JP4352942B2 - 圧電デバイス、及び圧電発振器 - Google Patents

Description

本発明は、ジャイロ振動片のような圧電振動片を有する圧電デバイス、及び当該圧電デバイスを備える圧電発振器に関する。

図６を用いて従来の圧電デバイスについて説明する。従来の圧電デバイスは、例えば、特許文献１に記載されたように、ジャイロ振動片等である圧電振動片１１０の表面に励振電極１１１ａが、裏面に励振電極１１１ｂ及び接続パッド１１２が形成されている。圧電振動片１１０は、金属バンプ１１４によって支持部材１１３と接合され支持されている。

特開２００３−１６８９５１号公報

しかしながら、前述の背景技術に示した圧電デバイスにおいては、圧電振動片は、バンプによる接合領域に対向する面に、バンプによる接合領域を覆うように励振電極等の電極層が形成されており、バンプによる接合状態を直接視認することができない。このため、接合の良否の確認は、接合を破壊して確認する、いわゆる、破壊試験を行わなければならず、部品廃棄などによる歩留まりの低下、及び試験工数が大きいなど、非効率的であるという課題を有していた。

かかる問題を解決するために、本発明の圧電デバイスは、光透過性を有する圧電振動片と、前記圧電振動片の一面に形成された第一電極層と、前記圧電振動片における前記一面と表裏の関係にある他面に形成された第二電極層と、前記第一電極層との接続のためのバンプにより接合され、前記圧電振動片を支持する支持体と、を有し、前記第二電極層は、前記第一電極層と前記支持体との接合領域と対向する領域に窓開け部を有することを特徴とする。
本発明の圧電デバイスによれば、バンプによる接合部分に対向した面の金属層を形成せず窓開け部とするため、光透過性を有する圧電振動片を通して接合状態を直接視認することが可能となる。従って、破壊試験を行うことなく接合の良否判定を行うことが可能となる。即ち、部品廃棄が不要となり、試験工数も削減できるなど効率的な接合の良否確認を行うことができる。

また、前記窓開け部は、前記バンプの接合形状を包含する大きさであることが望ましい。
このようにすれば、接合形状が窓開け部の大きさに包含されるため、一目で接合状態を視認することが可能となる。

また、前記窓開け部は、前記第一電極層と前記支持体との前記バンプを介した接合によって前記第一電極層に形成される接合痕の形状を視認し、接合の良否判定を行うための判定マークを有することが望ましい。
このようにすれば、窓開け部に設けられた判定マークと、接合部の形状とを比較して、接合状態の良否を判定することが可能となるため、良否判定の正確性をさらに高めることが可能となる。

また、前記判定マークは、前記第二電極層の一部で形成されることとしてもよい。

また、前記バンプが接合する部分の前記第一電極層に、前記バンプが接合する径以上の長さを有する電極層の形成されないスリット部が設けられていることが望ましい。
このようにすれば、接合された接合バンプの形状を圧電振動片を通して直接視認することが可能となり、接合の良否判定の正確性を高めることが可能となる。

前記スリット部は、前記バンプの接合の中心付近で２本以上のスリットが交差していることが望ましい。
このようにすれば、スリットを通して視認することができるバンプの部分が増え、視認の正確性を高めることができる。

また、前記圧電振動片が、回転角速度を検出するための振動片であることとしてもよい。

また、前述の圧電デバイスと、少なくとも前記圧電デバイスを駆動するための機能を有する回路素子と、を有することを特徴とする圧電発振器を提供することも可能となる。

本発明に係る圧電デバイスの最良の形態について、以下に図面を用いて説明する。なお、本発明は、後述の実施例に限定されるものではない。
（第一の実施形態）

本発明に係る圧電デバイスの第一の実施形態として、回転角速度を検出する水晶振動片（以下、「ジャイロ振動片」という。）を用いたジャイロセンサについて、図面を用いて説明する。図１は、第一の実施形態を示すジャイロセンサの概略図である。図１（ａ）は、ジャイロセンサの平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ´断面図である。
＝＝ジャイロセンサの構成＝＝

ジャイロセンサの構成について説明する。ジャイロセンサ１００は、電子機器及び乗り物のような物体の姿勢や位置を検出するために前記物体に搭載されて使用される。本例のジャイロセンサ１００は、水晶片であるジャイロ振動片１０１、ジャイロ振動片１０１を保持するための支持体である複数のリード線２０、複数のリード線２０を支持する、例えば、ポリイミド樹脂などで形成された支持基板２１、及びセラミック等で形成された支持基板２１を固着する基材２２、から構成される。
＝＝リード線の説明＝＝

次に、リード線２０について説明する。
リード線は、一例として厚み１８μｍ、リード線幅３０〜１００μｍ程度の銅薄板にニッケルメッキが施されて形成されている。リード線２０は、複数で構成され、本例では、ジャイロ振動片１０１の中心部に向かって４方向から１本ずつで構成されている。それぞれのリード線２０は、一方の端近傍を支持基板２１上に固着され、支持基板２１上、或いは、支持基板２１から外れた位置（本例では、支持基板２１から外れた位置）で上方に折り曲げられ間隙形成部２０ａを有している。間隙形成部２０ａは、ジャイロ振動片１０１と支持基板２１との間に隙間を設け、ジャイロ振動片１０１と支持基板２１との接触を防止する。

リード線２０には、さらに間隙形成部２０ａの先のリード線の端部近傍を折り曲げてジャイロ振動片１０１の受け部２４が形成されている。受け部２４には、図示しないが金メッキが施されている。
＝＝ジャイロ振動片の説明＝＝

次に、ジャイロ振動片について説明する。
ジャイロセンサ１００に用いられるジャイロ振動片１０１は、従来知られた駆動モード、検出モード、及びスプリアスモードという３つのモードで動作すべく、駆動部を構成する第一の駆動腕部及び第二の駆動腕部である第一の駆動アーム２６Ａ及び第二の駆動アーム２６Ｂと、検出部である検出アーム２７と、腕支持部であるアーム支持部２８と、支持部である支持板２９とを有している。

ジャイロ振動片１０１は、水晶片の表裏の面を、例えばポリッシング研磨加工などによって鏡面、或いは鏡面に近い状態まで研磨され、水晶片を通して反対側が視認できる、所謂、光透過性を有する透明体となっている。
ジャイロ振動片１０１は、表面には、励振電極３０等からなる第二電極層３１を設け、裏面には、励振電極３２及び複数のリード線２０との接合部である接続パッド２５等からなる第一電極層３３を設けている。接続パッド２５に対向する第二電極層には、電極層を形成しない、所謂、窓開け部３４が、接続パッド２５とほぼ等しい大きさの形状で設けられている。
＝＝リード線とジャイロ振動片との接合＝＝

次に、リード線２０とジャイロ振動片１０１の接合の一例について説明する。
接合は、リード線２０に形成されたジャイロ振動片１０１の受け部２４と、ジャイロ振動片１０１の接続パッド２５との間に金バンプ２３を挟み、加熱しながら加圧して接合する。また、加熱、加圧と同時に超音波を印加しながら接合することもある。
リード線２０の受け部２４の表面には図示しない金メッキが形成されており、また、ジャイロ振動片１０１の接続パッド２５も金で形成されている。それぞれの被接合部の金と金バンプ２３の金が加熱、加圧され共晶がおこることによって接合が行われる。
ここで、接続パッド２５と金バンプ２３とが接合すると、接合した部分の接続パッドの状態が変わり、所謂、接合痕３５（共晶痕）がジャイロ振動片１０１の表面側（本図では上方）から視認することができることになる。

前述の第一の実施形態によれば、ジャイロ振動片は透明であり、接続パッドに対向する面の電極層（第二電極層）には、前述の窓開け部が設けられているため、ジャイロ振動片の上面から、ジャイロ振動片を通して接合痕を視認することができる。この接合痕の状態、例えば、接合サイズ、接合面積などにより接合状態の良否を判定することが可能となる。
（第二の実施形態）

本発明に係る圧電デバイスの第二の実施形態として、水晶振動片とその駆動回路部とを用いた圧電発振器について、図面を用いて説明する。図２は、第二の実施形態を示す圧電発振器の概略図である。図２（ａ）は、圧電発振器の平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ´断面図である。
＝＝圧電発振器の構成＝＝

圧電発振器の構成について説明する。本例の圧電発振器１１０は、圧電振動片の一例である水晶振動片５０、水晶振動片５０と金バンプ５３により接合され、少なくとも水晶振動片５０を動作させる機能を有する動作回路部５５、及びセラミック等で形成された基材５６、から構成される。
＝＝水晶振動片の説明＝＝

次に、水晶振動片について説明する。
水晶振動片５０は、表裏の面を、例えばポリッシング研磨加工などによって鏡面、或いは鏡面に近い状態まで研磨され、水晶振動片５０を通して反対側が視認できる、所謂、光透過性を有する透明体となっている。
水晶振動片５０は、表面には、励振電極５１等からなる第二電極層が設けられ、裏面には、励振電極５２及び接続パッド５９等からなる第一電極層が設けられている。接続パッド５９に対向する第二電極層には、電極層を形成しない、所謂、窓開け部５４が、接続パッド５９とほぼ等しい大きさの形状で設けられている。
＝＝動作回路部の説明＝＝

次に、動作回路部について説明する。
動作回路部５５は、例えば、半導体チップ、回路基板等であり、少なくとも水晶振動片５０を駆動させる機能を有している。動作回路部５５には、その一面に水晶振動片５０との接続を行うための接続端子５８が形成されている。接続端子５８は、アルミを用いて形成されている。なお、接続端子５８は、動作回路部５５内の図示しない駆動回路を初めとする種々の電気回路等と接続されている。
＝＝動作回路部と水晶振動片との接合＝＝

次に、動作回路部５５と水晶振動片５０の接合の一例について説明する。
接合は、動作回路部５５に形成された接続端子５８と、水晶振動片５０の接続パッド５９との間に金バンプ５３を挟み、加熱しながら加圧して接合する。また、加熱、加圧と同時に超音波を印加しながら接合することもある。
動作回路部５５の接続端子５８を形成するアルミと金バンプ５３の金、及び、水晶振動片５０の接続パッド５９を形成する金と金バンプ５３がそれぞれ共晶を起こすことによって接合が行われる。
接合による接合痕５７（共晶痕）の形成は、第一の実施形態と同様であり、接合痕５７が水晶振動片５０の表面側（本図では上方）から視認できることは、第一の実施形態と同様に可能である。

前述の第二の実施形態によれば、水晶振動片は透明であり、接続パッドに対向する面の電極層（第二電極層）には、前述の窓開け部が設けられているため、ジャイロ振動片の上面から、ジャイロ振動片を通して接合痕を視認することができる。この接合痕の状態、例えば、接合サイズ、接合面積などにより接合状態の良否を判定することが可能である圧電発振器を提供することができる。
＜窓開け部の変形例＞

ここで、窓開け部の変形例を図面に沿って説明する。図３は、窓開け形状の変形例を示す概略図である。図４は、窓開け部に、判定マークを形成した構成を説明する概略図である。

前述の実施形態では、図３（ｂ）に示すように、第二電極層６０に形成された窓開け部６２の形状が四角形状であり、光透過性を有する圧電振動片を通して第一電極層に形成された接合痕６１が視認できる。窓開け部６２の形状は、これに限らず、例えば、図３（ａ）に示すように、窓開け部６２が接合痕６１の外形形状を包含する大きさの円形状で形成されていてもよい。

また、窓開け部６２の形状は、例えば、図３（ｃ）に示すように、窓開け部６２が複数の接合痕６１（本例では２つの接合痕）を内包した形状（本例では長方形）に形成されていてもよい。

また、窓開け部６２は、図３（ｄ）に示すように、窓開け部６２の周囲が電極膜で囲まれておらず、例えば振動片の１辺に係り周囲に電極膜がない形状でもあっても同様な効果を有する。

また、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、第二電極層６０に設けられた窓開け部６２の中に、接合痕６１の形状の良否判定を行うための判定マーク６３を設けることもできる。
図４（ａ）によれば、判定マーク６３は、接合痕６１の外周形状よりやや大きめの円形状を成した窓開け部６２の内側にあって、接合痕６１の外形形状よりやや小さめのリング状を成している。
本例の形状の窓開け部によれば、窓開け部６２の大きさが接合痕６１の許容できる最大形状、判定マーク６３の外側が接合痕６１の許容できる最小形状として接合痕６１の大きさを判定することで接合状態の良否を判定することができる。
なお、判定マーク６３は、リング状でなく円形の内側すべてに電極層を設ける形状でも判定マークとすることが可能である。

また、図４（ｂ）に示すように、接合痕６１の外径寸法Ｌ１よりやや大きい寸法の四角形の４片の中央部と、当該四角形の４角付近を張り出し、張り出した頂点付近を接合痕６１の外形寸法Ｌ１よりやや小さな直径Ｌ２の円弧状に形成した張り出し部とを有する窓開け部とすることもできる。
本例の形状の窓開け部によれば、４辺中央部の大きさが接合痕６１の許容できる最大形状、張り出し部の頂点部の形状が接合痕６１の許容できる最小形状として接合痕６１の大きさを判定することで接合状態の良否を判定することができる。
（第三の実施形態）

本発明に係る圧電デバイスの第三の実施形態として、水晶振動片の接続パッドについて図面を用いて説明する。図５は、第三の実施形態を示す圧電デバイスの概略図である。図５（ａ）は、圧電デバイスの平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ´断面図である。

本例は、水晶振動片８０の一面に形成された接続パッド７３と、水晶振動片８０を支持する支持体７８に形成された接続部７９とが、金バンプ７７を介して接合されている。水晶振動片８０の他面には、励振電極７０が形成され、前述の接合領域に対応する領域は、窓開け部７２となっている。窓開け部７２からは、水晶振動片８０を通して接続パッド７３を視認することができる。

接続パッド７３には、その中心部で交差した２本の開口部（開口部とは「接続パッド７３を形成する電極の形成されない部分」をいう。）であるスリット７４、７５が形成されている。スリット７４、７５は、それぞれが金バンプ７７の接合する外径形状（図では破線で示す領域７１）の寸法より長く形成されている。この、スリット７４、７５から接合された金バンプ７７の外形７６を視認することができる。

本例によれば、接続パッドの電極の形成されない開口部から金バンプの外形を視認することができる。即ち、水晶振動片の上面の窓開け部から水晶振動片を通し金バンプの接合状況、換言すれば、接合径を直接視認することができる。したがって、簡単に接合の良否の判定を行うことが可能となる。

第一の実施形態を示すジャイロセンサの概略図。 第二の実施形態を示す圧電発振器の概略図。 窓開け形状の変形例を示す概略図。 窓開け部に、判定マークを形成した構成を説明する概略図。 第三の実施形態を示す圧電デバイスの概略図。 従来の圧電デバイスの概略図。

符号の説明

２０…複数のリード線、２０ａ…間隙形成部、２１…支持基板、２２…基材、
２３…金バンプ、２４…ジャイロ振動片の受け部、２５…接続パッド、
２６ａ…第一の駆動アーム、２６ｂ…第二の駆動アーム、２７…検出アーム、
２８…アーム支持部、２９…支持板、３０…第二電極層の励振電極、３１…第二電極層、
３２…第一電極層の励振電極、３３…第一電極層、３４…窓開け部、３５…接合痕、
１００…ジャイロセンサ、１０１…ジャイロ振動片、１１０…圧電発振器。

Claims (8)

1. 光透過性を有する圧電振動片と、
   前記圧電振動片の一面に形成された第一電極層と、
   前記圧電振動片における前記一面と表裏の関係にある他面に形成された第二電極層と、
   前記第一電極層との接続のためのバンプにより接合され、前記圧電振動片を支持する支持体と、を有し、
   前記第二電極層は、前記第一電極層と前記支持体との接合領域と対向する領域に窓開け部を有す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であって、
   前記窓開け部は、前記バンプの接合形状を包含する大きさであることを特徴とする圧電デバイス。
3. 請求項１に記載の圧電デバイスであって、
   前記窓開け部は、前記第一電極層と前記支持体との前記バンプを介した接合によって前記第一電極層に形成される接合痕の形状を視認し、接合の良否判定を行うための判定マークを有することを特徴とする圧電デバイス。
4. 請求項３に記載の圧電デバイスであって、
   前記判定マークは、前記第二電極層の一部で形成されることを特徴とする圧電デバイス。
5. 請求項１に記載の圧電デバイスであって、
   前記バンプが接合する部分の前記第一電極層に、前記バンプが接合する径以上の長さを有する電極層の形成されないスリット部が設けられていることを特徴とする圧電デバイス。
6. 請求項５に記載の圧電デバイスであって、
   前記スリット部は、前記バンプの接合の中心付近で２本以上が交差していることを特徴とする圧電デバイス。
7. 請求項１に記載の圧電デバイスであって、
   前記圧電振動片が、回転角速度を検出するための振動片であることを特徴とする圧電デバイス。
8. 請求項１に記載の圧電デバイスと、
   少なくとも前記圧電デバイスを駆動するための機能を有する回路素子と、
   を有することを特徴とする圧電発振器。
   

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