JP2011166307A - パッケージの製造方法及び圧電振動子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガラス材料からなるベース基板２に複数の貫通電極８、９を高位置精度で形成することができるパッケージ１の製造方法を提供する。
【解決手段】基台１９に複数のピン１６、１７が立設する電極部材１８を準備し、複数の貫通孔１１、１２を形成したガラス基板１０の複数の貫通孔１１、１２に複数のピン１６、１７を挿入し、ガラス基板１０の軟化点よりも高い温度に加熱して当該貫通孔１１、１２とピン１６、１７を溶着し、冷却後にガラス基板１０を研削して基台１９を除去し、ピン１６、１７をガラス基板１０の両表面２１ａ、２１ｂに露出させて、電気的に分離した貫通電極８、９とする。
【選択図】図４
【解決手段】基台１９に複数のピン１６、１７が立設する電極部材１８を準備し、複数の貫通孔１１、１２を形成したガラス基板１０の複数の貫通孔１１、１２に複数のピン１６、１７を挿入し、ガラス基板１０の軟化点よりも高い温度に加熱して当該貫通孔１１、１２とピン１６、１７を溶着し、冷却後にガラス基板１０を研削して基台１９を除去し、ピン１６、１７をガラス基板１０の両表面２１ａ、２１ｂに露出させて、電気的に分離した貫通電極８、９とする。
【選択図】図４
Description
本発明は、基板に近接した複数の貫通電極を形成する製造方法及びこれを用いた圧電振動子の製造方法に関する。
近年、携帯電話や携帯情報端末機器の時刻源やタイミング源に水晶等を利用した圧電振動子が用いられている。圧電振動子には様々なものが知られているが、その一つとして表面実装型の圧電振動子が知られている。この圧電振動子としては、圧電振動片が形成された圧電基板をベース基板とリッド基板で上下から挟みこんで接合した３層構造タイプのものが知られている。圧電振動片はベース基板とリッド基板との間に形成されたキャビティ内に収納されている。
また、最近では、２層構造タイプの圧電振動子が開発されている。このタイプは、ベース基板とリッド基板を直接接合した２層構造タイプのパッケージからなり、ベース基板とリッド基板の間に構成されるキャビティ内に圧電振動片が収納されている。２層構造タイプの圧電素子は３層構造タイプに比べて薄型化を図ることができるなどの点において優れている。
特許文献１及び特許文献２には２層構造タイプの水晶振動子パッケージが記載されている。ベース基板やリッド基板のパッケージ材料としてガラス材料を使用している。ガラス材料を使用するので、セラミックスを使用した場合と比べて成形が容易であり、製造コストを下げることができる。また、ガラス材料は熱伝導率が小さいので断熱性に優れ、内部の圧電振動子を温度変化から保護することができる。
ガラス材料からなるベース基板には２つの貫通電極が形成されており、外部から水晶振動子に駆動電力を供給することができる。貫通電極は銀ペーストを固化したものや、金属部材が使用されている。貫通電極とキャビティはガラス材料の型成形により形成している。即ち、ベース基板用のガラス基板を固定型の下型と可動型の上型の間に挟む。上型にはスルーホール形成用ピンとキャビティ形成用の凸部を設け、下型にはピン受け用凹部とキャビティ形成用の凸部を設けておく。この上型と下型の間にベース基板用のガラス板を挟み、ガラス板を軟化点温度以上に加熱して成形を行う。これにより、水晶振動子を収納するためのキャビティと電極形成用の貫通孔を同時に形成する。次に、貫通孔に銀ペーストを充填し、固化して貫通電極とする。或いは、ガラス板が熱軟化状態にあるうちに各貫通孔に頭付きピンの金属部材を個別に打ち込み、冷却して貫通電極とする。そして、頭付きピンの頭の部分に水晶振動子を接着剤にて固定する。
特許文献３には、上記と同様の２層構造タイプの水晶振動子パッケージが記載されている。この場合も、ベース基板にガラス材料を用い、このベース基板に金属材料を用いた貫通電極を形成する方法が記載されている。即ち、型成形によりガラス材料からなるベース部材に貫通孔を形成する。次に、貫通孔に低融点ガラスからなるガラスフリットを付着させ、この貫通孔に頭付き金属ピンを個別に打ち込む。そして、プレス下型にベース基板を載置し、プレス上型と共にベース基板の軟化点温度以上に加熱してガラスフリットを溶かし、金属ピンと貫通孔との間隙を塞いで貫通電極を形成する。
携帯電話や携帯情報端末機器に使用する圧電振動子は小型化が要求されている。例えば、圧電振動子のパッケージの大きさが数ｍｍ以下の大きさが要求されている。これを実現するためには、圧電振動片の形状を縮小するとともに貫通電極の径や貫通電極の間隔も縮小しなければならない。例えば、ガラス材料からなるベース基板に銀ペーストから貫通電極を形成する場合は、２つの貫通孔を高精度で形成すればよい。しかしながら、銀ペーストにより形成した貫通電極は、焼成工程で銀ペースト中の樹脂等の有機物が除去されて体積が縮小し、貫通電極の表面に凹部が生じたり、貫通電極に孔が開いたりした。そのため、キャビティ内の気密性が低下する、あるいは圧電振動片と外部電極との導電性が低下するなどの課題があった。
また、ガラス材料からなるベース基板に形成した複数の貫通孔に金属ピンを個別に挿入し、ガラス材料をその軟化点温度以上に加熱して、ガラス材料と金属ピンを溶着する場合は、ガラス材料が軟化して流動するので、たとえ貫通孔を高精度で形成したとしても貫通電極の位置精度が低下してしまう。特に、ガラス材料を下型と上型の間に挟み、金属ピンとガラス材料とをガラス材料の軟化点温度以上に加熱して押圧しながら溶着すると、２つの金属電極が移動して所望の位置精度を得ることができない、という課題があった。
また、水晶振動子以外のパッケージであっても、貫通電極の電極径が小さく、しかも高位置精度、高気密度が要求されるパッケージで、ガラス材料からなるベース基板に金属材料からなる貫通電極を形成する場合は、同様の課題が存在する。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ガラス材料からなるベース基板に金属材料からなる貫通電極を高位置精度で形成することができるパッケージの製造方法を提供することを目的とする。
本発明によるパッケージの製造方法は、ガラス材料からなるベース基板の上にリッド基板を接合し、内部に構成するキャビティに電子部品を収納するためのパッケージの製造方法であって、ガラス基板に複数の貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、基台に複数のピンが立設する電極部材を準備し、前記複数のピンのそれぞれを前記複数の貫通孔のそれぞれに挿入する電極ピン挿入工程と、前記ガラス基板を前記ガラス基板の軟化点よりも高い温度に加熱して、前記ガラス基板と前記電極部材とを溶着させる溶着工程と、前記ガラス基板の両面を前記電極部材とともに研削し、前記複数のピンを前記ガラス基板の両面に露出させ、互いに電気的に分離した複数の貫通電極とするベース基板を形成する研削工程と、を備えることとした。
また、前記溶着工程において、前記複数のピンを挿入した前記ガラス基板を、受型と加圧型により挟持して加圧することとした。
また、前記貫通孔形成工程において、カーボン材料からなる受型と加圧型のいずれかの型に複数の凸部を設け、前記受型と前記加圧型の間に前記ガラス基板を挟持して加熱し、前記ガラス基板の一方の表面に複数の凹部を形成する凹部形成工程と、前記ガラス基板の一方の表面とは反対側の他方の表面を研削し、前記複数の凹部を前記一方の表面から他方の表面に貫通させる貫通工程と、を備えることとした。
また、前記溶着工程の後に前記ガラス基板と前記電極部材とを冷却する冷却工程を含み、前記冷却工程において、前記ガラス基板の歪点よりも５０℃高い温度までの冷却速度よりも、歪点よりも５０℃高い温度から歪点よりも５０℃低い温度までの冷却速度を遅くした。
また、前記複数のピンの中心軸の軸間距離が０．５ｍｍ〜１．５ｍｍであることとした。
本発明の圧電振動子の製造方法は、上記いずれかのパッケージの製造方法に基づいて製造したベース基板に、圧電振動子を実装する実装工程と、前記ベース基板に前記リッド基板を陽極接合により接合する接合工程を備えることとした。
本発明のパッケージの製造方法は、ベース基板としてガラスを使用したので容易に加工することができ、また、ガラス基板と電極部材とを溶着させたのでパッケージの気密性が向上し、更に、ガラス基板と電極部材とを溶着させる溶着工程において複数の電極ピンの位置を固定したので、溶着の際に複数の電極ピンが相対移動せず、その結果、複数の貫通電極を高精度で位置決めすることができる。
（パッケージの一例）
本発明のパッケージの製造方法を説明する前に、理解を容易にするために本発明のパッケージの製造方法により製造したパッケージの一例を説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係るパッケージの製造方法により製造したパッケージ１の外観図であり、図２は、ベース基板２の内表面２３に圧電振動片５を実装したベース基板２の上面模式図であり、図３は、ベース基板２にリッド基板３を接合した圧電振動子２０の図２におけるＢＢ部分の断面模式図である。
本発明のパッケージの製造方法を説明する前に、理解を容易にするために本発明のパッケージの製造方法により製造したパッケージの一例を説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係るパッケージの製造方法により製造したパッケージ１の外観図であり、図２は、ベース基板２の内表面２３に圧電振動片５を実装したベース基板２の上面模式図であり、図３は、ベース基板２にリッド基板３を接合した圧電振動子２０の図２におけるＢＢ部分の断面模式図である。
図１に示すように、パッケージ１は矩形形状のベース基板２とその上に接合した矩形形状のリッド基板３を備えている。ベース基板２はその外表面に互いに電気的に分離した外部電極６、７及びダミー電極６’を備えている。ベース基板２とリッド基板３は、ソーダ石灰ガラスを使用している。ベース基板２とリッド基板３とを同じ材料を使用しているので、温度変化に対する熱膨張差を小さくすることができ、基板間の剥がれ、これに伴う気密性の低下を防止することができる。ベース基板２とリッド基板３とは陽極接合法により接合した。
図２及び図３に示すように、リッド基板３はその内面に凹部３ａを有し、キャビティ４を構成して圧電振動片５を収納している。ベース基板２とリッド基板３は接合材１３を介して接合している。ベース基板２とリッド基板３は矩形形状を有し、その内表面２３の略対角線上に２つの貫通電極８、９が露出している。ベース基板２の内表面２３であり、貫通電極９の露出面から左辺上部にかけて引回し電極１４を、貫通電極８の上面に引回し電極１４’を形成した。引回し電極１４の左辺上面と引回し電極１４’の上面にそれぞれ導電性接着材１５、１５’を形成し、その上に圧電振動片５を実装した。導電性接着材１５、１５’は圧電振動片５を片持ち状態で保持している。導電性接着材１５、１５’として金等のバンプを使用することができる。貫通電極８、９と貫通孔１１、１２の壁面とは溶着している。ベース基板２とリッド基板３とは陽極接合法に接合している。これにより、キャビティ４は外気に対して気密されている。
ここで、圧電振動片５として水晶、タンタル酸リチウムやニオウブ酸リチウムなどからなる圧電材料を使用することができる。圧電振動片５の上面及びその反対側の下面には図示しない励振電極を形成した。圧電振動片５に形成した一方の励振電極は、導電性接着材１５、引回し電極１４、及び貫通電極９を介して外部電極７に電気的に接続し、他方の励振電極は、導電性接着材１５’、引回し電極１４’及び貫通電極８を介して外部電極６に電気的に接続している。貫通電極８、９はコバールを使用している。
（第一実施形態）
図４は、本発明の第一実施形態に係るパッケージ１の製造方法を表す工程図である。本発明のパッケージの製造方法は、図１〜図３に示すように、ガラス材料からなるベース基板２の上にリッド基板３を接合し、その内部にキャビティ４を構成し、そのキャビティ４に電子部品を収納するためのパッケージ１の製造方法である。
図４は、本発明の第一実施形態に係るパッケージ１の製造方法を表す工程図である。本発明のパッケージの製造方法は、図１〜図３に示すように、ガラス材料からなるベース基板２の上にリッド基板３を接合し、その内部にキャビティ４を構成し、そのキャビティ４に電子部品を収納するためのパッケージ１の製造方法である。
まず、貫通孔形成工程Ｓ１において、ガラス基板１０を用意し、このガラス基板１０に複数の貫通孔１１、１２を形成する。図５は、貫通孔形成工程Ｓ１において、複数の貫通孔１１ａ、１２ａ、１１ｂ、１２ｂ、１１ｃを形成したガラス基板１０の模式的な斜視図である。点線Ｍは切断ラインであり、点線Ｍに沿ってガラス基板１０を切断すれば２つの貫通孔１１、１２を有する複数のベース基板２ａ、２ｂ、２ｃを得ることができる。ここで、ガラス基板としてソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス等の透明なガラスを使用することができる。
貫通孔１１、１２は、研削法やエッチング法により形成することができる。また、第二実施形態で詳細に説明するが、カーボン材料からなる受型と加圧型の少なくとも一方の型に凸部を設け、この受型と加圧型の間にガラス基板１０を挟持して加熱し、ガラス基板１０の一方の表面に複数の凹部を形成し、次に、凹部を形成したガラス基板１０の一方の表面とは反対側の他方の表面を研削し、凹部の底面を貫通させることができる。
図６は、電極部材１８の模式的な斜視図である。（ａ）が円盤状の基台１９の上に円柱型のピン１６、１７を立設した電極部材１８の例であり、（ｂ）が四角形の基台１９の上に四角柱型のピン１６、１７を立設した電極部材１８の例である。基台１９とピン１６、１７を金属又は合金により形成する。ピン１６とピン１７の間隙は、例えば０．５ｍｍ〜１．５ｍｍであり、各ピン１６、１７の直径は０．０５ｍｍから０．３ｍｍである。基台１９の上に設置するピン１６、１７は２本に限定されず、更に多数のピンを立設してもよい。電極部材１８として、例えばコバールやＦｅ−Ｎｉ合金を使用すれば、熱膨張率がガラス材料と近似するので、密閉性の優れた貫通電極８、９を形成することができる。
次に、電極ピン挿入工程Ｓ２において、上記電極部材１８のピン１６、１７をガラス基板１０の貫通孔１１、１２に挿入する。図７は、貫通孔１１、１２にピン１６、１７を挿入した状態を表す断面模式図である。基台１９に立設した２つのピン１６、１７を２つの貫通孔１１、１２に挿入してもよいし、更に多数のピンを基台に立設し、多数の貫通孔に同時に挿入してもよい。
次に、溶着工程Ｓ３において、ガラス基板１０をその軟化点よりも高い温度に加熱してピン１６、１７とガラス基板１０を溶着させる。溶着の際には、ガラス基板１０を受型と加圧型に挟んで押圧し、ガラス材料の流動を促進すれば、短時間で溶着させることができる。ピン１６、１７は基台１９に固定されているので、ガラス基板１０が軟化して流動してもピン１６、１７が移動し、或いは倒れることが無い。
次に、冷却工程Ｓ４において、ガラス基板１０を冷却する。図８は、電極部材１８を溶着したガラス基板１０の断面模式図である。このように、電極ピンの側面はガラス材料に溶着しているのでその界面は気密性に優れており、内部に封入する電子部品の信頼性を向上させることができる。なお、冷却工程Ｓ４において、ガラス基板１０の歪点よりも５０℃高い温度までの冷却速度よりも、歪み点よりも５０℃高い温度から歪点よりも５０℃低い温度までの冷却速度を遅くすることができる。これにより、ガラス基板に残留する歪が低減し、ピン１６、１７とガラス基板１０との間に生じる間隙やクラックの発生を防止し、高信頼性のパッケージ１を得ることができる。
次に、研削工程Ｓ５において、ガラス基板１０の両面を研削し、ガラス基板１０の一方の表面１０ａから基台１９を除去し、他方の表面１０ｂからピン１６、１７の突出部を除去して、両表面を平坦化する。図９は、研削工程Ｓ５後のガラス基板１０、即ちベース基板２の断面模式図である。貫通電極８、９の露出面とベース基板２の表面は面一の表面を形成している。
このように、複数のピン１６、１７が基台１９に固定された状態でガラス基板１０に溶着するので、ピン１６、１７の直径が０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍと小さく、また、ピン１６と１７の間隔が０．５ｍｍ〜１．５ｍｍと狭い場合であっても、高位置精度で溶着させることができる。
（第二実施形態）
図１０は、本発明の第二実施形態に係るパッケージ１の製造方法を表す工程図である。図１１〜図１９は、本第二実施形態に係るパッケージの製造方法を説明するための説明図であり、図１１〜図１３が凹部形成工程Ｓ１ａを表し、図１４が貫通工程Ｓ１ｂを表し、図１５、１６が電極ピン挿入工程Ｓ２を表し、図１７が溶着工程Ｓ３及び冷却工程Ｓ４の後のガラス基板１０の断面模式図であり、図１８及び１９が研削工程Ｓ５の後のベース基板２の断面模式図及び上面模式図である。本第二実施形態は、ガラス基板１０から多数のベース基板２を同時に形成する多数個取りの製造方法である。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付した。
図１０は、本発明の第二実施形態に係るパッケージ１の製造方法を表す工程図である。図１１〜図１９は、本第二実施形態に係るパッケージの製造方法を説明するための説明図であり、図１１〜図１３が凹部形成工程Ｓ１ａを表し、図１４が貫通工程Ｓ１ｂを表し、図１５、１６が電極ピン挿入工程Ｓ２を表し、図１７が溶着工程Ｓ３及び冷却工程Ｓ４の後のガラス基板１０の断面模式図であり、図１８及び１９が研削工程Ｓ５の後のベース基板２の断面模式図及び上面模式図である。本第二実施形態は、ガラス基板１０から多数のベース基板２を同時に形成する多数個取りの製造方法である。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付した。
図１０に示すように、本第二実施形態においては、貫通孔形成工程Ｓ１はガラス基板１０に凹部を形成する凹部形成工程Ｓ１ａと、当該凹部の底面を削除して貫通させる貫通工程Ｓ１ｂを含んでいる。図１１〜図１３は、ガラス基板１０の一方の表面１０ａに複数の凹部を形成する凹部形成工程Ｓ１ａの説明図である。図１１に示すように、凹部形成用型３１の上部にガラス基板１０を載置する。凹部形成用型３１はガラス材料に対する離型性の優れたカーボン材料を用いた。カーボン材料は、更に、ガラス材料から放出される気泡を吸収し、ガラス材料に残留する気孔の気孔率を低減させることができる。凹部形成用型３１は平板部３２とその上面に設置した複数の凸部３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄを備えている。複数の凸部３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄは、成型後の離型性をよくするために側面が傾斜する台形形状を有している。凸部３３ａ、３３ｂは、１つのベース基板２に形成する２つの貫通電極８ａ、９ａの形成用であり、凸部３３ｃ、３３ｄは、これに隣接するベース基板２に形成する２つの貫通電極８ｂ、９ｂの形成用のものである。１つのベース基板２に形成する貫通電極８、９の距離が、例えば０．５ｍｍ〜１．５ｍｍと近接するので、凸部３３ａと凸部３３ｂの間、凸部３３ｃと凸部３３ｄの間は、平板部３２の表面よりも高くなる。
図１２は、凹部形成用型３１とガラス基板１０をガラス材料の軟化点以上の温度に加熱した状態を表す断面模式図である。ガラス材料の成形を促進するために、上部からガラス基板１０を凹圧すればより短時間で成形することができる。図１３は、成形後のガラス基板１０の断面模式図である。ガラス基板１０の一方の表面１０ａには凹部形成用型３１の凸部３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄが転写され、転写凹部３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄをなしている。
次の貫通工程Ｓ１ｂにおいて、ガラス基板１０の一方の表面１０ａとは反対側の他方の表面１０ｂを研削して、転写凹部３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄを他方の表面１０ｂに貫通させる。図１４は、貫通工程後のガラス基板１０の断面模式図を表す。図１３及び図１４に示されるように、転写凹部３４ａと３４ｂの間、転写凹部３４ｃと３４ｄの間は、ガラス基板１０の一方の表面１０ａよりも低くなる。
図１５は、電極ピン挿入工程Ｓ２を表す断面模式図である。２つの電極部材１８ａ、１８ｂのそれぞれの基台１９ａ、１９ｂのそれぞれに立設した２つのピン１６ａ、１７ａ及びピン１６ｂ、１７ｂをガラス基板１０の貫通孔１１ａ、１２ａと貫通孔１１ｂ、１２ｂにそれぞれ挿入し、加圧型３６と受型３５の間に挟む。電極部材１８は既に図６において説明したものと同じである。２つのピン１６、１７を有する電極部材１８の貫通孔１１、１２へ振込機を使用して挿入することができる。また、更に多数のピンを基台１９に立設した電極部材１８を準備し、多数の貫通孔へ多数のピンを同時に挿入してもよい。加圧型３６及び受型３５はガラスに対する離型性が優れたカーボン材料を用いた。加圧型３６にはスリット４４を形成し、残留気泡を外部に逃がすようにした。受型３５に凹部からなる基台受部３８を形成し、電極部材１８の基台１９を受けて、電極部材１８が横方向に大きく移動しないように固定している。
図１６は、加圧型３６と受型３５とを上下に反転させた状態を表す。受型３５に対して加圧型３６を押圧した状態でガラス基板１０、受型３５及び加圧型３６をガラス材料の軟化点（例えば４５０℃）以上の温度（例えば約９００℃）に加熱する。ガラス基板１０に対して、例えば３０ｇ〜５０ｇ／ｃｍ2の圧力を印加する。するとガラス材料が軟化して流動し、ピン１６ａ、１７ａ、１６ｂ、１７ｂの側壁と貫通孔１１ａ、１２ａ、１１ｂ、１２ｂの内壁面が溶着する（溶着工程Ｓ３）。ガラスが軟化して流動すると、ピン１６ａ、１７ａ、１６ｂ、１７ｂに対して応力が加わる。しかし、ピン１６ａ、１７ａやピン１６ｂ、１７ｂは基台１９ａや基台１９ｂに固定されているので移動しない。これにより、ピン１６ａとピン１７ａ、ピン１６ｂとピン１７ｂの相対的な位置精度を確保することができる。各基台１９は受型３５の基台受部３８に固定されるので、横方向に大きく移動することもない。また、内部に残留した気泡はスリット４４から外部に放出される。
次に、受型３５、加圧型３６及びガラス基板１０を冷却して（冷却工程Ｓ４）、ガラス基板１０を取り出す。図１７は冷却工程Ｓ４の後に取り出したガラス基板１０の断面模式図である。冷却工程Ｓ４は、ガラス基板１０の歪点よりも５０℃高い温度までの冷却速度よりも、歪み点よりも５０℃高い温度から歪点よりも５０℃低い温度までの冷却速度を遅くした。これによりガラス基板の残留歪を低減させることができる。その結果、ピン１６ａ、１７ａ、１６ｂ、１７ｂとガラス基板１０との界面に熱膨張差による間隙や、クラックの発生を防止し、貫通電極８ａ、９ａ、８ｂ、９ｂとベース基板２との間の気密を保持し、内部に収納する電子部品の信頼性を向上させた。
図１８は、研削工程Ｓ５の後のベース基板２の断面模式図である。ガラス基板１０を両面から研削し、一方の表面１０ａから基台１９ａ、１９ｂを削除し、他方の表面１０ｂにはピン１６ａ、１７ａ、１６ｂ、１７ｂを露出させて、電気的に分離した貫通電極８ａ、９ａ、８ｂ、９ｂを埋め込んだ多数のベース基板２（以下、ガラスウエハ２１という）を形成する。ガラスウエハ２１の厚さは０．５ｍｍ以下、例えば約０．２ｍｍである。
図１９は、多数個のベース基板２を同時に形成したガラスウエハ２１の上面模式図である。各ベース基板２は２つの貫通電極８、９を含んでいる。点線Ｍはガラスウエハ２１の分離切断用のラインである。分離切断用ラインは、受型３５又は加圧型３６に突条を形成し、成形時の溶着工程Ｓ３においてガラス基板１０の表面に刻印して形成することができる。基台１９の上に多数のピンを立設し、多数の貫通孔に挿入して、同時に溶着することにより同時に多数の貫通電極を形成することができる。
このように、基台１９に固定したピン１６、１７を貫通孔１１、１２に挿入し、ピン１６、１７とガラス材料を溶着するので、高位置精度で高気密性を有する貫通電極８、９を簡便に形成することができる。これにより、電極径や電極間隔が小さく、しかも高信頼性が要求される電子部品のパッケージを多数個同時に形成することができる。
（第三実施形態）
図２０は、本発明の第三実施形態に係る圧電振動子の製造方法を表す工程図である。圧電振動子の完成図は図１〜図３に示したとおりである。本第三実施形態は、ベース基板形成工程Ｓ１０、リッド基板形成工程Ｓ２０、及び圧電振動片作成工程Ｓ３０を備えている。以下、順に説明する。
図２０は、本発明の第三実施形態に係る圧電振動子の製造方法を表す工程図である。圧電振動子の完成図は図１〜図３に示したとおりである。本第三実施形態は、ベース基板形成工程Ｓ１０、リッド基板形成工程Ｓ２０、及び圧電振動片作成工程Ｓ３０を備えている。以下、順に説明する。
まず、研磨、洗浄、エッチング工程Ｓ０において、ガラス基板を研磨し、洗浄後にガラス基板をエッチング処理して最表面の加工変質層を除去する。次に、貫通電極形成工程Ｓ９において、第一又は第二実施形態と同様にガラス基板１０に貫通電極８、９を埋め込んだガラスウエハ２１を形成する。ガラス材料は、ソーダ石灰ガラスなどを使用することができる。
具体的には、貫通孔形成工程Ｓ１において、ガラス基板１０に複数の貫通孔１１、１２を形成する。まず、凹部形成工程において、ガラス基板１０を凹部形成用型３１に載置し、ガラスの軟化点以上に加熱して、ガラス基板１０の一方の表面１０ａに複数の転写凹部３４を形成する。凹部形成用型３１としてカーボン材料を使用することができる。カーボン材料はガラス材料に対する離型性が優れ、また、ガラス材料から放出されるガスを吸着してガラス材料に残留する気孔の気孔率を低減させることができる。次に、貫通工程において、ガラス基板１０の一方の表面１０ａとは反対側の他方の表面１０ｂを研削し、転写凹部３４の底面を開口して貫通孔１１、１２を形成する。
次に、電極ピン挿入工程Ｓ２において、基台１９の上に複数のピン１６、１７を立設した電極部材１８を準備し、電極部材１８の複数のピン１６、１７をガラス基板１０の貫通孔１１、１２に挿入する。電極部材１８としてコバールを使用した。この電極部材１８を装着したガラス基板１０を受型３５と加圧型３６により挟持する。受型３５には基台受部３８を形成し、この基台受部３８に電極部材１８の基台１９を装着する。加圧型３６はガラス基板１０に当接する当接面が平坦面であっても、また、ガラス基板１０の分離切断を容易にするために、スクライブライン用の突条を形成しておいてもよい。
次に、溶着工程Ｓ３において、ガラス基板１０を挟持した受型３５と加圧型３６を電気炉に投入し、ガラス材料の軟化点以上の、例えば９００℃に加熱し、同時に加圧型３６を押圧する。これにより、ガラス材料を流動させてピン１６、１７の側面と貫通孔１１、１２の側壁を融着させる。ガラス材料は粘性流となって移動しピン１６、１７に応力を加えるが、ピン１６、１７を基台１９に固定し、更に受型３５の基台受部３８に装着したので、ピン１６、１７は移動しない。
次に、冷却工程Ｓ４において、受型３５、ガラス基板１０及び加圧型３６を冷却する。ガラス基板１０の冷却は、例えばガラス基板１０の歪点よりも５０℃高い温度までの冷却速度よりも、歪み点よりも５０℃高い温度から歪点よりも５０℃低い温度までの冷却速度を遅くする。これによりガラス基板１０に残留する歪を低減できる。その結果、ピン１６、１７とガラス基板１０との間の熱膨張差によりピンとガラスとの間に間隙が生じる、或いはその近傍からクラックが発生して貫通電極とベース基板との間の気密性が低下し、電子部品の信頼性が低下することを防止することができる。
次に、研削工程Ｓ５において、ガラス基板１０の両面を電極部材１８とともに研削して電極部材１８の基台１９を除去し、ピン１６、１７を電気的に分離して貫通電極８、９を形成する。例えば両面研磨機を用いて両面同時に研削することができる。これにより、貫通電極８、９の露出面とベース基板２の表面が面一で平坦度の優れたガラスウエハ２１を形成することができる。
次に、接合膜形成工程Ｓ６において、ベース基板２の周囲となる領域に陽極接合を行うための接合膜を堆積する。接合膜としてアルミニュウム膜を堆積した。次に、引回し電極形成工程Ｓ７において、一方の貫通電極９の上面からベース基板２の外周部に沿って引回し電極１４を形成する。引回し電極１４は、スパッタリング法によりＡｕ／Ｃｒ膜を堆積し、フォトリソグラフィ及びエッチング処理によりパターニングして形成した。また、引回し電極１４は、スパッタリング法に代えて、印刷法等により形成することができる。以上がベース基板形成工程Ｓ１０である。
次に、リッド基板形成工程Ｓ２０を説明する。リッド基板３はベース基板２と接合したときの熱膨張差を縮小させるためにベース基板２と同じ材料を使用することが好ましい。ベース基板２としてソーダ石灰ガラスを使用したときは、リッド基板３も同じ材料を使用する。まず、研磨、洗浄、エッチング工程Ｓ２１において、ガラス基板を研磨し、ガラス基板をエッチング処理して最表面の加工変質層を除去し、洗浄する。
次に、凹部形成工程Ｓ２２において、型成形により凹部３ａを形成する。凹部３ａは凸部を有する受型と凹部を有する加圧型の間にガラス基板を挟持し、ガラス材料の軟化点以上に加熱し押圧して成型する。成形用型は、カーボン材料から形成するのが好ましい。ガラスに対する離型性、気泡の吸収性が優れているからである。次に、研磨工程Ｓ２３において、ベース基板２に接合する接合面を平坦面に研磨する。これにより、ベース基板２と接合したときの密閉性を向上させることができる。
次に、圧電振動片作成工程Ｓ３０において、水晶板からなる圧電振動片５を準備する。圧電振動片５の両表面には互いに電気的に分離した励振電極を形成し、圧電振動片５の一端の表面に形成した端子電極に電気的に接続しておく。次に、実装工程Ｓ１１において、ベース基板２の貫通電極８と引回し電極１４の端部に又は圧電振動片５の端子電極に導電性接着材１５、例えば金バンプを形成する。この導電性接着材１５により圧電振動片５を片持ち梁状に実装する。これにより、圧電振動片５の両面に形成した励振電極は互いに電気的に分離して２つの貫通電極８、９に導通する。
次に、周波数調整工程Ｓ１２において、圧電振動片５の振動周波数を所定の周波数に調整する。次に、重ね合せ工程Ｓ１３において、ベース基板２の上にリッド基板３を設置し接合材１３を介して重ね合わせる。次に、接合工程Ｓ１４において、重ね合わせたベース基板２とリッド基板３を加熱し、ベース基板２とリッド基板３間に高電圧を印加して陽極接合する。次に、外部電極形成工程Ｓ１５において、ベース基板２の外面に貫通電極８、９のそれぞれに電気的に接続する外部電極６、７を形成する。次に、切断工程Ｓ１６において、切断ラインに沿って分離切断して、個々の圧電振動子２０を得る。
このように、基台１９に固定したピン１６、１７を貫通孔１１、１２に挿入し、ピン１６、１７とガラス材料を溶着するので、貫通電極８、９の位置精度及び気密性が向上し、貫通電極８、９の電極径や電極間隔を小さくした圧電振動子２０を提供することができる。
（発振器）
図２１は、本発明の製造方法により製造したパッケージ１又は圧電振動子２０を用いて形成した発振器４０の上面模式図である。図２１に示すように、発振器４０は、基板４３、この基板上に設置した圧電振動子２０、集積回路４１及び電子部品４２を備えている。圧電振動子２０は、外部電極６、７に与えられる駆動信号に基づいて一定周波数の信号を生成し、集積回路４１及び電子部品４２は、圧電振動子２０から供給される一定周波数の信号を処理して、クロック信号等の基準信号を生成する。本発明による圧電振動子２０は、高信頼性でかつ小型に形成することができるので、発振器４０の全体を一層コンパクトに構成することができる。
図２１は、本発明の製造方法により製造したパッケージ１又は圧電振動子２０を用いて形成した発振器４０の上面模式図である。図２１に示すように、発振器４０は、基板４３、この基板上に設置した圧電振動子２０、集積回路４１及び電子部品４２を備えている。圧電振動子２０は、外部電極６、７に与えられる駆動信号に基づいて一定周波数の信号を生成し、集積回路４１及び電子部品４２は、圧電振動子２０から供給される一定周波数の信号を処理して、クロック信号等の基準信号を生成する。本発明による圧電振動子２０は、高信頼性でかつ小型に形成することができるので、発振器４０の全体を一層コンパクトに構成することができる。
１ パッケージ
２ ベース基板
３ リッド基板
４ キャビティ
５ 圧電振動片
６、７ 外部電極
８、９ 貫通電極
１０ ガラス基板
１１、１２ 貫通孔
１４ 引回し電極
１５ 導電性接着材
１６、１７ ピン
１８ 電極部材
１９ 基台
２０ 圧電振動子
４０ 発振器
２ ベース基板
３ リッド基板
４ キャビティ
５ 圧電振動片
６、７ 外部電極
８、９ 貫通電極
１０ ガラス基板
１１、１２ 貫通孔
１４ 引回し電極
１５ 導電性接着材
１６、１７ ピン
１８ 電極部材
１９ 基台
２０ 圧電振動子
４０ 発振器
Claims (6)
- ガラス材料からなるベース基板の上にリッド基板を接合し、内部に構成するキャビティに電子部品を収納するためのパッケージの製造方法であって、
ガラス基板に複数の貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
基台に複数のピンが立設する電極部材を準備し、前記複数のピンのそれぞれを前記複数の貫通孔のそれぞれに挿入する電極ピン挿入工程と、
前記ガラス基板を前記ガラス基板の軟化点よりも高い温度に加熱して、前記ガラス基板と前記電極部材とを溶着させる溶着工程と、
前記ガラス基板の両面を前記電極部材とともに研削し、前記複数のピンを前記ガラス基板の両面に露出させ、互いに電気的に分離した複数の貫通電極とするベース基板を形成する研削工程と、を備えるパッケージの製造方法。 - 前記溶着工程において、前記複数のピンを挿入した前記ガラス基板を、受型と加圧型により挟持して加圧する請求項１に記載のパッケージの製造方法。
- 前記貫通孔形成工程において、
カーボン材料からなる受型と加圧型のいずれかの型に複数の凸部を設け、前記受型と前記加圧型の間に前記ガラス基板を挟持して加熱し、前記ガラス基板の一方の表面に複数の凹部を形成する凹部形成工程と、
前記ガラス基板の一方の表面とは反対側の他方の表面を研削し、前記複数の凹部を前記一方の表面から他方の表面に貫通させる貫通工程と、を備える請求項１又は２に記載のパッケージの製造方法。 - 前記溶着工程の後に前記ガラス基板と前記電極部材とを冷却する冷却工程を含み、
前記冷却工程において、前記ガラス基板の歪点よりも５０℃高い温度までの冷却速度よりも、歪点よりも５０℃高い温度から歪点よりも５０℃低い温度までの冷却速度を遅くする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパッケージの製造方法。 - 前記複数のピンの中心軸の軸間距離が０．５ｍｍ〜１．５ｍｍである請求項１〜４のいずれか１項に記載のパッケージの製造方法。
- 前記請求項１〜５のいずれか１項に記載のパッケージの製造方法に基づいて製造したベース基板に、圧電振動子を実装する実装工程と、
前記ベース基板に前記リッド基板を陽極接合により接合する接合工程を備える圧電振動子の製造方法。
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