JP5064142B2 - 圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電デバイスの製造方法に関するものである。

音叉型振動片に代表される圧電振動片は、セラミック等から成るパッケージに真空密閉状態もしくは不活性ガス雰囲気で実装され、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが構成されている。真空密閉する場合を例にとれば、マウント空間が形成されているパッケージに圧電振動片をマウントし、リッド（蓋体）を固定した後、真空槽内でパッケージベースもしくはリッド側に開けた孔を通じて予めパッケージ内部を真空にしておき、孔に装着した金属製ボールを加熱手段によって溶融して孔を塞いで密閉する方法が採用されている。

図６は、本発明に係わる圧電デバイスの断面図である。本図に示す例は、圧電振動子用パッケージであって、上面に圧電振動片１２の搭載部１０ａを有するとともに上面から下面にかけて貫通孔１５が設けられたパッケージベース１０と、パッケージベース１０の上面に接合され、パッケージベース１０との間の空間に圧電振動片１２を気密に収容するリッド１１とから成っている。前記貫通孔１５は封止孔を構成するもので、上面側の第１の孔１５ａと、第１の孔１５ａより開口が大きな下面側の第２の孔１５ｂとから成るとともに、第１の孔１５ａの第２の孔１５ｂ側の開口の周辺に封止用金属製ボール１６を取着するための金属層１７が被着されている。前記貫通孔１５の開口部分に金属製ボール１６を置いて、レーザー等で溶融させて孔封止を行う。これにより、貫通孔１５が確実に封止されるとともに、封止部材がパッケージベース１０の上面や下面に突出することがない。（例えば特許文献１参照。）

前記圧電デバイスの製造工程は、以下からなる。まず、パッケージベース１０にマウント機を用いて圧電振動片１２を例えば熱硬化型の接着材１３を介してマウントする。次いで、硬化炉にて前記接着材１３の硬化処理を行う。前記パッケージベース１０の開口部にガラスや金属から成るリッド１１を、封着材１４を介してセットし、封止炉にて封止を行う。その後、アニール炉によりアニール処理をなし、リッド１１の固着が完了する。次いで、予めパッケージに穿孔されている貫通孔１５に金属製ボール１６をセットして真空槽に入れ、レーザー照射装置などの孔封止機を用いて貫通孔１５の封止処理をなし、前記圧電デバイスが製品として完成する。

特開２０００−１０６５１５号

前述の通り、圧電振動片をパッケージ内部に気密に収容封止する場合、リッド封止工程と、パッケージに設けられた貫通孔の封止工程の２つの封止工程が必要になる。これらの封止工程は通常個別独立した工程によってなされており、まず、パッケージ開口部上にリッドをセットし、加熱炉内に投入し、ハロゲンランプ等の熱源を用いて加熱しリッド封止を行う。そして、アニール工程において前記貫通孔より脱ガスを行った後、貫通孔に金属製ボールを搭載し、真空槽内に投入後、レーザーにて再度アニール処理をした後前記金属製ボールをレーザーにて溶融し封止作業が完了する。

前述の工程によると、何れの工程も、封着材、金属製ボールを溶融することによって封止作業が行われるため、予備加熱工程、本加熱（溶融溶着）工程、脱ガス工程を有し、各々の封止工程においてこれらを行う必要があり、工数が多く生産効率が悪いという問題点があった。

本発明は、生産工数を削減し、生産効率を高められる圧電デバイスの製造方法を提供しようとするものである。

圧電振動片と、該圧電振動片を収納するためのキャビティと該キャビティ底部に貫通孔が設けられたパッケージを有し、前記パッケージのキャビティ開口部と蓋体を封着材を介して接合するとともに前記貫通孔を封止部材により封止した圧電デバイスの製造方法において、
少なくとも、
前記パッケージのキャビティ内に圧電振動片を搭載する工程と、
前記パッケージの貫通孔に封止部材を供給する工程と、
前記蓋体と前記パッケージを位置決めするための凹部を有する封着治具の前記凹部に、前記蓋体とパッケージを落し込んで位置決めする工程と、
前記封着治具にて位置決めされた前記蓋体と前記パッケージを封止機内に投入し、封止機内に設けられた加熱手段により、前記封止部材に予備過熱を施し、かつ、前記封着材を溶融させて前記蓋体とパッケージを密着固定させる工程と、
前記封止機内に設けられた前記封止部材を溶融するための溶融手段により前記封止部材を溶融し、前記パッケージ内を気密に封止する工程と、
を具備する圧電デバイスの製造方法とする。

前記封止機内は、真空雰囲気若しくは不活性ガス雰囲気に保たれている圧電デバイスの製造方法とする。

前記加熱手段は、ヒーターを内蔵した加熱プレートであり、前記封着治具の上方及び下方に配置され、前記封着治具を挟み込むようにして加熱する圧電デバイスの製造方法とする。

前記加熱プレートには、前記パッケージの一部を押圧する押圧突起が設けられている圧電デバイスの製造方法とする。

前記封止部材の溶融手段は、レーザービームである圧電デバイスの製造方法とする。

前記封止部材は、金属製ボールであり、前記パッケージの貫通孔に搭載配置された後、前記金属製ボールを前記貫通孔内にかしめ固定する圧電デバイスの製造方法とする。

前記蓋体と前記パッケージを密着固定する工程後に、前記蓋体と前記パッケージを冷却するための冷却工程を経て、前記封止部材を溶融する工程に移行する圧電デバイスの製造方法とする。

本発明によれば、封着治具にて位置決めされた前記蓋体と前記容器を封止機内に投入し、封止機内に設けられた加熱手段により前記蓋体とパッケージを密着させる工程と、前記封止機内に設けられた前記封止部材を溶融するための溶融手段により前記封止部材を溶融し、前記圧電振動片を前記パッケージ内に気密に封止する工程とを備えたので、蓋体の封止工程と貫通孔の封止工程が同一封止機内で連続的に処理されるので、生産性が向上する。

本発明は、圧電振動片と、該圧電振動片を収納するためのキャビティと該キャビティ底部に貫通孔が設けられたパッケージを有し、前記パッケージのキャビティ開口部と蓋体を封着材を介して接合するとともに前記貫通孔を封止部材により封止した圧電デバイスの製造方法において、少なくとも、前記パッケージのキャビティ内に圧電振動片を搭載する工程と、前記パッケージの貫通孔に封止部材を供給する工程と、前記蓋体と前記パッケージのキャビティの開口端部を位置決めするための凹部を有する封着治具の前記凹部に、前記蓋体とパッケージを落し込んで位置決めする工程と、前記封着治具にて位置決めされた前記蓋体と前記容器を封止機内に投入し、封止機内に設けられた加熱手段により前記蓋体とパッケージを密着させる工程と、前記封止機内に設けられた前記封止部材を溶融するための溶融手段により前記封止部材を溶融し、前記圧電振動片を前記パッケージ内に気密に封止する工程と、を具備する圧電デバイスの製造方法とする。

以下、図面に基づいて本発明の圧電デバイスの製造方法を説明する。図１は、本発明の圧電デバイスの製造方法を示す模式図である。１は封着治具で、蓋体、パッケージ、封止部材等（本図において不図示）が位置決めセットされている。蓋体、パッケージ、封止部材がセットされた封着治具１は、そのまま封止機２内に投入され、封止機２内に設置された加熱手段７によって蓋体が固定され、同じく封止機２内に設置された溶融手段９によって封止部材の溶融封止が行われる構成である。以下、順を追って本発明の圧電デバイスの製造方法の細部について説明する。

図２は本発明の圧電デバイスの製造方法で用いる封着治具の概略図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はＡ−Ａ断面図である。封着治具１は平板に複数の凹部１ａを形成したものであり、凹部１ａは、蓋体とパッケージ（何れも本図において不図示）を位置決めを成すように構成されている。

図３は封着治具に蓋体とパッケージをセットする工程を示す断面図である。
まず、封着治具１の凹部１ａに蓋体３を、該蓋体３にあらかじめ設けられている封着材３ａを上にして落とし込み（図３（ａ））、その上に圧電振動片４が搭載されたパッケージ５を、キャビティ５ａの開口部を下向きにして落し込む（図３（ｂ））。

次いで、パッケージ５に穿設した貫通孔５ｂ内に封止部材６を搭載配置する（図３（ｂ））。封止部材６は、例えば、Ａｕ／Ｇｅから成る金属製ボールである。前記封止部材６は、パッケージ５の壁部の一部で支持され、キャビティ５ａ内には落下しない状態である。以上により、蓋体３とパッケージ５の位置合わせ、貫通孔５ｂへの封止部材６のセットが完了する。ここで、封止部材６に金属製ボールを採用する場合、該金属製ボールが、次工程への搬送過程で加わる衝撃により、貫通孔５ａ外部へ落下してしまう事態が危惧される。この対策としては、セットした金属ボールを上方よりピン状部材等で押圧し、若干の変形を加えて貫通孔５ａ内にかしめ固定しておけば、外部への落下が防止できる。

前記蓋体３及びパッケージ５が位置あわせされた封着治具１は、図１に概念的に示す封止機２内に投入される。投入後、前記封止機２の内部雰囲気を、例えば真空雰囲気にする。ここで、封止機２の内部雰囲気は、不活性ガス雰囲気であってもかまわない。

次いで、前記封止機２内部を真空雰囲気状態に保ったまま、加熱手段７により前記封着治具１を介して前記蓋体３とパッケージ５を加熱し、各々を密着固定する。

図４は、前記蓋体とパッケージを加熱手段により密着固定する工程を示す断面図である。
封着治具１の上面側及び下面側には加熱手段７が配置され、上下方向から封着治具１を挟み込み加熱される構成である。前記加熱手段７は、例えば、ヒーターを内蔵した加熱プレートである。前記加熱手段７として加熱プレートを用いれば、封止温度のバラツキが押さえられ温度管理が容易になり、他の熱源、例えばハロゲンランプ等に比べて比較的低い温度で封止作業が行える。

前記加熱手段７は、２００〜３００℃で予備加熱をした後、３００℃以上に加熱した加熱手段７を封着治具１に当接させ、該封着治具１を介して蓋体３とパッケージ５側に熱を伝播し、封着材３ａを溶融して蓋体３とパッケージ５を気密に封止する。封着材３ａはＡｕ／Ｓｎの合金メッキ等であるため、溶融時に不要なガスを放出することになるが、パッケージ５の貫通孔５ｂを介して外部に放出されるので、キャビティ５ａ内にガスを残すことはない。尚、貫通孔５ｂには封止部材６が搭載配置されているが、この段階では、封止部材６は溶融封止されていないため、ガス抜きに必要な間隙は有した状態であるので問題はない。

尚、図４に示す２つの加熱手段７の内、上方（パッケージ５側）に配置される加熱手段７には、パッケージ５の一部を押圧する押圧突起７ａが設けられており、押圧突起７ａによりパッケージ５を蓋体３に押し付けることによって、封止品質を損なうことなく、安定した溶着が可能となる。本図に示す押圧突起７ａは、加熱手段７の底面の一部に設けた孔内に、バネ部材７ｂを介し、前記加熱手段７底面部より若干突出した状態で配設されている。前記加熱手段７の下降に伴い、押圧突起７ａがパッケージ５に当接し、バネ部材７ｂの付勢力によりパッケージ５を押圧する構成である。

蓋体３とパッケージ５の固着が完了した後、続いて冷却を行う。図１に示す冷却手段８は、例えば流水パイプを内蔵した冷却プレートであり、前記加熱手段７と同様、付着治具１の上方及び下方に配置し、封着治具を挟み込むようにして蓋体３とパッケージ５を冷却する。蓋体３とパッケージ５の固着後、高温状態（内部の圧力が上昇したまま）のままで封止部材６を溶融すると、封止部材６からのガス発生量が増えてしまい、ＣＩ値を上昇させてしまう虞がある。したがって、冷却工程を経て次工程へ移行するのが好適である。これにより、圧電デバイスとしての安定した特性が確保できる。

図５は、封止部材を溶融し、前記圧電振動片を前記パッケージ内に気密に封止する工程を示す断面図である。９は、封止部材６の溶融手段であり、封止機２内に設けられている。該溶融手段９は、例えば、レーザー照射源である。この溶融手段９を用い、レーザービーム９ａを封止部材６に対しスポット的に照射し、封止部材６を溶融して、全ての封止作業が完了する。封止部材６である金属製ボールの溶融には、３００℃以上の高温を要するため、レーザービーム９ａを使用することで、金属製ボールの周辺部を局所的に照射することができ、金属製ボール以外の部分ができるだけ高温にならないようにして封止作業が行える。

前述したように、蓋体３とパッケージ５の封止、並びに封止部材の溶融封止は、同一の封止機２内で連続的に行われるため、各々の封止工程を各々処理せずに行うことができるので生産性が向上する。

また、蓋体３とパッケージ５の封止時の加熱により、封止部材６の予備加熱が施される。即ち、封止部材６として用いる金属製ボール周面が溶融し軟化する。これにより、続く封止部材６の溶融封止が確実に行える。

本発明の圧電デバイスの製造方法を示す模式図。 本発明の圧電デバイスの製造方法で用いる封着治具の概略図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はＡ−Ａ断面図。 封着治具に蓋体とパッケージをセットする工程を示す断面図。 前記蓋体とパッケージを加熱手段により密着固定する工程を示す断面図。 封止部材を溶融し、前記圧電振動片を前記パッケージ内に気密に封止する工程を示す断面図。 本発明に係わる圧電デバイスの断面図。

符号の説明

１ 封着治具
１ａ 凹部
２ 封止機
３ 蓋体
３ａ 封着材
４ 圧電振動片
５ パッケージ
５ａ キャビティ
５ｂ 貫通孔
６ 封止部材
７ 加熱手段
７ａ 押圧突起
７ｂ バネ部材
８ 冷却手段
９ 溶融手段（レーザー照射機）
９ａ レーザービーム
１０ パッケージベース
１０ａ 搭載部
１１ リッド
１２ 圧電振動片
１３ 接着材
１４ 封着材
１５ 貫通孔
１５ａ 第１の孔
１５ｂ 第２の孔
１６ 金属製ボール
１７ 金属層

Claims (7)

1. 圧電振動片と、該圧電振動片を収納するためのキャビティと該キャビティ底部に貫通孔が設けられたパッケージを有し、前記パッケージのキャビティ開口部と蓋体を封着材を介して接合するとともに前記貫通孔を封止部材により封止した圧電デバイスの製造方法において、
   少なくとも、
   前記パッケージのキャビティ内に圧電振動片を搭載する工程と、
   前記パッケージの貫通孔に封止部材を供給する工程と、
   前記蓋体と前記パッケージを位置決めするための凹部を有する封着治具の前記凹部に、前記蓋体とパッケージを落し込んで位置決めする工程と、
   前記封着治具にて位置決めされた前記蓋体と前記パッケージを封止機内に投入し、封止機内に設けられた加熱手段により、前記封止部材に予備過熱を施し、かつ、前記封着材を溶融させて前記蓋体とパッケージを密着固定させる工程と、
   前記封止機内に設けられた前記封止部材を溶融するための溶融手段により前記封止部材を溶融し、前記パッケージ内を気密に封止する工程と、
   を具備することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
2. 前記封止機内は、真空雰囲気若しくは不活性ガス雰囲気に保たれていることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイスの製造方法。
3. 前記加熱手段は、ヒーターを内蔵した加熱プレートであり、前記封着治具の上方及び下方に配置され、前記封着治具を挟み込むようにして加熱することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電デバイスの製造方法。
4. 前記加熱プレートには、前記パッケージの一部を押圧する押圧突起が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の圧電デバイスの製造方法。
5. 前記封止部材の溶融手段は、レーザービームであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の圧電デバイスの製造方法。
6. 前記封止部材は、金属製ボールであり、前記パッケージの貫通孔に搭載配置された後、前記金属製ボールを前記貫通孔内にかしめ固定することを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載の圧電デバイスの製造方法。
7. 前記蓋体と前記パッケージを密着固定する工程後に、前記蓋体と前記パッケージを冷却するための冷却工程を経て、前記封止部材を溶融する工程に移行することを特徴とする請求項１〜６の何れか１つに記載の圧電デバイスの製造方法。

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