特開 2024-170121 機能デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024170121

(43)【公開日】2024-12-06

(54)【発明の名称】機能デバイス

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/10 20060101AFI20241129BHJP

   H03B 5/32 20060101ALI20241129BHJP

【ＦＩ】

H03H9/10

H03B5/32 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023087108

(22)【出願日】2023-05-26

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091292

【弁理士】

【氏名又は名称】増田 達哉

(74)【代理人】

【識別番号】100173428

【弁理士】

【氏名又は名称】藤谷 泰之

(74)【代理人】

【識別番号】100091627

【弁理士】

【氏名又は名称】朝比 一夫

(72)【発明者】

【氏名】橋 幸弘

(72)【発明者】

【氏名】竹内 淳一

(72)【発明者】

【氏名】鎌倉 知之

(72)【発明者】

【氏名】宮坂 英男

【テーマコード（参考）】

5J079

5J108

【Ｆターム（参考）】

5J079AA04

5J079BA43

5J079BA47

5J079HA03

5J079HA07

5J079HA25

5J079HA29

5J108BB02

5J108CC04

5J108DD02

5J108EE07

5J108EE18

5J108FF13

5J108GG03

5J108GG14

(57)【要約】

【課題】衝撃や応力を効果的に吸収または緩和することのできる機能デバイスを提供する。
【解決手段】機能デバイスは、表裏関係にある第１面および第２面を有するベース基板と、前記第１面に配置されている第１導電層と、前記ベース基板の前記第１面側に配置されている素子基板および前記素子基板の前記ベース基板側の面に配置されている第２導電層を備える機能素子と、前記ベース基板と前記第１導電層との間および前記素子基板と前記第２導電層との間の少なくとも一方に配置されている中空層と、を有し、前記ベース基板の平面視で前記中空層と重なる位置において、前記第１導電層と前記第２導電層とが接合されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

表裏関係にある第１面および第２面を有するベース基板と、
前記第１面に配置されている第１導電層と、
前記ベース基板の前記第１面側に配置されている素子基板および前記素子基板の前記ベース基板側の面に配置されている第２導電層を備える機能素子と、
前記ベース基板と前記第１導電層との間および前記素子基板と前記第２導電層との間の少なくとも一方に配置されている中空層と、を有し、
前記ベース基板の平面視で前記中空層と重なる位置において、前記第１導電層と前記第２導電層とが接合されていることを特徴とする機能デバイス。

【請求項2】

前記第１導電層と前記第２導電層とを接合している接合部材を有する請求項１に記載の機能デバイス。

【請求項3】

前記ベース基板と前記第１導電層との間に配置されている第１樹脂層を有し、
前記第１樹脂層と前記第１導電層との間に前記中空層が形成されている請求項１に記載の機能デバイス。

【請求項4】

前記第１導電層の前記中空層上に位置している部分は、前記第２導電層との接合部分の周囲において円弧上に湾曲している請求項３に記載の機能デバイス。

【請求項5】

前記ベース基板と前記第１導電層との間に配置されている第１樹脂層を有し、
前記第１樹脂層と前記ベース基板との間に前記中空層が形成されている請求項１に記載の機能デバイス。

【請求項6】

前記中空層は、前記ベース基板と前記第１導電層とによって気密に囲まれた空間内に位置している請求項１ないし５のいずれか１項に記載の機能デバイス。

【請求項7】

前記素子基板と前記第２導電層との間に配置されている第２樹脂層を有し、
前記第２樹脂層と前記第２導電層との間に前記中空層が形成されている請求項１に記載の機能デバイス。

【請求項8】

前記第２導電層の前記中空層上に位置している部分は、前記第１導電層との接合部分の周囲において円弧上に湾曲している請求項７に記載の機能デバイス。

【請求項9】

前記素子基板と前記第２導電層との間に配置されている第２樹脂層を有し、
前記第２樹脂層と前記素子基板との間に前記中空層が形成されている請求項１に記載の機能デバイス。

【請求項10】

前記中空層は、前記素子基板と前記第２導電層とによって気密に囲まれた空間内に位置している請求項１または７ないし９のいずれか１項に記載の機能デバイス。

【請求項11】

前記機能素子は、振動素子である請求項１ないし５および７ないし９のいずれか１項に記載の機能デバイス。

【請求項12】

前記ベース基板および前記素子基板は、線膨張係数が互いに異なる請求項１１に記載の機能デバイス。

【請求項13】

前記ベース基板は、半導体基板であり、
前記ベース基板の前記第２面側に配置され、前記振動素子を発振させる発振回路を有する請求項１１に記載の機能デバイス。

【請求項14】

前記ベース基板は、半導体基板であり、
前記ベース基板の前記第１面側に配置され、前記振動素子を発振させる発振回路を有する請求項１１に記載の機能デバイス。

【請求項15】

前記ベース基板に接合され、前記ベース基板との間に前記振動素子を収容するリッドを有する請求項１２に記載の機能デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、機能デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、筐体と、金属バンプを介して筐体に接合された水晶振動片と、筐体との間に水晶振動片を収容するように筐体に接合されている蓋体と、を有する圧電振動デバイスが開示されている。

【0003】

また、特許文献２には、ベースと、ベースの上面側に位置する振動素子と、上面に配置されている導電層と、ベースと振動素子との間に配置され、ベースと振動素子とを接合する金属バンプと、ベースと導電層との間に介在し、金属バンプよりも弾性率が小さい低弾性率層と、を有する振動デバイスが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９－２０６６１４号公報

【特許文献2】特開２０２２－０８５８３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の場合、硬質な金属バンプにより筐体と水晶振動片とが接合されているため、金属バンプによる衝撃緩和効果が小さく、衝撃が金属バンプを介して水晶振動片に伝わり易い。したがって、十分な耐衝撃性を発揮することができない。これに対して、特許文献２の場合、低弾性率層による衝撃緩和効果によって衝撃が金属バンプを介して振動素子に伝わり難くなるが、それでも、十分な耐衝撃性を発揮することができないおそれがある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の機能デバイスは、表裏関係にある第１面および第２面を有するベース基板と、
前記第１面に配置されている第１導電層と、
前記ベース基板の前記第１面側に配置されている素子基板および前記素子基板の前記ベース基板側の面に配置されている第２導電層を備える機能素子と、
前記ベース基板と前記第１導電層との間および前記素子基板と前記第２導電層との間の少なくとも一方に配置されている中空層と、を有し、
前記ベース基板の平面視で前記中空層と重なる位置において、前記第１導電層と前記第２導電層とが接合されている。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態に係る機能デバイスを示す断面図である。

【図2】ベース基板の上面図である。

【図3】内部端子の断面図である。

【図4】内部端子の断面図である。

【図5】振動素子の上面図である。

【図6】機能デバイスの製造方法を説明するための断面図である。

【図7】機能デバイスの製造方法を説明するための断面図である。

【図8】機能デバイスの製造方法を説明するための断面図である。

【図9】機能デバイスの製造方法を説明するための断面図である。

【図10】機能デバイスの製造方法を説明するための断面図である。

【図11】機能デバイスの製造方法を説明するための断面図である。

【図12】機能デバイスの製造方法を説明するための断面図である。

【図13】機能デバイスの製造方法を説明するための断面図である。

【図14】第２実施形態に係る機能デバイスを示す断面図である。

【図15】第２実施形態に係る機能デバイスを示す断面図である。

【図16】第３実施形態に係る機能デバイスを示す断面図である。

【図17】振動素子が有する端子の断面図である。

【図18】振動素子が有する端子の断面図である。

【図19】第４実施形態に係る機能デバイスを示す断面図である。

【図20】第４実施形態に係る機能デバイスを示す断面図である。

【図21】第５実施形態に係る機能デバイスを示す断面図である。

【図22】第５実施形態に係る機能デバイスを示す断面図である。

【図23】第６実施形態に係る機能デバイスを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明の機能デバイスを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

【0009】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る機能デバイスを示す断面図である。図２は、ベース基板の上面図である。図３および図４は、内部端子の断面図である。図５は、振動素子の上面図である。図６ないし図１３は、それぞれ、機能デバイスの製造方法を説明するための断面図である。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軸方向の矢印が向く側を「上」とも言い、反対側を「下」とも言う。また、Ｚ軸方向からの平面視を単に「平面視」とも言う。

【0010】

図１に示す機能デバイス１は、発振器である。このような機能デバイス１は、ベース基板２と、ベース基板２の上面２ａ側に配置された機能素子である振動素子３と、振動素子３とベース基板２とを接合する接合部材Ｂ１、Ｂ２と、振動素子３を覆ってベース基板２の上面２ａに接合されたリッド４と、ベース基板２の下面２ｂ側に配置された発振回路６と、を有する。このような機能デバイス１では、ベース基板２とリッド４とで形成されたパッケージＰが有する収容空間Ｓに振動素子３が収容されている。

【0011】

ベース基板２は、半導体基板、特に、シリコン基板である。ただし、ベース基板２としては、特に限定されず、例えば、Ｇｅ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等のシリコン以外の半導体材料で構成された基板を用いてもよい。

【0012】

また、ベース基板２は、表裏関係にある第１面としての上面２ａおよび第２面としての下面２ｂを有する。また、ベース基板２には、上面２ａと下面２ｂとを貫通する一対の貫通孔２１、２２が形成されている。貫通孔２１、２２は、それぞれ、上面２ａ側の開口が下面２ｂ側の開口よりも大きいテーパー状をなす。また、ベース基板２の表面は、絶縁層２０で覆われている。絶縁層２０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）で構成されている。絶縁層２０は、例えば、スパッタリングやＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により形成することができる。ただし、絶縁層２０の構成材料や形成方法は、特に限定されない。

【0013】

また、ベース基板２の上面２ａには、第１樹脂層５１１、５１２が配置されている。これら第１樹脂層５１１、５１２は、後述するように、振動素子３の端子３２３、３２４と重なるように配置されている。また、第１樹脂層５１１、５１２の弾性率（ヤング率）は、接合部材Ｂ１、Ｂ２の弾性率よりも小さい。つまり、第１樹脂層５１１、５１２は、接合部材Ｂ１、Ｂ２よりも柔らかい。なお、第１樹脂層５１１、５１２の弾性率は、特に限定されないが、接合部材Ｂ１、Ｂ２の弾性率の１／１０以下であることが好ましく、１／５０以下であることがより好ましく、１／１００以下であることがさらに好ましい。これにより、十分に柔らかい第１樹脂層５１１、５１２となる。

【0014】

第１樹脂層５１１、５１２の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂等の紫外線硬化型等の感光性樹脂材料であることが好ましい。特に、本実施形態では、フェノール樹脂を用いている。これにより、第１樹脂層５１１、５１２の微細加工が可能となり、第１樹脂層５１１、５１２を精度よく形成することができると共に、機能デバイス１の小型化を図ることができる。また、半導体プロセスを用いて第１樹脂層５１１、５１２を形成することができるため、機能デバイス１を効率的に製造することができる。なお、第１樹脂層５１１、５１２には、例えば、線膨張係数を調整する目的、導電性を付与する目的、その他の目的等によって金属フィラー等の添加物が混合されていてもよい。

【0015】

なお、本実施形態では、第１樹脂層５１１、５１２が上面２ａに配置されているが、これに限定されず、第１樹脂層５１１、５１２と上面２ａとの間に別の層が介在していてもよい。

【0016】

また、ベース基板２の下面２ｂ側には、振動素子３と電気的に接続された発振回路６が形成されている。発振回路６は、振動素子３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。これにより、機能デバイスが発振器となり、高い汎用性および需要を期待することができる。

【0017】

また、発振回路６は、ベース基板２の下面２ｂに形成されたトランジスタ等の複数の素子６０と、下面２ｂに積層された絶縁層６１と、絶縁層６１の下面に積層された配線層６２と、配線層６２の下面に積層された絶縁層６３と、絶縁層６３の下面に積層されたパッシベーション膜６４と、パッシベーション膜６４の下面に積層された端子層６５と、を有する。そして、配線層６２に含まれる配線や層間を貫通する貫通電極を介して複数の素子６０同士が電気的に接続されることで発振回路６が構成されている。

【0018】

このように、ベース基板２に発振回路６を形成することで、ベース基板２の空きスペースを有効活用することができる。特に、下面２ｂ側に発振回路６を形成することで、リッド４との接合領域がない分、上面２ａ側に発振回路６を形成する場合と比べて、発振回路６の形成可能領域が広くなる。そのため、発振回路６の設計自由度が増す。なお、本実施形態では、発振回路６が１つの配線層６２を含む構成であるが、これに限定されず、複数の配線層６２が絶縁層６３を介して積層されていてもよい。つまり、絶縁層６１とパッシベーション膜６４との間に、配線層６２と絶縁層６３とが交互に複数回積層されていてもよい。これにより、配線の引き回し自由度が向上し、回路設計が容易となる。

【0019】

また、絶縁層６１には、上面と下面とを貫通する貫通孔６１１、６１２が形成されている。貫通孔６１１は、貫通孔２１と同軸的に形成され、貫通孔２１と連通している。また、貫通孔６１１は、貫通孔２１の下側開口よりも小径であり、貫通孔２１と貫通孔６１１との間に絶縁層６１の上面からなる段差面が形成されている。以下では、貫通孔２１および貫通孔６１１が連通してなり、上面２ａから絶縁層６１の下面までを貫通する貫通孔を「貫通孔Ｈ１」とも言う。同様に、貫通孔６１２は、貫通孔２２と同軸的に形成され、貫通孔２２と連通している。また、貫通孔６１２は、貫通孔２２の下側開口よりも小径であり、貫通孔２２と貫通孔６１２との間に絶縁層６１の上面からなる段差面が形成されている。以下では、貫通孔２２および貫通孔６１２が連通してなり、上面２ａから絶縁層６１の下面までを貫通する貫通孔を「貫通孔Ｈ２」とも言う。

【0020】

また、配線層６２は、貫通孔Ｈ１と重なり、貫通孔Ｈ１内に露出する電極パッド６２１と、貫通孔Ｈ２と重なり、貫通孔Ｈ２内に露出する電極パッド６２２と、を有する。また、端子層６５は、発振回路６を外部装置と接続するための複数の外部端子６５１を有する。各外部端子６５１は、絶縁層６３およびパッシベーション膜６４を貫通して配線層６２と電気的に接続されている。

【0021】

また、ベース基板２には、ベース基板２の上面２ａ側から貫通孔Ｈ１内を通って電極パッド６２１と電気的に接続された配線層７１と、ベース基板２の上面２ａ側から貫通孔Ｈ２内を通って電極パッド６２２と電気的に接続された配線層７２と、を有する。また、図２に示すように、配線層７１は、上面２ａに配置され、振動素子３が接合される第１導電層としての内部端子７１１を有する。同様に、配線層７２は、上面２ａに配置され、振動素子３が接合される第１導電層としての内部端子７２１を有する。

【0022】

また、図３および図４に示すように、内部端子７１１は、第１樹脂層５１１の表面全域を覆い、内部端子７２１は、第１樹脂層５１２の表面全域を覆っている。つまり、中空層８１、８２は、ベース基板２と内部端子７１１、７２１とによって気密に囲まれた空間内に位置している。そのため、第１樹脂層５１１、５１２から発生するガス（アウトガス）を内部端子７１１、７２１内に閉じ込めることができ、ガスが収容空間Ｓ内に放出されるのを抑制することができる。そのため、例えば、ガスに起因した収容空間Ｓ内の雰囲気の汚染や圧力変化等による振動素子３の振動特性の変化、悪化を抑制することができる。そのため、信頼性に優れた機能デバイス１となる。

【0023】

また、内部端子７１１と第１樹脂層５１１との間には中空層８１が形成され、内部端子７２１と第１樹脂層５１２との間には中空層８２が形成されている。つまり、内部端子７１１の一部が第１樹脂層５１１から浮き上がり、内部端子７２１の一部が第１樹脂層５１２から浮き上がっている。そして、内部端子７１１は、平面視で中空層８１と重なる部分つまり第１樹脂層５１１から浮き上がっている部分である易変形部７１１ａにおいて接合部材Ｂ１を介して振動素子３と接合され、内部端子７２１は、平面視で中空層８２と重なる部分つまり第１樹脂層５１２から浮き上がっている部分である易変形部７２１ａにおいて接合部材Ｂ２を介して振動素子３と接合されている。

【0024】

このような構成によれば、易変形部７１１ａ、７２１ａが変形することで、パッケージＰに印加された衝撃を効果的に吸収、緩和することができる。したがって、振動素子３に衝撃が伝わり難く、優れた耐衝撃性を有する機能デバイス１となる。特に、中空層８１、８２が第１樹脂層５１１、５１２から発生したガスによって満たされることでダンパーとして機能し、易変形部７１１ａ、７２１ａが弾性変形することで、衝撃によって生じた振動素子３全体を揺らす不要振動をより短い時間で収束させることもできる。そのため、機能デバイス１の振動特性がより安定する。

【0025】

なお、中空層８１、８２が位置している、ベース基板２と内部端子７１１、７２１とによって囲まれた空間は、気密空間でなくてもよい。例えば、中空層８１、８２と内部端子７１１の外側の空間とを連通する孔が内部端子７１１に形成されていてもよい。そのような構成によっても、易変形部７１１ａ、７２１ａが変形することで、パッケージＰに印加された衝撃を効果的に吸収、緩和することができる。

【0026】

また、変形した易変形部７１１ａ、７２１ａが直下にある第１樹脂層５１１、５１２に接触することにより、それ以上の過度な変形が抑制され、易変形部７１１ａ、７２１ａの過度な塑性変形、破損等を効果的に抑制することもできる。また、本実施形態では、ベース基板２がシリコン基板であり、素子基板３１が後述するように水晶基板であるため、これらの線膨張係数が互いに異なっている。このような線膨張係数の差に起因して両者の間に生じる熱応力についても、易変形部７１１ａ、７２１ａの弾性変形によって効果的に吸収、緩和することができる。したがって、振動素子３に応力が伝わり難く、優れた振動特性を有する機能デバイス１となる。

【0027】

また、易変形部７１１ａは、ベース基板２の上面２ａに垂直な断面視で、接合部材Ｂ１との接合部分つまり端子３２３との接合部分７１１ｂの周囲において円弧上に湾曲している。同様に、易変形部７２１ａは、ベース基板２の上面２ａに垂直な断面視で、接合部材Ｂ２との接合部分つまり端子３２４との接合部分７２１ｂの周囲において円弧上に湾曲している。言い換えると、易変形部７１１ａ、７２１ａは、接合部材Ｂ１、Ｂ２との接合部分７１１ｂ、７２１ｂの周囲において角部を有さない。これにより、弾性変形時の応力集中が緩和され、易変形部７１１ａ、７２１ａの機械的強度が増す。そのため、より大きな衝撃にも耐えることができ、優れた耐衝撃性を有する機能デバイス１となる。ただし、易変形部７１１ａ、７２１ａの構成は、特に限定されず、角部を有していてもよい。

【0028】

配線層７１、７２の構成としては、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、ＴｉＷ（チタンタングステン合金）層とＣｕ（銅）層との積層体で構成された下地層に、ＴｉＷ（チタンタングステン合金）層とＡｕ（金）層との積層体で構成された表層を積層した４層構成となっている。つまり、上面２ａ側からＴｉＷ層、Ｃｕ層、ＴｉＷ層、Ａｕ層が順に積層された構成となっている。このような構成によれば、高価なＡｕ層を薄くしたまま、Ｃｕ層を厚くすることにより配線層７１、７２全体を厚くすることができる。そのため、比較的安価に、衝撃印加時の変形にも十分に耐え得る機械的強度を有する配線層７１、７２を形成することができる。なお、配線層７１、７２の構成としては、上面２ａ側からＴｉ層、Ｃｕ層、Ｔｉ層、Ａｕ層が順に積層された構成としてもよい。

【0029】

配線層７１、７２の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、１２００ｎｍ以上であることが好ましく、１５００ｎｍ以上であることがより好ましい。これにより、配線層７１、７２の機械的強度が十分となり、前述した変形にもより確実に耐えることができる。

【0030】

リッド４は、ベース基板２と同様、シリコン基板である。これにより、ベース基板２とリッド４との線膨張係数が等しくなり、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機能デバイス１となる。また、機能デバイス１を半導体プロセスによって形成することができるため、機能デバイス１を精度よく製造することができると共に、その小型化を図ることができる。ただし、リッド４としては、特に限定されず、シリコン以外の半導体基板、例えば、Ｇｅ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体基板を用いてもよい。

【0031】

図１に示すように、リッド４は、その下面に開口し、内部に振動素子３を収容する有底の凹部４１を有する。そして、リッド４は、その下面において接合部材を介してベース基板２の上面に接合されている。これにより、リッド４とベース基板２との間に振動素子３を収容する収容空間Ｓが形成される。そのため、振動素子３が保護される。収容空間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３の発振特性が向上する。ただし、収容空間Ｓの雰囲気は、特に限定されない。

【0032】

図５に示すように、振動素子３は、素子基板３１と、素子基板３１の表面に配置された電極と、を有する。素子基板３１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いるため、優れた温度特性を有する振動素子３となる。また、電極は、素子基板３１の上面に配置された励振電極３２１と、下面に励振電極３２１と対向して配置された励振電極３２２と、を有する。また、電極は、素子基板３１の下面に配置された第２導電層としての一対の端子３２３、３２４と、端子３２３と励振電極３２１とを電気的に接続する配線３２５と、端子３２４と励振電極３２２とを電気的に接続する配線３２６と、を有する。

【0033】

なお、振動素子３の構成は、上述の構成に限定されない。例えば、振動素子３は、励振電極３２１、３２２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、素子基板３１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。

【0034】

また、振動素子３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、複数の振動腕が面内方向に屈曲振動する振動素子であってもよい。つまり、素子基板３１は、ＡＴカット水晶基板から形成されたものに限定されず、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カット水晶基板等から形成されていてもよい。また、本実施形態では、素子基板３１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、ランガライト、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３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。

【0035】

このような振動素子３は、導電性の接合部材Ｂ１、Ｂ２によって内部端子７１１、７２１に接合されている。接合部材Ｂ１は、内部端子７１１の易変形部７１１ａと端子３２３とを機械的に接合すると共に電気的に接続する。また、接合部材Ｂ２は、内部端子７２１の易変形部７２１ａと端子３２４とを機械的に接合すると共に電気的に接続する。これにより、振動素子３がベース基板２に支持されると共に、振動素子３が発振回路６に電気的に接続される。

【0036】

接合部材Ｂ１、Ｂ２は、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である。これにより、接合部材Ｂ１、Ｂ２からのガスの発生を抑制でき、例えば、ガスに起因した収容空間Ｓ内の雰囲気の汚染や圧力変化等による振動素子３の振動特性の変化、悪化を抑制することができる。そのため、信頼性に優れた機能デバイス１となる。また、接合部材Ｂ１、Ｂ２が濡れ広がらないので、接合部材Ｂ１、Ｂ２およびこれらの離間距離を小さくすることができ、機能デバイス１の小型化を図ることもできる。ただし、接合部材Ｂ１、Ｂ２としては、特に限定されず、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であってもよい。

【0037】

以上、機能デバイス１の構成について説明した。次に、機能デバイス１の製造方法の一例について説明する。ただし、機能デバイス１の製造方法は、特に限定されない。

【0038】

まず、図６に示すように、下面２ｂ側に発振回路６を有するベース基板２が多数形成されたウエハＷを準備する。次に、図７に示すように、フォトリソグラフィー法を用いてベース基板２の上面２ａに第１樹脂層５１１、５１２を形成する。次に、図８に示すように、スパッタリングを用いてベース基板２に配線層７１、７２を形成する。次に、図９に示すように、レジストパターンを形成し、内部端子７１１、７２１上に金メッキを成長させることで接合部材Ｂ１、Ｂ２を形成する（ただし、内部端子７１１および接合部材Ｂ１については図示しない。以下同様。）。次に、レジストパターンを除去した後、図１０に示すように、ボンディングツールＢＴで振動素子３を加熱しながら接合部材Ｂ１、Ｂ２に押し当てて熱圧着し、振動素子３と接合部材Ｂ１、Ｂ２とを接合する。また、ボンディングツールＢＴによる加圧によって、第１樹脂層５１１、５１２と内部端子７１１、７２１との境界に応力を加え、これらの密着性を弱める。つまり、本工程は、振動素子３と接合部材Ｂ１、Ｂ２との接合と、第１樹脂層５１１、５１２と内部端子７１１、７２１との密着性の低下と、を実現できる力で行われる。なお、本工程では、さらに超音波を印加してもよい。

【0039】

次に、ベース基板２を加熱する。本実施形態では、例えば２７０℃程度に加熱する。当該加熱によって、図１１に示すように、内部端子７１１、７２１が加熱により変形し、内部端子７１１、７２１の一部が第１樹脂層５１１、５１２から剥がれることで、易変形部７１１ａ、７２１ａおよび中空層８１、８２が形成される。なお、加熱の温度は、本実施形態では２７０℃程度であるが、これに限られない。具体的には、加熱により内部端子７１１、７２１が変形して、中空層８１、８２が形成されるほどの温度に設定することができる。また、中空層８１、８２の形成方法としては、上述の方法に限定されず、加熱により第１樹脂層５１１、５１２を収縮させて、第１樹脂層５１１、５１２の一部が内部端子７１１、７２１から剥がれることで、中空層８１、８２を形成してもよい。

【0040】

次に、図１２に示すように、ベース基板２の上面２ａにリッド４を接合する。これにより、ウエハＷ上に多数の機能デバイス１が一体形成される。最後に、図１３に示すように、機能デバイス１を個片化する。以上より、機能デバイス１が得られる。このような製造方法によれば、中空層８１、８２を容易に形成することができる。

【0041】

以上、機能デバイス１について説明した。このような機能デバイス１は、前述したように、表裏関係にある第１面である上面２ａおよび第２面である下面２ｂを有するベース基板２と、上面２ａに配置されている第１導電層である内部端子７１１、７２１と、ベース基板２の上面２ａ側に配置されている素子基板３１および素子基板３１のベース基板２側の面に配置されている第２導電層である端子３２３、３２４を備える機能素子である振動素子３と、ベース基板２と内部端子７１１、７２１との間および素子基板３１と端子３２３、３２４との間の少なくとも一方、本実施形態では前者に配置されている中空層８１、８２と、を有し、ベース基板２の平面視で中空層８１、８２と重なる位置において、内部端子７１１、７２１と端子３２３、３２４とが接合されている。このような構成によれば、易変形部７１１ａ、７２１ａの変形によって印加された衝撃を効果的に吸収、緩和することができる。したがって、振動素子３に衝撃が伝わり難く、優れた耐衝撃性を有する機能デバイス１となる。

【0042】

また、前述したように、機能デバイス１は、内部端子７１１、７２１と端子３２３、３２４とを接合している接合部材Ｂ１、Ｂ２を有する。これにより、内部端子７１１、７２１と端子３２３、３２４とを容易に接合することができる。

【0043】

また、前述したように、機能デバイス１は、ベース基板２と内部端子７１１、７２１との間に配置されている第１樹脂層５１１、５１２を有し、第１樹脂層５１１、５１２と内部端子７１１、７２１との間に中空層８１、８２が形成されている。これにより、印加された衝撃によって変形した易変形部７１１ａ、７２１ａが直下にある第１樹脂層５１１、５１２に接触することで、それ以上の過度な変形が抑制される。そのため、易変形部７１１ａ、７２１ａの過度な塑性変形、破損等を効果的に抑制することができる。

【0044】

また、前述したように、内部端子７１１、７２１の中空層８１、８２上に位置している部分である易変形部７１１ａ、７２１ａは、端子３２３、３２４との接合部分の周囲において円弧上に湾曲している。これにより、印加された衝撃による弾性変形時の応力集中が緩和され、易変形部７１１ａ、７２１ａの機械的強度が増す。そのため、より大きな衝撃にも耐えることができ、優れた耐衝撃性を有する機能デバイス１となる。

【0045】

また、前述したように、中空層８１、８２は、ベース基板２と内部端子７１１、７２１とによって気密に囲まれた空間内に位置している。これにより、第１樹脂層５１１、５１２から発生するガスを内部端子７１１、７２１内に閉じ込めることができる。特に、本実施形態の場合には、ガスが収容空間Ｓ内に放出されるのを抑制することができ、ガスに起因した収容空間Ｓ内の雰囲気の汚染や圧力変化等による振動素子３の振動特性の変化、悪化を抑制することができる。

【0046】

また、前述したように、機能素子は、振動素子３である。これにより、機能デバイス１を振動子として用いることができる。

【0047】

また、前述したように、ベース基板２および素子基板３１は、線膨張係数が互いに異なる。これにより、ベース基板２および素子基板３１の線膨張係数の差に起因して生じる熱応力についても、易変形部７１１ａ、７２１ａの弾性変形によって効果的に吸収、緩和することができる。

【0048】

また、前述したように、機能デバイス１は、ベース基板２の下面２ｂ側に配置され、振動素子３を発振させる発振回路６を有する。これにより、機能デバイス１を発振デバイスとして用いることができる。

【0049】

また、前述したように、機能デバイス１は、ベース基板２に接合され、ベース基板２との間に振動素子３を収容するリッド４を有する。これにより、振動素子３を保護することができる。

【0050】

＜第２実施形態＞
図１４および図１５は、それぞれ、第２実施形態に係る機能デバイスを示す断面図である。

【0051】

本実施形態に係る機能デバイス１は、中空層８１、８２の位置が異なること以外は、前述した第１実施形態の機能デバイス１と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態の機能デバイス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、本実施形態の各図では、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。

【0052】

図１４および図１５に示すように、本実施形態の機能デバイス１では、中空層８１がベース基板２と第１樹脂層５１１との間に配置され、中空層８２がベース基板２と第１樹脂層５１２との間に配置されている。このような構成では、内部端子７１１と第１樹脂層５１１との積層体および内部端子７２１と第１樹脂層５１２との積層体が弾性することにより、パッケージＰに印加された衝撃が吸収、緩和される。そのため、前述した第１実施形態と同様、振動素子３に衝撃が伝わり難く、優れた耐衝撃性を有する機能デバイス１となる。特に、易変形部７１１ａ、７２１ａが第１樹脂層５１１、５１２で補強されるため、前述した第１実施形態と比べて易変形部７１１ａ、７２１ａの機械的強度が増す。

【0053】

以上のような機能デバイス１は、前述したように、ベース基板２と内部端子７１１、７２１との間に配置されている第１樹脂層５１１、５１２を有し、第１樹脂層５１１、５１２とベース基板２との間に中空層８１、８２が形成されている。このような構成では、内部端子７１１と第１樹脂層５１１との積層体および内部端子７２１と第１樹脂層５１２との積層体が弾性することにより、印加された衝撃が吸収、緩和される。そのため、前述した第１実施形態と同様、振動素子３に衝撃が伝わり難く、優れた耐衝撃性を有する機能デバイス１となる。

【0054】

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。

【0055】

＜第３実施形態＞
図１６は、第３実施形態に係る機能デバイスを示す断面図である。図１７および図１８は、それぞれ、振動素子が有する端子の断面図である。

【0056】

本実施形態に係る機能デバイス１は、中空層８１、８２の位置が異なること以外は、前述した第１実施形態の機能デバイス１と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態の機能デバイス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、本実施形態の各図では、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。

【0057】

図１６に示すように、本実施形態の機能デバイス１では、ベース基板２上から第１樹脂層５１１、５１２および中空層８１、８２が省略され、その代わりに、振動素子３上に第２樹脂層５２１、５２２および中空層８１、８２が配置されている。以下、本実施形態の構成について具体的に説明する。

【0058】

図１７および図１８に示すように、素子基板３１の下面には、第２樹脂層５２１、５２２が配置されている。これら第２樹脂層５２１、５２２は、平面視で、内部端子７１１、７２１と重なるように配置されている。第２樹脂層５２１、５２２の構成としては、特に限定されないが、例えば、前述した第１実施形態の第１樹脂層５１１、５１２と同様の構成とすることができる。これにより、第１樹脂層５１１、５１２と同様の効果を発揮することができる。

【0059】

また、端子３２３は、第２樹脂層５２１の表面全域を覆い、端子３２４は、第２樹脂層５２２の表面全域を覆っている。つまり、中空層８１、８２は、素子基板３１と端子３２３、３２４とによって気密に囲まれた空間内に位置している。そのため、第２樹脂層５２１、５２２から発生するガスを端子３２３、３２４内に閉じ込めることができ、ガスが収容空間Ｓ内に放出されるのを抑制することができる。そのため、例えば、ガスに起因した収容空間Ｓ内の雰囲気の汚染や圧力変化等による振動素子３の振動特性の変化、悪化を抑制することができる。そのため、信頼性に優れた機能デバイス１となる。

【0060】

また、端子３２３と第２樹脂層５２１との間には中空層８１が形成され、端子３２４と第２樹脂層５２２との間には中空層８２が形成されている。そして、端子３２３は、平面視で中空層８１と重なる部分である易変形部３２３ａにおいて接合部材Ｂ１を介して内部端子７１１と接合され、端子３２４は、平面視で中空層８２と重なる部分である易変形部３２４ａにおいて接合部材Ｂ２を介して内部端子７２１と接合されている。

【0061】

このような構成によれば、易変形部３２３ａ、３２４ａが変形することで、パッケージＰに印加された衝撃を効果的に吸収、緩和することができる。したがって、振動素子３に衝撃が伝わり難く、優れた耐衝撃性を有する機能デバイス１となる。特に、中空層８１、８２が第２樹脂層５２１、５２２からのアウトガスによって満たされることでダンパーとして機能し、易変形部３２３ａ、３２４ａが弾性変形することで、衝撃によって生じた振動素子３全体を揺らす不要振動をより短い時間で収束させることもできる。そのため、機能デバイス１の振動特性がより安定する。また、変形した易変形部３２３ａ、３２４ａが直上にある第２樹脂層５２１、５２２に接触することにより、それ以上の過度な変形が抑制され、易変形部３２３ａ、３２４ａの過度な塑性変形、破損等を効果的に抑制することもできる。

【0062】

また、易変形部３２３ａは、ベース基板２の上面２ａに垂直な断面視で、接合部材Ｂ１との接合部分つまり内部端子７１１との接合部分３２３ｂの周囲において円弧上に湾曲している。同様に、易変形部３２４ａは、ベース基板２の上面２ａに垂直な断面視で、接合部材Ｂ２との接合部分つまり内部端子７２１との接合部分３２４ｂの周囲において円弧上に湾曲している。言い換えると、易変形部３２３ａ、３２４ａは、接合部材Ｂ１、Ｂ２との接合部分の周囲において角部を有さない。これにより、弾性変形時の応力集中が緩和され、易変形部３２３ａ、３２４ａの機械的強度が増す。そのため、より大きな衝撃にも耐えることができ、優れた耐衝撃性を有する機能デバイス１となる。ただし、易変形部３２３ａ、３２４ａの構成は、特に限定されず、角部を有していてもよい。

【0063】

なお、端子３２３、３２４の構成としては、特に限定されないが、例えば、前述した第１実施形態の配線層７１、７２と同様の構成とすることができる。これにより、比較的安価に、かつ、衝撃時の変形にも十分に耐え得る機械的強度を有する端子３２３、３２４を形成することができる。

【0064】

以上のような機能デバイス１は、前述したように、素子基板３１と第２導電層である端子３２３、３２４との間に配置されている第２樹脂層５２１、５２２を有し、第２樹脂層５２１、５２２と端子３２３、３２４との間に中空層８１、８２が形成されている。これにより、印加された衝撃によって変形した易変形部３２３ａ、３２４ａが直上にある第２樹脂層５２１、５２２に接触することで、それ以上の過度な変形が抑制される。そのため、易変形部３２３ａ、３２４ａの過度な塑性変形、破損等を効果的に抑制することができる。

【0065】

また、前述したように、端子３２３、３２４の中空層８１、８２上に位置している部分である易変形部３２３ａ、３２４ａは、内部端子７１１、７２１との接合部分３２３ｂ、３２４ｂの周囲において円弧上に湾曲している。これにより、印加された衝撃による弾性変形時の応力集中が緩和され、易変形部３２３ａ、３２４ａの機械的強度が増す。そのため、より大きな衝撃にも耐えることができ、優れた耐衝撃性を有する機能デバイス１となる。

【0066】

また、前述したように、中空層８１、８２は、素子基板３１と端子３２３、３２４とによって気密に囲まれた空間内に位置している。これにより、第２樹脂層５２１、５２２から発生するガスを端子３２３、３２４内に閉じ込めることができる。特に、本実施形態の場合には、ガスが収容空間Ｓ内に放出されるのを抑制することができ、ガスに起因した収容空間Ｓ内の雰囲気の汚染や圧力変化等による振動素子３の振動特性の変化、悪化を抑制することができる。

【0067】

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。

【0068】

＜第４実施形態＞
図１９および図２０は、それぞれ、第４実施形態に係る機能デバイスを示す断面図である。

【0069】

本実施形態に係る機能デバイス１は、中空層８１、８２の位置が異なること以外は、前述した第３実施形態の機能デバイス１と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態の機能デバイス１に関し、前述した第３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、本実施形態の各図では、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。

【0070】

図１９および図２０に示すように、本実施形態の機能デバイス１では、中空層８１が素子基板３１と第２樹脂層５２１との間に配置され、中空層８２が素子基板３１と第２樹脂層５２２との間に配置されている。このような構成では、端子３２３と第２樹脂層５２１との積層体および端子３２４と第２樹脂層５２２との積層体が弾性することにより、パッケージＰに印加された衝撃が吸収、緩和される。そのため、前述した第３実施形態と同様、振動素子３に衝撃が伝わり難く、優れた耐衝撃性を有する機能デバイス１となる。特に、易変形部３２３ａ、３２４ａが第２樹脂層５２１、５２２で補強されるため、前述した第３実施形態と比べて易変形部３２３ａ、３２４ａの機械的強度が増す。

【0071】

以上のような機能デバイス１は、前述したように、素子基板３１と端子３２３、３２４との間に配置されている第２樹脂層５２１、５２２を有し、第２樹脂層５２１、５２２と素子基板３１との間に中空層８１、８２が形成されている。このような構成では、端子３２３と第２樹脂層５２１との積層体および端子３２４と第２樹脂層５２２との積層体が弾性することにより、印加された衝撃が吸収、緩和される。そのため、前述した第３実施形態と同様、振動素子３に衝撃が伝わり難く、優れた耐衝撃性を有する機能デバイス１となる。

【0072】

このような第４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。

【0073】

＜第５実施形態＞
図２１および図２２は、それぞれ、第５実施形態に係る機能デバイスを示す断面図である。

【0074】

本実施形態に係る機能デバイス１は、中空層８１、８２の位置が異なること以外は、前述した第１実施形態の機能デバイス１と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態の機能デバイス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、本実施形態の各図では、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。

【0075】

本実施形態の機能デバイス１は、前述した第１実施形態と第３実施形態とを組み合わせた構成である。つまり、機能デバイス１は、図２１および図２２に示すように、ベース基板２側および振動素子３側の両方に中空層８１、８２を有する。そのため、内部端子７１１、７２１の易変形部７１１ａ、７２１ａと端子３２３、３２４の易変形部３２３ａ、３２４ａとの変形によって、印加された衝撃を効果的に吸収、緩和することができる。したがって、振動素子３に衝撃が伝わり難く、優れた耐衝撃性を有する機能デバイス１となる。

【0076】

このような第５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。

【0077】

＜第６実施形態＞
図２３は、第６実施形態に係る機能デバイスを示す断面図である。

【0078】

本実施形態に係る機能デバイス１は、発振回路６の配置が異なること以外は、前述した第１実施形態の機能デバイス１と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態の機能デバイス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、本実施形態の図では、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。

【0079】

本実施形態の機能デバイス１では、ベース基板２の上面２ａ側に発振回路６が形成されている。このように、ベース基板２の上面２ａ側に発振回路６を形成することで、発振回路６がパッケージＰ内に収容され、保護される。また、端子層６５は、発振回路６を振動素子３と接続するための第１導電層としての２つの内部端子６５２、６５３を有する。そして、内部端子６５３が第１樹脂層５１２を覆い、内部端子６５３と第１樹脂層５１２との間に中空層８２が配置されている。図示しないが、これと同様に、内部端子６５２が第１樹脂層５１１を覆い、内部端子６５２と第１樹脂層５１１との間に中空層８１が配置されている。

【0080】

また、配線層７１は、ベース基板２の下面２ｂ側から貫通孔Ｈ１内を通って電極パッド６２１と電気的に接続されており、配線層７２は、ベース基板２の下面２ｂ側から貫通孔Ｈ２内を通って電極パッド６２２と電気的に接続されている。このような配線層７１、７２によって発振回路６から外部に配線が引き出される。

【0081】

以上のように、本実施形態の機能デバイス１は、ベース基板２の上面２ａ側に配置され、振動素子３を発振させる発振回路６を有する。これにより、機能デバイス１を発振デバイスとして用いることができる。

【0082】

以上のような第６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。

【0083】

以上、本発明の機能デバイスを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されない。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、本発明に他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明は、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。

【0084】

また、前述した実施形態では、機能デバイス１を発振デバイスに適用した例について説明したが、機能デバイス１の適用例は、特に限定されず、例えば、角速度センサー、加速度センサー等の物理量センサー等、如何なる機器にも適用することができる。

【0085】

また、前述した実施形態では、パッケージＰがシリコン製のベース基板２と、シリコン製のリッド４と、で構成されているが、パッケージＰの構成は、特に限定されない。例えば、セラミックス製のベース基板と、金属製のリッドと、で構成されていてもよい。また、前述した実施形態では、ベース基板２に発振回路６が形成されているが、発振回路６は、省略してもよい。

【符号の説明】

【0086】

１…機能デバイス、２…ベース基板、２ａ…上面、２ｂ…下面、２０…絶縁層、２１…貫通孔、２２…貫通孔、３…振動素子、３１…素子基板、３２１…励振電極、３２２…励振電極、３２３…端子、３２３ａ…易変形部、３２３ｂ…接合部分、３２４…端子、３２４ａ…易変形部、３２４ｂ…接合部分、３２５…配線、３２６…配線、４…リッド、４１…凹部、５１１…第１樹脂層、５１２…第１樹脂層、５２１…第２樹脂層、５２２…第２樹脂層、６…発振回路、６０…素子、６１…絶縁層、６１１…貫通孔、６１２…貫通孔、６２…配線層、６２１…電極パッド、６２２…電極パッド、６３…絶縁層、６４…パッシベーション膜、６５…端子層、６５１…外部端子、６５２…内部端子、６５３…内部端子、７１…配線層、７１１…内部端子、７１１ａ…易変形部、７１１ｂ…接合部分、７２…配線層、７２１…内部端子、７２１ａ…易変形部、７２１ｂ…接合部分、８１…中空層、８２…中空層、Ｂ１…接合部材、Ｂ２…接合部材、ＢＴ…ボンディングツール、Ｈ１…貫通孔、Ｈ２…貫通孔、Ｐ…パッケージ、Ｓ…収容空間、Ｗ…ウエハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】