫通電極７５４、第２金属膜７５０を介して第２外部電極７５８に電気的に接続される。
【００５６】
したがって双音叉振動子７０５を励振する励振電極７０１を、外部電極（第１外部電極７５６、第２外部電極７５８）を介して双音叉振動子７０５を駆動する駆動回路（不図示）に接続することにより、双音叉振動子７０５を固有の共振周波数で振動させることができる。ところで、ダイアフラム７０４が圧力により撓むことにより一対の支持部７０６は互いに離間するため、これらに接続した一対の基部７０５ｂも互いに離間するため、双音叉振動子７０５の共振周波数が変動することになる。よってこの共振周波数の変動を利用してダイアフラム７０４が受圧する被圧力測定領域の圧力値を得ることができる。なお、感圧素子層７７２の製造方法は第１実施形態における圧電振動片層１２と同様なので説明を省略する。また第２実施形態のように、第１凸部７３６及び第２凸部７３８を支持枠７７３の外枠７７３ａよりもベース基板７４２側に突出して形成することも可能である。
【００５７】
以上、実施形態として、圧電振動子、力検出素子を前提として述べてきたがこれに限定されることはない。すなわち、積層構造の電子部品において、電子部品を構成し電極を有する電子素子片をベース基板上に搭載して形成される電子部品であって、前記ベース基板は、前記電子素子片に対向する位置に形成された貫通孔と、前記貫通孔を封止する封止部材とを有し、前記電子素子片は、前記電子素子片の前記貫通孔に対向する主面に凸部を有するとともに、前記凸部の表面上に形成された導電膜が前記貫通孔の前記電子素子片に対向する側の開口面を貫通している構成とすることにより、電子素子片の電極と基板側の電極との電気的接続を高い信頼性で実現することができる。
【００５８】
さらに、図１（ａ）、図６（ａ）、図８（ｂ）に示すように、いずれの実施形態においても、振動片コーナーの引き出し電極表面と貫通孔の開口面との間に隙間１０ｂ、７０ｂ、７００ｂを確保し、半田ボールで貫通電極を形成する際、内部空間のガスを前記隙間１０ｂ、７０ｂ、７００ｂを介して外部へ排出して内部空間を真空にしてから、貫通電極を形成するものである。貫通電極は凸部表面の電極膜（引き出し電極、金属膜）と外部電極とを電気的に接続する機能を有する。また、隙間１０ｂ、７０ｂ、７００ｂは内部空間を真空引きするための機能を有するため、引き出し電極と外部電極とを電気的に接続するために貫通孔を半田ボール等の蝋材で気密に封止する際、従来構造では貫通孔の開口面と引き出し電極とにギャップが存在しているため、気密封止の信頼性並びに電気的な導通を確保する上での信頼性に問題があったが、いずれの実施形態においても、圧電振動片の貫通孔に対向する部位に凸部を設け、前記凸部の表面に引き出し電極を形成したので、前記引き出し電極の凸面が貫通孔の開口面を貫通し、前記貫通孔の内部に入り込んでいるため、半田ボールを溶解させて形成される貫通電極が確実に引き出し電極と外部電極とを電気的に接続させると共に貫通孔を気密封止できるので内部空間を確実に真空にすることができる。
【００５９】
図１１に第３実施形態の力検出素子の変形例を示す。図１１において、破線で囲まれた領域の詳細図は図８（ｂ）の右側のものと同様である。本実施形態において、真空封止する部位は一箇所で良いので、図１１に示す変形例のように、貫通孔のうちいずれか一方は、振動片の表面と貫通孔の開口面とが同一平面を形成するように位置してもよく、他方の貫通孔が前述の構造となっていれば良い。このような構造は第１実施形態及び第２実施形態においても同様に適用できる。即ち本発明に係る電子部品は、複数存在する貫通電極のうち、少なくとも一箇所が、振動片コーナーの引き出し部表面と貫通孔の開口面との間に隙間１０ｂ、７０ｂ、７００ｂを有し、半田ボールで貫通電極を形成する際、内部空間のガスを前記隙間１０ｂ、７０ｂ、７００ｂを介して外部へ排出して内部空間を真空にしてから、貫通電極を形成する構造を有するものであり、真空引きは前記一箇所のみで行うことができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０………圧電振動子、１２………圧電振動片層、１４………圧電振動片、１６………第１連結部、１８………第２連結部、２０………第１引き出し部、２２………第２引き出し部、２４………支持枠、２６………第１励振電極、２８………第２励振電極、３０………第１引き出し電極、３２………第２引き出し電極、３４………延伸部、３６………第１凸部、３８………第２凸部、４０………リッド、４２………基板、４４………第１貫通孔、４６………第２貫通孔、４８………第１金属膜、４８ａ………第１金属膜、５０………第２金属膜、５０ａ………第２金属膜、５１………半田ボール、５２………第１貫通電極、５４………第２貫通電極、５６………第１外部電極、５８………第２外部電極、６０………水晶基板、７０………圧電振動子、７２………圧電振動片層、７４………圧電振動片、７６………第１連結部、７８………第２連結部、８０………第１引き出し部、８２………第２引き出し部、８４………支持枠、８６………延伸部、８８………第１凸部、９０………第２凸部、９２………第１励振電極、９４………第２励振電極、９６………第１引き出し電極、９８………第２引き出し電極、１００………水晶基板、２０２（ａｂ）………蓋体、２０３………水晶片、２０４（ａｂ）………凹部、２０５（ａｂ）………励振電極、２０６（ａｂ）………貫通孔、２０７（ａｂ）………引き出し電極、２０８………導電性接合材、２０９（ａｂ）………実装電極、３０１………蓋体用シート状ウェハ、３０２………貫通孔、３０３………ベース用シート状ウェハ、３０４………水晶振動素子、３０５………水晶ウェハ、３０６………水晶振動子、３０７………電気導通路、３０８………金属粉、４０１………蓋体用シート状ウェハ、４０２………貫通孔、４０３………ベース用シート状ウェハ、４０４………水晶振動素子、４０５………水晶ウェハ、４０６………水晶振動子、４０７………電気導通路、４０８………レーザー照射装置、４０９………金属箔、４１０………レーザー光、４１１………金属箔微粒子、７００………力検出素子、７０１………励振電極、７０２………第１引き出し電極、７０３………第２引き出し電極、７０４………ダイアフラム、７０５………双音叉振動子、７０６………支持部、７０７………梁、７３６………第１凸部、７３８………第２凸部、７４２………ベース基板、７４４………第１貫通孔、７４６………第２貫通孔、７４８………第１金属膜、７５０………第２金属膜、７５２………第１貫通電極、７５４………第２貫通電極、７５６………第１外部電極、７５８………第２外部電極、７７２………感圧素子層、７７３………支持枠。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直接接合を用いて接合される積層構造の圧電振動子や力検出素子等の電子部品に関し、特に中間層の端子電極とベース基板を貫通する貫通電極との電気的接続において接続信頼性を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年に代表される移動体通信機器や携帯電話は個人向け携帯電話の小型軽量化及び高周波化に伴い、それらに用いられる圧電振動子やフィルタ等も、より一層の小型化及び高周波化が求められている。この要求に応えるため、従来の圧電部品は小型化、薄型化のパッケージへの適用が急速に求められてきている。
一方、水晶振動子、水晶フィルタやＳＡＷフィルタなどの圧電素子は、周囲の温度や湿度の変化、あるいは微細な異物に影響されて特性が微妙に変化することや、機械的振動や衝撃によって破損しやすい。このため上述の素子は、パッケージに封止して使用に供されている。
【０００３】
従来のパッケージは、素子個別にパッケージを形成しているが、これに対し、複数の素子が同時に切り出されているウェハレベルで、封止された状態としたのち、個々の素子（チップ）に切り出してパッケージされたチップの状態とする技術も提案されている。この場合ウェハの積層構造によってパッケージを製造することになるが、異なるウェハに存在する電極同士の電気的接続を高い信頼性で行う必要がある。
【０００４】
図１２に第１の従来技術に係る圧電振動子を示す。図１２に示すように、特許文献１には、励振電極２０５（ａｂ）及び励振電極２０５（ａｂ）に接続される引き出し電極２０７（ａｂ）を有する水晶片２０３と、水晶片２０３に対向する面に形成された凹部２０４（ａｂ）及び凹部２０４（ａｂ）を貫通する貫通孔２０６（ａｂ）を有する蓋体２０２（ａｂ）とを有し、水晶片２０３がシロキサン結合による直接接合により蓋体２０２（ａｂ）に挟まれる態様で積層された３層Ａｌｌ Ｑｕａｒｔｚ Ｐａｃｋａｇｅにおいて、貫通孔２０６（ａｂ）を封止し、例えば蒸着により、導電性接合材２０８に接続する実装電極２０９（ａｂ）を両端側の側面及び両主面に形成することが開示されている。
【０００５】
図１３に第２の従来技術に係る圧電振動子を示す。図１３（ａ）は全体図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の外部端子を形成する工程を示す図である。図１３に示すように、特許文献２には、下からベース用シート状ウェハ３０３、水晶ウェハ３０５、蓋体シート状ウェハ３０１の順に直接接合により積層された３層Ａｌｌ Ｑｕａｒｔｚ Ｐａｃｋａｇｅにおいて、ウェハ状に形成された水晶振動子３０６のベース用シート状ウェハ３０３に予め形成された貫通孔３０２に金属粉３０８を吹き付けて、その内部に金属粉３０８を堆積させながら、水晶振動素子３０４の表面と貫通孔３０２との隙間を埋めるとともに、金属粉３０８を貫通孔３０２の内部に堆積させて、水晶振動子３０６の内部の水晶振動素子３０４から貫通孔３０２内部を経てベース用シート状ウェハ３０３の表面に至るまで詰め込み密着させて電気的導通路３０７を形成することが開示されている。金属粉３０８は貫通孔３０２に吹き付けられる際に、貫通孔３０２の内壁との摩擦で発生する摩擦熱により金属粉３０８が溶け、水晶振動素子３０４の表面と、貫通孔３０２との隙間を埋めて、金属粉３０８を貫通孔３０２の内部に密着、堆積させて水晶振動子３０６の内部の水晶振動素子３０４から貫通孔３０２内部を経てベース用シート状ウェハ３０３の表面に至るまで詰め込まれ密着される。
【０００６】
金属粉３０８は粒径がおおよそ１０μｍ程度の粉状のアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などを使用することができ、貫通孔３０２の大きさは、直径がおおよそ２０〜２００μｍ程度の微細なものであり、外部端子形状も略矩形でなく図１３に示されるような貫通孔３０２をベースシート用ウェハ３０３からみた円形状でも全く構わないことが開示されている。
【０００７】
図１４に第３の従来技術に係る圧電振動子を示す。図１４（ａ）は全体図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）の外部端子を形成する工程を示す図である。図１４に示すように、特許文献３にも、下からベース用シート状ウェハ４０３、水晶ウェハ４０５、蓋体シート状ウェハ４０１の順に直接接合により積層された３層Ａｌｌ Ｑｕａｒｔｚ Ｐａｃｋａｇｅにおいて、金属箔微粒子４１１をウェハ状に形成した水晶振動子４０６のベース用シート状ウェハ４０３の貫通孔４０２の間に配置された金属箔４０９にレーザー照射装置４０８から射出されたレーザー光４１０を照射して溶解し、先の貫通孔４０２に飛散させて、貫通孔４０２内部に金属箔微粒子４１１を堆積させ水晶振動素子４０４の表面と、貫通孔４０２との隙間を金属微粒子４１１で埋めて、更に金属箔微粒子４１１を貫通孔４０２の内部に堆積させて、水晶振動子４０６の内部の水晶振動素子４０４から貫通孔４０２内部を経てベース用シート状ウェハ４０３の表面に至るまで金属微粒子４１１を堆積させて電気的導通路４０７を形成する電気的導通路の形成方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２６９７７５号公報
【特許文献２】特開２００８−１１３３７８号公報
【特許文献３】特開２００８−１６７３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、先行文献１〜３には、もともと貫通孔の開口面と引き回し電極との間に隙間（空隙）が存在しており、先行文献１においては表面張力によって蝋材（または溶解した金属微粒子）が接触面積の大きい貫通孔内壁面の方へ引っ張られるので、蝋材が引き回し電極まで至らず結果的に貫通孔内の蝋材と引き回し電極との電気的接続が確保できなくなる虞があるという問題があった。
また、先行文献２、先行文献３においては、金属粉または金属箔微粒子を貫通孔に溶解させながら堆積させているが、先に堆積された金属粉または金属箔微粒子の熱容量と照射されている金属粉または金属箔微粒子の熱容量の差が徐々に拡大し、照射されている金属粉または金属箔微粒子の溶解品質（ヌレ性）が徐々に低下して抵抗分が上昇し、接続信頼性が低下する虞があるという問題があった。
【００１０】
そこで本発明は、上記問題に着目し、中間層の引き出し電極とベース基板に形成された外部電極との貫通電極を介しての電気的接続において接続信頼性を向上させた構造を有する電子部品、及び圧電振動子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】
【００１１】
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、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］電子素子片をベース基板上に搭載して形成される電子部品であって、前記ベース基板は、前記電子素子片に対向する位置に形成された貫通孔と、前記貫通孔を封止する封止部材とを有し、前記電子素子片は、前記電子素子片の前記貫通孔に対向する主面に凸部を有するとともに、前記凸部の表面上に形成された導電膜が前記貫通孔の前記電子素子片に対向する側の開口面を貫通していることを特徴とする電子部品。
【００１２】
上記構成により、凸部に形成された導電膜を貫通孔内に入り込ませることができる。よって貫通孔内に形成する貫通電極と導電膜との電気的接続を容易に行うことができる電子部品となる。
【００１３】
［適用例２］前記凸部が、前記開口面を貫通していることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
これにより、凸部は貫通孔に嵌め込まれることになるので、電子素子片とベース基板との積層時のアライメントが容易になり作業効率を向上させることができる。
【００１４】
［適用例３］励振電極を有する圧電振動片をベース基板上に搭載して形成された圧電振動子であって、前記ベース基板は、前記圧電振動片に対向する位置に形成された貫通孔と、前記貫通孔を封止する貫通電極とを有し、前記圧電振動片は、前記圧電振動片の前記貫通孔に対向する主面に凸部と、前記凸部の表面上に形成されると共に前記励振電極と電気的に接続された導電膜と、を有し、前記凸部の表面上に形成された導電膜が前記貫通孔の前記圧電振動片に対向する側の開口面を貫通していることを特徴とする圧電振動子。
【００１５】
上記構成により、凸部に形成された導電膜を貫通孔内に入り込ませることができる。よって貫通孔内に形成する貫通電極と導電膜との電気的接続を容易に行うことができる圧電振動子となる。
【００１６】
［適用例４］ベース基板上に圧電振動片層を積層して形成される圧電振動子であって、前記ベース基板は、前記凸部に対向する位置に形成された貫通孔と、前記貫通孔を封止する貫通電極と、を有し、前記圧電振動片層は、励振電極を有する圧電振動片と、前記圧電振動片を支持し、前記ベース基板に接合される支持枠と、前記圧電振動片に接続された引き出し部と、前記引き出し部の前記ベース基板に対向する面に形成された凸部と、前記凸部の表面上に形成されると共に前記励振電極と電気的に接続された導電膜と、を有し、前記凸部の表面上に形成された導電膜が前記貫通孔の前記圧電振動片に対向する側の開口面を貫通していることを特徴とする圧電振動子。
【００１７】
積層構造の圧電振動子においても、圧電振動片を包含する圧電振動片層に凸部と、励振電極に接続され凸部の表面を覆うように形成された導電膜を設けることにより、圧電振動片のベース基板への接続が容易になるとともに、凸部に形成され貫通孔内に入り込ませた導電膜と貫通電極との電気的接続を容易に行うことができるため、歩留まりを向上させることができる。
【００１８】
［適用例５］前記支持枠は、前記ベース基板に固相接合により接合されることを特徴とする適用例４に記載の圧電振動子。これにより、支持枠とベース基板とが接着層を形成せずに強固に接合され、凸部と貫通孔との相対位置のばらつきが抑制されるため、導電膜と貫通電極との電気的接続のばらつきを抑制して圧電振動子の特性のばらつきを抑制することができる。
【００１９】
［適用例６］前記凸部は、前記支持枠の前記ベース基板に対向する面より前記基板側に突出して形成され、前記凸部は前記開口面を貫通することを特徴とする適用例４または５に記載の圧電振動子。
これにより、凸部は貫通孔に嵌め込まれることになるので、圧電振動片層と基板との積層時のアライメントが容易になり作業効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る圧電振動子の模式図である。
【図２】第１実施形態に係る圧電振動子の分解斜視図である。
【図３】第１実施形態に係る圧電振動子の製造工程を示す図である。
【図４】第１実施形態に係る圧電振動子の製造工程を示す図である。
【図５】第１実施形態に係る圧電振動子の製造工程を示す図である。
【図６】第２実施形態に係る圧電振動子の模式図である。
【図７】第２実施形態に係る圧電振動片層の製造工程を示す図である。
【図８】第３実施形態に係る力検出素子の模式図である。
【図９】第３実施形態に係る力検出素子の分解斜視図である。
【図１０】第３実施形態に係る力検出素子の分解斜視図である。
【図１１】第３実施形態に係る力検出素子の変形例の模式図である。
【図１２】第１の従来技術に係る圧電振動子の模式図である。
【図１３】第２の従来技術に係る圧電振動子の模式図である。
【図１４】第３の従来技術に係る圧電振動子の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００２２】
図１は本発明に係る電子部品の第１実施形態である圧電振動子であって、図１（ａ）に第１実施形態に係る圧電振動子の側面方向から見た側面断面図（部分拡大図付き）、図１（ｂ）に圧電振動子を構成する圧電振動片層の平面図、図１（ｃ）に圧電振動片層の底面図、図２（ａ）にリッド側からみた分解斜視図、図２（ｂ）にベース基板側からみた分解斜視図を示す。なお、図及び以下の説明においては、直交座標系（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）を用いる。
【００２３】
第１実施形態に係る圧電振動子は、励振電極を有する圧電振動片をベース基板の主面上に搭載して形成された圧電振動子であって、前記ベース基板は、前記圧電振動片に対向する位置に形成された貫通孔と、前記貫通孔を封止する貫通電極とを有し、前記圧電振動片は、前記圧電振動片の前記貫通孔に対向する主面に凸部と、前記凸部の表面上に形成されると共に前記励振電極と電気的に接続された引き出し電極と、を有し、前記凸部の表面上に形成された引き出し電極が前記貫通孔の前記圧電振動片に対向する側の開口面を貫通している構成を有するものである。
【００２４】
より詳細には、ベース基板の主面上に圧電振動片層を積層して形成される圧電振動片であって、前記ベース基板は、前記凸部に対向する位置に形成された貫通孔と、前記貫通孔を封止する貫通電極と、を有し、前記圧電振動片層は、励振電極を有する圧電振動片と、前記圧電振動片を支持し、前記ベース基板に接合される支持枠と、前記圧電振動片に接続された引き出し部と、前記引き出し部の前記ベース基板に対向する面に形成された凸部と、前記凸部の表面上に形成されると共に前記励振電極と電気的に接続された導電膜と、を有し、前記凸部の表面上に形成された導電膜が前記貫通孔の前記圧電振動片に対向する側の開口面を貫通している構成を有するものである。そして圧電振動子１０はベース基板、圧電振動片層、リッドの各ウェハによる積層構造体を個片化して得られたものである。
【００２５】
圧電振動片層１２は、水晶等の圧電基板により形成され、圧電振動片１４、連結部（第１連結部１６、第２連結部１８）、引き出し部（第１引き出し部２０、第２引き出し部２２）、凸部（第１凸部３６、第２凸部３８）、支持枠２４により形成されており、圧電振動片層１２の外形は、後述の製造工程で示すように、フォトリソ技法とエッチング技法を併用して形成することができる。
【００２６】
圧電振動片１４は、音叉型振動片、厚みすべり振動片等として形成されたものであるが、本実施形態においては支持枠２４より薄く形成された逆メサ型の厚みすべり振動片を用いている。圧電振動片１４は、長手方向（±Ｘ方向）の一端の辺の両端において、支持枠２４内の−Ｘ方向側の２つのコーナーのそれぞれに設けた引き出し部２０ａ、２０ｂに連結された第１連結部１６、及び第２連結部１８と接続され、圧電振動片１４は長手方向の一端（−Ｘ方向の一端）を片持ち支持状態で支持枠２４に支持されている。
【００２７】
また圧電振動片１４の両面にはスパッタ等により励振電極（第１励振電極２６、第２励振電極２８）が形成され、リッド４０の主面に対向する第１励振電極２６には同様にスパッタ等により形成された第１引き出し電極３０が接続され、ベース基板４２の主面に対向する第２励振電極２８にもスパッタ等により第２引き出し電極３２が接続されている。
【００２８】
圧電振動片層１２には支持枠２４内の−Ｘ方向側の２つのコーナーに前述のように引き出し部２０ａ、２０ｂが形成され、更に＋Ｘ方向側の２つのコーナーのうち、前記引き出し部２０ａの対角線上に第２引き出し部２２が形成されている。また引き出し部２２と引き出し部２０ａとは支持枠２４に接続した延伸部３４により接続されている。よって引き出し部２２は、延伸部３４、引き出し部２０ｂ及び第２連結部１８を介して圧電振動片１４に接続されている。以下、引き出し部２０ａを第１引き出し部２０とし、引き出し部２０ｂを第２引き出し部２と称する。
【００２９】
またベース基板４２側に面した第１引き出し部２０の面には第１凸部３６が形成され、同様に第２引き出し部２２のベース基板４２の主面側には第２凸部３８が形成されている。
【００３０】
第１励振電極２６に接続された第１引き出し電極３０は、第１連結部１６においてベース基板４２の主面側に延出されて、第１引き出し部２０のベース基板４２の主面に対向する側にまで引き出され、更に第１引き出し部２０に形成された第１凸部３６の表面上を覆うように形成されている。一方、第２励振電極２８に接続された第２引き出し電極３２は、第２連結部１８及び延伸部３４のベース基板４２の主面に対向する側に延出されて、第２引き出し部２２のベース基板４２の主面に対向する側に引き出され、更に第２引き出し部２２に形成された第２凸部３８の表面を覆うように形成されている。
【００３１】
ベース基板４２は水晶等の圧電材料によって形成された矩形の部材であり、その周縁部と圧電振動片層１２の支持枠２４とが接合される。またベース基板４２の一方の主面である第１面４２ａの反対側の他方の主面である第２面４２ｂから前記第１面４２ａに向かって漸次内径を小さくするテーパー状に貫通孔（第１貫通孔４４、第２貫通孔４６）が形成されており、各貫通孔は、ベース基板４２に圧電振動片層１２を積層する際に第１凸部３６、第２凸部３８に対向する位置に形成される。貫通孔は、積層前において、エッチングまたはサンドブラストにより形成することができるが、上述のように貫通孔をテーパー状に形成する場合はサンドブラストを行うことが好適である。サンドブラストは、研削面において研削箇所を残してマスクをし、直径２０μｍ程度のＳｉＣ等の研削粒子を高速のエアーとともに研削箇所に吹き付けることにより行う。また貫通孔をサンドブラストにより形成されたのち、貫通孔の内壁にエッチング処理（ライトエッチング）を行うことが好適である。これにより、貫通孔の内壁の残留応力を低減して圧電振動子１０への悪影響を防止するとともに、貫通孔の内壁を平滑化することにより後述の金属膜（第１金属膜４８、第２金属膜５０）の形成を容易に行うことができる。
【００３２】
第１貫通孔４４の内壁及び第１凸部３６に形成された第１引き出し電極３０には夫々金属膜（第１金属膜４８、４８ａ）が形成され、第２貫通孔４６の内壁及び第２凸部３８に形成された第２引き出し電極３２には夫々金属膜（第２金属膜５０、５０ａ）がスパッタ等により形成される。この金属膜は圧電振動片層１２をベース基板４２上に積層したのち、スパッタ等によりベース基板４２の第２面４２ｂから金属膜を構成する金属粒子を導入し、貫通孔の内壁及び凸部に形成された引き出し電極上に堆積させることにより形成される。この第１金属膜４８、４８ａ、第２金属膜５０、５０ａを形成すると同時にベース基板４２の第２面４２ｂには第１金属膜４８と接続する第１外部電極５６、第２金属膜５０と接続する第２外部電極５８を形成することができる。これら金属膜を形成することにより後述の貫通電極（第１貫通電極５２、第２貫通電極５４）を容易に形成することができる。これにより、第１凸部３６の表面を覆うように形成された第１金属膜４８ａ（及び第１引き出し電極３０）は、第１貫通孔４４に入り込む導電膜を形成し、第２凸部３８の表面を覆うように形成された第２金属膜５０ａ（及び第２引き出し電極３２）は第２貫通孔４６に入り込む導電膜を形成し、それぞれ貫通孔の圧電振動片１４に対向する側の開口面を貫通することになる。
【００３３】
そして貫通孔内部には貫通孔を真空封止する貫通電極（第１貫通電極５２、第２貫通電極５４）が形成される。各貫通電極は後述の製造工程で示すように、例えば半田ボール５１（図２、図５参照）を貫通孔内で溶解・凝固させることにより形成される。第１貫通電極５２は第１貫通孔４４の内壁に形成された第１金属膜４８及び第１引き出し電極３０上に形成された第１金属膜４８ａに接続される。よって第１引き出し電極３０は、第１金属膜４８ａ、第１貫通電極５２、第１金属膜４８を介して第１外部電極５６に電気的に接続される。第２貫通電極５４は、第２貫通孔４６の内壁に形成された第２金属膜５０及び第２引き出し電極３２上に形成された第２金属膜５０ａに接続される。よって、第２引き出し電極３２は、第２金属膜５０ａ、第２貫通電極５４、第２金属膜５０を介して第２外部電極５８に電気的に接続される。
【００３４】
したがって圧電振動片１４を励振する励振電極（第１励振電極２６、第２励振電極２８）を、外部電極（第１外部電極５６、第２外部電極５８）を介して圧電振動片１４を駆動する駆動回路（不図示）に接続することにより、圧電振動片１４を固有の共振周波数で振動させることができる。
【００３５】
ところで、本実施形態においては、図１（ａ）の部分拡大図に示すように第１凸部３６の主面、第２凸部３８の主面、支持枠２４の主面が同一の平面を有するように形成しているが、少なくとも第１凸部３６の主面上に形成された第１金属膜４８ａは前記同一平面を貫通して、即ち第１貫通孔４４の開口面を貫通して第１貫通孔４４の内部に入り込み、同様に第２凸部３８の主面上に形成された第２金属膜５０ａは前記同一平面を貫通して、即ち第２貫通孔４６の開口面を貫通して第２貫通孔４６の内部に入り込む形となっている。一方、第１貫通孔４４の内壁の全面に第１金属膜４８が形成され、第２貫通孔４６の内壁の全面に第２金属膜５０が形成されている。そして第１金属膜４８、４８ａ、第２金属膜５０、５０ａはそれぞれ半田ボール５１（図２（ｂ）及び図５参照）が溶解して形成される溶融金属に対して濡れ性を有するため、第１貫通電極５２は第１金属膜４８、４８ａに接合し、第２貫通電極５４は第２金属膜５０、５０ａに接合しつつ、第１貫通孔４４全体、第２貫通孔４６全体を封止するように形成することができる。したがって貫通電極と引き出し電極（金属膜）との間に隙間が形成されることを防止して引き出し電極と貫通電極との間で安定した電気的接続を図ることができ、これにより励振電極と外部電極との間で安定した電気的接続を図ることができる。
【００３６】
リッド４０は水晶等の圧電ベース基板により形成され、その周縁が圧電振動片層の支持枠の主面と接合される。
【００３７】
ベース基板４２と圧電振動片層１２との接合、及び圧電振動片層１２とリッド４０との接合は固相接合を行うことが好適である。ここで固相接合とは接着剤を用いずに固相同士を接合する方法をいい、直接接合、メタル接合、陽極接合等が挙げられるが、本実施形形態においては直接接合を行うことが好適である。水晶基板に対する直接接合は、平坦性が確保された水晶基板の接合面にプラズマを照射し、接合部を活性化させた後に接合面を当接させて接合させるもの等があり、接合面において直接接合による新たな接合膜は形成されない。直接接合は共晶金属等の蝋材に比べて遥かに少ない接合面積で充分な接合強度が得られ、本実施形態においては接合幅が５０μｍ〜２００μｍ程度でウェハ同士を充分な接合強度で接合できる。
【００３８】
また直接接合を行うことにより、ウェハ同士の相対位置にばらつきが抑制される。より具体的にはベース基板４２と支持枠２４との相対位置にばらつきが抑制されるので、第１凸部３６と第１貫通孔４４、及び第２凸部３８と第２貫通孔４６の±Ｚ方向の相対位置にばらつきが抑制される。よって金属膜の形成にばらつきが生じることはなく、さらにその後形成される第１貫通電極５２、及び第２貫通電極５４の接続状態にばらつきが生じないので圧電振動子１０の特性のばらつきを抑制することができる。
【００３９】
なおベース基板４２、圧電振動片層１２、リッド４０を同一材料（水晶等の圧電材料）として積層することにより、線膨張係数が各層で互いに一致するため、温度変化に伴う圧電振動片１４への応力の発生を抑制して圧電振動片１４の発振周波数の誤差を抑制することができる。
【００４０】
図３、図４、図５に第１実施形態に係る圧電振動子１０の製造工程を示す。まず図３（ａ）に示すように、矩形のベース基板４２を用意し、第１凸部３６及び第２凸部３８に対向する位置にそれぞれ第１貫通孔４４、第２貫通孔４６をエッチングまたはサンドブラストにより形成する（図３（ｂ））。
【００４１】
次に図４（ａ）に示すように、圧電振動片層１２用の水晶素板６０を用意し、水晶素板６０に支持枠２４、第１連結部１６（不図示）、第２連結部１８（不図示）、第１引き出し部２０、第２引き出し部２２、延伸部３４（図４では不図示）、第１凸部３６、第２凸部３８の外形を残して圧電振動片１４の厚みになるまで両面からエッチングを行い（図４（ｂ））、支持枠２４の外形及び圧電振動片１４の厚みまでエッチングされた領域を残し、さらに第１凸部３６及び第２凸部３８の外形を残して、水晶基板６０のベース基板４２に対向する面において、第１引き出し部２０、第２引き出し部２２、延伸部３４を所定の厚みになるまでエッチングを行い（図４（ｃ））、支持枠２４、第１連結部１６、第２連結部１８、第１引き出し部２０、第２引き出し部２２、延伸部３４（図４では不図示）、第１凸部３６、第２凸部３８、圧電振動片１４の外形を残して水晶基板６０を貫通するまでエッチングすることにより、圧電振動片層１２の外形を形成する（図４（ｄ））。そして第１励振電極２６、第２励振電極２８、第１引き出し電極３０、第２引き出し電極３２を所定の位置に形成する（図４（ｅ））。
【００４２】
この状態で圧電振動片１４は固有の発振周波数により発振可能となるので、第１引き出し電極３０及び第２引き出し電極３２に駆動回路（不図示）を接続して圧電振動片１４を駆動させ、図４（ｆ）に示すように第１励振電極２６の一部を蒸着法により厚膜化またはアルゴンプラズマ照射によるドライエッチング法を用いて薄膜化することにより周波数調整を行う。
【００４３】
次に、以下の工程においては真空チャンバー（不図示）内において行う。図５（ａ）に示すように、ベース基板４２、圧電振動片層１２、リッド４０を積層する。
すなわち、ベース基板４２の周縁と圧電振動片層１２の支持枠２４とを固相接合（直接接合）により接合し、同様に支持枠２４とリッド４０とを固相接合（直接接合）により接合する。
【００４４】
次に図５（ｂ）に示すように、スパッタ等により第１貫通孔４４に第１金属膜４８、４８ａを形成し、第２貫通孔４６に第２金属膜５０、５０ａを形成し（部分拡大図参照）、さらにベース基板４２の第２面４２ｂの第１貫通孔４４の周りに第１外部電極５６を形成し、同様に第２貫通孔４６の周りに第２外部電極５８を形成する。
【００４５】
そして図５（ｃ）に示すように、第１貫通孔４４および第２貫通孔４６に半田ボール５１を挿入し、圧電振動片１４の内部空間１０ａ内に発生し滞留するガスを第１貫通孔４４及び第２貫通孔４６から排出した後、半田ボール５１にレーザー光（不図示）を照射して半田ボール５１を溶解・凝固させることにより、図５（ｄ）に示すように第１貫通孔４４を封止する第１貫通電極５２が形成され、第２貫通孔４６を封止する第２貫通電極５４が形成されることにより圧電振動子１０が形成される。これにより圧電振動子１０内部に内部空間１０ａが形成され、圧電振動片１４は内部空間１０ａにおいて真空封止される。
【００４６】
第２実施形態に係る圧電振動子を図６に示す。図６（ａ）は側面方向から見た側面断面図（部分拡大図付き）、図６（ｂ）は圧電振動子を構成する圧電振動片の平面図、図６（ｃ）は圧電振動片層の底面図である。第２実施形態に係る圧電振動子７０は基本的には第１実施形態の圧電振動子１０と構成が類似するが、圧電振動片層７２において、凸部（第１凸部及び第２凸部）が支持枠のベース基板に対向する面よりベース基板側に突出して形成されることにより、積層時に凸部が貫通孔の開口面を貫通する構成となっている。
【００４７】
このように、第１凸部、第２凸部を形成することにより、各凸部が貫通孔（第１貫通孔、第２貫通孔）に入り込み、各凸部と貫通孔が平面的に干渉するため、ベース基板上に圧電振動片層を積層する際のアライメント性が向上し、積層の際のズレを防止することができる。また凸部における貫通電極の接触面積と貫通孔の内壁の面積とが均衡し、半田ボールが溶解して形成された溶融金属の表面張力が均一化されるので、各凸部に対する貫通電極の機械的な接続信頼性が向上する。さらに第１凸部に形成される第１引き出し電極（及び第１金属膜）と第１貫通電極との接合面積、第２凸部に形成された第２引き出し電極（及び第２金属膜）と第２貫通電極との接合面積が増大するので、引き出し電極と貫通電極との電気的接続の信頼性が第１実施形態の場合よりさらに向上する。
【００４８】
図７に第２実施形態の圧電振動子を構成する圧電振動片層の製造工程を示す。
まず、図７（ａ）に示すように、圧電振動片層１２用の水晶素板１００を用意し、水晶素板１００に第１連結部７６（図６参照）、第２連結部７８（図６参照）、第１引き出し部８０、第２引き出し部８２、支持枠８４、延伸部８６の外形を残して圧電振動片７４の厚みになるまで両面からエッチングを行い（図７（ｂ））、第１凸部８８の外形、第２凸部９０の外形、圧電振動片７４の厚みまでエッチングされた領域を残して第１引き出し部８０、第２引き出し部８２、延伸部８４のベース基板４２に対向する面から支持枠８４の厚みになるまで水晶基板１００にエッチングを行い（図７（ｃ））、支持枠８４の外形、第１凸部８８の外形、第２凸部９０の外形、圧電振動片１４の厚みまでエッチングされた領域の外形を残してベース基板４２に対向する面から第１連結部７６、第２連結部７８、第１引き出し部８０、第２引き出し部８２、延伸部８６（図７では不図示の厚みになるまで水晶基板１００にエッチングを行い（図７（ｄ））、支持枠８４、第１凸部８８、第２凸部９０、第１連結部７６、第２連結部７８、第１引き出し部８８、第２引き出し部９０、圧電振動片７４の外形を残して水晶基板１００を貫通するまでエッチングすることにより、圧電振動片層７４の外形を形成する（図７（ｅ））。そして第１励振電極９２、第２励振電極９４、第１引き出し電９６、第２引き出し電極９８を所定の位置に形成する（図７（ｆ））。
【００４９】
この状態で圧電振動片は固有の発振周波数により発振可能となるので、第１引き出し電極９６及び第２引き出し電極９８に駆動回路（不図示）を接続して圧電振動片７４を駆動させ、図４（ｇ）に示すように第１励振電極９２の一部を蒸着法により厚膜化またはアルゴンプラズマ照射によるドライエッチング法を用いて薄膜化することにより周波数調整を行う。ベース基板４２、圧電振動片層７２、リッド４０の積層は第１実施形態と同様なので（図５参照）説明を省略する。
【００５０】
なお、第１金属膜４８、４８ａ及び第２金属膜５０、５０ａは、ベース基板に圧電振動片層を積層したのちに形成する旨説明したが、積層前に第１貫通孔４４、第２貫通孔４６の内壁のみにそれぞれ第１金属膜４８、第２金属膜５０を形成してもよい。
【００５１】
図８、図９、図１０は、本発明に係る電子部品の第３実施形態である力検出素子であって、図８（ａ）に力検出素子の側面方向からみた側面断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の部分詳細図、図８（ｃ）に力検出素子を構成する感圧素子片の底面図、図９はベース基板側からみた分解斜視図、図１０はダイアフラム側からみた分解斜視図を示す。
力を直接受けて撓む、例えば被測定圧力を受圧して撓む可撓部を有するダイアフラムに支持部を介して搭載された圧電振動子は、例えば、板状の圧電基板上に電極パターンが形成され、力の検出方向に検出軸を設定しており、前記検出軸の方向に直交する方向から被測定圧力がダイアフラムの受圧部で受圧すると前記可撓部が撓み、前記支持部を介して前記圧電振動子に力が加わると、前記圧電振動子は検出軸の方向に引張り応力が生じるため前記圧電振動子の共振周波数が変化し、前記共振周波数の変化から前記被測定圧力の圧力値を検出する。圧力センサー、受圧手段としてのダイアフラムと、前記ダイアフラムに形成した支持部に搭載された感圧素子（双音叉振動子）とを有し、これらを容器に収容しつつダイアフラムの受圧面を外面に臨ませるようにして真空封止した構成となっている。
【００５２】
第３実施形態に係る力検出素子７００は、感圧素子としての双音叉振動子７０５の２本の柱状ビームに形成した励振電極７０１と、前記励振電極７０１に接続された引き出し電極（第１引き出し電極７０２、第２引き出し電極７０３）とを有する感圧素子片７７２を、ダイアフラム７０４の受圧面７０４ａとは反対側の内側の主面７０４ｂ上に形成した支持部７０６に搭載された双音叉振動子７０５であって、前記双音叉振動子７０５は、前記ベース基板７４２に対向する主面に形成された凸部（第１凸部７３６、第２凸部７３８）と、前記凸部の表面上に形成された引き出し電極（第１引き出し電極７０２、第２引き出し電極７０３）と、を有し、前記ベース基板７４２は、前記凸部に対向する位置に形成された貫通孔（第１貫通孔７４４、第２貫通孔７４６）と、前記貫通孔を封止する貫通電極（第１貫通電極７５２、第２貫通電極７５４）と、を有するものでありベース基板７４２、感圧素子片層７７２、ダイアフラム７０４により内部空間７００ａを有する３層構造となっている。
【００５３】
ダイアフラム７０４は、可撓部７０４ｃと前記可撓部７０４ｃの外縁を囲む厚肉部７０４ｄとを有する。
感圧素子片７７２は、２本の柱状ビームからなる振動部７０５ａと前記振動部７０５ａの両端に位置する基部７０５ｂとから構成される双音叉振動子７０５と、前記双音叉振動子７０５を囲む矩形の支持枠部７７３と、前記支持枠部７７３と前記基部７０５ｂとを連結する梁７０７とを有する。また支持枠部７７３のベース基板７４２に対向する主面は、外枠７７３ａと前記外枠の内側に形成され、前記外枠より薄肉に形成された内枠７７３ｂを有し、内枠７７３ｂに梁７０７が接続されている。さらに内枠７７３ｂの後述の第１貫通孔７４４に対向する位置に第１凸部７３６が形成され、後述の第２貫通孔７４６に対向する位置に第２凸部７３８が形成されている。また内枠７７３ｂには励振電極７０１に接続された第１引き出し電極７０２及び第２引き出し電極７０３が形成されている。なお図１２において励振電極７０１はベース基板７４２側にのみ形成されたように描かれているが、実際には両面に形成されているものとする。
【００５４】
第１実施形態と同様に、感圧素子層７１２の支持枠７７３の外枠７７３ａの両面にはそれぞれ、前記ダイアフラム７０４の厚肉部７０４ｄとベース基板７４２の外縁部７４２ｃとが、直接接合を用いて接合されている。同様に一対の基部７０５ｂは一対の支持部７０６と直接接合を用いて接合されている（図８（ａ）参照）。
一方、第１実施形態と同様に、ベース基板７４２の第１面７４２ａの反対側の第２面７４２ｂから第１面７４２ａに向かって漸次内径を小さくするテーパー状に貫通孔（第１貫通孔７４４、第２貫通孔７４６）が形成されている。
【００５５】
そして、第１貫通孔７４４の内壁及び第１凸部７３６に形成された第１引き出し電極７３０には夫々金属膜（第１金属膜７４８、７４８ａ）が形成され、第２貫通孔７４６の内壁及び第２凸部７３８に形成された第２引き出し電極７３２には夫々金属膜（第２金属膜７５０、７５０ａ）がスパッタ等により形成される。この第１金属膜７４８、７４８ａ、第２金属膜７５０、７５０ａを形成すると同時にベース基板７４２の第２面７４２ｂには第１金属膜７４８と接続する第１外部電極７５６、第２金属膜７５０と接続する第２外部電極７５８を形成することができる。そして第１実施形態と同様に、貫通孔内部には貫通孔を封止する貫通電極（第１貫通電極７５２、第２貫通電極７５４）が形成される。第１貫通電極７５２は第１貫通孔７４４の内壁に形成された第１金属膜７４８及び第１引き出し電極７３０上に形成された第１金属膜７４８ａに接続される（図８（ｂ）参照）。よって第１引き出し電極７３０は、第１金属膜７４８ａ、第１貫通電極７５２、第１金属膜７４８を介して第１外部電極７５６に電気的に接続される。第２貫通電極７５４は、第２貫通孔７４６の内壁に形成された第２金属膜７５０及び第２引き出し電極７３２上に形成された第２金属膜７５０ａに接続される（図８（ｂ）参照）。よって、第２引き出し電極７３２は、第２金属膜７５０ａ、第２貫通電極７５４、第２金属膜７５０を介して第２外部電極７５８に電気的に接続される。
【００５６】
したがって双音叉振動子７０５を励振する励振電極７０１を、外部電極（第１外部電極７５６、第２外部電極７５８）を介して双音叉振動子７０５を駆動する駆動回路（不図示）に接続することにより、双音叉振動子７０５を固有の共振周波数で振動させることができる。ところで、ダイアフラム７０４が圧力により撓むことにより一対の支持部７０６は互いに離間するため、これらに接続した一対の基部７０５ｂも互いに離間するため、双音叉振動子７０５の共振周波数が変動することになる。よってこの共振周波数の変動を利用してダイアフラム７０４が受圧する被圧力測定領域の圧力値を得ることができる。なお、感圧素子層７７２の製造方法は第１実施形態における圧電振動片層１２と同様なので説明を省略する。また第２実施形態のように、第１凸部７３６及び第２凸部７３８を支持枠７７３の外枠７７３ａよりもベース基板７４２側に突出して形成することも可能である。
【００５７】
以上、実施形態として、圧電振動子、力検出素子を前提として述べてきたがこれに限定されることはない。すなわち、積層構造の電子部品において、電子部品を構成し電極を有する電子素子片をベース基板上に搭載して形成される電子部品であって、前記ベース基板は、前記電子素子片に対向する位置に形成された貫通孔と、前記貫通孔を封止する封止部材とを有し、前記電子素子片は、前記電子素子片の前記貫通孔に対向する主面に凸部を有するとともに、前記凸部の表面上に形成された導電膜が前記貫通孔の前記電子素子片に対向する側の開口面を貫通している構成とすることにより、電子素子片の電極と基板側の電極との電気的接続を高い信頼性で実現することができる。
【００５８】
さらに、図１（ａ）、図６（ａ）、図８（ｂ）に示すように、いずれの実施形態においても、振動片コーナーの引き出し電極表面と貫通孔の開口面との間に隙間１０ｂ、７０ｂ、７００ｂを確保し、半田ボールで貫通電極を形成する際、内部空間のガスを前記隙間１０ｂ、７０ｂ、７００ｂを介して外部へ排出して内部空間を真空にしてから、貫通電極を形成するものである。貫通電極は凸部表面の電極膜（引き出し電極、金属膜）と外部電極とを電気的に接続する機能を有する。また、隙間１０ｂ、７０ｂ、７００ｂは内部空間を真空引きするための機能を有するため、引き出し電極と外部電極とを電気的に接続するために貫通孔を半田ボール等の蝋材で気密に封止する際、従来構造では貫通孔の開口面と引き出し電極とにギャップが存在しているため、気密封止の信頼性並びに電気的な導通を確保する上での信頼性に問題があったが、いずれの実施形態においても、圧電振動片の貫通孔に対向する部位に凸部を設け、前記凸部の表面に引き出し電極を形成したので、前記引き出し電極の凸面が貫通孔の開口面を貫通し、前記貫通孔の内部に入り込んでいるため、半田ボールを溶解させて形成される貫通電極が確実に引き出し電極と外部電極とを電気的に接続させると共に貫通孔を気密封止できるので内部空間を確実に真空にすることができる。
【００５９】
図１１に第３実施形態の力検出素子の変形例を示す。図１１において、破線で囲まれた領域の詳細図は図８（ｂ）の右側のものと同様である。本実施形態において、真空封止する部位は一箇所で良いので、図１１に示す変形例のように、貫通孔のうちいずれか一方は、振動片の表面と貫通孔の開口面とが同一平面を形成するように位置してもよく、他方の貫通孔が前述の構造となっていれば良い。このような構造は第１実施形態及び第２実施形態においても同様に適用できる。即ち本発明に係る電子部品は、複数存在する貫通電極のうち、少なくとも一箇所が、振動片コーナーの引き出し部表面と貫通孔の開口面との間に隙間１０ｂ、７０ｂ、７００ｂを有し、半田ボールで貫通電極を形成する際、内部空間のガスを前記隙間１０ｂ、７０ｂ、７００ｂを介して外部へ排出して内部空間を真空にしてから、貫通電極を形成する構造を有するものであり、真空引きは前記一箇所のみで行うことができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０………圧電振動子、１２………圧電振動片層、１４………圧電振動片、１６………第１連結部、１８………第２連結部、２０………第１引き出し部、２２………第２引き出し部、２４………支持枠、２６………第１励振電極、２８………第２励振電極、３０………第１引き出し電極、３２………第２引き出し電極、３４………延伸部、３６………第１凸部、３８………第２凸部、４０………リッド、４２………基板、４４………第１貫通孔、４６………第２貫通孔、４８………第１金属膜、４８ａ………第１金属膜、５０………第２金属膜、５０ａ………第２金属膜、５１………半田ボール、５２………第１貫通電極、５４………第２貫通電極、５６………第１外部電極、５８………第２外部電極、６０………水晶基板、７０………圧電振動子、７２………圧電振動片層、７４………圧電振動片、７６………第１連結部、７８………第２連結部、８０………第１引き出し部、８２………第２引き出し部、８４………支持枠、８６………延伸部、８８………第１凸部、９０………第２凸部、９２………第１励振電極、９４………第２励振電極、９６………第１引き出し電極、９８………第２引き出し電極、１００………水晶基板、２０２（ａｂ）………蓋体、２０３………水晶片、２０４（ａｂ）………凹部、２０５（ａｂ）………励振電極、２０６（ａｂ）………貫通孔、２０７（ａｂ）………引き出し電極、２０８………導電性接合材、２０９（ａｂ）………実装電極、３０１………蓋体用シート状ウェハ、３０２………貫通孔、３０３………ベース用シート状ウェハ、３０４………水晶振動素子、３０５………水晶ウェハ、３０６………水晶振動子、３０７………電気導通路、３０８………金属粉、４０１………蓋体用シート状ウェハ、４０２………貫通孔、４０３………ベース用シート状ウェハ、４０４………水晶振動素子、４０５………水晶ウェハ、４０６………水晶振動子、４０７………電気導通路、４０８………レーザー照射装置、４０９………金属箔、４１０………レーザー光、４１１………金属箔微粒子、７００………力検出素子、７０１………励振電極、７０２………第１引き出し電極、７０３………第２引き出し電極、７０４………ダイアフラム、７０５………双音叉振動子、７０６………支持部、７０７………梁、７３６………第１凸部、７３８………第２凸部、７４２………ベース基板、７４４………第１貫通孔、７４６………第２貫通孔、７４８………第１金属膜、７５０………第２金属膜、７５２………第１貫通電極、７５４………第２貫通電極、７５６………第１外部電極、７５８………第２外部電極、７７２………感圧素子層、７７３………支持枠。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子素子片をベース基板上に搭載して形成される電子部品であって、
前記ベース基板は、前記電子素子片に対向する位置に形成された貫通孔と、前記貫通孔を封止する封止部材とを有し、
前記電子素子片は、前記電子素子片の前記貫通孔に対向する主面に凸部を有するとともに、前記凸部の表面上に形成された導電膜が前記貫通孔の前記電子素子片に対向する側の開口面を貫通している
ことを特徴とする電子部品。
【請求項２】
前記凸部が、前記開口面を貫通していることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
【請求項３】
励振電極を有する圧電振動片をベース基板上に搭載して形成された圧電振動子であって、
前記ベース基板は、前記圧電振動片に対向する位置に形成された貫通孔と、前記貫通孔を封止する貫通電極とを有し、
前記圧電振動片は、前記圧電振動片の前記貫通孔に対向する主面に凸部と、前記凸部の表面上に形成されると共に前記励振電極と電気的に接続された導電膜と、を有し、
前記凸部の表面上に形成された導電膜が前記貫通孔の前記圧電振動片に対向する側の開口面を貫通している
ことを特徴とする圧電振動子。
【請求項４】
ベース基板上に圧電振動片層を積層して形成される圧電振動片であって、
前記ベース基板は、
前記凸部に対向する位置に形成された貫通孔と、
前記貫通孔を封止する貫通電極と、を有し、
前記圧電振動片層は、
励振電極を有する圧電振動片と、
前記圧電振動片を支持し、前記ベース基板に接合される支持枠と、
前記圧電振動片に接続された引き出し部と、
前記引き出し部の前記ベース基板に対向する面に形成された凸部と、
前記凸部の表面上に形成されると共に前記励振電極と電気的に接続された導電膜と、を有し、
前記凸部の表面上に形成された導電膜が前記貫通孔の前記圧電振動片に対向する側の開口面を貫通している
ことを特徴とする圧電振動子。
【請求項５】
前記支持枠は、前記ベース基板に固相接合により接合されることを特徴とする請求項４に記載の圧電振動子
【請求項６】
前記凸部は、前記支持枠の前記ベース基板に対向する面より前記基板側に突出して形成され、前記凸部は前記開口面を貫通することを特徴とする請求項４または５に記載の圧電振動子。
【請求項１】
電子素子片をベース基板上に搭載して形成される電子部品であって、
前記ベース基板は、前記電子素子片に対向する位置に形成された貫通孔と、前記貫通孔を封止する封止部材とを有し、
前記電子素子片は、前記電子素子片の前記貫通孔に対向する主面に凸部を有するとともに、前記凸部の表面上に形成された導電膜が前記貫通孔の前記電子素子片に対向する側の開口面を貫通している
ことを特徴とする電子部品。
【請求項２】
前記凸部が、前記開口面を貫通していることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
【請求項３】
励振電極を有する圧電振動片をベース基板上に搭載して形成された圧電振動子であって、
前記ベース基板は、前記圧電振動片に対向する位置に形成された貫通孔と、前記貫通孔を封止する貫通電極とを有し、
前記圧電振動片は、前記圧電振動片の前記貫通孔に対向する主面に凸部と、前記凸部の表面上に形成されると共に前記励振電極と電気的に接続された導電膜と、を有し、
前記凸部の表面上に形成された導電膜が前記貫通孔の前記圧電振動片に対向する側の開口面を貫通している
ことを特徴とする圧電振動子。
【請求項４】
ベース基板上に圧電振動片層を積層して形成される圧電振動片であって、
前記ベース基板は、
前記凸部に対向する位置に形成された貫通孔と、
前記貫通孔を封止する貫通電極と、を有し、
前記圧電振動片層は、
励振電極を有する圧電振動片と、
前記圧電振動片を支持し、前記ベース基板に接合される支持枠と、
前記圧電振動片に接続された引き出し部と、
前記引き出し部の前記ベース基板に対向する面に形成された凸部と、
前記凸部の表面上に形成されると共に前記励振電極と電気的に接続された導電膜と、を有し、
前記凸部の表面上に形成された導電膜が前記貫通孔の前記圧電振動片に対向する側の開口面を貫通している
ことを特徴とする圧電振動子。
【請求項５】
前記支持枠は、前記ベース基板に固相接合により接合されることを特徴とする請求項４に記載の圧電振動子
【請求項６】
前記凸部は、前記支持枠の前記ベース基板に対向する面より前記基板側に突出して形成され、前記凸部は前記開口面を貫通することを特徴とする請求項４または５に記載の圧電振動子。
【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】
【公開番号】特開２０１０−２６３５３０（Ｐ２０１０−２６３５３０Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１４２７４（Ｐ２００９−１１４２７４）
【出願日】平成２１年５月１１日（２００９．５．１１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１１日（２００９．５．１１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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