(57)【要約】【課題】圧電振動素子をセラミックパッケージに接合する際の電気的、機械的強度を強化した圧電振動子の電極構造を提供することを目的とする。【解決手段】水晶基板９の凹部側主面の全面に全面電極１１を蒸着の手段により形成し、平坦部側主面には、水晶基板９の凹部側主面において凹部が形成されている肉薄部のほぼ中央に所定のサイズを有する主電極１２を、更に、主電極１２から延出するリード電極１３を同じく蒸着の手段により形成する。次に、パッド電極１７ａを、他の主電極１２、及びリード電極１３と比較して厚膜加工して、スパッタ方式により形成し、リード電極１３に導通させる。該パッド電極１７ａは、パッド電極１７ａに付着したバンプ１５ａを用いてフリップチップ方式の実装を行う場合の電極の強度を確保すると共に、パッド電極１７ａを成膜する際に下地としてＣｒ膜を成膜しており、パッド電極と水晶基板との接合強度を強化する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージ内に圧電振動素子を気密封止した構造の圧電振動子であって、前記圧電振動素子に形成したパッド電極と前記パッケージに形成した内部パッド電極とを電気的、機械的に接続した構造の圧電振動子において、
前記圧電振動素子に形成したパッド電極が、圧電基板に所定の膜厚のＣｒを下地とし、該Ｃｒ膜の表面に所定の膜厚のＡｕを成膜したものであることを特徴とする圧電振動子の電極構造。
【請求項２】
前記パッド電極を構成するＣｒ膜、及びＡｕ膜が、スパッタ方式により成膜されたものであることを特徴とする請求項１記載の圧電振動子の電極構造。
【請求項３】
前記圧電振動素子を構成する前記パッド電極以外の電極は、圧電基板の所定の位置に形成した所定の膜厚のＮｉ膜を下地とし、該Ｎｉ膜の表面に所定の膜厚のＡｕを成膜したものであることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電振動子の電極構造。
【請求項４】
前記パッド電極以外の電極を構成するＮｉ膜、及びＡｕ膜が、蒸着方式により成膜されたものであることを特徴とする請求項３記載の圧電振動子の電極構造。
【請求項５】
前記パッド電極の形成を、それ以外の電極を形成した後に行ったことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の圧電振動子の電極構造。
【請求項６】
前記圧電振動素子を構成する圧電基板は、片面の所定の位置にエッチングにより形成した凹部を備えており、該凹部が薄肉の振動部として機能するよう構成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の圧電振動子の電極構造。
【請求項７】
圧電振動素子の励振用主電極に導通したパッド電極とパッケージ内部のパッド電極とをバンプを介して接続したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の圧電振動子の電極構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電振動子の電極構造に関し、特にセラミックパッケージ内に水晶振動素子等の圧電振動素子を気密封止した構造の圧電振動子であって、圧電振動素子をセラミックパッケージの内部パッド電極にバンプ等を用いて接続固定する手法を備えた圧電振動子の電極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機等の移動体通信機器の普及に伴う低価格化及び小型化の急激な進展や、ＯＡ機器の高速処理化、高性能化により、これらの通信機器やＯＡ機器に使用される水晶振動子等の圧電デバイスに対しても高周波化、小型化、高信頼性化及び低価格化等の要請が高まっている。
通常、小型化された圧電振動子としては、表面実装型（以降、ＳＭＤと称す）圧電振動子が主流であり、所定のセラミックパッケージ内に圧電振動素子を収納した上で、セラミックパッケージを蓋にて気密封止した構造を有する。
【０００３】
図５は、従来のＳＭＤ型水晶振動子の構造例を示す断面図である。図５に示すように、ＳＭＤ型水晶振動子１は、セラミックパッケージ２の内側底面に設けた内部パッド電極３に、バンプ４を用いて水晶振動素子５を接続固定しており、内部パッド電極３は、所定の外部接続端子６とセラミックパッケージ２の壁を気密貫通する配線導体を介して導通している。一方、セラミックパッケージ２は、セラミックパッケージ２の開口部上端に、環状に固定されたシームリング７を用いて蓋８をシーム溶接することにより気密封止される。
【０００４】
水晶振動素子は、通常、ＡＴカット水晶基板の基本波厚みすべり振動波を利用したものが使用され、その共振周波数は、水晶基板の厚みに反比例することから、水晶振動子を、例えば、６０ＭＨｚから２００ＭＨｚのような高周波に対応させるためには薄肉の水晶基板が必要である。そこで、水晶基板が薄肉となり機械的強度が劣化することを防ぐため、例えば、８０μｍ程度の肉厚の水晶基板の一部にエッチングにより凹部を形成し、該凹部の十数μｍ程度の薄肉部を振動部として振動させ、高周波の共振周波数を得る方法が知られている。
【０００５】
図６に、従来の水晶振動素子の外観構造例を示す。図６（ａ）は、凹部側主面の斜視図を示し、水晶基板９の所定の位置にエッチングにより凹部１０を形成した後、凹部側主面の全面に全面電極１１を蒸着等の手段により形成している。一方、図６（ｂ）は、平坦部側主面の斜視図を示し、水晶基板９の凹部側主面の凹部が形成されている薄肉部のほぼ中央に所定の面積を有する主電極１２を形成し、該主電極１２から延出するリード電極１３とパッド電極１４ａと、前記全面電極１１から延出したパッド電極１４ｂとを蒸着等の手段により形成する。又、パッド電極１４ａ、１４ｂには、水晶振動素子をセラミックパッケージに接続固定する際に使用されるバンプ１５ａ、１５ｂが付着される。
【０００６】
図７は、図６において示した水晶振動素子の断面図である。図７は、主電極から延出したパッド電極１４ａにおける断面図を示し、８０μｍ程度の肉厚の水晶基板９の所定の位置に凹部１０を形成して、該凹部１０の十数μｍの薄肉部を振動部とし、凹部側主面には、電極膜厚を約０．１μｍとした全面電極１１を形成している。一方、平坦側主面には、同じく電極厚を約０．１μｍとした主電極１２、リード電極１３及びパッド電極１４ａを形成し、パッド電極１４ａの所定の位置には、バンプ１５ａを付着している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
水晶振動子の高周波化に伴い凹部に設けた振動部の板厚を薄くすると、所望の共振周波数を得るためには、電極膜厚もこれに伴い薄くする必要があり、上述したように電極膜厚は、約０．１μｍ程度としているが、水晶振動素子をセラミックパッケージに接続固定する際にパッド電極に形成したバンプを用いてフリップチップ方式の実装を行う場合、パッド電極の膜厚が薄いため水晶振動素子とセラミックパッケージの接合強度が低下し、水晶振動素子が剥離しやすいという欠点を有していた。
そこで、そのような欠点を排除するため、パッド電極のみに追加的に電極を厚膜加工するという手法が用いられる。
【０００８】
図８に、従来の水晶振動素子において、パッド電極に厚膜加工を追加した様子を示す。図８は、主電極から延出したパッド電極１４ａにおける断面図を示し、水晶基板９に設けたパッド電極１４ａの上部に、パッド電極１４ａの厚膜部１６ａを追加形成した。
ここで、電極の形成方法を説明すると、先ず、水晶基板にはＮｉ膜を成膜した後、成膜したＮｉ膜を下地として、次に、Ａｕ膜を成膜し電極とする。これは、Ｎｉ膜を下地とすると、水晶振動子の組み立ての際、後工程において行われるハンダ付け等の加熱時においても、電極膜の変質を防ぐことが出来、電極の材質として優れていることによる。
【０００９】
しかしながら、電極を形成する際にＮｉを下地とすると、Ａｕを水晶基板に直接成膜するよりは剥離しにくいものの、水晶振動素子をセラミックパッケージに設けた内部パッド電極にバンプを用いてフリップチップ実装する場合は、内部パッド電極から水晶振動素子が、しばしば剥離するという問題点が生じていた。従って、水晶振動子の製造歩留まりが低下すると共に、コスト高をまねき、更には水晶振動子の信頼性が乏しいという欠点を有していた。
【００１０】
そこで本発明は、上述したような問題を解決するためになされたものであって、水晶振動素子をセラミックパッケージに設けた内部パッド電極に、バンプを用いてフリップチップ実装する際に、水晶振動素子とセラミックパッケージ間の電気的、機械的強度を強化した圧電振動子の電極構造を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係わる圧電振動子の電極構造は、以下の構成をとる。
請求項１記載の圧電振動子の電極構造は、パッケージ内に圧電振動素子を気密封止した構造の圧電振動子であって、前記圧電振動素子に形成したパッド電極と前記パッケージに形成した内部パッド電極とを電気的、機械的に接続した構造の圧電振動子において、前記圧電振動子に形成したパッド電極が、圧電基板に所定の膜厚のＣｒを下地とし、該Ｃｒ膜の表面に所定の膜厚のＡｕを成膜するよう構成する。
【００１２】
請求項２記載の圧電振動子の電極構造は、前記パッド電極を構成するＣｒ膜、及びＡｕ膜が、スパッタ方式により成膜するよう構成する。
【００１３】
請求項３記載の圧電振動子の電極構造は、前記圧電振動素子を構成する前記パッド電極以外の電極が、圧電基板の所定の位置に形成した所定の膜厚のＮｉ膜を下地とし、該Ｎｉ膜の表面に所定の膜厚のＡｕを成膜するよう構成する。
【００１４】
請求項４記載の圧電振動子の電極構造は、前記パッド電極以外の電極を構成するＮｉ膜、及びＡｕ膜が、蒸着方式により成膜するよう構成する。
【００１５】
請求項５記載の圧電振動子の電極構造は、前記パッド電極の形成を、それ以外の電極を形成した後に行うよう構成する。
【００１６】
請求項６記載の圧電振動子の電極構造は、前記圧電振動素子を構成する圧電基板は、片面の所定の位置にエッチングにより形成した凹部を備えており、該凹部が薄肉の振動部として機能するよう構成する。
【００１７】
請求項７記載の圧電振動子の電極構造は、圧電振動素子の励振用主電極に導通したパッド電極とパッケージ内部のパッド電極とをバンプを介して接続するよう構成する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
本発明においては、水晶振動素子とセラミックパッケージとの電気的、機械的接合を強化するため、水晶振動素子にパッド電極を形成する際、パッド電極の下地に、接合強度の強固なＣｒを用い、更に成膜したＣｒ膜を下地にＡｕ膜を厚膜加工したことが特徴である。Ｃｒを電極膜の下地として使用した際には、電極膜が加熱された場合、電極膜が変質するという現象を有しているため、水晶振動子の特性の劣化に繋がる励振用の電極膜の下地として使用するには不向きであるが、パッド電極のように、水晶振動素子をセラミックパッケージに電気的、機械的に接合させる目的の電極であれば、下地に使用したＣｒ膜が過熱により変質したとしても水晶振動子の特性に影響を与えることもなく、水晶振動素子をセラミックパッケージに接続固定した際の電気的、機械的強度が向上する。
【００１９】
図１は、本発明に係る水晶振動素子の一実施例を示す外観構造の断面図であり、主電極から延出したパッド電極１７ａにおける断面図を示す。図１は、水晶基板９の所定の位置に、エッチングにより凹部底面の振動用基板の厚みが所望の厚さとなるよう凹部１０を形成した後、凹部側主面の全面に全面電極１１を蒸着の手段により形成している。一方、水晶基板９の他面である平坦部側主面には、水晶基板９の凹部側主面において凹部が形成されている薄肉部のほぼ中央に、所定のサイズを有する励振用の主電極１２と、該主電極１２から延出するリード電極１３とを蒸着の手段により一体的に形成している。
【００２０】
次に、水晶振動素子をセラミックパッケージの内側底面に設けた内部パッド電極へ、電気的、機械的に接続させるためのパッド電極１７ａが形成され、リード電極１３に導通している。該パッド電極１７ａは、他の励振用の主電極１２、及びリード電極１３と比較して厚膜加工がなされており、水晶振動素子をセラミックパッケージに接続固定する際に、パッド電極１７ａに付着したバンプ１５ａを用いてフリップチップ方式の実装を行う場合の電極の強度を確保する。又、パッド電極１７ａを成膜する際には下地としてＣｒ膜を成膜しており、パッド電極と水晶基板との接合強度を強化している。又、上述したように、パッド電極１７ａには、水晶振動素子をセラミックパッケージに接続固定する際に使用されるバンプ１５ａが付着される。
【００２１】
図２は、本発明に係る水晶振動素子の一実施例を示す外観構造の断面図において、図１に示した円Ａで囲んだ部分の拡大図であり、全面電極、主電極、リード電極、及びパッド電極について、水晶基板に各電極を成膜した際の詳細を示すものである。図２を説明すると、水晶振動素子は、水晶基板９の所定の位置に、エッチングにより凹部底面の振動用基板の厚みが所望の厚さとなるよう凹部１０を形成した後、凹部側主面の全面に全面電極を蒸着の手段により形成する。全面電極は、下地として全面電極Ｎｉ膜１８を成膜し、該全面電極Ｎｉ膜１８の表面に全面電極Ａｕ膜１９を蒸着の手段を用いて成膜している。
【００２２】
又、主電極、及びリード電極においても同じく、主電極の下地として主電極Ｎｉ膜２０を成膜して、該主電極Ｎｉ膜２０の表面に主電極Ａｕ膜２１を蒸着の手段を用いて成膜し、リード電極の下地としてリード電極Ｎｉ膜２２を成膜して、該リード電極Ｎｉ膜２２の表面にリード電極Ａｕ膜２３を蒸着の手段を用いて成膜している。
【００２３】
一方、パッド電極においては、主電極とリード電極の形成が完成後、水晶振動素子をセラミックパッケージに接続固定した際の機械的強度の向上を図るため、パッド電極の下地としてパッド電極Ｃｒ膜２４ａを成膜し、該パッド電極Ｃｒ膜２４ａの表面にパッド電極Ａｕ膜２５ａをスパッタ方式の手段を用いて厚膜加工している。パッド電極の成膜に使用したスパッタ方式の加工方法は、蒸着法に比べて水晶基板へのＣｒ膜の付着力が大きく、水晶振動素子をセラミックパッケージに接続固定した際の機械的強度を向上させる。Ｃｒを下地にすると水晶振動素子を加熱した際に、パッド電極が変質する可能性があるが、水晶振動子としての特性に影響を与えることは無く、機械的強度のみが強化される。又、パッド電極には、水晶振動素子をセラミックパッケージに接続固定する際に使用されるバンプ１５ａが付着される。
【００２４】
図３は、本発明に係る水晶振動素子の一実施例を示す外観構造の断面図であり、全面電極から延出したパッド電極１７ｂにおける断面図を示す。図３は、水晶基板９の凹部側主面に形成された全面電極１１から延出し、側面電極２６を介して、水晶基板９の平坦部側主面にパッド電極１７ｂを形成している。
パッド電極１７ｂは、パッド電極１７ａと同様に、他の励振用の主電極１２、及びリード電極１３と比較して厚膜加工がなされており、水晶振動素子をセラミックパッケージに接続固定する際に、パッド電極１７ｂに付着したバンプ１５ｂを用いてフリップチップ方式の実装を行う場合の電極の強度を確保する。又、パッド電極１７ｂを成膜する際には下地としてＣｒ膜を成膜しており、パッド電極と水晶基板との接合強度を強化している。
【００２５】
図４は、本発明に係る水晶振動素子の一実施例を示す外観構造の断面図において、図３に示した円Ｂで囲んだ部分の拡大図であり、全面電極、パッド電極について、水晶基板に各電極を成膜した際の詳細を示すものである。図４を説明すると、全面電極は、下地として全面電極Ｎｉ膜１８を成膜し、該全面電極Ｎｉ膜１８の表面に全面電極Ａｕ膜１９を蒸着の手段を用いて成膜している。又、側面電極は、下地として側面電極Ｎｉ膜２７を成膜し、該側面電極Ｎｉ膜２７の表面に側面電極Ａｕ膜２８を蒸着の手段を用いて成膜している。一方、パッド電極においては、主電極とリード電極の形成が完成後、水晶振動素子をセラミックパッケージに接続固定した際の機械的強度の向上を図るため、パッド電極の下地としてパッド電極Ｃｒ膜２４ｂを成膜し、該パッド電極Ｃｒ膜２４ｂの表面にパッド電極Ａｕ膜２５ｂをスパッタ方式の手段を用いて厚膜加工している。
又、パッド電極には、水晶振動素子をセラミックパッケージに接続固定する際に使用されるバンプ１５ｂが付着される。
【００２６】
励振用の主電極の成膜方法については、主電極を成膜する位置の水晶基板の厚さが薄いため、スパッタ方式による成膜を行うと水晶基板が歪み、水晶振動子の特性、特に経年変動が劣化する可能性があり、上述したように蒸着法を用いて成膜する。
【００２７】
次に、上述した各電極膜の厚みについて一例を説明すると、各電極を形成する際に成膜する下地については、前面電極Ｎｉ膜１８、主電極Ｎｉ膜２０、リード電極Ｎｉ膜２２、側面電極Ｎｉ膜２７、及びパッド電極Ｃｒ膜２４ａ、２４ｂともに７０Å程度であり、各下地の表面に成膜する金属層は、前面電極Ａｕ膜１９、主電極Ａｕ膜２１、リード電極Ａｕ膜２３、及び側面電極Ａｕ膜２８共に０．１μｍ程度であり、又、厚膜加工したパッド電極Ａｕ膜２５ａ、２５ｂは、０．２〜０．４μｍ程度で成膜される。
【００２８】
又、本実施例によれば、パッド電極は励振用の主電極を形成した後に、最後に形成する。そこで、パッド電極の表面が、他の主電極等の別工程による成膜工程中に汚染され、パッド電極に付着させるバンプが付着しにくくなるという現象を防止することが出来る。バンプは、パッド電極を形成後、すみやかにパッド電極に付着させることが望ましい。
【００２９】
更に、本実施例では、パッド電極を、バンプを介して導通固定したものを例示したが、他の導通接続部材、例えば導電性接着剤であっても接合強度が強化できる。
【００３０】
又、本実施例では、一方の電極を全面電極としたが、他方の電極と圧電基板を介して対向配置された電極であれば良い。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下のような優れた効果が得られる。
請求項１記載の発明は、圧電振動素子のパッド電極を所定の膜厚のＣｒを下地とし、該Ｃｒ膜表面に所定の膜厚のＡｕを成膜したので、パッケージと圧電振動素子との機械的接合強度を極めて向上することが出来るという優れた効果を奏する。
【００３２】
請求項２記載の発明は、パッド電極を構成するＣｒ膜、及びＡｕ膜をスパッタ方式により成膜したので、圧電基板とＣｒ膜との界面、及びＣｒ膜とＡｕ膜との界面での密着性を極めて向上させることが出来るという優れた効果を奏する。
【００３３】
請求項３記載の発明は、圧電基板のパッド以外の電極を、所定の膜厚のＮｉ膜を下地とし、該Ｎｉ膜の表面に所定の膜厚のＡｕを成膜したので、後工程における加熱処理においても、電極膜の変質を防ぐことが出来るという優れた効果を奏する。
【００３４】
請求項４記載の発明は、圧電基板のパッド以外の電極を、所定の膜厚のＮｉ膜を下地とし、該Ｎｉ膜の表面に所定の膜厚のＡｕを蒸着方式により成膜したので、圧電基板の歪みが生じることを防ぎ、更に電気的特性の経年変化による劣化を防止することが出来るという優れた効果を奏する。
【００３５】
請求項５記載の発明は、パッド電極の形成を、それ以外の電極を形成した後に行うので、パッド電極の厚膜加工を最適な条件で行うことが出来るという優れた効果を奏する。
【００３６】
請求項６記載の発明は、圧電基板を、薄肉の振動部を有する凹陥型圧電基板としたので、高周波を実現する超薄板圧電振動子を提供出来るという優れた効果を奏する。
【００３７】
請求項７記載の発明は、圧電振動素子をパッケージにバンプを介して接合したので、機械的接合強度の向上したフリップチップ実装型圧電振動子を提供出来るという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水晶振動素子の一実施例を示す外観構造の断面図であり、主電極から延出したパッド電極１７ａにおける断面図を示す。
【図２】本発明に係る水晶振動素子の一実施例を示す外観構造の断面図において、図１に示した円Ａで囲んだ部分の拡大図である。
【図３】本発明に係る水晶振動素子の一実施例を示す外観構造の断面図であり、全面電極から延出したパッド電極１７ｂにおける断面図を示す。
【図４】本発明に係る水晶振動素子の一実施例を示す外観構造の断面図において、図３に示した円Ｂで囲んだ部分の拡大図である。
【図５】従来のＳＭＤ型水晶振動子の構造例を示す断面図である。
【図６】従来の水晶振動素子の外観構造例を示す。
【図７】図６において示した水晶振動素子の断面図である。
【図８】従来の水晶振動素子において、パッド電極に厚膜加工を追加した様子を示す。
【符号の説明】
１・・水晶振動子、　　　　　　　　２・・セラミックパッケージ、
３・・内部パッド電極、　　　　　　４・・バンプ、
５・・水晶振動素子、　　　　　　　６・・外部接続端子、
７・・シームリング、　　　　　　　８・・蓋、
９・・水晶基板、　　　　　　　　１０・・凹部、
１１・・全面電極、　　　　　　　　１２・・主電極、
１３・・リード電極、　　　　　　　１４ａ、１４ｂ・・パッド電極、
１５ａ、１５ｂ・・バンプ、　　　　１６・・厚膜部、
１７ａ、１７ｂ・・パッド電極、　　１８・・全面電極Ｎｉ膜、
１９・・全面電極Ａｕ膜、　　　　　２０・・主電極Ｎｉ膜、
２１・・主電極Ａｕ膜、　　　　　　２２・・リード電極Ｎｉ膜、
２３・・リード電極Ａｕ膜、　　　　２４ａ、２４ｂ・・パッド電極Ｃｒ膜、
２５ａ、２５ｂ・・パッド電極Ａｕ膜
２６・・側面電極、　　　　　　　　２７・・側面電極Ｎｉ膜、
２８・・側面電極Ａｕ膜
【図１】
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【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】
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【図８】
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