(57)【要約】【課題】圧電振動子の小型化が進み、凹部の長さ及び幅寸法が搭載する圧電振動板とほぼ同じ寸法となるにつれ、凹部内底面に形成した電極パッドの面積が非常に小さく、且つ凹部側壁面と電極パッドとの間隔が非常に狭くなり、圧電振動板に塗布された粘性のある導電性接着剤とパッケージとのクリアランスが狭いので、導電性接着剤がパッケージの側壁面などに干渉してしまう恐れがある。  【解決手段】電極パッド上にＡｕのメッキ層とＳｕのメッキ層とを交互に積層した多層膜体を形成したパッケージに、圧電振動板を、外部接続電極膜と多層膜体の最上層とが接触するように配置する工程と、外部接続電極膜と多層膜体の最上層とが接触した状態で加熱し、多層膜体を構成するＡｕ層とＳｕ層とを共晶反応させ、合金として溶融し、電気的に接続し固着させる工程とを具備する圧電振動子の製造方法であり、且つ本製法で作成した圧電振動子である。【選択図】図２
2005217809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材で形成されたパッケージには電極パッドが形成されており、該電極パッド上には、表裏両主面上に励振用電極膜及び該励振用電極膜に電気的に接続した外部接続電極膜を長さ方向の端部に形成した圧電振動板が配置されており、該圧電振動板の外部接続電極膜と該パッケージの電極パッドとを導電性材料により電気的に接続し且つ固着してある圧電振動子において、
該導電性材料として、該電極パッド上にＡｕのメッキ層とＳｕのメッキ層とを交互に積層した多層膜体を共晶反応させ合金としたものを用いたことを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
絶縁材で形成されたパッケージには電極パッドが形成されており、該電極パッド上に、表裏両主面上に励振用電極膜及び該励振用電極膜に電気的に接続した外部接続電極膜を長さ方向の端部に形成した圧電振動板を配置して、該圧電振動板の外部接続電極膜と該パッケージの電極パッドとを導電性材料により電気的に接続し且つ固着してある圧電振動子の製造方法において、
該電極パッド上にＡｕのメッキ層とＳｕのメッキ層とを交互に積層した多層膜体を形成した該パッケージに、該圧電振動板を、該圧電振動板の主面上に形成した外部接続電極膜と該多層膜体の最上層とが接触するように配置する工程と、
該圧電振動板を該外部接続電極膜と該多層膜体の最上層とが接触した状態で加熱し、該多層膜体を構成する該Ａｕメッキ層と該Ｓｕメッキ層とを共晶反応させ、合金として溶融し、該外部接続電極膜と該電極パッドとを電気的に接続し固着させる工程と
を具備することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項３】
該パッケージにおいて、該パッケージ内部に凹部を設け、該凹部内の底面の長さ方向の端部に該電極パッドが形成されていることを特徴とする請求項１及び請求項２記載の圧電振動子及びその製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子およびその製造方法に関するものであり、小型薄型に適した圧電振動子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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薄型化が求められている。特に表面実装に対応した形状の圧電振動子では小型薄型化が顕著である。その外形サイズは長さ方向で５ｍｍ以下、厚みも２ｍｍ以下の圧電振動子も開発され、μｍ単位での小型薄膜化が進んでいる。
【０００３】
図４には従来の製造方法で作成した圧電振動子の一実施例の断面図を開示している。従来の製造方法としては、セラミックス等の絶縁材で形成された表面実装に対応した形状のパッケージ４１には、後述する圧電振動板４０を搭載するための凹部４２が形成されている。この凹部４２内の底面には、パッケージの長さ方向の一方端側又は両端側に２つの電極パッド４３が形成されている。
【０００４】
このようなパッケージ４１に圧電振動板４０を搭載し、圧電振動子を構成する方法としては、まず保持具で保持した圧電振動板４０の一方又は両方の端部に形成した外部接続電極膜の側面部及び両主面部にわたって付着するように導電性接着剤を塗布する。
【０００５】
次に、保持具で保持された状態のまま、外部接続電極膜に導電性接着剤を塗布した圧電振動板４０を、外部接続電極膜上の導電性接着剤４４がパッケージの電極パッド４３上に配置するよう移動する。
【０００６】
次に、保持具をパッケージ４１内凹部４２底面方向に降下させ、電極パッド４３と接合し、電極パッド４３と圧電振動板との間に形成された導電性接着剤４４を固着させる。
【０００７】
その後、圧電振動板４０より保持具を離し、パッケージ４１の凹部４２開口部を覆うような金属製のフタを被せ、パッケージ内凹部を気密封止することにより圧電振動子を形成している。
【０００８】
又、圧電振動板の外部接続電極膜と電極パッドを電気的に接続し且つ固着する物質としては、前述した導電性接着剤の他に、電極パッド上にＡｕ等の金属バンプを形成し、その金属バンプと圧電振動板の外部接続電極膜とを導通固着させた圧電振動子等も開示されている。
【０００９】
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。
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−１６３６５３号公報
【特許文献２】特許第２５８３８６６号公報
【００１１】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
圧電振動板の特性（特にクリスタルインピーダンスの特性）を良好ならしめるためには、外部接続電極膜の形成位置を、可能な限り圧電素板の角端部付近に形成したい。因って必然的に外部接続電極膜と導通し固着する電極パッドの形成位置は、その外部接続電極膜に対向する凹部底面の位置となる。
しかしながら、圧電振動子の小型化が進み、凹部の長さ及び幅寸法が搭載する圧電振動板とほぼ同じ寸法となるにつれ、パッケージの凹部内底面に形成した電極パッドの面積が非常に小さく、且つ凹部側壁面と電極パッドとの間隔が非常に狭くなり、圧電振動板に塗布された粘性のある導電性接着剤とパッケージとのクリアランスが狭いので、導電性接着剤がパッケージの側壁面などに干渉してしまう恐れがある。
【００１３】
特に、圧電振動板で励振した信号を圧電振動板の長さ方向の一方端から引き出す、所謂片持ちタイプの圧電振動板支持形態を用いた圧電振動子の場合、パッケージ凹部内底面の長さ方向の一方の端部に２つの電極パッドを並べて形成しなくてはならず、小型化が進むことにより電極パッド同士の間隔も非常に狭くなってしまう。そのため電極パッドに導電性接着剤を塗布した場合に、電極パッド間で短絡する不具合が起こる可能性がある。
【００１４】
又、上記圧電振動子に使用する導電性接着剤は、一般的に低励振レベルにおける電導度の信頼性があまり高くない。そこで、導電性接着剤の代わりに金属バンプを接続固着材として用いた圧電振動子が開発されているが、このような圧電振動子においても、圧電振動子の小型化が進んだ場合、電極パッド上に金属バンプを形成するためのキャピラリが、金属バンプ形成時に凹部内側壁面に当たってしまい、所望の箇所へ金属バンプを形成することができない恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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、本発明の第一は、絶縁材で形成されたパッケージには電極パッドが形成されており、この電極パッド上には、表裏両主面上に励振用電極膜及びこの励振用電極膜に電気的に接続した外部接続電極膜を長さ方向の端部に形成した圧電振動板が配置されており、圧電振動板の外部接続電極膜とパッケージの電極パッドとを導電性の物質により電気的に接続し且つ固着している圧電振動子において、この導電性の物質として、電極パッド上にＡｕのメッキ層とＳｕのメッキ層とを交互に積層した多層膜体を共晶反応させ合金化したものを用いたことを特徴とする圧電振動子である。
【００１６】
又、本発明の第２は、絶縁材で形成されたパッケージには電極パッドが形成されており、この電極パッド上に、表裏両主面上に励振用電極膜及びこの励振用電極膜に電気的に接続した外部接続電極膜を長さ方向の端部に形成した圧電振動板を配置して、圧電振動板の外部接続電極膜と該パッケージの電極パッドとを導電性の物質により電気的に接続し且つ固着する圧電振動子の製造方法において、
電極パッド上にＡｕのメッキ層とＳｕのメッキ層とを交互に積層した多層膜体を形成したパッケージに、圧電振動板を、圧電振動板主面上に形成した外部接続電極膜と多層膜体の最上層とが接触するように配置する工程と、
圧電振動板を外部接続電極膜と多層膜体の最上層とが接触した状態で加熱し、多層膜体を構成するＡｕ層とＳｕ層とを共晶反応させ、合金として溶融し、外部接続電極膜と電極パッドとを電気的に接続し固着させる工程とを具備することを特徴とする圧電振動子の製造方法である。
【００１７】
更に、上記パッケージにおいて、このパッケージ内部に凹部を設け、凹部内の底面の長さ方向の端部に該電極パッドが形成されていることを特徴とする、上記第１の発明及び第２の発明として記載の圧電振動子及びその製造方法でもある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に記載の圧電振動子およびその製造方法により、小型化が進みパッケージの凹部内に形成した電極パッドと凹部内側壁面との間隔が極めて狭く、電極パッド上に導電性接着剤や金属バンプを形成できない状況においても、圧電振動板の外部接続電極膜と電極パッドとの間を電気的に接続し且つ圧電振動板を電極パッドが形成されているパッケージに、特性に不具合を生じることなく確実に固着することができるので、開口部形状を所望する圧電振動板の平面形状に相似し、且つ内側底面及び蓋部と圧電振動板との間隔を圧電振動板の振動特性に悪影響を与えない最も狭い間隔にした凹部を形成した小型パッケージに圧電振動板を搭載することができる作用を成す。
【００１９】
この作用により、本発明は信頼性が高く且つ小型化及び薄型化が可能な圧電振動子を提供できる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、圧電素材の一つである水晶を使用した、本発明に係わる表面実装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、本発明に係わる表面実装型水晶振動子に使用するパッケージの形態を示した平面図（ａ）及び平面図（ａ）に記載の切断線Ａ１−Ａ２で切断した場合の形態を示した断面図（ｂ）である。
図２は、図１（ｂ）に記載した点線円Ｃの部分を拡大表示した部分断面図である。
図３は、本発明に係わる表面実装型水晶振動子において、図１に開示のパッケージに水晶振動板を搭載した状態の形態を示した平面図（ｄ）及び平面図（ｄ）に記載の切断線Ｂ１−Ｂ２で切断した場合の形態を示した断面図（ｅ）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していない。又、各寸法も一部誇張して図示しており、特に電極膜やメッキ層の厚み寸法は著しく誇張して図示している。
【実施例１】
【００２１】
即ち、図１（ａ）及び（ｂ）に開示のパッケージ１０において、セラミックス等の絶縁材で形成された表面実装に対応した形状であり、その一方の主面には凹部１１が形成されている。この凹部１１内の底面には、パッケージの長さ方向の一方端側に２つの電極パッド１２が形成されており、この電極パッド１２はパッケージ１０の他方の主面に形成した、他の基板等に固着導通するための外部接続用電極パッド１３と各々電気的に接続されている。
【００２２】
又、このパッケージ１０に形成した凹部１１の形状は、凹部１１の長さ及び幅の方向で凹部１１内部に搭載する水晶振動板の長さ及び幅の方向に相似した形状であり、凹部１１の長さ及び幅方向の寸法は、水晶振動板を凹部１１の中に挿入した際に、凹部１１の内側壁面全てが水晶振動板に接触せず且つ水晶振動板の振動特性に悪影響を与えない最小の間隔があるような寸法で形成されたものである。
【００２３】
このパッケージ１０において、凹部１１底面に形成した電極パッド１２の上には、Ｎｉなどの下地メッキ（図示しない）を施した上に、Ａｕのメッキ層１４とＳｎのメッキ層１５を交互に積層した多層膜体１６が形成されている（図２を参照）。本実施例では各層の厚みは各々数μｍであり、ＡｕとＳｎとの重量比は後の共晶反応を起こさせるための加熱温度を考慮し、Ａｕを７５〜８５％、Ｓｎを残りの比率となるように設定しているが、共晶反応を起こすための加熱温度の設定により、この重量比は変化する。又、Ａｕメッキ層１４とＳｎメッキ層１５による多層膜体１６の高さは数十μｍとする。更に、多層膜体１６の最上部となる層はＡｕメッキ層とする。
【００２４】
次に上記パッケージ１０に水晶振動板を搭載する工程を図３（ｄ）及び（ｅ）を参照し説明する。パッケージ１０に搭載する水晶振動板２０としては、矩形状の水晶素板２１の表裏両主面上の表裏対向する位置に、金及びクロムによる多層構造の励振電極膜２２が形成されており、この表裏主面上に形成した励振電極膜２２からは水晶素板２１の長さ方向の一方の端部に向かって引出電極膜２３が延設されており、その先端にはパッケージ１０の凹部１１内に形成した電極パッド１２と固着導通する外部接続電極膜２４が形成されて水晶振動板２０を構成している。
【００２５】
この水晶振動板２０をコレットなどの保持具で保持しながら、水晶振動板２０に形成した外部接続電極膜２４が、所定の位置に配置したパッケージ２１の凹部１１内に形成されている多層膜体１６の最上層に対向し、且つ凹部１１内の側壁面に水晶振動板２０が接触しない位置に水晶振動板２０を移動させ、所望の位置に水晶振動板２０が配置されたら、保持具ごと水晶振動板２０を凹部底面と水平に降下させ凹部２２内に挿入し、外部接続電極膜２４が多層膜体１６の最上層と接触した位置で保持具を固定する。
【００２６】
次に、圧電振動板に凹部底面方向への加重を加えながら、保持具を凹部１１の長さ方向に超音波振動させる。これにより水晶振動板２０の外部接続電極２４と多層膜体１６とに摩擦熱を発生させる。又は、外部からオーブンやキセノンランプによる光ビームを照射するなどにより多層膜体１６を加熱する。
【００２７】
このとき、Ａｕメッキ層１４及びＳｎメッキ層１５で構成された多層膜体１６は低融点共晶反応により、共晶点を持つ合金として溶融し、圧電振動板２０に形成した外部接続電極膜２４と電極パッド１２とを電気的に接続する。その後超音波振動及び加熱を停止することで、多層膜体１６は合金として固化し圧電振動板２０を、所望の姿勢で電極パッド１２上に支持する。
【００２８】
その後保持具を水晶振動板２０から取り外し、その凹部１１の開口部を覆う金属製平板の蓋（図示せず）をパッケージ１０の側壁頂部のメタライズ層の上に配置する。このとき、本発明では凹部１１内に搭載した水晶振動板２０の上方主面上には、従来のように導電性接着剤等が塗布されていないため、水晶振動板２０と蓋との間隔を可能な限り狭くするような凹部側壁部の高さを有するパッケージ１０を使用することにより、水晶振動子としての薄型化を図れる。その後で、凹部１１内の雰囲気を窒素に置換又は真空に抜気した後気密封止することにより水晶振動子を形成する。
【００２９】
尚、本実施例では、圧電振動板を構成する圧電材料として水晶を使用した場合を例示したが、本発明における作用効果は、圧電材料の材質の違いによって変化するものではないので、他の圧電材料であるセラミックスやタンタル酸リチウム等に用いても、本実施例と同等の作用効果を奏する。又、本実施例では多層膜体を構成するメッキ層として単一金属（Ａｕ）だけを用いたものを開示したが、他にＡｕ−Ｇｅ等の合金メッキ層を用いて多層膜体を形成した場合でも、共晶点を持つ合金として溶融し、外部接続電極膜と電極パッドとを電気的に接続することが可能である。
【００３０】
更に、本実施例ではパッケージに凹部を設け、その凹部内底面に電極パッドを形成したパッケージを使用した圧電振動子及びその製造方法を例示したが、平面上のパッケージ表面に電極パッドを形成し、キャップ形状の蓋を被せた構成の圧電振動子及びその製造方法においても、本発明の手段は用いることができ、その作用効果も本実施例で開示したものと同等のものが奏される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明に係わる表面実装型水晶振動子に使用するパッケージの形態を示した平面図（ａ）、及び平面図（ａ）に記載の切断線Ａ１−Ａ２で切断した場合の形態を示した断面図（ｂ）である。
【図２】図２は、図１（ｂ）に記載した点線円Ｃの部分を拡大表示した部分断面図である。
【図３】図３は、本発明に係わる表面実装型水晶振動子において、図１に開示のパッケージに水晶振動板を搭載した状態の形態を示した平面図（ｄ）及び平面図（ｄ）に記載の切断線Ｂ１−Ｂ２で切断した場合の形態を示した断面図（ｅ）である。
【図４】図４は、従来の技術で作成した圧電振動子の一実施例を示した断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０，パッケージ
１１，凹部
１２，電極パッド
１４，Ａｕメッキ層
１５，Ｓｎメッキ層
１６，多層膜体
２０，水晶振動板（圧電振動板）
２２，励振電極膜
２４，外部接続電極膜
【図１】
2005217809.tif 000003
【図２】
2005217809.tif 000004
【図３】
2005217809.tif 000005
【図４】
2005217809.tif 000006