JP2006148280A - 圧電振動子、圧電振動子用パッケージ、及び圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電振動片の他端下がパッケージに接触すること無く確実に隙間を形成した片端支持型圧電振動子、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】片端支持型圧電振動子の製造方法において、圧電振動片が導電接合されるパッケージベース内底面の電極パッドにテーパー部、若しくは前記圧電振動片の接着固定側端部に、段差部を設け、前記圧電振動片と前記電極パッドとを導電接着剤を介して接着固定するようにしたことを特徴とする圧電振動子。
【選択図】 図１

Description

本発明は機械的強度に優れた圧電振動子の製造方法に関し、特に小型化により非振動領域が極小の圧電振動片をほぼ水平に片持ち固定する技術に関するものである。

従来、周波数発生源やフィルタといった機能を有する電子部品に圧電材料を用いたものがあり、種々の圧電材料の中でも特に共振特性に優れている水晶片を使用した圧電振動子（水晶振動子）が多用されている。水晶振動子は、例えばコンピューター等のＯＡ機器や携帯電話に代表される移動体通信機器等に使用されており、近年小型、薄型化の要求が強まっている。

このような小型、薄型の水晶振動子には、水晶振動片の保持構造として片端支持型あるいは片持型などと呼ばれる構造がある。これは、短冊状の水晶振動片において一方の短辺部を導電性接着剤によりパッケージベース（容器）に固定し、固定側とは反対側の他端部は固定しない自由端とすることによって、水晶振動子の周囲温度変化により生じる水晶振動片とパッケージベースとの膨張係数の差異によるストレスが、水晶振動片に与える影響を回避する手段として有効な構造である。

このような片端支持型の水晶振動片の保持方法として、例えば特開平１０−０９８３４９号公報に示される方法が提案されている。この公報に示される方法について、図８、及び図９を用いて簡単に説明する。図８、及び図９は片端支持型水晶振動子の製造方法を説明するための断面図であり、図８は導電性接着剤硬化前の状態、図９は前記導電性接着剤硬化後の状態を表している。

図８は、上側を開口とする凹所を備えた矩形状のパッケージベース１０と、前記パッケージベース１０内に傾斜した状態で収納された平板上の水晶振動片２０と、前記水晶振動片２０を前記パッケージベース１０に電気的に接合するための導電性接着剤１４とを備えて構成される水晶振動子３０の例を示したものである。なお、図示では省略したが本振動子の最終形態は、前記パッケージベース１０の上方を金属製の蓋体で被覆して内部を気密に封止される。
前記パッケージベース１０は、内部底面１１に段差部１３が設けられており、前記段差部１３の上面には、一対の電極パッド１２が配設されている。前記水晶振動片２０の一端は、エポキシやシリコン系の熱硬化性導電性接着剤１４を介して前記電極パッド１２と接着固定され、前記水晶振動片２０の固定側とは反対側の端部を固定しない片端支持構造を成している。

図８に示したように水晶振動片２０は、前記導電性接着剤１４の硬化工程前において、前記導電性接着剤１４にて固定されない他端部（自由端）が前記パッケージベース１０の内部底面１１に当接した傾斜状態で載置され、その後の硬化工程にて前記導電性接着剤１４を硬化させる。
前述のように、前記導電性接着剤１４は熱硬化性の性質を有す接着剤であるため、硬化する際に分子間の架橋反応による収縮を伴う。その際、前記導電性接着剤１４の収縮量は、前記水晶振動片２０と前記電極パッド１２との間に介在する前記導電性接着剤１４の厚みに比例する。即ち、前記水晶振動片２０と前記電極パッド１２との固着部において、前記水晶振動片２０の固着側端部に近いほど前記導電性接着剤１４の厚みが増加するため、前記固着側端部において前記導電性接着剤１４の収縮量は増加し、前記パッケージベース１０の内部底面１１に接触していた前記水晶振動片２０の固着側とは反対の他端部が持ち上がり、図９に示したように前記水晶振動片２０と前記内部底面１１との間に隙間ができる。そして、前記導電性接着剤１４の硬化が完了すると、図９の状態が保たれ、前記水晶振動片２０の他端部が完全に自由となる片端支持型の水晶振動子を得ることができる。

ところが、前述のような製造方法による片端支持構造では以下に示すような問題点があった。導電性接着剤１４の成分や状態を管理しておかなければ、硬化工程における収縮の度合いにばらつきが生じ、水晶振動片２０の固定されない前記自由端の下と前記パッケージベース１０の内部底面１１との隙間長がばらつくことにより、前記自由端が前記内部底面１１に接触した状態で、前記水晶振動片２０と前記電極パッド１２とが接着固定される虞があった。そのため、落下等による衝撃により最悪の場合、水晶振動片が破損するという問題点があった。また、パッケージベース内に段差部を設けた構造では、前記段差部に水晶振動片を搭載するため、水晶振動片の搭載位置が必然的に高くなることから、小型、薄型化の対応が困難であった。

そこで、上記のような問題点を解決する手段として、例えば特開平１１−２７０８４号公報において、パッケージベース内に設けられた矩形状の電極パッドにて前記パッケージベースの短辺方向と平行で、かつ前記パッケージベースの中央よりである一辺上に水晶振動片下面を支持するための支持部材を配置し、前記電極パッドと前記水晶振動片の一端とを導電性接着剤を介して接着固定する発明が成されている。特開平１１−２７０８４号によれば、上述の電極パッドの一辺上に前記水晶振動片下面を支持する支持部材を配置したことにより、前記導電性接着剤の熱硬化時に前記支点部材を支点として、前記水晶振動片の接着側固定端には前記パッケージベース内底面に引き寄せられる力が働き、前記固定端とは別の他端側は、前記パッケージベース内底面とは反対の方向に力が働くため、前記水晶振動片と前記パッケージベース内底面との間に容易に空隙を形成することを可能にしている。
特開平１０−９８３４９号公報 特開平１１−２７０８４号公報

しかしながら、前述の手法では以下に示すような問題点があった。導電性接着剤の塗布量のバラツキにより、前記導電性接着剤塗布後の接着剤厚みが支点部材の高さよりも低くなった場合、水晶振動片とパッケージ電極間との接着固定部において、十分な接着が得られないことから、マウント不良や落下衝撃等により水晶振動片が前記電極パッドから剥離する虞があった。
本発明は、容器に固着されない圧電振動片の自由端がパッケージベースの内部底面と接触することなく確実に隙間を形成した小型の片端支持型圧電振動子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上述の目的を達成するために、片端支持型圧電振動子の製造方法において、圧電振動片が導電接合されるパッケージベース内底面の電極パッドにテーパー部、若しくは前記圧電振動片の接着固定側端部に段差部を設け、前記圧電振動片と前記電極パッドとを導電性接着剤を介して接着固定することを特徴とする。

本発明に係る片端支持型圧電振動子は、圧電振動片とパッケージベースとの接着固定端において、前記パッケージベース内底面に配設された電極パッド部にテーパー部、若しくは前記水晶振動片の接着固定側端部において段差部を形成し、前記圧電振動片と前記電極パッドとを導電性接着剤を介して接着固定するようしたので、前記圧電振動片と前記電極パッドとの接合面における接合位置によって前記導電性接着剤に厚みの差を設けることができ、前記導電性接着剤の熱硬化時において、前記圧電振動片の固着側端部に近いほど、より強い収縮力が得られるので、前記圧電振動片の固着されない他端部と前記パッケージベース内底面との間に確実に空隙を形成することができる。また、前記圧電振動片と前記電極パッドとの接着面において前記導電性接着剤の厚み差を設けるべく、前記パッケージベース内部に段差部を設ける必要が無いので、小型、薄型化の対応が可能である。更に、大型の圧電基板（ウエハ）より圧電振動片を抜き取るエッチング工程内にて、前記圧電振動片の接着固定側端部に段差部を形成することが可能であるため、前記段差部形成の工数を必要とせず、従来と同様の工程で圧電振動子の製造が可能である。

以下、図示した実施の形態例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明第１の実施の形態に係る片端支持型水晶振動子を示した断面図である。なお、上述の従来例に示したものと同様の構成部材については同一の符号を付してその説明
を省略する。また、本例の水晶振動子は、パッケージベース内の電極パッドに水晶振動片一方の短辺部を固着して支持する片持ち支持構造を例として説明する。

本発明における水晶振動子３０は、上側を開口とする凹所を備えた矩形状のパッケージベース１０と、パッケージベース１０内に収納された平板上の水晶振動片２０と、前記水晶振動片２０を前記パッケージベース１０に電気的に接合するための導電性接着剤１４とを備えて構成されている。なお、本振動子の最終形態は、前記パッケージベース１０の上面開口部を図示しない金属製の蓋体で覆われ気密に封止される。

前記パッケージベース１０の内部底面１１には、テーパー部１５が設けられた一対の電極パッド１２が配設され、前記水晶振動片２０の一端は、前記導電性接着剤１４を介して前記電極パッド１２と接着固定され、前記水晶振動片２０の固定側とは反対側の端部は固定されない片端支持構造を成している。

ここで、本発明の要部である前記電極パッド１２のテーパー部１５を形成する工程について図２を用いて説明する。図２（ａ）で示したようにパッケージベース１０の内部底面１１上にタングステン等の金属材料から成る下層部１２１と、前記下層部１２１と同一の材料であり、かつ前記下層部１２１よりも縦横寸法の小さい上層部１２２との積層にて構成されたパッケージ電極１２ａが形成される。前記パッケージ電極１２ａの形成後、同図（ｂ）のように前記下層部１２１、及び上層部１２２の上面は、ニッケル（Ｎｉ）、及び金（Ａｕ）のメッキ処理によるメタライズ加工が施され、前記上層部１２１と下層部１２２との段差部には、前記パッケージベース１０の短辺縁部方向に近いほど厚さが薄くなる、即ち前記パッケージベース１０の中心部を先頭に見た際に、前記電極パッド１２はその後方に進むに従って、その厚さが薄くなるようテーパー部１５が形成される。

次に本発明における水晶振動子の製造工程について、図１、図３、図４を用いて説明する。前記テーパー部１５の形成後、図３で示したように水晶振動片２０の一端と前記電極パッド１２とを電気的機械的に接合すべくエポキシ系、またはシリコン系等の熱硬化性接着剤である導電性接着剤１４が、先端にテーパー部１６を有す接着剤塗布用ニードル１７により、前記電極パッド１２の下段部１２１ａ、傾斜部１５ａ、上段部１２２ａに跨ぐように塗布される。前記ニードル１７は、先端部にテーパー部１６を設けているので、前記導電性接着剤１４は前記電極パッド１２上に確実に塗布されると共に、前記下段部１２１ａにおいて、前記上段部１２２ａよりも多量の接着剤が塗布される。なお、前記導電性接着剤１４の塗布位置は、中心が前記テーパー部１５と前記下段部１２１との境界になるのが望ましい。
前記導電性接着剤１４の塗布後、図４のように水晶振動片２０の一端が前記電極パッド１２上に搭載され、図１のように前記水晶振動片２０の接着固定側とは反対の他端部とパッケージベース１０の内部底面１１とが空隙を有した状態で前記導電性接着剤１４を硬化する加熱処理が行なわれる。

前記導電性接着剤１４は熱硬化性の接着剤であるため、硬化する際に分子間の架橋反応による収縮を伴う。その際、前記導電性接着剤１４の収縮量は、前述のように前記水晶振動片２０と前記電極パッド１２との間に介在する前記導電性接着剤１４の厚みに比例する。前記電極パッド１２において、その後方に進むに従い厚さが薄くなるようテーパー部１５を設けたことにより、前記電極パッド１２の厚みが薄い部分、即ち前記固着側端縁部に近いほど前記導電性接着剤１４の厚みが増し、前記導電性接着剤１４の硬化時において、前記固着側端縁部における前記導電性接着剤１４の収縮量は増加する。その結果、前記水晶振動片２０の固着側とは反対の他端部は持ち上がり、図１に示したように前記水晶振動片２０と前記内部底面１１との間に確実に隙間を設けることができ、前記水晶振動片２０の他端部２１が完全に自由となる片端支持型の水晶振動子を得ることができる。

以上のように、パッケージベース１０の内部底面１１に配設された一対の電極パッド１２にテーパー部１５を設け、前記電極パッド１２に導電性接着剤１４を介して水晶振動片２０を搭載したので、前記水晶振動片２０は傾斜すること無く前記水晶振動片２０の固着側とは反対の自由端下に隙間を形成した片端支持型水晶振動子を得ることができる。また、前記テーパー部１５は比較的大きく形成することが可能であるので、前記水晶振動片搭載位置のバラツキによる影響を低減することが可能である。

＜第２の実施の形態＞
図５は、本発明第２の実施の形態に係る片端支持型の水晶振動子を示す断面図である。
本発明における水晶振動子３０は、上側を開口とする凹所を備えた矩形状のパッケージベース１０と、前記パッケージベース１０の内底面１１に配設された一対の電極パッド１２と、前記パッケージベース１０内に収納された平板上の水晶振動片２０と、前記水晶振動片２０を前記電極パッド１２に電気的に接合するための導電性接着剤１４とを備えて構成されている。なお、本振動子の最終形態は、前記パッケージベース１０の上面開口部を図示しない金属製の蓋体で覆われ気密に封止される。

前記電極パッド１２に接着固定される水晶振動片２０の一端（固着端）は、その端部において厚み方向に段差部２４が形成されており、前記固着端は前記導電性接着剤１４を介して前記電極パッド１２と接着固定され、前記水晶振動片２０の固定側とは反対側の端部は固定しない片端支持構造を成している。ここで、本発明の要部である前記水晶振動片２０に段差部２４を形成する過程について説明する。

図６（ａ）は、大きな水晶基板（ウエハ）３１から小さな短冊状の基板を多量に加工する際の水晶ウエハ３１の平面図を示しており、前記水晶ウエハ３１は、同図（ａ）に示したように各水晶片３２の２隅のみ残し、その他の前記水晶片３２の周囲１８はエッチング加工により貫通している。前記エッチング加工工程について、図６（ｂ）〜（ｄ）を用いて簡単に説明する。

前記水晶ウエハ３１の両面を金やアルミ等により形成された図示しないメタルマスクで覆い、その上からレジスト剤を塗布することによって、図６（ｂ）で示したように前記各水晶片３２の両面にレジスト膜４０を形成する。前記レジスト膜４０は、前記水晶片３２のパッケージベースと接着固定される側において、前記水晶片３２の両面におけるレジストエッジの差ｔが製造誤差よりも大きい４０μｍ以上となるようにに生成されている。前記レジスト膜４０の生成後、エッチング液としてフッ化アンモニウム飽和溶液を用いて前記水晶ウエハ３２の両面からエッチングすると、前記レジスト膜４０が生成されていない箇所において、前記水晶片３２の一端については厚み方向に段差部を有すよう溶解し、前記接着側とは反対側の端部を含むその他の前記水晶片３２の周囲１８は、そのまま貫通するよう溶解が進む。更に、エッチングを進めていくと最終的には、同図（ｃ）のように、非マスク部の水晶部分が一部を除いて貫通し、各個の水晶片の一端に段差部２４が形成される。なお、エッチング加工後は、前記水晶ウエハ３１をアセトン等のレジスト剥離液に浸し、必要の無いレジスト膜４０を剥離して取り去る。
その後、上述の各水晶片３２の両主面上には、クロム（Ｃｒ），金（Ａｕ）等から成る図示しない励振電極、及び引出し電極が真空蒸着等の手法により形成され、前記電極の形成後、前記各水晶片３２は、前記水晶ウエハ３１より機械的に抽出され、図６（ｄ）に示すような平板上の水晶振動片２０が多数得られる。
以上のようにして得られた水晶振動片２０は、図７に示したように接着側固定端部が導電性接着剤１４を介して前記電極パッド１２に電気的に接合されるよう、前記段差部２４が同図のように下面となる向きで前記電極パッド１２上に搭載される。

前述のように、前記導電性接着剤１４は熱硬化性の接着剤であるため、硬化する際に分子間の架橋反応による収縮を伴う。その際、前記導電性接着剤１４の収縮量は、前記水晶振動片２０と前記電極パッド１２との間に介在する前記導電性接着剤１４の厚みに比例する。即ち、前記水晶振動片２０の固着端側に段差部２４を設け、前記固着端縁部の厚みが他より薄くなるようしたことにより、前記固着側端縁部に近いほど前記導電性接着剤１４の厚みが増し、前記導電性接着剤１４の硬化時において、前記固着側端縁部における前記導電性接着剤１４の収縮量は増加する。その結果、前記水晶振動片２０の固着側とは反対の他端部は持ち上がり、図５に示したように前記水晶振動片２０と前記内部底面１１との間に確実に隙間を設けることができ、前記水晶振動片２０の他端部２１が完全に自由となる片端支持型の水晶振動子を得ることができる。

以上のように、水晶振動片２０の接着固定される一端に段差部２４を設けたので、水晶振動片固着側端縁部において接着剤塗布量が多くなり、水晶振動片搭載位置のバラツキによる影響を低減できるため、前記水晶振動片２１の自由端と前記パッケージベース１０の内部底面１１との間に確実に空隙を得ることができる。また、水晶ウエハ３１から各個片の水晶片３２を形成する際のエッチング処理時に前記段差部２４は形成されるので、個片抜き取り後の前記段差部を形成する工程を必要としないため、製造コストを低減できる。
以上の実施例においては片端支持型水晶振動子を例について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、水晶以外の圧電材料に適用しても良いことは明らかである。また、水晶振動片の一端に設けた段差部は、圧電基板の切断角や異方性等を考慮し、滑らかなテーパー形状とした場合においても同様の効果が得られる。

本発明に係る片端支持型圧電振動子の断面図である。 （ａ）本発明に係るパッケージベース内に配設された電極パッドの製造方法における電極パッド層形成後の断面図である。 （ｂ）本発明に係るパッケージベース内に配設された電極パッドの製造方法における電極パッド層のメタライズ加工後を示す断面図である。 本発明に係る電極パッドへの導電性接着剤塗布段階を示す断面図である。 本発明に係る工程順序における圧電振動片のマウント段階を示す断面図である。 本発明に係る片端支持型圧電振動子の第２の実施例を表す断面図である。 （ａ）本発明第２の実施例に係る工程順序におけるエッチング加工後における大型水晶ウエハの平面図である。 （ｂ）本発明第２の実施例に係る工程順序におけるレジスト塗布後の水晶ウエハ示す断面図である。 （ｃ）本発明第２の実施例に係る工程順序におけるエッチング後の水晶ウエハを示す断面図である。 （ｄ）本発明第２の実施例に係る工程順序における個片に形成された水晶振動片を示す断面図である。 本発明第２の実施例に係る工程順序における圧電振動片のマウント段階を示す断面図である。 従来の片端支持型水晶振動子における導電性接着剤硬化前の断面図を示すものである。 従来の片端支持型水晶振動子における導電性接着剤硬化後の断面図を示すものである。

符号の説明

１０ パッケージベース（容器）
１１ 底面
１２ 電極パッド
１３ 段差部
１４ 導電性接着剤
１５、１６、２１ テーパー部
１７ 接着剤塗布用ニードル
２０ 水晶振動片
３０ 水晶振動子
３１ 水晶ウエハ
３２ 水晶片
４０ レジスト膜

Claims (6)

1. 圧電基板上に励振電極と該励振電極から端縁に延びるリード電極とを形成した圧電振
   動片の前記リード電極を、パッケージベース内底面に配設された電極パッド上に導電性
   接着剤によって電気的機械的に接続することにより、前記圧電振動片を片持ち支持した
   構造を備えた圧電振動子であって、前記電極パッドはその後方に進むに従って薄くなる
   ようにテーパー形状を有していることを特徴とする圧電振動子。
2. 圧電基板上に励振電極と該励振電極から端縁に延びるリード電極とを形成した圧電振
   動片の前記リード電極を、パッケージベース内底面に配設された電極パッド上に導電性
   接着剤によって電気的機械的に接続することにより、前記圧電振動片を片持ち支持した
   構造を備えた圧電振動子であって、前記電極パッドは金属材料による多層構造を有して
   おり、その後方部の厚さが後方に進むに従って薄くなるようにテーパー形状を有してい
   ることを特徴とする圧電振動子。
3. 圧電基板上に励振電極と該励振電極から端縁に延びるリード電極とを形成した圧電振
   動片の前記リード電極を、パッケージベース内底面に配設された電極パッド上に導電性
   接着剤によって電気的機械的に接続することにより、前記圧電振動片を片持ち支持した
   構造を備えた圧電振動子であって、前記圧電振動片は、前記端縁の接着側辺縁の厚みが
   他より薄くなった段差部を備えていることを特徴とする圧電振動子。
4. 前記段差部は、エッチング処理にて構成されたものであることを特徴とする請求項３
   に記載の圧電振動子。
5. その内底面に配設された電極パッド上に、圧電振動片の端縁を導電性接着剤によって
   導通固定して前記圧電振動片を片持ち支持するための圧電振動子用パッケージであって、
   前記電極パッドは金属材料による多層構造を有しており、その後方部の厚さが後方に進
   むに従って薄くなるようにテーパー形状を有していることを特徴とする圧電振動子用パ
   ッケージ。
6. 請求項５に記載した圧電振動子用パッケージに圧電振動片を搭載する際、前記圧電振
   動子用パッケージの電極パッドの後方部が、より厚みをもつように前記電極パッド上に
   導電性接着剤を塗布する工程と、前記圧電振動片の端縁を前記導電性接着剤の上から載
   置する工程とを備えたことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
   
   

Images