(57)【要約】      （修正有）【課題】金属ボールの配置を確実にして封止不良を抑制した圧電デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】ベース基板及びカバーに相当した矩形状領域を縦横に有するベース基板ウェハ１Ａ及びカバーウェハ２Ａを備えて両者を上下に重ねるとともに、前記両者の各枠状金属膜６ａ、６ｂ間を金属ボールの溶融拡散によって接合した圧電デバイスの製造方法において、例えば上側となるカバーウェハ２Ａに前記金属ボールが配置される貫通穴１３を前記枠状金属膜６ｂの直上又は前記枠状金属膜６ｂの隣接する間に設け、前記金属ボールの溶融金属が下側となるベース基板ウェハの枠状金属膜６ａに流出するとともに、前記ベース基板ウェハ１Ａとカバーウェハ２Ａとの間を拡散して封止した構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を配設するベース基板に相当した矩形状領域を縦横に有するベース基板ウェハと、前記圧電素子を密閉封入するカバーに相当した矩形状領域を前記ベース基板ウェハの矩形状領域に対応して縦横に有するカバーウェハとを備え、前記ベース基板ウェハ及びカバーウェハの矩形状領域の外周表面にはそれぞれ対向する枠状金属膜を有し、前記ベース基板ウェハと前記カバーウェハとを面対向して上下に重ねるとともに、前記ベース基板ウェハ及びカバーウェハの各枠状金属膜間を金属ボールの溶融及び拡散によって接合した後、個々の圧電デバイスに分割する圧電デバイスの製造方法において、前記上下に重ねた際に上側となるカバーウェハ又はベース基板ウェハに前記金属ボールが配置される貫通穴を設けるとともに、前記貫通穴は前記上下に重ねた際に下側となる前記ベース基板ウェハ又はカバーウェハの前記枠状金属膜の直上又は前記枠状金属膜の隣接する間とし、前記金属ボールを溶融した際の溶融金属が前記下側となる前記ベース基板ウェハ又はカバーウェハの前記枠状金属膜に流出するとともに、前記ベース基板ウェハとカバーウェハとの間を拡散して封止したことを特徴とする圧電デバイスの製造法。
【請求項２】
請求項１において、前記上側となるカバーウェハ又はベース基板ウェハに設けられる貫通穴は前記矩形状領域の４角部が隣接した交差点域に設けられ、前記交差点域は前記下側となるベース基板ウェハ又はカバーウェハの前記矩形状領域の４角部が隣接した交差点域と対向した圧電デバイスの製造方法。
【請求項３】
請求項２において、前記下側となるベース基板ウェハ又はカバーウェハの前記矩形状領域の４角部が隣接した交差点域は前記４角部と共通接続した補助金属膜を有する圧電デバイスの製造方法。
【請求項４】
請求項１において、前記上側となるカバーウェハ又はベース基板ウェハに設けられる貫通穴は前記枠状金属膜の直上に設けられた圧電デバイスの製造方法。
【請求項５】
請求項１において、前記ベース基板ウェハ又はカバーウェハの少なくとも一方の外周表面には枠状溝が設けられ、前記枠状溝内に前記枠状金属膜を有した圧電デバイスの製造方法。
【請求項６】
請求項１において、前記圧電素子の配設されるベース基板ウェハは平板状としてガラス又は水晶とし、前記カバーは凹状とした圧電デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電デバイスの製造方法を技術分野とし、特に共晶合金を用いて封止した水晶デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
水晶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臓される。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。
【０００３】
（従来技術の一例、特許文献１及び２参照）
第８図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）は水晶片の平面図である。
【０００４】
水晶振動子はいずれも同一成分のガラスとして平面視矩形状としたベース基板１とカバー２とからなるパッケージ３に圧電素子としての水晶片４を密閉封入してなる。ここでは、ベース基板１は平板状とし、カバー２は凹状とする（凹状カバー）。ベース基板１の内底面の一端側には一対の水晶保持端子５を、内底面の表面外周には枠状金属膜６ａを有する。ベース基板１の外底面の両端側には表面実装用の実装端子７を有する。
【０００５】
そして、一対の水晶保持端子５はベース基板１の予め貫通孔が設けられた内周に金属膜を有する貫通電極８を経て外底面の実装端子７と電気的に接続する。水晶保持端子５、貫通電極８及び実装端子７を含む回路パターンはフォトエッチングによって形成される。そして、貫通電極８には金属を充填して封止する。回路パターンは例えばＣrを下地としてＡuを積層する。なお、ベース基板１は平板状とすることから、例えばエッチングによって凹状とした場合に比較し、表面を平坦として回路パターンの形成を容易にする。
【０００６】
水晶片４は例えばＡＴカットとして両主面に励振電極４ａを有し、一端部両側に引出電極４ｂを延出する。引出電極４ｂの延出した水晶片４の一端部両側は導電性接着剤９等によって内底面の水晶保持端子５に固着され、電気的・機械的に接続する。そして、凹状カバー２の開口端面にはベース基板１の枠状金属膜６ａに対応して枠状金属膜６ｂを有する。
【０００７】
そして、ベース基板１に対する水晶片４の固着後に、ベース基板１の外周表面と凹状カバー２の開口端面との枠状金属膜６（ａｂ）の間をＡuＳnやＡuＧe等の共晶合金１０によって接合する。この場合、例えば予め成形された枠状の共晶合金１０を例えばベース基板１の枠状金属膜６ａ上に溶着する。これにより、共晶合金１０の再溶融によって、ベース基板１と凹状カバー２との枠状金属膜６（ｂ）間が接合される。
【０００８】
これらの場合、生産性を高める製造方法の一例として、第９図に示したように、先ず、ベース基板１や凹状カバー２に相当する矩形状領域が縦横に並べられて集合した単一のベース基板ウェハ１Ａ及び凹状カバーウェハ２Ａを形成する。なお、第９図（ａ）はベース基板ウェハ１Ａの平面図、同図（ｂ）は凹状カバーウェハ２Ａの開口端面側の平面図である。
【０００９】
そして、水晶片４をベース基板ウェハ１Ａの各水晶保持端子５に固着後に、凹状カバーウェハ２Ａを共晶合金１０によって接合してパッケージウェハ（水晶振動子ウェハ）を形成する。その後、縦横のＸ−Ｘ及びＹ−Ｙ線に沿って、パッケージウェハを個々のパッケージ３に分割して多数の水晶振動子を得ることが想定された。この例では、ベース基板ウェハ１Ａ及び凹状カバーウェハ２Ａの外周表面に設けた枠状金属膜６（ａｂ）は互いに離間して形成される。これにより、ガラスの素地を露出するので、切断を容易にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３６２１４３５号公報
【特許文献２】特開２００９−１９４０９１号公報
【特許文献３】特願２００９−２１３９２６号
【特許文献４】国際公開ＷＯ２００８／１４００３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の水晶振動子（製造方法）では、共晶合金１０を枠状に成形するとともに、ベース基板ウェハ１Ａの枠状金属膜６ａ上に仮固着（溶着）するので、生産性が悪い問題があった。そこで、例えば特許文献３で示すように、本出願人は以下による表面実装振動子を出願した。
【００１２】
すなわち、ベース基板ウェハ１Ａ及び凹状カバーウェハ２Ａの各ベース基板１及び凹状カバー２に相当する矩形状領域の４角部が隣接する角部対向域即ち交差点域に窪み１１を形成する「前第９図」。各矩形状領域の角部間は例えば円弧状の金属膜によって電気的に接続し、窪み１１内はベース基板ウェハ１Ａとしたガラスの素子を露出する。なお、第９図での交差点域での金属膜は便宜的に環状として示しているが、枠状金属膜６（ａｂ）の各角部の円弧状の線は実際には現れない。
【００１３】
そして、第１０図（ａ）に示したように、先ず、共晶合金１０の金属ボール１０Ａを窪み１１に配置する。次に、ベース基板ウェハ１Ａに凹状カバーウェハ２Ａを対面し、両者の交差点域を位置決めして、即ち金属ボール１０Ａを凹状カバーウェハ２Ａの窪み内に位置決めして、両者を重ね合わせる「第１０図（ｂ）」。次に、重ね合わせた状態で、金属ボール１０Ａを溶融する。これにより、金属ボール１０Ａが各交差点域から矢印で示すように各辺の枠状金属膜６（ａｂ）の間上に溢れ浸透（拡散）して両者を接合し、表面実装振動子ウェハ（パッケージウェハ）３Ａを形成する。その後、パッケージウェハ３Ａを個々のパッケージ３に分割して多数の表面実装振動子を得ることを開示している。
【００１４】
しかし、この場合には、例えばベース基板ウェハ１Ａに凹状カバーウェハ２Ａを重ねて位置決めする際、金属ボール１０Ａが窪み１１から脱落する。そして、金属ボール１０Ａの正常な配置状態の視認を困難とし、封止不良を引き起こす問題があった。なお、圧電デバイスにとっての封止不良は致命的な欠陥となり、製品価値を失う。
【００１５】
（発明の目的）
本発明は金属ボールの配置を確実にして封止不良を抑制した圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、圧電素子を配設するベース基板に相当した矩形状領域を縦横に有するベース基板ウェハと、前記圧電素子を密閉封入するカバーに相当した矩形状領域を前記ベース基板ウェハの矩形状領域に対応して縦横に有するカバーウェハとを備え、前記ベース基板ウェハ及びカバーウェハの矩形状領域の外周表面にはそれぞれ対向する枠状金属膜を有し、前記ベース基板ウェハと前記カバーウェハとを面対向して上下に重ねるとともに、前記ベース基板ウェハ及びカバーウェハの各枠状金属膜間を金属ボールの溶融及び拡散によって接合した後、個々の圧電デバイスに分割する圧電デバイスの製造方法において、前記上下に重ねた際に上側となるカバーウェハ又はベース基板ウェハに前記金属ボールが配置される貫通穴を設けるとともに、前記貫通穴は前記上下に重ねた際に下側となる前記ベース基板ウェハ又はカバーウェハの前記枠状金属膜の直上又は前記枠状金属膜の隣接する間とし、前記金属ボールを溶融した際の溶融金属が前記下側となる前記ベース基板ウェハ又はカバーウェハの前記枠状金属膜に流出するとともに、前記ベース基板ウェハとカバーウェハとの間を拡散して封止した構成とする。
【発明の効果】
【００１７】
このような構成であれば、ベース基板ウェハとカバーウェハとを重ね合わせ、上側となるいずれか一方の貫通穴内に金属ボールを配置する。したがって、金属ボールを視認できるとともに金属ボールを確実に配置した状態で溶融できる。これにより、ベース基板ウェハとカバーウェハとの封止（接合）を確実にする。
【００１８】
（請求項１の引用項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記上側となるカバーウェハ又はベース基板ウェハに設けられる貫通穴は前記矩形状領域の４角部が隣接した交差点域に設けられ、前記交差点域は前記下側となるベース基板ウェハ又はカバーウェハの前記矩形状領域の４角部が隣接した交差点域と対向する。これにより、例えばカバーウェハの貫通穴に配置された金属ボールを溶融すると、金属ボールの溶融金属はベース基板ウェハの交差点域となる枠状金属膜の４角部に付着する。そして、枠状金属膜の４角部から溶融金属が、ベース基板ウェハとカバーウェハとの各辺の枠状金属膜間を進行（拡散）する。したがって、矩形状領域の各４辺の枠状金属膜間が接合され、ベース基板の外周表面をカバーが封止し、圧電素子を密閉封入する。そして、金属ボールが交差点域にて隣接する４個の枠状金属膜の角部に対して共通となるので、例えば各矩形状領域の各角部に配置する場合よりも効率的になる。
【００１９】
同請求項３では、請求項２において、前記下側となるベース基板ウェハ又はカバーウェハの前記矩形状領域の４角部が隣接した交差点域は前記４角部と共通接続した補助金属膜を有する。これにより、貫通穴からの金属ボールの溶融金属は補助金属膜に確実に流出し、補助金属膜からこれと共通接続した枠状金属膜に拡散する。
【００２０】
同請求項４では、請求項１において、前記上側となるカバーウェハ又はベース基板ウェハに設けられる貫通穴は前記枠状金属膜の直上に設けられる。これにより、貫通穴に配置された金属ボールの溶融金属は前記下側となるベース基板ウェハ又はカバーウェハの枠状金属膜に直接に流出するので、金属膜上を確実に拡散する。
【００２１】
同請求項５では、請求項１において、前記ベース基板ウェハ又はカバーウェハの少なくとも一方の外周表面には枠状溝が設けられ、前記枠状溝内に前記枠状金属膜を有する。これにより、ベース基板ウェハとカバーウェハとを重ねた際、両者の枠状金属膜は離間して空隙を有する。したがって、枠状溝がなく両者の枠状金属膜間を当接した場合よりも、金属ボールの溶融金属は両者の離間した金属膜間をスムーズに拡散する。
【００２２】
同請求項６では、請求項１において、前記圧電素子の配設されるベース基板ウェハは平板状としてガラス又は水晶とし、前記カバーは凹状とする。これにより、圧電素子の接続するエッチングによる配線パターンの形成を例えばセラミックとした場合よりも、さらには凹状とした場合よりも容易にする。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態を説明する図で、同図（ａ）はベース基板ウェハの平面図、同図（ｂ）はカバーウェハの上面図である。
【図２】本発明の第１実施形態を説明する一部拡大図で、同図（ａ）は第１図（ａ）の点線枠で示す部分の、同図（ｂ）は他例の拡大図である。
【図３】本発明の第１実施形態を説明するベース基板ウェハと凹状カバーウェハとの接合状態を示す第１図（ｂ）のＡ−Ａ線での拡大断面図である。但し、同図（ａ）は重ね合わせ時を、同図（ｂ）は金属ボールの配置時を、同図（ｃ）は金属ボールの溶融後を示す。
【図４】本発明の一実施形態を説明するベース基板ウェハと凹状カバーウェハとの接合状態を示す第１図（ｂ）のＢ−Ｂ線での拡大断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の他例を説明する図で、同図（ａ）はベース基板ウェハの平面図、同図（ｂ）はカバーウェハの上面図である。
【図６】本実施例の第２実施形態を説明する図で、同図（ａ）はベース基板ウェハの平面図、同図（ｂ）はカバーウェハの上面図である。
【図７】本実施例の他の例を説明する図で、同図（ａ）はベース基板ウェハの一部平面図、同図（ｂ）はカバーウェハの一部上面図である。
【図８】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）は水晶片の平面図である。
【図９】一従来例を説明する図で、同図（ａ）はベース基板ウェハの平面図、同図（ｂ）はカバーウェハの上面図である。
【図１０】一従来例の作用を説明する図で、同図（ａ）はベース基板ウェハの平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を第１図〜第３図によって説明する。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。
【００２５】
水晶振動子は前述したようにいずれもガラスとして平面視矩形状とし、水晶保持端子５、枠状金属膜６ａを有する平板状のベース基板１及び開口端面に枠状金属膜６ｂを有する凹状カバー２からパッケージ３を形成し、励振電極４ａ及び引出電極４ｂを有する水晶片４を密閉封入する。水晶片４の引出電極４ｂの延出した一端部両側は水晶保持端子５に導電性接着剤９によって固着される。そして、ベース基板１と凹状カバー２との枠状金属膜６（ａｂ）同士が共晶合金１０の溶融によって接合され、パッケージ３内に水晶片４を密閉封入する（前第８図参照）。
【００２６】
この例では、前述した製造例と同様に、ベース基板１や凹状カバー２に相当する矩形状領域が縦横に並べられて集合した単一のベース基板ウェハ１Ａ「第１図（ａ）」及び凹状カバーウェハ２Ａ（同図（ｂ））を形成する。ベース基板ウェハ１Ａ及び凹状カバーウェハ２Ａの各矩形状領域の外周表面にはそれぞれが対向した枠状金属膜６（ａｂ）を有する。ベース基板ウェハ１Ａ及び凹状カバーウェハ２Ａの各枠状金属膜６（ａｂ）は隣接する矩形状領域間では互いに離間し、各矩形状領域との間隙はガラスの素地が露出する。
【００２７】
この実施形態では、ベース基板ウェハ１Ａは各矩形状領域の外周表面に矩形状溝１２ｘを、各矩形状領域の４角部が隣接した交差点域には矩形状溝と連続した円状溝１２ｙを設ける。そして、矩形状金属膜６ａが矩形状溝１２ｘ内に形成され、枠状金属膜６ａの隣接する４角部と共通接続した補助金属膜６ｘが円状溝１２ｙ内に形成される。なお、第１図では補助金属膜６ｘの外周を便宜的に円線で示しているが、実際には、第２図（ａ）の拡大図に示したように、各角部内の線は現れない。この場合、円状溝１２ｙ（及び補助金属膜６ｘ）は環状としてもよい「第２図（ｂ）」。
【００２８】
凹状カバーウェハ２Ａは矩形状領域の４角部が隣接した交差点域に貫通穴１３を設ける（第３図の拡大図参照）。貫通穴１３は凹状カバーウェハ２Ａの上面側が下面側（開口面側）よりも大きくスリバチ状とする。貫通穴１３の内周には貫通金属膜１４ａが形成され、貫通穴１３の外周となる下面側表面の環状金属膜１４ｂと接続する。
【００２９】
このようなものでは、先ず、ベース基板ウェハ１Ａを下側とし、凹状カバーウェハ２Ａを上側として重ね合わせる。この場合、図示しない位置決め冶具によって位置決めされるとともに、カバーウェハ２Ａ上から押圧する。この場合、押圧によってベース基板ウェハ１Ａ及びカバーウェハ２Ａの歪みによる反り（湾曲）を矯正して板面を平坦状にして位置決めできる。
【００３０】
次に、凹状カバーウェハ２Ａの貫通穴１３にＡuＳnやＡuＧe等の共晶合金からなる金属ボール１０Ａを配置する。そして、これらの融点以上の温度で金属ボール１０Ａを加熱して溶融する。これにより、金属ボール１０Ａの溶融金属１０ｃが貫通電極膜１４ａの表面上を濡れ流れ、環状金属膜１４ｂとベース基板ウェハ１Ａの補助金属膜６ｘとの間に流出する。
【００３１】
そして、ベース基板ウェハ１Ａの補助金属膜６ｘ及び凹状カバーウェハ２Ａの環状金属膜１４ｂと共通接続した矩形状領域（枠状金属膜）の４角部から各辺の枠状金属膜６（ａｂ）の間を溶融金属１０ｃが拡散する。したがって、各矩形状領域の枠状金属膜６（ａｂ）の設けられた外周表面が接合（封止）される「第４図参照」。これにより、ベース基板ウェハ１Ａの各矩形状領域に配設された水晶片４を密閉封入する。最後に、ベース基板ウェハ１Ａと凹状カバーウェハ２Ａとが接合されたパッケージウェハを縦横に分割して個々の水晶振動子を得る。
【００３２】
なお、上記例では、凹状カバーウェハ２Ａの各矩形状領域の４角部が隣接した交差点域に貫通穴１３を設けて金属ボール１０Ａを配置したが、例えば第５図に示したように、各辺の中央部に貫通孔１３を設けて金属ボール１０Ａを配置してもよい。要するに、矩形状領域の隣接する間に貫通孔１３を設けて金属ボール１０Ａを配置し、この溶融金属が隣接する枠状金属膜６に分流する構成であればよい。
【００３３】
（第２実施形態）
第２実施形態では、第６図に示したように、ベース基板ウェハ１Ａは枠状溝１２ｘに枠状金属膜６ａを有する。そして、凹状カバーウェハ２Ａの貫通金属膜１４ａを有する貫通穴１３は各矩形状領域の例えば４角部に配置する。そして、貫通穴１３に金属ボール１０Ａを配置して溶融する。これにより、金属ボール１０Ａの溶融金属は、枠状金属膜６（ａｂ）が対面するので、ベース基板ウェハ１Ａの枠状金属膜６ａに確実に流出する。したがって、各辺の枠状金属膜６（ａｂ）間の拡散による接合をさらに確実にする。
【００３４】
この場合、第７図「第６図（ａ）の点線枠の拡大図」に示したように、ベース基板ウェハ１Ａ及び凹状カバーウェハ２Ａの枠状金属膜６（ａｂ）の各角部を内側へ突出して面積を広げるとともに「同図（ａ）」、凹状カバーウェハの貫通穴１３を大きくする「同図（ｂ）」。これにより、金属ボール１０Ａの大きさを制御し、接合に必要な共晶合金１０の量を確保できる。
【００３５】
（他の事項）
上記実施形態では、ベース基板ウェハ１Ａを下側として凹状カバーウェハ２Ａを上側とし凹状カバーウェハ２Ａに貫通穴１３を設けたが、ベース基板ウェハ１Ａに貫通穴１３を設けて上側として凹状カバーウェハ２Ａを下側とし接合することもできる。そして、ベース基板１を凹状としてカバーを平板状とすることもできる。
【００３６】
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、少なくとも水晶片４を収容した圧電デバイスに適用できる。さらに、ベース基板１及び凹状カバー２はいずれもガラスとしたが、例えば水晶やセラミックを含みベース基板１及び凹状カバー２の材質には拘らず、金属ボール１０Ａを用いた溶融による封止方法に基本的に適用できる。
【符号の説明】
【００３７】
１  ベース基板、１Ａ  ベース基板ウェハ、２  凹状カバー、２Ａ  凹状カバーウェハ、３  パッケージ、４  水晶片、５  水晶保持端子、６  枠状金属膜、６ｘ  補助金属膜、７  実装端子、８  ビアホール、９  導電性接着剤、１０  共晶合金、１０Ａ  金属ボール、１１  窪み、１２ｘ  矩形状溝、１２ｙ  円状溝、１３  貫通穴、１４ａ  貫通金属膜、１４ｂ  環状金属膜。
【図３】
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【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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