ガラスウエハの製造方法及び圧電デバイスの製造方法
【課題】 導電線が貫通する量産性の高いガラスウエハを提供する。
【解決手段】 貫通配線のガラスウエハを製造する製造方法は、型（７０）内に複数の燃焼性の繊維（２３）を略平行に所定の間隔で配置する繊維配置工程（Ｓ１１）と、燃焼性の繊維の融点以下の軟化点を有するガラスを型内で溶融させた状態にする溶融工程（Ｓ１３）と、溶融したガラスを軟化点以下の温度まで下げてガラスブロック（２５）にした状態で燃焼性の繊維を燃焼させる燃焼工程（Ｓ１４）と、燃焼性の繊維が燃焼したことによりガラスブロックに形成された貫通孔（１５）に対して導電性材料を充填し導電線（１３）を形成する充填工程（Ｓ１６）と、導電線と交差するようにガラスブロックをスライスするスライス工程（Ｓ１７）と、を備える。
【解決手段】 貫通配線のガラスウエハを製造する製造方法は、型（７０）内に複数の燃焼性の繊維（２３）を略平行に所定の間隔で配置する繊維配置工程（Ｓ１１）と、燃焼性の繊維の融点以下の軟化点を有するガラスを型内で溶融させた状態にする溶融工程（Ｓ１３）と、溶融したガラスを軟化点以下の温度まで下げてガラスブロック（２５）にした状態で燃焼性の繊維を燃焼させる燃焼工程（Ｓ１４）と、燃焼性の繊維が燃焼したことによりガラスブロックに形成された貫通孔（１５）に対して導電性材料を充填し導電線（１３）を形成する充填工程（Ｓ１６）と、導電線と交差するようにガラスブロックをスライスするスライス工程（Ｓ１７）と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導通線を設けたガラスウエハの製造方法、及びガラスウエハを用いた圧電デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。また、回路基板に表面実装が可能な圧電振動子が要求されている。
【０００３】
従来、圧電振動子はパッケージ内部に圧電振動片を収容し、圧電振動片はパッケージ内の電極部に接合されている。通常パッケージは、ガラスまたはセラミックで形成され、内部に所定の内部空間を備えている。パッケージ底部には、パッケージ内部と底部とに貫通するスルーホールが形成されており、スルーホールは高温ハンダなどで封止されている。
【０００４】
例えば、セラミックパッケージを使った封止技術には特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１では、パッケージの上端面にロウ材などの接着剤が塗布され、加熱可能なチャンバー内で上から荷重をかけながら加熱しロウ材などを溶融し、パッケージを圧着させる。そしてパッケージのスルーホールに、高温ハンダなどの封止材を載せ真空中もしくは不活性ガス中のチャンバー内で、レ−ザー光を照射して高温ハンダが溶融されることでパッケージが封止される。
【特許文献１】特開２００３−１５８４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された封止方法は、パッケージ底部に形成されたスルーホールに封止材を挿入し、レーザー光を照射して封止材を溶融してスルーホールを封止している。しかし、封止方法は個別対応と成り量産性に問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、導電線が貫通する量産性の高いガラスウエハを提供し、このガラスウエハを用いて封止がしっかりとした圧電デバイスを製造する製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の観点の貫通配線のガラスウエハを製造する製造方法は、型内に複数の燃焼性の繊維を略平行に所定の間隔で配置する繊維配置工程と、燃焼性の繊維の融点以下の軟化点を有するガラスを型内で溶融させた状態にする溶融工程と、溶融したガラスを軟化点以下の温度まで下げてガラスブロックにした状態で燃焼性の繊維を燃焼させる燃焼工程と、燃焼性の繊維が燃焼したことによりガラスブロックに形成された貫通孔に対して導電性材料を充填し導電線を形成する充填工程と、導電線と交差するようにガラスブロックをスライスするスライス工程と、を備える。
レーザー加工又はドリル加工などの機械加工によりガラスウエハに貫通孔を形成する場合にはガラスウエハが割れることがあるが、第１の観点では燃焼性の繊維を燃やして貫通孔を形成するので、ガラスウエハが割れることなく貫通孔が正確に形成される。
【０００８】
第２の観点の貫通配線のガラスウエハを製造する製造方法は、溶融工程において、型内にガラス粉末を投入しその型とガラス粉末とをガラスの軟化点以上に温度を上げることで、ガラスを溶融させた状態にする。
型内にガラス粉末を投入して、その型をそのまま炉などに入れることでガラスを溶融するので作業効率である。
【０００９】
第３の観点の貫通配線のガラスウエハを製造する製造方法は、充填工程において、貫通孔に金属膜を形成した後に導電性材料を溶融することで導電性材料を充填する。
金属膜を形成してから導電性材料を溶融すると、毛細管現象により隙間なく導電性材料が貫通孔に行き渡る。
【００１０】
第４の観点の貫通配線のガラスウエハを製造する製造方法は、充填工程において、貫通孔に金属をメッキ法により充填する。
メッキ法により金属を充填して導電線を形成してもよい。
【００１１】
第５の観点の貫通配線のガラスウエハを製造する製造方法は、充填工程において、貫通孔に金属微粒子を含む樹脂からなる導電性ペーストを充填する。
導電性ペーストを充填して導電線を形成してもよい。
【００１２】
第６の観点の貫通配線のガラスウエハを製造する製造方法において、燃焼性の繊維は炭素繊維である。そこで、燃焼工程は、この炭素繊維に電気を通し且つ酸素を供給することにより炭素繊維を燃焼させる。
炭素繊維を燃やす際に電気を通すことで燃やすことができる。
【００１３】
第７の観点の圧電デバイスの製造方法は、蓋部ウエハを用意する工程と、第１電極パターンと第２電極パターンを有する複数の圧電振動片が形成された圧電ウエハを用意する工程と、第１の観点ないし第６の観点のいずれかのガラスウエハを用意する工程と、圧電ウエハの第１電極パターン及び第２電極パターンに対してガラスウエハの導電線の端部を重ね合わせるとともに蓋部ウエハを圧電ウエハに重ね合わせて接合する工程と、接合された３枚のウエハを圧電デバイスの形状に切断する工程と、を備える。
この構成により、貫通配線のガラスウエハを使ってウエハ単位で圧電デバイスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜水晶振動子１００の概観＞
図１は、本実施形態の水晶振動子１００の概略斜視図である。
水晶振動子１００は、プリント基板などに表面実装される表面実装型の振動デバイスである。水晶振動子１００は、大別して、絶縁性のガラスベース４０、水晶フレーム５０及びガラスリッド６５とから構成される。水晶フレーム５０、絶縁性のガラスベース４０及びガラスリッド６５は、生産性を上げるためウエハ単位で製造される。まず、ガラスベース４０用のベース用ガラスウエハ２０について説明する。
【００１５】
＜ベース用ガラスウエハ２０の構成＞
以下、本実施形態のベース用ガラスウエハ２０について、図面を参照して説明する。
図２Ａ（ａ）は、ベース用ガラスウエハ２０の概略斜視図であり、（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）は、ガラスベース４０の金属線１３の位置を示す概略平面図である。
【００１６】
図２Ａ（ａ）において、ベース用ガラスウエハ２０は、金属線１３が所定の間隙で配置され、ベース用ガラスウエハ２０に埋め込まれている。金属線１３は、直径０．１ｍｍから０．５ｍｍの銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）又は共晶合金などの導電性金属材料より形成される。金属線１３は、ベース用ガラスウエハ２０の表面から裏面までを貫通するように金属線１３が配置されている。ベース用ガラスウエハ２０は、図３Ｂで説明するガラスブロック２５をブレードでダイシングされたものである。ベース用ガラスウエハ２０の製造方法については図３Ａ及び図３Ｂを使って後述する。
【００１７】
図２Ａ（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）は、１個１個に切り出されたガラスベース４０において金属線１３がどの位置に形成されているかを示している。図２Ａ（ｂ）のＡ型ガラスベース４０ａは４つの金属線１３をＡ型ベース４０ａの角部に間隔を空けて配置している。ガラスベース４０の大きさＬ１×Ｌ２は３ｍｍ×２ｍｍであり、金属線１３の間隔Ｍ１は２．３ｍｍから２．８ｍｍ、金属線１３の間隔Ｍ２は１．３ｍｍから１．８ｍｍである。（ｃ）のＢ型ガラスベース４０ｂは２つの金属線１３をＢ型ガラスベース４０ｂの一辺に間隔を空けて配置している。（ｄ）のＣ型ガラスベース４０ｃは２つの金属線１３をＣ型ガラスベース４０ｃの対向する二辺に間隔を空けて配置している。これらガラスベース４０の金属線１３は、水晶フレーム５０に形成される水晶振動片の接続電極の位置に応じて決められる。
【００１８】
図２Ｂは、複数のＢ型ガラスベース４０ｂを形成したベース用ガラスウエハ２０を示した部分平面図である。図２Ｂに示す状態は、角型のベース用ガラスウエハ２０から複数のＢ型ガラスベース４０ｂがエッチングで形成された状態を示した図である。角型のベース用ガラスウエハ２０から斜線部で示した開口領域２２がエッチングされることにより、ガラスベース４０が所定の大きさに形成されている。またＢ型ガラスベース４０ｂの中央領域にベース用凹部４７がエッチングにより形成されている。Ｂ型ガラスベース４０ｂは３個１ブロックとして配置した状況を示している。なお開口領域２２を設けることなく、ダイシングソーでベース４０ｂを１個１個切り取るようにしてもよい。
【００１９】
図２Ｂに示すように、角型のベース用ガラスウエハ２０の一角には、ガラスベース４０ｂの方向を特定するオリエンテーションフラット２０ｃが形成されている。ガラスベース４０ｂはベース用ガラスウエハ２０から切り離されず、ガラスベース４０ｂの一部が接続部１１でベース用ガラスウエハ２０と接続されている。このためガラスベース４０ｂは、１枚のベース用ガラスウエハ２０単位で取り扱うことができる。
【００２０】
＜ベース用ガラスウエハ２０の製造方法＞
次に、図２Ａ及び図２Ｂで説明したベース用ガラスウエハ２０の製造方法について説明する。
<<第１実施形態>>
図３Ａは、第１実施形態のベース用ガラスウエハ２０を形成するための型７０の構成を示した説明図である。図３Ａ（ａ）は、ガラスブロック２５を形成する型７０の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００２１】
図３Ａ（ａ）に示す型７０は黒鉛から構成され、機械加工して組み立てられる。型７０の側面には炭素繊維２３を通す孔７３が所定の間隙で設けられている。そして、型７０の孔７３には炭素繊維２３が通されている。炭素繊維２３の線径（直径）は、０．０５ｍｍから０．５ｍｍである。型７０の側面に形成された孔７３はＸＹ平面で同じ位置に形成されている。Ｚ方向には型７０の内寸法は、深さ１００ｍｍから１５０ｍｍ、幅２０ｍｍから５０ｍｍ、長さ１００ｍｍから１５０ｍｍである。
【００２２】
図３Ａ（ｂ）は、炭素繊維２３を、型７０の孔７３に通した（ａ）のＡ−Ａ断面図である。炭素繊維２３を孔７３に通し終わった後、ガラス粉末を挿入する。炭素繊維の切れを防止するため、ガラス粉末を一度に投入することを避け、炭素繊維２３を孔７３に通す作業を２〜３回に分け、その都度ガラス粉末を挿入するのが好ましい。炭素繊維２３を取り付け、ガラス粉末を投入した型７０を不図示の電気炉内に固定する。
【００２３】
第１実施形態に使われるガラス粉末はシリカ亜鉛系ガラス（ＳｉＯ２・ＺｎＯ・ＲＯ）、シリカアルミナ系ガラス（ＳｉＯ２・Ａｌ２Ｏ３・ＲＯ），シリカガラス（ＳｉＯ２・ＲＯ）及び，シリカジルコニア系ガラス（ＳｉＯ２・Ｚｒ２Ｏ３・ＲＯ）のいずれか一種を用いる。これらガラスは、軟化点８１０°Ｃから９１０°Ｃで、溶解時間が約１５分から約３０分である。
【００２４】
炭素繊維２３を取り付け、ガラス粉末を投入した型７０を電気炉で９１０°Ｃから１０００°Ｃに加熱して溶解させてから、８００°Ｃ程度まで温度を下げて電気炉内に酸素を流入する。炭素繊維２３は、８００°Ｃ程度の温度と酸素雰囲気で燃焼を開始する。炭素繊維２３が燃焼することでガラスに貫通孔が形成される。６００°Ｃまで酸素雰囲気を保ちながら冷却してから酸素を止め、以後、ガラスに冷却によるひずみを残さないよう徐冷を行う。なお、炭素繊維２３を燃焼させる際に黒鉛からなる型７０も燃えることがあるが支障はない。
【００２５】
徐冷後、ガラスブロック２５を型から取り出すと、図３Ｂ（ｃ）に示すように貫通孔１５が形成されている。そしてスパッタ、化学気相成長法（ＣＶＤ法）などを用いて貫通孔１５に金属膜が形成される。その後、ガラスブロック２５の片側にポリイミドテープ又はフッ素樹脂テープなどの断熱テープを接着して、片側の貫通孔１５を塞ぐ。そしてもう一方の金属膜が形成された貫通孔１５に、金ペースト、銀ペースト及び共晶合金の金スズ（Ａｕ２０Ｓｎ）合金、金シリコン（Ａｕ３．１５Ｓｉ）合金、並びに金ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金などの１つを溶融して流入させる。金属膜を形成してから金ペーストなどを溶融して流し込むと毛細管現象により金ペーストが隙間なく流れ込むことができる。そして断熱テープを剥がす。
【００２６】
この他にも金属膜を形成することなく、電解メッキ法を用い貫通孔１５に金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）又は銅（Ｃｕ）を埋め込むことで貫通孔１５に金属を充填することができる。また、金、銀（Ａｇ）又は銅の微粒子を高い濃度で粘性のあるエポキシなどの樹脂成分にまぜた流動性の高い導電性ペーストを貫通孔１５に流し込めば、貫通孔１５に金属膜を形成する必要はない。導電性ペーストは樹脂成分が含まれるため、貫通孔１５に導電性ペーストを流し込んだ後に乾燥させて、３００°Ｃ程度に硬化させる。
その後、ガラスブロックの表面に付着した金属を除去してガラスブロック２５を形成する。
【００２７】
図３Ｂ（ｄ）は、ベース用ガラスウエハ２０を形成する概略図を示す。ガラスブロック２５を金属線１３に直交するようにスライスする。金属線１３は表裏面に対して直交しているが、表裏面を貫通すれば金属線１３は斜めになっていても良い。ベース用ガラスウエハ２０の厚さＤは０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ程度にダイシングソーでスライスされている。
【００２８】
スライスした状態のガラスウエハ２０には切断ひずみ及び凹凸があるので、切断ひずみ及び凹凸の除去並びに金属線１３をガラスウエハ２０の表面に露出させるため、１００Åから３００Å程度のエッチングを行う。このエッチング工程でガラスウエハ２０の表面に金属線１３が露出する。
【００２９】
<<第２実施形態>>
図４は、第２実施形態のベース用ガラスウエハ２０を形成するための型７０の構成を示した説明図である。図４（ａ）は、ガラスブロック２５を形成する型７０の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図３Ａで説明した同一機能には同一符号を付し、同一符号の説明を省略する。
【００３０】
図４（ａ）に示す型７０は黒鉛から構成され、機械加工されて組み立てられる。型７０の側面の型枠７４には、耐熱性の電極９５が取り付けられている。そして、型７０の妻板７６と型枠７４との合わせ面に絶縁のためのセラミックシート７５を挟み組み立てられる。図４（ｂ）及び（ｃ）に示すように、セラミックシート７５が妻板７６と底板７７との合わせ面にはセラミックシート７５を挟み込まれ、セラミックシートにより電気的に絶縁される。
【００３１】
炭素繊維２３を孔７３に通し終わった後、ガラス粉末が型７０の内部に投入される。炭素繊維２３の切断を防止するため、ガラス粉末を一度に投入することを避け、炭素繊維２３を孔７３に通す作業を２〜３回に分け、その都度ガラス粉末を挿入するのが好ましい。炭素繊維２３を取り付け、ガラス粉末を投入した型７０を不図示の電気炉内にアルミナ系耐火物で固定する。
【００３２】
第２実施形態に使われるガラス粉末は、軟化点５２５°Ｃから５８０°Ｃで溶解時間が約１０分のホウ珪酸ガラス（ＳｉＯ２・Ｂ２Ｏ３・Ｒ２Ｏ）を用いる。
【００３３】
炭素繊維２３を取り付け、ガラス粉末を投入した型７０を電気炉で６００°Ｃに１０分ほど加熱して溶解させてから、５２０°Ｃ程度まで温度を下げて電気炉内に酸素を流入しながら、型枠７４に電極９５を介して通電する。炭素繊維２３は発熱して酸素雰囲気中で燃焼を開始しガラスに貫通孔１５を形成する。５００°Ｃまで酸素雰囲気を保ちながら徐冷してから酸素を止め、以後、ガラスにひずみを残さないよう除冷を行う。
【００３４】
冷却後、ガラスブロックを型から取り出し、メッキ、スパッタ、化学気相成長法（ＣＶＤ法）などを用いて貫通孔１５に金属膜が形成される。そしてこの貫通孔１５に、金ペースト、銀ペースト及び共晶合金の金スズ（Ａｕ２０Ｓｎ）合金、金シリコン（Ａｕ１５Ｓｉ）合金、並びに金ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金などの１つを溶融して流入させる。
【００３５】
この他、電解メッキ法を用い貫通孔１５に銅などを埋め込んだり、銀などを主体とした導電性ペーストを流し込んだりして、金属膜を形成することなく貫通孔１５に金属を充填してもよい。その後、ガラスブロック２５の表面に付着した金属を除去してガラスブロック２５を形成し、ガラスブロック２５を金属線１３に直交するようにスライスする。
なお第１実施形態も第２実施形態も型７０内に投入したガラス粉末を溶融したが、型７０の外部で溶融されたガラスを型７０内に流し込むようにしてもよい。
【００３６】
＜ベース用ガラスウエハ２０の製造フローチャート＞
図５は、第１実施形態及び第２実施形態のベース用ガラスウエハ２０の製造フローッチャートである。
【００３７】
ステップＳ１１では、型７０内の複数の孔７３に複数の炭素繊維２３を略平行に所定の間隔で通す。
ステップＳ１２では、複数の炭素繊維２３を切らないように型７０内にガラス粉末を投入する。
ステップＳ１３では、ガラス粉末を投入した型７０を炉に入れてガラス粉末の軟化点まで温度を上げてガラスを溶融する。なお、炭素繊維はこの軟化点では燃えることはないが、炉内は酸素を少なくして炭素繊維が燃えたりしないようにする。
ステップＳ１４では、溶融したガラスを軟化点以下の温度まで下げてガラスブロック２５にした状態で炭素繊維２３を燃焼させる。これにより貫通孔１５が形成される。
【００３８】
ステップＳ１５では、温度を下げガラスブロック２５のひずみを取りながら、型７０からガラスブロック２５を取り出す。
ステップＳ１６では、ガラスブロック２５の貫通孔１５に各種方法を使って金属を充填する。
ステップＳ１７では、ガラスブロック２５をダイシングソーなどで所定の厚さ例えば０．３ｍｍ〜１．０ｍｍにスライスしてガラスウエハ２０を形成する。
【００３９】
ステップＳ１８では、ダイシングソーなどで表面が荒れた状態のガラスウエハ２０をエッチングなどを行い表面処理をする。
ステップＳ１９では、ガラスウエハ２０に第１及び第２接続電極４２，４４をフォトリソグラフィー工程などで形成するとともに、第１及び第２外部端子４５，４６をメタライジングする。貫通孔１５に金属膜を形成する場合には第１及び第２接続電極４２，４４も同時に形成することができる。
【００４０】
＜水晶振動子１００の構成＞
以下、各実施形態にかかる水晶振動子１００について、図面を参照して説明する。図６Ａは、水晶振動子１００の概略図を示している。
図６Ａ（ａ）は、水晶振動子１００の構成を示す（ｃ）のＸ−Ｘ全体断面図であり、（ｂ）はガラスリッド６５の内面図であり、（ｃ）は水晶フレーム５０の上面図であり、（ｄ）はガラスベース４０の上面図である。
【００４１】
図６Ａ（ａ）において、水晶振動子１００は、音叉型水晶振動片３０を備えた水晶フレーム５０を中心として、その水晶フレーム５０の下にガラスベース４０が接合され、水晶フレーム５０の上にガラスリッド６５が接合されている。ガラスリッド６５は、パイレックス（登録商標）ガラス及びホウ珪酸ガラス、並びにソーダガラス（以後ガラスウエハ６０と呼ぶ）で形成され、ガラスリッド６５は、リッド用凹部６７を水晶フレーム５０側の片面に有している。ガラスベース４０は、ベース用ガラスウエハ２０から形成され、エッチングにより形成されたガラスベース用凹部４７を水晶フレーム５０側の片面に有している。水晶フレーム５０は、水晶ウエハ１０から形成されエッチングにより形成された音叉型水晶振動片３０を有している。
【００４２】
図６Ａ（ｂ）に示すように、ガラスベース６０から作られたガラスリッド６５は、エッチングにより形成されたリッド用凹部６７を備えている。
【００４３】
図６Ａ（ｃ）に示すように、水晶フレーム５０はその中央部にいわゆる音叉型水晶振動片３０と外側に外枠部５１とを有しており、音叉型水晶振動片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。音叉型水晶振動片３０は、基部３２と基部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。
【００４４】
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、音叉型水晶振動片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ー工程で作成される。これらに電圧が加えられると音叉型水晶振動片３０は所定の周波数で振動する。錘部３７及び錘部３８は音叉型水晶振動片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。
【００４５】
外枠部５１の表面及び裏面に金属膜５３を備える。金属膜５３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５３は、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。金属膜５３はアルミニュウム以外に、下地のクロム層に金層を重ねた金属膜であってもよい。
【００４６】
図３Ａ（ｄ）に示すように、ガラスベース４０は、ベース用ガラスウエハ２０からなり、ガラスベース４０の表面には、第１接続電極４２並びに第２接続電極４４を備えている。この第１接続電極４２及び第２接続電極４４は段差部４９に形成されている。エッチングによりベース用ガラスウエハ２０にベース４０を形成すると同時に、ベース用凹部４７及び段差部４９が形成される。エッチングにより金属線１３がベース用ガラスウエハ２０の表面に突き出て、第１接続電極４２並びに第２接続電極４４との接続が容易になる。
【００４７】
ガラスベース４０の第１接続電極４２及び第２接続電極４４は、フォトリソグラフィー工程で作成される。第１外部電極４５及び第２外部電極４６は、底面にメタライジングにより形成される。第１接続電極４２は、金属線１３を介してガラスベース４０の底面に設けた第１外部電極４５に接続する。第２接続電極４４も金属線１３を介してガラスベース４０の底面に設けた第２外部電極４６に接続する。
【００４８】
外枠部５１の第２主面に形成された第１基部電極３３と第２基部電極３４とは、ガラスベース４０の表面の第１接続電極４２及び第２接続電極４４に陽極接合と同時に接続される。
【００４９】
図６Ｂは、パッケージ接合に陽極接合を行う概略断面図を示す。後述するようにウエハ単位で陽極接合するが、理解のため１つのパッケージ８０の図が描かれている。ガラスリッド６５及びガラスベース４０は、第１実施形態及び第２実施形態で説明したように、ソーダガラス又はホウ珪酸ガラスなどを材料としており、これらはナトリウムイオンなどの金属イオンを含有するガラスである。音叉型水晶振動片３０を備えた水晶フレーム５０を中心として、リッド用凹部６７を備えたガラスリッド６５及びベース用凹部４７を備えたガラスベース４０を重ねる。
【００５０】
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。
【００５１】
そこで、真空中あるいは不活性ガス中で、２００℃から４００℃に加熱しながら加圧し、ガラスリッド６５の上面及びガラスベース４０の下面をマイナス電位に、外枠部５１の表面及び裏面の金属膜５３をプラス電位にして、直流電源９０を用いて４００Ｖ〜１ｋＶ程度の直流電圧を１０分間印加して陽極接合技術により接合し、パッケージ８０内が真空になった又は不活性ガスで満たされた水晶振動子１００が形成される。陽極接合の際に、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ともしっかりと結合する。
【００５２】
＜水晶振動子１００の製造工程＞
図７は、音叉型水晶振動片３０を形成した水晶ウエハ１０を示した概略斜視図である。図７に示す状態は、角形の水晶ウエハ１０から音叉型水晶振動片３０及び水晶フレーム５０をエッチングで同時に形成した状態を示した図である。角形の水晶ウエハ１０から斜線部で示した開口領域１２及び空間部５２がエッチングされることにより音叉型水晶振動片３０及び水晶フレーム５０が所定の大きさに形成されている。音叉型水晶振動片３０及び水晶フレーム５０を３個１ブロックとして、１５ブロック配置した状況を示している。角形の水晶ウエハ１０は、軸方向が特定できるように、水晶ウエハ１０の周辺部１０ｅの一部には、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と１０ｃが形成されている。なお、説明の都合上水晶ウエハ１０には４５個の音叉型水晶振動片３０が描かれているが、実際には水晶ウエハ１０に数百数千もの音叉型水晶振動片３０が形成される。
【００５３】
図７において、音叉型水晶振動片３０及び、水晶フレーム５０は、完全に水晶ウエハ１０から切り離されず、水晶フレーム５０の一部が角形の水晶ウエハ１０と接続されている。このため、一つ一つの水晶フレーム５０を処理することなく、１枚の水晶ウエハ１０単位で取り扱うことができる。
【００５４】
図８は、ガラスリッド６５が形成されたガラスウエハ６０と、音叉型水晶振動片３０及び水晶フレーム５０が形成された水晶ウエハ１０と、ガラスベース４０が形成されたベース用ガラスウエハ２０とを重ね合わせる前の図である。ガラスリッド６５もガラスベース４０も連結部１１でガラスウエハ６０およびベース用ガラスウエハ２０に接続された状態である。
【００５５】
重ね合わせる際には、すでにガラスリッド６５のリッド用凹部６７はエッチングで形成されている。また、ガラスベース４０のリッド用凹部４７がエッチングで形成されており、さらに第１接続電極４２及び第２接続電極４４も形成されている。また、図７Ａ及び図７Ｂで説明したように、音叉型水晶振動片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が形成されている。
【００５６】
ガラスウエハ６０及びベース用ガラスウエハ２０並びに水晶ウエハ１０の大きさは、例えば４インチでありオリエンテーションフラット６０ｃ，２０ｃ及び１０ｃが形成されているため、３枚のウエハを正確に位置合わせして重ね合わせる。重ね合わされた３枚のウエハは、真空中あるいは不活性ガス中で陽極接合される。陽極接合の際に、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ともしっかりと結合する。
【００５７】
ガラスウエハ６０及びベース用ガラスウエハ２０並びに水晶ウエハ１０の３枚が重ね合わされた状態で、共通する連結部１１を折ることで水晶振動子１００が完成する。いわゆるパッケージングと電極の結合とが同時に行うことができ、また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。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、水晶ウエハ１０は、水晶以外にニオブ酸リチウム等の様々な圧電単結晶材料を用いることができる。
また、上記説明では炭素繊維２３を使用したが、燃焼性の繊維であれば他の材料でもよい、また音叉型水晶振動片３０を説明したが、ＡＴ振動片にもＳＡＷ振動片であっても本発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態にかかる第１水晶振動子１００の斜視図である。
【図２Ａ】（ａ）は、ガラスウエハ２０の概略斜視図であり、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、ガラスベース４０の金属線１３の位置を示す概略平面図である。
【図２Ｂ】ベース４０を形成したベース用ガラスウエハ２０を示した部分平面図である。
【図３Ａ】第１実施形態のベース用ガラスウエハ２０を形成するための型７０の構成を示した説明図である。（ａ）は、ガラスブロック２５を形成する型７０の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３Ｂ】（ｃ）は型６０からガラスブロック７５を取り出した図であり、（ｄ）はベース用ガラスウエハ２０をカットする斜視図である。
【図４】第２実施形態のベース用ガラスウエハ２０を形成するための型７０の構成を示した説明図である。（ａ）は、ガラスブロック２５を形成する型７０の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】ベース用ガラスウエハ２０を形成するフローチャートである。
【図６Ａ】水晶振動子１００の概略断面図である。（ａ）は（ｃ）のＸ−Ｘ断面図であり、（ｂ）は、リッド６５の内面図であり、（ｃ）は、水晶フレーム５０の上面図であり、（ｄ）は、ベース４０の上面図である。
【図６Ｂ】陽極接合を行う概略断面図である。
【図７】音叉型水晶振動片３０を備える水晶フレーム５０を形成した水晶ウエハ１０を示す概略斜視図である。
【図８】リッド６５が形成されたリッド用ガラスウエハ６０と、音叉型水晶振動片３０及び水晶フレーム５０が形成された水晶ウエハ１０と、ガラスベース４０が形成されたベース用ガラスベース２０とを重ね合わせる斜視図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０ …… 水晶ウエハ
１１ …… 連結部
１２，２２，６２ …… 開口部
１３ …… 金属線
２０ …… ベース用ガラスウエハ
２３ …… 炭素繊維
２５ …… ガラスブロック
３０ …… 音叉型水晶振動片
３１ …… 振動腕
３２ …… 基部
３３，３４ …… 基部電極
３５，３６ …… 励振電極
３７，３８ …… 錘部
４０，４０ａ、４０ｂ、４０ｃ …… ガラスベース
４２，４４ …… 接続電極
４５，４６ …… 外部電極
４７ …… ベース用凹部
４９ …… 段差部
５０ …… 水晶フレーム
５１ …… 外枠部
５２ …… 開口部
５３ …… 金属膜
６０ …… リッド用ガラスウエハ
６５ …… リッド
６７ …… リッド用凹部
７０ …… 型
７３ …… 孔
７４ …… 型枠
７５ …… セラミックシート
７６ …… 妻板
７７ …… 底板
８０ …… パッケージ
９０ …… 直流電源
９５ …… 電極
１００ …… 水晶振動子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導通線を設けたガラスウエハの製造方法、及びガラスウエハを用いた圧電デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。また、回路基板に表面実装が可能な圧電振動子が要求されている。
【０００３】
従来、圧電振動子はパッケージ内部に圧電振動片を収容し、圧電振動片はパッケージ内の電極部に接合されている。通常パッケージは、ガラスまたはセラミックで形成され、内部に所定の内部空間を備えている。パッケージ底部には、パッケージ内部と底部とに貫通するスルーホールが形成されており、スルーホールは高温ハンダなどで封止されている。
【０００４】
例えば、セラミックパッケージを使った封止技術には特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１では、パッケージの上端面にロウ材などの接着剤が塗布され、加熱可能なチャンバー内で上から荷重をかけながら加熱しロウ材などを溶融し、パッケージを圧着させる。そしてパッケージのスルーホールに、高温ハンダなどの封止材を載せ真空中もしくは不活性ガス中のチャンバー内で、レ−ザー光を照射して高温ハンダが溶融されることでパッケージが封止される。
【特許文献１】特開２００３−１５８４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された封止方法は、パッケージ底部に形成されたスルーホールに封止材を挿入し、レーザー光を照射して封止材を溶融してスルーホールを封止している。しかし、封止方法は個別対応と成り量産性に問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、導電線が貫通する量産性の高いガラスウエハを提供し、このガラスウエハを用いて封止がしっかりとした圧電デバイスを製造する製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の観点の貫通配線のガラスウエハを製造する製造方法は、型内に複数の燃焼性の繊維を略平行に所定の間隔で配置する繊維配置工程と、燃焼性の繊維の融点以下の軟化点を有するガラスを型内で溶融させた状態にする溶融工程と、溶融したガラスを軟化点以下の温度まで下げてガラスブロックにした状態で燃焼性の繊維を燃焼させる燃焼工程と、燃焼性の繊維が燃焼したことによりガラスブロックに形成された貫通孔に対して導電性材料を充填し導電線を形成する充填工程と、導電線と交差するようにガラスブロックをスライスするスライス工程と、を備える。
レーザー加工又はドリル加工などの機械加工によりガラスウエハに貫通孔を形成する場合にはガラスウエハが割れることがあるが、第１の観点では燃焼性の繊維を燃やして貫通孔を形成するので、ガラスウエハが割れることなく貫通孔が正確に形成される。
【０００８】
第２の観点の貫通配線のガラスウエハを製造する製造方法は、溶融工程において、型内にガラス粉末を投入しその型とガラス粉末とをガラスの軟化点以上に温度を上げることで、ガラスを溶融させた状態にする。
型内にガラス粉末を投入して、その型をそのまま炉などに入れることでガラスを溶融するので作業効率である。
【０００９】
第３の観点の貫通配線のガラスウエハを製造する製造方法は、充填工程において、貫通孔に金属膜を形成した後に導電性材料を溶融することで導電性材料を充填する。
金属膜を形成してから導電性材料を溶融すると、毛細管現象により隙間なく導電性材料が貫通孔に行き渡る。
【００１０】
第４の観点の貫通配線のガラスウエハを製造する製造方法は、充填工程において、貫通孔に金属をメッキ法により充填する。
メッキ法により金属を充填して導電線を形成してもよい。
【００１１】
第５の観点の貫通配線のガラスウエハを製造する製造方法は、充填工程において、貫通孔に金属微粒子を含む樹脂からなる導電性ペーストを充填する。
導電性ペーストを充填して導電線を形成してもよい。
【００１２】
第６の観点の貫通配線のガラスウエハを製造する製造方法において、燃焼性の繊維は炭素繊維である。そこで、燃焼工程は、この炭素繊維に電気を通し且つ酸素を供給することにより炭素繊維を燃焼させる。
炭素繊維を燃やす際に電気を通すことで燃やすことができる。
【００１３】
第７の観点の圧電デバイスの製造方法は、蓋部ウエハを用意する工程と、第１電極パターンと第２電極パターンを有する複数の圧電振動片が形成された圧電ウエハを用意する工程と、第１の観点ないし第６の観点のいずれかのガラスウエハを用意する工程と、圧電ウエハの第１電極パターン及び第２電極パターンに対してガラスウエハの導電線の端部を重ね合わせるとともに蓋部ウエハを圧電ウエハに重ね合わせて接合する工程と、接合された３枚のウエハを圧電デバイスの形状に切断する工程と、を備える。
この構成により、貫通配線のガラスウエハを使ってウエハ単位で圧電デバイスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜水晶振動子１００の概観＞
図１は、本実施形態の水晶振動子１００の概略斜視図である。
水晶振動子１００は、プリント基板などに表面実装される表面実装型の振動デバイスである。水晶振動子１００は、大別して、絶縁性のガラスベース４０、水晶フレーム５０及びガラスリッド６５とから構成される。水晶フレーム５０、絶縁性のガラスベース４０及びガラスリッド６５は、生産性を上げるためウエハ単位で製造される。まず、ガラスベース４０用のベース用ガラスウエハ２０について説明する。
【００１５】
＜ベース用ガラスウエハ２０の構成＞
以下、本実施形態のベース用ガラスウエハ２０について、図面を参照して説明する。
図２Ａ（ａ）は、ベース用ガラスウエハ２０の概略斜視図であり、（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）は、ガラスベース４０の金属線１３の位置を示す概略平面図である。
【００１６】
図２Ａ（ａ）において、ベース用ガラスウエハ２０は、金属線１３が所定の間隙で配置され、ベース用ガラスウエハ２０に埋め込まれている。金属線１３は、直径０．１ｍｍから０．５ｍｍの銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）又は共晶合金などの導電性金属材料より形成される。金属線１３は、ベース用ガラスウエハ２０の表面から裏面までを貫通するように金属線１３が配置されている。ベース用ガラスウエハ２０は、図３Ｂで説明するガラスブロック２５をブレードでダイシングされたものである。ベース用ガラスウエハ２０の製造方法については図３Ａ及び図３Ｂを使って後述する。
【００１７】
図２Ａ（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）は、１個１個に切り出されたガラスベース４０において金属線１３がどの位置に形成されているかを示している。図２Ａ（ｂ）のＡ型ガラスベース４０ａは４つの金属線１３をＡ型ベース４０ａの角部に間隔を空けて配置している。ガラスベース４０の大きさＬ１×Ｌ２は３ｍｍ×２ｍｍであり、金属線１３の間隔Ｍ１は２．３ｍｍから２．８ｍｍ、金属線１３の間隔Ｍ２は１．３ｍｍから１．８ｍｍである。（ｃ）のＢ型ガラスベース４０ｂは２つの金属線１３をＢ型ガラスベース４０ｂの一辺に間隔を空けて配置している。（ｄ）のＣ型ガラスベース４０ｃは２つの金属線１３をＣ型ガラスベース４０ｃの対向する二辺に間隔を空けて配置している。これらガラスベース４０の金属線１３は、水晶フレーム５０に形成される水晶振動片の接続電極の位置に応じて決められる。
【００１８】
図２Ｂは、複数のＢ型ガラスベース４０ｂを形成したベース用ガラスウエハ２０を示した部分平面図である。図２Ｂに示す状態は、角型のベース用ガラスウエハ２０から複数のＢ型ガラスベース４０ｂがエッチングで形成された状態を示した図である。角型のベース用ガラスウエハ２０から斜線部で示した開口領域２２がエッチングされることにより、ガラスベース４０が所定の大きさに形成されている。またＢ型ガラスベース４０ｂの中央領域にベース用凹部４７がエッチングにより形成されている。Ｂ型ガラスベース４０ｂは３個１ブロックとして配置した状況を示している。なお開口領域２２を設けることなく、ダイシングソーでベース４０ｂを１個１個切り取るようにしてもよい。
【００１９】
図２Ｂに示すように、角型のベース用ガラスウエハ２０の一角には、ガラスベース４０ｂの方向を特定するオリエンテーションフラット２０ｃが形成されている。ガラスベース４０ｂはベース用ガラスウエハ２０から切り離されず、ガラスベース４０ｂの一部が接続部１１でベース用ガラスウエハ２０と接続されている。このためガラスベース４０ｂは、１枚のベース用ガラスウエハ２０単位で取り扱うことができる。
【００２０】
＜ベース用ガラスウエハ２０の製造方法＞
次に、図２Ａ及び図２Ｂで説明したベース用ガラスウエハ２０の製造方法について説明する。
<<第１実施形態>>
図３Ａは、第１実施形態のベース用ガラスウエハ２０を形成するための型７０の構成を示した説明図である。図３Ａ（ａ）は、ガラスブロック２５を形成する型７０の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００２１】
図３Ａ（ａ）に示す型７０は黒鉛から構成され、機械加工して組み立てられる。型７０の側面には炭素繊維２３を通す孔７３が所定の間隙で設けられている。そして、型７０の孔７３には炭素繊維２３が通されている。炭素繊維２３の線径（直径）は、０．０５ｍｍから０．５ｍｍである。型７０の側面に形成された孔７３はＸＹ平面で同じ位置に形成されている。Ｚ方向には型７０の内寸法は、深さ１００ｍｍから１５０ｍｍ、幅２０ｍｍから５０ｍｍ、長さ１００ｍｍから１５０ｍｍである。
【００２２】
図３Ａ（ｂ）は、炭素繊維２３を、型７０の孔７３に通した（ａ）のＡ−Ａ断面図である。炭素繊維２３を孔７３に通し終わった後、ガラス粉末を挿入する。炭素繊維の切れを防止するため、ガラス粉末を一度に投入することを避け、炭素繊維２３を孔７３に通す作業を２〜３回に分け、その都度ガラス粉末を挿入するのが好ましい。炭素繊維２３を取り付け、ガラス粉末を投入した型７０を不図示の電気炉内に固定する。
【００２３】
第１実施形態に使われるガラス粉末はシリカ亜鉛系ガラス（ＳｉＯ２・ＺｎＯ・ＲＯ）、シリカアルミナ系ガラス（ＳｉＯ２・Ａｌ２Ｏ３・ＲＯ），シリカガラス（ＳｉＯ２・ＲＯ）及び，シリカジルコニア系ガラス（ＳｉＯ２・Ｚｒ２Ｏ３・ＲＯ）のいずれか一種を用いる。これらガラスは、軟化点８１０°Ｃから９１０°Ｃで、溶解時間が約１５分から約３０分である。
【００２４】
炭素繊維２３を取り付け、ガラス粉末を投入した型７０を電気炉で９１０°Ｃから１０００°Ｃに加熱して溶解させてから、８００°Ｃ程度まで温度を下げて電気炉内に酸素を流入する。炭素繊維２３は、８００°Ｃ程度の温度と酸素雰囲気で燃焼を開始する。炭素繊維２３が燃焼することでガラスに貫通孔が形成される。６００°Ｃまで酸素雰囲気を保ちながら冷却してから酸素を止め、以後、ガラスに冷却によるひずみを残さないよう徐冷を行う。なお、炭素繊維２３を燃焼させる際に黒鉛からなる型７０も燃えることがあるが支障はない。
【００２５】
徐冷後、ガラスブロック２５を型から取り出すと、図３Ｂ（ｃ）に示すように貫通孔１５が形成されている。そしてスパッタ、化学気相成長法（ＣＶＤ法）などを用いて貫通孔１５に金属膜が形成される。その後、ガラスブロック２５の片側にポリイミドテープ又はフッ素樹脂テープなどの断熱テープを接着して、片側の貫通孔１５を塞ぐ。そしてもう一方の金属膜が形成された貫通孔１５に、金ペースト、銀ペースト及び共晶合金の金スズ（Ａｕ２０Ｓｎ）合金、金シリコン（Ａｕ３．１５Ｓｉ）合金、並びに金ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金などの１つを溶融して流入させる。金属膜を形成してから金ペーストなどを溶融して流し込むと毛細管現象により金ペーストが隙間なく流れ込むことができる。そして断熱テープを剥がす。
【００２６】
この他にも金属膜を形成することなく、電解メッキ法を用い貫通孔１５に金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）又は銅（Ｃｕ）を埋め込むことで貫通孔１５に金属を充填することができる。また、金、銀（Ａｇ）又は銅の微粒子を高い濃度で粘性のあるエポキシなどの樹脂成分にまぜた流動性の高い導電性ペーストを貫通孔１５に流し込めば、貫通孔１５に金属膜を形成する必要はない。導電性ペーストは樹脂成分が含まれるため、貫通孔１５に導電性ペーストを流し込んだ後に乾燥させて、３００°Ｃ程度に硬化させる。
その後、ガラスブロックの表面に付着した金属を除去してガラスブロック２５を形成する。
【００２７】
図３Ｂ（ｄ）は、ベース用ガラスウエハ２０を形成する概略図を示す。ガラスブロック２５を金属線１３に直交するようにスライスする。金属線１３は表裏面に対して直交しているが、表裏面を貫通すれば金属線１３は斜めになっていても良い。ベース用ガラスウエハ２０の厚さＤは０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ程度にダイシングソーでスライスされている。
【００２８】
スライスした状態のガラスウエハ２０には切断ひずみ及び凹凸があるので、切断ひずみ及び凹凸の除去並びに金属線１３をガラスウエハ２０の表面に露出させるため、１００Åから３００Å程度のエッチングを行う。このエッチング工程でガラスウエハ２０の表面に金属線１３が露出する。
【００２９】
<<第２実施形態>>
図４は、第２実施形態のベース用ガラスウエハ２０を形成するための型７０の構成を示した説明図である。図４（ａ）は、ガラスブロック２５を形成する型７０の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図３Ａで説明した同一機能には同一符号を付し、同一符号の説明を省略する。
【００３０】
図４（ａ）に示す型７０は黒鉛から構成され、機械加工されて組み立てられる。型７０の側面の型枠７４には、耐熱性の電極９５が取り付けられている。そして、型７０の妻板７６と型枠７４との合わせ面に絶縁のためのセラミックシート７５を挟み組み立てられる。図４（ｂ）及び（ｃ）に示すように、セラミックシート７５が妻板７６と底板７７との合わせ面にはセラミックシート７５を挟み込まれ、セラミックシートにより電気的に絶縁される。
【００３１】
炭素繊維２３を孔７３に通し終わった後、ガラス粉末が型７０の内部に投入される。炭素繊維２３の切断を防止するため、ガラス粉末を一度に投入することを避け、炭素繊維２３を孔７３に通す作業を２〜３回に分け、その都度ガラス粉末を挿入するのが好ましい。炭素繊維２３を取り付け、ガラス粉末を投入した型７０を不図示の電気炉内にアルミナ系耐火物で固定する。
【００３２】
第２実施形態に使われるガラス粉末は、軟化点５２５°Ｃから５８０°Ｃで溶解時間が約１０分のホウ珪酸ガラス（ＳｉＯ２・Ｂ２Ｏ３・Ｒ２Ｏ）を用いる。
【００３３】
炭素繊維２３を取り付け、ガラス粉末を投入した型７０を電気炉で６００°Ｃに１０分ほど加熱して溶解させてから、５２０°Ｃ程度まで温度を下げて電気炉内に酸素を流入しながら、型枠７４に電極９５を介して通電する。炭素繊維２３は発熱して酸素雰囲気中で燃焼を開始しガラスに貫通孔１５を形成する。５００°Ｃまで酸素雰囲気を保ちながら徐冷してから酸素を止め、以後、ガラスにひずみを残さないよう除冷を行う。
【００３４】
冷却後、ガラスブロックを型から取り出し、メッキ、スパッタ、化学気相成長法（ＣＶＤ法）などを用いて貫通孔１５に金属膜が形成される。そしてこの貫通孔１５に、金ペースト、銀ペースト及び共晶合金の金スズ（Ａｕ２０Ｓｎ）合金、金シリコン（Ａｕ１５Ｓｉ）合金、並びに金ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金などの１つを溶融して流入させる。
【００３５】
この他、電解メッキ法を用い貫通孔１５に銅などを埋め込んだり、銀などを主体とした導電性ペーストを流し込んだりして、金属膜を形成することなく貫通孔１５に金属を充填してもよい。その後、ガラスブロック２５の表面に付着した金属を除去してガラスブロック２５を形成し、ガラスブロック２５を金属線１３に直交するようにスライスする。
なお第１実施形態も第２実施形態も型７０内に投入したガラス粉末を溶融したが、型７０の外部で溶融されたガラスを型７０内に流し込むようにしてもよい。
【００３６】
＜ベース用ガラスウエハ２０の製造フローチャート＞
図５は、第１実施形態及び第２実施形態のベース用ガラスウエハ２０の製造フローッチャートである。
【００３７】
ステップＳ１１では、型７０内の複数の孔７３に複数の炭素繊維２３を略平行に所定の間隔で通す。
ステップＳ１２では、複数の炭素繊維２３を切らないように型７０内にガラス粉末を投入する。
ステップＳ１３では、ガラス粉末を投入した型７０を炉に入れてガラス粉末の軟化点まで温度を上げてガラスを溶融する。なお、炭素繊維はこの軟化点では燃えることはないが、炉内は酸素を少なくして炭素繊維が燃えたりしないようにする。
ステップＳ１４では、溶融したガラスを軟化点以下の温度まで下げてガラスブロック２５にした状態で炭素繊維２３を燃焼させる。これにより貫通孔１５が形成される。
【００３８】
ステップＳ１５では、温度を下げガラスブロック２５のひずみを取りながら、型７０からガラスブロック２５を取り出す。
ステップＳ１６では、ガラスブロック２５の貫通孔１５に各種方法を使って金属を充填する。
ステップＳ１７では、ガラスブロック２５をダイシングソーなどで所定の厚さ例えば０．３ｍｍ〜１．０ｍｍにスライスしてガラスウエハ２０を形成する。
【００３９】
ステップＳ１８では、ダイシングソーなどで表面が荒れた状態のガラスウエハ２０をエッチングなどを行い表面処理をする。
ステップＳ１９では、ガラスウエハ２０に第１及び第２接続電極４２，４４をフォトリソグラフィー工程などで形成するとともに、第１及び第２外部端子４５，４６をメタライジングする。貫通孔１５に金属膜を形成する場合には第１及び第２接続電極４２，４４も同時に形成することができる。
【００４０】
＜水晶振動子１００の構成＞
以下、各実施形態にかかる水晶振動子１００について、図面を参照して説明する。図６Ａは、水晶振動子１００の概略図を示している。
図６Ａ（ａ）は、水晶振動子１００の構成を示す（ｃ）のＸ−Ｘ全体断面図であり、（ｂ）はガラスリッド６５の内面図であり、（ｃ）は水晶フレーム５０の上面図であり、（ｄ）はガラスベース４０の上面図である。
【００４１】
図６Ａ（ａ）において、水晶振動子１００は、音叉型水晶振動片３０を備えた水晶フレーム５０を中心として、その水晶フレーム５０の下にガラスベース４０が接合され、水晶フレーム５０の上にガラスリッド６５が接合されている。ガラスリッド６５は、パイレックス（登録商標）ガラス及びホウ珪酸ガラス、並びにソーダガラス（以後ガラスウエハ６０と呼ぶ）で形成され、ガラスリッド６５は、リッド用凹部６７を水晶フレーム５０側の片面に有している。ガラスベース４０は、ベース用ガラスウエハ２０から形成され、エッチングにより形成されたガラスベース用凹部４７を水晶フレーム５０側の片面に有している。水晶フレーム５０は、水晶ウエハ１０から形成されエッチングにより形成された音叉型水晶振動片３０を有している。
【００４２】
図６Ａ（ｂ）に示すように、ガラスベース６０から作られたガラスリッド６５は、エッチングにより形成されたリッド用凹部６７を備えている。
【００４３】
図６Ａ（ｃ）に示すように、水晶フレーム５０はその中央部にいわゆる音叉型水晶振動片３０と外側に外枠部５１とを有しており、音叉型水晶振動片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。音叉型水晶振動片３０は、基部３２と基部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。
【００４４】
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、音叉型水晶振動片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ー工程で作成される。これらに電圧が加えられると音叉型水晶振動片３０は所定の周波数で振動する。錘部３７及び錘部３８は音叉型水晶振動片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。
【００４５】
外枠部５１の表面及び裏面に金属膜５３を備える。金属膜５３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５３は、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。金属膜５３はアルミニュウム以外に、下地のクロム層に金層を重ねた金属膜であってもよい。
【００４６】
図３Ａ（ｄ）に示すように、ガラスベース４０は、ベース用ガラスウエハ２０からなり、ガラスベース４０の表面には、第１接続電極４２並びに第２接続電極４４を備えている。この第１接続電極４２及び第２接続電極４４は段差部４９に形成されている。エッチングによりベース用ガラスウエハ２０にベース４０を形成すると同時に、ベース用凹部４７及び段差部４９が形成される。エッチングにより金属線１３がベース用ガラスウエハ２０の表面に突き出て、第１接続電極４２並びに第２接続電極４４との接続が容易になる。
【００４７】
ガラスベース４０の第１接続電極４２及び第２接続電極４４は、フォトリソグラフィー工程で作成される。第１外部電極４５及び第２外部電極４６は、底面にメタライジングにより形成される。第１接続電極４２は、金属線１３を介してガラスベース４０の底面に設けた第１外部電極４５に接続する。第２接続電極４４も金属線１３を介してガラスベース４０の底面に設けた第２外部電極４６に接続する。
【００４８】
外枠部５１の第２主面に形成された第１基部電極３３と第２基部電極３４とは、ガラスベース４０の表面の第１接続電極４２及び第２接続電極４４に陽極接合と同時に接続される。
【００４９】
図６Ｂは、パッケージ接合に陽極接合を行う概略断面図を示す。後述するようにウエハ単位で陽極接合するが、理解のため１つのパッケージ８０の図が描かれている。ガラスリッド６５及びガラスベース４０は、第１実施形態及び第２実施形態で説明したように、ソーダガラス又はホウ珪酸ガラスなどを材料としており、これらはナトリウムイオンなどの金属イオンを含有するガラスである。音叉型水晶振動片３０を備えた水晶フレーム５０を中心として、リッド用凹部６７を備えたガラスリッド６５及びベース用凹部４７を備えたガラスベース４０を重ねる。
【００５０】
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。
【００５１】
そこで、真空中あるいは不活性ガス中で、２００℃から４００℃に加熱しながら加圧し、ガラスリッド６５の上面及びガラスベース４０の下面をマイナス電位に、外枠部５１の表面及び裏面の金属膜５３をプラス電位にして、直流電源９０を用いて４００Ｖ〜１ｋＶ程度の直流電圧を１０分間印加して陽極接合技術により接合し、パッケージ８０内が真空になった又は不活性ガスで満たされた水晶振動子１００が形成される。陽極接合の際に、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ともしっかりと結合する。
【００５２】
＜水晶振動子１００の製造工程＞
図７は、音叉型水晶振動片３０を形成した水晶ウエハ１０を示した概略斜視図である。図７に示す状態は、角形の水晶ウエハ１０から音叉型水晶振動片３０及び水晶フレーム５０をエッチングで同時に形成した状態を示した図である。角形の水晶ウエハ１０から斜線部で示した開口領域１２及び空間部５２がエッチングされることにより音叉型水晶振動片３０及び水晶フレーム５０が所定の大きさに形成されている。音叉型水晶振動片３０及び水晶フレーム５０を３個１ブロックとして、１５ブロック配置した状況を示している。角形の水晶ウエハ１０は、軸方向が特定できるように、水晶ウエハ１０の周辺部１０ｅの一部には、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と１０ｃが形成されている。なお、説明の都合上水晶ウエハ１０には４５個の音叉型水晶振動片３０が描かれているが、実際には水晶ウエハ１０に数百数千もの音叉型水晶振動片３０が形成される。
【００５３】
図７において、音叉型水晶振動片３０及び、水晶フレーム５０は、完全に水晶ウエハ１０から切り離されず、水晶フレーム５０の一部が角形の水晶ウエハ１０と接続されている。このため、一つ一つの水晶フレーム５０を処理することなく、１枚の水晶ウエハ１０単位で取り扱うことができる。
【００５４】
図８は、ガラスリッド６５が形成されたガラスウエハ６０と、音叉型水晶振動片３０及び水晶フレーム５０が形成された水晶ウエハ１０と、ガラスベース４０が形成されたベース用ガラスウエハ２０とを重ね合わせる前の図である。ガラスリッド６５もガラスベース４０も連結部１１でガラスウエハ６０およびベース用ガラスウエハ２０に接続された状態である。
【００５５】
重ね合わせる際には、すでにガラスリッド６５のリッド用凹部６７はエッチングで形成されている。また、ガラスベース４０のリッド用凹部４７がエッチングで形成されており、さらに第１接続電極４２及び第２接続電極４４も形成されている。また、図７Ａ及び図７Ｂで説明したように、音叉型水晶振動片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が形成されている。
【００５６】
ガラスウエハ６０及びベース用ガラスウエハ２０並びに水晶ウエハ１０の大きさは、例えば４インチでありオリエンテーションフラット６０ｃ，２０ｃ及び１０ｃが形成されているため、３枚のウエハを正確に位置合わせして重ね合わせる。重ね合わされた３枚のウエハは、真空中あるいは不活性ガス中で陽極接合される。陽極接合の際に、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ともしっかりと結合する。
【００５７】
ガラスウエハ６０及びベース用ガラスウエハ２０並びに水晶ウエハ１０の３枚が重ね合わされた状態で、共通する連結部１１を折ることで水晶振動子１００が完成する。いわゆるパッケージングと電極の結合とが同時に行うことができ、また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。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、水晶ウエハ１０は、水晶以外にニオブ酸リチウム等の様々な圧電単結晶材料を用いることができる。
また、上記説明では炭素繊維２３を使用したが、燃焼性の繊維であれば他の材料でもよい、また音叉型水晶振動片３０を説明したが、ＡＴ振動片にもＳＡＷ振動片であっても本発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態にかかる第１水晶振動子１００の斜視図である。
【図２Ａ】（ａ）は、ガラスウエハ２０の概略斜視図であり、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、ガラスベース４０の金属線１３の位置を示す概略平面図である。
【図２Ｂ】ベース４０を形成したベース用ガラスウエハ２０を示した部分平面図である。
【図３Ａ】第１実施形態のベース用ガラスウエハ２０を形成するための型７０の構成を示した説明図である。（ａ）は、ガラスブロック２５を形成する型７０の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３Ｂ】（ｃ）は型６０からガラスブロック７５を取り出した図であり、（ｄ）はベース用ガラスウエハ２０をカットする斜視図である。
【図４】第２実施形態のベース用ガラスウエハ２０を形成するための型７０の構成を示した説明図である。（ａ）は、ガラスブロック２５を形成する型７０の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】ベース用ガラスウエハ２０を形成するフローチャートである。
【図６Ａ】水晶振動子１００の概略断面図である。（ａ）は（ｃ）のＸ−Ｘ断面図であり、（ｂ）は、リッド６５の内面図であり、（ｃ）は、水晶フレーム５０の上面図であり、（ｄ）は、ベース４０の上面図である。
【図６Ｂ】陽極接合を行う概略断面図である。
【図７】音叉型水晶振動片３０を備える水晶フレーム５０を形成した水晶ウエハ１０を示す概略斜視図である。
【図８】リッド６５が形成されたリッド用ガラスウエハ６０と、音叉型水晶振動片３０及び水晶フレーム５０が形成された水晶ウエハ１０と、ガラスベース４０が形成されたベース用ガラスベース２０とを重ね合わせる斜視図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０ …… 水晶ウエハ
１１ …… 連結部
１２，２２，６２ …… 開口部
１３ …… 金属線
２０ …… ベース用ガラスウエハ
２３ …… 炭素繊維
２５ …… ガラスブロック
３０ …… 音叉型水晶振動片
３１ …… 振動腕
３２ …… 基部
３３，３４ …… 基部電極
３５，３６ …… 励振電極
３７，３８ …… 錘部
４０，４０ａ、４０ｂ、４０ｃ …… ガラスベース
４２，４４ …… 接続電極
４５，４６ …… 外部電極
４７ …… ベース用凹部
４９ …… 段差部
５０ …… 水晶フレーム
５１ …… 外枠部
５２ …… 開口部
５３ …… 金属膜
６０ …… リッド用ガラスウエハ
６５ …… リッド
６７ …… リッド用凹部
７０ …… 型
７３ …… 孔
７４ …… 型枠
７５ …… セラミックシート
７６ …… 妻板
７７ …… 底板
８０ …… パッケージ
９０ …… 直流電源
９５ …… 電極
１００ …… 水晶振動子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の導電線が貫通する貫通配線のガラスウエハを製造する製造方法であって、
型内に複数の燃焼性の繊維を略平行に所定の間隔で配置する繊維配置工程と、
前記燃焼性の繊維の融点以下の軟化点を有するガラスを前記型内で溶融させた状態にする溶融工程と、
前記溶融したガラスを軟化点以下の温度まで下げてガラスブロックにした状態で前記燃焼性の繊維を燃焼させる燃焼工程と、
前記燃焼性の繊維が燃焼したことにより前記ガラスブロックに形成された貫通孔に対して導電性材料を充填し前記導電線を形成する充填工程と、
前記導電線と交差するように前記ガラスブロックをスライスするスライス工程と、
を備えることを特徴とする貫通配線のガラスウエハの製造方法。
【請求項２】
前記溶融工程は、前記型内にガラス粉末を投入しその型とガラス粉末とをガラスの軟化点以上に温度を上げることで、前記ガラスを溶融させた状態にすることを特徴とする請求項１に記載の貫通配線のガラスウエハの製造方法。
【請求項３】
前記充填工程は、前記貫通孔に金属膜を形成した後に前記導電性材料を溶融することで前記導電性材料を充填することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の貫通配線のガラスウエハの製造方法。
【請求項４】
前記充填工程は、前記貫通孔に金属をメッキ法により充填することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の貫通配線のガラスウエハの製造方法。
【請求項５】
前記充填工程は、前記貫通孔に金属微粒子を含む樹脂からなる導電性ペーストを充填することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の貫通配線のガラスウエハの製造方法。
【請求項６】
前記燃焼性の繊維は炭素繊維であり、前記燃焼工程はこの炭素繊維に電気を通し且つ酸素を供給することにより炭素繊維を燃焼させることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の貫通配線のガラスウエハの製造方法。
【請求項７】
蓋部ウエハを用意する工程と、
第１電極パターンと第２電極パターンを有する複数の圧電振動片が形成された圧電ウエハを用意する工程と、
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のガラスウエハを用意する工程と、
前記圧電ウエハの第１電極パターン及び第２電極パターンに対して前記ガラスウエハの導電線の端部を重ね合わせるとともに前記蓋部ウエハを前記圧電ウエハに重ね合わせて接合する工程と、
接合された３枚のウエハを圧電デバイスの形状に切断する工程と、
を備えたことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【請求項１】
複数の導電線が貫通する貫通配線のガラスウエハを製造する製造方法であって、
型内に複数の燃焼性の繊維を略平行に所定の間隔で配置する繊維配置工程と、
前記燃焼性の繊維の融点以下の軟化点を有するガラスを前記型内で溶融させた状態にする溶融工程と、
前記溶融したガラスを軟化点以下の温度まで下げてガラスブロックにした状態で前記燃焼性の繊維を燃焼させる燃焼工程と、
前記燃焼性の繊維が燃焼したことにより前記ガラスブロックに形成された貫通孔に対して導電性材料を充填し前記導電線を形成する充填工程と、
前記導電線と交差するように前記ガラスブロックをスライスするスライス工程と、
を備えることを特徴とする貫通配線のガラスウエハの製造方法。
【請求項２】
前記溶融工程は、前記型内にガラス粉末を投入しその型とガラス粉末とをガラスの軟化点以上に温度を上げることで、前記ガラスを溶融させた状態にすることを特徴とする請求項１に記載の貫通配線のガラスウエハの製造方法。
【請求項３】
前記充填工程は、前記貫通孔に金属膜を形成した後に前記導電性材料を溶融することで前記導電性材料を充填することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の貫通配線のガラスウエハの製造方法。
【請求項４】
前記充填工程は、前記貫通孔に金属をメッキ法により充填することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の貫通配線のガラスウエハの製造方法。
【請求項５】
前記充填工程は、前記貫通孔に金属微粒子を含む樹脂からなる導電性ペーストを充填することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の貫通配線のガラスウエハの製造方法。
【請求項６】
前記燃焼性の繊維は炭素繊維であり、前記燃焼工程はこの炭素繊維に電気を通し且つ酸素を供給することにより炭素繊維を燃焼させることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の貫通配線のガラスウエハの製造方法。
【請求項７】
蓋部ウエハを用意する工程と、
第１電極パターンと第２電極パターンを有する複数の圧電振動片が形成された圧電ウエハを用意する工程と、
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のガラスウエハを用意する工程と、
前記圧電ウエハの第１電極パターン及び第２電極パターンに対して前記ガラスウエハの導電線の端部を重ね合わせるとともに前記蓋部ウエハを前記圧電ウエハに重ね合わせて接合する工程と、
接合された３枚のウエハを圧電デバイスの形状に切断する工程と、
を備えたことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１５９００８（Ｐ２００９−１５９００８Ａ）
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３１６５９（Ｐ２００７−３３１６５９）
【出願日】平成１９年１２月２５日（２００７．１２．２５）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２５日（２００７．１２．２５）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
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