JP5134045B2 - 圧電デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Description
以下の各実施形態において、圧電振動片として表面実装(SMD)型のATカットの水晶振動片が使われている。ここで、ATカットの水晶振動片は、主面(YZ面)が結晶軸(XYZ)のY軸に対して、X軸を中心としてZ軸からY軸方向に35度15分傾斜されている。このため、以降の各実施形態ではATカットの水晶振動片の軸方向を基準とし、傾斜された新たな軸をX’軸、Y’軸及びZ’軸として用いる。また本明細書の説明としてY’軸方向の高低を、+方向を高く−方向を低いと表現する。
<第1水晶振動子100Aの全体構成>
第1水晶振動子100Aの全体構成について、図1及び図2を参照しながら説明する。
図1は、第1水晶振動子100Aの分解斜視図である。図2(a)はリッド部11Aとベース部12Aとが接合される前の第1水晶振動子100Aの断面図である。図2(b)はリッド部11Aとベース部12Aとが接合された後の第1水晶振動子100Aの断面図である。
図3は、第1水晶振動子100Aの製造を示したフローチャートである。図3において、水晶振動片10の製造ステップS11と、リッド部11Aの製造ステップS12と、ベース部12Aの製造ステップS13とは別々に並行して行うことができる。また、図4は第1実施形態のリッドウエハ11Wの平面図で、図5は第1実施形態のベースウエハ12Wの平面図である。
ステップS121では、図4に示されたように円形の水晶材料で均一平板のリッドウエハ11Wに、リッド110Aが数百から数千個形成される。リッドウエハ11Wの材質が水晶又はガラスであれば、エッチング又は機械加工によりリッド110の中央付近にリッド側凹部111が形成される。リッド側凹部111の周囲には第1端面M1が形成される。
ステップS131では、図5に示されたように円形の水晶材料で均一平板のベースウエハ12Wには、ベース120Aが数百から数千個形成される。ベース側凹部121はエッチング又は機械加工により形成され、同時にスルーホール14がさらに形成される。ベース側凹部121の周囲には第2端面M2が形成される。
ステップS133では、フォトリソグラフィ及びエッチング工程を経て、図5に示されたように第2端面M2のベース側凹部121側に金属膜123が形成される。金属膜123は、ステップS123で形成された金属膜113と対応するようにベース側凹部121を周回するように環状に形成される。金属膜123が形成されると同時に、ベース側凹部121の底面に圧電振動片10の励振電極102とスルーホール14とをそれぞれ接続する引出電極(図示しない)が形成される。
ステップS135では、仮焼成でポリイミド樹脂がベースウエハ12Wに接合される。ここで、仮焼成温度は250℃(完全焼成温度の約75%)程度であればよい。
ステップS136では、感光性のポリイミド樹脂を露光することで、図5に示されたように第2端面M2の金属膜123の外側のみに接着剤124としてのポリイミド樹脂が形成される。
<第2水晶振動子100Bの全体構成>
図6は第2実施形態の第2水晶振動子100Bの断面図である。図6(a)はリッド部11Bとベース部12Aとを接合する前の状態で、(b)はリッド部11Bとベース部12Aとを接合した後である。なお、第1実施形態と同じ構成要件に対しては同じ符号を付して説明する。
第2水晶振動子100Bの製造方法は、図3に示された第1実施形態の製造方法とリッド部11Bの製造方法のみが異なる。特に金属膜213が形成されるステップが異なっている。第2実施形態では、フォトリソグラフィ及びエッチング工程を経ることで、リッド110Aの第1端面M1全面に金属膜213が形成される。
<第2水晶振動子100B’の全体構成>
図7(a)はリッド部11Bとベース部12Bとを接合する前の状態で、(b)はリッド部11Bとベース部12Bとを接合した後である。なお、第2実施形態と同じ構成要件に対しては同じ符号を付して説明する。
第2水晶振動子100B’のベース部12Bの製造方法は、第1実施形態で説明された第1水晶振動子100Aのベース部12Aの製造方法とほぼ同じである。但し、第2水晶振動子100B’の製造方法では、図3で説明されたステップS136により接着剤124が形成された後、スクリーン印刷により金属膜123と接着剤124との間に封止ガラスGSが形成される。ここで、スクリーンとしてナイロン、テトロン、ステンレスなどの織物が使用される。具体的には、スクリーンの表面にレジストで封止ガラスGSのパターンを形成し、インキをスクリーンの孔版から押し出しながら印刷が行われる。
<第3水晶振動子100Cの全体構成>
図8は第3実施形態の第3水晶振動子100Cの断面図である。図8(a)はリッド部11Cとベース部12Cとを接合する前の状態で、(b)はリッド部11Cとベース部12Cとを接合した後の状態である。なお、第1実施形態と同じ構成要件に対しては同じ符号を付して説明する。
第3水晶振動子100Cの製造方法は、図3に示された第1実施形態の製造方法のフローチャートと比べると、リッド部の形成ステップS12及びベース部の形成ステップS13のみが異なる。このため、第3実施形態では図3のステップS12及びステップS13に対応されるステップT12及びステップT13のみについて説明する。
図10は、第3実施形態のベースウエハ22Wの平面図である。リッドウエハ21Wは点線で示したスルーホール14が無い点でベースウエハ22Wと異なる。
また、ベース側凹部121同士の間にはベースウエハ22Wより凹んだ幅Wの溝部TR2がX’軸方向及びZ’軸方向に沿って形成されている。
なお、溝部TR2の半分(幅W/2)が図8に示された凹み面125を構成している(リッドウエハ21Wにおいては溝部TR1が図8に示された凹み面115を構成する)。ベース側凹部121及び溝部TR2の形成工程は第1実施形態のステップS121で説明されたリッド側凹部111の形成工程と同じである。
ステップT133において、フォトリソグラフィ及びエッチング工程を経ることで、内側端面M21に金属膜123が形成される。
ステップT135において、仮焼成でポリイミド樹脂がベースウエハ22Wに接合される。ここで、仮焼成温度は250℃(完全焼成温度の約75%)程度であればよい。
<第3水晶振動子100C’の全体構成>
図11は、リッド部11Cとベース部12Cとを接合した後の第3水晶振動子100C’の断面図である。なお、第3実施形態と同じ構成要件に対しては同じ符号を付して説明する。
第3水晶振動子100C’の製造方法は第3実施形態で説明された第3水晶振動子100Cの製造方法とほぼ同じである。但し、第3水晶振動子100C’の製造方法では、図9で説明されたステップT135によりポリイミド樹脂が仮焼成でベースウエハ22W(及びリッドウエハ21W)に接合された後、図10示された溝部TR2(及び溝部TR1)の両側面側のポリイミド樹脂を露光する。その後、リッドウエハ11Wとベースウエハ12Wとを接合すると、図11に示されたように接着剤114、124と側面M13、M23との間に隙間SP1が形成される。
<第4水晶振動子100Dの全体構成>
図12は第4実施形態の第4水晶振動子100Dの断面図である。図12(a)はリッド部11Dとベース部12Dとを接合する前の状態で、(b)はリッド部11Dとベース部12Dとを接合した後の状態である。なお、第1実施形態と同じ構成要件に対しては同じ符号を付して説明する。
第4水晶振動子100Dの製造方法は、リッド部11Dにリッド側凹部111を形成する同時に隙間116が形成され、ベース部12Dにベース側凹部121を形成する同時に隙間126が形成される。そのほかの圧電振動片の形成工程などは第1実施形態と同じである。
<第5水晶振動子100Eの全体構成>
図13は第5実施形態の第5水晶振動子100Eの断面図である。図13(a)はリッド部11Eとベース部12Eとを接合する前の状態で、(b)はリッド部11Eとベース部12Eとを接合した後の状態である。
第5水晶振動子100Eの製造方法は、図3に示された第1実施形態の製造方法のフローチャートと比べると、リッド部の形成ステップS12及びベース部の形成ステップS13のみが異なる。また、第5実施形態でのベース部12Eの形成は図3に示されたステップS131のみで実現できる。したがって、以下は図3のステップS12に対応されるステップP12のみについて説明する。
ステップP121において、円形の水晶材料で均一平板に形成されたリッドウエハ11Wにリッド側凹部111を有するリッド110Eが数百から数千個形成される(図4を参照)。例えば、リッドウエハ11Wの材質が水晶又はガラスであれば、エッチング又は機械加工によりリッド110にリッド側凹部111が形成される。これにより、リッドウエハ11Wには第1端面M1及びリッド側凹部111が形成される。
<第6水晶振動子100Fの全体構成>
図15は第6実施形態の第6水晶振動子100Fの断面図である。図15(a)はリッド部11Eとベース部12Fとを接合する前の状態であり、(b)はリッド部11Eとベース部12Fとを接合した後の状態である。
第6水晶振動子100Fにおいて、リッド部11Eは図14に示されたフローチャートのステップP121〜P124により製造でき、ベース部12Fは図3に示されたフローチャートのステップS131〜S133により製造できる。
<第7水晶振動子100Gの全体構成>
図16は第7実施形態の第7水晶振動子100Gの断面図である。図16(a)はリッド部11Gとベース部12Eとを接合する前の状態であり、(b)はリッド部11Gとベース部12Eとを接合した後の状態である。
第7水晶振動子100Gの製造方法は、第5実施形態と比べると、図14に示されたリッド部11Eの製造方法におけるステップP122のみが異なる。第7実施形態においては、接着剤114が内側接着剤114a及び外側接着剤114bに分けるように形成される。
図17は、第7実施形態の変形例である第7水晶振動子100G’の断面図である。図17(a)はリッド部11Gとベース部12Eとを接合する前の状態で、(b)はリッド部11Gとベース部12Eとを接合した後である。
<第8水晶振動子100Hの全体構成>
図18は、第8実施形態の第8水晶振動子100Hの分解斜視図である。図19(a)はリッド部11Hと水晶フレーム20とベース部12Hとを接合する前の状態であり、(b)はリッド部11Hと水晶フレーム20とベース部12Hとを接合した後の状態である。
図20は、第8水晶振動子100Hの製造を示したフローチャートである。図20において、水晶フレーム20の製造ステップS21と、リッド部11Hの製造ステップS22と、ベース部12HのステップS23とは別々に並行して行うことができる。また図21は、第8実施形態の水晶ウエハ20Wの平面図である。図22は、第8実施形態のベースウエハ32Wの平面図である。リッドウエハ31Wは点線で示したベース貫通穴BHが無い点でベースウエハ32Wと異なる。
ステップS223において、仮焼成でポリイミド樹脂がリッドウエハ31Wに接合される。ここで、仮焼成温度は250℃(完全焼成温度の約75%)程度であればよい。
ステップS226において、フォトリソグラフィ及びエッチング工程を経ることで、図22に示されたようにリッドウエハ31Wの接着剤114の内側に金属膜113が形成される。
ステップS233において、仮焼成でポリイミド樹脂がベースウエハ32Wに接合される。ここで、仮焼成温度は250℃(完全焼成温度の約75%)程度であればよい。
ステップS236において、フォトリソグラフィ及びエッチング工程を経ることで、図22に示されたようにベースウエハ32Wの接着剤124の内側に金属膜123が形成される。
<第9水晶振動子100Jの全体構成>
図23は、第9実施形態の第9水晶振動子100Jの断面図である。なお、第1実施形態と同じ構成要件に対しては同じ符号を付して説明する。
図24は、第9水晶振動子100Jの製造工程を示した図である。第9水晶振動子100Jの製造方法において、圧電振動片10の製造工程と、リッド部11Jの製造工程と、ベース部12Jの製造工程と、圧電振動片10の載置工程と、リッドウエハ11Wとベースウエハ12Wとの接合工程とは第1実施形態の図3で説明された圧電振動子の製造方法のステップS11〜S15と同じである。ここで、第9実施形態の金属膜133は第1実施形態の金属膜113、123に対応され、第9実施形態の接着剤134は第1実施形態の接着剤124に対応される。以下、第9水晶振動子100Jに切欠き144と外部ガラス119とを形成する工程について、図24を参照しながら説明する。
<第10水晶振動子100Kの全体構成>
図25は、第10実施形態の第10水晶振動子100Kの断面図である。なお、第9実施形態と同じ構成要件に対しては同じ符号を付して説明する。
図26は、第10水晶振動子100Kの製造工程を示した図である。第10水晶振動子100Kの製造方法において、圧電振動片10の製造工程と、リッド部11Kの製造工程と、ベース部12Kの製造工程と、圧電振動片10の載置工程と、リッドウエハ11Wとベースウエハ12Wとの接合工程とは第1実施形態の図3で説明された圧電振動子の製造方法のステップS11〜S15と同じである。以下、第10水晶振動子100Kに切欠き144と外部金属膜129とを形成する工程について、図26を参照しながら説明する。
11A〜11H、11J、11K … リッド部
11W、21W、31W … リッドウエハ、 12W、22W、32W … ベースウエハ、 20W … 水晶ウエハ
12A〜12H、12J、12K … ベース部
13 … 導電性接着剤
14 … スルーホール
15 … 外部電極
20 … 水晶フレーム
100A〜100H、100J、100K … 水晶振動子
101 … 水晶片、 102 … 励振電極
110A、110C、110D、110H … リッド
111 … リッド側凹部、 112 … リッド突起部
113、113a、113b、123 … 金属膜
114、114a、114b、124 … 接着剤
115、125 … 凹み面
116、126 … 隙間
120A、120C、120D、120H … ベース部
121 … ベース側凹部、 122 … ベース突起部
141 … 接続電極
BH、CH … 貫通穴
CL … カットライン
CT … キャビティ
M1、M2、M11、M12、M21、M22、M31、M32、M41、M42 … 端面
TR1、TR2 … 溝部
Claims (14)
- キャビティに配置され、電圧の印加により振動する圧電振動片と、
前記キャビティの少なくとも一部を形成する凹部とその凹部の周囲に形成された端面とを有する第1板と、
前記第1板の前記端面に接合して前記圧電振動片を前記キャビティに密閉封入する第2板と、
前記端面を周回するように環状に形成され前記端面に配置されて前記第1板と前記第2板とを接合する接着剤と、
前記接着剤の前記凹部側に少なくとも一部が配置されて前記接着剤から発生するガスが前記凹部内に流れ込まないように形成された金属膜と、
を備え、
前記金属膜は、前記端面に平行であり前記端面と共に前記接着剤を挟む水平金属膜と、前記水平金属膜と接続し前記第1板の前記凹部を形成する内壁に接合される垂直金属膜とを有し、
前記接着剤は、前記端面の内側まで伸びて前記端面と前記水平金属膜との間で前記垂直金属膜に接触するように形成される圧電デバイス。 - 前記接着剤は、前記垂直金属膜及び前記水平金属膜に接合された内側接着剤と、前記垂直金属膜及び水平金属膜が形成されておらず前記内側接着剤から隙間を隔てた前記内側接着剤の外側に配置された外側接着剤とを有する請求項1に記載の圧電デバイス。
- キャビティに配置され、電圧の印加により振動する圧電振動片と、
圧電体又はガラスにより形成され、前記キャビティの少なくとも一部を形成する凹部とその凹部の周囲に形成された端面とを有する第1板と、
圧電体又はガラスにより形成され、前記第1板の前記端面に接合して前記圧電振動片を前記キャビティに密閉封入する第2板と、
前記端面を周回するように環状に形成され前記端面に配置されて前記第1板と前記第2板とを接合する接着剤と、
前記端面を周回するように環状に形成され前記接着剤の前記凹部側に配置されて前記接着剤から発生するガスが前記凹部内に流れ込まないように形成された金属膜と、
を備え、
外周には、前記第2板側から前記第1板までを前記第1板を貫通しない範囲で切欠きが形成され、
前記切欠きの前記凹部側の側面には、外部ガラスが接着されている圧電デバイス。 - 前記外部ガラスは、前記第1板又は前記第2板の融点よりも低い低融点ガラスを含む請求項3に記載の圧電デバイス。
- キャビティに配置され、電圧の印加により振動する圧電振動片と、
圧電体又はガラスにより形成され、前記キャビティの少なくとも一部を形成する凹部とその凹部の周囲に形成された端面とを有する第1板と、
圧電体又はガラスにより形成され、前記第1板の前記端面に接合して前記圧電振動片を前記キャビティに密閉封入する第2板と、
前記端面を周回するように環状に形成され前記端面に配置されて前記第1板と前記第2板とを接合する接着剤と、
前記端面を周回するように環状に形成され前記接着剤の前記凹部側に配置されて前記接着剤から発生するガスが前記凹部内に流れ込まないように形成された金属膜と、
を備え、
外周には、前記第2板側から前記第1板までを前記第1板を貫通しない範囲で切欠きが形成され、
前記切欠きの前記凹部側の側面には、外部金属膜が接着されている圧電デバイス。 - 前記外部金属膜は下地層及び金層により構成され、前記下地層は前記第1板又は前記第2板に接合する請求項5に記載の圧電デバイス。
- キャビティに配置され、電圧の印加により振動する圧電振動片と、
前記キャビティの少なくとも一部を形成する凹部とその凹部の周囲に形成された端面とを有する第1板と、
前記第1板の前記端面に接合して前記圧電振動片を前記キャビティに密閉封入する第2板と、
前記端面を周回するように環状に形成され前記端面に配置されて前記第1板と前記第2板とを接合する接着剤と、
前記端面を周回するように環状に形成され前記接着剤の前記凹部側に配置されて前記接着剤から発生するガスが前記凹部内に流れ込まないように形成された金属膜と、
を備え、
前記金属膜と前記接着剤との間には、低融点ガラスが形成されている圧電デバイス。 - 前記第2板は前記第1板の前記端面に接合される接合領域を有し、
前記第1板の前記端面の外側又は前記第2板の前記接合領域の外側の少なくとも一方には前記第1板又は前記第2板の外縁まで伸び前記端面又は前記接合領域より凹んだ凹み面が形成され、
前記接着剤は、前記凹み面で前記第1板と前記第2板とを接合する請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の圧電デバイス。 - 前記接着剤は、前記凹み面の前記凹部側の側面から隙間を隔てて前記第1板と前記第2板とを接合する請求項8に記載の圧電デバイス。
- 前記端面は、前記端面より凹んで前記端面を周回するように環状に形成された空間部によって分割され前記金属膜が配置された内側端面と前記接着剤が配置された外側端面とを有し、
前記空間部は前記第1板及び前記第2板を接合する際に前記接着剤が前記金属膜側に流れ込まないように形成される請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の圧電デバイス。 - 前記金属膜は下地層及び金(Au)層により構成され、前記下地層は前記第1板又は前記第2板に接合する請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
- 前記下地層は前記第1板及び前記第2板の両方に形成され、前記下地層同士の間に前記金層が形成される請求項11に記載の圧電デバイス。
- 前記金属膜が、前記第1板と前記接着剤との間、又は前記第2板と前記接着剤との間まで伸びて形成される請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
- 前記金属膜の下地層が、少なくとも前記第1板と前記接着剤との間及び前記第2板と前記接着剤との間の一方に伸びて形成される請求項11又は請求項12に記載の圧電デバイス。
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