JP4857491B2 - Manufacturing method of surface mount type piezoelectric vibrator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は表面実装型圧電振動子に関し、特に圧電基板の一部を超薄肉の振動部とした構造の圧電振動素子における圧電基板のたわみ変形を低減し、諸特性及び信頼性を向上した超高周波圧電振動子に関する。
また、本発明は表面実装型圧電振動子に関し、特に基本波共振周波数300MHz以上の圧電振動素子をパッケージ内に接続する手段としてAuバンプを用いた場合に従来問題となっていた種々の不具合を解決した表面実装型圧電振動子に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、各種電子機器、通信機器においては、高性能化、取扱う情報量の増大、データ処理の高速化等に伴って、使用周波数の高周波化、小型化、高信頼性化が求められ、これらの装置において基準周波数源、周波数制御手段として用いられる水晶振動子、水晶フィルタ等の圧電デバイスについても、同様に高周波化、小型化、高信頼性化が強く要望されている。
これらの圧電デバイスは、水晶等の圧電基板の主面に励振電極を形成した圧電振動素子をパッケージ内に気密封止した構成を備えている。
【0003】
[第1の従来例]
図7は、高周波化を目的とした超薄肉部を有するATカット水晶振動素子の断面図である。
この水晶振動素子は、ATカット水晶の基本波厚みすべり振動波を利用した振動素子であって、その共振周波数が板厚と反比例することから、機械的強度を保ちつつ高周波化を図る為に、厚さ80μmの水晶基板101の一方の主面をエッチングによって凹陥せしめ、該凹陥部102の底面を超薄肉の振動部103とするとともに、振動部103の外周を全周に渡って支持する厚肉の環状囲繞部104を一体化した構造となっている。
ここで、水晶基板101は結晶軸方向により異方性を有するため、前記凹陥部102の周壁部102a、102bは結晶軸方向により厚さ方向に異なった傾斜でエッチングされる性質を有する。
また、水晶基板101の一方の主面(平坦面)上には主面電極105が形成され、他方の主面(凹面)上には裏面電極106が形成されている。
例えば、622MHzの基本波厚みすべり振動波を得る場合、振動部103の板厚Hは約2μmとなる。
しかしながら、振動部103の長さLが例えば1mmの場合、振動部103の板厚Hに対する長さLの比L/Hは500程度となり、機械的剛性が劣化して自重若しくは主面電極105、裏面電極106の重さにより、図示のように振動部103にたわみが生じてしまう。
光学的干渉計により振動部のたわみ量を測定したところ、振動部中心の最大たわみ量Wは50〜80nm程度であった。
この場合、振動部103の最大たわみ量Wは、振動部の板厚Hの2.5〜4.0%に相当し、振動部に静的負荷すなわち内部歪みが残留していることになる。
このような場合、正常なエネルギー閉じ込め厚み振動が得られないばかりではなく、長期エージング等の信頼性も劣化するという問題があった。
【0004】
[第2の従来例]
次に、図8(a)及び(b)は高周波化を目的とした超薄肉部を有するATカット水晶振動素子の表裏面の斜視図であり、この水晶振動素子111はATカット水晶の基本波厚みすべり振動波を利用した振動素子であって、その共振周波数が板厚と反比例することから、機械的強度を保ちつつ高周波化を図る為に、水晶振動素子111を構成する水晶基板112の一方の主面をエッチングによって凹陥せしめ、該凹陥部113の底面を超薄肉の振動部113aとするとともに、振動部113aの外周を全周に渡って支持する厚肉の環状囲続部114を一体化している。
更に、水晶基板112の一方の主面(凹面)上には、主面電極(励振電極)115と、主面電極115より基板周縁に向けて延出するリード電極115aと、リード電極115aの端部に位置するパッド電極115bと、更に他のパッド電極116cを形成する。水晶基板112の裏面側の振動部113a上には、裏面電極116と、裏面電極116より周縁に向けて延出するリード電極116aと、リード電極116aの端部に位置する裏面側パッド電極116bが形成され、裏面側パッド電極116bは切欠き117を介して主面側に形成された前記パッド電極116cと導通している。
更に、パッド電極115b、116cは、Auパンプ118を形成するために、また、裏面側パッド電極116bは、切欠き117部の導通性向上のため蒸着によりアルミなどの導電性金属を厚付けされている。
Auバンプ118は、ワイヤボンデイングの技術を応用して、加熱、加圧および超音波印加による拡散現象により、パッド電極115b、及び116cに接合されている。
図9は上記水晶振動素子111を用いた表面実装型水晶振動子の構造を示す断面図である。
図8に示した水晶振動素子111をセラミックパッケージ120内に収納してから、セラミックパッケージ120の上面開口を金属の上蓋121により気密封止した構造を備える。
セラミックパッケージ120は、底部セラミック基板121と、セラミック基板121の上面外周に一体化されたセラミック製の環状枠体122と、上蓋121をシーム溶接するために枠体122上に環状に固定されたシームリング123とから成り、全体として中央に水晶振動素子1を収納するための凹所を有し、外周に環状部を有した箱形状を呈している。
セラミック基板121の上面にはAuメタライズにより形成された内部端子124,125が露出しており、それそれパッケージ底面等に設けた図示しない外部端子と接続されている。
【0005】
図10は、水晶振動素子111をパッケージ120内に接続する工程を示す図であって、先ず吸着用の先端面に吸引穴131が開口したコレット130により水晶振動素子111の平坦面側を吸着する。続いて、コレット130をパッケージ120の凹所内に移動して、吸着した水晶振動素子111の凹面側に位置する各パッド電極115b、116cを夫々パッケージ120内底面の入出力用内部端子124、125に一対一にて対面させて位置決めする。続いて、予め各パッド電極115b、116c上に形成しておいた各Auバンプ118を介して、フリップチップ実装の技術を用いた加熱、加圧および超音波印加による拡散現象を利用して両者を接合する。
なお、ここで、水晶振動素子111とパッケージ120との接合手段として、Auバンプ118を用いる理由は、Auバンプ118を用いた場合には、導電性接着剤を用いる場合に比べて導通性が向上し、局所的な接合が可能となり、アウトガスが発生しないこと等にあり、デバイスの高周波化、小型化、高信頼性化に寄与するからである。
しかしながら、水晶振動素子111をパッケージ120に接合する際、共振周波数300MHz以上の水晶振動素子111であると振動部113aの厚さが5μm以下となり、コレツ卜130による吸着及び加圧により、振動部113aが破損したり過度の歪みが発生した状態で接合を完了することになる。
本発明者による実験では、この歪みは肉眼でも確認できる程度の大きさであった。
このように、振動部113aに歪みが残留している状態であると、経時変化や熱変化により残留歪みが解放されるに伴い周波数が変動する性質を有する水晶振動素子111は、接合直後の共振周波数を保てなくなり、安定性が劣化するという問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題を解決する為になされたものであって、第1の従来例に対応する本発明の第1の課題は、超薄肉の振動部の外周を厚肉の環状囲繞部により一体的に支持した構成を備えた圧電基板から成る圧電振動素子において、圧電基板の機械的剛性を高めて振動部のたわみ変形を防止することによって、高性能且つ高信頼性の超高周波圧電振動素子を提供することを課題とする。
次に、第2の従来例に対応する本発明の第2の課題は、圧電振動素子をパッケージ内に接続する手段としてAuバンプを用い、コレットにより吸着した圧電振動素子をパッケージ内の端子上に圧接しながらAuバンプを用いて接合するときに発生する超薄振動部の破損や過度の歪み発生という問題を解決する表面実装型圧電振動子を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、圧電基板の主面を凹陥せしめた凹陥部の底面に配置された振動部と、該振動部の周縁を一体的に支持し、前記振動部の厚みよりも厚肉の保持手段と、前記振動部の両面に夫々互いに対向するように設けられた電極と、を備えた圧電振動素子の一方の面を、表面実装型パッケージ内に電気的機械的に接続した表面実装型圧電振動子の製造方法であって、先端面に吸引穴を備え、前記先端面の外形が前記圧電振動素子の外形輪郭とほぼ合致する形状のコレットにて、前記振動部と前記吸引穴とが干渉しないように、前記凹陥部とは反対側の前記圧電振動素子の主面を吸着保持し、吸着保持した状態で前記圧電振動素子を前記表面実装型パッケージ内にバンプにて接続することを特徴とする。
請求項2の発明は、前記保持手段は圧電材料から成る厚肉の環状部である、ことを特徴とすることを特徴とする。
請求項3の発明は、前記振動部の長さLと前記振動部の厚Hとの比L/Hが、0<L/H≦250を満足することを特徴とする。
請求項4の発明は、前記圧電振動素子の基本波共振周波数は300MHz以上であることを特徴とする。
請求項5の発明は、前記圧電材料は、ATカット水晶であることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
[第1の従来例に対応する実施形態]
以下、本発明の第1の実施形態を図面にした例に基づいて詳細に説明する。
図1は、高周波化を目的とした超薄肉部を有するATカット水晶振動素子の断面図である。
この水晶振動素子1はATカット水晶の基本波厚みすべり振動波を利用しており、その共振周波数が板厚と反比例することから、機械的強度を保ちつつ高周波化を図る為に、厚さ80μmの水晶基板2の一方の主面をエッチングによって凹陥せしめて凹陥部3を形成し、該凹陥部3の底面を超薄肉の振動部4とするとともに、振動部4の外周を全周に渡って支持する厚肉の環状囲繞部5を振動部4と一体化した構造を備えている。
ここで、水晶基板2は結晶軸方向により異方性を有するため、前記凹陥部3の周壁部3a、3bは結晶軸方向により厚さ方向に異なった傾斜でエッチングされる性質を有する。
また、水晶基板2の一方の主面(平坦面)上には主面電極10が、他方の主面(凹面)上には裏面電極11が夫々形成されている。各電極10,11からは図示しないリード端子が基板端縁に向かって延びており、図示しないパッケージ内にマウントされる際にパッケージ内の電極と導通する。
本発明では、300MHz以上の共振周波数を得るために振動部4の板厚は、超薄肉となっている。例えば、622MHzの基本波厚みすべり振動波を得る場合、振動部4の板厚Hは約2μmとなる。
本発明の特徴的な構成は、振動部4の長さLを0.5mm以下、すなわち振動部4の板厚Hに対する長さLの比L/Hを250以下になるように設定した点にあり、このように構成することによって圧電基板2の機械的剛性を高め、振動部4のたわみ変形を防止して、高性能且つ高信頼性を得ることを可能ならしめている。なお、ここで長さLとは、図1に示した正面から見た場合の振動部103の長さのみならず、図1と直交する側面から見た場合の長さLも含むものである。
【0009】
図2は、この比L/Hに対する振動部中心の最大たわみ量Wの増加の傾向について、材料力学的に解析を行った結果を示す表である。
最大たわみ量Wは、上記比の値と、指数関数的関係を有し、L/H=250以上になると急激に増加する。このことは、UHF帯すなわち共振周波数300MHz以上の振動素子については、いずれの場合も同様の結果となる。
従って、比L/Hを250以下に設定することで、共振周波数300MHz以上の超高周波化を図っても振動部の機械的剛性が劣化することなく、たわみに起困する内部歪みの残留を低減し、正常なエネルギー閉じ込め厚み振動を得ることができるばかりでなく、長期エージング等の信頼性も劣化することはない。
尚、超高周波の基本波厚み振動を得る場合、エネルギーは主面電極10付近に十分に閉じ込めることができ、振動部端部へのエネルギー漏洩を懸念する必要はないため、振動部の長さLは主面電極10より僅かに大きい程度であれば良く、L/Hを極限まで小さくすることで、たわみの影響は無視できるようになる。
このことは、同時に振動素子1の小型化の可能性を示唆するものである。
尚、上記実施形態では、本発明を超薄肉の振動部を有するATカット水晶振動素子に適用したものを例として説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、水晶基板の片面上に形成する電極が分割電極の2重モードフィルタであっても良いことは自明である。
又、機械研磨等の手段により、水晶基板全体が超薄肉である振動素子において、該振動素子の外周縁を他の保持手段により保持すること等により空間を確保した場合であっても、振動部のたわみ変形に起因した同様の不具合を解決するために、本発明の構成を適用できることは自明である。
尚、圧電基板のカットアングルについても、ATカット以外の水晶或いは水晶以外の圧電基板であっても良い。
次に、上記の如き構成を備えた圧電振動素子1は、これをセラミックパッケージ内に気密封止することによって表面実装型の圧電デバイスとしての圧電振動子を構成することができる。
【0010】
[第2の従来例に対応する実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態を図面にした形態例に基づいて詳細に説明する。
図3は高周波化を目的とした超薄肉振動部を有するATカット水晶振動素子の表裏面の斜視図であり、この水晶振動素子21はATカット水晶の基本波厚みすべり振動波を利用した振動子であって、その共振周波数が板厚と反比例することから、機械的強度を保ちつつ高周波化を図る為に、水晶振動素子21を構成する水晶基板22の一方の主面をエッチングによって凹陥せしめて凹陥部23を形成し、該凹陥部23の底面を超薄肉の振動部24とするとともに、振動部24の外周を全周に渡って支持する厚肉の環状囲続部25を一体化している。
更に、図3(a)に示すように水晶基板22の一方の主面(凹面)上には、主面電極(励振電極)25と、これより基板端縁へ向けて引き出されるリード電極26aと、リード電極26aの端部に厚肉に蒸着形成された主面側パッド電極26bと、を有する。該パッド電極26bは、基板端縁の切欠き27を介して基板裏面側のパッド電極26cと、導通接続している。
図3(b)に示すように、水晶基板22の裏面上には、主面電極25と対向する位置に形成された裏面電極31と、裏面電極32から延出したリード電極32aと、リード電極32aの端縁に厚肉に蒸着形成されたパッド電極32bと、を有する。裏面側の両パッド電極26cと32b上には夫々Auバンプ40が形成されている。Auバンプ40はワイヤボンデイングの技術を応用して、加熱、加圧および超音波印加による拡散現象によりパッド電極26c、32bに接合されている。
パッド電極26b、26c、及び32bは、Auバンプ40の形成及び切欠き27の導通性向上のため蒸着により厚付けされている。
【0011】
図4は上記水晶振動素子21を用いた圧電デバイスの一例としての表面実装型水晶振動子の構造を示す断面図である。
図3に示した水晶振動素子21をセラミックパッケージ50内に収納してから、セラミックパッケージ50の上面開口を金属の上蓋51により気密封止した構造を備える。
セラミックパッケージ50は、底板を構成するセラミック基板52と、セラミック基板52の上面外周に一体化されたセラミック製の環状枠体53と、上蓋51をシーム溶接するために枠体53上に環状に囲定されたシームリング54とから成り、全体として中央に水晶振動素子21を収納するための凹所を有し、外周に環状部を有した箱形状を呈している。
セラミック基板52の上面にはAuメタライズにより形成された内部端子56,57が露出しており、夫々パッケージ外底面等に設けた図示しない外部端子と電気的に接続されている。内部端子56,57は、夫々水晶振動素子21の裏面側のパッド電極26c、32bと一対一の対応位置関係で接続可能となるようにその位置、形状を予め設定されている。
この水晶振動子は、水晶振動素子21の平坦な裏面側をパッケージ内底面と対向させた状態でAuバンプ40を用いて、内部端子56,57をパッド電極26c、32bと接続し、パッケージの凹所を蓋51により気密封止した構成を備えている。
【0012】
図5は、コレット61により吸着保持した水晶振動素子21をパッケージ50内に接続する工程を示す図であって、図示しない真空ポンプと接続されたコレット61は、吸着用の平坦な先端面に真空ポンプと連通して負圧を受ける吸引穴62を備える。コレット61の先端面を水晶振動素子の凹面(主面)側に密着させて吸着保持し、Auバンプ40を予め備えた裏面側パッド電極26c、32bと、セラミックパッケージ側の入出力用内部端子56,57とを、Auバンプ40を介して接触させた状態で、フリップチップ実装の技術を用いた加熱、加圧および超音波印加による拡散現象を利用して電気的機械的に接続する。
Auパンプ40を用いる理由は、導電性接着剤を用いる場合に比べ、導通性が向上すること、局所的な接合が可能であること、アウトガスが無いこと等にあり、圧電デバイスの高周波化、小型化、高信頼性化に寄与する。
ここで、本発明の実施形態の特徴的な構成は、コレット60が吸着する水晶振動素子21の面(被吸着面)を凹面側とし、振動部24とコレット60の先端面との接触を回避したことにある。
コレット60の先端面の底面形状は、水晶振動素子の外形輪郭とほぼ合致する形状とし、図示のようにコレット先端面を水晶振動素子の主面側と密着させたときに、吸引穴62が水晶基板の凹所23を含む主面全体に対面、接触してこれを吸引するので、確実に保持することができる。一方、コレット先端面は、振動部24と直接接触しないので、吸引穴からの吸引力や、コレット先端面からの加圧力によって振動部24が変形したり、破損することがない。
即ち、基本波共振周波数300MHz以上の水晶振動素子21であると振動部24の厚さは5μm以下となり機械的強度が著しく低下するが、この場合、コレット60での吸着及び加圧により振動部24に直接的負荷が作用しないため、振動部が破損したり過度の歪みが発生することなく接合を完了することが可能となる。
従って、振動部24に接合による歪みが残留しないため、経時変化や熱変化によっても水晶振動素子21は接合直後の共振周波数を保ち、優れた安定性を確保できる。
【0013】
また、図6は他の実施形態であり、同図に示す通り、コレット60の先端面によって水晶振動素子21の平坦な裏面側を吸着するようにしてもよい。この場合には、コレット60の吸引穴62と振動部24とが干渉しないように振動部の形状、位置を吸引穴62から回避するように予め設定する。このようにすれば、少なくとも吸着による振動部24の破損や歪みを回避でき、励振不能になったり、経時変化や熱変化により共振周波数の安定性が劣化するという不具合を解消できる。
尚、本実施形態では、本発明を超薄肉の振動部を有するATカット水晶振動素子に適用したものを例として説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、水晶基板の片面上に形成する電極が分割電極の2重モードフィルタであっても良いことは明白である。
尚、使用する圧電基板としては、カットアングルがATカット以外の水晶或いは水晶以外の圧電基板であっても良い。
【0014】
【発明の効果】
本発明の第1の実施形態は、基本波共振周波数が300MHz以上の超薄肉の振動部の外周を厚肉の環状囲繞部により一体的に支持した構成を備えた圧電基板から成る圧電振動素子において、振動部の長さLと該振動部の厚Hとの比L/Hが250以下となるように設定したので、圧電基板の機械的剛性を高めて振動部のたわみ変形を防止することによって、高性能且つ高信頼性の超高周波圧電振動素子を提供することができる。従って、高性能且つ高信頼性の超高周波圧電振動子を提供する上で著しい効果を奏する。
本発明の第2の実施形態は、圧電基板の主面を凹陥せしめ該凹陥部の底面を超薄肉の振動部とし、該主面及び裏面に夫々電極を設けた基本波共振周波数300MHz以上の超高周波圧電振動素子であって、先端面に吸引穴を備えたコレットにて主面又は裏面を吸着保持された状態で表面実装型パッケージ内にAuバンプにて電気的機械的に接続されるものにおいて、超薄肉の振動部をコレットによる吸着時に該吸引穴に干渉しない位置に配置したので、圧電振動素子をセラミックパッケージ内に組み付ける際に、コレットでの吸着及び加圧による振動部の破損や歪みが発生せず、励振不能になったり、経時変化や熱変化により共振周波数の安定性が劣化するという不具合を解消することができる。従って、Auパンプを用いた効果を十分に発揮する高性能且つ高信頼性の表面実装型超高周波圧電共振子を提供する上で著しい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態例としてのATカット水晶振動素子の断面図。
【図2】振動部中心の最大たわみと寸法比との関係を示す図。
【図3】(a)及び(b)は本発明の一実施形態に係る水晶振動素子の主面側及び裏面側の構成を示す斜視図。
【図4】図2の水晶振動素子をセラミックパッケージ内に封止した水晶振動子の構成を示す断面図。
【図5】コレットにより本発明の水晶振動素子を吸着しつつパッケージ内に組み付けている状態を示す断面図。
【図6】図5の変形例を示す図。
【図7】第1の従来例の説明図。
【図8】(a)及び(b)は第2の従来例の水晶振動素子の主面側及び裏面側の構成を示す斜視図。
【図9】図8の水晶振動素子をパッケージ内に収容した水晶振動子の断面図。
【図10】従来例の欠点を説明する図。
【符号の説明】
1 水晶振動素子(圧電振動素子)、2 水晶基板(圧電基板)、3 凹陥部、4 振動部、5 環状囲繞部(環状部)、10 主面電極、11 裏面電極、21 水晶振動素子、22 水晶基板、23 凹陥部、24 振動部、25 環状囲繞部、26a リード電極、26b パッド電極、26c パッド電極、27切欠き、32a リード電極、32b パッド電極、40 Auバンプ、50セラミックパッケージ、51 上蓋、52 セラミック基板、53 枠体、54 シームリング、56,57 内部端子、61 コレット、62 吸引穴。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface-mount type piezoelectric vibrator , and more particularly, a piezoelectric vibration element having a structure in which a part of a piezoelectric substrate is an ultra-thin vibrating portion reduces bending deformation of the piezoelectric substrate to improve various characteristics and reliability. The present invention relates to a high-frequency piezoelectric vibrator.
The present invention also relates to a surface-mounted piezoelectric vibrator , and in particular, solves various problems that have conventionally been caused when Au bumps are used as means for connecting a piezoelectric vibration element having a fundamental resonance frequency of 300 MHz or more in a package. The present invention relates to a surface mount type piezoelectric vibrator.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in various electronic devices and communication devices, with higher performance, increased amount of information to be handled, higher speed of data processing, etc., higher frequency of use, miniaturization, and higher reliability are required. Similarly, there is a strong demand for higher frequency, smaller size, and higher reliability for piezoelectric devices such as crystal resonators and crystal filters used as reference frequency sources and frequency control means in the apparatus.
These piezoelectric devices have a configuration in which a piezoelectric vibration element in which an excitation electrode is formed on a main surface of a piezoelectric substrate such as quartz is hermetically sealed in a package.
[0003]
[First Conventional Example]
FIG. 7 is a cross-sectional view of an AT-cut quartz crystal resonator element having an ultra-thin part for the purpose of increasing the frequency.
This crystal vibration element is a vibration element using the fundamental wave thickness shear vibration wave of AT cut crystal, and since the resonance frequency is inversely proportional to the plate thickness, in order to increase the frequency while maintaining the mechanical strength, One main surface of the
Here, since the
A
For example, when a fundamental wave thickness shear vibration wave of 622 MHz is obtained, the plate thickness H of the
However, when the length L of the vibrating
When the amount of deflection of the vibration part was measured with an optical interferometer, the maximum amount of deflection W at the center of the vibration part was about 50 to 80 nm.
In this case, the maximum deflection amount W of the
In such a case, there is a problem that not only normal energy confinement thickness vibration cannot be obtained but also reliability such as long-term aging is deteriorated.
[0004]
[Second Conventional Example]
Next, FIGS. 8A and 8B are perspective views of the front and back surfaces of an AT-cut crystal resonator element having an ultra-thin portion for the purpose of increasing the frequency, and this
Furthermore, on one main surface (concave surface) of the
Further, the
The
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of a surface-mounted crystal resonator using the
After the
The
[0005]
FIG. 10 is a diagram illustrating a process of connecting the
Here, the reason why the
However, when the
In the experiment by the present inventor, this distortion was large enough to be confirmed with the naked eye.
As described above, when the strain remains in the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above problems, and the first problem of the present invention corresponding to the first conventional example is that the outer periphery of the ultrathin vibrating portion is formed with a thick annular surrounding portion. High-performance and high-reliability ultra-high-frequency piezoelectric vibration by increasing the mechanical rigidity of the piezoelectric substrate and preventing bending deformation of the vibration part. It is an object to provide an element.
Next, a second problem of the present invention corresponding to the second conventional example is that Au bumps are used as means for connecting the piezoelectric vibration element in the package, and the piezoelectric vibration element adsorbed by the collet is placed on the terminal in the package. An object of the present invention is to provide a surface-mount type piezoelectric vibrator that solves the problem of damage to an ultrathin vibrating portion and excessive distortion that occur when bonding using Au bumps while being pressed.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to
The invention of
According to a third aspect of the present invention, a ratio L / H between the length L of the vibrating portion and the thickness H of the vibrating portion satisfies 0 <L / H ≦ 250.
The invention according to claim 4 is characterized in that the fundamental resonance frequency of the piezoelectric vibration element is 300 MHz or more.
The invention of claim 5 is characterized in that the piezoelectric material is an AT cut crystal.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Embodiment corresponding to first conventional example]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail based on an example shown in the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of an AT-cut quartz crystal vibrating element having an ultra-thin part for the purpose of increasing the frequency.
This
Here, since the
Further, a
In the present invention, in order to obtain a resonance frequency of 300 MHz or higher, the plate thickness of the vibrating portion 4 is ultrathin. For example, when a fundamental wave thickness shear vibration wave of 622 MHz is obtained, the plate thickness H of the vibration part 4 is about 2 μm.
The characteristic configuration of the present invention is that the length L of the vibration part 4 is set to 0.5 mm or less, that is, the ratio L / H of the length L to the plate thickness H of the vibration part 4 is set to 250 or less. With such a configuration, the mechanical rigidity of the
[0009]
FIG. 2 is a table showing the results of material mechanics analysis on the tendency of increase in the maximum deflection amount W at the center of the vibration portion with respect to the ratio L / H.
The maximum deflection amount W has an exponential relationship with the value of the above ratio, and increases rapidly when L / H = 250 or more. This is the same in both cases for the UHF band, that is, the vibration element having a resonance frequency of 300 MHz or more.
Therefore, by setting the ratio L / H to 250 or less, the mechanical rigidity of the vibrating part is not deteriorated even when an ultra-high frequency of 300 MHz or more is achieved, and the residual internal strain that causes deflection is reduced. In addition, normal energy confinement thickness vibration can be obtained, and reliability such as long-term aging is not deteriorated.
It should be noted that when obtaining an ultra-high frequency fundamental wave thickness vibration, the energy can be sufficiently confined in the vicinity of the
This suggests the possibility of downsizing the
In the above embodiment, the present invention has been described as an example of applying the present invention to an AT-cut crystal resonator element having an ultrathin vibrating portion, but the present invention is not limited to this, It is self-evident that the electrode formed on one side may be a split-mode dual mode filter.
Moreover, even if a space is ensured by means of mechanical polishing, etc., even if a space is ensured by holding the outer peripheral edge of the vibration element by other holding means, etc. It is obvious that the configuration of the present invention can be applied to solve the same problem due to the deflection deformation of the portion.
The cut angle of the piezoelectric substrate may be a crystal other than the AT cut or a piezoelectric substrate other than the crystal.
Next, the
[0010]
[Embodiment corresponding to second conventional example]
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail based on the illustrated embodiment.
FIG. 3 is a perspective view of the front and back surfaces of an AT-cut quartz crystal resonator element having an ultra-thin vibrating portion for the purpose of increasing the frequency, and this
Further, as shown in FIG. 3 (a), on one main surface (concave surface) of the
As shown in FIG. 3B, on the back surface of the
The
[0011]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of a surface-mounted crystal resonator as an example of a piezoelectric device using the
After the
The
In this crystal resonator, the
[0012]
FIG. 5 is a diagram showing a process of connecting the
The reason for using the
Here, the characteristic configuration of the embodiment of the present invention is such that the surface of the crystal resonator element 21 (surface to be attracted) to which the collet 60 is attracted is a concave surface, and contact between the vibrating
The shape of the bottom surface of the tip surface of the collet 60 is a shape that substantially matches the outer contour of the crystal resonator element. When the collet tip surface is brought into close contact with the main surface side of the crystal resonator element as shown in the drawing, the
That is, if the
Therefore, since the distortion due to the bonding does not remain in the
[0013]
FIG. 6 shows another embodiment, and the flat back surface side of the
In the present embodiment, the present invention has been described as an example in which the present invention is applied to an AT-cut crystal resonator element having an ultrathin vibrating portion, but the present invention is not limited to this, Obviously, the electrode formed on one side may be a split-mode dual mode filter.
The piezoelectric substrate to be used may be a crystal having a cut angle other than AT cut or a piezoelectric substrate other than crystal.
[0014]
【Effect of the invention】
The first embodiment of the present invention is a piezoelectric vibration element comprising a piezoelectric substrate having a structure in which the outer periphery of an ultrathin vibrating portion having a fundamental resonance frequency of 300 MHz or higher is integrally supported by a thick annular surrounding portion. Therefore, the ratio L / H between the length L of the vibration part and the thickness H of the vibration part is set to be 250 or less, so that the mechanical rigidity of the piezoelectric substrate is increased to prevent the deformation of the vibration part. Thus, it is possible to provide a high-performance and high-reliability ultrahigh-frequency piezoelectric vibration element. Therefore, there is a remarkable effect in providing a high-performance and high-reliability ultrahigh-frequency piezoelectric vibrator.
In the second embodiment of the present invention, the principal surface of the piezoelectric substrate is recessed, the bottom surface of the recessed portion is an ultrathin vibrating portion, and an electrode is provided on each of the principal surface and the back surface. Ultra-high-frequency piezoelectric vibration element that is electrically and mechanically connected by Au bumps in a surface-mount package with the main surface or back surface adsorbed and held by a collet having a suction hole on the front end surface Since the ultra-thin vibrating portion is disposed at a position where it does not interfere with the suction hole when attracted by the collet, when the piezoelectric vibration element is assembled in the ceramic package, Distortion does not occur and excitation cannot be performed, and the problem that the stability of the resonance frequency is deteriorated due to change with time or heat can be solved. Therefore, the present invention is remarkably effective in providing a high-performance and highly reliable surface-mount type super-high frequency piezoelectric resonator that sufficiently exhibits the effect of using the Au pump.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an AT-cut crystal resonator element as an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a maximum deflection at the center of a vibration part and a size ratio.
FIGS. 3A and 3B are perspective views showing configurations of a main surface side and a back surface side of a crystal resonator element according to an embodiment of the present invention. FIGS.
4 is a cross-sectional view showing a configuration of a crystal resonator in which the crystal resonator element of FIG. 2 is sealed in a ceramic package.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which the quartz resonator element of the present invention is adsorbed by a collet and assembled in a package.
6 is a view showing a modification of FIG.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a first conventional example.
FIGS. 8A and 8B are perspective views showing configurations of a main surface side and a back surface side of a crystal resonator element of a second conventional example.
9 is a cross-sectional view of a crystal resonator in which the crystal resonator element of FIG. 8 is housed in a package.
FIG. 10 is a diagram for explaining a defect of a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
先端面に吸引穴を備え、前記先端面の外形が前記圧電振動素子の外形輪郭とほぼ合致する形状のコレットにて、前記振動部と前記吸引穴とが干渉しないように、前記凹陥部とは反対側の前記圧電振動素子の主面を吸着保持し、
吸着保持した状態で前記圧電振動素子を前記表面実装型パッケージ内にバンプにて接続することを特徴とする表面実装型圧電振動子の製造方法。A vibrating portion disposed to the main surface of the piezoelectric substrate to the bottom surface of the concave portion was allowed concave, the periphery of the vibrating portion is supported integrally, and holding means thicker than the thickness of the vibrating section, before Symbol vibration A surface-mount type piezoelectric vibrator in which one surface of a piezoelectric vibration element provided with electrodes provided so as to face each other on both surfaces of a part is electrically and mechanically connected in a surface-mount type package Because
With the collet having a suction hole in the tip surface and the outer shape of the tip surface substantially matching the outer contour of the piezoelectric vibration element , the concave portion is defined so that the vibration part and the suction hole do not interfere with each other. Adsorb and hold the main surface of the piezoelectric vibration element on the opposite side ,
A method of manufacturing a surface-mount type piezoelectric vibrator, wherein the piezoelectric vibration element is connected to the surface-mount package by a bump in a state of being held by suction.
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