JPH11266135A - 圧電振動子および圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶縁基板側の電極パッドと圧電振動板の電極
の接合が安定して行え、圧電振動子の各種特性に悪影響
を与えず、かつ複雑な接合方法も必要としない圧電振動
子を提供する。 【解決手段】 絶縁基板１の表面に電極パッド１４，１
４が絶縁基板の幅方向に並んで形成されている。各電極
パッドの上面には金ワイヤを用いたワイヤバンプからな
る金属バンプ３１，３２，３３が形成されている。各金
属バンプ３１，３２上にそれぞれ引出電極２１ｂ，２２
ａが接するように水晶振動板２を搭載する。超音波ウェ
ルダにより、伸長部３３ａと水晶振動板上の引出電極、
金属バンプ３１，３２と水晶振動板の引出電極とを超音
波溶着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子機器に用いられ
る水晶振動子等の圧電振動子に関するものであり、さら
に詳しくは圧電振動板と電極パッドの電気的機械的接合
構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電振動子は、圧電振動板（電子素子）
をパッケージに収納してなるが、素子が振動体であるた
めに、如何に支持するかはその電気的特性を決定づける
重要な要素となる。特にＱ値の高い水晶振動子において
は支持構造が重要となる。

【０００３】圧電振動板と外部導出用の電極との接続
は、例えば導電性接合材によって行われる。図８に導電
性接合材を用いて電気的機械的接合を行っている表面実
装型の水晶振動子の例をしめす。セラミック基板７の上
面には電極パッド７４が形成され、ビア電極７３を介し
て導出電極７１と電気的に接続されている。また導出電
極７２は、図示していないが他の電極パッドと電気的機
械的に接続されている。表裏面に励振電極８１，８２が
形成された水晶振動板８は導電性接合材Ｓ１上に搭載さ
れ、さらにその上部に導電性接合材Ｓ２が塗布され、水
晶振動板が電気的機械的接続される。そして蓋９で水晶
振動板等を被覆し、ガラスＧにより気密封止して圧電振
動子が完成する。

【０００４】導電性接合材は例えば導電フィラーが混練
された樹脂ペーストであるが、取り扱いは面倒な側面を
有している。すなわち、導電性接合材の接合部分への供
給はディスペンサによって行われるが、その粘性等が温
度、湿度の周囲雰囲気の影響を受けやすく、周囲環境に
よっては接合材の供給過多、供給過少、液だれの不具合
が生じる。このような接合材供給の不安定は、水晶振動
子の電気的特性のバラツキにつながり、また液だれが電
極間等の短絡事故の原因となることがあった。

【０００５】また、接合時は導電性接合材のためのスペ
ースを必要とするため、水晶振動板８と蓋９間の間隔ｈ
がどうしても大きくなり、圧電振動子の低背化に対応で
きないという問題を有していた。

【０００６】このような不具合を解決する目的で、例え
ば、特開平８−８６８４号公報には半田バンプや金バン
プを電極パッドに形成し、熱圧着により水晶振動板を電
気的機械的接合する方法が考えられている。このような
接合構造は導電性接合材を用いないので、接合材の供給
過多、供給過少、液だれ等の従来生じていた不具合が発
生しないという利点を有していた。

【０００７】ところが、上述の方法によれば、圧電振動
子に形成された電極に工夫が必要となる。すなわち、２
つの電極はいずれも電極パッド側（圧電振動子の裏面
側）で電気的な接合を行わなければならないが、例え
ば、厚みすべり振動を励振させる圧電振動板においては
励振用の主電極を表裏に形成する必要があり、このため
表面の主電極を裏面の電極パッド側へ引き回す必要があ
った。このような引き回し電極の形成は、真空蒸着法等
による電極薄膜形成時に使用する蒸着マスク形状を引き
回し電極が形成されるようにすることにより比較的容易
にできる。しかしながら、形成された引き回し電極が圧
電振動子のエッジ部分で切断されることがあり、特にコ
ンベックス加工等の面取り加工の必要な圧電振動板にお
いては、エッジがより鋭利になり断線事故の確率が高く
なっていた。

【０００８】また、上述の構成について、電極パッドと
上面側の主電極をワイヤボンディングにより電気的接続
する方法も考えられるが、電極パッドと下面側の主電極
との接合とは別の工程で接続作業を行う必要があるた
め、製造工数が増加する問題点を有していた。また、ワ
イヤのたわみ部分の存在により、パッケージの薄型化の
弊害となっていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点を
解決するためになされたもので、絶縁基板側の電極パッ
ドと圧電振動板の電極の接合が安定して行え、圧電振動
子の各種特性に悪影響を与えず、かつ複雑な接合方法も
必要としない圧電振動子を提供することを目的とするも
のである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１に示
すように、絶縁基板と、絶縁基板の上面に形成された少
なくとも２つの電極パッドと、当該各電極パッドと電気
的に接続され外部と接続される少なくとも２つの導出電
極と、前記各電極パッドの上面に形成された複数の金属
バンプと、主面に少なくとも２つの励振電極が形成され
るとともに、当該各励振電極を端縁に導く引出電極が形
成された圧電振動板とからなり、前記圧電振動板を前記
複数の金属バンプの一部上部に搭載し、かつ当該金属バ
ンプと各々電気的機械的接続してなる圧電振動子であっ
て、前記複数の金属バンプのうち、圧電振動板が上部に
位置しない金属バンプの少なくとも一部は、金属バンプ
上部が伸長した伸長部を有し、当該伸長部と前記圧電振
動板の上面の引出電極、並びに圧電振動板の下面に位置
する引出電極と金属バンプとが、超音波熱圧着あるいは
超音波溶着されていることを特徴としている

【００１１】上記構成により、伸長部と圧電振動板の上
面の電極、並びに圧電振動板の下面に位置する電極と金
属バンプとが、圧着あるいは溶着されるので、各電極等
は強固に金属間接合される。また、導電性接合材のスペ
ースを必要としないので、水晶振動板と蓋間の間隔を小
さくでき、パッケージの薄型化にも対応できる。

【００１２】さらに、樹脂ペーストを用いた導電性接合
材を用いた場合のように、接合材の供給量に起因する問
題の発生や、接合材の硬化を行う工程を必要としない。

【００１３】また請求項２に示すように、請求項１記載
の圧電振動子において、前記金属バンプをワイヤバンプ
とし、前記伸長部はワイヤの一部である構成としてもよ
い。ワイヤバンプはワイヤボンディング技術を用いたボ
ールボンダーにより、金属ワイヤを略凸形に形成したバ
ンプであり、凸部先端のワイヤ部分を長く形成し、所定
の長さで溶断することにより伸長部が形成できる。伸長
部の長さは例えば０．５〜２mmであるが、この長さは圧
電振動板の厚さ、接続点間の距離等の諸条件によって決
定される。

【００１４】また請求項３に示すように、請求項１、２
記載の圧電振動子において、電極パッドおよび引出電極
の最上層、並びに金属バンプおよび金属バンプの伸長部
は金（Ａｕ）で構成してもよい。これにより同一金属に
よる接合で、特に金は酸化の問題が無く、接合性に優れ
ているという利点を有している。

【００１５】さらに請求項４に示すように、上述の圧電
振動子は、上面に少なくとも２つの電極パッドが形成さ
れ、下面に前記各電極パッドと電気的に接続され外部と
接続される２以上の導出電極の形成された絶縁基板を作
業ステージに設置し、前記各電極パッドの所定の位置に
ワイヤボンディング法を用いて、各々複数のワイヤバン
プを形成するとともに、各電極パッドにおいて、圧電振
動板が搭載されない部位のバンプについてワイヤを伸長
させた状態で切断することにより伸長部を形成し、前記
ワイヤバンプの上部に、表裏面に電極形成された圧電振
動板を搭載し、前記ワイヤの伸長部と圧電振動板の表面
に形成された電極、およびワイヤバンプと圧電振動板の
裏面に形成された電極とを超音波熱圧着あるいは超音波
溶着により接合したことを特徴とする製造方法により製
造するとよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を表面実装型
の水晶振動子を例にとり図１，図２、図３、図４、図５
とともに説明する。図１は表面実装型水晶振動子の内部
断面図であり、図２において圧電振動板を搭載し蓋にて
封止した際のＡ−Ａ断面図である。図２は水晶振動板と
絶縁基板を分解した平面図であり、図３、図４、図５は
製造工程を示す図である。

【００１７】表面実装型水晶振動子は、絶縁基板１と、
絶縁基板１上に形成された電極パッド１４，１４に搭載
され、電気的接合される水晶振動板２と、絶縁基板１の
電極パッド１４，１４と水晶振動板２間に介在する各金
属バンプ３１，３２、３３と、水晶振動板２を気密封止
する蓋４とからなる。

【００１８】絶縁基板１は、矩形のアルミナ等のセラミ
ック薄板からなり、表面に電極パッド１４，１４が絶縁
基板の幅方向（短辺方向）に並んで形成されている。ま
た、裏面には導出電極１１，１２が形成されており、そ
れぞれ前記電極パッド１４，１４とビア電極１３を介し
て電気的に対応接続されている。これら各電極は周知の
メタライズ技術、メッキ技術等を用いて形成され、例え
ば下層にタングステン層、上層に金層が施されている。
各電極パッドの上面には金ワイヤを用いたワイヤバンプ
からなる金属バンプ３１，３２，３３が形成されてい
る。これらワイヤバンプはスタッドバンプとも称され、
ワイヤボンディング技術を用いて、例えば直径５０ミク
ロン程度の金ワイヤの先端を加熱することによりボール
状にし、電極パッドに接続後、ワイヤの切断をバンプ直
近部分で行うことにより得られる。得られた金属バンプ
は例えば幅約１００ミクロン、高さ６０ミクロン程度の
外形寸プとなるが、この大きさは、ワイヤの線径。圧着
力、圧着時間等を選択、調整することにより適宜変更す
ることができる。これら金属バンプのうち金属バンプ３
１，３２は、ワイヤの切断がバンプ直近部分で行われて
いるが、水晶振動板２が搭載されない金属バンプ３３は
ワイヤの切断が例えば０．５〜２mm上方で行われ、ワイ
ヤによる伸長部３３ａが形成されている。

【００１９】水晶振動板２は矩形ＡＴカット水晶板から
なり、例えば厚みすべり振動を励振するよう表裏面各々
に励振電極２１，２２が形成され、また各励振電極２
１，２２から引出電極２１ａ，２２ａが水晶振動板の長
手方向に導出されている。また、引出電極２１ａに対応
する裏面の一部には引出電極２１ｂが形成され、かつ引
出電極２２ａに対応する表面の一部には引出電極２２ｂ
が形成されている。なお、この実施例では水晶振動板の
外形寸法は、長さ４mm、幅１．６mmで３２ＭＨｚの周波
数を得る厚さに構成されており、また各励振電極および
引出電極は下層がクロム、上層が金で構成されている。

【００２０】蓋４はセラミック等の絶縁材からなり、断
面形状が逆凹形状となっており、水晶振動板２が気密封
止される空間を形成する。

【００２１】次に、絶縁基板１に金属バンプを形成し、
電極形成された水晶振動板２を絶縁基板１に搭載し、電
気的機械的接続する方法の例を図３，図４、図５ととも
に説明する。図３に示すように、絶縁基板１は作業ステ
ージＷ上に設置され、電極パッド１４上には複数の金属
バンプ（金ワイヤバンプ）が、熱圧着等のワイヤボンデ
ィング技術を用いたバンプボンダにより連続して形成さ
れる。このうち水晶振動板の長手方向端部側の金属バン
プ３３には伸長部３３ａが形成されている。この伸長部
３３ａの形成は、金属バンプを形成したあと、バンプ直
上でワイヤ切断せず、所定寸法のワイヤを引き出した後
溶断することにより形成されている。なお、図３中Ｔは
ボンディングツール（キャピラリ）である。次に、各金
属バンプ３１，３２上にそれぞれ引出電極２１ｂ，２２
ａが接するように水晶振動板２を搭載する。なお、この
作業を自動搭載機により行う場合は、例えばバンプの
数、位置等をマーカーとして伸長部を有するバンプ上に
搭載されないよう制御することが可能である。

【００２２】その後、超音波ウェルダにより、伸長部３
３ａと水晶振動板上の引出電極、金属バンプ３１，３２
と水晶振動板の引出電極とを超音波溶着する。より詳し
くは、超音波ウェルダの溶接チップＣにより、直立して
いる伸長部３３ａを水晶振動板上の引出電極に折り曲げ
て接触させ、そのまま水晶振動板をバンプ上に押しつ
け、静圧力を印加する。そして、超音波チップを所定の
周波数で振動させることにより、伸長部３３ａと水晶振
動板上の引出電極、金属バンプ３１，３２と水晶振動板
の引出電極が超音波溶着される。

【００２３】なお、本実施例のように表裏に主電極が各
々１つ形成された構成においては、必ずしも各引出電極
に対応した伸長部を形成する必要はなく、主電極が表面
（電極パッドのない側）にある部分の接続に対応する側
のみに形成されていてもよい。

【００２４】絶縁基板１の電極パッド上に超音波溶着さ
れた水晶振動板２は、蓋４により気密封止される。絶縁
基板１蓋４との接合はガラス４１によって行われるが、
例えば抵抗溶接等の他の気密封止手段を用いてもよい。

【００２５】本発明の他の実施の形態を図６とともに説
明する。図６はバンプ構成の変形例を示している。基本
構成は上記実施の形態と同じであるので、同じ構造部分
は同番号を用いて説明するとともに、一部説明を割愛す
る。

【００２６】電極パッド１４には圧電振動板２の搭載に
関連するバンプ群５１と、搭載に関与せず電気的接続に
関連する伸長部を有する複数のバンプからなるバンプ群
５２が形成されている。バンプ群５１は微小バンプが２
列に並んだ構成であり、またバンプ群５２も複数の伸長
部５２ａを有している。複数の伸長部はそれぞれ矢印Ｄ
方向に折り曲げられ、圧電振動板の引出電極と接続され
ている。これら伸長部５２ａは超音波ウェルダにより引
出電極の表面に溶着される。

【００２７】本発明のもう一つの他の実施の形態を図７
とともに説明する。図７はバンプ構成のもう一つの変形
例を示している。基本構成は上述の２実施の形態と同じ
であるので、同じ構造部分は同番号を用いて説明すると
ともに、一部説明を割愛する。

【００２８】電極パッド１４は矩形圧電振動板の対角に
位置するように形成されている。このように本発明は圧
電振動板を片持ち支持する場合のみならず、両端支持す
る場合にも適用できるものである。この実施例では、圧
電振動板２の搭載に関連するバンプ群５３と、搭載に関
与せず電気的接続に関連する伸長部を有する複数のバン
プからなるバンプ群５４が形成されて、圧電振動板の短
辺方向（幅方向）の端部にバンプ群５３、５４が偏って
配置されている。複数の伸長部はそれぞれ矢印Ｄ１，Ｄ
２方向に折り曲げられ、圧電振動板の引出電極と接続さ
れている。これら伸長部５２ａは超音波ウェルダにより
引出電極の表面に溶着される。

【００２９】なお、上記実施例で使用する金属バンプは
金のみならず、銅、アルミニウム等の他の材料を用いて
もよいが、用いる材料によっては、酸化還元雰囲気を必
要とすることがある。また、電極パッド、引出電極等の
被接続電極は金属バンプと同材料を用いることが好まし
いが、例えば、最初の実施例において引出電極の上層を
銀とし、金バンプを用いた異種金属による接合も可能で
あることが実験的に確認できている。

【００３０】また金属バンプの形成は、熱圧着法、超音
波熱圧着法、超音波溶着法等により形成すればよい。ま
た、上記各実施例では厚みすべり振動を用いた圧電振動
板を例示したが、例えば、屈曲振動を用いる音叉型振動
子を片持ち支持する場合等、他の振動モードの圧電振動
板に適用してもよい。

【００３１】

【発明の効果】上記構成により、伸長部と圧電振動板の
上面の電極、並びに圧電振動板の下面に位置する電極と
金属バンプとが、圧着あるいは溶着されるので、各電極
等は強固に金属間接合される。また、エッジ部分の切断
の問題を考慮する必要が無くなる。従って、従来発生し
ていた接合の不安定が解消され、電気的特性の安定した
圧電振動子を得ることができる。またパッケージの薄型
化にも対応できるとともに、接合材の硬化を行う工程を
必要としないので、製造工数も削減され、生産性が向上
する。

【００３２】また、請求項２によれば、上記効果に加え
て、ワイヤボンディング技術を応用したワイヤバンプを
金属バンプとして用いることにより、きわめて容易にバ
ンプを形成することができ、また形成位置、バンプサイ
ズ等を任意に決定することができるので、圧着、溶着の
調整が簡便に行える。また、伸長部の形成も任意の長さ
を設定することができ、圧電振動板の厚さ、電極間距離
等の諸条件に柔軟に対応させることができる。

【００３３】また、請求項３によれば、上記効果に加え
て、金を用いることにより接合性が向上する。また、電
極パッドや圧電振動板の電極の金属バンプと接する面も
金で構成するとさらに接合性が向上する。

【００３４】さらに請求項４によれば、前記各電極パッ
ドの所定の位置にワイヤボンディング法を用いて、各々
複数のワイヤバンプを形成するとともに、各電極パッド
において、圧電振動板が搭載されない部位のバンプにつ
いてワイヤを伸長させた状態で切断することにより伸長
部を形成する製造方法であるので、ワイヤバンプ及び伸
長部の形成がきわめて効率よく確実に形成することがで
きる。また、前記ワイヤの伸長部と圧電振動板の表面に
形成された電極、およびワイヤバンプと圧電振動板の裏
面に形成された電極とを熱圧着法あるいは超音波溶着法
により接合するので、接合が比較的小さな領域で確実に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態による内部断面図。

【図２】第１の実施の形態による平面図。

【図３】製造工程を示す図。

【図４】製造工程を示す図。

【図５】製造工程を示す図。

【図６】他の実施の形態を示す平面図。

【図７】もう一つの他の実施の形態を示す平面図。

【図８】従来例を示す図。

【符号の説明】

１ 絶縁基板 ２ 圧電振動板（水晶振動板） ３１，３２、３３ 金属バンプ（ワイヤバンプ） ３３ａ 伸長部 ４ 蓋 ５１、５２、５３，５４ バンプ群 ５２ａ 伸長部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板と、絶縁基板の上面に形成され
   た少なくとも２つの電極パッドと、当該各電極パッドと
   電気的に接続され外部と接続される少なくとも２つの導
   出電極と、前記各電極パッドの上面に形成された複数の
   金属バンプと、主面に少なくとも２つの励振電極が形成
   されるとともに、当該各励振電極を端縁に導く引出電極
   が形成された圧電振動板とからなり、前記圧電振動板を
   前記複数の金属バンプの一部上部に搭載し、かつ当該金
   属バンプと各々電気的機械的接続してなる圧電振動子で
   あって、 前記複数の金属バンプのうち、圧電振動板が上部に位置
   しない金属バンプの少なくとも一部は、金属バンプ上部
   が伸長した伸長部を有し、当該伸長部と前記圧電振動板
   の上面の引出電極、並びに圧電振動板の下面に位置する
   引出電極と金属バンプとが、超音波熱圧着あるいは超音
   波溶着されていることを特徴とする圧電振動子。
2. 【請求項２】 前記金属バンプはワイヤバンプであり、
   前記伸長部はワイヤの一部であることを特徴とする請求
   項１記載の圧電振動子。
3. 【請求項３】 前記電極パッドおよび引出電極の最上
   層、並びに前記金属バンプおよび金属バンプの伸長部は
   金であることを特徴とする請求項１、２記載の圧電振動
   子。
4. 【請求項４】 上面に少なくとも２つの電極パッドが形
   成され、下面に前記各電極パッドと電気的に接続され外
   部と接続される２以上の導出電極の形成された絶縁基板
   を作業ステージに設置し、 前記各電極パッドの所定の位置にワイヤボンディング法
   を用いて、各々複数のワイヤバンプを形成するととも
   に、各電極パッドにおいて、圧電振動板が搭載されない
   部位のバンプについてワイヤを伸長させた状態で切断す
   ることにより伸長部を形成し、 前記ワイヤバンプの上部に、表裏面に電極形成された圧
   電振動板を搭載し、 前記ワイヤの伸長部と圧電振動板の表面に形成された電
   極、およびワイヤバンプと圧電振動板の裏面に形成され
   た電極とを、超音波熱圧着法あるいは超音波溶着法によ
   り接合したことを特徴とする圧電振動子の製造方法。