JP6687465B2 - 水晶デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば電子機器等に用いられる水晶デバイスの製造方法に関するものである。

水晶デバイスは、水晶素子の圧電効果を利用して、特定の周波数を発生させるものである。例えば、基板と枠体とで構成されたパッケージと、基板の上面に設けられた電極パッドに導電性接着剤を介して実装された水晶素子と、枠体の上面に接合部材を介して接合され、水晶素子を気密封止するための蓋体と、を備えた水晶振動子が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。接合部材は、ガラスが用いられ、熱を印加することで、蓋体と枠体の上面とを接合することができる。

このような水晶デバイスの製造方法は、パッケージの電極パッドに導電性接着剤を介して水晶素子を実装する水晶素子実装工程と、パッケージに蓋体を接合する蓋体接合工程と、を含んでいる（例えば、下記特許文献２参照）。

特開２００９−１４１２３４号公報 特開２０１６−００６９４６号公報

上述した水晶デバイスの製造方法は、パッケージに蓋体を接合する蓋体接合工程の際に、接合部材が凹部内に入り込み、水晶素子に付着してしまう。水晶素子に接合部材が付着することで、厚みすべり振動が阻害され、水晶素子の発振周波数が変動してしまう虞があった。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、水晶素子の発振周波数の変動を低減することができる水晶デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の水晶デバイスの製造方法は、基板と、基板の外周縁に沿って環状に設けられた枠体と、を有するパッケージの電極パッドに導電性接着剤を介して水晶素子を実装する水晶素子実装工程と、矩形状の蓋部と、蓋部の下面の外周縁に沿って環状に設けられた接合部材と、接合部材の内周縁に沿って接合部材の角部に設けられるとともにパッケージの凹部の一部が接合部材の内周縁の角部からさらに前記接合部材の外周縁に向かう側へえぐられるように入り込んだ前記内周縁にのみ接続する窪みでありかつ接合部材１３２の上面から下面にかけて上下方向に貫通している貫通部と、を有する蓋体を準備する蓋体準備工程と、蓋体と枠体とを接合する蓋体接合工程と、を含んでいることを特徴とするものである。

本発明の水晶デバイスの製造方法は、基板と、基板の外周縁に沿って環状に設けられた枠体と、を有するパッケージの電極パッドに導電性接着剤を介して水晶素子を実装する水晶素子実装工程と、矩形状の蓋部と、蓋部の下面の外周縁に沿って環状に設けられた接合部材と、接合部材の内周縁に沿って接合部材の角部に設けられるとともにパッケージの凹部の一部が接合部材の内周縁の角部からさらに前記接合部材の外周縁に向かう側へえぐられるように入り込んだ前記内周縁にのみ接続する窪みでありかつ接合部材１３２の上面から下面にかけて上下方向に貫通している貫通部と、を有する蓋体を準備する蓋体準備工程と、蓋体と枠体とを接合する蓋体接合工程と、を含んでいる。このように蓋体に貫通部を設けることにより、接合部材が枠体上から溢れ出し、凹部内に接合部材が入り込むことを抑えることができ、水晶素子に接合部材が付着してしまうことを低減することが可能となる。よって、このような水晶デバイスの製造方法は、水晶素子の発振周波数が変動することを低減することができる。

本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法で製造された水晶デバイスを示す分解斜視図である。 図１に示された水晶デバイスのＡ−Ａにおける断面図である。 （ａ）本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法で用いられるパッケージの上面図であり、（ｂ）本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法で用いられるパッケージの下面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の水晶素子実装工程を示す断面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の蓋体載置工程を示す断面図であり、（ｃ）は、本発明の実施形態に係る水晶デバイスの製造方法の蓋体接合工程を示す断面図である。 本実施形態に係る水晶デバイスの製造方法で用いられる蓋体を下面から見た斜視図である。 本実施形態の変形例に係る水晶デバイスの製造方法で用いられる蓋体を下面から見た斜視図である。

（水晶デバイス）
本実施形態における水晶デバイスは、図１〜図３に示されているように、パッケージ１１０と、パッケージ１１０の上面に接合された水晶素子１２０と、パッケージ１１０の上面に接合された蓋体１３０とを含んでいる。パッケージ１１０には、基板１１０ａの上面と枠体１１０ｂの内側面によって囲まれた凹部Ｋが形成されている。このような水晶デバイスは、電子機器等で使用する基準信号を出力するのに用いられる。

基板１１０ａは、矩形状であり、上面で実装された水晶素子１２０を実装するための実装部材として機能するものである。基板１１０ａの上面には、水晶素子１２０を接合するための一対の電極パッド１１１が設けられている。基板１１０ａは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなる。基板１１０ａは、絶縁層を一層用いたものであっても、絶縁層を複数層積層したものであってもよい。基板１１０ａの表面及び内部には、上面に設けられた電極パッド１１１と、基板１１０ａの下面に設けられた外部端子１１２とを電気的に接続するための配線パターン１１３及びビア導体１１４が設けられている。

枠体１１０ｂは、基板１１０ａの上面に配置され、基板１１０ａの上面に凹部Ｋを形成するためのものである。枠体１１０ｂは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料からなり、基板１１０ａと一体的に形成されている。

ここでパッケージ１１０を平面視したときの一辺の寸法が、１．０〜３．０ｍｍであり、パッケージ１１０の上下方向の寸法が、０．２〜１．５ｍｍである場合を例にして、凹部Ｋの大きさを説明する。凹部Ｋの長辺の長さは、０．７〜２．０．ｍｍであり、短辺の長さは、０．５〜１．５ｍｍとなっている。また、凹部Ｋの上下方向の長さは、０．１〜０．５ｍｍとなっている。

また、基板１１０ａの下面の四隅には、外部端子１１２が設けられている。外部端子１１２の内の二つの端子は、基板１１０ａの上面に設けられた電極パッド１１１と電気的に接続されている。また、電極パッド１１１と電気的に接続されている外部端子１１２は、基板１１０ａの下面の対角に位置するように設けられている。

電極パッド１１１は、水晶素子１２０を実装するためのものである。電極パッド１１１は、基板１１０ａの上面に一対で設けられており、基板１１０ａの一辺に沿うように隣接して設けられている。電極パッド１１１は、第一電極パッド１１１ａと第二電極パッド１１１ｂとによって構成されている。電極パッド１１１は、基板１１０ａに設けられた配線パターン１１３及びビア導体１１４を介して、基板１１０ａの下面に設けられた外部端子１１２と電気的に接続されている。

外部端子１１２は、電気機器等の外部の実装基板上の実装パッド（図示せず）と接合するために用いられている。外部端子１１２は、基板１１０ａの下面の四隅に設けられている。外部端子１１２の少なくとも一つは、ビア導体１１４を介して、封止用導体パターン１１７と電気的に接続されている。また、外部端子１１２の少なくとも一つは、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッドと接続されている。これにより、封止用導体パターン１１７に接合された蓋体１３０がグランド電位となっている第三外部端子１１２ｃに接続される。よって、蓋体１３０による凹部Ｋ内のシールド性が向上する。

配線パターン１１３は、電極パッド１１１と、ビア導体１１４とを電気的に接続するためのものである。配線パターン１１３の一端は、電極パッド１１１と電気的に接続されており、配線パターン１１３の他端は、ビア導体１１４と電気的に接続されている。配線パターン１１３は、第一配線パターン１１３ａ及び第二配線パターン１１３ｂによって構成されている。

また、配線パターン１１３は、平面視して、枠体１１０ｂと重なるようにして設けられている。このようにすることによって、水晶デバイスは、配線パターン１１３と水晶素子１２０との間で浮遊容量が発生することを抑えるので、水晶素子１２０にこの浮遊容量が付与されることがないため、発振周波数が変動してしまうことを抑えることができる。また、水晶デバイスに外力が加わり、枠体１１０ｂの長辺方向に曲げモーメントが発生しても、基板１１０ａに加えて枠体１１０ｂが設けられていることにより、枠体１１０ｂが設けられている箇所は、変形しにくくなる。よって、枠体１１０ｂと平面視して重なる位置に設けられた配線パターン１１３は、断線しにくくなり、発振周波数が出力されなくなることを抑制することができる。

また、第一配線パターン１１３ａは、第一電極パッド１１１ａ及び第一ビア導体１１４ａと電気的に接続されている。第一配線パターン１１３ａは、第一電極パッド１１１ａから近接された枠体１１０ｂの長辺方向に向かって延出されており、第一配線パターン１１３ａの一部が露出されている。第二配線パターン１１３ｂは、第二電極パッド１１１ｂ及び第二ビア導体１１４ｂと電気的に接続されている。第二配線パターン１１３ｂは、第二電極パッド１１１ｂから近接された枠体１１０ｂの長辺方向に向かって延出されており、第二配線パターン１１３ｂの一部が露出されている。

このように、配線パターン１１３の一部が、電極パッド１１１から枠体１１０ｂの長辺方向に向かって延出し、凹部Ｋで露出するようにして設けられていることにより、水晶素子１２０を実装した際に、導電性接着剤１４０が仮に電極パッド１１１上から溢れ出たとしても、導電性接着剤１４０と濡れ性の良い配線パターン１１３上に沿って流れ出てくれるため、パッケージ１１０の中心方向に流れ出ることがなく導電性接着剤１４０が励振用電極１２２に付着してしまうことを抑えることができる。

また、露出された配線パターン１１３の一部が、基板１１０ａの中心点Ｐを通り基板１１０ａの長辺と平行な直線Ｌに対して、線対称となるように設けられている。このように露出された第一配線パターン１１３ａと露出された第二配線パターン１１３ｂとが、基板１１０ａの中心点Ｐを通り基板１１０ａの長辺と平行な直線Ｌに対して、線対称となる位置に設けられていることにより、水晶素子１２０を実装する際に導電性接着剤１４０が仮に電極パッド１１１上から溢れ出たとしても、溢れ出た導電性接着剤１４０の量が均等になり易く、水晶素子１２０が傾いてしまうことを抑えることができる。

また、電極パッド１１１の上下方向の厚みは、配線パターン１１３の上下方向の厚みよりも厚くなるように設けられている。このようにすることによって、電極パッド１１１と配線パターン１１３の境界に段差が設けられ、段差における導電性接着剤１４０の界面の曲率半径が小さくなり、界面自由エネルギーが大きくなるため、電極パッド１１１上に塗布された導電性接着剤１４０が、段差を乗り越えて配線パターン１１３上に漏れ拡がりにくくなる。よって、導電性接着剤１４０を介して、安定して水晶素子１２０を電極パッド１１１に実装することができるので、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することができる。

ビア導体１１４は、外部端子１１２と、配線パターン１１３又は封止用導体パターン１１７とを電気的に接続するためのものである。ビア導体１１４の両端は、外部端子１１２と、配線パターン１１３又は封止用導体パターン１１７と接続されている。このようにすることで、外部端子１１２は、ビア導体１１４を介して、配線パターン１１３又は封止用導体パターン１１７と電気的に接続されている。

ここでパッケージ１１０を平面視したときの一辺の寸法が、１．０〜３．０ｍｍであり、パッケージ１１０の上下方向の寸法が、０．７〜１．５ｍｍである場合を例にして、電極パッド１１１の大きさを説明する。電極パッド１１１の辺の長さは、２５０〜４００μｍとなる。電極パッド１１１の上下方向の厚みの長さは、１０〜５０μｍとなる。

また、電極パッド１１１の算術平均表面粗さは、０．０２〜０．１０μｍであり、基板１１０ａ表面の算術平均表面粗さは、０．５〜１．５μｍである。よって、導電性接着剤１４０は、電極パッド１１１から基板１１０ａ上に向かって広がりにくくなる。

封止用導体パターン１１７は、蓋体１３０と接合部材１３２を介して接合する際に、接合部材１３２の濡れ性をよくする役割を果たしている。封止用導体パターン１１７は、例えばタングステン又はモリブデン等から成る導体パターンの表面にニッケルメッキ及び金メッキを順次、枠体１１０ｂの上面を環状に囲む形態で施すことによって、例えば１０〜２５μｍの厚みに形成されている。

導電性接着剤１４０は、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケル又はニッケル鉄のうちのいずれか、或いはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。また、バインダーとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用いられる。

導電性接着剤１４０は、水晶素子１２０の励振用電極１２２と間をあけて配置されている。水晶デバイスは、導電性接着剤１４０と励振用電極１２２とが間を空けて配置されていることにより、導電性接着剤１４０が励振用電極１２２に付着することで生じる短絡を低減することができる。

また、導電性接着剤１４０の粘度が、３５〜４５Ｐａ・ｓのものを使用することによって、塗布した際に、導電性接着剤１４０は、電極パッド１１１上から基板１１０ａ上面に流れ出ることなく、電極パッド１１１上に留まるので、導電性接着剤１４０の上下方向の厚みも確保することができる。導電性接着剤１４０の上下方向の厚みの長さは、１０〜２５μｍである。このように導電性接着剤１４０の厚みを確保できることによって、水晶素子１２０の基板１１０ａへの接触を抑制し、落下等により加わった衝撃が水晶素子１２０に対して導電性接着剤１４０を中心にして上下方向へ加わったとしても、その衝撃を導電性接着剤１４０で十分に吸収緩和することができる。

ここで、パッケージ１１０の作製方法について説明する。基板１１０ａ及び枠体１１０ｂがアルミナセラミックスから成る場合、まず所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面或いはセラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷等によって所定の導体ペーストを塗布する。さらに、これらのグリーンシートを積層してプレス成形したものを、高温で焼成する。最後に、導体パターンの所定部位、具体的には、一対の電極パッド１１１又は外部端子１１２となる部位にニッケルメッキ又は金メッキ等を施すことにより作製される。また、導体ペーストは、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀又は銀パラジウム等の金属粉末の焼結体等から構成されている。

水晶素子１２０は、図１及び図２に示されているように、導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１上に接合されている。水晶素子１２０は、安定した機械振動と圧電効果により、電子装置等の基準信号を発振する役割を果たしている。

水晶素子１２０は、図１及び図２に示されているように、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに励振用電極１２２及び引き出し電極１２３を被着させた構造を有している。励振用電極１２２は、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに金属を所定のパターンで被着・形成したものである。励振用電極１２２は、上面に第一励振用電極１２２ａと、下面に第二励振用電極１２２ｂを備えている。引き出し電極１２３は、励振用電極１２２から水晶素板１２１の一辺に向かってそれぞれ延出されている。引き出し電極１２３は、上面に第一引き出し電極１２３ａと、下面に第二引き出し電極１２３ｂとを備えている。第一引き出し電極１２３ａは、第一励振用電極１２２ａから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。第二引き出し電極１２３ｂは、第二励振用電極１２２ｂから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。つまり、引き出し電極１２３は、水晶素板１２１の長辺または短辺に沿った形状で設けられている。また、本実施形態においては、第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂと接続されている水晶素子１２０の一端を基板１１０ａの上面と接続した固定端とし、他端を基板１１０ａの上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造にて水晶素子１２０が基板１１０ａ上に固定されている。

また、水晶デバイスは、水晶素子１２０の励振用電極１２２の表面を例えばイオンガンにより削ることにより、水晶素子１２０の発振周波数の調整を行っている。また、従来の水晶デバイスでは、基板の上面に設けられた配線パターンが水晶素子の励振用電極の近傍でも露出しているため、イオンガンにより励振用電極を削る際に、配線パターンを削ってしまうことがある。また、従来の水晶デバイスは、この配線パターンの削り屑が、水晶素子の励振用電極に付着し、発振周波数が変動してしまうこと虞がある。しかし、本実施形態の水晶デバイスでは、図３に示すように、配線パターン１１３が水晶素子１２０の励振用電極１２２の近傍では凹部Ｋに露出しておらず、平面視して、枠体１１０ｂと重なる位置に設けられているため、イオンガンにより励振用電極１２２を削る際に、配線パターン１１３を削ってしまうことを防ぐことができる。また、このような水晶デバイスは、配線パターン１１３の削り屑が発生しないため、水晶素子１２０の励振用電極１２２に削り屑が付着することがなく、安定して発振周波数を出力することが可能となる。

ここで、水晶素子１２０の動作について説明する。水晶素子１２０は、外部からの交番電圧が引き出し電極１２３から励振用電極１２２を介して水晶素板１２１に印加されると、水晶素板１２１が所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。

ここで、水晶素子１２０の製造方法について説明する。まず、水晶素子１２０は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し、水晶素板１２１の外周の厚みを薄くし、水晶素板１２１の外周部と比べて水晶素板１２１の中央部が厚くなるように設けるベベル加工を行う。そして、水晶素子１２０は、水晶素板１２１の両主面にフォトリソグラフィー技術、蒸着技術又はスパッタリング技術によって、金属膜を被着させることにより、励振用電極１２２及び引き出し電極１２３を形成することにより製造される。

また、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、このような水晶素子１２０を形成する製造方法について説明する。まず、互いに直交しているＸ軸とＹ軸とＺ軸とからなる結晶軸を有した水晶ウエハを用意する。このとき、水晶ウエハの主面が、Ｘ軸およびＺ軸に平行となっている面を、Ｘ軸を中心に、Ｘ軸の負の方向を見て反時計回りに回転させた面、例えば、約３７°回転させた面と平行となっている。次に、水晶ウエハの両主面に金属膜をスパッタリング技術または蒸着技術を用いて形成し、この金属膜上に感光性レジストを塗布し、所定のパターンに露光、現像し、所定の部分のみ水晶ウエハが露出するようにする。このように所定の部分のみ露出している水晶ウエハを所定のエッチング溶液に浸漬させ、水晶ウエハをエッチングする。これにより、複数の水晶素子１２０がその一部が接続された状態で水晶ウエハ内に形成される。

水晶素子１２０の基板１１０ａへの接合方法について説明する。まず、導電性接着剤１４０は、例えばディスペンサによって、電極パッド１１１上に拡がるようにして塗布される。水晶素子１２０は、導電性接着剤１４０上に搬送される。さらに、水晶素子１２０は、水晶素子１２０の固定端側の外周縁にある引き出し電極１２３が、平面視して、導電性接着剤１４０の中心付近と重なるようにして導電性接着剤１４０上に載置される。そして導電性接着剤１４０は、加熱硬化させることによって、硬化収縮される。

蓋体１３０は、矩形状であり、真空状態にある凹部Ｋ、あるいは窒素ガスなどが充填された凹部Ｋを気密的に封止するためのものである。具体的には、蓋体１３０は、所定雰囲気で、枠体１１０ｂの上面に載置される。蓋体１３０は、矩形状の蓋部１３１と、蓋部１３１の下面の外周縁に沿って環状に設けられた接合部材１３２によって構成されている。蓋部１３１の下面に設けられた接合部材１３２に熱が印加されることで、溶融接合される。また、蓋部１３１は、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金及びセラミックスから構成されている。

接合部材１３２は、蓋体１３０の下面の外周縁に沿って環状に設けられている。接合部材１３２の内周縁に沿って、貫通部１３３が設けられている。また、接合部材１３２は、パッケージ１１０に接合されることで、枠体１１０ｂ上面から蓋体１３０の下面の外周縁に沿って設けられる。貫通部１３３は、図４および図５に示すように、接合部材１３２の内周縁に沿った四つの角部に平面視して矩形状となるように設けられるとともにパッケージ１１０の凹部Ｋの一部が接合部材１３２の内周縁の角部からさらに前記接合部材の外周縁に向かう側へえぐられるように入り込んだ前記内周縁にのみ接続する窪みになっている。また、貫通部１３３は、接合部材１３２の上下方向（厚み方向）に貫通しており、後述する水晶デバイスの製造方法の蓋体準備工程において、蓋部１３１の下面の外周縁に沿って環状に印刷された接合部材１３２に対して接合部材１３２の上面から下面にかけて貫通した状態で設けられる。

（水晶デバイスの製造方法）
次に本発明の実施形態に係る水晶デバイスの製造方法について、図４及び図５用いて説明する。水晶デバイスの製造方法は、基板１１０ａと、基板１１０ａの外周縁に沿って環状に設けられた枠体１１０ｂと、を有するパッケージ１１０の電極パッド１１１に導電性接着剤１４０を介して水晶素子１２０を実装する水晶素子実装工程と、蓋部１３１と、蓋部１３１の下面の外周縁に沿って環状に設けられた接合部材１３２と、接合部材１３２の内周縁に沿って設けられた貫通部１３３と、を有する蓋体１３０を準備する蓋体準備工程と、蓋体１３０とパッケージ１１０とを接合する蓋体接合工程と、を含んでいる。

（水晶素子実装工程）
水晶素子実装工程は、図４（ａ）に示すように、電極パッド１１１に導電性接着剤１４０を介して水晶素子１２０を実装する工程である。最初に、基板１１０ａと、基板１１０ａの外周縁に沿って環状に設けられた枠体１１０ｂと、を有するパッケージ１１０の基板１１０ａの上面に設けられた電極パッド１１１に導電性接着剤１４０を塗布する。

パッケージ１１０の凹部Ｋ内の電極パッド１１１の位置をカメラにより撮影し、画像データを塗布装置の記憶部に記憶する。電極パッド１１１は、塗布装置の認識手段によって撮影すると、パッケージ１１０と電極パッド１１１とは、同一の素材により設けられていないため、電極パッド１１１の位置を判別することができる。この電極パッド１１１の位置に合わせてノズルを移動させ、導電性接着剤１４０を塗布する。また、ノズルは、圧力をかけることによって導電性接着剤１４０を噴出させ、導電性接着剤１４０を塗布することができる。

導電性接着剤１４０としては、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、のうちのいずれかまたはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。この導電性粉末の粒径によって、塗布ノズルの内径は適宜対応する。

次に、電極パッド１１１に塗布された導電性接着剤１４０の位置を認識手段のカメラにより撮影し、その画像データを記憶部に記憶する。導電性接着剤１４０は、塗布装置の認識手段によって撮影すると、導電性接着剤１４０と電極パッド１１１とは、同一の素材により設けられていないため、導電性接着剤１４０の位置を判別することができる。このように撮影することで、画像より、導電性接着剤１４０の塗布径を測定する。また、パッケージ１１０の一辺の長さが１．０〜４．０ｍｍの場合には、導電性接着剤１４０の塗布径は、例えば１５０〜４００μｍとなっている。

次に、塗布した導電性接着剤１４０の位置に合わせて、水晶素子１２０を吸着したノズル（図示せず）を移動させ、電極パッド１１１に塗布された導電性接着剤１４０の外周縁が、水晶素子１２０の引き出し電極１２３に位置するようにして、導電性接着剤１４０上に水晶素子１２０を載置する。水晶素子１２０の引き出し電極１２３とパッケージ１１０の電極パッド１１１上に塗布された導電性接着剤１４０とを相対するようにして、水晶素子１２０を導電性接着剤１４０上に載置する。次に、大気雰囲気中または窒素雰囲気中の硬化アニール炉の内部空間にパッケージ１１０を収容した状態で、導電性接着剤１４０を加熱硬化させ、電極パッド１１１と水晶素子１２０とを導通固着する。

硬化アニール炉（図示せず）は、炉本体と、加熱部と、供給部、制御部によって構成されている。炉本体は、内部空間を有し、パッケージ１１０を格納する役割を果たす。加熱部は、内部空間を所定の温度に加熱する役割を果たす。加熱部は、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ等が用いられている。供給部は、内部空間にガスを供給する役割を果たす。ガスは、例えば窒素等が用いられている。制御部は、炉本体の内部空間の温度や酸素濃度、加熱部の昇温速度、供給部のガスの供給量の制御を行うものである。

（蓋体準備工程）
蓋体準備工程は、図４及び図５に示すように、蓋部１３１と、蓋部１３１の下面の外周縁に沿って環状に設けられた接合部材１３２と、接合部材１３２の内周縁に沿って設けられた貫通部１３３と、を有する蓋体１３０を準備する工程である。

蓋体１３０は、図５に示すように、矩形状の蓋部１３１と、蓋部１３１の下面の外周縁に沿って環状に設けられた接合部材１３２と、接合部材１３２の内周縁に沿って設けられた貫通部１３３によって構成されている。蓋部１３１は、平面視して矩形状であり、金属又はセラミックスにより形成されている。また、蓋部１３１が、セラミックスにより形成されていることにより、パッケージ１１０がセラミックスより形成されている場合には、パッケージ１１０の熱膨張係数と近似させることができるため、熱が印加されることにより生じる応力が接合部材１３２にかかることを低減することができる。接合部材１３２は、蓋部１３１の下面の外周縁に沿って環状に設けられている。また、貫通部１３３は、接合部材１３２の内周縁に沿って、接合部材１３２の厚み方向に沿って複数設けられている。

接合部材１３２は、３００℃〜４００℃で溶融するガラスである例えばバナジウムを含有した低融点ガラス又は酸化鉛系フリットガラスから構成されている。ガラスは、バインダーと溶剤とが加えられたペースト状であり、溶融された後固化されることで他の部材と接合する。接合部材１３２は、例えば、ガラスフリットペーストがスクリーン印刷法で塗布され乾燥することで設けられる。この酸化鉛系ガラスの組成は、酸化鉛、フッ化鉛、二酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ビスマス、酸化ホウ素、酸化亜鉛、酸化第二鉄、酸化銅及び酸化カルシウムとから構成されている。

また、接合部材１３２は、蓋部１３１の下面に印刷する際に、蓋部１３１の四隅に接合部材１３２が重なるようにして環状に印刷される。よって、四隅に設けられた接合部材１３２の上下方向の厚みは、接合部材１３２が設けられている他の箇所の上下方向の厚みよりも厚くなるように設けられている。また、接合部材１３２を溶融させた際に、溢れ出た接合部材１３２が封止用導体パターン１１７に沿って流れ出るため、四隅に溜まってしまう。よって、接合部材１３２の内周縁に沿った四つの角部に、平面視して矩形状となる貫通部１３３が設けられるようにすることで、四隅に設けられた接合部材１３２の体積を調整することができるので、接合部材１３２を溶融させた際に、仮に接合部材１３２が封止用導体パターン１１７に沿って四隅に向かって流れ出たとしても、凹部Ｋ内に接合部材１３２が流れ込んでしまうことを抑えることができる。

また、蓋体１３０は、図６に示すように、接合部材１３２の貫通部１３３が円弧状であるようにしても構わない。このような蓋体１３０をパッケージ１１０の封止用導体パターン１１７の上面に載置する際に、接合部材１３２に接触による力が仮に加わったとしても、接合部材１３２の貫通部１３３が円弧状であることによって、加わった力を分散させ、接合部材１３２が欠けてしまうことを低減することができる。このように、貫通部１３３は、接合部材１３２の角部に設けられるとともにパッケージ１１０の凹部Ｋの一部が接合部材１３２の内周縁の角部からさらに前記接合部材の外周縁に向かう側へえぐられるように入り込んだ前記内周縁にのみ接続する窪みでありかつ接合部材１３２の上下方向（平面視に対し垂直な方向）に貫通しており、接合部材１３２の上面から下面にかけて貫通している。

（蓋体接合工程）
蓋体接合工程は、図４（ｃ）に示すように、接合部材１３２を溶融させることで、蓋体１３０とパッケージ１１０とを接合する工程である。まず、蓋体１３０の下面に設けられた接合部材１３２と、封止用導体パターン１１７を接触させて蓋体１３０をパッケージ１１０上に載置する工程である。つまり、蓋体１３０の下面に設けられた接合部材１３２の下面と封止用導体パターン１１７の上面とを接触させるようにして、蓋体１３０をパッケージ１１０の封止用導体パターン１１７上に載置する。

このように、蓋体１３０の下面に設けられた接合部材１３２の下面と、封止用導体パターン１１７の上面とを接触させるようにして、蓋体１３０をパッケージ１１０に載置することで、後述する蓋体接合工程の際に、接合部材１３２の下面と封止用導体パターン１１７の上面との間に隙間が形成された状態で、接合部材１３２が溶融されるため、接合部材１３２を溶融する際に発生したガスが、その隙間より外部に排出されやすくなるため、接合部材１３２内に留まることを抑えることができる。また、発生したガスが接合部材１３２内に留まることを抑えるため、固化された接合部材１３２にボイドが形成されることを抑えることが可能となる。

蓋体１３０は、窒素ガス雰囲気中や真空雰囲気中で、パッケージ１１０の枠体１１０ｂの封止用導体パターン１１７上に載置される。封止用導体パターン１１７と蓋体１３０とを接合部材１３２を介して接合されるように、接合部材１３２を加熱溶融することにより、蓋体１３０とパッケージ１１０とを接合するようにしても構わない。その際に、加熱手段としては、キセノンランプやハロゲンランプ等が用いられる。

また、蓋体接合工程では、蓋体１３０が、接合部材１３２を介して、封止用導体パターン１１７と接合されている。このようにすることによって、接合部材１３２と封止用導体パターン１１７と接合されることで、蓋体１３０が剥がれてしまうことを抑えることができ、凹部Ｋ内の気密封止性を維持することができるため、水晶デバイスの生産性を向上させることができる。

本実施形態の水晶デバイスの製造方法は、基板１１０ａと、基板１１０ａの外周縁に沿って環状に設けられた枠体１１０ｂと、を有するパッケージ１１０の電極パッド１１１に導電性接着剤１４０を介して水晶素子１２０を実装する水晶素子実装工程と、蓋部１３１と、蓋部１３１の下面の外周縁に沿って環状に設けられた接合部材１３２と、接合部材１３２の内周縁に沿って設けられた貫通部１３３と、を有する蓋体１３０を準備する蓋体準備工程と、蓋体１３０と枠体１１０ｂとを接合する蓋体接合工程と、を含んでいる。このように蓋体１３０に貫通部１３３を設けることにより、接合部材１３２が枠体１１０ｂ上から溢れ出し、凹部Ｋ内に接合部材１３２が入り込むことを抑えることができ、水晶素子１２０に接合部材１３２が付着してしまうことを低減することが可能となる。よって、このような水晶デバイスの製造方法は、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することができる。

本実施形態の水晶デバイスの製造方法は、蓋体準備工程で、貫通部１３３が、接合部材１３２の角部に設けられている。四隅に設けられた接合部材１３２の上下方向の厚みは、接合部材１３２が設けられている他の箇所の上下方向の厚みよりも厚くなるように設けられているが、接合部材１３２の内周縁に沿った角部に貫通部１３３が設けられるため、四隅に設けられた接合部材１３２の体積を調整することができるので、接合部材１３２を溶融させた際に、仮に接合部材１３２が封止用導体パターン１１７に沿って四隅に向かって流れ出たとしても、凹部Ｋ内に接合部材１３２が流れ込んでしまうことをさらに抑えることができる。

本実施形態の水晶デバイスの製造方法は、蓋体準備工程で、蓋部１３１がセラミック材料より構成されていることにより、パッケージ１１０がセラミックスより形成されている場合には、パッケージ１１０の熱膨張係数と近似させることができるため、熱が印加されることにより生じる応力が接合部材１３２にかかることを低減することができる。よって、蓋体１３０がパッケージ１１０から剥がれてしまうことを抑えることができる。

また、本実施形態の変形例に係る水晶デバイスの製造方法は、図６に示すように、貫通部１３３が、平面視した際に、円弧状となるようにしても構わない。このように、蓋体準備工程において、蓋体１３０を下面から平面視した際に、貫通部１３３が円弧状であることにより、蓋体１３０をパッケージ１１０の枠体１１０ｂ上に載置する際に、貫通部１３３の四隅に応力が加わったとしても、その応力が接合部材１３２における貫通部１３３の内側面に均一に加わり応力集中しにくいため、接合部材１３２に欠けが生じることを抑えると共に、接合部材１３２が蓋部１３１から剥がれることで、蓋体１３０とパッケージ１１０との接合不良となってしまうことを低減することができる。

尚、本発明は前記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。水晶素子１２０は、ＡＴ用水晶素子を用いた場合を説したが、基部と、基部の側面より同一の方向に延びる二本の平板形状の振動腕部とを有する音叉型屈曲水晶素子を用いても構わない。水晶素子は、水晶片と、その水晶片の表面に設けられた励振電極と、引き出し用電極と、周波数調整用金属膜とにより構成されている。水晶片は、水晶基部と水晶振動部とからなり、水晶振動部が第一水晶振動部及び第二水晶振動部とから成る。水晶基部は、結晶の軸方向として電気軸がＸ軸、機械軸がＹ軸、及び光軸がＺ軸となる直交座標系としたとき、Ｘ軸回りに−５°〜＋５°の範囲内で回転させたＺ′軸の方向が厚み方向となる平面視略四角形の平板である。第一水晶振動部及び第二水晶振動部は、水晶基部の一辺からＹ′軸の方向に平行に延設されている。このような水晶片は、水晶基部と各水晶振動部とが一体となって音叉形状を成しており、フォトリソグラフィー技術と化学エッチング技術により製造される。

１１０ａ・・・基板
１１０ｂ・・・枠体
１１０・・・パッケージ
１１１・・・電極パッド
１１２・・・外部端子
１１３・・・配線パターン
１１４・・・ビア導体
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・引き出し電極
１３０・・・蓋体
１３１・・・蓋部
１３２・・・接合部材
１３３・・・貫通部
１４０・・・導電性接着剤
Ｋ・・・凹部

Claims (5)

1. 基板と、前記基板の外周縁に沿って環状に設けられた枠体と、を有するパッケージの電極パッドに導電性接着剤を介して水晶素子を実装する水晶素子実装工程と、
   矩形状の蓋部と、前記蓋部の下面の外周縁に沿って環状に設けられた接合部材と、前記接合部材の内周縁に沿って前記接合部材の角部に設けられるとともに前記パッケージの凹部の一部が前記接合部材の前記内周縁の前記角部からさらに前記接合部材の外周縁に向かう側へえぐられるように入り込んだ前記内周縁にのみ接続する窪みでありかつ前記接合部材の上面から下面にかけて上下方向に貫通している貫通部と、を有する蓋体を準備する蓋体準備工程と、
   前記蓋体と前記枠体とを接合する蓋体接合工程と、を含んでいることを特徴とする水晶デバイスの製造方法。
2. 前記水晶デバイスの製造方法であって、
   前記蓋部の四隅に設けられた前記接合部材の上下方向の厚みは前記接合部材が設けられている他の箇所の上下方向の厚みよりも厚くなるようにする前記蓋体準備工程を特徴とする請求項１記載の水晶デバイスの製造方法。
3. 前記水晶デバイスの製造方法であって、
   前記蓋体準備工程における前記蓋部がセラミック材料より構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水晶デバイスの製造方法。
4. 前記水晶デバイスの製造方法であって、
   前記蓋体準備工程における前記蓋体を、下面から平面視した際に、前記貫通部が円弧状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水晶デバイスの製造方法。
5. 前記水晶デバイスの製造方法であって、
   前記蓋体の下面に設けられた前記接合部材の下面と前記枠体の上面に設けられた封止用導体パターンの上面とを接触するようにして接合する前記蓋体接合工程を特徴とする請求項１または請求項２に記載の水晶デバイスの製造方法
   

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