JP2007324912A - 圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容器体を整列治具に整列配置し、熱を印加することより気密封止を行うが、整列治具側からも容器体に熱が伝導してしまう。このとき、整列治具上の容器体の配置場所によって整列治具からの熱伝導状態の違いが生じてしまい、整列治具上の蓋体と容器体との封止状態にバラツキが生じてしまうといった欠点があった。
【解決手段】容器体の凹部空間内底面に形成された搭載パッドに導電性接合材を形成し、その上に圧電振動素子を搭載し、搭載パッドと圧電振動素子とを導通固着させる工程と、容器体を、整列治具の窪み部内に嵌め込む形態で載置し、蓋体を容器体の凹部空間開口部上にこの開口部を覆う形態で搭載する工程と、容器体を整列治具表面から離間させた状態とし、この状態において、容器体及び蓋体を加熱手段により加熱することにより、蓋体を容器体に接合し、容器体内の空間内を気密封止する工程とを具備する圧電デバイスの製造方法。
【選択図】図３

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振動子や圧電発振器等の圧電デバイスの製造方法に関するものである。

従来、電子機器において基準信号を発生させる電子部品の一つとして、内部に圧電振動素子を搭載した圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが用いられている。
かかる従来の圧電デバイスの一例としては、セラミック材料等から成る積層基板上にシールリングを取着させるとともに、該シールリングの内側に位置する基板の上面に、圧電振動素子としての水晶振動素子を、その一端側でのみ保持する形で実装し、更に前記シールリング上に金属製のカバーを載置・固定することにより水晶振動素子を気密封止した封止構造のものが知られている（例えば、下記特許文献１を参照。）。

また、このような構造における封止形態においては、積層基板内に収容した圧電振動素子に特性を変動させるような過度の熱を与えず、しかも表面実装する際のリフロー半田にも十分に耐えられる封止形態としてシーム溶接による封止形態が挙げられる。
従来のシーム溶接は、一面が開口した筺体状基板の開口周囲にタングステンやモリブデンを下地層とし、その上にＮｉメッキ被覆膜などの封止用導体膜を形成し、また、前記シール用導体膜上に４２アロイ、コバールなどのシールリングを銀ロウ付けなどで接合する。その後、基板の開口にシールリングと同一の金属材料から成る矩形状カバーを載置し、仮付けした後、シールリングと矩形状カバーとの接合する４辺に、カバー側からローラー電極を押圧しながら当該ローラー電極を通電させつつ回転させることで、カバーとシールリングとの間に大きな電流を印加しての溶接が提案されている（例えば、下記特許文献２を参照）。

また、封止方法において、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）ロウ材で接合するものがあり、カーボン治具に収納したまま、封止炉に入れ真空雰囲気内で加熱する方法が知られている。
特開２００２―１１１４３５号公報（第５−６頁、図２） 特開２０００−２２０１３号公報（第７頁、３図）

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至らなかった。

しかしながら、従来の一封止方法であるシーム溶接では、容器体と蓋体とを接合するためには、ローラー電極が接触回転移動でき且つ通電が可能な一定以上の溶接面積が必要な為、その溶接面積が確保できないような圧電デバイスの小型化は困難であるという欠点があった。また、ローラー電極を圧電デバイスの辺毎に接触回転移動させる封止形態では封止時間がかかるとともに、生産性を向上することが出来ないという欠点があった。

また、従来の他の封止方法である熱溶融接合では、複数の容器体を整列治具に整列配置し、熱を印加することより気密封止を行うが、整列治具側からも容器体に熱が伝導してしまう。このとき、整列治具上の容器体の配置場所によって整列治具からの熱伝導状態の違いが生じてしまい、整列治具上の蓋体と容器体との封止状態にバラツキが生じてしまうといった欠点があった。

本発明は、圧電デバイスの製造方法において、蓋体の容器体との接合封止を確実に行うことができるとともに、複数組の蓋体と容器体とを同時に加熱接合封止したときに、個々の封止状態のバラツキを抑え、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、容器体の凹部空間内底面に形成された搭載パッドに導電性接合材を形成すると共に、この容器体の搭載パッドに形成された導電性接合材の上に圧電振動素子を搭載し、この導電性接合材にて前記搭載パッドと圧電振動素子とを導通固着させる工程と、
容器体を、この容器体の載置固定用の窪み部を有する整列治具のこの窪み部内に嵌め込む形態で載置し、蓋体を容器体の凹部空間開口部上にこの開口部を覆う形態で搭載する工程と、
容器体を整列治具表面から離間させた状態とし、この状態において、容器体及び蓋体を加熱手段により加熱することにより、蓋体を容器体に接合し、容器体内の空間内を気密封止する工程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である。

又、前述した加熱手段がハロゲンランプ又はキセノンランプであ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、前述した整列治具の材質が、チタン、モリブデン、タングステン、セラミックス、ＳＵＳのうちの１つであることを特徴とする圧電デバイスの製造方法でもある。

又、前述した整列治具の窪み部底面には、容器体を整列治具表面から離間させるための押し上げピンが設けられ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、前述した整列治具の窪み部を囲繞し且つ加熱手段に対向する主面部分上に光反射膜を設け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、蓋体を容器体に接合する際に、熱透過性の押圧治具を蓋体上に配置し、この押圧治具により蓋体を容器体に押さえ付けながら、この押圧治具上より加熱することにより蓋体を容器体に接合することを特徴とする圧電デバイスの製造方法でもある。

上述したような本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、容器体を整列治具に載置し、蓋体を容器体の開口部上に搭載すると共に、加熱手段を利用することによって、容器体自身への熱による悪影響を緩和することが可能となる。

例えば、本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、加熱手段がハロゲンランプ並びにキセノンランプであり、従来のシーム溶接等の接合加熱手段に比べ、デバイス本体の広範囲に一定の照射加熱できると共に、容器体に熱が局所的且つ急激にかかることがないので、容器体の急加熱による破損を防止することとが可能となる。

更に、本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、整列治具の材質が、チタン、モリブデン、タングステン、セラミックス、ＳＵＳのうちの１つであることによって、熱伝導率が高く、整列治具自体の温度を放熱や吸熱により容易にコントロールすることが可能となる。また、整列治具が蓋体若しくは容器体に接触しても、蓋体及び容器体に損傷を与えることが少なく、安定して気密封止することが可能となる。

又、本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、整列治具には、容器体を整列治具表面から離間させるための押し上げピンが設けられていることにより、容器体と整列治具表面とを接触しない状態にできるので、加熱接合時に整列治具から容器体に伝導される熱を低減することが可能となる。よって、ハロゲンランプ等の加熱手段より直接に容器体にかかる熱のみで気密封止することになり、複数個の容器体を同時に加熱封止した場合に、個々の圧電デバイスにおける封止状態のバラツキが少なく、特性が安定したデバイス生産を行うことが可能となる。

更にまた、本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、整列治具の窪み部を囲繞し且つ加熱手段に対向する主面部分上に光反射膜を設けていることによって、加熱手段より照射された光が、整列治具上の光反射膜によって反射することになり、整列治具本体に加わる熱量を低減できるので、整列治具から容器体に伝導する熱を更に低くでき、ハロゲンランプ等の加熱手段より直接に容器体にかかる熱のみで気密封止することで、特性が安定した圧電デバイスの生産を行うことが可能となる。

図１は、本発明に係る圧電デバイスの製造方法により形成する圧電デバイスの形態を、内部に水晶振動素子を搭載した水晶振動子を例に示しており、図１はその分解斜視図である。
尚、図１を含め後述する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。又、各図では、説明を明りょうにするため構成体の一部を図示せず、更に寸法も一部誇張して図示している。特に各構成部材の厚み寸法は誇張して図示している。

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層、積層することによって形成されており、その上面には、中央域に矩形状に開口する凹部空間３が、凹部空間３の開口部を囲繞する側壁部の開口側頂面には環状の封止用導体パターン４が形成され、又容器体１の外側底面上には入力端子、出力端子及びグランド端子を含む複数個の外部端子（不図示）が設けられている。容器体１は、その上面側に開口する凹部空間３の内部に水晶振動素子２を収容するためのものであり、凹部空間３内部の底面には水晶振動素子２の表面に形成された励振電極と電気的に接続される一対の搭載パッド６が被着形成されている。この一対の搭載パッド６は、その上面側で水晶振動素子２の励振電極に導電性接着材（不図示）を介して電気的に接続され、下面側で容器体１内部の配線導体やビアホール導体等を介して外部端子のうちの入力端子及び出力端子にそれぞれ電気的に接続されている。

また、容器体１に形成された封止用導体パターン４は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等から成る基層の表面にニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層を順次被着させることによって１０μｍ〜２５μｍの厚みに形成されており、その内周部分は凹部空間３の内壁面に、外周部分は容器体１の外側面にそれぞれ延在されている。この封止用導体パターン４は、後述する蓋体８を、蓋体８に形成した封止部材９を介して容器体１の上面に接合させるためのものであり、かかる封止用導体パターン４を、上述したように、ＷもしくはＭｏから成る基層の表面にＮｉ層及びＡｕ層を順次被着させた構成となしておくことにより、封止用導体パターン４に対する封止部材９の濡れ性を良好となし、水晶振動素子の気密保持による信頼性及び生産性を向上させることができる。

また容器体１の内部には、一方の端部を容器体１の側壁部頂面に、他方の端部を容器体１の外部底面に形成された外部端子のうちのグランド端子にまで導出させたビア導体（不図示）が埋設されており、容器体１の側壁部頂面に被着させた封止用導体パターン４を、封止部材９を介して蓋体８と接合することによって、蓋体８がビア導体を介して容器体１のグランド端子と電気的に接続される。このように、金属から成る蓋体８をグランド端子と電気的に接続させておくことにより、水晶振動子の使用時、蓋体８がグランド電位に保持されるようになるため、蓋体８のシールド作用によって、水晶振動素子２を外部からの不要な電気的作用より良好に保護することができる。このようなグランド端子を含む容器体１外側底面の外部端子５は、水晶振動子をマザーボード等の外部配線基板上に搭載する際、外部配線基板の配線と半田等の導電性接着材を介して電気的に接続するための端子として機能する。

尚、上述した容器体１は、アルミナセラミックスから成る場合、所定の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に外部端子５や接続パッド，封止用導体パターン４等となる導体ペーストを、またセラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内にビア導体となる導体ペーストを、従来周知のスクリーン印刷等によって塗布するとともに、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り製作される。

一方、容器体１の凹部空間３内に収容される水晶振動素子２は、人工水晶体より所定のカットアングルで切断し外形加工を施された、厚み３０μｍ〜１６０μｍの平板状の水晶片の両主面にそれぞれ励振電極を被着形成してなり、外部からの変動電圧が主面間で対向する一対の励振電極を介して水晶片に印加されると、所定の周波数及び振動モードで振動を起こすようになっている。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電極と、各主面に形成された励振電極毎に対応した凹部空間３内底面の搭載パッド６とを導電性接着材を介して電気的及び機械的に接続することによって容器体１の凹部空間３内底面上に搭載される。

また、容器体１の凹部空間３開口部を覆う形態で封止用導体パターン４上に配置される蓋体８は、４２アロイ等から成る金属板の容器体側主面に、その主面外周に沿ってニッケル（Ｎｉ）層を環状且つ帯状に被着させてなり、かかるＮｉ層を、封止部材６を介して容器体１の側壁部頂面に形成した封止用導体パターン４に加熱接合させることによって容器体１に取着され、これにより凹部空間３の開口部が塞がれて水晶振動素子２の収納空間が気密封止され、同時に、蓋体８が先に述べたビア導体等を介して容器体１外側底面に形成された外部端子のうちのグランド端子に電気的に接続される。

次に上述した圧電デバイスの製造方法について、図１に開示した水晶振動子を例に、図２乃至図５を用いて説明する。
まず、容器体１の搭載パッド６上に導電性接着材を塗布すると共に、容器体１の搭載パッド６に塗布された前記導電性接着材上に水晶振動素子２を搭載し、導電性接着材を加熱硬化させる。尚、容器体１の凹部空間３内底面には一対の搭載パッド６と、凹部空間３開口部を囲繞する側壁部開口側頂面上には接合用の封止用導体パターン４と、容器体１外側底面には入出力端子やグランド端子等の外部端子５が前もって被着形成されている。

次に、図２に示すように、水晶振動素子２を搭載した複数個の容器体１を、容器体１の載置固定用の容器体１の外形形状に近似した窪み部１４を複数個有する整列治具１０のこの窪み部１４内にそれぞれ嵌め込む形態で載置し、蓋体８を容器体１の凹部空間３開口部上にこの開口部を覆う形態で搭載する。この整列治具１０の材質は、チタン、モリブデン、タングステン、セラミックス、ＳＵＳのうちの１つであることによって、抵抗値が高く、発熱性が良好なため、整列治具１０自体の温度を放熱手段や吸熱手段を付加するにより容易に温度をコントロールすることが可能となる。また、整列治具１０が蓋体８若しくは容器体１に接触しても、蓋体８及び容器体１に損傷を与えることなく、安全安定な気密封止することが可能となる。

尚、蓋体８は、従来からの周知慣用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。例えば、蓋体８の容器体側にあたる主面上には、ニッケル（Ｎｉ）層が形成され、更にＮｉ層の上面に、封止部材９であるクラッド化された金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層が形成される。クラッド化されたＡｕ−Ｓｎ層の厚みは、１０μｍ〜３０μｍである。例えば、成分比率が、金が８０％、錫が２０％のものが使用されている。

最後に、容器体１を整列治具１０の表面から離間させた状態で、キセノンランプやハロゲンランプ等の光源から熱光線を、蓋体８が配置された各々の容器体１が配列されている整列治具１０に照射することによって、蓋体８の封止部材９を溶融し、容器体１の封止用導体パターン４に接合するし、その後冷却固着する。

尚、容器体１を整列治具１０の表面から離間させる手段としては、図３に示すように、整列治具１０の各窪み部１４内底面に、蓋体８を配置した容器体１を整列治具１０表面から離間させるための押し上げピン１１が設けられている。この押し上げピン１１で、封止時に容器体１の外側底面を押し上げ、整列治具１０の窪み部１４内底面から離間させることにより、容器体１と整列治具１０との接触面積を少なくとも容器体１の外側側面の一部分に限定できるので、加熱接合時に整列治具１０から伝導される熱を低減することが可能となる。よって、蓋体８及び容器体１にハロゲンランプ等より直接かかる熱のみで気密封止できることになり、複数個の容器体を同時に加熱封止した場合に、個々の圧電デバイスにおける封止状態のバラツキが少なく、特性が安定したデバイス生産を行うことが可能となる。

尚、上述したキセノンランプは、陰極と陽極とを内部に配置したバルブであり、発光部の最高輝度の位置を集光ミラーの焦点位置に集光し、この焦点位置に光ファイバの射出端から射出する。

また、同様にハロゲンランプは、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。

又、本発明の圧電デバイスの製造方法に使用する整列治具の他の実施形態として、図４に示すように、整列治具１０の窪み部１４を囲繞し且つハロゲンランプ等の光源に対向する主面部分上に光反射膜１３を設けることによって、光源により照射された光が、整列治具１０の光反射膜１３によって反射することになり、整列治具１０に熱が加わる割合を低減できるので、更に蓋体８及び容器体１にハロゲンランプ等より直接かかる熱のみで気密封止できることになり、複数個の容器体を同時に加熱封止した場合に、個々の圧電デバイスにおける封止状態のバラツキがより少なく、特性が更に安定したデバイス生産を行うことが可能となる。尚、この光反射膜１３は、Ａｕメッキにより形成されている。

更に、本発明の圧電デバイスの製造方法における封止工程の他の実施形態として、図５に示すように、容器体１上に配置した蓋体８の上に、複数個の蓋体８上に至るような大きさの平板状の押圧治具１２を配置する。この押圧治具１２は、チタン、モリブデン、タングステン、セラミックス等の熱伝導率が高い材質により形成されているため、熱容量が大きく、ハロゲンランプ等から照射された熱光線により生じた熱を、そのまま蓋体８側へ短時間に伝えることが可能である。また、押圧治具１２を蓋体８上に配置し、その自重により蓋体を８容器体１へ押し付ける方法の他に、スプリングなどの弾性体を押圧治具１２に設けておくことにより、適宜の加圧を蓋体８の上面に加えることが可能となる。こうすることによって適宜な加圧力で蓋体８を容器体１に押し付けることができる。

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、改良等が可能である。例えば、上述した実施形態においては、圧電振動素子として圧電素材として水晶を用いた水晶振動素子により構成された表面実装型の水晶振動子を例にとって説明したが、圧電素材としては、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム又は圧電セラミックスを用いたものでも構わない。又、本発明は圧電振動子の他、圧電発振器、圧電フィルタや弾性表面波（ＳＡＷ）素子を用いた各種圧電デバイスにも本発明は適用可能である。

また、上述した実施形態においては、個別に形成された容器体１を用いて説明したが、他に複数個の容器体を配列集合して成る一体の容器体シート基板を用いての圧電デバイス製造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無い。

更に、シート基板を複数のエリアに分割し、そのエリアごとに容器体形成領域を形成したものを用いた場合においても、本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。

図１は、本発明に係る圧電デバイスの製造方法を用いた圧電デバイス（水晶振動子）の分解斜視図である。 図２は、本発明に係る圧電デバイスの製造方法における実施形態を説明する為の斜視図である。 図３は、本発明に係る圧電デバイスの製造方法の一実施形態を説明するための概略断面図である。 図４は、本発明に係る圧電デバイスの製造方法の他の実施形態を説明するための概略断面図である。 図５は、本発明に係る圧電デバイスの製造方法の他の実施形態を説明するための概略断面図である。

符号の説明

１・・・容器体
２・・・水晶振動素子（圧電振動素子）
３・・・凹部空間
４・・・封止用導体パターン
６・・・搭載パッド
８・・・蓋体
９・・・封止部材
１０・・・整列治具
１１・・・押し上げピン
１２・・・押圧治具
１３・・・光反射膜
１４・・・窪み部

Claims (6)

1. 容器体の凹部空間内底面に形成された搭載パッドに導電性接合材を形成すると共に、前記容器体の前記搭載パッドに形成された前記導電性接合材の上に圧電振動素子を搭載し、前記導電性接合材にて前記搭載パッドと圧電振動素子とを導通固着させる工程と、
   前記容器体を、前記容器体の載置固定用の窪み部を有する整列治具の前記窪み部内に嵌め込む形態で載置し、蓋体を前記容器体の前記凹部空間開口部上に前記開口部を覆う形態で搭載する工程と、
   前記容器体を前記整列治具表面から離間させた状態とし、この状態において、前記容器体及び前記蓋体を加熱手段により加熱することにより、前記蓋体を前記容器体に接合し、前記容器体内の空間内を気密封止する工程とを
   具備することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
2. 前記加熱手段がハロゲンランプ又はキセノンランプであ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. 前記整列治具の材質が、チタン、モリブデン、タングステン、セラミックス、ＳＵＳのうちの１つであ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。
4. 前記整列治具の前記窪み部底面には、前記容器体を前記整列治具表面から離間させるための押し上げピンが設けられてい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。
5. 前記整列治具の前記窪み部を囲繞し且つ該加熱手段に対向する主面部分上に光反射膜を設けていることを特徴とする請求項１，請求項３及び請求項４記載の圧電デバイスの製造方法。
6. 前記蓋体を前記容器体に接合する際に、熱透過性の押圧治具を前記蓋体上に配置し、前記押圧治具により前記蓋体を前記容器体に押さえ付けながら前記押圧治具上より加熱することにより前記蓋体を前記容器体に接合することを特徴とする請求項１，請求項３，請求項４及び請求項５記載の圧電デバイスの製造方法。

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