JP5278950B2 - 圧電振動子のパッケージの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動子のパッケージの製造方法に関する。

近年、携帯電話や携帯情報端末機器には、時刻源や制御信号等のタイミング源、リファレンス信号源等として水晶等を利用した圧電振動子が用いられている。この種の圧電振動子は、様々なものが知られているが、その１つとして、表面実装型の圧電振動子が知られている。この種の圧電振動子として、一般的に圧電振動片が形成された圧電基板を、ベース基板とリッド基板とで上下から挟み込むように接合した３層構造タイプのものが知られている。この場合、圧電振動片は、ベース基板とリッド基板との間に形成されたキャビティ（密閉室）内に収容されている。

また、近年では、上述した３層構造タイプのものではなく、２層構造タイプのものも開発されている。このタイプの圧電振動子は、ベース基板とリッド基板とが直接接合されることで２層構造になっており、両基板の間に形成されたキャビティ内に圧電振動片が収容されている。この２層構造タイプの圧電振動子は、３層構造のものに比べて薄型化された圧電振動子のパッケージを製造できる等の点において優れており、好適に使用されている。

この種の圧電振動子として、下記特許文献１に示されるように、ガラスもしくはセラミックスからなる基板（ベース基板）に貫通穴を設け、貫通穴の内面および貫通穴の周囲上下面もしくはそのいずれかの部分にパターニング等によって配線用金属を形成し、その貫通穴に合金を溶着して気密端子とし、基板面上に設置する水晶片（圧電振動片）が気密端子部の合金と直接もしくは基板面上の配線用金属を介して電気的接続する構成が知られている。この構成によれば、圧電振動子の外部から、気密端子、つまり基板を貫通するように形成された電極である貫通電極部を介して圧電振動片に所定の駆動電圧を印加可能とされている。

ところで、従来の圧電振動子のパッケージの製造方法では、ベース基板上に配線用金属が形成され、この配線用金属上を含むベース基板上にベース基板とリッド基板とを接合するための合金を含有する金属膜である接合膜が成膜されて製造されていた。

特開平６−２８３９５１号公報

しかしながら、上記従来の製造方法では、配線用金属と接合膜とをベース基板上にパターン状に形成する過程で、配線用金属の表面に接合膜が成膜される場合がある。この場合、製造過程における熱処理によって接合膜に含有される成分が配線用金属に拡散することがあり、これによって配線用金属の性質に影響を与えてしまうという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は配線用金属への接合膜成分の拡散を好適に抑制できる圧電振動子のパッケージの製造方法の提供を図ることにある。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の圧電振動子のパッケージの製造方法は、第１基板と第２基板とが接合膜を介して接合される圧電振動子のパッケージの製造方法であって、前記第１基板の面上に電気伝導性を有する導電層を積層する導電層積層工程と、前記導電層積層工程に続いて前記導電層の上面に第１レジストインクを含む第１レジストのパターンを積層する第１レジスト積層工程と、前記第１レジスト積層工程に続いて前記導電層を前記第１レジストのパターンと同形状のパターンに形成する導電層パターニング工程と、前記導電層パターニング工程に続いて前記第１基板及び前記第１レジストのパターンの上面に前記接合膜を積層する成膜工程と、を備えることを特徴としている。

この発明によれば、導電層の上面に第１レジストのパターンが積層されている状態で第１レジストの上面に接合膜が積層されるので、導電層と接合膜との間には第１レジストの層が介在されている。このため、成膜工程の後の工程において、接合膜の成分が導電層の上面に到達することが第１レジストの層によって抑制され、導電層の上面は第１レジストによって接合膜成分の拡散から保護されている。その結果、導電層の上面に接合膜の成分が拡散することが抑制できる。

また、本発明の圧電振動子のパッケージの製造方法は、前記導電層積層工程が、前記第１基板の面上に前記第１基板との接着性の高い第１層を積層する第１層積層工程と、前記第１層の上面に電気伝導性を有しバンプが接合されるバンプ接合領域を有する第２層を積層する第２層積層工程と、を有することが好ましい。
この場合、第１基板の面と第２層との間に第１基板との接着性の高い第１層が介在されていることによって第１基板と導電層との接着性を高めることができる。

また、本発明の圧電振動子のパッケージの製造方法は、前記第２層が金を含有することが好ましい。
この場合、第２層が金を含有しているので、電気伝導性が高いとともに耐腐食性が高い。

また、本発明の圧電振動子のパッケージの製造方法は、前記成膜工程の後に、前記接合膜の上面に第２レジストインクを含む第２レジストのパターンを積層する第２レジスト積層工程と、前記第２レジスト積層工程の後に、前記接合膜を前記第２レジストのパターンと同形状に形成する接合膜パターニング工程と、を有することが好ましい。
この場合、第２レジスト積層工程と接合膜パターニング工程とによって接合膜を前記第２レジストのパターンと同形状の所定の形状に形成することができる。

また、本発明の圧電振動子のパッケージの製造方法は、前記接合膜パターニング工程の後に、前記第１レジスト及び前記第２レジストを共に除去するレジスト除去工程を有することが好ましい。
この場合、接合膜がパターニングされた後に第１レジストが除去されることで、導電層の上面に接合膜が接触することがない。したがって、導電層の上面における接合膜成分の拡散量を低く抑えることができる。

また、本発明の圧電振動子のパッケージの製造方法は、前記レジスト除去工程が、前記第１基板上の前記第１レジスト及び前記第２レジストに対してレジスト剥離液を塗布するレジスト剥離液塗布工程と、前記導電層の表面を洗浄するＡｒプラズマアッシング工程と、を有することが好ましい。
この場合、第１レジストと第２レジストとを剥離した後に導電層の表面が洗浄され、導電層の表面に残留する第１レジスト及び第２レジストを除去することができる。このため、導電層の表面におけるバンプ等の接合性への悪影響を抑制することができる。

また、本発明の圧電振動子のパッケージの製造方法は、前記レジスト除去工程が、前記第１基板上の前記第１レジスト及び前記第２レジストを除去するとともに前記導電層の表面を洗浄するＯ_２プラズマアッシング工程を有することが好ましい。
この場合、Ｏ_２プラズマアッシング工程によってレジストの除去と導電層の表面の洗浄とが同時に行われる。したがって製造工程を簡略化することができる。

本発明の圧電振動子のパッケージの製造方法によれば、導電層の上面が第１レジストによって接合膜成分の拡散から保護されているので、配線用金属である導電層への接合膜成分の拡散を好適に抑制できる。
さらに、導電層を保護するための層として、導電層をパターニングするための第１レジストが兼用されているので、導電層を保護するために追加的な工程を必要とせず、製造方法が煩雑になるのを抑制しつつ導電層の品質を高く保つことができる。

本発明の１実施形態の圧電振動子を示す斜視図である。 同圧電振動子の側面断面図である。 同圧電振動子を分解して示す斜視図である。 本発明の圧電振動子のパッケージの製造方法における一過程を示す斜視図である。 同製造方法における製造の一過程を示す断面図である。 同製造方法における製造の一過程を示す断面図である。 同製造方法における製造の一過程を示す断面図である。 同製造方法における製造の一過程を示す断面図である。 同製造方法における製造の一過程を示す断面図である。 同製造方法における製造の工程を示すフローチャートである。 同製造方法における製造の工程を示すフローチャートである。 同製造方法における製造の工程を示すフローチャートである。 同製造方法の変形例における製造の工程を示すフローチャートである。

以下、本発明の１実施形態の圧電振動子についてその概略構成を図１から図３を参照して説明する。
図１は、圧電振動子１を示す斜視図である。図１に示すように、圧電振動子１は、ベース基板（第１基板）２とリッド基板（第２基板）３とで２層からなる箱状のパッケージ５が構成されている。ベース基板２及びリッド基板３は、ガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる透明な絶縁基板であり、互いに重ね合わせ可能な大きさで板状に形成されている。また、ベース基板２の外表面には、長手方向の両端部に離間して配置された二つの外部電極部３８、３９が設けられている。

また、ベース基板２とリッド基板３との間には、接合膜３５が介在されており、ベース基板２とリッド基板３とが気密に接合されている。本実施形態では、接合膜３５は、アルミニウム、クロムと珪素の合金、あるいはチタンなど、金属を含有する構成とすることができる。

図２は、圧電振動子１の側面断面図である。図２に示すように、リッド基板３には凹部３ａが形成されており、ベース基板２とリッド基板３との間にはキャビティＣが形成されている。キャビティＣの内部には、ベース基板２上に形成された内部電極部３６と、内部電極部３６に電気的に接続された圧電振動片４が収納されている。なお、内部電極部３６と圧電振動片４との接続には金属バンプＢが用いられている。金属バンプＢには、ハンダや金等の電気伝導性を有する素材を使用することができる。

また、ベース基板２には、ベース基板２の厚さ方向に貫通して配置された貫通電極部３２、３３が設けられている。貫通電極部３２、３３は、一端が内部電極部３６、３７にそれぞれ電気的に接続されており、他端がベース基板２の外表面に形成され引き出し配線部４０ａ、４１ａに電気的に接続されている。

貫通電極部３２は、ベース基板２の厚さ方向に貫通する貫通孔３０、３１の内部に、導通性の芯材部７と、芯材部７の周囲に充填された筒体６とを有する。本実施形態では、貫通孔３０、３１はベース基板２のキャビティＣ側の内径が細くなる円錐台形状の穴部として形成されている。筒体６は、芯材部７を支持すると共に貫通孔３０、３１を密封するためのものであり、例えばペースト状のガラスフリットを焼成して形成することができる。

図３は、圧電振動子１を分解して示す斜視図である。図３に示すように、ベース基板２上において、内部電極部３６は、直接あるいはベース基板２上の引き回し配線部３６ｃを通じて貫通電極部３２、３３に接続されている。圧電振動片４は、例えば水晶、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の圧電材料から形成された音叉型の振動片であり、所定の電圧が印加されたときに振動するものである。なお、圧電振動片は音叉型に限られるものではなく、他の圧電振動片を採用することもできる。

内部電極部３６は、電気伝導性が高く、かつ耐腐食性が高い素材が好ましい。本実施形態では内部電極部３６は金を含有している。なお、内部電極部３６は金単体からなる構成であってもよい。また、詳細は後述するが、内部電極部３６はベース基板２の面上に配置された第１層３７（図９参照）の上面に積層されている。
本実施形態では、ガラス系基板であるベース基板２に対して接着性が高いクロムを含有する第１層３７（クロム層）を介して第２層３６（内部電極部３６、金層）を積層することで、導電層３４をベース基板２に対して強固に接着させることができる。

以下では、本実施形態の圧電振動子のパッケージの製造方法について図４〜図１２を参照して説明する。図４〜図９は本実施形態の圧電振動子のパッケージの製造方法における製造の一過程をそれぞれ示す図であり、図１０〜図１２は同製造方法における製造工程を示すフローチャートである。

図４は、例えばソーダ石灰ガラス等を含有し、後にベース基板２となるベース基板用ウエハ４０を加工する工程の一過程を示す斜視図である。図４に示すように、ベース基板用ウエハ４０を貫通する一対の貫通孔３０、３１が複数形成される（図１０に示すガラス基板形成工程Ｓ１）。なお、図４に示す破線Ｍはベース基板２の外部形状となる線であって、ベース基板用ウエハ４０を切断する際の切断線である。

図５は、貫通孔３０、３１部分を拡大して示すベース基板用ウエハ４０の断面図である。ガラス基板形成工程Ｓ１に続いて、複数の貫通孔３０、３１内に芯材部７及び上述のガラスフリットが充填され、ベース基板用ウエハごと焼成されることによってガラスフリットからなる筒体６を有する貫通電極部３２（３３）が形成される（図１０に示す貫通電極形成工程Ｓ２）。

続いて、ベース基板用ウエハ４０の面上に上述の導電層３４を積層する（図１０に示す導電層積層工程Ｓ３）。本実施形態では、導電層３４は上述のように第１層３７（クロム層）と第２層３６（金層）とを有する多層構造（例えば図９参照）であり、ベース基板用ウエハ４０の面上に第１層３７（クロム層）を積層し（図１１に示す第１層積層工程Ｓ３１）、続いて第１層３７の上面に第２層３６（金層）を積層する（図１１に示す第２層積層工程Ｓ３２）。このため、第１層３７（クロム層）はベース基板用ウエハ４０に強固に接着され、第２層３６は第１層３７に強固に接着される。

導電層積層工程Ｓ３に続いて、導電層３４の上面、すなわち第２層３６の上面３６ａに第１レジストインクで所定の回路形状を描画し、第１レジストインクを含む第１レジストのパターンを積層し（図１０に示す第１レジスト積層工程Ｓ４）、導電層３４を第１レジストのパターンと同形状のパターンに形成する（図１０に示す導電層パターニング工程Ｓ５）。

導電層パターニング工程Ｓ５における具体的なパターニング方法は、例えばフォトリソグラフィー及びウェットエッチング（あるいはドライエッチング）による方法を挙げることができる。この際に、フォトレジストは露光された際に溶解性が低下するネガ型であってもよく、また露光された際に溶解性が高まるポジ型であってもよい。

図６は、導電層パターニング工程Ｓ５が完了した直後の状態を模式的に示した断面図である。図６に示すように、導電層パターニング工程Ｓ５が完了したとき、ベース基板用ウエハ４０の面上には、第１層３７、第２層３６、第１レジストのパターン２１の順でこれらが積層されている。

導電層パターニング工程Ｓ５に続いて、ベース基板用ウエハ４０及び第１レジストのパターン２１の上面に接合膜３５を積層する（図１０に示す成膜工程Ｓ６）。このとき、接合膜３５は第２層３６の側面３６ｂには接触しているものの、上面３６ａでは第２層３６と接合膜３５との間に第１レジストのパターン２１が介在されており、接触されていない。
成膜工程Ｓ６では、接合膜３５を所定の厚さまで成膜する際にベース基板用ウエハ４０、第１層３７、第２層３６、第１レジストのパターン２１のすべての温度が上昇することがある。このとき、接合膜３５の成分の一部が溶解し、周囲へ拡散する。
図７は、成膜工程Ｓ６の間で、上記の温度上昇が起こった状態を模式的に示した断面図である。接合膜３５の成分の一部は、接合膜３５が接触している部分を通じて拡散する。図７に示すように、例えば第２層３６においては、接合膜３５と接している側面３６ｂでは接合膜３５の成分の拡散が生じている。しかしながら、第１レジストのパターン２１と接している上面３６ａからは接合膜３５の成分は拡散していない。

成膜工程Ｓ６の後に、接合膜３５の上面に第２レジストインクを含む第２レジストのパターン２２を積層し（図１０に示す第２レジスト積層工程Ｓ７）、接合膜３５を第２レジストのパターン２２と同形状に形成する（図１０に示す接合膜パターニング工程Ｓ８）。図８は、接合膜パターニング工程Ｓ８が完了した状態を模式的に示す断面図である。図８に示すように、接合膜パターニング工程Ｓ８が完了したときには、ベース基板用ウエハ４０の上面では接合膜３５が所定のパターンに形成されている。これは、例えば図３に示すようにベース基板２の面上で内部電極部３６（第２層３６）を囲繞するパターンなど、ベース基板２とリッド基板３とを接合させるために適したパターンとすることができる。

接合膜パターニング工程Ｓ８の後に、第１レジストのパターン２１及び第２レジストのパターン２２を共に除去する（図１０に示すレジスト除去工程Ｓ９）。本実施形態では、レジスト除去工程Ｓ９は、ベース基板用ウエハ４０上の第１レジストのパターン２１及び第２レジストのパターン２２を剥離するレジスト剥離液を塗布し（図１２に示すレジスト剥離液塗布工程Ｓ９１）、レジスト剥離液塗布工程Ｓ９１によって露出された導電層３４の表面である第２層３６の上面３６ａにアルゴンプラズマを当てて第２層３６の上面３６ａを洗浄する（図１２に示すＡｒプラズマアッシング工程Ｓ９２）。

図９は、レジスト除去工程Ｓ９が完了した状態を模式的に示す断面図である。図９に示すように、第１レジスト及び第２レジストが除去された後のベース基板用ウエハ４０の面上には、第１層３７と第２層３６とがこの順に積層された導電層３４と、接合膜３５の層とがそれぞれ形成されている。

レジスト除去工程Ｓ９が完了したあと、図示しない後工程によって第２層３６の上面にバンプＢ（図３参照）を設ける。バンプＢには、例えば金を含有するバンプを使用することができる。また、バンプＢの形成方法は、第２層３６の上面３６ａにおける所定の位置（金パッド部）に金線を溶接するスタッドバンプ法を採用することができる。
さらに、圧電振動片４をバンプＢを介して上記金パッド部に接続し、接合膜３５を介してベース基板２とリッド基板３とを気密に接合してパッケージ５を構成する。

以上説明したように、本実施形態に係る圧電振動子のパッケージの製造方法によれば、導電層パターニング工程Ｓ５に続いて、第２層３６の上面３６ａに第１レジストのパターン２１を残留させたまま成膜工程Ｓ６を行っている。このため、第２層３６の上面３６ａと接合膜３５との間には第１レジストのパターン２１が介在されており、第２層３６の上面３６ａは接合膜３５の成分の拡散から保護されている。その結果、導電層３４への接合膜成分の拡散を好適に抑制できる。
さらに、導電層３４を保護するための層として、導電層３４をパターニングするための第１レジストのパターン２１が兼用されているので、導電層を保護するために追加的な工程を必要とせず、製造方法が煩雑になるのを抑制しつつ導電層の品質を高く保つことができる。

また、導電層３４の第２層３６として金を含有する金層が採用され、第２層３６の上面３６ａへの接合膜３５の成分の拡散が抑制されているので、バンプＢを金線を用いたスタッドバンプ法によって構成する場合にバンプの接合性への悪影響を抑制することができる。

（変形例）
以下では本実施形態の変形例について図１３を参照して説明する。
本変形例では、レジスト除去工程Ｓ９において、レジスト剥離液塗布工程Ｓ９１及びＡｒプラズマアッシング工程Ｓ９２に代えて、ベース基板用ウエハ４０の第１レジストのパターン２１及び第２レジストのパターン２２を除去するとともに第２層３６の上面３６ａを洗浄するＯ_２プラズマアッシング工程Ｓ１９１を備える。
この場合、Ｏ_２プラズマアッシング工程Ｓ１９１によってレジストの除去と導電層３４の表面の洗浄とが同時に行われる。
本変形例では、レジストを剥離して第２層３６の上面を洗浄するのを１工程で完了することができる。したがって圧電振動子のパッケージの製造方法を簡略化することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１ 圧電振動子
２ ベース基板（第１基板）
３ リッド基板（第２基板）
５ パッケージ
２１ 第１レジストのパターン
２２ 第２レジストのパターン
３４ 導電層
３５ 接合膜
３６ 第２層（金層、内部電極部）
３７ 第１層（クロム層）
Ｂ バンプ
Ｓ３ 導電層積層工程
Ｓ３１ 第１層積層工程
Ｓ３２ 第２層積層工程
Ｓ４ 第１レジスト積層工程
Ｓ５ 導電層パターニング工程
Ｓ６ 成膜工程
Ｓ７ 第２レジスト積層工程
Ｓ８ 接合膜パターニング工程
Ｓ９ レジスト除去工程
Ｓ９１ レジスト剥離液塗布工程
Ｓ９２ Ａｒプラズマアッシング工程
Ｓ１９１ Ｏ_２プラズマアッシング工程

Claims (7)

1. 第１基板と第２基板とが接合膜を介して接合される圧電振動子のパッケージの製造方法であって、
   前記第１基板の面上に電気伝導性を有する導電層を積層する導電層積層工程と、
   前記導電層積層工程に続いて前記導電層の上面に第１レジストインクを含む第１レジストのパターンを積層する第１レジスト積層工程と、
   前記第１レジスト積層工程に続いて前記導電層を前記第１レジストのパターンと同形状のパターンに形成する導電層パターニング工程と、
   前記導電層パターニング工程に続いて前記第１基板及び前記第１レジストのパターンの上面に前記接合膜を積層する成膜工程と、
   を備える圧電振動子のパッケージの製造方法。
2. 前記導電層積層工程が、
   前記第１基板の面上に前記第１基板との接着性の高い第１層を積層する第１層積層工程と、
   前記第１層の上面に電気伝導性を有しバンプが接合されるバンプ接合領域を有する第２層を積層する第２層積層工程と、
   を有する請求項１に記載の圧電振動子のパッケージの製造方法。
3. 前記第２層が金を含有する請求項２に記載の圧電振動子のパッケージの製造方法。
4. 前記成膜工程の後に、
   前記接合膜の上面に第２レジストインクを含む第２レジストのパターンを積層する第２レジスト積層工程と、
   前記第２レジスト積層工程の後に、前記接合膜を前記第２レジストのパターンと同形状に形成する接合膜パターニング工程と、
   を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電振動子のパッケージの製造方法。
5. 前記接合膜パターニング工程の後に、前記第１レジスト及び前記第２レジストを共に除去するレジスト除去工程を有する請求項４に記載の圧電振動子のパッケージの製造方法。
6. 前記レジスト除去工程が、
   前記第１基板上の前記第１レジスト及び前記第２レジストに対してレジスト剥離液を塗布するレジスト剥離液塗布工程と、
   前記導電層の表面を洗浄するＡｒプラズマアッシング工程と、
   を有する請求項５に記載の圧電振動子のパッケージの製造方法。
7. 前記レジスト除去工程が、
   前記第１基板上の前記第１レジスト及び前記第２レジストを除去するとともに前記導電層の表面を洗浄するＯ_２プラズマアッシング工程を有する請求項５に記載の圧電振動子のパッケージの製造方法。

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