JP2006186463A - Piezoelectric vibrator and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
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及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric vibrator used in an electronic device such as a portable communication device or an electronic computer, and a manufacturing method thereof.
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に示す如く一対の搭載パッドが設けられている容器体21の上面に、前記搭載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励振電極を有した水晶振動素子22と、先の水晶振動素子22を囲繞するシールリング23とを取り付けるとともに、前記シールリング23の上部に金属製の蓋体24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いる。(例えば、特許文献1参照 )。
Conventionally, crystal resonators have been used in electronic devices such as portable communication devices and electronic computers. As such a conventional crystal resonator, for example, as shown in FIG. 4, a pair of electrodes electrically connected to the mounting pad via a conductive adhesive on the upper surface of a
かかる水晶振動子は、容器体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22の励振電極間に外部からの交流電圧が印加されると、水晶振動素子22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。
When such an external alternating voltage is applied between the excitation electrodes of the
また、上述した水晶振動子の容器体21は、複数個の容器体21を切り出すことができる大型のマスター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(容器体21)に水晶振動素子22とシールリング23とをとりつけた上、シールリング23の上部に蓋体24を接合することによって水晶振動子が製作される。
Further, the above-described crystal
なお、上述した水晶振動素子の蓋体24も、容器体21と同様に、複数個の蓋体24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24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24は、シールリング23や容器体21の導体パターンを介して容器体21下面のグランド端子に電気的に接続される。
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。 In addition, the applicant did not find any prior art documents related to the present invention by the time of filing of the present application other than the prior art documents specified by the above prior art document information.
しかしながら、上述した従来の水晶振動子においては、前記容器体を樹脂基板で形成するには、気密性が保てないことにより、信頼性を維持することができないという欠点があった。 However, in the above-described conventional crystal resonator, there is a drawback that the reliability cannot be maintained when the container body is formed of a resin substrate because airtightness cannot be maintained.
また、上述した従来の水晶振動子の製造方法においては、その組み立てに先立って、大型のマスター基板を分割することにより容器体21を得ておく必要があり、この部材を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。
Further, in the above-described conventional method for manufacturing a crystal resonator, it is necessary to obtain the
また、上述したように容器体21と蓋体24とを事前に準備してから水晶振動子を組み立てる場合、複数個の容器体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容器体21上には更に蓋体24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。
Further, when the crystal unit is assembled after the
本発明は上述の欠点に鑑み案出されたもので、その目的は樹脂基板を使用しても気密封止性を維持させることができる圧電振動子並びに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。 The present invention has been devised in view of the above-described drawbacks, and its purpose is to improve productivity by simplifying the piezoelectric vibrator that can maintain hermetic sealing performance even when a resin substrate is used, and the assembly process. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a piezoelectric vibrator that can perform the above-described process.
本発明の圧電振動子は、矩形状の容器体の内部空間に圧電振動素子が搭載され、該容器体の側壁頂部には該容器体の開口部を覆う矩形状の蓋体が配置されており、該蓋体と該側壁頂部に設けた導体パターンとを固着し、該容器体内の圧電振動素子を気密封止している圧電振動子において、前記容器体で基板部が絶縁性樹脂で形成し、壁部が金属部材により形成されており、前記容器体の表面に薄膜層が形成されていることを特徴とするものである。 In the piezoelectric vibrator of the present invention, a piezoelectric vibration element is mounted in the internal space of a rectangular container body, and a rectangular lid body that covers the opening of the container body is disposed on the top of the side wall of the container body. In the piezoelectric vibrator in which the lid and the conductor pattern provided on the top of the side wall are fixed and the piezoelectric vibration element in the container is hermetically sealed, the substrate is formed of an insulating resin in the container. The wall portion is formed of a metal member, and a thin film layer is formed on the surface of the container body.
また、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マスター基板を準備し、該マスター基板に、スパッタリング方法によって、配線パターン以外の箇所に薄膜を形成する工程Aと、各基板領域に圧電振動素子を搭載し、前記基板領域と1対1に対応する蓋体を、前記電子部品素子が封止されるようにして前記マスター基板上に載置し、封止接合する工程Bと、前記マスター基板及び前記薄膜層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Cとを含むものである。 Also, in the method for manufacturing a piezoelectric vibrator of the present invention, a master substrate having a plurality of substrate regions arranged in a matrix is prepared, and a thin film is formed on the master substrate at a place other than the wiring pattern by a sputtering method. Step A and mounting a piezoelectric vibration element on each substrate region, and placing a lid corresponding to the substrate region on a one-to-one basis on the master substrate so that the electronic component element is sealed. Step B for sealing and bonding and Step C for simultaneously obtaining a plurality of piezoelectric vibrators by collectively cutting the master substrate and the thin film layer along the outer periphery of each substrate region.
更に、本発明の圧電振動子の製造方法は、前記マスター基板の前記各基板領域の外周部に傾斜を有した壁部を形成することを特徴とするものである。 Furthermore, the method for manufacturing a piezoelectric vibrator according to the present invention is characterized in that an inclined wall portion is formed on an outer peripheral portion of each substrate region of the master substrate.
また更に、本発明の圧電振動子の製造方法は、前記壁部は、エッチング方法により形成されていることを特徴とするものである。 Furthermore, the method for manufacturing a piezoelectric vibrator of the present invention is characterized in that the wall portion is formed by an etching method.
本発明の圧電振動子によれば、前記容器体で基板部が絶縁性樹脂で形成し、壁部が金属部材により形成されており、前記容器体の表面に絶縁性薄膜が形成されていることにより、樹脂基板を使用しても気密封止性を維持し、信頼性を確保することが可能となる。 According to the piezoelectric vibrator of the present invention, in the container body, the substrate portion is formed of an insulating resin, the wall portion is formed of a metal member, and the insulating thin film is formed on the surface of the container body. Therefore, even when a resin substrate is used, it is possible to maintain hermetic sealing and to ensure reliability.
また、本発明の圧電振動子の製造方法によれば、まずマスター基板の各基板領域にスパッタリング方法で、配線パターン以外の箇所に薄膜層を形成することにより、前記マスター基板の気密封止性を向上させることが可能となる。 Further, according to the method for manufacturing a piezoelectric vibrator of the present invention, first, a thin film layer is formed in a portion other than the wiring pattern by sputtering in each substrate region of the master substrate. It becomes possible to improve.
また、圧電振動子の組み立てに際して、マスター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、マスター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。 Further, when assembling the piezoelectric vibrator, the master substrate itself functions as a carrier, so that a complicated operation of individually holding the pieces divided from the master substrate by the carrier becomes unnecessary. Thereby, the assembly process of the piezoelectric vibrator is greatly simplified, and the productivity can be remarkably improved.
更に、マスター基板を樹脂基板で構成しても、スパッタリング方法により、マスター基板の表面に薄膜層を形成することにより、前記樹脂基板の気密封止性を向上させるとともに、樹脂基板を切断するので、ダイサーに影響が少なく、欠け等が発生しないことにより、その生産性を著しく向上させることが可能となる。 Furthermore, even if the master substrate is composed of a resin substrate, by forming a thin film layer on the surface of the master substrate by a sputtering method, the hermetic sealing property of the resin substrate is improved and the resin substrate is cut. Since the dicer has little influence and no chipping occurs, the productivity can be remarkably improved.
更にまた、マスター基板の壁部をエッチング手法により形成することにより、基板形成時に容器体を形成することが可能な為、生産性を向上させることが可能となる。 Furthermore, by forming the wall portion of the master substrate by an etching method, the container body can be formed at the time of substrate formation, so that productivity can be improved.
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分解斜視図であり、図2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る。
図1と図2に示す水晶振動子は大略的に容器体1と、圧電振動素子としての水晶振動素子2と、蓋体3、及び薄膜層4で構成されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol in each figure shall show the same object.
FIG. 1 is an exploded perspective view of a crystal resonator obtained when the manufacturing method of the present invention is applied to the manufacture of a crystal resonator, and FIG. 2 is a case where the manufacturing method of the present invention is applied to the manufacture of a crystal resonator. It is sectional drawing of the obtained crystal oscillator.
The crystal resonator shown in FIGS. 1 and 2 is generally composed of a container body 1, a
容器体1は、例えば、ガラス布基材エポキシ樹脂やポリカーボネイト,エポキシ樹脂,ポリイミド樹脂等の樹脂材料によって平板状に形成され、前記容器体と銅等の金属部材によりエッチング等の手法で形成される壁部5によって上部に開口するキャビティ部を有するように形成されている。その上面側には、キャビティ部底面の一対の搭載パッド6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7が設けられている。
かかる容器体1のキャビティ部底面に設けられている一対の搭載パッド6は、その上面側で後述する水晶振動素子2の励振電極に導電性接着材8を介して電気的に接続され、下面側で容器体1上の導体パターンや容器体内部のビア導体等を介して容器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。
The container body 1 is formed in a flat plate shape by a resin material such as glass cloth base epoxy resin, polycarbonate, epoxy resin, polyimide resin, etc., and is formed by a technique such as etching using the container body and a metal member such as copper. The
A pair of
一方、前記壁部5は、銅等の金属製部材により形成され、その上面側で後述する蓋体3と電気的に接続され、下面側で容器体内部のビア導体等を介して容器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。
On the other hand, the
The external terminals described above are electrically connected to the circuit wiring of the external electric circuit via a conductive adhesive such as solder when the crystal resonator is mounted on an external electric circuit such as a motherboard. .
また、上述した容器体1のキャビティ部底面には水晶振動素子2が搭載される。水晶振動素子2は、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の励振電極を被着・形成してなり、外部からの交流電圧が一対の励振電極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励振電極と容器体上面の対応する搭載パッド6とを導電性接着材8を介して電気的・機械的に接続することによって容器体1のキャビティ部底面に搭載される。そして更に、容器体1のキャビティ部の開口周縁には、蓋体3が取着されている。
The
蓋体3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。その蓋体3を金錫(Au−Sn)等のろう材で封止接合する。
As the
かくして上述した水晶振動子は、容器体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2の励振電極間に外部からの交流電圧を印加し、水晶振動素子2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。
Thus, the crystal resonator described above applies an AC voltage from the outside between the excitation electrodes of the
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3(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マスター基板9を準備し、マスター基板9の基板領域に水晶振動素子2を搭載する。
前記マスター基板9は、例えば、ガラス布基材エポキシ樹脂やポリカーボネイト,エポキシ樹脂,ポリイミド樹脂等の樹脂材料によって形成されており、例えば、ガラス布基材エポキシ樹脂で形成する場合、ガラス糸を編み込んで形成したガラス布基材にエポキシ樹脂の液状前駆体を含浸させるとともに、該前駆体を高温で重合させることによってベースが形成され、その表面に銅箔等の金属箔を貼着し、これを従来周知のフォトエッチング等を採用し、所定パターンに加工することによって外部端子7や搭載パッド6を含む所定の配線パターンが形成され、更に厚みの厚い金属箔をマスター基板9の一主面に貼着し、これを同様の方法でパターン加工することにより壁部5が形成される。
また、基板領域の上面側にキャビティ部底面の一対の搭載パッド6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7が被着・形成されている。
Next, a manufacturing method of the above-described crystal resonator will be described with reference to FIG.
(Step A) First, as shown in FIG. 3A, a master substrate 9 having a plurality of substrate regions arranged in a matrix is prepared, and the
The master substrate 9 is made of, for example, a resin material such as glass cloth base epoxy resin, polycarbonate, epoxy resin, or polyimide resin. For example, when formed of glass cloth base epoxy resin, glass yarn is knitted. A base is formed by impregnating the formed glass cloth substrate with a liquid precursor of an epoxy resin and polymerizing the precursor at a high temperature, and a metal foil such as a copper foil is pasted on the surface thereof. A predetermined wiring pattern including the
In addition, a pair of mounting
次に前記マスター基板9上に酸化ケイ素(SiO2)並びに窒化ケイ素(Si3N4)等を基板領域の配線パターン及び外部端子以外の箇所にスパッタリング法を用いて、薄膜層4を形成することにより、樹脂基板を用いても気密封止性を向上させることが可能である。
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。
Next, the
In the present embodiment, as shown in the schematic cross-sectional view of the crystal resonator of FIG. 2 as viewed from the side, a predetermined throw-away area is provided between the substrate areas arranged in a matrix. .
(工程B) 次に、図3(b)に示す如く、得られたマスター基板9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2が1個ずつ搭載され、水晶振動素子2の励振電極とマスター基板9上面の搭載パッド6とが導電性接着剤8を介して電気的・機械的に接続される。
マスター基板9の基板領域と1対1に対応する複数個の蓋体3を、水晶振動素子2が封止されるようにしてマスター基板9上に載置接合する。前記蓋体3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、得られた蓋体3には上述した複数個の蓋体3がマスター基板9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、このような蓋体3を、各カバー領域の内側に対応する基板領域の水晶振動素子2が配されるようにしてマスター基板9上に形成された壁部5に載置させ、しかる後、蓋体3と壁部5が金錫(Au−Sn)等のろう材によって封止接合する。
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や真空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ているか、真空中のため、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。
(Step B) Next, as shown in FIG. 3 (b), one
A plurality of
The series of bonding steps described above is preferably performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas, or in a vacuum atmosphere, so that the space in which the
(工程C)そして最後に、図3(c)に示す如く、工程Bにおいて一体化したマスター基板9を各基板領域の外周に沿って分割・切断する。マスター基板9の切断は、例えば、ダイサー等を用いてマスター基板9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が同時に得られる。
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、容器体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容器体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、マスター基板9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、マスター基板9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。
また、マスター基板を樹脂基板で構成しても、前記工程Aにおいてスパッタリング方法により、マスター基板の表面に絶縁性薄膜層を形成すると、前記樹脂基板の気密封止性を向上させるとともに、樹脂基板を切断するので、ダイサーに影響が少なく、欠け等が発生しないことにより、その生産性を著しく向上させることが可能となる。
(Step C) Finally, as shown in FIG. 3C, the master substrate 9 integrated in the step B is divided and cut along the outer periphery of each substrate region. The master substrate 9 is cut by, for example, collectively cutting from the master substrate 9 side using a dicer or the like, whereby a plurality of crystal resonators are obtained simultaneously.
When a crystal resonator is manufactured by such a process, it is not necessary to divide the container body 1 into individual pieces prior to the assembly of the crystal resonator, and the container body 1 is simultaneously cut by batch division. be able to. In addition, in this case, when the crystal unit is assembled, the master substrate 9 itself functions as a carrier, so that there is no need for complicated operations such as holding the individual pieces separated from the master substrate 9 individually. It becomes. As a result, the assembly process of the crystal unit is greatly simplified, and the productivity of the crystal unit can be remarkably improved.
In addition, even if the master substrate is formed of a resin substrate, when an insulating thin film layer is formed on the surface of the master substrate by the sputtering method in the step A, the resin substrate is improved while improving the hermetic sealing property of the resin substrate. Since cutting is performed, there is little influence on the dicer, and chipping or the like does not occur, so that the productivity can be remarkably improved.
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。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be made without departing from the gist of the present invention. These cases are also included in the technical scope of the present invention. Needless to say.
更に上述した実施形態においては、マスター基板9の基板領域間に捨てしろ領域を設けるようにしたが、マスター基板9の基板領域間に捨てしろ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。 Further, in the above-described embodiment, the throw-away area is provided between the substrate areas of the master substrate 9, but the board areas are arranged close to each other without providing the throw-away area between the substrate areas of the master substrate 9. It doesn't matter if you do.
更にまた上述した実施形態においては、圧電振動素子として水晶振動素子2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た圧電振動子においても本発明は適用可能である。
Furthermore, in the above-described embodiment, the crystal resonator is configured by using the
1・・・容器体
2・・・水晶振動素子(圧電振動素子)
3・・・蓋体
4・・・薄膜層
5・・・壁部
6・・・搭載パッド
7・・・外部端子
8・・・導電性接着材
9・・・マスター基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記容器体で基板部が絶縁性樹脂で形成し、壁部が金属部材により形成されており、前記容器体の表面に薄膜層が形成されていることを特徴とする圧電振動子。 A piezoelectric vibration element is mounted in the internal space of the rectangular container body, and a rectangular lid body that covers the opening of the container body is disposed on the top of the side wall of the container body. In the piezoelectric vibrator that is firmly attached to the conductor pattern provided in the container and hermetically seals the piezoelectric vibration element in the container body,
A piezoelectric vibrator, wherein a substrate portion is formed of an insulating resin, a wall portion is formed of a metal member, and a thin film layer is formed on a surface of the container body.
各基板領域に圧電振動素子を搭載し、前記基板領域と1対1に対応する蓋体を、前記圧電振動素子が封止されるようにして前記マスター基板上に載置し、封止接合する工程Bと、
前記マスター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工程Cと、を含む圧電振動子の製造方法。 Preparing a master substrate having a plurality of substrate regions arranged in a matrix, and forming a thin film on the master substrate at a location other than the wiring pattern by a sputtering method;
A piezoelectric vibration element is mounted on each substrate region, and a lid corresponding to the substrate region on a one-to-one basis is placed on the master substrate so that the piezoelectric vibration element is sealed, and is sealed and bonded. Step B,
And a step C of simultaneously obtaining a plurality of piezoelectric vibrators by collectively cutting along the outer periphery of each substrate region of the master substrate.
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