JP2010141932A - 電子デバイスのプローブ接触用電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブを当接する対象となるプローブ接触用電極が硬質化されていることによ
ってプローブが短期間に耐久性を喪失するという不具合を解決し、プローブを長期間使用
することを可能にして生産性を高めることができる電子デバイスのプローブ接触用電極の
製造方法を提供する。
【解決手段】電子デバイスのパッケージ面に形成されてプローブ装置のプローブが当接さ
れるプローブ接触用電極１１０の製造方法であって、パッケージ面にプレス手段により加
圧して硬化させた下側金属層１を形成し、下側金属層１上に加圧しない状態の上側金属層
２を形成するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、プローブ装置を用いた各種電子デバイスの特性測定作業や、プローブ装置を
用いたＩＣ部品へのデータ入力作業における不便さを解消することができる電子デバイス
のプローブ接触用電極の製造方法に関する。

移動体通信市場においては、各種電装部品の実装性、保守・取扱性、装置間での部品の
共通性等を考慮して、各機能毎に部品群のモジュール化を推進するメーカーが増えている
。また、モジュール化に伴って、小型化、低コスト化も強く求められている。
特に、基準発振回路、ＰＬＬ回路、及びシンセサイザー回路等、機能及びハード構成が
確立し、且つ高安定性、高性能化が要求される回路部品に関してモジュール化への傾向が
強まっている。更に、これらの部品群をモジュールとしてパッケージ化することによりシ
ールド構造を確立しやすくなるという利点がある。

複数の関連部品をモジュール化、パッケージ化することにより構築される表面実装用の
電子部品としては、例えば圧電振動子、圧電発振器、ＳＡＷデバイス等を例示することが
できるが、これらの機能を高く維持しつつ、更なる小型化を図るために、例えば図６に示
した如き二階建て構造のモジュールが採用されている。
即ち、図６（ａ）は二階建て構造型（Ｈ型）モジュールとしての表面実装型圧電デバイ
ス（水晶発振器）の従来構成を示す平面図であり、（ｂ）は縦断面略図であり、（ｃ）は
その底面図である。この水晶発振器Ａは、セラミック製の容器（パッケージ）１０１と金
属リッド１０２により形成される空所（上面側凹所）１０１ａ内に設けた素子搭載用パッ
ド１０４上に導電性接着剤１０４ａにより水晶振動素子（圧電素子）１０３を接続した水
晶振動子１００と、水晶基板１０３ａの表裏両面に夫々励振電極１０３ｂを形成した水晶
振動素子１０３と、水晶振動子１００の底面に接合される容器（パッケージ）１０５の空
所（下面側凹所）１０５ａ内の天井面に設けたＩＣ部品実装電極１０５ｃに発振回路、温
度補償回路などを構成するＩＣ部品１０６をベアチップ実装した底部構造体（ＩＣ部品ユ
ニット）１０７と、を備えている。この水晶発振器Ａをプリント基板上に実装する際には
、容器１０５の底面に設けた実装端子１０５ｂを用いた半田付けが行われる（例えば、特
許文献１）。

この水晶発振器Ａにあっては、水晶振動素子１０３の特性をチェックしながら水晶振動
素子の周波数調整（周波数測定）を行うための２つのモニター電極（プローブ接触用電極
）１１０が、図６（ｂ）（ｃ）に示すように空所１０５ａの天井面の長手方向一端縁寄り
位置であってＩＣ部品搭載時にはＩＣ部品によって隠蔽される位置に配置されている（特
許文献１、２）。調整作業においては、ＩＣ部品搭載前に２本のプローブピン（コンタク
ト部材）１２０をモニター電極１１０に当接させて通電することにより水晶振動素子を励
振させて出力される周波数を確認し、狙いの周波数と実際の周波数との間に誤差がある場
合には水晶振動素子上の励振電極膜厚を増減させる等の手法によって調整していた。

この水晶発振器Ａを組み立てる手順は次の通りである。まず、容器本体１０１内へ水晶
振動素子１０３を搭載してから、容器１０５の空所１０５ａ内の２つのモニター電極１１
０に対して夫々プローブピン１２０を接触させて水晶振動素子１０３の特性をチェックし
ながら水晶振動素子に対する調整を行ってゆく。調整が完了した後で金属リッド１０２に
より上面側凹所１０１ａを封止する。次いで、空所１０５ａ内のＩＣ部品実装電極１０５
ｃにＩＣ部品１０６をフリップチップ実装する。

ところで、各ＩＣ部品実装電極１０５ｃ上にＩＣ部品１０６の各端子を導体バンプを用
いてフリップチップ接続する際に導体バンプに加える超音波振動エネルギーがＩＣ部品実
装電極１０５ｃに対してロスされずに伝達されて接続が良好に行われるようにＩＣ部品実
装電極１０５ｃを予め圧縮加工して硬質化しておく必要があるが、ＩＣ部品実装電極１０
５ｃとモニター電極１１０とは同一材料にて同時に形成されるため、モニター電極１１０
も硬質になっている。即ち、ＩＣ部品実装電極１０５ｃ及びモニター電極１１０をセラミ
ックから成る空所１０５ａの天井面に形成する場合には、ペースト状のタングステンをセ
ラミック（グリーンシート）面に印刷してからプレス手段によって加圧して硬化させてか
らセラミックと共に焼成して硬質化し、且つ平滑化させている。

一方、モニター電極に当接するプローブピン１２０の先端部は例えばベリリウム銅等の
比較的軟質の金属材料に金メッキを施した構成を有しているため、硬質化されたモニター
電極と当接することにより短期間で金メッキ層のみならずベリリウム銅部分までも損耗し
てプローブピン先端とモニター電極との接触抵抗が変化して導通が悪化して行き、水晶振
動素子の特性を正確に測定できなくなる事態が発生していた。このため、プローブピンを
頻繁に交換せざるを得ない状況にあり、生産効率を低下させる原因となっている。

このような問題は表面実装型圧電発振器においては、モニター電極に限らず、プローブ
を当接させることによりＩＣ部品にデータを入力するために使用する電極（パッケージ外
面等に形成される）においても同様に生じている。また、パッケージ化された表面実装型
の水晶振動子の周波数をモニターするためにパッケージ底部に形成される実装端子が利用
されるが、この実装端子にプローブを当接させる際にも同様にプローブの損耗という問題
が生じている。更に、ＳＡＷ共振子の特性をモニターするためにパッケージ外面に装備さ
れるモニター電極についても同様な問題が生じている。
更に、圧電デバイス以外の表面実装型の電子デバイスについても、各種特性測定用の電
極やデータ入力用の電極に対してプローブを当接する際に同様な問題が生じている。

特開２０００−２７８０４７公報 特許第３４０６８４５号 特許第３４５１０１８号 特開２００４−３２０４２０公報

以上のように従来の表面実装型の電子デバイスにあっては、パッケージに搭載された素
子等の特性を測定したり、ＩＣ部品にデータを書き込むために使用する電極（プローブ接
触用電極）が硬質化されている場合に、この電極に当接されるプローブ先端を構成する金
属材料が削られて短期間で損耗して導通が悪化することにより交換せざるを得ない状態に
陥るという問題があった。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、プローブを当接する対象となるプローブ接
触用電極が硬質化されていることによってプローブが短期間に耐久性を喪失するという不
具合を解決し、プローブを長期間使用することを可能にして生産性を高めることができる
電子デバイスのプローブ接触用電極の製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明は、電子デバイスのパッケージ面に形成されてプロー
ブ装置のプローブが当接される電子デバイスのプローブ接触用電極の製造方法であって、
前記パッケージ面にプレス手段により加圧して硬化させた下側金属層を形成する工程と、
前記下側金属層上に加圧しない状態の上側金属層を形成する工程と、含むことを特徴とす
る。本発明では、下側金属層を加圧して硬化するのに対して、上側金属層は加圧しないよ
うにしたことで、下側金属層より軟質の上側金属層を容易に形成することができる。

また本発明は、前記上側金属層の厚みを前記下側金属層より薄くしたことを特徴とする
。本発明では、プローブ接触用電極の上側金属層を薄く形成してプローブ接触用電極の高
さを抑えることにより、例えば、バンプ等を介してＩＣ部品実装電極に搭載されるＩＣ部
品の搭載位置にズレが生じた場合でもＩＣ部品がプローブ接触用電極に接触するのを防止
することができる。

また本発明は、前記上側金属層の厚みを前記下側金属層より厚くしたことを特徴とする
。本発明では、プローブ接触用電極の上側金属層を厚く形成してプローブ接触用電極の高
さを他の電極よりも高く形成することで、プローブの径がプローブ接触用電極より大きい
場合でも、プローブが他の電極等に接触するのを防止することができる。また、軟質の導
電性物資からなる上側金属層の厚く形成したことでプローブ側の摩耗を抑制することがで
き、プローブを長期間使用することが可能になる。

また本発明は、前記上側金属層及び前記下側金属層は、前記パッケージと共に焼成して
固化することを特徴とする。本発明によれば、パッケージの焼成と共に金属層を形成でき
るので金属層の形成が容易である。
また本発明は、前記金属層の材料はタングステン又はモリブデンであることを特徴とす
る。本発明によれば、金属層の材料としてタングステン又はモリブデンも用いることで、
セラミック製のパッケージの焼成と共に金属層を形成することが可能になる。

（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の一実施形態に係るプローブ接触用電極を備えた電子デバイスの一例としての表面実装型水晶発振器（圧電発振器）の構成を示す要部平面図、縦断面図、及び底面図である。 モニター電極表面の面積よりも狭い先端面の面積を有した小径プローブをモニター電極１１０の表面に当接させた状態を示した図である。 モニター電極面積よりも先端部の面積が大きい大径のプローブをモニター電極の表面に当接させた状態を示した図である。 本発明の他の実施形態に係るプローブ接触用電極の構成を示す縦断面図である。 （ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明のプローブ接触用電極を備えた電子デバイスとしての水晶発振器の組立て手順の一部を示す断面図である。 （ａ）は二階建て構造型（Ｈ型）モジュールとしての表面実装型圧電デバイス（水晶発振器）の従来構成を示す平面図、（ｂ）は縦断面略図、（ｃ）はその底面図である。

以下、本発明を図面に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の一実施形態に係るプローブ接触用電極を備えた
電子デバイスの一例としての表面実装型水晶発振器（圧電発振器）の構成を示す要部平面
図、縦断面図、及び底面図である。
なお、測定対象物としての表面実装型水晶発振器の各構成要素については図６と同一の
符号を付して説明する。
本実施形態に係るプローブ接触用電極としてのモニター電極１１０は、少なくとも上層
部分が軟質の導電性物質にて構成されている点が特徴的である。
即ち、モニター電極（プローブ接触用電極）１１０は、水晶振動子１００の底面に接合
される容器（パッケージ）１０５の空所（下面側凹所）１０５ａ内の天井面に形成された
下側金属層１と、下側金属層１上に積層され下側金属層よりも軟質の金属から成る上側金
属層（上層部分）２と、から構成されている。下側金属層１は加圧により硬化させた金属
層であり、上側金属層２は加圧しない状態の金属層である。具体的な材質としては、例え
ばパッケージ１０５の材質がセラミックの場合、下側金属層１は硬質化されたタングステ
ン膜又はモリブデン膜から成り、上側金属層２は下側金属層上に積層された硬質化されて
いないタングステン膜又はモリブデン膜から成る。更に、上側金属層表面と下側金属層の
露出面にはニッケル膜、金膜が順次積層形成されている。

なお、例えばパッケージ１０５の材質が低温セラミックの場合、下側金属層１及び上側
金属層２の材質は、上記タングステン、モリブデンに加えて、白金、銀パラジウム合金、
銅であっても良い。さらに下側金属層１及び上側金属層２をガラスエポキシ樹脂等のプリ
ント基板上に形成する場合は、金属層の材質は銅が考えられる。これらの場合も、上側金
属層表面と下側金属層の露出面にはニッケル膜、金膜が順次積層形成されることになる。
また下側金属層１の材質と、上側金属層２の材質を異ならせても良い。また、上層部分
は金属である必要はなく導電性を有した軟質材質であればよい。

容器（パッケージ）１０１、１０５は、バッチ処理においては、大面積の複数枚のセラ
ミックシート（グリーンシート）を積層してから焼成することにより固化することにより
製造される。焼成に際しては各セラミックシート間や、セラミックシート表面に配線パタ
ーン、各金属層１、２を形成するタングステン等のペースト状金属膜を所定箇所に配置し
た状態で焼成することにより、容器及び各金属部分を同時に固化することができる。

下側金属層１は、容器１０５の天井面に印刷形成したペースト状のタングステン膜（ペ
ースト状金属層）をプレス手段（プレス機）により加圧して硬化させた加圧金属層である
。下側金属層１は空所１０５ａの天井面の他の部位に配置されるＩＣ部品実装電極（下面
側内部パッド）１０５ｃと同時に形成されることは上述の通りである。
上側金属層２は下側金属層１上に形成されたペースト状のタングステン膜（非加圧金属
層）であり、下側金属層１と異なる点は加圧しない点である。

各金属層１、２は、容器（パッケージ）１０１、１０５と共に焼成されることにより固
化されている。積層されたセラミックシート間や、セラミックシート表面に形成された各
金属膜を焼成により固化した後では、加圧金属層である下側金属層１の硬度は、非加圧金
属層である上側金属層２よりも高くなっている。つまり、上側金属層２は下側金属層１よ
りも軟質となっており、上側金属層２は接触するプローブの先端を構成する材質よりも軟
質となるようにする。なお、プローブの材質としては、例えばベリリウム銅にロジウムメ
ッキ処理したもの又は硬質隣青銅にロジウムメッキ処理したもの又はＳＫ−４にロジウム
メッキ処理したもの又は銅合金に金メッキ処理したものなどが挙げられる。
また、上側金属層２の表面の面積は、下側金属層１の表面面積と同等か、僅かに狭く設
定する。但し、上側金属層２の先端部の面積を下側金属層１の面積よりも狭くする場合、
上側金属層の周縁部（外輪郭線）からはみ出す下側金属層表面部分の面積が過大であると
、上側金属層面に当接するプローブの先端部を誤って硬質の下側金属層表面に当接させる
虞があるので、両金属層の寸法関係、位置関係を適切に設定する。
なお、上述のように上側金属層２を導電性樹脂、或いはペースト状の金属にて形成して
もよい。

図２はモニター電極表面の面積よりも狭い先端面の面積を有した小径プローブ（プロー
ブピン）１２０をモニター電極１１０の表面に当接させた状態を示している。小径のプロ
ーブ１２０の先端部は、硬質な下側金属層１とは接触することなく、プローブ先端部より
も軟質な上側金属層２の表面のみと接触し、その際に上側金属層２を加圧変形させるので
両者間の密着度が高まった状態で導通し、プローブが損傷、損耗するのを抑制することで
きる。従って、このように上側金属層２が緩衝材として機能するため、相対的にプローブ
の耐久性を高めることができ、長期間にわたる使用が可能となる。

次に、図３はモニター電極面積よりも先端部の面積が大きい大径のプローブ１２０をモ
ニター電極の表面に当接させた状態を示している。これは、水晶発振器の小型化によって
モニター電極１１０が小面積化しているにも関わらず、プローブの小径化に限界が生じた
結果として、モニター電極面積よりもプローブ径が相対的に増大した場合を想定している
。この場合、プローブ１２０の先端部の一部がモニター電極表面の周辺部からはみ出した
状態で当接したとしても、プローブ先端部は必ず上側金属層２とだけ接触することになる
。従って、プローブ１２０からの加圧によって上側金属層２は変形しながら緩衝作用を発
揮しつつ、上側金属層２と密着することにより高い導通性を確保することができる。従っ
て、水晶振動素子の周波数特性を正確に測定しつつ、相対的にプローブの耐久性を高める
ことができる。

なお、プローブをモニター電極に当接させることによる測定が正しく終了したことを確
認するためには、上側金属層２の変形状態を目視確認することが有効であり、上側金属層
２の変形状態が不十分であったり、変更状態に偏りがある場合には、測定が正しく行われ
ていない可能性がある。従って、上側金属層２の変形状態から測定の有効、無効を判断す
ることも可能である。

図４は、本発明の他の実施形態に係る圧電発振器の構成を示す縦断面図である。なお、
図１と同一部位には同一の符号を付して説明は省略する。
この図４に示す圧電発振器においては、プローブ接触用電極であるモニター電極１１０
の上層部分である上側電極層２の厚みを下層部分である下側電極層１よりも薄くしたこと
を特徴とする。具体的には、下側金属層１の厚みを１０〜２５μｍ程度とした場合には、
上側金属層２の厚みは１０±５μｍ程度とした。このように構成すると、モニター電極１
１０の高さ（下側電極層１の厚みと上側電極層２の厚みとを加算した高さ）を、バンプ等
を介してＩＣ部品実装電極１０５ｃ上に搭載されるＩＣ部品１０６の高さ位置より低くで
きる。従って、バンプ等を介してＩＣ部品実装電極１０５ｃ上にＩＣ部品１０６を搭載し
た際にＩＣ部品１０６の搭載位置にズレが生じた場合でも、金属ＩＣ部品１０６がモニタ
ー電極１１０に接触するのを防止することができる。

また図４に示した圧電発振器においては、モニター電極１１０の上側電極層２の厚みを
下側電極層１よりも薄くしたが、逆に上側電極層２の厚みを下側電極層１よりも厚くして
も良い。つまり、モニター電極１１０の高さをＩＣ部品実装電極１０５ｃよりも高く形成
しても良い。このように構成するとプローブの径がモニター電極１１０より大きい場合で
も、プローブがＩＣ部品実装電極１０５ｃに接触するのを防止することができる。また、
軟質の導電性物資からなる上側電極層２を厚く形成すると、プローブの摩耗をより抑制す
ることができるので、プローブを更に長期間使用することが可能になる。
なお、これまで説明した本実施の形態では、モニター電極１１０の上側電極層２が下側
電極層１よりも軟質であるものとして説明したが、モニター電極１１０の上側電極層２は
、プローブより軟質の材料により構成することが好ましい。そのように構成すれば、プロ
ーブをより長期間使用することが可能になる。

図５は本発明の一実施形態に係るモニター電極（プローブ接触用電極）を備えた電子デ
バイスの一例としての水晶発振器の組立て手順の一部（周波数測定後の手順）を示す断面
図である。
図５（ａ）では図示しないプローブ装置（測定装置本体）に接続されたプローブ１２０
の先端をモニター電極１１０の上層部分を構成する上側金属層２に当接させて測定を行っ
ている。この際、プローブ先端よりも軟質の金属から成る上側金属層２は加圧されること
により凹状に変形しながらプローブ先端と密着して高い導通を確保している。従って、高
精度の測定を行うことが可能となる。しかも、プローブ先端の損耗が大幅に低減される。
（ｂ）は測定を完了してプローブを退避させてから、上側凹所１０１ａを金属リッド１
０２により閉止すると共に、下側凹所１０５ａの天井面に設けたＩＣ部品実装電極１０５
ｃに対してＩＣ部品１０６をフリップチップ接続した状態を示している。
（ｃ）はＩＣ部品実装後に下側凹所１０５ａ内にアンダーフィル（樹脂）５を充填した
完成状態を示している。

上記各実施形態では、本発明のプローブ接触用電極を水晶発振器のモニター電極として
利用した場合について説明したが、ＩＣ部品実装電極１０５ｃ上に搭載されるＩＣ部品１
０６に対してデータを入力したり書き換えたりするためのデータ入力用電極（プローブ接
触用電極）が容器の適所（例えば、側面）に設けられている場合にはこのデータ入力用電
極に対しても本発明のプローブ接触用電極の構造を適用して、プローブの耐久性の向上、
導通性の確保による測定精度の向上を図ることができる。

なお、本発明の各実施形態に係るモニター電極、データ入力用電極は、水晶発振器等の
圧電発振器のみならず、水晶振動子、ＳＡＷ共振子等の圧電デバイスに装備されるモニタ
ー電極にも適用することができる。例えば、水晶振動子の場合には、その表面実装用のパ
ッケージ底面に配置される実装端子（機器側のマザーボードに実装するための端子）を水
晶振動素子（圧電素子）の特性を測定するためのモニター電極（周波数測定用電極）とし
て使用するが、この実装端子を、硬質の下側金属層と軟質の上側金属層とから構成するよ
うにしてもよい。そうすれば、電子デバイスである水晶振動素子の特性等を測定するため
に使用するプローブの劣化を抑制することができ、プローブを長期間使用することが可能
になる。

更に、本発明のプローブ接触用電極は、圧電デバイス以外の電子デバイスであって、プ
ローブを当接させることにより特性の測定や、ＩＣ部品等へのデータ入力のために使用さ
れる電極を備えたもの一般に適用することができる。そうすれば、圧電デバイス以外の電
子デバイスの特性の測定やＩＣ部品等にデータ入力を行うために使用するプローブの劣化
を抑制することができ、プローブを長期間使用することが可能になる。

１…下側金属層、２…上側金属層、１００…水晶振動子、１０１…容器本体（パッケー
ジ）、１０１ａ…上面側凹所、１０２…金属リッド、１０３…水晶振動素子、１０３ａ…
水晶基板、１０３ｂ…励振電極、１０４…素子搭載用パッド、１０４ａ…導電性接着剤、
１０５…容器（パッケージ）、１０５ａ…空所、１０５ｂ…実装端子、１０５ｃ…ＩＣ部
品実装電極、１０６…ＩＣ部品、１１０…モニター電極（プローブ接触用電極）、１２０
…プローブ

Claims (5)

1. 電子デバイスのパッケージ面に形成されてプローブ装置のプローブが当接される電子デ
   バイスのプローブ接触用電極の製造方法であって、
   前記パッケージ面にプレス手段により加圧して硬化させた下側金属層を形成する工程と
   、
   前記下側金属層上に加圧しない状態の上側金属層を形成する工程と、含むことを特徴と
   する電子デバイスのプローブ接触用電極の製造方法。
2. 前記上側金属層の厚みを前記下側金属層より薄くしたことを特徴とする請求項１に記載
   の電子デバイスのプローブ接触用電極の製造方法。
3. 前記上側金属層の厚みを前記下側金属層より厚くしたことを特徴とする請求項１に記載
   の電子デバイスのプローブ接触用電極の製造方法。
4. 前記上側金属層及び前記下側金属層は、前記パッケージと共に焼成して固化することを
   特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の電子デバイスのプローブ接触用電極の製
   造方法。
5. 前記金属層の材料はタングステン又はモリブデンであることを特徴とする請求項１乃至
   ４の何れか一項に記載の電子デバイスのプローブ接触用電極の製造方法。

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