JP2017212595A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】ベースの配線電極と、水晶片の引出電極とを、ワイヤーにより接続する構造を有する圧電デバイスにおいて、ワイヤーに起因する応力を従来より低減する。【解決手段】引出電極１５ｂの、ワイヤー３３が接続されている部分１５ｘを含むそれよりやや広い領域と、水晶片１１との間に、ワイヤーの応力を軽減する緩衝層３５を具える。緩衝層３５を永久レジストと称される樹脂で構成してある。水晶片１１のワイヤー３３と接続された面とは反対面を、引出電極１５ａの位置で、シリコーン系導電性接着剤３１によりベース２１の配線電極２３と接続してある。【選択図】図１

Description

本発明は、圧電デバイスとしての水晶振動子、水晶発振器に関し、特にワイヤーボンディング技術を用いた圧電デバイスに関する。

携帯電話やパーソナルコンピュータ等の各種電子機器では、周波数の選択や制御等のために、水晶振動子や水晶発振器が多用されている。

典型的な水晶振動子は、両主面に励振電極および引出電極を具えた平面視矩形状の水晶片と、この水晶片を実装していて、上記の引出電極に接続されている第１および第２の配線電極を有したベースと、を具えている。そして、この種の水晶振動子の１種として、水晶片を導電性接着剤とワイヤーボンディングという２種類の実装手段でベースに実装するものがある。

例えば特許文献１では、水晶片は、その一方の面の引出電極をベースの第１の配線電極に導電性接着剤により接着固定することで、ベースに固定されている。そして、この水晶片の他方の面に設けてある引出電極と、ベースの第２の配線電極とは、ワイヤーボンディングにより接続されている。

特開２０１０−１４７６２５号公報

上記のように水晶片とベースとの接続固定の一方をワイヤーボンディングにより行う場合、水晶片とベースとの接続固定を導電性接着剤で全て行う場合に比べ、水晶の固定部から水晶片への応力を軽減できると考えられる。しかし、水晶振動子の小型化の要求が益々高まることを考慮すると、ワイヤーボンディングを用いる水晶振動子において、ワイヤーボンディングに起因する応力のさらなる低減が、重要な課題になる。

この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、従ってこの発明の目的は、ベースと水晶片とをワイヤーボンディングにより接続する構造を有する圧電デバイスであって、ワイヤーボンディングに起因する応力を従来より低減できる圧電デバイスを提供することにある。

この目的の達成を図るため、この発明によれば、両主面に励振電極および引出電極を具えた圧電振動片と、この圧電振動片が実装されていて、上記の引出電極に接続されている第１および第２の配線電極を有したベースと、前記引出電極のうちのベース側とは反対面の引出電極および第１、第２の配線電極のうちの一方の配線電極を接続しているワイヤーと、を具える圧電デバイスにおいて、
前記ワイヤーが接続されている前記引出電極と前記圧電振動片との間に、前記ワイヤーの応力を軽減する緩衝層を具えたことを特徴とする。
この発明を実施するに当たり、前記緩衝層を樹脂で構成した層とするのが好ましい。このような樹脂として、永久レジストと称されるものを用いるのが好ましい。

なお、この発明でいう圧電デバイスとは、厚みすべり振動する水晶振動子、典型的にはＡＴカット水晶振動子、２回回転水晶振動子（例えばＳＣカット水晶振動子）、および、これら水晶振動子と発振回路用部材とを含む発振器、さらには、水晶以外の圧電材料を用いた振動子や発振器であってワイヤーボンディングを利用している圧電デバイスである。

この発明の圧電デバイスによれば、緩衝層を設けた分、そうでない場合に比べ、ワイヤーの圧電振動片への応力を低減できるので、応力に起因する圧電デバイスの特性劣化の低減が期待できる。

（Ａ）は第１の実施形態の圧電デバイス１０の平面図、（Ｂ）はその断面図である。 （Ａ）は圧電デバイス１０の一部分を拡大して示した平面図、（Ｂ）はその断面図である。 （Ａ）は第２の実施形態の圧電デバイス４０の平面図、（Ｂ）はその断面図である。 （Ａ）は第２の実施形態の圧電デバイス５０（発振器）の平面図、（Ｂ）はその一部分の断面図、（Ｃ）は発振器の他の形態を説明する断面図である。

以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこれら発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の実施例中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明が以下の実施形態のみに限定されるものではない。

１． 第１の実施形態
図１（Ａ）は、第１の実施形態の圧電デバイス１０を説明する平面図、図１（Ｂ）は、圧電デバイス１０の図１（Ａ）のＰ−Ｐ線に沿った断面図である。また、図２（Ａ）は、図１（Ａ）の一部分を拡大した平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＱ−Ｑ線に沿った断面図である。なお、これらの図では、圧電デバイスに具わる蓋の図示を省略してある。
この圧電デバイス１０は、圧電振動片として水晶片を用いたものである。具体的には、この圧電デバイス１０は、平面形状が矩形の水晶片１１と、この水晶片１１の両主面に設けられた励振電極１３と、各励振電極１３から水晶片１１の１つの辺１１ａの近傍まで引き出されている引出電極１５ａ、１５ｂと、水晶片１１を実装していて平面形状が矩形のベース２１と、ベース２１に設けられ引出電極１５ａ、１５ｂに接続されている第１および第２の配線電極２３，２５と、を具える。さらに、この圧電デバイス１０は、本発明の特徴である導電性接着剤３１及びワイヤー３３による実装構造と、緩衝層３５とを具える。これら構成成分３１，３３，３５の詳細については後述する。

なお、４の実施の形態では、ベース２１は、凹部２１ａを有していて、この凹部２１ａ内に水晶片１１を実装している。さらにこのベース２１は外側の底面に実装端子（図示せず）を具えている。そして、第１の配線電極２３、第２の配線電極２５は、ベース２１の底板部分に設けたビア配線（図示せず）により実装端子（図示せず）と接続してある。このベース２１は、この場合、セラミックパッケージで構成してある。

水晶片１１は、その一方の面の１つの辺１１ａの側の端部であって、この１つの辺１１ａに沿う方向の略中央に当たる部分の引出電極１５ａの位置で、導電性接着剤３１により、第１の配線電極２３に接続固定してある。導電性接着剤３１として、ポリイミド系、エポキシ系、シリコーン系等の種々のものを用いることができる。ただし、シリコーン系のものを用いるのが好適である。シリコーン系の導電接着剤は、他のものに比べ、水晶片への応力の影響が小さいため、本発明で主張する緩衝層と相俟って、固定部から水晶片への応力低減が図れるからである。また、励振電極１３、引出電極１５ａ、１５ｂ各々は、例えば、水晶片側からクロム膜と金膜の積層膜で構成できる。

また、この水晶片１１の他方の面の引出電極１５ｂと、第２の配線電極２５とは、ワイヤーボンディング法によるワイヤー３３により接続してある。なお、導電性接着剤３１による固定位置とワイヤーボンディングのワイヤー３３による水晶片側でのボンディング位置とが、水晶片１１の厚み方向（図１（Ｂ）の線分Ｒに沿う方向）において重なるように（おおむね重なる場合も含む）、導電性接着剤による固定とワイヤーボンディングとをしてある。ワイヤーボンディング方法は、特に限定されず、ボールボンディング法、ウエッジボンディング法等を用いることができる。

さらにこの発明では、図２の拡大図に示したように、引出電極１５ｂの、ワイヤー３３が接続される領域１５ｘを含むそれより広い領域と、水晶片１１との間に、ワイヤー３３の応力を緩和するための緩衝層３５を具えている。この緩衝層３５は、応力緩和が可能でかつ引出電極１５ｂとの密着が確保できれば種々の材料で構成できる。この緩衝層３５を構成する材料の好ましい例としては、ポリマー系の材料を挙げることができる。例えば、永久レジスト、または、永久フォトレジストと称される樹脂が好ましい。永久レジストを用いると、フォトリソグラフィ技術により任意の平面形状にパターニングできること、水晶片１１との密着性も良好であること、然も、引出電極１５ｂにより被覆かつ引出電極１５ｂの密着性も確保できること等の利点が得られるからである。

永久レジストとしては、具体的には、ポリイミド樹脂を用いた永久レジストやエポキシ樹脂を用いた永久レジストを挙げることができる。なお、永久レジストによる緩衝層３５を形成した後で引出電極１５ｂを形成する前に、この緩衝層３５の表面を例えばアルゴンイオン等で処理して表面を荒らす等の表面改質処理をするのが良い。こうすると、引出電極１５ｂの緩衝層３５への密着性がより高くなるからである。
また、緩衝層３５の平面形状は、ワイヤー３３の水晶片１１への接続部の平面形状に応じて任意とできる。例えば、ワイヤー３３の水晶片１１への接続部の平面形状が円形状であるなら、緩衝層３５の平面形状も上記円形状よりやや大きい円形状とするのが良い。もちろん、平面視で四角形状や楕円形状であっても良い。
また、緩衝層３５からの出ガスを防止するために、緩衝層３５を引出電極１５ｂで完全に覆っておくのが好ましい。
緩衝層３５の厚さは、ワイヤーの水晶片への応力の影響具合、緩衝層３５の水晶片１１への応力の影響具合、引出電極による緩衝層３５の被覆のし易さ等を考慮して決めるのが良い。これに限られないが、例えば、１〜１０μｍ、好ましくは１〜５μｍ、より好ましくは１〜３μｍとすることができる。

第１の実施形態の圧電デバイス１０によれば、引出電極１５ｂの、ワイヤー３３が固定される部分１５ｘの下層として緩衝層３５を具えるため、緩衝層３５を具えない場合に比べ、ワイヤー３３の水晶片１１への応力を緩和できるので、上記応力に起因する水晶振動子の特性劣化の低減が期待できる。

２． 第２の実施形態
上述の第１の実施形態では、ベース２１として、水晶片１１を内包する凹部２１ａとその周囲の土手部とを有するベースを用い、圧電デバイスは上記土手部にて蓋部材で封止されるものであった。しかし、この発明は、他の構造のベースを用いた圧電デバイスにも適用できる。図３はその説明のための図であり、具体的には図３（Ａ）は他の構造のベースを用いた実施形態の圧電デバイス４０の平面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）図のＰ−Ｐ線に沿った断面図である。

この第２の実施形態の圧電デバイス４０は、水晶片１１を載置する平板状のベース４１であって、第１の配線電極２３、第２の配線電極２５を具えるベース４１と、水晶片１１を内包する凹部４３ａを有した蓋部材４３(図３（Ｂ）参照)とを具えている。この圧電デバイス４０においても、第１の実施形態同様に、引出電極１５ｂと水晶片１１との間に緩衝層３５を具える。ベース４１は、その縁部にて蓋部材４３により封止されている（図３（Ｂ）)。
平板状のベース４１は例えばセラミックスで構成でき、蓋部材４３は、例えば、しぼり加工した金属製の部材で構成できる。ベース４１を蓋部材４３で封止する方法は任意好適な方法で良い。例えば、ベース４１の縁部分に共晶合金（図示せず）を設けておき、この共晶合金により蓋部材４３を接合する方法を挙げることが出来る。または、接着剤等の材料でベース４１の縁部と蓋部材４３とを接続する方法を挙げることができる。

３． 第３の実施形態
この発明は水晶発振器に対しても適用することができる。図４（Ａ）〜（Ｃ）はその説明図である。特に図４（Ａ）はこの発明を適用した発振器５０の概略的な平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＰ−Ｐ線での断面図である。また、図４（Ｃ）は、水晶片と発振回路用の部品例えば発振回路用ＩＣチップとを別々の部屋に収納する型のいわゆるＨ型構造の容器２１ｚを用いた発振器５０の概略を示した断面図である。なお、図４（Ｂ）および（Ｃ）では、発振回路用ＩＣチップ等の部材５１を明示したいために、水晶片１１、電極１３，１５、導電性接着剤３１等を省略してある。なお、容器２１、２１ｚには当然に発振回路用部材５１用の配線が設けてあるが、その説明は省略する。
このような水晶振器５０においても、水晶片１１と引出電極１５ｂとをワイヤーで接続する構造において、本発明に係る緩衝層３５を引出電極１５ｂと水晶片１１との間に設ける。

上述においては、この発明の圧電デバイスの実施形態を説明したが、この発明は上述の実施形態に限られない。例えば、上述の例では、導電性接着剤の固定位置とワイヤーの固定位置とを水晶片の厚み方向で重なるような位置とした。こうした方が水晶片は平面的にはほぼ１ケ所で固定されるため、固定部からの応力の影響を小さくできるからである。しかし、場合によっては、両位置が重ならない場合があっても良い。

１０：第１の実施形態の圧電デバイス、 １１：水晶片、
１１ａ：水晶片の１つの辺（１つの短辺）、
１３：励振電極、 １５ａ、１５ｂ：引出電極、
１５ｘ：引出電極のワイヤーが接続される部分、
２１：ベース、 ２１ａ：凹部、 ２１ｚ：ベース（Ｈ型構造のもの）
２３：第１の配線電極、 ２５：第２の配線電極
３１：導電性接着剤、 ３３：ワイヤー、
４０：第２の実施形態の圧電デバイス、 ４１：平板状のベース
４３：蓋部材、 ４３ａ：凹部
５０：第３の実施形態、 ５１：発振回路用部材

この目的の達成を図るため、この発明によれば、両主面に励振電極および引出電極を具えた圧電振動片と、この圧電振動片が実装されていて、上記の引出電極に接続されている第１および第２の配線電極を有したベースと、前記引出電極のうちのベース側とは反対面の引出電極および前記第１、第２の配線電極のうちの一方の配線電極を接続しているワイヤーと、前記引出電極のうちの前記ベース側の引出電極および前記第１、第２の配線電極のうちの他方の配線電極を接続している導電性接着剤と、を具える圧電デバイスにおいて、
前記ワイヤーが接続されている前記引出電極と前記圧電振動片との間に、前記ワイヤーの応力を軽減する緩衝層を具えたことを特徴とする。
この発明を実施するに当たり、前記緩衝層を樹脂で構成した層とするのが好ましい。このような樹脂として、永久レジストと称されるものを用いるのが好ましい。

Claims (4)

1. 両主面に励振電極および引出電極を具えた圧電振動片と、この圧電振動片が実装されていて、前記引出電極に接続されている第１および第２の配線電極を有したベースと、前記引出電極のうちの前記ベース側とは反対面の引出電極および第１、第２の配線電極のうちの一方の配線電極を接続しているワイヤーと、を具える圧電デバイスにおいて、
   前記ワイヤーが接続されている前記引出電極と前記圧電振動片との間に、前記ワイヤーの応力を軽減する緩衝層を具えたことを特徴とする圧電デバイス。
2. 請求項１に記載の圧電デバイスにおいて、
   前記緩衝層を永久レジストで構成してあることを特徴とする圧電デバイス。
3. 請求項１又は２に記載の圧電デバイスにおいて、
   前記導電性接着剤がシリコーン系導電性接着剤であることを特徴とする圧電デバイス。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電デバイスにおいて、
   前記圧電振動片は長方形状であり、
   前記導電性接着剤の固定位置とワイヤーによる固定位置とは前記長方形状の圧電振動片の１つの短辺側の端部かつ該短辺に沿う中央付近であり、
   前記圧電振動片における前記導電性接着剤の固定位置とワイヤーによる固定位置とは、当該圧電振動片の厚み方向において重なっていることを特徴とする圧電デバイス。

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