(第一実施形態)
第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法で製造される水晶デバイスは、図1〜図4に示されているように、水晶素子120と、水晶素子120が実装されている基板110と、基板110と接合され水晶素子120を基板110とで形成される凹部133内に気密封止する蓋体130と、から構成されている。
基板110は、水晶素子120を実装するためのものである。基板110は、例えば、平板状の矩形形状に形成されており、一方の主面に一対の搭載パッド111が設けられ、他方の主面に複数の外部端子112が設けられている。また、基板110には、一対の搭載パッド111と所定の二つの外部端子112とを電気的に接続するための配線パターン(図示せず)が設けられている。基板110は、例えば、アルミナセラミックス、または、ガラスーセラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなっている。基板110は、絶縁層を一層で用いたものであっても、絶縁層を複数層積層させたものであってもよい。ここで、図面に合わせて、外部端子112が設けられている基板110の他方の主面を基板110の下面とし、この基板110の下面と反対側を向く基板110の一方の主面を基板110の上面とする。
搭載パッド111は、水晶素子120を基板110に実装するためのものである。搭載パッド111は、基板110の上面を平面視したとき、基板110の短辺に沿って二つ並ぶように基板110の上面に設けられている。
外部端子112は、電子機器等のマザーボードの実装するためのものであり、電子機器等のマザーボードに実装する際、マザーボード上にある所定の実装パッド(図示せず)に接続固着される。外部端子112は、例えば、四つ設けられており、基板110の下面の四隅に一つずつ設けられている。外部端子112のうち所定の二つは、基板110の配線パターン(図示せず)によって、基板110の上面に設けられている一対の搭載パッド111と電気的に接続されている。ここで、基板110は、基板110の上面を平面視したとき、長辺の寸法が0.6〜5.0mmであり、短辺の寸法が0.4〜3.2mmとなっている。
また、ここで、基板110の作製方法について説明する。基板110がアルミナセラミックスからなる場合、まず、所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加し混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面、または、セラミックグリーンシートに打ち抜きを施し予め設けておいた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷等を用いて導体パターンとなる位置に所定の導電ペーストを塗布する。次に、複数の絶縁層が積層されている場合にはセラミックグリーンシートを積層させプレス加工して高温で焼成する。焼成後、導体パターンの所定の部位、具体的には、搭載パッド111、外部端子112および配線パターンとなる部分に、ニッケルメッキ、または、金メッキ等を施すことにより基板110が作製される。また、導電ペーストは、例えば、タングステン、モリブデン、銅、銀またはパラジウム等の金属粉末の焼結体等から構成されている。
水晶素子120は、安定した機械振動を得ることができ、電子機器等の基準信号を発信するためのものである。水晶素子120は、水晶片121と、水晶片121の表面上に形成されている所定の金属パターン、具体的には、励振電極122(123a,123b)、配線部124(124a,124b)、引出部125(125a,126b)、第一固定部126および第一接続部127とからなる。また、水晶素子120は、導電性接着剤140によって、水晶片121の表面上に形成されている所定の金属パターンの一部、具体的には、第二引出部125bおよび第一固定部126が、基板110の搭載パッド111と電気的に接続されており、保持され、基板110の上面に実装されている。
ここで、図面に合わせて、基板110に実装されたとき、基板110を向く水晶片121の面を水晶片121の下面とし、この水晶片121の下面と反対側を向く水晶片121の面を水晶片121の上面とする。また、水晶片121の上面および水晶片121の下面を水晶片121の主面とする。
水晶片121は、安定した機械振動する圧電材料が用いられ、例えば、水晶が用いられ、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて形成される。水晶片121は、互いに直交しているX軸とY軸とZ軸とからなる結晶軸を有しており、例えば、矩形形状の平板状となっている。水晶片121の主面は、X軸およびZ軸と平行となっている面を、X軸を中心に、X軸の負の方向を見て反時計回りに回転させた面と平行となっており、例えば、約37°回転させた面と平行となっている。水晶片121の側面の一部には、Z軸に平行なm面(図示せず)形成されている。m面は、水晶片121の主面となす角度が90°と回転角度とを合わせた角度をなしており、例えば、約123°となっている。このため、水晶片121は、水晶片121の両主面に電圧を印加し厚みすべり振動により振動させたとき、m面が形成されている水晶片121の端部で厚みすべり振動を生じさせにくくすることができ、水晶片121の端部での振動変位の減衰量を大きくすることが可能となっている。このため、水晶デバイスのクリスタルインピーダンス値が大きくなることを低減させることができ、生産性を向上させることが可能となる。
水晶片121の表面上に形成されている所定の金属パターンは、水晶片121の外部から水晶片121に電圧を印加するためのものである。また、水晶片121の表面上に形成されている所定の金属パターンは、励振電極122(123a,123b)、配線部124(124a,124b)、引出部125(125a,125b)、第一固定部126および第一接続部127からなっている。
励振電極122は、水晶片121の一部分で逆圧電効果を生じさせる水晶片121の一部分で機械振動をさせるためのものである。励振電極122は、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により水晶片121の所定の部分に形成されている。また、励振電極122は、第一励振電極123aと第二励振電極123bとからなっており、第一励振電極123aは水晶片121の上面に形成され、第二励振電極123bは第一励振電極123aと対向するように水晶片121の下面に形成されている。
配線部124は、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により、水晶片121の所定の部分に形成されており、第一配線部124aと第二配線部124bとから構成されている。第一配線部124aは、水晶片121の上面であって第一励振電極123aから水晶片121の上面の縁部側へ延設されている。言い換えると、第一配線部124aは、水晶片121の上面であって、一端が第一励振電極123aに接続されつつ他端が水晶片121の上面の縁部側に位置するように形成されている。第二配線部124bは、水晶片121の下面であって第二励振電極123bから水晶片121の下面の縁部側に延設されている。言い換えると、第二配線部124bは、水晶片121の下面であって、一端が第二励振電極123bに接続されつつ、他端が水晶片121の下面の縁部側に位置するように、形成されている。
引出部125は、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により水晶片121の所定の部分に形成されており、第一引出部125aと第二引出部125bとからなる。第一引出部125aは、水晶片121の上面の縁部であって、第一配線部124aの他端と接続するように形成されている。第二引出部125bは、水晶片121の下面の縁部であって、第二配線部124bの他端と接続するように形成されている。第二引出部125bは、導電性接着剤140によって、基板110に設けられている搭載パッド111と電気的に接着されている。
第一固定部126は、水晶片121の下面の縁部であって、第一引出部125aと対向する位置に形成されている。第一固定部126は、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって、水晶片121の下面の所定の部分に形成されている。第一固定部126は、水晶片121の下面を平面視して、第二引出部125bと、水晶片121の所定の一辺、具体的には、一方の短辺の縁部に沿って二つ並ぶように形成されている。第一固定部126は、導電性接着剤140によって、基板110に設けられている搭載パッド111と電気的に接着されている。
励振電極122、配線部124、引出部125および第一固定部126となる金属パターンは、図4(b)に示しているように、第一金属層M11と第二金属層M12とからなり、第一金属層M11上に第二金属層M12が積層された状態となっている。第一金属層M11は、水晶片121と密着性が良好な金属材料が用いられ、例えば、クロム、ニクロム、チタンまたはニッケルが用いられる。第二金属層M12は、金属材料の中で比較的、電気抵抗率が低い金属材料が用いられ、例えば、金、銀、アルミニウム、金を主とした合金、または、銀を主とした合金が用いられる。
第一接続部127は、水晶片121の上面の縁部に形成されている第一引出部125aと水晶片121の下面の縁部に形成されている第一固定部126とを電気的に接続させるためのものである。第一接続部127は、一端が第一引出部125aと重なり他端が第一固定部126と重なるように、水晶片121の上面、下面および側面に形成されている。接続部127は、蒸着技術またはスパッタリング技術により形成されている。第一接続部127の一端が第一引出部125aと重なるように形成することで、第一接続部127と第一引出部125aとを確実に電気的に接続することが可能となる。同様に、第一接続部127の他端が第一固定部126と重なるように形成することで、第一接続部126と第一固定部127とを確実に電気的に接続することが可能となる。
第一接続部127は、図4(b)に示したように、第三金属層M13と第四金属層M14とからなり、第三金属層M13上に第四金属層M14が積層された状態となっている。従って、第一接続部127の一端側に着目すると、第一接続部127が第一引出部125a上に重なるように設けられているので、水晶片121上に、第一金属層M11、第二金属層M12、第三金属層M13、第四金属層M14の順で積層された構造となっている。また、第一接続部127の他端側に着目すると、第一接続部127が第一固定部126上に重なるように設けられているので、水晶片121上に、第一金属層M11、第二金属層M12、第三金属層M13、第四金属層M14の順で積層された構造となっている。第三金属層M13は、水晶片121と密着性が良好な金属材料が用いられ、例えば、クロム、ニクロム、チタンまたはニッケルが用いられる。第四金属層M14は、金属材料の中で比較的、電気抵抗率が低い金属材料が用いられ、例えば、金、銀、アルミニウム、金を主とした合金、または、銀を主とした合金が用いられる。
また、第一接続部127は、水晶片121の上面側の第一接続部127の端部が、水晶片121の上面を平面視したとき、水晶片121の下面に形成されている第一固定部126と重なる位置に位置している。従って、水晶片121の上面側から透視しつつ平面視したとき、第二励振電極123a側を向く第一接続部127の辺と第一接続部127側を向く第二励振電極123bの辺との距離は、第二励振電極123b側を向く第一固定部126の辺と第一固定部126側を向く第二励振電極123bの辺との距離より、長くなる。このため、第一接続部127と第二励振電極123bとの間で逆圧電効果が生じスプリアス振動による振動が生じることを低減させることが可能となっている。
また、第一接続部127は、水晶片121の下面を平面視して、第一固定部126および第二引出部125bが二つ並んで形成されている水晶片121の所定の一辺、具体的には、水晶片121の一方の短辺を含む側面に、その一部が形成されている。つまり、第一接続部127の一部は、水晶片121の一方の短辺を含む側面に形成されている。これにより、水晶片121の側面に形成されている第一接続部127の一部と第二励振電極123bとの距離を、水晶片121の一方の長辺を含む側面に形成した場合と比較して、長くすることが可能となる。
水晶デバイスとして用いる場合、水晶デバイスの外部から電圧が印加されることとなる。このとき、第一固定部126と第二引出部125bとには極性の異なる電荷が加わるので、第一固定部126と電気的に接続されている第一接続部127と、第二引出部125bと電気的に接続されている第二励振電極123bと、には、極性の異なる電荷が蓄積される。
一般的に、蓄積される電荷の量は、それぞれの体積によってことなり、体積が大きい程蓄積される電荷の量は多くなる。また、圧電材料においては、極性の異なる電荷の量の際が大きい程、生じる電界の強さが強くなり、逆圧電効果が生じやすくなるという特性がある。
このため、第一接続部127により第一固定部126と第一引出部125aとを確実に電気的に接続させるために、第一接続部127の上下方向の膜厚を厚くしたり、第一接続部127の幅を広くしても、第一接続部127と第二励振電極123bとで逆圧電効果が生じスプリアス振動による振動が生じることを低減させることが可能となる。この結果、スプリアス振動による水晶デバイスのクリスタルインピーダンス値が大きくなるといった不良を軽減させることができ、生産性を向上させることができる。
また、第一接続部127の一部を水晶片121の一方の短辺を含む側面に形成することで、より、第一接続部127の側面に形成されている部分と第二励振電極123bとの距離を長くすることができる。従って、距離を長くできた分だけ、第一接続部127と第二励振電極123bとでスプリアス振動による振動が生じることを低減させることができ、水晶デバイスのクリスタルインピーダンス値が大きくなるといった不良を低減させ、より生産性を向上させることが可能となる。
第一実施形態では、水晶片121の上面に形成されている第一励振電極123aが、第一配線部124a、第一引出部125aおよび第一接続部127を介して第一固定部126と電気的に接続されており、水晶片121の下面に形成されている第二励振電極123bが、第二配線部124bを介して第二引出部125bと電気的に接続されている。
ここで、水晶素子120の動作について説明する。水晶素子120は、外部から第一固定部126および第二引出部125bに電圧が印加されると、第一固定部126と電気的に接続されている第一励振電極123a、および、第二引出部125bと電気的に接続されている第二励振電極123bに電圧が印加されることとなり、第一励振電極123aと第二励振電極123bに異なる電荷が蓄積されこととなり、逆圧電効果によって第一励振電極123aと第二励振電極123bとで挟まれている水晶片121の一部に歪みが生じ、変形する。その結果、水晶片121は、変形前の姿に戻ろうとするため、圧電効果により第一励振電極123aおよび第二励振電極123bに最初に蓄積された電荷と極性の異なる電荷が蓄積される。つまり、第一励振電極123aおよび第二励振電極123bに電圧が印加されると、水晶素子120は、圧電効果および逆圧電効果により第一励振電極123aおよび第二励振電極123bに挟まれた水晶片121の一部が振動する。従って、水晶素子120に交流電圧を印加すると、第一励振電極123aおよび第二励振電極123bに異なる電荷が交互に蓄積され変形することとなり、第一励振電極123aおよび第二励振電極123bに挟まれている水晶片121の一部を振動させることができる。
また、ここで、水晶素子120の大きさについて説明する。水晶片121は、水晶片121の上面を平面視して、長辺が0.5〜4.6mmとなっており、短辺が0.4〜2.8mmとなっており、上下方向の厚みが10〜300μmとなっている。第一励振電極123aの大きさは、水晶素子120を上面から平面視して、水晶片121の長辺に平行な辺が0.3〜2.7mmとなっており、水晶片121の短辺に平行な辺が0.3〜4.6mmとなっており、上下方向の厚みが50〜500Åとなっている。引出部125および第一固定部126の大きさは、水晶素子120を平面視して、水晶片121の短辺に平行な辺が0.05〜1.0mmとなっており、水晶片121の長辺に平行な辺が0.05〜1.0mmとなっており、上下方向の厚みが50〜500Åとなっている。配線部124の長さ、具体的には、水晶素子120の上面を平面視して、第一励振電極123a側を向く第一引出部125aの辺と第一引出部125a側を向く第一励振電極123aの辺との長さが、0.03〜3.0mmとなっている。
また、配線部124の上下方向の厚みは、50〜500Åとなっている。第一接続部127は、上下方向の厚みが、50〜500Åとなっている。
また、ここで、導電性接着剤140を用いて、水晶素子120を基板110に設けられている搭載パッド111に電気的に接着させ、基板110に水晶片121を実装する方法について説明する。まず、導電性接着剤140が、例えば、ディスペンサによって、一対の搭載パッド111上に塗布される。その後、水晶素子120が導電性接着剤140上に搬送され、水晶素子120と搭載パッド111とで導電性接着剤140を挟むように水晶素子120が載置され、その状態で加熱硬化される。このとき、一方の搭載パッド111に塗布されている導電性接着剤140は、一方の搭載パッド111と第一固定部126とで挟まれており、他方の搭載パッド111に塗布されている導電性接着剤140は、他方の搭載パッド111と第二引出部125bとで挟まれている。導電性接着剤140は、加熱硬化されることで、一方の搭載パッド111と第一固定部126とを電気的に接着しつつ、他方の搭載パッド111と第二引出部125bとを電気的に接着している。
導電性接着剤140は、水晶素子120と基板110に実装するためのものである。導電性接着剤140は、シリコーン系の樹脂バインダーの中に導電フィラーとしての導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケルまたはニッケル鉄のいずれか、或いはこれら組み合わせたものを含むものが用いられている。また、バインダーとしては、例えば、シリコーン系の樹脂、エポキシ系の樹脂、ポリイミド系の樹脂、または、ビスマレイミド系の樹脂が用いられる。
蓋体130は、基板110の上面と接合部材150により接合されて、基板110の上面に実装されている水晶素子120を気密封止するためのものである。また、蓋体130は、封止基部131と封止枠部132とから構成されている。
封止基部131は、矩形形状の平板状となっており、その主面の大きさが水晶片121の主面より大きく、かつ、基板110の上面より小さくなっている。また、封止基部131の下面と封止枠部132の内壁により凹部133が形成されている。
封止枠部132は、枠部132aおよび鍔部132bから構成されている。枠部132aは、蓋体130に凹部133を形成するためのものであり、封止基部131の下面の外縁に沿って設けられている。凹部133内には、基板110の上面に実装されている水晶素子120が収容される。鍔部132bは、蓋体130と基板110とを接合する面積を確保し接合強度を上げるためのものである。鍔部132bは、枠部132aの外周面に沿って環状でかつ、枠部132aの外周側へ延設されている。
封止基部131および封止枠部132は、例えば、鉄、ニッケル、または、コバルトの少なくともいずれかを含む合金からなり、一体的に形成されている。このような蓋体130は、真空状態にある凹部133、または、窒素ガスなどが充填された凹部133を気密封止するためのものである。具体的には、蓋体130は、所定の雰囲気中で、封止枠部132の下面(枠部132aの下面および鍔部132bの下面)と基板101の上面との間に設けられた接合部材150とに熱が印加されることで、接合部材150が溶融され、封止枠部132の下面と基板110の上面とが溶融接合される。
ここで、蓋体130の作製方法について説明する。蓋体130の作製には、例えば、従来周知のプレス加工が用いられる。矩形形状の平板を準備し、蓋体130の凹部133と同じ形状となっている凸部と凹部とを有した一対の金型で平板を挟み加圧し、封止基部131および封止枠部132が設けられ凹部133が形成される。このようにして、蓋体130は、プレス加工を用いて平板を塑性加工し、作製している。
接合部材150は、蓋体130の封止枠部132の下面と基板110の上面との間、具体的には、枠部132aの下面と基板110の上面との間および鍔部132bの下面と基板110の上面との間に設けられており、蓋体130と基板110とを接合するためのものである。接合部材150は、例えば、ガラスの場合には、300℃から400℃で溶融するガラスであり、例えば、バナジウムを含有した低融点ガラス、または、酸化鉛系ガラスから構成されている。酸化鉛系ガラスの組成は、酸化鉛、フッ化鉛、二酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ホウ素、酸化亜鉛、酸化第二鉄、酸化銅、および、酸化カルシウムから構成されている。
次に、接合部材150を用いて、蓋体130と基板110とを接合する方法について説明する。接合部材150の原料となるガラスは、バインダーと溶剤とが加えられたペースト状であり、溶融された後、固化されることで他の部材と接着する。接合部材150は、例えば、ガラスフリットペーストをスクリーン印刷法で封止枠部132の下面、具体的には、枠部132aの下面および鍔部132bの下面に塗布され乾燥することで設けられている。
また、接合部材150は、例えば、絶縁性樹脂の場合には、エポキシ系樹脂、または、ポリイミド系樹脂から構成されている。このとき、絶縁性樹脂は、蓋体130の封止枠部132の下面に塗布される。絶縁性樹脂が塗付された蓋体130は、封止枠部132の下面と基板110の上面とで絶縁性樹脂を挟むように載置される。その後、絶縁性樹脂を加熱硬化させて、蓋体130と基板110とを接合している。
次に、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法について説明する。第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法は、図5〜図14に示したように、水晶ウエハ形成工程、水晶片部形成工程、励振電極形成工程、配線部形成工程、引出部形成工程、固定部形成工程、接続部形成工程、個片化工程、実装工程および蓋体接合工程から構成されている。
なお、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、励振電極形成工程、配線部形成工程、引出部形成工程、および固定部形成工程をそれぞれ別々に行っている場合について説明するが、励振電極形成工程、配線部形成工程、引出部形成工程、および固定部形成工程を同時に行っても構わない。また、実装工程において、水晶片121を実装したときに、基板110側を向く水晶片121の向く面となる水晶ウエハ160の面を、水晶ウエハ160の下面とする。また、この水晶ウエハ160の下面と反対側を向く水晶ウエハ160の面を、水晶ウエハ160の上面とする。
(水晶ウエハ形成工程)
水晶ウエハ形成工程は、互いに直交しているX軸とY軸とZ軸とからなる結晶軸を有した平板状の水晶ウエハ160を形成する工程である。水晶ウエハ形成工程では、互いに直交しているX軸とY軸とZ軸とからなる結晶軸を有した人工水晶体が用いられる。水晶ウエハ形成工程で形成される水晶ウエハ160の主面は、例えば、X軸およびZ軸に平行となっている面を、X軸を中心に、X軸の負の方向を見て反時計回りに所定の角度、例えば、約37°回転させた面と平行となっている。また、水晶ウエハ形成工程で形成される水晶ウエハ160は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断された後、両主面が研磨されて、その上下方向の厚みが所定の厚みとなっている。
ここで、水晶ウエハ160は、例えば、略矩形形状の平板状となっており、平面視したときの寸法が、所定の一辺の寸法が10〜約102mmであり、措定の一辺に接続している一辺の寸法が10〜約102mmとなっている。このとき、水晶ウエハ160の上下方向の厚みは、0.020mm〜0.070mmとなっている。なお、水晶ウエハ160が略矩形形状の平板状となっている場合について説明しているが、円形形状または楕円形状の平板状となっていてもよく、平面視したときの大きさは、直径が10.0〜101.6mmとなっている。
(水晶片部形成工程)
水晶片部形成工程は、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、水晶ウエハ160の所定の位置に、略矩形形状の平板状に形成しつつ主面の所定の一辺側で固定している水晶片部を形成する工程である。ここで、水晶片部とは、水晶片121となる部分のことであり、以下の説明および図面では、水晶片部を水晶片と同じ符号を付して説明する。
水晶片部形成工程では、まず、水晶ウエハ160の両主面に金属膜を被着させ、この金属膜上に感光性レジストを塗布し、所定のパターンに露光し、現像する。その後、水晶ウエハ160を所定のエッチング溶液に浸漬させて、水晶片形成用貫通穴161を形成している。これにより、水晶ウエハ160には、複数の水晶片部121が形成される。また、結晶軸の軸方向によってエッチングのされ方が異なることを利用し、水晶片部121の側面の一部にZ軸と平行なm面を形成している。
また、水晶片部形成工程では、水晶片形成用貫通穴161を形成すると同時に、水晶片部121の所定の一辺側に貫通穴162が形成している。従って、水晶片部形成工程後の水晶片部121は、水晶ウエハ160の上面を平面視すると、水晶片部121の所定の一辺の両端部で水晶ウエハ160に固定された状態となっている。このため、第一実施形態における水晶デバイスの製造方法の水晶片部形成工程では、水晶ウエハ160の状態のまま、水晶片部121の所定の一辺を含んだ側面が形成することができる。この結果、後述する接続部形成工程において、水晶ウエハ160の状態で水晶片部121の所定の一辺を含んだ側面に第一接続部127の一部を容易に形成することが可能となる。
また、水晶片部形成工程では、水晶片部121の上面を平面視したとき、水晶片部121が固定されている一辺の長さが水晶片部121の固定されている一辺に接続されている一辺の長さよりも短くなっている。つまり、水晶片部121は、水晶片部121の上面を平面視したとき、水晶片部121の一方の短辺側で固定されていることとなる。
(励振電極形成工程)
励振電極形成工程は、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、水晶片部121の上面に第一励振電極123aを形成し、水晶片部121の下面に第二励振電極123bを形成している。つまり、励振電極形成工程では、第一励振電極123aと第二励振電極123bとからなる励振電極122を形成している。励振電極形成工程では、まず、水晶片部121が形成されている水晶ウエハ160の両主面に金属膜を被着させ、この金属膜上に感光性レジストを塗布し、所定のパターンに露光し、現像する。その後、水晶ウエハ160を所定のエッチング溶液に浸漬させて、不要な部分の金属膜を除去している。この結果、水晶片部121の上面に第一励振電極123aとなる金属パターンが形成され、水晶片部121の下面に第二励振電極123bとなる金属パターンが形成される。第一励振電極123aは、水晶片部121の上面の中央部付近に形成される。第二励振電極123bは、水晶片部121の下面であって、第一励振電極123aと対向する位置に形成される。
励振電極形成工程において、水晶ウエハ160の両主面に形成される金属膜は、第一金属膜と第二金属膜とからなり、第一金属膜上に第二金属膜が積層された状態となっている。従って、励振電極形成工程において、形成された所定の金属パターンは、不要な部分が除去された第一金属膜および不要な部分が除去された第二金属膜からなり、これらが積層された状態となっている。ここで、不要な部分が除去された第一金属膜を第一金属層M11とし、不要な部分が除去された第二金属膜を第二金属層M12とする。従って、励振電極形成工程において、形成された所定の金属パターンは、第一金属層M11と第二金属層M12とからなり、第一金属層M11上に第二金属層M12が積層された状態となっている。
第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の励振電極形成工程では、第一励振電極123aおよび第二励振電極123bをフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により形成している。従って、第一励振電極123aおよび第二励振電極123bを真空蒸着技術またはスパッタリング技術を用いて形成するときのように外周部がエッチングされた後の水晶ウエハ160の外形で位置合わせをすることがないので、真空技術またはスパッタリング技術を用いて形成する場合と比較して、水晶片部121の所定の位置に精度よく形成することが可能となる。このため、第一励振電極123aおよび第二励振電極123bが水晶片部121の所定の位置に対してずれていることによる水晶デバイスのクリスタルインピーダンス値が大きくなることを低減させることができ、生産性を向上させることが可能となる。
また、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、水晶ウエハ160の表面上に第一金属膜を被着させ、第一金属膜上に第二金属膜を積層させて、金属膜を形成させている。このとき、第一金属膜に用いられる金属材料は、第二金属膜に用いられる金属材料と比較して水晶ウエハ160に密着しやすい性質となっている。従って、金属膜を第一金属膜上に第二金属膜が設けられ積層状態とすることで、水晶ウエハ160と密着しにくい性質の金属材料であっても、第二金属膜として用いることができる。仮に、第一金属膜を設けることなく第二金属膜のみを水晶ウエハ160に被着させ、フォトリソグラフィー技術またはエッチング技術を用いる場合、第二金属膜と水晶ウエハ160との密着強度が弱いため、第二金属膜の一部、または、全面が剥離してしまい、所定のパターンの金属膜を形成することができず、生産性が低減する虞がある。つまり、本実施形態では、所定の金属パターンを形成するときに水晶ウエハ160上に設ける金属膜を、第一金属膜および第二金属膜からなり、第一金属膜上に第二金属膜を積層させた金属膜とすることで、作業時における金属膜の剥離を低減させることができ、生産性を向上させることが可能となる。
また、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法で形成された励振電極123は、第一金属層M11上に第二金属層M12が積層された状態となっている。このとき、第一金属層M11に用いられる金属材料は、第二金属層M12に用いられる金属材料と比較して、水晶片部121に密着しやすい性質となっている。従って、第二金属層M12を第一金属層M11上に積層させた状態にすることで、第二金属層M12に水晶片部121と密着しにくい金属材料を用いることができる。仮に、励振電極123が第一金属層M11を設けることなく第二金属層M12のみからなる場合、実装工程で吸着ノズルにより水晶素子120を移動させる際に、吸着ノズルとの接触、または、吸着ノズルによる吸引により、第二金属層M12の一部が剥離してしまい、クリスタルインピーダンス値が大きくなる虞がある。つまり、本実施形態では、励振電極123を第一金属層M11および第一金属層M11上に積層される第二金属層M12から構成することで、水晶デバイスの製造時に、水晶素子120の励振電極123が剥離することによりクリスタルインピーダンス値が大きくなることを低減させている。
(配線部形成工程)
配線部形成工程は、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、第一励振電極123aから水晶片部121の上面の縁部に向かって延設するように第一配線部124aを形成し、第二励振電極123bから水晶片部121の下面の縁部に向かって延設するように第二配線部124bを形成する工程である。つまり、配線部形成工程では、第一配線部124aおよび第二配線部124bからなる配線部124を形成している。配線部形成工程では、まず、水晶片部121が形成されている水晶ウエハ160の両主面に金属膜を被着させ、この金属膜上に感光性レジストを塗布し、所定のパターンに露光し、現像する。その後、水晶ウエハ160を所定のエッチング溶液に浸漬させて、不要な部分の金属膜を除去している。この結果、第一配線部124aおよび第二配線部124bが形成される。
配線部形成工程において、水晶ウエハ160の両主面に形成される金属膜は、第一金属膜と第二金属膜による複数の金属膜とし、第一金属膜上に第二金属膜が積層された状態となっている。従って、配線部形成工程において、形成された所定の金属パターンは、不要な部分が除去された第一金属膜および不要な部分が除去された第二金属膜からなり、これらが積層された状態となっている。ここで、不要な部分が除去された第一金属膜を第一金属層M11とし、不要な部分が除去された第二金属膜を第二金属層M12とする。従って、配線部形成工程において、形成された所定の金属パターンは、第一金属層M11と第二金属層M12とからなり、第一金属層M11上に第二金属層M12が積層された状態となっている。
第一配線部124aは、水晶片部121の上面であって、第一励振電極123aから水晶片部121の上面の縁部に向かって延設されている。つまり、第一配線部124aは、一端が第一励振電極123aに接続され、他端が水晶片部121の上面の端部に位置するように、水晶片部121の上面に形成されている。第一配線部124aは、水晶片部121の上面を平面視したとき、例えば、第一励振電極123aから水晶片部121が固定されている所定の一辺側に向かって延設されている。
第二配線部124bは、水晶片部121の下面であって、第二励振電極123bから水晶片部121の下面の縁部に向かって延設されている。つまり、第二配線部124bは、一端が第二励振電極123bに接続され、他端が水晶片部121の下面の端部に位置するように、水晶片部121の下面に形成されている。第二配線部124bは、水晶片部121の下面を平面視したとき、例えば、第二励振電極123bから水晶片部121が固定されている所定の一辺側に向かって延設されている。
また、配線部形成工程では、水晶ウエハ160の表面上に第一金属膜を被着させ、この第一金属膜上に第二金属膜を積層させて、金属膜を形成している。励振電極形成工程の場合と同様に、第一金属膜に用いられている金属材料は、第二金属膜に用いられている金属材料と比較して、水晶ウエハ160に密着しやすい性質となっている。従って、第一実施形態の配線部形成工程において、所定の金属パターンを形成するときに水晶ウエハ160上に設ける金属膜を、第一金属膜および第二金属膜による複数の金属膜とし、第一金属膜上に第二金属膜を積層させた金属膜とすることで、励振電極形成工程の場合と同様に、配線部となる所定の金属パターンを形成するときに、作業時に金属膜が剥離することを低減させることができ、生産性を向上させることが可能となる。
また、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法で形成された配線部124は、第一金属層M11上に第二金属層M12が積層された状態となっている。このとき、第一金属層M11に用いられる金属材料は、第二金属層M12に用いられる金属材料と比較して、水晶片部121に密着しやすい性質となっている。従って、第二金属層M12を第一金属層M11上に積層させた状態にすることで、第二金属層M12に水晶片部121と密着しにくい金属材料を用いることができる。仮に、配線部124が第一金属層M11を設けることなく第二金属層M12のみからなる場合、実装工程で吸着ノズルにより水晶素子120を移動させる際に、吸着ノズルとの接触、または、移動時に基板110との接触により、配線部124の一部が剥離し、配線部124が極端に細くなり、その結果、クリスタルインピーダンス値が大きくなる虞がる。つまり、本実施形態では、配線部124を第一金属層M11および第一金属層M11上に積層される第二金属層M12から構成することで、水晶デバイス製造時に、配線部124が剥離することによりクリスタルインピーダンス値が大きくなることを低減させている。
(引出部形成工程)
引出部形成工程は、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、水晶片部121の上面の縁部に第一配線部124aと電気的に接続した第一引出部125aを形成し、水晶片部121の下面の縁部に第二配線部124bと電気的に接続した第二引出部125bを形成する工程である。つまり、引出部形成工程では、第一引出部125aおよび第二引出部125bからなる引出部125を形成している。引出部形成工程では、まず、水晶片部121が形成されている水晶ウエハ160の両主面に金属膜を被着させ、この金属膜上に感光性レジストを塗布し、所定のパターンに露光し、現像する。その後、水晶ウエハ160を所定のエッチング溶液に浸漬させて、不要な部分の金属膜を除去している。この結果、第一引出部125aおよび第二引出部125bが形成される。
第一引出部125aは、水晶片部121の上面であって、水晶片部121が固定されている水晶片部121の一辺の縁部に形成されている。第二引出部125bは、水晶片部121の下面であって、水晶片部121が固定されている水晶片部121の一辺の縁部に形成されている。また、水晶片部121の上面を平面視しつつ水晶片部121の下面を透視したとき、第一引出部125aと第二引出部125bとは、水晶片部121が固定されている水晶片部121の一辺に沿って二つ並んで形成されている。つまり、第一引出部125aと第二引出部125bとは、対向しないように形成されている。
引出部形成工程において、水晶ウエハ160の両主面に形成される金属膜は、第一金属膜と第二金属膜による複数の金属膜とし、第一金属膜上に第二金属膜が積層された状態となっている。従って、引出部形成工程において、形成された所定の金属パターンは、不要な部分が除去された第一金属膜および不要な部分が除去された第二金属膜からなり、これらが積層された状態となっている。ここで、不要な部分が除去された第一金属膜を第一金属層M11とし、不要な部分が除去された第二金属膜を第二金属層M12とする。従って、引出部形成工程において、形成された所定の金属パターンは、第一金属層M11と第二金属層M12とからなり、第一金属層M11上に第二金属層M12が積層された状態となっている。
また、引出部形成工程では、水晶ウエハ160の表面上に第一金属膜を被着させ、この第一金属膜上に第二金属膜を積層させて、金属膜を形成している。励振電極形成工程の場合と同様に、第一金属膜に用いられている金属材料は、第二金属膜に用いられている金属材料と比較して、水晶ウエハ160に密着しやすい性質となっている。従って、第一実施形態の引出部形成工程において、所定の金属パターンを形成するときに水晶ウエハ160上に設ける金属膜を、第一金属膜および第二金属膜による複数の金属膜とし、第一金属膜上に第二金属膜を積層させた金属膜とすることで、励振電極工程の場合と同様に、固定部となる所定の金属パターンを形成するときに、作業時に金属膜が剥離することを低減させることができ、生産性を向上させることが可能となる。
また、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法で形成された第一引出部125aは、第一金属層M11上に第二金属層M12が積層された状態となっている。このとき、第一金属層M11に用いられる金属材料は、第二金属層M12に用いられる金属材料と比較して、水晶片部121に密着しやすい性質となっている。従って、第二金属層M12を第一金属層M11上に積層させた状態にすることで、第二金属層M12に水晶片部121と密着しにくい金属材料を用いることができる。仮に、第一引出部125aが第一金属層M11を設けることなく第二金属層M12のみからなる場合、実装工程で吸着ノズルにより水晶素子120を移動させる際に、吸着ノズルとの接触、または、移動時に基板110との接触により、第一引出部125aの一部が剥離して、接続部127と第一配線部124aとを電気的に接続させることが困難となる虞がある。つまり、本実施形態では、第一引出部125aを第一金属層M11および第一金属層M11上に積層される第二金属層M12から構成することで、水晶デバイス製造時に、第一引出部125aが剥離することによる第一配線部124aと接続部127との導通不良を軽減させることが可能となる。
(固定部形成工程)
固定部形成工程では、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、水晶片部121の下面であって、第一引出部125aと対向する位置に第一固定部126を形成する工程である。固定部形成工程では、まず、水晶片部121が形成されている水晶ウエハ160の両主面に金属膜を被着させ、この金属膜上に感光性レジストを塗布し、所定のパターンに露光し、現像する。その後、水晶ウエハ160を所定のエッチング溶液に浸漬させて、不要な部分の金属膜を除去している。この結果、第一固定部126が形成される。従って、水晶片部121の上面を平面視しつつ水晶片部121の下面を透視したとき、第一引出部125aと第二引出部125bとは、水晶片部121が固定されている水晶片部121の一辺に沿って二つ並んで形成されているので、水晶片部121の下面を平面視したとき、第一固定部126と第二引出部125bとが水晶片部121が固定されている水晶片部121の一辺に沿って二つ並んで形成されていることとなる。
固定部形成工程において、水晶ウエハ160の両主面に形成される金属膜は、第一金属膜と第二金属膜による複数の金属膜とし、第一金属膜上に第二金属膜が積層された状態となっている。従って、固定部形成工程において、形成された所定の金属パターンは、不要な部分が除去された第一金属膜と不要な部分が除去された第二金属膜とからなり、これらが積層された状態となっている。ここで、不要な部分が除去された第一金属膜を第一金属層M11とし、不要な部分が除去された第二金属膜を第二金属層M12とする。従って、固定部形成工程において、形成された所定の金属パターンは、第一金属層M11と第二金属層M12とからなり、第一金属層M11上に第二金属層M12が積層された状態となっている。
また、固定部形成工程では、水晶ウエハ160の表面上に第一金属膜を被着させ、この第一金属膜上に第二金属膜を積層させて、金属膜を形成している。励振電極形成工程の場合と同様に、第一金属膜に用いられている金属材料は、第二金属膜に用いられている金属材料と比較して、水晶ウエハ160に密着しやすい性質となっている。従って、第一実施形態の固定部形成工程において、所定の金属パターンを形成するときに水晶ウエハ160上に設ける金属膜を、第一金属膜および第二金属膜からなり、第一金属膜上に第二金属膜を積層させた金属膜とすることで、励振電極工程の場合と同様に、固定部126となる所定の金属パターンを形成するときに、作業時に金属膜が剥離することを低減させることができ、生産性を向上させることが可能となる。
また、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法で形成された固定部126は、第一金属層M11上に第二金属層M12が積層された状態となっている。このとき、第一金属層M11に用いられる金属材料は、第二金属層M12に用いられる金属材料と比較して、水晶片部121に密着しやすい性質となっている。従って、第二金属層M12を第一金属層M11上に積層させた状態にすることで、第二金属層M12に水晶片部121を密着しにくい金属材料を用いることができる。仮に、固定部126が第一金属層M11を設けることなく第二金属層M12のみからなる場合、実装工程において、導電性接着剤140によって固定部126と基板110の搭載パッド111とを接着する際に、導電性接着剤140が硬化するときに生じる収縮応力により、固定部126が剥離してしまい、固定部126が電気的に接続されるはずの接続部127と固定部126との導通がとれなくなる虞がある。つまり、本実施形態では、固定部126を第一金属層M11および第一金属層M11上に積層される第二金属層M12から構成することで、水晶デバイス製造時に、固定部126が剥離することによる導通不良を低減させることが可能となる。
ここで、励振電極形成工程、配線部形成工程、引出部形成工程、および、固定部形成工程において、第一金属膜、第二金属膜は、同一の金属材料を用いている。従って、励振電極形成工程、配線部形成工程、引出部形成工程、および、固定部形成工程で形成される所定の金属パターンは、第一金属層M11および第一金属層M11上に積層される第二金属層M12から構成されることとなる。
第一金属層M11は、水晶片部121と密着性が良好な金属材料が用いられ、例えば、クロム、ニクロム、チタン、または、ニッケルが用いられる。第二金属層M12は、金属材料の中で比較的電気抵抗率が低い金属材料が用いられ、例えば、金、銀、アルミニウム、金を主とした合金、または銀を主とした合金が用いられる。第一実施形態中では、第一金属層M11にはクロムが用いられ、第二金属層M12には金が用いられている。第二金属層M12に金(または、金を主成分とする合金)を用いることで、所定の金属パターンが原因でクリスタルインピーダンス値が大きくなることを抑えつつ、第二金属層M12が周囲の酸化することによる、水晶素子の周波数変化を低減させることが可能となっている。
(接続部形成工程)
接続部形成工程は、蒸着技術またはスパッタリング技術を用いて、一端が第一引出部125aと重なり他端が第一固定部126と重なるように、水晶片部121の上面、下面および側面に第一接続部127を形成する工程である。接続部形成工程では、所定のパターンの金属膜被着用貫通穴が形成されている金属マスクで、水晶片部121が形成されている水晶ウエハ160を挟んだ状態で、蒸着またはスパッタリングが行われ、所定のパターンの金属膜が水晶片部121の所定の部分に被着される。
接続部形成工程において、形成される所定のパターンの金属膜は、第三金属層M13および第四金属層M14による複数の金属層とし、第三金属層M13上に第四金属層M14が積層された状態となっている。従って、第一接続部127の一端が第一引出部125a上に重なるように設けられており、第一接続部127の他端が第一固定部126上に重なるように設けられているので、第一接続部127の両端部に着目すると、第一金属層M11、第二金属層M12、第三金属層M13、第四金属層M14の順で積層された構造となっている。
第三金属層M13は、水晶片部121と密着性の良好な金属材料が用いられ、例えば、クロム、ニクロム、チタン、または、ニッケルが用いられる。第三金属層M13に水晶片部121と密着性の良好な金属材料を用いることで、従って、第三金属層M13上に第四金属層M14が設けられた積層状態にすることで、水晶片部121の側面において、水晶片部121と密着しにくい性質の金属材料であっても、第四金属として用いることができる。仮に、第一接続部127が第三金属層M13を設けることなく第四金属層M14のみからなる場合、実装工程で吸着ノズルにより水晶素子120を移動させる際に、吸着ノズルとの接触、または、移動時に基板110との接触により、第一接続部127の一部が剥離して、第一引出部125aと第一固定部126とを電気的に接続させることが困難となる虞がある。つまり、本実施形態では、第一接続部127を第三金属層M13および第三金属層M13上に積層される第四金属層M14から構成することで、水晶デバイス製造時に、第一接続部127が剥離することによる第一引出部125aと第一固定部126との導通不良を軽減させることが可能となる。
第四金属層M14は、金属材料の中で比較的電気抵抗率が低い金属材料が用いられる。これにより、第一接続部127が原因でクリスタルインピーダンス値が大きくなることを抑えることができる。第四金属層M14は、例えば、金、銀、アルミニウム、金を主とした合金、または、銀を主とした合金に用いられている。
また、第四金属層M14は、第二金属層M12と比較して電気抵抗率が低い金属材料が用いられている。これにより、第一固定部126、第一接続部127a、第一固定部125a、第一配線部124a、第一励振電極123aまでの電気抵抗を比較したとき、第一接続部127aでの電気抵抗を小さくすることができるので、水晶素子120のクリスタルインピーダンス値をより小さくすることが可能となる。
第一実施形態中では、第三金属層M13にはクロムが用いられ、第四金属層M14には銀が用いられている。第三金属層M13にクロムを用いることで、水晶片部121と第四金属層M14との密着性を確保しつつ、金からなる第二金属層M12と第四金属層M14との密着性も確保することが可能となる。第四金属層M14に銀を用いることで、第一接続部127における電気抵抗をより抑えつつ、第四金属層M14が周囲の酸素と酸化し水晶素子120の周波数が変化することを低減させることができる。なお、ここで、第四金属層M14が銀からなる場合について説明しているが、銀が硫化することを低減させるために、パラジウム等を数%程度添加させた銀を主成分とする金属であってもよい。
接続部形成工程では、第一接続部127を蒸着技術またはスパッタリング技術により形成しているので、従来の接続部形成工程のように水晶片部121の側面に紫外光を照射する必要がなくなる。従来の接続部形成工程のようにフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて第一接続部127を形成する場合、水晶片部121の側面に紫外光を照射するときに、隣接する水晶片部121や水晶ウエハ160が影となり水晶片部121の側面に所定の強度の紫外光を照射することができず、安定して紫外光を照射することができない虞がある。この結果、安定した第一接続部127を形成することができなくなる場合がある。安定して接続部を形成することができない状態とは、不要な金属膜を除去したときに、接続部の幅が所望の幅より極端に細くなったり、接続部が部分的に切断されたりする状態のことであり、感光性レジストに紫外光を照射するときの紫外光の強度に依存して感光性レジストの変質具合が異なるために生じる現象である。
従って、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の接続部形成工程では、蒸着技術またはスパッタリング技術を用いて第一接続部127を形成しているので、水晶片部121の側面に紫外光を照射する必要がなくなる。このため、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、安定して第一接続部127を形成することができる。この結果、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の接続部形成工程では、第一引出部125aと第一固定部126との導通不良を抑えつつ、水晶デバイスのクリスタルインピーダンスを安定させることができる。これにより、水晶デバイスの生産性を向上させることが可能となる。
また、接続部形成工程では、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により水晶片部121の所定の位置に所定のパターンの金属膜、具体的には、第一励振電極123a、第二励振電極123b、第一配線部124a、第二配線部124b、第一引出部125a、第二引出部125b、および第一固定部126が形成されている水晶ウエハ160が用いられる。第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の接続部形成工程では、第一接続部127の一端が第一引出部125aと重なるように形成することで、第一接続部127と第一引出部125aとを確実に電気的に接続することが可能となり、第一接続部127の他端が第一固定部126と重なるように形成することで、第一接続部127と第一固定部126とを確実に電気的に接続することが可能となる。従って、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の接続部形成工程では、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて形成した第一引出部125aおよび第一固定部126と、蒸着技術またはスパッタリング技術を用いて形成する第一接続部127とが確実に、電気的に接続されることとなる。
また、接続部形成工程では、水晶片部形成工程で形成した貫通穴162の内周面に第一接続部127の一部を形成している。従って、接続部形成工程では、貫通穴162の内周面が水晶片部121の所定の一辺を含む側面となっているので、容易に第一接続部127を形成することが可能となり生産性を向上させることができる。
また、接続部形成工程では、水晶片部形成工程で形成した貫通穴162の内周面に第一接続部127を形成しているので、水晶片部121が固定されている水晶片部121の所定の一辺(水晶片部121の一方の短辺)に接続している水晶片部121の一辺(水晶片部121の一方の長辺)に第一接続部127の一部を形成する場合と比較して、隣接しあう水晶片部121の間隔を短くすることができる。その結果、1枚の水晶ウエハ160の内に形成する水晶片部121の数を多くすることができ、生産性を向上させることが可能となる。
また、接続部形成工程では、第一接続部127の水晶片部121の上面側の端部が、水晶片部121の上面を平面視したとき、水晶片部121の下面に形成されている第一固定部126と重なる位置に位置している。従って、水晶片部121の上面側から透視しつつ水晶片部121の下面を平面視したとき、第二励振電極123b側を向く第一接続部127の辺と第一接続部127側を向く第二励振電極123bの辺との距離を、第二励振電極123b側を向く第一固定部126の辺と第一固定部126側を向く第二励振電極123bの辺との距離より、長くすることができる。これにより、第一接続部127と第二励振電極123bとの間で逆圧電効果が生じスプリアス振動による振動が生じることを低減させることが可能となっている。
また、接続部形成工程では、水晶片部121の下面を平面視して、第一固定部126および第二引出部125bが二つ並んで形成されている水晶片部121の所定の一辺、具体的には、水晶片部121が水晶ウエハ160に固定されている水晶片部121の所定の一辺(水晶片部121の一方の短辺)を含む側面に、第一接続部127の一部が形成される。これにより、第一接続部127の一部が形成されている水晶片部121の側面と第二励振電極123bとの距離を、水晶片部121の所定の一辺に接続する水晶片部121の一辺(水晶片部121の一方の長辺)を含む側面に形成した場合と比較して、長くすることができる。
水晶デバイスとして用いる場合、水晶デバイスの外部から電圧が印加されることとなる。このとき、第一固定部126と第二引出部125bとには極性の異なる電荷が加わるので、第一固定部126と電気的に接続されている第一接続部127と、第二引出部125bと電気的に接続されている第二励振電極123bとには、極性の異なる電荷が蓄積される。一般的に、蓄積される電荷の量は、それぞれの体積によってことなり、体積が大きい程蓄積される電荷の量は多くなる。また、圧電材料においては、極性の異なる電荷の量の際が大きい程、生じる電界の強さが強くなり、逆圧電効果が生じやすくなるという特性がある。
第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の接続部形成工程では、第一接続部127の一部を、第一固定部126および第二引出部125bが並んで形成されている水晶片121の所定の一辺(水晶片部121の一方の短辺)を含む水晶片121の側面に形成することで、第一接続部127と異なる極性が蓄積される第二励振電極123bと水晶片部121の側面に形成されている第一接続部127の一部との距離を、水晶片部121の所定の一辺に接続する水晶片部121の一辺(水晶片部121の一方の長辺)を含む側面に形成した場合と比較して、長くすることができる。従って、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の接続部形成工程では、第一接続部127により第一固定部126と第一引出部125aとを確実に電気的に接続させるために、第一接続部127の上下方向の膜厚を厚くしたり、第一接続部127の幅を広くしても、第一接続部127と第二励振電極123bとで逆圧電効果が生じスプリアス振動による振動が生じることを低減させることが可能となる。この結果、スプリアス振動による水晶デバイスのクリスタルインピーダンス値が大きくなるといった不良を軽減させることができ、生産性を向上させることができる。
また、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の接続部形成工程で、第一接続部127の一部を水晶片121の一方の短辺を含む側面に形成することで、より、第一接続部127の側面に形成されている部分と第二励振電極123bとの距離を長くすることができる。これにより、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の接続部形成工程で、第一接続部127と第二励振電極123bとでスプリアス振動による振動を低減させることができ、水晶デバイスのクリスタルインピーダンス値が大きくなるといった不良を軽減させ、より生産性を向上させることが可能となる。
(個片化工程)
個片化工程は、水晶ウエハ160に形成されている水晶片部121の所定の一辺を折り取り、または、切断することで、水晶片部121を個片化する工程である。個片化工程前の水晶ウエハ160は、第一励振電極123a、第二励振電極123b、第一配線部124a、第二配線部124b、第一引出部125a、第二引出部125b、第一固定部126および第一接続部127が形成されている水晶片部121が、水晶片部121の主面の一辺側で固定されている。個片化工程では、水晶片部121ごとに個片化され、振動素子120が形成される。
(実装工程)
実装工程は、水晶片121に形成されている第二引出部125bおよび第一固定部126を、基板110の上面に設けられている搭載パッド111に電気的に接着させて、水晶片121を実装する工程である。実装工程では、まず、導電性接着剤140が、例えば、ディスペンサ等によって、基板110の一対の搭載パッド111上に塗布される。その後、第一励振電極123a、第二励振電極123b、第一配線部124a、第二配線部124b、第一引出部125a、第二引出部125b、第一固定部126および第一接続部127が形成されている水晶片121、つまり、水晶素子120が、導電性接着剤140上に載置され、その状態で加熱硬化されるとき、一方の搭載パッド111と第一固定部126とで導電性接着剤140を挟みつつ、他方の搭載パッド111と第二引出部125bとで導電性接着剤140を挟んでいる。実装工程では、一方の搭載パッド111と第一固定部126と挟んでいる導電性接着剤140と他方の搭載パッド111と第二引出部125bと挟んでいる導電性接着剤140とを加熱硬化させることで、一方の搭載パッド111と第一固定部126とが電気的に接着させつつ、他方の搭載パッド111と第二引出部125bとが電気的に接着させて、基板110の上面に、水晶素子120を実装している。
(蓋体接合工程)
蓋体接合工程は、基板110と蓋体130とを接合する工程である。蓋体接合工程では、基板110の上面と蓋体130の下面とを接合部材150により接合し、基板110の上面に実装されている水晶素子120を、基板110と蓋体130とで形成される空間内に気密封止している。ここでは、接合部材150の原料がガラスからなる場合について説明する。蓋体接合工程では、まず、バインダーと溶剤とが加えられたペースト状のガラスフリットペーストが、スクリーン印刷法で蓋体130の封止枠部132の下面、具体的には、枠部132aの下面および鍔部132bの下面に塗布され乾燥されて設けられる。次に、このガラスフリットペーストが、基板110の上面と蓋体130の下面との間に位置するように設けられ、この状態で、加熱されガラスフリットペーストを溶融させ、固化させる。蓋体接合工程では、接合部材150を、基板110の上面と蓋体130の下面との間に設け、加熱して溶融させて、再び固化させることで、基板110と蓋体130とを接合している。
第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により、水晶片部121の上面に第一励振電極123a、第一配線部124aおよび第一引出部125aを形成し、水晶片部121の下面に、第二励振電極123b、第二配線部124b、第二引出部125bおよび第一固定部126を形成し、その後、蒸着技術またはスパッタリング技術により、一端が第一引出部125aと重なり他端が第一固定部126aと重なるように、水晶片部121の上面、下面および側面に第一接続部127を形成している。従って、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、従来の水晶デバイスの製造方法の接続部形成工程のように、水晶片部121の側面に紫外光を照射する必要がなくなるため、安定して第一接続部127を形成することができる。また、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、安定して第一接続部127を形成することができるので、第一引出部125aと第一固定部126との導通不良を抑えつつ、水晶デバイスのクリスタルインピーダンスを安定させることができる。これにより、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法は、水晶デバイスの生産性を向上させることが可能となる。
また、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、接続部形工程において、水晶片部121の下面を平面視して、第一固定部126と第二引出部125bとが二つ並んで形成されている水晶片部121の所定の一辺、具体的には、水晶片部121が固定されている水晶片部121の所定の一辺を含む側面に、第一接続部127の一部が形成されている。従って、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、水晶片部121が個片化され形成された水晶素子120の下面を平面視したとき、側面に形成されている第一接続部127の一部と側面側を向く第二励振電極123bの辺との距離を、水晶片部121が固定されている所定の一辺に接続している水晶片部121の一辺に第一接続部127を形成した場合と比較して、長くすることができる。このため、第一実施形態の水晶デバイスの製造方法では、水晶デバイスとして用いるときに外部から電圧が印加され、第一接続部127と第二励振電極123bとに異なる極性の電荷が蓄積されたときに、側面に形成されている第一接続部127の一部と第二励振電極123bとで逆圧電効果が生じ、スプリアス振動による振動が生じることを低減させることができる。この結果、第一実施形態の水晶デバイスの製造方法では、側面に形成されている第一接続部127の一部分と第二励振電極123bとで生じるスプリアス振動が要因で水晶デバイスのクリスタルインピーダンス値が大きくなることを低減させることができ、生産性を向上させることができる。
また、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、接続部形成工程において、第一接続部127の一部が水晶片部121の一方の短辺を含む側面に形成されている。従って、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、個片化工程で個片化された水晶片部121、つまり、形成された水晶素子120の下面を平面視したとき、側面に形成されている第一接続部127の一部と側面側を向く第二励振電極123bの辺との距離を、水晶片121の一方の長辺を含む側面に第一接続部127を形成した場合と比較して、より長くすることができる。このため、第一実施形態の水晶デバイスの製造方法では、水晶デバイスとして用いるときに外部から電圧が印加され、第一接続部127と第二励振電極123bとに異なる極性の電荷が蓄積されたときに、側面に形成されている第一接続部127の一部と第二励振電極123bとで逆圧電効果が生じ、スプリアス振動による振動が生じることを低減させることができる。この結果、第一実施形態の水晶デバイスの製造方法では、側面に形成されている第一接続部127の一部分と第二励振電極123bとで生じるスプリアス振動が要因で水晶デバイスのクリスタルインピーダンス値が大きくなることを低減させることができ、生産性を向上させることができる。
また、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、水晶片部形成工程において水晶片部121の所定の一辺側に貫通穴162を形成し、水晶ウエハ160の状態で水晶片部121の所定の一辺を含む側面を形成している。このため、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、接続部形成工程において、水晶片部121の所定の一辺を含む側面に第一接続部127の一部を容易に形成することができ、生産性を向上させることができる。
また、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、水晶片部121が固定されている水晶片部121の所定の一辺に接続している一辺に第一接続部127の一部を形成する場合と比較して、隣接しあう水晶片部121の間隔を短くすることができるので、1枚の水晶ウエハ160内に形成する水晶片部121の数を多くすることができ、生産性を向上させることができる。
また、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により、第一励振電極123aおよび第二励振電極123bを水晶片部121の所定の位置に形成している。このため、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、蒸着技術またはスパッタリング技術により第一励振電極123aおよび第二励振電極123bを形成する場合のように水晶片部121が形成されている水晶ウエハ160の外形により金属膜被着用マスク内の位置合わせをする必要がないため、蒸着技術またはスパッタリング技術を用いた場合と比較して、第一励振電極123aおよび第二励振電極123bを水晶片部121の所定の位置に精度よく形成させることができる。従って、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、第一励振電極123aまたは第二励振電極123bが所定の位置からずれることが原因で、水晶デバイスのクリスタルインピーダンス値が大きくなることを低減させることが可能となる。
また、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、励振電極形成工程、配線部形成工程、引出部形成工程、および、固定部形成工程において、第一金属膜および第一金属膜上に積層される第二金属膜からなる金属膜を形成し、第一金属層M11上に第二金属層M12が積層されている所定の金属パターンを形成しているので、第一金属膜(または第一金属層M11)によって第二金属膜(または第二金属層M12)の剥離を低減させることができる。従って、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、第一金属膜(または第一金属層M11)によって第二金属膜(または第二金属層M12)の剥離によるクリスタルインピーダンス値が大きくなることを低減させ、生産性を向上させることが可能となる。また、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、接続部形成工程において、第三金属層M13上に第四金属層M14が積層されている所定の金属パターンを形成しているので、第三金属層M13によって第四金属層M14の剥離を低減させることができる。従って、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、第三金属層M13により第四金属層の剥離によるクリスタルインピーダンス値が大きくなることを低減させる、さらに生産性を向上させることが可能となる。
また、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、第二金属層M12と第四金属層M14とが異なる金属材料からなり、第四金属層M14の金属材料の電気抵抗率が、第二金属層M12の金属材料の電気抵抗率より小さくなっている。従って、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、第一接続部127のぶんだけより電気抵抗を小さくすることが可能となり、よりクリスタルインピーダンス値を小さくすることができ、生産性を向上させることが可能となる。
また、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、第二金属層M12に金を主成分とする金属材料を用いて、第四金属層M14に銀を主成分とする金属材料を用いている。従って、第一実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、周囲の酸素と酸化する量を軽減させることが可能となり、酸化による周波数変動を抑え生産性を向上させることができる。
(第二実施形態)
以下、第二実施形態における水晶デバイスの製造方法について説明する。なお、第二実施形態における水晶デバイスの製造方法で製造される水晶デバイス、および、第二実施形態における水晶デバイスの製造方法と同様の部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。
第二実施形態に係る水晶デバイスの製造方法は、図15〜図24に示したように、水晶ウエハ形成工程、水晶片部形成工程、励振電極形成工程、引出部形成工程、固定部形成工程、接続部形成工程、個片化工程、実装工程および蓋体接続工程から構成されおり、固定部形成工程において第一固定部226aと共に第二固定部226bを形成し、接続部形成工程において第一接続部227aと共に第二接続部227bを形成している点において、第一実施形態と異なる。
(固定部形成工程)
固定部形成工程では、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、水晶片部221の下面であって第一引出部225aと対向する位置に第一固定部226aを形成しつつ、水晶片部221の上面であって第二引出部225bと対向する位置に第二固定部226bを形成する工程である。つまり、固定部形成工程では、第一固定部226aおよび第二固定部226bからなる固定部226を形成している。固定部形成工程では、まず、水晶片部221が形成されている水晶ウエハ260の両主面に金属膜を被着させ、この金属膜上に感光性レジストを塗布し、所定のパターンに露光し、現像する。その後、水晶ウエハ260を所定のエッチング溶液に浸漬させて、不要な部分の金属膜を除去する。この結果、水晶片部221の下面の所定の位置に第一固定部226aが形成され、水晶片部221の上面の所定の位置に第二固定部226bが形成される。このとき、水晶片部221の上面を平面視すると、水晶片部221の所定の一辺に沿って、第一引出部225aと第二固定部226bとが二つ並んで形成された状態となっており、水晶片部221の上面側から水晶片部221の下面を透視しつつ平面視すると、水晶片部221の所定の一辺に沿って第一固定部226aと第二引出部225bとが二つ並んで形成された状態となっている。
(接続部形成工程)
接続部形成工程は、蒸着技術またはスパッタリング技術を用いて、一端が第一引出部225aと重なり他端が第一固定部226aと重なるように、水晶片部221の上面、下面および側面に第一接続部227aを形成しつつ、一端が第二引出部225bと重なり他端が第二固定部226bと重なるように、水晶片部221の上面、下面および側面に第二接続部227bを形成する工程である。つまり、接続部形成工程では、第一接続部227aおよび第二接続部227bからなる接続部227を形成している。
接続部形成工程では、第一接続部227aおよび第二接続部227bを蒸着技術またはスパッタリング技術により形成しているので、従来の接続部形成工程のように水晶片部221の側面に紫外光を照射する必要がなくなる。従来の接続部形成工程のようにフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて第一接続部227aおよび第二接続部227bを形成する場合、水晶片部221の側面に紫外光を照射するときに、隣接する水晶片部221や水晶ウエハ260が影となり水晶片部221の側面に所定の強度の紫外光を照射することができず、安定して紫外光を照射することができない虞がある。この結果、安定した第一接続部および第二接続部を形成することができなくなる場合がある。安定して第一接続部227aおよび第二接続部227bを形成することができない状態とは、不要な金属膜を除去したときに、接続部の幅が所望の幅より極端に細くなったり、接続部が部分的に切断されたりする状態のことであり、感光性レジストに紫外光を照射するときの紫外光の強度に依存して感光性レジストの変質具合が異なるために生じる現象である。
従って、第二実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の接続部形成工程では、蒸着技術またはスパッタリング技術を用いて第一接続部227aおよび第二接続部227bを形成しているので、水晶片部121の側面に紫外光を照射する必要がなくなる。このため、第二実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、安定して第一接続部227aおよび第二接続部227bを形成することができる。この結果、第二実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の接続部形成工程では、第一引出部225aと第一固定部226aとの導通不良および第二引出部225bと第二固定部226bを抑えつつ、水晶デバイスのクリスタルインピーダンスを安定させることができる。これにより、水晶デバイスの生産性を向上させることが可能となる。
第二実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の接続部形成工程では、第一接続部227aの一端が第一引出部225aと重なるように形成することで、第一接続部227aと第一引出部225aとを確実に電気的に接続し、第一接続部227aの他端が第一固定部226aと重なるように形成することで、第一接続部227aと第一固定部226aとを確実に電気的に接続している。また、第二接続部227bの一端が第二引出部225bと重なるように形成することとで、第二接続部227bと第二引出部225bとを確実に電気的に接続し、第二接続部227bの他端が第二固定部226bと重なるように形成することで、第二接続部227bと第二固定部226bとを確実に電気的に接続している。従って、第二実施形態の水晶デバイスの製造方法では、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて形成した第一固定部226a,第二固定部226b、第一引出部225a、第二引出部225b、第一接続部227aおよび第二接続部227bによって確実に電気的に接続させることができる。
また、接続部形成工程では、水晶片部形成工程で形成した貫通穴262の内周面を利用して、第一接続部227aおよび第二接続部227を形成している。従って、第二実施形態の水晶デバイスの製造方法では、貫通穴262の内周面が水晶片部221の所定の一辺を含む側面となっているので、水晶片部221の所定の一辺を含む側面に第一接続部227aの一部および第二接続部227bの一部を容易に形成することができ、生産性を向上させることができる。
また、接続部形成工程では、水晶片部形成工程で形成した貫通穴262の内周面に第一接続部227aおよび第二接続部227bを形成しているので、水晶片部221が固定されている水晶片部221の所定の一辺に接続している水晶片部221の一辺に第一接続部127の一部を形成する場合と比較して、隣接しあう水晶片部221の間隔を短くすることができ、結果、1枚の水晶ウエハ260の内に形成する水晶片部121の数を多くすることができ生産性を向上させることが可能となる。
また、接続部形成工程では、水晶片部221の上面を平面視したとき、水晶片部221の上面に形成されている第一接続部227aの大きさと水晶片部221の上面に形成されている第二接続部227bの大きさが同じとなっており、水晶片部221の下面に形成されている第一接続部227aの大きさと水晶片部221の下面に形成されている第二接続部227bの大きさが同じとなっている。従って、接続部形成工程で形成され第一接続部227aおよび第二接続部227bは、水晶片部221が固定されていた水晶片部221の所定の一辺の中心を通り、かつ、水晶片部221が固定されていた水晶片部221の所定の一辺に接続している水晶片部221の辺と平行な仮想線に対し、線対称となるように形成されている。このため、水晶片部221に形成されている所定の金属パターン、具体的には、励振電極222(223a,223b)、配線部224(224a,224b)、引出部225(225a,225b)、固定部226(226a,226b)および接続部227(227a,227b)の質量が、水晶片部221が固定されていた水晶片部221の所定の一辺の中心を通り、かつ、水晶片部221が固定されていた水晶片部221の所定の一辺に接続している水晶片部221の辺と平行な仮想線の左右(または上下)で同じとなる。
水晶デバイスの外部から電圧を印加したとき、第一励振電極223aおよび第二励振電極223bに挟まれている水晶片221の一部が振動するが、このとき、この振動は第一励振電極223aおよび第二励振電極223bに挟まれている水晶片221の部分外へも漏れている。このため、第一励振電極223aおよび第二励振電極223bだけでなく、水晶片221に形成されている金属膜によって振動のしやすさが異なってくる。また、一般的に、圧電材料は、水晶片221の上面および下面に形成されている金属膜の重さによって、振動のしやすさが異なる性質を有している。
つまり、水晶片部221に形成されている所定の金属パターン、具体的には、励振電極222(223a,223b)、配線部224(224a,224b)、引出部225(225a,225b)、固定部226(226a,226b)および接続部227(227a,227b)の質量が、水晶片部221が固定されていた水晶片部221の所定の一辺の中心を通り、かつ、水晶片部221が固定されていた水晶片部221の所定の一辺に接続している水晶片部221の辺と平行な仮想線の左右(または上下)で同じとなっているので、水晶デバイスとして用いるときに外部から電圧が印加されたとき、第一励振電極223aおよび第二励振電極223bで挟まれている水晶片221の振動への影響が仮想線に対して左右同じとなる。この結果、第一励振電極223aおよび第二励振電極223bとで挟まれている水晶片221の振動のしやすさが仮想線に対して左右同じとなるため、第一励振電極223aと第二励振電極223bとで挟まれている部分での振動バランスが良くなり、クリスタルインピーダンス値が大きくなることを低減させることができる。
第二実施形態の水晶デバイスの製造方法では、接続部形成工程において、第一接続部227aおよび第二接続部227bが水晶片部221が固定されていた水晶片部221の所定の一辺の中心を通り、かつ、水晶片部221が固定されていた水晶片部221の所定の一辺に接続している水晶片部221の辺と平行な仮想線に対し、線対称となるように形成されている。従って、第二実施形態の水晶デバイスの製造方法では、水晶片221の両主面に形成されている所定のパターンの金属膜、具体的には、励振電極222(223a,223b)、配線部224(224a,224b)、引出部225(225a,225b)、固定部226(226a,226b)および接続部227(227a,227b)の質量が、水晶片221が固定されていた水晶片221の所定の一辺の中心を通り、かつ、水晶片221が固定されていた水晶片221の所定の一辺に接続している水晶片221の辺と平行な仮想線の左右(または上下)で同じとなっている。このため、第二実施形態の水晶デバイスの製造方法では、外部から電圧を印加したとき、第一励振電極223aおよび第二励振電極223bで挟まれている水晶片221の振動への影響が仮想線に対して左右同じにすることができる。この結果、第二実施形態の水晶デバイスの製造方法では、第一励振電極223aと第二励振電極223bとで挟まれている部分での振動バランスが良くなり、クリスタルインピーダンス値が大きくなることを低減させることができ、生産性を向上させることが可能となる。
なお、本実施形態では、水晶片の上面に形成されている第一引出部と水晶片の下面に形成されている第一固定部とが水晶片を平面視したときに同じ大きさとなっている場合について説明しているが、水晶片の上面に形成されている第一引出部の大きさが第一固定部の大きさよりも小さくなっていてもよい。これにより、第一引出部と第二励振電極との間でスプリアス振動による振動が生じることを低減させることができ、生産性を向上させることが可能となる。
また、本実施形態では、励振電極形成工程、配線部形成工程、引出部形成工程、および、固定部形成工程をそれぞれ別々に行っている場合について説明しているが、励振電極形成工程、配線部形成工程、引出部形成工程、および、固定部形成工程を同時に行っても構わない。
また、本実施形態では、水晶片部形成工程、励振電極形成工程、配線部形成工程、引出部形成工程、および、固定部形成工程をそれぞれ別々に行っている場合について説明しているが、水晶片部形成工程、励振電極形成工程、配線部形成工程、引出部形成工程、および、固定部形成工程を同時に行っても構わない。このとき、水晶片部形成工程において水晶ウエハの両主面に設けられる金属膜は、励振電極形成国定、配線部形成工程、引出部形成工程、および、固定部形成工程で設けられる金属膜と同じ金属材料が用いられている。