JP7230541B2 - 振動デバイスおよび振動モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、振動デバイス、振動モジュール、電子機器および移動体に関するものである。
特許文献１には、２枚の水晶基板を直接接合、特に金属膜を用いた拡散接合する方法が記載されている。
しかしながら、表面に配線が形成されている基板を上述の拡散接合する場合、この基板に接合用の金属膜をスパッタリング等によって成膜する際に、ターゲットから弾き飛ばされた金属原子が基板表面の意図しない場所に付着し、この付着物によって配線がショートするおそれがある。なお、スパッタリングの際にマスクを用いることにより、上述のような金属原子の意図しない場所への付着をある程度軽減することはできるが、金属原子のマスク直下への回り込みが生じる場合もあり、この問題を確実に防止することはできない。
本適用例に係る振動デバイスは、ベースと、
前記ベースに取り付けられている振動素子と、
前記ベースとの間に前記振動素子を収納する蓋体と、
前記ベースと前記蓋体との間に位置し、前記ベースと前記蓋体とを接合する導電性の接合部材と、を有し、
前記ベースは、
前記振動素子が取り付けられている振動素子載置面と、
前記振動素子載置面に配置され、前記振動素子と電気的に接続されている第１配線および第２配線と、
前記接合部材を介して前記蓋体と接合されている接合面と、
前記振動素子載置面と前記接合面との間に配置されている段差と、を有する。
前記ベースに取り付けられている振動素子と、
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前記ベースと前記蓋体との間に位置し、前記ベースと前記蓋体とを接合する導電性の接合部材と、を有し、
前記ベースは、
前記振動素子が取り付けられている振動素子載置面と、
前記振動素子載置面に配置され、前記振動素子と電気的に接続されている第１配線および第２配線と、
前記接合部材を介して前記蓋体と接合されている接合面と、
前記振動素子載置面と前記接合面との間に配置されている段差と、を有する。
本適用例に係る振動デバイスでは、前記ベースは、
前記蓋体側に位置する第１面を有するベース基板と、
前記ベース基板の前記第１面側に配置されている絶縁層と、を有し、
前記第１面に前記接合面が含まれ、
前記絶縁層の前記ベース基板と反対側の第２面に前記振動素子載置面が含まれることが好ましい。
前記蓋体側に位置する第１面を有するベース基板と、
前記ベース基板の前記第１面側に配置されている絶縁層と、を有し、
前記第１面に前記接合面が含まれ、
前記絶縁層の前記ベース基板と反対側の第２面に前記振動素子載置面が含まれることが好ましい。
本適用例に係る振動デバイスでは、前記ベースは、
前記蓋体側に位置する第１面を有するベース基板と、
前記ベース基板の前記第１面側に配置されている第１絶縁層と、
前記ベース基板の前記第１面側に、前記第１絶縁層を囲む枠状をなし、前記第１絶縁層と離間して配置されている第２絶縁層と、を有し、
前記第１絶縁層の前記ベース基板と反対側の第２面に前記振動素子載置面が含まれ、
前記第２絶縁層の前記ベース基板と反対側の第３面に前記接合面が含まれることが好ましい。
前記蓋体側に位置する第１面を有するベース基板と、
前記ベース基板の前記第１面側に配置されている第１絶縁層と、
前記ベース基板の前記第１面側に、前記第１絶縁層を囲む枠状をなし、前記第１絶縁層と離間して配置されている第２絶縁層と、を有し、
前記第１絶縁層の前記ベース基板と反対側の第２面に前記振動素子載置面が含まれ、
前記第２絶縁層の前記ベース基板と反対側の第３面に前記接合面が含まれることが好ましい。
本適用例に係る振動デバイスでは、前記振動素子載置面の法線方向からの平面視で、
前記第１配線および前記第２配線は、それぞれ、前記振動素子と重なっていることが好ましい。
前記第１配線および前記第２配線は、それぞれ、前記振動素子と重なっていることが好ましい。
本適用例に係る振動デバイスでは、前記段差の高さをｔ１とし、
前記接合部材の厚さをｔ２としたとき、
ｔ１≧１０・ｔ２を満たすことが好ましい。
前記接合部材の厚さをｔ２としたとき、
ｔ１≧１０・ｔ２を満たすことが好ましい。
本適用例に係る振動デバイスでは、ｔ１≧１００ｎｍを満たすことが好ましい。
本適用例に係る振動デバイスでは、前記ベース基板は、半導体基板であることが好ましい。
本適用例に係る振動モジュールは、上述の振動デバイスを備える。
本適用例に係る電子機器は、上述の振動デバイスを備える。
本適用例に係る移動体は、上述の振動デバイスを備える。
以下、本適用例に係る振動デバイス、振動モジュール、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る振動デバイスを示す斜視図である。図２は、図１中のＡ－Ａ線断面図である。図３は、図１中のＢ－Ｂ線断面図である。図４は、図１に示す振動デバイスの平面図である。図５は、ベース基板とリッドとの接合部分を示す断面図である。図６は、振動素子の平面図である。図７は、振動素子を上側から見た透過図である。図８は、ベースに形成された段差の機能を説明するための断面図である。図９は、振動デバイスの製造工程を示す図である。図１０ないし図１７は、それぞれ、振動デバイスの製造工程を示す断面図である。なお、説明の便宜上、各図には、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸として図示している。また、Ｚ軸方向プラス側を「上」とも言い、マイナス側を「下」とも言う。また、Ｚ軸方向すなわちベース基板の厚さ方向からの平面視を単に「平面視」とも言う。
図１は、第１実施形態に係る振動デバイスを示す斜視図である。図２は、図１中のＡ－Ａ線断面図である。図３は、図１中のＢ－Ｂ線断面図である。図４は、図１に示す振動デバイスの平面図である。図５は、ベース基板とリッドとの接合部分を示す断面図である。図６は、振動素子の平面図である。図７は、振動素子を上側から見た透過図である。図８は、ベースに形成された段差の機能を説明するための断面図である。図９は、振動デバイスの製造工程を示す図である。図１０ないし図１７は、それぞれ、振動デバイスの製造工程を示す断面図である。なお、説明の便宜上、各図には、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸として図示している。また、Ｚ軸方向プラス側を「上」とも言い、マイナス側を「下」とも言う。また、Ｚ軸方向すなわちベース基板の厚さ方向からの平面視を単に「平面視」とも言う。
図１に示す振動デバイス１は、例えば、縦Ｌ×幅Ｗ×高さＴが１．０ｍｍ×０．８ｍｍ×０．２５ｍｍ程度の小型サイズの振動デバイスを想定している。ただし、振動デバイス１のサイズは、特に限定されない。
図１に示すように、振動デバイス１は、振動素子５と、振動素子５を収納するパッケージ２と、を有する。また、図２および図３に示すように、パッケージ２は、振動素子５を収納する凹部３２を有する箱状のリッド３と、凹部３２の開口を塞いでリッド３と接合された板状のベース４と、を有する。そして、凹部３２の開口がベース４で塞がれることにより、振動素子５を収納する収納空間Ｓが形成される。収納空間Ｓは、気密であり、減圧状態、好ましくはより真空に近い状態となっている。これにより、粘性抵抗が減り、振動素子５を安定して駆動させることができる。ただし、収納空間Ｓの雰囲気は、特に限定されず、例えば、窒素またはＡｒ等の不活性ガスを封入した雰囲気であってもよく、減圧状態でなく大気圧状態、または加圧状態となっていてもよい。
ベース４は、板状のベース基板４１と、ベース基板４１の表面に配置された絶縁層４２と、絶縁層４２上に配置された電極４３と、を有する。
ベース基板４１は、平面視形状が矩形の板状であり、互いに表裏関係にある下面４１１および上面４１２を有する。また、ベース基板４１は、その上面４１２と下面４１１とを貫通する２つの貫通孔４１５、４１６を有する。
このようなベース基板４１は、半導体基板である。半導体基板としては、特に限定されず、例えば、シリコン基板、ゲルマニウム基板や、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の化合物半導体基板を用いることができる。ベース基板４１として半導体基板を用いることにより、ベース４を半導体プロセスによって形成することができるため、振動デバイス１の小型化を図ることができる。また、後述する別の実施形態でも説明するように、ベース４に半導体回路を形成することができ、ベース４を有効活用することができる。特に、本実施形態では、ベース基板４１としてシリコン基板を用いている。これにより、入手し易く、安価なベース基板４１となる。
ただし、ベース基板４１としては、半導体基板に限定されず、例えば、セラミック基板、ガラス基板等を用いることもできる。これらセラミック基板、ガラス基板等の絶縁性基板をベース基板４１として用いることにより、例えば、絶縁層４２が不要となる。そのため、ベース４の構成が簡単なものとなる。なお、この場合には、ベース基板４１の上面４１２に段差を設けて、後述する振動素子載置面４Ａ、接合面４Ｂおよび段差４Ｃが含まれるように構成すればよい。
また、ベース基板４１の表面には絶縁層４２が配置されている。この絶縁層４２は、ベース基板４１の上面４１２に配置された上面絶縁層４２１と、下面４１１に配置された下面絶縁層４２２と、貫通孔４１５、４１６内に配置された貫通孔絶縁層４２３と、を有する。このうち、下面絶縁層４２２は、下面４１１の全域に配置され、貫通孔絶縁層４２３は、貫通孔４１５、４１６の内周面の全域に配置されている。これに対して、上面絶縁層４２１は、上面４１２の外縁部を除いて、その中央部に配置されている。すなわち、上面４１２の外縁部は、上面絶縁層４２１から露出している。なお、絶縁層４２としては、特に限定されないが、本実施形態では、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を用いている。また、絶縁層４２の形成方法としては、特に限定されず、例えば、ベース基板４１の表面を熱酸化することにより形成してもよいし、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を用いたプラズマＣＶＤにより形成してもよい。
また、絶縁層４２上には電極４３が配置されている。電極４３は、互いに離間して配置された第１配線４４および第２配線４５を有する。第１配線４４は、上面絶縁層４２１上に配置され、収納空間Ｓ内に臨む内部端子４４１と、下面絶縁層４２２上に配置され、パッケージ２の外部に臨む外部端子４４２と、貫通孔４１５内に配置され、内部端子４４１と外部端子４４２とを電気的に接続する貫通電極４４３と、を有する。同様に、第２配線４５は、上面絶縁層４２１上に配置され、収納空間Ｓ内に臨む内部端子４５１と、下面絶縁層４２２上に配置され、パッケージ２の外部に臨む外部端子４５２と、貫通孔４１６内に配置され、内部端子４５１と外部端子４５２とを電気的に接続する貫通電極４５３と、を有する。また、電極４３は、下面絶縁層４２２上に配置された２つのダミー電極４６１、４６２を有する。
リッド３は、その下面３１に開口する有底の凹部３２を有する箱状をなす。また、図４に示すように、リッド３の平面視形状は、ベース基板４１の上面４１２とほぼ相似形の矩形であり、上面４１２よりもひと回り小さく形成されている。つまり、平面視で、リッド３の外縁は、上面４１２の外縁４１２ａと重なることなく、外縁４１２ａよりも内側に位置している。また、リッド３は、４つの平坦面３８１を備えた側面３８を有し、これら４つの平坦面３８１の間の各角部３９が丸み付けされている。これにより、角部３９への応力集中が抑制され、角部３９を起点とするクラック等の発生を効果的に抑制することができる。ただし、リッド３の形状は、特に限定されず、各角部３９が丸み付けされていなくてもよいし、さらに、側面３８と上面との間の角部が丸み付けされていてもよい。
このようなリッド３は、半導体基板である。半導体基板としては、特に限定されず、例えば、シリコン基板、ゲルマニウム基板や、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の化合物半導体基板を用いることができる。リッド３として半導体基板を用いることにより、リッド３を半導体プロセスによって形成することができるため、振動デバイス１の小型化を図ることができる。特に、本実施形態では、リッド３としてシリコン基板を用いている。これにより、入手し易く、安価なリッド３となる。また、ベース基板４１とリッド３の材料を揃えることができ、これらの熱膨張係数差を実質的にゼロとすることができる。そのため、熱膨張に起因する熱応力の発生が抑えられ、優れた振動特性を有する振動デバイス１となる。
ただし、リッド３としては、半導体基板に限定されず、例えば、セラミック基板、ガラス基板等を用いることもできる。また、リッド３として、ベース基板４１と異種の基板を用いてもよい。特に、リッド３として光透過性を有するガラス基板を用いると、振動デバイス１の製造後に、リッド３を介して振動素子５にレーザーを照射して励振電極５２１の一部を除去し、振動素子５の周波数調整を行うことができる。
このようなリッド３は、その下面３１において接合部材６を介してベース基板４１の上面４１２と直接接合されている。本実施形態では、直接接合の中でも金属同士の拡散を利用した拡散接合を用いてリッド３とベース基板４１とが接合されている。具体的には、図５に示すように、リッド３の下面３１に金属膜６１を設けると共に、ベース基板４１の上面４１２に金属膜６２を設け、金属膜６１の下面と金属膜６２の上面とを拡散接合することにより接合部材６が形成され、接合部材６を介してリッド３とベース基板４１とが接合されている。
金属膜６１は、例えば、Ｃｕ（銅）からなる基部６１１上に、Ｎｉ（ニッケル）／Ｐｄ（パラジウム）／Ａｕ（金）の積層体であるめっき層６１２を形成して構成され、同様に、金属膜６２も、Ｃｕからなる基部６２１上に、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕの積層体からなるめっき層６２２を形成して構成されている。あるいは、金属膜６１、６２は、クロム又はチタンの薄膜である下地層と、下地層より上層側にスパッタにより形成された金の薄膜とを含んで構成されていてもよい。そして、金属膜６１、６２の表面にある金の層同士が拡散接合されている。このような拡散接合によれば、常温（金属膜６１、６２の融点よりも低い温度）でリッド３とベース基板４１とを接合することができるため、パッケージ２に内部応力が残留し難く、振動素子５への熱ダメージも低減される。
図６および図７に示すように、振動素子５は、振動基板５１と、振動基板５１の表面に配置された電極５２と、を有する。振動基板５１は、厚みすべり振動モードを有し、本実施形態ではＡＴカット水晶基板から形成されている。ＡＴカット水晶基板は、三次の周波数温度特性を有しており、優れた温度特性を有する振動素子５となる。
電極５２は、振動基板５１の上面に配置された励振電極５２１と、下面に振動基板５１を介して励振電極５２１と対向して配置された励振電極５２２と、を有する。また、電極５２は、振動基板５１の下面に配置された一対の端子５２３、５２４と、端子５２３と励振電極５２１とを電気的に接続する配線５２５と、端子５２４と励振電極５２２とを電気的に接続する配線５２６と、を有する。
なお、振動素子５の構成は、上述の構成に限定されない。例えば、振動素子５は、励振電極５２１、５２２に挟まれた振動領域がその周囲から突出したメサ型となっていてもよいし、逆に、振動領域がその周囲から凹没した逆メサ型となっていてもよい。また、振動基板５１の周囲を研削するベベル加工や、上面および下面を凸曲面とするコンベックス加工が施されていてもよい。
また、振動素子５としては、厚みすべり振動モードで振動するものに限定されず、例えば、２つの振動腕が面内方向に音叉振動する音叉型の振動素子であってもよい。すなわち、振動基板５１は、ＡＴカット水晶基板に限定されず、ＡＴカット水晶基板以外の水晶基板、例えば、Ｘカット水晶基板、Ｙカット水晶基板、Ｚカット水晶基板、ＢＴカット水晶基板、ＳＣカット水晶基板、ＳＴカット水晶基板等であってもよい。また、本実施形態では、振動基板５１が水晶で構成されているが、これに限定されず、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、四ホウ酸リチウム、ランガサイト、ニオブ酸カリウム、リン酸ガリウム等の圧電単結晶体により構成されていてもよいし、これら以外の圧電単結晶体で構成されていてもよい。更にまた、振動素子５は、圧電駆動型の振動素子に限らず、静電気力を用いた静電駆動型の振動素子であってもよい。
このような振動素子５は、図２および図３に示すように、導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２を介して上面絶縁層４２１上に取り付けられている。また、導電性接合部材Ｂ１は、ベース４が有する内部端子４４１と振動素子５が有する端子５２３とを電気的に接続し、導電性接合部材Ｂ２は、ベース４が有する内部端子４５１と振動素子５が有する端子５２４とを電気的に接続している。
導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２としては、導電性と接合性とを兼ね備えていれば、特に限定されず、例えば、金バンプ、銀バンプ、銅バンプ、はんだバンプ等の各種金属バンプ、ポリイミド系、エポキシ系、シリコーン系、アクリル系の各種接着剤に銀フィラー等の導電性フィラーを分散させた導電性接着剤等を用いることができる。導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２として前者の金属バンプを用いると、導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２からのガスの発生を抑制でき、収納空間Ｓの環境変化、特に圧力の上昇を効果的に抑制することができる。一方、導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２として後者の導電性接着剤を用いると、導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２が金属バンプに比べて柔らかくなり、振動素子５に応力が生じ難くなる。
このような構成の振動デバイス１では、図５に示すように、ベース４は、上面絶縁層４２１の上面４２１ａに含まれ、振動素子５が取り付けられた振動素子載置面４Ａと、ベース基板４１の上面４１２に含まれ、接合部材６を介してリッド３と接合された接合面４Ｂと、を有する。そして、ベース４は、振動素子載置面４Ａと接合面４Ｂとの間に形成された段差４Ｃを有する。段差４Ｃは、上面絶縁層４２１の側面４２１ｂによって形成されている。つまり、振動素子載置面４Ａは、接合面４Ｂに対して上面絶縁層４２１の厚さ分だけ上方にずれている。言い換えると、側面４２１ｂを境に、その一方側の面と他方側の面とがＺ軸方向にずれて位置している。このように、振動素子載置面４Ａと接合面４Ｂとの間に段差４Ｃを形成することにより、接合面４Ｂに配置された接合部材６と上面絶縁層４２１の上面４２１ａに配置された第１、第２配線４４、４５との接触が抑制され、接合部材６と第１、第２配線４４、４５との電気的な接続を効果的に抑制することができる。そのため、金属膜６２を介した第１、第２配線４４、４５のショートが抑制され、信頼性の高い振動デバイス１が得られる。
このことについて具体的に説明すると、図８に示すように、接合面４Ｂ上に配置された金属膜６２は、例えば、スパッタリングによってベース基板４１の上面４１２に金属原子ＭＡを付着させて金属膜６２０を成膜することにより形成される。このスパッタリングの際、上面４１２と振動素子載置面４Ａとの間に段差４Ｃが形成されていると、上面４１２上に成膜された金属膜６２０と振動素子載置面４Ａ上に成膜された金属膜６２０とが段差４Ｃによって分断される。上面４１２上に成膜された金属膜６２０によって金属膜６２が形成され、振動素子載置面４Ａ上に第１、第２配線４４、４５が配置されていることから、段差４Ｃによって金属膜６２と第１、第２配線４４、４５との接触が抑制される。したがって、金属膜６２を介した第１、第２配線４４、４５のショートを効果的に抑制することができる。なお、図８以外の図では、説明の便宜上、金属膜６２０のうち、金属膜６２以外の部分については、図示を省略している。
ここで、段差４Ｃによる金属膜６２０の分断をより確実に行うために、段差４Ｃを形成する上面絶縁層４２１の側面４２１ｂは、図示のように、上面４１２、４２１ａに対してより垂直に近い角度で形成されていることが好ましい。また、例えば、側面４２１ｂが湾曲凹面となっており、側面４２１ｂの一部が上面４２１ａの外縁よりも内側に退避した形状すなわちオーバーハングした形状となっていることも好ましい。ただし、側面４２１ｂの構成としては、これに限定されない。
また、段差４Ｃの高さすなわち上面絶縁層４２１の厚さをｔ１とし、金属膜６２の厚さをｔ２としたとき、ｔ１、ｔ２は、ｔ１＞ｔ２を満たす。これにより、段差４Ｃによって、金属膜６２０をより確実に分断することができる。さらに、ｔ１、ｔ２は、ｔ１≧１０・ｔ２を満たすことが好ましく、ｔ１≧１５・ｔ２を満たすことがより好ましく、ｔ１≧２０・ｔ２を満たすことがさらに好ましい。また、例えば、パッケージ２のサイズが縦Ｌ×幅Ｗ×高さＴが１．０ｍｍ×０．８ｍｍ×０．２５ｍｍ程度の小型サイズである場合、金属膜６２の厚さｔ２が１０ｎｍ～２０ｎｍ程度であるため、段差４Ｃの高さｔ１は、１００ｎｍ以上であることが好ましい。これにより、上述の効果をより顕著に発揮することができる。
また、図４に示したように、本実施形態では、振動素子載置面４Ａに配置された第１配線４４および第２配線４５は、すなわち、内部端子４４１、４５１は、共に、その全域が振動素子５と重なっている。言い換えると、平面視で、内部端子４４１、４５１は、共に、その全域が振動素子５の外縁よりも内側に位置している。このような構成とすることにより、前述した金属膜６２をスパッタリングで成膜する際に、振動素子５がマスクとなって、金属膜６２０が内部端子４４１、４５１上やこれらの間の領域に成膜されることが抑制され、内部端子４４１、４５１のショートを効果的に抑制することができる。ここで、金属原子ＭＡが振動素子５を回り込むことにより、振動素子５と重なる領域の外縁部分にも金属膜６２０が成膜されるおそれがあるため、内部端子４４１、４５１は、平面視で、振動素子５の外縁と重なることなく、その外縁よりも十分に内側に位置することが好ましい。
なお、本実施形態では、内部端子４４１、４５１の全域が、平面視で、振動素子５と重なっているが、これに限定されず、例えば、内部端子４４１、４５１の一方が、振動素子５からはみ出していてもよい。このような構成によっても、本実施形態と同様に、金属膜６２０を介した内部端子４４１、４５１のショートを抑制することができる。
また、図６および図７に示したように、本実施形態の振動素子５では、振動基板５１の上面側に励振電極５２１と、この励振電極５２１と接続された配線５２５と、が配置されており、これらと電位の異なる電極、つまり、励振電極５２２と接続された端子５２４および配線５２６が配置されていない。そのため、金属膜６２０をスパッタリングで成膜する際、振動基板５１の上面に金属膜６２０が成膜されても、励振電極５２１、５２２のショートが生じない。なお、振動基板５１上に金属膜６２０が成膜され、励振電極５２１と重なる部分が励振電極５２１の一部として機能するため、成膜される金属膜６２０の厚さを見越して、励振電極５２１をあらかじめ薄く形成しておいてもよい。これにより、励振電極５２１の設計値からの厚さずれを小さく抑えることができる。
以上、振動デバイス１について説明した。前述したように、振動デバイス１は、ベース４と、ベース４に取り付けられている振動素子５と、ベース４との間に振動素子５を収納する蓋体であるリッド３と、ベース４とリッド３との間に位置し、ベース４とリッド３とを接合する導電性の接合部材６と、を有する。そして、ベース４は、振動素子５が取り付けられている振動素子載置面４Ａと、振動素子載置面４Ａに配置され、振動素子５と電気的に接続されている第１配線４４および第２配線４５と、接合部材６を介してリッド３と接合されている接合面４Ｂと、振動素子載置面４Ａと接合面４Ｂとの間に配置されている段差４Ｃと、を有する。このように、振動素子載置面４Ａと接合面４Ｂとの間に段差４Ｃを形成し、振動素子載置面４Ａに第１配線４４および第２配線４５を配置することにより、接合部材６と第１、第２配線４４、４５との電気的な接続を抑制することができる。そのため、例えば、接合部材６を介した第１配線４４と第２配線４５とのショートを抑制でき、信頼性の高い振動デバイス１が得られる。
また、前述したように、ベース４は、リッド３側に位置する第１面である上面４１２を有するベース基板４１と、ベース基板４１の上面４１２に配置されている絶縁層である上面絶縁層４２１と、を有する。そして、上面４１２に接合面４Ｂが含まれ、上面絶縁層４２１のベース基板４１と反対側の第２面である上面４２１ａに振動素子載置面４Ａが含まれる。このような構成とすることにより、段差４Ｃを容易に形成することができる。
また、前述したように、振動素子載置面４Ａの法線方向からの平面視で、第１配線４４および第２配線４５は、それぞれ、振動素子５と重なっている。これにより、前述したようなスパッタリングで金属膜６２を成膜しても、第１配線４４と第２配線４５とのショートを抑制することができる。そのため、例えば、金属膜６２を成膜する際にマスクで第１、第２配線４４、４５を覆う必要がなくなり、金属膜６２の形成が容易となる。
また、前述したように、段差４Ｃの高さをｔ１とし、接合部材６が有する金属膜６２の厚さをｔ２としたとき、ｔ１≧１０・ｔ２を満たすことが好ましい。また、ｔ１≧１００ｎｍを満たすことが好ましい。これにより、金属膜６２０を段差４Ｃによってより確実に分断でき、接合部材６と第１、第２配線４４、４５との電気的な接続を効果的に抑制することができる。
また、前述したように、ベース基板４１は、半導体基板である。これにより、ベース４を半導体プロセスによって形成することができるため、振動デバイス１の小型化を図ることができる。また、後述する別の実施形態でも説明するように、ベース４に半導体回路を形成することができ、ベース４を有効活用することができる。
次に、振動デバイス１の製造方法について説明する。図９に示すように、振動デバイス１の製造方法は、一体的に形成された複数のベース４を備えるベースウエハ４００を準備し、各ベース４に振動素子５を取り付ける振動素子取り付け工程と、一体形成された複数のリッド３を備えるリッドウエハ３００をベースウエハ４００に接合し、一体形成された複数の振動デバイス１を備えるデバイスウエハ１００を形成する接合工程と、デバイスウエハ１００から複数の振動デバイス１を個片化する個片化工程と、を含む。以下、このような製造方法について、図１０ないし図１８に基づいて説明する。なお、図１０ないし図１８は、図２に対応する断面である。
［振動素子取り付け工程］
まず、図１０に示すように、ベース基板４１の母材となるシリコンウエハＳＷ１を準備する。シリコンウエハＳＷ１には、後の個片化工程によって１つのベース基板４１となる複数の個片化領域Ｒが行列状に並んで含まれている。次に、各個片化領域Ｒにおいて、上面側から有底の凹部ＳＷ１１を２つ形成する。凹部ＳＷ１１は、例えば、ボッシュ・プロセスに代表されるドライエッチングで形成することができる。次に、図１１に示すように、シリコンウエハＳＷ１を下面側から研削・研磨し、凹部ＳＷ１１が貫通するまでシリコンウエハＳＷ１を薄肉化する。これにより、各個片化領域Ｒに貫通孔４１５、４１６が形成される。
まず、図１０に示すように、ベース基板４１の母材となるシリコンウエハＳＷ１を準備する。シリコンウエハＳＷ１には、後の個片化工程によって１つのベース基板４１となる複数の個片化領域Ｒが行列状に並んで含まれている。次に、各個片化領域Ｒにおいて、上面側から有底の凹部ＳＷ１１を２つ形成する。凹部ＳＷ１１は、例えば、ボッシュ・プロセスに代表されるドライエッチングで形成することができる。次に、図１１に示すように、シリコンウエハＳＷ１を下面側から研削・研磨し、凹部ＳＷ１１が貫通するまでシリコンウエハＳＷ１を薄肉化する。これにより、各個片化領域Ｒに貫通孔４１５、４１６が形成される。
次に、図１２に示すように、シリコンウエハＳＷ１の表面にシリコン酸化膜からなる絶縁層４２を形成し、さらに、個片化領域Ｒ毎に、絶縁層４２上に電極４３を形成する。絶縁層４２は、例えば、熱酸化やＴＥＯＳを用いたプラズマＣＶＤ法により形成することができる。また、電極４３は、蒸着やスパッタリングによって絶縁層４２上に金属膜を成膜し、金属膜をエッチングによりパターニングすることにより形成することができる。なお、上面絶縁層４２１については、本工程よりも前に形成してもよい。
次に、図１３に示すように、上面絶縁層４２１の一部を除去し、個片化領域Ｒ毎に、上面４１２の外周部を上面絶縁層４２１から露出させる。これにより、上面４１２から接合面４Ｂが形成されると共に、上面４１２と上面絶縁層４２１との間に段差４Ｃが形成される。以上の工程により、複数のベース４が一体形成されたベースウエハ４００が得られる。次に、図１４に示すように、ベース４毎に、その振動素子載置面４Ａに導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２を介して振動素子５を取り付ける。
［接合工程］
まず、図１５に示すように、リッド３の母材となるシリコンウエハＳＷ２を準備する。このシリコンウエハＳＷ２には、後の個片化によって１つのリッド３となる複数の個片化領域Ｒが行列状に並んで含まれている。次に、個片化領域Ｒ毎に下面側から有底の凹部３２を形成すると共に、隣り合う個片化領域Ｒの境界に沿って凹部ＳＷ２１を形成する。これら凹部３２、ＳＷ２１は、例えば、ボッシュ・プロセスに代表されるドライエッチングで形成することができる。なお、凹部ＳＷ２１は、その深さＤ１が凹部３２の深さＤ２よりも深い。以上の工程により、複数のリッド３が一体形成されたリッドウエハ３００が得られる。
まず、図１５に示すように、リッド３の母材となるシリコンウエハＳＷ２を準備する。このシリコンウエハＳＷ２には、後の個片化によって１つのリッド３となる複数の個片化領域Ｒが行列状に並んで含まれている。次に、個片化領域Ｒ毎に下面側から有底の凹部３２を形成すると共に、隣り合う個片化領域Ｒの境界に沿って凹部ＳＷ２１を形成する。これら凹部３２、ＳＷ２１は、例えば、ボッシュ・プロセスに代表されるドライエッチングで形成することができる。なお、凹部ＳＷ２１は、その深さＤ１が凹部３２の深さＤ２よりも深い。以上の工程により、複数のリッド３が一体形成されたリッドウエハ３００が得られる。
次に、各ベース基板４１の上面４１２に金属膜６２を形成すると共に、各リッド３の下面３１に金属膜６１を形成する。ここで、前述したように、金属膜６２は、スパッタリングによって成膜されるが、この際、金属膜６２を介した第１、第２配線４４、４５のショートや励振電極５２１、５２２のショートが効果的に抑制される（図８参照）。次に、例えば、金属膜６１、６２にＡｒガスを吹き付けて、これらの表面を活性化させ、図１６に示すように、金属膜６１、６２を拡散接合することにより、ベースウエハ４００とリッドウエハ３００とを直接接合する。
次に、図１７に示すように、リッドウエハ３００を上面側から研削・研磨し、凹部ＳＷ２１が貫通するまでリッドウエハ３００を薄肉化する。これにより、個片化領域Ｒ毎にリッド３が個片化される。以上の工程により、複数の振動デバイス１が一体形成されたデバイスウエハ１００が得られる。
［個片化工程］
次に、ダイシングブレードによってデバイスウエハ１００から各振動デバイス１を個片化する。ただし、個片化方法は、特に限定されない。以上により、複数の振動デバイス１が一括して製造される。
次に、ダイシングブレードによってデバイスウエハ１００から各振動デバイス１を個片化する。ただし、個片化方法は、特に限定されない。以上により、複数の振動デバイス１が一括して製造される。
＜第２実施形態＞
図１８は、第２実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。図１９は、ベースとリッドとの接合部分を示す断面図である。
図１８は、第２実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。図１９は、ベースとリッドとの接合部分を示す断面図である。
本実施形態に係る振動デバイス１は、ベース４の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の振動デバイス１と同様である。なお、以下の説明では、第２実施形態の振動デバイス１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１８および図１９では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
図１８および図１９に示すように、上面絶縁層４２１は、ベース基板４１の上面４１２の中央部に配置された第１上面絶縁層４２５と、上面４１２の外周部に、第１上面絶縁層４２５を囲んで枠状に配置された第２上面絶縁層４２６と、を有する。そして、第１上面絶縁層４２５の上面４２５ａに振動素子載置面４Ａが含まれ、第２上面絶縁層４２６の上面４２６ａに接合面４Ｂが含まれている。また、第１上面絶縁層４２５と第２上面絶縁層４２６とは、互いに離間して配置され、これらの間に段差４Ｃが形成されている。段差４Ｃは、第１上面絶縁層４２５の側面４２５ｂにより形成された第１段差４Ｃ１と、第２上面絶縁層４２６の側面４２６ｂにより形成された第２段差４Ｃ２と、を有する。
このように、本実施形態のベース４は、リッド３側に位置する第１面である上面４１２を有するベース基板４１と、ベース基板４１の上面４１２側に配置されている第１絶縁層である第１上面絶縁層４２５と、ベース基板４１の上面４１２側に、第１上面絶縁層４２５を囲む枠状をなし、第１上面絶縁層４２５と離間して配置されている第２絶縁層である第２上面絶縁層４２６と、を有する。そして、第１上面絶縁層４２５のベース基板４１と反対側の第２面である上面４２５ａに振動素子載置面４Ａが含まれ、第２上面絶縁層４２６のベース基板４１と反対側の第３面である上面４２６ａに接合面４Ｂが含まれる。このような構成とすることにより、段差４Ｃを容易に形成することができる。
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第３実施形態＞
図２０は、第３実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。
図２０は、第３実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。
本実施形態に係る振動デバイス１は、ベース４に発振回路４８が形成されていること以外は、前述した第１実施形態の振動デバイス１と同様である。なお、以下の説明では、第３実施形態の振動デバイス１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２０では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
本実施形態の振動デバイス１では、図２０に示すように、ベース４に、振動素子５と電気的に接続された発振回路４８が形成されており、本実施形態では、ベース基板４１の下面４１１が能動面となっている。また、ベース基板４１の下面４１１には、絶縁層４９１と配線層４９２とが積層した積層体４９が設けられ、この配線層４９２を介して下面４１１に形成された複数の回路要素（図示せず）が電気的に接続され、発振回路４８が構成されている。このように、ベース４に発振回路４８を形成することにより、ベース４のスペースを有効活用することができる。
このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、本実施形態では、ベース基板４１の下面４１１が能動面となっているが、これに限定されず、ベース基板４１の上面４１２が能動面となっていてもよい。ベース基板４１の上面４１２を能動面とすることで、振動デバイスと発振回路４８との間を、低いインピーダンスで電気的に接続することができる。そのため、発振回路４８による発振を、安定化させることができる。
＜第４実施形態＞
図２１は、第４実施形態に係る振動モジュールを示す断面図である。
図２１は、第４実施形態に係る振動モジュールを示す断面図である。
図２１に示す振動モジュール１０００は、支持基板１０１０と、支持基板１０１０に搭載された回路基板１０２０と、回路基板１０２０に搭載された振動デバイス１と、回路基板１０２０および振動デバイス１をモールドするモールド材Ｍと、を有する。
支持基板１０１０は、例えば、インターポーザー基板である。支持基板１０１０の上面には複数の接続端子１０１１が配置され、下面には複数の実装端子１０１２が配置されている。また、支持基板１０１０内には図示しない内部配線が配置され、この内部配線を介して、各接続端子１０１１が、対応する実装端子１０１２と電気的に接続されている。このような支持基板１０１０としては、特に限定されず、例えば、シリコン基板、セラミック基板、樹脂基板、ガラス基板、ガラスエポキシ基板等を用いることができる。
また、回路基板１０２０は、ダイアタッチ材を介して支持基板１０１０の上面に接合されている。回路基板１０２０には、振動デバイス１が有する振動素子５を発振させてクロック信号等の基準信号の周波数を生成する発振回路１０２３が形成されており、その上面に発振回路と電気的に接続された複数の端子１０２２が配置されている。そして、一部の端子１０２２は、ボンディングワイヤーＢＷを介して接続端子１０１１と電気的に接続されており、一部の端子１０２２は、例えば、半田等の導電性接合部材Ｂ３を介して振動デバイス１と電気的に接続されている。
モールド材Ｍは、回路基板１０２０および振動デバイス１をモールドし、水分、埃、衝撃等から保護している。モールド材Ｍとしては、特に限定されないが、例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂を用いることができ、トランスファーモールド法によってモールドすることができる。
以上のような振動モジュール１０００は、振動デバイス１を備える。そのため、前述した振動デバイス１の効果を享受でき、優れた信頼性を発揮することができる。特に、前述したように、振動デバイス１では、リッド３の側面３８の角部３９が丸み付けされているため、モールドする際にモールド材Ｍがリッド３の周囲を流動し易くなる。そのため、モールド中にボイドが発生し難くなり、振動デバイス１や回路基板１０２０を水分等からより確実に保護することができる。
＜第５実施形態＞
図２２は、第５実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図２２は、第５実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図２２に示すラップトップ型のパーソナルコンピューター１１００は、本適用例の振動デバイスを備える電子機器を適用したものである。この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、例えば、発振器として用いられる振動デバイス１が内蔵されている。
このように、電子機器としてのパーソナルコンピューター１１００は、振動デバイス１を備える。そのため、前述した振動デバイス１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。
＜第６実施形態＞
図２３は、第６実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図２３は、第６実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図２３に示す携帯電話機１２００は、本適用例の振動デバイスを備える電子機器を適用したものである。携帯電話機１２００は、アンテナ、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には表示部１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００には、例えば、発振器として用いられる振動デバイス１が内蔵されている。
このように、電子機器としての携帯電話機１２００は、振動デバイス１を備える。そのため、前述した振動デバイス１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。
＜第７実施形態＞
図２４は、第７実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図２４は、第７実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図２４に示すデジタルスチールカメラ１３００は、本適用例の振動デバイスを備える電子機器を適用したものである。ボディ１３０２の背面には表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ボディ１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズやＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。そして、撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押すと、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、例えば、発振器として用いられる振動デバイス１が内蔵されている。
このように、電子機器としてのデジタルスチールカメラ１３００は、振動デバイス１を備える。そのため、前述した振動デバイス１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。
なお、本適用例の電子機器は、前述したパーソナルコンピューター、携帯電話機およびデジタルスチールカメラの他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計（スマートウォッチを含む）、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンタ）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等のウェアラブル端末、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、移動体端末基地局用機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター、ネットワークサーバー等に適用することができる。
＜第８実施形態＞
図２５は、第８実施形態に係る移動体を示す斜視図である。
図２５は、第８実施形態に係る移動体を示す斜視図である。
図２５に示す自動車１５００は、本適用例の振動デバイスを備える移動体を適用した自動車である。自動車１５００には、例えば、発振器として用いられる振動デバイス１が内蔵されている。振動デバイス１は、例えば、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。
このように、移動体としての自動車１５００は、振動デバイス１を備える。そのため、前述した振動デバイス１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。
なお、移動体としては、自動車１５００に限定されず、例えば、飛行機、船舶、ＡＧＶ（無人搬送車）、二足歩行ロボット、ドローン等の無人飛行機等にも適用することができる。
以上、本適用例に係る振動デバイス、振動モジュール、電子機器および移動体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本適用例はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本適用例に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本適用例は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成を組み合わせたものであってもよい。
１…振動デバイス、１００…デバイスウエハ、２…パッケージ、３…リッド、３００…リッドウエハ、３１…下面、３２…凹部、３８…側面、３８１…平坦面、３９…角部、４…ベース、４Ａ…振動素子載置面、４Ｂ…接合面、４Ｃ…段差、４Ｃ１…第１段差、４Ｃ２…第２段差、４００…ベースウエハ、４１…ベース基板、４１１…下面、４１２…上面、４１２ａ…外縁、４１５…貫通孔、４１６…貫通孔、４２…絶縁層、４２１…上面絶縁層、４２１ａ…上面、４２１ｂ…側面、４２２…下面絶縁層、４２３…貫通孔絶縁層、４２５…第１上面絶縁層、４２５ａ…上面、４２５ｂ…側面、４２６…第２上面絶縁層、４２６ａ…上面、４２６ｂ…側面、４３…電極、４４…第１配線、４４１…内部端子、４４２…外部端子、４４３…貫通電極、４５…第２配線、４５１…内部端子、４５２…外部端子、４５３…貫通電極、４６１、４６２…ダミー電極、４８…発振回路、４９…積層体、５…振動素子、５１…振動基板、５２…電極、５２１、５２２…励振電極、５２３、５２４…端子、５２５、５２６…配線、６…接合部材、６１…金属膜、６１１…基部、６１２…めっき層、６２…金属膜、６２０…金属膜、６２１…基部、６２２…めっき層、４９１…絶縁層、４９２…配線層、１０００…振動モジュール、１０１０…支持基板、１０１１…接続端子、１０１２…実装端子、１０２０…回路基板、１０２２…端子、１０２３…発振回路、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１１０８…表示部、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１２０８…表示部、１３００…デジタルスチールカメラ、１３０２…ボディ、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、１５００…自動車、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３…導電性接合部材、ＢＷ…ボンディングワイヤー、Ｄ１、Ｄ２…深さ、Ｌ…縦、Ｍ…モールド材、ＭＡ…金属原子、Ｒ…個片化領域、Ｓ…収納空間、ＳＷ１…シリコンウエハ、ＳＷ１１…凹部、ＳＷ２…シリコンウエハ、ＳＷ２１…凹部、Ｔ、ｔ１、ｔ２…高さ、Ｗ…幅
Claims (7)
- ベースと、
前記ベースに取り付けられている振動素子と、
前記ベースとの間に前記振動素子を収納する蓋体と、
前記ベースと前記蓋体との間に位置し、前記ベースと前記蓋体とを接合する導電性の接合部材と、を有し、
前記ベースは、
前記振動素子が取り付けられている振動素子載置面と、
前記振動素子載置面に配置され、前記振動素子と電気的に接続されている第１配線および第２配線と、
前記接合部材を介して前記蓋体と接合されている接合面と、
前記振動素子載置面と前記接合面との間に配置されている段差と、を有し、
前記振動素子載置面の法線方向からの平面視で、
前記第１配線の全域および前記第２配線の全域は、それぞれ、前記振動素子の外縁よりも内側に位置していることを特徴とする振動デバイス。 - 前記ベースは、
前記蓋体側に位置する第１面を有するベース基板と、
前記ベース基板の前記第１面側に配置されている絶縁層と、を有し、
前記第１面に前記接合面が含まれ、
前記絶縁層の前記ベース基板と反対側の第２面に前記振動素子載置面が含まれる請求項１に記載の振動デバイス。 - 前記ベースは、
前記蓋体側に位置する第１面を有するベース基板と、
前記ベース基板の前記第１面側に配置されている第１絶縁層と、
前記ベース基板の前記第１面側に、前記第１絶縁層を囲む枠状をなし、前記第１絶縁層と離間して配置されている第２絶縁層と、を有し、
前記第１絶縁層の前記ベース基板と反対側の第２面に前記振動素子載置面が含まれ、
前記第２絶縁層の前記ベース基板と反対側の第３面に前記接合面が含まれる請求項１に記載の振動デバイス。 - 前記ベース基板は、半導体基板である請求項２または３に記載の振動デバイス。
- 前記段差の高さをｔ１とし、
前記接合部材の厚さをｔ２としたとき、
ｔ１≧１０・ｔ２を満たす請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動デバイス。 - ｔ１≧１００ｎｍを満たす請求項５に記載の振動デバイス。
- 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動デバイスを備えることを特徴とする振動モジュール。
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