JP4795697B2 - 振動子パッケージ - Google Patents

Description

本発明は、ガラスなどから構成されたカバーに両面が覆われて封止された振動子パッケージに関する。

水晶フィルタや水晶振動子などの圧電素子（圧電振動子）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。

上述したパッケージでは、素子個別にパッケージを形成しているが、これらに対し、複数の素子が同時に形成されているウエハーレベルで、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１参照）。この技術では、図６に示すように、複数の水晶振動子本体が形成された水晶ウエハ６０１に、ガラスウエハ６０２，６０３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。

水晶ウエハ６０１に形成された複数のチップ部は、図７に示すように、枠部６１０と周囲がくり抜かれて形成された水晶振動子片６１１とから構成されている。ここで、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＢＢ’線の断面を模式的に示した断面図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＣＣ’線の断面を模式的に示した断面図である。各断面図に示すように、枠部６１０には、カバー６１５，６１６が固定され、水晶振動子片６１１の領域に封止された空間が形成された状態となっている。なお、カバー６１５は、図７（ａ）において示されている面の側に設けられ、カバー６１６は、図７（ａ）には示されていない面の側に設けられている。カバー６１５，６１６は、例えば陽極接合により枠部６１０に固定されている。

水晶振動子片６１１は、連結部６１３，６１４により枠部６１０に固定され、また、水晶振動子片６１１には、両方の面に電極６１２が形成されている。図７（ａ）の平面図に示されている一方の面に設けられている電極６１２は、連結部６１３を介して枠部６１０に引き出されている配線６３１に接続している。枠部６１０の一方の面に設けられている配線６３１は、図７（ａ）における枠部６１０の左下まで引き出され、図７（ｃ）に示すように、カバー６１５の側部に設けられた配線６３２を介し、カバー６１５の外側平面に設けられた端子６３３に接続している。

一方、水晶振動子片６１１の他方の面（カバー６１６の側の面）に設けられている電極６１２は、連結部６１４を介して枠部６１０に引き出されている配線６４１に接続している。枠部６１０の他方の面に設けられている配線６４１は、図７（ａ）における枠部６１０の右側中央部まで引き出され、図７（ｂ）に示すように、枠部６１０に設けられた貫通孔内のプラグ６４２に接続している。プラグ６４２は、枠部６１０の一方の面に設けられた配線６４３に接続され、配線６４３は、枠部６１０の右下まで引き出され、図７（ｃ）に示すように、カバー６１５の側部に設けられた配線６４５を介し、カバー６１５の外側平面に設けられた端子６４６に接続している。

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。
特開２００３−１８８４３６号公報

上述した従来の技術では、端子６３３と端子６４６とが同じ側に配置されるようにするため、水晶振動子片６１１の他方の面の電極６１２は、枠部６１０の貫通孔内のプラグ６４２を介して端子６４６に接続されるようにしている。言い換えると、端子６３３と端子６４６とが同じ側に配置されるようにするために、枠部６１０には、貫通孔が必要となっていた。ここで、よく知られているように、振動子の特性をよりよくするためには、水晶振動子片６１１は、より広い面積に形成した方がよい。より小型なチップが要求される中、水晶振動子片６１１をより大きく形成するためには、枠部６１０は可能な限り狭く形成することになる。しかしながら、従来の技術では、上述したように貫通孔が必要となるため、貫通孔の領域に対応して枠部６１０を幅拡に形成することになり、水晶振動子片６１１の拡大に制限があった。

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、外部に設けられる２つの端子が同じ側に配置される状態を、枠部に貫通孔を設けることなく実現し、枠部をより小さくして水晶などの圧電材料からなる振動子片がより大きくできるようにすることを目的とする。

本発明に係る振動子パッケージは、枠部とこの内側に配置された圧電振動片とが一体に形成された略矩形の圧電基板と、圧電振動片の第１面側に形成された第１電極と、圧電振動片の第１面と反対側の第２面側に形成された第２電極と、第１電極に接続して第１面側の枠部に形成された第１金属層と、第２電極に接続して第２面側の枠部に形成された第２金属層と、第１金属層に陽極接合により接合して第１面側の圧電基板に設けられた第１カバーと、第２金属層に陽極接合により接合して第２面側の圧電基板に設けられた第２カバーと、第１カバーの外側表面の一方の端部，第１カバーの一方の側部，第１カバーおよび第２カバーよりはみ出した枠部の一方の端部，第２カバーの一方の側部，及び第２カバーの外側表面の一方の端部にかけて配設された第１端子と、第１カバーの外側表面の他方の端部，第１カバーの他方の側部，第１カバーおよび第２カバーよりはみ出した枠部の他方の端部，第２カバーの他方の側部，及び第２カバーの外側表面の他方の端部にかけて配設された第２端子とを少なくとも備え、第１カバーの一方の側部と第１カバーの他方の側部とは対向して配置され、第２カバーの一方の側部と第２カバーの他方の側部とは対向して配置され、第１金属層は、第１面側の枠部の一方の端部に延在する第１外部接続層を備え、第２金属層は、第２面側の枠部の他方の端部に延在する第２外部接続層を備え、第１端子は、第１外部接続層に接続され、第２端子は、第２外部接続層に接続されているようにしたものである。

従って、圧電振動子片においては、表面裏面に各々形成されてた第１電極及び第２電極が、パッケージの外側の同一面の第１端子及び第２端子に接続した状態となる。

以上説明したように、本発明では、まず、第１端子を、第１カバーの外側表面の一方の端部，第１カバーの一方の側部，第１カバーおよび第２カバーよりはみ出した枠部の一方の端部，第２カバーの一方の側部，及び第２カバーの外側表面の一方の端部にかけて配設し、第２端子を、第１カバーの外側表面の他方の端部，第１カバーの他方の側部，第１カバーおよび第２カバーよりはみ出した枠部の他方の端部，第２カバーの他方の側部，及び第２カバーの外側表面の他方の端部にかけて配設した。加えて、第１端子は、第１外部接続層に接続され、第２端子は、第２外部接続層に接続されているようにした。この結果、本発明によると、外部に設けられる２つの端子が同じ側に配置される状態が、枠部に貫通孔を設けることなく実現され、枠部をより小さくして圧電振動子片がより大きく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，及び図４は、本発明の実施の形態における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は斜視図，図３，図４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。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に接続して角部１１０ａ及び角部１１０ｂに配設された外部接続層１２４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形成できる。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，外部接続層１２４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。なお、外部接続層１２４を設けていない側のチップ部と断裁領域１０３の境界部分に、金属層１２３の形成されていない絶縁領域１２３ａが形成されているようにする。絶縁領域１２３ａを備えることにより、以降に説明する端子１６２と金属層１２３との絶縁分離がより確実なものとなる。

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，金属層１３３に接続して角部１１０ｃ及び角部１１０ｄに配設された外部接続層１３４が形成された状態とする。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，及び外部接続層１３４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。なお、外部接続層１３４を設けていない側のチップ部と断裁領域１０３の境界部分に、金属層１３３の形成されていない絶縁領域１３３ａが形成されているようにする。絶縁領域１３３ａを備えることにより、以降に説明する端子１６１と金属層１３３との絶縁分離がより確実なものとなる。

また、水晶振動子片１１１の一方の面に電極１２１が形成され、他方の面に電極１３１が形成された状態とする。例えば、スパッタ法や真空蒸着法により、水晶ウエハ１０１の両面に、例えば蒸着法やスパッタ法などにより形成したＣｒ膜及びこの上に積層されたＡｕ膜との２層構造の金属膜を形成し、形成した金属膜を、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術によりパターニングすることで、電極１２１及び電極１３１が形成できる。なお、電極１２１は、配線１２２に接続され、電極１３１は、配線１３２に接続された状態に形成する。

次に、図２（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１４０ａと、複数の円形の開口部１０２ｂが形成されたガラスウエハ１５０ａとを用意する。また、ガラスウエハ１５０ａには、複数の凹部１５０ｂが形成されている。なお、図２には示されていないが、ガラスウエハ１４０ａ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１４０ａと水晶ウエハ１０１とを貼り合わせた状態では、図２（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，角部１１０ｄが露出した状態となる。なお、ガラスに限らず、水晶など他のウエハを用いてもよい。

このように形成されたガラスウエハ１４０ａを金属層１２３からなる接合膜に陽極接合させ、ガラスウエハ１５０ａを、金属層１３３からなる接合膜に陽極接合させることで、ガラスウエハ１４０ａとガラスウエハ１５０ａ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１４０ａ，水晶ウエハ１０１，ガラスウエハ１５０ａ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。

上述した貼り合わせの結果、図３の断面図に示すように、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１４０ａの凹部１４０ｂ，及びガラスウエハ１５０ａ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。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，角部１１０ｂ，角部１１０ｃ，角部１１０ｄが、突出した状態となる。なお、図３は、図１のＢＢ’線の断面を示しており、図３では、角部１１０ｂ及び角部１１０ｄが示されている。また、外部接続層１２４及び外部接続層１３４が、上記連通した孔内において外部に露出した状態となる。

以上に説明したように、各ウエハが接合された後、貼り合わされたガラスウエハ１４０ａ，水晶ウエハ１０１，及びガラスウエハ１５０ａから、個々のチップに切り出すことで、図４の断面図に示すように、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（図１）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。この結果、水晶基板（圧電基板）１０１ａの枠部１１０の枠内，カバー１４０の凹部１４０ｂ，及びカバー１５０の凹部１５０ｂにより形成される空間内に、水晶振動子片１１１が封止された状態の振動子パッケージが得られる。

次に、チップの外側表面に金属膜を形成し、形成した金属膜により、図４の断面図及び図５の斜視図に示すように、端子１６１，端子１６２が形成された状態とする。端子１６１は、チップの一方の端部において、カバー１４０の上（外側面）からカバー１４０の側部，枠部１１０（水晶基板１０１ａ）の側部，カバー１５０の側部，及びカバー１５０の上（外側面）にかけて配設されている。同様に、端子１６２は、チップの他方の端部において、カバー１４０の上からカバー１４０の側部，枠部１１０の側部，カバー１５０の側部，及びカバー１５０の上にかけて配設されている。

端子１６１，端子１６２が構成される金属膜としては、例えば蒸着法やスパッタ法などにより形成したＣｒ膜及びこの上に積層されたＡｕ膜との２層膜を用いればよい。例えば、膜の形成時にマスクを用いることで、チップの両端部において、側部を含めた両面に金属膜が形成された状態とすることで、端子１６１，端子１６２が形成できる。図４に示すように、側部にまで延在して形成されている端子１６１は、外部接続層１２４に接続し、端子１６２は、外部接続層１３４に接続している。従って、端子１６１は、外部接続層１２４−金属層１２３−配線１２２を介して電極１２１に接続し、端子１６２は、外部接続層１３４−金属層１３３−配線１３２を介して電極１３１に接続した状態となる。

また、端子１６１が形成されている側においては、金属層１３３に接続する外部接続層がないので、端子１６１と金属層１３３とは絶縁分離されており、従って、端子１６１と電極１３１とは接続されていない。同様に、端子１６２が形成されている側においては、金属層１２３に接続する外部接続層がないので、端子１６２と金属層１２３とは絶縁分離されており、従って、端子１６２と電極１２１とは接続されていない。なお、図４には示されていないが、外部接続層１２４を設けていない側のチップ部と断裁領域１０３の境界部分には、絶縁領域１２３ａが形成されているので、端子１６２が形成されている領域においては、端子と金属層１２３とが確実に絶縁分離された状態となっている。同様に、外部接続層１３４を設けていない側のチップ部と断裁領域１０３の境界部分には、絶縁領域１３３ａが形成されているので、端子１６１が形成されている領域においては、端子と金属層１３３とが確実に絶縁分離された状態となっている。

上述したように形成した図４，図５に示す振動子パッケージ（チップ）によれば、両方のカバーの外側表面に各々２つの端子を設けられた状態となる。このようにすることで、表面裏面の区別を付けることなく、振動子パッケージ（チップ）を用いることができるようになる。この結果、特性の検査における複数チップの整列が容易となり、また、両面裏面の区別なく容易に梱包することが可能となり、また、いずれの面でも実装などできるようになる。また、上述した端子の構成が、枠部１１０に貫通孔を設けることなく形成されているので、枠部１１０の領域を小さくすることが容易となる。この結果、水晶振動子片１１１の面積をあまり小さくすることなく、より小型なチップが形成できるようになる。

ところで、上述では、カバーの角部に切欠きを設けることで、枠部の角部を突出させるようにし、この部分に外部接続層が設けられているようにしたが、これに限るものではない。カバーの角部に対して枠部の角部が外側（側面の方向）に突出している状態であれば、どのような形状であってもよい。例えば、枠部の角部とカバーの角部とが、どちらも外側に突の円弧の形状であってもよい。また、枠部とカバーとの接合界面において、チップの一方の側の最外周にまで金属層１２３が延在し、チップの他方の側の最外周にまで金属層１３３が延在した状態とし、端子１６１に金属層１２３の端部が接続し、端子１６２に金属層１３３の端部が接続していてもよい。

なお、上述では、水晶を例に説明したが、これに限るものではなく、圧電性を有する結晶やセラミックなどの他の圧電材料を用いるようにしてもよい。また、上述では、カバーに凹部を設けることで、水晶振動子片が配置される密閉された空間が形成されるようにしたが、これに限るものではない。例えば、圧電振動子片の部分より枠部を厚く形成すれば、カバーに凹部が形成されていない板状のカバーであっても、カバーと枠部とにより水晶振動子片が動作可能な空間が形成できる。この場合、圧電基板に凹部が形成された状態となる。ここで、上述した凹部の深さは、圧電振動子片が振動可能な空間が形成されている程度であればよい。

本発明の実施の形態における振動子パッケージの製造方法の一例における各工程の状態を模式的に示す平面図である。 本発明の実施の形態における振動子パッケージの製造方法の一例における各工程の状態を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態における振動子パッケージの製造方法の一例における各工程の状態を模式的に示す断面図である。 本発明の実施の形態における振動子パッケージの製造方法の一例における各工程の状態を模式的に示す断面図である。 本実施の形態における振動子パッケージの構成例を示す斜視図である。 従来よりある振動子パッケージの構成を示す斜視図である。 従来よりある振動子パッケージの構成を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ），（ｃ）である。

符号の説明

１０１…水晶ウエハ、１０２，１０２ａ，１０２ｂ，…開口部、１０３…断裁領域、１１０…枠部、１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ…角部、１１１…水晶振動子片、１１３，１１４…連結部、１２１…電極、１２２…配線、１２３…金属層、１２４…外部接続層、１３１…電極、１３２…配線、１３３…金属層、１３４…外部接続層、１４０，１５０…カバー、１４０ａ，１５０ａ…ガラスウエハ，１４０ｂ，１５０ｂ…凹部、１６１，１６２…端子。

Claims (1)

1. 枠部とこの内側に配置された圧電振動片とが一体に形成された略矩形の圧電基板と、
   前記圧電振動片の第１面側に形成された第１電極と、
   前記圧電振動片の前記第１面と反対側の第２面側に形成された第２電極と、
   前記第１電極に接続して前記第１面側の前記枠部に形成された第１金属層と、
   前記第２電極に接続して前記第２面側の前記枠部に形成された第２金属層と、
   前記第１金属層に陽極接合により接合して前記第１面側の前記圧電基板に設けられた第１カバーと、
   前記第２金属層に陽極接合により接合して前記第２面側の前記圧電基板に設けられた第２カバーと、
   前記第１カバーの外側表面の一方の端部，前記第１カバーの一方の側部，前記第１カバーおよび前記第２カバーよりはみ出した前記枠部の一方の端部，前記第２カバーの一方の側部，及び前記第２カバーの外側表面の一方の端部にかけて配設された第１端子と、
   前記第１カバーの外側表面の他方の端部，前記第１カバーの他方の側部，前記第１カバーおよび前記第２カバーよりはみ出した前記枠部の他方の端部，前記第２カバーの他方の側部，及び前記第２カバーの外側表面の他方の端部にかけて配設された第２端子と
   を少なくとも備え、
   前記第１カバーの一方の側部と前記第１カバーの他方の側部とは対向して配置され、
   前記第２カバーの一方の側部と前記第２カバーの他方の側部とは対向して配置され、
   前記第１金属層は、前記第１面側の前記枠部の前記一方の端部に延在する第１外部接続層を備え、
   前記第２金属層は、前記第２面側の前記枠部の前記他方の端部に延在する第２外部接続層を備え、
   前記第１端子は、前記第１外部接続層に接続され、
   前記第２端子は、前記第２外部接続層に接続されている
   ことを特徴とする振動子パッケージ。

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