JP2007013573A - 圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、複数個の容器体が配列したマスター基板の状態で、一括的に封止材を形成することができ、生産性を向上させた圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は、矩形状のデバイス形成領域の表主面には、空間部が設けられており、空間部を囲う囲繞体の外周には、封止材を形成するための溝部が設けられており、複数個マトリックス状に配列されて一体に構成されているマスター基板を形成する工程と、溝部に封止材層を形成する工程Ｂと、各デバイス形成領域の空間部には、圧電振動素子が収容され、蓋体にて空間部を気密封止する工程Ｃと、前記マスター基板のデバイス形成領域を切断し、複数個の圧電デバイスを同時に得る工程Ｄとを具備する圧電デバイスの製造方法。
【選択図】図１

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又は圧電発振器等の圧電デバイスに関するものである。

従来より圧電素板の両主面に電極を形成した圧電振動素子をパッケージ内部に搭載した、例えば、圧電振動子や、圧電振動子と発振回路とを同一のパッケージ内に搭載した圧電発振器、あるいは、特定の周波数帯を分離する圧電フィルタ等の圧電デバイスが、携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器に多用されている。そして近年、表面実装に対応した形状の圧電デバイスが開発され、電子機器の小型化に伴って、これらの圧電デバイスも小型化が進められている。

かかる従来の圧電デバイスの一例としては、図４に圧電材として水晶を使用した水晶振動子を示す。容器体２１に形成された凹部空間内底面には、一対の素子接続用電極パッドが設けられている。この素子接続用電極パッド上には、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表裏主面に有した水晶振動素子２２が搭載されており、この水晶振動素子２２を囲繞する容器体２１の側壁頂部には封止材２３が取着されている。この封止材２３の上に金属製の蓋体２４を被せ、熱溶着等で封止材２３と蓋体２４とを接合することにより、水晶振動素子２２の搭載空間（凹部空間）を気密封止した水晶振動子である。（例えば、下記特許文献１を参照。）

このような水晶振動子おいて、容器体２１の下面に設けられる入出力端子並びにグランド端子等の外部端子２５を介して水晶振動素子２２の励振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２２の特性に応じた所定の振動モードによる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・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。

前述のような水晶振動子等を含む圧電デバイスについては、以下のような文献が開示されている。
特開平９−１１６３６５号公報

尚、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到らなかった。

しかしながら、従来の圧電デバイスによれば、封止層を、凹部空間を囲繞する側壁部頂部に、圧電デバイス毎１つずつ形成する必要があるので、生産性を低下させてしまう欠点があった。

本発明は、前記のような圧電振動素子を内部に搭載する凹部空間を有するデバイス形成領域をマトリクス状に複数個連接したマスター基板の状態で、各デバイスに一括的に封止材を形成することができ、生産性を向上させた圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の圧電デバイスの製造方法は、基板に形成した凹部空間内に少なくとも圧電振動素子を搭載し、凹部空間を該凹部空間の開口部上に配置した蓋体により気密封止する圧電デバイスの製造方法において、
矩形状のデバイス形成領域の表主面には凹形状の空間部が設けられており、この空間部を囲う囲繞体の外側にはデバイス形成領域を外周とする溝部が設けられており、このデバイス形成領域を複数個マトリックス状に配列されて一体に構成されているマスター基板を形成する工程Ａと、
この囲繞体の外側に形成した溝部に封止材層を形成する工程Ｂと、
この囲繞体内の空間部に圧電振動素子を搭載し、囲繞体の上に蓋体を配置し、封止材層と蓋体と接合し空間部を気密に封止にする工程Ｃと、
マスター基板の各々の該デバイス形成領域を、デバイス形成領域外周に沿って切断し、複数個の圧電デバイスを同時に得る工程Ｄと、
を具備することを特徴とするものである。

また、前記マスター基板は各デバイス形成領域の外周に捨代領域が設けられていると共に、これら捨代領域に、封止材層を形成する封止材を溝部に注入する注入口部が設けられており、この注入口部から封止材を溝部に注入して封止材層を形成することを特徴とする前段記載の圧電デバイスの製造方法でもある。

更に、前記マスター基板において、注入口部と各デバイス形成領域の溝部が連結していることを特徴とする圧電デバイスの製造方法でもある。

更に又、前記封止材がロウ材にて形成されていることを特徴とするものでもある。

本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、空間部を囲う囲繞部の外周には、封止材を形成するための溝部が設けられており、この溝部等が形成されているデバイス形成領域が複数個マトリックス状に配列されて一体に構成されているマスター基板を形成し、この各溝部に封止材層を形成することによって、マスター基板の状態で一括的に封止材を各デバイス形成領域に形成することができるので、圧電デバイスとしての生産性を向上させることが可能となる。

また、本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、デバイス形成領域の外周に捨代領域が設けられていると共に、捨代領域に、溝部に形成される封止材層となる封止材を注入する注入口部が設けられていることによって、デバイス形成領域内の各構成部品のための専有面積を有効に利用することが可能となる。

更に、本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、注入口部と複数個のデバイス形成領域の溝部が連結していることによって、封止材を注入口部に塗布すると各デバイス形成領域の溝部に封止材が流れ込み、各デバイス形成領域における封止材層を一括的に形成することが可能となる。

また更に本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、封止材がロウ材にて形成されていることによって、圧電デバイスとしての耐衝撃特性を向上させることが可能となる。

図１は、本発明の製造方法により作製した圧電デバイスにおいて、圧電デバイスの一つである水晶振動子を例示した分解斜視図であり、また図２は、図１に開示した水晶振動子を組み立てた後の形態を示した断面図である。図１及び図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、容器体内を気密封止する為の蓋体３と、容器体１と蓋体３を接合するための封止材層４で構成されている。

容器体１は、例えば、アルミナセラミックス、ガラス−セラミック等のセラミック材料から成る絶縁層を複数積層することによって形成されている。その表面には、水晶振動素子２を搭載する為の素子接続用電極パッド５が形成されている。容器体１には水晶振動素子２を搭載した空間部１１を囲うように囲繞体１３が形成されており、その囲繞体１３の外側には囲繞体１３を囲うように溝部９が形成されており、溝部９の底面には、環状の導体パターン６が形成され、容器体１の外底面には入力端子、出力端子及びグランド端子を含む複数個の外部接続用端子電極７がそれぞれ設けられている。

かかる容器体１に設けられている一対の素子接続用電極パッド５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、容器体１内部のビア導体等を介して入出力端子（入力端子、出力端子）に電気的に接続される。又、溝部９の底面には導体パターン６が設けられており、この導電パターン６の上面側で後述する蓋体３に封止材層４を介して電気的に接続され、下面側では容器体１内部のビア導体等を介して容器体１の外底面の外部接続用端子電極７のうちのグランド端子に電気的に接続される。

容器体１に搭載する水晶振動素子２は、人工水晶体から、各結晶軸からの所定のアングルでカット及び研磨加工した水晶片の両主面に一対の励振用電極を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の励振電極を介して水晶片に印加されると、ある振動モードで所定の周波数の振動を起こす。このような水晶振動素子２は、その両主面に被着されている励振用電極と容器体１表面の対応する素子接続用電極パッド５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に搭載される。尚、導電性接着材８は、シリコン樹脂やポリイミド樹脂等から成る樹脂材料中にＡｇ等から成る導電性粒子を所定量、添加・混合してなるものが使用される。

そして、容器体１の外周形状とほぼ同形状の蓋体３を、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）等の封止材層４を介して導体パターン６に取り付け、容器体１の上に、レーザ光やハロゲンランプ等により、封止材層４を加熱溶融することによって環状に接合し、封止材層４内側にある水晶振動素子２が搭載されている空間部１１が気密に封止されている。また、封止材層４を容器体１の外周辺域に設けられている溝部９に形成することによって、落下等による衝撃を比較的厚みがある封止材層４で吸収緩和することができるので、水晶振動子としての信頼性を維持することが可能となる。尚、上述した実施形態においては、封止材層４の材料として金錫（Ａｕ−Ｓｎ）のロウ材を用いたものを例示したが、金ゲルマニウム（Ａｕ−Ｇｅ）材を使用しても構わない。

蓋体３としては、４２アロイやコバール，リン青銅等を用いれば良く、蓋体３の表面には、Ｎｉ、Ａｕの金属層が形成されている。蓋体３は、囲繞体１３により囲まれる空間に水晶振動素子２を収容して気密封止するためのものであり、また先に述べた導体パターン６と封止層４を介して容器体１外底面の外部接続用端子電極７のグランド端子と接続される。よって、水晶振動子の使用時、外部の回路母基板に外部接続用端子電極７を用いて接続すると、蓋体３は、グランド電位に保持されることとなり、水晶振動素子２が蓋体３のシールド効果によって外部からの不要な電気的作用、例えばノイズ等から良好に保護される。

次に上述した圧電デバイスの製造方法について図３、図４及び図５を用いて説明する。
ここで、図３（ａ）及び（ｂ）は本発明の製造方法の工程Ａ及び工程Ｂを説明するための外観斜視図である。
（工程Ａ）
まず、図３（ａ）及び（ｂ）に示す如く、各デバイス形成領域Ａに水晶振動素子２が収納される空間を形成する囲繞体１３が形成されたマスター基板１０を準備する。このようなマスター基板１０は、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等によって形成されている。マスター基板１０は、矩形状の基板領域Ａと捨代領域Ｂとを相互に隣接させて複数個ずつ配置させて一体で形成されており、その一主面側には、囲繞体１３で囲われた空間部１１が設けられている。デバイス形成領域Ａには、囲繞体１３とデバイス形成領域Ａ外周との間に溝部９が形成され、該外周溝９の内面には、導電パターン６が形成されている。尚、図３の各図は、４個の基板領域Ａを２行×２列のマトリクス状に配置させた上、隣接する基板領域間Ａ−Ａに捨代領域Ｂを配置させた例について示したものである。また、捨代領域Ｂには、封止材層４を注入（図３（ａ））、若しくは配置する（図３（ｂ））為の注入口部１２が形成されている。

（工程Ｂ）
図３（ａ）及び（ｂ）に示す如く、マスター基板１０の基板領域Ａの設けた溝部９に、封止材層４を形成する。封止材層４は、図３（ａ）のように、マスター基板１０の捨代領域Ｂに設けられた開口部１２に金錫（Ａｕ−Ｓｎ）等の封止材を塗布し、各溝部９に充填後、硬化させることによって形成される。また、図３（ｂ）のように、固形状の封止材を注入口部１２に配置し、加熱溶融させ、各溝部９に充填後、再硬化させることによって形成しても構わない。

図４は、本発明の製造方法における工程Ｃを説明するための外観斜視図である。
（工程Ｃ）
次に、マスター基板１０の各デバイス形成領域Ａの空間部１１内に水晶振動素子２を搭載する。このとき、水晶振動素子５の励振用電極と空間１１内底面の素子接続用電極パッド５とは導電性接着材８を介して電気的・機械的に接続される。そして、かかる封止材層４の上面に複数個の蓋体をマトリクス状に配列し一体で形成したマスター蓋体１４を配置し、ハロゲンランプやキセノンランプ等により、各封止材層４と接合する。尚、蓋体３は、従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を所定形状に成形することによって製作される。

図５は、本発明の製造方法における工程Ｄを説明するための外観斜視図である。
（工程Ｄ）
そして最後に、図５に示す如く、マスター基板１０及びマスター蓋体１４を各デバイス形成領域Ａの外周に沿って切断することにより、各デバイス形成領域Ａを捨代領域Ｂより切り離すことで、個々の水晶振動子を形成する。マスター基板１０等の切断はダイサーを用いたダイシング等によって行なわれ、複数個の水晶振動子が同時に得られる。

尚、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範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、上記実施形態においては、圧電振動素子の材料として水晶を用いたものを例示したが、圧電効果を奏するものであれば、水晶の他に、タンタル酸リチウム、ニオウブ酸リチウムや圧電セラミックを使用しても構わない。又、上述した実施形態では、圧電デバイスとして水晶振動素子を用いた水晶振動子を例示し説明したが、容器体に圧電振動素子とそれと電気的に接続する発振回路を具備した集積回路素子を搭載したような圧電発振器であっても構わない。更に、圧電振動素子として弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタ等の他の圧電振動素子を用いる場合にも本発明は適用可能である。

図１は、本発明の製造方法により作製した圧電デバイスにおいて、圧電デバイスの一つである水晶振動子を例示した分解斜視図である。 図２は、図１に開示した水晶振動子を組み立てた後の形態を示した断面図である。 図３は、本発明の製造方法の工程Ａ及び工程Ｂを説明するための外観斜視図であり、（ａ）は封止材層を形成する封止材を注入口部に塗布する形態を示したものであり、（ｂ）は封止材層を形成する封止材を注入口部に配置する形態を示したものである。 図４は、本発明の製造方法の工程Ｃを説明するための外観斜視図である。 図５は、本発明の製造方法の工程Ｄを説明するための外観斜視図である。 図６は、従来の水晶振動子（圧電デバイス）の断面図である。

符号の説明

１・・・容器体
２・・・水晶振動素子（圧電振動素子）
３・・・蓋体
４・・・封止材層
５・・・素子接続用電極パッド
６・・・導体パターン
７・・・外部接続用端子電極
８・・・導電性接着材
９・・・溝部
１０・・・マスター基板
１１・・・空間部
１２・・・注入口部
１３・・・囲繞体

Claims (4)

1. 基板に形成した凹部空間内に少なくとも圧電振動素子を搭載し、該凹部空間を該凹部空間の開口部上に配置した蓋体により気密封止する圧電デバイスの製造方法において、
   矩形状のデバイス形成領域の表主面には凹形状の空間部が設けられており、該空間部を囲う囲繞体の外側には該デバイス形成領域を外周とする溝部が設けられており、該デバイス形成領域を複数個マトリックス状に配列されて一体に構成されているマスター基板を形成する工程Ａと、
   該囲繞体の外側に形成した溝部に封止材層を形成する工程Ｂと、
   該囲繞体内の空間部に圧電振動素子を搭載し、該囲繞体の上に蓋体を配置し、該封止材層と該蓋体と接合し該空間部を気密にする工程Ｃと、
   該マスター基板の各々の該デバイス形成領域を、該デバイス形成領域外周に沿って切断し、複数個の圧電デバイスを同時に得る工程Ｄと
   を具備することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
2. 該マスター基板は各デバイス形成領域の外周に捨代領域が設けられていると共に、該捨代領域に、該封止材層を形成する封止材を該溝部に注入する注入口部が設けられており、該注入口部から封止材を溝部に注入して該封止材層を形成することを特徴とする請求項１記載の圧電デバイスの製造方法。
3. 該マスター基板において、該注入口部と該各デバイス形成領域の溝部が連結していることを特徴とする請求項１乃至請求項２記載の圧電デバイスの製造方法。
4. 該封止材がロウ材にて形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項２記載の圧電デバイスの製造方法。

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