JP5398689B2 - 圧電デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Description
圧電デバイス、例えば水晶振動子は周波数制御及び選択素子として知られ、各種の通信機器を含み民生用のデジタル制御機器に不可欠なものとして内蔵される。近年では、需要の増大等に伴って仕様の緩いものではさらなる低廉価を求められ、例えばベース基板をセラミックからガラスとした水晶振動子がある。
図22は一従来例を説明する図で、同図(a)は水晶振動子の断面図、同図(b)はベース基板の平面図、同図(c)は水晶振動片の平面図である。
しかしながら、上記構成の水晶振動子(製造方法)では、ベース基板ウエハ1Aと凹状カバーウエハ2Aとを接合する際、例えばベース基板ウエハ1Aを下側として例えば凹状カバーウエハ2Aを上側として対面して当接(位置決め)する。この場合、ベース基板ウエハ1A及び凹状カバーウエハ2Aの平面外形が大きくなるため板面に歪みを生じ、板面の反り(湾曲)等によって両者間にギャップを生じる。このことから、図24(a)に示したように、凹状カバーウエハ2A上から押圧し(矢印方向)、ベース基板ウエハ1A及び凹状カバーウエハ2Aの反り等を矯正して接合不良(封止不良)を防止する。
本発明は、接合材のはみ出しが防止されて振動特性が維持された圧電デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。
以下、本発明の第1実施形態を、製造方法を踏まえて図1ないし図4によって説明する。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
第2実施形態では、例えば図5(a)の一部拡大断面図に示したように、ベース基板ウエハ1Aの枠状金属膜6aの形成される外周表面は次のようにする。すなわち、枠状金属膜6aの両側に枠状溝11cを設ける。そして、隣接する矩形状領域間では枠状溝11cは突堤12によってそれぞれ独立する。このようにすれば、凹状カバーウエハ2Aを押圧しながら共晶合金10を加熱した際、押圧によって溶融金属が両側にはみ出しても枠状溝11cに流出する。したがって、水晶振動片4の配置された内部への流出を抑止できるとともに、接合後の分割時にも突堤12の表面はガラスが露出した状態なので分割を容易にできる。
上記実施形態では接合材に共晶合金10を用い、共晶合金10はメッキによって凹状カバーウエハ2Aの開口端面に設けたが、メッキに拘らず、例えば予め成形された枠状の共晶合金の溶着やペーストの印刷さらには、ボール状の共晶合金を用いた場合でも同様に適用できる。また、枠状金属膜を形成せずに、接合材に低融点ガラス及びポリイミド樹脂等を用いてもよい。さらに、ベース基板1を平板状としてカバー2を凹状としたが、ベース基板1を凹状としてカバー2を平板状とした場合でも、さらには共晶合金10をベース基板1に設けた場合でも同様に適用できる。また、圧電デバイスを水晶振動子として説明したが、例えば水晶振動片4とともに発振回路を構成するICチップを収容して水晶発振器を構成した場合であってもよく、少なくとも圧電振動片を収容した圧電デバイスに適用できる。これらのことは、以降に説明する実施形態においても適用できる。
第3実施形態として、ベース基板である第2板に凹部が形成され、接合材に低融点ガラスが用いられた圧電デバイス100について説明する。
図7(a)は、圧電デバイス100の分解斜視図である。圧電デバイス100は、第1板110と、第2板120と、圧電振動片130と、接合材150(図7(b)参照)により構成されている。圧電デバイス100では、第1板110がカバーであり、第2板120がベース基板である。第1板110と第2板120とは互いに接合されてパッケージ140(図7(b)参照)が形成される。パッケージ140内にはキャビティ141(図7(b)参照)が形成され、キャビティ141には圧電振動片130が載置される。圧電振動片130には例えばATカットの水晶振動片が用いられる。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。以下の説明では、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Y’軸及びZ’軸として用いる。すなわち、圧電デバイス100において圧電デバイス100の長手方向をX軸方向、圧電デバイス100の高さ方向をY’軸方向、X軸方向及びY’軸方向に垂直な方向をZ’軸方向として説明する。
図8は、圧電デバイス100の製造方法が示されたフローチャートである。
まず、ステップS101では、第1ウエハW110が用意される。第1ウエハW110には、複数の第1板110が形成されている。第1ウエハW110は、例えば水晶又はガラス等により形成される。図9を参照して第1ウエハW110について説明する。
図8のフローチャートでは、ステップS101からステップS103の順番は任意で行われてもよいし、同時に行われてもよい。
図13を参照して、接合材150と枠状溝126の大きさとの関係を説明する。
図13(a)は、図11(b)の点線170で囲まれた部分の拡大概略断面図である。第1ウエハW110と第2ウエハW120とが接合される前(図11(b)を参照)に、接合材150はtm+hの高さに形成される。その後、第1ウエハW110と第2ウエハW120とが接合される(図11(d)を参照)ことにより、接合材150の高さはhになる。また、図11(b)で形成された接合材150の幅をwとする。このとき、図13の接合材150の斜線の領域を最初領域160とすると、最初領域160の面積はw×tm/2である。また、最初領域160の接合材150は、第1ウエハW110と第2ウエハW120との接合後に延伸領域161に移る。延伸領域161の幅をaとすると、その面積はa×hとなる。最初領域160と延伸領域161との面積は等しいため、以下の数式(1)が成り立つ。
a×h=w×tm/2・・・(1)
図13(b)は、枠状溝126が形成されていない第2ウエハW120’の拡大概略断面図である。図13(b)は、図11(b)の点線170で囲まれた部分と同じ領域が示されている。接合材150は、第1ウエハW110と第2ウエハW120’との接合後にキャビティ141に入らないことが望まれるため、第2接合領域122’の幅をb’とすると、以下の数式(2)が成り立つことが望まれる。
b’>2×a+w・・・(2)
また、数式(1)と数式(2)とを組み合わせると以下の数式(3)になる。
b’>w+w×tm/h=w(1+tm/h)・・・(3)
a’×h+d×s=w×tm/2・・・(4)
b>w+a+a’・・・(5)
b>w×(1+tm/h)―s×d/h・・・(6)
第4実施形態として、複数の枠状溝が形成されている圧電デバイス200について説明する。以下の説明では圧電デバイス100とその構成が同じ部分は圧電デバイス100と同じ番号を付してその説明を省略する。
図14(a)は、圧電デバイス200の断面図である。圧電デバイス200は、第1板110と、第2板220と、圧電振動片130と、接合材150とにより構成されている。第2板220の第2接合領域222には、複数の枠状溝226と第2接合面223とが形成されている。圧電デバイス200では、複数の枠状溝226の少なくとも一部には接合材150が入り込んでいる。そのため、第2接合領域222と接合材150との接触領域が広がり、第2板220と接合材150との接合が強くなっている。
図14(b)は、第1ウエハW110と第2ウエハW220とが接合される前の概略断面図である。また図14(b)は、図11のステップS143を示した図である。図14(b)では、接合材150が第2接合領域222に形成されている状態が示されている。枠状溝226の幅は、接合材150が図14(b)のときに枠状溝226内に入り込まない幅に形成される。
第5実施形態として、圧電振動片の周りを囲むように枠体が形成されている圧電デバイス300について説明する。以下の説明において、圧電発振器100及び圧電発振器200とその構成が同じ部分は圧電発振器100及び圧電発振器200と同じ番号を付してその説明を省略する。
図15は、圧電デバイス300の分解斜視図である。圧電デバイス300は、第1板310と、第2板320と、第3板330と、接合材150(図16参照)とにより構成されている。第3板330は、圧電振動片333と枠体334とにより構成されている。第1板310と第2板320と第3板330の枠体334とはパッケージ340(図16参照)を形成し、パッケージ340内に形成されるキャビティ341(図16参照)には圧電振動片333が配置される。
図17は、圧電デバイス300の製造方法が示されたフローチャートである。
まず、ステップS201では、第1ウエハW310が用意される。第1ウエハW310には、複数の第1板310が形成されている。第1ウエハW310は、例えば水晶又はガラス等により形成される。図18を参照して第1ウエハW310について説明する。
ステップS204では、第3板ウエハW330と第2ウエハW320とが接合され、第1ウエハW310と第2ウエハW320とが接合される。ステップS204については、図21を参照して詳細に説明する。
1A … ベース基板ウエハ
2 … 凹状カバー
2A … 凹状カバーウエハ
3 … パッケージ
4 … 水晶振動片
5、125、325 … 接続電極
6 … 枠状金属膜
7、124、324 … 実装端子
8、125a … 貫通電極
9、151 … 導電性接着剤
10 … 共晶合金
11、126、226、314、327 … 枠状溝
12 … 突堤
100、200、300 … 圧電デバイス
110、310 … 第1板
111、121、311、321 … 凹部
112、312 … 第1接合領域
113、313 … 第1接合面
115 … スクライブライン
120、220、320 … 第2板
122、322 … 第2接合領域
123、323 … 第2接合面
126a … 段差部
130、333 … 圧電振動片
131 … 励振電極
132 … 引出電極
140、340 … パッケージ
141、341 … キャビティ
150 … 接合材
323 … 第3接合面
326 … キャスタレーション
326a … 貫通孔
330 … 第3板
334 … 枠体
336 … 連結部
337 … 貫通部
338 … 第3接合面
338a … 第3接合領域
339 … 第4接合面
339a … 第4接合領域
W110、W310 … 第1ウエハ
W120、W220、W320 … 第2ウエハ
W330 … 第3ウエハ
Claims (12)
- 内部にキャビティを有し、電圧の印加により振動する圧電振動片が前記キャビティに配置された圧電デバイスであって、
前記圧電デバイスのガラスで形成されるパッケージの一部を構成し、外周に枠状の第1接合面及び該第1接合面の内側で且つ前記第1接合面から凹んで形成されて前記キャビティの一部を構成する内底面を有するベース基板と、
前記圧電デバイスの前記パッケージの一部を構成し、前記第1接合面に対応する第2接合面を有し前記ベース基板とともに前記キャビティを形成するカバーと、
前記第1接合面及び前記第2接合面に形成され、前記ベース基板と前記カバーとを接合する枠状の共晶金属である接合材と、を備え、
前記第1接合面から前記内底面までに形成される壁面に接する位置で且つ前記内底面の周囲に、枠状に形成された金属膜が形成されている圧電デバイス。 - 内部にキャビティを有し、電圧の印加により振動する圧電振動片が前記キャビティに配置された圧電デバイスであって、
前記圧電デバイスのガラスで形成されるパッケージの一部を構成し、外周に枠状の第1接合面及び該第1接合面の内側で且つ前記第1接合面から凹んで形成されて前記キャビティの一部を構成する内底面を有する第1板と、
前記圧電デバイスの前記パッケージの一部を構成し、外周に枠状の第2接合面を有する第2板と、
前記圧電振動片と前記圧電振動片を囲む枠体とにより構成され、前記枠体は前記第1接合面に対応する第3接合面と、前記第3接合面の反対側にあり前記第2接合面に対応する第4接合面とを有する第3板と、
前記第1接合面、前記第2接合面、前記第3接合面及び前記第4接合面に形成され、前記第1板と前記第3板とを接合し、前記第2板と前記第3板とを接合する枠状の共晶金属である接合材と、を備え、
前記第1接合面から前記内底面までに形成される壁面に接する位置で且つ前記内底面の周囲に、枠状に形成された金属膜が形成されている圧電デバイス。 - 前記金属膜に少なくとも前記接合材の一部が付着している請求項1又は請求項2に記載の圧電デバイス。
- 所定の幅に形成される前記第1接合面の中央に前記第1接合面から凹んだ枠状溝が設けられている請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
- 前記第1接合面の最外周に接するように枠状に形成され、一方向に側壁が形成される段差部が形成されている請求項4に記載の圧電デバイス。
- 枠状金属膜が前記枠状溝の内底面に形成された請求項4又は請求項5に記載の圧電デバイス。
- 前記枠状金属膜は前記枠状溝の枠幅よりも狭い幅とする請求項6に記載の圧電デバイス。
- 前記枠状溝は前記接合材の下に形成される前記枠状金属膜の少なくとも内側に設けられた請求項4から請求項7のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
- 前記接合材の下に形成される前記枠状金属膜の少なくとも内側に設けられた前記枠状溝の内底面には金属膜が設けられた請求項8に記載の圧電デバイス。
- 内部にキャビティを有し、電圧の印加により振動する圧電振動片が前記キャビティに配置された圧電デバイスの製造方法であって、
前記圧電デバイスのガラスで形成されるパッケージの一部を構成し、外周に枠状の第1接合面及び該第1接合面の内側で且つ前記第1接合面から凹んで形成されて前記キャビティの一部を構成する内底面を有する複数のベース基板を含むベース基板ウエハを用意する第1用意工程と、
前記圧電デバイスの前記パッケージの一部を構成し、前記第1接合面に対応する第2接合面を有し前記ベース基板とともに前記キャビティを形成する複数のカバーを含むカバーウエハを用意する第2用意工程と、
前記ベース基板ウエハと前記カバーウエハとを前記第1接合面に枠状に形成され共晶金属である接合材により接合する接合工程と、
接合された前記ベース基板ウエハと前記カバーウエハとをスクライブラインで切断する切断工程と、を備え、
前記第1用意工程では、前記第1接合面から前記内底面までに形成される壁面に接する位置で且つ前記内底面の周囲に、枠状に形成された金属膜が形成され、
前記接合工程で、前記金属膜の少なくとも一部に前記接合材が付着する圧電デバイスの製造方法。 - 内部にキャビティを有し、電圧の印加により振動する圧電振動片が前記キャビティに配置された圧電デバイスの製造方法であって、
前記圧電デバイスのガラスで形成されるパッケージの一部を構成し、外周に枠状の第1接合面及び該第1接合面の内側で且つ前記第1接合面から凹んで形成されて前記キャビティの一部を構成する内底面を有する複数の第1板を含む第1ウエハを用意する第1用意工程と、
前記圧電デバイスの前記パッケージの一部を構成し、外周に枠状の第2接合面を有する複数の第2板を含む第2ウエハを用意する第2用意工程と、
複数の前記圧電振動片と前記圧電振動片をそれぞれ囲む枠体とを含み、前記枠体は前記第1接合面に対応する第3接合面と、前記第2接合面に対応し前記第3接合面の反対側の第4接合面とを有する複数の第3板を含む第3ウエハを用意する第3用意工程と、
前記第1ウエハと前記第2ウエハとを前記第3ウエハを挟んで前記第1接合面、前記第2接合面、前記第3接合面又は前記第4接合面に枠状に形成され共晶金属である接合材により接合する接合工程と、
接合された前記第1ウエハ、前記第2ウエハ及び前記第3ウエハをスクライブラインで切断する切断工程と、を備え、
前記第1用意工程では、前記第1接合面から前記内底面までに形成される壁面に接する位置で且つ前記内底面の周囲に、枠状に形成された金属膜が形成され、
前記接合工程で、前記金属膜の少なくとも一部に前記接合材が付着する圧電デバイスの製造方法。 - 前記第1用意工程において、所定の幅に形成される前記第1接合面の中央に前記第1接合面から凹んだ枠状溝が形成され、
前記枠状溝が前記スクライブラインの一部を含んで形成され、前記スクライブラインの一部を含んだ枠状溝の幅が前記スクライブラインの幅よりも狭い請求項11又は請求項12に記載の圧電デバイスの製造方法。
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