JP3846152B2 - 圧電振動片のマウント構造とマウント方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パッケージ内に圧電振動片を収容固定するためのマウント構造とマウント方法ならびにこのような方法でマウントされた圧電振動片を有する圧電デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、圧電振動片をパッケージ内に封止した圧電デバイスとして、一般的な圧電振動子の一例を示す概略断面図である。
【０００３】
この圧電振動子１は、板状の圧電振動片２を収納する空間部３ａが形成された箱状のパッケージ３と、空間部３ａを密封するようにパッケージ３に接合された板状の蓋体４を備えている。
【０００４】
パッケージ３には、外部と接続するための電極５が設けられており、圧電振動片２は、一端部２ａが空間部３ａ内に露出している電極５上に導電性接着剤５ａを介して接続固定されていて、他端部２ｂは自由端とされている。圧電振動片２の表面には励振電極等（図示せず）が設けられて、前記電極５と接続されている。
【０００５】
これにより、電極５から印加される駆動電圧によって、所定の振動数で振動できるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した圧電振動子１では、圧電振動片２をパッケージ３内に封止する場合に、電極５の上に導電性接着剤５ａを適用して、これを硬化させることにより固定している。
【０００７】
しかながら、このような導電性接着剤５ａは、蓋体４にて封止した後でアウトガスが発生し、このガスの成分がパッケージ３内で圧電振動片２に付着してしまって、振動特性等を劣化させてしまったり、封止温度によっては、さらに圧電振動素子２に対して、直接悪影響を及ぼす場合があった。
【０００８】
そこで、上述のように導電性接着剤５ａを用いないで、これに代えて、半田を用いて圧電振動片２を固定する方法もある。
【０００９】
しかしながら、このように半田を用いると、高温下（例えば、１００度Ｃ、６０００時間）で、半田成分が圧電振動片２の表面に形成した励振電極に拡散し、振動周波数の低下をまねく場合がある。
【００１０】
本発明は、上記課題を解消して、圧電デバイスの性能の劣化を生じることなく、パッケージ内に圧電振動片を容易にマウントするためのマウント構造とマウント方法およびこれを利用した圧電デバイスを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項１の発明によれば、パッケージ内に封止される圧電振動片のマウント構造であって、前記パッケージのマウント部にパッケージ外面と連通する貫通孔を設けて導通金属による金属部が形成されており、この金属部に導通金属による金属球が配置され、前記圧電振動片の電極部の一部に貫通孔が形成されており、前記金属球の上にこの貫通孔を位置させて圧電振動片を配置し、圧電振動片の前記金属球とは反対の面から前記レーザ光を照射して、前記貫通孔を通ったレーザ光を前記金属球に照射させることにより前記金属球を溶融することにより前記圧電振動片が固定されている、圧電振動片のマウント構造により、達成される。
【００１２】
請求項１の構成によれば、パッケージのマウント部には、外部に通じる貫通孔が形成されて、ここに金属部を形成してある。このため、金属部は、その貫通孔の周縁に沿って、凹部を形成することなる。この凹部に金属球を配置すると、金属球は容易に凹部内に嵌まって位置決めされる。そして、金属球に前記圧電振動片の電極部を配置した状態でこの金属球を溶融させれば、溶融金属を介して、マウント部の金属部と圧電振動片の電極部とが電気的に接続される。
【００１３】
このため、圧電振動片をマウントして固定する過程で、導電性接着剤を用いてないので、有害なアウトガスが発生することがない。また、半田を用いてないので、高温下において、半田成分が圧電振動片の励振電極内に拡散して、その特性を変化させることがない。また、半田を用いないことから、半田成分による環境に対する悪影響を生じることがない。さらに、レーザ光のパワーが不必要な障害物に遮られることなく、直接的に金属球に照射される。
【００２２】
また、前記目的は、請求項２の発明によれば、パッケージ内に封止される圧電振動片のマウント方法であって、前記パッケージのマウント部にパッケージ外面と連通する貫通孔を設けて導通金属による金属部を形成し、この金属部に導通金属による金属球を配置し、前記圧電振動片の電極部の一部に予め貫通孔が形成された圧電振動片を、この貫通孔が前記金属球の上に位置するように配置し、さらに、前記圧電振動片の上に所定の治具を配置し、この治具により、前記圧電振動片を加圧しながら吸着保持しつつ前記治具を介してレーザ光を照射し、このレーサ光が前記貫通孔を通過して前記金属球を溶融することにより前記圧電振動片を固定する、圧電振動片のマウント方法により、達成される。
【００２３】
請求項２の構成によれば、治具により、圧電振動片を吸着保持しながら、加圧しつつ金属球を溶融させることができるので、例えば、一方向に長い圧電振動片の端部に設けた電極部をマウントする場合に、そのマウント姿勢を適切に保持した状態で接合させることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３０】
図１は、本実施形態による圧電デバイスの一例としての圧電振動子の構成例を示す概略斜視図であり、図２はその概略断面図である。
【００３１】
これらの図において、圧電振動子１０は、電子部品としての板状の圧電振動片１１を収納する容器として、空間部１２ａが形成された箱状のパッケージ１２と、空間部１２ａを密封するように、パッケージ１２に接合される板状の蓋体１３を備えている。
【００３２】
この圧電振動片１１は、一端部１１ａが空間部１２ａ内に一体に設けた段部に配設されている電極１４上に、後述するマウント構造を適用して接続固定され、他端部１１ｂが自由端とされている。パッケージ１２と蓋体１３は、好ましくは、封止材（ロウ材）１５を介して接合されている。
【００３３】
ここで、圧電振動片１１の材料としては、圧電作用を発揮する材料として、例えば人工水晶が用いられており、その表面に圧電振動片１１の駆動に必要とされる励振電極（後述）等の図示しない電極が形成されている。
【００３４】
パッケージ１２の材料としては、例えば、アルミナ等のセラミックが用いられており、例えば、パッケージ１２は、グリーンシート等を用いて、下ベース１２ｂの上に上ベース１２ｃを内部に空間１２ａを形成するように積層して、図示のように箱状に成形された後、焼成することにより形成される。
【００３５】
蓋体１３は、パッケージ１２の線膨張係数と近い材料が適しており、金属あるいはアルミナ等のセラミックにより、例えば、平板な板状に形成されている。金属の場合には、例えば、コバール，４２アロイ，ステンレス（ＳＵＳ）等が好適である。
【００３６】
図３の断面図は、圧電デバイスの他の例を示しており、この場合圧電発振器２０の封止構造を示している。
【００３７】
図において、図１及び図２で説明した圧電振動子１０と共通する構成には同一の符号を付して、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００３８】
図において、圧電発振器２０のパッケージ２１では、第１のセラミックベース２１ａの上に内側に空間を有する第２のセラミックベース２１ｂを重ね、さらにその上に内側に空間を有する第３のセラミックベース２１ｃを重ねて形成している。これにより、図２と比べると内部空間１２ａの下にさらに段部を設けて、一段低いもうひとつの内部空間２２ａを形成している。
【００３９】
そして、第１のセラミックベース２１ａの上面に形成した導電パターン上に集積回路２３を実装し、上記内部空間２２ａに収容して、電極部２４と接続している。これにより、圧電振動片１１に所定の駆動電圧を与えて、振動させ、その出力を上記集積回路２３に入力することにより、所定の周波数の信号を取り出すようになっている。
【００４０】
本発明の圧電振動片のマウント構造及びマウント方法は、これらの圧電振動子１０や圧電発振器２０を含む圧電振動片を利用したあらゆる圧電デバイスに適用されるものである。
【００４１】
次に、本実施形態の圧電振動片のマウント構造について詳細に説明する。
【００４２】
図４は、上述した圧電振動片１１を示す概略斜視図であり、この圧電振動片１１は、例えば、一方向，図示の場合紙面の左右方向に長く極めて薄い板状の水晶片である。
【００４３】
この水晶片の表面には、圧電材料である水晶を振動させるための駆動電圧を供給するために、所定のパターンで励振電極が形成されており、その端部は、水晶振動片１１のマウント側である固定端１１ａの幅方向両端付近に電極部３１，３１として露出している。この電極部３１は、例えば、ＡｕやＡｌ等の金属を蒸着やフォトエッチングにより図示するようなパターンで設けられる。
【００４４】
この電極部３１，３１の表面には、図示するようにバンプ４５，４５を形成してもよい。すなわち、本発明のマウント構造は、数種類あり、電極部３１，３１にバンプ４５，４５を形成する場合もあるし、別体の金属球を用いる場合等もある。
【００４５】
図５は、マウント構造の第１の実施形態を示す要部断面図である。
【００４６】
図において、パッケージ１２の内側の空間１２ａには、段部状となったマウント部３３が形成されている。このマウント部３３には、パッケージ１２の外部に通じる貫通孔３５が設けられている。そして、この貫通孔３５の周縁を含む内面もしくは貫通孔３５内に充填するように導通金属による金属部（メタライズ）３６が形成されている。
【００４７】
この金属部３６は、例えばタングステンメタライズ等により形成され、パッケージ１２外部には、外部電極部３８として露出している。
【００４８】
また、貫通孔３５の周縁３４は、パッケージ１２を上述したように焼成した際に凹部をなすように凹んでいる。
【００４９】
そして、この圧電振動片１１の固定端１１ａ側の電極部３１と、パッケージ１２のマウント部３３の金属部３６との間に、金属接合部材としての金属球４１を配置して、この金属球４１を溶融させることにより、圧電振動片１１の電極部３１を金属部３６と電気的に接続した状態で接合する。
【００５０】
ここで、図５の場合、金属球４１は、好ましくは、例えば、電極３１側に対向する（上）面４２が平坦で、金属部３６に対向する（下）面４３が曲面状に形成されている。そして、この金属球４１は、例えば、導通性に優れたＡｕやＡｕＳｎ合金により形成されている。
【００５１】
特に、金属球４１をＡｕＳｎ合金を利用して形成した場合には、金属球４１を後述のように溶融する際において、このＡｕＳｎ合金は、融点が、例えば３００度（摂氏）程度と低く、水晶の転移温度（５７３度摂氏）を越えることがない。また、電子部品の実装工程における温度（約２５０度摂氏）を下回ることがない。このため、本実施形態に係るマウント構造は、圧電振動片１１に、熱的悪影響を与えることがないという利点があると共に、電子部品の実装時の温度にも十分耐えられる。
【００５２】
この実施形態に係るマウント構造は以上のように構成されており、以下のような手順でマウント工程が実行される。
【００５３】
すなわち、パッケージ１２のマウント部３３には、予めパッケージ外面と連通する貫通孔３５を設けて導通金属による金属部３６を形成しておく。そして、金属部３６の上に金属球４１を載置する。この時、金属球４１の下面４３は、曲面状に突出しているから、貫通孔３５の凹部３４に適切にはめ込まれて位置決めされるため、きわめて容易に金属球４１の位置合わせがなされる。
【００５４】
一方、金属球４１の上には、図示されているように圧電振動片１１の固定端１１ａ側が配置される。これにより、金属球４１の上面４２は平面状であるから、圧電振動片１１の電極３１の平らな下面に沿って当接される。
【００５５】
次いで、この金属球４１を加熱することにより、金属球４１は、溶融され、溶融金属が接合金属としての役割を果して、圧電振動片１１の電極部３１が、パッケージ１２のマウント部３３の金属部３６と電気的に接続された状態で接合される。
【００５６】
ここで、上記金属球４１の溶融は、好ましくは、例えば、金属球４１に集中的に熱を与えることにより行われる。このような方法として好適なのは、金属球４１に対して、細いピン状の治具を介して、ヒータ等の熱を接触させたり（図示せず）、金属球４１にレーザ光を照射することにより行われる。レーザ光の照射方法については、後に詳しく説明する。また、これ以外にも、金属球４１に対して、例えば、ホーンを当接させ、超音波を加えることにより（図示せず）、超音波振動による熱で溶融するようにしてもよい。これにより、金属球４１を溶融させるための熱を集中させることができるため、圧電振動子１０全体を加熱する必要がない。したがって、圧電振動子１０等の圧電デバイスを他の構成部材に対する熱的悪影響を排除することができる。
【００５７】
しかも、圧電振動片１１をマウントして固定する上記工程では、従来のように、導電性接着剤を用いてないので、振動特性を維持しつつ有害なアウトガスが発生することがない。このため、アウトガスが圧電振動片１１に付着して、周波数特性に悪影響を与えることがない。また、半田を用いてないので、高温下において、半田成分が圧電振動片１１の励振電極３１内に拡散して、その特性を変化させることがない。
【００５８】
図６は、マウント構造の第２の実施形態を示しており、図５と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００５９】
図６の場合、金属球に対応する接合金属は、圧電振動片１１の電極部３１にバンプ４５として予め形成されている。
【００６０】
このバンプ４５は、電極３１に図４で示したように、ＡｕやＡｕＳｎ合金により形成されており、その外面（図において下面）４５ａが球面とされている。これにより、接合金属を別体で取り扱う必要がなく、圧電振動片１１をマウント部３３に配置するだけで、電極３１に形成したバンプ４５の球面部４５ａが、マウント部３３の凹部３４に対してセルフアライメントすることで、簡単に位置決めされるので、圧電振動片１１の移載機構を簡単にすることができる。
【００６１】
図７は、マウント構造の第３の実施形態を示しており、図５及び図６と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００６２】
図７の場合、金属球に対応する接合金属は、パッケージ１２のマウント部３３にバンプ４８として予め形成されている。そして、このバンプ４８の上に圧電振動片１１の電極部３１を配置して、バンプ４８を加熱することにより、圧電振動片１１の電極部３１が、パッケージ１２のマウント部３３の金属部３６と電気的に接続された状態で接合される。
【００６３】
このバンプ４８は、上述の実施形態と同様ＡｕやＡｕＳｎ合金により形成されている。特に、バンプ４８をＡｕにて形成した場合には、これを図３に示したような圧電発振器２０に適用した場合、集積回路２３のボンディング工程を利用してパッケージ１２のマウント部３３にバンプ４８を形成することができ、従来工程を利用して簡単に実現できる点が便利である。
【００６４】
また、図６の場合のように、圧電振動片１１にバンプを形成しないでよいことから、圧電振動片１１に割れやカケ，クラックといったダメージを与えるおそれがなく、安全な工程とすることができる。
【００６５】
図８は、本実施形態によるマウント方法の他の例を示しており、特に、マウント治具５０を用いている点に特徴を有している。図８において、上記図５ないし図７と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００６６】
図８は、マウント治具５０を圧電振動片１１の電極部３１に当接した状態を示した概略断面図である。図示の場合、マウント治具５０は、そのヘッド部のみが示されている。
【００６７】
図において、マウント治具５０のヘッド部５５には、その中央にノズル部５２を備えている。ノズル部５２は、図示しない外部の真空ポンプ等の手段と接続されており、矢印Ａ方向に空気を吸引する機能を有している。
【００６８】
また、このノズル部５２の両側には、圧電振動片１１の各電極部３１，３１に対応する位置に透明材料等を充填したり、例えば光ファイバー等を装備したりして設けた導光部５１，５１を有している。この導光部５１，５１は、外部のレーザ光照射手段と接続されることにより、矢印Ｌで示すように、レーザ光を導くようになっている。
【００６９】
また、マウント治具５０は、矢印Ｆで示すように、圧電振動片１１をパッケージ１２側に押しつけるように加圧する手段を備えている。
【００７０】
一方、好ましくは、圧電振動片１１の電極部３１，３１の、上記マウント治具５０側導光部５１，５１に対応した領域に、貫通孔５３及び５４が形成されている。そして、上述の各実施形態と同様に、この電極部３１，３１の各貫通孔５３及び５４の下で、パッケージ１２側マウント部３３の金属部３６上には、金属球体４１，４１が配置されている。この金属球体４１は、図示のような完全な球体だけでなく、図５で説明したような金属球体でもよい。
【００７１】
本実施形態は、以上のように構成されており、マウント治具５０は、そのヘッド部５５が、ノズル部５２により、圧電振動片１１の各電極部３１，３１の間の領域を吸引することによって、この圧電振動片１１をしっかりと保持する。この状態において、マウント治具５０は、図示のような位置で、圧電振動片１１を下方に押しつけると、この圧電振動片１１は、図４で説明した固定端側１１ａをマウント部３３上に押しつけられた状態で、全体に水平な姿勢を保持される。
【００７２】
次いで、マウント治具５０のヘッド部５５の各導光部５１，５１を介して、矢印Ｌで示すようにレーザ光が照射される。このレーザ光は、圧電振動片１１の各電極部３１，３１の各貫通孔５３を通過した後、透明な水晶材料を透過してさらに貫通孔５４を通過して、直接金属球体４１，４１に照射される。
【００７３】
これにより、金属球体４１，４１はレーザ光の熱により瞬時に溶融して、溶融金属が接合金属としての役割を果して、圧電振動片１１の電極部３１が、パッケージ１２のマウント部３３の金属部３６と電気的に接続された状態で接合される。
【００７４】
したがって、この実施形態においても、図５や図６で説明した場合と同様の作用効果を得ることができるとともに、電極部３１，３１には、貫通孔５３及び５４が形成されていることにより、レーザ光が遮蔽されないで直接的に金属球４１に照射されるので、パワーロスがなく短時間に金属球４１を溶融させることができる。
本発明は上述の実施形態に限定されない。上述の各実施形態の各構成は、省略したり、適宜任意に組み合わせることができる。
【００７５】
また、本発明のマウント構造及び方法は、圧電振動子や圧電発振器に限らず、圧電振動片を用いたあらゆる圧電デバイスに適用することができる。
【００７６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、圧電デバイスの性能の劣化を生じることなく、パッケージ内に圧電振動片を容易にマウントするためのマウント構造とマウント方法およびこれを利用した圧電デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る圧電デバイスとしての圧電振動子の一例を示す概略斜視図。
【図２】図１の圧電振動子の概略断面図。
【図３】本発明の実施形態に係る圧電デバイスとしての圧電発振器の一例を示す概略断面図。
【図４】本発明の実施形態に係るマウント構造に使用される圧電振動片の一例を示す概略斜視図。
【図５】本発明のマウント構造の第１の実施形態を示す要部拡大断面図。
【図６】本発明のマウント構造の第２の実施形態を示す要部拡大断面図。
【図７】本発明のマウント構造の第３の実施形態を示す要部拡大断面図。
【図８】本発明のマウント方法に使用されるマウント治具の構成を示す概略断面図。
【図９】従来の圧電デバイスの一例を示す概略断面図。
【符号の説明】
１０ 圧電振動子
１１ 圧電振動片
１２ パッケージ
１３ 蓋体
２０ 圧電発振器
３０ 封止装置
３１ 電極部
３３ マウント部
４１ 金属球
４５，４５ バンプ
５０ マウント治具
【発明の属する技術分野】
本発明は、パッケージ内に圧電振動片を収容固定するためのマウント構造とマウント方法ならびにこのような方法でマウントされた圧電振動片を有する圧電デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、圧電振動片をパッケージ内に封止した圧電デバイスとして、一般的な圧電振動子の一例を示す概略断面図である。
【０００３】
この圧電振動子１は、板状の圧電振動片２を収納する空間部３ａが形成された箱状のパッケージ３と、空間部３ａを密封するようにパッケージ３に接合された板状の蓋体４を備えている。
【０００４】
パッケージ３には、外部と接続するための電極５が設けられており、圧電振動片２は、一端部２ａが空間部３ａ内に露出している電極５上に導電性接着剤５ａを介して接続固定されていて、他端部２ｂは自由端とされている。圧電振動片２の表面には励振電極等（図示せず）が設けられて、前記電極５と接続されている。
【０００５】
これにより、電極５から印加される駆動電圧によって、所定の振動数で振動できるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した圧電振動子１では、圧電振動片２をパッケージ３内に封止する場合に、電極５の上に導電性接着剤５ａを適用して、これを硬化させることにより固定している。
【０００７】
しかながら、このような導電性接着剤５ａは、蓋体４にて封止した後でアウトガスが発生し、このガスの成分がパッケージ３内で圧電振動片２に付着してしまって、振動特性等を劣化させてしまったり、封止温度によっては、さらに圧電振動素子２に対して、直接悪影響を及ぼす場合があった。
【０００８】
そこで、上述のように導電性接着剤５ａを用いないで、これに代えて、半田を用いて圧電振動片２を固定する方法もある。
【０００９】
しかしながら、このように半田を用いると、高温下（例えば、１００度Ｃ、６０００時間）で、半田成分が圧電振動片２の表面に形成した励振電極に拡散し、振動周波数の低下をまねく場合がある。
【００１０】
本発明は、上記課題を解消して、圧電デバイスの性能の劣化を生じることなく、パッケージ内に圧電振動片を容易にマウントするためのマウント構造とマウント方法およびこれを利用した圧電デバイスを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項１の発明によれば、パッケージ内に封止される圧電振動片のマウント構造であって、前記パッケージのマウント部にパッケージ外面と連通する貫通孔を設けて導通金属による金属部が形成されており、この金属部に導通金属による金属球が配置され、前記圧電振動片の電極部の一部に貫通孔が形成されており、前記金属球の上にこの貫通孔を位置させて圧電振動片を配置し、圧電振動片の前記金属球とは反対の面から前記レーザ光を照射して、前記貫通孔を通ったレーザ光を前記金属球に照射させることにより前記金属球を溶融することにより前記圧電振動片が固定されている、圧電振動片のマウント構造により、達成される。
【００１２】
請求項１の構成によれば、パッケージのマウント部には、外部に通じる貫通孔が形成されて、ここに金属部を形成してある。このため、金属部は、その貫通孔の周縁に沿って、凹部を形成することなる。この凹部に金属球を配置すると、金属球は容易に凹部内に嵌まって位置決めされる。そして、金属球に前記圧電振動片の電極部を配置した状態でこの金属球を溶融させれば、溶融金属を介して、マウント部の金属部と圧電振動片の電極部とが電気的に接続される。
【００１３】
このため、圧電振動片をマウントして固定する過程で、導電性接着剤を用いてないので、有害なアウトガスが発生することがない。また、半田を用いてないので、高温下において、半田成分が圧電振動片の励振電極内に拡散して、その特性を変化させることがない。また、半田を用いないことから、半田成分による環境に対する悪影響を生じることがない。さらに、レーザ光のパワーが不必要な障害物に遮られることなく、直接的に金属球に照射される。
【００２２】
また、前記目的は、請求項２の発明によれば、パッケージ内に封止される圧電振動片のマウント方法であって、前記パッケージのマウント部にパッケージ外面と連通する貫通孔を設けて導通金属による金属部を形成し、この金属部に導通金属による金属球を配置し、前記圧電振動片の電極部の一部に予め貫通孔が形成された圧電振動片を、この貫通孔が前記金属球の上に位置するように配置し、さらに、前記圧電振動片の上に所定の治具を配置し、この治具により、前記圧電振動片を加圧しながら吸着保持しつつ前記治具を介してレーザ光を照射し、このレーサ光が前記貫通孔を通過して前記金属球を溶融することにより前記圧電振動片を固定する、圧電振動片のマウント方法により、達成される。
【００２３】
請求項２の構成によれば、治具により、圧電振動片を吸着保持しながら、加圧しつつ金属球を溶融させることができるので、例えば、一方向に長い圧電振動片の端部に設けた電極部をマウントする場合に、そのマウント姿勢を適切に保持した状態で接合させることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３０】
図１は、本実施形態による圧電デバイスの一例としての圧電振動子の構成例を示す概略斜視図であり、図２はその概略断面図である。
【００３１】
これらの図において、圧電振動子１０は、電子部品としての板状の圧電振動片１１を収納する容器として、空間部１２ａが形成された箱状のパッケージ１２と、空間部１２ａを密封するように、パッケージ１２に接合される板状の蓋体１３を備えている。
【００３２】
この圧電振動片１１は、一端部１１ａが空間部１２ａ内に一体に設けた段部に配設されている電極１４上に、後述するマウント構造を適用して接続固定され、他端部１１ｂが自由端とされている。パッケージ１２と蓋体１３は、好ましくは、封止材（ロウ材）１５を介して接合されている。
【００３３】
ここで、圧電振動片１１の材料としては、圧電作用を発揮する材料として、例えば人工水晶が用いられており、その表面に圧電振動片１１の駆動に必要とされる励振電極（後述）等の図示しない電極が形成されている。
【００３４】
パッケージ１２の材料としては、例えば、アルミナ等のセラミックが用いられており、例えば、パッケージ１２は、グリーンシート等を用いて、下ベース１２ｂの上に上ベース１２ｃを内部に空間１２ａを形成するように積層して、図示のように箱状に成形された後、焼成することにより形成される。
【００３５】
蓋体１３は、パッケージ１２の線膨張係数と近い材料が適しており、金属あるいはアルミナ等のセラミックにより、例えば、平板な板状に形成されている。金属の場合には、例えば、コバール，４２アロイ，ステンレス（ＳＵＳ）等が好適である。
【００３６】
図３の断面図は、圧電デバイスの他の例を示しており、この場合圧電発振器２０の封止構造を示している。
【００３７】
図において、図１及び図２で説明した圧電振動子１０と共通する構成には同一の符号を付して、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００３８】
図において、圧電発振器２０のパッケージ２１では、第１のセラミックベース２１ａの上に内側に空間を有する第２のセラミックベース２１ｂを重ね、さらにその上に内側に空間を有する第３のセラミックベース２１ｃを重ねて形成している。これにより、図２と比べると内部空間１２ａの下にさらに段部を設けて、一段低いもうひとつの内部空間２２ａを形成している。
【００３９】
そして、第１のセラミックベース２１ａの上面に形成した導電パターン上に集積回路２３を実装し、上記内部空間２２ａに収容して、電極部２４と接続している。これにより、圧電振動片１１に所定の駆動電圧を与えて、振動させ、その出力を上記集積回路２３に入力することにより、所定の周波数の信号を取り出すようになっている。
【００４０】
本発明の圧電振動片のマウント構造及びマウント方法は、これらの圧電振動子１０や圧電発振器２０を含む圧電振動片を利用したあらゆる圧電デバイスに適用されるものである。
【００４１】
次に、本実施形態の圧電振動片のマウント構造について詳細に説明する。
【００４２】
図４は、上述した圧電振動片１１を示す概略斜視図であり、この圧電振動片１１は、例えば、一方向，図示の場合紙面の左右方向に長く極めて薄い板状の水晶片である。
【００４３】
この水晶片の表面には、圧電材料である水晶を振動させるための駆動電圧を供給するために、所定のパターンで励振電極が形成されており、その端部は、水晶振動片１１のマウント側である固定端１１ａの幅方向両端付近に電極部３１，３１として露出している。この電極部３１は、例えば、ＡｕやＡｌ等の金属を蒸着やフォトエッチングにより図示するようなパターンで設けられる。
【００４４】
この電極部３１，３１の表面には、図示するようにバンプ４５，４５を形成してもよい。すなわち、本発明のマウント構造は、数種類あり、電極部３１，３１にバンプ４５，４５を形成する場合もあるし、別体の金属球を用いる場合等もある。
【００４５】
図５は、マウント構造の第１の実施形態を示す要部断面図である。
【００４６】
図において、パッケージ１２の内側の空間１２ａには、段部状となったマウント部３３が形成されている。このマウント部３３には、パッケージ１２の外部に通じる貫通孔３５が設けられている。そして、この貫通孔３５の周縁を含む内面もしくは貫通孔３５内に充填するように導通金属による金属部（メタライズ）３６が形成されている。
【００４７】
この金属部３６は、例えばタングステンメタライズ等により形成され、パッケージ１２外部には、外部電極部３８として露出している。
【００４８】
また、貫通孔３５の周縁３４は、パッケージ１２を上述したように焼成した際に凹部をなすように凹んでいる。
【００４９】
そして、この圧電振動片１１の固定端１１ａ側の電極部３１と、パッケージ１２のマウント部３３の金属部３６との間に、金属接合部材としての金属球４１を配置して、この金属球４１を溶融させることにより、圧電振動片１１の電極部３１を金属部３６と電気的に接続した状態で接合する。
【００５０】
ここで、図５の場合、金属球４１は、好ましくは、例えば、電極３１側に対向する（上）面４２が平坦で、金属部３６に対向する（下）面４３が曲面状に形成されている。そして、この金属球４１は、例えば、導通性に優れたＡｕやＡｕＳｎ合金により形成されている。
【００５１】
特に、金属球４１をＡｕＳｎ合金を利用して形成した場合には、金属球４１を後述のように溶融する際において、このＡｕＳｎ合金は、融点が、例えば３００度（摂氏）程度と低く、水晶の転移温度（５７３度摂氏）を越えることがない。また、電子部品の実装工程における温度（約２５０度摂氏）を下回ることがない。このため、本実施形態に係るマウント構造は、圧電振動片１１に、熱的悪影響を与えることがないという利点があると共に、電子部品の実装時の温度にも十分耐えられる。
【００５２】
この実施形態に係るマウント構造は以上のように構成されており、以下のような手順でマウント工程が実行される。
【００５３】
すなわち、パッケージ１２のマウント部３３には、予めパッケージ外面と連通する貫通孔３５を設けて導通金属による金属部３６を形成しておく。そして、金属部３６の上に金属球４１を載置する。この時、金属球４１の下面４３は、曲面状に突出しているから、貫通孔３５の凹部３４に適切にはめ込まれて位置決めされるため、きわめて容易に金属球４１の位置合わせがなされる。
【００５４】
一方、金属球４１の上には、図示されているように圧電振動片１１の固定端１１ａ側が配置される。これにより、金属球４１の上面４２は平面状であるから、圧電振動片１１の電極３１の平らな下面に沿って当接される。
【００５５】
次いで、この金属球４１を加熱することにより、金属球４１は、溶融され、溶融金属が接合金属としての役割を果して、圧電振動片１１の電極部３１が、パッケージ１２のマウント部３３の金属部３６と電気的に接続された状態で接合される。
【００５６】
ここで、上記金属球４１の溶融は、好ましくは、例えば、金属球４１に集中的に熱を与えることにより行われる。このような方法として好適なのは、金属球４１に対して、細いピン状の治具を介して、ヒータ等の熱を接触させたり（図示せず）、金属球４１にレーザ光を照射することにより行われる。レーザ光の照射方法については、後に詳しく説明する。また、これ以外にも、金属球４１に対して、例えば、ホーンを当接させ、超音波を加えることにより（図示せず）、超音波振動による熱で溶融するようにしてもよい。これにより、金属球４１を溶融させるための熱を集中させることができるため、圧電振動子１０全体を加熱する必要がない。したがって、圧電振動子１０等の圧電デバイスを他の構成部材に対する熱的悪影響を排除することができる。
【００５７】
しかも、圧電振動片１１をマウントして固定する上記工程では、従来のように、導電性接着剤を用いてないので、振動特性を維持しつつ有害なアウトガスが発生することがない。このため、アウトガスが圧電振動片１１に付着して、周波数特性に悪影響を与えることがない。また、半田を用いてないので、高温下において、半田成分が圧電振動片１１の励振電極３１内に拡散して、その特性を変化させることがない。
【００５８】
図６は、マウント構造の第２の実施形態を示しており、図５と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００５９】
図６の場合、金属球に対応する接合金属は、圧電振動片１１の電極部３１にバンプ４５として予め形成されている。
【００６０】
このバンプ４５は、電極３１に図４で示したように、ＡｕやＡｕＳｎ合金により形成されており、その外面（図において下面）４５ａが球面とされている。これにより、接合金属を別体で取り扱う必要がなく、圧電振動片１１をマウント部３３に配置するだけで、電極３１に形成したバンプ４５の球面部４５ａが、マウント部３３の凹部３４に対してセルフアライメントすることで、簡単に位置決めされるので、圧電振動片１１の移載機構を簡単にすることができる。
【００６１】
図７は、マウント構造の第３の実施形態を示しており、図５及び図６と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００６２】
図７の場合、金属球に対応する接合金属は、パッケージ１２のマウント部３３にバンプ４８として予め形成されている。そして、このバンプ４８の上に圧電振動片１１の電極部３１を配置して、バンプ４８を加熱することにより、圧電振動片１１の電極部３１が、パッケージ１２のマウント部３３の金属部３６と電気的に接続された状態で接合される。
【００６３】
このバンプ４８は、上述の実施形態と同様ＡｕやＡｕＳｎ合金により形成されている。特に、バンプ４８をＡｕにて形成した場合には、これを図３に示したような圧電発振器２０に適用した場合、集積回路２３のボンディング工程を利用してパッケージ１２のマウント部３３にバンプ４８を形成することができ、従来工程を利用して簡単に実現できる点が便利である。
【００６４】
また、図６の場合のように、圧電振動片１１にバンプを形成しないでよいことから、圧電振動片１１に割れやカケ，クラックといったダメージを与えるおそれがなく、安全な工程とすることができる。
【００６５】
図８は、本実施形態によるマウント方法の他の例を示しており、特に、マウント治具５０を用いている点に特徴を有している。図８において、上記図５ないし図７と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００６６】
図８は、マウント治具５０を圧電振動片１１の電極部３１に当接した状態を示した概略断面図である。図示の場合、マウント治具５０は、そのヘッド部のみが示されている。
【００６７】
図において、マウント治具５０のヘッド部５５には、その中央にノズル部５２を備えている。ノズル部５２は、図示しない外部の真空ポンプ等の手段と接続されており、矢印Ａ方向に空気を吸引する機能を有している。
【００６８】
また、このノズル部５２の両側には、圧電振動片１１の各電極部３１，３１に対応する位置に透明材料等を充填したり、例えば光ファイバー等を装備したりして設けた導光部５１，５１を有している。この導光部５１，５１は、外部のレーザ光照射手段と接続されることにより、矢印Ｌで示すように、レーザ光を導くようになっている。
【００６９】
また、マウント治具５０は、矢印Ｆで示すように、圧電振動片１１をパッケージ１２側に押しつけるように加圧する手段を備えている。
【００７０】
一方、好ましくは、圧電振動片１１の電極部３１，３１の、上記マウント治具５０側導光部５１，５１に対応した領域に、貫通孔５３及び５４が形成されている。そして、上述の各実施形態と同様に、この電極部３１，３１の各貫通孔５３及び５４の下で、パッケージ１２側マウント部３３の金属部３６上には、金属球体４１，４１が配置されている。この金属球体４１は、図示のような完全な球体だけでなく、図５で説明したような金属球体でもよい。
【００７１】
本実施形態は、以上のように構成されており、マウント治具５０は、そのヘッド部５５が、ノズル部５２により、圧電振動片１１の各電極部３１，３１の間の領域を吸引することによって、この圧電振動片１１をしっかりと保持する。この状態において、マウント治具５０は、図示のような位置で、圧電振動片１１を下方に押しつけると、この圧電振動片１１は、図４で説明した固定端側１１ａをマウント部３３上に押しつけられた状態で、全体に水平な姿勢を保持される。
【００７２】
次いで、マウント治具５０のヘッド部５５の各導光部５１，５１を介して、矢印Ｌで示すようにレーザ光が照射される。このレーザ光は、圧電振動片１１の各電極部３１，３１の各貫通孔５３を通過した後、透明な水晶材料を透過してさらに貫通孔５４を通過して、直接金属球体４１，４１に照射される。
【００７３】
これにより、金属球体４１，４１はレーザ光の熱により瞬時に溶融して、溶融金属が接合金属としての役割を果して、圧電振動片１１の電極部３１が、パッケージ１２のマウント部３３の金属部３６と電気的に接続された状態で接合される。
【００７４】
したがって、この実施形態においても、図５や図６で説明した場合と同様の作用効果を得ることができるとともに、電極部３１，３１には、貫通孔５３及び５４が形成されていることにより、レーザ光が遮蔽されないで直接的に金属球４１に照射されるので、パワーロスがなく短時間に金属球４１を溶融させることができる。
本発明は上述の実施形態に限定されない。上述の各実施形態の各構成は、省略したり、適宜任意に組み合わせることができる。
【００７５】
また、本発明のマウント構造及び方法は、圧電振動子や圧電発振器に限らず、圧電振動片を用いたあらゆる圧電デバイスに適用することができる。
【００７６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、圧電デバイスの性能の劣化を生じることなく、パッケージ内に圧電振動片を容易にマウントするためのマウント構造とマウント方法およびこれを利用した圧電デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る圧電デバイスとしての圧電振動子の一例を示す概略斜視図。
【図２】図１の圧電振動子の概略断面図。
【図３】本発明の実施形態に係る圧電デバイスとしての圧電発振器の一例を示す概略断面図。
【図４】本発明の実施形態に係るマウント構造に使用される圧電振動片の一例を示す概略斜視図。
【図５】本発明のマウント構造の第１の実施形態を示す要部拡大断面図。
【図６】本発明のマウント構造の第２の実施形態を示す要部拡大断面図。
【図７】本発明のマウント構造の第３の実施形態を示す要部拡大断面図。
【図８】本発明のマウント方法に使用されるマウント治具の構成を示す概略断面図。
【図９】従来の圧電デバイスの一例を示す概略断面図。
【符号の説明】
１０ 圧電振動子
１１ 圧電振動片
１２ パッケージ
１３ 蓋体
２０ 圧電発振器
３０ 封止装置
３１ 電極部
３３ マウント部
４１ 金属球
４５，４５ バンプ
５０ マウント治具
Claims (2)
- パッケージ内に封止される圧電振動片のマウント構造であって、
前記パッケージのマウント部にパッケージ外面と連通する貫通孔を設けて導通金属による金属部が形成されており、この金属部に導通金属による金属球が配置され、
前記圧電振動片の電極部の一部に貫通孔が形成されており、前記金属球の上にこの貫通孔を位置させて圧電振動片を配置し、圧電振動片の前記金属球とは反対の面から前記レーザ光を照射して、前記貫通孔を通ったレーザ光を前記金属球に照射させることにより前記金属球を溶融することにより前記圧電振動片が固定されている
ことを特徴とする、圧電振動片のマウント構造。 - パッケージ内に封止される圧電振動片のマウント方法であって、
前記パッケージのマウント部にパッケージ外面と連通する貫通孔を設けて導通金属による金属部を形成し、
この金属部に導通金属による金属球を配置し、
前記圧電振動片の電極部の一部に予め貫通孔が形成された圧電振動片を、この貫通孔が前記金属球の上に位置するように配置し、
さらに、前記圧電振動片の上に所定の治具を配置し、
この治具により、前記圧電振動片を加圧しながら吸着保持しつつ前記治具を介してレーザ光を照射し、
このレーサ光が前記貫通孔を通過して前記金属球を溶融することにより前記圧電振動片を固定する
ことを特徴とする、圧電振動片のマウント方法。
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