JP6577206B2 - 圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動子又は圧電発振器等の圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法に関する。

一般に、圧電振動子乃至は圧電発振器は、圧電体（例えば圧電素板）と、その表面（例えば圧電素板の両主面）に設けられた１対の励振電極とを有している。１対の励振電極に交流電圧が印加されると、１対の励振電極間に電界が形成され、圧電素板は、発振信号の生成に利用可能な振動を生じる。

一方、圧電素板の両主面に１対の励振電極を設けることに代えて、圧電素板の両主面とギャップを介して１対の励振電極を配置すること（エアギャップ式の圧電振動子）も提案されている（特許文献１及び２）。このような構成によっても、１対の励振電極に交流電圧が印加されると、１対の励振電極間に電界が形成されることから、圧電素板は、発振信号の生成に利用可能な振動を生じる。

圧電素板に１対の励振電極を設ける圧電振動子においても、エアギャップ式の圧電振動子においても、圧電素板の平面視において、励振電極は、圧電素板の中央側の一部にのみ配置されている。このようにすることにより、いわゆるエネルギーの閉じ込めが生じ、特性が向上することが知られている。なお、特に文献を挙げないが、エネルギーの閉じ込め効果を向上させるために圧電素板の外周部をベベル加工する技術も知られている。

特開平２−５３３１３号公報 特開２０００−２６９７７７号公報

特許文献１及び２におけるエネルギーの閉じ込め効果を得る方法では、種々の不都合が生じる。例えば、圧電素板には、励振電極に電圧を印加するための配線も設けられており、この配線の電位が圧電素板における電界に影響を及ぼすおそれがある。そこで、より好適にエネルギーの閉じ込め効果が得られるエアギャップ式の圧電デバイス及びその製造方法が提供されることが望まれる。

本発明の一態様に係る圧電振動子は、振動部を有する圧電基板と、前記振動部の一方の主面とギャップを介して対向する第１対向面を有する第１絶縁基板と、前記振動部の他方の主面とギャップを介して対向する第２対向面を有する第２絶縁基板と、前記第１対向面に設けられた層状の第１励振電極と、前記第２対向面に設けられた層状の第２励振電極と、を有し、前記第１対向面及び第２対向面は、前記振動部の外周側部分に対向する領域同士の距離よりも前記振動部の中央側部分に対向する領域同士の距離が短い。

好適には、前記第１対向面及び前記第２対向面それぞれは、前記振動部の外周側部分に対向する領域よりも前記振動部の中央側部分に対向する領域が前記振動部に近づく形状である。

好適には、前記第１励振電極は、前記第１対向面の全体を覆っている。

好適には、前記第１絶縁基板の前記圧電基板側の全面を覆い、前記第１励振電極を含む絶縁側金属層を更に有する。

好適には、前記圧電基板の前記第１絶縁基板側の面に設けられ、前記振動部を囲む圧電側金属層を更に有し、前記絶縁側金属層と前記圧電側金属層とが直接に接合されている。

好適には、前記第１対向面は、前記振動部の中央側ほど前記振動部に近づく曲面を有する。

好適には、前記第１対向面は、前記振動部の中央側部分と平行に対向する平面を有する。

好適には、前記第１対向面は、前記振動部の中央側部分と対向する領域に突部を有する。

本発明の一態様に係る圧電デバイスの製造方法は、振動部を有する圧電基板と、前記振動部の一方の主面とギャップを介して対向する第１対向面を有する第１絶縁基板と、前記振動部の他方の主面とギャップを介して対向する第２対向面を有する第２絶縁基板と、前記第１対向面に設けられた層状の第１励振電極と、前記第２対向面に設けられた層状の第２励振電極と、を有する圧電デバイスの製造方法であって、前記振動部の外周側部分に対向する領域よりも前記振動部の中央側部分に対向する領域が前記振動部に近づく形状である前記第１対向面を形成するステップと、前記第１絶縁基板の、前記第１対向面が形成された側の面の全面に、前記第１励振電極を含む絶縁側金属層を形成するステップと、前記圧電基板の、前記第１絶縁基板側の面に前記振動部を囲む圧電側金属層を形成するステップと、前記圧電側金属層と、前記第１対向面が形成された側の面の全面に形成されている前記絶縁側金属層とを原子拡散接合により接合するステップと、を有する。

上記の構成又は手順によれば、エアギャップ式の圧電デバイスにおいてエネルギーの閉じ込め効果が好適に得られる。

本発明の第１実施形態に係る水晶振動子の外観を示す斜視図。 図１の水晶振動子の分解斜視図。 図１のIII−III線における断面図。 図４（ａ）〜図４（ｅ）は図１の水晶振動子における導電層のパターンを示す図。 図５（ａ）〜図５（ｄ）は第２〜第５実施形態の構成を示す断面図。

以下、本発明の実施形態に係る水晶振動子について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。

また、以下の図面では、図面相互の対応関係を明確にするために、ｘｙｚ直交座標系を付すことがある。この直交座標系のｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、水晶振動子の形状に基づいて定義されており、電気軸、機械軸及び光学軸を示すものではない。

水晶振動子は、いずれの方向が上方又は下方とされてもよいものであるが、以下では、説明の便宜上、ｚ軸方向の正側を上方として、上面、下面等の語を用いることがある。

＜第１実施形態＞
（水晶振動子の構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る水晶振動子１（以下、「水晶」は省略することがある。）の外観を示す斜視図である。

振動子１は、例えば、全体として概略直方体状の電子部品である。その寸法は適宜に設定されてよい。例えば、比較的小さいものでは、ｘ方向又はｙ方向においては１辺の長さが１〜２ｍｍであり、ｚ方向においては１辺の長さが０．２〜０．４ｍｍである。

振動子１は、例えば、外部端子３Ａ、３Ｂ（以下、Ａ、Ｂを省略することがある。）を有している。１対の外部端子３は、例えば、金属等の導電体からなり、振動子１の下面に層状に設けられている。１対の外部端子３と不図示の回路基板の１対のパッドとが不図示の導電性のバンプ（例えば半田）によって接着されることにより、振動子１は、回路基板に固定されるとともに電気的に接続される。

図２は、振動子１の分解斜視図である。

振動子１は、例えば、概略３つの部材からなる。すなわち、振動子１は、ベース５と、ベース５の上に重ねられる中間部材７と、中間部材７の上に重ねられるリッド９とを有している。ベース５、中間部材７及びリッド９は、例えば、それぞれ概略平板状であり、その外縁は互いに一致する矩形である。これらの部材が積層されることによって、概略直方体状の振動子１が構成される。

中間部材７は、ベース５の一対の外部端子３から電界が印加されることによって振動する振動部１１を有する部材である。ベース５及びリッド９は、振動部１１に印加される電界を形成する部分である。また、中間部材７の外周部分、ベース５及びリッド９は、振動部１１のパッケージとしても機能する。

ベース５、中間部材７及びリッド９はそれぞれ、概略、絶縁性の基板と、その主面に設けられた導電層（例えば金属層）とを有する構成である。導電層は、振動部１１に印加される電界の形成、及び、部材同士の接合等に利用される。

具体的には、ベース５は、絶縁性のベース基板１３と、その下面に設けられた既述の外部端子３と、ベース基板１３の上面に設けられたベース金属層１５とを有している。中間部材７は、圧電基板１７と、その両主面に設けられた中間金属層１９Ｊ及び１９Ｋ（以下、Ｊ、Ｋを省略することがある）とを有している。リッド９は、絶縁性のリッド基板２１と、その下面に設けられたリッド金属層２３とを有している。

ベース基板１３及びリッド基板２１は、例えば、水晶、セラミック又は樹脂からなる。圧電基板１７は、例えば、水晶の基材から適宜なカット角で切り出されたものであり、例えば、ＡＴカット板である。

ベース金属層１５、中間金属層１９及びリッド金属層２３は、１層の金属層から構成されてもよいし、２種以上の金属層から構成されてもよい。金属層を構成する材料は、例えば、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｕである。なお、ベース基板１３、リッド基板２１又は圧電基板１７が水晶からなる場合、金属層は、水晶との密着性が高いクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）又はニクロム（ＮｉＣｒ）からなる下地層と、この下地層に重ねられた、導電性が高い金（Ａｕ）又は銀（Ａｇ）からなる層とを有していることが好ましい。なお、導電層は、水晶との密着性及び導電性の双方が高い適宜な合金からなる単層であってもよい。

図３は、図１のIII−III線における断面図である。

ベース基板１３及びリッド基板２１は、例えば、概略、一定の厚みの平板において、中間部材７側に凹部１３ａ及び２１ａが形成された形状とされている。凹部１３ａ及び２１ａが形成されていることから、圧電基板１７の中央側部分は、ギャップを介してベース基板１３及びリッド基板２１と対向している。これにより、圧電基板１７の中央側部分は、振動可能な振動部１１となっている。凹部１３ａ及び２１ａの形状は、例えば、振動部１１に対して面対称の形状とされている。凹部１３ａ及び２１ａの平面形状は、適宜な形状とされてよいが、例えば、矩形である。

振動部１１は、例えば、圧電基板１７において振動部１１の周囲３方に溝が形成されることによって（図２参照）、一端側が支持され、他端側が自由端とされている。すなわち、圧電基板１７は、枠部１７ａと、枠部１７ａに支持された振動部１１とを有している。なお、このように圧電基板１７自体の形状によって振動しやすい部分（振動部１１）が形成されている場合、振動部１１は、凹部１３ａ及び２１ａ（ベース基板１３及びリッド基板２１による振動の拘束位置）によってではなく、振動部１１自体の形状によってその範囲が定義されてよい。枠部１７ａの平面形状は適宜な形状とされてよいが、例えば、その内縁は凹部１３ａ及び２１ａに一致する。振動部１１の平面形状は適宜な形状とされてよいが、例えば、矩形である。振動部１１の厚さは、例えば、枠部１７ａの厚さと同一である。

凹部１３ａ及び２１ａの底面は、ギャップを介して振動部１１と対向する対向面１３ｂ及び２１ｂを有している。本実施形態では、振動部１１は、枠部１７ａとの間に溝が形成されることにより、平面視において凹部１３ａ及び２１ａの底面よりも若干小さい。従って、厳密には、ギャップを介して振動部１１と対向する対向面１３ｂ及び２１ｂは、凹部１３ａ及び２１ａの底面よりも若干小さい。ただし、対向面１３ｂ及び２１ｂと凹部１３ａ及び２１ａの底面とは概略同等であるので、以下の説明では両者を区別しないことがある。

凹部１３ａ及び２１ａの底面は、例えば、その中央側ほど振動部１１に近づくように膨らむ曲面により構成されている。換言すれば、対向面１３ｂ及び２１ｂは、振動部１１の外周側部分に対向する領域よりも振動部１１の中央側部分に対向する領域が振動部１１に近づく形状である。従って、対向面１３ｂ及び２１ｂは、振動部１１の外周側部分に対向する領域同士の（対向方向の）距離よりも振動部１１の中央側部分に対向する領域同士の距離が短い。

なお、図では、曲面の頂点は、凹部１３ａ及び２１ａの中央位置となっているが、振動部１１の中央位置とされてもよい。曲面は、球の表面のようにその全体に亘って曲率が一定のものであってもよいし、曲率が位置によって変化するものであってもよい。また、曲率の大きさは適宜に設定されてよい。

ベース金属層１５は、例えば、ベース基板１３の圧電基板１７側の面の概ね全面を覆っている。具体的には、例えば、ベース金属層１５は、凹部１３ａの底面（対向面１３ｂ）及び内周面の全体を覆い、また、凹部１３ａの周囲の枠状の面については一部を除いて概ね全体を覆っている。そして、ベース金属層１５のうち対向面１３ｂ上に位置する部分は、振動部１１とギャップを介して対向する励振電極２５Ａを構成している。

同様に、リッド金属層２３は、例えば、リッド基板２１の圧電基板１７側の面の概ね全面を覆っている。具体的には、例えば、リッド金属層２３は、凹部２１ａの底面（対向面２１ｂ）及び内周面の全体を覆い、また、凹部２１ａの周囲の枠状の面についてもその全体を覆っている。そして、リッド金属層２３のうち対向面２１ｂ上に位置する部分は、振動部１１とギャップを介して対向する励振電極２５Ｂを構成している。

励振電極２５Ａ及び２５Ｂ（以下、Ａ、Ｂを省略することがある。）に交流電圧が印加されることによって、これらの電極間に電界が形成される。これにより、振動部１１に電界が印加され、振動部１１が振動する。

励振電極２５は、層状電極であることから、対向面１３ｂ及び２１ｂの上述した膨らみにより、励振電極２５は、振動部１１の外周側部分に対向する領域よりも振動部１１の中央側部分に対向する領域が振動部１１に近い。また、１対の励振電極２５は、振動部１１の外周側部分に対向する領域同士の距離よりも振動部１１の中央側部分に対向する領域同士の距離が短い。電界は電荷間の距離が短いほど強くなるから、１対の励振電極２５間における電界は、振動部１１の中央側部分の方が振動部１１の外周側部分よりも大きくなる。

振動部１１と励振電極２５（対向面１３ｂ及び２１ｂ）との距離、及び、１対の励振電極２５間（対向面１３ｂ及び２１ｂ）の距離等は、適宜に設定されてよい。例えば、振動部１１と励振電極２５との最短距離（振動部１１の主面の略中央における距離）は、振動部１１が所定の振幅で振動したときに振動部１１が励振電極２５に接触しない範囲で、できるだけ小さくされる。また、振動部１１と励振電極２５との最長距離（振動部１１の外縁位置における距離）は、例えば、ベース基板１３又はリッド基板２１の強度を確保でき、また、振動子１が大型化し過ぎない範囲で、できるだけ大きくされる。

上述のように、ベース金属層１５は、ベース基板１３の圧電基板１７側の面の概ね全体を覆っており、ひいては、凹部１３ａを囲んでいる。同様に、リッド金属層２３は、リッド基板２１の圧電基板１７側の面の全体を覆っており、ひいては、凹部２１ａを囲んでいる。一方、中間金属層１９は、圧電基板１７の各主面において、振動部１１を除いて概ね全体を覆っており、ひいては、振動部１１を囲んでいる。

従って、ベース金属層１５と中間金属層１９Ｊとは振動部１１の周囲において互いに対向する。また、中間金属層１９Ｋとリッド金属層２３とは振動部１１の周囲において互いに対向する。これらの互いに対向する金属層同士は、全周に亘って互いに接合されている。これにより、ベース５、中間部材７及びリッド９は互いに固定され、また、振動部１１を収容する空間（凹部１３ａ及び２１ａ等からなる空間）は密閉される。振動部１１を収容する空間は、例えば、不活性ガスで満たされていてもよいし、真空とされていてもよい。金属層同士の接続は、例えば、原子拡散接合によってなされる。

１対の外部端子３と１対の励振電極２５とは、例えば、スルーホール導体２７Ａ，２７Ｂ及び２７Ｃ（以下、Ａ、Ｂ及びＣを省略することがある）によって互いに接続されている。具体的には、以下のとおりである。

スルーホール導体２７Ａは、外部端子３Ａと重なる位置にてベース基板１３を貫通する貫通孔の内周面に形成されている。そして、スルーホール導体２７Ａは、下端が外部端子３Ａに接続され、上端がベース金属層１５のうちの、励振電極２５Ａを含むパターンに接続されている。これにより、外部端子３Ａと励振電極２５Ａとは電気的に接続されている。

スルーホール導体２７Ｂは、外部端子３Ｂと重なる位置にてベース基板１３を貫通する貫通孔の内周面に形成されている。スルーホール導体２７Ｃは、スルーホール導体２７Ｂの貫通孔と重なる位置にて圧電基板１７を貫通する貫通孔の内周面に形成されている。そして、スルーホール導体２７Ｂの下端は外部端子３Ｂに接続され、スルーホール導体２７Ｂの上端はスルーホール導体２７Ｃの下端に接続され、スルーホール導体２７Ｃの上端はリッド金属層２３に接続されている。これにより、外部端子３Ｂとリッド金属層２３に含まれる励振電極２５Ｂとは電気的に接続されている。

図４（ａ）〜図４（ｅ）は、上述した各種の導電層の平面形状の一例を示すための図である。具体的には、図４（ａ）はリッド９の下面図、図４（ｂ）は中間部材７の上面図、図４（ｃ）は中間部材７の下面図、図４（ｄ）はベース５の上面図、図４（ｅ）はベース５の下面図である。

図４（ｅ）に示すように、１対の外部端子３は、例えば、ベース基板１３の下面の長手方向両側において、矩形状に形成されている。スルーホール導体２７は、例えば、凹部１３ａ及び２１ａよりも外側に位置するように、外部端子３の配置領域のうち前記長手方向の外側に位置している。なお、図では、スルーホール導体２７は、ベース基板１３の短辺に対してその中央付近に位置しているが、ベース基板１３の角部付近に位置するなどしてもよい。外部端子３とスルーホール導体２７とは、例えば、スルーホール導体２７の全周に亘って接続されている。

図４（ｄ）に示すように、ベース金属層１５は、例えば、スルーホール導体２７Ａに接続されるメインパターン１５ａと、スルーホール導体２７Ｂに接続されるサブパターン１５ｂとを有している。

メインパターン１５ａは、例えば、ベース基板１３の上面の大部分を覆っており、励振電極２５Ｂを含むとともに凹部１３ａを囲む枠状部分を有している。メインパターン１５ａの凹部１３ａを囲む枠状部分は、例えば、スルーホール導体２７Ａの全周に接続されているとともに励振電極２５Ｂの全周に接続されている。

サブパターン１５ｂは、例えば、スルーホール導体２７Ｂの上端を囲む環状パターンであり、その外縁は、メインパターン１５ａから切り離されている。また、サブパターン１５ｂは、例えば、スルーホール導体２７Ｂの全周に接続されている。

図４（ｃ）に示すように、中間金属層１９Ｊは、例えば、ベース金属層１５のメインパターン１５ａと接合されるメインパターン１９ａと、ベース金属層１５のサブパターン１５ｂと接合されるサブパターン１９ｂとを有している。

メインパターン１９ａは、例えば、メインパターン１５ａから凹部１３ａに対応する部分を除いた形状である。サブパターン１９ｂは、例えば、サブパターン１５ｂと同一の形状である。サブパターン１９ｂは、例えば、スルーホール導体２７Ｃの全周に接続されている。サブパターン１９ｂとサブパターン１５ｂとの接合によって、スルーホール導体２７Ｂと２７Ｃとは接続される。

図４（ｂ）に示すように、中間金属層１９Ｋは、例えば、一のパターンからなり、振動部１１及びスルーホール導体２７Ｃの配置領域を除く全面に形成されている。中間金属層１９Ｋは、例えば、スルーホール導体２７Ｃの全周に接続されている。

図４（ａ）に示すように、リッド金属層２３は、例えば、一のパターンからなり、リッド基板２１の下面の全面を覆っている。リッド金属層２３は、中間金属層１９Ｋと接合され、これにより、スルーホール導体２７Ｃと電気的に接続され、ひいては、外部端子３Ｂと電気的に接続される。

（水晶振動子の製造方法）
振動子１の製造においては、特に図示しないが、まず、ベース基板１３、圧電基板１７及びリッド基板２１を作製する。例えば、各基板が多数個取りされるウェハに対してエッチング加工及び／又はブラスト加工を行うことにより、凹部１３ａ及び２１ａ、並びに、振動部１１の周囲の溝等が形成される。なお、加工精度の観点からは、フォトリソグラフィーにより形成されたレジストマスクを利用したエッチングが好ましい。スルーホール導体２７用の貫通孔は、レーザー加工やドリル加工によって形成されてもよい。

この各基板を作製する工程において、中央側部分が膨らむ対向面１３ｂ及び２１ｂも形成される。本実施形態のように曲面からなる対向面１３ｂ及び２１ｂは、例えば、ウェハから複数の微小なレンズ（例えばマイクロレンズ）を形成する方法に倣って形成されてよい。例えば、レンズ形状のレジストをウェハ上に形成し、このレジストとともにウェハをエッチングすることによってレンズ形状をウェハに転写してよい。レンズ形状のレジストは、例えば、熱フローを利用したり、グレースケールマスクを利用したりして形成される。

次に、各基板が多数個取りされる各ウェハに対して各種の金属層（３、１５、１９及び２３）を形成する。具体的には、例えば、公知の成膜方法によって金属層を形成した後、フォトリソグラフィーによって形成したレジストマスクを介してエッチングする。又は、フォトリソグラフィーによって形成したレジストマスクを介して公知の成膜方法によって金属層を成膜する。

ただし、図４（ａ）に示したように、リッド金属層２３は、リッド基板２１の下面の全面に形成されることから、その形成にあたってパターニングは不要である。すなわち、金属層形成後のレジストマスクの形成及び金属層のエッチング、又は、金属層形成前のレジストマスクの形成は不要である。

金属層の成膜には、めっき法（無電解めっき、電解めっき）や蒸着法（真空蒸着やスパッタリング）等の公知の方法又はその組み合わせが適宜に選択されてよい。なお、比較的高い真空度の雰囲気下において、スパッタリング等によって金属層を形成すれば、金属層の形成に引き続いて、同一の真空雰囲気下にて、後述する原子拡散接合による接合を行うことができ、好適である。

次に、原子拡散接合によりウェハ同士を貼り合わせる。具体的には、例えば、ベース５、中間部材７及びリッド９が多数個取りされる３枚のウェハを真空中又は不活性ガス中で重ね合わせ、必要に応じて加圧及び加熱を行う。ただし、加熱は、ベース金属層１５、中間金属層１９及びリッド金属層２３がこれらの融点以下の温度となるように行われる。接合前に、金属層にイオン照射を行って金属膜表面を清浄化及び活性化してもよい。このような方法により、ベース金属層１５と中間金属層１９Ｊとの間で原子が拡散してこれらの層が接合され、また、中間金属層１９Ｋとリッド金属層２３との間で原子が拡散してこれらの層が接合される。その後、接合された３枚のウェハがダイシングされ、複数の振動子１が切り出される。

以上のとおり、本実施形態では、水晶振動子１は、振動部１１を有する圧電基板１７と、振動部１１の一方の主面とギャップを介して対向する対向面２１ｂを有するリッド基板２１と、振動部１１の他方の主面とギャップを介して対向する対向面１３ｂを有するベース基板１３と、対向面２１ｂに設けられた層状の励振電極２５Ｂと、対向面１３ｂに設けられた層状の励振電極２５Ａと、を有している。対向面１３ｂ及び２１ｂは、振動部１１の外周側部分に対向する領域同士の距離よりも振動部１１の中央側部分に対向する領域同士の距離が短い。

従って、例えば、圧電基板１７が原子拡散接合されていない部分、つまり、上下にギャップのある振動部１１の中央側部分において、ベース金属層１５とリッド金属層２３との距離（１対の励振電極２５間の距離）を相対的に短くし、電界の強度を高くすることができる。その結果、エネルギーの閉じ込め効果が生じ、振動部１１の特性を向上させることができる。その一方で、振動部１１の外周側部分においては、ベース金属層１５とリッド金属層２３との距離を相対的に長くすることができる。その結果、例えば、励振電極２５に電圧を印加するためのパターンによって振動部１１に電界が印加されることが抑制され、振動部１１の特性が向上する。

また、本実施形態では、対向面１３ｂ及び２１ｂそれぞれは、振動部１１の外周側部分に対向する領域よりも振動部１１の中央側部分に対向する領域が振動部１１に近づく形状である。

従って、例えば、対向面１３ｂ及び２１ｂのうち一方のみを振動部１１に近づく形状とする態様（この態様も本願発明に含まれる）に比較して、対向面１３ｂ及び２１ｂにおいて、振動部１１の外周側部分に対向する領域同士の距離よりも振動部１１の中央側部分に対向する領域同士の距離を短くしやすい。その結果、エネルギーの閉じ込め効果等が増大する。また、１対の励振電極２５の位置乃至は形状が振動部１１に対して面対称に近づくから、振動部１１の振動の対称性が向上する。

また、本実施形態では、励振電極２５Ａは対向面１３ｂの全体を覆い、励振電極２５Ｂは対向面２１ｂの全体を覆っている。

すなわち、従来のように、励振電極を振動部１１よりも小さくして電界を振動部１１の中央側部分に集中させるのではなく、１対の励振電極２５を局所的に互いに近づけ、振動部１１の中央側部分における電界の強度を相対的に高くし、擬似的に電界を振動部１１の中央側部分に集中させる。従って、例えば、励振電極２５の全周に亘って外部端子３との接続を確保することができる。これにより、例えば、励振電極２５と外部端子３との間の抵抗値を小さくし、ひいては、クリスタルインピーダンスを小さくし、振動子１の特性を向上させることができる。また、例えば、電界の強度の精度は、励振電極の平面形状ではなく、対向面１３ｂ及び２１ｂの形状に依存するから、パターニングの精度を緩和することができる。

また、本実施形態では、振動子１は、リッド基板２１の圧電基板１７側の全面を覆い、励振電極２５Ｂを含むリッド金属層２３を更に有している。

上述のように１対の励振電極２５を局所的に近づけてエネルギーの閉じ込め効果を得る構成であることから、このような全面を覆うリッド金属層２３によって励振電極２５Ｂを構成することができる。その結果、例えば、既に述べたように、パターニングの必要がなく、製造方法が簡素化される。

また、本実施形態では、振動子１は、圧電基板１７のリッド基板２１側の面に設けられ、振動部１１を囲む中間金属層１９Ｋを更に有している。リッド金属層２３と中間金属層１９Ｋとは直接に接合されている。

従って、例えば、半田等の接着剤を介して中間部材７とリッド９とを接合する態様（この態様も本願発明に含まれる）に比較して、中間部材７とリッド９との距離の精度が向上する。さらに、上記のように、１対の励振電極２５を局所的に近づけてエネルギーの閉じ込め効果を得る構成であることから、励振電極２５を含むリッド金属層２３のパターニングは不要であり、パターニングしないことによって生じるリッド金属層２３の外周側部分を前記の高精度な接合に利用することができる。

また、本実施形態では、対向面１３ｂ及び２１ｂは、振動部１１の中央側ほど振動部１１に近づく曲面を有している。

従って、例えば、振動部１１において、エネルギーが漏れにくい中央側ほど電界を大きくすることができる。その結果、例えば、滑らかに電界強度を変化させることができ、効率的に特性を向上させることができる。また、例えば、後述する他の実施形態の対向面に比較して対向面１３ｂ及び２１ｂが滑らかであり、層状の励振電極２５を対向面１３ｂ及び２１ｂの全体に均一の厚さに成膜することが容易である。その結果、特異点が生じるおそれが低減される。

また、本実施形態では、振動子１の製造方法は、振動部１１の外周側部分に対向する領域よりも振動部１１の中央側部分に対向する領域が振動部１１に近づく形状である対向面２１ｂを形成するステップと、リッド基板２１の、対向面２１ｂが形成された側の面の全面に、励振電極２５Ｂを含むリッド金属層２３を形成するステップと、圧電基板１７の、リッド基板２１側の面に振動部１１を囲む中間金属層１９Ｋを形成するステップと、中間金属層１９Ｋと、対向面２１ｂが形成された側の面の全面に形成されているリッド金属層２３とを原子拡散接合により接合するステップと、を有している。

従って、既に述べたように、１対の励振電極２５を局所的に近づけてエネルギーの閉じ込め効果を得る構成であることから、励振電極２５を含むリッド金属層２３のパターニングは不要であり、製造方法が簡素である。さらに、パターニングしないことによって生じるリッド金属層２３の外周側部分を原子拡散接合に利用することができる。原子拡散接合を利用することから、中間金属層１９Ｋ及びリッド金属層２３の厚さによって振動部１１と励振電極２５との距離を高精度に制御することができる。

＜第２〜第５実施形態＞
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、第２〜第５実施形態に係る振動子を示す図３に相当する断面図である。

なお、第２〜第５実施形態の説明において、既に説明された実施形態の構成と同一又は類似の構成については、既に説明された実施形態の構成に付された符号と同一の符号を付し、また、説明を省略することがある。既に説明された実施形態の構成と対応（類似）する構成について、既に説明された構成に付された符号とは異なる符号を付した場合において、特に断りがない事項については、既に説明された実施形態の構成と同様である。

第２〜第５実施形態に係る振動子は、第１実施形態と同様に、振動部を挟んで対向する１対の対向面を有し、この１対の対向面は、振動部の中央側部分に対向する領域同士の距離が振動部の外周側部分に対向する領域同士の距離よりも短くされている。ただし、第２実施形態（図５（ａ））は、圧電基板の具体的形状が第１実施形態と異なり、第３〜第５実施形態（図５（ｂ）〜図５（ｄ））は、対向面の具体的形状が第１実施形態と異なる。具体的には、以下のとおりである。

第２実施形態（図５（ａ））に係る振動子２０１では、中間部材２０７の圧電基板２１７は、振動部２１１がその外周部分（ベース５及びリッド９に挟持される部分）よりも薄くなるように形成されている。これにより、振動部２１１と対向面１３ｂ及び２１ｂ（励振電極２５）との間のギャップが確保されている。振動部２１１は、第１実施形態と同様に、片持ち梁状に支持されるものであってもよいが、図５（ａ）では、外周全体が支持されている態様を図示している。振動部２１１は、例えば、凹部１３ａ等の形成と同様に、フォトリソグラフィーを利用したエッチング等によって薄く形成される。

第１実施形態では、圧電基板１７の厚さが振動部１１及びその外周部分に亘って一定であったことから、対向面１３ｂ及び２１ｂの頂面は、振動部１１に当接しないように、ベース基板１３及びリッド基板２１の外周部分の表面よりも低い位置になければならなかった。これに対して、本実施形態では、振動部２１１が相対的に薄くされていることから、対向面１３ｂ及び２１ｂの頂面は、外周部分の表面と同じ高さにあってもよい。従って、例えば、凹部１３ａ及び２１ａを浅く、又は、不要とすることができる。その結果、例えば、ベース基板１３及びリッド基板２１の強度を確保することができる。

第３実施形態（図５（ｂ））の振動子３０１では、ベース３０５（ベース基板３１３）の対向面３１３ｂ及びリッド３０９（リッド基板３２１）の対向面３２１ｂは、振動部１１側へ突出する突部３１３ｅ及び３２１ｅを有している。これにより、対向面３１３ｂ及び３２１ｂは、振動部１１の中央側部分に対向する領域同士の距離が振動部１１の外周側部分に対向する領域同士の距離よりも短くされている。突部３１３ｅ及び３２１ｅの表面は、例えば、中央側ほど振動部１１に近づく曲面である。

このような対向面３１３ｂ及び３２１ｂは、第１実施形態の対向面１３ｂ及び２１ｂと同様に、微小なレンズを形成する方法に倣って形成されてよい。ただし、本実施形態では、例えば、レンズ形状のレジストの径は、対向面３１３ｂ及び３２１ｂの径よりも小さくされる。

このように突部３１３ｅ及び３２１ｅを設けた場合においては、第１実施形態に比較して、１対の励振電極２５間の距離を中央側部分において急激に短くすることができる。その結果、振動部１１の中央側部分に電界を集中させやすくなる。

第４実施形態（図５（ｃ））の振動子４０１では、ベース４０５（ベース基板４１３）の対向面４１３ｂ及びリッド４０９（リッド基板４２１）の対向面４２１ｂは、第３実施形態と同様に、振動部１１側へ突出する突部４１３ｅ及び４２１ｅを有している。ただし、突部４１３ｅ及び４２１ｅは、頂面が振動部１１に平行な平面とされている。突部４１３ｅ及び４２１の側面は、例えば、傾斜面とされている。ただし、側面は、鉛直面とされてもよい。

このような対向面４１３ｄ及び４２１ｄは、例えば、突部４１３ｅ及び４２１ｅの頂面を形成するエッチング（ただし、第２実施形態のように振動部１１を薄くする場合は不要）と、その外周のエッチングとを別個に行うことによって形成される。突部４１３ｅ及び４２１ｅの傾斜面は、例えば、エッチングガスを特定の方向に吹き付ける異方性エッチング（斜めエッチング）によって形成可能である。

このように突部４１３ｅ及び４２１ｅの頂面を振動部１１に平行な平面とした場合においては、例えば、振動部１１の中央側の所定の範囲において電界強度が一定となる。その結果、例えば、振動部１１の中央側に励振電極を設けた場合と同様の振動が生じやすく、従来のノウハウを利用しやすい。なお、この効果の観点では、突部４１３ｅ及び４２１ｅの側面は鉛直であることが好ましい。

また、突部４１３ｅ及び４２１ｅの側面が傾斜していることから、例えば、中央側ほど振動部に近づく曲面を対向面が有する第１〜第３実施形態と同様に、エネルギーが漏れにくい中央側ほど電界を強くして効率的に特性を向上させることができる。

第５実施形態（図５（ｄ））の振動子５０１では、ベース５０５（ベース基板５１３）の対向面５１３ｂ及びリッド５０９（リッド基板５２１）の対向面５２１ｂは、第４実施形態と同様に、頂面が振動部１１に平行な突部５１３ｅ及び５２１ｅを有している。ただし、突部５１３ｅ及び５２１ｅは、側面が階段状に形成されている。このような対向面５１３ｄ及び５２１ｄは、例えば、突部５１３ｅ及び５２１ｅを形成するエッチングを複数段階に分けて行うことにより形成可能である。

このような構成では、例えば、第４実施形態のように斜めエッチングを行う必要はなく、既存の設備で突部５１３ｅ及び５２１ｅを形成することができる。

なお、以上の実施形態において、リッド基板２１、３２１、４２１及び５２１それぞれは第１絶縁基板の一例であり、対向面２１ｂ、３２１ｂ、４２１ｂ及び５２１ｂそれぞれは第１対向面の一例であり、ベース基板１３、３２１、４２１及び５２１それぞれは第２絶縁基板の一例であり、対向面１３ｂ、３２１ｂ、４２１ｂ及び５２１ｂそれぞれは第２対向面の一例であり、励振電極２５Ｂは第１励振電極の一例であり、励振電極２５Ａは第２励振電極の一例であり、リッド金属層２３は絶縁側金属層の一例であり、中間金属層１９Ｋは圧電側金属層の一例である。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

圧電デバイスは、圧電振動子に限定されない。例えば、発振回路を有する圧電発振器であってもよい。また、圧電振動子は、サーミスタ等の適宜な電気素子を含んでいてもよい。なお、発振回路（ＩＣ）又はサーミスタ等の部品は、例えば、ベース等の下面又は上面に適宜に凹部を形成して配置されてよい。

振動部を有する圧電基板、第１絶縁基板及び第２絶縁基板は、互いに積層且つ接合されて振動部を封止するパッケージを構成するものでなくてもよい。例えば、特許文献２の振動子のように、第１絶縁基板及び第２絶縁基板からなるパッケージの内部に、その全体が振動部である圧電基板がバンプによって固定される構成であってもよい。

また、圧電基板、第１絶縁基板及び第２絶縁基板が互いに積層される場合、その接合は、原子拡散接合に限定されない。例えば、金属層を介さずに、直接接合又は陽極接合によって接合されてもよいし、接着剤が用いられてもよい。また、例えば、金属層同士を接合する場合において、既に言及したように接着剤が用いられてもよい。また、例えば、金属層同士を直接的に接合する場合においても、シーム溶接などが利用されてもよい。

振動部は、既に言及したように、片持ち梁状に支持されるものに限定されず、全周が支持されてもよいし、対角線上において支持されてもよい。振動部乃至は電極の形状は、矩形に限定されず、例えば、円形であってもよい。

振動部の中央側部分及び外周側部分の語は、１対の対向面間の距離を比較するときにおける相対的な位置関係を示すものであり、その境界は明確でなくてもよい。ただし、便宜的に、振動部の中央位置と外縁との中間を基準として中央側部分と外周側部分とを定義して、１対の対向面同士の距離を比較してもよい。

１…振動子、１１…振動部、１７…圧電基板、１３…ベース基板（第２絶縁基板）、１３ｂ…対向面（第２対向面）、２１…リッド基板（第１絶縁基板）、２１ｂ…対向面（第２対向面）、２５Ａ…励振電極（第２励振電極）、２５Ｂ…励振電極（第１励振電極）。

Claims (9)

1. 平面視において、振動部と、当該振動部の周囲に位置している貫通溝と、当該貫通溝の外側で前記振動部の全周を囲んでいるとともに、前記貫通溝が形成されていない部分で振動部と連結されている枠部とを有し、前記振動部が、１対の主面と、当該１対の主面同士をつなぐ側面とを有する圧電基板と、
   前記１対の主面のうちの一方の主面の全体とギャップを介して対向する第１対向面を有する第１絶縁基板と、
   前記１対の主面のうちの他方の主面の全体とギャップを介して対向する第２対向面を有する第２絶縁基板と、
   前記第１対向面に設けられた層状の第１励振電極を含み、前記第１絶縁基板の前記圧電基板側の面を覆っている絶縁側金属層と、
   前記第２対向面に設けられた層状の第２励振電極と、
   を有し、
   前記第１対向面及び第２対向面は、前記振動部の外周側部分に対向する領域同士の距離よりも前記振動部の中央側部分に対向する領域同士の距離が短く、
   前記絶縁側金属層は、平面透視において、前記振動部の全体に重なっているとともに、前記振動部の全周に亘って前記振動部から枠部に重なる位置まで広がっている
   圧電デバイス。
2. 前記第１対向面及び前記第２対向面それぞれは、前記振動部の外周側部分に対向する領域よりも前記振動部の中央側部分に対向する領域が前記振動部に近づく形状である
   請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記第１絶縁基板は、前記圧電基板側の面に凹部を有しており、
   前記凹部の底面は、前記第１対向面を含んでいるとともに、平面視において前記側面よりも前記一方の主面の外側に広がっており、
   前記絶縁側金属層は、前記凹部の底面の全体を覆っている
   請求項１又は２に記載の圧電デバイス。
4. 前記絶縁側金属層は、前記第１絶縁基板の前記圧電基板側の全面を覆っている
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
5. 前記圧電基板の前記第１絶縁基板側の面に設けられ、前記振動部を囲む圧電側金属層を更に有し、
   前記絶縁側金属層と前記圧電側金属層とが直接に接合されている
   請求項４に記載の圧電デバイス。
6. 前記第１対向面は、前記振動部の中央側ほど前記振動部に近づく曲面を有する
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
7. 前記第１対向面は、前記振動部の中央側部分と平行に対向する平面を有する
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
8. 前記第１対向面は、前記振動部の中央側部分と対向する領域に突部を有する
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
9. 請求項５に記載の圧電デバイスの製造方法であって、
   前記振動部の外周側部分に対向する領域よりも前記振動部の中央側部分に対向する領域が前記振動部に近づく形状である前記第１対向面を形成するステップと、
   前記第１絶縁基板の、前記第１対向面が形成された側の面の全面に、前記第１励振電極を含む前記絶縁側金属層を形成するステップと、
   前記圧電基板の、前記第１絶縁基板側の面に前記振動部を囲む前記圧電側金属層を形成するステップと、
   前記圧電側金属層と、前記第１対向面が形成された側の面の全面に形成されている前記絶縁側金属層とを原子拡散接合により接合するステップと、
   を有する圧電デバイスの製造方法。

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