JP5139766B2 - 圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
第1金属線及び第2金属線の端部の側面が露出しているので、第1金属線及び第2金属線の端部がそれぞれ第1電極パターン及び第2電極パターンにしっかりと接続することができる。
第1金属線及び第2金属線の表面に金層が形成されていると、加圧及び加熱により第1金属線及び第2金属線が第1電極パターン及び第2電極パターンに接続する。
細い第1金属線及び第2金属線が完全に露出している場合には、製造途中に第1金属線及び第2金属線が折れ曲がってしまうことがある。しかし、第1金属線及び第2金属線の端部の側面の一部がガラスベースに覆われていると、折れ曲がってしまうことがない。
第1金属線及び第2金属線の端部の側面が完全に露出していると、第1電極パターン及び第2電極パターンと接触する面積が大きくなり、しっかりと導通を得ることができる。
この構成により、これまで必要であったスルーホールを封止する作業がなくなり、且つウエハ単位で製造することができるため、圧電デバイスを低コストで量産できる。また、圧電デバイスの形状にダイシングソー又はレーザソーで切断するためエッチングで無駄になる面積を少なくすることができ、接合したウエハから取れる圧電デバイスを多くすることができる。
ガラスベースと第1金属線及び第2金属線との熱膨張率は異なるため双方の親和性が弱いとガラスベースと第1金属線及び第2金属線との境界に隙間ができる虞がある。しかし、第1金属線及び第2金属線の表面の面粗さが大きくなるように加工することで、親和性を高めることができる。
圧電ウエハ、ガラスウエハ及び蓋部ウエハを重ね合わせて陽極接合する工程において、同時に第1金属線及び第2金属線の金層と第1電極パターン及び第2電極パターンの金層とを導通させることができる。
第1金属線及び第2金属線の端部の側面が露出していると、第1電極パターン及び第2電極パターンと接触する面積が大きくなり、しっかりと導通を得ることができる。
以下、本発明の実施形態にかかる水晶振動子100について、図面を参照して説明する。図1Aは、本発明の実施形態にかかる水晶振動子100の概略図を示している。
図1A(a)は、水晶振動子100の構成を示す(c)のX−X全体断面図であり、(b)は、リッド65の内面図であり、(c)は、水晶フレーム50の上面図であり、(d)は、ベース45の上面図である。
図1B(a)において、ベース45の第1金属線43(及び第2金属線44)は、例えば、銅(Cu)の芯線43−1(及び44−1)にメッキにより金(Au)層43−2(及び44−2)が形成されている。一方、水晶振動片20の第1基部電極23は、下地にクロム(Cr)層23−1表面に金層23−2を備えている。
図2(a)は、本実施形態の金属線入りガラスウエハ40の概略平面図であり、(b)は、(a)のX−X断面図である。
図3(a)に示す状態は、角型の金属線入りガラスウエハ40からベース用凹部47をエッチングで形成した状態を示す。ベース用凹部47の周辺部に仮想線でベース45の所定の大きさを示している。ウエハ単位で陽極接合後、ダイジングソー又はレーザソーで切断するため、ベース45の周囲に開口部を設ける必要がないので、大量のベース45を配置できる状況を示している。
(b)の第1ベース45−1は、第1金属線43及び第2金属線44の端部の側面が大きく表面に出るように第1金属線43及び第2金属線44の周囲を広くエッチングしてベース用凹部47が形成されている。したがって、第1金属線43の金層43−2及び第2金属線44の金層44−2と、水晶振動片20の外枠部51の第2主面に形成された第1基部電極23の金層23−2及び第2基部電極24の金層24−2との接続面積が大きくなる。具体的には図1B(b)に示したように第1基部電極23の金層23−2と第1金属線43の金層43−2とが完全に結合した状態となる。
図4(a)は、音叉型水晶振動片20を形成した水晶ウエハ10を示した概略斜視図である。図4(a)に示す状態は、角形の水晶ウエハ10から音叉型水晶振動片20をエッチングで形成した状態を示した図である。角形の水晶ウエハ10から斜線部で示した空間部52がエッチングされることにより音叉型水晶振動片20が所定の大きさに形成されている。角形の水晶ウエハ10は、軸方向が特定できるように、水晶ウエハ10の周辺部10eの一部には、水晶の結晶方向を特定するオリエンテーションフラット10cが形成されている。なお、水晶ウエハ10には斜線部で示した空間部52の外周部に金属膜53が形成されている。
図5は、リッド用凹部67が形成されたガラスウエハ60と、音叉型水晶振動片20が形成された水晶ウエハ10と、ベース用凹部47が形成された金属線入りガラスウエハ40とを重ね合わせる前の図である。説明の都合上仮想線で、ガラスウエハ60にはリッド65を示し、金属線入りガラスウエハ40には、ベース45を示している。水晶ウエハ10には、水晶フレーム50を示す。また、パッケージ接合に陽極接合を行う説明用配線図を示す。
図6、図7及び図8は、音叉型水晶振動片20の外形、溝部及び電極を形成するためのフローチャートである。各図の右側に、音叉型水晶振動片20の振動腕21となる付近の単結晶水晶ウエハ10の断面を示す。
図6のステップS112では、まず、水晶ウエハ10を用意する。そして、水晶ウエハ10の全面に、耐蝕膜をスパッタリングもしくは蒸着などの手法により形成する。圧電材料としての水晶ウエハ10を使用する場合に、金(Au)や銀(Ag)等を直接成膜することは困難なため、下地としてクロム(Cr)、ニッケル(Ni)又はチタン(Ti)等を使用する。この実施形態では、耐蝕膜としてクロム層31の上に金層32を重ねた金属膜を使用する。たとえば、クロム層31の厚みは500オングストローム、金層32の厚みも1000オングストローム程度とする。この状態の水晶ウエハ10を、図6(a)に示す。
形成するため、溝部27のパターンを振動腕21のフォトレジスト層36’に露光する。この状態の水晶ウエハ10を、図7(f)に示す。
ステップS124では、露光されたフォトレジスト42’が現像され除去される。ただし、図7(g)に示すように、この時点では溝部27に関しては露光されたフォトレジスト42’が除去されるが耐蝕膜が残っている。露光されたフォトレジスト42’が現像され除去されると、再び、図6(d)で示した音叉型水晶振動片20の外形パターンの水晶ウエハ10が現われる。
クロム層31及び金層32を除去する。これらの工程を経て、図7(k)に示すように、音叉型水晶振動片20に溝部27が正確な位置に形成される。
ステップS134では、音叉型水晶振動片20を純水で洗浄し、音叉型水晶振動片20の全面に、駆動電極としての励振電極などを形成するため下地としてクロム(Cr)、ニッケル(Ni)又はチタン(Ti)等を第1層の金属層として蒸着又はスパッタリング等の手法により形成する。本実施形態ではクロム層31を使用する。その第1層の上に金層32を重ねた金属膜を使用する。たとえば、クロム層31の厚みは500オングストローム、金層32の厚みも1000オングストローム程度とする。この状態の振動腕21を、図8(l)に示す。
これまでの工程により、電極パターン23、電極パターン25及び溝部27が形成された音叉型水晶振動片20が得られた。
図9は、ウエハ単位でのパッケージングのフローチャートを示す。
ステップS202において、音叉型水晶振動片20を備えた水晶ウエハ10に、陽極接合用の金属膜53を備えるため、水晶ウエハ全面にフォトレジスト膜をスピンコートまたはスプレーで塗布する。
また、上記説明では音叉型水晶振動片20を説明したが、AT振動片にもSAW振動片であっても本発明は適用できる。
20 …… 音叉型水晶振動片
21 …… 振動腕
22 …… 基部
23,24 …… 第1基部電極、第2基部電極
25、26 …… 励振電極
27 …… 溝部
28,29 …… 錘部
31 …… クロム層
32、23−2、24−2、43−2、44−2 …… 金層
36,36’、36″ …… フォトレジスト層
40 …… 金属線入りガラスウエハ
42,42’,42″ …… 露光されたフォトレジスト層
43,44 …… 第1金属線、第2金属線
45 …… ガラスベース
47 …… ベース用凹部
48,49 …… 外部電極
50 …… 水晶フレーム
51 …… 外枠部
52 …… 開口部
53 …… 金属膜
60 …… ガラスウエハ
65 …… リッド
67 …… リッド用凹部
80 …… パッケージ
90 …… 直流電源
100 …… 水晶振動子
Claims (8)
- 第1電極パターンと第2電極パターンとを有する圧電振動片及び前記圧電振動片を囲む外枠部を含む圧電フレームと、第1面とこの反対面の第2面とを有し、前記圧電フレームを載置するガラスベースと、前記圧電振動片を封止する蓋部と、を備える圧電デバイスにおいて、
前記ガラスベース及び前記外枠部、前記蓋部及び前記外枠部が、それぞれ陽極接合により接合され、
前記ガラスベースは前記第1面及び前記第2面に端部の側面が露出する第1金属線及び第2金属線を有し、前記第1面に露出した第1金属線及び第2金属線の端部はそれぞれ前記第1電極パターン及び前記第2電極パターンに直接接続することを特徴とする圧電デバイス。
- 前記第1金属線及び第2金属線の表面に金(Au)層が形成されており、前記第1電極パターン及び第2電極パターンの表面に金(Au)層が形成されており、前記第1金属線及び第2金属線の前記金層がそれぞれ前記第1電極パターン及び第2電極パターンの前記金層と結合することを特徴とする請求項1記載の圧電デバイス。
- 前記第1金属線及び第2金属線の端部の側面の一部は、前記ガラスベースに覆われていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の圧電デバイス。
- 前記第1金属線及び第2金属線の端部の側面は、完全に露出していることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の圧電デバイス。
- 蓋部ウエハを用意する工程と、
第1電極パターンと第2電極パターンを有する複数の圧電振動片が形成された圧電ウエハを用意する工程と、
第1面及び第2面に端部が露出する第1金属線及び第2金属線を有するガラスウエハを用意する工程と、
前記圧電ウエハの第1電極パターン及び第2電極パターンに対して前記ガラスウエハの第1面の第1金属線及び第2金属線の端部を重ね合わせるとともに前記蓋部ウエハを前記圧電ウエハに重ね合わせて陽極接合する工程と、
接合された3枚のウエハを、圧電デバイスの形状にダイシングソー又はレーザソーで切断する工程と、
を備えたことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 - 前記第1金属線及び第2金属線の表面は前記ガラスベースとの親和性を良くするために面粗さが大きくなるように加工されてから、前記表面に金(Au)層が形成されることを特徴とする請求項5に記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記第1電極パターン及び第2電極パターンは、下地層と金(Au)層とからなり、
前記陽極接合の工程において、前記第1金属線及び第2金属線の金層と前記第1電極パターン及び第2電極パターンの金層とが導通接続することを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の圧電デバイスの製造方法。 - 前記第1金属線及び第2金属線の端部の側面が露出することを特徴とする請求項5ないし請求項7のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法。
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