JP2005286602A - 薄板基板の研磨方法及び薄板振動素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄い基板を所定厚さに研磨する方法及び当該研磨方法を用いた薄板振動素子その他の電子部品の製造方法に関し、あらゆる材料の薄板素子及び振動素子で、より薄く、高周波、高感度、小型の電子部品を高い歩留りで製造可能にする。
【解決手段】素子基板１に接合する外装基板２の接合面に凹所２１を設けておき、この凹所２１により形成される空洞に、研磨時の外気圧より高い圧力の不活性ガス等が封入されるような圧力環境下で素子基板１と外装基板２とを接合する。常圧ないし減圧環境下の研磨時点で素子基板の振動部１１を凸状に歪ませ、その歪み部の頂部をラップ盤などにより研磨除去する。振動部の薄肉化(凹状)を達成すると共に、素子基板１の研磨加工前に外装基板２が接合されるので、接合された外装基板の補強作用により、素子の製造時に作用する各種のストレスによる素子の損傷を避けることができ、高周波、高感度、超小型の電子部品製造を可能にする。
【選択図】 図２

Description

この発明は水晶、ガラス、セラミクスなどの薄い硬質脆性材料ないし薄い金属材料を基板とする電子部品の製造方法に関するもので、薄い基板を所定厚さに研磨する方法及び当該研磨方法を用いた薄板振動素子その他の電子部品の製造方法に関するものである。

振動素子は、薄い硬質脆性板の両面に電極パターンを設けた構造をしている。高周波用の振動素子を得るためには、電極間の硬質脆性板の厚さを薄くする必要があり、素子基板全体を薄く研磨するか、又は振動部以外にマスキングを施して振動部を食刻により所定の厚みまで薄肉化する方法がとられている。この種の電子部品の製造は、一枚の基板上に多数の素子を形成して分割（ダイシング）する方法が採られており、上記方法で高周波振動素子を得るためには、多数の振動素子を形成する基板全体をあらかじめ目的の周波数で振動する厚さに研磨加工するか、その厚みの近辺まで研磨加工しておく必要がある。

この素子基板の薄肉化により、基板の機械的強度が低下し、後工程である、洗浄、乾燥、電極印刷、分極（圧電体セラミクスの場合）レジストパターン印刷、エッチング（食刻）洗浄、乾燥、外装基板の接合、オーブン乾燥、ダイシング等の各工程のハンドリングによる機械的ストレス、加工工具による機械的ストレス、エッチング等によるケミカルストレス、分極、乾燥による熱ストレスの各ストレスにより、素子基板に割れ、クラック等の致命的損傷を与えることが多く、高い歩留まりで高周波部品を製造することが困難であった。

更に素子単体ごとの調整、組立てとなり生産性、歩留りが低く高コストの要因ともなっていた。
特開平１１−１３６０６２号公報

この発明は、あらゆる材料の薄板素子及び振動素子で、より薄く、高周波、高感度、小型の電子部品を高い歩留まりで製造可能にすることを課題としている。

この発明は、素子基板１に接合する外装基板２の接合面に凹所２１を設けておき、この凹所２１により形成される空洞（振動素子の振動空間）に、研磨時の外気圧より高い圧力の不活性ガス等が封入されるような圧力環境下で素子基板１と外装基板２とを接合することにより、常圧ないし減圧環境下の研磨時点で素子基板の振動部１１を凸状に歪ませ、その歪み部の頂部をラップ盤などにより研磨除去することにより、振動部の薄肉化（凹状）を達成している。

更に、素子基板１の研磨加工前に外装基板２が接合されるので、素子基板の機械的強度だけでなく、接合された外装基板の強度も利用することにより、素子の製造時に作用する各種のストレスによる素子の損傷を避けることができ、高周波、高感度、超小型の電子部品製造を可能にするものである。

すなわち、一方の面に電極パターン１２ａを設けた薄板基板１の当該一方の面に、接合面に多数の凹所２１と前記電極パターンに接続される配線パターン２２とを設けた外装基板２を気密に接合し、当該接合時の圧力より低い圧力環境下で薄板基板１の前記凹所２１に対応する部分１１を膨出させた状態で当該薄板基板１の他方の面を研磨することにより、加工中に基板を損傷するおそれがなくかつより薄い薄肉化が可能な研磨加工を実現する。

また、チップタイプ電子部品製造工程において、外装基板２との接合面側のみ電極パターン１２ａを印刷形成した薄板素子基板１に、不活性ガス又は空気等により大気圧（常圧）より高く調圧された室内又は圧力容器内で外装基板２と接合することにより、機械的強度を補強し、かつ外装基板２の空洞２３に高圧の不活性ガス又は空気等を封入することにより、素子基板１を補強する。後工程の調整研磨を大気圧中又は減圧調整された環境において素子基板の振動部１１を凸状に膨らませた状態で目的の周波数に合うまでラッピングすることにより、素子基板１の振動面に凹状の薄肉加工を施し、各加工工程における加工応力に耐えうる強度を保ちつつ、薄板素子を用いた高周波部品を高い歩留まりと低コストで製造する。

上記調整研磨の後、調整研磨した面に電極パターン１２ｂを印刷し、この電極パターンと接続される配線パターン３２を備えた第２の外装基板３を接合し、個々のチップ部品に分割する。上記第２の外装基板３に先の外装基板（第１の外装基板）２に設けたと同様な凹所３１を設けておき、この第２の外装基板３を第１の外装基板２を接合したときと同じ圧力環境下で行えば、素子基板１の素子形成部を挟む両側の空洞の圧力をバランスさせることができる。

素子基板の必要な研磨箇所の背面に封入されたガス圧と研磨する際の環境圧との圧力差を利用して、素子基板が部分的に外側に変形した部分を研磨して凹状に薄肉化した振動部１１を得ることにより、被加工物の研磨割れ、欠け、クラック等の損傷を防止し、より薄肉の高周波振動素子の製造が可能になる。

また、チップタイプ電子部品製造工程において振動素子をウエハ（振動素子の集合基板）として扱える事により、より薄肉の振動素子が加工可能になる。更に、素子の小型化、高周波化の対応が採りやすく高周波用電子部品の歩留まりを上げることにより部品価格の原価低減効果、更にこの加工方法により新たなデバイスの製品化や小型のチップ部品の製造が可能になる。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態を説明する。図３ないし図５は、この発明の方法で製造された高周波振動素子を示した図で、図３は断面図、図４は平面図、図５は分解斜視図である。図中、１は素子基板、２は第１外装基板、３は第２外装基板である。これらの基板１、２、３は、薄い硬質脆性材からなり、一般的には素子基板１の厚さは数十ミクロン、外装基板２、３の厚さは数百ミクロンである。

素子基板１は、図３に示すように、その上面中央１４が略円弧断面の浅い凹状に研磨されており、その上下面には、図５に示すような電極パターン１２が印刷されている。上下の電極パターンの内、下面の電極パターン１２ａは、凹状の研磨部１４の研磨工程前に印刷され、上面の電極パターン１２ｂは、凹状の研磨部１４を研磨した後に印刷されたものである。

上下の外装基板２、３には、素子基板１の振動部１１を挟むように凹所２１、３１が形成されており、その辺部分には素子基板の上下面の電極パターン１２にそれぞれ接続される配線パターン２２、３２が設けられている。素子基板１と外装基板２、３とは、凹所２１、３１を除く部分で導電性の接着剤により接合されている。図の下方の外装基板２は、素子基板の振動部１１を凹状に研磨する前に素子基板１に接合され、当該凹状に研磨される側の外装基板３は、研磨工程のあと当該研磨面に電極パターン１２ｂを印刷した後で、素子基板１に接合されたものである。

図３ないし５に示した振動素子は、図６に示すように、多数の素子に対応する凹所２１、３１や配線パターン２２、３２をマトリックス状に配置した外装基板２、３を素子基板１に接合した後、各素子に分割することによって製造される。素子基板１にも、表裏の電極パターン１２及び素子基板を薄肉化するための凹状の研磨部１４がマトリックス状に形成されるが、この発明においては、それらが次にような手順及び方法で形成される。

外装基板２、３には、それぞれ凹所２１、３１及び配線パターン２２、３２をマトリックス状に形成しておく。これらの形成方法及び手順は、どのようなものであてってもよい。素子基板１は、全体の厚さを例えば５０ミクロンに研磨した後、一方の面（図の下面）の電極パターンを印刷形成し、当該面の外装基板２を大気圧下ないし加圧環境下、好ましくは不活性ガスの大気圧下ないし加圧環境下で接合する。この接合により、外装基板２の凹所２１内に大気圧ないし加圧された空気又は不活性ガスが封入される。

次に一方の面にのみ外装基板２を接合した素子基板１を減圧環境下ないし大気圧下で図１に示すようにラッピング加工する。このラッピング加工は、外装基板２を大気圧下で接合したときは、減圧環境下で行い、外装基板２を加圧環境下で接合したときは、大気圧下で行うというように、外装基板２の接合時の環境圧力とラッピング時の環境圧力とに差があり、かつその圧力差によって素子基板の振動部１１が図２に示すように変形して凸状に膨出する圧力環境で行う。図１は、両面ラップ盤で加工している状態を示しており、４は下定盤、５は上定盤、６はキャリアである。両面ラッピングでは、素子基板１の上面と外装基板２の下面とが研磨されるが、外装基板２の下面は、全面が下定盤４に接触するのに対し、素子基板１は、図２に示すように、マトリックス状に配置された個々の素子の振動部１１が上方へ膨出して、その頂部１４のみが上定盤５と接触するので、当該頂部が大きなラッピングレートで研磨される。一方、外装基板２の下面は、全面が下定盤４に接触しているので、研磨量は僅かであり、両面ラップ盤で研磨しても、外装基板２の下面が研磨されることによる問題は生じない。

素子基板の各素子における膨出した振動部１１の頂部１４を所望厚さ（例えば１０ミクロン）に研磨した後、素子基板１の上面の電極パターン１２ｂを印刷し、その後、当該上面に外装基板（第２の外装基板）３を接合する。この接合時の環境圧力を先の外装基板２を接合したときと同じ環境、すなわち大気圧ないし加圧下で、好ましくは不活性ガス雰囲気で行うことにより、当該環境圧力及びガスが外装基板３の凹所によって形成される空洞（図３参照）３３に封入され、対向する空洞２３の圧力とバランスして、素子基板の振動部は平坦面となり、前記ラッピング加工による研磨面が凹皿状となり、その後各素子に分割することで、図３に示す薄い振動部１１を持った高周波振動素子を製造することができる。

なお、先に接合される外装基板の凹所２１に封入される気体の圧力をラッピング時に素子基板の振動部１１がラップ圧によって当該凹所内へ逃げるように変形するのを防止する程度の圧力とすれば、外装基板２を接合した状態で素子基板１の上面全体を均一に研磨することも可能である。従って、素子基板の振動部をどの程度の大きさで薄肉化するかは、研磨加工前に接合される外装基板と素子基板との間の空洞２３に封入するガス圧を調整することによって調整できる。

この発明の方法における研磨工程を模式的に示した側面図 図１の研磨加工中における１個の素子を示す拡大側面図 この発明の方法で製造される振動素子の一例を示す側面図 図３の素子の平面図 図３の素子の分解斜視図 製造時における図５の素子基板及び外装基板の斜視図

符号の説明

１ 素子基板
２ 第１外装基板
３ 第２外装基板
11 振動部
12a 第１の電極パターン
12b 第２の電極パターン
21 凹所
22 配線パターン
31 凹所
32 配線パターン

Claims (2)

1. 一方の面に電極パターン(12a)を設けた薄板基板(1)の当該一方の面に、接合面に多数の凹所(21)と前記電極パターンに接続される配線パターン(22)とを設けた外装基板(2)を気密に接合し、当該接合時の圧力より低い圧力環境下で薄板基板の前記凹所に対応する部分(11)を膨出させた状態で当該薄板基板の他方の面を研磨することを特徴とする、薄板基板の研磨方法。
2. 一方の面に電極パターンを設けた薄板振動素子基板(1)の当該一方の面に、接合面に多数の凹所(21)と前記電極パターンに接続される配線パターン(22)とを設けた第１外装基板(2)を気密に接合し、当該接合時の圧力より低い圧力環境下で薄板基板の前記凹所に対応する部分(11)を膨出させた状態で当該薄板基板の他方の面を研磨し、当該研磨面に第２電極パターン(12b)を設け、この電極パターンに接続される配線パターン(32)を設けた第２外装基板(3)を接合し、個々の素子に分割することを特徴とする、薄板振動素子の製造方法。

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