JP2007243378A - 圧電振動子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水晶振動子10は、両主面に励振電極14a,14bが設けられた水晶振動片12と枠体13とを一体に形成した中間水晶板11と、上側及び下側基板2,3とが互いに直接接合されている。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を介して反対側の主面の枠体13に設けた接続部18a,18bにそれぞれ接続されている。上側及び下側基板2,3のそれぞれに、外部接続端子8a,8bと電気的に接続されて設けられた基板スルーホール60a,60bに半田90が埋設されることにより、各励振電極14a,14bと外部接続端子8a,8bとが導通している。
【選択図】図1
Description
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。
(第1の実施形態)
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (14)
- 両主面に励振電極が設けられた圧電振動片と枠体が一体に形成された中間圧電板と、前記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、
前記中間圧電板と前記上側及び下側基板とにより画定されるキャビティ内に前記圧電振動片が保持され、
前記上側及び下側基板と前記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、
前記各励振電極は、前記枠体に設けられる前記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、
前記上側及び下側基板それぞれの前記接続部と対応する位置に、前記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前記各励振電極と前記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、
前記枠体の各接続部が、前記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前記励振電極と導通することを特徴とする圧電振動子。 - 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、
前記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、
前記中間圧電板と前記上側及び下側基板とにより画定されるキャビティ内に前記圧電振動片が保持され、
前記上側及び下側基板と前記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、
前記各励振電極は、前記枠体に設けられる前記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、
前記上側及び下側基板の少なくとも一方の前記接続部と対応する位置に、前記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、
前記基板スルーホールに導電接合材を埋設することにより前記各励振電極と前記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、
前記枠体の一方の前記接続部が、前記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前記励振電極と導通し、他方の前記接続部は、前記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前記励振電極側と導通することを特徴とする圧電振動子。 - 請求項1または2に記載の圧電振動子において、
前記中間圧電板と、上側及び下側基板が水晶からなることを特徴とする圧電振動子。 - 請求項1または2に記載の圧電振動子において、
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圧電振動子。 - 枠体と一体に形成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、前記枠体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前記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、
前記中間圧電板の上面側に設けられた前記接合部と対応する基板スルーホールを形成して、前記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、
前記中間圧電板の下面側に設けられた前記接合部と対応する基板スルーホールを形成して、前記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、
前記中間圧電板と前記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、
鏡面研磨加工した前記上側及び下側基板と前記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、
前記中間圧電板と前記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前記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、
前記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、を有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 請求項5に記載の圧電振動子の製造方法において、
複数の前記中間圧電板を有する中間圧電ウェハを形成する工程と、
複数の前記上側基板を前記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、
複数の前記下側基板を前記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、
前記中間圧電ウェハと前記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、
鏡面研磨加工した前記上側及び下側ウェハと前記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、
前記中間圧電ウェハの上下面に前記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、
前記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、
前記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、を有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 請求項5または6に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記上側及び下側基板を形成するそれぞれの工程に、前記上側及び下側基板のそれぞれに設けたスルーホールに前記導電接合材を埋設する工程を含むことを特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 請求項5〜7のいずれか一項に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記プラズマ処理が、CF4、Ar、またはN2ガスを用いて、酸素不介在の雰囲気内で行われることを特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 請求項5〜7のいずれか一項に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記プラズマ処理が、O2ガス、CF4とO2との混合ガス、またはN2とO2との混合ガスを用いて、酸素介在の雰囲気内で行われることを特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 請求項5〜9のいずれか一項に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記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を特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 請求項5〜9のいずれか一項に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記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することを特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 請求項5〜11のいずれか一項に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記中間圧電板の上下面に上側及び下側基板を重ね合わせ、N2雰囲気で加圧して気密に接合することを特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 請求項5〜11のいずれか一項に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記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を特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 請求項5〜13のいずれか一項に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記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を特徴とする圧電振動子の製造方法。
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