本実施形態における水晶デバイスは、図1〜図3に示されているように、パッケージ110と、パッケージ110の上面に接合された水晶素子120と、パッケージ110の上面に接合された蓋体130とを含んでいる。パッケージ110には、基板110aの上面と枠体110bの内側面によって囲まれた凹部Kが形成されている。このような水晶デバイスは、電子機器等で使用する基準信号を出力するのに用いられる。
基板110aは、矩形状であり、上面で実装された水晶素子120を実装するための実装部材として機能するものである。基板110aは、上面に、水晶素子120を接合するための一対の電極パッド111が設けられている。
基板110aは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなる。基板110aは、絶縁層を一層用いたものであっても、絶縁層を複数層積層したものであってもよい。基板110aの表面及び内部には、上面に設けられた電極パッド111と、基板110aの下面に設けられた外部端子112とを電気的に接続するための配線パターン(図示せず)及びビア導体(図示せず)が設けられている。
枠体110bは、基板110aの上面に配置され、基板110aの上面に凹部Kを形成するためのものである。枠体110bは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料からなり、基板110aと一体的に形成されている。
ここでパッケージ110を平面視したときの一辺の寸法が、1.0〜3.0mmであり、パッケージ110の上下方向の寸法が、0.7〜1.5mmである場合を例にして、凹部Kの大きさを説明する。凹部Kの長辺の長さは、0.7〜2.0.mmであり、短辺の長さは、0.5〜1.5mmとなっている。また、凹部Kの上下方向の長さは、0.2〜0.5mmとなっている。
また、基板110aの下面の四隅には、外部端子112が設けられている。外部端子112の内の二つの端子は、基板110aの上面に設けられた電極パッド111と電気的に接続されている。また、電極パッド111と電気的に接続されている外部端子112は、基板110aの下面の対角に位置するように設けられている。
電極パッド111は、水晶素子120を実装するためのものである。電極パッド111は、基板110aの上面に一対で設けられており、基板110aの一辺に沿うように隣接して設けられている。電極パッド111は、第一電極パッド111aと第二電極パッド111bとによって構成されている。電極パッド111は、基板110aに設けられた配線パターン及びビア導体を介して、基板110aの下面に設けられた外部端子112と電気的に接続されている。
また、封止用導体パターン113は、水晶素子120を囲むようして枠体110bの上面に設けられているため、外部電磁波ノイズが導体部112により遮られ、水晶素子120に外部電磁波ノイズが重畳することを抑えるためのものである。封止用導体パターン113は、例えばタングステン又はモリブデン等から成る導体パターンの表面にニッケルメッキ及び金メッキを順次、枠体110bの上面を環状に囲む形態で施すことによって、例えば10〜25μmの厚みに形成されている。
バンプ114は、水晶素子120の自由端が基板110aに接触することを抑制するためのものである。バンプ114は、水晶素子120の引き出し電極123と対向する位置に設けられている。バンプ114は、第一バンプ114a及び第二バンプ114bによって構成されている。第一バンプ114aは、図1に示すように、第一電極パッド111a上に設けられ、第二バンプ114bは、第二電極パッド111b上に設けられている。
バンプ114は、平面視して、円形状になるようにして電極パッド111上に設けられている。バンプ114を円形状にすることにより、導電性接着剤140からバンプ114に加わる応力を均等に分散させることにより、電極パッド111上からバンプ114が剥がれることを低減することができる。またバンプ114は、例えば金、銅、アルミニウム又は銀等の少なくともいずれか一つから構成される金属線をワイヤーボンディング装置によって球状にし、超音波接合により電極パッド111上に設けられている。
ここでパッケージ110を平面視したときの一辺の寸法が、1.0〜3.0mmであり、パッケージ110の上下方向の寸法が、0.7〜1.5mmである場合を例にして、電極パッド111、バンプ114の大きさを説明する。基板110aの一辺と平行となる電極パッド111の辺の長さは、250〜400μmとなる。また、基板110aの一辺と交わる辺と平行となる電極パッド111の辺の長さは、250〜400μmとなる。電極パッド111の上下方向の厚みの長さは、10〜60μmとなる。バンプ114の径の長さは、50〜100μmとなる。バンプ114の上下方向の厚みの長さは、20〜75μmとなる。
ここで、パッケージ110の作製方法について説明する。基板110a及び枠体110bがアルミナセラミックスから成る場合、まず所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面或いはセラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷等によって所定の導体ペーストを塗布する。さらに、これらのグリーンシートを積層してプレス成形したものを、高温で焼成する。最後に、導体パターンの所定部位、具体的には、一対の電極パッド111又は外部端子112となる部位にニッケルメッキ又は金メッキ等を施すことにより作製される。また、導体ペーストは、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀又は銀パラジウム等の金属粉末の焼結体等から構成されている。
水晶素子120は、図2及び図3(a)に示されているように、導電性接着剤140を介して電極パッド111上に接合されている。水晶素子120は、安定した機械振動と圧電効果により、電子装置等の基準信号を発振する役割を果たしている。
水晶素子120は、図2及び図3に示されているように、水晶素板121の上面及び下面のそれぞれに励振用電極122及び引き出し電極123を被着させた構造を有している。励振用電極122は、水晶素板121の上面及び下面のそれぞれに金属を所定のパターンで被着・形成したものである。励振用電極122は、上面に第一励振用電極122aと、下面に第二励振用電極122bを備えている。引き出し電極123は、励振用電極122から水晶素板121の一辺に向かってそれぞれ延出されている。引き出し電極123は、上面に第一引き出し電極123aと、下面に第二引き出し電極123bとを備えている。第一引き出し電極123aは、第一励振用電極122aから引き出されており、水晶素板121の一辺に向かって延出するように設けられている。第二引き出し電極123bは、第二励振用電極122bから引き出されており、水晶素板121の一辺に向かって延出するように設けられている。つまり、引き出し電極123は、水晶素板121の長辺又は短辺に沿った形状で設けられている。
本実施形態においては、第一電極パッド111a及び第二電極パッド111bと接続されている水晶素子120の一端を基板110aの上面と接続した固定端とし、他端を基板110aの上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造にて水晶素子120が基板110a上に固定されている。ここで、水晶素子120の動作について説明する。水晶素子120は、外部からの交番電圧が引き出し電極123から励振用電極122を介して水晶素板121に印加されると、水晶素板121が所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。
水晶素子120の第一引き出し電極123aは、第一バンプ114aと接触し、水晶素子120の第二引き出し電極123bは、第二バンプ114bと接触している。このように水晶素子120の引き出し電極123をバンプ114に接触させることにより、水晶素子120が傾くことを低減することできるため、水晶素子120の自由端及び励振用電極122が基板110aに接触することを低減することができる。
ここで、水晶素子120の動作について説明する。水晶素子120は、外部からの交番電圧が引き出し電極123から励振用電極122を介して水晶素板121に印加されると、水晶素板121が所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。
ここで、水晶素子120の作製方法について説明する。まず、水晶素子120は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し、水晶素板121の外周の厚みを薄くし、水晶素板121の外周部と比べて水晶素板121の中央部が厚くなるように設けるベベル加工を行う。そして、水晶素子120は、水晶素板121の両主面にフォトリソグラフィー技術、蒸着技術又はスパッタリング技術によって、金属膜を被着させることにより、励振用電極122及び引き出し電極123を形成することにより作製される。
水晶素子120の基板110aへの接合方法について説明する。まず、導電性接着剤140は、例えばディスペンサによって、電極パッド111上に拡がるようにして塗布される。水晶素子120は、導電性接着剤140上に搬送される。そして導電性接着剤140は、加熱硬化させることによって、硬化収縮される。水晶素子120は、導電性接着剤140が硬化収縮する際に、導電性接着剤140がバンプ114にかかるようにして水晶素子120の固定端側に塗布されているので、水晶素子120の固定端側が下方向に引っ張られ、バンプ114を支点とした梃子の原理が働くことになり、水晶素子120の自由端側が上方向に浮くようにして、一対の電極パッド111に接合される。
導電性接着剤140は、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケル又はニッケル鉄のうちのいずれか、或いはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。また、バインダーとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用いられる。
導電性接着剤140は、平面視してバンプ114の上面に重なるようにして電極パッド111上に広がって形成され、水晶素子120の励振用電極122と間をあけて配置されている。水晶デバイスは、導電性接着剤140と励振用電極122とが間を空けて配置されていることにより、導電性接着剤140が励振用電極122に付着することで生じる短絡を低減することができる。
また、導電性接着剤140の粘度が、35〜45Pa・sのものを使用することによって、電極パッド111上に塗布した際に、導電性接着剤140は、バンプ114を超えて電極パッド111上へ流れ出ることなく、電極パッド111上に留まり、導電性接着剤140の上下方向の厚みが維持される。
蓋体130は、矩形状であり、真空状態にある凹部K、あるいは窒素ガスなどが充填された凹部Kを気密的に封止するためのものである。具体的には、蓋体130は、所定雰囲気で、枠体110b上に設けられた封止用導体パターン113の上面に載置される。封止蓋体130の下面に設けられた接合部材131に熱が印加されることで、封止用導体パターン113と溶融接合される。また、蓋体130は、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなる。
接合部材131は、枠体110bの封止用導体パターン113の上面から蓋体130の下面にかけて設けられている。接合部材131は、例えば、ガラスの場合には、300℃〜400℃で溶融するガラスであり、例えばバナジウムを含有した低融点ガラス又は酸化鉛系ガラスから構成されている。ガラスは、バインダーと溶剤とが加えられたペースト状であり、溶融された後固化されることで他の部材と接合する。接合部材131は、例えば、ガラスフリットペーストがスクリーン印刷法で塗布され乾燥することで設けられる。また、接合部材131は、枠体110bの上面に印刷する際に、枠体110bの四隅に接合部材131が重なるようにして印刷される。よって、四隅の接合部材131の厚みは、接合部材131が設けられている他の箇所の厚みよりも厚くなるように設けられている。また、この酸化鉛系ガラスの組成は、酸化鉛、フッ化鉛、二酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ビスマス、酸化ホウ素、酸化亜鉛、酸化第二鉄、酸化銅及び酸化カルシウムとから構成されている。
接合部材131は、例えば、絶縁性樹脂の場合には、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂から構成されている。枠体110bと蓋体130との間に設けられた接合部材131の厚みは、30〜100μmとなっている。
接合部材131は、例えば、金錫の場合には、接合部材131の層の厚みは、10〜40μmであり、例えば、成分比率が、金が70〜80%、錫が20〜30%のものを使用しても良い。また、接合部材131は、例えば、銀ロウの場合には、接合部材131の層の厚みは、10〜40μmであり、例えば、成分比率が、銀が70〜80%、銅が20〜30%のものを使用しても良い。
本実施形態における水晶デバイスは、基板110aと、基板110aの上面に設けられた電極パッド111と、電極パッド111上に少なくとも一つ設けられ、平面視して、円形状であるバンプ114と、電極パッド111上面からバンプ114の上面にかかるように設けられた導電性接着剤140と、水晶素板121と、水晶素板121の上下面に設けられた励振用電極122と、水晶素板121に設けられた励振用電極122と間を空けて設けられた一対の引き出し用電極123と、を有し、導電性接着剤140を介して電極パッド111上に実装された水晶素子120と、水晶素子120を気密封止するために設けられた封止蓋体130と、を備えている。このように、水晶素子120の引き出し電極123が、電極パッド111と導電性接着剤140を介して接続されたことにより、導電性接着剤140の硬化収縮時に水晶素子120の固定端側が下方向に引っ張られ、バンプ114を支点とした梃子の原理により、水晶素子120の自由端が上方向に浮き上がる。よって、水晶デバイスは、水晶素子120の自由端及び励振用電極122が基板110aに接触することを低減することができる。このようにすることで、水晶デバイスは、水晶素子120の厚みすべり振動が阻害されることがないため、安定して発振周波数を出力することができる。
また、本実施形態における水晶デバイスは、電極パッド111上に少なくとも一つ設けられ、平面視して、円形状であるバンプ114を備えていることによって、従来の水晶デバイスの電極パッド上に設けられた平面視して矩形状のバンプと比して、導電性接着剤140からバンプ114に加わる応力を均等に分散することができる。このようにすることにより、電極パッド111上からバンプ114が剥がれることを抑えることができる。また、水晶デバイスは、電極パッド111からバンプ114が剥がれることを抑えることにより、バンプ114が電極パッド111から剥がれることにより生じる水晶素子120が電極パッド111から剥がれることを低減することができる。
(第一変形例)
以下、本実施形態の第一変形例における水晶デバイスについて説明する。なお、本実施形態の第一変形例における水晶デバイスのうち、上述した水晶デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第一変形例における水晶デバイスは、図4及び図5に示されているように、バンプ214の上面の中央に設けられた突起部215を備えており、導電性接着剤140が、電極パッド211上面からバンプ214の上面及び突起部215の側面にかかるように設けられている点で本実施形態と異なる。
バンプ214は、第一バンプ214aと第二バンプ214bによって構成されている。第一バンプ214aは、図4及び図5(b)に示すように、第一電極パッド211a上に設けられ、第二バンプ214bは、第二電極パッド211b上に設けられている。
突起部215は、バンプ214上に設けられており、第一突起部215a及び第二突起部215bによって構成されている。第一突起部215aは、第一バンプ214a上に設けられており、第二突起部215bは、第二バンプ214b上に設けられている。突起部215によって導電性接着剤140が遮られるため、導電性接着剤140が水晶素子120の励振用電極122b側に向かって溢れ出ることを低減することができる。また、導電性接着剤140が、電極パッド211上面からバンプ214の上面及び突起部215の側面にかかるように設けられているので、バンプのみに導電性接着剤がかかるように設けられている場合と比べて、導電性接着剤140と突起部215との接触面積分が増えることになり、導電性接着剤140と、バンプ214及び突起部215との接合強度を向上させることができる。
ここでパッケージ210を平面視したときの一辺の寸法が、1.0〜3.0mmであり、パッケージ210の上下方向の寸法が、0.7〜1.5mmである場合を例にして、バンプ214及び突起部215の大きさを説明する。バンプ214の径の長さは、50〜100μmとなる。バンプ214の上下方向の厚みの長さは、20〜75μmとなる。突起部215の径の長さは、20〜50μmとなる。また、突起部215の上下方向の厚みの長さは、10〜30μmとなる。
本実施形態の第一変形例における水晶デバイスは、バンプ214の上面の中央に設けられた突起部215を備えており、導電性接着剤140が、電極パッド211上面からバンプ214の上面及び突起部215の側面にかかるように設けられている。このようにすることで、水晶デバイスは、導電性接着剤140が突起部215で遮られるため、導電性接着剤140が水晶素子120の励振用電極122b側に向かって溢れ出ることを抑えつつ、導電性接着剤140が励振用電極122bに付着して、励振用電極122bと第一引き出し電極123aとが短絡してしまうことを低減することができる。
(第二変形例)
以下、本実施形態の第二変形例における水晶デバイスについて説明する。なお、本実施形態の第二変形例における水晶デバイスのうち、上述した水晶デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第二変形例における水晶デバイスは、図6に示されているように、電極パッド311が矩形状であり、電極パッド311の一辺に沿って、バンプ314が二つ以上設けられている点で本実施形態と異なる。
バンプ314は、図6に示されているように、第一バンプ314a、第二バンプ314b、第三バンプ314c及び第四バンプ314dによって構成されている。第一バンプ314a及び第三バンプ314cは、図6に示すように、第一電極パッド311aの一辺に沿って設けられており、第二バンプ314b及び第四バンプ314dは、第二電極パッド311bの一辺に沿って設けられている。
また、第一バンプ314a、第二バンプ314b、第三バンプ314c及び第四バンプ314dは、図6に示されているように、基板310aの一辺と平行となる直線に対して同一直線上に並ぶようにして設けられている。このようにすることによって、水晶素子120の第一引き出し電極123aを第一バンプ314a及び第三バンプ314cと接触させ、第二引き出し電極122bを第二バンプ314b及び第四バンプ314dに接触させながら電極パッド311に実装することで、水晶素子120が傾くことなく安定した状態で実装することができる。
本実施形態の第二変形例における水晶デバイスは、電極パッド311の一辺と、その一辺と向かい合う一辺に沿って、バンプ314が設けられていることによって、水晶素子120の第一引き出し電極123aを第一バンプ314a及び第三バンプ314cと接触させ、第二引き出し電極122bを第二バンプ314b及び第四バンプ314dに接触させながら電極パッド311に実装することで、本実施形態の水晶デバイスと比較して水晶素子120を支持する場所が増えるため、水晶素子120が傾くことなく安定した状態で実装することができる。よって、水晶素子120の先端が基板310aに接触することがないため、安定して水晶素子120の発振周波数を出力することができる。
(第三変形例)
以下、本実施形態の第三変形例における水晶デバイスについて説明する。なお、本実施形態の第三変形例における水晶デバイスのうち、上述した水晶デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第三変形例における水晶デバイスは、図7に示されているように、バンプ414が電極パッド411の一辺と、その一辺と向かい合う一辺に沿ってそれぞれ設けられている点で本実施形態と異なる。
バンプ414は、第一バンプ414a、第二バンプ414b、第三バンプ414c及び第四バンプ414dによって構成されている。第一バンプ414aは、図7に示すように、第一電極パッド411aの一辺に沿って設けられており、第三バンプ414cは、第一電極パッド411aの一辺と向かい合う一辺に沿って設けられている。また、第二バンプ414bは、図7に示すように、第二電極パッド411bの一辺に沿って設けられており、第四バンプ414dは、第二電極パッド411bの一辺と向かい合う一辺に沿って設けられている。
本実施形態の第三変形例における水晶デバイスは、水晶素板121の固定端側の外周縁が、平面視して、基板410aの一辺と平行であり、第三バンプ414c及び第四バンプ414dと重なるようにして設けられている。このようにすることにより、水晶素子120の実装位置を視覚的によりわかりやすくすることができるので、水晶デバイスの生産性を向上させることが可能となる。また、このようにすることによって、パッケージ410の枠体410bと、水晶素子120の外周縁とが接触することを低減することができ、水晶素子120の欠けを防ぐことが可能となる。
また、本実施形態の第三変形例における水晶デバイスは、水晶素板121の固定端側の外周縁が、第三バンプ414c及び第四バンプ414dと接触することになるので、水晶素子120の固定端が基板410aの上面に接触することを抑えることができる。このようにすることで、水晶素子120の固定端側の外周縁が、基板110aに接触することで生じる水晶素子120の欠けを防ぐことができる。また、水晶素板121の固定端側の外周縁は、第三バンプ414c及び第四バンプ414dと接触することで、固定端側が第三バンプ414c及び第四バンプ414dの上下方向の厚み分の距離を確保できるので、水晶素子120の自由端が浮きすぎることがなく、水晶素子120の自由端が封止蓋体130に接触することを抑制することができる。
(水晶デバイスの製造方法)
以下、上述の水晶デバイスの製造方法について説明する。水晶デバイスの製造方法は、図8及び図9に示すように、基板110aの上面に設けられている電極パッド111を図10に示すバンプ形成装置のパッド認識手段840により、電極パッド111の位置を認識し、電極パッド111上にバンプ114を形成するバンプ形成工程と、バンプ114を図11に示す水晶素子実装装置のバンプ認識手段950により、バンプ114の位置を認識するバンプ位置認識工程と、認識したバンプ114に基づいてバンプ114から一定の間隔を設けて導電性接着剤140を塗布する導電性接着剤塗布工程と、導電性接着剤140によって、基板110aに水晶素子120を実装する水晶素子実装工程と、導電性接着剤140を加熱硬化させ、電極パッド111と水晶素子120とを導通固着する水晶素子固着工程と、水晶素子120を気密封止するように、封止蓋体130と基板110aとを接合するための封止蓋体接合工程と、を含む。
(バンプ形成工程)
バンプ形成工程は、図8(a)及び図(b)に示すように、基板110の上面に設けられている電極パッド111にバンプ114を形成する工程である。バンプ形成装置のパッド認識手段840によって、配列治具(図示せず)に配列されている基板110aの上面から撮影することで、基板110の上面に設けられた電極パッド111の位置を認識することができる。電極パッド111の位置を認識することで、バンプ114を形成する位置を決定し、キャピラリ831の先端に設けられたバンプ114を電極パッド上に接触させた後、バンプ114に超音波を印加することで、平面視して円形状のバンプ114を形成することができる。
バンプ114は、キャピラリ831と、キャピラリ831に挿通された金属線Lの先端との間で放電することで設けられる。このキャピラリ831で形成されたバンプ114は、バンプ114を電極パッドに押し付け、超音波振動によって接合させることで電極パッド111上に設けられる。
バンプ形成装置は、図10に示されているように、キャピラリ831を有するバンプ形成手段830と、電極パッド111を認識するためのカメラ等を有するパッド認識手段840と、バンプ形成手段830を制御する制御手段860と、を備えている。バンプ形成手段830は、図10に示すように、第一のガイドレールR1に備えられている。バンプ形成手段830は、キャピラリ831と、キャピラリ配置部832と、可動部833とで構成されている。また、可動部833は、X方向可動部833aと、Y方向可動部833bと、Z方向可動部833cとで構成されている。可動部833を構成するX方向可動部833aと、Y方向可動部833bと、Z方向可動部833cとは、例えば、
モータを備えて構成されている。
キャピラリ831は、図10に示されているように、キャピラリ配置部832の先端部に配置されている。また、キャピラリ831は、X方向可動部833aと、Y方向可動部833bと、Z方向可動部833cとによって、X方向、Y方向、Z方向に動作することができるようになっている。キャピラリ831には、放電電極(図示せず)が設けられており、金属線Lに放電電極から放電を行ってバンプ114を形成する。
パッド認識手段840は、例えばカメラによって構成され、図10に示すように、第一のガイドレールR1に備えられている。パッド認識手段840は、図10に示すように、パッケージ110の電極パッド111を示す画像データを撮影する役割を果たす。パッド認識手段840によって撮影された画像データは、記憶手段850に記憶される。記憶手段850は、パッド認識手段840から得たパッケージ110の電極パッド111の位置を示す画像データを記憶する役割を果たす。また、第二のガイドレールR2が設けられており、支柱PLを介して第1のガイドレールR1が備えられている。また、図11に示す素子配列治具XJは、励振用電極122が形成されている水晶素子120を整列させるための治具である。
また、制御手段860は、コンピュータにより構成されており、バンプ形成手段830と、パッド認識手段840と、記憶部850に接続されている。制御手段860は、バンプ形成装置全体の制御を行うものである。つまり、制御手段860は、パッド認識手段840から得た画像データによって、電極パッド111の各辺の数値データを求め、数値データを基にして、バンプ形成手段830のキャピラリ831の位置を補正するように制御する役割を果たす。
このようにして電極パッド111上にバンプ114を形成することができるので、バンプ114の形状が、従来のメタライズを印刷することで形成されるバンプの形状と比較して小さくすることができ、導電性接着剤140の塗布領域に自由度が増し、安定した塗布をすることが出来る。またバンプ114の電極パッド上の位置精度が安定すると共に、バンプ114の高さも安定して形成する出来ることができる。また、バンプ114のX−Y方向の変化が小さいため、安定して水晶素子120の先端を浮かせて、水晶素子120の特性を良好にすることができる。
(バンプ位置認識工程)
バンプ位置認識工程は、図8(c)に示すように、基板110aの上面に設けられた電極パッド111と、電極111とパッケージ110の一方の主面とに跨るように設けられているバンプ114を図11に示す水晶素子実装装置のバンプ認識手段950により、バンプ114の位置を認識する工程である。水晶素子実装装置のバンプ認識手段950によって、配列治具TJに配列されているパッケージ110の凹部K側から撮影することで、パッケージ110の電極パッド111と電極パッド111上に設けられているバンプ114の位置を撮影する。
電極パッド111に設けられているバンプ114は、水晶素子実装装置のバンプ認識手段950によって撮影することで、電極パッド111上にあるバンプ114の位置を判別することができる。このように撮影することで、画像より、バンプ114の中心線とパッケージ110の枠体110bの内周側縁部との間隔を測定する。
水晶素子実装装置は、図11に示すように、塗布ノズル931を有する塗布手段930と、吸着ノズル941を有する吸着手段940と、電極パッド111に設けられたバンプ114を認識するためのカメラ等を有するバンプ認識手段950と、バンプ認識手段950から得た画像データによって、バンプ114の位置ずれ幅を求め、この位置ずれに対して導電性接着剤140の塗布位置を補正するために塗布手段930を制御する制御手段970と、を備えている。
塗布手段930は、図11に示すように、第一のガイドレールR1に備えられている。塗布手段930は、塗布ノズル931(図11参照)と、塗布ノズル配置部932と、可動部933とで構成されている。また、吸着手段940は、吸着ノズル941と、吸着ノズル配置部942と、可動部933とで構成されている。また、可動部933は、X方向可動部933aと、Y方向可動部933bと、Z方向可動部933cとで構成されている。可動部933を構成するX方向可動部933aと、Y方向可動部933bと、Z方向可動部933cとは、例えば、モータを備えて構成されている。
塗布ノズル931は、塗布ノズル配置部932の先端部に配置されている。また、塗布ノズル931は、X方向可動部933aと、Y方向可動部933bと、Z方向可動部933cとによって、X方向、Y方向、Z方向に動作することができるようになっている。
これら塗布手段930は、Z方向に往復して移動可能であり、パッケージ110の電極パッド111に導電性接着剤140を塗布するときにZ方向に移動する。また、塗布手段930は、隣に配置されているパッケージ110における電極パッド111に導電性接着剤140を塗布するときにX方向に移動する。
吸着手段940は、第一のガイドレールR1に備えられている。吸着手段940は、吸着ノズル941と、吸着ノズル配置部942と、可動部933とで構成されている。吸着ノズル941は、吸着ノズル配置部942の先端部に配置されている。また、吸着ノズル941は、X方向可動部933aと、Y方向可動部933bと、Z方向可動部933cとによって、X方向、Y方向、Z方向に動作することができるようになっている。また、吸着手段940は、素子配列治具XJに配列されている水晶素子120を吸着し、配列治具TJに配列されているパッケージ110の凹部K内に設けられた電極パッド111に実装するための吸着ノズル941を有する。吸着ノズル941は、吸着手段940のノズル配置部942に並列に配置されている。また、吸着ノズル941は、真空ポンプ(図示せず)と連結しており、真空ポンプが動作することで、吸着ノズル941に設けられている吸着孔(図示せず)から空気が吸い込まれる。よって、素子配列治具XJに配列されている水晶素子120は、吸着ノズル941に吸着される。
これら吸着手段940は、Z方向に往復して移動可能であり、素子配列治具XJから水晶素子120を吸着するとき、及びパッケージ110に搭載するときにZ方向に移動する。また、パッケージ110に移動するとき、及び新たに水晶素子120を吸着するときにX方向に移動する。
吸着ノズル941は、素子配列治具XJに配列されている圧電振動素子120と向かい合うようにして、吸着ノズル配置部942の先端部に配置されている。また、吸着ノズル941は、X方向可動部933aと、Y方向可動部933bと、Z方向可動部933cと、回動部(図示せず)とによって、X方向、Y方向、Z方向、θ方向に動作することができるようになっている。
バンプ認識手段950は、例えばカメラによって構成され、図11に示すように、第一のガイドレールR1に備えられている。バンプ認識手段950は、図11に示すように、パッケージ110の電極パッド111に設けられているバンプ114の状態を示す画像データを撮影する役割を果たす。また、バンプ認識手段950は、画像データを撮影後、吸着手段940と衝突しないように移動することができる。認識手段950によって撮影された画像データは、記憶手段960に記憶される。記憶手段960は、バンプ認識手段950のカメラから得たパッケージ110の電極パッド111に設けられているバンプ114の位置を示す画像データを記憶する役割を果たす。また、第二のガイドレールR2が設けられており、支柱PLを介して第一のガイドレールR1が備えられている。また、素子配列治具XJは、励振用電極122が形成されている圧電振動素子120を整列させるための治具である。
このようにすることで、塗布手段930は、素子配列治具XJにX方向に整列された複数の水晶素子120を2つ同時に吸着し、パッケージ110の凹部Kに設けられた電極パッド111に実装する。この電極パッド111には、導電性接着剤140が付着されている。したがって、塗布手段930は、電極パッド111上の導電性接着剤140に圧電振動素子120を実装することになる。これにより、パッケージ110に圧電振動素子120を実装することができる。
バンプ認識手段950は、配列治具TJに配列されているパッケージ110の凹部K側から撮影できるように設けられている。また、認識手段950は、図8(c)に示すように、配列治具TJに配列されているとパッケージ110に設けられているバンプ114と枠体110bとの間隔の状態を示す画像データを撮影するためのものである。また、バンプ認識手段950は、画像データを撮影後、吸着手段940と衝突しないように移動することができる。バンプ認識手段950によって撮影された画像データは、記憶部960に記憶される。
また、制御手段970は、コンピュータにより構成されており、塗布手段930と、吸着手段940と、バンプ認識手段950と、記憶部960に接続されている。制御手段970は、水晶素子実装装置全体の制御を行うものである。つまり、制御手段970は、バンプ認識手段950から得た画像データによって、設けられているバンプ114と枠部110bとの間隔の数値データを求め、数値データを基にして、吸着手段940の吸着ノズル941の位置を補正するように制御する役割を果たす。
(導電性接着剤塗布工程)
導電性接着剤塗布工程は、図8(d)に示すように、認識したバンプ114に基づいてバンプ114から一定の間隔を設けて導電性接着剤140を塗布する工程である。導電性接着剤140は、塗布ノズル931で電極パッド111の主面に塗布される。
塗布ノズル931は、導電性接着剤140が充填された塗布ノズル931内に圧力をかけることによって導電性接着剤140を噴出させ、導電性接着剤140を塗布することができる。この際、導電性接着剤140は、電極パッド111上に、バンプ114の電極パッド111の中心に向いた側面の一部にかかるように塗布されている。また、導電性接着剤140は、水晶素子120を搭載したときにバンプ114の上面の幅方向の半分まで形成されている。つまり、導電性接着剤140は、水晶素子120を搭載したときに、バンプ114を二等分する二等分線よりも、パッケージ110の中心側を越えないように形成されている。導電性接着剤140の塗布径は、例えば、250〜350μmとなっている。
(水晶素子実装工程)
水晶素子実装工程は、図9(a)に示すように、導電性接着剤140によって、パッケージ110に水晶素子120を搭載する工程である。パッケージ110の凹部K内には一対の電極パッド111が設けられており、電極パッド111上に導電性接着剤140を塗布し、この電極パッド111に塗布された導電性接着剤140に水晶素子120の表面に形成した励振用電極122から延出した引き出し電極123を付着させる形態で水晶素子120を実装する。
(水晶素子固着工程)
水晶素子固着工程は、図9(b)に示すように、導電性接着剤140を加熱硬化させ、前記電極パッド111と水晶素子120とを導通固着する水晶素子固着工程である。硬化炉(図示せず)に前記パッケージ110を収容し、約250℃まで昇温することで、導電性接着剤140を加熱硬化させる。
(封止蓋体接合工程)
封止蓋体接合工程は、図9(c)に示すように、水晶素子120を気密封止するようにパッケージ110に封止蓋体130を接合する工程である。封止蓋体130は、例えば、Fe−Ni合金(42アロイ)やFe−Ni−Co合金(コバール)が用いられ、水晶素子120を窒素ガス雰囲気中や真空雰囲気中などで気密封止する際に用いられる。
具体的には、接合部材131がガラス、絶縁性樹脂又は金錫の場合、封止蓋体130は、窒素ガス雰囲気中や真空雰囲気中で、パッケージ110の枠体110bの表面に設けられた封止用導体パターン113上に載置され、封止蓋体130の上面からハロゲンランプ等の熱源を照射し、接合部材131を溶融させることで、封止用導体パターン113を介して枠部110bに接合される。
また、接合部材131が銀ロウの場合には、封止蓋体130は、窒素ガス雰囲気中や真空雰囲気中で、パッケージ110の枠体110b上に載置され、枠体110bの表面に設けられた封止用導体パターン113の金属と封止蓋体130の接合部材131とが溶接されるように、シーム溶接機(図示せず)のローラ電極(図示せず)を封止蓋体130に接触させ、ローラ電極に電源を供給しながら、封止蓋体130の外側縁部に沿って動かすことで、枠体110bに接合される。
本発明の水晶デバイスの製造方法は、パッド認識手段840により、電極パッド111の位置を判別した後に、バンプ114を形成するので、バンプ114が電極パッド111上から位置ズレすることなく、安定してバンプ114を形成することができる。また、バンプ114の形状が、従来のメタライズを印刷することで形成されるバンプの形状と比較して小さくすることができ、導電性接着剤140の塗布領域に自由度が増し、安定した塗布をすることが出来る。このようにしてバンプ114を形成することで、バンプ114の電極パッド111上の位置精度が安定すると共に、バンプ114の高さも安定して形成する出来ることができる。また、このようして製造された水晶デバイスは、バンプ114のX−Y方向の変化が小さいため、安定して水晶素子120の先端を浮かせて、水晶素子120の発振周波数が変動してしまうことを低減することができるので生産性を向上させることができる。
また、本発明の水晶デバイスの製造方法は、バンプ認識手段950により、バンプ114の位置を判別した後に、導電性接着剤140を塗布するので、導電性接着剤140がバンプ114上から位置ズレすることなく、安定して導電性接着剤140を塗布することができる。
尚、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。上記実施形態では、枠体110bが基板110aと同様にセラミック材で一体的に形成した場合を説明したが、枠体110bが金属製であっても構わない。この場合、枠体は、銀−銅等のロウ材を介して基板の導体膜に接合されている。また、本実施形態では、枠体110bの上面に封止用導体パターン113が形成されている場合を説明したが、接合部材131が、ガラス又は絶縁性樹脂の場合には、封止用導体パターン113を設けることなく、枠体110bに接合されていても構わない。
上記実施形態では、基板110aの上面に枠体110bが設けられている場合について説明したが、基板に水晶素子を実装した後に、封止基部の下面に封止枠部が設けられた封止蓋体を用いて、水晶素子を気密封止する構造であっても構わない。封止蓋体は、矩形状の封止基部と、封止基部の下面の外周縁に沿って設けられている封止枠部とで構成されており、封止基部の下面と封止枠部の内側側面とで収容空間が形成されている。封止枠部は、封止基部の下面に収容空間を形成するためのものである。封止枠部は、封止基部の下面の外縁に沿って設けられている。
また、水晶素子120のベベル加工方法について説明する。所定の粒度のメディアと砥粒とを備えた研磨材と、所定の大きさに形成された水晶素板121とを用意する。円筒体に用意した研磨材と水晶素板121とを入れ、円筒体の開口した端部をカバーで塞ぐ。研磨材と水晶素板121とを入れた円筒体を、円筒体の中心軸線を回転軸として回転させる水晶素板121が研磨材で研磨されてベベル加工が行われる。
上記実施形態では、水晶素子は、AT用水晶素子を用いた場合を説明したが、水晶基部と、水晶基部の側面より同一の方向に延びる二本の平板形状の水晶振動部とを有する音叉型屈曲水晶素子を用いても構わない。水晶素子は、水晶片と、その水晶片の表面に設けられた励振電極と、引き出し用電極と、周波数調整用金属膜とにより構成されている。水晶片は、水晶基部と水晶振動部とからなり、水晶振動部が第一水晶振動部及び第二水晶振動部とから成る。水晶基部は、結晶の軸方向として電気軸がX軸、機械軸がY軸、及び光軸がZ軸となる直交座標系としたとき、X軸回りに−5°〜+5°の範囲内で回転させたZ′軸の方向が厚み方向となる平面視略四角形の平板である。第一水晶振動部及び第二水晶振動部は、水晶基部の一辺からY′軸の方向に平行に延設されている。このような水晶片は、水晶基部と各水晶振動部とが一体となって音叉形状を成しており、フォトリソグラフィー技術と化学エッチング技術により製造される。