JP2004172752A - 圧電デバイスの製造方法、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話装置ならびに圧電デバイスを利用した電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】孔封止工程を不要として、パッケージを小型化でき、しかも製造工程を簡単にできる圧電デバイス及びその製造方法、携帯電話装置及び電子機器を提供すること。
【解決手段】圧電デバイスの製造方法であって、前工程として、前記パッケージに低融点封止材を予め適用する工程（ＳＴ１１、ＳＴ１２、ＳＴ１３）と、前記蓋体に前記低融点封止材を予め適用する工程（ＳＴ２１、ＳＴ２２、ＳＴ２３）とを有し、さらに、前記前工程に続く後工程として、前記パッケージの前記電極部に、導電性接着剤を適用し、この導電性接着剤に前記圧電振動片の基部を配置し、加熱して接合する圧電振動片の接合工程と、圧電振動片を接合した状態で加熱するアニール工程（ＳＴ３６）と、接合面に前記パッケージ側の低融点封止材と同じ封止材を予め適用した蓋体を、前記パッケージの前記接合面に配置し、低温加熱することにより接合封止する蓋封止工程（ＳＴ３７）とを備える。
【選択図】 図３
【解決手段】圧電デバイスの製造方法であって、前工程として、前記パッケージに低融点封止材を予め適用する工程（ＳＴ１１、ＳＴ１２、ＳＴ１３）と、前記蓋体に前記低融点封止材を予め適用する工程（ＳＴ２１、ＳＴ２２、ＳＴ２３）とを有し、さらに、前記前工程に続く後工程として、前記パッケージの前記電極部に、導電性接着剤を適用し、この導電性接着剤に前記圧電振動片の基部を配置し、加熱して接合する圧電振動片の接合工程と、圧電振動片を接合した状態で加熱するアニール工程（ＳＴ３６）と、接合面に前記パッケージ側の低融点封止材と同じ封止材を予め適用した蓋体を、前記パッケージの前記接合面に配置し、低温加熱することにより接合封止する蓋封止工程（ＳＴ３７）とを備える。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片をパッケージに収容した圧電デバイスと、その製造方法の改良に係り、また、このような圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、パッケージ内に圧電振動片を収容した圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
図１１は、このような圧電デバイスの従来例を示す概略断面図である（特許文献１参照）。
【０００３】
図において、圧電デバイス１は、パッケージ２の内部に、圧電振動片３を収容している。この圧電振動片３は、例えば水晶基板を利用して形成されている。この圧電振動片３は、パッケージ２の内側底部に形成された電極部６に対して、導電性接着剤６ａを用いて、その基部３ａが接合されている。
【０００４】
パッケージ２は、セラミックシートを金型で枠状に抜いた後、積層基板２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを積層後焼結して形成され、内部に圧電振動片３を収容するための内部空間Ｓ１を有し、その上端には、ロウ材４ａを介して、蓋体４が接合されている。
また、パッケージ２には、内側底部と外側とを連絡する貫通孔７が設けられている。この貫通孔７は、内側の第１の孔７ａと外側の第２の孔７ｂを有し、第１の孔７ａの孔径よりも第２の孔７ｂの孔径のほうが大きくされている。また、第１の孔７ａと第２の孔７ｂとの間の段部７ｃには、金属被覆部（図示せず）が設けられており、貫通孔７には、金属封止材８が充填されて孔封止されている。
【０００５】
図１２及び図１３は、圧電デバイス１の製造工程を工程順に示した概略断面図である。
図１２（ａ）において、パッケージ２は、上述したように、積層基板２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを積層後焼結して形成されており、パッケージ２の内側底部に形成された電極部６が設けられる。パッケージ２の蓋体との接合端面には、例えば、ペースト状の封止材４ａが適用される。
次いで、図１２（ｂ）において、パッケージ２を加熱することで、封止材４ａの溶剤を乾燥させる。
【０００６】
次に、圧電振動片３の接合工程を行う。先ず、図１２（ｃ）では、封止材４ａの溶剤乾燥後に、パッケージ２の内側底部の電極部６に導電性接着剤６ａを塗布し、圧電振動片３の基部３ａを、この導電性接着剤６ａの上に配置する。次いで、図１２（ｄ）に示すように、この状態で、例えば、１８０度（摂氏、以下で示す温度はすべて摂氏表示）で、約６０分加熱することで、導電性接着剤６ａを硬化させて、圧電振動片３をパッケージ２に対して接合する（接合工程）。
【０００７】
続いて、図１３（ｅ）に示すように、蓋体４をパッケージ２の封止材４ａに位置合わせし、例えば３７５度にて、１５分程度加熱して、封止材４ａを硬化させる（蓋封止工程）。
次いで、図１３（ｆ）では、パッケージ２を、例えば、図示しない所定のチャンバー内で、加熱台等の上に所定の治具にセットして配置し、チャンバー内を真空雰囲気として、貫通孔７を利用して、パッケージ２内のガスを真空中に排気する。つまり、図１２（ｄ）の接合工程において、加熱により導電性接着剤６ａから生成されるガス成分や、パッケージ２内の吸着水分の気化成分、さらに、図１３（ｅ）の蓋封止工程における高い温度での加熱により導電性接着剤６ａからさらに出るガス成分を真空中に排気する。
【０００８】
次に、例えば、蓋封止したパッケージ２を同じチャンバー内を真空排気した状態で貫通孔７の孔封止が行われる。
すなわち、貫通孔７の第２の孔７ｂの上に、金または金合金等でなる球形の金属封止材（図示せず）を配置して、この金属封止材に対して、レーザ光を照射することにより、金属封止材が溶融される。この溶融された金属封止材は、図１３の段部７ｃの金属被覆部に対して、濡れ広がりつつ、冷却されて、図示するように貫通孔７に充填されることで、貫通孔７を塞ぐ（孔封止工程）。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１０６５１５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような構造の圧電デバイス１では、導電性接着剤６ａから出るガス成分等が圧電振動片３に付着して、振動特性に悪影響を与えることを防止するために、パッケージ２に貫通孔７を形成し、パッケージ２に対する蓋封止後に、貫通孔７から排気する工程を設けている。
この貫通孔７は、後から塞がれるために、二重の貫通孔構造等を採用する必要がある。
【００１１】
これらのことから、貫通孔７を形成するために、パッケージ２は多くの積層基板を使用して形成されるので、その分パッケージの外形が大きくなってしまうという欠点がある。
また、製造工程に貫通孔７を利用するガス成分の真空排気や孔封止の工程を必要とし、工程が複雑化するという問題がある。
【００１２】
本発明は、孔封止工程を不要とすることで、パッケージを小型化することができ、しかも製造工程を簡単にすることができる圧電デバイスの製造方法と、その製造方法により製造された圧電デバイス、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話装置及び電子機器を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、第１の発明によれば、パッケージ内に圧電振動片を収容して、蓋体により封止するようにした圧電デバイスの製造方法であって、前工程として、前記パッケージに低融点封止材を予め適用する工程と、前記蓋体に前記低融点封止材を予め適用する工程とを有し、さらに、前記前工程に続く後工程として、前記パッケージの前記電極部に、導電性接着剤を適用し、この導電性接着剤に前記圧電振動片の基部を配置し、加熱することにより接合する圧電振動片の接合工程と、前記パッケージ内に圧電振動片を接合した状態で加熱するアニール工程と、接合面に前記パッケージ側の低融点封止材と同じ封止材を予め適用した蓋体を、前記パッケージの前記接合面に対応させて配置し、低温加熱することにより接合封止する蓋封止工程とを備える、圧電デバイスの製造方法により、達成される。
【００１４】
第１の発明の構成によれば、前工程において、パッケージと蓋体とに低融点封止材を適用しており、後工程の蓋封止工程においては、パッケージ側の低融点封止材と、蓋体側の低融点封止材とを溶融固定する手法をとっている。このため、蓋封止工程では、従来必要とされた加熱温度よりも低い温度で封止できるので、圧電振動片を接合した接着剤からのガスの生成量を抑制することができる。このため、従来のように、パッケージに形成した貫通孔からのガスの真空排気を行い、さらに孔封止工程を必要としない。したがって、パッケージに貫通孔を形成しなくて済むので、パッケージの外形を小型にすることができ、しかも、孔封止工程を不要としたので、工程が簡単になるとともに、孔封止に使用される高価な封止用金属を必要としないので、製造コストも低減される。
また、パッケージと蓋体とに低融点封止材を適用する工程を前工程として行うことで、このような工程により処理したパッケージと蓋体とを多数用意しておくことができ、製造計画に従って、前処理が完了してストックされたパッケージと蓋体を利用して、孔封止工程を不要とする製造工程によって、短時間で効率よく圧電デバイスを製造することができる。
したがって、本発明の効果として、孔封止工程を不要とすることで、パッケージを小型化することができ、しかも製造工程を簡単にすることができる圧電デバイスの製造方法を提供することができる。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記導電性接着剤を加熱硬化させる前記圧電振動片の接合工程とともに、前記アニール工程を同一工程として行うことを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、加熱により導電性接着剤を硬化させて、圧電振動片を接合する工程に続いて、導電性接着剤からガス成分を予め排出させるアニール工程をひと続きの工程とすることができ、工程が簡略化される。
【００１６】
第３の発明は、第１または第２の発明のいずれかの構成において、前記パッケージがセラミックスであり、前記蓋体がガラス製で、かつ前記低融点封止材が低融点ガラスであることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、パッケージにセラミックスを選択し、蓋体にガラスを選択し、低融点封止材に低融点ガラス（Ｌｏｗ−ｍｅｌｔｉｎｇ ｇｌａｓｓ）を選択することで、パッケージや蓋体に対する低融点封止材の付着性がよくなる。
【００１７】
第４の発明は、第３の発明の構成において、前記パッケージに対して前記低融点封止材を予め適用する工程は、前記パッケージの前記蓋体との接合面に、低融点ガラスを塗布し、次いで低融点ガラスを焼結し、さらにこの低融点ガラスを使用する場合の作業温度以下の温度でアニール処理をすることにより行われることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、圧電振動片を接合する以前の前工程において、アニール処理できる。これにより、蓋体に関連して発生する水を含む気体成分をアニール処理で先に排出させ、アニール処理よりも後においては、これらのガス成分の脱離温度を高温側にシフトさせることができる。このため、後工程の蓋封止時におけるこれらのガスの排出を効果的に抑制できる。
ここで、「低融点ガラスを使用する場合の作業温度以下の温度」とは、当該低融点ガラスの種類に応じて決まる温度であり、少なくとも当該低融点の軟化点よりも僅かに高く、その濡れ性がよくなる温度である。つまり、ガラス軟化点を越えて、当該低融点ガラスを封止作業の上で支障なく使用できる程度の温度で、加熱後に再結晶した低融点ガラスの軟化点を上げてしまうことがなく、少なくとも後工程におけるアニール工程の温度より低い温度である。
【００１８】
第５の発明は、第３または第４の発明のいずれかの構成において、前記蓋体に対して前記低融点封止材を予め適用する工程は、前記蓋体の前記パッケージとの接合面に、低融点ガラスを塗布し、次いで低融点ガラスを焼結し、さらにこの低融点ガラスを使用する場合の作業温度以下の温度でアニール処理をすることにより行われることを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、圧電振動片を接合する以前の前工程において、蓋体とパッケージとをまとめてアニール処理できる。これにより、予めパッケージ内の吸着水を除去できるとともに、蓋体及び／またはパッケージから加熱により発生するガス成分をアニール処理で先に排出させ、アニール処理よりも後においては、これらのガス成分の脱離温度を高温側にシフトさせることができる。このため、後工程の蓋封止時におけるこれらのガスの排出を効果的に抑制できる。
「低融点ガラスを使用する場合の作業温度以下の温度」とは、第４の発明の場合と同じである。
【００１９】
第６の発明は、第３または第４の発明のいずれかの構成において、パッケージ内に圧電振動片を接合した状態で加熱する後工程におけるアニール工程が、前記前工程のアニール処理温度よりも高い温度で行われることを特徴とする。
第６の発明の構成によれば、前工程のアニール処理で出すことができなかったガスについて、排出させるとともに、後工程におけるアニール工程で封止温度近傍まで温度を上げることにより、これに続く蓋封止工程においてのガスの発生を効果的に抑制することができる。
【００２０】
上述の目的は、第７の発明によれば、パッケージ内に圧電振動片を収容して、蓋体により封止するようにした圧電デバイスであって、前記パッケージと前記蓋体の互いに接合される接合面に、予め低融点封止材を適用して、前記パッケージと前記蓋体とが接合封止されている圧電デバイスにより、達成される。
第７の発明の構成によれば、前記パッケージと前記蓋体の互いに接合される接合面に、予め低融点封止材を適用して、前記パッケージと前記蓋体とが接合封止されていることにより、低温による蓋封止が行われていることから、接着剤等から発生するガスが圧電振動片に付着して、振動性能に悪影響が出ることがほぼ確実に防止され、しかもパッケージの外形を小さく形成できる。
これらのことから、本発明の効果として、孔封止工程を不要とすることで、パッケージを小型化することができ、しかも製造工程を簡単にすることができる圧電デバイスを提供することができる。
【００２１】
上述の目的は、第８の発明によれば、パッケージ内に圧電振動片を収容して、蓋体により封止するようにした圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、前記パッケージと前記蓋体の互いに接合される接合面に、予め低融点封止材を適用して、前記パッケージと前記蓋体とが接合封止されている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、携帯電話装置により、達成される。
【００２２】
上述の目的は、第９の発明によれば、パッケージ内に圧電振動片を収容して、蓋体により封止するようにした圧電デバイスを利用した電子機器であって、前記パッケージと前記蓋体の互いに接合される接合面に、予め低融点封止材を適用して、前記パッケージと前記蓋体とが接合封止されている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、電子機器により、達成される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の圧電デバイスの第１の実施の形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線概略断面図である。
これらの図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス３０は、パッケージ３６内に圧電振動片３２を収容している。パッケージ３６は、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを利用して形成される。ここで、パッケージ３６を形成するための材料は、後述する低融点封止材との濡れ性を考慮して、その種類に適合するように選択されることが好ましく、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックス質焼結体等から選択されたセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されてもよい。
【００２４】
この場合、パッケージ３６は、図２に示すように、第１の基板６１、第２の基板６４、第３の基板６８を積層して形成されており、図１１で説明した従来のパッケージより積層基板が少ない。つまり、この実施形態のパッケージ３６では、従来のように貫通孔を形成しないでよいことから、段付きの貫通孔を不要としたことに伴い、必要とする積層基板を減らすことで、パッケージの外形をその分小さくすることができる。
【００２５】
第３の基板６８は、その内側に所定の孔を形成することで、各基板６１，６４，６８を積層した場合に内側に所定の内部空間Ｓ２を形成するようにされている。
パッケージ３６の内部空間Ｓ２内の図において左端部付近において、内部空間Ｓ２に露出して内側底部を構成する第２の積層基板６４には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ又は金メッキで形成した電極部３１，３１が設けられている。あるいは、タングステンやモリブデン、銀、銅等の金属粉末を適当な有機バインダや溶剤等に含有させた金属ペーストを上述したグリーンシートに印刷塗布し、グリーンシートとともに焼成して形成してもよい。
【００２６】
この電極部３１，３１は、外部と接続されて、駆動電圧を供給するものである。この各電極部３１，３１の上に導電性接着剤４３，４３が塗布され、この導電性接着剤４３，４３の上に圧電振動片３２の基部５１が載置されて、導電性接着剤４３，４３が硬化されるようになっている。この圧電振動片３２の接合工程については、後述する。
ここで、導電性接着剤４３，４３としては、接合力を発揮する接着剤成分としての合成樹脂剤に、銀製の細粒等の導電性の粒子を含有させたものが使用でき、シリコーン系、エポキシ系またはポリイミド系導電性接着剤等を利用することができる。
【００２７】
圧電振動片３２は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。本実施形態の場合、圧電振動片３２は、小型に形成して、必要な性能を得るために、特に図示する形状とされている。
すなわち、圧電振動片３２は、パッケージ３６側と後述するようにして固定される基部５１と、この基部５１を基端として、図において右方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕３４，３５を備えており、全体が音叉のような形状とされた、所謂、音叉型圧電振動片が利用されている。
【００２８】
ここで、図１において、圧電振動片３２の基部５１において、一対の振動腕３４，３５の基端部側に寄った位置には、基部５１の幅方向に縮幅して設けた切り欠き部もしくはくびれ部５２，５２を設けるようにしてもよい。
これにより、基部５１に圧電振動片３２の振動の漏れ込みを防止して、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値を低減することができる。
また、一対の振動腕３４，３５には、それぞれ、長手方向に延びる長溝３４ａ，３５ａを形成してもよい。この場合、各長溝は、図２の長溝３４ａ，３４ａとして示されているように、各振動腕３４，３５の上面と下面に同様の態様でそれぞれ形成される。
このように、一対の振動腕３４，３５に、それぞれ長手方向に延びる長溝３４ａ，３５ａを形成することによって、振動腕３４，３５における電界効率が向上する利点がある。
尚、圧電振動片３２として、くびれ部５２，５２や長溝３４ａ，３５ａを有しない音叉型の圧電振動片や、圧電材料を矩形にカットした所謂ＡＴカット振動片を使用してもよいことは勿論である。
【００２９】
圧電振動片３２の基部５１の導電性接着剤４３，４３と触れる部分には、駆動電圧を伝えるための引出電極（図示せず）が形成されており、これにより、圧電振動片３２は、駆動用電極がパッケージ３６側の電極部３１，３１と導電性接着剤４３，４３を介して、電気的に接続されている。
この引出し電極は、圧電振動片３２の表面に形成された励振電極（図示せず）と一体に形成されて、励振電極に駆動電圧を伝えるためのものである。
【００３０】
パッケージ３６の開放された上端、すなわち、蓋体３９との接合面３６ａには、低融点封止材３３を介して、蓋体３９が接合されることにより、封止されている。蓋体３９は、好ましくは、後述する周波数調整を行うために、光を透過する材料で形成されている。
低融点封止材３３としては低融点ガラスが好ましい。低融点ガラスは、３００度ないし７００度程度で溶融・軟化するガラスである。また、蓋体３９は、低融点ガラス３３と濡れ性のよい材料が選択され，例えば、ホウ珪酸ガラス等が適している。
この実施形態では、後述する製造工程に適するように、低融点ガラスとして、例えば、酸化亜鉛（ＰｂＯ）に、Ｂ２ Ｏ３ 、Ｂｉ２ Ｏ３ 、ＺｎＯ、ＰｂＦ２ 、ＣｕＯ、ＴｉＯ２ 、Ｎｂ２ Ｏ３ 、Ｆｅ２ Ｏ３ 、ＣａＯ等を微量含有する低融点ガラスが使用されている。本実施形態では、これらの組成からなる母ガラスに、例えば、チタン酸鉛系のフィラーを混入したガラスペーストを使用している。
鉛を含まない環境に対する悪影響が少ない低融点ガラスとしては、例えば、Ｃｕ２ Ｏ−ＣｕＯ−Ｐ２ Ｏ５ 系の低融点ガラス、ＳｉＯ−ＳｎＯ−Ｐ２ Ｏ５ 等の低融点ガラスを使用することもできる。この実施形態では、酸化亜鉛（ＰｂＯ）系の低融点ガラスを使用するようにしてもよい。
【００３１】
さらに、この実施形態では、パッケージ３６を構成する積層基板のうち図２の下から２番目の基板６４には、図２において右端部付近に孔を形成することにより、この積層基板の厚みに対応した凹部４２が形成されている。この凹部４２は、圧電振動片３２の自由端３２ｂである先端部の下方に位置している。これにより、本実施形態では、パッケージ３６に外部から衝撃が加わった場合に、圧電振動片３２の自由端３２ｂが、矢印Ｄ方向に変位して振れた場合においても、パッケージ３６の内側底面と当接されることを有効に防止されるようになっている。
【００３２】
次に、図３ないし図７を参照しながら、本実施形態の圧電デバイスの製造方法の一例について説明する。
図３は圧電デバイス３０の製造方法の一例を示すフローチャート、図４は圧電デバイス３０の製造工程における前工程について、パッケージ側を工程順に示す概略断面図、図５は圧電デバイス３０の製造工程における前工程について、蓋体側を工程順に示す概略断面図、図６及び図７は、圧電デバイス３０の製造工程における後工程を工程順に示す概略断面図である。
【００３３】
（前工程）
図３において、鎖線Ｌよりも上が圧電デバイス３０の製造方法の前工程を示し、鎖線Ｌよりも下が後工程を示している。
この圧電デバイスの製造方法においては、先ず、パッケージ３６を構成するためのセラミックグリーンシートから形成される基板と、圧電振動片３２と、蓋体３９とを別々に形成してから、これを完成させて、接合固定する。このパッケージ３６を構成するためのセラミックグリーンシートから形成される基板と、圧電振動片３２と、蓋体３９とを別々に形成した後で、パッケージと蓋体とに低融点封止材をそれぞれ適用する工程が前工程である。
【００３４】
（パッケージの前工程）
図３のＳＴ１１は、図４（ａ）に示されている。パッケージ３６自体の形成は、上述したように行われる。このパッケージ３６の蓋体との接合面３６ａに、低融点ガラス３３ａが塗布される。この状態では、図４（ａ）に拡大して示されているように、低融点ガラス３３ａには、気泡等を含み溶剤その他が含有されたガラスペーストの状態となっている。
【００３５】
次いでＳＴ１２において、図４（ｂ）に示されているように、低融点ガラス３３ａを真空炉等で脱泡した後に焼結し、低融点ガラス３３ａをパッケージ３６の蓋体との接合面３６ａに確実に定着させる。
続いて、ＳＴ１３において、図４（ｃ）に示されているように、アニール処理を行う（前工程におけるアニール処理）。
ここで、アニール処理における温度は、低融点ガラス３３ａを使用する場合の作業温度以下の温度で行う。これにより、予めパッケージ３６内の吸着水を除去できるとともに、パッケージ３６から加熱により発生するＨ２ 、Ｎ２ 、ＣＯ、ＣＯ２ 、メタン系ガス等のガス成分をアニール処理で先に排出させることができる。
【００３６】
すなわち、図８はこのような前工程におけるアニール処理を行わなかった場合（従来の方法）によるパッケージにおける各ガス成分の脱離温度を示し、図９は、本実施形態の前工程におけるアニール処理を行ったパッケージ及び／または蓋体の各ガス成分の脱離温度を示している。
具体的には、低融点ガラス３３ａとして、上述した酸化亜鉛（ＰｂＯ）系の低融点ガラス（軟化温度２７５度）を用いて、リフロー炉中でＮ２ 雰囲気下において、２７５度、１０分間のアニール処理を行った。
【００３７】
図８と図９を比較してわかるように、各ガス成分の脱離温度を、４０度程度高温側にシフトさせることができた。このため、後述する後工程の蓋封止時におけるこれらのガスの排出を、効果的に抑制できる。
ここで、「低融点ガラスを使用する場合の作業温度以下の温度」とは、当該低融点ガラスの種類に応じて決まる温度であり、少なくとも当該低融点の軟化点よりも僅かに高く、その濡れ性がよくなる温度である。つまり、ガラス軟化点を越えて、当該低融点ガラスを封止作業の上で支障なく使用できる程度の温度で、加熱後に再結晶した低融点ガラスの軟化点を上昇させてしまうことがなく、少なくとも、後述する後工程におけるアニール工程の温度より低い温度である。
さらに、ここでは、前工程のアニール処理の温度を特に高くすることなく、各ガス成分の脱離温度を高温側にシフトさせることが重要である。極端に高い温度でアニール処理すると、低融点ガラス３３ａを再結晶化させてしまい、軟化点温度を高くしてしまい、蓋封止工程における低温封止を実現できなくなるからである。したがって、低融点ガラスの軟化点温度の近傍の温度であることが好ましく、この実施形態の場合は、２７５度より高く、３２０度程度までの温度である。
【００３８】
（蓋体の前工程）
図３のＳＴ２１は、図５（ａ）に示されている。蓋体３９は、上述したように、例えば、ホウ珪酸ガラス等のウエハから所定の大きさに切り出されることにより形成される。この蓋体３９のパッケージとの接合面に、低融点ガラス３３ｂが塗布される。この状態では、低融点ガラス３３ｂには、気泡等を含み溶剤その他が含有されたガラスペーストの状態となっている。
【００３９】
次いでＳＴ２２において、図５（ｂ）に示されているように、低融点ガラス３３ｂを真空炉等で脱泡した後で焼結し、低融点ガラス３３ｂを蓋体３９のパッケージとの接合面に確実に定着させる。
続いて、ＳＴ２３において、図５（ｃ）に示されているように、アニール処理を行う（前工程におけるアニール処理）。
この蓋体に関するアニール処理の条件、効果は、パッケージのアニール処理の場合とほぼ同様である。
【００４０】
（後工程）
（圧電振動片の接合工程）
次に、図３のＳＴ３４以降、及び図６を参照して、圧電デバイス３０の製造方法の後工程について説明する。
図６（ｄ）では、パッケージ３６の内側底部の電極部３１に導電性接着剤４３を塗布し、圧電振動片３２の基部５１を、この導電性接着剤４３の上に配置することで、圧電振動片３２のマウントを行う（ＳＴ３４）。
次いで、図６（ｅ）に示すように、大気中で、例えば、１８０度で、約６０分程度加熱することで、導電性接着剤４３を硬化させ（ＳＴ３５）、圧電振動片３２をパッケージ３６に対して接合する（圧電振動片の接合工程）。
【００４１】
続いて、後工程におけるアニール工程を行う（ＳＴ３６）。
図６（ｆ）に示す、後工程におけるアニール工程では、前工程のアニール処理で出すことができなかったガスについて、排出させるとともに、後工程におけるアニール工程で封止温度近傍まで温度を上げることにより、これに続く蓋封止工程においてのガスの発生を効果的に抑制することができる。
具体的には、大気中で前工程のアニール処理よりも高い温度で加熱する。すなわち、前工程のアニール処理において、各ガス成分の脱離温度が高温側にシフトされていることにより、変化後の各ガス成分の脱離温度に適合した温度でアニール工程を実行する。すなわち、この温度は、低融点ガラス３３ａの軟化点温度よりも高く、導電性接着剤４３から脱ガスが始まり、その重量が減る重量変化点を予めもとめておき、この導電性接着剤４３の重量変化点近傍に設定する。本実施形態では、例えば、２７５度で１２０分程度加熱するようにしている。
【００４２】
ここで、導電性接着剤４３を硬化させる加熱処理（ＳＴ３５）と、後工程におけるアニール工程（ＳＴ３６）とは、パッケージ３６を大気中で連続的に加熱するひとつの工程として行ってもよい。これにより、加熱により導電性接着剤４３を硬化させて、圧電振動片３２を接合する工程に続いて、導電性接着剤４３からガス成分を予め排出させるアニール工程をひと続きの工程とすることができ、工程が簡略化される。
【００４３】
（蓋封止工程）
続いて、図６（ｇ）に示すように、蓋体３９の低融点ガラス３３ｂとパッケージ３６の低融点ガラス３３ａを当接させるようにして位置合わせし、低温による蓋封止のための加熱を行う（ＳＴ３７）。
この工程は、ＳＴ３６の終了後、パッケージ３６を、例えば、図示しない所定のチャンバー内で、加熱手段としての加熱台等の上に所定の治具にセットして配置し、チャンバー内を真空雰囲気として、加熱手段を介して所定の温度プロファイルに従って加熱を行う。
【００４４】
この実施形態では、２段階の温度プロファイルを実行し、先ず、低温、すなわち、２５０度で１２０分程度加熱し、続いて、３２０度に温度を上げて６０分程度加熱するようにしている。
低温で加熱をはじめるのは、低融点ガラス３３（低融点ガラス３３ａ及び低融点ガラス３３ｂ）がかなりの熱容量をもつため、最初から温度を高くすると部分的にガスの脱離を促すことになるので、熱容量を満たす第１段階の加熱を低温としたものである。
【００４５】
第２段階の加熱は、低い温度に設定した封止温度である。つまり、第１段階の加熱温度よりも高いが、従来の蓋封止温度、例えば、３７５度よりも低い温度として、低融点ガラス３３（低融点ガラス３３ａ及び低融点ガラス３３ｂ）の上記した（封止）作業温度近傍の温度に設定する。この実施形態で選択した３２０度は、軟化点温度よりも高いが、従来の蓋封止温度、例えば、３７５度よりも低いので、低融点ガラス３３（低融点ガラス３３ａ及び低融点ガラス３３ｂ）の濡れを促進しつつ、従来の蓋封止工程でのガスの脱離は生じない。
すなわち、従来の蓋封止工程のように、封止材と蓋体という異なる材料どうしを接合することに比べて、この工程では、パッケージ３６側の低融点ガラス３３ａと、蓋体３９側の低融点ガラス３３ｂという全く同じ材料を接合することから、低温でも濡れ性がよく、低い温度で確実に接合させることができる。
しかも、前工程におけるアニール処理により、各ガスの脱離温度は高温にシフトされているので、この点においても、本実施形態の蓋封止工程においては、各ガスの脱離が十分に抑制される。
【００４６】
以上により、図７（ｈ）に示すように、蓋封止が完了したら、必要により、透明な蓋体３９を介して、レーザ光を圧電振動片３２の先端付近の電極（または金属被覆部）に照射し、質量削減方式による周波数調整を行い（図示せず）、検査を経て、圧電デバイス３０が完成する（ＳＴ３８）。ただし、本実施形態では、蓋封止後の各ガスの脱離はほとんどないので、このような周波数調整の必要性は従来と比べてきわめて低い。
【００４７】
したがって、本実施形態の製造方法では、蓋封止工程において、低い温度での蓋体３９とパッケージ３６との接合を実現することで、蓋封止工程におけるガスの脱離を大幅に抑制できる。このため、蓋封止工程後にガス成分が圧電振動片３２に付着して、振動性能に悪影響を与えることがない。また、蓋封止工程におけるガスの脱離を大幅に抑制することで、従来のように、パッケージに貫通孔を設けて、蓋封止工程後にガス成分を真空排気する必要がないので、孔封止工程も不要となる。しかも、パッケージに貫通孔を設ける必要がないことから、その分パッケージの外形を小型に形成できるものである。
【００４８】
図１０は、本発明の上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置３００の概略構成を示す図である。
図において、マイクロフォン３０８により電気信号に変換された送信者の音声は、デモジュレータ，コーデック部でデジタル変調され、送信部３０７においてＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯に周波数変換後、アンテナを通して基地局（図示せず）に送信される。また、基地局からのＲＦ信号は受信部３０６において周波数変換後、デモジュレータ，コーデック部において音声信号に変換され、スピーカー３０９から出力される。また、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１は液晶表示装置及びキーボードからなる入出力部３０２をはじめ、デジタル式携帯電話装置３００の全体の動作を制御している。メモリ３０３はＣＰＵ３０１により制御される、ＲＡＭ，ＲＯＭからなる情報記憶手段であり、これらの中にはデジタル式携帯電話装置３００の制御プログラムや電話帳などの情報が格納されている。
【００４９】
本発明の実施形態に係る圧電デバイスが応用されるものとしては、図１０のような電子機器としてのデジタル式携帯電話装置３００に内蔵されるＣＰＵ３０１に接続されて、基本クロックを生成するための圧電デバイス３０や、受信部３０６に接続されて周波数基準源として機能する温度補償水晶発振器３０５がある。
【００５０】
このように、デジタル式携帯電話装置３００のような電子機器に、上述した実施形態に係る圧電デバイス３０を利用することにより、製造工程において圧電振動片にガスが付着することを原因とした振動性能への悪影響を防止し、しかも製造工程が簡略されていることで低コストでしかも小型に製造できることにより、高い信頼性を備え低コストで製造できるデジタル式携帯電話装置３００を得ることができる。
【００５１】
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、パッケージ内に圧電振動片を収容するものでれば、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電デバイスの第１の実施形態を示す概略平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線概略断面図。
【図３】図１の圧電デバイスの製造方法の一例を示すフローチャート。
【図４】図１の圧電デバイスの製造方法に係る前工程について、パッケージ側を工程順に示す概略断面図。
【図５】図１の圧電デバイスの製造方法に係る前工程について、蓋体側を工程順に示す概略断面図。
【図６】図１の圧電デバイスの製造方法に係る後工程について、工程順に示す概略断面図。
【図７】図１の圧電デバイスの製造方法に係る後工程の最終段階を示す概略断面図。
【図８】図１の圧電デバイスの製造方法の前工程におけるアニール処理を行わなかった場合（従来の方法）にパッケージにおける各ガス成分の脱離温度を示すグラフ。
【図９】図１の圧電デバイスの製造方法の前工程におけるアニール処理を行ったパッケージ及び／または蓋体の各ガス成分の脱離温度を示すグラフ。
【図１０】本発明の実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。
【図１１】従来の圧電デバイスの一例を示す概略断面図。
【図１２】図１１の圧電デバイスの製造方法を工程順に示す概略断面図。
【図１３】図１１の圧電デバイスの製造方法を工程順に示す概略断面図。
【符号の説明】
３０・・・圧電デバイス、３２・・・圧電振動片、３３・・・低融点封止材、３６・・・パッケージ、３７・・・貫通孔、３９・・・蓋体、４２・・・凹部、４３・・・導電性接着剤、５１・・・基部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片をパッケージに収容した圧電デバイスと、その製造方法の改良に係り、また、このような圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、パッケージ内に圧電振動片を収容した圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
図１１は、このような圧電デバイスの従来例を示す概略断面図である（特許文献１参照）。
【０００３】
図において、圧電デバイス１は、パッケージ２の内部に、圧電振動片３を収容している。この圧電振動片３は、例えば水晶基板を利用して形成されている。この圧電振動片３は、パッケージ２の内側底部に形成された電極部６に対して、導電性接着剤６ａを用いて、その基部３ａが接合されている。
【０００４】
パッケージ２は、セラミックシートを金型で枠状に抜いた後、積層基板２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを積層後焼結して形成され、内部に圧電振動片３を収容するための内部空間Ｓ１を有し、その上端には、ロウ材４ａを介して、蓋体４が接合されている。
また、パッケージ２には、内側底部と外側とを連絡する貫通孔７が設けられている。この貫通孔７は、内側の第１の孔７ａと外側の第２の孔７ｂを有し、第１の孔７ａの孔径よりも第２の孔７ｂの孔径のほうが大きくされている。また、第１の孔７ａと第２の孔７ｂとの間の段部７ｃには、金属被覆部（図示せず）が設けられており、貫通孔７には、金属封止材８が充填されて孔封止されている。
【０００５】
図１２及び図１３は、圧電デバイス１の製造工程を工程順に示した概略断面図である。
図１２（ａ）において、パッケージ２は、上述したように、積層基板２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを積層後焼結して形成されており、パッケージ２の内側底部に形成された電極部６が設けられる。パッケージ２の蓋体との接合端面には、例えば、ペースト状の封止材４ａが適用される。
次いで、図１２（ｂ）において、パッケージ２を加熱することで、封止材４ａの溶剤を乾燥させる。
【０００６】
次に、圧電振動片３の接合工程を行う。先ず、図１２（ｃ）では、封止材４ａの溶剤乾燥後に、パッケージ２の内側底部の電極部６に導電性接着剤６ａを塗布し、圧電振動片３の基部３ａを、この導電性接着剤６ａの上に配置する。次いで、図１２（ｄ）に示すように、この状態で、例えば、１８０度（摂氏、以下で示す温度はすべて摂氏表示）で、約６０分加熱することで、導電性接着剤６ａを硬化させて、圧電振動片３をパッケージ２に対して接合する（接合工程）。
【０００７】
続いて、図１３（ｅ）に示すように、蓋体４をパッケージ２の封止材４ａに位置合わせし、例えば３７５度にて、１５分程度加熱して、封止材４ａを硬化させる（蓋封止工程）。
次いで、図１３（ｆ）では、パッケージ２を、例えば、図示しない所定のチャンバー内で、加熱台等の上に所定の治具にセットして配置し、チャンバー内を真空雰囲気として、貫通孔７を利用して、パッケージ２内のガスを真空中に排気する。つまり、図１２（ｄ）の接合工程において、加熱により導電性接着剤６ａから生成されるガス成分や、パッケージ２内の吸着水分の気化成分、さらに、図１３（ｅ）の蓋封止工程における高い温度での加熱により導電性接着剤６ａからさらに出るガス成分を真空中に排気する。
【０００８】
次に、例えば、蓋封止したパッケージ２を同じチャンバー内を真空排気した状態で貫通孔７の孔封止が行われる。
すなわち、貫通孔７の第２の孔７ｂの上に、金または金合金等でなる球形の金属封止材（図示せず）を配置して、この金属封止材に対して、レーザ光を照射することにより、金属封止材が溶融される。この溶融された金属封止材は、図１３の段部７ｃの金属被覆部に対して、濡れ広がりつつ、冷却されて、図示するように貫通孔７に充填されることで、貫通孔７を塞ぐ（孔封止工程）。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１０６５１５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような構造の圧電デバイス１では、導電性接着剤６ａから出るガス成分等が圧電振動片３に付着して、振動特性に悪影響を与えることを防止するために、パッケージ２に貫通孔７を形成し、パッケージ２に対する蓋封止後に、貫通孔７から排気する工程を設けている。
この貫通孔７は、後から塞がれるために、二重の貫通孔構造等を採用する必要がある。
【００１１】
これらのことから、貫通孔７を形成するために、パッケージ２は多くの積層基板を使用して形成されるので、その分パッケージの外形が大きくなってしまうという欠点がある。
また、製造工程に貫通孔７を利用するガス成分の真空排気や孔封止の工程を必要とし、工程が複雑化するという問題がある。
【００１２】
本発明は、孔封止工程を不要とすることで、パッケージを小型化することができ、しかも製造工程を簡単にすることができる圧電デバイスの製造方法と、その製造方法により製造された圧電デバイス、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話装置及び電子機器を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、第１の発明によれば、パッケージ内に圧電振動片を収容して、蓋体により封止するようにした圧電デバイスの製造方法であって、前工程として、前記パッケージに低融点封止材を予め適用する工程と、前記蓋体に前記低融点封止材を予め適用する工程とを有し、さらに、前記前工程に続く後工程として、前記パッケージの前記電極部に、導電性接着剤を適用し、この導電性接着剤に前記圧電振動片の基部を配置し、加熱することにより接合する圧電振動片の接合工程と、前記パッケージ内に圧電振動片を接合した状態で加熱するアニール工程と、接合面に前記パッケージ側の低融点封止材と同じ封止材を予め適用した蓋体を、前記パッケージの前記接合面に対応させて配置し、低温加熱することにより接合封止する蓋封止工程とを備える、圧電デバイスの製造方法により、達成される。
【００１４】
第１の発明の構成によれば、前工程において、パッケージと蓋体とに低融点封止材を適用しており、後工程の蓋封止工程においては、パッケージ側の低融点封止材と、蓋体側の低融点封止材とを溶融固定する手法をとっている。このため、蓋封止工程では、従来必要とされた加熱温度よりも低い温度で封止できるので、圧電振動片を接合した接着剤からのガスの生成量を抑制することができる。このため、従来のように、パッケージに形成した貫通孔からのガスの真空排気を行い、さらに孔封止工程を必要としない。したがって、パッケージに貫通孔を形成しなくて済むので、パッケージの外形を小型にすることができ、しかも、孔封止工程を不要としたので、工程が簡単になるとともに、孔封止に使用される高価な封止用金属を必要としないので、製造コストも低減される。
また、パッケージと蓋体とに低融点封止材を適用する工程を前工程として行うことで、このような工程により処理したパッケージと蓋体とを多数用意しておくことができ、製造計画に従って、前処理が完了してストックされたパッケージと蓋体を利用して、孔封止工程を不要とする製造工程によって、短時間で効率よく圧電デバイスを製造することができる。
したがって、本発明の効果として、孔封止工程を不要とすることで、パッケージを小型化することができ、しかも製造工程を簡単にすることができる圧電デバイスの製造方法を提供することができる。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記導電性接着剤を加熱硬化させる前記圧電振動片の接合工程とともに、前記アニール工程を同一工程として行うことを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、加熱により導電性接着剤を硬化させて、圧電振動片を接合する工程に続いて、導電性接着剤からガス成分を予め排出させるアニール工程をひと続きの工程とすることができ、工程が簡略化される。
【００１６】
第３の発明は、第１または第２の発明のいずれかの構成において、前記パッケージがセラミックスであり、前記蓋体がガラス製で、かつ前記低融点封止材が低融点ガラスであることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、パッケージにセラミックスを選択し、蓋体にガラスを選択し、低融点封止材に低融点ガラス（Ｌｏｗ−ｍｅｌｔｉｎｇ ｇｌａｓｓ）を選択することで、パッケージや蓋体に対する低融点封止材の付着性がよくなる。
【００１７】
第４の発明は、第３の発明の構成において、前記パッケージに対して前記低融点封止材を予め適用する工程は、前記パッケージの前記蓋体との接合面に、低融点ガラスを塗布し、次いで低融点ガラスを焼結し、さらにこの低融点ガラスを使用する場合の作業温度以下の温度でアニール処理をすることにより行われることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、圧電振動片を接合する以前の前工程において、アニール処理できる。これにより、蓋体に関連して発生する水を含む気体成分をアニール処理で先に排出させ、アニール処理よりも後においては、これらのガス成分の脱離温度を高温側にシフトさせることができる。このため、後工程の蓋封止時におけるこれらのガスの排出を効果的に抑制できる。
ここで、「低融点ガラスを使用する場合の作業温度以下の温度」とは、当該低融点ガラスの種類に応じて決まる温度であり、少なくとも当該低融点の軟化点よりも僅かに高く、その濡れ性がよくなる温度である。つまり、ガラス軟化点を越えて、当該低融点ガラスを封止作業の上で支障なく使用できる程度の温度で、加熱後に再結晶した低融点ガラスの軟化点を上げてしまうことがなく、少なくとも後工程におけるアニール工程の温度より低い温度である。
【００１８】
第５の発明は、第３または第４の発明のいずれかの構成において、前記蓋体に対して前記低融点封止材を予め適用する工程は、前記蓋体の前記パッケージとの接合面に、低融点ガラスを塗布し、次いで低融点ガラスを焼結し、さらにこの低融点ガラスを使用する場合の作業温度以下の温度でアニール処理をすることにより行われることを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、圧電振動片を接合する以前の前工程において、蓋体とパッケージとをまとめてアニール処理できる。これにより、予めパッケージ内の吸着水を除去できるとともに、蓋体及び／またはパッケージから加熱により発生するガス成分をアニール処理で先に排出させ、アニール処理よりも後においては、これらのガス成分の脱離温度を高温側にシフトさせることができる。このため、後工程の蓋封止時におけるこれらのガスの排出を効果的に抑制できる。
「低融点ガラスを使用する場合の作業温度以下の温度」とは、第４の発明の場合と同じである。
【００１９】
第６の発明は、第３または第４の発明のいずれかの構成において、パッケージ内に圧電振動片を接合した状態で加熱する後工程におけるアニール工程が、前記前工程のアニール処理温度よりも高い温度で行われることを特徴とする。
第６の発明の構成によれば、前工程のアニール処理で出すことができなかったガスについて、排出させるとともに、後工程におけるアニール工程で封止温度近傍まで温度を上げることにより、これに続く蓋封止工程においてのガスの発生を効果的に抑制することができる。
【００２０】
上述の目的は、第７の発明によれば、パッケージ内に圧電振動片を収容して、蓋体により封止するようにした圧電デバイスであって、前記パッケージと前記蓋体の互いに接合される接合面に、予め低融点封止材を適用して、前記パッケージと前記蓋体とが接合封止されている圧電デバイスにより、達成される。
第７の発明の構成によれば、前記パッケージと前記蓋体の互いに接合される接合面に、予め低融点封止材を適用して、前記パッケージと前記蓋体とが接合封止されていることにより、低温による蓋封止が行われていることから、接着剤等から発生するガスが圧電振動片に付着して、振動性能に悪影響が出ることがほぼ確実に防止され、しかもパッケージの外形を小さく形成できる。
これらのことから、本発明の効果として、孔封止工程を不要とすることで、パッケージを小型化することができ、しかも製造工程を簡単にすることができる圧電デバイスを提供することができる。
【００２１】
上述の目的は、第８の発明によれば、パッケージ内に圧電振動片を収容して、蓋体により封止するようにした圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、前記パッケージと前記蓋体の互いに接合される接合面に、予め低融点封止材を適用して、前記パッケージと前記蓋体とが接合封止されている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、携帯電話装置により、達成される。
【００２２】
上述の目的は、第９の発明によれば、パッケージ内に圧電振動片を収容して、蓋体により封止するようにした圧電デバイスを利用した電子機器であって、前記パッケージと前記蓋体の互いに接合される接合面に、予め低融点封止材を適用して、前記パッケージと前記蓋体とが接合封止されている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、電子機器により、達成される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の圧電デバイスの第１の実施の形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線概略断面図である。
これらの図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス３０は、パッケージ３６内に圧電振動片３２を収容している。パッケージ３６は、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを利用して形成される。ここで、パッケージ３６を形成するための材料は、後述する低融点封止材との濡れ性を考慮して、その種類に適合するように選択されることが好ましく、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックス質焼結体等から選択されたセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されてもよい。
【００２４】
この場合、パッケージ３６は、図２に示すように、第１の基板６１、第２の基板６４、第３の基板６８を積層して形成されており、図１１で説明した従来のパッケージより積層基板が少ない。つまり、この実施形態のパッケージ３６では、従来のように貫通孔を形成しないでよいことから、段付きの貫通孔を不要としたことに伴い、必要とする積層基板を減らすことで、パッケージの外形をその分小さくすることができる。
【００２５】
第３の基板６８は、その内側に所定の孔を形成することで、各基板６１，６４，６８を積層した場合に内側に所定の内部空間Ｓ２を形成するようにされている。
パッケージ３６の内部空間Ｓ２内の図において左端部付近において、内部空間Ｓ２に露出して内側底部を構成する第２の積層基板６４には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ又は金メッキで形成した電極部３１，３１が設けられている。あるいは、タングステンやモリブデン、銀、銅等の金属粉末を適当な有機バインダや溶剤等に含有させた金属ペーストを上述したグリーンシートに印刷塗布し、グリーンシートとともに焼成して形成してもよい。
【００２６】
この電極部３１，３１は、外部と接続されて、駆動電圧を供給するものである。この各電極部３１，３１の上に導電性接着剤４３，４３が塗布され、この導電性接着剤４３，４３の上に圧電振動片３２の基部５１が載置されて、導電性接着剤４３，４３が硬化されるようになっている。この圧電振動片３２の接合工程については、後述する。
ここで、導電性接着剤４３，４３としては、接合力を発揮する接着剤成分としての合成樹脂剤に、銀製の細粒等の導電性の粒子を含有させたものが使用でき、シリコーン系、エポキシ系またはポリイミド系導電性接着剤等を利用することができる。
【００２７】
圧電振動片３２は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。本実施形態の場合、圧電振動片３２は、小型に形成して、必要な性能を得るために、特に図示する形状とされている。
すなわち、圧電振動片３２は、パッケージ３６側と後述するようにして固定される基部５１と、この基部５１を基端として、図において右方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕３４，３５を備えており、全体が音叉のような形状とされた、所謂、音叉型圧電振動片が利用されている。
【００２８】
ここで、図１において、圧電振動片３２の基部５１において、一対の振動腕３４，３５の基端部側に寄った位置には、基部５１の幅方向に縮幅して設けた切り欠き部もしくはくびれ部５２，５２を設けるようにしてもよい。
これにより、基部５１に圧電振動片３２の振動の漏れ込みを防止して、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値を低減することができる。
また、一対の振動腕３４，３５には、それぞれ、長手方向に延びる長溝３４ａ，３５ａを形成してもよい。この場合、各長溝は、図２の長溝３４ａ，３４ａとして示されているように、各振動腕３４，３５の上面と下面に同様の態様でそれぞれ形成される。
このように、一対の振動腕３４，３５に、それぞれ長手方向に延びる長溝３４ａ，３５ａを形成することによって、振動腕３４，３５における電界効率が向上する利点がある。
尚、圧電振動片３２として、くびれ部５２，５２や長溝３４ａ，３５ａを有しない音叉型の圧電振動片や、圧電材料を矩形にカットした所謂ＡＴカット振動片を使用してもよいことは勿論である。
【００２９】
圧電振動片３２の基部５１の導電性接着剤４３，４３と触れる部分には、駆動電圧を伝えるための引出電極（図示せず）が形成されており、これにより、圧電振動片３２は、駆動用電極がパッケージ３６側の電極部３１，３１と導電性接着剤４３，４３を介して、電気的に接続されている。
この引出し電極は、圧電振動片３２の表面に形成された励振電極（図示せず）と一体に形成されて、励振電極に駆動電圧を伝えるためのものである。
【００３０】
パッケージ３６の開放された上端、すなわち、蓋体３９との接合面３６ａには、低融点封止材３３を介して、蓋体３９が接合されることにより、封止されている。蓋体３９は、好ましくは、後述する周波数調整を行うために、光を透過する材料で形成されている。
低融点封止材３３としては低融点ガラスが好ましい。低融点ガラスは、３００度ないし７００度程度で溶融・軟化するガラスである。また、蓋体３９は、低融点ガラス３３と濡れ性のよい材料が選択され，例えば、ホウ珪酸ガラス等が適している。
この実施形態では、後述する製造工程に適するように、低融点ガラスとして、例えば、酸化亜鉛（ＰｂＯ）に、Ｂ２ Ｏ３ 、Ｂｉ２ Ｏ３ 、ＺｎＯ、ＰｂＦ２ 、ＣｕＯ、ＴｉＯ２ 、Ｎｂ２ Ｏ３ 、Ｆｅ２ Ｏ３ 、ＣａＯ等を微量含有する低融点ガラスが使用されている。本実施形態では、これらの組成からなる母ガラスに、例えば、チタン酸鉛系のフィラーを混入したガラスペーストを使用している。
鉛を含まない環境に対する悪影響が少ない低融点ガラスとしては、例えば、Ｃｕ２ Ｏ−ＣｕＯ−Ｐ２ Ｏ５ 系の低融点ガラス、ＳｉＯ−ＳｎＯ−Ｐ２ Ｏ５ 等の低融点ガラスを使用することもできる。この実施形態では、酸化亜鉛（ＰｂＯ）系の低融点ガラスを使用するようにしてもよい。
【００３１】
さらに、この実施形態では、パッケージ３６を構成する積層基板のうち図２の下から２番目の基板６４には、図２において右端部付近に孔を形成することにより、この積層基板の厚みに対応した凹部４２が形成されている。この凹部４２は、圧電振動片３２の自由端３２ｂである先端部の下方に位置している。これにより、本実施形態では、パッケージ３６に外部から衝撃が加わった場合に、圧電振動片３２の自由端３２ｂが、矢印Ｄ方向に変位して振れた場合においても、パッケージ３６の内側底面と当接されることを有効に防止されるようになっている。
【００３２】
次に、図３ないし図７を参照しながら、本実施形態の圧電デバイスの製造方法の一例について説明する。
図３は圧電デバイス３０の製造方法の一例を示すフローチャート、図４は圧電デバイス３０の製造工程における前工程について、パッケージ側を工程順に示す概略断面図、図５は圧電デバイス３０の製造工程における前工程について、蓋体側を工程順に示す概略断面図、図６及び図７は、圧電デバイス３０の製造工程における後工程を工程順に示す概略断面図である。
【００３３】
（前工程）
図３において、鎖線Ｌよりも上が圧電デバイス３０の製造方法の前工程を示し、鎖線Ｌよりも下が後工程を示している。
この圧電デバイスの製造方法においては、先ず、パッケージ３６を構成するためのセラミックグリーンシートから形成される基板と、圧電振動片３２と、蓋体３９とを別々に形成してから、これを完成させて、接合固定する。このパッケージ３６を構成するためのセラミックグリーンシートから形成される基板と、圧電振動片３２と、蓋体３９とを別々に形成した後で、パッケージと蓋体とに低融点封止材をそれぞれ適用する工程が前工程である。
【００３４】
（パッケージの前工程）
図３のＳＴ１１は、図４（ａ）に示されている。パッケージ３６自体の形成は、上述したように行われる。このパッケージ３６の蓋体との接合面３６ａに、低融点ガラス３３ａが塗布される。この状態では、図４（ａ）に拡大して示されているように、低融点ガラス３３ａには、気泡等を含み溶剤その他が含有されたガラスペーストの状態となっている。
【００３５】
次いでＳＴ１２において、図４（ｂ）に示されているように、低融点ガラス３３ａを真空炉等で脱泡した後に焼結し、低融点ガラス３３ａをパッケージ３６の蓋体との接合面３６ａに確実に定着させる。
続いて、ＳＴ１３において、図４（ｃ）に示されているように、アニール処理を行う（前工程におけるアニール処理）。
ここで、アニール処理における温度は、低融点ガラス３３ａを使用する場合の作業温度以下の温度で行う。これにより、予めパッケージ３６内の吸着水を除去できるとともに、パッケージ３６から加熱により発生するＨ２ 、Ｎ２ 、ＣＯ、ＣＯ２ 、メタン系ガス等のガス成分をアニール処理で先に排出させることができる。
【００３６】
すなわち、図８はこのような前工程におけるアニール処理を行わなかった場合（従来の方法）によるパッケージにおける各ガス成分の脱離温度を示し、図９は、本実施形態の前工程におけるアニール処理を行ったパッケージ及び／または蓋体の各ガス成分の脱離温度を示している。
具体的には、低融点ガラス３３ａとして、上述した酸化亜鉛（ＰｂＯ）系の低融点ガラス（軟化温度２７５度）を用いて、リフロー炉中でＮ２ 雰囲気下において、２７５度、１０分間のアニール処理を行った。
【００３７】
図８と図９を比較してわかるように、各ガス成分の脱離温度を、４０度程度高温側にシフトさせることができた。このため、後述する後工程の蓋封止時におけるこれらのガスの排出を、効果的に抑制できる。
ここで、「低融点ガラスを使用する場合の作業温度以下の温度」とは、当該低融点ガラスの種類に応じて決まる温度であり、少なくとも当該低融点の軟化点よりも僅かに高く、その濡れ性がよくなる温度である。つまり、ガラス軟化点を越えて、当該低融点ガラスを封止作業の上で支障なく使用できる程度の温度で、加熱後に再結晶した低融点ガラスの軟化点を上昇させてしまうことがなく、少なくとも、後述する後工程におけるアニール工程の温度より低い温度である。
さらに、ここでは、前工程のアニール処理の温度を特に高くすることなく、各ガス成分の脱離温度を高温側にシフトさせることが重要である。極端に高い温度でアニール処理すると、低融点ガラス３３ａを再結晶化させてしまい、軟化点温度を高くしてしまい、蓋封止工程における低温封止を実現できなくなるからである。したがって、低融点ガラスの軟化点温度の近傍の温度であることが好ましく、この実施形態の場合は、２７５度より高く、３２０度程度までの温度である。
【００３８】
（蓋体の前工程）
図３のＳＴ２１は、図５（ａ）に示されている。蓋体３９は、上述したように、例えば、ホウ珪酸ガラス等のウエハから所定の大きさに切り出されることにより形成される。この蓋体３９のパッケージとの接合面に、低融点ガラス３３ｂが塗布される。この状態では、低融点ガラス３３ｂには、気泡等を含み溶剤その他が含有されたガラスペーストの状態となっている。
【００３９】
次いでＳＴ２２において、図５（ｂ）に示されているように、低融点ガラス３３ｂを真空炉等で脱泡した後で焼結し、低融点ガラス３３ｂを蓋体３９のパッケージとの接合面に確実に定着させる。
続いて、ＳＴ２３において、図５（ｃ）に示されているように、アニール処理を行う（前工程におけるアニール処理）。
この蓋体に関するアニール処理の条件、効果は、パッケージのアニール処理の場合とほぼ同様である。
【００４０】
（後工程）
（圧電振動片の接合工程）
次に、図３のＳＴ３４以降、及び図６を参照して、圧電デバイス３０の製造方法の後工程について説明する。
図６（ｄ）では、パッケージ３６の内側底部の電極部３１に導電性接着剤４３を塗布し、圧電振動片３２の基部５１を、この導電性接着剤４３の上に配置することで、圧電振動片３２のマウントを行う（ＳＴ３４）。
次いで、図６（ｅ）に示すように、大気中で、例えば、１８０度で、約６０分程度加熱することで、導電性接着剤４３を硬化させ（ＳＴ３５）、圧電振動片３２をパッケージ３６に対して接合する（圧電振動片の接合工程）。
【００４１】
続いて、後工程におけるアニール工程を行う（ＳＴ３６）。
図６（ｆ）に示す、後工程におけるアニール工程では、前工程のアニール処理で出すことができなかったガスについて、排出させるとともに、後工程におけるアニール工程で封止温度近傍まで温度を上げることにより、これに続く蓋封止工程においてのガスの発生を効果的に抑制することができる。
具体的には、大気中で前工程のアニール処理よりも高い温度で加熱する。すなわち、前工程のアニール処理において、各ガス成分の脱離温度が高温側にシフトされていることにより、変化後の各ガス成分の脱離温度に適合した温度でアニール工程を実行する。すなわち、この温度は、低融点ガラス３３ａの軟化点温度よりも高く、導電性接着剤４３から脱ガスが始まり、その重量が減る重量変化点を予めもとめておき、この導電性接着剤４３の重量変化点近傍に設定する。本実施形態では、例えば、２７５度で１２０分程度加熱するようにしている。
【００４２】
ここで、導電性接着剤４３を硬化させる加熱処理（ＳＴ３５）と、後工程におけるアニール工程（ＳＴ３６）とは、パッケージ３６を大気中で連続的に加熱するひとつの工程として行ってもよい。これにより、加熱により導電性接着剤４３を硬化させて、圧電振動片３２を接合する工程に続いて、導電性接着剤４３からガス成分を予め排出させるアニール工程をひと続きの工程とすることができ、工程が簡略化される。
【００４３】
（蓋封止工程）
続いて、図６（ｇ）に示すように、蓋体３９の低融点ガラス３３ｂとパッケージ３６の低融点ガラス３３ａを当接させるようにして位置合わせし、低温による蓋封止のための加熱を行う（ＳＴ３７）。
この工程は、ＳＴ３６の終了後、パッケージ３６を、例えば、図示しない所定のチャンバー内で、加熱手段としての加熱台等の上に所定の治具にセットして配置し、チャンバー内を真空雰囲気として、加熱手段を介して所定の温度プロファイルに従って加熱を行う。
【００４４】
この実施形態では、２段階の温度プロファイルを実行し、先ず、低温、すなわち、２５０度で１２０分程度加熱し、続いて、３２０度に温度を上げて６０分程度加熱するようにしている。
低温で加熱をはじめるのは、低融点ガラス３３（低融点ガラス３３ａ及び低融点ガラス３３ｂ）がかなりの熱容量をもつため、最初から温度を高くすると部分的にガスの脱離を促すことになるので、熱容量を満たす第１段階の加熱を低温としたものである。
【００４５】
第２段階の加熱は、低い温度に設定した封止温度である。つまり、第１段階の加熱温度よりも高いが、従来の蓋封止温度、例えば、３７５度よりも低い温度として、低融点ガラス３３（低融点ガラス３３ａ及び低融点ガラス３３ｂ）の上記した（封止）作業温度近傍の温度に設定する。この実施形態で選択した３２０度は、軟化点温度よりも高いが、従来の蓋封止温度、例えば、３７５度よりも低いので、低融点ガラス３３（低融点ガラス３３ａ及び低融点ガラス３３ｂ）の濡れを促進しつつ、従来の蓋封止工程でのガスの脱離は生じない。
すなわち、従来の蓋封止工程のように、封止材と蓋体という異なる材料どうしを接合することに比べて、この工程では、パッケージ３６側の低融点ガラス３３ａと、蓋体３９側の低融点ガラス３３ｂという全く同じ材料を接合することから、低温でも濡れ性がよく、低い温度で確実に接合させることができる。
しかも、前工程におけるアニール処理により、各ガスの脱離温度は高温にシフトされているので、この点においても、本実施形態の蓋封止工程においては、各ガスの脱離が十分に抑制される。
【００４６】
以上により、図７（ｈ）に示すように、蓋封止が完了したら、必要により、透明な蓋体３９を介して、レーザ光を圧電振動片３２の先端付近の電極（または金属被覆部）に照射し、質量削減方式による周波数調整を行い（図示せず）、検査を経て、圧電デバイス３０が完成する（ＳＴ３８）。ただし、本実施形態では、蓋封止後の各ガスの脱離はほとんどないので、このような周波数調整の必要性は従来と比べてきわめて低い。
【００４７】
したがって、本実施形態の製造方法では、蓋封止工程において、低い温度での蓋体３９とパッケージ３６との接合を実現することで、蓋封止工程におけるガスの脱離を大幅に抑制できる。このため、蓋封止工程後にガス成分が圧電振動片３２に付着して、振動性能に悪影響を与えることがない。また、蓋封止工程におけるガスの脱離を大幅に抑制することで、従来のように、パッケージに貫通孔を設けて、蓋封止工程後にガス成分を真空排気する必要がないので、孔封止工程も不要となる。しかも、パッケージに貫通孔を設ける必要がないことから、その分パッケージの外形を小型に形成できるものである。
【００４８】
図１０は、本発明の上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置３００の概略構成を示す図である。
図において、マイクロフォン３０８により電気信号に変換された送信者の音声は、デモジュレータ，コーデック部でデジタル変調され、送信部３０７においてＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯に周波数変換後、アンテナを通して基地局（図示せず）に送信される。また、基地局からのＲＦ信号は受信部３０６において周波数変換後、デモジュレータ，コーデック部において音声信号に変換され、スピーカー３０９から出力される。また、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１は液晶表示装置及びキーボードからなる入出力部３０２をはじめ、デジタル式携帯電話装置３００の全体の動作を制御している。メモリ３０３はＣＰＵ３０１により制御される、ＲＡＭ，ＲＯＭからなる情報記憶手段であり、これらの中にはデジタル式携帯電話装置３００の制御プログラムや電話帳などの情報が格納されている。
【００４９】
本発明の実施形態に係る圧電デバイスが応用されるものとしては、図１０のような電子機器としてのデジタル式携帯電話装置３００に内蔵されるＣＰＵ３０１に接続されて、基本クロックを生成するための圧電デバイス３０や、受信部３０６に接続されて周波数基準源として機能する温度補償水晶発振器３０５がある。
【００５０】
このように、デジタル式携帯電話装置３００のような電子機器に、上述した実施形態に係る圧電デバイス３０を利用することにより、製造工程において圧電振動片にガスが付着することを原因とした振動性能への悪影響を防止し、しかも製造工程が簡略されていることで低コストでしかも小型に製造できることにより、高い信頼性を備え低コストで製造できるデジタル式携帯電話装置３００を得ることができる。
【００５１】
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、パッケージ内に圧電振動片を収容するものでれば、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電デバイスの第１の実施形態を示す概略平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線概略断面図。
【図３】図１の圧電デバイスの製造方法の一例を示すフローチャート。
【図４】図１の圧電デバイスの製造方法に係る前工程について、パッケージ側を工程順に示す概略断面図。
【図５】図１の圧電デバイスの製造方法に係る前工程について、蓋体側を工程順に示す概略断面図。
【図６】図１の圧電デバイスの製造方法に係る後工程について、工程順に示す概略断面図。
【図７】図１の圧電デバイスの製造方法に係る後工程の最終段階を示す概略断面図。
【図８】図１の圧電デバイスの製造方法の前工程におけるアニール処理を行わなかった場合（従来の方法）にパッケージにおける各ガス成分の脱離温度を示すグラフ。
【図９】図１の圧電デバイスの製造方法の前工程におけるアニール処理を行ったパッケージ及び／または蓋体の各ガス成分の脱離温度を示すグラフ。
【図１０】本発明の実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。
【図１１】従来の圧電デバイスの一例を示す概略断面図。
【図１２】図１１の圧電デバイスの製造方法を工程順に示す概略断面図。
【図１３】図１１の圧電デバイスの製造方法を工程順に示す概略断面図。
【符号の説明】
３０・・・圧電デバイス、３２・・・圧電振動片、３３・・・低融点封止材、３６・・・パッケージ、３７・・・貫通孔、３９・・・蓋体、４２・・・凹部、４３・・・導電性接着剤、５１・・・基部。
Claims (9)
- パッケージ内に圧電振動片を収容して、蓋体により封止するようにした圧電デバイスの製造方法であって、
前工程として、前記パッケージに低融点封止材を予め適用する工程と、前記蓋体に前記低融点封止材を予め適用する工程と
を有し、
さらに、前記前工程に続く後工程として、
前記パッケージの前記電極部に、導電性接着剤を適用し、この導電性接着剤に前記圧電振動片の基部を配置し、加熱することにより接合する圧電振動片の接合工程と、
前記パッケージ内に圧電振動片を接合した状態で加熱するアニール工程と、
接合面に前記パッケージ側の低融点封止材と同じ封止材を予め適用した蓋体を、前記パッケージの前記接合面に対応させて配置し、低温加熱することにより接合封止する蓋封止工程と
を備えることを特徴とする、圧電デバイスの製造方法。 - 前記導電性接着剤を加熱硬化させる前記圧電振動片の接合工程とともに、前記アニール工程を同一工程として行うことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記パッケージがセラミックスであり、前記蓋体がガラス製で、かつ前記低融点封止材が低融点ガラスであることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記パッケージに対して前記低融点封止材を予め適用する工程は、前記パッケージの前記蓋体との接合面に、低融点ガラスを塗布し、次いで低融点ガラスを焼結し、さらにこの低融点ガラスを使用する場合の作業温度以下の温度でアニール処理をすることにより行われることを特徴とする請求項３に記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記蓋体に対して前記低融点封止材を予め適用する工程は、前記蓋体の前記パッケージとの接合面に、低融点ガラスを塗布し、次いで低融点ガラスを焼結し、さらにこの低融点ガラスを使用する場合の作業温度以下の温度でアニール処理をすることにより行われることを特徴とする請求項３または４のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
- パッケージ内に圧電振動片を接合した状態で加熱する後工程におけるアニール工程が、前記前工程のアニール処理温度よりも高い温度で行われることを特徴とする請求項３ないし４のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
- パッケージ内に圧電振動片を収容して、蓋体により封止するようにした圧電デバイスであって、
前記パッケージと前記蓋体の互いに接合される接合面に、予め低融点封止材を適用して、前記パッケージと前記蓋体とが接合封止されている
ことを特徴とする、圧電デバイス。 - パッケージ内に圧電振動片を収容して、蓋体により封止するようにした圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、
前記パッケージと前記蓋体の互いに接合される接合面に、予め低融点封止材を適用して、前記パッケージと前記蓋体とが接合封止されている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした
ことを特徴とする、携帯電話装置。 - パッケージ内に圧電振動片を収容して、蓋体により封止するようにした圧電デバイスを利用した電子機器であって、
前記パッケージと前記蓋体の互いに接合される接合面に、予め低融点封止材を適用して、前記パッケージと前記蓋体とが接合封止されている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした
ことを特徴とする、電子機器。
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