JP2015211364A - 水晶デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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が形成された水晶ウエハを用いて、水晶片の所定の位置に金属膜を被着させ、励振電極および引出電極を形成することができ、生産性を向上させた水晶デバイス製造方法を提供する。【解決手段】水晶ウエハ１６０の形成工程と、水晶ウエハに水晶片１２１を形成する工程と、水晶ウエハにウエハ貫通穴を形成する工程と、下板１７２と、上板１７４と、一対のマスク１７１と、下板に設けられたガイドピン１７３と、からなる金属膜形成用治具１７０の一対のマスクの間に、ウエハ貫通穴にガイドピンを挿入した状態で水晶ウエハを載置し固定する工程と、金属膜形成用治具に固定された水晶ウエハの水晶片に金属膜を被着させ、励振電極及び引出電極を形成する工程と、水晶片を個片化する工程と、水晶片をパッケージに実装する工程と、パッケージと蓋体とを接合し水晶片を気密封止する工程と、を備えている。【選択図】図６

Description

本発明は、移動通信機器等の電子機器で用いられる水晶デバイスの製造方法に関する。

水晶デバイスは、例えば、パッケージと蓋体とが接合され、パッケージと蓋体とで形成される空間内に、励振電極および引出電極が形成されている水晶片が気密封止された構造となっている。水晶片は、例えば、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、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いる水晶ウエハを用いて、水晶ウエハの所定の位置に、主面の所定の一辺側で固定された状態で形成された後、主面の所定の一辺側を折り取り、または、個片化されて形成されている。このような水晶片は、側面に、Ｚ軸と平行となっているｍ面が形成されている（例えば、特許文献１参照）。

水晶デイバスでは、このような水晶片の所定の位置に金属膜が被着させ、励振電極および引出電極を形成したものが用いられる。所定の位置に金属膜を被着させる方法として、金属膜形成用治具を用いる場合がある。金属膜形成用治具は、下板、上板、一対のマスクおよびスペーサーからなり、下板、一方のマスク、スペーサー、他方のマスク、上板の順で、重ねて載置された状態で使用される。スペーサーには、水晶片の主面とほぼ同形状となっている貫通している収容穴が形成されており、この貫通している収容穴に水晶片が収容される。また、金属膜形成用治具は、下板にガイドピンが設けられており、このガイドピンによって、下板、一対のマスク、スペーサーおよび上板の位置合わせを行うことができる構成となっている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１４−１１６４７号公報 特開平０８−１７６８００号公報

従来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により、異方性材料である水晶からなる水晶ウエハの所定の位置に水晶片が形成されているので、結晶軸との角度により、水晶片の側面および水晶ウエハの側面に複雑な形状の残渣が形成される。また、従来の水晶デバイスの製造方法では、ガイドピンを利用し、一対のマスクとスペーサーとの位置合わせを行いつつ、スペーサーに形成されている貫通している収容穴に水晶ウエハまたは水晶片を収容させ、金属膜を被着させて、励振電極および引出電極を形成している。従って、従来の水晶デバイスの製造方法では、水晶ウエハの側面および水晶片の側面に複雑な形状の残渣が残っており、スペーサーに形成されている収容穴に収容させても、この収容穴内で移動してしまい、水晶片の所定の位置に金属膜を被着させることが困難なとなる。このため、従来の水晶デバイスの製造方法では、水晶片の所定の位置に励振電極および引出電極を形成することができない虞がある。例えば、励振電極が所定の位置に対してずれた場合、水晶片が振動するときに、振動漏れが大きくなり、水晶デバイスのクリスタルインピーダンスが大きくなる。また、引出電極が所定の位置に対してずれた場合、引出電極が極端に細くなり、水晶デバイスのクリスタルインピーダンスが大きくなる。つまり、金属膜の被着のずれが起こり得る従来の水晶デバイスの製造方法では、水晶片の所定の位置に励振電極および引出電極を形成することができず、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による性能ばらつきが発生して生産性が低下する虞がある。

本発明では、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が形成された水晶ウエハを用いて、水晶片の所定の位置に金属膜をより正確に被着させ、励振電極および引出電極をより正確に形成することで性能ばらつきを抑え生産性を向上させた水晶デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するために、本発明に係る水晶デバイスの製造方法は、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を形成する水晶ウエハ形成工程と、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で固定している水晶片となる部分を形成する水晶片形成工程と、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、水晶ウエハの所定の位置に、水晶ウエハの上面から下面にかけて貫通しているウエハ貫通穴を形成するウエハ貫通穴形成工程と、下板と、上板と、下板と上板との間に載置される一対のマスクと、下板に設けられているガイドピンと、からなる金属膜形成用治具の前記一対のマスクの間に水晶ウエハを載置し、水晶ウエハのウエハ貫通穴に前記ガイドピンを挿入することで、水晶ウエハを金属膜形成用治具に固定する水晶ウエハ固定工程と、金属膜形成用治具に固定された水晶ウエハの水晶片となる部分の所定の位置に金属膜を被着させ、励振電極および引出電極を形成する電極形成工程と、水晶ウエハに形成されている水晶片となる部分の主面の所定の一辺側を折り取り、または、切断し、水晶片を個片化する個片化工程と、励振電極および引出電極が形成されている水晶片をパッケージに実装する実装工程と、パッケージと蓋体とを接合し、励振電極および引出電極が形成されている水晶片を気密封止する封止工程と、を備えていることを特徴とする。

本発明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を用いて、水晶ウエハの所定の位置に、水晶片およびウエハ貫通穴が形成されており、このウエハ貫通穴を金属膜形成用治具の下板に設けられているガイドピンに挿入させた状態で、金属膜形成用治具により水晶片の所定の位置に金属膜を被着させて、励振電極および引出電極を形成している。従って、本発明に係る水晶デバイスの製造方法では、ガイドピンによって、金属膜形成用治具を構成している下板、一対のマスクおよび上板の位置合わせをすると同時に、水晶ウエハの位置合わせを行うことができる。このため、本発明に係る水晶デバイスの製造方法では、水晶ウエハが一対のマスクに対して位置ずれ起こすことによる励振電極および引出電極のずれを低減させることができる。この結果、本発明に係る水晶デバイスの製造方法では、水晶片が形成されている水晶ウエハの状態で、水晶片のより正確に所定の位置に励振電極および引出電極を形成することが可能となり、励振電極の位置ずれにより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抑えることができる。この結果、所定の位置からの位置ずれに起因した性能ばらつきを抑え、生産性を向上させることが可能となる。

本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の斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面における断面図である。 本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の水晶ウエハ形成工程後の水晶ウエハの状態を示す斜視図である。 （ａ）は、本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の水晶片形成工程後の水晶ウエハの状態を示す平面図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の水晶片形成工程後の水晶片となる部分の平面図である。 本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法のウエハ貫通穴形成工程後の水晶ウエハの状態を示す平面図である。 （ａ）は、本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の水晶ウエハ固定工程後の状態を示す断面図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の水晶ウエハ固定工程後のガイドピンおよびガイドピン付近における断面図である。 本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の電極形成工程後の水晶ウエハの状態を示す平面図である。 （ａ）は、本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の個片化工程後の水晶片の状態を示す平面図であり、（ｂ）は、図８（ａ）のＢ−Ｂ断面における断面図である。 本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の実装工程後の状態を示す断面図である。 本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の封止工程後の状態を示す断面図である。 本実施形態の変形例に係る水晶デバイスの製造方法の貫通穴形成工程後の水晶ウエハの状態を示す平面図である。

本発明の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および図２に示されているように、励振電極１２２および引出電極１２３が形成されている水晶片１２１と、水晶片１２１が実装されているパッケージ１１０と、パッケージ１１０と接合され水晶片１２１を気密封止している蓋体１４０と、から構成されている。

パッケージ１１０は、励振電極１２２および引出電極１２３が形成されている水晶片１２１を実装するためのものである。パッケージ１１０は、例えば、平板部１１０ａと、この平板部１１０ａの上面の縁部に沿って設けられている枠部１１０ｂと、から構成されており、パッケージ１１０の上面に凹部１１１が形成されている。この凹部１１１の底面には、一対の搭載パッド１１２が設けられており、パッケージ１１０の下面には複数の外部端子１１３が設けられている。また、パッケージ１１０には、搭載パッド１１２と外部端子１１３と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。

ここで、図面に合わせて、凹部１１１が形成されているパッケージ１１０の面をパッケージ１１０の上面とし、外部端子１１３が設けられているパッケージ１１０の面をパッケージ１１０の下面とする。また、枠部１１０ｂが設けられている平板部１１０ａの面を平板部１１０ａの上面とし、この平板部１１０ａの上面と反対側を向く平板部１１０ａの面を平板部１１０ａの下面とする。

平板部１１０ａは、例えば、矩形形状の平板状となっており、平板部１１０ａの上面には、縁部に沿って枠部１１０ｂが設けられている。また、平板部１１０ａは、上面に一対の搭載パッド１１２が設けられており、下面に複数の外部端子１１３が設けられている。また、平板部１１０ａには、一対の搭載パッド１１２と所定の二つの外部端子１１３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。この配線パターンは、平板部１１０ａの内部に設けられていてもよいし、平板部１１０ａの表面に設けられていてもよい。平板部１１０ａは、例えば、アルミナセラミクッス、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。平板部１１０ａは、絶縁層を一層で用いたものであっても、絶縁層を複数積層させたものであってもよい。

枠部１１０ｂは、平板部１１０ａの上面の縁部に沿って設けられており、凹部１１１を形成するためのものである。また、枠部１１０ｂの上面には、縁部に沿って封止用導体パターン１１４が設けられている。また、枠部１１０ｂには、封止用導体パターン１１４と所定の他の外部端子１１３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。また、枠部１１０ｂは、平板部１１０ａと一体となっており、例えば、アルミナセラミックス、または、ガラス―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。枠部１１０ｂは、絶縁層を一層で設けたものであっても、絶縁層を複数積層させたものであってもよい。

凹部１１１は、励振電極１２２および引出電極１２３が形成されている水晶片１２１を収容するための空間である。凹部１１１は、その底面の大きさが水晶片１２１の主面の大きさより大きくなっている。また、凹部１１１の底面、つまり、枠部１１０ｂ内であって平板部１１０ａの上面には、一対の搭載パッド１１２が設けられている。

ここで、パッケージ１１０は、パッケージ１１０の上面を平面視したとき、長辺の寸法が１．０〜５．０ｍｍであり、短辺の寸法が０．６〜３．２ｍｍとなっている。また、凹部１１１の大きさは、長辺の寸法が０．８〜４．６ｍｍとなっており、短辺の寸法が０．４〜２．８ｍｍとなっており、上下方向の深さの寸法が０．２〜０．５ｍｍとなっている。

搭載パッド１１２は、水晶片１２１に形成されている引出電極１２３と電気的に接着されるものである。搭載パッド１１２は、平板部１１０ａの上面であって枠部１１０ｂ内に設けられている。また、搭載パッド１１２は、一対となっており、例えば、パッケージ１１０の上面を平面視して、枠部１１０ｂの内周側の短辺に沿って二つ並んで設けられている。

外部端子１１３は、電子機器等のマザーボードに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１１３は、例えば、四つ設けられており、パッケージ１１０の下面の四隅に一つずつ設けられている。外部端子１１３のうち所定の二つは、一対の搭載パッド１１２と電気的に接続されており、所定の他の外部端子１１３は、配線パターン、封止用導体パターン１１４および接合部材１５０を介して、蓋体１４０と電気的に接続されている。従って、マザーボードに実装する際、蓋体１４０と電気的に接続される外部端子１１３を基準電位であるグランド電位と接続された実装パッドと接続固着させることで、蓋体１４０をグランド電位と同電位とすることが可能となる。

封止用導体パターン１１４は、蓋体１４０を接合部材１５０によって接合する際に、接合部材１５０に濡れ性をよくするためのものである。封止用導体パターン１１４は、枠部１１０ｂの上面の縁部に沿って設けられている。また、封止用導体パターン１１４は、例えば、タングステンまたはモリブデン等からなる導体パターンの表面にニッケルメッキおよび金メッキを順次、枠部１１０ｂの上面に環状で囲む形態で施し、形成している。

ここで、パッケージ１１０の作製方法について、説明する。パッケージ１１０を構成する平板部１１０ａおよび枠部１１０ｂ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等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、平板部１１０ａとなるセラミックグリーンシートの上面に枠部１１０ｂとなるセラミックグリーンシートを積層し、プレス加工した後、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１１２、外部端子１１３、封止用導体パターン１１４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、パッケージ１１０が作製される。また、導電性ペーストは、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から構成されている。

ここで、励振電極１２２が形成されている水晶片１２１の面を水晶片１２１の主面とし、図面に合わせて、水晶片１２１の主面のうちパッケージ１１０側を向く水晶片１２１の主面を水晶片１２１の下面とし、水晶片１２１の下面と反対側を向く水晶片１２１の主面を水晶片１２１の上面とする。

振動素子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。振動素子１２０は、水晶片１２１と、水晶片１２１の両主面に互いに対向するように形成された一対の励振電極１２２と、一端が励振電極１２２に接続され他端が水晶片１２１の端部に位置するように形成されている一対の引出電極１２３と、から構成されている。振動素子１２０は、導電性接着剤１３０によってパッケージ１１０の搭載パッド１１２と振動素子１２０の引出電極１２３とが接続、固着され、パッケージ１１０に実装される。

水晶片１２１には、安定した機械振動をする圧電材料が用いられ、例えば、水晶が用いられる。水晶片１２１は、図４（ｂ）に示すように、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１２１aが形成されている。ｍ面１２１ａ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１２１ａ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させることができ、水晶片１２１の端部で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。

励振電極１２２は、水晶片１２１に電圧を印加するためのものである。励振電極１２２は、一対となっており、水晶片１２１の両主面に互いが対向するように設けられている。また、励振電極１２２は、上下方向の厚みが外縁側に向かうにつれて薄くなっている。励振電極１２２に電圧が印加されると、励振電極１２２には、電荷が蓄えらえる。このとき、電荷は、励振電極１２２の中央付近で最も密な状態となり、励振電極１２２の縁部に向かうにつれて減少し、励振電極１２２の縁部で最も疎の状態となっている。励振電極１２２の上下方向の厚みを、外縁側に向かうにつれて薄くすることにより、電圧が印加され励振電極１２２に電荷が蓄積されるとき、励振電極１２２の縁部での電荷をより疎の状態にすることができる。このため、励振電極１２２の縁部において水晶片１２１の振動変位の減衰量を大きくすることが可能となる。結果、励振電極１２２に電圧を印加させ水晶片１２１の一部を振動させたときに、振動エネルギーの閉じ込め効果を高めることができる。

引出電極１２３は、一端が励振電極１２２に接続され、他端が水晶片１２１の主面の端部に位置するように、設けられており、振動素子１２０の外部から励振電極１２２に電圧を印加するためのものである。引出電極１２３は、上下方向の厚みが引出電極１２３の縁部において引出電極１２３の外縁側に向かうにつれて薄くなっている。このため、電圧が印加されるときに、引出電極１２３が原因で生じるスプリアス振動を抑制させることが可能となる。引出電極１２３に電圧が印加されると、電荷の分布は、励振電極１２２に電圧を印加した場合と同様に、引出電極１２３の中央部で最も密な状態となり、引出電極１２３の縁部で最も疎な状態となる。引出電極１２３の上下方向の厚みが引出電極１２３の縁部において引出電極１２３の外縁側に向かうにつれて薄くすることで、従来の引出電極１２３の上下方向の厚みが一定の場合と比較して引出電極１２３の縁部での電荷密度を疎の状態にすることができる。このため、それぞれの引出電極１２３において水晶片１２１の中心側に位置する引出電極１２３の縁部に蓄えられる電荷により、一対の引出電極１２３間で生じる電界強度を小さくすることが可能となる。この結果、一対の引出電極１２３間で生じる電界強度を小さくすることができるので、引出電極１２３の縁部に蓄積されている電荷により生じるスプリアス振動を低減させることが可能となる。従って、引出電極１２３の上下方向の厚みは、引出電極１２３の縁部において引出電極１２３の外縁側に向かうにつれて薄くなっていることが望ましい。

また、ここで、振動素子１２０の動作について説明する。振動素子１２０は、外部から引出電極１２３に電圧が印加されると、引出電極１２３に接続されている励振電極１２２に電圧が印加される。これにより、励振電極１２２には、異なる電荷が蓄積されることとなり、逆圧電効果によって励振電極１２２に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、圧電効果により励振電極１２２に最初に蓄積された電荷と反対の電荷が蓄積される。つまり、励振電極１２２に電圧が印加されると、振動素子１２０は、圧電効果および逆圧電効果により励振電極１２２に挟まれた水晶片１２１の一部が振動する。従って、振動素子１２０に交流電圧を印加すると、励振電極１２２に異なる電荷が交互に蓄積され変形することとなり、励振電極１２２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。

導電性接着剤１３０は、振動素子１２０の引出電極１２３とパッケージ１１０の搭載パッド１１２とを電気的に接着、保持し、振動素子１２０をパッケージ１１０に実装するためのものである。導電性接着剤１３０は、引出電極１２３と搭載パッド１１２との間に設けられている。導電性接着剤１３０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、ビスマレイミドの樹脂が用いられる。

導電性接着剤１３０を用いて、引出電極１２３と搭載パッド１１２とを電気的に接着する方法について説明する。まず、導電性接着剤１３０が、例えば、ディスペンサによって、搭載パッド１１２上に塗布される。その後、振動素子１２０が導電性接着剤１３０上に搬送され、引出電極１２３と搭載パッド１１１とで導電性接着剤１３０を挟むように振動素子１２０が載置され、その状態で加熱硬化される。これにより、引出電極１２３と搭載パッド１１２とが電気的に接着される。

蓋体１４０は、パッケージ１１０の上面に設けられた封止用導体パターン１１４と接合部材１５０により、パッケージ１１０の上面と接合されて、真空状態または窒素ガスが充填された凹部１１１内に、実装されている振動素子１２０を気密封止するためのものである。具体的には、蓋体１４０は、所定の雰囲気中で蓋体１４０の下面とパッケージ１１０の上面に設けられている封止用導体パターン１１４の上面との間に接合部材１５０を設けて、熱を加え接合部材１５０を溶融させた後、固化させることで、蓋体１４０の下面とパッケージ１１０の上面に設けられた封止用導体パターン１１４とが溶融接合される。

接合部材１５０は、蓋体１４０の下面とパッケージ１１０の上面に設けられた封止用導体パターン１１４とを接合するためのものである。また、接合部材１５０は、蓋体１４０の下面とパッケージ１１０の上面に設けられた封止用導体パターン１１４の上面との間であって、封止用導体パターン１１４に相対する蓋体１４０の場所に設けられている。また、接合部材１５０は、例えば、銀ロウまたは金錫からなる。

次に、本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。本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法は、図３〜図１１に示したように、水晶ウエハ形成工程、水晶片形成工程、ウエハ貫通穴形成工程、水晶ウエハ固定工程、電極形成工程、実装工程、封止工程、から構成されている。

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、１０．０〜１０１．６ｍｍであり、所定の一辺に接続している一辺の寸法が、１０．０〜１０１．６ｍｍ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、０．０２０〜０．０７０ｍｍ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、水晶ウエハの所定の位置に、矩形形状の平板に形成されつつ主面の所定の一辺側で固定されている水晶片となる部分を形成する工程である。水晶片形成工程では、まず、従来周知のフォトリソグラフィー技術を用いて、水晶ウエハ１６０の両主面の全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、現像する。その後、従来周知のエッチング技術を用いて、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１２１となる部分が形成される。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することで、水晶片１２１となる部分の側面の一部にＺ軸と平行なｍ面１２１ａを容易に形成することができる。

ウエハ貫通穴形成工程は、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、水晶ウエハ１６０の上面から下面にかけて貫通しているウエハ貫通穴１６２を形成する工程である。なお、ここでは、ウエハ貫通穴形成工程を水晶片形成工程と別々に行っている場合について説明しているが、ウエハ貫通穴形成工程を水晶片形成工程と同時に行っても構わない。

ウエハ貫通穴１６２は、後述する電極形成工程において、金属膜形成用治具１７０のガイドピン１７３を挿入するためのものである。また、ウエハ貫通穴１６２は、例えば、二つ形成されており、水晶ウエハ１６０を平面視すると、水晶ウエハ１６０の外周が、二つのウエハ貫通穴１６２を結ぶ仮想線Ｌ１に対して線対称となっている。なお、ここで、仮想線Ｌ１は、ウエハ貫通穴１６２の開口部の中心、または、中心付近を通過している。

ウエハ貫通穴１６２は、水晶ウエハ１６０の主面を平面視して、その開口部が略矩形形状となっている。水晶ウエハ１６０は、結晶軸の軸方向によってエッチンのされ方が異なるため、その開口部を矩形形状とすることで、その開口部が円形形状の場合と比較して、エッチングの残渣を予想しやすく、ウエハ貫通穴１６２の内周面のエッチング後の形状を管理することが可能となる。また、水晶片形成工程と同時にウエハ貫通穴形成工程を行う場合、ウエハ貫通穴１６２に開口部が略矩形形状となっていると、水晶片１２１の主面が略矩形形状の平板状となっているので、水晶片１２１の側面の一部に形成されるｍ面１２１ａを確認することで、ウエハ貫通穴１６２の内周面に形成されるＺ軸と平行な面を確認することができる。そのため、ウエハ貫通穴１６２の開口部の形状が円形形状や三角形の場合と比較して、ウエハ貫通穴１６２の内周面に形成されるＺ軸と平行な面の管理が容易となる。

水晶ウエハ固定工程は、下板１７２と、上板１７４と、下板１７２と上板１７４との間に載置される一対のマスク１７１と、下板１７２に設けられているガイドピン１７３と、からなる金属膜形成用治具１７０の一対のマスク１７１の間に水晶ウエハ１６０を載置し、水晶ウエハ１６０のウエハ貫通穴１６２にガイドピン１７３を挿入することで、水晶ウエハ１６０を金属膜形成用治具１７０に固定する工程である。

金属膜形成用治具１７０は、一対のマスク１７１と、下板１７２と、ガイドピン１７３と、上板１７４とから構成されおり、下板１７２、一対のマスク１７１、上板１７４の順に重なる構成となっている。金属膜形成用治具１７０を金属膜形成用治具１７０に水晶ウエハ１６０を固定するとき、水晶ウエハ１６０は、一対のマスク１７１の間に載置される。

金属膜形成用治具１７０は、図６（ｂ）に示すように、ガイドピン１７３によって、一対のマスク１７１と下板１７２と上板１７４とを重ねたときの位置合わせをすることができる構造となっている。具体的には、下板１７２に形成された下板貫通穴、一対のマスク１７１に形成されたマスク貫通穴、上板１７４に形成された上板貫通穴が、金属膜形成用治具１７０を平面視して、重なる位置に形成されており、これらの貫通穴にガイドピン１７３を挿入することで、位置合わせをすることができる構造となっている。金属形成用治具１７０をより詳細に説明すると、下記に示したような構成となっている。金属膜形成用治具１７０の下板１７２とガイドピン１７３は、下板１７０に形成されている下板貫通穴にガイドピン１７３が挿入され、下板１７２の上面側にガイドピン１７３が凸となった状態で、下板１７２とガイドピン１７３とが溶接等により接合された状態となっている。一対のマスク１７１にはガイドピン１７３と対応する位置にマスク貫通穴が形成されており、このマスク貫通穴を下板１７２に接合され設けられているガイドピン１７３に、挿入することで、下板１７２とマスク１７１との位置合わせを行っている。また、上板１７４にはガイドピン１７３と対応する位置に上板貫通穴が形成されており、この上板貫通穴を下板１７２に接合され設けられているガイドピン１７３に、挿入することで、下板１７２とマスク１７１との位置合わせを行っている。

また、金属膜形成用治具１７０は、水晶ウエハ１６０を載置した状態で、具体的には、下板１７２、一方のマスク１７１、水晶ウエハ１６０、他方のマスク１７１、上板１７４の順で重ねた状態で保持することができる構成となっている。例えば、上板１７４と下板１７２にはねじ切りがされているネジ用の穴が設けられており、ネジにより下板１７２と上板１７４とが固定され、水晶ウエハ１６０を載置した状態で保持することができる構成となっている。なお、ここで、ネジを用いて保持している場合について説明しているが、下板１７２に磁石を設け、磁石を用いて上板１７４と下板１７２とを固定し水晶ウエハ１６０を載置した状態で保持してもよい。

マスク１７１には、励振電極１２２および引出電極１２３と同じ形状となっているマスク被着用貫通部１７１ａが形成されている。マスク１７１は、例えば、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、主面がＸ軸およびＹ軸と平行となっている水晶板から構成されている。このため、マスク１７１と水晶ウエハ１６０との熱膨張率を、マスク１７１が金属からなる場合と比較して、近づけることができるため、後述する電極形成工程において蒸着またはスパッタを行い金属膜を被着させるときに、熱膨張率の違いによりマスク１７１と水晶ウエハ１６０との間に隙間が生じる量を低減させることが可能となる。このようなマスク１７１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形成されており、主面をＸ軸およびＹ軸と平行となるようにすることで、マスク被着用貫通部１７１ａの内周面とマスク１７１の主面との角度をほぼ直角とするように形成することが可能となる。

下板１７２および上板１７４は、一対のマスク１７１が後述する電極形成工程において蒸着またはスパッタを行い、金属膜を被着させるときに生じる熱の影響により歪みが生じマスク１７１と水晶ウエハ１６０との間に隙間が生じるのを防ぐためのものであり、一対のマスク１７１を挟むように載置される。また、下板１７２および上板１７４は、上下方向の厚みがマスク１７１の上下方向の厚みと比較して厚くし変形しにくくなっている。このため、マスク１７１に熱による歪みが生じても下板１７２および上板１７４により抑えることができ、マスク１７１と水晶ウエハ１６０との間に隙間が生じる量を低減させることが可能となる。

ここで、例えば、マスク１７０の上下方向の厚みが０．１〜０．８ｍｍとなっており、下板１７２および上板１７４の上下方向の厚みが０．８〜２．０ｍｍとなっている。

電極形成工程は、金属膜形成用治具１７０に固定された水晶ウエ１６０の水晶片１２１となる部分の所定の位置に金属膜を被着させ、励振電極１２２および引出電極１２３を形成する工程である。金属膜形成工程では、蒸着技術またはスパッタリング技術によって、水晶ウエハ１６０の水晶片１２１となる部分の所定の位置に金属膜が被着される。

電極形成工程では、水晶ウエハ固定工程において、平面視して、下板１７２の下板貫通穴、一対のマスク１７１のマスク貫通穴、上板１７４の上板貫通穴、およびウエハ貫通穴１６２が、重なる位置に載置され、これらの貫通穴にガイドピン１７３が挿入された状態で、金属膜形成用治具１７０に固定された水晶ウエハ１６０に金属膜が被着される。従って、電極形成工程では、ガイドピン１７３により、金属膜形成用治具１７０と水晶ウエハ１６０を位置合わせした状態で、水晶ウエハ１６０の水晶片１２１となる部分に金属膜を被着させ励振電極１２２および引出電極１２３を形成することとなり、水晶ウエハ１６０と一対のマスク１７１との位置ずれに起因する励振電極１２２および引出電極１２３の位置ずれを低減させることができる。つまり、水晶片１２１となる部分が形成されている水晶ウエハ１６０の状態で、水晶片１２１の所定の位置に励振電極１２２および引出電極１２３をより正確に形成することが可能となり、励振電極１２３の位置ずれによる振動の漏れを低減させて、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抑えることが可能となる。

また、電極形成工程では、水晶ウエハ固定工程において、水晶ウエハ１６０に二つ設けられているウエハ貫通穴１６２により、水晶ウエハ１６０と一対のマスク１７１との位置合わせされた水晶ウエハ１６０に金属膜を被着させている。水晶ウエハ１６０に設けられているウエハ貫通穴１６２を結ぶ仮想線Ｌ１に対して水晶ウエハ１６０の外周が線対称となっているので、電極形成工程において、金属膜を被着させ励振電極１２２および引出電極１２３を形成したときの水晶ウエハ１６０と一対のマスク１７１と位置ずれが、仮想線Ｌ１を基準にずれることとなる。従って、基準から水晶ウエハ１６０の外周までの距離を短くすることができるため、仮に一対のマスク１７１と水晶ウエハ１６０とで位置ずれが発生したとしても、電極形成工程後の水晶ウエハ１６０の面内での位置ずれの量をさらに低減させることが可能となる。

個片化工程は、水晶ウエハ１６０に形成された水晶片１２１の主面の所定の一辺側を折り取り、または、切断し、水晶片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、励振電極１２２および引出電極１２３が形成されている水晶片１２１となる部分が、水晶片１２１となる部分の所定の一辺側で固定されている。個片化工程では、水晶片１２１となる部分ごとに個片化され、励振電極１２２および引出電極１２３が形成されている水晶片１２１が形成される。

実装工程は、励振電極１２２および引出電極１２３が形成されている水晶片１２１をパッケージ１１０に実装する工程である。実装工程では、まず、導電性接着剤１３０が、例えば、ディスペンサ等によって、搭載パッド１１２上に塗布される。その後、励振電極１２２および引出電極１２３が形成されている水晶片１２１が導電性接着剤１３０上に搬送され、引出電極１２３と搭載パッド１１２とで導電性接着剤１３０を挟むように載置され、その状態で加熱硬化される。これにより、引出電極１２３と搭載パッド１１２とが電気的に接着され、励振電極１２２および引出電極１２３が形成されている水晶片１２１がパッケージ１１０に実装される。

封止工程は、パッケージ１１０と蓋体１４０とを接合し、励振電極１２２および引出電極１２３が形成された水晶片１２１を気密封止する工程である。封止工程では、例えば、真空雰囲気または窒素雰囲気中で、蓋体１４０の下面とパッケージ１１０の上面に設けられている封止用導体パターン１１４の上面との間に接合部材１５０を設けて、熱を加え接合部材１５０を溶融させた後、固化させる。従って、封止工程では、蓋体１４０の下面とパッケージ１１０の上面に設けられた封止用導体パターン１１４とが接合部材１５０により、溶融接合されている。

本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法は、平面視して、下板１７２の下板貫通穴、一対のマスク１７１のマスク貫通穴、上板１７４の上板貫通穴、およびウエハ貫通穴１６２が、重なる位置に載置され、これらの貫通穴にガイドピン１７３が挿入された状態で、金属膜形成用治具１７０に水晶ウエハ１６０が固定される。従って、本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、ガイドピン１７３により、水晶ウエハ１６０を金属膜形成用治具１７０に載置したとき、下板１７２、一対のマスク１７１、上板１７４および水晶ウエハ１６０の位置合わせを容易にすることができる。このため、本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、ガイドピン１７３により水晶ウエハ１６０と一対のマスク１７１との位置合わせを行った状態で、金属膜を被着させ励振電極１２２および引出電極１２３を形成しているので、水晶ウエハ１６０が一対のマスク１７１に対して位置ずれ起こすことによる励振電極１２２および引出電極１２３のずれを低減させることができる。この結果、本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、水晶片１２１となる部分が形成されている水晶ウエハ１６０の状態で、水晶片１２１の所定の位置に励振電極１２２および引出電極１２３を形成することが可能となり、励振電極１２３の位置ずれによる振動の漏れを低減させて、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抑え、生産性を向上させることが可能となる。

また、本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法は、ウエハ貫通穴形成工程において形成されるウエハ貫通穴１６２の開口部が、水晶ウエハ１６０の主面を平面視したとき略矩形形状となっている。従って、本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、開口部が円形形状の場合と比較して、エッチングの残渣を予想しやすく、ウエハ貫通穴１６２の内周面のエッチング後の形状を管理することが可能となる。このため、本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、水晶ウエハ固定工程において、ガイドピン１７３をウエハ貫通穴１６２に挿入したときに、水晶ウエハ１６０と一対のマスク１７１との位置合わせを精度よく行うことが可能となり、電極形成工程において金属膜を被着させ励振電極１２２および引出電極１２３を形成したときの励振電極１２２および引出電極１２３の位置ずれ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抑えることができる。この結果、この結果、所定の位置からの位置ずれに起因した性能ばらつきを抑え、生産性を向上させることが可能となる。

また、本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法は、ウエハ貫通穴形成工程において形成されるウエハ貫通穴１６２の開口部が、水晶片１２１となる部分の主面と同じ、略矩形形状となっている。従って、本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、水晶片１２１の側面の一部に形成されるｍ面１２１ａを確認することで、ウエハ貫通穴１６２の内周面に形成されるＺ軸と平行な面を確認することができるため、ウエハ貫通穴１６２の開口部の形状が円形形状や三角形の場合と比較して、ウエハ貫通穴１６２の内周面に形成されるＺ軸と平行な面の管理が容易となる。このため、本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、水晶ウエハ固定工程において、ガイドピン１７３をウエハ貫通穴１６２に挿入したときに、水晶ウエハ１６０と一対のマスク１７１との位置合わせを精度よく行うことが可能となり、電極形成工程において金属膜を被着させ励振電極１２２および引出電極１２３を形成したときの励振電極１２２および引出電極１２３の位置ずれ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抑えることができる。この結果、この結果、所定の位置からの位置ずれに起因した性能ばらつきを抑え、生産性を向上させることが可能となる。

また、本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に二つのウエハ貫通穴１６２が形成されており、このウエハ貫通穴１６２を結ぶ仮想線Ｌ１に対し水晶ウエハ１６０の外周が線対称となっている。従って、本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、この二つのウエハ貫通穴１６２により位置合わせをされることなり、二つのウエハ貫通穴１６２を結ぶ仮想線Ｌ１からの距離が長くなるにつれて位置ずれが大きくなっていくこととなる。このため、本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の外周に対し仮想線Ｌ１に対して線対称となるようにウエハ貫通穴１６２を形成することで、水晶ウエハ１６０内での位置ずれの量（幅）をさらに低減させることが可能となる。この結果、本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、電極形成工程において金属膜を被着させ励振電極１２２および引出電極１２３を形成したときの励振電極１２２および引出電極１２３の位置ずれ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抑えることができる。この結果、この結果、所定の位置からの位置ずれに起因した性能ばらつきを抑え、生産性を向上させることが可能となる。

また、本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、マスク１７１が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、主面がＸ軸およびＹ軸と平行となっている水晶板から構成されている。従って、本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、蒸着時またはスパッタ時に、マスク１７１と水晶ウエハ１６０との熱膨張率を、マスク１７１が金属からなる場合と比較して、近づけることができるため、熱膨張率の違いによりマスク１７１と水晶ウエハ１６０との間に隙間が生じる量を低減させることが可能となる。この結果、本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法では、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。この結果、この結果、所定の位置からの位置ずれに起因した性能ばらつきを抑え、生産性を向上させることが可能となる。

（変形例）
以下、本実施形態の変形例に係る水晶デバイスの製造方法について説明する。なお、本実施形態の変形例における水晶デバイスの製造方法のうち上述した水晶デバイスの製造方法と同様の部分について、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の変形例に係る水晶デバイスの製造方法は、図１１に示すように、ウエハ貫通穴形成工程において、ウエハ貫通穴２６２が三つ形成されている点で本実施形態と異なる。

ウエハ貫通穴形成工程では、ウエハ貫通穴２６２が三つ以上形成されており、例えば、三つ形成されている。このとき、ウエハ貫通穴１６２は、水晶ウエハ２６０の外縁部に沿って設けられている。ウエハ貫通穴２６２を水晶ウエハ２６０の外縁部に沿って、三つ形成することにより、水晶ウエハ２６０と一対のマスクとの位置合わせを三点で行うこととなるため、より精度よく位置合わせをすることが可能となる。

本実施形態の変形例における水晶デバイスの製造方法では、ウエハ貫通穴２６２を水晶ウエハ２６０の外縁に沿って三つ以上設けることにより、水晶ウエハ２６０とマスクと、より精度よく位置合わせすることが可能となる。従って、本実施形態の変形例における水晶デバイスの製造方法では、励振電極１２２および引出電極１２３の位置ずれ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抑え、生産性を向上させることが可能となる。

１１０・・・パッケージ
１１１・・・凹部
１１２・・・搭載パッド
１１３・・・外部端子
１１４・・・封止用導体パターン
１２０・・・振動素子
１２１・・・水晶片
１２２・・・励振電極
１２３・・・引出電極
１３０・・・導電性接着剤
１４０・・・蓋体
１５０・・・接合部材
１６０、２６０・・・水晶ウエハ
１６１、２６１・・・水晶片形成用貫通穴
１６２，２６２・・・ウエハ貫通穴
１７０・・・金属膜形成用治具
１７１・・・マスク
１７１ａ・・・マスク被着用貫通部
１７２・・・下板
１７３・・・ガイドピン
１７４・・・上板

Claims (5)

1. 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を形成する水晶ウエハ形成工程と、
   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、前記水晶ウエハの所定の位置に、略矩形形状の平板状に形成しつつ主面の所定の一辺で固定している水晶片となる部分を形成する水晶片形成工程と、
   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、前記水晶ウエハの所定の位置に、前記水晶ウエハの上面から下面にかけて貫通しているウエハ貫通穴を形成するウエハ貫通穴形成工程と、
   下板と、上板と、前記下板と前記上板との間に載置される一対のマスクと、前記下板に設けられているガイドピンと、からなる金属膜形成用治具の前記一対のマスクの間に前記水晶ウエハを載置し、前記水晶ウエハの前記ウエハ貫通穴に前記ガイドピンを挿入することで、前記水晶ウエハを前記金属膜形成用治具に固定する水晶ウエハ固定工程と、
   前記金属膜形成用治具に固定された前記水晶ウエハの前記水晶片となる部分の所定の位置に金属膜を被着させ、励振電極および引出電極を形成する電極形成工程と、
   前記水晶ウエハに形成されている前記水晶片となる部分の主面の所定の一辺側を折り取り、または、切断し、前記水晶片を個片化する個片化工程と、
   前記励振電極および前記引出電極が形成されている前記水晶片をパッケージに実装する実装工程と、
   前記パッケージと蓋体とを接合し、前記励振電極および前記引出電極が形成されている前記水晶片を気密封止する封止工程と、
   を備えていることを特徴とする水晶デバイスの製造方法。
2. 請求項１に記載の水晶デバイスの製造方法であって、
   前記水晶片形成工程において、前記水晶片の側面の一部にｍ面を形成し、
   前記ウエハ貫通穴形成工程において、前記ウエハ貫通穴の開口部が矩形形状となっている
   ことを特徴とする水晶デバイスの製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の水晶デバイスの製造方法であって、
   前記ウエハ貫通穴形成工程において、
   前記ウエハ貫通穴が二つ形成されており、
   前記水晶ウエハを平面視して、前記水晶ウエハの外周が前記貫通穴を結ぶ仮想線に対し線対称となっている
   ことを特徴とする水晶デバイスの製造方法。
4. 請求項１または請求項２に記載の水晶デバイスの製造方法であって、
   前記ウエハ貫通穴形成工程において、
   前記ウエハ貫通穴が三つ以上形成されている
   ことを特徴とする水晶デバイスの製造方法。
5. 請求項１乃至請求項４に記載の水晶デバイスの製造方法であって、
   前記水晶ウエハ固定工程において、
   前記金属膜形成用治具の前記一対のマスクが、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水晶板からなり、かつ、前記水晶板の主面が前記Ｘ軸および前記Ｙ軸に平行となっていることを特徴とする水晶デバイスの製造方法。
   

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