JP2008118241A - Electronic device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
カーエレクトロニクス製品や携帯型電子機器などに用いられる小型の電子デバイスとその製造方法に関し、特に生産性に優れ、高い信頼性を有する小型の電子デバイスとその製造方法に関する。 More particularly, the present invention relates to a small electronic device having excellent productivity and high reliability, and a method for manufacturing the same.
近年、携帯電話やウェアラブル機器に代表される携帯型電子機器の需要が高まりつつある。こうした携帯型電子機器には水晶発振器に代表される電子デバイスが多く使用されているが、近年特に信頼性が高く生産性に優れた小型の電子デバイスの要求が高まってきている。 In recent years, demand for portable electronic devices typified by mobile phones and wearable devices is increasing. In such portable electronic devices, electronic devices typified by crystal oscillators are often used. In recent years, there has been an increasing demand for small electronic devices that are particularly reliable and excellent in productivity.
さらに、自動車分野においては、ITS(高度道路交通システム)の進展により、自動車の電子化、IT(情報通信技術)化の取り組みが活発化している。こうした取り組みの中では、加速度センサーや角速度センサー等の重要性がさらに高まっており、これらに使われる電子デバイス、特に高精度で発振する小型の電子デバイスの要求が高まってきている。 Furthermore, in the automobile field, with the advancement of ITS (Intelligent Transport System), efforts to digitize automobiles and IT (information and communication technology) are becoming active. In such efforts, the importance of acceleration sensors, angular velocity sensors, and the like has further increased, and the demand for electronic devices used for these, particularly small electronic devices that oscillate with high precision, has increased.
以下に、電子デバイスの中でも最も需要の多い水晶からなる振動片(水晶振動片)を使った水晶発振器について、従来から知られている構成とその製造方法を示す(例えば特許文献1参照)。 Hereinafter, a known configuration and a manufacturing method of a crystal oscillator using a resonator element (crystal resonator element) made of quartz, which is the most in demand among electronic devices, will be described (for example, see Patent Document 1).
図5は従来の電子デバイスの一例である水晶発振器の断面図である。従来の水晶発振器20は、シリコン(Si)からなるパッケージ700の下面に集積回路素子(IC100)が形成されており、さらにパッケージ700の上面にキャビティ(深堀部)720を形成して、その内部に水晶振動片500を実装する構成になっていた。また、水晶振動片500とIC100はパッケージ700に設けられた貫通電極600によって、電気的に接続されていた。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a crystal oscillator which is an example of a conventional electronic device. In the
さらに、キャビティ720の開口部にはリッド800が接合され、キャビティ720の内部は窒素雰囲気または真空雰囲気の状態で気密封止されていた。
Furthermore, the
なお、IC100は、水晶振動片500を動作させる帰還増幅回路が備わったものであるが、必要に応じて、周辺温度の変化による周波数変化を低減させるための温度補償回路のパターンを付加してもよい。また、外部からの制御電圧によって出力周波数を変化させるための電圧制御回路のパターンを付加してもよい。
The IC 100 is provided with a feedback amplifier circuit that operates the
図6は従来の水晶発振器の製造方法の一例を示した図である。上記水晶発振器20は、従来、以下に示すような製造方法によって製造されていた。まず、シリコン(Si)ウェハー750の一方の平面上に、一般に使われているLSI製造技術によって、複数のIC100を同時に形成する。その後、Siウェハー750のIC100が形成されていない側の平面に、水晶振動片500を実装するための複数のキャビティ720をウェットエッチング法やドライエッチング法によって形成する。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a conventional crystal oscillator manufacturing method. Conventionally, the
さらに、圧電振動片500とIC100との導通を確保するため、キャビティ720の内底面からIC100にかけて貫通孔を設け、その内側に貫通電極600を形成する。貫通電極600はスパッタリング法やメッキ法等により形成することが可能である。
Further, in order to ensure conduction between the piezoelectric vibrating
その後、キャビティ720の内部に、別の工程で製造された水晶振動片500を導電性接着剤等によって実装する。
Thereafter, the quartz
このようにして形成した複数のIC100と水晶振動片500とが構成されたSiウェハー750にリッド800を装着する。リッド800は、図6(a)に示すように、Siウェハー750に複数形成された各キャビティ720に対して一つずつ装着される。この場合、リッド800にはコバール等の金属材料やガラス材料を用いることができ、キャビティ720の開口周縁部の全周に接着剤を塗布し接着することによって、キャビティ720内の気密封止を行っていた(図6(b))。
The
その後、Siウェハー750を所定の大きさのパッケージ700になるようにダイシング加工法で分離し、水晶発振器20が完成する(図6(c))。この時ダイシング加工される部材は、Siウェハー750だけであり、リッド800はダイシング加工されないので、上述のようにリッド800はいかなる材料であってもかまわない。
Thereafter, the
図7は従来の水晶発振器の製造方法の別の一例を示した図である。従来の水晶発振器20の別の製造方法として、以下に示すような方法も提案されている。一枚のSiウェハー750に複数のIC100を形成し、貫通電極600を介して水晶振動片500と接続させるまでの製造工程は上述の製造方法と同じである。図7に示す製造方法では、図7(a)に示すようにSiウェハー750と同じ大きさのリッド板820を用意し、Siウェハー750上に装着する点が図6に示す製造方法とは異なっている。これによりSiウェハー750のキャビティ720が形成されている面側はそのすべてがリッド板820で覆われるようにして接合される(図7(b))。
FIG. 7 is a diagram showing another example of a conventional method for manufacturing a crystal oscillator. As another method for manufacturing the
その後、Siウェハー750を所定の大きさのパッケージ700になるようにダイシング加工法で分離し、リッド805で気密封止された水晶発振器25が完成する(図7(c))。図7に示す製造方法の場合、Siウェハー750と一緒にリッド板820もダイシング加工することになるので、リッド板820もSiやガラスのような脆性材料にする必要がある。
Thereafter, the
図6の製造方法で製造された従来の水晶発振器20において、小片のリッド800をSiウェハー750のキャビティ720の上に精度良く配置し、それら一つ一つを個別に接合する必要があった。そのために生産性が非常に悪く、その結果、生産コストの増大につながっていた。
In the
また、小型化が要求され、リッド800の大きさが小さくなればなるほど、リッド800とキャビティ720の位置合わせ精度も厳しくなる。その結果、接合不良が多発し、信頼性悪化につながる。
In addition, as the size of the
また、ウェットエッチング法やドライエッチング法によって加工されてできたキャビティ720の底面は面精度が悪く、平坦な面ではないため、水晶振動片500を実装する時に、水晶振動片500が傾いて固定されてしまったり、最悪の場合には水晶振動片500がキャビティ720の壁面に接触してしまったりする不良が多々あり、信頼性悪化につながっていた。
Further, since the bottom surface of the
図7の製造方法で製造された従来の水晶発振器25において、リッド板820をSiウェハー750に接合するため、個々のキャビティ720との位置合わせは必要なく、生産性は良いが、その後、ダイシング加工によって水晶発振器25の大きさに分割しなくはならず、リッド板820はSiやガラスのような脆性材料にする必要がある。なぜなら、リッド板820に金属材料を用いると、脆性材料であるSiウェハー750と加工条件が異なってしまうため、同時に切断することができないからである。また仮に切断できたとしても、加工に最適な加工条件が異なるためリッド板802かSiウェハー750のどちらかに必ず加工歪みが生じ、その結果、リッド板802とSiウェハー750の間で剥離が生じてしまう。また切断面の面精度も非常に悪く、バリや割れが必ず発生してしまう。
In the
そのため、図7に示す従来の水晶発振器25では、リッド805は必ず脆性材料であるSiやガラスで作られていた。しかしながら、リッド805にSiやガラスを用いると、カーエレクトロニクス製品や携帯型電子機器のような振動や外力が加わりやすい製品に組み込んだ後、微小の振動や外力でリッド805が容易に割れてしまう不良が多発し、信頼性が非常に悪かった。
Therefore, in the
本発明の目的は、非常に小型の電子デバイスを提供することにあり、さらには、生産性に優れ、高い信頼性を有する電子デバイスを提供することにある。また、生産性に優れた小型で高い信頼性を有する電子デバイスの製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a very small electronic device, and further to provide an electronic device having excellent productivity and high reliability. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a small and highly reliable electronic device with excellent productivity.
上記課題を解決するために、本発明の電子デバイスでは、密閉空間の内側に配置される振動片と、密閉空間の外側に配置されるICと、振動片とICとを電気的に接続する電極を備えた電子デバイスにおいて、密閉空間は、底部と側壁とリッドによって囲まれた空間であり、底部を構成する底部部材と側壁を構成する側壁部材とは、分割された二つの部材であることを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, in the electronic device of the present invention, the resonator element disposed inside the sealed space, the IC disposed outside the sealed space, and the electrode that electrically connects the resonator element and the IC. In the electronic device including the closed space, the sealed space is a space surrounded by the bottom, the side wall, and the lid, and the bottom member that constitutes the bottom and the side wall member that constitutes the side wall are two divided members. It is a feature.
さらに、底部部材はシリコンからなるのが望ましい。 Further, the bottom member is preferably made of silicon.
さらに、側壁部材はシリコンからなるのが望ましい。 Further, the side wall member is preferably made of silicon.
さらに、リッドは金属材料からなるのが望ましい。 Furthermore, the lid is preferably made of a metal material.
さらに、振動片は水晶からなるのが望ましい。 Furthermore, it is desirable that the resonator element is made of quartz.
また本発明の電子デバイスの製造方法では、密閉空間の内側に配置される振動片と、密閉空間の外側に配置されるICと、振動片とICとを電気的に接続する電極を備えた電子デバイスの製造方法において、底部基板の一方側にICを形成する工程と、底部基板に孔を形成しその内部に電極を形成する工程と、底部基板の他方側に振動片を実装する工程と、底部基板と異なる基板である側壁基板の一方側にリッドを形成する工程と、側壁基板の他方側から開口部を形成する工程と、底部基板の一方側の面と、側壁基板の他方側の面とを接合する工程と、接合された底部基板と側壁基板を電子デバイスの大きさに分離する工程を有することを特徴としている。 In the electronic device manufacturing method of the present invention, an electronic device including a vibrating piece disposed inside the sealed space, an IC disposed outside the sealed space, and an electrode that electrically connects the vibrating piece and the IC. In the device manufacturing method, a step of forming an IC on one side of the bottom substrate, a step of forming a hole in the bottom substrate and forming an electrode therein, a step of mounting a resonator element on the other side of the bottom substrate, A step of forming a lid on one side of a side wall substrate, which is a substrate different from the bottom substrate, a step of forming an opening from the other side of the side wall substrate, a surface on one side of the bottom substrate, and a surface on the other side of the side wall substrate And a step of separating the bonded bottom substrate and side wall substrate into the size of the electronic device.
さらに、底部基板はシリコンからなるのが望ましい。 Further, the bottom substrate is preferably made of silicon.
さらに、側壁基板はシリコンからなるのが望ましい。 Furthermore, the sidewall substrate is preferably made of silicon.
さらに、リッドは金属材料からなるのが望ましい。 Furthermore, the lid is preferably made of a metal material.
さらには、振動片は水晶からなるのが望ましい。 Furthermore, it is desirable that the resonator element is made of quartz.
また、底部基板にエッチング法によって孔を形成するのが望ましい。 It is also desirable to form holes in the bottom substrate by etching.
さらに、側壁基板に金属基板を接合した後、金属基板をエッチング法によって加工してリッドを形成するのが望ましい。 Furthermore, it is desirable to form a lid by bonding the metal substrate to the sidewall substrate and then processing the metal substrate by an etching method.
さらに、側壁基板にメッキ法によってリッドを形成するのが望ましい。 Furthermore, it is desirable to form a lid on the sidewall substrate by a plating method.
さらに、側壁基板にエッチング法によって開口部を形成するのが望ましい。 Furthermore, it is desirable to form an opening in the sidewall substrate by an etching method.
さらには、底部基板と側壁基板とを表面活性化接合法によって接合するのが望ましい。 Furthermore, it is desirable to join the bottom substrate and the sidewall substrate by a surface activated bonding method.
(作用)
本発明の電子デバイスでは、底部と側壁とリッドによって囲まれた密閉空間の内側に振動片を配置し、密閉空間の外側にICを配置し、且つ振動片とICとを電極によって電気的に接続している。さらに本発明では密閉空間の底部は底部部材によって形成され、側壁は側壁部材によって形成されている。
(Function)
In the electronic device of the present invention, the resonator element is disposed inside the sealed space surrounded by the bottom, the side wall, and the lid, the IC is disposed outside the sealed space, and the resonator element and the IC are electrically connected by electrodes. is doing. Furthermore, in the present invention, the bottom of the sealed space is formed by the bottom member, and the side wall is formed by the side wall member.
従来の電子デバイスは、密閉空間の底部と側壁が、キャビティを備えたパッケージという一つの部材によって形成されていたのに対して、底部部材と側壁部材の2つの部材に分割して形成されているところが、本発明の電子デバイスにおける構造上の最も特徴的な点である。 In the conventional electronic device, the bottom and side walls of the sealed space are formed by a single member called a package having a cavity, but are divided into two members, a bottom member and a side wall member. However, this is the most characteristic feature in the structure of the electronic device of the present invention.
従来のエッチング法で加工されてできたキャビティで底部と側壁を構成する場合、底部の面精度は悪いが、本発明のように底部と側壁を分割した構造にすると、底部はポリッシング加工等によって得られた底部部材の平面を利用することになるため、面精度は非常によい。そのため、振動片を精度良く固定することが可能になる。結果、電子デバイスの信頼性向上につながる。 When the bottom and side walls are formed by cavities formed by a conventional etching method, the bottom surface accuracy is poor. However, when the bottom and side walls are divided as in the present invention, the bottom is obtained by polishing or the like. Since the flat surface of the bottom member is used, the surface accuracy is very good. Therefore, it becomes possible to fix the vibrating piece with high accuracy. As a result, the reliability of the electronic device is improved.
なお、底部部材を構成する材料としては、シリコン(Si)を用いるのが望ましい。なぜなら一般に行われている工程で底部部材の平面上に直接ICを作り込むことができるからである。 Note that it is desirable to use silicon (Si) as a material constituting the bottom member. This is because an IC can be directly formed on the plane of the bottom member by a generally performed process.
さらに、側壁部材を構成する材料としても、同様にSiを用いるのが望ましい。側壁部材を底部部材と同種の材料にすれば親和性があるので接合が容易であり、接合強度も増すからである。 Furthermore, it is desirable to use Si similarly as a material constituting the side wall member. This is because, if the side wall member is made of the same material as that of the bottom member, there is affinity, so that the joining is easy and the joining strength is increased.
また、リッドを構成する材料としては、金属材料を用いるのが望ましい。電子デバイスはカーエレクトロニクス製品や携帯型電子機器に多く組み込まれるが、これら製品は小型化や高密度化の要求が強く、そのために電子デバイスが非常に狭い空間に組み込まれるような設計になることが多い。そうすると、電子デバイスを組み込む時に他の部品と接触することも多々あり、薄板状のリッドがセラミック材料だと接触時の応力や衝撃で割れてしまう危険性があるからである。 Moreover, it is desirable to use a metal material as a material constituting the lid. Electronic devices are often incorporated into car electronics products and portable electronic devices, but these products are strongly demanded for miniaturization and high density, so that electronic devices can be designed to be incorporated in very narrow spaces. Many. In this case, when the electronic device is assembled, it often comes into contact with other parts, and if the thin plate-shaped lid is made of a ceramic material, there is a risk of cracking due to stress or impact at the time of contact.
なお、このように底部部材、側壁部材及びリッドによって密閉空間を形成することによって、振動片を真空もしくは低気圧環境下に置くことも可能である。例えば、振動片として水晶振動片を用いれば、振動特性が安定した水晶発振器として利用可能である。 In addition, by forming the sealed space with the bottom member, the side wall member, and the lid in this way, it is possible to place the resonator element in a vacuum or low-pressure environment. For example, if a crystal resonator element is used as the resonator element, it can be used as a crystal oscillator with stable vibration characteristics.
このような、3つの部材(底部部材、側壁部材、リッド)で密閉空間を作った本発明の
電子デバイスは、その製造過程において、以下に示すような利点をもたらす。
Such an electronic device of the present invention in which a sealed space is formed by three members (a bottom member, a side wall member, and a lid) provides the following advantages in the manufacturing process.
底部部材、側壁部材、リッドを有する本発明の電子デバイスは、製造過程においては、底部基板、側壁基板、金属基板という平板を加工、接合していくことによって製造されていく。底部基板、側壁基板、金属基板はいずれも、最終的に完成する電子デバイスの複数個分の大きさを有しており、これら基板一枚あたりから複数個の電子デバイスを得られるようになっている。 In the manufacturing process, the electronic device of the present invention having a bottom member, a side wall member, and a lid is manufactured by processing and bonding flat plates such as a bottom substrate, a side wall substrate, and a metal substrate. Each of the bottom substrate, the side wall substrate, and the metal substrate has a size corresponding to a plurality of finally completed electronic devices, and a plurality of electronic devices can be obtained from one of these substrates. Yes.
各製造工程では、底部基板、側壁基板、金属基板という基板状態で処理するが、このように基板状態で処理することによって、一回の工程で同時に電子デバイス複数個分を処理できるので、生産性が非常に良好である。 In each manufacturing process, processing is performed in the substrate state of the bottom substrate, the side wall substrate, and the metal substrate. By processing in the substrate state in this way, a plurality of electronic devices can be processed simultaneously in one process, so productivity is increased. Is very good.
また、底部基板にSiウェハーを用いることで、通常のIC製造工程にそのまま流すことができ、底部基板上にICを容易に形成することができる。このように従来用いられているIC製造工程を利用することできるので、装置を新規に立ち上げる必要性もなく、製造の信頼性も確保することができる。 Further, by using a Si wafer for the bottom substrate, it can be flowed as it is in a normal IC manufacturing process, and an IC can be easily formed on the bottom substrate. Thus, since the IC manufacturing process conventionally used can be used, it is not necessary to start up a new apparatus and manufacturing reliability can be ensured.
また、本発明の電子デバイスの製造方法では、金属基板と側壁基板を接合してから、金属基板をエッチング法によってリッドに、側壁基板をエッチングによって側壁部材に加工している。なお、側壁基板は金属基板と異なる材料、望ましくはSiウェハーを用いることで、金属基板からリッドを形成する時には側壁基板はエッチングされず、側壁基板から側壁部材を形成する時には金属基板はエッチングされないというように、分けて加工することが可能となる。 In the electronic device manufacturing method of the present invention, after the metal substrate and the side wall substrate are joined, the metal substrate is processed into a lid by an etching method, and the side wall substrate is processed into a side wall member by etching. The sidewall substrate is made of a material different from that of the metal substrate, preferably an Si wafer, so that the sidewall substrate is not etched when the lid is formed from the metal substrate, and the metal substrate is not etched when the sidewall member is formed from the sidewall substrate. As described above, it is possible to process them separately.
これにより、リッドを単体で接合する必要が無く生産性が良好であるという利点に加え、エッチング法によってリッドを非常に小さな形状に形成することができるので、小型化にも適している。 Accordingly, in addition to the advantage that the lid does not need to be joined alone and the productivity is good, the lid can be formed in a very small shape by an etching method, and therefore, it is suitable for downsizing.
また、本発明の電子デバイスの製造方法では、側壁基板上にリッドをメッキ法で形成しても良い。メッキ法でリッドを形成する場合においても、フォトリソグラフィー法と組み合わせることで非常に小さなリッドを形成することができ、小型化が可能となる。 In the electronic device manufacturing method of the present invention, a lid may be formed on the sidewall substrate by a plating method. Even when the lid is formed by the plating method, a very small lid can be formed by combining with the photolithography method, and the size can be reduced.
なお、上記のように底部基板にも側壁基板にもSiウェハーを用いることで、お互いに親和性があるので接合が容易であるという利点もある。さらに、Si同士の接合に適した表面活性化接合法を用いることで、非常に強度の高い接合が可能となる。その結果、電子デバイスの信頼性向上につながる。 It should be noted that the use of Si wafers for both the bottom substrate and the side wall substrate as described above also has an advantage that bonding is easy because of the mutual affinity. Furthermore, by using a surface activated bonding method suitable for bonding between Si, bonding with extremely high strength becomes possible. As a result, the reliability of the electronic device is improved.
さらに、表面活性化接合法は室温状態で接合することのできる数少ない接合方法であり、底部基板に形成されているICに熱的なダメージを与える影響がない。その結果、ICの信頼性を保つことができる。 Further, the surface activated bonding method is one of the few bonding methods that can be bonded at room temperature, and does not affect the IC formed on the bottom substrate thermally. As a result, the reliability of the IC can be maintained.
本発明によれば、非常に小型の電子デバイスを提供することができ、さらには高い信頼性を有する電子デバイスを提供することができる。また、生産性に優れた小型の電子デバイスの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a very small electronic device, and it is possible to provide an electronic device having high reliability. Further, it is possible to provide a method for manufacturing a small electronic device with excellent productivity.
(第1の実施形態)
図1は本発明の電子デバイスの一例である水晶発振器の断面図である。本発明の電子デバイスの一例として示した水晶発振器10は、シリコン(Si)からなる底部部材200
の一方側である下面に集積回路素子(IC100)が形成されており、さらに底部部材200の他方側である上面には水晶振動片500が実装されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a crystal oscillator as an example of an electronic device of the present invention. The
An integrated circuit element (IC100) is formed on the lower surface that is one side of the
この水晶振動片500はSiからなる底部部材200、底部部材200と同種材料のSiからなり底部部材200とは分割された別部材である側壁部材300、及び金属材料であるコバールからなるリッド400で囲まれた密閉空間内に配置されており、その密閉空間は窒素雰囲気または真空雰囲気の状態で気密封止されている。なお、密閉空間内の水晶振動片500と密閉空間外のIC100は底部部材200に設けられた貫通電極600によって、電気的に接続されている。
The quartz
本発明の水晶発振器10ではリッド400は金属材料(コバール)で構成されている。そのために破損の危険性が少なく信頼性が高い。なぜなら電子デバイスは小型化や高密度化の要求が高いカーエレクトロニクス製品や携帯型電子機器に使われることが多く、そのために非常に狭い空間に電子デバイスが組み込まれる設計になることが多い。そうすると、電子デバイスを組み込む時に他の部品と接触することも多々あり、リッド400がセラミック材料だと接触時の応力や衝撃で割れてしまう危険性があるが、金属材料であればその危険性を回避できるからである。
In the
なお、IC100は、水晶振動片500を動作させる帰還増幅回路が備わったものであるが、必要に応じて、周辺温度の変化による周波数変化を低減させるための温度補償回路のパターンを付加してもよい。また、外部からの制御電圧によって出力周波数を変化させるための電圧制御回路のパターンを付加してもよい。
The
また、IC100は、水晶発振器10がカーエレクトロニクス製品や携帯型電子機器に組み込まれる時には他の電子回路と接続されるので、他の電子回路と接続しやすいように構成されるのが望ましい。よって、他の電子回路と接続しやすければ、IC100は必ずしも平面上に形成される必要はなく、曲面や段差を有する底部部材200上に形成されていてもかまわない。
Further, since the
図2は本発明の電子デバイスの製造方法を示した図である。まず始めに、図2(a)に示すように、Siウェハーからなる側壁基板350とコバール板からなる金属基板450を接合する。本実施形態では、側壁基板350として厚さ300μmのSiウェハーを用い、金属基板450として厚さ100μmのコバール板を用い、それらの間に金・スズ合金(AuSn合金)からなる接合剤を配して、接合させた(図2においてAuSn合金の接合部分は非常に薄いので示されていない。)。
FIG. 2 is a view showing a method for manufacturing an electronic device of the present invention. First, as shown in FIG. 2A, a
本実施形態では、金属基板450として、コバール板を用いたが、この材料に限定されるものではない。ステンレス板やニッケル(Ni)板等のいかなる金属材料を用いても本発明の効果を妨げるものではない。
In this embodiment, a Kovar plate is used as the
また、本実施形態では、接合にAuSu合金を用いた接合方法を使用したが、その他の接合方法を用いてもかまわない。例えば、表面活性化接合法や陽極接合法などを用いても特に問題になることはない。 In this embodiment, the joining method using the AuSu alloy is used for joining, but other joining methods may be used. For example, there is no particular problem even if a surface activated bonding method or an anodic bonding method is used.
次に、図2(b)に示すようにコバール板から金属基板450をウェットエッチング法によって加工し、側壁基板350の一平面上に所定の大きさのリッド400を形成する。なお、この時点で複数個のリッド400が同時に形成され、その各々は分割されてパターン化されている。但し、すでに側壁基板350とは接合されているために、剥がれ落ちることはない。
Next, as shown in FIG. 2B, the
なお、ウェットエッチング法は微細で精度の高い加工が可能であることが一般的に知られており、リッド400の形成にウェットエッチング法を用いることで、非常に微小なリッド400であっても容易に形成することができる。その結果、電子デバイスの小型化にも適している。
In addition, it is generally known that the wet etching method is fine and can be processed with high accuracy. By using the wet etching method for forming the
さらに、本実施形態では、側壁基板350にSiウェハーを用いており、コバール板からなる金属基板450とは異種材料である。そのため、金属基板450のウェットエッチング時にSiウェハーからなる側壁基板350がエッチングされてしまうことはなかった。側壁基板350に用いられる材料は、本発明において限定されるものではないが、このような理由から金属基板450とは異なった材料を選択するのが望ましい。
Further, in the present embodiment, a Si wafer is used for the
次に、図2(c)に示すように、側壁基板350のリッド400が形成されていない逆側の平面の、リッド400に対応する位置に、水晶振動片500が入る程度の大きさで複数の開口部320を形成する。開口部320の形成は、ドライエッチング法を用いて行い、厚みが300μmある側壁基板350が貫通するまで行う。
Next, as shown in FIG. 2C, a plurality of
なお、本工程のドライエッチング法はSiからなる側壁基板350を加工するための条件で行うため、コバールからなるリッド400が加工表面に現れた時点で加工は止まり、それ以上の加工は行われない。その結果、図2(c)に示すような、一方の面にリッド400が形成された開口部320を有する側壁基板310が完成することとなる。
Since the dry etching method in this step is performed under the conditions for processing the
なお、側壁基板350に開口部320を形成する方法としてウェットエッチング法を用いてもかまわない。Siのウェットエッチング法の場合、結晶面に沿って加工がなされるため、開口部の形状に自由度は少ないが、水晶振動片500を配置させるには、十分な大きさと精度で加工することが可能である。なお開口部320の形成にウェットエッチング法を使用した場合においても、異種材料であるリッド400はエッチングされないので、リッド400が加工表面に現れた時点で開口部320の加工は自動的に停止する。
Note that a wet etching method may be used as a method of forming the
次に、底部基板210の製造方法について説明する。図3は本発明の電子デバイスの製造方法における底部基板周辺部の形成工程を示した図である。
Next, a method for manufacturing the
まず、図3(a)に示すように、底部基板250の平面上に集積回路素子(IC100)を形成する。底部基板250には、一般的にIC製造工程で利用されているSiウェハーを用いており、その表面はポリッシング加工により、非常に平面度の優れた状態で仕上げられている。このSiウェハーを用いることで通常のIC製造工程をそのまま利用することができ、底部基板250上に複数のIC100を同時に、且つ容易に形成することができる。
First, as shown in FIG. 3A, an integrated circuit element (IC 100) is formed on the plane of the
このように従来用いられているIC製造工程を利用することできるので、装置を新規に立ち上げる必要性もなく、製造の信頼性も確保することができる。なお本実施形態では、小型化、特に薄型化のために、底部基板250に100μm厚のSiウェハーを用いた。
Thus, since the IC manufacturing process conventionally used can be used, it is not necessary to start up a new apparatus and manufacturing reliability can be ensured. In the present embodiment, a Si wafer having a thickness of 100 μm is used for the
次に、図3(b)に示すように、底部基板250のIC100が形成されていない逆側の面からドライエッチング法によってスルーホール220を開口させる。スルーホール220の加工はIC100に到達するまで行い、IC100が表面に現れた時点で加工を止める。その結果、図3(b)に示すような、一方の面にIC100が形成され、他方の面側からスルーホール220があけられた底部基板210が完成することとなる。
Next, as shown in FIG. 3B, a through
次に、図3(c)に示すように、底部基板210にあけられたスルーホール220内に貫通電極600を形成する。本実施形態では、メッキ法によって、スルーホール220内
に金(Au)からなる貫通電極600を形成した。なお、この時点でIC100と貫通電極600は電気的に導通される。
Next, as shown in FIG. 3C, the through
さらに、図3(d)に示すように、貫通電極600と電気的に導通するようにして水晶振動片500を実装する。その結果、IC100と水晶振動片500は貫通電極600を介して、電気的に導通することとなる。なお、上記でも述べたように、Siウェハーからなる底部基板210の表面は、ポリッシング加工によって仕上げられており、その平面度は非常に良好である。そのため水晶振動子500が傾いて固定され、底部基板210と接触してしまうような不良はほとんど発生しない。また、側壁がない状態で水晶振動片500を実装できるため、非常に作業性が良好である。
Further, as shown in FIG. 3D, the
その後、図2(d)に示すように、図2(c)の状態の側壁基板310と図3(d)の状態の底部基板210を接合して、水晶振動片500の周囲に密閉空間を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 2D, the
なお、側壁基板310と底部基板210の接合には表面活性化接合法を用いるのが望ましい。表面活性化接合法は室温状態で接合可能な数少ない接合方法である。そのため、底部基板210に形成されているIC100に熱的なダメージを与える影響が無く、IC100の信頼性を損なう心配が無い。
It is desirable to use a surface activated bonding method for bonding the
さらに、本実施形態では底部基板210も側壁基板310もSiからなり、お互いに親和性があるので接合が容易であるという利点もある。さらに、表面活性化接合法はSi同士の接合に適した接合法であるので、非常に高い強度での接合が可能である。以上の理由から、表面活性化接合法を用いることで電子デバイスの信頼性を向上させることができる。
Furthermore, in the present embodiment, the
なお、側壁基板310の接合される面と底部基板210の接合される面の平面度は良好な方が望ましい。なぜなら表面活性化接合法では接合面の平面度が良好であればあるほど接合強度が増し、接合の信頼性を向上させることができるからである。
It should be noted that the flatness of the surface to which the
なお、窒素雰囲気中または真空雰囲気中で接合を行うことによって、底部基板210、側壁基板310、リッド400によって囲まれた密閉空間内を、窒素雰囲気または真空雰囲気の状態で気密封止させることが可能である。通常、水晶発振器10では水晶振動片500をこのような窒素雰囲気または真空雰囲気に配置して振動させることで、安定した振動を行えるようになる。
Note that by performing bonding in a nitrogen atmosphere or a vacuum atmosphere, the sealed space surrounded by the
最後に、接合された底部基板210と側壁基板310をダイシング法、レーザー加工法等によって分割し、底部部材200、側壁部材300、リッド400によって外形が構成される水晶発振器10を大量生産することができる(図2(e))。
Finally, the bonded
なお、本実施形態では、底部基板210も側壁基板310もSiからなっており、同種の材料であるのでダイシング加工を行ったとしても、同じ条件で同じように加工することができる。そのため、加工時に余計な加工歪みを生じさせることはなく、底部基板210側壁基板310の間で剥離が生じてしまうこともなかった。またその加工面も平面度に優れたきれいな表面に仕上げることができた。
In the present embodiment, both the
上記のように本発明の電子デバイスの製造方法では、複数個分の電子デバイス部品が配列した基板状態(底部基板および側壁基板の状態)で製造を進め、最後に個々の電子デバイスに分割して完成に至る。そのため電子デバイスを構成する部品を小片で一つ一つ扱うことが無く、非常に生産性が良好である。 As described above, in the method of manufacturing an electronic device according to the present invention, the manufacturing proceeds in a substrate state (a state of a bottom substrate and a side wall substrate) in which a plurality of electronic device components are arranged, and finally divided into individual electronic devices. To completion. Therefore, the parts constituting the electronic device are not handled one by one in small pieces, and the productivity is very good.
また、電子デバイスが小型化されたとしても取り扱うサイズは変わらず、従来通りの基板の大きさで扱うことができるので、小型化の影響による生産性の悪化はほとんど無い。逆に、電子デバイスが小型化されることによって、基板1枚あたりの取り個数が増加するので、生産性向上に繋がる。このように、本発明の電子デバイスの製造方法は、電子デバイスの小型化に対しても、生産性向上に対しても有効である。 Even if the electronic device is downsized, the size of the electronic device is not changed, and the size of the substrate can be handled in the same manner as before, so that there is almost no deterioration in productivity due to the downsizing effect. On the contrary, when the electronic device is miniaturized, the number of substrates per substrate increases, which leads to improvement in productivity. As described above, the method for manufacturing an electronic device of the present invention is effective for both reducing the size of the electronic device and improving productivity.
なお、本実施形態では電子デバイスの一例として、水晶振動片を用いた水晶発振器10を例に挙げて説明したが、本発明は水晶発振器10に限られるものではない。例えば水晶以外の圧電材料を利用した圧電振動片を使った電子デバイスであっても本発明の効果は十分に得られる。また用途としても、発振器に限られるわけではなく、例えば加速度センサーやジャイロスコープ等のセンサーにも利用可能である。
In the present embodiment, as an example of the electronic device, the
(第2の実施形態)
以下に本発明の電子デバイスの一例である水晶発振器の別の実施形態を示す。本実施形態でも基本的な構造は図1に示す前述の実施形態とほぼ同じである。本実施形態においても水晶発振器10は、シリコン(Si)からなる底部部材200の下面にIC100が形成されており、底部部材200の上面に水晶振動片500が実装される。
(Second Embodiment)
Another embodiment of a crystal oscillator which is an example of the electronic device of the present invention will be described below. The basic structure of this embodiment is almost the same as that of the above-described embodiment shown in FIG. Also in this embodiment, in the
水晶振動片500はSiからなる底部部材200、同じくSiからなる側壁部材300、及び金属材料からなるリッド400で囲まれた密閉空間内に配置され、その密閉空間は窒素雰囲気または真空雰囲気の状態で気密封止される。また、密閉空間内の水晶振動片500と密閉空間外のIC100は底部部材200に設けられた貫通電極600によって、電気的に接続される。
The quartz
図4は本発明の別の電子デバイスの製造方法における側壁基板周辺部の形成工程を示した図である。本実施形態は、リッド400の形成工程が、前述の実施形態とは異なっている。本実施形態では、リッド400と側壁基板310の形成にあたり、以下のような工程を行っている。
FIG. 4 is a view showing a step of forming the peripheral portion of the side wall substrate in another method for manufacturing an electronic device of the present invention. In the present embodiment, the formation process of the
まず、図4(a)に示すように、Siウェハーからなる側壁基板350の一平面に金属膜475を成膜する。本実施形態では、側壁基板350として厚さ300μmのSiウェハーを用い、その側壁基板350上に金属膜475として上層が厚さ0.2μmの金(Au)膜、下層が厚さ0.05μmのクロム(Cr)膜からなる積層膜をスパッタリング法で成膜した(図4においてAu膜とCr膜の境界は本発明と直接関係しないので描いていない。)。
First, as shown in FIG. 4A, a
なお、金属膜475は、導電性を有していれば特に問題なく、AuやCrに限定されるものではない。
Note that the
次に、図4(b)に示すように、金属膜475上にフォトリソグラフィー法によってレジストパターン900を形成する。フォトリソグラフィー法とはLSI分野で広く用いられているパターニング方法の一つで、感光性材料からなるレジストを露光し現像して、レジストパターン900を形成する方法である。この方法を用いれば、ミクロンレベルでの微細なレジストパターン900を形成することができるため小型化に適している。
Next, as shown in FIG. 4B, a resist
次に、図4(c)に示すように、Au膜とCr膜の積層構造からなる金属膜475に電流を流し、金属膜475上に電気メッキ法によりリッド400を形成する。なお、電気メッキ法は電流が流れる部分にしかメッキ成長しないので、絶縁性材料であるレジストパターン900上にはリッド400は形成されない。よって、リッド400はレジストパターン900の反転形状で形成されることとなる。なお本実施形態では、リッド400をNi
メッキ法によって形成し、Niからなるリッド400を80μmの厚さで形成した。
Next, as shown in FIG. 4C, a current is passed through a
A
本実施形態では、リッド400をNiメッキ法で形成したが、Niに限られるわけではない。メッキ法が可能な材料であれば、いかなる材料を使用してもかまわない。
In the present embodiment, the
さらに、図4(d)に示すように、レジストパターン900を剥離液や有機溶剤で除去し、さらに、レジストパターン900の下の金属膜475をエッチング法やイオンミリング法等によって除去し、側壁基板350上にパターン化された複数のリッド400と金属膜470を形成する。
Further, as shown in FIG. 4D, the resist
その後、図4(e)に示すように、側壁基板350のリッド400、金属膜470が形成されていない逆側の平面の、リッド400に対応する位置に、水晶振動片500が入る程度の大きさで複数の開口部320を形成する。開口部320の形成は、ドライエッチング法を用いて行い、厚みが300μmある側壁基板350が貫通するまで行う。なお、本工程のドライエッチング法はSiからなる側壁基板350を加工するための条件で行うため、Au、Crからなる金属膜470が加工表面に現れた時点でそれ以上の加工は行われない。その結果、図4(c)に示すような、一方の面にリッド400、金属膜470が形成された開口部320を有する側壁基板310が完成することとなる。
After that, as shown in FIG. 4E, the
その後は、図3に示す方法で、IC100と水晶振動片500と貫通電極600を有する底部基板210を形成し、その底部基板210と図4(e)に示す側壁基板310を接合させる。なお本実施形態においても、接合には表面活性化接合法を用いた。
Thereafter, the
最後に、接合された底部基板210と側壁基板310をダイシング法、レーザー加工法等によって分割し、底部部材200、側壁部材300、リッド400によって外形が構成される水晶発振器10の完成に至る。
Finally, the bonded
リッド400をメッキ法で形成する本実施形態においても、製造過程に電子デバイスを構成する部品を小片で一つ一つ扱うことが無く、基板状態で製造が行われるため、非常に生産性が良好である。
Even in the present embodiment in which the
10、20、25 水晶発振器
100 IC
200 底部部材
210、250 底部基板
220 スルーホール
300 側壁部材
310、350 側壁基板
320 開口部
400 リッド
450 金属基板
470、475 金属膜
500 水晶振動片
600 貫通電極
700 パッケージ
720 キャビティ
750 Siウェハー
800、805 リッド
820 リッド板
900 レジストパターン
10, 20, 25
200
500
Claims (15)
前記密閉空間は、底部と側壁とリッドによって囲まれた空間であり、前記底部を構成する底部部材と前記側壁を構成する側壁部材とは、分割された二つの部材であることを特徴とする電子デバイス。 In an electronic device comprising a resonator element disposed inside a sealed space, an IC disposed outside the sealed space, and an electrode for electrically connecting the resonator element and the IC,
The sealed space is a space surrounded by a bottom, a side wall, and a lid, and the bottom member that constitutes the bottom and the side wall member that constitutes the side wall are two divided members. device.
底部基板の一方側に前記ICを形成する工程と、
前記底部基板に孔を形成しその内部に前記電極を形成する工程と、
前記底部基板の他方側に振動片を実装する工程と、
前記底部基板と異なる基板である側壁基板の一方側にリッドを形成する工程と、
前記側壁基板の他方側から開口部を形成する工程と、
前記底部基板の前記一方側の面と、前記側壁基板の前記他方側の面とを接合する工程と、
接合された前記底部基板と前記側壁基板を電子デバイスの大きさに分離する工程を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。 In a method of manufacturing an electronic device including a resonator element disposed inside a sealed space, an IC disposed outside the sealed space, and an electrode that electrically connects the resonator element and the IC,
Forming the IC on one side of the bottom substrate;
Forming a hole in the bottom substrate and forming the electrode therein;
Mounting a resonator element on the other side of the bottom substrate;
Forming a lid on one side of a side wall substrate that is a substrate different from the bottom substrate;
Forming an opening from the other side of the sidewall substrate;
Bonding the surface on the one side of the bottom substrate and the surface on the other side of the sidewall substrate;
A method of manufacturing an electronic device, comprising the step of separating the bonded bottom substrate and side wall substrate into the size of the electronic device.
The method for manufacturing an electronic device according to claim 6, wherein the bottom substrate and the side wall substrate are bonded by a surface activation bonding method.
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JP2011087274A (en) * | 2009-09-16 | 2011-04-28 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | Surface-mounted piezoelectric device |
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