JP2011129735A - 圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パッケージ内に圧電振動片を確実に気密封止することが可能な小型の圧電デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】圧電デバイスの封止工程は、例えば、真空チャンバーなどの内部にパッケージを収容して行う。まず、パッケージの封止孔２５に、合金からなる球状の封止部材９９ａを配置する。次に、真空チャンバー内を減圧することによりパッケージ内部を減圧し、封止孔２５の内周と球状の封止部材９９ａとの隙間を介して、パッケージ内部のガスを外部に排出させる。このとき、パッケージの外底面を形成する外部側の平板状基材１１ａの外部側の面とカバー板７０との隙間ｔが、球状の封止部材９９ａの直径Ｄよりも小さくなるようにカバー板７０を配置する（ｔ≦Ｄ）。これにより、内部空間Ｔ１から排出される気体の圧力により封止孔２５から球状の封止部材９９ａが飛び出そうとした場合に、その封止部材９９ａをカバー板７０で受け止めることができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、圧電デバイスの製造方法に関するものである。

モバイルコンピューターやＩＣカードなどの小型情報機器や、携帯電話などの移動体通信機、あるいは振動ジャイロセンサー（以下、振動ジャイロと呼ぶ）などの計測機器において、圧電振動子や圧電発振器などの圧電デバイスが広く使用されている。従来の圧電デバイスは、例えば、パッケージ内に接合した圧電振動片を気密封止した構造を有している（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１に記載の圧電デバイスの構造について詳述すると、パッケージは凹部を有し、この凹部によって圧電振動片が収容される内部空間が形成される。パッケージの凹部内には段差が設けられ、その段差上には振動片接続電極などの電極部が形成されている。例えば振動片接続電極は、パッケージの外底面に設けられた実装端子と接続されており、この実装端子を介して外部から印加される駆動電圧を圧電振動片に供給するものである。
圧電振動片は、固定部と、振動部とを有し、振動部には励振電極が設けられ、固定部に設けられた外部接続端子と電気的に接続されている。そして、圧電振動片の固定部に設けられた外部接続端子と、パッケージの振動片接続電極とが位置合わせされ、導電性接着剤などにより電気的な接続をはかりながら接合されている。
凹部に圧電振動片が接合されたパッケージの開放された上端には蓋体が接合されている。さらに、パッケージの外底面（底部）には、内部空間と外部とを連通する封止孔が設けられ、その封止孔に封止部材（金属封止材）が埋設されていることにより、圧電振動片が内部空間に気密封止されている。

ここで、圧電デバイスの製造方法において、パッケージの封止孔に封止部材を埋設することによりパッケージを気密封止する工程について具体的に説明する。
パッケージの外底面を有する底板部分は、直径の異なる同心の貫通孔を有する２枚の平板状の基材が積層されて形成されている。ここで、外部側の基材に形成された貫通孔が、内部空間側の基材に形成された貫通孔よりも大きく形成されていることにより、２枚の基材にそれぞれ形成された貫通孔が連通して形成された封止孔の途中には段部が形成されている。また、外部側の基材の貫通孔の内周と段部には、封止部材との親和性を高めるための金属膜（金属被覆部）が形成されている。
パッケージの封止工程は、例えば真空チャンバー内で行われる。すなわち、パッケージの上端に蓋体が接合されることにより形成された内部空間に圧電振動片が接合されたパッケージを、真空チャンバー内に収容し、封止孔の段部を利用して球状の封止部材を配置する。そして、チャンバー内を減圧することによりパッケージの内部空間を減圧し、封止孔に配置された封止部材と封止孔内周との隙間を介して、パッケージの内部空間のガスをパッケージ外部に排出する。ここで、パッケージの内部空間のガスとは、例えば、導電性接着剤を硬化させる際の加熱工程などにより生成されるガスや、水分が蒸発した気体などを含み、パッケージ内部に残留すると信頼性低下を引き起こす虞のある有害なガス（アウトガス）や水分が含まれるため、この脱ガスの過程は重要なものとなる。
そして、内部空間内を所定量減圧させることにより、脱ガスを十分に行ってから、次に、球状の封止部材にレーザー光を照射して溶融させ、それを冷却して固化させることにより、封止部材によって封止孔を閉塞させてパッケージを気密封止する。

特開２００５−２４１３８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の圧電デバイスの製造方法では、真空チャンバー内でパッケージの内部空間を減圧するステップで、内部空間から外部に排出される気体の圧力により、球状の封止部材が貫通孔から飛び出すことにより、封止孔を閉塞させることができずに封止不良を引き起こす虞があるという課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

〔適用例１〕本適用例にかかる圧電デバイスの製造方法は、凹部を有するパッケージと、前記パッケージの前記凹部に接合された圧電振動片と、前記パッケージの上端部に接合された蓋体と、前記パッケージの外底面に設けられ前記凹部と前記蓋体とにより形成される内部空間と外部とを連通する封止孔、および、前記封止孔に埋設された封止部材と、を有し、前記圧電振動片が前記内部空間に気密封止された圧電デバイスの製造方法であって、前記パッケージの上端部に前記蓋体を接合するステップと、前記封止部材の原形である溶融可能な球状の封止部材を前記封止孔に配置するステップと、前記封止部材を前記封止孔に配置するステップの後で、前記パッケージを収容したチャンバー内を減圧することにより前記内部空間を減圧するステップと、前記内部空間内が所定量減圧された状態で、前記球状の封止部材を溶融させるステップと、前記球状の封止部材を溶融させるステップの後で、前記チャンバーを大気開放するステップと、を有し、前記内部空間を減圧するステップで、前記外底面から前記球状の封止部材の直径よりも小さな隙間を空けて前記封止部材の直上を覆うようにカバー板を配置させることを特徴とする。

この構成によれば、内部空間を減圧するステップで、内部空間から外部に排出される気体の圧力により封止孔から飛び出そうとする封止部材をカバー板で受け止めることができるので、封止孔に封止部材が充填されずに起こる封止不良を防止することができる。これにより、パッケージ内に接合された圧電振動片が確実に気密封止された圧電デバイスを高歩留まりにて製造することができる。

〔適用例２〕上記適用例にかかる圧電デバイスの製造方法において、前記カバー板が、前記球状の封止部材を溶融させるステップで用いるレーザー光を透過する材料により形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、球状の封止部材が載置された封止孔の直上にカバー板を配置したままで、封止部材にレーザー光を照射することにより溶融させて孔封止することができるので作業効率が向上する。

〔適用例３〕上記適用例にかかる圧電デバイスの製造方法において、前記カバー板が、前記球状の封止部材を溶融させるステップでは前記封止部材から隙間を設けて配置されることを特徴とする。

この構成によれば、例えば、内部空間を減圧するステップではカバー板を封止部材と接触させて封止孔内に封止部材を固定し、その後封止部材からカバー板を離して封止部材を溶融させる方法が可能となり、内部空間を減圧するステップにおいて封止孔に封止部材を仮固定することができるので、減圧時間を短くできるなど製造効率を向上させられる。

〔適用例４〕上記適用例にかかる圧電デバイスの製造方法において、平面視で前記カバー板の前記封止孔と重なる位置に、前記封止部材の直径よりも小さい幅の貫通孔が設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、例えば、カバー板をレーザービームを透過しない材料により形成した場合でも、カバー板をパッケージ上に配置したままで、レーザー光により封止部材を溶融させることが可能である。したがって、カバー板の材料の選択範囲が広がるとともに、カバー板をパッケージ上に配置したままで効率的に圧電デバイスを製造することができる。

（ａ）は、圧電デバイスとしての振動ジャイロの一実施形態を説明する概略平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図。 実施形態の振動ジャイロにかかるＩＣ搭載部を説明する概略平面図。 振動ジャイロを外底面側からみた概略平面図。 振動ジャイロの製造方法を説明するフローチャート。 振動ジャイロの封止工程で用いるカバー板を圧電ジャイロに対して配置した状態を模式的に示す概略斜視図。 （ａ）は、封止孔に溶融前の封止部材を配置した状態を模式的に示す拡大断面図、（ｂ）は、封止孔に溶融した封止部材が埋設された状態を模式的に示す拡大断面図。 （ａ）および（ｂ）は、振動ジャイロの封止工程で用いるカバー板の変形例の２つのバリエーションを説明する概略断面図。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

（振動ジャイロ）
まず、圧電デバイスとしての振動ジャイロについて説明する。
図１は、圧電デバイスとしての振動ジャイロの一実施形態を説明するものであり、（ａ）は上側からみた概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面を示す概略断面図である。また、図２は、本実施形態の振動ジャイロにかかるＩＣ搭載部を説明する概略平面図である。また、図３は、振動ジャイロを外底面（下側）からみた平面図である。なお、図１（ａ）では、振動ジャイロの内部の構造を説明する便宜上、振動ジャイロの上方に設けられるリッド（１９）を取り外した状態を図示している。

図１において、振動ジャイロ１は、段差を有する凹部が設けられたパッケージ１０を有している。パッケージ１０の凹部の凹底部分には、ＩＣチップ３０と、パッケージ１０内のＩＣチップ３０の上方に中継基板４０を介して接合された圧電振動片としてのジャイロ振動片２０とが接合され、パッケージ１０の開放された上端には蓋体としてのリッド１９が接合されている。

ジャイロ振動片２０は、例えば、水晶などの圧電体材料を加工することにより一体形成された励振用振動部、検出用振動部や、励振用振動部を励振するための励振電極、検出用振動部から発生した電荷を検出するための検出用電極（いずれも図示せず）などを有している。このようなジャイロ振動片２０の外形形状は、例えば水晶ウェハーなどの圧電体材料をフッ酸溶液などでウエットエッチングしたり、またはドライエッチングすることにより精密に形成することができる。
なお、ジャイロ振動片２０の材質として、水晶以外の圧電体材料では、例えばタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどが挙げられる。

ジャイロ振動片２０は、角速度が印加されたときに検出用振動部が振動し、検出用電極に電荷が生じる。その電荷を検出用電極で検出し、検出信号として、中継基板４０の配線パターン、接続端子、および電極を介して振動ジャイロ１の外部に出力し、図示しない処理装置により、ジャイロ振動片２０に加わった回転角速度の大きさを認識することができる。

パッケージ１０は、平板状の第１層基板１１上に、開口部の大きさが異なる矩形環状の第２層基板１２、第３層基板１３、および第４層基板１４がこの順に積層されて構成されることにより、上面側に開口部を有し内部に段差が設けられた凹部が形成され、この凹部が、ジャイロ振動片２０およびＩＣチップ３０を収容する内部空間Ｔ１を形成する（詳細は後述する）。パッケージ１０の材質としては、例えば、セラミック、ガラスなどを用いることができる。

上記構成において、パッケージ１０の底部を形成する底板部分となる第１層基板１１は、直径の異なる同心の貫通孔を有する２枚の平板状基材１１ａ，１１ｂが積層されてなり、その２つの同心の貫通孔により、パッケージ１０の内部空間Ｔ１と外部とを連通する封止孔２５が形成されている。この封止孔２５において、２枚の平板状基材１１ａ，１１ｂのうち、外部側の平板状基材１１ａに形成された貫通孔は、内部空間Ｔ１側の平板状基材１１ｂに形成された貫通孔よりも大きく形成されている。これにより、２枚の基材により形成された封止孔２５の途中にはパッケージ１０の外部側に広くなる段部が形成されている。
また、封止孔２５の途中に段部を有する内周には、金属膜４５が形成されている。この金属膜４５は、封止孔２５に充填される封止部材９９が溶融した状態において馴染みのよい、すなわち、密着性よく付着しやすい金属材料が選択される。封止部材９９として用いる金属材料としては、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金、あるいは、金と錫（Ｓｎ）との合金を用いることができ、この場合、金属膜４５に用いる金属としては、例えば、タングステン（Ｗ）メタライズ上に、ニッケル（Ｎｉ）めっきおよび金めっき（Ｎｉ−Ａｕ）して形成するとよい。
なお、図１（ｂ）および図３では、金属膜４５を、封止孔２５の内周全域、および、外部側の平板状基材１１ａの外部側の面（外底面）側の封止孔２５周縁まで設けた例を図示しているが、金属膜４５は、封止孔２５のうち、少なくとも外部側の平板状基材１１ａの貫通孔の内周および段部に形成されていればよい。

図１（ｂ）および図２に示すように、パッケージ１０の凹部の凹底部分となる第１層基板１１上には、ＩＣチップ３０が配置されるダイパッド１５が設けられている。なお、図示はしないが、パッケージ１０の外底面となる第１層基板１１の外底面（ダイパッド１５が設けられた面と異なる面）には、外部基板との接合に供する外部実装端子が設けられている。
また、パッケージ１０の凹部において、第２層基板１２により形成される段差上には、ＩＣチップ３０との電気的な接続に供する複数のＩＣ接続端子１６が設けられている。
さらに、パッケージ１０の凹部において、第３層基板１３により形成される段差上には、ジャイロ振動片２０が搭載された中継基板４０が接合される複数の中継基板接続端子１７が設けられている。
このようにパッケージ１０に設けられた上記の各種端子は、対応する端子どうしが、図示しない引き回し配線やスルーホールなどの層内配線により接続されている。

ＩＣチップ３０は、ジャイロ振動片２０を駆動振動させるための駆動回路と、角速度が加わったときにジャイロ振動片２０に生じる検出振動を検出する検出回路と、を含む。具体的には、ＩＣチップ３０が有する駆動回路は、ジャイロ振動片２０の駆動用振動片に形成された励振電極に駆動信号を供給する。また、ＩＣチップ３０が有する検出回路は、ジャイロ振動片２０の検出用振動部に形成された検出用電極に生じる検出信号を増幅させて増幅信号を生成し、該増幅信号に基づいて物理量、例えば、角速度を検出する。

図２（図１（ｂ）を併せて参照のこと）に示す振動ジャイロ１のＩＣ搭載部１Ｂにおいて、ＩＣチップ３０は、パッケージ１０の凹部の凹底部分に設けられたダイパッド１５上に、例えばろう材２９によって接着・固定されている。また、ＩＣチップ３０とパッケージ１０とは、本実施形態では、ワイヤーボンディング法を用いて電気的に接続されている。すなわち、ＩＣチップ３０に設けられた複数の電極パッド３５と、パッケージ１０の対応するＩＣ接続端子１６とが、ボンディングワイヤー２７により接続されている。

パッケージ１０の凹部において、ＩＣチップ３０の上方には、ジャイロ振動片２０が接合された中継基板４０が配置されている。
詳述すると、中継基板４０の一方の主面に設けられた図示しない振動片接続端子に、ジャイロ振動片２０の外部接続端子（図示せず）が位置合わせされ、例えば銀ペーストなどの導電性を有する接合部材５９により接合されるとともに電気的に接続されている。中継基板４０の他方の主面側の少なくとも両端部には図示しない接続端子が設けられ、その接続端子がパッケージ１０の凹部の第３層基板１３により形成された段差に設けられた中継基板接続端子１７と位置合わせされ、例えば銀ペーストなどの導電性の接合部材４９により接合されるとともに、電気的に接続されている。本実施形態では、中継基板４０の長手方向に対向する２辺（両端部）側がパッケージ１０の中継基板接続端子１７が設けられた段差上に固定されている。これにより、ジャイロ振動片２０が搭載された中継基板４０が、パッケージ１０の凹部の凹底部分との間に隙間を空けて、且つ、間にＩＣチップ３０を配置しながら架設されている。

図１（ｂ）に示すように、ＩＣチップ３０およびジャイロ振動片２０が凹部内に接合されたパッケージ１０の上端には、蓋体としてのリッド１９が配置され、パッケージ１０の開口を封鎖している。リッド１９の材質としては、例えば、４２アロイ（鉄にニッケルが４２％含有された合金）やコバール（鉄、ニッケルおよびコバルトの合金）等の金属、セラミックス、あるいはガラスなどを用いることができる。例えば、金属からなるリッド１９は、コバール合金などを矩形環状に型抜きして形成されたシールリング１８を介してシーム溶接することによりパッケージ１０と接合される。

パッケージ１０の凹部がリッド１９により封鎖され、さらに、パッケージ１０の底部に設けられた封止孔２５に金属からなる封止部材９９が埋設されることによって形成される内部空間Ｔ１は、ジャイロ振動片２０が動作するための空間となる。この内部空間Ｔ１は、後述する封止工程を経て減圧空間または不活性ガス雰囲気に密閉・封止されている。

（圧電デバイスの製造方法）
次に、上記構成の振動ジャイロ１の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
図４は、振動ジャイロ１の製造方法を説明するフローチャートである。図５は、振動ジャイロ１の製造に用いるカバー板を用いて振動ジャイロ１を封止している様子を模式的に示す斜視図である。また、図５は、振動ジャイロ１の封止工程で用いるカバー板およびパッケージ載置台を振動ジャイロ１に対して配置した状態を模式的に示す概略斜視図である。図６は、（ａ）は、封止孔２５に溶融前の球状の封止部材９９ａを配置した状態を模式的に示す拡大断面図、（ｂ）は、封止孔２５に溶融した封止部材９９が埋設された状態を模式的に示す拡大断面図である。

図４において、パッケージ１０、ＩＣチップ３０、およびジャイロ振動片２０の製造工程は図示を省略し、パッケージ１０準備（ステップＳ１）、ＩＣチップ３０準備（ステップＳ２）、ジャイロ振動片２０準備（ステップＳ３−１）としてそれぞれ簡略化して示した。また、それら準備工程とともに、ジャイロ振動片２０を中継基板４０に接合する工程（ステップＳ３−２）までを前工程として、それ以降のパッケージ組立工程を後工程として、以下説明する。

まず、各前工程について、それらの概要を説明する。
ステップＳ１に示すパッケージ１０準備では、パッケージ１０を製造して準備する。パッケージ１０は、例えば、セラミック、ガラスなどの絶縁材料を用いて形成し、さらに具体的には、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートなどを成形して用いることができる。そのセラミックグリーンシートなどの材料を成形して、直径の異なる同心の貫通孔２５ａ，２５ｂをそれぞれ設けた２枚の平板状基材１１ａ，１１ｂを積層し、その２つの同心の貫通孔２５ａ，２５ｂが連通されてなる封止孔２５を有する第１層基板１１を形成し、さらに第１層基板１１上に、開口部の大きさが異なる矩形環状の第２層基板１２、第３層基板１３、および第４層基板１４をこの順に積層させ、その後焼成することによって段差を有する凹部が形成されたパッケージ１０の外形を得る。

上記絶縁材料からなるパッケージ１０の外形に、例えば、タングステンメタライズを施した上に、ニッケルめっきおよび金めっきを行ない、さらにフォトリソグラフィーを併用するなどの方法により、第１層基板１１上のダイパッド１５、第１層基板１１の外底面（ダイパッド１５が設けられた面と異なる面）に設けられた外部実装端子（図示せず）、第２層基板１２により形成された段差上のＩＣ接続端子１６、および第３層基板１３により形成される段差上の中継基板接続端子１７などの電極や端子、あるいは配線を形成する。これと同時に、第１層基板１１の封止孔２５の途中に段部を有する内周に金属膜４５を形成する。なお、パッケージ１０に設けられた上記の各種端子は、対応する端子どうしを、引き回し配線や、第１層基板１１〜第４層基板１４に予め形成されたスルーホールなどの層内配線により接続する。

ステップＳ２に示すＩＣチップ３０準備では、半導体製造プロセス（ＭＯＳプロセス）を用いて、シリコンウェハーに多数のＩＣチップ３０を同時形成し、それをダイシングして個片化することにより個片のＩＣチップ３０を複数得る。

ステップＳ３−１に示すジャイロ振動片２０準備では、ジャイロ振動片２０を製造して準備する。ジャイロ振動片２０の製造においては、まず、結晶軸に対して所定のカット角で切り出された大判の圧電基板、例えば水晶基板（水晶ウェハー）を準備し、フォトリソグラフィーを用いたウエットエッチング、またはドライエッチングすることにより、水晶基板に複数のジャイロ振動片２０の外形を形成する。
次に、スパッタリングや蒸着などにより、励振電極や外部接続端子などの電極形成を行う。電極形成は、ジャイロ振動片２０の外形が形成された水晶基板の表面に、スパッタリングや蒸着により、クロム層を下地として形成し、その上に金層を積層させて形成することができる。
そして、複数のジャイロ振動片２０が形成されたウェハーをダイシングすることにより、個片のジャイロ振動片２０を複数得る。

ジャイロ振動片２０は、ステップＳ３−２に示すように、中継基板４０に接合される。具体的には、中継基板４０の一方の主面に設けられた図示しない振動片接続端子に、ジャイロ振動片２０の外部接続端子（図示せず）が位置合わせされ、例えば銀ペーストなどの導電性を有する接合部材５９により位置決め・仮固定してからその接合部材５９を固化させることにより電気的に接続しつつ接合する。

次に、後工程（パッケージ組立工程）について説明する。
まず、ステップＳ４に示すように、パッケージ１０にＩＣチップ３０をボンディングする。この工程では、図２（図１（ｂ）を併せて参照のこと）に示す振動ジャイロ１のＩＣ搭載部１Ｂにおいて、パッケージ１０の凹部の凹底部分に設けられたダイパッド１５上にＩＣチップ３０をろう材２９などにより接着・固定してから、本実施形態ではワイヤーボンディング法を用いて電気的に接続する。すなわち、ＩＣチップ３０に設けられた複数の電極パッド３５と、パッケージ１０の対応するＩＣ接続端子１６とを、ボンディングワイヤー２７により接続する。

次に、ステップＳ５に示すように、パッケージ１０の凹部においてＩＣチップ３０の上方に、中継基板４０に接合されたジャイロ振動片２０を配置して電気的な接続を伴う接合を行う。具体的には、中継基板４０のジャイロ振動片２０が接合された主面とは異なる側の主面の少なくとも両端部に設けられた図示しない接続端子と、パッケージ１０の凹部の第３層基板１３により形成された段差に設けられた中継基板接続端子１７とを位置合わせし、例えば銀ペーストなどの導電性の接合部材４９により電気的な接続をはかりつつ接合する。

次に、ステップＳ６に示すように、ジャイロ振動片２０の周波数調整を行う。
周波数調整ステップでは、まず、ジャイロ振動片２０の初期周波数を測定し、その初期周波数と目標周波数との差を許容範囲まで小さく調整することにより行う。ジャイロ振動片２０の周波数調整は、例えば、レーザーやイオンビームをジャイロ振動片２０に照射してその一部を所定量エッチングすることにより行うことができる。ジャイロ振動片２０は、その振動部の質量を軽くすることにより振動周波数が高くなることが知られており、例えば、ジャイロ振動片２０に形成された励起電極以外の電極パターンの一部をエッチングすることによって、励起電極の形状を変化させることなくジャイロ振動片２０の周波数を高く調整することができる。この質量削減方式による周波数調整方法を用いる場合には、ジャイロ振動片２０の初期の周波数を目標周波数に対して低めの周波数となるようにつくり込みを行っておく。

また、上記の質量削減方式とは逆に、ジャイロ振動片２０の振動部に質量を付加して周波数を低下させることにより周波数調整を行うこともできる（質量付加方式）。質量付加の方法としては、スパッタリング法や蒸着法などによりジャイロ振動片２０の振動部に金属膜を堆積させる方法などを利用することができる。この質量付加方式により周波数調整を行う場合には、ジャイロ振動片２０の初期の周波数は目標周波数に対して高めの周波数となるようにつくり込みを行う。
なお、周波数調整は、ガラスなどの光透過性を有するリッド１９を用いた場合には、リッドが接合された後の工程後で実施することもできる。

次に、ステップＳ７に示すように、パッケージ１０の開放された上端にリッド１９を接合する。パッケージ１０とリッド１９との接合は、パッケージ１０上端の枠状の第４層基板１４上に、例えば、コバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）合金などからなるろう材としてのシールリング１８を設け、そのシールリング１８を介して、リッド１９をシーム溶接することにより行うことができる。

パッケージ１０上にリッド１９が接合されて形成された内部空間Ｔ１内に接合されたＩＣチップ３０およびジャイロ振動片２０を、次に、封止工程に移して封止を行う。
封止工程は、例えば、真空チャンバーなどの内部にパッケージを収容して行う。
まず、ステップＳ８に示すように、パッケージ１０の封止孔２５に、金とゲルマニウムとの合金、あるいは、金と錫との合金などからなる球状の封止部材９９ａを配置する。この球状の封止部材９９ａの配置は、封止孔２５が有する内周の形状を利用して行うことができる。すなわち、内部空間Ｔ１側の貫通孔２５ｂと、その貫通孔２５ｂよりも大きな同心の（外部側の）貫通孔２５ａとが連通してなる封止孔２５の形状を利用して、パッケージ１０を内部空間Ｔ１側が下側となるように載置することにより、封止孔２５の外部側から入れ込んだ球状の封止部材９９ａが封止孔２５内の段部に保持されて配置される（図６（ａ）を参照）。

次に、真空チャンバー内を減圧することによりパッケージ１０の内部空間Ｔ１を減圧し、封止孔２５の内周と球状の封止部材９９ａとの隙間を介して、加熱により生成されたパッケージ１０内部のガスをパッケージ１０の外部に排出させる。すなわち、ステップＳ３−２で説明したジャイロ振動片２０と中継基板４０とを接合に供する銀ペーストなどの接合部材５９や、ステップＳ５で説明したジャイロ振動片２０が搭載された中継基板４０とパッケージ１０との接合に供する銀ペーストなどの接合部材４９などの硬化の過程で発生する有害なガス（アウトガス）や、パッケージ１０内部（内部空間Ｔ１）の水分が蒸発した気体が、この減圧ステップで外部に排出させる。

本発明では、少なくともこのステップＳ９の減圧ステップの際に、図５に示すように、パッケージ１０の封止孔２５が形成された外底面と平行な隙間を空けてカバー板７０を配置する。また、図５では、製造効率を上げるために、複数のパッケージ１０を封止孔２５を上側に向けた状態でセットできる凹部８１が設けられたパッケージ載置台８０を用いた例を示している。
さらに詳細には、図６（ａ）に示すように、パッケージ１０の外底面を形成する外部側の平板状基材１１ａの外部側の面とカバー板７０との隙間ｔが、球状の封止部材９９ａの直径Ｄよりも小さくなるようにカバー板７０を配置する（ｔ≦Ｄ）。これにより、パッケージ１０内部の脱ガスの過程で、内部空間Ｔ１から外部に排出される気体の圧力により封止孔２５から球状の封止部材９９ａが飛び出そうとした場合に、その球状の封止部材９９ａをカバー板７０で受け止めることができる。
なお、また、図６（ａ）では、封止孔２５に配置された球状の封止部材９９ａとカバー板７０とが接触しないように、ｔ≦Ｄとなる範囲にて所定の隙間を設けた例を示しているが、これは、後述する球状の封止部材９９ａを溶融させるステップ（ステップＳ１０）にて、カバー板７０をパッケージ１０の外底面側に配置させたままの状態で球状の封止部材９９ａを溶融させた場合に、溶融した封止部材９９がカバー板７０に付着するのを防ぐためである。ここで、パッケージ１０の外底面とカバー板７０との隙間ｔは、球状の封止部材９９ａとカバー板７０とが接触しない範疇でなるべく小さい方が、封止孔２５から飛び出そうとする挙動を呈した球状の封止部材９９ａを、カバー板７０により封止孔２５内の所定の位置により短時間で配置させることができるので、減圧時間を短縮でき作業効率の向上がはかれるので好ましい。
ここで、パッケージ１０の外底面とカバー板７０との隙間ｔを、ｔ≦Ｄの関係を満たす範疇で所望の隙間に管理して配置させるには、図示はしないが、パッケージ載置台８０の凹部８１が設けられた領域とは異なる領域に、パッケージ１０の外底面とカバー板７０との隙間ｔと同じ厚みのスペーサーを設ければよい。
また、球状の封止部材９９ａを溶融させるステップにて、カバー板７０をパッケージ１０から離す構成とする場合には、減圧ステップにおいて、球状の封止部材９９ａとカバー板７０とが接触していてもよい。

ステップＳ９の減圧ステップにて、封止孔２５の内周と球状の封止部材９９ａとの隙間を介してパッケージ１０内部の脱ガスを行うのと同時に、封止孔２５に配置させた球状の封止部材９９ａに、例えばレーザー光を照射して、球状の封止部材９９ａを溶融させる。図５および図６（ａ）に示す態様で真空チャンバー内に載置されたパッケージ１０は、カバー板７０がガラスにより形成されているので、カバー板７０をパッケージ１０上に配置させたままレーザー光による球状の封止部材９９ａの溶融をおこなうことができる。すると、溶融した封止部材９９が金属膜４５に濡れ広がり、封止部材９９による封止孔２５の封止をより強固なものとすることができる（ステップＳ１０）。
図６（ｂ）にしめすように、溶融した封止部材９９を封止孔２５内に十分に充填させてから、次に、レーザー光などの照射をやめて溶融した封止部材９９を冷却して硬化（固化）させ（ステップＳ１１）、パッケージ１０内に接合されたＩＣチップ３０およびジャイロ振動片２０が気密封止された複数の振動ジャイロ１が得られる。そして、真空チャンバー内を大気開放して（ステップＳ１２）、ステップＳ８からの封止工程を終了し、真空チャンバー内から複数の振動ジャイロ１（パッケージ１０）が載置されたパッケージ載置台８０を取り出す。

最後に、パッケージ載置台８０から個片の振動ジャイロ１を取り出し（ステップＳ１３）、一連の振動ジャイロ１の製造工程を終了する。

上記実施形態の振動ジャイロ１の製造方法によれば、パッケージ１０の内部空間Ｔ１から脱ガスを行う減圧ステップ（ステップＳ９）において、内部空間Ｔ１から外部に排出される気体の圧力により封止孔２５から飛び出そうとする球状の封止部材９９ａをカバー板７０で受け止めることができるので、球状の封止部材９９ａが封止孔２５から飛び出すことによる振動ジャイロ１の封止不良を防止することができる。したがって、ジャイロ振動片２０およびＩＣチップ３０が接合されたパッケージ１０の内部空間Ｔ１が確実に気密封止された振動ジャイロ１を高歩留まりにて製造することができる。

また、上記実施形態では、ステップＳ９の減圧ステップにて、レーザー光を透過するガラス材からなるカバー板７０を用いて、ｔ≦Ｄの関係が成り立つ範囲にてパッケージ１０の外底面とカバー板７０との間に所定の隙間を設けて配置する構成とした。
これにより、次のステップＳ１０の球状の封止部材９９ａを溶融させるステップにて、パッケージ１０の外底面側にカバー板７０を配置させたままの状態でレーザー光による球状の封止部材９９ａの溶融が行えるので作業効率がよい。

発明者は、上記実施形態の振動ジャイロ１のような圧電デバイスの製造方法において、封止孔に対して溶融前の球状の封止部材の大きさが小さくなるほど、また、パッケージの内部空間の容量が大きいほど、脱ガスをおこなう減圧工程において球状の封止部材が封止孔から外部に飛び出す発生率が高くなることを見出した。
近年、圧電デバイスの小型化の要求が高まるなかで、封止部材も小型になってきている。また、圧電デバイスの小型化への別のアプローチとして、１つのパッケージ内に複数の圧電振動片を収容させて高機能化を図った圧電デバイス、例えば、２つ、または３つの圧電振動片としてのジャイロ振動片を搭載した２軸、または３軸の振動ジャイロなどのニーズも高まってきており、結果的にパッケージの内部空間が大きくなる可能性がある。
したがって、上記構成の振動ジャイロ１の製造方法は、振動ジャイロ１などの圧電デバイスの小型化が進展するなかで、封止不良の発生を抑制して歩留まりの高い小型の圧電デバイスの製造方法になり得る。

上記実施形態で説明した振動ジャイロ（圧電デバイス）の製造方法は、以下の変形例として実施することも可能である。

（変形例）
上記実施形態では、ステップＳ９の減圧ステップにて、球状の封止部材９９ａの飛び出しを防止するカバー板７０として、レーザー光を透過するガラスなどの材料からなるカバー板７０を用いる構成とした。これに限らず、パッケージ１０の外底面と平行にカバー板を配置したときに、平面視で封止孔と重なる位置に貫通孔が設けられたカバー板を使用することにより、カバー板の材料を限定せずとも、カバー板をパッケージの外底面側に配置させたまま封止部材の溶融ステップを行うことができる。
図７（ａ），（ｂ）は、カバー板の変形例のバリエーションを模式的に示す概略平面図である。なお、図中、各カバー板の真下に配置されるパッケージ載置台８０、振動ジャイロ１、および振動ジャイロ１の封止孔２５の位置を、それぞれ二点鎖線で示している。

図７（ａ）は、本変形例の一つのバリエーションとしてのカバー板１７０Ａを示している。カバー板１７０Ａは、上記の封止工程にて複数のパッケージ１０が載置されたパッケージ載置台８０の上方に配置したときの、パッケージ１０の封止孔２５と平面視で重なる位置に、球状の封止部材９９ａの直径よりも小さい幅（直径）の円形の貫通孔１７５Ａが設けられている。

また、図７（ｂ）は、本変形例のもう一つのバリエーションとしてのカバー板１７０Ｂを示している。すなわち、カバー板１７０Ｂは、上記の封止工程にて複数のパッケージ１０が載置されたパッケージ載置台８０の上方に配置したときに、隣接するパッケージ１０の封止孔２５の位置を通る細長い貫通孔１７５Ｂが設けられている。細長い貫通孔１７５Ｂは、長手方向は、隣接するすべての封止孔２５と平面視で重なる長さを有し、長手方向と直交する方向の幅が、球状の封止部材９９ａの直径よりも小さい幅を有して形成されている。

本変形例のカバー板１７０Ａ，１７０Ｂによれば、レーザー光を貫通孔１７５Ａ，１７５Ｂを介して球状の封止部材９９ａに照射することができるとともに、貫通孔１７５Ａ，１７５Ｂの幅（直径）が球状の封止部材９９ａよりも小さく形成されているために貫通孔１７５Ａ，１７５Ｂから球状の封止部材９９ａが外側に飛び出すことがないので、カバー板１７０Ａ，１７０Ｂをパッケージ１０の上方に配置させたままで、少なくとも減圧ステップ（ステップＳ９）から、球状の封止部材９９ａの溶融ステップ（ステップＳ１０）を含む封止工程を実施することができる。このため、カバー板１７０Ａ，１７０Ｂの材料にはレーザー光を透過する性質を求めないので、材料の選択肢が広がり、低コスト化や効率化を図ることが可能になる。

以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態およびその変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態および変形例で説明した特定の形態、例えば、ジャイロ振動片２０やパッケージ１０、あるいはカバー板７０，１７０Ａ，１７０Ｂなどの形状は限定されるものではない。
同様に、各電極、配線、端子などの位置や形状についても上記実施形態に限定されない。

また、上記実施形態および変形例では、圧電デバイスとしての振動ジャイロ１について説明した。これに限らず、本発明は、パッケージの内部空間に圧電振動片およびその他の電子部品を接合して気密封止する構成の振動ジャイロ以外の物理量検出装置、圧電振動子、あるいは圧電発振器などの、他の圧電デバイスに適用することができる。

１…振動ジャイロ、１Ｂ…ＩＣ搭載部、１０…パッケージ、１１…第１層基板、１１ａ…外部側の平板状基材、１１ｂ…内部空間側の平板状基材、１２…第２層基板、１３…第３層基板、１４…第４層基板、１５…ダイパッド、１６…ＩＣ接続端子、１７…中継基板接続端子、１８…シールリング、１９…蓋体としてのリッド、２０…ジャイロ振動片、２５…封止孔、２５ａ…外部側の貫通孔、２５ｂ…内部空間側の貫通孔、２７…ボンディングワイヤー、２９…ろう材、３０…ＩＣチップ、３５…電極パッド、４０…中継基板、４５…金属膜、４９，５９…接合部材、７０，１７０Ａ，１７０Ｂ…カバー板、８０…パッケージ載置台、８１…凹部、９９…封止部材、９９ａ…溶融前の球状の封止部材、１７５Ａ，１７５Ｂ…（カバー板の）貫通孔。

Claims (4)

1. 凹部を有するパッケージと、
   前記パッケージの前記凹部に接合された圧電振動片と、
   前記パッケージの上端部に接合された蓋体と、
   前記パッケージの外底面に設けられ前記凹部と前記蓋体とにより形成される内部空間と外部とを連通する封止孔、および、前記封止孔に埋設された封止部材と、を有し、
   前記圧電振動片が前記内部空間に気密封止された圧電デバイスの製造方法であって、
   前記パッケージの上端部に前記蓋体を接合するステップと、
   前記封止部材の原形である溶融可能な球状の封止部材を前記封止孔に配置するステップと、
   前記封止部材を前記封止孔に配置するステップの後で、前記パッケージを収容したチャンバー内を減圧することにより前記内部空間を減圧するステップと、
   前記内部空間内が所定量減圧された状態で、前記球状の封止部材を溶融させるステップと、
   前記球状の封止部材を溶融させるステップの後で、前記チャンバーを大気開放するステップと、を有し、
   前記内部空間を減圧するステップで、前記外底面から前記球状の封止部材の直径よりも小さな隙間を空けて前記封止部材の直上を覆うようにカバー板を配置させることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
2. 請求項１に記載の圧電デバイスの製造方法において、
   前記カバー板が、前記球状の封止部材を溶融させるステップで用いるレーザー光を透過する材料により形成されていることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の圧電デバイスの製造方法において、
   前記カバー板が、前記球状の封止部材を溶融させるステップでは前記封止部材から隙間を設けて配置されることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法において、
   平面視で前記カバー板の前記封止孔と重なる位置に、前記封止部材の直径よりも小さい幅の貫通孔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。

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