弾性表面波デバイスの製造方法
【課題】周波数安定度の高い高品質なＳＡＷデバイスを製造することのできるＳＡＷデバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】パッケージベース１４にＳＡＷ素子片２８を実装する実装工程と、パッケージベース１４に実装されたＳＡＷ素子片２８を構成する電極パターンをエッチングして励起される弾性表面波の周波数を変化させる粗調工程と、パッケージベース１４にキャップ１６を接合してパッケージ１２を構成し、ＳＡＷ素子片２８をパッケージ１２のキャビティ１５に収容する第１封止工程と、パッケージベース１４またはキャップ１６に形成された封止孔２４からキャビティ１５に不活性ガスを供給またはキャビティ１５に供給した不活性ガスを吸引してキャビティ１５の圧力を変化させて前記弾性表面波の周波数を変化させる微調工程と、封止孔２４を封止材２６で塞ぐ第２封止工程とを有することを特徴とする。
【解決手段】パッケージベース１４にＳＡＷ素子片２８を実装する実装工程と、パッケージベース１４に実装されたＳＡＷ素子片２８を構成する電極パターンをエッチングして励起される弾性表面波の周波数を変化させる粗調工程と、パッケージベース１４にキャップ１６を接合してパッケージ１２を構成し、ＳＡＷ素子片２８をパッケージ１２のキャビティ１５に収容する第１封止工程と、パッケージベース１４またはキャップ１６に形成された封止孔２４からキャビティ１５に不活性ガスを供給またはキャビティ１５に供給した不活性ガスを吸引してキャビティ１５の圧力を変化させて前記弾性表面波の周波数を変化させる微調工程と、封止孔２４を封止材２６で塞ぐ第２封止工程とを有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスの製造方法に係り、特に周波数安定度の高いＳＡＷデバイスを製造する場合に好適な製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＡＷデバイス、例えばＳＡＷ共振子の周波数温度特性を調整する方法として、ＳＡＷ素子片に形成されたＩＤＴを構成する電極パターンの膜厚を調整する手段が知られている。特許文献１には、アルゴン（Ａｒ）や四フッ化メタン（ＣＦ４）等のフッ素ガスなどを反応ガスとして用いたイオンビームをＩＤＴに照射してＩＤＴをエッチングして膜厚を変化させ、周波数を調整して周波数温度特性をシフトさせることが開示されている。
【０００３】
しかし、このような方法で周波数調整を行ったとしても、ＳＡＷ素子片をパッケージに収容して封止した場合、パッケージベースと蓋体（キャップ）とを接合する際に生ずる歪みや熱によって生ずる応力が、マウント接着剤を介してＳＡＷ素子片に伝達され、ＳＡＷ共振子としての周波数に影響を与える。この影響の度合いは、個体によって様々であるため、一律に周波数のシフト量を定めた上でＳＡＷ素子片を製造してパッケージに実装するということも困難である。
【０００４】
このように、パッケージベースとキャップとの接合時に生ずる応力が周波数温度特性に影響を与えることは、ＳＡＷデバイスのみならず、圧電デバイス全体として生じている。特許文献２は、ＡＴカット圧電振動片を採用した圧電デバイスであるが、ＡＴカット圧電振動片をパッケージベースに実装してキャップを接合した後に周波数調整を行う手段が開示されている。その手段とは、図６に示すように、パッケージ２を真空封止するためにパッケージベース３の底板３ａに設けられた封止孔４を介してＡＴカット圧電振動片５の励振電極６にイオンビームを照射するというものである。このような方法での周波数調整は、すでにパッケージベース３とキャップ７との接合が終了した後に行われるため、完成品としての圧電デバイス１の周波数のバラツキを抑えることができる。
【０００５】
また、非特許文献１には、ＳＡＷ素子片の周囲の雰囲気ガスの種類や圧力が、ＳＡＷデバイスの周波数に影響を与えることが開示されている。
【特許文献１】特開２０００−３１５９２８号公報
【特許文献２】特開２００２−７６８１５号公報
【非特許文献１】Ｊ．Ｓ．Ｓｃｈｏｅｎｗａｌｄ他：″Ｓｕｒｆａｃｅ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ＳＡＷ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｇｉｎｇ″，ＩＥＥＥ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ，（１９８０），ｐｐ．１９３−１９９（特に図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に開示されているような方法で周波数調整を行うことは、高精度な周波数の合わせ込みを行う上では非常に有効であると考えられる。
しかし、ＳＡＷデバイスの場合、素子片の能動面（ＩＤＴ形成面）をキャップに対向させて実装した場合、パッケージベースに形成した封止孔からイオンビームを用いて周波数調整することはできなくなってしまうという問題がある。
【０００７】
また、雰囲気ガスによる周波数の変化量は微量であるため、調整幅が狭いという問題がある。
そこで本発明では、周波数の合わせ込みを高い精度で行うことができ、周波数安定度の高い高品質なＳＡＷデバイスを製造することのできるＳＡＷデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］パッケージベースに弾性表面波素子片を実装する実装工程と、前記パッケージベースに実装された前記弾性表面波素子片にドライエッチングを施したり、蒸着またはスパッタにより金属粒子や絶縁体粒子を付着させて、励起される弾性表面波の周波数を変化させる粗調工程と、前記パッケージベースにキャップを接合してパッケージを構成し、前記弾性表面波素子片をパッケージの内部空間に収容する第１封止工程と、前記パッケージベースまたは前記キャップに形成された貫通孔から前記内部空間に不活性ガスを供給または前記内部空間に供給した不活性ガスの圧力、不活性ガスの種類のうちの少なくとも１つを変化させて前記弾性表面波の周波数を変化させる微調工程と、前記貫通孔を封止材で塞ぐ第２封止工程とを有することを特徴とする弾性表面波デバイスの製造方法。
【０００９】
上記のような特徴を有する弾性表面波デバイスの製造方法によれば、周波数の合わせ込みを高い精度で行うことができる。このため、製造されたＳＡＷデバイス間では、周波数特性のバラツキが少なくなる。よって、周波数安定度の高い高品質なＳＡＷデバイスを製造することができる。また、単原子ガスよりも２原子ガスの方が、圧力変化に伴う周波数の変化が大きいため、封入ガスの種類を変えることにより、微調可能な周波数可変範囲を変えることができる。また、封入ガスを不活性ガスとしたことで、ＳＡＷデバイスの長期安定度に影響を及ぼすことがない。
【００１０】
［適用例２］適用例１に記載の弾性表面波デバイスの製造方法であって、前記第２封止工程では、前記第１封止工程終了後に大気中、または所定の雰囲気中において弾性表面波の周波数を測定し、測定した前記周波数と予め設定した所望周波数とを比較し、前記測定した周波数が前記所望周波数よりも低い場合には前記微調工程での前記内部空間の圧力を上昇させ、前記測定した共振周波数が前記所望周波数よりも高い場合には前記微調工程での前記内部空間の圧力を降下させることを特徴とする弾性表面波デバイスの製造方法。
【００１１】
封入ガスの圧力が高い場合には周波数が向上し、封入ガスの圧力が低い場合には周波数が低下することより、上記のような方法により所望周波数への合わせ込みが可能となる。
【００１２】
［適用例３］適用例１または適用例２に記載の弾性表面波デバイスの製造方法であって、前記微調工程は、弾性表面波の周波数を測定しながら行うことを特徴とする弾性表面波デバイスの製造方法。
【００１３】
周波数を測定しながら微調を行うことにより、個々のＳＡＷデバイスに適した周波数の調整幅を選択することができる。よって、所望する周波数に対してより精密な周波数の合わせ込みを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のＳＡＷデバイスの製造方法に係る実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
まず、図２を参照して、本発明で製造する弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスについて説明する。なお図２は、ＳＡＷデバイスの１例としての、ＳＡＷ共振子の正面断面を示す図である。
【００１５】
本実施形態で製造するＳＡＷ共振子１０は、ＳＡＷ素子片２８と、このＳＡＷ素子片２８を収容するパッケージ１２とから成る。ＳＡＷ素子片２８は、圧電効果を奏する圧電素板３０に対して励振電極としてのＩＤＴ３２や、ＩＤＴ３２によって励起された弾性表面波を多重反射させる反射器（不図示）、ＩＤＴ３２に対して電力を印加する入出力電極３４、およびＩＤＴ３２と入出力電極とを接続する引出し電極（不図示）等の電極パターンを形成することで構成される。ここで、圧電素板３０としては例えば、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等を挙げることができる。また、電極パターンの構成材料としては、アルミニウムや、アルミニウムを母材とした合金等を挙げることができる。
【００１６】
パッケージ１２は、パッケージベース１４とキャップ１６とから成る。本実施形態では、パッケージベース１４は、凹状のキャビティ１５を有する枡形の箱状をしており、底板（基板１４ａ）に封止孔２４としての貫通孔が形成されている。また、キャビティ１５内には、ＳＡＷ素子片２８を実装するためのマウント電極２０が形成されており、パッケージベース１４の底面には、外部実装用電極２２が形成されている。なお、マウント電極２０と外部実装用電極２２とは、図示しないスルーホール等を介して電気的に接続されている。パッケージ１２の構成材料としては、例えば酸化アルミニウム等のセラミックスを挙げることができる。このような構成材料により上記のような形態のパッケージベースを製造する場合、封止孔２４が形成された平板状の基板１４ａに枠状の基板１４ｂを積層し、これを焼成すれば良い。
【００１７】
キャップ１６は、図２に示す形態の場合、平板状の蓋体である。構成材料としては、パッケージベース１４の構成材料と線膨張率が近似する部材であると良く、パッケージベース１４の構成材料をセラミックスとした場合には、コバール等の合金とすると良い。
【００１８】
図２に示すＳＡＷ共振子１０の場合、ＳＡＷ素子片２８は、パッケージベース１４のマウント電極２０に対して導電性接着剤３６を介して実装される。実装形態としては、ＳＡＷ素子片２８の長手方向の一端を支持される、いわゆる片持ち支持という形態が採られる。またキャップ１６は、パッケージベース１４に対してコバール等の低融点金属で構成されたシームリング等の接合材１８を介して溶接（シーム溶接）が施されることで接合される。そして、封止孔２４は、金−錫、金−ゲルマニウム等の金属ボール２６ａ（図１（Ｅ）参照）を封止孔２４の内部に溶融・固着させた封止材２６により封止される。
【００１９】
次に、上記のような構成のＳＡＷ共振子を製造するための本発明に係るＳＡＷデバイスの製造方法について図１を参照して説明する。
まず、ＳＡＷ素子片２８とパッケージベース１４、及びキャップ１６をそれぞれ別工程で製造する。次に、実装工程として、パッケージベース１４に設けられたマウント電極２０に導電性接着剤３６を塗布する。マウント電極２０に塗布された導電性接着剤３６の塗布位置に、ＳＡＷ素子片２８における入出力電極３４を合わせるようにして搭載することで、ＳＡＷ素子片２８をパッケージベース１４に実装する（図１（Ａ）参照）。
【００２０】
次に、ＳＡＷ素子片２８を実装したパッケージベース１４をチャンバ内に載置し、所望する周波数への大まかな合わせ込み（粗調）を行う。具体的には、真空雰囲気中でＩＤＴ３２や圧電素板３０に対してドライエッチングを施したり、ＩＤＴ３２や圧電素板３０上にアルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）等をごく薄く堆積（付着）させたりするのである。
【００２１】
ドライエッチングとしては、イオンビームを照射して物理的なエッチングを行うイオンビームエッチングや、反応性ガスを用いた反応性イオンエッチングなどを挙げることができる。イオンビームエッチングを行う場合、イオンビームを照射するイオンガンへの導入ガスとしてはアルゴン（Ａｒ）等を挙げることができる。この場合、イオンビームの照射によりＩＤＴ３２を構成する金属パターンの膜厚が薄くなることで、ＳＡＷ共振子として出力される弾性表面波の周波数は変化する。周波数変化の特性としては、周波数が高周波側へシフトすることとなる。これにより、ＳＡＷ共振子１０の周波数温度特性も高周波側へとシフトすることとなる。
【００２２】
一方、反応性イオンエッチングを行う場合、チャンバへの導入ガスとしては四フッ化メタン（ＣＦ４）等を用いることができる。圧電素板３０として水晶を採用した場合、主に圧電素板３０がエッチングされることとなるため、周波数は低周波側にシフトすることが多い。よってこの場合には、ＳＡＷ共振子１０の周波数温度特性も低周波側へシフトすることとなる。
【００２３】
なお、ＡｌやＡｇ等の金属をＩＤＴ３２やＩＤＴ３２間のスペース、つまり圧電素板３０上に堆積（付着）させる方法としては、スパッタや蒸着といった手段を挙げることができる。このような手段を用いて、ＩＤＴ３２上やＩＤＴ３２を構成する金属パターン間の圧電素板３０上にＡｌやＡｇの金属粒子（金属分子）や、ＳｉＯ２等の絶縁物質をごく薄く堆積（付着）させた場合の周波数変化の特性として、周波数が低周波側へシフトすることが知られている。よってこの場合にも、ＳＡＷ共振子１０の周波数温度特性は低周波側へシフトすることとなる。
【００２４】
このように粗調を行う手段としては、水晶表層部をエッチングさせる手段、もしくはＩＤＴ３２およびその周辺部に金属を堆積させる手段等を選択して行うことができる（図１（Ｂ）参照）。
【００２５】
粗調工程終了後、パッケージベース１４の上部開口部にシームリング等の接合材１８を介してキャップ１６を載置し、キャップ１６の長辺方向、短辺方向のそれぞれに対して溶接を施す。これによりパッケージベース１４とキャップ１６とが接合され、パッケージベース１４の上部開口部が封止される（第１封止工程：図１（Ｃ）参照）。
【００２６】
次に、ＳＡＷ素子片２８を収容したパッケージ１２をチャンバ内に載置し、内部空間であるキャビティ１５内の気体を排気すると共に、不活性な封入ガスと置換する。その後、予め測定したＳＡＷ共振子１０の周波数と、所望する周波数（所望周波数）とのズレ（周波数偏差）に基づいて封入ガスの封入圧を調整する。雰囲気ガス（例えば２５℃）の圧力は図３に示すように、その上昇が周波数に影響を与えるからである。具体的には、雰囲気ガスの圧力の向上に伴って弾性表面波の周波数が高周波側へとシフトするのである。このため、測定周波数が所望周波数よりも低い場合には、キャビティ１５に封入する雰囲気ガス（封入ガス）の封入圧を高めるようにチャンバ内の圧力を上昇させる。逆に、測定周波数が所望周波数よりも高い場合には、封入ガスの封入圧を低くするようにチャンバ内の圧力を降下させる。封入ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスとすると良い。不活性ガスは安定しており、ＳＡＷ共振子の長期安定度に影響を及ぼさないからである。なお図３からも読み取れるように、アルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）といった単原子ガスに比べ、窒素（Ｎ２）等の２原子ガスは、圧力の変化に伴う周波数の変化量が大きい（微調工程：図１（Ｄ）参照）。
【００２７】
微調工程終了後、封止孔２４に金属ボール２６ａを載置する。封止孔２４に載置した金属ボール２６ａにレーザを照射することで溶融させ、溶融させた封止材２６を封止孔２４の内壁に固着させ、パッケージ１２の封止を行う（第２封止工程：図１（Ｅ）、（Ｆ）参照）。
【００２８】
このような方法でＳＡＷ共振子１０を製造することによれば、パッケージベース１４にキャップ１６を接合する第１封止工程の後に周波数（周波数温度特性）の調整（微調）を行うことができるため、パッケージベース１４とキャップ１６との接合によって生ずる応力の影響を加味した上で、所望の周波数への合わせ込みを行うことができる。よって、バラツキの少ない高精度な周波数の合わせ込みを行うことができる。
【００２９】
また、ガスによる周波数調整の範囲には限界があるが、パッケージベース１４とキャップ１６との接合前に行うイオンビームによる周波数調整（粗調）と、ガスによる周波数調整とを組み合わせることで、周波数可変範囲を広くしつつ、精密な周波数調整を行うことが可能となった。
【００３０】
次に、本発明のＳＡＷデバイスの製造方法に係る第２の実施形態について説明する。本実施形態に係るＳＡＷデバイスの製造方法は、上述した第１の実施形態に係るＳＡＷデバイスの製造方法の一部を変更するものである。よって、変更する一部を抜粋して詳説し、その他の説明に関しては上記第１の実施形態に係るＳＡＷデバイスの製造方法を援用することとする。
【００３１】
本実施形態に係るＳＡＷデバイスの製造方法は特に、微調工程の実施に特徴を持つ。第１の実施形態における微調工程は、ＳＡＷ共振子１０の周波数を予め測定した上で、所望する周波数に対する差分を求め、その高低によってチャンバ内の封入ガスの圧力を高低させる旨記載した。
【００３２】
これに対して本実施形態に係るＳＡＷデバイスの製造方法では、図４に示すように、プローブ４０をＳＡＷ共振子１０の外部実装電極２２に接触させ、ＳＡＷ共振子１０の周波数を測定しながら封入ガスの圧力を変化させるというものである。このような方法で微調工程を行う場合であっても、測定周波数が所望周波数よりも低い場合には封入ガスの圧力を高め、測定周波数が所望周波数より高い場合には封入ガスの圧力を低くするように調整することで、ＳＡＷ共振子の周波数を調整することに変わりは無いからである。
【００３３】
このようにして微調工程を行うことによれば、周波数測定を行いながら周波数調整を実施することができるため、より高精度に周波数の合わせ込みを行うことが可能となる。
【００３４】
また、本発明に係るＳＡＷデバイスの製造方法を実施するにあたり、第１封止工程、すなわちパッケージベース１４に対してキャップ１６を接合する工程で生ずる応力の影響が大きく、微調工程における封入ガスによる周波数可変範囲を超えてしまっているような場合、次のような周波数調整方法を併用することもできる。
【００３５】
具体的には、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１封止工程の後、第２封止工程に用いる封止孔２４を介してＳＡＷ素子片２８に形成したＩＤＴ３２に対してレーザを照射するのである。圧電素板３０を水晶とした場合には、圧電素板３０を透過したレーザがＩＤＴ３２を構成する電極パターンの一部を削ることとなり、ＳＡＷ素子片によって励起される弾性表面波の周波数が調整される。
【００３６】
上記のような調整により、所望周波数とＳＡＷ共振子１０（ＳＡＷ素子片２８）の測定周波数との偏差を縮めることで、周波数偏差が封入ガスによる周波数可変範囲内に入れば、ＳＡＷ共振子１０の周波数の合わせ込みを高精度に行うことが可能となる。
【００３７】
なお、図２に示したＳＡＷ共振子１０は、封止孔２４をパッケージベース１４に備える形態であったが、封止孔をキャップに備える形態のＳＡＷ共振子であっても、本発明のＳＡＷデバイスの製造方法を実施することにより製造することができる。また、図２に示したＳＡＷ共振子１０は、箱状のパッケージベース１４と平板状のキャップ１６によってパッケージ１２を構成しているが、平板状のパッケージベースと箱状のキャップによってパッケージを構成するものであっても、本発明に係るＳＡＷデバイスの製造方法により製造することができる。
【００３８】
また、上記実施形態では、ＳＡＷ素子片２８のマウント電極２０に対する実装は導電性接着剤３６を介して片持ち支持で行う旨記載したが、実装手段や実装形態に関しては、これに限るものでは無い。例えば、導電性接着剤３６の替わりに半田バンプやＡｕバンプを用いても良いし、ＳＡＷ素子片２８上の電極パターンとマウント電極２０とを金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）から成るボンディングワイヤによって接続する手段を採用しても良い。また、ＳＡＷ素子片２８の能動面（ＩＤＴ３２形成面）とパッケージベース１４におけるマウント電極２０とを電気的に接続する場合には、入出力電極３４をＩＤＴ３２形成面に配置しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係るＳＡＷデバイスの製造方法の流れを示す図である。
【図２】本発明に係るＳＡＷデバイスの製造方法により製造されるＳＡＷデバイスの一例を示す図である。
【図３】雰囲気ガスの圧力と周波数変化量の関係を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る微調工程の様子を示す図である。
【図５】本発明に係るＳＡＷデバイスの製造方法の応用例を示す図である。
【図６】パッケージベースとキャップとを接合した後に周波数調整を行う圧電デバイスの様子を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０………ＳＡＷ共振子、１２………パッケージ、１４………パッケージベース、１６………キャップ、１８………接合材、２０………マウント電極、２２………外部実装用電極、２４………封止孔、２６………封止材、２６ａ………金属ボール、２８………ＳＡＷ素子片、３０………圧電素板、３２………ＩＤＴ、３４………入出力電極、３６………導電性接着剤、４０………プローブ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスの製造方法に係り、特に周波数安定度の高いＳＡＷデバイスを製造する場合に好適な製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＡＷデバイス、例えばＳＡＷ共振子の周波数温度特性を調整する方法として、ＳＡＷ素子片に形成されたＩＤＴを構成する電極パターンの膜厚を調整する手段が知られている。特許文献１には、アルゴン（Ａｒ）や四フッ化メタン（ＣＦ４）等のフッ素ガスなどを反応ガスとして用いたイオンビームをＩＤＴに照射してＩＤＴをエッチングして膜厚を変化させ、周波数を調整して周波数温度特性をシフトさせることが開示されている。
【０００３】
しかし、このような方法で周波数調整を行ったとしても、ＳＡＷ素子片をパッケージに収容して封止した場合、パッケージベースと蓋体（キャップ）とを接合する際に生ずる歪みや熱によって生ずる応力が、マウント接着剤を介してＳＡＷ素子片に伝達され、ＳＡＷ共振子としての周波数に影響を与える。この影響の度合いは、個体によって様々であるため、一律に周波数のシフト量を定めた上でＳＡＷ素子片を製造してパッケージに実装するということも困難である。
【０００４】
このように、パッケージベースとキャップとの接合時に生ずる応力が周波数温度特性に影響を与えることは、ＳＡＷデバイスのみならず、圧電デバイス全体として生じている。特許文献２は、ＡＴカット圧電振動片を採用した圧電デバイスであるが、ＡＴカット圧電振動片をパッケージベースに実装してキャップを接合した後に周波数調整を行う手段が開示されている。その手段とは、図６に示すように、パッケージ２を真空封止するためにパッケージベース３の底板３ａに設けられた封止孔４を介してＡＴカット圧電振動片５の励振電極６にイオンビームを照射するというものである。このような方法での周波数調整は、すでにパッケージベース３とキャップ７との接合が終了した後に行われるため、完成品としての圧電デバイス１の周波数のバラツキを抑えることができる。
【０００５】
また、非特許文献１には、ＳＡＷ素子片の周囲の雰囲気ガスの種類や圧力が、ＳＡＷデバイスの周波数に影響を与えることが開示されている。
【特許文献１】特開２０００−３１５９２８号公報
【特許文献２】特開２００２−７６８１５号公報
【非特許文献１】Ｊ．Ｓ．Ｓｃｈｏｅｎｗａｌｄ他：″Ｓｕｒｆａｃｅ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ＳＡＷ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｇｉｎｇ″，ＩＥＥＥ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ，（１９８０），ｐｐ．１９３−１９９（特に図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に開示されているような方法で周波数調整を行うことは、高精度な周波数の合わせ込みを行う上では非常に有効であると考えられる。
しかし、ＳＡＷデバイスの場合、素子片の能動面（ＩＤＴ形成面）をキャップに対向させて実装した場合、パッケージベースに形成した封止孔からイオンビームを用いて周波数調整することはできなくなってしまうという問題がある。
【０００７】
また、雰囲気ガスによる周波数の変化量は微量であるため、調整幅が狭いという問題がある。
そこで本発明では、周波数の合わせ込みを高い精度で行うことができ、周波数安定度の高い高品質なＳＡＷデバイスを製造することのできるＳＡＷデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］パッケージベースに弾性表面波素子片を実装する実装工程と、前記パッケージベースに実装された前記弾性表面波素子片にドライエッチングを施したり、蒸着またはスパッタにより金属粒子や絶縁体粒子を付着させて、励起される弾性表面波の周波数を変化させる粗調工程と、前記パッケージベースにキャップを接合してパッケージを構成し、前記弾性表面波素子片をパッケージの内部空間に収容する第１封止工程と、前記パッケージベースまたは前記キャップに形成された貫通孔から前記内部空間に不活性ガスを供給または前記内部空間に供給した不活性ガスの圧力、不活性ガスの種類のうちの少なくとも１つを変化させて前記弾性表面波の周波数を変化させる微調工程と、前記貫通孔を封止材で塞ぐ第２封止工程とを有することを特徴とする弾性表面波デバイスの製造方法。
【０００９】
上記のような特徴を有する弾性表面波デバイスの製造方法によれば、周波数の合わせ込みを高い精度で行うことができる。このため、製造されたＳＡＷデバイス間では、周波数特性のバラツキが少なくなる。よって、周波数安定度の高い高品質なＳＡＷデバイスを製造することができる。また、単原子ガスよりも２原子ガスの方が、圧力変化に伴う周波数の変化が大きいため、封入ガスの種類を変えることにより、微調可能な周波数可変範囲を変えることができる。また、封入ガスを不活性ガスとしたことで、ＳＡＷデバイスの長期安定度に影響を及ぼすことがない。
【００１０】
［適用例２］適用例１に記載の弾性表面波デバイスの製造方法であって、前記第２封止工程では、前記第１封止工程終了後に大気中、または所定の雰囲気中において弾性表面波の周波数を測定し、測定した前記周波数と予め設定した所望周波数とを比較し、前記測定した周波数が前記所望周波数よりも低い場合には前記微調工程での前記内部空間の圧力を上昇させ、前記測定した共振周波数が前記所望周波数よりも高い場合には前記微調工程での前記内部空間の圧力を降下させることを特徴とする弾性表面波デバイスの製造方法。
【００１１】
封入ガスの圧力が高い場合には周波数が向上し、封入ガスの圧力が低い場合には周波数が低下することより、上記のような方法により所望周波数への合わせ込みが可能となる。
【００１２】
［適用例３］適用例１または適用例２に記載の弾性表面波デバイスの製造方法であって、前記微調工程は、弾性表面波の周波数を測定しながら行うことを特徴とする弾性表面波デバイスの製造方法。
【００１３】
周波数を測定しながら微調を行うことにより、個々のＳＡＷデバイスに適した周波数の調整幅を選択することができる。よって、所望する周波数に対してより精密な周波数の合わせ込みを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のＳＡＷデバイスの製造方法に係る実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
まず、図２を参照して、本発明で製造する弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスについて説明する。なお図２は、ＳＡＷデバイスの１例としての、ＳＡＷ共振子の正面断面を示す図である。
【００１５】
本実施形態で製造するＳＡＷ共振子１０は、ＳＡＷ素子片２８と、このＳＡＷ素子片２８を収容するパッケージ１２とから成る。ＳＡＷ素子片２８は、圧電効果を奏する圧電素板３０に対して励振電極としてのＩＤＴ３２や、ＩＤＴ３２によって励起された弾性表面波を多重反射させる反射器（不図示）、ＩＤＴ３２に対して電力を印加する入出力電極３４、およびＩＤＴ３２と入出力電極とを接続する引出し電極（不図示）等の電極パターンを形成することで構成される。ここで、圧電素板３０としては例えば、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等を挙げることができる。また、電極パターンの構成材料としては、アルミニウムや、アルミニウムを母材とした合金等を挙げることができる。
【００１６】
パッケージ１２は、パッケージベース１４とキャップ１６とから成る。本実施形態では、パッケージベース１４は、凹状のキャビティ１５を有する枡形の箱状をしており、底板（基板１４ａ）に封止孔２４としての貫通孔が形成されている。また、キャビティ１５内には、ＳＡＷ素子片２８を実装するためのマウント電極２０が形成されており、パッケージベース１４の底面には、外部実装用電極２２が形成されている。なお、マウント電極２０と外部実装用電極２２とは、図示しないスルーホール等を介して電気的に接続されている。パッケージ１２の構成材料としては、例えば酸化アルミニウム等のセラミックスを挙げることができる。このような構成材料により上記のような形態のパッケージベースを製造する場合、封止孔２４が形成された平板状の基板１４ａに枠状の基板１４ｂを積層し、これを焼成すれば良い。
【００１７】
キャップ１６は、図２に示す形態の場合、平板状の蓋体である。構成材料としては、パッケージベース１４の構成材料と線膨張率が近似する部材であると良く、パッケージベース１４の構成材料をセラミックスとした場合には、コバール等の合金とすると良い。
【００１８】
図２に示すＳＡＷ共振子１０の場合、ＳＡＷ素子片２８は、パッケージベース１４のマウント電極２０に対して導電性接着剤３６を介して実装される。実装形態としては、ＳＡＷ素子片２８の長手方向の一端を支持される、いわゆる片持ち支持という形態が採られる。またキャップ１６は、パッケージベース１４に対してコバール等の低融点金属で構成されたシームリング等の接合材１８を介して溶接（シーム溶接）が施されることで接合される。そして、封止孔２４は、金−錫、金−ゲルマニウム等の金属ボール２６ａ（図１（Ｅ）参照）を封止孔２４の内部に溶融・固着させた封止材２６により封止される。
【００１９】
次に、上記のような構成のＳＡＷ共振子を製造するための本発明に係るＳＡＷデバイスの製造方法について図１を参照して説明する。
まず、ＳＡＷ素子片２８とパッケージベース１４、及びキャップ１６をそれぞれ別工程で製造する。次に、実装工程として、パッケージベース１４に設けられたマウント電極２０に導電性接着剤３６を塗布する。マウント電極２０に塗布された導電性接着剤３６の塗布位置に、ＳＡＷ素子片２８における入出力電極３４を合わせるようにして搭載することで、ＳＡＷ素子片２８をパッケージベース１４に実装する（図１（Ａ）参照）。
【００２０】
次に、ＳＡＷ素子片２８を実装したパッケージベース１４をチャンバ内に載置し、所望する周波数への大まかな合わせ込み（粗調）を行う。具体的には、真空雰囲気中でＩＤＴ３２や圧電素板３０に対してドライエッチングを施したり、ＩＤＴ３２や圧電素板３０上にアルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）等をごく薄く堆積（付着）させたりするのである。
【００２１】
ドライエッチングとしては、イオンビームを照射して物理的なエッチングを行うイオンビームエッチングや、反応性ガスを用いた反応性イオンエッチングなどを挙げることができる。イオンビームエッチングを行う場合、イオンビームを照射するイオンガンへの導入ガスとしてはアルゴン（Ａｒ）等を挙げることができる。この場合、イオンビームの照射によりＩＤＴ３２を構成する金属パターンの膜厚が薄くなることで、ＳＡＷ共振子として出力される弾性表面波の周波数は変化する。周波数変化の特性としては、周波数が高周波側へシフトすることとなる。これにより、ＳＡＷ共振子１０の周波数温度特性も高周波側へとシフトすることとなる。
【００２２】
一方、反応性イオンエッチングを行う場合、チャンバへの導入ガスとしては四フッ化メタン（ＣＦ４）等を用いることができる。圧電素板３０として水晶を採用した場合、主に圧電素板３０がエッチングされることとなるため、周波数は低周波側にシフトすることが多い。よってこの場合には、ＳＡＷ共振子１０の周波数温度特性も低周波側へシフトすることとなる。
【００２３】
なお、ＡｌやＡｇ等の金属をＩＤＴ３２やＩＤＴ３２間のスペース、つまり圧電素板３０上に堆積（付着）させる方法としては、スパッタや蒸着といった手段を挙げることができる。このような手段を用いて、ＩＤＴ３２上やＩＤＴ３２を構成する金属パターン間の圧電素板３０上にＡｌやＡｇの金属粒子（金属分子）や、ＳｉＯ２等の絶縁物質をごく薄く堆積（付着）させた場合の周波数変化の特性として、周波数が低周波側へシフトすることが知られている。よってこの場合にも、ＳＡＷ共振子１０の周波数温度特性は低周波側へシフトすることとなる。
【００２４】
このように粗調を行う手段としては、水晶表層部をエッチングさせる手段、もしくはＩＤＴ３２およびその周辺部に金属を堆積させる手段等を選択して行うことができる（図１（Ｂ）参照）。
【００２５】
粗調工程終了後、パッケージベース１４の上部開口部にシームリング等の接合材１８を介してキャップ１６を載置し、キャップ１６の長辺方向、短辺方向のそれぞれに対して溶接を施す。これによりパッケージベース１４とキャップ１６とが接合され、パッケージベース１４の上部開口部が封止される（第１封止工程：図１（Ｃ）参照）。
【００２６】
次に、ＳＡＷ素子片２８を収容したパッケージ１２をチャンバ内に載置し、内部空間であるキャビティ１５内の気体を排気すると共に、不活性な封入ガスと置換する。その後、予め測定したＳＡＷ共振子１０の周波数と、所望する周波数（所望周波数）とのズレ（周波数偏差）に基づいて封入ガスの封入圧を調整する。雰囲気ガス（例えば２５℃）の圧力は図３に示すように、その上昇が周波数に影響を与えるからである。具体的には、雰囲気ガスの圧力の向上に伴って弾性表面波の周波数が高周波側へとシフトするのである。このため、測定周波数が所望周波数よりも低い場合には、キャビティ１５に封入する雰囲気ガス（封入ガス）の封入圧を高めるようにチャンバ内の圧力を上昇させる。逆に、測定周波数が所望周波数よりも高い場合には、封入ガスの封入圧を低くするようにチャンバ内の圧力を降下させる。封入ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスとすると良い。不活性ガスは安定しており、ＳＡＷ共振子の長期安定度に影響を及ぼさないからである。なお図３からも読み取れるように、アルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）といった単原子ガスに比べ、窒素（Ｎ２）等の２原子ガスは、圧力の変化に伴う周波数の変化量が大きい（微調工程：図１（Ｄ）参照）。
【００２７】
微調工程終了後、封止孔２４に金属ボール２６ａを載置する。封止孔２４に載置した金属ボール２６ａにレーザを照射することで溶融させ、溶融させた封止材２６を封止孔２４の内壁に固着させ、パッケージ１２の封止を行う（第２封止工程：図１（Ｅ）、（Ｆ）参照）。
【００２８】
このような方法でＳＡＷ共振子１０を製造することによれば、パッケージベース１４にキャップ１６を接合する第１封止工程の後に周波数（周波数温度特性）の調整（微調）を行うことができるため、パッケージベース１４とキャップ１６との接合によって生ずる応力の影響を加味した上で、所望の周波数への合わせ込みを行うことができる。よって、バラツキの少ない高精度な周波数の合わせ込みを行うことができる。
【００２９】
また、ガスによる周波数調整の範囲には限界があるが、パッケージベース１４とキャップ１６との接合前に行うイオンビームによる周波数調整（粗調）と、ガスによる周波数調整とを組み合わせることで、周波数可変範囲を広くしつつ、精密な周波数調整を行うことが可能となった。
【００３０】
次に、本発明のＳＡＷデバイスの製造方法に係る第２の実施形態について説明する。本実施形態に係るＳＡＷデバイスの製造方法は、上述した第１の実施形態に係るＳＡＷデバイスの製造方法の一部を変更するものである。よって、変更する一部を抜粋して詳説し、その他の説明に関しては上記第１の実施形態に係るＳＡＷデバイスの製造方法を援用することとする。
【００３１】
本実施形態に係るＳＡＷデバイスの製造方法は特に、微調工程の実施に特徴を持つ。第１の実施形態における微調工程は、ＳＡＷ共振子１０の周波数を予め測定した上で、所望する周波数に対する差分を求め、その高低によってチャンバ内の封入ガスの圧力を高低させる旨記載した。
【００３２】
これに対して本実施形態に係るＳＡＷデバイスの製造方法では、図４に示すように、プローブ４０をＳＡＷ共振子１０の外部実装電極２２に接触させ、ＳＡＷ共振子１０の周波数を測定しながら封入ガスの圧力を変化させるというものである。このような方法で微調工程を行う場合であっても、測定周波数が所望周波数よりも低い場合には封入ガスの圧力を高め、測定周波数が所望周波数より高い場合には封入ガスの圧力を低くするように調整することで、ＳＡＷ共振子の周波数を調整することに変わりは無いからである。
【００３３】
このようにして微調工程を行うことによれば、周波数測定を行いながら周波数調整を実施することができるため、より高精度に周波数の合わせ込みを行うことが可能となる。
【００３４】
また、本発明に係るＳＡＷデバイスの製造方法を実施するにあたり、第１封止工程、すなわちパッケージベース１４に対してキャップ１６を接合する工程で生ずる応力の影響が大きく、微調工程における封入ガスによる周波数可変範囲を超えてしまっているような場合、次のような周波数調整方法を併用することもできる。
【００３５】
具体的には、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１封止工程の後、第２封止工程に用いる封止孔２４を介してＳＡＷ素子片２８に形成したＩＤＴ３２に対してレーザを照射するのである。圧電素板３０を水晶とした場合には、圧電素板３０を透過したレーザがＩＤＴ３２を構成する電極パターンの一部を削ることとなり、ＳＡＷ素子片によって励起される弾性表面波の周波数が調整される。
【００３６】
上記のような調整により、所望周波数とＳＡＷ共振子１０（ＳＡＷ素子片２８）の測定周波数との偏差を縮めることで、周波数偏差が封入ガスによる周波数可変範囲内に入れば、ＳＡＷ共振子１０の周波数の合わせ込みを高精度に行うことが可能となる。
【００３７】
なお、図２に示したＳＡＷ共振子１０は、封止孔２４をパッケージベース１４に備える形態であったが、封止孔をキャップに備える形態のＳＡＷ共振子であっても、本発明のＳＡＷデバイスの製造方法を実施することにより製造することができる。また、図２に示したＳＡＷ共振子１０は、箱状のパッケージベース１４と平板状のキャップ１６によってパッケージ１２を構成しているが、平板状のパッケージベースと箱状のキャップによってパッケージを構成するものであっても、本発明に係るＳＡＷデバイスの製造方法により製造することができる。
【００３８】
また、上記実施形態では、ＳＡＷ素子片２８のマウント電極２０に対する実装は導電性接着剤３６を介して片持ち支持で行う旨記載したが、実装手段や実装形態に関しては、これに限るものでは無い。例えば、導電性接着剤３６の替わりに半田バンプやＡｕバンプを用いても良いし、ＳＡＷ素子片２８上の電極パターンとマウント電極２０とを金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）から成るボンディングワイヤによって接続する手段を採用しても良い。また、ＳＡＷ素子片２８の能動面（ＩＤＴ３２形成面）とパッケージベース１４におけるマウント電極２０とを電気的に接続する場合には、入出力電極３４をＩＤＴ３２形成面に配置しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係るＳＡＷデバイスの製造方法の流れを示す図である。
【図２】本発明に係るＳＡＷデバイスの製造方法により製造されるＳＡＷデバイスの一例を示す図である。
【図３】雰囲気ガスの圧力と周波数変化量の関係を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る微調工程の様子を示す図である。
【図５】本発明に係るＳＡＷデバイスの製造方法の応用例を示す図である。
【図６】パッケージベースとキャップとを接合した後に周波数調整を行う圧電デバイスの様子を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０………ＳＡＷ共振子、１２………パッケージ、１４………パッケージベース、１６………キャップ、１８………接合材、２０………マウント電極、２２………外部実装用電極、２４………封止孔、２６………封止材、２６ａ………金属ボール、２８………ＳＡＷ素子片、３０………圧電素板、３２………ＩＤＴ、３４………入出力電極、３６………導電性接着剤、４０………プローブ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージベースに弾性表面波素子片を実装する実装工程と、
前記パッケージベースに実装された前記弾性表面波素子片にドライエッチングを施したり、蒸着またはスパッタにより金属粒子や絶縁体粒子を付着させて、励起される弾性表面波の周波数を変化させる粗調工程と、
前記パッケージベースにキャップを接合してパッケージを構成し、前記弾性表面波素子片をパッケージの内部空間に収容する第１封止工程と、
前記パッケージベースまたは前記キャップに形成された貫通孔から前記内部空間に不活性ガスを供給または前記内部空間に供給した不活性ガスの圧力、不活性ガスの種類のうちの少なくとも１つを変化させて前記弾性表面波の周波数を変化させる微調工程と、
前記貫通孔を封止材で塞ぐ第２封止工程とを有することを特徴とする弾性表面波デバイスの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の弾性表面波デバイスの製造方法であって、
前記第２封止工程では、前記第１封止工程終了後に大気中、または所定の雰囲気中において弾性表面波の周波数を測定し、測定した前記周波数と予め設定した所望周波数とを比較し、前記測定した周波数が前記所望周波数よりも低い場合には前記微調工程での前記内部空間の圧力を上昇させ、前記測定した共振周波数が前記所望周波数よりも高い場合には前記微調工程での前記内部空間の圧力を降下させることを特徴とする弾性表面波デバイスの製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の弾性表面波デバイスの製造方法であって、
前記微調工程は、弾性表面波の周波数を測定しながら行うことを特徴とする弾性表面波デバイスの製造方法。
【請求項１】
パッケージベースに弾性表面波素子片を実装する実装工程と、
前記パッケージベースに実装された前記弾性表面波素子片にドライエッチングを施したり、蒸着またはスパッタにより金属粒子や絶縁体粒子を付着させて、励起される弾性表面波の周波数を変化させる粗調工程と、
前記パッケージベースにキャップを接合してパッケージを構成し、前記弾性表面波素子片をパッケージの内部空間に収容する第１封止工程と、
前記パッケージベースまたは前記キャップに形成された貫通孔から前記内部空間に不活性ガスを供給または前記内部空間に供給した不活性ガスの圧力、不活性ガスの種類のうちの少なくとも１つを変化させて前記弾性表面波の周波数を変化させる微調工程と、
前記貫通孔を封止材で塞ぐ第２封止工程とを有することを特徴とする弾性表面波デバイスの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の弾性表面波デバイスの製造方法であって、
前記第２封止工程では、前記第１封止工程終了後に大気中、または所定の雰囲気中において弾性表面波の周波数を測定し、測定した前記周波数と予め設定した所望周波数とを比較し、前記測定した周波数が前記所望周波数よりも低い場合には前記微調工程での前記内部空間の圧力を上昇させ、前記測定した共振周波数が前記所望周波数よりも高い場合には前記微調工程での前記内部空間の圧力を降下させることを特徴とする弾性表面波デバイスの製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の弾性表面波デバイスの製造方法であって、
前記微調工程は、弾性表面波の周波数を測定しながら行うことを特徴とする弾性表面波デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−９８５４３（Ｐ２０１０−９８５４３Ａ）
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６７９２０（Ｐ２００８−２６７９２０）
【出願日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]