(57)【要約】圧電素板は上面視長方形であって、その上面は平坦に形成されるが、下面はベベリング円弧の加工が施される。この圧電素板の上面（平坦面）の長手方向一端部を吸着ノズルでもって吸着してパッケージ上に載置する。それからこの吸着ノズルでもって圧電素板をパッケージに対して加圧しながら、前記パッケージと前記圧電素板下面の長手方向一端部との間に位置する前記バンプに対して、吸着ノズルを介して超音波を印加することで、圧電素板をパッケージに接合する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素板をパッケージ上に載置し接合してなる圧電デバイスであって、
前記圧電素板は、上面視長方形であって、一方の面は平坦に形成され、他方の面はその長手方向両端部に、端面に向かうに従って厚みが徐々に薄くなるような加工が施されており、
前記パッケージと前記圧電素板とは、前記パッケージの上面と前記圧電素板の前記他方の面における長手方向一端部との間に形成したバンプを介して相互に接合されている、
前記の圧電デバイス。
【請求項２】
前記圧電素板の前記平坦でない方の面には、その両端部にべベリング円弧形状を形成した、請求の範囲第１項記載の圧電デバイス。
【請求項３】
パッケージ上にバンプを形成すること、
上面視長方形であって、上面は平坦に形成され、下面はその長手方向両端部に、端面に向かうに従って厚みが徐々に薄くなるような加工が施された圧電素板の、その上面を基準とし、下面の長手方向一端部を前記バンプを介して接合するために、前記圧電素板をパッケージ上に載置すること、及び、
前記圧電素板をパッケージに対して加圧しながら前記バンプを介して前記圧電素板をパッケージに接合すること
を含む、
圧電デバイスの製造方法。
【請求項４】
さらに、
前記圧電素板の長手方向一端部を、該圧電素板上面の平坦面を基準位置として、吸着ノズルでもって吸着して、パッケージ上に載置すること、及び、
前記吸着ノズルでもって前記圧電素板をパッケージに対して加圧しながら超音波を印加することで、圧電素板をパッケージに接合すること、を含む、
請求項３に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項５】
上面視長方形であって、上面は平坦に形成され、下面はその長手方向両端部に、端面に向かうに従って厚みが徐々に薄くなるような加工が施された圧電素板の、その下面の長手方向一端部にバンプを形成すること、
前記圧電素板の上面の長手方向一端部を吸着ノズルでもって吸着すること、
前記吸着ノズルで吸着した圧電素板をパッケージ上に載置すること、
前記吸着ノズルでもって圧電素板をパッケージに対して加圧しながら、前記パッケージと前記圧電素板下面の長手方向一端部との間に位置する前記バンプに対して、前記吸着ノズルを介して超音波を印加することで、圧電素板をパッケージに接合すること、を含む、
圧電デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記圧電素板の上面の長手方向一端部には、圧電素板の上面に装着された励振電極から延びる引き出し電極があって、前記吸着ノズルは、その引き出し電極を避けて圧電素板を吸着するための凹部を、先端部に形成している、請求の範囲第４または５項記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記圧電素板の前記平坦でない方の面には、その両端部にべベリング円弧形状を形成している、請求の範囲第３、４及び５項のうちのいずれか１項記載の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、超音波接合に有用な圧電デバイスとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、電子機器の小型化や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、他の一般の電子部品同様に小型チップ化されて、回路基板の片面だけで半田付けできる表面実装型のもの（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｕｎｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ；ＳＭＤ）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。【０００３】  圧電デバイスにおいても、同様の事情により小型のＳＭＤ製品が要求されている。従来の半田や導電性接着剤による圧電素板の支持方法では、小型化により接着面積が狭くなると接着剤が流れ出てショートする虞があったり、圧電素板の位置が不安定になりやすいことや接着剤からガスが発生するなどで電気特性を劣化させる問題がある。そこで、スタッドバンプを活用して圧電素板を支持する構造の圧電デバイスが考案されている（例えば、特開平８−２９８４２３号公報参照）。この圧電デバイスでは、圧電素板とこれを取り付けた部材との間にスタッドバンプによる隙間が生じる。この隙間によって、圧電素板と取付部材との熱膨張係数の差によって発生する水平方向の歪みを吸収することができる。また、圧電素板がパッケージに水平姿勢を保った状態で接合される効果がある。【０００４】  バンプを用いた圧電素板の熱圧着法や超音波溶着法が既に知られている（例えば、特開平１０−２８４９７２号公報参照）。超音波溶着法は、熱圧着法よりも加熱温度を低くできる等の理由で、効率が良い。【０００５】  ところで、圧電素板をＡＴ板とした場合、一般には、高周波振動を得るためには平板形状のものを使用するので、そのような圧電素板の接合には前記の特開平１０−２８４９７２号公報に記載の方法を適用できる。しかしながら、比較的低周波の振動を得る目的で平板状のＡＴ板を用いると、そのＡＴ板の形状の影響により、振動エネルギーロスが生じる。そこで、この振動エネルギーロスを少なくするため、ＡＴ板にベベル加工又はコンベックス加工を施すことが行われている。【０００６】  ところが、ベベル加工又はコンベックス加工を施した圧電素板の長手方向の端部をノズルで吸着した場合、圧電素板を水平姿勢を保持するのが困難となる。この場合、ノズルで吸着される圧電素板の部位は傾斜面であることから、ノズル先端と圧電素板との係合が安定せず、そのためノズルで吸着したときの圧電素板を水平状態に安定的に保持できない。その結果、圧電素板をノズルで吸着してパッケージに搭載するに際して、その圧電素板が傾斜して、パッケージまたはパッケージに実装されたＩＣなどの電子部品に接触して実装が困難になることも起こり得る。これは、実装時ノズルで吸着する等の水晶片の実装基準面が不安定のためである。【０００７】  また、圧電素板をパッケージに実装できたとしても、パッケージ内の圧電素板の上下の隙間を大きめに設定する必要が生じ、圧電デバイスの薄型化に対して不利である。【０００８】  更に、圧電素板の中央近傍にある励振電極部分は平板か平板に近い形状をしているので、この中央近傍を吸着ノズルで吸着すれば、圧電素板をほぼ安定的に水平状態に保持できるものの、この部位を吸着することで圧電素板の上面に実装された励振電極を傷つけてしまう虞が生じる。
【発明の開示】
【０００９】  本発明の目的は、デバイス特性に重要な励振電極を傷つけることなく、しかも安定した接合を可能とする、圧電素板をパッケージ上に載置し接合してなる圧電デバイスの製造方法と、圧電デバイスとを提供することである。
【００１０】  前記目的を達成するため、本発明による圧電デバイスにおいて、それを構成する圧電素板は、上面視長方形であって、一方の面は平坦に形成され、他方の面はその長手方向両端部が端面に向かうに従って厚みが徐々に薄くなるように加工が施される。そして、パッケージと圧電素板とは、パッケージの上面と圧電素板の非平坦側の面における長手方向一端部との間に形成したバンプを介して、相互に接合される。
【００１１】  また、本発明による圧電デバイスの製造方法の第１の態様は、パッケージ上にバンプを形成すること；上面視長方形であって、上面は平坦に形成され、下面はその長手方向両端部に、端面に向かうに従って厚みが徐々に薄くなるような加工が施された圧電素板の、その上面を基準とし、下面の長手方向一端部を前記バンプを介して接合するために、前記圧電素板をパッケージ上に載置すること；及び、前記圧電素板をパッケージに対して加圧しながら前記バンプを介して前記圧電素板をパッケージに接合すること；を含む。
【００１２】  なお、前記態様の方法において、さらに、前記圧電素板の長手方向一端部を、該圧電素板上面の平坦面を基準位置として、吸着ノズルでもって吸着して、パッケージ上に載置すること；及び、前記吸着ノズルでもって前記圧電素板をパッケージに対して加圧しながら超音波を印加することで、圧電素板をパッケージに接合すること、を含むことができる。
【００１３】  さらに、本発明による圧電デバイスの製造方法の第２の態様は、上面視長方形であって、上面は平坦に形成され、下面はその長手方向両端部に、端面に向かうに従って厚みが徐々に薄くなるような加工が施された圧電素板の、その下面の長手方向一端部にバンプを形成すること；前記圧電素板の上面の長手方向一端部を吸着ノズルでもって吸着すること；前記吸着ノズルで吸着した圧電素板をパッケージ上に載置すること；前記吸着ノズルでもって圧電素板をパッケージに対して加圧しながら、前記パッケージと前記圧電素板下面の長手方向一端部との間に位置する前記バンプに対して、前記吸着ノズルを介して超音波を印加することで、圧電素板をパッケージに接合することを含む。
【００１４】  なお、本発明による圧電デバイスの製造方法の第１、及び第２の態様において、圧電素板の上面の長手方向一端部には、圧電素板の上面に装着された励振電極から延びる引き出し電極があって、吸着ノズルは、その引き出し電極を避けて圧電素板を吸着するための凹部を、先端部に形成してもよい。
【００１５】  本発明による圧電デバイスによれば、圧電素板の一方の面の長手方向両端部をベベル加工又はコンベックス加工を施したものとすることによって、振動エネルギーを圧電素板の内部に閉じ込めることができる。また、圧電素板の他方の面を平坦にすることによって、吸着ノズルでもってその平坦な面の任意の部位を吸着したとき、必ず圧電素板が吸着ノズルの軸心と垂直な面内にくるようにしているので、圧電素板は吸着ノズルに対して常に一定した姿勢を保持してパッケージ上に搭載される。
【００１６】  したがって、本発明においては、吸着ノズルで、圧電素板のベベル加工又はコンベックス加工を施した面の長手方向一端部を吸着した時、ベベル形状やコンベックス形状はその加工の関係で非常にバラツキが大きいため、吸着部位に応じて吸着ノズルに対する圧電素板の姿勢をいろいろ変えてしまう虞や、また、吸着ノズルに対する圧電素板の姿勢を安定させるため圧電素板の中央部を吸着することで、そこにある励振電極を傷つけてしまう虞も無くなる。
【００１７】  さらに、本発明では、吸着ノズルで圧電素板を吸着する部位は、パッケージと圧電素板との間に予め形成しておいてバンプの位置に対応した位置とすることができるので、吸着ノズルは、圧電素板を一定姿勢で吸着すること、圧電素板をバンプに対して加圧すること、さらに、バンプに対して超音波を印加すること、ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による水晶振動子の一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面を示す断面図である。
【図３】図２の水晶振動子の形状を説明するための上面図、下面図及び側面図である。
【図４Ａ】パッケージに水晶片を搭載する前の状態を示す断面図であり、
【図４Ｂ】パッケージに水晶片を搭載中の状態を示す断面図である。
【図５】図４ＢのＹ−Ｙ線断面を示す断面図である。
【図６】図５に示す吸着ノズルの一変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】  まず、本発明による圧電デバイスの一実施形態としての水晶振動子の構成を図１乃至図３を参照して説明する。水晶振動子１は、圧電素板である上面視長方形の水晶片２と、セラミックスから成るパッケージ３と、該パッケージを封止する蓋部材５とを含む。【００２０】  水晶片２は、図３に示すように、振動変位方向を長辺（寸法ｐ）としそれと直角な辺を短辺（寸法ｑ）とする上面視長方形を呈している。この水晶片２の一方の面ＵＦ（以下、上面という）は平坦な面であり、他方の面ＬＦ（以下、下面という）は長手方向の両端部において先端に向かうに従って厚みが薄くなる形状であるベベリング円弧形状に形成されている。なお、図３において、複数の円弧ｃは等高線を表している。【００２１】  この水晶片２の上面には励振電極２１が、下面には励振電極２２が、それぞれ装着されている。そして、下方の励振電極２２から引き出された引出電極２２ａ（図５）は水晶片２の下面の長手方向一端部（ベベリング円弧が形成されている部分）上にまで延びている。一方、上方の励振電極２１から引き出された引出電極２１ａは水晶片２の上面の長手方向一端部まで延びてからさらに端面を回り込んで下面のベベリング円弧が形成されている部分上まで延びている。その結果、図５に示すように、水晶片２の下面のベベリング円弧が形成されている部分には、励振電極２１、２２から引き出された引出電極２１ａ、２２ａが左右に並ぶことになる。【００２２】  パッケージ３は、図２に示すように、水晶片２を載置する段部３ａが形成されたキャビティ３ｂを備えている。段部３ａで、そこに載置した水晶片２の引出電極２１ａ及び２２ａに対応する部位には、それぞれ接続電極３１及び３２をメタライズ層で形成している。【００２３】  パッケージ３の底面の長手方向両端部には、外部との接続用の一対の端子電極３３、３４がメタライズ層でもって形成されている。接続電極３１、３２と端子電極３３、３４とはそれぞれパッケージ３内部の配線（図示せず）により電気的に接続されている。さらに、パッケージ３の上端面には、キャビティ３ｂを囲むように枠状の蓋部材接合部３５がメタライズ層でもって形成されている。【００２４】  これら接続電極３１、３２、端子電極３３、３４、および蓋部材接合部３５を構成するメタライズ層のいずれにも、金メッキが施されている。【００２５】  図２において、符号４はＡｕを主成分とするワイヤから形成された複数のスタッドバンプであり、予め引出電極２１ａ、２２ａの表面にまたは接続電極３１、３２の表面に超音波をかけて固相拡散により圧接されている。【００２６】  その後、図５に示すように、引出電極２１ａと接続電極３１、及び引出電極２２ａと接続電極３２とは、それぞれスタッドバンプ４、４を介して接合される。【００２７】  蓋部材５は平板状であり、パッケージ３の上端面に形成された蓋部材接合部３５に対応する部位に、Ａｕ／Ｓｎ合金等の低い溶融温度を有する金属材から成るロー材層５１が予め形成されている。その結果、蓋部材５のロー材層５１がパッケージ３の蓋部材接合部３５と接合することによって、パッケージ３のキャビティ３ｂは気密が保たれる。尚、蓋部材５の接合方法としては、ロー付け以外にも、シーム溶接法やレーザ溶接法など、他にも種々考えられるし、接合材料もＡｕ／Ｓｕ以外に、低融点ガラスなどいろいろの材料が考えられるのである。【００２８】  本願はこのように、上面の平板形状側を実装の基準として、圧電素子の長手方向両端面に向かって厚みが徐々に薄くなる面をバンプを介してパッケージに接合してるので、上面がパッケージに平行な状態で実装が可能であること、また、このため圧電デバイスとして非常に薄型の物が得られるばかりでなく、下面の両端部がベベル形状をしているので、安定している振動を得ることができる。【００２９】  次に、図１及び図２に示した水晶振動子の製造方法について図４Ａ、図４Ｂ及び図５を参照して説明する。ここでは、水晶振動子の製造方法の中でも本発明の特徴である水晶片２をパッケージ３に搭載する方法について説明する。【００３０】  図４Ａ及び図４Ｂにおいて、符号６は超音波を印加できる真空吸着ノズルの先端部であり、７はホットプレートである。【００３１】  まず、パッケージ３を予備加熱するために該パッケージ３をホットプレート７上に載置する。そして、パッケージ３の接続電極３１，３２上に、Ａｕワイヤによりスタッドバンプ４を形成する。尚、スタッドバンプの形成は、別工程で予め行っておくことも可能である。【００３２】  次に、水晶片２の上面（平坦側の面）で引出電極２１ａのある側の端部を、吸着ノズル６により吸着保持して、図４Ａに示すように、水晶片２をパッケージ３の真上に置く。水晶片２の面が、吸着ノズル６で吸着すべき方の面（平坦側の面）かそれともその反対の側の面かの判断は、例えば、水晶片２の面をカメラでとらえてその画像を処理することによって円弧状の等高線が現れるかどうかで判断することができる。あるいは、これに代えて、カメラで励振電極２１、２２及び引き出し電極２１ａ、２２ａの形状をとらえその形状の特徴から判断することもできる。【００３３】  次に、水晶片２を吸着ノズル６で保持したまま、図４Ｂの矢印で示すように、パッケージ３に向けて下降することで、水晶片２の下面のベベリング円弧が形成されている部分に形成された一対の引出電極２１ａ、２２ａでもって、パッケージ３の接続電極３１，３２上に形成されたスタッドバンプ４を所定圧力で熱圧着する。さらに、この熱圧着と同時に吸着ノズル６から超音波を印加する。【００３４】  なお、前述のように、水晶片２の上面（平坦側の面）で吸着ノズル６が吸着する部位は、引出電極２１ａがある側の端部である。したがって、図５に示すように、吸着ノズル６の吸着面が平坦であると、その吸着面の一部が引出電極２１ａと当接するが、残りの部分は水晶片２の上面と間隔をおいて対向することになる。しかし、引出電極２１ａの厚さはおよそ１０００Å程度の薄さであるから、ノズル６による吸着に支障を来たさない。【００３５】  このように、本実施形態では、水晶片２の一方の面をベベリング円弧形状（またはコンベックス形状）とすることで内部に振動エネルギーを閉じ込める効果を得るとともに、他方の面は平坦にしてその面の任意の部位、特に長手方向のバンプに対応する一端部側、を吸着ノズル６で吸着したときのその吸着ノズル６に対する水晶片２の姿勢が常に一定にな��ようにしている。【００３６】  したがって、本実施形態では、水晶片２をパッケージ３に搭載するに当たって、吸着ノズル６でもって、水晶片２の平坦な側の面の端部（スタッドバンプが形成されている位置に対応する部位）を吸着したとき、吸着ノズル６により吸着された水晶片２は、吸着ノズル６の軸心に対して垂直な面上に常に位置する、すなわち、パッケージ３の底面と平行な姿勢に置かれる。【００３７】  これに対して、従来のように、べベリング円弧形状またはコンベックス形状とした水晶片の面の端部を吸着ノズルで吸着したとすると、その吸着した部位に応じて水晶片の吸着ノズルに対する姿勢（傾斜度）が変化するので、その結果、水晶片をパッケージ３に搭載する際に、水晶片の一部がパッケージに衝突してしまうことも起こり得る。一方、このような事態を避けるため、水晶片の中央の平坦な部分を吸着ノズルで吸着すれば、その中央部分には通常、励振電極が存在するので、励振電極を傷つけてしまうことになる。【００３８】  ところが本発明によると、前述のように、水晶片の一面を平坦にしたことにより、その平坦な面で励振電極が存在する部分を避けた端部を吸着ノズルで吸着してもその水晶片を水平姿勢に保持でき、かつノズルによる吸着により中央の励振電極を傷つけることがないのと同時に水晶片の平坦面がパッケージ底面と平行に置かれるので極力小型化も可能となる。【００３９】  以上のように、本実施形態によれば、水晶片の端部を吸着ノズルで吸着してその水晶片をパッケージに搭載したあと、その位置にある吸着ノズルから超音波をスタッドバンプに向けて印加するという作業を効率よく安定的に実施できる。【００４０】  なお、水晶片とＩＣとを組み合わせることによって、発振器を形成することができる。ただし、この場合、パッケージ３の接続電極３１、３２と外部接続用の端子電極３３，３４とは接続されない。【００４１】  次に、水晶片２を吸着する吸着ノズルの一変形例を図６を用いて説明する。【００４２】  水晶の場合、励振電極の傷は絶対に避けなければならないが、引き出し電極の傷は多少であれば許容することができる。しかしながら、引き出し電極であっても傷を無くして、より電気的導通を良くすることは必要である。このため、図６に示すように、吸着ノズル１６の吸着面には、上方の励振電極から引き出された引出電極２１ａに接触しないようにするための逃げ部である凹部１６ａが形成されている。その結果、吸着ノズル１６は吸着時にその先端面が水晶片の面とは当接するが引出電極２１ａとは当接しないので、吸着ノズル１６は引出電極２１ａを傷つけることなく水晶片２を保持することができる。【００４３】  なお、本実施形態では、複数のスタッドバンプ４を予め接続電極３１，３２の表面に、すなわち、パッケージ３側に、形成すると説明したが、これに代えて、複数のスタッドバンプ４を予め引出電極２１ａ，２２ａの表面に、すなわち、水晶片２側に、形成することもできる。また、形成するスタッドバンプの数は１つまたは複数でもよい。例えば、一方の接続電極３１の上に２個、他方の接続電極３２の上に２個、それぞれ水晶片２の長手方向にある間隔をおいて配置してもよい。【００４４】  以上、本発明の実施の��態では、圧電デバイスである水晶振動子のＡＴ板について説明してきたが、本発明は、他の振動子や発振器などの圧電デバイスについても適用できるものである。また、水晶片２のベベリング形状は円弧形状に限らず、斜面形状であってもよい。なお、発振器の場合、上述のように、水晶片とＩＣとを組み合わせたものであって、その詳細は既知の技術であるので省略する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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2005006548.tif 000011
2005006548.tif 000012
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