JP2014086522A - 電子デバイスの製造方法、電子部品用容器の接合装置、電子機器、及び移動体機器 - Google Patents

電子デバイスの製造方法、電子部品用容器の接合装置、電子機器、及び移動体機器 Download PDF

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Abstract

【課題】エネルギービーム接合法を用いて電子部品用容器の気密不良率の改善手段を得る
。
【解決手段】ベース基板２１と、ベース基板２１との間に空間を形成する蓋体２２と、を
備えた容器の接合方法は、ベース基板２１と、蓋体２２とを用意する工程と、ベース基板
２１の接合領域２３に蓋体２２が重なるように配置する工程と、蓋体２２の接合領域２３
よりも内側の外面に押圧部１を接触させる工程と、押圧部１を蓋体２２に接触させた状態
で、蓋体２２にエネルギービームＬを照射して接合する接合工程と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子デバイスの製造方法、電子部品用容器の接合装置、電子機器、及び移動
体機器に関するものである。
電子素子の経年変化を抑え、安定性を保持するために電子素子を容器の中に気密封止し
た表面実装型の電子部品には、圧電デバイス、半導体等がある。電子素子を容器内に気密
封止するに際しては、凹所を有したセラミック等から成るベース基板（容器本体）の凹所
内に電子素子を配置し、導電性部材を用いて電子素子とベース基板側配線との電気的導通
を図った後、ベース基板の凹所周縁部に形成した封止部（メタライズ層）と、金属製の蓋
体とを、シーム溶接（抵抗溶接）、エネルギービーム（レーザー光、電子ビーム等）、超
音波等を用いて溶接し、接合する手法が一般的に用いられている。
特許文献１には、水晶振動デバイスの気密封止方法が開示されている。この表面実装型
の水晶振動デバイスは、凹所を有したベース基板（容器本体）と、ベース基板の凹所内に
収納される水晶振動素子と、ベース基板の凹所周縁に接合される蓋体とを備えている。ベ
ース基板と、蓋体とで容器を構成している。
ベース基板の周縁には、環状の封止部（メタライズ層）が形成されている。封止部は、
下層から順次にタングステンメタライズ、ニッケルメッキ、金メッキ等が積層された構成
を有している。また、ベース基板の凹所内には、素子搭載パッドが形成されており、素子
搭載パッドは貫通ビアを介して、ベース基板の外部底面に形成された実装端子と電気的に
導通されている。水晶振動素子は導電性接着剤を介して素子搭載パッドに片持ち支持され
る。
また、蓋体はコバールを蓋体用基材とし、この基材の一方の面には、封止部に対応した
ロウ材層が形成されている。このロウ材層は銀ロウからなり、後述する未溶接領域に対応
する位置のみを薄肉領域にした構成となっている。
気密封止工程では、まず、パラレルシーム溶接機を用いて、ベース基板と蓋体との環状
の接合領域中に未溶接領域が残るように部分的に溶接を行う。この部分的な溶接に際して
は、未接合領域が蓋体に予め形成された銀ロウの薄肉領域に対応するように溶接機を制御
する。次いで、水晶振動素子を収容した容器を、スポット溶接機を具備した真空チャンバ
ー内に収容し、チャンバー内を真空排気して、未溶接領域に形成される隙間を介して容器
内のガスを除去する。この状態で未溶接領域をスポット溶接し、気密封止を完了し、電気
的、機械的検査を経て水晶振動デバイスが完成される。
特開２００１−２７４６４９公報
しかしながら、特許文献１中の気密封止工程で用いるパラレルシーム溶接機は、２つの
シームローラをパラレルに走行させて溶接を行うものであり、数ｍｍ角の小型の電子部品
用容器の封止に用い得る程度に、シームローラを小型化することが難しいという問題があ
った。
なお、電子ビーム溶接法、又はレーザー接合法等のエネルギービーム接合法は、数ｍｍ
角の小型電子部品用容器の封止に用いることが可能である。しかし、これらの溶接方法で
は、被溶接物と、電子ビーム、又はレーザー光の溶接（接合）源とは、非接触状態で溶接
が行われるため、ベース基板上の電子素子を包囲するように蓋体を配置した後で、溶接中
の蓋体のずれを防止するために蓋体を押さえ治具で押さえておく必要がある。しかし、実
際には、押さえ治具の傾きや、蓋体の平面度のバラツキによって、ベース基板の封止部（
接合領域）全面に蓋体を均等に密着させることが難しくなり、この不具合を補うためにシ
ーム溶接法との併用が必要となる。このため封止工数の増大と、封止装置の設備費用とで
封止コストが増加するという問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、小型の電子部品用容器の接合方法
、レーザー接合装置、これを用いて製造した電子デバイス、この電子デバイスを搭載した
電子機器、移動体機器を提供することにある。
本発明は、上記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
形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］本発明に係る電子デバイスの製造方法は、電子部品、蓋体、および接合領
域を有するベース基板、を用意する工程と、前記ベース基板に電子部品を配置する工程と
、前記ベース基板の前記接合領域に前記蓋体が重なるように前記蓋体を前記ベース基板に
配置する工程と、前記ベース基板と前記蓋体の重なっている方向の平面視で見て、前記接
合領域よりも内側の前記蓋体に押圧部を接触させる押圧工程と、前記押圧部を前記蓋体に
接触させた状態で、前記蓋体にエネルギービームを照射して前記ベース基板と前記蓋体と
を接合する接合する工程と、を含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法である。
この電子デバイスの製造方法によれば、電子部品を搭載したベース基板の接合領域（封
止部）に蓋体の接合領域が重なるように配置し、この蓋体の接合領域よりも内側の外面に
押圧部を接触させた状態、即ちベース基板の接合領域と、蓋体の接合領域とを密着させた
状態で蓋体にエネルギービーム（例えばレーザー光）を照射し接合するので、電子デバイ
スの気密度の良品率が大幅に改善されるという効果がある。
［適用例２］また電子デバイスの製造方法は、前記接合する工程では、前記接合領域の
一部を接合し、前記接合工程の後に前記押圧部を前記蓋体から離脱させる工程と、前記接
合領域の残りの領域を接合する工程と、を含むことを特徴とする適用例１に記載の電子デ
バイスの製造方法である。
この電子デバイスの製造方法によれば、電子部品を搭載したベース基板の接合領域（封
止部）に蓋体の接合領域が重なるように配置し、この蓋体の接合領域よりも内側の外面に
押圧部を接触させて押圧した状態、即ち押圧部からの押圧によってベース基板の接合領域
と蓋体の接合領域とを全面に渡って密着させた状態で蓋体の一部にエネルギービーム（例
えばレーザー光）を照射して一部を接合する一部接合工程を経てから、押圧部を離し、そ
の後に未接合領域を接合する本接合工程を行うので、電子デバイスの気密度の良品率が大
幅に改善されるという効果がある。
［適用例３］また電子デバイスの製造方法は、前記残りの領域を接合する工程では、シ
ーム溶接を用いることを特徴とする適用例２に記載の電子デバイスの製造方法である。
この電子デバイスの製造方法によれば、電子部品を搭載したベース基板の接合領域（封
止部）に蓋体の接合領域が重なるように配置し、この蓋体の接合領域よりも内側の外面に
押圧部を接触させて押圧した状態、即ちベース基板の接合領域と、蓋体の接合領域とが密
着した状態で蓋体の一部をエネルギービーム（例えばレーザー）接合し、押圧部による押
圧を解除してから、未溶接領域をシーム溶接する本溶接工程を行うので、電子デバイスの
気密度の良品率が大幅に改善されるという効果がある。
［適用例４］本発明に係る電子部品用容器の接合装置は、ベース基板と蓋体とを接合し
て電子部品用容器を組立てるための接合装置であって、前記蓋体を前記ベースに固定させ
るための押圧部と、前記蓋体にエネルギービームを照射して前記ベース基板と前記蓋体を
接合するためのエネルギービーム照射手段と、を備えていることを特徴とする電子部品用
容器の接合装置である。
この構成によれば、ベース基板の接合領域（封止部）に蓋体を配置し、この蓋体の接合
領域よりも内側の外面に接触する押圧部と、蓋体にエネルギービームを照射して蓋体の接
合領域を接合するエネルギービーム照射手段と、を備えているので、この接合工程を経れ
ば電子部品用容器の気密度が大幅に改善されるという効果がある。
［適用例５］また電子部品用容器の接合装置は、前記押圧部が、前記蓋体を吸着して搬
送させるための吸着機構を備えていることを特徴とする適用例４に記載の電子部品用容器
の接合装置である。
この構成によれば、押圧部が蓋体を吸着する吸着機構を備えており、ベース基板の接合
領域に蓋体を正確に配置できるので、電子部品用容器の気密度を大幅に改善できるという
効果がある。
［適用例６］また電子部品用容器の接合装置は、前記押圧部は、ガスを吐出する機構と
ガスを吸引する機構とを備えていることを特徴とする適用例４又は５に記載の電子部品用
容器の接合装置である。
この構成によれば、ベース基板と蓋体の接合部位に不活性ガス等を吐出するガス吐出機
構を備えており、金属部分の酸化を防止し、コスト低減に効果がある。
［適用例７］本発明の電子機器は、適用例１乃至３の何れか一項に記載の製造方法によ
り製造された電子デバイスを備えていることを特徴とする電子機器である。
この構成によれば、周波数精度、周波数温度特性、エージング特性の良好な電子デバイ
スを用いて電子機器を構成するので、長期に亘って周波数の安定な電子機器が得られると
いう効果がある。
［適用例８］本発明の移動体機器は、適用例１乃至３の何れか一項に記載の製造方法に
より製造された電子デバイスを備えていることを特徴とする移動体機器である。
この構成によれば、小型で且つ出力の安定性、エージング特性の良好な電子デバイスを
用いて移動体機器を構成するので、移動体機器の小型化と、長期に亘って安定な動作の移
動体機器が得られるという効果がある。
（ａ）は本発明に係る電子部品用容器の接合方法に用いる接合治具の構造を示す概略縦断面図であり、（ｂ）は接合治具の一部を拡大した断面図。 （ａ）は接合治具を下方からみた斜視図であり、（ｂ）は蓋体を吸着した接合治具を下方からみた斜視図。 エネルギービーム接合装置の構成を示す概略ブロック図。 エネルギービーム接合法を説明するため容器の一部を拡大した縦断面図。 本発明の接合方法を用いて製造した電子デバイスの縦断面図。 （ａ）は本発明の電子デバイスの一例である圧電デバイスの縦断面図であり、（ｂ）は他の圧電デバイスの縦断面図。 電子デバイスの製造手順を示すフローチャート。 （ａ）はジャイロセンサーの構成を示す平面図であり、（ｂ）はその縦断面図であり、（ｃ）は動作を説明する模式図。 電子機器の概略ブロック図。 移動体機器の説明図。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明の
一実施形態に係るエネルギービーム接合装置に付属する接合治具６０の構成を示す概略縦
断面図であり、同図（ｂ）は、ベース基板２１の封止部２１ｃ（接合領域２３）に、蓋体
２２の接合領域が重なるように配置し、蓋体の内側上面を押圧部１で押圧した状態におい
て、接合治具６０の一部を拡大した縦断面図である。図２（ａ）は接合治具６０を下方か
ら見た斜視図であり、同図（ｂ）は押圧部１の底部に形成した吸着孔２ａにより蓋体２２
を吸着した状態を、接合治具６０の下方から見た斜視図である。図３は、エネルギービー
ム接合装置７０の構成を示す概略ブロック図である。
エネルギービーム接合装置７０は、エネルギービーム（例えばレーザービーム、電子ビ
ーム等）照射手段７１と、物体認識用の撮像手段７２と、接合治具６０と、ガス送出手段
７４と、複数の気体吸入手段７５と、全体を制御する制御手段７６と、これらを収容する
チャンバー７３と、を概略備えている。
エネルギービーム照射手段７１は、例えばレーザー光Ｌを発生させるレーザー発生器と
、レーザー光Ｌのスポット径を調整するレンズ系と、撮像手段７２からの物体認識信号に
基づき前記制御手段の信号によりレーザー光のスポット位置を移動する機構と、を概略備
えている。
接合治具６０は、蓋体２２を吸着する吸着孔２ａを備えた押圧部１と、不活性ガス、例
えば窒素ガス（Ｎ２）を吹き出す複数のガス吐出孔３ａと、エネルギービームＬにより蓋
体２２の金属が溶融した時に飛散するヒューム（金属飛沫）を吸引するヒューム吸引孔４
ａと、を概略備えている。
接合治具６０は、図１（ａ）に示した上盤５と、下盤６とを備え、上盤５の底部に下盤
６を連結した構造を有している。上盤５は、例えば外形が円筒状であり、その円形の底面
中心部に下部が円筒状で上部が逆円錐状の穴５ａが形成されている。更に、上盤５の底面
には、穴５ａの外径側に、穴５ａと同心円上に円環状の空洞部７が形成され、空洞部７の
底部は円環状の開口部７ａとなっている。つまり、円筒状の上盤５は、その中心線Ｃｎに
沿って貫通した穴５ａと、穴５ａの外径側に同軸状に配置された環状溝としての空洞部７
と、を有している。また、上盤５の底部は、図１（ａ）に符号７ｂで示すように、中心線
Ｃｎを中心として、空洞部７の外径よりも大きな径で環状状に切削されている。
この切削部７ｂには、下盤６が嵌合固定される。下盤６には環状の貫通穴８が貫通形成
されており、貫通穴８の上部は空洞部７の開口部７ａと連通している。
下盤６は、上盤５の切削部７ｂ内に嵌合する環状体（中空円筒体）であり、上盤５に組
み付けられた状態では、下盤６の中心線は上盤５の中心（Ｃｎ）と一致し、貫通穴８は空
洞部７と連通している。
下盤６の底面の中心部には、直方体状の突起部１（押圧部）が突設されている。図２に
示すように突起部１の対向する２つの壁面からは夫々細幅の連接部９（下盤底面の一部）
が延びており、他方の対向する２つの側壁に沿った下盤底面にはヒューム吸引孔４ａが夫
々開口形成されている。
２つのヒューム吸引孔穴４ａの仮想中心は、中心線Ｃｎである。下盤６には、中心線Ｃ
ｎに対し対称な環状の貫通穴８が形成され、貫通穴８の上面で中心線Ｃｎから外寄り位置
には円環状の開口部８ａが形成されている。また、貫通穴８の底面で中心線Ｃｎ寄り位置
には、所定の周方向ピッチで複数のガス吐出孔３ａが形成されている。
上盤５の底部の切削された部分７ｂに、下盤６の上面の外側が接合され、上盤５の下面
の開口部７ａと、下盤６の上面の開口部８ａとが連通される。
図１（ａ）は、図２に示す斜視図のＰ−Ｐ縦断面図であり、下盤６の底面から突起部（
以下、押圧部と称す）１が突出し、押圧部１の中心は下盤６の中心線Ｃｎと一致する。押
圧部１は、押圧部１のＰ−Ｐ方向に直交する側面から延在する連接部９により支持されて
いる。押圧部１には、その内部を貫通する吸着孔２ａが形成され、前記吸入装置の一つと
中空パイプで接続されて吸着機構２を構成する。吸着孔２ａが形成された押圧部１の下面
は蓋体上面と密着し易いように平坦に仕上げられている。押圧部１を支持する連接部９と
は別の底面部位には、一対の略半円形のヒューム吸引孔４ａが形成され、前記吸入装置の
一つと中空パイプで接続されてヒューム吸引機構４を構成する。空洞部７は、ガス送出装
置７４と中空パイプで接続されてガス吐出機構３を構成する。つまり、前記ガス送出装置
から供給されるガス（不活性ガス、例えば窒素ガス）は、上盤５の空洞部７から下盤６の
貫通穴８を経て、貫通穴８の底面に開けられた吐出孔３ａ（図２の実施例では１０個のガ
ス吐出孔）から蓋体２２へ向けて供給される。
なお、貫通穴８は円環状である必要はなく、各吐出孔３ａと対応する位置に夫々設けた
複数の穴であってもよい。
図１（ａ）には、吸着機構２、ガス吐出機構３、ヒューム吸引機構４夫々の気体の流れ
が破線Ａ、一点鎖線Ｂ、二点鎖線Ｃで夫々示されている。つまり、吸着機構２を動作させ
て押圧部１の吸着孔２ａから負圧を導入すると、破線Ａで示した負圧の流れが形成されて
押圧部の端面に蓋体２２が吸着される。この際、カメラ機構７２が動作して蓋体２２の吸
着位置を認識することにより、制御装置７６が位置合わせを行って、適正な位置を吸着保
持する。
ガス吐出機構３を動作させると、空洞部７に送り込まれた窒素ガスは、貫通穴８を経て
、その底板に開けられた各ガス吐出孔３ａから吐出される。即ち、一点鎖線Ｂに示すよう
に流れた窒素ガスは、ガス吐出孔３ａから蓋体２２の方へ供給され、容器２０のキャビテ
ィー内を窒素ガスで充満し、金属部分の酸化を防止することができる。
即ち、この時点ではベース基板２１に対して蓋体２２は部分的に接合されている状態で
あるため、ベース基板と蓋体との隙間（未接合領域）を経由して容器内に窒素ガスが導入
される。
ヒューム吸引機構４を動作させると、図２（ａ）のヒューム吸引孔４ａから気体が吸引
され、図１（ａ）の二点鎖線Ｃで示す気体の流れが作られる。この気体の流れは、ベース
基板２１の封止部（接合領域）２１ｃに蓋体２２をレーザー接合する際に発生する金属微
粉末、即ちヒュームを外部に排出する役割を担う。また、ガス吐出孔３ａから供給された
窒素ガスのうちの余分な窒素ガスの外部への排出も担う。
なお、ヒューム吸引孔４ａは、ベース基板２１の封止部（接合部）２１ｃに蓋体２２の
ロウ材層を重ね、蓋体２２の外面の周縁を一部接合（仮止め）する際のエネルギービーム
の照射経路としても利用される。
本発明で用いる電子部品用容器２０は、図１（ｂ）の縦断面図に一例を示すように、セ
ラミックを材料とするベース基板２１と、金属製の蓋体２２と、を備えている。ベース基
板２１は、例えばセラミックス材を材料とした平板状の下層板２１ａと、環状体の上層板
２１ｂと、を積層して構成されている。下層板２１ａはベース基板２１の底部を形成し、
中空環状体の上層板２１ｂは、ベース基板２１の内部空間（キャビテーション）２８を形
成する。セラミック基板の下層板２１ａ、上層板２１ｂを構成するセラミック基材は、グ
リーンシートを成形・加工してから焼成することにより形成されている。
下層板２１ａの一端部寄りの上面には、電子素子搭載用の複数の素子搭載用パッド２４
が形成され、素子搭載用パッド２４は複数の貫通ビア２６を経由して、ベース基板２１の
外側底面の実装端子２５と電気的に導通している。素子搭載パッド２４上には導電性接着
剤を用いて電子部品（水晶振動素子）３０が搭載されている。
上層板２１ｂの周縁には、封止部（メタライズ層）２１ｃが形成されている。封止部（
メタライズ層）２１ｃの一例は、例えばメタライズ印刷（タングステンＷ等）、焼成、ニ
ッケル（Ｎｉ）メッキ、金（Ａｕ）メッキ等で形成されている。また、近年では、セラミ
ック基板面に、セミアディティブ法を用いて銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）
等メタライズ層を形成する方法が開発されている。この方法は、焼成済みのグリーンシー
ト上にスパッタによる金属膜（銅Ｃｕ）の成膜、フォトリソグラフィ技術、メッキ（Ｎｉ
＋Ａｕ）、エッチング手法を用い、所定のメタライズ層を、高温加熱を伴わないで形成す
るものである。後者の封止部（メタライズ層）は寸法精度に優れている。
また、ベース基板２１の外部底面には外部配線と接続するための複数の実装端子１４を
備えている。
図１（ｂ）に示す素子搭載用パッド２４、貫通ビア２６は、一例に過ぎず、他の配線例
を用いてもよい。また、必要に応じて封止部（メタライズ層）２１ｃと、接地用の実装端
子２５と、を導通する貫通ビアを設けることが望ましい。容器２０を電子デバイス等に用
いるとき、金属性の蓋体２２をグランド電位に保持することにより、蓋体２２のシールド
効果によって外部からの不要な電気的信号、例えばノイズなどから保護することができる
し、また、外部に対し不要輻射を防止することができる。
また、金属製の蓋体２２は、ベース基板２１を構成するセラミック基板（下層板２１ａ
、上層板２１ｂ）の線膨張係数（７ｐｐｍ／℃）に近い線膨張係数を有した金属材料のコ
バール（線膨張係数：５．５ｐｐｍ／℃）から成る蓋体用基材２２ａと、蓋体用基材２２
ａの下面にクラッド法により積層されたロウ材層２２ｂ、例えば銀ロウと、蓋体用基材２
２ａの上面にクラッド法により積層された酸化防止膜用のニッケル膜２２ｃと、から構成
されている。なお、蓋体用基材２２ａとしては、コバールの他に、４２ニッケル、ＳＵＳ
等も使用することができる。
図１（ｂ）は、ベース基板２１の封止部（接合領域）２１ｃに蓋体２２のロウ材層２２
ｂが重なるように配置し、蓋体２２が機械振動等で動かないように、押圧部１で抑えた接
合治具６０の一部を拡大した縦断面図である。押圧部１の側面と環状体の上層板２１ｂの
内側との距離Ｗ１は、例えば１００μｍから２００μｍである。
押圧部１による所定の加重が蓋体２２の中心部領域に掛るため、蓋体２２は加重の掛る
下方へ湾曲し、封止部２１ｃ、即ち接合領域２３と、蓋体２２の接合領域とが密着するよ
うになる。なお、レーザー接合法の場合は、封止部２１ｃと蓋体２２との密着度が気密封
止の重要な要件であり、蓋体２２の一部に所定の加重を掛け、キャビティー２８側に湾曲
させる手段が有効である。なお、詳しくは、接合領域２３は、封止部２１ｃの全領域では
なく、図１（ｂ）に符号２３で示す領域となる。
蓋体２２の中心部領域に押圧部１で所定の加重を掛けた状態で、ガス吐出機構３を動作
させてガス吐出孔３ａから窒素ガスを吐出させる。金属部分の酸化を防止した状態で、ヒ
ューム吸引機構４を動作させると共に、ヒューム吸引孔４ａからエネルギービームを照射
し、蓋体２２の所定の一部だけを部分的に接合する。押圧部１の加重を取り去り、離脱さ
せた後、蓋体２２の未接合領域にエネルギービームを照射し、容器２０を気密封止する。
図４は、電子部品用容器２０のレーザー接合法を説明する図であり、図１（ｂ）に示す
容器２０の一部を拡大した縦断面図である。ベース基板２１の環状の封止部（メタライズ
層）２１ｃ上に、ロウ材層２２ｂが接合するように金属製の蓋体２２を整合・配置し、蓋
体２２の周縁にエネルギービームを照射する。封止部２１ｃと、金属製蓋体２２の周縁部
とを接合する際のエネルギービームの照射位置は、図４に示すようにエネルギービームの
スポット径の中心部が、封止部２１ｃと蓋体２２との接合部２３の幅寸法Ｗ２の中心部と
ほぼ合致するように設定する。エネルギービームのスポット径の一例は１００μｍ程度で
あり、接合部２３の幅寸法Ｗ２の一例は、１５０μｍ程度である。エネルギービームのエ
ネルギーはスポット径の中心部で最大であり、中心部から遠ざかるに連れてそのエネルギ
ー量は減少する。なお、このようにエネルギービームの中心位置を設定すると、蓋体２２
裏面のロウ材層２２ｂを均一、且つ確実に溶融させることにより、均一、且つ必要十分な
範囲に展開させることが可能となる。
図５は、エネルギービームと、接合治具６０等を用いた本発明の電子部品用容器の接合
方法により製造した電子デバイスの縦断面図である。押圧部１に加重（一例として２００
ｇｒ重から５００ｇｒ重）を掛け、蓋体２２を湾曲させる変形量は、ベース基板２１と蓋
体２２との反りを吸収できる変形量（一例として５μから１５μｍ）とする。蓋体２２の
中央部には押圧部１により押痕（図５は誇張して示している）が残る。
以上ではベース基板２１と蓋体２２との接合にエネルギービームを用いた接合方法を説
明したが、エネルギービームに限らず、シーム溶接、電子ビーム溶接、超音波接合等にも
適用できることは、説明するまでもない。
以上の電子部品用容器の接合方法によれば、ベース基板２１の接合領域（封止部）２１
ｃに蓋体の接合領域が重なるように配置し、この蓋体２２の接合領域よりも内側の外面に
押圧部１を接触させた状態、即ちベース基板２１の接合領域２３と、蓋体の接合領域とが
密着した状態で蓋体２２にエネルギービームを照射し、接合するので、電子部品用容器の
気密度の良品率が大幅に改善されるという効果がある。
また、ベース基板２１の接合領域２３と、蓋体２２の接合領域とが密着した状態で蓋体
２２の一部にエネルギービームを照射し、一部を接合する一部接合工程を経てから、押圧
部１を離し、未接合領域を接合する本接合工程を経るので、電子部品用容器の気密度の良
品率が大幅に改善されるという効果がある。
また、ベース基板２１の接合領域２１ｃと、蓋体２２の接合領域とが密着した状態で蓋
体の一部をレーザー接合し、押圧部１を離し、未溶接領域をシーム溶接する本溶接工程を
経るので、電子部品用容器の気密度の良品率が大幅に改善されるという効果がある。
レーザー接合装置は、上述したようにベース基板２１の接合領域２３に蓋体２２を配置
し、この蓋体２２の接合領域よりも内側の外面に接触する押圧部１と、蓋体２２を吸着す
る吸着機構２と、ベース基板２１と蓋体２２の接合部位に不活性ガスを吐出するガス吐出
機構３と、ベース基板２１と蓋体２２の接合時に発生するヒュームを吸引するヒューム吸
引機構４と、蓋体２２にエネルギービームを照射して蓋体２２の接合領域の接合するレー
ザー照射装置と、を備えているので、電子部品用容器の気密度が大幅に改善されると共に
、不活性ガスの節減し、ヒュームが電子部品用容器の内部や電子部品を汚染することを防
止する効果という効果がある。
次に、図６（ａ）は、本発明に係る接合方法により製造された電子部品用容器を用いた
電子デバイスの実施形態の一例である圧電振動子１０の構成を示す縦断面図である。電子
デバイス（圧電振動子）１０は、電子部品（圧電振動素子）３０と、電子部品３０を収容
する容器２０とを備えている。容器２０は、凹陥部（キャビティー）２８を有するベース
基板２１と、金属製の蓋体２２と、を備えている。蓋体２２のベース基板２１と接合する
面にはロウ材層２２ｂが全面に形成されている。ベース基板２１は、図６（ａ）に示すよ
うに、二層の絶縁基板（下層板、上層板）からなり、絶縁材料としての酸化アルミニウム
質のセラミック・グリーンシートを焼結して形成される。環状体の封止部２１ｃは、多層
のメタライズ層から構成されている。また、凹陥部（キャビティー）２８の底部には一対
の素子搭載用パッド２４が形成されている。実装端子２５は、ベース基板２１の外部底面
に複数形成されている。
ベース基板２１の素子搭載用パッド２４と、実装端子２５とは、貫通ビア２６により電
気的に導通されている。素子搭載パッド２４の位置は、電子部品（圧電振動素子）３０を
載置した際に、電子部品（圧電振動素子）３０のパッド電極に対応するように配置されて
いる。
電子デバイス素子の一例である電子部品（水晶振動素子）３０は、水晶基板と、一対の
励振電極と、リード電極と、電極パッドと、を概略備えている。水晶基板は、ＡＴカット
水晶振動子の場合、小型化を図るためメサ型構造とするのが一般的である。メサ型構造の
水晶基板は、大型水晶ウェハーにフォトリソグラフィ技法と、エッチング手法とを適用す
ることにより、同一品質の水晶基板を大量の製造することが可能である。水晶基板のメサ
型構造は、水晶振動子の要求特性により、厚さ方向に対称な１段構造でもよいし、２段、
３段構造であってもよい。
励振電極は、水晶基板のほぼ中央部に形成され、水晶基板の端部に形成された電極パッ
ドに向けて夫々延在するリード電極を形成する。励振電極の一例は、スパッタ法、真空蒸
着法等を用い、クロム（Ｃｒ）、又はニッケル（Ｎｉ）の電極膜を下地とし、その上に金
（Ａｕ）の電極膜を積層した水晶基板を、フォトリソグラフィ技法にて所定の形状に形成
する。この手法を用いると、励振電極、リード電極、電極パッドが一度に、所定の形状で
形成することが可能である。励振電極の大きさは、要求される仕様により、メサ型構造の
頂部、又は周縁の一部まで広がる場合がある。また、励振電極の大きさは高次の屈曲モー
ドを抑圧するように、その寸法を決めるのが一般的である。
ベース基板２１に電子部品（圧電振動素子）３０を固定する際にはまず、素子搭載パッ
ド２４に導電性接着剤３５を塗布し、これに電子部品（圧電振動素子）３０のパッド電極
が整合するように載置して所定の荷重をかける。導電性接着剤３５としては、シリコン系
接着剤、エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤等があるが、接着剤３５に起因する応力
（∝歪）の大きさが小さく、経年変化を考慮して脱ガスの少ない接着剤を選ぶとよい。
ベース基板２１に搭載された圧電振動子３０の導電性接着剤３５を硬化させるために、
所定の温度の高温炉に所定の時間入れる。導電性接着剤３５を硬化させ、アニール処理を
施した後、励振電極に質量を付加するか、又は質量を減じて周波数調整を行う。ベース基
板２１の上面に形成した封止部２１ｃ上に、蓋体２２を配置し、レーザー接合装置のチャ
ンバー内で窒素Ｎ２ガスを吐出しながら蓋体２２のロウ材層２２ｂと、封止部２１ｃとを
レーザー接合して密封し、圧電振動子１０が完成する。
図６（ａ）に示すように、電子デバイス、例えば圧電デバイス１０を構成すれば、容器
２０の気密度の良品率が改善されるので、周波数精度、周波数温度特性、経年変化の優れ
た圧電デバイスを構成することができるという効果がある。
図６（ｂ）は、本発明に係る他の電子デバイス１１の実施形態を示す縦断面図である。
電子デバイス１１の一例は、電子部品（例えば圧電振動素子）３０と、少なくとも１つの
第２の電子部品（例えばＩＣ）３７と、これらを収容する容器２０と、蓋体２２と、を概
略備えている。ベース基板２１のキャビティー２８の底面には、素子搭載用パッド２４と
、部品搭載用パッド２４ａとが設けられ、両者とも貫通ビア２６で実装端子２５と導通接
続されている。素子搭載用パッド２４に導電性接着剤３５を塗布し、電子部品（圧電振動
素子）３０のパッド電極を載置し、所定の加重をかけ、導電性接着剤３５を硬化させるた
め熱処理する。更に、部品搭載用パッド２４ａに第２の電子部品３７を載置し、超音波ボ
ンディング等の手段で接合する。ベース基板２１の上面の封止部２１ｃに整合するように
、蓋体２２を配置し、レーザー接合装置のチャンバーに入れ、レーザー接合して、電子デ
バイス１１を完成する。電子デバイス１１の容器１内は、窒素（Ｎ２）が満たされている
。
以上の実施形態例では、容器２０に収容する第２の電子部品３７としては、サーミスタ
、コンデンサ、リアクタンス素子、半導体素子（可変容量ダイオード、発振回路、増幅器
等を備えたＩＣ）のうち少なくとも一つを用いて電子デバイスを構成することが望ましい
。
図７は本発明に係る電子デバイス１０の製造方法の一例を示す概略フローチャートであ
る。電子素子３０を準備する工程（Ｓ１ａ）と、ベース基板２１を準備する工程（Ｓ１ｂ
）と、蓋体を準備する工程２２（Ｓ１ｃ）と、を有している。更に、ベース基板２１のキ
ャビティー２８の底部に形成した素子搭載パッド２４に導電性接着剤３５を塗布し、導電
性接着剤３５の上に電子素子３０のパッド電極を配置し、導電性接着剤３５を乾燥する電
子素子接着工程（Ｓ２）と、ベース基板２１の封止部２１ｃの接合領域２３に重なるよう
に蓋体２２を配置し、蓋体２２の接合領域の内側を押圧部１で押圧すると共に、ガス吐出
機構３を動作させ窒素ガスを供給する蓋体配置、押圧工程（Ｓ３）と、ヒューム吸引機構
４とレーザー照射装置を動作させ、ヒューム吸引孔４ａを通してエネルギービームを照射
し、蓋体の一部を仮止めする一部接合工程（Ｓ４）と、押圧部１を蓋体２２から離脱させ
、蓋体２２の周縁で未接合領域にエネルギービームを照射して本接合する工程（Ｓ５）と
、検査工程（Ｓ６）と、有している。
図６（ｂ）の電子デバイス１１についても同等の手順による製造が可能である。
図８（ａ）は、本発明に係る容器１を用いて構成したジャイロセンサー１２の概略平面
図であり、蓋体３を取り除いて示している。図８（ｂ）は、（ａ）のＰ−Ｐ断面図である
。振動ジャイロセンサー１２は、振動ジャイロ素子４０と、振動ジャイロ素子４０を収容
する容器２０と、を概略備えている。容器２０は、ベース基板２１と、ベース基板２１の
キャビティー２８を気密封止する蓋体２２と、を備えている。
振動ジャイロ素子４０は、基部４１と、基部４１の対向する２つの端縁から夫々同一直
線上に突設された１対の検出用振動腕４５ａ、４５ｂと、を備えている。更に、振動ジャ
イロ素子４０は、基部４１の対向する他の２つの端縁から夫々検出用振動腕４５ａ、４５
ｂと直交する方向に同一直線上に突設された１対の第１の連結腕４２ａ、４２ｂと、各第
１の連結腕４２ａ、４２ｂの先部からそれと直交する両方向へ夫々突設された各１対の駆
動用振動腕４３ａ、４３ｂ及び４４ａ、４４ｂと、を備えている。
振動ジャイロ素子４０は、基部４１の対向する他の２つの端縁から夫々前記検出用振動
腕４５ａ、４５ｂと直交する方向に同一直線上に突設された各１対の第２の連結腕４１ａ
、４１ｂ、及び４１ｃ、４１ｄと、各第２の連結腕４１ａ、４１ｂ、及び４１ｃ、４１ｄ
の先端部からそれと直交する両方向へ夫々突設され、検出用振動腕４５ａ、４５ｂと、駆
動用振動腕４３ａ、４３ｂ及び４４ａ、４４ｂとの間に配置された各１対の支持腕４６ａ
、４６ｂ及び４７ａ、４７ｂと、を備えている。
励振電極は、少なくとも１対の検出用振動腕４５ａ、４５ｂと、各１対の駆動用振動腕
４３ａ、４３ｂ及び４４ａ、４４ｂと、に夫々形成されている。支持腕４６ａ、４６ｂ及
び４７ａ、４７ｂには、複数の電極パッド（図示せず）が形成され、この電極パッドと励
振電極との間は、夫々電気的に接続されている。
振動ジャイロセンサー７は、容器本体２の内面の、圧振動ジャイロ素子４０の各検出用
振動腕４５ａ、４５ｂ、及び各駆動用振動腕４３ａ、４３ｂ及び４４ａ、４４ｂの先部と
対向する部位に金属、又は高分子材の緩衝材が設けられている。
図８（ｃ）は振動ジャイロ素子の動作を説明する模式平面図である。振動ジャイロセン
サー１２は角速度が加わらない状態では、駆動用振動腕４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ
が矢印Ｅで示す方向に屈曲振動を行う。このとき、駆動用振動腕４３ａ、４３ｂと、４４
ａ、４４ｂとが、重心Ｇを通るＹ軸方向の直線に関して線対称の振動を行っているため、
基部４１、連結腕４２ａ、４２ｂ、検出用振動腕４５ａ、４５ｂは、ほとんど振動しない
。
振動ジャイロセンサー１２にＺ軸回りの角速度ωが加わると、駆動用振動腕４３ａ、４
３ｂ、４４ａ、４４ｂ及び第１の連結腕４２ａ、４２ｂにコリオリ力が働き、新たな振動
が励起される。この振動は重心Ｇに対して周方向の振動である。同時に、検出用振動腕４
５ａ、４５ｂは、この振動に応じて検出振動が励起される。この振動により発生した歪を
検出用振動腕４５ａ、４５ｂに形成した検出電極が検出して角速度が求められる。
図９は、図６（ａ）、（ｂ）に示す電子デバイス１０、１１のうちの少なくとも１つを
用いるデジタル携帯電話１３の構成を示す概略ブロック図である。電子デバイス（例えば
圧電デバイス）１１を例にして説明する。図９に示すデジタル携帯電話１３で音声を送信
する場合、使用者が自分の音声をマイクロフォンに入力すると、信号はパルス幅変調・符
号化の回路と変調器／ 復調器の回路を経てトランスミッター、アンテナスイッチを介し
アンテナから送信される。一方、他者から送信された信号は、アンテナで受信され、アン
テナスイッチ、受信フィルター＋アンプ回路等を経て、レシーバー回路に入り、このレシ
ーバー回路から変調器／ 復調器回路に入力される。そして、復調器回路で復調された信
号がパルス幅変調・符号化回路を経てスピーカーから音声として出力されるように構成さ
れている。アンテナスイッチや変調器／ 復調器ブ回路等を制御するためにコントローラ
が設けられている。
このコントローラは、上述の機能の他に表示部であるＬＣＤや、数字等の入力部である
キー、さらにＲＡＭやＲＯＭ等も制御するため、用いられる圧電デバイスの周波数は、高
精度、高安定度であることが求められる。この要求に応える電子デバイスが、図６に示す
圧電デバイス１１である。
以上のように本発明の接合方法を用いて製造された電子部品用容器を用いた電子デバイ
スを用いて電子機器を構成すると、周波数精度、周波数温度特性、エージング特性の良好
な電子デバイス１１を用いて電子機器１３を構成するので、長期に亘って周波数の安定な
電子機器１３が得られるという効果がある。
図１０は、一具体例として移動体機器を搭載した自動車１１０を概略的に示す。自動車
１１０には、例えば図８に示すようにジャイロセンサー素子４０を有するジャイロセンサ
ー１２が組み込まれる。ジャイロセンサー１２は車体１１１の姿勢を検出することができ
る。ジャイロセンサー１２の検出信号は車体姿勢制御装置１１２に供給されることができ
る。車体姿勢制御装置１１２は例えば車体１１１の姿勢に応じてサスペンションの硬軟を
制御したり個々の車輪１１３のブレーキを制御したりすることができる。その他、こうい
った姿勢制御は二足歩行ロボットやラジコンヘリコプターで利用されることができる。姿
勢制御の実現にあたってジャイロセンサー１２が組み込まれる。
以上のように小型で且つ出力が安定であり、エージング特性の良好な電子デバイスを用
いて移動体機器を構成するので、移動体機器の小型化と、長期に亘って安定な移動体機器
が得られるという効果がある。
１…押圧部、２…吸着機構、２ａ…吸着孔、３…ガス吐出機構、３ａ…ガス吐出孔、４
…ヒューム吸引機構、４ａ…ヒューム吸引孔、５…上盤、６…下盤、７…空洞部、８…貫
通穴、９…連接部、１０、１１…電子デバイス、１２…振動ジャイロセンサー、１３…電
子機器（デジタル携帯電話）、２０…容器、２１…ベース基板、２１ａ…下層板、２１ｂ
…上層板、２１ｃ…封止部（メタライズ層）、２２…蓋体、２２ａ…蓋体用基材、２２ｂ
…ロウ材層、２２ｃ…ニッケル膜、２３…接合領域、２４…素子搭載用パッド、２４ａ…
部品搭載用パッド、２５…実装端子、２６…貫通ビア、２７…接合部、２８…キャビティ
ー、３０…電子部品、３５…導電性接着剤、３７…第２の電子部品、４０…振動ジャイロ
素子、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ…第２の連結腕、４２ａ、４２ｂ…第１の連結腕
、４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ…駆動用振動腕、４５ａ、４５ｂ…検出用振動腕、４
６ａ、４６ｂ、４７ａ、４７ｂ…支持腕、６０…接合治具、７０…エネルギービーム接合
装置、７１…エネルギービーム照射手段、７２…撮像手段、７３…チャンバー、７４…ガ
ス送出手段、７５…気体吸入手段、７６…制御手段、Ｃｎ…中心線、Ｇ…重心、Ｌ…エネ
ルギービーム、Ｗ１…押圧部の側面と環状体の上層板の内側との距離、Ｗ２…接合部幅

Claims (8)

  1. 電子部品、蓋体、および接合領域を有するベース基板、を用意する工程と、
    前記ベース基板に電子部品を配置する工程と、
    前記ベース基板の前記接合領域に前記蓋体が重なるように前記蓋体を前記ベース基板に
    配置する工程と、
    前記ベース基板と前記蓋体の重なっている方向の平面視で見て、前記接合領域よりも内
    側の前記蓋体に押圧部を接触させる押圧工程と、
    前記押圧部を前記蓋体に接触させた状態で、前記蓋体にエネルギービームを照射して前
    記ベース基板と前記蓋体とを接合する接合する工程と、
    を含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
  2. 前記接合する工程では、前記接合領域の一部を接合し、
    前記接合工程の後に前記押圧部を前記蓋体から離脱させる工程と、
    前記接合領域の残りの領域を接合する工程と、
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスの製造方法。
  3. 前記残りの領域を接合する工程では、シーム溶接を用いることを特徴とする請求項２に
    記載の電子デバイスの製造方法。
  4. ベース基板と蓋体とを接合して電子部品用容器を組立てるための接合装置であって、
    前記蓋体を前記ベースに固定させるための押圧部と、
    前記蓋体にエネルギービームを照射して前記ベース基板と前記蓋体を接合するためのエ
    ネルギービーム照射手段と、
    を備えていることを特徴とする電子部品用容器の接合装置。
  5. 前記押圧部は、前記蓋体を吸着して搬送させるための吸着機構を備えていることを特徴
    とする請求項４に記載の電子部品用容器の接合装置。
  6. 前記押圧部は、ガスを吐出する機構とガスを吸引する機構とを備えていることを特徴と
    する請求項４又は５に記載の電子部品用容器の接合装置。
  7. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の製造方法により製造された電子デバイスを備えて
    いることを特徴とする電子機器。
  8. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の製造方法により製造された電子デバイスを備えて
    いることを特徴とする移動体機器。
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