JP2002246866A

JP2002246866A - 表面実装型圧電デバイスとその製造方法

Info

Publication number: JP2002246866A
Application number: JP2001042919A
Authority: JP
Inventors: Akinori Kosaka; 小阪　　彰伯
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2002-08-30

Abstract

(57)【要約】【課題】主面の一部に凹部を有する圧電振動子を利用
する表面実装型圧電デバイスの安定した周波数調整を実
現する。【解決手段】凹側電極をパッケージに向けて実装し、
共振周波数を測定した後もしくは測定しながら、平坦側
の電極を加工することにより周波数を調整する。このよ
うに加工精度の高い平坦側電極を加工することで、必要
な周波数調整精度を確保し、電極周辺が不必要に影響を
受けない、さらに周波数調整量を確保しすることが可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本出願は、光通信やギガビッ
トインサーネットなど高速、大容量通信に利用される圧
電デバイスや、物質を感知したり、圧力や加速度などを
感知するセンサーに利用される圧電デバイスに関するも
のであり、特に高周波の水晶振動子を大量に生産すると
きに所望の共振周波数に精度よく、効率よく調整するこ
とを実現する表面実装型圧電デバイス及びその製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水晶振動子は、通信機器にとり基準周波
数を供給する重要な部品である。近年高速、大容量通信
用機器の登場により各機器の高周波化が進み、同時に共
振周波数を直接高くし、ジッタなどノイズを軽減する水
晶振動子をより多く供給することが問われている（ＥＬ
ＥＣＴＲＯＮＩＣＤＥＳＩＧＮＭａｒｃｈ６２０
００ｐ１１２）。ＡＴカットなどの水晶振動子の共振
周波数を高くするには、圧電基板が主振動を励振する薄
板部の板厚を薄くするほど高くなる。従来の水晶振動子
は平板であったが、１００ＭＨｚ以上では水晶板の板厚
が２0μｍ以下になるなど薄板化し、加速度や衝撃など
外的衝撃の影響を無視できなくなる。この対策として薄
板部の外周に薄板部より板厚の厚い枠部を配する凹型水
晶振動子が考案されている。初期の丸型をはじめ、四角
型のものなど１９７０年代から内外で発表されている
（ＵＳＰａｔｅｎｔ３６９４６７７）。また、凹型水
晶振動子の振動モードなども古くから研究されてきた
（信学技報ＵＳ７６−１６、７昭和５１年）。最近
では、これらをＳＭＤパッケージに実装して表面実装型
水晶振動子とするものが考案されている。凹型水晶振動
子は、外的衝撃の影響を受けることや、低周波の振動よ
り敏感に電極表面の重量変化を感じることからセンサー
として使用することも考えられている。

【０００３】凹型水晶振動子はウエハーを加工して所望
の形状にして電極を形成した後、ウエハーから折り取り
パッケージに実装して圧電デバイスとなる。特開平１１
−２０５０７６では、凹側をパッケージ側に向けて下側
に実装し、所望の周波数に近づけるべく超薄板圧電基板
の平坦側をドライエッチング手段を用いて削り、その後
平坦側に電極を形成する方法を考案している。しかし、
実装した圧電デバイスの板厚を調整するのと同様に、ウ
エハー上でも一つ一つ圧電振動子の板厚を調整すること
は可能であり、先に両面に電極を形成して、実装した後
に片側の電極を削り周波数を調整したほうが電極を１つ
の工程で形成することから効率がよい。

【０００４】また、従来の平板振動子では表裏どちらの
電極を加工しても差がなかったが、凹部の底面に配置す
る凹側電極をドライエッチングするならば、凹部側面に
エッチング物が付着したり、エッチングするイオンが凹
内で偏在したりして調整精度が悪くなる。また、凹側電
極を加工するには加工用マスクから距離が生じ、マスク
精度が悪くなり圧電基板表面や、電極の電荷を取り出す
ために圧電振動子上に配される金属膜など電極周辺に不
必要に加工したりする。特に電極の全面をムラなくドラ
イエッチングなど削る場合は電極周辺への加工は不可欠
になりその加工精度は確保する必要がある。蒸着やスパ
ッタにより電極を積層して周波数調整する場合、同様な
マスク精度の問題より凹側電極周辺の水晶表面に積層し
て電気的特性の大幅な変化や、はがれをおこすことか
ら、平坦側電極を加工するより小さい面積で電極を加工
し周波数調整するため周波数調整量が小さい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、高周波
の主振動を得て、かつ耐衝撃性を得るために圧電振動子
が凹部を有し、凹側の電極を加工して周波数調整すると
形状に伴う周波数調整精度の悪化や、加工精度の悪さに
伴う電極周辺への不必要な加工や、不良防止に伴う周波
数調整量の低下などが生じる。

【０００６】本発明は前記問題点を顧みてなされたもの
で、生産効率と特性に優れた表面実装型圧電デバイスを
提供することを目的とする。また、本出願は、本来の生
産効率性を確保しつつ前記のような圧電デバイスを生産
する表面実装型圧電デバイスの製造方法を提供すること
を他の目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】一方の主面の一部に凹部
を形成して薄くした薄板の両面にそれぞれ凹側電極と平
坦側電極とを配して主振動を得る薄板部と、前記薄板部
の周りを支持する板厚の厚い縁部とからなる圧電振動子
と、前記圧電振動子を実装した後にリッドにより内部を
密閉するパッケージとからなる表面実装型圧電デバイス
において、前記凹側電極をパッケージに向けて実装した
後、パッケージの端子を利用して測定したもしくは測定
している主振動周波数を所望の周波数に近づけるべく前
記平坦側電極を加工して周波数調整する。

【０００８】このような構成により、加工精度の高い平
坦側電極を加工することで、必要な周波数調整精度を確
保し、電極周辺が不必要に影響を受けない、さらに周波
数調整量を確保しすることが可能となる。また、ドライ
エッチングなどでは均一に電極全体を加工して必要な特
性と周波数調整精度を確保しつつ、電極周辺が不必要に
影響を受けなくすることが可能となる。また、本出願
は、表裏の電極形成工程を同時に行うなど従来と比べて
生産効率を低下させず前記のような表面実装型圧電デバ
イスを生産することが可能となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】(実施例１) 図１は本発明の構成
を示す図である。大容量高速度通信用機器において、よ
り高周波数を発振する圧電振動子を必要とするが、周波
数発生源に利用されるＡＴ−ＣＵＴ水晶振動子などは板
厚を薄くする必要がある。強度を向上するために縁部を
形成するが、凹側電極による周波数調整精度が、平坦側
電極に比べて周波数調整精度や加工精度が悪い。

【００１０】本発明では、前記問題点を顧みてなされた
もので、周波数調整による電極の加工により圧電基板が
不必要に悪影響を受けない、さらに周波数調整精度と周
波数調整量を十分に確保する生産効率の良い表面実装型
圧電デバイス及びその製造方法を提供する。

【００１１】図１は、主面の一部に凹部３を有する水晶
振動子１と水晶振動子１を実装するパッケージ２から構
成されている。図２はパッケージの開口側、つまり図１
でいう上方より示した図である。図３はリッド３０１に
よりパッケージの図１の符号１は水晶振動子を示す。本
発明の圧電デバイスとは圧電振動子を有する電子部品で
あり、実装型振動子や実装型発振器をいう。圧電振動子
とは、主に水晶を利用した振動子であり、その他にラン
ガサイトやニオブ酸リチウムなどの圧電性を示す単結晶
を利用した振動子である。特に水晶は現在一般的に周波
数発生源として利用されている。本例では、ＡＴカット
の水晶素板をウエットエッチングもしくはドライエッチ
ングなどを使用して水晶振動子１の外形と凹部３を形成
した圧電振動子である。これらを併用して作成してもよ
く、薄板部６の表面がなるべく粗れぬよう作成してあ
る。主面とは圧電振動子で最も面積の広い面を言い、本
例ではＡＴカットの切断面と平行な面に相当する。

【００１２】２は、パッケージであり、セラミックや、
金属などの材料からなる。金属は外壁を薄くしやすくセ
ラミックより小型なパッケージを作りやすい。圧電振動
子を外気から遮断しつつ圧電振動子で発生する周波数情
報を取り出す薄型の保持器である。本例では、セラミッ
クのＳＭＤパッケージであり平板とロ型板を積層構造に
して凹構造を形成し、凹構造内に水晶振動子１を収める
２層積層型である。その他に、平板とロ型板の間にもう
１枚はさんで段を形成し、ここで水晶振動子１を固定す
る３層積層型や、平板だけの１層型もある。３層積層型
は水晶振動子１の下に空間ができるためにそこに発振回
路を含むＩＣを設置して水晶振動子１と接続し水晶発振
器や、さらに電圧による周波数可変機能を付加して電圧
制御型水晶発振器などにしてもよい。特に電圧制御型水
晶発振器は凹型の水晶振動子１の周波数可変幅を広く取
れるなどの特徴を生かした表面実装型デバイスである。
この場合、パッケージの外にある端子８、９の他に電源
電圧入力端子や、出力端子や、アース端子及び周波数制
御入力端子などを備えてＩＣチップと接続する必要があ
る。

【００１３】水晶振動子１を収めた後に図３のようにリ
ッド３０１で開口部１０６に蓋をして外気から遮断す
る。リッド３０１は平板型や、ドーム型などがあるが、
コストや製造方法により選択すればよい。蓋をすること
を封止するというが、封止方法は抵抗溶接封止、ガラス
封止、ハンダ封止及びＡｕ−Ｓｕ封止などがある。封止
方法により封止剤３０２も決められる。パッケージ２の
水晶振動子１を収めるために開いている部分を開口部１
０６とする。１層型のパッケージ２の場合は実装した水
晶振動子１の裏側が開口部１０６となる。さらに、パッ
ケージ２は水晶振動子の凹側電極４と導通のとれている
端子８と、平坦側電極５と導通のとれている９を有す
る。パッケージ２を貫通して導通をとるためビアホール
１０４を有する。導通とは、直流電流が流れるように接
続していることを言う。

【００１４】３は水晶振動子１の凹部である。凹部３は
水晶振動子１の主面の一部に形成されている。本例では
外形と同時にウエットエッチング形成した。凹部３を利
用して形成し、これにより薄板部６より板厚が厚く強度
の高い縁部７で支えられた薄板からなる薄板部６を実現
する。本例では縁部７の厚さは５０μmから１５０μm、
薄板部の厚さは２μmから４０μmで作製した。ＡＴカッ
トでは周波数定数＝薄板部の厚さ×主振動周波数であ
り、１５０ＭＨｚで１０μm程度となる。縁部７は薄板
部６の４方向に形成されていてもよいが、３方向でも、
２方向でも、１方向でもよい。３方向と１方向に縁部が
ある水晶振動子１は薄板部６よりも強度的に強く片側で
パッケージ２に固定する場合は熱ひずみも緩和でき有効
な形状である。４は凹側電極であり、水晶振動子１の凹
側の底である薄板部６の凹側主面に配する。一方、平坦
側電極５は平坦側主面に凹側電極に対向して配する電極
である。薄板部６の両主面に凹側電極４と平坦側電極５
を配していることで主振動を得る。主振動とは本例では
厚み滑り振動であり、特に厚み滑り振動の基本波振動で
ある。オーバートーンを利用してもよく、従来の平板型
水晶振動子よりさらに高い周波数を実現可能となる。本
例では平坦側電極５が凹側電極４より面積が広いが、面
積の小さい電極に電気的特性が影響されるため、本来は
精度良く形成可能な平坦側面積５を小さくしたほうがよ
い。しかし、フォトリソなどを利用して精度良い凹側電
極を形成することにより、水晶振動子１の薄板部６を削
り板厚調整した後に平坦側電極５を形成する場合など
は、凹側電極の面積を小さくすることににより、正確な
電気的特性を薄板部６を削る前後に測定して不良分けす
ることが可能である。

【００１５】凹側電極４と平坦側電極５は主にＡｕ、Ａ
ｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒや、これらの合金や、これらを積
層したものである。Ａｕは耐腐食性にすぐれ長期間安定
した特性を持続する。ＡｌはＡｕより軽量で薄板部６へ
余分な変形を与えないだけでなく、周波数調整の速度を
遅くし調整を容易にする。本例ではＣｒを５０Å、Ａｕ
を５００Åの２層構造にしＣｒをＡｕと水晶の緩衝材的
役割で利用する。電極は蒸着やスパッタなどで形状マス
クを利用して成膜と同時に形状を形成する他、全面に成
膜した後フォトリソ技術により形状を作ってもよく凹側
主面と平坦側主面別方法で形成してもよい。本例では凹
側電極４と凹側電極金属膜１０２、さらに平坦側電極５
と平坦側金属膜１０１は、通常同時にスパッタにより成
膜と形状を同時に形成しているが、平坦側主面に構築す
るもの、凹側主面に構築するもので分工程で形成しても
よいが工程は長くなる。凹側電極４と凹側金属膜１０２
は連続した膜であり、導通がとれている。凹側金属膜１
０２は一部を平坦側主面に回しこんでもよく、パッケー
ジとワイヤボンディリングやバンプや導電性接着剤など
により導通をとってもよい。一方、平坦側電極５と平坦
側金属膜１０１も連続した膜であり、導通とれている。
平坦側金属膜１０１は一部を凹側主面にみ、固定材１０
５によりパッケージと導通をとっているが、平坦側主面
から、ワイヤボンディングなどにより導通をとっても良
い。平坦側電極５と平坦側電極リード金属膜１０１は周
波数を調整するにおいて周波数調整後に厚みがほぼ同じ
程度の厚みになるようにしてバランスをとる。例えば、
ドライエッチングで平坦側電極４を削って周波数調整す
る場合は、平坦側電極４を凹側電極３より膜厚を厚く形
成して形成し、周波数調整後に平坦側電極５と凹側電極
４がほぼ同じ厚みになる。

【００１６】周波数調整における電極の加工は、平坦側
電極４を削るエッチング方式と、平坦側電極５に重量を
つける加重方式がある。エッチング方式はイオンガンや
レーザーやスパッタや研磨などでおこなわれ、平坦側電
極４を削ることで主振動周波数は高くなる。本例ではイ
オンガンによりＡｒイオンで表面を削ってゆく。この
時、平坦側電極５とともに平坦側金属膜１０１の一部も
加工され膜厚が薄くなり平坦側金属膜エッチング部１２
を形成する。加重方式では、スパッタや蒸着や塗布など
により電極表面に積層し、平坦側電極４を積層すること
で主振動周波数は低くなる。一般的にはＡｕやＡｌなど
を積層する。

【００１７】８は端子であり、パッケージ２の外側に配
されており、リッド１０２により開口部１０６が蓋をさ
れても水晶振動子１を周波数発生源として利用するよう
になっている。本例では凹側電極５は凹側電極リード金
属膜１０２と固定材１０５と水晶振動子固定部１０３と
ビアホール１０４とが接続して、端子８まで導通がとれ
ている。端子８と端子９との間はパッケージ２単体では
導通が取れない。端子は２端子だけでなく、アース端子
などが別に存在してもよい。また、同様な構造で、平坦
側電極５は平坦側金属膜と固定剤と水晶振動子固定部と
ビアホールにより、端子９は導通がとれている。ただ
し、平坦側電極リード金属膜１０１は凹側主面まで回し
込んである。回し込みは確実にＺ’軸に垂直な側面及び
主面との角にも金属膜を形成し導通が取れるように幅を
広くしている。これは、水晶をエッチングプロセスで形
成した場合、水晶の異方性のため、側面が図１のような
断面で見て、主面に対して斜めになったり、くの字にな
ったりするためこのような工夫をする。同様に、Ｘ軸に
垂直な側面の両側側面もしくは、片側側面まで広げると
さらに回し込みが確実になる。固定材１０５は導電性接
着剤やバンプなどであり、水晶振動子１のパッケージ２
への固定と同時に導通をとっている。ただの非導電性接
着剤や導通とれないバンプを利用する場合は、端子９と
端子９と導通とれているビアホールの間をワイヤーボン
ディングやＡｕ線などで接続してもよく水晶振動子固定
部１０３とは導通が取れていなくてもよい。

【００１８】１０はイオンビームであり、矢印はイオン
ガンから水晶振動子１へ向かうＡｒのプラスイオンなど
のイオンビームを示す。蒸着やスパッタによる加重方式
の周波数調整では矢印が平坦側電極５を加重する物質が
ターゲットより水晶振動子１に向かっていることを示
す。一般的には、電極と同一もしくは類似した物質であ
る。イオンビームを構成するイオンなどは加工用マスク
１０７により通過する面積を制限され、平坦側電極５を
集中的にドライエッチングすることができる。ただし、
平坦側電極５を均一にムラなく加工するために面積より
大きく加工用マスク１０７にイオンビーム通過穴を大き
く開け、平坦側電極５の全面を加工する。この場合、平
坦側金属膜１０１の一部もドライエッチングすることに
なる。平坦側電極５一部を厚くして残すより平坦型金属
膜エッチング部１１のように面積の小さい平坦側金属膜
１０１の一部を加工してたほうが、水晶振動子１に及ぼ
す影響が少ない。

【００１９】図２は、図１を上方から見た図、図３は図
１をリッドにより封止した図、図４は製造手順である。
図２は図１を水晶振動子側より見た図である。ただし、
加工用マスク１０７は省いてあり、水晶振動子１上の点
線は水晶振動子１の裏側に形成された凹部３を示す。平
坦側金属膜１０１は確実に凹側主面にまわし込むために
水晶振動子１のエッジ付近で幅の広い寸法になってい
る。Ｘ方向の側面にまで回しこみを広げるとさらに確実
に導通がとれ、金属膜形成時におこりうる金属膜の断裂
を防ぐ。

【００２０】図３は図１の周波数調整後にリッド３０１
を封止材３０２で密封したものである。リッド３０１は
金属、セラミックなどでできており、封止材はハンダ
や、ガラス、接着剤、金やスズの合金などである。封止
材３０２を利用せずに、リッドとパッケージを溶接して
も良い。密封であることから、パッケージ内部は真空に
保たれたり、窒素など不活性な気体の雰囲気で保たれて
電極などの劣化を防ぐ。

【００２１】図４に実施例１で示す表面実装型圧電デバ
イスの製造方法例を示している。以上、図１、図２、図
３を使って以下に実施例１の説明をする。本例の表面実
装型圧電デバイスは水晶振動子１とパッケージ２とリッ
ド３０１で主に構成されている。（ａ）は、水晶結晶を
ＡＴ−ＣＵＴで切断し２インチ程度の水晶ウエハー４０
１にしたものであり、厚みはおよそ１０μｍである。
（ｂ）は、フォトリソ工程を利用し加工した水晶ウエハ
ー４０１で、水晶振動子１のおおよその外形をつくる。
１枚の水晶ウエハー４０１からほぼ同じ形状の水晶振動
子１が４０個程度同時に作くる。４０２はウエハーの枠
部であり、それぞれの水晶振動子１の外形を連結してい
る。このとき、凹部３のおおよその形状も形成される。

【００２２】（ｃ）は、目的の共振周波数で発振させる
必要から適当な厚みの薄板部６を得るために、板厚調整
部４０３の厚みをフッ酸やフッ化アンモニウム液やこれ
らの水溶液を利用して溶解させ板厚を調整する。このと
き、ドライエッチングの手法を利用し、同様な部分もし
くは、平坦側主面全体や、凹側主面全体を一様にエッチ
ングし、薄くして、結果的に所望の薄板部６を得ても良
い。効率良く、かつ薄板部６の平坦度を保つため、これ
らの板厚調整方法を複合して利用してもよい。ただし、
（ｆ）での周波数調整幅は、数百〜数千Å程度と有限で
ある電極の厚み分しか調整できないため、（Ｃ）におい
てそれぞれの水晶振動子１が（ｆ）において調整可能な
範囲まで薄板部６の厚みを調整しておく必要がある。本
例では平坦側主面をドライエッチング手法により２μm
一律に削り、その後、各水晶振動子１の凹側を界面活性
剤など添加剤含有のフッ酸水溶液により１６３．３ＭＨ
ｚ±３００ｐｐｍで調整した。

【００２３】（ｄ）は、電極形成であり、平坦側電極５
と凹側電極４を形成する。これら電極をパッケージ２の
端子８、９と導通とるための平坦側金属膜１０１と凹側
電極膜１０２も同時に形成される。蒸着、スパッタなど
により真空中で形成されたりメッキなどにより液中で形
成される。水晶ウエハー４０１を回転しながら形成する
と、平坦側主面と凹側主面同時に形成可能である。平坦
側電極５、および凹側電極４形状は所望の形状に穴の開
いたマスクでウエハー４０１をはさむことで得られる。
（ｅ）は、（ｄ）までで作成した水晶振動子１のパッケ
ージ２への固定である。ウエハー４０１から水晶振動子
１を切断し、凹側をパッケージ側に向けてパッケージの
水晶振動子固定部１０３に固定材１０５を使用して固定
する。

【００２４】（ｆ）は、周波数調整であり、図１にあた
る。端子8、9をネットワークアナライザーなど周波数測
定装置に接続して周波数を測定しつつアルゴンイオンを
照射して平坦側電極５と平坦側金属膜１０１の一部を削
り、共振周波数を所望の値に調整する。本例では１５７
ＭＨｚの±２ｐｐｍに調整した。（ｇ）は、封止であ
り、図３にあたる。本例ではリッド３０１をパッケージ
２に載せ真空中で加熱し、金とスズの合金が融解するこ
とで密閉される。

【００２５】(実施例２) 平坦側主面に配する電極を削
り共振周波数を調整する加速度センサーを示す。図５を
使って以下に実施例２の説明をする。本例の表面実装型
圧電デバイスは、主面の一部に凹部３を有する水晶振動
子１と水晶振動子１を実装するパッケージ２から構成さ
れている。図５は本実施例の構成を示す図であり、単結
晶の圧電素子の一部を外力により変形しやすい薄板部６
を作成し、薄板部６の変形による共振周波数の変化によ
り加速度を計測する圧電素子デバイスである。圧電振動
子には水晶振動子１を利用した。図６は図５を水晶振動
子１側から見た図である。ただし、加工用マスク１０７
は省いてある。図７はパッケージ２に同封されるＩＣチ
ップ５０１の入出力端子例を示した図である。本例の圧
電素子デバイスは水晶振動子１であり、薄板部６の主振
動の共振周波数を利用する。

【００２６】水晶振動子１は、外力により薄板部６が変
形することで水晶振動子の共振周波数が変化し外力が加
わったことを感知する。本例では、ＡＴカットの水晶ウ
エハーをウエットエッチングもしくはドライエッチング
を使用して水晶振動子１の外形と凹部３を形成した圧電
振動子である。強度を向上するため、また支持を有利に
するために薄板部６の外周の板厚を薄板部６より厚くし
て枠部７とし、凹部３を有する水晶振動子１を形成す
る。特性の安定のため、共振周波数を一定に調整する必
要があるが、薄板部６の板厚だけの周波数調整では、調
整が困難であり、凹側電極４の加工による周波数調整は
アルゴンイオンの偏在などで精度が良くないという課題
がある。さらに、薄板部６が薄いため凹部３の内側ほぼ
全体に凹側電極４を形成し強度を補強し、外力による過
敏な応答を防止する。一方、平坦側電極５を形成する場
合、電極形成用マスクを水晶主面に近接させられるため
に、凹部底にある薄板部６より精度良く形成可能なた
め、平坦側に凹側より小さい面積の電極を形成すること
で安定した水晶振動子１を作成する。特に、効率良く水
晶振動子１に発生する電荷を拾うため複雑な形状にする
必要もあり電極形成時における加工精度も重要である。
水晶と電極の電荷受け渡しに有効な範囲は寸法の小さい
平坦側電極５に依存し、特性の安定度を増すには、ドラ
イエッチングなどにより平坦側を均一に削る必要があ
る。また、不用振動を回避するため、もしくは一部を慣
性力に影響されやすい重しとして平坦電極５の一部を加
工せずに残す場合がある。このため、周波数精度の向上
と、加工精度の向上のため、凹側電極４をパッケージ２
に向けて水晶振動子１を実装し、ドライエッチング手法
により平坦側電極５を削り周波数調整を行う。

【００２７】２はパッケージであり、水晶振動子１を外
気から遮断しつつ感知した周波数変動情報を取り出す薄
型の表面実装型の保持器である。水晶振動子１は凹側電
極４をパッケージ２に向けて設置する。パッケージ２は
外部電源用の端子８とセンサー信号を出力するための端
子９を備え、別にアース用の端子や外部制御用の端子な
どを備えていてもよい。材質は、セラミックのＳＭＤパ
ッケージであり１番下の凹構造内にＩＣチップ５０１
と、上の段の凹構造内に水晶振動子１を収める３層積層
型である。パッケージには端子８、９や水晶振動子１と
ＩＣチップ５０１とに導通とるためにパッケージ金属膜
５０４が形成してある。

【００２８】パッケージ金属膜５０４は一部が積層には
さまれる形で形成されていてもよくまた、独立して複数
個存在してもよい。本例では、凹側電極４と水晶接続部
７０２を接続するために、パッケージ金属膜５０４と金
属ワイヤ５０２と凹側金属膜１０２が存在する。水晶接
続部７０３と平坦側電極５を接続するために、パッケー
ジ金属膜５０４と、金属ワイヤ５０２と平坦側金属膜１
０１が存在する。電圧電源入力部７０５と端子８を接続
するためにパッケージ金属膜５０４とスルーホール１０
４が存在し、出力端子７０６と端子９を接続するために
パッケージ金属膜５０４とスルーホール１０４が存在す
る。また、外部制御部７０４もしくはアース接続部７０
７と、端子８、９とは別のパッケージ２の端子とを接続
するパッケージ金属膜５０４が存在してもよい。それぞ
れのパッケージ金属膜５０４はそれぞれ水晶振動子１と
ＩＣチップ５０１の接続前は導通していないでそれぞれ
電気的に独立している。パッケージ２はＩＣチップ５０
１と水晶振動子１を収めた後にリッドで蓋をして外気か
ら遮断する。

【００２９】凹側電極リード金属膜１０２は平坦側主面
まで回し込んである。回し込みは確実に凹側と平坦側で
導通をとるため、水晶振動子１の縦側側面だけでなく横
側側面にまで形成してある。固定材１０５は非導電性接
着剤やバンプなどである。１０はイオンビームであり、
矢印はイオンガンから水晶振動子１へ向かうＡｒのプラ
スイオンなどのイオンビームを示す。イオンビームであ
るイオンなどは加工用マスク１０７により通過する面積
を制限され、平坦側電極５を集中的に削る。ただし、平
坦側電極５をムラなく均一に削るために、平坦型電極５
の面積より広めのイオンビーム通過穴を加工用マスクに
開ける。この場合、平坦側電極リード金属膜１０１の一
部もドライエッチングすることになる。凹側電極４や平
坦側電極５と導通あるパッケージ金属膜５０４の一部で
ある端子５０５、５０６にプローブを押し付けて、ネッ
トワークアナライザなど周波数測定機により加工前の周
波数を測定し、目標周波数までの加工量を決定する。周
波数を測定しながらドライエッチングしてもよい。また
加工速度を変化させながら繰り返し加工してよい。

【００３０】図７はＩＣチップ５０１の図である。水晶
振動子１の発振回路と外力により変化した共振周波数と
通常の共振周波数との差を計算する回路を含み、シリコ
ン基板表面の回路配置領域７０１にそれら回路を配して
いる。また回路配置領域７０１には凹側電極４と導通を
とる水晶接続部７０２と、平坦側電極５と導通をとる水
晶接続部７０３と、周波数調整時に水晶振動子１の共振
周波数情報を取り出す外部制御部７０５と、外部から回
路を駆動するための電源を供給する電源入力部７０５
や、センサー信号を出力する出力部７０６や、外部のア
ースと接続するアース接続部７０７などがあり、本例で
はそれぞれがパッケージ２上に配されているパッケージ
金属膜５０４に金属ワイヤ５０３で導通とり、。回路配
置領域７０１をパッケージ１側に向けバンプなどで導通
をとり、パッケージ２への固定をかねてもよい。

【００３１】（実施例３）平坦側主面に配する電極を
削り共振周波数を調整する水晶発振器を示す。図５、図
６、図７を使って以下に実施例３の説明をする。図５
は、ＩＣチップ５０１と水晶振動子１の実装後にドライ
エッチング手法により平坦側電極５を加工して周波数調
整を行う例である。図６は図５を水晶振動子１側から見
た図である。ただし、加工用マスク１１は省いてある。
図７はパッケージ２に同封されるＩＣチップ５０１の入
出力端子の例を示した図である。

【００３２】図５は、一方の主面の一部に凹部３を形成
して薄くした薄板の両面にそれぞれ凹側電極４と平坦側
電極５とを配して主振動を得る薄板部６と薄板部６の周
りを支持する板厚の厚い縁部７とからなる圧電振動子
と、水晶振動子１を実装した後にリッドにより内部を密
閉するパッケージ２とからなる表面実装型圧電デバイス
である。本例では圧電振動子とは水晶振動子１であり、
表面実装型圧電デバイスとは、電圧制御水晶発振器であ
り、その他に水晶発振器や温度保証型水晶発振器などで
もよい。

【００３３】水晶振動子１を実装する前に水晶振動子１
とパッケージ２の間にＩＣチップ５０１をパッケージ２
に固定するよう実装する。水晶振動子１は凹側電極４を
パッケージ２に向けて実装した後、パッケージの端子を
利用して測定したもしくは測定している主振動周波数を
所望の周波数に近づけるべく平坦側電極５を加工して周
波数調整する。凹側電極４の加工と比較して、平坦側電
極５の加工した周波数調整は精度良く、また加工用マス
ク１０７と水晶振動子１の距離が短く設置できるために
加工精度がよく、不必要に平坦側金属膜１０１や水晶振
動子１の表面を傷つけることがない。

【００３４】本例のパッケージ２の端子とはパッケージ
外側に配された出力用の端子９をである。ドライエッチ
ング前に端子９を利用してスペクトルアナライザーなど
周波数測定機で加工前の周波数を測定し目標周波数まで
の加工量を決定する。周波数を測定しながら加工しても
よい。平坦側電極５の全面を均一に加工するために、多
少広い面積でエッチングを行う必要があり、平坦側金属
膜１０２の一部も同時に加工され周波数調整後は平坦側
電極と同じ膜厚の平坦側金属膜エッチング部１２が形成
される。

【００３５】ＩＣチップ５０１は制御信号入力部７０４
を有し、水晶振動子１とＩＣチップをパッケージ２に実
装後、ここに異なる電圧を加えることにより信号出力部
７０６に金属ワイヤ５０３とパッケージ金属膜５０４と
スルーホール１０４により接続された端子８から出力さ
れる周波数が変化し、電圧制御型発振器として利用され
る。パッケージ２には端子８、９の他に、制御信号入力
用端子、電源入力用端子、信号出力用端子、アース接続
用端子が配されそれぞれＩＣチップ５０１に接続されて
いる。

【００３６】表面実装型圧電デバイスとは、水晶やダン
ガサイトやニオブ酸リチウムを利用した振動子や発振器
やセンサーなどである。凹部は４角や３角や円形であ
り、縁部は薄板部の全周囲、もしくはそ３方向、２方
向、１方向にある。凹側電極は平坦側電極より面積が広
いことが好ましいが、場合により凹側電極は平坦側電極
より面積が小さくてもよい。凹側電極と平坦側電極は
金、銀、アルミ、クロムやそれらの合金で形成され、層
状になっていてもよく、同時にもしくは、別々に形成さ
れる。凹部と圧電振動子の外形はウエットエッチング、
ドライエッチングなどで作られ、これらを組み合わせて
もよい。加工マスクは平坦側電極より面積が広い穴がよ
いが、場合により小さいことや、凹側電極とほぼ同じ面
積もある。周波数調整は平坦側電極を削る方法としてイ
オンガンやレーザーやスパッタや研磨などでおこなわ
れ、平坦側電極に荷重する方法としてはスパッタや蒸着
や塗布などにより膜を積層していく方法がある。また、
圧電デバイスの主振動の周波数を測定しながら、測定
後、もしくは測定と加工を繰り返して周波数調整する。
パッケージの端子は２つ〜６つ程度設置することがあり
表面実装型圧電デバイスの種類による。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、周波数調整精度と、圧
電デバイス上のリード用金属膜や圧電振動子表面への不
必要な加工を最小限に押さえて加工精度を向上すること
ができる。さらに、工程の効率性や製品加工の歩留まり
を向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面実装型圧電デバイスとその製造方
法の構成図である。

【図２】本発明の表面実装型圧電デバイスの構成図であ
る。

【図３】本発明の表面実装型圧電デバイスの構成図であ
る。

【図４】本発明の表面実装型圧電デバイスの製造手順で
ある。

【図５】本発明の表面実装型圧電デバイスの構成図であ
る。

【図６】本発明の表面実装型圧電デバイスの構成図であ
る。

【図７】本発明の表面実装型圧電デバイスに実装するＩ
Ｃチップの構成図である。

【符号の説明】

１水晶振動子２パッケージ３凹部４凹側電極５平坦側電極６薄板部７縁部８端子９端子１０イオンビーム１１平坦側金属膜エッチング部１０１平坦側金属膜１０２凹側金属膜１０６開口部１０７加工用マスク３０１リッド３０２封止材５０１ＩＣチップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 41/22 Ｈ０３Ｈ 9/10 Ｈ０３Ｂ 5/32 Ｈ０１Ｌ 41/08 ＣＨ０３Ｈ 3/04 41/18 １０１Ａ 9/10 41/22 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の主面の一部に凹部を形成して薄く
した薄板の両面にそれぞれ凹側電極と平坦側電極とを配
して主振動を得る薄板部と、前記薄板部の周りを支持す
る板厚の厚い縁部とからなる圧電振動子と、前記圧電振
動子を実装した後にリッドにより内部を密閉するパッケ
ージとからなる表面実装型圧電デバイスにおいて、前記
凹側電極をパッケージに向けて実装した後、パッケージ
の端子を利用して測定したもしくは測定している主振動
周波数を所望の周波数に近づけるべく前記平坦側電極を
加工して周波数調整したことを特徴とする表面実装型圧
電デバイス。
【請求項２】前記圧電振動子は、主振動が厚みすべり
振動の水晶振動子であることを特徴とする請求項１に記
載の表面実装型圧電デバイス。
【請求項３】前記圧電振動子と前記パッケージの間
に、発振回路を有する回路チップを前記パッケージに実
装していることを特徴とする請求項１に記載の表面実装
型圧電デバイス。
【請求項４】前記周波数調整は、前記平坦側電極の全
てと、前記平坦側電極を前記端子と導通するために前記
圧電振動子上に配される平坦側金属膜の一部とをドライ
エッチングして周波数調整することを特徴とする請求項
１に記載の表面実装型圧電デバイス。
【請求項５】前記平坦側電極の膜厚を前記凹側電極の
膜厚より薄くもしくは厚くして形成し、周波数調整後に
前記平坦側電極の膜厚を前記凹側電極の膜厚とほぼ同じ
膜厚にすることを特徴とする請求項１に記載の表面実装
型圧電デバイス。
【請求項６】一方の主面の一部に凹部を形成して薄く
した薄板の両面にそれぞれ凹側電極と平坦側電極とを配
して主振動を得る薄板部と前記薄板部の周りを支持する
板厚の厚い縁部とからなる圧電振動子と、前記圧電振動
子を実装した後にリッドにより内部を密閉するパッケー
ジとからなる表面実装型圧電デバイスの製造方法におい
て、前記凹側電極をパッケージに向けて実装する工程
と、パッケージの端子を利用して測定したもしくは測定
している主振動周波数を所望の周波数に近づけるべく前
記平坦側電極をドライエッチング手段を用いて削り、周
波数調整する工程からなることを特徴とする表面実装型
圧電デバイスの製造方法。