JP5001393B2 - 圧電振動デバイス及び圧電振動デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
このような構成によれば、圧電振動デバイスは生産性を向上させ長期安定性が高い。
さらに、圧電振動デバイスの第1接合膜は枠体の周囲に所定幅で形成され、第2接合膜はリッドの周囲に所定幅で形成され、第3接合膜はベースの周囲に所定幅で形成される。
圧電振動デバイスの圧電振動片は、ATカット水晶振動片又は音叉型水晶振動片を含む。
この製造方法は生産性が高く、また製造コストも低減できる。
また第1接合膜を形成する工程は、第1接合膜を凹部が形成された面に形成する。
この凹部は圧電振動デバイスの最外周の外側に形成される。
また接合材を配置する工程は、接合材を凹部に配置する。
また圧電振動デバイスの製造方法において、第1接合膜は四辺からなる矩形形状で枠体の最外周の内側に形成され、第2接合膜は四辺からなる矩形形状でリッドの最外周の内側に形成され、第3接合膜は四辺からなる矩形形状でベースの最外周の内側に形成される。
図1は、音叉型水晶振動片30を備えた第一水晶振動デバイス100の概略図を示している。図1(a)は、分割した状態の第一水晶振動デバイス100を、第一リッド10のリッド部側からみた斜視図である。図1(b)は、第一水晶振動デバイス100を構成する第一リッド10の内面図であり、(c)は音叉型水晶振動片30を有する第一水晶フレーム20の上面図であり、(d)は第一ベース40の上面図である。
図4(a)は、第二リッド用ウエハ10WA側から見たパッケージウエハ80WAの上面図である。水晶ウエハ20WAの音叉型水晶振動片30が主体的に描かれている。図4(b)は、図4(a)に示されるB−B断面線で切断したパッケージウエハ80WAの断面図である。図4(b)は、理解を助けるため、各ウエハが分離された状態を示している。
図5(a)は、リッドウエハ10WB側から見たパッケージウエハ80WBの上面図である。水晶ウエハ20WBの音叉型水晶振動片30が主体的に描かれている。図5(b)は、図5(a)のC−C断面線で切った拡大断面図である。図5(b)は、理解を助けるため、各ウエハが分離された状態を示している。
図6(a)は、リッドウエハ10WC側から見たパッケージウエハ80WCの上面図である。水晶ウエハ20WCの音叉型水晶振動片30が主体的に描かれている。パッケージウエハ80WCは、説明の都合上、1つの第四水晶振動デバイス130の外形(XY平面の大きさ)に相当する領域を仮想線(二点鎖線)で表示している。図6(b)は、図6(a)のD−D断面線で切った拡大断面図である。図6(b)は、理解を助けるため、各ウエハが分離された状態を示している。
図7(a)は、リッドウエハ10WD側から見たパッケージウエハ80WDの上面図である。水晶ウエハ20WDの音叉型水晶振動片30が主体的に描かれている。パッケージウエハ80WDは、説明の都合上、1つの第五水晶振動デバイス140の外形(XY平面の大きさ)に相当する領域を仮想線(二点鎖線)で表示している。図7(b)は、図7(a)のE−E断面線で切った拡大断面図である。図7(b)は、理解を助けるため、各ウエハが分離された状態を示している。
図8は、第六水晶振動デバイス150示す拡大断面図である。第六水晶振動デバイス150は第一水晶振動デバイス100の変形例である。図8は、音叉型水晶振動片30を備えた第六水晶ウエハ20WEを中心に、その第六水晶ウエハ20WEの上に第六リッドウエハ10WEが接合され、第六水晶ウエハ20WEの下に第六ベースウエハ40WEが接合されパッケージウエハ80WEを形成する前の状態が示されている。
図9は、第一水晶振動デバイス100の図3(a)の接合面に段差を設けた第七水晶振動デバイス160を示す拡大断面図である。第七水晶振動デバイス160は第一水晶振動デバイス100の変形例である。図9は、音叉型水晶振動片30を備えた第七水晶ウエハ20WFを中心に、その第七水晶ウエハ20WFの上に第七リッドウエハ10WFが接合され、第七水晶ウエハ20WFの下に第七ベースウエハ40WFが接合されパッケージウエハ80WFを形成する前の状態が示されている。
次に水晶振動デバイスの製造方法について説明する。基本的に、第1実施形態から第7実施形態の水晶振動デバイスの製造方法は同じである。そこで、図1から図3で説明した第1水晶振動デバイス100を代表して説明する。
ステップS102及びS104はリッド用ウエハ10Wの工程であり、ステップS112及びS114は水晶ウエハ20Wの工程であり、ステップS122からS126はベース用ウエハ40Wの工程である。ステップS152以降は3枚のウエハを重ね合わせた工程である。
ステップS104において、リッド用ウエハ10Wに、例えば4辺からなる金(Au)層の第2接合膜15が形成される。
ステップS114において、水晶ウエハ20Wの各水晶振動片30に励振電極33,34、基部電極31,32及び第1接合膜25が形成される。これら励振電極33,34、基部電極31,32及び第1接合膜25は、例えばクロム層の下地に金層が形成された金属膜である。なお、第1接合膜25は凹部66上にも形成される。
ステップS124において、ベース用ウエハ40Wに、第3接合膜45、第1接続電極42及び第2接続電極44が形成する。例えば4辺からなる金(Au)層の第3接合膜45が形成される。
ステップS126において、封止材70を溶かして第1スルーホール41,第2スルーホール43を封止する。そして、封止材70で封止した第1スルーホール41および第2スルーホール43に第1外部電極55および第2外部電極56が形成される。封止材70は共晶金属ボールであり、金シリコン(Au3.15Si)合金又は金ゲルマニューム(Au12Ge)合金が使用される。金シリコン合金は溶融温度が363°Cであり、金ゲルマニューム合金は溶融温度が356°Cである。
ステップS154において、真空中又は不活性雰囲気中で接合材ボール75を溶かして、パッケージウエハ80Wを作成する。接合材ボール75は共晶金属ボールであり、たとえば金スズ(Au20Sn)合金が使用される。金スズ合金の溶融温度は280°Cである。ステップS126で使用された封止材70の共晶金属よりも溶融温度が低い。このため、ステップS154において、接合材ボール75を溶かす際に、封止材70が溶けることはない。
ステップS156において、パッケージウエハ80Wを切断溝60に沿ってダイシングソーで切断する。これにより第一水晶振動デバイス100が完成する。第一水晶振動デバイス100のパッケージ内部は真空中又は不活性ガスで満たされており、第一水晶振動デバイス100は安定した振動が可能となる。
ステップS202及びS204はリッド用ウエハ10Wの工程であり、ステップS212及びS214は水晶ウエハ20Wの工程であり、ステップS222からS224はベース用ウエハ40Wの工程である。ステップS252以降は3枚のウエハを重ね合わせた工程である。
ステップS204において、リッド用ウエハ10Wに、例えば4辺からなる金(Au)層の第2接合膜15が形成される。
ステップS214において、水晶ウエハ20Wの各水晶振動片30に励振電極33,34など及び第1接合膜25が形成される。これら励振電極33,34及び第1接合膜25は、例えばクロム層の下地に金層が形成された金属膜である。なお、第1接合膜25は凹部66上にも形成される。
ステップS224において、ベース用ウエハ40Wに、第3接合膜45、第1接続電極42及び第2接続電極44が形成する。例えば4辺からなる金(Au)層の第3接合膜45が形成される。
ステップS254において、接合材ボール75を溶かして、パッケージウエハ80Wを作成する。接合材ボール75は共晶金属ボールであり、たとえば金シリコン(Au3.15Si)合金又は金ゲルマニューム(Au12Ge)合金が使用される。金シリコン合金は溶融温度が363°Cであり、金ゲルマニューム合金は溶融温度が356°Cである。
ステップS256において、真空中又は不活性雰囲気中で封止材70を溶かして第1スルーホール41,第2スルーホール43を封止する。そして、封止材70で封止した第1スルーホール41および第2スルーホール43に第1外部電極55および第2外部電極56が形成される。封止材70は共晶金属ボールであり、金スズ(Au20Sn)合金が使用される。金スズ合金の溶融温度は280°Cである。封止材70はステップS254で使用された接合材ボール75の共晶金属よりも溶融温度が低い。このため、ステップS256において、封止材70を溶かす際に、接合材ボール75が溶けることはない。
ステップS258において、パッケージウエハ80Wを切断溝60に沿ってダイシングソーで切断する。これにより第一水晶振動デバイス100が完成する。
また以上の説明では、音叉型水晶振動子を用いて実施例を述べたが、厚み滑り振動を用いたATカット水晶板を用いた水晶振動子でも同様の効果が得られる。また、接合面及び接合材の形状などの組合せを変えることが可能である。
10f …オリエンテーションフラット
10W、10WA〜10WF … リッド用ウエハ
15、15C … 第2接合膜、 25、25C … 第1接合膜
45、45C … 第3接合膜
17 … リッド側凹部
20、20A〜20D … 水晶フレーム
20W、20WA〜20WF … 水晶ウエハ
21 … 振動腕、 22 …空間部、 23 … 基部、 26 … 支持腕
27 … 接続部、 29 … 外枠部
30 … 音叉型水晶振動片
31、32 … 基部電極、 33、34 … 励振電極
40、40A〜40D … ベース、
40W、40WA〜40WF … ベース用ウエハ
41 … 第1スルーホール、43 … 第2スルーホール
42 … 第1接続電極、 44 … 第2接続電極
47 … ベース側凹部
49 … 接続電極用段差
55 … 第1外部電極、 56 … 第2外部電極
60 … 切断溝
66,66A〜66D … 凹部
67 … 粗い面(5〜12μm)
68 … 段差凹部、69 … 段差凸部、
70 … 封止材、75 … 接合材ボール
80W,80WA〜80WF … パッケージウエハ
100 … 第一水晶振動デバイス、110 … 第二水晶振動デバイス
120 … 第三水晶振動デバイス、130 … 第四水晶振動デバイス
140 … 第五水晶振動デバイス、150 … 第六水晶振動デバイス
160 … 第七水晶振動デバイス
Claims (4)
- 接合されたウエハを切断して圧電振動デバイスを製造する製造方法であって、
励振電極が形成された圧電振動片と前記圧電振動片の外周に配置される枠体とを有する圧電フレームが複数形成された圧電ウエハを用意する工程と、
前記枠体とほぼ同じ大きさでリッドが複数形成されたリッドウエハを用意する工程と、
前記枠体とほぼ同じ大きさで一方の面から他方の面に貫通する貫通孔を有するベースが複数形成されたベースウエハを用意する工程と、
前記圧電ウエハの両面に前記枠体に沿って第1接合膜を形成する工程と、
前記リッドウエハの片面に前記第1接合膜に合うように第2接合膜を形成する工程と、
前記ベースウエハの片面に前記第1接合膜に合うように第3接合膜を形成する工程と、
前記第1接合膜と前記第2接合膜との間、及び前記第1接合膜と前記第3接合膜との間に接合材を配置する工程と、
前記圧電ウエハ、前記リッドウエハ及び前記ベースウエハを重ね合わせて接合する工程と、
前記接合の工程後に、真空中又は不活性雰囲気中で、前記接合材の融点よりも低い融点の封止材で前記貫通孔を封止する工程と、を備え、
前記圧電振動デバイスの最外周の外側に前記接合材が配置される凹部を形成する圧電振動デバイスの製造方法。 - 前記接合材を配置する工程は、前記接合材を前記凹部に配置し、
前記切断する工程は、前記凹部を切断する請求項1に記載の圧電振動デバイスの製造方法。 - 接合されたウエハを切断して圧電振動デバイスを製造する製造方法であって、
励振電極が形成された圧電振動片と前記圧電振動片の外周に配置される枠体とを有する圧電フレームが複数形成された圧電ウエハを用意する工程と、
前記枠体とほぼ同じ大きさでリッドが複数形成されたリッドウエハを用意する工程と、
前記枠体とほぼ同じ大きさで一方の面から他方の面に貫通する貫通孔を有するベースが複数形成されたベースウエハを用意する工程と、
前記圧電ウエハの両面に前記枠体に沿って第1接合膜を形成する工程と、
前記リッドウエハの片面に前記第1接合膜に合うように第2接合膜を形成する工程と、
前記ベースウエハの片面に前記第1接合膜に合うように第3接合膜を形成する工程と、
前記第1接合膜と前記第2接合膜との間、及び前記第1接合膜と前記第3接合膜との間に接合材を配置する工程と、
前記圧電ウエハ、前記リッドウエハ及び前記ベースウエハを重ね合わせて接合する工程と、
前記接合の工程後に、真空中又は不活性雰囲気中で、前記接合材の融点よりも低い融点の封止材で前記貫通孔を封止する工程と、を備え、
前記第1接合膜は四辺からなる矩形形状で前記枠体の最外周の内側に形成され、
前記第2接合膜は四辺からなる矩形形状で前記リッドの最外周の内側に形成され、
前記第3接合膜は四辺からなる矩形形状で前記ベースの最外周の内側に形成される圧電振動デバイスの製造方法。 - 前記第1接合膜が形成される枠体の表面は粗い面が形成され、
前記第2接合膜が形成されるリッドの表面は粗い面が形成され、
前記第3接合膜が形成されるベースの表面は粗い面が形成されている請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の圧電振動デバイスの製造方法。
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