JP4585908B2 - 圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、携帯用通信機器等の電子機器に用いられる圧電デバイスの製造方法に関するものである。

従来より、携帯用通信機器等の電子機器に圧電デバイスが用いられている。
かかる従来の圧電デバイスとしては、例えば図５に示す如く、内部に水晶振動素子（図示せず）が収容されている第１の容器体２３を、キャビティ部２５内に前記水晶振動素子の振動に基づいて発振出力を制御するＩＣ素子２６やコンデンサ等の電子部品素子（図示せず）が収容されている第２の容器体２１上に取着させた構造のものが知られており、かかる温度補償型水晶発振器をマザーボード等の外部配線基板上に載置させた上、第２の容器体２１の下面に設けられている外部端子（図示せず）を外部配線基板の配線に半田接合することにより外部配線基板上に実装される。

尚、第１の容器体２３や第２の容器体２１は、通常、セラミック材料によって形成されており、その内部や表面には配線導体が形成され、従来周知のセラミックグリーンシート積層法等を採用することにより製作される。

また、前記ＩＣ素子２６の内部には、水晶振動素子の温度特性に応じて作成された温度補償データに基づいて水晶発振器の発振出力を補正するための温度補償回路が設けられており、圧電デバイスを組み立てた後、上述の温度補償データをＩＣ素子２６のメモリ内に格納すべく、第２の容器体２１の下面や外側面等には温度補償データ書込用の書込制御端子２７が設けられていた。この書込制御端子２７に温度補償データ書込装置のプローブ針を当ててＩＣ素子２６内のメモリに温度補償データを入力することにより、温度補償データがＩＣ素子２６のメモリ内に格納される。
特開２００５−７９６５８号公報 なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

上述した従来の圧電デバイスにおいては、通常、第１の容器体２３と第２の容器体２１だけを“複数個取り”の手法によって製作し、分割後に得られた個片（第１の容器体２３、第２の容器体２１）に水晶振動素子やＩＣ素子２６を個別に搭載した上、両者を接合して製品を組み立てていた。ところが、第２の容器体２１を個片に分割した後でＩＣ素子２６や第１の容器体２３等を第２の容器体２１上に搭載する場合、その作業が完了するまでの間、第２の容器体２１を個々にキャリア等で保持しておく必要があり、組み立て作業が煩雑である上に、キャリア等の製造設備が別途必要になり、これによっても圧電デバイスの生産性が低下するという欠点を有していた。

また、従来の圧電デバイスにおいては、ダイシング方法で切断するには、ダイシングブレードの磨耗による損傷の為、生産性が低下するという欠点を有していた。
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、取り扱いが簡便で、かつ、生産性にも優れた小型の圧電デバイスを得ることができる圧電デバイスの製造方法を提供することにある。

本発明に係る圧電デバイスの製造方法は、矩形状の基板領域の表主面には、空間部が設けられており、前記空間部の少なくとも１つの側面には開口部を形成し、捨代領域を外周に形成した該基板領域が複数個マトリックスに配列されて一体に構成されているマスター基板を形成する工程Ａと、前記基板領域に圧電振動素子が収容されている容器体と前記圧電振動素子の発振出力を制御する集積回路素子及び電子部品素子とを取着させる工程Ｂと、前記マスター基板を各々の前記基板領域に形成された開口部が設けられている外周部及び対向する箇所の外周部はダイシング方法によって切断し、その他の外周部はブレイク方法によって割って分割し、複数個の圧電デバイスを同時に得る工程Ｃとを含むものである。

また、本発明の圧電デバイスの製造方法は、前記マスター基板の捨代領域には、前記開口部と連結されている樹脂塗布口が形成されていることを特徴とするものである。
更に本発明の圧電デバイスの製造方法は、前記マスター基板の開口部には、絶縁性樹脂が充填されていることを特徴とするものである。
また更に本発明の圧電デバイスの製造方法は、前記マスター基板の捨代領域には、特性制御データ書込端子を形成することを特徴とするものである。

本発明の圧電デバイスによれば、発振用ＩＣ素子をマスター基板上に搭載した後でマスター基板を基板領域毎に分割するようにしたことから、製造工程中、マスター基板自体が発振用ＩＣ素子や水晶振動素子が収納されている容器体を搭載するためのキャリアとして機能することとなり、マスター基板の分割によって得られた個々の実装用基体をキャリアで保持するといった煩雑な作業が一切不要となる。これにより、圧電デバイスの生産性を向上させることができる。

しかも前記マスター基板を個片に分割する際に、ダイシング方法とブレイク方法を併用して用いることによって、ダイシングブレードの磨耗による損傷を最小限にするとともに、実装用基体のチッピングを防止することができ、圧電デバイスの生産性を向上させることが可能となる。

また本発明の圧電デバイスによれば、前記マスター基板の捨代領域には、前記開口部と連結されている樹脂塗布口が形成されていることにより、基板領域に形成する必要がない為、その占有面積を有効に利用できるので小型化することが可能となる。
更に本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、前記マスター基板の開口部には、絶縁性樹脂が充填されていることにより、マスター基板に対する発振用ＩＣ素子の取着強度を向上させることができるとともに、発振用ＩＣ素子の回路形成面を良好に被覆し、回路形成面の電子回路が大気中の水分等によって腐食されるのを有効に防止することができる。以上のことから分割時の作業性の向上と、ダイシングブレードの磨耗による損傷の低減を効率良く行うことができ、ダイシング法により分割された短冊状の基板をブレイク法により個片にすることによって、分割タクトを上げることができるので、生産性の向上と歩留まり改善、製造コストを低減することができる。

また更に本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、前記マスター基板の捨代領域には、特性制御データ書込端子を形成することにより、容器体等の存在しない母基板の下面側より温度補償データ書込装置のプローブ針を書込パッドに当てることができる。これにより、温度補償データ書込装置のプローブ針が容器体等と接触するというった不都合を有効に防止して、温度補償データの書込作業を簡便になすことが可能となる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の製造方法によって製作された圧電デバイスの分解斜視図、図２は図１の圧電デバイスの断面図であり、これらの図に示す圧電デバイスは、下面に外部端子１０が設けられ、上面には、空間部が設けられており、空間部１１を形成している壁部１３の内、少なくとも１つに開口部１２が形成されている。前記空間部内に発振用ＩＣ素子７が取着・搭載されている実装用基体６上に、水晶振動素子５が収容されている容器体１を載置・固定した構造を有している。

前記容器体１は、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料から成る基板２と、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属から成るシールリング３と、シールリング３と同様の金属から成る蓋体４とから成り、前記基板２の上面にシールリング３を取着させ、その上面に蓋体４を載置・固定させることによって容器体１が構成され、シールリング３の内側に位置する基板２の上面に水晶振動素子５が実装される。

前記容器体１は、その内部、具体的には、基板２の上面とシールリング３の内面と蓋体４の下面とで囲まれる空間内に水晶振動素子５を収容して気密封止するためのものであり、基板２の上面には水晶振動素子５の振動電極に接続される一対の搭載パッド等が、基板２の下面には後述する実装用基体６上のスペーサ部材１３に接続される複数個の接合電極がそれぞれ設けられ、これらのパッドや電極は基板表面の配線パターンや基板内部に埋設されているビアホール導体等を介して、対応するもの同士、相互に電気的に接続されている。

一方、前記容器体１の内部に収容される水晶振動素子５は、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の振動電極を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の振動電極を介して水晶片に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こす。

ここで容器体１の蓋体４を容器体１の配線導体８や実装用基体６の配線導体９を介して後述するグランド端子用の外部端子１０に接続させておけば、その使用時、金属から成る蓋体４が基準電位に接続されてシールド機能が付与されることとなるため、水晶振動素子５や発振用ＩＣ素子７を外部からの不要な電気的作用より良好に保護することができる。従って、容器体１の蓋体４は容器体１の配線導体８や実装用基体６の配線導体９を介してグランド端子用の外部端子１０に接続させておくことが好ましい。

そして、上述した容器体１が取着される実装用基体６は概略矩形状を成しており、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料から形成されている。
前記実装用基体６は、下面の四隅部に４つの外部端子１０（電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子）が形成され、上面には、空間部１１を形成する為の壁部１３が設けられており、該壁部１３の少なくとも１つには、開口部１２が設けられている。そして、前記実装用基体６の下面に設けられている４つの外部端子１０は、圧電デバイスをマザーボード等の外部配線基板に接続するための端子として機能するものであり、圧電デバイスを外部配線基板上に搭載する際、外部配線基板の回路配線と半田等の導電性接合材を介して電気的に接続されるようになっている。

また、前記実装用基体６の側面に設けられる複数個の書込制御端子は、実装用基体６の平行な２辺に沿って２個ずつ、前記２辺と平行な中心線に対して線対称に配置されている。このような書込制御端子の露出面に温度補償データ書込装置のプローブ針を側方より当て、温度補償データを発振用ＩＣ素子７内のメモリに入力することによって温度補償データの書き込み作業をやり直すことができる。

またこの場合、圧電デバイスの下面に書込制御端子等は存在していないため、温度補償型水晶発振器をマザーボード等の外部電気回路に搭載する際、両者の接合に用いられている半田等の導電性接合材が書込制御端子等に付着してショートを起こすといった不都合を発生することはなく、製品の取り扱いが簡便なものとなる。
更に、上述した実装用基体６の中央域には、複数個の電極パッドが設けられており、これら電極パッドに発振用ＩＣ素子７の接続パッドをＡｕバンプや半田、異方性導電接着材等の導電性接合材を介して電気的・機械的に接続させることによって発振用ＩＣ素子７が実装用基体６上の所定位置に取着される。

前記発振用ＩＣ素子７は、その回路形成面（下面）に、周囲の温度状態を検知する感温素子（サーミスタ）、水晶振動素子５の温度特性を補償する温度補償データを格納するメモリ、メモリ内の温度補償データに基づいて水晶振動素子５の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、該温度補償回路に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路等が設けられており、該発振回路で生成された発振出力は、外部に出力された後、例えば、クロック信号等の基準信号として利用される。

尚、上述した発振用ＩＣ素子７と実装用基体６との間にはエポキシ樹脂等から成る樹脂材１５が介在されており、該樹脂材１５の一部は、前記開口部１２に充填されている。
これにより、実装用基体６に対する発振用ＩＣ素子７の取着強度が向上されるとともに、発振用ＩＣ素子７の回路形成面が樹脂材１５によって良好に被覆され、回路形成面の電子回路が大気中の水分等によって腐食されるのを有効に防止することができる。

次に上述した圧電デバイスの製造方法について図３を用いて説明する。
ここで、図３（ａ）〜（ｄ）は本発明の製造方法を説明するための斜視図である。
（工程Ａ）
まず、図３（ａ）に示す如く、水晶振動素子５が収納されている容器体１と、マスター基板１４とを準備する。
前記マスター基板１４は、矩形状の基板領域Ａと捨代領域Ｂとを相互に隣接させて複数個ずつ配置させてなり、その一主面側には、空間部１１が設けられており、該空間部を形成する為の壁部１３が形成されており、該壁部１３の少なくとも１つには、開口部１２が設けられている。

尚、図３は、４個の基板領域Ａを２行×２列のマトリクス状に配置させた上、隣接する基板領域間Ａ−Ａに捨代領域Ｂを配置させた例について示したものである。
このようなマスター基板１４は、上述した実装用基体６と同じ材料、即ち、ガラス−セラミック，アルミナセラミックス等のセラミック材料等によって形成されている。
尚、本実施形態においては、マスター基板１４上の書込制御端子を各基板領域の側面に２個ずつ設け、且つこれら２個の書込制御端子を各基板領域Ａの平行な２辺に沿って２個ずつ、前記２辺と平行な中心線に対して線対称に配置させるようにしている。

（工程Ｂ）
次に、マスター基板１４の各基板領域Ａ内で、書込制御端子の存在しない部位に温度補償データを格納するメモリを有した発振用ＩＣ素子７を搭載し、しかる後、図３（ｂ）に示す如く各基板領域に水晶振動素子５が収容されている容器体１を取着させる。
前記ＩＣ素子７としては、先に述べたように、接合面に複数個の接続パッドを有した矩形状のフリップチップ型ＩＣが用いられる。

前記ＩＣ素子７は、その接合面に設けられている複数個の接続パッドが、各基板領域Ａ内の対応する電極パッドに半田等の導電性接合材を介して当接されるようにして、マスター基板１４の一主面に形成されたか空間部が載置され、しかる後、前記導電性接合材を熱の印加等によって溶融させ、接合パッド及び電極パッドを導電性接合材を介して接合することによってＩＣ素子７がマスター基板１４上に取着・搭載される。

他方、前記容器体１は、先に述べたように、基板２とシールリング３と蓋体４とで構成されており、その内部には水晶振動素子５が収容されている。ここで容器体１の長さ寸法及び幅寸法は、例えば、基板領域Ａの長さ寸法及び幅寸法に対しそれぞれ８５％〜１００％に設定される。

例えば、容器体１の基板２をセラミック材料により形成する場合は、セラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面等に配線導体８となる導体ペーストを所定パターンに印刷・塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することによって基板２を製作し、得られた基板２の上面に水晶振動素子５を搭載する。このとき、水晶振動素子５の振動電極と基板上面の搭載パッドとは導電性接合材を介して電気的・機械的に接続される。そして、基板２の上面に、水晶振動素子５を囲繞するようにしてシールリング３を載置・固定し、かかるシールリング３の上面に蓋体４を従来周知の抵抗溶接等によって接合することにより容器体１が組み立てられる。

尚、シールリング３及び蓋体４は、従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を所定形状に成形することによって製作され、前記シールリング３は、基板２の上面に予め被着させておいた導体層にロウ付けすることによって基板２に固定される。また上述のように、シールリング３と蓋体４とを抵抗溶接によって接合する場合、シールリング３や蓋体４の表面には予めＮｉメッキ層やＡｕメッキ層等が被着される。

このような容器体１の下面には複数個の接合電極が設けられており、これらの接合電極をマスター基板１４上の対応するに半田等の導電性接合材を介して当接させ、しかる後、前記導電性接合材を熱の印加等によって溶融させるとともに、接合電極を導電性接合材を介して接合することによって容器体１がマスター基板１４上の各基板領域Ａに取着・搭載される。

かかる工程Ｂにおいては、マスター基板１４の基板領域ＡにＩＣ素子７と容器体１とを取着・搭載することによって、ＩＣ素子７内の電子回路がマスター基板１４の配線導体９や容器体１の配線導体８等を介して水晶振動素子５や外部端子等と電気的に接続され、また同時に、捨代領域Ｂの書き込みパッドとＩＣ素子７とがマスター基板１４の配線導体９を介して電気的に接続されることとなる。

（工程Ｃ）
そして最後に、図３（ｃ）乃至（ｄ）に示す如く、前記マスター基板１４を各基板領域Ａの外周に沿って切断することにより、各基板領域Ａを捨代領域Ｂより切り離す。
前記マスター基板１４の切断はダイサーを用いたダイシング等によって行なわれ、短冊状の基板領域を分割し、この後、ブレイク工程を経てマスター基板１４が個々の基板領域毎に分割される。これにより、複数個の圧電デバイスが同時に得られる。
前記ブレイク工程では、図３（ｃ）で示すように、ブレイク溝１６を用いて分割する。

このようにして得られた圧電デバイスの側面には書込制御端子の切断面が露出されることから、この露出面を介して温度補償データを発振用ＩＣ素子７内のメモリに再入力することができる。従って、後の検査工程において温度補償データの書き込み不良が発見された場合であっても、温度補償データの書き込み作業をやり直すことができ、圧電デバイスの生産性を高く維持することが可能である。

また本実施形態においては、発振用ＩＣ素子７をマスター基板１４上に搭載した後でマスター基板１４を分割するようにしたことから、発振用ＩＣ素子７の搭載時、マスター基板自体がＩＣ素子搭載用のキャリアとして機能することから、従来例の項で説明したようなＩＣ素子搭載用のキャリアは不要であり、マスター基板１４の分割によって得られた個々の個片をキャリアに搭載するといった煩雑な作業も一切不要となる。これによって温度補償型水晶発振器の生産性を高く維持することができる。

また上述した工程Ａ〜Ｃにおいては、セラミック製のマスター基板１４に貫通穴を開け、その内面に導体パターンを被着させるといった複雑な加工プロセスは一切不要であり、従来例の項で示した圧電デバイスに比し生産性を向上させることができる。
更にまた本実施形態においては、容器体１を加工性や封止性に優れたセラミック材料で形成し、マスター基板１４を切断時の作業性や取り扱いの簡便性に優れた樹脂材料で形成しておくことにより、信頼性の高い圧電デバイスを極めて効率良く製作することができる。従って、前記容器体１をセラミック材料で形成し、前記マスター基板１４を樹脂材料で形成しておくことが好ましい。

尚、本発明は上述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。
また上述した実施形態においては、容器体１の蓋体４をシールリング３を介して基板２に接合させるようにしたが、これに代えて、基板２の上面に接合用のメタライズパターンを形成しておき、このメタライズパターンに対して蓋体４をダイレクトに溶接するようにしても構わない。

更に上述した実施形態においては、容器体１の基板上面に直接シールリング３を取着させるようにしたが、これに代えて、基板２の上面に基板２と同材質のセラミック材料等から成る枠体を一体的に取着させた上、該枠体の上面にシールリング３を取着させるようにしても構わない。また、上述した実施形態においては、シーム溶接で接合させたが、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）等のろう材を封止材として用い、レーザ等による接合や熱圧着による接合によって、蓋体４を容器体１に接合し、気密封止するようにしても構わない。

また更に、上述した実施形態においては、マスター基板１４の捨代領域に書込制御パッドが形成され、容器体１等の存在しないマスター基板１４の他主面側より温度補償データ書込装置のプローブ針を書込パッドに当てることができるため、温度補償データ書込用のプローブ針が容器体１等と接触するというった不都合が有効に防止され、温度補償データの書込作業を簡便になすことができる。

本発明の製造方法によって製作した圧電デバイスの分解斜視図である。 図１の圧電デバイスの断面図である。 （ａ）乃至（ｄ）は本発明の製造方法を説明するための斜視図である。 本発明の製造方法に用いるマスター基板を他主面側より見た斜視図である。 従来の圧電デバイスの分解斜視図である。

符号の説明

１・・・容器体
２・・・基板
３・・・シールリング
４・・・蓋体
５・・・水晶振動素子
６・・・実装用基体
７・・・発振用ＩＣ素子
８・・・容器体の配線導体
９・・・実装用基体の配線導体
１０・・・外部端子
１１・・・空間部
１２・・・開口部
１３・・・壁部
１４・・・マスター基板
１５・・・樹脂材
１６・・・ブレイク溝
Ａ・・・基板領域
Ｂ・・・捨代領域

Claims (4)

1. 矩形状の基板領域の表主面には、空間部が設けられており、前記空間部の少なくとも１つの側面には開口部を形成し、捨代領域を外周に形成した該基板領域が複数個マトリックスに配列されて一体に構成されているマスター基板を形成する工程Ａと、
   前記基板領域に圧電振動素子が収容されている容器体と前記圧電振動素子の発振出力を制御する集積回路素子及び電子部品素子とを取着させる工程Ｂと、
   前記マスター基板を各々の前記基板領域に形成された開口部が設けられている外周部及び対向する箇所の外周部はダイシング方法によって切断し、その他の外周部はブレイク方法によって割って分割し、複数個の圧電デバイスを同時に得る工程Ｃとを含む圧電デバイスの製造方法。
2. 前記マスター基板の捨代領域には、前記開口部と連結されている樹脂塗布口が形成されていることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイスの製造方法。
3. 前記マスター基板の開口部には、絶縁性樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイスの製造方法。
4. 前記マスター基板の捨代領域には、書込制御パッドを形成することを特徴とする請求項１記載の圧電デバイスの製造方法。

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