JPH07111435A

JPH07111435A - 水晶圧電デバイスの製造方法

Info

Publication number: JPH07111435A
Application number: JP25659593A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Tomita; 佳宏冨田; Akihiro Kanahoshi; 章大金星; Tetsuyoshi Ogura; 哲義小掠; Kazuo Eda; 和生江田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-10-14
Filing date: 1993-10-14
Publication date: 1995-04-25

Abstract

(57)【要約】【目的】水晶板とこれを保持する基板とを接着剤を介
さずに直接接合でき、水晶板の励振部の相転移がない長
期安定性の水晶圧電デバイスを得る。【構成】水晶板８および基板１４の相互接合面となる
一端面に鏡面研磨を施して鏡面を形成する工程と、水晶
板８の励振部１６を囲む領域に支持部９を残して貫通孔
１０を設ける工程と、水晶板８および基板１４の少なく
とも一方の鏡面に、励振部１６よりも広い範囲にわたり
陥没部１５を設ける工程と、清浄化した水晶板８および
基板１４を両者の鏡面同士で突き合わせ、１００℃以上
の温度に加熱する工程とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動体通信機器や携帯
電話機などにおける高周波の振動子やフィルタ等に用い
られる水晶圧電デバイスの製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】移動体通信機器や携帯電話機などの小型
化・高周波数化に伴い、これらに用いられる水晶圧電デ
バイスの小型化・高周波数化が求められている。

【０００３】水晶圧電デバイスに用いられる水晶板は、
原石から所定のカット角で切り出したものに、荒研磨お
よび精密両面研磨を施して得られ、高周波用の水晶圧電
デバイスには、温度特性の優れたＡＴカット水晶板が用
いられている。厚み振動モードであるので、厚みによっ
て共振周波数が決まり、厚みが小さいほど共振周波数が
高くなる。

【０００４】小型の水晶圧電デバイスは図５に示すよう
に、フラットパッケージに実装されている。水晶板１は
絶縁基台２上に導電性接着剤層３ａ、３ｂによって固定
されており、水晶板１の上面に設けられた励振電極４ａ
は、導電性接着剤層３ａを通じて一方のリード端子５ａ
に接続され、水晶板１の下面に設けられた励振電極４ｂ
は、導電性接着剤層３ｂを通じて他方のリード端子５ｂ
に接続されている。

【０００５】水晶板１の励振部は自由でなければならな
いので、絶縁基台２の上面に凹部２ａを設けている。水
晶板１はその周縁部で絶縁基台２上に固定され、絶縁基
台２とともにパッケージを形成する蓋体６が、その周縁
部に設けられた接着剤層７によって絶縁基台２に気密に
封止されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように構成された
水晶圧電デバイスにおいて、その小型化・高周波数化の
ために水晶板の板厚を小さくすると、次のような支障が
生じる。

【０００７】共振周波数約３０ＭＨｚの水晶圧電デバイ
スの水晶板は約５０μｍの板厚を有しているが、これよ
りも薄いと、水晶板の機械的強度が極度に低下する。こ
のため、導電性接着剤を塗布したりパッケージにマウン
トしたりする工程での処理性が悪くなり、とり扱い中に
水晶板を破損させる危険度が増す。そのうえ、水晶板を
１枚単位でとり扱うこともあって、作業効率は総じて低
いものとなる。

【０００８】また、導電性接着剤やパッケージ封止用接
着剤には様々な物質が含有・吸着されているので、これ
らの物質が脱離して水晶板に吸着されると、共振周波数
がシフトする危険がある。とくに周波数シフトの現象
は、薄い水晶板を用いた高共振周波数のものにおいて顕
著に現れる。

【０００９】したがって本発明の目的は、接着剤を全く
用いない水晶圧電デバイスを実現でき、しかも、多数の
水晶板を一括してとり扱い処理することのできる作業性
に富んだ水晶圧電デバイスの製造方法を提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上述した目的を
達成するために、水晶板および基板の相互接合面となる
一端面に鏡面研磨を施して鏡面を形成する工程と、水晶
板の励振部を囲む領域に支持部を残して貫通孔を設ける
工程と、水晶板および基板の少なくとも一方の鏡面に、
励振部よりも広い範囲にわたり陥没部を設ける工程と、
清浄化した水晶板および基板を両者の鏡面同士で突き合
わせ、１００℃以上の温度に加熱する工程とを備えるこ
とを特徴とする水晶圧電デバイスの製造方法が提供され
る。

【００１１】

【作用】本発明によると、水晶板および基板の各一端面
に形成した鏡面同士を突き合わせて１００℃以上の温度
に加熱するのであるが、突き合わせただけの段階で両者
間に接着作用が働くので、以後は両者を１部品としてと
り扱うことができる。

【００１２】ガラス基板や珪素基板であれば、それぞれ
の一端面に鏡面を形成し、鏡面の汚れ、吸着層、パーテ
ィクルを除去して鏡面同士を突き合わせると、基板間の
分子間力で相互に接着する現象は知られている。また、
両者を１００℃以上の温度に加熱すると、分子間力や表
面の−ＯＨ基の水素結合によって、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉとい
う基板間の原子レベルで直接接合効果が得られることも
知られているが、それはシリコンやガラスや石英などの
珪素化合物基板間でのことでしかなかった。

【００１３】本発明者らは、珪素またま珪素化合物と水
晶との鏡面間においても良好な直接接合効果が得られる
ことを見出した。また、酸化珪素や窒化珪素等の珪素を
含むバッファ層が間に介在する場合においても、上述と
同様の良好な接合効果が得られることを確認している。

【００１４】本発明においては、珪素または珪素化合物
と水晶との直接接合効果を利用して基板上に薄い水晶板
を保持させるので、両者を１部品としてとり扱うことが
可能となり、作業性を格段に向上させることができる。
また、基板と水晶板とを大型のウェハの状態で直接接合
させ得ることから、多数の水晶圧電デバイスを一括して
製造することが可能となる。そのうえ、この直接接合部
に接着剤層が介在しないので、当該接着剤層から発生し
たガスによって水晶板や基板を劣化させる危険をなくす
ことができる。

【００１５】さらに本発明では、水晶板および基板の少
なくとも一方の鏡面に、励振部よりも広い範囲にわたり
陥没部を設け、水晶板をその支持部のみで支える構成と
なすので、加熱処理時に水晶板の励振部が基板に直接接
触せず、つまり、励振部に熱応力が加わらないので、水
晶板の相転移がなく、所望の共振特性を得ることができ
る。このため、ＡＴカット水晶板のＸ方向熱膨脹率と基
板の熱膨脹率との差を２０×１０^-7／℃以上に設定する
ことが可能となる。

【００１６】もしも、水晶板と基板とを全面で密着させ
た状態で加熱処理をすると、熱膨張率差に起因した熱応
力が発生し、水晶板に相転移が起こる。水晶板に過大な
加工歪が加わると、右水晶と左水晶との双晶が生じる。
例えば、＋３５゜ＡＴカット（右水晶）３０ＭＨｚのブ
ランクと、これとは異なる熱膨張率の基板とを接合する
と、表１に示すような相変化が起こる。左水晶に相変化
したものは、カット角が見かけ上−３５゜ＢＴカットに
なるので、共振周波数が約１．５倍の４０ＭＨｚにな
る。なお、水晶板をフッ化アンモニウムの水溶液でエッ
チングし、表面に現れるエッチピットの模様から、その
面がＡＴカットであるかＢＴカットであるか双晶である
かを知ることができる。ＢＴカットはＡＴカットに比べ
て余分なスプリアス成分が多く、温度安定性も悪い。双
晶になると、基本的な共振特性すら得られない。

【００１７】

【表１】

【００１８】水晶の熱膨張率には異方性があり、ＡＴカ
ットのＸ方向で１４０×１０^-7／℃であるのに対し、
Ｚ’方向では９５×１０^-7／℃である。熱応力が大きい
条件下では、その応力によって自己破壊を起こしてしま
う。また、水晶の熱膨張率に異方性があることから、基
板との間で熱膨張率を完全に合わすことができず、表１
に示すように左水晶および双晶のいずれかに相転移して
しまう。

【００１９】

【実施例】つぎに、本発明の実施例を図面を参照して説
明する。

【００２０】本発明の第１の実施例を図１に示す。図１
の（ａ）に示す４個どりの水晶板８は、原石からＡＴカ
ットで切り出したものを板厚約１０μｍに研磨し、接合
面となる一端面を鏡面研磨して鏡面に仕上げたものであ
る。水晶板８の板面には励振部を囲む領域に支持部９を
残して設けられた貫通孔１０がある。貫通孔１０は片持
ち梁構造にするために、フォトレジストをマスクとする
ブラスト加工によって形成されたものである。水晶板８
の上面に上部電極１１が設けられており、下面には下部
電極１２が設けられている。下部電極１２は前記ブラス
ト加工時に形成されたスルーホール１３を通じて上面側
に引き出されている。

【００２１】図１の（ｂ）に示す４個どりの基板１４は
シリコン（珪素）からなり、水晶板８との接合面となる
一端面が、鏡面研磨によって鏡面に仕上げられている。
この鏡面の一部分には、エッチング加工によって形成さ
れた陥没部１５があり、陥没部１５は図１の（ｃ）に示
すように、基板１４に突き合わされた水晶板８の励振部
１６や下部電極１２よりも広い範囲にわたって形成され
ている。このため、前記突き合わせによって基板１４が
水晶板８の励振部１６や下部電極１２に接触することは
ない。

【００２２】前記突き合わせに先立ち、水晶板８および
基板１４を清浄化する。この清浄化は、有機洗浄とアン
モニア水過酸化水素水洗浄とを併用するいわゆる半導体
精密洗浄で行い、洗浄後にスピン乾燥処理を施す。

【００２３】清浄化された水晶板８と基板１４とを、そ
れぞれの鏡面同士で突き合わせたのち、加熱処理を施
す。この加熱処理の温度を１００℃、２００℃および３
００℃のそれぞれにつきテストしたところ、いずれにお
いても約１７０ＭＨｚという所期の共振周波数が得られ
た。加熱処理温度が４００℃を越えると、接合部での割
れが発生しやすくなり、歩留まりが低下する。

【００２４】図示を省略したが、水晶板８の薄板化研磨
から電極形成までの一連の作業は、別の分厚い作業用基
板に固定して行われるので、基板１４との接合に至るま
での期間中も、４個どりの薄い水晶板８は一括して処理
されることになる。

【００２５】以上のように本実施例によると、水晶板８
と保持用の基板１４とを両者の鏡面同士を突き合わせて
接合するので、多数の素子を一括して処理でき、ハンド
リング性が格段に向上する。また、水晶板８と基板１４
とが直接接合するために、両者間にガス発生源となる接
着剤層が介在せず、しかも、接合のための加熱処理を施
しても、水晶板８の励振部１６が相転移しないので、安
定した特性の水晶圧電デバイスを得ることができる。

【００２６】図２に本発明の第２の実施例を示す。図２
の（ａ）に示す水晶板８は第１の実施例におけると同様
に貫通孔１０を有し、上面に上部電極１１を有してい
る。一方、図２の（ｂ）に示すように珪素からなる基板
１４は、その上面に酸化珪素膜からなるバッファ層１７
を有している。このバッファ層１７はエッチング加工に
よって形成された陥没部１８を有し、この陥没部１８内
に下部電極１２が設けられている。

【００２７】この場合、バッファ層１７上に水晶板８の
鏡面研磨された鏡面が図２の（ｃ）に示すように突き合
わされ、１００℃以上の温度に加熱処理される。これに
よって、バッファ層１７と水晶板８との間で直接接合の
効果が得られる。

【００２８】バッファ層１７は窒化珪素の薄膜であって
もよい。また、基板１４がガラスからなり、その表面上
に珪素薄膜など珪素を含む薄膜がバッファ層１７として
設けられておれば、水晶板８との間で直接接合効果を得
ることができる。さらに、水晶板８と下部電極１２との
間に空隙が生じても、それが微小なものである限り励振
動作に支障をきたすことはない。したがって、下部電極
１２を回路基板上の他の電極と兼用させることができ
る。

【００２９】本発明の他の実施例を図３に示す。図３の
（ａ）に示す基板１８はガラスからなり、エッチング加
工によって形成された穴１９を有している。この実施例
で用いる水晶板８は図２の（ａ）に示すものと同様であ
る。図３の（ｂ）に示すように水晶板８と基板１８とは
それぞれの鏡面研磨された鏡面同士が突き合わされ、１
００℃以上の温度に加熱処理される。これによって、水
晶板８と基板１８との間で直接接合効果が得られるの
で、つぎに、水晶板８の下面に下部電極１２を設ける。
この場合、水晶板８の励振部を自由にするための陥没部
が穴１９によって形成されることになる。

【００３０】本発明の他の実施例を図４に示す。図４の
（ａ）に示す水晶板２０は、両面を鏡面に仕上げしたＡ
Ｔカットのもので、両面に設けられた凹部２１、２１は
エッチング加工によって形成されたものである。また。
上述した実施例におけると同様に、水晶板２０を片持ち
梁構造にするための貫通孔２２が設けられている。そし
て、両凹部２１、２１内に上部電極１１と下部電極１２
とがそれぞれ設けられている。

【００３１】図４の（ｂ）に示す基板２３はガラスから
なり、電極引き出し用のスルーホール２４を有してい
る。図４の（ｃ）に示すように、水晶板２０の両面に対
して基板２３、２３がそれぞれ直接接合され、スルーホ
ール２４に圧入された導電体２５が、電極引き出し端子
となるとともに、気密封止を果たしている。

【００３２】本実施例では水晶板２０の両面に凹部２
１、２１を設けるので、水晶板２０を研磨したときに生
じた加工変質層がエッチング加工時に除去される。この
ため、ほとんどの試料において良好な共振特性を得るこ
とができた。また、水晶板２０の両面に対して同一材料
にして同一厚さの基板２３を接合すると、熱応力による
水晶板２０の反りを抑え得ることから、歩留まりを高め
ることができる。そのうえ、直接接合による気密封止が
得られるので接着剤層を要せず、接着剤層から発生する
ガスもなく、気密性に優れた封止効果を得ることができ
る。

【００３３】要するに、水晶板の励振部が水晶板を保持
する基板に接合されていなければ水晶板の相転移はない
ので、陥没部を設ける箇所や手段は種々変形実施するこ
とができる。また、基板も珪素やガラスに限定されるも
のではない。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明によると、水晶板の
共振特性を損なうことなく、水晶板を基板に接着層を介
さずに直接接合できるので、多数の素子を一括処理する
ことができてハンドリングが容易となり、共振特性の長
期安定性に優れた水晶圧電デバイスを製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の製造工程での部品・接合体
の平面図および側断面図。

【図２】本発明の他の実施例の製造工程での部品・接合
体の側断面図。

【図３】本発明の他の実施例の製造工程での部品・接合
体の側断面図。

【図４】本発明の他の実施例の製造工程での部品・接合
体の側断面図。

【図５】従来の水晶圧電デバイスの側断面図。

【符号の説明】８水晶板１０貫通孔１１上部電極１２下部電極１４基板１５陥没部１６励振部１７バッファ層１８基板１９穴２０水晶板２１ａ、２１ｂ凹部２２貫通孔２３基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者江田和生大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水晶板および基板の相互接合面となる一
端面に鏡面研磨を施して鏡面を形成する工程と、水晶板の励振部を囲む領域に支持部を残して貫通孔を設
ける工程と、水晶板および基板の少なくとも一方の鏡面に、励振部よ
りも広い範囲にわたり陥没部を設ける工程と、清浄化した水晶板および基板を両者の鏡面同士で突き合
わせ、１００℃以上の温度に加熱する工程とを備えるこ
とを特徴とする水晶圧電デバイスの製造方法。
【請求項２】基板が珪素またはガラスからなることを
特徴とする請求項１記載の水晶圧電デバイスの製造方
法。
【請求項３】基板が珪素または珪素化合物からなる薄
膜層を有し、この薄膜層に陥没部を設けることを特徴と
する請求項１記載の水晶圧電デバイスの製造方法。
【請求項４】陥没部が基板を貫通した穴であることを
特徴とする請求項１記載の水晶圧電デバイスの製造方
法。