JP2007096777A - 圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 コストを削減し、小型低背化を可能とする。
【解決手段】 基板ウェハの圧電素子ウェハとの接合面に設けた金属膜と、圧電素子ウェハの基板ウェハとの接合面に設けた金属膜とを当接させて基盤ウェハと圧電素子ウェハとを重ねてグリーンレーザにより接合し、蓋ウェハの圧電素子ウェハとの接合面に設けた金属膜と、圧電素子ウェハの蓋ウェハとの接合面に設けた金属膜とを当接させて蓋ウェハと圧電素子ウェハとを重ねてグリーンレーザにより接合し、基板ウェハと圧電素子ウェハと蓋ウェハとが重なって接合された状態で各圧電振動子に個片化される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表面実装可能な圧電振動子の製造方法及び圧電振動子に関する。

従来、図８に示すように、表面実装可能な圧電振動子として、枠部２０３Ａと振動部２０３Ｂとが一体で形成される水晶からなる圧電基板２０３を、共にガラスからなる蓋２０１と基板２０２とで挟んで構成された圧電振動子２００が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このような圧電振動子２００は、圧電基板２０３の振動特性を低下させないようにするために、蓋２０１と基板２０２とに振動部２０３Ｂが収まる程度の凹部２１０が形成されている。また、圧電基板２０３の枠部２０３Ａの裏面及び表面の両面には金属層２０３Ｃが形成されており、枠部２０３Ａと蓋２０１、及び、枠部２０３Ａと基板２０２とが陽極接合により、凹部２１０を振動部２０３Ｂに向けて接合されている。

この圧電振動子２００の製造方法は、まず、蓋２０１及び基板２０２が、ウェハから個片にダイシングされる。次に、蓋２０１及び基板２０２がウェハから個片にダイシングされた後に、圧電基板２０３に枠部２０３Ａと振動部２０３Ｂとを一体で形成する工程と、この外枠２０３Ａの裏面と表面とに金属層２０３Ｃを形成する工程と、
蓋２０１に凹部２１０を形成する工程と、基板２０２に凹部２１０を形成する工程と、基板２０２にスルーホール２０４を形成する工程と、枠部２０３Ａの一方の面と蓋２０１とを陽極接合により凹部２１０を振動部２０３Ｂに向けて接合する工程と、枠部２０３Ａの他方の面と基板２０２とを陽極接合により凹部２１０を振動部２０３Ｂに向けて接合する工程と、を経て圧電振動子２００が製造されている。
なお、一般的に、振動子や発振器の気密封止方法には、ガラスフリット、抵抗溶接、シーム溶接、樹脂封止、熱融着、ＥＢ封止などが知られている。
特許第３３９０３４８号公報（段落０００５〜００１３、図３）

しかしながら、基板２０２及び蓋２０１が個片の状態で圧電振動子の組み立てを行う場合、基板精度、治具精度、設備精度の諸要因により、各部品を個々に扱うために、製造装置が複雑となって製造装置にかかる管理が煩雑になり、又は、新たな設備を導入する必要が出てしまい、コストが増大する原因となる。
また、基板２０２及び蓋２０１が個片の状態で圧電振動子の組み立てを行う場合、設備が各部品を把持又は／及び固定する必要があるため、圧電振動子の小型低背化が困難な状態になっている。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、コストを削減し、小型低背化が可能となり、安定した接合状態を得る圧電振動子の製造方法及び圧電振動子を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、金属膜が形成された枠部と電極が形成された振動部とから構成される圧電素子をマトリクス状に設けた圧電素子ウェハと、前記圧電素子ウェハとの接合面に金属膜が形成され、前記振動部を振動可能にするための凹部をマトリクス状に設けた基板ウェハと、前記圧電素子ウェハとの接合面に金属膜が形成され、前記振動部を振動可能にするための凹部をマトリクス状に設けた蓋ウェハとから圧電振動子を製造する圧電振動子の製造方法であって、前記圧電素子ウェハの前記金属膜と前記基板ウェハの前記金属膜とが当接するように当該圧電素子ウェハと当該基板ウェハとを重ね、レーザにより接合する圧電素子ウェハ基板ウェハ接合工程と、前記圧電素子ウェハの前記金属膜と前記蓋ウェハの前記金属膜とが当接するように当該圧電素子ウェハと当該蓋ウェハとを重ね、レーザにより接合して気密封止する圧電素子ウェハ蓋ウェハ接合工程と、接合された前記基板ウェハと前記蓋ウェハとを個片化する個片化工程とを含む、ことを特徴とする圧電振動子の製造方法である。

また、本発明は、前記圧電素子ウェハ基板ウェハ接合工程の前に前記圧電素子ウェハ蓋ウェハ接合工程を行って気密封止しても良い。

また、本発明は、圧電素子と、この圧電素子を封止するための凹部がマトリクス状に設けられ、この凹部の縁部に設けられた金属膜を有する蓋ウェハと、前記圧電素子を実装する実装パターン、この実装パターンを外部に引き回す引き回しパターン、この引き回しパターンにつながる外部実装パターンを有し、前記蓋ウェハとの接合面に設けられた金属膜を有する基板ウェハとから圧電振動子を製造する圧電振動子の製造方法であって、前記各実装パターンに前記圧電素子を実装する圧電素子実装工程と、前記振動素子が凹部内に収まるように前記基板ウェハと前記蓋ウェハとを重ね、レーザにより接合して気密封止するウェハ接合工程と、接合された前記基板ウェハと前記蓋ウェハとを個片化する個片化工程とを含む、ことを特徴とする圧電振動子の製造方法である。

また、本発明は、前記基板ウェハの前記金属膜と前記蓋ウェハの前記金属膜が、下地にチタン，クロム、ニッケル、ニクロム、銅のいずれかで成膜され、その上に金が成膜されていても良い。

また、本発明は、前記レーザがグリーンレーザであっても良い。

このような圧電振動子の製造方法によれば、コストを削減し、小型低背化を可能とし、基板ウェハと蓋ウェハとの接合状態を安定させることができる。
また、このような圧電振動子によれば、コストを削減し、小型低背化を可能とし、基板と蓋との接合状態を安定させることができる。

（第一の実施形態）
次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、圧電振動子がウェハ状に配列された状態の一例を示す分解斜視図である。図２（ａ）は、基板ウェハと圧電素子ウェハとをレーザで接合する状態の一例を示す断面図であり、図２（ｂ）は、圧電素子ウェハと蓋ウェハとをレーザで接合する状態の一例を示す断面図であり、図２（ｃ）は、圧電素子に設けた電極を外部に引き回した状態の一例を示す断面図であり、図２（ｄ）は、基板ウェハと圧電素子ウェハと蓋ウェハとが接合された状態で個片化された圧電振動子の一例を示す断面図である。図３は、本発明の第一の実施形態に係る圧電振動子の製造方法の工程の一例を示すフローチャートである。

本発明の第一の実施形態に係る圧電振動子１００は、図２（ｄ）に示すように、凹部１５を有する基板１０と、凹部２１を有する蓋２０と、枠部４５と振動部４６とを有する圧電素子４０と、凹部１５，２１内に収まるように基板１０に設けられる圧電素子４０と電気的に接続する実装パターン３１（図１参照）と、この実装パターン３１を外部に引き回す引き回しパターン（図示せず）と、この引き回しパターンにつながる外部実装パターン（図示せず）と、基板１０に設けられる金属膜１６と、圧電素子４０の両主面側を向く枠部４５の裏表面に設けられる金属膜４７，４７と、蓋２０に設けられる金属膜２５とから構成されている。
なお、本発明の第一の実施形態に係る圧電振動子の製造方法の説明について、各構成要素の説明の中に含めるものとし、重複する説明を省略する。

複数の基板１０は、透明部材、例えば水晶又はガラスからなり、個片化される前において凹部１５がマトリックス状に配列されており、全体でウェハ（以下、「基板ウェハ」という。）の状態となっている（図１参照）。

また、複数の蓋２０は、透明部材、例えば水晶又はガラスからなり、個片化される前において凹部２１がマトリックス状に配列されており、全体でウェハ（以下、「蓋ウェハ」という。）の状態となっている（図１参照）。
なお、基板ウェハＫＷのそれぞれの基板１０，１０・・・の配列位置は、蓋ウェハＦＷのそれぞれの蓋２０，２０・・・の配列位置と対応している（図１参照）。

また、複数の圧電素子４０は、例えば水晶からなり、マトリックス状に配列されて全体でウェハ（以下、圧電素子ウェハ」という。）の状態となっている（図１参照）。
また、この圧電素子４０は、矩形となる振動部４６の３辺の周りが枠部４５と所定の間隔をあけて設けられている。
この圧電素子ウェハＡＷのそれぞれの圧電素子４０は、基板ウェハＫＷのそれぞれの基板１０の配列位置と対応し、蓋ウェハＦＷのそれぞれの蓋２０の配列位置に対応している。

また、図１及び図２（ａ）に示すように、基板ウェハＫＷには、圧電素子ウェハＡＷの振動部４６が振動可能となるように凹部１５が形成されている。また、基板ウェハＫＷの圧電素子ウェハＡＷとの接合面に後述する圧電素子４０に設けられている電極４１に接続する実装パターン３１と、スルーホール１１（図２（ｃ）参照）を介してこの実装パターン３１を外部に引き回す引き回しパターン３２（図２（ｃ）参照）とが形成され、当該基板ウェハＫＷの裏面に引き回しパターン３２と接続する外部実装パターン３３（図２（ｃ）参照）が形成される。

なお、実装パターン３１、引き回しパターン３２、外部実装パターン３３は、通電性の材料により設けられる。
これら実装パターン３１，引き回しパターン３２，外部実装パターン３３は、下地にチタン，クロム、ニッケル、ニクロム、銅のいずれかが成膜されたその上に金（Ａｕ）が成膜された状態で用いられ、圧電素子４０を接続する実装パターン３１とこの実装パターン３１を外部に引き回す引き回しパターン３２とが接続され、引き回しパターン３２と外部実装パターン３３とが接続された状態となっている。
また、引き回しパターン３２は、実装パターン３１と外部実装パターン３３とを繋ぐために、基板ウェハＫＷの基板１０上の接合面内に設けられるスルーホール１１を介して設けられる。

また、金属膜１６は、前記実装パターン３１と引き回しパターン３２とに接続しないように、基板ウェハＫＷの圧電素子ウェハＡＷとの接合面に設けられる。
この金属膜１６は、下地にチタン，クロム、ニッケル、ニクロム、銅のいずれかが成膜され、その上に金が成膜されてなる。

図２（ｃ）に示すように、実装パターン３１には、電極４１が形成された圧電素子４０が電気的に接続されている。
この圧電素子４０の振動部４６に形成された電極４１は、下地にチタン，クロム、ニッケル、ニクロム、銅のいずれかが成膜されたその上に金（Ａｕ）が圧電素子４０の表面上に膜状に成膜されてなる。
また、枠部４５に形成される金属膜４７は、基板ウェハＫＷに形成される金属膜１６と同様に、下地にチタン，クロム、ニッケル、ニクロム、銅のいずれかが成膜され、その上に金が成膜されてなる。

また、図１及び図２（ｂ）に示すように、蓋ウェハＦＷには、蓋２０となるそれぞれの部分に、凹部２１がマトリックス状に形成されている。
この凹部２１は、圧電素子４０の振動部４６が振動可能となるように蓋ウェハＦＷの蓋２０となる部分に形成される。
また、蓋ウェハＦＷの圧電素子ウェハＡＷとの接合面に金属膜２５が形成される。この金属膜２５は、基板ウェハＫＷに形成された金属膜１６と同様に、下地にチタン，クロム、ニッケル、ニクロム、銅のいずれかが成膜され、その上に金が成膜されてなる。
なお、蓋ウェハＦＷへの加工や搬送を行う場合、例えば、吸引式の固定アームが備えられた加工機（図示せず）を用いることで、蓋ウェハＦＷを容易に固定することができる。

この状態において、図２（ａ）に示すように、圧電素子４０の振動部４６が基板ウェハＫＷに形成した凹部１５に収まるように、圧電素子ウェハＡＷの金属膜４７と基板ウェハＫＷの金属膜１６とを当接させて圧電素子ウェハＡＷと基板ウェハＫＷとを重ね合わせる（図３参照、Ｓ１）。この状態で重ね合わされた圧電素子ウェハＡＷと基板ウェハＫＷとにおいて、金属膜１６に向けてレーザを照射して当該圧電素子ウェハＡＷと基板ウェハＫＷとを接合する（図３参照、Ｓ２）（圧電素子ウェハ基板ウェハ接合工程）。

接合の際のレーザは、ＹＡＧレーザを用いることができる。例えば、１０６４ｎｍの波長等の各種波長のレーザで接合することができる。
その中で特に、レーザにはグリーンレーザを用いるのが好ましい。グリーンレーザの波長は、５３２ｎｍ（例えば、ＹＡＧ ＹＶ０４）となっている。
つまり、グリーンレーザを用いることで、例えば１０６４ｎｍの波長のレーザのような接合のための金属膜での反射が少なく、上面が金からなる金属膜１６又は金属膜４７にレーザ光が吸収されるので、確実な接合（溶接）を行うことができる。また、グリーンレーザは、ガラスからなる基板ウェハＫＷを透過するので、圧電素子ウェハＡＷと基板ウェハＫＷとの接合が容易に行える。

また、図２（ｂ）に示すように、圧電素子ウェハＡＷと基板ウェハＫＷとが接合された状態において、圧電素子４０の振動部４６が蓋ウェハＦＷに形成した凹部２１に収まるように、圧電素子ウェハＡＷの金属膜４７と蓋ウェハＦＷの金属膜２５とを当接させて圧電素子ウェハＡＷと蓋ウェハＦＷとを重ね合わせる（図３参照、Ｓ３）。この状態で重ね合わされた圧電素子ウェハＡＷと蓋ウェハＦＷとにおいて、金属膜２５に向けてグリーンレーザを照射して当該圧電素子ウェハＡＷと蓋ウェハＦＷとを接合する（図３参照、Ｓ４）（圧電素子ウェハ蓋ウェハ接合工程）。

なお、圧電素子ウェハ基板ウェハ接合工程の前に電素子ウェハ蓋ウェハ接合工程を行うこともできる。このように構成しても、接合を確実に行うことができる。

このように基板ウェハＫＷと圧電素子ウェハＡＷと蓋ウェハＦＷとが接合されるので、圧電振動子１００がマトリックス状に配列された状態となる。これら複数の圧電振動子１００，１００・・・、つまり、ウェハの状態で接合されている各基板１０と蓋２０とを、ダイシングやレーザなどを用いて個片化する（図３参照、Ｓ５）（個片化工程）。このように構成すると、図２（ｄ）に示すように、一度に複数の圧電振動子１００，１００・・・が得られる。

このように、基板１０がマトリックス状に配列された基板ウェハＫＷと、圧電素子４０がマトリックス状に配列された圧電素子ウェハＡＷと、蓋２０がマトリックス状に配列された蓋ウェハＦＷとを用いたことにより、これら基板ウェハＫＷと蓋ウェハＦＷの固定又は／及び把持が容易に行えるので、実装パターン３１と引き回しパターン３２と外部実装パターン３３の形成及び圧電素子ウェハＡＷの接合が容易に行うことができ、また、圧電素子４０の振動部４６が蓋ウェハＦＷの凹部２１内に納まるように基板ウェハＫＷと蓋ウェハＦＷとに圧電素子ウェハＡＷに接合されるので、圧電振動子を小型低背化することができる。

また、基板と蓋とが個片の状態で組み立てられる従来の場合と比較して、組み立て搬送のための治具が不要となるため、コストを削減することができる。

（第二の実施形態）
本発明の第二の実施形態に係る圧電振動子１０１は、圧電素子４０がブランクタイプとなっており、実装パターン３１、引き回しパターン３２、外部実装パターン３３が形成された基板１０の実装パターン３１に、前記圧電素子４０が実装され、基板１０と蓋２０とがグリーンレーザにより接合される点で第一の実施形態と異なる。

図４は、圧電振動子がウェハ状に配列された状態の他の例を示す分解斜視図である。図５（ａ）は、基板ウェハに圧電素子を実装した状態の一例を示す断面図であり、図５（ｂ）は、基板ウェハと蓋ウェハとをグリーンレーザで接合する状態の一例を示す断面図である。図６は、基板ウェハと蓋ウェハとが接合された状態で個片化された圧電振動子の一例を示す断面図である。図７は、本発明の第二の実施形態に係る圧電振動子の製造方法の工程の一例を示すフローチャートである。

図６に示すように、本発明の圧電振動子１０１は、基板１０と、凹部２１を有する蓋２０と、圧電素子４０と、凹部２１内に収まるように基板１０に設けられる圧電素子４０を実装する実装パターン３１と、この実装パターン３１を外部に引き回す引き回しパターン３２と、この引き回しパターン３２につながる外部実装パターン３３と、接合のための金属膜１６，２５とから構成されている。

図４に示すように、基板ウェハＫＷには、蓋ウェハＦＷと接合するための接合面を残して、つまり、設けられた凹部２１内に収まるように基板ウェハＫＷの基板１０となる部分に実装パターン３１を形成し、実装パターン３１を外部に引き回す引き回しパターン３２と外部実装パターン３３とを基板１０となる部分に形成されている。また、前記接合面には金属膜が成膜されている。

ここで、図４に示すように、圧電素子４０を実装する実装パターン３１とこの実装パターン３１を外部に引き回す引き回しパターン３２とが接続され、引き回しパターン３２と外部実装パターン３３とが接続された状態となっている。金属膜１６は、引き回しパターン３２に接続しないように、基板ウェハＫＷの蓋ウェハＦＷとの接合面に形成（成膜）される。

図４及び図５（ａ）に示すように、実装パターン３１には、電極４１が形成された圧電素子４０がＧＧＩ接合により実装される（図７参照、Ｓ１０１）（圧電素子実装工程）。
この圧電素子４０に形成された電極４１は、Ａｕであって、圧電素子４０の表面上に膜状に形成されるとともに、前記実装パターン３１上に実装される部分にバンプＢが形成されている。

この状態において、図５（ｂ）に示すように、圧電素子４０が蓋ウェハＦＷに形成した凹部２１に収まるように、基板ウェハＫＷの金属膜１６と蓋ウェハＦＷの金属膜２５とを当接させて基板ウェハＫＷと蓋ウェハＦＷとを重ね合わせる（図７参照、Ｓ１０２）。この状態で重ね合わされた基板ウェハＫＷと蓋ウェハＦＷとにおいて、金属膜１６又は金属膜２５に向けてグリーンレーザを照射して当該基板ウェハＫＷと蓋ウェハＦＷとを接合して気密封止する（図７参照、Ｓ１０３）（ウェハ接合工程）。

このようにマトリックス状に配列された複数の圧電振動子１０１，１０１・・・、つまり、ウェハの状態で接合されている各基板１０と蓋２０とを、ダイシングやレーザなどを用いて個片化する（図７参照、Ｓ１０４）（個片化工程）。このように構成すると、一度に複数の圧電振動子１０１，１０１・・・が得られる。

このように、基板１０がマトリックス状に配列された基板ウェハＫＷと、蓋２０がマトリックス状に配列された蓋ウェハＦＷとを用いたことにより、これら基板ウェハＫＷと蓋ウェハＦＷの固定又は／及び把持が容易に行えるので、実装パターン３１と引き回しパターン３２と外部実装パターン３３の形成及び圧電素子４０の実装を基板ウェハＫＷに容易に行うことができ、また、圧電素子４０が蓋ウェハＦＷの凹部２１内に納まるように基板ウェハＫＷに実装され、さらに、基板ウェハＫＷと蓋ウェハＦＷとがグリーンレーザにより接合されているので、圧電振動子を小型低背化することができる。

また、基板と蓋とが個片の状態で組み立てられる従来の場合と比較して、組み立て搬送のための治具が不要となるため、コストを削減することができる。
また、基板と圧電素子とがＧＧＩ接合されているので接合が容易であり、基板ウェハと蓋ウェハの接合面に金属膜を形成することで、グリーンレーザによる接合を容易に行うことができ、コストを削減することができる。

圧電振動子がウェハ状に配列された状態の一例を示す分解斜視図である。 （ａ）は基板ウェハと圧電素子ウェハとをレーザで接合する状態の一例を示す断面図であり、（ｂ）は圧電素子ウェハと蓋ウェハとをレーザで接合する状態の一例を示す断面図であり、（ｃ）は圧電素子に設けた電極を外部に引き回した状態の一例を示す断面図であり、（ｄ）は、基板ウェハと圧電素子ウェハと蓋ウェハとが接合された状態で個片化された圧電振動子の一例を示す断面図である。 本発明の第一実施形態に係る圧電振動子の製造方法の工程の一例を示すフローチャートである。 圧電振動子がウェハ状に配列された状態の他の例を示す分解斜視図である。 （ａ）は基板ウェハに圧電素子を実装した状態の一例を示す断面図であり、（ｂ）は基板ウェハと蓋ウェハとをレーザで接合する状態の一例を示す断面図である。 基板ウェハと蓋ウェハとが接合された状態で個片化された圧電振動子の一例を示す断面図である。 本発明の第二の実施形態に係る圧電振動子の製造方法の工程の一例を示すフローチャートである。 従来の圧電振動子の一例を示す断面図である。

符号の説明

１００、１０１ 圧電振動子
１０ 基板
１５、２１ 凹部
１６、２５、４７ 金属膜
２０ 蓋
３１ 実装パターン
３２ 引き回しパターン
３３ 外部実装パターン
４０ 圧電素子
４１ 電極
４５ 枠部
４６ 振動部
ＡＷ 圧電素子ウェハ
ＫＷ 基板ウェハ
ＦＷ 蓋ウェハ
Ｂ バンプ

Claims (5)

1. 金属膜が形成された枠部と電極が形成された振動部とから構成される圧電素子をマトリクス状に設けた圧電素子ウェハと、前記圧電素子ウェハとの接合面に金属膜が形成され、前記振動部を振動可能にするための凹部をマトリクス状に設けた基板ウェハと、前記圧電素子ウェハとの接合面に金属膜が形成され、前記振動部を振動可能にするための凹部をマトリクス状に設けた蓋ウェハとから圧電振動子を製造する圧電振動子の製造方法であって、
   前記圧電素子ウェハの前記金属膜と前記基板ウェハの前記金属膜とが当接するように当該圧電素子ウェハと当該基板ウェハとを重ね、レーザにより接合する圧電素子ウェハ基板ウェハ接合工程と、
   前記圧電素子ウェハの前記金属膜と前記蓋ウェハの前記金属膜とが当接するように当該圧電素子ウェハと当該蓋ウェハとを重ね、レーザにより接合して気密封止する圧電素子ウェハ蓋ウェハ接合工程と、
   接合された前記基板ウェハと前記蓋ウェハとを個片化する個片化工程とを含む、
   ことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
2. 前記圧電素子ウェハ基板ウェハ接合工程の前に前記圧電素子ウェハ蓋ウェハ接合工程を行って気密封止することを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子の製造方法。
3. 圧電素子と、この圧電素子を封止するための凹部がマトリクス状に設けられ、この凹部の縁部に設けられた金属膜を有する蓋ウェハと、前記圧電素子を実装する実装パターン、この実装パターンを外部に引き回す引き回しパターン、この引き回しパターンにつながる外部実装パターンを有し、前記蓋ウェハとの接合面に設けられた金属膜を有する基板ウェハとから圧電振動子を製造する圧電振動子の製造方法であって、
   前記各実装パターンに前記圧電素子を実装する圧電素子実装工程と、
   前記振動素子が凹部内に収まるように前記基板ウェハと前記蓋ウェハとを重ね、レーザにより接合して気密封止するウェハ接合工程と、
   接合された前記基板ウェハと前記蓋ウェハとを個片化する個片化工程とを含む、
   ことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
4. 前記基板ウェハの前記金属膜と前記蓋ウェハの前記金属膜が、下地にチタン，クロム、ニッケル、ニクロム、銅のいずれかで成膜され、その上に金が成膜されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の圧電振動子の製造方法。
5. 前記レーザがグリーンレーザであることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の圧電振動子の製造方法。

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