JP2000134053A

JP2000134053A - 水晶振動子の製造方法及びその装置

Info

Publication number: JP2000134053A
Application number: JP10302238A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Umetsu; 一成梅津; Hideo Tanaya; 英雄棚谷; Atsushi Amako; 淳尼子
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1998-10-23
Publication date: 2000-05-12
Anticipated expiration: 2018-10-23
Also published as: JP3885388B2

Abstract

(57)【要約】【課題】生産性の向上、部品コストの低減、信頼性又
は特性の向上を図った水晶振動子の製造方法及びその装
置を提供する。【解決手段】水晶振動片１２が収納されたパッケージ
１０と、裏面にハンダメッキ１６が形成されたリッド１
４とを加圧した状態において、レーザ光３８を走査して
レンズ３６を介してリッド１４の表面上に照射し、パッ
ケージ１０とリッド１４との接合部１８のハンダメッキ
１６を溶融させて、パッケージ１０とリッド１４とを接
合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水晶振動子の製造方
法及びその装置、特にパッケージとリッドとの接合に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型化により電子部品
の微細化が要求されている。電子部品に内蔵される水晶
振動子もその要求が強く、水晶振動子片を薄型のパッケ
ージに封入する方法が検討されている。パッケージは、
セラミックスのパッケージに水晶振動子片をマウントし
てリッドと呼ばれる蓋で封止する構造になっている。封
止の方法としてはシーム溶接が一般的であるが、ハンダ
による接合も検討されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の封止方
法においては次のような問題がある。シーム溶接の場合：・溶接媒体としてコバールリングが必要であるが、リン
グ形状に成形する必要があることから、そのコストが高
い。・加工速度が遅く、生産性が悪い。・シーム溶接を行うための装置が高額である。・真空中での接合ができない（パッケージ内部を真空に
できないため、音叉型振動子には適用できない）。

【０００４】電子ビーム（ＥＢ）加熱の場合（ハンダ
接合）・接合前にリッドを加圧密着させると、真空雰囲気に投
入してもパッケージ内部が十分な真空にならない可能性
がある。・パッケージのセラミックスに熱的なダメージが入りク
ラックが発生する。・パッケージ毎に加圧構造（加圧治具）が必要である。・ビームスキャンのために処理速度に限界がある。

【０００５】パッケージ全体加熱の場合（ハンダ接
合）・パッケージ全体を加熱すると、水晶振動子片にも熱が
加わり、封止後に周波数がシフトしてしまう。

【０００６】本発明は、上述のような問題点を解決する
ためになされたものであり、生産性の向上、部品コスト
の低減、信頼性又は特性の向上を図った水晶振動子の製
造方法及びその装置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】（１）本発明の一つの態
様に係る水晶振動子の製造方法は、水晶振動子片が収納
されたパッケージと、裏面にハンダ層が形成されたリッ
ドとを加圧した状態において、レーザ光をリッドの表面
上に照射してパッケージとリッドとの接合部のハンダ層
を溶融させて、パッケージとリッドとを接合する。

【０００８】本発明においては上記のように接合してい
るので、次のような効果が得られる。レーザ光を用いてパッケージとリッドとの接合部を局
所的に加熱してハンダ層を溶融させて接合するので、水
晶振動子片に熱が伝わりづらく、封止後に周波数がシフ
トするおそれが少なくなっており、信頼性が向上してい
る。照射エネルギー（パルスエネルギー）を高精度に制御
できるので接合に最適な条件が得やすく、この点からも
信頼性及び特性の向上が期待できる。接合媒体はハンダ層で良く、コバールリングのように
コストが高くない。従って、部品コストの低減が可能に
なっている。シーム溶接の場合と異なり、ハンダのみの溶融のため
溶接痕が発生せず、外観がきれいである。

【０００９】（２）本発明の他の態様に係る水晶振動子
の製造方法は、上記（１）のレーザ光の照射に際して
は、例えばレーザ光を走査してリッドの表面上に照射
し、又はレーザ光をレンズを介して走査してリッドの表
面上に照射する。本発明においてはレーザ光を走査する
のでその照射エネルギーを効果的に利用することができ
る。

【００１０】（３）本発明の他の態様に係る水晶振動子
の製造方法は、上記（１）のレーザ光の照射に際して
は、レーザ光を位相格子を介してリッドの表面上に照射
する。本発明においては、このように位相格子を用いて
回折パターンを形成して必要な部分のみを一斉に照射す
るようにすることができ、上記（１）の効果に加えて、
マスクによるビーム成形ではないのでレーザ光のロスが
極めて少なく、更に、均一な接合が迅速に得られ、生産
性の向上が図られるという効果が得られる。

【００１１】（４）本発明の他の態様に係る水晶振動子
の製造方法は、上記（１）〜（３）の製造方法におい
て、真空中又はハンダが酸化しない雰囲気（例えば窒素
雰囲気、アルゴン雰囲気など）にてパッケージとリッド
との接合を行う。真空中にて封止した場合には（通常の
場合はＮ₂封止であるが）特にＡＴ振動子の場合には特
性が良くなる。また、ハンダが酸化しない雰囲気という
制限のもとで接合処理ができるので加工雰囲気が制約が
緩和される。

【００１２】（５）本発明の他の態様に係る水晶振動子
の製造装置は、レーザ光を透過させる部材から構成され
た透過窓が下端部に設けられ、昇降自在に支持された加
圧治具と、加圧治具を昇降制御してパッケージとリッド
を加圧させる昇降制御手段とを備え、透過窓を介してレ
ーザ光をリッドの表面上に照射させてパッケージとリッ
ドとの接合部のハンダ層を溶融させてパッケージとリッ
ドとを接合させるものである。

【００１３】本発明においては、このように加圧治具に
透過窓を設けてレーザ光を透過させるようにしたことか
ら、加圧治具とレーザ光の光学系と一体化することがで
きる。このため、本発明においては上記（１）の効果に
加えて、加圧治具と光学系とを別体にした場合に必要と
なる、パーケージ毎に密着させるための構造の治具（例
えば締め付けネジ）が不要となり、そして、加工治具の
昇降のみで加圧することができるので迅速な処理がで
き、生産性が向上する、という効果が得られる。更に、
加工治具の構成は簡単な構造からなり、安価に装置を構
成することができる、という効果も得られている。

【００１４】（６）本発明に係る水晶振動子の製造装置
は、上記の（５）の製造装置において、レーザ光を走査
してリッドの表面上に照射させる走査手段、又はレーザ
光を走査してレンズを介してリッドの表面上に照射させ
る走査手段を更に備えたものである。本発明において
は、上記のような走査手段を用いることで、レーザ光の
照射エネルギーを効果的に利用することができる。

【００１５】（７）本発明に係る水晶振動子の製造装置
は、上記の（５）の製造装置において、透過窓の上部に
設けられ、レーザ光を回折制御する位相格子を更に備え
たものである。本発明においては、このように位相格子
を用いて回折パターンを形成して必要な部分のみを一斉
に照射するようにしたことから、マスクによるビーム成
形ではないのでレーザ光のロスが極めて少なく、更に、
均一な接合が迅速に得られ、生産性の向上が図られると
いう効果が得られる。

【００１６】（８）本発明に係る水晶振動子の製造装置
は、上記（５）〜（７）の製造装置において次の〜
の何れかの構成が用いられる。透過窓の下面の内、レーザ光が照射されない部分にス
ペーサを設け、加圧状態において、前記透過窓の下面が
リッドの表面に当接しないようにする。透過窓の下面の内、レーザ光が照射される部分に溝を
設け、加圧状態において、透過窓の下面がレーザ光が照
射されるリッドの表面部分に当接しないようにする。透過窓の下面に凹部を設けて、加圧状態において、透
過窓の下面とリッドの表面との当接面積を減少させる。本発明においては、透過窓を上記のように構成したこと
から、加圧治具への熱拡散が低減でき、接合の信頼性が
向上するという効果が得られる。

【００１７】（９）本発明に係る水晶振動子の製造装置
は、上記（５）〜（８）の装置において、加圧治具を気
密に構成し、透過窓に吸引用の孔を設けるとともに、加
圧治具の壁に真空吸引用の孔を設け、真空吸引用の孔か
ら真空吸引して、リッドを透過窓に吸着させるものであ
る。本発明おいては、このように加圧治具に吸引チャッ
ク機能をもたせているので、リッド毎のハンドリングが
できる、という効果が得られる。但し、この場合には大
気圧レベル（雰囲気は例えばＮ₂パージ）での接合とな
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】実施形態１．図１は本発明の実施
形態１に係る水晶振動子の製造装置の説明図、図２
（Ａ）（Ｂ）は製造後の水晶振動子の説明図であり、図
２（Ａ）は斜視図、図２（Ｂ）はその断面図である。

【００１９】図２（Ａ）（Ｂ）に示されるように、水晶
振動子１はそのパッケージ１０が例えばセラミックスか
らなり、その内部に水晶振動子片１２が固定されてい
る。このパッケージ１０はリッド１４により覆われてお
り、リッド１４はコバール製の蓋であり、接合面にはハ
ンダメッキ（本発明のハンダ層に相当する）１６が施さ
れており、後述する方法によりレーザ光がパッケージ１
０とリッド１４との接合部（両者を接合する箇所）１８
に対応した、リッド１４の表面に照射される。そして、
その接合部１８が加熱されてその部分のハンダメッキ１
６が溶融し、パッケージ１０とリッド１４とが接合され
る。この接合部１８のパッケージ１０とリッド１４との
間には、図示のように、ハンダメッキ１６が溶融してハ
ンダの層２０が形成されることになる。

【００２０】ここで、図１に戻って図２の水晶振動子の
製造方法について説明する。図２の水晶振動子片１２が
収納されたパッケージ１０とリッド１４とからなる接合
前の水晶振動子２２を加圧治具（ベース）３０と加圧治
具（ガラス製）３２との間に配置し、加圧治具（ベー
ス）３０と加圧治具（ガラス製）３２とを締め付けネジ
３４により締め付けてパーケージ１０とリッド１４とを
加圧する。この加圧状態において、レンズ３６を介して
レーザ光３８をレーザ光走査手段（図示せず）によりス
キャンしながら接合部１８に対応したリッド１４の表面
を照射する。この照射によって、接合部１８のハンダメ
ッキ１６が加熱されて溶融し、パッケージ１０とリッド
１４とが接合され、図２の水晶振動子１が得られる。な
お、この接合処理は、加工雰囲気が制限されず、真空中
でも大気圧中でもできる。

【００２１】実施形態２．図３（Ａ）（Ｂ）は本発明の
実施形態２に係る水晶振動子の製造装置の説明図であ
る。この実施形態２において、加圧治具４０は上下方向
に移動自在に支持されており、下端部にはレーザ光を透
過させる材料からなるガラス窓４２が設けられており、
そして、ガラス窓４２の上部にはレンズ３６が設けられ
ている。加圧治具４０を同図（Ａ）の状態から、図示し
ない昇降制御手段により下降して同図（Ｂ）の状態に移
行し、ガラス窓４２により水晶振動子２２を加圧する。
そして、この加圧状態において、レンズ３６を介してレ
ーザ光３８をレーザ光走査手段（図示せず）によりスキ
ャンしながら接合部１８に対応したリッド１４の表面を
照射する。この照射によって、接合部１８のハンダメッ
キ１６が加熱されて溶融し、パッケージ１０とリッド１
４とが接合されて図２の水晶振動子１が得られる。

【００２２】実施形態３．図４は本発明の実施形態３に
係る水晶振動子の製造装置の説明図である。この実施形
態４においては、図３の加圧治具４０レンズ３６の上部
に位相格子４４が配置されている。この位相格子４４は
レーザビーム３９をリッド形状の沿った矩形形状の回折
ビーム３９ａにするためのものである。

【００２３】図５は図４の回折ビーム３９ａの説明図で
ある。レーザビーム３９は位相格子４４により回折され
て回折ビーム３９ａとなり、接合部１８に対応した帯状
の矩形形状の回折パターン３９ｂがリッド１４上に生成
される。なお、このような回折パターン３９ｂを生成す
るための位相格子４４はについては、「APPLIED OPTIC
S」Vol.26,No.14/15 July 1987 「Synthesis of digita
l holograms by directbinary search」にその詳細が開
示されている。この位相格子４４を製造するに際して
は、この文献に開示されている方法に基づいて位相分布
を得て、その位相分布に基づいてＣＡＤデータを作成
し、マスクの作成、レジスト露光及びイオンエッチング
という処理を経て位相格子を製造する。

【００２４】図６はそのようにして製造された位相格子
４４の一例を示した平面図である。図６において、その
黒い部分は位相値が０ラジアン、白い部分はπラジアン
を示している。

【００２５】実施形態４．図７（Ａ）（Ｂ）は本発明の
実施形態４に係る水晶振動子の製造装置の説明図であ
る。この実施形態４においては図３の加圧治具４０のガ
ラス窓４２の下面にスペーサ４６を設けている。即ち、
このスペーサ４６は、接合部１８に対応したリッド１４
の表面１４ａを避けるようにして配置されており、加圧
治具４０を同図（Ａ）の状態から下降して同図（Ｂ）に
状態に移行したとき、スペーサ４６によって水晶振動子
２２を加圧するが、スペーサ４６は上記のリッド１４の
表面１４ａに当接することはない。このため、加圧状態
において、レンズ３６を介してレーザ光３８をスキャン
しながら接合部１８を加熱したとき、上記のリッド１４
の表面１４ａにはスペーサ４６が接触しないので、接合
部１８におけるレーザ光による熱が加圧工具４０へ拡散
するのを軽減させることができる。

【００２６】実施形態５．図８（Ａ）（Ｂ）は本発明の
実施形態５に係る水晶振動子の製造装置の説明図であ
り、図８（Ｃ）は図８（Ａ）の矢印Ｆの方向から見たガ
ラス窓の図である。この実施形態５においては図３の加
圧治具４０のガラス窓４２に溝４２ａを設けている。即
ち、この溝４２ａは、接合部１８に対応したリッド１４
の表面１４ａを避けるようにして設けられており、加圧
治具４０を同図（Ａ）の状態から下降して同図（Ｂ）に
状態に移行したとき、ガラス窓４２によって水晶振動子
２２を加圧するが、溝４２ａがあるのでガラス窓４２が
リッド１４の表面１４ａに当接することはない。このた
め、加圧状態において、レンズ３６を介してレーザ光３
８をスキャンしながら接合部１８を加熱したとき、上記
のリッド１４の表面１４ａにはガラス窓４２が接触しな
いので、接合部１８におけるレーザ光による熱が加圧工
具４０へ拡散するのを軽減させることができる。なお、
ガラス窓４２の溝４２ａは鏡面が好ましいが、なし地で
もあっても光の散乱で８割程度はリッド１４の表面にエ
ネルギーが照射できるので、接合部１８に対する加熱、
接合は可能である。

【００２７】実施形態６．図９（Ａ）（Ｂ）は本発明の
実施形態６に係る水晶振動子の製造装置の説明図であ
り、図９（Ｃ）は図９（Ａ）の矢印Ｆの方向から見たガ
ラス窓の図である。この実施形態５においては図３の加
圧治具４０のガラス窓４２に図９（Ｃ）に示される形状
の凹部４２ｂを設けている。即ち、この凹部４２ｂは、
ガラス窓４２がリッド１４の表面に接触する面積を少な
くするために設けられたものであり、加圧治具４０を同
図（Ａ）の状態から下降して同図（Ｂ）に状態に移行し
たとき、ガラス窓４２によって水晶振動子２２を加圧す
るが、凹部４２ｂがあるのでガラス窓４２がリッド１４
の表面に当接する面積が少なくなる。このため、加圧状
態において、レンズ３６を介してレーザ光３８をスキャ
ンしながら接合部１８を加熱したとき、接合部１８にお
けるレーザ光による熱が加圧工具４０へ拡散するのを軽
減させることができる。なお、この実施形態６において
はその凹部４２ｂの平面形状から、封止面に１０箇所の
押え点が構成されている。

【００２８】実施形態７．図１０（Ａ）（Ｂ）は本発明
の実施形態７に係る水晶振動子の製造装置の説明図であ
る。この実施形態７においては図３のガラス窓４２に吸
引用の孔４３を設けるとともに、加圧治具４０における
レンズ３６とガラス窓４２との間の部分に真空吸引用に
孔４１を設けている。なお、この加工治具による接合処
理は大気レベル（雰囲気はＮ₂パージ）にて行う必要が
ある。

【００２９】この実施形態７においては、加圧治具４０
の孔に真空装置（図示せず）を接続しておいて、加圧治
具４０の先端部分を真空引きして、孔４３を介してリッ
ド１４を吸着して吸い上げることによりハンドリングを
行わせる。そして、図１０（Ａ）に示されるように、加
圧治具（ベース）３０上に載置されているパッケージ１
０の上部にリッド１４が位置するように加圧治具４０を
移動させる。その後、図１０（Ｂ）に示されるように、
加圧治具４０を下降させて、ガラス窓４２によりリッド
１４及びパッケージ１０を加圧する。そして、この加圧
状態において、レンズ３６を介してレーザ光３８をスキ
ャンしながら接合部１８に対応したリッド１４の表面を
照射する。この照射によって、接合部１８のハンダメッ
キ１６が加熱されて溶融し、パッケージ１０とリッド１
４とが接合されて封止される。

【００３０】実施形態８．上述の実施形態１〜７は適宜
組み合わせて構成することができる。例えば、実施形
態１に実施形態３〜７を適宜組み合わせたもの、実施
形態３に実施形態４〜７を適宜組み合わせたものが挙げ
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る水晶振動子の製造装
置の説明図である。

【図２】図１の製造装置により製造された水晶振動子の
説明図である。

【図３】本発明の実施形態２に係る水晶振動子の製造装
置の説明図である。

【図４】本発明の実施形態３に係る水晶振動子の製造装
置の説明図である。

【図５】図４の回折ビームの説明図である。

【図６】図４の位相格子の説明図である。

【図７】本発明の実施形態４に係る水晶振動子の製造装
置の説明図である。

【図８】本発明の実施形態５に係る水晶振動子の製造装
置の説明図である。

【図９】本発明の実施形態６に係る水晶振動子の製造装
置の説明図である。

【図１０】本発明の実施形態７に係る水晶振動子の製造
装置の説明図である。

【符号の説明】

１，２２水晶振動子１０パッケージ１２水晶振動子片１４リッド３０，３２，４０加圧治具３６レンズ３８レーザ光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者尼子淳長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内Ｆターム(参考） 5J108 BB02 GG03 GG13 GG16 KK04 MM02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水晶振動子片が収納されたパッケージ
と、裏面にハンダ層が形成されたリッドとを加圧した状
態において、レーザ光をリッドの表面上に照射してパッ
ケージとリッドとの接合部のハンダ層を溶融させて、パ
ッケージとリッドとを接合することを特徴とする水晶振
動子の製造方法。
【請求項２】レーザ光を走査してリッドの表面上に照
射することを特徴とする請求項１記載の水晶振動子の製
造方法。
【請求項３】レーザ光をレンズを介してリッドの表面
上に照射することを特徴とする請求項２記載の記載の水
晶振動子の製造方法。
【請求項４】レーザ光を位相格子を介してリッドの表
面上に照射することを特徴とする請求項１記載の記載の
水晶振動子の製造方法。
【請求項５】真空中にてパッケージとリッドとの接合
を行うことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の
水晶振動子の製造方法。
【請求項６】ハンダが酸化しない雰囲気にてパッケー
ジとリッドとの接合を行うことを特徴とする請求項１〜
４の何れかに記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項７】レーザ光を透過させる部材から構成され
た透過窓が下端部に設けられ、昇降自在に支持された加
圧治具と、該加圧治具を昇降制御して前記パッケージと
リッドを加圧させる昇降制御手段とを備え、前記透過窓
を介してレーザ光を前記リッドの表面上に照射させてパ
ッケージとリッドとの接合部のハンダ層を溶融させてパ
ッケージとリッドとを接合することを特徴とする水晶振
動子の製造装置。
【請求項８】前記レーザ光を走査して前記リッドの表
面上に照射させる走査手段を更に有することを特徴とす
る請求項７記載の水晶振動子の製造装置。
【請求項９】前記走査手段は、レーザ光を走査してレ
ンズを介して前記リッドの表面上に照射させることを特
徴とする請求項８記載の水晶振動子の製造装置。
【請求項１０】前記透過窓の上部に設けられ、レーザ
光を回折制御する位相格子を更に有することを特徴とす
る請求項７記載の水晶振動子の製造装置。
【請求項１１】前記透過窓の下面の内、レーザ光が照
射されない部分にスペーサを設け、加圧状態において、
前記透過窓の下面が前記リッドの表面に当接しないよう
にしたことを特徴とする請求項７〜１０の何れかに記載
の水晶振動子の製造装置。
【請求項１２】前記透過窓の下面の内、レーザ光が照
射される部分に溝を設け、加圧状態において、前記透過
窓の下面がレーザ光が照射されるリッドの表面部分に当
接しないようにしたことを特徴とする請求項７〜１０の
何れかに記載の水晶振動子の製造装置。
【請求項１３】前記透過窓の下面に凹部を設けて、加
圧状態において、前記透過窓の下面とリッドの表面との
当接面積を減少させたことを特徴とする請求項７〜１０
の何れかに記載の水晶振動子の製造装置。
【請求項１４】前記加圧治具を気密に構成し、前記透
過窓に吸引用の孔を設けるとともに、前記加圧治具の壁
に真空吸引用の孔を設け、前記真空吸引用の孔から真空
吸引して、前記リッドを前記透過窓に吸着させることを
特徴とする請求項７〜１３の何れかに記載の水晶振動子
の製造装置。