JP5062139B2 - 圧電振動デバイス - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動デバイスに関する。

現在、圧電振動デバイスとして、例えば、水晶振動子や水晶フィルタ、水晶発振器などが挙げられる。この種の圧電振動デバイスでは、その筐体が直方体のパッケージでベースと蓋とから構成される。そして、ベースと蓋とが接合されることで、パッケージの内部の圧電振動片が気密封止されている。近年、圧電振動デバイスの小型化に伴って、特許文献１、特許文献２に示すように、圧電振動片がＦＣＢ法により導電性バンプを介してベースの搭載部に電気的機械的に接合して保持されている。
特開２００４−３５７０８０号公報 特開２００５−０５１６３７号公報

ところで、特許文献１、２では、上記したように、ベース上に圧電振動片を保持する際、圧電振動片はベースに導電性バンプを介してＦＣＢ法を用いた超音波接合により導電性バンプ接合される。

このＦＣＢ法による導電性バンプ接合に関して、従来からベースへの圧電振動片の接合強度のバラツキに対する問題が懸念されている。

そこで、特許文献１、２では接合強度のバラツキを抑制するために、例えば、圧電振動片の接合領域に凹部や貫通するスルーホールなどを形成し、導電性バンプがこれらに食い込ませることでアンカー効果によって導電性バンプと圧電振動片の接合強度を強化させるものである。

しかしながら、特許文献１、２ではＦＣＢ法を用いた超音波接合により導電性バンプの接合する際の押圧力により、これらの凹部やスルーホールを起点として圧電振動片に割れが発生することがあった。加えてこれら接合された導電性バンプの拘束力により圧電振動片の振動部にも歪み応力が加わった状態となり、圧電振動デバイスの電気的特性にも悪影響を及ぼすことがあった。特に、近年の高周波化に伴っていわゆる逆メサ型の圧電振動片が採用されているが、このような逆メサ型の圧電振動片では保持部分に対して振動部の厚みが非常に薄くなるため歪み応力の影響を受けやすいものである。

そこで、上記課題を解決するために、本発明は、ベースへ圧電振動片を接合する際の接合強度のバラツキを抑えるだけでなく導電性バンプの応力の影響を軽減しかつ導電性バンプ接合時の圧電振動片の割れをなくした圧電振動デバイスを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動デバイスは、振動部と保持部とを有する圧電振動片を導電性バンプによりベースの搭載部に電気的機械的に接合して保持された圧電振動デバイスにおいて、前記圧電振動片の保持部には導電性バンプ接合部と、当該導電性バンプ接合部と前記振動部の間を隔てる薄肉部または貫通部の少なくとも一方が形成され、前記導電性バンプ接合部はベースの搭載部の平面と対向平面となる主面接合領域と、ベースの搭載部の平面と面方向と異なる薄肉部または貫通部の壁面接合領域とを有しており、前記主面接合領域に導電性バンプの中央部分が接合されるとともに、当該導電性バンプの端部が前記薄肉部または貫通部のうち前記主面接合領域の対岸部から離間した状態で、前記薄肉部または貫通部のうち主面接合領域側の壁面接合領域に導電性バンプの端部の一部が接合されたことを特徴とする。このため本発明によれば、ベースへ圧電振動片を接合する際の接合強度のバラツキを抑えることが可能となる。導電性バンプの応力の影響を軽減することができる。また導電性バンプの接合時の圧電振動片の割れをなくすことができる。

これは、本発明によれば、前記導電性バンプが前記導電性バンプ接合部のうちのベースの搭載部の平面と対向平面となる主面接合領域と、ベースの搭載部の平面と面方向と異なる薄肉部または貫通部の壁面接合領域とで接合されているので、接合強度を上げることができる。接合された導電性バンプと前記振動部の間を隔てる薄肉部または貫通部の少なくとも一方が形成され、当該導電性バンプの端部が前記薄肉部または貫通部のうち前記主面接合領域の対岸部から離間した状態で、前記薄肉部または貫通部のうち主面接合領域側の壁面接合領域に導電性バンプの端部の一部が接合されているので、接合された導電性バンプの拘束力（応力）が前記薄肉部または貫通部で緩和され、前記圧電振動片の振動部に対して歪み応力が加わった状態となるのを抑制できる。接合後における導電性バンプと圧電振動片との熱膨張係数の違いからくる応力も薄肉部または貫通部にて緩和させるができる。このため圧電振動デバイスの電気的特性の向上にも寄与することができる。またこのベースの搭載部の平面と対向平面となり、圧電振動板の厚みが減じられて加工されることのない主面接合領域に導電性バンプの中央部分が接合されているので、導電性バンプ接合時の圧電振動片の厚み方向の強度を確保することができ、圧電振動片の割れをなくすことができる。この主面接合領域を目印として導電性バンプの接合位置を確定することができ、その結果、接合強度を一定にすることが可能となる。また、主面接合領域の外周部に薄肉部または貫通部を設置することで、複数の主面接合領域における接合面積を一定にすることが容易となり、複数の導電性バンプ接合部における導電性バンプの応力バランスが均一化され、その結果圧電振動デバイスの電気的特性のさらなる向上にも寄与することができる。

特に、薄肉の振動部と厚肉の保持部（厚肉部）とを有し、振動部の厚みが非常に薄く形成された逆メサ型の圧電振動片に有効であり、高周波化にも対応できるとともに、エッチングなどの手法により前記振動部の形成と同時に前記薄肉部や貫通部の形成が容易に行える。また前記主面接合領域については厚肉の保持部（厚肉部）の厚みをそのまま残すことで強度が高められた接合領域とすることができる。このベースの搭載部の平面と対向平面となる厚肉の主面接合領域に導電性バンプの中央部分が接合されているので、導電性バンプ接合時の圧電振動片の厚み方向の強度を確保することができ、振動部の厚みが薄く強度の比較的弱い逆メサ型の圧電振動片の割れをなくすのに好適である。

本発明によれば、ベースへ圧電振動片を接合する際の接合強度のバラツキを抑えるだけでなく導電性バンプの応力の影響を軽減しかつ導電性バンプ接合時の圧電振動片の割れをなくした圧電振動デバイスを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施例では、圧電振動デバイスとして水晶振動子に本発明を適用した場合を示す。図１は本実施例にかかる水晶振動子の概略構成図であり、その水晶振動子の内部を公開した概略平面図、図２は図１の一部拡大図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。図４は本実施例の他の実施例にかかる概略断面図であり、図５は本実施例の他の実施例にかかる概略平面図である。

本実施例にかかる水晶振動子１では、図１に示すように、水晶振動片２（本発明でいう圧電振動片）と、この水晶振動片２を片保持するベース３と、ベース３に保持した水晶振動片２を気密封止するための図示しない蓋とが設けられている。

この水晶振動子１では、ベース３と蓋とからパッケージが構成され、ベース３と蓋とが接合されてパッケージの内部空間が形成され、このパッケージの内部空間内のベース３上に水晶振動片２が保持されるとともに、パッケージの内部空間が気密封止される。この際、図１に示すように、ベース３と水晶振動片２とは、それぞれ金属材料からなる導電性バンプＢを用いてＦＣＢ法により電気機械的に超音波接合（拡散接合）されている。

ベース３は、図１に示すように、底部３１と、この底部３１から上方に延出した壁部３２とから構成される箱状体に形成されている。このベース３は、セラミック材料からなる平面視矩形状の一枚板上に、セラミック材料の直方体が積層して凹状に一体的に焼成されている。

また、壁部３２は、底部３１の表面外周に沿って成形されている。壁部３２の上面は、蓋との接合領域であり、この接合領域には、蓋と接合するための図示しない封止部材（例えば、タングステンメタライズ層上にニッケル，金の順でメッキした構成が設けられている。

また、このベース３の底部３１には、水晶振動片２の励振電極２１１，２２１（２２１については図示省略）それぞれと電気機械的に接合するための複数の電極パッド３２，３３（３３については図示省略）が形成されている。これら電極パッドは、ベース３の外周裏面に形成される端子電極（図示省略）にそれぞれ電気機械的に接合されている。これら端子電極から外部部品や外部機器と接続される。これらの端子電極および電極パッドは、タングステン、モリブデンなどのメタライズ材料を印刷した後にベース３と一体的に焼成して形成される。そして、これらの端子電極および電極パッドのうち一部のものについては、メタライズ上部にニッケルメッキが形成され、その上部に金メッキが形成されて構成される。

蓋は、例えば金属材料やセラミック材料などからなり平面視矩形状の一枚板に成形されている。この蓋は、下面にろう材が形成されており、シームやビームなどの溶接手法、ガラス封止材や金属ろう材などによる雰囲気加熱手法によりベース３に接合されて気密封止され、蓋とベース３とによる水晶振動子１のパッケージが構成される。

水晶振動片２は、図１に示すように、ＡＴカット水晶片の基板からなり、例えば平面視矩形状の一枚板の直方体に成形され、基板の外周形は直方体形状からなる。この水晶振動片２の基板の両主面２１，２２には、水晶振動片２の高周波化に対応するため凹部２１０，２２０（２２０については図示省略）が形成され、これら凹部２１０，２２０内部にはそれぞれ励振電極２１１，２２１が形成され、これらの励振電極２１１，２２１を外部電極（本実施例では、ベース３の電極パッド３２，３３）と電気機械的に接合するために励振電極２１１，２２１から引き出された引き出し電極２１２，２２２が形成されている。つまり、水晶振動片２は前記凹部２１０，２２０と励振電極２１１，２２１により構成された薄肉の振動部２３と厚肉部（保持部）２４とを有している。

なお、これらの励振電極２１１，２２１及び引き出し電極２１２，２２２は、フォトリソグラフィ法により形成され、例えば、基板側からクロム、金（Ｃｒ−Ａｕ）の順に、あるいはニッケル、金（Ｎｉ−Ａｕ）の順に積層して形成されている。

水晶振動片の厚肉部２４の一端部には複数の導電性バンプ接合部２４１，２４２と、当該導電性バンプ接合部２４１，２４２と前記振動部２３の間を隔てる貫通部２４３，２４４が形成され、前記導電性バンプ接合部２４１，２４２はベースの搭載部である電極パッド３２，３３の平面と対向平面となる厚肉の主面接合領域２４１１，２４２１（２４２１については図示省略）と、ベースの搭載部である電極パッド３２，３３の平面と面方向と異なる前記貫通部２４３，２４４の壁面接合領域２４３１，２４４１（２４４１については図示省略）とを有している。本形態ではパンプ接合部２４２，２４２を水晶振動片の長手方向の一端部２５であって短手方向の両端部に設けられており、これら導電性バンプ接合部２４１，２４２に引き出し電極２１２，２２２が引き出されている。

また、水晶振動片２は、前記主面接合領域２４１１，２４２１に導電性バンプＢの平面視中央部分Ｂ０が接合されるとともに、当該導電性バンプＢの端部Ｂ１が前記貫通部２４３，２４４のうち前記主面接合領域２４１１，２４２１の対岸部２４３２，２４４２（２４４２については図示省略）から離間した状態で、前記貫通部２４３，２４４のうち主面接合領域側の壁面接合領域２４３１，２４４１に導電性バンプＢの端部Ｂ１の一部が接合され、ベースの電極パッド３２，３３と導電性バンプＢを介して電気的機械的に接合されている。導電性バンプＢは金などからなる金属バンプや金属メッキバンプにより構成されている。

なお、本実施例の水晶振動片２では、複数の導電性バンプ接合領域２４１，２４２の形態として、導電性バンプ接合領域の中央に厚肉の主面接合領域２４１１，２４２１とその周囲に４つの貫通部２４３，２４４を形成することで、導電性バンプ接合領域の主面接合領域の一部と振動部２３を隔てる構成としているが、これらの形状や個数について特定されるものではない。

例えば、図４に示すように、前記導電性バンプ接合部２４１，２４２（２４２については図示省略）はベースの搭載部である電極パッド３２の平面と対向平面となる厚肉の主面接合領域２４１１と、ベースの搭載部である電極パッド３２の平面と面方向と異なる薄肉部２４５や薄肉部と貫通部の組み合わされたもの２４６により形成された壁面接合領域２４５１と２４６１により形成してもよい。そして水晶振動片２は、前記主面接合領域２４１１に導電性バンプＢの平面視中央部分Ｂ０が接合されるとともに、当該導電性バンプＢの端部Ｂ１が前記薄肉部２４５、薄肉部と貫通部の組み合わせ部２４６のうち前記主面接合領域２４１１の対岸部２４５２と２４６２から離間した状態で、前記薄肉部２４５や薄肉部と貫通部の組み合わされたもの２４６のうち主面接合領域側の壁面接合領域２４５１と２４６１に導電性バンプＢの端部Ｂ１の一部が接合され、ベースの電極パッド３２と導電性バンプＢを介して電気的機械的に接合されている。

また、図５に示すように、前記導電性バンプ接合部２４１，２４２はベースの搭載部である電極パッド３２の平面と対向平面となる厚肉の主面接合領域２４１１，２４２１と、ベースの搭載部である電極パッド３２，３３（図示せず）の平面と面方向と異なるＬ字形状の貫通部２４７，２４８により形成された壁面接合領域２４７１，２４８１により形成してもよい。そして水晶振動片２は、前記主面接合領域２４１１，２４２１に導電性バンプＢの平面視中央部分Ｂ０が接合されるとともに、当該導電性バンプＢの端部Ｂ１が前記Ｌ字形状の貫通部２４７，２４８のうち前記主面接合領域２４１１，２４２１の対岸部２４７２，２４８２から離間した状態で、前記Ｌ字形状の貫通部２４７，２４８のうち主面接合領域側の壁面接合領域２４７１，２４８１に導電性バンプＢの端部Ｂ１の一部が接合され、ベースの電極パッド３２，３３と導電性バンプＢを介して電気的機械的に接合されている。

上記したように、本実施例によれば、ベースの搭載部である電極パッド３２，３３へ水晶振動片２を導電性バンプＢにより接合する際の接合強度のバラツキを抑えることが可能となる。導電性バンプＢの応力の影響を軽減することができる。また導電性バンプＢの接合時の水晶振動片２の割れをなくすことができる。これは、前記導電性バンプＢが前記導電性バンプ接合部２４１，２４２のうちのベースの搭載部である電極パッド３２，３３の平面と対向平面となる厚肉の主面接合領域２４１１，２４２１と、ベースの搭載部である電極パッド３２，３３の平面と面方向と異なる薄肉部２４５、貫通部２４３，２４４，２４７，２４８、または薄肉部と貫通部の組み合わせ部２４６の壁面接合領域２４３１，２４４１，２４５１と２４６１，２４７１，２４８１とで接合されているので、接合強度を上げることができる。接合された導電性バンプＢと前記薄肉の振動部２３の間を隔てる薄肉部または貫通部の少なくとも一方が形成され、当該バンプの端部が前記薄肉部２４５、貫通部２４３，２４４，２４７，２４８、または薄肉部と貫通部の組み合わせ部２４６のうち前記主面接合領域の対岸部から離間した状態で、前記薄肉部、貫通部、または薄肉部と貫通部の組み合わせ部のうち主面接合領域側の壁面接合領域にバンプの端部の一部が接合されているので、接合された導電性バンプＢの拘束力（応力）が前記薄肉部、貫通部、薄肉部と貫通部の組み合わせ部で緩和され、前記水晶振動片の振動部２３に対して歪み応力が加わった状態となるのを抑制できる。接合後における導電性バンプＢと水晶振動片２との熱膨張係数の違いからくる応力も前記薄肉部、貫通部、薄肉部と貫通部の組み合わせ部にて緩和させるができる。このため水晶振動子（圧電振動デバイス）の電気的特性の向上にも寄与することができる。特に、薄肉の振動部２３と厚肉部（保持部）２４とを有し、振動部２３の厚みが非常に薄く形成された逆メサ型の水晶振動片２に有効であり、高周波化にも対応できるとともに、エッチングなどの手法により前記振動部２３の形成と同時に前記薄肉部２４５、貫通部２４３，２４４，２４７，２４８、または薄肉部と貫通部の組み合わせ部２４６の形成が容易に行える。また前記主面接合領域２４１１，２４２１については厚肉部２４の厚みをそのまま残すことで強度が高められた接合領域とすることができる。またベースの搭載部ある電極パッド３２，３３の平面と対向平面となる厚肉の主面接合領域２４１１，２４２１に導電性バンプＢの平面視中央部分Ｂ０が接合されているので、導電性バンプ接合時の水晶振動片２の厚み方向の強度を確保することができ、振動部２３の厚みが薄く強度の比較的弱い逆メサ型の水晶振動片２の割れをなくすことができる。この主面接合領域２４１１，２４２１を目印として導電性バンプＢの接合位置を確定することができ、その結果、接合強度を一定にすることが可能となる。また、図１のように主面接合領域２４１１，２４２１の外周部に貫通部２４３，２４４（薄肉部や薄肉部と貫通部の組み合わせ部でも可能）を設置することで、主面接合領域２４１１と主面接合領域２４２１における接合面積を一定にすることが容易となり、導電性バンプ接合部２４１と導電性バンプ接合部２４２における導電性バンプＢの応力バランスが均一化され、その結果水晶振動子（圧電振動デバイス）の電気的特性のさらなる向上にも寄与することができる。

なお、上記した本実施例では、圧電振動片としてＡＴカット水晶振動片を用いているが、これに限定されるものでなく、圧電セラミックスやＬｉＮｂＯ₃等の圧電単結晶材料を用いてもよい。また、圧電振動片を片持ち保持するものを例にしているが、圧電振動片の両端を保持する構成であってもよい。

なお、本発明は、その精神や主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均など範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、水晶振動子などの圧電振動子に適用できる

本実施例にかかる水晶振動子の概略構成図であり、その水晶振動子の内部を公開した概略平面図。 図１の一部拡大図。 図２のＡ−Ａ線断面図。 本実施例の他の実施例にかかる概略断面図。 本実施例の他の実施例にかかる概略平面図。

符号の説明

１ 水晶振動子
２ 水晶振動片
３ ベース
Ｂ 導電性バンプ

Claims (1)

1. 振動部と保持部とを有する圧電振動片を導電性バンプによりベースの搭載部に電気的機械的に接合して保持された圧電振動デバイスにおいて、
   前記圧電振動片の保持部には導電性バンプ接合部と、当該導電性バンプ接合部と前記振動部の間を隔てる薄肉部または貫通部の少なくとも一方が形成され、
   前記導電性バンプ接合部はベースの搭載部の平面と対向平面となる主面接合領域と、ベースの搭載部の平面と面方向と異なる薄肉部または貫通部の壁面接合領域とを有しており、
   前記主面接合領域に導電性バンプの中央部分が接合されるとともに、当該導電性バンプの端部が前記薄肉部または貫通部のうち前記主面接合領域の対岸部から離間した状態で、前記薄肉部または貫通部のうち主面接合領域側の壁面接合領域に導電性バンプの端部の一部が接合されたことを特徴とする圧電振動デバイス。

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