(57)【要約】【課題】圧電振動片の振動漏れが小さく、耐衝撃性能が向上した圧電デバイスの提供。【解決手段】接続端子２０ｂ，２０ｃを有する水晶振動片２０と、内部端子１１ｂ，１１ｃを有し水晶振動片２０を収容するパッケージ１０と、接続端子２０ｂ，２０ｃ及び内部端子１１ｂ，１１ｃの少なくともいずれか一方に接合された金バンプ２０ｄと、接続端子２０ｂ，２０ｃと内部端子１１ｂ，１１ｃとを金バンプを介して接続する接合部材３０とを備え、接合部材３０は、粉末状の金属が互いに結合した多孔性構造の金属結合体であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続端子を有する圧電振動片と、内部端子を有し前記圧電振動片を収容するパッケージと、前記接続端子及び前記内部端子の少なくともいずれか一方に接合された金バンプと、前記接続端子と前記内部端子とを前記金バンプを介して接続する接合部材とを備え、
前記接合部材は、粉末状の金属が互いに結合した多孔性構造の金属結合体であることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電デバイスにおいて、前記金属結合体は、前記粉末状の金属が球形であって、加熱により互いに結合されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項３】
接続端子を有する圧電振動片と、内部端子を有し前記圧電振動片を収容するパッケージと、前記接続端子及び前記内部端子の少なくともいずれか一方に接合された金バンプと、前記接続端子と前記内部端子とを前記金バンプを介して接続する圧電デバイスの製造方法であって、
粉末状の金属と溶剤とを有する接合部材を、前記内部端子または前記内部端子に接合された前記金バンプに塗布する塗布工程と、
前記圧電振動片を、前記接続端子または前記接続端子に接合された前記金バンプを介して前記接合部材に搭載する搭載工程と、
前記圧電振動片を搭載した後、前記接合部材を加熱して前記粉末状の金属を互いに結合し、結合した金属結合体により前記接続端子と前記内部端子とを前記金バンプを介して接続する結合工程と、を有することを特徴とする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、圧電振動子などに代表される圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電振動子などに代表される圧電デバイスは、圧電振動片の接続端子とパッケージの内部端子とを、接合部材を介して電気的に接続する構成を有している。この接合部材には、一般的にシリコーン系導電性接着剤が用いられている。一方、圧電振動片の接続端子及びパッケージの内部端子には、一般的に金被膜が形成されている。
このシリコーン系導電性接着剤は、シリコーン樹脂を母材として、フィラーと呼ばれる銀粒子を混合させたペースト状の接着剤であり、パッケージの内部端子に塗布されて、圧電振動片の搭載後、加熱されて硬化し、圧電振動片の接続端子とパッケージの内部端子とを電気的に接続する。
【０００３】
このシリコーン系導電性接着剤に用いられるシリコーン樹脂は、周囲に存在する金属により硬化速度が異なり、周囲に金が存在する場合より周囲に銀が存在する場合の方が、硬化速度が速いという特性を有している。
このことから、シリコーン系導電性接着剤は、金被膜が形成されている圧電振動片の接続端子及びパッケージの内部端子の周囲よりも、銀粒子であるフィラーの周囲の方が先に硬化する。加えて、シリコーン系導電性接着剤は、加熱による硬化の際、接着剤自体が収縮する。
これらにより、シリコーン系導電性接着剤は、硬化時に上記接続端子及び内部端子の周囲のフィラーが金被膜から遠ざかる方向に移動することから、圧電振動片の接続端子とパッケージの内部端子との導通を阻害することがある。
【０００４】
このシリコーン系導電性接着剤の使用による導通の阻害を回避する構成として、圧電振動素子（圧電振動片）のパッド電極（接続端子）とパッケージの内部端子とを、接合部材としての金バンプにより接続する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、別の構成として、弾性表面波素子（圧電振動片）の電極パッド（接続端子）と基板（パッケージ）の電極パターン（内部端子）とを、接合部材としての金バンプの表面に転写塗布されたエポキシ系導電性接着剤により接続する構成が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２３２３３２号公報
【特許文献２】特開平５−２９１８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の構成は、接合部材として金バンプを用いることから、シリコーン系導電性接着剤を用いた場合より、圧電振動片とパッケージとの接続部の剛性が強まる。
これにより、特許文献１の構成は、パッケージなどへの圧電振動片の振動漏れが大きくなるとともに、外部からの衝撃に対する接続部の緩衝機能が弱まり、耐衝撃性能が低下するという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２の構成は、エポキシ系導電性接着剤の耐熱性能が、シリコーン系導電性接着剤より劣ることから、圧電デバイスとしての耐熱性能が低下するという問題がある。
これにより、特許文献２の構成は、外部機器へのリフロー実装時などの加熱時に、有機系の樹脂を用いているエポキシ系導電性接着剤から有機系のガスが発生する。このことから、特許文献２の構成は、パッケージ内の真空度が低下したり、ガスの成分が凝縮して圧電振動片へ付着したりする。
これらにより、特許文献２の構成は、圧電振動片の発振周波数が経時的に変化し、エージング性能が低下するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］本適用例にかかる圧電デバイスは、接続端子を有する圧電振動片と、内部端子を有し前記圧電振動片を収容するパッケージと、前記接続端子及び前記内部端子の少なくともいずれか一方に接合された金バンプと、前記接続端子と前記内部端子とを前記金バンプを介して接続する接合部材とを備え、前記接合部材が、粉末状の金属が互いに結合した多孔性構造の金属結合体であることを特徴とする。
【００１０】
これによれば、圧電デバイスは、圧電振動片の接続端子とパッケージの内部端子とを、金バンプを介して接続する接合部材を備えている。そして、接合部材は、粉末状の金属が互いに結合した多孔性構造の金属結合体である。
これにより、圧電デバイスは、接合部材が多孔性構造の金属結合体であることから、従来の、接合部材が金バンプの場合と比較して、圧電振動片とパッケージとの接続部の剛性が弱まる。従って、圧電デバイスは、パッケージなどへの圧電振動片の振動漏れが、従来より小さくなるとともに、外部からの衝撃に対する接続部の緩衝機能が強まり、耐衝撃性能が向上する。
【００１１】
また、圧電デバイスは、接合部材が粉末状の金属が互いに結合した金属結合体であることから、従来の、接合部材が金バンプの表面に転写塗布されたエポキシ系導電性接着剤の場合と比較して、有機系のガスが発生しにくい。
これにより、圧電デバイスは、従来よりパッケージ内の真空度が向上するとともに、ガスの成分の圧電振動片への付着が低減する。
従って、圧電デバイスは、圧電振動片の発振周波数が経時的に安定することから、エージング性能が向上する。
【００１２】
［適用例２］上記適用例にかかる圧電デバイスは、前記金属結合体の前記粉末状の金属が球形であって、加熱により互いに結合されていることが好ましい。
【００１３】
これによれば、圧電デバイスは、金属結合体の粉末状の金属が球形であって、加熱により互いに結合されていることから、汎用的な加工方法により金属結合体を容易に製造することができる。
【００１４】
［適用例３］本適用例にかかる圧電デバイスの製造方法は、接続端子を有する圧電振動片と、内部端子を有し前記圧電振動片を収容するパッケージと、前記接続端子及び前記内部端子の少なくともいずれか一方に接合された金バンプと、前記接続端子と前記内部端子とを前記金バンプを介して接続する圧電デバイスの製造方法であって、粉末状の金属と溶剤とを有する接合部材を、前記内部端子または前記内部端子に接合された前記金バンプに塗布する塗布工程と、前記圧電振動片を、前記接続端子または前記接続端子に接合された前記金バンプを介して前記接合部材に搭載する搭載工程と、前記圧電振動片を搭載した後、前記接合部材を加熱して前記粉末状の金属を互いに結合し、結合した金属結合体により前記接続端子と前記内部端子とを前記金バンプを介して接続する結合工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
これによれば、圧電デバイスの製造方法は、粉末状の金属と溶剤とを有する接合部材を、パッケージの内部端子または金バンプに塗布し、圧電振動片を、接続端子または金バンプを介して接合部材に搭載する。そして、接合部材を加熱して粉末状の金属を互いに結合し、結合した金属結合体により接続端子と内部端子とを、金バンプを介して接続する。
【００１６】
このことから、圧電デバイスの製造方法は、粉末状の金属と溶剤とを有する接合部材を塗布し、加熱するという簡易な方法により、接続端子と内部端子とを金バンプを介して接続することができる。これにより、圧電デバイスの製造方法は、適用例１に記載した作用・効果を有する圧電デバイスを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
（実施形態）
図１は、圧電デバイスの一例としての水晶振動子の概略構成を示す構成図である。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。なお、平面図では、理解を容易にするためにリッド（蓋）部を省略し、リッド部の外形を２点鎖線で表している。また、水晶振動片の電極は、一部を除き省略してある。
図２は、図１（ｂ）のＢ部の模式拡大断面図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の水晶振動子１は、パッケージ１０、圧電振動片としての水晶振動片２０、接合部材３０などから構成されている。
【００２０】
パッケージ１０は、ベース部１１、リッド部１２、接合部１３から構成されている。
ベース部１１には、セラミックグリーンシートを成形して積層し、焼成した酸化アルミニウム質焼結体などが用いられている。
ベース部１１の底面１１ａには、内部端子１１ｂ，１１ｃが形成されている。内部端子１１ｂ，１１ｃは、タングステンなどのメタライズ層にニッケル、金などの各被膜をメッキなどにより積層した金属被膜からなる。
【００２１】
ベース部１１の外面には、上記金属被膜からなる実装端子１１ｄ，１１ｅが形成されている。この実装端子１１ｄ，１１ｅは、図示しない内部配線により内部端子１１ｂ，１１ｃに接続されている。水晶振動子１は、実装端子１１ｄ，１１ｅにより外部機器に実装される。
ベース部１１には、底面１１ａに段付きの貫通穴１１ｆが形成されている。この貫通穴１１ｆは、後述するリッド部１２の接合後に封止材４０により封止されている。なお、封止材４０には、金−ゲルマニウム合金などが用いられている。
【００２２】
リッド部１２は、コバールなどの金属からなり、パッケージ１０内に水晶振動片２０が収容された状態で、コバールなどの金属からなる接合部１３にシーム溶接されている。なお、接合部１３は、ろう付けなどによりベース部１１に接合されている。
これらにより、水晶振動子１のパッケージ１０内は、気密に封止されている。なお、パッケージ１０の内部は、真空または窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが封入されている。
【００２３】
パッケージ１０のベース部１１には、水晶振動片２０が搭載されている。
水晶振動片２０は、発振周波数などに応じた所定の厚みに研磨された水晶ウエハから、フォトリソグラフィ技術などを用いて形成されている。なお、本実施形態では、水晶振動片２０を音叉型水晶振動片としている。
水晶振動片２０には、図示しない励振電極が形成され、励振電極から一方の主面２０ａに接続端子２０ｂ，２０ｃが延設されている。なお、励振電極、接続端子２０ｂ，２０ｃは、クロム、ニッケル、金などの各被膜が積層された金属被膜からなる。接続端子２０ｂ，２０ｃには、金バンプ２０ｄが接合されている。
【００２４】
水晶振動片２０の接続端子２０ｂ，２０ｃは、金バンプ２０ｄを介して接合部材３０により、それぞれベース部１１の内部端子１１ｂ，１１ｃに接続されている。
図２に示すように、接合部材３０は、粉末状の金属が互いに結合した多孔性構造の金属結合体であって、多孔性構造によって縦弾性係数（以下、ヤング率という）が金バンプ２０ｄより小さくなるように形成されている。
【００２５】
接合部材３０は、粒径が０．０１μｍ〜０．９μｍの球形をした金の粉末が、エステルアルコールなどの溶剤及びセルロース系などの樹脂に混合されてペースト状になったものが、内部端子１１ｂ，１１ｃに塗布されて、水晶振動片２０搭載後に加熱されることにより溶剤が揮発し、金の粉末が互いに結合（焼結）して多孔性構造の金属結合体となる。
これにより、水晶振動子１は、水晶振動片２０の接続端子２０ｂ，２０ｃとパッケージ１０の内部端子１１ｂ，１１ｃとが、金バンプ２０ｄを介して接合部材３０により接続される。なお、ここでいう多孔性構造とは、結合している金（金属）の粉末間に空間が存在している構造をいう。また、水晶振動子１の製造方法の詳細については、後述する。
【００２６】
ここで、接合部材３０のヤング率は、約９．５（ＧＰａ）であり、金バンプ２０ｄのヤング率：約７８（ＧＰａ）と比較して、約１／８になっている。これにより、水晶振動片２０とパッケージ１０との接続部Ｂの剛性は、従来の、金バンプ２０ｄを直接内部端子１１ｂ，１１ｃに接合する構成と比較して弱くなる。換言すれば、接続部Ｂは、弾性変形しやすくなる。
【００２７】
上述したように、水晶振動子１は、水晶振動片２０の接続端子２０ｂ，２０ｃとパッケージの内部端子１１ｂ，１１ｃとを、金バンプ２０ｄを介して接続する接合部材３０を備えている。そして、接合部材３０は、粉末状の金が互いに結合した多孔性構造の金属結合体で、ヤング率が金バンプ２０ｄより小さい。
これにより、水晶振動子１は、従来の接合部材が金バンプ２０ｄの場合と比較して、接続部Ｂの剛性が弱くなる。従って、水晶振動子１は、パッケージ１０などへの水晶振動片２０の振動漏れが、従来より小さくなる。加えて、水晶振動子１は、接続部Ｂの剛性が弱くなり、弾性変形しやすくなることで、外部からの衝撃などにより発生する接続部Ｂの応力が緩和されることから、耐衝撃性能が向上する。
【００２８】
また、水晶振動子１は、接合部材３０が粉末状の金が互いに結合した金属結合体であることから、従来の、接合部材が金バンプ２０ｄの表面に転写塗布されたエポキシ系導電性接着剤の場合と比較して、有機系のガスが発生しにくい。
これにより、水晶振動子１は、従来よりパッケージ１０内の真空度が向上するとともに、ガスの成分の水晶振動片２０への付着が低減する。
従って、水晶振動子１は、水晶振動片２０の発振周波数が経時的に安定することから、エージング性能が向上する。
【００２９】
また、水晶振動子１は、接合部材３０に用いる粉末状の金が球形であって、加熱により互いに結合されていることから、汎用的な加工方法により金属結合体を容易に製造することができる。
【００３０】
なお、接合部材３０を構成する粉末状の金属は、金に限定するものではなく、銀、銅、プラチナ、パラジウムなどを１種類または複数種類混合して用いてもよい。
【００３１】
ここで、水晶振動子１の製造方法について図３を参照して説明する。
図３は、水晶振動子１の製造方法を示す説明図である。
ここでは、ペースト状の接合部材３０を塗布する塗布工程、水晶振動片２０を搭載する搭載工程、ペースト状の接合部材３０を加熱して結合し、水晶振動片２０をパッケージ１０に接続する結合工程を中心に説明する。
【００３２】
予め、発振周波数などに応じた所定の厚みに研磨された水晶ウエハから、フォトリソグラフィ技術などを用いて形成された水晶振動片２０の接続端子２０ｂ，２０ｃに、金バンプ２０ｄを超音波接合などにより接合する。ついで、水晶振動片２０を水晶ウエハから分割して個片化する。なお、この作業は、後述する搭載工程の前までに行えばよい。
【００３３】
［塗布工程］
ついで、図３（ａ）に示すように、金の粉末、エステルアルコールなどの溶剤及びセルロース系などの樹脂を混合したペースト状の接合部材３０を、パッケージ１０のベース部１１の底面１１ａに形成された内部端子１１ｂ，１１ｃに、ディスペンサなどで塗布する。
ここで、ペースト状の接合部材３０の金の粉末の粒径は、０．０１μｍ〜０．９μｍの範囲が好ましく、金の粉末の含有量は、９０重量％が好ましい。また、ペースト状の接合部材３０の溶剤含有量は、９重量％が好ましく、樹脂含有量は、１重量％が好ましい。
【００３４】
［搭載工程］
ついで、図３（ｂ）に示すように、個片化された水晶振動片２０を、接合された金バンプ２０ｄを介して、ペースト状の接合部材３０に搭載する。
このとき、金バンプ２０ｄは、ペースト状の接合部材３０の中に沈み込み、ペースト状の接合部材３０が側壁部２０ｄ１まで回り込む。
【００３５】
［結合工程］
ついで、図３（ｃ）に示すように、水晶振動片２０を搭載した後、ペースト状の接合部材３０を、図示しないクリーンオーブンなどの加熱装置により約２３０℃で約１時間加熱する。
これにより、ペースト状の接合部材３０の溶剤を揮発し、粉末状の金を焼結によって互いに結合し、結合した金などからなる金属結合体としての接合部材３０（以下、単に「接合部材３０」といい、「ペースト状の接合部材３０」と区別する。）により、内部端子１１ｂ，１１ｃと、金バンプ２０ｄとを接続する。
このとき、接合部材３０は、内部端子１１ｂ，１１ｃ及び金バンプ２０ｄに融着し、内部端子１１ｂ，１１ｃと、金バンプ２０ｄとが強固に接続される。
【００３６】
このとき、ペースト状の接合部材３０を押し固めないことから、接合部材３０は、多孔性構造となる。
また、ペースト状の接合部材３０が、金バンプ２０ｄの側壁部２０ｄ１まで回り込んでいることから、接合部材３０は、金バンプ２０ｄの側壁部２０ｄ１まで回り込んだ状態で、内部端子１１ｂ，１１ｃと、金バンプ２０ｄとを接続する。
これにより、パッケージ１０の内部端子１１ｂ，１１ｃと水晶振動片２０の接続端子２０ｂ，２０ｃとが、金バンプ２０ｄを介して電気的に接続される。
【００３７】
ついで、図３（ｃ）に示すように、パッケージ１０のリッド部１２を接合部１３にシーム溶接する。なお、接合部１３は、予めろう付けなどによりベース部１１に接合しておく。
ついで、アニールによるガス放出後、封止前のパッケージ１０を反転して、図示しないチャンバ内などの真空または不活性ガス中において、球状に形成した封止材４０を貫通穴１１ｆに投入する。
ついで、図示しないＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザビーム、半導体レーザビームなどの照射または加熱装置による加熱などにより、球状に形成した封止材４０を溶融し、溶融した封止材４０を貫通穴１１ｆ内に充填し、パッケージ１０を封止する。
これらの工程により、図１に示す水晶振動子１を得る。
【００３８】
上述したように、水晶振動子１の製造方法は、粉末状の金と溶剤と樹脂とを有するペースト状の接合部材３０を、パッケージ１０の内部端子１１ｂ，１１ｃに塗布し、水晶振動片２０を、金バンプ２０ｄを介してペースト状の接合部材３０に搭載する。そして、ペースト状の接合部材３０を加熱して粉末状の金を互いに結合し、接合部材３０により内部端子１１ｂ，１１ｃと、金バンプ２０ｄとを接続する。
【００３９】
このことから、水晶振動子１の製造方法は、粉末状の金と溶剤と樹脂とを有するペースト状の接合部材３０を塗布し、加熱するという簡易な方法により、接合部材３０を多孔性構造の金属結合体にすることができる。
これにより、水晶振動子１の製造方法は、前述したような、水晶振動片２０の振動漏れが小さく、耐衝撃性能が向上した水晶振動子１を提供することができる。
【００４０】
また、水晶振動子１の製造方法は、接合部材３０が金バンプ２０ｄの側壁部２０ｄ１まで回り込んだ状態で、内部端子１１ｂ，１１ｃと、金バンプ２０ｄとを接続する。このことから、水晶振動子１の製造方法は、接合部材３０と金バンプ２０ｄとの接触範囲を、上記回り込みがない場合より広くすることができ、内部端子１１ｂ，１１ｃと金バンプ２０ｄとの接続強度を向上させることができる。
【００４１】
また、水晶振動子１の製造方法は、金属結合体である接合部材３０により内部端子１１ｂ，１１ｃと、金バンプ２０ｄとを接続していることから、有機系のガスが発生しにくい。これにより、水晶振動子１の製造方法は、パッケージ１０内の真空度が向上し、ガスの成分の水晶振動片２０への付着が低減する。
従って、水晶振動子１の製造方法は、水晶振動片２０の発振周波数が経時的に安定することから、エージング性能が向上した水晶振動子１を提供することができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、金バンプ２０ｄが水晶振動片２０の接続端子２０ｂ，２０ｃに接合されていたが、これに限定するものではない。金バンプ２０ｄは、パッケージ１０の内部端子１１ｂ，１１ｃに接合されていてもよく、接続端子２０ｂ，２０ｃ及び内部端子１１ｂ，１１ｃの両方に接合されていてもよい。
つまり、金バンプ２０ｄは、接続端子２０ｂ，２０ｃ及び内部端子１１ｂ，１１ｃの少なくともいずれか一方に接合されていればよい。
なお、金バンプ２０ｄがパッケージ１０の内部端子１１ｂ，１１ｃに接合されている場合、ペースト状の接合部材３０は、この金バンプ２０ｄに塗布される。
【００４３】
なお、本実施形態のペースト状の接合部材３０の金の粉末の含有量、溶剤含有量、樹脂含有量は、前述の数値に限定するものではなく、ペースト状の接合部材３０の塗布状態、接合部材３０の結合強度などに応じて適宜設定してもよい。
ペースト状の接合部材３０のそれぞれの含有量の割合は、例えば、金の粉末の含有量を８８〜９３重量％、溶剤含有量を６〜１１重量％、樹脂含有量を１〜４重量％の範囲内で設定してもよい。
【００４４】
また、ペースト状の接合部材３０を加熱する温度は、約２３０℃に限定するものではなく、接合部材３０の結合強度、接合部材３０の金バンプ２０ｄ及び内部端子１１ｂ，１１ｃとの接続強度などに応じて、適宜設定してもよい。
ペースト状の接合部材３０を加熱する温度は、例えば、２００℃〜３００℃の範囲内で設定してもよい。
【００４５】
なお、本実施形態では、圧電振動片として音叉型の水晶振動片２０を例にとり説明したが、これに限定するものではなく、ＡＴカット水晶振動片、弾性表面波振動片などでもよい。また、水晶以外の圧電材料として、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどでもよい。
また、圧電デバイスとして水晶振動子１を例にとり説明したが、これに限定するものではなく、水晶発振器、弾性表面波共振子、周波数フィルタなどでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施形態の水晶振動子の概略構成を示す構成図。
【図２】本実施形態の水晶振動子の要部の模式拡大断面図。
【図３】本実施形態の水晶振動子の製造方法を示す説明図。
【符号の説明】
【００４７】
１…圧電デバイスとしての水晶振動子、１０…パッケージ、１１ｂ，１１ｃ…内部端子、２０…圧電振動片としての水晶振動片、２０ｂ，２０ｃ…接続端子、２０ｄ…金バンプ、３０…接合部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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