JP2008166884A - Manufacturing method of piezoelectric vibration device and piezoelectric vibration device by the manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電振動デバイスの製造方法、及び圧電振動デバイスに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric vibration device and a piezoelectric vibration device.
現在、圧電振動デバイスとして、例えば、水晶発振器や水晶振動子などが挙げられる。この種の圧電振動デバイスでは、その筐体が直方体のパッケージで構成されている。このパッケージはベースと蓋とから構成され、このパッケージ内部には圧電振動片が導電性接着剤によりベースに保持接合されている。そして、ベースと蓋とが接合されることで、パッケージの内部の圧電振動片が気密封止されている(例えば、下記する特許文献1ご参照。)。
Currently, examples of the piezoelectric vibration device include a crystal oscillator and a crystal resonator. In this type of piezoelectric vibration device, the casing is formed of a rectangular parallelepiped package. This package includes a base and a lid, and a piezoelectric vibrating piece is held and joined to the base by a conductive adhesive inside the package. And the piezoelectric vibration piece inside a package is airtightly sealed by joining a base and a lid | cover (for example, refer
ところで、上記した特許文献1では、ベース上に圧電振動片を保持する際、圧電振動片は導電性接着剤によりベースに接合される。また、ベース上には、異極となる電極が配されており、それぞれの電極上に導電性接着剤が塗布される。そのため、上記した特許文献1に開示の圧電振動デバイスの場合、異極となる電極間のショートを避けるために、パッケージ内部のベース上における導電性接着剤の塗布領域(接合領域)を確保し、かつ、この塗布領域に応じて導電性接着剤の塗布量(使用量)を設定する必要があり、この特許文献1に開示の圧電振動デバイスは、小型化に適していない。このような理由から、金等の金属バンプを用いたFCB工法によりベース上に圧電振動片を接合する構成が注目されている。
By the way, in
しかしながら、このような金属バンプを用いたFCB工法では、金属バンプの形状ばらつきや金属バンプの配置位置のばらつき、およびボンディングツールで金属バンプを超音波印加する際の圧電振動片とベースの配置平行度のずれ等により超音波印加条件が異なり、接合された複数の金属バンプ間で強度ばらつきが生じることがあった。このように接合強度のばらつきが生じると、金属バンプから圧電振動片に対する応力の状態が異なったり、一部の金属バンプで接合強度不足となったりするので、金属バンプが圧電振動片の電極膜から剥がれるなどの状態を招くことがあった。その結果、圧電振動片の周波数ばらつきやエージング特性の劣化などを生じる原因となっていた。 However, in the FCB method using such metal bumps, the metal bump shape variation and the metal bump arrangement position variation, and the placement parallelism of the piezoelectric vibrating piece and the base when the metal bump is ultrasonically applied by a bonding tool are used. The ultrasonic wave application conditions differed due to deviations in the intensity, and intensity variations sometimes occurred between the plurality of bonded metal bumps. If variations in bonding strength occur in this way, the state of stress from the metal bumps to the piezoelectric vibrating piece is different, or the bonding strength is insufficient for some metal bumps. In some cases, such as peeling off. As a result, this has caused a variation in frequency of the piezoelectric vibrating piece and deterioration of aging characteristics.
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、小型化に適し、金属バンプと圧電振動片の接合強度ばらつきが生じにくいより信頼の高い圧電振動デバイスの製造方法及び圧電振動デバイスを提供することを目的とする。 Accordingly, in order to solve the above problems, the present invention provides a more reliable method of manufacturing a piezoelectric vibrating device and a piezoelectric vibrating device that are suitable for miniaturization and are less likely to cause variations in bonding strength between a metal bump and a piezoelectric vibrating piece. With the goal.
上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動デバイスの製造方法は、ベースと蓋とが接合されてパッケージが構成され、前記パッケージの内部の前記ベース上に外部接続電極が形成され、当該外部接続電極に圧電振動片が保持されるとともに、前記パッケージの内部が気密封止された圧電振動デバイスの製造方法において、
圧電振動片の両主面それぞれに少なくとも1つの励振電極が形成され、かつ、これらの前記励振電極を前記ベースの外部接続電極と電気機械的に接合させるために前記励振電極からそれぞれ引き出された引き出し電極が形成されており、前記引き出し電極の少なくとも1つには当該引き出し電極と前記圧電振動片の両主面を貫通する貫通孔または切り欠きが形成され、前記引き出し電極の対向面の貫通孔または切り欠きの周囲には引き出し補助電極が形成された圧電振動片を準備する工程と、
下側に幅広の底部と上側に幅狭の胴部を具備した一体型の金属バンプを前記ベースの外部接続電極の上部に形成する工程とを有し、
その後、前記金属バンプの胴部を前記圧電振動片の貫通孔または切り欠きに挿入して位置決めするとともに、圧電振動片の貫通孔または切り欠きから突出した前記金属バンプの胴部をボンディングツールにより超音波印加しながら、前記金属バンプの胴部の一部を押し潰すことで金属バンプの頭部を形成し、
前記金属バンプの底部と金属バンプの頭部により、前記圧電振動片の引き出し電極と引き出し補助電極とが電気的機械的に接合することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a piezoelectric vibration device according to the present invention includes a base and a lid joined to form a package, and an external connection electrode is formed on the base inside the package. In the method of manufacturing a piezoelectric vibrating device in which the piezoelectric vibrating piece is held on the external connection electrode and the inside of the package is hermetically sealed,
At least one excitation electrode is formed on each of the two main surfaces of the piezoelectric vibrating reed, and each of the excitation electrodes is drawn out from the excitation electrode to electromechanically join the excitation electrode with the external connection electrode of the base An electrode is formed, and at least one of the extraction electrodes is formed with a through-hole or a notch that penetrates both main surfaces of the extraction electrode and the piezoelectric vibrating piece, and a through-hole on the opposite surface of the extraction electrode or A step of preparing a piezoelectric vibrating piece in which an extraction auxiliary electrode is formed around the notch;
Forming an integrated metal bump having a wide bottom portion on the lower side and a narrow body portion on the upper side on the external connection electrode of the base, and
Thereafter, the body portion of the metal bump is inserted into the through hole or notch of the piezoelectric vibrating piece and positioned, and the body portion of the metal bump protruding from the through hole or notch of the piezoelectric vibrating piece is superposed by a bonding tool. While applying a sound wave, crush part of the body of the metal bump to form the head of the metal bump,
The lead electrode and lead auxiliary electrode of the piezoelectric vibrating piece are electrically and mechanically joined by the bottom of the metal bump and the top of the metal bump.
本発明の製造法によれば、超音波接合による工法であるFCB(Flip Chip Bonding)工法で金属バンプと圧電振動片とベースとを接合する場合に、前記ベースの外部接続電極上部に設けられた金属バンプの胴部に対して、前記圧電振動片の貫通孔または切り欠きを挿入して位置決めすることで、搭載ずれが一切なくなる。つまり、金属バンプの配置位置のばらつき、およびボンディングツールで金属バンプを超音波印加する際の圧電振動片とベースの配置がずれることを抑制して、超音波印加条件のばらつきをなくし、結果として、接合された複数の金属バンプ間で強度ばらつきをなくすことが可能となる。 According to the manufacturing method of the present invention, when the metal bump, the piezoelectric vibrating piece, and the base are bonded by the FCB (Flip Chip Bonding) method, which is a method using ultrasonic bonding, the upper portion of the base is provided on the external connection electrode. By inserting and positioning the through hole or notch of the piezoelectric vibrating piece with respect to the body portion of the metal bump, there is no mounting displacement. In other words, the variation in the placement position of the metal bumps, and the displacement of the piezoelectric vibrating piece and the base when the metal bumps are ultrasonically applied with the bonding tool are suppressed, thereby eliminating the variation in the ultrasonic application conditions. It is possible to eliminate variations in strength among the plurality of bonded metal bumps.
また、前記金属バンプの胴部の一部を潰すことで金属バンプの頭部を形成しており、各引き出し電極に対して、複数の金属バンプを積層して用いることなく、1つの一体型の断面略I字形状の金属バンプのみで、ベースの外部接続電極と圧電振動片の引き出し電極、引き出し補助電極との電気的機械的接合が行える。 In addition, the head portion of the metal bump is formed by crushing a part of the body portion of the metal bump, and a single integrated type is used without stacking a plurality of metal bumps for each extraction electrode. Electromechanical joining of the external connection electrode of the base, the extraction electrode of the piezoelectric vibrating piece, and the extraction auxiliary electrode can be performed only with a metal bump having a substantially I-shaped cross section.
つまり、貫通孔または切り欠きを含み引き出し電極と引き出し補助電極との間で電気的機械的な接合領域を拡大させることができるので、ベースと圧電振動片の接合強度が飛躍的に向上し、金属バンプが圧電振動片の電極膜から剥がれることが一切なくなる。そのため、経時的な電気的機械的接続性が極めて安定化するので、圧電振動片の周波数ばらつきやエージング特性の劣化を招くことがなくなる。 In other words, since the electromechanical joining region can be enlarged between the extraction electrode and the extraction auxiliary electrode including the through hole or notch, the bonding strength between the base and the piezoelectric vibrating piece is greatly improved, and the metal The bumps are never peeled off from the electrode film of the piezoelectric vibrating piece. Therefore, the electromechanical connectivity over time is extremely stabilized, so that the frequency variation of the piezoelectric vibrating piece and the deterioration of the aging characteristics are not caused.
また、複数の金属バンプを積層して形成されている場合と比較して、一度だけのFCBのみで、ベースの外部接続電極と圧電振動片の電極との電気的機械的接合が行えるので、FCBの際に、最適な状態で行うことができ、金属バンプの接合状態が変化せず、結果として接合強度の低下を防止することが可能となる。さらに、金属バンプが外部から受ける機械的歪みや熱歪みが一度だけで済み、結果として、圧電振動片に歪みが何度も加わって圧電振動デバイスの電気的特性が低下(直列共振抵抗値の低下、周波数シフト、周波数温度特性の傾きが生じる等)するのを抑制することが可能となる。 In addition, compared to the case where a plurality of metal bumps are laminated, the FCB can be electrically and mechanically connected to the external connection electrode of the base and the electrode of the piezoelectric vibrating piece with only one FCB. At this time, it can be performed in an optimum state, and the bonding state of the metal bumps does not change, and as a result, it is possible to prevent a decrease in bonding strength. In addition, the mechanical and thermal strain that the metal bump receives from the outside only needs to be applied once. As a result, the piezoelectric vibrating piece is repeatedly subjected to distortion, resulting in a decrease in the electrical characteristics of the piezoelectric vibrating device (lowering of the series resonance resistance value). , Frequency shift, inclination of frequency temperature characteristics, etc.) can be suppressed.
また、前記貫通孔または切り欠きが形成される引き出し電極が上側主面の励振電極と接続される場合、圧電振動片の上側主面の励振電極は、貫通孔または切り欠きに配置された金属バンプの胴部により、圧電振動片の下側のベースの外部接続電極へ確実に引き回すことができる。結果として、圧電振動デバイスの低背化に貢献することができるとともに、引き出し電極を圧電振動片の側端面を介して引き回すことによって生じる圧電振動片の稜部での断線の問題も一切なくなる。 When the lead-out electrode in which the through hole or notch is formed is connected to the excitation electrode on the upper main surface, the excitation electrode on the upper main surface of the piezoelectric vibrating piece is a metal bump disposed in the through hole or notch The body portion of the piezoelectric vibrator can be reliably routed to the external connection electrode on the lower base of the piezoelectric vibrating piece. As a result, it is possible to contribute to a reduction in the height of the piezoelectric vibrating device, and there is no problem of disconnection at the ridge portion of the piezoelectric vibrating piece caused by drawing the extraction electrode through the side end surface of the piezoelectric vibrating piece.
上記製造方法により得られる圧電振動デバイスであって、前記金属バンプの頭部は、前記金属バンプの底部と同一の体積、もしくは前記金属バンプの底部より小さい体積で形成されたことを特徴とする。 The piezoelectric vibration device obtained by the above manufacturing method is characterized in that the top of the metal bump is formed with the same volume as the bottom of the metal bump or a smaller volume than the bottom of the metal bump.
この場合、上記製造方法と同様の作用効果が得られるとともに、次のような作用効果も得られる。すなわち、金属バンプによって圧電振動片へ加わる熱的機械的な応力も軽減されるので、圧電振動片の振動を阻害しない保持形態となり、結果として圧電振動デバイスの電気的特性がより安定したものとなる。特に、前記金属バンプの頭部は、前記金属バンプの底部と同一の体積であれば、金属バンプから圧電振動片の上下主面に対する対称性が維持されるので、それぞれに対して加わる応力も均一となり、圧電振動片が金属バンプから受ける機械的歪みや熱歪みも均一なものとなり、エージング特性の非常に優れた圧電振動デバイスが得られる。 In this case, the same operational effects as the above manufacturing method can be obtained, and the following operational effects can also be obtained. That is, since the thermal mechanical stress applied to the piezoelectric vibrating piece by the metal bump is also reduced, the holding form does not hinder the vibration of the piezoelectric vibrating piece, and as a result, the electrical characteristics of the piezoelectric vibrating device become more stable. . In particular, if the head of the metal bump has the same volume as the bottom of the metal bump, the symmetry from the metal bump to the upper and lower main surfaces of the piezoelectric vibrating piece is maintained, so the stress applied to each is uniform. Thus, the mechanical strain and thermal strain that the piezoelectric vibrating piece receives from the metal bumps become uniform, and a piezoelectric vibrating device having excellent aging characteristics can be obtained.
本発明によれば、小型化に適し、金属バンプと圧電振動片の接合強度ばらつきが生じにくいより信頼の高い圧電振動デバイスの製造方法及び圧電振動デバイスを提供することができる。結果として圧電振動片の周波数ばらつきやエージング特性の劣化などが抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a more reliable method of manufacturing a piezoelectric vibrating device and a piezoelectric vibrating device that are suitable for miniaturization and are less likely to cause variations in bonding strength between a metal bump and a piezoelectric vibrating piece. As a result, the frequency variation of the piezoelectric vibrating piece and the deterioration of the aging characteristics can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施例では、圧電振動デバイスとして水晶振動子に本発明を適用した場合を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, a case where the present invention is applied to a crystal resonator as a piezoelectric vibration device is shown.
本実施例にかかる水晶振動子1では、図1(図1(a),図1(b))に示すように、厚みすべり振動系の水晶振動片2(本発明でいう圧電振動片)と、この水晶振動片2を保持するベース3と、ベース3に保持した水晶振動片2を気密封止するための蓋4とが設けられている。
In the
この水晶振動子1では、ベース3と蓋4とからパッケージが構成され、ベース3と蓋4とが接合されてパッケージの内部空間が形成され、このパッケージの内部空間内のベース3上に金属バンプ5を介して水晶振動片2が保持されるとともに、パッケージの内部空間が気密封止される。なお、本実施例の金属バンプ5の接合方法や金属バンプ5の形状作成法などについて後述するが、ベース3と水晶振動片2と金属バンプ5とは、FCB(Flip Chip Bonding)法により超音波接合されるとともに電気機械的に接合されている。また、本実施例で用いる金属バンプ5は、金などの金属材料からなり、最終形態として下側に幅広の底部51と中央に幅狭の胴部52上側に幅広の頭部53を具備した断面形状が略I字形状の一体型の金属バンプが用いられている。次に、この水晶振動子1の各構成について説明する。
In this
ベース3は、図1に示すように、底部31と、この底部31から上方に延出した壁部32とから構成される箱状体に形成されている。このベース3は、セラミック材料からなる平面視矩形状の一枚板上に、セラミック材料の直方体が積層して凹状に一体的に焼成されている。また、壁部32は、底部31の表面外周に沿って成形されている。この壁部32の上面は、蓋4との接合領域であり、この接合領域には、蓋4と接合するための接合層33(例えば、タングステンメタライズ層上にニッケル,金の順でメッキした構成、または錫と金、錫と銀とからなる構成、またはガラス層)が設けられている。このベース3には、水晶振動片2の励振電極231,232それぞれと電気機械的に接合する複数の外部接続電極33,34が形成されている。これら外部接続電極33,34は、ベース3の外周裏面に形成される端子電極(図示省略)にそれぞれ電気機械的に接合されている。これら端子電極から外部部品や外部機器と接続される。なお、これらの端子電極および外部接続電極33,34は、タングステン、モリブデン等のメタライズ材料を印刷した後にベース3と一体的に焼成して形成される。そして、これらの端子電極および外部接続電極のうち一部のものについては、メタライズ上部にニッケルメッキが形成され、その上部に金メッキが形成されて構成される。
As shown in FIG. 1, the
蓋4は、金属材料やセラミック材料等からなり、図1(b)に示すように、平面視矩形状の一枚板に成形されている。この蓋4は、下面に封止用接合材(図示省略)が形成されており、シーム溶接やビーム溶接、ろう材やガラス等を雰囲気加熱する手法によりベース3に接合されて、蓋4とベース3とによる水晶振動子1のパッケージ6が構成される。なお、本実施例では、平面視矩形上の一枚板の直方体に成形された蓋4と、凹状に成形されたベース3とを用いているが、これに限定されるものではない。ベース3と蓋4とにより水晶振動片2を気密封止できれば、ベースと蓋の形状は任意に設定してもよい。
The
水晶振動片2は、図1,2に示すように、ATカット水晶片の基板21からなり、平面視矩形状の一枚板の直方体に成形されている。すなわち、基板21の外周形は、直方体形状からなる。この基板21の両主面221,222(221を底面側、222を上面側とする)には、水晶振動片2の高周波化に対応するため凹部201が形成され(逆メサ形状)、これら凹部201内部にはそれぞれ励振電極231,232が形成され、これらの励振電極231,232を外部電極(本実施例では、ベース3の外部接続電極パッド33,34)と電気機械的に接合するために励振電極231,232から引き出された引き出し電極241,242が形成されている。また、水晶振動片2は、その基板21の一領域26においてベース3の外部接続電極パッド33,34と金属バンプ5により接合されている。なお、本実施例でいう基板21の一領域26は、基板21の一側部27近傍である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
具体的に、図1,2に示すように、これらの引き出し電極241,242の引き出し先端部251,252が各主面221,222の一側部27近傍に引き出され、当該引き出し先端部251,252には引き出し電極241,242と水晶振動片としての基板21の両主面を貫通する貫通孔261,262が形成されている。上記引き出し電極の先端部251,252の対向面で上記貫通孔261,262の周囲には、引き出し補助電極271,272が形成されている。なお、これらの励振電極231,232、引き出し電極241,242、及び引き出し補助電極271,272は、フォトリソグラフィ法により形成され、例えば、基板21側からクロム、金(Cr−Au)の順に、あるいはニッケル、金(Ni−Au)の順に積層して形成されている。
Specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, the
そして、これらの各電極と貫通孔、および最終形態として下側に幅広の底部51と中央に幅狭の胴部52上側に幅広の頭部53を具備した断面形状が略I字形状の一体型の金属バンプ5の接合状態は次の通りとなる。上記金属バンプ5,5の底部51,51が上記ベースの外部接続電極33,34と水晶振動片の引き出し電極241(引き出し先端部251)、引き出し補助電極272との電気的機械的接合を行い、上記金属バンプ5,5の胴部52,52が上記水晶振動片の貫通孔261,262に挿入され、当該胴部の一部が貫通孔内部に形成された引き出し電極と電気的機械的接合しており、上記金属バンプ5,5の頭部53,53が上記水晶振動片の引き出し電極242(引き出し先端部252)、引き出し補助電極271との電気的機械的接合を行っている。
Each of these electrodes and through-holes, and as a final form, an integrated type having a substantially I-shaped cross section including a
次に、上記圧電振動デバイスの製造方法について図3とともに説明する。 Next, a method for manufacturing the piezoelectric vibration device will be described with reference to FIG.
第1工程
上述のような基板21の両主面に励振電極231,232と、引き出し電極241,242と、当該引き出し電極の引き出し先端部251,252に貫通孔261,262が形成され、当該貫通孔の周囲には、引き出し補助電極271,272が形成された水晶振動片2を準備する。
First
第2工程
次に、図3(a)に示すように、ベース3の外部接続電極33,34の上部に対して、金などからなる金属バンプであり、かつ下側に幅広の底部51,51と上側に幅狭の胴部52,52を具備した一体型の金属バンプ5,5が、熱圧着等のワイヤボンディング技術を用いたバンプボンダによりボンディングツールT1(キャピラリ等)から連続して形成される。上記胴部52の形成は、金属バンプを上記外部接続電極33,34に形成した後、少なくとも水晶振動片の厚み寸法以上のワイヤを引き出した後溶断することにより形成されている。なお、上記第1工程と第2工程は順番が入れ替わってもよい。
Second Step Next, as shown in FIG. 3A, the upper portions of the
第3工程
次に、図3(b)、図3(c)に示すように、上記第1工程で準備した水晶振動片2を吸着ノズル付のボンディングツールT2(超音波ウェルダ等)で移動させ、上記第2工程で形成されたベースの外部接続電極上の金属バンプ5,5に搭載した後、水晶振動片2を金属バンプ5,5上に押しつけ、静圧力を印加する。そして、ボンディングツールT2を所定の周波数で振動させることにより、ベース3と水晶振動片2と金属バンプ5,5とがFCB(Flip Chip Bonding)法により上記ボンディングツールT2により超音波接合され、お互いに電気機械的に接合する。
Third Step Next, as shown in FIGS. 3B and 3C, the quartz
より具体的には、図3(b)に示すように、上記各金属バンプの胴部52,52に対して、上記水晶振動片の貫通孔261,262を挿入して位置決めするとともに、図3(c)に示すように、水晶振動片の貫通孔261,262から突出した上記金属バンプの胴部52,52をボンディングツールT2により超音波印加しながら、上記金属バンプの胴部の一部を潰すことで金属バンプの頭部53,53を形成し、最終形態として下側に幅広の底部51と中央に幅狭の胴部52上側に幅広の頭部53を具備した断面形状が略I字形状の一体型の金属バンプ5が得られる。このとき、上記貫通孔261,262の直径に対して上記金属バンプの胴部の幅寸法は上記超音波印加による振動を妨げないようするとともに、挿入性を妨げないように小さく形成することが好ましい。例えば、本形態のように相似形状の貫通孔に限らず、超音波印加方向に細長く形成された長円形状や長方形状に形成してもよく、貫通孔に限らず切り欠き形状としてもよい。なお、上記ボンディングツールT2では水晶振動片2の金属バンプ5への移送と接合を一度に行うツールとして形成しているが、移送と接合を別々のツールを用いて行ってもよい。また、本形態のボンディングツールT2では、金属バンプの頭部を形成するための凹部T21,T22を具備しており、最終的に形成される金属バンプの頭部形状と体積等はこの凹部T21,T22の形状に依存させて容易に形成することができる。
More specifically, as shown in FIG. 3B, the through
そして、引き続いてボンディングツールT2により超音波印加することで、上記金属バンプ5,5、上記水晶振動片の引き出し電極、および引き出し補助電極が電気的機械的に接合している。つまり、上記金属バンプ5により最終的な接合状態は次の通りとなる。上記金属バンプ5,5の底部51,51が上記ベースの外部接続電極33,34と水晶振動片の引き出し電極241(引き出し先端部251)、引き出し補助電極272との電気的機械的接合を行い、上記金属バンプ5,5の胴部52,52が上記水晶振動片の貫通孔261,262に挿入され、当該胴部の一部が貫通孔内部に形成された引き出し電極と電気的機械的接合しており、上記金属バンプ5,5の頭部53,53が上記水晶振動片の引き出し電極242(引き出し先端部252)、引き出し補助電極271との電気的機械的接合を行っている。
Subsequently, by applying ultrasonic waves with the bonding tool T2, the
第4工程
その後、周波数調整工程やアニーリング工程などの必要な処理を行い、図3(d)に示すように、ベース3の外部接続電極33,34上に超音波接合された水晶振動片2は、蓋4により気密封止される。蓋4の下面には封止用接合材(図示省略)が形成されており、シーム溶接やビーム溶接、ろう材やガラス等を雰囲気加熱する手法によりベース3に接合されて、蓋4とベース3とによる水晶振動子1のパッケージ6が構成される。以上により本発明にかかる圧電振動デバイスが得られる。
Fourth Step After that, necessary processing such as a frequency adjustment step and an annealing step is performed, and the
本発明によれば、超音波接合による工法であるFCB(Flip Chip Bonding)工法で金属バンプ5と水晶振動片2とベース3とを接合する場合に、上記ベースの外部接続電極33,34上部に設けられた金属バンプ5,5の胴部52,52に対して、上記水晶振動片の貫通孔261,262を挿入して位置決めすることで、搭載ずれが一切なくなる。つまり、金属バンプ5,5の配置位置のばらつき、およびボンディングツールT2で金属バンプ5,5を超音波印加する際の水晶振動片2とベース3の配置がずれることを抑制して、超音波印加条件のばらつきをなくし、結果として、接合された金属バンプ5,5の間で強度ばらつきをなくすことが可能となる。
According to the present invention, when the
また、上記金属バンプの胴部52,52の一部を潰すことで金属バンプの頭部53,53を形成しており、各引き出し電極241,242に対して、複数の金属バンプを積層して用いることなく、1つの一体型の断面略I字形状の金属バンプ5,5のみで、ベース3の外部接続電極33,34と水晶振動片の引き出し電極241,242、引き出し補助電極271,272との電気的機械的接合が行える。
Further, the metal
つまり、貫通孔261,262を含み引き出し電極241,242と引き出し補助電極271,272との間で電気的機械的な接合領域を拡大させることができるので、ベース3と水晶振動片2の接合強度が飛躍的に向上し、金属バンプ5,5が水晶振動片2の電極膜から剥がれることが一切なくなる。そのため、経時的な電気的機械的接続性が極めて安定化するので、水晶振動片2の周波数ばらつきやエージング特性の劣化を招くことがなくなる。
That is, since the electromechanical joining region including the through
また、複数の金属バンプを積層して形成されている場合と比較して、一度だけのFCBのみで、ベースの外部接続電極33,34と水晶振動片2の引き出し電極241,242、引き出し補助電極271,272との電気的機械的接合が行えるので、FCBの際に、最適な状態で行うことができ、金属バンプ5,5の接合状態が変化せず、結果として接合強度の低下を防止することが可能となる。さらに、金属バンプ5,5が外部から受ける機械的歪みや熱歪みが一度だけで済み、結果として、水晶振動片に歪みが何度も加わって水晶振動子(圧電振動デバイス)の電気的特性が低下(直列共振抵抗値の低下、周波数シフト、周波数温度特性の傾きが生じる等)するのを抑制することが可能となる。
Further, as compared with the case where a plurality of metal bumps are laminated, the base
また、水晶振動片の上側主面の励振電極232は、貫通孔262に配置された金属バンプの胴部52により、水晶振動片の下側のベースの外部接続電極34へ確実に引き回すことができる。結果として、水晶振動子(圧電振動デバイス)の低背化に貢献することができるとともに、引き出し電極を水晶振動片の側端面を介して引き回すことによって生じる水晶振動片の稜部での断線の問題も一切なくなる。
Further, the
本実施例では、上記金属バンプ5の最終形態をとして、頭部53は底部51より小さい体積で形成しているので、金属バンプ5によって水晶振動片2へ加わる熱的機械的な応力も軽減されるので、水晶振動片2の振動を阻害しない保持形態となる。このような最終形態に限らず、図4(上記実施形態と同様の部分については同番号付し説明の一部を割愛する)に示すように、上記金属バンプ5の頭部53は底部51とほぼ同一の体積してもよい。このように構成することで、金属バンプ5から水晶振動片2の両主面221,222に対する対称性が維持されるので、それぞれに対して加わる応力も均一となり、水晶振動片2が金属バンプ5から受ける機械的歪みや熱歪みも均一なものとなり、エージング特性の非常に優れた圧電振動デバイスが得られる。
In the present embodiment, since the
また、本実施例にかかる水晶振動片2では、図1,2に示すように、引き出し電極241,242の引き出し先端部251,252に1つの貫通孔を形成し、この各貫通孔に挿入される1つの一体型の断面略I字形状の金属バンプ5,5を用いてベース3の外部接続電極パッド33,34との電気的機械的に接合しているが、これに限定されるものではない。例えば、上側主面の励振電極232に接続される引き出し電極242に対してのみ貫通孔を形成して一体型の断面略I字形状の金属バンプにより電気的機械的に接合する一方で、下側主面の励振電極231に接続される引き出し電極241に対しては貫通孔を形成せずに通常の金属バンプを用いて水晶振動片とベースの外部接続電極の間に介在させて電気的機械的に接合してもよい。また、1つの引き出し電極につき複数の貫通孔を形成し、これら各貫通孔に挿入される複数の一体型の断面略I字形状の金属バンプが用いられてもよい。具体的に、図5(上記実施形態と同様の部分については同番号付し説明の一部を割愛する)に示すように、引き出し先端部それぞれにつき2つの貫通孔を形成するとともに、2つの金属バンプ5が各貫通孔に挿入された状態で水晶振動片2の短手方向に沿って引き出し先端部(引き出し補助電極)で接合されてもよい。この場合、1つの引き出し電極241(242)につき複数の金属バンプ5が用いられているので、水晶振動片2の基板21上における外部接続電極との接続位置をその一主面221の一側部27近傍、すなわち一領域26にまとめることができ水晶振動片2の小型化を図るのに好適であり、水晶振動片2と外部接続電極との接合強度を高めることができる。この効果は、特に水晶振動片2が小型化するにつれて顕著になる。
Further, in the quartz
また、上記した本実施例では、水晶振動片2の両主面221,222それぞれに凹部201が形成され、高周波化に対応したものを例にしているが、これに限定されるものではなく、単なる板状の水晶振動片であってもよい。さらに、上記した本実施例では、水晶振動片2の両主面221,222それぞれに1つの励振電極231,232を形成しているが、これに限定されるものではなく、使用用途に合わせて両主面221,222それぞれに形成される励振電極の数を任意に設定してもよい。例えば、両主面それぞれに2つの励振電極が形成されてもよく、または、一主面に1つの励振電極が形成されるとともに他主面に2つの励振電極が形成されたフィルタ素子構成としてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
さらに、図2に示すようにATカット水晶片からなる水晶振動片2を用いているが、これに限定されるものではなく、他の圧電振動片であってもよい。具体的に、図6(上記実施形態と同様の部分については同番号付し説明の一部を割愛する)に示すような音叉型水晶振動片(以下、水晶振動片8とする)であってもよい。この図6に示す水晶振動片8は、異方性材料の水晶片からエッチング形成される。水晶振動片8の基板81は、2本の脚部821,822と基部83とから構成されてその外周形が略直方体形状からなり、2本の脚部821,822が基部83から突出して形成されている。また、2本の脚部821,822の両主面841,842(841については図示せず)には、水晶振動片8の小型化により劣化する直列共振抵抗値を改善させるために、凹部85が形成されている。この水晶振動片8の両主面841,842には、異電位で構成された2つの励振電極861,862と、これらの励振電極861,862をベース3の電極パッド(図示省略)に電気機械的に接合させるための引き出し電極871,872が形成され、引き出し電極871,872は励振電極861,862から基部83に引き出されている。そして、基部83に形成された引き出し電極871,872の引き出し先端部881,882には切り欠き891,892が設けられており、金属バンプ5が各きり欠きに挿入された状態での引き出し先端部881,882とベース3の外部接続電極とが電気機械的に接合される。
Furthermore, as shown in FIG. 2, the
また、上記した本実施例では、水晶振動片の引き出し電極とベースの外部接続電極とが金属バンプ5により直接的に電気機械的に接合されているが、これに限定されるものではなく、図7(上記実施形態と同様の部分については同番号付し説明の一部を割愛する)に示すように、サポート7を介して接合してもよい。具体的に、サポート材7は、例えばZ板水晶片やATカット水晶片、ガラスなどの脆性材からなり、外形は水晶振動片2の保持領域と略同等に設定され(水晶振動片全体と略同一でもよい)、平面視矩形状の一枚板の直方体に成形されている。また、このサポート材7は、上下各主面にベースの外部接続電極と電気的機械的に接合されるベース接続電極71,72と、上記水晶振動片の引き出し電極251および引き出し電極補助電極272と電気的機械的に接合される水晶振動片接続電極73,74と、当該各接続電極を含めたサポート材の両主面を貫通する貫通孔75,76が形成されている。
Further, in the above-described embodiment, the extraction electrode of the crystal vibrating piece and the external connection electrode of the base are directly electromechanically joined by the
このようなサポート材7と上記金属バンプ5A,5Bを用いた水晶振動片2とベースの外部接続電極33,34との具体的な接合状態は次の通りとなる。下側に配置された金属バンプ5A,5Aの底部51A,51Aが上記ベースの外部接続電極33,34とサポート材7のベース接続電極71,72との電気的機械的接合を行い、下側に配置された金属バンプ5A,5Aの胴部52A,52Aが上記サポート材の貫通孔75,76に挿入され、当該胴部の一部が貫通孔内部に形成された引き出し電極と電気的機械的接合しており、下側に配置された金属バンプ5A,5Aの頭部53A,53Aが上記サポート材の水晶振動片接続電極73,74との電気的機械的接合を行っている。本形態ではこのように取り付けられたサポート材7の上部に水晶振動片2が配置されている。また、上側に配置された金属バンプ5B,5Bの底部51B,51Bが前記下側の金属バンプの頭部上部に配置されるとともに上記水晶振動片の引き出し電極241の引き出し先端部251、引き出し補助電極272との電気的機械的接合を行い、上側に配置された金属バンプ5B,5Bの胴部52B,52Bが上記水晶振動片の貫通孔261,262に挿入され、当該胴部の一部が貫通孔内部に形成された引き出し電極と電気的機械的接合しており、上側に配置された金属バンプ5B,5Bの頭部53B,53Bが上記水晶振動片の引き出し電極242の引き出し先端部252、引き出し補助電極271との電気的機械的接合を行っている。
A specific bonding state between the
このような接合は、ベース3の外部接続電極33,34の上部に対して、金などからなる上記下側の金属バンプ5A,5Aをバンプボンダすることで取り付けた後、サポート材7を搭載位置決めし、FCB(Flip Chip Bonding)法により上記ボンディングツールにより超音波接合してお互いに電気的機械的に接合する。サポート材7の下側の金属バンプの頭部53A,53Aの上部に対して、金などからなる上記上側の金属バンプ5B,5Bをバンプボンダすることで取り付けた後、水晶振動片2を搭載位置決めし、FCB(Flip Chip Bonding)法により上記ボンディングツールにより超音波接合してお互いに電気的機械的に接合する。その結果、最終形態として下側に幅広の底部51(51A、51B)と中央に幅狭の胴部52(52A,52B)上側に幅広の頭部53(53A,53B)を具備した断面形状が略I字形状の一体型の金属バンプ5(5A,5B)が、サポート材7とベース3の間(下側の金属バンプ)と、サポート材7と水晶振動片2の間(上側の金属バンプ)にそれぞれ形成される。
For such bonding, the lower metal bumps 5A and 5A made of gold or the like are attached to the upper portions of the
なお、本発明は、その精神や主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。 It should be noted that the present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit, gist, or main features. For this reason, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is indicated by the claims, and is not restricted by the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
本発明は、水晶振動子などの圧電振動子に適用できる The present invention can be applied to a piezoelectric vibrator such as a crystal vibrator.
1 水晶振動子(圧電振動デバイス)
2 水晶振動片(圧電振動片)
3 ベース
4 蓋
5 金属バンプ
6 パッケージ
7 サポート部材
8 音叉型水晶振動片(圧電振動片)
1 Crystal resonator (piezoelectric vibration device)
2 Quartz vibrating piece (piezoelectric vibrating piece)
3
Claims (2)
圧電振動片の両主面それぞれに少なくとも1つの励振電極が形成され、かつ、これらの前記励振電極を前記ベースの外部接続電極と電気機械的に接合させるために前記励振電極からそれぞれ引き出された引き出し電極が形成されており、前記引き出し電極の少なくとも1つには当該引き出し電極と前記圧電振動片の両主面を貫通する貫通孔または切り欠きが形成され、前記引き出し電極の対向面の貫通孔または切り欠きの周囲には引き出し補助電極が形成された圧電振動片を準備する工程と、
下側に幅広の底部と上側に幅狭の胴部を具備した一体型の金属バンプを前記ベースの外部接続電極の上部に形成する工程とを有し、
その後、前記金属バンプの胴部を前記圧電振動片の貫通孔または切り欠きに挿入して位置決めするとともに、圧電振動片の貫通孔または切り欠きから突出した前記金属バンプの胴部をボンディングツールにより超音波印加しながら、前記金属バンプの胴部の一部を押し潰すことで金属バンプの頭部を形成し、
前記金属バンプの底部と金属バンプの頭部により、前記圧電振動片の引き出し電極と引き出し補助電極とが電気的機械的に接合することを特徴とする圧電振動デバイスの製造方法。 A base and a lid are joined to form a package, an external connection electrode is formed on the base inside the package, a piezoelectric vibrating piece is held on the external connection electrode, and the inside of the package is hermetically sealed In the manufacturing method of the stopped piezoelectric vibration device,
At least one excitation electrode is formed on each of the two main surfaces of the piezoelectric vibrating reed, and each of the excitation electrodes is drawn out from the excitation electrode to electromechanically join the excitation electrode with the external connection electrode of the base An electrode is formed, and at least one of the extraction electrodes is formed with a through-hole or a notch that penetrates both main surfaces of the extraction electrode and the piezoelectric vibrating piece, and a through-hole on the opposite surface of the extraction electrode or A step of preparing a piezoelectric vibrating piece in which an extraction auxiliary electrode is formed around the notch;
Forming an integrated metal bump having a wide bottom portion on the lower side and a narrow body portion on the upper side on the external connection electrode of the base, and
Thereafter, the body portion of the metal bump is inserted into the through hole or notch of the piezoelectric vibrating piece and positioned, and the body portion of the metal bump protruding from the through hole or notch of the piezoelectric vibrating piece is superposed by a bonding tool. While applying a sound wave, crush part of the body of the metal bump to form the head of the metal bump,
A method for manufacturing a piezoelectric vibration device, wherein an extraction electrode and an extraction auxiliary electrode of the piezoelectric vibrating piece are electrically and mechanically bonded to each other by a bottom portion of the metal bump and a head portion of the metal bump.
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JP2010178064A (en) * | 2009-01-29 | 2010-08-12 | Daishinku Corp | Tuning fork piezoelectric vibrator, and tuning fork piezoelectric vibration device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010178064A (en) * | 2009-01-29 | 2010-08-12 | Daishinku Corp | Tuning fork piezoelectric vibrator, and tuning fork piezoelectric vibration device |
JP2010252051A (en) * | 2009-04-15 | 2010-11-04 | Seiko Epson Corp | Piezoelectric device, and method of manufacturing the same |
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JP2013141313A (en) * | 2013-03-29 | 2013-07-18 | Seiko Epson Corp | Transducer |
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