JP2011004425A - 水晶振動片及び水晶デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パッケージとの機械的な結合強度を向上させると共に、導通性の向上も図れる水晶振動片及び水晶デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】水晶体の主面が電気軸に略平行となっており、主面の一部が導電性接着剤４２の付着するマウント部２０ａとなっている水晶振動片２０の製造方法であって、ウエットエッチングにより水晶振動片の外形を形成する際に、マウント部２０ａに、厚み方向に窪んでおり、導電性接着剤４２に含まれる導電性フィラー４２ｂの外形よりも大きな開口部を有する複数の凹部５０を形成するようになっており、凹部５０は、開口部の電気軸方向の幅寸法が、マウント部の水晶体の厚み寸法以下となるように、マスクを配置してからエッチング液に浸漬して形成することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、導電性接着剤により接合される水晶振動片及び水晶デバイスの製造方法に関するものである。

ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、パッケージ内に水晶デバイスが広く使用されている。
図７は、この従来の水晶デバイスの例示である水晶振動子１の概略縦断面図である（例えば、特許文献１参照）。

この図の水晶振動子１は、パッケージ２と、このパッケージ２に導電性接着剤３を用いて接合されるマウント部４を有する水晶振動片５とを備えている。
すなわち、パッケージ２は内面に接続電極８を有している。一方、水晶振動片５は、中央部の励振電極（図示せず）を端部のマウント部４に引き出すようにして形成された引出し電極７を有している。そして、この接続電極８と引出し電極７とが導電性接着剤３で電気的機械的に接合されている。

ここで、この水晶振動子１の場合、マウント部４には、複数の有底の孔６，・・・が設けられており、マウント部４の表面に設けられた引出し電極７と導電性接着剤３との接触面積が増やされるとともに、アンカー効果を発揮するようになっている。これにより、導電性接着剤３を介した水晶振動片５とパッケージ２との接合強度を高めている。

特開２００４−２８９６５０の公開特許公報

ところが、上述のように、マウント部４に複数の有底の孔６，・・・があると、確かに、水晶振動片５とパッケージ２との接合強度は高められるが、複数の有底の孔６，・・・を形成する数によっては、却って、導通性が悪化するという結果になった。具体的に、この結果を解析すると、小型化された水晶デバイスの限られた小さな寸法のマウント部４の中に、小さな多数の有底の孔を形成した場合に比べて、大きないくつかの有底の孔を形成した場合の方が、導通性がよいという結果になった。

本発明は、上述の課題を解決するためのものであり、パッケージとの機械的な結合強度を向上させると共に、導通性の向上も図れる水晶振動片およびその製造方法、並びに水晶デバイスを提供することを目的とする。

上記目的は、第１の発明によれば、水晶体の主面が電気軸（Ｘ軸）に略平行となっており、前記主面の一部が導電性接着剤の付着するマウント部となっている水晶振動片の製造方法であって、ウエットエッチングにより水晶振動片の外形を形成する際に、前記マウント部に、厚み方向に窪んでおり、前記導電性接着剤に含まれる導電性フィラーの外形よりも大きな開口部を有する複数の凹部を形成するようになっており、この凹部は、開口部の電気軸（Ｘ軸）方向の幅寸法が、前記マウント部の水晶体の厚み寸法以下となるように、マスクを配置してからエッチング液に浸漬して形成する水晶振動片の製造方法により達成される。

第１の発明の構成によれば、マウント部に、厚み方向に窪んでおり、導電性接着剤に含まれる導電性フィラーの外形よりも大きな開口部を有する複数の凹部を形成するようになっている。このため、マウント部と導電性接着剤との接触面積を増やして、機械的な結合強度を向上できると共に、導電性フィラーを凹部内に収容して、導電性フィラーとマウント部との接触面積も増やして、導通性を向上させることができる。
また、このような凹部は、ウエットエッチングにより水晶振動片の外形を形成する際に形成するようになっているため、凹部を形成する工程を別途設けなくてもよく、製造コストを安価にすることができる。
ところで、水晶振動片の外形の形成はエッチング部を貫通するまでエッチング液に浸漬するため、この外形形成の工程の際に凹部を形成しようとすると、凹部を設けようとする部分も貫通してしまう恐れがある。しかし、この凹部は、開口部の電気軸（Ｘ軸）方向の幅寸法がマウント部の水晶体の厚み寸法以下となるように、マスクを配置してからエッチング液に浸漬して形成する。このため、電気軸と略平行な主面にウエットエッチングで凹部を形成する際、水晶の異方性で凹部の内面に形成される傾斜面の角度を計算すると、電気軸方向のエッチング幅に対して約５０％の深さでエッチングの進行がストップする。したがって、凹部の深さはマウント部の水晶体の厚みの約５０％以下となり、厚みの極めて薄い水晶振動片であっても、エッチングにより凹部を設けようとする部分が貫通してしまうような事態を防止し、確実に凹部を形成してその内側に導電性フィラーを収容し、導通性を向上させることができる。
かくして、本発明によれば、パッケージとの機械的な結合強度を向上させると共に、導通性の向上も図れる水晶デバイスの製造方法を提供できるという作用効果を発揮する。

好ましくは、第２の発明によれば、第１の発明に記載の水晶振動片を備える水晶デバイスの製造方法であって、前記水晶振動片のマウント部に引き出し電極を形成し、パッケージの電極部に前記導電性接着剤を塗布し、前記導電性接着剤と前記マウント部とが重なるように載置して加重をかけて、前記凹部の中に前記導電性接着剤に含まれる合成樹脂剤と前記導電性フィラーを収納することを特徴とする。

好ましくは、第３の発明によれば、第２の発明に記載の水晶デバイスの製造方法であって、前記導電性フィラーは、銀微粒子が絶縁性皮膜で覆われ、前記水晶振動片を前記パッケージに接合する際に前記絶縁性皮膜が破れて導通可能となる粒子であることを特徴とする水晶デバイスの製造方法。

本発明の実施形態を示す水晶デバイスの概略平面図。 図１のＡ−Ａ線概略断面図。 図１のマウント部を拡大した部分拡大平面図。 マウント部の変形例であり、図４（ａ）は第１の変形例を示す部分拡大図、図４（ｂ）は第２の変形例を示す部分拡大図。 水晶デバイスの製造方法の一例を説明するための工程図。 図５のＳＴ２の工程の一部を説明するための図。 従来の水晶デバイスの例示である水晶振動子の概略縦断面図。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１ないし図３は、本発明の実施形態を示す水晶デバイス１０であって、図１は水晶デバイス１０の概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線概略断面図、図３は図１のマウント部を拡大した部分拡大平面図である。なお、図３の平行斜線の部分は理解の便宜のために図示したもので、後述する凹部を表している。
これらの図において、水晶デバイス１０は、水晶振動子を構成した例を示しており、水晶デバイス１０は、パッケージ３０内に水晶振動片２０を収容している。

パッケージ３０は、矩形の箱状となっており、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成型して形成される複数の基板３０ａ，３０ｂを積層した後に、焼結して形成されている。すなわち、図２に示されるように、この実施形態では、パッケージ３０は、下から第１の基板３０ａ、第２の基板３０ｂを積層して形成されている。

第２の基板３０ｂは、図２に示されるように、その内側に所定の孔を形成することで、第１の基板３０ａに積層した場合に、パッケージ３０の内側に水晶振動片２０を収容する内部空間Ｓ１を形成するようにされている。そして、この内部空間Ｓ１は、第２の基板３０ｂの上端面、すなわちパッケージ３０の開口部側の端面にロウ材４３を用いて蓋体３９が接合されることにより、封止されている。

第１の基板３０ａの内部空間Ｓ１に露出した図において左端部付近には、例えば、下地としてのタングステンメタライズ上にニッケルおよび金メッキして形成された電極部４０，４０が設けられている。この電極部４０，４０は、実装端子３２，３２と接続されて、互いに異極となって駆動電圧を供給するものであり、図１に示すように、短絡しないように所定の間隔を隔てて形成されている。

この所定の間隔を隔てた電極部４０，４０の上には導電性接着剤４２，４２が塗布されている。導電性接着剤４２，４２は、図２の一点鎖線で囲った図に示されるように、接合力を発揮する接着成分としての合成樹脂剤４２ａに、導通機能を発揮する導電性フィラー４２ｂを含有させたものである。
合成樹脂剤４２ａには、エポキシ系やシリコーン系などの樹脂を利用できるが、本実施形態では、水晶振動片２０とパッケージ３０との間で振動が伝達しないようにするため、柔軟性のあるシリコーン系の樹脂を用いている。
導電性フィラー４２ｂには、銀粒子や銀メッキ銅粉、あるいは金メッキしたプラスチック粒子などを利用できるが、本実施形態では、一般的な銀粒子を用いている。この銀粒子は、銀（Ａｇ）微粒子が絶縁性皮膜で覆われており、水晶振動片２０を接合する際に、絶縁性皮膜が破れて導通可能となる粒子であって、粒径Ｌ１が５〜１０μｍ程度となっている。

そして、この導電性接着剤４２，４２の上に水晶振動片２０の後述するマウント部２０ａが載置され、水晶振動片２０を、図２に示されるように上から力Ｆ１を加えて導電性接着剤４２，４２に密着させ、導電性接着剤４２，４２が乾燥硬化することにより、水晶振動片２０が電極部４０，４０に固着されるようになっている。

水晶振動片２０は、Ｘ軸が電気軸、Ｙ軸が機械軸、Ｚ軸が光学軸となるように水晶の単結晶から所定の角度をもって切り出された基板を加工することにより水晶体２０−１を形成するようになっている。
本実施形態の切り出し角度は、水晶体２０−１の主面（図２の上下面）が電気軸（Ｘ軸）に略平行であり、具体的には、水晶体２０−１の主面の長手方向が電気軸（Ｘ軸）に略平行となっている。また、光学軸（Ｚ軸）から約３５度、ｒ面から約−３度傾けて切り出されており、略矩形状に加工された所謂ＡＴカットの水晶片となっている。

そして、水晶振動片２０は、水晶体２０−１の中央部の上下面に、例えばクロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ）をスパッタして形成された互いに異極となる励振電極４４，４５を有しており、この励振電極４４と励振電極４５との間で電解が発生して厚みすべり振動をするようになっている。また、水晶振動片２０は、中央部の励振電極４４，４５を、長手方向の端部（図１において左端部）の幅方向の両端に引き出すようにして形成された引出し電極４６，４７を有している。なお、引出し電極４６，４７は励振電極４４，４５と一体であり、例えばクロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ）をスパッタして形成されている。

この引出し電極４６，４７の設けられた領域がマウント部２０ａ，２０ａであって、このマウント部２０ａ，２０ａが上述した導電性接着剤４２，４２の上に載置され、引出し電極４６，４７と電極部４０，４０とが接合することで、水晶振動片２０は片持ち式に固定される。すなわち、マウント部２０ａ，２０ａは、引出し電極４６，４７とこの引出し電極４６，４７が設けられている水晶体２０−１の領域とを含む部分である。

ここで、マウント部２０ａは、図２および図３に示すように、導電性接着剤４２が付着する領域に、厚み方向（図２のＹ軸方向）に窪んでいる複数の凹部５０，５０，・・・を有している。この凹部５０は、導電性接着剤４２とマウント部２０ａとの接触面積を大きくするための有底の孔であり、本実施形態では、図３に示されるように、光学軸（Ｚ軸）方向に沿って長く形成された溝状となっている。

そして、この凹部５０の開口部は、図２に示されるように、導電性接着剤４２に含まれる導電性フィラー４２ｂの外形よりも大きく形成されている。すなわち、少なくとも、凹部５０の内面に設けられた引出し電極４６に導電性フィラー４２ｂが接触して、導通性が向上するように、開口部の形状が導電性フィラー４２ｂの粒径Ｌ１よりも大きくなっている。具体的には、導電性フィラー４２ｂの粒径Ｌ１は、上述のように５〜１０μｍであるので、凹部５０の開口部の電気軸（Ｘ軸）方向の幅Ｗ１は１０μｍ以上となっている。なお、光学軸（Ｚ軸）方向は上述のように長く形成された溝状となっているため、導電性フィラー４２ｂの粒径Ｌ１よりも大きいことは言うまでもない。

さらに、凹部５０の開口部は、電気軸（Ｘ軸）方向の幅寸法Ｗ１が、マウント部２０ａの水晶体２０−１の厚み寸法Ｄ１以下となっている。すなわち、凹部５０はウエットエッチングで形成する際、この凹部５０を形成する水晶体２０−１の部分が貫通してしまわないように、水晶体２０−１の厚み寸法Ｄ１を基準にして凹部５０の開口部の幅Ｗ１を設定するものである。
具体的には、マウント部２０ａの主面にウエットエッチングで凹部５０を形成すると、図２の一点鎖線で囲った図に示されるように、水晶の異方性により、凹部５０の内面にはＸ軸方向の中心に向かった傾斜面５０ａ，５０ｂが形成され、図２の左側の傾斜面５０ａと右側の傾斜面５０ｂとが出会う位置でエッチングの進行がストップするため、その位置が凹部５０の深さＤ２となる。

そして、左側の傾斜面５０ａの角度θ１が１４５度、右側の傾斜面５０ｂの角度θ２が１１７度であるので、電気軸（Ｘ軸）方向の幅Ｗ１の寸法をマウント部２０ａの水晶体２０−１の厚み寸法Ｄ１以下とすると、凹部５０の深さＤ２は、水晶体２０−１の厚みＤ１に対して５２％以下となる。本実施形態の場合、水晶体２０−１の厚み寸法Ｄ１は約２０μｍであるので、電気軸（Ｘ軸）方向の幅Ｗ１も約２０μｍ以下にすると、凹部５０の深さＤ２は約１０μｍ以下となり、切り出し角度やエッチングなどの製造過程での様々な設計精度などを考慮しても、マウント部２０ａに少なくとも貫通孔が形成される恐れはなくなる。また、この程度の凹部５０の深さＤ２であれば、水晶振動片２０の機械的強度も確保できる。

なお、この凹部５０の形状については、開口部が導電性フィラー４２ｂの形状に対応して形成されてもよく、これにより、開口部を無闇に大きくしなくても導電性フィラー４２ｂを凹部５０内に収容することができ、導電性接着剤４２との接触面積を増やして、電気的機械的な接続強度を向上することができる。例えば、導電性フィラー４２ｂの形状が矩形状や針状などの場合は、凹部５０の開口部の形状は、マウント部の第１の変形例を示す部分拡大図である図４（ａ）に示すような矩形状でもよく、また、導電性フィラー４２ｂの形状が球状の場合は、凹部５０の開口部の形状は、マウント部の第２の変形例を示す部分拡大図である図４（ｂ）に示すような円形状でもよく、図４（ａ）（ｂ）に示すように比較的に小さな凹部５０，５０・・・を数多く形成することができる。

本実施形態の水晶デバイス１０は以上のように構成されており、次に、この水晶デバイス１０の製造方法について説明する。
図５および図６は、上述した水晶デバイスの製造方法の一例を説明するための図であって、図５は水晶デバイスの工程図、図６は図５のＳＴ２の工程の一部を説明するための図である。

図５に示されるように、水晶デバイスは、上述したパッケージと水晶振動片と蓋体とを別々に完成させておき、後でこれらを接合する。
この際、水晶振動片については、水晶ウエハを用いて複数の水晶振動片を同時に形成できるようにしている。すなわち、水晶の結晶軸に対してＸ軸が電気軸、Ｙ軸が機械軸、Ｚ軸が光学軸となるように、水晶の単結晶から切り出す。具体的には、水晶の単結晶をＸ軸に平行で、Ｚ軸から約３５度、ｒ面から−３度傾けて切り出してＡＴカットされた水晶板を形成し、この水晶板の主面を研磨して平坦度を出し、所謂水晶ウエハを形成する（図５のＳＴ１）。

次いで、この水晶ウエハに、フォトリソグラフィー技術を用いたウエットエッチングにより、水晶振動片の外形を形成する際に、マウント部に厚み方向に窪むようにした複数の凹部を形成する（図５のＳＴ２）。具体的には、ウエハの表面全体に、マスク例えばＣｒ／Ａｕからなる耐蝕膜を形成してからレジストを塗布し、そのレジストの上に外形パターニング用のマスクを配置すると共に、複数の凹部の開口部形状に対応したパターニング用のマスクも配置する。この際、凹部のパターニング用のマスクは、凹部の開口部が、導電性フィラーの外形よりも大きな開口部を有するように配置し、かつ、電気軸（Ｘ軸）方向の幅寸法が水晶ウエハの厚み寸法以下となるように配置する。

そして、露光後感光したレジストを除去してエッチング液に浸し、感光したレジストを除去した部分の耐蝕膜をエッチングして、図６に示すように、水晶ウエハ６０上に、耐食膜からなる外形形成および凹部形成用のマスク６２を形成する。すなわち、本実施形態のマスク６２は、凹部を形成しようとする部分５０−１について、電気軸（Ｘ軸）方向の幅寸法Ｗ１が水晶ウエハ６０の厚み寸法Ｄ１以下となるように配置している。その後、この図６に示す水晶ウエハ６０全体を、例えばフッソ化水素溶液およびフッ化アンモニウム溶液からなるエッチング液に浸漬して、水晶振動片の外形に対応したウエハの部分が貫通するまでエッチングする。

ここで、図６で示した凹部を形成しようとする部分５０−１について、上述のように、電気軸（Ｘ軸）方向の幅寸法Ｗ１が水晶ウエハの厚み寸法Ｄ１以下となるように、マスク６２を配置してからエッチング液に浸漬している。このため、水晶振動片の外形に対応したウエハの部分が貫通するまでエッチングしても、この凹部を形成しようとする部分５０−１については、水晶の異方性で形成される傾斜面により、電気軸（Ｘ軸）方向の幅寸法Ｗ１に対して約５０％の深さでエッチングの進行がストップする。したがって、凹部を形成しようとする部分５０−１が貫通してしまうような事態を防止できる。

次いで、図６で示したマスク６２を除去し、スパッタリングや蒸着などにより、図１および図２で示した励振電極４４，４５、及び引出し電極４６，４７を形成して（図５のＳＴ３）、図６に示す水晶ウエハ６０の折り取り部６４で折り取って、個々の水晶振動片を完成させる。

次いで、図２に示すように、水晶振動片２０の引出し電極４６，４７の部分、すなわちマウント部２０ａを、パッケージ３０の接続電極４０に予め塗布してある導電性接着剤４２の上に載置して加重をかける。その後、このように水晶振動片を載置した状態で、図示しないチャンバー内で加熱して、導電性接着剤４２を硬化させて、水晶振動片２０とパッケージ３０とを接合する（図５のＳＴ４）。そうすると、上述のように、マウント部２０ａには複数の導電性フィラー４２ｂの外形より大きな開口部を有する凹部５０が形成されているので、この凹部５０内に合成樹脂剤４２ａおよび導電性フィラー４２ｂが収容されることになる。

次いで、図２に示すように、パッケージ３０の開口部側の端面に、ロウ材４３を用いて蓋体３９を接合することで蓋封止し（図５のＳＴ５）、水晶デバイスを完成させる。

本発明の実施形態は以上のように構成され、図２に示すように、水晶振動片２０は、マウント部２０ａに厚み方向に窪んでいる複数の凹部５０を有しているため、マウント部２０ａと導電性接着剤４０との接触面積を増やして機械的な結合強度が向上できる。
また、この凹部５０の開口部は導電性フィラー４２ｂの外形よりも大きいため、導電性フィラー４０ｂを凹部５０内に収容して、導電性フィラー４０ｂとマウント部２０ａとの接触面積も増やして、導通性を向上させることができる。
さらに、凹部５０の開口部は、電気軸（Ｘ軸）方向の幅寸法Ｗ１が水晶体２０−１の厚み寸法Ｄ１以下となっているため、上述のように、ウエットエッチングで凹部５０を形成しても、その深さを水晶体２０−１の厚みの約５０％以下に抑えられる。したがって、厚みの極めて薄い水晶振動片２０であっても、エッチングにより貫通孔を形成するような事態を防止し、確実に凹部５０を形成し、また機械的な強度も確保できる。

本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜相互に組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。

１０・・・水晶デバイス、２０・・・水晶振動片、２０ａ・・・マウント部、２０−１・・・水晶体、３０・・・パッケージ、４２・・・導電性接着剤、４２ｂ・・・導電性フィラー、４６，４７・・・引出し電極、４４，４５・・・励振電極、５０・・・凹部

Claims (3)

1. 水晶体の主面が電気軸（Ｘ軸）に略平行となっており、前記主面の一部が導電性接着剤の付着するマウント部となっている水晶振動片の製造方法であって、
   ウエットエッチングにより水晶振動片の外形を形成する際に、前記マウント部に、厚み方向に窪んでおり、前記導電性接着剤に含まれる導電性フィラーの外形よりも大きな開口部を有する複数の凹部を形成するようになっており、
   この凹部は、開口部の電気軸（Ｘ軸）方向の幅寸法が、前記マウント部の水晶体の厚み寸法以下となるように、マスクを配置してからエッチング液に浸漬して形成する
   ことを特徴とする水晶振動片の製造方法。
2. 請求項１に記載の水晶振動片を備える水晶デバイスの製造方法であって、
   前記水晶振動片のマウント部に引き出し電極を形成し、
   パッケージの電極部に前記導電性接着剤を塗布し、
   前記導電性接着剤と前記マウント部とが重なるように載置して加重をかけて、前記凹部の中に前記導電性接着剤に含まれる合成樹脂剤と前記導電性フィラーを収納する
   ことを特徴とする水晶デバイスの製造方法。
3. 請求項２に記載の水晶デバイスの製造方法であって、
   前記導電性フィラーは、銀微粒子が絶縁性皮膜で覆われ、前記水晶振動片を前記パッケージに接合する際に前記絶縁性皮膜が破れて導通可能となる粒子である
   ことを特徴とする水晶デバイスの製造方法。

Images