(57)【要約】【課題】圧電デバイスの小型化に対応できる振動片の支持構造を有し、かつ、振動片とパッケージベースとの接合強度が高く、信頼性の高い圧電デバイスを提供する。【解決手段】本発明に係る圧電デバイス１００は、内側底面１８に凹部１６が形成されたパッケージベース１０と、凹部１６周囲の内側底面１８に形成された金属層１７と、励振電極５０が形成された腕部４４、および励振電極５０と電気的に接続している引出電極５２が形成された基部４２を有する振動片４０と、金属層１７と引出電極５２とを接合しているスタッドバンプ３０と、を含み、振動片４０は、スタッドバンプ３０によって支持され、凹部１６内には、スタッドバンプ３０の少なくとも一部が埋設されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側底面に凹部が形成されたパッケージベースと、
前記凹部周囲の前記内側底面に形成された金属層と、
励振電極が形成された腕部、および前記励振電極と電気的に接続している引出電極が形成された基部を有する振動片と、
前記金属層と前記引出電極とを接合しているスタッドバンプと、
を含み、
前記振動片は、前記スタッドバンプによって支持され、
前記凹部内には、前記スタッドバンプの少なくとも一部が埋設されている、圧電デバイス。
【請求項２】
請求項１において、
前記スタッドバンプは、前記凹部内において、塑性流動変形してかしめ状態となっている、圧電デバイス。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記スタッドバンプの材質の主成分は、金である、圧電デバイス。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記金属層は、さらに、前記凹部の内壁に形成されている、圧電デバイス。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記パッケージベースの外側底面に形成された実装端子を、さらに含み、
前記励振電極と前記実装端子とは、前記スタッドバンプを介して、電気的に接続されている、圧電デバイス
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記スタッドバンプは、前記凹部内に設けられた導電性接着剤によって、前記凹部の内壁に接着されている、圧電デバイス。
【請求項７】
内側底面に凹部が形成されたパッケージベースを準備する工程と、
前記凹部周囲の前記内側底面に金属層を形成する工程と、
励振電極が形成された基部、および前記励振電極と電気的に接続している引出電極が形成された腕部を有する振動片を準備する工程と、
前記引出電極にスタッドバンプを接合する工程と、
前記引出電極に接合された前記スタッドバンプを前記金属層に接合して、前記金属層と前記引出電極とを電気的に接続し、さらに、前記凹部内に前記スタッドバンプの少なくとも一部を埋設して、前記スタッドバンプによって前記振動片を支持する工程と、
を含む、圧電デバイスの製造方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記振動片を支持する工程では、前記凹部内に埋設されたスタッドバンプを、塑性流動変形させてかしめ状態にする、圧電デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電デバイスおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子機器の小型化薄型化の要求に応えて、その電子回路も高密度化され、回路基板に実装される電子部品は、薄型高密度の実装に適するように、小型チップ化されたものが多く出現している。近年、携帯用通信機器等の普及に伴い、ますます電子部品の更なる小型化、軽量化、そしてコストダウンの要求が強まっている。圧電振動子においても、同様の事情により、小型化が要求されている。
【０００３】
ここで、特許文献１には、パッケージの電極部上に、導電性接着剤を用いて、圧電振動片を接合する構造が開示されている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された構造では、上述した事情により圧電振動子の小型化が進むと、圧電振動片の導電性接着剤によって固定されている部分と、振動腕と、の間の距離が小さくなり、導電性接着剤が振動腕に付着することが懸念され、信頼性が低下する場合がある。また、特許部件１に開示された構造において、導電性接着剤を用いると、導電性接着剤から発生したガスが、圧電振動子の電気特性を劣化させる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−７２７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的の１つは、圧電デバイスの小型化に対応できる振動片の支持構造を有し、かつ、振動片とパッケージベースとの接合強度が高く、信頼性の高い圧電デバイスおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
【０００８】
［適用例１］
内側底面に凹部が形成されたパッケージベースと、
前記凹部周囲の前記内側底面に形成された金属層と、
励振電極が形成された腕部、および前記励振電極と電気的に接続している引出電極が形成された基部を有する振動片と、
前記金属層と前記引出電極とを接合しているスタッドバンプと、
を含み、
前記振動片は、前記スタッドバンプによって支持され、
前記凹部内には、前記スタッドバンプの少なくとも一部が埋設されている、圧電デバイス。
【０００９】
このような圧電デバイスによれば、圧電デバイスの小型化に対応できる前記振動片の支持構造を有し、かつ、前記振動片と前記パッケージベースとの接合強度が高く、高い信頼性を有することができる。
【００１０】
なお、本発明に係る記載では、「電気的に接続」という文言を、例えば、「特定の部材（以下「Ａ部材」という）に「電気的に接続」された他の特定の部材（以下「Ｂ部材」という）」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ部材とＢ部材とが、直接接して電気的に接続されているような場合と、Ａ部材とＢ部材とが、他の部材を介して電気的に接続されているような場合とが含まれるものとして、「電気的に接続」という文言を用いている。
【００１１】
［適用例２］
適用例１において、
前記スタッドバンプは、前記凹部内において、塑性流動変形してかしめ状態となっている、圧電デバイス。
【００１２】
このような圧電デバイスによれば、いっそう前記振動片と前記パッケージベースとの接合強度を高めることができる。
【００１３】
［適用例３］
適用例１または２において、
前記スタッドバンプの材質の主成分は、金である、圧電デバイス。
【００１４】
このような圧電デバイスによれば、金は降伏点が低いため、前記スタッドバンプは、塑性流動変形しやすい性質を有することができる。
【００１５】
［適用例４］
適用例１ないし３のいずれかにおいて、
前記金属層は、さらに、前記凹部の内壁に形成されている、圧電デバイス。
【００１６】
このような圧電デバイスによれば、前記スタッドバンプは前記凹部内壁の前記金属層とも接合されることができ、いっそう前記振動片と前記パッケージベースとの接合強度を高めることができる。
【００１７】
［適用例５］
適用例１ないし４のいずれかにおいて、
前記パッケージベースの外側底面に形成された実装端子を、さらに含み、
前記励振電極と前記実装端子とは、前記スタッドバンプを介して、電気的に接続されている、圧電デバイス。
【００１８】
このような圧電デバイスによれば、外部からの駆動電圧を、前記実装端子から、前記スタッドバンプを介して、前記励振電極に伝えることができる。
【００１９】
［適用例６］
適用例１ないし５のいずれかにおいて、
前記スタッドバンプは、前記凹部内に設けられた導電性接着剤によって、前記凹部の内壁に接着されている、圧電デバイス。
【００２０】
このような圧電デバイスによれば、前記導電性接着剤によって、前記スタッドバンプと前記金属層とを、確実に電気的に接続することができる。さらに、前記導電性接着剤は、前記スタッドバンプによって前記凹部内に密閉されているので、前記導電性接着剤からガスが発生したとしても、ガスがキャビティー内に漏れることはない。
【００２１】
［適用例７］
内側底面に凹部が形成されたパッケージベースを準備する工程と、
前記凹部周囲の前記内側底面に金属層を形成する工程と、
励振電極が形成された基部、および前記励振電極と電気的に接続している引出電極が形成された腕部を有する振動片を準備する工程と、
前記引出電極にスタッドバンプを接合する工程と、
前記引出電極に接合された前記スタッドバンプを前記金属層に接合して、前記金属層と前記引出電極とを電気的に接続し、さらに、前記凹部内に前記スタッドバンプの少なくとも一部を埋設して、前記スタッドバンプによって前記振動片を支持する工程と、
を含む、圧電デバイスの製造方法。
【００２２】
このような圧電デバイスの製造方法によれば、圧電デバイスの小型化に対応できる前記振動片の支持構造を有し、かつ、前記振動片と前記パッケージベースとの接合強度が高く、信頼性の高い圧電デバイスを得ることができる。
【００２３】
［適用例８］
適用例７において、
前記振動片を支持する工程では、前記凹部内に埋設されたスタッドバンプを、塑性流動変形させてかしめ状態にする、圧電デバイスの製造方法。
【００２４】
このような圧電デバイスの製造方法によれば、いっそう前記振動片と前記パッケージベースとの接合強度が高い圧電デバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態に係る圧電デバイスを模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る圧電デバイスを模式的に示す平面図。
【図３】本実施形態に係る圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態の第１変形例に係る圧電デバイスを模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態の第１変形例に係る圧電デバイスを模式的に示す平面図。
【図７】本実施形態の第２変形例に係る圧電デバイスを模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
１．  圧電デバイス
まず、本実施形態に係る圧電デバイス１００について、図面を参照しながら説明する。図１は、圧電デバイス１００を模式的に示す断面図である。図２は、圧電デバイス１００を模式的に示す平面図である。なお、図１は、図２のＩ−Ｉ線断面図である。また、図２では、便宜上、リッド２０の図示を省略している。
【００２８】
圧電デバイス１００は、図１および図２に示すように、パッケージベース１０と、金属層１７と、スタッドバンプ３０と、振動片４０と、を含む。さらに、圧電デバイス１００は、リッド２０と、励振電極５０と、引出電極５２と、実装端子５４と、接続配線５６と、を含むことができる。
【００２９】
パッケージベース１０は、振動片４０を収容することができる容器状の形状を有する。図２に示す例では、パッケージベース１０の平面形状は、矩形であるが、特に限定されない。パッケージベース１０の材質としては、例えば、セラミック、ガラスなど列挙することができる。パッケージベース１０は、例えば、第１基板１２と、第１基板１２上に形成された第２基板１４と、を積層して形成されている。第２基板１４は、開口を有することができ、該開口内に振動片４０を収容することができる。パッケージベース１０の内側底面１８（第１基板１２の上面）には、凹部１６が形成されている。凹部１６の平面形状およびその設置数は、特に限定されない。凹部１６には、スタッドバンプ３０の少なくとも一部が埋設されている。
【００３０】
金属層１７は、図１に示すように、凹部１６周囲の内側底面１８に形成されている。図示の例では、金属層１７は、さらに凹部１６の内壁全面にも形成されている。金属層１７としては、例えば、第１基板１２側からクロム、金の順序で積層したものなどを用いることができる。
【００３１】
リッド２０は、パッケージベース１０上に形成され、パッケージベース１０の開口を封止している。リッド２０は、パッケージベース１０の開口を封止する平板形状を有する。リッド２０の材質としては、例えば、４２アロイ（鉄にニッケルが４２％含有された合金）やコバール（鉄、ニッケルおよびコバルトの合金）等の金属、セラミックス、ガラスなどを列挙することができる。パッケージベース１０およびリッド２０によって形成されるキャビティー１は、振動片４０が動作するための空間となる。キャビティー１は、密閉されることができ、減圧空間や不活性ガス雰囲気に設置されることができる。
【００３２】
振動片４０は、キャビティー１内に収容されている。より具体的には、振動片４０は、内側底面１８の上方に、スタッドバンプ３０によって支持されている。振動片４０の材質としては、例えば、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料などを列挙することができる。振動片４０の態様は、特に限定されず、音叉振動片、ＡＴ振動片などを例示することができる。図示の例では、振動片４０として、音叉振動片を用いている。振動片４０は、基部４２と、腕部４４と、を有する。基部４２は、引出電極５２を介して、スタッドバンプ３０と接続している。腕部４４は、図２に示すように、基部４２から、振動子４０の厚み方向と直交する方向（Ｘ方向）に、二股に別れて平行に延びている。腕部４４は、図１に示すように、内側底面１８と離間しており、ＸＹ平面において屈曲振動することができる。
【００３３】
励振電極５０は、腕部４４に形成されている。励振電極５０は、腕部４４を振動させるための電極である。図示の例では、励振電極５０は、腕部４４の上面および下面に形成されている。図示はしないが、励振電極５０は、腕部４４の側面に形成されていてもよい。引出電極５２は、基部４２に形成されている。図示の例では、引出電極５２は、基部４２の上面、下面および側面に形成されている。図示の例では、引出電極５２は、腕部４４の上面に形成された励振電極５０と、下面に形成された励振電極５０と、の両方と電気的に接続しているが、いずれか一方のみと電気的に接続していてもよい。励振電極５０および引出電極５２としては、例えば、振動片４０側からクロム、金の順序で積層したものなどを用いることができる。
【００３４】
スタッドバンプ３０は、金属層１７と引出電極５２とを接合している。より具体的には、スタッドバンプ３０は、凹部１６周囲の内側底面１８および凹部１６内壁に形成された金属層１７と、基部４２の下面に形成された引出電極５２と、を接合している。これにより、スタッドバンプ３０は、内側底面１８上方に、振動片４０を支持することができる。スタッドバンプ３０は導電性を有し、金属層１７と引出電極５２とは、電気的に接続されることができる。スタッドバンプ３０は、例えば、金を主成分とする材質からなる。具体的には、スタッドバンプ３０は、金線でボールを作り、先端部を切断して形成されることができる。スタッドバンプ３０と引出電極５２との接合は、例えば、超音波併用熱圧着接合法により行われることができる。すなわち、引出電極５２を所定の温度に保ちながら引出電極５２の表面に超音波をかけてスタッドバンプ３０を圧接した後、引出電極５２およびスタッドバンプ３０に含有された金による固相拡散により接合されている。スタッドバンプ３０と金属層１７の接合についても、超音波併用熱圧着接合法により行われることができる。より具体的には、金属層１７を所定の温度に保ちながら金属層１７の表面に超音波をかけて、スタッドバンプ３０を、凹部１６周囲の内側底面１８に形成された金属層１７に圧接する。その際に、スタッドバンプ３０は、塑性流動変形を起こし、凹部１６内に埋設され、かしめ状態となることができる。これにより、スタッドバンプ３０は、凹部１６内壁の金属層１７とも接合されることができる。スタッドバンプ３０は、金を主成分とする材質からなることができ、そのため、降伏点が低く、塑性流動変形しやすい性質を有することができる。
【００３５】
実装端子５４は、パッケージベース１０の外側底面１９（第１基板１２の下面）に形成されている。実装端子５４は、第１基板１２を貫通する接続電極５６によって、金属層１７と電気的に接続されていることができる。すなわち、励振電極５０と実装端子５４とは、スタッドバンプ３０を介して、電気的に接続されている。これにより、圧電デバイス１００を実装基板（図示せず）などに実装した場合に、外部からの駆動電圧を、実装端子５４から、接続配線５６、金属層１７、スタッドバンプ３０および引出電極５２を介して、励振電極５０に伝えることができる。実装端子５４としては、例えば、第１基板１２側からタングステンないしモリブテン、ニッケル、金の順序で積層したものなどを用いることができる。接続配線５６の材質としては、例えば、金、銅、アルミニウムを列挙することができる。
【００３６】
圧電デバイス１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００３７】
圧電デバイス１００によれば、振動片４０は、スタッドバンプ３０によって、パッケージベース１０の内側底面１８上方に支持されていることができる。そのため、振動片４０とパッケージベース１０との接合に接着剤を用いる必要がなく、接着剤が腕部４４に付着するおそれもないので、接着剤を用いる場合に比べて、小型化を図ることができる。また、接着剤からガスが発生することもないので、電気特性が劣化することもない。さらに、スタッドバンプ３０は、パッケージベース１０に形成された凹部１６内に埋設されているため、パッケージベース１０との接合強度が高い。したがって、圧電デバイス１００では、小型化に対応できる振動片４０の支持構造を有し、かつ、振動片４０とパッケージベース１０との接合強度が高く、高い信頼性を有することができる。
【００３８】
圧電デバイス１００によれば、スタッドバンプ３０は、凹部１６内において、塑性流動変動してかしめ状態となっていることができる。そのため、いっそう振動片４０とパッケージベース１０との接合強度を高めることができる。
【００３９】
圧電デバイス１００によれば、スタッドバンプ３０の主成分の材質は、金であることができる。金は降伏点が低いため、スタッドバンプ３０は、塑性流動変形しやすい性質を有することができる。
【００４０】
圧電デバイス１００によれば、金属層１７は、凹部１６周囲の内側底面１８のみならず、凹部１６内壁にも形成されていることができる。そのため、スタッドバンプ３０は凹部１６内壁の金属層１７とも接合されることができ、いっそう振動片４０とパッケージベース１０との接合強度を高めることができる。
【００４１】
圧電デバイス１００によれば、励振電極５０と実装端子５４とは、スタッドバンプ３０を介して、電気的に接続されていることができる。そのため、外部からの駆動電圧を、実装端子５４から、スタッドバンプ３０を介して、励振電極５０に伝えることができる。
【００４２】
２．  本実施形態に係る圧電デバイスの製造方法
次に、圧電デバイス１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図３および図４は、圧電デバイス１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
【００４３】
図３に示すように、内側底面１８に凹部１６が形成されたパッケージベース１０を準備する。凹部１６は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により形成されることができる。パッケージベース１０に備えられた実装端子５４および接続配線５６は、例えば、スパッタリング法、蒸着法、めっき法などにより形成されることができる。
【００４４】
次に、凹部１６周囲の内側底面１８および凹部１６内壁に金属層１７を形成する。金属層１７は、例えば、スパッタリング法、蒸着法、めっき法などにより形成されることができる。
【００４５】
図４に示すように、励振電極５０および引出電極５２が形成された振動片４０を準備する。次に、上述のように、例えば超音波併用熱圧着接合法により、引出電極５２にスタッドバンプ３０を接合する。なお、パッケージベース１０を準備する工程および金属層１７を形成する工程と、振動片４０を準備する工程およびスタッドバンプ３０を接合する工程とは、その順序を問わない。
【００４６】
図１に示すように、上述のように、例えば超音波併用熱圧着接合法により、引出電極５２に接合されたスタッドバンプ３０を、凹部１６周囲の内側底面１８に形成された金属層１７に接合する。そして、金属層１７と引出電極５２とを電気的に接続する。さらに、凹部１６内にスタッドバンプ３０を埋設させ、凹部１６内に埋設されたスタッドバンプ３０を、塑性流動変形させてかしめ状態にする。これにより、スタッドバンプ３０によって、振動片４０を内側底面１８上方に支持することができる。
【００４７】
次に、リッド２０によって、パッケージベース１０の開口を封止する。封止は、例えば、プラズマ溶接、シーム溶接、超音波接合、または接着剤などにより行われることができる。
【００４８】
以上の工程により、圧電デバイス１００を製造することができる。
【００４９】
圧電デバイス１００の製造方法によれば、上述のとおり、小型化に対応できる振動片４０の支持構造を有し、かつ、振動片４０とパッケージベース１０との接合強度が高く、信頼性の高い圧電デバイス１００を得ることができる。
【００５０】
３．  変形例
（１）次に、本実施形態の第１変形例に係る圧電デバイス２００について、図面を参照しながら説明する。図５は、圧電デバイス２００を模式的に示す断面図である。図６は、圧電デバイス２００を模式的に示す平面図である。なお、図５は、図６のＶ−Ｖ線断面図である。また、図６では、便宜上、リッド２０の図示を省略している。以下、本実施形態の第１変形例に係る圧電デバイス２００において、本実施形態に係る圧電デバイス１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５１】
圧電デバイス２００では、図５および図６に示すように、基部４２は、支持アーム２４３を有することができ、支持アーム２４３は、引出電極５２を介して、スタッドバンプ３０と接続していることができる。図６に示す例では、支持アーム２４３は、腕部４４の延出している方向と同じ方向に、延出している。支持アーム２４３は、図６に示すように、２つ設けられることができ、２つの腕部４４の一部は、２つの支持アーム２４３の間に位置している。
【００５２】
圧電デバイス２００によれば、圧電デバイス１００に比べて、平面視において、スタッドバンプ３０と腕部４４との間の距離が小さくなる構造であっても、接着剤を用いていないので、接着剤が腕部４４に付着することはない。
【００５３】
（２）次に、本実施形態の第２変形例に係る圧電デバイス３００について、図面を参照しながら説明する。図７は、圧電デバイス３００を模式的に示す断面図であり、図２に対応している。以下、本実施形態の第２変形例に係る圧電デバイス３００において、本実施形態に係る圧電デバイス１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５４】
圧電デバイス３００では、図７に示すように、スタッドバンプ３０は、凹部１６内に設けられた導電性接着剤３６０によって、凹部１６内壁に接着されていることができる。導電性接着剤３６０は、例えば、固着を担う樹脂と、導電を担う金属（導電性フィラー）と、を混合した材質からなる。
【００５５】
圧電デバイス３００によれば、導電性接着剤３６０によって、スタッドバンプ３０と金属層１７とを、確実に電気的に接続することができる。さらに、導電性接着剤３６０は、スタッドバンプ３０によって凹部１６内に密閉されているので、導電性接着剤３６０からガスが発生したとしても、ガスがキャビティー１内に漏れることはない。
【００５６】
なお、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【００５７】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００５８】
１  キャビティー、１０  パッケージベース、１２  第１基板、１４  第２基板、１６  凹部、１７  金属層、１８  内側底面、１９  外側底面、２０  リッド、３０  スタッドバンプ、４０  振動片、４２  基部、４４  腕部、５０  励振電極、５２  引出電極、５４  実装端子、５６  接続配線、１００  圧電デバイス、２００  圧電デバイス、２４３  支持アーム、３００  圧電デバイス、３６０  接着剤
【図１】
2010226419.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010226419.tif 000009