JP2014175853A - パッケージ、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】パッケージ10は、互いに積層され、接合材23を介して接合された第1基板2および第2基板3を備え、内部に電子部品5を封入可能なキャビティCが形成された積層体15と、積層体15の側面15aに、第1基板2、接合材23および第2基板3に跨って形成され、第1基板2と第2基板3との積層方向に対して傾斜した傾斜面18と、少なくとも傾斜面18に形成され、第1基板2と第2基板3との間から露出する接合材23を覆う保護膜11と、を備えるようにした。
【選択図】図3
Description
陽極接合は、ベース基板及びリッド基板のうち、一方の基板の内面に形成された接合材と、他方の基板との間に電圧を印加することにより、接合材と他方の基板の内面とを接合する方法である。接合材の材料として、抵抗値が比較的低いアルミニウム(Al)やAlにCuを含有したAl合金を採用する場合がある。このように、接合材にAlを採用することで、接合材の全面に対して均一に電圧を印加でき、接合材と他方の基板の内面とを確実に陽極接合できる。
特に、接合材に水分が付着すると、Alと水分との酸化還元反応により表面のAlが電子を失ってイオン化(電離)し、生じたAlイオンが水分中の水酸化物(OH)イオンと反応して水酸化アルミニウム(Al(OH3))となって溶け出す。この反応が接合材の奥まで進行すると、キャビティの内部と外部とが連通して、圧電振動子の気密性(接合材のガスバリア性)が低下する虞がある。すなわち、連通した箇所を通って大気がキャビティ内に侵入することで、圧電振動片の振動特性が低下してしまう。
すなわち、パッケージ300を製造するときには、まず、ベース基板用ウエハ310とリッド基板用ウエハ320とを陽極接合することによって形成されたウエハ接合体330を切断することによって、複数個のパッケージ300に個片化する。そして、これら複数個のパッケージ300に対し、リッド基板302の表面302a側からスパッタリングを行うことで、保護膜304を形成している。
このとき、接合材303はパッケージ300の側面300aに露出しているが、側面300aは、スパッタリング装置において成膜材料から原子が飛んでくる方向(図20中、矢印の方向)と平行であるため、成膜材料の原子が側面300aに付着しにくい。その結果、パッケージ300の上面300b(リッド基板302の表面302a)に比較すると、側面300aに形成される保護膜304の膜厚が薄くなってしまう。
保護膜304の目的からして、接合材303が露出したパッケージ300の側面300aにおいて保護膜304の膜厚を確保する必要があるが、その結果、スパッタリング工程に要する時間が長くなったり、消費する成膜材料の量が増大し、コスト増につながる。
すなわち、本発明のパッケージは、互いに積層され、接合材を介して接合された第1基板および第2基板を備え、内部に電子部品を封入可能なキャビティが形成された積層体と、前記積層体の側面に、前記第1基板、前記接合材および前記第2基板に跨って形成され、前記第1基板と前記第2基板との積層方向に対して傾斜した傾斜面と、少なくとも前記傾斜面に形成され、前記第1基板と前記第2基板との間から露出する前記接合材を覆う保護膜と、を備えることを特徴とする。
このようにして、接合材とその両側の前記第1基板および前記第2基板に跨って傾斜面を形成することで、保護膜をスパッタリング等により形成する際に、保護膜を形成する成膜材料が飛んでくる方向に傾斜面を向けることができるので、成膜材料が傾斜面に付着しやすくなる。これによって、傾斜面に形成される保護膜の膜厚を確保しやすくなり、保護膜を形成するために要する時間や、成膜材料の消費量を抑えることができる。
これにより、傾斜面を形成することで、接合材を覆う保護膜を確実に形成しつつ、鉛直面の部分は、ウエハ接合体から複数のパッケージを個片化する際の切断面とすることができる。
(圧電振動子)
図1は、本実施形態における圧電振動子をリッド基板側から見た外観斜視図であり、図2は圧電振動子の内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態で圧電振動片を上方から見た図である。また図3は図2に示すA−A線に沿った圧電振動子の断面図である。また、図4は図3に示すD−D線に沿った圧電振動子の断面図であり、図5は圧電振動子の分解斜視図である。なお、図1では、後述する保護膜を鎖線で示し、図5では保護膜の図示を省略している。
図1〜図5に示すように、本実施形態の圧電振動子1は、箱状のパッケージ10と、パッケージ10のキャビティC内に収納された圧電振動片(電子部品)5とを備えた表面実装型の圧電振動子1である。そして、圧電振動片5とベース基板2の裏面2aに設置された外部電極6,7とが、ベース基板2を貫通する一対の貫通電極8,9によって電気的に接続されている。
この圧電振動片5は、平行に配置された一対の振動腕部24,25と、一対の振動腕部24,25の基端側を一体的に固定する基部26とからなる音叉型で、一対の振動腕部24,25の外表面上には、振動腕部24,25を振動させる図示しない一対の第1の励振電極と第2の励振電極とからなる励振電極と、第1の励振電極及び第2の励振電極と後述する引き回し電極27,28とを電気的に接続する一対のマウント電極とを有している(何れも不図示)。
これにより、圧電振動片5は、ベース基板2の表面2bから浮いた状態で支持されるとともに、各マウント電極と引き回し電極27,28とがそれぞれ電気的に接続された状態となる。
また、積層体15の側面15aの一部を構成するベース基板2の側面2cには、中間部2mで傾斜面18に連続し、ベース基板2とリッド基板3との積層方向(Z方向)に沿う鉛直面19が形成されている。
なお、傾斜面18は、積層体15の側面15aの全周にわたって形成されていて、積層体15は、四角錐台状に形成されている。
また、上記の傾斜面18の傾斜角度(ベース基板2とリッド基板3の積層方向(Z方向)に対する傾斜角度)θを、例えば20〜30°としてもよい。
そして、保護膜11の周縁端部11aは、ベース基板2の裏面2aと略面一に形成されている。すなわち、ベース基板2の裏面2aには保護膜11が形成されていない。この場合、上述したように外部電極6,7の側面は、ベース基板2の側面2cよりも内側に位置しているため、保護膜11の周縁端部と外部電極6,7との間は間隙部12を挟んで離間配置されている。これにより、保護膜11の材料に導電性材料を用いた場合であっても、外部電極6,7間が保護膜11によって架け渡されることがないので、外部電極6,7の短絡を防止できる。
次に、上述した圧電振動子の製造方法について説明する。図6は、本実施形態に係る圧電振動子の製造方法のフローチャートである。図7は、ウエハ接合体の分解斜視図である。以下には、複数のベース基板2が連なるベース基板用ウエハ(第1ウエハ)40と、複数のリッド基板3が連なるリッド基板用ウエハ(第2ウエハ)50との間に複数の圧電振動片5を封入してウエハ接合体60を形成し、ウエハ接合体(接合体)60を切断することにより複数の圧電振動子(接合片)1を同時に製造する方法について説明する。なお、図7以下の各図に示す破線Mは、切断工程で切断する切断線を図示したものである。
本実施形態に係る圧電振動子の製造方法は、主に、圧電振動片作製工程(S10)と、リッド基板用ウエハ作製工程(S20)と、ベース基板用ウエハ作製工程(S30)と、組立工程(S40以下)とを有している。そのうち、圧電振動片作製工程(S10)、リッド基板用ウエハ作製工程(S20)及びベース基板用ウエハ作製工程(S30)は、並行して実施することが可能である。
次に、図6,図7に示すように、後にリッド基板3となるリッド基板用ウエハ50を、陽極接合を行う直前の状態まで作製するリッド基板用ウエハ作製工程を行う(S20)。
具体的には、ソーダ石灰ガラスを所定の厚さまで研磨加工して洗浄した後に、エッチング等により最表面の加工変質層を除去した円板状のリッド基板用ウエハ50を形成する(S21)。次いで、リッド基板用ウエハ50の裏面50a(図7における下面)に、エッチング等により行列方向にキャビティC用の凹部3aを複数形成する凹部形成工程を行う(S22)。
次に、後述するベース基板用ウエハ40との間の気密性を確保するために、ベース基板用ウエハ40との接合面となるリッド基板用ウエハ50の裏面50a側を少なくとも研磨する研磨工程(S23)を行い、裏面50aを鏡面加工する。以上により、リッド基板用ウエハ作製工程(S20)が終了する。
次に、上述した工程と同時或いは前後のタイミングで、後にベース基板2となるベース基板用ウエハ40を、陽極接合を行う直前の状態まで作製するベース基板用ウエハ作製工程を行う(S30)。まず、ソーダ石灰ガラスを所定の厚さまで研磨加工して洗浄した後に、エッチング等により最表面の加工変質層を除去した円板状のベース基板用ウエハ40を形成する(S31)。次いで、例えばプレス加工等により、ベース基板用ウエハに一対の貫通電極8,9を配置するためのスルーホール21,22を複数形成するスルーホール形成工程を行う(S32)。具体的には、プレス加工等によりベース基板用ウエハ40の裏面40bから凹部を形成した後、少なくともベース基板用ウエハ40の表面40a側から研磨することで、凹部を貫通させ、スルーホール21,22を形成することができる。
周波数の微調が終了後、接合されたウエハ接合体60を切断して個片化する個片化工程を行う(S90)。個片化工程(S90)では、図8に示すように、まずUVテープ80及びリングフレーム81からなるマガジン82でウエハ接合体60を保持する。リングフレーム81は、その内径がウエハ接合体60の直径よりも大径に形成されたリング状の部材であり、厚さ(軸方向における長さ)がウエハ接合体60と同等に形成されている。また、UVテープ80はポリオレフィンからなるシート材に紫外線硬化樹脂、例えばアクリル系の粘着剤が塗布されたものである。
マガジン82は、リングフレーム81の一方の面81aから、貫通孔81bを塞ぐようにUVテープ80を貼り付けることで作成することができる。そして、リングフレーム81の中心軸とウエハ接合体60の中心軸とを一致させた状態で、UVテープ80の粘着面にウエハ接合体60を貼着する。具体的には、ベース基板用ウエハ40の裏面40b側(外部電極6,7側)を、UVテープ80の粘着面に貼着する。これにより、ウエハ接合体60がリングフレーム81の貫通孔81b内にセットされた状態となる。
この第一ダイシングソー90Aは、不図示のダイシング装置によって、リッド基板用ウエハ50における表面50bに直交する面内に位置するよう支持されて、この第一ダイシングソー90Aの回転軸回りに、図9において紙面に直交する面内で回転駆動される。この第一ダイシングソー90Aを、ウエハ接合体60を切断する位置に合わせし、ウエハ接合体60に押し当てながら、ウエハ接合体60の表面に沿った方向に相対移動させる。すると、ウエハ接合体60の表面には、第一ダイシングソー90Aのブレード部90cの先端角度θ2に応じたV字状の溝200が形成される。この溝200の両面が、上記傾斜面18を形成する。
この第二ダイシングソー90Bは、不図示のダイシング装置によって、リッド基板用ウエハ50における表面50bに直交する面内に位置するよう支持されて、この第二ダイシングソー90Bの回転軸回りに回転駆動される。この第二ダイシングソー90Bを、V字状の溝200に位置合わせし、ウエハ接合体60に押し当てながら、ウエハ接合体60の表面に沿った方向に相対移動させる。これにより、ウエハ接合体60は厚さ方向に切断される。
まずエクスパンド装置91について説明する。エクスパンド装置91は、リングフレーム81がセットされる円環状のベースリング92と、ベースリング92の内側に配置され、ウエハ接合体60よりも大径に形成された円板状のヒーターパネル93とを備えている。ヒーターパネル93は、ウエハ接合体60がセットされるベースプレート94に伝熱型のヒーター(不図示)が搭載されたものであり、ヒーターパネル93の中心軸がベースリング92の中心軸に一致するように配置されている。また、ヒーターパネル93は、図示しない駆動手段によって軸方向に沿って移動可能に構成されている。なお、図示しないがエクスパンド装置91は、ベースリング92上にセットされるリングフレーム81を、ベースリング92との間で挟持する押え部材も備えている。
なお、グリップリング85は、内径がヒーターパネル93の外径よりも大きく、リングフレーム81の貫通孔81bの内径よりも小さく形成された樹脂製のリングであり、内側リング85aと、内径が内側リング85aの外径と同等に形成された外側リング85b(図12参照)とで構成されている。すなわち、内側リング85aは外側リング85bの内側に嵌まり込むようになっている。
これにより、UVテープ80が延伸された状態でグリップリング85に保持される。そして、グリップリング85の外側のUVテープ80を切断し、リングフレーム81とグリップリング85とを分離する。
次に、図13に示すように、パッケージ10の積層体15を保護膜11によってコーティングする保護膜形成工程(S100)を行う。具体的には、まず複数の積層体15を、UVテープ80に貼り付けられた状態でスパッタリング装置のチャンバー内に搬送し、リッド基板3が保護膜11の成膜材料(ターゲット)に対向するようにセットする。この状態でスパッタリングを行うことで、リッド基板3の表面3d及び積層体15の側面15a上に成膜材料から前記積層方向に沿って飛び出した原子が付着する。これにより、リッド基板3の表面3dから積層体15の側面15aの全域に亘って、保護膜11が形成される。
そこで、本実施形態によれば、エクスパンド工程において複数のパッケージ10が分離した状態を利用して保護膜形成工程を行うので、全てのパッケージ10を改めて離間配置する必要がなく、製造効率を向上させることができる。すなわち、各パッケージ10間のスペースを確保した状態で保護膜11を形成できるので、各パッケージ10におけるベース基板2とリッド基板3との間から露出する接合材23に対して均一に保護膜11を形成できる。
また、エクスパンドされたUVテープ80上に複数のパッケージ10を貼り付けた状態でスパッタリングを行うことで、個片化された複数のパッケージ10に対して一括して保護膜11を形成できるので、パッケージ10に個別で保護膜11を形成する場合に比べて製造効率の向上を図ることができる。さらに、スパッタリング装置への搬送時や成膜時におけるパッケージ10の移動を抑制できる。
なおピックアップ工程は、保護膜形成工程前に行ってもよい。この場合、例えば積層体15を別容器に移送した後、保護膜形成工程を行ってもよい。
このように、保護膜11を除去してマーキングを施すことで、マーキングを施すためにめっき膜等を別途形成する必要がないので、製造効率を向上できる。
また、ベース基板2でのレーザー光の透過を確実に抑制するためには、ガラス材料での吸収率が高いレーザーを用いることが好ましく、このようなレーザーとしては、例えば波長が10.6μmのCO2レーザーや、波長が266nmの第4高調波レーザー等を用いることが可能である。さらに、これらレーザーのうち、波長が比較的長いCO2レーザーを用いることで、ベース基板2へのダメージをより確実に抑制できる。
この構成によれば、スパッタリングにより成膜材料から飛び出した原子が、傾斜面18に付着しやすく、したがって、形成される保護膜11は、傾斜面18に沿った部分においても十分な膜厚を確保することができる。これにより、スパッタリング工程に要する時間が長くなったり、消費する成膜材料の量が増大することなく、接合材23を覆う保護膜11を確実に付着させて接合材23の腐食を確実に抑制しつつ、低コスト化を図ることができる。
そして、キャビティC内の気密を長期に亘って安定した状態に維持でき、振動特性に優れた信頼性の高い圧電振動子1を提供できる。
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図14を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器100は、図14に示すように、圧電振動子1を、集積回路101に電気的に接続された発振子として構成したものである。この発振器100は、コンデンサ等の電子部品102が実装された基板103を備えている。基板103には、発振器用の上記集積回路101が実装されており、この集積回路101の近傍に、圧電振動子1が実装されている。これら電子部品102、集積回路101及び圧電振動子1は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。
また、集積回路101の構成を、例えば、RTC(リアルタイムクロック)モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加することができる。
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図15を参照して説明する。なお電子機器として、上述した圧電振動子1を有する携帯情報機器110を例にして説明する。
始めに本実施形態の携帯情報機器110は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、従来技術における腕時計を発展、改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカ及びマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化及び軽量化されている。
無線部117は、音声データ等の各種データを、アンテナ125を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部118は、無線部117又は増幅部120から入力された音声信号を符号化及び複号化する。増幅部120は、音声処理部118又は音声入出力部121から入力された信号を、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部121は、スピーカやマイクロフォン等からなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。
なお、呼制御メモリ部124は、通信の発着呼制御に係るプログラムを格納する。また、電話番号入力部122は、例えば、0から9の番号キー及びその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。
なお、通信部114の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部126を備えることで、通信部114の機能をより確実に停止することができる。
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図16を参照して説明する。
本実施形態の電波時計130は、図16に示すように、フィルタ部131に電気的に接続された圧電振動子1を備えたものであり、時計情報を含む標準の電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。
日本国内には、福島県(40kHz)と佐賀県(60kHz)とに、標準の電波を送信する送信所(送信局)があり、それぞれ標準電波を送信している。40kHz若しくは60kHzのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表とを反射しながら伝播する性質とを併せもつため、伝播範囲が広く、上述した2つの送信所で日本国内を全て網羅している。
アンテナ132は、40kHz若しくは60kHzの長波の標準電波を受信する。長波の標準電波は、タイムコードと呼ばれる時刻情報を、40kHz若しくは60kHzの搬送波にAM変調をかけたものである。受信された長波の標準電波は、アンプ133によって増幅され、複数の圧電振動子1を有するフィルタ部131によって濾波、同調される。
本実施形態における圧電振動子1は、上記搬送周波数と同一の40kHz及び60kHzの共振周波数を有する水晶振動子部138、139をそれぞれ備えている。
続いて、波形整形回路135を介してタイムコードが取り出され、CPU136でカウントされる。CPU136では、現在の年、積算日、曜日、時刻等の情報を読み取る。読み取られた情報は、RTC137に反映され、正確な時刻情報が表示される。
搬送波は、40kHz若しくは60kHzであるから、水晶振動子部138、139は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。
すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成等はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、図17に示すように、ベース基板2の中間部2mからリッド基板3の中間部3sまでの領域に、上記と同様の傾斜面18を形成し、さらにこの傾斜面18の上方に、傾斜面18よりもさらに大きな傾斜角度を有した上部傾斜面18Sを形成してもよい。この上部傾斜面18Sの傾斜角度θ3は、例えば60°程度とすることができる。
傾斜面18の上方に上部傾斜面18Sを形成するには、傾斜面18を形成するに先立ち、上部傾斜面18Sの傾斜角度θ3の2倍の刃先角度を有した第三ブレードソー90Eによりウエハ接合体60を切削すれば良い。
これら平面部98および鉛直面部99を形成するには、傾斜面18を形成するに先立ち、刃先角度が90度の第四ブレードソー90Fによりウエハ接合体60を切削すれば良い。
これ以外にも、切断刃の刃先をウエハ接合体60に押し当てることによって、ウエハ接合体60に厚さ方向に沿ったクラックを発生させて、ウエハ接合体60を割断する方法等、適宜の手法を採用すればよい。
また、上述した実施形態では、リッド基板3の表面3dから積層体15の側面15aにかけて保護膜11を連続的に形成する構成について説明したが、これに限らず、積層体15の側面15aに露出している接合材23のみを少なくとも被覆するように形成しても構わない。
対向電極方式を採用することで、陽極接合時に接合補助材と陰極との間に電圧を印加することで、接合補助材とベース基板用ウエハ40の裏面40bとの間に陽極接合反応が発生し、これに連動して接合材23とリッド基板用ウエハ50の裏面50aとの間が陽極接合される。これにより、接合材23の全面に対してより均一に電圧を印加することが可能になり、接合材23とリッド基板用ウエハ50の裏面50aとの間を確実に陽極接合することができる。
これに対して、直接電極方式を採用することで、対向電極方式で必要となる接合工程後の接合補助材の除去作業が不要になるので、製造工数を削減することができ、製造効率の向上を図ることができる。
2…ベース基板(第1基板)
3…リッド基板(第2基板)
5…圧電振動片(電子部品)
6,7…外部電極
10…パッケージ
11…保護膜
15…積層体
15a…側面
18…傾斜面
18S…上部傾斜面
19…鉛直面
23…接合材
40…ベース基板用ウエハ(第1ウエハ)
50…リッド基板用ウエハ(第2ウエハ)
60…ウエハ接合体(接合体)
90A…第一ダイシングソー
90B…第二ダイシングソー
98…平面部
99…鉛直面部
100…発振器
101…発振器の集積回路
110…携帯情報機器(電子機器)
113…電子機器の計時部
130…電波時計
131…電波時計のフィルタ部
C…キャビティ
Claims (6)
- 互いに積層され、接合材を介して接合された第1基板および第2基板を備え、内部に電子部品を封入可能なキャビティが形成された積層体と、
前記積層体の側面に、前記第1基板、前記接合材および前記第2基板に跨って形成され、前記第1基板と前記第2基板との積層方向に対して傾斜した傾斜面と、
少なくとも前記傾斜面に形成され、前記第1基板と前記第2基板との間から露出する前記接合材を覆う保護膜と、
を備えることを特徴とするパッケージ。 - 前記積層体の側面には、前記第1基板および前記第2基板の少なくとも一方に配置され、前記積層方向に沿う鉛直面が、前記傾斜面に連続して形成されていることを特徴とする請求項1に記載のパッケージ。
- 請求項1または2に記載のパッケージの前記キャビティ内に、圧電振動片が気密封止されてなることを特徴とする圧電振動子。
- 請求項3に記載の圧電振動子を備え、該圧電振動子は発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴とする発振器。
- 請求項3に記載の圧電振動子を備え、該圧電振動子は計時部に電気的に接続されていることを特徴とする電子機器。
- 請求項3に記載の圧電振動子を備え、該圧電振動子はフィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とする電波時計。
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