JP2020145627A - パッケージ及び圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 導電性接着剤がパッケージの壁面、又は圧電片の主電極などに付着しにくくしたパッケージを提供する。【解決手段】パッケージ（１２０）は、第１面（１２６ｂ）と第２面（１２６ａ）とを有する矩形のセラミック基板（１２６）と、第１面から第２面へ導通する導通配線（１２８）と、矩形のセラミック基板をなす一辺に近接した位置で第１面に形成され、導通配線と電気的に接続する配線を含む一対の搭載パッド（１２４ａ，１２４ｂ）と、搭載パッド上に積層される搭載パッドの面積よりも小さな一対のバンプ（１２９）と、を備える。そして、バンプの中心位置（ＰＢ）が、搭載パッドの中心位置（ＰＡ）よりも一辺側にあってもよい。【選択図】 図２

Description

本発明は、パッケージ及びそのパッケージを有する圧電デバイスに関し、特に導電性接着剤の不要な流れを抑止することができるパッケージ及び圧電デバイスに関する。

圧電デバイスは、その内部に導電性接着剤を介して水晶片等を含む圧電片の一端を固定している。圧電片の他端は、固定されておらず自由端であり、いわゆる片持ち状態である。圧電デバイスに衝撃が加わると、自由端である他端は上下に大きく揺れてしまい、他端がパッケージの内底面に衝突してしまう場合がある。

このため、特許文献１に開示される圧電デバイスは、圧電片の搭載パッドには、パッケージの中央側に寄るようにバンプが搭載パッドに設けられている構造が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００９−２０７０６６号公報

しかし、特許文献１で開示されるパッケージは、導電性接着剤を多く塗布すると、導電性接着剤がパッケージの壁面、又は圧電片の主電極などに付着してしまう問題があった。

そこで、本発明は、導電性接着剤がパッケージの壁面、又は圧電片の主電極などに付着しにくくしたパッケージ及び圧電デバイスを提供することを目的とする。

本実施形態のパッケージは、第１面と第２面とを有する矩形のセラミック基板と、第１面から第２面へ導通する導通配線と、矩形のセラミック基板をなす一辺に近接した位置で第１面に形成され、導通配線と電気的に接続する配線を含む一対の搭載パッドと、搭載パッド上に積層される搭載パッドの面積よりも小さな一対のバンプと、を備える。そして、バンプの中心位置が、搭載パッドの中心位置よりも一辺側にあってもよい。

また本実施形態のパッケージは、第１面と第２面とを有する矩形のセラミック基板と、第１面から第２面へ導通する導通配線と、矩形のセラミック基板をなす一辺に近接した位置に及んで第１面に形成され導通配線と電気的に接続する配線であって、かつ一辺に近接した端部にて圧電片を導電性接着剤によって接続するための配線と、前記 一辺に近接した端部上に設けられ圧電片の端部を搭載するため及び導電性接着剤が一辺側に及ぶのを抑制するためのバンプと、を備えてもよい。すなわち、搭載パッドが特別な平面形状を持たずに配線の一部である構成、具体的には配線の端部の領域が搭載パッドの役割を兼ねる構成でも良い。

本実施形態のパッケージにおいて、平面視で、バンプが一辺と平行に形成された矩形形状を含んでもよい。またバンプが絶縁性材料からなってもよいし、搭載パッドと同一の導電性材料からなってもよい。

本実施形態の圧電デバイスは、上記パッケージと、搭載パッドに搭載される圧電片と、を備え、パッケージと圧電片とが搭載パッドに塗布された導電性接着剤で接合される。

本発明のパッケージは、導電性接着剤がパッケージの壁面、又は圧電片の主電極などに付着しにくくなる。

（ａ）は、第１実施形態の圧電デバイス１００の斜視図である。 （ｂ）は、圧電デバイス１００から平板キャップ１１０を取り外した斜視図である。 （ａ）は、第１パッケージ１２０の断面図である。 （ｂ）は、第１パッケージ１２０の平面図である。 （ａ）は、圧電デバイス１００の断面図である。 （ｂ）は、圧電デバイス１００から平板キャップ１１０を取り外した平面図である。 第２実施形態の圧電デバイス２００の分解斜視図である。 （ａ）は、図４の圧電デバイス２００のＡ−Ａ断面の拡大図である。 （ｂ）は、搭載パッドとバンプとの変形例の平面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また各図は、配線又は搭載パッド等は、理解を助けるため実際よりも厚く描かれている。

本実施形態では、圧電デバイス１００においては圧電デバイス１００の長辺方向をＸ軸方向、圧電デバイス１００の高さ方向をＹ軸方向、Ｘ及びＹ軸方向に垂直な方向をＺ軸方向として説明する。以下、第１実施形態から第２実施形態において同様である。圧電片１３０には例えばＡＴカットの水晶板が用いられる。

（第１実施形態）
＜圧電デバイス１００の構成＞
図１（ａ）は、圧電デバイス１００の斜視図である。圧電デバイス１００は、主に、第１パッケージ１２０と、第１パッケージ１２０内に搭載される圧電片１３０と、圧電片１３０を第１パッケージ１２０内に密封する平板キャップ１１０と、により構成されている。平板キャップ１１０は、第１パッケージ１２０に接合される。圧電デバイス１００の外形は略直方体形状に形成されている。圧電デバイス１００は、表面実装型の圧電デバイスであり、実装端子１２５がプリント基板等（不図示）にハンダで固定される。平板キャップ１１０は、コバール等の金属からなる平面板である。平板キャップ１１０は、第１パッケージ１２０の＋Ｙ軸側の面に形成されている接合面１２２に例えば金錫等のロー材により接合され、第１パッケージ１２０のキャビティ１２１を密封する。

図１（ｂ）は、平板キャップ１１０が取り外された圧電デバイス１００の斜視図である。第１パッケージ１２０は例えばセラミックにより形成され、第１パッケージ１２０の内部には圧電片１３０を搭載するための空間であるキャビティ１２１が形成されている。第１パッケージ１２０の＋Ｙ軸側の面のキャビティ１２１の周囲には、平板キャップ１１０に接合される接合面１２２が形成されている。また、第１パッケージ１２０の−Ｙ軸側の面である実装面１２６ａには、実装端子１２５が形成されている。

圧電片１３０は、Ｙ軸方向からみて短辺（Ｚ軸方向）と長辺（Ｘ軸方向）とを有する長方形状である。圧電片１３０は両主面に励振電極１３１（１３１ａ，１３１ｂ）が形成されており、圧電片１３０の−Ｘ軸側の辺の両端に励振電極１３１（１３１ａ，１３１ｂ）から引出電極１３３が引き出されている。圧電片１３０の＋Ｙ軸側の面に形成される励振電極１３１ｂは圧電片１３０の−Ｘ軸側の辺の−Ｚ軸側の端に形成される引出電極１３３に電気的に接続される。また、圧電片１３０の−Ｙ軸側の面に形成される励振電極１３１ａ（図３（ａ）を参照）は圧電片１３０の−Ｘ軸側の辺の＋Ｚ軸側の端に形成される引出電極１３３に電気的に接続される。

＋Ｙ軸側の励振電極１３１ａ及び引出電極１３３ａは一体に形成されている。また、−Ｙ軸側の励振電極１３１ｂ及び引出電極１３３ｂとは一体に形成される構造となっている。 励振電極１３１ａ，１３１ｂ、引出電極１３３ａ，１３３ｂ、は、例えば圧電片１３０にクロム（Ｃｒ）層が形成され、クロム層の上に金（Ａｕ）層が形成された構造である。

＜第１パッケージ＞
図２（ａ）は、図２（ｂ）のＡ−Ａで示された位置における、第１パッケージ１２０の断面図である。つまり図２（ａ）は、圧電デバイス１００から、平板キャップ１１０及び圧電片１３０が取り外された状態の断面図である。図２（ｂ）は、第１パッケージ１２０の平面図であり、圧電デバイス１００から平板キャップ１１０及び圧電片１３０を取り外した状態の平面図である。また、図２（ａ）及び（ｂ）には導電接着剤ＥＢが塗布された状態を示している。

第１パッケージ１２０は、例えばセラミックスにより形成されており、図２（ａ）に示されるように、第１パッケージ１２０は２つの層により形成されている。第１層１２０ａは平面状に形成されている。また、第１層１２０ａの−Ｙ軸側の面は実装面１２６ａであり、実装端子１２５が形成される。第１層１２０ａの＋Ｙ軸側には環状の第２層１２０ｂが配置される。そして環状の中央部はキャビティ１２１を形成する空間が形成されている。また、第２層１２０ｂの＋Ｙ軸側の面には接合面１２２が形成されている。接合面１２２は、第１パッケージ１２０と平板キャップ１１０とが接合される面である。

図２（ａ）に示されるように、第１パッケージ１２０の実装面１２６ａ（−Ｙ軸側の面）に、実装端子１２５が形成される。実装面１２６ａの反対側の面である底面１２６ｂに（＋Ｙ軸側の面）に接続配線１２４ｃ、１２４ｄ（図２（ｂ）を参照）が配置されている。搭載パッド１２４ａ，１２４ｂが接続配線１２４ｃ、１２４ｄに電気的に接続されている。搭載パッド１２４ａ，１２４ｂの平面視の形状は矩形形状であるが、この形状に限られず半円形状又は半楕円形状等でも良い。

図２（ｂ）に示されるように、第１パッケージ１２０には、外壁の四隅から凹んだキャスタレーション１２７ａ、及び第１パッケージ１２０の短辺側の外壁の中央から内側に凹んだキャスタレーション１２７ｂが形成されている。キャスタレーション１２７ｂには、底面１２６ｂから実装面１２６ａへと導通する導通配線１２８が配置されている。この導通配線１２８を介して、接続配線１２４ｃ、１２４ｄはそれぞれ実装端子１２５に電気的に接続されている。なお、第１実施形態では、接続配線１２４と実装端子１２５とを、キャスタレーション１２７ｂに形成された導通配線１２８で接続する構造を採用したが、キャスタレーションを設けずに第１層１２０ａを貫通する導通配線（ビア配線又は貫通電極）によって行う等、他の接続構造で接続しても良い。

図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように、搭載パッド１２４ａ，１２４ｂの−Ｘ軸側にＺ軸方向に伸びるバンプ１２９が形成されている。このバンプ１２９は、搭載パッド１２４ａ，１２４ｂに塗布される導電接着剤ＥＢが、−Ｘ軸側に流れ出ないようにするため及び圧電片１３０の端部を搭載するために設けられている。このバンプ１２９は、搭載パッド１２４ａ，１２４ｂ又は接続配線１２４ｃ、１２４ｄと同じ導電性材料、例えばタングステン（Ｗ）もしくはモリブデン（Ｍｏ）等で形成されてもよい。また、バンプ１２９は、セラミック材料に使用されるアルミナ等の絶縁性材料で形成されてもよい。なお、第１パッケージ１２０に形成される搭載パッド１２４ａ，１２４ｂ、接続配線１２４ｃ、１２４ｄ及び実装端子１２５等の電極は、例えばタングステン層もしくはモリブデン層、その上に形成されるニッケル層及び金層により構成される。バンプ１２９が導電性材料である場合にはニッケル層及び金層が形成され、バンプ１２９が絶縁性材料である場合にはニッケル層及び金層が形成されない。

圧電デバイス１００のサイズ、例えば実装面積が０．８×０．６ｍｍのいわゆる０８０６サイズ、実装面積が３．２×２．５ｍｍのいわゆる３２２５サイズ等によって変動するが、バンプ１２９の幅Ｌ１（Ｘ軸方向）は１０μｍ〜１００μｍが好ましく、１０μｍ〜５０μｍがさらに好ましい。また、バンプ１２９の高さＨ１（Ｙ軸方向）は５μｍ〜３０μｍ、さらに約１０μｍから２０μｍが好ましい。また、バンプ１２９は、第１パッケージ１２０の−Ｘ軸側の内壁１２２ｉから距離Ｌ３の位置に形成される。搭載パッド１２４ａ，１２４ｂの−Ｘ側の端も−Ｘ軸側の内壁１２２ｉから距離Ｌ３の位置または距離Ｌ３より短い位置まで形成されてもよい。距離Ｌ３は、圧電デバイス１００のサイズによって変動するが、例えば２０μｍ〜１００μｍが好ましい。なお、本実施形態では、バンプ１２９が設けられているので、多量の導電性接着剤ＥＢが塗布されても、導電性接着剤ＥＢが−Ｘ軸側の内壁１２２ｉと接することが少ない。一方バンプ１２９が設けられていないと、多量の導電性接着剤ＥＢが塗布された場合に備えて、距離Ｌ３を長くとらなければならない。

圧電デバイス１００（第１パッケージ１２０）は、ハンダでプリント基板等に実装される。この溶けたハンダは、第１パッケージ１２０の側面に形成される導通配線１２８にも付着する。導通配線１２８に付着したハンダの付き具合で、圧電デバイス１００とプリント基板との接合状態を確認することができる。

＜圧電片と第１パッケージとの接合＞
圧電片１３０と第１パッケージ１２０との接合において、搭載パッド１２４ａ，１２４ｂに適正量の導電性接着剤ＥＢが塗布されている。図２（ｂ）の示されるように、Ｘ軸方向において、導電性接着剤ＥＢの塗布された中央位置（ＰＢ）は、搭載パッド１２４ａ，１２４ｂの中央位置（ＰＡ）よりも−Ｘ軸側である。導電性接着剤ＥＢが、搭載パッド１２４ａ，１２４ｂの中央位置（ＰＡ）よりも−Ｘ軸側であるため、導電性接着剤ＥＢが多く塗られた場合でも、圧電片１３０の−Ｙ軸側の励振電極１３１ａに、導電性接着剤ＥＢが付着しにくくなる。

図３（ａ）は、圧電デバイス１００の断面図であり、図３（ｂ）に示されたＡ−Ａ断面の断面図である。図３（ｂ）は、圧電デバイス１００から平板キャップ１１０を取り外した平面図である。

圧電片１３０の引出電極１３３ａ，１３３ｂが導電性接着剤ＥＢの位置に合うように位置決めされ、圧電片１３０が、不図示の搭載装置で−Ｙ軸方向に押圧されて、圧電片１３０が搭載パッド１２４ａ，１２４ｂに搭載される。バンプ１２９は、導電性接着剤ＥＢが多く塗られた場合でも、導電性接着剤ＥＢが−Ｘ軸側に広がることを抑制している。導電性接着剤ＥＢが多く塗られた場合でも、圧電片１３０の−Ｙ軸側の励振電極１３１ａに、導電性接着剤ＥＢが付着しにくくなる。

（第２実施形態）
＜第２パッケージ＞
第２実施形態の圧電デバイス２００は、第１実施形態の圧電デバイス１００とパッケージ及び平板キャップが異なり、圧電片は同じである。図４は、圧電片１３０が搭載された圧電デバイス２００の斜視図であり、理解を助けるため主要構成が分けて描かれている。第２実施形態では、圧電デバイス１００とその構成が同じ部分は圧電デバイス１００と同じ符号を付している。同じ構成についてはその説明を割愛する。

圧電デバイス２００は、金属製のキャップ２１０と、セラミック製の第２パッケージ２２０と、圧電片１３０とにより構成されている。

圧電デバイス２００では、セラミック製の第２パッケージ２２０の＋Ｙ軸側の面に圧電片１３０が搭載される。さらに圧電片１３０を密封するように金属製のキャップ２１０がセラミック製の第２パッケージ２２０の＋Ｙ軸側の面に搭載される。セラミック製の第２パッケージ２２０と金属製のキャップ２１０とが、接合剤である共晶合金ＥＡを介して接合される。圧電デバイス２００は、プリント基板等に実装される表面実装型の圧電デバイスである。図４では接合剤である共晶合金ＥＡが平板の枠形状で描かれているが、共晶金属ＥＡは、後述するフランジ面又は接合金属膜の少なくとも一方に設けられるものである。なお、図４には導電性接着剤ＥＢは描かれていない。

金属製のキャップ２１０は、不図示の金型でプレスされて＋Ｙ軸方向に凹んだ凹部２１２を有する箱型形状に形成されている。また、金属製のキャップ２１０は、凹部２１１を囲む４枚の壁板２１２と、各壁板２１２の＋Ｙ軸側の辺に接合されている天井板２１３と、各壁板２１２の−Ｙ軸側の辺に、壁板２１２から外側に折れ曲がるように環状に形成されるフランジ部２１４と、により構成されている。なお特に図示しないが、金属製のキャップに代えてセラミック製のキャップであってもよい。

セラミック製の第２パッケージ２２０は、平面視で矩形形状であり、上下の主面を有する平板２２６を有する。＋Ｙ軸側の面に一対の搭載パッド２２４ａ，２２４ｂが、セラミック製の平板２２６の底面２２６ｂに形成されている。各搭載パッド２２２は、導電性接着剤ＣＡ（図３参照）を介して圧電片１３０に電気的に接続される。また、４つの実装端子２２５が、セラミック製の第２パッケージ２２０の−Ｙ軸側の面に形成される。Ｙ軸方向に貫通する一対の貫通電極２２８（図３参照）がセラミック製の平板２２６に形成されている。搭載パッド２２４ａは、導通配線である貫通電極２２８（図５を参照）を介して実装面２２６ｂの実装端子２２５に電気的に接続される。また、搭載パッド２２４ｂは、配線電極２２４ｄ及び貫通電極２２８（不図示）を介して実装端子２２５に電気的に接続される。実装端子２２５は、第２実施形態では４つ形成されている。４つのうちの１つの実装端子２２５はアース端子であってもよい。圧電デバイス２００は、実装端子２２５にハンダなどで、プリント基板などに実装される。

また、セラミック製の第２パッケージ２２０の＋Ｙ軸側の面に形成される電極の全体を囲むように、外周側に枠状の接合金属膜２２７が、平板２２６の＋Ｙ軸側の面に形成されている。この枠状の接合金属膜２２７はフランジ部２２４と対向し、共晶金属ＥＡで金属膜２２７とフランジ部２２４とが接合する。枠状の接合金属膜２２７は、底面２２６ｂの外周端から所定幅で形成されている。枠状の接合金属膜２２７の外周端は平板２２６の外周端の位置と一致してもよい。搭載パッド２２４ａ，２２４ｂ、配線電極２２４ｄ及び枠状の接合金属膜２２７は、スクリーン印刷等で同時に形成されることが好ましい。接合時の接合金属膜２２７の厚み（Ｙ軸方向）は１０μｍから２５μｍ前後である。なお第２実施形態では、セラミック製の第２パッケージで説明したがガラス製や水晶製の第２パッケージでも良い。

搭載パッド２２４ａ，２２４ｂの−Ｘ軸側にＺ軸方向に伸びるバンプ２２９が形成されている。このバンプ２２９は、搭載パッド２２４ａ，２２４ｂに塗布される導電接着剤ＥＢが、−Ｘ軸側に流れ出ないようにするために及び圧電片１３０の端部を搭載するために、設けられている。このバンプ２２９は、搭載パッド２２４ａ，２２４ｂと同じ導電性材料で形成されてもよい。また、バンプ２２９は、セラミック材料に使用されるアルミナ等の絶縁性材料で形成されてもよい。

図５（ａ）は、図４のＡ−Ａ断面の断面図であり、キャップ２１０が除かれて描かれた部分拡大図である。搭載パッド２２４ａにバンプ２２９が設けられているので、多量の導電性接着剤ＥＢが塗布されても、導電性接着剤ＥＢが−Ｘ軸側のキャップ２１０の壁板２１２と接することが少ない。一方バンプ２２９が設けられていないと、多量の導電性接着剤ＥＢが塗布された場合に備えて、距離Ｌ３を長くとらなければならない。

＜その他の搭載パッド及びバンプの形状＞
図５（ｂ）は、別の形状のバンプを形成した平面拡大図である。

図５（ｂ）に描かれた、搭載パッド２２４ａｐは平面視で円形に形成されている。そしてこの搭載パッド２２４ａｐの上にバンプ２２９ｃが形成されている。バンプ２２９ｃは円形の搭載パッド２２４ａｐに沿うように平面視で円環状であり、円環の約１／３が−Ｘ軸側に形成されている。特に図示しないが、矩形状の搭載パッドに図５（ｂ）に描かれた、バンプ２２９ｃを配置してもよいし、また円環状でなくても競技トラックの形状のようでもよい。

以上、最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、実施形態の圧電片１３０はＡＴカットの水晶板を用いたが、ＳＣカット、ＢＴカット等の他のカット水晶片であっても良い。さらに圧電片はベベル加工された水晶片であっても良い。また実施形態では、励振部が平板上の圧電片１３０を開示したが、凸形状のメサ型振動片又は凹形状の逆メサ型振動片にも適用できる。また実施形態は、水晶振動子以外にも、発振回路を組み込んだＩＣなどをベース部上に配置させた水晶発振子にも適用できる。

１００，２００ … 圧電デバイス
１１０，２１０ … キャップ
１２０，２２０ … パッケージ
１２１，２１１ … キャビティ
１２２ … 接合面
１２４ａ，１２４ｂ，２２４ａ，２２４ｂ… 搭載パッド
１２４ｃ，１２４ｄ，２２４ｃ，２２４ｄ … 接続配線
１２５、２２５ … 実装端子
１２６ａ，２２６ａ … 実装面
１２６ｂ，２２６ｂ … 底面
１２７ａ，１２７ｂ … キャスタレーション
１２９，２２９ … バンプ
１３０ … 圧電片
１３１ａ，１３１ｂ … 励振電極
１３３ａ，１３３ｂ … 引出電極
ＥＢ … 導電性接着剤
ＥＡ … 共晶合金
ＰＡ … 搭載パッドの中央位置（Ｘ軸方向）
ＰＢ … 導電性接着剤の塗布された中央位置（Ｘ軸方向）

Claims (6)

1. 第１面と第２面とを有する矩形のセラミック基板と、
   前記第１面から前記第２面へ導通する導通配線と、
   前記矩形のセラミック基板をなす一辺に近接した位置で前記第１面に形成され、前記導通配線と電気的に接続する配線を含む一対の搭載パッドと、
   前記搭載パッド上に積層される前記搭載パッドの面積よりも小さな一対のバンプと、を備え、
   前記バンプの中心位置が、前記搭載パッドの中心位置よりも前記一辺側にあるパッケージ。
2. 第１面と第２面とを有する矩形のセラミック基板と、
   前記第１面から前記第２面へ導通する導通配線と、
   前記矩形のセラミック基板をなす一辺に近接した位置に及んで前記第１面に形成され、前記導通配線と電気的に接続する配線であって、かつ、前記一辺に近接した端部にて圧電片を導電性接着剤によって接続するための配線と、
   前記配線の前記一辺に近接した端部上に設けられ、前記圧電片の端部を搭載するため及び前記導電性接着剤が前記一辺側に及ぶのを抑制するためのバンプと、
   を備えるパッケージ。
3. 平面視で、前記バンプが前記一辺と平行に形成された矩形形状を含む
   請求項１又は請求項２に記載のパッケージ。
4. 前記バンプが絶縁性材料からなる請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のパッケージ。
5. 前記バンプが前記搭載パッドと同一の導電性材料からなる請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のパッケージ。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のパッケージと、
   前記搭載パッドに搭載される圧電片と、を備え、
   前記パッケージと前記圧電片とが前記搭載パッドに塗布された導電性接着剤で接合される圧電デバイス。