(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の接続電極が形成された基台と、
表裏に一対の主電極が形成されるとともに、当該主電極から延出した各引出電極を前記各接続電極との接続面に延出した矩形ＡＴカット水晶振動板からなる圧電振動板と、
前記基台の接続電極と圧電振動板の引出電極との全部の接合を、前記各接続電極と前記各引出電極のいずれか一方または両方に形成されたワイヤバンプからなる金属バンプの溶着により行う圧電振動子であって、
前記引出電極は、当該圧電振動板の長辺方向の一端部で、かつ短辺方向端部をとおって裏面に引き出され、さらに短辺方向に中央部近傍まで引き出すことにより延出部を形成した構成と、当該圧電振動板の長辺方向の一端部で、かつ短辺方向他端部をとおって裏面に引き出され、さらに短辺方向に中央部近傍まで引き出すことにより延出部を形成した構成を有し、圧電振動板の前記各延出部の反対面には引出電極が形成されない構成であり、前記圧電振動板は前記各延出部と前記各接続電極をワイヤバンプからなる金属バンプで接続することにより片持ち支持されていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
複数の接続電極が形成された基台と、
複数の主電極と当該主電極を外部に引き出す各引出電極が形成され、当該各引出電極を前記接続電極との接続面に延出した圧電振動板と、
前記基台の接続電極と圧電振動板の引出電極との全部の接合を、前記接続電極と前記引出電極のいずれか一方または両方に形成された金属バンプの溶着により行う圧電振動子であって、
前記圧電振動板は、前記各引出電極が当該圧電振動板の長辺方向の一端部に引き出され、前記接続電極に片持ち支持されるとともに、前記圧電振動板の前記金属バンプと接続される引出電極の形成された面の反対面には前記各引出電極よりも厚膜化された保護膜が形成されていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項３】
複数の接続電極が形成された基台と、
複数の主電極と当該主電極を外部に引き出す各引出電極が形成され、当該引出電極を前記接続電極との接続面に延出した圧電振動板と、
前記基台の接続電極と圧電振動板の引出電極との全部の接合を、前記接続電極と前記引出電極のいずれか一方または両方に形成された金属バンプの溶着により行う圧電振動子であって、
前記引出電極は、当該圧電振動板の長辺方向の一端部で、かつ短辺方向中央部分をとおって裏面に引き出され、さらに短辺方向両端に拡がる延出部を形成した構成を有し、圧電振動板の前記各延出部の反対面には引出電極が形成されない構成であり、前記圧電振動板は前記各延出部と前記各接続電極を金属バンプで接続することにより片持ち支持されていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項４】
保護膜が金属からなることを特徴とする請求項２記載の圧電振動子。
【請求項５】
前記接続電極の少なくとも１つに複数の金属バンプが形成されていることを特徴とする請求項１乃至４記載の圧電振動子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子機器に用いられる水晶振動子等の圧電振動子に関するものであり、さらに詳しくは圧電振動板を支持する金属バンプを溶融させる際に発生する弊害をなくそうとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧電振動子は電子素子である圧電振動板が振動体であるために、如何に支持するかはその電気的特性を決定づける重要な要素となる。特にＱ値の高い水晶振動子においては支持構成が重要となる。
【０００３】
従来、例えば水晶振動子は、水晶振動板を導電性樹脂接合材により、セラミックパッケージ等に支持固定していた。しかしながら接合材の粘度、塗布量の管理が面倒でまた周囲雰囲気の影響を受けやすいので、水晶振動子の電気的特性のバラツキ、変動の要因となっていた。
【０００４】
このような不具合を解決する目的で、例えば、特開平８−８６８４号公報には半田バンプや金バンプを電極パッドに形成し、超音波溶着により圧電振動板を電気的機械的接合する方法が考えられている。このような接合構造は導電性接合材を用いないので、接合材の供給過多、供給過少、液だれ等の従来生じていた不具合が発生しないという利点を有していた。
【０００５】
ここで用いる超音波溶着について、図１１，図１２とともに詳述する。図１１は水晶振動板の平面図であり、図１２は図１１において短辺方向から見た側面図であり、超音波溶着ツールＴにより超音波を印加している状態を示している。水晶振動板８には表裏面に励振電極（主電極）８１、８２（裏面の８２については図示せず）が形成されており、各励振電極から引出電極８１ａ，８２ａが長辺方向一端部に引き出され、かつそれぞれ反対面にも回し込み形成されている。図１０に示すようにセラミックパッケージ等の基台９には接続電極９１，９２が形成され、この接続電極上部の一部には金属バンプ９１ａ，９２ａが形成されている。これら金属バンプ上に前記引出電極８１ａ，８２ａを当接させ、水晶振動板８の上面から超音波溶着ツールＴにより超音波を印加する。
【０００６】
金属バンプは超音波により溶融し、引出電極と接続電極とを電気的機械的に接合する。しかし、超音波を印加する水晶振動板の上面、すなわち接続面の反対面（裏面）には引出電極の一部が形成されており、超音波の印加によりこの電極が損傷を受け、導通不良や断線事故の生じることがあった。特に近年においては水晶振動子の超小型化に伴って、水晶振動板上に形成される電極も細線化、薄膜化が進んでおり、上述の危険性が増していた。このような問題は上述の特開平８−８６８４号公報記載の圧電振動子についても、接続面の裏面に電極が形成されているために、同様の問題が発生すると考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、金属バンプを溶着する際の電極の損傷を防ぎ、良好な導通状態を確保し、信頼性の高い圧電振動子を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧電振動板において、超音波を印加する超音波溶着ツールと通常の引出電極を直接接触させないことにより、良好な導通状態を確保しようとするものである。
【０００９】
すなわち、請求項１に示すように、複数の接続電極が形成された基台と、表裏に一対の主電極が形成されるとともに、当該主電極から延出した各引出電極を前記各接続電極との接続面に延出した矩形ＡＴカット水晶振動板からなる圧電振動板と、前記基台の接続電極と圧電振動板の引出電極との全部の接合を、前記各接続電極と前記各引出電極のいずれか一方または両方に形成されたワイヤバンプからなる金属バンプの溶着により行う圧電振動子であって、
前記引出電極は、当該圧電振動板の長辺方向の一端部で、かつ短辺方向端部をとおって裏面に引き出され、さらに短辺方向に中央部近傍まで引き出すことにより延出部を形成した構成と、当該圧電振動板の長辺方向の一端部で、かつ短辺方向他端部をとおって裏面に引き出され、さらに短辺方向に中央部近傍まで引き出すことにより延出部を形成した構成を有し、圧電振動板の前記各延出部の反対面には引出電極が形成されない構成であり、前記圧電振動板は前記各延出部と前記各接続電極をワイヤバンプからなる金属バンプで接続することにより片持ち支持されていることを特徴としている。
【００１０】
金属バンプは、ワイヤボンディング技術を用いた金、銀、銅等のスタッドバンプ（ワイヤバンプ）であってもよいし、また半田によるバンプであってもよい。また、金属バンプの溶着は、熱圧着、超音波溶着等の手法を用いればよい。
【００１１】
上記構成により、金属バンプの溶融によって引出電極と接続電極を金属間接合することができ、接合の信頼性が高まる。また、金属バンプと接続される引出電極の反対面（裏面）には引出電極が形成されない構成であるので、熱圧着ツール、超音波溶着ツール等が引出電極に接触することがなく、電極の導通を良好な状態に保つことができる。
【００１２】
また、請求項２に示すように、複数の接続電極が形成された基台と、複数の主電極と当該主電極を外部に引き出す各引出電極が形成され、当該各引出電極を前記接続電極との接続面に延出した圧電振動板と、前記基台の接続電極と圧電振動板の引出電極との全部の接合を、前記接続電極と前記引出電極のいずれか一方または両方に形成された金属バンプの溶着により行う圧電振動子であって、前記圧電振動板は、前記各引出電極が当該圧電振動板の長辺方向の一端部に引き出され、前記接続電極に片持ち支持されるとともに、前記圧電振動板の前記金属バンプと接続される引出電極の形成された面の反対面には前記各引出電極よりも厚膜化された保護膜が形成されていることを特徴とする構成としてもよい。
【００１３】
保護膜は、引出電極が形成されている場合は、その上部に形成すればよい。形成されていない場合は水晶振動板に直接形成すればよい。また保護膜の材料は、引出電極上にニッケル、クロム等からなる厚膜金属膜を形成してもよいし、シリコン等の絶縁材料を用いてもよい。
【００１４】
請求項２によれば、金属バンプの溶融により引出電極と接続電極を金属間接合することができ、接合の信頼性が高まる。また、引出電極上や水晶振動板素地に直接保護膜を形成するので、当該部分に超音波溶着ツール等により超音波を印加しても、水晶振動子の励振に影響のある引出電極や水晶振動板素地を傷めることはない。
【００１５】
請求項３に示すように、複数の接続電極が形成された基台と、複数の主電極と当該主電極を外部に引き出す各引出電極が形成され、当該引出電極を前記接続電極との接続面に延出した圧電振動板と、前記基台の接続電極と圧電振動板の引出電極との全部の接合を、前記接続電極と前記引出電極のいずれか一方または両方に形成された金属バンプの溶着により行う圧電振動子であって、前記引出電極は、当該圧電振動板の長辺方向の一端部で、かつ短辺方向中央部分をとおって裏面に引き出され、さらに短辺方向両端に拡がる延出部を形成した構成を有し、圧電振動板の前記各延出部の反対面には引出電極が形成されない構成であり、前記圧電振動板は前記各延出部と前記各接続電極を金属バンプで接続することにより片持ち支持されていることを特徴とする構成としてもよい。
【００１６】
請求項３によれば、引出電極は、当該圧電振動板の長辺方向の一端部で、かつ短辺方向中央部分をとおって裏面に引き出され、さらに短辺方向両端に拡がる延出部を形成した構成を有し、圧電振動板の前記各延出部の反対面には引出電極が形成されない構成で、前記圧電振動板は前記各延出部と前記各接続電極を金属バンプで接続することにより片持ち支持されていることを特徴とする構成であるので、金属バンプの溶融により引出電極と接続電極を金属間接合することができ、接合の信頼性が高まる。また、金属バンプと接続される引出電極の反対面（裏面）には引出電極が形成されない構成であるので、超音波溶着ツールが引出電極に接触することがなく、電極の導通を良好な状態に保つことができる。
【００１７】
請求項４に示すように、請求項２の構成において保護膜が金属からなることを特徴とする構成であってもよい。
【００１８】
請求項４によれば、保護膜としての金属の形成は、主電極（励振電極）並びに引出電極形成の延長上の手法（真空蒸着法等）で形成することができ、例えば上述の電極形成後、蒸着窓の開口を前記厚膜形成部分にのみ限定した蒸着マスクに変更することによって、比較的容易に形成することができる。
【００１９】
また、請求項５に示すように、上記各構成において、前記接続電極の少なくとも１つに複数の金属バンプが形成されていることを特徴とする構成としてもよい。
【００２０】
請求項５によれば、上記構成により、金属バンプの溶融によって引出電極と接続電極を金属間接合することができ、接合の信頼性が高まる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を表面実装型の水晶振動子を例にとり図１，図２、図３、図４とともに説明する。図１は表面実装型水晶振動子の分解斜視図であり、図２は図１の内部断面図であり、図３に記載した水晶振動板のＡ−Ａ断面に対応させた図である。また図３は水晶振動板の平面図であり、図４は図３において短辺方向から見た側面図であり、一部基台の構成も図示している。
【００２２】
表面実装型水晶振動子は、基台を構成するセラミックパッケージ１と、セラミックパッケージ上に形成された接続電極１２，１３に搭載され、電気的接合される水晶振動板２と、前記接続電極１２，１３と水晶振動板２間に介在する各金属バンプ１２ａ，１３ａと、水晶振動板２を気密封止する蓋４とからなる。
【００２３】
セラミックパッケージ１は、内部断面が凹形のセラミック基体１０と、凹形周囲の開口部に形成される周状の金属層１１とからなる。金属層１１は、図示していないがタングステン等からなるメタライズ層と、メタライズ層の上部に形成されるニッケル等からなる下部メッキ層と、下部メッキ層の上部に形成される金等からなる上部メッキ層とからなる。各層の厚さは、この実施例では、メタライズ層１１が１８〜２０μｍ、下部メッキ１２が６μｍ、上部メッキ層１３が１μｍである。
【００２４】
セラミックパッケージ１の内部底面には接続電極１２、１３が形成されており、これら接続電極１２，１３はセラミックパッケージ内部に配線された連結電極（図示せず）を介して、パッケージ外部に外部導出電極１４，１５として電気的に外部に引き出されている。また、接続電極１２，１３上面にはそれぞれ複数個の金属バンプ１２ａ，１３ａが形成されている。これら金属バンプは、金ワイヤを用いたワイヤバンプである。ワイヤバンプはスタッドバンプとも称され、ワイヤボンディング技術を用いて、例えば金ワイヤ先端を加熱しボール状にし、接続電極に接続後、ワイヤの切断をバンプ直近部分で行うことにより得られる。
【００２５】
前記接続電極１２，１３には圧電振動板である矩形の水晶振動板３が片持ち搭載されている。水晶振動板３は矩形ＡＴカット水晶板からなり、厚みすべり振動を励振するよう表裏面各々に励振電極３１、３２が形成されており、これら各励振電極を引出電極３１ａ，３２ａにより各々前記接続電極１２，１３に対応する位置に引き出されている。
【００２６】
より具体的には、引出電極３１ａは、励振電極３１の形成された水晶振動板上面から長辺方向の一端部で、かつ短辺方向端部をとおって励振電極３２の形成された裏面に引き出されている。そして当該引出電極３１ａは、前記短辺方向の中央部近傍にまで延出し、延出部３１ｂを形成している。引出電極３２ａは前記裏面の長辺方向の一端部でかつ短辺方向他端部に引き出され、短辺方向の中央部近傍にまで延出形成し、延出部３２ｂを形成している。従ってこれら各延出部３１ｂ、３２ｂの裏面（上面）は電極が形成されない水晶振動板素地部分となっている。
【００２７】
前記金属バンプ３１，３２と水晶振動板の引出電極とを超音波溶着するにあたって、前記延出部３１ｂ、３２ｂと金属バンプ１２ａ，１３ａとを接触させ、この状態で延出部３１ｂ、３２ｂの裏面の水晶振動板素地部分に超音波溶着ツールを押しつけ、静圧力を印加する。そして超音波溶着ツールＴを所定の周波数で振動させることにより、金属バンプを溶融させ、引出電極３１ａ、３２ａと接続電極１２，１３とを接続する。
【００２８】
なお、水晶振動板を接続電極上に位置決め搭載するにあたり、画像認識技術を用いて自動搭載を行ってもよい。この場合、バンプの数、形成位置あるいは接続電極等をマーカーとして制御することが可能である。
【００２９】
気密封止するフタ２はコバール等の金属母材２０の下面に前記周状の金属層１１に対応した周状の接合部２１を形成している。接合部２１はこの実施例では銀ろうにより形成されており、ろう接により気密封止を行う。気密封止は、ガラス封止やレーザー溶接、シーム溶接等を用いてもよい。
【００３０】
本発明による第２の実施の形態を図５，図６とともに説明する。図５は水晶振動板の平面図である。図６は図５において短辺方向から見た側面図であり、一部基台の構成も図示しているが、セラミックパッケージ、フタ等の記載は割愛している。これ以降の実施の形態についても同様とする。
【００３１】
矩形状の水晶振動板４の表裏面には励振電極４１、４２（裏面の４２については図示せず）が形成されており、各々の励振電極が引出電極４１ａ，４２ａにより水晶振動板の長辺方向の一端部でかつ短辺方向中央部分に引き出されている。また各引出電極４１ａ，４２ａは各々水晶振動板の反対面に引き出されているとともに、セラミックパッケージ（基台）５の接続電極と接する側においては、各々短辺方向両端に拡がる延出部４１ｂ、４２ｂが形成されている。
【００３２】
各接続電極５１，５２上には各々複数の金属バンプ５１ａ，５２ａが形成されており、前記延出部４１ｂ、４２ｂと接合される。図６から明らかなとおり、水晶振動板において金属バンプ５１ａ，５２ａとの接合部の反対面（裏面）には引出電極が形成されておらず、当該部分に超音波溶着ツールＴを当接させる。この実施例で用いる超音波溶着ツールＴは図６に示すように、断面が逆凹形となっており、一部領域が水晶振動板４と接触する構成となっている。超音波の印加により金属バンプ５１ａ，５２ａを溶融させ、引出電極の延出部４１ｂ、４２ｂと接続電極５１，５２を電気的機械的接合する。
【００３３】
本発明による第３の実施の形態を図７，図８とともに説明する。図７は水晶振動板の平面図であり、図８は図７において短辺方向から見た側面図であり、一部基台の構成も図示している。この実施の形態では保護膜を形成した例を示している。基本的な電極構成は第２の実施の形態で示した構成とほぼ同じであり、一部同番号を用いて説明する。
【００３４】
矩形状の水晶振動板４の表裏面には励振電極４１、４２（裏面の４２については図示せず）が形成されており、各々の励振電極が引出電極４１ａ，４２ａにより水晶振動板の長辺方向の一端部でかつ短辺方向中央部分に引き出されている。また、各引出電極４１ａ，４２ａは各々水晶振動板の反対面に引き出されているとともに、セラミックパッケージ（基台）５の接続電極と接する側においては、各々短辺方向両端に拡がる延出部４１ｂ、４２ｂが形成されている。
【００３５】
各接続電極５１，５２上には各々複数の金属バンプ５１ａ，５２ａが形成されており、前記延出部４１ｂ、４２ｂと接合される。図８から明らかなとおり、水晶振動板において金属バンプ５１ａ，５２ａとの接合部の反対面（裏面）には前記引出電極よりも厚膜化された厚膜電極４３，４４が形成されている。本実施例において厚膜電極４３，４４は通常の引出電極材料（例えば金）の上部にクロム等の金属が真空蒸着等の手段により形成される。当該厚膜電極４３，４４は通常の引出電極や水晶振動板素地を傷めない保護膜として機能する。当該厚膜電極４３，４４に超音波溶着ツールＴを当接させ、超音波を印加し接合を行う。
【００３６】
本発明による第４の実施の形態を図９，図１０とともに説明する。図９は水晶振動板の平面図であり、図１０は図９において長辺方向から見た側面図であり、一部基台の構成も図示している。この実施の形態では一部のみ金属バンプを用いた接続を行っており、他はワイヤボンディングによる接続を行っている。
【００３７】
矩形状の水晶振動板６の表裏面には励振電極６１，６２が形成されており、一方の励振電極６１が引出電極６１ａにより水晶振動板の長辺方向一端部に、また他方の励振電極６２が励振電極６２ａにより同他端部に各々引き出されている。各引出電極とも反対面に引き出されている。
【００３８】
接続電極７１上には複数の金属バンプ７１ａが形成されており、前記反対面（裏面）に引き出された引出電極６１ａと超音波溶着により接合される。水晶振動板の他端部においては引出電極６２ａと接続電極７２がワイヤボンディングにより形成されたワイヤＷにより電気的に接合されている。
【００３９】
上記各実施例では厚みすべり振動を用いた圧電振動板を例示したが、例えば、屈曲振動を用いる音叉型振動子を片持ち支持する場合等、他の振動モードの圧電振動板に適用してもよい。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１記載の圧電振動子によれば、金属バンプの溶融により引出電極と接続電極を金属間接合することができ、接合の信頼性が高まる。また、金属バンプと接続される引出電極の反対面（裏面）には引出電極が形成されない構成であるので、熱圧着ツール、超音波溶着ツール等が引出電極に接触することがない。従って、金属バンプを溶着する際の電極の損傷を防ぎ、良好な導通状態を確保し、信頼性の高い圧電振動子を得ることができる。
【００４１】
請求項２によれば、金属バンプの溶融により引出電極と接続電極を金属間接合することができ、接合の信頼性が高まる。また、引出電極上や水晶振動板素地に直接保護膜を形成するので、当該部分に超音波溶着ツール等により超音波を印加しても、水晶振動子の励振に影響のある引出電極や水晶振動板素地を傷めることはない。従って、良好な導通状態を確保し、信頼性の高い圧電振動子を得ることができる。
【００４２】
請求項３によれば、表裏面に一対の主電極が形成された圧電振動板において、金属バンプの溶融により引出電極と接続電極を金属間接合することができ、接合の信頼性が高まる。また、金属バンプと接続される引出電極の反対面（裏面）には引出電極が形成されない構成であるので、超音波溶着ツールが引出電極に接触することがない。従って、金属バンプを溶着する際の電極の損傷を防ぎ、良好な導通状態を確保し、信頼性の高い圧電振動子を得ることができる。
【００４３】
請求項４によれば、表裏面に一対の主電極が形成された圧電振動板において、
引出電極上や水晶振動板素地に直接保護膜を形成するので、当該部分に超音波溶着ツール等により超音波を印加しても、水晶振動子の励振に影響のある引出電極や水晶振動板素地を傷めることはない。従って、良好な導通状態を確保し、信頼性の高い圧電振動子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施の形態による分解斜視図。
【図２】  第１の実施の形態による内部断面図。
【図３】  第１の実施の形態による水晶振動板の平面図。
【図４】  第１の実施の形態による水晶振動板の短辺方向側面図。
【図５】  第２の実施の形態による水晶振動板の平面図。
【図６】  第２の実施の形態による水晶振動板の短辺方向側面図。
【図７】  第３の実施の形態による水晶振動板の平面図。
【図８】  第３の実施の形態による水晶振動板の短辺方向側面図。
【図９】  第４の実施の形態による水晶振動板の平面図。
【図１０】  第４の実施の形態による水晶振動板の長辺方向側面図。
【図１１】  従来例を示す図
【図１２】  従来例を示す図
【符号の説明】
１、５、７、９  セラミックパッケージ
２  フタ
３、４、６、８  水晶振動板（圧電振動板）
１２ａ，１３ａ，５１ａ，５２ａ，７１ａ，７２ａ，９１ａ，９２ａ  金属バンプ
６３，６４  厚膜電極
【図１】
0004051452.tif 000002
【図２】
0004051452.tif 000003
【図３】
0004051452.tif 000004
【図４】
0004051452.tif 000005
【図５】
0004051452.tif 000006
【図６】
0004051452.tif 000007
【図７】
0004051452.tif 000008
【図８】
0004051452.tif 000009
【図９】
0004051452.tif 000010
【図１０】
0004051452.tif 000011
【図１１】
0004051452.tif 000012
【図１２】
0004051452.tif 000013