JP6123217B2 - Piezoelectric vibrating piece - Google Patents
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- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
本発明は、電子機器などに用いられる圧電振動片に関する。 The present invention relates to a piezoelectric vibrating piece used in an electronic device or the like.
圧電振動子に代表される圧電振動デバイスは、携帯電話などの移動体通信機などに広く用いられている。圧電振動子に用いられる圧電振動片の一つとして水晶振動片がある。水晶振動片は、表裏主面に励振電極とこれらの励振電極を水晶振動片の端部に延出するための引出電極などが形成されている。このような水晶振動片は、上部が開口した箱状のパッケージ内部に形成された端子電極と、水晶振動片の引出電極の端部に形成された接合部(接続電極)とを導電性接合材を介して接合され、前記開口部分を蓋で気密封止することで表面実装型の水晶振動子が構成される。 Piezoelectric vibration devices represented by piezoelectric vibrators are widely used in mobile communication devices such as mobile phones. There is a crystal vibrating piece as one of the piezoelectric vibrating pieces used in the piezoelectric vibrator. The quartz crystal resonator element is formed with excitation electrodes and lead electrodes for extending these excitation electrodes at the ends of the quartz crystal resonator element on the front and back main surfaces. Such a crystal vibrating piece is a conductive bonding material in which a terminal electrode formed inside a box-shaped package having an open top and a joint (connection electrode) formed at an end of the extraction electrode of the crystal vibrating piece The surface-mount type crystal resonator is configured by airtightly sealing the opening portion with a lid.
例えば特許文献1に示す水晶振動子では、水晶振動片とパッケージとを金属バンプなどの導電性接合材で電気機械的に接合しており、相互の接合強度を向上させるために、水晶振動片に形成される励振電極と接続電極とに関して、下地電極の材料と電極形成方法とを異ならせたものが開示されている。
For example, in the crystal resonator shown in
しかしながら、特許文献1の構成では、電極形成のための製造工程が増えるだけでなく、電極構造も複雑なものとなる。結果としてコスト高となるだけでなく、より簡易な構成が望ましい小型化された圧電振動子には不向きな構成であった。
However, in the configuration of
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、安価で、小型化に有利で、かつ、接合強度を高めた圧電振動片を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of such points, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrating piece that is inexpensive, is advantageous for downsizing, and has increased bonding strength.
上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動片は、一対の励振電極と、前記一対の励振電極からそれぞれ引き出された一対の引出電極と、が少なくとも形成され、前記一対の引出電極各々の先端部は、外部電極に接合するための接続電極となり、前記接続電極各々の上面には、バンプが少なくとも形成され、前記バンプは、前記接続電極側に向く第1面と、外部電極との接合面となる第2面とを少なくとも有し、前記第1面が前記第2面より小さく、前記バンプの外形は、前記第1面と、前記第2面と、前記第1面と前記第2面とを繋ぐ側面とから構成され、前記側面は曲面形成されたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a piezoelectric vibrating piece according to the present invention includes at least a pair of excitation electrodes and a pair of extraction electrodes respectively extracted from the pair of excitation electrodes, and each of the pair of extraction electrodes The tip of each of the connection electrodes serves as a connection electrode for bonding to an external electrode, and at least a bump is formed on the upper surface of each of the connection electrodes, and the bump includes a first surface facing the connection electrode and an external electrode. and a second surface as a bonding surface at least, the first surface is rather smaller than the second surface, the outer shape of the bump, the said first surface, said second surface, said first surface and It is comprised from the side surface which connects a 2nd surface, The said side surface was formed in the curved surface, It is characterized by the above-mentioned .
本発明によれば、安価で、小型化に有利で、かつ、接合強度を高めることが可能となる。具体的には、前記接続電極各々の上面に前記バンプが少なくとも形成され、前記バンプの前記第1面が前記第2面より小さいので、前記バンプの前記第2面を実質大きくとることが可能となる。そのため、当該圧電振動片の基板が小さくなり、その結果、前記接続電極が小さくなったとしても、外部電極に接する前記第2面を小さくすることなく、接合強度を保つことが可能となる。その結果、当該圧電振動片を小型化すると、小型化に比例して外部電極に接続する接合箇所も小さくなるが、本発明では接合箇所(前記第2面)を小さくするのを抑制することができ、結果として小型化しても接合強度を高めることが可能となる。また、前記側面が曲面形成されているので、前記側面が平坦面に形成される形態に比べて第2面の周縁の厚みを薄くすることが可能となり、外部電極への接合時に加圧でより均一に拡がって潰し易くなり、また低加圧での接合も可能となる。さらに、前記バンプの厚さを増すことなく容易に前記第2面を大きくすることが可能となり、また前記第2面の周縁を容易に広げることが可能となる。また、前記バンプを形成する際にレジストを用いた場合、レジストの量を少なく(もしくはレジストの厚さを薄く)することが可能となる。 According to the present invention, it is inexpensive, advantageous for downsizing, and it is possible to increase the bonding strength. Specifically, at least the bump is formed on the upper surface of each of the connection electrodes, and the first surface of the bump is smaller than the second surface, so that the second surface of the bump can be made substantially larger. Become. Therefore, board decreases of the piezoelectric vibrating piece, as a result, even as the connecting electrode is reduced, without reducing the second surface in contact with the external electrodes, it is possible to maintain the bonding strength. As a result, when the piezoelectric vibrating piece is miniaturized, the joint location connected to the external electrode is also reduced in proportion to the miniaturization. However, in the present invention, it is possible to suppress the joint location (the second surface) from being reduced. As a result, even if the size is reduced, the bonding strength can be increased. In addition, since the side surface is formed in a curved surface, it is possible to reduce the thickness of the peripheral edge of the second surface as compared with a form in which the side surface is formed as a flat surface, and more pressure is applied during bonding to the external electrode. It spreads uniformly and is easily crushed, and can be joined at a low pressure. Furthermore, the second surface can be easily enlarged without increasing the thickness of the bump, and the periphery of the second surface can be easily widened. In addition, when a resist is used when forming the bumps, the amount of resist can be reduced (or the resist thickness can be reduced).
また、前記バンプの外形が、前記第1面と、前記第2面と、前記第1面と前記第2面とを繋ぐ側面とから構成され、前記バンプの形成工程においてフォトリソ工法を用いた場合、前記接続電極側に向く第1面が、外部電極との接合面となる第2面より小さいので、前記第1面に接する部位(前記基板側の部材で例えば接続電極)と前記側面との頂角が鋭角になる。そのため、露出時に頂角部分に遮られて感光することがなく、この頂角部分にレジストが溜まることになるが、このレジストはレジスト除去の際に取り除くことができるので、レジストが残留することはない。その結果、レジスト残留による接合強度の劣化や、ガスの発生等は生じない。 Further, when the outer shape of the bump is composed of the first surface, the second surface, and a side surface connecting the first surface and the second surface, and a photolithography method is used in the bump forming step Since the first surface facing the connection electrode side is smaller than the second surface serving as a joint surface with the external electrode, a portion (contact electrode, for example, a connection electrode on the substrate side) that contacts the first surface and the side surface The apex angle becomes acute. Therefore, the vertical angle portion is not exposed to exposure during exposure, and the resist accumulates in this vertical angle portion, but since this resist can be removed at the time of resist removal, the resist remains. Absent. As a result, there is no deterioration in bonding strength or gas generation due to residual resist.
前記構成において、前記バンプは、接合部材を介して前記接続電極上に形成されてもよい。 The said structure WHEREIN: The said bump may be formed on the said connection electrode through a joining member.
この場合、前記バンプは前記接合部材を介して前記接続電極上に形成されるので、外部電極に前記バンプを介して前記接続電極を接合した際に前記バンプを全て潰す圧力を加えた場合であっても前記接合部材が存在することで、前記バンプよりも前記接合部材の方が潰れ難くなる。また、前記バンプのみを潰す場合、低圧力で潰すことが可能となり、本構成によれば、前記接合部材を潰さずに前記バンプのみを潰すことが可能となる。その結果、接合部材の形状や形態を可変させることなく、概ね維持することが可能となり、前記接合部材の上面の前記バンプはより潰し易い。すなわち、前記バンプが低荷重で均一に潰し易くなる。そのため、安定した外部電極と前記接続電極との接合を行うことが可能となる。 In this case, since the bump is formed on the connection electrode via the bonding member, when the connection electrode is bonded to the external electrode via the bump, a pressure for crushing the bump is applied. However, the presence of the bonding member makes the bonding member less likely to be crushed than the bump. Further, when only the bumps are crushed, it is possible to squeeze them with a low pressure, and according to this configuration, it is possible to crush only the bumps without crushing the bonding member. As a result, it is possible to maintain the joining member without changing the shape and form thereof, and the bumps on the upper surface of the joining member are more easily crushed. That is, the bumps can be easily crushed with a low load. Therefore, it becomes possible to perform a stable joining of the external electrode and the connection electrode.
前記構成において、前記接続電極各々の上には、前記バンプが複数形成されてもよい。 In the above configuration, a plurality of the bumps may be formed on each connection electrode.
この場合、前記接続電極各々の上に前記バンプが複数形成されるので、前記接続電極各々の上に前記バンプが1つ形成される形態に比べて、外部電極との接合面となる前記第2面に対して前記バンプがより均一に広がって潰れ易くなり、接合強度のばらつきが生じにくい。その結果、接合強度の安定化につながる。 In this case, a plurality of the bumps are formed on each of the connection electrodes, so that the second surface serving as a joint surface with the external electrode is compared with a form in which one of the bumps is formed on each of the connection electrodes. The bumps spread more uniformly with respect to the surface and are easily crushed, and variations in bonding strength are less likely to occur. As a result, the joint strength is stabilized.
前記構成において、前記接続電極各々の上に形成された複数の前記バンプのうち、当該圧電振動片の側面(当該圧電振動片の基板の端)に近い側に形成された前記バンプの前記第2面が、前記側面から遠い側に形成された前記バンプの前記第2面よりも大きくてもよい。 In the configuration, the second of the bumps formed on the side closer to the side surface of the piezoelectric vibrating piece (the substrate end of the piezoelectric vibrating piece) among the plurality of bumps formed on each of the connection electrodes. surface may be larger than the second surface of the bumps formed on the side farther from the side surface.
この場合、前記接続電極各々の上に形成された複数の前記バンプのうち、当該圧電振動片の側面に近い側に形成されたバンプの第2面が、前記側面から遠い側に形成されたバンプの第2面よりも大きいので、バンプを潰す際に、小さいバンプの方向にバンプが広がり、接合面のうち当該圧電振動片の中央領域に向かってより均一に広がって潰れ易くなり、当該圧電振動片の中央領域の強度向上を図ることが可能となる。また電極の短絡を確実に防止することも可能となる。また、前記側面に近い側に形成された前記バンプの接合領域を拡げることが可能となる。つまり、前記側面から遠い側に形成された前記バンプの前記第2面は、前記側面に近い側に形成された前記バンプの前記第2面よりも小さくなるので、接合の際に、接合部材外に前記バンプが出るのを防ぐことが可能となる。 In this case, among the plurality of bumps formed on each of the connection electrodes, the second surface of the bump formed on the side close to the side surface of the piezoelectric vibrating piece is the bump formed on the side far from the side surface. because of larger than the second surface, when collapsing the bump, bump spreads in the direction of small bumps, easily collapsed spread more evenly toward the central region of the piezoelectric vibrating piece of the joint surface, the piezoelectric vibrating It is possible to improve the strength of the central region of the piece . It is also possible to reliably prevent short-circuiting of the electrodes. Further, it is possible to expand the bonding area of the bumps formed on the side closer to the side surface. In other words, the second surface of the bumps formed on the side farther from the side surface, becomes smaller than the second surface of the bumps formed on the side closer to the side, at the time of bonding, the bonding member outer It is possible to prevent the bumps from coming out.
ここで、バンプの側面が曲面形成された構成の代わりに、バンプの側面が断面視で直線に形成された構成を採用してもよい。具体的には、前記バンプの外形は、前記第1面と、前記第2面と、前記第1面と前記第2面とを繋ぐ側面とから構成され、前記側面は断面視で直線に形成されてもよい。Here, instead of the configuration in which the side surface of the bump is formed into a curved surface, a configuration in which the side surface of the bump is formed in a straight line in a sectional view may be adopted. Specifically, the outer shape of the bump is composed of the first surface, the second surface, and a side surface connecting the first surface and the second surface, and the side surface is formed in a straight line in a sectional view. May be.
前記構成において、前記第2面が平坦面に形成されてもよい。The said structure WHEREIN: The said 2nd surface may be formed in a flat surface.
前記構成において、前記第2面が曲面形成されてもよい。 In the above configuration, the second surface may be formed as a curved surface.
この場合、前記第2面が曲面形成されるので、前記第2面が平坦面形成される形態に比べて、前記バンプがより均一に広がって潰れ易くなり、より小さな加圧力で確実に潰れて接合強度も高まる。また、前記バンプの高さに多少のばらつきが生じても、前記曲面の部分で高さのばらつきを吸収することが可能となる。その結果、より安定した接合を行うことが可能となる。 In this case, since the second surface is formed as a curved surface, the bumps are more uniformly spread and crushed more easily than in the case where the second surface is formed as a flat surface, and reliably crushed with a smaller pressure. Bonding strength is also increased. In addition, even if some variation occurs in the height of the bump, the variation in height can be absorbed by the curved portion. As a result, more stable joining can be performed.
以上のように、本発明によれば、安価で、小型化に有利で、かつ、接合強度を高めることができる。 As described above, according to the present invention, it is inexpensive, advantageous for downsizing, and the bonding strength can be increased.
以下、圧電振動片として音叉型水晶振動子を例に挙げて図面とともに説明する。本実施の形態で使用される音叉型水晶振動子1では、ベース3と図示しない蓋とが封止部材Hを介して接合されて筐体が構成される。具体的には、上部が開口したベース3の電極パッド32上に音叉型水晶振動片2が接合部材7を介して接合され、ベース3の開口部(開口)を封止するように、封止部材Hを介して開口の端面に板状の蓋を接合した構成となっている。ここで、本実施の形態では音叉型水晶振動子1の公称周波数は32.768kHzとなっている。なお、公称周波数は一例であり、他の周波数にも適用可能である。
Hereinafter, a tuning fork type crystal resonator will be described as an example of the piezoelectric vibrating piece with reference to the drawings. In the tuning fork
ベース3は、セラミック材料やガラス材料からなる絶縁容器体である。本実施の形態では例えば、ベース3は、セラミック材料からなり、焼成によって形成されている。ベース3は、周囲に堤部30を有し、かつ、上部が開口した断面視凹形状で、ベース3の内部(収納部)には音叉型水晶振動片2を搭載するための段差部31が形成されている。そして段差部31の上面には、一対の電極パッド32(図1では一方の電極パッド32のみ図示)が形成されている。一対の電極パッド32はベース3の内部に形成された図示しない配線パターンを介してベース3の底面(裏面)に形成されている2つ以上の端子電極33に電気的に接続されている。ベース3の堤部30の周囲にはメタライズ層34(封止部材Hの一部を構成)が周状に形成されている。電極パッド32や端子電極33、メタライズ層34は例えば3層から構成されており、下からタングステン、ニッケル、金の順で積層されている。タングステンはメタライズ技術により、セラミック焼成時に一体的に形成され、ニッケル、金の各層はメッキ技術により形成される。なお、タングステンの層にモリブデンを使用してもよい。
The
図示しない蓋は、例えば金属材料やセラミック材料、ガラス材料などからなり、平面視矩形状の一枚板に成形されている。この蓋の下面には封止材(封止部材Hの一部を構成)が形成されている。この蓋はシーム溶接やビーム溶接、加熱溶融接合などの手法により封止材を介してベース3に接合されて、蓋とベース3とによる水晶振動子1の筐体が構成される。
The lid (not shown) is made of, for example, a metal material, a ceramic material, or a glass material, and is formed into a single plate having a rectangular shape in plan view. A sealing material (constituting a part of the sealing member H) is formed on the lower surface of the lid. The lid is joined to the
音叉型水晶振動片2は、X軸方向、Y軸方向、およびZ’軸方向の結晶方向を有する異方性材料の水晶Z板からなる1枚の水晶ウェハ(図示省略)から成形される。音叉型水晶振動片2の基板外形は、フォトリソグラフィ技術(フォトリソ工法)を用いて、レジストまたは金属膜をマスクとして例えばウェットエッチングによって一括的に成形されている。
The tuning fork type
音叉型水晶振動片2の基板は、図2に示すように、振動部である2本の第1脚部21および第2脚部22と、外部電極(本実施の形態ではベース3の電極パッド32)に接合する接合部23と、これら第1脚部21および第2脚部22と接合部23とを突出して設けた基部25と、から構成された外形からなる。
As shown in FIG. 2, the substrate of the tuning-fork type
基部25は、平面視左右対称形状とされ、図2に示すように、振動部(第1脚部21,第2脚部22)より幅広に形成されている。また、基部25の他端面252付近が、一端面251から他端面252にかけて幅狭になるように漸次段差形成されている。このため振動部である第1脚部21および第2脚部22の振動により発生した漏れ振動を他端面252により減衰させることができ、接合部23へ漏れ振動が伝わるのを抑制することができ、音響リーク(振動漏れ)を更に低減するのに好ましい。なお、基部25の他端面252付近における漸次幅狭になる構成としては段差形状に限らずテーパ状や、曲面状としてもよい。
The
2本の第1脚部21および第2脚部22は、図2に示すように、基部25の一端面251から突出して隙間部253を介して並設されている。なお、ここでいう隙間部253は、一端面251の幅方向の中央位置(中央領域)に設けられている。これら第1脚部21および第2脚部22の先端部211,221は、第1脚部21および第2脚部22の他の部位(第1脚部21および第2脚部22の基部25側の部位を除く)に比べて突出方向に対して直交する方向に幅広に成形され(以下、脚部の幅広領域と称する)、さらにそれぞれ隅部は曲面形成されている。このように先端部211,221を幅広に成形することで、先端部211,221(先端領域)を有効に利用することができ、音叉型水晶振動片2の小型化に有用であり、低周波数化にも有用である。また、それぞれ先端部211,221の隅部を曲面形成することで、外力を受けた時などに堤部などに接触するのを防止することができる。
As shown in FIG. 2, the two
2つの第1脚部21および第2脚部22の一主面261と他主面262には、音叉型水晶振動片2の小型化により劣化する直列共振抵抗値(本実施の形態ではCI値、以下同様)を改善させるために、溝部27がそれぞれ形成されている。また、音叉型水晶振動片2の外形のうち側面28の一部は一主面261と他主面262とに対して傾斜して成形されている。これは、音叉型水晶振動片2を湿式でエッチング成形する際に基板材料の結晶方向(図2に示すX,Y方向)へのエッチングスピードが異なることに起因している。
The first
接合部23は、図2に示すように、下記する引出電極293,294を外部電極(本実施の形態ではベース3の電極パッド32)に電気機械的に接合するためのものである。具体的に、接合部23は、2本の第1脚部21および第2脚部22が突出した基部25の一端面251と対向する他端面252の幅方向の中央位置(中央領域)から突出形成されている。すなわち、2本の第1脚部21と第2脚部22との間に配された隙間部253と正対向する位置に、接合部23が−z‘軸方向に沿って突出形成されている。
As shown in FIG. 2, the
接合部23は、基部25の他端面252に対して平面視垂直方向に突出した他端面252よりも幅狭な短辺部231と、短辺部231の先端部と連なり基部25の幅方向に延出する長辺部232とから構成され、接合部23の先端部233は基部25の幅方向に向いている。すなわち、接合部23は、短辺部231の先端部において平面視直角に折曲された形状からなり、平面視L字状に成形される。このように、平面視L字状に成形された折曲箇所である折曲部234が短辺部231の先端部に対応する。また、基部25の他端面252よりも短辺部231が幅狭な状態で形成され、この幅狭形成により振動漏れのさらなる抑制の効果が高まる。
The joining
本実施の形態では、接合部23の基端部にあたる短辺部231の折曲部234が、外部電極に接合する接合領域とされ、また、接合部23の先端部233にあたる長辺部232の先端部が、外部電極に接合する接合領域とされる。そして、接合部23の基端部である短辺部231には下記する第2励振電極292から短辺部231の端部(一端部へ)引き出された引出電極294(本発明でいう接続電極)が形成され、接合部の先端部である長辺部232に、下記する第1励振電極291から長辺部232の端部(一端部へ)引き出された引出電極293(本発明でいう接続電極)が形成されている。
In the present embodiment, the
本実施の形態にかかる音叉型水晶振動片2には、異電位で構成された2つの第1励振電極291および第2励振電極292と、これら第1励振電極291および第2励振電極292を電極パッド32に電気的に接続させるためにこれら第1励振電極291および第2励振電極292から引き出された引出電極293,294が一体的に同時形成され、一対の引出電極293,294各々の先端部は、音叉型水晶振動片2の一主面235の一端部近傍に引き出された接続電極295,296となる。また、接続電極295,296各々の上面には、下記する接合部材7とバンプ6とが形成されている。なお、さらに詳説すると、本実施の形態でいう2つの引出電極293,294は、2つの第1励振電極291および第2励振電極292からそれぞれ引き出された電極パターンのことをいい、接続電極295,296は、引出電極293,294の先端部分のうち、ベース3との接合部位に形成された箇所のことをいう。
The tuning-fork type
2つの第1励振電極291および第2励振電極292の一部は、溝部27の内部に形成されている。このため、音叉型水晶振動片2を小型化しても第1脚部21および第2脚部22の振動損失が抑制され、CI値を低く抑えることができる。
A part of the two
第1励振電極291は、第1脚部21の両主面(一主面261と他主面262)と第2脚部22の両側面28に形成されている。同様に、第2励振電極292は、第2脚部22の両主面(一主面261と他主面262)と第1脚部21の両側面28に形成されている。
The
また、接続電極295,296各々の上面には、接合部材7を介して6つのバンプ6が夫々形成されている。
In addition, six
バンプ6は、金メッキ等からなり、外部電極(電極パッド32)に接合するためのものであり、バンプ6の接続電極295,296側に向く第1面61と、が、第1面61に対面し外方に向き外部電極(電極パッド32)との接合面となる第2面62とを有し、第1面61は、第2面62より小さい。
The
また、バンプ6の外形は、平坦面となる第1面61と、平坦面となる第2面62と、第1面61と第2面62とを繋ぐ側面63とから構成された円錐台となる。すなわち、本実施の形態にかかるバンプ6は、図1,3に示すように逆テーパを有する端面視(断面視)台形となり、Y軸方向の断面視や端面視では、側面が直線となる。なお、バンプ6の第1面61および第2面62は、接続電極295,296より粗面である。
The outer shape of the
また、接続電極295,296各々の上に形成された6つのバンプ6に関して、少なくとも、基板の端(本実施の形態では、音叉型水晶振動片2の側面)に近い側に形成されたバンプ6(601)の第2面62が、基板の端(本実施の形態では、音叉型水晶振動片2の側面)から遠い側に形成されたバンプ6(602)の第2面62よりも大きい。すなわち、本実施の形態では、バンプ601が接合部23の先端部に形成され、バンプ60が折曲部234に形成され、バンプ601の第2面62が、バンプ602の第2面62よりも大きい。
Further, regarding the six
接合部材7は、金メッキ等からなり、図2に示すように、X軸方向が長辺方向となりZ’軸方向が短辺方向となる平面視楕円形状となる。本実施の形態では、接合部材7の表面全体を効率よく接合するためにバンプ6を積極的に用いる。
The joining
次に、音叉型水晶振動片2の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the tuning fork type
X軸方向、Y軸方向、およびZ’軸方向の結晶方向を有する異方性材料の水晶Z板からなる1枚の水晶ウェハを用い、水晶ウエハから、多数個の音叉型水晶振動片2をマトリックス状に一括形成する。この時、音叉型水晶振動片2の外形は、フォトリソグラフィ技術を用いて、レジストまたは金属膜をマスクとして例えばウェットエッチングによって一括的に成形する。
A single crystal wafer made of a crystal Z plate made of an anisotropic material having crystal directions in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z′-axis direction is used, and a large number of tuning-fork type
そして、音叉型水晶振動片2の外形の成形と同時に、第1励振電極291および第2励振電極292や引出電極293,294、接続電極295,296を形成する。本実施の形態では、第1励振電極291および第2励振電極292や引出電極293,294(接続電極295,296)を、下記の第1工程,第2工程,第3工程を順に経て形成する。
The
―第1工程―
上記した音叉型水晶振動片2の第1励振電極291および第2励振電極292や引出電極293,294、接続電極295,296は、金属蒸着によって各第1脚部21および第2脚部22上にクロム(Cr)層を形成し、このクロム層上に金(Au)層を形成して構成される薄膜である。この薄膜は、真空蒸着法やスパッタリング法などの手法により基板全面に形成した後、フォトリソグラフィ技術によりメタルエッチングして所望の形状に形成することで、一体的に同時形成する。なお、第1励振電極291,第2励振電極292および引出電極293,294はクロム(Cr),金(Au)の順に形成してなるが、例えば、クロム(Cr),銀(Ag)の順や,クロム(Cr),金(Au),クロム(Cr)の順や,クロム(Cr),銀(Ag),クロム(Cr)の順などであってもよい。またクロム(Cr),金(Au),クロム(Cr),金(Au)等の複数の膜が積層されたものであってもよい。下地のクロム(Cr)は、ニッケル(Ni),チタン(Ti),クロム(Cr)とニッケル(Ni)との合金からなるニクロムなどであってもよい。
―First step―
The
各第1脚部21および第2脚部22の先端部211,221の一主面261と他主面262には、上記した第1脚部21および第2脚部22の幅広領域に対してほぼ全面に引出電極293,294をそれぞれ形成する。
The first
また、接合部23の一主面235に形成された引出電極293,294の上面におけるベース3との接合部位になる箇所には、接合部材7を形成し、接合部材7上に外部電極に接合するためのバンプ6を形成する。
In addition, a
―第2工程―
接合部23への接合部材7およびバンプ6の形成に関して、接合部23の各領域(接続電極295,296の上面)に図示しない接合部材7の形成部(接続電極295,296より面積の小さい窓部を有するマスク)をフォトリソグラフィ技術により所望の形状(本実施の形態では楕円形状の窓部)に形成して、接合部材7の形成部に接合部材7を電解メッキ法などの手法によりメッキ形成する。
-Second step-
Regarding the formation of the
―第3工程―
接合部材7の各領域(接合部材7の上面)に図示しないバンプ6の形成部(接続電極295,296より面積の小さく、バンプ6より面積の大きい窓部を有するマスク)をフォトリソグラフィ技術により所望の形状(本実施の形態では円形状の窓部)に形成して、バンプ6の形成部にバンプ6を電解メッキ法などの手法によりメッキ形成する。その後、アニール処理を行ってもよい。
-Third step-
また、第1脚部21および第2脚部22の一主面261に配された幅広領域に形成された引出電極293,294の上面には、図2に示すように、レーザービームなどのビーム照射によって金属膜の質量削減を行うことで音叉型水晶振動片2の周波数を調整してなる調整用金属膜(周波数調整用錘)M3が引出電極293,294に対して若干小さな面積で一体形成されている。調整用金属膜M3は、例えば、各幅広領域に形成された引出電極293,294に対して、調整用金属膜M3の形成部(所望の形状)をフォトリソグラフィ技術により形成して、調整用金属膜M3の形成部に調整用金属膜M3を電解メッキ法などの手法によりメッキ形成する。また、このメッキ形成後、アニール処理を行ってもよい。これら調整用金属膜M3などの金属膜をメッキ形成する際には、上記した接合部材7あるいはバンプ6の少なくとも1つ以上と同じ工程で同時に構成すると実用上より望ましい。接合部材7(M11,M12)、バンプ6、調整用金属膜M3は、同材質のもので構成されており例えば金(Au)からなる。
Further, as shown in FIG. 2, a beam such as a laser beam is formed on the upper surfaces of the
以上のように構成された音叉型水晶振動片2は、上記ウェハの状態の際に各々の音叉型水晶振動片2の周波数を計測した後、各々の音叉型水晶振動片2の調整用金属膜M3をビーム照射などで減少させたり、パーシャル蒸着により増加させたりすることで、周波数の粗調整を行っている。
The tuning fork type
周波数粗調整を施し、その後ウェハから取り出した個片の音叉型水晶振動片2は、その一主面261側の接続電極295,296の上面に形成されたバンプ6(接合部材7を含む)とベース3の電極パッド32とをFCB法により超音波接合し、ベース3に音叉型水晶振動片2を搭載する。なお、音叉型水晶振動片2をベース3に搭載する際、ベース3の搭載部などに対してアッシングを行い音叉型水晶振動片2とベース3の接合界面(バンプ6など)の活性化を行う。なお、アッシング処理についてはウェハの状態で実施してもよい。そして、接合箇所の活性化を行った状態で、バンプ6の一部分もしくは全てが潰れる加圧によりベース3に音叉型水晶振動片2を接合する。この時、ベース3の筐体の内部の底面に対して、音叉型水晶振動片2の主面が同一方向に向く、もしくは、音叉型水晶振動片2の主面が傾くように配する。このように、バンプ6を潰すのみの加圧を行うことで、接合によってバンプ6や接合部材7を構成する材料が過剰に拡散するのを抑制することができる。なお、このような効果は、バンプ6や接合部材7などの金属膜がメッキ形成されていることに関係しており、バンプ6を潰すのみの加圧接合により、接合部材7に接している接続電極295,296の金属膜に生じる過剰拡散やダメージを減らし、その結果、当該水晶振動子1を落下させた際などの衝撃時の金属膜の膜剥がれを抑えることができる。また、この膜形成の製造方法によれば、メッキ形成された金属膜であっても安定した潰れを得ることができる。
The individual tuning-fork type
ベース3に搭載された音叉型水晶振動片2に対して周波数を再計測した後、測定結果に基づいて音叉型水晶振動片2の調整用金属膜M3をビーム照射やイオンミーリングなどで減少させることで、周波数の微調整を行う最終の周波数調整を行っている。
After re-measuring the frequency of the tuning-fork type
その後、最終の周波数調整が行われた音叉型水晶振動片2が搭載されたベース3に対して、図示しない蓋を加熱溶融接合などの手法により封止部材Hを介して接合し、音叉型水晶振動片2をベース3と図示しない蓋とで構成された筐体の内部に気密封止する。なお、上述の気密封止の手法として、シーム溶接、ビーム溶接、雰囲気加熱などの手法をあげることができる。
Thereafter, a lid (not shown) is joined to the
本実施の形態にかかる音叉型水晶振動片2および音叉型水晶振動子1によれば、安価で、小型化に有利で、かつ、接合強度を高めることができる。具体的には、接続電極295,296各々の上面にバンプ6が少なくとも形成され、バンプ6の第1面61が第2面62より小さいので、バンプ6の第2面62を実質大きくとることができる。そのため、音叉型水晶振動片2の基板が小さくなり、その結果、接続電極295,296が小さくなったとしても、外部電極(電極パッド32)に接する第2面62を小さくすることなく、接合強度を保つことができる。その結果、音叉型水晶振動片2を小型化すると、小型化に比例して外部電極(電極パッド32)に接続する接合箇所も小さくなるが、本実施の形態によれば接合箇所(第2面62)を実質小さくするのを抑制することができ、結果として小型化しても接合強度を高めることができる。
According to the tuning-fork type
また、第1面61と第2面62と側面63とから構成されたバンプ6の製造工程においてフォトリソ工法を用いた場合、接続電極295,296側に向く第1面61が、外部電極(電極パッド32)との接合面となる第2面62より小さいので、第1面61に接する部位(基板側の部材で例えば接続電極295,296)と側面63との頂角が鋭角になる。そのため、露出時に頂角部分に遮られて感光することがなく、この頂角部分にレジストが溜まることになるが、このレジストはレジスト除去の際に取り除くことができるので、レジストが残留することはない。その結果、レジスト残留による接合強度の劣化は生じない。
Further, when the photolithography method is used in the manufacturing process of the
また、バンプ6は接合部材7を介して接続電極295,296上に形成されるので、外部電極(電極パッド32)にバンプ6を介して接続電極295,296を接合した際にバンプ6を全て潰す圧力を加えた場合であっても接合部材7が存在することで、バンプ6よりも接合部材7の方が潰れ難くなる。また、バンプ6のみを潰す場合、低圧力で潰すことができ、本実施の形態によれば、接合部材7を潰さずにバンプ6のみを潰すことができる。その結果、接合部材7の形状や形態を可変させることなく、概ね維持することができ、接合部材7の上面のバンプ6はより潰し易い。すなわち、バンプ6が低荷重で均一に潰し易くなる。そのため、安定した外部電極(電極パッド32)と接続電極295,296との接合を行うことができる。
Further, since the
また、接続電極295,296各々の上にバンプ6が複数(本実施の形態では6つ)形成されるので、接続電極295,296各々の上にバンプ6が1つ形成される形態に比べて接合強度向上を図ることができる。
In addition, since a plurality of bumps 6 (six in this embodiment) are formed on each of the
また、接続電極295,296各々の上に形成された6つのバンプ6のうち、基板の端に近い側に形成されたバンプ6の第2面62(図2,3に示す601参照)が、基板の端から遠い側に形成されたバンプ6(図2,3に示す602参照)の第2面62よりも大きいので、バンプ6を潰す際に、小さいバンプ6(602)の方向にバンプが広がり、接合面(第2面62)のうち基板(接合部23)の中央領域に向かってより均一に広がって潰れ易くなり、基板(接合部23)の中央領域の強度向上を図ることができる。また電極の短絡を確実に防止することもできる。また、基板の端に近い側に形成されたバンプ6(601)の接合領域を拡げることができる。つまり、基板の端から遠い側に形成されたバンプ6(602)の第2面62は、基板の端に近い側に形成されたバンプ6(601)の第2面62よりも小さくなるので、接合の際に、接合部材7外にバンプ6が出るのを防ぐことができる。
Of the six
なお、本実施の形態では、屈曲振動してなる音叉型圧電振動片に限らず、ATカットなどの厚みすべり振動系や他の振動モードの圧電振動片、あるいは平板形状や逆メサ形状などの他の形状の圧電振動片にも適用できる。 In the present embodiment, the present invention is not limited to a tuning-fork type piezoelectric vibrating piece formed by bending vibration, but a thickness-slip vibration system such as an AT cut, a piezoelectric vibrating piece of another vibration mode, a flat plate shape, an inverted mesa shape, or the like. It can also be applied to a piezoelectric vibrating piece of the shape
また、本実施の形態では、バンプ6が第1面61と第2面62とが対面する円錐台となっているが、これに限定されるものではなく、第1面61と第2面62とが厳密に対面していなくても同様の作用効果が生じる。ただし、第1面61と第2面62とが対面する形態が好ましい。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態では、バンプ6の側面63(Y軸方向の断面視や端面視)が直線となっているが、これに限定されるものではなく、図4,6に示すように、曲面形成されてもよい。
Further, in the present embodiment, the side surfaces 63 (the Y-axis direction cross-sectional view and end face view) of the
この場合、バンプ6の側面63が曲面形成されているので、側面63が平坦面に形成される形態に比べて第2面62の周縁の厚みを薄くすることができ、外部電極(電極パッド32)への接合時に加圧で潰し易くなる。
In this case, since the
また、本実施の形態では、バンプ6の第2面62が平面となっているが、これに限定されるものではなく、図5,6に示すように、曲面形成されてもよい。
In the present embodiment, the
この場合、バンプ6の第2面62が曲面形成されるので、第2面62が平坦面形成される形態に比べて、外部電極への接合領域を大きくすることができ、より安定した接合を行うことが可能となる。
In this case, since the
また、本実施の形態では、接続電極295,296各々の上に、バンプ6を6つずつ形成しているが、数は限定されるものではなく、1つでもよい。しかしながら、接合強度の点から、複数のバンプが形成されることが好ましい。また、バンプ6の数も6つに限定されるものではなく、図7,8,9に示すような2つ,4つや、8つ(図示省略)など他の任意の数であってもよく、奇数の5つ(図示省略)であってもよい。
In the present embodiment, six
また、本実施の形態では、接合部材7を介してバンプ6を接続電極295,296上に形成しているが、これに限定されるものではなく、図7に示すように、接続電極295,296上に直接バンプ6を形成してもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態では、図2に示すように、平面視形状が楕円形状となっているが、これに限定されるものではなく、図8に示すように緩やかな曲線を描く窪み部5を有してもよい。この場合、窪み部5に関して短いライン領域が連続する領域と略視することができる。このため、音叉型水晶振動片2のZ’軸方向だけでなく、Z’軸からX軸方向へ傾斜した軸方向の振動が発生した時(例えば、Z’軸からX軸方向へ傾斜した軸方向を落下方向として落とした時など)でも、その振動をメッキバンプとして作用する接合部材7(M11,M12)の端縁である窪み部5の端縁箇所(窪み部5の外形を成形するラインのいずれかのポイント)で受けることができ、当該メッキバンプを介在したベース3と音叉型水晶振動片2との接合部の厚み方向(Y軸方向)に生じるダメージを分散させることができる。その結果、ベース3への音叉型水晶振動片2の接合状態の安定を図ることができる。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the planar view shape is an elliptical shape. However, the shape is not limited to this, and the
また、本実施の形態では、図2に示すように、平面視形状が楕円形状となっているが、これに限定されるものではなく、図9に示すように角を丸くした平面視矩形状や、平面視矩形状、他の多角形状などであってもよい。なお、図9に示すバンプ6では、基板の端に近い側に形成されたバンプ6の第2面62(図2,3に示す601参照)と、基板の端から遠い側に形成されたバンプ6(図2,3に示す602参照)の第2面62とが同じ大きさとなっており、この場合であってもその他の構成は、本実施の形態にかかる構成と同じになるので、本実施の形態による作用効果は有する。しかしながら、より好ましい形態は、上記の基板の端に近い側に形成されたバンプ6の第2面62(601)が、基板の端から遠い側に形成されたバンプ6(602)の第2面62より大きい形態である。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the shape in plan view is an elliptical shape. However, the shape is not limited to this, and a rectangular shape in plan view with rounded corners as shown in FIG. Alternatively, the shape may be a rectangular shape in plan view or another polygonal shape. In the
なお、本発明は、その精神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、上述の実施の形態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等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。 The present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. Therefore, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is indicated by the claims, and is not restricted by the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
本発明は、水晶振動子などの圧電振動デバイスに適用できる。 The present invention can be applied to a piezoelectric vibration device such as a crystal resonator.
1 音叉型水晶振動子
2 音叉型水晶振動片
21 第1脚部
211 先端部
22 第2脚部
221 先端部
23 接合部
231 短辺部
232 長辺部
233 先端部
234 折曲部
235 一主面
25 基部
251 一端面
252 他端面
253 隙間部
261 第1脚部および第2脚部の一主面
262 第1脚部および第2脚部の他主面
27 溝部
28 側面
291 第1励振電極
292 第2励振電極
293,294 引出電極
295,296 接続電極
3 ベース
30 堤部
31 段差部
32 電極パッド
33 端子電極
34 メタライズ層
4 水晶振動板
495,496 接続電極
5 窪み部
6,601,602 バンプ
61 第1面
62 第2面
63 側面
7 接合部材
H 封止部材
M3 調整用金属膜(周波数調整用錘)
DESCRIPTION OF
Claims (7)
一対の励振電極と、前記一対の励振電極からそれぞれ引き出された一対の引出電極と、が少なくとも形成され、
前記一対の引出電極各々の先端部は、外部電極に接合するための接続電極となり、
前記接続電極各々の上面には、バンプが少なくとも形成され、
前記バンプは、前記接続電極側に向く第1面と、外部電極との接合面となる第2面とを少なくとも有し、前記第1面が前記第2面より小さく、
前記バンプの外形は、前記第1面と、前記第2面と、前記第1面と前記第2面とを繋ぐ側面とから構成され、
前記側面は曲面形成されたことを特徴とする圧電振動片。 In the piezoelectric vibrating piece,
A pair of excitation electrodes and a pair of extraction electrodes respectively extracted from the pair of excitation electrodes are formed at least,
The tip of each of the pair of extraction electrodes serves as a connection electrode for bonding to an external electrode,
At least a bump is formed on the upper surface of each of the connection electrodes,
The bump has at least a first surface facing the connection electrode and a second surface serving as a bonding surface with an external electrode, and the first surface is smaller than the second surface,
The outer shape of the bump is composed of the first surface, the second surface, and a side surface connecting the first surface and the second surface,
The piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein the side surface is curved.
一対の励振電極と、前記一対の励振電極からそれぞれ引き出された一対の引出電極と、が少なくとも形成され、
前記一対の引出電極各々の先端部は、外部電極に接合するための接続電極となり、
前記接続電極各々の上面には、バンプが少なくとも形成され、
前記バンプは、前記接続電極側に向く第1面と、外部電極との接合面となる第2面とを少なくとも有し、前記第1面が前記第2面より小さく、
前記バンプの外形は、前記第1面と、前記第2面と、前記第1面と前記第2面とを繋ぐ側面とから構成され、
前記側面は断面視で直線に形成されたことを特徴とする圧電振動片。 In the piezoelectric vibrating piece,
A pair of excitation electrodes and a pair of extraction electrodes respectively extracted from the pair of excitation electrodes are formed at least,
The tip of each of the pair of extraction electrodes serves as a connection electrode for bonding to an external electrode,
At least a bump is formed on the upper surface of each of the connection electrodes,
The bump has at least a first surface facing the connection electrode and a second surface serving as a bonding surface with an external electrode, and the first surface is smaller than the second surface,
The outer shape of the bump is composed of the first surface, the second surface, and a side surface connecting the first surface and the second surface,
The piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein the side surface is formed in a straight line in a sectional view.
前記バンプは、接合部材を介して前記接続電極上に形成されたことを特徴とする圧電振動片。 The piezoelectric vibrating piece according to claim 1 or 2,
The piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein the bump is formed on the connection electrode via a bonding member.
前記接続電極各々の上には、前記バンプが複数形成されたことを特徴とする圧電振動片。 In the piezoelectric vibrating piece according to any one of claims 1 to 3,
A piezoelectric vibrating piece in which a plurality of the bumps are formed on each of the connection electrodes.
前記接続電極各々の上に形成された複数の前記バンプのうち、当該圧電振動片の側面に近い側に形成された前記バンプの前記第2面が、前記側面から遠い側に形成された前記バンプの前記第2面よりも大きいことを特徴とする圧電振動片。 The piezoelectric vibrating piece according to claim 4,
Of the plurality of bumps formed on each of the connection electrodes, the bump formed on the side far from the side surface of the bump formed on the side close to the side surface of the piezoelectric vibrating piece. The piezoelectric vibrating piece is larger than the second surface.
前記第2面が曲面形成されたことを特徴とする圧電振動片。 In the piezoelectric vibrating piece according to any one of claims 1 to 5,
A piezoelectric vibrating piece, wherein the second surface is formed into a curved surface.
前記第2面が平坦面に形成されたことを特徴とする圧電振動片。 In the piezoelectric vibrating piece according to any one of claims 1 to 5,
The piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein the second surface is a flat surface.
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