JPH102741A - 圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】圧電素子をその振動のノードにおいて支持基板
に限定的かつ高精度に支持させることのできる支持体を
ハンダバンプにより形成することにより、自由振動を助
長して特性を安定させた圧電振動子の製造方法を提供す
ることである。 【解決手段】電極２の形成された圧電素子１ａの一つの
主面に、この圧電素子１ａの支持部に開口３ａを有する
ソルダーレジスト３を形成する工程と、圧電素子１ａに
おけるソルダーレジスト３の開口３ａに位置する電極２
の開口部位にハンダバンプ４を形成する工程と、支持基
板５の支持電極５ａにハンダバンプ４を結合することに
より、圧電素子１ａを支持基板５に取り付ける工程と、
ソルダーレジスト３を除去する工程とを用いて圧電振動
子を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動ジャイロ、発
振子、共振子、フィルタなどに使用される圧電振動子の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧電振動子の製造方法について図
１３から図１７を参照して説明する。まず、図１３にお
いて、５０は直方体状の圧電素子で、その対向する両面
には電極５１がそれぞれ形成されている。この圧電素子
５０は、いろいろの振動モードを有しているが、そのう
ち屈曲振動モードのノード５２が破線で示す部位とな
る。一方、５３は支持基板である。圧電素子５０を支持
基板５３に取り付けるに際しては、圧電素子５０の屈曲
振動を抑圧しないように、圧電素子５０のノード５２で
支持する必要がある。

【０００３】この支持体の製造方法として、従来、ディ
スペンサ若しくは印刷機により、導電性若しくはハンダ
ペースト５４を圧電素子５０のノード５２の部位に塗布
し、このペースト５４の塗布された圧電素子５０を、図
１４に示すように、支持基板５３上に載置して、支持基
板５３に形成された支持電極５３ａ上にペースト５４を
当接する。そして、適宜の押圧力を圧電素子５０に加え
て、ペースト５４を硬化もしくは溶融固化させて、支持
基板５３に圧電素子５０を固定させていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
圧電振動子の製造方法においては、ディスペンサ若しく
は印刷機によりペースト５４を塗布しているので、経時
的かつ連続作業において、ペースト５４の粘度変化また
は作業環境の変化により、塗布量がばらつき、塗布面積
が変化していた。そのため、圧電素子５０がそのノード
５２の適正部位で支持されず、圧電振動子の特性がばら
ついていた。したがって、塗布量を一定に保持するため
に、ペースト５４の粘度や温度などの作業環境を一定に
管理する必要があり、作業の効率低下を招いていた。

【０００５】また、ペースト５５が溶融した際に、図１
５に示すように、圧電素子５０が支持基板５３に対し、
長手方向に傾斜して固定されたり、また、図１６に示す
ように、短手方向に傾斜して固定されたり、また図１７
に示すように、水平方向に回動して固定されるという問
題があった。特に、振動ジャイロ用の圧電素子５０の場
合には、支持基板５３に対する圧電素子５０の固定角度
および傾き精度が重要であり、この圧電素子５０を精度
よく支持基板５３に固定するために高額な設備を要して
いた。

【０００６】したがって、本発明は、圧電素子をその振
動のノードにおいて支持基板に局部的かつ高精度に支持
させることにより、自由振動を助長して特性を安定させ
た圧電振動子の製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、下記の解決手段を採ることを特徴とす
る。即ち、第１の発明は、電極の形成された圧電素子の
一つの主面に、この圧電素子の支持部に開口部を有する
ソルダーレジストを形成する工程と、前記ソルダーレジ
ストの前記開口部に位置する前記電極の開口部位にハン
ダバンプを形成する工程と、支持基板の支持電極に前記
ハンダバンプを結合することにより、前記圧電素子を前
記支持基板に取り付ける工程と、前記ソルダーレジスト
を除去する工程とよりなる。

【０００８】この発明は、圧電素子の振動のノードとな
る部位に開口を有するソルダーレジストを形成し、この
ソルダーレジストの開口の位置する圧電素子の開口部位
にハンダバンプを形成して、圧電素子の振動のノードに
おいて支持箇所となる支持部を支持基板の支持電極に結
合するので、ハンダパンプが溶融したとき、その溶融面
積が前記開口の大きさに限定されて、それ以上に拡大せ
ず、圧電素子の振動のノードの適正部位において限定的
に圧電素子を支持基板に固定することができる。

【０００９】また、この発明においては、ソルダーレジ
ストが支持基板と圧電素子との間に介在して、圧電素子
が支持基板に対しほぼ水平に維持されて、圧電素子がそ
の長手方向もしくは短手方向に傾斜したり、または水平
方向に回動することがない。第２の発明は、電極の形成
された圧電基板の一つの主面に、等間隔に配列された複
数個の開口部を有するソルダーレジストを形成する工程
と、前記圧電基板を前記ソルダーレジストの前記開口部
を有する複数個の圧電素子に分割する工程と、前記圧電
素子における前記ソルダーレジストの前記開口部に位置
する前記電極の開口部位にハンダバンプを形成する工程
と、支持基板の支持電極に前記ハンダバンプを結合する
ことにより、前記圧電素子を前記支持基板に取り付ける
工程と、前記ソルダーレジストを除去する工程とよりな
る。

【００１０】この発明は、第１の発明の有する作用に加
えるに、特に、圧電基板にソルダーレジストを一括して
形成し、その後圧電基板を個別の圧電素子に分割して、
個別の圧電素子ごとにハンダバンプを形成することがで
きる。

【００１１】第３の発明は、電極の形成された圧電基板
の一つの主面に、複数個の開口部を有するソルダーレジ
ストを形成する工程と、前記圧電基板における前記ソル
ダーレジストの前記開口部に位置する前記電極の開口部
位にハンダバンプを形成する工程と、前記圧電基板を前
記ハンダバンプを有する複数個の圧電素子に分割する工
程と、支持基板の支持電極に前記圧電素子の前記ハンダ
バンプを結合することにより、前記圧電素子を前記支持
基板に取り付ける工程と、前記ソルダーレジストを除去
する工程とよりなる。

【００１２】この発明は、第１の発明の有する作用に加
えるに、特に、圧電基板に複数個の開口部を有するソル
ダーレジストを形成し、そしてこの開口部位にハンダバ
ンプを形成した後、圧電基板を各圧電素子に分割するの
で、圧電基板にソルダーレジストとハンダバンプを一括
して形成できる。

【００１３】第４の発明は、電極の形成された支持基板
の一つの主面に、少なくとも一つの開口部を有するソル
ダーレジストを形成する工程と、前記支持基板における
前記ソルダーレジストの前記開口部に位置する前記電極
の開口部位にハンダバンプを形成する工程と、前記ハン
ダバンプに圧電素子の支持部を結合することにより、前
記支持基板に前記圧電素子を取り付ける工程と、前記ソ
ルダーレジストを除去する工程とよりなる。

【００１４】この発明は、第１の発明とは反対に、支持
基板に開口部を有するソルダーレジストを形成し、この
開口部にハンダバンプを形成して、このハンダバンプに
圧電素子のノードの支持部を結合する。即ち、第１の発
明が、圧電基板にソルダーレジストとハンダバンプを形
成するのに対して、この発明は、支持基板にソルダーレ
ジストとハンダバンプを形成する。しかしながら、この
相違があったにしても、第１の発明において記述した作
用とほぼ同様の作用を有している。

【００１５】第５の発明は、電極の形成された圧電基板
の一つの主面に、複数個の開口部を有するソルダーレジ
ストを形成する工程と、前記圧電基板における前記ソル
ダーレジストの前記開口部に位置する前記電極の開口部
位にハンダバンプを形成する工程と、複数個の支持電極
が形成された絶縁基板の該支持電極に前記圧電基板の前
記ハンダバンプを結合することにより、前記圧電基板を
前記絶縁基板に取り付ける工程と、前記圧電基板と絶縁
基板の結合体を複数個の圧電振動子に分割する工程と、
前記ソルダーレジストを除去する工程とよりなる。

【００１６】この発明は、第１の発明の有する作用に加
えるに、特に、圧電基板にソルダーレジストとハンダバ
ンプを形成した後、圧電基板を圧電素子に分割せずに、
直接圧電基板を絶縁基板にハンダバンプを介して結合
し、その後、複数個の圧電振動子に分割する。したがっ
て、ソルダーレジストの形成、ハンダバンプの形成、ハ
ンダバンプの結合、およびチップ（圧電振動子）へのダ
イシングを一括して処理できることになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る圧電振動子
の製造方法の第１実施例について図１から図７を参照し
て説明する。まず、図１において、１は圧電基板で、例
えば、圧電性のセラミックス、ニオブ酸リチウム、タン
タル酸リチウム、水晶などの圧電体よりなる。この圧電
基板１の両面には、電極２が形成されている。そして、
この圧電基板１は、破線で示すように、後工程におい
て、複数個の圧電素子１ａに分割される。

【００１８】図２において、圧電基板１の電極２の一つ
の主面には、ソルダーレジスト３が形成される。このソ
ルダーレジスト３は、分割される各圧電素子１ａの屈曲
振動のノードに当たる支持部位に、開口３ａを有してい
る。この開口３ａは、例えば、レジストマスク、あるい
はフォトエッチングなどにより形成される。また、この
開口３ａの形状は、円形、楕円形、矩形、帯状などいか
ような形状でもよいが、本実施例の振動ジャイロ用の圧
電振動子においては、直径（幅）が例えば、０．１〜
０．２ｍｍである。そして、この開口３ａの直径（幅）
は、後述のハンダバンプが溶融して広がる範囲を制限す
るものである。

【００１９】図３および詳細には図４において、ソルダ
ーレジスト３の開口３ａに位置する電極２の開口部位２
ａには、例えば、ソルダーレジスト３の厚みの２倍程度
の高さを有するハンダバンプ４が形成される。このハン
ダバンプ４は、ソルダーレジスト３の開口３ａの大きさ
よりもやや小さく且つ高く形成される。具体的に言う
と、２０〜５０μｍのソルダーレジストの厚みに対して
ハンダバンプの高さは１００μｍである。このハンダバ
ンプ４は、ワイヤボンディング法、ハンダボール法、印
刷法、浸漬法など従来既知の手段によりに形成される。
この場合、ハンダバンプ４の体積は、開口部３ａの容積
と同じか、または僅かに小さく形成される。このよう
に、ハンダバンプ４の形成された圧電基板１は、破線で
示すように、複数個の圧電素子１ａに、例えば、ダイシ
ングマシーンにより切断分割される。図５において、分
割された圧電素子１ａは支持基板５に対してハンダバン
プ４側を対向させて（下向きにして）配置される。支持
基板５は、例えば、多層基板から作られ、その表面に
は、支持電極５ａが設けられている。好ましくは、支持
電極５ａ部分を除く多層基板表面には、はんだ濡れ防止
膜が設けられ、支持電極と面一になっている。支持基板
５は各圧電素子１ａごとに用意されている。

【００２０】図６において、支持基板５上に圧電素子１
ａを載置し、ハンダバンプ４を支持基板５の上にハンダ
バンプ４の位置に対応して設けた支持電極５ａに当接す
る。その後、赤外線炉、オーブンなどによりハンダバン
プ４を溶融させながら、ソルダーレジスト３の表面を支
持基板５の表面に接触させる。この結果、ハンダバンプ
４は、ソルダーレジスト３の開口３ａの形状の影響を受
けて変形し、支持体４ａとして固化させる。このハンダ
バンプ４が溶融固化する際、その整列作用により圧電素
子１ａは自動的に支持基板５の適正位置に整列して固定
さる。支持電極５ａは、ハンダバンプ４の直径に対して
極端に小さくなければ任意の形状および大きさでよい。
また、支持電極５ａは、圧電素子１ａの引出電極も兼ね
ており、支持基板５に設けた配線パターンに接続されて
いる。

【００２１】図７において、支持基板５に固定された圧
電素子１ａは、レジスト剥離溶剤に浸漬されてソルダー
レジスト３を剥離され、洗浄される。圧電素子１ａは、
ハンダバンプ４が溶融固化して変形した支持体４ａによ
り、そのノード部位を限定的に支持され、この支持体４
ａは圧電素子１ａを支持する強度と支持基板５の支持電
極５ａに電気的接続を与えることになる。そして、圧電
素子１ａの残りの電極２からは、振動のノード点におい
てリード線ｒが導出されて、圧電振動子が製造される。

【００２２】次に、本発明の第２実施例について図８か
ら図１２を参照して説明する。本実施例は、第１実施例
がソルダーレジストおよびハンダバンプを圧電基板（圧
電素子）側に形成したのに対し、絶縁基板（支持基板）
側に形成したところが第１実施例と相違する。

【００２３】まず、図８において、６は絶縁基板で、樹
脂基板、セラミックス基板などよりなる。この絶縁基板
６の一つの主面の全面には電極７が形成されている。そ
して、この電極７の上には、ソルダーレジスト３が形成
される。このソルダーレジスト３は、後工程において絶
縁基板６が破線で示すように、複数個の支持基板６ａに
分割されるが、この分割される各支持基板６ａの長手方
向に２個ずつの開口３ａを有している。この開口３ａの
大きさなどの性質、作用、機能などは第１実施例におい
て説明したところと同様である。

【００２４】つぎに、図９において、ソルダーレジスト
３の開口３ａに位置する電極７の開口部位７ａ（図４に
おける開口部位２ａに相当する）には、ハンダバンプ４
が形成される。このハンダバンプ４の性質、作用、機能
などは第１実施例の説明と同様である。このように、ハ
ンダバンプ４の形成された絶縁基板６は、破線で示すよ
うに、複数個の支持基板６ａに切断分割される。

【００２５】図１０において、分割された支持基板６ａ
は、ハンダバンプ４側を上にして配置され、且つ、その
上には、両面に電極２の形成された圧電素子１ａが破線
で示すノードｎをハンダバンプ４に対応させるようにし
て配置される。なお、この図１０は第１実施例における
図５に相応する。また、各圧電素子１ａは、図１に示す
圧電基板１を切断することにより形成されている。

【００２６】図１１において、支持基板６ａ上に圧電素
子１ａを載置して、ハンダバンプ４に圧電素子の１ａの
ノードｎ部位を当接し、このハンダバンプ４を溶融固化
させて、支持体４ａを形成する。圧電素子１ａは、第１
実施例と同様に、ハンダバンプ４が溶融固化して変形し
た支持体４ａにより、その振動のノード部位を限定的に
支持されることになる。なお、この図１１は第１実施例
における図６に相応する。この場合、ハンダバンプ４の
溶融による自己整列作用はない。

【００２７】図１２において、支持体４ａを介して一体
に固定された支持基板６ａと圧電素子１ａは、レジスト
剥離溶剤に浸漬されてソルダーレジスト３を剥離され、
洗浄される。圧電素子１ａの残りの電極と支持基板６ａ
の電極７にはそれぞれリード線ｒが付与されて圧電振動
子となる。

【００２８】なお、第１実施例において製造された図７
に示す圧電振動子および第２実施例において製造された
図１２に示す圧電振動子は、２電極構造のものである
が、振動ジャイロスコープなどにおいては、同図に示す
支持基板６ａと反対側の電極２が多分割されて駆動用電
極とコリオリ力振動の検出用電極として使用される。

【００２９】第１実施例においては、圧電基板１にソル
ダーレジスト３およびハンダバンプ４を形成した後、こ
の圧電基板１を切断したが、圧電基板１にソルダーレジ
スト３を形成した後、圧電素子１ａに切断し、その後、
この圧電素子１ａにハンダバンプ４を形成してもよい。

【００３０】また、第２実施例においては、絶縁基板６
にソルダーレジスト３およびハンダバンプ４を形成した
後、この絶縁基板６を切断したが、ソルダーレジスト３
の形成された絶縁基板６を支持基板６ａに切断した後、
この支持基板６ａにハンダバンプ４を形成してもよい。

【００３１】上記各実施例においては、圧電基板１およ
び圧電素子１ａは、単板構造のものを示したが、バイモ
ルフ構造あるいは多層構造のものでもよい。

【００３２】上記各実施例においては、ハンダバンプ４
の形成された圧電基板１または絶縁基板６を圧電素子１
ａまたは支持基板５ａにそれぞれ切断した後、圧電素子
１ａと支持基板５ａとのハンダバンプ４による結合を行
ったが、ソルダーレジスト３とハンダバンプ４がいずれ
かに形成された圧電基板１と絶縁基板６とを、ハンダバ
ンプ４を介して結合した後、圧電基板１と絶縁基板６の
結合体をダイシングしてチップ（圧電振動子）に分離し
て、各チップ毎にソルダーレジスト３を除去してもよ
い。

【００３３】上記実施例においては、ノードを二つ有
し、この二つのノードをそれぞれ支持する両持梁構造の
圧電振動子について説明したが、本発明は、一つのノー
ドを支持する片持梁構造の圧電振動子にも適用できる。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、圧電素子（圧電基板）または
支持基板（絶縁基板）に開口を有するソルダーレジスト
を形成する。この開口を通してハンダバンプを形成し、
このハンダバンプの溶融硬化により形成された支持体に
より圧電素子は、支持基板に固定される。この支持体の
形状、大きさは、開口の形状、大きさに依存しているの
で、振動ノードの適正位置に限定的かつ高精度に任意形
状の支持体を形成し、自由振動の抑圧されない、特性の
揃った圧電振動子を製造することができる。

【００３５】また、ソルダーレジストは、ハンダバンプ
が溶融したとき、圧電振動子を支持基板に対して水平方
向に維持する作用があるので、ハンダ溶融時のセルフア
ラインメント（自己整列作用）と併せて、圧電振動子
は、傾きなく、適正に固定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る圧電振動子の製造方法の第１実
施例において、圧電基板に電極を形成する工程図

【図２】 圧電基板に複数個の開口を有するソルダーレ
ジストを形成する工程図

【図３】 ソルダーレジストの開口を介して圧電基板に
ハンダバンプを形成する工程図

【図４】 図３に示すソルダーレジストの開口部の拡大
断面図

【図５】 支持基板に対し圧電素子を配置する工程図

【図６】 支持基板と圧電素子とをハンダバンプにより
結合固定する工程図

【図７】 ソルダーレジストを除去する工程図

【図８】 本発明に係る圧電振動子の製造方法の第２実
施例において、絶縁基板に複数個の開口を有するソルダ
ーレジストを形成する工程図

【図９】 ソルダーレジストの開口を介して絶縁基板に
ハンダバンプを形成する工程図

【図１０】 支持基板に対し圧電素子を配置する工程図

【図１１】 支持基板と圧電素子とをハンダバンプによ
り結合固定する工程図

【図１２】 ソルダーレジストを除去する工程図

【図１３】 従来の圧電振動子の製造方法において、支
持基板に対して支持体としてハンダペーストを塗布した
圧電素子を配置する工程図

【図１４】 従来の圧電振動子の製造方法において、支
持基板と圧電素子とをハンダペーストにより結合固定す
る工程図

【図１５】 従来の製造方法において製造された圧電振
動子の長手方向への傾斜を示す図

【図１６】 従来の製造方法において製造された圧電振
動子の横方向への傾斜を示す図

【図１７】 従来の製造方法において製造された圧電振
動子の平面方向への回動を示す図

【符号の説明】

１ 圧電基板 １ａ 圧電素子 ２、７ 電極 ２ａ、７ａ 開口部位 ３ ソルダーレジスト ３ａ 開口 ４ ハンダバンプ ４ａ 支持体 ５ 支持基板 ５ａ 支持電極 ６ 絶縁基板 ６ａ 支持基板 ｒ リード線

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極の形成された圧電素子の一つの主面
   に、この圧電素子の支持部に開口部を有するソルダ−レ
   ジストを形成する工程と、 前記ソルダ−レジストの前記開口部に位置する前記電極
   の開口部位にハンダバンプを形成する工程と、 支持基板の支持電極に前記ハンダバンプを結合すること
   により、前記圧電素子を前記支持基板に取り付ける工程
   と、 前記ソルダーレジストを除去する工程と、 よりなる圧電振動子の製造方法。
2. 【請求項２】 電極の形成された圧電基板の一つの主面
   に、等間隔に配列された複数個の開口部を有するソルダ
   ーレジストを形成する工程と、 前記圧電基板を前記ソルダーレジストの前記開口部を有
   する複数個の圧電素子に分割する工程と、 前記圧電素子における前記ソルダーレジストの前記開口
   部に位置する前記電極の開口部位にハンダバンプを形成
   する工程と、 支持基板の支持電極に前記ハンダバンプを結合すること
   により、前記圧電素子を前記支持基板に取り付ける工程
   と、 前記ソルダーレジストを除去する工程と、 よりなる圧電振動子の製造方法。
3. 【請求項３】 電極の形成された圧電基板の一つの主面
   に、等間隔に配列された複数個の開口部を有するソルダ
   ーレジストを形成する工程と、 前記圧電基板における前記ソルダーレジストの前記開口
   部に位置する前記電極の開口部位にハンダバンプを形成
   する工程と、 前記圧電基板を前記ハンダバンプを有する複数個の圧電
   素子に分割する工程と、 支持基板の支持電極に前記圧電素子の前記ハンダバンプ
   を結合することにより、前記圧電素子を前記支持基板に
   取り付ける工程と、 前記ソルダーレジストを除去する工程と、 よりなる圧電振動子の製造方法。
4. 【請求項４】 電極の形成された支持基板の一つの主面
   に、少なくとも一つの開口部を有するソルダーレジスト
   を形成する工程と、 前記支持基板における前記ソルダーレジストの前記開口
   部に位置する前記電極の開口部位にハンダバンプを形成
   する工程と、 前記ハンダバンプに圧電素子の支持部を結合することに
   より、前記支持基板に前記圧電素子を取り付ける工程
   と、 前記ソルダーレジストを除去する工程と、 よりなる圧電振動子の製造方法。
5. 【請求項５】 電極の形成された圧電基板の一つの主面
   に、複数個の開口部を有するソルダーレジストを形成す
   る工程と、 前記圧電基板における前記ソルダーレジストの前記開口
   部に位置する前記電極の開口部位にハンダバンプを形成
   する工程と、 複数個の支持電極が形成された絶縁基板の該支持電極に
   前記圧電基板の前記ハンダバンプを結合することによ
   り、前記圧電基板を前記絶縁基板に取り付ける工程と、 前記圧電基板と絶縁基板の結合体を複数個の圧電振動子
   に分割する工程と、 前記ソルダーレジストを除去する工程と、 よりなる圧電振動子の製造方法。