JP5285467B2

JP5285467B2 - Method for manufacturing piezoelectric vibrator

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Publication number: JP5285467B2
Application number: JP2009044053A
Authority: JP
Inventors: 健司大場
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2029-02-26
Also published as: JP2010200118A

Description

本発明は、電子機器に用いられる圧電振動子の製造方法に関する。
The present invention relates to a method of manufacturing a piezoelectric vibrator for use in electronic devices.

従来からテレビや携帯電話等の電子機器には、電子部品の一つとして圧電振動子が用いられている。図１２は従来の圧電振動子を示した概略分解斜視図であり、図１３は図１２記載のＢ−Ｂの断面図である。 Conventionally, a piezoelectric vibrator is used as one of electronic components in an electronic device such as a television or a mobile phone. FIG. 12 is a schematic exploded perspective view showing a conventional piezoelectric vibrator, and FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.

図１２に示すように従来の圧電振動子２００は、圧電振動素子２０１と、凹部２２１が設けられた基体２２０と、凹部２３１が設けられた蓋体２３０とから概略構成される。圧電振動子２００は、基体２２０の凹部２２１開口部及び蓋体２３０の凹部２３１開口部を圧電振動素子２０１側に向けて、圧電振動素子２０１を基体２２０と蓋体２３０とで挟むように接合されている。 As shown in FIG. 12, the conventional piezoelectric vibrator 200 is roughly configured by a piezoelectric vibration element 201, a base body 220 provided with a recess 221, and a lid body 230 provided with a recess 231. The piezoelectric vibrator 200 is bonded so that the concave portion 221 opening portion of the base body 220 and the concave portion 231 opening portion of the lid body 230 face the piezoelectric vibration element 201 side, and the piezoelectric vibration element 201 is sandwiched between the base body 220 and the lid body 230. ing.

圧電振動素子２０１は、水晶を材質とする圧電素板２０２と、その圧電素板２０２表面に設けられた励振電極２０３、引出電極２０４、素子側接続電極２０５及び素子側金属膜２０７により構成される。圧電素板２０２は、平面視四角形の枠部２０２ｂと、その枠部の内側に配置された平面視四角形の振動部２０２ａとが、振動部２０２ａの一辺と枠部２０２ｂ内周の一辺とが繋がることで一体に形成されている。 The piezoelectric vibration element 201 includes a piezoelectric element plate 202 made of quartz, and an excitation electrode 203, an extraction electrode 204, an element side connection electrode 205, and an element side metal film 207 provided on the surface of the piezoelectric element plate 202. . In the piezoelectric element plate 202, a rectangular frame portion 202b in plan view and a square-view vibrating portion 202a arranged inside the frame portion are connected to one side of the vibrating portion 202a and the inner periphery of the frame portion 202b. It is formed in one.

励振電極２０３は、振動部２０２ａの両主面に対向するように設けられている。引出電極２０４は、励振電極２０３から枠部２０２ｂと繋がる辺の方向に向かって、振動部２０３の両主面で対向しないように延設されており、その終端は枠部２０２ｂにまで至る。素子側接続電極２０５は、蓋体２３０側に向く主面に設けられた引出電極２０４の終端部分と対向するように、その対向する引出電極２０４が設けられている主面とは反対側の主面に設けられている。この引出電極２０４と素子側接続電極２０５とは、圧電素板２０２に設けられた貫通孔２０６内の導通配線（図示せず）により電気的に接続されている。又、枠部２０２ｂ両主面には、引出電極２０４及び素子側接続電極２０５と接続しないように、全面にわたり素子側金属膜２０７が設けられている。 The excitation electrode 203 is provided so as to face both main surfaces of the vibration part 202a. The extraction electrode 204 extends from the excitation electrode 203 in the direction of the side connected to the frame portion 202b so as not to oppose both main surfaces of the vibration portion 203, and the end thereof reaches the frame portion 202b. The element-side connection electrode 205 is opposite to the main surface on which the opposing extraction electrode 204 is provided so as to face the terminal portion of the extraction electrode 204 provided on the main surface facing the lid 230 side. It is provided on the surface. The extraction electrode 204 and the element side connection electrode 205 are electrically connected by a conductive wiring (not shown) in a through hole 206 provided in the piezoelectric element plate 202. Further, the element side metal film 207 is provided on the entire main surface of the frame portion 202b so as not to be connected to the extraction electrode 204 and the element side connection electrode 205.

基体２２０は平板形状のガラスからなり、平面視四角形に外形が形成されている。又、基体２２０の外形は圧電振動素子２０１の外形と同一となっている。圧電振動素子２０１と接合する側になる基体２２０の一方の主面には、凹部２２１が設けられている。この凹部２２１の開口部の大きさは、接合される圧電振動素子２０１の枠部２０２ｂ内周と同じ大きさで形成される。基体２２０の一方の主面のうち、圧電振動素子２０１の引出電極２０４の終端部分及び素子側接続電極２０５に対応する部分には、２個一対の基体側接続電極２２２が設けられている。又、基体２２０の一方の主面には、基体側接続電極２２２に接続しないように、圧電振動素子２０１に設けられた素子側金属膜２０７に対応する形状の基体側金属膜２２３が設けられている。 The base body 220 is made of flat glass, and has an outer shape in a square shape in plan view. The outer shape of the base body 220 is the same as that of the piezoelectric vibration element 201. A recess 221 is provided on one main surface of the base body 220 that is to be joined to the piezoelectric vibration element 201. The size of the opening of the recess 221 is the same size as the inner periphery of the frame portion 202b of the piezoelectric vibration element 201 to be joined. Of the one main surface of the base body 220, two pairs of base body side connection electrodes 222 are provided on the terminal electrode 204 of the piezoelectric vibration element 201 and the part corresponding to the element side connection electrode 205. Also, a base-side metal film 223 having a shape corresponding to the element-side metal film 207 provided on the piezoelectric vibration element 201 is provided on one main surface of the base body 220 so as not to be connected to the base-side connection electrode 222. Yes.

図１３に示すように、基体２２０の他方の主面の４つの角部近傍には、外部接続用電極端子２２４が設けられている。この外部接続用電極端子２２４のうち所定の２つと基体側接続電極２２２とは、基体内に備えられた導通配線２２５により電気的に接続されている。 As shown in FIG. 13, external connection electrode terminals 224 are provided in the vicinity of the four corners of the other main surface of the base body 220. Two of the external connection electrode terminals 224 and the base-side connection electrode 222 are electrically connected by a conductive wiring 225 provided in the base.

図１２に示すように、蓋体２３０は平板形状のガラスからなり、平面視四角形に外形が形成されている。又、蓋体２３０の外形は圧電振動素子２０１の外形と同一となっている。圧電振動素子２０１と接合する側になる蓋体２３０の一方の主面には、凹部２３１が設けられている。この凹部２３１の開口部の大きさは、接合される圧電振動素子２０１の枠部２０２ｂ内周と同じ大きさで形成される。又、蓋体２３０の一方の主面には、圧電振動素子２０１に設けられた素子側金属膜２０７に対応する形状の蓋体側金属膜２３２が設けられている。 As shown in FIG. 12, the lid body 230 is made of flat glass, and has an outer shape that is a quadrangle in a plan view. Further, the outer shape of the lid 230 is the same as the outer shape of the piezoelectric vibration element 201. A concave portion 231 is provided on one main surface of the lid 230 that is to be joined to the piezoelectric vibration element 201. The size of the opening of the recess 231 is the same size as the inner periphery of the frame portion 202b of the piezoelectric vibration element 201 to be joined. Further, a lid body side metal film 232 having a shape corresponding to the element side metal film 207 provided on the piezoelectric vibration element 201 is provided on one main surface of the lid body 230.

図１３に示すように、圧電振動子２００は、基体２２０の凹部２２１開口部と蓋体２３０の凹部２３１開口部とを圧電振動素子２０１側に向けて、圧電振動素子２０１を基体２２０と蓋体２３０とで挟むよう重ね合わされた構成となっている。圧電振動子２００は、このような構成において、引出電極２０４及び素子側接続電極２０５と基体側接続電極２２２、及び素子側金属膜２０７と基体側金属膜２２２と蓋体側金属膜２３２とが接合されることにより成る。この接合には例えば直接接合が用いられている。この接合により圧電振動子２００内部の空間は気密に封止されている。 As shown in FIG. 13, the piezoelectric vibrator 200 has the concave portion 221 opening of the base body 220 and the concave portion 231 opening of the lid body 230 facing the piezoelectric vibrating element 201 side, and the piezoelectric vibrating element 201 is placed on the base body 220 and the lid body. 230 and are stacked so as to be sandwiched between them. In the piezoelectric vibrator 200 having such a configuration, the extraction electrode 204, the element side connection electrode 205, the base side connection electrode 222, the element side metal film 207, the base side metal film 222, and the lid side metal film 232 are joined. It consists of. For this joining, for example, direct joining is used. By this joining, the space inside the piezoelectric vibrator 200 is hermetically sealed.

次に、この圧電振動子２００の製造方法について説明する。
（素子ウェハ形成工程）
複数の前記した圧電振動素子２０１がマトリックス状に集合配列されて、全体でウェハの状態となっている素子ウェハＸ１を形成する。図１４は、素子ウェハ形成工程における、素子ウェハＸ１を示す概念図である。素子ウェハＸ１を構成する各圧電振動素子２０１となる部分は、圧電素板２０２と、その圧電素板２０２表面に励振電極２０３、引出電極２０４、素子側接続用電極２０５及び素子側金属膜２０７とを形成することにより構成される。 Next, a method for manufacturing the piezoelectric vibrator 200 will be described.
(Element wafer formation process)
A plurality of the piezoelectric vibration elements 201 are arranged in a matrix to form an element wafer X1 that is in a wafer state as a whole. FIG. 14 is a conceptual diagram showing the element wafer X1 in the element wafer forming step. A portion to be each piezoelectric vibration element 201 constituting the element wafer X1 includes a piezoelectric element plate 202, an excitation electrode 203, an extraction electrode 204, an element side connection electrode 205, and an element side metal film 207 on the surface of the piezoelectric element plate 202. It is comprised by forming.

圧電素板２０２となる部分は、枠部２０２ｂと、この枠部２０２ｂの内側に配置された振動部２０２ａとが一体に形成されている。尚、素子ウェハＸ１の各圧電素板２０２となる部分の形成には、フォトリソグラフィ手段及びエッチング手段が用いられる。励振電極２０３は圧電素板２０２となる部分の振動部２０２ａの両主面に対向するように形成する。引出電極２０４は、励振電極２０３から枠部２０２ｂと繋がる辺の方向に向かって、振動部２０３の両主面で対向しないように延設し、その終端が枠部２０２ｂにまで至るように形成する。素子側接続電極２０５は、後工程で蓋体ウェハＷ３側に向く主面に設けられた引出電極２０４の終端部分と対向するように、その対向する引出電極２０４が設けられている主面とは反対側の主面に形成する。 In the portion that becomes the piezoelectric element plate 202, a frame portion 202b and a vibrating portion 202a disposed inside the frame portion 202b are integrally formed. Note that a photolithography means and an etching means are used for forming the portions to be the piezoelectric element plates 202 of the element wafer X1. The excitation electrode 203 is formed so as to face both main surfaces of the vibration part 202a of the part that becomes the piezoelectric element plate 202. The extraction electrode 204 extends from the excitation electrode 203 in the direction of the side connected to the frame portion 202b so as not to be opposed to both main surfaces of the vibration portion 203, and is formed so that the end thereof reaches the frame portion 202b. . What is the main surface on which the opposing extraction electrode 204 is provided so that the element side connection electrode 205 faces the terminal portion of the extraction electrode 204 provided on the main surface facing the lid wafer W3 in a later step? It is formed on the opposite main surface.

この引出電極２０４と対向する素子側接続電極２０５の間には貫通孔２０６を形成し、貫通孔２０６内に形成した導通配線により、引出電極２０４と対向する素子側接続電極２０５を電気的に接続する。又、枠部２０２ｂ両主面には、引出電極２０４及び素子側接続電極２０５と接続しないように、全面にわたり素子側金属膜２０７を形成する。前記した励振電極２０３、引出電極２０４、素子側接続電極２０５、素子側金属膜２０７及び貫通孔２０６内の導通配線は、例えばフォトリソグラフィ手段で形成する。 A through hole 206 is formed between the element side connection electrode 205 facing the extraction electrode 204, and the element side connection electrode 205 facing the extraction electrode 204 is electrically connected by a conductive wiring formed in the through hole 206. To do. Further, the element side metal film 207 is formed on both main surfaces of the frame portion 202b so as not to be connected to the extraction electrode 204 and the element side connection electrode 205. The conductive wires in the excitation electrode 203, the extraction electrode 204, the element side connection electrode 205, the element side metal film 207, and the through hole 206 are formed by, for example, photolithography means.

（基体ウェハ形成工程）
複数の前記基体２２０がマトリックス状に集合配列され、全体でウェハの状態となっている基体ウェハＸ２を形成する。図１５は、基体ウェハ形成工程における、基体ウェハＸ２を示す概念図である。この基体ウェハＸ２の材質はガラスである。各基体２２０となる部分の一方の主面に、フォトリソグラフィ手段及びエッチング手段により凹部２２１を形成する。又、この基体２２０となる部分における圧電振動素子２０１の引出電極２０４の終端部分及び素子側接続電極２０５に対応する部分には、２個一対の基体側接続電極２２２を形成する。又、基体２２０となる部分の一方の主面に、基体側接続電極２２２に接続しないように、素子ウェハＸ１の各素子側金属膜２０７に対応する形状の基体側金属膜２２３を形成する。更に、基体２２０となる部分の他方の主面の４つの角部近傍に外部接続用電極端子２２４を形成する。この外部接続用電極端子２２４のうち所定の２つと基体側接続電極２２２とは、基体内に導通配線２２５を形成することにより電気的に接続する。尚、この基体側金属膜２２３、基体側接続電極２２２、外部接続用電極端子２２４及び導通配線２２５は、例えばフォトリソグラフィ手段、エッチング手段、蒸着手段など用いて形成する。 (Base wafer forming process)
A plurality of the bases 220 are gathered and arranged in a matrix to form a base wafer X2 in a wafer state as a whole. FIG. 15 is a conceptual diagram showing the base wafer X2 in the base wafer forming step. The material of the base wafer X2 is glass. A recess 221 is formed on one main surface of a portion to be each base 220 by photolithography means and etching means. Further, two pairs of base-side connection electrodes 222 are formed in the portion corresponding to the terminal portion of the extraction electrode 204 of the piezoelectric vibration element 201 and the element-side connection electrode 205 in the portion that becomes the base 220. Further, a base-side metal film 223 having a shape corresponding to each element-side metal film 207 of the element wafer X1 is formed on one main surface of a portion to be the base 220 so as not to be connected to the base-side connection electrode 222. Further, external connection electrode terminals 224 are formed in the vicinity of the four corners of the other main surface of the portion to be the base 220. Two of the external connection electrode terminals 224 and the base-side connection electrode 222 are electrically connected by forming a conductive wiring 225 in the base. The base-side metal film 223, the base-side connection electrode 222, the external connection electrode terminal 224, and the conductive wiring 225 are formed using, for example, photolithography means, etching means, vapor deposition means, or the like.

（蓋体ウェハ形成工程）
複数の前記蓋体２３０がマトリックス状に集合配列され、全体でウェハの状態となっている蓋体ウェハＸ３を形成する。図１６は、蓋体ウェハ形成工程における、蓋体ウェハＸ３を示す概念図である。この蓋体ウェハＸ３の材質はガラスである。各蓋体２３０となる部分の一方の主面に、フォトリソグラフィ手段及びエッチング手段により、凹部２３１を形成する。又、蓋体２３０となる部分の一方の主面に、素子ウェハＸ１の各素子側金属膜２０７に対応する形状の蓋体側金属膜２３２を、例えばフォトリソグラフィ手段を用いて形成する。尚、前記した素子ウェハ形成工程、基体ウェハ形成工程及び蓋体ウェハ形成工程は、別々の工程として実施される。 (Cover wafer forming process)
A plurality of the lids 230 are gathered and arranged in a matrix to form a lid wafer X3 that is in a wafer state as a whole. FIG. 16 is a conceptual diagram showing the lid wafer X3 in the lid wafer forming step. The material of the lid wafer X3 is glass. A concave portion 231 is formed on one main surface of a portion to be each lid 230 by photolithography means and etching means. Further, a lid-side metal film 232 having a shape corresponding to each element-side metal film 207 of the element wafer X1 is formed on one main surface of the portion to be the lid 230 using, for example, photolithography means. The element wafer forming process, the base wafer forming process, and the lid wafer forming process are performed as separate processes.

（ウェハ接合工程）
このように各工程で形成した素子ウェハＸ１と基体ウェハＸ２と蓋体ウェハＸ３を、基体ウェハＸ２のそれぞれの凹部２２１開口部及び蓋体ウェハＸ３のそれぞれの凹部２３１開口部が素子ウェハＸ１に向く状態で、素子ウェハＸ１を基体ウェハＸ２と蓋体ウェハＸ３とで挟むように重ね合わせる。このとき、素子ウェハＸ１の各素子側金属膜２０７と、基体ウェハＸ２の各基体側金属膜２２３と、蓋体ウェハＸ３の各蓋体側金属膜２３２とが接触する。又、素子ウェハＸ１の各引出電極２０４及び素子側接続電極２０５と、基体ウェハＸ２の各基体側接続電極２２２とが接触する。 (Wafer bonding process)
In the element wafer X1, the base wafer X2, and the lid wafer X3 formed in each step in this way, the respective concave portion 221 opening of the base wafer X2 and the respective concave portion 231 opening of the lid wafer X3 face the element wafer X1. In this state, the element wafer X1 is overlaid so as to be sandwiched between the base wafer X2 and the lid wafer X3. At this time, each element-side metal film 207 of the element wafer X1, each substrate-side metal film 223 of the substrate wafer X2, and each lid-side metal film 232 of the lid wafer X3 are in contact with each other. In addition, each extraction electrode 204 and element-side connection electrode 205 of the element wafer X1 are in contact with each substrate-side connection electrode 222 of the substrate wafer X2.

この状態で、素子側金属膜２０７と基体側金属膜２２３と蓋体側金属膜２３２とを接合し、且つ引出電極２０４及び素子側接続電極２０５と基体側接続電極２２２とを接合することにより、重ね合わされた素子ウェハＸ１と基体ウェハＸ２と蓋体ウェハＸ３を一体化する。図１７は、各ウェハを接合した状態を示す概念図である。この接合には、例えば外部からのレーザ照射による溶融接合や、直接接合による接合などの手段が用いられる。 In this state, the element-side metal film 207, the base-side metal film 223, and the lid-side metal film 232 are joined, and the extraction electrode 204, the element-side connection electrode 205, and the base-side connection electrode 222 are joined to overlap each other. The element wafer X1, the base wafer X2, and the lid wafer X3 thus formed are integrated. FIG. 17 is a conceptual diagram showing a state where wafers are bonded. For this joining, for example, means such as fusion joining by laser irradiation from the outside or joining by direct joining are used.

（個片化工程）
素子ウェハＸ１と基体ウェハＸ２と蓋体ウェハＸ３とを接合して、複数の圧電振動子２００となる部分がマトリックス状に集合配列された状態のウェハを、各圧電振動子２００となる部分の外周に沿ってダイシングブレードやレーザなどを用いて切断し個片化する。図１８は、個片の圧電振動子２００に切断後の状態を示す概念図である。これにより、複数の圧電振動子２００を同時に形成する。以上のような工程により圧電振動子２００は製造される（例えば、特許文献１参照）。 (Individualization process)
The element wafer X1, the base wafer X2, and the lid wafer X3 are bonded together, and a wafer in which the portions to be the plurality of piezoelectric vibrators 200 are collectively arranged in a matrix form is the outer periphery of the portion to be the piezoelectric vibrator 200. Are cut into pieces by using a dicing blade or a laser. FIG. 18 is a conceptual diagram showing a state after the piece of the piezoelectric vibrator 200 is cut. Thereby, a plurality of piezoelectric vibrators 200 are formed simultaneously. The piezoelectric vibrator 200 is manufactured by the process as described above (see, for example, Patent Document 1).

特開２００７−９６７７７号公報JP 2007-96777 A

しかしながら、特許文献１で提案される圧電振動子２００では、圧電振動素子２００に設けられた引出電極２０４及び素子側接続電極２０５と素子側金属膜２０７との間隔、及び基体２２０に設けられた基体側接続電極２２２及び基体側金属膜２２３との間隔が、最も狭い部分で２０〜３０μｍ程度と非常に狭い。よって、各ウェハの接合位置が僅かでもずれると、引出電極２０４及び素子側接続電極２０５から外部接続用電極端子２２４に至る導通経路が正しく形成できない恐れがある。 However, in the piezoelectric vibrator 200 proposed in Patent Document 1, the distance between the extraction electrode 204 and the element side connection electrode 205 provided in the piezoelectric vibration element 200 and the element side metal film 207, and the base provided in the base 220 The distance between the side connection electrode 222 and the base metal film 223 is as narrow as about 20 to 30 μm at the narrowest portion. Therefore, if the bonding positions of the wafers are slightly shifted, there is a possibility that a conduction path from the extraction electrode 204 and the element side connection electrode 205 to the external connection electrode terminal 224 cannot be formed correctly.

例えば、素子ウェハＸ１と基体ウェハＸ２との接合位置がずれた場合、引出電極２０４と素子側接続電極２０５とが基体側金属膜２２３と接触する。これにより圧電振動素子２０１に設けられた励振電極２０３が基体側金属膜２２３によりショート状態となり、圧電振動子２００が不発振の不良品となる恐れがある。圧電振動子２００は接合した各ウェハを個片化することにより同時に複数得られるので、ウェハの接合位置にずれが生じた場合、一つのウェハを構成する複数の圧電振動子２００となる部分のうち大半に導通経路の接続不良が同時に生じてしまう恐れがある。これにより圧電振動子２００の製造時の良品率が低下する恐れがある。 For example, when the bonding position of the element wafer X1 and the base wafer X2 is shifted, the extraction electrode 204 and the element side connection electrode 205 are in contact with the base side metal film 223. As a result, the excitation electrode 203 provided on the piezoelectric vibration element 201 may be short-circuited by the base-side metal film 223, and the piezoelectric vibrator 200 may become a non-oscillating defective product. Since a plurality of piezoelectric vibrators 200 can be obtained simultaneously by separating each bonded wafer, when a deviation occurs in the bonding position of the wafers, of the portions to be a plurality of piezoelectric vibrators 200 constituting one wafer There is a risk that connection failure of the conduction path will occur at the same time in most cases. As a result, there is a risk that the yield rate at the time of manufacturing the piezoelectric vibrator 200 is lowered.

このようなウェハの接合位置のずれによる不具合を回避するためには、素子ウェハＸ１と基体ウェハＸ２と蓋体ウェハＸ３との接合に高精度の位置合わせが必要となる。しかし、熱膨張率が異なる材質で構成されたウェハを高精度で接合する場合、各ウェハの接合位置合わせ工程が非常に煩雑で多大な手間を要し、接合作業の効率を低下させる恐れがある。 In order to avoid such a problem due to the deviation in the bonding position of the wafers, high-precision alignment is required for bonding the element wafer X1, the base wafer X2, and the lid wafer X3. However, when wafers made of materials having different coefficients of thermal expansion are bonded with high accuracy, the bonding alignment process for each wafer is very cumbersome and requires a lot of work, which may reduce the efficiency of the bonding operation. .

そこで、本発明は、前記した問題を解決し、正確な導通経路を簡易に形成でき、高精度で工程が煩雑な位置合わせを必要としない圧電振動子の製造方法を提供することを課題とする。
Accordingly, the present invention is to solve the aforementioned problems, it can form an accurate conduction path easily, and to provide a method for manufacturing a piezoelectric vibrator step at high accuracy does not require alignment complicated position .

本発明は、前記課題を解決するために成されたものであり、枠部とこの枠部の内側に配置された振動部とが一体に形成された圧電素板と、この振動部の両主面に設けられた励振電極と、枠部の一方の主面に互いに電気的に接続しないように設けられた２つの接続用電極と、所定の励振電極と接続用電極とを電気的に接続する引出電極とにより構成される圧電振動素子と、蓋体及び基体とからなる圧電振動子の製造方法であって、複数の圧電振動素子がマトリックス状に配列集合してなる素子ウェハを形成する素子ウェハ形成工程と、この素子ウェハの接続用電極が設けられた一方の主面全面に、絶縁部を形成する絶縁部形成工程と、この絶縁部のうち、振動部上に形成した絶縁部を除去する絶縁部除去工程と、基板と、この基板の一方の主面に設けられた複数個の外部接続用電極端子と、所定の２つの外部接続用電極端子から基板の他方の主面に至る２つの第一の貫通孔内に設けられ、且つこの外部接続用電極端子と電気的に接続する導通配線とから構成される複数の基体がマトリックス状に配列集合してなる基体ウェハを、絶縁部に接合する基体ウェハ接合工程と、第一の貫通孔内にエッチング材を入れ、第一の貫通孔と連通し接続用電極まで貫通する第二の貫通孔を絶縁部に形成する第二の貫通孔形成工程と、第一の貫通孔内及び第二の貫通孔内に導電性物質を充填する導電性物質充填工程と、一方の主面に凹部を有する複数の蓋体がマトリックス状に配列集合してなる蓋体ウェハを、素子ウェハの他方の主面に接合する蓋体ウェハ接合工程と、それぞれの圧電振動子に個片化する個片化工程と、を備えたことを特徴とする圧電振動子の製造方法である。
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and includes a piezoelectric element plate in which a frame portion and a vibrating portion arranged inside the frame portion are integrally formed, and both main portions of the vibrating portion. An excitation electrode provided on the surface, two connection electrodes provided so as not to be electrically connected to one main surface of the frame portion, and a predetermined excitation electrode and the connection electrode are electrically connected A method for manufacturing a piezoelectric vibrator comprising a piezoelectric vibration element comprising a lead electrode, a lid and a base, and forming an element wafer comprising a plurality of piezoelectric vibration elements arranged in a matrix A forming step, an insulating portion forming step for forming an insulating portion on the entire main surface of the element wafer on which the connection electrode is provided, and an insulating portion formed on the vibrating portion of the insulating portion is removed. Insulator removal process, substrate, and one main surface of this substrate A plurality of external connection electrode terminals provided and two first through holes extending from two predetermined external connection electrode terminals to the other main surface of the substrate, and the external connection electrode terminals A base wafer comprising a plurality of base bodies that are electrically connected to each other and arranged in a matrix and joining the base wafer to the insulating portion; and an etching material in the first through-hole. A second through-hole forming step of forming in the insulating portion a second through-hole that communicates with the first through-hole and penetrates to the connection electrode; and in the first through-hole and the second through-hole A conductive material filling step for filling a conductive material, and a lid for joining a lid wafer formed by arranging a plurality of lids having recesses on one main surface in a matrix to the other main surface of the element wafer Individual wafer bonding process and individual piezoelectric vibrators And that singulation process, a manufacturing method of a piezoelectric vibrator, characterized by comprising a.

又、本発明において、前記蓋体ウェハ接合工程は、前記導電性物質充填工程を行った後に代えて、前記絶縁部除去工程、前記基体ウェハ接合工程、又は前記第二の貫通孔形成工程のうちのいずれかの工程を行った後に行うことを特徴とする。 In the present invention, the lid wafer bonding step may be replaced with the insulating material removing step, the base wafer bonding step, or the second through-hole forming step, instead of performing the conductive substance filling step. It is performed after any of the steps are performed.

又、本発明は、前記絶縁部形成工程において、絶縁部はスピンオンガラスから成り、スピンオンガラスをスピンコート法により形成することを特徴とする。 According to the present invention, in the insulating portion forming step, the insulating portion is made of spin-on glass, and the spin-on glass is formed by a spin coating method.

このような圧電振動子の製造方法によれば、素子ウェハと基体ウェハとを絶縁部を介して接合した後で、基体ウェハの各基体部分に設けられた第一の貫通孔内にエッチング物質を入れ、第一の貫通孔の開口部に接する絶縁部部分をエッチングにより除去し、第二の貫通孔を形成している。又、第二の貫通孔の開口部の大きさは、素子ウェハの接続用電極の大きさに比べ小さいので、第二の貫通孔の形成位置がウェハの接合位置のずれで所定の位置から例えば数十μｍずれたとしても、第二の貫通孔の接続用電極側開口部が接続用電極から外れることはない。
According to the manufacturing method of the piezoelectric vibrator such as this, the device wafer and the base wafer after bonding via the insulating unit, the etching material in a first through-holes provided in the base portion of the substrate wafer And the insulating portion in contact with the opening of the first through hole is removed by etching to form a second through hole. Further, since the size of the opening of the second through hole is smaller than the size of the connection electrode of the element wafer, the formation position of the second through hole is, for example, from a predetermined position due to the deviation of the bonding position of the wafer. Even if it is displaced by several tens of μm, the connection electrode side opening of the second through hole does not come off from the connection electrode.

このように、接続用電極と外部接続用電極端子とを電気的に接続するための、内面に導通配線が設けられた第一の貫通孔、第二の貫通孔及び導電性物質による導通経路は、素子ウェハと基体ウェハを接合した後に形成される。従って、ウェハの接合位置にずれが生じた場合でも、第一の貫通孔と第二の貫通孔内を充填する導電性物質による導通経路が、異常接続がなく形成できる。よって、従来のような接合したウェハ内での導通経路のショートによる圧電振動子の不良がなくなり、製造時の良品率の低下を抑止することができる。 In this way, the first through hole, the second through hole, and the conductive path formed by the conductive material on the inner surface for electrically connecting the connection electrode and the external connection electrode terminal are: It is formed after the element wafer and the base wafer are bonded. Therefore, even when a deviation occurs in the bonding position of the wafer, the conduction path by the conductive material filling the first through hole and the second through hole can be formed without abnormal connection. Therefore, there is no defect in the piezoelectric vibrator due to short-circuiting of the conduction path in the bonded wafer as in the conventional case, and it is possible to suppress a decrease in the yield rate during manufacturing.

又、本発明では、導通経路を構成する第二の貫通孔は、素子ウェハと基体ウェハとの接合後に、第一の貫通孔と連通した孔として形成される。従って、導通経路を正確に形成するために、熱膨張率が異なる材質で構成された素子ウェハと基体ウェハとを高精度に位置合わせをして接合する必要がない。よって、各ウェハの接合位置合わせ工程を従来に比べ簡易に行え、接合作業の効率を低下させる恐れはなくなる。 In the present invention, the second through hole constituting the conduction path is formed as a hole communicating with the first through hole after the element wafer and the base wafer are joined. Therefore, in order to accurately form the conduction path, it is not necessary to align and bond the element wafer and the base wafer made of materials having different coefficients of thermal expansion with high accuracy. Therefore, the bonding alignment process for each wafer can be performed more easily than in the prior art, and there is no possibility of reducing the efficiency of the bonding operation.

このように本発明は、正確な導通経路を簡易に形成でき、工程が煩雑なウェハの高精度な位置合わせを必要としない圧電振動子の製造方法を提供できる効果を奏する。 As described above, the present invention has an effect of providing a method for manufacturing a piezoelectric vibrator that can easily form an accurate conduction path and does not require highly accurate alignment of a wafer with complicated processes.

本発明の実施形態に係る圧電振動子を示した概略分解斜視図である。1 is a schematic exploded perspective view showing a piezoelectric vibrator according to an embodiment of the present invention. 図１記載のＡ−Ａの断面図である。It is sectional drawing of AA of FIG. 本発明の実施形態に係る圧電振動子を構成する圧電振動素子を示し、（ａ）は蓋体側から見た平面図であり、（ｂ）は基体側から見た平面図である。1A and 1B show a piezoelectric vibration element that constitutes a piezoelectric vibrator according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view seen from a lid side, and FIG. 2B is a plan view seen from a substrate side. 本発明の素子ウェハ形成工程における、素子ウェハを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an element wafer in the element wafer formation process of this invention. 本発明の絶縁部形成工程における、素子ウェハに絶縁部を形成した状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the state which formed the insulation part in the element wafer in the insulation part formation process of this invention. 本発明の絶縁部除去工程における、絶縁部の一部を除去した状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the state which removed a part of insulation part in the insulation part removal process of this invention. 本発明の基体ウェハ接合工程における、絶縁部が設けられた素子ウェハに基体ウェハを接合した状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the state which joined the base wafer to the element wafer provided with the insulation part in the base wafer joining process of this invention. 本発明の第二の貫通孔形成工程における、絶縁部に第二の貫通孔を設けた状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the state which provided the 2nd through-hole in the insulating part in the 2nd through-hole formation process of this invention. 本発明の導電性物質充填工程における、第一の貫通孔及び第二の貫通孔内に導電性物質を充填した状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the state which filled the electroconductive substance in the 1st through-hole and the 2nd through-hole in the electroconductive substance filling process of this invention. 本発明の蓋体ウェハ接合工程における、素子ウェハに蓋体ウェハを接合した状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the state which joined the cover body wafer to the element wafer in the cover body wafer joining process of this invention. 本発明の個片化工程における、個片の圧電振動子にした状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the state made into the piezoelectric vibrator of the piece in the individualization process of this invention. 従来の圧電振動子を示す概略分解斜視図である。It is a general | schematic disassembled perspective view which shows the conventional piezoelectric vibrator. 図１２に記載のＢ−Ｂの断面図である。It is sectional drawing of BB of FIG. 従来の圧電振動子製造方法の素子ウェハ形成工程における、素子ウェハを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an element wafer in the element wafer formation process of the conventional piezoelectric vibrator manufacturing method. 従来の圧電振動子製造方法の基体ウェハ形成工程における、基体ウェハを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows a base wafer in the base wafer formation process of the conventional piezoelectric vibrator manufacturing method. 従来の圧電振動子製造方法の蓋体ウェハ形成工程における、蓋体ウェハを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the cover body wafer in the cover body wafer formation process of the conventional piezoelectric vibrator manufacturing method. 従来の圧電振動子製造方法のウェハ接合工程における、素子ウェハと基体ウェハと蓋体ウェハとが接合した状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the state which the element wafer, the base wafer, and the cover body wafer joined in the wafer joining process of the conventional piezoelectric vibrator manufacturing method. 従来の圧電振動子製造方法の個片化工程における、個片の圧電振動子にした状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the state made into the piece piezoelectric vibrator in the individualization process of the conventional piezoelectric vibrator manufacturing method.

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。尚、各図面では、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。特に電極及び絶縁部の厚みは誇張して図示している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each drawing, for clarity of explanation, a part of the structure is not shown, and some dimensions are exaggerated. In particular, the thickness of the electrode and the insulating portion is exaggerated.

図１は、本発明の実施形態に係る圧電振動子を示した概略分解斜視図である。図２は、図１記載のＡ−Ａの断面図である。図３は本発明の実施形態に係る圧電振動子を構成する圧電振動素子を示し、（ａ）は蓋体側から見た平面図であり、（ｂ）は基体側から見た平面図である。
図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る圧電振動子１００は、圧電振動素子１０１と、基体１２０と、蓋体１３０と、絶縁部１４０から概略構成されている。この圧電振動子１００は、絶縁部１４０が設けられた圧電振動素子１０１を基体１２０と蓋体１３０とで挟み接合することにより成る。 FIG. 1 is a schematic exploded perspective view showing a piezoelectric vibrator according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3A and 3B show a piezoelectric vibration element constituting the piezoelectric vibrator according to the embodiment of the present invention. FIG. 3A is a plan view seen from the lid side, and FIG. 3B is a plan view seen from the base side.
As shown in FIGS. 1 and 2, the piezoelectric vibrator 100 according to the embodiment of the present invention is generally configured by a piezoelectric vibration element 101, a base 120, a lid 130, and an insulating part 140. This piezoelectric vibrator 100 is formed by sandwiching and joining a piezoelectric vibration element 101 provided with an insulating portion 140 between a base 120 and a lid 130.

圧電振動素子１０１は、図３に示すように、例えば水晶を材質とする圧電素板１０２と、その圧電素板１０２の表面に設けられた励振電極１０３と引出電極１０４と接続用電極１０５とから構成される。圧電素板１０２は、平面視四角形の枠部１０２ｂと、その枠部１０２ｂの内側に配置された平面視四角形の振動部１０２ａとが、振動部１０２ａの一辺と枠部１０２ｂ内周の一辺とが繋がることで一体に形成されている。つまり、振動部１０２ａの残りの三辺の周りは枠部１０２ｂと所定の間隔が空いていることになる。 As shown in FIG. 3, the piezoelectric vibration element 101 includes, for example, a piezoelectric element plate 102 made of quartz, and an excitation electrode 103, an extraction electrode 104, and a connection electrode 105 provided on the surface of the piezoelectric element plate 102. Composed. The piezoelectric element plate 102 includes a rectangular frame portion 102b in plan view, and a rectangular vibration portion 102a in plan view arranged inside the frame portion 102b. One side of the vibrating portion 102a and one side of the inner periphery of the frame portion 102b It is integrally formed by connecting. That is, a predetermined distance is left around the remaining three sides of the vibrating portion 102a from the frame portion 102b.

励振電極１０３は、圧電素板１０２の振動部１０２ａの両主面に対向するように設けられている。接続用電極１０５は、接合時に基体１２０に対向する側の枠部１０２ｂの一方の主面に、２個一対で、互いに電気的に接続しないように設けられている。引出電極１０４は、所定の励振電極１０３と接続用電極１０５とを電気的に接続している。つまり、接合時に基体１２０に対向する側となる振動部１０２ａの一方の主面に設けられた励振電極１０３は、その励振電極１０３から振動部１０２ａと枠部１０２ｂとが繋がった一辺方向に延設した引出電極１０４により、一方の接続用電極１０５と電気的に接続している。又、振動部１０２ａの他方の主面に設けられた励振電極１０３は、その励振電極１０３から振動部１０２ａの側面を通って振動部１０２ａの一方の主面にまで延設した引出電極１０４により、他方の接続用電極１０５と電気的に接続している。尚、励振電極１０３、引出電極１０４及び素子側電極１０５は、下地金属としてのＣｒ層と、その下地金属の上に重ねて設けられたＡｕ層とから成る。以上のような構成部品により圧電振動素子１０１は構成されている。 The excitation electrode 103 is provided so as to face both main surfaces of the vibration part 102a of the piezoelectric element plate 102. Two connecting electrodes 105 are provided on one main surface of the frame portion 102b on the side facing the base 120 at the time of bonding so as not to be electrically connected to each other. The extraction electrode 104 electrically connects a predetermined excitation electrode 103 and the connection electrode 105. That is, the excitation electrode 103 provided on one main surface of the vibration part 102a that is on the side facing the base body 120 at the time of joining extends from the excitation electrode 103 in one side direction in which the vibration part 102a and the frame part 102b are connected. The extracted electrode 104 is electrically connected to one connection electrode 105. Further, the excitation electrode 103 provided on the other main surface of the vibration part 102a is extended by the extraction electrode 104 extending from the excitation electrode 103 through the side surface of the vibration part 102a to one main surface of the vibration part 102a. The other connection electrode 105 is electrically connected. The excitation electrode 103, the extraction electrode 104, and the element side electrode 105 are composed of a Cr layer as a base metal and an Au layer provided on the base metal. The piezoelectric vibration element 101 is constituted by the components as described above.

図１及び図２に示すように、基体１２０は、基板１２１と外部接続用電極端子１２２と導通配線１２４とから主に構成される。基板１２１は平板形状のガラスからなり、平面視四角形に外形が形成されている。基板１２１の外形は圧電振動素子１０１の外形と同一となっている。基板１２１の一方の主面の４つの角部近傍には外部接続用電極端子１２２が設けられている。又、基板１２１には、基板１２１を厚み方向で貫通する第一の貫通孔１２３が２個設けられている。この第一の貫通孔１２３の一方端の開口部は、所定の２つの外部接続用電極端子１２２それぞれ設けられている。又、第一の貫通孔１２３の他方端の開口部は、圧電振動素子１０１との接合時に異なる２つの接続用電極１０５に対応する位置となる基板１２１の他方の主面に設けられている。この第一の貫通孔１２３の内面には、外部接続用電極端子１２２と電気的に接続する導通配線１２４が設けられている。尚、外部接続用電極端子１２２及び導通配線１２４は、下地金属としてのＣｒ層と、その下地金属の上に重ねて設けられたＡｕ層とから成る。 As shown in FIGS. 1 and 2, the base 120 is mainly composed of a substrate 121, an external connection electrode terminal 122, and a conductive wiring 124. The substrate 121 is made of flat glass, and has an outer shape that is a quadrangle in a plan view. The outer shape of the substrate 121 is the same as that of the piezoelectric vibration element 101. External connection electrode terminals 122 are provided in the vicinity of the four corners of one main surface of the substrate 121. The substrate 121 is provided with two first through holes 123 that penetrate the substrate 121 in the thickness direction. An opening at one end of the first through hole 123 is provided with each of two predetermined external connection electrode terminals 122. Further, the opening at the other end of the first through hole 123 is provided on the other main surface of the substrate 121 at a position corresponding to two different connection electrodes 105 at the time of joining to the piezoelectric vibration element 101. On the inner surface of the first through-hole 123, a conductive wiring 124 that is electrically connected to the external connection electrode terminal 122 is provided. The external connection electrode terminal 122 and the conductive wiring 124 are composed of a Cr layer as a base metal and an Au layer provided on the base metal.

蓋体１３０は、例えば材質をガラスとする平面視四角形の基板１３１から構成されている。基板１３１の外形は、圧電振動素子１０１の外形と同一となっている。圧電振動素子１０１との接合側となる基板１３１の一方の主面には、凹部１３２が設けられている。この凹部１３２の開口部の大きさは、圧電振動素子１０１の枠部１０２ｂの内周と同一の大きさとなっている。 The lid body 130 is composed of a substrate 131 having a rectangular shape in a plan view made of, for example, glass. The outer shape of the substrate 131 is the same as that of the piezoelectric vibration element 101. A concave portion 132 is provided on one main surface of the substrate 131 that is to be bonded to the piezoelectric vibration element 101. The size of the opening of the recess 132 is the same as the inner circumference of the frame portion 102 b of the piezoelectric vibration element 101.

絶縁部１４０は、例えばポリシラザン、ポリシラン又はポリシロキサンのうち何れかを含有するスピンオンガラスから成る。絶縁部１４０の平面視形状は環形状となっており、圧電振動素子１０１の枠部１０２ｂの平面視形状と同一である。絶縁部１４０の厚さは例えば０．３μｍ〜１μｍであり、圧電振動素子１０１に設けられた励振電極１０３、引出電極１０４及び接続用電極１０５の厚さよりも厚く設けられる。尚、絶縁部１４０は、例えばスピンコート手段で、接続用電極１０５が設けられている側の圧電振動素子１０１上に形成し、圧電振動素子１０１の振動部１０２ａ上にある部分をエッチング手段により除去してすることにより、圧電振動素子１０１の枠部１０２ｂの一方の主面及び接続用電極１０５上に形成される。 The insulating part 140 is made of, for example, spin-on glass containing any of polysilazane, polysilane, or polysiloxane. The planar view shape of the insulating part 140 is a ring shape, and is the same as the planar view shape of the frame part 102 b of the piezoelectric vibration element 101. The thickness of the insulating portion 140 is, for example, 0.3 μm to 1 μm, and is thicker than the thickness of the excitation electrode 103, the extraction electrode 104, and the connection electrode 105 provided in the piezoelectric vibration element 101. The insulating part 140 is formed on the piezoelectric vibration element 101 on the side where the connection electrode 105 is provided by, for example, spin coating means, and the portion on the vibration part 102a of the piezoelectric vibration element 101 is removed by etching means. By doing so, the piezoelectric vibration element 101 is formed on one main surface of the frame portion 102 b and the connection electrode 105.

この絶縁部１４０には、その厚さ方向に貫通する第二の貫通孔１４１が２つ設けられている。この第二の貫通孔１４１は、基体１２０に設けられた２つの第一の貫通孔１２３とそれぞれ連通する位置に設けられている。又、第二の貫通孔１４１の圧電振動素子１０１側開口部は、圧電振動素子１０１に設けられた接続用電極１０５とそれぞれで接する位置に設けられている。ここで、後述するが、圧電振動素子１０１と基体１２０とを接合した後で、導電性物質１５０が設けられる。 The insulating portion 140 is provided with two second through holes 141 penetrating in the thickness direction. The second through hole 141 is provided at a position communicating with each of the two first through holes 123 provided in the base body 120. Further, the opening of the second through-hole 141 on the piezoelectric vibration element 101 side is provided at a position in contact with the connection electrode 105 provided on the piezoelectric vibration element 101. Here, as will be described later, the conductive material 150 is provided after the piezoelectric vibration element 101 and the base 120 are bonded.

圧電振動子１００では、第一の貫通孔１２３と第二の貫通孔１４１とによる、外部接続用電極端子１２２から接続用電極１０５に至る連通した孔が形成される。この第一の貫通孔１２３と第二の貫通孔１４１の内部には、図２に示すように、第二の貫通孔１４１の他方端開口部にある接続用電極１０５と第一の貫通孔１２３内に設けられた導通配線１２４とに接するように導電性物質１５０が充填されている。この導電性物質１５０には、例えば半田や、樹脂に銀などの金属粒子を含有させて導電性を持たせた導電ペーストが用いられる。尚、導電性物質１５０は充填の際には流動性であるが、充填後には固化して用いられる。この導電性物質１５０により、所定の外部接続用電極端子１２２と励振電極１０３は電気的に接続する。 In the piezoelectric vibrator 100, a first through hole 123 and a second through hole 141 are formed so as to communicate from the external connection electrode terminal 122 to the connection electrode 105. Inside the first through-hole 123 and the second through-hole 141, as shown in FIG. 2, the connection electrode 105 and the first through-hole 123 at the other end opening of the second through-hole 141. A conductive substance 150 is filled so as to be in contact with the conductive wiring 124 provided inside. As the conductive material 150, for example, a solder or a conductive paste containing a metal particle such as silver in a resin is used. The conductive material 150 is fluid when filled, but is solidified after filling. With this conductive material 150, the predetermined external connection electrode terminal 122 and the excitation electrode 103 are electrically connected.

図２に示すように、圧電振動子１００は、基体１２０、絶縁部１４０が設けられた圧電振動素子１０１、蓋体１３０が平面視外形輪郭を合わせて重ねられ、互いを直接接合により接合して構成される。この直接接合は、例えば、基体１２０と絶縁部１４０との接合する主面を、集束イオンビーム（ＦＩＢ）やイオンガンから照射されるアルゴンイオンにより活性化させ、その活性化した主面同士を真空常温の状態で重ね合わせて所定の圧力を加えることで、基体１２０と絶縁部１４０が接合された状態となる。このような方法を圧電振動素子１０１−蓋体１３０間の接合にも用いる。この接合により、蓋体１３０の凹部１３２と絶縁部１４０の内側により主に形成される圧電振動子１００の内部空間は、気密に封止される。 As shown in FIG. 2, the piezoelectric vibrator 100 includes a base 120, a piezoelectric vibration element 101 provided with an insulating portion 140, and a lid body 130 that are overlapped with a contour in plan view, and are joined together by direct bonding. Composed. In this direct bonding, for example, the main surface where the base body 120 and the insulating portion 140 are bonded is activated by argon ions irradiated from a focused ion beam (FIB) or an ion gun, and the activated main surfaces are subjected to vacuum normal temperature. In this state, the base 120 and the insulating portion 140 are joined together by applying a predetermined pressure while overlapping. Such a method is also used for bonding between the piezoelectric vibration element 101 and the lid 130. By this bonding, the internal space of the piezoelectric vibrator 100 mainly formed by the concave portion 132 of the lid 130 and the inside of the insulating portion 140 is hermetically sealed.

このような圧電振動子１００によれば、基体１２０に設けられた外部接続用電極端子１２２と圧電振動素子１０１に設けられた接続用電極１０５との導通経路が、連通する第一の貫通孔１２３及び第二の貫通孔１４１内に設けられた導電性物質により得られる。よって、本発明は、従来のような導通経路のずれによるショートを確実に防ぐことができ、正確な導通経路を有する圧電振動子を提供できる効果を奏する。 According to such a piezoelectric vibrator 100, the first through hole 123 through which the conduction path between the external connection electrode terminal 122 provided on the base 120 and the connection electrode 105 provided on the piezoelectric vibration element 101 communicates. And a conductive material provided in the second through hole 141. Therefore, the present invention can surely prevent a short circuit due to the deviation of the conduction path as in the prior art, and provides an effect of providing a piezoelectric vibrator having an accurate conduction path.

このような構成の圧電振動子１００は、以下のような工程により製造される。
（素子ウェハ形成工程）
図４は、素子ウェハ形成工程における、素子ウェハを示す概念図である。図４に示すように、素子ウェハ形成工程では、複数個の圧電振動素子１０１がマトリックス状に配列集合してなる素子ウェハＷ１を形成する。素子ウェハＷ１を構成する各圧電振動素子１０１となる部分は、圧電素板１０２と、その圧電素板１０２表面に形成された励振電極１０３、引出電極１０４及び接続用電極１０５とから構成される。圧電素板１０２は、枠部１０２ｂと、この枠部１０２ｂの内側に配置された振動部１０２ａとが一体に形成されている。尚、素子ウェハ４０１の各圧電素板１０２部分の形成には、フォトリソグラフィ手段及びエッチング手段が用いられる。励振電極１０３は、各圧電素板１０２の振動部１０３の両主面に形成される。接続用電極１０５は、圧電素板１０２の枠部１０２ｂの一方の主面に互いに電気的に接続しないように２個一対で形成される。引出電極１０４は、一方の励振電極１０３と接続用電極１０５とを電気的に接続し、更に残りの励振電極１０３と接続用電極１０５とを電気的に接続するように振動部１０２ａ表面に形成される。尚、励振電極１０３、引出電極１０４及び接続用電極１０５は、下地金属としてのＣｒ層と、その下地金属の上に重ねて設けられたＡｕ層とから成り、フォトリソグラフィ手段により形成される。 The piezoelectric vibrator 100 having such a configuration is manufactured by the following process.
(Element wafer formation process)
FIG. 4 is a conceptual diagram showing an element wafer in the element wafer forming step. As shown in FIG. 4, in the element wafer forming step, an element wafer W1 is formed in which a plurality of piezoelectric vibration elements 101 are arranged in a matrix. A portion that becomes each piezoelectric vibration element 101 constituting the element wafer W <b> 1 includes a piezoelectric element plate 102, an excitation electrode 103, an extraction electrode 104, and a connection electrode 105 formed on the surface of the piezoelectric element plate 102. In the piezoelectric element plate 102, a frame portion 102b and a vibrating portion 102a disposed inside the frame portion 102b are integrally formed. Note that a photolithography means and an etching means are used for forming each piezoelectric element plate 102 portion of the element wafer 401. The excitation electrode 103 is formed on both main surfaces of the vibration part 103 of each piezoelectric element plate 102. The connection electrodes 105 are formed in pairs so as not to be electrically connected to one main surface of the frame portion 102b of the piezoelectric base plate 102. The extraction electrode 104 is formed on the surface of the vibrating portion 102 a so as to electrically connect one excitation electrode 103 and the connection electrode 105 and further electrically connect the remaining excitation electrode 103 and the connection electrode 105. The The excitation electrode 103, the extraction electrode 104, and the connection electrode 105 include a Cr layer as a base metal and an Au layer provided on the base metal, and are formed by photolithography.

（絶縁部形成工程）
図５は、絶縁部形成工程における、素子ウェハに絶縁部を形成した状態を示す概念図である。図５に示すように、絶縁部形成工程では、各圧電振動素子１０１部分における接続用電極１０５が形成された主面と同一平面となる素子ウェハＷ１の一方の主面全面に絶縁部１４０を形成する。この絶縁部１４０は、例えばポリシラザン、ポリシラン又はポリシロキサンのうち何れかを含有するスピンオンガラスからなる。この絶縁部１４０はスピンコート手段により形成される。 (Insulating part forming process)
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a state in which an insulating portion is formed on the element wafer in the insulating portion forming step. As shown in FIG. 5, in the insulating portion forming step, the insulating portion 140 is formed on the entire surface of one main surface of the element wafer W1 that is flush with the main surface on which the connection electrode 105 is formed in each piezoelectric vibration element 101 portion. To do. The insulating portion 140 is made of, for example, a spin-on glass containing any of polysilazane, polysilane, or polysiloxane. The insulating part 140 is formed by spin coating means.

本実施形態におけるスピンコート手段の一例としては、回転軸に対して直交する支持面を有する回転台に、素子ウェハＷ１の他方の主面を支持面に向け且つ素子ウェハＷ１の主面中心を回転軸に合わせて配置固定し、回転台を回転する。回転している素子ウェハＷ１の一方の主面の回転中心にスピンオンガラスを所定量滴下し、遠心力により素子ウェハＷ１の一方の主面全面にスピンオンガラスを均一且つ平滑に引き延ばす。その後回転台を停止し、このスピンオンガラスが固化した後、回転台より素子ウェハＷ１を取り外すことで、素子ウェハＷ１に絶縁部１４０となるガラスを形成する。形成された絶縁部１４０の厚さは約０．３μｍ〜１μｍであり、素子ウェハＷ１に設けられた励振電極１０３、引出電極１０４及び接続用電極１０５の厚さよりも厚く設ける。 As an example of the spin coating means in the present embodiment, a rotary table having a support surface orthogonal to the rotation axis is rotated with the other main surface of the element wafer W1 facing the support surface and the center of the main surface of the element wafer W1. Align and fix to the axis and rotate the turntable. A predetermined amount of spin-on glass is dropped on the rotation center of one main surface of the rotating element wafer W1, and the spin-on glass is uniformly and smoothly stretched over the entire one main surface of the element wafer W1 by centrifugal force. Thereafter, the turntable is stopped, and after the spin-on glass is solidified, the element wafer W1 is removed from the turntable, thereby forming a glass serving as the insulating portion 140 on the element wafer W1. The formed insulating portion 140 has a thickness of about 0.3 μm to 1 μm, and is thicker than the excitation electrode 103, the extraction electrode 104, and the connection electrode 105 provided on the element wafer W 1.

（絶縁部除去工程）
図６は、絶縁部除去工程における、絶縁部の一部を除去した状態を示す概念図である。図６に示すように、絶縁部除去工程では、前工程で形成された絶縁部１４０のうち、素子ウェハＷ１の各圧電素板１０２部分の振動部１０２ａ上にある絶縁部１４０を、エッチング手段により除去する。 (Insulator removal process)
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a state in which a part of the insulating portion is removed in the insulating portion removing step. As shown in FIG. 6, in the insulating part removing step, the insulating part 140 on the vibrating part 102a of each piezoelectric element plate 102 part of the element wafer W1 among the insulating parts 140 formed in the previous process is etched by etching means. Remove.

（基体ウェハ接合工程）
図７は、基体ウェハ接合工程における、絶縁部１４０が設けられた素子ウェハＷ１に基体ウェハＷ２を接合した状態を示す概念図である。図７に示すように、基体ウェハ接合工程では、素子ウェハＷ１に形成した絶縁部１４０に基体ウェハＷ２を接合する。 (Substrate wafer bonding process)
FIG. 7 is a conceptual diagram showing a state in which the base wafer W2 is bonded to the element wafer W1 provided with the insulating portion 140 in the base wafer bonding step. As shown in FIG. 7, in the base wafer bonding step, the base wafer W2 is bonded to the insulating portion 140 formed on the element wafer W1.

この基体ウェハＷ２は、基板１２１と外部接続用電極端子１２２と第一の貫通孔１２３内に形成された導通配線１２４とから主に構成された基体１２０が、複数マトリックス状に配列集合して一体となったウェハである。このような構成の基体ウェハＷ２を、基体ウェハｗ２の各基体１２０となる部分が素子ウェハＷ１の各圧電振動素子１０１となる部分に対応する位置で、絶縁部１４０に接合する。尚、この接合には直接接合が用いられ、例えば、基体ウェハＷ２と絶縁部１４０との接合する主面を、集束イオンビーム（ＦＩＢ）やイオンガンから照射されるアルゴンイオンにより活性化させ、その活性化した主面同士を真空常温の状態で重ね合わせて所定の圧力を加えることで接合する。 The base wafer W2 includes a base body 120 mainly composed of a substrate 121, external connection electrode terminals 122, and conductive wirings 124 formed in the first through holes 123. This is a wafer. The base wafer W2 having such a configuration is bonded to the insulating portion 140 at a position where a portion that becomes each base 120 of the base wafer w2 corresponds to a portion that becomes each piezoelectric vibration element 101 of the element wafer W1. Note that direct bonding is used for this bonding. For example, the main surface where the base wafer W2 and the insulating portion 140 are bonded is activated by a focused ion beam (FIB) or argon ions irradiated from an ion gun, and the activation is performed. Bonding is performed by superimposing the main surfaces into a vacuum at room temperature and applying a predetermined pressure.

（第二の貫通孔形成工程）
図８は、第二の貫通孔形成工程における、絶縁部に第二の貫通孔を設けた状態を示す概念図である。図８に示すように、第二の貫通孔形成工程では、絶縁部１４０に第二の貫通孔１４１を形成する。基体ウェハＷ２の各基体１２０となる部分に形成された第一の貫通孔１２３の外部接続用電極端子１２２側開口部より、エッチング物質（図示せず）を第一の貫通孔１２３内に入れる。入れられたエッチング物質は、第一の貫通孔１２３の他方端の開口部にある絶縁部１４０に接触し、絶縁部１４０をエッチングする。エッチングが接続用電極１０５にまで達したらエッチング物質を第一の貫通孔１２３内より除去する。これにより、第一の貫通孔１２３と連通し、接続用電極１０５まで貫通する第二の貫通孔１４１が絶縁部１４０に形成される。 (Second through hole forming step)
FIG. 8 is a conceptual diagram showing a state in which the second through hole is provided in the insulating portion in the second through hole forming step. As shown in FIG. 8, in the second through hole forming step, the second through hole 141 is formed in the insulating portion 140. An etching substance (not shown) is put into the first through-hole 123 from the opening on the external connection electrode terminal 122 side of the first through-hole 123 formed in the portion that becomes each base 120 of the base wafer W2. The introduced etching substance comes into contact with the insulating part 140 in the opening at the other end of the first through hole 123 and etches the insulating part 140. When the etching reaches the connection electrode 105, the etching substance is removed from the first through hole 123. As a result, a second through hole 141 that communicates with the first through hole 123 and penetrates to the connection electrode 105 is formed in the insulating portion 140.

尚、絶縁部１４０の厚さは０．３μｍ〜１μｍと非常に薄いので、第二の貫通孔１４１を形成するエッチングは短時間で終えることができる。そのため、絶縁部１４０の厚さ方向と直交する方向（図８にあっては紙面縦方向）に対するエッチングはほとんど進行しないので、第二の貫通孔１４１の開口部形状は、第一の貫通孔１２３の他方端の開口部とほぼ同一形状に形成される。又、このエッチング手段には、ウエットエッチング又はドライエッチングが用いられる。 In addition, since the thickness of the insulating part 140 is as very thin as 0.3 μm to 1 μm, the etching for forming the second through hole 141 can be completed in a short time. For this reason, the etching in the direction perpendicular to the thickness direction of the insulating portion 140 (the vertical direction in the drawing in FIG. 8) hardly proceeds. Therefore, the opening shape of the second through-hole 141 is the first through-hole 123. Are formed in substantially the same shape as the opening at the other end. In addition, wet etching or dry etching is used as the etching means.

（導電性物質充填工程）
図９は、導電性物質充填工程における、第一の貫通孔及び第二の貫通孔内に導電性物質を充填した状態を示す概念図である。図９に示すように、導電性物質充填工程では、第一の貫通孔１２３及び第二の貫通孔１４１の内部に導電性物質１５０を充填する。まず、第一の貫通孔１２３の外部接続用電極端子１２２側開口部より導電性物質１５０を第一の貫通孔１２３内に入れる。入れられた導電性物質１５０は、第一の貫通孔１２３及び第二の貫通孔１４１を通り、第二の貫通孔１４１の開口部にある接続用電極１０５に接する。又、この導電性物質１５０は所定量充填されることで、第一の貫通孔１２３内に設けられた導通配線１２４とも接する。この導電性物質１５０には、例えば半田や、樹脂に銀などの金属粒子を含有させて導電性を持たせた導電ペーストが用いられ、流体として充填した後に固化して用いられる。この導電性物質１５０により、所定の外部接続用電極端子１２２と励振電極１０３とが電気的に接続する。 (Conducting substance filling process)
FIG. 9 is a conceptual diagram showing a state in which the first through hole and the second through hole are filled with the conductive substance in the conductive substance filling step. As shown in FIG. 9, in the conductive material filling step, the conductive material 150 is filled into the first through hole 123 and the second through hole 141. First, the conductive material 150 is put into the first through hole 123 from the opening on the external connection electrode terminal 122 side of the first through hole 123. The inserted conductive material 150 passes through the first through-hole 123 and the second through-hole 141 and comes into contact with the connection electrode 105 at the opening of the second through-hole 141. Further, the conductive material 150 is filled with a predetermined amount, so that the conductive material 150 is also in contact with the conductive wiring 124 provided in the first through hole 123. For the conductive material 150, for example, a solder or a conductive paste in which metal particles such as silver are contained in a resin to make it conductive is used and solidified after being filled as a fluid. By this conductive material 150, a predetermined external connection electrode terminal 122 and the excitation electrode 103 are electrically connected.

（蓋体ウェハ接合工程）
図１０は、蓋体ウェハ接合工程における、素子ウェハに蓋体ウェハを接合した状態を示す概念図である。図１０に示すように、蓋体ウェハ接合工程では、素子ウェハＷ１に蓋体ウェハＷ３を接合する。 (Cover wafer bonding process)
FIG. 10 is a conceptual diagram showing a state in which the lid wafer is joined to the element wafer in the lid wafer joining step. As shown in FIG. 10, in the lid wafer bonding step, the lid wafer W3 is bonded to the element wafer W1.

蓋体ウェハＷ３は、一方の主面に凹部１３２を有する複数の蓋体１３０がマトリックス状に配列集合して一体となったウェハである。この蓋体ウェハＷ３を素子ウェハＷ１の他方の主面に、蓋体ウェハＷ３の各蓋体１３０部分が素子ウェハＷ１の各圧電振動素子１０１部分に対応する位置で接合する。尚、この接合には直接接合が用いられ、例えば、素子ウェハＷ１と蓋体ウェハＷ３との接合する主面を、集束イオンビーム（ＦＩＢ）やイオンガンから照射されるアルゴンイオンにより活性化させ、その活性化した主面同士を真空常温の状態で重ね合わせて所定の圧力を加えることで接合する。この接合により、個片化後に蓋体１３０の凹部１３２と絶縁部１４０の内側の空間からなる内部空間は気密に封止される。つまり、複数の圧電振動子１００となる部分が配列集合した１枚のウェハ状態となる。 The lid wafer W3 is a wafer in which a plurality of lids 130 having recesses 132 on one main surface are arranged and integrated in a matrix. The lid wafer W3 is joined to the other main surface of the element wafer W1 at a position where each lid 130 portion of the lid wafer W3 corresponds to each piezoelectric vibration element 101 portion of the element wafer W1. Note that direct bonding is used for this bonding. For example, a main surface to be bonded between the element wafer W1 and the lid wafer W3 is activated by a focused ion beam (FIB) or argon ions irradiated from an ion gun. The activated main surfaces are overlapped with each other at a vacuum room temperature and bonded by applying a predetermined pressure. By this joining, the internal space consisting of the concave portion 132 of the lid 130 and the space inside the insulating portion 140 is hermetically sealed after separation. That is, a single wafer state in which portions to be a plurality of piezoelectric vibrators 100 are arranged and assembled is obtained.

（個片化工程）
図１１は、個片化工程における、個片の圧電振動子にした状態を示す概念図である。図１１に示すように、個片化工程では、１枚のウェハ状態となっている複数の圧電振動子１００となる部分を、所定の切断線に沿ってダイシングブレードやレーザなどを用いて切断し、個々の圧電振動子１００に個片化する。これにより、複数の圧電振動子１００を同時に製造することができる。 (Individualization process)
FIG. 11 is a conceptual diagram showing a state where individual piezoelectric vibrators are formed in the individualizing step. As shown in FIG. 11, in the singulation process, a portion to be a plurality of piezoelectric vibrators 100 in a single wafer state is cut along a predetermined cutting line using a dicing blade, a laser, or the like. The individual piezoelectric vibrators 100 are separated into individual pieces. Thereby, a plurality of piezoelectric vibrators 100 can be manufactured simultaneously.

以上のような圧電振動子１００の製造方法によれば、接続用電極１０５と外部接続用電極端子１２２とを電気的に接続するための導通配線１２４が設けられた第一の貫通孔１２３、第二の貫通孔１４１及び導電性物質１５０による導通経路は、素子ウェハＷ１と基体ウェハＷ２を接合した後に形成される。従って、ウェハの接合位置にずれが生じた場合でも、第一の貫通孔１２３と第二の貫通孔１４１内を充填する導電性物質１５０による導通経路が、異常接続がなく形成できる。よって、接合したウェハ内での導通経路の異常接続による圧電振動子１００の不良がなくなり、製造時の良品率の低下を抑止することができる。 According to the method for manufacturing the piezoelectric vibrator 100 as described above, the first through-hole 123 provided with the conductive wiring 124 for electrically connecting the connection electrode 105 and the external connection electrode terminal 122, The conduction path by the second through-hole 141 and the conductive material 150 is formed after the element wafer W1 and the base wafer W2 are bonded. Therefore, even when a deviation occurs in the bonding position of the wafer, the conduction path by the conductive material 150 filling the first through hole 123 and the second through hole 141 can be formed without abnormal connection. Therefore, the defect of the piezoelectric vibrator 100 due to the abnormal connection of the conduction paths in the bonded wafer is eliminated, and the reduction of the non-defective product rate at the time of manufacture can be suppressed.

又、導通経路を構成する第二の貫通孔１４１は、素子ウェハＷ１と基体ウェハＷ２との接合後に、第一の貫通孔１２３と連通した孔として形成される。従って、導通経路を正確に形成するために、熱膨張率が異なる材質で構成された素子ウェハＷ１と基体ウェハＷ２とを高精度に位置合わせをして接合する必要がない。よって、各ウェハの接合位置合わせ工程を従来に比べ簡易に行え、接合作業の効率を低下させる恐れがなくなる。 The second through hole 141 constituting the conduction path is formed as a hole communicating with the first through hole 123 after the element wafer W1 and the base wafer W2 are joined. Therefore, in order to accurately form the conduction path, it is not necessary to align and join the element wafer W1 and the base wafer W2 made of materials having different coefficients of thermal expansion with high accuracy. Therefore, the bonding alignment process for each wafer can be performed more easily than in the prior art, and there is no possibility of reducing the efficiency of bonding work.

尚、前記した実施形態以外にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、圧電素板の材質は、前記実施形態における水晶に限定するものではなく、例えばタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の他の圧電材料でも構わない。又、前記実施形態における蓋体ウェハ接合工程は導電性物質充填工程を行った後で行っているが、導電性物質充填工程に代えて、絶縁部除去工程、基体ウェハ接合工程、又は第二の貫通孔形成工程のうちいずれかを行った後に蓋体ウェハ接合工程を行ってもよい。 In addition to the above-described embodiments, various changes and improvements can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the material of the piezoelectric element plate is not limited to the crystal in the above embodiment, and other piezoelectric materials such as lithium tantalate and lithium niobate may be used. Further, the lid wafer bonding step in the embodiment is performed after the conductive material filling step, but instead of the conductive material filling step, the insulating portion removing step, the base wafer bonding step, or the second The lid wafer bonding step may be performed after performing any of the through hole forming steps.

１００・・・圧電振動子
１０１・・・圧電振動素子
１０２・・・圧電素板
１０２ａ・・・振動部
１０２ｂ・・・枠部
１０３・・・励振電極
１０４・・・引出電極
１０５・・・接続用電極
１２０・・・基体
１２１，１３１・・・基板
１２２・・・外部接続用電極端子
１２３・・・第一の貫通孔
１２４・・・導通配線
１３０・・・蓋体
１３２・・・凹部
１４０・・・絶縁部
１４１・・・第二の貫通孔
１５０・・・導電性物質
Ｗ１・・・素子ウェハ
Ｗ２・・・基体ウェハ
Ｗ３・・・蓋体ウェハ DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Piezoelectric vibrator 101 ... Piezoelectric vibration element 102 ... Piezoelectric base plate 102a ... Vibrating part 102b ... Frame part 103 ... Excitation electrode 104 ... Extraction electrode 105 ... Connection Electrode 120 ... Substrate 121, 131 ... Substrate 122 ... External connection electrode terminal 123 ... First through hole 124 ... Conducting wiring 130 ... Cover body 132 ... Recess 140 ... Insulating part 141 ... Second through hole 150 ... Conductive substance W1 ... Element wafer W2 ... Base wafer W3 ... Cover wafer

Claims

A piezoelectric element plate integrally formed with a frame part and a vibration part arranged inside the frame part, excitation electrodes provided on both main surfaces of the vibration part, and one main surface of the frame part A piezoelectric vibration element including two connection electrodes provided so as not to be electrically connected to each other, and an extraction electrode that electrically connects the predetermined excitation electrode and the connection electrode; a lid; A method of manufacturing a piezoelectric vibrator comprising a substrate,
An element wafer forming step of forming an element wafer in which a plurality of the piezoelectric vibration elements are arranged in a matrix;
An insulating part forming step of forming an insulating part on the entire surface of one main surface of the element wafer on which the connection electrode is provided;
An insulating part removing step of removing the insulating part formed on the vibrating part among the insulating parts;
A substrate, a plurality of external connection electrode terminals provided on one main surface of the substrate, and a first through-hole inner surface extending from two predetermined external connection electrode terminals to the other main surface of the substrate A substrate wafer bonding step of bonding a substrate wafer formed by arranging a plurality of substrates arranged in a matrix and arranged in a matrix to electrically connect with the external connection electrode terminals When,
A second through-hole forming step of forming an etching material in the first through-hole, and forming a second through-hole in the insulating portion through the first through-hole and penetrating to the connection electrode;
A conductive substance filling step of filling the first through hole and the second through hole with a conductive substance;
A lid wafer bonding step of bonding a lid wafer formed by arranging a plurality of lid bodies having recesses on one main surface in a matrix to the other main surface of the element wafer;
An individualization process for individualizing each piezoelectric vibrator;
A method of manufacturing a piezoelectric vibrator, comprising:

The lid wafer bonding step is replaced with any one of the insulating portion removing step, the base wafer bonding step, and the second through-hole forming step instead of performing the conductive substance filling step. The method for manufacturing a piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein the method is performed after performing.

3. The method of manufacturing a piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein, in the insulating portion forming step, the insulating portion is made of spin-on glass, and the spin-on glass is formed by a spin coating method.