JP3941598B2 - 圧電部品の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電部品の製造方法、特に表面実装型の圧電部品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、表面実装型の圧電部品として、例えば特開２００１−１１０９２５号公報に示されるように、絶縁性の基板上に圧電素子を搭載し、基板上に圧電素子を覆うキャップの開口部を接着し、キャップ内部を密閉空間としたものが知られている。
キャップを基板に接着する接着剤としては、エポキシ系接着剤が広く使用されている。エポキシ系接着剤は、接着性に優れ、かつ硬化温度が２００℃以下であるから、内部の圧電素子に悪影響を与えずに済むという利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種のキャップ封止型の圧電部品の場合、その信頼性を確保するため、接着剤として低透湿性が求められる。水分が製品内部に浸入すると、絶縁不良やマイグレーション、特性劣化の原因となるからである。通常、透湿性の低い接着剤には多量のフィラーが配合されており、粘度が高いことが多い。そのため、キャップの開口部に接着剤を塗布する際、その塗布量が多くなってしまい、結果的に塗布面積が大きくなり、圧電素子の搭載面積を圧迫し、部品の小型化には好ましくない。接着剤の粘度を下げながら、フィラーを多く配合する場合は、硬化剤を接着直前に混合する２液性接着剤にする必要があるが、この場合には交換サイクルが早いため、電子部品の量産時の取り扱いに不便であるという不具合がある。
【０００４】
特開平１１−１４５３３７号公報には、凹部を持つパッケージ本体の内部に電子部品素子を収納し、パッケージ本体の開口部を蓋材で封止した構造において、パッケージ本体と蓋材の接合シール面の内側部分を吸湿性接着剤で接着し、外側部分を低透湿性接着剤で接着したものが知られている。
この場合は、接合シール面に内外二列の接着剤を塗布する必要があるため、接合面にある程度の面積が必要であり、電子部品の小型化には弊害となるという問題がある。また、肉厚が薄い金属キャップを用いた場合、キャップの開口部に上記のような２種類の接着剤を二列に形成することは難しい。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、小型でかつ耐湿性および封止性に優れた圧電部品の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、絶縁性の基板上に圧電素子を搭載するとともに、基板上に圧電素子を覆うキャップの開口部を接着し、キャップ内部を密閉空間とする圧電部品の製造方法であって、上記キャップの開口部に、その開口端面を覆うように低透湿性樹脂を塗布する工程と、上記低透湿性樹脂を硬化させる工程と、上記低透湿性樹脂が塗布・硬化されたキャップの開口部上に、封止用接着剤を塗布する工程と、上記低透湿性樹脂が基板にほぼ接触状態となるように、キャップの開口部を基板に加圧しながら封止用接着剤により接着する工程と、上記封止用接着剤を加熱し、上記低透湿性樹脂をほぼ覆った状態で硬化させる工程と、を含む圧電部品の製造方法を提供する。
【０００７】
本発明では、まず低透湿性樹脂をキャップの開口部に塗布した後、硬化させる。これにより、キャップの開口部には低透湿性樹脂よりなる被膜が形成される。次に、低透湿性樹脂層が形成されたキャップの開口部に封止用接着剤を塗布し、これを基板に加圧しながら接着する。このとき、低透湿性樹脂は既に硬化状態であるため、キャップの開口部に形成された低透湿性樹脂が液状の封止用接着剤を押しのけ、低透湿性樹脂は基板の表面にほぼ接触状態となる。この状態で封止用接着剤を加熱すると、封止用接着剤がフィレット状に広がり、低透湿性樹脂をほぼ覆った状態で硬化する。
上記のようにして製造された圧電部品では、接着部の断面は、耐湿性に優れた低透湿性樹脂が支配的に存在し、封止用接着剤はその回りを保護する保護層として機能する。そのため、耐湿性に優れ、同時に密封性、量産性にも優れた圧電部品が得られる。
封止用接着剤として耐湿性が要求されないので、転写性や接着強度、硬化速度など量産に適した材料を選択することができる。
また、低透湿性樹脂および封止用接着剤は共にキャップの開口部に塗布するので、基板側に印刷やディスペンスを行う場合のような大きな接着代を必要としない。そのため、小型化を阻害しない。
【０００８】
金属キャップは、一般に板材を打ち抜いて形成されるが、その際にキャップ接着面（開口部端面）にバリが発生し、このバリが接着剤の密封性を損なったり、基板の上面に形成された電極と電気的に導通する恐れがある。これに対し、キャップの開口部に予め低透湿性樹脂が塗布・硬化されているので、樹脂中にバリが埋没し、キャップの接着面がほぼ均一な曲率をもった面となる。そのため、封止用接着剤による封止不良や絶縁不良を解消できる。
【０００９】
低透湿性樹脂として、例えば１液性の熱硬化型エポキシ樹脂（溶剤型）を用いることができる。この低透湿性樹脂には、吸湿性の低い充填剤として、絶縁材料例えばシリカを配合してもよい。配合比は適宜選択できるが、５〜５０％（重量比）が望ましい。溶剤で粘度調整ができ、１０００〜２００００ｍＰａ・ｓでキャップの開口部に転写し、そのまま熱硬化しておく。これは厚みを確保し、レベリングするためである。１回で転写する厚みは、４〜２０μｍが好ましい。
【００１０】
封止用接着剤としては、例えば１液性の熱硬化型エポキシ樹脂（無溶剤型）を用いることができる。充填剤の配合比は５％以下がよい。また、粘度も１５０００ｍＰａ・ｓ以下で使用するのがよい。低透湿性樹脂を塗布・硬化させたキャップ開口部に封止用接着剤を転写等によって塗布し、基板に接着した後、加熱硬化させると、封止用接着剤がキャップの表裏部にフィレットを形成して硬化する。このとき、封止用接着剤が低透湿性樹脂をほぼ包み込んで硬化する。
【００１１】
請求項２のように、キャップの開口部を基板に接着する工程は、熱板をキャップの天面に押しつけることにより封止用接着剤を仮硬化させる工程を含み、封止用接着剤の硬化工程は圧電部品を加熱雰囲気中に投入して実施するのがよい。
封止用接着剤は、キャップを基板に加圧した状態で硬化させる必要がある。その際、圧電部品を硬化炉などに投入して硬化させると、キャップを基板に密着させるために治具などで加圧した状態を保持しなければならず、生産性が良くない。これに対し、熱板をキャップの天面に押しつけて封止用接着剤を仮硬化させれば、その後加圧力を解放しても、キャップは基板に密着した状態を維持するので、治具などで加圧しなくても加熱炉にそのまま投入して本硬化させることができる。そのため、量産性の高い硬化処理を実施できる。
【００１２】
請求項３のように、キャップの開口部に低透湿性樹脂を塗布する工程は、キャップの開口部を下向きにした状態で転写により塗布するものであり、低透湿性樹脂を硬化させる工程は、キャップの開口部を下向きにした状態のまま加熱硬化させるのがよい。
低透湿性樹脂をキャップの開口部を下向きにして転写し、その姿勢のまま硬化させると、硬化時の粘性低下および重力によって、低透湿性樹脂はキャップの開口部端面を覆うようにして硬化される。そのため、最適な低透湿性樹脂層を形成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は本発明の第１実施例である表面実装型圧電部品を示す。
この圧電部品は、基板１と圧電素子１０と金属キャップ２０とで構成されている。基板１はアルミナのような圧電性を持たないセラミックスや絶縁性樹脂で長方形板状に形成されており、その両端部には２つの外部電極２，３が形成されている。これら電極２，３は、スパッタリング、蒸着、印刷、溶射など公知の方法で形成されるが、この実施例では、固着強度と半田付け性を考慮し、導電ペーストを５〜２０μｍの厚みに印刷した後焼成した。上記電極２，３の端部は、基板１の長さ方向両側縁部に形成された凹溝１ａ，１ｂを介して、基板１の下面側まで引き延ばされている。
【００１４】
上記電極２，３の上には、導電性接着剤や半田のような導電性と接着性の機能を併せ持つ接合材料４によって圧電素子１０が接続固定されている。この実施例の圧電素子１０は公知の厚みすべり振動モード発振子であり、圧電セラミックスまたは圧電単結晶からなる圧電基板１１の表面の一端側から約２／３の領域に渡って電極１２が形成され、裏面の他端側から約２／３の領域に渡って電極１３が形成されている。図１には、圧電素子１０の裏面側電極が投影図として記載されている。両電極１２，１３の一端部は圧電基板１１を間にしてその中間部位で対向し、振動部を構成しており、この振動部は接合材料４の厚みによって基板１と接触しないように一定の空間が確保されている。上記のように接合材料４で接着することにより、圧電素子１０の電極１２，１３はそれぞれ電極２，３と電気的に導通する。
【００１５】
金属キャップ２０は、例えばニッケル合金などの金属材料よりなり、圧電素子１０を覆うように基板１上に２種類の接着剤２１，２２を用いて接着され、圧電素子１０の周囲を密閉している。この実施例では、小型化のためにキャップ２０の開口部にはフランジが形成されていない。具体的には、特開平８−１１１６２７号公報に記載のように、薄肉金属板を絞り成形した後、開口部に形成されたフランジ部をキャップ２０の外側面の近傍位置でかつ外側面と平行にカットしたものを用いてもよいし、キャップを絞り成形した後、フランジ部をキャップの外側面と垂直にカットすることで、開口部を形成してもよい。キャップ２０の開口部には、図３に示すように、開口部縁部に低透湿性樹脂２１が塗布され、その外側を封止用接着剤２２で覆った構造となっている。基板１に接着した状態で、低透湿性樹脂２１は基板１の上面にほぼ接触した状態であり、低透湿性樹脂２１と基板１との間に介在する封止用接着剤２２の厚みは１μｍ以下である。封止用接着剤２２はキャップ２０および低透湿性樹脂２１の内外面をフィレット状に覆っており、キャップ２０の内部を確実に封止している。
【００１６】
低透湿性樹脂２１としては、１液性の熱硬化型エポキシ樹脂の中に充填材（フィラー）としてシリカを５〜５０％（重量比）で配合したものを使用した。この樹脂２１を溶剤で粘度調整し、１０００〜２００００ｍＰａ・ｓとしてキャップ２０の開口部に転写し、そのまま熱硬化させた。１回で転写する樹脂２１の厚みは２〜２０μｍが望ましい。
また、封止用接着剤２２としては、１液性の熱硬化型エポキシ樹脂（無溶剤型）を用いた。充填材の配合比は５％以下がよい。また、粘度も１５０００ｍＰａ・ｓとするのがよい。低透湿性樹脂２１を塗布したキャップ２０の開口部にさらに転写し、基板１に密着した後、加圧しながら硬化させる。
上記低透湿性樹脂２１および封止用接着剤２２は共にエポキシ系接着剤であるが、エポキシ系接着剤は通常２００℃以下で硬化するため、圧電素子１０をディポールさせる恐れがなく、しかも金属キャップ２０との接着性や絶縁性に優れるので好適である。
【００１７】
ここで、金属キャップ２０の基板１への接着封止方法の一例について、図４を参照して説明する。
（ａ）はキャップ２０を加工した状態を示す。キャップ２０の開口部にはフランジが形成されていない。
（ｂ）は低透湿性樹脂２１の転写工程を示す。液状またはペースト状の低透湿性樹脂２１を均一な厚みに塗布した塗布板２３にキャップ２０の開口部を押し付け、低透湿性樹脂２１を転写する。
（ｃ）は低透湿性樹脂２１の硬化工程を示す。（ｂ）で低透湿性樹脂２１を塗布したキャップ２０は、開口部を下に向けたまま硬化炉またはオーブンに投入され、加熱硬化される。そのため、キャップ２０の開口部にほぼ均一な曲率をもった接着面が形成される。キャップ２０の開口部に金属バリなどが存在しても、低透湿性樹脂２１がバリを包み込むので、接着面にバリが突出することがない。
（ｄ）は封止用接着剤２２の転写工程を示す。低透湿性樹脂２１と同様に、液状またはペースト状の接着剤２２を均一な厚みに塗布した塗布板２４に低透湿性樹脂２１を形成したキャップ２０の開口部を押し付け、接着剤２２を転写する。このとき、接着剤２２は低透湿性樹脂２１をほぼ包み込む厚みに形成するのがよい。
（ｅ）は封止用接着剤２２の仮硬化工程を示す。基板１上には既に圧電素子１０（図示せず）が接続固定されており、圧電素子１０を覆うように基板１上にキャップ２０の開口部が押し付けられ、封止用接着剤２２によって接着される。この時、キャップ２０の天面に熱板２５を押し付け、熱板２５によって加圧するとともに、キャップ２０を加熱すると、キャップ２０の熱伝導によって接着剤２２が仮硬化状態となる。キャップ２０は金属材料であるから、熱伝導性がよく、キャップ２０の開口部に塗布された封止用接着剤２２を短時間で仮硬化状態とすることができる。
（ｆ）は封止用接着剤２２の本硬化工程を示す。すなわち、（ｅ）で封止用接着剤２２を仮硬化状態とした後は、キャップ２０への加圧力を解除してもキャップ２０と基板１との密着性が変化しないので、熱板２５による加圧を解除し、キャップ付きの圧電部品を硬化炉またはオーブンに投入し、本硬化させればよい。そのため、硬化処理の間、加圧治具などによってキャップ２０と基板１とを加圧状態で保持する必要がなく、硬化処理が容易になる。
上記のような工程を経て、図３に示すように、キャップ２０と基板１との間には低透湿性樹脂２１をほぼ覆う封止用接着剤２２によるフィレットが形成される。低透湿性樹脂２１は工程（ｅ）で加圧することにより基板１とほぼ接触状態となるので、接着部には低透湿性樹脂２１が支配的に存在することになる。そのため、耐湿性に優れるとともに、低透湿性樹脂２１の周囲を封止用接着剤２２がフィレット状に覆っているので、封止性（密封性）をも兼ね備えた封止構造を得ることができる。
【００１８】
図５は、プレッシャクッカー試験（ＰＣＴ）による共振抵抗の変化を、従来品と本発明品とで比較したものである。
ここでは、試料として、アルミナ基板（３．２ｍｍ×１．３ｍｍ）にニッケル合金の金属キャップ（３．０ｍｍ×１．１ｍｍ）を接着し、内部に封止される素子はＰＺＴの厚み滑り振動素子（２．２ｍｍ×０．５ｍｍ）を用いた。
低透湿性樹脂には１液性熱硬化型エポキシ樹脂にシリカを約４０％程度配合したものを使用した。但し、従来品にはシリカを配合していない。
封止用接着剤は同じく１液性熱硬化型エポキシ樹脂でフィラーを殆ど含まない（３％未満）接着剤を使用した。
加工条件は上述の通りである。
【００１９】
プレッシャクッカー試験の条件は以下の通りである。
条件：１２１℃、１００％Ｒ．Ｈ．
試験時間：４８時間、９６時間
サンプル数：各１０個
封止したキャップの内部に水分が浸入すると、セラミックに水分が取り込まれ、圧電性が低下し、共振抵抗が上昇していく。図５の結果から明らかなように、本発明品では従来品に比べて耐湿性が向上していることがわかる。
【００２０】
本発明は上記実施例のように、基板１上に１個の圧電素子を搭載した構造の圧電部品に限らない。例えば、圧電素子とコンデンサ素子とを搭載した負荷容量内蔵型発振子や、二重モードフィルタのような圧電素子を搭載したものでもよい。
上記実施例では、封止用接着剤を熱板によって加圧しながら仮硬化させた後、硬化炉などに投入して本硬化させたが、仮硬化処理を省略して、加圧状態のまま本硬化させてもよい。この場合には、加圧治具などでキャップと基板とを加圧しながら硬化炉などに投入して硬化させればよい。
低透湿性樹脂に含まれるフィラーは、絶縁材料に限らない。例えば、金属キャップの開口部に導電性フィラーを含む低透湿性樹脂を塗布・硬化させ、その上に絶縁性の封止用接着剤を塗布し、基板に押しつけて接着すれば、耐湿性の高い圧電部品が得られる。
絶縁性フィラーを配合した場合には、耐湿性の向上だけでなく、基板上に絶縁層を設けなくても、基板の電極と金属キャップとを確実に絶縁できるという利点もある。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、キャップの開口部に低透湿性樹脂を塗布し、硬化させた後、この開口部上に封止用接着剤を塗布し、キャップの開口部を基板に加圧しながら封止用接着剤により接着し、加熱硬化させるようにしたので、キャップの開口部を基板に加圧したとき、低透湿性樹脂が封止用接着剤を押しのけ、低透湿性樹脂は基板の表面にほぼ接触状態となる。この状態で封止用接着剤を加熱硬化させると、接着部の断面には低透湿性樹脂が支配的に存在し、耐湿性に優れた圧電部品を提供できる。
また、加熱硬化によって封止用接着剤が低透湿性樹脂をほぼ包み込んで硬化するので、封止用接着剤は低透湿性樹脂の回りを保護する保護層として機能する。そのため、耐湿性と同時に密封性、量産性にも優れた圧電部品が得られる。
さらに、低透湿性樹脂および封止用接着剤は共にキャップの開口部に塗布されるので、基板側に印刷やディスペンスを行う場合のような大きな接着面積を必要とせず、小型の圧電部品を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる圧電部品の一例の分解斜視図である。
【図２】図１の圧電部品の断面図である。
【図３】キャップと基板との接着部の拡大断面図である。
【図４】キャップの封止工程を示す工程図である。
【図５】従来品と本発明品とのプレッシャクッカー試験による共振抵抗の変化を示す図である。
【符号の説明】
１ 基板
２，３ 外部電極
１０ 圧電素子
２０ 金属キャップ
２１ 低透湿性樹脂
２２ 封止用接着剤

Claims (3)

1. 絶縁性の基板上に圧電素子を搭載するとともに、基板上に圧電素子を覆うキャップの開口部を接着し、キャップ内部を密閉空間とする圧電部品の製造方法であって、
   上記キャップの開口部に、その開口端面を覆うように低透湿性樹脂を塗布する工程と、
   上記低透湿性樹脂を硬化させる工程と、
   上記低透湿性樹脂が塗布・硬化されたキャップの開口部上に、封止用接着剤を塗布する工程と、
   上記低透湿性樹脂が基板にほぼ接触状態となるように、キャップの開口部を基板に加圧しながら封止用接着剤により接着する工程と、
   上記封止用接着剤を加熱し、上記低透湿性樹脂をほぼ覆った状態で硬化させる工程と、を含む圧電部品の製造方法。
2. 上記キャップの開口部を基板に接着する工程は、熱板を上記キャップの天面に押しつけることにより上記封止用接着剤を仮硬化させる工程を含み、上記封止用接着剤の硬化工程は圧電部品を加熱雰囲気中に投入して実施することを特徴とする請求項１に記載の圧電部品の製造方法。
3. 上記キャップの開口部に低透湿性樹脂を塗布する工程は、キャップの開口部を下向きにした状態で転写により塗布するものであり、
   上記低透湿性樹脂を硬化させる工程は、キャップの開口部を下向きにした状態のまま加熱硬化させるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電部品の製造方法。

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