WO2005006548A1

WO2005006548A1 - 圧電デバイスとその製造方法

Info

Publication number: WO2005006548A1
Application number: PCT/JP2004/009810
Authority: WO
Inventors: Kazuo Murata
Original assignee: Citizen Watch Co., Ltd.
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2005-01-20
Also published as: JP2005033390A; JPWO2005006548A1; US20060175939A1; CN1820414A

Abstract

　圧電素板は上面視長方形であって、その上面は平坦に形成されるが、下面はベベリング円弧の加工が施される。この圧電素板の上面（平坦面）の長手方向一端部を吸着ノズルでもって吸着してパッケージ上に載置する。それからこの吸着ノズルでもって圧電素板をパッケージに対して加圧しながら、前記パッケージと前記圧電素板下面の長手方向一端部との間に位置する前記バンプに対して、吸着ノズルを介して超音波を印加することで、圧電素板をパッケージに接合する。

Description

明細書

圧電デバイスとその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、超音波接合に有用な圧電デバイスとその製造方法に関する _c

背景技術

[0002] 従来、電子機器の小型化や薄型化の要求に応えて、その電子回路も高密度化され、回路基板に実装される電子部品は、薄型高密度の実装に適するように、他の一般の電子部品同様に小型チップ化されて、回路基板の片面だけで半田付けできる表面実装型のもの（Surface Mounting Device ; SMD)が多く出現している。近年、携帯用通信機器等の普及に伴い、ますます電子部品の更なる小型化、軽量化、そしてコストダウンの要求が強まっている。

[0003] 圧電デバイスにおいても、同様の事情により小型の SMD製品が要求されている。

従来の半田や導電性接着剤による圧電素板の支持方法では、小型化により接着面積が狭くなると接着剤が流れ出てショートする虞があったり、圧電素板の位置が不安定になりやすいことや接着剤からガスが発生するなどで電気特性を劣化させる問題がある。そこで、スタッドバンプを活用して圧電素板を支持する構造の圧電デバイスが考案されている（例えば、特開平 8—298423号公報参照）。この圧電デバイスでは、圧電素板とこれを取り付けた部材との間にスタッドバンプによる隙間が生じる。この隙間によって、圧電素板と取付部材との熱膨張係数の差によって発生する水平方向の歪みを吸収することができる。また、圧電素板がパッケージに水平姿勢を保った状態で接合される効果がある。

[0004] バンプを用いた圧電素板の熱圧着法や超音波溶着法が既に知られている（例えば、特開平 10-284972号公報参照）。超音波溶着法は、熱圧着法よりも加熱温度を低くできる等の理由で、効率が良い。

[0005] ところで、圧電素板を AT板とした場合、一般には、高周波振動を得るためには平板形状のものを使用するので、そのような圧電素板の接合には前記の特開平 10-2 84972号公報に記載の方法を適用できる。し力ながら、比較的低周波の振動を得る目的で平板状の AT板を用いると、その AT板の形状の影響により、振動エネルギ一ロスが生じる。そこで、この振動エネルギーロスを少なくするため、 AT板にベベル加工又はコンベックス加工を施すことが行われている。

[0006] ところが、ベべルカ卩ェ又はコンベックス加工を施した圧電素板の長手方向の端部をノズノレで吸着した場合、圧電素板を水平姿勢を保持するのが困難となる。この場合、ノズノレで吸着される圧電素板の部位は傾斜面であることから、ノズル先端と圧電素板との係合が安定せず、そのためノズルで吸着したときの圧電素板を水平状態に安定的に保持できない。その結果、圧電素板をノズルで吸着してパッケージに搭載するに際して、その圧電素板が傾斜して、ノノケージまたはパッケージに実装された ICなどの電子部品に接触して実装が困難になることも起こり得る。これは、実装時ノズノレで吸着する等の水晶片の実装基準面が不安定のためである。

[0007] また、圧電素板をパッケージに実装できたとしても、パッケージ内の圧電素板の上下の隙問を大きめに設定する必要が生じ、圧電デバイスの薄型化に対して不利である。

[0008] 更に、圧電素板の中央近傍にある励振電極部分は平板か平板に近い形状をしているので、この中央近傍を吸着ノズルで吸着すれば、圧電素板をほぼ安定的に水平状態に保持できるものの、この部位を吸着することで圧電素板の上面に実装された励振電極を傷つけてしまう虞が生じる。

発明の開示

[0009] 本発明の目的は、デバイス特性に重要な励振電極を傷つけることなぐしかも安定した接合を可能とする、圧電素板をパッケージ上に載置し接合してなる圧電デバイスの製造方法と、圧電デバイスとを提供することである。

[0010] 前記目的を達成するため、本発明による圧電デバイスにおいて、それを構成する圧電素板は、上面視長方形であって、一方の面は平坦に形成され、他方の面はその長手方向両端部が端面に向力に従って厚みが徐々に薄くなるように加工が施される。そして、パッケージと圧電素板とは、パッケージの上面と圧電素板の非平坦側の面における長手方向一端部との間に形成したバンプを介して、相互に接合される。

[0011] また、本発明による圧電デバイスの製造方法の第 1の態様は、パッケージ上 t プを形成すること；上面視長方形であって、上面は平坦に形成され、下面はその長手方向両端部に、端面に向かうに従って厚みが徐々に薄くなるような加工が施された圧電素板の、その上面を基準とし、下面の長手方向一端部を前記バンプを介して接合するために、前記圧電素板をパッケージ上に載置すること；及び、前記圧電素板をパッケージに対して加圧しながら前記バンプを介して前記圧電素板をパッケージに接合すること；を含む。

[0012] なお、前記態様の方法において、さらに、前記圧電素板の長手方向一端部を、該圧電素板上面の平坦面を基準位置として、吸着ノズルでもって吸着して、パッケージ上に載置すること；及び、前記吸着ノズノレでもって前記圧電素板をパッケージに対して加圧しながら超音波を印加することで、圧電素板をパッケージに接合すること、を含むことができる。

[0013] さらに、本発明による圧電デバイスの製造方法の第 2の態様は、上面視長方形であつて、上面は平坦に形成され、下面はその長手方向両端部に、端面に向かうに従つて厚みが徐々に薄くなるような加工が施された圧電素板の、その下面の長手方向一端部にバンプを形成すること；前記圧電素板の上面の長手方向一端部を吸着ノズルでもって吸着すること；前記吸着ノズノレで吸着した圧電素板をパッケージ上に載置すること；前記吸着ノズルでもって圧電素板をパッケージに対して加圧しながら、前記パッケージと前記圧電素板下面の長手方向一端部との間に位置する前記バンプに対して、前記吸着ノズノレを介して超音波を印加することで、圧電素板をパッケージに接合することを含む。

[0014] なお、本発明による圧電デバイスの製造方法の第 1、及び第 2の態様において、圧電素板の上面の長手方向一端部には、圧電素板の上面に装着された励振電極から延びる引き出し電極があって、吸着ノズルは、その引き出し電極を避けて圧電素板を吸着するための凹部を、先端部に形成してもよい。

[0015] 本発明による圧電デバイスによれば、圧電素板の一方の面の長手方向両端部をべベル加工又はコンベックス加工を施したものとすることによって、振動エネルギーを圧電素板の内部に閉じ込めることができる。また、圧電素板の他方の面を平坦にすることによって、吸着ノズノレでもってその平坦な面の任意の部位を吸着したとき、必ず圧電素板が吸着ノズルの軸心と垂直な面内にくるようにしているので、圧電素板は吸着ノズノレに対して常に一定した姿勢を保持してパッケージ上に搭載される。

[0016] したがって、本発明においては、吸着ノズルで、圧電素板のベベル加工又はコンペックス加工を施した面の長手方向一端部を吸着した時、ベベル形状ゃコンベックス形状はその加工の関係で非常にバラツキが大きいため、吸着部位に応じて吸着ノズルに対する圧電素板の姿勢をいろいろ変えてしまう虞や、また、吸着ノズルに対する圧電素板の姿勢を安定させるため圧電素板の中央部を吸着することで、そこにある励振電極を傷つけてしまう虞も無くなる。

[0017] さらに、本発明では、吸着ノズルで圧電素板を吸着する部位は、ノ^ケージと圧電素板との間に予め形成しておいてバンプの位置に対応した位置とすることができるので、吸着ノズルは、圧電素板を一定姿勢で吸着すること、圧電素板をバンプに対して加圧すること、さらに、バンプに対して超音波を印加すること、ができる。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]本発明による水晶振動子の一実施形態を示す平面図である。

[図 2]図 1の X— X線断面を示す断面図である。

[図 3]図 2の水晶振動子の形状を説明するための上面図、下面図及び側面図である園 4A]パッケージに水晶片を搭載する前の状態を示す断面図であり、

園 4B]パッケージに水晶片を搭載中の状態を示す断面図である。

[図 5]図 4Bの Y— Y線断面を示す断面図である。

園 6]図 5に示す吸着ノズルの一変形例を示す断面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0019] まず、本発明による圧電デバイスの一実施形態としての水晶振動子の構成を図 1乃至図 3を参照して説明する。水晶振動子 1は、圧電素板である上面視長方形の水晶片 2と、セラミックスから成るパッケージ 3と、該パッケージを封止する蓋部材 5とを含む

[0020] 水晶片 2は、図 3に示すように、振動変位方向を長辺（寸法 p)としそれと直角な辺を短辺（寸法 q)とする上面視長方形を呈している。この水晶片 2の一方の面 UF (以下、上面という）は平坦な面であり、他方の面 LF (以下、下面という）は長手方向の両端部において先端に向力うに従って厚みが薄くなる形状であるべベリング円弧形状に形成されている。なお、図 3において、複数の円弧 cは等高線を表している。

[0021] この水晶片 2の上面には励振電極 21が、下面には励振電極 22が、それぞれ装着されている。そして、下方の励振電極 22から引き出された引出電極 22a (図 5)は水晶片 2の下面の長手方向一端部 (ベべリング円弧が形成されている部分)上にまで延びている。一方、上方の励振電極 21から引き出された引出電極 21aは水晶片 2の上面の長手方向一端部まで延びてからさらに端面を回り込んで下面のベべリング円弧が形成されている部分上まで延びている。その結果、図 5に示すように、水晶片 2の下面のベべリング円弧が形成されている部分には、励振電極 21、 22から引き出された引出電極 21 a、 22aが左右に並ぶことになる。

[0022] パッケージ 3は、図 2に示すように、水晶片 2を載置する段部 3aが形成されたキヤビティ 3bを備えている。段部 3aで、そこに載置した水晶片 2の引出電極 21a及び 22aに対応する部位には、それぞれ接続電極 31及び 32をメタライズ層で形成している。

[0023] パッケージ 3の底面の長手方向両端部には、外部との接続用の一対の端子電極 3 3、 34力 Sメタライズ層でもって形成されている。接続電極 31、 32と端子電極 33、 34とはそれぞれパッケージ 3内部の配線（図示せず）により電気的に接続されている。さらに、パッケージ 3の上端面には、キヤビティ 3bを囲むように枠状の蓋部材接合部 35がメタライズ層でもって形成されている。

[0024] これら接続電極 31、 32、端子電極 33、 34、および蓋部材接合部 35を構成するメタライズ層のいずれにも、金メッキが施されている。

[0025] 図 2において、符号 4は Auを主成分とするワイヤから形成された複数のスタッドバンプであり、予め引出電極 21a、 22aの表面にまたは接続電極 31、 32の表面に超音波をかけて固相拡散により圧接されてレ、る。

[0026] その後、図 5に示すように、引出電極 21aと接続電極 31、及び引出電極 22aと接続電極 32とは、それぞれスタッドバンプ 4、 4を介して接合される。

[0027] 蓋部材 5は平板状であり、パッケージ 3の上端面に形成された蓋部材接合部 35に対応する部位に、 Au/Sn合金等の低レ、溶融温度を有する金属材から成るロー材層 51が予め形成されている。その結果、蓋部材 5のロー材層 51がパッケージ 3の蓋部材接合部 35と接合することによって、パッケージ 3のキヤビティ 3bは気密が保たれる。尚、蓋部材 5の接合方法としては、ロー付け以外にも、シーム溶接法やレーザ溶接法など、他にも種々考えられるし、接合材料も AuZSu以外に、低融点ガラスなどいろいろの材料が考えられるのである。

[0028] 本願はこのように、上面の平板形状側を実装の基準として、圧電素子の長手方向両端面に向かって厚みが徐々に薄くなる面をバンプを介してパッケージに接合してるので、上面がパッケージに平行な状態で実装が可能であること、また、このため圧電デバイスとして非常に薄型の物が得られるば力、りでなぐ下面の両端部がベベル形状をしてレ、るので、安定してレ、る振動を得ること力できる。

[0029] 次に、図 1及び図 2に示した水晶振動子の製造方法について図 4A、図 4B及び図 5 を参照して説明する。ここでは、水晶振動子の製造方法の中でも本発明の特徴である水晶片 2をパッケージ 3に搭載する方法について説明する。

[0030] 図 4A及び図 4Bにおいて、符号 6は超音波を印加できる真空吸着ノズノレの先端部であり、 7はホットプレートである。

[0031] まず、パッケージ 3を予備加熱するために該パッケージ 3をホットプレート 7上に載置する。そして、パッケージ 3の接続電極 31 , 32上に、 Auワイヤによりスタッドバンプ 4 を形成する。尚、スタッドバンプの形成は、別工程で予め行っておくことも可能である

[0032] 次に、水晶片 2の上面（平坦側の面）で引出電極 21aのある側の端部を、吸着ノズル 6により吸着保持して、図 4Aに示すように、水晶片 2をパッケージ 3の真上に置く。水晶片 2の面が、吸着ノズル 6で吸着すべき方の面（平坦側の面）かそれともその反対の側の面かの判断は、例えば、水晶片 2の面をカメラでとらえてその画像を処理することによって円弧状の等高線が現れるかどうかで判断することができる。あるいは、これに代えて、カメラで励振電極 21、 22及び引き出し電極 21a、 22aの形状をとらえその形状の特徴から判断することもできる。

[0033] 次に、水晶片 2を吸着ノズル 6で保持したまま、図 4Bの矢印で示すように、パッケ一ジ 3に向けて下降することで、水晶片 2の下面のベべリング円弧が形成されている部分に形成された一対の引出電極 21a、 22aでもって、パッケージ 3の接続電極 31 , 3 2上に形成されたスタッドバンプ 4を所定圧力で熱圧着する。さらに、この熱圧着と同時に吸着ノズル 6から超音波を印加する。

[0034] なお、前述のように、水晶片 2の上面（平坦側の面）で吸着ノズル 6が吸着する部位は、引出電極 21aがある側の端部である。したがって、図 5に示すように、吸着ノズル 6の吸着面が平坦であると、その吸着面の一部が引出電極 21aと当接する力残りの部分は水晶片 2の上面と間隔をおいて対向することになる。しかし、引出電極 21aの厚さはおよそ 1000 A程度の薄さであるから、ノズル 6による吸着に支障を来たさない

[0035] このように、本実施形態では、水晶片 2の一方の面をべベリング円弧形状ほたはコンベックス形状）とすることで内部に振動エネルギーを閉じ込める効果を得るとともに、他方の面は平坦にしてその面の任意の部位、特に長手方向のバンプに対応する一端部側、を吸着ノズル 6で吸着したときのその吸着ノズル 6に対する水晶片 2の姿勢が常に一定になるようにしている。

[0036] したがって、本実施形態では、水晶片 2をパッケージ 3に搭載するに当たって、吸着ノズル 6でもって、水晶片 2の平坦な側の面の端部（スタッドバンプが形成されている位置に対応する部位）を吸着したとき、吸着ノズル 6により吸着された水晶片 2は、吸着ノズル 6の軸心に対して垂直な面上に常に位置する、すなわち、パッケージ 3の底面と平行な姿勢に置かれる。

[0037] これに対して、従来のように、ベべリング円弧形状またはコンベックス形状とした水晶片の面の端部を吸着ノズルで吸着したとすると、その吸着した部位に応じて水晶片の吸着ノズルに対する姿勢 (傾斜度）が変化するので、その結果、水晶片をパッケージ 3に搭載する際に、水晶片の一部がパッケージに衝突してしまうことも起こり得る。一方、このような事態を避けるため、水晶片の中央の平坦な部分を吸着ノズルで吸着すれば、その中央部分には通常、励振電極が存在するので、励振電極を傷つけてしまうことになる。

[0038] ところが本発明によると、前述のように、水晶片の一面を平坦にしたことにより、その平坦な面で励振電極が存在する部分を避けた端部を吸着ノズルで吸着してもその水晶片を水平姿勢に保持でき、かつノズノレによる吸着により中央の励振電極を傷つけることがないのと同時に水晶片の平坦面がパッケージ底面と平行に置かれるので極力小型化も可能となる。

[0039] 以上のように、本実施形態によれば、水晶片の端部を吸着ノズルで吸着してその水晶片をパッケージに搭載したあと、その位置にある吸着ノズルから超音波をスタッドバンプに向けて印加するという作業を効率よく安定的に実施できる。

[0040] なお、水晶片と ICとを組み合わせることによって、発振器を形成することができる。

ただし、この場合、パッケージ 3の接続電極 31、 32と外部接続用の端子電極 33, 34 とは接続されない。

[0041] 次に、水晶片 2を吸着する吸着ノズノレの一変形例を図 6を用いて説明する。

[0042] 水晶の場合、励振電極の傷は絶対に避けなければならなレ、が、引き出し電極の傷は多少であれば許容することができる。しかしながら、引き出し電極であっても傷を無くして、より電気的導通を良くすることは必要である。このため、図 6に示すように、吸着ノズル 16の吸着面には、上方の励振電極から引き出された引出電極 21aに接触しないようにするための逃げ部である凹部 16aが形成されている。その結果、吸着ノズル 16は吸着時にその先端面が水晶片の面とは当接するが引出電極 21aとは当接しないので、吸着ノズル 16は引出電極 21aを傷つけることなく水晶片 2を保持することができる。

[0043] なお、本実施形態では、複数のスタッドバンプ 4を予め接続電極 31, 32の表面に、すなわち、パッケージ 3側に、形成すると説明したが、これに代えて、複数のスタッドバンプ 4を予め引出電極 21a, 22aの表面に、すなわち、水晶片 2側に、形成することもできる。また、形成するスタッドバンプの数は 1つまたは複数でもよレ、。例えば、一方の接続電極 31の上に 2個、他方の接続電極 32の上に 2個、それぞれ水晶片 2の長手方向にある間隔をおいて配置してもよい。

[0044] 以上、本発明の実施の形態では、圧電デバイスである水晶振動子の AT板について説明してきたが、本発明は、他の振動子や発振器などの圧電デバイスについても適用できるものである。また、水晶片 2のべべリング形状は円弧形状に限らず、斜面形状であってもよい。なお、発振器の場合、上述のように、水晶片と ICとを組み合わせたものであって、その詳細は既知の技術であるので省略する _c

Claims

請求の範囲

[1] 圧電素板をパッケージ上に載置し接合してなる圧電デバイスであって、

前記圧電素板は、上面視長方形であって、一方の面は平坦に形成され、他方の面はその長手方向両端部に、端面に向かうに従って厚みが徐々に薄くなるような加工が施されており、

前記パッケージと前記圧電素板とは、前記パッケージの上面と前記圧電素板の前記他方の面における長手方向一端部との間に形成したバンプを介して相互に接合されている、

前記の圧電デバイス。

[2] 前記圧電素板の前記平坦でない方の面には、その両端部にベべリング円弧形状を形成した、請求の範囲第 1項記載の圧電デバイス。

[3] パッケージ上にバンプを形成すること、

上面視長方形であって、上面は平坦に形成され、下面はその長手方向両端部に、端面に向力うに従って厚みが徐々に薄くなるような加工が施された圧電素板の、その上面を基準とし、下面の長手方向一端部を前記バンプを介して接合するために、前記圧電素板をパッケージ上に載置すること、及び、

前記圧電素板をパッケージに対して加圧しながら前記バンプを介して前記圧電素板をパッケージに接合すること

を含む、

圧電デバイスの製造方法。

[4] さらに、

前記圧電素板の長手方向一端部を、該圧電素板上面の平坦面を基準位置として、吸着ノズルでもって吸着して、パッケージ上に載置すること、及び、

前記吸着ノズノレでもって前記圧電素板をパッケージに対して加圧しながら超音波を印加することで、圧電素板をパッケージに接合すること、を含む、

請求項 3に記載の圧電デバイスの製造方法。

[5] 上面視長方形であって、上面は平坦に形成され、下面はその長手方向両端部に、端面に向力うに従って厚みが徐々に薄くなるような加工が施された圧電素板の、その下面の長手方向一端部にバンプを形成すること、

前記圧電素板の上面の長手方向一端部を吸着ノズルでもって吸着すること、前記吸着ノズノレで吸着した圧電素板をパッケージ上に載置すること、

前記吸着ノズノレでもって圧電素板をパッケージに対して加圧しながら、前記パッケージと前記圧電素板下面の長手方向一端部との間に位置する前記バンプに対して

、前記吸着ノズノレを介して超音波を印加することで、圧電素板をパッケージに接合すること、を含む、

圧電デバイスの製造方法。

[6] 前記圧電素板の上面の長手方向一端部には、圧電素板の上面に装着された励振電極から延びる引き出し電極があって、前記吸着ノズルは、その引き出し電極を避けて圧電素板を吸着するための凹部を、先端部に形成している、請求の範囲第 4または 5項記載の圧電デバイスの製造方法。

[7] 前記圧電素板の前記平坦でない方の面には、その両端部にベべリング円弧形状を形成している、請求の範囲第 3、 4及び 5項のうちのいずれか 1項記載の圧電イスの製造方法。