JP2014150324A - 水晶振動子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウェハレベルパッケージ技術において、水晶片と外枠とが一体的に形成された水晶ウェハのハンドリング性を改善する。
【解決手段】 耐食膜１４１，１４２が形成された中間ウェハ１０、耐食膜２４１，２４２が形成された上側ウェハ２０及び耐食膜３４が形成された下側ウェハ３０をそれぞれの厚み方向に貼り合せ、貼り合わされた中間ウェハ１０、上側ウェハ２０及び下側ウェハ３０に対しウェットエッチングを施すことにより、水晶片及び外枠を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器などに用いられる水晶振動子、及びその製造方法に関する。

従来の一般的な水晶振動子は、励振電極を有する水晶片と、この水晶片を収容するパッケージとからなる。このパッケージの外面には、パッケージ部材を貫通するスルーホールを介して励振電極に導通する外部電極が設けられている（例えば特許文献１参照）。そして、この外部電極はプリント基板にはんだ付けされる。

次に、従来の水晶振動子の製造方法について、一般的な例を説明する。まず、セラミックなどからなるパッケージを用意する。このパッケージは、内側がキャビティとなる素子搭載部材と、そのキャビティを塞ぐ蓋部材とを有する。一方、水晶ウェハにウェットエッチングを施すことにより、多数の水晶片とこれらを連結するフレームとを形成する。そして、フレームから水晶片を折り取って、これを素子搭載部材内に導電性接着剤により実装する。このとき、水晶片は、素子搭載部材に設けられている外部電極と電気的に接続される。最後に、真空環境下で素子搭載部材に蓋部材を被せ、これらにシーム溶接を用いて気密封止を施すことにより、水晶振動子とする。

水晶振動子は、携帯電話などの電子機器において、例えば同期信号源として用いられている。近年の電子機器の小型化に伴い、そこで使われる水晶振動子も小型化が求められている。これに応じて水晶片を小さくすると、水晶片を素子搭載部材内に実装する際に水晶片をピックアップする吸着ノズルも、小さくする必要がある。しかし、吸着ノズルを小さくすると、その吸着力が弱まって水晶片を十分に把持できなくなるため、水晶片が回転したり脱落したりすることになる。また、水晶片を素子搭載部材に実装する際に水晶片が素子搭載部材の内側に接触すると、水晶片が損傷するおそれがある。これを避けるためにキャビティをその分大き目に設計する必要があり、このことは水晶振動子の小型化を妨げる。

このような問題を解決するため、ウェハレベルパッケージ技術と呼ばれる製造方法が知られている（例えば特許文献２参照）。従来のウェハレベルパッケージ技術について、その一例を説明する。まず、素子搭載部材の枠部となる外枠が一体化された水晶片を、ウェットエッチングなどにより水晶ウェハに多数形成する。続いて、この水晶ウェハに、蓋部材となるウェハと基板部となるウェハとを上下から貼り合せる。最後に、これらの貼り合わされた基板を、個々の水晶振動子に分離する。

この製造方法では、水晶片を一個ずつピックアップする必要がない。また、外枠と水晶片とが一体形成されることから、外枠と水晶片との間隔すなわちキャビティを最小限にできるので、小型化に有利である。

特開２０１１−０６６５６６号公報（図１（ｄ）等） 特開昭５３−２３５８８号公報（第１０図等） 特開２０１１−２１７０４１号公報（図４等） 特開２００４−２３３２８８号公報（図２等）

従来の水晶振動子では、一般に、スルーホールが穿設されるパッケージ部材としてガラス基板などが用いられ、スルーホール内に埋め込まれる導電材料として金属などが用いられる。そのため、従来の水晶振動子では、ガラス基板に囲まれた空間に金属が充填された構造を採ることにより、ガラス基板と金属との熱膨張率の違いにより、はんだ実装時などの加熱時にガラス基板へクラックが入りやすく、このことが信頼性向上の妨げになっていた。

また、従来のウェハレベルパッケージ技術でも、次のような問題があった。ウェットエッチングなどにより水晶片及び外枠を形成した水晶ウェハは、水晶片及び外枠以外の水晶が除去された状態となっているため強度が失われている。このような水晶ウェハを搬送したり貼り合せたりすれば、最悪の場合、水晶ウェハが破損することになる。この問題は、水晶振動子の小型化の更なる要請の下で、水晶ウェハが薄くなっていることから、近年ますます顕著になっている。

そこで、本発明の第一の目的は、パッケージ部材のクラック発生を抑制し、ひいては信頼性を向上し得る、水晶振動子を提供することにある。本発明の第二の目的は、ウェハレベルパッケージ技術において、水晶片と外枠とが一体的に形成された水晶ウェハのハンドリング性を改善し、ひいては生産性及び製造歩留まりを向上し得る、水晶振動子の製造方法を提供することにある。

本発明に係る水晶振動子は、
第一及び第二の励振電極を有する水晶片と、
この水晶片を囲む第一の外枠と、
厚み方向に一方の面及び他方の面を有し、当該一方の面で前記第一の外枠の全周に重なる第二の外枠と、
この第二の外枠で囲まれた領域を第一及び第二の領域に分けるように当該第二の外枠の内側に設けられ、厚み方向に一方の面及び他方の面を有し、当該一方の面で前記水晶片を支持する支持体と、
前記第二の外枠の他方の面及び前記支持体の他方の面に、前記第一の領域を囲むように設けられ、前記第一の励振電極に導通する第一の電極膜を兼ねる第一の接合膜と、
前記第二の外枠の他方の面及び前記支持体の他方の面に、前記第二の領域を囲むように設けられ、前記第二の励振電極に導通するとともに前記第一の電極膜に対して電気的に分離された第二の電極膜を兼ねる第二の接合膜と、
前記第一の外枠を介して前記水晶片を封止する第一のパッケージ部材と、
前記第一及び第二の接合膜のそれぞれの一部を露出させた状態で当該第一及び第二の接合膜によって接合されることにより、前記第二の外枠を介して前記水晶片を封止する第二のパッケージ部材と、
を備えたものである。

本発明に係る製造方法は、
本発明に係る水晶振動子を製造する方法であって、
第一のウェハに、前記水晶片及び前記第一の外枠をウェットエッチングにより形成するための耐食膜のパターンを形成する第一工程と、
第二のウェハに、前記第二の外枠及び前記支持体を前記ウェットエッチングにより形成するための耐食膜のパターンを形成する第二工程と、
前記耐食膜が形成された前記第一のウェハと前記耐食膜が形成された前記第二のウェハとを、それぞれの厚み方向に貼り合せる第三工程と、
前記貼り合わされた前記第一のウェハ及び前記第二のウェハに対し前記ウェットエッチングを施すことにより、前記水晶片、前記第一及び第二の外枠並びに前記支持体を形成する第四工程と、
を含む。

本発明に係る水晶振動子によれば、励振電極に導通する電極膜を兼ねる互いに電気的に分離された二つの接合膜のそれぞれ一部を露出させた状態で、これらにパッケージ部材を接合させることによって水晶片を封止するようにしたので、スルーホールを用いずに励振電極と外部電極とを導通することができ、これによりパッケージ部材のクラック発生を抑制して信頼性を向上できる。

本発明に係る製造方法によれば、耐食膜が形成された複数のウェハを貼り合せた後に、これらの貼り合されたウェハにウェットエッチングを施すことにより、水晶片及び外枠を形成できるので、水晶片と外枠とが一体的に形成されたウェハを、貼り合せのためにハンドリングする必要がなくなり、これにより生産性及び製造歩留まりを向上できる。

実施形態１における第一工程及び第二工程を示す平面図であり、図１［Ａ］は上側ウェハ、図１［Ｂ］は中間ウェハ、図１［Ｃ］は下側ウェハである。 実施形態１における第三工程を示す斜視図である。 実施形態１における第四工程を示し、図３［Ａ］は平面図、図３［Ｂ］は底面図である。 実施形態１の製造方法によって得られる電極形成後の水晶振動子を示す平面図である。 図４及び図１０におけるＶ−Ｖ線断面図である。 実施形態１の製造方法によって得られるパッケージ組立て後の水晶振動子を示す斜視図である。 実施形態２における第一工程及び第二工程を示す平面図であり、図７［Ａ］は上側ウェハ、図７［Ｂ］は中間ウェハ、図７［Ｃ］は下側ウェハである。 実施形態２における第三工程を示す斜視図である。 実施形態２における第四工程を示し、図９［Ａ］は平面図、図９［Ｂ］は底面図である。 実施形態２の製造方法によって得られる電極形成後の水晶振動子を示す平面図である。 実施形態２の製造方法によって得られるパッケージ組立て後の水晶振動子を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。なお、図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。また、水晶振動子は、わかりやすくするために全ての図面で一個分のみを示すが、実際には一枚のウェハに多数個が形成され、最終工程で一個ずつに分離される。

図１は実施形態１における第一工程及び第二工程を示す平面図であり、図１［Ａ］は上側ウェハ、図１［Ｂ］は中間ウェハ、図１［Ｃ］は下側ウェハである。図２は、実施形態１における第三工程を示す斜視図である。図３は実施形態１における第四工程を示し、図３［Ａ］は平面図、図３［Ｂ］は底面図である。以下、図１乃至図３に基づき、本実施形態１の製造方法について説明する。

以下の説明における水晶片１１、キャビティ１２、外枠１３及び支持体２５は、図３に記載されている。本実施形態１の製造方法は、次の第一乃至第四工程を含む。

中間ウェハ１０（第一のウェハ）に、水晶片１１をウェットエッチングにより形成するための耐食膜１４１のパターン、及び、水晶片１１をキャビティ１２を介して囲む外枠１３（第一の外枠）をウェットエッチングにより形成するための耐食膜１４２のパターン（図１［Ｂ］）を形成する第一工程。上側ウェハ２０（第二のウェハ）に支持体２５をウェットエッチングにより形成するための耐食膜２４１のパターン及び外枠１３（第二の外枠）をウェットエッチングにより形成するための耐食膜２４２のパターン（図１［Ａ］）、並びに、下側ウェハ３０（第二のウェハ）に外枠１３（第三の外枠）をウェットエッチングにより形成するための耐食膜３４のパターン（図１［Ｃ］）を形成する第二工程。耐食膜１４１，１４２が形成された中間ウェハ１０、耐食膜２４１，２４２が形成された上側ウェハ２０及び耐食膜３４が形成された下側ウェハ３０を、それぞれの厚み方向に貼り合せる第三工程（図２）。貼り合わされた中間ウェハ１０、上側ウェハ２０及び下側ウェハ３０に対しウェットエッチングを施すことにより、水晶片１１、外枠１３及び支持体２５を形成する第四工程（図３）。

第三工程では、中間ウェハ１０の一方の面を下とし他方の面を上としたとき、下側ウェハ３０を中間ウェハ１０の下に貼り合わせ、上側ウェハ２０を中間ウェハ１０の上に貼り合わせる。そのため、外枠１３は、中間ウェハ１０由来の第一の外枠と、上側ウェハ２０由来の第二の外枠と、下側ウェハ３０由来の第三の外枠との、積層体となる。

耐食膜１４１，１４２，２４１，２４２，３４は、拡散接合に用いられる接合膜を兼ねている。第三工程では、中間ウェハ１０と上側ウェハ２０とを耐食膜１４１，１４２，２４１，２４２を介して拡散接合により貼り合せ、中間ウェハ１０と下側ウェハ３０とを耐食膜１４２，３４を介して拡散接合により貼り合せる。

次に、上記第一乃至第四工程について、更に詳しく説明する。

第一工程（図１［Ｂ］）について説明する。中間ウェハ１０は、Ｚ板と呼ばれる水晶ウェハである。耐食膜１４１，１４２のパターンは、中間ウェハ１０の表裏で同じものを形成する。耐食膜１４１のパターンと耐食膜１４２のパターンとは、一体化されている。耐食膜１４１のパターンには、図示しないが、溝部１１３ａ，１１３ｂ（図４）を形成するためのエッチング抑制パターン（例えば特許文献３参照）が含まれている。なお、水晶は、シリコンと酸素で構成される三方晶系の単結晶からなり、成長軸（光軸）をＺ軸とし、これと垂直に稜線を結ぶ三本の軸をＸ軸(電気軸)とし、これと直交する軸をＹ軸(機械軸)として表現される。それらの軸のウェットエッチング中のエッチング速度は、Ｚ＞Ｘ＞Ｙの順となる。

第二工程（図１［Ａ］［Ｃ］）について説明する。上側ウェハ２０及び下側ウェハ３０も、中間ウェハ１０と同じ水晶ウェハである。ただし、上側ウェハ２０及び下側ウェハ３０は、ウェットエッチングで中間ウェハ１０とともにエッチングされる材料であればよく、例えばガラス基板などを用いてもよい。耐食膜２４１，２４２のパターンは上側ウェハ２０の表裏で同じものを形成し、耐食膜３４のパターンも下側ウェハ３０の表裏で同じものを形成する。なお、第一工程と第二工程とは、どちらが先でもよく、同時でもよい。

下側ウェハ３０の裏面の耐食膜３４は、省略することもできる。その場合、下側ウェハ３０は、中間ウェハ１０のエッチングの進行を表裏で均等にするための、ダミーウェハとして機能する。更にその場合は、後述する図６において、キャビティを形成する下側ウェハ３０はエッチングによって消滅しているので、基板部ウェハ４２を平板状とすると、中間ウェハ１０に形成された水晶片１１が基板部ウェハ４２に接触してしまう。そこで、基板部ウェハ４２として凹部を有するものを用いることにより、基板部ウェハ４２と水晶片１１との間にキャビティを形成する必要がある。

第三工程（図２）について説明する。第三工程では、上側ウェハ２０、中間ウェハ１０及び下側ウェハ３０の貼り合せに、原子拡散接合法と呼ばれる拡散接合を用いる。この場合、耐食膜１４１，１４２，２４１，２４２，３４として例えばクロムを下地とした金を用い、上側ウェハ２０、中間ウェハ１０及び下側ウェハ３０に対して、所定のアライメントをした後、加熱しながら加圧することにより接合する。その結果、耐食膜１４１と耐食膜２４１とが接合され、耐食膜１４２と耐食膜２４２とが接合され、耐食膜１４２と耐食膜３４とが接合される。耐食膜１４１，１４２，２４１，２４２，３４のうち接合に用いられた部分の多くは、以後露出することが無いので、ウェットエッチングの耐食膜として用いられない。なお、ウェハの貼り合せ方法としては、拡散接合に代えて、接着剤や陽極酸化などの手法を用いることもできる。

第四工程（図３）について説明する。第四工程では、図２に示す上側ウェハ２０、中間ウェハ１０及び下側ウェハ３０からなる積層体に対して、例えばバッファードフッ酸（ＨＦ＋ＮＨ４Ｆ）を用いてウェットエッチングを施す。これにより、耐食膜１４１，１４２，２４１，２４２，３４で表裏を覆われていない部分の水晶ウェハが抜け落ち、図３に示すように水晶片１１、キャビティ１２、外枠１３及び支持体２５が形成される。外枠１３は、上側ウェハ２０、中間ウェハ１０及び下側ウェハ３０由来の三層構造からなる。中間ウェハ１０由来の水晶片１１は、水晶片１１と一体化された中間ウェハ１０由来の外枠１３及び上側ウェハ２０由来の支持体２５によって固定される。

また、第三工程と第四工程の間で、貼り合わされた上側ウェハ２０、中間ウェハ１０及び下側ウェハ３０のうち、上側ウェハ２０及び下側ウェハ３０の少なくとも一方を研磨する工程を含めてもよい。更に、上側ウェハ２０及び下側ウェハ３０の少なくとも一方を消滅するまで研磨し、続いて中間ウェハ１０を研磨するようにしてもよい。なお、研磨することにより耐食膜が除去された場合、又は、研磨される面に対して第一及び第二工程で予め耐食膜を形成しない場合は、その研磨された面に対して第四工程の前に耐食膜を成膜及びパターニングする。

次に、第四工程の後の工程について説明する。図４は、実施形態１の製造方法によって得られる電極形成後の水晶振動子を示す平面図である。図５は、図４におけるＶ−Ｖ線断面図である。以下、図３乃至図５に基づき説明する。

第四工程の後に、露出している耐食膜１４１，２４１，２４２，３４（図３）の全部又は一部をエッチングにより除去する。耐食膜の一部除去には、金属膜のパターニングを用いる。金属膜のパターニングとは、例えば、金属膜の全体をスプレー塗布などによりフォトレジスト膜で覆い、ステッパなどによりフォトレジスト膜を露光し、現像することによりフォトレジスト膜を部分的に残し、残ったフォトレジスト膜をマスクにして金属膜をエッチングにより除去することである。このとき、図３に示す平面及び底面以外の、側面のフォトレジスト膜の露光には、斜め露光などの手法を用いる。また、金のエッチングには例えばヨウ素とヨウ化カリウムの混合液を用い、クロムのエッチングには例えば硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸の混合液を用いる。

続いて、耐食膜１４１，２４１，２４２，３４の全部又は一部が除去された水晶片１１、外枠１３及び支持体２５（図３）の全体に、電極となる金属膜（図示せず）をスパッタリングなどにより成膜する。金属膜は、例えばチタンの上にパラジウム又は金が設けられた二層構造である。その金属膜をパターニングすることにより、電極形成後の水晶振動子１００（図４及び図５）が得られる。

図４及び図５に示すように、電極形成後の水晶振動子１００は、素子搭載部材の枠部となる三層の外枠１３と、振動素子１１０と、を備えている。振動素子１１０は、音叉型屈曲水晶振動素子であり、基部１１１と、基部１１１から同じ方向に延設された二本の振動腕部１１２ａ，１１２ｂと、を備えている。なお、図５において、本実施形態１で用いる水晶のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を示す。

振動腕部１１２ａ，１１２ｂには、それぞれ溝部１１３ａ，１１３ｂが設けられている。基部１１１及び振動腕部１１２ａ，１１２ｂは、水晶片１１を構成する。振動素子１１０は、水晶片１１の他に、パッド電極１２１ａ，１２１ｂ、励振電極１２２ａ，１２２ｂ、周波数調整用金属膜１２３ａ，１２３ｂ、配線パターン１２４ａ，１２４ｂなども備えている。

次に、振動素子１１０の構成について更に詳しく説明する。

基部１１１は、平面視略四角形の平板となっている。水晶片１１は、基部１１１と振動腕部１１２ａ，１１２ｂとが一体となって音叉形状をなしている。

振動腕部１１２ａ，１１２ｂの長さ方向には、それぞれ溝部１１３ａ，１１３ｂが設けられている。溝部１１３ａ，１１３ｂは、振動腕部１１２ａの表裏面に二本ずつ及び振動腕部１１２ｂの表裏面に二本ずつ、基部１１１との境界部分から振動腕部１１２ａ，１１２ｂの先端に向って、振動腕部１１２ａ，１１２ｂの長さ方向と平行に所定の長さで設けられる。なお、溝部１１３ａ，１１３ｂは、本実施形態１では振動腕部１１２ａの表裏面に二本ずつ及び振動腕部１１２ｂの表裏面に二本ずつ設けられているが、それらの本数に制限はなく、例えば振動腕部１１２ａの表裏面に一本ずつ及び振動腕部１１２ｂの表裏面に一本ずつ設けてもよく、また、表裏のどちらか片面にのみ設けてもよく、あるいは一本も設けなくてもよい。

振動腕部１１２ａには、水晶を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極１２２ａが設けられ、表裏面の溝部１１３ａの内側及び当該二つの溝部１１３ａの間に励振電極１２２ｂが設けられる。同様に、振動腕部１１２ｂには、水晶を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極１２２ｂが設けられ、表裏面の溝部１１３ｂの内側及び当該二つの溝部１１３ｂの間に励振電極１２２ａが設けられる。したがって、振動腕部１１２ａにおいては両側面に設けられた励振電極１２２ａと溝部１１３ａ内に設けられた励振電極１２２ｂとが異極同士となり、振動腕部１１２ｂにおいては両側面に設けられた励振電極１２２ｂと溝部１１３ｂ内に設けられた励振電極１２２ａとが異極同士となる。

基部１１１には、パッド電極１２１ａ，１２１ｂと、パッド電極１２１ａ，１２１ｂと励振電極１２２ａ，１２２ｂとを電気的に接続する配線パターン１２４ａ，１２４ｂと、が設けられる。パッド電極１２１ａ、励振電極１２２ａ、周波数調整用金属膜１２３ａ及び配線パターン１２４ａ並びに接合膜２６ａは、互いに電気的に導通している。パッド電極１２１ｂ、励振電極１２２ｂ、周波数調整用金属膜１２３ｂ及び配線パターン１２４ｂ並びに接合膜２６ｂも、互いに電気的に導通している。

これらパッド電極１２１ａ，１２１ｂ、励振電極１２２ａ，１２２ｂ、周波数調整用金属膜１２３ａ，１２３ｂ及び配線パターン１２４ａ，１２４ｂ、並びに接合膜２６ａ，２６ｂは、全て同じ金属膜から形成される。外枠１３に設けられる接合膜２６ａと基部１１１に設けられるパッド電極１２１ａとは段差を跨いで成膜された金属膜によって短絡され、外枠１３に設けられる接合膜２６ｂと基部１１１に設けられるパッド電極１２１ｂとは段差を跨いで成膜された金属膜によって短絡されている。このときの成膜方法として、スパッタリングや斜め方向からの蒸着は、ステップカバレッジ（step coverage：段差被覆性）が良好であるので望ましい。なお、図４において、振動腕部１１２ａ，１１２ｂの股付近の基部１１１の側面には図示しない配線パターン１２４ａ，１２４ｂが延びており、配線パターン１２４ａは振動腕部１１２ｂ側の励振電極１２２ａと振動腕部１１２ａ側の励振電極１２２ａとを電気的に接続し、配線パターン１２４ｂは振動腕部１１２ａ側の励振電極１２２ｂと振動腕部１１２ｂ側のパッド電極１２１ｂとを電気的に接続している。

振動素子１１０を振動させる場合、パッド電極１２１ａ，１２１ｂに交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的に捉えると、振動腕部１１２ａの表裏の溝部１１３ａに設けられた励振電極１２２ｂはプラス電位となり、振動腕部１１２ａの両側面に設けられた励振電極１２２ａはマイナス電位となり、プラスからマイナスに電界が生じる。このとき、振動腕部１１２ｂの表裏の溝部１１３ｂに設けられた励振電極１２２ａはマイナス電位となり、振動腕部１１２ｂの両側面に設けられた励振電極１２２ｂはプラス電位となり、振動腕部１１２ａに生じた極性とは反対の極性となり、プラスからマイナスに電界が生じる。この交番電圧で生じた電界によって、振動腕部１１２ａ，１１２ｂに伸縮現象が生じることにより、屈曲振動モードが得られる。

電極形成後の水晶振動子１００は、その後の工程でパッケージが組み立てられる。図６は、実施形態１の製造方法によって得られるパッケージ組立て後の水晶振動子を示す斜視図である。以下、図６を中心に説明する。

この工程では、電極形成後の水晶振動子１００に対して、真空中で、上側ウェハ２０の上に蓋部材（第二のパッケージ部材）となる蓋部材ウェハ４１を拡散接合によって貼り合せ、下側ウェハ３０の下に素子搭載部材の基板部（第一のパッケージ部材）となる基板部ウェハ４２を拡散接合によって貼り合せる。これにより、水晶振動子１００は、蓋部材ウェハ４１及び基板部ウェハ４２と、接合膜として用いられた耐食膜１４２，２４１，２４２，３４（図１）と、接合膜２６ａ，２６ｂ（図４）とによって、気密化される。なお、図４に示す接合膜２６ａ，２６ｂの一部は、蓋部材ウェハ４１の切欠き部から露出した電極膜２７ａ，２７ｂとして利用される。

蓋部材ウェハ４１及び基板部ウェハ４２は矩形平板状である。蓋部材ウェハ４１は、その四隅に外部電極４３ａ，４３ｂ及びダミー電極４４ａ，４４ｂを有する。外部電極４３ａ，４３ｂは、例えば銅などからなる埋込み電極である。外部電極４３ａは、電極膜２７ａを介してパッド電極１２１ａ（図４）に電気的に接続される。外部電極４３ｂは、電極膜２７ｂを介してパッド電極１２１ｂ（図４）に電気的に接続される。なお、基板部ウェハ４２の貼り合せ方法は蓋部材ウェハ４１、上側ウェハ２０、中間ウェハ１０及び下側ウェハ３０を貼り合せた方法と異なっていてもよく、基板部ウェハ４２の材質もこれらのウェハと同じである必要はない。

最後に、蓋部材ウェハ４１、上側ウェハ２０、中間ウェハ１０、下側ウェハ３０及び基板部ウェハ４２からなる積層体を、ダイシンングなどの手法により一個ずつ分離することで、水晶振動子１００が完成する。

すなわち、図４及び図６に示すように、本実施形態１の水晶振動子１００は、第一及び第二の励振電極１２２ａ，１２２ｂを有する水晶片１１と、水晶片１１を囲む第一の外枠（中間ウェハ１０由来の外枠１３）と、厚み方向に一方の面及び他方の面を有し、当該一方の面で前記第一の外枠の全周に重なる第二の外枠（上側ウェハ２０由来の外枠１３）と、この第二の外枠で囲まれた領域を第一及び第二の領域２８ａ，２８ｂに分けるように当該第二の外枠の内側に設けられ、厚み方向に一方の面及び他方の面を有し、当該一方の面で水晶片１１を支持する支持体２５と、前記第二の外枠の他方の面及び支持体２５の他方の面に、領域２８ａを囲むように設けられ、励振電極１２２ａに導通する第一の電極膜２７ａを兼ねる第一の接合膜２６ａと、前記第二の外枠の他方の面及び支持体２５の他方の面に、領域２８ｂを囲むように設けられ、励振電極１２２ｂに導通するとともに電極膜２７ａに対して電気的に分離された第二の電極膜２７ｂを兼ねる第二の接合膜２６ｂと、前記第一の外枠を介して水晶片１１を封止する第一のパッケージ部材（基板部ウェハ４２）と、接合膜２６ａ，２６ｂのそれぞれの一部を露出させた状態で接合膜２６ａ，２６ｂによって接合されることにより、前記第二の外枠を介して水晶片１１を封止する第二のパッケージ部材（蓋部材ウェハ４１）と、を基本的に備えている。そして、第一の外枠（中間ウェハ１０由来の外枠１３）と水晶片１１とは、一体化されている。また、水晶振動子１００は、前記第一の外枠と第一のパッケージ部材（基板部ウェハ４２）との間に、第三の外枠（下側ウェハ３０由来の外枠１３）を更に備えている。

換言すると、水晶振動子１００では、第二の外枠（上側ウェハ２０由来の外枠１３）の中央に、水晶片１１の上の空間を幅方向に二つに分割する支持体２５が設けられている。そして、図４において左右二つの空間である領域２８ａ，２８ｂを囲むように、別々の接合膜２６ａ，２６ｂがパターニングされている。

次に、本実施形態１の製造方法の作用及び効果について説明する。

（１）前述したように、従来技術では、水晶ウェハに水晶片及び外枠を形成した後、この水晶ウェハを他のウェハに貼り合せていた。そのため、強度が弱くなった水晶ウェハを貼り合せのためにハンドリングするので、水晶ウェハの損傷を招いていた。これに対し、本実施形態１では、その発想を逆転させ、耐食膜１４１，１４２，２４１，２４２，３４が形成された中間ウェハ１０、上側ウェハ２０及び下側ウェハ３０を貼り合せた後に、これらの貼り合された中間ウェハ１０、上側ウェハ２０及び下側ウェハ３０にウェットエッチングを施すことにより、水晶片１１及び外枠１３並びに支持体２５を形成する。そのため、水晶片１１と外枠１３とが一体的に形成された中間ウェハ１０を、貼り合せのためにハンドリングする必要がなくなり、これにより生産性及び製造歩留まりを向上できる。

（２）換言すると、従来の貼り合せ方法と比較して、水晶片１１や外枠１３が形成されて強度が低下した中間ウェハ１０を貼り合せる工程がない。そのため、水晶片１１が形成される中間ウェハ１０を薄くしても、中間ウェハ１０の割れや反りが問題にならず、十分な強度を確保できる。したがって、水晶片１１の厚みの薄い水晶振動子１００を実現できる。

（３）外枠１３（第三の外枠）となる下側ウェハ３０を用いることにより、中間ウェハ１０を上側ウェハ２０とともに表裏から挟んでエッチングできるので、中間ウェハ１０に形成される水晶片１１のエッチングの進行を表裏で均等化できるとともに、基板部ウェハ４２と水晶片１１との空間を確保できるので、基板部ウェハ４２の形状を平板などに単純化できる。

（４）耐食膜１４１，１４２，２４１，２４２，３４が拡散接合に用いられる接合膜を兼ねていることにより、ウェットエッチングのマスクとして用いた膜をそのまま拡散接合に用いることができるので、製造工程を簡素化できる。

（５）貼り合せ後の中間ウェハ１０の強度が十分保たれていることから、貼り合せ後に上側ウェハ２０及び下側ウェハ３０の少なくとも一方、又は更に中間ウェハ１０も研磨することにより、水晶振動子１００の厚みを薄くすることが可能である。

次に、本実施形態１の水晶振動子１００の作用及び効果について説明する。

水晶振動子１００によれば、励振電極１２２ａ，１２２ｂに導通する電極膜２７ａ，２７ｂを兼ねる互いに電気的に分離された二つの接合膜２６ａ，２６ｂのそれぞれ一部を露出させた状態で、これらにパッケージ部材（蓋部材ウェハ４１）を接合させることによって水晶片１１を封止するようにしたので、スルーホールを用いずに励振電極１２２ａ，１２２ｂと外部電極４３ａ，４３ｂとを導通することができ、これによりパッケージ部材のクラック発生を抑制でき、ひいては信頼性を向上できる。これに加え、外枠１３と水晶片１１とが一体化されているので、外枠１３と支持体２５とで水晶片１１を確実に固定できることから、耐衝撃性に優れている。

図７は実施形態２における第一工程及び第二工程を示す平面図であり、図７［Ａ］は上側ウェハ、図７［Ｂ］は中間ウェハ、図７［Ｃ］は下側ウェハである。図８は、実施形態２における第三工程を示す斜視図である。図９はおける実施形態２における第四工程を示し、図９［Ａ］は平面図、図９［Ｂ］は底面図である。以下、図７乃至図９に基づき、本実施形態２の製造方法について説明する。

以下の説明における水晶片１１’、キャビティ１２、外枠１３及び支持体２５は、図９に記載されている。本実施形態２は、水晶片１１’が外枠１３から分離されている点で、実施形態１と異なる。そのため、水晶片１１’は支持体２５のみに固定される。本実施形態２の製造方法は、次の第一乃至第四工程を含む。

中間ウェハ１０’（第一のウェハ）に、水晶片１１’をウェットエッチングにより形成するための耐食膜１４１’のパターン、及び、水晶片１１’をキャビティ１２を介して囲む外枠１３（第一の外枠）をウェットエッチングにより形成するための耐食膜１４２のパターン（図７［Ｂ］）を形成する第一工程。上側ウェハ２０（第二のウェハ）に支持体２５をウェットエッチングにより形成するための耐食膜２４１のパターン及び外枠１３（第二の外枠）をウェットエッチングにより形成するための耐食膜２４２のパターン（図７［Ａ］）、並びに、下側ウェハ３０（第二のウェハ）に外枠１３（第三の外枠）をウェットエッチングにより形成するための耐食膜３４のパターン（図７［Ｃ］）を形成する第二工程。耐食膜１４１’，１４２が形成された中間ウェハ１０’、耐食膜２４１，２４２が形成された上側ウェハ２０及び耐食膜３４が形成された下側ウェハ３０を、それぞれの厚み方向に貼り合せる第三工程（図８）。貼り合わされた中間ウェハ１０’、上側ウェハ２０及び下側ウェハ３０に対しウェットエッチングを施すことにより、水晶片１１’、外枠１３及び支持体２５を形成する第四工程（図９）。

第三工程では、中間ウェハ１０’の一方の面を下とし他方の面を上としたとき、下側ウェハ３０を中間ウェハ１０’の下に貼り合わせ、上側ウェハ２０を中間ウェハ１０’の上に貼り合わせる。そのため、外枠１３は、中間ウェハ１０’由来の第一の外枠と、上側ウェハ２０由来の第二の外枠と、下側ウェハ３０由来の第三の外枠との、積層体となる。

耐食膜１４１’，１４２，２４１，２４２，３４は、拡散接合に用いられる接合膜を兼ねている。第三工程では、中間ウェハ１０’と上側ウェハ２０とを耐食膜１４１’，１４２，２４１，２４２を介して拡散接合により貼り合せ、中間ウェハ１０’と下側ウェハ３０とを耐食膜１４２，３４を介して拡散接合により貼り合せる。

次に、第四工程の後の工程について説明する。図１０は、実施形態２の製造方法によって得られる電極形成後の水晶振動子を示す平面図である。図５は、図１０におけるＶ−Ｖ線断面図である。以下、図９、図１０及び図５に基づき説明する。

第四工程の後に、露出している耐食膜１４１’，２４１，２４２，３４（図９）の全部又は一部をエッチングにより除去する。耐食膜の一部除去には、金属膜のパターニングを用いる。このとき、図９に示す平面及び底面以外の、側面のフォトレジスト膜の露光には、斜め露光などの手法を用いる。

続いて、耐食膜１４１’，２４１，２４２，３４の全部又は一部が除去された水晶片１１’、外枠１３及び支持体２５（図９）の全体に、電極となる金属膜（図示せず）をスパッタリングなどにより成膜する。その金属膜をパターニングすることにより、電極形成後の水晶振動子１００’（図１０及び図５）が得られる。

図１０及び図５に示すように、電極形成後の水晶振動子１００’は、素子搭載部材の枠部となる三層の外枠１３と、振動素子１１０’と、を備えている。振動素子１１０’は、音叉型屈曲水晶振動素子であり、基部１１１と、基部１１１から同じ方向に延設された二本の振動腕部１１２ａ，１１２ｂと、を備えている。

振動腕部１１２ａ，１１２ｂには、それぞれ溝部１１３ａ，１１３ｂが設けられている。基部１１１及び振動腕部１１２ａ，１１２ｂは、水晶片１１’を構成する。振動素子１１０’は、水晶片１１’の他に、パッド電極１２１ａ，１２１ｂ、励振電極１２２ａ，１２２ｂ、周波数調整用金属膜１２３ａ，１２３ｂ、配線パターン１２４ａ，１２４ｂなども備えている。

支持体２５は、水晶片１１’を水晶片１１’よりも狭い幅で固定する。ここで幅とは、図１０において振動腕部１１２ａ，１１２ｂの延設方向に直交する方向の長さである。水晶片１１’の幅とは、基部１１１の幅である。支持体２５が水晶片１１’を水晶片１１’よりも狭い幅で固定することにより、振動漏れが抑制されるので、クリスタルインピーダンスが低下する。

電極形成後の水晶振動子１００’は、その後の工程でパッケージが組み立てられる。図１１は、実施形態２の製造方法によって得られるパッケージ組立て後の水晶振動子を示す斜視図である。以下、図１１を中心に説明する。

この工程では、電極形成後の水晶振動子１００’に対して、真空中で、上側ウェハ２０の上に蓋部材（第二のパッケージ部材）となる蓋部材ウェハ４１を拡散接合によって貼り合せ、下側ウェハ３０の下に素子搭載部材の基板部（第一のパッケージ部材）となる基板部ウェハ４２を拡散接合によって貼り合せる。これにより、水晶振動子１００’は、蓋部材ウェハ４１及び基板部ウェハ４２と、接合膜として用いられた耐食膜１４２，２４１，２４２，３４（図７）と、接合膜２６ａ，２６ｂ（図１０）とによって、気密化される。なお、図１０に示す接合膜２６ａ，２６ｂの一部は、蓋部材ウェハ４１の切欠き部から露出した電極膜２７ａ，２７ｂとして利用される。

外部電極４３ａは、電極膜２７ａを介してパッド電極１２１ａ（図１０）に電気的に接続される。外部電極４３ｂは、電極膜２７ｂを介してパッド電極１２１ｂ（図１０）に電気的に接続される。

最後に、蓋部材ウェハ４１、上側ウェハ２０、中間ウェハ１０’、下側ウェハ３０及び基板部ウェハ４２からなる積層体を、ダイシンングなどの手法により一個ずつ分離することで、水晶振動子１００’が完成する。

次に、本実施形態２の作用及び効果について説明する。

水晶片の幅よりも狭い幅の支持台で水晶片を支持することにより、振動漏れを抑制しクリスタルインピーダンスを低下させる技術が知られている（例えば特許文献４参照）。しかし、この技術では、支持台が形成されたパッケージに、接着剤などを介して水晶片を実装するため、水晶片の位置決めや姿勢の制御が困難である。特に水晶片が小型化されるほど、この問題は深刻になる。これに対し、本実施形態２では、中間ウェハ１０’と上側ウェハ２０とを貼り合せるだけで、水晶片１１’を水晶片１１’よりも狭い幅の支持体２５に固定できるので、水晶片１１’の位置決めや姿勢の制御が不要となる。

本実施形態２のその他の構成、作用及び効果は、実施形態１のそれらと同様である。

以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合せたものも含まれる。

本発明は、実質的に水晶振動子であればどのようなものにでも利用でき、例えば音叉型屈曲振動子、厚みすべり振動子、ジャイロセンサなどのセンサ素子にも利用可能である。

１０ 中間ウェハ
１１ 水晶片
１２ キャビティ
１３ 外枠
１４１，１４２ 耐食膜
２０ 上側ウェハ
２４１，２４２ 耐食膜
２５ 支持体
２６ａ，２６ｂ 接合膜
２７ａ，２７ｂ 電極膜
２８ａ，２８ｂ 領域
３０ 下側ウェハ
３４ 耐食膜
４１ 蓋部材ウェハ
４２ 基板部ウェハ
４３ａ，４３ｂ 外部電極
４４ａ，４４ｂ ダミー電極

１００ 水晶振動子
１１０ 振動素子
１１１ 基部
１１２ａ，１１２ｂ 振動腕部
１１３ａ，１１３ｂ 溝部
１２１ａ，１２１ｂ パッド電極
１２２ａ，１２２ｂ 励振電極
１２３ａ，１２３ｂ 周波数調整用金属膜
１２４ａ，１２４ｂ 配線パターン

１０’ 中間ウェハ
１１’ 水晶片
１４１’ 耐食膜
１００’ 水晶振動子
１１０’ 振動素子

Claims (6)

1. 第一及び第二の励振電極を有する水晶片と、
   この水晶片を囲む第一の外枠と、
   厚み方向に一方の面及び他方の面を有し、当該一方の面で前記第一の外枠の全周に重なる第二の外枠と、
   この第二の外枠で囲まれた領域を第一及び第二の領域に分けるように当該第二の外枠の内側に設けられ、厚み方向に一方の面及び他方の面を有し、当該一方の面で前記水晶片を支持する支持体と、
   前記第二の外枠の他方の面及び前記支持体の他方の面に、前記第一の領域を囲むように設けられ、前記第一の励振電極に導通する第一の電極膜を兼ねる第一の接合膜と、
   前記第二の外枠の他方の面及び前記支持体の他方の面に、前記第二の領域を囲むように設けられ、前記第二の励振電極に導通するとともに前記第一の電極膜に対して電気的に分離された第二の電極膜を兼ねる第二の接合膜と、
   前記第一の外枠を介して前記水晶片を封止する第一のパッケージ部材と、
   前記第一及び第二の接合膜のそれぞれの一部を露出させた状態で当該第一及び第二の接合膜によって接合されることにより、前記第二の外枠を介して前記水晶片を封止する第二のパッケージ部材と、
   を備えた水晶振動子。
2. 前記第一の外枠と前記水晶片とが一体化された、
   請求項１記載の水晶振動子。
3. 請求項１又は２記載の水晶振動子を製造する方法であって、
   第一のウェハに、前記水晶片及び前記第一の外枠をウェットエッチングにより形成するための耐食膜のパターンを形成する第一工程と、
   第二のウェハに、前記第二の外枠及び前記支持体を前記ウェットエッチングにより形成するための耐食膜のパターンを形成する第二工程と、
   前記耐食膜が形成された前記第一のウェハと前記耐食膜が形成された前記第二のウェハとを、それぞれの厚み方向に貼り合せる第三工程と、
   前記貼り合わされた前記第一のウェハ及び前記第二のウェハに対し前記ウェットエッチングを施すことにより、前記水晶片、前記第一及び第二の外枠並びに前記支持体を形成する第四工程と、
   を含む水晶振動子の製造方法。
4. 前記第二のウェハには、前記第一のウェハの一方の面を下とし他方の面を上としたとき、前記第一のウェハの上に貼り合わされる上側ウェハの他に、前記第一のウェハの下に貼り合わされる下側ウェハが含まれ、
   前記第二工程では、前記上側ウェハに、前記第二の外枠及び前記支持体を前記ウェットエッチングにより形成するための耐食膜のパターンを形成するとともに、前記下側ウェハに、前記第一の外枠の全周に接する第三の外枠を前記ウェットエッチングにより形成するための耐食膜のパターンを形成する、
   請求項３記載の水晶振動子の製造方法。
5. 前記耐食膜は、拡散接合に用いられる接合膜を兼ねており、
   前記第三工程では、前記第一のウェハと前記第二のウェハとを、前記耐食膜を介して拡散接合により貼り合せる、
   請求項３又は４記載の水晶振動子の製造方法。
6. 前記第三工程と前記第四工程との間で、前記貼り合わされた前記第一のウェハ及び前記第二のウェハの少なくとも一方を研磨する工程を、
   更に含む請求項３乃至５のいずか一つに記載の水晶振動子の製造方法。

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