JP2009111931A - 圧電振動子及び圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部からのノイズの影響を軽減する。
【解決手段】 一方の主面に配線パターンが設けられ他方の主面の四隅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基板体に接合して圧電振動素子を凹部内に気密封止した圧電振動子であって、蓋体が凹部内全面と基板部と接合される面に設けられる接合用金属膜を備え、基板部が接合用金属膜とグランドとして用いられる所定の外部端子とを電気的に接続させる導通パターンを備えて構成される。
【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及び圧電振動子に関する。

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、絶縁材料からなる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絶縁材料からなる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、基板体に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、従来の構造の圧電振動子は、蓋体が絶縁材料であるため外部からのノイズが凹部内に侵入することがある。
したがって、凹部内に気密封止されている圧電振動素子がこの外部からのノイズの影響を受けて周波数が変動する恐れがあった。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、外部からの電磁的なノイズの影響を軽減することができる圧電振動子及び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の四隅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であって、前記蓋体が前記凹部内全面と前記基板部と接合される面に設けられる接合用金属膜を備え、前記基板部が前記接合用金属膜とグランドとして用いられる所定の前記外部端子とを電気的に接続させる導通パターンを備えて構成されることを特徴とする圧電振動子である。

また、本発明は、前記導通パターンが、前記基板体の前記接合用金属膜が接触する位置に設けられたスルーホール内又は前記基板体の側面に設けてもよい。

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。

また、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の四隅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と前記蓋体を接合する位置であってグランドとして用いられる所定の前記外部端子と対応した位置と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によれば、蓋体に設けた接合用金属膜が基板体に設けた外部端子と接続され、その外部端子がグランドで用いられるので、接合用金属膜がシールドの役割を果たし、外部からの電磁的なノイズの侵入を軽減することができる。
また、導通パターンが、基板体に設けたスルーホール内又は基板体の側面に設けることで、接合用金属膜をグランドとして用いられる外部端子と接続しやすくすることができる。また、接合用金属膜がＡｌ（アルミニウム）であることにより、基板体と蓋体との接合状態を良好にすることができる。

また、このような圧電振動子の製造方法によれば、基板体に配線パターン、外部端子、導通パターンを設け、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、接合用金属膜をグランドとして用いられる外部端子との電気的接続を容易にすることができる。

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、基板体と蓋体との接合状態を良好にすることができる。

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６は基板体の一例を示す平面図である。

（第一の実施形態）
図１及び図５に示すように、本発明の第一の実施形態に係る圧電振動子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及び図６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。
また、基板体１０には、４つの外部端子１２のうち３つの外部端子１２の範囲内にスルーホール１３が設けられている。そのスルーホール１３のうちの一つが導通パターン１４となる。

外部端子１２は、図６に示すように、基板体１０の配線パターン１１が設けられている主面とは反対側の主面の四隅に設けられており、グランド用端子ＧＮＤ、後述する圧電振動素子２０の一方の引回しパターン２３と接続される圧電振動素子用端子ＸＴ１、後述する圧電振動素子２０の他方の引回しパターン２３と接続される圧電振動素子用端子ＸＴ２、実装用に用いられる実装用端子ＮＣからなっている。

配線パターン１１は、図１に示すように、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である圧電振動素子用端子ＸＴ２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である圧電振動素子用端子ＸＴ１と接続している。
なお、スルーホール１３は、銅などの導電性材料で埋められる。

導通パターン１４は、４つの外部端子１２のうちのグランドで用いられるグランド用端子ＧＮＤの範囲内に設けられたスルーホール１３に埋められた導電性材料によって構成されている。

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２つ一対の引回しパターン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３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３３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、図１及び図５に示すように、Ａｌ（アルミニウム）からなり、基板体１０と蓋体２０との接合に用いられる。また、接合用金属膜３４は、基板体１０に設けられた導通パターン１４にも接合される。
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、蓋体３０に設けた接合用金属膜３４が基板体１０に設けた外部端子１２と接続され、その外部端子１２がグランドで用いられるグランド用端子ＧＮＤであるので、接合用金属膜３４がシールドの役割を果たし、外部からの電磁的なノイズの侵入を軽減することができる。
また、導通パターン１４が、基板体１０に設けたスルーホール１３に設けることで、接合用金属膜３４をグランド用端子ＧＮＤと接続しやすくすることができる。また、接合用金属膜３４がＡｌ（アルミニウム）であることにより、基板体１０と蓋体３０との接合状態を良好にすることができる。
また、このような圧電振動子１００は、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、本発明の第一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が基板体１０となる所定の位置に３つ設けられる状態となるようにする。
これらスルーホール１３は、基板体１０の配線パターン１１に対応した位置と蓋体３０を接合する位置であってグランドとして用いられる所定の外部端子１２であるグランド用端子ＧＮＤに対応した位置とに設ける。
つまり、スルーホール１３は、４つの外部端子１２のうちの、グランド用端子ＧＮＤ、圧電振動素子用端子ＸＴ１、圧電振動素子用端子ＸＴ２、が設けられる位置に形成される。

次に、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。その後にスルーホール１３を銅などの導電性材料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、３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２つの外部端子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り、１つの外部端子１２とスルーホール１３に埋められた導電性材料とで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、外部端子１２、導通パターン１４を設け、蓋体３０の凹部３３内の全面及び凹部３３を形成する枠部３２の凹部３３の底面と同じ方向を向く面に接合用金属膜３４を設けたので、接合用金属膜３４をグランドとして用いられる外部端子との電気的接続を容易にすることができる。

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１０への配線パターン１１等の形成に関わらず、接合用金属膜３４へのゴミの付着を防ぐことができ、基板体１０と蓋体３０との接合状態を良好にすることができる。

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。

（第二の実施形態）
図７（ａ）は導通パターンの一部が切断位置に設けられた状態で蓋体と接合された状態の一例を示す概念図であり、（ｂ）は個片に切断した状態を示す概念図である。
本発明の第二の実施形態に係る圧電振動子１０１は、導通パターン１４が基板体１０の側面に設けられる点で第一の実施形態と異なる。
図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明の第二の実施形態に係る圧電振動子１０１における導通パターン１４は、前記のとおり、外部端子１２のグランド用端子ＧＮＤが設けられる位置に対応した基板体１０の側面に設けられている。

このような本発明の第二の実施形態に係る圧電振動子１０１の製造方法について説明する。
スルーホール形成工程において、外部端子１２に対応して設けられるスルーホール１３は、個々の圧電振動子１０１に切断したときに、当該スルーホール１３の一部が切られるような位置に設けられる。このような位置にスルーホール１３を設けることによって、切断された際に基板体１０の側面に残った導電性材料が導通パターン１４となる。
つまり、切断された状態において、スルーホール１３の一部が基板体１０の側面となり、この側面に残った導電性材料が導通パターン１４となる。

このように本発明の第二の実施形態に係る圧電振動子１０１を構成しても第一の実施形態と同様の効果を奏する。

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、圧電振動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。

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。 基板体の一例を示す平面図である。 （ａ）は導通パターンの一部が切断位置に設けられた状態で蓋体と接合された状態の一例を示す概念図であり、（ｂ）は個片に切断した状態を示す概念図である。

符号の説明

１００、１０１ 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
１４ 導通パターン
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 (7)

1. 一方の主面に配線パターンが設けられ他方の主面の四隅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であって、
   前記蓋体が前記凹部内全面と前記基板部と接合される面に設けられる接合用金属膜を備え、
   前記基板部が前記接合用金属膜とグランドとして用いられる所定の前記外部端子とを電気的に接続させる導通パターンを備えて構成されることを特徴とする圧電振動子。
2. 前記導通パターンが、前記基板体の前記接合用金属膜が接触する位置に設けられたスルーホール内又は前記基板体の側面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
3. 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又は請求項２に記載の圧電振動子。
4. 一方の主面に配線パターンが設けられ他方の主面の四隅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と前記蓋体を接合する位置であってグランドとして用いられる所定の前記外部端子と対応した位置と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。
5. 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４に記載の圧電振動子の製造方法。
6. 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４又は請求項５に記載の圧電振動子の製造方法。
7. 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４乃至請求項６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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