JP2005051637A - 圧電振動子 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電振動子の小型化が進むにつれ、逆メサ型圧電振動板上の接続用電極形状が小さくなっている。そのため、接続用電極の形成面積内に配置できるバンプの数が少なくなり、電極パッドと接続用電極間の接合強度が低くなってしまい、最悪導通不良を起こす可能性がある。更にバンプ数が少ないことから、圧電振動板を保持する強度も低く、圧電振動板に外部より力が加わることによる圧電振動板の脱落事故が起こる可能性が高くなる。
【解決手段】 逆メサ型圧電振動板を、接続用電極とパッケージに形成した電極パッドとの間に形成した第１のバンプ群により固着導通及び姿勢支持した圧電振動子において、第１のバンプ群のうち少なくとも１つのバンプを、補強部表裏に形成した接続用電極を電気的接続するために補強部を貫通するスルーホールが形成された位置に形成した圧電振動子。
【選択図】図１

Description

本発明は、励振振動領域の周囲に励振振動領域の厚みより厚い補強部を形成し、そこに各種電極を形成した、所謂逆メサ型の圧電振動板を使用する圧電振動子に関するものである

近年において、移動体通信機器等の機器類の著しい小型化に伴い、これら機器に用いられる圧電振動子等の電子部品についても更なる小型化が求められている。又、圧電振動子については、小型化と同時に、ＣＰＵ等の動作周波数の高周波数化に対応する為の、その動作周波数の供給源である圧電振動子の発振周波数の高周波化も求められている。

従来技術の一例として、ＡＴカットの水晶素板を使用した高周波基本波圧電振動子の構造を図４及び図５に示す。

水晶素板４１の一方の主面４２ａ側に、矩形状に、フォトリソグラフィ法とエッチングにより凹状の窪みを形成する。凹部の底部の厚みを所望の周波数が振動する厚さまでエッチングし、圧電振動領域部４３とする。この圧電振動領域部４３の周囲には、圧電振動領域部４３を支持補強するために、圧電振動領域部４３より厚みのある補強部４４が一体で形成されている。尚、このような形状は一般的に逆メサ形状と言われている。

このような逆メサ型の水晶素板４１に、圧電振動領域部４３の両主面上に励振用電極を形成し、又、この励振用電極から補強部４４を介して引き出した引出電極と、補強部４４に引出電極と接続し且つ容器との導通を取るための接続用電極４５とを形成することで水晶振動板４６を構成している。尚、水晶振動板４６の他方の主面４２ｂ側の励振用電極で生じた信号を、バンプ４８及び容器４７の電極パッド（図示せず）を介して外部に出力するため、他方の主面４２ｂに形成した接続用電極４５から、容器４７の電極パッドへ固着導通を行う一方の主面４２ａ側に形成した接続用電極４５へ至る導電体（電極）を形成する必要がある。従来技術においては、接続用電極４５が形成された近傍の水晶素板の側面に電極を形成し、他方の主面４２ｂから一方の主面４２ａに至る一体の接続用電極４５を形成することで、他方の主面４２ｂ側の励振用電極に生じた信号を、一方の主面４２ａ側（容器の電極パッドと固着導通する側）の接続用電極４５に導く構造が取られている。

この水晶振動板４６を、容器４７に設けた電極パッドへバンプ４８や導電性接着剤などを用いて固着導通し、容器４７の開口部を金属の蓋４９等で気密封止し水晶振動子４０を形成する。

ＡＴカット水晶振動子の振動モードは厚みすべり振動であり、その周波数は圧電振動領域部の厚みに反比例ため、高周波化を図るには圧電振動領域部の厚さを薄くする必要がある。現在、ＡＴカット水晶素板を平板状に形成した場合は、落下などの衝撃に耐えうる強度的に、厚みが約１７μｍ（基本波振動で約１００ＭＨｚ）、図４のように圧電振動領域部４３の周囲に、圧電振動領域部の厚みより厚い補強部４４を一体で形成した逆メサ型の圧電振動板を用いた圧電振動子の場合は、圧電振動領域部の厚みが約５μｍ（基本波振動で約３５０ＭＨｚ）のものが作成されている。

前述のような圧電振動子については、以下のような文献が開示されている。
特開２０００−２９５０６４号公報

尚、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

しかしながら、圧電振動子の小型化が進むにつれ、圧電振動子内部に搭載する逆メサ型圧電振動板自体も小型化が必須となっている。それに伴い圧電振動板における補強部の大きさも非常に狭小となり、補強部両主面上に形成する接続用電極形状もより小さくなっている。

そのため、接続用電極の形成面積内に配置できるバンプの数が少なくなり、電極パッドと接続用電極間の接合強度が低くなってしまい、最悪導通不良を起こす可能性がある。更にバンプ数が少ないことから、圧電振動板を保持する強度も低く、圧電振動板に外部より力が加わることによる圧電振動板の脱落事故が起こる可能性が高くなる。

これらの不具合を回避するため、従来では、可能な限りバンプ数を多くしたり、圧電振動板を電極パッドへ実装する際に、バンプに圧力を更に加えて保持接合強度の向上を図っていたが、バンプ形成数の増加はそのまま工数の増加になりコストが悪くなり、且つその形成数にも限界がある。又、圧電振動板実装時に更に圧力を加えた場合、圧電振動板自体に必要以上のストレスが加わってしまい、圧電振動板の振動特性などが不安定化する場合がある。

本発明は前述した問題点を解決するために成されたものであり、所望する周波数を励振する矩形状の圧電振動領域部と、この圧電振動領域部の周囲に圧電振動領域部の厚さよりも厚い補強部とを一体の圧電材で形成し、且つこの圧電振動領域部に励振用電極と、励振用電極から該補強部を介して引き出した引出電極と、補強部に引出電極と接続し且つ容器との導通を取るための接続用電極とを形成した圧電振動板を、接続用電極と容器に形成した電極パッドとの間に形成した第１のバンプ群により固着導通及び姿勢支持した圧電振動子において、該第１のバンプ群を構成する複数のバンプのうち少なくとも一つのバンプを、補強部表裏に形成した接続用電極を電気的接続するために補強部を貫通するスルーホールが形成された位置に形成したことを特徴とする圧電振動子である。

又、前記圧電振動子において、圧電振動板の容器と固着導通しない面側のスルーホールの開口部に第２のバンプを形成し、第１のバンプと第２のバンプがスルーホール内で接合していることを特徴とする前欄記載の圧電振動子でもある。

従って、本発明における圧電振動子は、圧電振動板の補強部の表裏に形成した接続用電極に形成したスルーホールの形成位置にバンプを形成することで、圧電振動板を電極パッドに固着する際にバンプがスルーホール内に侵入して、スルーホールを含む接続用電極とバンプとの間の接続面積を増加させる作用を成す。この作用により、圧電振動子における逆メサ型圧電振動板の接合強度が著しく向上する効果を奏する。

以下に、圧電素材の一つである水晶を使用した、本発明に係わる逆メサ型水晶振動子の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係わる逆メサ型水晶振動子の一形態を示す長さ方向の断面図である。
図２は、図１に図示した点線円Ａ部分を拡大して開示した部分断面図である。
図３は、本発明に係わる逆メサ型水晶振動子の他の形態において、図１に図示した点線円Ａ箇所と同一の箇所を拡大して開示した部分断面図である。
尚、各図では、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。特に各部分の厚み寸法は誇張して図示している。

即ち、図１及び図２において、水晶素板１１の一方の主面１２ａに、矩形状に、フォトリソグラフィ法とエッチングにより凹状の窪みを形成する。凹部の底部の厚みを所望の周波数が振動する厚さまでエッチングし、圧電振動領域部１３とする。この圧電振動領域部１３の周囲には、圧電振動領域部１３を支持補強するために、圧電振動領域部１３より厚みのある補強部１４が圧電振動領域部１３と一体で形成されている。

この逆メサ形状の水晶素板１２の圧電振動領域１３のほぼ中央には、円形の励振用電極が表裏主面で対向するように形成されており、更に、この励振用電極から水晶素板１２の一方の短辺へ補強部１４を介して延設した引き出し電極と、その引き出し電極と電気的に接続し、且つ容器１６に掲載された電極パッドとの導通を取るための接続用電極１５とが形成され水晶振動板１７が構成されている。尚、この水晶振動板１７は一枚の水晶ウエハ上に複数連接した状態で形成され、圧電振動領域及び各電極を形成後に各個に切断分離する製造方法で作られる。

このような形状の水晶振動板１７を水晶振動子して使用するためには、まず、セラミックス等の絶縁性の材料により形成された容器１６の内部空間内に水晶振動板１７を配置し、水晶振動板１７側の一方の主面１２ａに形成した接続用電極１５と容器１６に形成した電極パッドとの間に複数個のバンプにより構成された第１のバンプ群１８を形成し、水晶振動板１７を容器内の底部に平行に固着し導通を取る。水晶振動板１７を搭載した容器６の開口部にコバール等の金属材を用いた蓋２１を配置し、容器６内空間を気密封止することで水晶振動子１０を形成する。

このような構造の水晶振動子において、水晶振動板の他方の主面（本実施例１では１２ｂに相当）側に形成した励振用電極に生じた信号を、一方の主面（本実施例１では１２ａに相当）側に形成した接続用電極まで導くための構造としては、従来では接続用電極が形成された近傍の水晶素板の側面に電極を形成し、他方の主面から一方の主面に至る一体の接続用電極を形成することで、他方の主面側の励振用電極に生じた信号を、一方の主面側の接続用電極に導く構造が取られているが、前述した方法により製造される本実施例の水晶素板の側面には、製法上電極を形成することができない。

因って、本発明では、補強部１４の両主面上に形成した接続用電極１５間に、補強部１４を貫通するスルーホール１９を形成し、水晶振動板１７の他方の主面１２ｂ側に形成した励振用電極に生じた信号を、一方の主面側１２ａに形成した接続用電極１５に導いている。接続用電極１５を形成する補強部１４は、圧電振動領域部１３の振動には直接関係することがなく、且つ圧電振動領域部１３からの距離も離れているため、そこにスルーホール１９を形成しても水晶振動子としての特性には影響を与えない。

前述した第１のバンプ群１８を構成する複数のバンプのうち少なくとも一つは、図２のように、このスルーホール１９の一方の主面１２ａ側の開口部に形成され、接続用電極１５と容器６の電極パッド間の導通を行い、更に水晶振動板１７の姿勢保持をも行っている。尚、本実施例では第１のバンプ群１８を形成するバンプ一つの形成時の最大径寸法を約１００μｍとしている。

このような構造で水晶振動板１７を容器６の電極パッドへ導通保持した場合、バンプの一部が、補強部１４に形成されたがスルーホール１９内に入り込み、スルーホール１９の内壁面もバンプとの接合面となる。このことにより、従来よりも接続用電極１５と第１のバンプ群１８との接合面積が増大し、バンプ群全体としての接合強度を向上させることができ、水晶振動板の容器からの脱落を防止でき、又、従来の接合強度を、従来より少ないバンプ数で得ることができる。

更に、バンプの接合強度が向上したことにより、接合強度を得るための水晶振動板固着時の更なる加圧をなくすことができる。因って、水晶振動板へ必要以上のストレスが加わることをなくなり、水晶振動板の振動特性が安定化する。

図３は、本発明に係る水晶振動子において、水晶振動板の接合強度を更に向上させるために、スルーホール１９の他方の主面１２ｂ側の開口部にも第２のバンプ２０を形成した他の形態の水晶振動子が開示されている。

この第２のバンプ２０はスルーホール１９の開口部径より大きいため、第２のバンプ２０はスルーホール１９内に流入し、第１のバンプ群１８を構成する複数のバンプのうちスルーホール１９開口部に形成したバンプとスルーホール１９内で接合し、且つスルーホール１９の開口部を覆い更にスルーホール１９の他方の主面１２ｂ側開口部周囲の接続用電極１５上もバンプ１９が形成される。このような構造にすることより、実施例１よりも接続用電極１５と形成した各バンプとの接合面積が更に増大し、バンプ全体としての接合強度を非常に向上させることができ、水晶振動板の容器からの脱落を実施例１よりもより確実に防止できる。

尚、本実施例では、水晶振動板に形成した接続用電極と、容器に形成した電極パッドとの間のに複数個のバンプにより構成された第１のバンプ群１８を形成し、水晶振動板１７を容器内の底部に平行に固着し導通を取る構造を開示しているが、接続用電極と電極パッド間の導通が確実であり、且つ水晶振動板の姿勢支持が可能であるならば、接続用電極と電極パッド間に形成するバンプ数は最低１個で良く、その場合は、バンプを形成する位置はスルーホール開口部のみに形成する必要がある。

又、本実施例では、スルーホールの形成個数を最低数の１個の場合を例示して詳述したが、スルーホールの個数やその形成位置は、本発明の実施者が適宜変更できる。

本発明をより、圧電振動板の接続用電極と容器の電極パッド間に必要とするバンプの接合強度、及び圧電振動板の姿勢を保持するバンプの保持強度を著しく向上でき、且つバンプ数の低減や圧電振動板へ加わるストレスを少なくできることから、特性が優れ安価な圧電振動板を提供でき、更に他の電子部品におけるバンプによる固着導通時の接合強度向上用途にも適用できる。

図１は、本発明に係わる逆メサ型水晶振動子の一形態を示す長さ方向の断面図である。 図２は、図１に図示した点線円Ａ部分を拡大して開示した部分断面図である。 図３は、本発明に係わる逆メサ型水晶振動子の他の形態において、図１に図示した点線円Ａ箇所と同一の箇所を拡大して開示した部分断面図である。 図４は、従来の逆メサ型水晶振動子の一形態を示す長さ方向の断面図である。 図５は、図４に図示した点線円Ｂ部分を拡大して開示した部分断面図である。

符号の説明

１０，水晶振動子（圧電振動子）
１１，水晶素板
１３，圧電振動領域部
１４，補強部
１５，接続用電極
１６，容器
１７，水晶振動板（圧電振動板）
１８，第１のバンプ群
１９，スルーホール
２０，第２のバンプ

Claims (2)

1. 所望する周波数を励振する矩形状の圧電振動領域部と、該圧電振動領域部の周囲に該圧電振動領域部の厚さよりも厚い補強部とを一体の圧電材で形成し、且つ該圧電振動領域部に励振用電極と、該励振用電極から該補強部を介して引き出した引出電極と、該補強部に該引出電極と接続し且つ容器との導通を取るための接続用電極とを形成した圧電振動板を、該接続用電極と該容器に形成した電極パッドとの間に形成した第１のバンプ群により固着導通及び姿勢支持した圧電振動子において、
   該第１のバンプ群を構成する複数バンプのうち少なくとも一つのバンプを、該補強部表裏に形成した該接続用電極を電気的接続する該補強部を貫通するスルーホールが形成された位置に形成したことを特徴とする圧電振動子。
2. 前記圧電振動子において、該圧電振動板の該容器と固着導通しない面側のスルーホールの開口部に第２のバンプを形成し、第１のバンプ群内のバンプと第２のバンプがスルーホール内で接合していることを特徴とする請求項１記載の圧電振動子。

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