JP4690193B2 - Method for manufacturing piezoelectric device and piezoelectric device - Google Patents
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本発明は、圧電デバイスおよびその製造方法に係るものであり、特に枠体と一体的に接続される圧電振動片を利用して作製される圧電デバイスに関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric device and a manufacturing method thereof, and particularly relates to a piezoelectric device manufactured using a piezoelectric vibrating piece connected integrally with a frame.
近年、携帯機器などの小型化にともない、それに使われる圧電デバイスに対する小型化への要求も強くなってきている。圧電デバイスの小型化が進むと、圧電デバイスに用いられる例えば水晶のような圧電振動片の外形寸法も小さくすることを余儀なくされる。 In recent years, with the miniaturization of portable devices and the like, the demand for miniaturization of piezoelectric devices used therefor has also increased. As miniaturization of piezoelectric devices progresses, it is necessary to reduce the outer dimensions of piezoelectric vibrating reeds such as quartz used in piezoelectric devices.
圧電振動片が小さくなると、圧電デバイスの容器に圧電振動片を実装する際、取り扱いが困難になり、圧電振動片に損傷を与えるなどして、圧電デバイスの特性劣化を引き起こしていた。 When the piezoelectric vibrating piece becomes small, handling of the piezoelectric vibrating piece becomes difficult when the piezoelectric vibrating piece is mounted on the container of the piezoelectric device, causing damage to the piezoelectric vibrating piece and causing deterioration of the characteristics of the piezoelectric device.
このため、特許文献1に開示されているような圧電デバイスが提案されている。従来の圧電デバイスについて図を用いて説明する。図3は従来例における圧電デバイス示す断面図であり、図4は従来例における圧電デバイスの蓋体接合前の上面図である。従来の圧電デバイス30は、枠体42と圧電振動片41が一体となった構造の圧電振動体40である。
For this reason, a piezoelectric device as disclosed in Patent Document 1 has been proposed. A conventional piezoelectric device will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a piezoelectric device in a conventional example, and FIG. 4 is a top view of the piezoelectric device in the conventional example before joining a lid. The conventional piezoelectric device 30 is a piezoelectric vibrating
この圧電デバイス30を得るためには、圧電振動片41に電極(図示せず)を設けた圧電振動体40の枠体42を基板部材31に固定するとともに、圧電振動片41も接着部材44を用いて基板部材31に電気的ならびに機械的に接続した後、蓋体32を枠体42の上面に固定すれば良い。このとき、圧電振動体40を構成する枠体42は、基板部材31と蓋体32との間に挟みこむ形態で固定されることにより、圧電デバイス30の容器の一部として利用されている。なお、接着部材44は配線(図示せず)を通して外部端子33に導通されている。
In order to obtain this piezoelectric device 30, the frame body 42 of the piezoelectric vibrating
このように、枠体42と圧電振動片41が一体となった構造の圧電振動体40を形成し、実質上、圧電振動片の外形寸法を大きくして、圧電振動片を取り扱うことで、圧電振動片実装時の取り扱いの困難さに対処し、圧電振動片の損傷などに起因する圧電デバイスの特性劣化を防いでいる。
Thus, the piezoelectric vibrating
しかしながら、上記構成には次のような課題を有している。すなわち、圧電振動片が極めて小さくなると、圧電振動片41が接続部43を介して枠体42に拘束される度合いが強まってしまう。圧電振動片41の拘束が強まると、圧電振動片41の振動が阻害され、その結果、クリスタルインピーダンス(CI)値の増加などにより、圧電デバイス特性の劣化を引き起こしてしまう。 However, the above configuration has the following problems. That is, when the piezoelectric vibrating piece is extremely small, the degree to which the piezoelectric vibrating piece 41 is restrained by the frame body 42 via the connection portion 43 is increased. When the restraint of the piezoelectric vibrating piece 41 is strengthened, the vibration of the piezoelectric vibrating piece 41 is hindered. As a result, the piezoelectric device characteristics are deteriorated due to an increase in crystal impedance (CI) value or the like.
本発明は、圧電デバイスが小型になっても、圧電振動片を基板部材へ実装する際の取り扱いの困難さをなくすとともに、デバイス特性劣化を引き起こすことのない圧電デバイスの製造方法および圧電デバイスを提供することを目的とするものである。 The present invention provides a method of manufacturing a piezoelectric device and a piezoelectric device that eliminates the difficulty of handling when a piezoelectric vibrating piece is mounted on a substrate member even if the piezoelectric device is small, and does not cause deterioration of device characteristics. It is intended to do.
上記目的を達成するため、励振電極と接続電極が形成された圧電振動片と、前記圧電振動片の周囲を囲む枠体とが基板部材に搭載され、前記基板部材と前記枠体および前記枠体上に搭載した蓋体とにより前記圧電振動片を封止してなる圧電デバイスの製造方法であって、少なくとも、前記圧電振動片と前記枠体とが接続部を介して一体に形成された圧電振動体を、前記基板部材に形成された配線電極と前記圧電振動片に形成された接続電極とを対応させて接合し、前記基板部材と前記圧電振動体とを電気的および機械的に接続する工程と、前記基板部材に接合された前記圧電振動体の接続部を切断して前記圧電振動片と前記枠体とを分離する工程と、前記枠体上面に前記蓋体を接合して前記圧電振動片を封止する工程とを有する圧電デバイスの製造方法とする。また、この製造方法により製造された圧電デバイスとする。 To achieve the above object, a piezoelectric vibrating piece in which an excitation electrode and a connection electrode are formed, and a frame body surrounding the piezoelectric vibrating piece are mounted on a substrate member, and the substrate member, the frame body, and the frame body are mounted on the substrate member. A method of manufacturing a piezoelectric device in which the piezoelectric vibrating piece is sealed with a lid mounted on the piezoelectric device, wherein at least the piezoelectric vibrating piece and the frame are integrally formed via a connection portion The vibrating body is bonded to the wiring electrode formed on the substrate member in correspondence with the connection electrode formed on the piezoelectric vibrating piece, and the substrate member and the piezoelectric vibrating body are electrically and mechanically connected. A step of cutting the connecting portion of the piezoelectric vibrating body bonded to the substrate member to separate the piezoelectric vibrating piece and the frame, and bonding the lid to the upper surface of the frame to bond the piezoelectric Piezoelectric device having a step of sealing a resonator element And manufacturing method. Moreover, it is set as the piezoelectric device manufactured by this manufacturing method.
さらに、一体に形成された圧電振動片と枠体との分離は、ブラスト加工、ドライエッチング、またはレーザーにより圧電振動片と枠体の接続部を切断する。 Furthermore, the piezoelectric vibrating piece and the frame body that are integrally formed are separated from each other by cutting the connecting portion between the piezoelectric vibrating piece and the frame body by blasting, dry etching, or laser.
また、枠体が圧電振動片より厚く形成されている圧電デバイスとする。 Also, a piezoelectric device in which the frame is formed thicker than the piezoelectric vibrating piece is assumed.
本発明によれば、圧電振動片を基板部材に実装する際には、圧電振動片は接続部を介して枠体と一体化した圧電振動体となっているので、実質上の外形寸法が大きくなって、取り扱いが容易となる。また、圧電振動片を基板部材へ実装後に枠体と分離することによって、圧電振動片が強固な固定から解放され、圧電振動片の振動が阻害されることもなくなるので、圧電デバイスの特性劣化を防ぐことも、あわせて可能となる。 According to the present invention, when the piezoelectric vibrating piece is mounted on the board member, the piezoelectric vibrating piece is a piezoelectric vibrating body integrated with the frame body via the connecting portion, so that the substantial outer dimension is large. Thus, handling becomes easy. In addition, by separating the piezoelectric vibrating piece from the frame after mounting it on the substrate member, the piezoelectric vibrating piece is released from being firmly fixed, and the vibration of the piezoelectric vibrating piece is not hindered. It can also be prevented.
本発明の最良の実施形態について図1および図2を用いて説明する。 The best embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は本発明の一実施例における圧電デバイスの構造を示す断面図であり、図2は本発明における圧電デバイスの蓋体接合前の上面図である。圧電デバイス10は、圧電振動片21と枠体22とから構成される圧電振動体20と、圧電振動片21が接着部材24を用いて電気的ならびに機械的に接続固定される基板部材11と、圧電振動片21を気密に封止するための蓋体12とから構成されている。なお図2に示すように、接続部23を介して一体化し圧電振動体20を構成する圧電振動片21と枠体22とは、圧電振動片21が接続部材24を用いて基板部材11に接続固定された後に、接続部23において分割された状態で圧電デバイス10を構成する。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a piezoelectric device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a top view of the piezoelectric device according to the present invention before joining a lid. The piezoelectric device 10 includes a piezoelectric vibrating
次に本発明の一実施例である圧電デバイス10の製造方法の一例について説明する。 Next, an example of the manufacturing method of the piezoelectric device 10 which is one Example of this invention is demonstrated.
圧電振動片21と、この圧電振動片21の少なくとも一部と接続部23を介して一体的に接続されている枠体22とで構成される圧電振動体20は、ウエットエッチング、ドライエッチングあるいはサンドブラストなどの手法を用いて所望の形状に加工形成され、この後、圧電振動片21を発振させるための励振電極(図示せず)と、この励振電極と接続され基板部材11と接続するための接続電極(図示せず)を圧電振動片21の表面にスパッタリングや真空蒸着などの手法を用いて形成する。
The piezoelectric vibrating
次に、圧電振動片21に電極を設けた圧電振動体20の枠体22を、圧電振動片21に形成した接続電極と基板部材に形成した配線電極(図示せず)とを対応させ配置し、枠体22を基板部材11に固定するとともに、圧電振動片21も接着部材24を用いて基板部材11に電気的ならびに機械的に接続する。接着部材24は配線電極(図示せず)を通して外部端子13に導通されている。基板部材11に枠体22を固定することにより、枠体22は圧電デバイス10の容器の一部としての役割をあわせ持つことになる。なお、枠体12を圧電振動片21よりも厚く形成することで、圧電振動片21が蓋体12や基板部材11に接触することなく、圧電振動片21が安定して動作することが可能なスペースを構成している。
Next, the frame body 22 of the piezoelectric vibrating
圧電振動体20を基板部材11に固定した後に、圧電振動体20を構成する圧電振動片21と枠体22とを一体化している接続部23をレーザー、ドライエッチングあるいはドライアイス粒子等によるブラスト加工などの手法を用いて切断し、圧電振動片21と枠体22とを分割する。
After the piezoelectric vibrating
圧電振動片21と枠体22とを分割した後、圧電振動片21を圧電デバイス10の内部を気密に封止するため、蓋体12を枠体22の上面に固定する。蓋体12と枠体22の固定ならびに基板部材11と枠体22との固定には、共晶接合、直接接合、陽極接合あるいは表面活性化接合などの手法を用いることで、気密な封止が可能である。 After dividing the piezoelectric vibrating piece 21 and the frame 22, the lid 12 is fixed to the upper surface of the frame 22 in order to hermetically seal the piezoelectric vibrating piece 21 inside the piezoelectric device 10. For fixing the lid 12 and the frame 22 and fixing the substrate member 11 and the frame 22, airtight sealing is achieved by using a method such as eutectic bonding, direct bonding, anodic bonding, or surface activation bonding. Is possible.
以上説明してきたように、本発明においては、圧電振動片を基板部材に実装する際は、圧電振動片は接続部を介して枠体と一体化した圧電振動体であり、実質上の外形寸法が大きい構造となっているため、実装時の圧電振動片の取り扱いが容易となり、また、圧電振動片を基板部材へ実装した後には、圧電振動片と枠体とを分離するので、圧電振動片が強固な拘束から解放され、圧電振動片の振動が阻害されることもなくなり、圧電デバイスの特性劣化を防ぐことがあわせて可能となる。 As described above, in the present invention, when the piezoelectric vibrating piece is mounted on the substrate member, the piezoelectric vibrating piece is a piezoelectric vibrating body integrated with the frame body via the connection portion, and has substantially the outer dimensions. Since the structure is large, the handling of the piezoelectric vibrating piece during mounting becomes easy, and the piezoelectric vibrating piece is separated from the frame after the piezoelectric vibrating piece is mounted on the substrate member. Is released from the strong restraint, and the vibration of the piezoelectric vibrating piece is not hindered, and it is possible to prevent the deterioration of the characteristics of the piezoelectric device.
なお本発明においては、基板部材、圧電振動体および蓋体として次に示す材料を用いることが可能である。 In the present invention, the following materials can be used for the substrate member, the piezoelectric vibrator, and the lid.
基板部材としは、セラミックス、ガラス、シリコンあるいはIC回路の形成されているシリコンウエハなどを用いることが可能であり、蓋体としては、セラミックス、ガラス、金属、シリコンあるいはIC回路の形成されているシリコンウエハなどを用いることが可能である。また、圧電振動体としては、水晶や圧電セラミックスなどあらゆる圧電材料を用いることができる。 As the substrate member, ceramic, glass, silicon, or a silicon wafer on which an IC circuit is formed can be used. As the lid, ceramic, glass, metal, silicon, or silicon on which an IC circuit is formed. A wafer or the like can be used. As the piezoelectric vibrator, any piezoelectric material such as quartz or piezoelectric ceramics can be used.
なお、本発明の一実施例では圧電振動片を矩形状としたが、音叉型形状、円形状あるいはその他の多角形状であっても何ら問題ない。 In the embodiment of the present invention, the piezoelectric vibrating piece has a rectangular shape, but there is no problem even if it has a tuning fork shape, a circular shape, or other polygonal shapes.
さらに、本発明は上記一実施例に限定されるものではなく、ICを内蔵する圧電発振器などあらゆる圧電デバイスに対して適用することが可能である。 Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be applied to any piezoelectric device such as a piezoelectric oscillator incorporating an IC.
本発明は、小型の圧電デバイスの製造に活用することが可能である。 The present invention can be utilized for manufacturing a small piezoelectric device.
10 圧電デバイス
11 基板部材
12 蓋体
20 圧電振動体
21 圧電振動片
22 枠体
23 接続部
24 接着部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Piezoelectric device 11 Substrate member 12
Claims (6)
少なくとも、
前記圧電振動片と前記枠体とが接続部を介して一体に形成された圧電振動体を、前記基板部材に形成された配線電極と前記圧電振動片に形成された接続電極とを対応させて接合し、前記基板部材と前記圧電振動体とを電気的および機械的に接続する工程と、
前記基板部材に接合された前記圧電振動体の接続部を切断して前記圧電振動片と前記枠体とを分離する工程と、
前記枠体上面に前記蓋体を接合して前記圧電振動片を封止する工程と、
を有することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 A piezoelectric vibrating piece on which an excitation electrode and a connection electrode are formed, and a frame body surrounding the piezoelectric vibrating piece are mounted on a substrate member, and the substrate member, the frame body, and a lid body mounted on the frame body, A method of manufacturing a piezoelectric device formed by sealing the piezoelectric vibrating piece,
at least,
A piezoelectric vibrating body in which the piezoelectric vibrating piece and the frame body are integrally formed via a connection portion, and a wiring electrode formed on the substrate member and a connection electrode formed on the piezoelectric vibrating piece are associated with each other. Bonding and electrically and mechanically connecting the substrate member and the piezoelectric vibrator;
Cutting the connecting portion of the piezoelectric vibrating body joined to the substrate member to separate the piezoelectric vibrating piece and the frame;
Bonding the lid to the upper surface of the frame and sealing the piezoelectric vibrating piece;
A method for manufacturing a piezoelectric device, comprising:
前記圧電振動体の接続部をブラスト加工を用いて切断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。 In the step of separating the piezoelectric vibrating piece and the frame,
The method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 1, wherein the connecting portion of the piezoelectric vibrating body is cut by blasting.
前記圧電振動体の接続部をドライエッチングにより切断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。 In the step of separating the piezoelectric vibrating piece and the frame,
The method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 1, wherein the connecting portion of the piezoelectric vibrator is cut by dry etching.
前記圧電振動体の接続部をレーザーにより切断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。 In the step of separating the piezoelectric vibrating piece and the frame,
The method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 1, wherein the connecting portion of the piezoelectric vibrator is cut by a laser.
少なくとも、
前記圧電振動片と前記枠体とが接続部を介して一体に形成された圧電振動体を、前記基板部材に形成された配線電極と前記圧電振動片に形成された接続電極とを対応させて接合し、前記基板部材と前記圧電振動体とを電気的および機械的に接続する工程と、
前記基板部材に接合された前記圧電振動体の接続部を切断して前記圧電振動片と前記枠体とを分離する工程と、
前記枠体上面に前記蓋体を接合して前記圧電振動片を封止する工程と、
により製造されたことを特徴とする圧電デバイス。 A piezoelectric vibrating piece on which an excitation electrode and a connection electrode are formed, and a frame body surrounding the piezoelectric vibrating piece are mounted on a substrate member, and the substrate member, the frame body, and a lid body mounted on the frame body, A piezoelectric device formed by sealing the piezoelectric vibrating piece,
at least,
A piezoelectric vibrating body in which the piezoelectric vibrating piece and the frame body are integrally formed via a connection portion, and a wiring electrode formed on the substrate member and a connection electrode formed on the piezoelectric vibrating piece are associated with each other. Bonding and electrically and mechanically connecting the substrate member and the piezoelectric vibrator;
Cutting the connecting portion of the piezoelectric vibrating body joined to the substrate member to separate the piezoelectric vibrating piece and the frame;
Bonding the lid to the upper surface of the frame and sealing the piezoelectric vibrating piece;
A piezoelectric device manufactured by the method described above.
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