JP4501875B2 - 圧電振動デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動デバイスおよびその製造方法に関し、特に、複数の電子部品を１つのキャビティ内に配する圧電振動デバイスおよびその製造方法に関する。

現在、ＯＡ機器、通信機器などの各種電子機器に使用される水晶発振器などの圧電振動デバイスの低背化が進められている。ここでいう圧電振動デバイスには、圧電振動片を含む複数の電子部品素子と、複数の電子部品素子を配置するベースと、ベースと接合してベースに配置した複数の電子部品素子を気密封止する蓋とが設けられている。そして、ベースと蓋との接合により圧電振動デバイスの本体筐体が成形される。また、圧電振動デバイスの本体筐体の内部には、複数の電子部品素子を配するための配置領域であるキャビティが形成される。

具体的に、キャビティ内において、その上方に圧電振動片（水晶振動片）が配され、その下方にＩＣチップなどの電子部品素子が配された圧電振動デバイスが従来の技術として開示されている（例えば、下記する特許文献１ご参照。）。

下記する特許文献１に開示の圧電振動デバイス（水晶発振器）では、キャビティ内においてＩＣチップと水晶振動片とが積層状態で配されている（具体的に、下位層にＩＣチップが配され、上位層に水晶振動片が配されている）。

さらに、キャビティ内における下位層のＩＣチップは、キャビティ内のベース上にワイヤを用いて電気的に接合されている（以下、ワイヤボンディングともいう）。このワイヤは、その上位層に配された水晶振動片によってキャビティ内の平面視上隠れた状態となっている。

上記したことから、下記する特許文献１に開示の水晶発振器では、まず、下位層にＩＣチップを電気機械的に接合し、その後に上位層の水晶振動片を電気機械的に接合して蓋をベースに接合して、ベースに接合したＩＣチップと水晶振動片との特性を測定して圧電振動デバイスを製造している。
特開２００４−２９７７３７号公報

ところで、上記したような特許文献１に開示の水晶発振器では、ＩＣチップと水晶振動片とが電気機械的に接合された状態でキャビティ内に配され、このことが原因となって以下に示す不具合が生じる。

すなわち、上記したような特許文献１に開示の水晶発振器で用いる水晶振動片にはその表面に異物が付着している。この水晶振動片の表面に付着した異物は、その製造工程において水晶振動片に強励振（オーバードライブ）をかけて除去する。

しかしながら、水晶振動片に強励振をかける場合、その出力が強く、水晶振動片と電気的に接合されて導通状態となっているＩＣチップが破壊されるなど、他の電子部品素子に悪影響を与える。

そこで、上記課題を解決するために、本発明は、圧電振動デバイスにおいて、圧電振動片に強励振をかける際の出力により、集積回路素子などの他の電子部品素子に悪影響を与えるのを抑制する圧電振動デバイスおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動デバイスの製造方法は、蓋と、電極パッドが形成されたベースとの接合により成形される本体筐体の内部の前記ベース上に、少なくとも励振電極が形成された圧電振動片および接続端子が形成された集積回路素子を含む複数の電子部品を配置するとともにこれら圧電振動片および集積回路素子を前記本体筐体の内部に気密封止する圧電振動デバイスの製造方法において、前記ベースの電極パッドと前記圧電振動片の励振電極とを電気的に接続して導通状態とするとともに、前記ベースの電極パッドと前記集積回路素子の接続端子とを非導通状態として、前記圧電振動片に強励振（オーバードライブ）をかける工程を行い、前記圧電振動片に強励振をかける工程後に、前記ベースの電極パッドと前記集積回路素子の接続端子とをワイヤを用いて電気的に接続して導通状態とすることを特徴とする。

本発明にかかる圧電振動デバイスの製造方法によれば、前記ベースの電極パッドと前記圧電振動片の励振電極とを電気的に接続して導通状態とするとともに、前記ベースの電極パッドと前記集積回路素子の接続端子とを非導通状態として、前記圧電振動片に強励振をかける工程を行い、前記圧電振動片に強励振をかける工程後に、前記ベースの電極パッドと前記集積回路素子の接続端子とをワイヤを用いて電気的に接続して（ワイヤボンディング）導通状態とするので、前記圧電振動片に強励振をかける際の出力により前記他の電子部品素子に悪影響を与えるのを抑制することが可能となる。本発明では、前記圧電振動片の強励振（オーバードライブ）を行なう場合、前記圧電振動片に強励振をかけた後に前記集積回路素子を導通状態とするので、前記圧電振動片に強励振をかける出力が前記集積回路素子に伝わることはなく、前記圧電振動片に強励振をかける出力により前記集積回路素子が破壊するのを抑制することが可能となる。

具体的に、本発明の場合、前記圧電振動片に強励振をかけると、前記圧電振動片の両主面などの表面に付する異物が外れ、前記圧電振動片の歪みを抑えて励振レベルによる周波数の変動や、周波数調整工程（ミーリングなど）による周波数のシフトの変動を抑えることが可能となる。

前記方法において、前記ベースに前記集積回路素子を高硬化性接合材により機械的接合を行い、前記ベースへの前記集積回路素子の機械的接合後に、前記ベースの電極パッドに前記圧電振動片を導電性接合材により電気機械的接合を行い、前記ベースの電極パッドへの前記圧電振動片の電気機械的接合後に、前記圧電振動片に強励振をかける工程を行い、前記圧電振動片に強励振をかける工程後に、前記ベースの電極パッドと前記集積回路素子の接続端子とをワイヤを用いて電気的に接続してもよい。

この場合、上述の作用効果に加えて、前記ベースに前記集積回路素子を硬い高硬化性接合材により機械的接合を行なっているので、前記ベースの電極パッドに前記集積回路素子をより安定した状態でワイヤボンディングすることが可能となる。

前記方法において、前記導電性接合材の硬化温度もしくは前記ベースの電極パッドに前記圧電振動片を接合する際の接合雰囲気は、前記高硬化性接合材の硬化温度に対して略同じ温度以下の温度に設定されてもよい。

この場合、上述の作用効果に加えて、前記高硬化性接合材を先に接合（硬化）させ、後工程で接合（硬化）する前記導電性接合材の硬化温度もしくは前記ベースの電極パッドに前記圧電振動片を接合する際の接合雰囲気は、前記高硬化性接合材の硬化温度に対して略同じ温度以下の温度に設定されるので、当該圧電振動デバイスの製造において発生する不要なガスを極力抑えて前記圧電振動片や前記集積回路素子への不具合をなくすとともに、前記圧電振動片の接合の信頼性を確保することが可能となる。また、前記ベースに前記集積回路素子を機械的に接合する高硬化性接合材としてポリイミド系樹脂やエポキシ系樹脂が好適に挙げられ、また、前記ベースの電極パッドに前記圧電振動片を電気機械的に接合する導電性接合材として導電性シリコーン系樹脂や導電性ウレタン系樹脂、金属バンプが好適に挙げられる。例えば、前記高硬化性接合材として硬化温度が２９０度程度のポリイミド系樹脂を使用する場合、前記導電性接合材として、同じ２９０度程度の硬化温度のポリイミド系樹脂を用いるか、１８０度程度とより硬化温度の低い導電性シリコーン系樹脂を使用したり、１５０度程度の接合雰囲気となる金などの金属バンプを用いるとよい。

前記方法において、前記ベースの電極パッドに、前記圧電振動片の励振電極および前記集積回路素子の接続端子を電気的に接続して導通状態とした後に、前記ベースに前記蓋を接合して前記本体筐体の内部の前記ベースに配置した前記複数の電子部品を気密封止してもよい。

この場合、上述の作用効果に加えて、前記ベースの電極パッドに、前記圧電振動片の励振電極および前記集積回路素子の接続端子を電気的に接続して導通状態とした後に、前記ベースに前記蓋を接合して前記本体筐体の内部の前記ベースに配置した前記複数の電子部品を気密封止するので、気密封止前に前記他の電子部品への影響を気にせずに前記圧電振動片に強励振をかけることが可能となる。これに対して、従来の技術では、前記複数の電子部品を全て導通状態として前記本体筐体の内部に前記複数の電子部品を気密封止し、その後に前記複数の電子部品のすべての特性を測定しており、前記圧電振動片に強励振をかける工程を行うことはできない。

具体的に、本発明の場合、前記圧電振動片に強励振をかけると、前記圧電振動片の両主面などの表面に付する異物が外れ、前記圧電振動片の歪みを抑えて励振レベルによる周波数の変動や、周波数調整工程（ミーリングなど）による周波数のシフトの変動を抑えることが可能となる。これに対して、外部から水晶振動片単体の特性の測定を行うために、本体筐体に水晶振動片単体と独立して接続された外部端子（他の複数の電子部品とは電気的に接続されていない外部端子）が形成され、前記複数の電子部品を全て導通状態として前記本体筐体の内部に前記複数の電子部品を気密封止し、その後に前記複数の電子部品のすべての特性を測定する場合、前記圧電振動片に強励振をかけると、前記圧電振動片の両主面などの表面に付する異物が外れるが、この異物が前記本体筐体の内部の前記ベースなどに再付着（異物が前記ベース上に落ちるなど）して当該圧電振動デバイスの特性に悪影響を与える。

また、上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動デバイスは、上記した圧電振動デバイスの製造方法によって製造されたことを特徴とする。

本発明にかかる圧電振動デバイスによれば、上記した圧電振動デバイスの製造方法による作用効果と同様の作用効果を有する。さらに、本発明にかかる圧電振動デバイスによれば、上記した圧電振動デバイスの製造方法によって製造されているので、前記圧電振動片と前記他の電子部品素子との接続状態を遮断して前記圧電振動片に強励振をかけるために新たに端子電極および電極パターン（端子電極と電極パッドをつなぐパターン）を前記本体筐体に形成する必要がなく、製造コストの抑制および電極パターン設計の簡略化を図ることが可能となる。特に電極パターン設計の簡略化を行うことは当該圧電振動デバイスの小型化を図るために好適である。また、本発明にかかる圧電振動デバイスによれば、前記圧電振動片に強励振をかけるために別途特別な端子を設ける必要がないため、前記本体筐体の構成の簡略化を図ることが可能となる。

前記構成において、前記本体筐体の内部に前記複数の電子部品素子を配するための配置領域であるキャビティが形成され、前記圧電振動片と前記集積回路素子とは、前記キャビティ内の前記ベースの平面視上において重ならずに配置されてもよい。

この場合、上述の作用効果に加えて、前記本体筐体の内部に前記複数の電子部品素子を配するためのキャビティが形成され、前記圧電振動片と前記集積回路素子とは、前記キャビティ内の前記ベースの平面視上において重ならずに配置されるので、当該圧電振動デバイスの本体筐体の低背化を行うのに好ましい。

前記構成において、前記本体筐体の内部に前記複数の電子部品素子を配するための配置領域であるキャビティが形成され、前記キャビティには、底面部とこの底面部より上層となる段部が設けられ、前記圧電振動片は前記段部上に配され、前記集積回路素子は前記底面部上に配されてもよい。

この場合、上述の作用効果に加えて、前記本体筐体の内部に前記複数の電子部品素子を配するためのキャビティが形成され、前記キャビティには、底面部とこの底面部より上層となる段部が設けられ、前記圧電振動片は前記段部上に配され、前記集積回路素子は前記底面部上に配されるので、前記キャビティの同一高さの位置（例えば前記底面部のみ）に前記圧電振動片と前記集積回路素子とが配された場合と比較して、前記圧電振動片と前記集積回路素子とはそれぞれ互いに他の位相ノイズ（輻射ノイズ）を考慮しないで電極パターンの設計を行うことが可能となり、電極パターン設計の簡略化を図ることが可能となる。

前記構成において、前記本体筐体の内部に前記複数の電子部品素子を配するための配置領域であるキャビティが形成され、前記ワイヤは、前記キャビティ内の前記ベースの平面視上において露出されてもよい。

この場合、上述の作用効果に加えて、前記本体筐体の内部に前記複数の電子部品素子を配するための配置領域であるキャビティが形成され、前記ワイヤは、前記キャビティ内の前記ベースの平面視上において露出されたので、前記ベース（電極パッド）と前記圧電振動片（励振電極）とを電気的に接続して導通状態とした状態とし、前記圧電振動片に強励振をかけた後に、前記ベース（電極パッド）と前記集積回路素子（接続端子）とを前記ワイヤを用いて電気的に接続して導通状態とすることを容易に行うことが可能となる。この構成は、特に、前記キャビティ内の前記ベースの平面視において前記集積回路素子（前記集積回路素子の少なくとも一部）が前記圧電振動片に隠れている場合に有効であり、前記キャビティ内の前記ベースの平面視上において、前記ワイヤを露出した状態で前記複数の電子部品素子を重ね合わせた状態とすることで当該圧電振動デバイスの本体筐体の小型化を図ることが可能となる。

前記構成において、前記本体筐体の内部に前記複数の電子部品素子を配するための配置領域であるキャビティが形成され、前記集積回路素子の電気的接続を行うための前記キャビティ内での前記ワイヤを接続する前記電極パッドの位置は、前記キャビティを構成する壁面から離れるように位置設定されてもよい。

この場合、上述の作用効果に加えて、前記本体筐体の内部に前記複数の電子部品素子を配するための配置領域であるキャビティが形成され、前記集積回路素子の電気的接続を行うための前記キャビティ内での前記ワイヤを接続する前記電極パッドの位置は、前記キャビティを構成する壁面から離れるように位置設定されたので、前記キャビティ内の前記ベース上において前記ワイヤを接続する前記電極パッドの領域を確保することが可能となる。このため、前記集積回路素子を前記ベース（前記電極パッド）にワイヤボンディングする際にボンディングツール（キャピラリー）を用いるが、前記ベース上においてこのボンディングツールを挿入する領域が確保され、前記集積回路素子を前記電極パッドにワイヤボンディングする際の信頼性が高まる。この構成は、特に、前記キャビティ内の前記ベースの平面視同一面上であって同一高さの位置に前記圧電振動片と前記集積回路素子とが配置された場合に有効である。

前記構成において、前記複数の電子部品素子は、バンプを介して前記ベースに少なくとも機械的に接合されてもよい。

この場合、上述の作用効果に加えて、前記複数の電子部品素子は、バンプを介して前記ベースに少なくとも機械的に接合されたので、当該圧電振動デバイスの小型化に好適である。すなわち、前記複数の電子部品素子を、導電性接着材を介して前記ベースに電気機械的に接合した場合と比較して、前記複数の電子部品素子と前記ベースとの接合領域を狭くすることができ、これらの接合領域の確保を容易とする。

本発明にかかる圧電振動デバイスおよびその製造方法によれば、圧電振動デバイスにおいて、圧電振動片に強励振をかける際の出力により、集積回路素子などの他の電子部品素子に悪影響を与えるのを抑制することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施例では、圧電振動デバイスとして表面実装型水晶発振器（以下、水晶発振器という）に本発明を適用した場合を示す。

本実施例にかかる表面実装型水晶発振器（図示省略）は、図１，２に示すように、２つの電子部品素子と、これら電子部品素子を配置して保持するベース２と、ベース２と接合してベース２に配置保持した電子部品素子を気密封止するための蓋（図示省略）と、含む構成とする。なお、本実施例では、電子部品素子として、水晶振動片４（本発明でいう圧電振動片）と、ＩＣチップ５（本発明でいう集積回路素子）とを用いる。

この水晶発振器では、ベース２と蓋とが接合されて本体筐体（図示省略）が成形され、本体筐体の内部のベース２上に水晶振動片４とＩＣチップ５とが配される。またこの時、本体筐体の内部に水晶振動片４とＩＣチップ５とを配するための配置領域であるキャビティ６（内部空間）が形成される。このキャビティ６は、蓋とベース２により気密封止されたベース２の内部空間である。また、キャビティ６には、底面部６１とこの底面部６１より上層となる段部６２が設けられ、水晶振動片４は段部６２上に配され、ＩＣチップ５は底面部６１（実質は底面部６１に形成された凹部内底面）上に配されている。

次に、この水晶発振器の各構成について説明する。

水晶振動片４は、図１に示すように、ＡＴカットの水晶片（図示省略）からなり、平面視矩形上の一枚板の直方体に成形されている。この水晶振動片４の両主面４１，４２には、それぞれ励振電極４３と、これらの励振電極４３を外部電極（図１では電極パッド８１）と電気的に接続するための接続電極４４と、励振電極４３を接続電極に引き出すための引出電極４５とが形成されている。そして、水晶振動片４は、導電性接着剤３１（本発明でいう導電性接合材）を用いてベース２（キャビティ６の段部６２）に形成された複数の電極パッド８１に電気機械的に接合されている。なお、励振電極４３，接続電極４４，および引出電極４５は、真空蒸着法やスパッタリング法により形成され、例えば、水晶振動板側からクロム、金の順に、あるいはクロム、金、クロムの順に、あるいはクロム、銀、クロムの順に積層して形成されている。なお、本実施例で用いる導電性接着剤３１は、硬化温度が１８０度程度の導電性シリコーン系樹脂が用いられている。また、導電性接合材として導電性シリコーン系樹脂に限定されるものではなく、導電性ウレタン系樹脂などの他の樹脂であってもよく、また、金などの金属バンプであってもよい。具体的に、導電性接着剤３１の硬化温度もしくはベース２の電極パッド８１に水晶振動片４を接合する際のキャビティ６内の接合雰囲気は、下記する高硬化性接合材（ＩＣチップ５の記載内容参照）の硬化温度に対して略同じ温度以下の温度に設定されている。例えば、高硬化性接合材として硬化温度が２９０度程度のポリイミド系樹脂を使用する場合、導電性接着剤３１として、同じ２９０度程度の硬化温度のポリイミド系樹脂を用いるか、１８０度程度とより硬化温度の低い導電性シリコーン系樹脂を使用したり、１５０度程度のキャビティ６内の接合雰囲気となる金などの金属バンプを用いるとよい。

ＩＣチップ５は、図１に示すように、水晶振動片４とともに発振回路を構成する１チップ集積回路素子であり、接続端子５１が複数形成されている。本実施例では、ＩＣチップ５にベアチップを採用している。ＩＣチップ５は、高硬化性接合材によりベース２（キャビティ６）に機械的に接合される。なお、本実施例では、高硬化性接合材として硬化温度が２９０度程度のポリイミド系樹脂を用いている。また、高硬化性接合材としてポリイミド系樹脂が好ましいがポリイミド系樹脂に限定されるものではなく、エポキシ系樹脂（銀ペースト）であってもよい。そして、ＩＣチップ５の複数の接続端子５１は、ワイヤ３２を用いて電極パッド８１に電気的に接続されている。なお、図１では、２つの接続端子５１についてワイヤ３２を用いて電極パッド８１に電気的に接続されている例を示し、他の接続端子５１の電気的接続に関して図示を省略している。また、図１において省略したワイヤ３２による電極パッド８１への他の接続端子５１の電気的接続は、水晶振動片４とＩＣチップ５との導通状態の有無にかかわらず行ってもよく、例えば、水晶振動片４とＩＣチップ５とを導通状態とする前に、ワイヤ３２によりＩＣチップ５の他の接続端子５１が電極パッド８１に電気的に接続されてもよい。また、ワイヤ３２は、図１に示すように、キャビティ６内のベース２の平面視上において露出されている。

ベース２は、アルミナ等のセラミックとタングステン等の導電材料を適宜積層した構成からなる。このベース２は、図１，２に示すように、箱状体に形成され、セラミック材料からなる平面視矩形状の一枚板上に、所定形状からなる導電材料および中空を有するセラミック材料を２層積層して断面視略凹状に一体的に焼成されている。また、中空を有するセラミック材料は、平面視矩形状の一枚板のセラミック材料の表面外周に沿って成形されている。この中空を有するセラミック材料の上面は、蓋との接合領域２１であり、この接合領域２１には、蓋と接合するためのメタライズ層（図示省略）が設けられている。

また、図１，２に示すように、ベース２の平面視外周には、その一つの長辺２２に３つのキャスタレーション７が形成され、その一つの短辺２３に２つのキャスタレーション７が形成され、及びその四隅にキャスタレーション７が形成されている。また、本実施例では、ベースの長辺２２および短辺２３に、それぞれキャスタレーション７がキャビティ６を挟んで対向して形成されている。また、キャスタレーション７は、ベース２の半円弧状の切り欠き（半円弧状の凹部）が本体筐体の表面から裏面にかけて形成されている。なお、このキャスタレーションには電極パターン８が形成されている。

また、図１に示すように、ベース２の表面２４（キャビティ６の底面部６１）には、ＩＣチップ５の接続端子５１と、外部（外部部品や外部機器）の電極とを電気的に接続するための複数の電極パターン８が形成されている。また、ベース２の表面２４（キャビティ６の段部６２）には、水晶振動片４の接続電極４４と、外部（外部部品や外部機器）の電極とを電気的に接続するための複数の電極パターン８が形成されている。また、図２に示すように、ベース２の裏面２５には、外部（外部部品や外部機器）の電極との接続（接合）の外部端子となる複数の端子電極９が形成されている。

電極パターン８は、水晶振動片４およびＩＣチップ５と少なくとも電気的に接続するための電極パッド８１と、これら電極パッド８１をそれぞれに対応したベース２の裏面２５に形成される端子電極９に引き出すための引回電極８２とから構成されている。複数の電極パターン８は、キャビティ６内からキャスタレーション７を介してベース２の裏面２５に引き出され、水晶振動片４およびＩＣチップ５（主にＩＣチップ５）は端子電極９から外部（外部部品や外部機器）と接続（接合）される。なお、本実施例では、図１に示すように、電極パターン８（少なくとも引回電極８２の一部）が、キャビティ６内の平面視上において露出形成されている。なお、本実施例でいう電極パターン８には、少なくとも、Ｇｎｄ用電極パターンと、出力用電極パターンと、ＯＥ（Ｏｕｔｐｕｔ Ｅｎａｂｌｅ）用電極パターンと、Ｖ_DD用電極パターンと、水晶測定端子用電極パターン（水晶検査端子用電極パターンも含む）等があり、それぞれ対応した端子電極９に接続されている。なお、端子電極のうち水晶測定端子についてはキャスタレーション７において外部機器（検査機器）と接続されるように設定してもよい。また、キャビティ６内でのＩＣチップ５の電気的接続を行うためのワイヤ３２を接続する電極パッド８１の位置は、図１に示すように、キャビティ６を構成する壁面６３から離れるように位置設定されている。なお、ここでいうワイヤ３２を接続する電極パッド８１の位置は、キャビティ６の壁面６３（底面部６１と連続する壁面６３や段部６２と連続する壁面６３など）に接しないワイヤボンディングできる領域を確保できればよい。この図１に示すワイヤ３２を接続する電極パッド８１の位置は、壁面６３に対してＩＣチップ５近傍に設定されている。

蓋は、金属材料からなり、平面視矩形状の一枚板に成形されている。この蓋は、下面にろう材（図示省略）が形成されており、直接的シーム溶接やビーム溶接等の手法によりベース２に接合されて、蓋とベース２とによる水晶発振器の本体筐体が成形される。具体的に、蓋は、コバールからなるコア材に金属層としての金属ろう材が形成された構成であり、より詳しくは、例えば上面からニッケル層、コバールコア材、銅層、銀ろう層の順の多層構成である。ここでいう銀ろう層がベース２のメタライズ層と接合される。また、銀ろう層の一部がベース２のメタライズ層と接合するための溶接領域とされ、この溶接領域は蓋の平面視外周端部に沿って設定されている。蓋の平面視外形はベース２の外形とほぼ同じであるか、若干小さい構成となっている。

上記した構成要件を含んだ水晶発振器では、ベース２のキャビティ６にＩＣチップ５および水晶振動片４を配してそれぞれ上記したように電気機械的に接合し、これらＩＣチップ５および水晶振動片４を蓋にて被覆し、ベース２のメタライズ層と蓋の銀ろう層の一部とを溶融硬化させて接合させ、キャビティ６内のＩＣチップ５および水晶振動片４の気密封止を行う。また、この水晶発振器では、図１に示すように、キャビティ６内のベース２の平面視上において、ワイヤ３２を露出した状態で水晶振動片４とＩＣチップ５とが重ね合われている。具体的に、キャビティ６内のベース２の平面視上において水晶振動片４によってＩＣチップ５の一部が覆われた状態となっている。

なお、本実施例では、封止用の金属リングを用いずに直接的シーム溶接による気密封止（直接的シーム封止）を行っており、蓋の長辺３１と短辺３２に沿ってシームローラ（図示省略）を走査させることで、蓋に形成された銀ろう層の一部とベース２のメタライズ層を接合して水晶発振器を製造する。

次に、上記した水晶発振器の製造について、図１を用いて説明する。

まず、ベース２のキャビティ６内にＩＣチップ５を配し、ＩＣチップ５を高硬化性接合材によりキャビティ６に機械的に接合する。なお、本実施例では、高硬化性接合材として硬化温度が２９０度程度のポリイミド系樹脂を用いている。また、高硬化性接合材としてポリイミド系樹脂が好ましいがポリイミド系樹脂に限定されるものではなく、上記したようにエポキシ系樹脂であってもよい。また、この段階において、ＩＣチップ５の一部の接続端子５１と電極パッド８１とを電気的に接続してもよい。しかしながら、この段階におけるＩＣチップ５の一部の接続端子５１と電極パッド８１との接続状態は、非導通状態となっている。ここでいう非導通状態とは、水晶振動片４からＩＣチップ５への入出力回路が成立していない状態のことをいう。

ＩＣチップ５の機械的接合を終えた後に、ベース２のキャビティ６内の段部６２上に水晶振動片４を配する。段部６２に配した水晶振動片４を導電性接着剤３１を用いて段部６２に形成された複数の電極パッド８１に電気機械的に接合する。すなわち、ベース２の電極パッド８１と水晶振動片４の励振電極４３とを電気的に接続して導通状態とする。ここでいう導通状態とは、水晶振動片４の入出力回路が成立している状態のことをいう。

水晶振動片４の電気機械的接合を終えた後に、水晶振動片４単体に強励振をかける（本発明でいう圧電振動片に強励振をかける工程）。

水晶振動片４に強励振をかけた後に、ワイヤ３２を用いてＩＣチップ５の接続端子５１と電極パッド８１と電気的に接続する（ワイヤボンディングする）。すなわち、ベース２の電極パッド８１とＩＣチップ５の接続端子５１とをワイヤ３２を用いて電気的に接続して導通状態とする。ここでいう導通状態とは、水晶振動片４からＩＣチップ５への入出力回路が成立している状態のことをいう。

水晶振動片４とＩＣチップ５とのベース２のキャビティ６への電気機械的接合を終えた後に、水晶振動片４をミーリングして水晶振動片４の周波数調整を行う。

水晶振動片４へのミーリングによる周波数調整を終えた後に、水晶振動片４をアニールして加熱成形による歪みを除去する。

水晶振動片４のアニールを終えた後に、ベース２の開口に蓋を配して水晶振動片４とＩＣチップ５とを蓋にて被覆する。そして、直接的シーム溶接によってベース２のメタライズ層と蓋の銀ろう層の一部とを溶融硬化させて接合させ、キャビティ６内のＩＣチップ５および水晶振動片４の気密封止を行う。

直接的シーム溶接によってベース２と蓋との接合により水晶振動片４とＩＣチップ５との気密封止を行なった後に、当該水晶発振器の特性を測定して水晶発振器を製造する。具体的に、当該水晶発振器の特性の測定では、水晶振動片４の周波数や直列共振抵抗値のレベル変動を測定し、水晶発振器の良品を判定する。

上記したように、本実施例にかかる水晶発振器の製造方法によれば、ベース２の電極パッド８１と水晶振動片４の励振電極４３とを電気的に接続して導通状態とするとともに、ベース２の電極パッド８１とＩＣチップ５の接続端子５１とを非導通状態として、水晶振動片４に強励振（オーバードライブ）をかける工程を行い、水晶振動片４に強励振をかける工程後に、ベース２の電極パッド８１とＩＣチップ５の接続端子５１とをワイヤ３２を用いて電気的に接続して（ワイヤボンディング）導通状態とするので、水晶振動片４に強励振をかける際の出力により他の電子部品素子（本実施例ではＩＣチップ５）に悪影響を与えるのを抑制することができる。本実施例では、水晶振動片４の強励振を行なう場合、水晶振動片４に強励振をかけた後にＩＣチップ５を導通状態とするので、水晶振動片４に強励振をかける出力がＩＣチップ５に伝わることはなく、水晶振動片４に強励振をかける出力によりＩＣチップ５が破壊するのを抑制することができる。

具体的に、本実施例の場合、水晶振動片４に強励振をかけると、水晶振動片４の両主面４１，４２などの表面に付する異物が外れ、水晶振動片４の歪みを抑えて励振レベルによる周波数の変動や、周波数調整工程（ミーリングなど）による周波数のシフトの変動を抑えることができる。

また、ベース２にＩＣチップ５を硬い高硬化性接合材３１により機械的接合を行なっているので、ベース２の電極パッド８１にＩＣチップ５をより安定した状態でワイヤボンディングすることができる。

また、高硬化性接合材を先に接合（硬化）させ、後工程で接合（硬化）する導電性接着剤３１の硬化温度もしくはベース２の電極パッド８１に水晶振動片４を接合する際のキャビティ６内の接合雰囲気は、高硬化性接合材の硬化温度に対して略同じ温度以下の温度に設定されるので、本実施例にかかる水晶発振器の製造において発生する不要なガスを極力抑えて水晶振動片４やＩＣチップ５への不具合をなくすとともに、水晶振動片４の接合の信頼性を確保することができる。

また、ベース２の電極パッド８１に、水晶振動片４の励振電極４３およびＩＣチップ５の接続端子５１を電気的に接続して導通状態とした後に、ベース２に蓋を接合して本体筐体の内部のベース２に配置した水晶振動片４とＩＣチップ５とを気密封止するので、気密封止前にＩＣチップ５への影響を気にせずに水晶振動片４に強励振をかけることができる。これに対して、従来の技術では、水晶振動片４とＩＣチップ５とを全て導通状態として本体筐体の内部に水晶振動片４とＩＣチップ５とを気密封止し、その後に水晶振動片４とＩＣチップ５とのすべての特性を測定しており、水晶振動片４に強励振をかけることはできない。

具体的に、本実施例の場合、水晶振動片４に強励振をかけると、水晶振動片４の両主面などの表面に付する異物が外れ、水晶振動片４の歪みを抑えて励振レベルによる周波数の変動や、周波数調整工程（ミーリングなど）による周波数のシフトの変動を抑えることができる。これに対して、外部から水晶振動片単体の特性の測定を行うために、本体筐体に水晶振動片４単体と独立して接続（接合）された外部端子（ＩＣチップ５とは電気的に接続されていない外部端子）が形成され、水晶振動片４とＩＣチップ５とを全て導通状態として本体筐体の内部に水晶振動片４とＩＣチップ５とを気密封止し、その後に水晶振動片４とＩＣチップ５とのすべての特性を測定する場合、水晶振動片４に強励振をかけると、水晶振動片４の両主面などの表面に付する異物が外れるが、この異物が本体筐体の内部のベース２などに再付着（異物がベース２上に落ちるなど）して当該水晶発振器の特性に悪影響を与える。

また、上記したように、本実施例にかかる水晶発振器によれば、上記した水晶発振器の製造方法による作用効果と同様の作用効果を有する。さらに、本実施例にかかる水晶発振器によれば、上記した水晶発振器の製造方法によって製造されているので、水晶振動片４とＩＣチップ５との接続状態を遮断して水晶振動片４に強励振をかけるために新たに端子電極および電極パターン８（端子電極９と電極パッド８１をつなぐパターン）を本体筐体に形成する必要がなく、製造コストの抑制および電極パターン設計の簡略化を図ることができる。特に電極パターン８の設計の簡略化を行うことは当該水晶発振器の小型化を図るために好適である。また、本実施例にかかる水晶発振器によれば、水晶振動片４に強励振をかけるために別途特別な端子を設ける必要がないため、本体筐体の構成の簡略化を図ることができる。

また、ベース２にＩＣチップ５を高硬化性接合材（本実施例では硬化温度が２９０度程度のポリイミド系樹脂）により機械的接合を行い、ベース２へのＩＣチップ５の機械的接合後に、ベース２の電極パッド８１に水晶振動片４を導電性接合材（本実施例では硬化温度が２４０度の導電性シリコーン系樹脂）により電気機械的接合を行い、ベース２の電極パッド８１への水晶振動片４の電気機械的接合後に、水晶振動片４に強励振をかける工程を行い、水晶振動片４に強励振をかける工程後に、ベース２の電極パッド８１とＩＣチップ５の接続端子５１とをワイヤ３２を用いて電気的に接続するので、ベース２の電極パッド８１にＩＣチップ５をワイヤボンディングするためにはポリイミド系樹脂などの硬い高硬化性接合材を用いる必要がある。ポリイミド系樹脂などの硬い高硬化性接合材は硬化温度がシリコーン樹脂などの耐衝撃性の優れた接合材より高いので先に硬化させることができ、水晶発振器の製造において発生する不要なガスを極力抑えて水晶振動片４やＩＣチップ５への不具合をなくすとともに、水晶振動片４の接合の信頼性を確保することができる。

また、本体筐体の内部に水晶振動片４とＩＣチップ５とを配するためのキャビティ６が形成され、キャビティ６には、底面部６１とこの底面部６１より上層となる段部６２が設けられ、水晶振動片４は段部６２上に配され、ＩＣチップ５は底面部６１上に配されるので、キャビティ６の同一高さの位置（例えば底面部６１のみ）に水晶振動片４とＩＣチップ５とが配された場合と比較して、水晶振動片４とＩＣチップ５とはそれぞれ互いに他の位相ノイズ（輻射ノイズ）を考慮しないで電極パターン８の設計を行うことが可能となり、電極パターン８の設計の簡略化を図ることができる。

また、ワイヤ３２は、キャビティ６内のベース２の平面視上において露出されたので、ベース２（電極パッド８１）と水晶振動片４（励振電極４３）とを電気的に接続して導通状態とした状態とし、水晶振動片４に強励振をかけた後に、ベース２（電極パッド８１）とＩＣチップ５（接続端子５１）とをワイヤ３２を用いて電気的に接続して導通状態とすることを容易に行うことができる。この構成は、特に、キャビティ６内のベース２の平面視においてＩＣチップ５（ＩＣチップ５の少なくとも一部）が水晶振動片４に隠れている場合に有効であり、キャビティ６内のベース２の平面視上において、ワイヤ３２を露出した状態で水晶振動片４とＩＣチップ５とを重ね合わせた状態とすることで当該水晶発振器の本体筐体の小型化を図ることができる。

また、ＩＣチップ５の電気的接続を行うためのキャビティ６内でのワイヤ３２を接続する電極パッド８１の位置は、キャビティ６を構成する壁面６３から離れるように位置設定されたので、キャビティ６内のベース２上においてワイヤ３２を接続する電極パッド８１の領域を確保することができる。このため、ＩＣチップ５をベース２（電極パッド８１）にワイヤボンディングする際に図示しないボンディングツール（キャピラリー）を用いるが、ベース２上においてこのボンディングツールを挿入する領域が確保され、ＩＣチップ５を電極パッド８１にワイヤ接続する際の接合の信頼性が高まる。この構成は、特に、キャビティ６内のベース２の同一面（平面視）上であって同一高さの位置に水晶振動片４とＩＣチップ５とが配置された場合に有効である。

また、上記した本実施例に示すようにベース２と蓋との接合を直接的シーム接合により行う場合、本実施例に示すように切り欠き部３３が円弧状に形成されていることが好ましい。

なお、上記した本実施例では、圧電振動デバイスとして表面実装型水晶発振器を用いたが、これに限定されるものではなく、水晶振動子や水晶振動片フィルタなどの他の圧電振動する他の圧電振動デバイスであってもよい。また、圧電材料の好適な例として水晶を用いているが、これに限定されるものではない。

また、上記した実施例では、水晶振動片４とＩＣチップ５とのベース２のキャビティ６への電気機械的接合を終えた後に、水晶振動片４をミーリングして水晶振動片４の周波数調整を行なっているが、これに限定されるものではなく、水晶振動片４の周波数に基づいて他の周波数調整工程を行なってもよく、例えば水晶振動片４をパーシャルして水晶振動片４の周波数調整を行なってもよい。

また、上記した本実施例では、２つの電子部品素子を用いているが、電子部品素子の数は限定されるものではなく任意に設定可能である。

また、上記したベース２と蓋との接合に関して、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えばビーム封止する構成を採用することができる。

また、本実施例では、ベース２の形状を箱型形状（断面視凹状）とし、蓋の形状を平面視矩形状の一枚板としているが、これに限定されるものではなく、例えば、ベース２の形状を平面視矩形状の一枚板とし、蓋の形状を箱型形状（断面視凹状）としてもよい。この場合、蓋の側面にキャスタレーション７が形成されることとなる。すなわち、本実施例では、キャスタレーション７は、本体筐体の側面に形成されていればよい。

また、本実施例では、水晶振動片４とＩＣチップ５とが、図１に示すような、キャビティ６内のベース２の平面視上においてワイヤ３２を露出した状態で水晶振動片４とＩＣチップ５とを重ね合わせた状態としているが、水晶振動片４とＩＣチップ５との重ね合わせ状態はこれに限定されるものではなく、ワイヤ３２を露出した状態であればキャビティ６内のベース２の平面視上において更にＩＣチップ５が水晶振動片４に隠れてもよい。

また、本実施例では、水晶振動片４は、導電性接着剤３１を用いてベース２（キャビティ６）に形成された複数の電極パッド８１に電気機械的に接合されているが、これに限定されるものではなく、水晶振動片４は、水晶振動片４用の金属バンプ（図示省略）を用いてフリップチップボンディング（ＦＣＢ）によりベース２（キャビティ６）に形成された複数の電極パッド８１に電気機械的に接合されてもよい。この構成を採用した水晶発振器を図３に示す。

図３に示す水晶発振器は、上記した図１に示す水晶発振器に対して、水晶振動片４のベース２への接合、およびキャビティ６内での水晶振動片４とＩＣチップ５の配置関係が異なる。そこで、この図３に示す水晶発振器では、上記した図１に示す水晶発振器と異なる構成についてのみ説明し、同一の構成についての説明を省略する。なお、図３に示す水晶発振器では、図１に示す水晶発振器と同一構成による作用効果及び変形例は、図１に示す水晶発振器と同様の作用効果及び変形例を有する。

図３に示すように、ベース２のキャビティ６内のベース２では、水晶振動片４とＩＣチップ５とがキャビティ６内のベース２の平面視上において重ならずに配置されている。

また、図３に示す水晶振動片４は、水晶振動片４用の金属材料を含むバンプ（図示省略）を用いてフリップチップボンディング（ＦＣＢ）によりベース２（キャビティ６１の段部６２）に形成された複数の電極パッド８１に電気機械的に接合されている。

また、図３に示すＩＣチップ５は、水晶振動片４とともに発振回路を構成する１チップ集積回路素子であり、接続端子５１が複数形成されている。また、ＩＣチップ５は、ベース２（キャビティ６）に機械的に接合され、ＩＣチップ５の複数の接続端子５１は、ワイヤ３２を用いて電極パッド８１に電気的に接続されている。なお、図３では、２つの接続端子５１についてワイヤ３２を用いて電極パッド８１に電気的に接続されている例を示し、他の接続端子５１の電気的接続に関して図示を省略している。また、図３において省略したワイヤ３２による電極パッド８１への他の接続端子５１の電気的接続は、水晶振動片４とＩＣチップ５との導通状態の有無にかかわらず行ってもよく、例えば、水晶振動片４とＩＣチップ５とを導通状態とする前に、ワイヤ３２によりＩＣチップ５の他の接続端子５１が電極パッド８１に電気的に接続されてもよい。また、ワイヤ３２は、図３に示すように、キャビティ６内のベース２の平面視上において露出されている。

図３に示す水晶発振器によれば、図１に示す水晶発振器の製造方法による作用効果と同様の作用効果を有するだけでなく、本体筐体の内部に水晶振動片４とＩＣチップ５とを配するためのキャビティ６が形成され、水晶振動片４とＩＣチップ５とはキャビティ６内のベース２の平面視上において重ならずに配置されるので、当該水晶発振器の本体筐体の低背化を行うのに好ましい。

また、水晶振動片４とＩＣチップ５とは、バンプを介してベース２に少なくとも機械的に接合されているので、当該水晶発振器の小型化に好適である。すなわち、水晶振動片４とＩＣチップ５とを、導電性接着材を介してベース２に電気機械的に接合した場合と比較して、水晶振動片４およびＩＣチップ５とベース２との接合領域を狭くすることができ、これらの接合領域の確保を容易とする。

なお、上記した図１，３に示す水晶発振器では、キャビティ６内において、水晶振動片４は段部６２上に配され、ＩＣチップ５は底面部６１（底面部６１に形成された凹部内底面）上に配されているが、これに限定されるものではなく、キャビティ６に段部６２が設けられずに底面部６１だけが設けられた場合、この底面部６１に水晶振動片４とＩＣチップ５とが配されてもよい。この場合、水晶振動片４とＩＣチップ５とがキャビティ６内の同一平面である底面部６１に配されているので、当該水晶発振器の本体筐体の低背化を行うのに好ましい。

なお、本発明は、その精神や主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、圧電振動デバイスのうち特に圧電発振器に好適であるが、他に圧電振動子であっても適用できる。

図１は、本実施例にかかる水晶発振器のベースの概略平面図である。 図２は、本実施例にかかる水晶発振器のベースの概略裏面図である。 図３は、本実施の他の例にかかる水晶発振器のベースの概略平面図である。

符号の説明

２ ベース
３２ ワイヤ
４ 水晶振動片
４３ 励振電極
５ ＩＣチップ
５１ 接続端子
６ キャビティ
６１ 底面部
６２ 段部
６３ 壁面
８１ 電極パッド

Claims (10)

1. 蓋と、電極パッドが形成されたベースとの接合により成形される本体筐体の内部の前記ベース上に、少なくとも励振電極が形成された圧電振動片および接続端子が形成された集積回路素子を含む複数の電子部品を配置するとともにこれら圧電振動片および集積回路素子を前記本体筐体の内部に気密封止する圧電振動デバイスの製造方法において、
   前記ベースの電極パッドと前記圧電振動片の励振電極とを電気的に接続して導通状態とするとともに、前記ベースの電極パッドと前記集積回路素子の接続端子とを非導通状態として、前記圧電振動片に強励振をかける工程を行い、
   前記圧電振動片に強励振をかける工程後に、前記ベースの電極パッドと前記集積回路素子の接続端子とをワイヤを用いて電気的に接続して導通状態とすることを特徴とする圧電振動デバイスの製造方法。
2. 前記ベースに前記集積回路素子を高硬化性接合材により機械的接合を行い、
   前記ベースへの前記集積回路素子の機械的接合後に、前記ベースの電極パッドに前記圧電振動片を導電性接合材により電気機械的接合を行い、
   前記ベースの電極パッドへの前記圧電振動片の電気機械的接合後に、前記圧電振動片に強励振をかける工程を行い、
   前記圧電振動片に強励振をかける工程後に、前記ベースの電極パッドと前記集積回路素子の接続端子とをワイヤを用いて電気的に接続することを特徴とする請求項１に記載の圧電振動デバイスの製造方法。
3. 前記導電性接合材の硬化温度もしくは前記ベースの電極パッドに前記圧電振動片を接合する際の接合雰囲気は、前記高硬化性接合材の硬化温度に対して略同じ温度以下の温度に設定されたことを特徴とする請求項２に記載の圧電振動デバイスの製造方法。
4. 前記ベースの電極パッドに、前記圧電振動片の励振電極および前記集積回路素子の接続端子を電気的に接続して導通状態とした後に、前記ベースに前記蓋を接合して前記本体筐体の内部の前記ベースに配置した前記複数の電子部品を気密封止することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１つに記載の圧電振動デバイスの製造方法。
5. 請求項１乃至４のうちいずれか１つに記載の圧電振動デバイスの製造方法によって製造されたことを特徴とする圧電振動デバイス。
6. 前記本体筐体の内部に前記複数の電子部品素子を配するための配置領域であるキャビティが形成され、
   前記前記圧電振動片と前記集積回路素子とは、前記キャビティ内の前記ベースの平面視上において重ならずに配置されたことを特徴とする請求項５に記載の圧電振動デバイス。
7. 前記本体筐体の内部に前記複数の電子部品素子を配するための配置領域であるキャビティが形成され、
   前記キャビティには、底面部とこの底面部より上層となる段部が設けられ、
   前記前記圧電振動片は前記段部上に配され、前記集積回路素子は前記底面部上に配されたことを特徴とする請求項５または６に記載の圧電振動デバイス。
8. 前記本体筐体の内部に前記複数の電子部品素子を配するための配置領域であるキャビティが形成され、
   前記ワイヤは、前記キャビティ内の前記ベースの平面視上において露出されたことを特徴とする請求項５乃至７のうちいずれか１つに記載の圧電振動デバイス。
9. 前記本体筐体の内部に前記複数の電子部品素子を配するための配置領域であるキャビティが形成され、
   前記集積回路素子の電気的接続を行うための前記キャビティ内での前記ワイヤを接続する前記電極パッドの位置は、前記キャビティを構成する壁面から離れるように位置設定されたことを特徴とする請求項５乃至８のうちいずれか１つに記載の圧電振動デバイス。
10. 前記複数の電子部品素子は、バンプを介して前記ベースに少なくとも機械的に接合されたことを特徴とする請求項５乃至９のうちいずれか１つに記載の圧電振動デバイス。

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