JP2004254012A

JP2004254012A - 圧電振動体の支持構造

Info

Publication number: JP2004254012A
Application number: JP2003041351A
Authority: JP
Inventors: Makoto Wakasugi; 信若杉; Takao Kasai; 隆夫河西
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】クリスタルインピーダンス及び機械抵抗の値を規定値内に保持しながら、十分な接合力を持つ圧電振動体の支持構造。
【解決手段】水晶振動体２の励振電極２１から延在する引出電極２３は、スパッタリング又は蒸着により形成された薄膜であり、第一層がＴｉ膜２３ａ、第二層がＰｄ膜２３ｂである。水晶振動体２を接合するセラミックパッケージの接続電極３１は、第一層がメタライズ層３１ａ、第二層がＡｕ３１ｂでありメッキにより形成されている厚膜である。Ａｕを主成分とするスタッドバンプ４が予め接続電極３１へワイヤボンディングにより形成され、超音波接合により水晶振動体２の引出電極２３と圧接されている。スタッドバンプ４のＡｕの拡散領域４ｂは引出電極２３側において、第一層にまで達しないため、接合強度の劣化を防げる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動体の支持構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子機器の小型化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（ＳＭＤ）のもの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】
圧電振動子においても、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振動体の支持方法では、振動体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った。そこで、特許文献１や特許文献２などに開示されているような、スタッドバンプを活用して圧電振動体を支持する構造の圧電振動子が提案されている。これらのものは、圧電振動体とこれを取り付けたパッケージ部材との間にスタッドバンプによる隙間を生じる。従って、この隙間によって圧電振動体と取付部材との熱膨張係数の差により発生する水平方向の歪みを吸収することができる。また、圧電振動体が精度良く水平を保って接続されるなどの効果がある。
【０００４】
例えば、特許文献１のものは、振動片の励振電極の引出端子と、パッケージ部材上の導電路とを対向させ、この間に導電性粒状金属を介在させて、熱圧着により接合させることを特徴とする圧電振動子である。
【０００５】
また、特許文献２のものは、圧電振動素子を表面実装型パッケージ内に片持ち保持にて電気的機械的に接続する圧電共振子であって、上記圧電振動素子の片面上のＡｇパッド電極と上記表面実装型パッケージ内底面上のＡｕメタライズ内部端子との接続をＡｕバンプにて行ったものにおいて、上記Ａｕメタライズ内部端子とＡｕバンプとの接続を、超音波を併用した低温加熱による熱圧着接合法にて実施したことを特徴とする。
【０００６】
図５は、従来の圧電振動体である水晶振動体の支持構造を示す要部拡大断面図である。図５において、８０は水晶振動体であり、８１は水晶の表面に形成された励振電極から延在する引出電極である。励振電極と同じ構成である引出電極８１の構成はＣｒ膜８１ａ（膜厚：約２００Å）を下地としてＡｕ膜８１ｂ（膜厚：１２００〜１３００Å）を蒸着又はスパッタリングで積層して形成したものが一般的である。
【０００７】
８２は、Ａｕワイヤからワイヤボンディング手法により、予め一方の電極側に形成されたスタッドバンプである。８３は水晶振動体８０を接合するセラミックパッケージの接続電極であり、接続電極８３は下地であるメタライズ層８３ａ上にＡｕメッキ層８３ｂが積層されている。従来の水晶振動体８０の支持構造では、水晶振動体８０の引出電極８１のＡｕ膜８１ｂとセラミックパッケージの接続電極８３のＡｕメッキ層８３ｂとがスタッドバンプ８２のＡｕ８２ａとの固相拡散により接合している。８４はスタッドバンプ８２のＡｕ８２ａが引出電極８１のＡｕ膜８１ｂへ拡散したＡｕの拡散領域を示しており、８５はスタッドバンプ８２のＡｕ８２ａが接続電極８３のＡｕメッキ層８３ｂへ拡散したＡｕの拡散領域を示している。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−８６８４号公報（第４頁〜第５頁、図１〜図４）
【特許文献２】
特開２０００−２３２３３２号公報（第４頁〜第５頁、図１〜図５）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示すように、ここで、Ａｕ膜８１ｂの膜厚は上記のように薄いので、接合時又は接合後の熱履歴により、Ａｕの拡散領域８４の先端は下地のＣｒ膜８１ａの表面に達しやすく、一旦達した場合にはＣｒ膜８１ａとの境界面で、Ｃｒの酸化膜が破壊されて密着力が低下するという問題がある。そこで、Ａｕの拡散領域８４を越えるようにＡｕ膜８１ｂの膜厚を厚くしようとすれば、図６に示すように、今度はクリスタルインピーダンス及び機械抵抗の値が規定値を超えてしまうという問題があった。なお、メッキ膜である接続電極８３のＡｕメッキ層８３ｂの厚みは、引出電極８１のＡｕ膜８１ｂに比較して十分大きいので、Ａｕの拡散領域８５はメタライズ層８３ａまでは達しないので、上記のような問題は起きない。
【００１０】
本発明は、以上のような従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、クリスタルインピーダンス及び機械抵抗の値を規定値内に保持しながら、十分な接合力を持つスタッドバンプを用いた圧電振動体の支持構造を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための本発明の手段は、励振電極を備えた圧電振動体を、接続電極を備えたパッケージに電気的機械的に接続して支持する圧電振動体の支持構造において、前記振動体の励振電極はＴｉ（チタン）膜の下地上にＰｄ（パタジウム）膜を積層した構造であり、前記励振電極を延在させた引出電極と前記接続電極とは、Ａｕを主成分とするスタッドバンプを介して接続したことを特徴とする。
【００１２】
また、前記励振電極の厚さは、前記Ｔｉ膜が約１００μｍ、Ｐｄ膜が約１５００μｍであることを特徴とする。
【００１３】
また、前記スタッドバンプは１乃至３％のＰｄを含有することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態である圧電振動体の支持構造を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態である水晶振動子の一部を切除した平面図、図２は図１のＸ−Ｘ断面を示す断面図である。図３はこの水晶振動子に使用される振動体を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。図４はこの水晶振動子の振動体の支持構造を示す要部拡大断面図である。
【００１５】
まず、本発明の実施の形態である水晶振動子の構成を説明する。図１、図２において、１は本発明の圧電振動体の支持構造を適用した実施の形態である水晶振動子であり、２は圧電振動体である音叉形の水晶振動体、３はこの水晶振動子１のパッケージを構成するセラミック基板である。３１はセラミック基板３に形成された水晶振動体２を搭載するための接続電極であり、３２は外部との接続用の端子電極である。５は圧電デバイス用パッケージを構成するフランジ付きキャップ状の蓋部材である。
【００１６】
３５はセラミック基板３の上面外縁部に枠状にメタライズ形成された蓋部材５の接合部である。接続電極３１、端子電極３２及び蓋部材接合部３５はいずれもメタライズ層の上にＡｕメッキが施されている。３３は接続電極３１と端子電極３２とを電気的に接続するために、セラミック基板３の内部を上下面に平行に走る内部配線であり、３４は同じくセラミック基板３の厚み方向に走る内部配線である。４はＡｕを主成分とするワイヤから形成されたスタッドバンプであり、予め一方の電極表面に超音波をかけて圧接された後、両電極間に挟まれ固相拡散により両電極と接合されている。５１は蓋部材５に予め形成されているＡｕ／Ｓｎ合金等の低い溶融温度を有する金属材から成るロー材層であり、蓋部材５はロー材層５１を介して蓋部材接合部３５に接合されている。
【００１７】
次に、水晶振動体２の電極構造について説明する。図３において、２１及び２２は一対のＴｉ−Ｐｄ（Ｔｉ下地の上にＰｄ蒸着）膜から成る励振電極、２３及び２４は励振電極２１及び２２からの各々の延在部である一対の引出電極であり、これらの電極パターンは水晶振動体２の上下面で同形に形成されている。２５及び２６は音叉枝部の両側面に形成されたＴｉ−Ｐｄから成る側面電極である。２７は周波数を粗調整するための粗調用パターンであり、Ｃｒ−Ａｕ（Ｃｒ下地の上にＡｕ蒸着）膜の上にＡｕメッキが施されている。２８は同じく微調整するための微調用パターンであり、励振電極２１、２２と同じ膜構成になっている。ここでＴｉの膜厚は約１００Å、Ｐｄの膜厚は約１５００Åである。
【００１８】
以上の水晶振動体２の電極の形成方法は、本出願人の出願である特開平０５−３１５８８１号公報に開示されている。電極膜の精度向上のために、従来の電極構造Ｃｒ−Ａｕに対してＴｉ−Ｐｄを採用したものである。本出願人は、この電極構造の水晶振動体２をセラミック基板３の接続電極３１にスタッドバンプ４を用いて接合することを試み、従来のものよりも好条件で接合できる圧電振動体の支持構造であることを見いだした。
【００１９】
次に、本発明の実施の形態の作用・効果について説明する。すなわち、図４において、スタッドバンプ４のＡｕ４ａの拡散は、従来のＡｕ膜８１ｂに対するものと比較して、Ｐｄ膜２３ｂに対するものの方が進行しにくい。したがって、比較的薄いＰｄ膜２３ｂであっても、Ａｕの拡散領域４ｂは下地のＴｉ膜２３ａまで達しない。このために引出電極２３、２４とスタッドバンプ４との接合力は劣化しない。Ｐｄの比抵抗は１０８ｎΩｍと、Ａｕの比抵抗２２ｎΩｍの約５倍であるが、Ｐｄ膜を薄くできることからクリスタルインピーダンス（ＣＩ規格５５ｋΩ）に悪影響を与えないで済む。
【００２０】
なお、スタッドバンプに使用するＡｕワイヤは、必ずしも純度の高いものでなくてもよく、例えば１乃至３％のＰｄを含有させたＡｕワイヤが知られている（ＵＳＰ４７１７０６６）が、このＰｄ入りＡｕワイヤを用いて実験したところ、１バンプ当たり１２０ｇと十分なシェア強度を得ることができた。この場合には、スタッドバンプ形成の過程でワイヤの切れ端は、長さが短くかつバラツキが小さくなるので、ボンディングツールにより振動体を接合する際に振動体の姿勢が安定し、水平方向の位置ズレが発生しにくくなり、組立位置精度が向上するという特有の効果が得られた。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、励振電極を備えた圧電振動体を、接続電極を備えたパッケージに電気的機械的に接続して支持する圧電振動体の支持構造において、前記振動体の励振電極はＴｉ膜の下地上にＰｄ膜を積層した構造であり、前記励振電極を延在させた引出電極と前記接続電極とをＡｕを主成分とするスタッドバンプを介して接続したので、クリスタルインピーダンス及び機械抵抗の値を規定値内に保持しながら、パッケージに対する振動体の接合強度を確保しつつ、位置精度の向上を図ることができた。したがって、圧電振動体の一層の薄型化小型化が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である水晶振動子の部分切除平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態である水晶振動体を示す平面図及び側面図である。
【図４】本発明の実施の形態である水晶振動子の要部拡大断面図である。
【図５】従来の水晶振動子の要部拡大断面図である。
【図６】励振電極の膜厚とＣＩ値との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
２水晶振動体（圧電振動体）
４スタッドバンプ
２１励振電極
２３、２４引出電極
２３ａＴｉ膜
２３ｂＰｄ膜
３１接続電極

Claims

励振電極を備えた圧電振動体を、接続電極を備えたパッケージに電気的機械的に接続して支持する圧電振動体の支持構造において、前記振動体の励振電極はＴｉ（チタン）膜の下地上にＰｄ（パラジウム）膜を積層した構造であり、前記励振電極を延在させた引出電極と前記接続電極とは、Ａｕを主成分とするスタッドバンプを介して接続したことを特徴とする圧電振動体の支持構造。
前記励振電極の厚さは、前記Ｔｉ膜が約１００μｍ、Ｐｄ膜が約１５００μｍであることを特徴とする請求項１記載の圧電振動体の支持構造。
前記スタッドバンプは１乃至３％のＰｄを含有することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の圧電振動体の支持構造。