TWI488433B - 晶體元件 - Google Patents
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Description
本發明關於一種晶體元件(crystal device)，該晶體元件經由接合材料而接合有基底板(base plate)、蓋板(lid plate)以及晶體器件。
如下的晶體元件已為人所知，該晶體元件包括：晶體器件、與配置於晶體器件的表面及背面的基底板及蓋板，所述晶體器件具有以規定的振動頻率(vibration frequency)發生振動的激振部、以及將激振部予以包圍的框部，晶體器件、基底板以及蓋板彼此經由接合材料而接合。對於如上所述的晶體元件而言，由於接合材料與晶體器件、基底板及蓋板之間的熱膨脹係數的差異，當製作晶體元件時，應力會施加於接合材料等。晶體元件會產生如下的問題，例如接合材料因如上所述的應力而從晶體器件、基底板及蓋板上剝落，或晶體元件破損。
例如在專利文獻1中，已有與可應對如下的問題的晶體振子相關的揭示，所述問題例如是指因如上所述的熱膨脹係數的差異而產生的應力所引起的接合材料的剝落等。所述晶體振子是藉由接合材料，將包含金屬材料的蓋與包含陶瓷(ceramics)的基底予以接合而形成，在專利文獻1中揭示了如下的內容，即，將接合材料的熱膨脹係數設為與蓋及基底的熱膨脹係數近似或相同的值，藉此，抑制將蓋與基底予以接合時所產生的應力。
[專利文獻1]日本專利特開2008-259041號公報
然而，對於如下的晶體元件而言，存在如下的情況，即，根據接合面的方向，晶體器件與基底板及蓋板之間的接合面的熱膨脹係數大不相同，所述晶體元件的晶體器件是包夾地形成在基底板與蓋板之間，且由接合材料接合。在此種情況下，無法將接合材料的熱膨脹係數設為與晶體器件、基底板及蓋板的熱膨脹係數近似或相同的值。
因此，本發明提供如下的晶體元件，該晶體元件是藉由使用如下的接合材料來防止接合材料剝落，所述接合材料具有處於晶體器件的接合面的第一方向的熱膨脹係數與第二方向的熱膨脹係數之間的熱膨脹係數。
第一觀點的晶體元件包括：矩形形狀的晶體器件，具有激振部與框部且由晶體材料形成，所述激振部因施加電壓而發生振動，所述框部將激振部的周圍予以包圍，框部具有第一方向的邊及與該第一方向交叉的第二方向的邊；矩形形狀的基底板，接合於框部的一個主面，且具有第一方向的邊與第二方向的邊；以及矩形形狀的蓋板，接合於框部的另一個主面，且具有第一方向的邊與第二方向的邊，所述晶體元件塗布有接合材料，該接合材料具有處於晶體器件的第一方向的熱膨脹係數與第二方向的熱膨脹係數之間的熱膨脹係數。
根據第一觀點，在第二觀點的晶體元件中，晶體器件為AT切割晶體材料，基底板以及蓋板為AT切割晶體材料、Z切割晶體材料或玻璃材料。
根據第一觀點，在第三觀點的晶體元件中，晶體器件為Z切割晶體材料，基底以及蓋為AT切割晶體材料、Z切割晶體材料或玻璃材料。
根據第一觀點至第三觀點，在第四觀點的晶體元件中，接合材料是聚醯亞胺樹脂或熔點為500度以下的玻璃。
根據第四觀點，在第五觀點的晶體元件中，接合材料的熱膨脹係數為10.5 ppm/℃~13 ppm/℃(從常溫至200℃為止的範圍)。
根據本發明，可提供如下的晶體元件，該晶體元件是藉由使用如下的接合材料來防止接合材料剝落，所述接合材料具有處於晶體器件的接合面的第一方向的熱膨脹係數與第二方向的熱膨脹係數之間的熱膨脹係數。
以下，基於附圖來詳細地對本發明的實施方式進行說明。再者，在以下的說明中，只要無旨在特別地對本發明進行限定的記載，則本發明的範圍不限於這些方式。
圖1是晶體元件100的分解立體圖。晶體元件100是表面安裝型的晶體元件，且安裝於印刷基板等而被使用。
晶體元件100主要包含：蓋板110、基底板120、以及晶體器件130。蓋板110、基底板120以及晶體器件130中，例如使用有AT切割的晶體材料。AT切割的晶體材料的主面(YZ面)相對於結晶軸(XYZ)的Y軸，以X軸為中心，從Z軸向Y軸方向傾斜35度15分。在以下的說明中，以AT切割的晶體材料的軸方向為基準，使用傾斜的新的軸作為Y'軸以及Z'軸。即，將晶體元件100的長邊方向作為X軸方向，將晶體元件100的高度方向作為Y'軸方向，將與X軸方向及Y'軸方向垂直的方向作為Z'軸方向，對晶體元件100進行說明。另外，在晶體元件100中，蓋板110、基底板120、及晶體器件130的X軸方向、Y'軸方向、及Z'軸方向的各結晶軸方向一致。
晶體器件130包括：激振部131，以規定的振動頻率發生振動；框部132，將激振部131予以包圍；以及一對連結部133，連結著激振部131及框部132。另外，在激振部131與框部132之間形成有貫通槽136，該貫通槽136沿著Y'軸方向，將晶體器件130予以貫通。一對連結部133將激振部131的-X軸側的邊、與激振部131的-X軸側所形成的框部132予以連結。在激振部131的+Y'軸側及-Y'軸側的主面上，分別形成有激振電極134。另外，在框部132上，形成有從各激振電極134引出的一對引出電極135。引出電極135是從形成於-Y'軸側的面的激振電極134起，通過-Z'軸側的連結部133，引出至框部132的-Y'軸側的面的-X軸側的邊的-Z'軸側的角為止。另外，引出電極
135是從形成於+Y'軸側的面的激振電極134起，通過+Z'軸側的連結部133，經由貫通槽136的-X軸側的+Z'軸側的側面及+Z'軸側的框部132，引出至框部132的-Y'軸側的面的+X軸側的+Z'軸側的角為止。
在蓋板110的-Y'軸側的面上，形成有凹部111、與將凹部111予以包圍的接合面112。該接合面112經由接合材料140(參照圖2)而接合於晶體器件130的框部132的+Y'軸側的面。
在基底板120的+Y'軸側的面上，形成有凹部121、將凹部121予以包圍的接合面122、以及配置於+Y'軸側的面的四個角落的電極墊(electrode pad)123。接合面122經由接合材料140(參照圖2)而接合於晶體器件130的框部132的-Y'軸側的面。另外，在基底板120的-Y'軸側的面上，形成有一對安裝端子124。而且，在基底板120的側面的四個角落形成有城堡形部分(castellation)126，在城堡形部分126中形成有城堡形部分電極125。城堡形部分電極125將電極墊123與安裝端子124予以電性連接。另外，-X軸側的-Z'軸側的角處所形成的電極墊123是電性連接於如下的引出電極135，該引出電極135形成於晶體器件130的-X軸側的-Z'軸側的角，+X軸側的+Z'軸側的角處所形成的電極墊123是電性連接於如下的引出電極135，該引出電極135形成於晶體器件130的+X軸側的+Z'軸側的角。
圖2是圖1的A-A剖面圖。晶體元件100在晶體器件
130的+Y'軸側配置有蓋板110，且在-Y'軸側配置有基底板120。另外，在晶體元件100的內部，藉由蓋板110的凹部111與基底板120的凹部121而形成模腔(cavity)150，在模腔150中配置有激振部131。在蓋板110的接合面112與框部132的+Y'軸側的面之間、以及在基底板120的接合面122與框部132的-Y'軸側的面之間，分別形成接合材料140，藉此，將模腔150予以密封。另外，形成於框部132的引出電極135與形成於基底板120的電極墊123形成電性連接，藉此，激振電極134與安裝端子124形成電性連接。
圖3(a)是表示+Y'軸側的面上所形成的電極的晶體器件130的平面圖。晶體器件130包含：激振部131、將激振部131予以包圍的框部132、以及將激振部131與框部132予以連結的一對連結部133。從激振電極134引出的引出電極135是通過+Z'軸側的連結部133而連接於側面電極137，所述激振電極134形成於激振部131的+Y'軸側的面，所述側面電極137形成於貫通槽136的-X軸側的+Z'軸側的端部的側面。
圖3(b)是表示-Y'軸側的面上所形成的電極的晶體器件130的平面圖。圖3(b)是表示為從+Y'軸側向-Y'軸方向對晶體器件130進行觀察所得的圖。引出電極135是從形成於激振部131的-Y'軸側的激振電極134起，通過-Z'軸側的連結部133，引出至框部132的-Y'軸側的面的-X軸側的邊的-Z'軸側的角為止。另外，引出電極135是從形成
於貫通槽136的側面電極137起，通過+Z'軸側的框部132，引出至框部132的-Y'軸側的面的+X軸側的+Z'軸側的角為止。
圖4(a)是表示+Y'軸側的面上所形成的電極的基底板120的平面圖。在基底板120的+Y'軸側的面上，形成有凹部121及將凹部121予以包圍的接合面122。另外，在基底板120的四個角落的側面形成有城堡形部分126，在城堡形部分126中形成有城堡形部分電極125。而且，在基底板120的+Y'軸側的面的四個角落形成有電極墊123，各電極墊123電性連接於各城堡形部分電極125。
圖4(b)是表示-Y'軸側的面上所形成的電極的基底板120的平面圖。在基底板120的-Y'軸側的面上，在+X軸側及-X軸側形成有一對安裝端子124，各安裝端子124電性連接於城堡形部分電極125，該城堡形部分電極125形成於基底板120的四個角落。
作為晶體材料的結晶軸的X軸與Y軸的熱膨脹係數相等，Z軸方向的熱膨脹係數小於X軸與Y軸的熱膨脹係數。因此，一般認為X軸、Y'軸、Z'軸的各軸方向的熱膨脹係數各不相同，所述X軸、Y'軸、Z'軸的各軸方向是相對於晶體材料的結晶軸(XYZ)的Y軸，以X軸為中心，從Z軸向Y軸方向傾斜35度15分地受到引導的AT切割的晶體材料的軸方向。以下，參照圖5來對晶體材料的熱膨脹係數進行說明。
圖5是表示晶體材料的X軸方向、Y軸方向及Z'軸方向的熱膨脹係數與溫度的關係的曲線圖。曲線圖的縱軸表示熱膨脹係數(ppm)，曲線圖的橫軸表示溫度(℃)。熱膨脹係數表示每1℃的如下的比例，該比例是物體的長度因溫度的上升而發生膨脹時的比例。曲線圖中的塗黑的四邊形所表示的點是表示晶體材料的X軸及Y軸方向的熱膨脹係數。另外，曲線圖中的塗黑的三角形所表示的點是表示晶體材料的Z'軸方向的熱膨脹係數。Z'軸方向的熱膨脹係數大於Z軸方向的熱膨脹係數且小於X軸方向的熱膨脹係數，且可由此些的值導出。Z'軸方向的熱膨脹係數在-250℃時為5.6 ppm，隨著溫度上升，熱膨脹係數也會上升，在573℃時，該熱膨脹係數為18.38 ppm。X軸以及Y軸方向的熱膨脹係數在-250℃時為8.6 ppm，隨著溫度上升，熱膨脹係數也會上升，在573℃時，該熱膨脹係數為25.15 ppm。
晶體元件100的晶體器件130、蓋板110、以及基底板120是由AT切割的晶體材料所形成，如圖1所示，蓋板110、基底板120、以及晶體器件130的結晶軸方向一致。另外，蓋板110、基底板120、以及晶體器件130在包含X軸及Z'軸的平面內彼此接合，因此，當考慮接合材料140的剝落等時，可考慮晶體材料的X軸以及Z'軸方向的熱膨脹係數。Z'軸方向的熱膨脹係數在30℃至200℃時約為10 ppm。另外，根據圖5已知：30℃至200℃的X軸方向的熱膨脹係數約為15 ppm。根據後述的晶體元件100的製作
方法中所說明的理由，使用如下的接合材料作為晶體元件100中所使用的接合材料140，所述接合材料具有晶體器件130的短邊方向(Z'軸方向)的熱膨脹係數與長邊方向(X軸方向)的熱膨脹係數之間的熱膨脹係數。即，接合材料140具有10 ppm~15 ppm的熱膨脹係數，該10 ppm~15 ppm的熱膨脹係數大於晶體材料的Z'軸方向的熱膨脹係數，且小於X軸方向的熱膨脹係數。而且，優選使用熱膨脹係數處於10.5 ppm~13 ppm之間的接合材料140。另外，例如可使用低熔點玻璃作為接合材料140，該低熔點玻璃是熔點為500℃以下的玻璃。
圖6是表示晶體元件100的製作方法的流程圖。以下，根據圖6的流程圖，對晶體元件100的製作方法進行說明。
在步驟(step)S101中，準備晶體晶圓(wafer)W130。在晶體晶圓W130上形成有多個晶體器件130。以下，參照圖7來對晶體晶圓W130進行說明。
圖7是晶體晶圓W130的平面圖。晶體晶圓W130是將AT切割的晶體材料作為基材而形成。另外，在晶體晶圓W130上形成有多個晶體器件130。在圖7中，各晶體器件130是以被切割線(scribe line)151包圍的方式而被表示，所述切割線151是在後述的圖6的步驟S106中，將晶圓予以切斷的線且由點劃線表示。另外，在各晶體器件130中形成貫通槽136，藉此來形成激振部131、框部132、以及連結部133。在激振部131的+Y'軸側的面以及
-Y'軸側的面上形成有激振電極134，在框部132上形成有引出電極135，該引出電極135從各激振電極134引出。
在步驟S102中，準備基底晶圓W120。在基底晶圓W120上形成有多個基底板120。以下，參照圖8(a)以及圖8(b)來對基底晶圓W120進行說明。
圖8(a)是表示+Y'軸側的面上所形成的電極的基底晶圓W120的平面圖。基底晶圓W120將AT切割的晶體材料作為基材，形成有多個基底板120。另外，圖8(a)中，在基底晶圓W120上標記有切割線151，各基底板120是以被切割線151包圍的方式而形成。在各基底板120的+Y'軸側的面上形成有凹部121，且以將凹部121予以包圍的方式而形成有接合面122。另外，在切割線151的交點處形成有貫通孔127，該貫通孔127將基底晶圓W120予以貫通。貫通孔127成為各基底板120的城堡形部分126(參照圖4(a))。另外，在基底晶圓W120的+Y'軸側的面的貫通孔127的周圍形成有電極墊123，在貫通孔127的側面形成有城堡形部分電極125(參照圖1)。
圖8(b)是表示-Y'軸側的面上所形成的電極的基底晶圓W120的平面圖。在圖8(b)中，表示從+Y'軸側所見的基底晶圓W120，且表示-Y'軸側的面上所形成的安裝端子124。在基底晶圓W120上，各基底板120的安裝端子124沿著Z'軸方向相連地形成，且電性連接於城堡形部分電極125(參照圖1)，該城堡形部分電極125(參照圖1)形成於貫通孔127的側面。
在步驟S103中，準備蓋晶圓W110。在蓋晶圓W110上形成有多個蓋板110。以下，參照圖9來對蓋晶圓W110進行說明。
圖9是蓋晶圓W110的平面圖。蓋晶圓W110將AT切割晶體材料作為基材，形成有多個蓋板110。另外，圖9中，在蓋晶圓W110上標記有切割線151，各蓋板110是以被切割線151包圍的方式而形成。在各蓋板110的-Y'軸側的面上形成有凹部111，且以將凹部111予以包圍的方式而形成有接合部112。
在步驟S104中，將晶體晶圓W130與基底晶圓W120予以接合。以下，參照圖10(a)、圖10(b)以及圖10(c)，對晶體晶圓W130與基底晶圓W120的接合進行說明。
圖10(a)是將晶體晶圓W130與基底晶圓W120予以接合而成的晶圓的Z'軸方向的剖面圖。另外，圖10(a)是包含圖7、圖8(a)、圖8(b)、以及圖10(c)的D-D剖面的剖面圖。以使接合面122重疊於框部132的-Y'軸側的面的方式，將晶體晶圓W130與基底晶圓W120對準，經由接合材料140，使所述晶體晶圓W130與基底晶圓W120彼此接合。
當例如使用熔點為380℃以下的低熔點玻璃作為接合材料140時，將接合材料140塗布於晶體晶圓W130的框部132的-Y'軸側的面或基底晶圓W120的接合面122，接著以使接合面122重疊於框部132的-Y'軸側的面的方式，將晶體晶圓W130與基底晶圓W120對準，在晶圓及接合
材料140的溫度為380℃以上且接合材料140已熔融的狀態下，將晶圓彼此予以接合，藉此來進行所述接合。晶圓在接合之後，被冷卻至室溫為止。
當晶圓被冷卻至室溫為止時，在各晶圓以及接合材料140之間，因熱膨脹係數的差異而產生應力。晶體元件100中所使用的接合材料140的熱膨脹係數大於晶體材料的Z'軸方向的熱膨脹係數，因此，在晶體材料的Z'軸方向上，接合材料140的收縮大於晶體材料的收縮。因此，在Z'軸方向上，進行拉伸的應力即拉伸應力160從晶體器件130以及基底板120，施加於接合材料140與晶體器件130及基底板120之間的接合面。所述拉伸應力160發揮將接合材料140在Z'軸方向上拉伸的作用。
圖10(b)是將晶體晶圓W130與基底晶圓W120予以接合而成的晶圓的X軸方向的剖面圖。另外，圖10(b)是包含圖7、圖8(a)、圖8(b)、以及圖10(c)的E-E剖面的剖面圖。當晶體晶圓W130與基底晶圓W120接合且冷卻至室溫時，在各晶圓以及接合材料140之間，因熱膨脹係數的差異而產生應力。晶體元件100中所使用的接合材料140的熱膨脹係數小於晶體材料的X軸方向的熱膨脹係數，因此，在晶體材料的X軸方向上，接合材料140的收縮小於晶體材料的收縮。因此，在X軸方向上，進行壓縮的應力即壓縮應力161從晶體器件130以及基底板120，施加於接合材料140與晶體器件130及基底板120之間的接合面。所述壓縮應力161發揮對接合材料140在
X軸方向上進行壓縮的作用。
圖10(c)是基底晶圓W120的概略平面圖。在圖10(c)中，以陰影表示了接合材料140，該接合材料140塗布於基底晶圓W120的+Y'軸側的面的凹部121及貫通孔127以外的區域。在Z'軸方向上，拉伸應力160施加於所述接合材料140與基底晶圓W120之間的接合面，在X軸方向上，壓縮應力161施加於所述接合材料140與基底晶圓W120之間的接合面。
返回至圖6，在步驟S105中，藉由接合材料140來將晶體晶圓W130與蓋晶圓W110予以接合。以下，參照圖11(a)以及圖11(b)，對晶體晶圓W130與蓋晶圓W110的接合進行說明。
圖11(a)是將晶體晶圓W130與蓋晶圓W110予以接合而成的晶圓的Z'軸方向的剖面圖。另外，圖11(a)是包含圖7、圖8(a)、圖8(b)、以及圖9的D-D剖面的剖面圖。晶體晶圓W130與蓋晶圓W110經由接合材料140而接合。所述步驟S105中的接合是與在步驟S104中所說明的晶體晶圓W130與基底晶圓W120的接合相同。如步驟S104中所說明，在晶圓彼此經由接合材料140而接合之後，各晶圓以及接合材料140被冷卻至室溫為止。接合材料140的熱膨脹係數大於晶體材料的Z'軸方向的熱膨脹係數，在晶體材料的Z'軸方向上，接合材料140的收縮大於晶體材料的收縮。因此，在Z'軸方向上，進行拉伸的應力即拉伸應力160從晶體器件130以及蓋板110，施加於
接合材料140與晶體器件130及蓋板110之間的接合面。所述拉伸應力160發揮將接合材料140在Z'軸方向上拉伸的作用。
圖11(b)是將晶體晶圓W130與蓋晶圓W110予以接合而成的晶圓的X軸方向的剖面圖。另外，圖11(b)是包含圖7、圖8(a)、圖8(b)、以及圖9的E-E剖面的剖面圖。如圖10(b)中的說明所述，晶體元件100中所使用的接合材料140的熱膨脹係數小於晶體材料的X軸方向的熱膨脹係數，在晶體材料的X軸方向上，接合材料140的收縮小於晶體材料的收縮。因此，在X軸方向上，進行壓縮的應力即壓縮應力161從晶體器件130以及蓋板110，施加於接合材料140與晶體器件130及蓋板110之間的接合面。所述壓縮應力161發揮對接合材料140在X軸方向上進行壓縮的作用。
返回至圖6，在步驟S106中，藉由切割(dicing)來將晶圓予以切斷。關於切割，沿著切割線151來將晶圓予以切斷，藉此，製作各個晶體元件100。
在晶體元件100中，使用接合材料140來將晶圓彼此予以接合，所述接合材料140具有如下的熱膨脹係數，該熱膨脹係數的值處於晶體器件130的X軸方向的熱膨脹係數與Z'軸方向的熱膨脹係數之間。因此，壓縮應力161以及拉伸應力160分別作用於接合材料140與各晶圓之間的接合面的X軸方向以及Z'軸方向。如此，晶體元件100處於如下的狀態，即，施加於接合材料140的應力分為壓縮
應力161以及拉伸應力160，藉此，各應力的大小變小，大應力不會施加於特定的方向。另外，玻璃具有如下的特性，即，對於拉伸應力的耐受性弱，但對於壓縮應力的耐受性強。而且，作用於接合材料140的應力是單位長度的應力與形成的接合材料140的長度的積，且預計與作為短邊方向的Z'軸方向相比較，強應力更會作用於與晶體元件100的長邊平行的X軸方向，因此，較為理想的是，與拉伸應力相比較，壓縮應力更會施加於與晶體元件100的長邊平行的X軸方向。在晶體元件100中，使接合材料140的熱膨脹係數小於晶體材料的X軸方向的熱膨脹係數，藉此，將壓縮應力施加於接合材料140的X軸方向。考慮到所述內容，較為理想的是，接合材料140的熱膨脹係數的大小為15 ppm與10 ppm之間的值，所述15 ppm是晶體材料的X軸方向的熱膨脹係數，所述10 ppm是Z'軸方向的熱膨脹係數。而且，由於拉伸應力施加於Z'軸方向，因此，較為理想的是，以使拉伸應力的大小變小的方式，將接合材料140的熱膨脹係數設為接近於Z'軸方向的熱膨脹係數的值，從而使拉伸應力的大小變小。另外，若壓縮應力施加於低熔點玻璃，則與晶體材料之間的接合強度變強，因此，較為理想的是，低熔點玻璃的熱膨脹係數小於晶體材料的熱膨脹係數。然而，若使用熱膨脹係數為10 ppm~10.5 ppm以下的低熔點玻璃，則晶體材料的X軸方向的熱膨脹係數與低熔點玻璃的熱膨脹係數之差變大，因此，存在如下的情況，即，晶圓會彎曲，從而難以製作晶
體元件，所述低熔點玻璃的熱膨脹係數與X軸方向的熱膨脹係數即15 ppm大不相同。因此，接合材料140的熱膨脹係數的大小為如下的值，該值比X軸方向的熱膨脹係數更接近於由拉伸應力發揮作用的Z'軸方向的熱膨脹係數，且所述接合材料140的熱膨脹係數的大小優選為除10 ppm~10.5 ppm以外的10.5 ppm~13 ppm。
另外，在晶體元件100中，晶體器件130、基底板120以及蓋板110的結晶軸一致，藉此，晶體器件130、基底板120以及蓋板110之間所產生的應力被抑制為小應力。因此，在晶體元件100的製作過程中，可防止因各晶圓之間的熱膨脹係數的差異而使晶圓產生翹曲等。而且，藉由使用相同的基材作為基底板120以及蓋板110，可使用具有相同的熱膨脹係數的相同的接合材料作為接合材料140，因此優選，所述接合材料140用以將晶體器件130與基底板120予以接合，以及將晶體器件130與蓋板110予以接合。
在基底板以及蓋板中，也可使用Z切割晶體材料或玻璃材料。Z切割晶體材料或玻璃材料具有價格低廉這一優點。以下，對如下的晶體元件進行說明，該晶體元件在基底板以及蓋板中使用有Z切割晶體材料或玻璃材料。另外，在以下的說明中，對與第一實施方式相同的部分使用相同的記號，且將該部分的說明予以省略，關於晶體元件的結晶軸的說明，使用晶體器件的結晶軸來進行說明。
圖12是表示晶體元件200的晶體器件130、基底板220以及蓋板210的結晶軸方向的組合的圖。晶體元件200包含：將Z切割晶體材料作為基材的蓋板210及基底板220、與將AT切割的晶體材料作為基材的晶體器件130。蓋板210以及基底板220將Z切割晶體材料作為基材，除此以外的構成分別與蓋板110以及基底板120相同。由於將Z軸方向作為晶圓的法線方向，對Z切割晶體材料進行切割，因此，將晶體器件130的X-Z'軸平面、與基底板220及蓋板210的X-Y軸平面予以接合，藉此來構成晶體元件200。
圖12所示的第一例EX1是如下的組合的例子，在該組合中，晶體器件130的X軸、Y'軸、Z'軸與蓋板210及基底板220的Y軸、Z軸、X軸分別平行。
第二例EX2是如下的組合的例子，在該組合中，晶體器件130的X軸、Y'軸、Z'軸與蓋板210及基底板220的X軸、Z軸、Y軸分別平行。
第三例EX3是如下的組合的例子，在該組合中，晶體器件130的X軸、Y'軸、Z'軸與蓋板210的X軸、Z軸、Y軸分別平行，而且，晶體器件130的X軸、Y'軸、Z'軸與基底板220的Y軸、Z軸、X軸分別平行。
第四例EX4是如下的組合的例子，在該組合中，晶體器件130的X軸、Y'軸、Z'軸與蓋板210的Y軸、Z軸、X軸分別平行，而且，晶體器件130的X軸、Y'軸、Z'軸與基底板220的X軸、Z軸、Y軸方向分別平行。
在圖12所示的四個例子中，晶體器件130的X軸及Z'軸是與蓋板210及基底板220的X軸或Y軸平行。晶體材料的X軸方向的熱膨脹係數大於Z'軸方向的熱膨脹係數，如圖5所示，晶體材料的X軸及Y軸方向的熱膨脹係數相同。即，在晶體元件200中，在Z'軸方向上，晶體器件130與蓋板210及基底板220的熱膨脹係數不同。另外，由於X軸與Y軸的熱膨脹係數相同，因此，蓋板210及基底板220的軸方向可形成於如第一例EX1至第四例EX4所示的各種方向。
也可藉由與圖6所示的流程圖相同的方法來製作晶體元件200。以下，以圖12的第一例EX1的構成為基礎，使用圖13以及圖14，尤其對步驟S104及步驟S105的使用接合材料140的步驟進行說明。
圖13(a)是將晶體晶圓W130與基底晶圓W220予以接合而成的晶圓的Z'軸方向的剖面圖。基底晶圓W220為如下的晶圓，該晶圓形成有多個基底板220，且將Z切割晶體材料作為基材。在圖13(a)中，對圖6的步驟S104中的藉由接合材料140來將晶體晶圓與基底晶圓予以接合的步驟進行說明，另外，圖13(a)是包含圖7的D-D剖面的剖面圖。以使框部132的-Y'軸側的面與接合面122重疊，且使晶體晶圓W130的Z'軸與基底晶圓W220的X軸平行的方式，將晶體晶圓W130與基底晶圓W220對準，經由接合材料140，使晶體晶圓W130與基底晶圓W220彼此接合。
如圖10(a)中的說明所述，在圖13(a)中，當對晶圓進行冷卻時，在晶體元件200的Z'軸方向上，拉伸應力160也會施加於接合材料140與晶體晶圓W130之間的接合面。另外，由於晶體元件200的Z'軸方向為基底晶圓W220的X軸方向，因此，壓縮應力161施加於接合材料140與基底晶圓W220之間的接合面。
圖13(b)是將晶體晶圓W130與基底晶圓W220予以接合而成的晶圓的X軸方向的剖面圖。圖13(b)是包含圖7的E-E剖面的剖面圖。如圖10(b)中的說明所述，當對晶圓進行冷卻時，在晶體元件200的X軸方向上，壓縮應力161會施加於接合材料140與晶體晶圓W130之間的接合面。另外，由於晶體材料的X軸方向與Y軸方向的熱膨脹係數相等，因此，大小相等的壓縮應力161施加於接合材料140與基底晶圓W220之間的接合面、以及接合材料140與晶體晶圓W130之間的接合面。
圖14(a)是將晶體晶圓W130與蓋晶圓W210予以接合而成的晶圓的Z'軸方向的剖面圖。蓋晶圓W210為如下的晶圓，該晶圓形成有多個蓋板210，且將Z切割晶體材料作為基材。另外，圖14(a)是包含圖7的D-D剖面的剖面圖。在圖14(a)中，對圖6的步驟S105中的藉由接合材料140來將晶體晶圓與蓋晶圓予以接合的步驟進行說明。晶體晶圓W130與蓋晶圓W210經由接合材料140而接合。所述步驟S105中的接合方法是與圖10(a)中所說明的步驟S104的晶體晶圓W130與基底晶圓W120的接
合相同。由於接合材料140的熱膨脹係數大於晶體材料的Z'軸方向的熱膨脹係數，因此，在晶體材料的Z'軸方向上，接合材料140的收縮大於晶體材料的收縮。因此，在Z'軸方向上，進行拉伸的應力即拉伸應力160從晶體器件130，施加於接合材料140與晶體器件130之間的接合面。所述拉伸應力160作用於在Z'軸方向上，將接合材料140拉長時的方向。另外，由於接合材料140的熱膨脹係數小於晶體材料的X軸方向的熱膨脹係數，因此，在晶體材料的X軸方向上，接合材料140的收縮小於晶體材料的收縮。因此，在X方向上，進行壓縮的應力即壓縮應力161從蓋板210，施加於接合材料140與蓋板210之間的接合面。所述壓縮應力161發揮對接合材料140在X軸方向上進行壓縮的作用。
圖14(b)是將晶體晶圓W130與蓋晶圓W210予以接合而成的晶圓的X軸方向的剖面圖。另外，圖14(b)是包含圖7的E-E剖面的剖面圖。如圖13(b)中的說明所述，晶體元件200中所使用的接合材料140的熱膨脹係數小於晶體材料的X軸及Y軸方向的熱膨脹係數，因此，在晶體材料的X軸及Y軸方向上，接合材料140的收縮小於晶體材料的收縮。因此，在晶體元件200的X軸方向上，進行壓縮的應力即壓縮應力161從晶體器件130以及蓋板210，施加於接合材料140與晶體器件130及蓋板210之間的接合面。所述壓縮應力161發揮對接合材料140在晶體元件200的X軸方向上進行壓縮的作用。
在圖13(a)、圖13(b)、圖14(a)、以及圖14(b)中表示了圖12的第一例EX1的例子，但也可為第二例EX2至第四例EX4中的任一個例子。另外，也可利用玻璃材料來形成基底板以及蓋板。此時，較為理想的是，玻璃材料具有處於晶體器件的X軸方向的熱膨脹係數與Z'軸方向的熱膨脹係數之間的熱膨脹係數。
以上，已詳細地對本發明的最佳實施方式進行了說明，但本領域技術人員顯然瞭解：可在本發明的技術範圍內，對實施方式添加各種變更、變形來實施。
例如在所述實施方式中，說明了使用低熔點玻璃作為接合材料的情況，但也可使用聚醯亞胺樹脂等樹脂作為接合材料。在此情況下，仍與所述實施方式同樣地，較為理想的是使用如下的樹脂，聚醯亞胺樹脂的熱膨脹係數採用處於晶體器件的長邊方向的熱膨脹係數與短邊方向的熱膨脹係數之間的值。有時例如在將晶體元件安裝於印刷基板的情況下，熱會施加至晶體元件。在此種情況下，使聚醯亞胺樹脂的熱膨脹係數採用處於晶體器件的長邊方向的熱膨脹係數與短邊方向的熱膨脹係數之間的值，藉此，例如可防止因接合材料的剝落等而破壞模腔的密封狀態。
另外，已表示了在晶體器件中使用有AT切割晶體材料的情況，但也可在晶體器件中使用Z切割晶體材料或BT切割晶體材料等。而且，晶體器件不僅可使用晶體材料，而且可使用包含鉭酸鋰或鈮酸鋰或者壓電陶瓷的壓電材料。
100、200‧‧‧晶體元件
110、210‧‧‧蓋板
111、121‧‧‧凹部
112、122‧‧‧接合面
120、220‧‧‧基底板
123‧‧‧電極墊
124‧‧‧安裝端子
125‧‧‧城堡形部分電極
126‧‧‧城堡形部分
127‧‧‧貫通孔
130‧‧‧晶體器件
131‧‧‧激振部
132‧‧‧框部
133‧‧‧連結部
134‧‧‧激振電極
135‧‧‧引出電極
136‧‧‧貫通槽
137‧‧‧側面電極
140‧‧‧接合材料
150‧‧‧模腔
151‧‧‧切割線
160‧‧‧拉伸應力
161‧‧‧壓縮應力
A-A、D-D、E-E‧‧‧剖面
S101~S106‧‧‧步驟
W110、W210‧‧‧蓋晶圓
W120、W220‧‧‧基底晶圓
W130‧‧‧晶體晶圓
X、Y、Y'、Z、Z'‧‧‧軸
圖1是晶體元件100的分解立體圖。
圖2是圖1的A-A剖面圖。
圖3(a)是表示+Y'軸側的面上所形成的電極的晶體器件130的平面圖。圖3(b)是表示-Y'軸側的面上所形成的電極的晶體器件130的平面圖。
圖4(a)是表示+Y'軸側的面上所形成的電極的基底板120的平面圖。圖4(b)是表示-Y'軸側的面上所形成的電極的基底板120的平面圖。
圖5是表示晶體材料的X軸方向、Y軸方向及Z'軸方向的熱膨脹係數與溫度的關係的曲線圖。
圖6是表示晶體元件100的製作方法的流程圖。
圖7是晶體晶圓W130的平面圖。
圖8(a)是表示+Y'軸側的面上所形成的電極的基底晶圓W120的平面圖。圖8(b)是表示-Y'軸側的面上所形成的電極的基底晶圓W120的平面圖。
圖9是蓋晶圓W110的平面圖。
圖10(a)是將晶體晶圓W130與基底晶圓W120予以接合而成的晶圓的Z'軸方向的剖面圖。圖10(b)是將晶體晶圓W130與基底晶圓W120予以接合而成的晶圓的X軸方向的剖面圖。圖10(c)是基底晶圓W120的概略平面圖。
圖11(a)是將晶體晶圓W130與蓋晶圓W110予以接合而成的晶圓的Z'軸方向的剖面圖。圖11(b)是將晶體
晶圓W130與蓋晶圓W110予以接合而成的晶圓的X軸方向的剖面圖。
圖12是表示晶體元件200的晶體器件130、基底板220以及蓋板210的結晶軸方向的組合的圖。
圖13(a)是將晶體晶圓W130與基底晶圓W220予以接合而成的晶圓的Z'軸方向的剖面圖。圖13(b)是將晶體晶圓W130與基底晶圓W220予以接合而成的晶圓的X軸方向的剖面圖。
圖14(a)是將晶體晶圓W130與蓋晶圓W210予以接合而成的晶圓的Z'軸方向的剖面圖。圖14(b)是將晶體晶圓W130與蓋晶圓W210予以接合而成的晶圓的X軸方向的剖面圖。
100‧‧‧晶體元件
110‧‧‧蓋板
112、122‧‧‧接合面
120‧‧‧基底板
123‧‧‧電極墊
124‧‧‧安裝端子
125‧‧‧城堡形部分電極
126‧‧‧城堡形部分
130‧‧‧晶體器件
131‧‧‧激振部
132‧‧‧框部
133‧‧‧連結部
134‧‧‧激振電極
135‧‧‧引出電極
136‧‧‧貫通槽
140‧‧‧接合材料
150‧‧‧模腔
X、Y'、Z'‧‧‧軸
Claims (5)
- 一種晶體元件，其特徵在於包括：矩形形狀的晶體器件，具有激振部與框部且由晶體材料形成，所述激振部因施加電壓而發生振動，所述框部將所述激振部的周圍予以包圍，所述框部具有第一方向的邊及與該第一方向交叉的第二方向的邊；矩形形狀的基底板，接合於所述框部的一個主面的所述第一方向的邊及所述第二方向的邊，且具有所述第一方向的邊與所述第二方向的邊；以及矩形形狀的蓋板，接合於所述框部的另一個主面的所述第一方向的邊及所述第二方向的邊，且具有所述第一方向的邊與所述第二方向的邊，在所述框部的一個主面與所述基底板的接合處以及所述框部的另一個主面與所述蓋板的接合處，所述晶體元件使用有接合材料，該接合材料具有處於所述晶體器件的所述第一方向的熱膨脹係數與所述第二方向的熱膨脹係數之間的熱膨脹係數。
- 如申請專利範圍第1項所述的晶體元件，其中所述晶體器件為AT切割晶體材料，所述基底板以及所述蓋板為AT切割晶體材料、Z切割晶體材料或玻璃材料。
- 如申請專利範圍第1項所述的晶體元件，其中所述晶體器件為Z切割晶體材料，所述基底以及所述蓋為AT切割晶體材料、Z切割晶體材料或玻璃材料。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的晶體元件，其中所述接合材料是聚醯亞胺樹脂或熔點為500 度以下的玻璃。
- 如申請專利範圍第4項所述的晶體元件，其中所述接合材料的熱膨脹係數為10.5ppm/℃~13ppm/℃(從常溫至200℃為止的範圍)。
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