JP2017212620A - 水晶デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 接合部材とパッケージとの接合強度を向上させ、蓋体を接合する際に接合部材より発生したガスがパッケージ内の水晶素子に付着することを抑え、安定した水晶素子の電気特性を得る水晶デバイス及びその製造方法を提供する。【解決手段】 本実施形態における水晶デバイスは、矩形状の基板１１０ａと、基板１１０ａの上面に設けられた矩形状の枠体１１０ｂと、基板１１０ａの上面に設けられた電極パッド１１１に実装された水晶素子１２０と、枠体１１０ｂの上面に設けられた封止用導体パターン１１７と、封止用導体パターン１１７に設けられた溝部１１８と、封止用導体パターン１１７の上面及び溝部１１８の内部に接合部材１３１を介して接合された蓋体１３０と、を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器等に用いられる水晶デバイス及びその製造方法に関する。

水晶デバイスは、水晶素子の圧電効果を利用して、水晶素板の両面が互いにずれるように厚みすべり振動を起こし、特定の周波数を発生させるものである。パッケージの基板上に設けられた電極パッドに導電性接着剤を介して実装された水晶素子と、水晶素子を気密封止するようにしてパッケージに接合部材を介して接合された蓋体と、備えた水晶デバイスが提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

水晶デバイスの製造方法は、導電性接着剤によって、パッケージに水晶素子を実装する水晶素子実装工程と、水晶素子を気密封止するように、蓋体とパッケージとを接合部材を介して接合するための蓋体接合工程と、を含むものが知られている（例えば、参考文献２参照）。

特開２００２−１１１４３５号公報 特開２００７−１０４２６４号公報

上述した水晶デバイスは、小型化が進んでおり、蓋体とパッケージとを接合するための接合部材の接触面積が小さくなるため、蓋体が剥がれてしまう虞があった。

また、上述した水晶デバイスの製造方法は、蓋体接合工程の際に、接合部材から発生したガスがパッケージ内の水晶素子に付着し、水晶素子の電気特性が変動してしまう虞があった。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、接合部材とパッケージとの接合強度を向上させ、蓋体を接合する際に接合部材より発生したガスがパッケージ内の水晶素子に付着することを抑え、安定した水晶素子の電気特性を得る水晶デバイス及びその製造方法を提供する。

本発明の水晶デバイスは、矩形状の基板と、基板の上面に設けられた矩形状の枠体と、基板の上面に設けられた電極パッドに実装された水晶素子と、枠体の上面に設けられた封止用導体パターンと、封止用導体パターンに設けられた溝部と、封止用導体パターンの上面及び溝部の内部に接合部材を介して接合された蓋体と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明の水晶デバイスの製造方法は、基板と、基板の外周縁に沿って設けられた枠体と、枠体の上面に設けられた封止用導体パターンと、封止用導体パターンに設けられた溝部と、を有するパッケージの基板の上面に設けられた電極パッドに導電性接着剤を塗布する導電性接着剤塗布工程と、電極パッドに導電性接着剤を介して水晶素子を実装する水晶素子実装工程と、蓋体の下面に設けられた接合部材と溝部とを平面視して重なるようにして、蓋体をパッケージ上に載置する蓋体載置工程と、接合部材を溶融させることで、蓋体とパッケージとを接合する蓋体接合工程と、を含むことを特徴とするものである。

本発明の水晶デバイスは、基板の上面に設けられた矩形状の枠体と、基板の上面に設けられた電極パッドに実装された水晶素子と、枠体の上面に設けられた封止用導体パターンと、封止用導体パターンに設けられた溝部と、封止用導体パターンの上面及び溝部の内部に接合部材を介して接合された蓋体と、を備えたことを特徴とするものである。このような水晶デバイスは、接合部材と、封止用導体パターン及び溝部との接触面積が大きくなるため、蓋体が封止用導体パターン及び溝部から剥がれてしまうことを抑えることができ、蓋体と封止用導体パターン及び溝部との接合強度を向上させることができる。

本発明の水晶デバイスの製造方法は、基板と、基板の外周縁に沿って設けられた枠体と、枠体の上面に設けられた封止用導体パターンと、封止用導体パターンに設けられた溝部と、を有するパッケージの基板の上面に設けられた電極パッドに導電性接着剤を塗布する導電性接着剤塗布工程と、電極パッドに導電性接着剤を介して水晶素子を実装する水晶素子実装工程と、蓋体の下面に設けられた接合部材と溝部とを平面視して重なるようにして、蓋体をパッケージ上に載置する蓋体載置工程と、接合部材を溶融させることで、蓋体とパッケージとを接合する蓋体接合工程と、を含んでいる。このようにすることで、蓋体を接合する際に接合部材より発生したガスがパッケージ内の水晶素子に付着することを抑え、安定した水晶素子の電気特性を得ることが可能となる。

本発明の実施形態に係る水晶デバイスを示す分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係る水晶デバイスの蓋体を外した状態を示す上面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る水晶デバイスを蓋体及び水晶素子を外した状態を示す上面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係る水晶デバイスを構成するパッケージの上面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る水晶デバイスを構成するパッケージの下面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の水晶素子実装工程を示す断面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の蓋体載置工程を示す断面図であり、（ｃ）は、本発明の実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の蓋体載置工程を示す断面図であり、（ｄ）は、本発明の実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の蓋体接合工程を示す断面図である。

（水晶デバイス）
本実施形態における水晶デバイスは、図１及び図２に示されているように、パッケージ１１０と、パッケージ１１０の上面に実装された水晶素子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の上面には、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１１３及びビア導体１１４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、０．２〜１．５ｍｍ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、０．７〜２．０ｍｍ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、０．１〜０．５ｍｍ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１１３及びビア導体１１４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。

外部端子１１２は、電気機器等の外部の実装基板上の実装パッド（図示せず）と接合するために用いられている。外部端子１１２は、基板１１０ａの下面の四隅に設けられている。外部端子１１２の少なくとも一つは、ビア導体１１４を介して、封止用導体パターン１１７と電気的に接続されている。また、外部端子１１２の少なくとも一つは、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッドと接続されている。これにより、封止用導体パターン１１７に接合された蓋体１３０がグランド電位となっている第三外部端子１１２ｃに接続される。よって、蓋体１３０による凹部Ｋ内のシールド性が向上する。

配線パターン１１３は、電極パッド１１１と、ビア導体１１４とを電気的に接続するためのものである。配線パターン１１３の一端は、電極パッド１１１と電気的に接続されており、配線パターン１１３の他端は、ビア導体１１４と電気的に接続されている。配線パターン１１３は、第一配線パターン１１３ａ、第二配線パターン１１３ｂによって構成されている。

また、配線パターン１１３は、平面視して、枠体１１０ｂ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って、水晶デバイスは、配線パターン１１３と水晶素子１２０との間で浮遊容量が発生することを抑えるので、水晶素子１２０にこの浮遊容量が付与されることがないため、発振周波数が変動してしまうことを抑えることができる。また、水晶デバイスに外力が加わり、枠体１１０ｂの長辺方向に曲げモーメントが発生しても、基板１１０ａに加えて枠体１１０ｂが設けられていることにより、枠体１１０ｂが設けられている箇所は、変形しにくくなる。よって、枠体１１０ｂと平面視して重なる位置に設けられた配線パターン１１３は、断線しにくくなり、発振周波数が出力されなくなることを抑制することができる。

また、第一配線パターン１１３ａは、第一電極パッド１１１ａ及び第一ビア導体１１４ａと電気的に接続されている。第一配線パターン１１３ａは、第一電極パッド１１１ａから近接された枠体１１０ｂの長辺方向に向かって延出されており、第一配線パターン１１３ａの一部が露出されている。第二配線パターン１１３ｂは、第二電極パッド１１１ｂ及び第二ビア導体１１４ｂと電気的に接続されている。第二配線パターン１１３ｂは、第二電極パッド１１１ｂから近接された枠体１１０ｂの長辺方向に向かって延出されており、第二配線パターン１１３ｂの一部が露出されている。

このように、配線パターン１１３の一部が、電極パッド１１１から枠体１１０ｂの長辺方向に向かって延出し、凹部Ｋで露出するようにして設けられていることにより、水晶素子１２０を実装した際に、導電性接着剤１４０が仮に電極パッド１１１上から溢れ出たとしても、導電性接着剤１４０と濡れ性の良い配線パターン１１３上に沿って流れ出てくれるため、パッケージ１１０の中心方向に流れ出ることがなく導電性接着剤１４０が励振用電極１２２に付着してしまうことを抑えることができる。

また、露出された配線パターン１１３の一部が、基板１１０ａの中心点Ｐを通り基板１１０ａの長辺と平行な直線Ｌに対して、線対称となるように設けられている。このように露出された第一配線パターン１１３ａと露出された第二配線パターン１１３ｂとが、基板１１０ａの中心点Ｐを通り基板１１０ａの長辺と平行な直線Ｌに対して、線対称となる位置に設けられていることにより、水晶素子１２０を実装する際に導電性接着剤１４０が仮に電極パッド１１１上から溢れ出たとしても、溢れ出た導電性接着剤１４０の量が均等になり易く、水晶素子１２０が傾いてしまうことを抑えることができる。

ビア導体１１４は、外部端子１１２と、配線パターン１１３又は封止用導体パターン１１７とを電気的に接続するためのものである。また、第三ビア導体１１４ｃの両端は、第三外部端子１１２ｃと、封止用導体パターン１１７と接続されている。このようにすることで、第三外部端子１１２ｃは、第三ビア導体１１４ｃを介して、封止用導体パターン１１７と電気的に接続されている。

凸部１１５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。凸部１１５は、一対の電極パッド１１１の上面に一対で設けられており、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。凸部１１５は、一方の凸部１１５ａと他方の凸部１１５ｂによって構成されている。一方の凸部１１５ａは、図１に示すように、一方の電極パッド１１１ａ上に設けられ、他方の凸部１１５ｂは、他方の電極パッド１１１ｂ上に設けられている。凸部１１５は、電極パッド１１１と同様に、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上面に金メッキ、ニッケルメッキを施すことにより設けられている。

また、一対の凸部１１５は、図３に示されているように、基板１１０ａ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の引き出し電極１２３が、平面視して、一対の凸部１１５と重なるように電極パッド１１１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。

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及び凸部１１５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。基板１１０ａの一辺と平行となる凸部１１５の辺の長さは、１５０〜３００μｍとなる。また、基板１１０ａの一辺と交わる辺と平行となる凸部１１５の辺の長さは、５０〜１００μｍとなる。凸部１１５の上下方向の厚みの長さは、１０〜２５μｍとなる。

また、電極パッド１１１の算術平均表面粗さは、０．０２〜０．１０μｍであり、基板１１０ａ表面の算術平均表面粗さは、０．５〜１．５μｍである。よって、導電性接着剤１４０は、電極パッド１１１から基板１１０ａ上に向かって広がりにくくなる。

封止用導体パターン１１７は、蓋体１３０と接合部材１３１を介して接合する際に、接合部材１３１の濡れ性をよくする役割を果たしている。封止用導体パターン１１７は、封止用導体パターン１１７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。

溝部１１８は、封止用導体パターン１１７に設けられ、封止用導体パターン１１７に環状に囲む形態で施すことによって、例えば１０〜１５μｍの深さになるように形成されている。このようにすることによって、接合部材１３１は、封止用導体パターン１１７の上面及び溝部１１８の内部に設けられるため、封止用導体パターン１１７及び溝部１１８との接触面積が大きくなり、蓋体１３０が封止用導体パターン１１７から剥がれてしまうことを抑えることができる。よって、このような水晶デバイスは、蓋体１３０と封止用導体パターン１１７及び溝部１１８との接合強度を向上させることができる。

また、溝部１１８は、封止用導体パターン１１７に複数設けるようにしても構わない。このように溝部１１８が複数設けられていることにより、接合部材１３１は、封止用導体パターン１１７及び溝部１１８との接触面積がさらに大きくなるため、蓋体１３０が封止用導体パターン１１７及び溝部１１８から剥がれてしまうことをさらに抑えることができ、蓋体１３０と封止用導体パターン１１７及び溝部１１８との接合強度をさらに向上させることができる。

導電性接着剤１４０が、引き出し電極１２３と電極パッド１１１とを電気的・機械的に接続されている。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、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、塗布した際に、導電性接着剤１４０は、電極パッド１１１上から基板１１０ａ上面に流れ出ることなく、電極パッド１１１上に留まるので、導電性接着剤１４０の上下方向の厚みも確保することができる。導電性接着剤１４０の上下方向の厚みの長さは、１０〜２５μｍである。このように導電性接着剤１４０の厚みを確保できることによって、水晶素子１２０の基板１１０ａへの接触を抑制し、落下等により加わった衝撃が水晶素子１２０に対して導電性接着剤１４０を中心にして上下方向へ加わったとしても、その衝撃を導電性接着剤１４０で十分に吸収緩和することができる。

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１及び図２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の長辺または短辺に沿った形状で設けられている。また、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。

また、水晶デバイスは、水晶素子１２０の励振用電極１２２の表面を例えばイオンガンにより削ることにより、水晶素子１２０の発振周波数の調整を行っている。また、従来の水晶デバイスでは、基板の上面に設けられた配線パターンが水晶素子の励振用電極の近傍でも露出しているため、イオンガンにより励振用電極を削る際に、配線パターンを削ってしまうことがある。また、従来の水晶デバイスは、この配線パターンの削り屑が、水晶素子の励振用電極に付着し、発振周波数が変動してしまう虞がある。しかし、本実施形態の水晶デバイスでは、図４に示すように、配線パターン１１３が水晶素子１２０の励振用電極１２２の近傍では凹部Ｋに露出しておらず、平面視して、枠体１１０ｂと重なる位置に設けられているため、イオンガンにより励振用電極１２２を削る際に、配線パターン１１３を削ってしまうことを防ぐことができる。また、このような水晶デバイスは、配線パターン１１３の削り屑が発生しないため、水晶素子１２０の励振用電極１２２に削り屑が付着することがなく、安定して発振周波数を出力することが可能となる。

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。さらに、水晶素子１２０は、水晶素子１２０の固定端側の外周縁にある引き出し電極１２３が、平面視して、導電性接着剤１４０の中心付近と重なるようにして導電性接着剤１４０上に載置される。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。

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上に設けられた接合部材１３１の上面に載置される。枠体１１０ｂの上面に設けられた接合部材１３１に熱が印加されることで、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、パッケージ１１０の枠体１１０ｂ上面に設けられた封止用導体パターン１１７に相対する蓋体１３０の箇所に設けられている。接合部材１３１は、例えば、銀ロウ又は金錫によって設けられている。銀ロウの場合は、その厚みは、１０〜２０μｍである。例えば、成分比率は、銀が７２〜８５％、銅が１５〜２８％のものが使用されている。金錫の場合は、その厚みは、１０〜４０μｍである。例えば、成分比率が、金が７８〜８２％、錫が１８〜２２％のものが使用されている。

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、矩形状の基板１１０ａと、基板１１０ａの上面に設けられた矩形状の枠体１１０ｂと、基板１１０ａの上面に設けられた電極パッドに実装された水晶素子１２０と、枠体１１０ｂ上面に設けられた封止用導体パターン１１７と、封止用導体パターン１１７に設けられた溝部１１８と、封止用導体パターン１１７の上面及び溝部１１８の内部に接合部材１３１を介して接合された蓋体１３０と、を備えている。このような水晶デバイスは、接合部材１３１は、封止用導体パターン１１７及び溝部１１８との接触面積が大きくなるため、蓋体１３０が封止用導体パターン１１７及び溝部１１８から剥がれてしまうことを抑えることができ、蓋体１３０と封止用導体パターン１１７及び溝部１１８との接合強度を向上させることができる。

また、本実施形態の水晶デバイスは、溝部１１８が封止用導体パターン１１７に複数設けられている。このように溝部１１８が複数設けられていることにより、接合部材１３１は、封止用導体パターン１１７及び溝部１１８との接触面積がさらに大きくなるため、蓋体１３０が封止用導体パターン１１７及び溝部１１８から剥がれてしまうことをさらに抑えることができ、蓋体１３０と封止用導体パターン１１７及び溝部１１８との接合強度をさらに向上させることができる。

また、本実施形態の水晶デバイスは、溝部１１８が封止用導体パターン１１７に環状に設けられている。このように溝部１１８が封止用導体パターン１１７に環状に設けられていることにより、接合部材１３１は、封止用導体パターン１１７及び溝部１１８との接触面積がさらに大きくなるため、蓋体１３０が封止用導体パターン１１７及び溝部１１８から剥がれてしまうことをさらに抑えることができ、蓋体１３０と封止用導体パターン１１７及び溝部１１８との接合強度をさらに向上させることができる。

（水晶デバイスの製造方法）
次に本発明の実施形態に係る水晶デバイスの製造方法について、図３を用いて説明する。水晶デバイスの製造方法は、基板１１０ａと、基板１１０ａの外周縁に沿って設けられた枠体１１０ｂと、枠体１１０ｂの上面に設けられた封止用導体パターン１１７と、封止用導体パターン１１７に設けられた溝部１１８と、を有するパッケージ１１０の基板１１０ａの上面に設けられた電極パッド１１１に導電性接着剤１４０を塗布する導電性接着剤塗布工程と、電極パッド１１１に導電性接着剤１４０を介して水晶素子１２０を実装する水晶素子実装工程と、蓋体１３０の下面に設けられた接合部材１３１の下面に設けられた窪み部１３２と、溝部１１８を平面視して重なるようにして、蓋体１３０をパッケージ１１０に載置する蓋体載置工程と、接合部材１３１を溶融させることで、蓋体１３０とパッケージ１１０とを接合する蓋体接合工程と、を含んでいる。

（導電性接着剤塗布工程）
導電性接着剤塗布工程は、基板１１０ａと、基板１１０ａの外周縁に沿って設けられた枠体１１０ｂと、枠体１１０ｂの上面に設けられた封止用導体パターン１１７と、封止用導体パターン１１７に設けられた溝部１１８と、を有するパッケージ１１０の基板１１０ａの上面に設けられた電極パッド１１１に導電性接着剤１４０を塗布する工程である。

パッケージ１１０の凹部空間Ｋ内の電極パッド１１１の位置を後述する認識手段のカメラにより撮影し、画像データを記憶部に記憶する。電極パッド１１１は、塗布装置の認識手段によって撮影すると、パッケージ１１０と電極パッド１１１とは、同一の素材により設けられていないため、電極パッド１１１の位置を判別することができる。この電極パッド１１１の位置に合わせて塗布手段のノズルを移動させ、導電性接着剤１４０を塗布する。また、ノズルは、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。

導電性接着剤１４０としては、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、例えばアルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、のうちのいずれかまたはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。この導電性粉末の粒径によって、第一ノズルの内径は適宜対応する。

次に、電極パッド１１１に塗布された導電性接着剤１４０の位置を認識手段のカメラにより撮影し、その画像データを記憶部に記憶する。導電性接着剤１４０は、塗布装置の認識手段によって撮影すると、導電性接着剤１４０と電極パッド１１１とは、同一の素材により設けられていないため、導電性接着剤１４０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、導電性接着剤１４０の塗布径を測定する。また、パッケージ１１０の一辺の長さが１．０〜４．０ｍｍの場合には、導電性接着剤１４０の塗布径は、例えば１５０〜４００μｍとなっている。

（水晶素子実装工程）
水晶素子実装工程は、図５（ａ）に示すように、電極パッド１１１に導電性接着剤１４０を介して水晶素子１２０を実装する工程である。ます、この導電性接着剤１４０の位置に合わせて、水晶素子１２０を吸着したノズル（図示せず）を移動させ、電極パッド１１１に塗布された導電性接着剤１４０の外周縁が、水晶素子１２０の引き出し電極１２３に位置するようにして、導電性接着剤１４０上に水晶素子１２０を載置する。水晶素子１２０の引き出し電極１２３とパッケージ１１０の電極パッド１１１上に塗布された導電性接着剤１４０とを相対するようにして、水晶素子１２０を導電性接着剤１４０上に載置する。次に、大気雰囲気中または窒素雰囲気中の硬化アニール炉の内部空間にパッケージ１１０を収容した状態で、導電性接着剤１４０を加熱硬化させ、電極パッド１１１と圧電素子１２０とを導通固着する。

硬化アニール炉（図示せず）は、炉本体と、加熱部と、供給部、制御部によって構成されている。炉本体は、内部空間を有し、パッケージ１１０を格納する役割を果たす。加熱部は、内部空間を所定の温度に加熱する役割を果たす。加熱部は、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ等が用いられている。供給部は、内部空間にガスを供給する役割を果たす。ガスは、例えば窒素等が用いられている。制御部は、炉本体の内部空間の温度や酸素濃度、加熱部の昇温速度、供給部のガスの供給量の制御を行うものである。

（蓋体載置工程）
蓋体載置工程は、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、蓋体１３０の下面に設けられた接合部材１３１の下面に設けられた窪み部１３２と、溝部１１８とを平面視して重なるようにして、蓋体１３０をパッケージ１１０上に載置する工程である。

このように、蓋体１３０の下面に設けられた接合部材１３１の下面に設けられた窪み部１３２と、溝部１１８とを平面視して重なるようにして蓋体１３０をパッケージ１１０上に載置することで、後述する蓋体接合工程の際に、接合部材１３１の下面と封止用導体パターン１１７の上面とが接触した状態で、窪み部１３２と溝部１１８との近傍に隙間が形成されているため、接合部材１３１を溶融する際に発生したガスが、その隙間より外部に排出されやすくなるため、接合部材１３１内に留まることを抑えることができる。また、発生したガスが接合部材１３１内に留まることを抑えるため、固化された接合部材１３１にボイドが形成されることを抑えることが可能となる。

また、蓋体載置工程の際に、接合部材１３１が、第一接合部材１３１ａ及び第二接合部材１３１ｂより構成されており、第二接合部材１３１ｂと、第二封止用導体パターン１１７ｂとを接触するようにして蓋体１３０をパッケージ１１０に載置するようにしても構わない。蓋体１３０の下面の外周縁に沿って、枠状の第一接合部材１３１ａが設けられ、その第一接合部材１３１ａの下面に第一接合部材１３１ａの一部を露出するようにして、枠状の第二接合部材１３１ｂが設けられている。このようにすることで、第一接合部材１３１ａの下面と第一封止用導体パターン１１７ａの上面との間に隙間がさらに大きく形成された状態で、第一接合部材１３１ａが溶融されるため、接合部材１３１を溶融する際に発生したガスが、その隙間より外部に排出されやすくなるため、接合部材１３１内に留まることを抑えることができる。このような水晶デバイスでは、発生したガスが接合部材１３１内に留まることを抑えるため、固化された接合部材１３１にボイドが形成されることを抑えることが可能となる。

（蓋体接合工程）
蓋体接合工程は、図５（ｄ）に示すように、接合部材１３１を溶融させることで、蓋体１３０とパッケージ１１０とを接合する工程である。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の封止用導体パターン１１７上に載置される。封止用導体パターン１１７と蓋体１３０とを接合部材１３１を介して接合されるように、接合部材１３１を加熱溶融することにより、接合部材１３１が封止用導体パターン１１７に形成された溝部１１８に沿って流動する。次に、接合部材１３１が封止用導体パターン１１７の上面及び溝部１１８内に入り込んだ状態で接合部材１３１を冷却することで、蓋体１３０とパッケージ１１０とを接合される。その際に、加熱手段としては、キセノンランプやハロゲンランプ等が用いられる。

また、蓋体接合工程では、蓋体１３０が、接合部材１３１を介して、封止用導体パターン１１７及び溝部１１８と接合されている。このようにすることによって、接合部材１３１と封止用導体パターン１１７及び溝部１１８と接合されることで、接合部材の１３１の接触面積を大きくするため、蓋体１３０が剥がれてしまうことを抑えることができ、凹部Ｋ内の気密封止性を維持することができるため、水晶デバイスの生産性を向上させることができる。

本発明の水晶デバイスの製造方法によれば、蓋体１３０の下面に設けられた接合部材１３１の下面と、封止用導体パターン１１７の上面とを接触させるようにして、蓋体１３０をパッケージ１１０に載置している。このようにすることで、蓋体接合工程の際に、接合部材１３１に設けられた窪み部１３２と封止用導体パターン１１７に設けられた溝部１１８との間に隙間が形成された状態で、接合部材１３１が溶融されるため、接合部材１３１を溶融する際に発生したガスが、その隙間より外部に排出されやすくなるため、接合部材１３１内に留まることを抑えることができる。また、発生したガスが接合部材１３１内に留まることを抑えるため、固化された接合部材１３１にボイドが形成されることを抑えることが可能となる。

また、本発明の水晶デバイスの製造方法によれば、蓋体載置工程の際に、溝部１１８は、封止用導体パターン１１７に環状に設けられており、窪み部１３２は、接合部材１３１に環状に設けられている。このようにすることで、蓋体接合工程の際に、接合部材１３１に設けられた窪み部１３２と封止用導体パターン１１７に設けられた溝部１１８との間に隙間が環状に形成された状態で、接合部材１３１が溶融されるため、接合部材１３１を溶融する際に発生したガスが、その環状の隙間より外部にさらに排出され易くなるため、接合部材１３１内に留まることを抑えることができる。また、発生したガスが接合部材１３１内に留まることを抑えるため、固化された接合部材１３１にボイドが形成されることを抑えることが可能となる。

尚、本発明は前記の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。水晶素子１２０は、ＡＴ用水晶素子を用いた場合を説明したが、基部と、基部の側面より同一の方向に延びる二本の平板形状の振動腕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。

また、本実施形態の水晶デバイスは、封止用導体パターン１１７ａ上に枠状の溝部１１７ｂが設けられている構造にて説明したが、封止用導体パターン上に、矩形状の溝部を複数設けるようにしても構わない。また、このような水晶デバイスは、矩形状の基板と、基板の上面に設けられた矩形状の枠体と、基板の上面に設けられた電極パッドに実装された水晶素子と、枠体の上面に設けられた封止用導体パターンと、封止用導体パターンの上面に設けられた矩形状の溝部と、第二封止用導体パターン及び第二封止用導体パターン上に接合部材を介して接合された蓋体と、を備えている。このような水晶デバイスは、接合部材は、第一封止用導体パターン及び溝部との接触面積がさらに大きくなるため、蓋体が封止用導体パターン及び溝部から剥がれてしまうことを抑えることができ、蓋体と第一封止用導体パターン及び第二封止用導体パターンとの接合強度を向上させることができる。

また、パッケージを使用した水晶デバイスの製造方法では、本実施形態の水晶デバイスと比較して、封止用導体パターンの露出された面積がさらに大きくなるため、蓋体接合工程の際に、接合部材の下面と溝部との間に設けられた隙間から、接合部材を溶融する際に発生したガスが、その隙間より外部にさらに排出されやすくなるため、接合部材内に留まることを抑えることができる。また、発生したガスが接合部材内に留まることを抑えるため、固化された接合部材にボイドが形成されることをさらに抑えることが可能となる。

１１０・・・パッケージ
１１０ａ・・・基板
１１０ｂ・・・枠体
１１１・・・電極パッド
１１２・・・外部端子
１１３・・・配線パターン
１１４・・・ビア導体
１１５・・・凸部
１１７・・・封止用導体パターン
１１８・・・溝部
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・引き出し電極
１３０・・・蓋体
１３１・・・接合部材
１３２・・・窪み部
Ｋ・・・凹部

Claims (5)

1. 矩形状の基板と、
   前記基板の上面に設けられた矩形状の枠体と、
   前記基板の上面に設けられた電極パッドに実装された水晶素子と、
   前記枠体の上面に設けられた封止用導体パターンと、
   前記封止用導体パターンに設けられた溝部と、
   前記封止用導体パターンの上面及び前記溝部の内部に接合部材を介して接合された蓋体と、を備えた水晶デバイス
2. 請求項１記載の水晶デバイスであって、
   前記溝部は、前記封止用導体パターンに複数設けられていることを特徴とする水晶デバイス
3. 請求項１記載の水晶デバイスであって、
   前記溝部は、前記封止用導体パターンに環状に設けられていることを特徴とする水晶デバイス
4. 基板と、前記基板の外周縁に沿って設けられた枠体と、前記枠体の上面に設けられた封止用導体パターンと、前記封止用導体パターンに設けられた溝部と、を有するパッケージの前記基板の上面に設けられた電極パッドに導電性接着剤を塗布する導電性接着剤塗布工程と、
   前記電極パッドに前記導電性接着剤を介して前記水晶素子を実装する水晶素子実装工程と、
   蓋体の下面に設けられた接合部材の下面に設けられた窪み部と、前記溝部とを平面視して重なるようにして、前記蓋体を前記パッケージ上に載置する蓋体載置工程と、
   前記接合部材を溶融させることで、前記蓋体と前記パッケージとを接合する蓋体接合工程と、を含むことを特徴とする水晶デバイスの製造方法
5. 請求項４記載の水晶デバイスの製造方法であって、
   蓋体載置工程の際に、
   前記溝部は、前記封止用導体パターンに環状に設けられており、
   前記窪み部は、前記接合部材に環状に設けられていることを特徴とする水晶デバイスの製造方法。

Images