JP2013172369A - 圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、無電解メッキにより形成された電極の剥離を防止した圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】表面実装型の圧電デバイス(100)が、所定の振動数で振動する振動部を含む圧電振動片(130)と、矩形形状に形成され一方の主面に圧電振動片が載置されるベース板(120)と、振動部を密封するリッド板(110)と、を有する。ベース板の他方の主面には、金属膜(151)と金属膜の表面に形成された無電解メッキ膜(153)とにより構成され圧電デバイスを実装するための実装端子(124a、124b)が形成される。実装端子は、レーザー又はダイシングにより無電解メッキ膜の一部が除去された跡(128)を含む。
【選択図】図2

Description

本発明は、無電解メッキにより形成された電極を有する圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法に関する。
所定の振動数で振動する圧電振動片を備える表面実装型の圧電デバイスが知られている。圧電デバイスの表面には電極として実装端子が形成され、圧電デバイスはこの実装端子を介してプリント基板等に実装される。実装端子は圧電デバイスの表面に形成されるため、ハンダによる加熱等により実装端子が剥離し、又は実装端子が損傷を受ける場合がある。そのため圧電デバイスでは、実装端子にメッキ等による厚膜が形成されて導通が確保される。また、メッキによる厚膜はハンダによる実装端子の金属が吸収されることを防止のバリア層としても形成される。
例えば、特許文献1では実装端子が導電性ペースト及び導電性ペーストの表面に形成されるメッキ層により形成される旨が記載されている。
特開2000−252375号公報
しかし、メッキ層は厚く形成されるために、メッキ層が圧電デバイスに応力をかける場合がある。圧電デバイスにかかる応力は圧電デバイスを歪ませて、メッキ層、又はメッキ層を含む実装端子を剥離させることが問題となっている。このような剥離は、ウエハに複数の圧電デバイスを形成してウエハを切断することにより個々の圧電デバイスを形成する圧電デバイスの製造方法において特に発生する。ウエハの切断時には圧電デバイスにかかる応力が変化するため圧電デバイスの歪みが大きくなるためである。
本発明は、無電解メッキにより形成された電極の剥離を防止した圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
第1観点の圧電デバイスは、表面実装型の圧電デバイスであって、所定の振動数で振動する振動部を含む圧電振動片と、矩形形状に形成され一方の主面に圧電振動片が載置されるベース板と、振動部を密封するリッド板と、を有する。ベース板の他方の主面には、金属膜と金属膜の表面に形成された無電解メッキ膜とにより構成され圧電デバイスを実装するための一対の実装端子が形成される。実装端子は、レーザー又はダイシングにより無電解メッキ膜の一部が除去された跡を含む。
第2観点の圧電デバイスは、第1観点において、無電解メッキ膜の一部が除去された跡がベース板の短辺又は長辺が伸びる方向に伸びている。
第3観点の圧電デバイスは、第2観点において、無電解メッキ膜の一部が除去された跡がベース板の短辺又は長辺の少なくとも一部に接している。
第4観点の圧電デバイスは、第2観点において、無電解メッキ膜の一部が除去された跡が実装端子の外周から実装端子の内側に向かって伸びている。
第5観点の圧電デバイスの製造方法は、複数の圧電振動片を用意する工程と、矩形形状に形成された複数のベース板を有するベースウエハを用意する工程と、複数のリッド板を有するリッドウエハを用意する工程と、ベースウエハの両主面の所定の領域に金属膜を形成する第1金属膜形成工程と、ベースウエハの一方の主面に複数の圧電振動片を載置する載置工程と、リッドウエハを圧電振動片が密封されるようにベースウエハの一方の主面に接合する接合工程と、ベースウエハの他方の主面に形成される金属膜の表面に無電解メッキを施して無電解メッキ膜を形成する無電解メッキ工程と、無電解メッキ膜の一部をレーザー又はダイシングにより除去する除去工程と、ベースウエハ及びリッドウエハが互いに隣接するベース板の境界を含むように切断される切断工程と、を備え、ベースウエハの他方の主面に形成される金属膜が、境界の少なくとも一部をまたいで形成される。
第6観点の圧電デバイスの製造方法は、所定の振動数で振動する振動部と、振動部を囲む枠部と、振動部と枠部とを連結する連結部と、を含む複数の圧電振動片を有する圧電ウエハを用意する工程と、矩形形状に形成された複数のベース板を有するベースウエハを用意する工程と、複数のリッド板を有するリッドウエハを用意する工程と、ベースウエハの両主面の所定の領域に金属膜を形成する第1金属膜形成工程と、各ベース板の一方の主面に圧電振動片がそれぞれ載置されるようにベースウエハと圧電ウエハとを接合する載置工程と、リッドウエハを振動部が密封されるように圧電ウエハに接合する接合工程と、ベースウエハの他方の主面に形成される金属膜の表面に無電解メッキを施して無電解メッキ膜を形成する無電解メッキ工程と、無電解メッキ膜の一部をレーザー又はダイシングにより除去する除去工程と、ベースウエハ及びリッドウエハが互いに隣接するベース板の境界を含むように切断される切断工程と、を備え、ベースウエハの他方の主面に形成される金属膜が境界の少なくとも一部をまたいで形成される。
第7観点の圧電デバイスの製造方法は、第5観点及び第6観点において、除去工程では、互いに隣接するベース板の境界が伸びる方向に無電解メッキ膜の一部を除去する。
第8観点の圧電デバイスの製造方法は、第7観点において、除去工程では、互いに隣接するベース板の境界上の少なくとも一部の無電解メッキ膜の一部を除去する。
第9観点の圧電デバイスの製造方法は、第7観点において、除去工程では、無電解メッキ膜の一部を実装端子の外周から実装端子の内側に向かって除去する。
第10観点の圧電デバイスの製造方法は、第5観点から第9観点において、接合工程の後であり無電解メッキ工程の前に、ベースウエハの他方の主面に形成されている金属膜の表面に、さらに金属膜を形成する第2金属膜形成工程を有する。
第11観点の圧電デバイスの製造方法は、第5観点から第10観点において、金属膜が、クロム層と、クロム層の表面に形成されるニッケルタングステン層と、ニッケルタングステン層の表面に形成される金層と、により構成されている。
第12観点の圧電デバイスの製造方法は、第5観点から第10観点において、金属膜が、クロム層と、クロム層の表面に形成されるプラチナ層と、プラチナ層の表面に形成される金層と、により構成されている。
第13観点の圧電デバイスの製造方法は、第5観点から第12観点において、無電解メッキ膜がニッケル層を含み、ニッケル層が5〜15μm/hourの成膜レートにより形成される。
第14観点の圧電デバイスは、表面実装型の圧電デバイスであって、所定の振動数で振動する振動部を含む圧電振動片と、矩形形状に形成され一方の主面に圧電振動片が載置されるベース板と、振動部を密封するリッド板と、を有し、ベース板の他方の主面には圧電デバイスを実装するための一対の実装端子が形成される。実装端子は、金属膜と金属膜の表面に形成された無電解メッキ膜とにより構成される領域と、金属膜と無電解メッキ膜とにより構成される領域に挟まれてベース板の短辺又は長辺に平行に実装端子の外周から実装端子の内側に向かって伸びる金属膜及び無電解メッキ膜が形成されない領域と、を含む。
本発明の圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法によれば、無電解メッキにより形成された電極の剥離を防ぐことができる。
圧電デバイス100の分解斜視図である。 (a)は、図1のA−A断面図である。 (b)は、図2(a)の点線161の拡大図である。 (a)は、ベース板120の+Y’軸側の面の平面図である。 (b)は、ベース板120の−Y’軸側の面の平面図である。 圧電デバイス100の製造方法が示されたフローチャートである。 (a)は、ベースウエハW120の+Y’軸側の面の平面図である。 (b)は、ベースウエハW120の−Y’軸側の面の平面図である。 リッドウエハW110の+Y’軸側の面の平面図である。 (a)は、圧電振動片130が載置されたベースウエハW120の部分断面図である。 (b)は、リッドウエハW110、圧電振動片130、及びベースウエハW120の部分断面図である。 (c)は、リッドウエハW110、圧電振動片130、及び無電解メッキ膜153が形成されたベースウエハW120の部分断面図である。 無電解メッキ膜153のニッケル(Ni)層の厚さTNと、無電解メッキ膜153の剥離率との関係が示されたグラフである。 (a)は、無電解メッキ膜153が形成されたベースウエハW120の−Y’軸側の面の部分平面図である。 (b)は、無電解メッキ膜153の一部が除去されたベースウエハW120の−Y’軸側の面の部分平面図である。 (c)は、図9(b)の点線162の拡大平面図である。 (d)は、ベースウエハW120aの−Y’軸側の面の拡大平面図である。 (a)は、無電解メッキ膜153が除去される前のベースウエハW120bの−Y’軸側の面の部分平面図である。 (b)は、無電解メッキ膜153が除去された後のベースウエハW120bの−Y’軸側の面の部分平面図である。 (c)は、図10(b)の点線163の拡大平面図である。 圧電デバイス200の分解斜視図である。 (a)は、図10のC−C断面図である。 (b)は、図10(a)の点線163の拡大図である。 圧電デバイス200の製造方法が示されたフローチャートである。 (a)は、圧電ウエハW230、リッドウエハW110、及びベースウエハW220の部分断面図である。 (b)は、圧電ウエハW230、リッドウエハW110、及び第2金属膜152が形成されたベースウエハW220の部分断面図である。 (c)は、圧電ウエハW230、リッドウエハW110、及び無電解メッキ膜153が形成されたベースウエハW220の部分断面図である。
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
(第1実施形態)
<圧電デバイス100の構成>
図1は、圧電デバイス100の分解斜視図である。圧電デバイス100は、リッド板110と、ベース板120と、圧電振動片130と、により構成されている。圧電振動片130には例えばATカットの水晶振動片が用いられる。ATカットの水晶振動片は、主面(YZ面)が結晶軸(XYZ)のY軸に対して、X軸を中心としてZ軸からY軸方向に35度15分傾斜されている。以下の説明では、ATカットの水晶振動片の軸方向を基準とし、傾斜された新たな軸をY’軸及びZ’軸として用いる。すなわち、圧電デバイス100においては圧電デバイス100の長辺方向をX軸方向、圧電デバイス100の高さ方向をY’軸方向、X及びY’軸方向に垂直な方向をZ’軸方向として説明する。
圧電振動片130は、所定の振動数で振動し矩形形状に形成される振動部134と、振動部134の+Y’軸側及び−Y’軸側の面に形成された励振電極131と、各励振電極131から−X軸側に引き出された引出電極132と、を有している。振動部134の+Y’軸側の面に形成されている励振電極131から引き出される引出電極132は、励振電極131から−X軸側に引き出され、さらに振動部134の+Z’軸側の側面を介して振動部134の−Y’軸側の面にまで引き出されている。振動部134の−Y’軸側の面に形成されている励振電極131から引き出される引出電極132は、励振電極131から−X軸側に引き出され、振動部134の−X軸側の−Z’軸側の角にまで形成されている。
ベース板120は、水晶又はガラス等を基材とし、この基材の表面に電極が形成される。ベース板120には、+Y’軸側の面の周囲に封止材142(図2参照)を介してリッド板110に接合される接合面122が形成されている。また、ベース板120の+Y’軸側の面の中央には、接合面122から−Y’軸方向に凹んだ凹部121が形成されている。凹部121には一対の接続電極123が形成されており、各接続電極123は導電性接着剤141(図2参照)を介して圧電振動片130の引出電極132に電気的に接続される。ベース板120の−Y’軸側の面には、圧電デバイス100をプリント基板等へ実装するための実装端子が形成されている。ベース板120では、実装端子は外部電源等に電気的に接続されて圧電デバイス100に電圧を印加するための端子であるホット端子124aとアース端子124bとにより構成されている。ベース板120の+X軸側及び−X軸側側面の+Z’軸側及び−Z’軸側には、ベース板120の内側に凹んだキャスタレーション126が形成されており、キャスタレーション126の側面には側面電極125が形成されている。ホット端子124aは側面電極125を介して接続電極123に電気的に接続されている。
リッド板110は、−Y’軸側の面に+Y’軸方向に凹んだ凹部111が形成されている。また、凹部111を囲むように接合面112が形成されている。接合面112は封止材142(図2参照)を介してベース板120の接合面122に接合される。
図2(a)は、図1のA−A断面図である。ベース板120の接合面122とリッド板110の接合面112とが封止材142を介して接合されることにより、圧電デバイス100内には密閉されたキャビティ101が形成される。圧電振動片130はキャビティ101内に配置されており、引出電極132が導電性接着剤141を介してベース板120の接続電極123に電気的に接続されている。これにより、励振電極131はホット端子124aに電気的に接続される。また、ホット端子124a、アース端子124b及びキャスタレーション126に形成される側面電極125は、ベース板120の基材の−Y’軸側の面の表面に形成される第1金属膜151、及び第1金属膜151の表面に形成される無電解メッキ膜153により形成されている。また、ホット端子124a及びアース端子124bがベース板120の−X軸側又は+X軸側の辺に接する領域には、無電解メッキ膜153が除去された跡128が残っている。
図2(b)は、図2(a)の点線161の拡大図である。図2(b)では、ホット端子124aの拡大断面図が示されている。図2(b)ではホット端子124aの構成が説明されるが、アース端子124bの構成もホット端子124aと同様である。第1金属膜151は、第1層151a、第2層151b、及び第3層151cの3つの層により形成されている。第1層151aはベース板120の基材の表面に形成される層であり、クロム(Cr)により形成される。クロム(Cr)はベース板120の基材である水晶及びガラス等に良く密着するため第1層151aの素材として用いられる。また、第1金属膜151の表面に形成される第3層151cは、金(Au)により形成される。クロム(Cr)は水晶及びガラスなどには良く密着するが、ハンダ等にはなじまないため、第1金属膜151の表面はハンダ等に良くなじむ金(Au)で覆われる。さらに、第1金属膜151では、第1層151aと第3層151cとの間に第2層151bが形成される。第1層151aを構成するクロム(Cr)は、製造工程中に熱などがかかった場合に他の層に拡散し、クロム(Cr)とベース板120との密着が弱くなる。また、クロム(Cr)が第1金属膜151の表面に拡散した場合には、クロム(Cr)が酸化して無電解メッキ膜153等の成膜が困難になる。このようなクロム(Cr)の拡散を防ぐために第2層151bを設け、クロム(Cr)が金(Au)層に拡散することが防がれている。
第2層151bは、例えばニッケルタングステン(Ni―W)により形成することができる。また第2層151bは、プラチナ(白金、Pt)により形成してもよい。例えば、プラチナ(Pt)が用いられる場合は、第1層151aを300〜500Å、第2層151bを1000〜2000Å、第3層151cを1000〜2000Åに形成する。無電解メッキ膜153を含む電極は、無電解メッキ膜153を含まない電極よりも、無電解メッキ膜153により生じる応力によりベース板120に歪みが生じるため剥離しやすくなる。第1金属膜151では第2層151bが設けられることによりクロム(Cr)の拡散が防がれており、第1金属膜151とベース板120の基材との密着が強く保持される。そのため、第1金属膜151の剥離を防ぐことができる。
無電解メッキ膜153は、第1金属膜151の表面に形成される第1層153aと、第1層153aの表面に形成される第2層153bとにより形成される。第1層153aはニッケル(Ni)の層であり、その厚さTNは1〜3μmに形成される。また、ホット端子124aとハンダ等との接続を確実に行うために、第1層153aの表面に金(Au)により第2層153bが形成される。
図3(a)は、ベース板120の+Y’軸側の面の平面図である。ベース板120の+Y’軸側の面の周囲には接合面122が形成され、ベース板120の+Y’軸側の面の中央には接合面122から−Y’軸側に凹んだ凹部121が形成されている。ベース板120の+X軸側及び−X軸側の側面の+Z’軸側及び−Z’軸側には、ベース板120の内側に凹んだキャスタレーション126が形成されている。また、ベース板120の凹部121には一対の接続電極123が形成されており、各接続電極123は+X軸側の−Z’軸側及び−X軸側の+Z’軸側のキャスタレーション126に形成されている側面電極125にそれぞれ電気的に接続されている。
図3(b)は、ベース板120の−Y’軸側の面の平面図である。ベース板120の−Y’軸側の面には、ホット端子124a及びアース端子124bが形成されている。ベース板120の−Y’軸側の面の+X軸側の−Z’軸側及び−X軸側の+Z’軸側にはホット端子124aが形成され、+X軸側の+Z’軸側及び−X軸側の−Z’軸側にはアース端子124bが形成されている。ホット端子124aはキャスタレーション126に形成されている側面電極125を介して接続電極123に電気的に接続されている。また、ホット端子124a及びアース端子124bがベース板120の+X軸側及び−X軸側の辺に接した領域には、無電解メッキ膜153が除去された跡128が残っている。
<圧電デバイス100の製造方法>
図4は、圧電デバイス100の製造方法が示されたフローチャートである。以下、図4のフローチャートに従って、圧電デバイス100の製造方法について説明する。
ステップS101では、複数の圧電振動片130が用意される。ステップS101は、圧電振動片を用意する工程である。ステップS101では、まず圧電材により形成された圧電ウエハに複数の圧電振動片130の外形がエッチング等により形成される。さらに各圧電振動片130にスパッタ又は真空蒸着等により励振電極131及び引出電極132が形成される。複数の圧電振動片130は、圧電振動片130が圧電ウエハから折り取られることにより用意される。
ステップS201では、ベースウエハW120が用意される。ステップS201はベースウエハを用意する工程である。ベースウエハW120には複数のベース板120が形成される。ベースウエハW120は水晶又はガラス等を基材としており、ベースウエハW120にはエッチングにより凹部121及びウエハが切断されてキャスタレーション126となる貫通孔172(図5(a)参照)が形成される。
ステップS202では、ベースウエハW120に第1金属膜151が形成される。ステップS202は第1金属膜形成工程である。ベースウエハW120に形成される第1金属膜151は、例えば図2(b)に示されるように、第1層151aを構成するクロム(Cr)、第2層151bを構成するニッケルタングステン(Ni−W)、及び第3層151cを構成する金(Au)により形成される。これらの層は、スパッタ又は真空蒸着により形成される。ステップS202では、第1金属膜151が形成されることにより、各ベース板120に接続電極123、側面電極125の一部、ホット端子124aの一部、及びアース端子124bの一部が形成される。
図5(a)は、ベースウエハW120の+Y’軸側の面の平面図である。ベースウエハW120には複数のベース板120が形成されており、各ベース板120はX軸方向及びZ’軸方向に並んで形成されている。また、図5(a)では、互いに隣接したベース板120の境界にスクライブライン171が示されている。スクライブライン171は後述されるステップS405でウエハが切断される位置を示す線である。X軸方向に伸びるスクライブライン171上にはベースウエハW120をY’軸方向に貫通する貫通孔172が形成されている。貫通孔172は、後述されるステップS405でウエハが切断された後にキャスタレーション126となる。また、各ベース板120の+Y’軸側の面には凹部121が形成されており、各ベース板120の+Y’軸側の面には第1金属膜151で形成された接続電極123が形成されている。
図5(b)は、ベースウエハW120の−Y’軸側の面の平面図である。ベースウエハW120の−Y’軸側の面には、ホット端子124aの一部及びアース端子124bの一部となる第1金属膜151が形成されている。ホット端子124a及びアース端子124bを構成する第1金属膜151は貫通孔172に形成される側面電極125を介して接続電極123に電気的に接続される。1つの貫通孔172に形成される側面電極125は、1つのホット端子124a及び1つのアース端子124bに接続されている。
図4に戻って、ステップS301では、リッドウエハW110が用意される。ステップS301は、リッドウエハW110を用意する工程である。リッドウエハW110には、複数のリッド板110が形成される。各リッド板110の−Y’軸側の面には凹部111が形成される。
図6は、リッドウエハW110の+Y’軸側の面の平面図である。リッドウエハW110には複数のリッド板110が形成され、各リッド板110の−Y’軸側の面には凹部111及び接合面112が形成される。図6では、隣接する各リッド板110の間が二点鎖線で示されており、この二点鎖線はスクライブライン171となる。
ステップS401では、ベースウエハW120に圧電振動片130が載置される。ステップS401は載置工程である。圧電振動片130は、ベースウエハW120の各凹部121に導電性接着剤141により載置される。
図7(a)は、圧電振動片130が載置されたベースウエハW120の部分断面図である。図7(a)には、図5(a)及び図5(b)のB−B断面を含む断面図が示されている。引出電極132と接続電極123とを導電性接着剤141を介して電気的に接続することにより、圧電振動片130がベースウエハW120の凹部121に載置される。これにより、励振電極131とベースウエハW120の−Y’軸側の面に形成される第1金属膜151とが電気的に接続される。
ステップS402では、ベースウエハW120とリッドウエハW110とが接合される。ステップS402は、接合工程である。ベースウエハW120とリッドウエハW110とは、ベースウエハW120の接合面122又はリッドウエハW110の接合面112に封止材142(図2参照)が塗布された後に、ベースウエハW120の接合面122とリッドウエハW110の接合面112とが封止材142を挟んで互いに向かい合うように接合される。
図7(b)は、リッドウエハW110、圧電振動片130、及びベースウエハW120の部分断面図である。図7(b)には、図5(a)、図5(b)、及び図6のB−B断面を含む断面図が示されている。リッドウエハW110とベースウエハW120とが封止材142を介して接合されることにより、密封されたキャビティ101が形成される。キャビティ101には、圧電振動片130が載置される。
ステップS403では、無電解メッキ膜153が形成される。ステップS403は、無電解メッキ工程である。ステップS403では、ベースウエハW120の−Y’軸側の面に形成される第1金属膜151の表面に無電解メッキがかけられることにより、ベースウエハW120の−Y’軸側の面及び貫通孔172の側面に無電解メッキ膜153が形成される。
図7(c)は、リッドウエハW110、圧電振動片130、及び無電解メッキ膜153が形成されたベースウエハW120の部分断面図である。図7(c)には、図7(b)と同じ断面の断面図が示されている。無電解メッキ膜153の形成は、まず図2(b)に示されるように、無電解メッキによりニッケル(Ni)の厚膜を第1金属膜151の表面に形成して第1層153aを形成する。さらに第1層153aの表面に金(Au)の無電解メッキを行うことにより第2層153bを形成する。
図8は、無電解メッキ膜153のニッケル(Ni)層の厚さTNと、無電解メッキ膜153の剥離率との関係が示されたグラフである。図8には、無電解メッキ膜153のニッケル(Ni)層を6.9μm/hour、12.2μm/hour、及び19.0μm/hourの3種類の速度で形成した結果が示されている。グラフ中の黒塗りの四角は形成速度が6.9μm/hour、黒塗りの三角形は12.2μm/hour、黒塗りの丸は19.0μm/hourの場合を示している。形成速度は、例えば温度条件により調節することができる。形成速度が6.9μm/hourの場合には温度を45℃〜55℃、形成速度が12.2μm/hourの場合には温度を60℃〜70℃、形成速度が19.0μm/hourの場合には温度を70℃〜80℃としている。また剥離率は、金属膜の表面を金属針又はダイヤモンド針で引っかいて金属膜が剥離するか否かを確認するスクラッチテスト、及びテープを金属膜に貼り付けた後に剥がすことで金属膜が剥離するか否かを確認するテープ剥離テストを行うことにより求めている。図8の剥離率は、テスト対象の個体数に対する金属膜が剥離した個体数の割合である。
形成速度が6.9μm/hour及び12.2μm/hourの場合では、ニッケル層の厚さTNが0.1〜1μmのときに剥離率が僅かにある。これは、ニッケル層の厚さTNが薄い場合は、ニッケル層が金属膜の表面に完全に定着していないためであると考えられる。また剥離率は、形成速度が6.9μm/hourの場合では厚さTNが1〜3.5μmの間で0%になっており、3.5μm以上になると剥離率が上昇する。形成速度が12.2μm/hourの場合では厚さTNが1〜3μmの間で0%になっており、厚さTNが3μm以上になると剥離率が上昇する。形成速度が19.0μm/hourの場合では、ニッケル層の厚さTNが0.1〜1μmのときに剥離率が僅かにある。厚さTNが1μmのときに剥離率が最低値となり、1μm以上では厚さTNが厚くなるに従って剥離率が高くなる。
図8のグラフより、ニッケル層の形成速度が6.9μm/hourから12.2μm/hourで、ニッケル層の厚さTNが1.0〜3.0μmとなる場合に剥離率が0%となり好ましいことが分かる。またこれにより、ニッケル層の形成速度は5μm/hourから15μm/hourであれば少なくとも剥離率が0%又は0%に近い値となると考えられるため好ましい。
図4に戻って、ステップS404では、無電解メッキ膜153の一部が除去される。無電解メッキ膜153の除去は、無電解メッキ膜153にレーザーを照射すること、又はダイシングにより無電解メッキ膜153を削り取ること等により行われる。
図9(a)は、無電解メッキ膜153が形成されたベースウエハW120の−Y’軸側の面の部分平面図である。図9(a)は、ステップS404の前の状態が示されている。ベースウエハW120の−Y’軸側の面には、複数の無電解メッキ膜153が形成される。一つの無電解メッキ膜153は、Z’軸方向に伸びるスクライブライン171をまたいでX軸方向に長く形成される。
図9(b)は、無電解メッキ膜153の一部が除去されたベースウエハW120の−Y’軸側の面の部分平面図である。図9(b)は、ステップS404の後の状態が示されている。図9(b)に示されるベースウエハW120では、X軸方向に伸びる無電解メッキ膜153が、無電解メッキ膜153の中央をZ’軸方向に横切るスクライブライン171に沿って分断されるように除去されている。この無電解メッキ膜153が除去された領域には、無電解メッキ膜153が除去された跡128が残る。無電解メッキ膜153の除去では、無電解メッキ膜153の下に形成される第1金属膜151も除去されても良い。
図9(c)は、図9(b)の点線162の拡大平面図である。一つの無電解メッキ膜153はX軸方向に長く形成されており、Z’軸方向に伸びるスクライブライン171は無電解メッキ膜153の中央を横切るように形成されている。すなわち、Z’軸方向に沿って形成されている無電解メッキ膜153が除去された跡128は、無電解メッキ膜153のX軸方向の長さを約半分にするように形成される。
無電解メッキ膜153は形成される長さに比例した応力をベースウエハW120に与える。ベースウエハW120では無電解メッキ膜153がX軸方向に長く形成されるため、ベースウエハW120にはX軸方向に強い応力がかかり、ベースウエハW120の−Y’軸側の面が凹むように反る。無電解メッキ膜153が除去された跡128は、1つの無電解メッキ膜153の中央を横切るように形成されている。そのため、無電解メッキ膜153はX軸方向に短くなり、ベースウエハW120にかかる応力も小さくなる。
ステップS405では、リッドウエハW110及びベースウエハW120が切断される。リッドウエハW110及びベースウエハW120は、スクライブライン171において、ダイシング等により切断される。ステップS405は、切断工程である。
無電解メッキ膜153によりベースウエハW120にかかる応力はウエハがステップS404で切断されることにより変化し、圧電デバイスに歪みを生じさせる。圧電デバイスに形成される実装端子又は無電解メッキ膜153は、この歪みにより剥離してしまう場合がある。圧電デバイス100では、ウエハの切断前に無電解メッキ膜153の一部が除去されることにより、ウエハに発生する応力が小さくされている。そのため、ウエハの切断後の圧電デバイスの歪みの発生が小さく抑えられ、実装端子又は無電解メッキ膜153の剥離が抑えられる。
また、圧電デバイス100では、無電解メッキ膜153のニッケル層の形成速度を5〜15μm/hour、ニッケル層の厚さTNを1〜3μmとすることにより、無電解メッキ膜153の剥離率が下げられている。
<圧電デバイス100の変形例>
図9(d)は、ベースウエハW120aの−Y’軸側の面の拡大平面図である。ステップS404では、スクライブライン171上以外の無電解メッキ膜153が除去されても良い。ベースウエハW120aでは、スクライブライン171上以外の領域に形成されている無電解メッキ膜153が除去されている。図9(d)に示される無電解メッキ膜153は、X軸方向に長く形成されている。そのため、図9(d)に示される無電解メッキ膜153が除去された跡128aは、無電解メッキ膜153のX軸方向の長さが短くなるように形成されている。これにより、無電解メッキ膜153によるX軸方向への応力が緩和されている。
図10(a)は、無電解メッキ膜153が除去される前のベースウエハW120bの−Y’軸側の面の部分平面図である。ベースウエハW120bでは、無電解メッキ膜153がX軸方向及びZ’軸方向に長く形成されている。圧電デバイスは小型化される傾向にあり、そのため実装端子の面積も小さくなっている。それに伴い、第1金属膜151を形成するためのマスクの線幅も狭くなり、マスクが破損しやすいという問題があった。図10(a)に示されるベースウエハW120bでは実装端子の面積を広く形成することでマスクの線幅が狭くなる部分を無くしているため、マスクが破損しにくくなっている。ベースウエハW120bでは、無電解メッキ膜153を、X軸方向に伸びるスクライブライン171及びZ’軸方向に伸びるスクライブライン171がそれぞれX軸方向及びZ’軸方向に分割するように形成されている。図10(a)では、ベースウエハW120bの図4のステップS403で無電解メッキ膜153が形成された後の状態が示されている。
図10(b)は、無電解メッキ膜153が除去された後のベースウエハW120bの−Y’軸側の面の部分平面図である。ベースウエハW120bでは無電解メッキ膜153がX軸方向及びZ’軸方向に長く形成されているため、ベースウエハW120bに形成される無電解メッキ膜153が除去された跡128bは、X軸方向及びZ’軸方向に伸びるスクライブライン171に沿って形成されている。
図10(c)は、図10(b)の点線163の拡大平面図である。ベースウエハW120bに形成される無電解メッキ膜153が除去された跡128bは、X軸方向及びZ’軸方向に伸びて無電解メッキ膜153をZ’軸方向及びX軸方向に分割するように形成されている。そのため、無電解メッキ膜153が発生させるX軸方向及びZ’軸方向への応力が小さくなっている。
(第2実施形態)
圧電振動片には、振動部の周囲を囲むように枠部が形成された圧電振動片を用いてもよい。以下に枠部を有する圧電振動片が用いられた圧電デバイス200について説明する。また、以下の説明において、第1実施形態と同じ部分に関しては同一の符号を付してその説明を省略する。
<圧電デバイス200の構成>
図11は、圧電デバイス200の分解斜視図である。圧電デバイス200は、リッド板110と、ベース板220と、圧電振動片230と、により構成されている。圧電デバイス200では、第1実施形態と同様に、圧電振動片230にATカットの水晶振動片が用いられている。
圧電振動片230は、所定の振動数で振動し、矩形形状に形成される振動部234と、振動部234の周囲を囲むように形成されている枠部235と、振動部234と枠部235とを連結する連結部236と、を有している。振動部234と枠部235との間には圧電振動片230をY’軸方向に貫通する貫通溝237が形成されており、振動部234と枠部235とは直接接触していない。振動部234の−X軸側の+Z’軸側及び−Z’軸側に連結されている連結部236を介して振動部234と枠部235とは連結されている。また、振動部234の+Y’軸側の面及び−Y’軸側の面には励振電極231が形成されており、各励振電極231からはそれぞれ引出電極232が枠部235にまで引き出されている。振動部234の+Y’軸側の面に形成されている励振電極231から引き出される引出電極232は、+Z’軸側の連結部236を介して枠部235の−Y’軸側の面の−X軸側に引き出されている。振動部234の−Y’軸側の面に形成されている励振電極231から引き出される引出電極232は、−Z’軸側の連結部236を介して枠部235の−X軸側に引き出され、さらに枠部235の+X軸側の−Z’軸側にまで引き出されている。
ベース板220には、+Y’軸側の面の周囲に封止材142(図12(a)参照)を介してリッド板110に接合される接合面122が形成されている。また、ベース板220の+Y’軸側の面の中央には接合面122から−Y’軸方向に凹んだ凹部121が形成されており、ベース板220の側面にはキャスタレーション126が形成されている。さらに、キャスタレーション126の側面には側面電極225が形成され、接合面122のキャスタレーション126の周囲には接続電極223が形成され、ベース板220の−Y’軸側の面にはホット端子224a及びアース端子224bが形成されている。ベース板220の−Y’軸側の面の形状は図3(b)と同じであり、ホット端子224a及びアース端子224bはホット端子124a及びアース端子124bと同一の形状に形成されている。また、接合面122のキャスタレーション126の周囲には接続電極223が形成されており、接続電極223はキャスタレーション126に形成される側面電極225を介してホット端子224aに電気的に接続される。
図12(a)は、図11のC−C断面図である。圧電デバイス200は、リッド板110の接合面112と枠部235の+Y’軸側の面とが封止材142を介して接合され、ベース板220の接合面122と枠部235の−Y’軸側の面とが封止材142を介して接合される。また、圧電振動片230とベース板220との接合時に、引出電極232と接続電極223とが電気的に接合される。これにより、励振電極231はホット端子224aに電気的に接続される。ベース板220に形成されるホット端子224a及びアース端子224bは、第1金属膜151、第2金属膜152、及び無電解メッキ膜153により形成される。また、図2(a)及び図3(b)に示されるホット端子124a及びアース端子124bと同様に、ホット端子224a及びアース端子224bは、ベース板220の+X軸側及び−X軸側の辺に接する領域の無電解メッキ膜153が削られている。
図12(b)は、図12(a)の点線164の拡大図である。図12(b)では、ホット端子224aの拡大断面図が示されている。第1金属膜151は、第1層151a、第2層151b、及び第3層151cの3つの層により形成されている。図2(b)で説明されたように、第1層151aはクロム(Cr)により形成され、第2層151bはニッケルタングステン(Ni―W)又はプラチナ(Pt)等により形成され、第3層151cは金(Au)により形成される。
第2金属膜152は、第1金属膜151の表面に形成される第1層152a、第1層152aの表面に形成される第2層152b、及び第2層152bの表面に形成される第3層152cにより形成されている。第1層152a、第2層152b、及び第3層152cは、それぞれ第1金属膜151の第1層151a、第2層151b、及び第3層151cと同一の構成により形成される。すなわち、第2金属膜152は第1金属膜151と同一の構成で形成される。
無電解メッキ膜153は、第2金属膜152の表面に形成される第1層153aと、第1層153aの表面に形成される第2層153bとにより形成される。第1層153aはニッケル(Ni)の層であり、その厚さTNは1〜3μmに形成される。また、実装端子224とハンダ等との接続を確実に行うために、第1層153aの表面に金(Au)により第2層153bが形成される。
<圧電デバイス200の製造方法>
図13は、圧電デバイス200の製造方法が示されたフローチャートである。以下、図13のフローチャートに従って、圧電デバイス200の製造方法について説明する。
ステップS501では、圧電ウエハW230が用意される。圧電ウエハW230には複数の圧電振動片230が形成されている。ステップS501は、圧電ウエハを用意する工程である。
ステップS601では、ベースウエハW220が用意される。ステップS601は、ベースウエハW220を用意する工程である。ベースウエハW220には複数のベース板220が形成される。ベースウエハW220は水晶又はガラス等を基材としており、ベースウエハW220にはエッチングにより凹部121及びウエハが切断されてキャスタレーション126となる貫通孔172が形成される。
ステップS602では、ベースウエハW220に第1金属膜151が形成される。第1金属膜151は、図12(a)に示されたように、側面電極225、ホット端子224a、アース端子224bの一部、及び接続電極223を形成する。ステップS602は、第1金属膜形成工程である。
ステップS701では、リッドウエハW110が用意される。ステップS701は、リッドウエハW110を用意する工程である。リッドウエハW110には、複数のリッド板110が形成されており、各リッド板110の−Y’軸側の面には凹部111が形成される。
ステップS801では、ベースウエハW220に圧電ウエハW230が載置される。ステップS801は、ベースウエハW220の各ベース板220の+Y’軸側の面に、圧電ウエハW230の各圧電振動片230が対応して載置されるようにベースウエハW220と圧電ウエハW230とを接合する載置工程である。この載置工程では、ベースウエハW220の接合面122が圧電ウエハW230に形成される枠部235の−Y’軸側の面に封止材142を介して接合される。
ステップS802では、圧電ウエハW230とリッドウエハW110とが接合される。ステップS802は、圧電振動片230の振動部234を密封するように、リッドウエハW110を、圧電ウエハW230の+Y’軸側の面に封止材142を介して接合する接合工程である。
図14(a)は、圧電ウエハW230、リッドウエハW110、及びベースウエハW220の部分断面図である。図14(a)は図11のC−C断面を含む断面図である。ベースウエハW220は、圧電ウエハW230の枠部235の−Y’軸側の面に封止材142を介して接合されている。また、接続電極223が引出電極232に電気的に接続されている。リッドウエハW110は、圧電ウエハW230の枠部235の+Y’軸側の面に封止材142を介して接合されている。これによりキャビティ201が形成され、振動部234がこのキャビティ201に密封される。
ステップS803では、ベースウエハW220に第2金属膜152が形成される。ステップS803は、第2金属膜形成工程である。第2金属膜152は、ベースウエハW220の−Y’軸側の面及び貫通孔172に形成されている第1金属膜151の表面に形成される。
図14(b)は、圧電ウエハW230、リッドウエハW110、及び第2金属膜152が形成されたベースウエハW220の部分断面図である。
ステップS804では、ベースウエハW220に無電解メッキ膜153が形成される。無電解メッキ膜153は、ベースウエハW220に形成される第2金属膜152の表面に形成される。無電解メッキ膜153が形成されたベースウエハW220の−Y’軸側の面は、図9(a)に示されるベースウエハW120の−Y’軸側の面と同様の形状に形成される。ステップS804は、無電解メッキ工程である。
図14(c)は、圧電ウエハW230、リッドウエハW110、及び無電解メッキ膜153が形成されたベースウエハW220の部分断面図である。リッドウエハW110及びベースウエハW220に形成される無電解メッキ膜153は、第2金属膜152の表面に形成される。また、無電解メッキ膜153を形成するニッケル層は、5〜15μm/hourの成膜レートにより厚さTNが1〜3μmとなるように形成される。
ステップS805では、無電解メッキ膜153の一部が除去される。図9(b)及び図9(c)と同様に、Z’軸方向に伸びるスクライブライン171上に形成される無電解メッキ膜153が除去される。ステップS806は、無電解メッキ膜153の一部をレーザー又はダイシングにより除去する除去工程である。
ステップS806では、ベースウエハW220、リッドウエハW110、及び圧電ウエハW230がスクライブライン171で切断される。これにより、個々の圧電デバイス200が形成される。ステップS806は、切断工程である。
圧電デバイス200では、圧電デバイス100と同様に、無電解メッキ膜153の一部を除去することによりベースウエハW220にかかる応力を小さくし、切断工程において応力の緩和による圧電デバイス200の歪みが抑えられており、実装端子224の剥離が防がれている。また、圧電デバイスでは無電解メッキ膜の下地となる金属膜表面の汚染等により無電解メッキ膜を形成することができない場合があるが、圧電デバイス200では無電解メッキを行う直前に下地となる第2金属膜152を形成することで、下地の汚染等の影響を最小限に抑えることができる。
以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。
例えば、圧電デバイスには発振器が組み込まれて圧電発振器として形成されても良い。また、上記の実施形態では圧電振動片にATカットの水晶振動片である場合を示したが、同じように厚みすべりモードで振動するBTカットの水晶振動片などであっても同様に適用できる。さらに圧電振動片は水晶材のみならず、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムあるいは圧電セラミックを含む圧電材に基本的に適用できる。
また例えば、図9(d)では、跡128aの部分に第1金属膜151及び第2金属膜152を形成しないことにより跡128aの部分に無電解メッキ膜153を形成しなくてもよい。この場合においても、無電解メッキ膜153によるX軸方向への応力を緩和することができる。
100、200 … 圧電デバイス
101 … キャビティ
110 … リッド板
111 … 凹部
112 … 接合面
120、220 … ベース板
121 … 凹部
122 … 接合面
123、223 … 接続電極
124a … ホット端子
124b … アース端子
125、225 … 側面電極
126 … キャスタレーション
128、128a、128b … 無電解メッキ膜が除去された跡
130、230 … 圧電振動片
131、231 … 励振電極
132、232 … 引出電極
134、234 … 振動部
141 … 導電性接着剤
142 … 封止材
151 … 第1金属膜
151a … 第1層、 151b … 第2層、 151c … 第3層
152 … 第2金属膜
152a … 第1層、 152b … 第2層、 152c … 第3層
153 … 無電解メッキ膜
153a … 第1層、 153b … 第2層
171 … スクライブライン
172 … 貫通孔
235 … 枠部
236 … 連結部
237 … 貫通溝
TN … ニッケル層の厚さ

Claims (14)

  1. 表面実装型の圧電デバイスであって、
    所定の振動数で振動する振動部を含む圧電振動片と、
    矩形形状に形成され、一方の主面に前記圧電振動片が載置されるベース板と、
    前記振動部を密封するリッド板と、を有し、
    前記ベース板の他方の主面には、金属膜と前記金属膜の表面に形成された無電解メッキ膜とにより構成され前記圧電デバイスを実装するための一対の実装端子が形成され、
    前記実装端子は、レーザー又はダイシングにより前記無電解メッキ膜の一部が除去された跡を含む圧電デバイス。
  2. 前記無電解メッキ膜の一部が除去された跡は、前記ベース板の短辺又は長辺が伸びる方向に伸びている請求項1に記載の圧電デバイス。
  3. 前記無電解メッキ膜の一部が除去された跡は、前記ベース板の短辺又は長辺の少なくとも一部に接している請求項2に記載の圧電デバイス。
  4. 前記無電解メッキ膜の一部が除去された跡は、前記実装端子の外周から前記実装端子の内側に向かって伸びている請求項2に記載の圧電デバイス。
  5. 複数の圧電振動片を用意する工程と、
    矩形形状に形成された複数のベース板を有するベースウエハを用意する工程と、
    複数のリッド板を有するリッドウエハを用意する工程と、
    前記ベースウエハの両主面の所定の領域に金属膜を形成する第1金属膜形成工程と、
    前記ベースウエハの一方の主面に前記複数の圧電振動片を載置する載置工程と、
    前記リッドウエハを、前記圧電振動片が密封されるように前記ベースウエハの一方の主面に接合する接合工程と、
    前記ベースウエハの他方の主面に形成される前記金属膜の表面に無電解メッキを施して無電解メッキ膜を形成する無電解メッキ工程と、
    前記無電解メッキ膜の一部をレーザー又はダイシングにより除去する除去工程と、
    前記ベースウエハ及び前記リッドウエハが、前記互いに隣接するベース板の境界を含むように切断される切断工程と、を備え、
    前記ベースウエハの他方の主面に形成される前記金属膜は、前記境界の少なくとも一部をまたいで形成される圧電デバイスの製造方法。
  6. 所定の振動数で振動する振動部と、前記振動部を囲む枠部と、前記振動部と前記枠部とを連結する連結部と、を含む複数の圧電振動片を有する圧電ウエハを用意する工程と、
    矩形形状に形成された複数のベース板を有するベースウエハを用意する工程と、
    複数のリッド板を有するリッドウエハを用意する工程と、
    前記ベースウエハの両主面の所定の領域に金属膜を形成する第1金属膜形成工程と、
    前記各ベース板の一方の主面に前記圧電振動片がそれぞれ載置されるように、前記ベースウエハと前記圧電ウエハとを接合する載置工程と、
    前記リッドウエハを、前記振動部が密封されるように前記圧電ウエハに接合する接合工程と、
    前記ベースウエハの他方の主面に形成される前記金属膜の表面に無電解メッキを施して無電解メッキ膜を形成する無電解メッキ工程と、
    前記無電解メッキ膜の一部をレーザー又はダイシングにより除去する除去工程と、
    前記ベースウエハ及び前記リッドウエハが、前記互いに隣接するベース板の境界を含むように切断される切断工程と、を備え、
    前記ベースウエハの他方の主面に形成される前記金属膜は、前記境界の少なくとも一部をまたいで形成される圧電デバイスの製造方法。
  7. 前記除去工程は、前記互いに隣接するベース板の境界が伸びる方向に前記無電解メッキ膜の一部を除去する請求項5又は請求項6に記載の圧電デバイスの製造方法。
  8. 前記除去工程は、前記互いに隣接するベース板の境界上の少なくとも一部の前記無電解メッキ膜の一部を除去する請求項7に記載の圧電デバイスの製造方法。
  9. 前記除去工程は、前記無電解メッキ膜の一部を前記実装端子の外周から前記実装端子の内側に向かって除去する請求項7に記載の圧電デバイスの製造方法。
  10. 前記接合工程の後であり、前記無電解メッキ工程の前に、前記ベースウエハの他方の主面に形成されている前記金属膜の表面に、さらに前記金属膜を形成する第2金属膜形成工程を有する請求項5から請求項9に記載の圧電デバイスの製造方法。
  11. 前記金属膜は、クロム層と、前記クロム層の表面に形成されるニッケルタングステン層と、前記ニッケルタングステン層の表面に形成される金層と、により構成されている請求項5から請求項10のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法。
  12. 前記金属膜は、クロム層と、前記クロム層の表面に形成されるプラチナ層と、前記プラチナ層の表面に形成される金層と、により構成されている請求項5から請求項10のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法。
  13. 前記無電解メッキ膜はニッケル層を含み、前記ニッケル層は5〜15μm/hourの成膜レートにより形成される請求項5から請求項12のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法。
  14. 表面実装型の圧電デバイスであって、
    所定の振動数で振動する振動部を含む圧電振動片と、
    矩形形状に形成され、一方の主面に前記圧電振動片が載置されるベース板と、
    前記振動部を密封するリッド板と、を有し、
    前記ベース板の他方の主面には、前記圧電デバイスを実装するための一対の実装端子が形成され、
    前記実装端子は、金属膜と前記金属膜の表面に形成された無電解メッキ膜とにより構成される領域と、前記金属膜と無電解メッキ膜とにより構成される領域に挟まれて前記ベース板の短辺又は長辺に平行に前記実装端子の外周から前記実装端子の内側に向かって伸びる前記金属膜及び前記無電解メッキ膜が形成されない領域と、を含む圧電デバイス。
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