JP2010088065A - Piezoelectric vibrator and piezoelectric oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子機器に用いられる圧電振動子及び圧電発振器に関する。 The present invention relates to a piezoelectric vibrator and a piezoelectric oscillator used in electronic equipment.
従来から、電子機器には電子部品を搭載した電子基板が用いられている。この電子基板には、金属膜からなる導通パターンが形成されており、この導通パターンに半田等でコンデンサ等のチップ部品を接合することで電子基板に電子部品を搭載している。
また、電子部品は、チップ部品の他に、凹部を有する容器に各種素子を搭載して凹部を封止した構造の圧電振動子や圧電発振器といった電子部品が含まれる。
Conventionally, electronic boards on which electronic components are mounted are used in electronic devices. A conductive pattern made of a metal film is formed on the electronic substrate, and an electronic component is mounted on the electronic substrate by bonding a chip component such as a capacitor to the conductive pattern with solder or the like.
In addition to the chip component, the electronic component includes an electronic component such as a piezoelectric vibrator or a piezoelectric oscillator having a structure in which various elements are mounted on a container having a recess and the recess is sealed.
ここで、圧電振動子に用いられる圧電振動素子搭載部材と蓋部材について説明する。
例えば、圧電振動素子搭載部材は、平板状に形成されており、後述する蓋部材と接合する面に金属膜が設けられている。また、この金属膜よりも内側に圧電振動素子を搭載するための搭載パッドが設けられている。また、この金属膜が設けられる主面とは反対側の主面にマザーボードなどの配線基板に実装するための外部端子が設けられている。この外部端子は、内部配線パターンを介して搭載パッドと接続している。このような圧電振動素子搭載部材は、複数が連なったウェハの状態で、金属膜、搭載パッド、外部端子が設けられる。
また、蓋部材は、内部に圧電振動素子を封止することができる程度の大きさを有する凹部が設けられており、圧電振動素子搭載部材と接合する面に封止材からなる金属膜が設けられている。このような蓋部材は、複数が連なったウェハの状態で、金属膜が設けられる。
Here, the piezoelectric vibration element mounting member and the lid member used for the piezoelectric vibrator will be described.
For example, the piezoelectric vibration element mounting member is formed in a flat plate shape, and a metal film is provided on a surface to be joined to a lid member described later. In addition, a mounting pad for mounting the piezoelectric vibration element is provided inside the metal film. In addition, an external terminal for mounting on a wiring board such as a mother board is provided on the main surface opposite to the main surface on which the metal film is provided. This external terminal is connected to the mounting pad via an internal wiring pattern. Such a piezoelectric vibration element mounting member is provided with a metal film, a mounting pad, and an external terminal in the state of a plurality of wafers.
In addition, the lid member is provided with a recess having a size capable of sealing the piezoelectric vibration element inside, and a metal film made of a sealing material is provided on a surface to be joined to the piezoelectric vibration element mounting member. It has been. Such a lid member is provided with a metal film in the state of a wafer in which a plurality are connected.
ここで、圧電振動子は、以下の工程を経て製造される。
まず、圧電振動素子搭載部材に設けられた搭載パッドに圧電振動素子を導電性接着剤を介して搭載し、この状態で蓋部材の凹部内に圧電振動素子が入るように蓋部材を圧電振動素子搭載部材に重ねる。
圧電振動素子搭載部材と蓋部材とが重なった状態で、例えば、300℃〜350℃で加熱して、圧電振動素子搭載部材と蓋部材とを接合して1つのウェハに複数の圧電振動子が設けられた状態にする。
その後、各圧電振動子の境目で切断して個片化された圧電振動子とする(例えば、特許文献1参照)。
Here, the piezoelectric vibrator is manufactured through the following steps.
First, the piezoelectric vibration element is mounted on a mounting pad provided on the piezoelectric vibration element mounting member via a conductive adhesive, and in this state, the lid member is placed in the recess of the lid member so that the piezoelectric vibration element enters the recess. Overlay the mounting member.
In a state where the piezoelectric vibration element mounting member and the lid member overlap, for example, heating is performed at 300 ° C. to 350 ° C., and the piezoelectric vibration element mounting member and the lid member are joined to each other so that a plurality of piezoelectric vibrators are formed on one wafer. Keep it in the provided state.
Thereafter, the piezoelectric vibrator is cut into individual piezoelectric vibrators and separated into individual pieces (see, for example, Patent Document 1).
また、同様な構造の圧電振動子において、接合用の金属膜を用いずに、ウェハの状態の圧電振動素子搭載部材と蓋部材とを接合した圧電振動子が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
圧電振動素子搭載部材と蓋部材との接合は、直接接合により行われている。この接合を行うときの温度は、200℃〜500℃とされている。
このように、ウェハの状態で接合を行い、各圧電振動子となっている部分で切断して、個片化された圧電振動子としている。
In addition, a piezoelectric vibrator having a similar structure in which a piezoelectric vibration element mounting member in a wafer state and a lid member are joined without using a bonding metal film has been proposed (for example, Patent Documents). 2).
The piezoelectric vibration element mounting member and the lid member are joined by direct joining. The temperature at which this bonding is performed is set to 200 ° C to 500 ° C.
In this way, bonding is performed in the state of a wafer, and the piezoelectric vibrators are cut into pieces and cut into individual piezoelectric vibrators.
しかしながら、圧電振動素子搭載部材と蓋部材との接合は加熱が必要となる。これにより、加熱による熱膨張とその後の冷却による収縮で圧電振動素子搭載部材と蓋部材とに応力が残留することがある。この応力により、接合部分が剥がれる恐れがある。
また、接合されるために接合面の幅を、例えば、0.15mm程度に広く設ける必要があるが、電子部品の小型化により、接合幅が従来よりも狭くなってきている。そのため、完全な封止が行えない恐れがある。
However, the joining of the piezoelectric vibration element mounting member and the lid member requires heating. Thereby, stress may remain in the piezoelectric vibration element mounting member and the lid member due to thermal expansion due to heating and subsequent shrinkage due to cooling. Due to this stress, there is a possibility that the joint portion is peeled off.
Further, in order to be bonded, the width of the bonding surface needs to be provided as wide as, for example, about 0.15 mm, but the bonding width has become narrower than before due to downsizing of electronic components. Therefore, there is a possibility that complete sealing cannot be performed.
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、封止が完全になされ、応力の残留を防ぐ圧電振動子及び圧電発振器を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrator and a piezoelectric oscillator that solve the above-described problems and that are completely sealed and prevent residual stress.
前記課題を解決するため、本発明は、圧電振動子であって、圧電振動素子と、平均表面粗さRaが1nm以下となる表面粗さで脆性材料からなる圧電振動素子搭載部材と、凹部を有し平均表面粗さRaが1nm以下となる表面粗さで脆性材料からなる蓋部材と、を備え、 前記圧電振動素子を搭載した圧電振動素子搭載部材と前記蓋部材とが常温で直接接合されて構成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a piezoelectric vibrator, a piezoelectric vibration element, a piezoelectric vibration element mounting member made of a brittle material with a surface roughness with an average surface roughness Ra of 1 nm or less, and a recess. And a lid member made of a brittle material with an average surface roughness Ra of 1 nm or less, and the piezoelectric vibration element mounting member on which the piezoelectric vibration element is mounted and the lid member are directly bonded at room temperature. It is characterized by being configured.
また、本発明は、圧電振動子であって、圧電振動素子と、凹部を有し平均表面粗さRaが1nm以下となる表面粗さで脆性材料からなる圧電振動素子搭載部材と、平均表面粗さRaが1nm以下となる表面粗さで脆性材料からなる蓋部材と、を備え、前記圧電振動素子を搭載した圧電振動素子搭載部材と前記蓋部材とが常温で直接接合されて構成されていることを特徴とする。 The present invention also relates to a piezoelectric vibrator, a piezoelectric vibration element, a piezoelectric vibration element mounting member made of a brittle material having a concave portion and an average surface roughness Ra of 1 nm or less, and an average surface roughness. A lid member made of a brittle material with a surface roughness of Ra of 1 nm or less, and the piezoelectric vibration element mounting member on which the piezoelectric vibration element is mounted and the lid member are directly bonded at room temperature. It is characterized by that.
また、本発明は、前記圧電振動素子搭載部材に2つの凹部が設けられていても良い。
また、本発明は、前記圧電振動素子搭載部材と前記蓋部材とのそれぞれの接合面に接合用金属膜が設けられていても良い。
In the present invention, two recesses may be provided in the piezoelectric vibration element mounting member.
In the present invention, a bonding metal film may be provided on each bonding surface of the piezoelectric vibration element mounting member and the lid member.
また、本発明は、圧電発振器であって、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の圧電振動子に、少なくとも発振回路を備えた集積回路素子が搭載されて構成されていることを特徴とする。
The present invention is also a piezoelectric oscillator, wherein the piezoelectric vibrator according to any one of
このような圧電振動子によれば、接合面の平均表面粗さRaが1nmとなるため、常温で直接接合ができ、また、接合面の幅が従来より小さくても封止状態を維持することができる。
また、圧電振動素子搭載部材に2つの凹部を設けたので、圧電振動素子のための空間として用いることができ、その他に、他の電子部品を搭載可能に構成することができる。
また、接合面に接合用金属膜を設けたので、圧電振動素子搭載部材と蓋部材との接合強度を向上させることができる。
According to such a piezoelectric vibrator, since the average surface roughness Ra of the bonded surface is 1 nm, direct bonding can be performed at room temperature, and the sealed state can be maintained even if the width of the bonded surface is smaller than the conventional one. Can do.
Moreover, since the two concave portions are provided in the piezoelectric vibration element mounting member, it can be used as a space for the piezoelectric vibration element, and in addition, other electronic components can be mounted.
In addition, since the bonding metal film is provided on the bonding surface, the bonding strength between the piezoelectric vibration element mounting member and the lid member can be improved.
また、このような圧電発振器によれば、圧電振動素子を封止する部分からの気密漏れを防ぐことができるので、歩留まりを向上させることができる。 In addition, according to such a piezoelectric oscillator, it is possible to prevent airtight leakage from a portion that seals the piezoelectric vibration element, so that the yield can be improved.
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、各構成要素について、状態をわかりやすくするために、誇張して図示している。 Next, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. Note that each component is exaggerated for easy understanding of the state.
(第一の実施形態)
図1(a)は、ウェハに外部端子と搭載パッドを設けた状態の一例を示す概念図であり、(b)は圧電振動素子を搭載した状態の一例を示す概念図であり、(c)は蓋部材を接合する前の状態を示す概念図であり、(d)は、蓋部材を接合した状態を示す概念図である。図2は、本発明の第一の実施形態に係る圧電振動子の一例を示す概念図である。
本発明の第一の実施形態に係る圧電振動子101は、圧電振動素子搭載部材10A、圧電振動素子20、蓋部材30Aとから構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1A is a conceptual diagram illustrating an example of a state in which external terminals and mounting pads are provided on a wafer. FIG. 1B is a conceptual diagram illustrating an example of a state in which a piezoelectric vibration element is mounted. Is a conceptual diagram showing a state before the lid member is joined, and (d) is a conceptual diagram showing a state in which the lid member is joined. FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of the piezoelectric vibrator according to the first embodiment of the present invention.
The
図1(b)に示すように、圧電振動素子20は、例えば、圧電片である平面視矩形形状の水晶片21の両主面に励振電極22が設けられており、それぞれの主面に設けられた励振電極22からこの水晶片21の端部側に伸びる引回しパターン23が形成されて構成されている(図1参照)。
この圧電振動素子20は、励振電極22と接続している引回しパターン23と圧電振動素子搭載部材10Aに設けられた搭載パッドPに導電性接着材Dにより接合される。
これにより、圧電振動素子20は圧電振動素子搭載部材10Aに搭載される。
As shown in FIG. 1B, the
The
Thereby, the
圧電振動素子搭載部材10Aは、ガラス又は水晶の脆性材料が用いられ平均表面粗さRaが1nm以下となる表面粗さで形成されている。この圧電振動素子搭載部材10Aは、後述する蓋部材30Aとの接合面においても、平均表面粗さRaが1nm以下となる表面粗さとなっている。
接合面の平均表面粗さRaが1nm以下となることで、常温での直接接合が容易となる。しかし、接合面の平均表面粗さRaが1nmよりも大きい場合、常温での直接接合が困難と成り、加熱しながらの接合となるため、圧電振動素子搭載部材10Aが歪む恐れがある。
The piezoelectric vibration
When the average surface roughness Ra of the bonding surface is 1 nm or less, direct bonding at room temperature is facilitated. However, when the average surface roughness Ra of the bonding surface is larger than 1 nm, direct bonding at room temperature becomes difficult and bonding is performed while heating, so that the piezoelectric vibration element mounting member 10A may be distorted.
また、接合面は、圧電振動素子搭載部材10Aの外周縁に沿って搭載パッドP(図1(a)参照)が設けられている主面に設けられており、その幅は、例えば、20μmとなっている。
この接合面は、後述する蓋部材30Aと重ね合わせる前に、アルゴンプラズマ又は酸素プラズマなどにより表面活性化される。
また、図1(a)に示すように、圧電振動素子搭載部材10Aには、接合面よりも内側に圧電振動素子20を搭載するための搭載パッドPが設けられ、その搭載パッドPが設けられる主面とは反対側の主面に外部端子Gが設けられている。
これら搭載パッドPと外部端子Gとは、予め設けられているスルーホールを介して接続されている。
Further, the bonding surface is provided on the main surface on which the mounting pad P (see FIG. 1A) is provided along the outer peripheral edge of the piezoelectric vibration element mounting member 10A, and the width thereof is, for example, 20 μm. It has become.
This bonding surface is activated by argon plasma or oxygen plasma before being overlapped with a
Further, as shown in FIG. 1A, the piezoelectric vibration element mounting member 10A is provided with a mounting pad P for mounting the
The mounting pad P and the external terminal G are connected through a through hole provided in advance.
蓋部材30Aは、ガラス又は水晶の脆性材料が用いられ平均表面粗さRaが1nm以下となる表面粗さで形成されている。この蓋部材30Aは、圧電振動素子搭載部材10Aとの接合面においても、平均表面粗さRaが1nm以下となる表面粗さとなっている。
この接合面は、圧電振動素子搭載部材10Aと重ね合わせる前に、アルゴンプラズマ又は酸素プラズマなどにより表面活性化される。
接合面の平均表面粗さRaが1nm以下となることで、常温での直接接合が容易となる。しかし、接合面の平均表面粗さRaが1nmよりも大きい場合、常温での直接接合が困難と成り、加熱しながらの接合となるため、蓋部材30Aが歪む恐れがある。
また、図1(c)に示すように、蓋部材30Aには、凹部31が形成されている。この凹部31は、圧電振動素子搭載部材10Aに搭載されている圧電振動素子20を覆う大きさで形成されている。
接合面は、蓋部材30Aの外周縁から凹部31までの間であって、その幅は、例えば、20μmで形成されている。
The
This bonding surface is activated by argon plasma or oxygen plasma before being overlapped with the piezoelectric vibration element mounting member 10A.
When the average surface roughness Ra of the bonding surface is 1 nm or less, direct bonding at room temperature is facilitated. However, when the average surface roughness Ra of the bonding surface is larger than 1 nm, direct bonding at room temperature becomes difficult and bonding is performed while heating, so that the
Moreover, as shown in FIG.1 (c), the recessed
The joining surface is between the outer peripheral edge of the
圧電振動素子20が搭載された圧電振動素子搭載部材10Aと蓋部材30Aとは、接合面を重ね合わせた状態で、常温にて真空雰囲気中で所定の圧力が加えられて直接接合される。ここで、常温とは、例えば20±15℃の範囲とする。
これにより、圧電振動素子搭載部材10Aと蓋部材30Aとが直接接合されて圧電振動子101となる。
The piezoelectric vibration element mounting member 10A on which the
As a result, the piezoelectric vibration element mounting member 10A and the
このように、本発明の第一の実施形態に係る圧電振動子101を構成したので、直接接合を容易に行うことができる構造とすることができる。また、接合面の平均表面粗さRaが1nmとなるため、常温で直接接合ができ、また、接合面の幅が従来より小さくても封止状態を維持することができる。
As described above, since the
次に、本発明の第一の実施形態に係る圧電振動子101の製造方法について説明する。
図1(a)に示すように、複数の圧電振動素子搭載部材10Aは、1枚のウェハに設けられた状態となっている。つまり、このウェハは、複数の圧電振動素子搭載部材10Aとする部分が設けられている。
このウェハを平均表面粗さRaが1nm以下となる表面粗さとなるまで研磨する。なお、平均表面粗さRaは、1nm以下であればよい。また、接合面となる主面の平均表面粗さRaが1nm以下となればよいが、両面の平均表面粗さRaを1nm以下としても良い。
Next, a method for manufacturing the
As shown in FIG. 1A, the plurality of piezoelectric vibration element mounting members 10A are provided on a single wafer. That is, this wafer is provided with a portion to be a plurality of piezoelectric vibration element mounting members 10A.
The wafer is polished until the average surface roughness Ra is 1 nm or less. The average surface roughness Ra may be 1 nm or less. Moreover, the average surface roughness Ra of the main surface to be the bonding surface may be 1 nm or less, but the average surface roughness Ra of both surfaces may be 1 nm or less.
ウェハの平均表面粗さRaが1nm以下となる表面粗さとなったら、スルーホールを所定のレーザー、サンドブラスト、エッチングなどを用いて形成する。
次に、スルーホールをスパッタリング、電解めっき、無電解めっきのいずれかにより埋めた後、搭載パッドPと外部端子Gを形成する。
図1(b)に示すように、この状態で、導電性接着剤Dを用いて圧電振動素子20を搭載パッドPに搭載する。
導電性接着剤Dが硬化した後に圧電振動素子20の励振電極22の一部を除去又は付加して周波数を調整する。
When the average surface roughness Ra of the wafer is 1 nm or less, a through hole is formed using a predetermined laser, sand blasting, etching or the like.
Next, after the through hole is filled with any one of sputtering, electrolytic plating, and electroless plating, the mounting pad P and the external terminal G are formed.
As shown in FIG. 1B, in this state, the
After the conductive adhesive D is cured, a part of the
これら工程と同時又は後に、複数の蓋部材30Aが設けられるウェハを研磨する。
このウェハの研磨も、複数の圧電振動素子搭載部材10Aが設けられるウェハと同様に、平均表面粗さRaが1nm以下となる表面粗さとなるまで研磨する。なお、平均表面粗さRaは、1nm以下であればよい。また、接合面となる主面の平均表面粗さRaが1nm以下となればよいが、両面の平均表面粗さRaを1nm以下としても良い。
この接合面となる主面は、凹部31が設けられる側の主面である。
ウェハの平均表面粗さRaが1nm以下となる表面粗さとなったら、凹部31をサンドブラスト、エッチングなどを用いて形成する。
At the same time or after these steps, the wafer provided with the plurality of
The wafer is also polished until the average surface roughness Ra becomes 1 nm or less, as in the wafer provided with the plurality of piezoelectric vibration element mounting members 10A. The average surface roughness Ra may be 1 nm or less. Moreover, the average surface roughness Ra of the main surface to be the bonding surface may be 1 nm or less, but the average surface roughness Ra of both surfaces may be 1 nm or less.
The main surface serving as the bonding surface is the main surface on the side where the
When the average surface roughness Ra of the wafer is 1 nm or less, the
図1(c)及び(d)に示すように、圧電振動素子20を搭載する。
その後、圧電振動素子搭載部材10Aの接合面を、蓋部材30Aと重ね合わせる前に、アルゴンプラズマ又は酸素プラズマなどにより表面活性化する。
また、蓋部材30Aの接合面を、圧電振動素子搭載部材10Aと重ね合わせる前に、アルゴンプラズマ又は酸素プラズマなどにより表面活性化する。
この状態で、複数の圧電振動素子搭載部材10Aが設けられるウェハと、凹部31が設けられ、複数の蓋部材30Aが設けられるウェハとを重ね合わせる。
このとき、複数の蓋部材30Aが設けられるウェハに設けられた凹部31内に圧電振動素子20が入るように重ね合わせる。
この状態で、真空度が5×10−5Pa以下となる真空雰囲気中で、常温にて所定の圧力を加えてウェハ同士を直接接合する。
As shown in FIGS. 1C and 1D, the
Thereafter, the surface of the bonding surface of the piezoelectric vibration element mounting member 10A is activated with argon plasma or oxygen plasma before being overlapped with the
Further, the surface of the joining surface of the
In this state, the wafer provided with the plurality of piezoelectric vibration element mounting members 10A and the wafer provided with the
At this time, the
In this state, in a vacuum atmosphere in which the degree of vacuum is 5 × 10 −5 Pa or less, wafers are directly bonded to each other by applying a predetermined pressure at room temperature.
接合後、圧電振動素子搭載部材10Aの輪郭、又は/および蓋部材30Aの輪郭に沿って切断し、複数の圧電振動子101(図2参照)とする。
After the joining, the
したがって、接合に加熱する工程が不要となることから、直接接合が容易に行え、また、圧電振動素子搭載部材10A、蓋部材30Aの歪みもなくすことができる。
Therefore, since a heating step for bonding is not required, direct bonding can be easily performed, and distortion of the piezoelectric vibration element mounting member 10A and the
(第二の実施形態)
次に本発明の第二の実施形態に係る圧電振動子について説明する。
図3に示すように、本発明の第二の実施形態に係る圧電振動子102は、凹部11Bが圧電振動素子搭載部材10Bに形成され、蓋部材30Bが平板状に形成されている点で第一の実施形態と異なる。
この本発明の第二の実施形態に係る圧電振動子102は、凹部11Bを有する圧電振動素子搭載部材10B、圧電振動素子20、平板状の蓋部材30Bとから主に構成されている。
(Second embodiment)
Next, a piezoelectric vibrator according to a second embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 3, the
The
圧電振動素子搭載部材10Bは、一方の主面に凹部11Bが設けられており、その凹部11B内部に圧電振動素子20を搭載するための搭載パッドPが設けられている。また、他方の主面には、マザーボードなどの配線基板に接続するための外部端子Gが設けられている。この外部端子Gは、圧電振動素子搭載部材10Bに設けられたスルーホールを介して搭載パッドPと接続している。
この圧電振動素子搭載部材10Bの凹部11Bが設けられる側の主面は、平均表面粗さRaが1nm以下となる表面粗さとなっている。なお、圧電振動素子搭載部材10Bの両主面の平均表面粗さRaを1nm以下としても良い。
The piezoelectric vibration element mounting member 10B is provided with a recess 11B on one main surface, and a mounting pad P for mounting the
The main surface on the side where the concave portion 11B of the piezoelectric vibration element mounting member 10B is provided has a surface roughness with an average surface roughness Ra of 1 nm or less. The average surface roughness Ra of both main surfaces of the piezoelectric vibration element mounting member 10B may be 1 nm or less.
蓋部材30Bは、平板状となっており、平面形状が圧電振動素子搭載部材10Bの外周縁における平面形状と同一となっている。この蓋部材30Bの圧電振動素子搭載部材10Bと接合する側の主面の平均表面粗さRaが、1nm以下となっている。なお、蓋部材30Bの両主面の平均表面粗さRaが1nm以下となる表面粗さとしても良い。 The lid member 30B has a flat plate shape, and the planar shape is the same as the planar shape at the outer peripheral edge of the piezoelectric vibration element mounting member 10B. The average surface roughness Ra of the main surface of the lid member 30B on the side to be joined to the piezoelectric vibration element mounting member 10B is 1 nm or less. The average surface roughness Ra of both main surfaces of the lid member 30B may be a surface roughness that is 1 nm or less.
このように構成される圧電振動素子102は、凹部11Bが設けられたウェハに、それぞれの凹部11B内に設けられた搭載パッドPに圧電振動素子20を搭載し、蓋部材30Bとなる平板状のウェハを、表面活性化した後に重ねて、真空雰囲気中にて、常温の状態で所定の圧力を加えて直接接合を行う。その後、圧電振動素子搭載部材10Bの輪郭、又は/および蓋部材30Bの輪郭に沿って切断し、複数の圧電振動子102とする。
The
このように本発明の第二の実施形態に係る圧電振動子102を構成しても第一の実施形態と同様の効果を奏する。
Thus, even if the
(第三の実施形態)
次に本発明の第三の実施形態に係る圧電振動子について説明する。
図4に示すように、本発明の第三の実施形態に係る圧電振動子103は、圧電振動素子搭載部材10Cに設けられた1つめの凹部11CA内に更に2つめの凹部11CBが設けられた構造となっている点で第二の実施形態と異なる。
(Third embodiment)
Next, a piezoelectric vibrator according to a third embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 4, in the
この圧電振動素子搭載部材10Cは、2つの凹部11CA、11CBが設けられた構造となっている。この凹部11CA、11CBは、圧電振動素子搭載部材10Cの平均表面粗さRaが1nm以下となる表面粗さに研磨する前に形成しても良いし、研磨後に形成しても良い。
研磨する前に凹部11CA、11CBを形成する場合は、ウェハを製造する前に、例えば、ガラス又は水晶の脆性材料を段階的にエッチングを行うことで
段差をつけて凹部11CA、11CBを形成し、焼成することで凹部11CA、11CBを有するウェハとしても良い。
The piezoelectric vibration
When forming the recesses 11CA and 11CB before polishing, before manufacturing the wafer, for example, by forming a step by etching a brittle material of glass or quartz to form the recesses 11CA and 11CB, It is good also as a wafer which has recessed part 11CA and 11CB by baking.
この圧電振動素子搭載部材10Cにおいて、凹部11CA内に搭載パッドPを設け、凹部11CA内に位置するように、この搭載パッドPに圧電振動素子20を搭載する。
このように本発明の第三の実施形態に係る圧電振動子103を構成したので、直接接合を容易に行うことができる構造とすることができる。また、接合面の平均表面粗さRaが1nmとなるため、常温で直接接合ができ、また、接合面の幅が従来より小さくても封止状態を維持することができる。
また、凹部11CAに圧電振動素子20を搭載する構造となるので、凹部11CBが空いた空間となるために、圧電振動素子20の自由端部側が下がっても圧電振動素子搭載部材10Cに接触することがない。これにより、圧電振動素子20の周波数が変化する要因を除去することができる。
In the piezoelectric vibration
Thus, since the
In addition, since the
(第四の実施形態)
次に本発明の第四の実施形態に係る圧電振動子について説明する。
図5に示すように、本発明の第四の実施形態に係る圧電振動子104は、圧電振動素子搭載部材10Dと蓋部材30Dとのそれぞれの接合面に接合用金属膜12、32が設けられている点で第一の実施形態と異なる。
(Fourth embodiment)
Next, a piezoelectric vibrator according to a fourth embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 5, in the
圧電振動素子搭載部材10Dは、搭載パッドPが設けられる側の主面の平均表面粗さRaを1nm以下となるまで研磨されており、その後、搭載パッドPと同時又は別に接合用金属膜12を設ける。この接合用金属膜12は、第一の実施形態における圧電振動素子搭載部材10Aに設けられた接合面に設けられる。
この接合用金属膜12は、後述する蓋部材30Dと重ね合わせる前に、アルゴンプラズマ又は酸素プラズマなどにより表面活性化される。
このように、圧電振動素子搭載部材10Dの平均表面粗さRaが1nm以下となる表面粗さとなる状態で接合用金属膜12を設けると、圧電振動素子搭載部材10Dと接合用金属膜12との密着性が良く、圧電振動素子搭載部材10Dと接合用金属膜12との境目からの気密漏れを防ぐことができる。
The piezoelectric vibration
The
Thus, when the
蓋部材30Dは、凹部31が設けられる側の主面の平均表面粗さRaが1nm以下とるまで研磨されており、その後、凹部31が形成された後に、接合用金属膜32が設けられる。
この接合用金属膜32は、第一の実施形態における蓋部材30Aに設けられた接合面に設けられる。つまり、蓋部材30Dの外周縁と凹部31の縁との間が接合面となり、この接合面に接合用金属膜32が設けられる。
この接合用金属膜32は、圧電振動素子搭載部材10Dと重ね合わせる前に、アルゴンプラズマ又は酸素プラズマなどにより表面活性化される。
このように、蓋部材30Dの平均表面粗さRaが1nm以下となる表面粗さとなる状態で接合用金属膜32を設けると、蓋部材30Dと接合用金属膜32との密着性が良く、蓋部材30Dと接合用金属膜32との境目からの気密漏れを防ぐことができる。
The lid member 30D is polished until the average surface roughness Ra of the main surface on the side where the
The
The
Thus, when the
このように構成された圧電振動素子搭載部材10Dに圧電振動素子20を搭載する。その後、
圧電振動素子搭載部材10Dの接合用金属膜12を、後述する蓋部材30Dと重ね合わせる前に、アルゴンプラズマ又は酸素プラズマなどにより表面活性化する。
また、蓋部材30Dの接合用金属膜32を、圧電振動素子搭載部材10Dと重ね合わせる前に、アルゴンプラズマ又は酸素プラズマなどにより表面活性化する。
この状態で、圧電振動素子搭載部材10Dと蓋部材30Dとを重ね合わせ、真空雰囲気中にて、常温において所定の圧力を加えて直接接合を行う。
これにより、圧電振動素子搭載部材10Dと蓋部材30Dとは接合された状態となる。
具体的には、圧電振動素子搭載部材10Dが複数設けられたウェハに圧電振動素子20をそれぞれ搭載し、複数の蓋部材30Dが設けられたウェハを重ね合わせる。このとき、蓋部材30Dの凹部31内に入らない圧電振動素子搭載部材10Dとなる部分に接合用金属膜12が設けられ、また、蓋部材30Dの凹部31が設けられる主面にも接合用金属膜32が設けられている。
The
The surface of the
Further, the surface of the
In this state, the piezoelectric vibration
Thereby, the piezoelectric vibration
Specifically, each of the
なお、接合用金属膜12、32は、同一材料で構成される。なお、搭載パッドと同一材料で構成しても良い。
The
したがって、圧電振動素子搭載部材10Dの接合用金属膜12と蓋部材30Dの接合用金属膜32とが重なった状態となる。この状態で真空雰囲気中で、常温にて所定の圧力を加えて直接接合が行われ、圧電振動素子搭載部材10Dと蓋部材30Dとが接合される。
その後、圧電振動素子搭載部材10Dと蓋部材30Dとの輪郭で切断を行い、複数の圧電振動子104とする。
このように第四の実施形態に係る圧電振動子104を構成したので、圧電振動素子搭載部材10Dの接合用金属膜12と蓋部材30Dの接合用金属膜32とが直接接合により接合されるため、常温においても所定の圧力を加えることにより直接接合で接合することができる。
Therefore, the
Thereafter, cutting is performed at the contours of the piezoelectric vibration
Since the
これにより、第四の実施形態に係る圧電振動子104は、第一の実施形態よりも気密性を向上させることができる。
Thereby, the
(第五の実施形態)
次に本発明の第五の実施形態に係る圧電発振器について説明する。
図6に示すように、本発明の第五の実施形態に係る圧電発振器105は、第一の実施形態〜第四の実施形態のいずれかに係る圧電振動子101〜104に、すくなくとも発振回路を備えた集積回路素子40を搭載した構造となっている。
(Fifth embodiment)
Next, a piezoelectric oscillator according to a fifth embodiment of the invention will be described.
As shown in FIG. 6, the
この集積回路素子40は、フリップチップ型となっており、単結晶シリコン等から成る本体の下面に、例えば、周囲の温度状態を検知する感温素子(サーミスタ)、圧電振動素子20の温度特性を補償する温度補償データを格納するとともに該温度補償データに基づいて水晶振動素子30の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、該温度補償回路に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路等の電子回路が設けられている。このような発振回路で生成された発振出力は、外部に出力された後、例えば、クロック信号等の基準信号として利用されることとなる。
This
この集積回路素子40をセラミック容器Yに搭載して、第一の実施形態〜第四の実施形態のいずれかに係る圧電振動子に接続される。以下、第一の実施形態に係る圧電振動子101を用いた場合について説明する。
例えば、このセラミック容器Yは、一方の主面に凹部41が形成され、その一方の主面に、圧電振動子101に設けられた外部端子Gの位置に対応した接続端子Sが設けられており、他方の主面にマザーボードなどの配線基板に接続するためのIC側外部端子ICGが設けられている。また、凹部41内には、集積回路素子40に設けられている実装パッドに対応した位置にIC搭載パッドP2が複数、設けられており、このIC搭載パッドP2の所定の2つが、接続端子Sに接続されており、残りのIC搭載パッドP2のうち、所定のものがIC側外部端子IGと接続している。
ここで、圧電振動子101に設けられた外部端子Gとセラミック容器Yの接続端子Sとは、例えば、導電性接着剤D2で接続される。
このように、本発明の第五の実施形態に係る圧電発振器105を構成したので、圧電振動素子20を封止する部分からの気密漏れを防ぐことができ、また、歩留まりを向上させることができる。
The
For example, the ceramic container Y has a
Here, the external terminal G provided on the
As described above, since the
なお、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、蓋部材に凹部が形成され、圧電振動素子搭載部材に凹部が形成された構造であっても良い。 In addition, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. For example, a structure in which a recess is formed in the lid member and a recess is formed in the piezoelectric vibration element mounting member may be used.
10A、10B、10C、10D 圧電振動素子搭載部材
11B、11CA、11CB、31 凹部
12、32 接合用金属膜
20 圧電振動素子
30A、30B、30D 蓋部材
40 集積回路素子
10A, 10B, 10C, 10D Piezoelectric vibration element mounting member 11B, 11CA, 11CB, 31
Claims (5)
凹部を有し平均表面粗さRaが1nm以下となる表面粗さで脆性材料からなる蓋部材と、
を備え、
前記圧電振動素子を搭載した圧電振動素子搭載部材と前記蓋部材とが常温で直接接合されて構成されていることを特徴とする圧電振動子。 A piezoelectric vibration element, and a piezoelectric vibration element mounting member made of a brittle material with a surface roughness at which the average surface roughness Ra is 1 nm or less,
A lid member made of a brittle material with a surface roughness having a recess and an average surface roughness Ra of 1 nm or less;
With
A piezoelectric vibrator comprising: a piezoelectric vibration element mounting member on which the piezoelectric vibration element is mounted and the lid member are directly bonded at room temperature.
凹部を有し平均表面粗さRaが1nm以下となる表面粗さで脆性材料からなる圧電振動素子搭載部材と、
平均表面粗さRaが1nm以下となる表面粗さで脆性材料からなる蓋部材と、
を備え、
前記圧電振動素子を搭載した圧電振動素子搭載部材と前記蓋部材とが常温で直接接合されて構成されていることを特徴とする圧電振動子。 A piezoelectric vibration element;
A piezoelectric vibration element mounting member having a concave portion and made of a brittle material with a surface roughness of 1 nm or less in average surface roughness Ra;
A lid member made of a brittle material with a surface roughness such that the average surface roughness Ra is 1 nm or less;
With
A piezoelectric vibrator comprising: a piezoelectric vibration element mounting member on which the piezoelectric vibration element is mounted and the lid member are directly bonded at room temperature.
少なくとも発振回路を備えた集積回路素子が搭載されて構成されていることを特徴とする圧電発振器。 The piezoelectric vibrator according to any one of claims 1 to 4,
A piezoelectric oscillator comprising an integrated circuit element including at least an oscillation circuit.
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