JP2006101244A - 圧電振動子、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、圧電素板をバンプを介し導電性パッドの上に直接載置して気密封止する小型の圧電振動子、及びその製造方法を提供することである。
【解決手段】
上記目的を達成する為本発明は、圧電素板が容器内部の絶縁基板上の導電性パッド上にバンプを介して支持され気密封止される圧電振動子の製造方法において、圧電素板の主電極に下地電極材料を成膜する工程と、主電極の表面にバリア層を成膜する工程と、主電極材料を成膜する工程と、先の圧電振動子容器へバンプを介しこのバンプと圧電素板の接続用電極で溶融接合し、圧電素板を搭載する工程と、圧電振動子を周波数調整する工程とにより成ることを特徴とし、また、圧電素板の主電極に下地電極材料と主電極材料の間のバリア層の材料としてAgまたはTiが用いられ、圧電素板の接続用電極と圧電振動子容器とがバンプを介在して直接溶融接合されることを特徴として目的を達成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は圧電素板をバンプを介して導電性パッドの上に直接載置して気密封止する小型の圧電振動子と、その製造方法に関する。

近年、圧電振動子の種類には二本の金属サポートと呼ばれる金属片で圧電振動子内部の圧電素板の両端を支持する支持構造を持つものから、圧電素板を圧電振動子内部において圧電素板長手方向の片方の圧電素板端を保持した片持ち支持の状態でその支持構造が構成され気密封止されたものと、機械的な落下衝撃にも対応し得るように、圧電素板の長手方向の両端を保持して気密封止するものへと変化しており、これらの二つにその種類が大別されてきているのが実際である。また、圧電素板の圧電振動子内部における保持構造についても、収容容器の外形サイズが小さく成るに従って、圧電振動子内部の基板に直接圧電素板を搭載する支持構造と成ってきている傾向があり、先述の基板への圧電素板の直接の搭載においては、導電性接着剤、はんだ、或いは半導体集積部品と同様なフリップチップ工法などの接合導通部材も導入されつつある。

一方、最近の傾向では通信分野の伝送系装置等を中核として、その高機能化、高精度化、小型化や軽量化に伴い、その搭載部品についても非常に急激な市場からの小型化や低背化、更に加えて軽量化や低価格化などの要求があるのが現状であり、圧電振動子といった部品の基板への実装も、先述の従来のリード形状のものからDIP (Dual In-line Package)、ZIP (Zig-zag In-line Package) 、QFP (Quad Flat Package)のような半導体部品パッケージの端子形状を持ったものや、更には搭載する部品の基板側の面にメタライズ処理を施した主電極を持った表面実装形状をしたものへと急速に展開している。

圧電振動子内部の基板への圧電素板の搭載方法の一例を挙げれば、セラミックス等の絶縁材で形成され、表面実装にも対応した形状の容器に設けられた凹部底面の容器の長さ方向一方端に二つの導電性パッドが形成され、これらの導電性パッド上の任意の位置に金などから成る金属バンプ（以下バンプという）を形成し、その上に圧電素板の主面表裏面に励振電極と外部接続用電極が形成された圧電素板を載置してコレット等の保持具で保持しながら、先の圧電振動子容器の凹部底面方向に加重を掛けながら保持具を容器の長辺方向に超音波振動させ、圧電素板の外部接続用電極とバンプとを摩擦熱によって溶融接合するといった方法がある。その後に先の圧電素板から保持具を離して圧電振動子容器の凹部開口部を覆うように金属製の蓋を被せて容器内凹部を気密封止することにより圧電振動子を形成することが出来る。

従来から、圧電振動子の長期的な特性の安定性を得るために、圧電振動子の内部に搭載される圧電素板には加熱処理が加えられる。この加熱処理によって圧電素板の下地電極の材料として用いられるクロム（Cr）、ニッケル（Ni）などの電極下地材料を金（Au）などの電極下地材料上層の主電極材料に拡散することが一般的に知られている。

特開２０００−１５１３４５号公報 特開２００３−２２４４４２号公報 特開２００２−３４４２７８号公報

なお、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、先述の加熱処理により電極下地材料を金（Au）などから成る電極下地材料上層の主電極材料に拡散する場合、図に示されるように、電極下地材料上層の主電極材料の表面にクロム（Cr）やニッケル（Ni）などの電極下地材料が析出して出来る析出層が形成され、その結果金（Au）などから成るバンプと圧電素板の主電極面との溶融接合界面に析出した電気的抵抗率の大きな先述のクロム（Cr）やニッケル（Ni）などの電極下地材料の析出層形成により、圧電振動子の長期的な特性の安定性が損なわれるおそれがあるといった問題があった。

また、同時に先述の圧電素板の主電極面との溶融接合界面に析出した電気的抵抗率の大きなクロム（Cr）やニッケル（Ni）などの電極下地材料の析出層形成により、金（Au）などから成るバンプと、圧電素板の主電極との安定した溶融接合強度が得られないおそれがあるといった問題があった。

本発明は、以上のような技術的背景のもとで成されたものであり、従がってその目的は、圧電素板をバンプを介して導電性パッドの上に直接載置して気密封止する小型の圧電振動子、及びその製造方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明は、圧電素板が圧電振動子容器内部の絶縁基板上の導電性パッド上にバンプを介して支持されて気密封止される構成の圧電振動子の製造方法において、先の圧電素板の主電極に下地電極材料を成膜する工程と、主電極の表面にバリア層を成膜する工程と、主電極材料を成膜する工程と、圧電振動子容器へバンプを介してこのバンプと圧電素板の接続用電極において溶融接合し、先の圧電素板を圧電振動子容器に搭載する工程と、圧電振動子を周波数調整する工程とにより成ることを特徴とする。

また、圧電素板が圧電振動子容器内部の絶縁基板上の導電性パッド上にバンプを介して支持されて気密封止される構成の圧電振動子において、先の圧電素板の主電極に、下地電極材料と主電極材料の間のバリア層の材料としてAgまたはTiが用いられ、圧電素板の接続用電極と圧電振動子容器とが、先のバンプを介在して直接溶融接合されることを特徴とする。

また、先の主電極のバリア層の膜厚は、少なくとも１０ｎｍ以上であり、かつ主電極の下地電極材料の膜厚以上であることを特徴とする。

また、先の主電極と溶融接合される先のバンプとが同じ材料から成ることを特徴とする。

本発明の圧電振動子の製造方法によれば、主電極表面に下地電極材料が析出するのを防ぐ為に、下地電極材料と主電極材料の間にバリア層が設けられることで、先の下地電極材料が析出することを防ぐことができ、圧電素板の主電極とバンプとの著しく安定した溶融接合強度を得ることが出来る。

また、本発明の圧電振動子の製造方法によれば、バリア層により圧電素板の主電極表面に下地電極材料が析出しない為、バンプによる接合部分だけでは無く、主電極面全体において熱によるその膜質の変化が起こりにくく成ることで、圧電振動子の長期的な特性の安定性を得ることが出来る。

また、従来において行われていた、圧電振動子の長期的な特性の安定性を得るための圧電振動子の内部に搭載される圧電素板の加熱処理工程を必要としなくなり、圧電振動子の生産コストを削減することが出来る。

また、本発明の圧電振動子によれば、主電極とバンプが同じ材料から成るために、それらの溶融接合部に界面層を持たず、長期間にわたり非常に特性的に安定した溶融接合と、その溶融接合強度を得ることが出来る。なお、この効果は、バンプの材料に対して、接合性を向上させ、電気抵抗率がＡｕより低い材料であるＡｇが３０ｗｔ％程度まで含有されている主電極材料を使用する場合であってもほぼ同等な効果を得ることが出来る。

以下に図面を参照しながら本発明の実施の一形態について説明する。
なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。

図１は本発明の圧電振動子の製造方法を示したフローチャートである。即ち、本発明の圧電振動子の製造方法は、圧電素板１が圧電振動子容器２内部の絶縁基板３上の導電性パッド４上にバンプ５を介して支持されて気密封止される構成の圧電振動子の製造方法において、まず圧電素板１の主電極７に下地電極材料８を成膜し(S101)、次に先の主電極の表面９、即ち下地電極材料８の表面にバリア層１０を成膜し(S102)、次に先のバリア層１０の表面に主電極材料１１を成膜し(S103)、更に圧電振動子容器２へバンプ５を介してこのバンプ５と圧電素板１の接続用電極１２において溶融接して圧電素板１を搭載し(S104)、最後に圧電振動子６を周波数調整する(S105)工程により成るものである。

図２は本発明の水晶から成る圧電素板１の表面に下地電極を付け、更にその上にバリア層１０を付け、更にその上に主電極７をつけた３層構造の主電極７を成膜した圧電素板１と、導電性パッド４上のバンプ５とを溶融接合する様子を示した概略の側面方向からみた模式図である。ここでは圧電素板１上に下地電極材料８としてクロム（Cr）、バリア層として銀（Ag）、主電極材料１１として用いられている金（Au）を成膜した圧電振動子６の接続用電極１２と、絶縁基板３上の導電性パッド４上にバンプ５を介して搭載する。ここで、バンプ５の材料と圧電素板１の主電極材料が同一の場合において、最もその溶融接合強度は高くなるが、バンプ５の材料と圧電素板１の主電極材料は異なっていても構わず、この場合においても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。

図３は本発明の水晶から成る圧電素板１の表面に下地電極を付け、更にその上にバリア層１０を付け、更にその上に主電極７をつけた３層構造の主電極７を成膜した圧電素板１を示した概略の斜め上方向からみた模式図である。ここでは圧電素板１上に下地電極材料８としてクロム（Cr）、バリア層１０として銀（Ag）、主電極材料１１として用いられている金（Au）を成膜している。ここで、バリア層１０は、銀（Ag）でなくとも構わず、下地電極材料８が熱処理によって主電極表面に析出しない材料の場合においても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。

図４は従来の、水晶から成る圧電素板１の表面に下地電極を付け、更にその上に主電極を付けた後に圧電素板１に加熱処理を加えると、主電極に下地電極材料８が拡散して、その主電極表面に下地電極材料８の析出層が形成される様子を示す概略の側面方向からみた模式図である。ここでは下地電極材料８としてクロム（Cr）とニッケル（Ni）の二例について示している。圧電素板１に加熱処理を加えることによりその特性の長期的な安定性を得る方法は、兼ねてから行われたものであったが、バンプ５を使用しそれを介して圧電素板１を搭載する場合、圧電素板１の加熱処理による下地電極材料８の主電極表面への析出層１３の形成は、析出層１３が大きな抵抗率を有する為に、圧電振動子６の長期的な特性の安定性が損なわれるおそれがあり、また、圧電素板１の主電極との安定した溶融接合強度が得られないおそれがあるといった問題があった。

図５は従来の加熱処理後の圧電素板１と、導電性パッド４上のバンプ５とを溶融接合する様子を示した概略の側面方向からみた模式図である。主電極の上に析出した下地電極材料８の析出層１３を挟むかたちでバンプ５と圧電素板１が溶融接合するために、結果的に圧電振動子６の長期的な特性の安定性が損なわれるおそれがあり、また、圧電素板１の主電極とバンプ５との安定した溶融接合強度が得られないおそれがあるといった問題があった。なお、下地電極を持たず単層の主電極構造を持つ圧電振動子６も考えられ、水晶を材料とした圧電素板１の場合、主電極材料として好ましく、また水晶素板から容易に剥離することのない剥離強度を持つ主電極材料より成る主電極膜を単層で使用することは、主電極膜の高い機械的強度や長期的信頼性が得られるという利点がある。しかしながら、現在、主に主電極材料として用いられている金（Au）や銀（Ag）などでは、それ自体の単層膜では水晶との十分な密着性が得られない為にニッケル（Ni）やクロム（Cr）などの主電極の下地層が必要である。このような現状を鑑みて本発明の圧電振動子、及びその製造方法が考えられた。

本発明の圧電振動子の製造方法を示したフローチャートである。 本発明の圧電振動子の製造方法により、バンプが溶融接合する３層構造の主電極を施した圧電素板と、導電性パッド上においてバンプを介在してバンプと圧電素板とを溶融接合する様子を示した概略の側面方向からみた模式図である。 本発明の、３層構造の主電極を施した圧電素板を示す斜め上方向からみた概略の模式図である。 従来の水晶から成る圧電素板の表面に下地電極を付け、更にその上に主電極を付けた後に圧電素板に加熱処理を加えると、主電極に下地電極材料が拡散して、その主電極表面に下地電極材料の析出層が形成される様子を示す概略の側面方向からみた模式図である。ここでは下地電極材料としてクロム（Cr）とニッケル（Ni）が使用された二例について示している。 従来の加熱処理後の圧電素板と、導電性パッド上のバンプとを溶融接合する様子を示した概略の側面方向からみた模式図である。

符号の説明

１ 圧電素板
２ 圧電振動子容器
３ 絶縁基板
４ 導電性パッド
５ バンプ
６ 圧電振動子
７ 主電極
８ 下地電極材料
９ 主電極の表面
１０ バリア層
１１ 主電極材料
１２ 接続用電極
１３ 析出層
１４ 下地電極

Claims (4)

1. 圧電素板が圧電振動子容器内部の絶縁基板上の導電性パッド上にバンプを介して支持されて気密封止される構成の圧電振動子の製造方法において、
   該圧電素板の主電極に下地電極材料を成膜する工程と、
   該主電極の表面にバリア層を成膜する工程と、
   該主電極の表面に主電極材料を成膜する工程と、
   該圧電振動子容器へバンプを介して該バンプと該圧電素板の接続用電極において溶融接合し、該圧電素板を搭載する工程と、
   該圧電振動子を周波数調整する工程と、により成る圧電振動子の製造方法。
2. 圧電素板が圧電振動子容器内部の絶縁基板上の導電性パッド上にバンプを介して支持されて気密封止される構成の圧電振動子において、
   該圧電素板の主電極に、下地電極材料と主電極材料の間のバリア層の材料としてAgまたはTiが用いられ、該圧電素板の接続用電極と該圧電振動子容器とが、該バンプを介在して直接溶融接合されることを特徴とする圧電振動子。
3. 該主電極の該バリア層の膜厚は、少なくとも１０ｎｍ以上であり、かつ該主電極の下地電極材料の膜厚以上であることを特徴とする請求項２に記載の圧電振動子。
4. 該主電極と溶融接合される該バンプとが同じ材料から成ることを特徴とする請求項２に記載の圧電振動子。

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