JPH06350371A - 圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

圧電デバイスの製造方法

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JPH06350371A
JPH06350371A JP5138192A JP13819293A JPH06350371A JP H06350371 A JPH06350371 A JP H06350371A JP 5138192 A JP5138192 A JP 5138192A JP 13819293 A JP13819293 A JP 13819293A JP H06350371 A JPH06350371 A JP H06350371A
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piezoelectric plate
piezoelectric
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intermediate support
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JP5138192A
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Yoshihiro Tomita
佳宏 冨田
Akihiro Kanahoshi
章大 金星
Yutaka Taguchi
豊 田口
Kazuo Eda
和生 江田
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高周波に対応する圧電デバイスにおいて、圧
電板の薄板化を可能とするデバイスの製造方法を提供す
る。 【構成】 圧電板１に下部電極２と、圧電板に貫通溝３
を設ける。基板４に穴５を設け、基板全面に中間支持層
６塗布、研磨し、穴５内のみに中間支持層６が埋め込ま
れた構造にする。圧電板１と基板４とを直接接合し、基
板を支持体として圧電板を研磨し、上部電極７を設け、
最後に中間支持層６を溶解除去する。 【効果】 基板を支持体として圧電板の研磨などの作業
が行え、薄い圧電板の加工やハンドリングを容易にす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高周波の振動子やフィル
ターに用いる圧電デバイスの製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、移動体通信機器や個人用携帯電話
機などに用いられる振動子・フィルターなどの圧電デバ
イスは、機器の小型化や使用周波数帯の高周波数化に伴
って、デバイス自体の小型化や、高周波化が望まれてい
る。
【０００３】そこで、従来の圧電デバイスでは、パッケ
ージや圧電板の支持方法の改善などで小型化を図り、圧
電板の研磨精度を上げ薄板化することで高周波化を実現
してきた。以下に図面を参照しながら従来の圧電デバイ
スとして、水晶振動子の一例について説明する。
【０００４】図４は従来の水晶振動子の構成を示すもの
である。２１は水晶板で、水晶板を所望の周波数で発信
する厚さまで研磨し、その両面に励振電極２２を設けた
ものを用いている。２３は導電性接着剤で、水晶板２１
を端面においてパッケージ２４に固着し且つ励振電極２
２と引き出し電極２５との導通を確保している。また、
水晶デバイスは、励振部が基板などから極力自由でなく
ては動作しないか、特性が悪くなるため、水晶板２１を
その端面のみで支持する構成としている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では、圧電板が薄くなるほど圧電板自身がた
わみ、電極形成のためのフォトリソや成膜、実装などの
作業性が悪くなり、これらの作業は厚さ５０μｍ程度が
限界である。
【０００６】また、圧電板を研磨で薄くしようとする
と、研磨時の圧電板自体のたわみが問題となるため、こ
れも厚さ５０μｍ程度が限界である。
【０００７】さらに大面積のウェハになるほど、薄板化
が困難となる。本発明は上記問題点に鑑み、より小型
で、高周波に対応する圧電デバイスを実現するため、圧
電板をより薄板化できる圧電デバイスの製造方法を提供
することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明では、基板に圧電板の励振部よりも広い範囲で
穴を設けた後、前記基板全面に中間支持層を形成し研磨
し、前記穴内のみに前記中間支持層が埋め込まれ且つ表
面が平坦化された構成とし、前記圧電板と前記基板を直
接接合し、上部電極を形成した後、前記中間支持層を溶
解除去している。
【０００９】さらに、直接接合した後、基板をベースと
して圧電板を研磨により薄板化している。
【００１０】
【作用】本発明は上記手段に示すように、基板と圧電板
を直接接合してから電極形成や実装などの作業を行う。
従って、５０μｍ以下の圧電板であっても基板込みの厚
さになるためたわみが発生することなく、フォトリソや
成膜、実装などの作業を容易に行うことができる。
【００１１】さらに、平面度の高い基板に直接接合した
後に圧電板の研磨を行うことで、高い平面度を保った状
態で圧電板の薄板化が容易にできる。また、基板により
支持されているため、大面積の基板に大面積の圧電ウェ
ハを接合し、素子形成の工程を経た後、各素子に分離す
ることが容易になる。
【００１２】ところが、単なる平板を基板として直接接
合すると、電極形成や研磨はできるが、圧電板の励振部
を基板から自由にすることが難しい。そこで本発明は、
中間支持層を基板に埋め込むことで、電極形成や研磨が
問題なく行え、後で中間支持層を溶解除去することで圧
電板の励振部を基板から分離することを可能にしてい
る。
【００１３】
【実施例】（実施例１）以下、本発明の一実施例である
圧電デバイスの製造方法について、図面を参照しながら
説明する。図１は本発明の第１の実施例における圧電デ
バイスの作製方法を示す流れ図である。
【００１４】圧電板１としてＡＴカット水晶を用い、そ
の片面に下部電極２を形成し、圧電板が片持ち梁構造に
なるようにフォトレジストをマスクとしたブラスト加工
で貫通溝３を設ける（ａ）。
【００１５】基板４にもＡＴカット水晶を用い、同様の
ブラスト加工法で貫通しない穴５を設ける。穴５は圧電
板の下部電極２よりも大きい範囲に設ける必要がある。
基板全面に中間支持層６として軟化点約１００℃のエレ
クトロンワックスを基板を１５０℃に加熱しながら塗布
する（ｂ）。
【００１６】これをワックス側から研磨し、基板を元の
厚さ以下まで落とし、基板の穴５の中のみに中間支持層
６が埋め込まれた構造にする（ｃ）。
【００１７】圧電板１と基板４の両方をアンモニア：過
酸化水素：水の混合液で洗浄し親水化処理し、圧電板の
下部電極を設けた側の面と、基板の中間支持層のある面
とを接合させる。加圧した状態で１５０℃で熱処理を行
うと、中間支持層６のワックスが軟化し、下部電極２の
厚さ分の余分なワックスが貫通溝３へ逃げる。一方、圧
電板１と基板４の水晶同士が直接接触する部分は、親水
化処理されているため、水素結合などの引力で引き合
い、さらに３００℃の熱処理により水晶と水晶の間が直
接接合した強固な結合となる。水晶の場合、α−β転移
点が５７３℃であり、これに近い温度履歴により特性が
劣化するため転移点以下の熱処理が好ましい。なお、接
合の際には、基板の穴５の中に下部電極２が入るように
位置合わせを行っている（ｄ）。
【００１８】接合した圧電板１を基板４をベースとして
１０μｍまで研磨を行い、圧電板１の上に上部電極７を
形成する（ｅ）。
【００１９】ここで、各素子間をダイシングにより分離
し、最後に中間支持層６のワックスをトリクレンで溶解
除去する。この際、貫通溝３を通して基板の穴５に溶解
液が浸透し易い構成にしている（ｆ）。
【００２０】以上、基板と圧電体板の接合で示したよう
に、接合したいものの鏡面研磨された面同士を表面処理
し、接触させることで、接着剤などの接着層を介さずに
直接界面間に生ずる接合を、直接接合と呼ぶ。一般的に
熱処理を行なうことで、分子間力による接合から、共有
結合やイオン結合など原子レベルの強力な結合になり、
研磨などの処理が可能となる。ウェハ材料によっては直
接接合の処理中に接合界面に酸化膜が形成され、バッフ
ァ層となる場合もある。
【００２１】接着剤などで接合した場合、接着層がフォ
トリソなどの工程中に侵される恐れがあるが、直接接合
の場合は通常の工程が可能である。接合強度においても
接着剤よりも強力であるため、接合面積を小さくし、素
子の小型化を図ることができる。さらに、接着剤のよう
に透湿やガスの発生がないので、湿度や腐食を嫌うデバ
イスの固定やパッケージの接合に最適である。
【００２２】本実施例によれば、中間支持層を埋め込ん
だ基板と圧電板を直接接合し、電極形成や研磨を行った
後、中間支持層を取り除くことで、圧電板の薄板加工と
共に、薄板上への電極形成やハンドリングを容易とし、
さらに圧電板の励振部を基板から分離する構造を可能と
する。
【００２３】（実施例２）以下本発明の第２の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。図２は本発明の第
２の実施例を示す流れ図である。
【００２４】図１と同様、基板４としてタンタル酸リチ
ウムを用い、穴５を設け、中間支持層６として軟化点約
３００℃のガラス層を設け研磨し、穴５の中のみに中間
支持層６が埋め込まれた構造にする（ａ）。
【００２５】基板４上に圧電板１としてタンタル酸リチ
ウムを第１の実施例と同様の手順で直接接合する。タン
タル酸リチウムのキュリー点が６０３℃であるので、４
００℃で熱処理を行った（ｂ）。
【００２６】基板４をベースとして圧電板１を１０μｍ
まで研磨し、基板の裏面も研磨し、中間支持層６を露出
させ、圧電板１の上に上部電極７を形成する（ｃ）。
【００２７】圧電板１を片持ち梁構造になるように貫通
溝３を設け、希フッ酸で中間支持層のガラスをエッチン
グ除去する。最後に、裏面から下部電極２を成膜する
（ｄ）。
【００２８】第１の実施例と異なり、圧電板のタンタル
酸リチウムと中間支持層のガラスとの間でも直接接合で
きるため、より強固な接合が可能である。また、接合す
る面に全く凹凸がないため、接合時に加圧を行わなくて
も自らの引力で接合が進む。
【００２９】（実施例３）以下本発明の第３の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。図３は本発明の第
３の実施例を示す流れ図である。図２に近い作製法であ
るが若干異なる部分がある。
【００３０】基板４に穴５を明け、下部電極７を成膜
し、中間支持層６を設け研磨を行い、穴の中に下部電極
と中間支持層が埋め込まれた構成にする（ａ）。
【００３１】基板４と圧電板１を直接接合し、基板をベ
ースとして圧電板１を研磨する（ｂ）。
【００３２】圧電板１を片持ち梁構造になるように貫通
溝３を設け、中間支持層６を若干エッチングし貫通溝近
傍の下部電極を露出させる。この上に上部電極７を形成
し下部電極の引き出し部も同時に形成する（ｃ）。
【００３３】中間支持層６を溶解除去し、圧電板１と下
部電極２との間に空隙を設けた容量結合型の振動子を作
製した（ｄ）。
【００３４】本発明の三つの実施例に示すように研磨や
電極形成などの手順が前後入れ替わったとしても、フォ
トリソなどの複雑な作業を行う際に圧電板が中間支持層
により基板に固着されていれば同様の効果が得られる。
【００３５】なお、本実施例において用いた直接接合
は、圧電板として水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸
リチウム、基板として水晶、シリコン、ガラス、タンタ
ル酸リチウム、ニオブ酸リチウムのどの組み合わせにお
いても有効であることを確認した。特に圧電板か基板の
どちらかに酸化珪素膜または窒化珪素からなるバッファ
層を入れることでより強固な接合を行うことができる。
さらに、直接接合の際圧電板と基板の間に高電界を印加
することで接合面近傍のイオンが移動し、より低温で圧
電板と基板の強固な接合ができる。
【００３６】但し材料選定にあたり、基板と圧電板との
間に温度変化による応力が発生し、実際の圧電デバイス
の特性が劣化する場合があるので、圧電板と基板が同種
材料であることが望ましい。
【００３７】
【発明の効果】以上のように本発明は、基板に設けた穴
のみに中間支持層が埋め込まれた構成とし、これに圧電
板を直接接合してから圧電板の研磨や電極形成などの作
業を行い、中間支持層を後から溶解除去することによ
り、５０μｍ以下の厚さの圧電板でも容易に研磨や電極
形成などの作業を行うことができ、且つ圧電板と基板と
が分離された構造を可能とし、圧電板をより薄板化した
圧電デバイスの製造を実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の圧電デバイスの製造方
法を示す流れ図
【図２】本発明の第２の実施例の圧電デバイスの製造方
法を示す流れ図
【図３】本発明の第３の実施例の圧電デバイスの製造方
法を示す流れ図
【図４】従来の圧電デバイスの断面図
【符号の説明】
１ 圧電板 ２ 下部電極 ３ 貫通溝 ４ 基板 ５ 穴部 ６ 中間支持層 ７ 上部電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江田 和生 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】圧電板と基板とを直接接合した圧電デバイ
    スにおいて、基板に圧電体の励振部よりも広い範囲で穴
    を設けた後、前記基板全面に中間支持層を形成し研磨
    し、前記穴内のみに前記中間支持層が埋め込まれ且つ表
    面が平坦化された構成とし、前記圧電板と前記基板を直
    接接合し、前記圧電板上に上部電極を形成し、前記中間
    支持層を溶解除去することを特徴とする圧電デバイスの
    製造方法。
  2. 【請求項２】直接接合後、基板をベースとして圧電板を
    研磨することを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス
    の製造方法。
  3. 【請求項３】あらかじめ、圧電板の接合を行う側に下部
    電極と、支持部を残して励振部を囲み圧電板を貫通する
    溝を設け、基板に設ける穴が、前記圧電板の下部電極よ
    りも広く、且つ前記貫通溝と少なくとも一部で重なって
    いることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイスの製
    造方法。
  4. 【請求項４】直接接合後、支持部を残して励振部を囲み
    圧電板を貫通する溝を設けることを特徴とする請求項１
    記載の圧電デバイスの製造方法。
  5. 【請求項５】基板に設ける穴が基板を貫通せず、前記穴
    を形成後電極膜を成膜し、その上に中間支持層を形成す
    ることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイスの製造
    方法。
  6. 【請求項６】中間支持層に、圧電板の特性が劣化する温
    度以下で軟化するガラスもしくは有機物材料を用いるこ
    とを特徴とする請求項１記載の圧電デバイスの製造方
    法。
  7. 【請求項７】圧電板が水晶またはニオブ酸リチウムまた
    はタンタル酸リチウムであることを特徴とする請求項１
    記載の圧電デバイスの製造方法。
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