JP2008147492A - 搭載パッドおよび電子デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】導電性接着剤を用いた接着を行う際に、電気的導通、および機械的接着強度の増大を図ることを可能とする搭載パッドを提供する。
【解決手段】上記課題を解決するための搭載パッドは、基板に配設されて、導電性接着剤を介して素子片が実装される搭載パッド１８であって、当該搭載パッド１８を構成する導電性パターンの中の少なくとも１つに印刷工程を経て形成される印刷層を備え、前記印刷層の表面に凹凸を形成したことを特徴とする。そして、前記凹凸は、金属粒子を含有する第１の導電性ペーストの表面に、前記第１の導電性ペーストよりも金属粒子の粒径を大径とした第２の導電性ペーストを被覆して形成することが望ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は搭載パッド、および電子デバイスに係り、特に小型化された電子デバイスに対して有用な技術に関する。

電子デバイス、ここでは特に圧電デバイスの製造工程において導電性接着剤を使用する場合には、大きく分けて２つの課題が生ずることとなる。第１の課題は、電気的導通（導電性）の確保である。そして、第２の課題は、機械的な接着強度の確保である。

このような課題が生ずる原因は主に、導電性接着剤の構成にある。導電性接着剤は、硬化性樹脂からなるバインダと、このバインダ内に分散された導電フィラーとを主な構成要素とするものである。このような構成の導電性接着剤では、樹脂バインダ内に含有された導電フィラーが互いに密接することにより、接着した部品同士の電気的導通が図られる。このため、樹脂バインダが導電フィラー間に入り込み、導電フィラー同士の密接が阻まれた場合には、いわゆる断線状態となり、接着部材同士の電気的導通を阻害することとなるのである。

また、電気的導通を良好に保つために、導電フィラーの割合を増加させた導電性接着剤も提案されているが、この場合には、機械的な接着強度が低下してしまうのである。このような課題の検討は、圧電デバイスを含む電子デバイスの小型化が進むことに伴って、搭載パッドの面積が縮小されてきた近年、特に必要とされてきている。

特許文献１には、上記のような問題を解決するための手段が開示されている。特許文献１に開示されている技術は、第２の課題として挙げた接着部材間の機械的接着強度を向上させることを目的としたものであるが、実質的に上記課題の双方を解決することとなる。具体的には、パッケージに実装する圧電振動片の入出力パッドに、導電性を有する凹凸部材を一体形成、あるいは別途形成して接合するということを特徴としたものである。

入出力パッドに上記のような凹凸部材を設けることにより、端子形成範囲の面積に対して、実装面の面積を大きくすることができる。これにより、接着面の面積が大きくなり、機械的な接合強度が増す事となる。また、接着面の面積が増大することにより、入出力パッドと導電フィラーとが接触する数も増加する事となる。これにより、導電性の向上も図ることができるのである。
特開平５−２４３８９１号公報

特許文献１に開示されているような技術によれば、確かに上記２つの課題を解決することができる。ここで、水晶等の圧電材料に対するパターンの形成は、スパッタやＣＶＤにより主面全体にメッキを施した後、エッチングにより所望のパターンを形成するといった方法が一般的である。そして、このメッキにより形成されたパターンは、その膜厚が極めて薄く、当該パターン自体に凹凸を形成することはできない。

したがって、圧電振動片の入出力パッドに凹凸を備えるためには、振動片を構成する部材に凹凸加工を施すか、別途形成した凹凸部材を貼り付けるといった作業が必要となる。圧電材料に凹凸加工を施す場合には、エッチング工程が増加することとなり、別部材を貼り付けるにはさらに工程とコストが増加することとなる。このため、特許文献１に開示されている技術を用いて圧電デバイスを製造した場合には生産効率が悪く、製造コストも高騰してしまう。

そこで本発明では、上記２つの課題を解決しつつ、デバイスにおける生産効率の悪化、製造コストの高騰を抑えることのできる手段として搭載パッドに改良を加えることを検討し、これを実現することのできる搭載パッド、および当該搭載パッドを備える電子デバイスを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る搭載パッドは、基板に配設されて、導電性接着剤を介して素子片が実装される搭載パッドであって、当該搭載パッドを構成する導電性パターンの中の少なくとも１つに印刷工程を経て形成される印刷層を備え、前記印刷層の表面に凹凸を形成したことを特徴とする。このような特徴を有する搭載パッドであれば、搭載パッドを形成する面積（投影面積）に対して、実装面の面積を拡大することができる。よって、導電性接着剤に含有される導電フィラーと搭載パッドとの接触点の数を増大させることができ、導電性を確保することができる。また、接着面の面積が拡大されることにより、実装する素子片と搭載パッドとの間の機械的な接着強度を向上させることができる。さらに、接着面積の拡大を、凹凸により奏することで、アンカー効果も発揮することができ、平面による接着面積の拡大よりも効果的に接着強度を増大させることが可能となる。また凹凸をメッキ層に比べて厚み調整が容易な印刷層に形成するようにしているため、基板に加工を施したり、凹凸部材を別途形成したりする必要が無い。このため、当該パッドをデバイスに採用した場合には、生産効率の悪化、および製造コストの高騰を避けることが可能となる。

また、上記のような構成の搭載パッドでは、前記凹凸は、金属粒子を含有する第１の導電性ペーストの表面に、前記第１の導電性ペーストよりも金属粒子の粒径を大径とした第２の導電性ペーストを被覆して形成することができる。このような構成で凹凸を形成することによれば、凹凸形成は、導電性ペーストを２層に重ねるだけで良いこととなる。

また、上記のような構成の搭載パッドでは、前記凹凸は、印刷層に溝を形成することにより構成することもできる。上述したように、印刷層はメッキ層に比べて厚み調整が容易であるため、印刷層自体に溝を形成することが可能である。そして、印刷層上にメッキ層を重ねた場合であっても、印刷層の表面形状は搭載パッドの表面に浮き出ることとなる。よって、凹凸の形成を容易かつ安価に実施することが可能となる。

さらに、上記のような構成の搭載パッドでは、前記凹凸は、印刷層に部分的な膜厚差を有する波状面を形成することにより構成しても良い。印刷層の表面に波状面を形成することは、印刷層に対してエアブロー等を施すなどの行為を行うだけで良い。よって、製造工程においては搬送工程にエアノズルを設けるだけで良く、極めて手軽で安価に処理することが可能となる。

また、上記目的を達成するための本発明に係る電子デバイスは、パッケージ内に上記いずれかの搭載パッドを備え、当該搭載パッドに、導電性接着剤を介して素子片を実装したことを特徴とする。このような構成の電子デバイスによれば、機械的、電気的に高い信頼性を得ることが可能となる。

さらに、上記特徴を有する電子デバイスでは、前記素子片を圧電振動片とすることもできる。素子片を圧電振動片として圧電デバイスを構成した場合、上記特徴を有することにより、ＣＩ飛びを抑制することができ、広い温度範囲において高い信頼性を得ることが可能となる。

以下、本発明の搭載パッドおよび電子デバイスに係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
まず、図１を参照して本発明の搭載パッドを採用する電子デバイスについて説明する。なお、図１には、電子デバイスの一例として圧電振動子の構成を示すこととした。

圧電振動子１０は、圧電振動片３０と、この圧電振動片３０を収容するパッケージ１２とを基本として構成される。圧電振動片３０の構成材料としては、水晶（ＳｉＯ２）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）等単結晶圧電基板の他、圧電セラミックス等も採用することができる。本実施形態では特に、温度特性が良好な水晶を圧電振動片３０として採用した場合を例に挙げて説明することとする。図１に示す圧電振動片３０は、ＡＴカット圧電振動片の例を示している。ＡＴカット基板を用いた圧電振動片３０には、両主面に励振電極３２と、当該励振電極に対して電力を供給するための引出し電極３４とが備えられる。なお、引出し電極３４の一方の端部は励振電極３２に接続され、他方の端部には詳細を後述する搭載パッド１８との電気的・機械的な接続を図るための入出力パッド３６が形成されることとなる。

前記パッケージ１２は、パッケージベース１４と、リッド１６とを基本構成とする。前記パッケージベース１４は、上述した圧電振動片３０を収容する箱体である。パッケージベース１４は絶縁体、例えばセラミックス等で構成すると良い。図１に示すパッケージベース１４は複数の基板１４ａ、１４ｂを積層し、これを焼成することにより構成されている。また、パッケージベース１４に設けられるキャビティ２６には、上記圧電振動片３０を実装するための搭載パッド１８が設けられている。また、パッケージベース１４の底部には、前記搭載パッド１８に電気的に接続された外部パッド２０が形成されている。

前記リッド１６は、箱型に形成されたパッケージベース１４に設けられたキャビティ２６の開口部を封止するための蓋体である。構成材料としては、熱膨張率がパッケージベース１４を構成する部材と近似するものであることが望ましい。具体的には、ソーダガラスやコバール等を採用することが多い。

上記のようなパッケージベース１４とリッド１６とを接合することによりパッケージ１２が構成される。ここで、パッケージベース１４とリッド１６との接合方法については種々選択することができるが、図１に示す例は、両者の間にコバール等の低融点合金により構成されたシームリング２４を介在させ、シーム溶接により封止をした場合を示している。

このような構成のパッケージ１２に対する圧電振動片３０の実装は、導電性接着剤２２を用いて成される。具体的には、まず、パッケージベース１４の搭載パッド１８に導電性接着剤２２を塗布する。導電性接着剤２２を塗布した後、この導電性接着剤２２上に、圧電振動片３０の入出力パッド３６が配置されるようにして圧電振動片３０を搭載する。この後、導電性接着剤２２が固化することにより圧電振動片３０の実装が完了する。なお、圧電振動片３０の実装が完了した後、シームリング２４を介してリッド１６により、パッケージベース１４の開口部を封止することで、圧電振動子１０の製造が完了する。

次に、本発明の搭載パッドについて図２を参照して説明する。なお、図２において、図２（Ａ）は本発明に係る搭載パッドの形態を示す概略図であり、図２（Ｂ）は従来の搭載パッドの形態を示す概略図である。

図２（Ａ）からも判るように、本実施形態に係る搭載パッド１８は、その表面に凹凸１８ａを有する。この凹凸１８ａにより、導電性接着剤２２と搭載パッド１８との接触面積が増大し、機械的強度が増大することとなる。また、単位面積あたりにおける導電フィラー２２ａと搭載パッド１８との接触点の数が同じ場合であっても、導電性接着剤２２との接触面積が増大することによりその数が増大し、導電性が向上することとなる。実際、導電フィラー２２ａの配置形態や数が同じ場合であっても、搭載パッド１８の表面形状に凹凸１８ａを形成することにより、その接触点の数に相違が生ずることは、図２における部分拡大図からも読み取ることができる。また、搭載パッド１８の表面に凹凸１８ａを形成して導電性接着剤２２との接触面積を稼いでいることより、接着時にアンカー効果を発揮することが可能となり、単純に搭載パッドの投影面積を増大させて接着面積を増やす場合よりも、強固な接着が可能となる。つまり、投影面積の小さな搭載パッドであっても、機械的な接着強度、および導電性を高めることが可能となるのである。

ところで、図２（Ｂ）に示す搭載パッド１１８のように、搭載パッド１１８と導電フィラー２２ａとの接触点の数が少ない場合には、温度変化によるバインダー２２ｂの膨張等の影響を受け、導通不良等が生ずることがある。このようなことが生ずると、ある温度において電気的抵抗が上昇し、水晶振動子には振動損失が生ずることとなり、ＣＩ（Crystal Impedance）値が急激に上昇してしまうといった現象が起こる。図３は、従来の搭載パッド１１８を使用した際にＣＩ値に飛びが生じた例を示すグラフである。図３のグラフの場合、約７０℃から約８０℃にかけてＣＩ値の急激な上昇（ＣＩ飛び）を見ることができる。これに対して上記のような種々の効果を奏することができる本実施形態に係る搭載パッド１８を使用することによれば、搭載パッド１８と導電フィラー２２ａとの接触点を増大させることができるため、導通不良の発生、すなわちＣＩ飛びの発生を抑制することが可能となる。

パッケージベース１４に形成される搭載パッド１８は一般的には、下地層と、第１のメッキ層、および第２のメッキ層といった３層から構成されている。ここで下地層はスクリーン印刷により形成され、パッケージベース１４の焼成時に同時に焼成されることとなる。このため、下地層にはパッケージベース１４の焼成温度に耐え得る金属が採用される。また、第１のメッキ層は、搭載パッドの表面層を構成することとなる第２のメッキ層と下地層との仲介を担うメッキ層であり、下地層に対する第２のメッキ層の乗りが良い場合には、必要とされない場合もある。第２のメッキ層は、搭載パッドの表面層を形成するメッキ層であり、導電性が高く、耐食性、耐酸化性等の高い金属が用いられる。本実施形態では、下地層にタングステン（Ｗ）、第１のメッキ層にニッケル（Ｎｉ）、第２のメッキ層に金（Ａｕ）を用いた場合の例を挙げて搭載パッド１８の表面形状の形成について説明する。

搭載パッド１８に上記のような表面形状を確保する場合には、下地層に加工を施すこととなる。メッキ層は、その膜厚が極めて薄く、部分的な厚み調整等を行うことができないからである。これに対して下地層は、熱分解性を有する樹脂に金属（タングステン）の粒子を分散させたペースト（配線形成用インキ）を、スクリーンに流し込み、余剰分をスキージ等で掻きとることでパターン形成が成されるため、メッキ層に比べて厚み調整が容易とされている。

図４は、下地層を用いた凹凸面の形成工程の一例を示すフロー図である。まず、基板表面に、搭載パッド１８の形状に沿ったパターンを形成したスクリーンを配置して、第１のペーストを印刷することにより搭載パッド１８の形状を形成する（ステップ１）。次に、印刷したペーストから溶剤等を飛ばすために仮乾燥を施し、ペーストの粘性を増大させて、パターンダレを抑制する（ステップ２）。仮乾燥後、パターン形成したペーストをプレスで押し込み、平滑化する（ステップ３）。次に、基板表面に再びスクリーンを配置し、第１のペースト上に第２のペーストを印刷する。ここで、第２のペーストは、第１のペーストに比べ、含有するタングステンの粒子の粒径が大きなものを採用する。粒径の比率としては、第１のペーストに含有される粒子対して、第２のペーストに含有される粒子の粒径が、１．５倍から３倍程度となるようにすると良い。この粒子の差は、搭載パッドの表面に凹凸を形成するために必要とされるものだが、基板を構成するセラミックスやパターンを構成するペースト（ペーストに含まれる金属粒子を含む）は、焼成時の温度上昇により収縮する。この時、セラミックスはある時点でその収縮が終息するが、ペースト中に含まれる金属粒子はその高温により粒成長をした後に収縮することとなる。ここで、含有する粒子の粒径が異なるペーストの場合、その粒子間にも収縮差が発生することとなり、全体の収縮差コントロールが難しくなるのである。このような作用はペーストに含まれる粒径の差が大きくなるほど顕著に表れるため、極端な粒径の差は避けることが望ましい。また、ペーストの収縮差は、粒子間を埋める熱分解性の樹脂が熱分解されることによっても発生する。この粒子間を埋める樹脂の量も、粒径の相違により異なってくるため、焼成時の収縮差を生むこととなる。このため、上記粒径の差は、１．５倍から３倍程度とすると良いのである（ステップ４）。第２のペーストを印刷後、再び仮乾燥をし（ステップ５）、パッケージベースを含め全体を焼成する（ステップ６）。そして、焼成工程を得ることにより、バインダとしての樹脂は熱分解されるため、タングステン粒子を大径とした第２のペーストを施した面、すなわち第１のペーストの表面には、粒子の有無に起因する凹凸が形成されることとなるのである。なお、上述した工程のうち、ステップ３に示した平滑化工程については任意に、この工程を省略することができる。

このようにして下地層を形成した後、スパッタやＣＶＤにより第１のメッキ層、第２のメッキ層をそれぞれ施すこととなるが、上述したようにメッキ層の膜厚は極めて薄いため、その表面には下地層の表面形状が浮き出ることとなる。よって、搭載パッド１８の表面には、凹凸が形成されることとなるのである。

このようにして構成される搭載パッド１８によれば、上述したように、機械的接合強度の増大、および高い導電性の確保を図ることが可能となる。また、上記搭載パッド１８の形成には、パッド形成面である基板に対する加工や、別途形成した部材の接合等を必要としない。このため、上記のような表面形状の形成を容易かつ安価に実現することが可能となる。また、このような搭載パッド１８を備えた電子デバイスによれば、機械的接合面、電気的接合面の両面で、高い信頼性を得ることが可能となる。また、このような搭載パッド１８を水晶振動子１０に採用した場合には、ＣＩ飛びを抑制することができる。

なお、第２のペーストについては、その粒径を大きくする代わりに、ペーストを泡立たせ、ペーストの塗布にムラを生じさせるようにした場合であっても、同様の効果を得ることができる。

次に、本発明の搭載パッドに係る他の実施形態について説明する。上記実施形態では、搭載パッドの表面に凹凸を形成するために、２種類のペーストを使用して下地層を構成するというものであった。これに対して以下に示す実施形態は、１種類のペーストにより下地層を形成する場合であっても、その表面に凹凸を形成することができるというものである。以下に、本実施形態に係る搭載パッドを製造するための２つの代表的な手法について図５、図６を参照して説明する。

まず図５に示す第１の手法は、転造により下地層の表面に凹凸を形成するというものである。なお、図５において、図５（Ａ）は下地層の平面状態を示す概略図であり、図５（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ同図（Ａ）の側面形状を示す例である。凹凸の形成に関して具体的には、次のような方法を採ることができる。すなわち、基板に下地層を構成するペースト１７を印刷した後、ペースト面に網目状、あるいはスジ状に形成した型や糸（並列に配置した糸や格子状に配置した糸）を押し付けることにより、ペースト１７表面に溝１７ａを形成するのである。なお、溝１７ａの断面形状は、コ字状（図５（Ｂ）参照）、Ｖ字状（図５（Ｃ））参照）等種々選択することができる。

このような手法により下地層の表面に凹凸を形成した場合であっても、メッキ層を施した搭載パッド１８の表面には当該凹凸が残存することとなり、上記実施形態と同様な効果を得ることが可能となる。

次に、第２の手法について図６を参照して説明する。なお、図６において図６（Ａ）は、下地層の平面状態を示す概略図であり、図６（Ｂ）は同図（Ａ）の側面形状を示す例である。本手法は、パターン形成した下地層の表面を波立たせることにより下地層の表面に凹凸を形成するというものである。具体的には次のような方法を採ることができる。すなわち、基板に下地層を構成するペースト１１７を印刷した後、ペースト面にエアブローを施すのである。この処理によりペースト１１７の表面にはエアの吹き付けに伴う凹凸１１７ａが生ずることとなる。ここで、ペースト１１７は粘性を有するため、上記のようにして生じた凹凸１１７ａはエアブロー終了後も残存することとなり、焼成により固定されることとなる。

よって、このような手法により下地層の表面に凹凸を形成した場合であっても、メッキ層を施した搭載パッド１８の表面には当該凹凸が残存することとなり、上記実施形態と同様な効果を得ることが可能となる。

なお、いずれの手法を採用する場合であっても、凹凸形成後にペーストの表面が再び平坦になってしまうことを防止するため、凹凸の形成工程は、仮乾燥工程の後とすることが望ましい。

本発明の搭載パッドを採用する水晶振動子の例を示す側断面図である。 本発明の搭載パッドの構成を示す図である。 従来の搭載パッドを採用した水晶振動子におけるＣＩ飛び発生の様子を示したグラフである。 本発明の搭載パッドの製造工程を示すフローである。 本発明の搭載パッドに係る他の形態における第１の例を示す図である。 本発明の搭載パッドに係る他の形態における第２の例を示す図である。

符号の説明

１０………水晶振動子、１２………パッケージ、１４………パッケージベース、１６………リッド、１８………搭載パッド、１８ａ………凹凸、２０………外部パッド、２２………導電性接着剤、２２ａ………導電フィラー、２４………シームリング、３０………圧電振動片、３２………励振電極、３４………引出し電極、３６………入出力パッド。

Claims (6)

1. 基板に配設されて、導電性接着剤を介して素子片が実装される搭載パッドであって、
   当該搭載パッドを構成する導電性パターンの中の少なくとも１つに印刷工程を経て形成される印刷層を備え、
   前記印刷層の表面に凹凸を形成したことを特徴とする搭載パッド。
2. 前記凹凸は、金属粒子を含有する第１の導電性ペーストの表面に、前記第１の導電性ペーストよりも金属粒子の粒径を大径とした第２の導電性ペーストを被覆して形成することを特徴とする請求項１に記載の搭載パッド。
3. 前記凹凸は、印刷層に溝を形成することにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の搭載パッド。
4. 前記凹凸は、印刷層に部分的な膜厚差を有する波状面を形成することにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の搭載パッド。
5. パッケージ内に請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の搭載パッドを備え、
   当該搭載パッドに、導電性接着剤を介して素子片を実装したことを特徴とする電子デバイス。
6. 前記素子片を圧電振動片としたことを特徴とする請求項５に記載の電子デバイス。

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