JP2008035303A - 圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容器体が小型化するにつれて、導電性接着材を塗布するために使用するディスペンサの小型化、ディスペンサと素子搭載パッドとの高度な位置合わせ、及び微少量の導電性接着材を一定量で短時間に精密塗布できる装置が必要となり、製造コストのアップ要因となってしまうといった問題があった。
【解決手段】素子搭載パッドに対応する箇所に孔が設けられているマスクを容器体の凹部空間内底面上に配置し、印刷手段により、素子搭載パッド上に導電性接着材を塗布する工程と、素子搭載パッドに塗布された導電性接着材上に圧電振動素子を配置し、導電性接着材を加熱硬化させ、素子搭載パッドと圧電振動素子とを導通固着させる工程と、容器体に形成した封止用導体パターン上に蓋体を配置し、蓋体と容器体とを気密接合する工程を具備する圧電デバイスの製造方法。
【選択図】図３

Description

携帯用通信機器等の電子機器に用いられる電子部品の一つである圧電デバイスの製造方法に関する。

従来、携帯用通信機器等の電子機器には、その電子機器内に搭載される各種電子部品の一つである圧電デバイスが、電気機器或いは電子機器に搭載される電子部品の基準信号やクロック信号等の発生源、又は種々の周波数成分中から所望する新合成分のみを取り出し、その他の不要な成分を減衰させるフィルタとして用いられる。

かかる従来の圧電デバイスの一例としては、圧電材して水晶を使用した水晶振動子を示す。容器体に形成された凹部空間内底面には、一対の素子搭載用パッドが設けられている。この素子搭載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が搭載されており、この水晶振動素子を囲繞する容器体の側壁頂面には、シールリングが取着されている。このシールリングの上に金属製の蓋体を被せ、シーム溶接等でシールリングと蓋体とを溶接接合することにより、水晶振動素子の搭載空間（凹部空間）を気密封止した水晶振動子である。（例えば、特許文献１参照）。

また、このような構造における導電性接着材の塗布方法としては、前記容器体に形成された凹部空間内底面に設けられている素子搭載パッドにディスペンサを用いて、導電性接着材を吐出する。前記導電性接着材の吐出圧力を一定にして、前記導電性接着材の塗布量は塗布に要する塗布時間により調整する方法が知られている。（例えば、特許文献２を参照）。

又、他の圧電デバイスとしては、上述したような容器体内の凹部空間内に、圧電振動素子と、この圧電振動素子と電気的に接続した発振回路を内蔵した集積回路素子とを一緒に搭載した形態の圧電発振器や、内部に搭載する圧電振動素子をフィルタとして機能させた圧電フィルタ等がある。

上述のような形態の圧電デバイスおよびその製造方法については、以下のような先行技術が開示されている。
特開２００２−１１１４３５号公報（第５−６頁） 特開２００５−１９７９２７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至らなかった。

しかしながら、従来の容器体に形成された凹部空間内表面に設けられた圧電振動素子を搭載するための素子搭載パッド上に、ディスペンサで導電性接着材を塗布する方法として、ディスペンサが導電性接着材を吐出する際の吐出圧力を一定にして、塗布に要する塗布時間により塗布量を調整する方法が示されているが、圧電デバイスの小型化が進むにつれ、素子搭載パッドのパッド面積の縮小及びパッド間の間隔の縮小が進み、ディスペンサの小型化、ディスペンサと素子搭載パッドとの高度な位置合わせ、及び微少量の導電性接着材を一定量で短時間に精密塗布できる装置が必要となり、製造コストのアップ要因となってしまうといった問題があった。

又、圧電デバイスが小型化するにつれて、塗布された導電性接合材の高さ方向の制御をすることが困難となり、容器体の凹部空間内表面に形成された複数個の素子搭載パッドごとに形成された導電性接合材の高さが異なると、そこに搭載した圧電振動素子を水平に保持することができないという問題があった。

又、圧電デバイスが小型化するにつれて、ディスペンサに用いられるニードルの塗布口径も小さくなる。そのため、塗布工程ごとの導電性接合材の精密な塗布量コントロールが難しく、又、塗布される導電性接着材の品質（導電性接着材を構成する導電性フィラーとバインダ樹脂との混合割合）を常に一定に保つことが難しくなる。更に、ニードルの口径が小さくなったことから、ニードル内で導電性接着材が詰まる不具合の頻発が懸念され、ニードル内で導電性接着材が詰まり、導電性接合材を容器体の搭載パッドに塗布することができなくなった場合、圧電デバイスの生産効率が著しく低下してしまうという虞がある。

本発明は、上記欠点に鑑みて考案されたものであり、その目的は、導電性接合材を塗布する際にディスペンサを使用せず、個々の塗布量のバラツキを抑え、導電性接合材の高さ方向の制御を可能にするともに、生産性を向上させることができる圧電デバイスの製造方法を提供することにある。

本発明における圧電デバイスの製造方法は、上述した課題を解決するために成されたものであり、少なくとも容器体に形成された凹部空間内表面に設けられた素子搭載パッドに対応する箇所に孔が設けられているマスクを容器体の凹部空間内表面上に配置し、印刷手段により、容器体の素子搭載パッド上に導電性接着材を塗布する工程Ａと容器体の凹部空間内表面に設けられた前記素子搭載パッドに塗布された導電性接着材上に圧電振動素子を配置し、導電性接着材を加熱硬化させ、素子搭載パッドと圧電振動素子とを導通固着させる工程Ｂと、容器体の凹部開口部を囲繞する側壁部開口側頂面上に形成した封止用導体パターン上に、凹部空間部を覆う形態で且つ封止部材を形成した蓋体を配置し、加熱手段により封止部材を加熱溶融することにより、蓋体と容器体とを気密接合する工程Ｃを具備することを特徴とするものである。

導電性接着材を塗布する工程Ａの前に、容器体の凹部空間内表面に設けられた素子搭載パッドにプラズマまたは、ＵＶを照射する工程を設けたことを特徴とする前段落記載の圧電デバイスの製造方法でもある。

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段落（００１２）記載の圧電デバイスの製造方法でもある。

本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、圧電デバイスの小型化が進み、容器体の凹部空間内底面に設けられた素子搭載パッド面積の縮小及び素子搭載パッド間の間隔の縮小が進んだ場合においても、特別なディスペンサ装置を用いずに、既存の技術で容易安価且つ高精度で形成できるマスクを用いての印刷手段により、素子搭載パッド上に導電性接着材を形成できるので、製造コストアップを招く虞はない。また、印刷手段を用いることにより容器体の素子搭載パッドに導電性接着材を塗布することによって、導電性接着材の塗布量を精密且つ容易に制御することができるので、生産性を向上させることが可能となる。

又、本発明によれば、導電性接着材を塗布する工程の前に、容器体の凹部空間内表面に設けられた素子搭載パッドにプラズマまたはＵＶを照射することによって、容器体の凹部空間内底面に設けられた素子搭載パッドの表面に付着されている有機物等が除去される。因って、前記素子搭載パッド上に導電性接着材を塗布した際に、有機物等で均一な塗布形態が阻害されることがないので、導電性接着材の高さの制御をすることが可能となる。

更に、本発明によれば、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カケやヒビの発生を防止することが可能となる。

以下、本発明の実施形態に関する詳細な説明ついて各図を参照して行う。
図１は、本発明である圧電デバイスの製造方法により形成される圧電デバイスの一形態を、圧電デバイスの一つである圧電振動子を例に示した分解外観斜視図である。図２は、図１に記載の圧電振動子を組み立てた後の形態を示した概略断面図である。尚、各図では、同じ符号は同じ部品を示し、又説明を明りょうにするため構造体の一部は、図示していない。更に図示した寸法も一部誇張して示している。
これら各図に示す圧電振動子は、大略的に、主面形状が矩形の容器体１の内部に形成された凹部空間内に圧電振動素子２が収容し、蓋体８によって圧電振動素子収容空間を気密封止した構造である。

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、容器体１の上主面には、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上には環状の封止用導体パターン４が形成され、実装側主面の表面には入力端子、出力端子及びグランド端子を含む複数個の外部接続用電極端子５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、圧電材の一つである水晶を素材とする平板状の圧電振動素子２を収容するためのものであり、凹部空間３内の底面には圧電振動素子２の表裏両主面に形成された励振用電極と、各個電気的に接続される一対の素子搭載パッド６が被着形成されている。この一対の素子搭載パッド６は、凹部空間３に露出した上面側で圧電振動素子２の励振用電極に導電性接着材７を介して電気的に接続され、容器体１表面に接している下面側で容器体１内部の配線導体やビアホール導体等を介して外部接続用電極端子５のうちの入出力端子（入力端子・出力端子）に電気的に接続される。

また、容器体１の側壁部の凹部空間３開口部側頂面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、凹部空間３開口部を環状に囲繞する形態で被着させることによって１０μｍ〜２５μｍの厚みに形成されており、その封止用導体パターン４内周側は凹部３の内壁面に、外周側縁部は容器体１の外側面にそれぞれ露出されている。 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、かかる前記封止用導体パターン４を、上述したように、タングステン（Ｗ）もしくはモリブデン（Ｍｏ）から成る基層の表面にニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層を順次被着させた構成となしておくことにより、前記封止用導体パターン４に対する封止部材９の濡れ性を良好とし、圧電振動子の気密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、一方の終端を容器体の側壁部の開口部側頂面に、他方の終端を容器体１の外下面に導出させたビア導体（図示せず）が埋設されており、容器体１の側壁部の開口側頂面に被着させた封止用導体パターン４上に、封止部材９を介して蓋体８を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外下面に形成されている外部接続用電極端子５のうちのグランド端子と電気的に接続される。このように、金属素材から成る蓋体８を外部接続用電極端子５のグランド端子と電気的に接続させておくことにより、圧電振動子の使用の際には、蓋体８がグランド電位となるため、蓋体８の電磁シールド作用によって、圧電振動素子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実装側主面の外部接続用電極端子５には、圧電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や金属バンプ等の導電性を有する接合材を介して電気的に接続するための電極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接続用電極端子５、素子搭載パッド６及び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内に収容される圧電振動素子２は、例えば、圧電振動素子２を構成する圧電材料の素材に水晶を用いた場合、その水晶素板は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し外形加工を施した、概略平板状で主面形状が四角形であり、その水晶素板の表裏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励振用電極を介して水晶素板に印加されると、所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。このような圧電振動素子２は、その両主面に被着されている励振用電極と凹部空間３内底面の対応する素子搭載パッド６とを、本発明における製造方法により形成した導電性接着材７を介して電気的且つ機械的に接続することによって容器体１の凹部空間３内底面に搭載される。

前記導電性接着材７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。

また、容器体１上に配置される蓋体８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整形することによって製作される。蓋体８の上面には、ニッケル（Ｎｉ）層が形成され、更にＮｉ層の上面の少なくとも封止用導体パターン４に相対する箇所に封止部材９である金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層が形成される。金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層の厚みは、１０μｍ〜４０μｍ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。また、このような封止部材９は、封止用導体パターン４表面の凹凸を緩和し、気密性の低下を防ぐことが可能となる。このような蓋体８を水晶振動素子２が内部に搭載された凹部空間３を囲繞する側壁部頂部に形成した封止用導体パターン４上に、凹部空間３の開口部を覆う形態で配置され、封止部材９と封止用導体パターン４とを溶融接合することにより、凹部空間３内を気密に封止し、水晶振動素子を構成している。

次に上述した図３（ａ）〜（ｄ）を用いて、上述した圧電振動子の製造方法について説明する。
（工程Ａ）
図３（ａ）に示すように、上面側に開口部を有する凹部空間３内底面に一対の素子搭載パッド６が、又、凹部空間３を囲繞する容器体１の側壁部の開口部側頂面に蓋体８との接合に用いる封止用導体パターン４が被着形成された容器体１の素子搭載パッド６上に、プラズマ又はＵＶを照射し、素子搭載パッド上に付着している有機物を除去する。尚、この工程は、素子搭載パッド上に有機物が付着している可能性がある場合に行い、有機物の付着可能性が無い場合はこの工程を省くことが可能である。

上述したプラズマは、気体の状態にさらにエネルギーを加えたもので、気体内部に存在する電子と分子・原子が衝突してイオンや電子、ラジカルを生成し、全体として中性な状態である。実際用いるプラズマとしては、酸素（Ｏ）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等のプラズマを用いる。

また、同様にＵＶは、ＵＶは大気中の酸素に吸収されてオゾンを発生する。このオゾンにＵＶが吸収されると励起状態の酸素原子が生成される。励起状態の酸素原子は強力な酸化力を持ち、容器体１の凹部空間３内底面に設けられた素子搭載パッド６に付着している有機物を除去して、親水化させるものである。

次に図３（ｂ）に示すように、容器体に形成された凹部空間３内表面上に、素子搭載パッド６に対応する箇所に孔１１が設けられているマスク１０を、孔１１内に素子搭載パッド６を嵌め込む形態で容器体１の凹部空間３内に配置し、印刷手段により、容器体１の素子搭載パッド６上に導電性接着材７を塗布する。マスク１０の素材はステンレスである。
マスク１０上にペースト状の導電性接着材７を塗布後、容器体１の凹部空間３内に導電性接着材７が埋め込まれるようにスキージを進行させる。スキージは、金属製または樹脂製のへら部材である。この導電性接着材７表面を外部より加圧して、孔１１内に導電性接着材を流入させ、導電性接着材７を素子搭載用パッド６表面に付着させる。その後、マスク１０を容器体１の凹部空間３内から孔１１内の導電性接着材７以外の導電性接着材と一緒に外すことにより、凹部空間３内の素子搭載パッド６上のみに導電性接着材７が一定の高さで塗布された状態になる。

（工程Ｂ）
次に、図３（ｃ）に示すように、容器体１の凹部空間３内底面に設けられた素子搭載パッド６に塗布された導電性接着材７に、圧電振動素子２の表面に形成した励振用電極と電気的に接続した、圧電振動素子２の一方の短辺縁部表面に形成した容器体接続用電極を付着させる形態で圧電振動素子２を搭載し、導電性接着材７を加熱硬化させ、素子搭載パッド６と圧電振動素子２とを導通固着する。

（工程Ｃ）
次に、図３（ｄ）に示すように、蓋体８を容器体１の凹部空間３開口部上に開口部を覆う形態で搭載し、封止部材９を加熱手段を用いて加熱溶融することにより、蓋体８と容器体１とを気密接合することで、圧電振動子を形成する。

加熱手段としては、キセノンランプやハロゲンランプ等の熱源から熱光線を、蓋体８が配置された容器体１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に接合し、その後、冷却固着する。

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。

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、圧電振動素子を構成する圧電素材として水晶を用いた圧電振動子を説明したが、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または、圧電セラミックスを用いたものでも構わない。また、本発明は上記実施形態で開示した圧電振動子の他、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おける、圧電振動素子を固着させる導電性接着材の形成方法として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なる一体の容器体集合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ない。

図１は、本発明の圧電デバイスの製造方法により形成した圧電デバイスを、圧電デバイスの一つである圧電振動子の一形態を例に示した分解外観斜視図である。 図２は、図１に記載の圧電振動子を組立後の形態を示した概略断面図である。 図３は、本発明における圧電デバイスの製造方法を、圧電デバイスの一つである圧電振動子を例に、工程中の形態（ａ）から形態（ｄ）を断面図を用いて示した工程説明図である。

符号の説明

１・・・・・容器体
２・・・・・圧電振動素子
３・・・・・凹部空間
４・・・・・封止用導体パターン
５・・・・・外部接続用電極端子
６・・・・・素子搭載パッド
７・・・・・導電性接着材
８・・・・・蓋体
９・・・・・封止部材
１０・・・・マスク
１１・・・・孔

Claims (3)

1. 容器体に形成された凹部空間内表面に設けられた素子搭載パッドに対応する箇所に孔が設けられているマスクを前記容器体の凹部空間内表面上に配置し、印刷手段により、前記容器体の前記素子搭載パッド上に導電性接着材を塗布する工程Ａと、
   前記容器体の凹部空間内表面に設けられた前記素子搭載パッドに塗布された前記導電性接着材上に圧電振動素子を配置し、前記導電性接着材を加熱硬化させ、該素子搭載パッドと圧電振動素子とを導通固着させる工程Ｂと、
   前記容器体の凹部開口部を囲繞する側壁部開口側頂面上に形成した封止用導体パターン上に、該凹部空間部を覆う形態で且つ封止部材を形成した蓋体を配置し、加熱手段により該封止部材を加熱溶融することにより、前記蓋体と前記容器体とを気密接合する工程Ｃ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. 前記導電性接着材を塗布する工程の前に、前記容器体の凹部空間内表面に設けられた素子搭載パッドにプラズマまたは、ＵＶを照射する工程を設けた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。

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