JP2007235340A - 圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水晶振動素子が基体若しくは蓋体に接触することなく基体の表面と平行に搭載すると共に、安定した周波数を出力する。
【解決手段】内部に凹部Ｃを有する基体１と、この凹部Ｃ内に収納され基部１に実装される圧電振動素子２と、圧電振動素子２を実装した基板１の凹部Ｃを塞いで気密封止する蓋体３とからなる圧電デバイスＤであって、圧電振動素子２は、基体１に片持ち梁の状態で長手方向の一方の端部で実装され、他方の端部に磁性体膜１０が設けられて構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯用通信機器等の電子機器に用いられる圧電デバイスに関する。

従来の圧電デバイスとしては、セラミック材料等から成る基体の凹部に設けられている搭載パッドに導電性接着剤を塗布した上に水晶振動素子を搭載し、該水晶振動素子を搭載後、熱を印加することにより、導電性接着剤を硬化させて固定し、更に前記基体の上面に金属製の蓋体を載置・固定することにより水晶振動素子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）。
特開２００２―１１１４３５号公報（段落００１８〜００３６、図２）

しかしながら、上述した従来の圧電デバイスの製造方法においては、該導電性接着剤を硬化させる際に、樹脂の収縮によって、水晶振動素子が傾斜してしまうので基体若しくは蓋体に接触してしまい、発振周波数が変動してしまうという欠点があった。

そこで、本発明は、前記した問題点を解決し、水晶振動素子が基体若しくは蓋体に接触することなく基体の表面と平行に搭載すると共に、安定した周波数を出力する圧電デバイスを得ることができる製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、電子デバイスであって、内部に凹部を有する基体と、この凹部内に収納され前記基部に実装される圧電振動素子と、前記圧電振動素子を実装した前記基板の凹部を塞いで気密封止する蓋体とからなる圧電デバイスであって、前記圧電振動素子は、前記基体に片持ち梁の状態で一方の端部で実装され、他方の端部に磁性体膜が設けられて構成されていることを特徴とする。

また、本発明は、圧電デバイスの製造方法であって、一方の端部に磁性体膜が形成された圧電振動素子の他方の端部を、凹部が形成された基体の該凹部内に塗布された導電性接着剤上に配置する工程と、電磁石となる平行維持手段を前記圧電振動素子の上方に配置する工程と、前記平行維持手段を通電させて電磁石としながら前記圧電振動素子を引き寄せて前記基板の表面と前記圧電振動素子の表面との間が一定に保たれるようにしながら前記導電性接着剤を硬化させる工程と、前記導電性接着剤が硬化した後に、前記平行維持手段の通電を止めて圧電振動素子から離し、前記基体の凹部を気密封止する工程とから構成されることを特徴とする。

また、本発明は、前記基体がマトリックス状に配列されたシート基板となっており、前記平行維持手段が、前記シート基板の全体を覆うように構成されていてもよい。

本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、基体又は蓋体に該圧電振動素子が接触することがないので、安定して発振周波数を出力す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、前記基体が複数個配置されたシート基板を用いることによって、シート基板自体が、圧電振動素子搭載用のキャリアとして機能させることができる。従って、個々の基体を固定するのに使用されるキャリア等の製造設備は不要になるとともに、シート基板の分割によって得られた個片をキャリアに装着するといった煩雑な工程も不要となり、これによって圧電デバイスの生産性を向上させることが可能となる。

次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、電子デバイスを平面視矩形形状となる水晶振動子とし、また、圧電振動素子を水晶振動素子として説明する。図１は本発明の実施形態に係る圧電デバイスの分解斜視図である。

図１に示すように、本発明の第一の実施形態に係る圧電デバイスＤは、基体１に水晶振動素子２が搭載され、また、水晶振動素子２を封止するように蓋体３が取着された構造を有している。

基体１は、例えば、ガラス−セラミック等のセラミック材料によって形成され、内側には凹部が形成されている。その凹部Ｃ内には、水晶振動素子２と電気的・機械的に接続するための搭載パッド６が形成されており、この搭載パッド６の上に導電性接着剤９（図２（ａ）参照）を介して水晶振動素子２に設けられた励振電極２Ａとが接続するように当該水晶振動素子２が配設され、基体１の上面には、封止用導体パターン４、下面にはグランド端子、電源電圧端子、発振出力端子等の外部端子７が設けられている。これらの外部端子７は、圧電デバイスＤ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電気的に接続されるようになっている。
尚、凹部Ｃは、前記積層体の上部に配されるセラミックグリーンシートの所定位置、具体的には、各基板１の中央域に空間を形成しておくことによって形成される。

蓋体３には、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）等の封止材８が被着形成されている。この蓋体３と基体１の封止用導体パターン４とを接続することにより、気密封止することができる。

搭載されている水晶振動素子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２Ａ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２Ａ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。

また、水晶振動素子２の長手方向の一方の端部は、基体１に固定され、他方の端部の先端には、磁性体膜１０が形成されている。この磁性体膜１０は、フェライト，パーマロイ等の磁性体粒子をエポキシ樹脂等の熱可塑性樹脂に含有することにより構成されている。
なお、この磁性体膜１０は磁石とはならない。

次に上述した圧電デバイスの製造方法について図３を用いて説明する。
ここで、図２（ａ）は、基体に圧電振動素子を搭載する前の状態を示す図であり、（ｂ）は圧電振動素子を平行に維持する状態の一例を示す図であり、（ｃ）は本発明の一実施形態に係る圧電デバイスの一例を示す図である。

（１）先端（一方の端部）に磁性体膜１０が形成された水晶振動素子２の長手方向の端部（他方の端部）を、凹部Ｃが形成された基体１の該凹部Ｃ内に塗布された導電性接着剤９上に配置する工程。
最初に、図２（ａ）に示すように、水晶振動素子２に設けられている励振電極２Ａから伸びる搭載用の引き出し電極が形成されている端部と反対側の端部の先端に磁性体膜１０を形成する。次に、図２（ａ）に示すように上述した基体１の凹部Ｃ内に設けられた搭載パッド６に導電性接着剤９を塗布し、搭載用の引き出し電極が形成されている端部と搭載パッド６とを電気的・機械的に接続して、水晶振動素子２を基体１に搭載する。

基体１の凹部Ｃに設けられた搭載パッド６への導電性接着剤９の塗布は、従来周知のディスペンス方法によって行われる。この導電性接着剤９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・混合してなるものである。

（２）電磁石となる平行維持手段１１を水晶振動素子２の上方に配置する工程。
図２（ｂ）に示すように、基体１に水晶振動素子２を搭載した状態で、かつ、導電性接着剤９が硬化する前に、平行維持手段１１を水晶振動素子２、特に水晶振動素子２に設けた磁性体膜１０の上に配置する。
この平行維持手段１１は、平行手段本体１１Ａと水晶振動素子２の先端に設けられた磁性体膜１０に当接する凸部１１Ｂとからなり、平行手段本体１１Ａが基体１の上面に接触しつつ、凸部１１Ｂが水晶振動素子２を基体１の表面と平行となる位置まで張り出した状態となっている。
これにより、平行手段本体１１Ａ又は凸部１１Ｂが電磁石となっても水晶振動素子２の磁性体膜１０を磁力により引き付けすぎないようにして、水晶振動素子２を基体１の表面と平行にすることができる。

（３）平行維持手段１１を通電させて電磁石としながら水晶振動素子２を引き寄せて基板１の表面と水晶振動素子２の表面との間が一定に保たれるようにしながら導電性接着剤９を硬化させる工程。
次に、図３（ｂ）に示すように平行維持手段１１を用いて、水晶振動素子２を水平状態に維持させながら、導電性接着剤９を硬化させる。
平行維持手段１１は、所定の制御に基づきＯＮ／ＯＦＦ制御される。導電性接着剤９の硬化開始時期から制御をＯＮすることによって、水晶振動素子２の先端に形成されている磁性体膜１０が平行維持手段１１に引き付けられることによって、水晶振動素子２を水平に維持した状態で接合することができる。よって、硬化時に、水晶振動素子２が基体１に接触しないため、安定した発振周波数を出力することが可能となる。

（４）導電性接着剤９が硬化した後に、平行維持手段１１の通電を止めて水晶振動素子２から離し、基体１の凹部Ｃを気密封止する工程。
最後に、図３（ｃ）に示すように基体１に蓋体３を搭載し、気密封止する。
このような蓋体３を、基体１の封止用導体パターン４に金錫（Ａｕ−Ｓｎ）等からなる封止材８を介して載置させ、しかる後、これを例えば、３００℃〜３５０℃の温度に保たれた加熱炉の中に入れ、前記封止材８を高温で加熱・溶融させることによって、蓋体３が基体１に接合される。その後、一体化された基体１と蓋体３は徐々に室温まで冷却される。

また、レーザ光やハロゲンランプ等を用いて、封止材８を溶融することによって、前記蓋体３が前記基体１に接合する方法もある。前記ハロゲンランプは、バルブ内にタングステンフィラメントを備え、ハロゲンガスを封入したものである。このタングステンフィラメントが通電加熱されると、ハロゲンガスと反応し、タングステン−ハロゲン化合物が生成される。タングステン−ハロゲン化合物は、バルブ内の対流により、タングステン−ハロゲン化合物がフィラメント付近に運ばれ、高温によりタングステンとハロゲンガスに分解されて、タングステンは、フィラメントに沈殿するというハロゲンサイクルを繰り返し、光ビームを発生するものである。

このように本発明の実施形態に係る水晶振動子（電子デバイス）を構成したので、水晶振動素子が基体側又は蓋体側に傾くことなく、基体の表面と平行に維持した状態で基板の凹部内に搭載することができる。

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、改良が可能である。

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を用いた表面実装型の水晶発振器を例にとって説明したが、これに代えて、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３（ａ）シート基板となる基体に圧電振動素子を搭載する前の状態を示す図であり、（ｂ）は、搭載した圧電振動素子の上に平行維持手段を配置する前の状態を示す図である。図４（ａ）はシート基板となる基体に蓋体を付けて気密封止した状態を示す図であり、（ｂ）は個片化して電子デバイスを得る状態を示す図である。
また、図３及び図４に示すように、凹部Ｃを有する基体１を複数個隣接させて、これらをマトリックス状に配置したシート基板１２を用いても構わない（図３（ａ）参照）。

ここで、シート基板１２は、水晶振動素子２を搭載する際は水晶振動素子用のキャリアとして、蓋体３を封止材上に取り付ける際は蓋体取り付け用のキャリアとして機能するようになっている。従って、従来例のように、個々の基体１を固定するのに使用されるキャリア等の製造設備は不要であり、シート基板１２の分割によって得られた個片をキャリアに装着するといった煩雑な工程も不要となる。これにより、圧電デバイスの生産性を向上させることが可能となる。

また、シート基板１２の各基板領域に搭載した水晶振動素子２（図３（ｂ）参照）の上に平行維持手段１１を配置し（図３（ｂ）参照）を平行維持手段１１をＯＮ／ＯＦＦ制御することによって、導電性接着剤９の硬化時に、水晶振動素子２の先端に形成されている磁性体膜１０が平行維持手段１１に引き付けられることによって、水晶振動素子２を水平に維持した状態で接合することができる。
そして、各基体の凹部Ｃに蓋体３を設けて気密封止する（図４（ａ）参照）。気密封止をすべて行った後、個片化し、複数の電子デバイスＤを得ることができる（図４（ｂ）参照）。

本発明の実施形態に係る圧電デバイスの分解斜視図である。 （ａ）は、基体に圧電振動素子を搭載する前の状態を示す図であり、（ｂ）は圧電振動素子を平行に維持する状態の一例を示す図であり、（ｃ）は本発明の一実施形態に係る圧電デバイスの一例を示す図である。 （ａ）シート基板となる基体に圧電振動素子を搭載する前の状態を示す図であり、（ｂ）は、搭載した圧電振動素子の上に平行維持手段を配置する前の状態を示す図である。 （ａ）はシート基板となる基体に蓋体を付けて気密封止した状態を示す図であり、（ｂ）は個片化して電子デバイスを得る状態を示す図である。

符号の説明

１ 基体
２ 水晶振動素子（圧電振動素子）
３ 蓋体
４ 封止用導体パターン
６ 搭載パッド
７ 外部端子
８ 封止材
９ 導電性接着剤
１０ 磁性体膜
１１ 平行維持手段
１２ シート基板
Ｄ 水晶振動子（電子デバイス）
Ｃ 凹部

Claims (3)

1. 内部に凹部を有する基体と、
   この凹部内に収納され前記基部に実装される圧電振動素子と、
   前記圧電振動素子を実装した前記基板の凹部を塞いで気密封止する蓋体とからなる圧電デバイスであって、
   前記圧電振動素子は、前記基体に片持ち梁の状態で一方の端部で実装され、他方の端部に磁性体膜が設けられて構成されていることを特徴とする圧電デバイス。
2. 一方の端部に磁性体膜が形成された圧電振動素子の他方の端部を、凹部が形成された基体の該凹部内に塗布された導電性接着剤上に配置する工程と、
   電磁石となる平行維持手段を前記圧電振動素子の上方に配置する工程と、
   前記平行維持手段を通電させて電磁石としながら前記圧電振動素子を引き寄せて前記基板の表面と前記圧電振動素子の表面との間が一定に保たれるようにしながら前記導電性接着剤を硬化させる工程と、
   前記導電性接着剤が硬化した後に、前記平行維持手段の通電を止めて圧電振動素子から離し、前記基体の凹部を気密封止する工程とから構成されることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
3. 前記基体がマトリックス状に配列されたシート基板となっており、前記平行維持手段が、前記シート基板の全体を覆うように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧電デバイスの製造方法。

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