JP2014011665A

JP2014011665A - 圧電装置

Info

Publication number: JP2014011665A
Application number: JP2012147463A
Authority: JP
Inventors: Junpei Komura; 順平小村
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2014-01-20

Abstract

【課題】集積回路素子を素子搭載用部材に接合させる半田バンプへのアンダーフィル樹脂被覆に際し、アンダーフィル樹脂への加熱硬化で接続信頼性が低下する事を防ぐ圧電装置の提供。
【解決手段】圧電装置１００は、素子搭載用部材１１０と、素子搭載用部材１１０の下側凹部Ｋ２に搭載されている圧電素子１３０と、素子搭載用部材１１０の上側凹部Ｋ１に設けられており、パッド領域、半田流れ防止領域、及び配線領域とを含む導体パターン１１３と、導体パターン１１３のパッド領域に半田バンプ１２５によって電気的に接続されている集積回路素子１２０とを含んでいる。圧電装置１００は、半田パンプ１２５が、アンダーフィル樹脂１２７で覆われており、かつ、半田流れ防止領域が、集積回路素子１２０の外周よりも内側に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器等に用いられる圧電装置に関するものである。

従来、携帯電話機などの電子機器には、基準信号源またはクロック信号源などの信号源が搭載されており、かかる信号源として、圧電装置が知られている。

圧電装置は、素子搭載用部材と、素子搭載用部材に搭載された圧電素子および集積回路素子とを含んでいる。圧電装置は半田プロセス（半田接合）で組み立てられ、素子搭載用部材の導体パターンに半田流れ防止領域を施すことで、素子搭載用部材と集積回路素子接合用の半田バンプの半田流れを防いでいる。また、半田流れ防止領域は、半田バンプの半田流れ状態を外観で確認できるように、集積回路素子の外周よりも外側に配置されていた。また、半田プロセスでは、集積回路素子を素子搭載用部材に搭載後にアンダーフィル樹脂を素子搭載部材と集積回路素子間に充填している。

特開２０１１−２３４２０３号公報

しかしながら、従来の圧電装置は、半田流れ防止領域が集積回路素子の外周よりも外側に配置されているため、半田バンプの外側をアンダーフィル樹脂で十分に覆えない場合があり、アンダーフィル樹脂の加熱硬化時に、熱膨張するアンダーフィル樹脂に押されて半田バンプに応力が加わり、半田バンプの接続信頼性が低下することがあった。

本発明の一つの態様による圧電装置は、素子搭載用部材と、素子搭載用部材の下側凹部に搭載されている圧電素子と、素子搭載用部材の上側凹部に設けられており、パッド領域、半田流れ防止領域および配線領域とを含む導体パターンと、導体パターンのパッド領域に半田バンプによって電気的に接続されている集積回路素子とを含んでいる。本発明の一つの態様による圧電装置は、半田パンプが、アンダーフィル樹脂で覆われており、かつ、半田流れ防止領域が、集積回路素子の外周よりも内側に配置されている。

本発明の一つの態様による圧電装置は、素子搭載用部材の導体パターンの半田流れ防止領域を集積回路素子の外周よりも内側に配置することで、半田バンプの集積回路素子の外周よりも外側への拡がりを抑え、半田バンプの外側をアンダーフィル樹脂で覆うことができる。よって、本発明の一つの態様による圧電装置は、アンダーフィル樹脂の加熱硬化時に、熱膨張するアンダーフィル樹脂に押されて半田バンプに加わる応力を低減でき、半田バンプの接続信頼性の低下を防止することができる。

本発明の実施形態における圧電装置を示す縦断面図である。図１に示された圧電装置において集積回路素子を取り外した状態を示す平面図である。図１に示された圧電装置における集積回路素子を示す平面図である。図１に示された圧電装置における集積回路素子の電気的な接続の例を示す平面図である。図１に示された圧電装置における接続部の接合状態を示す縦断面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。

図１および図２に示されているように、本発明の実施形態における圧電装置１００は、素子搭載用部材１１０と、素子搭載用部材１１０に搭載された集積回路素子１２０と、素子搭載用部材１１０に搭載されており、集積回路素子１２０に電気的に接続された圧電素子１３０と、集積回路素子１２０と素子搭載用部材１１０間に設けられたアンダーフィル樹脂１２７とを含んでいる。なお、図１は、図４に示されている圧電装置１００のＡ―Ａにおける縦断面図を示している。

素子搭載用部材１１０は、基板部１１１ａと基板部１１１ａの上面に設けられた第１の枠部１１１ｂと基板部１１１ａの下面に設けられた第２の枠部１１１ｃとからなる絶縁基体１１１と、基板部１１１ａの上面に設けられた複数の導体パターン１１３および一対のモニター用端子１１４ａおよび１１４ｂと、第１の枠部１１１ｂの上面に設けられた複数の外部端子１１６とを含んでいる。ここで、素子搭載用部材１１０の上面の凹部を上側凹部Ｋ１、下面の凹部を下側凹部Ｋ２とする。

なお、図２において、複数の導体パターン１１３は、符号１１３の後にアルファベットのａ〜ｆを付して１１３ａ〜１１３ｆとして示されている。複数の導体パターン１１３ａ〜１１３ｆは、例えば、出力パターン１１３ａ、接地パターン１１３ｂ、制御パターン１１３ｃ、電源パターン１１３ｄ、第１の入力パターン１１３ｅおよび第２の入力パターン１１３ｆである。また、図２において、例えば、出力パターン１１３ａは、出力パッド領域１１３ａ_１と出力配線領域１１３ａ_２と、出力パッド領域１１３ａ_１および出力配線領域１１３ａ_２の間に設けられた半田流れ防止領域１１３ａ_３とを含んでいる。例えば、接地パターン１１３ｂは、接地パッド領域１１３ｂ_１と接地配線領域１１３ｂ_２と、接地パッド領域１１３ｂ_１および接地配線領域１１３ｂ_２の間に設けられた半田流れ防止領域１１３ｂ_３とを含んでいる。例えば、制御パターン１１３ｃは、制御パッド領域１１３ｃ_１と制御配線領域１１３ｃ_２と、制御パッド領域１１３ｃ_１および制御配線領域１１３ｃ_２の間に設けられた半田流れ防止領域１１３ｃ_３とを含んでいる。例えば、電源パターン１１３ｄは、電源パッド領域１１３ｄ_１と電源配線領域１１３ｄ_２と、電源パッド領域１１３ｄ_１および電源配線領域１１３ｄ_２の間に設けられた半田流れ防止領域１１３ｄ_３とを含んでいる。例えば、第１の入力パターン１１３ｅは、第１の入力パッド領域１１３ｅ_１と第１の入力配線領域１１３ｅ_２と、第１の入力パッド領域１１３ｅ_１および第１の入力配線領域１１３ｅ_２の間に設けられた半田流れ防止領域１１３ｅ_３とを含んでいる。例えば、第２の入力パターン１１３ｆは、第２の入力パッド領域１１３ｆ_１と第２の入力配線領域１１３ｆ_２と、第２の入力パッド領域１１３ｆ_１および第２の入力配線領域１１３ｆ_２の間に設けられた半田流れ防止領域１１３ｆ_３とを含んでいる。

また、図２において、外部端子１１６は、符号１１６の後にアルファベットのａ〜ｄを付して１１６ａ〜１１６ｄとして示されている。複数の外部端子１１６ａ〜１１６ｄは、例えば、出力外部端子１１６ａ、接地外部端子１１６ｂ、制御外部端子１１６ｃおよび電源外部端子１１６ｄである。

基板部１１１ａと第１の枠部１１１ｂと第２の枠部１１１ｃとは、例えば、アルミナセラミックスまたはガラス−セラミックス等のセラミック材料からなる。また、基板部１１１ａは、例えば、図１および図２に示されているように、平面視において矩形状の平板状である。第１の枠部１１１ｂは、基板部１１１ａの上面の縁部に沿って設けられている。また、第２の枠部１１１ｃは、基板部１１１ａの下面の縁部に沿って設けられている。

複数の導体パターン１１３ａ〜１１３ｆのうち第１の入力パターン１１３ｅは、基板部１１１ａの内層配線（図示せず）を介してモニター用端子１１４ａに電気的に接続されている。第２の入力パターン１１３ｆは、基板部１１１ａの内層配線（図示せず）を介してモニター用端子１１４ｂに電気的に接続されている。

出力パターン１１３ａは、集積回路素子１２０から出力された信号が印加され、出力外部端子１１６ａに電気的に接続されている。接地パターン１１３ｂは、接地外部端子１１６ｂに電気的に接続されており、接地電圧が印加される。制御パターン１１３ｃは、制御外部端子１１６ｃに電気的に接続されており、集積回路素子１２０の出力状態を制御するための信号（すなわち、制御信号）が印加される。電源パターン１１３ｄは、電源外部端子１１６ｄに電気的に接続されており、電源電圧が印加される。第１の入力パターン１１３ｅおよび第２の入力パターン１１３ｆは、圧電素子１３０に電気的に接続されており、集積回路素子１２０に入力される圧電素子１３０の出力信号が印加される。

一対のモニター用端子１１４ａおよび１１４ｂは、図２に示されているように、上側凹部Ｋ１の短辺と長辺に平行な四角形状である。一対のモニター用端子１１４ａおよび１１４ｂは、圧電素子１３０の出力信号を測定するための端子である。

集積回路素子１２０は、上側凹部Ｋ１内に設けられており、半田バンプ１２５によって素子搭載用部材１１０の複数の導体パターン１１３に電気的に接続されている。集積回路素子１２０は、図３に示されているように、複数の電極１２２を有している。図３において、複数の電極１２２は、集積回路素子１２０の一部を透過した状態で破線によって示されている。図３において、複数の電極１２２は、符号１２２の後にアルファベットのａ〜ｆを付して１２２ａ〜１２２ｆとして示されている。

ここで、図３に示されている集積回路素子１２０の複数の電極１２２ａ〜１２２ｆの例について説明する。複数の電極１２２ａ〜１２２ｆは、例えば、出力電極１２２ａ、接地電極１２２ｂ、制御電極１２２ｃ、電源電極１２２ｄ、第１の入力電極１２２ｅおよび第２の入力電極１２２ｆである。

図４に示されているように、出力電極１２２ａは、半田バンプ１２５を介して出力パターン１１３ａに電気的に接続されており、出力信号が出力される。接地電極１２２ｂは、半田バンプ１２５を介して接地パターン１１３ｂに電気的に接続されており、接地電圧が印加される。制御電極１２２ｃは、制御パターン１１３ｃに電気的に接続されており、制御電極１２２ｃからの信号の出力状態を制御するための信号が入力される。電源電極１２２ｄは、電源パターン１１３ｄに電気的に接続されており、電源電圧が印加される。第１の入力電極１２２ｅおよび第２の入力電極１２２ｆは、第１の入力パターン１１３ｅおよび第２の入力パターン１１３ｆを介して圧電素子１３０に電気的に接続されている。

圧電素子１３０は、下側凹部Ｋ２内に設けられており、第１および第２の入力パターン１１３ｅおよび１１３ｆを介して集積回路素子１２０の第１の入力電極１２２ｅおよび第２の入力電極１２２ｆに電気的に接続されている。圧電素子１３０は、所定の結晶軸でカットされた圧電素板と、圧電素板に形成された接続用電極および励振用電極とを含んでいる。圧電素子１３０は、接続用電極および励振用電極を介して外部からの変動電圧が圧電素板に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こすようになっている。なお、圧電素板としては、例えばＡＴカットの水晶が用いられる。また、圧電素子１３０が収容されている素子搭載用部材１１０の下側凹部Ｋ２は、蓋部材１４０によって気密封止されている。

アンダーフィル樹脂１２７は、図４に示されているように、基板部１１１ａのパッド領域１１３ａ_１〜１１３ｆ_１、半田流れ防止領域１１３ａ_３〜１１３ｆ_３、一対のモニター用端子１１４ａおよび１１４ｂを覆うように基板部１１１ａと集積回路素子１２０との間に充填されている。また、アンダーフィル樹脂１２７は、集積回路素子１２０の回路形成面の保護と、集積回路素子１２０とパッド領域１１３ａ_１〜１１３ｆ_１との接合強度を保持する目的で設けられている。

本実施形態の圧電装置１００は、図１に示されているように、半田パンプ１２５が、アンダーフィル樹脂１２７で覆われており、かつ、半田流れ防止領域１１３ａ_３〜１１３ｆ_３が、集積回路素子１２０の外周よりも内側に配置されている。

ここで、本実施形態の圧電装置１００における集積回路素子１２０の外周と基板部１１１ａの上面に設けられた導体パターン１１３ａ〜１１３ｆの半田流れ防止領域１１３ａ_３〜１１３ｆ_３とアンダーフィル樹脂１２７の充填領域との位置関係について図４、図５を参照して説明する
。

集積回路素子１２０は、図４に示されているように、上側凹部Ｋ１に設けられている。また、集積回路素子１２０の複数の電極１２２ａ〜１２２ｆは、上側凹部Ｋ１の長辺に近い領域に位置している。

また、基板部１１１ａの上面に設けられた導体パターン１１３ａ〜１１３ｆは、パッド領域１１３ａ_１〜１１３ｆ_１と配線領域１１３ａ_２〜１１３ｆ_２との間に設けられた半田流れ防止領域１１３ａ_３〜１１３ｆ_３を備える構成となっている。導体パターン１１３ａ〜１１３ｆは３層構造になっており、例えば、下層にモリブデン（Ｍｏ）が形成され、例えば中間層にニッケル（Ｎｉ）が形成され、例えば上層に金（Ａｕ）が形成されている。

半田流れ防止領域１１３ａ_３〜１１３ｆ_３とは、半田の流れを妨げるものであり、例えば、半田の流れを妨げる高低差を有する凸部、半田との濡れ性が比較的低い金属酸化物から成る部分または半田がたまりやすい凹部等である。凸部は、例えば、導体パターン１１３ａ〜１１３ｆにレーザを照射して形成される。また、金属酸化物から成る部分は、導体パターン１１３ａ〜１１３ｆの中間層の例えばニッケル（Ｎｉ）がレーザで削られ、また発熱することにより空気と反応して生成される。また凹部は、中間層の例えばニッケル（Ｎｉ）と上層の例えば金（Ａｕ）をカットすることで形成される。以上のように、凸部、金属酸化物および凹部は、導体パターン１１３ａ〜１１３ｆにレーザを照射することで一度に形成される。

このように、本実施形態における圧電装置１００の半田流れ防止領域１１３ａ_３〜１１３ｆ_３は、例えば、導体パターン１１３ａ〜１１３ｆにレーザを照射して、導体パターン１１３ａ〜１１３ｆの中間層の例えばニッケル（Ｎｉ）と上層の例えば金（Ａｕ）をカットすることで形成される。また、レーザとしては、例えば、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ_４レーザ、半導体レーザ、及びエキシマレーザ等が用いられる。

基板部１１１ａの上面に設けられている導体パターン１１３ａ〜１１３ｆの半田流れ防止領域１１３ａ_３〜１１３ｆ_３は、図４に示されているように、集積回路素子１２０の外周よりも内側に配置されている。

ここで、半田流れ防止領域１１３ａ_３〜１１３ｆ_３が集積回路素子１２０の外周よりも内側に配置されているとは、例えば図５に示されているように、半田流れ防止領域１１３ｂ_３の少なくとも内側縁部が、集積回路素子１２０の外周よりも内側に形成されているということである。内側縁部とは、半田流れ防止領域１１３ｂ_３の素子搭載部材１１０の内側を向く縁である。

本実施形態の圧電装置１００において、半田流れ防止領域１１３ａ_３〜１１３ｆ_３が集積回路素子１２０の外周よりも内側に配置されていることによって、集積回路素子１２０と素子搭載用部材１１０を接合するための半田バンプ１２５が集積回路素子１２０の外周よりも外側に流れ出ることを防止できる。そのため、集積回路素子１２０と素子搭載用部材１１０との間に充填されたアンダーフィル樹脂１２７により半田バンプ１２５の外側を覆うことができる。よって、本実施形態の圧電装置１００は、アンダーフィル樹脂１２７の加熱硬化時に、熱膨張するアンダーフィル樹脂１２７に押されて半田バンプ１２５に加わる応力を低減でき、半田バンプ１２５の接続信頼性の低下を防止することができる。

尚、半田流れ防止領域１１３ａ_３〜１１３ｆ_３とは、例えば、凸部構造、凹部構造、または、半田との濡れ性の低い構造である。

凸部構造は、導体パターン１１３ａ〜１１３ｆ上にレーザの飛散物により凸部を形成するか、例えば、導体パターン１１３ａ〜１１３ｆ上に絶縁層または金属層を形成し、凸部を設けてもよい。ここで、レーザによる形成方法においては、導体パターン１１３ａ〜１１３ｆをレーザで削ることで凸部を形成できるので、凸部形成のための材料を別途準備する必要がなく、部材低減による生産性の向上が可能となる。また、レーザによる形成方法においては、導体パターン１１３が形成された素子搭載用部材１１０に対して後加工で形成されるため、例えば集積回路素子１２０のサイズに対応させて半田流れ防止領域１１３ａ_３〜１１３ｆ_３の形成位置を決定することができるなど製造における自由度が高まる。絶縁層としては、例えば、セラミックコート（例えばアルミナコート）または樹脂等など挙げられる。セラミックコートまたは樹脂は、導体パターン１１３ａ〜１１３ｆ上にスクリーン印刷で設けられる。セラミックコートまたは樹脂等は、複数個の絶縁層をスクリーン印刷により同時に形成され得るため、製造コストの低減を図ることが可能となる。尚、絶縁層は、導体パターン１１３ａ〜１１３ｆに比べて半田との濡れ性が低いため、半田の流れだしをより低減させることができる。また、金属層は、例えば、Ａｌ膜またはＣｒ膜等で、スパッタなどの真空印刷法で形成される。Ａｌ膜またはＣｒ膜等は、複数個の金属層をスパッタなどにより同時に形成され得るため、製造コストの低減を図ることが可能となる。

凹部構造は、導体パターン１１３ａ〜１１３ｆ上にレーザを照射して凹部を形成するか、導体パターン１１３ａ〜１１３ｆ自体に、予め凹部を形成してもよい。

半田との濡れ性の低い構造とは、金属酸化物があり、金属酸化物の形成方法としては、導体パターン１１３ａ〜１１３ｆの中間層の例えばニッケル（Ｎｉ）がレーザで削られ、また発熱することにより空気と反応して生成される。例えば、導体パターン１１３ａ〜１１３ｆの表面にレーザを照射することによって、表層の金（Ａｕ）を除去してＡｕの下層のニッケル（Ｎｉ）を露出させ、さらに、Ｎｉ表面を空気（酸化雰囲気）中で加熱することにより酸化させることで形成することができる。

以上のように、レーザ照射においては、上述の凸部構造、凹部構造、または、半田との濡れ性の低い構造の３つが、レーザ照射により作製することができる。

なお、上述の実施形態において、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、上述の実施形態において圧電装置１００の下側凹部Ｋ２に搭載される圧電素板としてＡＴカットの圧電素子１３０を示したが、これに限定することなく、例えば音叉型振動素子または弾性表面波素子を用いても構わない。

１００・・・圧電装置
１１０・・・素子搭載用部材
１１１・・・絶縁基体
１１１ａ・・・基板部
１１１ｂ・・・第１の枠部
１１１ｃ・・・第２の枠部
１１３・・・導体パターン
１１３ａ_１〜１１３ｆ_１・・・パッド領域
１１３ａ_２〜１１３ｆ_２・・・配線領域
１１３ａ_３〜１１３ｆ_３・・・半田流れ防止領域
１１４・・・モニター用端子
１１６・・・外部端子
１２０・・・集積回路素子
１２２・・・電極
１２５・・・半田バンプ
１２７・・・アンダーフィル樹脂
１３０・・・圧電素子
１４０・・・蓋部材
Ｋ１・・・上側凹部
Ｋ２・・・下側凹部

Claims

素子搭載用部材と、前記素子搭載用部材の下側凹部に搭載されている圧電素子と、前記素子搭載用部材の上側凹部に設けられており、パッド領域、半田流れ防止領域および配線領域とを含む導体パターンと、前記導体パターンの前記パッド領域に半田バンプによって電気的に接続されている集積回路素子とを備えており、
前記半田パンプが、アンダーフィル樹脂で覆われており、かつ、前記半田流れ防止領域が、前記集積回路素子の外周よりも内側に配置されていることを特徴とする圧電装置。