JP5615663B2 - パッケージマーキング方法 - Google Patents
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Description
一方、ガラス基板に対する吸収率が100%のレーザ光を使用することにより、電子部品への影響を阻止することが可能になる。しかしながら、ガラス基板の表面をエッチングすることによってマーキングを施す場合、クラック等の発生によりパッケージの信頼性が低下する虞があると共に、綺麗にマーキングを施すことが困難であるという課題がある。
また、ガラスの表面に形成された薄膜を除去することによってマーキングを施すので、ガラスの表面をエッチングする場合と比較して綺麗にマーキングを施すことができると共に、クラックの発生を防止することが可能になる。
ここで、一般に、ガラスに100%吸収されるレーザ光の波長領域としては、数nmの短い波長領域と、数μmの長い波長領域とがある。短い波長領域のレーザ光は、波長が短い分エネルギーが大きくなるので、ガラスにクラック等を発生させてしまう虞がある。このため、波長の長いレーザ光、具体的には、レーザ光の波長λが、λ≧7.5μmを満たすように設定されていることにより、ガラスに100%吸収されつつ、ガラスへのクラックの発生等を防止することが可能になる。
ここで、薄膜の膜厚Tが3000Åよりも厚く設定されていると、薄膜を除去しきれず、綺麗にマーキングを施すことができなくなる虞がある。このため、薄膜の膜厚Tを、1000Å≦T≦3000Åを満たすように設定することにより、確実に綺麗なマーキングを施すことが可能になる。
また、Siは、耐腐食性が高く、絶縁性も高いので、パッケージの信頼性を高めることができる。
また、気密性に優れたパッケージを備えているので、振動特性に優れた圧電振動子を提供することができる。
また、ガラスの表面に形成された薄膜を除去することによってマーキングを施すので、ガラスの表面をエッチングする場合と比較して綺麗にマーキングを施すことができると共に、クラックの発生を防止することが可能になる。
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態における圧電振動子1の外観斜視図、図2は、圧電振動子1の内部構成図であって、リッド基板3を取り外した状態を示す。また、図3は図2のA−A線に沿う断面図、図4は、圧電振動子1の分解斜視図である。
この圧電振動片5は、略平行に配置された一対の振動腕部24,25と、一対の振動腕部24,25の基端側を一体的に固定する基部26とからなる音叉型である。一対の振動腕部24,25の表面上には、振動腕部24,25を振動させる不図示の一対の第1の励振電極と第2の励振電極とからなる励振電極と、第1の励振電極、および第2の励振電極と、後述する引き回し電極27,28とを電気的に接続する一対のマウント電極とを有している(何れも不図示)。
より具体的には、一方の引き回し電極27上に、圧電振動片5の第1の励振電極が一方のマウント電極、およびバンプBを介してバンプ接合されている。また、他方の引き回し電極28上に、第2の励振電極が他方のマウント電極、およびバンプBを介してバンプ接合されている。これにより、圧電振動片5は、ベース基板2の表面2bから浮いた状態で支持されるとともに、各マウント電極と引き回し電極27,28とがそれぞれ電気的に接続された状態となる。
そして、接合材23とリッド基板3の額縁領域3cとが陽極接合されることにより、キャビティCが真空封止されている。なお、接合材23の側面は、ベース基板2の側面2c、およびリッド基板3の側面3e(パッケージ10の側面(外側面)10a)と略面一に形成されている。
より具体的には、一方の外部電極6は、一方の貫通電極8、および一方の引き回し電極27を介し、圧電振動片5の一方のマウント電極に電気的に接続されている。また、他方の外部電極7は、他方の貫通電極9、および他方の引き回し電極28を介し、圧電振動片5の他方のマウント電極に電気的に接続されている。
なお外部電極6,7の側面(外周縁)は、ベース基板2の側面2cよりも内側に位置している。
具体的には、一方の貫通電極8は、外部電極6と基部26との間で引き回し電極27の下方に位置しており、他方の貫通電極9は、外部電極7と振動腕部25との間で引き回し電極28の下方に位置している。
また、本実施形態ではスルーホール21,22の形状に合わせて、筒体32の外形が円錐状(断面テーパ状)となるように形成されている。この筒体32は、スルーホール21,22内に埋め込まれた状態で焼成されており、これらスルーホール21,22に対して強固に固着されている。
1000Å≦T≦3000Å・・・(1)を満たすように設定されている。
薄膜11をレーザ光Lの吸収率が高いシリコン(Si)を主成分とする金属材料により形成することで、リッド基板3の表面3dに形成されている薄膜11に確実にマーキング13を施すことができる。
次に、図5、図6に基づいて、圧電振動子1の製造方法について説明する。
図5は、本実施形態における圧電振動子1の製造方法を示すフローチャート、図6は、ウエハ接合体60の分解斜視図である。
なお、この圧電振動子1の製造方法においては、複数のベース基板2が連なるベース基板用ウエハ40と、複数のリッド基板3が連なるリッド基板用ウエハ50との間に、複数の圧電振動片5を封入してウエハ接合体60を形成し、ウエハ接合体60を切断することにより複数の圧電振動子1を同時に製造する方法について説明する。ここで、図6に示す破線Mは、切断工程で切断する切断線を図示したものである。
次に、図5、図6に示すように、後にリッド基板3となるリッド基板用ウエハ50を、陽極接合を行う直前の状態まで作製するリッド基板用ウエハ作製工程を行う(S20)。
具体的には、ソーダ石灰ガラスを所定の厚さまで研磨加工して洗浄した後に、エッチング等により最表面の加工変質層を除去した円板状のリッド基板用ウエハ50を形成する(S21)。
続いて、後述するベース基板用ウエハ40との間の気密性を確保するために、ベース基板用ウエハ40との接合面となるリッド基板用ウエハ50の裏面50a側を少なくとも研磨する研磨工程(S23)を行い、裏面50aを鏡面加工する。以上により、リッド基板用ウエハ作成工程(S20)が終了する。
次に、上述した工程と同時、または前後のタイミングで、後にベース基板2となるベース基板用ウエハ40を、陽極接合を行う直前の状態まで作製するベース基板用ウエハ作製工程を行う(S30)。
まず、ソーダ石灰ガラスを所定の厚さまで研磨加工して洗浄した後に、エッチング等により最表面の加工変質層を除去した円板状のベース基板用ウエハ40を形成する(S31)。
具体的には、プレス加工等によりベース基板用ウエハ40の裏面40bから凹部を形成した後、少なくともベース基板用ウエハ40の表面40a側から研磨することで、凹部を貫通させ、スルーホール21,22を形成することができる。
これにより、スルーホール21,22内において、芯材部31がベース基板用ウエハ40の両面40a,40b(図6における上下面)に対して面一な状態で保持される。以上により、貫通電極8,9を形成することができる。
なお、接合材23はベース基板用ウエハ40におけるキャビティCの形成領域以外の領域、すなわちリッド基板用ウエハ50の裏面50aとの接合領域の全域に亘って形成する。このようにして、ベース基板用ウエハ製作工程(S30)が終了する。
そして、上述した各ウエハ40,50の作成工程で作成されたベース基板用ウエハ40、およびリッド基板用ウエハ50を重ね合わせる、重ね合わせ工程を行う(S50)。
具体的には、図示しない基準マーク等を指標としながら、両ウエハ40,50を正しい位置にアライメントする。これにより、マウントされた圧電振動片5が、リッド基板用ウエハ50に形成された凹部3aとベース基板用ウエハ40とで囲まれるキャビティC内に収納された状態となる。
具体的には、接合材23とリッド基板用ウエハ50との間に所定の電圧を印加する。すると、接合材23とリッド基板用ウエハ50との界面に電気化学的な反応が生じ、両者がそれぞれ強固に密着して陽極接合される。これにより、圧電振動片5をキャビティC内に封止することができ、ベース基板用ウエハ40とリッド基板用ウエハ50とが接合されたウエハ接合体60を得ることができる。
この場合、本実施形態では接合材23に抵抗値が比較的低いAlを用いているため、接合材23の全面に対して均一に電圧を印加することができ、両ウエハ40,50の接合面同士が強固に陽極接合されたウエハ接合体60を簡単に形成することができる。また、陽極接合を比較的低電圧で行うことができるため、エネルギー消費量の低減を図り、製造コストを低減させることができる。
周波数の微調が終了後、接合されたウエハ接合体60を切断して個片化する個片化工程を行う(S90)。
薄膜11の形成方法としては、例えば、スパッタ法、真空蒸着法、CVD法等の成膜方法によって形成する方法が挙げられる。ここで、パッケージ10におけるリッド基板3の表面3dからリッド基板3の側面3e、およびベース基板2の側面2c(パッケージ10の側面10a)の全域を覆うように薄膜11を形成するのにあたって、ベース基板2の裏面2aに、例えばUVテープを貼着させるとよい。UVテープとしては、例えばポリオレフィンからなるシート材に紫外線硬化樹脂の粘着剤が塗布されたものがある。
すなわち、個片化工程を経た後、UVテープを引き延ばすエクスパンド工程を行うことにより、UVテープ上に、複数のパッケージ10が所定間隔をあけて配置された状態になる。この状態で薄膜形成工程を行うことにより、パッケージ10におけるリッド基板3の表面3dからリッド基板3の側面3e、およびベース基板2の側面2c(パッケージ10の側面10a)の全域を覆うように薄膜11を形成することができる。
また、ベース基板2の裏面2a側にUVテープが貼着された状態で薄膜形成工程を行うことにより、ベース基板2の裏面2a側への成膜材料の回り込みを抑制できる。このため、外部電極6,7への成膜材料の付着を抑制できるので、薄膜11によって各外部電極6,7間が架け渡されるのを抑制できる。
より具体的には、ピックアップ工程では、まずUVテープに対してUV照射し、UVテープの粘着力を低下させる。これにより、UVテープから圧電振動子1が剥離される。その後、画像認識等により各圧電振動子1の位置を把握して、ノズル等により吸引することで、UVテープから剥離された圧電振動子1を取り出していく。
すなわち、圧電振動片5の共振周波数、共振抵抗値、ドライブレベル特性(共振周波数、および共振抵抗値の励振電力依存性)等を測定してチェックする。また、絶縁抵抗特性等を併せてチェックする。そして、圧電振動子1の外観検査を行って、寸法や品質等を最終的にチェックする。
次に、図5、図7に基づいて、マーキング工程について説明する。
図7は、マーキング工程の説明図である。
図5、図7に示すように、電気特性検査、および外観検査が完了し、検査に合格した圧電振動子1に対して、最後にマーキング13を施すマーキング工程を行う(S120)。
ここで、レーザ光Lとしては、ソーダ石灰ガラスにより形成されているリッド基板3に100%吸収される波長領域のものが用いられ、より好ましくは、リッド基板3に100%吸収される波長領域のうち、波長の長いレーザ光が用いられる。
図8は、縦軸をソーダ石灰ガラスの透過率(Transmittance)とし、横軸をレーザ光の波長(Wavelength)とした場合のソーダ石灰ガラスの透過率の変化を示すグラフであって、(a)は、レーザ光の波長領域が0μm〜24μmの場合を示し、(b)は、レーザ光の波長領域が100nm〜1,100nmの場合を示している。
図8(a)、図8(b)に示すように、ソーダ石灰ガラスに対してレーザ光が100%吸収される領域、つまり、透過率が0%である領域は、レーザ光の波長λが、約240nmよりも短く設定されている場合、または約7.2μmよりも長く設定されている場合であることが確認できる。
このため、短い波長のレーザ光、例えば、300nm程度の波長のレーザ光は、ウエハ接合体60にスクライブラインを形成する個片化工程に用いられたり、従来のようにガラス自体にエッチングを施す場合に用いられたりする。
λ≧7.5μm・・・(2)
を満たすレーザ光を用いることにより、リッド基板3の表面3dへのクラックの発生を防止できる。
より具体的には、レーザ光Lとして、CO2レーザを用いることが望ましい。このCO2レーザは、波長λが10.6μmであるので、式(2)を満たす。
このため、薄膜11の膜厚Tは、式(1)を満たすように、つまり、1000Å≦T≦3000Åを満たすように設定されている場合において、レーザ光Lの出力をPとしたとき、出力Pを
4.5W≦P≦6.0W・・・(3)
を満たすように設定することが望ましい。
なお、従来のようにガラス自体にエッチングを施す場合、レーザ光のエネルギー密度は、例えば0.7J/cm2〜20J/cm2に設定される場合がある。
なお、薄膜11を完全に除去しきれず、この除去した部分からリッド基板3の表面3dが露出しない場合、除去した部分と除去していない部分との色彩の違いがはっきり表れず、マーキングを視認することが困難になってしまう。
また、従来のように、リッド基板3の表面3dをエッチングする場合と比較して、綺麗にマーキングを施すことができる。さらに、リッド基板3のクラックの発生を確実に防止することができる。
また、薄膜11の膜厚Tを式(1)を満たすように設定する一方、レーザ光Lの出力Pを式(3)を満たすことにより、確実に薄膜11を除去してこの除去した部分からリッド基板3の表面3dを露出させつつ、リッド基板3にレーザ光Lを100%吸収させることができる。
この場合、レーザ光Lの波長λや出力Pを式(2)、式(3)とは別に設定する必要がある。すなわち、レーザ光Lの波長λや出力Pは、式(2)、式(3)を満たす場合に限られるものではなく、リッド基板3の表面3dに薄膜11を形成した後、この薄膜11にレーザ光Lを照射させるにあたって、薄膜11を除去しつつ、リッド基板3へのクラックの発生を阻止可能で、かつリッド基板3にレーザ光Lを100%吸収されるレーザ光であればよい。
すなわち、リッド基板用ウエハ50とベース基板用ウエハ40と陽極接合する接合工程にあっては、リッド基板用ウエハ50の表面側に負電荷層が生じる。しかしながら、リッド基板用ウエハ50の表面にSiを主成分とする薄膜11が形成されているので、この薄膜11により負電荷層が中和される。これにより、リッド基板用ウエハ50内に分極が生じず、さらに確実に陽極接合を行うことが可能になる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第1実施形態の薄膜形成工程(S100、図5参照)は、UVテープ上にパッケージを貼り付けた状態で行ったが、第2実施形態の薄膜形成工程は、薄膜形成治具の凹部内にパッケージを配置して行う点で異なっている。第1実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
図12(b)に示すように、薄膜形成治具70は、Al等からなる支持板71と、ステンレス等からなるカバー板72とを積層して形成されている。カバー板72には貫通孔73が形成され、貫通孔73の底部開口が支持板71で閉塞されて、薄膜形成治具70に凹部74が形成されている。
図12(b)に示すように、凹部74の底面にパッケージ10の外部電極6,7が当接するように、凹部74内にパッケージ10を配置する。凹部74の深さ(カバー板72の厚さ)は、パッケージ10の外部電極6,7の厚さより深くなっているので、外部電極6,7が凹部74内に収容される。また凹部74の深さは、パッケージ10の底面から接合材23までの高さより浅くなっているので、接合材23が外部に露出する。
以上により、パッケージ10の下半部から外部電極6,7が露出するとともに、上半部が薄膜11で覆われてマーキングが施された圧電振動子1が完成する。
次に、図9に基づいて、この発明の発振器の一実施形態について説明する。
図9は、発振器100の概略構成図である。
同図に示すように、発振器100は、集積回路101に圧電振動子1を電気的に接続した発振子として構成したものである。発振器100は、コンデンサ等の電子部品102が実装された基板103を備えている。基板103には、発振器用の集積回路101が実装されており、この集積回路101の近傍に、圧電振動子1が実装されている。
これら電子部品102、集積回路101、および圧電振動子1は、不図示の配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、不図示の樹脂によりモールドされている。
また、集積回路101の構成を、例えば、RTC(リアルタイムクロック)モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加することができる。
次に、図10に基づいて、この発明の電子機器の一実施形態について説明する。なお電子機器として、上述した圧電振動子1を有する携帯情報機器110を例にして説明する。
図10は、携帯情報機器110の概略構成図である。
ここで、携帯情報機器110は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、従来技術における腕時計を発展、改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカ、およびマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化、軽量化されている。
発振回路の出力は二値化され、レジスタ回路とカウンタ回路とにより計数される。そして、インターフェース回路を介して、制御部112と信号の送受信が行われ、表示部115に、現在時刻や現在日付或いはカレンダー情報等が表示される。
無線部117は、音声データ等の各種データを、アンテナ125を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部118は、無線部117又は増幅部120から入力された音声信号を符号化、および複号化する。増幅部120は、音声処理部118又は音声入出力部121から入力された信号を、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部121は、スピーカやマイクロフォン等からなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。
なお、呼制御メモリ部124は、通信の発着呼制御に係るプログラムを格納する。また、電話番号入力部122は、例えば、0から9の番号キー、およびその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。
電圧検出部116から電圧降下の通知を受けた制御部112は、無線部117、音声処理部118、切替部119、および着信音発生部123の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部117の動作停止は、必須となる。更に、表示部115に、通信部114が電池残量の不足により使用不能になった旨が表示される。
なお、通信部114の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部126を備えることで、通信部114の機能をより確実に停止することができる。
次に、図11に基づいて、この発明の電波時計の一実施形態について説明する。
図11は、電波時計130の概略構成図である。
ここで、電波時計130は、フィルタ部131に電気的に接続された圧電振動子1を備えたものであり、時計情報を含む標準の電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。
日本国内には、福島県(40kHz)と佐賀県(60kHz)とに、標準の電波を送信する送信所(送信局)があり、それぞれ標準電波を送信している。40kHz若しくは60kHzのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表とを反射しながら伝播する性質とを併せもつため、伝播範囲が広く、上述した2つの送信所で日本国内を全て網羅している。
本実施形態における圧電振動子1は、上記搬送周波数と同一の40kHz、および60kHzの共振周波数を有する水晶振動子部138、139をそれぞれ備えている。
続いて、波形整形回路135を介してタイムコードが取り出され、CPU136でカウントされる。CPU136では、現在の年、積算日、曜日、時刻等の情報を読み取る。読み取られた情報は、RTC137に反映され、正確な時刻情報が表示される。
搬送波は、40kHz若しくは60kHzであるから、水晶振動子部138、139は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。
この場合、成膜後にパターニングすることで、リッド基板用ウエハ50の裏面50aにおけるベース基板用ウエハ40との接合面のみに形成する構成でも構わないが、接合材23を凹部3aの内面を含む裏面50a全体に形成することで、接合材23のパターニングが不要になり、製造コストを低減することができる。
これに対して、直接電極方式を採用することで、対向電極方式で必要となる接合工程後の接合補助材の除去作業が不要になるので、製造工数を削減することができ、製造効率の向上を図ることができる。
Claims (7)
- 互いに接合され、少なくとも一方の表面の少なくとも一部がガラスにより形成されている第1基板、および第2基板と、
これら第1基板と第2基板との間に形成され、電子部品を封入可能なキャビティとを備えたパッケージの前記ガラスの表面に、マーキングを施すためのパッケージマーキング方法において、
前記ガラスの表面に薄膜を形成する薄膜形成工程と、
前記薄膜形成工程により形成された前記薄膜にレーザ光を照射し、前記薄膜を除去することにより前記ガラスの表面にマーキングを施すマーキング工程と、
を有し、
前記薄膜形成工程の前に、前記第1基板および前記第2基板のうち一方に形成された接合材と、他方とを陽極接合する接合工程を備え、
前記薄膜形成工程では、前記第1基板と前記第2基板との間から外部に露出している前記接合材を覆うように前記薄膜を形成し、
さらに、前記薄膜形成工程では、薄膜形成治具の凹部内に前記パッケージを配置し、前記パッケージの外部電極を前記凹部内に収容しつつ前記接合材を外部に露出させた状態で、前記薄膜を形成することを特徴とするパッケージマーキング方法。 - 前記レーザ光は、ガラスに100%吸収される波長領域のものであることを特徴とする請求項1に記載のパッケージマーキング方法。
- 前記レーザ光の波長λは、
λ≧7.5μm
を満たすように設定されていることを特徴とする請求項2に記載のパッケージマーキング方法。 - 前記薄膜の膜厚Tは、
1000Å≦T≦3000Å
を満たすように設定され、
前記レーザ光として、CO2レーザを用いることを特徴とする請求項1〜請求項3の何れかに記載のパッケージマーキング方法。 - 前記レーザ光の出力Pは、
4.5W≦P≦6W
を満たすように設定されていることを特徴とする請求項4に記載のパッケージマーキング方法。 - 前記薄膜は、Siを主成分とする膜であることを特徴とする請求項1〜請求項5の何れかに記載のパッケージマーキング方法。
- 前記薄膜形成工程では、薄膜形成治具の複数の凹部内にそれぞれ前記パッケージを配置し、複数の前記パッケージが離間配置された状態で、前記薄膜を形成することを特徴とする請求項1から請求項6の何れかに記載のパッケージマーキング方法。
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