JP5050080B2 - 表面実装用水晶振動子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明はガラス封止による表面実装用水晶振動子（以下、表面実装振動子とする）の製造方法を技術分野とし、特に接合強度を高めて均一として生産性に優れた製造方法に関する。

（発明の背景）
水晶振動子は共振先鋭度を示すＱ値が格段に高いことから、各種電子機器の発振器やフィルタ等に発振子や共振子として適用される。この中でも、表面実装振動子は小型・軽量であることから、特に携帯機器に採用される。このようなものの一つに、例えばガラス封止による表面実装振動子がある。この場合、ガラス封止は例えば共晶合金による封止とした場合に比較して安価となる。

（従来技術の一例）
第８図は一従来例を説明する図で、同図（ａ）は表面実装振動子の断面図、同図（ｂ）は同底面図、同図（ｃ）はカバーを除く同平面図である。

表面実装振動子はベース基板１とカバー２との低融点ガラス３を用いた封止による密閉容器内に水晶片４を封入してなる。ベース基板１は底壁１ａと枠部壁１ｂを有する積層セラミックからなり、平面視矩形状として断面を凹状とする。ベース基板１（底壁１ａ）の内底面には一端部両側に一対の水晶保持端子５を有し、外底面の両端側に表面実装用の外部端子６を有する。水晶保持端子５と外部端子６とは積層面及びスルーホール加工による外側面の図示しない端面電極を経て電気的に接続する。

これらの場合、例えば、先ず、底壁１ａ及び枠部壁１ｂの多数が集合したセラミック生シート（グリーンシート）からなる図示しない底壁ウェハ及び枠壁ウェハを形成する。次に、底壁ウェハの各矩形状領域に水晶保持端子５、外部端子６及び端面電極等の回路パターンを印刷する。そして、底壁ウェハに枠壁ウェハを積層して焼成する。

次に、表面上に露出した回路パターンにＮi及びＡuメッキを施し、シート状ベース基板を形成する。そして、個々のベース基板１に分割する。ここでは、シート状ベース基板の分割前後に低融点ガラス３の元となるガラスペーストが各ベース基板１の開口端面にスクリーンマスクを用いた印刷によって塗布される。そして、ガラスペーストが焼成されてベース基板１の開口端面に仮固着される。なお、セラミック生シートの焼成温度は１６００℃で低融点ガラス３の融点４００℃よりも格段に高いことから別個に焼成される。

水晶片４は例えばＡＴカットとして両主面に励振電極７ａを有し、一端部両側に引出電極7ｂを延出する。引出電極7ｂの延出した水晶片４の一端部両側は、例えば導電性接着剤８によって水晶保持端子５に固着される。これにより、水晶片４の一端部両側が水晶保持端子５に電気的・機械的に接続する。

そして、水晶片４の収容されたベース基板１の開口端面（枠部壁１ｂ上面）にカバー２の表面外周を位置決めして当接する。次に、低融点ガラス３の融点よりも高い温度で加熱するとともに約２００ｇ程度の加重を加える。これにより、ベース基板１の開口端面に設けた低融点ガラス３にカバー２の表面外周が密着して接合され、水晶片４を密閉封入する。カバー２は例えばセラミックからなり、ベース基板１の平面外形よりも若干小さくする。

特開２０００−１６５１８０号公報 特開２００８−２３６７４１号公報

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の表面実装振動子では、低融点ガラス３によるベース基板１とカバー２との接合強度が小さくなるとともに不均一になる問題があった。すなわち、ベース基板１の開口端面に対する低融点ガラス３はガラスペーストの印刷及び焼成によって形成される。この場合、例えば第９図に示したように、ガラスペースト３Ａは液状なので、特に表面張力によって中央部が突出したかまぼこ状に印刷され、周回する方向で凹凸を有するうねりを生ずる。そして、そのままの状態で焼成されてカバー２の外周に低融点ガラス３が仮固着される。

このため、カバー２の表面外周をベース基板１に当接して焼成すると、かまぼこ状とした低融点ガラス３の先端領域のみがベース基板１の開口端面に接合される。これにより、接合界面の所謂シールパスが短くなって接合強度が小さくなる。このことから、前述のように、低融点ガラス３の溶融直後に矢印Ｐで示す方向に加圧してかまぼこ状の頂上部を押し潰して平坦部を大きくするとともに、周回する方向でのうねりをなくして平坦にする。また、加圧（加重）によって、加熱時における内雰囲気の膨張によるカバー２の浮き上がりを防止する。

しかし、この場合でも、特に、多数個例えば１０００個を図示しない重石を有する冶工具によって一括処理する場合には、それぞれに対する加重力にはバラツキを生ずる。そして、例えば加重力が大きすぎるとガラスのはみ出しを生じて不良となって生産性を悪化させることから、加重力は小さめに抑制される。このため、接触面積は小さくなって接合強度も低下する方向となるとともに不均一になる問題があった。

また、この例では、ベース基板１及びカバー２はそれぞれ個々の状態で接合されるので生産性の悪い問題もあった。この場合、カバー２の突出を抑制するのにベース基板１の平面外形を小さくするものの、位置ズレ等を生じて外観不良とする問題も生ずる。

（発明の目的）
本実施例は低融点ガラスによる接合強度を高めて均一にし、生産性を高めた表面実装振動子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、
少なくとも水晶片を密閉封入する平面視矩形状とした一組の容器部材を有し、前記一組の容器部材は対向する表面外周が低融点ガラスによって接合した表面実装用水晶振動子の製造方法において、
前記一組の容器部材のそれぞれに相当した矩形状領域を有して集合化した一組のシート状容器部材を形成するとともに、前記一組のシート状容器部材の矩形状領域の対向する少なくともいずれか一方の表面外周に、前記表面外周を周回する溝を形成する第１工程と、
前記溝を含む表面外周にガラスペーストを塗布して焼成し、前記表面外周に低融点ガラスを仮固着する第２工程と、
前記一組の容器部材内に前記水晶片を収容するとともに、前記一組の容器部材を対向して前記矩形状領域の表面外周を位置決めし、前記一組のシート状容器部材の他方の表面外周を、前記一組のシート状容器部材の一方の表面外周に仮固着された低融点ガラスに当接する第３工程と、
前記一組のシート状容器部材の各表面外周間の低融点ガラスを焼成し、前記一組の容器部材の表面外周を接合してシート状容器を形成する第４工程と、
前記シート状容器を縦横に分割して前記水晶片の密閉封入された個々の容器を得る第５工程とからなる構成とする。

このような構成であれば、溝の形成された容器部材の表面外周にガラスペーストを塗布するので、ガラスペーストが溝内に流入して（充填され）、ガラスペーストの表面張力による頂上部（中央部）が平坦化する。したがって、一組の容器部材の表面外周を当接しての加熱溶融時には、加圧力が小さくても接合面積が大きくなって接合強度を高めるとともに均一化する。また、低融点ガラスは溝を含む表面外周に形成されるので、溝を形成された表面外周に対する低融点ガラスとの接合強度を高める。

そして、容器部材の集合化したシート状容器部材の状態で接合した後、水晶片の密閉封入された個々の容器即ち表面実装振動子に分割するので、生産性を高める。この場合、分割された一組の容器部材例えばベース基板とカバーの平面外形は同一寸法となる。したがって、従来例でのカバーのベース基板に対する位置ズレを抑制する。

（請求項１の引用項）
本発明の請求項２では、前記表面外周の溝は隣接する表面外周間では独立した凹状溝とし、前記凹状溝間を分割してなる。同請求項３では、前記表面外周の溝は隣接する表面外周間では連続した凹状溝とし、前記凹状溝内を分割してなる。同請求項４では前記一組の容器部材は、凹状としたベース基板と平板状としたカバーとから、又は、前記一組の容器部材は平板状としたベース基板と凹状としたカバーとからなる。

同請求項５では、前記一組の容器部材は、前記水晶片を取り囲んで連結部によって結合した枠部と、前記枠部の両主面と表面外周が接合して前記水晶片とは離間したベース基板及びカバーとからなる。これらの請求項２乃至５の引用項によって発明の構成をさらに明確にする。

本発明の第１実施形態を説明する図で、同図（ａ）は表面実装振動子の断面図、同図（ｂ）はベース基板に対するカバー接合時の一部拡大断面図である。 本発明の第１実施形態の製造例を説明する図で、同図（ａ）はシート状ベース基板の平面図、同図（ｂ）は同断面図である。 本発明の第１実施形態の製造例を説明するベース基板に対するカバー接合時の断面図である。 本発明の第２実施形態の製造例を説明する図で、同図（ａ）は第２図（ａ）の点線枠で示すシート状ベース基板の一部拡大図、同図（ｂ）はシート状ベース基板の断面図である。 本発明の第２実施形態の製造例を説明するベース基板に対するカバー接合時の断面図である。 本発明の第１及び第２実施形態の他例を説明する表面実装振動子の断面図である。 本発明の第３実施形態を説明する図で、同図（ａ）は表面実装振動子（積層型）の断面図、同図（ｂ）は枠付水晶片の平面図である。 従来例を説明する図で、同図（ａ）は表面実装振動子の断面図、同図（ｂ）は同底面図、同図（ｃ）はカバーを除く同平面図である。 従来例を説明するベース基板に対するカバー接合時の一部拡大断面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態の製造方法を第１図（表面実装振動子の断面図及び一部拡大断面図）、第２図（ベース基板ウェハの平面図及び断面図）及び第３図（接合時の断面図）によって説明する。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。

表面実装振動子は、前述したように、底壁１ａと枠部壁１ｂとを有して凹状とした積層セラミックからなるベース基板１とカバー２からなる容器内に水晶片４を密閉封入してなる。ベース基板１とカバー２とは低融点ガラス３によって接合される。ベース基板１の内底面には水晶保持端子５を有し、外底面には水晶保持端子５に電気的に接続した実装用の外部端子６を有する。そして、励振電極７ａから引出電極７ｂが延出した水晶片４の一端部両側が導電性接着剤８によって電気的・機械的に接続する。

この実施形態では、ベース基板１の開口端面となる表面外周にはこれを周回する断面凹状とした溝９(凹状溝９とする)を有する。そして、凹状溝９を含んだベース基板１とカバーとの表面外周が低融点ガラス３によって接合する。ここでは、先ず、ベース基板１の凹状溝９含む表面外周にメッシュ状のマスクを用いたスクリーン印刷によってガラスペースト３Ａを塗布する。

この場合、ガラスペースト３Ａは凹状溝９内に充填されるので、凹状溝９がない場合に比較し、頂上部（中央部）が鈍角になって平坦になる。要するに、表面張力による円弧状の曲率半径が凹状溝９によって大きくなることから頂上部が鈍角になって平坦になる。

次に、低融点ガラス３の融点（４００℃）よりも高くベース基板１のセラミックの焼成温度（１６００℃）よりも低い温度でガラスペースト３Ａを焼成する。これにより、ガラスペースト３Ａ中のバインダを蒸発させ、ベース基板１の表面外周である開口端面に低融点ガラス３を仮固着する。この場合、ガラスペースト３Ａがそのままの状態で焼結するので、鈍角を維持して頂上部が平坦になる。

最後に、前述したと同様に、カバー２の表面外周を低融点ガラス３に当接して矢印Ｐ方向に加圧しながら、低融点ガラス３を再焼成する。これにより、カバー２の表面外周が低融点ガラス３の平坦部に当接して押圧されるので、従来よりも接触面積が大きくなる。そして、低融点ガラス３が接触面積を大きくしたまま溶融してベース基板１の開口端面にカバー２の外周が接合して封止される。

このような構成であれば、発明の効果の欄でも記載したように、低融点ガラス３は凹状溝９を含む表面外周に有するので、少なくとも一方の容器部材であるベース基板１の表面外周（開口端面）との接合強度を高める。そして、凹状溝９の形成されたベース基板１の表面外周にガラスペースト３Ａを塗布するので、ガラスペースト３Ａが凹状溝９内に流入して（充填され）、ガラスペースト３Ａの表面張力による頂上部（中央部）が平坦化する。したがって、カバー２の表面外周を当接しての加熱溶融時には加圧力が０を含めて小さくなっても、接触面積が大きくなって接合強度を高めるとともに均一化する。

なお、上記例では表面実装振動子単体での製造としたが、具体的には、第２図（ａｂ）に示したように、セラミック生シートの状態で一体的に形成された後、個々の表面実装振動子に分割される。すなわち、先ず、セラミック生シートからなる枠壁ウェハ１Ｂの状態で押し込み加工によって各枠部壁１ｂの表面外周に凹状溝９が形成される。次に、水晶保持端子５や外部端子６等の回路パターンの形成された底壁ウェハ１Ａに枠壁ウェハ１Ｂを積層し、焼成及びメッキしてシート状ベース基板１Ｘを形成する。

次に、シート状ベース基板１Ｘの各枠部壁上面（開口端面）となる凹状溝９を含む表面外周にガラスペースト３Ａをスクリーン印刷によって塗布する。この場合、ガラスペースト３Ａは隣接する枠部壁上面間では各枠部壁上面ごとに独立して形成される。すなわち、各ガラスペースト３Ａは基本的には相互に離間する。但し、図では便宜的に連続して描かれている。そして、ガラスペースト３Ａを焼成して枠部壁上面（表面外周）に低融点ガラス３を仮固着する。

次に、シート状カバー２Ｘを上側としてシート状ベース基板１Ｘの上面に位置決し、各カバー２の表面外周を各ベース基板１の枠壁上面（表面外周）の低融点ガラス３に当接する。そして、シート状カバー２Ｘの上方から全体的に加圧するとともに低融点ガラス３を溶融する。これにより、シート状カバー２Ｘをシート状ベース基板１Ｘに接合し、シート状容器を得る。最後に、第３図に示したように、シート状容器を分割線Ｘ−Ｘ、Ｙ−Ｙに沿って厚み方向（Ｚ−Ｚ）に分割し、個々の表面実装振動子を得る。

この場合でも、前述と同様に、各低融点ガラス３の頂上部が平坦化してカバー２の表面外周との接触面積が大きくなるので、加圧力が小さくても接合強度を高めて均一化する。そして、シート状ベース基板１Ｘ及びシート状カバー２Ｘの状態で接合後に分割するので生産性を高められる。なお、第２図及び第３図ではベース基板１を便宜的に４個としたが、実際には５００個程度となる。

（第２実施形態）
以下、第４図及び第５図によって本発明の第２実施形態の製造例を説明する。但し、第４図（ａ）は第２図（ａ）の点線枠で示すシート状ベース基板の一部拡大図、同図（ｂ）はシート状ベース基板の断面図、第５図はベース基板に対するカバー接合時の断面図である。

第２実施形態では、シート状ベース基板１Ｘの各ベース基板１の隣接する表面外周間では連続した凹状溝９（連続凹状溝９Ａ）を形成する。そして、連続凹状溝９Ａを含む表面外周にガラスペースト３Ａを塗布し、これを焼成して低融点ガラス３を仮固着する。

次に、シート状ベース基板１Ｘにシート状カバー２Ｘを位置決めし、各ベース基板１の連続した枠壁上面の低融点ガラス３に各カバー２の隣接した表面外周を当接する。次に、低融点ガラス３を焼成してシート状ベース基板１の上面にシート状カバー２Ｘを接合する。最後に、分割線Ｘ−Ｘ、Ｙ−Ｙ、Ｚ−Ｚ方向に分割して個々の表面実装振動子を得る。

このような構成であっても、第１実施形態と同様に、隣接した表面外周に設けた連続凹状溝９Ａを含む表面外周の各低融点ガラスの重畳部が平坦化する。したがって、各ベース基板１の隣接する表面外周となる枠壁上面（開口端面）の低融点ガラス３に対する各カバーの隣接する表面外周との接触面積が大きくなる。これにより、加圧力が小さくても接合強度を高めて均一化する。この場合、シート状容器の分割後でも、ベース基板１の低融点ガラス３とカバー２の表面外周との接合面積が大きいので、接合強度を高めて均一にする。

（第１及び第２実施形態の変形例）
第１及び第２実施形態では、ベース基板１は積層セラミックとし、カバー２はセラミックとしたが、これに限らず、いずれもガラスや水晶としても構成できる。また、カバー２は金属であってもよい。これらの場合、例えば第６図（断面図）に示したように、ベース基板１の凹状溝９はウェットやドライのエッチング等によって形成される。そして、一対の水晶保持端子５は内壁に設けた貫通電極（スルーホール）１０によって外部端子６に接続し、例えば金属体の溶融等によって封止される。

また、凹状溝９はベース基板１の表面外周となる開口端面（枠部壁上面）に設けたが、カバー２の表面外周に設けた場合でも同様の効果を奏する。この場合、カバー２の表面外周にガラスペースト３Ａを上方から塗布して焼成によって仮固着した後、前述同様にカバー２を反転してベース基板１の開口端面上に位置決めして焼成する。要するに、カバー２を上側としてベース基板１を下側とする。あるいは、カバー２を下側としてベース基板２を上側として位置決めして焼成してもよい。

また、ベース基板１は平板状としてカバー２を凹状としても同様である。そして、凹状溝９は断面四角状としたが、これに限らず、円弧状やＶ字状であってもよく、低融点ガラス３のガラスペースト３Ａが充填される窪みであればよい。さらに、ベース基板１には水晶片４以外に例えば発振回路を形成するＩＣチップ等を収容することもできる。なお、ベース基板１及びカバー２が特許請求の範囲での一組の容器部材に相当する。

（第３実施形態）
第７図は本発明の第３実施形態を説明する図で、同図（ａ）は表面実装振動子の断面図、同図（ｂ）は枠付水晶片の平面図である。なお、第１実施形態と同一部分の説明は簡略又は省略する。

第３実施形態では、枠付水晶片４Ｘを用いてベース基板１とカバー２との積層型とする。枠付水晶片４Ｘは水晶片４及びこれを取り囲む枠部４ａ、両者を一端側で結合する連結部４ｂからなる。そして、両主面の励振電極７ａから連結部４ｂを経て外周となる枠部４ａの一組の対角部に引出電極７ｂを延出する。そして、少なくとも一方の引出電極７ｂは貫通電極１１によって反対面に延出し、同一面の対角部に端子部７ｃを設ける。

ベース基板１及びカバー２は例えばいずれも凹状として水晶やガラスからなる。そして、枠付水晶片４Ｘの両主面に凹面側を対面し、ベース基板１及びカバー２の表面外周が低融点ガラス３によって枠部４ａに接合する。ここでは、外部端子６を有するベース基板１の表面外周及び枠付水晶片４Ｘの表面外周となる枠部４ａの各上面に凹状溝９を有する。

そして、先ず、ベース基板１及び枠付水晶片４Ｘの凹状溝９を含む表面外周にガラスペースト３Ａを塗布して焼成によって仮固着する。次に、ベース基板１、枠付水晶片４Ｘ及びカバー２を順次に位置決めして当接した後に焼成し、三者の表面外周を接合（封止）する。これにより、枠付水晶片４Ｘの水晶片４を密閉封入する。

この場合、枠付水晶片４Ｘの引出電極７ｂの端子部７ｃに対応したベース基板１の一組の対角部には図示しない金属膜を有する。そして、貫通電極１２によって外部端子６と電気的に接続する。そして、金属膜上にはＡuＳn等の共晶合金１３が設けられ、ガラスペースト３Ａの加熱溶融時に同時に溶融して端子部７ｃと電気的に接続する。共晶合金１３の溶融温度は例えばＡuＳnでは２８０℃であり、低融点ガラス３のそれよりも低いことから同時に溶融する。

なお、第３実施形態でも、第１実施形態と同様に、シート状ベース基板、シート状カバー及びシート状枠付水晶片の状態で接合した後、個々の表面実装振動子に分割することができる。また、凹状溝９はベース基板１、枠付水晶片４Ｘ及びカバー２の対面する表面外周の少なくともいずれか一方に形成されてあればよい。そして、凹状溝９は前述同様に低融点ガラス３のガラスペースト３Ａが充填される窪みであればよい。なお、ベース基板１、カバー２及び枠付水晶片４Ｘの枠部４ａが特許請求の範囲での一組の容器部材に相当する。

１ ベース基板、２ カバー、３ 低融点ガラス、３Ａ ガラスペースト、４ 水晶片、４Ｘ 枠付き水晶板、４ａ 枠部、４ｂ 連結部、５ 水晶保持端子、６ 外部端子、７ａ 励振電極、７ｂ 引出電極、８ 導電性接着剤、９ 凹状溝、１０、１１、１２ 貫通電極、１３ 共晶合金。

Claims (5)

1. 少なくとも水晶片を密閉封入する平面視矩形状とした一組の容器部材を有し、前記一組の容器部材は対向する表面外周が低融点ガラスによって接合した表面実装用水晶振動子の製造方法において、
   前記一組の容器部材のそれぞれに相当した矩形状領域を有して集合化した一組のシート状容器部材を形成するとともに、前記一組のシート状容器部材の矩形状領域の対向する少なくともいずれか一方の表面外周に、前記表面外周を周回する溝を形成する第１工程と、
   前記溝を含む表面外周にガラスペーストを塗布して焼成し、前記表面外周に低融点ガラスを仮固着する第２工程と、
   前記一組の容器部材内に前記水晶片を収容するとともに、前記一組の容器部材を対向して前記矩形状領域の表面外周を位置決めし、前記一組のシート状容器部材の他方の表面外周を、前記一組のシート状容器部材の一方の表面外周に仮固着された低融点ガラスに当接する第３工程と、
   前記一組のシート状容器部材の各表面外周間の低融点ガラスを焼成し、前記一組の容器部材の表面外周を接合してシート状容器を形成する第４工程と、
   前記シート状容器を縦横に分割して前記水晶片の密閉封入された個々の容器を得る第５工程とからなることを特徴とする表面実装用水晶振動子の製造方法。
2. 請求項１において、前記表面外周の溝は隣接する表面外周間では独立した凹状溝とし、前記凹状溝間を分割してなる表面実装用水晶振動子の製造方法。
3. 請求項１において、前記表面外周の溝は隣接する表面外周間では連続した凹状溝とし、前記凹状溝内を分割してなる表面実装用水晶振動子の製造方法。
4. 請求項１において、前記一組の容器部材は、凹状としたベース基板と平板状としたカバーとから、又は、前記一組の容器部材は平板状としたベース基板と凹状としたカバーとからなる表面実装用水晶振動子の製造方法。
5. 請求項１において、前記一組の容器部材は、前記水晶片を取り囲んで連結部によって結合した枠部と、前記枠部の両主面と表面外周が接合して前記水晶片とは離間したベース基板及びカバーとからなる表面実装用水晶振動子の製造方法。