(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下部端が上下部面にそれぞれ露出される複数個の内外部連結端子を備えるパッケージウェハを提供する段階と、
前記内外部連結端子の上端に高さ規制部材を形成し、前記高さ規制部材に励振電極が備えられた水晶片の一端部を接合する段階と、
前記水晶片が搭載されたパッケージウェハの上部面に、下部に開放されたキャビティを備えるキャップウェハの下部面を積層して陽極接合する段階と、
前記パッケージウェハとキャップウェハが相互接合される接合部分に沿って切断して複数個の水晶振動子を個々に分離する段階を含み、
前記パッケージウェハを提供する段階は、前記パッケージウェハの下部面に第１パターンマスクを形成した後、前記パッケージウェハの下部面を蝕刻して上端が密閉されたブラインドビアホールを形成する段階と、前記ブラインドビアホールを囲う第２パターンマスクを形成した後、前記ブラインドビアホール及びパッケージウェハの下部面に導電性金属膜をコーティングする段階と、前記パッケージウェハの上部面を研磨して前記ブラインドビアホールの上部端を上部に外部露出させる段階とを含む水晶振動子の製造方法。
【請求項２】
前記導電性金属膜をコーティングする段階は、前記ブラインドビアホールの内部空間に導電性充填剤を充填する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項３】
前記パッケージウェハの上部面に前記内外部連結端子の上端を外部露出させた第３パターンマスクを形成した後、前記パッケージウェハの上部面の前記内外部連結端子の上端が露出した部分上に一定の厚さで備えられる第１金属膜と、前記第１金属膜の上部面に一定の厚さで備えられる第２金属膜とを形成することにより、前記高さ規制部材を形成する請求項１に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項４】
前記高さ規制部材の上端に前記水晶片の一端を接合する段階は、前記高さ規制部材の上端に導電性ペーストを塗布する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項５】
前記高さ規制部材と水晶片は、超音波方式によって相互接合されることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項６】
前記パッケージウェハに接合された水晶片は、上部面に形成された励振電極を乾式エッチングによって一部除去しながら前記水晶片の周波数を調整することを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項７】
前記キャップウェハの上部面を研磨して薄型化する工程は、前記キャビティを形成した後に行われることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項８】
前記キャップウェハの上部面を研磨して薄型化する工程は、前記パッケージウェハとキャップウェハが接合された状態で行われることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水晶振動子を製造する方法に関するもので、より詳しくは、シリコンまたはガラスウェハを上下部のパッケージとして使用するウェハレベルパッケージング工法を通して製品の厚さと大きさを減らして小型化及び薄型化を図り、大量生産が容易で、一括工程によりパッケージの製造が出来るため工程リードタイム及び工程効率性を増進させることができ、パッケージ工程中励振電極が接合された水晶片の周波数を精密に調整でき、高い気密性と精密性の確保が出来る水晶振動子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に水晶振動子は外部から電圧を加えると、水晶片の圧電現象により水晶片が振動し、この振動を通して周波数を発生させる装置である。このような水晶振動子は安定した周波数が得られるため、コンピュータ、通信機器の発振回路に使われ、さらに応用された電圧調整型水晶振動子（ＶＣＸＯ）、温度補償型水晶振動子（ＴＣＸＯ）、恒温調整型水晶振動子（ＯＣＸＯ）などの製品はより細密に周波数の調整が可能で、このような理由から全ての信号の基準となる核心部品として使われることもある。
【０００３】
最近、携帯電話のような携帯通信端末機の機能が多様化し、複合化することにより、これに備えられる部品も小型化、薄型化が求められている。
【０００４】
図１は水晶振動子を図示した分解斜視図で、このような水晶振動子１は複数個のセラミックシートを積層して上部に開放されたキャビティを形成するセラミックパッケージ２と、上記セラミックパッケージ２の段差に形成された連結電極３と導電性接着剤３ａを介して接着される水晶片４と、上記セラミックパッケージ２の上部に導電性接着剤５ａを介して覆われ上記キャビティを密封するリード５とを含んで構成される。
【０００５】
このような水晶振動子１を製造する工程は、図２に図示した通り、複数個のセラミックシートを積層して底面に内部電極が形成され、上部に開放されたキャビティを形成するセラミックパッケージ２を提供し、このようなセラミックパッケージ２の内部には段差を形成し、上記段差には上記水晶片４の一端を接着するための連結電極３を備える。
【０００６】
次に、上部面と下部面に励振電極４ａがそれぞれパターニングされた四角板状の水晶片４は、上記セラミックパッケージ２の連結電極３に一端を導電性接着剤を介して接着して搭載し、上記水晶片４の励振電極４ａは得ようとする共振周波数に合わせてトリミングされる。
【０００７】
また、上記水晶片４が搭載されたセラミックパッケージ２は、上部端の縁に備えられるコバーリング（Ｋｏｖａｒ  Ｒｉｎｇ）やＡｕ／Ｓｎのようなシーリング用金属接着剤５ａを介してリード５を接合することにより、上記水晶片４が搭載され振動が行われる空間を外部環境と遮断することとなる。
【０００８】
しかし、このような水晶振動子を製造する工程は、セラミックシートが積層されたセラミックパッケージに水晶片を搭載した後、金属からなるリード５を個々に接合しなければならないため、積層型セラミックパッケージの製造時のグリーンシートの積層及び焼成工程上の寸法の誤差などにより一定値、およそ２００ミクロン以上の幅を必要としパッケージ完成品を小型化及び薄型化するのに限界があった。
【０００９】
また、小型化の製品を製作するにおいて、金属リードとセラミックパッケージを相互接合する工程が非常に厄介で、これら同士の整列が容易ではないため、接合後に気密が保障されず製品不良の主な原因として作用した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明は上記のような従来の問題点を解消するため提案されたもので、その目的は、相互異なる材質からなるウェハを接合することで高い信頼性が得られ、製品の厚さと大きさを減らして小型化及び薄型化を図り、大量生産が容易で、一括工程によるパッケージの製造が出来るため、工程リードタイム及び工程効率性を増進させる水晶振動子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を解決すべく、本発明は、上下部端が上下部面にそれぞれ露出される複数個の内外部連結端子を備えるパッケージウェハを提供する段階と、上記内外部連結端子の上端に高さ規制部材を形成し、上記高さ規制部材上に励振電極が備えられた水晶片の一端部を接合する段階と、上記水晶片が搭載されたパッケージウェハの上部面に、下部に開放されたキャビティを備えるキャップウェハの下部面を積層して陽極接合する段階と、上記パッケージウェハとキャップウェハが相互接合される接合部分に沿って切断して複数個の水晶振動子を個々に分離する段階と、を含む水晶振動子の製造方法を提供する。
【００１２】
好ましくは、上記パッケージウェハを提供する段階は、上記パッケージウェハの下部面に第１パターンマスクを形成した後、上記パッケージウェハの下部面を蝕刻して上端が密閉されたブラインドビアホールを形成する段階と、上記ブラインドビアホールを囲う第２パターンマスクを形成した後、上記ブラインドビアホール及びパッケージウェハの下部面に導電性金属膜をコーティングする段階と、上記パッケージウェハの上部面を研磨して上記ブラインドビアホールの上部端を上部に外部露出させる段階とを含む。
【００１３】
さらに好ましくは、上記導電性金属膜をコーティングする段階は、上記ブラインドビアホールの内部空間に導電性充填剤を充填する段階をさらに含む。
【００１４】
好ましくは、上記パッケージウェハの上部面に上記内外部連結端子の上端を外部露出させる第３パターンマスクを形成した後、上記パッケージウェハの上部面の上記内外部連結端子の上部が露出した部分上に一定の厚さで備えられる第１金属膜と、上記第１金属膜の上部面に一定の厚さで備えられる第２金属膜とを形成することにより、上記高さ規制部材を形成する。
【００１５】
好ましくは、上記高さ規制部材の上端に上記水晶片の一端を接合する段階は、上記高さ規制部材の上端に導電性接着剤を塗布する段階をさらに含む。
【００１６】
好ましくは、上記高さ規制部材と水晶片は、超音波方式によって相互接合される。
【００１７】
好ましくは、上記パッケージウェハに接合された水晶片は、上部面に形成された励振電極を乾式エッチングによって一部除去しながら上記水晶片の周波数を調整する。
【００１８】
好ましくは、上記キャップウェハの上部面を研磨して薄型化する工程は、上記キャビティを形成した後に行われる。
【００１９】
好ましくは、上記キャップウェハの上部面を研磨して薄型化する工程は、上記パッケージウェハとキャップウェハが接合された状態で行われる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、内外部連結端子に水晶片を搭載したパッケージウェハの上部面に、下部に開放されたキャビティを備えるキャップウェハを積層して接合した後、パッケージウェハとキャップウェハが相互陽極接合される接合部分を切断して複数個の水晶振動子を個々に分離して製造することにより、ウェハレベルパッケージング工程により製品の厚さと大きさを減らして小型化及び薄型化を図ることができ、大量生産により製造コストを低減することができ、一括工程によるパッケージの製造が可能となるため、工程リードタイム及び工程効率性を増進させることが出来る。
【００２１】
また、パッケージング工程中ウェハ状態で搭載された水晶片の周波数を精密に調整でき、パッケージウェハ上から軽薄短小化された水晶振動子の不良を精密に検査できるため、製品の精密度及び信頼性を著しく向上させるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明について添付の図面によりさらに詳しく説明する。
図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）は、本発明による水晶振動子の製造工程中パッケージウェハに水晶片を搭載する手順図である。
【００２３】
上記パッケージウェハ１１０は製造しようとする水晶振動子１００の下部基板に該当し、低価のガラスまたはシリコンを素材とする円盤状の基板部材である。
【００２４】
このようなパッケージウェハ１１０には後述する水晶片の一端と電気的に連結される内外部連結端子１１２を複数個備え、このような内外部連結端子１１２の上部端と下部端は上記パッケージウェハ１１０の上部面と下部面にそれぞれ外部露出される。
【００２５】
上記パッケージウェハ１１０に複数個の内外部連結端子１１２を形成するためには、図３（ａ）に図示した通り、上記パッケージウェハ１１０の下部面に第１パターンマスク１１１をパターニングして形成する。
【００２６】
そして、図３（ｂ）に図示した通り、上記パッケージウェハ１１０の下部面をサンドブラスト（ｓａｎｄ  ｂｌａｓｔｉｎｇ）のような乾式エッチング方式またはエッチング液を用いた湿式エッチング方式によってエッチング処理することにより、上端は密閉され下端は開放された一定の高さのブラインドビアホール１１２ａを上記パッケージウェハ１１０の下部面に複数個形成する。
【００２７】
ここで、上記ブラインドビアホール１１２ａを形成した後、上記パッケージウェハ１１０の下部面に残留する第１パターンマスク１１１はアッシング（ａｓｈｉｎｇ）処理工程などによって完全に除去される。
【００２８】
続いて、図３（ｃ）に図示した通り、上記パッケージウェハ１１０の下部面には上記ブラインドビアホール１１２ａを囲う第２パターンマスク１１３をパターニングして形成する。
【００２９】
また、図３（ｄ）に図示した通り、上記パッケージウェハ１１０の下部面に導電性金属をコーティングすると、上記第２パターンマスク１１３が形成されないブラインドビアホール１１２ａの内部面とパッケージウェハ１１０の一部の下部面には一定の厚さの導電性金属膜１１２ｂが形成されることになる。
【００３０】
この際、上記パッケージウェハ１１０がシリコンを素材とする場合、ブラインドビアホール１１２ａの内部面とパッケージウェハ１１０の一部の下部面に上記導電性金属をコーティングする前に、さらにＳｉＯ２、ＳｉＮのような絶縁コーティング膜をコーティングした後、上記導電性金属をコーティングすることが好ましい。
【００３１】
ここで、上記導電性金属膜１１２ｂを形成した後に上記パッケージウェハ１１０の下部面に残留する第２パターンマスク１１３はアッシング処理工程により除去される。
【００３２】
次いで、図３（ｅ）に図示した通り、上記導電性金属膜１１２ｂが一定の厚さでコーティングされたブラインドビアホール１１２ａの内部空間には一定量の導電性充填剤１１２ｃを充填する。
【００３３】
この際、上記ブラインドビアホール１１２ａに充填される導電性充填剤１１２ｃの下部面は、上記パッケージウェハ１１０の下部面にコーティングされた外部端子の金属膜１１２ｂと段差を形成するよう、上記パッケージウェハ１１０の下部面と同じ高さに充填されることも出来るが、これに限定されず、導電性金属膜１１２ｂと同じ高さに形成されることも出来る。
【００３４】
また、上記ブラインドビアホール１１２ａに導電性充填剤１１２ｃが充填された後は、図３（ｅ）に図示した通り、上記パッケージウェハ１１０の上部面を点線で図示された厚さの位置まで研磨して一定の厚さを除去することにより、上記ブラインドビアホール１１２ａに導電性金属膜１１２ｂがコーティングされたり、これに加えて導電性充填剤１１２ｃが充填された内外部連結端子１１２の上端を外部に露出させる。
【００３５】
ここで、上記パッケージウェハ１１０の上部面を研磨する工程は、上記内外部連結端子１１２を構成するブラインドビアホール１１２ａの内部面に形成された導電性金属膜１１２ｂが外部に露出されるまで行われることも出来るが、これに限定されず、上記ブラインドビアホール１１２ａの内部に充填された導電性充填剤１１２ｃが導電性金属膜１１２ｂと共に外部に露出されるまで行われることも出来る。
【００３６】
次いで、上記パッケージウェハ１１０の上部面には、図３（ｆ）（ｇ）（ｈ）に図示した通り、上記内外部連結端子１１２の上端に一定の高さで備えられる高さ規制部材１１５を形成することにより、上記高さ規制部材１１５に一端が搭載される水晶片１３０の他端が振動する時に、パッケージウェハ１１０により干渉されることを防ぐようにする。
【００３７】
即ち、上記パッケージウェハ１１０の上部面には、上記内外部連結端子１１２の上端を外部露出させる第３パターンマスク１１４を形成した後、上記パッケージウェハ１１０の上部面の上記内外部連結端子１１２の上端が露出した部分上に一定の厚さの第１金属膜１１５ａを形成し、上記第１金属膜１１５ａの上部面に一定の厚さの第２金属膜１１５ｂを形成することにより数十μｍの高さ規制部材１１５を備えることになる。
【００３８】
上記高さ規制部材１１５を形成した後、上記パッケージウェハ１１０の上部面に残留する第３パターンマスク１１４はアッシング処理工程により除去される。
【００３９】
ここで、上記第１金属膜１１５ａはＣｕ素材からなり、上記第２金属膜１１５ｂはＡｕ素材からなることが好ましい。
【００４０】
続いて、図３（ｉ）に図示した通り、上部面と下部面に励振電極１３１，１３２をそれぞれ形成した水晶片１３０は、上記高さ規制部材１１５の上端に一端が超音波融着によって接着されて上記内外部連結端子１１２と電気的に連結され、上記水晶片１３０は上記高さ規制部材１１５によって上記パッケージウェハの上部面から一定の高さを保持しながら他端に自由端を形成することとなる。
【００４１】
また、上記高さ規制部材１１５の上端に水晶片１３０の一端を超音波方式で融着して搭載する前に、超音波接合強度を高め、上記水晶片の設置高さをより高めるよう導電性ペーストを塗布することも出来る。
【００４２】
一方、上記パッケージウェハ１１０の高さ規制部材１１５を介して内外部連結端子１１２に電気的に搭載された水晶片１３０は、図３（ｊ）に図示した通り、上部面に形成された励振電極１３２が上部に外部露出されているため、上記水晶片１３０の直上部からイオンビームを照射して上記励振電極１３２の一部を除去するイオンビームエッチングのような乾式エッチングを行うことにより上記水晶片１３０の周波数を調整することとなる。
【００４３】
この際、上記内外部連結端子１１２を通して水晶片１３０の励振電極１３１に電源を印加して振動を発生させ、この際に発生する周波数を調整する作業は、上記パッケージウェハ１１０の下部に配置され上記内外部連結端子１１２に先端部が接触するプローブ（未図示）によって行われる。
【００４４】
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、本発明による水晶振動子の製造工程中キャップウェハにキャビティを形成する手順図である。
【００４５】
上記キャップウェハ１２０は製造しようとする水晶振動子１００の上部基板に該当し、低価のガラスまたはシリコンを素材とする円盤状の基板部材である。
【００４６】
このようなキャップウェハ１２０には、上記パッケージウェハ１１０との接合時に上記パッケージウェハ１１０に搭載された水晶片１３０を外部環境と遮断する密閉空間を形成するようキャビティＣを形成し、このようなキャビティＣは上記キャップウェハ１２０の下部面に、下部に開放された状態で備えられる。
【００４７】
上記キャップウェハ１２０の下部面には、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に図示した通り、保護マスク１２１を形成し、上記キャップウェハ１２０の下部面をサンドブラストのような乾式蝕刻方式またはエッチング液を用いた湿式蝕刻方式によって蝕刻処理することにより、下部に開放されたキャビティＣを形成することになる。
【００４８】
また、上記キャビティＣを形成した後、上記キャップウェハ１２０の下部面に残留する保護マスク１２１はアッシング処理工程により除去される。
【００４９】
ここで、上記保護マスク１２１はフォトレジスト、ドライフィルムレジストを使用し、パターンの幅が広い場合にはメタルマスクを使用することも出来る。
【００５０】
一方、上記キャビティＣが下部面に形成されたキャップウェハ１２０は、図３（ｃ）に図示した通り、パッケージの厚さをさらに薄型化するため、点線で図示された位置までキャップウェハ１２０の上部面を研磨することが好ましい。
【００５１】
図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明による水晶振動子を製造する工程中キャップウェハとパッケージウェハを接合する手順図である。
【００５２】
上記パッケージウェハ１１０とキャップウェハ１２０との接合は、図５（ａ）に図示した通り、水晶片１３０を搭載したパッケージウェハ１１０を下部部品として下側に配置し、上記キャビティＣを形成したキャップウェハ１２０を上部部品として上側に配置した状態で行われる。
【００５３】
この際、上記キャップウェハ１２０の下部面に形成されたキャビティＣは上記水晶片１３０と対応し、上記キャップウェハ１２０の下部接合面は上記パッケージウェハ１１０の上部接合面と相互対向する。
【００５４】
このような状態で、図５（ｂ）に図示した通り、上記パッケージウェハ１１０にキャップウェハ１２０を積層すると、上記水晶片は上記キャップウェハ１２０のキャビティＣとパッケージウェハ１１０との間に形成される空間に配置され、上記パッケージウェハ１１０の上部接合面と上記キャップウェハ１２０の下部接合面は相接することとなる。
【００５５】
この際、上記上下部接合面は上記水晶片１３０の外側を囲うよう連続した密閉ラインで備えられる。
【００５６】
続いて、上記キャップウェハ１２０とパッケージウェハ１１０のいずれか一つがシリコンウェハで備えられ、もう一つがガラスウェハからなる場合、大気中または真空でシリコンウェハを加熱して高電圧でガラスウェハを加熱することにより、上記パッケージウェハ１１０の上部接合面と上記キャップウェハ１２０の下部接合面を一体に接合する。
【００５７】
次いで、上記パッケージウェハ１１０の上部接合面と上記キャップウェハ１２０の下部接合面が陽極接合方式によって一体に接合すると、上記水晶片１３０の外側に沿って連続されるシーリングラインを形成し、これによって上記水晶片１３０は外部環境と完全に遮断することとなる。
【００５８】
また、上記のように陽極接合されたパッケージウェハ１１０とキャップウェハ１２０は、パッケージの全体の厚さを減らしてより薄型化するために、上記キャップウェハ１２０の上部面を研磨して除去する。
【００５９】
ここで、上記キャップウェハ１２０の上部面を研磨して薄型化する工程は、上記パッケージウェハ１１０とキャップウェハ１２０を相互接合した状態で行われることに限定されず、上記キャップウェハ１２０の下部面にキャビティＣを形成した後に行われることも出来る。
【００６０】
一方、上記パッケージウェハ１１０とキャップウェハ１２０が相互接合してシーリングラインを形成した接合部分を切断ラインとし、これに沿って切断すると、図５（ｃ）に図示した通り、水晶片１３０が搭載されたパッケージウェハ１１０を下部基板とし、キャビティＣを形成したキャップウェハ１２０を上部基板とし、上記水晶片１３０が陽極接合された接合面によって密封処理される複数個の水晶振動子１００を個々に分離して製造することが出来る。
【００６１】
ここで、上記キャビティＣが形成されるキャップウェハ１２０がシリコンを素材としてなる場合、上記内外部連結端子１１２を備えて水晶片１３０が搭載されるパッケージウェハ１１０は、ガラスを素材としてなり上記パッケージウェハ１１０とキャップウェハ１２０が相互接して陽極接合される。
【００６２】
その反面、上記キャビティＣが形成されるキャップウェハ１２０がガラスを素材としてなる場合、上記内外部連結端子１１２を備えて水晶片１３０が搭載されるパッケージウェハ１１０は、シリコンを素材としてなり上記パッケージウェハ１１０とキャップウェハ１２０が相互接して陽極接合され、この際、上記パッケージウェハ１１０は絶縁性を確保するため高絶縁ウェハを使用したり、外部面には絶縁膜をコーティングし上記内外部連結端子１１２と電気的に連結される電極パターンを形成することが好ましい。
【００６３】
本発明は特定の実施例に関して図示し説明したが、添付の特許請求の範囲による本発明の精神や分野を外れない範囲内で本発明が多様に改造及び変化できるということを当業界において通常の知識を有している者は容易に分かることを明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】水晶振動子を図示した分解斜視図である。
【図２】水晶振動子を製造する工程手順図である。
【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）は本発明による水晶振動子の製造工程中パッケージウェハに水晶片を搭載する手順図である。
【図４】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は本発明による水晶振動子の製造工程中キャップウェハにキャビティを形成する手順図である。
【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明による水晶振動子を製造する工程中キャップウェハとパッケージウェハを接合する手順図である。
【符号の説明】
【００６５】
１１０  パッケージウェハ
１１２  内外部連結端子
１１２ａ  ブラインドビアホール
１１５  高さ規制部材
１２０  キャップウェハ
１２１  保護マスク
１３０  水晶片
１３１、１３２  励振電極
【図１】
0004930924.tif 000002
【図３】
0004930924.tif 000003
【図４】
0004930924.tif 000004
【図５】
0004930924.tif 000005
【図２】
0004930924.tif 000006