JP2014150363A - 圧電デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体回路基板とキャップとが一体形成されパッケージの角部からの破壊を防ぐために耐衝撃性の優れた構造を有する圧電デバイス及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の圧電デバイスは、少なくとも半導体回路を搭載した半導体回路基板２１と、この半導体回路基板２１上に搭載され、凹部２２を有して一体形成されたキャップ２３と、このキャップ２３の凹部２２に配置された圧電振動素子２４とを備えている。キャップ２３の角部２３ｂに面取りされた傾斜面２３ｃを有している。キャップ２３の側部２３ａの厚さをＡ、キャップ２３の凹部２２から傾斜面２３ｃまでの最小距離の厚さをＢとした場合に、Ａ≦Ｂの関係を有している。特に、傾斜面２３ｃの角度は４５度であることが好ましい。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧電デバイス及びその製造方法に関し、より詳細には、基板とキャップとが一体形成されたパッケージの角部からの破壊を防ぐために耐衝撃性の優れた構造を有する圧電デバイス及びその製造方法に関する。

近年、ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）やモバイルコンピュータ又はＩＣカードなどの小型の情報機器や携帯電話，自動車電話又はページングシステムなどの移動体通信機器において、装置の小型薄型化がめざましく、それらに用いられる圧電デバイスも小型薄型化が要求されている。また、このような小型化にともない、装置の回路基板に両面実装が可能な表面実装タイプの圧電デバイスが求められている。さらに、圧電デバイス自体又は圧電デバイスを各種機器に実装した後で、これらの電子機器を取り落としたりすると、圧電デバイスに外部から衝撃が加わることがある。このような衝撃に対して、パッケージと蓋体の接合部分は、内部の気密性を十分保持できるような強度を備えている必要がある。

例えば、特許文献１には、小型化を図り、側方からの耐衝撃性に優れた構造を有する圧電デバイスが提案されている。
図１は、特許文献１に記載されている圧電デバイスを説明するための構成図である。特許文献１に記載の圧電デバイス１は、パッケージ６の内部に、圧電振動片２を収容している。この圧電振動片２は、例えば、水晶基板を利用して形成されている。この圧電振動片２は、パッケージ６の電極部に接合される基部１０と、この基部１０から平行に延びる一対の振動腕４，５を有する音叉型に形成され、その表面に図示しない駆動用の金属電極が形成されている。

また、パッケージ６は、セラミック製の複数の基板を積層して内側に所定の内部空間Ｓを形成するようにして、その全体が矩形状に形成されている。この内部空間Ｓにおいて、パッケージ６の内側の底部には、導電性の接着剤７などを介して、上述した圧電振動片２の基部１０が電極部３，３上に接合固定されており、圧電振動片２の先端部は自由端とされている。そして、パッケージ６の開放された上端部６ａには、低融点ガラス等のロウ材８を介して、ガラスなどの光を透過する材料、すなわち、光透過性の材料で形成された蓋体９が接合されることにより、封止されている。そして、パッケージ６においては、蓋体９の封止後において、蓋体９の外部からレーザ光Ｌ１を、圧電振動片２の先端付近の金属被覆部に照射して、その一部を蒸散させることにより、質量削減方式による周波数調整を行う場合がある。

以上のような構成により、圧電デバイス１は、外部からの駆動電圧が、電極部３及び導電性接着剤７を介して、圧電振動片２に伝えられる。これにより、圧電振動片２の図示しない励振電極からの電圧が圧電材料に伝えられることで、一対の振動腕４，５が屈曲振動を生じ、所定の周波数で振動する。この振動周波数を外部に取り出すことによって、所定の周波数の出力を得ることができるようになっている。

図２は、特許文献１に記載されている圧電デバイスにおける側方からの耐衝撃性に優れた構造を示す図である。圧電振動片を片持ち式に固定して内部に収容するようにした矩形状のパッケージ６と、このパッケージ６の上端部６ａにロウ材８で固定される蓋体９とを有する圧電デバイスで、蓋体９の上面側の周縁に傾斜面１１を形成している。これにより、側方から加わる外力Ｆ１を傾斜面１１の作用により水平な方向に働く力Ｆ２と垂直に働く力Ｆ３に分解することができ、側方から加わる外力を分散させ、より強固な接合構造とすることができる。

また、例えば、特許文献２には、複数の半導体素子を有する半導体ウェハを分割することで、半導体素子に与えられるダメージを低下させることが開示されている。つまり、近年、半導体素子が用いられた電子回路を内蔵する電子機器の小型化が進んでおり、このような小型化に伴い電子回路自体の小型化が図られつつあり、半導体ウェハの薄化が活発に行われている。しかしながら、このように薄化された半導体素子は外力に対する強度が弱く、特にウェハ状態の半導体素子を切断して個片毎に分割する機械的なダイシングにおいては、それぞれの半導体素子が切断時にダメージを受けやすく、加工歩留まりの低下が避けられないという問題点があり、このような薄化された半導体ウェハの分割処理に対するダメージレス化の要望が高まっていることが開示されている。
また、例えば、特許文献３には、半導体ウェハを切削するダイシング方法が開示されている。つまり、面取り工程、ハーフカット工程、フルカット工程が開示されている。

特開２００３−６９３６７号公報 特開２００６−３２４６５号公報 特開平９−３２６３７３号公報

しかしながら、上述した特許文献１の対象は、パッケージ６の上端部６ａにロウ材８で固定される蓋体９を有する圧電デバイスであって、パッケージ６と蓋体９とが別体になっているため小型化を図るには問題がある。また、特許文献１では、パッケージ６の側面と蓋体９が一体成型されていないため、蓋体９の角部に面取りをしたとしても耐衝撃性が十分に向上しないという問題があった。

また、特許文献２には、複数の半導体素子を有する半導体ウェハを分割することで、半導体素子に与えられるダメージを低下させることが開示されているものの、本発明のような、一体形成された内部に中空構造をもつパッケージの角部に斜めに面取りされた傾斜面を形成して耐衝撃性の優れた構造については何ら開示されていない。
さらに、特許文献３には、半導体ウェハを切削するダイシング方法が開示されているものの、本発明のような、一体形成された内部に中空構造をもつパッケージの角部に斜めに面取りされた傾斜面を形成して耐衝撃性の優れた構造については何ら開示されていない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、半導体回路基板とキャップとが一体形成されたパッケージの角部からの破壊を防ぐために耐衝撃性の優れた構造を有する圧電デバイス及びその製造方法を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、基板と、該基板上に搭載され、凹部を有して一体形成されたキャップと、該キャップの前記凹部に配置された圧電振動素子とを備え、前記キャップの角部に面取りされた傾斜面を有することを特徴とする圧電デバイスである。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記キャップの側部の厚さをＡ、前記キャップの前記凹部から前記傾斜面までの最小距離の厚さをＢとした場合に、Ａ≦Ｂの関係を有することを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記傾斜面の角度が、４０度以上５０度以下であることを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１、２又は３に記載の発明において、前記基板が、半導体回路を搭載した半導体回路基板であることを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、基板と、該基板上に搭載され、凹部を有して一体形成されたキャップと、該キャップの前記凹部に配置された圧電振動素子とを備えた圧電デバイスの製造方法であって、前記キャップの角部に面取りされた傾斜面を形成する工程を有することを特徴とする圧電デバイスの製造方法である。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記キャップの側部の厚さをＡ、前記キャップの前記凹部から前記傾斜面までの最小距離の厚さをＢとした場合に、Ａ≦Ｂの関係を有することを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の発明において、前記傾斜面の角度が、４０度以上５０度以下であることを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項５，６又は７に記載の発明において、前記キャップの角部に面取りされた傾斜面を形成する工程が、スピンドルに装着した面取り用ブレードによってＶ溝形状の面取り切削を遂行するＶ溝形成ダイシング工程であることを特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、請求項５乃至８の何れかに記載の発明において、前記基板が、半導体回路を搭載した半導体回路基板であることを特徴とする。

本発明によれば、基板とキャップとが一体形成されたパッケージの角部からの破壊を防ぐために耐衝撃性の優れた構造、つまり、角部が斜めに面取りされた傾斜面を有して耐衝撃性の優れた構造とした圧電デバイス及びその製造方法を実現することができる。

特許文献１に記載されている圧電デバイスを説明するための構成図である。 特許文献１に記載されている圧電デバイスにおける側方からの耐衝撃性に優れた構造を示す図である。 本発明に係る圧電デバイスの実施例を説明するための断面構成図である。 本発明に係る圧電デバイスの製造方法を説明するためのフローチャートを示す図である。 （ａ）乃至（ｆ）は、本発明に係る圧電デバイスの製造方法を説明するための工程図である。 （ａ）乃至（ｃ）は、図５における工程をさらに具体的に説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
図３は、本発明に係る圧電デバイスの実施例を説明するための断面構成図で、図中符号２１は半導体回路基板、２２は凹部（キャビティ）、２３はキャップ、２４は圧電振動素子、２５は導電性接着剤、２６は貫通電極、２７は接続端子を示している。

本発明の圧電デバイスは、少なくとも半導体回路を搭載した半導体回路基板２１と、この半導体回路基板２１上に搭載され、凹部２２を有して一体形成されたキャップ２３と、このキャップ２３の凹部２２に配置された圧電振動素子２４とを備えている。そして、キャップ２３と半導体回路基板２１とで圧電振動素子２４を封止するパッケージを形成している。また、圧電振動素子２４は、導電性接着剤２５を介して半導体回路基板２１に設けられた貫通電極２６に接続されている。また、キャップ２３の角部２３ｂに面取りされた傾斜面２３ｃを有している。図３は断面図であるが、この傾斜面２３ｃは、キャップ２３の周縁の角部に面取りされているものである。

また、キャップ２３の側部２３ａの厚さをＡ、キャップ２３の凹部２２から傾斜面２３ｃまでの最小距離の厚さをＢとした場合に、Ａ≦Ｂの関係を有している。傾斜面２３ｃの角度は４０度以上５０度以下であることが好ましく、４５度であることが特に好ましい。
なお、傾斜面２３ｃの角度とは、キャップ２３の側壁２３ｄと傾斜面２３ｃとのなす角度θ（図３中の角度θ）を指す。

つまり、キャップ２３に凹部（キャビティ）２２があるため、Ａ＞ＢだとＢ部分から破壊されてしまう。したがって、Ａ≦Ｂになるように面取りする必要がある。このように、角を落とすことにより、例えば、圧電デバイスを実装基板に搭載する実装工程のように、真空吸着によってピックアップする時、吸着ノズルを圧電デバイス表面に荷重をかけて押し付けて吸着したり、実装基板に搭載するときにも圧電デバイスの表面に荷重がかかっていたが、このとき、尖った角部をなくすことにより角部に吸着ノズルが接触しないため、角部を起点とした破壊を防ぐことができ、また、傾斜部の厚さＢが側部の厚さＡよりも薄くないため、その傾斜部を起点とした破壊も防ぐことが可能である。これまで、実装基板へ圧電デバイスを実装するときに発生する破壊は、最も脆弱なパッケージ角部からであったり、実装工程時の荷重による垂直方向の力によって発生していた。

より具体的には、キャップ２３の角部２３ｂに面取りされた傾斜面２３ｃを有しているので、上方から加わる外力を傾斜面２３ｃの作用により水平な方向に働く力と垂直に働く力に分解することができ、上方から加わる外力を分散させて角部からの破壊を防ぐことができる。
キャップの材料は、半導体プロセス上、シリコンまたは、ガラス等が用いられ、特にシリコンは一般的に用いられる半導体回路基板と同じ材料であるため、接合時の熱膨張係数差によるストレスがないため、好ましい材料である。

図４は、本発明に係る圧電デバイスの製造方法を説明するためのフローチャートを示す図である。
本発明の圧電デバイスの製造方法は、少なくとも半導体回路を搭載した半導体回路基板２１と、この半導体回路基板２１上に搭載され、凹部２２を有して一体形成されたキャップ２３と、このキャップ２３の凹部２２に配置された圧電振動素子２４とを備えた圧電デバイスの製造方法である。特に、キャップ２３の角部２３ｂに面取りされた傾斜面２３ｃを形成する工程を有することを特徴としている。

また、上述したように、キャップ２３の側部２３ａの厚さをＡ、キャップ２３の凹部２２から傾斜面２３ｃまでの最小距離の厚さをＢとした場合に、Ａ≦Ｂの関係を有するように形成されている。この場合、傾斜面２３ｃの角度は４５度であることが好ましい。 まず、キャップウェハにキャビティを形成する（ステップＳ１）。つまり、キャップ２３の凹部（キャビティ）２２を形成する（Ｄ−ＲＩＥ）。次に、キャップウェハを半導体回路基板（ＩＣウエハ）２１上に貼り付ける（ステップＳ２）。つまり、凹部（キャビティ）２２の形成されたキャップ２３を半導体回路基板２１上に貼り付ける（ウェハボンディング）。次に、半導体回路基板（ＩＣウェハ）を研磨する（ステップＳ３）。次に、シリコンスルービア（ＴＳＶ）を形成する（ステップＳ４）。つまり、半導体回路基板２１にＳｉ貫通電極（ＴＳＶ；ｔｈｒｏｕｇｈ−ｓｉｌｉｃｏｎ ｖｉａ）２６を形成する。このＳｉ貫通電極２６は、電子部品である半導体の実装技術の１つであり、シリコン製半導体チップの内部を垂直に貫通する電極である。

次に、キャップウェハを研磨する（ステップＳ５）。次に、Ｖ溝をダイシングにより形成する（ステップＳ６）。つまり、キャップ２３の角部２３ｂに面取りされた傾斜面２３ｃを形成する。このキャップ２３の角部２３ｂに面取りされた傾斜面２３ｃを形成する工程は、スピンドルに装着した面取り用ブレードによってＶ溝形状の面取り切削を遂行するＶ溝形成ダイシング工程である。

次に、ストレート溝を形成する（ステップＳ７）。つまり、Ｖ溝を形成するとともに真っ直ぐな溝を形成する（ハーフカットダイシング）。次に、ダメージ層を除去する（ステップＳ８）。つまり、マイクロクラックを除去する（エッチング工程）。次に、ウェハを個片化するためにフルカットダイシングを行う（ステップＳ９）。

図５（ａ）乃至（ｆ）は、本発明に係る圧電デバイスの製造方法を説明するための工程図である。図５（ａ）において、キャップウェハにキャップ２３の凹部２２を形成する。これは、図４のステップＳ１に相当する。次に、図５（ｂ）において、凹部２２を形成したキャップ２３を半導体回路基板２１上に貼り付ける。これは、図４のステップＳ２に相当する。次に、図５（ｃ）において、キャップ２３を所定の厚さに薄化する。これは、図４のステップＳ５に相当する。次に、図５（ｄ）において、Ｖ溝の形成とストレート溝のハーフカットを行う。これは、図４のステップＳ６及びステップＳ７に相当する。次に、図５（ｅ）において、マイクロクラックを除去する。これは、図４のステップＳ８に相当する。次に、図５（ｆ）において、フルカットダイシングによりウェハを個片化する。これは、図４のステップＳ９に相当する。

図６（ａ）乃至（ｃ）は、図５における工程をさらに具体的に説明するための図で、図６（ａ）は面取り工程、図６（ｂ）はハーフカット工程、図６（ｃ）はフルカット工程を示す図である。
図６（ａ）において、第１のスピンドルに装着した面取り用ブレード３１によってウェハＷの表面に形成されたストリートに沿ってＶ溝の面取り切削を遂行する。次に、図６（ｂ）において、この面取り切削に続いて、第２のスピンドルに装着したハーフカット（不完全切削）用ブレード３２によって面取り部に沿ってハーフカットを遂行する。次に、このハーフカットに続いて、第３のスピンドルに装着したフルカット（完全切断）用ブレード３３によりハーフカット部に沿ってフルカットを遂行する。なお、図中符号３４はウェハＷ固定用の粘着テープを示している。また、１軸に面取り用Ｖ型ブレードを装着し、２軸に切断用ブレードを装着して、面取りと同時に切断することも可能である。

以上のように、基板とキャップとが一体形成されたキャップの角部からの破壊を防ぐために耐衝撃性の優れた構造、つまり、角部が斜めに面取りされた傾斜面を有して耐衝撃性の優れた構造とした圧電デバイス及びその製造方法を実現することができる。

１ 圧電デバイス
２ 圧電振動片
３ 電極部
４，５ 振動腕
６ キャップ
６ａ 上端部
７ 接着剤
８ ロウ材
９ 蓋体
１０ 基部
１１ 傾斜面
２１ 半導体回路基板
２２ 凹部（キャビティ）
２３ キャップ
２３ａ 側部
２３ｂ 角部
２３ｃ 傾斜面
２３ｄ 側壁
２４ 圧電振動素子
２５ 導電性接着剤
２６ 貫通電極
２７ 接続端子
３１ 面取り用ブレード
３２ ハーフカット（不完全切削）用ブレード
３３ フルカット（完全切断）用ブレード

Claims (9)

1. 基板と、該基板上に搭載され、凹部を有して一体形成されたキャップと、該キャップの前記凹部に配置された圧電振動素子とを備え、
   前記キャップの角部に面取りされた傾斜面を有することを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記キャップの側部の厚さをＡ、前記キャップの前記凹部から前記傾斜面までの最小距離の厚さをＢとした場合に、
   Ａ≦Ｂ
   の関係を有することを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記傾斜面の角度が、４０度以上５０度以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電デバイス。
4. 前記基板が、半導体回路を搭載した半導体回路基板であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の圧電デバイス。
5. 基板と、該基板上に搭載され、凹部を有して一体形成されたキャップと、該キャップの前記凹部に配置された圧電振動素子とを備えた圧電デバイスの製造方法であって、
   前記キャップの角部に面取りされた傾斜面を形成する工程を有することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
6. 前記キャップの側部の厚さをＡ、前記キャップの前記凹部から前記傾斜面までの最小距離の厚さをＢとした場合に、
   Ａ≦Ｂ
   の関係を有することを特徴とする請求項５に記載の圧電デバイスの製造方法。
7. 前記傾斜面の角度が、４０度以上５０度以下であることを特徴とする請求項５又は６に記載の圧電デバイスの製造方法。
8. 前記キャップの角部に面取りされた傾斜面を形成する工程が、スピンドルに装着した面取り用ブレードによってＶ溝形状の面取り切削を遂行するＶ溝形成ダイシング工程であることを特徴とする請求項５，６又は７に記載の圧電デバイスの製造方法。
9. 前記基板が、半導体回路を搭載した半導体回路基板であることを特徴とする請求項５乃至８の何れかに記載の圧電デバイスの製造方法。

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