JP2010041550A - Piezoelectric device and method for manufacturing the same - Google Patents
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- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
【課題】 溶解時に封止材から発生するガスが圧電デバイスのパッケージ内に取り残されないようにする製造方法を提供する。
【解決手段】 圧電デバイスの製造方法は、大気中で振動片及びこの振動片を囲む外枠部を有する圧電フレーム用のウエハとスルーホールを有するベース用のウエハと接合する第1接合工程(S11)と、大気中でスルーホールを充填材で封止する封止工程(S12)と、真空中又は不活性雰囲気中で圧電フレームにリッド用のウエハを接合する第2接合工程(S13)と、接合した圧電フレーム用のウエハ、ベース用のウエハ及びリッド用のウエハをダイシングするダイシング工程(S14)と、を備える。
【選択図】図5PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for preventing gas generated from a sealing material during melting from being left in a package of a piezoelectric device.
A method of manufacturing a piezoelectric device includes a first bonding step (S11) for bonding a wafer for a piezoelectric frame having a vibrating piece and an outer frame portion surrounding the vibrating piece and a base wafer having a through hole in the atmosphere. ), A sealing step (S12) for sealing the through-hole with a filler in the atmosphere, and a second bonding step (S13) for bonding the lid wafer to the piezoelectric frame in a vacuum or in an inert atmosphere, A dicing step (S14) for dicing the bonded piezoelectric frame wafer, base wafer, and lid wafer.
[Selection] Figure 5
Description
本発明は、圧電振動片をパッケージ内に配置した圧電デバイスと、その圧電デバイスの製造方法とに関する。 The present invention relates to a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is arranged in a package, and a method for manufacturing the piezoelectric device.
従来、移動体通信機器やOA機器等の小型軽量化及び高周波数化に伴って、それらに用いられる圧電振動子も、より一層の小型化及び高周波数化への対応が求められている。 Conventionally, as mobile communication devices, OA devices, and the like become smaller and lighter and have higher frequencies, piezoelectric vibrators used for them have been required to respond to further miniaturization and higher frequencies.
従来、圧電振動子は、金属、ガラス又はセラミックからなるリッドとパッケージ部材との接合面にロウ材を塗布して重ね合わせ、真空中あるいは不活性ガス中において加熱などによってロウ材を溶融することにより封止を行っている。このような圧電振動子は、例えば特許文献1に記載されたものが知られている。
特許文献1に開示された圧電振動子は、パッケージ部材の接合を行う場合に、封止用の貫通孔(スルーホール)を封止材(ハンダ材)などで塞いでいる。封止材などを溶融する過程で生じたガスは、圧電振動片に吸着されることがある。このため、振動周波数にバラツキを生じていた。また、貫通孔の封止を行う場合に、溶融時に封止材から発生するガスがパッケージ内に取り残されることにより、圧電振動子の長期安定性を損なう懸念があった。 The piezoelectric vibrator disclosed in Patent Document 1 closes a sealing through hole (through hole) with a sealing material (solder material) or the like when bonding package members. Gas generated in the process of melting the sealing material or the like may be adsorbed by the piezoelectric vibrating piece. For this reason, variation has occurred in the vibration frequency. Further, when sealing the through hole, there is a concern that the gas generated from the sealing material at the time of melting is left in the package, thereby impairing the long-term stability of the piezoelectric vibrator.
さらに、特許文献1ではセラミック基材からなるパッケージ部材に水晶振動子を載置するため、一つ一つの圧電振動子を効率的に生産する作業効率が悪かった。つまり、パッケージのスルーホールを封止する作業において、個々のパッケージに設けられた多数のスルーホールに充填する封止材の投入に要する作業時間が、作業効率向上のネックになっている。 Furthermore, in Patent Document 1, since the crystal resonator is mounted on a package member made of a ceramic base material, the work efficiency of efficiently producing each piezoelectric resonator is poor. In other words, in the work of sealing the through holes of the package, the work time required to input the sealing material that fills a large number of through holes provided in each package is a bottleneck for improving work efficiency.
そこで本発明の目的は、溶融時に封止材から発生するガスがパッケージ内に取り残されないようにすることにより、振動片の振動周波数にバラツキを生じることなく、長期安定性を得られる圧電デバイスを提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a piezoelectric device that can obtain long-term stability without causing variation in the vibration frequency of the resonator element by preventing the gas generated from the sealing material during melting from being left in the package. Is to provide.
第1の観点の圧電デバイスは、励振電極が形成された振動片と、振動片を囲み励振電極に接続した接続電極が形成される外枠部とを有する圧電フレームと、圧電フレームの外枠部に対応した形状で外枠部の一方の面に接合する外枠フレームと、外枠フレームの面に接合するリッドと、外枠部の他方の面に接合し接続電極に接続される接続端子と、接続端子の反対面に形成された外部端子と、接続端子と外部端子とを接続するスルーホール配線とを有するベースと、を備える。
外枠フレームを有しているため、最後に外枠フレームの面にリッドを接合することができる。
A piezoelectric device according to a first aspect includes a piezoelectric frame having a vibrating piece on which an excitation electrode is formed, an outer frame portion that surrounds the vibrating piece and is connected to the excitation electrode, and an outer frame portion of the piezoelectric frame. An outer frame frame joined to one surface of the outer frame portion in a shape corresponding to the above, a lid joined to the surface of the outer frame frame, and a connection terminal joined to the other surface of the outer frame portion and connected to the connection electrode And a base having an external terminal formed on the opposite surface of the connection terminal, and a through-hole wiring connecting the connection terminal and the external terminal.
Since the outer frame is provided, the lid can be finally joined to the surface of the outer frame.
第2の観点の圧電デバイスは、励振電極が形成された振動片と、振動片を囲み励振電極に接続した接続電極が形成され且つ振動片よりも厚い外枠部とを有する圧電フレームと、圧電フレームの外枠部の一方の面に接合するリッドと、外枠部の他方の面に接合し接続電極に接続される接続端子と、接続端子の反対面に形成された外部端子と、接続端子と外部端子とを接続するスルーホール配線とを有するベースと、を備える。
圧電フレームが厚い外枠部を有しているため、最後に圧電フレームの外枠部の一方の面にリッドを接合することができる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric device comprising: a resonator element having an excitation electrode; a piezoelectric frame having a connection electrode surrounding the resonator element and connected to the excitation electrode; A lid joined to one surface of the outer frame portion of the frame; a connection terminal joined to the other surface of the outer frame portion and connected to the connection electrode; an external terminal formed on the opposite surface of the connection terminal; and a connection terminal And a base having through-hole wiring connecting the external terminal and the external terminal.
Since the piezoelectric frame has a thick outer frame portion, the lid can be finally bonded to one surface of the outer frame portion of the piezoelectric frame.
第3の観点の圧電デバイスのスルーホール配線は、金(Au)層が形成されたスルーホールに金(Au)と他の金属との充填材で封止されて形成されている。
第4の観点の圧電デバイスの接続電極及び励振電極は、クロム又はニッケルからなる下地層と下地層の表面に形成された金(Au)層とからなる。
The through-hole wiring of the piezoelectric device according to the third aspect is formed by sealing a through-hole formed with a gold (Au) layer with a filler of gold (Au) and another metal.
The connection electrode and the excitation electrode of the piezoelectric device according to the fourth aspect are composed of a base layer made of chromium or nickel and a gold (Au) layer formed on the surface of the base layer.
第5の観点の圧電デバイスの製造方法は、大気中で振動片及びこの振動片を囲む外枠部を有する圧電フレーム用のウエハとスルーホールを有するベース用のウエハと接合する第1接合工程と、大気中でスルーホールを充填材で封止する封止工程と、真空中又は不活性雰囲気中で圧電フレームにリッド用のウエハを接合する第2接合工程と、接合した圧電フレーム用のウエハ、ベース用のウエハ及びリッド用のウエハをダイシングするダイシング工程と、を備える。
封止材などを溶融する過程で生じるガスは大気中に開放され、パッケージングの最終工程が真空中又は不活性雰囲気中で行われるため、振動片に封止材などから生じるガスが吸着されることがない。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric device manufacturing method comprising: a first bonding step of bonding a wafer for a piezoelectric frame having a vibrating piece and an outer frame portion surrounding the vibrating piece, and a base wafer having a through hole in the atmosphere; A sealing step of sealing the through hole with a filler in the atmosphere, a second bonding step of bonding the lid wafer to the piezoelectric frame in a vacuum or in an inert atmosphere, a bonded piezoelectric frame wafer, A dicing step of dicing the base wafer and the lid wafer.
The gas generated in the process of melting the sealing material is released to the atmosphere, and the final packaging process is performed in a vacuum or in an inert atmosphere, so the gas generated from the sealing material is adsorbed to the vibrating piece. There is nothing.
第6の観点の圧電デバイスの製造方法であって、大気中で振動片及びこの振動片を囲む外枠部を有する圧電フレーム用のウエハを挟むようにスルーホールを有するベース用のウエハと外枠部に対応した外枠フレームとで接合する第1接合工程と、大気中でスルーホールを充填材で封止する封止工程と、真空中又は不活性雰囲気中で外枠フレームに平板状のリッド用のウエハを接合する第2接合工程と、を備える。
封止材などを溶融する過程で生じるガスは大気中に開放され、パッケージングの最終工程が真空中又は不活性雰囲気中で行われる。また、リッド用のウエハは平板状であるため、真空中又は不活性雰囲気中でも簡易に扱うことができる。
A method for manufacturing a piezoelectric device according to a sixth aspect, wherein a base wafer and an outer frame having a through hole so as to sandwich a piezoelectric frame wafer having a vibrating piece and an outer frame portion surrounding the vibrating piece in the atmosphere A first joining step for joining with the outer frame frame corresponding to the part, a sealing step for sealing the through hole with a filler in the atmosphere, and a flat lid on the outer frame frame in a vacuum or in an inert atmosphere A second bonding step of bonding a wafer for use.
The gas generated in the process of melting the sealing material or the like is released into the atmosphere, and the final packaging process is performed in a vacuum or in an inert atmosphere. Further, since the lid wafer is flat, it can be easily handled in a vacuum or in an inert atmosphere.
第7の観点の圧電デバイスの製造方法は、ベース用のウエハと圧電フレーム用のウエハとは水晶材料であり、第1接合工程はシロキサン結合である。
第8の観点の圧電デバイスの製造方法は、リッド用のウエハは水晶材料又はガラス材料であり、第2接合はシロキサン結合又は陽極接合である。
In the piezoelectric device manufacturing method according to the seventh aspect, the base wafer and the piezoelectric frame wafer are made of quartz material, and the first bonding step is siloxane bonding.
In the piezoelectric device manufacturing method according to the eighth aspect, the lid wafer is a quartz material or a glass material, and the second bonding is a siloxane bond or anodic bonding.
本発明の圧電デバイスの製造方法は、振動周波数にバラツキを生じることなく長期安定性を得られる圧電デバイスを製造することができ、また作業効率もよい。 The method for manufacturing a piezoelectric device of the present invention can manufacture a piezoelectric device that can obtain long-term stability without causing variations in vibration frequency, and has good work efficiency.
<第1実施形態:第1水晶振動子100の構成>
以下、本発明の各実施形態にかかる第1水晶振動子100について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1実施形態の第1水晶振動子100の概略図を示している。
図1(a)は、分割した状態の第1水晶振動子100を、リッド10のリッド部側からみた斜視図である。図1(b)は、図1(a)のA−A断面で第1水晶振動子100の断面構成図である。
<First Embodiment: Configuration of First Crystal Resonator 100>
Hereinafter, the 1st crystal oscillator 100 concerning each embodiment of the present invention is explained with reference to drawings. FIG. 1 shows a schematic diagram of a first crystal unit 100 according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 1A is a perspective view of the divided first crystal unit 100 as viewed from the lid part side of the lid 10. FIG. 1B is a cross-sectional configuration diagram of the first crystal unit 100 taken along the line AA in FIG.
図1(a)及び図1(b)に示されるように、第1水晶振動子100は、最上部の第1リッド10、第1外枠フレーム20、第1圧電フレーム50及び最下部の第1ベース40から構成される。第1リッド10、第1外枠フレーム20、第1圧電フレーム50及び第1ベース40は水晶材料から形成される。第1圧電フレーム50は、エッチングにより形成された音叉型の水晶振動片30を有している。 As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the first crystal unit 100 includes an uppermost first lid 10, a first outer frame 20, a first piezoelectric frame 50, and a lowermost first lid. 1 base 40 is comprised. The first lid 10, the first outer frame 20, the first piezoelectric frame 50, and the first base 40 are made of a quartz material. The first piezoelectric frame 50 has a tuning-fork type crystal vibrating piece 30 formed by etching.
第1水晶振動子100は、音叉型の水晶振動片30を備えた第1圧電フレーム50を中心に挟んで、その第1圧電フレーム50の上に第1外枠フレーム20が接合され、第1圧電フレーム50の下に第1ベース40が接合される。さらに、第1外枠フレーム20の上に第1リッド10が接合されてパッケージ90が形成されている。つまり、第1リッド10は第1外枠フレーム20に、第1圧電フレーム50は第1外枠フレーム20に、第1ベース40は第1圧電フレーム50にシロキサン接合(Si−O−Si)により封止する構成になっている。 In the first crystal unit 100, a first piezoelectric frame 50 having a tuning fork type crystal vibrating piece 30 is sandwiched around the first piezoelectric frame 50, and the first outer frame 20 is joined to the first piezoelectric frame 50. The first base 40 is joined under the piezoelectric frame 50. Further, the first lid 10 is joined on the first outer frame frame 20 to form a package 90. That is, the first lid 10 is bonded to the first outer frame 20, the first piezoelectric frame 50 is bonded to the first outer frame 20, and the first base 40 is bonded to the first piezoelectric frame 50 by siloxane bonding (Si—O—Si). It is the structure which seals.
第1リッド10は平板状である。第1外枠フレーム20は、外枠部21を有しており、空間部22が形成されている。内形を規定する空間部22は水晶エッチングにより形成されている。 The first lid 10 has a flat plate shape. The first outer frame frame 20 has an outer frame portion 21, and a space portion 22 is formed. The space 22 that defines the inner shape is formed by crystal etching.
第1圧電フレーム50は、その中央部にいわゆる音叉型の水晶振動片30と外側に外枠部51とを有しており、音叉型の水晶振動片30と外枠部51との間には空間部52が形成されている。音叉型の水晶振動片30の外形を規定する空間部52は水晶エッチングにより形成されている。音叉型の水晶振動片30は外枠部51と同じ厚さである。音叉型の水晶振動片30は、基部32と基部32から伸びる一対の振動腕31とを有している。基部32と外枠部51とは一体に形成されている。基部32及び外枠部51の第1主面に第1基部電極33と第2基部電極34とが形成され、第2主面にも同様に第1基部電極33と第2基部電極34とが形成されている。 The first piezoelectric frame 50 has a so-called tuning-fork type crystal vibrating piece 30 at the center and an outer frame portion 51 on the outside, and between the tuning-fork type crystal vibrating piece 30 and the outer frame portion 51. A space 52 is formed. The space 52 that defines the outer shape of the tuning-fork type crystal vibrating piece 30 is formed by crystal etching. The tuning-fork type crystal vibrating piece 30 has the same thickness as the outer frame portion 51. The tuning fork type crystal vibrating piece 30 includes a base portion 32 and a pair of vibrating arms 31 extending from the base portion 32. The base portion 32 and the outer frame portion 51 are integrally formed. The first base electrode 33 and the second base electrode 34 are formed on the first main surface of the base 32 and the outer frame portion 51, and the first base electrode 33 and the second base electrode 34 are similarly formed on the second main surface. Is formed.
第1ベース40は、第1圧電フレーム50側にベース用凹部47を備える。第1ベース40は第1スルーホール41及び第2スルーホール43並びに段差部49を形成する。段差部49には、第1スルーホール41及び第2スルーホール43に接続する第1接続電極42及び第2接続電極44が形成されている。第1ベース40は、底面に第1外部電極45及び第2外部電極46を備えている。 The first base 40 includes a base recess 47 on the first piezoelectric frame 50 side. The first base 40 forms a first through hole 41, a second through hole 43, and a stepped portion 49. A first connection electrode 42 and a second connection electrode 44 connected to the first through hole 41 and the second through hole 43 are formed in the stepped portion 49. The first base 40 includes a first external electrode 45 and a second external electrode 46 on the bottom surface.
第1スルーホール41及び第2スルーホール43は、その内面に金属膜が形成される。内面の金属膜は、第1接続電極42及び第2接続電極44並びに第1外部電極45及び第2外部電極46と同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。金属膜は2層から成り、150オングストローム〜700オングストロームのニッケル(Ni)層の上に400オングストローム〜2000オングストロームの金(Au)層が形成された構成である。ニッケル(Ni)層の代わりに、クロム(Cr)層又はチタン(Ti)層が使用されることもある。 A metal film is formed on the inner surface of the first through hole 41 and the second through hole 43. The metal film on the inner surface is formed by a photolithography process simultaneously with the first connection electrode 42 and the second connection electrode 44, and the first external electrode 45 and the second external electrode 46. The metal film is composed of two layers, and a gold (Au) layer of 400 angstroms to 2000 angstroms is formed on a nickel (Ni) layer of 150 angstroms to 700 angstroms. Instead of a nickel (Ni) layer, a chromium (Cr) layer or a titanium (Ti) layer may be used.
第1接続電極42は、第1スルーホール41を通じて第1ベース40に設けた第1外部電極45に電気的に接続する。第2接続電極44は、第2スルーホール43を通じて第1ベース40に設けた第2外部電極46に電気的に接続する。 The first connection electrode 42 is electrically connected to the first external electrode 45 provided on the first base 40 through the first through hole 41. The second connection electrode 44 is electrically connected to the second external electrode 46 provided on the first base 40 through the second through hole 43.
第1水晶振動子100は、第1リッド10、第1外枠フレーム20、第1圧電フレーム50及び第1ベース40が接合されてパッケージ90が形成される。つまり、第1基部電極33は第1ベース40の第1外部電極45と電気的に接合し、第2基部電極34は第1ベース40の第2外部電極46と電気的に接合する。 In the first crystal unit 100, the package 90 is formed by bonding the first lid 10, the first outer frame frame 20, the first piezoelectric frame 50, and the first base 40. That is, the first base electrode 33 is electrically joined to the first external electrode 45 of the first base 40, and the second base electrode 34 is electrically joined to the second external electrode 46 of the first base 40.
図2は、第1水晶振動子100の概略図を示している。図2(a)は、第1リッド10の上面図であり、(b)は第1外枠フレーム20の上面図であり、(c)は第1圧電フレーム50の上面図であり、(d)は第1ベース40の上面図であり、(e)は、(a)から(d)のA−A断面で第1水晶振動子100を示した概略断面図である。図2では、図1と重複する説明を省く。 FIG. 2 shows a schematic diagram of the first crystal unit 100. 2A is a top view of the first lid 10, FIG. 2B is a top view of the first outer frame frame 20, and FIG. 2C is a top view of the first piezoelectric frame 50. () Is a top view of the first base 40, and (e) is a schematic cross-sectional view showing the first crystal unit 100 in the AA cross section from (a) to (d). In FIG. 2, the description overlapping with FIG. 1 is omitted.
図2(a)に示されるように、第1リッド10は、平板状である。図2(b)に示されるように、第1外枠フレーム20は、外枠部21を有しており、内形を規定する空間部22が形成されている。 As shown in FIG. 2A, the first lid 10 has a flat plate shape. As shown in FIG. 2B, the first outer frame frame 20 has an outer frame portion 21, and a space portion 22 that defines an inner shape is formed.
図2(c)に示されるように、第1圧電フレーム50は、音叉型の水晶振動片30と外枠部51とを備える。音叉型の水晶振動片30は、第1主面及び第2主面に第1励振電極35及び第2励振電極36が形成されており、第1励振電極35は、基部32及び外枠部51に形成された第1基部電極33につながっており、第2励振電極36は、基部32及び外枠部51に形成された第2基部電極34につながっている。また、水晶振動片30の振動腕31の先端には、錘部37及び錘部38が形成されている。第1基部電極33及び第2基部電極34、第1励振電極35及び第2励振電極36並びに錘部37及び錘部38は、同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。これらに電圧が加えられると水晶振動片30は所定の周波数で振動する。錘部37及び錘部38は水晶振動片30の振動腕31が振動し易くなるため錘であり且つ周波数調整のために設けられる。 As shown in FIG. 2C, the first piezoelectric frame 50 includes a tuning fork type crystal vibrating piece 30 and an outer frame portion 51. The tuning fork type crystal vibrating piece 30 includes a first excitation electrode 35 and a second excitation electrode 36 formed on a first main surface and a second main surface. The first excitation electrode 35 includes a base portion 32 and an outer frame portion 51. The second excitation electrode 36 is connected to the second base electrode 34 formed on the base 32 and the outer frame portion 51. Further, a weight portion 37 and a weight portion 38 are formed at the tip of the vibrating arm 31 of the crystal vibrating piece 30. The first base electrode 33 and the second base electrode 34, the first excitation electrode 35 and the second excitation electrode 36, the weight portion 37 and the weight portion 38 are simultaneously formed by a photolithography process. When a voltage is applied to these, the crystal vibrating piece 30 vibrates at a predetermined frequency. The weight part 37 and the weight part 38 are weights for the vibration arm 31 of the crystal vibrating piece 30 to easily vibrate and are provided for frequency adjustment.
図2(d)に示されるように、第1ベース40は、エッチングにより第1スルーホール41及び第2スルーホール43並びにベース用凹部47及び段差部49が形成される。第1ベース40は、段差部49に第1接続電極42及び第2接続電極44を備え、裏面に第1外部電極45及び第2外部電極46を備えている。第1接続電極42、第2接続電極44、第1外部電極45及び第2外部電極46は、フォトリソグラフィ工程で作成される。 As shown in FIG. 2D, the first base 40 is formed with a first through hole 41 and a second through hole 43, a base concave portion 47 and a stepped portion 49 by etching. The first base 40 includes a first connection electrode 42 and a second connection electrode 44 at a stepped portion 49, and a first external electrode 45 and a second external electrode 46 on the back surface. The first connection electrode 42, the second connection electrode 44, the first external electrode 45, and the second external electrode 46 are created by a photolithography process.
第1外枠フレーム20、第1圧電フレーム50及び第1ベース40は、第1接合工程でシロキサン結合を行い接合する。シロキサン結合は、音叉型の水晶振動片30を備えた第1圧電フレーム50を中心として、第1ベース40及び第1外枠フレーム20の接面を酸素含有雰囲気中で短波長の紫外線を照射し、清浄な状態にする。そしてそれらを重ね合わさせて、350°Cから450°Cに保持された不図示の高温槽で圧着することによって結合が行われる。 The first outer frame frame 20, the first piezoelectric frame 50, and the first base 40 are bonded by siloxane bonding in the first bonding step. Siloxane bonds are obtained by irradiating the contact surfaces of the first base 40 and the first outer frame frame 20 with ultraviolet rays having a short wavelength in an oxygen-containing atmosphere around the first piezoelectric frame 50 including the tuning-fork type crystal vibrating piece 30. Make it clean. Then, they are overlapped and bonded by pressing in a high-temperature tank (not shown) maintained at 350 ° C. to 450 ° C.
第1接合工程でシロキサン結合を終了した第1外枠フレーム20、第1圧電フレーム50及び第1ベース40は、第1ベース40の底面を上になるように載置して、第1スルーホール41及び第2スルーホール43に球形に形成された封止材48を充填し、加熱などによって封止材48を溶融して第1スルーホール41及び第2スルーホール43の封止を行う。 The first outer frame frame 20, the first piezoelectric frame 50, and the first base 40, which have completed the siloxane bond in the first bonding step, are placed with the bottom surface of the first base 40 facing upward, and the first through holes are placed. 41 and the second through hole 43 are filled with a sealing material 48 formed in a spherical shape, and the sealing material 48 is melted by heating or the like to seal the first through hole 41 and the second through hole 43.
封止材48の共晶合金には、融点280℃の金スズ(Au20Sn)合金、融点356℃の金ゲルマニュウム(Au12Ge)合金又は融点363℃の金シリコン(Au3.15Si)合金のいずれか一つが用いられる。 The eutectic alloy of the sealing material 48 includes any one of a gold tin (Au20Sn) alloy having a melting point of 280 ° C, a gold germanium (Au12Ge) alloy having a melting point of 356 ° C, or a gold silicon (Au3.15Si) alloy having a melting point of 363 ° C. Used.
第2接合工程において、第1接合工程でシロキサン結合を終了した第1外枠フレーム20の接面と第1リッド10の接面とを、酸素含有雰囲気中で短波長の紫外線を照射し清浄な状態にして重ね合わせる。そして、シロキサン結合した第1外枠フレーム20、第1圧電フレーム50及びスルーホールが封止された第1ベース40は、第1リッド10と重ね合わされた状態で、不図示の真空リフロー炉により一定時間真空中又は不活性雰囲気中に保持して加熱されシロキサン結合が行われる。このシロキサン結合によりパッケージ90内が真空になった又は不活性ガスで満たされた第1水晶振動子100が完成する。パッケージングがシロキサン結合によって行われるため、パッケージングに接合材を使用する必要がない。また、第1スルーホール41及び第2スルーホール43は封止材48で既に封止されているため、接合材及び封止材48から生じるガスの発生がない。 In the second bonding step, the contact surface of the first outer frame frame 20 and the contact surface of the first lid 10 that have finished siloxane bonding in the first bonding step are irradiated with a short wavelength ultraviolet ray in an oxygen-containing atmosphere to be cleaned. Overlay in the state. The first base frame 20 with the siloxane-bonded first outer frame 20, the first piezoelectric frame 50, and the through-hole sealed is fixed by a vacuum reflow furnace (not shown) in a state where the first base 10 is overlapped with the first lid 10. The siloxane bonding is performed by heating for a period of time in a vacuum or in an inert atmosphere. Due to the siloxane bond, the first crystal unit 100 in which the inside of the package 90 is evacuated or filled with an inert gas is completed. Since packaging is performed by siloxane bonding, it is not necessary to use a bonding material for packaging. Further, since the first through hole 41 and the second through hole 43 are already sealed with the sealing material 48, no gas is generated from the bonding material and the sealing material 48.
さらに、シロキサン結合した第1外枠フレーム20、第1圧電フレーム50及び第1ベース40に対して、第1リッド10をシロキサン結合すると、接合材及び封止材48から生じるガスの発生の影響がなく音叉型の水晶振動片30の振動周波数にバラツキが小さくなり、高精度の第1水晶振動子100を生産することができる。 Furthermore, if the first lid 10 is siloxane bonded to the first outer frame frame 20, the first piezoelectric frame 50, and the first base 40 bonded with siloxane, there is an influence of the generation of gas generated from the bonding material and the sealing material 48. As a result, variation in the vibration frequency of the tuning-fork type crystal vibrating piece 30 is reduced, and the first crystal unit 100 with high accuracy can be produced.
図2(e)の概略断面図で示されるように、第1水晶振動子100は、第1リッド10と第1外枠フレーム20と第1圧電フレーム50と第1ベース40とを重ね合わせ、1個の第1水晶振動子100をシロキサン結合した図を示している。 As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 2 (e), the first crystal unit 100 includes the first lid 10, the first outer frame 20, the first piezoelectric frame 50, and the first base 40, The figure which bonded the siloxane bond to the 1st 1st crystal oscillator 100 is shown.
シロキサン結合は、電極の厚み(3000Åから4000Å)でさえ接合不良の原因となる。このため、外枠部51の裏面に形成した第1基部電極33及び第2基部電極34と対向する面はその配線電極の厚み以上の段差部を形成する必要がある。また、第1ベース40の表面に形成した第1接続電極42及び第2接続電極44はその接続電極の厚み分だけの深さで段差部49を形成する必要がある。つまり、接合面はシロキサン結合を阻害しないように、各電極の段差部及びその対向する面を形成する。 Siloxane bonds cause poor bonding even at electrode thicknesses (3000 to 4000 mm). For this reason, the surface facing the first base electrode 33 and the second base electrode 34 formed on the back surface of the outer frame portion 51 needs to form a stepped portion having a thickness greater than that of the wiring electrode. Further, the first connection electrode 42 and the second connection electrode 44 formed on the surface of the first base 40 need to form the stepped portion 49 with a depth corresponding to the thickness of the connection electrode. That is, the bonding surface is formed with a stepped portion of each electrode and its opposing surface so as not to inhibit the siloxane bond.
第1ベース40に設けられた段差部49の高さは、ウエットエッチングなどによって2500Å〜3000Åに形成されている。外枠部51に形成された第1基部電極33及び第2基部電極34の厚さも1500Å〜2000Åである。また、第1ベース40に形成された第1接続電極42及び第2接続電極44の厚さも1500Å〜2000Åである。すなわち、外枠部51に形成された基部電極の厚さと第1ベース40に形成された接続電極の厚さを合計すると3000Åから4000Åである。 The height of the stepped portion 49 provided on the first base 40 is 2500 mm to 3000 mm by wet etching or the like. The thicknesses of the first base electrode 33 and the second base electrode 34 formed on the outer frame portion 51 are also 1500 mm to 2000 mm. The thickness of the first connection electrode 42 and the second connection electrode 44 formed on the first base 40 is also 1500 mm to 2000 mm. That is, the sum of the thickness of the base electrode formed on the outer frame portion 51 and the thickness of the connection electrode formed on the first base 40 is 3000 mm to 4000 mm.
第1ベース40と外枠部51とを接触しようとすると、最初に第1基部電極33及び第2基部電極34と第1接続電極42及び第2接続電極44とが接触する。このときに外枠部51の底面と第1ベース40の上面との隙間は500Å〜1000Åぐらいとなる。この状態で水晶のシロキサン結合を行うと、第1基部電極33及び第2基部電極34と第1接続電極42及び第2接続電極44との金層が互いに結合する。また、外枠部51の底面と第1ベース40の上面とがシロキサン結合で強固に結合する。 When trying to contact the first base 40 and the outer frame portion 51, the first base electrode 33 and the second base electrode 34, and the first connection electrode 42 and the second connection electrode 44 first come into contact with each other. At this time, the gap between the bottom surface of the outer frame portion 51 and the top surface of the first base 40 is about 500 mm to 1000 mm. When quartz siloxane bonding is performed in this state, the gold layers of the first base electrode 33 and the second base electrode 34 and the first connection electrode 42 and the second connection electrode 44 are bonded to each other. In addition, the bottom surface of the outer frame portion 51 and the top surface of the first base 40 are firmly bonded by a siloxane bond.
段差部49を設けない状態で、外枠部51の底面と第1ベース40の上面とを結合しようとすると、外枠部51に形成された基部電極と第1ベース40に形成された接続電極との合計厚さが3000Åから4000Åもあり、外枠部51の底面と第1ベース40の上面とが結合しないことが多い。その一方で、基部電極と接続電極との合計厚さ(3000Åから4000Å)の段差部49を設けると、外枠部51と第1ベース40とはシロキサン結合することができるが、第1基部電極33及び第2基部電極34と第1接続電極42及び第2接続電極44とが結合せず、両者が導通していない場合が多い。このため、第1基部電極33及び第2基部電極34と第1接続電極42及び第2接続電極44との合計厚さより約10パーセントから約30パーセント程度水晶厚さが薄くなるような段差部49の高さを形成している。 When an attempt is made to join the bottom surface of the outer frame portion 51 and the upper surface of the first base 40 without the stepped portion 49 being provided, a base electrode formed on the outer frame portion 51 and a connection electrode formed on the first base 40 The bottom thickness of the outer frame portion 51 and the upper surface of the first base 40 are often not coupled. On the other hand, if the stepped portion 49 having a total thickness (3000 mm to 4000 mm) of the base electrode and the connection electrode is provided, the outer frame portion 51 and the first base 40 can be bonded with siloxane, but the first base electrode In many cases, 33 and the second base electrode 34 are not coupled to the first connection electrode 42 and the second connection electrode 44, and the two are not conductive. Therefore, the stepped portion 49 has a crystal thickness that is about 10 to about 30 percent thinner than the total thickness of the first base electrode 33 and the second base electrode 34 and the first connection electrode 42 and the second connection electrode 44. Is forming a height.
<第1水晶振動子100の製造工程>
図3は、リッド用ウエハ1と、外枠フレーム用ウエハ60と、音叉型の水晶振動片30が形成された圧電フレーム用ウエハ70と、ベース用凹部47を備えたベース用ウエハ80とを重ね合わせる前の図である。説明の都合上仮想線で、リッド用ウエハ1には第1リッド10が示され、外枠フレーム用ウエハ60には第1外枠フレーム20が示され、圧電フレーム用ウエハ70には第1圧電フレーム50が示され、ベース用ウエハ80にはベース40が示されている。なお、説明の都合上リッド用ウエハ1には42個の第1リッド10が描かれているが、実際の製造においては、1枚のウエハに数百から数千の第1リッド10、第1圧電フレーム50などが形成される。
<Manufacturing Process of First Crystal Resonator 100>
FIG. 3 shows a lid wafer 1, an outer frame frame wafer 60, a piezoelectric frame wafer 70 on which a tuning fork type crystal vibrating piece 30 is formed, and a base wafer 80 having a base recess 47. It is a figure before matching. For convenience of explanation, the first lid 10 is shown on the lid wafer 1, the first outer frame frame 20 is shown on the outer frame frame wafer 60, and the first piezoelectric is shown on the piezoelectric frame wafer 70. The frame 50 is shown, and the base 40 is shown on the base wafer 80. For convenience of explanation, 42 first lids 10 are drawn on the lid wafer 1. However, in actual manufacturing, hundreds to thousands of first lids 10 and first lids 10 are formed on one wafer. A piezoelectric frame 50 and the like are formed.
重ね合わせる前に、斜線部で内形を規定する空間部22が水晶エッチングにより外枠フレーム用ウエハ60に形成されている。 Prior to superposition, a space portion 22 that defines the inner shape with a hatched portion is formed in the outer frame frame wafer 60 by crystal etching.
圧電フレーム用ウエハ70には、斜線部で音叉型の水晶振動片30の外形を規定する開口部52が示されている。開口部52は水晶エッチングで形成されている。また、水晶ウエハ単位で第1圧電フレーム50の外枠部51及び音叉型の水晶振動片30には、第1基部電極33及び第2基部電極34並びに第1励振電極35及び第2励振電極36並びに錘部37及び錘部38が形成されている。 In the piezoelectric frame wafer 70, an opening 52 that defines the outer shape of the tuning-fork type crystal vibrating piece 30 is shown by a hatched portion. The opening 52 is formed by crystal etching. In addition, the outer frame portion 51 of the first piezoelectric frame 50 and the tuning-fork type crystal vibrating piece 30 are provided on the crystal wafer unit by a first base electrode 33 and a second base electrode 34, and a first excitation electrode 35 and a second excitation electrode 36. In addition, a weight portion 37 and a weight portion 38 are formed.
ベース用ウエハ80には、第1ベース40のリッド用凹部47が水晶エッチングで形成されている。さらに第1接続電極42及び第2接続電極44並びに第1外部電極45及び第2外部電極46が形成されている。 In the base wafer 80, a lid recess 47 of the first base 40 is formed by crystal etching. Further, a first connection electrode 42 and a second connection electrode 44, a first external electrode 45 and a second external electrode 46 are formed.
リッド用ウエハ1、外枠フレーム用ウエハ60、圧電フレーム用ウエハ70及びベース用ウエハ80から成る4枚の水晶ウエハの直径は、例えば4インチであり軸方向が特定できるように4枚の水晶ウエハの周辺部1e,周辺部60e,周辺部70e及び周辺部80eの一部に水晶の結晶方向を特定するオリエンテーションフラット1c、60c,70c及び80cが形成されている。この4枚の水晶ウエハのオリエンテーションフラットを正確に位置合わせして重ね合わせる。 The diameter of four crystal wafers comprising the lid wafer 1, the outer frame frame wafer 60, the piezoelectric frame wafer 70, and the base wafer 80 is, for example, 4 inches, and the four crystal wafers so that the axial direction can be specified. Orientation flats 1c, 60c, 70c and 80c for specifying the crystal direction of the crystal are formed in a part of the peripheral part 1e, peripheral part 60e, peripheral part 70e and peripheral part 80e. The orientation flats of the four quartz wafers are accurately aligned and overlapped.
<第2実施形態:第2水晶振動子110の構成>
図4は、第2水晶振動子110の概略図を示している。図4(a)は、第2リッド10’の上面図であり、(b)は第2外枠フレーム20’の上面図であり、(c)は第1圧電フレーム50の上面図であり、(d)は第1ベース40の上面図であり、(e)は、(a)から(d)のA−A断面で第2水晶振動子110を陽極接合する概略断面図である。
<Second Embodiment: Configuration of Second Crystal Resonator 110>
FIG. 4 shows a schematic diagram of the second crystal unit 110. 4A is a top view of the second lid 10 ′, FIG. 4B is a top view of the second outer frame frame 20 ′, and FIG. 4C is a top view of the first piezoelectric frame 50, (D) is a top view of the 1st base 40, (e) is a schematic sectional drawing which carries out anodic bonding of the 2nd crystal oscillator 110 in the AA section of (a) to (d).
第2水晶振動子110と第1水晶振動子100との違いは、第2リッド10’がガラス材料から成るリッド用ウエハ1’を用いている点である。このため、第2接合工程において、第2リッド10’と第2外枠フレーム20’とを陽極接合によって接合を行っている。以下の説明では第1水晶振動子100との主な相違点について説明する。なお同一構造部分は同一符号を使用している。 The difference between the second crystal unit 110 and the first crystal unit 100 is that the second lid 10 'uses a lid wafer 1' made of a glass material. For this reason, in the second joining step, the second lid 10 'and the second outer frame frame 20' are joined by anodic joining. In the following description, main differences from the first crystal unit 100 will be described. In addition, the same code | symbol is used for the same structure part.
図4(a)に示されるように、第2リッド10’は、パイレックス(登録商標)ガラス、ホウ珪酸ガラス又はソーダガラスなどのナトリウムイオンなどの金属イオンを含有するガラスからなる。
図4(b)に示されるように、第2外枠フレーム20’は外枠部21’を有しており、空間部22が形成されている。外枠部21’の表面に金属膜25を備える。金属膜25は、スパッタリングもしくは真空蒸着などの手法により形成する。金属膜25は例えばアルミニュウム(Al)層より成り、アルミニュウム層の厚みは1000Å〜1500Å程度とする。なお、金属膜25はアルミニュウム層以外に、下地のクロム層に金層を重ねた金属膜であってもよい。
As shown in FIG. 4A, the second lid 10 ′ is made of glass containing metal ions such as sodium ions such as Pyrex (registered trademark) glass, borosilicate glass, or soda glass.
As shown in FIG. 4B, the second outer frame frame 20 ′ has an outer frame portion 21 ′, and a space portion 22 is formed. A metal film 25 is provided on the surface of the outer frame portion 21 ′. The metal film 25 is formed by a technique such as sputtering or vacuum deposition. The metal film 25 is made of, for example, an aluminum (Al) layer, and the thickness of the aluminum layer is about 1000 to 1500 mm. In addition to the aluminum layer, the metal film 25 may be a metal film in which a gold layer is stacked on an underlying chromium layer.
第2水晶振動子110は、第2外枠フレーム20’と第1圧電フレーム50と第1ベース40とを重ね合わせ、第1接合工程でシロキサン結合を行う。次に、第1ベース40の底面を上になるように載置して、第1スルーホール41及び第2スルーホール43に球形に形成された封止材48を充填し、加熱などによって封止材48を溶融してスルーホールを封止する。 In the second crystal unit 110, the second outer frame frame 20 ', the first piezoelectric frame 50, and the first base 40 are overlapped, and siloxane bonding is performed in the first bonding step. Next, the first base 40 is placed with the bottom face up, and the first through hole 41 and the second through hole 43 are filled with a spherical sealing material 48 and sealed by heating or the like. The material 48 is melted to seal the through hole.
図4(e)は、第2接合工程における陽極接合を行う概略断面図である。上述したように第2外枠フレーム20’は、表面に金属膜25を備え、その金属膜25の上に第2リッド10’が重ねられる。 FIG. 4E is a schematic cross-sectional view for performing anodic bonding in the second bonding step. As described above, the second outer frame frame 20 ′ includes the metal film 25 on the surface, and the second lid 10 ′ is overlaid on the metal film 25.
第2リッド10’が重ねられた第2外枠フレーム20’は、真空中あるいは不活性ガス中で、200°Cから400°Cに加熱しながら加圧される。その際に、第2リッド10’の上面をマイナス電位に、第2外枠フレーム20’の表面の金属膜25をプラス電位にして、直流電源95を用いて500V〜1kVの直流電圧が10分間印加される。第2リッド10’と第2外枠フレーム20’とは陽極接合技術により接合し、パッケージ90’が形成される。説明の都合上第2リッド10’の上面をマイナス電位に、第2外枠フレーム20’の表面の金属膜25をプラス電位にして説明されているが、実際の製造においては、ウエハ単位でリッド用ウエハ1’の上面をマイナス電位に、外枠フレーム用ウエハ60’の第2外枠フレーム20’の金属膜25をプラス電位にして陽極接合が行われる。 The second outer frame 20 'on which the second lid 10' is stacked is pressurized while being heated from 200 ° C to 400 ° C in vacuum or in an inert gas. At that time, the upper surface of the second lid 10 ′ is set to a negative potential, the metal film 25 on the surface of the second outer frame 20 ′ is set to a positive potential, and a DC voltage of 500 V to 1 kV is applied for 10 minutes using the DC power source 95. Applied. The second lid 10 'and the second outer frame 20' are joined by an anodic bonding technique to form a package 90 '. For convenience of explanation, the upper surface of the second lid 10 'is described as having a negative potential, and the metal film 25 on the surface of the second outer frame frame 20' is described as having a positive potential. The anodic bonding is performed with the upper surface of the wafer 1 ′ having a negative potential and the metal film 25 of the second outer frame frame 20 ′ of the outer frame frame wafer 60 ′ having a positive potential.
ところで、陽極接合は、接合界面にある金属が酸化されるという化学反応により成立する。陽極接合させるときには、金属膜を陽極としガラス部材の接合面に対向する面に陰極を配置し、これらの間に電界を印加する。このことにより、ガラスに含まれているナトリウムなどの金属イオンが陰極側に移動し、この結果接合界面においてガラス部材に接触している金属膜が酸化され、両者が接続した状態が得られる。
なお、第1ベースがガラス材料であってもよく、この場合にも第1ベースが陽極接合される。
By the way, anodic bonding is established by a chemical reaction in which a metal at the bonding interface is oxidized. When anodic bonding is performed, a metal film is used as an anode, a cathode is disposed on a surface facing the bonding surface of the glass member, and an electric field is applied therebetween. As a result, metal ions such as sodium contained in the glass move to the cathode side, and as a result, the metal film in contact with the glass member at the bonding interface is oxidized, and a state where both are connected is obtained.
The first base may be a glass material, and in this case, the first base is anodically bonded.
<パッケージングの工程>
図5は、ウエハ単位でのパッケージングのフローチャートである。
ステップS11において、音叉型の水晶振動片30を備えた圧電フレーム用ウエハ70を中心として、外枠フレーム用ウエハ60及びベース用ウエハ80の接面を酸素含有雰囲気中で短波長の紫外線を照射し、清浄な状態にする。そしてそれらを重ね合わさせて、350°Cから450°Cに保持された不図示の高温槽で圧着することによってシロキサン結合が行われる。この第1接合工程は大気中で行われる。
<Packaging process>
FIG. 5 is a flowchart of packaging in units of wafers.
In step S11, the contact surface of the outer frame frame wafer 60 and the base wafer 80 is irradiated with short wavelength ultraviolet rays in an oxygen-containing atmosphere, with the piezoelectric frame wafer 70 having the tuning fork type crystal vibrating piece 30 as a center. Make it clean. Then, the siloxane bonds are performed by superimposing them and press-bonding them in a high-temperature tank (not shown) maintained at 350 ° C. to 450 ° C. This first joining step is performed in the atmosphere.
ステップS12では、第1接合工程でシロキサン結合が終了した第1ベース40の底面を上になるように載置して、第1スルーホール41及び第2スルーホール43に球形に形成された封止材48を充填し、加熱などによって封止材48を溶融してこれらスルーホールを封止する。この工程も大気中で行われる。例えば、封止材48の共晶合金には融点356℃の金ゲルマニュウム(Au12Ge)合金が用いられる。 In step S12, the first base 40, in which the siloxane bond has been completed in the first bonding step, is placed with the bottom surface facing upward, and the first through hole 41 and the second through hole 43 are formed into a spherical shape. The material 48 is filled, and the sealing material 48 is melted by heating or the like to seal these through holes. This process is also performed in the atmosphere. For example, a gold germanium (Au12Ge) alloy having a melting point of 356 ° C. is used for the eutectic alloy of the sealing material 48.
ステップS13では、第2接合工程において、第1接合工程でシロキサン結合を終了した外枠フレーム用ウエハ60及びリッド用ウエハ1の接面を、酸素含有雰囲気中で短波長の紫外線を照射し清浄な状態にして重ね合わせる。そして、シロキサン結合した外枠フレーム用ウエハ60、圧電フレーム用ウエハ70及びスルーホールが封止されたベース用ウエハ80は、リッド用ウエハ1と重ね合わされた状態で、不図示の真空リフロー炉により一定時間真空中又は不活性雰囲気中に保持して加熱される。このシロキサン結合によりパッケージ90内が真空になった又は不活性ガスで満たされた第1水晶振動子100が完成する。 In step S13, in the second bonding process, the contact surfaces of the outer frame frame wafer 60 and the lid wafer 1 that have completed siloxane bonding in the first bonding process are irradiated with a short wavelength ultraviolet ray in an oxygen-containing atmosphere to be cleaned. Overlay in the state. The siloxane-bonded outer frame wafer 60, the piezoelectric frame wafer 70, and the base wafer 80 in which the through holes are sealed are fixed by a vacuum reflow furnace (not shown) in a state where the wafer is overlapped with the lid wafer 1. Heating is maintained for a time in a vacuum or in an inert atmosphere. Due to the siloxane bond, the first crystal unit 100 in which the inside of the package 90 is evacuated or filled with an inert gas is completed.
ガラス材料からなるリッド用ウエハ1’には、外枠フレーム用ウエハ60’の外枠部21’は、表面に金属膜25を備えている。第2接合工程において、第1接合工程でシロキサン結合を終了した外枠フレーム用ウエハ60’をリッド用ウエハ1’を重ね合わせて陽極接合する。この陽極接合は真空中あるいは不活性ガス中で行われ、パッケージ90’
内が真空になった又は不活性ガスで満たされた第2水晶振動子110が完成する。
On the lid wafer 1 ′ made of a glass material, the outer frame portion 21 ′ of the outer frame frame wafer 60 ′ has a metal film 25 on the surface. In the second bonding step, the outer frame frame wafer 60 ′ in which the siloxane bonding has been completed in the first bonding step is anodic bonded with the lid wafer 1 ′ overlapped. This anodic bonding is performed in a vacuum or in an inert gas, and the package 90 '.
The second crystal unit 110 in which the inside is evacuated or filled with an inert gas is completed.
ステップS14では、パッケージ90及びパッケージ90’が完成されたウエハをダイシングソー又はレーザーソーで切断して切り離し、個々の第1水晶振動子100及び第2水晶振動子110に形成される。いわゆるパッケージングと電極の結合とを同時に行うことができ、また水晶ウエハ単位で製造できるため、生産性を向上させることができる。 In step S <b> 14, the wafer on which the package 90 and the package 90 ′ are completed is cut by a dicing saw or a laser saw to be separated into the first crystal resonator 100 and the second crystal resonator 110. So-called packaging and electrode bonding can be performed at the same time, and since it can be manufactured in units of quartz wafers, productivity can be improved.
<第3実施形態:第3水晶振動子120の構成>
図6は、第3水晶振動子120の概略図を示している。図6(a)は第1リッド10の上面図であり、(b)は第2圧電フレーム50’の上面図であり、(c)は第2ベース40’の上面図であり、(d)は、(a)から(c)のB−B断面で第3水晶振動子120を示した断面構成図である。第1リッド10、第2圧電フレーム50’
及び第2ベース40’は水晶材料から形成される。第3水晶振動子120は、第1水晶振動子100に用いられた外枠フレーム20を用いていない。また、第2ベース40’はベース用凹部47を備えない平面板である。第3実施形態では、第1実施形態と重複する説明を省く。
<Third Embodiment: Configuration of Third Crystal Resonator 120>
FIG. 6 shows a schematic diagram of the third crystal unit 120. 6A is a top view of the first lid 10, FIG. 6B is a top view of the second piezoelectric frame 50 ′, FIG. 6C is a top view of the second base 40 ′, and FIG. These are cross-sectional block diagrams which showed the 3rd crystal oscillator 120 in the BB cross section of (a) to (c). 1st lid 10 and 2nd piezoelectric frame 50 '
And the second base 40 'is made of quartz material. The third crystal unit 120 does not use the outer frame 20 used for the first crystal unit 100. The second base 40 ′ is a flat plate that does not include the base recess 47. In the third embodiment, a description overlapping that of the first embodiment is omitted.
図6(a)に示されるように、第1リッド10は、平面板である。
図6(b)に示されるように、第2圧電フレーム50’は、音叉型の水晶振動片30と外枠部51’とを備える。音叉型の水晶振動片30は、外枠部51’の厚さより薄くなるように、両面より水晶エッチングにより形成され、同時に基部32に段差部39が形成されている。音叉型の水晶振動片30の構成は、第1実施形態と同じである。
As shown in FIG. 6A, the first lid 10 is a flat plate.
As shown in FIG. 6B, the second piezoelectric frame 50 ′ includes a tuning-fork type crystal vibrating piece 30 and an outer frame portion 51 ′. The tuning fork type crystal vibrating piece 30 is formed by crystal etching from both sides so as to be thinner than the thickness of the outer frame portion 51 ′, and at the same time, a step portion 39 is formed in the base portion 32. The configuration of the tuning fork type crystal vibrating piece 30 is the same as that of the first embodiment.
図6(c)に示されるように、第2ベース40’はベース用凹部47を備えない平面板である。第2ベース40’は、エッチングにより第1スルーホール41及び第2スルーホール43が形成される。その他の構成は第1実施形態と同じである。 As shown in FIG. 6C, the second base 40 ′ is a flat plate that does not include the base recess 47. In the second base 40 ′, the first through hole 41 and the second through hole 43 are formed by etching. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
図6(d)に示されるように、第3水晶振動子120は、第2圧電フレーム50’と第2ベース40’との接面を清浄にして重ね合わせ、第1接合工程でシロキサン結合を行う。次に、第2ベース40’の底面を上になるように載置して、第1スルーホール41及び第2スルーホール43に球形に形成された封止材48を充填し、加熱などによって封止材48を溶融してスルーホールを封止する。 As shown in FIG. 6D, the third crystal unit 120 cleans and superimposes the contact surface between the second piezoelectric frame 50 ′ and the second base 40 ′, and forms a siloxane bond in the first bonding step. Do. Next, the second base 40 ′ is placed with the bottom face up, and the first through hole 41 and the second through hole 43 are filled with a spherical sealing material 48 and sealed by heating or the like. The stop material 48 is melted to seal the through hole.
第2接合工程で第2圧電フレーム50’と第1リッド10との接面を清浄にして重ね合わせシロキサン結合を行ってパッケージ90”が形成される。
なお、ガラス材料からなるリッド10’のウエハと第2圧電フレーム50’の外枠部51’に金属膜を備えたウエハとを使用して陽極接合を行ってもよい。第1スルーホール41及び第2スルーホール43は封止材48で封止されてから、第2接合工程において接合されるため、封止材48から生じるガスの発生の影響がなく、音叉型の水晶振動片30の振動周波数にバラツキが小さくなり、高精度の水晶振動子を生産することができる。
In the second bonding step, the contact surface between the second piezoelectric frame 50 ′ and the first lid 10 is cleaned, and a siloxane bond is performed to form a package 90 ″.
The anodic bonding may be performed using a wafer of the lid 10 ′ made of a glass material and a wafer having a metal film on the outer frame portion 51 ′ of the second piezoelectric frame 50 ′. Since the first through hole 41 and the second through hole 43 are sealed with the sealing material 48 and then joined in the second joining step, there is no influence of the generation of gas generated from the sealing material 48, and the tuning fork type The variation in the vibration frequency of the crystal vibrating piece 30 is reduced, and a highly accurate crystal resonator can be produced.
1 …… リッド用ウエハ
1c,60c,70c,80c …… オリエンテーションフラット
1e,60e,70e,80e …… ウエハ周辺部
10,10’ …… リッド
17 …… リッド用凹部
20,20’ …… 外枠フレーム
21、21’ …… 外枠部
22 …… 開口部
25 …… 金属膜
30 …… 水晶振動片
31 …… 振動腕
32 …… 基部
33、34 …… 基部電極
35,36 …… 励振電極
37、38 …… 錘部
39、49 …… 段差部
40、40’ …… ベース
41,43, …… スルーホール
42,42’、44、44’ …… 接続電極
45,45’、46、46’ …… 外部電極
47 …… ベース用凹部
48 …… 封止材
50、50’ …… 圧電フレーム
51、51’ …… 外枠部
52 …… 開口部
60 …… 外枠フレーム用ウエハ
70 …… 圧電フレーム用ウエハ
80 …… ベース用ウエハ
90,90’、90” …… パッケージ
95 …… 直流電源
1 ... Lid wafers 1c, 60c, 70c, 80c ... Orientation flat
1e, 60e, 70e, 80e ... Wafer peripheral portion 10, 10 '... Lid
17 ...... Lid recesses 20, 20 ′ 外 Outer frame frames 21, 21 ′ 外 Outer frame portion 22 ...... Opening portion 25 ...... Metal film 30 …… Quartz vibrating piece 31 …… Vibrating arm 32 …… Base 33 , 34 ...... Base electrodes 35, 36 ...... Excitation electrodes 37, 38 ...... Weight parts 39, 49 ...... Stepped parts 40, 40 ′ ...... Bases 41, 43, …… Through holes 42, 42 ′, 44, 44 '... Connection electrodes 45, 45', 46, 46 '... External electrode 47 ... Base recess 48 ... Sealing material 50, 50' ... Piezoelectric frame 51, 51 '... Outer frame part 52 ... Opening 60 ... Outer frame wafer 70 ... Piezoelectric frame wafer 80 ... Base wafers 90, 90 ', 90 "... Package 95 ... DC power supply
Claims (8)
前記圧電フレームの外枠部に対応した形状で、前記外枠部の一方の面に接合する外枠フレームと、
前記外枠フレームの面に接合するリッドと、
前記外枠部の他方の面に接合し前記接続電極に接続される接続端子と、前記接続端子の反対面に形成された外部端子と、前記接続端子と前記外部端子とを接続するスルーホール配線とを有するベースと、
を備えることを特徴とする圧電デバイス。 A piezoelectric frame having a vibrating piece on which an excitation electrode is formed, and an outer frame portion that surrounds the vibrating piece and is connected to the excitation electrode;
An outer frame frame joined to one surface of the outer frame portion in a shape corresponding to the outer frame portion of the piezoelectric frame;
A lid joined to a surface of the outer frame frame;
A connection terminal joined to the other surface of the outer frame and connected to the connection electrode, an external terminal formed on the opposite surface of the connection terminal, and a through-hole wiring connecting the connection terminal and the external terminal A base having
A piezoelectric device comprising:
前記圧電フレームの外枠部の一方の面に接合するリッドと、
前記外枠部の他方の面に接合し前記接続電極に接続される接続端子と、前記接続端子の反対面に形成された外部端子と、前記接続端子と前記外部端子とを接続するスルーホール配線とを有するベースと、
を備えることを特徴とする圧電デバイス。 A piezoelectric frame having a vibrating piece on which an excitation electrode is formed, and an outer frame portion which is formed with a connection electrode surrounding the vibrating piece and connected to the excitation electrode and is thicker than the vibrating piece;
A lid joined to one surface of the outer frame portion of the piezoelectric frame;
A connection terminal joined to the other surface of the outer frame and connected to the connection electrode, an external terminal formed on the opposite surface of the connection terminal, and a through-hole wiring connecting the connection terminal and the external terminal A base having
A piezoelectric device comprising:
大気中で、振動片及びこの振動片を囲む外枠部を有する圧電フレーム用のウエハとスルーホールを有するベース用のウエハと接合する第1接合工程と、
大気中で、前記スルーホールを充填材で封止する封止工程と、
真空中又は不活性雰囲気中で前記圧電フレームにリッド用のウエハを接合する第2接合工程と、
接合した前記圧電フレーム用のウエハ、前記ベース用のウエハ及び前記リッド用のウエハをダイシングするダイシング工程と、
を備えることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 A method for manufacturing a piezoelectric device, comprising:
A first bonding step of bonding a wafer for a piezoelectric frame having a vibrating piece and an outer frame portion surrounding the vibrating piece and a base wafer having a through hole in the atmosphere;
A sealing step of sealing the through hole with a filler in the atmosphere;
A second bonding step of bonding a lid wafer to the piezoelectric frame in a vacuum or in an inert atmosphere;
A dicing step of dicing the bonded wafer for the piezoelectric frame, the wafer for the base and the wafer for the lid;
A method for manufacturing a piezoelectric device comprising:
大気中で、振動片及びこの振動片を囲む外枠部を有する圧電フレーム用のウエハを挟むようにスルーホールを有するベース用のウエハと前記外枠部に対応した外枠フレームとで接合する第1接合工程と、
大気中で、前記スルーホールを充填材で封止する封止工程と、
真空中又は不活性雰囲気中で前記外枠フレームに平板状のリッド用のウエハを接合する第2接合工程と、
を備えることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 A method for manufacturing a piezoelectric device, comprising:
In air, a base wafer having a through hole and an outer frame frame corresponding to the outer frame portion are joined to sandwich a piezoelectric frame wafer having a vibrating piece and an outer frame portion surrounding the vibrating piece. 1 joining process,
A sealing step of sealing the through hole with a filler in the atmosphere;
A second bonding step of bonding a flat lid wafer to the outer frame frame in a vacuum or in an inert atmosphere;
A method for manufacturing a piezoelectric device comprising:
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