JP2002368564A - 水晶振動子の製造方法及びそれにより製造された水晶振動子 - Google Patents

水晶振動子の製造方法及びそれにより製造された水晶振動子

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鍾 泰 金
Hu-Nam Choi
厚 男 崔
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錦 榮 尹
Jong-Pil Lee
鍾 泌 李
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 水晶振動子板とセラミック基板とを新たなボ
ンディング方式で連結することにより、高効率で信頼性
の優れた水晶振動子を製造することである。 【解決手段】 本発明による水晶振動子は、第１セラミ
ック層５１２の周縁に沿って位置され積層された第２セ
ラミック層５１４を含むセラミック基板５１１と、前記
セラミック基板５１１の第１セラミック層５１２の端子
部に位置され前記第１セラミック層５１２に一側が固定
された水晶振動子板５２０、及び前記第２セラミック層
５１４の上部に付着され前記水晶振動子を密閉する蓋と
を含み、更に前記第１セラミック層５１２と前記水晶振
動子板５２０の一側は金属バンプ５３０で連結される。
こうした水晶振動子は既存の水晶振動子に比して信頼性
が優れながらも小型化に大変有利である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は水晶振動子の製造に
関するものとして、より詳細には基板に水晶振動子板を
新たな方式で配置することにより信頼性に優れた水晶振
動子の製造方法及びそれにより得られる新たな構造の水
晶振動子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に水晶振動子は電子時計等に用いら
れる基準周波数発生装置である。水晶振動子は、振動子
の構成に基づいて大別すると音叉型(tuning fork type
またはWatson type)と振動リード型(reed type)とに区
分できる。音叉型水晶振動子チップに関しては米国特許
第３,９６９,６４１号、第４,１７６,０３０号、第４,
４２１,６２１号等諸文献に開示されている。図１２〜
１４は一般の音叉型水晶振動子チップの一例を示す。図
１２に示す如く、音叉型水晶振動子７００は第１セラミ
ック層７１２と第１セラミック層７１２の周縁に沿って
積層される第２、第３セラミック層７１３、７１４とか
ら成るセラミック基板７１１と、その内部に配置された
水晶振動子板７２０とを含む。図１３（Ａ）と図１３
（Ｂ）にはその積層されたセラミック基板７１１上に水
晶振動子板７２０が配置される態様を示している。更に
通常の水晶振動子板７２０は、水晶片(quartz crystal
blank)７２１に図１４の如く一定パターンの電極７２
２、７２４、７２２’、７２４’が形成される。水晶片
が音叉型である場合には水晶振動子７００の内部を真空
状態に保つ必要がある。図１２〜１４の如く、３個のセ
ラミック層を備える水晶振動子７００の場合、セラミッ
ク基板７１１の第２セラミック層７１３には階段形状の
突出部７１３ａ、７１３ｂが形成されて水晶振動子板が
その上に固定され、水晶振動子板とセラミック基板７１
１とが互いに接触しないよう一定間隙を保っている。前
記３層セラミック基板の場合は、セラミック基板に水晶
振動子を接着する際一般にペースト(paste)７３０、７
３２を突出部、即ちセラミック基板の端子部に塗布して
水晶振動子板を固着させる。こうした方式は通常のダイ
ボンディング(die bonding)方式である。通常のダイボ
ンディングでは蝋付けやＳｉ系Ａｇペーストまたはエポ
キシ系ペーストが主に使用される。この場合、セラミッ
ク基板と水晶振動子板とを接着する際、ペーストを熱硬
化する必要がある。次いで、水晶振動子をセラミック基
板に接着してからセラミック基板の上部を蓋(lid)７１
６で密閉する。
【０００３】一方、前記３層セラミック基板を備える水
晶振動子とは異なって２層セラミック基板を備える水晶
振動子は、その構造やダイボンディング方式において多
少差がある。図１５〜１７は２層セラミック基板を備え
る水晶振動子を例示している。図１５は２層セラミック
基板を備える水晶振動子の分解斜視図、図１６はその積
層されたセラミック基板に水晶振動子板が固着される態
様、図１７（Ａ）は水晶振動子の側面図、そして図１７
（Ｂ）は図１７（Ａ）の「Ａ」部分の詳細図である。２層
セラミック基板を備える水晶振動子８００は、図１５に
示す如く、セラミック基板８１１に別途の突出部を設け
ず第１セラミック層８１２部位に直接水晶振動子板８２
０が固定される。 更に、ダイボンディング方式におい
ても水晶振動子板８２０と第１セラミック層８１２が一
定間隙を保つようタングステンバンプ８３０ａを形成し
てから該タングステンバンプ上にペースト８３０を塗布
して水晶振動子を接着させる。図１７（Ｂ）には水晶振
動子板８２０が固着された水晶振動子を詳細に示してい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の水晶
振動子の場合は、２層セラミック基板か３層セラミック
基板かを問わずに、セラミック基板に水晶振動子板を接
着する過程でペーストを塗布して接着するダイボンディ
ング方式を用いる為、水晶振動子を組立後に熱硬化しな
ければならない。その上、セラミック基板が小さい程ダ
イボンディング方式はペーストの量を微調節するのが大
変困難な為に水晶振動子の小型化に対応し難い。特に、
素子内部を真空状態に保たねばならない音叉型水晶振動
子の場合の蝋付けやエポキシ系ペーストを用いると高温
でガスが発生して水晶振動子の最終特性が低下し兼ねな
い。更に、従来の水晶振動子は何よりもセラミック基板
と水晶振動子板とを離隔する為に別途のセラミック層や
バンプを備える構造を取らざるを得なかった。
【０００５】本発明はこうした従来の諸問題を解決しよ
うと案出されたものである。本発明の目的は、水晶振動
子板とセラミック基板とを新たなボンディング方式で連
結することにより、高効率で信頼性の優れた水晶振動子
を製造することである。更に、本発明の異なる目的は、
こうしたボンディング方式により製造される新たな水晶
振動子を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を成し遂げるた
めに、本発明は、第２セラミック層の一側辺が第３セラ
ミック層より内側に突出するよう第２セラミック層と第
３セラミック層の内部を打ち抜き、第２セラミック層の
突出した部位に端子電極を設けた第２セラミック層と第
３セラミック層とを第１セラミック層上に順次に積層し
てセラミック基板を形成する段階と、一定パターンの電
極を設けた水晶振動子板を備える段階と、前記セラミッ
ク基板の第２セラミック層の突出した部位の端子電極内
に金属バンプを形成する段階と、前記水晶振動子板の電
極から延長される端子部を前記金属バンプ上に位置さ
せ、前記水晶振動子板の他部分がセラミック基板と接触
せずに水晶振動子板と金属バンプとを連結する段階と、
前記セラミック基板の上部にセラミック蓋を密閉(seali
ng)させる段階とを有することを要旨とする。前記金属
バンプはＡｕバンプであることを要旨とする。前記金属
バンプは前記水晶振動子の電極端子部内に端子部当たり
少なくとも２個以上形成されることを要旨とする。前記
金属バンプは前記水晶振動子の電極端子部当たり端子部
面積対比で少なくとも２０%以上になるよう形成される
ことを要旨とする。前記金属バンプは前記水晶振動子の
電極端子部内に交互に右へ左へと折れ曲がって形成され
ることを要旨とする。前記金属バンプの上部は全て平坦
面を有する金属バンプを用いることを要旨とする。前記
金属バンプは金属ワイヤー終端に形成された金属バンプ
をセラミック基板の一定位置に装着され、加圧しながら
超音波を与えた後に金属ワイヤーを上方に引っ張ってか
ら再び金属バンプの上部を加圧して形成されることを要
旨とする。前記一個の金属バンプに約２５０g以内の圧
力を加えながら約３００℃以内において加熱した状態で
約２Ｗ以内で５０msec以下の間超音波を与えて金属バン
プを形成することを要旨とする。前記金属バンプは約１
５０〜２５０℃の範囲で加熱されることを要旨とする。
前記金属バンプの上部は全て平坦面を有し上部の平坦面
が下部の平坦面より小さい金属バンプが用いられること
を要旨とする。前記金属バンプの下部平坦面の断面は約
５０μｍ以下の長さと少なくとも４０〜９０μｍの厚み
を有する略円筒形の金属バンプであることを要旨とす
る。前記水晶振動子は前記水晶振動子の電極から延長さ
れた端子部と金属バンプが電気的に接続するよう水晶振
動子板を加圧しながら超音波により前記水晶振動子板に
機械的摩擦力を与えて水晶振動子板とセラミック基板と
を連結することを要旨とする。前記水晶振動子板は約２
kg以内の圧力を加えながら約３００℃以内において加熱
した状態で約２Ｗ以内で２３０msec以下の間超音波を与
えて金属バンプを連結することを要旨とする。前記水晶
振動子はセラミック基板の下部面から約１０〜４０μｍ
程の間隙を有すること要旨とする。前記水晶振動子は音
叉型であることを要旨とする。
【０００７】また、前記目的を成し遂げるために、本発
明は、一定位置に端子電極を形成した第１セラミック層
上に内部が打ち抜かれた第２セラミック層を積層してセ
ラミック基板を形成する段階と、一定パターンの電極を
設けた水晶振動子板を備える段階と、前記セラミック基
板の第１セラミック層の端子電極内に金属バンプを形成
する段階と、前記水晶振動子板の電極から延長される端
子部を前記金属バンプ上に位置させ、前記水晶振動子板
の他部分がセラミック基板と接触せずに水晶振動子板と
金属バンプとを連結する段階と、前記セラミック基板の
上部にセラミック蓋を密閉させる段階とを有することを
要旨とする。前記金属バンプはＡｕバンプであることを
要旨とする。前記金属バンプは前記水晶振動子の電極端
子部内に端子部当たり少なくとも２個以上形成されるこ
とを要旨とする。前記金属バンプは前記水晶振動子の電
極端子部当たり端子部面積対比で少なくとも２０%以上
になるよう形成されることを要旨とする。前記金属バン
プは前記水晶振動子の電極端子部内に交互に右へ左へと
折れ曲がって形成されることを要旨とする。前記金属バ
ンプの上部は全て平坦面を有する金属バンプを用いるこ
とを要旨とする。前記金属バンプは金属ワイヤー終端に
形成された金属バンプをセラミック基板の一定位置に装
着され、加圧しながら超音波を与えた後に金属ワイヤー
を上方に引っ張ってから再び金属バンプの上部を加圧し
て形成されることを要旨とする。前記一個の金属バンプ
に約２５０g以内の圧力を加えながら約３００℃以内に
おいて加熱した状態で約２Ｗ以内で５０msec以下の間超
音波を与えて金属バンプを形成することを要旨とする。
前記金属バンプは約１５０〜２５０℃の範囲で加熱され
ることを要旨とする。前記金属バンプの上部は全て平坦
面を有し上部の平坦面が下部の平坦面より小さい金属バ
ンプを用いることを要旨とする。前記金属バンプの下部
平坦面の断面は約５０μｍ以下の長さと少なくとも４０
〜９０μｍの厚みを有する略円筒形の金属バンプである
ことを要旨とする。前記水晶振動子は前記水晶振動子の
電極から延長された端子部と金属バンプが電気的に接続
するよう水晶振動子板を加圧しながら超音波により前記
水晶振動子板に機械的摩擦力を与えて水晶振動子板とセ
ラミック基板とを連結することを要旨とする。前記水晶
振動子板は約２kg以内の圧力を加えながら約３００℃以
内において加熱した状態で約２Ｗ以内で２３０msec以下
の間超音波を与えて金属バンプを連結することを要旨と
する。前記水晶振動子はセラミック基板の下部面から約
１０〜４０μｍ程の間隙を有すること要旨とする。前記
水晶振動子は音叉型であることを要旨とする。
【０００８】更に、前記目的を成し遂げるために、本発
明は、第１セラミック層の周縁に沿って第２セラミック
層が積層され、第１セラミック層の一定位置に外部電極
と電気的に接続する端子電極が設けられて前記第２セラ
ミック層の内側に水晶振動子が位置され得るセラミック
基板と、前記セラミック基板の第１セラミック層の端子
電極と金属バンプを通して連結されて表面には一定パタ
ーンの電極が設けられ、一側がセラミック基板に固定さ
れ他側はセラミック基板と接触しない水晶振動子板と、
前記第２セラミック層の上部に付着されて前記水晶振動
子板を密閉する蓋とを備えたことを要旨とする。前記金
属バンプはセラミック基板の端子電極当たり少なくとも
２個以上形成されることを要旨とする。前記金属バンプ
は水晶振動子の一個の端子部内に面積比で少なくとも約
２０%以上形成されることを要旨とする。前記金属バン
プはセラミック基板の端子電極内で交互に右へ左へと折
れ曲がって形成されることを要旨とする。前記金属バン
プはＡｕバンプであることを要旨とする。前記水晶振動
子とセラミック基板の第１セラミック層の上部面との距
離が約１０〜４０μｍ程間隙を有することを要旨とす
る。前記水晶振動子は音叉型であることを要旨とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づき詳細
に説明する。図１（Ａ）〜２（Ｂ）に示す本発明の実施
の形態は３層セラミック基板を用いて水晶振動子を製造
した場合である。セラミック基板３１１は通常のグリー
ンシート(green sheet)一枚、或いは幾枚を積層して製
造してもよい。本発明においてはグリーンシートで作製
した第２セラミック層３１３と第３セラミック層３１４
の内部を打ち抜き該第２セラミック層と第３セラミック
層とを第１セラミック層３１２上に積層してセラミック
基板３１１を形成する。３層セラミック基板３００の場
合は、第２セラミック層３１３の一辺が第３セラミック
層３１４よりも内側に延長され水晶振動子板３２０が配
置され得るよう突出部３１３ａ、３１３ｂを形成する。
前記突出部の上面には金属バンプ３３０、３３２が配置
され、該金属バンプを介してセラミック基板と水晶振動
子板３２０とが固着される。もちろん、水晶振動子板は
水晶片に一定パターンの電極が予め設けられ、更に突出
部上にも一定パターンの電極端子部が形成される。夫々
の電極はもちろん振動子の特性等に伴って任意に設計し
得ることは言うまでもない。従って、これら電極パター
ンが本発明の領域を限定するものではない。前記突出部
の電極端子部は外部電極に連結されるが、突出部は従来
の如く互いに分離されても、一体でも構わない。本発明
においては３層セラミック基板の前記突出部上、即ち、
突出部の電極端子部上に金属バンプ３３０を配置して該
金属バンプを介して水晶振動子板の電極端子部と連結さ
れる。
【００１０】本発明においては前記水晶振動子板とセラ
ミック基板とを通常のダイボンディング方式の代わりに
フリップボンディング(flip bonding)方式を用いて連結
する。即ち、本発明による水晶振動子のフリップボンデ
ィング方式は、図１（Ｂ）及び図２（Ａ）の如く前記セ
ラミック基板３１１の一側辺に形成された階段形状の突
出部３１３ａ、３１３ｂ上に金属バンプ３３０、３３２
を装着し、前記水晶振動子板３２０を押さえながら金属
バンプを介してセラミック基板に連結させる。本発明に
おいては図２（Ａ）の如く、前記水晶振動子板上に設け
られた電極から延長された端子部と金属バンプとが電気
的に接続するよう水晶振動子板に加圧しながら超音波発
生手段１４０により前記水晶振動子板に機械的摩擦力を
与えて水晶振動子板とセラミック基板とを連結する。こ
の場合、前記水晶振動子板に約２kg以内の圧力を加えな
がら約３００℃以内の加熱状態において約２Ｗ以内で２
３０msec 以下の間超音波を与えるのが好ましい。本発
明の場合は水晶振動子板が大体セラミック基板の下部面
から約１０〜４０μｍ程の間隙ｄを持たせることが適切
である。図２（Ｂ）は、このような方法で水晶振動子板
を組立後、最終的に蓋３１６で閉じた水晶振動子の側面
図を示している。
【００１１】一方、本発明によるフリップチップボンデ
ィング方式は、従来の半導体チップを基板に実装する際
に用いるフリップボンディング方式をそのまま用いる場
合よりかなりの注意を要する。通常の半導体チップ実装
工程ではチップと基板の幾箇所をバンプを介して連結す
るが、本発明により金属バンプを用いて水晶振動子を製
造する場合に振動子の一側のみ連結し他側は振動する
為、振動子とセラミック基板のフリップチップボンディ
ング方式はより精密性を要する。従って、金属バンプを
介して水晶振動子板とセラミック基板とを連結するフリ
ップチップボンディング工程は本発明の一特徴である。
本発明のフリップチップボンディング過程を明らかにす
る為、ここで、通常のフリップチップボンディング方式
により基板に半導体チップを実装する工程を見れば次の
とおりである。
【００１２】図３は典型的なフリップチップボンディン
グ装置の概略図、図４（Ａ）ないし図４（Ｄ）はこのよ
うな装置を用いて通常の一連のフリップチップボンディ
ング工程を示す。通常のフリップチップボンディング装
置は図３に示す如く、大体金属ワイヤー１１が巻き取ら
れた巻線ロール１２と、巻線ロールから供給される金属
ワイヤーを支持するエアージェット(air jet)方式の固
定手段１４と、クランプ１６と、金属ワイヤーの終端に
位置して金属バンプを形成するキャピラリーチップ(cap
illary tip)と、基板１７に熱を供給する熱板(heat sta
ge)１７とを含む。図４（Ａ）ないし図４（Ｄ）に示す
如く、前記キャピラリーチップ１８が熱板１７に移動し
て金属ワイヤー１１の終端が基板に接触する瞬間側面か
らトーチ１５が接近しながら瞬間的に金属ワイヤー終端
が半熔融する。次いでキャピラリーチップが上方に退き
金属ワイヤーが上に引っ張られると基板２０のパッド(p
ad)上にはドーム(dome)形の金属バンプ１３が形成され
る。一個のパッドに金属バンプを形成し終えたら再び同
一な方式で他パッドに金属バンプを形成する。
【００１３】図５（Ａ）、（Ｂ）は基板２０のパッド２
１に形成される金属バンプ１３の形状を詳細に示す。図
５（Ａ）の如く、通常金属バンプの形状はキャピラリー
チップの内側形状により多様に形成し得る。しかし、通
常のフリップチップボンディング過程で金属バンプを形
成する際一般に図５（Ｂ）の如く、金属ワイヤー終端が
半熔融した状態で金属ワイヤーを上方に引っ張る為、常
に金属バンプ１３の上部１３ｃが尖った形状を呈するよ
うになる。
【００１４】図６は超音波発生手段１４０を用いて、こ
のような金属バンプ１３を形成した基板２０にチップ１
を実装する工程を示す。通常のフリップチップボンディ
ングは基板の少なくとも２辺以上が金属バンプで接着さ
れる為、たとえ金属バンプの上部が尖っていてもチップ
と基板との電気的機械的結合には影響を及ぼさない。し
かし、こうした金属バンプを水晶振動子に適用するには
多少問題があり得る。水晶振動子の場合は、セラミック
基板内に水晶振動子板の一側のみ固定される為に水晶振
動子板がセラミック基板内で正確な位置に接着され水平
を保つことが大変重要である。しかし、通常の金属バン
プを用いる場合は水晶振動子板が水平を保つよう接着さ
せることは大変困難である。従って、本発明においては
通常のフリップチップボンディング方式とは異なって、
水晶振動子の製造に適合した形状の金属バンプを形成す
ることにより水晶振動子の信頼性を向上させる。
【００１５】図７（Ａ）ないし図７（Ｄ）は本発明によ
る金属バンプの形成工程を示す。こうした工程は通常の
フリップチップボンディング工程で金属バンプを形成す
る過程と同一であるが、上部に尖った終端を有するドー
ム形の金属バンプを図７（Ｄ）の段階でキャピラリーチ
ップ１８のヘッド(head)によりもう一度加圧することに
よりセラミック基板３１１に形成される金属バンプ２３
の上部２３ｂを図８の如き形状にする。金属バンプの上
部を平坦にする方法はこの分野における当業者であれば
このような方法以外にも様々な方法を容易に想到できよ
う。例えば、金属バンプの上部の尖った部分を切断した
り仕上げする方法もあろう。 従って、このような方法
が本発明の領域を限定するものではない。本発明におい
ては前記金属バンプの上部が全て平坦面を有する金属バ
ンプを用いることが大変重要である。好ましくは本発明
においては前記金属バンプの上部は全て平坦面を有し上
部の平坦面が下部の平坦面より小さくなることである。
より好ましき金属バンプは、下部平坦面が断面方向から
見て約５０μｍ以下の長さ(直径)と少なくとも４０〜９
０μｍの厚み(高さ)を有する略円筒形である。セラミッ
ク基板の端子部上に、このような形状の金属バンプを形
成する為には図７（Ａ）ないし図７（Ｂ）に示す金属バ
ンプ形成過程において超音波発生手段を用いる際に一定
条件で加熱、加圧しながら超音波を印加することが好ま
しい。本発明においては熱板１７を約３００℃以内、好
ましくは約１５０〜２５０℃の範囲で加熱した状態にお
いて約２Ｗ以内で超音波を約５０msec以内で与え、前記
キャピラリーチップに約２５０ｇ以内の範囲で加圧する
ことが好ましい。
【００１６】前記金属バンプは前記水晶振動子板の電極
端子部内に端子部当たり少なくとも２個以上形成するこ
とが好ましい。図９（Ａ）には３層セラミック基板の製
造時にセラミック基板４１１の端子部或いは水晶振動子
板４２０の電極端子部内に端子部当たり４個の金属バン
プが形成された場合を例示する。図９（Ｂ）は図９
（Ａ）の「Ｄ」部分の詳細図として、これをより詳しく示
している。前記金属バンプは水晶振動子の信頼性の面か
ら大体水晶振動子板の電極端子部当たり端子部面積対比
で少なくとも２０%以上に形成するのが適当である。金
属バンプが、少なくとも水晶振動子板の電極端子部に少
なくとも２個以上形成される場合はジグザグ(zigzag：
交互に右へ左へと折れ曲がって)に形成することがより
好ましい。更に、前記金属バンプは導電性等に鑑みてＡ
ｕバンプを用いるのが最も好ましい。
【００１７】今まで説明した水晶振動子は、前記セラミ
ック基板が３個のセラミック層から成っているが２層ま
たは多層セラミック基板から成り得ることは言うまでも
ない。図１０〜図１１（Ｂ）は本発明による２層セラミ
ック基板を備えた水晶振動子を示す。図１０は２層セラ
ミック基板から成る水晶振動子の分解斜視図、図１１
（Ａ）はその側面図、そして図１１（Ｂ）は図１１
（Ａ）の「Ｅ」部分の詳細図である。図１０に示す如く、
２層セラミック基板を備えた水晶振動子５００は第１セ
ラミック層５１２に積層された第２セラミック層５１４
を含むセラミック基板５１１と、前記セラミック基板内
に位置され第１セラミック層５１２と金属バンプ５３０
を介して連結される水晶振動子板５２０と、そして前記
セラミック基板５１１の上部を塞いでいる蓋５１８とを
含む。前記セラミック基板は第１セラミック層の周縁に
沿って第２セラミック層が積層され、第１セラミック層
の一定位置に外部電極と電気的に接続される端子電極が
設けられる。前記第２セラミック層の内側には水晶振動
子が位置するよう構成される。そして、前記に説明した
如く製造される本発明の金属バンプを介して前記セラミ
ック基板の第１セラミック層の端子電極と水晶振動子板
５２０の電極端子部とが連結され、他側はセラミック基
板と接触しない。水晶振動子板は水晶片の両面に一定パ
ターンで電極が設けられており、該電極パターンは水晶
振動子の種類や特性に伴って任意に設計され得ることは
言うまでもない。
【００１８】本発明の２層セラミック層を備える水晶振
動子は３層セラミック基板の第２セラミック層の突出部
(図１３（Ｂ）参照)やタングステンバンプ(図１７
（Ｂ）参照)無しで水晶振動子板が金属バンプを介して
セラミック基板に直接連結される。従って、本発明の２
層セラミック基板を備えた水晶振動子は通常の水晶振動
子とはその構造においてもかなり差がある。特に、こう
した水晶振動子は通常の水晶振動子の素子の高さを低く
でき素子の小型化にも大変有利である。先に述べた如
く、本発明は水晶振動子板の形態に拘わらず全てに適用
可能で、特に、振動子の振動により空気との摩擦を防止
するよう素子の内部が真空状態を要する音叉型水晶振動
子の製造に大変有用である。
【００１９】以下、本発明を実施例により具体的に説明
するが、本発明は下記実施例に局限されるものではな
い。例えば、前記水晶片に設けられる電極パターンは振
動子の特性等により任意に印刷し得ることは言うまでも
ない。
【００２０】（実施例）セラミックパウダーを混合して
スラリーを製造後、前記スラリーでグリーンシートを製
造し、前記グリーンシートを用いて３層セラミック基板
を製造した。更に、Ｚ-cut水晶片を用意して洗浄し、前
記水晶片に電極を印刷して水晶振動子を備えた。次い
で、前記セラミック基板の接続部に１００μｍ大のＡｕ
バンプ４個を装着後、超音波発生装置を用いて水晶振動
子を置いて水晶振動子に２kgの圧力と１.５Ｗの電力を
印加しながら約２００℃において超音波を２５０msec間
与え水晶振動子板をセラミック基板に固定した。以後、
振動数を微調整する為にレーザーを用いて水晶振動子板
の電極を削り取った後、セラミック基板上部に蓋を接着
し、素子の内部を１０−２ｔｏｒｒ以下の真空状態に保
持した。
【００２１】こうして製造された水晶振動子と各種ペー
ストを用いて水晶振動子を製造した場合とに対して熱衝
撃実験と落下実験を行った後と、蓋を密閉してから４８
時間経過後の周波数変化を測定し、その結果を下記表１
に示した。前記熱衝撃実験は−４０℃と８５℃で夫々３
０分間、水晶振動子を加熱する過程を１００サイクル繰
り返し、落下実験は素子の各方向別に素子を１．５mか
ら自由落下させた。
【００２２】
【表１】 前記表１に示す如く、本発明においては熱衝撃及び落下
実験後に周波数の変化が大変少なく、製造後経時変化に
より大変安定した素子を得られることが判った。反面、
Ｓｉ系Ａｇペーストを用いた従来例１の場合は落下実験
後には周波数変化が小さいが、熱や経時変化による周波
数変化が大変大きく素子が大変不安定になることが判っ
た。更に、エポキシ系Ａｇペーストを用いた従来例２の
場合には全般的に水晶振動子の周波数変化量が大きいこ
とが判った。
【００２３】
【発明の効果】上述の如く、本発明は水晶振動子とセラ
ミック基板とを新たなフリップチップボンディング方式
で連結することにより、高効率で水晶振動子を生産でき
るばかりでなく製造された水晶振動子の信頼性が大変優
れて小型化も大変容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は積層されたセラミック基板上に本発明
により金属バンプを介して水晶振動子が配置される態様
を示す構成図であり、（Ｂ）は（Ａ）の「Ｂ」部分の詳細
図である。
【図２】（Ａ）は本発明により超音波により水晶振動子
が金属バンプを介してセラミック基板上に連結される過
程を示す構成図であり、（Ｂ）は本発明の水晶振動子の
側面図である。
【図３】通常のフリップチップボンディング装置の概略
構成図である。
【図４】（Ａ）ないし（Ｄ）は通常のフリップチップボ
ンディング方式により基板に金属バンプが形成される過
程を示す図３の「Ｃ」部分の詳細図である。
【図５】（Ａ）ないし（Ｂ）は通常のフリップチップボ
ンディング方式において基板のパッド上に金属バンプが
形成される過程を示す。
【図６】通常のフリップチップボンディングにより金属
バンプを介して基板にチップが実装される過程を示す。
【図７】（Ａ）ないし（Ｄ）は本発明によりセラミック
基板の端子部に金属バンプが形成される過程を示す。
【図８】本発明によりセラミック基板の端子部に形成さ
れる金属バンプの形状を示す。
【図９】（Ａ）は積層セラミック基板上に本発明により
金属バンプを介して水晶振動子が配置される他態様を示
す構成図であり、（Ｂ）は（Ａ）の「Ｄ」部分の詳細図で
ある。
【図１０】他積層セラミック基板上に本発明により金属
バンプを介して水晶振動子が配置される態様を示す構成
図である。
【図１１】（Ａ）は他積層セラミック基板上に本発明に
より金属バンプを介して水晶振動子が配置されて製造さ
れた水晶振動子の側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の「Ｅ」
部分の詳細図である。
【図１２】従来の水晶振動子の分解斜視図である。
【図１３】（Ａ）は積層されたセラミック基板上に水晶
振動子が配置される態様を示す水晶振動子の斜視図であ
り、（Ｂ）はその側面図である。
【図１４】水晶振動子に設けられる電極パターンの一例
を示す。
【図１５】従来の他の水晶振動子の分解斜視図である。
【図１６】積層されたセラミック基板上に水晶振動子が
配置される態様を示す水晶振動子の斜視図である。
【図１７】（Ａ）は積層されたセラミック基板上に水晶
振動子が配置される態様を示す水晶振動子の側面図、
（Ｂ）は（Ａ）の「Ａ」部分の詳細図である。
【符号の説明】
３００、４００、５００ 水晶振動子 ３１１、４１１、５１１ セラミック基板 ３２０、４２０、５２０ 水晶振動子板 ３３０、３３２、４３０、４３２、５３０ 金属バンプ
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０３Ｈ 9/19 Ｈ０１Ｌ 41/18 １０１Ａ (72)発明者 尹 錦 榮 大韓民国京畿道水原市八達区梅灘３洞314 三星電機株式会社内 (72)発明者 李 鍾 泌 大韓民国京畿道水原市八達区梅灘３洞314 三星電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5J108 BB02 CC06 EE03 EE07 EE14 FF11 FF13 GG03 GG16 KK03 MM02 MM04

Claims (37)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第２セラミック層の一側辺が第３セラミ
    ック層より内側に突出するよう第２セラミック層と第３
    セラミック層の内部を打ち抜き、第２セラミック層の突
    出した部位に端子電極を形成した第２セラミック層と第
    ３セラミック層とを第１セラミック層上に順次に積層し
    てセラミック基板を形成する段階と、 一定パターンの電極を設けた水晶振動子板を備える段階
    と、 前記セラミック基板の第２セラミック層の突出した部位
    の端子電極内に金属バンプを形成する段階と、 前記水晶振動子板の電極から延長される端子部を前記金
    属バンプ上に位置させ、前記水晶振動子板の他部分がセ
    ラミック基板と接触せずに水晶振動子板と金属バンプと
    を連結する段階と、 前記セラミック基板の上部にセラミック蓋を密閉させる
    段階と、 を有することを特徴とする水晶振動子の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記金属バンプはＡｕバンプであること
    を特徴とする請求項１記載の水晶振動子の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記金属バンプは前記水晶振動子の電極
    端子部内に端子部当たり少なくとも２個以上形成される
    ことを特徴とする請求項１記載の水晶振動子の製造方
    法。
  4. 【請求項４】 前記金属バンプは前記水晶振動子の電極
    端子部当たり端子部面積対比で少なくとも２０%以上に
    なるよう形成されることを特徴とする請求項１記載の水
    晶振動子の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記金属バンプは前記水晶振動子の電極
    端子部内に交互に右へ左へと折れ曲がって形成されるこ
    とを特徴とする請求項４記載の水晶振動子の製造方法。
  6. 【請求項６】 前記金属バンプの上部は全て平坦面を有
    する金属バンプを用いることを特徴とする請求項１記載
    の水晶振動子の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記金属バンプは金属ワイヤー終端に形
    成された金属バンプをセラミック基板の一定位置に装着
    され、加圧しながら超音波を与えた後に金属ワイヤーを
    上方に引っ張ってから再び金属バンプの上部を加圧して
    形成されることを特徴とする請求項６記載の水晶振動子
    の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記一個の金属バンプに約２５０g以内
    の圧力を加えながら約３００℃以内において加熱した状
    態で約２Ｗ以内で５０msec以下の間超音波を与えて金属
    バンプを形成することを特徴とする請求項７記載の水晶
    振動子の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記金属バンプは約１５０〜２５０℃の
    範囲で加熱されることを特徴とする請求項８記載の水晶
    振動子の製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記金属バンプの上部は全て平坦面を
    有し上部の平坦面が下部の平坦面より小さい金属バンプ
    が用いられることを特徴とする請求項６記載の水晶振動
    子の製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記金属バンプの下部平坦面の断面は
    約５０μｍ以下の長さと少なくとも４０〜９０μｍの厚
    みを有する略円筒形の金属バンプであることを特徴とす
    る請求項１０記載の水晶振動子の製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記水晶振動子は前記水晶振動子の電
    極から延長された端子部と金属バンプが電気的に接続す
    るよう水晶振動子板を加圧しながら超音波により前記水
    晶振動子板に機械的摩擦力を与えて水晶振動子板とセラ
    ミック基板とを連結することを特徴とする請求項１記載
    の水晶振動子の製造方法。
  13. 【請求項１３】 前記水晶振動子板は約２kg以内の圧力
    を加えながら約３００℃以内において加熱した状態で約
    ２Ｗ以内で２３０msec以下の間超音波を与えて金属バン
    プを連結することを特徴とする請求項１２記載の水晶振
    動子の製造方法。
  14. 【請求項１４】 前記水晶振動子はセラミック基板の下
    部面から約１０〜４０μｍ程の間隙を有することを特徴
    とする請求項１記載の水晶振動子の製造方法。
  15. 【請求項１５】 前記水晶振動子は音叉型であることを
    特徴とする請求項１記載の水晶振動子の製造方法。
  16. 【請求項１６】 一定位置に端子電極を設けた第１セラ
    ミック層上に内部が打ち抜かれた第２セラミック層を積
    層してセラミック基板を形成する段階と、 一定パターンの電極を設けた水晶振動子板を備える段階
    と、 前記セラミック基板の第１セラミック層の端子電極内に
    金属バンプを形成する段階と、 前記水晶振動子板の電極から延長される端子部を前記金
    属バンプ上に位置させ、前記水晶振動子板の他部分がセ
    ラミック基板と接触せずに水晶振動子板と金属バンプと
    を連結する段階と、 前記セラミック基板の上部にセラミック蓋を密閉させる
    段階と、 を有することを特徴とする水晶振動子の製造方法。
  17. 【請求項１７】 前記金属バンプはＡｕバンプであるこ
    とを特徴とする請求項１６記載の水晶振動子の製造方
    法。
  18. 【請求項１８】 前記金属バンプは前記水晶振動子の電
    極端子部内に端子部当たり少なくとも２個以上形成され
    ることを特徴とする請求項１６記載の水晶振動子の製造
    方法。
  19. 【請求項１９】 前記金属バンプは前記水晶振動子の電
    極端子部当たり端子部面積対比で少なくとも２０%以上
    になるよう形成されることを特徴とする請求項１６記載
    の水晶振動子の製造方法。
  20. 【請求項２０】 前記金属バンプは前記水晶振動子の電
    極端子部内に交互に右へ左へと折れ曲がって形成される
    ことを特徴とする請求項１８記載の水晶振動子の製造方
    法。
  21. 【請求項２１】 前記金属バンプの上部は全て平坦面を
    有する金属バンプを用いることを特徴とする請求項１６
    記載の水晶振動子の製造方法。
  22. 【請求項２２】 前記金属バンプは金属ワイヤー終端に
    形成された金属バンプをセラミック基板の一定位置に装
    着され、加圧しながら超音波を与えた後に金属ワイヤー
    を上方に引っ張ってから再び金属バンプの上部を加圧し
    て形成されることを特徴とする請求項２１記載の水晶振
    動子の製造方法。
  23. 【請求項２３】 前記一個の金属バンプに約２５０g以
    内の圧力を加えながら約３００℃以内において加熱した
    状態で約２Ｗ以内で５０msec以下の間超音波を与えて金
    属バンプを形成することを特徴とする請求項２２記載の
    水晶振動子の製造方法。
  24. 【請求項２４】 前記金属バンプは約１５０〜２５０℃
    の範囲で加熱されることを特徴とする請求項２３記載の
    水晶振動子の製造方法。
  25. 【請求項２５】 前記金属バンプの上部は全て平坦面を
    有し上部の平坦面が下部の平坦面より小さい金属バンプ
    が用いられることを特徴とする請求項２１記載の水晶振
    動子の製造方法。
  26. 【請求項２６】 前記金属バンプの下部平坦面の断面は
    約５０μｍ以下の長さと少なくとも４０〜９０μｍの厚
    みを有する略円筒形の金属バンプであることを特徴とす
    る請求項２５記載の水晶振動子の製造方法。
  27. 【請求項２７】 前記水晶振動子は前記水晶振動子の電
    極から延長された端子部と金属バンプとが電気的に接続
    するよう水晶振動子板を加圧しながら超音波により前記
    水晶振動子板に機械的摩擦力を与えて水晶振動子板とセ
    ラミック基板とを連結することを特徴とする請求項１６
    記載の水晶振動子の製造方法。
  28. 【請求項２８】 前記水晶振動子板は約２kg以内の圧力
    を加えながら約３００℃以内において加熱した状態で約
    ２Ｗ以内で２３０msec以下の間超音波を与えて金属バン
    プを連結することを特徴とする請求項１６記載の水晶振
    動子の製造方法。
  29. 【請求項２９】 前記水晶振動子はセラミック基板の下
    部面から約１０〜４０μｍ程の間隙を有することを特徴
    とする請求項１６記載の水晶振動子の製造方法。
  30. 【請求項３０】 前記水晶振動子は音叉型であることを
    特徴とする請求項１６記載の水晶振動子の製造方法。
  31. 【請求項３１】 第１セラミック層の周縁に沿って第２
    セラミック層が積層され、第１セラミック層の一定位置
    に外部電極と電気的に接続される端子電極が設けられて
    前記第２セラミック層の内側に水晶振動子が位置され得
    るセラミック基板と、 前記セラミック基板の第1セラミック層の端子電極と金
    属バンプを介して連結されて表面には一定パターンの電
    極が設けられ、一側がセラミック基板に固定され他側は
    セラミック基板と接触しない水晶振動子板と、 前記第２セラミック層の上部に付着されて前記水晶振動
    子板を密閉する蓋と、 を備えたことを特徴とする水晶振動子。
  32. 【請求項３２】 前記金属バンプはセラミック基板の端
    子電極当たり少なくとも２個以上形成されることを特徴
    とする請求項３１記載の水晶振動子。
  33. 【請求項３３】 前記金属バンプは水晶振動子の一個の
    端子部内に面積比で少なくとも約２０%以上形成される
    ことを特徴とする請求項３１記載の水晶振動子。
  34. 【請求項３４】 前記金属バンプはセラミック基板の端
    子電極内で交互に右へ左へと折れ曲がって形成されるこ
    とを特徴とする請求項３２記載の水晶振動子。
  35. 【請求項３５】 前記金属バンプはＡｕバンプであるこ
    とを特徴とする請求項３１記載の水晶振動子。
  36. 【請求項３６】 前記水晶振動子とセラミック基板の第
    １セラミック層の上部面との距離が約１０〜４０μｍ程
    間隙を有することを特徴とする請求項３１記載の水晶振
    動子。
  37. 【請求項３７】 前記水晶振動子は音叉型であることを
    特徴とする請求項３１記載の水晶振動子。
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