JP5302796B2 - 圧電デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
図7に示すように、従来の圧電振動子300は、その例として素子搭載部材310、圧電振動素子320、蓋部材330とから主に構成されている。
素子搭載部材310の一方の主面には、2個一対の圧電振動素子搭載パッド313が設けられている。
また、素子搭載部材310は、シリコンからなる材料が用いられる。また、圧電振動素子搭載パッド313は、素子搭載部材310の他方の主面に設けられている外部接続用電極端子314とビア導体(図示せず)を介して接続している。
これら圧電振動素子搭載パッド313上には、導電性接着剤DSを介して電気的に接続される一対の励振用電極322を表裏主面に有した圧電振動素子320が搭載されている。
この圧電振動素子320を囲繞するように素子搭載部材310の主面には、封止部材HBが設けられている。
また、蓋部材330は、蓋部本体330aと壁部330bとで構成され、凹部空間K1が形成されている。
前記封止部材HBの主面には前記蓋部材330が被せられ、壁部330bと封止部材HBが接合されている。これにより、凹部空間K1が気密封止されている。
また、このように構成される圧電デバイス300は、圧電振動素子320の先端部323が素子搭載部材310に接触すると、発振周波数が変動してしまう。このため、従来の圧電デバイス300では、前記素子搭載部材310の圧電振動素子搭載パッド313に支点用バンプBPが形成されている構造が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
このようなシリコンからなる素子搭載部材310を用いる場合では、支点用バンプBPは、セラミックからなる素子搭載部材310のように例えば、タングステン等のメタライズで形成することができないので絶縁性樹脂で形成していた。
また、支点用バンプBPは、絶縁性樹脂を塗布や印刷により形成するので、支点用バンプBPの寸法バラツキや位置ずれが生じ、圧電振動素子320の先端部323が支点用バンプBPによる梃子の原理により浮かずに、素子搭載部材310に接触してしまうことがあった。これにより、圧電振動素子320の振動が阻害されるため、圧電デバイス300の発振周波数は、変動するといった課題があった。
図1は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法で形成された圧電デバイスを示す分解斜視図である。図2は、図1のA−A断面図である。
図1及び図2に示すように、本発明の第1の実施形態に係る圧電振動子100は、素子搭載部材110と圧電振動素子120と蓋部材130で主に構成されている。この圧電振動子100は、前記素子搭載部材110に圧電振動素子120が搭載され、凹部空間K1(図2参照)が設けられた蓋部材130により気密封止された構造となっている。
水晶素板121は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し外形加工を施された概略平板状で平面形状が例えば四角形となっている。
励振用電極122は、前記水晶素板121の表裏両主面に金属を所定のパターンで被着・形成したものである。
このような圧電振動素子120は、その両主面に被着されている励振用電極122から延出する引き出し電極124と後述する素子搭載部材110の主面に形成されている後述する圧電振動素子搭載パッド113とを、導電性接着剤DS(図2参照)を介して電気的且つ機械的に接続することによって搭載される。このときの引き出し電極124が設けられた一辺とは反対側の端辺を圧電振動素子120の自由端である先端部123とする。
素子搭載部材110の一方の主面の外周縁を囲繞するように設けられた封止部材HBと後述する蓋部材130とが接合される。
また、素子搭載部材110の一方の主面には、2個一対の圧電振動素子搭載パッド113(113a、113b)が設けられ、素子搭載部材110の他方の主面の4隅には、外部接続用電極端子114が設けられている。
圧電振動素子搭載パッド113(113a、113b)は、素子搭載部材110の他方の主面に設けられている外部接続用電極端子114とビア導体(図示せず)を介して接続している。
支点用バンプBP(BP1、BP2)は、前記2個一対の圧電振動素子搭載パッド113(113a、113b)の長辺を跨って設けられている。つまり、支点用バンプBP(BP1、BP2)は、例えば、前記素子搭載部材110の外周縁と平行となるように、所定の間隔を空けて素子搭載用部材110の圧電振動素子搭載パッド113(113a、113b)の主面と素子搭載部材110の主面の両方にかけて隙間なく、四角形状に形成されている。尚、支点用バンプBP(BP1、BP2)の形状は、楕円状でも良い。
また、支点用バンプBP(BP1、BP2)の厚みは、例えば20〜30μmである。
前記蓋部材130は、例えば、Fe−Ni合金(42アロイ)やFe−Ni−Co合金(コバール)またはシリコンなどからなる。
具体的には、蓋部材130は、素子搭載部材110の封止部材HB上に載置され、例えば300〜400℃の雰囲気内の恒温槽内で荷重を加えることによって、封止部材HBに接合される。
図3(a)は、素子搭載部材の主面に感光性ポリマー材を形成した状態を示す断面図であり、図3(b)は、図3(a)の感光性ポリマー材から封止部材及び支点用バンプを形成した状態を示す断面図であり、図3(c)は、導電性接着剤を介して圧電振動素子搭載パッドに圧電振動素子を搭載する前の状態を示す断面図であり、図3(d)は、圧電振動素子搭載パッドに圧電振動素子を搭載し、導電性接着剤を固着した状態を示す断面図であり、図3(e)は、蓋部材と素子搭載部材とが接合した状態を示す断面図である。図4(a)は、本発明の圧電デバイスの製造方法の封止部材及び支点用バンプ形成工程を示す一例としてシリコンウエハを用いた斜視図であり、図4(b)は、図4(a)のシリコンウエハに感光性ポリマーを形成した状態を示した斜視図であり、図4(c)は、図4(b)のシリコンウエハに形成した感光性ポリマー材を除去し、封止部材及び支点用バンプを形成した状態を示した斜視図である。
図3(a)及び図3(b)に示すように、封止部材及び支点用バンプ形成工程は、2個一対の圧電振動素子搭載パッド113が一方の主面に設けられているシリコンからなる素子搭載部材110の一方の主面の外周を囲繞するように設けられている封止部材HBと、2個一対の圧電振動素子搭載パッド113の長辺を跨って設けられている支点用バンプBPとを感光性ポリマー材KPにより同時に形成する工程である。
感光性ポリマー材KPは、例えば、感光性ポリイミド等により構成されている。
次に、素子搭載部材110の主面にフォトマスク(図示せず)を被せ、露光することで、封止部材HB及び支点用バンプBP以外箇所の感光性ポリマー材KPを除去する。
このようにすることで、図3(b)に示すように、素子搭載部材110に封止部材HB及び支点用バンプBPを形成する。
また、支点用バンプBP(BP1、BP2)は、前記素子搭載部材110の外周縁と平行となるように、所定の間隔を空けて素子搭載用部材110の圧電振動素子搭載パッド113(113a、113b)の主面と素子搭載部材110の主面の両方にかけて隙間なく形成されている。
図3(c)に示すように、圧電振動素子搭載工程は、導電性接着剤DSによって2個一対の圧電振動素子搭載パッド113に圧電振動素子120を搭載する工程である。
図3(d)に示すように、圧電振動素子固着工程は、前記導電性接着剤DSを加熱硬化させ、前記圧電振動素子搭載パッド113と前記圧電振動素子120とを導通固着する工程である。
炉本体は、内部空間を有し、前記素子搭載部材110を格納する役割を果たす。
加熱部は、前記内部空間を所定の温度に加熱する役割を果たす。加熱部は、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ等が用いられている。
供給部は、前記内部空間にガスを供給する役割を果たす。ガスは、例えば窒素等が用いられている。
制御部は、炉本体の内部空間の温度や酸素濃度、加熱部の昇温速度、供給部のガスの供給量の制御を行うものである。
硬化炉(図示せず)に前記素子搭載部材110を収容し、約250℃まで昇温することで、前記導電性接着剤150を加熱硬化させる。
図3(e)に示すように、蓋部材接合工程は、蓋部材130と素子搭載部材110の封止部材HBとを接合する工程である。
蓋部材130に荷重をかけながら恒温槽(図示せず)に入れることによって、蓋部材130と素子搭載部材110の封止部材HBとが接合する。これによって、蓋部材130の凹部空間K1内が気密封止されることになる。
また、図4(b)に示すように、シリコンウエハWHを用いる場合には、各素子搭載部材110の主面に、感光性ポリマー材KPを印刷または塗布する。また、素子搭載部材110の主面に形成された感光性ポリマー材KPの厚みを、スピンコート法等により均一にする。
次に、素子搭載部材110の主面にフォトマスク(図示せず)を被せ、露光することで、封止部材HB及び支点用バンプBP以外箇所の感光性ポリマー材KPを除去する。このようにすることで、図4(c)に示すように、各素子搭載部材110に封止部材HB及び支点用バンプBPを形成する。
また、シリコンウエハWHは、各素子搭載部材110に圧電振動素子120を搭載し、蓋部材130を接合した後、ダイシングブレードやレーザ等により、各素子搭載部材110に分割する。このようにすることで、複数の圧電デバイス100を得ることができる。
次に本発明の第2の実施形態に係る圧電デバイスについて説明する。本実施形態における圧電デバイスの一例として、圧電発振器について説明する。
図5は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法で形成された圧電デバイスの他の一例を示す分解斜視図である。図6は、図5のB−B断面図である。また、図示した寸法も一部誇張して示している。
本発明の第2の実施形態に係る圧電デバイス200は、素子搭載部材210の基板部210aと第2の枠部210cによって設けられた第2の凹部空間K2内に集積回路素子240が搭載されている点で第1の実施形態と異なる。
また、集積回路素子240には、可変容量素子に周囲温度に応じた制御電圧を印加して温度変化による発振回路の発振周波数の変動を補償するため、3次関数発生回路及び記憶素子部により温度補償回路部が設けられており、3次関数発生回路には、温度センサが接続されている。
この温度センサは、検出した温度と、温度センサに印加させる電圧値とに基づいて生成される温度データ信号(電圧値)が3次関数発生回路に出力される構成となっている。
集積回路素子240は、素子搭載部材210の第2の凹部空間K2内に露出した基板部210aに形成された集積回路素子搭載パッド215に半田等の導電性接合材を介して搭載されている。
素子搭載部材210の基板部210aの他方の主面に枠部210bが設けられて、第2の凹部空間K2が形成されている。
素子搭載部材210の基板部210aの一方の主面の外周を囲繞するように設けられた封止部材HBと後述する蓋部材130とが接合される。
また、素子搭載部材210の基板部210aの一方の主面には、2個一対の圧電振動素子搭載パッド213(213a、213b)が設けられ、前記素子搭載部材210の枠部210bの他方の主面の4隅には、外部接続用電極端子214が設けられている。
図5及び図6に示すように、第2の凹部空間K2内で露出した基板部210aの他方の主面には、複数の集積回路素子搭載パッド215と2個一対の圧電振動素子測定用パッド(図示せず)が形成されている。
支点用バンプBP(BP1、BP2)は、前記2個一対の圧電振動素子搭載パッド213(213a、213b)の長辺を跨って設けられている。つまり、支点用バンプBP(BP1、BP2)は、例えば、前記素子搭載部材210の外周縁と平行となるように、所定の間隔を空けて素子搭載用部材210の圧電振動素子搭載パッド213(213a、213b)の主面と素子搭載部材210の主面の両方にかけて隙間なく、四角形状に形成されている。尚、支点用バンプBP(BP1、BP2)の形状は、楕円状でも良い。
また、支点用バンプBP(BP1、BP2)の厚みは、例えば20〜30μmである。
例えば、前記した本実施形態では、圧電振動素子を構成する圧電素材として水晶を用いた場合を説明したが、他の圧電素材として、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたは、圧電セラミックスを圧電素材として用いた圧電振動素子でも構わない。
210a・・・基板部
210b・・・枠部
K1・・・凹部空間(第1の凹部空間)
113、213・・・圧電振動素子搭載パッド
114、214・・・外部接続用電極端子
215・・・集積回路素子搭載パッド
216・・・第2の凹部空間
120・・・圧電振動素子
121・・・水晶素板
122・・・励振用電極
123・・・先端部
124・・・引き出し電極
130・・・蓋部材
130a・・・蓋本体部
130b・・・壁部
240・・・集積回路素子
DS・・・導電性接着剤
100、200・・・圧電デバイス
BP(BP1、BP2)・・・支点用バンプ
HB・・・封止部材
KP・・・感光性ポリマー材
Claims (1)
- 2個一対の圧電振動素子搭載パッドが一方の主面に設けられているシリコンからなる素子搭載部材の一方の主面の外周を囲繞するように設けられている封止部材と、前記2個一対の圧電振動素子搭載パッドの長辺を跨って設けられている支点用バンプとを感光性ポリマー材により形成する封止部材及び支点用バンプ形成工程と、
導電性接着剤によって前記2個一対の圧電振動素子搭載パッドに前記圧電振動素子を搭載する圧電振動素子搭載工程と、
硬化炉の内部空間に前記素子搭載部材を収容し、前記導電性接着剤を加熱硬化させ、前記圧電振動素子搭載パッドと前記圧電振動素子とを導通固着する圧電振動素子固着工程と、
蓋部材と前記素子搭載部材の前記封止部材とを接合する蓋部材接合工程とを含むことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
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