(57)【要約】【課題】  ベース基板と蓋体との封止に表面活性化接合を用いた圧電デバイスにおいて、圧電振動片に形成された励振電極がイオンビーム等の照射によりスパッタエッチングされ生じる圧電振動片の周波数のシフトを防止する。【解決手段】  圧電振動片１２が搭載されたベース基板１１に蓋体１３が接合され、ベース基板１１および蓋体１３とにより形成された内部空間に圧電振動子１２を収納した圧電デバイス１０において、ベース基板１１と蓋体１３とは表面活性化接合により接合されており、前記内部空間内のベース基板１１上には、圧電振動片１２を覆い保護するための内蓋１４を配置する。【選択図】図１（ａ）
2009016894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動片が搭載されたベース基板に蓋体が接合され、前記ベース基板および前記蓋体とにより形成された内部空間に前記圧電振動子を収納した圧電デバイスにおいて、
前記ベース基板と前記蓋体とは表面活性化接合により接合されており、
前記内部空間内の前記ベース基板上には、前記圧電振動片を覆い保護するための内蓋が配置されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記内蓋は金属材料よりなることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記ベース基板および前記蓋体はシリコンよりなることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記ベース基板上には、前記内蓋の位置決めをするための突起、または溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜３に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
圧電振動片が搭載されたベース基板に蓋体が接合され、前記ベース基板および前記蓋体とにより形成された内部空間に前記圧電振動子を収納した圧電デバイスの製造方法において、
前記ベース基板上に圧電振動子を搭載する工程と、
前記ベース基板上に前記圧電振動子を覆い保護するための内蓋を配置する工程と、
前記ベース基板と前記蓋体の接合面を表面活性化処理する工程と、
前記ベース基板と前記蓋体とを接合する工程と、
を有することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記ベース基板上に内蓋を配置する工程の前に、前記ベース基板上に搭載された前記圧電振動片の周波数を調整する工程を有することを特徴とする請求項５に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記ベース基板は前記圧電振動片を搭載するためのキャビティを有しており、前記表面活性化処理は前記接合面にイオンビームまたは中性子ビーム、あるいはプラズマを照射することにより行われることを特徴とする請求項５または６に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記ベース基板は平板形状であり、前記表面活性化処理は前記接合面にプラズマを照射することにより行われることを特徴とする請求項５または６に記載の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及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
小型化された圧電デバイスが広く利用されている。小型化された圧電デバイスとしては、特許文献１に記載されたような圧電発振器が提案されている。図３に、従来の圧電発振器の説明図を示す。なお、図３（ａ）は図３（ｂ）のＢ−Ｂ線における平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線における側面断面図である。圧電発振器１００は升状に形成したベース基板１０１に、表面に励振電極１１１が形成された圧電振動片１０２を実装して、上面の開口部にリッド１０３を装着したものである。
【０００３】
ベース基板１０１は電気絶縁性材料からなる平板の上面に圧電振動片１０２を実装するキャビティ１０４を形成している。また、キャビティ１０４の内底面から回路パターン１０５にスルーホール１０６を形成し、スルーホール１０６のキャビティ１０４側開口部の周辺にマウント電極１０７を形成するとともに、スルーホール１０６の内周面に導電膜１０８を形成することにより、マウント電極１０７と回路パターン１０５の導通を確保している。そして、マウント電極１０７に導電性接着剤１１０を介して圧電振動片１０２を実装した。一方、ベース基板１０１のキャビティ１０４周縁部に低融点ガラス１０９を塗布し、ベース基板１０１の開口部にリッド１０３が装着され、キャビティ１０４の内部を気密封止している。
【０００４】
また、他の従来の圧電デバイスの例として特許文献２に記載された表面弾性波デバイス（以下、ＳＡＷデバイスという。）がある。図４に、従来のＳＡＷデバイスの説明図を示す。図４はＳＡＷデバイスの側面断面図である。デバイス１２０の構成はＳＡＷ素子１２２が固定されたベース基板１２１とキャビティ１２４が設けられた蓋体１２３を有する。ベース基板１２１および蓋体１２３はシリコン基板を用いて作製されている。ベース基板１２１と蓋体１２３の接合は表面活性化接合が施されている。表面活性化接合の工程としては、蓋体１２３とベース基板１２１との接合部分面をＲＣＡ洗浄法等で洗浄し、これに真空中においてアルゴン等の不活性ガスもしくは酸素のイオンビーム、大気やそれに近い混合気体のプラズマ等を照射することで、接合面に残留した不純物を除去するとともに、表面を活性化させる。これにより、蓋体１２３とベース基板１２１との接合面に厚さ数ナノメートル程度のアモルファス層が形成される。その後、真空中で蓋体１２３とベース基板１２１を貼り合わせることで封止される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２１４７８７号公報
【特許文献２】特開２００４−３１２４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
圧電デバイスにおいてベース基板と蓋体との封止に表面活性化接合を用いる場合、接合直前に真空中にて不活性ガス等のイオンビームまたは中性子ビーム、あるいはプラズマ照射を行い、接合面に残留した不純物を除去するとともに、表面を活性化させる必要があり、ベース基板に搭載され圧電振動片に形成された励振電極も一緒にスパッタエッチングされ、圧電振動片の周波数のシフトを引き起こすという問題を有している。また、イオンビームまたは中性子ビーム、あるいはプラズマ照射を施すことで、表面活性化接合装置内の治具等がスパッタエッチングされコンタミネーションが発生し、このコンタミネーションが圧電振動片上に付着して周波数シフトを引き起こすという問題も有している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
圧電振動片が搭載されたベース基板に蓋体が接合され、前記ベース基板および前記蓋体とにより形成された内部空間に前記圧電振動子を収納した圧電デバイスにおいて、
前記ベース基板と前記蓋体とは表面活性化接合により接合されており、
前記内部空間内の前記ベース基板上には、前記圧電振動片を覆い保護するための内蓋が配置されている圧電デバイスとする。
【０００８】
さらに、前記内蓋は金属材料よりなる圧電デバイスとする。
【０００９】
さらに、前記ベース基板および前記蓋体はシリコンよりなる圧電デバイスとする。
【００１０】
さらに、前記ベース基板上には、前記内蓋の位置決めをするための突起、または溝が形成されている圧電デバイスとする。
【００１１】
圧電振動片が搭載されたベース基板に蓋体が接合され、前記ベース基板および蓋体とにより形成された内部空間に前記圧電振動子を収納した圧電デバイスの製造方法において、
前記ベース基板上に圧電振動子を搭載する工程と、
前記ベース基板上に前記圧電振動子を覆い保護するための内蓋を配置する工程と、
前記ベース基板と前記蓋体の接合面を表面活性化処理する工程と、
前記ベース基板と前記蓋体とを接合する工程と、
を有する圧電デバイスの製造方法とする。
【００１２】
前記ベース基板上に内蓋を配置する工程の前に、前記ベース基板上に搭載された前記圧電振動片の周波数を調整する工程を有する圧電デバイスの製造方法とする。
【００１３】
前記ベース基板は前記圧電振動片を搭載するためのキャビティを有しており、前記表面活性化処理は前記接合面にイオンビームまたは中性子ビーム、あるいはプラズマを照射することにより行われる圧電デバイスの製造方法とする。
【００１４】
前記ベース基板は平板形状であり、前記表面活性化処理は前記接合面にプラズマを照射することにより行われる圧電デバイスの製造方法とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ベース基板上に圧電振動片を覆い保護するための内蓋を配置することによって、ベース基板と蓋体の接合面の表面活性化処理（接合面へのイオンビームまたは中性子ビーム、あるいはプラズマ照射）の工程における、圧電振動片表面へのスッパタエッチングのダメージを防ぐことができる。同時に圧電振動片へのコンタミネーションの付着も防ぐことができる。
また、ベース基板及び蓋体はシリコンで構成した場合、シリコンは赤外線を透過してしまう性質があるため、圧電デバイス外部から圧電振動片への赤外線の照射によって圧電振動片の温度が上昇し圧電デバイスの特性が変化するといった問題が懸念される。しかし、内蓋を金属材料とすることで、圧電デバイスの外部から圧電振動片へ赤外線が照射されることを防止でき、圧電デバイスの特性の安定化を図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
圧電振動片が搭載されたベース基板に蓋体が接合され、前記ベース基板および前記蓋体とにより形成された内部空間に前記圧電振動子を収納した圧電デバイスにおいて、
前記ベース基板と前記蓋体とは表面活性化接合により接合されており、
前記内部空間内の前記ベース基板上には、前記圧電振動片を覆い保護するための内蓋が配置されている圧電デバイスとする。
【実施例１】
【００１７】
図１に、図１（ａ）は、本発明の圧電デバイスを説明するための分解斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線における側面断面図である。本実施形態に係わる圧電デバイス１０は、圧電振動片１２が搭載されたベース基板１１に蓋体１３が接合され、前記ベース基板１１及び前記蓋体１３とにより形成された内部空間に圧電振動片１２を覆い保護するための内蓋１４が配置されている。圧電振動片１２の表面には、圧電振動片１２を振動させるための励振電極（不図示）が形成されている。また、内蓋１４は金属材料からなり、圧電振動片１２に触れないように僅かな隙間を持たせて配置している。
前記ベース基板１１はシリコン等の電気絶縁性材料からなり、前記ベース基板１１の下面に圧電デバイス１０を発振させるための発振回路や、温度補償するための温度補償回路からなる集積回路の回路パターン１５を形成し、前記ベース基板１１の上面に圧電振動片１２を実装する空間を確保するためにキャビティ１６を形成している。
ベース基板１１のキャビティ１６内底面には貫通電極１７と一体となったマウント電極１８があり、貫通電極１７は集積回路の回路パターン１５と電気的に接続している。励振電極が形成された圧電振動片１２は導電性接着剤１９によってマウント電極１８と圧電振動片１２を接着している。前記ベース基板１１と前記蓋体１３は表面活性化接合によって、ベース基板１１と蓋体１３との内部空間を真空に保って接合されている。
【００１８】
本実施形態に係わる圧電デバイスの製造方法について説明する。本圧電デバイス１０はシリコンからなるベース基板１１の下面に集積回路素子の回路パターン１５を形成し、前記ベース基板１１の上面に圧電振動片１２を実装するキャビティ１６を形成する。
キャビティ１６の形成は、キャビティ１６以外の部分をホトレジストでマスキングして、フッ素系のガスを使いドライエッチングによって行う。圧電振動片１２と回路パターン１５との導通を確保するため、キャビティ１６の内底面から回路パターン１５にかけてスルーホール２０を形成する。スルーホール２０の形成もキャビティ１６同様、スルーホール２０以外の部分をホトレジストでマスキングして、ドライエッチングにより行う。スルーホール２０形成後、ベース基板１１の上面及びスルーホール２０の内部に低温ＣＶＤによりＳｉＯ２膜を形成し、更に、スパッタによりシード層（不図示）を形成する。シード層にはＡｕ／Ｃｒ膜を用いる。その後、スルーホール２０開口周辺部以外をホトレジストでマスキングして電解めっきにより、シード層を介してスルーホール２０内部及びスルーホール２０開口周辺部にＡｕの電極膜２１の厚付けを行い、貫通電極１７とマウント電極１８を同時に一体で形成する。その後、レジストおよびシード層のＡｕ／Ｃｒ膜をウエットエッチングにより剥離し、キャビティをホトレジストで保護してから、キャビティ１６以外の部分のＳｉＯ２膜をウエットエッチングにより剥離する。
【００１９】
次に励振電極を形成した圧電振動片１２をマウント電極１８に導電性接着剤１９を用いて接着する。次いで圧電振動片１２を所定の周波数にするために、圧電振動片１２に形成された励振電極をイオンビームでスパッタエッチングし、周波数調整を行う。圧電振動片１２の周波数調整が終わった後、圧電振動片１２を実装したベース基板１１のキャビティ１６部には、キャビティ１６の内径寸法にあった、例えばコの字型の金属板でできた内蓋１４を覆い被せる。金属板からなる内蓋１４は、成型可能な厚さで例えば１００μｍ厚のコバール材にニッケルめっきを施したものを用いる。
【００２０】
その後、シリコンからなる平板を蓋体１３とし、表面活性化接合により真空中にて接合する。表面活性化接合では接合の前処理として、接合装置の真空槽内にて接合面を不活性ガス等のイオンビームまたは中性子ビーム、あるいはプラズマを照射し表面活性化処理を行う工程が必要であるが、その工程の前に内蓋１４を圧電振動片１２に覆い被せておくことにより、圧電振動片１２表面のスパッタエッチングや、表面活性化接合装置内の治具等から発生したコンタミネーションの圧電振動片への付着を防ぐことができる。また、内蓋１４をキャビティ１６の内径に合わせて配置する作用として、シリコンからなるパッケージ１１のねじれ強度補強ができるとともに圧電デバイス外部からの赤外線の透過を遮断する効果があり、圧電デバイスの特性の安定化を図れる。
【実施例２】
【００２１】
次に、本発明の圧電デバイスの別の実施形態を説明する。図２（ａ）は、本発明の圧電デバイスを説明するための分解斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’線における側面断面図である。本実施形態に係わる圧電デバイス３０は、圧電振動片３２が搭載されたベース基板３１に蓋体３３が接合され、前記ベース基板３１及び前記蓋体３３とにより形成された内部空間に圧電振動片３２を覆い保護するための内蓋３４が配置されている。圧電振動片３２の表面には、圧電振動片３２を振動させるための励振電極（不図示）が形成されている。また、内蓋３４は金属材料からなり、圧電振動片３２に触れないように僅かな隙間を持たせて配置している。
前記ベース基板３１はシリコンの平板からなり、前記ベース基板３１の上面に圧電振動片３２が実装できるマウント電極３８を形成している。ベース基板３１の上面には、内蓋３４の位置決め用として溝４０を設けている。ここで溝４０は、圧電デバイス３０を引っ繰り返した場合等に内蓋３４が圧電デバイス３０の内部空間内で溝４０から外れないように、その深さを内蓋３４の天面と蓋体３３下面との隙間より大きく設定しておく。
マウント電極３８は貫通電極３７と一体であり、貫通電極３７は、圧電デバイス３０を発振させるための発振回路や、温度補償するための温度補償回路からなる集積回路の回路パターン３５と電気的に接続している。励振電極（不図示）が形成された圧電振動片３２は導電性接着剤３９によってマウント電極３８と接着している。前記ベース基板３１と前記蓋体３３は表面活性化接合によって、ベース基板３１と蓋体３３との内部空間を真空に保って接合されている。
【００２２】
本実施形態に係わる圧電デバイスの製造方法について説明する。本圧電デバイス３０はシリコンからなるベース基板３１の下面に集積回路素子の回路パターン３５を形成し、前記ベース基板３１の上面に内蓋３４を配置するための溝４０を形成する。
溝４０の形成は、溝４０以外の部分をホトレジストでマスキングして、フッ素系のガスを使いドライエッチングによって行う。圧電振動片３２と回路パターン３５との導通を確保するため、ベース基板３１の上面から回路パターン３５にかけてスルーホール４１を形成する。スルーホール４１の形成から貫通電極３７の形成、ホトレジストおよびシード層の剥離方法は実施形態１と同様である。その後、ベース基板３１と蓋体３３の接合面以外をホトレジストで保護してから、接合面に残ったＳｉＯ２膜をウエットエッチングにより剥離する。
【００２３】
次に励振電極を設けた圧電振動片３２をマウント電極３８に導電性接着剤３９を用いて接着する。次いで圧電振動片１２を所定の周波数にするために、圧電振動片１２に形成された励振電極をイオンビームでスパッタエッチングし、周波数調整を行う。圧電振動片１２の周波数調整が終わった後、圧電振動片３２を実装したベース基板３１の溝４０に合わせて、コの字型の金属板でできた内蓋３４を配置する。内蓋３４は圧電振動片３２全体を覆うように配置される。その後、キャビティ３６を形成したシリコンからなる蓋体３３とベース基板３１を表面活性化接合により真空中にて接合する。この場合、表面活性化処理としては、ベース基板３１と蓋体３３の接合面に不活性ガス等のプラズマ照射で行うことが好ましい。その理由は、イオンビームまたは中性子ビームを照射する方式は、表面活性化接合装置の構成上、イオンビームまたは中性子ビームが前記接合面に対し斜めに照射されるため、ベース基板３１が平板形状の場合、イオンビームまたは中性子ビームが内蓋３４に遮断されてイオンビームまたは中性子ビームが照射されない接合面が発生する場合がある。それに対しプラズマ照射する方式は、プラズマ発生源である一対の平行電極間にプラズマを発生させその一対の平行電極間に被照射物を配置して行うため、前記接合面の全面に対してプラズマを垂直に照射することが可能であり、接合面の表面活性化処理を良好に行える。ところで、キャビティを有するベース基板に蓋体を接合する実施形態１の場合は、キャビティ内に内蓋を配置することができ、イオンビームや中性子ビームを照射する方式により表面活性化処理を行ってもイオンビームや中性子ビームが内蓋により遮断されずに接合面を良好に処理することが可能である。
【００２４】
以上、本実施形態では、内蓋３４をコの字型で説明したが、本実施形態のように平板のベース基板３１に内蓋３４を配置した場合は、内蓋３４のコの字型断面を有する側方開口部からコンタミネーション等が侵入し圧電振動片３２に付着したり、圧電振動片３２がスパッタエッチングされる可能性もあるので、内蓋３４の形状をキャビティが形成された箱型としても良い。また、内蓋３４の位置決めを溝４０を形成して実施する説明をしたが、溝４０ではなく突起状の構造物であってもよい。
【００２５】
パッケージ内部に内蓋３４を配置する効果としては、接合前の表面活性化処理により圧電振動片３２表面をスパッタエッチングして、周波数がシフトしてしまうことを防ぐことができる。また、赤外線の透過を遮断する効果があり、圧電デバイス外部からの赤外線の透過を遮断する効果があり、特性の安定化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１（ａ）】本発明の圧電デバイスを説明するための分解斜視図。（実施例１）
【図１（ｂ）】図１（ａ）のＡ−Ａ’線における側面断面図。（実施例１）
【図２（ａ）】本発明の圧電デバイスを説明するための分解斜視図。（実施例２）
【図２（ｂ）】図２（ａ）のＢ−Ｂ’線における側面断面図。（実施例２）
【図３】従来の圧電発振器の説明図。
【図４】ＳＡＷデバイスの側面断面図。
【符号の説明】
【００２７】
１０  圧電デバイス
１１  ベース基板
１２  圧電振動片
１３  蓋体
１４  内蓋
１５  回路パターン
１６  キャビティ
１７  貫通電極
１８  マウント電極
１９  導電性接着剤
２０  スルーホール
２１  電極膜
３０  圧電デバイス
３１  ベース基板
３２  圧電振動片
３３  蓋体
３４  内蓋
３５  回路パターン
３６  キャビティ
３７  貫通電極
３８  マウント電極
３９  導電性接着剤
４０  溝
４１  スルーホール
１００  圧電デバイス
１０１  ベース基板
１０２  圧電振動片
１０３  蓋体
１０４  キャビティ
１０５  回路パターン
１０６  スルーホール
１０７  マウント電極
１０８  導電膜
１０９  低融点ガラス
１１０  導電性接着剤
１１１  励振電極
１２０  圧電デバイス
１２１  ベース基板
１２２  ＳＡＷ素子
１２３  蓋体
１２４  キャビティ
【図１（ａ）】
2009016894.tif 000003
【図１（ｂ）】
2009016894.tif 000004
【図２（ａ）】
2009016894.tif 000005
【図２（ｂ）】
2009016894.tif 000006
【図３】
2009016894.tif 000007
【図４】
2009016894.tif 000008