CN104283525A - 压电器件及压电器件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抑制压电振动片的谐振频率变动，制造良率高的压电器件及其制造方法。该压电器件包括：压电振动片(140)，形成着激振电极(141a)；基底(130)，保持压电振动片(140)；第一盖板(120)，在将压电振动片(140)收容于空腔(150)的状态下接合于基底(130)，且包含将空腔(150)开口的开口部(122)；及第二盖板(110)，以将开口部(122)阻塞的方式接合于第一盖板(120)的表面侧；开口部(122)是形成于俯视下包含压电振动片(140)的除激振电极(141a)以外的区域(S1)、或除压电振动片(140)以外的区域(S2)且重叠的位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种压电器件及压电器件的制造方法。
背景技术
以晶体振子为代表的压电振子(压电器件)是在陶瓷(ceramics)等封装体(package)装载晶体振动片(压电振动片)，并进行气密密封或真空密封而成。然而，因电子零件小型化、低背化及低价格化的市场需求提高，陶瓷封装体的采用变得越来越困难。为了应对这些需求，而提出了使用玻璃封装体的压电振子(例如，参照专利文献1、2)。
作为玻璃封装体的结构，存在在形成于相互接合的盖板(lid)及基底(base)中的其中之一的凹部装载着晶体振动片的结构，或者在具有框部的晶体振动片的表面及里面接合着盖板及基底的构成等(例如，参照专利文献3)。所述结构均能够以晶片级制造，因此，和现有的陶瓷封装体相比，可实现小型·低背化，进而可实现低价格化。
当制造如上所述结构的玻璃封装体时，作为玻璃晶片彼此或者玻璃与晶体晶片的接合法，提出有直接接合法、阳极接合法、金属压接接合法、低熔点玻璃接合法、等离子体活化接合法、及离子束(ion beam)活化接合法等。直接接合法是为了获得充分的接合强度而必须在高温下进行热处理，因此，作为晶体振子的接合法仍存在课题。阳极接合法是使用包含碱离子(alkaliion)的玻璃晶片时的接合方法，且因在接合时伴有气体产生，因此存在产生内部真空度等劣化之类的问题。
金属压接接合法是通过AuSn共晶金属等金属进行接合，因此必须将密接层或阻挡层(barrier layer)进行成膜、图案化(patterning)，从而存在制造成本高之类的问题。低熔点玻璃接合法是在接合时自低熔点玻璃体浆料(paste)伴有气体产生，因此，存在发生内部真空度等劣化之类的问题。等离子体活化接合法被认为难以在真空中进行接合。离子束活化接合法是通过对晶片照射氩离子束(argon beam)等而使晶片表面清洁化，且通过使该面彼此抵接，而可在常温下进行各种材料接合(例如，参照专利文献4)。
该离子束活化接合法一般来说是在同一腔室(chamber)内利用离子束照射进行活化处理、及晶片彼此的接合处理。因此，在活化处理后，立即停止氩供给，且通过真空排气，而可在保持晶体振子所要求的真空度的状态下进行接合。但是，在照射离子束时，离子源(ion source)主体的构件或腔室内壁将同时被溅射(spatter)，因此，在晶片表面将附着这些构成材料(不锈钢(stainless)或铝合金)即铁(Fe)、铬(Cr)、铝(Al)(例如，参照专利文献5)。这样一来，在离子束活化接合中，伴随离子束照射，而同时产生晶片表面的溅射(sputtering)作用所引起的蚀刻、及铁、铬、铝附着(沉积)，由此，在玻璃或晶体晶片之间实现牢固的接合。
[背景技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2004-6525号公报
[专利文献2]日本专利特开2012-74649号公报
[专利文献3]日本专利特开2000-68780号公报
[专利文献4]日本专利特开2008-178071号公报
[专利文献5]日本专利特开2007-324195号公报
作为晶片级的玻璃封装体的接合法，如上所述，离子束活化接合法因可在室温下实现压电器件所要求的真空度，因此被认为最佳。
在玻璃封装体包含盖板及基底的类型(type)中，贯通孔配线或连接电极等的各种配线形成于基底的表面等。在装载于该基底的晶体振动片也形成着激振电极或引出电极，且该引出电极与基底的连接电极电性连接。而且，即便在具有框部的晶体振动片的表面及里面上接合着盖板及基底的类型中，也在基底形成着各种电极，且在晶体振动片也同样地形成着激振电极或引出电极。
无论何种类型中，均于在盖板接合中应用离子束活化接合法的情况下，形成于晶体振动片或基底的电极会因离子束照射而发生因氩的溅射作用引起的蚀刻、及构成腔室内壁的金属元素沉积。晶体振动片的电极的蚀刻量及金属附着量是因晶片内的晶体振动片的装载位置或晶体振动片的形成位置而不同。其分布与晶体振动片的谐振频率变动量的晶片面内分布等效。在电极的蚀刻量大于金属附着量的区域，频率变动量偏移(shift)至正(plus)侧，反之，在电极的蚀刻量小于金属附着量的区域，频率变动量偏移至负(minus)侧。当制造晶体振子时，在晶片接合之后发生此种频率变动将导致制造良率降低，从而为问题所在。
而且，在专利文献4中，揭示了在使用等离子体活化接合法或离子束活化接合法的情况下，当照射等离子体或离子束时，预先利用电极罩被覆激振电极。然而，以晶片级在各压电振动片的激振电极设置电极罩较为繁琐，导致制造成本增加。而且，该电极罩也会被离子束等蚀刻，因此也存在因其金属元素附着而对振动特性造成影响的可能性。
发明内容
本发明是鉴于所述问题而完成，其目的在于提供一种制造良率高的压电器件及其制造方法，通过不使离子束直接照射至形成于压电振动片的电极，而即便在盖板的接合中应用离子束活化接合法的情况下，也能防止因离子束照射造成电极蚀刻或电极上的金属附着，从而抑制压电振动片的谐振频率的变动。
本发明提供一种压电器件，包括：压电振动片，形成着电极；基底，保持压电振动片；第一盖板，在将压电振动片收容于空腔(cavity)内的状态下接合于基底，且包含将空腔开口的开口部；第二盖板，以阻塞开口部的方式接合于第一盖板的表面侧；开口部形成于在俯视下包含压电振动片的除电极以外的区域、或除压电振动片以外的区域且重叠的位置。而且，开口部还可形成于沿着基底与第一盖板的接合部的位置。
而且，本发明提供一种压电器件，包括：压电振动片，包含振动部、包围振动部的框部、及将振动部与框部连结的固定(anchor)部，且至少在振动部形成着电极；基底，接合于框部的里面侧；第一盖板，接合于框部的表面侧，且包含将框部的内侧开口的开口部；及第二盖板，以阻塞开口部的方式接合于第一盖板的表面侧；开口部形成于在俯视下包含振动部的除电极以外的区域、或除振动部以外的区域且重叠的位置。而且，开口部还可形成于沿着框部的位置。
而且，第二盖板还可使用将第一盖板的表面整面覆盖的形状的盖板。而且，第一盖板与第二盖板的接合可以利用离子束活化接合法进行接合，且其他接合可以是离子束活化接合法以外的接合。
而且，本发明提供一种包含压电振动片的压电器件的制造方法，包括：载置步骤，将压电振动片载置于基底；形成步骤，在第一盖板形成开口部；第一接合步骤，将第一盖板接合于基底；以及第二接合步骤，使用离子束活化接合法，以阻塞开口部的方式将第二盖板接合于第一盖板。
而且，本发明提供一种包含具有振动部及包围振动部的框部的压电振动片的压电器件的制造方法，包括：基底接合步骤，将基底接合于框部的里面侧；形成步骤，在第一盖板形成开口部；第一接合步骤，将第一盖板接合于框部的表面侧；以及第二接合步骤，使用离子束活化接合法，以阻塞开口部的方式将第二盖板接合于第一盖板。
[发明的效果]
根据本发明，由于在利用第一盖板覆盖压电振动片(振动部)的状态下实施离子束活化接合法，所以可抑制形成于压电振动片(振动部)的电极蚀刻、或压电振动片的电极上的金属附着。由此，可抑制压电器件的谐振频率变动，防止产生不良品，从而可提高制造良率。
附图说明
图1(a)、图1(b)表示第一实施方式的压电器件，图1(a)是展开所得的立体图，图1(b)是沿图1(a)的A-A线的剖视图。
图2(a)是表示开口部的一例的俯视图，图2(b)是表示开口部的其他例的俯视图。
图3是表示图1(a)、图1(b)所示的压电振动片的制造步骤的一例的图。
图4是离子束活化接合装置的概略图。
图5是表示第二实施方式的压电器件的剖视图。
图6(a)、图6(b)表示第三实施方式的压电器件，图6(a)是展开所得的立体图，图6(b)是沿图6(a)的C-C线的剖视图。
图7是表示图6(a)、图6(b)所示的压电器件的制造步骤的图。
[符号的说明]
10：离子束活化接合装置
20：真空腔室
30：对准台
40：加压机构
50：离子源
60：中性化电子源
100、200、300：压电器件
110、210、310：第二盖板
110a、120a、120b、210a、220a、230a、310a、320a、320b、340a：接合面
120、220、320：第一盖板
121、231、321、341：凹部
122、122a、122b、222、322：开口部
130、230、340：基底
130a：表面
131a、131b、232、342a、342b：连接电极
132a、132b、132c、132d、234、343a、343b：外部电极
133a、133b、236、336、344a、344b：贯通孔配线
140、330：压电振动片
141a、141b、334a、334b：激振电极(电极)
142a、142b、242：导电膏
150、250、350：空腔
160、260、360：密封层
235、343c、343d：虚拟电极
331：框部
332：振动部
333：贯通槽
335a、335b：引出电极
AW30：压电晶片
BW10、BW30：基底晶片
IB：氩离子束
LW11、LW31：第一盖板晶片
LW12、LW32：第二盖板晶片
S1、S2：区域
具体实施方式
下面，一面参照附图一面对本发明的实施方式进行说明。但是，本发明并不限定于此。而且，在附图中，为了说明实施方式，而将一部分放大或强调地记载等适当变更缩小比例进行表现。在以下各图中，使用XYZ坐标系，对图中的方向进行说明。在该XYZ坐标系中，将与压电振动片的表面平行的平面设为XZ平面。在该XZ平面中，将压电振动片的长边方向记作X方向，将与X方向正交的方向记作Z方向。将垂直于XZ平面的方向(压电振动片的厚度方向)记作Y方向。X方向、Y方向及Z方向之各方向是将图中的箭头的方向设为+方向，将与箭头的方向相反的方向设为-方向进行说明。
<第一实施方式>
(压电器件100的构成)
使用图1(a)、图1(b)，对第一实施方式的压电器件100进行说明。如图1(a)所示，压电器件100是包含第二盖板110、第一盖板120、基底130、及压电振动片140的压电振子。装载着压电振动片140的基底130是例如利用包含低熔点玻璃的密封件(seal)160与第一盖板120进行接合，进而，第一盖板120与第二盖板110是利用离子束活化接合进行接合。
第二盖板110、第一盖板120、基底130是使用硼硅酸玻璃，但并不限定于此，例如包含钠玻璃(soda glass)、无碱玻璃(non-alkali glass)、石英等玻璃，且添加有包含无机氧化物的陶瓷材料的所有玻璃。而且，只要具有接合所需的表面平滑性，还可以是低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-firedCeramic，LTCC)(低温煅烧陶瓷)或氧化铝(alumina)等普通陶瓷。用于第二盖板110、第一盖板120、基底130的玻璃材料不一定必须相同，但可通过使这些玻璃材料相同，而使热膨胀率相等，因此，能够抑制因温度变化而产生的应力。而且，在通过阳极接合法将第一盖板120与基底130接合的情况下，还可使用碱玻璃(alkali glass)。
第二盖板110是矩形状的板状构件。与第一盖板120的接合面110a具有适合利用离子束活化接合所进行的接合的充分的平滑性(典型的是平均粗糙程度(roughness)Ra为1nm左右)。
第一盖板120是俯视为矩形状的板状构件，且如图1(a)所示，在里面侧(-Y侧的面)设置着凹部121。而且，在凹部121的一部分设置着在Y方向上贯通的开口部122。与第二盖板110的接合面120a具有适合利用离子束活化接合所进行的接合的充分的平滑性(典型的是平均粗糙程度Ra为1nm左右)。另一方面，包围凹部121的面且成为与基底接合的接合面的120b并非需要离子束活化接合所需的平滑性，但也可具有以此为标准的平滑性而形成。
开口部122在将第一盖板120与基底130接合后，接合第二盖板110时，发挥用以对压电振动片140的周围的空间(空腔)150内抽真空的贯通孔的功能。而且，开口部122是配置在当将第二盖板110接合于第一盖板120上时，可降低离子束对压电振动片140的影响的位置。
基底130为矩形状的板状构件。如图1(b)所示，通过使第一盖板120的接合面120b接合于基底130的表面(+Y侧的面)130a，而形成收纳压电振动片140的空腔150。此外，表面130a中与第一盖板120的接合面120b相接的部分具有与接合面中的第一盖板120的接合面120b相同的平滑性。
在基底130的表面130a的-X侧形成着在Z方向上排列的矩形状的连接电极131a、连接电极131b。在基底130的里面(-Y侧的面)，在四角的各角形成着矩形状的外部电极132a、外部电极132b、外部电极132c、外部电极132d。此外，在图1(a)中，-X侧并且-Z侧的外部电极132b成为隐藏在压电振动片140的阴影下的状态。外部电极132a与外部电极132b是用作安装于基板时的一对安装端子。外部电极132c与外部电极132d是虚拟(dummy)电极，且不与其他电极电性连接。
在连接电极131a(或连接电极131b)与外部电极132a(或外部电极132b)之间形成着在Y方向上贯通基底130的贯通孔配线133a(或贯通孔配线133b)。通过该贯通孔配线133a(或贯通孔配线133b)将连接电极131a(或连接电极131b)与外部电极132a(或外部电极132b)电性连接。
连接电极131a、连接电极131b及外部电极132a、外部电极132b、外部电极132c、外部电极132d是使用导电性金属膜。作为金属膜，例如采用使铬(Cr)、钛(Ti)、镍(Ni)、或者镍铬(NiCr)、镍钛(NiTi)或镍钨(NiW)合金成膜作为基底膜，且在其上将金(Au)、镍(Ni)或铜(Cu)镀敷成膜而成的积层结构，或者在其上印刷、煅烧含有银或铜的粉末粒子的导电膏而成的积层结构。贯通孔配线133a(或贯通孔配线133b)是对形成于基底130的贯通孔镀铜、或者填充含有银或铜的粉末粒子的导电膏而形成。
压电振动片140例如是AT切割(AT-cut)的晶体振子片。在压电振动片140的表面及里面形成着金(Au)或银(Ag)的激振电极141a、激振电极141b，且激振电极141a、激振电极141b分别利用导电膏142a、导电膏142b电性连接于连接电极131a、连接电极131b。此外，激振电极141a、激振电极141b为了提高与晶体的密接性，而使用以铬(Cr)、钛(Ti)、镍(Ni)、或者镍铬(NiCr)、镍钛(NiTi)或镍钨(NiW)合金作为基底膜，且在其上将金(Au)或银(Ag)的主电极成膜而成的导电性金属膜。
于在基底130上装载着压电振动片140状态下，通过从外部电极端子施加信号，而使压电振动片140激振，且以达到所需的谐振频率的方式进行频率调整。其后，如图1(b)所示，通过将第一盖板120与基底130接合，且将第一盖板120与第二盖板110接合，而使压电振动片140成为收容于空腔150的状态。空腔150内是由真空环境或氮气等惰性气体环境密封。
基底130与第一盖板120必须使用装载于基底130上的压电振动片140的谐振频率不产生频偏的接合方法进行接合，所以，使用除离子束活化接合法以外的接合法进行接合。也就是说，使用金属压接接合、低熔点玻璃接合、阳极接合、等离子体活化接合中的任一种接合法。在使用金属压接接合将基底130与第一盖板120接合的情况下，如图1(b)所示，在基底130与第一盖板120的接合部，分别形成着包含金、铝、或AuSn之类的低熔点金属等可实施金属压接接合的金属的密封层160。
另一方面，在使用低熔点玻璃接合将基底130与第一盖板120接合的情况下，在基底130与第一盖板120的接合部形成着包含低熔点玻璃的密封层160。而且，在使用阳极接合法将基底130与第一盖板120接合的情况下，将第一盖板120与基底130的其中之一设为碱玻璃，将硅(Silicon)(Si)用作密封层160。此外，阳极接合时的电位必须将碱玻璃侧设为负极(cathode)，将相反侧设为正极(anode)。而且，在使用等离子体活化接合法将基底130与第一盖板120接合的情况下，无需密封层160，但第一盖板120、基底130的接合面将曝露于氧等离子体，因此存在只能将使用金(Au)的压电振动片140用作电极的限制。
基底130与第一盖板120的接合只要压电振动片140的谐振频率不产生变化，则无需在真空中接合，也可以在氮气环境中进行接合，且视情况也可以在大气中进行接合。
第二盖板110是利用离子束活化接合而接合于基底130与第一盖板120的接合体上。如图2(a)所示，开口部122是形成于在俯视下包含压电振动片140的除激振电极141a以外的区域S1的位置且重叠的位置。开口部122的大小为任意。而且，开口部122的形状并不限定于圆形，可任意为椭圆形状、扁圆形状、多边形状等形状。而且，开口部122的数量也为任意，也可形成于两个部位以上。在形成着两个以上的开口部122的情况下，可为相同的形状，而且也可为不同的形状。此外，图2(a)的开口部122包含压电振动片140的激振电极141a的一部分，但也能够以只和区域S1重叠的方式形成。
这样一来，压电振动片140是除了开口部122以外由第一盖板120覆盖，且开口部122形成于包含除激振电极141a以外的区域S1且重叠的位置，因此，可避免在离子束活化时离子束较多地照射至压电振动片140的激振电极141a，或者因离子束照射，从装置内的构成元件溅射的金属大面积地附着于激振电极141a上。其结果，可防止压电振动片140的谐振频率变动。另一方面，能够通过第一盖板120的开口部122，对利用基底130与第一盖板120的接合而形成的空腔150内抽真空。这样一来，可提供一种即便利用离子束活化接合进行接合，也不会使压电振动片140的谐振频率变化，且包含经真空气密密封的玻璃封装体的压电器件100。
而且，如图2(b)所示，开口部122a还可形成于在俯视下包含除压电振动片140以外的区域S2且重叠的位置。而且，开口部122a还可沿第一盖板120的接合面120b(与基底130的接合部)而形成。因使开口部122a沿接合面120b而形成，故可减小与压电振动片140重叠的部分。而且，在开口部122a中，也与开口部122同样地，大小等为任意。此外，图2(b)的开口部122a包含压电振动片140的一部分，但也能够以只和区域S2重叠的方式(即以不与压电振动片140重叠的方式)形成。而且，也可如图2(b)的虚线所示的开口部122b那样形成于空腔150的角部。
在如该开口部122a、开口部122b那样，形成于包含除压电振动片140以外的区域S2且重叠的位置的情况下，也可以与所述开口部122同样地，避免离子束较多地照射至压电振动片140(激振电极141a)，或被溅射的金属大面积地附着于激振电极141a上。最终，可提供一种即便利用离子束活化接合进行接合，也不会使压电振动片140的谐振频率变化，且包含经真空气密密封的玻璃封装体的压电器件。
(压电器件100的制造方法)
接下来，使用图3，对压电器件100的制造方法进行说明。该压电器件100是利用所谓的晶片级封装(Wafer-Level Package)的方法而制造。压电振动片140被实施从压电晶片切取各个压电振动片的多重倒角。
压电振动片140是利用机械加工法而加工成具备所需的频率特性的外形形状，且使用金属掩模(metal mask)，通过溅射法或蒸发法，而在表面及里面形成激振电极141a、激振电极141b。压电振动片140也可以实施使周边部薄于中央部的凸面(convex)加工。激振电极141a、激振电极141b为了提高与晶体的密接性，而成为将铬(Cr)、钛(Ti)、镍(Ni)、或者镍铬(NiCr)、镍钛(NiTi)或镍钨(NiW)合金作为基底膜，且在此基底膜上积层金(Au)或银(Ag)的主电极而成的双层结构。
第二盖板110、第一盖板120及基底130是分别进行从第二盖板晶片LW12、第一盖板晶片LW11、基底晶片BW10将各自切取的多重倒角。作为这些第二盖板晶片LW12、第一盖板晶片LW11、基底晶片BW10，例如使用硼硅酸玻璃。第一盖板晶片LW11是通过喷砂(sand blast)或湿式蚀刻(wetetching)形成成为空腔150的凹部121及开口部122(形成步骤)。另一方面，在基底晶片BW10，通过喷砂或湿式蚀刻形成贯通配线133a、贯通孔配线133b用的贯通孔。
在基底晶片BW10，例如利用镀铜或导电膏填充贯通孔，形成贯通孔配线133a、贯通孔配线133b，进而形成利用导电膏142a等装载压电振动片140时的连接电极131a、连接电极131b、及外部电极132a、外部电极132b、外部电极132c、外部电极132d。这些连接电极131a等是作为基底膜，通过在铬(Cr)、钛(Ti)、镍(Ni)、或者镍铬(NiCr)、镍钛(NiTi)或镍钨(NiW)合金膜上将金(Au)、镍(Ni)或铜(Cu)溅射成膜，且在该基底膜上利用无电解镀镍形成电极的方法，或者印刷、煅烧含有银或铜的粉末粒子的导电膏形成电极的方法等而形成。
接下来，在基底晶片BW10上，利用导电膏142a、导电膏142b装载各个压电振动片140(载置步骤)。通过这些导电膏142a、导电膏142b，而将压电振动片140的激振电极141a、激振电极141b与外部电极132a、外部电极132b电性连接。
接下来，装载于基底晶片BW10上的各个压电振动片140的谐振频率以成为所需的谐振频率的方式，利用频率调整装置进行调整(频率调整步骤)。该频率调整步骤是通过一边监控(monitor)各个压电振动片140的谐振频率，一边在达到所需的谐振频率之前，利用设置于频率调整装置内的离子束产生器(ion beam generatorl)将激振电极141a溅射去除而进行。
接下来，进行已完成频率调整的基底晶片BW10与第一盖板晶片LW11的接合(第一接合步骤)。在第一盖板晶片LW11，在收纳各个压电振动片140的位置设置着成为空腔150的凹部121及开口部122。接合必须利用压电振动片140的谐振频率不产生变化、即不对压电振动片140赋予质量变化的接合方法来进行接合。为此，通过除离子束活化接合法以外的接合法即低熔点玻璃接合、金属压接接合、阳极接合、等离子体活化接合中的任一种接合法进行接合。
例如，在低熔点玻璃接合的情况下，可通过如下方式进行接合，即，在对包围第一盖板120的凹部121且成为与基底130的接合面的120b印刷成为密封层160的低熔点玻璃料(glass frit)之后，将印刷着玻璃料的密封层160的第一盖板晶片LW11对准(alignment)地重叠于基底晶片BW10上，在氮气环境中加热到低熔点玻璃料的玻璃软化点附近的温度，且对晶片施加均匀的负荷。在金属压接接合的情况下，使用如Au或铝、AuSn之类低熔点金属等可实施金属压接接合的金属作为密封层160来代替低熔点玻璃料。
另一方面，在阳极接合的情况下，必须至少将基底晶片BW10与第一盖板晶片LW11中的其中之一设为碱玻璃，且在另一个密封面(120b或130a)涂布有(coating)硅(Si)。在阳极接合中，对基底晶片BW10与第一盖板晶片LW11之间施加200℃～400℃的高温和1kV左右的高电压进行接合。可通过将碱玻璃侧设为负极，将另一侧设为正极而进行牢固的接合。此外，在进行阳极接合时，已知会产生氧气，但由于在第一盖板晶片LW11设置着开口部122，所以产生的氧可通过该开口部122排出至外部，因此，不会对压电振动片140的特性造成影响。
而且，在将等离子体活化接合用于基底晶片BW10与第一盖板晶片LW11的接合的情况下，各个接合面(120b与130a)将曝露于氧等离子体。因此，在压电振动片140上的激振电极141a不是作为非氧化性金属的Au电极的情况下，将导致电极被氧化，压电振动片的谐振频率大幅度频偏。即，对Ag电极的压电振动片无法采用等离子体活化接合，从而可应用等离子体活化接合的只限定于Au电极的压电振动片。
接下来，在第一盖板晶片LW11上，利用离子束活化接合法接合第二盖板晶片LW12(第二接合步骤)。离子束活化接合法是在高真空下进行的接合法，且利用基底晶片BW10与第一盖板晶片LW11的接合而形成的空腔150内经由在第一盖板晶片LW11开口的开口部122被高真空地排气。而且，由于压电振动片140及其上的激振电极141a由第一盖板120所覆盖，所以，即便照射离子束，也可避免激振电极141a被蚀刻，或者因离子束的照射而导致溅射的装置内金属较多地附着于压电振动片140上。其结果，可不使压电振动片140的谐振频率变动地将空腔150保持着高真空状态进行密封。
如图4所示，离子束活化接合是使用离子束活化接合装置10。如图4所示，离子束活化接合装置10包括真空腔室20、具有晶片保持器(wafer holder)的对准台(alignment stage)30、具有晶片保持器的加压机构40、以朝向接合面照射离子束的方式配置的离子(ion)源50、及中性化电子源60。真空腔室20是利用未图示的真空排气泵(pump)(例如涡轮分子泵(turbo-molecularpump))进行排气，从而设定成真空环境。离子源50与中性化电子源60是分别经由质量流量计(mass fiowmeter)被供给氩气(argon gas)。
第二盖板晶片LW12是利用静电吸盘(electrostatic chuck)等保持于加压机构40的晶片保持器。基底晶片BW10与第一盖板晶片LW11的接合体保持在对准台30的晶片保持器。此外，第二盖板晶片LW12是以与第一盖板晶片LW11相对的方式配置。接下来，对真空腔室20内真空排气直至成为规定的真空度后，从离子源50朝向两晶片照射氩离子束(离子束)IB。此外，氩离子束IB是通过中性化电子源60而中性化。
通过该氩离子束IB，将第一盖板晶片LW11及第二盖板晶片LW12的表面进行溅射蚀刻，使表面清洁化。此外，虽然氩离子束IB具有大的发散角，但如上所述压电振动片140是被第一盖板晶片LW11覆盖，激振电极141a未被蚀刻。而且，由于构成离子束活化接合装置10的各构件曝露于氩等离子体而被溅射，所以在氩离子束IB中含有各种金属成分。但是，如上所述，由于压电振动片140被第一盖板晶片LW11覆盖，所以这些金属几乎不沉积于压电振动片140。
接下来，以规定的时间进行氩离子束IB照射之后，进行第一盖板晶片LW11(接合体)与第二盖板晶片LW12的对准，然后利用加压机构40以规定的负荷与压接时间条件将第一盖板晶片LW11与第二盖板晶片LW12接合。此后，从离子束活化接合装置10取出接合晶片，并且将该接合晶片安装(mount)在切割胶带(dicing tape)，通过切晶(dicing)装置进行切断(切晶步骤)，由此获得单片化的压电器件100。
如上所述，根据压电器件100的制造方法，可抑制压电振动片140的谐振频率变动，以高良率制造包含真空气密密封的玻璃封装体的压电器件100。
<第二实施方式>
继而，对第二实施方式进行说明。在以下说明中，对与第一实施方式相同或同等的构成部分标注相同符号，且将说明省略或简化。图5表示第二实施方式的压电器件200，且表示沿着相当于图1(a)的A-A线的线的剖视图。该压电器件200是使用与第一实施方式相同的压电振动片140。
如图5所示，压电器件200是包含第二盖板210、第一盖板220、基底230、及压电振动片140的压电振子。装载着压电振动片140的基底230是例如通过包含低熔点玻璃的密封件260而接合，进而，第一盖板220与第二盖板210通过离子束活化接合而接合。
第二盖板210是与第一实施方式同样地为矩形状的板状构件，且与第一盖板220的接合面210a具有适合离子束活化接合所进行的接合的充分的平滑性(典型的是平均粗糙程度Ra为1nm左右)。
第一盖板220是与第二盖板同样地为矩形状的板状构件，且形成着在Y方向上贯通的开口部222。与第二盖板的接合面220a具有适合离子束活化接合所进行的接合的充分的平滑性(典型的是平均粗糙程度Ra为1nm左右)。另一方面，成为与基底230的接合面的120b并非必须具有离子束活化接合所需的平滑性，但也可具有以该离子束活化接合为标准的平滑性而形成。
开口部222是与第一实施方式的开口部122等同样地，在将第一盖板220与基底230接合后，接合第二盖板210时，发挥用以对压电振动片140的周围的空间(空腔)250内抽真空的贯通孔的功能。而且，开口部222配置在当将第二盖板210接合于第一盖板220上时，可降低离子束对压电振动片140的影响的位置。
基底230是俯视为矩形状的板状构件，且如图5所示，在表面侧(+Y侧的面)的中央部分设置着凹部231。以包围该凹部231的方式形成着与第一盖板220的接合面230a。通过使这些第一盖板220与基底230接合，而形成收纳压电振动片140的空腔(收纳空间)250。
在基底230的凹部231内形成着连接电极232，且在基底230的里面形成着外部电极234及虚拟电极235。在连接电极232与外部电极234之间形成着在Y方向上贯通基底230的贯通孔配线236，且将连接电极232与外部电极234电性连接。此外，连接电极232或外部电极234、贯通孔配线236与第一实施方式的压电器件100大致相同。压电振动片140的激振电极141a、激振电极141b是通过导电膏242电性连接于外部电极234，从而可激振压电振动片140。
基底230与第一盖板220的接合、以及基底230及第一盖板220的接合体与第二盖板210的接合与第一实施方式相同。而且，压电器件200的制造方法也与第一实施方式大致相同。
开口部222是与图2(a)所示的开口部122同样地，形成于俯视下包含压电振动片140的除激振电极141a以外的区域S1且重叠的位置。而且，开口部222可与图2(b)所示的开口部122a、开口部122b同样地，形成于俯视下包含除压电振动片140以外的区域S2且重叠的位置，进而也可形成于沿着与基底230的接合部的位置。此外，开口部222的大小或个数等可以与第一实施方式的开口部122同样地任意设定。
这样一来，压电器件200是与第一实施方式同样地，在利用离子束活化接合将第二盖板210接合时，可经由开口于第一盖板220的开口部222对空腔250内高真空地排气。而且，压电振动片140及其上的激振电极141a是被第一盖板220覆盖，所以即便照射离子束，也可避免激振电极141a被蚀刻，或者因离子束照射导致被溅射的装置内金属附着于压电振动片140上。最终，可不使压电振动片140的谐振频率变动地将空腔250保持着高真空状态进行密封。
<第三实施方式>
(压电器件300的构成)
使用图6(a)、图6(b)，对第三实施方式的压电器件300进行说明。该压电器件300是如图6(a)所示地具有如下结构的压电振子，即，以夹着具有框部331的压电振动片330的方式，将第一盖板320接合于压电振动片330的+Y侧，将基底340接合于-Y侧，进而将第二盖板310接合于第一盖板320的+Y侧。第二盖板310、第一盖板320及基底340是与第一及第二实施方式同样地例如使用硼硅酸玻璃等。
第二盖板310如图6(a)所示是矩形状的板状构件。与第一盖板320的接合面310a具有适合离子束活化接合所进行的接合的充分的平滑性(典型的是平均粗糙程度Ra为1nm左右)。
第一盖板320是俯视为矩形状的板状构件，如图6(a)所示，在里面侧(-Y侧的面)设置着凹部321。在凹部321的一部分设置着开口部322。与第二盖板310的接合面320a具有适合离子束活化接合所进行的接合的充分的平滑性(典型的是平均粗糙程度Ra为1nm左右)。另一方面，包围凹部321的面且成为与压电振动片330的框部331的接合面的320b并非必须具有离子束活化接合所需的平滑性，但也可具有以该离子束活化接合为标准的平滑性而形成。
开口部322是在将第一盖板320、压电振动片330、及基底340接合后，接合第二盖板310时，发挥用以对形成于压电振动片330的振动部332的周围的空间(空腔)350内抽真空的贯通孔的功能。而且，开口部322是配置在当将第二盖板310接合于第一盖板320上时，可降低离子束对振动部332的影响的位置、例如框部331与振动部332之间的贯通槽333的正上方的位置。
如图6(a)所示，压电振动片330具有将框部331与振动部332利用贯通槽333分离的结构。在振动部332的表面及里面分别形成着用以激振振动部332的激振电极334a、激振电极334b(参照图6(b))，並且在振动部332的表面及里面也分别引出电极335a、引出电极335b、引出电极335c。表面侧(+Y侧)的引出电极335a与里面侧(-Y侧)的引出电极335c是通过贯通孔配线336而电性连接。此外，引出电极335c位于引出电极335a的正下方，因此在图6(a)、图6(b)中被省略。
压电振动片330是使用光刻法(photolithography)及蚀刻加工，且在例如AT切割晶体晶片上成批形成。压电振动片330的振动部332是形成于矩形上，且Y轴方向的厚度与框部331相同，但也可形成为薄于框部331。而且，也可形成与周边相比使振动部332的中央部分成为厚壁的台面(mesa)。
激振电极334a、激振电极334b或引出电极335a、引出电极335b、引出电极335c是为了提高与晶体的密接性，而使用以铬(Cr)、钛(Ti)、镍(Ni)、或者镍铬(NiCr)、镍钛(NiTi)或镍钨(NiW)合金作为基底膜，在该基底膜上将金(Au)或银(Ag)的主电极成膜而成的导电性金属膜。而且，贯通孔配线336虽可利用导电性材料进行填充而形成，但可通过对贯通孔赋予梯度(taper)，而在激振电极334a等或引出电极335a等的成膜时在贯通孔的侧面进行成膜，从而实现正背的电性连接。
基底340是形成为矩形的板状，且如图6(a)所示，包括形成于表面(+Y侧的面)的凹部341、及包围凹部341的接合面340a。接合面340a係与压电振动片330的框部331的里面(-Y侧的面)对向。
如图6(a)所示，在基底340的表面的-X侧的区域形成着连接电极342a、连接电极342b，且在基底340的里面的-X侧的区域形成着外部电极343a、外部电极343b。而且，在基底340形成着在Y方向上贯通的贯通孔配线344a、贯通孔配线344b，且通过该贯通孔配线344a、贯通孔配线344b，而将连接电极342a(连接电极342b)与外部电极343a(外部电极343b)电性连接。此外，如图6(b)所示，在基底340的里面的+X侧的区域形成着虚拟电极343c、虚拟电极343d。在图6(a)中，将虚拟电极343c、虚拟电极343d省略。
这些连接电极342a等、外部电极343a等、或贯通孔配线344a等是使用与第一及第二实施方式相同的金属。而且，作为连接电极342a等和外部电极343a等的连接，并不限定于使用贯通孔配线344a等。例如，也可在基底340的角部或边部形成切口(城堡型结构(castellation))，在该切口形成电极而将连接电极342a等和外部电极343a等电性连接。
如图6(b)所示，基底340通过配置于接合面340a与框部331的里面之间的密封层360而接合于压电振动片330的里面侧(-Y侧的面侧)。作为密封层360，使用低熔点玻璃、Au、铝、AuSn等低熔点金属等用于低熔点玻璃接合或金属压接接合的接合材、或者阳极接合中使用的硅(Si)等。在基底340与压电振动片330的接合中，也可使用如离子束活化接合或等离子体活化接合那样无需密封层360的接合方法。通过将压电振动片330与基底340接合，而将引出电极335b、引出电极335c与连接电极342a、连接电极342b电性连接。
此外，将压电振动片330接合于基底340后，压电振动片330与第一盖板320的接合、或第一盖板320与第二盖板310的接合是和所述第一实施方式的基底130与第一盖板120的接合、第一盖板120与第二盖板110的接合相同。
开口部322是与图2(a)所示的开口部122同样地形成于俯视下包含压电振动片330的除振动部332的激振电极334a以外的区域S1且重叠的位置。而且，开口部322也可以与图2(b)所示的开口部122a、开口部122b同样地形成于俯视下包含除振动部332以外的区域S2(即贯通槽333)且重叠的位置，进而也可形成于沿着框部331(与基底230的接合部)的位置。此外，开口部322的大小或个数等和第一实施方式的开口部122同样地可任意设定。
这样一来，根据压电器件300，可提供一种不使压电振动片330的振动部332的谐振频率变动且包含真空气密密封的玻璃封装体的压电器件300。
(压电器件300的制造方法)
接下来，使用图7，对压电器件300的制造方法进行说明。该压电器件300是利用所谓的晶片级封装的方法而制造。压电振动片330例如使用AT切割晶体晶片作为压电晶片AW30。在该压电晶片AW30上，以具备所需的频率特性的方式进行设计，且经光刻法及蚀刻加工的步骤制作振动部332等。此外，振动部332也可实施使周边部薄于中央部的凸面加工。在压电晶片AW30，以整齐排列的形状成批形成图6(a)所示的图案(pattern)。在形成振动部332等之后，通过溅射法或蒸发法，使用金属掩模，在振动部332的表面及里面等形成激振电极334a、激振电极334b及引出电极335a、引出电极335b、引出电极335c。
激振电极334a、激振电极334b及引出电极335a、引出电极335b、引出电极335c是为了提高与晶体的密接性，而将铬(Cr)、钛(Ti)、镍(Ni)、或者镍铬(NiCr)、镍钛(NiTi)或镍钨(NiW)合金作为基底膜进行成膜，在该基底膜上将金(Au)或银(Ag)作为主电极膜进行成膜而形成。
第二盖板310、第一盖板320及基底330在第二盖板晶片LW32、第一盖板晶片LW31、基底晶片BW30上，分别经光刻法及蚀刻加工的步骤制作所述结构。作为这些第二盖板晶片LW32、第一盖板晶片LW31、基底晶片BW30，例如使用硼硅酸玻璃。第一盖板晶片LW31是通过喷砂或湿式蚀刻形成成为空腔350的凹部321、及开口部322。
在基底晶片BW30，通过喷砂或湿式蚀刻形成贯通孔配线344a、贯通孔配线344b用的贯通孔。例如利用镀铜或导电膏填充该贯通孔而形成贯通孔配线344a、贯通孔配线344b。进而，分别形成连接电极342a、连接电极342b及外部电极343a、外部电极343b、虚拟电极343c、虚拟电极343d。
外部电极343a、外部电极343b、虚拟电极343c、虚拟电极343d是通过在铬(Cr)、钛(Ti)、镍(Ni)、或者镍铬(NiCr)、镍钛(NiTi)或镍钨(NiW)合金膜上将金(Au)、镍(Ni)或铜(Cu)溅射成膜来作为基底膜，且在该基底膜上进行无电解镀镍而形成。而且，外部电极343a等也可通过印刷、煅烧含有银或铜的粉末粒子的导电膏而形成。
接下来，在基底晶片BW30上(在+Y侧的面上)接合压电晶片AW30(基底接合步骤)。基底晶片BW30与压电晶片AW30在通过对准标记(mark)进行位置对准后而接合。通过使基底晶片BW30与压电晶片AW30接合，而使压电振动片330的激振电极334a、激振电极334b与外部电极343a、外部电极343b电性连接。
基底接合步骤必须在将压电振动片330的框部331的里面与基底340的接合面340a接合的同时，同时地实施压电振动片330的里面的引出电极335b、引出电极335c与基底340的表面的连接电极342b、连接电极342a的电性连接。因此，在与压电振动片330的框部331的里面(-Y侧的面)对向的接合面340a上，预先将和基底340的表面的连接电极342b、连接电极342a相同的金属的密封层360图案化，由此，便可实现两者间的电性连接。也就是说，利用和压电振动片330的激振电极334a、激振电极334b及引出电极335a、引出电极335b、引出电极335c相同的方法形成连接电极342b、连接电极342a与金属的密封层360。只要例如压电振动片330的框部331的里面(-Y侧的面)或压电振动片330的激振电极334b、引出电极335b、引出电极335c、和基底340的表面(+Y侧的面)的外周部(包含接合面340a)或连接电极342a、连接电极342b是在Cr、Ti、Ni、NiCr、NiTi、NiW等的基底膜上利用Au图案化而成，便可通过金属压接接合，成批地进行电性连接与密封接合。
接下来，在接合于基底晶片BW30上的各个压电振动片330，以振动部332的谐振频率成为所需的谐振频率的方式，利用频率调整装置进行调整(频率调整步骤)。该频率调整步骤是通过如下方法而进行，即，一边监控各个振动部332的谐振频率，一边在达到所需的谐振频率之前，通过设置于频率调整装置内的离子束溅射去除激振电极334a。
接下来，在已完成频率调整的压电晶片AW30上(+Y侧的面上)接合第一盖板晶片LW31(第一接合步骤)。通过压电晶片AW30与第一盖板晶片LW31的对准标记，以振动部332与设置于第一盖板320的凹部321的位置一致的方式进行位置对准后再进行接合。此处使用的接合是振动部332的谐振频率不产生变化、也就是对振动部332不赋予质量变化的接合方法。另外，使用除离子束活化接合法以外的接合法，使用低熔点玻璃接合、金属压接接合、阳极接合、等离子体活化接合中的任一种接合法。
例如，在低熔点玻璃接合的情况下，可通过如下方式进行接合，即，对第一盖板320的接合面320b印刷成为密封层的低熔点玻璃料之后，使印刷着该密封层的第一盖板晶片LW31在压电晶片AW30上对准地重叠，且在氮气环境中加热到低熔点玻璃料的玻璃软化点附近的温度，对晶片施加均匀的负荷。在金属压接接合的情况下，使用如Au或铝、AuSn之类的低熔点金属等可实施金属压接接合的金属作为密封层来代替低熔点玻璃料。
另一方面，在阳极接合的情况下，必须将第一盖板晶片LW31设为碱玻璃，且在压电晶片AW30的框部331上(+Y侧的面上)涂布着硅(Si)。在阳极接合中，对压电晶片AW30与第一盖板晶片LW31之间施加200℃～400℃的高温和1kV左右的高电压，进行接合，但可通过将第一盖板晶片LW31侧设为负极，将压电晶片AW30侧设为正极，而进行牢固的接合。在进行阳极接合时，已知会产生氧气，但由于在第一盖板晶片LW31设置着开口部322，所以产生的氧可通过该开口部322排出至外部，因此，不会对振动部322的特性造成影响。
而且，在将等离子体活化接合用于压电晶片AW30与第一盖板晶片LW31的接合的情况下，各个接合面(框部331上表面、接合面320b)将曝露于氧等离子体，因此，在振动部332上的激振电极334a不是作为非氧化性金属的Au电极的情况下，导致电极被氧化，从而振动部332的谐振频率大幅度频偏。也就是，使用Ag电极的压电振动片无法采用等离子体活化接合，可应用等离子体活化接合的只限定于Au电极的压电振动片。
接下来，在第一盖板晶片LW31上，利用离子束活化接合法接合第二盖板晶片LW32(第二接合步骤)。离子束活化接合法是在高真空下进行的接合法，且利用压电晶片AW30与第一盖板晶片LW31的接合而形成的空腔350内经由开口于第一盖板晶片LW31的开口部322被高真空地排气。而且，振动部332及其上的激振电极334a被第一盖板320覆盖，所以即便照射离子束，也可抑制被蚀刻，而且，也可抑制因离子束照射而使溅射的装置内的金属附着于振动部332上。其结果，可不使振动部332的谐振频率变动地将空腔350保持着高真空状态进行密封。
此外，离子束活化接合是与第一实施方式同样地，使用图4所示的离子束活化接合装置10。
接下来，将接合着第二盖板晶片LW32的接合晶片安装至切割胶带，且通过切晶装置进行切断(切晶步骤)，由此获得单片化的压电器件300。
如上所述，根据压电器件300的制造方法，可与所述压电器件100的制造方法同样地，抑制振动部332的谐振频率变动，从而以高良率制造包含真空气密密封的玻璃封装体的压电器件300。
以上，对实施方式进行了说明，但本发明并不限定于所述说明，可在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。例如，也可使用音叉型压电振动片(晶体振动片)来代替压电振动片140等。而且，作为压电振动片140等，并不限定于晶体振动片，也可使用钽酸锂(Lithium tantalate)或铌酸锂(lithiumniobate)等其他压电材料。而且，也可使用利用硅的微机电系统(Micro ElectroMechanical Systems，MEMS)器件等来代替压电振动片140等。而且，作为压电器件，并不限定于压电振子(晶体振子)，也可为振荡器。在振荡器的情况下，装载着集成电路(Integrated Circuit，IC)等，且与压电振动片140等电性连接。进而，也可将AT切割等的晶体片用作第一盖板晶片LW11、第一盖板晶片LW31或第二盖板晶片LW12、第二盖板晶片LW32、基底晶片BW10、基底晶片BW30。
Claims (10)
1.一种压电器件，其特征在于包括：
压电振动片，形成着电极；
基底，保持所述压电振动片；
第一盖板，在将所述压电振动片收容于空腔内的状态下接合于所述基底，且包含将所述空腔开口的开口部；及
第二盖板，以阻塞所述开口部的方式接合于所述第一盖板的表面侧；
所述开口部是形成于在俯视下包含所述压电振动片的除所述电极以外的区域、或除所述压电振动片以外的区域且重叠的位置。
2.根据权利要求1所述的压电器件，其特征在于：所述开口部是形成于沿着所述基底与所述第一盖板的接合部的位置。
3.根据权利要求1或2所述的压电器件，其特征在于：所述第二盖板是使用将所述第一盖板的表面整面覆盖的形状的盖板。
4.根据权利要求1或2所述的压电器件，其特征在于：所述第一盖板与所述第二盖板的接合是利用离子束活化接合法的接合，且其他接合是利用除离子束活化接合法以外的接合。
5.一种压电器件，其特征在于包括：
压电振动片，包含振动部、包围所述振动部的框部、及将所述振动部与所述框部连结的固定部，且至少在所述振动部形成着电极；
基底，接合于所述框部的里面侧；
第一盖板，接合于所述框部的表面侧，且包含将所述框部的内侧开口的开口部；及
第二盖板，以阻塞所述开口部的方式接合于所述第一盖板的表面侧；
所述开口部是形成于在俯视下包含所述振动部的除所述电极以外的区域、或除所述振动部以外的区域且重叠的位置。
6.根据权利要求5所述的压电器件，其特征在于：所述开口部是形成于沿着所述框部的位置。
7.根据权利要求5或6所述的压电器件，其特征在于：所述第二盖板是使用将所述第一盖板的表面整面覆盖的形状的盖板。
8.根据权利要求5或6所述的压电器件，其特征在于：所述第一盖板与所述第二盖板的接合是利用离子束活化接合法的接合，且其他接合是利用除离子束活化接合法以外的接合。
9.一种压电器件的制造方法，其是包含压电振动片的压电器件的制造方法，其特征在于包括：
载置步骤，将所述压电振动片载置于基底；
形成步骤，在第一盖板形成开口部；
第一接合步骤，将所述第一盖板接合于所述基底；以及
第二接合步骤，使用离子束活化接合法，以阻塞所述开口部的方式将第二盖板接合于所述第一盖板。
10.一种压电器件的制造方法，其是包含具有振动部及包围所述振动部的框部的压电振动片的压电器件的制造方法，其特征在于包括：
基底接合步骤，将基底接合于所述框部的里面侧；
形成步骤，在第一盖板形成开口部；
第一接合步骤，将所述第一盖板接合于所述框部的表面侧；及
第二接合步骤，使用离子束活化接合法，以阻塞所述开口部的方式将第二盖板接合于所述第一盖板。
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| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150114 |