JP2016058898A - 圧電振動子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】枠部２４を有する圧電チップ２０とベース４０とリッド６０とを接合した構造の圧電振動子の接合信頼性及び製造容易性を改善する。【解決手段】圧電振動子１０は、振動部２２、枠部２４、連結部２６、貫通部２８、励振電極３０、及び引出電極３２を有する圧電チップと、圧電チップの一方の面に接合しているベース４０と、圧電チップの他方の面に接合しているリッド６０とを具える。そして、圧電振動子１０のベース４０は、圧電チップ側である第１の面に設けた接続パッド４２と、第１の面とは反対面である第２の面に設けた外部実装用端子４４と、これら接続パッドおよび外部実装用端子を接続するため当該ベースを貫通するビア配線４６とを具える。そして、これら接続パッド４２と引出電極３２とを導電性接着剤７０で接続してある。【選択図】図１

Description

本発明は、枠部を有する圧電チップとベースとリッドとを接合した構造の圧電振動子とその製造方法に関する。

ＡＴカット水晶振動子は、圧電振動子の代表的なものとして知られている。ＡＴカット水晶振動子の小型化が進むに従い、機械式加工による製造方法では、水晶振動子の製造が困難になっている。そのため、フォトリソグラフィ技術を用い、ウエハレベルで水晶振動子を製造することが行われている。

例えば特許文献１では、振動部、振動部を囲う枠部、振動部を枠部に連結する連結部、振動部及び枠部間に設けた貫通部、振動部に設けた励振電極、並びに、励振電極から連結部を経由し枠部に至る引出電極を有する圧電チップを多数配列形成した圧電ウエハに、ベースウエハおよびリッドウエハを低融点ガラスで接合し、次に、この構造体からダイシングにより各圧電振動子を個片化する製造方法が記載されている。この製造方法で製造された圧電振動子では、圧電チップの枠部の外周側の縁部にまで引出電極が形成されている。すなわち、引出電極は、圧電チップのベースと接合される部分及び枠部の縁部まで及んで形成されている。また、ベース裏面に外部実装用端子(外部電極)が形成されている。そして、この引出電極の、前記の枠部の縁部まで及んで形成された部分と、外部実装用端子とは、ベースの側面に設けた導電膜によって接続されている。

特開２０１４−８６８９４号公報 図１、図２（ｂ）

上述の従来技術では、圧電ウエハの枠部のベースと接合される面上にも引出電極が引き回されている。すなわち、圧電ウエハとベースウエハとの接合面間に、引出電極が介在した状態で圧電ウエハとベースウエハとは接合されている。接合品質を良くするためには、接合する物同士の間に他の部材が介在しない方が好ましいので、それを可能にする構造とそれを簡易に製造できる方法が望まれる。

この出願の目的は、上述した課題を解決することにある。

この目的の達成を図るため、この出願の圧電振動子は、振動部、振動部を囲う枠部、振動部を枠部に連結する連結部、振動部及び枠部間に設けた貫通部、振動部に設けた励振電極、並びに、励振電極から連結部を経由する引出電極を有する圧電チップと、圧電チップの一方の面に枠部で接合しているベースと、圧電チップの他方の面に枠部で接合しているリッドとを具えている。しかも、上記接合は直接接合又は気密接合材により行われている。そして、この圧電振動子のベースは、圧電チップ側である第１の面に設けた接続パッドと、第１の面とは反対面である第２の面に設けた外部実装用端子と、これら接続パッドおよび外部実装用端子を接続するため当該ベースを貫通するビア配線とを具え、これら接続パッドと引出電極とを導電性接続部材で接続してあることを特徴とする。

また、この出願の圧電振動子の製造方法は、以下の工程を含むことを特徴とする。
（ａ）振動部、振動部を囲う枠部、振動部を枠部に連結する連結部、振動部及び枠部間に設けた貫通部、振動部に設けた励振電極、並びに、励振電極から連結部を経由する引出電極を有する圧電チップが、多数配列された圧電ウエハを、形成する工程。
（ｂ）圧電ウエハが接合される面である第１の面に接続パッドを有し、この第１の面とは反対面である第２の面に外部実装用端子を有し、当該ベースウエハを貫通し接続パッド及び外部実装用端子間を接続するビア配線を有するベースが、前記圧電チップの配列に対応し形成されているベースウエハを、形成する工程。
（ｃ）圧電ウエハ及びベースウエハを直接接合又は気密接合材により接合する工程。
（ｄ）上記接合の済んだ構造体の連結部および枠部に接する貫通部部分を通して、導電性接続部材を配線電極と接続パッド間に塗布する工程。

なお、この発明でいう直接接合とは、例えば、陽極接合による接合、シロキサン接合による接合等のことである。また、気密接合材とは、例えば、低融点ガラス、好適な接着剤等のことである。また、導電性接続部材とは、例えば、シリコーン系導電性接着剤、エポキシ系導電性接着剤、ポリイミド系導電性接着剤のことである。

この発明の圧電振動子は、圧電チップの励振電極を引出電極、ベースに設けた接続パッド及びビア配線によって外部接続端子に接続する構造を持つものなので、圧電チップとベースとの接合界面に引出電極を設けずに済む。そのため、接合品質を改善できる。また、圧電チップは、枠部一体型のものであり、かつ、ベース及びリッドに接合されているので、圧電チップの特にベースや導電性接続部材に対する位置精度は、単体のチップをベースに実装する場合より、高くできる。また、圧電チップの引出電極とベースの接続パッドとを導電性接合部材で接続しているので、圧電チップとベースとの接続の特別な引き回し構造を不要にできる。

また、この発明の圧電振動子の製造方法によれば、この出願に係る圧電振動子を容易に製造することができる。

（Ａ）〜（Ｄ）は、実施形態の圧電振動子の説明図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施形態の圧電振動子のリッド、圧電チップ、ベース各々の説明図である。 は、実施形態の製造方法での圧電ウエハを説明する図である。 は、実施形態の製造方法でのベースウエハを説明する図である。 は、実施形態の製造方法での圧電ウエハとベースウエハとの接合工程、導電性接着剤の塗布工程を説明する図である。 は、実施形態の製造方法でのリッドウエハを説明する図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、変形例の説明図である。

以下、図面を参照してこの発明の圧電振動子およびその製造方法の実施例について説明する。なお、説明に用いる各図はこれらの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の実施例中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明が以下の実施例のみに限定されるものではない。

１． 圧電振動子の実施形態
図１は、実施形態の圧電振動子１０の説明図である。特に、（Ａ）図はその上面図、（Ｂ）図はその側面図、（Ｃ）図はその底面図、（Ｄ）図はその内部構造図である。なお、（Ｄ）図に示した内部構造図は、図１（Ａ）及び図２（Ｂ）のＭ−Ｍ線に沿って圧電振動子１０を切った断面図にほぼ相当する。また、図２（Ａ）〜（Ｃ）は、リッド６０、圧電チップ２０、ベース４０各々の概要を示した平面図である。

この実施形態の圧電振動子１０は、圧電チップ２０の枠部２４の位置にて、圧電チップ２０と、ベース４０と、リッド６０とを接合した構造となっている（図１（Ｄ））。各構成成分２０，４０、６０は、以下の構造のものとしてある。

圧電チップ２０は、振動部２２、振動部２２を囲う枠部２４、振動部２２を枠部２４に連結する連結部２６、振動部２２及び枠部２４間に設けた貫通部２８、振動部２２の所定部分の表裏に設けた励振電極３０、並びに、励振電極３０から連結部２６を経由し枠部２４に至る引出電極３２を有する。なお、この圧電振動子１０の場合、圧電チップ２０の振動部２２、枠部２４および連結部２６は同じ厚さとしてある。

振動部２２は、図２（Ｂ）に示したように平面形状が矩形状のものとしてある。さらにこの振動部２２は、その１つの短辺側で連結部２６によって枠部２６と連結してあると共に、連結部２６以外の部分は、圧電チップ２０の表裏を貫通している貫通部２８によって枠部２４から縁切りしてある。また、導電性接続部材７０と引出電極３２との接続を容易にするために、引出電極３２は、枠部２４の表面、貫通部２８の側壁および枠部２４の裏面に渡って設けてある（図１（Ｄ））。

ベース４０は、圧電チップ２０の振動空間や実装空間を確保するための凹部４０ａを有する。さらにベース４０は、圧電チップ２０の側の面（第１の面）に接続パッド４２を有し、圧電チップ２０側の面とは反対の面（第２の面）に外部実装用端子４４を有する。さらに、ベース４０は、接続パッド４２と外部実装用端子４４とを接続するため、当該ベース４０を貫通して設けたビア配線４６を有する。なお、接続パッド４２は、圧電チップ２０の枠部２４の引出電極３２が形成された部分近傍に、設けてある。こうすると、引出電極３２と接続パッド４２との距離が近くなるので、両者の間の電気的接続をし易くできるからである。また、リッド６０は、圧電チップ２０の振動空間や実装空間を確保する凹部４０ａを有する。また、この圧電振動子１０では、接続パッド４２と引出電極３２とを導電性接続部材７０としてのシリコーン系の導電性接着剤で接続してある。これら、圧電チップ２０、ベース４０、リッド６０を、各々ＡＴカットの水晶で構成する。

この圧電振動子１０では、圧電チップ２０とベース４０との接合界面、圧電チップ２０とリッド６０との接合界面各々に、引出電極が介在しない構造を実現できるので、接合界面に引出電極が介在する場合に比べ、接合品質の改善が図れる。また、圧電チップの引出電極とベースの接続パッドとを導電性接合部材７０で接続しているので、圧電チップとベースとの接続のための特別な引き回し構造を不要にできる。

２． 圧電振動子の製造方法
次に、圧電振動子１０を製造する例により、この発明の製造方法の実施形態を説明する。図３〜図６はその説明図である。特に図３は、圧電チップ２０をマトリクス状に多数有する圧電ウエハ２０ｗと、その一部分Ｐを拡大した拡大図とを併記した図である。図４は、圧電ウエハ４０ｗでの圧電チップ２０の配列に対応した状態でベース４０を多数有するベースウエハ４０ｗと、その一部分Ｑを拡大した拡大図とを併記した図である。図５は、圧電ウエハ２０ｗとベースウエハ４０ｗとを接合する工程を説明する図であり、その（Ａ）図は両ウエハ２０ｗ、４０ｗを接合した状態の部分的平面図、（Ｂ）図、（Ｃ）図は（Ａ）図中のＭ−Ｍ線相当での断面図で示した説明図である。また、図６はリッドウエハ６０ｗを示した図である。

この発明の製造方法では、圧電チップ２０が多数配列された圧電ウエハ２０ｗと、これに対応するベースウエハ４０ｗを用意する。これらウエハ２０ｗ、４０ｗは、材料として水晶ウエハを用い、これを公知のフォトリソグラフィ技術、エッチング技術、成膜技術により加工することで形成できる。以下、具体例で説明する。

圧電ウエハ２０ｗを形成する場合、先ず、ＡＴカットの水晶ウエハの貫通部２８（図１Ｄ）となる部分は露出しそれ以外は覆う耐フッ酸性マスクを、水晶ウエハ両面に形成し、このウエハをフッ酸系エッチャントに所定時間浸漬する。これにより貫通部を形成できる。次に、このウエハの両面に励振電極および引出電極形成用の金属膜を形成し、その後このウエハにフォトレジストを塗布し、電極形成用のホトマスクを介しこのレジストを露光し、さらに現像、金属膜のエッチングをすることで、励振電極及び引出電極を形成できる。また、引出電極の枠部側面への引き回しは、該当箇所に開口部を持つ金属マスクでウエハを覆い、次に、スパッタ法で金属膜を形成することにより行える。このようにして、圧電ウエハ２０ｗを得ることができる（図３）。

また、ベースウエハ４０ｗを形成する場合、先ず、ＡＴカットの水晶ウエハの凹部４０ａ（図１Ｄ）となる部分は露出しそれ以外は覆う耐フッ酸性マスクを、水晶ウエハ両面に形成し、このウエハをフッ酸系エッチャントに所定時間浸漬する。次に、このウエハの両面に、ビア配線形成予定領域は露出し他の部分は覆う耐フッ酸性マスクを形成し、このウエハをフッ酸系エッチャントに所定時間浸漬する。このようにすると、ウエハにビア用穴部が形成できる。次に、この穴部を導電性材料で埋め込んでビア配線を得る。また、接続パッドおよび外部実装用端子を、スパッタ法およびフォトリソグラフィ技術または金属マスクを用い形成する。このようにしてベースウエハ４０ｗを得ることができる（図４）。

次に、圧電ウエハ２０ｗ及びベースウエハ４０ｗを、所定の位置関係で重ね、圧電ウエハの枠部の部分で接合する（図５（Ａ）、（Ｂ））。この接合自体は、直接接合で行っても良いし、低融点ガラス等の気密接合材を用いて行っても良い。

次に、接合が済んだ構造体（図５のもの）の貫通部のうち、連結部および枠部に接する貫通部部分（図５（Ｃ））を通して、導電性接続部材７０を引出電極３２と接続パッド４２間に塗布する。具体的には、図５（Ｃ）に示したように、導電性接合部材塗布手段８０としての例えば導電性接着剤塗布用ノズルを貫通部２８の近傍に配置し、このノズルから導電性接着剤を上記の所定箇所に塗布することで行える。

導電性接着剤を塗布しを得たら所定の熱処理によりこの導電性接着剤を硬化させる。これにより、図５（Ｃ）に示したように、励振電極３０は外部実装用端子４４に、引出電極３２、導電性接続部材７０、接続パッド４２、ビア配線４６により、電気的に接続される。

次に、この構造体の外部実装用端子に、図示しない周波数調整機の発振回路を接続し、所定の方法で圧電ウエハの各振動部の周波数をそれぞれ調整する。次に、この構造体に図６に示したリッドウエハ６０ｗを所定の位置関係で重ね、圧電ウエハの枠部の位置でリッドウエハ６０ｗを圧電ウエハ４０ｗに接合する。この接合自体は、直接接合で行っても良いし、低融点ガラス等の気密接合材を用いて行っても良い。その後、この構造体を、図６に示したリッドウエハ６０ｗのダイシングライン６０ｘ、６０ｙに沿ってダイシングすることで、図１に示した圧電振動子１０を得る。

３． 変形例の説明
上述した圧電振動子１０では、圧電チップ２０の振動部２２、枠部２４、連結部２６は同じ厚さとしていた。以下の変形例は圧電チップの各部の厚みを違えた例である。図７（Ａ）〜（Ｃ）はそれらの説明図であり、図１（Ｄ）と同様な位置での断面図で示した図である。

図７（Ａ）に示した圧電振動子９０の場合、振動部９２ａと連結部９２ｂ各々厚さを連結部２４の厚さより薄くしてある。それ以外は上述の圧電振動子１０の構成と同じである。

図７（Ｂ）に示した圧電振動子１００の場合、圧電チップ１０２の振動部１０２ａ及び連結部１０２ｂの各厚さを、枠部２４の厚さより薄くしてある。さらに、ベース１０４は、接続パッド４２を形成した部分及びその近傍部分のみに凹部１０４ａを設け、この凹部１０４ａ内には接続パッド４２を設けてある。それ以外の部分は凹部が無い状態としてある。それ以外は上述の圧電振動子１０の構成と同じである。この場合、圧電振動子１００自体の厚さを上述の圧電振動子１０に比べ薄くできるという効果が期待できる。また、凹部１０４ａにより電性接着剤を特定箇所に塗布し易いという効果が期待できる。

図７（Ｃ）に示した圧電振動子１１０の場合、圧電チップ１１２の振動部１１２ａ、連結部１１２ｂ及び枠部のうちの引出電極３２を設けた部分の各厚さを枠部２４の厚さより薄くしてある。さらに、ベース１１４及びリッド１１６は凹部の無いものとしてある。それ以外は上述の圧電振動子１０の構成と同じである。この場合、圧電振動子１１０自体の厚さを、上述の各圧電振動子に比べ薄くできるという効果が期待できる。

上述においては、この発明の圧電振動子とその製造方法の実施例を説明したが、この発明は上述の例に限られない。例えば、振動部の平面形状は矩形に限られず、円形等でも良い。また、上述の例では圧電チップ２０、ベース４０及びリッド６０をＡＴカットの水晶ウエハで構成する例を述べたが、ベース４０及びリッド６０はガラス等、水晶以外の材料で構成しても良い。

１０:圧電振動子
２０：圧電チップ
２０ｗ：圧電ウエハ
２２：振動部
２４：枠部
２６：連結部
２８：貫通部
３０：励振電極
３２：引出配線
４０：ベース
４０ａ：凹部
４０ｗ：ベースウエハ
４２：接続パッド
４４：外部実装用端子
４６：ビア配線
６０：リッド
６０ａ：凹部
６０ｗ：リッドウエハ
７０：導電性接続部材
８０：導電性接続部材塗布手段
９０、１００、１１０：変形例の圧電振動子
９２、１０２、１１２：変形例の圧電振動子の圧電チップ
９２ａ、１０２ａ、１１２ａ：変形例の圧電振動子の振動部
９２ｂ、１０２ｂ、１１２ｂ：変形例の圧電振動子の連結部
１０４、１１４：変形例の圧電振動子のベース
１０４ａ：変形例の圧電振動子の凹部
１１６：変形例の圧電振動子のリッド

Claims (4)

1. 振動部、該振動部を囲う枠部、前記振動部を前記枠部に連結する連結部、前記振動部及び枠部間に設けた貫通部、前記振動部に設けた励振電極、並びに、該励振電極から前記連結部を経由する引出電極、を有する圧電チップと、該圧電チップの一方の面に前記枠部で接合しているベースと、前記圧電チップの他方の面に前記枠部で接合しているリッドとを具え、前記接合は直接接合又は気密接合材により行われている圧電振動子において、
   前記ベースは、前記圧電チップ側である第１の面に設けた接続パッドと、該第１の面とは反対面である第２の面に設けた外部実装用端子と、前記接続パッドおよび前記外部実装用端子を接続するため当該ベースを貫通するビア配線とを具え、
   前記接続パッドと前記引出電極とを導電性接続部材で接続してあること
   を特徴とする圧電振動子。
2. 請求項１に記載の圧電振動子において、
   前記導電性接続部材は、前記貫通部のうち、前記連結部および枠部に接する貫通部部分を介して塗布されていることを特徴とする圧電振動子。
3. 振動部、該振動部を囲う枠部、前記振動部を前記枠部に連結する連結部、前記振動部及び枠部間に設けた貫通部、前記振動部に設けた励振電極、並びに、該励振電極から前記連結部を経由する引出電極を有する圧電チップが、多数配列された圧電ウエハを形成する工程と、
   前記圧電ウエハが接合される面である第１の面に前記引出電極に接続される接続パッドを有し、該第１の面とは反対面である第２の面に外部実装用端子を有し、当該ベースウエハを貫通し前記接続パッド及び前記外部実装用端子間を接続するビア配線を有するベースが、前記圧電チップの配列に対応し形成されているベースウエハを形成する工程と、
   前記圧電ウエハ及び前記ベースウエハを直接接合又は気密接合材により接合する工程と、該接合の済んだ構造体の前記貫通部のうち、前記連結部および枠部に接する貫通部部分を通して、導電性接続部材を前記配線電極と前記接続パッド間に塗布する工程と
   を含むことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
4. 請求項３に記載の圧電振動子の製造方法において、
   前記導電性接続部材の塗布が済んだ構造体の前記圧電ウエハに、リッドウエハを接合する工程を含むことを特徴とする圧電振動子の製造方法。