圧電振動子および圧電デバイス
【課題】回路素子を信頼性高く実装することができる電極パッドを有する圧電振動子を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる圧電振動子１００は、平坦な外側底面１０ｓを有するケース体１０と、ケース体１０を封止する蓋体２０と、ケース体１０および蓋体２０によって形成されるキャビティ１８内に備えられた振動片３０と、第１の厚みを有し、外側底面１０ｓに形成された複数の第１電極パッド４０と、第２の厚みを有し、外側底面１０ｓに形成された複数の第２電極パッド５０と、を有し、第１の厚みは、第２の厚みよりも小さい。
【解決手段】本発明にかかる圧電振動子１００は、平坦な外側底面１０ｓを有するケース体１０と、ケース体１０を封止する蓋体２０と、ケース体１０および蓋体２０によって形成されるキャビティ１８内に備えられた振動片３０と、第１の厚みを有し、外側底面１０ｓに形成された複数の第１電極パッド４０と、第２の厚みを有し、外側底面１０ｓに形成された複数の第２電極パッド５０と、を有し、第１の厚みは、第２の厚みよりも小さい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子および圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
表面実装型の圧電デバイスは、一般に、圧電振動子と、該圧電振動子を駆動制御する回路素子から構成され、その一例として、発信信号を出力する圧電デバイスが挙げられる。圧電デバイス等の圧電デバイスが実装される機器は、もとより小型化が要求され、水晶発振器等の圧電デバイスにおいても一層の小型化が要求されている。このような要求に対して、たとえば以下のような提案が為されている。
【０００３】
特開２００３−０４６２５１号公報（特許文献１）には、振動子および回路素子が多層基板によって一体的に搭載された電子部品（水晶発振器）が提案されている。また、特開２００４−１４７２２１号公報（特許文献２）には、振動子のセラミックパッケージの下面に直接的に回路素子が表面実装された圧電デバイスが提案されている。
【０００４】
これらの圧電デバイスは、いずれも、厚み方向に圧電振動子および回路素子が積層された構成を採るため、表面実装密度を高めることができるといった記載がある。また、特許文献２に記載の圧電デバイスは、さらに、配線基板を有さないから、低背化が可能であるとの記載がある。
【０００５】
一方、一般に圧電振動子は、内部にキャビティが形成されたパッケージの形態が採られることが多い。このような形態の圧電振動子は、キャビティ内に圧電振動片が収納されている。圧電振動子のパッケージとしては、たとえば、上面に開口を有するケース体と、その上面を封止するリッドと称する蓋体とを接合して構成されたものがある。
【０００６】
圧電振動子のパッケージに回路素子を実装させた圧電デバイスの製造は、たとえば、いわゆるフリップチップ工法を応用して行われることが一般的である。具体的には、まず、ケース体の外側底面を上側にして、回路素子等に接続するための電極パッドを形成し、次に、ケース体を裏返してケース体の内部に圧電振動片を納めた後、ケース体の上に蓋体を接合してパッケージを形成し、再び該パッケージを裏返して、裏面（ケース体の外側底面）に回路素子を実装するといった方法が採られる。
【特許文献１】特開２００３−０４６２５１号公報
【特許文献２】特開２００４−１４７２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
圧電デバイスの小型化の要請から、圧電デバイスに搭載される回路素子も極めて小さくなってきており、圧電デバイスをフリップチップ工法によって製造する場合においても、回路素子をパッケージへ実装する際、圧電振動子の回路素子接続用の電極パッドのバンプ機能が不十分となる不具合が生じるようになってきた。
【０００８】
本発明者は、回路素子接続用の電極パッドが形成されたケース体やパッケージが、該電極パッドが形成された面を、下側すなわち搬送用トレイに対向して載置された状態で、搬送された場合や、他の工程が行われたときに、該電極パッドが搬送用トレイに接触して損傷することが、不具合の一因となっていることを見出した。
【０００９】
また、本発明者は、圧電振動子が小型化することにより、圧電振動子の検査における検査用プローブが、回路素子接続用の電極パッドに接触して該電極パッドを損傷しやすくなってきたことが、不具合の他の一因となっていることを見出した。
【００１０】
本発明にかかるいくつかの態様の目的の１つは、回路素子を信頼性高く実装することができる電極パッドを有する圧電振動子を提供することにある。
【００１１】
本発明にかかるいくつかの態様の目的の１つは、圧電振動子および回路素子の電気的接続の信頼性の高い圧電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上述の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。
【００１３】
［適用例１］
平坦な外側底面を有するケース体と、
前記ケース体を封止する蓋体と、
前記ケース体および前記蓋体によって形成されるキャビティ内に備えられた振動片と、
第１の厚みを有し、前記外側底面に形成された複数の第１電極パッドと、
第２の厚みを有し、前記外側底面に形成された複数の第２電極パッドと、
を有し、
前記第１の厚みは、前記第２の厚みよりも小さい、圧電振動子。
【００１４】
このような圧電振動子は、回路素子を信頼性高く実装することができる電極パッドを有する。
【００１５】
［適用例２］
適用例１において、
前記第２電極パッドは、前記外側底面を平面的にみたとき、前記第１電極パッドよりも外周側に設けられた、圧電振動子。
【００１６】
このような圧電振動子は、圧電振動子をケース体の外側底面が下になるように載置面に載置したときに、第１電極パッドが載置面に接触しにくくなり、第１電極パッドの保護効果を高めることができる。
【００１７】
［適用例３］
適用例１または適用例２において、
前記ケース体の前記外側底面の輪郭は、平面視において矩形であり、
前記第２電極パッドは、前記ケース体の前記外側底面の平面視における前記輪郭の４隅に設けられた、圧電振動子。
【００１８】
このような圧電振動子は、圧電振動子をケース体の外側底面が下になるように載置面に載置したときに、第１電極パッドが載置面に接触しにくくなり、第１電極パッドの保護効果を高めることができる。
【００１９】
［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれか一項において、
前記ケース体の前記外側底面が平坦な載置面と対向するように前記圧電振動子が前記載置面に載置されたとき、前記第２電極パッドが前記載置面に接し、前記第１電極パッドと前記載置面との間に間隙が形成される、圧電振動子。
【００２０】
このような圧電振動子は、第１電極パッドと載置面との間に間隙が形成されるため、第１電極パッドの保護効果を高めることができる。
【００２１】
［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれか一項において、
前記第１電極パッドは、回路素子接続用パッドである、圧電振動子。
【００２２】
このような圧電振動子は、回路素子を第１電極パッドに接続する場合の電気的接続の信頼性を高めることができる。
【００２３】
［適用例６］
適用例１ないし適用例５のいずれか一項において、
前記第２電極パッドは、検査用パッド、外部接続用パッド、およびダミーパッドの少なくとも一種を含む、圧電振動子。
【００２４】
このような圧電振動子は、ケース体の外側底面に形成されるパッドのうち、回路素子を接続しないパッドを第２電極パッドとすることにより、第１電極パッドの保護効果を高めることができる。
【００２５】
［適用例７］
適用例１ないし適用例６のいずれか一項に記載の圧電振動子と、
前記第１電極パッドに接続された回路素子と、
を有する、圧電デバイス。
【００２６】
このような圧電デバイスは、圧電振動子および回路素子の電気的接続の信頼性が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の一例を説明するものである。
【００２８】
１．圧電振動子
図１は、本実施形態にかかる圧電振動子１００を模式的に示す断面図である。図２は、圧電振動子１００を模式的に示す下面図である。図１は、図２のＡ−Ａ線断面図に相当する。図３および図４は、圧電振動子１００の変形例を模式的に示す下面図である。図２ないし図４の下面図では、各電極パッドの表面層を省略して描いてある。
【００２９】
圧電振動子１００は、少なくとも、ケース体１０、蓋体２０、振動片３０、第１電極パッド４０、および第２電極パッド５０を有する。
【００３０】
１．１．ケース体
ケース体１０は、振動片３０を収容することができる容器状の形状を有する。ケース体１０の外側底面１０ｓは、平坦な形状を有する。ケース体１０の平面的な形状は、本実施形態では、矩形の形状を有しているが、これに限定されず円形等でもよい。また、本実施形態では、図１に例示するように、ケース体１０は、容器の底を形成する底材１２および容器の側壁を形成する壁材１４が接合された構成となっている。ケース体１０は、底材１２と壁材１４とが一体化した部材となっていてもよい。ケース体１０の上部は、振動子３０をケース体１０の内部に入れることができる程度の開口を有している。ケース体１０の開口は、蓋体２０によって気密封止されることができる。底材１２は、スルーホール１６ａを有することができる。スルーホール１６ａは、導電材によって埋められ、ケース体１０の内部の導電部材と外部の導電部材とを電気的に接続するビアホール１６となることができる。ビアホール１６に使用される導電材としては、たとえば、タングステン、モリブデンなどが挙げられる。ビアホール１６は、気密性を有することができる。ケース体１０の材質は、セラミック、ガラス等の無機材料であることができる。
【００３１】
１．２．蓋体
蓋体２０は、ケース体１０の上部の開口を封止する平板形状を有する。蓋体１０の平面形状は、ケース体１０の開口を封止できるかぎり任意である。蓋体１０の材質としては、セラミック、ガラス、金属等が挙げられる。ケース体１０と蓋体１０との接着は、たとえば、プラズマ溶接、シーム溶接、超音波接合、または接着剤等を用いて行われることができる。ケース体１０および蓋体２０によって形成されるキャビティ１８は、振動片３０が動作するための空間となる。また、キャビティ１８は、密閉されることができるため、振動片３０を減圧空間や不活性ガス雰囲気に設置することができる。
【００３２】
１．３．振動片
振動片３０は、ケース体１０および蓋体２０によって形成されるキャビティ１８内に備えられ
る。振動片３０は、どのような態様の振動片であってもよい。振動片３０の態様としては、ＡＴ振動片、音叉型振動片、ＳＡＷ振動片、ウォーク型振動片などを例示することができる。また、振動片３０は、それ自体が水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料で形成されてもよいし、圧電性を有さない材料で形成されてもよい。振動片３０が圧電性を有さない材料で形成された場合は、たとえば、さらに圧電素子を振動片３０の構成に含んでもよい。
【００３３】
本実施形態では、振動片３０が水晶で形成された音叉型振動片である場合を例示する。振動片３０は、キャビティ１８内の壁面（図示の例では、底材１２の上面）に、たとえば、接着剤、ペースト、ロウ材等によって固定されることができる。図示の例では、振動片３０は、底材１２の上面に、接着剤層３８によって固定されている。本実施形態の振動片３０は、２本の振動碗３２を有し、片持ち梁状に基部３４によって支持されている。基部３４から延出する振動碗３２は、キャビティ１８内で屈曲振動することができる。振動碗３２および基部３４には、少なくとも振動碗３２を屈曲振動させるための複数の電極３６を設けることができる。
【００３４】
１．４．電極パッド
第１電極パッド４０は、ケース体１０の外側底面１０ｓに複数形成される。第１電極パッド４０は、第１の厚みを有する。第１電極パッド４０は、圧電振動子１００に回路素子が実装される際の端子としての機能を有することができる（図５参照）。また、複数の第１電極パッド４０のすべてが、回路素子接続用端子であってもよい。第１電極パッド４０は、図２に示すように、複数行複数列に配列されることができる。第１電極パッド４０は、ビアホール１６に接続されていてもよい。第１電極パッド４０は、図１に示すように、たとえば、下地層４２および表面層４４から構成することができる。下地層４２の厚みは、たとえば、５〜１５μｍである。表面層４４の厚みは、たとえば、１〜５μｍである。表面層４４の機能の一つとしては、下地層４２の材料の酸化を防ぐことが挙げられる。下地層４２の材質としては、タングステンまたはモリブデンを例示することができる。表面層４４の材質としては、金、ニッケル等が挙げられ、表面層４４は、ニッケルおよび金の単層または多層構造とすることができる。
【００３５】
第２電極パッド５０は、ケース体１０の外側底面１０ｓに複数形成される。第２電極パッド５０は、第２の厚みを有する。第２電極パッド５０は、検査用パッド、外部接続用パッド、またはダミーパッドであることができる。図２に示す例のように、第２電極パッド５０は、圧電振動子１００を外部の基板等に実装する際の端子の機能を有することができる（図１８参照）。また、図３の変形例のように、第２電極パッド５０は、外部接続に用いない検査用のパッドであることができる。さらに、図４の変形例のように、第２電極パッド５０は、他の導電部材と電気的に接続しないダミーパッドとすることもできる。図示しないが、第２電極パッド５０をダミーパッドとする際は、他の導電部材と電気的に接続していてもよい。第２電極パッド５０は、第１電極パッド４０に実装される回路素子等に干渉しないように設けられることが好ましい。
【００３６】
第２電極パッド５０は、第１電極パッド４０と同様に下地層および表面層の積層構造とすることができる。下地層を単層とする場合は、下地層は、第１電極パッド４０の下地層４２よりも厚く形成される。また、第２電極パッド５０は、図１に示すように、たとえば、第１下地層５２、第２下地層５４および表面層５６を積層して構成することができる。この場合は、第２電極パッド５０は、第１下地層５２および第２下地層５４を有するため、第１下地層５２を第１電極パッド４０の下地層４２と共通とした場合、第１電極パッド４０よりも第２下地層５４の厚さの分だけ厚く形成される。第１下地層５２および第２下地層５４の厚みは、それぞれ、たとえば、５〜１０μｍである。表面層５６は、第１電極パッド４０の表面層４４と同様である。第１下地層５２および第２下地層５４の材質としては、それぞれタングステンまたはモリブデンを例示することができる。
【００３７】
第１電極パッド４０の厚み（第１の厚み）は、第２電極パッド５０の厚み（第２の厚み）よりも小さい。そのため、圧電振動子１００をケース体１０の外側底面１０ｓが下になるように平坦な載置面に載置したときに、第２電極パッド５０のみが該載置面に接触する。換言すると、圧電振動子１００をケース体１０の外側底面１０ｓが下になるように平坦な載置面に載置したときに、第１電極パッド４０は該載置面に接触せず、第１電極パッド４０と載置面との間に間隙が形成される。これにより、圧電振動子１００をケース体１０の外側底面１０ｓが下になるようにトレイ等に載置したときに、第１電極パッド４０が損傷することを抑制することができる。したがって、第１電極パッド４０に回路素子等を実装するときの信頼性を向上することができる。また、本実施形態の圧電振動子１００の第１電極パッド４０に回路素子が実装された圧電デバイスは、回路素子の実装の信頼性が高いものとなる。
【００３８】
本実施形態では、第２電極パッド５０の厚みは、第２下地層５４を設けることにより第１電極パッド４０の厚みよりも大きくなっている。第２電極パッド５０の厚みを大きくする方法は、任意であるが、本実施形態のようにすれば、第２下地層５４を積層するだけで第２電極パッド５０の厚みを増加させることができる。そして、本実施形態の場合、第２電極パッド５０の厚みは、下地層の形成回数を増やすことによって任意に大きくすることができる。
【００３９】
第２電極パッド５０の厚みおよび第１電極パッド４０の厚みの差（第２の厚みおよび第１の厚みの差）は、５μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがさらに好ましい。第２の厚みおよび第１の厚みの差が５μｍよりも小さいと、第１電極パッド４０を保護する効果が得られなくなる場合がある。
【００４０】
複数の第２電極パッド５０は、圧電振動子１００をケース体１０の外側底面１０ｓが下になるように平坦な載置面に載置したときに、圧電振動子１００が、がたつかないように配置される。すなわち、第２電極パッド５０は、圧電振動子１００をケース体１０の外側底面１０ｓが下になるように載置面に載置したときに、外側底面１０ｓと載置面とが平行に維持されるように配置される。複数の第２電極パッド５０の個数および形状は、たとえば、図３に示したように、第２電極パッド５０が２つである場合、長方形の形状とすることにより、圧電振動子１００が、がたつかないように配置することができる。また、第２電極パッド５０の個数を増せば、上記の効果は一層高くなる。
【００４１】
複数の第２電極パッド５０の配置としては、たとえば、ケース体１０の外側底面１０ｓを平面的にみたときに、外側底面１０ｓの中心に対して対称になるように配置されることができる。第２電極パッド５０をこのように配置すれば、圧電振動子１００をケース体１０の外側底面１０ｓが下になるように平坦な載置面に載置したときに、外側底面１０ｓと載置面とが平行に維持されやすくなる。また、たとえば、第２電極パッド５０は、ケース体１０の外側底面１０ｓを平面的にみたときに、第１電極パッド４０よりも外周側に設けられることができる。第２電極パッド５０をこのように配置すれば、圧電振動子１００をケース体１０の外側底面１０ｓが下になるように平坦な載置面に載置したときに、第１電極パッド４０が水平面に、より接触しにくくなり、第１電極パッド４０の保護効果を一層高めることができる。また、たとえば、第２電極パッド５０は、ケース体１０の外側底面１０ｓを平面的に見たときに、第１電極パッド４０を挟む位置に設けられることができる。第２電極パッド５０をこのように配置すれば、第１電極パッド４０を挟むように配置された少なくとも一対の第２電極パッド５０が載置面に接触する。よって、第１電極パッド４０が載置面に、より接触しにくくなり、第１電極パッド４０の保護効果を一層高めるもとができる。
【００４２】
さらに、図２および図４の例では、ケース体１０の外側底面１０ｓの輪郭が平面視において矩形であって、かつ、第２電極パッド５０が、ケース体１０の外側底面１０ｓの平面視における輪郭の４隅に設けられている。第２電極パッド５０をこのように配置すれば、圧電振動子１００をケース体１０の外側底面１０ｓが下になるように平坦な載置面に載置したときに、外側底面１０ｓと水平面との平行を維持する効果、および第１電極パッド４０が水平面に接触させない効果をなおさらに高めることができる。
【００４３】
１．５．その他の構成
以下に、圧電振動子１００に含みうる構成のうちのいくつかについて述べる。圧電振動子１００は、さらにその他の構成を含むこともできる。
【００４４】
ケース体１０の内側の面には、振動片３０の電極３６と電気的に接続するための配線６０を設けることができる。配線６０は、必要に応じて複数設けることができる。配線６０は、任意の形状を有することができる。配線６０は、ケース体１０の内側の結線として機能してもよいし、ビアホール１６に接続されてケース体１０の外側への電気的接続にとして機能してもよい。配線６０の材質は、導電性を有するかぎり任意である。配線６０は、圧電振動子１００の製造工程を簡略するために、第１電極パッド４０と同様の構成を有することができる。配線６０は、図１に示すように、たとえば、下地層６２および表面層６４から構成することができる。表面層６４および下地層６２は、第１電極パッド４０で述べたと同様とすることができる。
【００４５】
また、ケース体１０の外側底面１０ｓには、各電極パッドを電気的に接続するための配線７０を設けることができる。配線７０は、必要に応じて複数設けることができる。配線７０は、圧電振動子１００の製造工程を簡略するために、第１電極パッド４０と同様の構成を有するようにすることができる。配線７０は、図１に示すように、たとえば、下地層７２および表面層７４から構成することができる。表面層７４および下地層７２は、第１電極パッド４０で述べたと同様とすることができる。配線７０の厚みを第１の厚みにすれば、配線７０は、第２電極パッド５０よりも薄くなるため、損傷を受けにくくすることができる。また、配線７０は、第１電極パッド４０に実装される回路素子と干渉しない限り、第２電極パッド５０と同じ厚みにすることができる。この場合は、配線７０は、第２電極パッド５０と同様の機能を有することができる。
【００４６】
本実施形態にかかる圧電振動子１００は、第２電極パッド５０よりも薄い第１電極パッド４０を有する。そのため、製造工程等において、第１電極パッド４０の損傷が低減されることができる。これにより、第１電極パッド４０には、回路素子を信頼性高く実装することができる。
【００４７】
２．圧電デバイス
本実施形態にかかる圧電デバイス３００は、「１．圧電振動子」の項で述べた圧電振動子１００と、回路素子２００と、を有する。図５は、本実施形態の圧電デバイス３００を模式的に示す断面図である。
【００４８】
図５に示すように、回路素子２００は、圧電振動子１００の第１電極パッド４０に接続される。回路素子２００は、たとえば、振動片３０の制御回路を含むことができる。回路素子２００の大きさは、任意であるが、平面的に見て、圧電振動子１００の第２電極パッド５０と重ならない形状を有する。回路素子２００は、たとえば、フェイスダウン方式のフリップチップ工法により第１電極パッド４０に接続されることができる。図示の例では、第１電極パッド４０および回路素子２００は、ハンダボール２０２によって接合されている。
【００４９】
本実施形態にかかる圧電デバイス３００は、第２電極パッド５０よりも薄い第１電極パッド４０を有する圧電振動子１００を有している。そのため、製造工程等において、第１電極パッド４０の損傷が低減されている。したがって、本実施形態にかかる圧電デバイス３００は、圧電振動子１００と回路素子２００との電気的接続の信頼性が高い。
【００５０】
２．圧電振動子および圧電デバイスの製造方法
本実施形態にかかる圧電振動子１００の製造方法の一例について説明する。図６〜図１５は、本実施形態にかかる圧電振動子１００の製造工程を示す模式図である。
【００５１】
以下の説明は、圧電振動子１００のケース体１０および蓋体２０がセラミックである場合について述べる。
【００５２】
先ず、セラミックグリーンシートの状態の底材基板１２ａを準備する。次に、図６に示すように、底材基板１２ａの所定の位置に、スルーホール１６ａを形成し、スルーホール１６ａの内部に導電材を埋設し、ビアホール１６を形成する。スルーホール１６ａの形成は、たとえば、機械的な切削や、マスクを用いたエッチングにより行うことができる。導電材の埋設は、たとえばタングステンをＣＶＤ法によって成膜することにより行うことができる。
【００５３】
次に、図７に示すように、底材基板１２ａの両面に各下地層を形成する。本実施形態では、本工程によって、パッケージ内部に形成される配線６０の下地層６２、外側底面１０ｓに形成される第１電極パッド４０の下地層４２、第２電極パッド５０の第１下地層５２、および配線７０の下地層７２を形成する。本工程は、たとえば、タングステン、モリブデンの金属粉末をビヒクル中に分散させてなる導体ペーストをインクとして、スクリーン印刷、インクジェット方式などの印刷法を用いて塗布し、焼成することにより行うことができる（金属メタライズ）。また、本工程は、一般的な成膜およびパターニングによって行ってもよい。下地層にタングステン、モリブデン等の高融点金属を用いることにより、後のセラミックグリーンシートに焼成等の工程における下地層の融解を抑えることができる。
【００５４】
次いで、図８に示すように、第２電極パッド５０を形成する所定の部位に、第２下地層５４を形成する。本工程は、上述の下地層を形成する工程と同様に行うことができる。第２下地層５４は、第１下地層５２に積層して形成されるため、本工程によって第２下地層５４が形成された部位は、下地層全体の厚みが大きくなる。この工程は所望の厚さの下地層が形成されるまで、繰り返し行うことができる。
【００５５】
次いで、図９に示すように、キャビティ１８となる孔が形成された壁材基板１４ａを底材基板１２ａに積層する。壁材基板１４ａは、セラミックグリーンシートの状態のものを用いる。底材基板１２ａおよび壁材基板１４ａを積層した後、焼成することによって、図１０に示すように、一体化したセラミックのケース体基板１０ａを形成することができる。
【００５６】
次に、図１１に示すように、下地層（６２，４２，５２，５４，７２）の露出面に表面層（６４，４４，５６，７４）を形成する。表面層は、たとえば、金の電解メッキによって行うことができる。表面層を多層構造とする場合は、表面層の形成は、たとえば、ニッケルの電解メッキによって下地層の表面にニッケル層を形成した後、続いて金の電解メッキによってニッケル層の表面に金に層を形成することにより行うことができる。その後、必要に応じて、図１２に示すように、蓋体２０を接合するためのシームリング２２を形成する。なお、図示の例ではシームリング２２を設けているが、金属ろう材層を設けてもよい。また、プラズマ溶接や超音波接合によって蓋体２０を接合する場合は、シームリング２２の形成は省略できる。
【００５７】
そして、ケース体基板１０ａをダイシング等により切断して個片化する。個片化したケース体１０は、図１３に示すように、トレイ８０の凹部８２に載置される。トレイ８０は、個片化したケース体１０の取り扱いを容易化する機能を有する。図示のように、トレイ８０の凹部８２には、ケース体１０の個片を一つずつ収納することができる。凹部８２の底面は、平坦な面となっており、凹部８２の外周は、ケース体１０の外周よりもやや大きい。
【００５８】
ここで、トレイ８０に納められたケース体１０は、外側底面１０ｓに形成された第２電極パッド５０のみがトレイ８０の底面に接触する。そのため、トレイ８０の凹部８２内で、ケース体１０が横方向に移動するなどしても、第１電極パッド４０は、トレイ８０の底面に接触することが抑制される。また、振動片３０を載置する工程や、蓋体２０を設ける工程において、ケース体１０をトレイ８０に押さえ付けるような外力が加わっても、第１電極パッド４０が、トレイ８０の底面に接触しにくい。したがって、少なくとも第１電極パッド４０には、傷等のダメージが生じにくいため、後の工程で、回路素子２００を実装する際の信頼性を高めることができる。
【００５９】
次に、図１４に示すように、振動片３０をケース体１０のキャビティ１８内に載置する。この工程は、たとえば、マニピュレータ等により行うことができる。振動片３０を固定する方法としては、たとえば、接着剤を用いることができる。そして、振動片３０の電極３２と、ケース体１０の中に形成された配線６０との電気的に接続を行う（図示せず）。この工程は、たとえば、ワイヤボンディングにより行うことができる。
【００６０】
次に、図１５に示すように、蓋体２０をケース体１０に接合する。本実施形態では、この工程は、シーム接合（溶接）により行う。なお、図示しないが、パッケージ内に形成されるキャビティ１８内の真空度を高めるために、ケース体１０または蓋体２０に排気孔を設け、キャビティ１８内を減圧してガスを排出した後に排気孔を封止する方法を採用することもできる。
【００６１】
以上説明した製造方法によって、本実施形態の圧電振動子１００は、製造されることができる。このあと、圧電振動子１００に回路素子２００を実装することによって、圧電デバイス３００を製造することができる。以下に圧電デバイス３００を製造する工程と、圧電デバイス３００を他の回路基板４００に実装する工程について説明する。
【００６２】
図１６に示すように、圧電振動子１００を、蓋体２０を下側にしてトレイ８０の凹部８２に収納する。この状態で、回路素子２００を第１電極パッド４０に実装する。回路素子２００は、たとえば、ハンダバンプ工法により行うことができる。回路素子２００が実装された後、必要に応じて圧電デバイス３００の検査を行ってもよい。圧電デバイス３００の検査は、第２電極パッド５０をあらかじめ検査用として設計し、当該第２電極パッド５０に検査プローブを接触させて行うことができる。圧電デバイス３００の検査工程においても、第２電極パッド５０は、第１電極パッド４０や配線７０よりも厚みが大きいため、検査プローブが第２電極パッド５０に接触したときに、他の導電部材に接触しにくい。そのため、圧電デバイス３００に傷等のダメージを生じにくく、信頼性を高く保ったまま圧電デバイス３００を検査することができる。
【００６３】
圧電デバイス３００は、図１７に示すように、第２電極パッド５０に接するハンダボール３０２を有することができる。ここで、ハンダボール３０２の高さは、回路素子２００の高さよりも大きくすることができる。そして、図１８に示すように、トレイ８０から取り出され、あらかじめ表面に接続用電極４０２が形成された回路基板４００に実装されることができる。第２電極パッド５０は、上記の工程を経ると、第１電極パッド４０よりも表面にダメージを生じている場合がある。しかし、図示のように、ハンダボール３０２による回路基板４００への実装は、回路素子２００の第１電極パッド４０への実装よりも各部材の寸法や規模が大きいため、信頼性が低下する度合いは十分に小さい。
【００６４】
以上のようにして、本実施形態の圧電振動子１００および圧電デバイス３００を製造することができる。本実施形態の圧電振動子の製造方法によれば、回路素子を信頼性高く実装することができる電極パッドを形成することができる。本実施形態の圧電デバイスの製造方法によれば、圧電振動子および回路素子の電気的接続の信頼性を高めることができる。
【００６５】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】実施形態にかかる圧電振動子１００を模式的に示す断面図。
【図２】実施形態にかかる圧電振動子１００を模式的に示す下面図。
【図３】実施形態にかかる圧電振動子１００の変形例を模式的に示す下面図。
【図４】実施形態にかかる圧電振動子１００の変形例を模式的に示す下面図。
【図５】実施形態にかかる圧電デバイス３００を模式的に示す断面図。
【図６】実施形態にかかる圧電振動子１００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】実施形態にかかる圧電振動子１００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】実施形態にかかる圧電振動子１００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図９】実施形態にかかる圧電振動子１００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１０】実施形態にかかる圧電振動子１００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１１】実施形態にかかる圧電振動子１００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１２】実施形態にかかる圧電振動子１００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１３】実施形態にかかる圧電振動子１００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１４】実施形態にかかる圧電振動子１００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１５】実施形態にかかる圧電振動子１００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１６】実施形態にかかる圧電デバイス３００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１７】実施形態にかかる圧電デバイス３００の実装工程を模式的に示す断面図。
【図１８】実施形態にかかる圧電デバイス３００の実装工程を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【００６７】
１０…ケース体、１０ａ…ケース体基板、１０ｓ…外側底面、１２…底材、
１２ａ…底材基板、１４…壁材、１４ａ…壁材基板、１６…ビアホール、
１６ａ…スルーホール、１８…キャビティ、２０…蓋体、２２…シームリング、
３０…振動片、３２…振動碗、３４…基部、３６…電極、３８…接着剤層、
４０…第１電極パッド、４２…下地層、４４…表面層、５０…第２電極パッド、
５２…第１下地層、５４…第２下地層、５６…表面層、６０…配線、６２…下地層、
６４…表面層、７０…配線、７２…下地層、７４…表面層、８０…トレイ、８２…凹部、
１００…圧電振動子、２００…回路素子、２０２…ハンダボール、
３００…圧電デバイス、３０２…ハンダボール、４００…回路基板、４０２…接続用電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子および圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
表面実装型の圧電デバイスは、一般に、圧電振動子と、該圧電振動子を駆動制御する回路素子から構成され、その一例として、発信信号を出力する圧電デバイスが挙げられる。圧電デバイス等の圧電デバイスが実装される機器は、もとより小型化が要求され、水晶発振器等の圧電デバイスにおいても一層の小型化が要求されている。このような要求に対して、たとえば以下のような提案が為されている。
【０００３】
特開２００３−０４６２５１号公報（特許文献１）には、振動子および回路素子が多層基板によって一体的に搭載された電子部品（水晶発振器）が提案されている。また、特開２００４−１４７２２１号公報（特許文献２）には、振動子のセラミックパッケージの下面に直接的に回路素子が表面実装された圧電デバイスが提案されている。
【０００４】
これらの圧電デバイスは、いずれも、厚み方向に圧電振動子および回路素子が積層された構成を採るため、表面実装密度を高めることができるといった記載がある。また、特許文献２に記載の圧電デバイスは、さらに、配線基板を有さないから、低背化が可能であるとの記載がある。
【０００５】
一方、一般に圧電振動子は、内部にキャビティが形成されたパッケージの形態が採られることが多い。このような形態の圧電振動子は、キャビティ内に圧電振動片が収納されている。圧電振動子のパッケージとしては、たとえば、上面に開口を有するケース体と、その上面を封止するリッドと称する蓋体とを接合して構成されたものがある。
【０００６】
圧電振動子のパッケージに回路素子を実装させた圧電デバイスの製造は、たとえば、いわゆるフリップチップ工法を応用して行われることが一般的である。具体的には、まず、ケース体の外側底面を上側にして、回路素子等に接続するための電極パッドを形成し、次に、ケース体を裏返してケース体の内部に圧電振動片を納めた後、ケース体の上に蓋体を接合してパッケージを形成し、再び該パッケージを裏返して、裏面（ケース体の外側底面）に回路素子を実装するといった方法が採られる。
【特許文献１】特開２００３−０４６２５１号公報
【特許文献２】特開２００４−１４７２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
圧電デバイスの小型化の要請から、圧電デバイスに搭載される回路素子も極めて小さくなってきており、圧電デバイスをフリップチップ工法によって製造する場合においても、回路素子をパッケージへ実装する際、圧電振動子の回路素子接続用の電極パッドのバンプ機能が不十分となる不具合が生じるようになってきた。
【０００８】
本発明者は、回路素子接続用の電極パッドが形成されたケース体やパッケージが、該電極パッドが形成された面を、下側すなわち搬送用トレイに対向して載置された状態で、搬送された場合や、他の工程が行われたときに、該電極パッドが搬送用トレイに接触して損傷することが、不具合の一因となっていることを見出した。
【０００９】
また、本発明者は、圧電振動子が小型化することにより、圧電振動子の検査における検査用プローブが、回路素子接続用の電極パッドに接触して該電極パッドを損傷しやすくなってきたことが、不具合の他の一因となっていることを見出した。
【００１０】
本発明にかかるいくつかの態様の目的の１つは、回路素子を信頼性高く実装することができる電極パッドを有する圧電振動子を提供することにある。
【００１１】
本発明にかかるいくつかの態様の目的の１つは、圧電振動子および回路素子の電気的接続の信頼性の高い圧電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上述の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。
【００１３】
［適用例１］
平坦な外側底面を有するケース体と、
前記ケース体を封止する蓋体と、
前記ケース体および前記蓋体によって形成されるキャビティ内に備えられた振動片と、
第１の厚みを有し、前記外側底面に形成された複数の第１電極パッドと、
第２の厚みを有し、前記外側底面に形成された複数の第２電極パッドと、
を有し、
前記第１の厚みは、前記第２の厚みよりも小さい、圧電振動子。
【００１４】
このような圧電振動子は、回路素子を信頼性高く実装することができる電極パッドを有する。
【００１５】
［適用例２］
適用例１において、
前記第２電極パッドは、前記外側底面を平面的にみたとき、前記第１電極パッドよりも外周側に設けられた、圧電振動子。
【００１６】
このような圧電振動子は、圧電振動子をケース体の外側底面が下になるように載置面に載置したときに、第１電極パッドが載置面に接触しにくくなり、第１電極パッドの保護効果を高めることができる。
【００１７】
［適用例３］
適用例１または適用例２において、
前記ケース体の前記外側底面の輪郭は、平面視において矩形であり、
前記第２電極パッドは、前記ケース体の前記外側底面の平面視における前記輪郭の４隅に設けられた、圧電振動子。
【００１８】
このような圧電振動子は、圧電振動子をケース体の外側底面が下になるように載置面に載置したときに、第１電極パッドが載置面に接触しにくくなり、第１電極パッドの保護効果を高めることができる。
【００１９】
［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれか一項において、
前記ケース体の前記外側底面が平坦な載置面と対向するように前記圧電振動子が前記載置面に載置されたとき、前記第２電極パッドが前記載置面に接し、前記第１電極パッドと前記載置面との間に間隙が形成される、圧電振動子。
【００２０】
このような圧電振動子は、第１電極パッドと載置面との間に間隙が形成されるため、第１電極パッドの保護効果を高めることができる。
【００２１】
［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれか一項において、
前記第１電極パッドは、回路素子接続用パッドである、圧電振動子。
【００２２】
このような圧電振動子は、回路素子を第１電極パッドに接続する場合の電気的接続の信頼性を高めることができる。
【００２３】
［適用例６］
適用例１ないし適用例５のいずれか一項において、
前記第２電極パッドは、検査用パッド、外部接続用パッド、およびダミーパッドの少なくとも一種を含む、圧電振動子。
【００２４】
このような圧電振動子は、ケース体の外側底面に形成されるパッドのうち、回路素子を接続しないパッドを第２電極パッドとすることにより、第１電極パッドの保護効果を高めることができる。
【００２５】
［適用例７］
適用例１ないし適用例６のいずれか一項に記載の圧電振動子と、
前記第１電極パッドに接続された回路素子と、
を有する、圧電デバイス。
【００２６】
このような圧電デバイスは、圧電振動子および回路素子の電気的接続の信頼性が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の一例を説明するものである。
【００２８】
１．圧電振動子
図１は、本実施形態にかかる圧電振動子１００を模式的に示す断面図である。図２は、圧電振動子１００を模式的に示す下面図である。図１は、図２のＡ−Ａ線断面図に相当する。図３および図４は、圧電振動子１００の変形例を模式的に示す下面図である。図２ないし図４の下面図では、各電極パッドの表面層を省略して描いてある。
【００２９】
圧電振動子１００は、少なくとも、ケース体１０、蓋体２０、振動片３０、第１電極パッド４０、および第２電極パッド５０を有する。
【００３０】
１．１．ケース体
ケース体１０は、振動片３０を収容することができる容器状の形状を有する。ケース体１０の外側底面１０ｓは、平坦な形状を有する。ケース体１０の平面的な形状は、本実施形態では、矩形の形状を有しているが、これに限定されず円形等でもよい。また、本実施形態では、図１に例示するように、ケース体１０は、容器の底を形成する底材１２および容器の側壁を形成する壁材１４が接合された構成となっている。ケース体１０は、底材１２と壁材１４とが一体化した部材となっていてもよい。ケース体１０の上部は、振動子３０をケース体１０の内部に入れることができる程度の開口を有している。ケース体１０の開口は、蓋体２０によって気密封止されることができる。底材１２は、スルーホール１６ａを有することができる。スルーホール１６ａは、導電材によって埋められ、ケース体１０の内部の導電部材と外部の導電部材とを電気的に接続するビアホール１６となることができる。ビアホール１６に使用される導電材としては、たとえば、タングステン、モリブデンなどが挙げられる。ビアホール１６は、気密性を有することができる。ケース体１０の材質は、セラミック、ガラス等の無機材料であることができる。
【００３１】
１．２．蓋体
蓋体２０は、ケース体１０の上部の開口を封止する平板形状を有する。蓋体１０の平面形状は、ケース体１０の開口を封止できるかぎり任意である。蓋体１０の材質としては、セラミック、ガラス、金属等が挙げられる。ケース体１０と蓋体１０との接着は、たとえば、プラズマ溶接、シーム溶接、超音波接合、または接着剤等を用いて行われることができる。ケース体１０および蓋体２０によって形成されるキャビティ１８は、振動片３０が動作するための空間となる。また、キャビティ１８は、密閉されることができるため、振動片３０を減圧空間や不活性ガス雰囲気に設置することができる。
【００３２】
１．３．振動片
振動片３０は、ケース体１０および蓋体２０によって形成されるキャビティ１８内に備えられ
る。振動片３０は、どのような態様の振動片であってもよい。振動片３０の態様としては、ＡＴ振動片、音叉型振動片、ＳＡＷ振動片、ウォーク型振動片などを例示することができる。また、振動片３０は、それ自体が水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料で形成されてもよいし、圧電性を有さない材料で形成されてもよい。振動片３０が圧電性を有さない材料で形成された場合は、たとえば、さらに圧電素子を振動片３０の構成に含んでもよい。
【００３３】
本実施形態では、振動片３０が水晶で形成された音叉型振動片である場合を例示する。振動片３０は、キャビティ１８内の壁面（図示の例では、底材１２の上面）に、たとえば、接着剤、ペースト、ロウ材等によって固定されることができる。図示の例では、振動片３０は、底材１２の上面に、接着剤層３８によって固定されている。本実施形態の振動片３０は、２本の振動碗３２を有し、片持ち梁状に基部３４によって支持されている。基部３４から延出する振動碗３２は、キャビティ１８内で屈曲振動することができる。振動碗３２および基部３４には、少なくとも振動碗３２を屈曲振動させるための複数の電極３６を設けることができる。
【００３４】
１．４．電極パッド
第１電極パッド４０は、ケース体１０の外側底面１０ｓに複数形成される。第１電極パッド４０は、第１の厚みを有する。第１電極パッド４０は、圧電振動子１００に回路素子が実装される際の端子としての機能を有することができる（図５参照）。また、複数の第１電極パッド４０のすべてが、回路素子接続用端子であってもよい。第１電極パッド４０は、図２に示すように、複数行複数列に配列されることができる。第１電極パッド４０は、ビアホール１６に接続されていてもよい。第１電極パッド４０は、図１に示すように、たとえば、下地層４２および表面層４４から構成することができる。下地層４２の厚みは、たとえば、５〜１５μｍである。表面層４４の厚みは、たとえば、１〜５μｍである。表面層４４の機能の一つとしては、下地層４２の材料の酸化を防ぐことが挙げられる。下地層４２の材質としては、タングステンまたはモリブデンを例示することができる。表面層４４の材質としては、金、ニッケル等が挙げられ、表面層４４は、ニッケルおよび金の単層または多層構造とすることができる。
【００３５】
第２電極パッド５０は、ケース体１０の外側底面１０ｓに複数形成される。第２電極パッド５０は、第２の厚みを有する。第２電極パッド５０は、検査用パッド、外部接続用パッド、またはダミーパッドであることができる。図２に示す例のように、第２電極パッド５０は、圧電振動子１００を外部の基板等に実装する際の端子の機能を有することができる（図１８参照）。また、図３の変形例のように、第２電極パッド５０は、外部接続に用いない検査用のパッドであることができる。さらに、図４の変形例のように、第２電極パッド５０は、他の導電部材と電気的に接続しないダミーパッドとすることもできる。図示しないが、第２電極パッド５０をダミーパッドとする際は、他の導電部材と電気的に接続していてもよい。第２電極パッド５０は、第１電極パッド４０に実装される回路素子等に干渉しないように設けられることが好ましい。
【００３６】
第２電極パッド５０は、第１電極パッド４０と同様に下地層および表面層の積層構造とすることができる。下地層を単層とする場合は、下地層は、第１電極パッド４０の下地層４２よりも厚く形成される。また、第２電極パッド５０は、図１に示すように、たとえば、第１下地層５２、第２下地層５４および表面層５６を積層して構成することができる。この場合は、第２電極パッド５０は、第１下地層５２および第２下地層５４を有するため、第１下地層５２を第１電極パッド４０の下地層４２と共通とした場合、第１電極パッド４０よりも第２下地層５４の厚さの分だけ厚く形成される。第１下地層５２および第２下地層５４の厚みは、それぞれ、たとえば、５〜１０μｍである。表面層５６は、第１電極パッド４０の表面層４４と同様である。第１下地層５２および第２下地層５４の材質としては、それぞれタングステンまたはモリブデンを例示することができる。
【００３７】
第１電極パッド４０の厚み（第１の厚み）は、第２電極パッド５０の厚み（第２の厚み）よりも小さい。そのため、圧電振動子１００をケース体１０の外側底面１０ｓが下になるように平坦な載置面に載置したときに、第２電極パッド５０のみが該載置面に接触する。換言すると、圧電振動子１００をケース体１０の外側底面１０ｓが下になるように平坦な載置面に載置したときに、第１電極パッド４０は該載置面に接触せず、第１電極パッド４０と載置面との間に間隙が形成される。これにより、圧電振動子１００をケース体１０の外側底面１０ｓが下になるようにトレイ等に載置したときに、第１電極パッド４０が損傷することを抑制することができる。したがって、第１電極パッド４０に回路素子等を実装するときの信頼性を向上することができる。また、本実施形態の圧電振動子１００の第１電極パッド４０に回路素子が実装された圧電デバイスは、回路素子の実装の信頼性が高いものとなる。
【００３８】
本実施形態では、第２電極パッド５０の厚みは、第２下地層５４を設けることにより第１電極パッド４０の厚みよりも大きくなっている。第２電極パッド５０の厚みを大きくする方法は、任意であるが、本実施形態のようにすれば、第２下地層５４を積層するだけで第２電極パッド５０の厚みを増加させることができる。そして、本実施形態の場合、第２電極パッド５０の厚みは、下地層の形成回数を増やすことによって任意に大きくすることができる。
【００３９】
第２電極パッド５０の厚みおよび第１電極パッド４０の厚みの差（第２の厚みおよび第１の厚みの差）は、５μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがさらに好ましい。第２の厚みおよび第１の厚みの差が５μｍよりも小さいと、第１電極パッド４０を保護する効果が得られなくなる場合がある。
【００４０】
複数の第２電極パッド５０は、圧電振動子１００をケース体１０の外側底面１０ｓが下になるように平坦な載置面に載置したときに、圧電振動子１００が、がたつかないように配置される。すなわち、第２電極パッド５０は、圧電振動子１００をケース体１０の外側底面１０ｓが下になるように載置面に載置したときに、外側底面１０ｓと載置面とが平行に維持されるように配置される。複数の第２電極パッド５０の個数および形状は、たとえば、図３に示したように、第２電極パッド５０が２つである場合、長方形の形状とすることにより、圧電振動子１００が、がたつかないように配置することができる。また、第２電極パッド５０の個数を増せば、上記の効果は一層高くなる。
【００４１】
複数の第２電極パッド５０の配置としては、たとえば、ケース体１０の外側底面１０ｓを平面的にみたときに、外側底面１０ｓの中心に対して対称になるように配置されることができる。第２電極パッド５０をこのように配置すれば、圧電振動子１００をケース体１０の外側底面１０ｓが下になるように平坦な載置面に載置したときに、外側底面１０ｓと載置面とが平行に維持されやすくなる。また、たとえば、第２電極パッド５０は、ケース体１０の外側底面１０ｓを平面的にみたときに、第１電極パッド４０よりも外周側に設けられることができる。第２電極パッド５０をこのように配置すれば、圧電振動子１００をケース体１０の外側底面１０ｓが下になるように平坦な載置面に載置したときに、第１電極パッド４０が水平面に、より接触しにくくなり、第１電極パッド４０の保護効果を一層高めることができる。また、たとえば、第２電極パッド５０は、ケース体１０の外側底面１０ｓを平面的に見たときに、第１電極パッド４０を挟む位置に設けられることができる。第２電極パッド５０をこのように配置すれば、第１電極パッド４０を挟むように配置された少なくとも一対の第２電極パッド５０が載置面に接触する。よって、第１電極パッド４０が載置面に、より接触しにくくなり、第１電極パッド４０の保護効果を一層高めるもとができる。
【００４２】
さらに、図２および図４の例では、ケース体１０の外側底面１０ｓの輪郭が平面視において矩形であって、かつ、第２電極パッド５０が、ケース体１０の外側底面１０ｓの平面視における輪郭の４隅に設けられている。第２電極パッド５０をこのように配置すれば、圧電振動子１００をケース体１０の外側底面１０ｓが下になるように平坦な載置面に載置したときに、外側底面１０ｓと水平面との平行を維持する効果、および第１電極パッド４０が水平面に接触させない効果をなおさらに高めることができる。
【００４３】
１．５．その他の構成
以下に、圧電振動子１００に含みうる構成のうちのいくつかについて述べる。圧電振動子１００は、さらにその他の構成を含むこともできる。
【００４４】
ケース体１０の内側の面には、振動片３０の電極３６と電気的に接続するための配線６０を設けることができる。配線６０は、必要に応じて複数設けることができる。配線６０は、任意の形状を有することができる。配線６０は、ケース体１０の内側の結線として機能してもよいし、ビアホール１６に接続されてケース体１０の外側への電気的接続にとして機能してもよい。配線６０の材質は、導電性を有するかぎり任意である。配線６０は、圧電振動子１００の製造工程を簡略するために、第１電極パッド４０と同様の構成を有することができる。配線６０は、図１に示すように、たとえば、下地層６２および表面層６４から構成することができる。表面層６４および下地層６２は、第１電極パッド４０で述べたと同様とすることができる。
【００４５】
また、ケース体１０の外側底面１０ｓには、各電極パッドを電気的に接続するための配線７０を設けることができる。配線７０は、必要に応じて複数設けることができる。配線７０は、圧電振動子１００の製造工程を簡略するために、第１電極パッド４０と同様の構成を有するようにすることができる。配線７０は、図１に示すように、たとえば、下地層７２および表面層７４から構成することができる。表面層７４および下地層７２は、第１電極パッド４０で述べたと同様とすることができる。配線７０の厚みを第１の厚みにすれば、配線７０は、第２電極パッド５０よりも薄くなるため、損傷を受けにくくすることができる。また、配線７０は、第１電極パッド４０に実装される回路素子と干渉しない限り、第２電極パッド５０と同じ厚みにすることができる。この場合は、配線７０は、第２電極パッド５０と同様の機能を有することができる。
【００４６】
本実施形態にかかる圧電振動子１００は、第２電極パッド５０よりも薄い第１電極パッド４０を有する。そのため、製造工程等において、第１電極パッド４０の損傷が低減されることができる。これにより、第１電極パッド４０には、回路素子を信頼性高く実装することができる。
【００４７】
２．圧電デバイス
本実施形態にかかる圧電デバイス３００は、「１．圧電振動子」の項で述べた圧電振動子１００と、回路素子２００と、を有する。図５は、本実施形態の圧電デバイス３００を模式的に示す断面図である。
【００４８】
図５に示すように、回路素子２００は、圧電振動子１００の第１電極パッド４０に接続される。回路素子２００は、たとえば、振動片３０の制御回路を含むことができる。回路素子２００の大きさは、任意であるが、平面的に見て、圧電振動子１００の第２電極パッド５０と重ならない形状を有する。回路素子２００は、たとえば、フェイスダウン方式のフリップチップ工法により第１電極パッド４０に接続されることができる。図示の例では、第１電極パッド４０および回路素子２００は、ハンダボール２０２によって接合されている。
【００４９】
本実施形態にかかる圧電デバイス３００は、第２電極パッド５０よりも薄い第１電極パッド４０を有する圧電振動子１００を有している。そのため、製造工程等において、第１電極パッド４０の損傷が低減されている。したがって、本実施形態にかかる圧電デバイス３００は、圧電振動子１００と回路素子２００との電気的接続の信頼性が高い。
【００５０】
２．圧電振動子および圧電デバイスの製造方法
本実施形態にかかる圧電振動子１００の製造方法の一例について説明する。図６〜図１５は、本実施形態にかかる圧電振動子１００の製造工程を示す模式図である。
【００５１】
以下の説明は、圧電振動子１００のケース体１０および蓋体２０がセラミックである場合について述べる。
【００５２】
先ず、セラミックグリーンシートの状態の底材基板１２ａを準備する。次に、図６に示すように、底材基板１２ａの所定の位置に、スルーホール１６ａを形成し、スルーホール１６ａの内部に導電材を埋設し、ビアホール１６を形成する。スルーホール１６ａの形成は、たとえば、機械的な切削や、マスクを用いたエッチングにより行うことができる。導電材の埋設は、たとえばタングステンをＣＶＤ法によって成膜することにより行うことができる。
【００５３】
次に、図７に示すように、底材基板１２ａの両面に各下地層を形成する。本実施形態では、本工程によって、パッケージ内部に形成される配線６０の下地層６２、外側底面１０ｓに形成される第１電極パッド４０の下地層４２、第２電極パッド５０の第１下地層５２、および配線７０の下地層７２を形成する。本工程は、たとえば、タングステン、モリブデンの金属粉末をビヒクル中に分散させてなる導体ペーストをインクとして、スクリーン印刷、インクジェット方式などの印刷法を用いて塗布し、焼成することにより行うことができる（金属メタライズ）。また、本工程は、一般的な成膜およびパターニングによって行ってもよい。下地層にタングステン、モリブデン等の高融点金属を用いることにより、後のセラミックグリーンシートに焼成等の工程における下地層の融解を抑えることができる。
【００５４】
次いで、図８に示すように、第２電極パッド５０を形成する所定の部位に、第２下地層５４を形成する。本工程は、上述の下地層を形成する工程と同様に行うことができる。第２下地層５４は、第１下地層５２に積層して形成されるため、本工程によって第２下地層５４が形成された部位は、下地層全体の厚みが大きくなる。この工程は所望の厚さの下地層が形成されるまで、繰り返し行うことができる。
【００５５】
次いで、図９に示すように、キャビティ１８となる孔が形成された壁材基板１４ａを底材基板１２ａに積層する。壁材基板１４ａは、セラミックグリーンシートの状態のものを用いる。底材基板１２ａおよび壁材基板１４ａを積層した後、焼成することによって、図１０に示すように、一体化したセラミックのケース体基板１０ａを形成することができる。
【００５６】
次に、図１１に示すように、下地層（６２，４２，５２，５４，７２）の露出面に表面層（６４，４４，５６，７４）を形成する。表面層は、たとえば、金の電解メッキによって行うことができる。表面層を多層構造とする場合は、表面層の形成は、たとえば、ニッケルの電解メッキによって下地層の表面にニッケル層を形成した後、続いて金の電解メッキによってニッケル層の表面に金に層を形成することにより行うことができる。その後、必要に応じて、図１２に示すように、蓋体２０を接合するためのシームリング２２を形成する。なお、図示の例ではシームリング２２を設けているが、金属ろう材層を設けてもよい。また、プラズマ溶接や超音波接合によって蓋体２０を接合する場合は、シームリング２２の形成は省略できる。
【００５７】
そして、ケース体基板１０ａをダイシング等により切断して個片化する。個片化したケース体１０は、図１３に示すように、トレイ８０の凹部８２に載置される。トレイ８０は、個片化したケース体１０の取り扱いを容易化する機能を有する。図示のように、トレイ８０の凹部８２には、ケース体１０の個片を一つずつ収納することができる。凹部８２の底面は、平坦な面となっており、凹部８２の外周は、ケース体１０の外周よりもやや大きい。
【００５８】
ここで、トレイ８０に納められたケース体１０は、外側底面１０ｓに形成された第２電極パッド５０のみがトレイ８０の底面に接触する。そのため、トレイ８０の凹部８２内で、ケース体１０が横方向に移動するなどしても、第１電極パッド４０は、トレイ８０の底面に接触することが抑制される。また、振動片３０を載置する工程や、蓋体２０を設ける工程において、ケース体１０をトレイ８０に押さえ付けるような外力が加わっても、第１電極パッド４０が、トレイ８０の底面に接触しにくい。したがって、少なくとも第１電極パッド４０には、傷等のダメージが生じにくいため、後の工程で、回路素子２００を実装する際の信頼性を高めることができる。
【００５９】
次に、図１４に示すように、振動片３０をケース体１０のキャビティ１８内に載置する。この工程は、たとえば、マニピュレータ等により行うことができる。振動片３０を固定する方法としては、たとえば、接着剤を用いることができる。そして、振動片３０の電極３２と、ケース体１０の中に形成された配線６０との電気的に接続を行う（図示せず）。この工程は、たとえば、ワイヤボンディングにより行うことができる。
【００６０】
次に、図１５に示すように、蓋体２０をケース体１０に接合する。本実施形態では、この工程は、シーム接合（溶接）により行う。なお、図示しないが、パッケージ内に形成されるキャビティ１８内の真空度を高めるために、ケース体１０または蓋体２０に排気孔を設け、キャビティ１８内を減圧してガスを排出した後に排気孔を封止する方法を採用することもできる。
【００６１】
以上説明した製造方法によって、本実施形態の圧電振動子１００は、製造されることができる。このあと、圧電振動子１００に回路素子２００を実装することによって、圧電デバイス３００を製造することができる。以下に圧電デバイス３００を製造する工程と、圧電デバイス３００を他の回路基板４００に実装する工程について説明する。
【００６２】
図１６に示すように、圧電振動子１００を、蓋体２０を下側にしてトレイ８０の凹部８２に収納する。この状態で、回路素子２００を第１電極パッド４０に実装する。回路素子２００は、たとえば、ハンダバンプ工法により行うことができる。回路素子２００が実装された後、必要に応じて圧電デバイス３００の検査を行ってもよい。圧電デバイス３００の検査は、第２電極パッド５０をあらかじめ検査用として設計し、当該第２電極パッド５０に検査プローブを接触させて行うことができる。圧電デバイス３００の検査工程においても、第２電極パッド５０は、第１電極パッド４０や配線７０よりも厚みが大きいため、検査プローブが第２電極パッド５０に接触したときに、他の導電部材に接触しにくい。そのため、圧電デバイス３００に傷等のダメージを生じにくく、信頼性を高く保ったまま圧電デバイス３００を検査することができる。
【００６３】
圧電デバイス３００は、図１７に示すように、第２電極パッド５０に接するハンダボール３０２を有することができる。ここで、ハンダボール３０２の高さは、回路素子２００の高さよりも大きくすることができる。そして、図１８に示すように、トレイ８０から取り出され、あらかじめ表面に接続用電極４０２が形成された回路基板４００に実装されることができる。第２電極パッド５０は、上記の工程を経ると、第１電極パッド４０よりも表面にダメージを生じている場合がある。しかし、図示のように、ハンダボール３０２による回路基板４００への実装は、回路素子２００の第１電極パッド４０への実装よりも各部材の寸法や規模が大きいため、信頼性が低下する度合いは十分に小さい。
【００６４】
以上のようにして、本実施形態の圧電振動子１００および圧電デバイス３００を製造することができる。本実施形態の圧電振動子の製造方法によれば、回路素子を信頼性高く実装することができる電極パッドを形成することができる。本実施形態の圧電デバイスの製造方法によれば、圧電振動子および回路素子の電気的接続の信頼性を高めることができる。
【００６５】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】実施形態にかかる圧電振動子１００を模式的に示す断面図。
【図２】実施形態にかかる圧電振動子１００を模式的に示す下面図。
【図３】実施形態にかかる圧電振動子１００の変形例を模式的に示す下面図。
【図４】実施形態にかかる圧電振動子１００の変形例を模式的に示す下面図。
【図５】実施形態にかかる圧電デバイス３００を模式的に示す断面図。
【図６】実施形態にかかる圧電振動子１００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】実施形態にかかる圧電振動子１００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】実施形態にかかる圧電振動子１００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図９】実施形態にかかる圧電振動子１００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１０】実施形態にかかる圧電振動子１００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１１】実施形態にかかる圧電振動子１００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１２】実施形態にかかる圧電振動子１００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１３】実施形態にかかる圧電振動子１００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１４】実施形態にかかる圧電振動子１００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１５】実施形態にかかる圧電振動子１００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１６】実施形態にかかる圧電デバイス３００の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１７】実施形態にかかる圧電デバイス３００の実装工程を模式的に示す断面図。
【図１８】実施形態にかかる圧電デバイス３００の実装工程を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【００６７】
１０…ケース体、１０ａ…ケース体基板、１０ｓ…外側底面、１２…底材、
１２ａ…底材基板、１４…壁材、１４ａ…壁材基板、１６…ビアホール、
１６ａ…スルーホール、１８…キャビティ、２０…蓋体、２２…シームリング、
３０…振動片、３２…振動碗、３４…基部、３６…電極、３８…接着剤層、
４０…第１電極パッド、４２…下地層、４４…表面層、５０…第２電極パッド、
５２…第１下地層、５４…第２下地層、５６…表面層、６０…配線、６２…下地層、
６４…表面層、７０…配線、７２…下地層、７４…表面層、８０…トレイ、８２…凹部、
１００…圧電振動子、２００…回路素子、２０２…ハンダボール、
３００…圧電デバイス、３０２…ハンダボール、４００…回路基板、４０２…接続用電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な外側底面を有するケース体と、
前記ケース体を封止する蓋体と、
前記ケース体および前記蓋体によって形成されるキャビティ内に備えられた振動片と、
第１の厚みを有し、前記外側底面に形成された複数の第１電極パッドと、
第２の厚みを有し、前記外側底面に形成された複数の第２電極パッドと、
を有し、
前記第１の厚みは、前記第２の厚みよりも小さい、圧電振動子。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２電極パッドは、前記外側底面を平面的にみたとき、前記第１電極パッドよりも外周側に設けられた、圧電振動子。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記ケース体の前記外側底面の輪郭は、平面視において矩形であり、
前記第２電極パッドは、前記ケース体の前記外側底面の平面視における前記輪郭の４隅に設けられた、圧電振動子。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
前記ケース体の前記外側底面が平坦な載置面と対向するように前記圧電振動子が前記載置面に載置されたとき、前記第２電極パッドが前記載置面に接し、前記第１電極パッドと前記載置面との間に間隙が形成される、圧電振動子。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項において、
前記第１電極パッドは、回路素子接続用パッドである、圧電振動子。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項において、
前記第２電極パッドは、検査用パッド、外部接続用パッド、およびダミーパッドの少なくとも一種を含む、圧電振動子。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の圧電振動子と、
前記第１電極パッドに接続された回路素子と、
を有する、圧電デバイス。
【請求項１】
平坦な外側底面を有するケース体と、
前記ケース体を封止する蓋体と、
前記ケース体および前記蓋体によって形成されるキャビティ内に備えられた振動片と、
第１の厚みを有し、前記外側底面に形成された複数の第１電極パッドと、
第２の厚みを有し、前記外側底面に形成された複数の第２電極パッドと、
を有し、
前記第１の厚みは、前記第２の厚みよりも小さい、圧電振動子。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２電極パッドは、前記外側底面を平面的にみたとき、前記第１電極パッドよりも外周側に設けられた、圧電振動子。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記ケース体の前記外側底面の輪郭は、平面視において矩形であり、
前記第２電極パッドは、前記ケース体の前記外側底面の平面視における前記輪郭の４隅に設けられた、圧電振動子。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
前記ケース体の前記外側底面が平坦な載置面と対向するように前記圧電振動子が前記載置面に載置されたとき、前記第２電極パッドが前記載置面に接し、前記第１電極パッドと前記載置面との間に間隙が形成される、圧電振動子。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項において、
前記第１電極パッドは、回路素子接続用パッドである、圧電振動子。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項において、
前記第２電極パッドは、検査用パッド、外部接続用パッド、およびダミーパッドの少なくとも一種を含む、圧電振動子。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の圧電振動子と、
前記第１電極パッドに接続された回路素子と、
を有する、圧電デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−１７７９８４（Ｐ２０１０−１７７９８４Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７６０８（Ｐ２００９−１７６０８）
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
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