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JP3989663B2 - 圧電振動子と圧電振動子の製造方法 - Google Patents

圧電振動子と圧電振動子の製造方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話及び携帯情報端末等に用いられる圧電振動子の電極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧電振動子としては、例えば、圧電振動子片とその基端部において一体的に形成された枠上部からなる振動子の上下面に、圧電振動子片の振動を妨げない程度の空間を有する凹部を有する一対のリッドとベースを具備する構造のものがある。
【０００３】
大面積のウェハ上に前述のような圧電振動子の各部材を複数形成し、ウェハ単位で量産しようとする場合、個々の振動片上に形成する励振電極膜等の電極パターンは、振動片を個々に励振させ電気的特性を把握するために、これらの電極パターンそれぞれを独立して配置する必要がある。
【０００４】
このような構造において、陽極接合など接合膜を介在させて、高温下で、かつ電圧を印加して部材同士の接合を行う方法を採用するにあたっては、複数の振動子を形成したウェハのリッド側と対向する面に複数設けた電極パターンそれぞれに対して給電を行うことでベースを形成したウェハの接合膜に給電し、振動子、ベースを先に接合する。次にベースを形成したウェハに外部電極への引出電極を形成し、この引出電極それぞれに対して給電し、リッド側の接合膜に給電しリッドと振動子との接合を行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の方法では、振動子を形成したウェハとは熱膨張の異なる材質のウェハにリッド及びベースを形成した場合、振動子とベースを形成したウェハを接合した時点で振動子とベースを形成したウェハの熱膨張係数の違いにより反りが発生するため、反り量が大きくなる大面積の接合は不可能であった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、接合時の反りの発生を防止し、生産性の高い大面積の接合が可能な電極構造を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の態様は、圧電振動子片とその基端部において一体的に接続され、圧電振動片の周囲を囲む枠状部からなる振動子の上下面に、圧電振動子片の振動を妨げない程度の空間を有する凹部を有する一対のリッドとベースを具備する構造の圧電振動子をウェハ単位で製造する場合において、ウェハ上に圧電振動子片と枠状部からなる振動子が複数形成され、その圧電振動片上に形成された一対の励振電極と、その励振電極と連結する枠状部上の接合膜からなり、ぞれぞれが独立して形成された複数の電極パターンに、それぞれを短絡する蓋体と接合可能なショート用スパッタ膜を付加し、複数の電極パターンを互いに接続することを特徴とする圧電振動子の電極構造にある。ショートスパッタ膜が形成され各電極パターンが全て接続されることにより、基板両面の接合膜に同時に給電することが可能となる。これにより、かかる本発明では、３枚のウェハの同時接合が可能となり、接合後の反りの発生を防止し大面積の接合を行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。
【０００９】
図１は本願の分解斜視図、図２は本願上面透視図、図３は本願圧電振動子の断面図である。
【００１０】
本実施形態の圧電振動子は、例えば、水晶（ＳｉＯ2）からなる音叉型の水晶振動子片１１０を有する水晶振動子であり、図示するように、水晶振動子片１１０を有する振動子２０と、この振動子２０の両面に接合されて水晶振動子片１１０を振動可能な状態で気密封止する一対の蓋体であるリッド１０とベース３０とを具備する。本実施形態の振動子２０は、図１、図２、図３に示すように、音叉型の水晶振動子片１１０と、その基端部と一体的に接続され水晶振動子片１１０の周囲を囲む枠状部１００とを有する。
【００１１】
一対の蓋体であるリッド１０とベース３０は、例えば、ソーダライムガラス等で形成され、それぞれ、水晶振動子片１１０に対応する領域に水晶振動子片１１０の振動を妨げない程度の空間を画成する凹部キャビティー９０を有する。
【００１２】
また、このようなリッド１０とベース３０が接合される振動子２０には、図３に示すように、その表裏両面及び側面に水晶振動子片１１０を振動させるための励振電極膜８０、８１が形成されると共に、枠状部１００に対応する領域に励振電極膜８０、８１と同一材料からなり、リッド１０およびベース３０との実際の接合部となる接合膜４０、４１が設けられている。
【００１３】
そして、この接合膜４０、４１によりリッド１０とベース３０とが、詳しくは後述するが、いわゆる陽極接合によって振動子２０の上下面に接合される。
【００１４】
上記実施形態の水晶振動子の製造工程においては、振動子２０、リッド１０、およびベース３０それぞれが、フォトリソグラフィーによるエッチングでウェハに複数形成される。図４に示すように、振動子２０は、第一のウェハである１枚の水晶ウェハ１３０上に複数の水晶振動子片１１０を形成される。すなわち、水晶ウェハ１３０に複数の振動子２０を一体的に形成する。また同時に水晶振動子片１１０の長手方向における各水晶振動子片１１０の間に貫通孔１２１が形成され、この貫通孔１２１の内面は水晶ウェハ１３０を切断後、振動子２０の側面の一部となる。
【００１５】
リッド１０、ベース３０は例えば、ソーダライムガラスからなるガラスウェハ１４０、１５０に形成される。これらのウェハ上に水晶ウェハ１３０の各水晶振動子片１１０に対応して凹部キャビティー９０をフォトリソグラフィーによるエッチングで複数形成する。すなわち、第二のウェハであるガラスウェハ１４０に複数のリッド１０を、第三のウェハであるガラスウェハ１５０に複数のベース３０を一体的に形成する。また同時に、ガラスウェハ１５０の水晶ウェハ１３０の貫通孔１２１に対応する部分には、水晶ウェハ１３０の貫通孔１２１よりも大きいスルーホール１２０が形成され、このガラスウェハ１５０に形成されるスルーホール１２０の内面は、ガラスウェハ１４０、１５０を切断後、それぞれリッド１０とベース３０の側面の一部となる。
【００１６】
図５に示すように、水晶ウェハ１３０上に形成された複数の振動子２０の水晶振動子片１１０の上下面および側面には励振電極膜８０、８１、枠状部１００の上下面の接合膜４０、４１、および水晶振動子片１１０の基端部に取出電極５０が、水晶ウェハ１３０の全表面にわたって成膜される同一のスパッタ膜から形成される。スパッタ膜の材質はＡｌ、Ｃｒ、およびこれらの合金等が用いられるが、本実施形態ではＡｌを使用し形成した。このＡｌスパッタ膜をフォトリソグラフィーによりパターニングし、励振電極８０、８１、取出電極５０などの電極と接合膜４０、４１等からなる電極パターンを各振動子２０の上下面に形成する。
【００１７】
一方の極である励振電極膜８０は接合膜４０に、他方の極である励振電極８１は接合膜４１にそれぞれ延設され接続される。更に、接合膜４1は振動子２０の水晶振動子片１１０の基端部側の枠状部１００の短手方向の端部側面、つまり水晶ウェハ１３０上の貫通孔１２１の内壁面を介して振動子２０の反対側の表面に延設されている。なお、振動子２０の両面に形成される接合膜４０及び接合膜４１の少なくとも一部は、両面においてそれぞれリッド１０及びベース３０の凹部キャビティー９０を取り囲むように形成されており、接合後は凹部キャビティー９０内部が気密に封止されるようになっている。
【００１８】
この段階では各振動子２０の電極パターン１６０は図５のように独立しており、シール部とは異極となる取出電極５０を使用して振動子の特性の調整が可能であり、この段階で水晶振動子片１１０の周波数調整を行う。
【００１９】
振動子２０、リッド１０、ベース３０のそれぞれがウェハに形成された後、本発明では従来とは異なり、これら３つのウェハの陽極接合による同時接合を行う。接合は高真空中にて行われる。しかしながら、前述の通り各振動子の電極は独立しているためリッド１０、ベース３０に挟まれた振動子２０すべてに給電することは困難である。そこで本発明では水晶ウェハ１３０に形成した複数の水晶振動子片１１０それぞれを周波数調整した後、金属膜のショート用スパッタ膜７０を形成することにより個々の電極パターン１６０中の接合膜４０、４１を接続し、全ての振動子の接合膜４０、４１に給電することを可能とした。本実施形態においてはショート用スパッタ膜７０は、図６に示すように各電極パターン１６０の角部、つまり枠状部１００上の接合膜４０、４１の角部において互いに接続されるように形成されているが、これには限定されず、互いの電極パターンが接続されていればよい。
【００２０】
ショート用スパッタ膜７０はこれ自体が接合可能とするためにＡｌを使用し、膜厚は１０００Å程と薄く形成する。電極パターン１６０の角部の接合膜４０、４１とショート用スパッタ膜７０との重なりは、接合膜４０、４１が陽極接合に用いられる際にその接合を妨げない範囲とし、１０〜２０ミクロン程度の重なりであればよい。
【００２１】
図７に示すように３つのウェハの接合は、真空中で振動子２０を形成した水晶ウェハ１３０をリッド１０を形成したガラスウェハ１４０とベース３０を形成したガラスウェハ１５０とにより挟持し、ショートスパッタ膜７０により互いに接続された励振電極８０、８１や接合膜４０、４１となる水晶ウェハ１３０の上下面のＡｌ膜からなる電極パターン１６０を陽極とし、ガラスウェハ１４０とガラスウェハ１５０とが負極となるように直流電源に接続し３枚のウェハを陽極接合により同時接合する。この時、振動子２０上にショート用スパッタ膜７０が形成され電極パターン１６０が接続されていることにより、接合膜４０および接合膜４１から水晶ウェハ１３０の上下面にわたる全ての電極パターン１６０が接続され、上下全面への給電が可能となる。よって、リッド１０を形成したガラスウェハ１４０とベース３０を形成したガラスウェハ１５０を水晶ウェハ１３０の上下面に同時に陽極接合することが可能となる。水晶とガラスとの熱膨張率の差により接合時に反りが生じるが、水晶ウェハ１３０の上下両面に同時にガラスウェハ１３０、１４０を接合することで、反りの問題を解決し、生産性の高い大面積の接合を可能とした。
【００２２】
接合の完了後、ベース３０の短手方向の端部側面、つまりガラスウェハ１５０の貫通孔１２１の内壁面から、スルーホール１２０の内壁面を介してベース３０の表面に亘って引き出し電極６０、６１を、例えば、クロム（Ｃｒ）及び金（Ａｕ）等からなる金属膜を部分スパッタリング等により成膜して形成する。引出電極６０は接合膜４０に接触して、また引出電極６１は接合膜４１に接触して設けられる。
【００２３】
さらに、ダイシングソー等の技術を用いて、３枚のウェハが接合され一体化された接合ウェハを所定の位置にて機械的に切断し、個別の水晶振動子を完成させる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、陽極接合など、高温下で、かつ電圧を印加して接合を行う方法にて熱膨張の異なる材質を蓋体に使用する場合に生じる反りの問題を防止し、生産性の高い大面積の接合を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる圧電振動子の分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる振動子２０の上面図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる圧電振動子の断面図である。
【図４】本発明の実施形態にかかるウェハに形成された圧電振動子の断面図である。
【図５】本発明の実施形態にかかる水晶ウェハの概略図である。
【図６】本発明の実施形態にかかる水晶ウェハのショート用スパッタ膜形成後の概略図である。
【図７】本発明のウェハ接合時における構成及び配置である。
【符号の説明】
１０ リッド
２０ 振動子
３０ ベース
４０、４１ 接合膜
５０ 取出電極
６０、６１ 引出電極
７０ ショート用スパッタ膜
８０、８１ 励振電極
９０ 凹部キャビティー
１００ 枠状部
１１０ 水晶振動子片
１２０ スルーホール
１２１ 貫通孔
１３０ 水晶ウェハ
１４０ ガラスウェハ
１５０ ガラスウェハ
１６０ 電極パターン

Claims (1)

  1. 第一のウエハに、圧電振動子片と前記圧電振動子片の基端部に一体的に接続されて前記圧電振動子片の周囲を囲む枠状部とからなる複数の振動子を形成する工程と、
    前記複数の前記圧電振動子片の表面に励振電極膜と、前記枠状部の表面に前記励振電極膜と電気的に接続する接合膜とを形成する工程と、
    前記複数の振動子片の周波数をそれぞれ調整する工程と、
    前記接合膜を互いに接続するショートスパッタ膜を形成する工程と、
    第二のウエハに前記圧電振動子片の振動を妨げることなく気密封止するリッドを複数形成する工程と、
    第三のウエハに、前記圧電振動子片の振動を妨げることなく気密封止するベースを複数形成する工程と、
    前記第一のウエハを前記第二のウエハと前記第三のウエハとにより挟持し、前記互いに接続された接合膜に給電して３枚のウエハを陽極接合により同時接合する工程と、
    接合されたウエハの所定位置を切断する工程とを有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
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