JP4878230B2 - 水晶振動子、及びその製造方法、 - Google Patents

Description

本発明は、水晶振動素子が絶縁膜と金属パターンを介して実装される基板材質に樹脂が用いられ、先の金属パターンと蓋体が金属封止材層を介して蓋体が融着され封止されて形成される水晶振動子、及びその製造方法に関する。

従来の水晶振動子や水晶発振器といった電子部品は、図５の一例のように開口部を有して底の有る空間を形成した個々の容器内底部側の絶縁された基板上に、水晶振動子や集積回路などの電子部品を搭載し、その容器開口部に一般的には金属から成る蓋体（リッド）を被せて気密封止されていた。

しかしながら、一方、最近の傾向では通信分野の伝送系装置等を中核として、その搭載部品についての非常に急激な市場からの小型化や低背化、更に加えて軽量化や低価格化の要求があり、水晶振動子や水晶発振器といった電子部品に関しても、その内部に水晶素板や集積回路部品を気密封止しながら、その外形サイズが例えば、２．５ｍｍ×２．０ｍｍといったように非常に小型に成って来ており、そのために従来から行われて来た、個々の電子部品を個別に製造する方法より更に生産効率が向上された製造方法が必要とされ、このような背景の下、本発明の水晶振動子、及びその製造方法が考え出された。

小型表面実装型の振動子のパッケージにはセラミックス、ガラス、金属、樹脂などが用いられ、パッケージの精度が要求される小型表面実装型の振動子には、耐湿度性、気密性の良いセラミック、金属、ガラスが使用されている。樹脂から成るパッケージ品は吸湿性と気密性の観点から、従来比較的、製品の電気的安定性、及び機械的精度に余裕のある一般民生品に使用されることが多い。しかしながら、昨今、先述したように携帯端末用途は、例えばＩＣタグ、テレビ、ＧＰＳ、ＨＤＤなど拡大を続けており、そのアプリケーションは増加し続け、要求される機能を満足するためにＧＰＳモジュール、ＨＤＤモジュール、チューナーモジュールなどの端末に搭載される機能部品は今後更に増加する傾向にある。一方、端末機器自体の大きさに制約があるために、ここでも電気的特性の安定性や機械的精度、気密性、耐湿性は従来のままでありながら搭載される部品に対する小型低背化の要求は更に強いものとなっている。従来の水晶振動子を含む圧電振動子に関したものには以下のものがある。

特開平０９−３２６６５７号公報 特開２００１−２４４７６７号公報 特開２００５−１７５３４５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。

容器（パッケージ）が金属製の缶で出来ているタイプ、及びセラミックで出来ているタイプともに工場内での容器内製化には、膨大な設備投資が必要となり、その為、外部から先述の容器を購入して使用することが一般的であるが、製品に対する市場のコストダウン要求は、先述の容器などの材料費価格を最低限まで圧縮したものとなっているのが現状である。

容器の部材価格を下げるには、従来から使用されていた材料を見直して変更し、改めて容器内製化を検討する必要があるが、水晶振動子の電気的特性の安定性を確保する見地から、容器の良好な気密封止は絶対の条件であり、比較的安価な樹脂製の容器は、その気密度、及び樹脂製容器が有するおそれがある吸湿性といった性質から、高信頼性を求められる水晶振動子や水晶発振器といった電子部品に使用することは避けられる傾向があるといった問題があった。

また、実際の水晶振動子や水晶発振器といった電子部品の作り込みでは、個々の容器はその取り扱いにパレットと呼ばれる複数の容器を一括して取り扱うための搬送器が必要となり、その搬送器を揃える分コストがかさむといった問題があった。

容器の機械的精度、気密性、耐湿性のどれも満足させるためには、ガラス、セラミック、金属といった無機系材料を容器に使用するのが一般的だが、低背化を実現するには、製品である電子部品の底部基板、及び蓋体の厚みをより薄くする必要がある。しかしながら、セラミックから成る基板を有する部品には蓋体に金属リッドを用いることが多く、この場合、セラミックと金属リッドの熱膨張係数の違いによって、金属リッドの容器への溶接・封止時には過剰な熱ストレスが加わり、その結果、熱ストレス歪が残留して十分な容器強度を保つことが出来ない為に更なる低背化は困難となるおそれがあった。また、容器材料が樹脂から成る場合は、先述のように気密性、及び樹脂製容器が有するおそれがある吸湿性といった性質から耐湿性が十分満足できるものでは無く、高精度が要求される製品には使用することが出来ないおそれがあるといった問題があった。

本発明は上記の課題を解決するためのものであり、従ってその目的は、生産効率が著しく高く、信頼性の高い、水晶振動素子が絶縁膜と金属パターンを介して実装される基板基材に樹脂が用いられ、先の金属パターンと蓋体が金属封止材層を介して蓋体が融着され封止されて形成される水晶振動子、及びその製造方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明は、水晶振動素子がシート状部材の上に複数個形成されたべース基板に載置され、個々の水晶振動素子が蓋体により封止される構成の水晶振動子において、該ベース基板は、樹脂基板と絶縁膜と金属パターンとを備えており、樹脂基板上には該絶縁膜が形成されており、先の絶縁膜上には金属パターンが形成されており、該ベース基板上には個々の水晶振動素子が載置されており、この水晶振動素子が、ベース基板の個々の個片部縁部封止面の先述の金属パターンにおいて金属封止材層を介して凹形状蓋体によって封止されていることを特徴とする。

また、絶縁膜がＳｉ、ＳｉＯ_２、ガラスのいずれかより成ることを特徴とする。

また、ベース基板の個々の個片部縁部封止面の金属パターンが銅（Ｃｕ）または金（Ａｕ）から成ることを特徴とする。

また、金属封止材層の材質に金錫（ＡｕＳｎ）または、半田が用いられることを特徴とする。

また、水晶振動素子がシート状部材の上に複数個形成されたべース基板に載置され、個々の水晶振動素子が蓋体により封止される構成の水晶振動子の製造方法において、一方面に複数の隣接する個片部を有するシート状の樹脂基板を形成する工程（Ｓ１０１）と、先の樹脂基板上の少なくとも個片部を有する面上に絶縁膜を形成する工程（Ｓ１０２）と、絶縁膜上に金属パターンを形成してシート状のベース基板を形成する工程（Ｓ１０３）と、ベース基板の個々の個片部に水晶振動素子を実装する工程（Ｓ１０４）と、水晶振動素子が封止されるように、ベース基板の個々の個片部縁部封止面の先述の金属パターン上に金属封止材層を形成する工程（Ｓ１０５）と、金属封止材層と凹形状をした蓋体を融着して水晶振動素子を封止する工程（Ｓ１０６）と、ベース基板を該個片部毎に個割りして、複数個の水晶振動子を形成する工程（Ｓ１０７）と、から成ることを特徴とする水晶振動子の製造方法である。

本発明によれば、容器の基材が樹脂から出来ていながら、従来の樹脂製基材容器から成る水晶振動子に比べ、特に気密性、耐湿性の点で著しく高信頼性を有する水晶振動子を得ることが出来る。

また、容器の基材に樹脂を用いるために靭性があり、薄く形成されても十分なベンディング強度が確保され、かつ、樹脂表面に絶縁膜がコートされているために十分な気密性、耐湿性が確保され、その結果、高信頼性を有し著しく低背化された水晶振動子を得ることが出来る。

また、本発明の水晶振動子はシート状の集合基板の状態で、同時に複数の水晶振動子を一括して組み立てから封止まで製造するため、個々の容器に別れた水晶振動子の作り込みに使用される搬送器（パレット）を必要とせず、従来に比べて著しく生産効率良く、生産コストを抑えて水晶振動子を製造することが出来る。

以下に図面を参照しながら本発明の実施の一形態について説明する。なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。また、それぞれの図においては、本発明を理解し易くするためにデフォルメされた形で図示されている。

図１は本発明の水晶振動子１をその側面方向からみた概略の側面断面模式図である。即ち、樹脂基板上に絶縁膜７が形成されており、先の絶縁膜７上に金属パターン８が形成されたベース基板３上に個々の水晶振動素子１が載置されており、ベース基板３の個々の個片部縁部封止面９の先述の金属パターン８において金属封止材層１０を介して凹形状をした蓋体４によって水晶振動素子１が封止されている。樹脂基板の基材には液晶ポリマー（ＬＰＣ）といった薄肉化が可能な樹脂が用いられても構わない。また、絶縁膜７はＳｉ、ＳｉＯ_２、ガラスのいずれかより出来ており、また、ベース基板３の個々の個片部縁部封止面９の金属パターン８は銅（Ｃｕ）または金（Ａｕ）といったロウ付け性の良い金属封止材層１０を成膜することにより形成されている。金属パターン８には、ベース基板３の個々の個片部縁部封止面９上に形成されるもの、及び水晶振動子５内部の端子間を電気的に接続する金属パターン８があるが、いずれにしてもフォトリソグラフィーといった技術を用いてこれらの金属パターン８が形成される。また、金属封止材層１０には金錫（ＡｕＳｎ）または、半田が用いられている。ここで、本発明の水晶振動子５での場所により絶縁膜７の材質にＳｉ、ＳｉＯ_２、ガラスのいずれかが用いられ、結果としてこれら全ての材質が用いられていても全く構わず、この場合においても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。

本発明の水晶振動子５は、水晶振動子５の容器（パッケージ）の基材に樹脂が用いられているために靭性があり、そのため薄く形成しても十分なベンディング強度が確保され、かつ、その樹脂表面に絶縁膜７がコートされているために十分な気密性、耐湿性が確保され、その結果、著しく低背化された水晶振動子５を得ることが出来る。また、本発明の水晶振動子５を封止する金属製の蓋体４は凹形状をしているが、蓋体４の周縁部は封止に適するように水平方向に延伸された部分をもち、かつ凹形状として、水晶振動子５内部の高さを確保しているために、即ち、蓋体４に接触することなく水晶振動素子１はベース基板３上に載置される。なお、図４の模式図に示されているが本発明の水晶振動子５のパッケージ外側と内側の導通を確保するために必要な、非常に微細な貫通孔（ビアホール）はシート状のベース基板３が成型された後に形成され、その形成方法はベース基板３の成型後にレーザなどを使用して加工することが出来、このように非常に微細な貫通孔をレーザを用いて本発明の水晶振動子に加工するといったような場合においても本発明の技術的範囲に含まれることはいうまでも無い。

図２は本発明の水晶振動子５を斜め上方方向からみた概略の上面斜視模式図である。なお、図２中に点線で示された部分は、水晶振動子５内部に載置された水晶振動素子１の実装状態を示すために描かれたものである。

図３は本発明の水晶振動子５の製造工程図である。即ち、水晶振動素子１がシート状の樹脂基板２に複数個形成された個片部１２を備えたべース基板３に載置され、個々の水晶振動素子１が蓋体４により封止される構成の水晶振動子５の製造方法において、まず、最初に一方面に複数の隣接する個片部１２を有するシート状の樹脂基板２を形成する工程（Ｓ１０１）を行い、次に先述の樹脂基板２上の少なくとも個片部１２を有する面上に絶縁膜７を形成する工程（Ｓ１０２）を行い、続けて絶縁膜７上に金属パターン８を形成してシート状のベース基板３を形成する工程（Ｓ１０３）を行い、更に続けてベース基板３上の個々の個片部１２に水晶振動素子５を実装する工程（Ｓ１０４）を行う。続けて水晶振動素子５が封止されるように、シート状のベース基板３の個々の個片部縁部封止面９の金属パターン８上に金属封止材層１０を形成する工程（Ｓ１０５）を行い、更に金属封止材層１０と凹形状をした蓋体４を融着して水晶振動素子１を封止する工程（Ｓ１０６）を行う。最後に形成されたシート状のベース基板３を個々に個割りする工程（Ｓ１０７）を行う水晶振動子５の製造方法である。本発明の水晶振動子５の製造方法により、シート状の集合基板の状態で同時に一括して複数の水晶振動子５を組み立てから封止に至るまで製造するために、従来、個々の容器に別れた水晶振動子５の作り込みに使用されるパレットと呼ばれる搬送器を必要とすることが無く、従来に比べて著しく生産効率良く、生産コストを抑えて水晶振動子５を製造することが出来る効果を奏する。

図４は本発明の水晶振動子５の製造方法について、上から工程をおって矢印の順にその製造の模様を示した概略模式図である。それぞれの工程での概略模式図は前方斜め上方からみた図となっている。

図５は、従来からの開口部を有し底の有る空間を形成した個々の容器内底部の絶縁された基板上に、水晶振動素子１を搭載し、その容器開口部に金属から成るリッド（蓋体）を被せて気密封止された水晶振動子５をその側面方向からみた概略の側面断面模式図である。容器がセラミックから成る基板を有する部品には図５のように蓋体４に金属リッドを用いることが多く、この場合、セラミックと金属リッドの熱膨張係数の違いによって、金属リッドの容器への溶接・封止時には過剰な熱ストレスが加わり、その結果、熱ストレス歪が残留して十分な容器強度を保つことが出来ず、更なる低背化は困難となるおそれがあるといった問題があった。

本発明の水晶振動子をその側面方向からみた概略の側面断面模式図である。 本発明の水晶振動子を斜め上方方向からみた概略の上面斜視模式図である。なお、図２中の点線で示された部分は、水晶振動子内部に載置された水晶振動素子の実装状態を示すために描かれたものである。 本発明の水晶振動子の製造工程図である。 本発明の水晶振動子の製造方法について、上から工程を追って矢印の順にその製造の模様を示した概略模式図である。 従来からの開口部を有し底の有る空間を形成した個々の容器内の底部側の絶縁された基板上に、水晶素板を搭載し、その容器開口部に金属から成るリッドを被せて気密封止された水晶振動子をその側面方向からみた概略の側面断面模式図である。

符号の説明

１ 水晶振動素子
２ 樹脂基板
３ ベース基板
４ 蓋体
５ 水晶振動子
７ 絶縁膜
８ 金属パターン
９ 個片部縁部封止面
１０ 金属封止材層
１２ 個片部

Claims (5)

1. 水晶振動素子がシート状部材の上に複数個形成されたべース基板に載置され、個々の水晶振動素子が蓋体により封止される構成の水晶振動子において、
   該ベース基板は、樹脂基板と絶縁膜と金属パターンとを備えており、
   該樹脂基板上には該絶縁膜が形成されており、
   該絶縁膜上には該金属パターンが形成されており、
   該ベース基板上には個々の水晶振動素子が載置されており、
   該水晶振動素子が、該ベース基板の個々の個片部縁部封止面の該金属パターンにおいて金属封止材層を介して凹形状蓋体によって封止されていることを特徴とする水晶振動子。
2. 該絶縁膜がＳｉ、ＳｉＯ_２、ガラスのいずれかより成ることを特徴とする請求項１記載の水晶振動子。
3. 該ベース基板の個々の個片部縁部封止面の該金属パターンが銅（Ｃｕ）または金（Ａｕ）から成ることを特徴とする請求項１記載の水晶振動子。
4. 金属封止材層の材質に金錫（ＡｕＳｎ）または、半田が用いられることを特徴とする請求項１記載の水晶振動子。
5. 水晶振動素子がシート状部材の上に複数個形成されたべース基板に載置され、個々の水晶振動素子が蓋体により封止される構成の水晶振動子の製造方法において、
   複数の隣接する個片部を有するシート状の樹脂基板を形成する工程（Ｓ１０１）と、
   該樹脂基板上の少なくとも該個片部を有する面上に絶縁膜を形成する工程（Ｓ１０２）と、
   該絶縁膜上に金属パターンを形成してシート状のベース基板を形成する工程（Ｓ１０３）と、
   該ベース基板の個々の該個片部に水晶振動素子を実装する工程（Ｓ１０４）と、
   該水晶振動素子が封止されるように、該ベース基板の個々の個片部縁部封止面の該金属パターン上に金属封止材層を形成する工程（Ｓ１０５）と、
   該金属封止材層と凹形状蓋体を融着して該水晶振動素子を封止する工程（Ｓ１０６）と、
   該ベース基板を該個片部毎に個割りして、複数個の水晶振動子を形成する工程（Ｓ１０７）と、
   から成ることを特徴とする水晶振動子の製造方法。

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