JP2015228600A - 圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パッケージの溶接工程において、コーナー部手前でレーザービームを停止させることによって、気密封止の歩留りを向上させることができる圧電デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】圧電デバイスの製造方法は、ベース基板３１と、コーナー部７８を有する蓋体３５とを、用意する工程と、前記蓋体３５を前記接合部に重ねて配置する工程と、前記蓋体３５の前記接合部と重なっている部分に、エネルギービームを走査しながら照射して、前記ベース基板３１と前記蓋体３５とを溶接する工程と、を含み、前記溶接する工程では、前記走査するエネルギービームが前記コーナー部７８の手前で、前記エネルギービームの照射を停止させることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧電デバイスの製造方法に関する。

従来、水晶素子や半導体素子などの素子や圧電体などの電子部品を備えているワークに、レーザービームを照射して、リッドとパッケージとを溶接するレーザー溶接方法が知られていた。
このような溶接方法では、例えば、特許文献１に開示されているように、レーザービームがリッドの角付近を通過する際に、レーザービームの照射出力を大きく低減させることによって、リッドが加熱される温度を調整し、リッドの角付近の溶接が強くなったり、角付近に熱が溜まって、深い溶接跡や穴が開いてしまうといった不具合の発生を抑制することができた。また、リッドの角付近とその他の領域との溶接のばらつきを抑制し、ワーク上で大きな温度分布が生じてしまうことを抑制し、均等な溶接を行うことが可能であった。

特開２００７−３１３５４４号公報

しかし、エネルギービーム（レーザービーム）を照射して、蓋体（リッド）と圧電素子（電子部品）が搭載されているベース基板（パッケージ）とを溶接してパッケージを封止する工程において、生産効率を上げるために、エネルギービームの走査速度は速くなる傾向にあり、特許文献１に記載の溶接方法では、エネルギービームの走査速度に対して、エネルギービームの照射出力（レーザー出力）を変更する制御が追い付かず、ずれが生じてしまう。また、近年の製品小型化により、その影響は顕著となっている。

そのため、予め、エネルギービームの照射出力が低減するように設定されている蓋体のコーナー部（角付近）において、エネルギービームの照射出力を設定通りに精度よく低減させることが難しくなり、コーナー部以外の領域と比較して溶接が強くなってしまっていた。その結果、圧電デバイス（ワーク）のパッケージの溶接強度がばらつき、製品の歩留りが低下してしまう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、以下の適用例または形態として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に記載の圧電デバイスの製造方法は、圧電素子が搭載され、前記圧電素子の平面視で、前記圧電素子を囲むように接合部が配置されているベース基板と、コーナー部を有する蓋体とを、用意する工程と、前記ベース基板と前記蓋体との間に前記圧電素子を収容するように、前記蓋体を前記接合部に重ねて配置する工程と、前記蓋体の前記接合部と重なっている部分に、エネルギービームを走査しながら照射して、前記ベース基板と前記蓋体とを溶接する工程と、を含み、前記溶接する工程では、走査する前記エネルギービームが前記コーナー部の手前で、前記エネルギービームの照射を停止させることを特徴とする。

本適用例の圧電デバイスの製造方法によれば、ベース基板と蓋体とを溶接する際に、蓋体のコーナー部の手前でエネルギービームの照射を停止する。しかし、蓋体にエネルギービームの照射が開始されるとすぐに蓋体とベース基板とが加熱されて温度が上昇するので、これから溶接しようとしている蓋体のコーナー部の手前でエネルギービームの照射が停止されても、蓋体においては、停止するまでにすでに照射され加熱されている部分で、発生し蓄積されている熱がある。この熱が、これから溶接する蓋体のコーナー部まで伝わることによって、気密が確保される程度に、蓋体のコーナー部とベース基板とを溶接することが可能になっている。

つまり、本適用例の圧電デバイスの製造方法によれば、エネルギービームの照射によって蓋体のコーナー部の溶接が強くなることを低減し、蓋体の溶接される部分において、溶接強度を均等にすることが可能になる。従って、蓋体に蓄積されている熱が解放されずに滞留することを低減し、この蓄積されている熱による歪みを低減するので、ベース基板が受ける損傷を軽減することができる。

また、蓋体のコーナー部が高温になり、蓋体が溶け過ぎて、蓋体とベース基板との間にリークパスが形成され、気密が確保されずに封止が不完全になることを低減できる。従って、蓋体とベース基板とを確実に溶接することが可能であり、製品の歩留りの低下を低減することができる。

［適用例２］上記適用例に記載の圧電デバイスの製造方法において、前記用意する工程では、前記蓋体は一方の面にろう材を有しており、前記配置する工程では、前記一方の面を前記接合部側に向けて配置することを特徴とする。

本適用例の圧電デバイスの製造方法によれば、ろう材を用いることなく溶接する場合と比べて、溶接温度を下げることが可能である。これにより、ベース基板と蓋体との溶接が容易になると共に、ベース基板が受ける損傷を軽減することが可能である。

［適用例３］上記適用例に記載の圧電デバイスの製造方法において、前記用意する工程では、前記ベース基板は凹型のキャビティを有し、前記蓋体は平板形状であることを特徴とする。

本適用例の圧電デバイスの製造方法によれば、ベース基板の凹型のキャビティ（内部空間）に、圧電素子やＩＣなどの電子部品を収容することができる。従って、タイミングデバイスやセンサーデバイスとしての機能を有する圧電デバイスが得られる。

［適用例４］上記適用例に記載の圧電デバイスの製造方法において、前記用意する工程では、前記ベース基板は平板形状であり、前記蓋体はキャップ形状であることを特徴とする。

本記適用例の圧電デバイスの製造方法によれば、平板形状のベース基板とキャップ形状の蓋体とを用いて圧電デバイスを製造すれば、蓋体の膨らみにより、圧電素子を収容することが可能になり、圧電素子が振動可能な内部空間を確保できる。また、ベース基板を平板形状とすることができ、凹型の凹部が設けられている場合と比較して、ベース基板の製造が容易となり、コスト低減が可能である。

［適用例５］上記適用例に記載の圧電デバイスの製造方法において、前記溶接する工程では、前記エネルギービームの走査方向における前記接合部の長さに対して、１％以上３０％以下の長さに相当する部分を残して、前記エネルギービームの照射を停止させることを特徴とする。

本適用例の圧電デバイスの製造方法によれば、エネルギービームの照射されない部分の長さが、エネルギービームの走査方向における接合部の長さに対して、３０％より長い場合には、これから溶接しようとしている蓋体のコーナー部まで十分に熱が伝わらず、コーナー部が加熱溶融されて、気密が確保される程度に溶接されるのに必要な熱が不足してしまう。

また、エネルギービームの照射されない部分の長さが、エネルギービームの走査方向における接合部の長さに対して、１％より短い場合には、これから溶接しようとしている蓋体のコーナー部が溶け過ぎて、蓋体とベース基板との間にリークパスが形成され、気密が確保されずに封止が不完全になってしまう。

［適用例６］上記適用例に記載の圧電デバイスの製造方法において、前記溶接する工程では、前記エネルギービームがレーザービームであることを特徴とする。

本適用例の圧電デバイスの製造方法によれば、電子ビームなどと比較して、ビームの走査速度を速くすることができる。従って、ビームが照射されることによって蓋体が高温にさらされる時間を短縮できるため、蓋体から熱を受けるベース基板が高温の影響によって損傷することを低減でき、信頼性の高い圧電デバイスを製造することが可能になる。
また、溶接に必要な加工時間を短縮できるので、製造コストを低減できる。

［適用例７］上記適用例に記載の圧電デバイスの製造方法において、前記溶接する工程では、少なくとも１つの前記コーナー部を溶接せず未溶接部として残し、残りの前記コーナー部を溶接する第１溶接ステップと、前記未溶接部を減圧雰囲気で溶接する第２溶接ステップと、を含むことを特徴とする。

本適用例の圧電デバイスの製造方法によれば、第２溶接ステップにおいて、エネルギービームを照射して蓋体とベース基板とが溶接される部分は、第１溶接ステップにおいて、溶接せずに残されている未溶接部であるから、第２溶接ステップでは、溶接される距離が短く、加熱される時間も短い。従って、蓋体の外周を一段階で一周して溶接する場合と比較して、溶接する際に蓋体とベース基板とに発生する熱応力による歪みが低減されるので、圧電デバイスが受ける損傷を軽減できる。その結果、信頼性の高い圧電デバイスを製造することが可能になる。

また、第１溶接ステップでは、溶接しない一部領域があることから、第１溶接ステップでは、発生するアウトガスを圧電デバイスの内部に停滞させることなく外部に放出し、第２溶接ステップにおいて真空度の高い圧電デバイスの封止が可能となる。

本発明の第１実施形態に係る水晶振動子の製造方法に用いるレーザー溶接装置の構成を示す概略図。 本発明の第１実施形態に係るレーザービームの走査軌跡を示す斜視図。 本発明の第１実施形態に係る水晶振動子の構造を示す断面図。 本発明の第１実施形態に係る水晶振動子の製造工程を示すフローチャート。 本発明の変形例１に係る水晶振動子の構造を示す断面図。 本発明の変形例２に係る水晶振動子の製造過程における蓋体シート、ベース基板シートの説明図。 本発明の第２実施形態に係るレーザービームの走査軌跡を示す斜視図。 本発明の第２実施形態に係る水晶振動子の製造工程を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。

＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る圧電デバイスとしての水晶振動子の製造方法に沿って、圧電デバイスのパッケージを封止する方法について説明する。
以下の図においては、同一または類似の構成要素には、同一または類似の参照符号を付して示す。説明の便宜上、ベース基板３１と蓋体３５とが重なる方向から見たときの平面視において、蓋体３５側の面を上面、ベース基板３１側の面を下面として説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る水晶振動子の製造方法に用いるレーザー溶接装置の構成を示す概略図である。つまり、本実施形態の圧電デバイスの製造方法に用いるのに適したパッケージの溶接装置の構成を示している。
以下に、エネルギービームとしてのレーザービームが照射されることによって水晶振動子のパッケージが封止されるパッケージの溶接装置について説明する。

＜パッケージの溶接装置＞
まず、図１を参照して、パッケージの溶接装置の一例として、水晶振動子２０のパッケージ３０を封止するのに適したレーザー溶接装置１０について説明する。
図１に示すように、レーザー溶接装置１０は、エネルギービーム源としてのレーザービーム源１１と、透過部１２を有するチャンバー１３と、加工ステージ１４と、を備えている。そして、チャンバー１３の内部には、水晶振動子２０のパッケージ３０が配置されている。

さらに、レーザー溶接装置１０は、チャンバー１３に接続されている通気管１６ａを介して、チャンバー１３の内部空間１９の気圧を大気圧より高くすることができるコンプレッサー１７と、通気管１６ｂを介して、内部空間１９の気圧を大気圧より低くすることができる真空ポンプ１８と、を備えている。

このように、チャンバー１３は、内部空間１９の気圧を調整できるように密閉されているので、例えば、Ｎ₂、Ａｒなどの不活性ガスを充填するなどして雰囲気を変えつつ、大気圧より高くして溶接したい場合には加圧され、大気圧より低くして溶接したい場合には減圧されるといった選択をすることによって、水晶振動子２０の内部空間２９の気圧や雰囲気を自由に変えて、パッケージ３０を溶接することが可能になっている。

また、レーザービーム源１１は、ＹＡＧレーザーのようなパルス波でもよいが、本実施形態では、照射出力を低くしても信頼性の高いパッケージ３０の溶接が可能な連続波（Continuous Wave）のレーザービームＬが出射される半導体レーザー発振器を使用している。

本実施形態では、エネルギービームとしてレーザービームＬを選択することによって、電子ビームなどと比較して、ビームの走査速度を速くすることができる。その結果、ビームによって蓋体３５が加熱される時間を短縮できるため、熱の影響によってパッケージ３０が受ける損傷を低減することが可能になる。従って、信頼性の高い水晶振動子２０を製造することができる。また、加工時間も短縮されるので、製造コストを低減することも可能になる。

透過部１２は、チャンバー１３の上面の一部に設けられており、チャンバー１３の外部の上面側から出射されるレーザービームＬをチャンバー１３内部に透過することができる。このことから、透過部１２の材料としては、レーザービームＬを透過する材料、例えば、ソーダガラス、石英ガラス、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）から選択される少なくとも１種を含む材料で構成されるガラスやプラスチックなどを用いることができる。

チャンバー１３は、内部空間１９を一定の気圧、一定の雰囲気に保てるように、変形しない部材、かつ、熱を加えてもガスの発生が少ない部材、例えば、鉄（Ｆｅ）、鋼、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）などの金属を用いることができる。

＜レーザー封止＞
次に、レーザー封止の概要について説明する。図１に示すように、チャンバー１３の外部に設けられているレーザービーム源１１から出射されるレーザービームＬは、チャンバー１３に設けられている透過部１２を透過し、チャンバー１３で密閉されている内部空間１９の加工ステージ１４に載置されている水晶振動子２０の蓋体３５に照射される。

レーザービームＬに照射され加熱される蓋体３５から、ベース基板３１の上面に配置されているシームリング３４に熱が伝わることによって、蓋体３５とシームリング３４とが互いに溶融して接合される。ここで、ベース基板３１が蓋体３５と接合する部分を接合部という。このようにして、ベース基板３１と蓋体３５とが溶接されて水晶振動子２０のパッケージ３０が封止される。

水晶振動子２０の内部空間２９は、溶接時のチャンバー１３の内部空間１９の雰囲気に依存し、本実施形態では、チャンバー１３の内部空間１９の気圧が大気圧より低い雰囲気に減圧されているので、水晶振動子２０の内部空間２９も減圧状態で封止される。
あるいは、チャンバー１３の内部空間１９は不活性ガスなどで充填されていてもよい。その場合には、水晶振動子２０の内部空間２９も不活性ガスで充填されて封止される。

図２は、本発明の第１実施形態に係るレーザービームの走査軌跡を示す斜視図である。レーザービームＬの照射が開始されるとすぐに蓋体３５の温度が上昇する。特に、図２に示すように、蓋体３５の４つの角部に位置するコーナー部７８は、レーザービームＬが照射されることによって、直線部７７と比較して、熱が開放される方向が限られている。

この理由から、蓋体３５のコーナー部７８では熱が蓄積しやすく、局所的に温度上昇がはげしくなり、蓋体３５が溶け過ぎて、蓋体３５とベース基板３１との間にリークパスが発生してパッケージ３０の封止が不完全になってしまうことがある。

さらに、最近では、生産効率を上げるために、レーザービームの走査速度が年々速くなる傾向にあり、レーザービームＬの走査速度に対して、レーザービームＬの照射出力を変更する制御が追い付かずに遅れてしまう。

つまり、蓋体３５が加熱される温度を調整するために、予めレーザービームＬの照射出力を低減するように設定されている蓋体３５のコーナー部７８において、レーザービームＬの照射出力を精度よく低減することが難しくなっている。その結果、水晶振動子２０の溶接強度がばらつき、製品の歩留りが低下してしまっていた。

しかし、本実施形態の水晶振動子２０の製造方法によれば、蓋体３５のコーナー部７８の手前、例えば、レーザービームＬの走査方向における接合部としての直線部７７の長さに対して、１％以上３０％以下の長さに相当する部分の手前で、レーザービームＬの照射を停止させる。

先述のように、レーザービームＬの照射が開始されるとすぐに蓋体３５の温度が上昇するから、これから溶接しようとしている蓋体３５のコーナー部７８の手前でレーザービームＬの照射を停止させても、蓋体３５においては、照射を停止するまでにすでにレーザービームＬが照射され加熱されている部分で発生し蓄積されている熱がある。この熱が、これから溶接する蓋体３５のコーナー部７８まで伝わることによって、気密が確保される程度に、蓋体のコーナー部とベース基板とを溶接することが可能になっている。

つまり、本実施形態の水晶振動子２０の製造方法によれば、ベース基板３１と蓋体３５とを溶接する際に、蓋体３５のコーナー部７８の手前でレーザービームＬの照射を停止するので、レーザービームＬの照射によって蓋体３５のコーナー部７８の溶接が強くなることを低減し、蓄積される熱が解放されずに滞留することを低減させることが可能になる。従って、この蓄積されている熱による歪みの発生を低減し、水晶振動子２０が受ける損傷を軽減することができる。

また、蓋体３５が溶け過ぎて、蓋体３５とベース基板３１との間にリークパスが形成され、気密が確保されずに封止が不完全になることを低減できる。従って、パッケージ３０を確実に溶接することが可能であり、水晶振動子２０の溶接強度のばらつきを低減し、製品の歩留りの低下を低減することが可能になる。

＜レーザービームの走査＞
図２に示すように、レーザービームＬの走査軌跡７０は、蓋体３５の外周に沿って、蓋体３５の矩形の各辺に対応する４つの直線部７７と、その間の角部に対応する４つのコーナー部７８と、から構成されており、レーザービームＬを走査させてベース基板３１と溶接される蓋体３５上の位置を示している。

本実施形態では、蓋体３５上に設定されたいずれかの開始位置７１（コーナー部７８）からレーザービームＬの走査が開始され、レーザービームＬの走査軌跡７０における次のコーナー部７８の若干手前に位置する終了位置７２までの直線部７７上を走査させて、レーザービームＬの照射を停止させる。

レーザービームＬの照射を停止させる方法としては、レーザービーム源１１の電源を切るか、または照射停止機能が働くスイッチが入るように、予め制御装置（図示せず）のプログラムを設定しておく。または、レーザービームＬが通過する蓋体３５までの光学経路上に、レーザービームＬを遮るシャッターなどが設置されていてもよい。

このように、蓋体３５上の開始位置７１から終了位置７２までの各直線部７７上を走査する方法を繰り返し、走査軌跡７０を略一周するようにレーザービームＬを順次走査させる。本実施形態では、蓋体３５の上面が矩形のため、走査を４回繰り返す。

レーザービームＬの走査方向の変更は、各コーナー部７８において、レーザー溶接装置１０の制御装置（図示せず）により、レーザービームＬの走査方向の向きを蓋体３５の面内に９０度変化させることによって行う。また、レーザービームＬの走査は周回させる向きや順番を変更してもよい。

レーザービームＬの走査速度は事前に設定され、先述した制御装置、またはその制御装置に接続されているメモリー装置（図示せず）に記憶されている走査速度パターンに従って、走査軌跡７０の開始位置７１から終了位置７２まで制御される。

通常、走査速度は照射開始直後のわずかな時間に急加速され、照射終了直前のわずかな時間に急減速される。これらの照射開始直後および終了直前のわずかな時間を除いてそれ以外の時間でも、走査軌跡７０全体で走査速度は一定ではなく、連続的に、または断続的に変化させるように設定されているのが一般的である。

本実施形態では、照射開始直後のわずかな時間は、それ以外の時間と比較して走査速度を若干遅く設定し、その後、走査速度を若干早くして、そのまま終了位置７２まで一定の走査速度に設定されている。

＜水晶振動子＞
図３は、本発明の第１実施形態に係る水晶振動子の構造を示す断面図である。以下に、圧電デバイスとしての水晶振動子２０について図３を参照しながら説明する。

図３に示すように、水晶振動子２０は、ベース基板３１、蓋体３５からなるパッケージ３０と、後述する水晶振動片６０と、を備えている。さらに、ベース基板３１は、中央に水晶振動片６０が搭載されている凹型の凹部３８を有する矩形の底板３２と、ベース基板３１の内側に形成され、蓋体３５側が開放されている内部空間２９と、底板３２の上面に積層され、水晶振動片６０を囲むように配置されている側壁３３と、その側壁３３の上面に積層されているシームリング３４と、から構成されている。

ベース基板３１の平面視で、蓋体３５の下面の接合面３６側が、ベース基板３１のシームリング３４と重なるように密着した状態で蓋体３５が載置されている。言い換えれば、蓋体３５は、凹部３８の上面の開口を閉じるように、接合面３６をベース基板３１のシームリング３４に対向させてシームリング３４の上面に載置されている。

この時、蓋体３５の外周部３７の外縁は、全周に亘りシームリング３４の外縁より小さく設定されている。そのため、ベース基板３１の平面視で、外周部３７の外縁とシームリング３４の外縁との間隔Ｗが、全周に亘り略一定となるように載置されている。

蓋体３５の接合面３６には、例えば、銀（Ａｇ）ろうからなるろう材（図示せず）が設けられていて、溶接工程では、蓋体３５の接合面３６と、ベース基板３１のシームリング３４と、がこのろう材が溶融することによって溶接される。

ろう材を用いることにより、ろう材を用いないで溶接される場合に比べて、溶接に必要な温度を下げることが可能である。従って、溶接が容易になると共に、蓋体３５とシームリング３４とを含むパッケージ３０が受ける損傷を軽減することが可能になり、信頼性の高い圧電デバイスを製造することができる。

ベース基板３１は、絶縁材料である酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートで成形され、成形後に焼結処理により形成されている。また、ベース基板３１は、ベース基板３１の底板３２の上面に設けられているパッド電極部４０と、底板３２の下面に設けられ、パッド電極部４０と電気的に接続している実装電極部４１と、を有している。
そして、内部空間２９には、後述する圧電素子としての水晶振動片６０などが収容されており、パッド電極部４０に導電性接着剤６１を塗布して電気的に接続されて固定されている。

パッド電極部４０は、実装電極部４１を介して外部の実装基板と接続して、水晶振動片６０に駆動電圧を供給するために使用されるパッド状の電極である。パッド電極部４０および実装電極部４１は、例えば、タングステン（Ｗ）上にニッケル（Ｎｉ）めっき、および金（Ａｕ）めっきで形成されている。

導電性接着剤６１は、接合力を発揮する接着剤成分としてのエポキシ系合成樹脂剤に、銀（Ａｇ）、または銅（Ｃｕ）などの微細粒子（導電性フィラー）を含有させたものである。導電性接着剤６１は、合成樹脂剤がエポキシ系であることに限定されず、シリコーン系、ビスマレイミド系、ポリイミド系導電性接着剤などを利用することができ、微細粒子は、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）以外の金属であってもよい。

さらに、金（Ａｕ）スタッドバンプなどの金属製の突起電極でもよく、金（Ａｕ）の他に銅（Ｃｕ）、アルミ（Ａｌ）、はんだボールなど、他の導電性材料でもよい。

また、蓋体３５は、ベース基板３１との熱膨張率が近似し溶接の容易な材料を用いることが好ましく、例えば、ベース基板３１と同じセラミック材、または鉄（Ｆｅ）とコバルト（Ｃｏ）の合金であるコバール、ステンレス鋼などの金属を用いることができる。ここではコバールを用いており、コバールの表面にニッケル（Ｎｉ）めっき（図示せず）を施している。

シームリング３４は、水晶振動片６０の平面視で、水晶振動片６０を囲むようにベース基板３１の側壁３３の上面に、予め接合され、蓋体３５をベース基板３１に溶接しやすくするための接合材であり、例えば、コバール材で形成されている。
蓋体３５およびシームリング３４を構成するコバールの融点は、約１４５０℃の高温であるから、蓋体３５とシームリング３４とが重なっている部分は、局部的に、かつ短時間で溶接されることが望ましい。

＜水晶振動片＞
次に、水晶振動子２０の内部空間２９に収容されている、圧電素子としての水晶振動片６０について説明する。
圧電素子の一例である水晶振動片６０は、圧電材料の一例としての水晶により形成されているＡＴカット水晶基板（圧電基板）が用いられている。水晶などの圧電材料は三方晶系に属し、互いに直交する結晶軸Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を有する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、それぞれ電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。

そして、水晶基板は、ＸＺ面をＸ軸の回りに所定の角度θだけ回転させた平面に沿って、水晶から切り出された平板が水晶振動片６０として用いられる。例えば、ＡＴカット水晶基板の場合は、θは略３５°１５′である。なお、Ｙ軸およびＺ軸もＸ軸の回りにθ回転させて、それぞれＹ’軸、およびＺ’軸とする。従って、ＡＴカット水晶基板は直交する結晶軸Ｘ、Ｙ’、Ｚ’を有する。

ＡＴカット水晶基板は、厚み方向がＹ’軸であって、Ｙ’軸に直交するＸＺ’面（Ｘ軸およびＺ’軸を含む面）が主面であり、厚みすべり振動が主振動として励振される。このＡＴカット水晶基板を加工して、水晶振動片６０の圧電素子としての圧電基板を得ることができる。

すなわち、圧電基板は、Ｘ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）、Ｚ軸（光学軸）からなる直交座標系のＸ軸を中心として、Ｚ軸をＹ軸の−Ｙ方向へ傾けた軸をＺ’軸とし、Ｙ軸をＺ軸の＋Ｚ方向へ傾けた軸をＹ’軸とし、Ｘ軸とＺ’軸に平行な面で構成され、Ｙ’軸に平行な方向を厚みとするＡＴカット水晶基板からなる。

なお、本実施形態に係る圧電素子は、前述のような角度θが略３５°１５′のＡＴカット水晶基板に限定されるものではなく、ＡＴカット振動片以外の種々の形態のもの、例えば音叉型振動片、ジャイロセンサー振動片、ＢＴカット振動片、などの他の圧電基板も適用できる。

また、例えば、水晶の電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光学軸をＺ軸とし、前記Ｚ軸の回りに時計方向に、前記Ｘ軸をα＝３°以上３０°以下回転させて設定したＸ’軸に平行な辺を有し、前記Ｘ’軸の回りに時計方向に前記Ｚ軸をβ＝３３°以上３６°以下回転させたＺ’軸に平行な辺を有する、いわゆるダブルローテーションカットの水晶基板を用いてもよい。この時、α＝約２２°、β＝約３４°としたとき、ＳＣカット振動片となる。

本実施形態の水晶振動片６０は、前述のＡＴカット水晶基板が分割された矩形状の振動片が用いられている。振動片には表裏面に設けられた励振電極、他の電極と接続するための接続電極、励振電極と接続電極とを繋ぐ引き出し電極などの種々の電極（図示せず）が形成されている。

さらに、材質が水晶以外のタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの他の圧電材料や、圧電材が巻装されているなどの構成を有するシリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）などの非圧電材料などであってもよい。

＜水晶振動子の製造工程＞
次に、本発明の第１実施形態に係る圧電デバイスとしての水晶振動子２０の製造工程について、ベース基板３１と蓋体３５とを溶接する工程、つまりパッケージ３０の封止工程を中心に、フローチャートに沿って図１と図４とを参照して、以下に説明する。
図４は、本発明の第１実施形態に係る水晶振動子の製造工程を示すフローチャートである。

［蓋体とベース基板とを用意する工程 ＳＴ１］
まず、水晶振動片６０の平面視で、水晶振動片６０を囲むようにシームリング３４が配置されているベース基板３１と、コーナー部７８を有する蓋体３５と、レーザービーム源１１、透過部１２を有するチャンバー１３を備えているレーザー溶接装置１０と、を用意する。ここでは、蓋体３５と、ベース基板３１と、を別々に製造して用意しておく。

［蓋体をベース基板に載置する工程 ＳＴ２］
ベース基板３１のシームリング３４と蓋体３５との間に水晶振動片６０を収容するように、蓋体３５をシームリング３４の上面に重なるように載置する。

［蓋体とシームリングとを溶接する工程 ＳＴ３］
チャンバー１３の外部に設けられているレーザービーム源１１から出射したレーザービームＬを、チャンバー１３の上面に設けられている透過部１２を透過させ、チャンバー１３で密閉されている内部空間１９の加工ステージ１４に載置されている水晶振動子２０の蓋体３５に照射し、蓋体３５とベース基板３１のシームリング３４とを溶接する。

この時、ベース基板３１と蓋体３５とが配置されているチャンバー１３の内部空間１９は、真空ポンプ１８を用いて、気圧が大気圧より低い雰囲気に減圧されている。あるいは、コンプレッサー１７を用いて不活性ガスで充填されて、気圧が大気圧より若干高い雰囲気にされていてもよい。

レーザービームＬの走査は、先述のように、蓋体３５のコーナー部７８の手前、例えば、レーザービームＬの走査方向におけるベース基板３１のシームリング３４の長さに対して、１％以上３０％以下の長さに相当する部分の手前で、レーザービームＬの照射を停止させるという方法で実施する。

このように、蓋体３５とシームリング３４とが、レーザービームＬが照射されることによって加熱され溶融されることによって、水晶振動子２０の内部空間２９が外部と気密的に遮断され、水晶振動子２０のパッケージ３０が封止される。
以上の工程で、水晶振動子２０の製造工程が終了し、水晶振動子２０が完成する。

なお、エネルギービームは、レーザービームＬに限らず、電子ビームや他のレーザーなどを含むものも指す。

以上のことから、本実施形態の水晶振動子２０の製造方法によれば、蓋体３５のコーナー部７８において、溶接が強くなることを低減し、レーザービームＬの照射によって蓄積されている熱が解放されずに滞留することを低減できる。従って、局所的に温度が上昇することを低減し、蓄積されている熱による歪みを低減し、水晶振動子２０が受ける損傷を軽減できる。

また、蓋体３５が溶け過ぎて、蓋体３５とベース基板３１との間にリークパスが形成され気密が確保されずにパッケージ３０の封止が不完全になることを低減できる。その結果、水晶振動子２０の溶接強度のばらつきを低減し、製品の歩留り低下を低減することが可能になる。

（変形例１）
図５は、本発明の変形例１に係る圧電デバイスとしての水晶振動子の構造を示す断面図である。以下に、変形例１に係る水晶振動子２０ａの製造方法について、図５を参照しながら説明する。なお、変形例１に係る水晶振動子２０ａは、上記第１実施形態の水晶振動子２０とはパッケージの構造が異なるものである。上記第１実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、上記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

＜水晶振動子＞
図５に示すように、水晶振動子２０ａは、平板形状のベース基板３１ａ、キャップ形状の蓋体３５ａからなるパッケージ３０ａと、水晶振動片６０と、を備えている。
ベース基板３１ａおよび蓋体３５ａは、共に、ベース基板３１ａの平面視で、略長方形（矩形）をなしている。ただし、ベース基板３１ａおよび蓋体３５ａの平面視形状は、矩形に限らず、六角形や八角形などの多角形であっても構わない。

蓋体３５ａは、ステンレス（ＳＵＳ）、コバールなどの金属板を用いて、プレス加工によって水晶振動片６０を覆う凹部４５の外周にフランジ部（つば部）４６を備えたキャップ形状（帽子状）に形成されている。また、蓋体３５ａの表面には、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などの金属被膜がめっきなどによって形成されている。

蓋体３５ａのフランジ部４６の下面には、例えば、銀（Ａｇ）ろうからなるろう材（図示せず）が設けられており、溶接する際には、レーザービームＬが照射されて、このろう材が溶融することによって、フランジ部４６の下面と、ベース基板３１ａの上面に枠状に形成されているシームリング３４ａと、が接合される。ろう材は銀（Ａｇ）ろうに限らず、銅（Ｃｕ）ろう、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）であってもよい。

なお、ベース基板３１ａと蓋体３５ａの接合方法は、これに限定されず、例えば、低融点ガラスなどを用いて接合されていてもよい。

このように、蓋体３５ａの凹部４５の開口部がベース基板３１ａで塞がれて、下向き（ベース基板３１ａ側）に凹状となって、内部空間２９ａが形成される。そして、内部空間２９ａには、先述した圧電素子としての水晶振動片６０などが収容されており、その水晶振動片６０は、ベース基板３１ａの上面に配置されているパッド電極部４０に導電性接着剤６１を塗布して電気的に接続され固定されている。

凹部４５は、側壁４７と天井面４８とから構成されており、天井面４８とフランジ部４６が平行に形成され、側壁４７の壁面が、天井面４８およびフランジ部４６に対して直交するように形成されている。
換言すれば、蓋体３５ａは、ベース基板３１ａと溶接されてベース基板３１ａを水平に配置したとき、側壁４７がベース基板３１ａに対して垂直、つまりベース基板３１ａの上面と側壁とのなす角度が９０度、となるように形成されている。

ベース基板３１ａは、第１実施形態と同様に、絶縁材料である酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートで成形され、成形後に焼結処理により形成されている。また、ベース基板３１ａは、下面に実装電極部４１を備えている。

シームリング３４ａの構成材料としては、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブテン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）などの金属材料を用いることができる。

以上のことから、本変形例の水晶振動子２０ａによれば、平板形状のベース基板３１ａとキャップ形状の蓋体３５ａとを備えていることから、蓋体の膨らみにより、水晶振動片６０が振動可能な内部空間を確保できる。また、ベース基板３１ａを平板状とすることができ、凹部が設けられている場合と比較して、ベース基板の製造が容易となり、コスト低減が可能である。

（変形例２）
図６は、本発明の変形例２に係る水晶振動子の製造過程における蓋体シート、ベース基板シートの説明図である。以下に、変形例２に係る圧電デバイスとしての水晶振動子２０の製造方法について、図６を参照しながら説明する。上記第１実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、上記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

＜水晶振動子の製造工程＞
図６に示すように、複数のベース基板３１が、所定の間隔で配列されているシート状のベース基板シート５１と、ベース基板３１に相当する大きさに切断されて蓋体３５となるシート状の蓋体シート５５と、を用意する。

ベース基板シート５１の個々のベース基板３１は、第１実施形態と同様に、上面側中央の凹部３８に導電性接着剤６１が塗布されることによって搭載されている水晶振動片６０と、水晶振動片６０を囲むように上面側に枠状に配置されているシームリング３４と、を有している。

個々のベース基板３１と個々の蓋体３５とが重なるように位置を調整して、ベース基板シート５１のシームリング３４の上面に蓋体シート５５を重ねて載置する。

次に、ベース基板シート５１のシームリング３４と重なっている部分に相当する蓋体シート５５に向けてレーザービームＬを照射し、先述したレーザービームＬの走査方法で、ベース基板シート５１と蓋体シート５５とを一括して溶接する。

次に、蓋体シート５５とベース基板シート５１とが溶接されて一体になったものを、水晶振動子２０の外形形状に合わせてダイシングなどで切断分割して個片化する。このようにして、一度に複数の水晶振動子２０を得ることができる。

以上のことから、本発明の水晶振動子２０の製造方法によれば、レーザービームＬが照射される蓋体の表面積が大きくなってシート状になっているため、蓋体３５のコーナー部７８において、レーザービームＬの照射によって加熱されて発生する熱が周辺の蓋体シート５５に解放されやすくなっている。

従って、蓋体３５のコーナー部７８において、熱応力による歪みを低減し、パッケージ３０が受ける損傷を軽減することができる。その結果、水晶振動子２０の溶接強度のばらつきを低減し、製品の歩留りが低下することを低減することが可能になる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る圧電デバイスとしての水晶振動子の製造方法の一例として、水晶振動子の製造方法に沿って、水晶振動子２０のパッケージ３０を封止する方法について説明する。なお、第１実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

本実施形態では、第１実施形態で説明した溶接する工程を、第１溶接工程（ＳＴ３）、第２溶接工程（ＳＴ５）の２段階に分けて溶接することによって、水晶振動子２０の内部空間２９が大気圧より気圧が低い雰囲気（略真空）で封止されることを可能にする。これを以下に説明する。

＜レーザービームの走査＞
図７は、本発明の第２実施形態に係るレーザービームの走査軌跡を示す斜視図である。
まず、図７に示すように、いずれかの直線部７７に設定した開始位置７１からレーザービームＬの走査を開始し、次のコーナー部７８の若干手前に位置する終了位置７２まで走査させて、レーザービームＬの照射を停止させる。このようにして、次々に別の直線部７７において、先述した走査方法を繰り返し、走査軌跡７０上を、蓋体３５の外周を一周するように走査させる。

この時、或る１つのコーナー部７８を溶接せずに残して、他の領域を溶接する。つまり、蓋体３５の外周部３７を略一周するように最初の直線部７７に向かって、開始位置７１の手前に位置する第１の終了位置７３まで走査する。この工程を第１溶接工程と呼ぶ。

次に、第１溶接工程でレーザービームＬを走査した走査軌跡７０と一部分が重なるように、第１の終了位置７３の若干手前に位置する第２の開始位置７５から走査を開始し、蓋体３５の外周に沿って、最初に溶接を開始した直線部７７の開始位置７１を若干過ぎた第２の終了位置７６まで走査する。この工程を第２溶接工程と呼ぶ。つまり、第１溶接工程と第２溶接工程とを経ることによって水晶振動子２０の封止が完了する。

＜水晶振動子の製造工程＞
図８は、本発明の第２実施形態に係る水晶振動子２０の製造工程を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る圧電デバイスとしての水晶振動子の製造方法について、ベース基板３１と蓋体３５とを溶接する工程、つまり、封止工程を中心に、図８を参照しながら溶接工程を２段階に分ける製造方法について、以下に説明する。

第２実施形態においても、第１実施形態にて先述したＳＴ１，ＳＴ２については、同様であるため説明は省略する。

［蓋体とシームリングとを溶接する工程（第１溶接工程） ＳＴ３］
まず、不活性ガスを充填した、大気圧より気圧が高い雰囲気において、走査軌跡７０に沿ってレーザービームＬを照射し、蓋体３５の一部領域８０を残して、蓋体３５と、ベース基板３１のシームリング３４を互いに溶融して、蓋体３５とベース基板３１のシームリング３４とを溶接する。

この状態では、ベース基板３１の内部空間２９は、溶接せずに残されている一部領域８０、つまり蓋体３５とシームリング３４との間を介して、チャンバー１３の内部空間１９と連通している状態である。

［ベース基板の内部空間を減圧する工程 ＳＴ４］
次に、チャンバー１３に接続されている真空ポンプ１８で、チャンバー１３の内部空間１９の気圧を大気圧より低く減圧する。ここでは、ＳＴ３において、走査軌跡７０の一部領域８０を溶接せずに残して溶接した蓋体３５とベース基板３１とを、大気圧より気圧の低い雰囲気、例えば、１０Ｐａ程度の減圧雰囲気内に配置する。

ベース基板３１の内部空間２９の空気は、溶接せずに残されている一部領域８０、つまり、蓋体３５とベース基板３１のシームリング３４との間を介して、大気圧より気圧の低い減圧雰囲気になっているチャンバー１３の内部空間１９側へ排出される。

これにより、ベース基板３１の内部空間２９は、チャンバー１３の内部空間１９側と同じ雰囲気、つまり、大気圧より気圧の低い減圧雰囲気となる。なお、チャンバー１３の内部空間１９は、大気圧より気圧の低い減圧雰囲気に限らず、第１実施形態と同様に、不活性ガス雰囲気にしてもよい。

［蓋体とシームリングとを溶接する工程（第２溶接工程） ＳＴ５］
次に、溶接せずに残されている蓋体３５の一部領域８０へレーザービームＬを照射して、蓋体３５とベース基板３１のシームリング３４とが互いに溶融されて、蓋体３５とベース基板３１のシームリング３４とを気密を確保して溶接する。

この工程では、ＳＴ３で走査した走査軌跡７０と一部分が重なるように、第２の開始位置７５から走査を開始し、蓋体３５の外周に沿って、最初の直線部７７の開始位置７１を若干過ぎた第２の終了位置７６まで走査する。

このように、シームリング３４がレーザービームＬに照射されて、シームリング３４が溶融されることによって、ベース基板３１と蓋体３５とが溶接されて、内部空間１９が外部と気密的に遮断され、水晶振動子２０のパッケージ３０が封止される。これで、水晶振動子２０の製造工程が終了し、内部空間２９の雰囲気が大気圧より気圧の低い雰囲気（略真空）になっている水晶振動子２０が完成する。

本実施形態では、図７に示すように、蓋体３５の一部領域８０を残して、残りの領域をパッケージ３０に対して溶接している。つまり、ＳＴ３において、部分的に溶接をしない一部領域８０を形成する。このような一部領域８０は、図７のように１箇所でもよく、２箇所でも、それ以上でもよいが、あまり多いと、後の作業が煩雑になる。また、ＳＴ３において、部分的に溶接をしない一部領域８０は、パッケージ３０の内部空間２９と外部とを通気できる程度に小さくすることが好ましい。

また、ＳＴ５のレーザービームＬによって蓋体３５とベース基板３１とが溶接される部分は、ＳＴ３において溶接せずに残されている蓋体３５の一部領域８０であるため、溶接される距離が短く、加熱される時間も短い。従って、蓋体３５の外周を一段階で一周して溶接する場合と比較して、溶接する際に発生する熱応力による歪みが低減されるので、パッケージ３０が受ける損傷を軽減できる。その結果、水晶振動子２０の溶接強度のばらつきを低減し、製品の歩留りが低下することを低減することが可能になる。

また、ＳＴ３では、溶接しない一部領域８０があることから、ＳＴ３で発生するアウトガスを水晶振動子２０の内部に停滞させることなく、ＳＴ５においては蓋体３５を加熱する時間が短縮されるので、蓋体３５の外周を一段階で一周して溶接する場合と比較して、アウトガスの発生を低減し、真空度の高い水晶振動子２０の封止が可能となる。その結果、ＣＩ（クリスタル・インピーダンス）値が低い水晶振動子２０を得ることができる。

１０…レーザー溶接装置、１１…レーザービーム源、１２…透過部、１３…チャンバー、１４…加工ステージ、１６ａ…通気管、１６ｂ…通気管、１７…コンプレッサー、１８…真空ポンプ、１９…内部空間、２０…水晶振動子、２９…内部空間、３０…パッケージ、３１…ベース基板、３２…底板、３３…側壁、３４…シームリング、３５…蓋体、３６…接合面、３７…外周部、３８…凹部、４０…パッド電極部、４１…実装電極部、４５…凹部、４６…フランジ部（つば部）、４７…側壁、４８…天井面、５１…ベース基板シート、５５…蓋体シート、６０…水晶振動片、６１…導電性接着剤、７０…走査軌跡、７１…開始位置、７２…終了位置、７３…第１の終了位置、７５…第２の開始位置、７６…第２の終了位置、７７…直線部、７８…コーナー部、８０…一部領域、Ｌ…レーザービーム、Ｗ…間隔。

Claims (7)

1. 圧電素子が搭載され、前記圧電素子の平面視で、前記圧電素子を囲むように接合部が配置されているベース基板と、コーナー部を有する蓋体とを、用意する工程と、
   前記ベース基板と前記蓋体との間に前記圧電素子を収容するように、前記蓋体を前記接合部に重ねて配置する工程と、
   前記蓋体の前記接合部と重なっている部分に、エネルギービームを走査しながら照射して、前記ベース基板と前記蓋体とを溶接する工程と、を含み、
   前記溶接する工程では、走査する前記エネルギービームが前記コーナー部の手前で、前記エネルギービームの照射を停止させることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
2. 前記用意する工程では、前記蓋体は一方の面にろう材を有しており、
   前記配置する工程では、前記一方の面を前記接合部側に向けて配置することを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイスの製造方法。
3. 前記用意する工程では、前記ベース基板は凹型のキャビティを有し、前記蓋体は平板形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電デバイスの製造方法。
4. 前記用意する工程では、前記ベース基板は平板形状であり、前記蓋体はキャップ形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電デバイスの製造方法。
5. 前記溶接する工程では、前記エネルギービームの走査方向における前記接合部の長さに対して、１％以上３０％以下の長さに相当する部分を残して、前記エネルギービームの照射を停止させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法。
6. 前記溶接する工程では、前記エネルギービームがレーザービームであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法。
7. 前記溶接する工程では、少なくとも１つの前記コーナー部を溶接せず未溶接部として残し、残りの前記コーナー部を溶接する第１溶接ステップと、
   前記未溶接部を減圧雰囲気で溶接する第２溶接ステップと、を含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法。

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