JP2004289478A - 圧電振動片の接合構造および圧電デバイスとその製造方法ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話装置および圧電デバイスを利用した電子機器 - Google Patents
圧電振動片の接合構造および圧電デバイスとその製造方法ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話装置および圧電デバイスを利用した電子機器 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】導電性接着剤を使用した場合の種々の欠点を克服でき、しかも十分な接合強度を得ることができる圧電振動片の接合構造と、このような接合構造を備える圧電デバイスおよびその製造方法、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器を提供すること。
【解決手段】絶縁基体６１に圧電振動片３２を接合して外部と隔離する封止構造を備える圧電デバイス３０であって、少なくとも主面とこの主面と隣接した側面に接合用の電極部が形成された圧電振動片３２と、前記圧電振動片が接合される平面的な電極パッドを備える絶縁基体６１とを備えており、前記絶縁基体の電極パッドの上に、この電極パッド３１に接合される前記圧電振動片の前記電極部を設けた領域の外縁に沿った位置に対応して配置された金属バンプ７１，７２が、加圧により変形され圧電振動片の前記主面及び前記側面に接合されている。
【選択図】 図４
【解決手段】絶縁基体６１に圧電振動片３２を接合して外部と隔離する封止構造を備える圧電デバイス３０であって、少なくとも主面とこの主面と隣接した側面に接合用の電極部が形成された圧電振動片３２と、前記圧電振動片が接合される平面的な電極パッドを備える絶縁基体６１とを備えており、前記絶縁基体の電極パッドの上に、この電極パッド３１に接合される前記圧電振動片の前記電極部を設けた領域の外縁に沿った位置に対応して配置された金属バンプ７１，７２が、加圧により変形され圧電振動片の前記主面及び前記側面に接合されている。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片の接合構造とこの圧電振動片を基体に接合して封止した圧電デバイスおよびその製造方法、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
圧電デバイスは、例えば、絶縁材料で形成した基板上やパッケージの内部に圧電振動片を接合することにより構成されている。このような圧電振動片の接合構造としては、例えば、箱状のセラミックパッケージの内側底部に電極パッドを形成し、その上にＡｇペースト等の導電性接着剤を介して圧電振動片の基部を接合する手法が広く採用されている。
【０００３】
しかしながら、このような接合構造であると、工程に導電性接着剤の硬化時間を必要とし、製造工程がその分長くなる。また、導電性接着剤の硬化の過程でガスが生成し、このガスが圧電振動片に付着すると振動性能に悪影響を与えるといった問題がある。
さらに、導電性接着剤による接合強度を確保するためには、所定量の接着剤を必要とし、その分圧電振動片と接合面との間に接着剤の量に見合った距離ができてしまう。さらに、接着剤の弾性の影響で、圧電振動片の水平保持が難しく、接着剤の硬化の過程で、圧電振動片の先端が下がった姿勢で接合されやすい。このため、固定後に外部からの衝撃で圧電振動片の先端が上下に振れてしまい、パッケージ等の内面に衝突するおそれがある。このような衝突による破損をさけるため、圧電振動片の先端に対応したパッケージ底部には、逃げとしての凹部を形成する必要があり、その分パッケージ全体の厚みが大きくなる。このように、導電性接着剤を使用する圧電振動片の接合構造では、製品の厚みを薄くして低背化を図る上で障害が多い。
【０００４】
そこで、図１３に示すような手法も試みられている（特許文献１参照）。
図において、圧電デバイス１は、絶縁基板２の上面に形成した電極パッド８に圧電振動片３を接合し、蓋体６により気密封止することによって構成されている。
この圧電振動片３には、その主面である表面及び裏面に励振用の電極部４ａと電極部４ｂが形成されている。
一方、絶縁基板２の電極パッド８は、この絶縁基板２の下面の実装端子５と接続されている。
【０００５】
絶縁基板２の電極パッド８上には、金属バンプ７，７が配置されており、この金属バンプ７，７によって、圧電振動片３の電極部４ｂと接続されている。また、一部の金属バンプ７は、圧電振動片３の外縁よりも外側に配置され、ボンディングツールを利用して、この金属バンプ７の一部を上方に伸長させた伸長部７ａを形成し、圧電振動片３の外側を回りこませて、圧電振動片３の表面（上面）の電極部４ａと接合させている。
このような構造を用いることにより、導電性接着剤を利用して接合する場合に比べて、その硬化時間を必要としない分、製造時間が短縮され、有害なガスの生成もなく、低背化にも資する構造とされている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２６６１３５号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような接合構造では、微小な金属バンプ７が、圧電振動片３の裏面（下面）の電極部４ｂとだけ接続する場合の接合強度不足を、圧電振動片３の表面（上面）の電極部４ａと接合される伸長部７ａで補う構造であっても、その圧電振動片３の接合強度は、以下の点でなお不足するものである。
【０００８】
すなわち、金属バンプ７の伸長部７ａは、一般にキャピラリ等の治具を用いて溶融した金属ボールをボンディング後に、治具を引き上げる際に、細く引き延ばされる金属細線部であるため、この伸長部７ａが接合される領域では、金属の絶対量が少なく、補強構造としてははなはだ不十分である。
したがって、このような接合構造では、導電性接着剤を用いた接合構造による種々の課題を解決するものではあっても、なお、接合強度が不足するので、実用上満足できるものではない。
【０００９】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、導電性接着剤を使用した場合の種々の欠点を克服でき、しかも十分な接合強度を得ることができる圧電振動片の接合構造と、このような接合構造を備える圧電デバイスおよびその製造方法、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、第１の発明によれば、絶縁基体の電極パッドに圧電振動片を接合する工程と、前記圧電振動片の接合後に前記絶縁基体を封止する工程とを含む圧電デバイスの製造方法であって、前記圧電振動片の接合工程おいて、少なくとも主面とこの主面と隣接した側面に接合用の電極部が形成された圧電振動片を使用し、絶縁基体の電極パッドの上に、この電極パッドに接合される前記圧電振動片の前記電極部を設けた領域の外縁に沿った位置に対応して金属バンプを配置し、前記金属バンプの上から前記圧電振動片を配置して加圧接合するようにした圧電デバイスの製造方法により、達成される。
【００１１】
第１の発明の構成によれば、金属バンプは、電極パッド上に先に配置される。この金属バンプの配置位置は、これに重ねられる圧電振動片の外縁に沿った位置とされる。この圧電振動片には、当該外縁に沿って、その主面とこの主面に隣接する側面に接合用の電極部が形成されている。したがって、このように配置された金属バンプの上から圧電振動片を配置し加圧すると、金属バンプは、圧電振動片の主面（裏面）だけでなく、これに隣接した側面にも接合される。これにより、接合用の金属は、圧電振動片をその裏面とは異なる方向から接合して支持する強固な接合構造をもつ圧電デバイスを製造することができる。
これにより、本発明の効果として、導電性接着剤を使用した場合の種々の欠点を克服でき、しかも十分な接合強度を得ることができる。
【００１２】
第２の発明は第１の発明の構成において、前記絶縁基体の電極パッドに配置される前記金属バンプが、前記圧電振動片の前記電極部を設けた領域の外縁に沿った位置に複数個配置され、かつこれら各金属バンプの外縁は、前記圧電振動片の外縁を超えて外側に突出され、加圧により変形した前記金属バンプによる金属を、圧電振動片の前記主面及び前記側面に接合させることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、金属バンプは圧電振動片の前記電極部を設けた領域の外縁に沿った位置に複数個配置され、しかも、各金属バンプの外縁は、前記圧電振動片の外縁を超えて外側に突出する位置とされている。このため、金属バンプの上から圧電振動片を載せて加圧すると、圧電振動片の外縁が金属バンプに食い込むように金属バンプが変形し、圧電振動片の外縁の金属バンプに食い込んだ箇所が、圧電振動片の前記主面及び前記側面に接合される。このように金属バンプ自体を変形させて圧電振動片の特に側面への接合面を形成しているので、従来のように金属バンプから伸長させた伸長部のような細く僅かな接合面積ではなく、圧電振動片の側面に対して、はるかに大きな面積で接合させることができる。このため、十分な接合強度を得ることができる。しかも金属バンプに食い込ませるように変形して接合していることから金属バンプの変形度合いが大きく、その分厚みが減少し、圧電振動片を低い位置で接合してより低背化を図ることができる。
【００１３】
第３の発明は第１または第２の発明のいずれかの構成において前記圧電振動片は、前記金属バンプの上に載置されて加熱加圧接合されることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、加熱加圧による熱と荷重の物理的エネルギーを圧電振動片を介して金属バンプに加えることで、より確実に圧電振動片の外縁が金属バンプに食い込むような変形状態を実現し、金属同士の原子の拡散を活性化させ、確実な金属接合をすることができる。
【００１４】
第４の発明は第３の発明の構成において、前記圧電振動片は、前記金属バンプの上に載置されて加熱加圧中もしくは加熱加圧と同時に、圧電振動片の長さ方向と幅方向とに振動する超音波を印加することを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、圧電振動片は金属バンプに対して、（溶融状態とならない程度の）加熱圧接に加えて、超音波を併用することにより、圧電振動片の側面に設けた電極部と金属バンプの接合界面のコンタミ層を払拭し、確実な状態で接合をすることができる。しかも、振動する超音波は圧電振動片の長さ方向と幅方向との両方向に選択的に印加することが可能であり、金属バンプの設置個数に応じて任意に接合強度を調整できるという作用をもつ。
【００１５】
上述の目的は、第５の発明によれば、少なくとも主面とこの主面と隣接した側面に接合用の電極部が形成された圧電振動片と、前記圧電振動片が接合される平面的な電極パッドを備える絶縁基体とを備えており、前記絶縁基体の電極パッドの上に、この電極パッドに接合される前記圧電振動片の前記電極部を設けた領域の外縁に沿った位置に対応して配置された金属バンプが、加圧により変形され、圧電振動片の前記主面及び前記側面に接合されている、圧電振動片の接合構造により、達成される。
第５の発明の構成によれば、金属バンプは、圧電振動片の主面（裏面）だけでなく、これに隣接した側面にも接合されることで、接合用の金属は、圧電振動片をその裏面とは異なる方向から接合して支持することができ、強固な接合構造とすることができる。
【００１６】
第６の発明は第５の発明の構成において、前記圧電振動片の接合箇所において、その側面が凹部を備えており、この凹部に対応して、前記金属バンプが配置されていることを特徴とする。
第６の発明の構成によれば、前記凹部に金属バンプを配置することで、金属バンプは凹状の内面と接合されることから、接合面積が大きくなり、接合構造がより強化される。凹部としては、例えば、鋭角の頂点をもつように、側面から内側に切り込みを設けるようにすることができる。
【００１７】
また、上述の目的は、第７の発明によれば、絶縁基体に圧電振動片を接合して外部と隔離する封止構造を備える圧電デバイスであって、少なくとも主面とこの主面と隣接した側面に接合用の電極部が形成された圧電振動片と、前記圧電振動片が接合される平面的な電極パッドを備える絶縁基体とを備えており、前記絶縁基体の電極パッドの上に、この電極パッドに接合される前記圧電振動片の前記電極部を設けた領域の外縁に沿った位置に対応して配置された金属バンプが、加圧により変形され、圧電振動片の前記主面及び前記側面に接合されている、圧電デバイスにより、達成される。
第７の発明の構成によれば、圧電デバイスの圧電振動片について、そのパッケージとの接合に金属バンプが用いられており、金属バンプは、圧電振動片の主面（裏面）だけでなく、これに隣接した側面にも接合されることで、接合用の金属は、圧電振動片をその裏面とは異なる方向から接合して支持することができ、強固な接合構造とされている。このため、導電性接着剤による接合構造による種々の欠点を除いて、確実に接合された圧電振動片を備える丈夫な圧電デバイスとすることができる。
【００１８】
さらに、上述の目的は、第８の発明によれば、絶縁基体に圧電振動片を接合して外部と隔離する封止構造を備える圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、少なくとも主面とこの主面と隣接した側面に接合用の電極部が形成された圧電振動片と、前記圧電振動片が接合される平面的な電極パッドを備える絶縁基体とを備えており、前記絶縁基体の電極パッドの上に、この電極パッドに接合される前記圧電振動片の前記電極部を設けた領域の外縁に沿った位置に対応して配置された金属バンプが、加圧により変形され、圧電振動片の前記主面及び前記側面に接合されている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、携帯電話装置により、達成される。
【００１９】
さらにまた、上述の目的は、第９の発明によれば、絶縁基体に圧電振動片を接合して外部と隔離する封止構造を備える圧電デバイスを利用した電子機器であって、少なくとも主面とこの主面と隣接した側面に接合用の電極部が形成された圧電振動片と、前記圧電振動片が接合される平面的な電極パッドを備える絶縁基体とを備えており、前記絶縁基体の電極パッドの上に、この電極パッドに接合される前記圧電振動片の前記電極部を設けた領域の外縁に沿った位置に対応して配置された金属バンプが、加圧により変形され、圧電振動片の前記主面及び前記側面に接合されている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、電子機器により、達成される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明の圧電デバイスの実施の形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線概略断面図である。
図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス３０は、パッケージ３７内に圧電振動片３２を収容している。パッケージ３７は、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されている。
【００２１】
すなわち、この実施形態では、パッケージ３７は、全体の厚みを最小とするために、第１の基板６１と第２の基板６２を積層して形成されており、第２の基板６２の内側の材料を除去することで、内部空間Ｓのスペースを形成している。この内部空間Ｓが圧電振動片３２を収容するための収容空間である。このパッケージ３７を形成するための第１の基板６１が本発明の「絶縁基体」に相当する。
ここで、本実施形態では、箱状のパッケージ３７を形成して、圧電振動片３２を収容するようにしているが、例えば、絶縁基体である第１の基板６１に圧電振動片３２を接合し、厚みの薄い箱状のリッドないしは蓋体をかぶせて封止する構成としてもよい。
【００２２】
パッケージ３７の内部空間Ｓ内の図において左端部付近において、内部空間Ｓに露出して内側底部を構成する第１の基板６１には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成した電極パッド３１，３１が設けられている。
この電極パッド３１，３１は、それぞれ図２の実装端子４１，４２と接続されており、外部から印加される駆動電圧を、圧電振動片３２に供給するものである。具体的には、この実装端子４１，４２と電極パッド３１，３１は、パッケージ３７外部をメタライズにより引き回したり、あるいは第１の基板６１の焼成前にタングステンメタライズ等を利用して形成した導電スルーホール等で接続することで形成できる（図示せず）。
この各電極パッド３１，３１の上には、後述するようにして導電性の突起媒体である金属バンプ７１や７２が配置され、その上に圧電振動片３２の基部５１の幅方向両端部に設けた引き出し電極３３ａ，３４ａが載置されて、後述するようにして接合されている。
【００２３】
圧電振動片３２は、例えば、図３の概略斜視図に示すように構成されている。圧電振動片３２は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。本実施形態の場合、圧電振動片３２は、小型に形成して、必要な性能を得るために、特に図示する形状とされている。
すなわち、圧電振動片３２は、パッケージ３７側と後述するようにして固定される基部５１と、この基部５１を基端として、図において左方斜め下に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕３５，３６を備えており、全体が音叉のような形状とされた、所謂、音叉型圧電振動片が利用されている。
【００２４】
また、圧電振動片３２の基部５１の端部（図３では右端部）の幅方向両端付近には、上述したように、パッケージ３７の電極パッド３１，３１と接続するための電極部として、引き出し電極３３ａ，３４ａが形成されている。各引き出し電極３３ａ，３４ａは、圧電振動片３２の基部５１の表裏に設けられている。これらの各引き出し電極３３ａ，３４ａは、各振動腕３５，３６の主面としての図示の表裏面と、表面及び裏面に挟まれた厚み部分である側面とに設けた励振電極３３，３４と接続されている。
すなわち、図３に示すように、圧電振動片の各振動腕３５，３６にはそれぞれの側面と主面とに、互いに異極とすることで対の電極となる励振電極３３，３４が形成されている。図３の圧電振動片３２の引き出し電極３３ａが励振電極３３に、引き出し電極３４ａが励振電極３４に対して一体に接続されている。
また、振動腕３６の内側の側面に引き回された励振電極３４ｂと、振動腕３５の内側の側面に形成された励振電極３３ｂとは、各振動腕３５，３６の間の股部に設けた切り込み５２等の分離手段で分離されている。
【００２５】
これにより、引き出し電極３３ａ，３４ａから、励振電極３３，３４に駆動電圧が印加されることにより、各振動腕３５，３６内で電界が適切に形成され、振動腕３５，３６の各先端部が互いに接近したり離間したりするように駆動されて、所定の周波数で振動する。
ここで、各振動腕３５，３６の主面には、それぞれ長さ方向に延びる長溝を形成し、この長溝内に一方の励振電極を形成し、振動腕３５，３６の側面に長溝内の励振電極と対となる他方の励振電極を形成するようにしてもよい。これにより、より電界効率を高めることができる。
また、圧電振動片としては、図示のような音叉型の圧電振動片に限らず、圧電材料を矩形にカットしたＡＴカット振動片やコンベックスタイプの振動片等の種々の圧電振動片を使用することができる。
尚、図３では、電極部が形成された箇所を厚みを付けてその位置を分かりやすく表現しているが、実際の電極部が図示のように圧電材料の表面に極端に大きな厚みを有するものではない。
【００２６】
パッケージ３７の開放された上端には、蓋体３９が接合されることにより、封止されている。蓋体３９は、好ましくは、パッケージ３７に封止固定した後で、図２に示すように、外部からレーザ光ＬＢを圧電振動片３２の金属被覆部もしくは励振電極の一部（図示せず）に照射して、質量削減方式により周波数調整を行うために、光を透過する材料，特に、薄板ガラスにより形成されている。
蓋体３９として適するガラス材料としては、例えば、ダウンドロー法により製造される薄板ガラスとして、例えば、硼珪酸ガラスが使用される。
【００２７】
図４は、図２の圧電振動片３２の基部５１付近を拡大して示す図１のＢ−Ｂ線概略断面図であり、圧電振動片３２の接合構造を示している。
図において、基体である第１の基板６１に形成される電極パッド３１，３１は、例えば、タングステンメタライズの上に順次設けられるニッケル（Ｎｉ）メッキ層、金（Ａｕ）メッキ層を有している。電極パッド３１，３１上には、金属バンプ７１，７１が配置されている。この金属バンプ７１，７１は、例えば金バンプであり、接合強度を考慮して、複数配置される。
これらの金属バンプ７１，７１は、圧電振動片３２の基部５１の外縁、特に基部５１の外周を形成する側縁に沿って配置されている。そして、これらの金属バンプのうち、少なくとも一部は、金属バンプの一部が圧電振動片３２の基部５１の外縁から外側に突出する位置に配置されている。
【００２８】
図４の例では、金属バンプ７１，７１は、基部５１の外縁の角隅部に位置しており、金属バンプ７１，７１の一部は、基部５１の外縁よりも内側にあり、他の部分が基部５１の外縁の角隅部よりも外側にはみ出している。金属バンプ７１，７１は、後述する接合工程により、上方から載置される圧電振動片３２の基部５１により加圧され、図示するように変形している。すなわち、金属バンプ７１，７１の基部５１により変形された水平な変形面７１ａ，７１ａは引き出し電極３３ａ，３４ａの下面３３ａ−１，３４ａ−１に接合している。また、金属バンプ７１，７１の基部５１により変形された垂直な変形面７１ｂ，７１ｂは引き出し電極３３ａ，３４ａの側面３３ａ−２，３４ａ−２に接合している。
【００２９】
このように、複数の金属バンプ７１，７２（図１参照）は、それぞれ、圧電振動片３２の基部５１の引き出し電極３３ａ，３４ａが形成された下面だけでなく側面にも接合されていることから、その分接合強度が高い。しかも、引き出し電極３３ａ，３４ａの側面３３ａ−２，３４ａ−２に接合している金属バンプ７１，７１の垂直な変形面７１ｂ，７１ｂは、バンプの比較的大きな面積を占めており、図１３で説明したバンプの伸長部等よりも大きな接合面を形成するので、実際上必要とされる十分な接合強度を得ることができる。
さらに、図４で示す金属バンプ７１，７１は、特に、基部５１の端部である角隅部に位置しているので、基部５１の２つの側面、すなわち、図４で説明した引き出し電極３３ａ，３４ａの側面３３ａ−２，３４ａ−２だけでなく、図３の３３ａ−３，３４ａ−３に示す側面にも接合することになり、このため、圧電振動片３２の側面に対する接合強度が一層向上する。
【００３０】
（圧電デバイスの製造方法）
次に、圧電デバイス３０の製造方法を図５のフローチャートを参照しながら説明する。
先ず、図１ないし図３で説明した圧電振動片３２と蓋体３９は、別々に形成しておく。圧電振動片３２については、すでにその構造を説明し、例えば、水晶ウエハをエッチングして、既に説明した形状を形成するとともに、必要な励振電極を形成することで、従来と同様に製造することができるので、詳しい説明は省略する。
また、蓋体３９との詳しい構造は上述の通りであるから、従来と同様の方法で作成することができる。
パッケージ３７は、例えば、所定の溶液中にセラミックパウダを分散させ、バインダを添加して生成される混練物をシート状に成形して得た、所謂グリーンシートを用いて、図１および図２で説明した第１の基板６１を形成し、その上に、内側の材料を一部除去した第２の基板６２を重ねて、電極パッド３１，３１を形成する。
電極部３１は、焼成前の第１の基板６１上に、タングステンメタライズを塗布し、焼成した後で、タングステンメタライズにニッケルメッキおよび金メッキを順次施すことで形成される。
【００３１】
（圧電振動片の接合工程における金属バンプの配置）
図６はパッケージ３７の一部を示す概略平面図、図７は、図６のパッケージ３７を正面から見た図で、圧電振動片３２の接合工程において、予め行う金属バンプの配置の方法を示している。図６の場合、金属バンプは、符号７１，７１，７２，７２として４つ示されているが、実際には、接合強度を考慮して、複数個、あるいは多数個の任意の金属バンプを配置する（ＳＴ１）。
金属バンプとしては、例えば、図１１の表に示すような材質のものが選択できる。この表は縦軸に引き出し電極３３ａ，３４ａの材質を記載し、横軸に当該材質の引き出し電極３３ａ，３４ａに使用できる金属バンプの材質を示したものである。表中の丸印は良好に接合できる場合を示し、三角印は整合できるが、丸印の場合より接合強度が劣る場合、バツ印は接合が困難な場合を示している。
【００３２】
このように、引き出し電極３３ａ，３４ａの材質に適合するように選んだ金属材料により金属バンプを形成するが、ここでは、引き出し電極３３ａ，３４ａおよび電極パッド３１をＡｕメッキで形成したので、図１１のほぼ全ての材質を使用することができる。一例として金バンプを使用する場合を説明する。
この製造方法においては、金属バンプ７１，７１，７２，７２を図６に示すように、パッケージ３７の第１の基板６１に形成された電極パッド３１，３１の上に配置する。その配置箇所は鎖線で示すように、圧電振動片３２の基部５１の外縁に沿った位置に配置する。好ましくは、図示されているように、各金属バンプ７１，７１，７２，７２の外縁は、鎖線で示す圧電振動片３２の基部５１外縁を超えて外側に突出する位置とされている。
【００３３】
ここで、このような金属バンプ７１，７１，７２，７２の形成方法は、メッキ法やスタッドバンプ形成法が利用される。すなわち、メッキ法は電極パッド３１上に金属バンプを形成するための金属材料としての金または金合金を形成した後でリフローし、図７の金属バンプ７２のような半球状のバンプを形成する。あるいは蒸着やペースト印刷により形成してもよい。
また、フォトプロセスを利用したメッキ法に限らず、ボールバンプもしくはスタッドバンプにより形成してもよい。すなわち、金ワイヤをキャピラリから露出させた先端に、電気トーチや水素トーチ等で加熱溶融させてボールを形成する。そして、電極パッド３１上に移動させて、熱併用超音波圧着して形成する。
これらの方法により、図６に示すような正確な位置を定めやすい手段により形成することができる。
【００３４】
次に、図８に示すように、例えば、フリップチップボンディング等において使用する吸着ツール等の治具Ｊを用いて、圧電振動片３２を吸着し、その基部５１を図６の鎖線で示すように位置決めして、矢印Ｄ１方向に下降させて、金属バンプ７１，７２上に載置する（ＳＴ２）。
続いて、図９に示すように、治具Ｊをさらに矢印Ｄ１方向に下降させて加圧する。同時に治具Ｊを介して加熱し、さらに超音波を印加する。
例えば、加熱温度として、３５０度（摂氏）ないし５００度、荷重として、５０ないし２００（ｇｆ／ｂｕｍｐ）、加圧時間として０．１ないし２０（ｇｆ／ｂｕｍｐ／秒）の条件で、加熱加圧する。
【００３５】
さらに、加熱加圧と同時に、超音波を印加する。その条件としては、例えば、超音波出力５０ないし２００（ＰＷ）、超音波印加時間０．１ないし２秒、同時に行う荷重として１０ないし３００（ｇｆ／ｂｕｍｐ）、加圧時間として０．１ないし２（ｇｆ／ｂｕｍｐ／秒）とする。
この場合、超音波の印加方向としては、圧電振動片の長さ方向Ｙと幅方向Ｘとの両方向に印加する。このようにすることで、圧電振動片の端縁部から隆起されている金属バンプと接触振動させ、接合界面のコンタミ層を払拭して金属接合させる。これは、金属バンプの設置個数によって、接合強度を自由に調整することができるという利点がある。
【００３６】
これにより、金属バンプ７１，７１は、上方から載置される圧電振動片の基部５１により加圧され、図示するように変形する。すなわち、金属バンプ７１，７１の基部５１により変形された水平な変形面７１ａ，７１ａは引き出し電極３３ａ，３４ａの下面３３ａ−１，３４ａ−１に接合する。また、金属バンプ７１，７１の基部５１により変形された垂直な変形面７１ｂ，７１ｂは引き出し電極３３ａ，３４ａの側面３３ａ−２，３４ａ−２に接合する。
【００３７】
（封止工程）
かくして、例えば真空雰囲気中で、図１及び図２のパッケージ３７の上端に例えば低融点ガラス等のロウ材４７を適用して、蓋体３９を固定することにより、パッケージ３７に対して蓋体３９による封止を行う（蓋封止）（ＳＴ３）。次いで、必要により、パッケージ３７を外部から加熱して、圧電振動片３２やパッケージ３７の内面の水滴等を蒸発させるアニール処理を行う。（ＳＴ４）。最後に、図２で説明したように、外部から透明な蓋体３９を透過させてレーザ光ＬＢ等を圧電振動片３２に照射し、励振電極等の金属被覆部の一部を蒸散させ、質量削減方式による周波数調整を行い（ＳＴ５）、圧電デバイス３０を完成させることができる（ＳＴ６）。
【００３８】
本実施形態によれば、このように製造される圧電デバイス３０の複数の金属バンプ７１，７１，７２，７２は、圧電振動片の基部５１の引き出し電極３３ａ，３４ａが形成された下面だけでなく側面にも接合されるので、その分接合強度が高い。また、金属バンプ７１，７１の垂直な変形面７１ｂ，７１ｂは、バンプの比較的大きな面積を占めており、図１３で説明したバンプの伸長部等よりも大きな接合面を形成するので、実際上必要とされる十分な接合強度を得ることができる。
さらに、しかも金属バンプ７１，７１は、特に、基部５１の端部である角隅部に位置しているので、基部５１の２つの側面、すなわち、図４で説明した引き出し電極３３ａ，３４ａの側面３３ａ−２，３４ａ−２だけでなく、図３の３３ａ−３，３４ａ−３に示す側面にも接合することになり、このため、圧電振動片３２の側面に対する接合強度が一層向上する。
【００３９】
しかも、接合工程に導電性接着剤の硬化時間が不要で、その分製造工程を短縮できる。また、導電性接着剤の硬化の過程でガスが生成し、このガスが圧電振動片に付着すると振動性能に悪影響を与えるということが有効に防止される。
さらに、従来のように、導電性接着剤によって圧電振動片の接合強度を確保するためには、所定量の接着剤を必要とし、その分圧電振動片と接合面との間に接着剤の量に見合った距離ができてしまうが、金属バンプを利用したために、圧電デバイス３０の高さ方向を極力小さくすることができ、低背化を図ることができる。
【００４０】
また、導電性接着剤を使用した従来の圧電デバイスでは、接着剤の弾性の影響で、固定後に外部からの衝撃で圧電振動片の先端が上下に振れてしまい、パッケージ等の内面に衝突するおそれがある。このような衝突による破損をさけるため、圧電振動片の先端に対応したパッケージ底部には、逃げとしての凹部を形成する必要があり、その分パッケージ全体の厚みが大きくなる。これに対して、本実施形態の圧電デバイス３０では、金属バンプにより圧電振動片３２を接合したことから、圧電振動片３２を正しく水平に保持することができ、上述のような凹部を不要としてこの点においても、低背化に有利である。
【００４１】
図１０は、上述した圧電デバイス３０の変形例としての圧電デバイス８０を示す概略平面図である。この図において、圧電デバイス３０と同一の構成には共通する符号を付して重複する説明を省略し、以下、相違点を中心に説明する。
図１０の変形例では、圧電振動片３２の接合箇所である基部５１において、その側面が凹部５３を備えており、この凹部５３に対応して、金属バンプ７３が配置されている。
【００４２】
この凹部５３は、図示の場合、基部５１の側面が内方に徐々に縮幅する傾斜面５３ａ，５３ｂにより切り込まれて、ほぼ鋭角の内端を有している。
これにより、傾斜面５３ａ，５３ｂによって、金属バンプ７３が挟まれるように位置することになる。このため、金属バンプ７３が接合する基部５１の側面部は、接合面積が増大することで、より一層接合強度が向上する。
【００４３】
図１２は、本発明の上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図である。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン３０８及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ３０９を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ
Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１を備えている。
ＣＰＵ３０１は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのＬＣＤや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部３０２や、ＲＡＭ，ＲＯＭ等でなる情報記憶手段（メモリ）３０３の制御を行うようになっている。このため、ＣＰＵ３０１には、圧電デバイス３０が取り付けられて、その出力周波数をＣＰＵ３０１に内蔵された所定の分周回路（図示せず）等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。このＣＰＵ３０１に取付けられる圧電デバイス３０は、圧電デバイス３０等単体でなくても、圧電デバイス３０等と、所定の分周回路等とを組み合わせた発振器であってもよい。
【００４４】
ＣＰＵ３０１は、さらに、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）３０５と接続され、温度補償水晶発振器３０５は、送信部３０７と受信部３０６に接続されている。これにより、ＣＰＵ３０１からの基本クロックが、環境温度が変化した場合に変動しても、温度補償水晶発振器３０５により修正されて、送信部３０７及び受信部３０６に与えられるようになっている。
【００４５】
このように、制御部を備えたデジタル式携帯電話装置３００のような電子機器に、上述した実施形態に係る圧電振動片３２の接合構造と、この接合構造を有する圧電デバイス３０を利用することにより、パッケージの低背化を実現しつつ、全体を小型に形成しても、圧電振動片の接合が確実になり、接合部が破損しないことから、製品の信頼性が向上する。
【００４６】
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、パッケージや箱状の蓋体に被われるようにして、内部に圧電振動片を収容するものであれば、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電デバイスの実施形態を示す概略平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線概略断面図。
【図３】図１の圧電振動片の概略斜視図。
【図４】図１のＢ−Ｂ線概略断面図。
【図５】図１の圧電デバイスの製造方法の実施形態を示すフローチャート。
【図６】図１の圧電デバイスの製造工程における金属バンプの配置位置を示す概略平面図。
【図７】図１の圧電デバイスの製造工程における金属バンプの配置位置を示す概略正面図。
【図８】図１の圧電デバイスの製造工程における圧電振動片のマウント工程を示す説明図。
【図９】図１の圧電デバイスの製造工程における圧電振動片の接合の様子を示す説明図。
【図１０】図１の圧電デバイスの変形例を示す概略平面図。
【図１１】図１の圧電デバイスの製造工程に使用する金属バンプの種類を示す表。
【図１２】本発明の実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。
【図１３】従来の圧電デバイスの一例を示す概略断面図。
【符号の説明】
３０，８０・・・圧電デバイス、３２・・・圧電振動片、３４，３５・・・振動腕、３１・・・電極パッド、７１，７２・・・金属バンプ、６１・・・第１の基板（基体）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片の接合構造とこの圧電振動片を基体に接合して封止した圧電デバイスおよびその製造方法、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
圧電デバイスは、例えば、絶縁材料で形成した基板上やパッケージの内部に圧電振動片を接合することにより構成されている。このような圧電振動片の接合構造としては、例えば、箱状のセラミックパッケージの内側底部に電極パッドを形成し、その上にＡｇペースト等の導電性接着剤を介して圧電振動片の基部を接合する手法が広く採用されている。
【０００３】
しかしながら、このような接合構造であると、工程に導電性接着剤の硬化時間を必要とし、製造工程がその分長くなる。また、導電性接着剤の硬化の過程でガスが生成し、このガスが圧電振動片に付着すると振動性能に悪影響を与えるといった問題がある。
さらに、導電性接着剤による接合強度を確保するためには、所定量の接着剤を必要とし、その分圧電振動片と接合面との間に接着剤の量に見合った距離ができてしまう。さらに、接着剤の弾性の影響で、圧電振動片の水平保持が難しく、接着剤の硬化の過程で、圧電振動片の先端が下がった姿勢で接合されやすい。このため、固定後に外部からの衝撃で圧電振動片の先端が上下に振れてしまい、パッケージ等の内面に衝突するおそれがある。このような衝突による破損をさけるため、圧電振動片の先端に対応したパッケージ底部には、逃げとしての凹部を形成する必要があり、その分パッケージ全体の厚みが大きくなる。このように、導電性接着剤を使用する圧電振動片の接合構造では、製品の厚みを薄くして低背化を図る上で障害が多い。
【０００４】
そこで、図１３に示すような手法も試みられている（特許文献１参照）。
図において、圧電デバイス１は、絶縁基板２の上面に形成した電極パッド８に圧電振動片３を接合し、蓋体６により気密封止することによって構成されている。
この圧電振動片３には、その主面である表面及び裏面に励振用の電極部４ａと電極部４ｂが形成されている。
一方、絶縁基板２の電極パッド８は、この絶縁基板２の下面の実装端子５と接続されている。
【０００５】
絶縁基板２の電極パッド８上には、金属バンプ７，７が配置されており、この金属バンプ７，７によって、圧電振動片３の電極部４ｂと接続されている。また、一部の金属バンプ７は、圧電振動片３の外縁よりも外側に配置され、ボンディングツールを利用して、この金属バンプ７の一部を上方に伸長させた伸長部７ａを形成し、圧電振動片３の外側を回りこませて、圧電振動片３の表面（上面）の電極部４ａと接合させている。
このような構造を用いることにより、導電性接着剤を利用して接合する場合に比べて、その硬化時間を必要としない分、製造時間が短縮され、有害なガスの生成もなく、低背化にも資する構造とされている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２６６１３５号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような接合構造では、微小な金属バンプ７が、圧電振動片３の裏面（下面）の電極部４ｂとだけ接続する場合の接合強度不足を、圧電振動片３の表面（上面）の電極部４ａと接合される伸長部７ａで補う構造であっても、その圧電振動片３の接合強度は、以下の点でなお不足するものである。
【０００８】
すなわち、金属バンプ７の伸長部７ａは、一般にキャピラリ等の治具を用いて溶融した金属ボールをボンディング後に、治具を引き上げる際に、細く引き延ばされる金属細線部であるため、この伸長部７ａが接合される領域では、金属の絶対量が少なく、補強構造としてははなはだ不十分である。
したがって、このような接合構造では、導電性接着剤を用いた接合構造による種々の課題を解決するものではあっても、なお、接合強度が不足するので、実用上満足できるものではない。
【０００９】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、導電性接着剤を使用した場合の種々の欠点を克服でき、しかも十分な接合強度を得ることができる圧電振動片の接合構造と、このような接合構造を備える圧電デバイスおよびその製造方法、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、第１の発明によれば、絶縁基体の電極パッドに圧電振動片を接合する工程と、前記圧電振動片の接合後に前記絶縁基体を封止する工程とを含む圧電デバイスの製造方法であって、前記圧電振動片の接合工程おいて、少なくとも主面とこの主面と隣接した側面に接合用の電極部が形成された圧電振動片を使用し、絶縁基体の電極パッドの上に、この電極パッドに接合される前記圧電振動片の前記電極部を設けた領域の外縁に沿った位置に対応して金属バンプを配置し、前記金属バンプの上から前記圧電振動片を配置して加圧接合するようにした圧電デバイスの製造方法により、達成される。
【００１１】
第１の発明の構成によれば、金属バンプは、電極パッド上に先に配置される。この金属バンプの配置位置は、これに重ねられる圧電振動片の外縁に沿った位置とされる。この圧電振動片には、当該外縁に沿って、その主面とこの主面に隣接する側面に接合用の電極部が形成されている。したがって、このように配置された金属バンプの上から圧電振動片を配置し加圧すると、金属バンプは、圧電振動片の主面（裏面）だけでなく、これに隣接した側面にも接合される。これにより、接合用の金属は、圧電振動片をその裏面とは異なる方向から接合して支持する強固な接合構造をもつ圧電デバイスを製造することができる。
これにより、本発明の効果として、導電性接着剤を使用した場合の種々の欠点を克服でき、しかも十分な接合強度を得ることができる。
【００１２】
第２の発明は第１の発明の構成において、前記絶縁基体の電極パッドに配置される前記金属バンプが、前記圧電振動片の前記電極部を設けた領域の外縁に沿った位置に複数個配置され、かつこれら各金属バンプの外縁は、前記圧電振動片の外縁を超えて外側に突出され、加圧により変形した前記金属バンプによる金属を、圧電振動片の前記主面及び前記側面に接合させることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、金属バンプは圧電振動片の前記電極部を設けた領域の外縁に沿った位置に複数個配置され、しかも、各金属バンプの外縁は、前記圧電振動片の外縁を超えて外側に突出する位置とされている。このため、金属バンプの上から圧電振動片を載せて加圧すると、圧電振動片の外縁が金属バンプに食い込むように金属バンプが変形し、圧電振動片の外縁の金属バンプに食い込んだ箇所が、圧電振動片の前記主面及び前記側面に接合される。このように金属バンプ自体を変形させて圧電振動片の特に側面への接合面を形成しているので、従来のように金属バンプから伸長させた伸長部のような細く僅かな接合面積ではなく、圧電振動片の側面に対して、はるかに大きな面積で接合させることができる。このため、十分な接合強度を得ることができる。しかも金属バンプに食い込ませるように変形して接合していることから金属バンプの変形度合いが大きく、その分厚みが減少し、圧電振動片を低い位置で接合してより低背化を図ることができる。
【００１３】
第３の発明は第１または第２の発明のいずれかの構成において前記圧電振動片は、前記金属バンプの上に載置されて加熱加圧接合されることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、加熱加圧による熱と荷重の物理的エネルギーを圧電振動片を介して金属バンプに加えることで、より確実に圧電振動片の外縁が金属バンプに食い込むような変形状態を実現し、金属同士の原子の拡散を活性化させ、確実な金属接合をすることができる。
【００１４】
第４の発明は第３の発明の構成において、前記圧電振動片は、前記金属バンプの上に載置されて加熱加圧中もしくは加熱加圧と同時に、圧電振動片の長さ方向と幅方向とに振動する超音波を印加することを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、圧電振動片は金属バンプに対して、（溶融状態とならない程度の）加熱圧接に加えて、超音波を併用することにより、圧電振動片の側面に設けた電極部と金属バンプの接合界面のコンタミ層を払拭し、確実な状態で接合をすることができる。しかも、振動する超音波は圧電振動片の長さ方向と幅方向との両方向に選択的に印加することが可能であり、金属バンプの設置個数に応じて任意に接合強度を調整できるという作用をもつ。
【００１５】
上述の目的は、第５の発明によれば、少なくとも主面とこの主面と隣接した側面に接合用の電極部が形成された圧電振動片と、前記圧電振動片が接合される平面的な電極パッドを備える絶縁基体とを備えており、前記絶縁基体の電極パッドの上に、この電極パッドに接合される前記圧電振動片の前記電極部を設けた領域の外縁に沿った位置に対応して配置された金属バンプが、加圧により変形され、圧電振動片の前記主面及び前記側面に接合されている、圧電振動片の接合構造により、達成される。
第５の発明の構成によれば、金属バンプは、圧電振動片の主面（裏面）だけでなく、これに隣接した側面にも接合されることで、接合用の金属は、圧電振動片をその裏面とは異なる方向から接合して支持することができ、強固な接合構造とすることができる。
【００１６】
第６の発明は第５の発明の構成において、前記圧電振動片の接合箇所において、その側面が凹部を備えており、この凹部に対応して、前記金属バンプが配置されていることを特徴とする。
第６の発明の構成によれば、前記凹部に金属バンプを配置することで、金属バンプは凹状の内面と接合されることから、接合面積が大きくなり、接合構造がより強化される。凹部としては、例えば、鋭角の頂点をもつように、側面から内側に切り込みを設けるようにすることができる。
【００１７】
また、上述の目的は、第７の発明によれば、絶縁基体に圧電振動片を接合して外部と隔離する封止構造を備える圧電デバイスであって、少なくとも主面とこの主面と隣接した側面に接合用の電極部が形成された圧電振動片と、前記圧電振動片が接合される平面的な電極パッドを備える絶縁基体とを備えており、前記絶縁基体の電極パッドの上に、この電極パッドに接合される前記圧電振動片の前記電極部を設けた領域の外縁に沿った位置に対応して配置された金属バンプが、加圧により変形され、圧電振動片の前記主面及び前記側面に接合されている、圧電デバイスにより、達成される。
第７の発明の構成によれば、圧電デバイスの圧電振動片について、そのパッケージとの接合に金属バンプが用いられており、金属バンプは、圧電振動片の主面（裏面）だけでなく、これに隣接した側面にも接合されることで、接合用の金属は、圧電振動片をその裏面とは異なる方向から接合して支持することができ、強固な接合構造とされている。このため、導電性接着剤による接合構造による種々の欠点を除いて、確実に接合された圧電振動片を備える丈夫な圧電デバイスとすることができる。
【００１８】
さらに、上述の目的は、第８の発明によれば、絶縁基体に圧電振動片を接合して外部と隔離する封止構造を備える圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、少なくとも主面とこの主面と隣接した側面に接合用の電極部が形成された圧電振動片と、前記圧電振動片が接合される平面的な電極パッドを備える絶縁基体とを備えており、前記絶縁基体の電極パッドの上に、この電極パッドに接合される前記圧電振動片の前記電極部を設けた領域の外縁に沿った位置に対応して配置された金属バンプが、加圧により変形され、圧電振動片の前記主面及び前記側面に接合されている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、携帯電話装置により、達成される。
【００１９】
さらにまた、上述の目的は、第９の発明によれば、絶縁基体に圧電振動片を接合して外部と隔離する封止構造を備える圧電デバイスを利用した電子機器であって、少なくとも主面とこの主面と隣接した側面に接合用の電極部が形成された圧電振動片と、前記圧電振動片が接合される平面的な電極パッドを備える絶縁基体とを備えており、前記絶縁基体の電極パッドの上に、この電極パッドに接合される前記圧電振動片の前記電極部を設けた領域の外縁に沿った位置に対応して配置された金属バンプが、加圧により変形され、圧電振動片の前記主面及び前記側面に接合されている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、電子機器により、達成される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明の圧電デバイスの実施の形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線概略断面図である。
図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス３０は、パッケージ３７内に圧電振動片３２を収容している。パッケージ３７は、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されている。
【００２１】
すなわち、この実施形態では、パッケージ３７は、全体の厚みを最小とするために、第１の基板６１と第２の基板６２を積層して形成されており、第２の基板６２の内側の材料を除去することで、内部空間Ｓのスペースを形成している。この内部空間Ｓが圧電振動片３２を収容するための収容空間である。このパッケージ３７を形成するための第１の基板６１が本発明の「絶縁基体」に相当する。
ここで、本実施形態では、箱状のパッケージ３７を形成して、圧電振動片３２を収容するようにしているが、例えば、絶縁基体である第１の基板６１に圧電振動片３２を接合し、厚みの薄い箱状のリッドないしは蓋体をかぶせて封止する構成としてもよい。
【００２２】
パッケージ３７の内部空間Ｓ内の図において左端部付近において、内部空間Ｓに露出して内側底部を構成する第１の基板６１には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成した電極パッド３１，３１が設けられている。
この電極パッド３１，３１は、それぞれ図２の実装端子４１，４２と接続されており、外部から印加される駆動電圧を、圧電振動片３２に供給するものである。具体的には、この実装端子４１，４２と電極パッド３１，３１は、パッケージ３７外部をメタライズにより引き回したり、あるいは第１の基板６１の焼成前にタングステンメタライズ等を利用して形成した導電スルーホール等で接続することで形成できる（図示せず）。
この各電極パッド３１，３１の上には、後述するようにして導電性の突起媒体である金属バンプ７１や７２が配置され、その上に圧電振動片３２の基部５１の幅方向両端部に設けた引き出し電極３３ａ，３４ａが載置されて、後述するようにして接合されている。
【００２３】
圧電振動片３２は、例えば、図３の概略斜視図に示すように構成されている。圧電振動片３２は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。本実施形態の場合、圧電振動片３２は、小型に形成して、必要な性能を得るために、特に図示する形状とされている。
すなわち、圧電振動片３２は、パッケージ３７側と後述するようにして固定される基部５１と、この基部５１を基端として、図において左方斜め下に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕３５，３６を備えており、全体が音叉のような形状とされた、所謂、音叉型圧電振動片が利用されている。
【００２４】
また、圧電振動片３２の基部５１の端部（図３では右端部）の幅方向両端付近には、上述したように、パッケージ３７の電極パッド３１，３１と接続するための電極部として、引き出し電極３３ａ，３４ａが形成されている。各引き出し電極３３ａ，３４ａは、圧電振動片３２の基部５１の表裏に設けられている。これらの各引き出し電極３３ａ，３４ａは、各振動腕３５，３６の主面としての図示の表裏面と、表面及び裏面に挟まれた厚み部分である側面とに設けた励振電極３３，３４と接続されている。
すなわち、図３に示すように、圧電振動片の各振動腕３５，３６にはそれぞれの側面と主面とに、互いに異極とすることで対の電極となる励振電極３３，３４が形成されている。図３の圧電振動片３２の引き出し電極３３ａが励振電極３３に、引き出し電極３４ａが励振電極３４に対して一体に接続されている。
また、振動腕３６の内側の側面に引き回された励振電極３４ｂと、振動腕３５の内側の側面に形成された励振電極３３ｂとは、各振動腕３５，３６の間の股部に設けた切り込み５２等の分離手段で分離されている。
【００２５】
これにより、引き出し電極３３ａ，３４ａから、励振電極３３，３４に駆動電圧が印加されることにより、各振動腕３５，３６内で電界が適切に形成され、振動腕３５，３６の各先端部が互いに接近したり離間したりするように駆動されて、所定の周波数で振動する。
ここで、各振動腕３５，３６の主面には、それぞれ長さ方向に延びる長溝を形成し、この長溝内に一方の励振電極を形成し、振動腕３５，３６の側面に長溝内の励振電極と対となる他方の励振電極を形成するようにしてもよい。これにより、より電界効率を高めることができる。
また、圧電振動片としては、図示のような音叉型の圧電振動片に限らず、圧電材料を矩形にカットしたＡＴカット振動片やコンベックスタイプの振動片等の種々の圧電振動片を使用することができる。
尚、図３では、電極部が形成された箇所を厚みを付けてその位置を分かりやすく表現しているが、実際の電極部が図示のように圧電材料の表面に極端に大きな厚みを有するものではない。
【００２６】
パッケージ３７の開放された上端には、蓋体３９が接合されることにより、封止されている。蓋体３９は、好ましくは、パッケージ３７に封止固定した後で、図２に示すように、外部からレーザ光ＬＢを圧電振動片３２の金属被覆部もしくは励振電極の一部（図示せず）に照射して、質量削減方式により周波数調整を行うために、光を透過する材料，特に、薄板ガラスにより形成されている。
蓋体３９として適するガラス材料としては、例えば、ダウンドロー法により製造される薄板ガラスとして、例えば、硼珪酸ガラスが使用される。
【００２７】
図４は、図２の圧電振動片３２の基部５１付近を拡大して示す図１のＢ−Ｂ線概略断面図であり、圧電振動片３２の接合構造を示している。
図において、基体である第１の基板６１に形成される電極パッド３１，３１は、例えば、タングステンメタライズの上に順次設けられるニッケル（Ｎｉ）メッキ層、金（Ａｕ）メッキ層を有している。電極パッド３１，３１上には、金属バンプ７１，７１が配置されている。この金属バンプ７１，７１は、例えば金バンプであり、接合強度を考慮して、複数配置される。
これらの金属バンプ７１，７１は、圧電振動片３２の基部５１の外縁、特に基部５１の外周を形成する側縁に沿って配置されている。そして、これらの金属バンプのうち、少なくとも一部は、金属バンプの一部が圧電振動片３２の基部５１の外縁から外側に突出する位置に配置されている。
【００２８】
図４の例では、金属バンプ７１，７１は、基部５１の外縁の角隅部に位置しており、金属バンプ７１，７１の一部は、基部５１の外縁よりも内側にあり、他の部分が基部５１の外縁の角隅部よりも外側にはみ出している。金属バンプ７１，７１は、後述する接合工程により、上方から載置される圧電振動片３２の基部５１により加圧され、図示するように変形している。すなわち、金属バンプ７１，７１の基部５１により変形された水平な変形面７１ａ，７１ａは引き出し電極３３ａ，３４ａの下面３３ａ−１，３４ａ−１に接合している。また、金属バンプ７１，７１の基部５１により変形された垂直な変形面７１ｂ，７１ｂは引き出し電極３３ａ，３４ａの側面３３ａ−２，３４ａ−２に接合している。
【００２９】
このように、複数の金属バンプ７１，７２（図１参照）は、それぞれ、圧電振動片３２の基部５１の引き出し電極３３ａ，３４ａが形成された下面だけでなく側面にも接合されていることから、その分接合強度が高い。しかも、引き出し電極３３ａ，３４ａの側面３３ａ−２，３４ａ−２に接合している金属バンプ７１，７１の垂直な変形面７１ｂ，７１ｂは、バンプの比較的大きな面積を占めており、図１３で説明したバンプの伸長部等よりも大きな接合面を形成するので、実際上必要とされる十分な接合強度を得ることができる。
さらに、図４で示す金属バンプ７１，７１は、特に、基部５１の端部である角隅部に位置しているので、基部５１の２つの側面、すなわち、図４で説明した引き出し電極３３ａ，３４ａの側面３３ａ−２，３４ａ−２だけでなく、図３の３３ａ−３，３４ａ−３に示す側面にも接合することになり、このため、圧電振動片３２の側面に対する接合強度が一層向上する。
【００３０】
（圧電デバイスの製造方法）
次に、圧電デバイス３０の製造方法を図５のフローチャートを参照しながら説明する。
先ず、図１ないし図３で説明した圧電振動片３２と蓋体３９は、別々に形成しておく。圧電振動片３２については、すでにその構造を説明し、例えば、水晶ウエハをエッチングして、既に説明した形状を形成するとともに、必要な励振電極を形成することで、従来と同様に製造することができるので、詳しい説明は省略する。
また、蓋体３９との詳しい構造は上述の通りであるから、従来と同様の方法で作成することができる。
パッケージ３７は、例えば、所定の溶液中にセラミックパウダを分散させ、バインダを添加して生成される混練物をシート状に成形して得た、所謂グリーンシートを用いて、図１および図２で説明した第１の基板６１を形成し、その上に、内側の材料を一部除去した第２の基板６２を重ねて、電極パッド３１，３１を形成する。
電極部３１は、焼成前の第１の基板６１上に、タングステンメタライズを塗布し、焼成した後で、タングステンメタライズにニッケルメッキおよび金メッキを順次施すことで形成される。
【００３１】
（圧電振動片の接合工程における金属バンプの配置）
図６はパッケージ３７の一部を示す概略平面図、図７は、図６のパッケージ３７を正面から見た図で、圧電振動片３２の接合工程において、予め行う金属バンプの配置の方法を示している。図６の場合、金属バンプは、符号７１，７１，７２，７２として４つ示されているが、実際には、接合強度を考慮して、複数個、あるいは多数個の任意の金属バンプを配置する（ＳＴ１）。
金属バンプとしては、例えば、図１１の表に示すような材質のものが選択できる。この表は縦軸に引き出し電極３３ａ，３４ａの材質を記載し、横軸に当該材質の引き出し電極３３ａ，３４ａに使用できる金属バンプの材質を示したものである。表中の丸印は良好に接合できる場合を示し、三角印は整合できるが、丸印の場合より接合強度が劣る場合、バツ印は接合が困難な場合を示している。
【００３２】
このように、引き出し電極３３ａ，３４ａの材質に適合するように選んだ金属材料により金属バンプを形成するが、ここでは、引き出し電極３３ａ，３４ａおよび電極パッド３１をＡｕメッキで形成したので、図１１のほぼ全ての材質を使用することができる。一例として金バンプを使用する場合を説明する。
この製造方法においては、金属バンプ７１，７１，７２，７２を図６に示すように、パッケージ３７の第１の基板６１に形成された電極パッド３１，３１の上に配置する。その配置箇所は鎖線で示すように、圧電振動片３２の基部５１の外縁に沿った位置に配置する。好ましくは、図示されているように、各金属バンプ７１，７１，７２，７２の外縁は、鎖線で示す圧電振動片３２の基部５１外縁を超えて外側に突出する位置とされている。
【００３３】
ここで、このような金属バンプ７１，７１，７２，７２の形成方法は、メッキ法やスタッドバンプ形成法が利用される。すなわち、メッキ法は電極パッド３１上に金属バンプを形成するための金属材料としての金または金合金を形成した後でリフローし、図７の金属バンプ７２のような半球状のバンプを形成する。あるいは蒸着やペースト印刷により形成してもよい。
また、フォトプロセスを利用したメッキ法に限らず、ボールバンプもしくはスタッドバンプにより形成してもよい。すなわち、金ワイヤをキャピラリから露出させた先端に、電気トーチや水素トーチ等で加熱溶融させてボールを形成する。そして、電極パッド３１上に移動させて、熱併用超音波圧着して形成する。
これらの方法により、図６に示すような正確な位置を定めやすい手段により形成することができる。
【００３４】
次に、図８に示すように、例えば、フリップチップボンディング等において使用する吸着ツール等の治具Ｊを用いて、圧電振動片３２を吸着し、その基部５１を図６の鎖線で示すように位置決めして、矢印Ｄ１方向に下降させて、金属バンプ７１，７２上に載置する（ＳＴ２）。
続いて、図９に示すように、治具Ｊをさらに矢印Ｄ１方向に下降させて加圧する。同時に治具Ｊを介して加熱し、さらに超音波を印加する。
例えば、加熱温度として、３５０度（摂氏）ないし５００度、荷重として、５０ないし２００（ｇｆ／ｂｕｍｐ）、加圧時間として０．１ないし２０（ｇｆ／ｂｕｍｐ／秒）の条件で、加熱加圧する。
【００３５】
さらに、加熱加圧と同時に、超音波を印加する。その条件としては、例えば、超音波出力５０ないし２００（ＰＷ）、超音波印加時間０．１ないし２秒、同時に行う荷重として１０ないし３００（ｇｆ／ｂｕｍｐ）、加圧時間として０．１ないし２（ｇｆ／ｂｕｍｐ／秒）とする。
この場合、超音波の印加方向としては、圧電振動片の長さ方向Ｙと幅方向Ｘとの両方向に印加する。このようにすることで、圧電振動片の端縁部から隆起されている金属バンプと接触振動させ、接合界面のコンタミ層を払拭して金属接合させる。これは、金属バンプの設置個数によって、接合強度を自由に調整することができるという利点がある。
【００３６】
これにより、金属バンプ７１，７１は、上方から載置される圧電振動片の基部５１により加圧され、図示するように変形する。すなわち、金属バンプ７１，７１の基部５１により変形された水平な変形面７１ａ，７１ａは引き出し電極３３ａ，３４ａの下面３３ａ−１，３４ａ−１に接合する。また、金属バンプ７１，７１の基部５１により変形された垂直な変形面７１ｂ，７１ｂは引き出し電極３３ａ，３４ａの側面３３ａ−２，３４ａ−２に接合する。
【００３７】
（封止工程）
かくして、例えば真空雰囲気中で、図１及び図２のパッケージ３７の上端に例えば低融点ガラス等のロウ材４７を適用して、蓋体３９を固定することにより、パッケージ３７に対して蓋体３９による封止を行う（蓋封止）（ＳＴ３）。次いで、必要により、パッケージ３７を外部から加熱して、圧電振動片３２やパッケージ３７の内面の水滴等を蒸発させるアニール処理を行う。（ＳＴ４）。最後に、図２で説明したように、外部から透明な蓋体３９を透過させてレーザ光ＬＢ等を圧電振動片３２に照射し、励振電極等の金属被覆部の一部を蒸散させ、質量削減方式による周波数調整を行い（ＳＴ５）、圧電デバイス３０を完成させることができる（ＳＴ６）。
【００３８】
本実施形態によれば、このように製造される圧電デバイス３０の複数の金属バンプ７１，７１，７２，７２は、圧電振動片の基部５１の引き出し電極３３ａ，３４ａが形成された下面だけでなく側面にも接合されるので、その分接合強度が高い。また、金属バンプ７１，７１の垂直な変形面７１ｂ，７１ｂは、バンプの比較的大きな面積を占めており、図１３で説明したバンプの伸長部等よりも大きな接合面を形成するので、実際上必要とされる十分な接合強度を得ることができる。
さらに、しかも金属バンプ７１，７１は、特に、基部５１の端部である角隅部に位置しているので、基部５１の２つの側面、すなわち、図４で説明した引き出し電極３３ａ，３４ａの側面３３ａ−２，３４ａ−２だけでなく、図３の３３ａ−３，３４ａ−３に示す側面にも接合することになり、このため、圧電振動片３２の側面に対する接合強度が一層向上する。
【００３９】
しかも、接合工程に導電性接着剤の硬化時間が不要で、その分製造工程を短縮できる。また、導電性接着剤の硬化の過程でガスが生成し、このガスが圧電振動片に付着すると振動性能に悪影響を与えるということが有効に防止される。
さらに、従来のように、導電性接着剤によって圧電振動片の接合強度を確保するためには、所定量の接着剤を必要とし、その分圧電振動片と接合面との間に接着剤の量に見合った距離ができてしまうが、金属バンプを利用したために、圧電デバイス３０の高さ方向を極力小さくすることができ、低背化を図ることができる。
【００４０】
また、導電性接着剤を使用した従来の圧電デバイスでは、接着剤の弾性の影響で、固定後に外部からの衝撃で圧電振動片の先端が上下に振れてしまい、パッケージ等の内面に衝突するおそれがある。このような衝突による破損をさけるため、圧電振動片の先端に対応したパッケージ底部には、逃げとしての凹部を形成する必要があり、その分パッケージ全体の厚みが大きくなる。これに対して、本実施形態の圧電デバイス３０では、金属バンプにより圧電振動片３２を接合したことから、圧電振動片３２を正しく水平に保持することができ、上述のような凹部を不要としてこの点においても、低背化に有利である。
【００４１】
図１０は、上述した圧電デバイス３０の変形例としての圧電デバイス８０を示す概略平面図である。この図において、圧電デバイス３０と同一の構成には共通する符号を付して重複する説明を省略し、以下、相違点を中心に説明する。
図１０の変形例では、圧電振動片３２の接合箇所である基部５１において、その側面が凹部５３を備えており、この凹部５３に対応して、金属バンプ７３が配置されている。
【００４２】
この凹部５３は、図示の場合、基部５１の側面が内方に徐々に縮幅する傾斜面５３ａ，５３ｂにより切り込まれて、ほぼ鋭角の内端を有している。
これにより、傾斜面５３ａ，５３ｂによって、金属バンプ７３が挟まれるように位置することになる。このため、金属バンプ７３が接合する基部５１の側面部は、接合面積が増大することで、より一層接合強度が向上する。
【００４３】
図１２は、本発明の上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図である。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン３０８及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ３０９を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ
Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１を備えている。
ＣＰＵ３０１は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのＬＣＤや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部３０２や、ＲＡＭ，ＲＯＭ等でなる情報記憶手段（メモリ）３０３の制御を行うようになっている。このため、ＣＰＵ３０１には、圧電デバイス３０が取り付けられて、その出力周波数をＣＰＵ３０１に内蔵された所定の分周回路（図示せず）等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。このＣＰＵ３０１に取付けられる圧電デバイス３０は、圧電デバイス３０等単体でなくても、圧電デバイス３０等と、所定の分周回路等とを組み合わせた発振器であってもよい。
【００４４】
ＣＰＵ３０１は、さらに、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）３０５と接続され、温度補償水晶発振器３０５は、送信部３０７と受信部３０６に接続されている。これにより、ＣＰＵ３０１からの基本クロックが、環境温度が変化した場合に変動しても、温度補償水晶発振器３０５により修正されて、送信部３０７及び受信部３０６に与えられるようになっている。
【００４５】
このように、制御部を備えたデジタル式携帯電話装置３００のような電子機器に、上述した実施形態に係る圧電振動片３２の接合構造と、この接合構造を有する圧電デバイス３０を利用することにより、パッケージの低背化を実現しつつ、全体を小型に形成しても、圧電振動片の接合が確実になり、接合部が破損しないことから、製品の信頼性が向上する。
【００４６】
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、パッケージや箱状の蓋体に被われるようにして、内部に圧電振動片を収容するものであれば、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電デバイスの実施形態を示す概略平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線概略断面図。
【図３】図１の圧電振動片の概略斜視図。
【図４】図１のＢ−Ｂ線概略断面図。
【図５】図１の圧電デバイスの製造方法の実施形態を示すフローチャート。
【図６】図１の圧電デバイスの製造工程における金属バンプの配置位置を示す概略平面図。
【図７】図１の圧電デバイスの製造工程における金属バンプの配置位置を示す概略正面図。
【図８】図１の圧電デバイスの製造工程における圧電振動片のマウント工程を示す説明図。
【図９】図１の圧電デバイスの製造工程における圧電振動片の接合の様子を示す説明図。
【図１０】図１の圧電デバイスの変形例を示す概略平面図。
【図１１】図１の圧電デバイスの製造工程に使用する金属バンプの種類を示す表。
【図１２】本発明の実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。
【図１３】従来の圧電デバイスの一例を示す概略断面図。
【符号の説明】
３０，８０・・・圧電デバイス、３２・・・圧電振動片、３４，３５・・・振動腕、３１・・・電極パッド、７１，７２・・・金属バンプ、６１・・・第１の基板（基体）。
Claims (9)
- 絶縁基体の電極パッドに圧電振動片を接合する工程と、前記圧電振動片の接合後に前記絶縁基体を封止する工程とを含む圧電デバイスの製造方法であって、
前記圧電振動片の接合工程おいて、少なくとも主面とこの主面と隣接した側面に接合用の電極部が形成された圧電振動片を使用し、
絶縁基体の電極パッドの上に、この電極パッドに接合される前記圧電振動片の前記電極部を設けた領域の外縁に沿った位置に対応して金属バンプを配置し、
前記金属バンプの上から前記圧電振動片を配置して加圧接合するようにした
ことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 - 前記絶縁基体の電極パッドに配置される前記金属バンプが、前記圧電振動片の前記電極部を設けた領域の外縁に沿った位置に複数個配置され、かつこれら各金属バンプの外縁は、前記圧電振動片の外縁を超えて外側に突出され、加圧により変形した前記金属バンプによる金属を、圧電振動片の前記主面及び前記側面に接合させることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記圧電振動片は、前記金属バンプの上に載置されて加熱加圧接合されることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記圧電振動片は、前記金属バンプの上に載置されて加熱加圧中もしくは加熱加圧と同時に、圧電振動片の長さ方向と幅方向とに振動する超音波を印加することを特徴とする請求項３に記載の圧電デバイスの製造方法。
- 少なくとも主面とこの主面と隣接した側面に接合用の電極部が形成された圧電振動片と、
前記圧電振動片が接合される平面的な電極パッドを備える絶縁基体と
を備えており、
前記絶縁基体の電極パッドの上に、この電極パッドに接合される前記圧電振動片の前記電極部を設けた領域の外縁に沿った位置に対応して配置された金属バンプが、加圧により変形され、圧電振動片の前記主面及び前記側面に接合されている
ことを特徴とする、圧電振動片の接合構造。 - 前記圧電振動片の接合箇所において、その側面が凹部を備えており、この凹部に対応して、前記金属バンプが配置されていることを特徴とする請求項５に記載の圧電振動片の接合構造。
- 絶縁基体に圧電振動片を接合して外部と隔離する封止構造を備える圧電デバイスであって、
少なくとも主面とこの主面と隣接した側面に接合用の電極部が形成された圧電振動片と、
前記圧電振動片が接合される平面的な電極パッドを備える絶縁基体と
を備えており、
前記絶縁基体の電極パッドの上に、この電極パッドに接合される前記圧電振動片の前記電極部を設けた領域の外縁に沿った位置に対応して配置された金属バンプが、加圧により変形され、圧電振動片の前記主面及び前記側面に接合されている
ことを特徴とする、圧電デバイス。 - 絶縁基体に圧電振動片を接合して外部と隔離する封止構造を備える圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、
少なくとも主面とこの主面と隣接した側面に接合用の電極部が形成された圧電振動片と、
前記圧電振動片が接合される平面的な電極パッドを備える絶縁基体と
を備えており、
前記絶縁基体の電極パッドの上に、この電極パッドに接合される前記圧電振動片の前記電極部を設けた領域の外縁に沿った位置に対応して配置された金属バンプが、加圧により変形され、圧電振動片の前記主面及び前記側面に接合されている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにしたことを特徴とする、携帯電話装置。 - 絶縁基体に圧電振動片を接合して外部と隔離する封止構造を備える圧電デバイスを利用した電子機器であって、
少なくとも主面とこの主面と隣接した側面に接合用の電極部が形成された圧電振動片と、
前記圧電振動片が接合される平面的な電極パッドを備える絶縁基体と
を備えており、
前記絶縁基体の電極パッドの上に、この電極パッドに接合される前記圧電振動片の前記電極部を設けた領域の外縁に沿った位置に対応して配置された金属バンプが、加圧により変形され、圧電振動片の前記主面及び前記側面に接合されている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにしたことを特徴とする、電子機器。
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