JP2014155109A - 圧電デバイスの製造方法及びそれによる圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】片持ち支持された圧電振動片を組み付ける際、圧電振動片への損傷を予防できるようにした圧電デバイスの製造方法及びそれによる圧電デバイスを提供する。
【解決手段】基板５の表面に対面状態で所定隙間ｄを保ちながら長辺方向の一端部１ａが片持ち支持されており固有の周波数で持続的に振動することを可能にした圧電振動片１と、該圧電振動片１の他端部１ｂが基板５の垂直方向へ衝撃的に搖動することを制限する搖動制限部材７とを備えた圧電デバイスの製造方法において、圧電振動片１の一端部１ａを接着材３で固着する前に、搖動制限部材７の表面で他端部１ｂと対面する位置に線状スペーサ６を予め配置し、一端部１ａが基板５に固着された後に、他端部１ｂを支持した線状スペーサ６を除去する。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧電デバイスの製造方法及びそれによる圧電デバイスに関し、より詳細には、安定的かつ固有の共振周波数を得ることが可能な水晶等の圧電振動片が、衝撃的な搖動から防護される防護構造を備えた基板に片持ち支持された圧電デバイスの製造方法及びそれによる圧電デバイスに関する。

従来から、セラミック容器に圧電振動片を搭載し圧電デバイスを製造する場合、落下衝撃等から圧電振動片の破損を防止するため、セラミック容器の基板部、すなわち、圧電振動片が接合用電極を介して取り付けられる面に、振動子搭載用の電極と同様の材質で衝撃吸収部を形成することが知られている。例えば、特許文献１に記載のものは、外部からの衝撃に強く、かつパッケージを小型化するのに有利な構造の圧電デバイスとその製造方法に関するものである。具体的には、パッケージ内に圧電振動片を収容した圧電デバイスであって、圧電振動片の一部が、パッケージ内の絶縁基体に設けた電極部に対して、固定されており、圧電振動片の固定されていない自由端が、圧電振動片の厚み方向に振れた際に、パッケージ側の自由端と当接する個所には、圧電振動片の当接部よりも硬度の低い無機材料により形成された衝撃吸収部が設けられている。

また、例えば、特許文献２に記載のものは、耐衝撃性を向上させるとともに、超小型化に対応しかつ効率よく製造することのできる圧電振動デバイスに関するものである。具体的には、電子部品用パッケージは、アルミナ等のセラミックスからなるパッケージ本体に必要な電極が形成されたセラミックパッケージ構成であり、全体として直方体形状で、断面で見て凹形の電子部品素子収納部を有している。電子部品用パッケージの内部接続電極非形成側（長辺方向他端）には、膜状に形成されたシリコーン樹脂からなり、平面で見て楕円形状の補助支持部が形成されている。

特開２００５−６５１８９号公報 特開２００４−３４３５７１号公報

しかしながら、パッケージ内部の寸法制約に対応した従来の圧電デバイスの製造方法には次の問題があった。すなわち、基板（ウェハー：Ｗａｆｅｒ）の表面に対して圧電振動片を所定隙間で保持するように、平行に片持ち支持して組み付ける際、圧電振動片を吸着して姿勢維持して接着剤に押し付けてから固着を待つという、従来の圧電デバイスの製造方法によれば、圧電振動片等が損傷を受ける危険性への配慮が必要であるという問題があった。特に、圧電振動片の表面にメッキで形成された励振電極への損傷は、性能上重度の欠陥を生じる虞があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、衝撃的な搖動から防護される防護構造を備えた基板に、片持ち支持された圧電振動片を組み付ける際に、その圧電振動片の損傷を予防することができるようにした圧電デバイスの製造方法及びそれによる圧電デバイスを提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、基板の表面に対面状態で所定隙間を保ちながら一端部が片持ち支持された圧電振動片と、該圧電振動片の他端部が衝撃的に搖動する際の、前記他端部の前記基板への接触を制限することが可能な搖動制限部材と、を備えた圧電デバイスの製造方法において、前記圧電振動片の前記一端部を接着材で固着する前に、前記搖動制限部材の表面で前記他端部と対面する位置に前記線状スペーサを予め配置し、前記一端部が前記基板に固着された後に、前記他端部を支持した前記線状スペーサを除去することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、複数組のデバイスが形成されるウェハーの盤面に、前記圧電振動片の前記他端部が対面する位置に前記搖動制限部材を形成する工程と、前記圧電振動片の前記一端部が固着される位置に接着剤を塗布する工程と、前記線状スペーサを張架（掛渡）した仮設枠を、前記搖動制限部材に前記線状スペーサが載置されるように位置合わせして被せる工程と、前記一端部が前記接着剤の塗布された所定位置と重なるように平面視による位置合わせして、前記圧電振動片を前記ウェハーの盤面に載置する工程と、前記接着剤を硬化させる工程と、前記接着剤が硬化した後に、前記線状スペーサを、前記搖動制限部材と前記他端部との間から抜去する工程とを有することを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記所定隙間は、前記基板の表面から前記搖動制限部材の高さと、前記線状スペーサの直径とを加えた寸法によって規定されることを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、ｄ≦ｔ＋Ｄを満たすことを特徴とする（ただし、ｄは前記所定隙間の距離、ｔは前記搖動制限部材の高さ、Ｄは前記線状スペーサの直径とする）。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記線状スペーサは、前記所定隙間と同等以下の直径を有することを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記基板は、同一のウェハーの盤面に複数組のデバイス用として区画され、個別のデバイスごとに切り分けられることを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法によって製造されたことを特徴とする圧電デバイスである。

本発明によれば、衝撃的な搖動から防護される防護構造を備えた基板に、片持ち支持された圧電振動片を組み付ける際に、その圧電振動片の損傷を予防することができるようにした圧電デバイスの製造方法及びそれによる圧電デバイスを実現することができる。

本発明に係る圧電デバイスの一実施形態を説明するための側断面図である。 本発明に係る圧電デバイスの製造方法の一実施形態を説明するための側断面図である。 図１の圧電デバイスを説明するために圧電振動片の背後まで透視した平面図である。 図１の圧電デバイス用に複数組が盤面に区画されるウェハー（Ｗａｆｅｒ）の平面図である。 図４のウェハー盤面において、圧電振動片の一端部が固着される位置に接着剤が塗布された状態を示す模式平面図である。 本発明に係る圧電デバイスの製造方法を説明するためのフローチャートを示す図である。 線状スペーサを張架（掛渡）した仮設枠が、図５のウェハー盤面に被せられた状態を示す平面図である。 図７のウェハー盤面に圧電振動片を載置する様子を説明するための平面図である。 図８のウェハー盤面に載置された直後の圧電振動片の一端部を固着させる工程を説明するための他端部方向からの側面図である。 図９のウェハー盤面において、接着剤が硬化した後に、図７の仮設枠及び線状スペーサを撤去する工程を説明するための、他端部方向からの側面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る圧電デバイスの一実施形態を説明するための側断面図である。本発明の圧電デバイス１００は、薄片状の圧電振動片１が、基板５の表面に対面する状態で、所定隙間ｄを保ちながら長辺方向の一端部１ａを、片持ち支持されている。この一端部１ａは、基板５の表面に配置された金製のスタッドバンプ（Ｓｔｕｄ Ｂｕｍｐ）４に、導電性の接着材３で固着されている。

圧電振動片１の両面には、一端部１ａから他端部１ｂまでの半分以上に亘って金メッキによる励振電極２が形成されている。この励振電極２は、導電性の接着材３により、スタッドバンプ４及び配線パタン８０を介して不図示の発振回路に電気的接続されている。
この片持ち支持された圧電振動片１は、製造工程における応力荷重等のほか、完成品の使用中に生じる落下等の衝撃にもある程度まで耐えることが望ましい。そのため、圧電デバイス１００は、圧電振動片１の他端部１ｂが、基板５の垂直方向へ衝撃的に搖動した時に当接する箇所に、その搖動を制限するための搖動制限部材７を備えている。この搖動制限部材７は、基板５の表面の所定位置に、高さｔだけ台状の高まりを設けて構成されている。

そして、圧電振動片１は、基板５の表面に対して概ね所定隙間ｄを保って片持ち支持される。基板５の表面と圧電振動片１との最小距離が所定隙間ｄとなる。
この圧電振動片１の他端部１ｂには、非接触状態で搖動制限部材７が対面する。この搖動制限部材７の表面７ａから、その表面７ａに対面する他端部１ｂの表面８までの距離は、所定隙間ｄ以下に設定されている。したがって、搖動制限部材７は、圧電振動片１が、所定隙間ｄの中で衝撃等により大きく搖動することを制限する作用効果がある。つまり、何らかの衝撃等によって他端部１ｂが、大きく搖動しようとした場合の搖動可能な範囲は、より少ない隙間となっている。そのため、他端部１ｂは、少ない搖動の段階で、早めに搖動制限部材７の表面７ａと接触することにより、搖動を制限される。

なお、圧電振動片１の一端部１ａから両面の半分以上に亘って金メッキによる励振電極２が形成されている。この励振電極２は、導電性の接着材３により、スタッドバンプ４及び配線パタン８０を介して不図示の発振回路に電気的接続されている。
完成した圧電振動片１は、発振回路から適切な電気信号を、励振電極２に与えられることにより、固有の周波数で持続的に振動することが可能である。なお、圧電デバイス１００における圧電振動片１として、薄片状の水晶振動素子が用いられている。また、本実施形態に係る圧電デバイス１００を構成する基板５に、発振回路又はその他の電子回路が含まれているか否かについては、どちらでも構わない。

図２は、本発明に係る圧電デバイスの製造方法の一実施形態を説明するための側断面図である。図２に示す圧電デバイス１００は、図２に示した圧電デバイス１００と同一であるので、同一の作用効果を有するところには同一符号を付して説明を省略する。
この圧電デバイス１００の製造方法において、圧電振動片１の一端部１ａを接着材２で固着する前に、搖動制限部材７の表面で他端部１ｂと対面する位置に、図２に示した線状スペーサ６を、予め配置する。この線状スペーサ６は、所定隙間ｄに近い直径Ｄの細線で構成されたものである。すなわち、線状スペーサ６は、所定隙間ｄと同等以下、例えば、直径Ｄ＝２０μｍの極細線材である。この所定隙間ｄは、基板５の表面から搖動制限部材７の高さｔと、搖動制限部材７の上に仮置きされた線状スペーサ６の直径Ｄとを加えた寸法によって規定される。

すなわち、ｄ≦ｔ＋Ｄである。また、図２に示した圧電振動片１の場合は、中間部よりも他端部１ｂの方が先細りしているので、ｄ＜ｔ＋Ｄである。なお、圧電振動片１の厚みが、中央部と他端部１ｂとで同一である場合に限りｄ＝ｔ＋Ｄとなる。
そのため、接着材２が硬化することにより、圧電振動片１の一端部１ａが、基板５の表面に固着された時、所定隙間ｄが確保されている。そして、端部１ａが基板５に固着された後に、他端部１ｂを支持した線状スペーサ６を除去することにより、圧電振動片１の片持ち支持構造が形成される。
なお、線状スペーサ６の断面形状は、必ずしも真円である必要は無く、正方形でも多角形でも構わない。その場合も、円の直径Ｄに相当する太さが確保された棒状のスペーサであれば良い。

図３は、図１の圧電デバイスを説明するために圧電振動片の背後まで透視した平面図である。ウェハー５０から切り分けられた完成時における単独の圧電デバイス１００は、長方形の基板５の中央部に圧電振動片１が配置されている。また、その配置に適するような、回路パタン８０が基板５に設けられている。回路パタン８０は、配線パタン８１，８２，８３，８４で構成され、それぞれにテストランド８１ａ，８２ａ，８３ａ，８４ａが設けられている。テストランド８１ａ，８２ａ，８３ａ，８４ａは、製造途中又は完成時の圧電デバイス１００を、集合体又は単独で動作試験するため、試験装置のテストピンを、確実に受け止めて電気的導通を確保できるように、導体露出部を形成している。

また、導電性の接着材３は、配線パタン８２，８３それぞれの所定位置に、印刷技術を用いて円形に塗布される。さらに、搖動制限部材７も、基板５の所定位置に、印刷技術を用いて、シリコーン樹脂等を長方形に塗布することにより形成される。

図４は、図１の圧電デバイス用に複数組が盤面に区画されるウェハー（Ｗａｆｅｒ）の平面図である。円盤状のウェハー５０の表面に、１個分の圧電デバイス１００として、例えば１．２ｍｍ×１．０ｍｍ位の長方形の区画８を、可能な取り数だけ緻密に設定する。その場合、１枚のウェハー５０から、約１万個の圧電デバイス１００が切り分けられる。なお、図４、図５、図７、図８において、説明の便宜上、ウェハー５０に比べて、基板５及びその上に配置される搖動制限部材７、接着剤３、圧電振動片１などを、実際の縮尺よりも大きく示している。また、ウェハー５０の盤面５１上で約１万個が形成される基板５のうち１個乃至数個のみを示している。

図５は、図４のウェハー盤面において、圧電振動片の一端部が固着される位置に接着剤が塗布された状態を示す模式平面図である。上述したように、説明の便宜上、ウェハー５０に比べて、１個分の圧電デバイス１００を、実際よりもはるかに大きく示す縮尺により、数少なくして、接着剤３が塗布された状態を示している。また、接着剤３が塗布される以前のウェハー５０の盤面５１に、複数組のデバイス１００を形成するための圧電振動片１の他端部１ｂが対面する位置には、予め、樹脂等により搖動制限部材７（図５には不図示）を形成する。

図６は、本発明に係る圧電デバイスの製造方法を説明するためのフローチャートを示す図である。圧電デバイス１００の製造方法は、工程（Ｓ１０）乃至工程（Ｓ６０）を備えている。まず、工程（Ｓ１０）により、圧電振動片１の他端部１ｂが対面する位置に、搖動制限部材７を形成する。つぎに、工程（Ｓ２０）により、圧電振動片１の一端部１ａが固着される位置に接着剤を塗布する。なお、上述したように、複数組のデバイスが形成されるウェハー５０の盤面５１に、搖動制限部材７を形成する工程（Ｓ１０）及び、圧電振動片１の一端部１ａが固着される位置に接着剤を塗布する工程（Ｓ２０）では、それぞれ印刷技術を用いている。

それから、工程（Ｓ３０）により、線状スペーサ６を張架（掛渡）した仮設枠２０を、搖動制限部材７に線状スペーサ６が載置されるように位置合わせして被せる。そして、工程（Ｓ４０）により、圧電振動片１の一端部１ａが、接着剤３の塗布された所定位置に重なるように、平面視による位置合わせして、圧電振動片１をウェハー５０の盤面５１に載置する。それから、工程（Ｓ５０）により、接着剤３を硬化させる。その工程（Ｓ５０）により、接着剤３を硬化させた後に、線状スペーサ６を、搖動制限部材７と他端部１ｂとの間から抜去する。

図７は、線状スペーサを張架（掛渡）した仮設枠が、図５のウェハー盤面に被せられた状態を示す平面図である。仮設枠２０は、ウェハー５０の直径に合わせた一対の枠２１，２２の間に、適宜本数の線状スペーサ６を、等間隔に張架（掛渡）した構成である。線状スペーサ６は、位置合わせして被せる工程（Ｓ３０）により、搖動制限部材７（図２及び図３参照）の上に載置される。

図８は、図７のウェハー盤面に圧電振動片を載置する様子を説明するための平面図である。接着剤３の塗布された盤面５１上の所定位置に、圧電振動片１を、平面視による位置合わせして、載置する工程（Ｓ４０）が実行される。なお、この工程（Ｓ４０）において、圧電振動片１は、専用カセット３０に整然と配列されている状態で、不図示のロボットアーム等により、吸着して把持されてから盤面５１における規定位置に載置される。

図９は、図８のウェハー盤面に載置された直後の圧電振動片の一端部を固着させる工程を説明するための他端部方向からの側面図である。図８に示した工程（Ｓ４０）で、ウェハー５０の盤面５１に、圧電振動片１が載置された後、過熱押圧装置４０を被せて、圧電振動片１の一端部１ａを、盤面５１、すなわちＺ方向に押し付けるとともに、一端部１ａの周囲を取り巻く接着剤３を、過熱して硬化させる工程（Ｓ５０）により、一端部１ａを、スタッドバンプ４及び配線パタン８２，８３に固着させる。

図１０は、図９のウェハー盤面において、接着剤が硬化した後に、図７の仮設枠及び線状スペーサを撤去する工程を説明するための、他端部方向からの側面図である。図９のウェハー盤面において、接着剤３が硬化した後に、図７の仮設枠及び線状スペーサを撤去する工程を説明するための他端部方向からの側面図である。線状スペーサ６を、図１０の矢印Ａに示す箇所で切断してから、図１０の矢印Ｂに示す方向に、ウェハー５０の盤面５１から引き抜く工程（Ｓ６０）を実行する。この工程（Ｓ６０）により、図２に示したデバイス１００から線状スペーサ６がなくなっても、圧電振動片１の端部１ｂは、線状スペーサ６の直径Ｄだけ、搖動制限部材７から浮いた状態で保持される。

以上のように、本発明によれば、衝撃的な搖動から防護される防護構造を備えた基板に、片持ち支持された圧電振動片を組み付ける際に、その圧電振動片の損傷を予防することができるようにした圧電デバイスの製造方法及びそれによる圧電デバイスを実現することができる。

１ 圧電振動片
１ａ 一端部
１ｂ 他端部
２ 励振電極
３ （導電性の）接着材
４ スタッドバンプ（Ｓｔｕｄ Ｂｕｍｐ）
５ 基板
６ 線状スペーサ
７ 搖動制限部材
７ａ 搖動制限部材７の表面
８ 搖動制限部材７の表面に対面する他端部１ｂの表面
２０ 仮設枠
２１，２２ 枠
３０ 専用カセット
４０ 加熱押圧装置
５０ ウェハー（Ｗａｆｅｒ）
５１ 盤面
８０，８１，８２，８３，８４ 配線パタン
８１ａ，８２ａ，８３ａ，８４ａ テストランド

Claims (7)

1. 基板の表面に対面状態で所定隙間を保ちながら一端部が片持ち支持された圧電振動片と、該圧電振動片の他端部が衝撃的に搖動する際の、前記他端部の前記基板への接触を制限することが可能な搖動制限部材と、
   を備えた圧電デバイスの製造方法において、
   前記圧電振動片の前記一端部を接着材で固着する前に、
   前記搖動制限部材の表面で前記他端部と対面する位置に前記線状スペーサを予め配置し、
   前記一端部が前記基板に固着された後に、前記他端部を支持した前記線状スペーサを除去することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
2. 複数組のデバイスが形成されるウェハーの盤面に、
   前記圧電振動片の前記他端部が対面する位置に前記搖動制限部材を形成する工程と、
   前記圧電振動片の前記一端部が固着される位置に接着剤を塗布する工程と、
   前記線状スペーサを張架（掛渡）した仮設枠を、前記搖動制限部材に前記線状スペーサが載置されるように位置合わせして被せる工程と、
   前記一端部が前記接着剤の塗布された所定位置と重なるように平面視による位置合わせして、前記圧電振動片を前記ウェハーの盤面に載置する工程と、
   前記接着剤を硬化させる工程と、
   前記接着剤が硬化した後に、前記線状スペーサを、前記搖動制限部材と前記他端部との間から抜去する工程と
   を有することを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイスの製造方法。
3. 前記所定隙間は、前記基板の表面から前記搖動制限部材の高さと、前記線状スペーサの直径とを加えた寸法によって規定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電デバイスの製造方法。
4. ｄ≦ｔ＋Ｄを満たすことを特徴とする請求項３に記載の圧電デバイスの製造方法（ただし、ｄは前記所定隙間の距離、ｔは前記搖動制限部材の高さ、Ｄは前記線状スペーサの直径とする）。
5. 前記線状スペーサは、前記所定隙間と同等以下の直径を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
6. 前記基板は、同一のウェハーの盤面に複数組のデバイス用として区画され、個別のデバイスごとに切り分けられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法によって製造されたことを特徴とする圧電デバイス。

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