JP2009118223A - Piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電デバイスに関する。 The present invention relates to a piezoelectric device.
近年、電子機器の小型化に伴い、水晶振動子等の圧電デバイスは、より一層の小型化が要求されている。素子の小型化を実現するための技術として、たとえば水晶振動子を有する水晶基板を、上下方向から同様の形状の基板で挟んで３層の基板を互いに接合することにより封止する技術が提案されている（特許文献１参照）。 In recent years, with the miniaturization of electronic devices, piezoelectric devices such as crystal resonators are required to be further miniaturized. As a technique for realizing miniaturization of the element, for example, a technique of sealing a quartz substrate having a quartz crystal resonator by sandwiching a quartz substrate having a similar shape from above and below and bonding the three layers of substrates together is proposed. (See Patent Document 1).
また、このような技術を適用することにより、複数の水晶振動子を有する水晶基板を用いた場合には、上下方向から基板を接合した後に基板を切断することにより、小型の複数の圧電デバイスを得ることができ、工程数の削減を図ることができる。
しかしながら、圧電振動部の上面に設けられた励振電極の配線は枠部内に設けられたスルーホールを介して中間基板の下面に引き回しているため、スルーホールの領域を確保せざるをえず、圧電振動部のサイズが小型化されＣＩ（Crystal Impedance）値が高くなるという課題を有していた。 However, since the wiring of the excitation electrode provided on the upper surface of the piezoelectric vibrating portion is routed to the lower surface of the intermediate substrate through the through hole provided in the frame portion, the area of the through hole has to be ensured. There has been a problem that the size of the vibration part is reduced and the CI (Crystal Impedance) value is increased.
そこで本発明は、パッケージ内における圧電振動部のサイズを最大限にすると同時に、励振電極から外部端子までの配線のシート抵抗を低減する事でＣＩ値を損なうことのない圧電デバイスを提供することにある。 Therefore, the present invention provides a piezoelectric device that does not impair the CI value by maximizing the size of the piezoelectric vibrating portion in the package and at the same time reducing the sheet resistance of the wiring from the excitation electrode to the external terminal. is there.
本発明に係る圧電デバイスは、
下側基板および上側基板と、それらに挟まれている中間基板とを含む圧電デバイスであって、
前記中間基板は、
圧電振動部と、
前記圧電振動部の周囲を囲む枠部と、
前記圧電振動部と前記枠部とを接続する接続部と、
前記圧電振動部の上面に設けられた第１の励振電極と、
前記圧電振動部の下面に設けられた第２の励振電極と、
前記第１の励振電極と電気的に接続される第１の配線と、
前記第２の励振電極と電気的に接続される第２の配線と、
を有し、
前記第１の配線および第２の配線は、前記枠部の上面と下面とを接続している内側面から前記枠部の上面および下面に至るように形成されている。
The piezoelectric device according to the present invention is
A piezoelectric device including a lower substrate and an upper substrate, and an intermediate substrate sandwiched between them,
The intermediate substrate is
A piezoelectric vibration part;
A frame portion surrounding the periphery of the piezoelectric vibrating portion;
A connecting portion for connecting the piezoelectric vibrating portion and the frame portion;
A first excitation electrode provided on the upper surface of the piezoelectric vibrating portion;
A second excitation electrode provided on the lower surface of the piezoelectric vibrating portion;
A first wiring electrically connected to the first excitation electrode;
A second wiring electrically connected to the second excitation electrode;
Have
The first wiring and the second wiring are formed so as to extend from an inner surface connecting the upper surface and the lower surface of the frame portion to the upper surface and the lower surface of the frame portion.
本発明に係る圧電デバイスにおいて、
前記上側基板は、前記枠部の上面に設けられている前記第１の配線および前記第２の配線と対向する位置を含む領域に設けられた凹部を有し、その下面における当該凹部以外の領域で前記枠部の上面と接合される。
In the piezoelectric device according to the present invention,
The upper substrate has a recess provided in a region including a position facing the first wiring and the second wiring provided on the upper surface of the frame portion, and a region other than the recess on the lower surface thereof And joined to the upper surface of the frame portion.
本発明に係る圧電デバイスにおいて、
前記下側基板は、前記枠部の下面に設けられている前記第１の配線および前記第２の配線と対向する位置を含む領域に設けられた凹部を有し、その上面における当該凹部以外の領域で前記枠部の下面と接合される。
In the piezoelectric device according to the present invention,
The lower substrate has a recess provided in a region including a position facing the first wiring and the second wiring provided on the lower surface of the frame portion, and other than the recess on the upper surface. The region is joined to the lower surface of the frame portion.
本発明に係る圧電デバイスにおいて、
前記凹部は、前記下側基板の側面に連通する第１の連通部と、連通する第２の連通部とを有し、
前記第１の配線は、前記第１の連通部の内部において、前記中間基板の側面に連通し、
前記第２の配線は、前記第２の連通部の内部において、前記中間基板の側面に連通することができる。
In the piezoelectric device according to the present invention,
The concave portion has a first communication portion that communicates with a side surface of the lower substrate, and a second communication portion that communicates.
The first wiring communicates with a side surface of the intermediate substrate inside the first communication portion,
The second wiring can communicate with the side surface of the intermediate substrate inside the second communication portion.
本発明に係る圧電デバイスにおいて、
前記内側面は、前記枠部の上面または下面とのなす内角が９０度より大きい傾斜面を有することができる。
In the piezoelectric device according to the present invention,
The inner side surface may have an inclined surface having an inner angle formed with the upper surface or the lower surface of the frame portion that is greater than 90 degrees.
１．圧電デバイス
図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、本実施の形態に係る圧電デバイスに用いられる中間基板を示す上面図および下面図である。図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、本実施の形態に係る圧電デバイスを示す断面図であり、図２（Ａ）は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）におけるII（Ａ）-II（Ａ）切断面に対応する図であり、図２（Ｂ）は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）におけるII（Ｂ）-II（Ｂ）切断面に対応する図であり、図２（Ｃ）は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）におけるII（Ｃ）-II（Ｃ）切断面に対応する図である。
1. Piezoelectric Device FIGS. 1A and 1B are a top view and a bottom view showing an intermediate substrate used in the piezoelectric device according to the present embodiment. 2A to 2C are cross-sectional views illustrating the piezoelectric device according to the present embodiment, and FIG. 2A illustrates II (A) in FIGS. 1A and 1B. ) -II (A) is a view corresponding to the cut surface, and FIG. 2 (B) is a view corresponding to the II (B) -II (B) cut surface in FIG. 1 (A) and FIG. 1 (B). FIG. 2C is a view corresponding to the II (C) -II (C) cut surface in FIG. 1A and FIG. 1B.
本実施の形態に係る圧電デバイス１００は、下側基板３０および上側基板２０と、それらに挟まれている中間基板１０とを含む。下側基板３０および上側基板２０は、図２に示すように、中間基板１０を挟むことにより、中間基板１０に設けられている圧電振動部１１を封止する。 The piezoelectric device 100 according to the present embodiment includes a lower substrate 30 and an upper substrate 20 and an intermediate substrate 10 sandwiched between them. As shown in FIG. 2, the lower substrate 30 and the upper substrate 20 sandwich the intermediate substrate 10 to seal the piezoelectric vibrating portion 11 provided on the intermediate substrate 10.
１．１．中間基板
図１（Ａ）は、中間基板１０を模式的に示す上面図であり、図１（Ｂ）は、中間基板１０を模式的に示す下面図である。
1.1. Intermediate Substrate FIG. 1A is a top view schematically showing the intermediate substrate 10, and FIG. 1B is a bottom view schematically showing the intermediate substrate 10.
中間基板１０は、圧電振動部１１と、圧電振動部１１の周囲を取り囲む枠部１２と、圧電振動部１１と枠部１２とを接続する接続部１５ａ、１５ｂと、圧電振動部１１の上面に設けられた第１の励振電極１３と、圧電振動部１１の下面に設けられた第２の励振電極１４と、第１の励振電極１３と電気的に接続されている第１の配線２３と、第２の励振電極と電気的に接続されている第２の配線３３と、を有する。 The intermediate substrate 10 includes a piezoelectric vibrating portion 11, a frame portion 12 that surrounds the piezoelectric vibrating portion 11, connection portions 15 a and 15 b that connect the piezoelectric vibrating portion 11 and the frame portion 12, and an upper surface of the piezoelectric vibrating portion 11. A first excitation electrode 13 provided, a second excitation electrode 14 provided on the lower surface of the piezoelectric vibrating portion 11, a first wiring 23 electrically connected to the first excitation electrode 13, And a second wiring 33 electrically connected to the second excitation electrode.
中間基板１０は、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように、段差がなく、後述するスリット以外の領域において面一に形成されている。中間基板１０は、接続部１５ａ、１５ｂ以外の領域にスリット１６ａ、１６ｂを有する。中間基板１０において、スリット１６ａ、１６ｂの内側の領域が圧電振動部１１として機能し、スリット１６ａ、１６ｂの外側の領域が上側基板２０および下側基板３０と接合するための枠部１２として機能する。圧電振動部１１は、Ｚ’軸に平行な２つの端部のうち一方が接続部１５ａ，１５ｂにより支持されている。 As shown in FIGS. 2A to 2C, the intermediate substrate 10 has no step and is formed flush with a region other than a slit described later. The intermediate substrate 10 has slits 16a and 16b in regions other than the connection portions 15a and 15b. In the intermediate substrate 10, a region inside the slits 16 a and 16 b functions as the piezoelectric vibrating portion 11, and a region outside the slits 16 a and 16 b functions as the frame portion 12 for joining to the upper substrate 20 and the lower substrate 30. . One of the two end portions parallel to the Z′-axis of the piezoelectric vibrating portion 11 is supported by the connecting portions 15a and 15b.
中間基板１０は、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料からなり、たとえば、基板面がＸ軸に平行でＸ軸の回りに回転切断して作製されるＡＴカットの水晶基板である。 The intermediate substrate 10 is made of a piezoelectric material such as quartz, lithium tantalate, or lithium niobate. For example, the intermediate substrate 10 is an AT-cut quartz substrate manufactured by rotating and cutting the substrate surface around the X axis parallel to the X axis. .
第１の励振電極１３は、圧電振動部１１の上面に設けられ、第２の励振電極１４は、圧電振動部１１の下面に設けられている。 The first excitation electrode 13 is provided on the upper surface of the piezoelectric vibrating portion 11, and the second excitation electrode 14 is provided on the lower surface of the piezoelectric vibrating portion 11.
第１の配線２３は、第１の励振電極１３から延出され、接続部１５ａ上から枠部１２の内側面に延びている。さらに第１の配線２３は、枠部１２の内側面から枠部１２の上面１７ａおよび下面１７ｂに至るように形成されている。そして第１の配線２３は、枠部１２の下面１７ｂを介して中間基板１０の第１の側面１０ａに連通するように形成されている。 The first wiring 23 extends from the first excitation electrode 13 and extends from the connection portion 15 a to the inner side surface of the frame portion 12. Further, the first wiring 23 is formed so as to extend from the inner surface of the frame portion 12 to the upper surface 17a and the lower surface 17b of the frame portion 12. The first wiring 23 is formed so as to communicate with the first side surface 10 a of the intermediate substrate 10 via the lower surface 17 b of the frame portion 12.
第２の配線３３は、第２の励振電極１４から延出され、さらに接続部１５ｂの下面から枠部１２の内側面に延びている。さらに第２の配線３３は、枠部１２の内側面から枠部１２の上面１７ｃおよび下面１７ｄに至るように形成されている。そして第２の配線３３は、枠部１２の下面１７ｄを介して中間基板１０の第２の側面１０ｂに連通するように形成されている。第１の側面１０ａと対向する面であることが好ましい。 The second wiring 33 extends from the second excitation electrode 14, and further extends from the lower surface of the connection portion 15 b to the inner surface of the frame portion 12. Further, the second wiring 33 is formed so as to extend from the inner surface of the frame portion 12 to the upper surface 17 c and the lower surface 17 d of the frame portion 12. The second wiring 33 is formed so as to communicate with the second side surface 10 b of the intermediate substrate 10 via the lower surface 17 d of the frame portion 12. A surface facing the first side surface 10a is preferable.
第１の励振電極１３、第２の励振電極１４、第１の配線２３、および第２の配線３３の材質としては、たとえば下地としてＣｒ膜を用い、その上にＡｕ膜を有する多層構造である。 As the material of the first excitation electrode 13, the second excitation electrode 14, the first wiring 23, and the second wiring 33, for example, a Cr film is used as a base, and a multilayer structure having an Au film thereon. .
１．２．上側基板および下側基板
上側基板２０および下側基板３０の材質は、絶縁性の材質であれば特に限定されないが、材質の熱膨張差を考慮すると中間基板と同一の材質であることが好ましく、たとえば水晶からなる。
1.2. Upper substrate and lower substrate The material of the upper substrate 20 and the lower substrate 30 is not particularly limited as long as it is an insulating material, but considering the difference in thermal expansion of the material, it is preferably the same material as the intermediate substrate, For example, it is made of crystal.
上側基板２０は、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように、中間基板１０側に凹部２１を有する。そして、上側基板２０は、凹部２１以外の領域で中間基板１０の枠部１２の上面と接する。 As shown in FIGS. 2A to 2C, the upper substrate 20 has a recess 21 on the intermediate substrate 10 side. The upper substrate 20 is in contact with the upper surface of the frame portion 12 of the intermediate substrate 10 in a region other than the recess 21.
凹部２１は、中間基板１０の上面に設けられている第１の配線２３および第２の配線３３と対向する位置を含む領域に設けられている。即ち、上側基板２０に凹部２１が設けられていることによって、第１の配線２３および第２の配線３３が凹部２１内に入り込み、第１の配線２３および第２の配線３３と接触しないで中間基板１０と上側基板２０とを接合することができる。 The recess 21 is provided in a region including a position facing the first wiring 23 and the second wiring 33 provided on the upper surface of the intermediate substrate 10. That is, since the upper substrate 20 is provided with the recess 21, the first wiring 23 and the second wiring 33 enter the recess 21, and do not contact the first wiring 23 and the second wiring 33. The substrate 10 and the upper substrate 20 can be bonded.
下側基板３０は、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように、中間基板１０側に凹部３１を有する。そして、下側基板３０は、凹部３１以外の領域で中間基板１０の枠部１２の下面と接する。凹部３１は、第１の側面１０ａと同じ側の側面に連通する第１の連通部５１と、第２の側面１０ｂと同じ側の側面に連通する第２の連通部５２とを有する。 As shown in FIGS. 2A to 2C, the lower substrate 30 has a recess 31 on the intermediate substrate 10 side. The lower substrate 30 is in contact with the lower surface of the frame portion 12 of the intermediate substrate 10 in a region other than the concave portion 31. The recess 31 includes a first communication portion 51 that communicates with the side surface on the same side as the first side surface 10a, and a second communication portion 52 that communicates with the side surface on the same side as the second side surface 10b.
さらに下側基板３０は、第１の側面１０ａと同じ側の側面に、第１の連通部５１と連通する第１の溝部２５を有し、第２の側面１０ｂと同じ側の側面に、第２の連通部５２と連通する第２の溝部２６を有する。第１の溝部２５および第２の溝部２６は、平面視においてたとえば半円または円弧形状であり、下側基板３０の上面から下面に貫通している。 Further, the lower substrate 30 has a first groove portion 25 communicating with the first communication portion 51 on the side surface on the same side as the first side surface 10a, and on the side surface on the same side as the second side surface 10b, The second groove portion 26 communicates with the two communication portions 52. The first groove portion 25 and the second groove portion 26 have, for example, a semicircular shape or an arc shape in plan view, and penetrate from the upper surface to the lower surface of the lower substrate 30.
下側基板３０は、その下面に設けられた第１の外部端子３２および第２の外部端子３４を有する。第１の外部端子３２は、第１の溝部２５を取り囲む領域に設けられている。第２の外部端子３４は、第２の溝部２６を取り囲む領域に設けられている。 The lower substrate 30 has a first external terminal 32 and a second external terminal 34 provided on the lower surface thereof. The first external terminal 32 is provided in a region surrounding the first groove portion 25. The second external terminal 34 is provided in a region surrounding the second groove 26.
１．３．全体の構造
圧電デバイス１００は、第１の配線２３と第１の外部端子３２とを電気的に接続する第３の配線３５と、第２の配線３３と第１の外部端子３４とを電気的に接続する第４の配線３６とをさらに含む。第３の配線３５および第４の配線３６の材質としては、たとえば半田等の導電性材料からなる。
1.3. Overall Structure The piezoelectric device 100 electrically connects the third wiring 35, the second wiring 33, and the first external terminal 34 that electrically connect the first wiring 23 and the first external terminal 32. And a fourth wiring 36 connected to the. The material of the third wiring 35 and the fourth wiring 36 is made of a conductive material such as solder.
第１の外部端子３２および第２の外部端子３４は、圧電デバイス１００を外部の機器とを電気的に接続するために用いられる。第１の外部端子３２および第２の外部端子３４は、互いに離れた位置に設けられ、具体的には下側基板３０の長手方向に対向する端部にそれぞれ設けられる。第１の外部端子３２および第２の外部端子３４の材質としては、たとえば下地としてＣｒ膜を用い、その上にＮｉおよびＡｕ膜を有する多層構造である。 The first external terminal 32 and the second external terminal 34 are used to electrically connect the piezoelectric device 100 to an external device. The first external terminal 32 and the second external terminal 34 are provided at positions separated from each other, and specifically, provided at the end portions of the lower substrate 30 that face each other in the longitudinal direction. As a material of the first external terminal 32 and the second external terminal 34, for example, a Cr film is used as a base, and a multilayer structure having Ni and Au films thereon.
本実施の形態に係る圧電デバイス１００において、第１の配線２３および第２の配線３３は、枠部１２の内側面から上面１７ａおよび下面１７ｂに至るように形成されている。これにより、第１の配線２３および第２の配線３３を幅広に形成することができ、シート抵抗の低減が可能になる。その結果、ＣＩ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）値の上昇を防ぐことができる。 In the piezoelectric device 100 according to the present embodiment, the first wiring 23 and the second wiring 33 are formed so as to extend from the inner surface of the frame portion 12 to the upper surface 17a and the lower surface 17b. As a result, the first wiring 23 and the second wiring 33 can be formed wider and sheet resistance can be reduced. As a result, an increase in CI (Crystal Impedance) value can be prevented.
本実施の形態に係る圧電デバイス１００は、枠部１２の内側面と、上面１７ａおよび下面１７ｂとを介して、第１の配線２３を外側面に引き出している。これにより、たとえば中間基板の枠部内にスルーホールを設け、前記スルーホールを介して圧電振動部の上面に設けられた第１の励振電極から引き出された第１の配線を枠部の下側に引き出す場合と比べて、圧電振動部のサイズを大型化にすることができ、ＣＩ値を低く抑えることができる。 In the piezoelectric device 100 according to the present embodiment, the first wiring 23 is drawn out to the outer surface through the inner surface of the frame portion 12 and the upper surface 17a and the lower surface 17b. Thereby, for example, a through hole is provided in the frame portion of the intermediate substrate, and the first wiring led out from the first excitation electrode provided on the upper surface of the piezoelectric vibrating portion via the through hole is provided below the frame portion. Compared with the case of pulling out, the size of the piezoelectric vibration part can be increased, and the CI value can be kept low.
２．圧電デバイスの製造方法
次に本実施の形態に係る圧電デバイス１００の製造方法について説明する。図３〜図８は、本実施の形態に係る圧電デバイス１００の製造方法を示す図である。
2. Next, a method for manufacturing the piezoelectric device 100 according to the present embodiment will be described. 3-8 is a figure which shows the manufacturing method of the piezoelectric device 100 which concerns on this Embodiment.
（１）まず、上側水晶板１２０（上側基板）、中間水晶板１１０（中間基板）、および下側水晶板１３０（下側基板）を準備する（図５参照）。上側水晶板１２０、中間水晶板１１０、および下側水晶板１３０は、それぞれ複数の上側基板２０、中間基板１０、および下側基板３０が配列された基板である。 (1) First, an upper crystal plate 120 (upper substrate), an intermediate crystal plate 110 (intermediate substrate), and a lower crystal plate 130 (lower substrate) are prepared (see FIG. 5). The upper crystal plate 120, the intermediate crystal plate 110, and the lower crystal plate 130 are substrates on which a plurality of upper substrates 20, intermediate substrates 10, and lower substrates 30 are arranged, respectively.
図３は、本実施の形態にかかる中間水晶板１１０の下面を示す図である。中間水晶板１１０は、複数の圧電振動部１１と、複数の接続部１５ａ、１５ｂと、複数の第１の励振電極１３と、複数の第２の励振電極１４と、複数の第１の配線２３と、複数の第２の配線３３と、を有し、圧電振動部１１の周囲には、枠部１２が形成されている。枠部１２は、一体化しており、その上に切断ラインＬ１、Ｌ２が設けられる。切断ラインＬ１および切断ラインＬ２は、直角に交叉するように設けられている。 FIG. 3 is a view showing the lower surface of the intermediate crystal plate 110 according to the present embodiment. The intermediate crystal plate 110 includes a plurality of piezoelectric vibrating portions 11, a plurality of connecting portions 15 a and 15 b, a plurality of first excitation electrodes 13, a plurality of second excitation electrodes 14, and a plurality of first wirings 23. And a plurality of second wirings 33, and a frame portion 12 is formed around the piezoelectric vibration portion 11. The frame part 12 is integrated, and the cutting lines L1 and L2 are provided thereon. The cutting line L1 and the cutting line L2 are provided to cross at a right angle.
第１の配線２３と、第２の配線３３とは、近隣の第１の配線２３または第２の配線と電気的に接続されないように設けられている。 The first wiring 23 and the second wiring 33 are provided so as not to be electrically connected to the neighboring first wiring 23 or the second wiring.
ここで中間水晶板１１０の作製方法の一例について説明する。 Here, an example of a method for manufacturing the intermediate crystal plate 110 will be described.
まず、スリット１６ａ、１６ｂを形成して、圧電振動部１１および枠部１２を設ける。この工程は、たとえばフォトリソグラフィ技術を利用したウェットエッチングやサンドブラスト法により形成される。 First, the slits 16a and 16b are formed, and the piezoelectric vibrating portion 11 and the frame portion 12 are provided. This step is formed, for example, by wet etching or sandblasting using photolithography technology.
次に、第１の励振電極１３、第２の励振電極１４、第１の配線２３、および第２の配線３３をたとえばフォトリソグラフィ技術を利用した方法、蒸着法やスパッタ法により形成する。 Next, the first excitation electrode 13, the second excitation electrode 14, the first wiring 23, and the second wiring 33 are formed by, for example, a method using a photolithography technique, a vapor deposition method, or a sputtering method.
次に、複数の圧電振動部１１のそれぞれの周波数を調整する（図４参照）。図４は、周波数調整を説明するための図であり、図３の中間水晶板１１０のIV−IV断面を含む図である。図４において、中間水晶板１１０の下面が上側に描かれている。周波数の調整は、圧電振動部１１を振動させて周波数を検出しながら、第１の励振電極１３の厚みを変えることにより行う。具体的には、第１の配線２３と、第２の配線３３のそれぞれに、プローブ６２、６４を接触させて圧電振動部１１を振動させる。そして検出された周波数に基づいて、第１の励振電極１３を薄膜化する。第１の励振電極１３の薄膜化は、公知の方法を用いて行うが、たとえばアルゴンプラズマ６０を第１の励振電極１３の表面に照射することにより行われる。このとき、第１の励振電極１３をたとえば蒸着法等により厚膜化してもよい。 Next, the frequency of each of the plurality of piezoelectric vibrating portions 11 is adjusted (see FIG. 4). FIG. 4 is a diagram for explaining the frequency adjustment, and includes an IV-IV cross section of the intermediate crystal plate 110 of FIG. In FIG. 4, the lower surface of the intermediate crystal plate 110 is drawn on the upper side. The frequency is adjusted by changing the thickness of the first excitation electrode 13 while detecting the frequency by vibrating the piezoelectric vibrating portion 11. Specifically, the probes 62 and 64 are brought into contact with the first wiring 23 and the second wiring 33 to vibrate the piezoelectric vibrating portion 11. Then, the first excitation electrode 13 is thinned based on the detected frequency. The thinning of the first excitation electrode 13 is performed using a known method. For example, the surface of the first excitation electrode 13 is irradiated with argon plasma 60. At this time, the first excitation electrode 13 may be thickened by, for example, vapor deposition.
以上の工程により中間水晶板１１０を作製することができる。 The intermediate crystal plate 110 can be manufactured through the above steps.
下側水晶板１３０は、複数の凹部３１と、複数の貫通穴４２とを有する（図５参照）。下側水晶板１３０において貫通穴４２は、切断ラインＬ１上であって、第１の配線２３および第２の配線３３の連通部４０側における端部と重複する位置に設けられている。貫通穴４２の形状は、平面視においてたとえば円形であることができ、下方に向かって半径が大きくなっていることが好ましい。貫通穴４２は、後に切断ラインＬ１に沿って切断されることによって、上述した第１の溝部２５と第２の溝部２６に分離する。 The lower crystal plate 130 has a plurality of recesses 31 and a plurality of through holes 42 (see FIG. 5). In the lower crystal plate 130, the through hole 42 is provided on the cutting line L <b> 1 and at a position overlapping the end of the first wiring 23 and the second wiring 33 on the communication part 40 side. The shape of the through hole 42 can be, for example, a circle in plan view, and preferably has a radius that increases downward. The through hole 42 is later cut along the cutting line L1 to be separated into the first groove portion 25 and the second groove portion 26 described above.
（２）次に、上側水晶板１２０および下側水晶板１３０と、中間水晶板１１０とを接合する（図５および図６参照）。接合は、直接接合を適用することが好ましい。接合する２枚の水晶板のうち少なくとも一方の接合部にプラズマを照射し、当該接合部を活性化させる。その後、２枚の基板を常温で張り合わせて接合することにより、加熱による応力の発生を軽減して振動数を安定化させることができる。 (2) Next, the upper crystal plate 120 and the lower crystal plate 130 are joined to the intermediate crystal plate 110 (see FIGS. 5 and 6). It is preferable to apply direct bonding for bonding. Plasma is applied to at least one of the two quartz plates to be joined to activate the joint. After that, by bonding the two substrates together at room temperature, the generation of stress due to heating can be reduced and the frequency can be stabilized.
（３）次に、第１の外部端子３２及び第２の外部端子３４を、下側水晶板１３０の下面及び貫通穴４２内部にパターニングする。（図示せず）パターニングはたとえばスパッタ、めっき等を用いることができる。 (3) Next, the first external terminal 32 and the second external terminal 34 are patterned on the lower surface of the lower crystal plate 130 and inside the through hole 42. For patterning (not shown), for example, sputtering, plating, or the like can be used.
（４）次に、貫通穴４２に下方から導電性材料を埋め込むことによって、導電層７０を形成する。具体的には、まず、貫通穴４２の内部に、導電性材料としてたとえば半田、ＡｕＧｅ等の球体の金属ボール７０ａを配置する（図７参照）。金属ボール７０ａは、少なくとも第１の配線２３および第２の配線３３に接する事が望ましい。このように金属ボール７０ａを貫通穴４２にセットした後に、レーザー光７２を照射して、金属ボール７０ａを溶解して導電層７０を形成し、貫通穴４２を塞ぐ（図８参照）。金属ボール７０ａの溶解は、レーザー光の照射に限定されず、たとえば高温炉を用いてもよい。 (4) Next, the conductive layer 70 is formed by embedding a conductive material in the through hole 42 from below. Specifically, first, a spherical metal ball 70a such as solder or AuGe is disposed as a conductive material inside the through hole 42 (see FIG. 7). The metal ball 70 a is preferably in contact with at least the first wiring 23 and the second wiring 33. After the metal ball 70a is set in the through hole 42 in this way, the laser beam 72 is irradiated to melt the metal ball 70a to form the conductive layer 70 and close the through hole 42 (see FIG. 8). The melting of the metal balls 70a is not limited to the irradiation with laser light, and for example, a high temperature furnace may be used.
以上の工程により、水晶板が３層積層され、複数の圧電振動部を有する水晶デバイス（圧電デバイス）を得ることができる。 Through the above steps, a quartz crystal device (piezoelectric device) having a plurality of quartz crystal plates and having a plurality of piezoelectric vibrating portions can be obtained.
（５）次に、切断ラインＬ１およびＬ２に沿って、圧電水晶デバイス３００を切断分離する。 (5) Next, the piezoelectric quartz crystal device 300 is cut and separated along the cutting lines L1 and L2.
以上の工程により、圧電デバイス１００を得ることができる（図２（Ａ）〜図２（Ｃ）参照）。 Through the above steps, the piezoelectric device 100 can be obtained (see FIGS. 2A to 2C).
本実施の形態に係る圧電デバイス１００の製造方法では、圧電振動部１１の周波数調整工程において、枠部１２上においてプローブ６２、６４を第１の配線２３および第２の配線３３に接触させている（図４参照）。これにより、同一面でプローブコンタクトをとることができるため、プローブ６２、６４の構造を簡略化することができる。 In the method for manufacturing the piezoelectric device 100 according to the present embodiment, the probes 62 and 64 are brought into contact with the first wiring 23 and the second wiring 33 on the frame portion 12 in the frequency adjustment step of the piezoelectric vibrating portion 11. (See FIG. 4). Thereby, since the probe contact can be made on the same surface, the structure of the probes 62 and 64 can be simplified.
また、本実施の形態に係る圧電デバイス１００の製造方法では、貫通穴４２に設けた導電層７０はウェハ上で隣り合う圧電デバイスと共通であり、導電層７０を切断分離工程で切断分離することから金属ボール７０ａの使用数を減らすことができ、コスト低減を実現できる。 In the method for manufacturing the piezoelectric device 100 according to the present embodiment, the conductive layer 70 provided in the through hole 42 is common to the adjacent piezoelectric devices on the wafer, and the conductive layer 70 is cut and separated in the cutting and separating step. Therefore, the number of metal balls 70a used can be reduced, and cost reduction can be realized.
３．変形例
次に本実施の形態に係る圧電デバイスの変形例について説明する。変形例に係る圧電デバイス３００は、中間基板２１０の枠部２１２の内側面が傾斜している点で、上述した圧電デバイス１００と異なる。
3. Modified Example Next, a modified example of the piezoelectric device according to the present embodiment will be described. The piezoelectric device 300 according to the modification is different from the piezoelectric device 100 described above in that the inner surface of the frame portion 212 of the intermediate substrate 210 is inclined.
図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、変形例に係る圧電デバイスを示す断面図であり、上述した図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に対応する。 FIG. 9A to FIG. 9C are cross-sectional views showing a piezoelectric device according to a modification, and correspond to FIG. 2A to FIG. 2C described above.
変形例に係る中間基板２１０は、傾斜面を有し、かつ枠部２１２と圧電振動部１１との厚さが異なる。具体的には、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）に示すように、枠部２１２の外側の領域が上下方向に最も厚く、枠部２１２の内側面に向かって薄くなり、圧電振動部１１の領域が最も薄く形成されている。接続部１５ａ、１５ｂは、圧電振動部１１から枠部２１２にかけて上下面において傾斜して徐々に厚くなっている。圧電振動部１１は、枠部２１２の上下方向において中心に位置する。このような形状を有することにより、上側基板２０と下側基板３０との間に空洞ができて圧電振動部１１の振動が可能となる。 The intermediate substrate 210 according to the modified example has an inclined surface, and the thicknesses of the frame portion 212 and the piezoelectric vibrating portion 11 are different. Specifically, as shown in FIGS. 9A to 9C, the outer region of the frame portion 212 is thickest in the vertical direction and becomes thinner toward the inner surface of the frame portion 212, so that the piezoelectric vibrating portion Eleven regions are formed thinnest. The connecting portions 15a and 15b are gradually thickened by inclining on the upper and lower surfaces from the piezoelectric vibrating portion 11 to the frame portion 212. The piezoelectric vibration part 11 is located at the center in the vertical direction of the frame part 212. By having such a shape, a cavity is formed between the upper substrate 20 and the lower substrate 30, and the vibration of the piezoelectric vibrating portion 11 is possible.
枠部２１２の内側面は、枠部２１２の上面と下面とを接続し、第１の傾斜面１８ａおよび第２の傾斜面１８ｂを有する。第１の傾斜面１８ａは、枠部２１２の上面とのなす内角θ１が９０度より大きい。第２の傾斜面１８ｂは、枠部２１２の下面とのなす内角θ２が９０度より大きい。 The inner surface of the frame portion 212 connects the upper surface and the lower surface of the frame portion 212, and has a first inclined surface 18a and a second inclined surface 18b. The first inclined surface 18 a has an internal angle θ 1 formed with the upper surface of the frame portion 212 that is greater than 90 degrees. The second inclined surface 18b is larger than the eggplant inner angle theta 2 between the lower surface of the frame portion 212 is 90 degrees.
第１の配線２３は、接続部１５ａ上から枠部２１２の内側面に延びている。さらに第１の配線２３は、枠部２１２の内側面から第１の傾斜面１８ａおよび第２の傾斜面１８ｂを介して枠部２１２の上面１７ａおよび下面１７ｂに至るように形成されている。 The first wiring 23 extends from the connection portion 15a to the inner surface of the frame portion 212. Further, the first wiring 23 is formed so as to reach from the inner side surface of the frame portion 212 to the upper surface 17a and the lower surface 17b of the frame portion 212 via the first inclined surface 18a and the second inclined surface 18b.
第２の配線３３は、接続部１５ｂの下面から枠部２１２の内側面に延びている。さらに第２の配線３３は、枠部２１２の内側面から第１の傾斜面１８ａおよび第２の傾斜面１８ｂを介して枠部２１２の上面１７ｃおよび下面１７ｄに至るように形成されている。 The second wiring 33 extends from the lower surface of the connection portion 15b to the inner surface of the frame portion 212. Further, the second wiring 33 is formed so as to reach the upper surface 17c and the lower surface 17d of the frame portion 212 from the inner surface of the frame portion 212 via the first inclined surface 18a and the second inclined surface 18b.
このように、枠部２１２が第１の傾斜面１８ａおよび第２の傾斜面１８ｂを有することによって、第１の配線２３および第２の配線３３を幅広に形成することができ、シート抵抗の低減が可能になる。その結果、ＣＩ値の上昇を防ぐことができる。 Thus, since the frame part 212 has the 1st inclined surface 18a and the 2nd inclined surface 18b, the 1st wiring 23 and the 2nd wiring 33 can be formed wide, and sheet resistance is reduced. Is possible. As a result, an increase in CI value can be prevented.
第１の傾斜面１８ａおよび第２の傾斜面１８ｂの形成は、ウェットエッチングを用いて行うことができる。第１の傾斜面１８ａおよび第２の傾斜面１８ｂの形成と同時に、後に圧電振動部１１となる薄板部分と枠部１２となる厚板部分とが形成される。 The formation of the first inclined surface 18a and the second inclined surface 18b can be performed using wet etching. Simultaneously with the formation of the first inclined surface 18a and the second inclined surface 18b, a thin plate portion to be the piezoelectric vibrating portion 11 and a thick plate portion to be the frame portion 12 are formed later.
変形例に係る圧電デバイス３００の他の構成および製造方法については、上述したものと同様であるので、説明を省略する。 Since other configurations and manufacturing methods of the piezoelectric device 300 according to the modification are the same as those described above, the description thereof is omitted.
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば圧電振動部として音叉型振動子を用いてもよい。本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, a tuning fork type vibrator may be used as the piezoelectric vibration portion. The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same purposes and results). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
１０…圧電振動板、 １１…圧電振動部、 １２…枠部、 １３…第１の励振電極、 １４…第２の励振電極、 １５ａ，１５ｂ…接続部、 １６ａ，１６ｂ…スリット、１８ａ…第１の傾斜面、 １８ｂ…第２の傾斜面、 ２３…第１の配線、 ２５…第１の溝部、 ２６…第２の溝部、 ３２…第１の外部端子、 ３３…第１の配線、 ３４…第２の外部端子、 ３５…第３の配線、 ３６…第４の配線、 ４０…連通部、 ４２…貫通穴、 ６０…アルゴンプラズマ、 ６２，６４…プローブ、 ７０ａ…金属ボール、 ７０…導電層、 ７２…レーザー光、 １００…圧電デバイス、 １１０…中間水晶板、 １２０…上側水晶板、 １３０…下側水晶板、 ２１０…圧電振動板、 ２１２…枠部、 ３００…圧電デバイス、 Ｌ１，Ｌ２…切断ライン DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Piezoelectric diaphragm, 11 ... Piezoelectric vibration part, 12 ... Frame part, 13 ... 1st excitation electrode, 14 ... 2nd excitation electrode, 15a, 15b ... Connection part, 16a, 16b ... Slit, 18a ... 1st 18b: second inclined surface, 23 ... first wiring, 25 ... first groove, 26 ... second groove, 32 ... first external terminal, 33 ... first wiring, 34 ... 2nd external terminal, 35 ... 3rd wiring, 36 ... 4th wiring, 40 ... Communication part, 42 ... Through-hole, 60 ... Argon plasma, 62, 64 ... Probe, 70a ... Metal ball, 70 ... Conductive layer 72 ... Laser light, 100 ... Piezoelectric device, 110 ... Intermediate crystal plate, 120 ... Upper crystal plate, 130 ... Lower crystal plate, 210 ... Piezoelectric vibration plate, 212 ... Frame portion, 300 ... Piezoelectric device, L1, L2 ... Cutting line
Claims (5)
前記中間基板は、
圧電振動部と、
前記圧電振動部の周囲を囲む枠部と、
前記圧電振動部と前記枠部とを接続する接続部と、
前記圧電振動部の上面に設けられた第１の励振電極と、
前記圧電振動部の下面に設けられた第２の励振電極と、
前記第１の励振電極と電気的に接続される第１の配線と、
前記第２の励振電極と電気的に接続される第２の配線と、
を有し、
前記第１の配線および第２の配線は、前記枠部の上面と下面とを接続している内側面から前記枠部の上面および下面に至るように形成されている、圧電デバイス。 A piezoelectric device including a lower substrate and an upper substrate, and an intermediate substrate sandwiched between them,
The intermediate substrate is
A piezoelectric vibration part;
A frame portion surrounding the periphery of the piezoelectric vibrating portion;
A connecting portion for connecting the piezoelectric vibrating portion and the frame portion;
A first excitation electrode provided on the upper surface of the piezoelectric vibrating portion;
A second excitation electrode provided on the lower surface of the piezoelectric vibrating portion;
A first wiring electrically connected to the first excitation electrode;
A second wiring electrically connected to the second excitation electrode;
Have
The piezoelectric device, wherein the first wiring and the second wiring are formed so as to extend from an inner surface connecting an upper surface and a lower surface of the frame portion to an upper surface and a lower surface of the frame portion.
前記上側基板は、前記枠部の上面に設けられている前記第１の配線および前記第２の配線と対向する位置を含む領域に設けられた凹部を有し、その下面における当該凹部以外の領域で前記枠部の上面と接合される、圧電デバイス。 In claim 1,
The upper substrate has a recess provided in a region including a position facing the first wiring and the second wiring provided on the upper surface of the frame portion, and a region other than the recess on the lower surface thereof And a piezoelectric device to be joined to the upper surface of the frame.
前記下側基板は、前記枠部の下面に設けられている前記第１の配線および前記第２の配線と対向する位置を含む領域に設けられた凹部を有し、その上面における当該凹部以外の領域で前記枠部の下面と接合される、圧電デバイス。 In claim 1 or 2,
The lower substrate has a recess provided in a region including a position facing the first wiring and the second wiring provided on the lower surface of the frame portion, and other than the recess on the upper surface. A piezoelectric device that is bonded to the lower surface of the frame in a region.
前記凹部は、前記下側基板の側面に連通する第１の連通部と、第２の連通部とを有し、
前記第１の配線は、前記第１の連通部の内部において、前記中間基板の側面に連通し、
前記第２の配線は、前記第２の連通部の内部において、前記中間基板の側面に連通する、圧電デバイス。 In claim 3,
The concave portion has a first communication portion that communicates with a side surface of the lower substrate, and a second communication portion,
The first wiring communicates with a side surface of the intermediate substrate inside the first communication portion,
The piezoelectric device, wherein the second wiring communicates with a side surface of the intermediate substrate inside the second communication portion.
前記内側面は、前記枠部の上面または下面とのなす内角が９０度より大きい傾斜面を有する、圧電デバイス。 In any of claims 1 to 4,
The piezoelectric device according to claim 1, wherein the inner side surface has an inclined surface having an inner angle formed by an upper surface or a lower surface of the frame portion greater than 90 degrees.
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