JP2012023445A

JP2012023445A - 圧電素子収納用パッケージおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2012023445A
Application number: JP2010157977A
Authority: JP
Inventors: Shigetoshi Inuyama; 重俊犬山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2012-02-02

Abstract

【課題】接続パッドの面積が小さくなって圧電素子を所望の位置に搭載できなくなることなく、導電性接着剤による接合力の高い小型の圧電素子収納用パッケージおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、絶縁基板１と、絶縁基板１の周縁部に立設された絶縁ペーストの焼結体からなる枠体２と、絶縁基板１の上面に設けられ、少なくとも一部が枠体２に接している一対の接続パッド３１、３２と、一対の接続パッド３１、３２における枠体２と接する領域に枠体２の内壁に沿って立設された導体壁４１、４２とを備えていることを特徴とする圧電素子収納用パッケージである。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧電素子を収納する圧電素子収納用パッケージおよびその製造方法に関するものである。

従来より、圧電素子を実装して収納する圧電素子収納用パッケージとして、上面に一対の接続パッドを有する絶縁基板と、絶縁基板の周縁部に立設された枠体と、枠体の上面に取り付けられる蓋体とを備えたものが知られている（特許文献１を参照）。

ここで、枠体としては、具体的にはセラミックグリーンシートを金型で打ち抜いて形成したものが知られているが、このものでは圧電素子収納用パッケージの小型化の要求に応えるのが難しくなってきている。そこで、枠体を絶縁ペーストの印刷によって形成することが検討され始めている。

ところが、圧電素子収納用パッケージをできる限り小型なものとするために、接続パッドが枠体に接するように配置し、この枠体を絶縁ペーストの印刷により形成しようとすると、絶縁ペーストが接続パッドの上ににじみでてしまい、接続パッドの面積が小さくなって圧電素子を所望の位置に搭載できなくなってしまうという問題があった。

一方、圧電素子収納用パッケージの小型化にともなって圧電素子を接続パッドと接合するための導電性接着剤の量も減らす必要があるが、導電性接着剤の量を減らすと接合強度が低下してしまうという問題があった。

特開２００８−３１２１０１号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、接続パッドの面積が小さくなって圧電素子を所望の位置に搭載できなくなることなく、導電性接着剤による接合力の高い小型の圧電素子収納用パッケージおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、絶縁基板と、該絶縁基板の周縁部に立設された絶縁ペーストの焼結体からなる枠体と、前記絶縁基板の上面に設けられ、少なくとも一部が前記枠体に接している一対の接続パッドと、前記一対の接続パッドにおける前記枠体と接する領域に前記枠体の内壁に沿って立設された導体壁とを備えていることを特徴とする圧電素子収納用パッケージである。

また本発明は、絶縁基板形成領域を有するセラミックグリーンシートを作製する工程と、該セラミックグリーンシートの上面に少なくとも一部が前記絶縁基板形成領域の周縁部に接するように一対の接続パッド用導体パターンを形成する工程と、該一対の接続パッド用導体パターンの上の前記周縁部に接する領域にそれぞれ導体壁用成形体を形成する工程と、前記絶縁基板形成領域の周縁部に絶縁ペーストを塗布して枠体用成形体を形成する工程と、焼成する工程とを有することを特徴とする圧電素子収納用パッケージの製造方法である。

本発明の圧電素子収納用パッケージによれば、接続パッドにおける枠体と接する領域に枠体の内壁に沿って導体壁が形成されていることによって、絶縁ペーストの焼結体からなる枠体を備えていても、接続パッドの面積が小さくなって圧電素子を所望の位置に搭載できなくなることがなく、小型化を図ることができる。そして、圧電素子を実装するための導電性接着剤を接続パッドと導体壁とに接合させることができることから、接合強度を高められる。

また、本発明の圧電素子収納用パッケージの製造方法によれば、導体壁用成形体が絶縁ペーストの接続パッド用導体パターン上へのにじみを防ぐため、接続パッドの面積が小さくなって圧電素子を所望の位置に搭載できなくなることがなく、導電性接着剤による接合力の高い小型の圧電素子収納用パッケージを得ることができる。

本発明の圧電素子収納用パッケージの一実施形態を枠体の高さの半分の位置で切断した断面を上から見た断面図である。本発明の圧電素子収納用パッケージの一実施形態の平面図である。図２に示す圧電素子収納用パッケージのＡ−Ａ線切断部端面図である。図２に示す圧電素子収納用パッケージのＢ−Ｂ線切断部端面図である。本発明の圧電素子収納用パッケージの一実施形態の製造方法の流れの一例を示す説明図である。本発明の圧電素子収納用パッケージの一実施形態に圧電素子を実装し、封止する流れを示す説明図である。

以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態の例について説明する。

図１は本発明の圧電素子収納用パッケージの一実施形態を枠体の高さの半分の位置で切断した断面を上から見た断面図であり、図２は本発明の圧電素子収納用パッケージの一実施形態の平面図、図３は図２に示す圧電素子収納用パッケージのＡ−Ａ線切断部端面図、図４は図２に示す圧電素子収納用パッケージのＢ−Ｂ線切断部端面図である。

本発明の一実施形態の圧電素子収納用パッケージは、図１乃至図４に示すように、絶縁基板１と、絶縁基板１の周縁部に立設された絶縁ペーストの焼結体からなる枠体２と、絶縁基板１の上面に設けられ、少なくとも一部が枠体２に接している一対の接続パッド３１、３２と、一対の接続パッド３１、３２における枠体２と接する領域に枠体２の内壁に沿って立設された導体壁４１、４２とを備えている。

絶縁基板１は、例えばアルミナ，窒化珪素，窒化アルミニウム，炭化珪素，ムライト，フェライト，ガラスセラミックスなどを主成分とする焼結体からなり、例えば縦１〜１１．６ｍｍ、横０．８〜１．２５ｍｍ、厚み５０〜１２０μｍに形成されたものである。

絶縁基板１の周縁部には、絶縁ペーストの焼結体からなる枠体２が立設されている。絶縁ペーストの焼結体からなる枠体２とは、セラミックグリーンシートを金型で打ち抜くなどして形成されたものではなく、絶縁ペーストの印刷により形成された成形体が焼結してなるものを意味している。この枠体２は、例えば幅５０〜１５０μｍ、高さ５０〜１２０μｍに形成されている。また、断面視したときの枠体２の外側の側壁の角部の角度は、例えば７５〜９０度であればよい。

絶縁基板１の上面には、タングステン，モリブデン，マンガン，銅，銀，パラジウム，金，白金等の金属材料で形成された一対の接続パッド３１、３２が設けられている。

一対の接続パッド３１、３２は、それぞれ後述する圧電素子の電極と電気的に接続され、例えば平面視で一辺の長さが２００〜４００μｍ程度の矩形状に形成されている。また、一対の接続パッド３１、３２はそれぞれ少なくとも一部が枠体２に接している。図では、接続パッド３１、３２は枠体２の内側に接しているが、枠体２の下に延出していてもよい。また、図では一対の接続パッド３１、３２のそれぞれの２辺が枠体２に接している。ここで、２辺ではなく１辺のみ接している形態でもよいが、２辺接しているほうが圧電素子収納用パッケージの小型化に寄与する点で好ましい。

導電性接着剤を介して一対の接続パッド３１、３２に実装される圧電素子としては、例えば直方体状の圧電基板と、この圧電基板の上側主面および下側主面に互いに対向するように形成された対向電極と、それぞれの対向電極から圧電基板の下側主面の一端側に互いに電気的に接続しないように引き出されてなる一対の引出電極とを備えたものが挙げられ（図示せず）、この一対の引出電極が一対の接続パッド３１、３２にそれぞれ電気的に接続されて、例えば圧電現象により振動して所定周波数の信号を発振するようになっている。このような圧電素子としては、例えば水晶振動子が挙げられる。

また、図３および図４に示すように、絶縁基板１の内部には、絶縁基板１を貫通する貫通導体５１、５２が形成されていて、絶縁基板１の下面には、それぞれ貫通導体５１、５２と電気的に接続され、外部回路基板と電気的に接続される接続端子６１、６２が形成されている。

貫通導体５１、５２および接続端子６１、６２も接続パッド３１、３２と同様に、タングステン，モリブデン，マンガン，銅，銀，パラジウム，金，白金等の導体で形成されている。

そして、一対の接続パッド３１、３２における枠体２と接する領域には、それぞれ導体壁４１、４２が立設されている。この導体壁４１、４２は、一対の接続パッド３１、３２と同様の金属材料を主成分とする導体ペーストの印刷により形成された成形体が焼結してなるものであって、導体壁４１、４２の側面と枠体２とが当接するように形成されている。

図では、導体壁４１、４２は、平面視で接続パッド３１、３２の枠体２に接している２辺に沿ってＬ字型に形成されているが、接続パッド３１、３２の辺の長さよりも短い長さで設けられていてもよく、接続パッド３１、３２の辺の長さよりも長く接続パッド３１、３２から延出して設けられていてもよい。後述する枠体用成形体８６の形成に用いられる絶縁ペーストの回り込みを抑制でき、導電性接着剤の接合強度を高めることができれば、導体壁４１、４２は接続パッド３１、３２の辺の長さよりも短い長さであってもよい。また、後述する枠体用成形体８６の形成に用いられる絶縁ペーストの回り込みを確実に防ぐために、導体壁４１、４２は接続パッド３１、３２の辺の長さよりも長く接続パッド３１、３２から延出して設けられているのがよい。

導体壁４１、４２の幅（平面視による厚み）は、例えば３０〜５０μｍ程度に形成されている。また、導体壁４１、４２の高さは、例えば枠体２の高さと同じかまたは枠体２の高さよりも２５〜３５μｍ程度低く形成されている。

一般に、図２に示す例のように、枠体２の上面に環状導体７が形成され、ロウ材を介してこの枠体２の上に金属製の蓋体（図示せず）が取り付けられる。そして、ロウ材のぬれ
性および接合力向上のためにめっき処理が施される。

ここで、電解めっきの場合には、一対の接続パッド３１、３２のうちの一方の接続パッド３１おける枠体２と接する領域に枠体２と同じ高さの導体壁４１が立設され、一対の接続パッド３１、３２のうちの他方の接続パッド３２の枠体２と接する領域に枠体２より２５〜３５μｍ程度低い高さの導体壁４２が立設されているのがよい。このとき、図３に示すように、環状導体７は枠体２と同じ高さに形成された導体壁４１の上面にも連続して形成され、環状導体７と導体壁４１とが電気的に接続され、図４に示すように環状導体７は枠体２より低い高さに形成された導体壁４２の上面には形成されず、環状導体７と導体壁４２とは電気的に接続されないが、枠体２と導体壁４１とが同じ高さとされ、環状導体７と導体壁４１とが電気的に接続されていることで、絶縁基板１の下面に形成された接続端子５１と環状導体７とを電気的に接続して、環状導体７に電解めっきを施すことができる。なお、導体壁４２が枠体２よりも低い高さとされ、環状導体７と導体壁４２とが電気的に接続されていないのは、接続パッド３１と接続パッド３２とが短絡しないようにするためであり、導体壁４２の高さは、導体壁４１の高さよりも２５〜３５μｍ程度低くなっていれば、確実に短絡防止できるとともに枠体２を形成するための絶縁ペーストが接続パッド３２ににじみでてくるのを防ぐことができる。

そして、図１乃至図４に示していないが、一対の接続パッド３１、３２に導電性接着剤を介して圧電素子が実装された後、環状導体７の上面にロウ材を介して例えば金属製の蓋体が取り付けられて、圧電素子を収納した圧電素子収納用パッケージとなる。

なお、電解めっきではなく無電解めっきを施す場合には、導体壁４１および導体壁４２がともに枠体２よりも２５〜３５μｍ程度低い高さとされてもよい。また、枠体２の上に取り付けられる蓋体が金属製ではなく、枠体２の上面に環状導体７も形成されない場合には、導体壁４１および導体壁４２がともに枠体２と同じ高さとされてもよい。

以上述べた圧電素子収納用パッケージによれば、接続パッド３１、３２における枠体２と接する領域に導体壁４１、４２が形成されていることによって、絶縁ペーストの焼結体からなる枠体２を備えていても、接続パッド３１、３２の面積が小さくなって圧電素子を所望の位置に搭載できなくなってしまうことなく小型化を図ることができる。また、以上述べた圧電素子収納用パッケージによれば、圧電素子を実装するための導電性接着剤を接続パッド３１、３２と導体壁４１、４２とに接合させることができることから、接合強度を高められる。

以下、本発明の圧電素子収納用パッケージの一実施形態の製造方法の流れの一例を説明する。

半発明の圧電素子収納用パッケージの製造方法は、図５（ａ）に示すように、まず絶縁基板形成領域を有するセラミックグリーンシート８１を作製する。

セラミックグリーンシート８１は、アルミナ，窒化珪素，窒化アルミニウム，炭化珪素，ムライト，フェライト，ガラスセラミックスなどの原料粉末に有機バインダおよび溶剤を加えたものをドクターブレード法やカレンダーロール法等のシート形成技術を用いて長尺のシート状に形成したものである。なお、図では、一つのセラミックグリーンシート８１から一つの絶縁基板を作製するように示しているが、一つのセラミックグリーンシート８１から多数個の絶縁基板を作製するように、平面視で縦横に多数の絶縁基板形成領域が形成されていてもよい。

次に、図５（ｂ）に示すように、セラミックグリーンシート８１には、金型によるパン
チング加工やレーザ加工等により一対の貫通孔を形成し、それぞれの貫通孔に貫通導体用導体ペースト８２を印刷やプレス充填等の埋め込み手段により充填する。なお、セラミックグリーンシート８１から多数個の絶縁基板が取り出される場合は、絶縁基板形成領域毎に貫通孔の形成および貫通導体用導体ペースト８２の充填がなされる。以下、同様に絶縁基板形成領域毎に形成されるものとする。

次に、図５（ｃ）に示すように、セラミックグリーンシート８１の上面に少なくとも一部が絶縁基板形成領域の周縁部に接するように一対の接続パッド用導体パターン８３を形成するとともに、セラミックグリーンシート８１の下面に一対の接続端子用導体パターン８４を形成する。接続パッド用導体パターン８３および接続端子用導体パターン８４は、スクリーン印刷やグラビア印刷等の印刷法により導体ペーストを塗布した後、温風乾燥機、真空乾燥機または遠赤外線乾燥機等の乾燥機を用いて、例えば６０℃乃至８０℃の乾燥温度で乾燥させることにより形成される。

ここで、一対の貫通導体用導体ペースト８２、一対の接続パッド用導体パターン８３および一対の接続端子用導体パターン８４は、それぞれが互いに電気的に接続されている。

そして、一対の接続パッド用導体パターン８３は、少なくとも一部が絶縁基板形成領域の周縁部に接するように形成することが重要である。ここでいう絶縁基板形成領域の周縁部とは、後述する枠体用成形体が形成（立設）される領域のことを意味している。このように、一対の接続パッド用導体パターン８３の少なくとも一部が絶縁基板形成領域の周縁部に接することで、圧電素子収納用パッケージの小型化に寄与することができる。

なお、貫通導体用導体ペースト８２、接続パッド用導体パターン８３を形成する導体ペーストおよび接続端子用導体パターン８４を形成する導体ペーストは、導体粉末に有機バインダと溶剤と必要に応じて分散剤とを加えて混合したものをボールミル、三本ロールミル、プラネタリーミキサー、トリミックス等の混練手段により均質に分散した後、溶剤を必要量添加することにより粘度を調整したものである。導体粉末の導体材料としては、例えばタングステン，モリブデン，マンガン，銅，銀，パラジウム，金，白金等の１種または２種以上が挙げられ、その導体粉末はアトマイズ法、還元法等により製造されたものであり、必要により酸化防止、凝集防止等の処理をされていてもよい。導体材料が２種以上の場合は２種類以上の粉末を混合してもよいし、合金、コーティング等により２種以上の材料が一体となった粉末であってもよい。また、分級等により微粉末または粗粉末を除去し粒度分布を調整したものであってもよい。

次に、図５（ｄ）に示すように、一対の接続パッド用導体パターン８３の上の絶縁基板形成領域の周縁部に接する領域にそれぞれ導体壁用成形体８５を形成する。例えば、図５では示していないが、一対の接続パッド用導体パターン８３のうちの一方の接続パッド用導体パターン８３には高さの高い導体壁用成形体８５を形成し、一対の接続パッド用導体パターン８３のうちの他方の接続パッド用導体パターン８３には高さの低い導体壁用成形体（図示せず）を形成する。

導体壁用成形体８５は、一対の接続パッド用導体パターン８３を形成する導体ペーストと同様の金属材料を主成分とする導体ペーストの印刷により形成する。具体的には、図１の形態の場合、幅３０〜５０μｍで接続パッド用導体パターン８３の辺に沿ったＬ字型にスクリーン印刷法にて繰り返し印刷して導体ペーストを積み上げる積層印刷にて形成する。積層印刷回数は５回乃至１０回の回数で繰り返し印刷し、1回の印刷毎に８０℃乃至１
００℃の温度でバッチ乾燥を行う。積層印刷で例えば５０〜１２０μｍの厚みまで形成する。

次に、図５（ｅ）に示すように、セラミックグリーンシート８１の周縁部に、絶縁ペーストを高さの異なる導体壁用成形体のうちの高さの高いほうの導体壁用成形体８５と同じ高さに塗布して、枠体用成形体８６を形成する。ここで、枠体用成形体８６は、当該枠体用成形体８６の側面と導体壁用成形体８５の側面とが当接するように形成される。

枠体用成形体８６の形成に用いられる絶縁ペーストは、例えば絶縁基板１を形成する材料と同様の材料を主成分とする粉末に、有機バインダと溶剤と必要に応じて分散剤とを加えて混合したものをボールミル、三本ロールミル、プラネタリーミキサー、トリミックス等の混練手段により均質に分散させたものである。

絶縁ペーストに用いられる有機バインダとしては、例えばアクリル系（アクリル酸，メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体，具体的にはアクリル酸エステル共重合体，メタクリル酸エステル共重合体，アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等），ポリビニルブチラ−ル系，ポリビニルアルコール系，アクリル−スチレン系，ポリプロピレンカーボネート系，セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。有機バインダの選定にあたっては、溶解度パラメータの他、焼成工程での分解、揮発性を考慮すると、アクリル系、アルキド系の有機バインダがより好ましい。

絶縁ペーストに用いられる溶剤としては、例えばテルピネオールやブチルカルビトールアセテート及びフタル酸等などが使用可能である。

このような絶縁ペーストを用いて、印刷法もしくはインクジェット法にて形成する。印刷法を用いる際は、既に形成されている導体壁用成形体８５を印刷時に破壊しないように導体壁用成形体８５の部分をハーフエッチングで掘り込んだメタル製版を使用することが好ましい。具体的には、絶縁ペーストを塗布した後に乾燥して枠体用成形体８６が形成されるが、このときの乾燥温度は６０℃乃至８０℃で行うのがよい。

ここで、一対の接続パッド用導体パターン８３の上の周縁部に接する領域にそれぞれ導体壁用成形体が形成されていることで、絶縁ぺーストが接続パッド用導体パターン８３の上ににじみでてしまうのを防ぐことができる。

次に、図５（ｆ）に示すように、枠体用成形体８６の上面に環状導体用導体パターン８７を形成して高さの高いほうの導体壁用成形体８５と電気的に接続させる。このとき、環状導体用導体パターン８７は導体壁用成形体８５の上面にも形成されていて、このように形成して電気的に接続することで、環状導体用導体パターン８７を焼結させてなる環状導体にめっき処理を施すことができる。

次に、焼成する工程となる。焼成する工程は、有機成分の除去とセラミック粉末の焼結を目的とする。有機成分の除去は、１００〜８００℃の温度範囲での加熱によって、有機成分を分解、揮発させるものである。また、焼成温度は、原料組成により異なるが、約８００〜１６００℃の範囲内で行なう。焼成雰囲気は、原料粉末（セラミック粉末、ガラス粉末）や導体材料により異なり、大気中、還元雰囲気中、非酸化性雰囲気中等で行なわれ、有機成分の除去を効果的に行なうために水蒸気等を含ませてもよい。

なお、焼成後には、接続パッド３１、３２と、導体壁４１、４２と、接続端子５１、５２および環状導体７の腐食防止のために、および蓋体との良好な接合のために、ＮｉやＡｕのめっきを施すとよい。

そして、図６（ａ）に示すように、絶縁基板１の上面に形成された一対の接続パッド（接続パッド３１）の上に導電接着剤９１を塗布する。導電性接着剤９１は、銀、銅をフィ
ラーとして、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂などの樹脂をペースト状に調合したもので、印刷法若しくはディスペンサ法にて形成したものである。

次に、図６（ｂ）に示すように、導電性接着剤９１の硬化前に圧電素子９２を片持ち梁のように実装してから、導電性接着剤９１を硬化させる。

次に、図６（ｃ）に示すように、環状導体７の上に例えばＳｕ−Ａｕ半田などのロウ材９３を印刷法にて形成する。

最後に、ロウ材９３の上に金属製の蓋体９４を搭載して、２６０℃乃至２８０℃程度の温度でリフローして蓋体９４を接合させる。

以上述べた圧電素子収納用パッケージの製造方法によれば、圧電素子を所望の位置に搭載でき、導電性接着剤による接合力の高い小型の圧電素子収納用パッケージを得ることができる。

１・・・絶縁基板
２・・・枠体
３１、３２・・・接続パッド
４１、４２・・・導体壁
５１、５２・・・貫通導体
６１、６２・・・接続端子
７・・・環状導体
８１・・・セラミックグリーンシート
８２・・・貫通導体用導体ペースト
８３・・・接続パッド用導体パターン
８４・・・接続端子用導体パターン
８５・・・導体壁用成形体
８６・・・枠体用成形体
８７・・・環状導体用導体パターン
９１・・・導電性接着剤
９２・・・圧電素子
９３・・・ロウ材
９４・・・蓋体

Claims

絶縁基板と、該絶縁基板の周縁部に立設された絶縁ペーストの焼結体からなる枠体と、前記絶縁基板の上面に設けられ、少なくとも一部が前記枠体に接している一対の接続パッドと、前記一対の接続パッドにおける前記枠体と接する領域に前記枠体の内壁に沿って立設された導体壁とを備えていることを特徴とする圧電素子収納用パッケージ。
絶縁基板形成領域を有するセラミックグリーンシートを作製する工程と、該セラミックグリーンシートの上面に少なくとも一部が前記絶縁基板形成領域の周縁部に接するように一対の接続パッド用導体パターンを形成する工程と、該一対の接続パッド用導体パターンの上の前記周縁部に接する領域にそれぞれ導体壁用成形体を形成する工程と、前記絶縁基板形成領域の周縁部に絶縁ペーストを塗布して枠体用成形体を形成する工程と、焼成する工程とを有することを特徴とする圧電素子収納用パッケージの製造方法。