JP2024092184A - 振動デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】個片化時のクラック発生を低減した振動デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】振動デバイス１の製造方法は、第１面１０ａ及び第２面１０ｂと、第１面１０ａ側に開口を有する第１凹部１０１と、を有するベースウェハ１００を準備するベースウェハ準備工程と、第１面１０ａ側に振動素子３０を取り付ける振動素子実装工程と、第３面２０ａ及び第４面２０ｂと、第３面２０ａ側に開口を有する第２凹部２０１と、を有するリッドウェハ２００を準備するリッドウェハ準備工程と、リッドウェハ２００の第３面２０ａをベースウェハ１００の第１面１０ａに接合し、デバイスウェハ３００を形成するデバイスウェハ形成工程と、ベースウェハ１００を第２面１０ｂ側から薄板化する薄板化工程と、ダイシングしてデバイスウェハ３００を個片化し、複数の振動デバイス１を得る個片化工程と、を含む。【選択図】図４

Description

本発明は、振動デバイスの製造方法に関する。

例えば、特許文献１には、複数の振動デバイスが一体形成されたデバイスウェハをダイシングブレードにより個片化することで振動デバイスを製造する製造方法が開示されている。

特開２０２０－１２３９２８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の製造方法では、ベースウェハとリッドウェハとが接合されたデバイスウェハの上面から下面までをダイシングブレードにより切断するため、切断途中でダイシングブレードが目詰まりを起こし、リッドやベースの切断面にリーク及びショート不良の原因となるクラックが発生するという課題があった。

振動デバイスの製造方法は、表裏関係にある第１面及び第２面と、複数のベース個片化領域と、隣り合う前記ベース個片化領域の境界に位置するベース境界部と、前記ベース境界部に沿って形成されており前記第１面側に開口を有する第１凹部と、を有するベースウェハを準備するベースウェハ準備工程と、各前記ベース個片化領域内の前記第１面側に振動素子を取り付ける振動素子実装工程と、表裏関係にある第３面及び第４面と、複数のリッド個片化領域と、隣り合う前記リッド個片化領域の境界に位置するリッド境界部と、各前記リッド個片化領域内に形成されており前記第３面側に開口を有する第２凹部と、を有するリッドウェハを準備するリッドウェハ準備工程と、平面視で、前記リッドウェハの前記第２凹部内に前記振動素子が配置され、前記リッド境界部が前記ベースウェハの前記第１凹部と重なるよう配置して、前記リッドウェハの前記第３面を前記ベースウェハの前記第１面に接合し、デバイスウェハを形成するデバイスウェハ形成工程と、前記ベースウェハを前記第２面側から薄板化し、前記第１凹部の底部を前記第２面側に貫通させる薄板化工程と、前記リッド境界部の前記第３面側から前記第４面側までをダイシングして前記デバイスウェハを個片化し、複数の振動デバイスを得る個片化工程と、を含む。

第１実施形態に係る振動デバイスの概略構造を示す斜視図。 第１実施形態に係る振動デバイスの概略構造を示す平面図。 図２中のＡ１－Ａ１線断面図。 第１実施形態に係る振動デバイスの製造方法を示すフローチャート図。 振動デバイスの製造方法を示す断面図。 振動デバイスの製造方法を示す断面図。 振動デバイスの製造方法を示す断面図。 振動デバイスの製造方法を示す断面図。 振動デバイスの製造方法を示す断面図。 振動デバイスの製造方法を示す断面図。 第２実施形態に係る振動デバイスの概略構造を示す平面図。 図１１中のＡ２－Ａ２線断面図。 第３実施形態に係る振動デバイスの概略構造を示す平面図。 図１３中のＡ３－Ａ３線断面図。 第４実施形態に係る振動デバイスの概略構造を示す平面図。 図１５中のＡ４－Ａ４線断面図。

１．第１実施形態
１．１．振動デバイス
先ず、第１実施形態に係る振動デバイス１として、振動素子３０を備えた振動子を一例として挙げ、図１、図２、及び図３を参照して説明する。
尚、図２において、振動デバイス１の内部構成を説明する便宜上、リッド２０及び接合部材４０を取り外した状態を図示している。また、説明の便宜上、以降の斜視図、平面図、及び断面図には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を図示している。また、Ｘ軸に沿う方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿う方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿う方向を「Ｚ方向」と言う。また、各軸の矢印側を「プラス側」、矢印と反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｚ方向プラス側を「上」、Ｚ方向マイナス側を「下」とも言う。

振動デバイス１は、図１、図２、及び図３に示すように、ベース１０、リッド２０、及び振動素子３０を備える。尚、ベース１０とリッド２０とで、振動素子３０を収納するパッケージ２を構成している。

ベース１０は、Ｚ方向からの平面視で、矩形状の平板であり、表裏関係にある第１面１０ａ及び第２面１０ｂを有し、第１面１０ａに内部端子１１が設けられ、第２面１０ｂに外部端子１３が設けられている。ベース１０には、第１面１０ａと第２面１０ｂとを貫通する貫通電極１２が設けられ、内部端子１１及び外部端子１３と電気的に接続している。また、ベース１０の構成材料としては、シリコンが好適であり、ガラスやセラミック等でも構わない。

リッド２０は、Ｚ方向からの平面視で、矩形状であり、表裏関係にある第３面２０ａ及び第４面２０ｂを有し、第３面２０ａ側に開口する凹部２１が形成されている。リッド２０は、ベース１０の第１面１０ａに接合部材４０を介して接合され、ベース１０と共に振動素子３０を収納する収納空間２２を構成している。尚、収納空間２２内は、減圧状態、好ましくはより真空に近い状態となっている。これにより、粘性抵抗が減り、振動素子３０の発振特性が向上する。また、リッド２０の構成材料としては、シリコンが好適であり、ガラスやセラミック等でも構わない。

ベース１０とリッド２０との接合は、ガラスフリット等を介して接合する方法で行われる。尚、接合方法としては、これに限定されず、ベース１０の第１面１０ａとリッド２０の第３面２０ａとに成膜した金属膜同士を接合する金属共晶接合方法やベース１０の第１面１０ａの表面と、リッド２０の第３面２０ａに成膜したＡｕ等の金属膜の表面と、をプラズマ照射によって活性化させて接合する活性化接合方法でも構わない。

振動素子３０は、振動基板３１と、振動基板３１を振動させる励振電極３２と、振動信号を外部に出力し、振動素子３０をベース１０に固定するパッド電極３４と、励振電極３２とパッド電極３４とを電気的に接続するリード電極３３と、振動基板３１の上に形成されたリード電極３３と振動基板３１の下に形成されたパッド電極３４とを電気的に接続する側面電極３５と、を有する。

振動素子３０は、ベース１０の第１面１０ａ側に配置され、パッド電極３４の部分において、導電性接着剤や金バンプ等の導電性接合部材４１を介してベース１０に固定されている。尚、振動基板３１としては、ＡＴカット水晶基板、ＳＣカット水晶基板、ＢＴカット水晶基板等が用いられる。

１．２．振動デバイスの製造方法
次に、本実施形態に係る振動デバイス１の製造方法について、図４～図１０を参照して説明する。
本実施形態の振動デバイス１の製造方法は、図４に示すように、ベースウェハ準備工程、振動素子実装工程、リッドウェハ準備工程、デバイスウェハ形成工程、薄板化工程、及び個片化工程を含む。

１．２．１．ベースウェハ準備工程
先ず、ステップＳ１において、複数の振動デバイス１を同時に製造するために、図５に示すような、表裏関係にある第１面１０ａ及び第２面１０ｂと、複数のベース個片化領域Ｒ１と、隣り合うベース個片化領域Ｒ１の境界に位置するベース境界部Ｒ２と、を有するベースウェハ１００を準備する。ベースウェハ１００の複数のベース個片化領域Ｒ１内には、振動素子３０を固定する内部端子１１と、貫通電極１２を形成するための第１面１０ａ側に開口を有する第３凹部１０３が形成されている。

また、ベース境界部Ｒ２内には、ベース境界部Ｒ２に沿って第１面１０ａ側に開口を有する第１凹部１０１が形成されている。尚、第１凹部１０１は、ベース個片化領域Ｒ１を取り囲むように形成されており、第３凹部１０３と同一工程で形成されている。具体的には、ドライエッチングで形成される。

第３凹部１０３は、予めベースウェハ１００内に形成されたアルミニウム等の金属層１０２で、エッチングが終了するので、第３凹部１０３の深さは、第１凹部１０１の深さより浅い。尚、第１凹部１０１及び第３凹部１０３は、ボッシュプロセスによって形成しても構わない。また、ベースウェハ１００の構成材料としては、シリコンが好適であり、ガラスやセラミック等でも構わない。

１．２．２．振動素子実装工程
ステップＳ２において、図６に示すように、振動素子３０をベースウェハ１００のベース個片化領域Ｒ１内の第１面１０ａ側に取り付ける。より具体的には、振動素子３０をベース個片化領域Ｒ１内に形成された内部端子１１上に配置し、導電性接着剤や金バンプ等の導電性接合部材４１を介して固定する。

１．２．３．リッドウェハ準備工程
ステップＳ３において、複数の振動デバイス１を同時に製造するために、図７に示すような、表裏関係にある第３面２０ａ及び第４面２０ｂと、複数のリッド個片化領域Ｒ３と、隣り合うリッド個片化領域Ｒ３の境界に位置するリッド境界部Ｒ４と、を有するリッドウェハ２００を準備する。各リッド個片化領域Ｒ３内には、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術により、第３面２０ａ側に開口する第２凹部２０１が形成されている。尚、第２凹部２０１は、個片化した後の振動デバイス１の凹部２１に相当し、ドライエッチングにより形成されている。また、リッドウェハ２００の構成材料としては、シリコンが好適であり、ガラスやセラミック等でも構わない。

１．２．４．デバイスウェハ形成工程
ステップＳ４において、図８に示すように、Ｚ方向からの平面視で、リッドウェハ２００の第２凹部２０１内に振動素子３０が配置され、リッド境界部Ｒ４がベースウェハ１００の第１凹部１０１と重なるよう配置する。その後、リッドウェハ２００の第３面２０ａをベースウェハ１００の第１面１０ａにガラスフリット等の接合部材４０を介して接合し、振動素子３０が固定されたベースウェハ１００とリッドウェハ２００とが接合されたデバイスウェハ３００を形成する。

１．２．５．薄板化工程
ステップＳ５において、図９に示すように、ベースウェハ１００を第２面１０ｂ側から研磨装置等で研磨し、第１凹部１０１の底部が第２面１０ｂ側に貫通するように薄板化する。第１凹部１０１が貫通することで、リッドウェハ２００に接合された状態でベースウェハ１００をベース個片化領域Ｒ１毎に個片化することができる。

１．２．６．個片化工程
ステップＳ６において、図１０に示すように、ベースウェハ１００の第２面１０ｂ側に貫通電極１２と電気的に接続する外部端子１３を形成した後、リッドウェハ２００の第４面２０ｂ側をダイシングテープ６０に張り付ける。その後、リッド境界部Ｒ４の第３面２０ａ側から第４面２０ｂ側までをダイシングしてデバイスウェハ３００を個片化する。デバイスウェハ３００をリッド個片化領域Ｒ３毎に個片化することで複数の振動デバイス１を得ることができる。

以上述べたように本実施形態の振動デバイス１の製造方法は、ベースウェハ１００のダイシング位置に第１凹部１０１が形成されているため、デバイスウェハ３００を個片化する際、リッドウェハ２００のダイシングのみで個片化可能なため、ダイシングブレードへの負荷が低減しクラックの発生を防止できる。そのため、ダイシングブレードの交換や複数回に分けてダイシングする必要もなく、効率的に個片化し、振動デバイス１を製造することができる。

２．第２実施形態
次に、第２実施形態に係る振動デバイス１ａについて、図１１及び図１２を参照して説明する。
尚、図１１において、振動デバイス１ａの内部構成を説明する便宜上、リッド２０及び接合部材４０を取り外した状態を図示している。

本実施形態の振動デバイス１ａは、第１実施形態の振動デバイス１に比べ、ベース１０ｃと内部端子１１ａとの構造が異なること以外は、第１実施形態の振動デバイス１と同様である。なお、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項は同じ符号を付してその説明を省略する。

振動デバイス１ａは、図１１及び図１２に示すように、ベース１０ｃ、リッド２０、及び振動素子３０を備える。尚、ベース１０ｃとリッド２０とで、振動素子３０を収納するパッケージ２ｃを構成している。

ベース１０ｃは、第１面１０ａ側に発振回路５０が形成された半導体基板を有している。また、振動素子３０が導電性接合部材４１を介して固定された内部端子１１ａは、発振回路５０と電気的に接続されている。そのため、振動素子３０は、発振回路５０と電気的に接続される。

つまり、振動デバイス１ａの製造方法において、ベースウェハ１００は、半導体基板を含み、各ベース個片化領域Ｒ１の半導体基板に、振動素子３０と電気的に接続される発振回路５０が配置されている。

このような構成とすることで、振動デバイス１ａは、振動素子３０と発振回路５０とを備えた発振器を得ることができる。

３．第３実施形態
次に、第３実施形態に係る振動デバイス１ｂについて、図１３及び図１４を参照して説明する。
尚、図１３において、振動デバイス１ｂの内部構成を説明する便宜上、リッド２０及び接合部材４０を取り外した状態を図示している。

本実施形態の振動デバイス１ｂは、第１実施形態の振動デバイス１に比べ、ベース１０ｄの外周形状が異なること以外は、第１実施形態の振動デバイス１と同様である。なお、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項は同じ符号を付してその説明を省略する。

振動デバイス１ｂは、図１３及び図１４に示すように、ベース１０ｄ、リッド２０、及び振動素子３０を備える。尚、ベース１０ｄとリッド２０とで、振動素子３０を収納するパッケージ２ｄを構成している。

ベース１０ｄの外周形状は、Ｚ方向からの平面視で、外周の４隅部分が円弧状となっている。そのため、振動デバイス１ｂを実装基板等に搭載する際、ベース１０ｄのチッピングを低減することができる。

つまり、振動デバイス１ｂの製造方法において、ベースウェハ１００のベース個片化領域Ｒ１を取り囲む第１凹部１０１を形成する際に、フォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術を用いているため、ベース１０ｄの外周形状の自由度が高くなる。

４．第４実施形態
次に、第４実施形態に係る振動デバイス１ｃについて、図１５及び図１６を参照して説明する。
尚、図１５において、振動デバイス１ｃの内部構成を説明する便宜上、リッド２０及び接合部材４０を取り外した状態を図示している。

本実施形態の振動デバイス１ｃは、第１実施形態の振動デバイス１に比べ、ベース１０ｅの外周形状が異なること以外は、第１実施形態の振動デバイス１と同様である。なお、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項は同じ符号を付してその説明を省略する。

振動デバイス１ｃは、図１５及び図１６に示すように、ベース１０ｅ、リッド２０、及び振動素子３０を備える。尚、ベース１０ｅとリッド２０とで、振動素子３０を収納するパッケージ２ｅを構成している。

ベース１０ｅの外周形状は、Ｚ方向からの平面視で、外周の４隅部分が逆円弧状となっている。そのため、振動デバイス１ｃを実装基板等に搭載する際、ベース１０ｅのチッピングを低減することができる。

つまり、振動デバイス１ｃの製造方法において、ベースウェハ１００のベース個片化領域Ｒ１を取り囲む第１凹部１０１を形成する際に、フォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術を用いているため、ベース１０ｅの外周形状の自由度が高くなる。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ…振動デバイス、２…パッケージ、１０…ベース、１０ａ…第１面、１０ｂ…第２面、１１…内部端子、１２…貫通電極、１３…外部端子、２０…リッド、２０ａ…第３面、２０ｂ…第４面、２１…凹部、２２…収納空間、３０…振動素子、３１…振動基板、３２…励振電極、３３…リード電極、３４…パッド電極、３５…側面電極、４０…接合部材、４１…導電性接合部材、５０…発振回路、６０…ダイシングテープ、１００…ベースウェハ、１０１…第１凹部、１０２…金属層、１０３…第３凹部、２００…リッドウェハ、２０１…第２凹部、Ｒ１…ベース個片化領域、Ｒ２…ベース境界部、Ｒ３…リッド個片化領域、Ｒ４…リッド境界部。

Claims (5)

1. 表裏関係にある第１面及び第２面と、複数のベース個片化領域と、隣り合う前記ベース個片化領域の境界に位置するベース境界部と、前記ベース境界部に沿って形成されており前記第１面側に開口を有する第１凹部と、を有するベースウェハを準備するベースウェハ準備工程と、
   各前記ベース個片化領域内の前記第１面側に振動素子を取り付ける振動素子実装工程と、
   表裏関係にある第３面及び第４面と、複数のリッド個片化領域と、隣り合う前記リッド個片化領域の境界に位置するリッド境界部と、各前記リッド個片化領域内に形成されており前記第３面側に開口を有する第２凹部と、を有するリッドウェハを準備するリッドウェハ準備工程と、
   平面視で、前記リッドウェハの前記第２凹部内に前記振動素子が配置され、前記リッド境界部が前記ベースウェハの前記第１凹部と重なるよう配置して、前記リッドウェハの前記第３面を前記ベースウェハの前記第１面に接合し、デバイスウェハを形成するデバイスウェハ形成工程と、
   前記ベースウェハを前記第２面側から薄板化し、前記第１凹部の底部を前記第２面側に貫通させる薄板化工程と、
   前記リッド境界部の前記第３面側から前記第４面側までをダイシングして前記デバイスウェハを個片化し、複数の振動デバイスを得る個片化工程と、を含む、
   振動デバイスの製造方法。
2. 前記ベースウェハは、半導体基板を含み、
   各前記ベース個片化領域の前記半導体基板に、前記振動素子と電気的に接続される発振回路が配置されている、
   請求項１に記載の振動デバイスの製造方法。
3. 前記ベースウェハは、各前記ベース個片化領域内において前記第１面側に開口を有する第３凹部を備え、
   前記第１凹部及び前記第３凹部は、同一工程において形成される、
   請求項１又は請求項２に記載の振動デバイスの製造方法。
4. 前記第１凹部及び前記第３凹部は、ドライエッチングによって形成される、
   請求項３に記載の振動デバイスの製造方法。
5. 前記ベースウェハは、シリコンで構成されており、
   前記第１凹部及び前記第３凹部は、ボッシュプロセスによって形成される、
   請求項３に記載の振動デバイスの製造方法。

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