JPH05199056A

JPH05199056A - 圧電振動子の製造方法

Info

Publication number: JPH05199056A
Application number: JP2583092A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kizaki; 茂木崎
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1992-01-17
Filing date: 1992-01-17
Publication date: 1993-08-06

Abstract

(57)【要約】【構成】支持部材１４と蓋１５とを接触させ、しかる
後に真空中、あるいは不活性ガス中にて直流電圧を両者
に印加し、陽極接合を行うことにより、支持部材と蓋と
を気密封止する。【効果】接合材を溶融させること無く支持部材と蓋と
の接合が可能なため、ガス発生がなく、経時変化の少な
い高安定な圧電振動子が得られる。さらに、圧電振動子
容器の小型化、薄型化が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水晶振動子などの圧電
振動子を真空中あるいは不活性ガス中にて封止する気密
容器の封止方法と、圧電振動子片と支持部材との支持固
定方法とに関するものであり、とくに表面実装に適する
高安定、高品質な薄型の圧電振動子の製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧電振動子の製造方法を、図３の
断面図を用いて説明する。以下の説明においては、圧電
振動子として、水晶振動子を例に説明する。

【０００３】セラミックスからなる第１の支持部材１１
上に導体膜１９を形成し、その後第２の支持部材１３を
接合して一体のセラミックス基板からなる支持部材１４
を得る。

【０００４】圧電振動子片１７は、第１の支持部材１１
に形成した導体膜１９上に、導電性接着剤２１を用いて
支持固定する。

【０００５】しかる後にガラスや、セラミックスなどか
らなる蓋１５を、真空中もしくは不活性ガス中にて、ハ
ンダや低融点ガラスなどからなるの接合材３３を用い
て、温度２００〜２８０℃に加熱し、支持部材１４と蓋
１５とを接合して気密封止を行っている。

【０００６】図３を用いた気密封止方法では、支持部材
１４と蓋１５とを、たとえば接合材３３にハンダを用い
て気密封止するときは、支持部材１４と蓋１５とにハン
ダとの濡れ性が良い材料からなる被接合層３１を形成す
る。さらに接合材３３を、支持部材１４と蓋１５との両
方、もしくはいずれか一方の被接合層３１上に形成して
おく。このハンダからなる接合材３３の形成方法として
は、湿式、あるいは乾式めっき法や、デイッピング法が
用いられる。

【０００７】その後に真空中にて、ハンダを溶融して、
支持部材１４と蓋１５とを気密封止するものである。

【０００８】一方、支持部材１４に収納する圧電振動子
片１７は、銀を混合した有機系の導電性接着剤２１を用
いて、導体膜１９に電気的接続と支持固定とを兼ねて接
着している。このとき、導電性接着剤２１は、前述の気
密封止処理時の加熱温度である２００〜２８０℃に耐え
ねばならない。

【０００９】そこで、導電性接着剤２１は、耐熱性が高
いポリイミド系の接着剤を用いている。このポリイミド
系の導電接着剤は、３００℃以上の耐熱性を備えいる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】近年、水晶振動子を用
いる電子製品、たとえば携帯電話などの通信機器におい
ては、水晶振動子に対し小型化、低消電化、表面実装型
化のみならず高安定化、つまり振動周波数の経時変化特
性は、１年間に１ｐｐｍ以下のレベルが求められてい
る。しかし、従来の製造方法においては、この要求を満
足するには、下記の点で問題を有している。

【００１１】図３を用いて説明した従来の製造方法で
は、前述のように、支持部材１４と蓋１５との接合を、
接合材３３を用いて行っている。このため、気密封止の
接合材３３として、ハンダや低融点ガラスを用いると、
気密封止工程において、接合材３３自身からの放出ガス
が気密容器内に閉じ込められる。このため接合材３３か
らの放出ガスにより水晶振動子特性を劣化させる。

【００１２】この接合材３３からの放出ガスの原因は、
ハンダを湿式めっきで製造する際、有機物が接合材３３
に混入し、低融点ガラスではバインダに有機物が使用さ
れているためである。

【００１３】図３に示す製造方法では、真空中や不活性
ガス中で気密封止しても、上記のように接合材３３から
の放出ガスにより、圧電振動子片１７に有機物が付着す
る。このため振動周波数の経時変化は、要求仕様である
１年間に１ｐｐｍ以下の特性は実現できず、現状では１
年間に５〜１０ｐｐｍ程度の経時変化特性となってい
る。

【００１４】さらに特性劣化は、上述の振動周波数の経
時変化だけではない。たとえば真空中にて測定する水晶
振動子特性の直列等価抵抗が２０Ωの音叉型水晶振動子
を、上記の製造方法で接合材３３としてハンダを用いて
気密封止した場合、直列等価抵抗は５０Ωとなる。

【００１５】この直列等価抵抗値の変化は、接合材３３
からの放出ガスが、気密容器内の真空度を劣化させるた
めで、直列等価抵抗が真空度に大きく依存する音叉型水
晶振動子では、安定した特性を維持することができな
い。

【００１６】さらに放出ガスは接合材３３からだけでな
く、圧電振動子片１７を導体膜１９に支持固定する導電
性接着剤２１からも放出される。

【００１７】とくに表面実装型部品では、プリント基板
に各部品を実装する際、クリームハンダを用い、リフロ
ー炉の２６０℃の温度を数十秒通過させて、クリームハ
ンダを溶融させてハンダ付けを行う。

【００１８】このため加熱処理によって、有機系の導電
性接着剤２１からガス放出現象が発生し、水晶振動子の
経時変化特性や、直列等価抵抗値を劣化させる。

【００１９】上記の説明のように、水晶振動子の製造過
程において、構成材料に有機物材料を用いたり、構成材
料に有機物が含有していると、この有機系材料からの放
出ガスが水晶振動子特性を劣化さる。とくに経時変化特
性を、１年間に１ｐｐｍ以下に抑制することは困難であ
る。

【００２０】したがって、表面実装に対応可能な薄型フ
ラット容器では、支持部材１４と蓋１５との封止方法
や、支持部材１４と圧電振動子片１７との支持固定方法
に良い方法が見いだせず、表面実装型の高安定水晶振動
子では、安価な製品を提供することができない。

【００２１】そこで、本発明の目的とするところは、上
記課題を解決して、気密容器の気密封止工程においてガ
ス放出がなく、さらに圧電振動子片の支持固定材料から
のガス放出が発生しない圧電振動子の製造方法を提供す
ることである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の圧電振動子の製造方法は下記記載の方法を採用
する。

【００２３】支持部材と蓋とを真空中もしくは不活性ガ
ス中にて接合する気密封止方法は、支持部材と蓋との間
に直流電圧を印加し、支持部材と蓋とを陽極接合するこ
とを特徴とする。

【００２４】圧電振動子片と支持部材との接合方法は、
圧電振動子片と支持部材との間に直流電圧を印加し、圧
電振動子片と支持部材とを陽極接合することを特徴とす
る。

【００２５】

【実施例】本発明の実施例を以下図面に基づき説明す
る。図１は本発明における支持部材と蓋との気密封止方
法の実施例を示す斜視図である。

【００２６】蓋１５の材料としては、ガラスセラミック
スを用いる。この蓋１５の上にスパッタリング法によ
り、クロム（Ｃｒ）とシリコン（Ｓｉ）からなる接合膜
２３を全面に形成する。なお、この接合膜２３は、蓋１
５の全面に形成せず、支持部材１４と蓋１５との接合面
にのみ形成しても良い。

【００２７】クロムは蓋１５と接合膜２３との密着性を
確保するために形成する。したがって、密着性が得られ
れば、クロムの形成は省略することができる。

【００２８】接合膜２３を構成するシリコンとしては、
多結晶シリコンや、非晶質シリコンや、窒化シリコンを
用いる。シリコンにボロンなどの不純物を導入すると、
以下に説明する支持部材１４と蓋１５との接合における
信頼性が向上する効果を有する。

【００２９】一方、支持部材１４の材料としては、ガラ
スセラミックスを用いる。

【００３０】蓋１５と支持部材１４とは、気密封止後に
歪が発生しないよう、それぞれの熱膨張係数を一致させ
ることが必要である。

【００３１】その後、図２に示すように支持部材１４に
圧電振動子片１７を支持固定する。

【００３２】その後、蓋１５と支持部材１４とを密着さ
せ、しかる後に真空中もしくは不活性ガス中にて、直流
電源２６により、蓋１５に直流の正電圧電極２５と、支
持部材１４に負電圧電極２７とを接続する。

【００３３】負電圧電極２７側には、加熱機構を設け、
１００〜４００℃程度の温度に加熱する。

【００３４】正電圧電極２５と負電圧電極２７との両電
極間に、数十から数百ボルトの直流電圧を数十秒間印加
する。この直流電源２６からの直流電圧は、パルス状の
電圧でも良い。

【００３５】この直流電圧の印加により、蓋１５に形成
したシリコンと支持部材１４のガラスとが接合し、支持
部材１４と蓋１５とが気密封止される。

【００３６】本発明の支持部材１４と蓋１５との気密封
止を行う接合方法は、陽極接合と言われる。

【００３７】シリコンとガラスとが接合に至るメカニズ
ムは、シリコンとガラスとの表面どうしを密着させ、ガ
ラス側に数百Ｖの負電圧を印加すると、ガラスとシリコ
ンとの間に大きな静電引力が生じる。このため支持部材
１４と蓋１５とが気密封止することができる。

【００３８】なお上記の陽極接合の組み合わせる材料
は、蓋１５にシリコン、支持部材１４にガラスセラミッ
クスを用いる例で説明したが、支持部材１４をガラスセ
ラミックスで形成せず、支持部材１４の蓋１５との接合
面にガラス層、たとえば低融点ガラスを形成しても良
い。

【００３９】上記の説明では、蓋１５にシリコンを形成
し、支持部材１４をガラスセラミックスとしたが、その
逆の構成、すなわち蓋１５をガラスとし、支持部材１４
にシリコンを形成する組み合わせでも、気密封止を行う
ことは可能である。ただし、この場合は、正電圧電極２
５と負電圧電極２７との接続を逆にする。すなわち、支
持部材１４に正電圧電極２５、蓋１５に負電圧電極をそ
れぞれ接続する。

【００４０】またさらに、上記実施例の説明では、接合
膜２３としてシリコン薄膜を使用したが、蓋１５や支持
部材１４としてシリコン基板を用いても良い。

【００４１】本発明による水晶振動子容器の気密封止方
法では、蓋１５と支持部材１４との接合に、従来必要で
あったハンダや低融点ガラスなどの接合材が不要であ
る。さらに気密封止時に、従来のように、接合材を溶融
させていないため、接合時におけるガスの発生はない。

【００４２】支持部材１４と蓋１５とを接合するとき、
１００〜４００℃程度の加熱を行うが、接合時間が数十
秒と短時間のため、ガス発生は抑えられる。さらに、気
密封止後の耐熱性は、ハンダや低融点ガラスなどの接合
材を使用していないので、高いという利点を有する。

【００４３】以上の説明は支持部材１４と蓋１５との気
密封止に、本発明の製造方法を適用する実施例である
が、本発明の製造方法は支持部材と圧電振動子片との接
合にも適用可能である。この実施例を図４を用いて説明
する。

【００４４】図４は、本発明の製造方法を圧電振動子片
の支持固定に適用した実施例を示す断面図である。

【００４５】圧電振動子片１７には、クロムとシリコン
との接合膜３５を形成する。支持部材１４はガラスセラ
ミックス、もしくはガラスで構成する。前述のように、
クロムは、圧電振動子片１７とシリコンとの密着性が確
保できれば、クロムの形成は省略できる。

【００４６】圧電振動子片１７を支持部材１４上に配置
し、しかる後圧電振動子片１７側に正電圧電極２５、支
持部材１４側に負電圧電極２７を、直流電源２６から接
続する。

【００４７】その後、直流電源２６から数百ボルトの電
圧を数十秒間印加して、圧電振動子片１７のシリコンと
支持部材１４のガラスとを陽極接合して、圧電振動子片
１７と支持部材１４とを接合する。

【００４８】この接合方法によれば、従来使用していた
有機系の導電性接着剤を使用していない。このため、圧
電振動子片１７と支持部材１４とを接合後、加熱処理を
行っても、ガスの発生は皆無である。

【００４９】この圧電振動子片１７と支持部材１４との
接合において、前述の気密封止方法と同様に、圧電振動
子片１７側にガラス層、支持部材１４側にシリコンを、
それぞれ形成しても同様の効果が得られる。

【００５０】本発明の他の実施例を図５に示す。図５
は、圧電振動子片１７と、この圧電振動子片１７の枠１
７ａとが一体の枠付き水晶振動子に、本発明の製造方法
を適用した実施例を示す断面図である。

【００５１】圧電振動子片１７の枠１７ａに、クロムと
シリコンからなる接合膜３５を、表裏両面に形成する。
その後ガラスセラミックスからなる蓋１５を、圧電振動
子片１７の両面に配置し、接合膜３５と蓋１５との間に
直流電圧を印加して、気密封止を行う。

【００５２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、シリコン
とガラスとの陽極接合を水晶振動子の気密封止と、圧電
振動子片の支持固定とに適用すれば、ガス発生が生じる
ことなく気密封止が可能であり、さらに気密封止後加熱
処理を行っても、圧電振動子片の固定部からガス発生も
ない。

【００５３】したがって、経時変化特性が極めて少ない
高安定な水晶振動子が得られる。さらに、音叉型水晶振
動子のように、真空度に直列等価抵抗値が依存する水晶
振動子においては、ガス発生がないので、気密容器内の
真空度が劣化せず、安定した特性を有する水晶振動子を
製造することができる。

【００５４】本発明により、表面実装型の薄型容器の製
造が可能となり、各種電子機器の小型化に大きく寄与で
きるものである。

【００５５】なお、本発明を水晶振動子をもって説明し
たが、発振器やフイルターなどにも本発明の製造方法
は、応用可能である。

【００５６】またさらに、以上の製造方法は、単個処理
でも良いが、１枚の基板に複数の支持部材、あるいは蓋
を形成し、基板の状態で両者を接合し、その後ダイシン
グなどの手段で単個に分離しても良い。

【００５７】このように複数個処理を図５に示した製造
方法に適用すると、製造工程が大幅に簡略化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における圧電振動子の製造方法
を示す斜視図である。

【図２】本発明の実施例における圧電振動子の製造方法
を示す断面図である。

【図３】従来例における圧電振動子の製造方法を示す断
面図である。

【図４】本発明の実施例における圧電振動子の製造方法
を示す断面図である。

【図５】本発明の実施例における圧電振動子の製造方法
を示す断面図である。

【符号の説明】

１４支持部材１５蓋１７圧電振動子片２３接合膜３５接合膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持部材と蓋とを真空中もしくは不活性
ガス中にて接合する気密封止方法において、前記支持部
材と蓋との間に直流電圧を印加し、前記支持部材と蓋と
を陽極接合することを特徴とする圧電振動子の製造方
法。
【請求項２】請求項１記載の圧電振動子の製造方法に
おいて、支持部材と蓋とのいずれか一方には、シリコン
を含む接合膜を形成し、他方はガラス、セラミックス、
あるいはガラスセラミックスからなることを特徴とする
圧電振動子の製造方法。
【請求項３】請求項１記載の圧電振動子の製造方法に
おいて、支持部材と蓋とのいずれか一方は、シリコンで
形成することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項４】圧電振動子片と支持部材との接合方法に
おいて、前記圧電振動子片と支持部材との間に直流電圧
を印加し、前記圧電振動子片と支持部材とを陽極接合す
ることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項５】請求項４記載の圧電振動子の製造方法に
おいて、支持部材と圧電振動子片とのいずれか一方には
シリコンを含む接合膜を形成し、他方はガラス、セラミ
ックス、あるいはガラスセラミックスからなることを特
徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項６】請求項４に記載の圧電振動子の製造方法
において、支持部材はシリコンで形成し、圧電振動子片
にガラス層を形成することを特徴とする圧電振動子の製
造方法。
【請求項７】請求項４、５記載の圧電振動子の製造方
法においてシリコンを含む接合膜は多結晶シリコン、非
晶質シリコン、あるいは窒化シリコンからなることを特
徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項８】請求項１記載の圧電振動子の製造方法に
おいて支持部材と蓋とのいずれか一方には、ガラス層を
形成することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項９】請求項４記載の圧電振動子の製造方法に
おいて圧電振動子片に枠を設け該枠にシリコンを含む接
合膜を形成し、その後前記枠の表裏両面に蓋を配置し、
前記蓋と接合膜との間に直流電圧を印加して、前記蓋と
圧電振動子片の枠とを陽極接合することを特徴とする圧
電振動子の製造方法。