JPWO2006043713A1 - 圧電デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
また圧電デバイスをジャイロセンサとした場合、例えば次のような構成の圧電振動片がある。すなわちジャイロセンサの圧電振動片は平面視H型であり、圧電振動片の中央部に支持体と接続する基部(実装箇所)が設けられ、この基部の一端から一対の駆動アームが突設されるとともに、前記一端に対向する基部の他端から一対の検出アームが突設されている。駆動アームには駆動電極が設けられ、検出アームには検知電極が設けられて、これらの駆動電極や検知電極は基部に設けられた電極パッドと導通している(例えば、特許文献2を参照)。
[特許文献1]特開2004−153408号公報
[特許文献2]特開2004−226181号公報
図8はTABテープ上に圧電振動片およびICチップを実装したときの説明図である。実装される箇所を中央部に設けた圧電振動片1がバンプを用いてTABテープ2に実装される場合、TABテープ2には、特許文献1に記載されるような窓部3をTABテープ2の中央部に設ける必要がある。このTABテープ2にICチップ4が実装される場合、ICチップ4は、窓部3が設けられているために圧電振動片1の下方に実装されることができないので、TABテープ2を側方に延設して、この延設箇所に実装されることになる。しかしながら、近年は、圧電デバイスの搭載される電子機器が小型化されているのに伴い、圧電デバイスに薄型化および平面サイズの小型化が要求されているので、上記の構成では圧電デバイスの平面サイズが大きくなって小型化を達成することができず、圧電デバイスの実装面積が広がってしまうことになる。
またTABテープ上に圧電振動片を実装してジャイロセンサとする場合、圧電振動片の屈曲振動によってTABテープの配線パターンや基板が共振する可能性があるので、TABテープは共振を引き起こさない形状に設計されている。このような共振設計は計算によって求められるが、TABテープにICチップが実装されると計算がとても複雑になり、計算の精度が低下してしまう。このため圧電振動片の屈曲振動によって配線パターンや基板が共振することになる。
また圧電デバイスは、そのパッケージ内部を真空や不活性ガス雰囲気に気密封止する構成であり、気密封止の方法としてパッケージベースの底面に封止孔を設けておき、パッケージベースの上面にリッドを接合した後に、パッケージを真空中に置きつつ封止孔を封止材で溶融封止するものがある。図9はパッケージベースに設けた封止孔の説明図である。なお図9(a)はパッケージベースに設けられた封止孔と1つのマウント電極とを示す概略平面図であり、図9(b)は概略側面図である。パッケージベース5は、裏面に外部電極6が設けられ、内部の底面にTABテープや圧電振動片、ICチップを実装するためのマウント電極7や回路パターン等が形成されている。また封止孔8は、パッケージベース5を直線状に貫通しているのでパッケージ内部から外部を視認できる構成となっており、外部電極6の位置やパッケージの強度等によってパッケージベース5に設けられる位置が制約されている。このため封止孔8は、マウント電極7の近傍に設けられる場合があるが、マウント電極7上に導電性接着剤が塗布されてTABテープ等が実装されると、導電性接着剤がマウント電極7から流れ出して封止孔8に流れ込むことがあった。そして導電性接着剤は、封止孔8を介してパッケージベース5の裏面まで流れ出すので、封止孔8を封止材9で溶融封止するときに封止材9とパッケージベース5との接合を阻害していた。
本発明は、平面サイズの小型化が可能であるとともに、TABテープの共振設計を容易に行える圧電デバイスを提供することを目的とする。また確実に封止孔の封止を行える圧電デバイスを提供することを目的とする。
また前記TABテープは、中央部にデバイスホールが設けられるとともに、前記デバイスホールの内部へ向けて前記リードが突設されてなり、前記リードの先端部と前記圧電振動片に設けられた接続電極とが電気的および機械的に接続されている、ことを特徴としている。TABテープの中央部にデバイスホールが設けられていても、ICチップはパッケージの内部底面に実装されているので、圧電振動片とICチップとを上下に配置でき、圧電デバイスの平面サイズを小型化することができる。またTABテープは圧電振動片のみと接合するので、TABテープの共振設計を行うときの計算の要素を減らすことができ、共振設計を正確に行うことができる。
また前記圧電振動片は、その中央部に前記接続電極が形成された基部を備え、駆動アームおよび角速度検知用の検出アームが前記基部から突設されたことを特徴としている。これにより圧電デバイスを、角速度を検知するジャイロセンサとすることができる。また中央部に基部が設けられた圧電振動片であっても、この圧電振動片はTABテープの中央に実装されることができる。したがって圧電デバイスの平面サイズを小型化することができる。
また前記パッケージの内部を気密封止する封止孔が前記パッケージの底面に設けられ、前記封止孔は屈曲部を備えたことを特徴としている。マウント電極から接着剤が流出して封止孔に流入した場合、接着剤は封止孔の側面を伝って流出する。しかし封止孔に設けられた屈曲部によって、パッケージの裏面へ流出する接着剤を止めることができる。また、封止孔に配置される封止材が溶融しても、屈曲部によって、パッケージ内部のICチップ或いはTABテープが配置される領域に封止材が流入することを止めることができる。
また前記封止孔は、前記屈曲部に対してパッケージの外側にある外側封止孔と、前記屈曲部に対してパッケージの内側にある内側封止孔とを備え、前記外側封止孔と前記内側封止孔とは水平方向に離れている、ことを特徴としている。外側封止孔と内側封止孔とは水平方向に離れているので、内側封止孔から流出する接着剤が外側封止孔へ直接に滴り落ちるのを防ぐことができる。また屈曲部によって接着剤の流出を止めることができる。また、封止孔に配置される封止材が溶融しても、屈曲部によって、パッケージ内部のICチップ或いはTABテープが配置される領域に封止材が流入することを止めることができる。
図2は、封止孔の説明図である。
図3は、TABテープの説明図である。
図4は、圧電振動片の説明図である。
図5は、TABテープ上に圧電振動片が接合されるときの工程説明図である。
図6は、圧電振動片の変形例の説明図である。
図7は、封止孔の変形例の説明図である。
図8は、従来技術に係り、TABテープ上に圧電振動片およびICチップを実装したときの説明図である。
図9は、従来技術に係り、パッケージベースに設けた封止孔の説明図である。
前記パッケージベース12は、その内部に凹陥部20が設けられており、例えばセラミック等からなる平面シートおよび枠型シートを積層して形成されている。凹陥部20の側面は階段状に形成され、凹陥部20の底面には、圧電振動片16を駆動させるとともに圧電振動片16から出力される信号を検知するICチップ14が実装されている。
また凹陥部20の階段部分22の上面にパッド電極24が設けられ、このパッド電極24とICチップ14に設けられたパッド26とがワイヤ28により電気的に接続されて、パッド電極24とICチップ14とが電気的に接続されている。このパッド電極24の一部は、パッケージベース12の裏面に設けられた外部電極30と電気的に接続されている。さらに前記階段部分22の上面には、TABテープ32を実装するためのマウント電極34が設けられている。このマウント電極34は、パッド電極24と電気的に接続することにより、ICチップ14と電気的に接続されている。そしてマウント電極34は、例えばパッケージベース12上にタングステン等の金属をメタライズ印刷した後に、ニッケルメッキおよび金メッキを施して形成すればよい。なおニッケルメッキは、メタライズパターンと金との付着強度を増すために施されるので、この機能を有するものであれば他の金属メッキであってもよい。
またパッケージベース12には、凹陥部20からパッケージベース12の裏面へ貫通して、パッケージ内部の気密封止に用いられる封止孔36(36a,36b,36c)が設けられている。この封止孔36は、パッケージベース12の裏面側と内部側とで孔径が異なり、パッケージベース12の裏面側の孔径が内部の孔径に比べて広く形成されている。そしてパッケージベース12の裏面側における封止孔36aの内壁にメタライズ38が施されている。また封止孔36は屈曲部40を備え、この屈曲部40は、パッケージベース12裏面から上方へ向けて延びる封止孔36a,36bを水平方向に折り曲げて、凹陥部20の側面に封止孔36cを開口させている。そして封止孔36は、例えば次のように形成することができる。すなわちパッケージベース12をセラミック等の平面シートおよび枠型シートを複数積層させて形成する場合、2枚の平面シートを積層させてパッケージベース12の底面を形成し、この底面上に枠型シートを積層させる。このとき2枚の平面シートには、中心位置を同じにするとともに、パッケージベース12裏面側となる平面シートにパッケージベース12内部側となる平面シートよりも径の広い孔を設けておけばよい。また枠型シートには、凹陥部20の側面となる枠部内壁から外壁へ向かう切欠きを設けておき、この切欠きは平面シートに設けられた孔を開口させる奥行きを有していればよい。なお孔や切欠きは、図2に記載される形状に限定されることはなく、四角形や楕円形等であってもよい。
前記マウント電極34上には、導電性接着剤42を用いてTABテープ32が実装されている。このTABテープ32は略矩形の形状であり、ポリイミド樹脂等で形成された絶縁テープ44の表面に銅箔等で形成されたリード46が接合されたものである。またTABテープ32は中央部にデバイスホール48を備え、このデバイスホール48は、リード46上に圧電振動片16を接合させるためのボンディングツールが通過可能な大きさを有し、デバイスホール48の周縁から内部に向けて複数のリード46が突設されている。リード46は、圧電振動片16に設けられた接続端子50の数に応じて設けられており、マウント電極34に対応した位置からデバイスホール48の内部まで延設されている。そしてデバイスホール48に突設されたリード46は、デバイスホール48を通って絶縁テープ44側に向けて曲げられている。
このリード46の先端部には、バンプ52を用いて圧電振動片16が接合されている。圧電振動片16は、その中央部に矩形の基部54を備え、この基部54から駆動アーム56と角速度検知用の検出アーム58を突設させた構成である。具体的には、圧電振動片16は、基部54における左右の辺のほぼ中央から左右方向に突設された支持部60を有し、支持部60に沿う方向と直交する両方向(図4における上下方向)に、各支持部60の先端から駆動アーム56が突設されている。また基部54における上下の辺のほぼ中央から駆動アーム56と平行(図4における上下方向)に検出アーム58が突設されている。そして駆動アーム56には駆動電極(不図示)が設けられ、また検出アーム58には検知電極(不図示)が設けられ、駆動電極および検知電極は基部54に設けられた接続電極50と導通されている。この接続電極50は、リード46と電気的および機械的に接続されるものである。
またパッケージベース12の上面には、リッド18が接合されている。これによりパッケージ内部に圧電振動片16およびICチップ14等を備えた圧電デバイス10となる。
このような圧電デバイス10はジャイロセンサとなり、作用は次のようになる。すなわち圧電振動片16の駆動アーム56は、駆動電圧がICチップ14から印加されることにより先端部が左右(図4における左右方向)に振動する。このとき基部54の中心の回りに回転角速度が働くと、コリオリの力は駆動アーム56に沿う方向に働く。前記振動は、支持部60および基部54を介して検出アーム58に伝えられ、検出アーム58は左右(図4における左右方向)に振動する。そして検出アーム58の振動に基づく電界は信号として取り出され、回転角速度の検出が行われる。
次に、圧電デバイス10の製造方法について説明する。まずパッケージベース12の凹陥部20底面に接着剤等を用いてICチップ14が実装される。このときICチップ14は、能動面を上側に向けて実装され、能動面に設けられた前記パッド26とパッケージベース12に設けられたパッド電極24とにワイヤボンディングが施される。なおICチップ14はフェイスダウン実装された形態であってもよい。
またTABテープ32上に圧電振動片16が接合される。図5はTABテープ32上に圧電振動片16が接合されるときの工程説明図である。具体的には、まず圧電振動片16の接続電極50上にバンプ52を設ける。そして接続電極50を上方に向けて圧電振動片16を配置するとともに、圧電振動片16の上方にTABテープ32を配置する。このとき圧電振動片16の接続電極50とTABテープ32の先端部とが重なるように配置する。そしてTABテープ32のデバイスホール48上にボンディングツール62を配置する(図5(a)参照)。この後ボンディングツール62を降下させて、ボンディングツール62によりTABテープ32のリード46を折り曲げるとともに、リード46の先端部を圧電振動片16の接続電極50に接合させる(図5(b)参照)。このとき、リード46と圧電振動片16とを加熱圧着で接合する場合は、接合部分を加熱するとともに、ボンディングツール62によりリード46の先端をバンプ52に押圧すればよい。またリード46と圧電振動片16とを超音波振動により接合する場合は、ボンディングツール62によりリード46の先端をバンプ52に押圧した時、ボンディングツール62に超音波振動を加えてリード46とバンプ52との界面を接合すればより。
この後、ICチップ14が実装されたパッケージベース12上に、圧電振動片16が接合されたTABテープ32が実装される。このときマウント電極34上には、例えば銀ペースト等の導電性接着剤42を用いて、TABテープ32のリード46が接合される。これにより圧電振動片16とICチップ14とが電気的に接続される。
そしてパッケージベース12の上面には、パッケージベース12の凹陥部20を封止するリッド18が接合される。なお、例えばリッド18が金属製の場合には、シーム溶接等を用いてリッドをパッケージベース12上に接合すればよい。
この後、パッケージベース12の底面に設けられた封止孔36を封止材64で気密封止する。この封止材64は、例えば金−錫半田系や鉛−錫半田系材料等で形成された金属ボールである。また封止材64の材料は、上記の他、Sn半田系材料や、銀や銅の合金、または金属ロウ材等であってもよい。さらに封止材64の形状は、上記の他、円盤形状等であってもよい。そして孔封止は、具体的には、次のようにして行われる。まず孔封止前の圧電デバイス10を真空中に納置するとともに、封止孔36の開口部に封止材64を配置する(図2(a)参照)。このときパッケージベース12裏面側の封止孔36aの径は内部の封止孔36bの径に比べて広いので、封止材64をパッケージベース12の裏面側の封止孔36aに配置したときに、パッケージベース12裏面側の封止孔36aの側面によって封止材64が移動するのを防ぐことができる。そして封止材64は、電子ビームやレーザ光が照射されることにより、または加熱装置が当接されることにより溶融され、溶けた封止材64が前記メタライズ38に付着することによって封止孔36が封止される。これにより凹陥部20は真空封止される。
この後、外部電極30等にプローブが当接されて、圧電振動片16の検出感度を調整するための増幅率等のデータがICチップ14に書き込まれる。そして特性検査等を行った後、圧電デバイス10はジャイロセンサとして出荷される。
このような圧電デバイス10は、ICチップ14がパッケージベース12の凹陥部20底面に実装され、凹陥部20における階段部分22の上面にTABテープ32が実装されるので、圧電振動片16がICチップ14の上方に配置された構成となる。したがって圧電振動片16の中央部に接続電極50が形成され、この接続電極50とTABテープ32のリード46とが電気的および機械的に接続する構成であっても、圧電デバイス10の平面サイズを小型化することができるので、圧電デバイス10が実装基板に実装されるときの実装面積を減らすことができる。
また圧電デバイス10は、ICチップ14がTABテープ32に実装されていないので、TABテープ32の共振設計を行うときの計算の要素を減らすことができ、共振設計を正確に行うことができる。したがって高精度の圧電デバイス10を得ることができる。
またICチップ14はパッケージベース12に実装されているので、TABテープ32の強度が不足することはない。したがって信頼性の高い圧電デバイス10を得ることができる。なおICチップがTABテープに実装されるとTABテープに付加される質量が大きくなるので、TABテープの強度が不足することになる。
またパッケージベース12に設けられた封止孔36は屈曲部40を備えているので、マウント電極34上に塗布された導電性接着剤42がTABテープ32を接合するときに流れ出したとしても、屈曲部40によって導電性接着剤42の流出を止めることができる。すなわち導電性接着剤42は、屈曲部40よりもパッケージベース12の裏面側に流れ出すことはない。よってマウント電極34と封止孔36に施されたメタライズ38とが短絡することがない。またメタライズ38は流出した導電性接着剤42によって覆われることがないので、封止孔36を封止材64で確実に封止することができる。これにより信頼性の高い圧電デバイス10を得ることができる。
また封止材64が溶融しても、封止材が封止孔36から、ICチップ14が実装される部分やTABテープ32が実装される部分に流れ込むのを、屈曲部40によって防止することができる。
なお圧電振動片16は、上述した形態に限定されることはなく、図6に示すような形状であってもよい。すなわち圧電振動片70は、その中央部に基部72を設け、この基部72の一方の辺から一対の駆動アーム74を突設するとともに、前記一方の辺と反対側の辺から一対の検出アーム76を突設した構成にできる。なお図6では、接続電極や駆動電極、検知電極等を省略して記載している。
また圧電振動片16は、基部から一対の振動腕を突設させた音叉型圧電振動片であってよい。さらに圧電振動片16は、ATカット等の圧電振動片や弾性表面波共振片等であってもよい。そして圧電デバイス10は、ジャイロセンサに限定されることはなく、圧電発振器や弾性表面波発振器等であってもよい。
また封止孔64は、上述した形状に限定されることはなく、図7に示すような形状であってもよい。ここで図7(a)は封止孔の概略断面図であり、図7(b)は封止孔の概略平面図である。この封止孔80は、パッケージベース12の裏面からパッケージベース12の階段部分22の上面へ貫通しており、パッケージベース12の裏面から上方へ向けて延び、途中で水平方向に折れ曲がった後、再び上方へ向けて延びた構成である。パッケージベース12の裏面側から上方に向かって延びる封止孔80aは2段構造となり、裏面側の孔径が内側の孔径に比べて広く形成されている。この裏面側に位置する孔の内壁にメタライズ84が施されている。この封止孔80aの上端は、水平方向に延びる封止孔80bに開口している。この封止孔80bが屈曲部82となる。この封止孔80bは、封止孔80bの上面からパッケージベース12の階段部分22の上面へ延びる封止孔80cと接続されている。そしてパッケージベース12の裏面側の封止孔80a(屈曲部82に対してパッケージの外側にある外側封止孔)と、階段部分22側の封止孔80c(屈曲部82に対してパッケージの内側にある内側封止孔)とは、水平方向に所望の距離をとって離れている。この所望の距離とは、封止孔80cと封止孔80aとが上下に重なることがない距離、すなわち封止孔80cを上方から見たときに、封止孔80cの孔内に封止孔80aが見えない距離である。このような封止孔80にすると、ICチップをパッケージベース12に接合するときに導電性接着剤を用いた場合でも、この導電性接着剤が封止孔80に流入することがない。またマウント電極に塗布された導電性接着剤が封止孔80cに流入したとしても、水平方向に延びる封止孔80bがあるので、導電性接着剤が封止孔80cから封止孔80aへ直接に滴り落ちることがない。したがってICチップの裏面と封止孔80のメタライズ84とが短絡することがなく、またパッケージベース12の凹陥部を確実に気密封止することができる。また封止孔80に設けられる封止材が溶融しても、封止材が封止孔80aから、ICチップが実装される部分やTABテープが実装される部分に流れ込むのを、封止孔80b(屈曲部82)によって防止することができる。
Claims (5)
- ICチップをパッケージの内部底面に実装し、
樹脂テープの表面にリードを設けたTABテープ上に圧電振動片を電気的および機械的に接続し、
前記圧電振動片を接合した前記TABテープを前記パッケージの内部に実装して、前記圧電振動片を前記ICチップの上方に配置した、
ことを特徴とする圧電デバイス。 - 前記TABテープは、中央部にデバイスホールが設けられるとともに、前記デバイスホールの内部へ向けて前記リードが突設されてなり、
前記リードの先端部と前記圧電振動片に設けられた接続電極とが電気的および機械的に接続されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の圧電デバイス。 - 前記圧電動片は、その中央部に前記接続電極が形成された基部を備え、駆動アームおよび角速度検知用の検出アームが前記基部から突設されたことを特徴とする請求項2に記載の圧電デバイス。
- 前記パッケージの内部を気密封止する封止孔が前記パッケージの底面に設けられ、前記封止孔は屈曲部を備えたことを特徴とする請求項1に記載の圧電デバイス。
- 前記封止孔は、前記屈曲部に対してパッケージの外側にある外側封止孔と、前記屈曲部に対してパッケージの内側にある内側封止孔とを備え、
前記外側封止孔と前記内側封止孔とは水平方向に離れている、
ことを特徴とする請求項4に記載の圧電デバイス。
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