JP5224522B2 - 圧電振動子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動子及びその製造方法に関する。

従来、圧電振動子の代表的なものとして、水晶を用いた種々の水晶振動子が開発されている。この水晶振動子は、例えば携帯電話機に搭載され、各回路が動作する際の基準となるクロック信号を生成する。

ここで図３に、表面実装型の水晶振動子１０の構成を示す。なお、図３（ａ）は、水晶振動子１０を下方から視認した場合の底面図を示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）中のＡ−Ａ線に沿って切断した場合の縦断面図を示す。この水晶振動子１０は、水晶片７０を搭載する容器として、凹型形状のキャビティ３０が形成された基板２０を使用し、当該基板２０はガラスからなる。

基板２０に形成されたキャビティ３０の内底面３０Ａ上には、搭載パッド５０が配置され、当該搭載パッド５０と、水晶片７０の両面に形成された励振電極（図示せず）とは、導電性接着剤６０を介して接続されている。蓋９０は、基板２０と同様にガラスからなり、基板２０及び蓋９０は、封止材８０を介して接合されている。

基板２０のうち所望の領域には、キャビティ３０の内底面３０Ａから基板２０の裏面２０Ａまで貫通するように、貫通電極４０が形成され、当該貫通電極４０は、搭載パッド５０と電気的に接続されている。

また、基板２０の裏面２０Ａ上には、パッドとしての外部端子１００が、貫通電極４０と電気的に接続するように、各角部付近にそれぞれ形成されている。この外部端子１００は、基板２０の裏面２０Ａ上に、例えば、クロム（Ｃｒ）からなる下地膜１００Ａ、銅（Ｃｕ）からなる金属膜１００Ｂ、ニッケル（Ｎｉ）かならなるメッキ膜１００Ｃ及び金（Ａｕ）からなるメッキ膜１００Ｄを順次積層することにより形成される。

このように、ガラスからなる基板２０の裏面２０Ａ上に、外部端子１００を形成する際には、基板２０の裏面２０Ａ上に、ガラスとの密着性が低い銅（Ｃｕ）からなる金属膜１００Ｂを直接形成するのではなく、ガラスとの密着性が高いクロム（Ｃｒ）からなる下地膜１００Ａを形成した上で、銅（Ｃｕ）からなる金属膜１００Ｂを形成する。

これにより、基板２０の裏面２０Ａ上に、銅（Ｃｕ）からなる金属膜１００Ｂを直接形成する場合と比較して、基板２０と外部端子１００との密着性を向上させることができる。

以下、水晶振動子に関する文献名を記載する。
特開２００７−３２４８５２号公報

ところで、かかる構成の水晶振動子１０を、例えばガラスエポキシ基板などのプリント基板に実装する際には、水晶振動子１０の外部端子１００とプリント基板とをはんだによって接合する。はんだ付けは、水晶振動子１０及びプリント基板を加熱した後、冷却することにより行われる。

かかる冷却時には、ガラスとの密着性が高いクロム（Ｃｒ）からなる下地膜１００Ａが収縮することにより、外部端子１００の基板２０に対する応力が大きくなる。このため、基板２０のうち外部端子１００が形成された角部付近に、クラック（割れ目）が生じるおそれがあった。

本発明は、ガラスからなる基板にクラックが生じることを抑制することができる圧電振動子及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様による圧電振動子は、ガラスからなる基板と、前記基板のうち、圧電片を搭載するための搭載面から、前記搭載面と対向する非搭載面まで貫通するように、前記基板の所望の領域に形成された貫通電極と、前記基板の前記搭載面上に、前記貫通電極と電気的に接続するように搭載された前記圧電片と、前記圧電片を収容する収容部を形成するようにして、前記基板と接合された蓋と、前記基板の前記非搭載面のうち、前記貫通電極が露出する領域を含む外部端子形成領域内に、前記外部端子形成領域より小さい面積を有する下地膜が複数配置されると共に、前記外部端子形成領域及び前記下地膜上に、前記下地膜よりガラスとの密着性が低い金属膜が形成された外部端子とを備える。

また、本発明の一態様による圧電振動子の製造方法は、ガラスからなる基板のうち、圧電片を搭載するための搭載面から、前記搭載面と対向する非搭載面まで貫通するように、前記基板の所望の領域に、貫通電極を形成する貫通電極形成ステップと、前記基板の前記非搭載面のうち、前記貫通電極が露出する領域を含む外部端子形成領域内に、前記外部端子形成領域より小さい面積を有する下地膜を複数配置した後、前記外部端子形成領域及び前記下地膜上に、前記下地膜よりガラスとの密着性が低い金属膜を形成することにより、外部端子を形成する外部端子形成ステップと、前記基板の前記搭載面上に、前記貫通電極と電気的に接続するように、前記圧電片を搭載する搭載ステップと、前記圧電片を収容する収容部を形成するようにして、前記基板と蓋とを接合する接合ステップとを備える。

本発明の圧電振動子及びその製造方法によれば、ガラスからなる基板との密着性を確保しつつ、実装時に発生する、外部端子の基板に対する応力を低減させることができ、従って基板にクラックが生じることを抑制することができる。

また、本発明の圧電振動子及びその製造方法によれば、下地膜の形状を変更するだけで、外部端子全体の形状を維持することができる。

また、本発明の圧電振動子及びその製造方法によれば、金属膜を形成することなくプリント基板に実装する際、実装時における基板に対する応力を低減させることができ、従って基板にクラックが生じることを抑制することができる。

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、説明を明瞭にするために図の一部を誇張して図示している。

図１（ａ）〜（ｅ）に、本発明の実施の形態による水晶振動子の製造方法を示す。なお、図１（ａ）〜（ｄ）は、各工程別素子を下方から視認した場合の底面図を示し、図１（ｅ）は、図１（ａ）中のＡ−Ａ線に沿って切断した場合の縦断面図を示す。

まず図１（ａ）及び（ｅ）に示すように、ガラスからなり、凹型形状のキャビティ２１０が形成された基板２００を用意する。なお、基板２００に用いられるガラスとして、ほうけい酸ガラス、結晶化ガラス、ソーダライムガラス等を用いることができる。そして、キャビティ２１０の内底面２１０Ａから基板２００の裏面２００Ａまで貫通するように、基板２００のうちの所望の領域に、貫通電極２２０を形成する。

続いて、基板２００の裏面２００Ａ上のうち、後に外部端子を形成する領域（以下、これを外部端子形成領域と呼ぶ）に、例えばクロム（Ｃｒ）からなり、膜厚が例えば１〜５ｎｍ程度であってかつ突起状の下地膜２３０Ａを、マトリクス状に複数配置するように形成する。なお、この場合、下地膜２３０Ａとしては、クロム（Ｃｒ）ではなく、例えばチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）などを使用することができる。

続いて、図１（ｂ）及び（ｅ）に示すように、基板２００の裏面２００Ａのうち外部端子形成領域及び下地膜２３０Ａ上に、下地膜２３０Ａを覆うようにして、例えば銅（Ｃｕ）からなる金属膜２３０Ｂを例えば０．１〜０．３μｍ程度形成する。その際、金属膜２３０Ｂは、貫通電極２２０と電気的に接続される。

図１（ｃ）及び（ｅ）に示すように、この金属膜２３０Ｂ上に、例えばニッケル（Ｎｉ）かならなるメッキ膜２３０Ｃを例えば１〜５μｍ程度形成する。図１（ｄ）及び（ｅ）に示すように、このメッキ膜２３０Ｃ上に、例えば金（Ａｕ）からなるメッキ膜２３０Ｄを例えば０．０２〜０．５μｍ程度形成することにより、外部端子２３０を形成する。

なお、この場合、金属膜２３０Ｂ上に、ニッケル（Ｎｉ）かならなるメッキ膜２３０Ｃと、金（Ａｕ）からなるメッキ膜２３０Ｄとを積層したが、金属膜２３０Ｂ上に、スズ（Ｓｎ）からなるメッキ膜のみを形成するようにしても良い。

図１（ｅ）に示すように、基板２００に形成されたキャビティ２１０の内底面２１０Ａ上に、貫通電極２２０と電気的に接続するようにして、搭載パッド２４０を形成する。そして、搭載パッド２４０及び水晶片２６０を、導電性接着剤２５０を介して電気的に接続し固定する。その後、基板２００と、例えばガラスからなる蓋２８０とを、封止材２７０を介して接合し封止を行うことにより、水晶振動子２９０を製造する。なお、蓋２８０に用いられるガラスとして、ほうけい酸ガラス、結晶化ガラス、ソーダライムガラス等を用いることができる。

このようにして製造された水晶振動子２９０は、図１（ａ）〜（ｅ）に示すように、水晶片２６０を搭載する容器として、凹型形状のキャビティ２１０が形成された基板２００を使用し、当該基板２００はガラスからなる。なお、キャビティ２１０は、水晶片２６０を収容する収容部に対応する。

基板２００に形成されたキャビティ２１０の内底面２１０Ａ上には、搭載パッド２４０が配置され、当該搭載パッド２４０と、水晶片２６０の両面に形成された励振電極（図示せず）とは、導電性接着剤２５０を介して接続されている。蓋２８０は、基板２００と同様にガラスからなり、基板２００及び蓋２８０は、封止材２７０を介して接合されている。

基板２００のうち所望の領域には、キャビティ２１０の内底面２１０Ａから基板２００の裏面２００Ａまで貫通するように、貫通電極２２０が形成され、当該貫通電極２２０は、搭載パッド２４０と電気的に接続されている。これにより、水晶片２６０は、キャビティ２１０の内底面２１０Ａ上に、貫通電極２２０と電気的に接続するように搭載されている。

なお、基板２００のうち、キャビティ２１０の内底面２１０Ａは、水晶片２６０を搭載するための搭載面に対応し、裏面２００Ａは、キャビティ２１０の内底面２１０Ａすなわち搭載面に対向する非搭載面に対応する。

また、基板２００の裏面２００Ａ上には、パッドとしての外部端子２３０が、貫通電極２２０と電気的に接続するように、各角部付近にそれぞれ形成されている。この外部端子２３０は、基板２００の裏面２００Ａ上のうち、外部端子形成領域に、例えばクロム（Ｃｒ）からなる突起状の下地膜２３０Ａを、マトリクス状に複数配置するようにして形成した構成を有する。

さらに、外部端子２３０は、基板２００の裏面２００Ａのうち外部端子形成領域及び下地膜２３０Ａ上に、下地膜２３０Ａを覆うようにして、例えば銅（Ｃｕ）からなる金属膜２３０Ｂを形成し、当該金属膜２３０Ｂ上に、例えばニッケル（Ｎｉ）かならなるメッキ膜２３０Ｃと、例えば金（Ａｕ）からなるメッキ膜２３０Ｄとを順次積層することにより形成される。

このように本実施の形態によれば、基板２００の裏面２００Ａのうち、貫通電極２２０が露出する領域を含む外部端子形成領域に、ガラスとの密着性が高く、かつ外部端子領域より小さい面積を有する下地膜２３０Ａを複数配置した上で、外部端子形成領域及び下地膜２３０Ａ上に、下地膜２３０Ａよりガラスとの密着性が低い金属膜２３０Ｂを形成する。

これにより、外部端子形成領域の全面に下地膜１００Ａを形成する場合（図３）と比較して、ガラスからなる基板２００との密着性を確保しつつ、実装時に発生する、外部端子２３０の基板に対する応力を低減させることができ、従って基板２００にクラックが生じることを抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、下地膜２３０Ａの形状を突起状にするだけで、外部端子２３０全体の形状を維持することができる。

なお、上述の実施の形態は一例であって、本発明を限定するものではない。例えば図２に示すように、基板３１０の裏面３１０Ａ上のうち、外部端子形成領域（すなわち、少なくとも貫通電極３３０が露出する付近）に、例えばクロム（Ｃｒ）からなる突起状の膜３２０を、マトリクス状に複数配置するようにしても良い。この場合、かかる構成の水晶振動子３００をプリント基板に実装する際には、貫通電極３３０をプリント基板の配線パターンに接続するように実装する。また、クロム（Ｃｒ）上に金（Ａｕ）などの金属を積層させた膜（図示せず）としても良い。

また、上述の実施の形態においては、キャビティ２１０が形成された基板２００と、平板状の蓋２８０とを接合する場合について述べたが、平板状の基板とキャビティが形成された蓋とを接合しても良い。

また、上述の実施の形態においては、水晶片２６０が搭載された水晶振動子２９０を製造したが、例えば圧電セラミックなど、他の種々の圧電片が搭載された圧電振動子を製造するようにしても良い。

本発明の実施の形態による水晶振動子の製造方法における工程別素子の底面図及び断面構造を示す縦断面図である。 他の実施の形態による水晶振動子の構成を示す底面図である。 従来の水晶振動子の構成を示す底面図及び断面構造を示す縦断面図である。

符号の説明

２００ 基板
２１０ キャビティ
２２０ 貫通電極
２３０ 外部端子
２３０Ａ 下地膜
２３０Ｂ 金属膜
２４０ 搭載パッド
２６０ 水晶片
２８０ 蓋

Claims (2)

1. ガラスからなる基板と、
   前記基板のうち、圧電片を搭載するための搭載面から、前記搭載面と対向する非搭載面まで貫通するように、前記基板の所望の領域に形成された貫通電極と、
   前記基板の前記搭載面上に、前記貫通電極と電気的に接続するように搭載された前記圧電片と、
   前記圧電片を収容する収容部を形成するようにして、前記基板と接合された蓋と、
   前記基板の前記非搭載面のうち、前記貫通電極が露出する領域を含む外部端子形成領域内に、前記外部端子形成領域より小さい面積を有する下地膜が複数配置されると共に、前記外部端子形成領域及び前記下地膜上に、前記下地膜よりガラスとの密着性が低い金属膜が形成された外部端子と
   を備えることを特徴とする圧電振動子。
2. ガラスからなる基板のうち、圧電片を搭載するための搭載面から、前記搭載面と対向する非搭載面まで貫通するように、前記基板の所望の領域に、貫通電極を形成する貫通電極形成ステップと、
   前記基板の前記非搭載面のうち、前記貫通電極が露出する領域を含む外部端子形成領域内に、前記外部端子形成領域より小さい面積を有する下地膜を複数配置した後、前記外部端子形成領域及び前記下地膜上に、前記下地膜よりガラスとの密着性が低い金属膜を形成することにより、外部端子を形成する外部端子形成ステップと、
   前記基板の前記搭載面上に、前記貫通電極と電気的に接続するように、前記圧電片を搭載する搭載ステップと、
   前記圧電片を収容する収容部を形成するようにして、前記基板と蓋とを接合する接合ステップと
   を備えることを特徴とする圧電振動子の製造方法。

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