JP2002118423A - Piezoelectric device and method of manufacturing the same - Google Patents
Piezoelectric device and method of manufacturing the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 同一パッケージ内に実装されたIC素子に影
響を与えることなく、効率良く高精度な周波数調整が可
能で、小型化・薄型化に対応し得る表面実装型の圧電デ
バイスを比較的安価に製造する。
【解決手段】 ベース1の上端にシールリング2を介し
て金属製の蓋3を接合したパッケージ4内に、音叉型の
水晶振動片5とICチップ6とを真空封止した圧電デバ
イスは、ベースがセラミック材料薄板の第1層7〜第4
層10を積層した概ね矩形箱状の構造を有し、水晶振動
片の両振動腕18先端の重り部19の中間位置に小径円
形の貫通孔20が、その開口の範囲内に両重り部を部分
的に含むように形成されている。水晶振動片の重り部
は、貫通孔に対応する領域にAu等の重り材料をより厚
く付着させた厚膜部25を有する。ICチップを駆動し
て水晶振動片を発振させて測定した周波数に基づいて、
貫通孔を介して厚膜部にレーザ光を照射し、重り材料を
トリミング加工して周波数を微調整する。
(57) [Summary] [Problem] A surface mount type piezoelectric element capable of efficiently and accurately adjusting a frequency without affecting an IC element mounted in the same package and capable of responding to miniaturization and thinning. Make the device relatively inexpensive. A piezoelectric device in which a tuning-fork type quartz vibrating piece (5) and an IC chip (6) are vacuum-sealed in a package (4) in which a metal lid (3) is joined to an upper end of a base (1) via a seal ring (2). Are the first layers 7 to 4 of the ceramic material thin plate.
It has a substantially rectangular box-like structure in which the layers 10 are laminated, and a small-diameter circular through hole 20 is provided at an intermediate position between the weights 19 at the tips of the two vibrating arms 18 of the crystal vibrating piece. It is formed so as to partially include it. The weight portion of the crystal vibrating piece has a thick film portion 25 in which a weight material such as Au is attached more thickly in a region corresponding to the through hole. Based on the frequency measured by driving the IC chip and oscillating the crystal resonator element,
The thick film portion is irradiated with laser light through the through hole, and the weight material is trimmed to finely adjust the frequency.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば様々な電子
機器に使用され、パッケージ内に圧電振動片とIC(半
導体集積回路)チップ等の半導体IC素子とを気密に封
止した圧電デバイスに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric device used for various electronic devices, for example, and hermetically sealing a piezoelectric vibrating reed and a semiconductor IC element such as an IC (semiconductor integrated circuit) chip in a package.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、各種情報・通信機器やOA機
器、民生機器等の電子機器に圧電振動子等の圧電デバイ
スが使用されている。特に最近は、モバイルコンピュー
タ、ICカード等の小型情報機器や携帯電話等の通信機
器の分野で、装置の小型化・高性能化が著しく、これに
対応して圧電デバイスの小型化・薄型化が要求されてお
り、圧電振動子とICチップとを同一パッケージ内に封
止した発振器やリアルタイムクロックモジュール等の圧
電デバイス、更に装置の回路基板への実装に適した表面
実装型のものが開発されている。2. Description of the Related Art Conventionally, piezoelectric devices such as piezoelectric vibrators have been used in various information and communication devices, OA devices, and electronic devices such as consumer devices. Particularly in recent years, in the field of small information devices such as mobile computers and IC cards, and communication devices such as mobile phones, the size and performance of devices have been remarkably reduced, and correspondingly, the size and thickness of piezoelectric devices have been reduced. Demands have arisen for the development of piezoelectric devices such as oscillators and real-time clock modules in which a piezoelectric vibrator and an IC chip are sealed in the same package, as well as surface-mounted devices suitable for mounting the device on a circuit board. I have.
【0003】パッケージ内に気密に封止した圧電振動子
の周波数調整は、例えば特開昭57−106211号公
報に記載されるように封入ケースに設けた透明セラミッ
クスの窓部を通して、又は表面実装型のパッケージを封
止する透明なガラス薄板の蓋を通して、圧電振動片の先
端に設けた重り部に外部からレーザ光を照射し、重り材
料をトリミングする方法が一般に知られている。The frequency of a piezoelectric vibrator hermetically sealed in a package is adjusted, for example, through a transparent ceramic window provided in an enclosing case as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 57-106211, or a surface mount type. A method is generally known in which a weight portion provided at the tip of a piezoelectric vibrating reed is irradiated with laser light from the outside through a transparent glass thin plate lid for sealing the package, and the weight material is trimmed.
【0004】また、特開昭57−53123号公報に
は、水晶振動片を挟持して気密封止した上下2枚の箱型
容器のいずれか一方に、該振動片の周波数調整部の真上
に位置する貫通孔を設け、該貫通孔を通して外部から重
り材料を蒸着等で付着させることにより、周波数調整を
行うようにした水晶振動子が記載されている。Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-53123 discloses that one of two upper and lower box-shaped containers, each of which has a quartz-crystal vibrating piece sandwiched therebetween and hermetically sealed, is provided directly above a frequency adjusting portion of the vibrating piece. Is described, and a frequency adjustment is performed by attaching a weight material from the outside by vapor deposition or the like through the through hole.
【0005】更に最近では、例えば本願出願人による特
開平11−312948号公報に記載されるように、パ
ッケージを構成するベース又は金属製の蓋(リッド)に
設けた開口部を用いて、音叉型圧電振動片の振動腕先端
にレーザ光又は電子ビームを照射し、重り材料をトリミ
ングして周波数調整を行うことができる、小型かつ薄型
で安価な表面実装型の圧電振動子が提案されている。More recently, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-321948 by the present applicant, a tuning fork type is formed by using an opening provided in a base or a metal lid (lid) constituting a package. A small, thin, and inexpensive surface-mount type piezoelectric vibrator has been proposed which can irradiate the tip of the vibrating arm of a piezoelectric vibrating piece with a laser beam or an electron beam and trim the weight material to adjust the frequency.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の圧電デバイスには、次のような問題点がある。
第一に、特開昭57−106211号公報に記載される
ような透明な窓部をパッケージに気密に設けることは、
非常に面倒で生産性の低下・価格の高騰を招き、特に圧
電デバイスの小型化を図る場合には、技術的に相当の困
難を伴う。However, the above-mentioned conventional piezoelectric device has the following problems.
First, the provision of a transparent window portion in a package in an airtight manner as described in JP-A-57-106211,
This is very troublesome, leading to a decrease in productivity and a rise in price. In particular, when miniaturizing a piezoelectric device, it is technically difficult.
【0007】また、表面実装型のパッケージを封止する
透明な蓋は、重り部のトリミングを高精度に行うことが
できるように、高品質なホウケイ酸ガラス等のガラス材
料で形成されるため、材料自体の価格及び所望の微小な
矩形形状に高精度にカットする費用が高く、圧電振動子
を高価なものにしている。更に、パッケージの小型化が
進むに連れて、ガラスの蓋を封止ガラスでベースに接合
する際の高熱が圧電振動片やICチップに作用して好ま
しくない影響を与えたり、透明なガラスの蓋を通して照
射されるレーザ光がICチップに当たってその動作に影
響を与える虞がある。Further, since the transparent lid for sealing the surface mount type package is formed of a high-quality glass material such as borosilicate glass so that the weight portion can be trimmed with high precision, The cost of the material itself and the cost of cutting it into a desired minute rectangular shape with high precision are high, and this makes the piezoelectric vibrator expensive. Furthermore, as the size of the package decreases, the high heat generated when the glass lid is bonded to the base with the sealing glass acts on the piezoelectric vibrating reeds and the IC chip to have an undesirable effect. There is a risk that the laser light irradiated through the IC chip may hit the IC chip and affect its operation.
【0008】また、パッケージに設けた貫通孔から重り
材料を付着させて周波数調整を行うためには、貫通孔の
寸法を或る程度以上大きくする必要がある。しかしなが
ら、最近の小型化の要求に対応した微小なパッケージで
は、重り材料の蒸着に十分な大きさの貫通孔を設けるこ
とが困難である。更に、重り材料の蒸着時に作用する高
熱が、パッケージ内のICチップに悪影響を与え、その
動作信頼性を大幅に低下させる虞がある。Further, in order to adjust the frequency by attaching a weight material from the through hole provided in the package, it is necessary to increase the size of the through hole by a certain degree or more. However, it is difficult to provide a through hole having a size large enough for vapor deposition of a weight material in a small package that responds to recent demands for miniaturization. Furthermore, the high heat acting during the deposition of the weight material may adversely affect the IC chip in the package, and may significantly reduce the operational reliability.
【0009】そこで本発明は、上述した従来の問題点に
鑑みてなされたものであり、その目的は、その共振周波
数をより高精度に調整することができ、かつ小型化・薄
型化に対応し得る表面実装型の圧電デバイスを比較的安
価に提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and has as its object to adjust the resonance frequency with higher precision and to cope with miniaturization and thinning. An object of the present invention is to provide a surface mount type piezoelectric device to be obtained at relatively low cost.
【0010】更に本発明の目的は、同一パッケージ内に
実装されたIC素子に影響を与えることなく気密に封止
することができ、より高精度に、より効率良く周波数調
整を行うことができる圧電デバイスの製造方法を提供す
ることにある。It is another object of the present invention to provide a piezoelectric device which can be hermetically sealed without affecting an IC element mounted in the same package, and can perform frequency adjustment with higher precision and efficiency. An object of the present invention is to provide a device manufacturing method.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的を達成するために、ベースと前記ベースに接合された
蓋とを有するパッケージと、前記ベースに実装されて前
記パッケージ内に封止される音叉型圧電振動片及びIC
素子とを備え、前記ベースには、前記圧電振動片の2本
の振動腕の先端にそれぞれ設けられた重り部の中間位置
に貫通孔が、その開口の範囲内に前記両重り部を部分的
に含むように形成され、かつ前記貫通孔が気密に閉塞さ
れていることを特徴とする圧電デバイスが提供される。According to the present invention, in order to achieve the above object, a package having a base and a lid joined to the base, a package mounted on the base and sealed in the package. Tuning fork type piezoelectric vibrating reed and IC
A through hole at an intermediate position of a weight portion provided at each of the distal ends of the two vibrating arms of the piezoelectric vibrating piece, and partially connecting the weight portions within a range of the opening. And the through-hole is hermetically closed.
【0012】このように重り部及び貫通孔を設けたこと
により、蓋を接合した後に貫通孔を閉塞してパッケージ
を封止する前に、貫通孔を介して外部から例えばレーザ
光又は電子ビームを照射して、両振動腕の重り部を均一
にバランス良くトリミングすることができ、それにより
圧電振動片の共振周波数を高精度に調整することができ
る。By providing the weight portion and the through-hole in this manner, before joining the lid and before closing the through-hole and sealing the package, for example, a laser beam or an electron beam can be externally applied through the through-hole. By irradiating, the weight portions of both vibrating arms can be trimmed uniformly and with good balance, whereby the resonance frequency of the piezoelectric vibrating reed can be adjusted with high precision.
【0013】或る実施例では、各重り部は、貫通孔に対
応する領域に重り材料がより厚く付着されており、この
領域をトリミングすることによって、微小な貫通孔であ
ってもより効率良く、短時間で周波数調整をすることが
可能になる。In one embodiment, each weight portion has a thicker weight material attached to a region corresponding to the through hole, and by trimming this region, even a minute through hole can be more efficiently used. Thus, the frequency can be adjusted in a short time.
【0014】貫通孔は例えば円形に形成することがで
き、かつこれに対応して各重り部の領域は概ね半円形に
形成することができる。この場合、重り部のトリミング
は、貫通孔の内周縁に沿って半円形に、効率良く行うこ
とができる。The through-hole can be formed, for example, in a circular shape, and correspondingly, the area of each weight can be formed in a substantially semicircular shape. In this case, trimming of the weight portion can be efficiently performed in a semicircular shape along the inner peripheral edge of the through hole.
【0015】或る実施例では、前記蓋が金属製でありか
つベースにシーム溶接されていることにより、蓋をベー
スに接合する際に、ガラス製の蓋を接合する場合のよう
な高熱が圧電振動子及びIC素子に作用しないので、圧
電振動片及び特にIC素子の性能が安定する。In one embodiment, since the lid is made of metal and is seam-welded to the base, when the lid is joined to the base, high heat is generated as in the case of joining a glass lid. Since it does not act on the vibrator and the IC element, the performance of the piezoelectric vibrating reed and especially the IC element is stabilized.
【0016】前記ベースは、例えばセラミック材料等の
絶縁材料からなる薄板の積層構造であると、圧電振動片
及びIC素子を収容する箱形のパッケージの組立て、並
びにベースへの貫通孔の形成を容易に行うことができる
ので好ましい。If the base has a laminated structure of thin plates made of an insulating material such as a ceramic material, it is easy to assemble a box-shaped package for accommodating the piezoelectric vibrating reed and the IC element and to form a through hole in the base. It is preferable because it can be performed.
【0017】或る実施例では、前記圧電振動片が水晶振
動片である。In one embodiment, the piezoelectric vibrating reed is a quartz vibrating reed.
【0018】本発明の別の側面によれば、圧電デバイス
のパッケージを構成するベースにIC素子を実装する過
程と、該ベースに音叉型圧電振動片をマウントする過程
と、圧電振動片に第1の周波数調整を行う過程と、ベー
スに金属製の蓋を接合する過程と、ベースに形成された
貫通孔を用いて圧電振動片に第2の周波数調整を行う過
程と、貫通孔を気密に閉鎖してパッケージを封止する過
程とを含むことを特徴とする圧電デバイスの製造方法が
提供される。According to another aspect of the present invention, a step of mounting an IC element on a base constituting a package of a piezoelectric device, a step of mounting a tuning-fork type piezoelectric vibrating piece on the base, Adjusting the frequency, bonding a metal lid to the base, performing a second frequency adjustment on the piezoelectric vibrating reed using a through hole formed in the base, and closing the through hole in an airtight manner. And sealing the package.
【0019】金属製の蓋は例えばシーム溶接によりベー
スに接合することができ、この蓋をベースに接合する過
程を含む全工程において、ガラス製の蓋を接合する場合
のような高熱がIC素子及び圧電振動片に作用しないの
で、特にIC素子の性能が安定し、かつ圧電振動片の共
振周波数を高精度に調整した高性能かつ高信頼性の圧電
デバイスを得ることができる。The metal lid can be joined to the base by, for example, seam welding. In all processes including the process of joining the lid to the base, high heat as in the case of joining a glass lid can be applied to the IC element and the base. Since it does not act on the piezoelectric vibrating reed, it is possible to obtain a high-performance and highly reliable piezoelectric device in which the performance of the IC element is particularly stable and the resonance frequency of the piezoelectric vibrating reed is adjusted with high precision.
【0020】更に本発明によれば、IC素子を駆動して
圧電振動片を発振させることにより測定される周波数を
利用して、第2の周波数調整を行うことによって、より
高精度に圧電振動片の周波数を調整することができ、よ
り信頼性の高い圧電デバイスを製造することができる。Further, according to the present invention, the second frequency adjustment is performed by utilizing the frequency measured by driving the IC element to oscillate the piezoelectric vibrating reed, thereby achieving more accurate piezoelectric vibrating reed. Can be adjusted, and a more reliable piezoelectric device can be manufactured.
【0021】第1及び第2の周波数調整は、圧電振動片
の各振動腕の先端に付着されている重り材料をトリミン
グすることにより行うことができる。この重り材料のト
リミング加工は、各振動片先端に例えばレーザ光又は電
子ビームのエネルギビームを照射し、重り材料を溶融除
去することにより行うことができる。The first and second frequency adjustments can be performed by trimming the weight material attached to the tip of each vibrating arm of the piezoelectric vibrating reed. The trimming of the weight material can be performed by irradiating the tip of each vibrating reed with, for example, an energy beam such as a laser beam or an electron beam to melt and remove the weight material.
【0022】或る実施例では、エネルギビームを例えば
円形をなす貫通孔の内周縁に沿って照射することによ
り、圧電振動片の周波数調整を効率良く行うことができ
る。In one embodiment, the frequency of the piezoelectric vibrating reed can be efficiently adjusted by irradiating the energy beam along the inner peripheral edge of the circular through hole, for example.
【0023】別の実施例では、貫通孔を真空雰囲気内で
気密に閉塞することにより、圧電デバイスを真空に封止
することができる。In another embodiment, the piezoelectric device can be sealed in a vacuum by closing the through hole hermetically in a vacuum atmosphere.
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】図1A〜Cは、本発明を適用した
圧電デバイスの好適な実施例を示している。この圧電デ
バイスは、ベース1とその上端にシールリング2を介し
て接合された金属製の蓋3とからなるパッケージ4を有
する。パッケージ4内には、ベース1に実装した音叉型
の水晶振動片5とICチップ6とが真空に封止されてい
る。蓋3は、例えばシーム溶接により、ガラス製の蓋を
封止ガラスで接合する場合のような高熱がICチップ6
に作用しないように、しかも短時間で接合される。1A to 1C show a preferred embodiment of a piezoelectric device to which the present invention is applied. This piezoelectric device has a package 4 consisting of a base 1 and a metal lid 3 joined to a top end thereof via a seal ring 2. In the package 4, a tuning-fork type crystal vibrating piece 5 mounted on the base 1 and an IC chip 6 are sealed in a vacuum. The lid 3 is exposed to high heat as in the case of joining a glass lid with sealing glass by, for example, seam welding.
, And is joined in a short time.
【0025】ベース1は、複数のセラミック材料からな
る薄板の第1層〜第4層7〜10を積層した概ね矩形箱
状の構造を有する。ベース1の第2層8及び第3層9に
形成された開口11、12により画定されるパッケージ
4の空所内には、ICチップ6が最下層の第1層7上に
導電性接着剤で固定されている。ICチップ6の上面に
形成された入出力用の各電極パッド13は、第3層9の
開口12により露出する第2層8上面の配線パターン
(図示せず)とそれぞれボンディングワイヤ14で電気
的に接続されている。この配線パターンは、一般にW、
Mo等の金属配線材料をセラミック薄板表面にスクリー
ン印刷しかつその上にNi、Auをめっきすることによ
り形成される。The base 1 has a substantially rectangular box-like structure in which first to fourth layers 7 to 10 of thin plates made of a plurality of ceramic materials are laminated. In the space of the package 4 defined by the openings 11 and 12 formed in the second layer 8 and the third layer 9 of the base 1, an IC chip 6 is placed on the lowermost first layer 7 with a conductive adhesive. Fixed. Each input / output electrode pad 13 formed on the upper surface of the IC chip 6 is electrically connected to a wiring pattern (not shown) on the upper surface of the second layer 8 exposed through the opening 12 in the third layer 9 by a bonding wire 14. It is connected to the. This wiring pattern is generally W,
It is formed by screen-printing a metal wiring material such as Mo on the surface of a ceramic thin plate and plating Ni and Au thereon.
【0026】水晶振動片5は、その基端部に設けた各引
出電極15が、ベース1内の第3層9上面に形成した1
対の接続電極16上の電極パッド17に導電性接着剤で
片持ち式に固定支持されかつ電気的に接続されている。
落下等の衝撃で水晶振動片5の振動腕18の先端が上下
に振れてもパッケージ4の内面と接触しないように、第
3層9の開口12は、両振動腕18の下側の領域を含む
ように大きく形成されている。最上層の第4層10は、
第3層9の外周に沿って延在する概ね矩形のフレーム状
をなし、同様に落下等の衝撃で水晶振動片5の振動腕1
8の先端が上下に振れても蓋3の下面と接触しないよう
に、十分な高さを有する。In the quartz-crystal vibrating reed 5, each of the extraction electrodes 15 provided on the base end portion is formed on the upper surface of the third layer 9 in the base 1.
The electrode pads 17 on the pair of connection electrodes 16 are fixedly supported by a conductive adhesive in a cantilever manner and are electrically connected.
The opening 12 in the third layer 9 covers the lower area of both vibrating arms 18 so that the tip of the vibrating arm 18 of the crystal vibrating reed 5 does not come into contact with the inner surface of the package 4 even if the tip of the vibrating arm 18 swings up and down due to impact such as dropping. It is formed large to include. The uppermost fourth layer 10 is
The vibrating arm 1 of the quartz vibrating reed 5 has a substantially rectangular frame shape extending along the outer periphery of the third layer 9, and is similarly affected by a drop or the like.
8 has a sufficient height so that it does not come into contact with the lower surface of the lid 3 even when the tip of the lid 8 swings up and down.
【0027】ベース1には、水晶振動片5の両振動腕1
8先端に形成された重り部19に対応する位置に、小径
円形の貫通孔20が形成されている。より具体的には、
図1Cに良く示すように、貫通孔20はその中心が重り
部19の中間に位置し、かつその開口の範囲内に両重り
部を部分的に含むように、即ち貫通孔20の内周縁が振
動腕18の外側辺を越えない寸法に形成されている。本
実施例において、貫通孔20はベース1の第1層7及び
第2層8に穿設され、底面側第1層7の貫通孔開口に
は、後述するように、これを最終工程で閉塞する際に溶
着されるAu−Sn等の金属ボール21を載せるため
に、段差22が設けられている。The base 1 has two vibrating arms 1 of a quartz vibrating piece 5.
A small-diameter circular through-hole 20 is formed at a position corresponding to the weight portion 19 formed at the tip of the 8. More specifically,
1C, the center of the through hole 20 is located in the middle of the weight portion 19, and both of the weight portions are partially included within the opening, that is, the inner peripheral edge of the through hole 20 is The vibrating arm 18 is formed so as not to exceed the outer side thereof. In this embodiment, the through-hole 20 is formed in the first layer 7 and the second layer 8 of the base 1, and the through-hole opening of the bottom-side first layer 7 is closed in a final step as described later. A step 22 is provided for mounting a metal ball 21 of Au-Sn or the like to be welded at the time of mounting.
【0028】図2に示すように、水晶振動片5は、従来
と同様に音叉形状をなす水晶素子片の表面に、前記基端
部の各引出電極15にそれぞれ接続された平面電極23
及び側面電極24が形成され、かつ各振動腕18の先端
に電極膜からなる重り部19が設けられている。各重り
部には、ベース1の貫通孔20に対応する位置に、前記
電極膜にAu等の重り材料を真空蒸着等により付着させ
て、他の部分よりも厚く形成した厚膜部25が両面に設
けられている。この厚膜部は、貫通孔20の円形開口に
概ね対応する寸法、好適にはそれより僅かに大きい概ね
半円形に形成される。従って、ベース1底面から貫通孔
20を覗くと、その中に両重り部の厚膜部25が見える
ようになっている。As shown in FIG. 2, the quartz-crystal vibrating piece 5 is provided with a flat electrode 23 connected to each of the extraction electrodes 15 at the base end on the surface of a quartz-crystal element piece having a tuning-fork shape as in the prior art.
A side electrode 24 is formed, and a weight 19 made of an electrode film is provided at the tip of each vibrating arm 18. At each weight portion, a thick film portion 25 formed thicker than other portions by applying a weight material such as Au to the electrode film by vacuum deposition or the like at a position corresponding to the through hole 20 of the base 1. It is provided in. The thick film portion is formed in a size substantially corresponding to the circular opening of the through hole 20, preferably in a substantially semicircular shape slightly larger than the circular opening. Therefore, when the through hole 20 is viewed from the bottom surface of the base 1, the thick film portions 25 of both weight portions can be seen therein.
【0029】本実施例の圧電デバイスを製造する工程に
ついて説明する。先ず、ICチップ6をベース1内に、
第2、第3層の開口12、13により画定される空所の
底面に導電性接着剤で固定し、該ICチップ上面の各電
極パッド13を第2層8上面の前記配線パターンとワイ
ヤボンディングで電気的に接続する。次に、水晶振動片
5をベース1内に、各引出電極15を対応する電極パッ
ド17に導電性接着剤で片持ち式に、各振動腕18の厚
膜部25が貫通孔20に整合するように位置合わせして
固定する。The steps of manufacturing the piezoelectric device of this embodiment will be described. First, place the IC chip 6 in the base 1
The electrode pads 13 on the upper surface of the IC chip are fixed to the wiring patterns on the upper surface of the second layer 8 by wire bonding with a conductive adhesive fixed to the bottom surfaces of the cavities defined by the openings 12 and 13 in the second and third layers. To make an electrical connection. Next, the crystal vibrating reed 5 is placed in the base 1, the respective extraction electrodes 15 are respectively cantilevered to the corresponding electrode pads 17 with a conductive adhesive, and the thick film portions 25 of the respective vibrating arms 18 are aligned with the through holes 20. And fix it as shown.
【0030】この状態で、水晶振動子片5の各重り部を
トリミングすることにより、その共振周波数を所定の範
囲内に合わせる粗調整のための第1の周波数調整を行
う。このトリミング加工は、例えばレーザ光又は電子ビ
ーム等のエネルギビームを照射する手段を用いて、該エ
ネルギビームの高熱により、各重り部18の厚膜部25
以外の領域の重り材料を部分的に溶融除去して重り部の
質量を減らし、予め低く設定した水晶振動子片の発振周
波数を所望の高い値に合わせるように行う。In this state, by trimming each weight of the quartz-crystal vibrating piece 5, a first frequency adjustment for coarse adjustment to adjust its resonance frequency within a predetermined range is performed. This trimming is performed by using a means for irradiating an energy beam such as a laser beam or an electron beam, and the thick film portion 25 of each weight portion 18 is formed by the high heat of the energy beam.
The weight material in the other region is partially melted and removed to reduce the weight of the weight portion, and the oscillation frequency of the crystal resonator piece set in advance is adjusted to a desired high value.
【0031】次に、シーム溶接により金属製の蓋3をベ
ース1上端に設けたシールリング2に気密に接合する。
シーム溶接は、封止ガラスを用いた場合よりも温度が低
く、かつその高熱が接合部分に局所的にしか作用せず、
しかも数秒程度の短時間であることから、ICチップ6
の動作に影響を与える虞がない。Next, the metal lid 3 is hermetically joined to the seal ring 2 provided at the upper end of the base 1 by seam welding.
In seam welding, the temperature is lower than when using sealing glass, and the high heat acts only locally on the joint,
In addition, since the time is as short as several seconds, the IC chip 6
There is no risk of affecting the operation of.
【0032】ここで、パッケージ4の外面に設けられた
電源端子からICチップを給電して駆動し、水晶振動子
片5を発振させ、その共振周波数をパッケージ4外面の
出力端子から測定する。次に、この測定値に基づいて、
水晶振動子片5の共振周波数を所定の周波数値に微調整
するための第2の周波数調整を行う。Here, the IC chip is supplied with power and driven from a power supply terminal provided on the outer surface of the package 4 to oscillate the crystal resonator element 5, and its resonance frequency is measured from the output terminal on the outer surface of the package 4. Then, based on this measurement,
A second frequency adjustment for finely adjusting the resonance frequency of the crystal unit 5 to a predetermined frequency value is performed.
【0033】第2の周波数調整は、パッケージ4の底面
側から貫通孔20を利用して行う。図3に示すように、
パッケージ4の上方に配置したレーザ光照射手段26か
らレーザ光27を、貫通孔20を介して各重り部の厚膜
部25に照射し、重り材料をトリミング加工する。これ
により、両振動腕の重り材料がバランス良く均一に加工
され、かつ微小な貫通孔であっても効率良く、短時間で
周波数調整をすることができる。更に、除去された重り
材料が周囲に飛散し、ICチップ6に再付着する虞が少
なくなる。また、このトリミング加工は、第1の周波数
調整と同様に、レーザ光以外に電子ビーム等の高温を発
生させるエネルギビームを用いて行うことができる。The second frequency adjustment is performed using the through hole 20 from the bottom surface side of the package 4. As shown in FIG.
The laser beam 27 is radiated from the laser beam irradiating means 26 disposed above the package 4 to the thick film portion 25 of each weight portion through the through hole 20 to trim the weight material. As a result, the weight materials of both vibrating arms are uniformly processed in a well-balanced manner, and the frequency can be adjusted efficiently and in a short time even in a minute through hole. Further, the risk that the removed weight material is scattered around and reattached to the IC chip 6 is reduced. Also, this trimming can be performed using an energy beam that generates a high temperature, such as an electron beam, in addition to the laser beam, as in the first frequency adjustment.
【0034】好適には、レーザ光27を貫通孔20の内
周縁に沿って照射する。図4は、このようにしてトリミ
ング加工した厚膜部25のレーザ痕28を示している。
このように両振動腕の厚膜部25の重り材料にレーザ光
を交互に照射し、これを半円形に加工していくことが両
振動腕の重り部をより均一にバランス良く加工し、かつ
周波数調整をより効率良く行うために好ましい。Preferably, the laser beam 27 is irradiated along the inner peripheral edge of the through hole 20. FIG. 4 shows a laser mark 28 of the thick film portion 25 thus trimmed.
In this way, the laser beam is alternately applied to the weight material of the thick film portion 25 of both vibrating arms, and the laser beam is processed into a semicircular shape so that the weight portions of both vibrating arms are processed more uniformly and in a well-balanced manner. It is preferable to perform frequency adjustment more efficiently.
【0035】最後に、真空雰囲気中で貫通孔20を充填
材で閉塞することにより、パッケージ4を真空に封止す
る。充填材としては、例えばAu−Snはんだ系又は
9:1はんだ等の高融点Pb−Snはんだ系材料等で形
成された金属ボール21を使用し、これを図1Bに想像
線で示すように段差22に載置して、バッチ式の真空封
止装置やレーザ装置又は電子ビーム装置等で溶着させ
る。これにより、本発明の圧電デバイスが完成する。Finally, the package 4 is sealed in a vacuum by closing the through hole 20 with a filler in a vacuum atmosphere. As the filler, for example, a metal ball 21 formed of a high-melting-point Pb-Sn solder-based material such as Au-Sn solder or 9: 1 solder is used. 22 and welded by a batch-type vacuum sealing device, a laser device, an electron beam device, or the like. Thereby, the piezoelectric device of the present invention is completed.
【0036】第1及び第2の周波数調整は、いずれも真
空中で行うことができる。特に第2の周波数調整を真空
中で行うことにより、水晶振動子片の共振周波数を所望
の値に対してより高精度に微調整することができる。Each of the first and second frequency adjustments can be performed in a vacuum. In particular, by performing the second frequency adjustment in a vacuum, it is possible to finely adjust the resonance frequency of the crystal unit to a desired value with higher accuracy.
【0037】上記実施例では、第1の周波数調整におい
て、水晶振動子片5の重り部18の厚膜部25以外の領
域をトリミング加工したが、別の実施例では、上面側の
厚膜部25のみをレーザ光等で照射してトリミングする
ことができる。この場合、レーザ光がICチップ6に当
たる可能性がより低く、従ってICチップの動作に影響
を与える可能性がより低くなる。また、第2の周波数調
整は、貫通孔20から直接見える下面側の厚膜部25を
トリミング加工することにより行うのが好ましい。これ
は、照射するレーザ光の焦点位置を調整することによっ
て容易に行うことができる。In the above embodiment, in the first frequency adjustment, the region other than the thick film portion 25 of the weight portion 18 of the crystal resonator element 5 is trimmed. However, in another embodiment, the thick film portion on the upper surface side is trimmed. Only 25 can be trimmed by irradiating it with laser light or the like. In this case, the possibility that the laser beam hits the IC chip 6 is lower, and therefore, the possibility that the operation of the IC chip is affected is lower. Further, the second frequency adjustment is preferably performed by trimming the thick film portion 25 on the lower surface directly visible from the through hole 20. This can be easily performed by adjusting the focal position of the laser light to be irradiated.
【0038】また、本発明は、水晶以外のタンタル酸リ
チウム、ニオブ酸リチウム等の様々な圧電材料について
も、同様に適用することができる。更に本発明は上記実
施例に限定されるものではなく、これに様々な変形・変
更を加えて実施し得ることは当業者に明らかである。例
えば、上述したようにレーザ光の焦点位置を調整するこ
とは比較的容易であることから、重り部18の圧膜部2
5は振動腕の上面又は下面の一方にのみ設けてもよい。
この場合、重り材料として一般に使用されているAuの
使用量を少なくできるので、製造コストの低減を図る上
で有利である。The present invention can be similarly applied to various piezoelectric materials other than quartz, such as lithium tantalate and lithium niobate. Further, it is apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented with various modifications and changes. For example, since it is relatively easy to adjust the focal position of the laser beam as described above, the pressure film portion 2 of the weight portion 18 is adjusted.
5 may be provided only on one of the upper surface and the lower surface of the vibrating arm.
In this case, the amount of Au generally used as the weight material can be reduced, which is advantageous in reducing the manufacturing cost.
【0039】[0039]
【発明の効果】本発明の圧電デバイスは、上述したよう
に構成することにより、ベースの底面側に設けた貫通孔
を利用して、圧電振動片の両振動腕の重り部を均一にバ
ランス良くトリミング加工できるので、圧電振動片の共
振周波数を高精度に調整することができ、かつ小型化・
薄型化の要求に対応することができる。According to the piezoelectric device of the present invention, as described above, the weight portions of the two vibrating arms of the piezoelectric vibrating reed are uniformly balanced by utilizing the through holes provided on the bottom surface side of the base. Trimming is possible, so the resonance frequency of the piezoelectric vibrating reed can be adjusted with high precision,
It can respond to the demand for thinning.
【0040】更に本発明の圧電デバイスの製造方法によ
れば、同一パッケージ内に実装されたIC素子に影響を
与えることなく、より高精度にかつより効率良く周波数
調整を行うことができ、高性能で高い信頼性を有する表
面実装型の圧電デバイスを安価に製造することができ
る。Further, according to the method for manufacturing a piezoelectric device of the present invention, it is possible to perform frequency adjustment with higher precision and efficiency without affecting the IC elements mounted in the same package. Thus, a surface-mount type piezoelectric device having high reliability can be manufactured at low cost.
【図1】A図は本発明による圧電デバイスの平面図、B
図はその縦断面図、C図は底面図である。FIG. 1A is a plan view of a piezoelectric device according to the present invention, and FIG.
The figure is a longitudinal sectional view, and the figure C is a bottom view.
【図2】図1の圧電デバイスに使用される音叉型水晶振
動片の平面図である。FIG. 2 is a plan view of a tuning-fork type quartz vibrating reed used in the piezoelectric device of FIG.
【図3】図1の圧電デバイスに第2の周波数調整を行う
状態を示す概略斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view showing a state in which a second frequency adjustment is performed on the piezoelectric device of FIG. 1;
【図4】水晶振動片の振動腕先端の重り部を示す部分拡
大図である。FIG. 4 is a partially enlarged view showing a weight portion at the tip of a vibrating arm of the crystal vibrating piece.
1 ベース 2 シールリング 3 蓋 4 パッケージ 5 水晶振動片 6 ICチップ 7 第1層 8 第2層 9 第3層 10 第4層 11、12 開口 13 電極パッド 14 ボンディングワイヤ 15 引出電極 16 接続電極 17 電極パッド 18 振動腕 19 重り部 20 貫通孔 21 金属ボール 22 段差 23 平面電極 24 側面電極 25 厚膜部 26 レーザ光照射手段 27 レーザ光 28 レーザ痕 Reference Signs List 1 base 2 seal ring 3 lid 4 package 5 crystal vibrating piece 6 IC chip 7 first layer 8 second layer 9 third layer 10 fourth layer 11, 12 opening 13 electrode pad 14 bonding wire 15 extraction electrode 16 connection electrode 17 electrode Pad 18 Vibrating arm 19 Weight part 20 Through hole 21 Metal ball 22 Step 23 Flat electrode 24 Side electrode 25 Thick film part 26 Laser light irradiation means 27 Laser light 28 Laser mark
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 41/09 H03H 3/04 B 41/18 9/02 A 41/22 H01L 41/08 C H03H 3/04 41/18 101A 9/02 41/22 Z ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 41/09 H03H 3/04 B 41/18 9/02 A 41/22 H01L 41/08 C H03H 3 / 04 41/18 101A 9/02 41/22 Z
Claims (16)
有するパッケージと、 前記ベースに実装されて前記パッケージ内に封止される
音叉型圧電振動片及びIC素子とを備え、 前記ベースには、前記圧電振動片の2本の振動腕の先端
にそれぞれ設けられた重り部の中間位置に貫通孔が、そ
の開口の範囲内に前記両重り部を部分的に含むように形
成され、かつ前記貫通孔が気密に閉塞されていることを
特徴とする圧電デバイス。A package having a base and a lid joined to the base; a tuning-fork type piezoelectric vibrating reed and an IC element mounted on the base and sealed in the package; A through hole is formed at an intermediate position between weight portions provided at the tips of the two vibrating arms of the piezoelectric vibrating reed so as to partially include the weight portions within a range of the opening, and A piezoelectric device, wherein a through hole is hermetically closed.
領域に重り材料がより厚く付着されていることを特徴と
する請求項1に記載の圧電デバイス。2. The piezoelectric device according to claim 1, wherein a weight material is attached to each of the weight portions in a region corresponding to the through hole.
り部の前記貫通孔に対応する前記領域が概ね半円形をな
すことを特徴とする請求項2に記載の圧電デバイス。3. The piezoelectric device according to claim 2, wherein the through-hole has a circular shape, and the area of each of the weights corresponding to the through-hole has a substantially semicircular shape.
シーム溶接されていることを特徴とする請求項1乃至3
のいずれかに記載の圧電デバイス。4. The cover according to claim 1, wherein said lid is made of metal and is seam-welded to said base.
The piezoelectric device according to any one of the above.
積層構造であることを特徴とする請求項1乃至4のいず
れかに記載の圧電デバイス。5. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the base has a laminated structure of thin plates made of an insulating material.
を特徴とする請求項5に記載の圧電デバイス。6. The piezoelectric device according to claim 5, wherein the thin plate is made of a ceramic material.
を特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の圧電デ
バイス。7. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrating reed is a quartz vibrating reed.
ースにIC素子を実装する過程と、 前記ベースに音叉型圧電振動片をマウントする過程と、 前記圧電振動片に第1の周波数調整を行う過程と、 前記ベースに金属製の蓋を接合する過程と、 前記ベースに形成された貫通孔を用いて前記圧電振動片
に第2の周波数調整を行う過程と、 前記貫通孔を気密に閉鎖して前記パッケージを封止する
過程とを含むことを特徴とする圧電デバイスの製造方
法。8. A step of mounting an IC element on a base constituting a package of the piezoelectric device, a step of mounting a tuning-fork type piezoelectric vibrating piece on the base, and a step of performing a first frequency adjustment on the piezoelectric vibrating piece. A step of joining a metal lid to the base; a step of performing a second frequency adjustment on the piezoelectric vibrating reed using a through-hole formed in the base; Sealing the package.
を発振させることにより測定される周波数を利用して、
前記第2の周波数調整を行うことを特徴とする請求項8
に記載の圧電デバイスの製造方法。9. Using a frequency measured by driving the IC element to oscillate the piezoelectric vibrating reed,
9. The method according to claim 8, wherein the second frequency adjustment is performed.
3. The method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 1.
記圧電振動片の各振動腕の先端に付着されている重り材
料をトリミングすることにより行われることを特徴とす
る請求項8又は9に記載の圧電デバイスの製造方法。10. The method according to claim 8, wherein the first and second frequency adjustments are performed by trimming a weight material attached to a tip of each vibrating arm of the piezoelectric vibrating reed. 3. The method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 1.
ギビームを照射し、これを溶融除去することにより前記
トリミングを行うことを特徴とする請求項10に記載の
圧電デバイスの製造方法。11. The method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 10, wherein the trimming is performed by irradiating an energy beam to a weight material at the tip of each of the vibrating bars and melting and removing the energy beam.
子ビームであることを特徴とする請求項11に記載の圧
電デバイスの製造方法。12. The method according to claim 11, wherein the energy beam is a laser beam or an electron beam.
周縁に沿って照射することを特徴とする請求項11又は
12に記載の圧電デバイスの製造方法。13. The method according to claim 11, wherein the energy beam is applied along an inner peripheral edge of the through hole.
する請求項13に記載の圧電デバイスの製造方法。14. The method according to claim 13, wherein the through hole has a circular shape.
塞することを特徴とする請求項8乃至14のいずれかに
記載の圧電デバイスの製造方法。15. The method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 8, wherein the through hole is hermetically closed in a vacuum atmosphere.
に接合することを特徴とする請求項8乃至15のいずれ
かに記載の圧電デバイスの製造方法。16. The method according to claim 8, wherein the lid is joined to the base by seam welding.
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|---|---|---|---|
| JP2000308187A JP2002118423A (en) | 2000-10-06 | 2000-10-06 | Piezoelectric device and method of manufacturing the same |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004328701A (en) * | 2003-04-28 | 2004-11-18 | Piedekku Gijutsu Kenkyusho:Kk | Manufacturing method of crystal oscillator |
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| US7429814B2 (en) * | 2001-10-31 | 2008-09-30 | Seiko Epson Corporation | Apparatus and methods for manufacturing a piezoelectric resonator device |
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| JP2015188187A (en) * | 2014-03-27 | 2015-10-29 | セイコーエプソン株式会社 | Method for adjusting frequency of vibration device and method for manufacturing vibration device |
-
2000
- 2000-10-06 JP JP2000308187A patent/JP2002118423A/en active Pending
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