JP2006157569A - 水晶振動子パッケージの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水晶基板より水晶振動子片と外枠とを一体に形成されて外枠の部分に蓋が接合される水晶振動子パッケージが、より容易に製造できるようにする。
【解決手段】枠部１１０の他方の面に形成された配線１３３に接続し、他方の面の断裁領域１０３にまで延在する配線１３３ａが形成された状態とする。また、配線１３３ａは、断裁領域１０３に設けられたスルーホール１０４に形成された貫通配線１３３ｂを介し、一方の面に形成された周調端子１２４に接続した状態に形成する。これらのことにより、周調端子１２３及び周調端子１２４を、電極１２１が形成されている一方の面に配置した状態が得られる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガラスなどから構成されたカバーに覆われて封止された水晶振動子パッケージに関する。

水晶振動子などの圧電素子は、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、上述した素子は、パッケージに封止して使用に供されている。パッケージの方式としては、気密封止方式と樹脂を用いた簡易封止方式とに分けられ、ＳＭＤ（Surface Mounted Device）タイプ気密封止方式では主にセラミックスや金属などの材料が用いられている。また、より安価な気密封止方式として、プラスチックを用いた気密封止方式のプラスチックパッケージも実現されている。

また、水晶基板より水晶振動子片と外枠とを一体に形成し、外枠の部分でガラスなどからなる蓋及びケースを陽極接合した気密パッケージが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の技術によれば、より小型のパッケージが実現され、加えて、蓋やケースの接合にハンダや低融点ガラスを用いていないため、水晶振動子片へのアウトガスの付着の問題が抑制でき、より高い気密性が得られるようになる。

また、複数の素子が同時に形成されているウエハレベルで、封止された状態とした後、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（特許文献２参照）。この技術では、複数の水晶振動子本体が形成された水晶ウエハに、ガラスウエハを貼り合わせて水晶振動子本体の部分が封止された状態としている。

ここで、ウエハの状態で封止するパッケージの製造方法について簡単に説明する。まず、図５に示すように、水晶ウエハ１０１に形成された複数のチップ部に各電極及び配線が形成された状態とする。図５に示すように、水晶ウエハ１０１に形成された複数のチップ部は、枠部１１０と周囲がくり抜かれて形成された水晶振動子片１１１とから構成されている。また、枠部１１０の４角に当たる領域に開口部１０２が形成され、枠部１１０の４角の角部１１０ａ，角部１１０ｂ，角部１１０ｃ，及び角部１１０ｄが開口部１０２の内側に突出している。ここで、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢＢ’線の断面を模式的に示した断面図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）のＣＣ’線の断面を模式的に示した断面図である。

各断面図にも示すように、水晶振動子片１１１は、連結部１１３，連結部１１４により枠部１１０に固定され、また、水晶振動子片１１１には、両方の面に電極１２１及び電極１３１が形成されている。水晶振動子片１１１の一方の面に設けられている電極１２１は、連結部１１３に設けられた配線１２２を介し、枠部１１０の一方の面の角部１１０ｂの部分に設けられた周調端子５２３に接続している。枠部１１０の他方の面に設けられている電極１３１は、連結部１１４の他方の面に設けられた配線１３２及び連結部１１４の側面に設けられた側部配線５３３を介し、枠部１１０の一方の面の角部１１０ａの部分に設けられた周調端子５２４に接続している。

図５に示すように一方の面に２つの周調端子が形成された状態とした後、ガラスウエハを接合する前に、各チップ部の周調端子５２３，周調端子５２４を用い、各チップ部毎に周波数調整を行う。次に、側部配線５３３を除去することで、図６の断面図に示すように、配線１３２と周調端子５２４との電気的接続が切断された状態とする。なお、図６は、図５（ａ）のＣＣ’線の断面に対応している。

次に、図７（ａ）に示すように、枠部１１０の一方の面に金属層５３４が形成された状態とし、また、図７（ｂ）に示すように、枠部１１０の他方の面に金属層５３５が形成された状態とする。金属層５３４及び金属層５３５は、以降に説明するカバーを陽極接合により接合するための接合膜として機能するとともに、カバーの外部に設けられる端子に電極１２１及び電極１３１を接続するための配線として機能する。ここで、図７（ａ）に示す枠部１１０の一方の面においては、金属層５３４により、周調端子５２３及び周調端子５２４が電気的に接続された状態となる。しかしながら、周調端子５２４は、枠部１１０の他方の面の連結部１１４に設けられた配線１３２とは導通していない。従って、金属層５３４，金属層５３５が形成されても、電極１２１と電極１３１とが電気的に接続されることがない。

次に、図８（ａ）の斜視図に示すように、複数の円形の開口部１０２ａが形成されたガラスウエハ１４０と、複数の円形の開口部１０２ｂが形成されたガラスウエハ１５０とを用意する。また、ガラスウエハ１５０には、複数の凹部１５０ｂが形成されている。なお、図８には示されていないが、ガラスウエハ１４０にも同様に、複数の凹部が形成されている。開口部１０２ａ，１０２ｂは、水晶ウエハ１０１に設けられている開口部１０２と同じ配置に形成されている。例えば、ガラスウエハ１４０と水晶ウエハ１０１とを貼り合わせた状態で、図８（ｂ）の平面図に示すように、開口部１０２の中心が開口部１０２ｂの中心に重なる状態となる。また、円形の開口部１０２ｂの開口内に、開口部１０２の内側に突出した角部１１０ａ，角部１１０ｂ，角部１１０ｃ，及び角部１１０ｄが露出した状態となる。

このように形成されたガラスウエハ１４０とガラスウエハ１５０とを、枠部１１０に形成した金属層５３４及び金属層５３５により陽極接合させることで、ガラスウエハ１４０とガラスウエハ１５０とが、水晶ウエハ１０１（枠部１１０）に貼り合わされた状態が得られる。貼り合わせた状態では、個々のチップ領域において、水晶振動子片１１１が、枠部１１０の枠内，ガラスウエハ１４０の凹部１４０ｂ，及びガラスウエハ１５０の凹部１５０ｂにより形成される空間内に、封止された状態となる。

また、貼り合わされた状態では、各々の開口部１０２ａと開口部１０２と開口部１０２ｂとが連通した状態となり、この連通した孔内において、角部１１０ａが、突出した状態となる。また、枠部１１０に形成されている金属層５３４及び金属層５３５の角部１１０ｂ（角部１１０ａ）及び角部１１０ｄ（角部１１０ｃ）にまで延在している部分は、上記連通した孔内において露出した状態となる。

次に、上述した連通した孔内を含めてガラスウエハ１４０の外側表面に、金属膜を形成し、形成した金属膜により端子が形成された状態とする。また、このとき、開口部１０２ａと開口部１０２と開口部１０２ｂとによる連通孔内側面に、各端子と金属層５３４及び金属層５３５とを接続するための側部配線が形成された状態とする。

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
特許第３３９０３４８号公報 特開２００３−１８８４３６号公報

ところで、上述した従来の製造方法では、周調端子５２３，周調端子５２４を用いて各チップ部毎に周波数調整を行った後、金属層５３４による短絡を防ぐため、各チップ部毎に側部配線５３３を除去している。ところが、この除去では、他の部分は除去せずに側部配線５３３のみを除去することになり、多くの工程を必要とするなど容易ではない。このように、上述した従来の製造方法では、多数の側部配線５３３を除去するために、工程数の増大を招くなど、製造におけるコストの増大を招いていた。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、水晶基板より水晶振動子片と外枠とを一体に形成されて外枠の部分に蓋が接合される水晶振動子パッケージが、より容易に製造できるようにすることを目的とする。

本発明に係る水晶振動子パッケージの製造方法は、枠部とこの内側に配置された水晶振動子片とが、第１連結部及び第２連結部を介して一体に形成された略矩形の複数のチップ部を備え、このチップ部が断裁領域を介して配置された水晶ウエハを用意する工程と、断裁領域にスルーホールが形成された状態とする工程と、スルーホールの内部側面に貫通配線が形成された状態とする工程と、水晶振動子片の第１主面に第１電極が形成され、水晶振動子片の第２主面に第２電極が形成された状態とする工程と、第１電極に接続する第１配線が第１連結部の第１主面に形成された状態とする工程と、第１配線に接続する第１周調端子が第１主面に形成された状態とする工程と、第２電極に接続する第２配線が第２連結部の第２主面に形成された状態とする工程と、第２配線と貫通配線とを接続する第３配線が第２主面に形成された状態とする工程と、貫通配線に接続する第２周調端子が第１主面に形成された状態とする工程と、第１周調端子と第２周調端子とを用いて第１電極及び第２電極が形成された水晶振動子片の周波数調整を行う工程と、周波数の調整を行った後、第１主面及び第２主面の少なくとも枠部に第１金属層及び第２金属層が形成された状態とする工程と、水晶ウエハと同一形状の第１ガラスウエハが、第１金属層により水晶ウエハの第１主面に接合された状態とする工程と、水晶ウエハと同一形状の第２ガラスウエハが、第２金属層により水晶ウエハの第２主面に接合された状態とする工程と、第１ガラスウエハ及び第２ガラスウエハが水晶ウエハに接合された状態で、断裁領域を除去するように断裁することで、複数のチップ部が個々に切り出された状態とする工程とを少なくとも備えるようにしたものである。従って、断裁された後では、貫通配線が除去された状態となる。なお、接合は、陽極接合で行えばよい。

以上説明したように、本発明によれば、断裁領域に設けたスルーホールの内部側面に貫通配線を設け、この貫通配線により第１主面と第２主面との間の電気的な接続をとるようにし、断裁することにより貫通配線が除去されるようにしたので、水晶基板より水晶振動子片と外枠とを一体に形成されて外枠の部分に蓋が接合される水晶振動子パッケージが、より容易に製造できるようになるという優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１，図２，図３，図４は、本発明の実施の形態における水晶振動子パッケージの製造方法の一例を示し、各工程における状態を模式的に示している。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ），図１（ｃ），図１（ｄ）は断面図、図２（ａ），図２（ａ’）は平面図、図３は断面図、図４（ａ），図４（ａ’）は平面図である。

まず、図１（ａ）に示すように、水晶ウエハ１０１に、複数の枠部１１０及び水晶振動子片１１１が形成された状態とし、また、枠部１１０の４角に当たる領域に開口部１０２が形成された状態とする。これらの各チップ部は、断裁領域１０３を介して正方配列されている。また、各チップ部において、水晶振動子片１１１は、枠部１１０の内側に配置され、連結部１１３，連結部１１４により固定された状態とする。従って、枠部１１０と水晶振動子片１１１とは、略矩形の水晶基板として一体に形成された状態となる。また、開口部１０２は、枠部１１０の４角の角部１１０ａ，角部１１０ｂ，角部１１０ｃ，角部１１０ｄが開口部１０２の内側に突出した状態に形成する。これらは、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより、水晶ウエハ１０１を加工することで形成できる。

次に、各電極や配線が形成された状態とする。例えば、スパッタ法や真空蒸着法により、水晶ウエハ１０１の両面に、Ｃｒ膜及びこの上に積層されたＡｕ膜との２層構造の金属膜を形成し、形成した金属膜を、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術によりパターニングすることで、各電極及び配線が形成された状態が得られる。

ここで、各電極と配線について詳述すると、まず、水晶振動子片１１１には、両方の面に電極１２１及び電極１３１が形成されている。図１（ａ）の平面図に示されている、水晶振動子片１１１の一方の面に設けられている電極１２１は、連結部１１３に形成された配線１２２を介し、枠部１１０に形成された周調端子１２３接続されている。また、水晶振動子片１１１の他方の面に設けられている電極１３１は、まず、連結部１１４の他方の面に形成された配線１３２に接続している。また、配線１３２は、枠部１１０の他方の面に形成された配線１３３に接続している。

加えて、図１に一部を示すチップ部においては、まず、枠部１１０の他方の面に形成された配線１３３に接続し、他方の面の断裁領域１０３にまで延在する配線１３３ａを備える（図１（ｃ））。また、配線１３３ａは、断裁領域１０３に設けられたスルーホール１０４に形成された貫通配線１３３ｂを介し、一方の面に形成された周調端子１２４に接続している。従って、周調端子１２３及び周調端子１２４は、電極１２１が形成されている一方の面に配置された状態となる。

以上のように、各電極や配線が形成された状態とした後、各チップ部の周調端子１２３，周調端子１２４を用い、各チップ部毎に周波数調整を行う。この周波数調整では、周調端子１２３，周調端子１２４の断裁領域１０３の領域に配置されている部分に、プローブが接触するようにすることで、以降に説明する接合の領域に傷を付けることがないようにする。このようにすることで、接合する枠部１１０の領域に形成される金属層に傷が付かない状態が得られるようになり、接合がよりよい状態で行えるようになる。

ついで、図２（ａ）に示すように、枠部１１０の一方の面に金属層１３４が形成された状態とし、また、図２（ａ’）に示すように、枠部１１０の他方の面に金属層１３５が形成された状態とする。金属層１３４及び金属層１３５は、以降に説明するカバーを陽極接合などにより接合するための接合膜として機能するとともに、カバーの外部に設けられる端子に電極１２１及び電極１３１を接続するための配線として機能する。金属層１３４及び金属層１３５は、例えば、アルミニウムから構成されていればよい。

ここで、図２（ａ）に示す枠部１１０の一方の面においては、金属層１３４により、周調端子１２３及び周調端子１２４が電気的に接続された状態となる。従って、金属層１３４が形成された段階では、配線１２２（周調端子１２３）−金属層１３４−周調端子１２４−貫通配線１３３ｂ−配線１３３ａ−配線１３３−配線１３２の経路で、電極１２１と電極１３１とが、電気的に接続された状態となっている。

次に、図８に説明したように、複数の円形の開口部１０２ａが形成されたガラスウエハ１４０と、複数の円形の開口部１０２ｂが形成されたガラスウエハ１５０とを用意する。また、ガラスウエハ１５０には、複数の凹部１５０ｂが形成されている。なお、図８には示されていないが、ガラスウエハ１４０にも同様に、複数の凹部１４０ｂが形成されている。開口部１０２ａ，１０２ｂは、水晶ウエハ１０１に設けられている開口部１０２と同じ配置に形成されている。例えば、ガラスウエハ１４０と水晶ウエハ１０１とを貼り合わせた状態で、図８（ｂ）の平面図に示すように、開口部１０２の中心が開口部１０２ｂの中心に重なる状態となる。また、円形の開口部１０２ｂの開口内に、開口部１０２の内側に突出した角部１１０ａ，角部１１０ｂ，角部１１０ｃ，及び角部１１０ｄが露出した状態となる。

このように形成されたガラスウエハ１４０とガラスウエハ１５０とを、枠部１１０に形成した金属層１３４及び金属層１３５により陽極接合させることで、ガラスウエハ１４０とガラスウエハ１５０とが、枠部１１０（水晶ウエハ１０１）に貼り合わされた状態が得られる。貼り合わせた状態では、個々のチップ領域において、水晶振動子片１１１が、枠部１１０の枠内，ガラスウエハ１４０の凹部１４０ｂ，及びガラスウエハ１５０の凹部１５０ｂにより形成される空間内に、封止された状態となる。なお、陽極接合に限らず、他の手法で接合した状態を得るようにしてもよい。

また、貼り合わされた状態では、各々の開口部１０２ａと開口部１０２と開口部１０２ｂとが連通した状態となり、この連通した孔内において、角部１１０ａが、突出した状態となる。また、枠部１１０に形成されている金属層１３４の角部１１０ｂの部分と、金属層１３５の角部１１０ｄの部分とは、上記連通した孔内において露出した状態となる。

次に、上述した連通した孔内を含めてガラスウエハ１４０の外側表面に、金属膜を形成し、形成した金属膜により端子１４１，端子１４２が形成された状態とする。また、このとき、上述した連通孔内側面に、端子１４１と金属層１３４及び端子１４２と金属層１３５とを接続するための側部配線１２５及び側部配線１３６が形成された状態とする。この状態では、電極１２１は、配線１２２−金属層１３４−側部配線１２５の経路で端子１４１に接続した状態となる。また、電極１３１は、配線１３２−金属層１３５−側部配線１３６の経路で、端子１４２に接続した状態となる。ただし、電極１２１と電極１３１とは、配線１２２（周調端子１２３）−金属層１３４−周調端子１２４−貫通配線１３３ｂ−配線１３３ａ−配線１３３−配線１３２の経路で短絡した状態である。

以上に説明したように、ガラスウエハ１４０とガラスウエハ１５０とが、枠部１１０（水晶ウエハ１０１）に貼り合わされた状態が得られた後、貼り合わされたガラスウエハ１４０，水晶ウエハ１０１，及びガラスウエハ１５０から、個々のチップに切り出すことで、個々のチップ部が形成された状態とする。例えば、各々の開口部１０２を通る格子状の断裁領域１０３を、ダイヤモンドブレードを用いたダイシング技術などにより切り出せば、個々のチップ部が形成された状態が得られる。

このように、個々のチップ部が形成された状態では、断裁領域１０３が除去された状態となり、断裁領域１０３に設けられていたスルーホール１０４及び貫通配線１３３ｂも、除去された状態となる。なお、周調端子１２３，周調端子１２４及び配線１３３ａの、断裁領域１０３の部分も除去された状態となる。この状態となった枠部１１０及び水晶振動子片１１１の部分を、図４（ａ）及び図４（ａ’）の平面図に示す。図４（ａ）は、電極１２１が形成されている一方の面を示し、図４（ａ’）は、電極１３１が形成されている他方の面を示している。

上述したように、個々のチップ部に切り出した状態では、配線１２２（周調端子１２３）−金属層１３４−周調端子１２４−貫通配線１３３ｂ−配線１３３ａ−配線１３３−配線１３２の経路の貫通配線１３３ｂがない状態となる。従って、断裁した後は、電極１２１と電極１３１とが、電気的に接続されていない状態となる。このように、図１〜図４に示した製造方法によれば、他方の面に形成されている電極１３１を一方の面に設ける周調端子１２４に接続するための配線を、個々のチップ部毎に切断する必要がなく、チップに切り出すための断裁により、一度に切断されるようになる。

本発明の実施の形態における水晶振動子パッケージの製造方法の一例の途中工程の状態を示す平面図（ａ），断面図（ｂ），断面図（ｃ），及び断面図（ｄ）である。 本発明の実施の形態における水晶振動子パッケージの製造方法の一例の途中工程の状態を示す平面図である。 本発明の実施の形態における水晶振動子パッケージの製造方法の一例の途中工程の状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態における水晶振動子パッケージの製造方法の一例の途中工程の状態を示す平面図である。 従来よりある水晶振動子パッケージの製造方法の他の例の途中工程の状態を示す平面図（ａ），断面図（ｂ），及び断面図（ｃ）である。 従来よりある水晶振動子パッケージの製造方法の他の例の途中工程の状態を示す断面図である。 従来よりある水晶振動子パッケージの製造方法の途中工程の状態を示す平面図である。 従来よりある水晶振動子パッケージの製造方法の途中工程の状態を示す斜視図（ａ）及び平面図（ｂ）である。

符号の説明

１０１…水晶ウエハ、１０２…開口部、１０３…断裁領域、１０４…スルーホール、１１０…枠部、１１１…水晶振動子片、１１３，１１４…連結部、１２１，１３１…電極、１２２…配線、１２３，１２４…周調端子、１２５…側部配線、１３２…配線、１３３…配線、１３３ａ…配線、１３３ｂ…貫通配線、１３４，１３５…金属層、１３６…側部配線、１４０，１５０…ガラスウエハ、１４０ｂ，１５０ｂ…凹部。

Claims (1)

1. 枠部とこの内側に配置された水晶振動子片とが、第１連結部及び第２連結部を介して一体に形成された略矩形の複数のチップ部を備え、このチップ部が断裁領域を介して配置された水晶ウエハを用意する工程と、
   前記断裁領域にスルーホールが形成された状態とする工程と、
   前記スルーホールの内部側面に貫通配線が形成された状態とする工程と、
   前記水晶振動子片の第１主面に第１電極が形成され、前記水晶振動子片の第２主面に第２電極が形成された状態とする工程と、
   前記第１電極に接続する第１配線が前記第１連結部の第１主面に形成された状態とする工程と、
   前記第１配線に接続する第１周調端子が第１主面に形成された状態とする工程と、
   前記第２電極に接続する第２配線が前記第２連結部の第２主面に形成された状態とする工程と、
   前記第２配線と前記貫通配線とを接続する第３配線が前記第２主面に形成された状態とする工程と、
   前記貫通配線に接続する第２周調端子が第１主面に形成された状態とする工程と、
   前記第１周調端子と前記第２周調端子とを用いて前記第１電極及び前記第２電極が形成された前記水晶振動子片の周波数調整を行う工程と、
   前記周波数の調整を行った後、第１主面及び第２主面の少なくとも前記枠部に第１金属層及び第２金属層が形成された状態とする工程と、
   前記水晶ウエハと同一形状の第１ガラスウエハが、前記第１金属層により前記水晶ウエハの第１主面に接合された状態とする工程と、
   前記水晶ウエハと同一形状の第２ガラスウエハが、前記第２金属層により前記水晶ウエハの第２主面に接合された状態とする工程と、
   前記第１ガラスウエハ及び前記第２ガラスウエハが前記水晶ウエハに接合された状態で、前記断裁領域を除去するように断裁することで、複数の前記チップ部が個々に切り出された状態とする工程と
   を少なくとも備えたことを特徴とする水晶振動子パッケージの製造方法。
   

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