JP2009164941A - 圧電振動素子の位置決め治具、圧電振動素子の搭載方法、圧電振動子、及び圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電振動素子を絶縁基板上の熱硬化性接着剤上に落下させて被接着側端部下面を該接着剤に接着させた後で、絶縁基板及び圧電振動素子の上下を反転させてから該接着剤を硬化させることにより圧電振動素子を傾斜状態で搭載完了する方法において、圧電振動素子の自重のみに依存することなく圧電振動素子の傾斜角度を常に一定に設定することを可能とする収容トレイを提供する。
【解決手段】絶縁基板２上の未硬化状態にある熱硬化性接着剤２５により一端部を接着保持された圧電振動素子２０を有した素子搭載ユニットＢを支持する収容凹所を備えたトレイ本体５１と、収容凹所の上開口部側を閉止する蓋部材６０と、を備えた収容トレイであって、蓋部材の下面には、収容凹所内に収容された素子搭載ユニットを構成する圧電振動素子の自由端部上面と対向する位置決め用のスペーサ６１と、圧電振動素子の一端部を抑える抑え部６２と、が配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は圧電振動素子を片持ち支持した構造を備えた圧電振動子等の圧電デバイスの製造工程において使用する圧電振動素子の位置決め治具の改良に関し、特にパッケージ内の素子搭載パッド上に塗布した熱硬化性接着剤上に圧電振動素子端部をマウンターにより着座させた後の接着剤の硬化時に圧電振動素子の搭載角度を一義的に確定することを可能とする圧電振動素子の位置決め治具、圧電振動素子の搭載方法、圧電振動子、及び圧電発振器に関する。

水晶振動素子等の圧電振動素子は、圧電振動子、圧電発振器等に組み込まれて使用される。圧電振動素子は、目標とする共振周波数を得る為に好適な肉厚の振動部を有した圧電基板に励振電極やリード端子等を構成する金属膜を蒸着等によって形成した構成を備えている。
表面実装型の圧電振動子は、上面に凹陥部を有し、且つ底面に実装端子を備えた絶縁基板の該凹陥部内に素子搭載パッドを設け、この素子搭載パッド上に塗布した熱硬化性の導電性接着剤により圧電振動素子の一端部を片持ち状態で支持してから、凹陥部をリッドにより気密封止した構成を有している。
圧電振動素子は、通常、各リード端子を含む圧電基板一端部を導電性接着剤によって素子搭載パッド上面に電気的機械的に接続固定された片持ち構造により支持される。圧電振動素子の素子搭載パッド上への搭載は自動マウンターによって行われるのが一般である。

自動マウンターは、図７に示すように吸着ノズル１００の吸着面１０１に設けた複数の通気孔１０２から供給される負圧によって圧電振動素子１１０の片面を吸着しつつ、パッケージの凹陥部１０５の内底面上に設けた素子搭載パッド１０６上に塗布した導電性接着剤１０７の直上位置に圧電振動素子１１０の一端部下面を接近させた状態で負圧供給を中止し、更に各通気孔１０２から正圧を供給開始して圧電振動素子を吸着面から落下させる。圧電振動素子１１０はその一端部下面を導電性接着剤の直上位置に近接させた状態で至近距離から落下して導電性接着剤上に着座することにより接着がなされる。
ところで、表面実装型圧電振動子の小型化、低背化が進むに連れてパッケージの凹陥部内における圧電振動素子の収納スペースが減少し、素子搭載パッド上に接続固定された圧電振動素子の一端部とは反対側の自由端部と凹陥部内底面との間のギャップＧが狭小化し易くなっている。

このようにパッケージの小容積化が進む中で、従来のように圧電振動素子面が凹陥部内底面と平行な水平姿勢となるように搭載しようとすると、搭載時の僅かな搭載角度の下降傾斜、導電性接着剤の硬化時の応力による影響等によって圧電振動素子の自由端部が凹陥部内底面に接触し、圧電振動素子の共振周波数が変動するという不具合があった。
また、完成品としての圧電デバイスに落下衝撃が加わった時にも圧電振動素子は振動して面方向へ撓みを起こすが、このとき圧電振動素子の自由端部がパッケージ内底面に衝突すると、その瞬間に振動数が変化してずれを起こしたり、破損する虞がある。
このような不具合に対処するために圧電振動素子１１０の一端部下面を素子搭載パッド１０６上の導電性接着剤１０７に搭載する際の姿勢を、圧電振動素子の自由端部が上向きに傾斜するように吸着搭載ノズル１００の吸着面１０１と搭載基板面（凹陥部内底面）との相対的な傾斜角度を調整するようにした技術が提案されている。

しかし、圧電振動素子は極めて軽量であるため落下時に空気抵抗による影響を受けやすく、至近距離から落下させたとしても一端部下面が導電性接着剤面に到達するまでの過程中に圧電振動素子の下面全体に加わる空気抵抗のバラツキによって落下姿勢が一定にならない。
このような原因により導電性接着剤が硬化した際の圧電振動素子の傾斜姿勢にばらつきが発生し易く、圧電振動素子の自由端部と搭載基板面との間のギャップＧ、及びパッケージ凹陥部を閉止するリッド下面との間のギャップを一定に確保することは極めて困難であった。特に、パッケージの薄型化（例えば、全高０．５ｍｍ）により、圧電振動素子の傾斜角度を大きくすることに限界があるため、僅かな傾斜角度のバラツキによりギャップの確保が困難となる虞が生じる。

また、特許文献１には、予め素子搭載パッド側が上方に位置するように傾斜させて保持したパッケージ内の導電性接着剤上に圧電振動素子の端部を搭載することにより、圧電振動素子の自由端部側を上向き傾斜させるようにした製造装置が開示されているが、接着剤が硬化するまでの間に圧電振動素子の自重により傾斜姿勢に変化が発生し、圧電振動素子の自由端部とパッケージ内底面との間のギャップ、及びパッケージ凹陥部を閉止するリッド下面との間のギャップを一定に確保することは極めて困難であった。
特許文献２には、基板上の接着ペーストに振動素子の一端部を着座させてから基板と共に振動素子の上下を逆転させ、この状態で接着ペーストを乾燥させることにより振動素子の自由端部を傾斜させて保持する方法が開示されている。
しかし、特許文献２に記載の従来方法では、基板上に保持された振動素子の上下を反転させた際に自重によって傾斜状態となる振動素子の傾斜角度を一定にコントロールできないという問題があった。即ち、振動素子の自重のみに依存することによるギャップコントロールには限界があった。また、振動素子の上下を反転させた際に、未硬化状態にある熱硬化性接着剤により保持されている圧電振動素子の基端部は振動素子の自重によって位置ずれしたり、脱落する虞がある。

次に、本出願人による特願２００７−０５９５７３（特許文献３）には、圧電振動素子の被接着側端部下面を絶縁基板上の熱硬化性接着剤上に接着させた後で、絶縁基板及び圧電振動素子の上下を反転させてから該接着剤を硬化させることにより圧電振動素子を傾斜状態で搭載完了する工程において、圧電振動素子の自重のみに依存することなく圧電振動素子の傾斜角度を常に一定に設定する収容トレイが提案されている。
この収容トレイは、絶縁基板下面を下向きにして支持する収容凹所と、収容凹所の上開口部側に装着されることにより該上開口部を閉止する蓋部材と、を備え、蓋部材の下面には、収容凹所内に収容された圧電振動素子の自由端部上面と対向する位置決め用の突起が配置されている。収容トレイの上下を逆転させることにより圧電振動素子が自重によって傾斜して遊端部を位置決め用の突起に当接させた状態となり、この状態で接着剤を硬化させることにより常に所定の傾斜角度にて圧電振動素子を固定することが可能となる。
しかし、蓋部材に設けた位置決め用の突起は圧電振動素子の自由端側を位置決めするに過ぎないため、特許文献２と同様に未硬化状態にある熱硬化性接着剤により保持されている圧電振動素子の基端部は振動素子の自重によって位置ずれしたり、脱落する虞がある。特に、近年使用される接着剤は柔らかく、硬化するまでに時間を要するため、圧電振動素子が位置ずれ、脱落する虞が高くなっている。

なお、圧電振動素子を構成する圧電基板には、図７に示した如く厚みが均一なフラット板タイプの他に、外周縁（両端部）よりも中央部の厚みが大きいベベルタイプや、コンベックスタイプがあるが、後二者の圧電基板にあっては導電性接着剤との接着面が傾斜、或いは湾曲しているために接着剤による保持力が安定せず、圧電振動素子の保持角度に特にバラツキが発生し易い。
更に、音叉型振動素子のように細長くて厚みのある圧電基板を片持ち支持した場合には、自重により自由端部が垂れ下がる虞が高くなるため、この点の改善も従来から求められていた。
特開２００１−１０２８９０公報 特開２００２−１９８７５７公報 特願２００７−０５９５７３

特許文献３には、絶縁基板の素子搭載パッド上に塗布した熱硬化性接着剤上に圧電振動素子の一端部下面を着座（接着）させてから、圧電振動素子を含めた絶縁基板を収容トレイ上に保持し、続いて収容トレイの上下を反転させて圧電振動素子の自由端部を収容トレイの蓋部材側に設けた突起と当接させることにより、接着剤硬化時の振動素子の傾斜角度をコントロールして圧電振動素子の自由端部と絶縁基板面との離間距離を確保していた。
しかし、この従来方法では、導電性接着剤により圧電振動素子の一端部を支持した絶縁基板を上下反転させた際に、圧電振動素子の自由端側のみが突起により位置決めされるに過ぎないため、未硬化状態にある熱硬化性接着剤により保持されている圧電振動素子の一端部は振動素子の自重によって位置ずれしたり、脱落する虞があった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、圧電振動素子を絶縁基板上の熱硬化性接着剤上に落下させて被接着側端部下面を該接着剤に接着させた後で、絶縁基板及び圧電振動素子の上下を反転させてから該接着剤を硬化させることにより圧電振動素子を傾斜状態で搭載完了する方法において、圧電振動素子の自由端部側の位置決めを行って傾斜姿勢をコントロールする際に、接着剤により保持された基端部側をも同時に押さえるようにして接着剤からの脱落、位置ずれを防止するようにした圧電振動素子の位置決め治具、圧電振動素子の搭載方法、圧電振動子、及び圧電発振器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明に係る圧電振動素子の位置決め治具は、絶縁基板、該絶縁基板上面に設けた素子搭載パッド、該絶縁基板下面に設けた実装端子、及び該素子搭載パッドと該実装端子間を接続する接続導体を有したパッケージ本体と、前記素子搭載パッド上の未硬化状態にある熱硬化性接着剤により一端部を接着保持された圧電振動素子とを有した素子搭載ユニットを、前記絶縁基板上面を下向きにして支持する上下逆転保持部材を備えた圧電振動素子の位置決め治具であって、前記上下逆転保持部材上には、前記絶縁基板上面を下向きに支持した際に前記圧電振動素子の他端部と対向するように配置されたスペーサと、前記圧電振動素子の一端部と当接してこれを前記熱硬化性接着剤に押圧する抑え部と、が夫々配置されていることを特徴とする。
使用する熱硬化性接着剤の性能、圧電振動素子の重量、形状（接着保持し易いか否か）等の要因により、圧電振動素子の自重のみによって保持姿勢をコントロールすることには限界がある。本発明ではこのような不確定要因に依存することなく、接着剤を硬化させる前の段階で圧電振動素子の姿勢を一定に保持し、この状態で接着剤を硬化させるようにしたので、最終的に得られる姿勢を一定とし、パッケージ内壁との間のギャップを常に一定に保持することが可能となる。特に、接着剤の硬化過程において、接着剤により保持される圧電振動素子の一端部をも同時に抑え続けるため、該一端部側の位置ずれ、脱落をも確実に防止できる。

本発明は、前記圧電振動素子と対向する前記スペーサには、前記圧電振動素子の対向面との干渉を避けるための凹所が形成されていることを特徴とする。
圧電振動素子の励振電極とスペーサとの接触により励振電極が損耗したり、ゴミが付着することを効果的に防止できる。特に、圧電振動素子の中央部の肉厚が厚いタイプにあっては特に有効である。
本発明は、前記上下逆転保持部材に、前記圧電振動素子を外気と連通させるための開放部を形成したことを特徴とする。
位置決め治具内に素子搭載ユニットを収容した状態でエポキシ系接着剤等の熱硬化性接着剤を硬化させるために加熱すると、接着剤から発生したアウトガスが圧電振動素子に付着して周波数を変動させる要因となる。そこで、本発明では位置決め治具の適所、この例では上下逆転保持部材に開放部を設けてアウトガスがパッケージ内に溜まらないようにした。

本発明の圧電振動素子の搭載方法は、前記スペーサ及び抑え部が夫々前記絶縁基板の上面と対応するように、上記何れかの位置決め治具を構成する前記上下逆転保持部材上に、上面を下向きにして前記素子搭載ユニットを載置する素子搭載ユニット載置工程と、前記素子搭載ユニットを加熱することにより前記熱硬化性接着剤を硬化させる加熱工程と、を備えたことを特徴とする。
上下逆転保持部材に位置決め用（ギャップ形成用）のスペーサを設けたので、位置決め治具によって保持された素子搭載ユニットの上下を逆転させるという簡単な作業を付加するだけで、その後の加熱硬化工程によって圧電振動素子の保持角度を一義的に確定させることが可能となる。また、抑え部により圧電振動素子の基端部も同時に抑え続けるため、圧電振動素子の傾斜姿勢保持が確実となる。

本発明の圧電振動子は、上面に凹陥部を有した絶縁基板、該凹陥部の内底面に設けた素子搭載パッド、該絶縁基板下面に設けた実装端子、及び該素子搭載パッドと前記実装端子間を接続する接続導体を有したパッケージ本体、並びに前記素子搭載パッド上の未硬化状態にある熱硬化性接着剤により一端部を接着保持された圧電振動素子を有した素子搭載ユニットと、前記凹陥部を封止するリッドと、を備え、前記圧電振動素子は、前記圧電振動素子の搭載方法によって前記熱硬化性接着剤上に接続固定されたことを特徴とする。
本発明の圧電振動素子の位置決め治具は、絶縁基板、該絶縁基板上面に設けた素子搭載パッド、該絶縁基板下面に設けた実装端子、及び該素子搭載パッドと前記実装端子間を接続する接続導体を有したパッケージ本体と、前記素子搭載パッド上の未硬化状態にある熱硬化性接着剤により一端部を接着保持された圧電振動素子とを有した素子搭載ユニットを、前記絶縁基板上面を下向きにして支持する収容凹部を下面に有した上側治具と、前記圧電振動素子を支持するスペーサを上面に有した下側治具と、を備えた圧電振動素子の位置決め治具であって、前記収容凹部の天井面は、前記スペーサの水平な上面に支持された前記水晶振動素子との間に所定の傾斜角度を形成するように上下方向へ傾斜していることを特徴とする。
本発明の圧電発振器は、上記圧電振動子に発振回路を構成するＩＣ部品を一体化したことを特徴とする。

以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
図１（ａ）は本発明方法によって圧電振動素子を搭載した圧電振動子の一例としての水晶振動子の全体縦断面図であり、（ｂ）は圧電振動素子の一例としての水晶振動素子の構成説明図（下面側から見た斜視図）である。
水晶振動子（圧電振動子）Ａは、表面実装用の構成を備えたパッケージ１と、パッケージ１内に収容された水晶振動素子（圧電振動素子）２０と、から構成されている。
パッケージ１は、セラミック等の絶縁材料から成り上面側に凹陥部３を有したパッケージ本体（絶縁基板）２と、パッケージ本体２の外周壁５の上面に固定されて凹陥部３内を気密封止するリッド１５と、を有する。このパッケージ本体２は、セラミック製の底板４と、底板４の上面周縁に沿って所要幅にて積層されたセラミック製の環状の外壁（外周壁）５と、外壁５の上面に沿って固定された環状のシールリング（コバール）６と、凹陥部３の内底面上に離間して露出配置された２つの素子搭載パッド７と、底板４の外底面に露出配置された実装端子８と、実装端子８と素子搭載パッド７等との間を接続する接続導体９と、を備えている。

水晶振動素子２０は、図１（ｂ）に示すように水晶基板２１の両主面上に励振電極２２を夫々形成した構成を備え、励振電極２２に所要の交番電流を通電したときに表裏の励振電極２２により挟まれた水晶基板部分（主振動部）が厚み滑りを起こすと共にエネルギー閉じ込め現象を起こして、励振電極付着部分に主振動が励起される。水晶振動素子２０は、各励振電極２２から基板の一端縁に延びるリード端子２２ａを備え、各リード端子を含む基板端部下面は各素子搭載パッド７上の熱硬化性の導電性接着剤２５によって電気的機械的に接続固定される。この例では、各リード端子２２ａの内の上面側のリード端子は基板端縁を超えて下面側に先端を導出させており、基板下面に離間配置された各リード端子の端部は、夫々各素子搭載パッド７上の導電性接着剤２５と一対一にて接続される。
なお、底面に実装端子を備えた平板状の絶縁基板の上面に素子搭載パッドを配置し、この素子搭載パッド上に接着剤を介して水晶振動素子端部を片持ち支持した上で、逆椀状のカバーを基板上面に被せたタイプの水晶振動子に対しても本願発明は適用可能であるが、以下の実施形態では上面に凹陥部を有した絶縁基板を備えた水晶振動子を中心に説明する。

図２はこの水晶振動素子２０を素子搭載パッド７上の導電性接着剤２５上に搭載するための装置構成、及び搭載手順を示す図である。
まず、実装治具３０の下面に水晶振動素子２０を吸着して、素子搭載パッド７上に配置する。実装治具３０は金属材料等からなり、その下面は水晶振動素子２０の基端部側２０ａから先端部側に向かって上方に傾斜しており、水晶振動素子２０は傾斜した状態で実装治具３０に吸着されている。次に、この実装治具３０とともに水晶振動素子２０を、導電性接着剤２５を塗布した素子搭載パッド７上に配置することにより、水晶振動素子２０は基端部２０ａから先端部側に向かって上方に傾斜した状態でマウントされる。なお、図では実装治具を水晶振動片の端部で吸着しているが、端部に限らず水晶振動片の中央部で吸着しても良い。また、水晶振動素子の下面、又は、下面及び側面にのみ導電性接着剤を付着し、水晶振動素子の上面には導電性接着剤を付着しない形態が望ましい。
このような手順によってパッケージ本体２上の導電性接着剤２５に水晶振動素子２０を着座させた状態にある構成要素を素子搭載ユニットＢと称する。
水晶振動素子２０の一端部（基端部）２０ａを未硬化状態にある導電性接着剤２５上に着座させた状態で導電性接着剤２５を加熱して硬化させるとすれば、水晶振動素子の自重や、導電性接着剤硬化時の応力によって、最終的に得られる水晶振動素子の保持角度にばらつきが生じることは前述の通りである。

図３はこのような不具合に対処するための本発明の実施形態を示す図である。即ち、図３（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は収容トレイ内に素子搭載ユニットを収容した反転前の状態を示す縦断面図、反転前の状態における収容凹所内の平面図、及び反転後の収容トレイ内の状態を示す縦断面図である。
本発明では、位置決め治具としての蓋部材（上下逆転保持部材）６０の下面に、図３（ｃ）に示すようにパッケージ本体２の上面を下向きに支持した際に水晶振動素子２０の上面と対向するように所定厚を有したスペーサ（突起）６１が配置されている。本例のスペーサ６１は、水晶振動素子の全長をカバーし得る程度に長尺な板状であり、水晶振動素子２０の自由端部２０ｂと接する部位と反対側には、水晶振動素子の基端部２０ａ（例えば、接着剤が存在しない中間部位）と接してこれを熱硬化性接着剤２５に押圧し続ける突部状の抑え部６２が形成されている。スペーサ６１は、蓋部材６０の面上に予め一体化しておいてもよいし、後付けしてもよい。

図３（ａ）に示すようにトレイ本体５１の上開口部に蓋部材６０を被せて閉止した状態で、図３（ｃ）に示すように収容凹所５２内の素子搭載ユニットＢの上下を反転させると共に、蓋部材６０の下面（内側面）に突設した位置決め用のスペーサ６１によって水晶振動素子２０の自由端部２０ｂの傾斜角度を一義的に規制することができる。つまり、スペーサ６１により水晶振動素子端部の過剰な垂れ下がりを防止することができる。
一方、図３（ｃ）に示した上下反転状態での接着剤硬化工程において、水晶振動素子の基端部２０ａと対面するスペーサ部位に設けた抑え部６２は、導電性接着剤２５上に下面を接着された水晶振動素子の基端部２０ａの上面と接触してこれを押圧し続けた状態にある。このため、導電性接着剤２５が水晶振動素子基端部を保持した状態を維持し続け、接着剤の硬化前に水晶振動素子の基端部２０ａが離脱したり、位置ずれすることを効果的に防止することができる。なお、この時に水晶振動素子の上面に導電性接着剤が付着していると、抑え部６２と導電性接着剤２５とが接着してしまい、蓋部材（上下逆転保持部材）６０を取り外す際に水晶振動素子が破損、又は剥離してしまう虞があるので、前述の通り導電性接着剤は水晶振動素子の下面、又は、下面及び側面にのみ付着し、水晶振動素子の上面には導電性接着剤を付着しない形態が望ましい。

スペーサ６１の形成位置、及びその形状、寸法は、図３（ｂ）に示すように水晶振動素子２０の自由端部２０ｂの端縁をスペーサ下面（支持面）によって確実に支持することができるように設定する。また、抑え部６２の形成位置、及びその形状、寸法は、図３（ｂ）に示すように水晶振動素子２０の基端部２０ａ（接着剤を回避した中間部位）を抑え部６２の下面（支持面）によって確実に支持することができるように設定する。
なお、抑え部６２は必ずしもスペーサ６１上に設ける必要はなく、スペーサとは別個に蓋部材６０の適所に設けても良い。
以上のように、本発明の収容トレイ５０は、蓋部材６０の下面（内側面）に、トレイ本体５１側の収容凹所５２内に収容された素子搭載ユニットＢを構成する水晶振動素子２０の自由端部２０ｂ上面と対向する位置決め用のスペーサ６１と、水晶振動素子の基端部２０ａ上面と対向する抑え部６２を夫々配置した構成が特徴的である。

スペーサ６１は、素子搭載ユニットＢを収容した収容トレイ５０の上下を反転（逆転）させた時に自重によって蓋部材６０側へ接近しようとする水晶振動素子の自由端部２０ｂの面と当接することにより、それ以上の傾斜を阻止するスペーサとして機能する。このため、次の導電性接着剤の加熱硬化工程では、水晶振動素子の傾斜角度を一定に保持しつつ加熱を行うことが可能となる。
抑え部６２は、素子搭載ユニットＢを収容した収容トレイ５０の上下を反転（逆転）させた時に自重によって導電性接着剤２５から離脱したり、下方へ位置ずれしようとする水晶振動素子の基端部２０ａの面と当接することにより、それ以上の位置ずれを阻止する機能を有する。このため、次の導電性接着剤の加熱硬化工程では、水晶振動素子の傾斜角度を一定に保持しつつ加熱を行うことが可能となる。
更に、本発明の収容トレイ５０は、蓋部材６０のスペーサ６１と抑え部６２を回避した位置に、収容トレイ内外を連通させるための開放部６３を形成した構成としてもよい。開放部６３は導電性接着剤を硬化させるための加熱工程において発生するアウトガスをパッケージ外へ排出するために機能する。アウトガスをパッケージ外部に排出することにより、水晶振動素子をパッケージ内に気密封止した後におけるエージングの影響を解消することが可能となる。

次に、図４（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る収容トレイ（位置決め治具）の構成を示す断面図である。
この実施形態に係る収容トレイ（位置決め治具）５０においては、水晶振動素子２０と対向するスペーサ６１の面に、圧電振動素子の対向面との干渉を避けるための接触回避凹所６５が形成されている。
極小化されたパッケージ内においては、水晶振動素子とスペーサ６１との間は極めて近接している。このため、スペーサが水晶振動素子の対向面に形成された励振電極２２、リード端子２２ａと接触してこれを削ったり、スペーサ６１に付着した微小なゴミが水晶振動素子面に付着して、特性上の問題を惹起させる虞がある。特に、水晶振動素子の中央部が周縁部よりも厚肉となっているタイプには有効である。
これに対して本実施形態では、スペーサ側に接触回避凹所６５を設けることにより、スペーサ６１と水晶振動素子の励振電極、リード端子との接触を回避することができる。
なお、図２、図３の実施形態のように、上下逆転保持部材６０が水晶振動素子と対面する部位に、開放部６３を設けた場合にはこの開放部６３が接触回避凹所を兼ねることとなる。

次に、図２、図３に基づいて本発明の収容トレイを用いた水晶振動素子の搭載方法について説明する。
まず、収容トレイ５０の各収容凹所５２内にパッケージ本体（絶縁基板）２を夫々収容する絶縁基板収容工程と、パッケージ本体上の素子搭載パッド７上に導電性接着剤（熱硬化性接着剤）２５を塗布する接着剤塗布工程とを順次実施してから、図２に示すように吸着ノズル３０を用いて導電性接着剤２５上に水晶振動素子の一端部２０ａを接着させる素子接着工程を実施する。ここまでの工程により、収容凹所５２内には素子搭載ユニットＢが収容された状態となる。
次いで、図３（ａ）に示すように収容凹所５２の上開口部５２ａを蓋部材６０が閉止するように、蓋部材６０をパッケージ本体２の上面に被せて組み付ける蓋部材装着工程を実施する。蓋部材６０をパッケージ本体上面に組み付けることによって、（ｂ）に示すようにスペーサ６１の下面が各収容凹所５２内の水晶振動素子２０の自由端部２０ｂの上面と対面した状態となる。また、抑え部６２は、水晶振動素子２０の基端部２０ａ上面と対向した状態となる。

次いで、図３（ｃ）に示した第１の反転工程では、トレイ本体５１と蓋部材６０の上下が逆転するように収容トレイ５０を反転させてから水平な姿勢にて定置することにより、水晶振動素子の自由端部２０ｂ側の片面をスペーサ６１と接触させる。この工程により、未硬化状態にある導電性接着剤により一端部２０ａを支持された水晶振動素子２０は、その自重によって自由端部２０ｂを下側に位置を変えた蓋部材のスペーサ６１上に下降させる。このため、自由端部２０ｂの上開口５２ａ側への傾斜角度がスペーサ６１によって規制されて一定になり、過剰な垂れ下がりを防止することができる。これと同時に、抑え部６２は、水晶振動素子の基端部上面と当接することにより、導電性接着剤からの脱落、位置ずれを防止することができる。
次いで、上下を反転した収容トレイ５０をそのまま加熱炉内に移動して加熱（例えば、１５０℃程度）することにより、素子搭載ユニットを構成する熱硬化性の導電性接着剤２５を硬化させる加熱工程を行う。この工程により、導電性接着剤が硬化するために水晶振動素子２０の保持角度が確定する。
最後に、収容トレイ５０の上下を再度反転させる第２の反転工程によりトレイ本体５１を下側にして水平に定置してから、蓋部材６０を取り外す。

その後、真空雰囲気中において素子搭載ユニットを収容した各パッケージ本体２の外壁５の上面にリッド１５を固定することによって内部が気密封止された圧電振動子１を完成する。
本発明によれば、吸着パッドを用いて水晶振動素子を導電性接着剤上に着座させた際の傾斜角度がどのような状態であったとしても、収容トレイを反転させて水晶振動素子の傾斜角度を確定させた状態で、加熱炉内で導電性接着剤を硬化させる手順を実施するので、接着剤の材質の違い、使用する圧電基板の形状、重量、カットアングル（ＡＴ 、ＳＣカット等）等の違いに関係なく、片持ち支持された水晶振動素子の傾斜角度（パッケージ内底面、或いはリッド天井面との間のギャップ）を常に一定にすることができる。
従って例えばベベルタイプやコンベックスタイプのように外周端縁へ向かうほどその肉厚がテーパー状、或いは曲線状に漸減する圧電基板の端縁を接着保持する場合においても、所定の傾斜角度（絶縁基板と平行な場合を含む）にて保持することが可能となる。また、音叉型振動子のように厚肉、長尺であるために自由端部が垂れ下がりやすいタイプを接着する場合にあっても傾斜角度を一定に保持することが可能となる。

次に、図５は本発明の他の実施形態に係る圧電振動素子の位置決め治具の構成、及びこの位置決め治具を用いた位置決め、搭載手順を示す断面図である。
この実施形態に係る収容トレイ７０（位置決め治具）は、下側治具７１と、上側治具７５とから構成されている。
下側治具７１の上面には所定のピッチにて突状のスペーサ７２を有した素子載置領域が形成されており、各スペーサ７２の水平な上面に水晶振動素子２０を載置する。スペーサ７２の上面に、凹み部７２ａを形成して水晶振動素子の励振電極がスペーサ面と接触しないように構成してもよい。凹み部７２ａは水晶振動素子の励振電極とスペーサ上面とが接触しないようにその形状、面積を設定する。なお、クリーンルーム内において素子搭載作業を行う場合には、スペーサ上面を常時清掃するようにすれば、凹み部７２ａは必ずしも必要ではない。

上側治具７５の下面には、下側治具７１に設けた各素子載置領域と一対一で対応するように天井面が傾斜した収容凹部７６が形成され、この収容凹部７６の天井面７６ａには水晶振動子のパッケージ本体（絶縁基板）２の底面が接着剤により仮接着される。パッケージ本体２の内底面に設けた２つの素子搭載パッド７上には予め導電性接着剤２５を適量塗布しておく。収容凹部７６の天井面７６ａは、下側治具上の水晶振動素子との間の距離が、基端部２０ａから自由端部２０ｂに向けて離間して行くように上向きに傾斜している。
下側治具７１の上面の各スペーサ７２の水平な上面上に夫々水晶振動素子２０を同じ向きにてセットした状態で、各収容凹部７６内にパッケージ本体２を保持した上側治具７５を被せると、図示のように水晶振動素子の基端部２０ａと各導電性接着剤２５とが接着状態となる。この状態で加熱することにより接着剤を硬化させた際に、パッケージ本体２の内底面に対する水晶振動素子２０の傾斜角度を所定に保持することができる。
なお、この実施形態においては、水晶振動素子の基端部２０ａとスペーサ上面とが予め接触しているので、パッケージ本体２を被せた際に水晶振動素子の基端部２０ａと導電性接着剤２５との接触圧を十分に確保することができ、加熱硬化中に接着剤との位置関係がずれる虞がない。

次に、図６は平板状の絶縁基板の上面に設けた素子搭載パッド上に水晶振動素子の基端部を所定の傾斜角度にて接着するための位置決め治具の構成、及び位置決め、搭載手順を示した図である。
この実施形態に係る収容トレイ７０（位置決め治具）は、スペーサを兼ねる下側治具７１と、上側治具７５とから構成されている。
下側治具（スペーサ）７１の上面には所定のピッチにて凹み部７３を有した素子載置領域が形成されており、各素子載置領域上に水晶振動素子２０を載置する。凹み部７３を形成することにより水晶振動素子の励振電極が下側治具上面と接触しないように構成する。凹み部７３は水晶振動素子の励振電極と下側治具上面とが接触しないようにその形状、面積を設定する。なお、クリーンルーム内において素子搭載作業を行う場合には、下側治具上面を常時清掃するようにすれば、凹み部７３は必ずしも必要ではない。

上側治具７５の下面には、下側治具７１に設けた各素子載置領域と一対一で対応するように天井面が傾斜した収容凹部７６が形成され、この収容凹部７６の天井面７６ａには水晶振動子のパッケージ本体（絶縁基板）２の底面が接着剤により仮接着される。パッケージ本体２の内底面に設けた２つの素子搭載パッド７上には予め導電性接着剤２５を適量塗布しておく。収容凹部７６の天井面７６ａは、下側治具上の水晶振動素子との間の距離が、基端部２０ａから自由端部２０ｂに向けて離間して行くように上向きに傾斜している。
下側治具７１上の各素子載置領域上に夫々水晶振動素子２０を同じ向きにてセットした状態で、各収容凹部７６内にパッケージ本体２を保持した上側治具７５を被せると、図示のように水晶振動素子の基端部２０ａと各導電性接着剤２５とが接着状態となる。この状態で加熱することにより接着剤を硬化させた際に、パッケージ本体２上面に対する水晶振動素子２０の傾斜角度を所定に保持することができる。

なお、この実施形態においては、水晶振動素子の基端部２０ａと下側治具上面とが予め接触しているので、パッケージ本体２を被せた際に水晶振動素子の基端部と導電性接着剤との接触圧を十分に確保することができ、加熱硬化中に接着剤との位置関係がずれる虞がない。
平板状のパッケージ本体２上に所定の傾斜角度にて水晶振動素子２０を接着完了した後で、真空炉内で図示しない逆椀状のリッドを用いて水晶振動素子を気密封止することにより水晶振動子の組立てを完了する。
上記各実施形態は、本発明の水晶振動素子の搭載方法を適用し得る圧電デバイスの一例として水晶振動子を示したが、この水晶振動子に対して、発振回路、温度補償回路等を構成するＩＣ部品を組み付けた水晶発振器も本発明の範囲に属するものである。
なお、上記実施形態では、圧電材料として水晶を使用した水晶振動子、水晶発振器を中心として説明してきたが、本発明は水晶以外の圧電材料を使用した各種圧電デバイスにおける圧電振動素子の搭載方法にも適用することができる。

（ａ）は本発明方法によって圧電振動素子を搭載した圧電振動子の一例としての水晶振動子の全体縦断面図、（ｂ）は圧電振動素子の一例としての水晶振動素子の構成説明図。 圧電振動素子を素子搭載パッド上の導電性接着剤上に搭載するための装置構成、及び搭載手順を示す図。 （ａ）（ｂ）及び（ｃ）は収容トレイ内に素子搭載ユニットを収容した反転前の状態を示す縦断面図、反転前の状態における収容凹所内の平面図、及び反転後の収容トレイ内の状態を示す縦断面図。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る収容トレイ（位置決め治具）の構成を示す断面図。 本発明の他の実施形態に係る圧電振動素子の位置決め治具の構成、及びこの位置決め治具を用いた位置決め、搭載手順を示す断面図。 平板状の絶縁基板の上面に設けた素子搭載パッド上に水晶振動素子の基端部を所定の傾斜角度にて接着するための位置決め治具の構成、及び位置決め、搭載手順を示した図。 従来例に係る吸着ノズル等の構成と、搭載手順の説明図。

符号の説明

Ａ…水晶振動子（圧電振動子）、Ｂ…素子搭載ユニット、１…パッケージ、２…パッケージ本体（絶縁基板）、３…凹陥部、４…底板、５…外壁、６…シールリング（コバール）、７…素子搭載パッド、８…実装端子、９…接続導体、１５…リッド、２０…水晶振動素子（圧電振動素子）、２０ａ…一端部（基端部）、２０ｂ…他端部（自由端部）、２１…水晶基板（圧電基板）、２２…励振電極、２２ａ…リード端子、２５…導電性接着剤（熱硬化性接着剤）、３０…吸着ノズル、３１…吸着面、５０…収容トレイ（位置決め治具）、５１…トレイ本体、５２…収容凹所、５２ａ…上開口部、５３…外周壁、６０…蓋部材（上下逆転保持部材）、６１…スペーサ、６２…抑え部、６３…開放部、６５…接触回避凹所、７０…収容トレイ（位置決め治具）、７１…下側治具、７２…スペーサ、７２ａ…凹み部、７３…凹み部、７５…上側治具、７６…収容凹部、７６ａ…天井面

Claims (7)

1. 絶縁基板、該絶縁基板上面に設けた素子搭載パッド、該絶縁基板下面に設けた実装端子、及び該素子搭載パッドと該実装端子間を接続する接続導体を有したパッケージ本体と、前記素子搭載パッド上の未硬化状態にある熱硬化性接着剤により一端部を接着保持された圧電振動素子とを有した素子搭載ユニットを、前記絶縁基板上面を下向きにして支持する上下逆転保持部材を備えた圧電振動素子の位置決め治具であって、
   前記上下逆転保持部材上には、
   前記絶縁基板上面を下向きに支持した際に前記圧電振動素子の他端部と対向するように配置されたスペーサと、
   前記圧電振動素子の一端部と当接してこれを前記熱硬化性接着剤に押圧する抑え部と、が夫々配置されていることを特徴とする圧電振動素子の位置決め治具。
2. 前記圧電振動素子と対向する前記スペーサには、前記圧電振動素子の対向面との干渉を避けるための凹所が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子の位置決め治具。
3. 前記上下逆転保持部材に、前記圧電振動素子を外気と連通させるための開放部を形成したことを特徴とする請求項１、又は２に記載の圧電振動素子の位置決め治具。
4. 前記スペーサ及び抑え部が夫々前記絶縁基板の上面と対応するように、請求項１乃至３の何れか一項に記載の位置決め治具を構成する前記上下逆転保持部材上に、上面を下向きにして前記素子搭載ユニットを載置する素子搭載ユニット載置工程と、
   前記素子搭載ユニットを加熱することにより前記熱硬化性接着剤を硬化させる加熱工程と、
   を備えたことを特徴とする圧電振動素子の搭載方法。
5. 上面に凹陥部を有した絶縁基板、該凹陥部の内底面に設けた素子搭載パッド、該絶縁基板下面に設けた実装端子、及び該素子搭載パッドと前記実装端子間を接続する接続導体を有したパッケージ本体、並びに前記素子搭載パッド上の未硬化状態にある熱硬化性接着剤により一端部を接着保持された圧電振動素子を有した素子搭載ユニットと、前記凹陥部を封止するリッドと、を備え、
   前記圧電振動素子は、請求項４に記載の圧電振動素子の搭載方法によって前記熱硬化性接着剤上に接続固定されたことを特徴とする圧電振動子。
6. 絶縁基板、該絶縁基板上面に設けた素子搭載パッド、該絶縁基板下面に設けた実装端子、及び該素子搭載パッドと前記実装端子間を接続する接続導体を有したパッケージ本体と、前記素子搭載パッド上の未硬化状態にある熱硬化性接着剤により一端部を接着保持された圧電振動素子とを有した素子搭載ユニットを、前記絶縁基板上面を下向きにして支持する収容凹部を下面に有した上側治具と、
   前記圧電振動素子を支持するスペーサを上面に有した下側治具と、
   を備えた圧電振動素子の位置決め治具であって、
   前記収容凹部の天井面は、前記スペーサの水平な上面に支持された前記水晶振動素子との間に所定の傾斜角度を形成するように上下方向へ傾斜していることを特徴とする圧電振動素子の位置決め治具。
7. 請求項５に記載の圧電振動子に発振回路を構成するＩＣ部品を一体化したことを特徴とする圧電発振器。

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