JP4555068B2

JP4555068B2 - 水晶振動子パッケージの製造方法

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Publication number: JP4555068B2
Application number: JP2004376860A
Authority: JP
Inventors: 章伊藤
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2024-12-27
Also published as: JP2006186566A

Description

本発明は、ガラスなどから構成されたカバーに覆われて封止された水晶振動子パッケージの製造方法に関する。

水晶振動子などの圧電素子は、周囲の温度や湿度の変化、あるいは微細な異物に影響されて特性が微妙に変化することや、機械的振動や衝撃によって破損しやすい。このため、上述した素子は、パッケージに封止して使用に供されている。パッケージの方式としては、気密封止方式と樹脂を用いた簡易封止方式とに分けられ、ＳＭＤ（Surface Mounted Device）タイプ気密封止方式では主にセラミックスや金属などの材料が用いられている。また、より安価な気密封止方式として、プラスチックを用いた気密封止方式のプラスチックパッケージも実現されている。

また、水晶基板より水晶振動子片と外枠とを一体に形成し、外枠の部分でガラスなどからなる蓋及びケースを陽極接合した気密パッケージが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の技術によれば、より小型のパッケージが実現され、加えて、蓋やケースの接合にハンダや低融点ガラスを用いていないため、水晶振動子片へのアウトガスの付着の問題が抑制でき、より高い気密性が得られるようになる。

また、複数の素子が同時に形成されているウエハレベルで、封止された状態とした後、個々の素子（チップ）に切り出してパッケージされたチップの状態とする技術も提案されている（特許文献２参照）。この技術では、複数の水晶振動子本体が形成された水晶ウエハに、ガラスウエハを貼り合わせて水晶振動子本体の部分が封止された状態としている。

ここで、ウエハの状態で封止するパッケージの製造方法について簡単に説明する。まず、図５に示すように、水晶ウエハ１０１に形成された複数のチップ部に各電極及び配線が形成された状態とする。図５に示すように、水晶ウエハ１０１に形成された複数のチップ部は、枠部１１０と周囲がくり抜かれて形成された水晶振動子片１１１とから構成されている。また、枠部１１０の４角に当たる領域に開口部１０２が形成され、枠部１１０の４角の角部１１０ａ，角部１１０ｂ，角部１１０ｃ，及び角部１１０ｄが開口部１０２の内側に突出している。ここで、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢＢ’線の断面を模式的に示した断面図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）のＣＣ’線の断面を模式的に示した断面図である。

各断面図にも示すように、水晶振動子片１１１は、連結部１１３，連結部１１４により枠部１１０に固定され、また、水晶振動子片１１１には、両方の面に電極１２１及び電極１３１が形成されている。水晶振動子片１１１の一方の面に設けられている電極１２１は、連結部１１３に設けられた配線（第１配線）１２２を介し、枠部１１０の一方の面の角部１１０ｂの部分に設けられた周調端子５２３に接続している。枠部１１０の他方の面に設けられている電極１３１は、連結部１１４の他方の面に設けられた配線（第２配線）１３２及び連結部１１４の側面に設けられた側部配線５３３を介し、枠部１１０の一方の面の角部１１０ａの部分に設けられた周調端子５２４に接続している。

図５に示すように一方の面に２つの周調端子が形成された状態とした後、ガラスウエハを接合する前に、各チップ部の周調端子５２３，周調端子５２４を用い、各チップ部毎に周波数調整を行う。次に、側部配線５３３を除去することで、図６の断面図に示すように、配線１３２と周調端子５２４との電気的接続が切断された状態とする。なお、図６は、図５（ａ）のＣＣ’線の断面に対応している。

次に、図７（ａ）に示すように、枠部１１０の一方の面に金属層５３４が形成された状態とし、また、図７（ｂ）に示すように、枠部１１０の他方の面に金属層５３５が形成された状態とする。金属層５３４及び金属層５３５は、以降に説明するカバーを陽極接合により接合するための接合膜として機能するとともに、カバーの外部に設けられる端子に電極１２１及び電極１３１を接続するための配線として機能する。ここで、図７（ａ）に示す枠部１１０の一方の面においては、金属層５３４により、周調端子５２３及び周調端子５２４が電気的に接続された状態となる。しかしながら、周調端子５２４は、枠部１１０の他方の面の連結部１１４に設けられた配線１３２とは導通していない。従って、金属層５３４，金属層５３５が形成されても、電極１２１と電極１３１とが電気的に接続されることがない。

次に、図８（ａ）の斜視図に示すように、複数の円形の開口部１０２ａが形成されたガラスウエハ１４０と、複数の円形の開口部１０２ｂが形成されたガラスウエハ１５０とを用意する。また、ガラスウエハ１５０には、複数の凹部１５０ｂが形成されている。なお、図８には示されていないが、ガラスウエハ１４０にも同様に、複数の凹部が形成されている。開口部１０２ａ，１０２ｂは、水晶ウエハ１０１に設けられている開口部１０２と同じ配置に形成されている。例えば、ガラスウエハ１４０と水晶ウエハ１０１とを貼り合わせた状態で、図８（ｂ）の平面図に示すように、開口部１０２の中心が開口部１０２ｂの中心に重なる状態となる。また、円形の開口部１０２ｂの開口内に、開口部１０２の内側に突出した角部１１０ａ，角部１１０ｂ，角部１１０ｃ，及び角部１１０ｄが露出した状態となる。

このように形成されたガラスウエハ１４０とガラスウエハ１５０とを、枠部１１０に形成した金属層５３４及び金属層５３５により陽極接合させることで、ガラスウエハ１４０とガラスウエハ１５０とが、水晶ウエハ１０１（枠部１１０）に貼り合わされた状態が得られる。貼り合わせた状態では、個々のチップ領域において、水晶振動子片１１１が、枠部１１０の枠内，ガラスウエハ１４０の凹部１４０ｂ，及びガラスウエハ１５０の凹部１５０ｂにより形成される空間内に、封止された状態となる。

また、貼り合わされた状態では、各々の開口部１０２ａと開口部１０２と開口部１０２ｂとが連通した状態となり、この連通した孔内において、角部１１０ａが、突出した状態となる。また、枠部１１０に形成されている金属層５３４及び金属層５３５の角部１１０ｂ（角部１１０ａ）及び角部１１０ｄ（角部１１０ｃ）にまで延在している部分は、上記連通した孔内において露出した状態となる。

次に、上述した連通した孔内を含めてガラスウエハ１４０の外側表面に、金属膜を形成し、形成した金属膜により端子が形成された状態とする。また、このとき、開口部１０２ａと開口部１０２と開口部１０２ｂとによる連通孔内側面に、各端子と金属層５３４及び金属層５３５とを接続するための側部配線が形成された状態とする。

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
特許第３３９０３４８号公報特開２００３−１８８４３６号公報

ところで、枠部１１０の一方の面の周調端子５２３，周調端子５２４が設けられている箇所は、金属層５３４が積層され、他の領域と段差が形成された状態となっている。このため、水晶ウエハ１０１に形成された金属層５３４にガラスウエハ１４０を陽極接合する場合、上記段差部における気密性の確保が容易ではないという問題があった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、接合される面における段差を解消してより容易に気密性が確保できるようにすることを目的とする。

本発明に係る水晶振動子パッケージの製造方法は、枠部とこの内側に配置された水晶振動子片とが、第１連結部及び第２連結部を介して一体に形成された略矩形の複数のチップ部を備え、このチップ部が断裁領域を介して配置された水晶ウエハを用意する工程と、水晶振動子片の第１主面に第１電極が形成され、水晶振動子片の第２主面に第２電極が形成された状態とする工程と、第１連結部に配置されて第１電極に接続する第１配線，枠部にこの周方向に連続して配置されて第１電極に接続する第１金属層，断裁領域に配置されて第１金属層に接続する第１周調端子，及び断裁領域に配置されて第１金属層と第１周調端子とは絶縁分離された第２周調端子が、第１主面側において同一の金属層により形成された状態とする工程と、第２連結部に配置されて第２電極に接続する第２配線，枠部にこの周方向に連続して配置されて第２電極に接続する第２金属層，及び断裁領域に配置されて第２金属層に接続する第３配線が、第２主面側において同一の金属層により形成された状態とする工程と、第２周調端子と第３配線とを接続する第４配線が形成された状態とする工程と、第１周調端子と第２周調端子とを用いて第１電極及び第２電極が形成された水晶振動子片の周波数調整を行う工程と、第１ガラスウエハが、少なくとも第１金属層により水晶ウエハの第１主面に接合された状態とする工程と、第２ガラスウエハが、少なくとも第２金属層により水晶ウエハの第２主面に接合された状態とする工程と、第１ガラスウエハ及び第２ガラスウエハが水晶ウエハに接合された状態で、断裁領域を除去するように断裁することで、複数のチップ部が個々に切り出された状態とする工程とを少なくとも備えるようにしたものである。

従って、ガラスウエハが接合され、断裁の結果個々のチップ部に切り出された状態において、接合部分となる金属層には、段差がない状態となっている。なお、断裁領域にスルーホールが形成された状態とし、この、スルーホールの内部側面に第４配線が形成された状態とすればよい。また、接合は、陽極接合に行えばよい。

以上説明したように、本発明によれば、各周調端子は断裁領域に配置し、枠部に配置される接合部分となる金属層により、各周調端子と各電極とを接続するようにしたので、枠部においては、接合部分となる金属層に段差がない状態となり、容易に気密性が確保できるようになるという優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１，図２，図３は、本発明の実施の形態における水晶振動子パッケージの製造方法の一例を示し、各工程における状態を模式的に示している。図１は平面図であり、図１（ａ）は、一方の面を示し、この反対側の他方の面が図１（ｂ）に示されている。また、図２，図３は断面図である。

まず、図１（ａ）に示すように、水晶ウエハ１０１に、複数の枠部１１０及び水晶振動子片１１１が形成された状態とし、また、枠部１１０の４角に当たる領域に開口部１０２が形成された状態とする。これらの各チップ部は、断裁領域１０３を介して略正方配列されている。また、各チップ部において、水晶振動子片１１１は、枠部１１０の内側に配置され、連結部１１３，連結部１１４により固定された状態とする。従って、枠部１１０と水晶振動子片１１１とは、略矩形の水晶基板として一体に形成された状態となる。

また、開口部１０２は、枠部１１０の４角の角部１１０ａ，角部１１０ｂ，角部１１０ｃ，角部１１０ｄが開口部１０２の内側に突出した状態に形成する。加えて、断裁領域１０３の所定箇所にスルーホール１０４が形成された状態とする。これらは、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより、水晶ウエハ１０１を加工することで形成できる。

次に、図１（ａ）に示すように、水晶ウエハ１０１の一方の面側に、連結部１１３を通る配線１２２，枠部１１０に配設された金属層１２３，金属層１２３に接続して断裁領域１０３に配設された周調端子１２４，及び断裁領域１０３に配設された周調端子１２５が形成された状態とする。ただし、周調端子１２５は、金属層１２３とは絶縁分離されている。これらは、例えば、スパッタ法や真空蒸着法により、水晶ウエハ１０１の一方の面の全域にアルミニウム膜が形成された状態とし、形成されたアルミニウム膜を公知のフォトリソグラフィグラフィー技術とエッチング技術とによりパターニングすることで、配線１２２，金属層１２３，周調端子１２４，及び周調端子１２５が形成された状態とすることができる。ここで、金属層１２３は、枠部１１０の周方向に連続して配設されている。また、同一の金属層から配線１２２，金属層１２３，周調端子１２４，及び周調端子１２５が形成され、枠部１１０から断裁領域１０３にかけて、段差のない状態となっている。

同様に、図１（ｂ）に示すように、水晶ウエハ１０１の他方の面側に、連結部１１４を通る配線１３２，枠部１１０に配設された金属層１３３，及び断裁領域に配設されて金属層１３３に接続した配線（第３配線）１３３ａが形成された状態とする。これらは、例えば、スパッタ法や真空蒸着法により、水晶ウエハ１０１の他方の面の全域にアルミニウム膜が形成された状態とし、形成されたアルミニウム膜を公知のフォトリソグラフィグラフィー技術とエッチング技術とによりパターニングすることで、配線１３２，金属層１３３，及び配線１３３ａが形成された状態とすることができる。ここで、金属層１３３は、枠部１１０の周方向に連続して配設されている。また、同一の金属層から配線１３２，金属層１３３，及び配線１３３ａが形成され、枠部１１０から断裁領域１０３にかけて、段差のない状態となっている。

ここで、図２（ｂ），図２（ｃ）に示すように、枠部１１０の他方の面に形成された配線１３３ａは、スルーホール１０４に形成された貫通配線（第４配線）１３３ｂを介し、一方の面に形成された周調端子１２５に接続している。従って、周調端子１２４及び周調端子１２５は、電極１２１が形成されている一方の面に配置された状態となる。スルーホール１０４の内部側面に形成された貫通配線１３３ｂは、例えば、金属層１２３の形成のためのアルミニウム膜形成において、スルーホール１０４の内部側面にもアルミニウム膜が形成される状態とすることで形成可能である。なお、図２（ａ）は、図１のＢＢ’線の断面を示し、図２（ｂ）は、図１（ａ）のＣＣ’線の断面を示し、図２（ｃ）は、図１（ａ）のＤＤ’線の断面を示している。

以上のように、各電極や配線が形成された状態とした後、周調端子１２４，周調端子１２５を用いて周波数調整を行う。この周波数調整では、周調端子１２４，周調端子１２５の断裁領域１０３の領域に配置されている部分に、プローブが接触するようにすることで、以降に説明する接合の領域に傷を付けることがないようにする。このようにすることで、接合する枠部１１０の領域に形成される金属層に傷が付かない状態が得られるようになり、接合がよりよい状態で行えるようになる。

次に、図８に説明したように、複数の円形の開口部１０２ａが形成されたガラスウエハ１４０と、複数の円形の開口部１０２ｂが形成されたガラスウエハ１５０とを用意する。また、ガラスウエハ１５０には、複数の凹部１５０ｂが形成されている。なお、図８には示されていないが、ガラスウエハ１４０にも同様に、複数の凹部１４０ｂが形成されている。開口部１０２ａ，１０２ｂは、水晶ウエハ１０１に設けられている開口部１０２と同じ配置に形成されている。例えば、ガラスウエハ１４０と水晶ウエハ１０１とを貼り合わせた状態で、図８（ｂ）の平面図に示すように、開口部１０２の中心が開口部１０２ｂの中心に重なる状態となる。また、円形の開口部１０２ｂの開口内に、開口部１０２の内側に突出した角部１１０ａ，角部１１０ｂ，角部１１０ｃ，及び角部１１０ｄが露出した状態となる。

このように形成されたガラスウエハ１４０を金属層１２３，周調端子１２４，周調端子１２５からなる接合膜に陽極接合させ、ガラスウエハ１５０を、金属層１３３，配線１３３ａからなる接合膜に陽極接合させることで、ガラスウエハ１４０とガラスウエハ１５０とが、枠部１１０（水晶ウエハ１０１）に貼り合わされた状態が得られる。例えば、ガラスウエハ１４０，水晶ウエハ１０１，ガラスウエハ１５０の順に積層された状態とし、金属層１２３と金属層１３３とに同一の電位が印加された状態として陽極接合すれば、３つのウエハが同時に接合できる。

貼り合わせた状態では、個々のチップ領域において、水晶振動子片１１１が、枠部１１０の枠内，ガラスウエハ１４０の凹部１４０ｂ，及びガラスウエハ１５０の凹部１５０ｂにより形成される空間内に、封止された状態となる。例えば、陽極接合するために各ウエハが当接された状態で、これらを真空排気雰囲気に配置された状態とし、この後、陽極接合することで、封止された空間内が真空排気された状態とすることができる。同様に、不活性ガス雰囲気に配置された状態で陽極接合することで、封止された空間内に不活性ガスが充填された状態が得られる。

前述したように、金属層１２３，周調端子１２４，周調端子１２５は、枠部１１０から断裁領域１０３にかけて、段差のない状態となっている。同様に、配線１３２，金属層１３３，及び配線１３３ａは、枠部１１０から断裁領域１０３にかけて、段差のない状態となっている。従って、これらを接合膜とした接合により、上述した空間の気密性が、容易に得られるようになる。なお、陽極接合に限らず、他の手法で接合した状態を得るようにしてもよい。また、ガラスに限らず他の部材からなるウエハを用いるようにしてもよい。

また、貼り合わされた状態では、各々の開口部１０２ａと開口部１０２と開口部１０２ｂとが連通した状態となり、この連通した孔内において、角部１１０ａが、突出した状態となる。また、枠部１１０に形成されている金属層１２３の角部１１０ｂの部分と、金属層１３３の角部１１０ｄの部分とは、上記連通した孔内において露出した状態となる。

次に、上述した連通した孔内を含めてガラスウエハ１４０の外側表面に、金属膜を形成し、形成した金属膜により、図３に示すように、端子１４１，端子１４２が形成された状態とする。また、このとき、上述した連通孔内側面に、端子１４１と金属層１２３及び端子１４２と金属層１３３とを接続するための側部配線１２６及び側部配線１３５が形成された状態とする。この状態では、電極１２１は、配線１２２−金属層１２３−側部配線１２６の経路で端子１４１に接続した状態となる。また、電極１３１は、配線１３２−金属層１３３−側部配線１３５の経路で、端子１４２に接続した状態となる。

以上に説明したように、ガラスウエハ１４０とガラスウエハ１５０とが、枠部１１０（水晶ウエハ１０１）に貼り合わされた状態が得られた後、貼り合わされたガラスウエハ１４０，水晶ウエハ１０１，及びガラスウエハ１５０から、個々のチップに切り出すことで、個々のチップ部が形成された状態とする。例えば、各々の開口部１０２を通る格子状の断裁領域１０３を、ダイヤモンドブレードを用いたダイシング技術などにより切り出せば、個々のチップ部が形成された状態が得られる。

ところで、上述では、スルーホール１０４を設け、スルーホール１０４に形成された貫通配線１３３ｂにより、枠部１１０の他方の面に形成された配線１３３ａが、一方の面に形成された周調端子１２５に接続された状態としたが、これに限るものではない。図４の平面図に示すように、開口部１０２に露出している断裁領域１０３の側面に設けられた側部配線（第４配線）４０１により、枠部１１０の他方の面に形成された配線１３３ａが、一方の面に形成された周調端子１２５に接続された状態としてもよい。

また、断裁領域１０３において、隣り合うチップ部の金属層１２３の間、及び隣り合うチップ部の金属層１３３の間に、断裁領域１０３の上で間隙を設けるようにしてもよい。間隙を設けることで、一方の面に設けられた金属層１２３及び他方の面に設けられた金属層１３３が、各チップ部毎に各々分離した状態となり、周調端子１２４，周調端子１２５を用いて、各チップ部毎に浮遊容量が小さい状態で各々周波数調整を行うことができる。なおこの場合、例えば、周波数調整を行った後、断裁領域１０３において、各間隙を接続する配線が形成された状態としてから陽極接合を行えばよい。このような配線を設けると、配線が金属層に接続する部分において段差が形成されるが、この段差は断裁領域１０３に配置され、枠部１１０においては段差のない状態が維持される。また、上記段差の存在により、例えば、前述した真空排気状態とするときに、各ウエハー間に段差に相当する間隙が形成されるため、水晶振動子片１１１が配置される空間領域の真空排気が、スペーサなどの他の設備や治具で各ウエハ間に間隙を設ける必要がなく、より迅速に行えるようになる。

本発明の実施の形態における水晶振動子パッケージの製造方法例における一部工程の状態を示す平面図である。本発明の実施の形態における水晶振動子パッケージの製造方法例における一部工程の状態を示す断面図である。本発明の実施の形態における水晶振動子パッケージの製造方法例における一部工程の状態を示す断面図である。本発明の実施の形態における水晶振動子パッケージの他の製造方法例における一部工程の状態を示す平面図である。従来よりある水晶振動子パッケージの製造方法における途中工程の状態を示す平面図（ａ），断面図（ｂ），及び断面図（ｃ）である。従来よりある水晶振動子パッケージの製造方法における途中工程の状態を示す断面図である。従来よりある水晶振動子パッケージの製造方法における途中工程の状態を示す平面図である。従来よりある水晶振動子パッケージの製造方法における途中工程の状態を示す斜視図（ａ）及び平面図（ｂ）である。

符号の説明

１０１…水晶ウエハ、１０２…開口部、１０３…断裁領域、１０４…スルーホール、１１０…枠部、１１１…水晶振動子片、１１３，１１４…連結部、１２１…電極、１２２…配線、１２３…金属層、１２４…周調端子、１２５…周調端子、１２６…側部配線、１３１…電極、１３２…配線、１３３…金属層、１３３ａ…配線、１３３ｂ…貫通配線、１３５…側部配線、１４０，１５０…ガラスウエハ、１４０ｂ，１５０ｂ…凹部、１４１，１４２…端子。

Claims

枠部とこの内側に配置された水晶振動子片とが、第１連結部及び第２連結部を介して一体に形成された略矩形の複数のチップ部を備え、このチップ部が断裁領域を介して配置された水晶ウエハを用意する工程と、
前記水晶振動子片の第１主面に第１電極が形成され、前記水晶振動子片の第２主面に第２電極が形成された状態とする工程と、
前記第１連結部に配置されて前記第１電極に接続する第１配線，前記枠部にこの周方向に連続して配置されて前記第１電極に接続する第１金属層，前記断裁領域に配置されて前記第１金属層に接続する第１周調端子，及び前記断裁領域に配置されて前記第１金属層と前記第１周調端子とは絶縁分離された第２周調端子が、前記第１主面側において同一の金属層により形成された状態とする工程と、
前記第２連結部に配置されて前記第２電極に接続する第２配線，前記枠部にこの周方向に連続して配置されて前記第２電極に接続する第２金属層，及び前記断裁領域に配置されて前記第２金属層に接続する第３配線が、前記第２主面側において同一の金属層により形成された状態とする工程と、
前記第２周調端子と前記第３配線とを接続する第４配線が形成された状態とする工程と、
前記第１周調端子と前記第２周調端子とを用いて前記第１電極及び前記第２電極が形成された前記水晶振動子片の周波数調整を行う工程と、
第１ガラスウエハが、少なくとも前記第１金属層により前記水晶ウエハの第１主面に接合された状態とする工程と、
第２ガラスウエハが、少なくとも前記第２金属層により前記水晶ウエハの第２主面に接合された状態とする工程と、
前記第１ガラスウエハ及び前記第２ガラスウエハが前記水晶ウエハに接合された状態で、前記断裁領域を除去するように断裁することで、複数の前記チップ部が個々に切り出された状態とする工程と
を少なくとも備えたことを特徴とする水晶振動子パッケージの製造方法。
請求項１記載の水晶振動子パッケージの製造方法において、
前記断裁領域にスルーホールが形成された状態とする工程と、
前記スルーホールの内部側面に前記第４配線が形成された状態とする工程と
を備えることを特徴とする水晶振動子パッケージの製造方法。