JP2011035660A

JP2011035660A - 圧電デバイス

Info

Publication number: JP2011035660A
Application number: JP2009179849A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Takahashi; 義典高橋; Takahiro Ueda; 貴博植田; Shuyu Ito; 秋裕伊藤
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-17

Abstract

【課題】本発明は、実装強度の強い圧電デバイスを提供することを目的とする。
【解決手段】実装基板に導電性接着剤で固着される圧電デバイスであって、絶縁材料からなる基板と、前記基板のうち、圧電片を搭載するための搭載面から、前記搭載面と対向する非搭載面まで貫通するように、前記基板の所望の領域に形成された貫通電極と、前記基板の前記搭載面上に、前記貫通電極と電気的に接続するように搭載された前記圧電片と、前記圧電片を収容する収容部を形成するようにして、前記基板と接合された蓋と、前記基板の前記非搭載面のうち、前記貫通電極が露出する領域を含む外部端子とを備え、この外部端子がタングステンからなる第一の金属膜と、前記第一の金属膜上に設けられ、厚みが８〜２０μｍのニッケルからなる第二の金属膜と、前記第二の金属膜上に設けられ、厚みが０．５〜１μｍの金からなる第三の金属膜とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電デバイスに関する。

従来、圧電デバイスの代表的なものとして、水晶を用いた種々の水晶振動子が開発されている。この水晶振動子は、例えば携帯電話機に搭載され、各回路が動作する際の基準となるクロック信号を生成する。

特許文献１に挙げた圧電振動子では、表面実装型の圧電振動子の電極、接続パッドおよび配線導体にタングステンやモリブデンを用い、露出表面には酸化腐食防止のためニッケルめっき層と金めっき層を被着させる例が示されている。

この例では外部電気回路基板の電極との接続部材は、ハンダが使用されている。圧電振動子の外部電極は、外部電気回路基板との間にハンダフィレットが形成され接続されている。

この表面実装型圧電デバイスと外部回路基板の接続には、ハンダでなく導電性接着剤が使用されるようになってきている。ハンダは、鉛フリー化のため従来に比べ、実装温度が高温となり、電子部品を劣化させる原因となっている。そのため導電性接着剤が、電子部品を回路基板へ固着する手段として使用されるようになってきた。

しかし導電性接着剤は、ハンダに比べ温度による収縮率が高く、硬化加熱時と冷却時でその体積の収縮が大きいため、圧電振動子のセラミック基板に配置された外部電極にストレスを与えている。

収縮によるストレスは、従来のセラミック基板に配置される外部電極では想定されない引っ張り力となっているため、パッケージの絶縁基板から金属層からなる外部電極が剥がれるおそれがある。

特開２００５−２３６８９２号公報

水晶振動子は、例えばガラスエポキシ基板などのプリント基板に実装する際には、ハンダで固着する場合と、導電接着剤で固着する場合とでは収縮率の大きな導電性接着剤の場合に圧電振動子のパッケージに設けられた金属層からなる外部電極にかかるストレスが大きくなり、第一の金属膜の厚みにバラツキがあることによって、回路基板への実装の際に固着強度にバラツキを生じてしまう。

下地電極である第一の金属膜は、タングステンメタライズがよく使用されるが、厚みを一定に形成するのは難しく、厚みのバラツキによって、回路実装の際に所望の固着強度が得られず、外部電極が剥離するおそれがある。固着強度を上げるためには金膜を厚くしなければならずコストがかかり、部品の価格が高くなってしまう。

本発明は、導電性接着剤で実装回路基板へ固着する固着強度を上げ、安価な圧電振動子を提供することを目的とする。

本発明の一態様による圧電デバイスは、実装基板に導電性接着剤で固着される圧電振動子であって、絶縁材料からなる基板と、前記基板のうち、圧電片を搭載するための搭載面から、前記搭載面と対向する非搭載面まで貫通するように、前記基板の所望の領域に形成された貫通電極と、前記基板の前記搭載面上に、前記貫通電極と電気的に接続するように搭載された前記圧電片と、前記圧電片を収容する収容部を形成するようにして、前記基板と接合された蓋と、前記基板の前記非搭載面のうち、前記貫通電極が露出する領域を含む外部端子とを備え、この外部端子がタングステンからなる第一の金属膜と、前記第一の金属膜上に設けられ、厚みが８〜２０μｍのニッケルからなる第二の金属膜と、前記第二の金属膜上に設けられ、厚みが０．５〜１μｍの金からなる第三の金属膜とを備えていることを特徴とする圧電デバイスである。

本発明の圧電デバイスによれば、絶縁材料からなる基板と膜の密着性を向上させ、回路実装基板との実装の際に導電性接着剤を用いて固着する際の外部端子の電極膜強度を強固にすることができる。

（ａ）は、本発明の実施形態に係る圧電振動子の底面図であり、（ｂ）は本発明の実施形態に係る圧電デバイスの断面を示す縦断面図である。

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、説明を明瞭にするために図の一部を誇張して図示している。

図１（ａ）は、本発明の実施の形態による水晶デバイスの底面を示す平面図、（ｂ）は断面を示す縦断面図である。
基板２０は、絶縁材料からなり、圧電片７０を収容する収納部３０を有している。収納部３０は、圧電片７０を搭載する空間であり、底面３０Ａに圧電片７０を搭載する搭載パッド５０を備えている。収納部底面３０Ａには、圧電片７０の搭載面と対向する非搭載面まで貫通するように、基板の所望の領域に形成された貫通電極４０と、基板２０の搭載面上の搭載パッド５０と、外部電極１００とが貫通電極によって電気的に接続されている。
圧電片７０は、圧電材料からなり、励振電極（図示していない）を両主面に配置し、励振電極から引き出される引出電極（図示していない）を設けている。
蓋９０は、金属材料からなる板状の部材であり、基板２０の収納部３０を被い、封止部材によって気密構造とする。
外部電極１００は、第一の金属膜１００Ａと第二の金属膜１００Ｂと、第三の金属膜１００Ｃとからなる。
第一の金属膜１００は、絶縁基板２０に直接設けられ、タングステン（Ｗ）からなる。第二の金属膜１００Ｂは、第一の金属膜１００Ａ上にあり、膜状のニッケルからなる。第三の金属膜１００Ｃは、第二の金属電極１００Ｂの上にあり、膜状の金からなる。

タングステン（Ｗ）からなる第一の金属電極１００Ａは、膜厚が７〜４０μｍで形成されている。ニッケルからなる第二の金属膜１００Ｂは、第一の金属膜１００Ａの上に設けられ、膜厚が８〜２０μｍで形成されている。
金からなる第三の金属膜１００Ｃは、第二の金属膜１００Ｂの上に設けられ、膜厚が０．５〜１．０μｍで形成される。
ここで、第一の金属膜１００Ａは、膜厚が７〜４０μｍがよい。膜厚が７μｍ未満では絶縁基板への固着強度が低下してしまう。またタングステンの膜厚が４０μｍを超えると、膜間にクラックを生じ易くなり剥がれるおそれがある。
また第二の金属膜１００Ｂのニッケル（Ｎｉ）の膜厚は、８〜２０μｍがよい。ニッケルの膜厚が８μｍ未満では、２０μｍを超えると、膜間にクラックを生じ易くなり剥がれるおそれがある。
さらに第三の金属膜１００Ｃの金（Ａｕ）の膜厚は、０．５〜１．０μｍがよい。金の膜厚が０．５μｍ未満では導電性接着剤に喰われてしまい効果がなく、１．０μｍを超えると金は高価なためコストがかかる。

基板２０は、セラミックからなり、凹型形状の収容部３０が形成されている。基板２０に用いられるセラミックは、アルミナやガラスセラミックの他、ガラスや水晶等の絶縁材料であってもよい。

基板２０には収容部３０の内底面３０Ａ上に、貫通電極４０と電気的に接続するようにして、搭載パッド５０を形成する。そして、搭載パッド５０及び水晶片７０を、導電性接着剤６０を介して電気的に接続し固定する。その後、基板２００と、例えばコバールからなる蓋９０とを、封止材８０を介して接合し封止を行うことにより、水晶振動子７０を製造する。なお、蓋９０に用いられる金属として、鉄ニッケルやコバール等を用いることができる。
第二の金属膜と第三の金属膜は、電解または無電解めっきにより指定された膜厚に形成される。

基板２０に形成された収容部３０の内底面３０Ａ上には、搭載パッド５０が配置され、当該搭載パッド５０と、水晶片７０の両面に形成された励振電極から延びる接続電極（図示せず）とは、導電性接着剤６０を介して接続されている。基板２０及び蓋９０は、封止材８０を介して接合されている。

基板２０のうち所望の領域には、収容部３０の内底面３０Ａから基板２０の裏面２０Ａまで貫通するように、貫通電極４０が形成され、当該貫通電極４０は、搭載パッド５０と電気的に接続されている。これにより、水晶片７０は、収容部３０の内底面３０Ａ上に、貫通電極４０と電気的に接続するように搭載されている。

なお、基板２０のうち、収容部３０の内底面３０Ａは、水晶片７０を搭載するための搭載面に対応し、裏面２０Ａは、収容部３０の内底面２０Ａすなわち搭載面に対向する非搭載面に対応する。

また、基板２０の裏面２０Ａには、パッドとしての外部端子１００が、貫通電極４０と電気的に接続するように、各角部付近にそれぞれ形成されている。この外部端子１００は、基板２０の裏面２０Ａ上のうち、外部端子形成領域に、タングステン（Ｗ）からなる第一の金属膜１００Ａを、形成した構成を有する。

さらに、外部端子１００は、基板２０の裏面２０Ａのうち外部端子形成領域及び第一の金属膜１００Ａ上に、第一の金属膜１００Ａを覆うようにして、例えばニッケル（Ｎｉ）かならなる第二の金属膜１００Ｂと、金（Ａｕ）からなる第三の金属膜１００Ｃとを順次積層することにより形成されている。

このように本実施の形態によれば、基板２０の裏面２０Ａのうち、貫通電極４０が露出する領域を含む外部端子形成領域に、セラミックとの密着性が高い第一の金属膜１００Ａを配置した上で、外部端子形成領域及び第一の金属膜１００Ａ上に、第一の金属膜１００Ａよりセラミックとの密着性が低い金属膜１００Ｂを形成する。

この際に、セラミック上の第一の金属膜１００Ａであるタングステン（Ｗ）は、膜厚にバラツキを生じやすく、膜厚を一定することが難しいので、タングステンの膜厚はある程度バラツキがあっても、その上に形成する金属膜の膜厚をコントロールすることで、強度を維持できることがわかったため、コントロールし易いニッケル（Ｎｉ）膜１００Ｂを８〜２０μｍに、金（Ａｕ）膜１００Ｃのそれぞれの膜厚を０．５〜１．０μｍとすることで、実装時に発生する、外部端子１００の基板に対する応力を低減させることができ、従って基板２０に剥がれを生じることを抑制することができる。

また、上述の実施の形態においては、収納部３０が形成された基板２０と、平板状の蓋９０との接合について、接合剤を使用する例を挙げたが、接合剤としてハンダ、ろう材、金スズ又は接着剤を使用しても良い。また基板２０側に金属膜を形成して蓋をシーム溶接で接合しても良い。

また、上述の実施の形態においては、水晶片７０が搭載された水晶振動子を例に示したが、例えば圧電セラミックなど、他の種々の圧電片が搭載された圧電振動子に使用しても良い。
また本発明は、前記実施形態で開示した圧電振動子の他、圧電発振器、圧電フィルタやＳＡＷ素子を用いた他の圧電デバイスにおいて適用可能である。

本発明は、導電性接着剤で回路実装する際に固着強度が強い圧電デバイスを提供するものである。

１０圧電振動子
２０基板
３０収納部
４０貫通電極
５０搭載パッド
７０水晶片
９０蓋
１００外部端子
１００Ａ第一の金属膜
１００Ｂ第二の金属膜
１００Ｃ第三の金属膜

Claims

実装基板に導電性接着剤で固着される圧電デバイスであって、絶縁材料からなる基板と、前記基板のうち、圧電片を搭載するための搭載面から、前記搭載面と対向する非搭載面まで貫通するように、前記基板の所望の領域に形成された貫通電極と、前記基板の前記搭載面上に、前記貫通電極と電気的に接続するように搭載された前記圧電片と、前記圧電片を収容する収容部を形成するようにして、前記基板と接合された蓋と、前記基板の前記非搭載面のうち、前記貫通電極が露出する領域を含む外部端子とを備え、この外部端子がタングステンからなる第一の金属膜と、前記第一の金属膜上に設けられ、厚みが８〜２０μｍのニッケルからなる第二の金属膜と、前記第二の金属膜上に設けられ、厚みが０．５〜１μｍの金からなる第三の金属膜とを備えていることを特徴とする圧電デバイス。