JP2006020001A

JP2006020001A - 圧電振動子の製造方法

Info

Publication number: JP2006020001A
Application number: JP2004195040A
Authority: JP
Inventors: Toshio Nakazawa; 利夫中澤
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2024-06-30
Also published as: JP4512186B2

Abstract

【課題】
組み立て工程を簡略化して生産性を向上させることができる圧電振動子の製造方法を提供する。
【解決手段】
マトリクス状に配列された複数個の基板領域を有する母基板を準備し、先の母基板の各基板領域に圧電振動子を搭載する工程Aと、前記基板領域と１対１に対応するカバー部材を、前記圧電振動子が封止されるようにして前記母基板上に載置し、スパッタリング方法によって封止接合する工程Ｂと、前記カバー部材の上面に形成されたスパッタリング面を被覆するように絶縁性樹脂を塗布する工程Cと、前記母基板及び前記絶縁性樹脂を各基板領域の外周に沿って一括的に切断することにより、複数個の圧電振動子を同時に得る工程Ｄとを経て圧電振動子を製造することにより課題を解決する。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器に用いられる圧電振動子のうち水晶振動子の製造方法に関するものである。

従来より、携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器に水晶振動子が用いられている。かかる従来の水晶振動子としては、例えば図４に示す如く一対の接続パッドが設けられている絶縁基体２１の上面に、前記接続パッドに導電性接着材を介して電気的に接続される一対の振動電極を有した水晶振動素子２５と、先の水晶振動素子２５を囲繞するシールリング２６とを取り付けるとともに、前記シールリング２６の上部に金属製の蓋体２７をシーム溶接等で接合することにより水晶振動素子２５の搭載領域を気密封止した構造のものが知られており（例えば、特許文献１参照）、かかる水晶振動子は、絶縁基体２１の下面に設けられる入出力端子を介して水晶振動素子２５の振動電極間に外部からの変動電圧が印加されると、水晶振動素子２５の特性に応じた所定の周波数で厚みすべり振動を起こすようになっており、その共振周波数に基づいて外部の発振回路で所定周波数の基準信号が発振されて出力される。このような基準信号は、携帯用通信機器等の電子機器におけるクロック信号として利用されることとなる。

また、上述した水晶振動子の絶縁基体２１は、複数個の絶縁基体２１を切り出すことができる大型の母基板を分割して個片を得る多数個取りの手法によって形成されるようになっており、得られた個片（絶縁基体２１）に水晶振動素子２５とシールリング２６とをとりつけた上、シールリング２６の上部に蓋体２７を接合することによって水晶振動子が製作される。なお、上述した水晶振動素子の蓋体２７も、絶縁基体２１と同様に、複数個の蓋体２７を切り出すことができる大型の金属板を分割して得るのが一般的であり、水晶振動子の使用時に、この蓋体２７をグランド電位に保持しておくことにより外部からのノイズが遮蔽される。このような蓋体２７は、シールリング２６や絶縁基体２１の導体パターンを介して絶縁基体２１下面のグランド端子に電気的に接続される。

特開２００１−２７４６４９号公報

なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本件出願時までに発見するに至らなかった。

しかしながら、上述した従来の水晶振動子においては、その組み立てに先立って、大型の母基板を分割することにより絶縁基体２１を、また大型の金属板を分割することにより蓋体２７を得ておく必要があり、この２種類の部材をそれぞれ別個の分割工程で得るようにしていたことから、水晶振動子の組み立て工程が煩雑なものとなり、生産性の向上に供しないという欠点を有していた。

また、上述したように絶縁基体２１と蓋体２７とを事前に準備してから水晶振動子を組み立てる場合、複数個の絶縁基体２１を個々にキャリアに保持させるための作業が必要となり、またキャリアに保持させた個々の絶縁基体２１上には更に蓋体２７を個々に位置合わせをして取り付けなければならず、これによっても水晶振動子の組み立て工程が煩雑なものとなるという欠点を有していた。

また、上述したように、絶縁基体２１と蓋体２７とを同時に分割しようとした場合には、前記絶縁基体２１と前記蓋体の強度が異なる為に、前記絶縁基体にバリやクラックが発生してしまうという欠点を有していた。

本発明は上述の欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、組み立て工程を簡略化して生産性を向上させることができる圧電振動子の製造方法を提供することにある。

本発明の圧電振動子の製造方法は、マトリクス状に配列された複数個の基板領域を有する母基板を準備し、該母基板の各基板領域に圧電振動子を搭載する工程Aと、前記基板領域と１対１に対応するカバー部材を、前記圧電振動子が封止されるようにして前記母基板上に載置し、スパッタリング方法によって封止接合する工程Ｂと、前記カバー部材の上面に形成されたスパッタリング面を被覆するように絶縁性樹脂を塗布する工程Cと、前記母基板及び前記絶縁性樹脂を各基板領域の外周に沿って一括的に切断することにより複数個の圧電振動子を同時に得る工程Ｄを含むものである。

また、本発明の圧電振動子の製造方法は、前記圧電振動子が水晶振動素子であることを特徴とするものである。

さらに本発明の圧電振動子の製造方法は、前記工程Ｃにおいて前記母基板の切断箇所に両者を接合する接合材が存在していないことを特徴とするものである。

本発明の圧電振動子の製造方法によれば、まず各基板領域に圧電振動子が搭載された母基板と該母基板の基板領域と１対１に対応する固片のカバーとを準備し、このカバーを圧電振動子が封止されるようにして前記母基板上に載置し、しかる後に、このカバーをスパッタリング法により封止接合する。最後にスパッタリングされたカバー表面を被覆するように樹脂を塗布する。前記母基板の各基板領域の外周に沿って一括的に切断することにより複数個の圧電振動子を同時に得るようにしたことから、圧電振動子の組み立てに先立って、基板を予め個片に分割しておく必要はなく、一括的な分割によって切断することができる。

また、本発明の圧電振動子の製造方法によれば、樹脂と基板を切断するだけなので、各用途に合わせてそのたびにダイサーを変更する必要がない為、その生産性を著しく向上させることが可能となる。

また、圧電振動子が絶縁性樹脂に被覆されていることから、スパッタリングされている面の酸化を防止すると共に、落下させた時の耐衝撃性特性に優れた圧電振動子を得ることができる。

しかもこの場合、圧電振動子の組み立てに際して、母基板そのものがキャリアとして機能するようになっていることから、母基板より分割した個片を個々にキャリアに保持させるといった煩雑な作業は一切不要となる。これにより、圧電振動子の組み立て工程が大幅に簡素化されるようになり、その生産性を著しく向上することが出来る。

また、本発明の圧電振動子の製造方法によれば、工程Ｄにおいて母基板の切断箇所に導体層を存在させないようにすれば、母基板の切断に際してダイサーが接合材に接触することを少なくすることが出来、これによってダイサーとの接触により導体層とカバー部材の接合箇所にクラック等の不具合が生じることを防止することができる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。

図１は本発明の製造方法を水晶振動子の製造に適用した場合に得られる水晶振動子の断面図であり、同図に示す水晶振動子は大略的に絶縁基体１と、圧電振動子としての水晶振動素子５と、カバー部材８、及び絶縁性樹脂１０で構成されている。絶縁基体１は、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料によって形成されており、その上面側には、一対の接続パッド２と絶縁基体周縁を囲む接合用の導体層４とが設けられており、また下面側には入力端子、出力端子、グランド端子等の外部端子３が設けられている。

かかる絶縁基体１の上面側に設けられている一対の接続パッド２は、その上面側で後述する水晶振動素子５の振動電極６に導電性接着材を介して電気的に接続され、下面側で絶縁基体１上の導体パターンや絶縁基体内部のビア導体９ａ等を介して絶縁基体下面の入出力端子（入力端子、出力端子）に電気的に接続される。また、ビア導体は、層間を接続する為に用いられるものであり、スルーホールメッキ等を行っているものである。

一方、前記導体層４は、その上面側で後述するカバー部材８と電気的に接続され、下面側で絶縁基体内部のビア導体９ｂ等を介して絶縁基体下面のグランド端子に電気的に接続される。

なお、上述した外部端子は水晶振動子をマザーボード等の外部電気回路に搭載する際、外部電気回路の回路配線と半田等の導電性接着材を介して電気的に接続されるようになっている。また、上述した絶縁基体１の上面側には水晶振動素子５が搭載される。水晶振動素子５は、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の振動電極６を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の振動電極６を介して水晶片に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こす。このような水晶振動素子５は、その両主面に被着されている振動電極６と絶縁基体上面の対応する接続パッド２とを導電性接着材７を介して電気的・機械的に接続することによって絶縁基体１の上面側に搭載される。そして更に、絶縁基体１の上面側の絶縁基体周縁には、カバー部材８が取着されている。カバー部材８としては、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属製部材だけでなく、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料を用いても構わない。そのカバー部材８をスパッタリング法で封止接合する。絶縁性樹脂１０は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に硬化剤、硬化促進剤、その他必要に応じて無機質充填剤などを添加・混合したものを、従来周知のスクリーン印刷法等によりカバー部材８の表面に形成されたスパッタリング面１２を覆うように塗布し、しかる後、加熱硬化することにより形成される。

かくして上述した水晶振動子は、絶縁基体１の下面に設けられる入出力端子を介して水晶振動素子５の振動電極６−６間に外部からの変動電圧を印加し、水晶振動素子５の特性に応じた所定の周波数で厚みすべり振動を起こさせることによって水晶振動子として機能し、かかる水晶振動子の共振周波数に基づいて外部の発振回路で所定周波数の基準信号が発振・出力される。そして、このような基準信号は携帯用通信機器等の電子機器におけるクロック信号として利用することが出来る。

次に上述した水晶振動子の製造方法について図２を用いて説明する。（工程Ａ）まず、図２（ａ）に示す如く、マトリクス状に配列された複数個の基板領域を有する母基板１５を準備し、母基板１５の絶縁基体１の領域に水晶振動素子５を搭載する。前記母基板１５は、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料からなる矩形状の平板状基板が２層積層して形成されており、マトリクス状に配置された個々の絶縁基体１の領域には、上面側に一対の接続パッド２と開口周縁を囲む接合用の導体層４が被着・形成され、下面側には入出力端子やグランド端子等の外部端子３が被着・形成されている。

このような母基板１５は、例えば、アルミナセラミックス等から成るセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面等に接続パッド２や外部端子３、導体パターン等となる導体ペーストを所定パターンに印刷・塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することによって製作される。

また、得られた母基板１５の各基板領域のキャビティ部底面には先の図１のように水晶振動素子５が1個ずつ搭載され、水晶振動素子５の振動電極６と母基板１５上面の搭載パッド２とが導電性接着剤７を介して電気的・機械的に接続される。なお、本実施形態においては、図２の水晶振動子の側面方向からみた概略の断面図に示されるように、マトリクス状に配された基板領域の間に所定の捨てしろ領域が設けられている。

（工程Ｂ）次に、図２（ｂ）に示す如く、母基板１５の基板領域と１対１に対応する複数個のカバーを、水晶振動素子５が封止されるようにして母基板１５上に載置接合する。前記カバー部材８は、例えば、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属から成る、厚み６０μｍ〜１００μｍの金属板を従来周知の板金加工にて所定形状に加工することによって製作され、得られたカバー部材８には上述した複数個のカバー部材８が母基板１５の基板領域と１対１に対応するようにしてマトリクス状に配される。本実施形態においては、このようなカバー部材８を、各カバー領域１１の内側に対応する基板領域の水晶振動素子５が配されるようにして母基板１５上に載置させ、しかる後、スパッタリング法で基板領域に形成された導体層４と封止接合する。

なお、上述した一連の接合工程は、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で行うのが好ましく、これによって水晶振動素子５が収納される空間には不活性ガスが充満されるため、水晶振動素子５が酸素や大気中の水分等によって腐食・劣化するのを防止することができる。

（工程Ｃ）図に示す如く、カバー部材８の表面に形成されているスパッタリング面１２を被覆するようにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に硬化剤、硬化促進剤、その他必要に応じて無機質充填剤などを添加・混合した絶縁性樹脂１０を塗布する。このことによって前記スパッタリング面の酸化を防止することができる。

（工程Ｄ）そして最後に、図２（ｄ）に示す如く、工程Ｃにおいて一体化した母基板１５及び絶縁性樹脂１０を各基板領域の外周に沿って分割・切断する。母基板１５及び絶縁性樹脂１０の切断は、例えば、ダイサー等を用いて母基板１５と絶縁性樹脂１０とを母基板１５側から一括的に切断することによって行われ、これによって複数個の水晶振動子５が同時に得られる。切断の方向としては、上述のように母基板１５側から行わず、絶縁性樹脂１０側から行っても良く、切断手段と母基板１５、及び絶縁性樹脂１０に用いられる材料などとの関係で適当に選択することができる。

このような工程により水晶振動子を製作する場合、水晶振動子の組み立てに先立って、絶縁基体１を予め個片に分割しておく必要はなく、一括的な分割によって絶縁基体１を同時に切断することができる。しかもこの場合、水晶振動子の組み立てに際して、母基板１５そのものがキャリアとして機能するようになっていることから、母基板１５より分割した個片を個々にキャリアに保持させるといった煩雑な作業は一切不要となる。これにより、水晶振動子の組み立て工程が大幅に簡素化されるようになり、水晶振動子の生産性を著しく向上をすることが可能となる。なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない場合において種々の変更や改良等が可能であり、これらの場合においても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。

また上述した実施形態の工程Ｃにおいて、母基板１５の切断箇所に導体層４を存在させないでおくようにすれば、母基板１５の切断に際してダイサーが導体層４とカバー部材８の接合箇所に接触することは少なくなり、これによってダイサーとの接触により導体層４とカバー部材８の接合箇所にクラック等の不具合が生じて封止性が劣化することを有効に防止することができる。従って、工程Ｃにおいて母基板１５の切断箇所に導体層４を存在させないでおくことが好ましい。更に上述した実施形態においては、母基板１５の基板領域間に捨代領域を設けるようにしたが、母基板１５の基板領域間に捨代領域を設けることなく基板領域同士を近接させて配置するようにしても構わない。更にまた上述した実施形態においては、電子部品素子である圧電振動子として水晶振動素子を用いることにより水晶振動子を構成するようにしたが、それ以外の電子部品、例えば、内部に搭載する電子部品素子としてＩＣ素子や他の圧電素子を用いるようにしても本発明は適用可能である。

図４は従来の水晶振動子の概略の側面断面図である。本図４の従来の水晶振動子においては、その組み立てに先立って、大型の母基板を分割することにより絶縁基体２１を、また大型の金属板を分割することにより蓋体２７を個々に予め得ておく必要があり、この２種類の部材をそれぞれ別個の分割の工程で得るようにしていたことから、その水晶振動子の組み立て工程が煩雑なものとなり、生産性の向上に供しないという欠点を有していた。

本発明の製造方法によって製作した水晶振動子（電子部品）の側面方向からみた概略の側面断面図である。（ａ）乃至（ｄ）の四つの図面は、本発明の一実施形態にかかる製造方法を説明するための水晶振動子の側面方向からみた概略の断面図である。本発明の一実施形態にかかる製造方法を説明するための、本発明の製造方法により出来る圧電振動子の概略の上面斜視図である。従来の水晶振動子の概略の側面断面図である。

符号の説明

１・・・絶縁基体
２・・・接続パッド
３・・・外部端子
４・・・導体層
５・・・水晶振動素子（圧電振動子）
６・・・振動電極
７・・・導電性接着材
８・・・カバー部材
９ａ・・・ビア導体
９ｂ・・・ビア導体
１０・・・絶縁性樹脂
１１・・・カバー領域
１２・・・スパッタリング面
１５・・・母基板
２１・・・絶縁基板
２２・・・接続パッド
２３・・・外部端子
２５・・・水晶振動素子（圧電振動子）
２６・・・シール部材
２７・・・蓋体

Claims

マトリクス状に配列された複数個の基板領域を有する母基板を準備し、該母基板の各基板領域に圧電振動子を搭載する工程Aと、
前記基板領域と１対１に対応するカバー部材を、前記圧電振動子が封止されるようにして前記母基板上に載置し、スパッタリング方法によって封止接合する工程Ｂと、
前記カバー部材の上面に形成されたスパッタリング面を被覆するように絶縁性樹脂を塗布する工程Cと、
前記母基板及び前記絶縁性樹脂を各基板領域の外周に沿って一括的に切断することにより複数個の圧電振動子を同時に得る工程Ｄと、を含む圧電振動子の製造方法。
前記圧電振動子が水晶振動素子であることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子の製造方法。
前記工程Ｃにおいて前記母基板の切断箇所に導体層が存在していないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電振動子の製造方法。