JP4466014B2

JP4466014B2 - 電子部品の製造方法

Info

Publication number: JP4466014B2
Application number: JP2003304606A
Authority: JP
Inventors: 晃司森田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2023-08-28
Also published as: JP2005079635A

Description

本発明は、例えばキャップ型圧電共振部品のように、電子部品素子がケース内に封止されている電子部品の製造方法に関し、より詳細には、ケース材を接着する工程が改良された電子部品の製造方法に関する。

従来、ケース基板と、金属キャップとからなるケース内に圧電素子を封止してなる構造を有する圧電共振部品が種々提案されている。例えば、下記の特許文献１には、この種の圧電共振部品の一例が開示されている。特許文献１に記載の圧電共振部品では、絶縁性材料よりなるケース基板上に圧電素子が接着固定されている。圧電素子の電極はケース基板に形成された外部電極に電気的に接続されている。また、ケース基板上の圧電素子を覆うように図３に示す金属製のキャップ１０１がケース基板１０２に接着剤１０３を用いて固定されている。

特許文献１に記載の圧電共振部品では、キャップ１０１の開口部の内面側を外面側に向かって傾斜させることにより、ケース基板１０２の表面にほぼ線接触する開口部が形成されている。この開口部が接着剤槽に浸漬され、転写法により開口部に接着剤が塗布される。次に、接着剤が塗布された開口部が基板上に接触するようにキャップ１０１がケース基板１０２に搭載され、その状態で加熱により接着剤１０３が硬化されている。ここでは、キャップ１０１の開口部外面側に内面側よりも大きな接着剤１０３によるフィレットを形成することにより接合の信頼性が高められている。なお、上記接着剤としては、エポキシ系接着剤が好適に用いられる旨が記載されている。
特開平８−１１１６２７号公報

特許文献１に記載の圧電共振部品のように、ケース基板１０２にキャップ１０１を接着剤１０３により固定した構造では、接着強度が高く安価であるためエポキシ系接着剤が広く用いられている。エポキシ系接着剤としては、主剤と硬化剤とからなる二液型のエポキシ系接着剤と、固形の硬化剤が含有されている一液型のエポキシ系接着剤とが知られている。一液型のエポキシ系接着剤では、混合作業を要しないので、作業性を高めることができる。

上記一液型のエポキシ系接着剤に用いられる固形の硬化剤としては、ジシアンジアミドが広く用いられている。

しかしながら、通常のエポキシ系接着剤の加熱硬化温度である１５０〜１８０℃程度の温度で上記ジシアンジアミドを含有している一液型のエポキシ系接着剤を加熱硬化させた場合、ジシアンジアミドの一部が揮発し、圧電素子やケース基板に付着し、製品の信頼性を低下させるという問題があった。

より具体的には、圧電素子が高湿度環境にさらされ、圧電素子表面に水分が付着すると、揮発したジシアンジアミドが圧電素子に付着した水分に溶解する。ジシアンジアミドは水に溶解すると電解質として作用する。そのため、種々の検査において圧電共振部品に通電した場合、圧電素子の表裏面の電極間でマイグレーションが生じ、圧電共振部品の性能及び信頼性が大きく劣化することとなる。従って、作業性が良い一液型のエポキシ系接着剤ではなく、作業性が悪い二液型のエポキシ系接着剤を使わなければならないという問題があった。

本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、一液型のエポキシ系接着剤を用いて、高湿度環境下にさらされたとしても、電極間マイグレーションが生じ難く、従って特性の劣化及び信頼性の低下が生じ難く、良品率が高められる電子部品の製造方法を提供することにある。

本願発明は、第１のケース材上に電子部品素子を固定する工程と、前記電子部品素子を内部に封止するように前記第１のケース材に一液型の硬化剤含有熱硬化型接着剤を用いて第２のケース材を接着する接着工程とを備える電子部品の製造方法において、接着工程において、前記硬化剤の分解温度未満の温度で接着剤を硬化させた後、該硬化剤の分解温度以上に加熱処理する加熱処理工程をさらに備えることを特徴とする。

本発明のある特定の局面では、接着剤としてエポキシ系接着剤が用いられ、硬化剤として水に溶解された場合に電解質となる硬化剤が用いられる。

本発明に係る電子部品の製造方法のさらに他の特定の局面では、上記硬化剤としてジシアンジアミドＣ₂Ｈ₄Ｎ₄が用いられる。

本発明に係る電子部品の製造方法のさらに別の特定の局面では、前記電子部品素子が、圧電素子であり、該圧電素子が前記第１のケース材と第２のケース材としてのキャップとで構成されるケース内に封止されている。

本発明においては、接着工程において硬化剤の分解温度未満の温度で接着剤が硬化されるが、次に、硬化剤の分解温度以上に加熱処理する加熱処理工程が実施される。従って、電子部品素子表面に水分が付着していたとしても、該水分に硬化剤が溶解し難い。よって、硬化剤の水分への溶解により生じる電極間マイグレーションを効果的に抑制することかできる。そのため、電子部品の生産性を高めることが可能となる。

接着剤がエポキシ系接着剤であり、硬化剤が水で溶解した場合に電解質となる硬化剤である場合には、安価なエポキシ系接着剤を用い、十分な接着強度を得ることかできるとともに、硬化剤が熱硬化工程あるいは熱硬化工程後の加熱処理工程において確実に分解されるため、硬化剤の水分への溶解に起因する電極間マイグレーションを効果的に抑制することができる。

硬化剤がジシアンジアミドである場合には、該ジシアンジアミドの分解温度以上の温度で加熱硬化することにより、あるいは加熱硬化後にジシアンジアミドの分解温度以上に加熱処理することにより、ジシアンジアミドを確実に分解することができる。従って、一液型のエポキシ系接着剤において、硬化剤として多用されているジシアンジアミドを含有する凡用の一液型のエポキシ系接着剤を用いて本発明の製造方法を実施することができる。

電子部品素子が圧電素子であり、圧電素子が第１のケース材と第２のケース材としてのキャップとで構成されるケース内に封止される場合には、本発明に従って、圧電共振部品の性能の劣化を防止することができ、圧電共振部品の良品率を高めることが可能となる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る製造方法により得られる圧電共振部品を示す分解斜視図である。本実施形態では、先ず、第１のケース材としてのケース基板１と、圧電素子２と、第２のケース材としての金属製のキャップ３とが用意される。

ケース基板１は、アルミナなどの絶縁性セラミックスにより構成されている。もっとも、絶縁性セラミックス以外の絶縁性材料でケース基板１が構成されていてもよい。ケース基板１は、矩形板状の形状を有する。ケース基板１の長辺側の側面１ａ，１ｂにはそれぞれ、複数の切り欠き１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆが設けられている。

切り欠き１ｃ，１ｄと、切り欠き１ｅ，１ｆとは、それぞれ、ケース基板１の幅方向において対向されている。

ケース基板１では、上記切り欠き１ｃ，1ｅを結ぶ方向に延びる外部電極４が形成されている。外部電極４は、ケース基板１の上面から切り欠き１ｃ，１ｅを得て下面に至るように形成されている。同様に、切り欠き１ｄ，１ｆが形成されている部分においては、外部電極５が形成されている。

外部電極４，５は、適宜の導電性材料により形成されている。

圧電素子２は、厚みすべりモードを利用したエネルギー閉じ込め型の圧電基板であり、矩形板状の圧電板６を有する。圧電板６は、長さ方向に分極処理された圧電セラミックスにより構成されている。圧電板６の上面には、励振電極７が形成されている。圧電板６の下面には、励振電極７と圧電板６の中央で対向されている第２の励振電極が形成されている。励振電極７は、圧電板６の上面から、圧電板６の一方の端面６ａを経て下面に至るように形成されている。また、下面の第２の励振電極は、圧電板６の他方の端面６ｂに至るように形成されている。

圧電素子２は、導電性接着剤８，９によりケース基板１上の外部電極４，５に接合されている。すなわち、励振電極７の延長部分であり、圧電板６の下面に至っている部分が導電性接着剤８により外部電極５に電気的に接続されるとともに機械的に固定される。同様に、導電性接着剤９により、第２の励振電極の延長部が外部電極４に電気的に接続されるとともに、機械的に固定される。

導電性接着剤８，９の厚みは、エネルギー閉じ込め型の圧電素子２の振動を妨げないための空隙を圧電板６の下面とケース基板１の上面との間に設け得る厚みとされている。

また、上記励振電極７及び圧電板６の下面に形成されている第２の励振電極は、本実施形態では、ＡｇまたはＡｇ合金により構成されている。もっとも、励振電極７及び第２の励振電極は、他の導電性材料で構成されていてもよい。

本実施形態の圧電共振部品の製造方法では、上記圧電素子２をケース基板１に固定した後、キャップ３が、圧電素子２を封止するように、ケース基板１の上面にエポキシ系接着剤を用いて固定される。

本実施形態の特徴は、エポキシ系接着剤として、ジシアンジアミドを硬化剤として含有する一液型の熱硬化型エポキシ系接着剤が用いられ、接着剤の硬化がジシアンジアミドの分解温度以上の温度に加熱することにより行なわれることにある。

なお、エポキシ系接着剤としては、ビスフェノールＡ型、グリシジルアミン型などの適宜のエポキシ系接着剤を用いることができる。

図２は、ジシアンジアミドの熱処理前後の赤外吸収スペクトルを示す図である。図２の実線が熱処理前のジシアンジアミドの赤外吸収スペクトルであり、破線が２１０℃で３０分間熱処理した後の赤外吸収スペクトルを示す。図２から明らかなように、ジシアンジアミドは、２１０℃で３０分間熱処理した場合に分解することが分かる。

従来、この種のエポキシ系接着剤を用いる場合、接着剤を塗布したのち、１５０〜２００℃の温度で加熱硬化が行なわれていた。これに対して、本実施形態では、ジシアンジアミドの分解温度である２１０℃以上の温度で加熱硬化が行なわれる。そのため、エポキシ系接着剤の加熱硬化に際し、ジシアンジアミドが硬化に際して硬化剤として機能した後、分解されることとなる。

前述したように、従来の電子部品の製造方法では、圧電素子２の外表面に水分が付着していた場合、ジシアンジアミドなどの硬化剤が加熱硬化に際し揮発し、付着していた水分に溶解し、電解質として作用しがちであった。そのため、電子部品素子の表裏面の電極間においてマイグレーションが生じるという問題があった。

これに対して、本実施形態では、ジシアンジアミドが分解する温度以上で加熱硬化が行なわれるため、ジシアンジアミドが分解してしまい、圧電素子２の外表面に付着している水分にジシアンジアミドが溶解し難い。そのため、圧電素子２の励振電極７と第２の励振電極との間の電極間マイグレーションが生じ難い。従って、圧電素子２の特性や信頼性が低下し難い。

なお、加熱硬化の時間は、硬化剤の種類に応じて適宜選択すればよいが、通常、３０分以上とされる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、一液型の熱硬化型エポキシ系接着剤の加熱硬化に際しての温度をジシアンジアミドの分解温度以上の温度としたが、第２の実施形態では、加熱硬化に際しては、従来法と同様に、ジシアンジアミドが分解しない１５０〜２００℃の温度で３０分間維持することにより行なわれる。そして、第２の実施形態では、加熱硬化後に、さらに圧電共振部品がジシアンジアミドの分解温度以上の温度である２１０℃以上の温度で３０分間維持される加熱処理が行なわれる。

すなわち、第２の実施形態は、上記加熱硬化に際しての条件と、加熱硬化後の上記加熱処理とを除いては、第１の実施形態と同様である。

第２の実施形態においては、加熱硬化後の２１０℃以上の温度×３０分の加熱処理に際し、接着剤に含有されていたジシアンジアミドが分解される。従って、圧電素子の表面に水分が付着していたとしても、ジシアンジアミドが該水分に溶解し難い。従って、第１の実施形態の場合と同様に、圧電素子２における励振電極７と、反対側の面に形成された第２の励振電極との間の電極間マイグレーションを効果的に防止することができる。

なお、第２の実施形態における、加熱硬化条件は、硬化剤の分解温度未満であれば、使用する接着剤に応じて適宜選択すればよい。また、加熱硬化後の上記加熱処理は、硬化後、直ちに行なってもよく、硬化後、所定の時間をおいて行なってもよい。

なお、第１，第２の実施形態において、キャップ３をケース基板１に接着するに際しての接着方法自体は特に限定されない。例えば、キャップ３の開口部を接着剤に浸漬し、該接着剤を開口部に転写した後、キャップ３をケース基板１上に搭載し、加熱・加圧することにより硬化させる方法を用いることができる。

次に、具体的な実験例につき説明する。

圧電素子２として、長さ５ｍｍ×幅０．５ｍｍ×厚み０．３ｍｍの圧電セラミックスまたは圧電単結晶製の圧電板６の両主面にＡｇからなる励振電極７及び第２の励振電極が長さ方向中央において長さ方向約１／３の領域で対向されている圧電共振素子を用意した。この圧電素子２を、長さ７ｍｍ×幅３ｍｍ×厚み０．５ｍｍのケース基板１上に導電性接着剤８，９を用いて固定し、しかる後、金属からなるキャップ３をケース基板１に硬化剤としてジシアンジアミドを含有している一液型の「ビスフェノールＡ型」エポキシ系接着剤を用い、接着した。接着に際しては、エポキシ系接着剤中にキャップ３の開口部を浸漬し、引き上げ、開口部にエポキシ系接着剤を転写した後、ケース基板１上にキャップ３を搭載した。そして、その状態で、１５０℃で３０分間維持することによりエポキシ系接着剤を硬化させた。

次に、前記硬化処理後に下記の表１に示す様々な条件で加熱処理を施した。このようにして得られた各圧電共振部品について、マイグレーションの発生割合を以下の要領で硬化した。

マイグレーションの発生割合の評価…圧電共振部品を８５℃、相対湿度８５％の恒温恒湿槽内に入れて通電した。その後キャップ３を除去して、圧電素子２における励振電極７と第２の励振電極との間にマイグレーションが発生しているかを確認した。

結果を下記の表１に示す。表１においては、１０個あたりの圧電共振部品中のマイグレーションが生じた圧電共振部品の数がマイグレーション発生割合として示されている。

表１から明らかなように、１５０℃で３０分間維持してエポキシ系接着剤を加熱硬化した後、加熱処理を施さなかった圧電共振部品では、マイグレーション発生割合が９／１０であった。また、２００℃の温度に６０分間維持した加熱処理を施したとしても、マイグレーション発生割合は４／１０であった。これに対して、２１０℃以上の温度で３０分以上維持した加熱処理を施した場合にはマイグレーション野発生割合は０であった。従って、含有されている硬化剤の分解温度である２１０℃以上の温度で加熱処理を施すことにより電極間マイグレーションを効果的に抑制し得ることが分かる。

上記実施形態では、電子部品素子として圧電素子２が用いられたが、本発明が適用される電子部品素子は、圧電素子に限らず、コンデンサなどの他の電子部品素子であってもよい。また、キャップ３は、金属からなる必要は必ずしもなく、絶縁性材料により構成されていてもよく、また、絶縁性材料が導電膜で被覆されている構造を有するものであってもよい。

さらに、第１のケース材としては、板状のケース基板１に限らず、第２のケース材が接合される面を有する様々な形状を有するケース材を用いることができる。

また、第２のケース材についても、キャップに限定されず、平板状あるいは下方に開いた収納空間を有する板状部材などにより構成されてもよい。

さらに、上記実施形態では、硬化剤としてジシアンジアミドを含有する一液型のエポキシ系接着剤が用いられたが、ジシアンジアミド以外の固形の硬化剤が含有されている一液型の熱硬化型エポキシ系接着剤を用いてもよい。特に、ジシアンジアミドと同様に、水に溶解された場合に電解質として作用する硬化剤が含有されている一液型のエポキシ系接着剤を用いた場合、本発明に従って、硬化剤の分解温度以上で加熱硬化させることにより、あるいは加熱硬化後に硬化剤の分解温度以上に加熱処理する加熱処理工程を実施することにより、上記実施形態と同様に電極間マイグレーションを効果的に抑制することができる。

本発明の一実施形態で製造される電子部品としての圧電共振部品の分解斜視図。硬化剤としてのジシアンジアミドの熱処理前及び２１０℃×３０分の熱処理後における赤外吸収スペクトル示す図。従来の圧電共振部品の製造方法の一例を説明するための部分切り欠き断面図。

符号の説明

１…ケース基板（第１のケース材）
１ａ，１ｂ…側面
１ｃ〜１ｆ…切り欠き
２…圧電素子
３…キャップ（第２のケース材）
４，５…外部電極
６…圧電板
６ａ，６ｂ…端面
７…励振電極
８，９…導電性接着剤

Claims

第１のケース材上に電子部品素子を固定する工程と、
前記電子部品素子を内部に封止するように前記第１のケース材に一液型の硬化剤含有熱硬化型接着剤を用いて第２のケース材を接着する接着工程とを備える電子部品の製造方法において、
接着工程において、前記硬化剤の分解温度未満の温度で接着剤を硬化させた後、該硬化剤の分解温度以上に加熱処理する加熱処理工程をさらに備える、電子部品の製造方法。
前記接着剤がエポキシ系接着剤であり、前記硬化剤が水に溶解した場合に電解質となる硬化剤である、請求項１に記載の電子部品の製造方法。
前記硬化剤がジシアンジアミドである請求項１または２に記載の電子部品の製造方法。
前記電子部品素子が、圧電素子であり、該圧電素子が前記第１のケース材と第２のケース材としてのキャップとで構成されるケース内に封止されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子部品の製造方法。