JP2008035276A - 圧電発振器の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】電磁的なシールド機能を有する圧電発振器を効率よく製造する方法を提供する。
【解決手段】マトリクス状に配置された複数個の発振用IC2を有するウエハ20aと、発振用IC2と一対一に対応する封止空間13が形成されるようにしてウエハ20aと接合されるマスター基板20bと、封止空間13に収容される圧電振動子3と、を含んでなる部品集合基板20を準備する。部品集合基板20を粘着シート21に貼着した状態で発振用IC間の境界に沿って切断することにより個片を得る。個片の外表面に蒸着により金属膜14を形成した後、粘着シートと個片とを剥離する。
【選択図】図4

Description

本発明は、温度補償型水晶発振器などの圧電発振器の製造方法に関するものである。
従来より、携帯用通信機器等の電子機器に組み込まれるタイミングデバイスとして圧電発振器が使用されている。
かかる従来の圧電発振器として、例えば、図5に示す温度補償型水晶発振器が知られている(例えば、特許文献1参照。)。この温度補償型水晶発振器は、第1の容器体31と第2の容器体33とを積み重ねた構造を有しており、第1の容器体31には水晶振動子(図示せず)が収容され、第2の容器体33には水晶振動子の発振出力を制御するための発振用IC32が搭載されている。
このような従来の圧電発振器は、以下のようにして製造される。まず、第1、第2の容器体の主要部を構成する絶縁基板をいわゆる“多数個取り”の手法により製作する。具体的には大型の絶縁基板を用意し、それを分割することにより第1、第2の容器体に対応した複数個の絶縁基板を得る。その後、第1の容器体31となる絶縁基板に水晶振動子を搭載し、これを封止する。一方、複数個の発振用ICを有するウエハを分割することにより個々の発振用IC32を準備しておき、これを第2の容器体33に搭載する。最後に、第1の容器体31と第2の容器体33とを接合することにより製品としての圧電発振器が完成する。
特開平10−98151号公報
しかしながら上述した製造方法では、第1の容器体に水晶振動子を収容する作業を行う際、複数個の第1の容器体をキャリア等で保持しておく必要がある。第2の容器体についても同様に、発振用ICを搭載する際、複数個の第2の容器体をキャリア等で保持しておく必要がある。このように従来の圧電発振器の製造方法では、第1、第2の容器体を一個一個キャリアで保持しておく必要があるため、組み立て作業が煩雑である上に、キャリア等の製造設備が別途必要になり、圧電発振器の生産性を向上させることが困難であった。
また、圧電発振器の小型化が進むにつれ圧電発振器に搭載される水晶振動子や発振用ICが外部からのノイズの影響を受け易くなってきており、電磁的なシールド機能を有する圧電発振器を効率よく作製する方法が望まれていた。
本発明は上記問題に鑑み案出されたものであり、その目的は、電磁的なシールド機能を有する圧電発振器を効率よく製造する方法を提供することにある。
本発明は、マトリクス状に配置された複数個の発振用ICを有するウエハと、前記発振用ICと一対一に対応する封止空間が形成されるようにして前記ウエハと接合されるマスター基板と、前記封止空間に収容される圧電振動子と、を含んでなる部品集合基板を準備する工程Aと、前記部品集合基板を粘着シートに貼着した状態で前記発振用IC間の境界に沿って切断することにより個片を得る工程Bと、前記個片の外表面に蒸着により金属膜を形成した後、前記粘着シートと前記個片とを剥離する工程Cとを含む圧電発振器の製造方法である。
また本発明の圧電発振器の製造方法は、前記工程Cにおいて、前記粘着シートを外方に引き伸すことにより隣接する個片間の距離を大きくした後、蒸着を行うことを特徴とするものである。
また本発明の圧電発振器の製造方法は、前記部品集合基板に接地導体を設けるとともに、前記工程Bにおける切断により前記個片の外表面に前記接地導体を露出させ、前記工程Cにおいて、前記接地導体の露出部に前記金属膜を被着させたことを特徴とするものである。
また本発明の圧電発振器の製造方法は、前記部品集合基板の前記粘着シートへ貼着される側の主面には、各個片領域ごとに外部端子が設けられており、前記工程Bにおいて、前記外部端子が前記粘着シートに埋設されるように貼着を行うことを特徴とするものである。
また本発明の圧電発振器の製造方法は、前記蒸着がPVD法により行われることを特徴とするものである。
本発明の圧電発振器の製造方法では、複数個の発振用ICを有するウエハごとマスター基板に接合し、その後、分割を行うようにしている。すなわち、従来のように発振用ICを一個一個容器体に搭載するのではなく、複数個の発振用ICについて一括的に搭載作業を行うため生産性を飛躍的に向上させることができる。また部品集合基板を分割して得られる複数個の個片を粘着シートに貼着した状態で蒸着を行うことにより、複数個の個片に対し一括的に金属膜を形成することができ、電磁的なシールド機能を有した圧電発振器の生産性を向上させることができる。
また工程Cにおいて粘着シートを外方に引き伸ばすことにより隣接する個片間の距離を大きくしておくことにより、個片の側面(切断面)に対しても良好な状態で金属膜を形成することができる。
また前記部品集合基板に接地導体を設けるとともに、工程Bにおける切断により前記個片の外表面に前記接地導体を露出させ、工程Cにおいて、前記接地導体の露出部に前記金属膜を被着させておくことにより、電磁的なシールド効果を高めることができる。
また前記部品集合基板の前記粘着シートへ貼着される側の主面に、各個片領域ごとに外部端子を設け、工程Bにおいて、前記外部端子が前記粘着シートに埋設されるように貼着を行うにより、外部端子と金属膜との不要な短絡を防止することができる。
また蒸着をPVD法により行うことにより、蒸着時、比較的低温に保つことができるため発振用IC等への熱によるダメージを低減することができる。
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態では圧電発振器の一種である温度補償型水晶発振器を例に説明する。
図1は本発明の製造方法により作製された温度補償型水晶発振器の分解斜視図、図2は図1の温度補償型水晶発振器の断面図である。同図に示す温度補償型水晶発振器は、支持基板1、発振用IC2、圧電振動子としての水晶振動子3、並びに金属膜14とから主に構成されている。
支持基板1は、例えば、平板状の絶縁層1a、1b上に枠状の絶縁層1c、1dを積層することにより形成され、上面側の中央域に凹部を有した構造となっている。かかる支持基板1は、その表面や内部に配線導体4及びビアホール導体5が形成されている。また、支持基板1の下面には複数個の外部端子6が設けられている。本実施形態においては支持基板1の下面四隅に配される4個の外部端子6が設けられており、それぞれ電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子として機能する。これらの外部端子6は、温度補償型水晶発振器をマザーボード(図示せず)等の外部電気回路に搭載する際、半田付け等によって外部電気回路の回路配線と電気的に接続されることとなる。
なお、絶縁層1a〜1dは、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料や樹脂等の有機材料から形成されている。
支持基板1の上面側に設けられた凹部内には、水晶振動子3が収容されている。水晶振動子3は、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の振動電極を被着することにより形成され、外部からの変動電圧が一対の振動電極を介して水晶片に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こすようになっている。また、凹部底面(絶縁層1bの上面)には一対の搭載パッドが設けらており、この搭載パッドと水晶振動子3の主面に形成した振動電極とが導電性の接続部材を介して電気的・機械的に接続されることにより水晶振動子3が支持基板1に搭載されている。
更に枠状の絶縁層1dの上面には、その外周側に基板側封止用導体7が、内周側に複数個の接続パッド8が、それぞれ形成されている。これらは後述するIC側封止用導体9、電極パッド10と接続されるものである。
支持基板1上には、凹部を塞ぐようにしてフリップチップ型の発振用IC2が配置されている。すなわち、発振用IC2が蓋体としての役割を果たしている。このように支持基板1上に配置される水晶振動子3の収容領域を発振用IC2で塞ぐように構成することで、従来のように水晶振動子を収容する容器体と発振用ICを搭載する容器体とを重ねるようにした構造に比し、圧電発振器を低背・小型化することができる。この発振用IC2は、単結晶シリコン等から成る半導体基板の下面に、周囲の温度状態を検知する感温素子(サーミスタ)、水晶振動子3の温度特性を補償する温度補償データを格納するメモリ、温度補償データに基づいて水晶振動子3の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、該温度補償回路に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路等の電子回路が設けられており、発振回路で生成された発振出力は、外部に出力された後、クロック信号等の基準信号として利用されることとなる。
なお発振用IC2は、単結晶シリコンのインゴットを所定厚みにスライスしてシリコンウエハを得、その一主面に従来周知の半導体製造技術によって発振用IC2の一個分の領域ごとに発振回路等の電子回路を形成した後、ウエハを分割することによって得られる。また、発振用IC2と支持基板1とは平面視して略同一の大きさになるように形成されている。
発振用IC2の下面には、図3に示すように、下面外周縁に沿って環状に形成されたIC側封止用導体9が設けられている。またIC側封止用導体13の内側には複数個の電極パッド10が形成されている。
IC側封止用導体9は、先に述べた基板側封止用導体7と略同形状をなすようにして形成され、封止部材11を介して接続されている。これにより、発振用IC2と支持基板1との間に設けられる封止空間13、具体的には、発振用IC2の下面、凹部の内面によって囲まれた水晶振動子3の収納領域が気密封止されることとなる。封止空間13には、水晶振動子3等の電気的特性を安定させるため不活性ガスが充填されている。
封止部材11としては、AuやAu−Sn合金、半田等の金属から成るロウ材が好適に用いられる。ここで、基板側封止用導体7をグランド用の外部端子6と電気的に接続することにより、基板側封止用導体7、封止部材11、及びIC側封止用導体9をグランド電位に保持することができる。これにより、温度補償型水晶発振器の使用時、水晶振動子3が収容されている封止空間13や発振用IC2の回路形成面(発振用IC2の下面)がグランド電位に保持された導体で囲まれた状態となり、封止空間11内に侵入しようとする外部からのノイズが低減され、発振用IC2や封止空間11内の水晶振動子3をより安定して動作させることができる。したがって、基板側封止用導体7をグランド用の外部端子6と電気的に接続しておくことが好ましい。
一方、電極パッド10は、絶縁層1dの上面に設けた接続パッド8と一対一に対応するように形成されており、対応するもの同士が導電性接合材12を介して電気的に接続している。導電性接合材12としては、AuやAu−Sn合金、半田等の金属から成るロウ材が好適に用いられる。導電性接合材12と先に述べた封止部材11とを同一のロウ材で形成するようにすれば、両者を同一の工程で形成した上、同一の工程でロウ付けすることができ、温度補償型水晶発振器の生産性を向上させることができる。したがって、導電性接合材12と封止部材11とは同一のロウ材により形成することが好ましい。
支持基板1に発振用IC2を接合してなる温度補償型水晶発振器本体の上面及び側面には、金属膜14が被着されている。この金属膜14により外部からのノイズを良好に遮蔽することができ、温度補償型水晶発振器の動作信頼性を高く維持することが可能となる。金属膜14は温度補償型水晶発振器本体に直接被着される第1金属膜14aと第1金属膜14aに被着される第2金属膜14bとから構成されている。第1金属膜14aは、支持基板1及び発振用IC2への接着性が良い金属材料が選択され、例えば、Cr、Ni、Ti等が用いられる。なお第1金属膜14aの厚みは、例えば0.01〜20μmに設定される。一方、第2金属膜14bは、電磁的なシールド効果が高い金属材料が選択され、例えば、Al、Ni+Au、Ni+Cr、Ag、Ti、Si等が用いられる。なお、第2金属膜14bの厚みは、例えば、0.01〜20μmに設定される。第1金属膜14aを支持基板1等に設けた接地導体と電気的に接続しておけば、温度補償型水晶発振器の使用時、その全体がグランド電位に保持された導体で覆われた状態となり、外部からのノイズを有効に遮蔽できるため、温度補償型水晶発振器の動作信頼性をより高く維持することができる。したがって、第1金属膜14aは支持基板1等に設けた接地導体と電気的に接続されていることが好ましい。本実施形態においては、封止部材11が接地導体となっているため、第1金属膜14aを封止部材11に被着させている。封止部材11は、環状に形成されていることから第1金属膜14aとの接触面積が多く、より確実に第1金属膜14aをグランド電位に保持させておくことができる。
次に、上述した温度補償型水晶発振器の製造方法について図4を用いて説明する。
(工程A)
初めに、図4(a)に示すように、マトリクス状に配置された複数個の発振用IC2を有するウエハ20aと、発振用IC2と一対一に対応する封止空間13が形成されるようにしてウエハ20aと接合されるマスター基板20bと、封止空間13に収容される圧電振動子3と、を含んでなる部品集合基板20を準備する。
ウエハ20aは、単結晶シリコンのインゴットを所定厚みにスライスして得られるシリコン基板の一主面に従来周知の半導体製造技術により、発振回路等の電子回路を形成することによって製作される。電子回路は、縦m列×横n行(m,nは2以上の自然数)のマトリクス状に配置された発振用IC2となる領域(図のa−a’線で区画される領域。以下IC領域という。)ごとに形成される。ウエハ20aの下面にはIC領域ごとに、IC側封止導体9と電極パッド10が形成されている。IC側封止導体9は、Ag,Cu,Au,W等の金属材料からなり、IC領域の外周縁に沿って環状に形成されている。電極パッド10は、IC側封止導体9と同様の金属材料からなり、IC側封止導体9の内側に複数個形成されている。
一方、ウエハ20aと接合されるマスター基板20bは、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料から成り、IC領域と対応する領域(以下、基板領域という。)ごとに凹部が形成されている。また、マスター基板20bの上面には基板領域ごとに基板側封止導体7と接続パッド8が形成されている。基板側封止導体7は、Ag,Cu,Au,W等の金属材料からなり、IC側封止導体9と略同一の形状となるように基板領域の外周縁に沿って環状に形成されている。また接続パッド8は、基板側封止導体7と同様の金属材料からなり、電極パッド10と対向する位置に形成される。
IC側封止導体9と基板側封止導体7とは封止部材11を介して接続され、電極パッド10と接続パッド8とは導電性接合材12を介して接続されている。
またマスター基板20bの下面には基板領域ごとに外部端子6が形成され、内部には配線導体4及びビアホール導体5が形成されている。
このようなマスター基板20bは、アルミナセラミックス等から成るセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面等に外部端子6、配線導体4となる導体ペーストを所定パターンに印刷・塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することによって製作される。
マスター基板20bの各基板領域に形成されている凹部の内壁面とウエハ20aの下面とで囲まれる封止空間13には圧電振動子としての水晶振動子3が収容されている。水晶振動子3は、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の振動電極を被着することにより形成され、外部からの変動電圧が一対の振動電極を介して水晶片に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こすようになっている。また、凹部底面には一対の搭載パッドが設けらており、この搭載パッドと水晶振動子3の主面に形成した振動電極とを導電性の接続部材により接続することにより水晶振動子3がマスター基板20bの各基板領域に搭載されることとなる。水晶振動子3の搭載作業を従来のように個々の容器体に対して行うのではなく、マスター基板20bの状態で行うことにより、マスター基板20b自体がキャリアとして機能し、別途キャリア部材を用意する必要がなく圧電発振器の生産性を向上させることができる。水晶振動子3をマスター基板20bの各基板領域に搭載した後、ウエハ20aをマスター基板20bに接合することによって部品集合基板20が完成する。このように複数個の発振用IC2を有するウエハ20aごとマスター基板に接合しするようにしている。すなわち、従来のように発振用ICを一個一個容器体に搭載するのではなく、複数個の発振用ICについて一括的に搭載作業を行うため生産性を飛躍的に向上させることができる。
(工程B)
次に図4(b)に示すように、部品集合基板20を粘着シート21に貼着した状態で発振用IC間の境界a−a’に沿って切断することにより個片を得る。
粘着シート21は、部品集合基板20を切断する際、個片が飛散しないようにしておくためのものであり、例えば、塩化ビニル、ポリオフィレン、ポリプロピレン、ポリエステル等からなる基材の表面にプレポリマー、モノマー、光重合開始剤、添加剤等からなる合成樹脂を被着形成したものが使用される。部品集合基板20を粘着シート21に貼着する際、部品集合基板20の下面の各基板領域に設けられている外部端子6を粘着シート21に埋設するようにしておけば、後述する工程Cにおいて金属膜14を形成したときに、外部端子6と金属膜14との不要な短絡を防止することができる。したがって、外部端子6は粘着シート21に埋設されていることが好ましい。
部品集合基板20の切断は、例えば、ダイシングブレード22により行われる。ダイシングブレード22を用いて切断を行う場合、粘着シート21の粘着力は、3〜30(N/20mm)に設定しておくことが好ましく、より好ましくは7〜15(N/20mm)である。この粘着シート21は後述する工程Cにおいて剥離することとなるため、剥離の際、粘着力を低下させることができるものが使用され、例えば、上記材料からなる粘着シート21は、紫外線の照射により粘着力が低下するようになっている。
(工程C)
最後に図4(c)に示すように、個片の外表面に蒸着により金属膜14を形成した後、粘着シート21と個片とを剥離する。
金属膜14は、第1金属膜14aと第2金属膜14bの2層構造となっており、第1金属膜14aは個片の外表面に直接被着され、第2金属膜14bは第1金属膜14aの外表面に被着されている。
本発明のように蒸着により金属膜14を形成する場合、個片間の距離を60μm以上にしておくことが好ましい。個片間の距離が60μmより小さいと、蒸着時、金属が個片間に入り込みずらくなり、個片側面において金属膜14の形成されない領域が多くなり電磁的なシールド機能の低下を招く。逆に個片間の距離を60μm以上にしておけば、個片の側面にも確実に金属膜14を形成することができ、電磁的なシールド機能をより確実なものとすることができる。個片間の距離は、ダイシングブレード22の厚みによって調整することができる。また厚みの薄いダイシングブレード22を用いた場合等において、より確実に個片間の距離を広げるためには、図4(c)に示すように粘着シート21に力Fを加え、粘着シート21を外方に引き伸ばせばよい。
金属膜14は、まず第1金属膜14aの形成から行われる。かかる第1金属膜14aの材料としては、個片に対し接着性が高く維持されるものが選択され、例えば、Cr、Ni、Tiが好適に用いられる。このような金属材料を従来周知の蒸着法によって個片の上面及び側面に蒸着することより第1金属膜14aが形成される。蒸着法としては、比較的低温で行うことができるPVD(Physical Vapor Deposition)法が好ましく、例えば、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングが採用できる。第1金属膜14aの厚みは、例えば、0.01〜20μmに設定される。個片に対し接着性の高い第1金属膜14aを形成しておくことにより、第1金属膜14aに被着される第2金属膜14bの接着性を高く維持することができる。
次に第2金属膜14bの形成を行う。かかる第2金属膜14bの材料としては、電磁的な遮蔽効果に優れたものが選択され、例えば、Al、Ni+Au、Ni+Cr、Ag、Ti、Siが好適に用いられる。このような金属材料を第1金属膜14aの外表面に対し、第1金属膜14aと同様の蒸着法を用いて蒸着を行うことにより第2金属膜14bが形成される。第2金属膜14bの厚みは、例えば、0.01〜20μmに設定される。
このように部品集合基板20を分割して得られる個片を粘着シート21に貼着した状態で蒸着を行うことにより、複数個の個片に対し一括的に金属膜14を形成することができ、電磁遮蔽機能を有する温度補償型水晶発振器を効率よく作製することができる。
金属膜14を形成した後、粘着シート21と個片とを剥離する。粘着シート21と個片との剥離作業を行う前に、粘着シート21に紫外線を照射し粘着シート21の粘着力を低下させておく。これにより個片と粘着シート21との接着力が弱まり、粘着シート21と個片との剥離を効率よく且つ確実に行うことができる。このときの粘着シート21の粘着力は、0.1〜1.5(N/20mm)の範囲にしておくことが好ましい。粘着シート21に紫外線を照射した後、個片をピックアップすることにより粘着シート21から剥離する。
以上の工程A〜工程Cを経て、電磁的なシールド機能を有する温度補償型水晶発振器が完成する。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
例えば、上述した実施形態においては、水晶振動子3を支持基板1の凹部底面に搭載するようにしたが、これに代えて、水晶振動子3を発振用IC2に搭載するようにしても構わない。
また上述した実施形態においては、支持基板1に凹部を形成し、この凹部を水晶振動子3の収容領域としたが、これに代えて、上面が平面状の支持基板1を用い、導電性接合材7や封止部材8の厚みにより収容領域を確保するようにしてもよい。
また上述した実施形態においては、封止導体11を接地導体とし、封止導体11に金属膜14を被着させたが、封止導体11に限らず他の接地導体に金属膜14を被着するようにしてもよい。例えば、接地された配線導体4を支持基板1の側面に露出させておき、配線導体4の露出部に金属膜14を被着するようにしてよい。
また上述した実施形態においては、圧電振動子として水晶振動子3を用いた温度補償型水晶発振器を例にとって説明したが、これに代えて、圧電振動子として弾性表面波フィルタ等の他の圧電振動子を用いる場合にも本発明は適用可能である。
本発明の一実施形態に係る圧電発振器(温度補償型水晶発振器)を示す分解斜視図である。 図1の温度補償型水晶発振器の断面図である。 図1の温度補償型水晶発振器に用いられる発振用ICを下面より見た平面図である。 本発明の圧電発振器の製造方法を説明するための断面図である。 従来の圧電発振器の分解斜視図である。
符号の説明
1・・・支持基板
2・・・発振用IC
3・・・圧電振動子(水晶振動子)
4・・・配線導体
5・・・ビアホール導体
6・・・外部端子
7・・・基板側封止用導体
8・・・接続パッド
9・・・IC側封止用導体
10・・・電極パッド
11・・・封止部材
12・・・導電性接合材
13・・・封止空間
14・・・金属膜
15・・・搭載パッド
20・・・部品集合基板
21・・・粘着シート

Claims (5)

  1. マトリクス状に配置された複数個の発振用ICを有するウエハと、
    前記発振用ICと一対一に対応する封止空間が形成されるようにして前記ウエハと接合されるマスター基板と、
    前記封止空間に収容される圧電振動子と、を含んでなる部品集合基板を準備する工程Aと、
    前記部品集合基板を粘着シートに貼着した状態で前記発振用IC間の境界に沿って切断することにより個片を得る工程Bと、
    前記個片の外表面に蒸着により金属膜を形成した後、前記粘着シートと前記個片とを剥離する工程Cと、を含む圧電発振器の製造方法。
  2. 前記工程Cにおいて、前記粘着シートを外方に引き伸すことにより隣接する個片間の距離を大きくした後、蒸着を行うことを特徴とする請求項1に記載の圧電発振器の製造方法。
  3. 前記部品集合基板に接地導体を設けるとともに、前記工程Bにおける切断により前記個片の外表面に前記接地導体を露出させ、前記工程Cにおいて、前記接地導体の露出部に前記金属膜を被着させたことを特徴とする請求項1に記載の圧電発振器の製造方法。
  4. 前記部品集合基板の前記粘着シートへ貼着される側の主面には、各個片領域ごとに外部端子が設けられており、前記工程Bにおいて、前記外部端子が前記粘着シートに埋設されるように貼着を行うことを特徴とする請求項1に記載の圧電発振器の製造方法。
  5. 前記蒸着がPVD法により行われることを特徴とする請求項1に記載の圧電発振器の製造方法。
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