(57)【要約】【課題】  コストを削減し、小型低背化を可能とする。【解決手段】  基板１０と、この基板１０に実装される圧電素子４０と、この圧電素子４０を封止するための凹部２１が設けられた蓋２０とから構成され、凹部２１を塞ぐように基板１０と蓋２０とが接合される圧電振動子１００であって、表面が平坦に処理された基板１０と、基板１０に形成される圧電素子を実装する実装パターン３１と実装パターン３１を外部に引き回す引き回しパターン３２と引き回しパターン３２につながる外部実装パターン３３と、各実装パターン３１にＧＧＩ接合によって実装される圧電素子４０と、を備え、ウェハの状態で直接接合された基板１０と蓋２０とが個片化されてなる。【選択図】      図１
2006339896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板ウェハと、この基板ウェハに実装される圧電素子と、この圧電素子を封止するための凹部をマトリクス状に設けた蓋ウェハとから構成され、前記凹部を塞ぐように前記基板ウェハと前記蓋ウェハとが接合される圧電振動子の製造方法であって、
前記基板ウェハの表面を平坦に処理する基板ウェハ平坦処理工程と、
前記蓋ウェハと接合する領域に設けられ裏側まで貫通するビアホールと当該ビアホールから前記凹部の内部に達する溝とを前記基板ウェハに設ける引き出し路形成工程と、
前記各凹部内に収まるように当該基板ウェハに前記圧電素子を実装する実装パターン、前記ビアホールと前記溝とを介してこの実装パターンを外部に引き回す引き回しパターン、この引き回しパターンにつながる外部実装パターンを形成するパターン形成工程と、
前記各実装パターンに前記圧電素子を実装する圧電素子実装工程と、
前記蓋ウェハの接合表面を平坦に処理する蓋ウェハ平坦処理工程と、
前記凹部を塞ぐように前記基板ウェハと前記蓋ウェハとを直接接合により接合するウェハ接合工程と、
接合された前記基板ウェハと前記蓋ウェハとを個片化する個片化工程とを備える、
ことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項２】
前記基板ウェハと前記蓋ウェハとが同一の材料で構成され、当該材料がシリコン、ガラス、水晶のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子の製造方法。
【請求項３】
前記各実装パターンへの前記圧電素子の実装がＧＧＩ接合によってなされることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電振動子の製造方法。
【請求項４】
基板と、この基板に実装される圧電素子と、この圧電素子を封止するための凹部が設けられた蓋とから構成され、前記凹部を塞ぐように前記基板と前記蓋とが接合される圧電振動子であって、
表面が平坦に処理された前記基板と前記蓋と、
前記基板上の前記蓋と接合する領域に設けられ裏側まで貫通するビアホールと、
前記ビアホールから前記凹部内に入るように基板上に設けられる溝と、
前記各凹部内に収まるように当該基板ウェハに前記圧電素子を実装する実装パターンと、前記ビアホールと前記溝とを介してこの実装パターンを外部に引き回す引き回しパターンと、前記引き回しパターンにつながる外部実装パターンと、
前記各実装パターンに実装される前記圧電素子と、
を備え、
ウェハの状態で直接接合された前記基板と前記蓋とが個片化されてなることを特徴とする圧電振動子。
【請求項５】
前記基板ウェハと前記蓋ウェハとが同一の材料で構成され、当該材料がシリコン、ガラス、水晶のいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の圧電振動子。
【請求項６】
前記圧電素子がＧＧＩ接合によって前記実装パターンに実装されることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の圧電振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面実装可能な圧電振動子の製造方法及び圧電振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、表面実装可能な圧電振動子として、枠部と振動部とが一体で形成される水晶からなる圧電基板を共にガラスからなる蓋と基板とで挟んで構成された圧電振動子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このような圧電振動子は、圧電基板の振動特性を低下させないようにするために、蓋と基板とに振動部が収まる程度の凹部が形成されている。また、圧電基板の枠部の裏面及び表面の両面には金属層が形成されており、枠部と蓋、及び、枠部と基板とが陽極接合により、凹部を振動部に向けて接合されている。
【０００３】
この圧電振動子の製造方法は、まず、蓋及び基板が、ウェハから個片にダイシングされる。次に、蓋及び基板がウェハから個片にダイシングされた後に、圧電素子に枠部と振動部とを一体で形成する工程と、この外枠の裏面と表面とに金属層を形成する工程と、圧電素子に電極を形成する工程と、蓋に凹部を形成する工程と、基板に凹部を形成する工程と、基板にスルーホールを形成する工程と、枠部の一方の面と蓋とを陽極接合により凹部を振動部に向けて接合する工程と、枠部の他方の面と基板とを陽極接合により凹部を振動部に向けて接合する工程と、を経て圧電振動子が製造されている。
なお、一般的に、振動子や発振器の気密封止方法には、ガラスフリット、金属キャン抵抗溶接、シーム溶接、樹脂封止、熱融着、ＥＢ封止などが知られている。
【特許文献１】特許第３３９０３４８号公報（段落０００５〜００１３、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、基板及び蓋が個片の状態で圧電振動子の組み立てを行う場合、部品精度、治具精度、設備精度の諸要因により、各部品を個々に扱うために、製造装置が複雑となって製造装置にかかる管理が煩雑になり、又は、新たな設備を導入する必要が出てしまい、コストが増大する原因となる。
また、基板及び蓋が個片の状態で圧電振動子の組み立てを行う場合、設備が各部品を把持又は／及び固定する必要があるため、圧電振動子の小型低背化が困難な状態になっている。
また、水晶からなる圧電素子は、枠部と振動部とが一体で形成されているために、製造にコストがかかるばかりか、高度なエッチング技術を必要とするために製造に手間がかかっていた。
さらに、水晶をガラスで挟み込んで陽極接合を行うと、水晶とガラスとで膨張係数が異なるため、接合後に応力が残留してしまい、安定した接合状態を得るのが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、コストを削減し、小型低背化が可能となり、安定した接合状態を得る圧電振動子の製造方法及び圧電振動子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は、基板ウェハと、この基板ウェハに実装される圧電素子と、この圧電素子を封止するための凹部をマトリクス状に設けた蓋ウェハとから構成され、前記凹部を塞ぐように前記基板ウェハと前記蓋ウェハとが接合される圧電振動子の製造方法であって、前記基板ウェハの表面を平坦に処理する基板ウェハ平坦処理工程と、蓋ウェハと接合する領域に設けられ裏側まで貫通するビアホールと、当該ビアホールから前記凹部の内部に達する溝とを前記基板ウェハに設ける引き出し路形成工程と、前記各凹部内に収まるように当該基板ウェハに前記圧電素子を実装する実装パターン、前記ビアホールと前記溝とを介してこの実装パターンを外部に引き回す引き回しパターン、この引き回しパターンにつながる外部実装パターンを形成するパターン形成工程と、前記各実装パターンに前記圧電素子を実装する圧電素子実装工程と、前記蓋ウェハの接合表面を平坦に処理する蓋ウェハ平坦処理工程と、前記凹部を塞ぐように前記基板ウェハと前記蓋ウェハとを直接接合により接合するウェハ接合工程と、接合された前記基板ウェハと前記蓋ウェハとを個片化する個片化工程とを備える、ことを特徴とする圧電振動子の製造方法である。
【０００７】
このように、基板がマトリックス状に配列された基板ウェハと、蓋がマトリックス状に配列された蓋ウェハとを用いたことにより、これら基板ウェハと蓋ウェハの固定又は／及び把持が容易に行えるので、基板ウェハに前記圧電素子を実装する実装パターンとこの実装パターンを外部に引き回す引き回しパターンとこの引き回しパターンにつながる外部実装パターンの形成及び圧電素子の実装を容易に行うことができ、また、圧電素子が蓋ウェハの凹部の領域内に納まるように基板ウェハに実装され、さらに、基板ウェハと蓋ウェハとが直接接合されてから個片化されるので、小型低背化の圧電振動子を製造することができる。
【０００８】
また、基板ウェハと蓋ウェハとの接合が直接接合であることにより、接合に接着剤や接着のための層を設ける必要がないため、コストを削減することができる。
また、基板と蓋とが個片の状態で組み立てられる従来の場合と比較して、組み立て搬送のための治具が不要となるため、コストを削減することができる。
また、ビアホールとビアホールから凹部の内部に達する溝とを設け、このビアホールと溝とに引き回しパターンを設けたので、引き回しパターンの厚みによる基板ウェハと蓋ウェハとの接合不良を防止し、安定した接合状態を保つことができる。
【０００９】
また、本発明は、前記基板ウェハと前記蓋ウェハとが同一の材料で構成され、当該材料がシリコン、ガラス、水晶のいずれかであっても良い。
このように、前記基板ウェハと前記蓋ウェハとが同一の材料であって、シリコン、ガラス、水晶のいずれかの材料とすることにより、応力の残留を防止し、直接接合を良好に行うことができる。
【００１０】
また、本発明は、前記各実装パターンへの前記圧電素子の接合をＧＧＩ接合によりなされても良い。
これにより、陽極接合を基板ウェハと蓋ウェハとで行われるので、製造工程を短縮することができ、また、圧電素子を容易に基板ウェハに実装することができる。
【００１１】
また、本発明は、基板と、この基板に実装される圧電素子と、この圧電素子を封止するための凹部が設けられた蓋とから構成され、前記凹部を塞ぐように前記基板と前記蓋とが接合される圧電振動子であって、表面が平坦に処理された前記基板と前記蓋と、前記基板上の前記蓋と接合する領域に設けられ裏側まで貫通するビアホールと、前記ビアホールから前記凹部内に入るように基板上に設けられる溝と、前記各凹部内に収まるように当該基板ウェハに前記圧電素子を実装する実装パターンと、前記ビアホールと前記溝とを介してこの実装パターンを外部に引き回す引き回しパターンと、前記引き回しパターンにつながる外部実装パターンと、前記各実装パターンに実装される前記圧電素子と、を備え、ウェハの状態で直接接合された前記基板と前記蓋とが個片化されてなることを特徴とする圧電振動子である。
【００１２】
このように、ウェハ状になっている基板と蓋とにおいて、蓋に設けられた各凹部内に収まるように当該基板ウェハに前記圧電素子を実装する実装パターンと、この実装パターンを外部に引き回す引き回しパターンと、前記引き回しパターンにつながる外部実装パターンとが基板に形成され、また、圧電素子が基板に接合され、ウェハ状で基板と蓋とが直接接合されているので、圧電振動子を小型低背化することができるようになっている。
また、基板と蓋とが個片の状態で組み立てられる従来の場合と比較して、組み立て搬送のための治具が不要となるので、コストを削減することができるようになっている。
また、基板と圧電素子とがＧＧＩ接合されているので接合が容易であり、当該基板と蓋とが直接接合されていることで、接着剤や接着のための層を設ける必要がないため、コストを削減することができるようになっている。
また、ビアホールとビアホールから凹部の内部に達する溝とを設け、このビアホールと溝とに引き回しパターンを設けたので、引き回しパターンの厚みによる基板ウェハと蓋ウェハとの接合不良を防止し、安定した接合状態を保つことができるようになっている。
【００１３】
また、本発明は、前記基板ウェハと前記蓋ウェハとが同一の材料で構成され、当該材料がシリコン、ガラス、水晶のいずれかであっても良い。
このように、前記基板ウェハと前記蓋ウェハとが同一の材料であって、シリコン、ガラス、水晶のいずれかの材料とすることにより、応力の残留を防止し、直接接合を良好に行うことができるようになっている。
【００１４】
また、本発明は、前記圧電素子がＧＧＩ接合によって前記実装パターンに実装しても良い。これにより、基板への圧電素子の接合を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
このような圧電振動子の製造方法によれば、コストを削減し、小型低背化を可能とし、基板ウェハと蓋ウェハとの接合状態を安定させることができる。
また、このような圧電振動子によれば、コストを削減し、小型低背化を可能とし、基板と蓋との接合状態を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明の圧電振動子には、圧電素子としてブランクタイプの水晶が用いられる場合について説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる圧電振動子がウェハ状に配列された状態の一例を示す分解斜視図である。図２（ａ）は、本発明の実施形態にかかる圧電振動子の製造状態の一例を示す断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に続く工程を示す断面図であり、図２（ｃ）は（ａ）のＣ部拡大図である。図３は、図２（ｂ）に続く工程を示す断面図である。図４（ａ）は、図３に続く工程を示す断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に続く工程を示す断面図である。図５は、本発明の実施形態にかかる圧電振動子の製造工程の一例を示すフローチャートである。
【００１７】
図４に示すように、本発明の圧電振動子１００は、ビアホール１１と溝１２とを有する基板１０と、凹部２１を有する蓋２０と、圧電素子４０と、凹部２１内に収まるように基板１０に設けられる圧電素子４０を実装する実装パターン３１と、この実装パターン３１を外部に引き回す引き回しパターン３２と、この引き回しパターン３２につながる外部実装パターン３３と、から構成されている。
なお、基板と蓋との材料を共に同一のガラスとして説明するが、ガラスの他にシリコン、水晶を用いることもできる。
【００１８】
複数の基板１０は、ガラスからなり、個片化される前においてマトリックス状に配列されており、全体でウェハ（以下、「基板ウェハ」という。）の状態となっている（図１参照）。
【００１９】
また、複数の蓋２０は、ガラスからなり、個片化される前において凹部２１がマトリックス状に配列されており、全体でウェハ（以下、「蓋ウェハ」という。）の状態となっている（図１参照）。
なお、基板ウェハＫＷのそれぞれの基板１０，１０・・・の配列位置は、蓋ウェハＦＷのそれぞれの蓋２０，２０・・・の配列位置と対応している（図１参照）。
【００２０】
基板ウェハＫＷの表面は、平坦に処理されている。これは、蓋ウェハＦＷと直接接合するために、基板ウェハＫＷの表面を平坦に処理している（図５参照、Ｓ１）（基板ウェハ平坦処理工程）。
なお、基板ウェハＫＷへの処理や加工を行う場合、例えば、吸引式の固定ベッドが備えられた加工機（図示せず）を用いることで、基板ウェハＫＷを容易に固定することができる。
また、基板ウェハＫＷ及び後述する蓋ウェハＦＷの表面の平坦処理は、鏡面研磨等をして平坦にすることが望ましい。
【００２１】
図２（ｃ）に示すように、この基板ウェハＫＷには、各基板１０となる部分であって蓋ウェハＦＷとの接合面にビアホール１１が設けられており、このビアホール１１から蓋ウェハＦＷに設けられる凹部２１の内部に納まるように、溝１２が基板上に設けられる（図５参照、Ｓ２）（引き出し路形成工程）。
ビアホール１１は、基板１０を厚さ方向に貫通しており、後述する引き回しパターン３２により埋められることとなる。
【００２２】
また、図１及び図２（ａ）に示すように、基板ウェハＫＷには、蓋ウェハＦＷと直接接合するための接合面を残して、つまり、設けられた凹部２１内に収まるように基板ウェハＫＷの基板１０となる部分に実装パターン３１を形成し、ビアホール１１と溝１２とを介して実装パターン３１を外部に引き回す引き回しパターン３２と外部実装パターン３３とを基板１０となる部分に形成されている（図５参照、Ｓ３）（パターン形成工程）。
実装パターン３１と引き回しパターン３２と外部実装パターン３３とは通電性のある材料からなり、引き出しパターン３２は、ビアホール１１と溝１２とに充填されて、ビアホール１１と溝１２とを埋めるように設けられる。
【００２３】
これら実装パターン３１，引き回しパターン３２，外部実装パターン３３は、Ａｕが用いられ、圧電素子４０を実装する実装パターン３１とこの実装パターン３１を外部に引き回す引き回しパターン３２とが接続され、引き回しパターン３２と外部実装パターン３３とが接続された状態となっている。
【００２４】
図２（ｂ）に示すように、実装パターン３１には、電極４１が形成された圧電素子４０がＧＧＩ接合により実装される（図５参照、Ｓ４）（圧電素子実装工程）。
この圧電素子４０に形成された電極４１は、Ａｕであって、圧電素子４０の表面上に膜状に形成されるとともに、前記実装パターン３１上に実装される部分にバンプＢが形成されている。
【００２５】
このように圧電素子４０が実装された基板ウェハＫＷには、マトリックス状に配列された基板１０に対応してそれぞれ実装パターン３１と引き回しパターン３２と外部実装パターン３３が形成され、各実装パターン３１に圧電素子４０が実装される。したがって、圧電素子４０が基板ウェハＫＦにマトリックス状に配列された状態になる。
【００２６】
また、蓋ウェハＦＷには、蓋２０となるそれぞれの部分に、凹部２１がマトリックス状に形成されている。
この凹部２１は、基材ウェハＫＷに実装される後述する圧電素子４０と接触しない程度に蓋ウェハＦＷの蓋２０となる部分に形成される（図５参照、Ｓ５）（凹部形成工程）。
なお、蓋ウェハＦＷへの加工や搬送を行う場合、例えば、吸引式の固定アームが備えられた加工機（図示せず）を用いることで、蓋ウェハＦＷを容易に固定することができる。
【００２７】
そして、蓋ウェハＦＷの凹部２１を設けた表面、すなわち、基板ウェハＫＷと接合する表面が平坦に処理されている。これは、基板ウェハＫＷと直接接合するために、蓋ウェハＦＷの表面を平坦に処理している（図５参照、Ｓ６）（蓋ウェハ平坦処理工程）。なお、蓋ウェハ平坦処理工程は、凹部形成工程より先に行っても良い。
【００２８】
この状態において、図３〜図４（ａ）に示すように、圧電素子４０が蓋ウェハＦＷに形成した凹部２１内に収まるように、基板ウェハＫＷと蓋ウェハＦＷとを重ね合わせて直接接合を行う（図５参照、Ｓ７）（ウェハ接合工程）。
これにより、基板ウェハＫＷと蓋ウェハＦＷとが接合された状態となり、複数の圧電振動子１００，１００・・・がマトリックス状に配列されたウェハとなる。
なお、直接接合は、従来から用いられている諸条件をそのまま適用することができる。
一例として、２００℃から５００℃の温度で所定の時間熱処理をする。
【００２９】
このようにマトリックス状に配列された複数の圧電振動子１００，１００・・・、つまり、図４（ｂ）に示すように、ウェハの状態で接合されている各基板１０と蓋２０とを、ダイシングやレーザなどを用いて個片化する（図５参照、Ｓ８）（個片化工程）。このように構成すると、一度に複数の圧電振動子１００，１００・・・が得られる。
【００３０】
このように、基板１０がマトリックス状に配列された基板ウェハＫＷと、蓋２０がマトリックス状に配列された蓋ウェハＦＷとを用いたことにより、これら基板ウェハＫＷと蓋ウェハＦＷの固定又は／及び把持が容易に行えるので、実装パターン３１と引き回しパターン３２と外部実装パターン３３の形成及び圧電素子４０の実装を基板ウェハＫＷに容易に行うことができ、また、圧電素子４０が蓋ウェハＦＷの凹部２１内に納まるように基板ウェハＫＷに実装され、さらに、基板ウェハＫＷと蓋ウェハＦＷとが直接接合されるので、小型低背化の圧電振動子１００とすることができる。
また、圧電素子４０の基板ウェハＫＷへの実装がＧＧＩ接合（金金接合）で行われることにより、圧電素子４０の実装が容易となり、また、基板ウェハＫＷと蓋ウェハＦＷとの接合が直接接合であることにより、接合に接着剤や接着のための層を設ける必要がないため、コストを削減することができる。また、基板１０と蓋２０とが個片の状態で組み立てられる従来の場合と比較して、組み立て搬送のための治具が不要となるため、コストを削減することができる。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、圧電素子としてセラミック等を用いることもできる。
また、圧電素子実装工程の後であってウェハ接合工程の前に、周波数調整を行う圧電素子周波数調整工程を行っても良いし、ウェハ接合工程の後であって個片化工程の前に、接合状態が良好か否かの検査を行う工程を行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態にかかる圧電振動子がウェハ状に配列された状態の一例を示す分解斜視図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施形態にかかる圧電振動子の製造状態の一例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に続く工程を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＣ部拡大図である。
【図３】図２（ｂ）に続く工程を示す断面図である。
【図４】（ａ）は図３に続く工程を示す断面図であり、（ｂ）は、図４（ａ）に続く工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態にかかる圧電振動子の製造工程の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３３】
１００  圧電振動子
１０    基板
１１    ビアホール
１２    溝
２０    蓋
２１    凹部
３１    実装パターン
３２    引き回しパターン
３３    外部実装パターン
４０    圧電素子
４１    電極
ＫＷ    基板ウェハ
ＦＷ    蓋ウェハ
Ｂ      バンプ
【図１】
2006339896.tif 000003
【図２】
2006339896.tif 000004
【図３】
2006339896.tif 000005
【図４】
2006339896.tif 000006
【図５】
2006339896.tif 000007