(57)【要約】【課題】        本発明の目的は、低背化すると共に圧電振動素子の搭載面積を確保して、良好な封止が可能な圧電デバイス、及びその製造方法を提供すること。【解決手段】        本発明の圧電デバイスは、圧電振動素子が矩形状の発振用集積回路素子上に搭載パッドを介して実装され、発振用集積回路素子の搭載パッド形成面の反対側の面に外部端子が設けられ、発振用集積回路素子の搭載パッド形成面の外周縁に配置されたポスト状の導電性部材と先の導電性部材に挟まれるように圧電振動素子を気密封止して被せられた蓋体とからなることを特徴とし、また、蓋体と該導電性部材とが絶縁性樹脂で被覆されていることを特徴とし、ポスト状の導電性部材が、温度補償用データを書き込む為の書込制御端子として用いられ、また、ポスト状の導電性部材が、圧電振動素子の測定端子として用いられることを特徴として課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動素子と発振用集積回路素子で構成される圧電デバイスにおいて、圧電振動素子が矩形状の発振用集積回路素子上に搭載パッドを介して実装されており、該発振用集積回路素子の該搭載パッド形成面の反対側の面に外部端子が設けてられており、該発振用集積回路素子の該搭載パッド形成面の外周縁に配置されたポスト状の導電性部材と、該導電性部材に挟まれるように該圧電振動素子を気密封止して被せられた蓋体と、からなることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
該蓋体と該導電性部材とが絶縁性樹脂で被覆されていることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項３】
該ポスト状の導電性部材が、温度補償用データを書き込む為の書込制御端子として用いられることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項４】
該ポスト状の導電性部材が、該圧電振動素子の測定端子として用いられることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項５】
圧電振動素子を搭載する為の搭載パッド、ならびに封止用導体パターンが形成された集積回路素子を複数個マトリクス状に配置さえて成るウェーハを準備する工程Ａと、
前記ウェーハ上の、それぞれ前記発振用集積回路素子が設けられた領域に、圧電振動素子と、ポスト状の導電性部材と、蓋体を搭載する工程Ｂと
前記ウェーハを一括的に切断によって個割りして複数の圧電デバイスを得る工程Ｃと、を含む圧電デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記工程Ｂで該圧電振動素子と、該ポスト状の導電性部材に挟まれるように固定された該蓋体がマトリクス状に搭載された該ウェーハ上に、一括的に絶縁性樹脂を被膜することを特徴とする請求項５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、携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器に用いられる圧電デバイス、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧電素板の両主面に電極を形成した圧電振動素子をパッケージ内部に搭載した、例えば圧電振動子や、圧電振動子と発振回路とを同一のパッケージ内に搭載した圧電発振器、あるいは、特定の周波数帯を分離する圧電フィルタ等の圧電デバイスが、携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器に多用されている。近年、表面実装に対応した形状の圧電デバイスが開発され、電子機器の小型化に伴ってこれらの圧電デバイスも小型化が進められている。
【０００３】
かかる従来の圧電デバイスの一例として水晶発振器を示す。容器体上面の第１の凹部には、一対の素子接続用電極パッドが設けられている。この素子接続用電極パッド上には、導電性接着材を介して電気的に接続される一対の励振電極を表裏主面に有した水晶振動素子２２が搭載されており、この水晶振動素子２２を囲繞する容器体２１の側壁頂部にはシールリング２３が取着されている。このシールリング２３の上に金属製の蓋体２４を被せ、シーム溶接等でシールリング２３と蓋体２４とを接合することにより、水晶振動素子２２の搭載空間（凹部空間）を気密封止する。また、容器体下面の第２の凹部には、水晶振動素子２２の発振周波数に基づいて発振信号を出力する集積回路素子２６を収容した構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
かかる水晶発振器は、容器体２１の下面に設けられた、それぞれ電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子として機能する外部端子２５から所定周波数の基準信号が発振・出力される。このような基準信号は携帯用通信機器等の電子機器におけるクロック信号として利用される。
【０００５】
前述のような水晶発振器等を含む圧電デバイスについては、以下のような文献が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−７７９４３号公報
【０００６】
なお、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到らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の圧電デバイスによれば、容器体に圧電振動素子を搭載し、蓋体で気密封止する。よって、前記蓋体で気密封止するには、前記容器体の壁厚を確保する必要があるので、該圧電振動素子の搭載面積が縮小されてしまうという欠点があった。  また、搭載面積が縮小されることにより、圧電デバイス内部に搭載する圧電振動素子も小型化する為、例えば水晶振動子や水晶発振器の場合は、内部に搭載する圧電振動素子の１つである水晶振動素子のクリスタルインピーダンス（ＣＩ）値が小型化により急激に大きくなる。その影響により可変感度等の水晶振動素子の発振特性が劣化してしまうおそれがあるという欠点があった。
【０００８】
また、近年、圧電デバイスの低背化が要求されているが、容器体等の部材を小型化すると部材強度がもたなくなるおそれがあるといった欠点があった。
【０００９】
更に、従来の圧電デバイスにおいては小型化されることにより、温度補償データを書き込む為の書込制御端子、及び圧電振動素子の周波数特性を測定する為の測定端子を形成する領域を確保することが困難になるという欠点があった。
【００１０】
本発明は上述の欠点に鑑み考え出されたもので、その目的は、低背化すると共に圧電振動素子の搭載面積を確保して、良好な封止が可能な圧電デバイス、及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】
【００１１】
本発明の圧電デバイスは、圧電振動素子と発振用集積回路素子で構成される圧電デバイスにおいて、圧電振動素子が矩形状の発振用集積回路素子上に搭載パッドを介して実装されており、発振用集積回路素子の搭載パッド形成面の反対側の面に外部端子が設けてられており、発振用集積回路素子の搭載パッド形成面の外周縁に配置されたポスト状の導電性部材と、先の導電性部材に挟まれるように圧電振動素子を気密封止して被せられた蓋体とからなることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の圧電デバイスは、蓋体と該導電性部材とが絶縁性樹脂で被覆されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の圧電デバイスは、ポスト状の導電性部材が、温度補償用データを書き込む為の書込制御端子として用いられることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の圧電デバイスは、ポスト状の導電性部材が、圧電振動素子の測定端子として用いられることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の圧電デバイスの製造方法は、圧電振動素子を搭載する為の搭載パッド、ならびに封止用導体パターンが形成された集積回路素子を複数個マトリクス状に配置さえて成るウェーハを準備する工程Ａと、前記ウェーハ上の、それぞれ前記発振用集積回路素子が設けられた領域に、圧電振動素子と、ポスト状の導電性部材と、蓋体を搭載する工程Ｂと、前記ウェーハを一括的に切断によって個割りして複数の圧電デバイスを得る工程Ｃとを含むものである。
【００１６】
また、本発明の圧電デバイスの製造方法は、前記工程Ｂで圧電振動素子と、ポスト状の導電性部材に挟まれるように固定された蓋体がマトリクス状に搭載されたウェーハ上に、一括的に絶縁性樹脂を被膜することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の圧電デバイスによれば、圧電振動素子と、この圧電振動素子を搭載する為の搭載パッドを設けてなる発振用集積回路素子と、圧電振動素子を被覆してなる容器状の蓋体と、発振用集積回路素子の搭載パッド形成面側の外周縁に配置されている導電性部材とを備えてなることによって、従来に比較して圧電デバイスの全体構造を薄く形成することができ、圧電デバイスの低背化に供することが可能となる。
【００１８】
また、本発明の圧電デバイスによれば、圧電振動素子を発振用集積回路素子に直接実装することにより、圧電振動素子の励振電極が発振用集積回路素子の搭載パッドに直接接続されるようになるために、発振用集積用回路素子を容器体に実装する場合と比較して、圧電振動素子と発振用集積用回路素子の電子回路とを接続する配線の長さが短縮されて配線抵抗に起因した容量の発生を有効に防止することができ、設計値に近い発振特性が得られるようになる。
【００１９】
また、本発明の圧電デバイスによれば、蓋体を被覆するように絶縁性樹脂層が設けられていることによって、圧電振動素子の気密封止性を高めると共に、落下試験にも耐え得る構造を得ることが可能となる。
【００２０】
また、本発明の圧電デバイスによれば、ポスト状の導電性部材を温度補償用データを書き込む為の書込制御端子として用いることによって、形成する領域を確保することができる。また、前記絶縁性樹脂層の表面に導電性部材を介して金属膜を形成することによって、書込用プローブの不接触による書込不良の発生を防止することが可能となる。
【００２１】
また、本発明の圧電デバイスによれば、ポスト状の導電性部材を圧電振動素子の測定端子として用いることによって、形成する領域を確保することができ、かつ、前記絶縁性樹脂層の表面に該導電性部材を介して金属膜を形成することによって、測定用プローブの不接触による測定不良の発生を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の概略の圧電デバイスの分解斜視図であり、図２は本発明の概略の圧電デバイスの外観斜視図である。また、図３は、本発明の側面方向からみた概略の圧電デバイスの断面図である。図３に示す圧電デバイスは、表面実装型水晶発振器に適用した例を示したものである。大略的に、本発明の圧電デバイスは、圧電振動素子としての水晶振動素子１、及び発振用集積回路素子２と、蓋体３と導電性部材４と絶縁性樹脂５で構成されている。
【００２３】
前記発振用集積回路素子２としては、その下面外周域には、発振用集積回路素子２の電子回路と電気的に接続されている外部端子６が設けられている。また上面外周域には、発振用集積回路素子２の電子回路と電気的に接続されるものや、水晶振動素子と電気的に接続される複数個の電極パッド７と、これら電極パッド７の内側に配される環状の封止用導体パターン８とを有し、上面中央域に水晶振動素子用の搭載パッド９を有したフリップチップ型の集積回路素子が用いられ、かかる発振用集積回路素子２は、単結晶シリコン等から成る基体の下面に、周囲の温度状態を検知する感温素子（サーミスタ）、水晶振動素子３の温度特性を補償する温度補償データを格納するとともに該温度補償データに基づいて水晶振動素子１の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、この温度補償回路に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路等の電子回路が設けられており、前述した発振回路で生成された発振出力は、外部に出力された後、例えば、クロック信号等の基準信号として利用されることとなる。
【００２４】
外部端子６（即ち、電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子）は、水晶発振器をマザーボード（図示せず）等の外部電気回路に搭載する際、半田付け等によって外部電気回路の回路配線と電気的に接続されることとなる。
【００２５】
前記導電性部材４は、前記発振用集積回路素子２に設けられている複数個の電極パッド７に接続されており、発振用集積回路素子２に温度補償データを書き込む為の書込制御端子や、水晶振動素子の周波数特性を確認する為の測定端子として用いられる。例えば、書込制御端子として用いる際には、組み立てた後、これらの書込制御端子に側方、若しくは、上方より温度補償データ書込装置のプローブ針を当て、水晶振動素子５の温度特性に応じた温度補償データを書き込むことによって発振用集積回路素子２のメモリ内に温度補償データが格納される。
【００２６】
かかる前記発振用集積回路素子２に設けられている一対の搭載パッド９は、その上面側で、後述する水晶振動素子１の励振電極に導電性接着剤１０を介して電気的に接続される。前記封止用導体パターン８は、後述する蓋体３を封止材１１を介して、前記発振用集積回路素子２の上面に接合させるためのものであり、かかる前記封止用導体パターン８を、上述したように、ＷもしくはＭｏから成る基層の表面にＮｉ層及びＡｕ層を順次被着させた構成しておく。
【００２７】
前記封止材１１は、前記蓋体３を前記発振用集積回路素子２に対して接合するためのろう材層として機能するものであり、金錫の組成比率は、例えば、金８０％、錫２０％に設定され、その厚みは、例えば、１０μｍ〜３０μｍに設定される。なお、発振用集積回路素子２と蓋体３との接合を不活性ガス雰囲気中若しくは、真空雰囲気中で行なうのは水晶振動素子１が収容される空所内に不活性ガスを充填しておくことや、真空状態にしておくことにより水晶振動素子１などの電気的特性を安定させるためである。
【００２８】
また、前記発振用集積回路素子２の上面側には水晶振動素子１が搭載される。  前記水晶振動素子１は、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の励振電極を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の励振電極を介して水晶片に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こす。このような水晶振動素子１は、その両主面に被着されている励振電極と集積回路素子上面の対応する搭載パッド９とを導電性接着材１０を介して電気的・機械的に接続することによって前記発振用集積回路素子２の上面側に搭載される。
【００２９】
前記導電性接着剤１０は、シリコン樹脂やポリイミド樹脂等から成る樹脂材料中にＡｇ等から成る導電性粒子を所定量、添加・混合してなるものである。
【００３０】
蓋体３は、前記発振用集積回路素子２の領域に水晶振動素子１を収容して気密封止するためのものであり、また先述の封止用導体パターン８を介して、前記発振用集積回路素子２の下面に形成されている外部端子６の１つであるグランド端子に電気的に接続される。よって、水晶発振器の使用時、蓋体３はグランド電位に保持されることとなり、水晶振動素子１が蓋体３のシールド効果によって外部からの不要な電気的作用、例えばノイズ等から良好に保護される効果を奏する。
【００３１】
前記蓋体３を図１に示すように絞り加工により凹部を形成することによって、前記発振用集積回路素子２に容易に配置することが可能となる。また、図２に示すように前記発振用集積回路素子２に蓋体３を配置し、蓋体３と封止材１１を接合すると共に、前記蓋体３の外周面を絶縁性樹脂５で覆うことによって、気密封止性を更に向上させることが可能となる。この絶縁性樹脂５は、エポキシ樹脂等であり、流動性が低いものが望ましい。
また、前記絶縁性樹脂５の表面に金属膜１２を形成し、該金属膜１２と導電性部材４とを電気的に接続することにより、接触面積を確保することできるので、測定用プローブの不接触による測定不良や書込不良の発生を防止することが可能となる。
【００３２】
かくして上述した水晶発振器は、水晶振動素子１の励振電極間に外部からの変動電圧を印加し、水晶振動素子１の特性に応じた所定の周波数で厚みすべり振動を起こさせることによって、かかる水晶振動子の共振周波数に基づいて、前記発振用集積回路素子２で所定周波数の基準信号が発振・出力される。
【００３３】
次に上述した圧電発振器の製造方法について図４を用いて説明する。
ここで、図４（ａ）〜（ｃ）は本発明の製造方法を説明するための概略の斜視図、また図４は本発明の製造方法に用いられる発振用集積回路素子のウェーハを他の主面側（下面側）より見た概略の斜視図である。
【００３４】
（工程Ａ）
まず、図４（ａ）に示す如く、ウェーハの発振用集積回路素子２を準備する。前記発振用集積回路素子２は、単結晶シリコンのインゴットを所定厚みにスライスしてシリコンウェーハを得、その一主面に従来周知の半導体製造技術を採用し、発振回路等の電子回路や外部端子６、圧電振動素子搭載用の搭載パッド９、封止用導体パターン８等を形成することによって製作される。このような発振用集積回路素子２に一対の搭載パッド８と開口周縁を囲む封止用導体パターン８が被着・形成される発振用集積回路素子２の下面には、電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子等の外部端子６が被着・形成されている。
【００３５】
（工程Ｂ）
そして、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、複数の発振用集積回路素子２を縦横にマトリクス状に有してなるウェーハ上の、それぞれ先の発振用集積回路素子２が設けられた領域に、水晶振動素子１である圧電振動素子と、ポスト状の導電性部材４と、蓋体３を搭載する。
発振用集積回路素子２には水晶振動素子１が１個ずつ搭載され、水晶振動素子１の励振電極と該発振用集積回路素子２の搭載パッド９とが導電性接着剤１０を介して電気的・機械的に接続される。次に、前記ウェーハの発振用集積回路素子２と蓋体３で所定の空所を形成するように配置すると共に、水晶振動素子１を収容し、気密封止する。前記水晶振動素子１は、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の励振電極を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の励振電極を介して水晶片に印加されると、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。
前記水晶振動素子１は、一対の励振電極をウェーハの各発振用集積回路素子２に設けた対応する搭載パッド９に導電性接着剤１０を介して電気的に接続させることにより発振用集積回路素子２に実装される。
【００３６】
このように、水晶振動素子１を発振用集積回路素子２に実装させておけば、水晶振動素子１の励振電極が発振用集積回路素子２の搭載パッド９に直接接続されるため、水晶振動素子１と発振用集積回路素子２の電子回路とを接続する配線の長さは著しく短縮され、配線抵抗に起因した容量の発生を有効に防止することができる。これにより、設計値に近い発振特性が得られる。
【００３７】
前記蓋体３は、例えば、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属から成る厚み６０μｍ〜１００μｍの金属板を従来周知の板金加工にて所定形状に加工することによって製作される。このようにして、前記蓋体３には凹部が形成されている。このような前記蓋体３を、発振用集積回路素子２に水晶振動素子１が配置され、封止用導体パターン８に金錫（Ａｕ−Ｓｎ）等からなる封止材１１を介して発振用集積回路素子２に載置させ、しかる後、例えば、３００℃〜３５０℃の温度に保たれた加熱炉の中に入れ、前記封止材１１を高温で加熱・溶融させることによって、蓋体３が発振用集積回路素子２に接合される。その後、一体化された発振用集積回路素子２と蓋体３は徐々に室温まで冷却される。
【００３８】
また、レーザー光やハロゲンランプ等を用いて、封止材１１を溶融することによって、前記蓋体３が前記発振用集積回路素子２に接合する方法もあり、この場合も本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。この場合、前記ハロゲンランプは、バルブ内にタングステンフィラメントを備え、ハロゲンガスを封入したものである。このタングステンフィラメントが通電加熱されると、ハロゲンガスと反応し、タングステン−ハロゲン化合物が生成される。タングステン−ハロゲン化合物は、バルブ内の対流により、タングステン−ハロゲン化合物がフィラメント付近に運ばれ、高温によりタングステンとハロゲンガスに分解されて、タングステンは、フィラメントに沈殿するというハロゲンサイクルを繰り返し、光ビームを発生するものである。
【００３９】
また、前記ポスト状の導電性部材４は、前記発振用集積回路素子２に設けられている複数個の電極パッド７に接続されており、発振用集積回路素子２に温度補償データを書き込む為の書込制御端子や、水晶振動素子１の周波数特性を確認する為の測定端子として用いられる。
【００４０】
次に、前記蓋体８の外周面を絶縁性樹脂５で被覆することによって、気密封止性を更に向上させることが可能となる。この絶縁性樹脂５は、エポキシ樹脂等であり、流動性が低いものが望ましい。また、該絶縁性樹脂で被覆することによって、前記導電性部材４を保護することも可能となる効果も奏する。
【００４１】
（工程Ｃ）
そして最後に、図４（ｃ）に示す如く、前記ウェーハの発振用集積回路素子２の外周に沿って切断する。前記ウェーハの発振用集積回路素子２の切断はダイサーを用いたダイシング等によって行なわれ、かかる切断工程を経てウェーハの発振用集積回路素子２は、個々の集積回路素子毎に分割される。これにより、複数個の圧電デバイスを生産効率良く同時に得ることが出来る。
【００４２】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、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。
【００４３】
上述した実施形態においては、圧電振動素子１として水晶振動素子を用いた表面実装型の水晶発振器を例にとって説明したが、これに代えて、圧電振動素子として弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタ等の他の圧電振動素子を用いる場合にも本発明は適用可能であることは言うまでも無い。
【００４４】
また、上述した実施形態においては、前記水晶振動素子を前記集積回路素子に搭載する際には、前記導電性接着剤を用いたが、これに代えて、金バンプや半田等の導電性接合材を用いて接続しても構わない。
【００４５】
また、上述した実施形態においては、前記ポスト状の導電性部材に代えて、球状の導電性部材を用いても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態における圧電デバイス（水晶発振器）の概略の分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態における圧電デバイス（水晶発振器）の概略の外観斜視図である。
【図３】本発明の実施形態における圧電デバイス（水晶発振器）の側面方向からみた概略の断面図である。
【図４】（ａ）乃至（ｃ）は本発明の一実施形態にかかる圧電デバイス（水晶発振器）の製造方法を説明するための概略の斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・・水晶振動素子
２・・・・発振用集積回路素子
３・・・・蓋体
４・・・・導電性部材
５・・・・絶縁性樹脂
６・・・・外部端子
７・・・・電極パッド
８・・・・封止用導体パターン
９・・・・搭載パッド
１０・・・導電性接着剤
１１・・・封止材
１２・・・金属膜
【図１】
2007180919.tif 000003
【図２】
2007180919.tif 000004
【図３】
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【図４】
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