JP6179681B2 - 圧電振動部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動部品及びその製造方法に関する。

発振子や帯域フィルタとして圧電振動子が広く用いられている。従来の圧電振動子の一態様として、例えば特開２０１４−１９７６１５号公報には、水晶振動子を外気から密封するための構造を有する表面実装水晶振動子が記載されている。同公報に記載の表面実装水晶振動子は、水晶振動子が実装される基板と、接着剤を介して水晶振動子を密閉封止するリッドとを備えている（同文献段落０００２）。

特開２０１４−１９７６１５号公報

しかし、リッドと接着剤との間の接合強度が不十分であると、リッドが基板から剥離してしまうことがある。例えば、基板に接するリッドの表面の粗さが小さいと、接着剤の濡れ性が劣化するため、リッドと接着剤との間の接合強度の低下を招きやすい。特に、熱硬化性接着剤を用いてリッドと基板とを接合して水晶振動子を密閉封止する場合、２６０℃前後のリフロー加熱温度でリッド内の圧力が上昇し、リッドが基板から剥離してしまうことがある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、圧電振動子を基板に密閉封止するためのリッドと接着層との間の接着力を高めることを課題とする。

本発明の一側面に係る圧電振動部品は、圧電振動子を実装する主面を有する基板と、主面に対向するように開口された凹部及び凹部の開口中心から開口縁に向かって開口縁から突出するフランジ部を有するリッドと、圧電振動子を凹部と主面との間の空間に密閉封止するように基板とリッドとを接合する接着層とを備える。接着層は、フランジ部の先端及び上部を被覆する。

本発明によれば、圧電振動子を基板に密閉封止するためのリッドと接着層との間の接着力を高めることが可能となる。

本発明の実施形態に係る圧電振動部品の分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る圧電振動部品の製造過程の断面図である。 本発明の実施形態に係る圧電振動部品の製造過程の断面図である。 本発明の実施形態に係る圧電振動部品の製造過程の断面図である。

以下、各図を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る圧電振動部品４０の分解斜視図である。同図に示すように、圧電振動部品４０は、主に、圧電振動子２０と、圧電振動子２０が実装される主面１１を有する基板１０と、圧電振動子２０を外気から密閉するためのリッド３０とを備えている。圧電振動子２０は、厚み方向に対向する二つの面を有する平板状の圧電板２１と、圧電板２１の一方の面に形成された励振電極２２と、圧電板２１の他方の面に形成された励振電極２３とを備えている。励振電極２２，２３に交流電圧を印加すると、圧電板２１は、厚みすべりモードで振動する。圧電板２１は、圧電特性を示す圧電材質（例えば、水晶板や圧電セラミックスなど）からなる。励振電極２２，２３は、例えば、金、クロム、ニッケル、アルミニウム、チタン等の導電性薄膜からなる。

基板１０は、その厚み方向に対向する二つの面を有する平板状をなしており、二つの面のうち圧電振動子２０が実装される面を主面１１と称する。主面１１には、導電性接着剤１２を介して励振電極２３に導通する配線１３と、導電性接着剤１５を介して励振電極２２に導通する配線１６とが形成されている。基板１０は、適度な機械的強度及び電気絶縁性を有する材質（例えば、アルミナ等の絶縁セラミックス、合成樹脂、金属板の表面を絶縁層で被覆した複合材など）からなる。なお、基板１０は、コーナー部分（角部分）の一部を円筒曲面状に切り欠くように形成された切欠き部１４，１７を有しており、配線１３，１６は、それぞれ、切欠き部１４，１７から主面１１の裏面まで延在して外部回路に接続することができる。

リッド３０は、圧電振動子２０を外気から密閉するための有底蓋部材であり、図４に示すように、主面１１に対向するように開口された凹部３１と、凹部３１の開口中心から開口縁に向かって開口縁から突出するフランジ部３２とを有する。凹部３１は、リッド３０の内部に陥没する有底凹部であり、圧電振動子２０を封止するために必要十分な開口面積と開口深さを有している。リッド３０は、金属材質、絶縁材質、又は複合材（例えば、絶縁部材の表面を金属薄膜で被覆してなる複合材など）からなるものでもよい。接着層５１，５２は、圧電振動子２０を凹部３１と主面１１との間の空間に密閉封止するように基板１０とリッド３０とを接合する。接着層５１，５２は、絶縁性の接着剤であればよく、特に限定されるものではないが、例えば、加熱処理により硬化して接着作用を示す非導電性接着剤を用いることができる。このような接着剤として、例えば、エポキシ樹脂を主成分とするエポキシ系接着剤を用いることができる。エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂などの二官能エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂やクレゾールノボラック型エポキシ樹脂などのノボラック型エポキシ樹脂などを使用することができる。また、多官能エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、複素環含有エポキシ樹脂または脂環式エポキシ樹脂など、一般に知られているものも適用することができる。接着層５１，５２は、エポキシ系接着剤に限られるものではなく、例えば、低融点ガラス接着剤でもよい。低融点ガラス接着剤は、３００℃以上４１０℃以下の温度で溶融する鉛フリーのバナジウム系ガラスを含んでもよい。バナジウム系ガラスは、バインダーと溶剤とがペースト状に加えられ、溶融された後固化されることで接着作用を示す。また、このバナジウム系ガラスは、接着時の気密性と耐水性・耐湿性などの信頼性が高い。さらに、バナジウム系ガラスは、ガラス構造を制御することにより熱膨張係数も柔軟に制御できる。接着層５１，５２は、互いに同じものでもよく、或いは異なるものでもよい。なお、リッド３０は、キャップ、カバー、或いはパッケージ部材と称することもできる。

次に、図１乃至図４を参照しながら、圧電振動部品４０の製造工程について説明する。まず、図１に示すように、圧電振動子２０が実装された基板１０と、圧電振動子２０を基板１０に密閉封止するためのリッド３０をそれぞれ準備する。次に、図２に示すように、フランジ部３２の先端に接着層５１を形成する。このとき、フランジ部３２の上面３５に垂直な方向から見て上面３５の周縁の全部又は一部に沿って接着層５１を形成するのが好ましい。ここで、上面３５は、フランジ部３２が接着層５２を介して主面１１に接合する接合面３３の裏面を意味する。フランジ部３２の先端面３４は、接合面３３と上面３５とを接続する。先端面３４は、屈曲していてもよく、或いは平坦でもよい。なお、フランジ部３２の先端はこれに限定されるものではなく、例えば先鋭形状であってもよい。接着層５１を形成する工程は、液体状態の接着層５１をフランジ部３２の先端に塗布する工程と、塗布された接着層５１を仮硬化させる工程とを含んでもよい。仮硬化とは、加熱によってゲル化はするが凝固はしない状態を意味し、具体的には、液体状態と硬化状態との間の半硬化状態を意味する。接着層５１を仮硬化させるには、例えば、硬化反応を途中で強制的に停止させればよい。接着層５１を予め仮硬化の状態にしておくことで、接着層５１の液だれを抑制できる。

次に、図３に示すように、フランジ部３２の周縁が主面１１に接合されるべき位置に合わせて圧電振動子２０を囲繞するように略枠状に接着層５２を主面１１に形成する。このとき、接着層５２が主面１１に均一に塗れ広がるように、接着層５２を均一の膜厚で塗布するのが好ましい。次に、図４に示すように、リッド３０及び基板１０を相対的に押圧することにより、接着層５１，５２が結合してなる接着層５３がフランジ部３２の先端を断面略コの字状に屈曲しながら被覆するように促す。このとき、接着層５２がフランジ部３２と主面１１との間から、凹部３１の開口中心から開口縁に向かって、フィレット状に押し出されるように促すことにより、リッド３０と基板１０との間に作用する押圧力に加えて、押し出された接着層５２からの押圧力により、接着層５１が主面１１とフランジ部３２との間に生じる段差を乗り上げて、フランジ部３２の先端面３４から上面３５にかけて屈曲するように被覆させるのが好ましい。フランジ部３２の上面３５に垂直な方向から見て上面３５の周縁の全部又は一部に沿って接着層５１が予め形成されているため、主面１１とフランジ部３２との間に生じる段差を乗り上げてフランジ部３２の先端付近の上面３５を被覆し易い。この工程では、リッド３０と基板１０とを相対的に押圧した後で（或いは押圧しながら）熱を加えることにより、接着層５１，５２を構成する分子間の結合（架橋化）を促進し、接着層５１，５２を共に硬化状態に移行させる。このようにして、接着層５１，５２が一体的に結合してなる接着層５３が形成され、圧電振動子２０を凹部３１と主面１１との間の空間に密閉封止することができる。接着層５３は、上面３５に垂直な方向から見て上面３５の周縁の全部又は一部に沿って、接合面３３、先端面３４、及び上面３５を包囲するように屈曲しながら被覆するため、リッド３０と接着層５３との間の接着界面の剥離を抑制することができ、リッド３０と接着層５３との間の接着力を高めることができる。

なお、接合面３３の表面粗さは、凹部３１の表面粗さよりも粗いのが好ましい。一般的に、液滴の接触角は、表面粗さに敏感であることが知られている。ここで、表面粗さは、平坦面に対する粗面の面積比として定義することができる。例えば、表面粗さが増加するにつれて、親液性表面では、液滴の接触角が小さくなる（濡れ性が増大する）のに対し、疎液性表面では、液滴の接触角が大きくなる（濡れ性が低下する）。このような知見に基づき、接着層５３に対して親液性を有するようにリッド３０の材質を選択するとともに、接合面３３の表面粗さを凹部３１の表面粗さより粗くすることにより、接合面３３に対する接着層５３の接触角を小さくし、均一に濡れ広がりやすくすることができる。このような構造によれば、接着層５３が接合面３３の微小な凹凸の隙間に入り込むため、投錨効果やファンデルワールス力等が複合的に作用し、リッド３０と接着層５３との間の接着力を高めることができる。また、リッド３０及び基板１０を、接着層５２を介して相対的に押圧したときに、接着層５２がフランジ部３２と主面１１との間からフィレット状に押し出され易くなるため、押し出された接着層５２からの押圧力で接着層５１を、主面１１とフランジ部３２との間に生じる段差を超えて上面３５まで押し上げることができる。また、接合面３３の表面粗さを凹部３１の表面粗さよりも粗くすることにより、凹部３１内部への接着層５１の侵入を抑制することができる。接着層５１が凹部３１内部へ侵入すると、例えば、接着層５１から放出されるガスが圧電振動子２０の振動領域を構成する励振電極２２，２３に吸着し、圧電振動子２０の発振周波数が変動する虞があるため、接着層５１は、凹部３１内部へ侵入しない方が好ましい。

なお、接合面３３の表面を粗くする方法として、例えば、プラズマ処理やサンドブラスト加工等を用いることができる。サンドブラスト加工は、例えば、微粒子（例えば、アルミナやダイヤモンド等の研磨粒子）を圧縮空気とともに被加工面に向けて噴射することにより、被加工面が粗くなるように加工する処理である。一枚の母基板から複数のリッド３０を切り出して複数の圧電振動部品４０を製造する場合は、各接合面３３の部分が露出するようにマスクした上で母基板にサンドブラスト加工を施してもよい。

なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１０…基板
１１…主面
１２…導電性接着剤
１３…配線
１４…切欠き部
１５…導電性接着剤
１６…配線
１７…切欠き部
２０…圧電振動子
２１…圧電板
２２…励振電極
２３…励振電極
３０…リッド
３１…凹部
３２…フランジ部
３３…接合面
３４…先端面
３５…上面
４０…圧電振動部品
５１…接着層
５２…接着層
５３…接着層

Claims (1)

1. 圧電振動子を実装する主面を有する基板を準備する工程と、
   前記主面に対向するように開口された凹部及び前記凹部の開口中心から開口縁に向かって前記開口縁から突出するフランジ部を有するリッドを準備する工程と、
   前記フランジ部の先端に第１の接着層を形成する工程と、
   前記フランジ部の周縁が前記主面に接合されるべき位置に合わせて略枠状に第２の接着層を前記主面に形成する工程と、
   前記リッド及び前記基板を相対的に押圧することにより、前記第１及び前記第２の接着層が結合してなる接着層が前記フランジ部の先端及び上部を被覆するように促して、前記圧電振動子を前記凹部と前記主面との間の空間に密閉封止する工程と、
   を備える圧電振動部品の製造方法。

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