JP2009111930A - 圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化に対応可能で、製造を容易にする。
【解決手段】 基板体の配線パターンに対応した位置にスルーホールを設けるスルーホール形成工程を行い、基板体に配線パターンと外部端子とを形成し、スルーホールを導電性材料で埋めるパターン形成工程を行い、配線パターンに圧電振動素子を実装する圧電振動素子実装工程を行い、平板部と枠部とによる凹部を有しこの凹部内及びこの凹部の底面と同一方向を向く枠部の面に接合用金属膜が設けられた蓋体を基板体に接触させ陽極接合により基板体と蓋体とを接合する接合工程を行って圧電振動子を製造する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器に用いられる圧電振動子の製造方法に関する。

従来から、電子機器に用いられる表面実装可能な圧電振動子として、例えば、水晶振動子が用いられている。この水晶振動子は、基板体に水晶振動素子が実装された状態で凹部が設けられた蓋体で気密封止した構造のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この水晶振動子の製造方法は、基板体に接合用金属膜と配線パターンとを設けておき、これに水晶振動素子を実装して、凹部内に水晶振動子素子が入るように蓋体を基板体に接触させた状態で陽極接合を行って、水晶振動子を製造する。
接合の際、例えば、真空中で陽極接合を行えば、凹部内は真空状態で気密封止されることとなる。

ここで、基板体の一方の主面の表面に設けた配線パターンは、この基板体に設けられたスルーホールを介して裏面側に設けられた外部電極と電気的に接続した状態となっている。
具体的に説明すると、例えば、基板体スルーホールを形成した後に無電解メッキを行って金属膜を形成する。その面に、レジストを塗布、露光、現像して配線パターンの形状を決める。この状態でスルーホールを穴埋めして、不要なメッキを除去し、レジストも除去する。これによって配線パターンを完成させる。その後、接合用の金属膜を形成するために、基板体にレジストを塗布し、露光、現像を行う。そして金属膜を成膜してレジストを除去する。このようにして基板体が形成されていた。

このような水晶振動子は、複数の基板体又は蓋体が行列状に配列されウェハの状態で製造される。従って、水晶振動素子は、ウェハの状態で複数個並べられた１つ１つの基板体に１個ずつ実装される。全ての基板体に水晶振動素子の実装が終了したら、ウェハの状態で複数個並べられた蓋体をウェハの状態となる基板体に接触させ、陽極接合によりウェハの状態で蓋体と基板体とを接合する。
その後、隣り合う基板体の間、若しくは、隣り合う蓋体の間を切断や割断して複数の水晶振動子を得る。

特開２００７−０１３６２８

しかしながら、市場からの圧電振動子の小型化の要求に答えると、接合用金属膜と配線パターンとの間隔が狭くなってしまうため、接合用金属膜と配線パターンとを形成する際に精密性が求められる。そのため、基板体の正確な位置にレジストを塗布してマスクとしなければならず、接合用金属膜の形成及び配線パターンの形成の作業が困難になりつつある。
また、基板体に設けられたスルーホールに対しては、気密封止を確実にするために導電性材料で埋める必要がある。しかし、この工程ではゴミの発生が懸念されるが、接合用金属膜へのゴミ等の付着を防ぐために、工程が煩雑となっていた。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、小型化に対応可能で、容易に製造可能な圧電振動子の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、一方の主面に配線パターンが設けられ他方の主面に外部端子が設けられた平板状の基板体に圧電振動素子が実装され凹部を有する蓋体を前記基板体に接合して前記圧電振動素子を前記凹部内に気密封止した圧電振動子の製造方法であって、前記基板体の前記配線パターンに対応した位置にスルーホールを設けるスルーホール形成工程と、前記基板体に前記配線パターンと前記外部端子とを形成し、前記スルーホールを導電性材料で埋めるパターン形成工程と、前記配線パターンに前記圧電振動素子を実装する圧電振動素子実装工程と、平板部と枠部とによる凹部を有しこの凹部内及びこの凹部の底面と同一方向を向く前記枠部の面に接合用金属膜が設けられた前記蓋体を前記基板体に接触させ陽極接合により前記基板体と前記蓋体とを接合する接合工程と、からなることを特徴とする圧電振動子の製造方法である。

また、本発明は、前記蓋体に前記接合用金属膜を設ける接合用金属膜形成工程を有し、前記接合用金属膜形成工程が、前記スルーホール形成工程から前記圧電振動素子実装工程までの工程のいずれかの工程と同時または先に行ってもよい。

また、本発明は、前記基板体が行列状に並べられてウェハ状となっており、かつ、前記蓋体が行列状に並べられてウェハ状となっており、前記ウェハ状の基板体と前記ウェハ状の蓋体とが共にウェハ状で接合してもよい。

また、本発明は、前記接合用金属膜がＡｌ（アルミニウム）であることを特徴とする。

このような圧電振動子の製造方法によれば、基板体に接合用金属膜を設けずに配線パターンのみを設け、蓋体の凹部内の全面及び凹部を形成する枠部の凹部の底面と同じ方向を向く面に接合用金属膜を設けたので、圧電振動子が小型化されても、配線パターンの形成に精密性の要求がなくなり、圧電振動子の製造を容易にすることができる。

また、蓋体に設けた接合用金属膜は、レジスト等のマスクを用いなくても設けることができるので、マスクを正確に設ける作業が省略され、作業性を向上させることができる。
また、接合用金属膜を蓋体に設ける接合用金属膜形成工程を、スルーホール形成工程から前記圧電振動素子実装工程までの工程のいずれかの工程と同時又は先に行うことで、それぞれが別の場所で行われる工程となり、接合用金属膜形成工程が基板体への配線パターン等の形成に関わらず、接合用金属膜へのゴミの付着を防ぐことができる。

また、ウェハの状態で基板体と蓋体とが接合されるので、複数の圧電振動子を一括で形成することができる。

また、接合用金属膜をＡｌ（アルミニウム）としたことで、基板体と蓋体との接合を容易にさせることができる。

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、本発明の圧電振動子には、圧電素子として矩形形状の水晶が用いられる場合について説明する。
図１は実装・接合前の状態を示す斜視図である。図２は図１のＡ−Ａ断面において、（ａ）はウェハ状の基板体の一例を示す概念図であり、（ｂ）は基板体となる位置にスルーホールを設けた状態を示す概念図であり、（ｃ）は基板体となる位置に配線パターンと外部端子を設けた状態を示す概念図であり、（ｄ）は配線パターンに圧電振動素子を実装した状態を示す概念図である。図３は図１のＡ−Ａ断面の位置に対応する断面において、（ａ）はウェハ状の蓋体の一例を示す概念図であり、（ｂ）は蓋体となる位置に凹部を設けた状態を示す概念図であり、（ｃ）は凹部が形成された面に接合用金属膜を設けた状態を示す概念図である。図４は（ａ）は基板体と蓋体とを接合する前の状態を示す概念図であり、（ｂ）は基板体と蓋体とを接合した状態を示す概念図である。図５は圧電振動素子の一例を示す断面図である。

図１及び図５に示すように、本発明の圧電振動子の製造方法で製造される圧電振動子１００は、基板体１０、圧電振動素子２０、蓋体３０とから主に構成されている。

基板体１０は、例えば、ガラスで構成され、図１に示すように、形状が平面視矩形形状の平板状となっており、一方の主面に配線パターン１１が設けられ、他方の主面に外部端子１２が矩形形状の四隅に設けられている。
配線パターン１１は、圧電振動素子２０を搭載するための２つ一対の搭載部１１Ａと所定の外部端子１２と接続するための引回し部１１Ｂとから構成される。
引回し部１１Ｂは、一方の端部が１つの搭載部１１Ａと接続し、他方の端部が基板体１０に設けられたスルーホール１３を介して所定の１つの外部端子１２と電気的に接続している。
なお、もう一つの搭載部１１Ａは、基板体１０に設けられた別のスルーホール１３を介して、引回し部１１Ｂと接続している外部端子１２とは別の外部端子１２と接続している。

圧電振動素子２０は、例えば、圧電片である平面視矩形形状の水晶片２１の両主面に励振電極２２が設けられており、それぞれの主面に設けられた励振電極２２からこの水晶片２１の端部側に伸びる引回しパターン２３が形成されている（図１参照）。
この圧電振動素子２０は、励振電極２２と接続している引回しパターン２３と基板体１０に設けられた配線パターン１１の搭載部１１Ａに導電性接着材Ｄにより接合される。
これにより、圧電振動素子２０は基板体１０に実装される。

蓋体３０は、図１及び図５に示すように、平板部３１と枠部３２とで凹部３３が形成されており、この凹部内の全面及び凹部３３の底面と同じ方向を向く枠部３２の面とに接合用金属膜３４が設けられている。
この接合用金属膜３４は、Ａｌ（アルミニウム）からなり、基板体１０と蓋体２０とを接合する際に用いられる。
なお、この蓋体は、例えば、ガラスで構成されている。

このような圧電振動子１００は、接合用金属膜３４が蓋体３０に設けられており、基板体１０には配線パターン１１と外部端子１２以外に接合用金属膜が設けられることがないので、接合用金属膜と配線パターン１１とがショートすることがなく、また、小型化されても、配線パターン１１の形成が容易に行うことができる。また、蓋体３０の凹部内の全面及び凹部３３の底面と同じ方向を向く枠部３２の面とに接合用金属膜３４が設けられた構造であるため、従来のような接合用のパターンを基板体１０に形成する必要がなく、容易に蓋体３０に接合用金属膜３４を設けることができる。

次に、本発明の実施形態に係る圧電振動素子の製造方法について説明する。
なお、圧電振動素子２０は、予め、圧電片である水晶片２１に励振電極２２と引回しパターン２３が形成された状態となっているとして説明する。

まず、図２（ａ）〜（ｂ）に示すように、基板体１０より面積が大きい板状のウェハに所定の間隔をあけて複数のスルーホール１３を設ける（スルーホール形成工程）。このとき、スルーホール１３が２つ一対の状態で行列状に並べた状態となるようにする。
このウェハの全面に無電解メッキ法や従来周知のスパッタを用いて銅の膜を設ける。
そして、配線パターン１１の形状となるようにレジストをウェハに塗布し、露光、現像を行う。このとき、スルーホール１３は、配線パターン１１内に位置している。
そしてスルーホール１３を銅で埋めて配線パターン１１と接続させる。
メッキされている不要な銅を除去、及び、レジストを除去して、配線パターン１１を形成する（図２（ｃ）参照）（パターン形成工程）。

なお、パターン形成工程において、ウェハの配線パターン１１を設けた面とは反対側の面に４つ一対の外部端子１２を設けても良いし、別工程で外部端子１２を設けても良い。これら４つの外部端子１２のうち、２つの外部端子１２がそれぞれ１つずつスルーホール１３を内部に位置させている。従って、スルーホール１３を銅で埋められることで、配線パターン１１と外部端子１２とがスルーホール１３を介して電気的に接続された状態となる。
また、４つの外部端子１２を囲む領域が基板体１０となっている。この状態で複数の基板体１０が行列状に並べられてウェハ状になっている。

図２（ｄ）に示すように、このウェハ状になっている複数の基板体１０のそれぞれの配線パターン１１に圧電振動素子２０を導電性接着材により実装する（圧電振動素子実装工程）。

図３（ａ）〜（ｂ）に示すように、蓋体３０より面積が大きい板状のウェハに所定の間隔をあけて複数の凹部３３を設ける。このとき、凹部３３が行列状に並べた状態となるようにする。
なお、凹部３３は、例えば、ウェハの所定の領域にレジストを塗布し、エッッチャントに浸すことで形成することができる。

図３（ｃ）に示すように、このウェハの凹部３３を形成した面及び凹部３３内に接合用金属膜３４を成膜する（接合用金属膜形成工程）。
このように接合用金属膜３４を設けたウェハは、隣り合う凹部３３の間を境にして複数の蓋体３０が形成された状態となる。この状態で複数の蓋体３０が行列状に並べられてウェハ状になっている。

この接合用金属膜形成工程は、スルーホール形成工程、パターン形成工程、圧電振動素子実装工程までの工程のいずれかの工程と同時または先に行ってもよい。
これにより、接合用金属膜形成工程が、スルーホール形成工程、パターン形成工程、圧電振動素子実装工程のどの工程についても別の場所で行われる工程となり、特に、接合用金属膜形成工程が基板体への配線パターン等の形成に関わらず、接合用金属膜へのゴミの付着を防ぐことができる。

図４（ａ）〜（ｂ）に示すように、圧電振動素子２０が実装されたウェハ状の複数の基板体１０に、凹部３３内に圧電振動素子２０が入るように、ウェハ状の複数の蓋体３０を重ねて、接合用金属膜３４を基板体１０に接触させる。
この状態で、所定の電圧を印加して陽極接合を行い、前記ウェハ状の基板体と前記ウェハ状の蓋体とが共にウェハ状で接合させる。

接合が完了すると、複数の圧電振動子１００が行列状に並べられた状態となる。
この状態で、例えば、隣り合う凹部３３の間を切断や割断することで個々の圧電振動子１００とすることができる（図５参照）。

このように、本発明の実施形態に係る圧電振動子の製造方法によれば、基板体１０に配線パターン１１を設け、蓋体３０に接合用金属膜３４を設けたので、圧電振動子１００が小型化されても、配線パターン１１の形成に精密性の要求がなくなり、圧電振動子１００の製造を容易にすることができる。
また、蓋体３０に設けた接合用金属膜３４は、レジスト等のマスクを用いなくても設けることができるので、マスクを正確に設ける作業が省略され、作業性を向上させることができる。

また、接合用金属膜３４を蓋体３０に設ける接合用金属膜形成工程をスルーホール形成工程、パターン形成工程、圧電振動素子実装工程までの工程のいずれかの工程と同時または先に行うことで、接合用金属膜形成工程が、スルーホール形成工程、パターン形成工程、圧電振動素子実装工程のどの工程についても別の場所で行われる工程となり、接合用金属膜３４へのゴミの付着を防ぐことができる。
また、ウェハの状態で基板体１０と蓋体３０とが接合されるので、複数の圧電振動子１００を一括で形成することができる。
また、接合用金属膜３４をＡｌ（アルミニウム）としたことで、基板体１０と蓋体３０との接合を容易にさせることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、圧電素子としてセラミック等を用いることもできる。また、圧電振動素子が音叉型の形状となっていても良い。
また、このような構造の圧電振動子では、接合用金属膜３４が蓋体３０の凹部３３の全面に設けられているため、外部からのレーザー照射により、接合用金属膜３４に印字させることが出来る。
なお、外部端子は、基板体１０の四隅に設ける以外に、相対するように２箇所に設けても良い。

実装・接合前の状態を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面において、（ａ）はウェハ状の基板体の一例を示す概念図であり、（ｂ）は、基板体となる位置にスルーホールを設けた状態を示す概念図であり、（ｃ）は基板体となる位置に配線パターンと外部端子を設けた状態を示す概念図であり、（ｄ）は配線パターンに圧電振動素子を実装した状態を示す概念図である。 図１のＡ−Ａ断面の位置に対応する断面において、（ａ）はウェハ状の蓋体の一例を示す概念図であり、（ｂ）は、蓋体となる位置に凹部を設けた状態を示す概念図であり、（ｃ）は凹部が形成された面に接合用金属膜を設けた状態を示す概念図である。 （ａ）は基板体と蓋体とを接合する前の状態を示す概念図であり、（ｂ）は基板体と蓋体とを接合した状態を示す概念図である。 圧電振動素子の一例を示す断面図である。

符号の説明

１００ 圧電振動子
１０ 基板体
１１ 配線パターン
１２ 外部端子
１３ スルーホール
２０ 圧電振動素子
２１ 水晶片（圧電片）
２２ 励振電極
２３ 引回しパターン
３０ 蓋体
３１ 平板部
３２ 枠部
３３ 凹部
３４ 接合用金属膜

Claims (4)

1. 一方の主面に配線パターンが設けられ他方の主面に外部端子が設けられた平板状の基板体に圧電振動素子が実装され凹部を有する蓋体を前記基板体に接合して前記圧電振動素子を前記凹部内に気密封止した圧電振動子の製造方法であって、
   前記基板体の前記配線パターンに対応した位置にスルーホールを設けるスルーホール形成工程と、
   前記基板体に前記配線パターンと前記外部端子とを形成し、前記スルーホールを導電性材料で埋めるパターン形成工程と、
   前記配線パターンに前記圧電振動素子を実装する圧電振動素子実装工程と、
   平板部と枠部とによる凹部を有しこの凹部内及びこの凹部の底面と同一方向を向く前記枠部の面に接合用金属膜が設けられた前記蓋体を前記基板体に接触させ陽極接合により前記基板体と前記蓋体とを接合する接合工程と、
   からなることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
2. 前記蓋体に前記接合用金属膜を設ける接合用金属膜形成工程を有し、
   前記接合用金属膜形成工程が、
   前記スルーホール形成工程から前記圧電振動素子実装工程までの工程のいずれかの工程と同時または先に行われることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子の製造方法。
3. 前記基板体が行列状に並べられてウェハ状となっており、かつ、前記蓋体が行列状に並べられてウェハ状となっており、前記ウェハ状の基板体と前記ウェハ状の蓋体とが共にウェハ状で接合されることを特徴とする
   請求項１又は請求項２に記載の圧電振動子の製造方法。
4. 前記接合用金属膜がＡｌ（アルミニウム）であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の圧電振動子の製造方法。

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