JP2007324847A

JP2007324847A - 水晶振動子、及びその製造方法、

Info

Publication number: JP2007324847A
Application number: JP2006151766A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Kobayashi; 宏和小林
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2026-05-31
Also published as: JP4942021B2

Abstract

【課題】
本発明の目的は、生産効率が著しく高く、信頼性の高い水晶振動子の製造方法、及びその水晶振動子を提供すること。
【解決手段】
上記の目的を達成する為に本発明は、樹脂の第一の基板上に第一絶縁膜が形成され、第一絶縁膜上に金属パターンが形成されたベース基板上に載置された個々の水晶振動素子が一括的に封止され、同じく樹脂の複数の凹部を有す第二の基板上に第二絶縁膜が形成され、第二の基板の個々の上縁開口部封止面の絶縁膜と、ベース基板に形成された金属パターン部分で陽極接合された水晶振動子であることを特徴とし、また、第一の絶縁膜、及び／または、第二の絶縁膜がＳｉ、ＳｉＯ_２、ガラスのいずれかより成る水晶振動子であることを特徴とし、また、その水晶振動子の製造方法によって課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水晶振動素子が絶縁膜を介して実装される基板、及び蓋体の材質に樹脂が用いられ、基板と蓋体が、それぞれの表面に形成された金属膜で接合されて形成される水晶振動子、及びその製造方法に関する。

従来の水晶振動子や水晶発振器といった電子部品においては、図５の一例のように開口部を有して底の有る空間を形成した個々の容器内底部側の絶縁された基板上に、水晶振動子や集積回路などの電子部品を搭載し、その容器開口部に一般的には金属から成るリッドを被せて気密封止されていた。

しかしながら、一方、最近の傾向では通信分野の伝送系装置等を中核として、その搭載部品についての非常に急激な市場からの小型化や低背化、更に加えて軽量化や低価格化の要求があり、水晶振動子や水晶発振器といった電子部品に関しても、その内部に水晶素板や集積回路部品を気密封止しながら、その外形サイズが例えば、２．５ｍｍ×２．０ｍｍといったように非常に小型のものと成って来ており、そのために従来から行われて来た、個々の電子部品を個別に製造する方法より更に生産効率が向上された製造方法が必要とされ、このような背景の下、本発明の水晶振動子、及びその製造方法が考え出された。

小型表面実装型の振動子のパッケージはセラミックス、ガラス、金属、樹脂などが用いられ、パッケージの精度が要求されるものには、耐湿度性、気密性の良いセラミック、金属、ガラスが使用されている。樹脂から成るパッケージ品は吸湿性と気密性の観点から、従来比較的、製品の電気的、及び機械的安定性に余裕のある一般民生品に使用されることが多い。しかしながら、昨今、先述したように、携帯端末用途には、例えばＩＣタグ、テレビ、ＧＰＳ、ＨＤＤなど拡大を続け、そのアプリケーションは増加し続け、要求される機能を満足するためにＧＰＳモジュール、ＨＤＤモジュール、チューナーモジュールなどの端末に搭載される機能部品は更に増加する傾向にある。一方、端末機器自体の大きさに制約があるために、ここでも精度、気密性、耐湿性は従来のままでありながら搭載される部品に対する小型低背化の要求は更に強くなっている。従来の水晶振動子が含まれる圧電振動子に関したものには以下のものがある。

特開平０９−３２６６５７号公報特開２００１−２４４７６７号公報特開２００５−１７５３４５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。

容器が金属製の缶で出来ているタイプ、及びセラミックで出来ているタイプともに工場内での容器（パッケージ）の内製化には、膨大な設備投資が必要となり、その為、外部から購入して使用することが一般的であるが、製品に対する市場のコストダウン要求は、先述の容器などの材料費価格を最低限まで圧縮したものとなっているのが現状である。

容器の部材価格を下げるには、従来から使用されていた材料を見直して変更し、改めて容器の内製化を検討する必要があるが、水晶振動子の特性の安定性の見地から、容器の良好な気密封止は絶対の条件であり、比較的安価な樹脂製の容器は、その気密度、及び樹脂製容器が有するおそれがある吸湿性といった性質から、高信頼性を求められる水晶振動子や水晶発振器といった電子部品に使用することは避けられる傾向があるといった問題があった。

また、実際の水晶振動子や水晶発振器といった電子部品の作り込みでは、個々の容器はその取り扱いにパレットと呼ばれる複数の容器を一括して取り扱う搬送器が必要となり、その搬送器を揃える分コストがかさむといった問題があった。

容器の精度、気密性、耐湿性のどれも満足させるためには、ガラス、セラミック、金属といった無機系の材料を容器に使用するのが一般的だが、低背化を実現するには、製品である電子部品の底部基板、及び蓋体の厚みをより薄くする必要がある。しかしながら、セラミックから成る基板を有する部品には蓋体に金属リッドを用いることが多く、この場合、セラミックと金属リッドの熱膨張係数の違いによって、金属リッドの容器への溶接・封止時には過剰な熱ストレスが加わり、その結果、歪が残留して十分な容器強度を保つことが出来ず、更なる低背化は困難となるおそれがあった。また、容器材料が樹脂から成る場合は、先述のように気密性、及び樹脂製容器が有するおそれがある吸湿性といった性質から耐湿性が十分満足できるものでは無く、高精度が要求される製品には使用することが出来ないおそれがあるといった問題があった。

本発明は上記の課題を解決するためのものであり、従ってその目的は、生産効率が著しく高く、信頼性の高い、水晶振動素子が絶縁膜を介して実装される基板、及び蓋体の材質に樹脂が用いられ、基板と蓋体が、基板面に形成された金属膜と絶縁膜の部分で陽極接合された水晶振動子、及びその製造方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明は、水晶振動素子が第一のシート状部材の上に複数個形成されたべース基板に載置され、個々の水晶振動素子が一括的に封止されるように第二のシート状部材が被せられる構成の水晶振動子において、樹脂から成る第一の基板上に第一の絶縁膜が形成され、第一の絶縁膜上に金属パターンが形成されたベース基板上に載置された個々の水晶振動素子が一括的に封止され、同じく樹脂から成り複数の凹部を有する第二の基板上に第二の絶縁膜が形成され、第二の基板の個々の上縁開口部封止面の絶縁膜と、該ベース基板に形成された該金属パターン部分で陽極接合される水晶振動子であることを特徴とする。

また、第一の絶縁膜、及び／または、第二の絶縁膜がＳｉ、ＳｉＯ_２、ガラスのいずれかより成る水晶振動子であることを特徴とする。

また、水晶振動素子が、第一のシート状部材の上に複数個形成されたべース基板に載置され、個々の水晶振動素子が一括的に封止されるように第二のシート状部材が被せられる構成の水晶振動子の製造方法において、
樹脂から成るシート状の第一の基板を形成する工程（Ｓ１０１）と、第一の基板上に第一の絶縁膜を形成する工程（Ｓ１０２）と、第一の絶縁膜上に金属パターンを形成してシート状のベース基板を形成する工程（Ｓ１０３）と、ベース基板上に複数の水晶振動素子を実装する工程（Ｓ１０４）と、ベース基板上の個々の水晶振動素子が一括的に封止されるように、シート状の第二の基板の個々の上縁開口部封止面の絶縁膜と、該ベース基板に形成された該金属パターン部分で陽極接合する工程（Ｓ１０５）と、形成されたシート状の水晶振動子を個々に個割りする工程（Ｓ１０６）とから成る水晶振動子の製造方法であることを特徴とする。

本発明によれば、容器の基材が樹脂から出来ていながら、従来に比べて著しく高信頼性を有する水晶振動子を得ることが出来る。

また、容器の基材に樹脂を用いるために靭性があり、薄く形成しても十分なベンディング強度が確保され、かつ、樹脂表面に絶縁膜がコートされているために十分な気密性、耐湿性が確保され、その結果、著しく低背化された水晶振動子を得ることが出来る。

また、シート状の集合基板の状態で組み立てから封止まで製造するため、個々の容器にわかれた水晶振動子の作り込みに使用されるパレットといった搬送器を必要とすること無く、従来に比べて著しく生産効率良く、生産コストを抑えて水晶振動子を製造することが出来る。

以下に図面を参照しながら本発明の実施の一形態について説明する。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。また、それぞれの図においては、本発明を理解し易くするためにデフォルメされた形で図示されている。

図１は本発明の水晶振動子５をその側面方向からみた概略の側面断面模式図である。即ち、水晶振動素子１が、第一のシート状部材２の上に複数個形成されたべース基板３に載置され、個々の水晶振動素子１が一括的に封止されるように第二のシート状部材４が被せられる構成をした水晶振動子５において、樹脂６から出来た第一の基板７上にＳｉ、ＳｉＯ_２、ガラスのいずれかより成る第一の絶縁膜８が形成され、この絶縁膜上にフォトリソグラフィー技術などを用いて回路パターン、及び封止の際に用いられる金属パターン９が形成されたベース基板３上に載置された個々の水晶振動素子１が一括的に封止され、同じく樹脂６から成り複数の凹成型加工された凹部１０を有する第二の基板１１上に先述のようにＳｉ、ＳｉＯ_２、ガラスのいずれかより成る第二の絶縁膜１２が形成され、第二の基板１１の個々の上縁開口部封止面１３に形成された絶縁膜と、金属パターン９の部分で陽極接合されることを特徴とする水晶振動子５である。第一の基板７、及び第二の基板１１を形成する樹脂６には液晶ポリマー（ＬＰＣ）といった薄肉化が可能な樹脂６を使用し、その上に先述の絶縁膜をコートする。絶縁膜は陽極接合される金属パターン９が形成される面に形成されていれば良いが、それぞれの基板の陽極接合される側の面の樹脂層を介した裏面側に形成されていても構わず、この場合も本発明の技術的範囲に含まれることはいうまでも無い。裏面側にも絶縁膜が形成される場合、第一の基板７では、部品が搭載される搭載基板と電気的な接続のための接続端子や接続パッドがあるが、これらについても先述のフォトリソグラフィー技術などを用いて、絶縁膜上に設けることが出来る。第一の基板７、及び第二の基板１１上にコートされる絶縁膜はＳｉ、ＳｉＯ_２、ガラスのいずれかが選択される。絶縁膜の表面に形成される金属膜にはアルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）といった陽極接合に適した材料が用いられる。本発明の水晶振動子５は、水晶振動子５の容器（パッケージ）の基材に樹脂６を用いるために靭性があり、そのため薄く形成しても十分なベンディング強度が確保され、かつ、樹脂表面に絶縁膜がコートされているために十分な気密性、耐湿性が確保され、その結果、著しく低背化された水晶振動子５を得ることが出来る。

図２は本発明の水晶振動子５を斜め上方方向からみた概略の上面斜視模式図である。なお、図２中に点線で示された部分は、水晶振動子５内部に載置された水晶振動素子１の実装状態を示すために描かれたものである。

図３は本発明の水晶振動子５の製造工程図である。即ち、水晶振動素子１が、第一のシート状部材２の上に複数個形成されたべース基板３に載置され、個々の水晶振動素子１が一括的に封止されるように第二のシート状部材４が被せられる構成の水晶振動子５の製造方法において、まず、液晶ポリマー（ＬＰＣ）といった薄肉化が可能な樹脂から成るシート状の第一の基板７を形成する工程（Ｓ１０１）を行い、次に第一の基板７上に第一の絶縁膜８を形成する工程（Ｓ１０２）、更に、第一の絶縁膜８上に金属パターン９を形成してシート状のベース基板３を形成する工程（Ｓ１０３）を行い、続いてベース基板３上に複数の水晶振動素子１を実装する工程（Ｓ１０４）と、ベース基板３上の個々の水晶振動素子１が一括的に封止されるように、シート状の第二の基板１１の個々の上縁開口部封止面１３に形成された第二の絶縁膜１２の部分で、先述のシート状の第一の金属パターン９と陽極接合する工程（Ｓ１０５）を行い、最後に形成されたシート状の水晶振動子５を個々に個割りする工程（Ｓ１０６）を行う水晶振動子５の製造方法である。本発明の水晶振動子５の製造方法により、シート状の集合基板の状態で組み立てから封止に至るまで製造するために、個々の容器にわかれた水晶振動子５の作り込みに使用されるパレットといった搬送器を必要とすること無く、従来に比べて著しく生産効率良く、生産コストを抑え水晶振動子５を製造することが出来る。

図４は本発明の水晶振動子５の製造方法について、上から工程をおって矢印の順にその製造の模様を示した概略模式図である。図４のなかで、蓋体である凹部１０を有する第二の基板１１については、樹脂６からなる基板上に形成された第二の絶縁膜１２を介して第一の基板７の金属パターン９と接合される模様が模式的に図示されている。

図５は、従来からの開口部を有し、底の有る空間を形成した個々の容器内の底部の絶縁された基板上に、水晶振動素子１を搭載し、その容器開口部に金属から成るリッドを被せて気密封止された水晶振動子５をその側面方向からみた概略の側面断面模式図である。容器がセラミックから成る基板を有する部品には図５のように蓋体に金属リッドを用いることが多く、この場合、セラミックと金属リッドの熱膨張係数の違いによって、金属リッドの容器への溶接・封止時には過剰な熱ストレスが加わり、その結果、歪が残留して十分な容器強度を保つことが出来ず、更なる低背化は困難となるおそれがあるといった問題があった。

本発明の水晶振動子をその側面方向からみた概略の側面断面模式図である。本発明の水晶振動子を斜め上方方向からみた概略の上面斜視模式図である。なお、図２中の点線で示された部分は、水晶振動子内部に載置された水晶振動素子の実装状態を示すために描かれたものである。本発明の水晶振動子の製造工程図である。本発明の水晶振動子の製造方法について、上から工程を追って矢印の順にその製造の模様を示した概略模式図である。従来からの開口部を有し底の有る空間を形成した個々の容器内の底部側の絶縁された基板上に、水晶素板を搭載し、その容器開口部に金属から成るリッドを被せて気密封止された水晶振動子をその側面方向からみた概略の側面断面模式図である。

符号の説明

１水晶振動素子
２第一のシート状部材
３ベース基板
４第二のシート状部材
５水晶振動子
６樹脂
７第一の基板
８第一の絶縁膜
９金属パターン
１０凹部
１１第二の基板
１２第二の絶縁膜
１３上縁開口部封止面

Claims

水晶振動素子が、第一のシート状部材の上に複数個形成されたべース基板に載置され、個々の水晶振動素子が一括的に封止されるように第二のシート状部材が被せられる構成の水晶振動子において、

樹脂から成る第一の基板上に第一の絶縁膜が形成され、該絶縁膜上に金属パターンが形成されたベース基板上に載置された個々の水晶振動素子が一括的に封止される該樹脂から成り複数の凹部を有する第二の基板上に第二の絶縁膜が形成され、該第二の基板の個々の上縁開口部封止面の絶縁膜と、該ベース基板に形成された該金属パターン部分で陽極接合されることを特徴とする水晶振動子。
該第一の絶縁膜、及び／または、該第二の絶縁膜がＳｉ、ＳｉＯ_２、ガラスのいずれより成ることを特徴とする請求項１記載の水晶振動子。
水晶振動素子が、第一のシート状部材の上に複数個形成されたべース基板に載置され、個々の水晶振動素子が一括的に封止されるように第二のシート状部材が被せられる構成の水晶振動子の製造方法において、

樹脂から成るシート状の第一の基板を形成する工程（Ｓ１０１）と、
該第一の基板上に第一の絶縁膜を形成する工程（Ｓ１０２）と、
該第一の絶縁膜上に金属パターンを形成してシート状のベース基板を形成する工程（Ｓ１０３）と、
該ベース基板上に複数の水晶振動素子を実装する工程（Ｓ１０４）と、
該ベース基板上の個々の水晶振動素子が一括的に封止されるように、シート状の第二の基板の個々の上縁開口部封止面の絶縁膜と、該ベース基板に形成された該金属パターン部分で陽極接合する工程（Ｓ１０５）と、
形成されたシート状の水晶振動子を個々に個割りする工程（Ｓ１０６）と、
から成る水晶振動子の製造方法。