JP6481697B2 - 圧電振動部品及びその製造方法 - Google Patents

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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号公報では、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縁から外側に向かって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。フランジ部の側面の表面粗さは、凹部の表面粗さより粗く、接着層は、基板の主面からフランジ部の側面にかけて形成されている。
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できる。
本発明の実施形態１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１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１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１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２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２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２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２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２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２に係る圧電振動部品の製造過程の平面図である。 本発明の実施形態２に係る圧電振動部品の製造過程の平面図である。 本発明の実施形態２に係る圧電振動部品の製造過程の平面図である。 本発明の実施形態２に係る圧電振動部品の製造過程の平面図である。 本発明の実施形態１に係る圧電振動部品のリッドの一態様を示す図である。 本発明の実施形態１に係る圧電振動部品のリッドの他の一態様を示す図である。
以下、図１乃至図４を参照しながら本発明の実施形態１について説明する。
図１は、本発明の実施形態１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の開口縁から外側に向かって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。フランジ部３２は、凹部３１の周縁を略矩形環状に囲繞する。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５０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５０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５０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。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。更に、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。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を準備する。次に、図２に示すように、フランジ部３２の側面３３の表面粗さが凹部３１の表面粗さより粗くなるように粗面加工が施されたリッド３０を準備する。粗面加工として、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。なお、フランジ部３２の側面は、フランジ部３２が接着層５０を介して基板１０の主面１１に接合する接合面３４とその裏面である上面３５とを接続する面である。粗面加工が施されたフランジ部３２の側面は、凹部３１の表面粗さより粗い表面粗さを有する断面凹凸状の粗面を有する。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５０を主面１１に形成する。このとき、接着層５０が主面１１に均一に塗れ広がるように接着層５０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５０が基板１０の主面１１からフランジ部３２の側面３３にかけて断面略L字状に屈曲しながら被覆形成されるように促す。そして、接着層５０に熱を加えることにより、接着層５０を構成する分子間の結合（架橋硬化）を促進し、接着層５０を硬化状態に移行させる。このようにして、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。ところで、液滴の接触角は、表面粗さに敏感であることが一般的に知られている。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５０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、フランジ部３２の側面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、フランジ部３２の側面３３に対する接着層５０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、リッド３０及び基板１０を相対的に押圧したときに、基板１０の主面１１とリッド３０のフランジ部３２との間から押し出された接着層５０が基板１０の主面１１からフランジ部３２の側面３３に這い上がって、側面３３の微小な凹凸の隙間に入り込み易くなるため、投錨効果やファンデルワールス力等が複合的に作用し、フランジ部３２の側面３３と接着層５０との間の界面に作用する接着力を高めることができる。
なお、フランジ部３２の側面３３の表面粗さは、フランジ部３２の側面３３のどの部分においても凹部３１の表面粗さより粗くてもよく、或いはフランジ部３２の側面３３の一部分においてのみ凹部３１の表面粗さより粗くてもよい。また、接着層５０は、基板１０の主面１１からフランジ部３２の側面３３にかけてフランジ部３２の周縁の一部又は全部に形成されていてもよい。また、接合面３４の表面粗さは、凹部３１の表面粗さより粗いのが好ましい。これにより、フランジ部３２の接合面３４から側面３３にかけて接着層５０を塗れ広がりやすくできるため、接着層５０とリッド３０との間の接着力を高めることができる。また、接合面３４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５０の侵入を抑制することができる。接着層５０が凹部３１内部へ侵入すると、例えば、接着層５０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５０は、凹部３１内部へ侵入しない方が好ましい。
また、接合面３４に凹凸形状を形成してもよい。例えば、図１４に示すように、接合面３４に、複数のライン状の凹部３４ａ（又は複数のライン状の凸部３４ｂ）のそれぞれを互いに略平行にかつ等間隔に配置してもよい。この場合、凹部３４ａ（又は凸部３４ｂ）は、リッド長辺に対して斜め方向（例えば約４５度）に傾斜するように形成してもよい。また、凹凸のそれぞれの幅は、図１４に示す例では凸部３４ｂを凹部３４ａよりも幅広に形成しているが、略同じ幅であってもよいし、あるいは、凹部３４ａを凸部３４ｂよりも幅広に形成してもよい。また、凹凸形状の他の一例として、図１５に示すように複数のライン状の凹部３４ａを互いに直交する方向にも配置し、こうして凸部３４ｂを菱形形状に形成してもよい。接合面３４に凹凸形状を形成することによって、接合面３４の表面積が増え、接合強度を向上させることができる。また、凹部３４ａ又は凸部３４ｂがリッド長辺又は短辺に対して斜め方向に傾斜するように形成されることによって、リッド長辺又は短辺におけるリッド側面からの応力に対して接合強度の向上を図ることができる。
次に、図５乃至図７を参照しながら本発明の実施形態２について説明する。
図５乃至図７に示す符号のうち図１乃至図４に示す符号と同一の符号は、同一の部材を示すものとし、その詳細な説明を省略する。図５に示すように、実施形態２に係るフランジ部３２の側面３３は、少なくとも一つの凸部３６を有している点において、実施形態１に係るフランジ部３２とは異なる。フランジ部３２の側面３３は、フランジ部３２の全周にわたって形成された複数の凸部３６を有してもよい。凸部３６を形成する方法として、例えば、プレス機を用いた打ち抜き加工や金属の腐食作用を利用したエッチング処理などを用いることができる。例えば、一枚の母基板から複数の基板片をプレスで打ち抜いて複数のリッド３０を製造する過程において、フランジ部３２の側面３３に作用するせん断応力により、一つ又は複数の凸部３６を側面３３に形成することができる。このような構造を有するリッド３０を準備したならば、図６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５０を主面１１に形成する。
次に、図７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５０が基板１０の主面１１からフランジ部３２の側面３３にかけて少なくとも一つの凸部３６の先端部分を被覆するように促す。一つの凸部３６は、一つの先端部分を有してもよく、或いは複数の先端部分を有してもよい。一つの凸部３６が複数の先端部分を有している場合には、何れか一つの先端部分が接着層５０によって被覆されるようにすればよく、特に、最長の先端部分が接着層５０によって被覆されるようにするのが好ましい。そして、接着層５０に熱を加えることにより、接着層５０を構成する分子間の結合を促進し、接着層５０を硬化状態に移行させる。このようにして、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５０が凸部３６の先端部分が露出しないように凸部３６を被覆することにより、基板１０の主面１１に垂直な方向へのリッド３０の移動を規制する投錨効果が得られ、接着層５０とリッド３０との間の接着力を高めることができる。なお、フランジ部３２の側面３３がその全周にわたって形成された複数の凸部３６を有する場合には、基板１０の主面１１からフランジ部３２の側面３３にかけて複数の凸部３６の何れか一つ以上の凸部３６の先端部分を接着層５０が被覆するように形成してもよい。実施形態２において、接合面３４の表面粗さを凹部３１の表面粗さより粗くしてもよい点、及び接着層５０として低融点ガラス接着剤を用いてもよい点は、実施形態１と同様である。
なお、図８及び図９に示すように、リッド３０の側面３３に形成される凸部３６は、接合面３４に沿って略平行に延在する面３６ａを備え、凸部３６の根本から先端にかけて次第に肉薄となるような断面形状を有してもよい。図８は、リッド３０を基板１０に接合する前の段階におけるリッド３０の断面図を示し、図９は、リッド３０を基板１０に接合した後の段階における圧電振動部品４０の断面図を示す。このような構造によれば、接着層５０は、凸部３６の先端部分を被覆し易くなる。また、図１０乃至図１２に示すように、リッド３０の側面３３に形成される凸部３６をフランジ部３２の上面３５に垂直な方向から見た平面形状は、曲線状、凹凸状、折れ線状でもよい。図１３は、接着層５０が凸部３６の一部を被覆する例を示す。凸部３６の点線は、接着層５０に被覆されている部分を示している。このように、接着層５０は、必ずしも、凸部３６の全ての部分を被覆する必要はなく、凸部３６の一部を被覆してもよい。
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
１８…側面
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
４０…圧電振動部品
５０…接着層

Claims (5)

  1. 圧電振動子を実装する主面を有する基板と、
    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縁から外側に向かって突出するフランジ部を有するリッドと、
    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ように前記基板と前記リッドとを接合する接着層とを備え、
    前記フランジ部の側面は、少なくとも一つの凸部を有しており、
    前記フランジ部は、前記接着層を介して前記主面に接合する接合面を有しており、
    前記少なくとも一つの凸部は、前記フランジ部の接合面から前記フランジ部の上面にかけて次第に肉薄となる断面形状を有し、
    前記接着層は、前記基板の主面から前記フランジ部の側面にかけて前記少なくとも一つの凸部の先端部分を被覆するように形成されている、圧電振動部品。
  2. 請求項１に記載の圧電振動部品であって、
    前記フランジ部の側面は、前記フランジ部の全周にわたって形成された複数の凸部を有しており、
    前記接着層は、前記基板の主面から前記フランジ部の側面にかけて前記複数の凸部の何れか一つ以上の凸部の先端部分を被覆するように形成されている、圧電振動部品。
  3. 請求項１又は２に記載の圧電振動部品であって、
    前記接合面の表面粗さは、前記凹部の表面粗さより粗い、圧電振動部品。
  4. 請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の圧電振動部品であって、
    前記接着層は、低融点ガラス接着剤である、圧電振動部品。
  5. 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縁から外側に向かって突出するフランジ部であって、前記フランジ部の側面は、少なくとも一つの凸部を有する、フランジ部を有するリッドを準備する工程と、
    前記フランジ部の接合面が前記主面に接合すべき位置に合わせて前記主面に接着層を形成する工程と、
    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、前記接着層が前記基板の主面から前記フランジ部の側面にかけて前記少なくとも一つの凸部の先端部分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、
    前記少なくとも一つの凸部は、前記フランジ部の接合面から前記フランジ部の上面にかけて次第に肉薄となる断面形状を有する、圧電振動部品の製造方法。

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