特許 6744761 圧電デバイス及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6744761

(24)【登録日】2020年8月4日

(45)【発行日】2020年8月19日

(54)【発明の名称】圧電デバイス及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/02 20060101AFI20200806BHJP

   H03H 9/10 20060101ALI20200806BHJP

   H03H 3/02 20060101ALI20200806BHJP

【ＦＩ】

   H03H9/02 A

   H03H9/10

   H03H3/02 B

【請求項の数】2

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2016-102919(P2016-102919)

(22)【出願日】2016年5月24日

(65)【公開番号】特開2017-212508(P2017-212508A)

(43)【公開日】2017年11月30日

【審査請求日】2019年1月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000232483

【氏名又は名称】日本電波工業株式会社

(72)【発明者】

【氏名】黒田 智孝

【審査官】 ▲高▼橋 徳浩

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０８７２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１０９５６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０２６９８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２９５０４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０１５７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０２６９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０８７２７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｂ５／３０−Ｈ０３Ｂ５／４２

Ｈ０３Ｈ３／００７−Ｈ０３Ｈ３／１０

Ｈ０３Ｈ９／００−Ｈ０３Ｈ９／７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電振動片の平面形状より広い開口を持つ凹部及び該凹部の内底面に圧電振動片接続用の接続バンプを有するベースと、前記圧電振動片の平面形状より広い開口を持つ凹部を有する蓋部材と、前記接続バンプに導電性接着剤で固定されている圧電振動片と、を具える圧電デバイスにおいて、
前記ベースの凹部の深さを、２０〜６０μｍとしてあり、
前記ベースの前記凹部の深さをｄ１（μｍ）、前記蓋部材の凹部の深さをｄ２（μｍ）と表したとき、前記蓋部材の凹部の深さｄ２を、８０−ｄ１≦ｄ２≦１２０−ｄ１で与えられる深さとしてあり、
前記ベースの前記凹部の内壁は該凹部の開口から該凹部の底に向かって順テーパ状の傾斜部となっていて、この傾斜角をθと表したとき、θは１度〜５度であり、
前記ベースの前記凹部を囲う側壁上に接合部材を設けてあり、
前記ベースと前記蓋部材とは前記接合部材によって接合してあること
を特徴とする圧電デバイス。

【請求項2】

圧電振動片の平面形状より広い開口を持つ凹部及び該凹部の内底面に圧電振動片接続用の接続バンプを有するベースを用意する工程と、前記接続バンプ上に導電性接着剤を塗布する工程と、導電性接着剤の塗布が済んだ前記ベースに圧電振動片を固定する工程と、前記圧電振動片の平面形状より広い開口を持つ凹部を有する蓋部材を、前記圧電振動片を固定したベースに接合させる工程と、を含む圧電デバイスの製造方法において、
前記ベースとして、前記凹部の深さが、２０〜６０μｍであり、前記ベースの前記凹部の内壁が該凹部の開口から該凹部の底に向かって順テーパ状の傾斜部となっていて、この傾斜角をθと表したとき、前記θが１度〜５度であるベースを用い、
前記蓋部材として、前記ベースの前記凹部の深さをｄ１（μｍ）、前記蓋部材の凹部の深さをｄ２（μｍ）と表したとき、前記蓋部材の凹部の深さｄ２が、８０−ｄ１≦ｄ２≦１２０−ｄ１で与えられる深さとしてある蓋部材を用い、
前記ベースの前記凹部を囲う側壁上に接合部材を設け、
前記ベースと前記蓋部材とは前記接合部材によって接合すること
を特徴とする圧電デバイスの製造方法。
以上

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電デバイス及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

携帯電話やパーソナルコンピュータ等の各種電子機器では、周波数の選択や制御等のために、水晶振動子や水晶発振器等の圧電デバイスが多用されている。

【0003】

典型的な水晶振動子は、両主面に励振電極および引出電極を具えた平面形状が矩形状の水晶片と、この水晶片が固定されるベースと、このベースに接合される蓋部材と、を具えている。このような水晶振動子の典型例として、下記の２種類のものがある。水晶片を収納する凹部を有したベースを用いるものと、平板状のベースを用いるものの２種類である。

【0004】

前者の例として、例えば特許文献１に開示のものがある。図４（Ａ）はその構造を概略的に示した断面図である。この水晶振動子１０では、凹部１１ａを有したセラミック製のベース１１が用いられている。このベースの凹部１１ａ内の接続バンプ１１ｂに、水晶片１３が、その一方の面の引出電極１５ａの位置で、導電性接着剤１７によって固定されている。なお、図４（Ａ）において１５ｂで示したものは励振電極である。このベース１１の外側底面には実装端子１１ｃが設けてあり、この実装端子１１ｃはビア配線１１ｄにより接続バンプ１１ｂに接続されている。そして、このベース１１の凹部１１ａに、平板状の蓋部材１９が接続部材２１により接合されている。

【0005】

また、後者の例として、例えば特許文献２に開示のものがある。図４（Ｂ）はその構造を概略的に示した断面図である。この水晶振動子３０では、平板状のベース３１が用いられている。このベース３１の接続バンプ３１ｂに、水晶片１３が、その一方の面の引出電極１５ａの位置で、導電性接着剤１７によって固定されている。なお、図４（Ｂ）において１５ｂで示したものは励振電極である。このベース３１の裏面には実装端子３１ｃが設けてあり、この実装端子３１ｃはビア配線３１ｄにより接続バンプ３１ｂに接続されている。そして、このベース３１の水晶片１３を実装した側に、水晶片１３を内包できる凹部３３ａを持つ金属製の蓋部材３３が、接続部材３５により接合されている。接続部材３５として、金・錫合金等のロー材が使用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１４−１７９７７１号公報

【特許文献2】特開２０１５−１４４４０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

凹部１１ａを持つベース１１を用いた従来構造の圧電デバイス１０の場合、水晶片１３をベース１１に固定するに当たり、凹部１１ａ内の接続バンプ１１ｂ上に、導電性接着剤１７を塗布する必要がある。この際、水晶片１３の導電性接着剤による保持位置が水晶片１３の端部であるため、導電性接着剤１７の接続バンプ１１ｂに対する塗布位置も、ベース凹部１１ａの側壁に近接した箇所になる。一方、ベース１１の側壁の深さｄ（図４（Ａ）参照）は、従来は、接着剤の塗布作業を考慮したものとは言えないため比較的深くなっていた。導電性接着剤１７を接続バンプ１１ｂに所定通りに塗布するためには、図４（Ｃ）に示したように、導電性接着剤を塗布するための装置のノズル２３は、接続バンプ１１ｂにある程度近接させる必要がある。このようなとき、深さが深い凹部１１ａを有したベース１１を用いた従来の圧電デバイス１１では、導電性接着剤１７をベース凹部１１ａの側壁の近くに塗布しようとすると、ノズル２３が凹部１１ａの側壁に接触してしまい、目的の塗布ができない。そのため、導電性接着剤の塗布位置をベース凹部１１ａの側壁からベース１１の中心側に寄せざるを得ず（図４（Ｃ））、そのためベース１１の凹部１１内の容積を有効に使用できず、従ってムダなスペースが生じるため、圧電デバイスの小型化を損ねてしまうという問題点がある。

【0008】

また、平板状のベース３１を用いた従来構造の圧電デバイス３０の場合、ベース自体が平板状であるため上記の導電性接着剤の塗布時の問題は回避できるが、以下の別の問題が生じる。すなわち、この圧電デバイス３０の場合、接続バンプ３１ｂと接続部材（金・錫合金等）３５とが同一平面上に近接して形成される。これらの形成は一般にスクリーン印刷法で行われる。その際、両パターン３１ｂ、３５は、上記のごとく同一平面上に形成するが、両者のショートを回避するにはスクリーン印刷の能力の関係から、両者３１ｂ、３５間の距離ｇ（図２（Ｂ）参照）は、一般的に少なくとも１００μｍは必要であり、距離ｇを狭くするにも自ずと限界がある。従って、距離ｇを確保するためのムダなスペースが生じることから、この場合も、圧電デバイスの小型化を損ねてしまうという問題点がある。

【0009】

さらに、平板状のベース３１を用いる場合は、水晶片１３を収納するための深い凹部を持つキャップ状の蓋部材３３が必要になるため、この点からも問題が生じる。すなわち、蓋部材３３の凹部３３ａを化学エッチングで作製する場合、凹部３３ａの底の角部は他の部分に比べてエッチングが進みにくいため凹部が深くなるほど凹部３３ａの底の角部に曲率を持った残存部が生じる。この残存部は圧電振動片を収納する際の弊害になるので、これを避けるために凹部の深さをさらに深くする必要が生じて、蓋部材の低背化の支障になる。また、蓋部材３３をしぼり加工で製造する場合は、凹部の深さが深い程、加工精度は低下し、また、加工コストも高くなるという問題点がある。
この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、従って、この出願の目的は上記の課題を解決できる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】

【0010】

この目的の達成を図るため、この出願の圧電デバイスの発明によれば、圧電振動片の平面形状より広い開口を持つ凹部及び該凹部の内底面に圧電振動片接続用の接続バンプを有するベースと、前記圧電振動片の平面形状より広い開口を持つ凹部を有する蓋部材と、前記接続バンプに導電性接着剤で固定されている圧電振動片と、を具える圧電デバイスにおいて、
前記ベースの凹部の深さを、前記接続バンプの高さより深く、かつ、前記導電性接着剤を塗布する装置の塗布ノズルが当該接着剤を所定通りに塗布するために必要な接近距離より浅くしてあることを特徴とする。

【0011】

この圧電デバイスの発明を実施するに当たり、ベースの前記凹部の深さを、２０〜１００μｍ、好ましくは２０〜８０μｍ、さらに好ましくは２０〜６０μｍとするのが好ましい。
さらにこの圧電デバイスの発明を実施するに当たり、前記ベースの前記凹部の深さをｄ１、前記蓋部材の凹部の深さをｄ２（μｍ）と表したとき、この蓋部材の凹部の深さｄ２は、８０−ｄ１≦ｄ２≦１２０−ｄ１で与えられる深さとするのが好ましい。
さらに、この圧電デバイスの発明を実施するに当たり、ベースの前記凹部の内壁は凹部の開口から凹部の底に向かって順テーパ状の傾斜部としておくのが好ましい。また、この傾斜角をθと表したとき、θは１度以上とするのが好ましい。ただし、傾斜角θが大きすぎては弊害が生じるので、傾斜角θの上限は例えば５度が好ましい。

【0012】

また、この出願の圧電デバイスの製造方法によれば、圧電振動片の平面形状より広い開口を持つ凹部及び該凹部の内底面に圧電振動片接続用の接続バンプを有するベースを用意する工程と、前記接続バンプ上に導電性接着剤を塗布する工程と、導電性接着剤の塗布が済んだ前記ベースに圧電振動片を固定する工程と、前記圧電振動片の平面形状より広い開口を持つ凹部を有する蓋部材を前記圧電振動片を固定したベースに接合させる工程とを含む圧電デバイスの製造方法において、
前記ベースとして、前記凹部の深さが、前記接続バンプの高さより深く、かつ、前記導電性接着剤を塗布する装置の塗布ノズルが当該接着剤を所定通りに塗布するために必要な接近距離より浅くされているベースを用いることを特徴とする。

【0013】

この圧電デバイスの製造方法の発明を実施するに当たり、ベースの前記凹部の深さを、２０〜１００μｍ、好ましくは２０〜８０μｍ、さらに好ましくは２０〜６０μｍとするのが好ましい。また、前記蓋部材として、前記ベースの前記凹部の深さをｄ１、前記蓋部材の凹部の深さをｄ２（μｍ）と表したとき、蓋部材の凹部の深さｄ２が、８０−ｄ１≦ｄ２≦１２０−ｄ１とされた蓋部材を用いるのが好ましい。また、用いるベースは、その凹部の内壁が凹部の開口から凹部の底に向かって順テーパ状の傾斜部となっているものが好ましい。この傾斜角をθと表したとき、θは１度以上とするのが良い。なお、傾斜角θが大きすぎては弊害が生じるので、傾斜角θの上限は例えば５度が良い。

【発明の効果】

【0014】

この発明の圧電デバイス及びその製造方法によれば、ベースの凹部の深さが所定深さのベースを用いているので、導電性接着剤の塗布ノズルを導電性接着剤塗布に必要な位置まで下げたとしてもノズルがベースの凹部の側壁に当たることを防止できる。そのため、導電性接着剤の塗布位置をノズルと側壁との接触を気にせずに凹部側壁に近接させることができる。従って、従来では問題であったムダスペースを低減できるから、圧電デバイスの小型化を図ることができる。
また、ベース側に必要最低限の凹部を設けてあるので、このベース側の凹部により圧電振動片の収容高さを分担することができる。従って、蓋部材側の凹部の深さをベース側の凹部の深さ分だけ浅くできる。そのため、蓋部材の凹部の深さが深くなることによる従来の問題点を軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】（Ａ）は実施形態の圧電デバイス４０の平面図、（Ｂ）はその断面図、（Ｃ）はその底面図である。

【図2】（Ａ）〜（Ｃ）は製造方法の実施形態の説明図である。

【図3】（Ａ）〜（Ｃ）は、製造方法の実施形態の図２に続く説明図である。

【図4】（Ａ）は従来の圧電デバイスの第１の例を説明する図、（Ｂ）は従来の圧電デバイスの第２の例を説明する図、（Ｃ）は従来の第１の例の圧電デバイスでの問題点を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこれら発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の実施形態中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明が以下の実施形態のみに限定されるものではない。

【0017】

１． 圧電デバイスの実施形態
図１（Ａ）は、実施形態の圧電デバイス４０を説明する平面図、図１（Ｂ）は、この圧電デバイス４０の図１（Ａ）のＰ−Ｐ線に沿った断面図、図１（Ｃ）はこの圧電デバイス４０の底面図である。なお、図１（Ａ）では蓋部材の図示を省略してある。また、この実施形態は、圧電デバイスの一種である水晶振動子に本発明を適用した例である。
この実施形態の圧電デバイス４０は、ベース４１と、圧電振動片４３としての水晶片４３と、蓋部材４５とを具える。圧電振動片４３は、例えばＡＴカット水晶振動片、ＳＣカット水晶振動片である。もちろん、音叉型の水晶振動片等の他の振動モードのものであっても良い。

【0018】

ベース４１は、例えばセラミックスで構成できる。このベース４１は、圧電振動片４３の平面形状より広い開口を持つ凹部４１ａ及び、この凹部４１ａの内底面に設けた圧電振動片接続用の接続バンプ４１ｂを有する。さらにこのベース４１は、その外側の底面に設けた実装端子４１ｃと、この実装端子４１ｃ及び接続バンプ４１ｂを接続するビア配線４１ｄと、を具える。
また、このベース４１では、凹部４１ａの深さｄ１（図１（Ｂ）参照）は、接続バンプ４１ｂの高さより深く、かつ、導電性接着剤を塗布する装置の塗布ノズル６１（図２（Ｂ）参照）が導電性接着剤を所定通りに塗布するために必要な接近距離Ｘ（図２（Ｂ）参照）より浅くしてあることを特徴とする。この深さｄ１は、水晶振動子や接着剤塗布装置の仕様により決定するが、発明者の実験によれば２０〜１００μｍ、好ましくは２０〜８０μｍ、より好ましくは２０〜６０μｍが良い。また、このベース４１は、凹部４１ａの開口から凹部４１ａの底に向かって順テーパ状の傾斜部４１ｅとなったものが好ましい。こういう構造であると、塗布ノズルの接触をより回避し易いからである。この傾斜角をθと表したとき（図１（Ｂ）参照）、発明者の実験によれば、θは１度以上とするのが良い。なお、傾斜角θが大きすぎてはベースの側壁の幅を狭めたり、ベースの内容積を狭めたりする等の弊害が生じるので、傾斜角θの限度は例えば５度が良い。なお、接続バンプ４１ｂは例えば金を含む好適な金属ペーストを焼成したもので構成できる。

【0019】

一方、蓋部材４５は、圧電振動片４３の平面形状より広い開口を持つ凹部４５ａを有する。この蓋部材４５は例えば金属材料で構成する。この蓋部材４５の凹部４５ａの深さｄ２（図１（Ｂ）参照）は、圧電振動片４３を収容するために必要な最小限の深さとする。具体的には、この発明の圧電デバイス４０では、ベース４１側に所定の凹部４１ａを設けてあるので、その凹部４１ａの分、蓋部材４３側の凹部４３ａの深さｄ２は浅くすることができる。従って、この深さｄ２は、ベース４１の凹部４１ａの深さや圧電振動片４３の厚み等を考慮して決めるが、ベース側の凹部４１ａの深さｄ１や汎用されている圧電振動片の厚みを考慮したとき、発明者の経験から、下記（１）式を満たす範囲の深さとするのが良い。ここで、（１）式におけるｄ１は上記のｄ１の具体的な数値例のうちの２０〜６０μｍの場合である。
８０−ｄ１≦ｄ２≦１２０−ｄ１ ・・・（１）

【0020】

また、圧電振動片４３は、その表裏の主面に励振用電極４７ａと引出電極４７ｂとを具える。この圧電振動片４３は、ベース４１の凹部４１ａ内に、引出電極４７ｂの位置で接続バンプ４１ｂに、導電性接着剤４９によって接続・固定してある。
これら圧電振動片４３を実装しているベース４１と蓋部材４５とは、接合部材５１により接合してある。接合部材５１としては任意好適なものを用いることができる。例えば、金・錫合金を含む各種のロー材、又は。接着剤を用いることができる。
なお、この発明の場合、接合部材５１はベース４１の側壁上に設け、接続バンプ４１ｂはベースの凹部４１ａの底面に設けることから、接合部材５１と接続バンプ４１ｂとは、凹部４１ａの深さ分だけ、高さ方向において異なる面に形成される。従って、図４（Ｂ）に示した従来構造におけるスクリーン印刷時の問題も回避できる。

【0021】

２． 製造方法の実施形態
次に、製造方法の実施形態について図２、図３を参照して説明する。なお、図２、図３の各図は、圧電デバイス４０の製造進捗に応じた製造工程図であり、図１（Ｂ）に示した断面図に対応する図で示した工程図である。
先ず、所定の深さｄ１の凹部４１ａを有した上述したベース４１を用意する。そして、このベース４１の接着バンプ４１ｂに導電性接着剤を塗布するために、ベース４１は塗布装置の塗布ノズル６１の下方に置かれる（図２（Ａ））。
次に、塗布装置の塗布ノズル６１が導電性接着剤を所定通りに塗布するために必要な接近距離Ｘまで、ベース４１の方向に移動されて、導電性接着剤４９が接着バンプ４１ｂ上に塗布される（図２（Ｂ））。その後、塗布装置はベース４１上方から別の位置に移動される（図２（Ｃ））。
次に、導電性接着剤４９の塗布が済んだベース４１の所定位置に圧電振動片４３が置かれ、さらに導電性接着剤４９の硬化がされて、圧電振動片４３はベース４１に接続個体される（図３（Ａ））。
次に、深さｄ２の凹部４５ａを有した上述の蓋部材４５を、圧電振動片４３を固定し終えたベース４１に所定関係で置き（図３（Ｂ））、その後、ベース４１と蓋部材４５との間の空間を所定雰囲気にする処理をし、その後、ベース４１と蓋部材４５とを接合部材５１に応じた好適な条件下で処理して、圧電デバイス４０を得る（図３（Ｃ）。

【0022】

上述においては、この発明の圧電デバイス及びその製造方法の実施形態を説明したが、この発明は上述の実施形態に限られない。例えば、上述の例では、圧電デバイスとして水晶振動子を例に挙げて説明したが、この発明は、水晶発振器、さらには、水晶以外の圧電材料を用いた圧電振動子や圧電発振器にも適用できる。また、上述の実施形態では実装端子４１ｃの個数を２個とした例を示したが、例えば蓋部材４５を接地する場合等では、圧電デバイス内にアースのための引き回し配線を設け、そして、ベースの外側底面にアース用実装端子を設ける等、配線や実装端子等は種々に変更できる。

【符号の説明】

【0023】

４１：ベース、 ４１ａ：凹部、 ４１ｂ：接着バンプ、 ４１ｃ：実装端子、
４１ｄ：ビア配線、 ４１ｅ：傾斜部、
４３：圧電振動片、 ４５：蓋部材、 ４５ａ：凹部、 ４７ａ：励振電極、
４７ｂ：引出電極、 ４９：導電性接着剤、 ５１：接合部材、 ６１：塗布ノズル、
ｄ１：ベースの凹部の深さ、 ｄ２：蓋部材の凹部の深さ、
Ｘ：塗布ノズルの接近距離、 θ：ベースの内壁の傾斜角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】