JP4978030B2

JP4978030B2 - 圧電デバイス

Info

Publication number: JP4978030B2
Application number: JP2006060561A
Authority: JP
Inventors: 貴大黒田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2026-03-07
Also published as: JP2007243378A

Description

本発明は、圧電振動片をパッケージ内に気密に収容した圧電デバイスに関する。

従来より、各種情報・通信機器やＯＡ機器、また、民生機器等の電子機器には、水晶振動子などの圧電振動子が使用されている。特に最近は、これら電子機器等の高機能化と共に小型化、薄型化の進展が著しく、これに伴って、圧電振動子への小型化、薄型化の要求も高まり、回路基板への実装に適した表面実装型のものが多用されている。一般に表面実装型の圧電振動子は、セラミックなどの絶縁材料によるパッケージに圧電振動片を封止する構造が広く採用されている。従来のパッケージ構造では、低融点ガラスの溶融やシーム溶接などでパッケージベースとリッドとを接合するため、その接合における高温や発生するアウタガス等の影響で、圧電振動片の周波数特性を低下させたり劣化させる虞がある。

このような問題を解決する圧電振動子として、水晶振動片と枠体とを一体に形成した水晶片（中間圧電板）と、水晶などからなる一対の蓋体とを光学的接合（表面活性化接合）を用いて接合した水晶振動子が提案されている（例えば特許文献１）。光学的接合は、例えばＳｉ（珪素）を主成分とした二枚のガラスの接合対応面を鏡面研磨してから当接し、加圧することによって当接面のＳｉ結合（原子間的結合）によって接合するものであり、ほとんど加熱しなくても接合することが可能である。特許文献１に記載の水晶振動子は、水晶振動片の両主面に励振電極を有し、各励振電極がそれぞれ反対方向の枠体の外周部に引き出されて引き出し電極が形成されている。一方、一対の蓋体には、前記励振電極と各蓋体が触れないように設けられた凹部と、該凹部に連通し且つ水晶板の外周部の引き出し電極と対応する位置に設けられた貫通孔（スルーホール）とをそれぞれ有している。これら一対の蓋体及び水晶片の各接合面は鏡面状態に研磨した後、それぞれを当接させて加圧することにより接合する。そして、前記スルーホールに半田等の導電性接合材を埋設して水晶片の各引き出し電極に接続すると同時に貫通孔（スルーホール）を封鎖することにより、水晶振動片が一対の蓋体により気密に封止された水晶振動子を形成している。

特開２０００−２６９７７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の水晶振動子（圧電振動子）の構造では、蓋体の貫通孔（スルーホール）と水晶板の引き出し電極との間に、蓋体の凹部による隙間が形成される。このため、スルーホールに半田等の導電性接合材を埋設する際に、半田が引き出し電極まで十分に埋設されずに導通不良を引き起こす虞があった。また、溶融半田が濡れ広がって引き出し電極から励振電極まで至ると、水晶振動片の振動特性が劣化してしまう問題があった。
本発明は、上記問題を解消するためになされたものであって、その目的は、圧電振動片と枠体とを一体に形成した中間圧電板に上下基板を接合して小型化及び薄型化を可能にした圧電振動子において、接合時の温度を軽減することにより反りを抑え、あるいは周波数特性の劣化を抑えるとともに、気密性を確保し、且つ圧電振動片と上下基板との電気的な接続が確実にとれる構造を実現する圧電振動子及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の第１の形態に係る圧電デバイスは、励振電極が設けられた圧電振動片と、当該圧電振動片を囲むように配置された枠体とを有する中間圧電板と、当該中間圧電板の上側主面に積層し、直接接合により接合された上側基板と、前記中間圧電板の下側主面に積層し、直接接合により接合された下側基板と、を備え、前記上側基板の前記中間圧電板と積層される側の主面には、前記圧電振動片と対向する領域を含むように第１の凹部が設けられ、前記下側基板の前記中間圧電板と積層される側の主面には、前記圧電振動片と対向する領域を含むように第２の凹部が設けられ、前記中間圧電板の前記枠体の両主面には、前記励振電極と電気的に接続された第１、第２の引き出し電極がそれぞれ配置され、前記枠体の前記上側基板が積層する側の主面に配置された前記第１の引き出し電極は、前記枠体に配置された第１の貫通孔の内壁に設けられた第１の導電膜と、前記第１の貫通孔と連通するように前記下側基板の厚肉部に配置された第２の貫通孔の内壁に設けられた第２の導電膜と、を前記第１、第２の貫通孔に充填された導電材により電気的に接続することにより、前記下側基板の厚肉部の前記枠体と接合する面とは反対側に配置された第１の外部接続端子と電気的に接合され、前記枠体の前記下側基板が積層する側の主面に配置された前記第２の引き出し電極は、前記枠体を貫通し内壁に導電膜が設けられた２つの枠体スルーホールの両主面の開口部のうち、前記第１の引き出し電極が配置された側の前記枠体の主面に位置する開口部同士を接続電極で電気的に接続し、前記第２の引き出し電極が配置された側の前記２つの枠体スルーホールの開口部のうち、一方の開口部を前記第２の引き出し電極と電気的に接続させ、他方の開口部を前記下側基板の厚肉部に配置された第３の貫通孔の内壁に設けられた第３の導電膜と電気的に接続させ、前記下側基板に設けた第２の外部接続端子は、前記第３の導電膜と電気的に接続することにより、前記第２の引き出し電極に電気的に接続され、前記上側基板の前記枠体と当接する側の厚肉部には、前記第１の引き出し電極と及び前記接続電極と対向する領域に、前記第１の凹部の内底面が配置され、前記上側基板の厚肉部の前記第１の引き出し電極及び前記接続電極と対向する領域外の主面は、前記枠体と、直接接合により接合され、前記下側基板の前記枠体と当接する側の厚肉部には、前記第２の引き出し電極と対向する領域に、前記第２の凹部の内底面が配置され、前記下側基板の厚肉部の前記第２の引き出し電極と対向する領域外の主面は、前記枠体と、直接接合により接合されていることを特徴とする。
本発明の第２の形態に係る圧電デバイスは、前記中間圧電板と、前記上側及び下側基板が水晶からなることを特徴とする。
本発明の第３の形態に係る圧電デバイスは、前記上側及び下側基板がガラス材料またはシリコンからなることを特徴とする。
［適用例１］適用例１に係る圧電振動子は、両主面に励振電極が設けられた圧電振動片と枠体とを一体に形成した中間圧電板と、中間圧電板の上面及び下面にそれぞれ接合される上側及び下側基板とを有し、中間圧電板と上側及び下側基板とにより画定されるキャビティ内に圧電振動片が保持され、上側及び下側基板と中間圧電板との各接合面がそれぞれ鏡面研磨加工され、互いに直接接合により気密に接合され、各励振電極は、枠体に設けられる上側及び下側基板との接続部に引き出し電極を介してそれぞれ接続され、上側及び下側基板それぞれの接続部と対応する位置に、上側及び下側基板の少なくともいずれか一方に設けられた外部接続端子と電気的に接続された基板スルーホールが設けられ、各基板スルーホールのそれぞれに導電接合材を埋設することにより各励振電極と外部接続端子とが導通される構造の圧電振動子であって、枠体の各接続部が、枠体を貫通して形成された枠体スルーホールによって反対側に形成された励振電極と導通することを主旨とする。

この構成によれば、中間圧電板の圧電振動子の両主面に設けられた励振電極のそれぞれを、上側及び下側基板の少なくともいずれか一方に設けられた外部接続電極に接続するための接続部が、中間圧電板の上側及び下側基板との各接合面に設けられる。この各接続部と対応させて形成された上側及び下側基板それぞれの基板スルーホールは、圧電振動子内部において、上側及び下側基板の各凹部と連通しない別の空間として設けられる。また、上側及び下側基板の各基板スルーホールは、中間圧電板との接合面において各接続部を囲んだ状態となる。これにより、各基板スルーホールに導電接合材を埋設することにより、各接続部のそれぞれとの良好な電気的接続をはかることができ、また、導電接合材が、各励振電極等の本来望まない部位に濡れ広がることがない。従って、気密性を確保し、励振電極との確実な電気的接続を可能とする圧電振動子を提供することができる。

［適用例２］適用例２に係る圧電振動子は、両主面に励振電極が設けられた圧電振動片と枠体とが一体に形成された中間圧電板と、中間圧電板の上面及び下面にそれぞれ接合される上側及び下側基板とを有し、中間圧電板と上側及び下側基板とにより画定されるキャビティ内に圧電振動片が保持され、上側及び下側基板と中間圧電板との各接合面がそれぞれ鏡面研磨加工され、互いに直接接合により気密に接合され、各励振電極は、枠体に設けられる上側及び下側基板のいずれかとの接続部に引き出し電極を介してそれぞれ接続され、上側及び下側基板の少なくとも一方の接続部と対応する位置に、上側及び下側基板の少なくとも一方に設けられた外部接続端子と電気的に接続された基板スルーホールが設けられ、基板スルーホールに導電接合材を埋設することにより各励振電極と外部接続端子とが導通される構造の圧電振動子であって、枠体の一方の接続部が、枠体を貫通して形成された枠体スルーホールによって反対側に形成された一方の励振電極と導通し、他方の接続部は、枠体を貫通して形成された偶数個の枠体スルーホールを往復することにより他方の励振電極側と導通する構成とすることが望ましい。

この構成によれば、中間圧電板の圧電振動子の両主面に設けられた励振電極のそれぞれが、枠体スルーホールを介して各励振電極の形成面とは反対側の主面に電気的に引き出され、そのうち一方はそのまま枠体上に形成された接続部に接続され、他方は枠体に設けられた偶数個のスルーホールを介して枠体上に形成された接続部に接続される。つまり、一方の接続部は、対応する励振電極の形成面とは反対側の主面に設けられ、他方の接続部は、対応する励振電極の形成面側の枠体上に設けられる。これにより、外部接続電極とを接続するための基板スルーホールは、上側及び下側基板のいずれか一方に設ければよく、中間圧電板、上側及び下側基板を多数個取りにて形成したウェハ状態で一括製造が容易に可能となるので、圧電振動子の製造効率を向上させることができる。また、基板スルーホールは、圧電振動子内部において、上側及び下側基板の各凹部と連通しない別の空間として設けられる。また、上側及び下側基板の各基板スルーホールは、中間圧電板との接合面において各接続部を囲んだ状態となる。これにより、各基板スルーホールに導電接合材を埋設することにより、各接続部のそれぞれとの良好な電気的接続をはかることができる。また、導電接合材が、各励振電極等の本来望まない部位に濡れ広がることがないので、導電接合材による振動特性の劣化を防止することができる。従って、所望の振動特性を有し、信頼性の高い圧電振動子を提供することが可能となる。

［適用例３］適用例３に係る圧電振動子は、中間圧電板と、上側及び下側基板が水晶からなることが好ましい。

この構成によれば、圧電振動子の材料として広く用いられる水晶からなる中間圧電板と、上側及び下側基板とが同一材料であることから熱膨張率の差異による残存応力の問題がなく、相互の原子間結合がされやすい。これにより、常温、または比較的低い接合温度にて良好な接合状態を得ることができる。従って、接合時の寸法変化や反りが軽減でき、各基板の接合位置のずれが抑えられるとともに、高い接合強度を確保することができる。

［適用例４］適用例４に係る圧電振動子は、上側及び下側基板がガラス材料またはシリコンからなる構成としてもよい。

水晶とは異種材料のガラス材料またはシリコンとの組み合わせでも、それぞれの主成分であるシリコン（Ｓｉ）の原子間結合により直接接合することが可能であり、常温付近での接合ができるので、熱膨張率の差異による反りなどを抑えて良好な接合状態を確保可能である。また、ガラス材料またはシリコンは比較的安価であることから低コスト化を図ることができる。

［適用例５］適用例５に係る圧電振動子の製造方法は、枠体と一体された圧電振動片の上面及び下面のそれぞれに励振電極を形成し、枠体の上面及び下面の接合されない部分に各励振電極に接続する引き出し電極をそれぞれ形成し、各引き出し電極から前記枠体を貫通する枠体スルーホールをそれぞれ形成し、この枠体スルーホールを介して引き出し電極に接続する接続部をそれぞれ形成して中間圧電板を形成する工程と、中間圧電板の上面側に設けられた接合部と対応する基板スルーホールを形成して、中間圧電板の上面に接合される上側基板を形成する工程と、中間圧電板の下面側に設けられた接合部と対応する基板スルーホールを形成して、中間圧電板の下面側に接合する下側基板を形成する工程と、中間圧電板と上側及び下側基板との各接合面を鏡面研磨加工する工程と、鏡面研磨加工した上側及び下側基板と中間圧電板との各接合面をプラズマ処理により活性化する工程と、中間圧電板と上側及び下側基板とを、それらにより画定されるキャビティ内に圧電振動片が保持されるように重ね合わせ、それらを加圧して直接接合により気密に接合する工程と、上側及び下側基板の各基板スルーホールに導電接合材を埋設する工程と、を有することを主旨とする。

この構成によれば、上側及び下側基板と中間圧電板とを直接接合して、小型化及び薄型化が可能で気密性を確保し、励振電極との確実な電気的接続を可能とする圧電振動子を比較的容易に且つ低コストで製造することができる。

［適用例６］適用例６に係る圧電振動子の製造方法は、複数の中間圧電板を有する中間圧電ウェハを形成する工程と、複数の上側基板を中間圧電ウェハの中間圧電板に対応させて配設した上側ウェハを形成する工程と、複数の下側基板を中間圧電ウェハの中間圧電板に対応させて配設した下側ウェハを形成する工程と、中間圧電ウェハと上側及び下側ウェハとの各接合面を鏡面研磨加工する工程と、鏡面研磨加工した上側及び下側ウェハと中間圧電ウェハとの各接合面をプラズマ処理により活性化する工程と、中間圧電ウェハの上下面に上側及び下側ウェハとを重ね合わせ、それらを加圧して直接接合により一体に接合してウェハ積層体とする工程と、上側及び下側ウェハの各スルーホールに導電接合材を埋設する工程と、ウェハ積層体を切断して圧電振動子を個片化する工程とを有することが好ましい。

この構成によれば、多数の圧電振動子を同時に製造することができるので、生産性の向上及び低コスト化を図ることができる。

［適用例７］適用例７に係る圧電振動子の製造方法は、上側及び下側基板を形成するそれぞれの工程に、上側及び下側基板のそれぞれに設けたスルーホールに導電接合材を埋設する工程を含んでもよい。

この構成によれば、導電接合材に、例えば半田等の加熱を必要とする材料を用いた場合に、中間圧電基板、上側及び下側基板を接合した後で、半田リフローによる温度ストレスをかけることなく、接合性を劣化させるなどの不具合を回避することができる。また、上側及び下側基板と、中間圧電板が異種材料である場合に、熱膨張率の差によりリフローの加熱で各基板が反ったり、接合部に応力が掛かって接合強度を変化させるなどの不具合を抑えることができる。

［適用例８］適用例８に係る圧電振動子の製造方法は、プラズマ処理が、ＣＦ_４、Ａｒ、またはＮ_２ガスを用いて、酸素不介在の雰囲気内で行われることが好ましい。

この構成によれば、不活性な雰囲気中でプラズマ処理されることにより、プラズマ処理による表面活性化がより良好に行われ、また、表面活性化された各基板の表面が酸化されるのを抑えることができるので、各基板を直接接合したときに良好な接合性を確保できる。

［適用例９］適用例９に係る圧電振動子の製造方法は、プラズマ処理が、Ｏ_２ガス、ＣＦ_４とＯ_２との混合ガス、またはＮ_２とＯ_２との混合ガスを用いて、酸素介在の雰囲気内で行われてもよい。

この構成によれば、酸素介在の雰囲気中であっても、各基板同士の直接接合に必要十分な表面活性化は可能であり、酸素不介在雰囲気でプラズマ処理する場合に使用するガスよりも安価なガスが使用できるので、製造工程の低コスト化が可能になる。

［適用例１０］適用例１０に係る圧電振動子の製造方法は、中間圧電板の上下面に上側及び下側基板を重ね合わせ、常温で加圧して気密に接合することが望ましい。

この構成によれば、プラズマ処理により表面活性化された各基板は常温でも直接接合が可能であり、中間圧電板と上側及び下側基板が異種材料である場合にも、熱膨張率の差異による各基板の反りや寸法変化が抑えられるので、良好な接合状態を得ることができる。また、中間圧電板と上側及び下側基板とは、同種材料または異種材料であるかに拘わらず、３枚同時であっても、１枚ずつであっても良好な状態に接合することができる。３枚同時に接合する場合は、接合工程の工数を低減することができ、また、１枚ずつ接合する場合には、アライメントが容易でその精度を向上させることができる。

［適用例１１］適用例１１に係る圧電振動子の製造方法は、中間圧電板の上下面に上側及び下側基板を重ね合わせ、加熱した状態で加圧して気密に接合してもよい。

この構成によれば、接合強度の向上を図ることができる。

［適用例１２］適用例１２に係る圧電振動子の製造方法は、中間圧電板の上下面に上側及び下側基板を重ね合わせ、Ｎ_２雰囲気で加圧して気密に接合することも可能である。

この構成によれば、Ｎ₂による不活性雰囲気中で接合することにより、例えば加熱した状態で加圧する場合であっても、中間圧電板、上側及び下側基板の各接合面表面の酸化が抑制されるので、より良好な接合状態を得ることができる。

［適用例１３］適用例１３に係る圧電振動子の製造方法は、中間圧電板の上下面に上側及び下側基板を重ね合わせ、減圧雰囲気で加圧して気密に接合することが好ましい。

この構成によれば、中間圧電板、上側及び下側基板が重ね合わされて画定するキャビティ内が減圧されることにより、接合強度の向上を図ることができる。

［適用例１４］適用例１４に係る圧電振動子の製造方法は、中間圧電板の上下面に上側及び下側基板を重ね合わせて仮接合した後、それにより一体化された積層体の上下面を加圧して気密に接合することが好ましい。

この構成によれば、プラズマ処理により表面活性化した各基板表面は、貼り合わせただけで容易に接着することができるので、容易に且つ正確に位置合わせすることができ、組み立て精度の向上を図ることができる。

以下、本発明に係る圧電振動子の実施形態について図面に従って説明する。
（第１の実施形態）

図１〜４は、本発明の圧電振動子を水晶振動子に具現化した実施形態の構造を示す構造図であって、図１（ａ）は水晶振動子の上面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図、同図（ｃ）は底面図である。また、図２は、水晶振動子を構成する中間圧電板の構造図であって、同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は下面図である。さらに、図３，４は、水晶振動子を構成する上側及び下側基板の構造図であり、図３は上側基板の下面図、図４は下側基板の上面図である。

図１（ｂ）に示すように、水晶振動子１０は、中間水晶板１１の上面及び下面に、それぞれ上側基板２と下側基板３を一体に積層した構造を有している。本実施形態の上側及び下側基板２，３は、中間水晶板と同じ水晶で形成されている。中間水晶板１１と上側及び下側基板２，３とは、後述する表面活性化接合により、互いに気密に直接接合されている。

図１（ｂ）及び図２（ａ），（ｂ）に示すように、中間水晶板１１は、ＡＴカット水晶板である矩形薄板の略中央部の両主面に形成された凹部１９ａ，１９ｂに設けられた水晶振動片１２と、それを囲む枠体１３とが一体に形成されている。水晶振動片１２の上面側には励振電極１４ａが形成され、その一方の基端部から枠体１３の上面に向けて引き出し電極１５ｂが形成されている。同様に、水晶振動片１２の下面側には励振電極１４ｂが形成され、上面側の励振電極１４ａに形成された引き出し電極１５bとは反対側の基端部から枠体１３の下面に向けて引き出し電極１５ａが形成されている。枠体１３の下面に形成された引き出し電極１５ａの外側末端部分には、中間水晶板１１の上下を貫通する貫通孔１６と、該貫通孔１６の内壁の表面に形成された導電膜１６Ｐからなる枠体スルーホール５０ａが設けられている。導電膜１６Ｐは、枠体１３の上面に、引き出し電極１５ａと枠体スルーホール５０ａとを介して励振電極１４ｂと電気的に接続された接続部１８ａを形成している。同様に、枠体１３の上面に形成された引き出し電極１５ｂの外側末端部分には、貫通孔１７と導電膜１７Ｐからなる枠体スルーホール５０ｂが設けられ、枠体１３の下面に、導電膜１７Ｐからなる接続部１８ｂが形成され、励振電極１４ａと電気的に接続されている。本実施形態において、励振電極１４ａ，１４ｂ、引き出し電極１５ａ，１５ｂ、及び接続部１８ａ，１８ｂを含む導電膜１６Ｐ，１７ＰのそれぞれはＣｒ／Ａｕ（クロム／金）で形成されているが、これに限らない。従来から知られているＣｒ／Ａｇ（クロム／銀）、Ｔｉ／Ａｕ（チタン／金）、Ｎｉ／Ａｕ（ニッケル／金）、及びアルミニウムなどの様々な導電材料を使用することができる。

図１（ａ）〜（ｃ）、図３及び図４に示すように、上側基板２、下側基板３には、中間水晶板１１との対向面に凹部２９、凹部３９がそれぞれ形成されている。上側基板２の凹部２９は、中間水晶板１１の水晶振動片１２、引き出し電極１５ｂ及び枠体スルーホール５０ｂと対応した位置に形成されている。同様に、下側基板３の凹部３９は、中間水晶板１１の水晶振動片１２、引き出し電極１５ａ及び枠体スルーホール５０ａと対応した位置に形成されている。これら凹部２９，３９によって水晶振動片１２との間にキャビティが形成され、水晶振動片１２で励振される振動を妨げない枠体１３により水晶振動片１２が支持される構造となっている。

また、上側基板２の、中間水晶板１１との対向面の接続部１８ａと対応する位置には、貫通孔５と、該貫通孔５の内壁の表面に形成された導電膜５Ｐからなる基板スルーホール６０ａが設けられている。基板スルーホール６０ａの上面側の上側基板２からは、上側基板２、中間水晶板１１、下側基板３の側面を経て下側基板３の底面に向かって引回し電極７が形成されている。この引回し電極７は、下側基板３の底面に設けられた外部接続端子８ａと接続されている。
一方、下側基板３の、中間水晶板１１との対向面の接続部１８ｂと対応する位置には、貫通孔６と、該貫通孔６の内壁の表面に形成された導電膜６Ｐからなる基板スルーホール６０ｂが設けられている。基板スルーホール６０ｂは、下側基板３の底面に端部に設けられた外部接続端子８ｂと電気的に接続されている。

上側基板２の基板スルーホール６０ａには、中間水晶板１１上面の接続部１８ａに接触させ且つ基板スルーホール６０ａを封鎖させるように導電接合材としての半田９０が埋設されている。同様に、下側基板３の基板スルーホール６０ｂには、中間水晶板１１下面の接続部１８ｂに接触させ且つ基板スルーホール６０ｂを封鎖させるように半田９０が埋設されている。以上述べた構成により、水晶振動子１０の外部接続電極８ａは励振電極１４ｂと電気的に接続され、外部接続端子８ｂは励振電極１４ａに接続される。また、上側及び下側基板２，３の各凹部２９，３９が形成する空間内に保持された水晶振動片１２が気密に封止されている。
なお、本実施形態では基板スルーホール６０ａ，６０ｂに半田を埋設したが、これに限らず、例えばＡｕ−Ｓｎ等の低融点金属材料をレーザ照射により溶融させたり、導電性接着材を埋設して硬化させる等の、導電性を有した他の材料による埋設方法を用いることができる。

（第２の実施形態）
次に、本実施形態の水晶振動子１０を製造する工程を図面を参照しながら説明する。図５は、水晶振動子１０の製造工程において、接合させる３枚の水晶ウェハの概略を示す斜視図、図６（ａ）は、本実施形態で接合方法として用いる表面活性化接合の要領を概念的に示す説明図、同図（ｂ）は、水晶ウェハの積層体を示す概略斜視図である。

本実施形態では、図１〜４で説明した中間水晶板１１、上側及び下側基板２，３のそれぞれを、縦及び横方向に等間隔で複数配置させた大型のウェハを準備し、複数の水晶振動子１０を一括して製造する方法を説明する。図５では、ひとつのウェハに中間水晶板１１、上側及び下側基板２，３をそれぞれ６個を配置させた形態を示しており、中間水晶板１１用の中間水晶ウェハ１１１、上側基板２用の上側水晶ウェハ１０２、下側基板３用の下側水晶ウェハ１０３を図示している。
本実施形態では、最初に、中間水晶板１１を縦及び横方向に等間隔で複数配置させた中間水晶ウェハ１１１を作成する段階について説明する。
まず、ＡＴカットされた中間水晶ウェハ１１１用の水晶ウェハ２１１の両主面を鏡面研磨加工する。この鏡面研磨加工は、後述する表面活性化接合を良好に行うために、各接合面の表面粗さが数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度になるように行うのが好ましい。
続いて、水晶ウェハ２１１に、水晶振動片１２となる凹部１９ａ及び図示しない１９ｂと、貫通孔１６，１７とを、フォトリソグラフィ技術を利用してフッ酸等によりエッチングすることによって形成する。なお、貫通孔１６，１７の形成については、サンドブラスト法にて行うことも可能である。次に、例えばスパッタ法とフォトリソグラフィ技術を併用して、Ｃｒ／Ａｕ（クロム／金）などの導電体材料を所望の形状及び厚みに形成することにより、励振電極１４ａ，１４ｂ、引き出し電極１５ａ，１５ｂ、貫通孔１６，１７の内壁の導電膜１６Ｐ，１７Ｐ及び接続部１８ａ，１８ｂを形成する。
そして、上記加工終了後の中間水晶ウェハ１１１は、純水洗浄等により接合にかかる部分の汚染物を取り除き、表面活性化接合に最適な表面状態に保つ。

これと併行して、上側基板２を等間隔で複数配置させた上側水晶ウェハ１０２を作成する。まず、上記と同様に上側水晶ウェハ１０２用の水晶ウェハ２０２を鏡面研磨加工する。続いて、水晶ウェハ２０２の中間水晶ウェハ１１１との対向面側の該中間水晶ウェハ１１１の各励振電極１４ａ、引き出し電極１５ｂ、及び枠体スルーホール５０ｂと対応させた位置に、複数の凹部２９を形成する。各凹部２９は、例えば水晶ウェハ２０２表面をフッ酸等によってエッチングするか、サンドブラスト加工することにより形成することができる。また、水晶ウェハ２０２の中間水晶ウェハ１１１の各スルーホール５０ａと対応させた位置に、複数の貫通孔５をフォトリソグラフィ技術を用いてフッ酸などによりエッチングすることによって形成する。なお、この貫通孔５もサンドブラスト法にて形成することが可能である。次に、各貫通孔５に、Ｃｒ／Ａｕ（クロム／金）などの導電体材料を所望の厚みにスパッタするなどして導電膜５Ｐを形成し、基板スルーホール６０ａを形成する。そして、上記加工終了後の上側水晶ウェハ１０２は、純水洗浄等により接合にかかる部分の汚染物を取り除き、表面活性化接合に最適な表面状態に保つ。

同様にして、水晶ウェハ２０３に下側基板３を縦及び横方向に等間隔で複数配置させた下側水晶ウェハ１０３を作成する。まず、上記と同様に下側水晶ウェハ１０３用の水晶ウェハ２０３を鏡面研磨加工する。次に、下側水晶ウェハ１０３の中間水晶ウェハ１１１との対向面に、複数の凹部３９と貫通孔６を、中間水晶ウェハ１１１の各水晶振動片１２と励振電極１４ｂ及び引き出し電極１５aに対応させて形成する。続いて、各貫通孔６に、Ｃｒ／Ａｕ（クロム／金）などの導電体材料を所望の厚みにスパッタするなどして導電膜６Ｐを形成し、基板スルーホール６０ｂを形成する。なお、本貫通孔６もサンドブラスト法にて形成することが可能である。同時に、下側水晶ウェハ１０３の中間水晶ウェハ１１１との対向面とは反対側の面に、複数対の外部接続電極８ａ，８ｂを形成する。そして、上記加工終了後の下側水晶ウェハ１０３は、純水洗浄等により接合にかかる部分の汚染物を取り除き、表面活性化接合に最適な表面状態に保つ。

次に、上記したように準備した上側及び下側水晶ウェハ１０２，１０３及び中間水晶ウェハ１１１の各接合面をプラズマ処理により表面活性化する。プラズマ処理は、例えば公知のＳＷＰ型ＲＩＥプラズマ方式のプラズマ処理装置を用いて行う。まず、プラズマ処理装置の高真空雰囲気の処理チャンバ内のステージに、処理しようとする前記中間水晶ウェハ１１１、上側、及び下側水晶ウェハ１０２，１０３を載置する。この処理チャンバ内には、例えばＣＦ₄ガスなどの反応性ガスを供給する。次に、処理チャンバ内にマイクロ波を放射させ、処理チャンバに設けられた導波管内で定在波を形成すると、このマイクロ波が、その下側に配置された誘電体である上側及び下側水晶ウェハ１０２，１０３及び中間水晶ウェハ１１１に伝搬し、その表面に沿って伝搬する表面波を発生させる。この表面波により、前記誘導体の全面に亘って均一且つ高密度なプラズマが生成され、それにより処理チャンバ内に導入された反応ガスを励起して、フッ素のイオン、励起種などの活性種を生成する。反応ガスを連続的に供給しながら、前記ステージに高周波電源から所定の電圧を印加すると、処理チャンバ内に生成された前記反応ガスの活性種は、その上部から下向きに前記ステージに向けて流れ、各ウェハをプラズマ処理する。なお、反応性ガスとしては、ＣＦ₄ガスの他に、Ａｒ単体のガス、Ｎ₂単体のガス、ＣＦ₄とＯ₂の混合ガス、Ｏ₂とＮ₂の混合ガス、Ｏ₂単体のガスを用いて同様に前記各ウェハの表面を活性化することができる。
このプラズマ処理により、前記各ウェハの表面は、前記反応ガス活性種に曝露されて一様に活性化される。即ち、中間水晶ウェハ１１１、上側及び下側水晶ウェハ１０２，１０３の各接合面の表面から有機物、汚染物などが除去されるとともに、該接合面を形成する物質の結合手を持った原子が露出するように改質され、表面が活性化される。このようにプラズマ処理されたウェハ表面の活性状態は、少なくとも一時間程度維持されるので、その後の仮接合及び本接合の工程を十分に実行することができる。

プラズマ処理後、図６（ａ）に示すように、中間水晶ウェハ１１１の上下面に、上側及び下側水晶ウェハ１０２，１０３を互いに重ね合わせる。まず、中間水晶ウェハ１１１、上側及び下側水晶ウェハ１０２，１０３は、それらを位置合わせして各接合面を重ね合わせて仮接合してウェハ積層体１００とする。次に、これらウェハ積層体１００を常温で上下から加圧することにより本接合する。なお、本実施形態では三枚の水晶ウェハを同時に接合したが、１枚ずつ接合することもできる。例えば、中間水晶ウェハ１１１の上面に上側水晶ウェハ１０２を接合した後、その下面に下側水晶ウェハ１０３を接合する。
中間水晶ウェハ１１１、上側及び下側水晶ウェハ１０２，１０３は、結合手をもった原子がプラズマ処理した各接合面に露出しているので、上述した仮接合工程において、互いに位置合わせして貼り合わせるだけで接着することができる。仮接合したウェハ積層体１００は、その上下面に最大２０ｋｇ程度の押圧力を一様に加えて、一体に強固に接合面間を気密に接合する。なお、本実施形態では、この本接合工程は常温で行うが、２００℃前後の比較的低温に加熱した状態で行うことにより、更に良好に接合することができる。また、中間水晶ウェハ１１１、上側及び下側水晶ウェハ１０２，１０３の仮接合及び本接合は、大気圧雰囲気内でも真空内でも同様に行うことができる。

次に、ウェハ積層体１００の上側水晶ウェハ１０２の各基板スルーホール６０ａと、下側水晶ウェハ１０３の各基板スルーホール６０ｂに、ディスペンサ、スクリーン印刷等によって半田ペーストを所定量充填する。次に、ウェハ積層体１００を、半田リフロー温度に設定されたリフロー炉に所定時間投入して半田をリフローさせて、各基板スルーホール６０ａ，６０ｂに半田９０を埋設する。これにより、中間水晶ウェハ１１１の各接続部１８ａと上側水晶ウェハ１０２の各基板スルーホール６０ａ、中間水晶ウェハ１１１の接続部１８ｂと下側水晶ウェハ１０３の各基板スルーホール６０ｂのそれぞれ隣接する導電膜同士が半田によって電気的に接続されるとともに、各基板スルーホール６０ａ，６０ｂが封鎖される。

このように接合したウェハ積層体１００を、図６（ｂ）に示すように、縦横に直行する水晶振動子の外郭線１５０に沿ってダイシングなどにより切断分割して個片化する。個片化した各水晶振動子（１０）には、スパッタなどにより、一端が上側基板（２）基板スルーホール６０ａの上面側と接続され、他端が下側基板３の底面に設けられた外部接続端子８ａと接続される引き回し電極（７）を形成する。

最後に、個片化した各水晶振動子（１０）の周波数特性やその他の電気的特性が所定の範囲内にあるか否かを確認する電気的特性検査若しくは所望の試験を行う。周波数特性が所定の範囲から外れた場合は、レーザ光などにより周波数調整することが可能である。上側及び下側基板２，３が鏡面研磨加工され透明なので、外部からレーザ光などを容易に照射でき、それにより周波数調整をすることができる。
また、本実施形態では、水晶振動子１０を個片化する前に、ウェハ積層体１００の状態で周波数の測定や調整を行うこと、若しくは所望の試験を実行することも可能である。

次に、上記実施形態の効果を以下に記載する。

（１）上記第１の実施形態では、まず、中間水晶板１１の両主面に形成した凹部１９ａ，１９ｂのそれぞれに励振電極１４ａ，１４ｂを形成して水晶振動片１２を構成した。各励振電極１４ａ，１４ｂは、引き出し電極１５ａ，１５ｂ及び枠体スルーホール５０ａ，５０ｂにより反対側の面に設けた導通部１８ａ，１８ｂにそれぞれ引き出した。この中間水晶板１１の上面及び下面に、中間水晶板１１との接合面の導通部１８ａ，１８ｂと対応する位置に基板スルーホール６０ａ，６０ｂをそれぞれ設けた上側及び下側基板２，３を、直接接合により一体に積層した。また、上側及び下側基板２，３のそれぞれ中間水晶板１１との接合面には凹部２９，３９を設け、水晶振動片１２との間にそれぞれ空間を設けるとともに、各引き出し電極１５ａ，１５ｂと接触しないようにした。そして、上側及び下側基板２，３それぞれの基板スルーホール６０ａ，６０ｂに半田９０を埋設して、中間水晶板１１の各導通部１８ａ，１８ｂと電気的に接続するとともに、基板スルーホール６０ａ，６０ｂをそれぞれ封鎖した。そして、基板スルーホール６０ａの上側基板２の上面側からは、下側基板３の底面に形成された外部接続端子８ａに接続される引き回し電極７を形成した。一方、下側基板３の基板スルーホール６０ｂは、下側基板３の底面に形成された外部接続電極８ｂと、導電膜６Ｐにより導通している。以上の構成により、水晶振動片１２の各励振電極１４ａ，１４ｂと、下側基板３の底面の外部接続電極８ａ，８ｂとがそれぞれ電気的に接続され、上側及び下側基板２，３の各凹部２９，３９が形成するキャビティ内に保持された水晶振動片１２を気密に封止する水晶振動子１０を得た。

この構成によれば、水晶振動子１０において、上側及び下側基板２，３の各基板スルーホール６０ａ，６０ｂと、中間水晶板１１の凹部１９ａ，１９ｂ（水晶振動片１２）、及び上側及び下側基板２，３の各凹部２９，３９とが、連通しない別の空間として設けられる。また、上側及び下側基板２，３の各基板スルーホール６０ａ，６０ｂは、中間水晶板１１との接合面において各接続部１８ａ，１８ｂを取り囲み、基板スルーホール６０ａ，６０ｂの周囲の接合面は密閉された状態となる。これにより、基板スルーホール６０ａ，６０ｂに半田９０を埋設することにより、導通部１８ａ，１８ｂそれぞれとの良好な電気的接続をはかることができるので、気密性を確保し、励振電極１４ａ，１４ｂとの確実な電気的接続が可能となる。また、半田９０を埋設するときに、溶融した半田９０が、各励振電極１４ａ，１４ｂ等の本来望まない部位に濡れ広がることにより、水晶振動片１２の振動特性を変化させるのを防ぐことができる。従って、周波数特性に優れ、高信頼性を有する水晶振動子１０を得ることが可能となる。

（２）上記第２の実施形態では、水晶振動子１０の製造において、中間水晶ウェハ１１１と、上側及び下側水晶ウェハ１０２，１０３を一体に貼り合せる方法として、プラズマ処理により各接合面の表面を活性化させることによる直接接合（表面活性化接合）を用いた。また、各ウェハの材料として、同じ水晶を用いた。

この方法によれば、中間水晶ウェハ１１１と、上側及び下側水晶ウェハ１０２，１０３を、常温、または比較的低い接合温度にて接合することができるので、各ウェハの寸法変化や反りが軽減でき、各ウェハの接合位置のずれや、接合強度の低下を抑制することが可能となる。また、接合温度が高いと起こりやすい水晶振動片の振動特性の変化を抑えることが可能となる。さらに、各ウェハの材料を同じ水晶で構成することにより、より低い温度で安定した接合性を確保できるという顕著な効果を奏する。

（第３の実施形態）
上記第１の実施形態では、中間水晶板１１の両主面に形成された励振電極１４ａ，１４ｂのそれぞれが、枠体スルーホール５０ａ，５０ｂを介して反対側の枠体１３上に形成された接続部１８ａ，１８ｂと電気的に接続される構成とした。これに対して、この第３の実施形態では、枠体の一方の接続部が、枠体スルーホールによって反対側に形成された一方の励振電極と導通し、他方の接続部が、偶数個の枠体スルーホールを往復することにより他方の励振電極側と導通する構成としている。

図７は、第３の実施形態の水晶振動子の概略構成を説明する斜視図である。また、図８は、その水晶振動子を構成する中間水晶板の構成を説明する説明図であり、同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は下面図、同図（ｃ）は図８（ａ），（ｂ）中のＢ−Ｂ´線断面図である。なお、第３の実施形態における水晶振動子３１０、及び中間水晶板３１１の基本的な構成のうち、第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図７に図示するように、水晶振動子３１０は、中間水晶板３１１の上面及び下面に、それぞれ上側基板３０２と下側基板３０３を、表面活性化接合により一体に積層した構造を有している。

図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、中間水晶板３１１の両主面に形成された凹部３１９ａ，３１９ｂには励振電極３１４ａ，３１４ｂがそれぞれ形成され、水晶振動片３１２を構成している。水晶振動片３１２の上面側に形成された励振電極３１４ａの一方の基端部からは、枠体３１３の上面に向けて引き出し電極３１５ｂが形成されている。同様に、水晶振動片３１２の下面側には励振電極３１４ｂが形成され、上面側に形成された引き出し電極３１５bとは反対側の基端部から枠体３１３の下面に向けて引き出し電極３１５ａが形成されている。枠体３１３の上面に形成された引き出し電極３１５ｂの外側末端部分からは、枠体３１３の下面に形成された接続部３１８ｂに向けて貫通する貫通孔３１７の内壁表面に導電膜３１７Ｐが形成された枠体スルーホール３５０ｂが設けられている。これにより、接続部３１８ｂは、励振電極３１４ａと電気的に接続されている。同様に、枠体３１３の下面に形成された引き出し電極３１５ａの外側末端部分からは、枠体３１３の上面に貫通する貫通孔３１６と導電膜３１６Ｐからなる枠体スルーホール３５０ａが設けられている。さらに、枠体スルーホール３５０ａから水晶振動片３１２に沿って所定の距離をおいた位置には、枠体３１３を上下に貫通する貫通孔３８１と導電膜３８１Ｐからなる枠体スルーホール３８０が設けられている。枠体スルーホール３８０の枠体３１３下面側には、導電膜３８１Ｐと同一材料にて同時に形成される接続部３１８ａが設けられている。これらの枠体スルーホール３５０ａと枠体スルーホール３８０は、枠体３１３の上面側で接続電極３７０により電気的に接続されていて、接続部３１８ａと励振電極３１４ｂは電気的に接続されている。

図７に示すように、上側基板３０２の中間水晶板３１１との対向面には、水晶振動片３１２、引き出し電極３１５ｂ、枠体スルーホール３５０ｂ、枠体スルーホール３５０ａ，３８０及びこられを接続する接続電極３７０と対応した位置に凹部３２９が形成されている。同様に、下側基板３０３の中間水晶板３１１との対向面には、水晶振動片３１２と引き出し電極３１５ａに対応した位置に凹部３３９が形成されている。これら凹部３２９，３３９によって水晶振動片３１２との間にキャビティが形成され、水晶振動片３１２が枠体３１３により支持される構造となっている。

下側基板３０３の、中間水晶板３１１との対向面の接続部３１８ａ，３１８ｂと対応する位置には、内壁の表面に導電膜が形成された基板スルーホール３６０ａ，３６０ｂがそれぞれ設けられている。各基板スルーホール３６０ａ，３６０ｂは、下側基板３０３の底面の両端部に設けられた図示しない二つの外部接続端子にそれぞれ電気的に接続されている。これら基板スルーホール３６０ａ，３６０ｂには、中間水晶板３１１下面の接続部３１８ａ，３１８ｂに接触させ且つ基板スルーホール３６０ａ，３６０ｂを封鎖させるように図示しない半田がそれぞれ埋設されている。以上述べた構成により、水晶振動子３１０の二つの外部接続電極は励振電極３１４ａ，３１４ｂとそれぞれ電気的に接続されている。

この構成によれば、中間水晶板３１１の下側の主面に形成された励振電極３１４ｂを、引き出し電極３１５ａと枠体スルーホール３５０ａを経由させて枠体３１３の上面側に引き出してから、接続電極３７０及び枠体スルーホール３８０を経由させて枠体３１３の下面側に設けられた接続部３１８ａに接続されている。これにより、中間水晶板３１１の両主面に形成された励振電極３１４ａ，３１４ｂが、両方共に枠体３１３の下側基板３０３との対向面側に設けられた接続部３１８ａ，３１８ｂに電気的に引き出される。また、下側基板３０３の、中間振動板３１１の接続部３５０ａ，３５０ｂのそれぞれと対応した位置に、下側基板３０３の底面に形成された二つの外部接続電極それぞれに接続された基板スルーホール３６０ａ，３６０ｂを設けた。中間水晶板３１１の上下面に上側及び下側基板３０２，３０３が接合された水晶振動子３１０においては、下側基板３０３の基板スルーホール３６０ａ，３６０ｂと、中間水晶板３１１の凹部３１９ｂ（水晶振動片３１２）及び下側基板３０３の凹部３３９とが、連通しない別の空間として設けられる。また、下側基板３０３の基板スルーホール３６０ａ，３６０ｂは、中間水晶板３１１との接合面において接続部３１８ａ，３１８ｂを取り囲み、基板スルーホール３６０ａ，３６０ｂの周囲の接合面は密閉された状態となる。この基板スルーホール３６０ａ，３６０ｂに半田を埋設することにより、接続部３１８ａ，３１８ｂとの良好な電気的接続をはかることができるので、気密性を確保し、下側基板３０３の底面両端部に設けられた二つの外部接続電極と、それぞれに対応する励振電極３１４ａ，３１４ｂとの確実な電気的接続が可能となる。また、半田９０を埋設するときに、溶融した半田が、各励振電極３１４ａ，３１４ｂ等の本来望まない部位に濡れ広がることにより、水晶振動片３１２の振動特性を変化させるのを防ぐことができる。さらに、上記第１及び第２の実施形態で説明した水晶振動子１０のように、上側基板２にスルーホール６０ａを設けて、さらに引き回し電極７を形成する必要がなくなる。また、中間水晶板３１１、上側及び下側基板３０２，３０３それぞれの製造と、これらを接合することによる水晶振動子３１０の製造を、ウェハ状態にて一括して行うことが可能となる。従って、周波数特性に優れ、高信頼性を有する水晶振動子１０が得られるとともに、その製造効率を向上させることができる。

本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、以下の変形例を実施することもできる。

（変形例１）上記実施形態では、上側及び下側水晶ウェハ１０２，１０３を中間水晶板１１１と同じ水晶で形成したが、これに限定されない。本発明のプラズマ処理により水晶と直接接合が可能な水晶以外の材料を、上側及び下側水晶ウェハの少なくとも一方に用いることができる。このような異種材料としては、シリコンを主成分としたソーダガラスなどのガラス材料、あるいはシリコン等を用いることが、水晶との接合性に加えて、比較的水晶に近い熱膨張係数を有することから好ましい。このような異種材料の上側及び下側ウェハ（基板）を用いる場合、本発明では常温で接合することができるので、熱膨張率の差異による反りを抑えることが可能である。また、３枚のウェハを同時に接合する方法をとれば、接合時に加熱しても熱膨張率の差異による反りを抑制することができる。

この構成によれば、上側及び下側基板を形成するためのウェハ材料の選択肢が広がるとともに、比較的安価にて入手できる材料なので、圧電振動子を低コストで製造することができる。

（変形例２）上記第１及び第２の実施形態では、中間水晶ウェハ１１１と、上側及び下側水晶ウェハ１０２，１０３を互いに直接接合させてから、基板スルーホール６０ａ，６０ｂに半田９０を埋設する構成としたが、これに限らない。予め各基板スルーホール６０ａ，６０ｂに半田９０を埋設した上側及び下側水晶ウェハ１０２，１０３を準備して、それらを中間水晶ウェハ１１１と互いに接合する構成としてもよい。
例えば、先ず、図５に示す上側及び下側水晶ウェハ１０２，１０３のそれぞれに、上記実施形態と同様にして各凹部、各貫通孔、及び導電膜パターンを形成したのち、基板スルーホール６０ａ，６０ｂのそれぞれに半田９０を埋設する。半田９０を埋設する方法は、同様に、ディスペンサ等により基板スルーホール６０ａ，６０ｂに埋設した半田ペーストをリフローする方法を利用できる。このとき、上側及び下側水晶ウェハ１０２，１０３のそれぞれは、中間水晶ウェハ１１１との対向面を下側にして処理する等して、半田９０が、少なくとも基板スルーホール６０ａ，６０ｂそれぞれの中間水晶ウェハ１１１との対向面と同一面まで形成されるようにする。次に、上記実施形態と同様にして、上側及び下側水晶ウェハ１０２，１０３それぞれの中間水晶ウェハ１１１との対向面（接合面）に鏡面研磨加工を行い、各基板スルーホール６０ａ，６０ｂに埋設された半田９０を含めた接合面を平坦且つ平滑にする。次に、上側及び下側水晶ウェハ１０２，１０３及び中間水晶ウェハ１１１の各接合面をプラズマ処理により表面活性化する。そして、上記実施形態と同様の方法にて、中間水晶ウェハ１１１の上下面に、上側及び下側水晶ウェハ１０２，１０３を互いに重ね合わせ、上下から加圧することにより本接合し、ダイシングにより個片化して水晶振動子１０を得る。

この構成によれば、中間水晶ウェハ１１１、上側及び下側水晶ウェハ１０２，１０３を接合した後で、半田リフローによる温度ストレスをかけることなく、接合性を劣化させるなどの不具合を回避することができる。また、上記変形例１に示した、上側及び下側ウェハ１０２，１０３の材料に中間水晶ウェハ１１１の材料である水晶と異なる材料用いた場合には、熱膨張率の差によりリフローの加熱で各ウェハが反ったり、接合部に応力が掛かるなどの不具合を抑えることができるという顕著な効果を奏する。

（変形例３）上記第２の実施形態では、中間水晶ウェハ１１１、上側及び下側水晶ウェハ１０２，１０３を接合してウェハ積層体１００とし、ダイシングして個片化してから引き回し電極７を形成したが、これに限らない。ウェハ積層体１００の状態で引き回し電極７を形成することもできる。
例えば、先ず、図５における中間水晶ウェハ１１１、上側及び下側水晶ウェハ１０２，１０３のそれぞれの、上側水晶ウェハ１０２の貫通孔５０近傍で且つ外郭線１５０を跨る同一の位置に、予めキャスタレーション（円形貫通孔）を設けておく。キャスタレーションは、フォトリソグラフィ技術を用いてフッ酸等で水晶をエッチングすることにより形成することが可能である。次に、上記実施形態と同様の方法で中間水晶ウェハ１１１、上側及び下側水晶ウェハ１０２，１０３を直接接合して図６（ｂ）に図示するウェハ積層体１００とする。すると、キャスタレーションはウェハ積層体１００の上下を貫通する。次に、スパッタなどにより、ウェハ積層体１００を貫通する各キャスタレーションの内壁を被覆し、且つ、上側水晶ウェハ１０２の各基板スルーホール６０ａとキャスタレーションとをつなぎ、さらに、下側水晶ウェハ１０３の底面に形成された外部接続電極８ａとキャスタレーションとをつなぐように、Ｃｒ／Ａｕ（クロム／金）などの導電膜パターンを形成する。以上の方法により、ウェハ積層体１００をダイシングする前に、上側水晶ウェハ１０２側に電気的に引出した各励振電極１４ａと、下側水晶ウェハ１０３の底面に形成された各外部接続電極８ａとを電気的に接続することができる。
この他に、各ウェハに予めキャスタレーションを設けずに、各ウェハを接合してから、ウェハ積層体１００を貫通する貫通孔を形成し、この貫通孔の内壁に同様に導電膜を形成することによって、上側水晶ウェハ１０２の上面と、下側水晶ウェハ１０３の底面に形成された各外部接続電極８ａとを電気的に接続することも可能である。

この構成によれば、水晶振動子１０の上側基板２側に引出した励振電極１４ａと、下側基板３の底面に形成された外部接続電極８ａとの電気的な接続をする引き回し電極の形成が、ウェハ状態にて一括して行うことができるので、製造効率を向上させることが可能となる。

（変形例４）上記第１及び第２実施形態では、中間水晶板１１の水晶振動片１２を枠体１３よりも薄く形成したが、これに限らず、水晶振動片１２と枠体１３とを同じ厚みで形成してもよい。この構成によれば、中間水晶ウェハ１１１に水晶振動片１２を形成するための凹部を形成する工程を省略することができる。

（変形例５）上記第１の実施形態では、中間水晶ウェハ１１１、上側及び下側ウェハ１０２，１０３を接合する際の表面活性化のためのプラズマ処理を、ＳＷＰ型ＲＩＥ方式にて実行したが、これに限らず、大気圧プラズマ法などの他のプラズマ法により行うことも可能である。

（変形例６）上記第１の実施形態では、中間水晶ウェハ１１１、上側及び下側ウェハ１０２，１０３を接合する際の表面活性化のためのプラズマ処理を、ＳＷＰ型ＲＩＥ方式にて実行したが、これに限らず、大気圧プラズマ法などの他のプラズマ法により行うことも可能である。

第１の実施形態の水晶振動子の構造を示し、（ａ）は、水晶振動子の上面図。（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図。（ｃ）は、底面図。（ａ）は、本発明に係る水晶振動子を構成する中間圧電板の上面図。（ｂ）は、同じく下面図。本発明に係る水晶振動子を構成する上側基板の下面図。本発明に係る水晶振動子を構成する下側基板の上面図。本発明に係る水晶振動子の製造方法において、接合させる３枚の水晶ウェハの概略を説明する斜視図。（ａ）は、本発明に係る水晶振動子の製造方法において、接合方法として用いる表面活性化接合の要領を概念的に示す説明図。（ｂ）は、水晶ウェハの積層体を示す概略斜視図。第３の実施形態の水晶振動子の構造を説明する斜視図。（ａ）は、第３の実施形態の中間圧電板の上面図。（ｂ）は、同じく下面図。（ｃ）は、同図（ａ）（ｂ）のＢ−Ｂ’線断面図。

符号の説明

２，３０２…上側基板、３，３０３…下側基板、８ａ，８ｂ…外部接続電極、１０，３１０…圧電振動子としての水晶振動子、１１，３１１…中間水晶板、１２，３１２…圧電振動片としての水晶振動片、１３，３１３…枠体、１４ａ，１４ｂ，３１４ａ，３１４ｂ…励振電極、１５ａ，１５ｂ，３１５ａ，３１５ｂ…引き出し電極、１８ａ，１８ｂ，３１８ａ，３１８ｂ…接合部、２９，３９，３２９，３３９…上側及び下側基板の各凹部、５０ａ，５０ｂ，３５０ａ，３５０ｂ，３８０…中間圧電板の枠体基板スルーホール、６０ａ…上側基板の基板スルーホール、６０ｂ，３６０ａ，３６０ｂ…下側基板の基板スルーホール、９０…導電接合材としての半田、１００…ウェハ積層体、１０２…上側圧電ウェハとしての上側水晶ウェハ、１０３…下側圧電ウェハとしての下側水晶ウェハ、１１１…中間圧電ウェハとしての中間水晶ウェハ。

Claims

励振電極が設けられた圧電振動片と、当該圧電振動片を囲むように配置された枠体とを有する中間圧電板と、
当該中間圧電板の上側主面に積層し、直接接合により接合された上側基板と、
前記中間圧電板の下側主面に積層し、直接接合により接合された下側基板と、
を備え、
前記上側基板の前記中間圧電板と積層される側の主面には、前記圧電振動片と対向する領域を含むように第１の凹部が設けられ、
前記下側基板の前記中間圧電板と積層される側の主面には、前記圧電振動片と対向する領域を含むように第２の凹部が設けられ、
前記中間圧電板の前記枠体の両主面には、前記励振電極と電気的に接続された第１、第２の引き出し電極がそれぞれ配置され、
前記枠体の前記上側基板が積層する側の主面に配置された前記第１の引き出し電極は、
前記枠体に配置された第１の貫通孔の内壁に設けられた第１の導電膜と、
前記第１の貫通孔と連通するように前記下側基板の厚肉部に配置された第２の貫通孔の内壁に設けられた第２の導電膜と、
を前記第１、第２の貫通孔に充填された導電材により電気的に接続することにより、
前記下側基板の厚肉部の前記枠体と接合する面とは反対側に配置された第１の外部接続端子と電気的に接合され、
前記枠体の前記下側基板が積層する側の主面に配置された前記第２の引き出し電極は、
前記枠体を貫通し内壁に導電膜が設けられた２つの枠体スルーホールの両主面の開口部のうち、前記第１の引き出し電極が配置された側の前記枠体の主面に位置する開口部同士を接続電極で電気的に接続し、
前記第２の引き出し電極が配置された側の前記２つの枠体スルーホールの開口部のうち、一方の開口部を前記第２の引き出し電極と電気的に接続させ、他方の開口部を前記下側基板の厚肉部に配置された第３の貫通孔の内壁に設けられた第３の導電膜と電気的に接続させ、
前記下側基板に設けた第２の外部接続端子は、前記第３の導電膜と電気的に接続することにより、前記第２の引き出し電極に電気的に接続され、
前記上側基板の前記枠体と当接する側の厚肉部には、前記第１の引き出し電極と及び前記接続電極と対向する領域に、前記第１の凹部の内底面が配置され、
前記上側基板の厚肉部の前記第１の引き出し電極及び前記接続電極と対向する領域外の主面は、前記枠体と、直接接合により接合され、
前記下側基板の前記枠体と当接する側の厚肉部には、前記第２の引き出し電極と対向する領域に、前記第２の凹部の内底面が配置され、
前記下側基板の厚肉部の前記第２の引き出し電極と対向する領域外の主面は、前記枠体と、直接接合により接合されている、
ことを特徴とする圧電デバイス。
前記中間圧電板と、前記上側及び下側基板が水晶からなることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
前記上側及び下側基板がガラス材料またはシリコンからなることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。