JP4890913B2 - 圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、超小型化する水晶振動子に用いる圧電振動片を実装する際に超音波振動を与えることで、実装強度を向上させることを目的とする圧電振動子の製造方法である。

昨今のデジタル家電、携帯用端末、あるいは通信機器、自動車の電子制御関連と幅広く圧電（水晶）振動子が活躍している。圧電振動子の中でも代表とする材料の水晶材料が水晶振動子として広く利用されているのが現状である。また、水晶振動子の中でも最も広く使われている仕様には、低温から高温にかけて３次曲線の温度特性を持つ一般的な水晶のカットアングルがＡＴカットの水晶基板を用いたものが主流である。

また、昨今では水晶振動子の外形寸法が極小型化、薄型化することで一例としては水晶振動子の外形寸法が３．２ｍｍ×２．５ｍｍ、２．５ｍｍ×２．０ｍｍ、２．０ｍｍ×１．６ｍｍと小型化しており、これらの外形寸法に収納する圧電振動片の外形寸法は、縦×横１ｍｍ台の寸法により構成されたものが使われている。このように水晶振動子の外形寸法は搭載する電子機器、家電製品の小型化に追従したものであるが、その一方で水晶振動子の製造や、水晶振動子の核となる圧電振動片の小型化技術についても、日々改善と工夫が重ねられている。

上述するように水晶振動子の小型化に伴い、圧電振動片を収納する（水晶振動子の）容器については、従来のＵＭ（ウルトラミニ）タイプやＳＭＤ（表面実装デバイス）タイプを継承しつつ、更に小型化した形状や材料を用いたものが開発されているのが現状である。

ところで、水晶振動子の核となる圧電振動片とは、水晶ブランク則ち、人工水晶から所望の切断角（カットアングル）で切り出した水晶板を、所望の出力周波数を得るまで厚み研磨を行い水晶板を薄く加工し、所望の厚みになった水晶板（水晶ブランク）に電極金属を付着させ、この電極金属から電荷を印加することにより安定した一定周期の出力周波数を得ることができる。要するに電極金属を付着した状態の水晶板を総称して水晶振動片と呼んでいる。

一例として、表面実装型の矩形状の水晶振動子の形状は、特許文献１、特許文献２に示すように、密閉容器構造の中に上述する水晶振動片を実装した構成で、水晶振動片を容器に収納することで水晶振動子の形態となる。また、水晶振動子に半導体部品を組み込むことで水晶発振器を得ることで、水晶振動子同様、水晶発振器も昨今では広い分野で多用されている。そして、これらの水晶振動子は密閉容器構造の内部に水晶振動片を導電性接着材により固着、実装することが一般的な構造である。

従来技術に示す水晶振動子の内部構造に述べるように、圧電振動片は導電性接着剤により固着と導通が取られている。また最近でははんだや金材料を用いたバンプ形態で圧電振動片を固着する場合もある。しかしながら、導電性接着剤が最も扱い易くその主成分としてはエポキシ系やシリコン系のものに導通金属粉を含有させたものが多用されている。

特にシリコン系の導電性接着剤は硬化後も一定の柔軟性があり振動子に対する固着応力の影響を受けにくいという効果があり、温度特性に対する周波数安定度が高いことから上述するように導電性接着剤の有利性がある。

ところで、ベースに実装する圧電振動片は上述する導電性接着剤を介して固着と導通することは言うまでも無いが、組立機の構造上導電性接着剤を塗布後短時間ながら間隔をあけて圧電振動片を実装し、導電性接着剤を乾燥する雰囲気工程で導電性接着剤を硬化させている。

ここで、導電性接着剤を塗布後一定間隔の時間差をあけて圧電振動片を実装するにあたり、その実装までの時間に拘わらず塗布した導電性接着剤の表面には溶剤に含まれる皮膜を形成してしまうことが考えられる。特にシリコン系の導電性接着剤の成分には、導電性接着剤の表面に皮膜がてきやすく、この皮膜を要因とする接着状態の不安定さが圧電振動子の実装後の諸特性を不安定にすることが考えられる。

特に従来技術に示すよう、昨今の圧電振動子の形態が極小型化することにより、必然的に圧電振動子に収納する圧電振動片も極小型化になることから、ベースと圧電振動片を実装するのに用いる導電性接着剤の量も微量になることから、更に導電性接着剤の表面には被膜ができやすくなる環境にもあることが考えられる。

そこで上述する課題を解決するために本発明は、ベースと蓋体とにより密閉構造を構成する圧電振動片を収納した圧電振動子の製造方法において、前記ベースに導電性接着剤を塗布する工程と、前記圧電振動片又は前記ベースに超音波振動を与えつつ、圧電振動片を前記導電性接着剤を介して前記ベースに実装する工程とを備えたことを特徴とする圧電振動子の製造方法である。

この場合、超音波振動を与える機構には、前記圧電振動片を保持するジグを振動させる方法あるいは、前記ベースを保持するジグのいずれかに超音波振動を与えることにより、導電性接着剤を介して実装する圧電振動片の実装時に、例え導電性接着剤の表面に被膜があったとしても超音波振動の作用によりこの被膜を破壊し、本来の接着面を確保することにより安定した接着を確保することができる。

上述のように、導電性接着剤の表面に被膜ができても、超音波振動により皮膜を破壊することで、仮に導電性接着剤の塗布量が極微量になったとしても、同様に超音波振動により導電性接着剤の表面の皮膜を除去することができ、圧電振動片の実装時の固着と導通の確保を実現することにより課題を解決するものである。

本発明によれば、導電性接着剤を塗布後時間を経過した後でも、あるいは導電性接着剤の塗布量が極微量になったとしても、導電性接着剤表面に存在する皮膜を超音波振動により破壊しながら期待する圧電振動片の実装を実現することにより、製造工程における製造歩留まりと品質の向上を実現し、製造コストを低減できる。

以下、添付図面に従ってこの発明の実施例を説明する。なお、各図において同一の符号は同様の対称を示すものとする。図１に示すのは本発明の圧電振動子の圧電振動片の実装フロー図を示すものである。密閉容器を構成する容器材質については、特に制限は無いがここではセラミックベースに金属製の蓋体を被せた構造に圧電振動子を実装するものとする。

圧電振動片やセラミックベース、蓋体の準備工程などは図１のフロー図には描画していないが、ベースに導電性接着剤を塗布する工程と、圧電振動片を導電性接着剤を介して実装するときに超音波振動を与える工程とにより圧電振動片を実装する一連の流れを示している。なお、導電性接着剤の硬化は実装後に処理するものである。

ここで、超音波振動を与える機構には、圧電振動片をベースに実装する際に保持するジグ（例えば吸着ヘッド）を振動させる方法あるいは、ベースを保持するジグ（例えばベースの整列トレー）のいずれかに超音波振動を与えることにより、ベースに塗布する導電性接着剤の表面に発生する皮膜を超音波振動により破壊しながら圧電振動片を実装することが可能となる。

図２は上述する超音波振動を与える場面を模式図で示したものである。図２（ａ）は圧電振動片をベースに実装する際に保持するジグ（例えば吸着ヘッド）を振動させる方法であり、図２（ｂ）はベースを保持するジグ（例えばベースの整列トレー）を振動させる方法を示すものである。勿論、図２（ａ）（ｂ）の両方の状態に超音波振動を与えても良い。このとき、超音波振動の振動量は適宜最良の条件を設定するものであり、また、超音波振動を与える処理時間やタイミングについての制限は無い。

上述のように、超音波振動を用いることで、ベースと圧電振動片の間に介在する導電性接着剤の表面に存在する皮膜だけを効率良く破壊することができ、ベース本体あるいは、圧電振動片自体を破壊することは無い。そして、超音波を発生させる手段についても、最近では小型で軽量なものが出回っていることから、図２（ａ）、（ｂ）のいずれの場合でも簡単に超音波を発生させる装置を組み込むことができ、安価な費用で大きな工程改善を実現することができる。

上述する内容は圧電振動片の実装時に超音波振動を与えて圧電振動子を得るものであるが、圧電振動片の実装以外にも弾性表面波素子や半導体部品の実装にも応用できることは言うまでも無い。

本発明の製造の流れを示すフロー図である。 本発明の超音波振動を与える手段を説明する概念図である。

Claims (2)

1. ベースと蓋体とにより密閉構造を構成する圧電振動片を収納した圧電振動子の製造方法において、
   前記ベースに導電性接着剤を塗布する工程と、
   前記圧電振動片又は前記ベースに超音波振動を与えつつ、圧電振動片を前記導電性接着剤を介して前記ベースに実装する工程と
   を備えたことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
2. 請求項１記載の超音波振動を与える機構には、前記圧電振動片を保持するジグを振動させる方法あるいは、前記ベースを保持するジグのいずれかに超音波振動を与えることを特徴とする圧電振動子の製造方法。

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