JP4329786B2 - 圧電デバイスとその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電デバイスに関する。

従来から、水晶発振器に代表される圧電デバイスは、圧電振動子および発振回路を備え、移動体通信機器または携帯型電子機器など様々な電子機器のクロック周波数源として用いられている。

電子機器の小型化および薄型化に伴い、圧電デバイスも一層の小型化および薄型化が要求されている。例えば、小型化および薄型化された水晶発振器として、圧電振動子の底部に発振回路などの機能を有するＩＣ部品が配置された圧電デバイスが知られており、圧電振動子の底部に形成された底面端子から、導電性接着剤によりＩＣ部品の側面および底面にかけて形成された実装端子を備えた構造の圧電デバイスが特許文献１に開示されている。

特開２００５−１１７１８８号公報（５〜６頁、図１）

しかしながら、上記導電性接着剤により形成された実装端子を備えた圧電デバイスの構造においては、導電性接着剤をディスペンサを使用して塗布した場合、導電性接着剤の厚みを制御することが困難であるため、実装端子の厚さばらつきが発生し圧電デバイスの実装端子の平坦度が十分に得られない場合がある。
そして、実装端子の適切な平坦度が得られないことにより、圧電デバイスをプリント基板に実装した際に、圧電デバイスの実装端子とプリント基板の間に隙間が生じてしまうので実装端子とプリント配線基板との導通が得られない等の実装不良を引き起こすという問題が発生する場合がある。
また、実装端子を薄く形成しようとした場合、導電性接着剤の厚み制御が困難であることにより実装端子の厚さが部分的に薄くなってしまい、これにより特にＩＣ部品の上面と側面との境界、またはＩＣ部品の側面と底面との境界において、断線または導通不良を引き起こすという問題が発生する場合がある。
従って、このような導通不良問題を回避する為には実装端子の厚さを十分確保する必要があるので圧電デバイスの低背化が十分に達成できないという問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その目的は、簡易な構造でＩＣ部品と実装端子とを確実に接続し、小型化および低背化が可能となる圧電デバイスを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の圧電デバイスでは、圧電素子と、表面に前記圧電素子が搭載され、裏面に底面端子を有する回路基板と、表裏関係にある２つの主面と前記２つの主面と連結した側面とを備えた構成であり、且つ少なくとも前記圧電素子を発振させる機能を有するＩＣチップと、前記回路基板の裏面と前記ＩＣチップの一方の主面とが対向するよう前記回路基板の裏面に前記ＩＣチップを搭載した構成と、前記ＩＣ部品の外面に設けた絶縁部とを備えた圧電デバイスであって、前記ＩＣチップの前記主面のうち前記一方の主面には回路素子を有する回路と、前記回路に導通した回路接続端子と、前記回路に導通した機能端子と、を有し、前記回路接続端子と前記底面端子とを導通接続した構成と、前記ＩＣチップの前記他方の主面に形成された裏面電極と、前記ＩＣチップを貫通し、前記機能端子と前記裏面電極とを導通する貫通電極と、前記裏面電極に接続された外部接続バンプと、を有し、前記絶縁部が前記ＩＣチップの前記２つの主面上に設けた構成部と、前記ＩＣチップの他方の主面と側面とを覆うと共に前記構成部と連続した構成の構成部とを有し、 前記絶縁部の表面に形成された実装端子を備え、前記外部接続バンプの一部が前記絶縁部の表面から露出され、前記実装端子に接続されていることを要旨とする。

この構成によれば、外部接続バンプの一部が露出された絶縁部表面の一つの平面に、実装端子が形成され外部接続バンプに接続されている。このため、従来のように実装端子が導電性接着剤によりＩＣ部品の側面および底面にかけて形成された構造と比べて、圧電デバイスの外周面に実装端子を引き回さずに済み、簡易な構造でＩＣ部品と実装端子とを確実に接続することができる圧電デバイスを提供することが可能となる。

本発明の圧電デバイスでは、前記絶縁部の表面に形成された実装端子が、導電性インクを用いて形成され前記絶縁部に固着されていることを要旨とする。

更に、本発明の圧電デバイスの製造方法では、圧電素子と、表裏面と前記表裏面と連続した側面とを有したものであり表面に前記圧電素子が搭載される回路基板と、表裏関係にある２つの主面及び少なくとも前記圧電素子を発振させる機能を有するＩＣチップと、前記回路基板の裏面に前記ＩＣチップを搭載した構成と、前記ＩＣチップの一方の主面に形成された回路接続端子と、前記回路接続端子と前記底面端子とを導通接続した構成と、前記ＩＣチップの一方の主面に形成された機能端子と、前記ＩＣチップの前記他方の主面に形成された裏面電極と、前記ＩＣチップを貫通し、前記機能端子と前記裏面電極とを接続する貫通電極と、前記裏面電極に接続された外部接続バンプと、前記ＩＣチップの他方の主面を覆う絶縁部と、前記絶縁部の表面に形成された実装端子とを備え、前記外部接続バンプの一部が前記絶縁部の表面から露出され、前記実装端子に接続された構成を有する圧電デバイスの製造方法であり、複数の前記回路基板の側面同士を合わせるように連結した構成の振動子基板を用意する工程と、前記ＩＣチップを前記回路基板の裏面に搭載する工程と、前記外部接続バンプの一部が露出するように前記回路基板と前記ＩＣチップとの間、前記ＩＣチップの他方の主面上、複数のＩＣチップとの間に前記絶縁部を形成する為の絶縁樹脂を配置する工程と、前記絶縁樹脂を硬化させる工程と、硬化した前記絶縁樹脂の表面と前記外部接続バンプの露出した部分の表面との上に前記導電性インクを用いて前記実装端子を形成する工程と、個別の圧電デバイスを得るように前記振動子基板と硬化した前記絶縁樹脂を切断する工程と、を有することを要旨とする。
この構成及び製造方法によれば、導電性インクをインクジェット法により吐出することにより、実装端子を微細な形状で位置精度良く形成することが可能となる。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。
（実施形態）

以下の実施形態では、圧電デバイスとして水晶発振器の例を挙げて説明する。
図１は、本実施形態の水晶発振器１０の構成を示し、（ａ）は、概略平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の概略断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）の部分拡大図である。

水晶発振器１０は、圧電振動子としての水晶振動子１と、水晶振動子１を発振させる機能などを備えたＩＣ部品としてのＩＣチップ２と、絶縁性を有するエポキシ樹脂などからなる絶縁部３と、導電性インクにより形成された実装端子５とを備えている。

水晶振動子１は、圧電素子としての水晶振動片１１と、セラミックなどで形成された回路基板としてのパッケージ１３と、金属などで形成された蓋体１２とを備えている。

パッケージ１３内には、Ａｕなどからなる電極部１５が形成されている。接合力を有する樹脂に銀（Ａｇ）などの導電性粒子が含有された導電性接着剤１６により、水晶振動片１１が電極部１５に固定され、水晶振動片１１に設けられた励振電極が電極部１５に接続されている。
そして、パッケージ１３の裏面には、Ａｕなどからなる底面端子１７が形成されている。底面端子１７は、パッケージ１３の内部配線により電極部１５に接続されている。そして、水晶振動片１１が収容されたパッケージ１３を、蓋体１２により気密封止することによって水晶振動子１が得られる。

ＩＣチップ２の回路素子が形成される面である主面２Ａには、Ａｕまたはアルミニウム（Ａｌ）などからなる回路接続端子６および機能端子７が形成されている。回路接続端子６は、Ａｕなどからなる内部接続バンプ１４により水晶振動子１の底面端子１７に接続されている。そして、回路接続端子６および機能端子７は、水晶振動片１１を発振させる機能などを備えたＩＣチップ２内の回路に接続されている。
なお、内部接続バンプ１４の材料としては、Ａｕだけに限らず、Ａｌ、Ａｇなどの金属、またははんだなどの合金を用いてもよい。
また、機能端子７は、ＩＣチップ２の回路における信号出力部、電源入力部、接地等と導通した端子である。

ＩＣチップ２の主面２Ａと表裏の関係にある裏面２Ｂには、ＡｕまたはＡｌなどからなる裏面電極８が形成されている。そして、ＩＣチップ２の主面２Ａから裏面２Ｂへ貫通する貫通電極９がＡｕまたはＡｌなどにより形成されている。主面２Ａに形成された機能端子７と裏面２Ｂに形成された裏面電極８とは、貫通電極９により接続されている。

ＩＣチップ２の裏面２Ｂに形成された裏面電極８には、Ａｕなどからなる外部接続バンプ４が形成され、裏面電極８に接続されている。
なお、外部接続バンプ４の材料としては、Ａｕだけに限らず、Ａｌ、Ａｇなどの金属、またははんだなどの合金を用いてもよい。

絶縁性を有するエポキシ樹脂などからなる絶縁部３は、ＩＣチップ２を覆って外部接続バンプ４の一部が露出されるように形成されている。
外部接続バンプ４が露出されている絶縁部３表面の一つの平面には、導電性インク（導電性塗料）を用いて実装端子５が形成され、外部接続バンプ４に接続されている。

図２は、本実施形態の水晶発振器１０の製造方法の一例を示す模式工程図である。

図２（ａ）は、内部接続バンプ形成工程を示している。図２（ｂ）は、ＩＣ部品搭載工程を示している。図２（ｃ）は、外部接続バンプ形成工程を示している。図２（ｄ）は樹脂充填工程を示している。図２（ｅ）は、実装端子形成工程を示している。図２（ｆ）は、カッティング工程を示している。

図２（ａ）に示すように、ＩＣチップ２の主面２Ａに形成されている回路接続端子６に、Ａｕなどからなる内部接続バンプ１４を形成する。

次に、図２（ｂ）に示すように、複数の水晶振動子１が連結された振動子基板１８の裏面に設けられた水晶振動子１の底面端子１７に、内部接続バンプ１４が位置するように配置し、ＩＣチップ２を水晶振動子１の裏面にフリップチップ実装する。

次に、図２（ｃ）に示すように、ＩＣチップ２の裏面電極８に、Ａｕなどからなる外部接続バンプ４を形成する。これにより、外部接続バンプ４は、貫通電極９および機能端子７を経由して、水晶振動片１１を発振させる機能などを備えたＩＣチップ２内の回路に接続される。

次に、絶縁部３を成型加工する為の金型に振動子基板１８およびＩＣチップ２を配置した後、金型に絶縁性を有するエポキシ樹脂などからなる絶縁樹脂を充填し、ＩＣチップ２を覆い隠す。このとき、充填される絶縁樹脂の量は、外部接続バンプ４の一部が露出するように適宜設定できる。その後、硬化処理する。
これにより、図２（ｄ）に示すように、絶縁部３を形成する。ここで、水晶振動子１の裏面に接続されたＩＣチップ２は絶縁部３に覆われ、裏面電極８に接続された外部接続バンプ４の一部が露出されている。

次に、図２（ｅ）に示すように、外部接続バンプ４が露出されている絶縁部３の表面に、導電性インクを液滴吐出法により吐出し、その後に硬化処理することにより、実装端子５を形成する。これにより、実装端子５は外部接続バンプ４に接続される。
ここで、液滴吐出法の吐出技術は様々あるが、微細な形状が形成可能なインクジェット法を用いることが好ましい。なお、実装端子５を形成する方法としては、実装端子５の形状に合わせて刳り貫かれたマスクを用いたスクリーン印刷方法を用いてもよい。

次に、図２（ｆ）に示すように、個別の水晶発振器１０を得るように振動子基板１８および絶縁部３をカッティングし、図１に示した水晶発振器１０が完成する。

以上、本実施形態の水晶発振器１０は、外部接続バンプ４の一部が露出している絶縁部３の一表面に実装端子５が形成され、外部接続バンプ４に接続されている。このため、従来のように実装端子が導電性接着剤によりＩＣ部品の側面および底面にかけて形成された構造と比べて、圧電デバイスの外周面に実装端子を引き回さずに済み、簡易な構造でＩＣチップ２と実装端子５とを確実に接続することができる。また、導電性インクをインクジェット法により吐出することにより、実装端子を微細な形状で位置精度良く形成することが可能となる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前述の実施形態では、複数の水晶振動子が連結された振動子基板にＩＣ部品および絶縁部などを形成する製造方法としたが、個別に形成された水晶振動子にＩＣ部品および絶縁部などを形成する製造方法としても良い。

本発明の圧電デバイスは、前述の水晶発振器などの圧電発振器だけに限らず、弾性表面波フィルタまたは圧電振動ジャイロセンサなどにも用いることができる。

（ａ）は、本実施形態における水晶発振器の概略平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の概略断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）の部分拡大図。 本実施形態の水晶発振器の製造方法を示す模式工程図。

符号の説明

１…水晶振動子、２…ＩＣ部品としてのＩＣチップ、２Ａ…ＩＣチップの主面、２Ｂ…ＩＣチップの裏面、３…絶縁部、４…外部接続バンプ、５…実装端子、６…回路接続端子、７…機能端子、８…裏面電極、９…貫通電極、１０…水晶発振器、１１…水晶振動片、１２…蓋体、１３…パッケージ、１４…内部接続バンプ、１５…電極部、１６…導電性接着剤、１７…底面端子、１８…振動子基板。

Claims (3)

1. 圧電素子と、
   表面に前記圧電素子が搭載され、裏面に底面端子を有する回路基板と、表裏関係にある２つの主面と前記２つの主面と連結した側面とを備えた構成であり、且つ少なくとも前記圧電素子を発振させる機能を有するＩＣチップと、前記回路基板の裏面と前記ＩＣチップの一方の主面とが対向するよう前記回路基板の裏面に前記ＩＣチップを搭載した構成と、
   前記ＩＣ部品の外面に設けた絶縁部とを備えた圧電デバイスであって、
   前記ＩＣチップの前記主面のうち前記一方の主面には回路素子を有する回路と、前記回路に導通した回路接続端子と、前記回路に導通した機能端子と、を有し、
   前記回路接続端子と前記底面端子とを導通接続した構成と、
   前記ＩＣチップの前記他方の主面に形成された裏面電極と、
   前記ＩＣチップを貫通し、前記機能端子と前記裏面電極とを導通する貫通電極と、
   前記裏面電極に接続された外部接続バンプと、を有し、
   前記絶縁部が前記ＩＣチップの前記２つの主面上に設けた構成部と、前記ＩＣチップの他方の主面と側面とを覆うと共に前記構成部と連続した構成の構成部とを有し、 前記絶縁部の表面に形成された実装端子を備え、
   前記外部接続バンプの一部が前記絶縁部の表面から露出され、前記実装端子に接続されている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、
   前記絶縁部の表面に形成された実装端子が、導電性インクを用いて形成され前記絶縁部に固着されていることを特徴とする圧電デバイス。
3. 圧電素子と、
   表裏面と前記表裏面と連続した側面とを有したものであり表面に前記圧電素子が搭載される回路基板と、表裏関係にある２つの主面及び少なくとも前記圧電素子を発振させる機能を有するＩＣチップと、前記回路基板の裏面に前記ＩＣチップを搭載した構成と、
   前記ＩＣチップの一方の主面に形成された回路接続端子と、
   前記回路接続端子と前記底面端子とを導通接続した構成と、
   前記ＩＣチップの一方の主面に形成された機能端子と、
   前記ＩＣチップの前記他方の主面に形成された裏面電極と、
   前記ＩＣチップを貫通し、前記機能端子と前記裏面電極とを接続する貫通電極と、
   前記裏面電極に接続された外部接続バンプと、
   前記ＩＣチップの他方の主面を覆う絶縁部と、
   前記絶縁部の表面に形成された実装端子とを備え、
   前記外部接続バンプの一部が前記絶縁部の表面から露出され、前記実装端子に接続された構成を有する圧電デバイスの製造方法であり、
   複数の前記回路基板の側面同士を合わせるように連結した構成の振動子基板を用意する工程と、
   前記ＩＣチップを前記回路基板の裏面に搭載する工程と、
   前記外部接続バンプの一部が露出するように前記回路基板と前記ＩＣチップとの間、前記ＩＣチップの他方の主面上、複数のＩＣチップとの間に前記絶縁部を形成する為の絶縁樹脂を配置する工程と、
   前記絶縁樹脂を硬化させる工程と、
   硬化した前記絶縁樹脂の表面と前記外部接続バンプの露出した部分の表面との上に前記導電性インクを用いて前記実装端子を形成する工程と、
   個別の圧電デバイスを得るように前記振動子基板と硬化した前記絶縁樹脂を切断する工程と、を有する圧電デバイスの製造方法。

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